JPS62290883A - 少なくとも一つの面に耐摩耗帯域の領域を少なくとも一つもつアルミニウム又はその合金製の鋳物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は少なくとも一つの面が＃４ＰＪ耗帯域の少なく
とも一つの領域をもつアルミニウム又はその合金から作
られた鋳物に係る。

１」へ１ｋ ｒ！Ｊ！擦を受けるアルミニウム又はその合金から作ら
れたｇＪｋが特に少なくともその「活動」面、即ち対面
する部分と接触する面の摩擦抵抗及び握り又はつかみ抵
抗（焼付き耐性、ｔｅｎｕｅ　ａｕ　ｇｒｉｐｐａｇｅ
）のような工学的特性を持たなければならないこと領域
の極めて限られた帯域で必要なだけである。

これらの帯域は普通は様々な手段で得られた鋳物の表面
のく焼入れ）硬化処理によって得られる。

Ｌ反皮拡 例えばフランス特許第２３７１５２０号は、合金剤の存
在下又は不在下アルミニウム又はその合金でできた物品
の所定の露出領域を、高エネルギー型（少なくとも１０
，０００ワット／ｃ１１２）で直径２５０〜１２５０μ
ｍのレーザービーム又は電子ビームをもちいて処理し、
物品の第一帯域を加熱すると共に前記第一帯域内の第二
帯域でこれを溶かすことができるようにするための方法
を開示している。このようにして、なかんずく耐摩耗性
を向上させ、しがも処理に伴なう変形を除去あるいは低
減することを目的として、少なくとも前記帯域内でｉ＋
を相粒子構造がン得られる。このフランス特許明細書の
特許請求の範囲第２４項は、「このビームはいくつかに
わかれて隔たりをつけた径路を移動し、その結果、帯域
に作用して前記物品の露出表面上に隔たりをつけた領域
を形成する。」と記載している。

同様に、フランス特許第２３６７１１．７号は、「部品
の金属軸受は面を処理するための方法て′あって、その
冶金学上の特性を修正し、かつその耐摩耗性を改良する
ために軸受は帯域を熱処理するだけの方法ｌ」をクレー
ムしている。この方法の一特定例によれば浸透法（セメ
ンデージョン）によって焼入れ硬化された銑鉄の円筒形
ライナー又はジャケラ１へが処理され、この方法は３０
００μｍの直１ヱの点を亀Ｍす７１．１−６かビーフ、
卆出十し−ザール３−のライナー又はジャケットに当て
ることがら成る。

また、日本特許出願第５９２１２５７２号はレーザーを
用いて内燃機関シリンダの内側表面を焼入れするための
処理方法を開示しており、この方法では、処理された帯
域に対する処理されない帯域の表面比は１０〜７０％が
好ましく、処理された帯域のサーイズは数ｍｍである。

かくして、これらの文書は、鋳物又は部材の表面を熱処
理して２５０μｍを超える幅の帯域を局部的に作ること
によってこの鋳物又は部材上て摩擦に適した帯域を得る
ことができることを教示している。

これらの教えを取り入れることを冷型して、本出願人は
処理帯域内で局部的な焼入れを得ることが可能であるこ
と、しかし前記焼入れは局部敢：）子の場合一方では鋳
物の変形を伴ないその結果使用に先立って再加工が求め
られ、そして地方いくつかの場合には、前記焼入れはこ
の処理によってひきおこされる局部的過熱の結果生じる
表面応力による割れ及び初期疲れクラックを伴なうこと
を発見した。

ル１へ１呟 それ成木出願人は、少なくとも一つの面に耐摩耗帯域で
摩擦に適した少なくとも一つの領域が形成されるように
熱融解効果によって処理され、その結果、使用中に割れ
やその他の損傷３起こし得る表面応力をほとんどもたな
い、さらに処理工程からすぐに使用が可能な、つまり焼
入れ硬化した部品では難しい時間をとる作業であり、そ
の熱的機械的効果の結果として処理帯域の組織更にはそ
アルミニウム要棲その合金から作られた鋳物（部材）の
開発を考えな。

