JPH04325648A - アルミニウム焼結合金の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常圧焼結によりアルミ
ニウム焼結合金を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム粉末あるいはアルミニウム
合金粉末の表面には還元が不可能な強固な酸化膜が存在
しているため、アルミニウム焼結合金の製造するには、
この酸化膜を破り粉末同士の金属接触部を形成させて金
属原子の拡散を可能とさせる必要がある。

【０００３】従来、この方法は大きく次の２つの方法が
あった。

【０００４】先ず、第１の方法としては、アルミニウム
あるいは所要のアルミニウム合金組成の融点より低温側
で共晶液相を発生する合金成分を有する粉末を焼結助剤
として混合し、圧縮成形時に生成された粉末同士の金属
接触部から発生した液相が昇温過程中に発生し、アルミ
ニウム粉末表面を覆い、金属接触部の拡大を図り焼結を
進行させる方法である。例えば特開昭４７−３４００６
号には、アルミニウム粉にＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ粉末を
混合した粉末成形体を無酸化あるいは還元性雰囲気で焼
結することを特徴とする焼結合金の製造方法が開示され
ている。また、特公昭５１−１３４４４号には、焼結助
剤としてマグネシウム、亜鉛等の粉末を添加配合する方
法が開示され、さらに、特開昭５０−９６４０９号には
焼結助剤として、Ｍｇ粉末あるいはＣｕ−Ｍｇ母合金粉
末を焼結助剤として添加する方法が開示されている。同
様に特公昭６１−１７８９５号、特公昭６１−５４８５
５号、特公昭６１−６２４３号および特公昭６２−６６
２６号には、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ等の元素粉末ある
いは合金粉末として混合する方法が開示されている。

【０００５】また、Ｓｉを添加する例として、特公昭５
３−１１８２０９号には、共晶組成であるＡｌ−１１．
７Ｓｉ近傍の組成を有したＡｌ−　Ｓｉ二元合金粉末に
金属Ｓｉ粉末と必要に応じて合金元素粉末を混合してＳ
ｉを合計で２０〜５０％含有した焼結体の製造方法が開
示され、さらに、特公昭６０−３８４４２号には、Ａｌ
またはＡｌ−Ｓｉ合金粉末にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ、Ａｌ−
Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末を焼結助
剤として３０重量％未満の配合率で混合し、圧縮成形後
５５０〜　６５０℃の温度範囲で焼結することを特徴と
する２．１　％Ｓｉ以下の低Ｓｉ含有低密度焼結体の製
造方法が提唱されている。また、特開昭５３−１２８５
１２号には、Ａｌ−１０　〜３５Ｓｉ粉末にＣｕ、Ｍｇ
、Ｓｉ成分を単組成粉末あるいは合金粉末として添加配
合する高Ｓｉ含有焼結体の製造方法が示されている。他
に、特開平３−２８３３６号には、強度改善を目的とし
てＣｕを２．０　重量％以下及びＭｇを０．５　重量％
以下含有したＡｌ−１０〜４５重量％Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ
系合金粉末に潤滑剤を添加した混合粉末を、液相発生温
度以下での固相拡散により焼結させた後に再圧縮し、特
にＳｉ量が２０重量％の場合は再圧縮後に再焼結させる
高Ｓｉ焼結体の製造方法が提示されている。Ｃｕ及びＭ
ｇ量は焼結性の観点からは低い方が良く実施例中ではそ
れぞれ０．５重量％以下である。

【０００６】次に、第２の方法としては、近年に新しい
粉末冶金技術として開発されてきたアルミニウム合金の
製造法がある。これは粉末同士の結合を図るために粉末
に強力な塑性加工を加えることで粉末を塑性変形させて
粉末表面の酸化膜を分断させて金属接触部を生成させる
方法である。塑性加工方法としては、ホットプレス法、
粉末鍛造法、粉末押出法、粉末圧延法等があり、例えば
特開昭６０−１２１２０３号には、アルミニウム合金粉
末を温度２５０　〜５５０　℃で押出比４：１〜１５：
１にて押出する方法が開示され、特開昭６１−１３６６
０２号には、アルミニウム合金粉末を加熱成形後にホッ
トプレスする方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、アルミニウ
ム焼結合金を製造する上記２つの従来法には次の問題が
あった。

【０００８】先ず、焼結助剤の役割を果たす共晶液相を
発生する合成成分を有する粉末を混合し、圧縮成形後に
焼結させる前記第１の方法では、焼結助剤を混合法で分
散させるため共晶液相の発生個所が偏在し、組成的にも
濃度斑や偏析が生じ易い上、粉末の焼結状態の均質性も
悪く、粗大な気孔や流出孔が残り易いため高精度・高密
度焼結体が得難い。また、金属接触部分を増やし共晶液
相発生個所の頻度を増大させたり、寸法精度等を改善す
るために成形体密度を上げようとした際に、例えば高Ｓ
ｉ粉末等の硬い粉末の場合、高圧力が必要となる。また
、この方法で得られた焼結体は急冷凝固により生成され
た微細析出物が粗大化しており、機械的特性が塑性加工
法による焼結体に比較して大きく劣る。

