JPH06172903A - 高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料 - Google Patents
高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料Info
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- JPH06172903A JPH06172903A JP4324030A JP32403092A JPH06172903A JP H06172903 A JPH06172903 A JP H06172903A JP 4324030 A JP4324030 A JP 4324030A JP 32403092 A JP32403092 A JP 32403092A JP H06172903 A JPH06172903 A JP H06172903A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】製品材料として耐熱性、耐摩耗性を有し鍛造性
を改善する。 【構成・作用】マトリックスを100重量%としたとき
重量%で、Ni:2〜15%、Si:0.2〜15%、
Fe:0.6〜8.0%と、Cu:0.6〜5.0%お
よびMg:0.5〜3%の1種または2種ただしCu+
Mg≦6%と、Zr:0.3〜3%およびMo:0.3
〜3%の1種または2種ただしZr+Mo≦4%とを含
み、残部が不可避不純物とAlからなる耐熱アルミニウ
ム合金をマトリックスとし、該マトリックスを含む複合
材料全体を100重量%としたとき窒化物、硼化物の粒
子の1種または2種以上が合計で0.5〜10重量%該
マトリックスに分散し、粉末冶金法により製造されてい
る高耐熱、耐摩耗性アルミニウム基複合材料。この複合
材料を使用し、焼結法で合金とすれば、常温での強度が
500MPa以上、150℃で450MPa以上あり、
限界据込率も60%以上で、比摩耗量が1.2×10-7
以下のアルミニウム基複合材料が得られる。
を改善する。 【構成・作用】マトリックスを100重量%としたとき
重量%で、Ni:2〜15%、Si:0.2〜15%、
Fe:0.6〜8.0%と、Cu:0.6〜5.0%お
よびMg:0.5〜3%の1種または2種ただしCu+
Mg≦6%と、Zr:0.3〜3%およびMo:0.3
〜3%の1種または2種ただしZr+Mo≦4%とを含
み、残部が不可避不純物とAlからなる耐熱アルミニウ
ム合金をマトリックスとし、該マトリックスを含む複合
材料全体を100重量%としたとき窒化物、硼化物の粒
子の1種または2種以上が合計で0.5〜10重量%該
マトリックスに分散し、粉末冶金法により製造されてい
る高耐熱、耐摩耗性アルミニウム基複合材料。この複合
材料を使用し、焼結法で合金とすれば、常温での強度が
500MPa以上、150℃で450MPa以上あり、
限界据込率も60%以上で、比摩耗量が1.2×10-7
以下のアルミニウム基複合材料が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バルブスプリングリテ
ナー、インテークバルブ、ピストン等の自動車、航空機
等のエンジン部品に適用して有用な、靱性、耐摩耗性と
ともに高温強度、耐クリープ特性に優れる高耐熱・高耐
摩耗性アルミニウム基複合材料に関する。
ナー、インテークバルブ、ピストン等の自動車、航空機
等のエンジン部品に適用して有用な、靱性、耐摩耗性と
ともに高温強度、耐クリープ特性に優れる高耐熱・高耐
摩耗性アルミニウム基複合材料に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金は、軽量で加工性に優
れているので、古くから航空機あるいは自動車の構造用
材料として用いられている。従来のアルミニウム合金の
うち、耐熱性に優れるものとしては、JIS2024、
2018等のAl−Cu−Mg系合金が知られている。
れているので、古くから航空機あるいは自動車の構造用
材料として用いられている。従来のアルミニウム合金の
うち、耐熱性に優れるものとしては、JIS2024、
2018等のAl−Cu−Mg系合金が知られている。
【0003】また、Niを5重量%(以下、単に%とい
う。)以上含むAl−Ni系合金(軽金属学会主催、A
l合金の粉末冶金技術シンポジウム(昭和62年3月9
日開催)予稿集第58頁、第70頁)が提案されてい
る。同様に、特開平2−149629、特開平2−14
9631、特開平2−149632、特開平2−149
633号公報には、Niを8%以上含み、鋳造法で製造
したAl−Ni−Si−Cu−Mg系合金からなる「耐
摩耗性及び熱伝導性に優れた低熱膨張アルミニウム合
金」が開示されている。
う。)以上含むAl−Ni系合金(軽金属学会主催、A
l合金の粉末冶金技術シンポジウム(昭和62年3月9
日開催)予稿集第58頁、第70頁)が提案されてい
る。同様に、特開平2−149629、特開平2−14
9631、特開平2−149632、特開平2−149
633号公報には、Niを8%以上含み、鋳造法で製造
したAl−Ni−Si−Cu−Mg系合金からなる「耐
摩耗性及び熱伝導性に優れた低熱膨張アルミニウム合
金」が開示されている。
【0004】さらに、特公平2−56401号公報に
は、7.7〜15%のNiと、15〜25%のSiとを
含み、Si結晶粒の大きさを15μm以下としたAl−
Ni−Si系合金粉末からなる「耐熱耐摩耗性高力アル
ミニウム合金粉末」が開示されている。
は、7.7〜15%のNiと、15〜25%のSiとを
含み、Si結晶粒の大きさを15μm以下としたAl−
Ni−Si系合金粉末からなる「耐熱耐摩耗性高力アル