本発明の説明 本発明によれば、局部融解効果（ｅＣｆｅｔ　　ｄｅｆ
ｕｓｉｏｎ　Ｉｏｃａｌｉｓ４ｅ）によって（焼入れ）
硬化された帯域が適度な制御下で分配されて構成された
少なくとも一つの耐摩耗領域を少なくとも一つの面の表
面上にもつアルミニウム及びその合金がら作られた鋳物
が得られ、この金属鋳物は、前記帯域がその長さと形が
どのようであってら、３〜１５０μｍの幅と深さをもち
、更に一つの領域の各１ｍｍ”で（すなわち単位面積当
たり）の帯域が占める（表面）割合が５〜６０％である
ことと特徴とする。

本発明鋳物の活動面はその表面−Ｌ″′Ｃ′使用目的に
応じて適切に遷ばれた領域内に次の二つの特徴を・持つ
硬化帯域を持つ、即ち、 一方では先行技術鋳物と比較して多少とも細長い形の、
但し非常に限定された幅と深さをもち、他方では前記帯
域が、一つの領域に属する表面の ｚ単位面積（ＩＩＩＩＩＩ１２）ニ対シテ、その５〜６
０％を占め、つまりそれらが１１未満の距離で相互に隔
てられているから、細かく分配されている。

これらの特徴とはべつに、前記帯域が交差するときには
その被覆または重なり表面部分を一つの領域の単位面積
（１ｍｍ２）＃牛按毎に帯域全表面の５０％に限定する
と有利であることが判明した。

これらの条件の下で、硬化帯域の存在によって引き起こ
される耐摩耗性のかなりの増加とはべっに、帯域レベル
で融解−再固化によって引き起こされる変形応力が、よ
り大な幅と深さを持ち、あるいは表面がより多く重なり
、あるいはよりしばしば交差する帯域でＩｆＩ！察され
る変形応力よりずっと少ないことが判明した。

更に、帯域と帯域間間隔との間の寸法差は１０ノ１Ｉｔ
１を超えず、そのため使用に先立ってこの鋳物を再加工
しないで済む。言い替えれば、処理されたｚ物は幾何学
的形状に少しの修正を引き起こすにすぎず、また色かな
粗さの変化を生じるに過ぎない。

更に、帯域間間隔の存在は、表面上にしかし微廁なスケ
ールで硬化帯域と柔軟間隔域とを交互に作り出すことに
よって摩擦用としてのこの部品の適切性を大きく改良し
、この交互構造は粘着、疲れ又は摩耗による耐摩耗性に
対して一般に極めて有効であり、また柔軟な帯域間間隔
が潤滑剤又はＨＭ耗残渣Ｉ−ラップを構成するので摩擦
に対しても効果的である。

しかし、特許請求の範囲第１項に記載した帯域の幅及び
深さのうち、最高の結果を得るためには１０〜１１００
１ｔの値を守るのが好ましいことが判明した。

本発明は帯域形状の規則性も、あるいは表面上での帯域
の規則的配列も要求しはしない。そしてランダムな形状
の帯域の場合、前記の幅は１７２寸法の２倍と規定する
ことができ、これは影像分析で使用されるいわゆる概略
化法（ｓｑｕｅｌ　１ｅｔｉｓａｔｉｏｎ）では帯域の
消失につながる。

本発明は基本的に、帯域の幅及び深さを減少し、帯域を
分配するという統計理論に基いておりｊｎｍ２の尺度の
分配と帯域の形状とは、幅−深さ効果及び表面割合と比
較して二次の効果をもつ。

