JPS6027744B2 - 黒鉛含有アルミニウム合金の製造法 - Google Patents

黒鉛含有アルミニウム合金の製造法

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JPS6027744B2
JPS6027744B2 JP8871781A JP8871781A JPS6027744B2 JP S6027744 B2 JPS6027744 B2 JP S6027744B2 JP 8871781 A JP8871781 A JP 8871781A JP 8871781 A JP8871781 A JP 8871781A JP S6027744 B2 JPS6027744 B2 JP S6027744B2
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graphite
graphite particles
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勝博 小室
正輝 諏訪
浩 添野
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム(Aそ)又はAそ合金溶湯中に
金属被覆又は他の表面処理をしない黒鉛粒子を分散する
黒鉛含有Aそ合金の製造法に係り、特に得られる合金の
4〜3の重量%の黒鉛粒子を分散させるのに好適な潤滑
用黒鉛含有Aそ鋳造合金の製造法に関する。
内燃機関における滑り接触構成要素例えば軸受歯車、ピ
ストン、シリンダー、スライダー等には一般に固体潤滑
材を含有した合金が使用されている。
これは潤滑油膜が破壊したときに固体潤滑材の自己潤滑
作用によってそれを補なう必要からであり、黒鉛はこの
固体潤滑材として極めて良好であることが知られている
。このため黒鉛を含有した多くの種類の合金が製造され
た。しかし黒鉛粒子を含有する合金の殆んどは粉末捨金
的に製造されたものであり、得られた嫌結品は機械的性
質が劣る上、大形製品の場合鋳造品や鍛造品に比較して
経費がかかると言う欠点がある。AZ又はAと合金溶濠
中に黒鉛粒子を浮上させることなく分散させる技術とし
て最近までに次のニつの方法が提案された。
その一つは特公昭51一139512号であり、ニッケ
ル(Ni)被覆黒鉛粒子とハロゲン化合物との混合粉を
過共晶Aそ−Si合金溶湯中に添加し、櫨梓機により溶
湯に渦を形成して黒鉛粒子を分散させる方法である。ま
た、一つは特豚昭53一97227号であり金属被覆し
た黒鉛粒子を炭化物形成元素を添加した溶湯中に溶湯を
魔拝しながら直接投入する方法である。さらに一つは特
公昭45−13224号であり、金属被覆した黒鉛粒子
を搬送ガス中に懸濁させて、ガスと共にAそ合金溶濠中
に吹き込む方法である。しかしこれらの方法はそのいず
れもが分散する黒鉛粒子の表面に化学鍍金等により金属
被覆することが必須要件となっており、鍍金工程が複雑
なこと及び廃液処理設備が必要なことからコスト高にな
る欠点がある。また鍍金したままの金属被覆黒鉛は表面
が酸化しているために港濠中に投入分散させても溶湯と
の濡れ性が悪〈溶湯表面に浮上するので、黒鉛粒子表面
の清浄化処理が必要となる。本発明の目的は上記の欠点
解消し、金属被覆又は他の表面処理をしない黒鉛粒子を
用いて通常の鋳造条件で黒鉛粒子を殆んど浮上させずに
分散する黒鉛含有A〆合金の製造法を提供することにあ
る。
発明者等はNi被覆した黒鉛粒子がA〆落陽中に分散し
(特開昭51一45603号)、その鰭塊を再溶解して
も黒鉛粒子は浮上せず溶傷中に分散しており、この黒鉛
分散Aそ合金の組織を顕微鏡により観察した結果銭塊中
に分散している黒鉛粒子には鍍金層が存在していないこ
とを確認した。