ミニウム合金粉末」が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】自動車用エンジンには
高出力化が要求され、このためインテークバルブなどの
エンジン部品用の材料は、300℃で引張強度が200
MPa以上必要とされる。かかる観点からは、上記JI
S2024、2018等のAl−Cu−Mg系合金は、
常温での引張強度は優れるものの、200℃の高温では
引張強度が高々300MPa、300℃の高温では引張
強度が150MPaであり、近年の自動車等のエンジン
部品にこれらAl−Cu−Mg系合金を適用することは
できない。また、上記のAl−Ni系合金及びAl−N
i−Si−Cu−Mg系合金では、組織中に生成された
NiAl3 金属間化合物により、耐熱性及び耐摩耗性が
改善されているものの、鋳造法により製品を製造するこ
ととなるため、製品におけるNiAl3 金属間化合物の
粒径が10μm程度と大きくなり、常温で高々380M
Pa、300℃の高温では引張強度が160MPaに低
下することが明らかとなった。このため、かかるアルミ
ニウム合金でも、近年の自動車等のエンジン部品として
適用することが困難である。
高出力化が要求され、このためインテークバルブなどの
エンジン部品用の材料は、300℃で引張強度が200
MPa以上必要とされる。かかる観点からは、上記JI
S2024、2018等のAl−Cu−Mg系合金は、
常温での引張強度は優れるものの、200℃の高温では
引張強度が高々300MPa、300℃の高温では引張
強度が150MPaであり、近年の自動車等のエンジン
部品にこれらAl−Cu−Mg系合金を適用することは
できない。また、上記のAl−Ni系合金及びAl−N
i−Si−Cu−Mg系合金では、組織中に生成された
NiAl3 金属間化合物により、耐熱性及び耐摩耗性が
改善されているものの、鋳造法により製品を製造するこ
ととなるため、製品におけるNiAl3 金属間化合物の
粒径が10μm程度と大きくなり、常温で高々380M
Pa、300℃の高温では引張強度が160MPaに低
下することが明らかとなった。このため、かかるアルミ
ニウム合金でも、近年の自動車等のエンジン部品として
適用することが困難である。
【0006】一方、上記のAl−Ni−Si系合金粉末
では、焼結法により製品を製造することとなる。すなわ
ち、一定組成の合金原料を溶解、噴霧して上記Al−N
i−Si系合金粉末とし、このAl−Ni−Si系合金
粉末を冷間予備成形、押出、鍛造することにより製品が
得られる。このため、このAl−Ni−Si系合金粉末
では、NiAl3 金属間化合物の粒径が4μm以下であ
り、耐摩耗性に優れるとともに、引張強度も常温で51
0MPa、250℃で345MPaが得られる。しか
し、一般に自動車等のエンジン部品では充分な押出比
(押出前後の断面積比)を取れない場合もある。
では、焼結法により製品を製造することとなる。すなわ
ち、一定組成の合金原料を溶解、噴霧して上記Al−N
i−Si系合金粉末とし、このAl−Ni−Si系合金
粉末を冷間予備成形、押出、鍛造することにより製品が
得られる。このため、このAl−Ni−Si系合金粉末
では、NiAl3 金属間化合物の粒径が4μm以下であ
り、耐摩耗性に優れるとともに、引張強度も常温で51
0MPa、250℃で345MPaが得られる。しか
し、一般に自動車等のエンジン部品では充分な押出比
(押出前後の断面積比)を取れない場合もある。
【0007】セラミックス粒子や繊維を分散させたMM
C(金属基複合材料)は、一般に高温強度が高いが、鍛
造性、伸びが低い。また鍛造性を良くしようとすると、
逆に高温強度が低下する。そこで高温強度と鍛造性を両
立させるには、適切なマトリックスを選定することが必
要である。本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、鍛造性、安定した耐摩耗性および特に高
温での引張強度、降伏強度に優れる製品を製造できるア
ルミニウム基複合材料を提供することを目的とする。
C(金属基複合材料)は、一般に高温強度が高いが、鍛
造性、伸びが低い。また鍛造性を良くしようとすると、
逆に高温強度が低下する。そこで高温強度と鍛造性を両
立させるには、適切なマトリックスを選定することが必
要である。本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、鍛造性、安定した耐摩耗性および特に高
温での引張強度、降伏強度に優れる製品を製造できるア
ルミニウム基複合材料を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、高Niおよ
び高Siのアルミニウム合金にFeおよびCuの少なく
とも1種を配合することにより優れた耐熱アルミニウム
合金が得られることを知り、かかる合金について研究を
進めた。そして特定の組成割合のアルミニウム合金をマ
トリックスとして、これに窒化物、硼化物の粒子を分散
させた金属基複合材料は、高温度での引張強度および伸
度に優れ、鍛造性、耐摩耗性が高いことを発見・確認し
たものである。
び高Siのアルミニウム合金にFeおよびCuの少なく
とも1種を配合することにより優れた耐熱アルミニウム
合金が得られることを知り、かかる合金について研究を
進めた。そして特定の組成割合のアルミニウム合金をマ
トリックスとして、これに窒化物、硼化物の粒子を分散
させた金属基複合材料は、高温度での引張強度および伸
度に優れ、鍛造性、耐摩耗性が高いことを発見・確認し
たものである。
【0009】本発明のアルミニウム基複合材料は、マト
リックスを100重量%としたとき重量%で、Ni:2
〜15%、Si:0.2〜15%、Fe:0.6〜8.
