JPS6149374B2 - - Google Patents

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JPS6149374B2
JPS6149374B2 JP526585A JP526585A JPS6149374B2 JP S6149374 B2 JPS6149374 B2 JP S6149374B2 JP 526585 A JP526585 A JP 526585A JP 526585 A JP526585 A JP 526585A JP S6149374 B2 JPS6149374 B2 JP S6149374B2
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JP
Japan
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graphite
weight
molten metal
graphite particles
alloy
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JP526585A
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JPS60187637A (ja
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Katsuhiro Komuro
Masateru Suwa
Hiroshi Soeno
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Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、アルミニウム(Al)又はAl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Al合金の製造法に係り、
特に得られる合金の4〜30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Al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つ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治金的に製
造されたものであり、得られた焼結品は機械的性
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。 Al又はAl合金溶湯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三
つの方法が提案された。その一つは特公昭51―
139512号であり、ニツケル(Ni)被覆黒鉛粒子
とハロゲン化合物との混合粉を過共晶Al―Si合金
溶湯中に添加し、撹拌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
は特願昭53―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
撹拌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
Al合金溶湯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
要件となつており、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溶湯中に投入分散させても
溶湯との濡れ性が悪く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を解消し、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Al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Al溶湯中に
分散し(特開昭51―45603号)、その鋳塊を再溶解
しても黒鉛粒子は浮上せず溶湯中に分散してお
り、この黒鉛分散Al合金の組織を顕微鏡により
観察した結果、鋳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
Al溶湯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
いた黒鉛粒子まで溶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
とから発明者等はナトリウム(Na)、カリウム
(K)、リチウム(Li)、バリウム(Ba)及びベリ
リウム(Be)から選ばれる少なくとも1種をAl
又はAl合金溶湯に添加してAlの酸化を防止し
て、得られる合金の4〜30重量%の黒鉛粒子を前
記溶湯中に分散含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、次の(1),(2)及び(3)のうちいずれかの元素
を下記の必要量含まれるように添加し (1) ナトリウム及びカリウムから選ばれる少なく
とも1種を0.01〜10重量%。 (2) リチウム、バリウム及びベリリウムから選ば
れる少なくとも1種を0.05〜10重量% (3) (1)及び(2)の合計量が10重量%まで得られる合
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
4〜30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、30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50μm以
上が好ましい。50μm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。黒鉛の繊維の使用も可能である。 溶湯に用いるAl合金は錫(Sn)、銅(Cu)、鉛
(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Al―Sn系、Al―Cu系、Al―Pb系、Al―Si
系、Al―Zn系又はこれらの二元もしくは三元合
金は従来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Al―Sn系はSn0.5
〜10重量%、Al―Cu系はCu0.5〜5重量%、Al―
Pb系はPb0.5〜6重量%、Al―Si系はSi0.5〜25重
量%及びAl―Zn系はZn0.5〜10重量%である。 Al又はAl合金中に黒鉛粒子を4〜30重量%分
散含有させる為に添加する元素の最大含有量は
Na,K,Li,Ba及びBeから選ばれる少なくとも
1種を得られる合金に対して10重量%であり、10
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Na,K及びBaから選ばれる少なくとも1
種を得られる合金に対して0.01重量%又はLi,Ba
及びBeから選ばれる少なくとも1種を得られる
合金に対して0.05重量%である。0.01重量%未満
又は0.05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。最適含有量
は得られる合金に対してNa,K,Li及びBaが0.1
〜1.5重量%そしてBeが0.1〜2.0重量%である。
これらの元素の添加は黒鉛を溶湯に投入する前の
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。 黒鉛粒子を溶湯中により良く分散させるには、
溶湯を撹拌しながら撹拌によつて生じる渦の中に
少しずつ投入してゆくのが良い。Al又はAl合金
の溶湯の温度はAl又はAl合金マトリツクスの液
相線温度よりも50℃以上高く900℃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900℃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
400〜1000Kg/cm2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、鋳塊中の内部欠陥
も一段と小になる。400Kg/cm2未満では、ガス抜
け等の加圧による効果が不十分であり、1000Kg/
cm2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Al700gを溶融し、750
℃に保持した。その溶湯をアルミナ棒を用いて撹
拌しながら黒鉛粒子177〜250μm(80〜60メツシ
ユ)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湯表
面上に浮上し、3重量%以上の黒鉛粒子を分散す
ることはできなかつた。 実施例 1 黒鉛粒子の分散性に及ぼす添加元素について検
討するため、黒鉛ルツボを用いて純Al700gを溶
融し750℃に保持したのち、それぞれNa,K,
Li,Ba及びBeを添加し、それらの溶湯をアルミ
ナ棒を用いて撹拌しながら黒鉛粒子177〜250μm
(60〜80メツシユ)を1重量%ずつ添加して行き
30重量%まで溶湯中に投入した。その結果、それ
ぞれNa,K,Li,Ba及びBeの各1重量%を添加
した場合は黒鉛粒子は溶湯中に分散し表面に浮上
しなかつた。それら黒鉛浮上防止効果がある元素
を添加した黒鉛粒子分散鋳塊について再溶解した
結果、溶湯中の黒鉛粒子は浮上することなく分散
した。 実施例 2 黒鉛ルツボを用いて純Alを700g溶融し、750
℃に保持した。その溶湯を撹拌しながら177〜250
μm(60〜80メツシユ)の黒鉛粒子を10重量%ま
で投入添加し、溶湯表面上に黒鉛粒子を浮上させ
た後にそれぞれNa,K,Li,Ba及びBeの各1重
量%を添加した場合について検討した結果、浮上
していた黒鉛粒子は溶湯中に分散した。冷却後の
鋳塊には黒鉛の分離浮上は見られなかつた。 実施例 3 黒鉛ルツボを用いてAl―20重量%Si合金を溶湯
し、850℃に保持した。黒鉛粒子は粒度177〜250
μm(60〜80メツシユ)を用いて、黒鉛粒子が溶
湯表面上に浮上せず30重量%まで分散するのに必
要なNa,K,Li,Ba及びBeの添加量を求めた。
その結果を第1表に示した。
【表】 実施例 4 黒鉛ルツボを用いてAl―12重量%Si―1重量%
Na合金700gを溶融し、700℃に保持した。その
溶湯をアルミナ棒を用いて撹拌しながら、直径
12.5μm×長さ6mm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イバーチヨツプ)
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%まで溶湯中に分散可能であつた。同様
にしてそれぞれK,Li,Ba及びBeの各1重量%
を含有するAl合金溶湯について黒鉛繊維の分散
性を検討した結果、黒鉛繊維は、いずれの溶湯中
にも分散することがわかつた。またこれら黒鉛繊
維分散鋳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
を鋳塊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溶解し
ても黒鉛が浮上しないという効果を有する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯
    に、次の(1),(2)及び(3)のうちいずれかの元素を下
    記の必要量含まれるように添加し、 (1) ナトリウム及びカリウムから選ばれる少なく
    とも1種を0.01〜10重量% (2) リチウム、バリウム及びベリリウムから選ば
    れる少なくとも1種を0.05〜10重量% (3) (1)及び(2)の合計量が10重量%まで得られる合
    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
    合金の製造法。
JP526585A 1985-01-16 1985-01-16 黒鉛含有アルミニウム合金の製造法 Granted JPS60187637A (ja)

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JPH05502057A (ja) * 1989-08-07 1993-04-15 アルキャン・インターナショナル・リミテッド 安定な酸化物形成元素を含有するマトリックスを有する鋳造複合材料

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