しかし、鋳物表面上にこの帯域を形成することは容易だ
から、本発明は巽藷表六士北３〜１５０μｍの幅と深さ
３６つ帯（バンド）又は条（ストリップ）状部の周ｌｖ
ｉ的又は準周期的ネットワーク（網口構造）状の形態で
鋳物表面上に規則的に配列された帯域も含む。

このように、帯域は２０〜１０００μｍの距離で相互に
隔てられた連続帯（バンド）の形に配列されることがで
き、前記帯はランダムな方向をもつか、あるいは平行な
帯の少なくとも１つのネットワークをもつ。しかし、こ
れらの帯域はその長さに応じて、２０〜ｔｏｏｏμｍの
距離で相互に分離された不連続帯（バンド）の形に配列
されることもできる。先に述べた通り、これらの帯はラ
ンダムな方向を持つか、あるいは平行帯のネットワーク
が少なくとも１つ存在する。

本発明はより特定的には何等かのアルミニウム合金で、
その空振学的特性を表面融解処理によって改良し得るア
ルミニウム合金に適用される。本発明はまた添加元素又
は化合物とともに融解されたアルミニウム合金によって
帯域が構成され、その結果前記合金が母合金より優れた
摩擦学的特性をもつ、すべての鋳物にも適用される。た
とえは、前記元素は、鉄又はニッケルであることができ
る。

本発明の特性に適う帯域は、融解−再固化によって限定
された深さと幅で詰物の表面の性資又は柘逍を局部的に
修正し、その結果より良い＠［用途適合性を熱効果及び
／または化学効果により与えることを可能にする任意の
方法によって得ることができる。

特に、１５０ｚｚｍ未満の幅及び深さを持つ帯域が融解
によって生成するように的確に焦点法めされた電子ビー
ム及びレーザー光のような高エネルギー放射線を用いる
ことができる。

マイクロプロセツサを用いて鋳物及びビームの相対的移
動を制御することによって、軸に沿った形状（アクシア
ル）、円、らせん又は池の任意の形状の帯を容易に得る
ことができる。

例えば、ＩＸ　１０’ワット／ｃｍ２を超える電力密度
を与えるべく十分に焦点ぎめされた１８ワツトの出力を
もつ通常のアルゴンレーザービームによれば、アルミニ
ウムーシリコン（ケイ素）合金鋳物の表面上に５１５　
ｊｂｙｒをビームの作用にｌＸｌ０−’秒未満の間さら
し、ビームを鋳物に対して移動させ、その結果一連の平
行経路を二つの垂直方向に描かせることによって、幅；
）０μｆ１で相互に１００μｒｌＩのｊ、ｌｌｉ離で隔
てられたバンドから成る四角な網目の格子を得ることが
できることか証明された。しかし、多数のビームを発射
しつるエネルギ源を用いることも可能で、その結果網目
構造はより実際的な方法で得ることができる。

こうして、微細なスゲールで、より柔らかな型（ｍａｔ
ｒｉｃｅ）に挿入された堅い材料によって構成された表
面から成る互いに分配された１群の小さい被処理帯域く
幅〈１５０μｍ）を得ることができることが証明された
。このように処理された鋳物は表面形状の変形をごくわ
ずかしか示さなかったので、機械加工が避けられた。ア
ルミニウム合金製エンジンのライナー又はジャゲットに
この方法を適用すると、応力の緩和の結果として破壊は
なんら生じず、更にピストン／セグメントとの接触によ
るその摩擦学的挙動は、幅３０００μｍの帯域を生じる
ビームで全表面が処理されたジャゲラＩ・又はライナー
より優れていた。

本発明は、添付の図面によって説明することかできる。

第１図は、ランダムな形成とランダムに分配された福の
帯域１を示すが、どの場合にも、幅は１０〜１００ノｉ
＋ｎ、ｉ面割合５〜６０’：’、、’ｉ（表面１　＋ｎ
　ｍ　”につき）である。