0%と、Cu:0.6〜5.0%およびMg:0.5〜
3%の1種または2種ただしCu+Mg≦6%と、Z
r:0.3〜3%およびMo:0.3〜3%の1種また
は2種ただしMo+Zr≦4%とを含み、残部が不可避
不純物とAlからなる耐熱アルミニウム合金をマトリッ
クとし、該マトリックスを含む複合材料全体を100重
量%としたとき窒化物、硼化物の粒子の1種または2種
以上が合計で0.5〜10重量%該マトリックスに分散
し、粉末冶金法により製造されていることを特徴とす
る。
リックスを100重量%としたとき重量%で、Ni:2
〜15%、Si:0.2〜15%、Fe:0.6〜8.
0%と、Cu:0.6〜5.0%およびMg:0.5〜
3%の1種または2種ただしCu+Mg≦6%と、Z
r:0.3〜3%およびMo:0.3〜3%の1種また
は2種ただしMo+Zr≦4%とを含み、残部が不可避
不純物とAlからなる耐熱アルミニウム合金をマトリッ
クとし、該マトリックスを含む複合材料全体を100重
量%としたとき窒化物、硼化物の粒子の1種または2種
以上が合計で0.5〜10重量%該マトリックスに分散
し、粉末冶金法により製造されていることを特徴とす
る。
【0010】本発明のアルミニウム基複合材料を構成す
るマトリックスに重量%(以下、特にことわりのないか
ぎり%は重量%を意味する。)でTi:0.5〜4.0
%を含むことができる。このアルミニウム基複合材料
は、上記の組成のマトリックスを構成する耐熱アルミニ
ウム合金を溶解、噴霧して製造した微粉末に、窒化物、
硼化物の微粉末を均一に混合して混合粉末とし、この混
合粉末を加圧成形した後、焼結するという粉末冶金法に
より製造できる。通常この混合粉末をケースに入れ、こ
の状態で冷間予備成形(CIP等)、熱間押出すること
でなされる。
るマトリックスに重量%(以下、特にことわりのないか
ぎり%は重量%を意味する。)でTi:0.5〜4.0
%を含むことができる。このアルミニウム基複合材料
は、上記の組成のマトリックスを構成する耐熱アルミニ
ウム合金を溶解、噴霧して製造した微粉末に、窒化物、
硼化物の微粉末を均一に混合して混合粉末とし、この混
合粉末を加圧成形した後、焼結するという粉末冶金法に
より製造できる。通常この混合粉末をケースに入れ、こ
の状態で冷間予備成形(CIP等)、熱間押出すること
でなされる。
【0011】本発明の耐熱アルミニウム合金のマトリッ
クスを構成するアルミニウム以外の元素の配合割合およ
び作用を以下に説明する。なお、%はマトリックスを1
00%としたものである。 〔Ni:2〜15%〕Niは、Alとともに、NiAl
3 等の金属間化合物をつくる。これら金属間化合物は高
温でも安定であり、合金の耐摩耗性と高温強度に寄与す
る。特にNiAl3 金属間化合物は、硬さもより低く、
靱性により富む。
クスを構成するアルミニウム以外の元素の配合割合およ
び作用を以下に説明する。なお、%はマトリックスを1
00%としたものである。 〔Ni:2〜15%〕Niは、Alとともに、NiAl
3 等の金属間化合物をつくる。これら金属間化合物は高
温でも安定であり、合金の耐摩耗性と高温強度に寄与す
る。特にNiAl3 金属間化合物は、硬さもより低く、
靱性により富む。
【0012】このため、Niは高温強度を確保するマト
リックス硬化剤として2%以上添加することが必要であ
る。またNiが15%を超えるとマトリックスの高温強
度は確保できるが粗大結晶の析出により加工性、伸びが
低下し鍛造性が低下するので好ましくない。 〔Si:0.2〜15%〕Al中に微細なSiを分散さ
せた合金は、高温強度、耐摩耗性に優れることは、A3
90合金等で知られている。
リックス硬化剤として2%以上添加することが必要であ
る。またNiが15%を超えるとマトリックスの高温強
度は確保できるが粗大結晶の析出により加工性、伸びが
低下し鍛造性が低下するので好ましくない。 〔Si:0.2〜15%〕Al中に微細なSiを分散さ
せた合金は、高温強度、耐摩耗性に優れることは、A3
90合金等で知られている。
【0013】急冷凝固粉末冶金法によりアルミニウム合
金をマトリックスとする複合材料を製造する場合には、
Siを15%を超えて配合すると、急冷凝固法で合金粉
末を製造した場合でも、製品に粗大な初晶Siが晶出し
て好ましくない。Siの量が0.2%未満では添加効果
が認められないので好ましくない。 〔Fe:0.6〜8.0%〕一般にはFeの添加は好ま
しくなく、含まれていても0.5%以下であることが望
ましいとされている。しかし、発明者らの実験結果で
は、Feを配合することにより、得られるマトリックス
の常温強度及び300℃の高温強度が向上することが判
明した。Feが0.6%未満の配合では、マトリックス
の常温強度及び300℃の高温強度向上の効果が少な
く、Feを8%を超えて配合すると、マトリックスが脆
くなる。
金をマトリックスとする複合材料を製造する場合には、
Siを15%を超えて配合すると、急冷凝固法で合金粉
末を製造した場合でも、製品に粗大な初晶Siが晶出し
て好ましくない。Siの量が0.2%未満では添加効果
が認められないので好ましくない。 〔Fe:0.6〜8.0%〕一般にはFeの添加は好ま
しくなく、含まれていても0.5%以下であることが望
ましいとされている。しかし、発明者らの実験結果で
は、Feを配合することにより、得られるマトリックス
の常温強度及び300℃の高温強度が向上することが判
明した。Feが0.6%未満の配合では、マトリックス
の常温強度及び300℃の高温強度向上の効果が少な
く、Feを8%を超えて配合すると、マトリックスが脆
くなる。
【0014】〔Cu:0.6〜5.0%〕Cuは、耐熱
アルミニウム合金に時効硬化を付与し、マトリックスを
強化する。Cuが0.6%以上の配合でマトリックスの
常温強度向上の効果があり、Cuを5%を超えて配合す
ると、粗大な晶出物が生成し、マトリックスの高温強度
を低下させる。但し、Cuと下述のMgとは、少なくと
も1種が含有され、Mg及びCuの合計量が6%以下で