一方A〆溶傷中に金属被覆しない黒鉛粒子を投入したと
ころ2〜3重量%までは黒鉛粒子が分散するが、更に黒
鉛粒子の投入を続けると既に分散していた黒鉛粒子まで
港湯表面に浮上しかつ溶湯表面には多くの酸化物の生成
が見られた。これらのことから発明者等はカルシウム(
Ca)をAそ又はAそ合金溶湯に添加してAその酸化を
防止して、得られる合金の4〜3の重量%の黒鉛粒子を
前記溶傷中に分散有し得ることを見出した。本発明はア
ルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯に、カルシウム
を0.01〜1の重量%含まれるように添加し得られる
合金に対し4〜3の重量%の黒鉛粒子を上記溶湯に投入
鷹拝して分散させ、溶湯を冷却凝固させることを特徴と
する潤滑用黒鉛含有アルミニウム合金の製造法に関する
分散させる黒鉛粒子の量は得られる合金に対し4〜3の
重量%が乾式摩擦条件下で使用する場合の限界である。
4重量%未満では十分な潤滑効果が得られず、3の重量
%を越えると耐摩耗性及び機械的強度が低下する。黒鉛
粒子の大きさは50ムm以上が好ましい。50山m未満
であると摺動に際して黒鉛が凝着粉として摩擦系外へは
き出されてしまい黒鉛の潤滑効果が低下することがある
使用する黒鉛は天然又は人造のいずれでもよく制限しな
い。黒鉛繊維の使用も可能である。溶湯に用いるAそ合
金は錫(Sn)、銅(Cu)、鈴(Pb)、シリコン(
Si)及び亜鉛(Zn)から選ばれる少なくとも1種を
含むことが望ましい。
その理由はA〆−Sn系、Aそ−Cu系、Aそ−Pb系
、Aそ−Si系、Aそ−Zn系又はこれらの二九もしく
は三元合金は従釆から軸受等に広く用いられており、こ
れに黒鉛粒子を分散させれば利用価値が一段と高まるか
らである。望ましい組成はA〆−Sn系はSno.5〜
10重量%、Aそ−Cu系はCuo.5〜5重量%、A
〆−Pb系はPbo.5〜6重量%、Aそ‐Si系はS
io.5〜25重量%及びA夕−Zn系はZno.5〜
1の重量%である。A〆又はAと合金中に黒鉛粒子を4
〜3の重量%分散含有させる為に添加するCaの最大含
有量は得られる合金に対して1の重量%であり、1の重
量%を越えると得られる鋳造合金の機械的強度の低下等
の好ましくない結果をもたらす。
最小含有量は得られる合金に対して0.01重量%であ
る。0.01重量%未満であると黒鉛粒子が溶湯の表面
に浮上したり分散が不均一となる。
Caの最適含有量は得られる合金に対して0.05〜1
.の重量%である。Caの添加は黒鉛を落陽に投入する
前の方が望ましいが、黒鉛投入と同時又は黒鉛投入後で
も良い。黒鉛粒子を綾湯中により良く分散させるには、
溶湯を蝿拝しながら麹梓によって生じる渦の中少しずつ
投入してゆくのが良い。A〆又はAそ合金の溶湯の温度
はAそ又はAそ合金マトリックスの液相線温度よりも5
0qo以上高く900qo以下とすることが好ましい。
液相線温度より50℃以上の温度にしておかないと溶湯
の流動性が低下し、巣等の鋳造欠陥が発生し易い。一方
900ooより高くなると黒鉛粒子が浮上し易くなるか
らである。黒鉛粒子を分散させた溶湯を冷却凝固する際
に400〜1000k9/地の圧力で加圧することが好
ましい。
加圧することにより溶湯中のガス抜けを十分にし溶湯と
鋳型間の熱伝導が向上して凝固に要する時間が短縮され
、鋳造組織が微細化されると共に黒鉛粒子の浮上が抑制
され、銭魂中の内部欠陥も一段と小になる。400k9
/鮒未満では、ガス抜け等の加圧による効果が不十分で
あり、1000k9/仇を越えると加圧装置が大型化す
るし、より以上の効果は期待出来ない。
比較例 1 黒鉛ルツボを用いて純Aそ700夕を溶融し、750℃
に保持した。
その熔湯をアルミナ榛を用いて櫨拝しながら黒鉛粒子1
77〜250山m(80〜60メッシュ)を1重量%ず