第２図は、幅４０ｊＬｍをもち、相互に３６０７−ｃ：
ｎ隔でられな帯２よりなる格子メツシュに従って規則的
に配置された帯域を示す。

第３図は、寸法５０μｍをもち、互いに１００μｌｉて
られた点の形をした帯域３を示す。

第４図は、ｌｔＷ　４０　Ｂ　ｍをもち、２００μｍの
間隔で直角に交差する帯に従って分配された帯域の、Δ
−５１７０４Ｇ型（シリコン１７％、釦ｊ４２６、マグ
ネシウムく１％および残りアルミニウム）のアルミニウ
ム合盆鋳物上で得た１００倍マイクロ写真である。

第５．６及び７図は以下の具体例を説明する過程で言及
する。

（町」 同じ方法で製造したΔ−３５Ｕ３　（即ち、シリコン５
％、銅３％、残りはアルミニウムと不純物）及びΔ−５
＋−７め Ｕ３Ｏ（Ｓｉ１７％、Ｃｕ４（３，６、Ｍｇ＜１％）の
鋳物を、両方１合金型をもつ２つのバッチ１および２に
細分割した。

バッチ１は、先行技術の帯域を得るためレーザー処理に
１寸し、バッチ２は本発明ζ゛Ｐ域を得るため別のレー
ザー処理に付した。これらの処理の条ｒｔ−は次の通り
である。

バッチ１　バッチ２ レーザービーム　　　　ＣＯ２＾ｒ 比出力ワット）　　　　　　２５００　　　１８ビ一ム
幅（μｍ）　　　　　　１０００　　　２０電力密度（
ワラ）　７ｃｍ２）　　２．５ｘ　１０６７Ｘ　１０’
処理時間（秒）　　　　　　６／１００　　１／４０処
理帯域幅（μｍ）　　　と３０００　　　＝４０処理帯
域深さくμｍ）　　　≧２６００：、ｔ２０以下の知見
が得られた： 帯域４を２５倍の断面で示す第５図のバッチ１の場合は
、巨視的なレリーフが帯域の幅全体にわたって広がり、
その振幅は１００ノｌＩｌに］ｒするので、鋳物の再加
工が必要であり、帯域５を１０００倍の断面で示す第６
図のバッチ２では巨視的なレリーフはなく微細な鋳膚不
良が少し生じるだけで再加工は必要でない。

第５及び６図では、帯域の正確な（ｉ置ぎめとその寸法
の測定とを可能ならしめる急激な構造の変（ヒを見るこ
とらできる。両方のバッチで、２００　’Ｊ超えるビッ
カース硬さが帯域内で測定され、帯域間て’ｄ８０であ
った。

しかし、本発明の幅と深さの制限された帯域分もつ鋳物
の表面形状の変形程度は加工をｅ−要としないほどのも
のである。

同じ型の別の鋳物は電気分解により鉄の被膜であらかじ
め覆っておいたが、その量は、融解後、表面に１５％鉄
合金を（１ミりうるほどのものであった。

これらの鋳物もまた２つのハツチに分配され、これらは
被処理帯域の配列を除いて先に述べたものとおなし処理
を受けた。

即ち、バンチ１の鋳物の表面は一方向の平行なハンドに
そって処理され、これらの・バンドは重なり（バッチ１
△）、あるいは重ならず（バッチＩＢ、パン１【間距離
は２０００μＩｎ）、ハツチ２の表面は直角に交差する
相互に２００μｍ隔てられた平行なバンドのネットワー
ク（網口状）にそって処理された。

表面を顕微鏡検査することによって、いくつかの場合に
、バッチＩＡ及びＩＢの処理帯域はクラック６（第７図
）を生じ、バッチ２（第６図）はクラックを生じないこ
とが判明した。