あれば、マトリックスの鍛造性が保持できる。
アルミニウム合金に時効硬化を付与し、マトリックスを
強化する。Cuが0.6%以上の配合でマトリックスの
常温強度向上の効果があり、Cuを5%を超えて配合す
ると、粗大な晶出物が生成し、マトリックスの高温強度
を低下させる。但し、Cuと下述のMgとは、少なくと
も1種が含有され、Mg及びCuの合計量が6%以下で
あれば、マトリックスの鍛造性が保持できる。
【0015】〔Mg:0.5〜3.0%〕一般にMg
は、Cu同様、Al合金を強化する成分として知られて
いる。Mgの量が3%を超えると粗大化合物が析出して
鍛造性が低下するので好ましくない。但し、上述のCu
とMgとは少なくとも1種が配合され、その合計量が6
%以下であれば添加効果を保持することができる。
は、Cu同様、Al合金を強化する成分として知られて
いる。Mgの量が3%を超えると粗大化合物が析出して
鍛造性が低下するので好ましくない。但し、上述のCu
とMgとは少なくとも1種が配合され、その合計量が6
%以下であれば添加効果を保持することができる。
【0016】〔Zr:0.3〜3.0%〕Zrは、高温
強度および耐クリープ性を改善する添加元素として知ら
れている。即ち、本発明のマトリックスにZr:0.3
〜3.0%を配合すると、マトリックスの靱性が効果的
に向上する。Zrが0.3%未満の添加では靱性向上の
効果が少なく、Zrを3.0%を超えて添加すると粗大
な金属間化合物(ZrAl 3 )を晶出し、望ましくな
い。
強度および耐クリープ性を改善する添加元素として知ら
れている。即ち、本発明のマトリックスにZr:0.3
〜3.0%を配合すると、マトリックスの靱性が効果的
に向上する。Zrが0.3%未満の添加では靱性向上の
効果が少なく、Zrを3.0%を超えて添加すると粗大
な金属間化合物(ZrAl 3 )を晶出し、望ましくな
い。
【0017】〔Mo:0.3〜3.0%〕MoもまたZ
rと同様に、同じ添加量で耐熱性を改善できる元素であ
るが、本発明では、Zr,Moのうちの少なくとも1種
を4%以下添加することで上記鍛造性、耐クリープ特性
を確保することができる。そして、ZrとMoは少なく
とも1種以上添加されれば良く、MoとZrの合計量が
4%以下とする必要があるる。4%を超えるとかえって
鍛造性が低下するので好ましくない。
rと同様に、同じ添加量で耐熱性を改善できる元素であ
るが、本発明では、Zr,Moのうちの少なくとも1種
を4%以下添加することで上記鍛造性、耐クリープ特性
を確保することができる。そして、ZrとMoは少なく
とも1種以上添加されれば良く、MoとZrの合計量が
4%以下とする必要があるる。4%を超えるとかえって
鍛造性が低下するので好ましくない。
【0018】〔Ti:0.5〜4.0%〕Tiは、Zr
同様、高温強度を改善する添加元素として知られている
が、発明者らの実験結果では、マトリックスの300℃
での降伏強度を向上させることが判明した。Tiの配合
割合は0.5〜4.0%である。Tiの配合が0.5%
未満では高温における降伏強度の向上効果が少なく、T
iの配合が4.0%を超えて添加するとマトリックスの
靱性を低下させるので、望ましくない。
同様、高温強度を改善する添加元素として知られている
が、発明者らの実験結果では、マトリックスの300℃
での降伏強度を向上させることが判明した。Tiの配合
割合は0.5〜4.0%である。Tiの配合が0.5%
未満では高温における降伏強度の向上効果が少なく、T
iの配合が4.0%を超えて添加するとマトリックスの
靱性を低下させるので、望ましくない。
【0019】〔窒化物、硼化物:合計で0.5〜10
%〕窒化物、硼化物の粒子を耐熱アルミニウム合金から
なるマトリックスに分散させことにより得られるアルミ
ニウム基複合材料の耐摩耗性が向上する。この窒化物、
硼化物の量が0.5%未満の場合は、添加による耐摩耗
性の効果が認められない。また添加量が10%を超える
と、アルミニウム基複合材料の引張強度、伸び、機械加
工性が著しく低下するので好ましくない。
%〕窒化物、硼化物の粒子を耐熱アルミニウム合金から
なるマトリックスに分散させことにより得られるアルミ
ニウム基複合材料の耐摩耗性が向上する。この窒化物、
硼化物の量が0.5%未満の場合は、添加による耐摩耗
性の効果が認められない。また添加量が10%を超える
と、アルミニウム基複合材料の引張強度、伸び、機械加
工性が著しく低下するので好ましくない。
【0020】窒化物としては、たとえば、AlN、Ti
N、ZrN、BNなどが挙げられる。硼化物としては、
たとえば、TiB、NiB、MgB2 などが挙げられ
る。窒化物、硼化物は、微粉末で0.5〜20μmであ
ることが望ましい。0.5μmより小さいと粉末同士が
凝集し機械的特性が劣化する。20μmより大きいと摺
動時に粒子が割れたり脱落したりして耐摩耗性向上の効
果が少なくなるからである。
N、ZrN、BNなどが挙げられる。硼化物としては、
たとえば、TiB、NiB、MgB2 などが挙げられ
る。窒化物、硼化物は、微粉末で0.5〜20μmであ
ることが望ましい。0.5μmより小さいと粉末同士が
凝集し機械的特性が劣化する。20μmより大きいと摺
動時に粒子が割れたり脱落したりして耐摩耗性向上の効
果が少なくなるからである。
【0021】この窒化物、硼化物は、1種または2種以
上が上記の組成の耐熱アルミニウム合金に混合され粉末
冶金法で処理されることで、アルミニウム基複合材料が
製造できる。
上が上記の組成の耐熱アルミニウム合金に混合され粉末
冶金法で処理されることで、アルミニウム基複合材料が
製造できる。
【0022】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例および比較
例を示すとともに本発明をさらに詳細に説明する。な
お、実施例および比較例の組成を表1、表2に特性値を
表3、表4に示す。表1、表2のマトリックス組成の列
に示す組成の元素の前の数字は、マトリックス100%