つ添加し、分散性を検討した。その結果、黒鉛は2〜3
重量%まで溶湯中に分散した。しかし、それ以上の黒鉛
量を連続的に投入添加すると溶湯中に分散していた黒鉛
まで溶傷表面上に浮上し、3重量%以上の黒鉛粒子を分
散することはできなかった。冷却後黒鉛の分散した鏡塊
を第1図aに示す。実施例 1 Ca添加による黒鉛粒子の分散性に及ぼす影響について
検討するため、黒鉛ルッボを用いて純Aそ700夕を熔
融し750ooに保持したち、Caを添加し、それらの
溶湯をアルミナ棒を用いて澄拝しながら黒鉛粒子177
〜250山m(60〜80メッシュ)を1重量%ずつ添
加して行き3の重量%まで溶湯中に投入した。
その結果、Caの1重量%を添加した場合に黒鉛粒子は
溶湯中に分散し表面に浮上しなかった。それら黒鉛浮上
防止効果がある元素を的加した黒鉛粒子分散鏡塊につい
て再溶解した結果、溶傷中の黒鉛粒子は浮上することな
く分散した。実施例・2 黒鉛ルッボを用いて純A夕を700タ溶融し、750℃
に保持した。
その溶湯を蝿拝しながら177〜250ムm(60〜8
0メッシュ)の黒鉛粒子を1の重量%まで投入添加し、
熔傷表面上に黒鉛粒子を浮上させた後にCaを1重量%
添加溶解した結果、溶湯表面上に浮上していた黒鉛粒子
は溶湯中に分散した。冷却後の綾塊は第1図bに示すよ
うに黒鉛の分離浮上は見られない。実施例 3 黒鉛ルッボを用いてAそ−2の重量%Si合金を溶傷し
、850ooに保持した。
黒鉛粒子は粒度177〜250仏m(60〜80メッシ
ュ)を用いて、黒鉛粒子が港傷表面上に浮上せず3の重
量%まで分散するのに必要なCaの添加量を求めた。そ
の結果を第1表に示した。第1表 黒鉛粒子の分散可能
量(重量%)実施例 4 黒、鉛ルツポを用いてAZ一8重量%Sn−0.5重量
%Ca合金を溶融し、70ぴ0に保持した。
その溶湯中に粒度177〜250ムm(60〜80メッ
シュ)の黒鉛を2の重量%添加投入し、黒鉛分散Aそ合
金溶湯を作成した。この溶湯を600k9/めで加圧凝
固した鏡塊の断面を観察した結果、黒鉛粒子は鉾塊内に
分散し、鋳造欠陥も観察されなかった。実施例 5 黒鉛ルツボを用いてAクー12重量%Sio.5重量%
Ca合金700夕を溶濠し、700qoに保持した。
その溶湯をアルミナ棒を用いて縄拝しながら、直径12
.5りm×長さ6帆の黒鉛繊維(呉羽化学工業(株)製
、商品名クレハカーボンフアィバーチョツプ)を2重量
%ずつ添加し、黒鉛繊維の分散性を検討した。その結果
、黒鉛繊維は得られる合金に対して20重量%まで落陽
中の分散可能であった。またこれら黒鉛繊維分散銭塊は
再溶融しても溶湯中の黒鉛繊維は浮上することなく分散
する。以上の実施例で述べたように、本発明の製造法に
よれば、黒鉛表面への金属被覆又は他の前処理等を省く
ことができ、かつ黒鉛粒子又は黒鉛繊維を鏡魂中に均一
に分散しかつ黒鉛の浮上のない黒鉛分散アルミニウム鋳
造合金が得られる。また得られた黒鉛分散アルミニウム
鋳造合金は再熔解しても黒鉛が浮上しない効果を有する
。図面の簡単な説明第1図は銭塊の断面組織写真で、a
は単にAそ溶傷中に黒鉛粒子を分散冷却させた銭塊の写
真、bは本発明の黒鉛含有アルミニウム合金の製造法に
よって得られた錆塊の写真である。
寒1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯に、カル
    シウム0.01〜10重量%含まれるように添加し得ら
    れる合金に対し4〜30重量%の黒鉛粒子を上記溶湯に
    投入撹拌して分散させ、溶湯を冷却凝固させることを特
    徴とする潤滑用黒鉛含有アルミニウム合金の製法。
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