別の一連のテストでは、鉄はニッケルの電気化学沈着層
ととりかえられ、その結果融解後表面に１０％ニッケル
゛合金が生じ、２つのバッチの鋳物はカメロン−プリン
ト（ＣＡＭＥＲＯＮ　−ＰＬＩＮＴン摩１塁計を用いた
摩擦−摩耗測定を受けた。この摩擦計はフェロクロムの
セグメントによって借成され、これを被検面に押し付け
、往復運動をさせて、内燃機関のビス１〜ン及びジャケ
ラ１〜に挿入されたセグメント間に生じる摩擦を概略的
にシミュレー１〜する。

Ｕ下の場合は、負荷１００Ｎ、鋳造温度１００℃、運動
周期１２１１　ｚ及びテスト時間３０分であった。表面
はＮｅｕＬｒａｌ１５０型オイルてあらかじフォイルし
た。ハッチ１の鋳物はすぐ損傷しく被処理面からの〉１
μ謡の大形破片の、７ｉ１Ｊ落）、これはフェロクロム
セグメントにも及んだ。しかし、バッチ２の鋳物の場合
には、目に見える程の破損や測定できる程の重量損失は
なかった。

本発明は摩擦を受ける鋳物、例えば機械部品（エンジン
ジャケットとビスｌ−ン、弁座、ブレーキディスク及び
ドラム、ノツチ付駆動プーリー、グイプレート、歯車、
ダイ、駆動＠軸受け、ボールベアリング、等）及び摩擦
と通電とが同時に起こる電気接続部（コネクタ、スライ
ド接点、電気モーター整流子、等）の製造に使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２及び３図は、本発明によって鋳物の活動面上に
作られた帯域の様々な配列ひ示す説明図、第４図は、本
発明鋳物の領域の一部のマイクロ写真、第５．６及び７
図は、先行技術（第５及び７図）と、本発明く第６図）
による鋳物のミクロ断面図である。 １．３，４．５・・・・・・帯域、２・・・・・・バン
ド、６・・・・・・クラック。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）局部融解効果によって硬化した帯域が適当に分配
   されて構成された少なくとも一つの耐摩耗領域を少なく
   とも一つの面の表面にもつアルミニウム又はその合金か
   ら作られた鋳物であって、前記帯域がその長さと形がど
   のようであれ、３〜１５０μｍの幅と深さをもち、更に
   一つの領域で１ｍｍ＾２中に帯域が占める表面割合が５
   〜６０％であることを特徴とする鋳物。
2. （２）帯域が交差するとき、前記帯域の重なる表面割合
   が一つの領域１ｍｍ＾２中の帯域の全表面の５０％未満
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の鋳物。
3. （３）帯域が１０〜１００μｍの深さと幅をもつことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の鋳物。
4. （４）帯域が、ランダムな方向をもちかつ２０〜１００
   ０μｍの距離で相互に隔てられた連続バンドの形に配列
   されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の鋳物。
5. （５）帯域が平行なバンドの少なくとも１つの網目の形
   に配列されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ４項に記載の鋳物。
6. （６）帯域が、ランダムな方向をもちかつその長さに応
   じてさらに相互に２０〜１０００μｍの距離だけ分離さ
   れた不連続バンドの形に配列されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項に記載の鋳物。
7. （７）帯域が平行なバンドの少なくとも１つの網目の形
   に配列されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ６項に記載の鋳物。
8. （８）合金から形成されており、その摩擦学的特性は表
   面融解処理によって改良し得ることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載の鋳物。
9. （９）帯域が、母材金属より優れた摩擦学的特性を得る
   ように別の元素又は化合物が添加された母材金属合金か
   ら形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の鋳物。
10. （１０）添加化合物が鉄又はニッケル又はその化合物で
    あることを特徴とする、特許請求の範囲第９項に記載の
    鋳物。
11. （１１）焦点を合わせたレーザー光をあてて融解により
    １５０μｍ未満の幅と深さをもつ帯域を作ることを特徴
    とする、特許請求の範囲第１項に記載の金属鋳物を得る
    ための方法。