中に占めるその元素の%量である。窒化物および硼化物
の列のそれぞれの窒化物および硼化物の前に記載された
数字は、複合材料全体を100%としたときの窒化物お
よび硼化物の%量を示す。
例を示すとともに本発明をさらに詳細に説明する。な
お、実施例および比較例の組成を表1、表2に特性値を
表3、表4に示す。表1、表2のマトリックス組成の列
に示す組成の元素の前の数字は、マトリックス100%
中に占めるその元素の%量である。窒化物および硼化物
の列のそれぞれの窒化物および硼化物の前に記載された
数字は、複合材料全体を100%としたときの窒化物お
よび硼化物の%量を示す。
【0023】表1に示す組成のAlマトリクスの溶湯を
アトマイズ法により粉末化した後、100メッシュの篩
により分級し、これに粒径1〜20μmの窒化物、硼化
物の微粉末を所定量上記のマトリクス粉末に混合して混
合粉末とした。これらの混合粉末を純Alの底付きチュ
ーブに装填して真空条件下、面圧3ton/cm2 で冷
間予備成形し、φ30mm×L80mmのプリフォーム
体を製作した。これらプリフォーム体を450℃で30
分間加熱し、比較的大きな押出比「10」で熱間押出加
工を行い、直径10mmの棒状の表1に示すNo1〜9の
9種類のアルミニウム基複合材料を得た。これらの実施
例の各アルミニウム基複合材料には、窒化物、硼化物の
粒子が耐熱アルミニウム合金マトリックス中に分散して
いる。
アトマイズ法により粉末化した後、100メッシュの篩
により分級し、これに粒径1〜20μmの窒化物、硼化
物の微粉末を所定量上記のマトリクス粉末に混合して混
合粉末とした。これらの混合粉末を純Alの底付きチュ
ーブに装填して真空条件下、面圧3ton/cm2 で冷
間予備成形し、φ30mm×L80mmのプリフォーム
体を製作した。これらプリフォーム体を450℃で30
分間加熱し、比較的大きな押出比「10」で熱間押出加
工を行い、直径10mmの棒状の表1に示すNo1〜9の
9種類のアルミニウム基複合材料を得た。これらの実施
例の各アルミニウム基複合材料には、窒化物、硼化物の
粒子が耐熱アルミニウム合金マトリックス中に分散して
いる。
【0024】
【表1】 表2に示すNo51、No52、No57、No58の
組成のアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法により粉
末化した後、100メッシュの篩により分級し、これに
をアルミニウム合金粉末とした。No53、No54、
No55は表2に示す組成のAlマトリクスの溶湯をア
トマイズ法により粉末化した後、100メッシュの篩に
より分級し、これに粒径1〜20μmの窒化物、硼化物
の微粉末を所定量上記のマトリクス粉末に混合して混合
粉末とした。No56は表2に示す組成のAlマトリク
スの溶湯をアトマイズ法により粉末化した後、100メ
ッシュの篩により分級し、これに粒径2.6μmの炭化
珪素の微粉末を15%混合して混合粉末とした。
組成のアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法により粉
末化した後、100メッシュの篩により分級し、これに
をアルミニウム合金粉末とした。No53、No54、
No55は表2に示す組成のAlマトリクスの溶湯をア
トマイズ法により粉末化した後、100メッシュの篩に
より分級し、これに粒径1〜20μmの窒化物、硼化物
の微粉末を所定量上記のマトリクス粉末に混合して混合
粉末とした。No56は表2に示す組成のAlマトリク
スの溶湯をアトマイズ法により粉末化した後、100メ
ッシュの篩により分級し、これに粒径2.6μmの炭化
珪素の微粉末を15%混合して混合粉末とした。
【0025】これらの各混合粉末を純Alの底付きチュ
ーブに装填して真空条件下、面圧3ton/cm2 で冷
間予備成形し、φ30mm×L80mmのプリフォーム
体を製作した。これらプリフォーム体を450℃で30
分間加熱し、比較的大きな押出比「10」で熱間押出加
工を行い、直径10mmの棒状の表1に示すNo51〜5
8の8種類のアルミニウム基複合材料およびアルミニウ
ム合金を得た。
ーブに装填して真空条件下、面圧3ton/cm2 で冷
間予備成形し、φ30mm×L80mmのプリフォーム
体を製作した。これらプリフォーム体を450℃で30
分間加熱し、比較的大きな押出比「10」で熱間押出加
工を行い、直径10mmの棒状の表1に示すNo51〜5
8の8種類のアルミニウム基複合材料およびアルミニウ
ム合金を得た。
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】 σ:引張強度(MPa)、YP:降伏強度(MPa)、
δ:伸び(%) 比摩耗量(mm3 /kg・mm)、限界据込率(%) 「−」は、ほぼ0で測定不可、空欄は未測定
δ:伸び(%) 比摩耗量(mm3 /kg・mm)、限界据込率(%) 「−」は、ほぼ0で測定不可、空欄は未測定
【0028】
【表4 】 σ:引張強度(MPa)、YP:降伏強度(MPa)、
δ:伸び(%) 比摩耗量(mm3 /kg・mm)、限界据込率(%) 「−」は、ほぼ0で測定不可、空欄は未測定を表す 〔評価1〕表3には実施例のNo1〜No9のアルミニ
ウム基複合材料の試料について、室温での引張強度と伸
びを、150℃での引張強度と伸びを、No8およびN
o9については300℃における引張強度と降伏強度お
よび伸びの測定を行った。結果を表3に示す。
δ:伸び(%) 比摩耗量(mm3 /kg・mm)、限界据込率(%) 「−」は、ほぼ0で測定不可、空欄は未測定を表す 〔評価1〕表3には実施例のNo1〜No9のアルミニ
ウム基複合材料の試料について、室温での引張強度と伸
びを、150℃での引張強度と伸びを、No8およびN
o9については300℃における引張強度と降伏強度お
よび伸びの測定を行った。結果を表3に示す。
【0029】表3より、実施例のNo1〜9のアルミニ
ウム基複合材は、いづれも常温(RT)における引張強
度(σ)が500MPaを超え、150℃においても4
50MPaを超えている。したがって、本実施例の各試
料は耐熱強度が向上していることを示している。比較例
も、表4に示すようにNo51〜58の各試料について
室温での引張強度と伸びを、150℃での引張強度と伸
びを、No53〜58については300℃における引張
強度と降伏強度および伸びの測定を行った。
ウム基複合材は、いづれも常温(RT)における引張強
度(σ)が500MPaを超え、150℃においても4
50MPaを超えている。したがって、本実施例の各試
料は耐熱強度が向上していることを示している。比較例
も、表4に示すようにNo51〜58の各試料について
室温での引張強度と伸びを、150℃での引張強度と伸
びを、No53〜58については300℃における引張
強度と降伏強度および伸びの測定を行った。
【0030】比較例No51、No52、No57、N
o58は本発明のマトリックス組成と同じであり常温の
引張強度(σ)は500Mpaを超え、150℃におい
ても450MPaを超えている。比較例No51のアル
ミニウム合金は、実施例No1のマトリクス組成と同じ
であり、同様にNo52はNo2とNo57はNo8と
No58はNo9のマトリクス組成と同じであり、強度
的にはほぼ同じレベルであり窒化物、硼化物を添加した
ことによる強度への著しい悪影響は認められない。
o58は本発明のマトリックス組成と同じであり常温の
引張強度(σ)は500Mpaを超え、150℃におい
ても450MPaを超えている。比較例No51のアル
ミニウム合金は、実施例No1のマトリクス組成と同じ
であり、同様にNo52はNo2とNo57はNo8と
No58はNo9のマトリクス組成と同じであり、強度
的にはほぼ同じレベルであり窒化物、硼化物を添加した
ことによる強度への著しい悪影響は認められない。
【0031】比較例No53、No54はAl,Niお
よびSiのみからなるマトリックスに窒化物、硼化物を
配合した場合で、常温での引張強度(σ)が500PM
a以下で150℃も450PMa以下である。また、比
較例のNo55のZrまたはMoを含まないマトリック
スに窒化物を添加した場合も常温での引張強度(σ)が
500PMa以下で150℃も450PMa以下で、引
張強度(σ)が不充分である。比較例のNo56は、マ
トリックス中にNi、Fe、Si(わずか0.6%)お
よびZrまたはMoを含まないため常温および150℃
の引張強度(σ)が400MPa以下と低い。
よびSiのみからなるマトリックスに窒化物、硼化物を
配合した場合で、常温での引張強度(σ)が500PM
a以下で150℃も450PMa以下である。また、比
較例のNo55のZrまたはMoを含まないマトリック
スに窒化物を添加した場合も常温での引張強度(σ)が
500PMa以下で150℃も450PMa以下で、引
張強度(σ)が不充分である。比較例のNo56は、マ
トリックス中にNi、Fe、Si(わずか0.6%)お
よびZrまたはMoを含まないため常温および150℃
の引張強度(σ)が400MPa以下と低い。
【0032】さらに実施例No8は、Tiを1%添加し
たため、300℃の降伏点がTiを含まない実施例No
9に比べて向上している。したがって、本発明のAlマ
トリックス組成とすることで所期の強度を得ることがで
きる。 〔評価2〕表1、表2に示す組成であって、評価1と同
様にして得た各焼結体からなるアルミニウム基複合材料
およびアルミニウム合金から、φ10mm×15mmの
テストピースT/Pを切削して各5〜8本準備した。そ
して、図1に示すように、各テストピースT/Pを金型
間に挟持し、450℃で、鍛造速度;70mm/秒によ
り据込率を変え、限界据込率(%)を求める鍛造試験を
おこなった。結果を表3、表4に示す。
たため、300℃の降伏点がTiを含まない実施例No
9に比べて向上している。したがって、本発明のAlマ
トリックス組成とすることで所期の強度を得ることがで
きる。 〔評価2〕表1、表2に示す組成であって、評価1と同
様にして得た各焼結体からなるアルミニウム基複合材料
およびアルミニウム合金から、φ10mm×15mmの
テストピースT/Pを切削して各5〜8本準備した。そ
して、図1に示すように、各テストピースT/Pを金型
間に挟持し、450℃で、鍛造速度;70mm/秒によ
り据込率を変え、限界据込率(%)を求める鍛造試験を
おこなった。結果を表3、表4に示す。
【0033】なお、限界据込率(%)は、εhc=(h0
−hc )×100/h0 により求めた。実施例No1〜
9はいずれも鍛造性を示す限界据込率(450℃)が6
0%以上あり鍛造性に優れている。一方比較例ではNo
51、No52およびNo56が限界据込率(450
℃)が60%以上あり鍛造性に優れている。しかし、窒
化物、硼化物を含むNo53、No54はマトリックス
のNiが15%、Siが20%のため限界据込率が50
%以下であり、他は測定できなかった。また比較例No
55は、マトリックスのNiが10%、Siが25%で
あり、300℃の伸びが0.2%であり、限界据込率が
かなり低くなることは容易に類推される。したがって、
Alマトリックスに窒化物、硼化物を配合するのみでは
鍛造性は向上しない。マトリックス組成の設定が必要で
有ることを示している。
−hc )×100/h0 により求めた。実施例No1〜
9はいずれも鍛造性を示す限界据込率(450℃)が6
0%以上あり鍛造性に優れている。一方比較例ではNo
51、No52およびNo56が限界据込率(450
℃)が60%以上あり鍛造性に優れている。しかし、窒
化物、硼化物を含むNo53、No54はマトリックス
のNiが15%、Siが20%のため限界据込率が50
%以下であり、他は測定できなかった。また比較例No
55は、マトリックスのNiが10%、Siが25%で
あり、300℃の伸びが0.2%であり、限界据込率が
かなり低くなることは容易に類推される。したがって、
Alマトリックスに窒化物、硼化物を配合するのみでは
鍛造性は向上しない。マトリックス組成の設定が必要で
有ることを示している。
【0034】本発明の複合材料の鍛造性が優れているの
は、Ni、Si、Fe(特にSi)の添加量をそれぞれ
15%、15%、8%以下としたことによる。 〔評価3〕次にこれら実施例1〜9のアルミニウム基複
合材料および比較例51〜58のアルミニウム合金につ
いて摩耗試験を行なった。摩耗量はLFW試験機を使用
して油中に没漬したリング状相手材をSUJ2とし、こ
れに荷重150N、時間15分、すべり速度18m/分
で試験片を押し付けた試験条件で測定した。
は、Ni、Si、Fe(特にSi)の添加量をそれぞれ
15%、15%、8%以下としたことによる。 〔評価3〕次にこれら実施例1〜9のアルミニウム基複
合材料および比較例51〜58のアルミニウム合金につ
いて摩耗試験を行なった。摩耗量はLFW試験機を使用
して油中に没漬したリング状相手材をSUJ2とし、こ
れに荷重150N、時間15分、すべり速度18m/分
で試験片を押し付けた試験条件で測定した。
【0035】結果を、表3および表4に示す。表3より
実施例No1〜9の試料の比摩耗量(LFW試験)は
1.3×10-7mm3 /kg・mm以下であり、高温強
度、鍛造性、耐摩耗性とバランスのとれたアルミニウム
基複合材料である。窒化物、硼化物を含まない比較例N
o51、No52およびNo56は、表4より鍛造性を
示す限界据込率(450℃)は75%以上あり良いが、
比摩耗量が4.0×10-7と大きく耐摩耗性が低い。比
較例No53、No54は窒化物、硼化物を含むので比
摩耗量が2×10-9、3×10-9と耐摩耗性は良いが鍛
造性の良否を示す限界据込率が40.5%,45.0%
と低くい。
実施例No1〜9の試料の比摩耗量(LFW試験)は
1.3×10-7mm3 /kg・mm以下であり、高温強
度、鍛造性、耐摩耗性とバランスのとれたアルミニウム
基複合材料である。窒化物、硼化物を含まない比較例N
o51、No52およびNo56は、表4より鍛造性を
示す限界据込率(450℃)は75%以上あり良いが、
比摩耗量が4.0×10-7と大きく耐摩耗性が低い。比
較例No53、No54は窒化物、硼化物を含むので比
摩耗量が2×10-9、3×10-9と耐摩耗性は良いが鍛
造性の良否を示す限界据込率が40.5%,45.0%
と低くい。
【0036】したがって、強度、耐熱性、鍛造性、耐摩
耗性のバランスのとれたアルミニウム基複合材料とする
には、マトリックス組成の選定と窒化物、硼化物の配合
量を特定することが必要である。したがって、上記の評
価により、実施例No1〜9のアルミニウム基複合材料
の粉末を焼結法により製造したアルミニウム基複合材料
は、軽量であるとともに、耐摩耗性、鍛造性、常温およ
び高温での引張強度に優れている。
耗性のバランスのとれたアルミニウム基複合材料とする
には、マトリックス組成の選定と窒化物、硼化物の配合
量を特定することが必要である。したがって、上記の評
価により、実施例No1〜9のアルミニウム基複合材料
の粉末を焼結法により製造したアルミニウム基複合材料
は、軽量であるとともに、耐摩耗性、鍛造性、常温およ
び高温での引張強度に優れている。
【0037】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアルミニ
ウム基複合材料は、所定量のNi、Si、Fe、Cuお
よびMg、ZrおよびMoを含有したアルミニウム合金
をマトリックスとして使用しているため、軽量であると
ともに、窒化物、硼化物の粒子がマトリックス中に分散
しているので耐摩耗性が優れ、かつ窒化物、硼化物の粒
子が分散されていないマトリックスからなるアルミニウ
ム合金とほぼ類似した強度を有する。
ウム基複合材料は、所定量のNi、Si、Fe、Cuお
よびMg、ZrおよびMoを含有したアルミニウム合金
をマトリックスとして使用しているため、軽量であると
ともに、窒化物、硼化物の粒子がマトリックス中に分散
しているので耐摩耗性が優れ、かつ窒化物、硼化物の粒
子が分散されていないマトリックスからなるアルミニウ
ム合金とほぼ類似した強度を有する。
【0038】したがって、本発明のアルミニウム基複合
材料で例えば自動車等のエンジン部品であるバルブスプ
リングリテナー、インテークバルブ、ピストンなどの軽
量化に寄与できる。さらにこのアルミニウム基複合材料
は、安定した耐摩耗性、靱性、鍛造性を剛性、熱膨張特
性、常温強度及び高温強度を発揮することができるた
め、近年の高出力化の要請に確実に答え、かつ軽量化が
図れるので低燃費化したエンジン部品とすることができ
る。
材料で例えば自動車等のエンジン部品であるバルブスプ
リングリテナー、インテークバルブ、ピストンなどの軽
量化に寄与できる。さらにこのアルミニウム基複合材料
は、安定した耐摩耗性、靱性、鍛造性を剛性、熱膨張特
性、常温強度及び高温強度を発揮することができるた
め、近年の高出力化の要請に確実に答え、かつ軽量化が
図れるので低燃費化したエンジン部品とすることができ
る。
【図1】 評価2において限界据込率の測定方法を示す
断面模式図である。
断面模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 1/10 J 21/02 32/00 (72)発明者 三浦 宏久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山田 泰弘 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 道岡 博文 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 楠井 潤 大阪市中央区久太郎町三丁目6番8号 東 洋アルミニウム株式会社内 (72)発明者 田中 昭衛 大阪市中央区久太郎町三丁目6番8号 東 洋アルミニウム株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 マトリックスを100重量%としたとき
重量%で、Ni:2〜15%、Si:0.2〜15%、
Fe:0.6〜8.0%と、Cu:0.6〜5.0%お
よびMg:0.5〜3%の1種または2種ただしCu+
Mg≦6%と、Zr:0.3〜3%およびMo:0.3
〜3%の1種または2種ただしMo+Zr≦4%とを含
み、残部が不可避不純物とAlからなる耐熱アルミニウ
ム合金をマトリックスとし、該マトリックスを含む複合
材料全体を100重量%としたとき窒化物、硼化物の粒
子の1種または2種以上が合計で0.5〜10重量%該
マトリックスに分散し、粉末冶金法により製造されてい
ることを特徴とする高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基
複合材料。 - 【請求項2】 マトリックスを100重量%としたとき
該マトリックスは重量%で、Ti:0.5〜4.0%を
含む請求項1記載の高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基
複合材料。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04324030A JP3139649B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料 |
EP93119376A EP0600474B1 (en) | 1992-12-03 | 1993-12-01 | High heat resisting and high abrasion resisting aluminum alloy |
DE69307848T DE69307848T2 (de) | 1992-12-03 | 1993-12-01 | Hoch warmfeste und verschleissfeste Aluminiumlegierung |
US08/594,331 US5614036A (en) | 1992-12-03 | 1996-01-30 | High heat resisting and high abrasion resisting aluminum alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04324030A JP3139649B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06172903A true JPH06172903A (ja) | 1994-06-21 |
JP3139649B2 JP3139649B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=18161372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04324030A Expired - Fee Related JP3139649B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3139649B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103114230A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-05-22 | 江阴市创新气门嘴有限公司 | Tpms专用合金气门嘴及其制备方法 |
CN104294104A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-21 | 郭芙 | 一种铝合金及制备方法 |
CN104294100A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 张超 | 一种铸造铝合金的材料及制备方法 |
CN108220701A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-06-29 | 昆明理工大学 | 一种非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103203446B (zh) * | 2013-03-23 | 2015-10-07 | 广州有色金属研究院 | 一种局部陶瓷增强铝基复合耐磨件的制备方法 |
-
1992
- 1992-12-03 JP JP04324030A patent/JP3139649B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103114230A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-05-22 | 江阴市创新气门嘴有限公司 | Tpms专用合金气门嘴及其制备方法 |
CN104294100A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 张超 | 一种铸造铝合金的材料及制备方法 |
CN104294104A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-21 | 郭芙 | 一种铝合金及制备方法 |
CN108220701A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-06-29 | 昆明理工大学 | 一种非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
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JP3139649B2 (ja) | 2001-03-05 |
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Legal Events
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