【０００９】また、特開平３−２８３３６号に提示され
ている様な固相拡散により焼結させるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
−Ｍｇ系合金粉末の焼結方法は、粉末同士の結合が弱く
強度が２０ｋｇ／ｍｍ２に達しない低強度材しか得られ
ない。

【００１０】一方、前記第２の方法としての塑性加工法
による焼結は、比較的低温度域で処理できるため、急冷
凝固粉末を用いた場合、粉末の持つ急冷の効果をある程
度維持した高密度材料が得られるため特性的には優れる
ものの、設備が高価で製造コストが高い上、形状的制約
があり、従来の粉末冶金法の特徴であるニアネットシェ
イプ材の製造が困難であり材料歩留まりが低い。また、
Ａｌ−Ｓｉ系合金では材料中のＳｉ晶径が小さく、同程
度のＳｉが含有される鋳造材に比較して耐摩耗性に劣る
。

【００１１】この発明は、高精度・高密度で機械的特性
や物理的特性に優れ、かつ耐摩耗性に優れ、しかも、従
来の粉末冶金法のメリットであるニアネットシェイプ素
材を得ることができ、適当量の気孔を分布させた焼結体
とすればサイジングやコイニングによる高精度加工が可
能で、形状付与自由度の高い高精度のアルミニウム焼結
合金の製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明者らは、鋭意研
究の末、共晶反応により液相を発生させて焼結させる従
来方法の問題は、この共晶液相をＡｌ粉末あるいはＡｌ
合金粉末と焼結助剤の界面において発生させて焼結を行
なうことに起因していることが判った。そこで、全く焼
結助剤を添加混合しないで焼結させる方法を発明するこ
とで焼結助剤添加法による焼結法の問題の解決を図った
。つまり、この発明者らは、個々の粉末内に液相を生成
させることで、成形体内に高密度・均質に液相を分布さ
せるようにした。ここで、粉末内に液相を生成させるに
は、まずＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇを同時に含有する組成の溶湯
を粉末化に際して、急冷凝固させて所要の合金組成を融
点以下で液相が生じるような準安定相を形成させた粉末
を製造する。この合金はＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含有させる
ことで熱処理による強度改善も図れる合金ともなる。

【００１３】さらに引き続く研究により、上記粉末の加
熱工程中に発生した液相は、粉末表面の酸化膜を分断さ
せ金属接触部の拡大を図り焼結が進行するため、成形体
内の相状態が均質となり、低密度成形体であっても短時
間に均等に収縮し、組成斑や偏析がきわめて小さい高精
度・高密度焼結体を製造できることに成功した。しかも
、液相の生成を損なわない範囲での粉末焼鈍により粉末
を軟化させると、低圧で高密度の成形体が得ることがで
き焼結体の高精度化を図るに有効であり、特に高合金系
で粉末硬度の高い場合にはその効果が大きいことが判っ
た。

【００１４】また、上記急冷凝固法によれば、素地の硬
化や耐熱性の改善あるいはＳｉ晶の成長抑制を図るため
に、溶製法では少量しか添加できないＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ
、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｚｎ等を有効に含有さ
せることが可能であることが判った。

【００１５】特に機械的・物理的特性の改善が必要な場
合は、微細粒子の分散によって改善することができるが
、分散粒子の添加手段としては、粉末製造時に分散粒子
を含有した溶湯を粉末化する方法がある。また、混合に
より分散させることが低コストで容易であり物理的特性
値の改善には効果があり、更に混合粉末を機械的粉砕再
凝集処理でより分散粒子を微細化し均一かつ高密度に分
散すると大きな機械的特性値の改善が図れる。これらの
添加方法は公知の手法であるが、焼結合金の特性改善方
法として有効であることを見出して、この発明を完成す
るに至ったものである。

【００１６】即ち、この発明は、Ｓｉを６．０　〜４０
．０重量％、Ｃｕを２．０　〜８．０　重量％、Ｍｇを
０．２　〜２．０　重量％同時に含有し、さらに必要に
応じてＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ
、Ｚｎの内選ばれた１種類以上の成分を８重量％以下含
有し、残りが実質的にアルミニウムからなる組成を有す
る溶湯を凝固速度が１０２℃／ｓｅｃ以上で粉末化した
急冷凝固アルミニウム合金粉末を必要に応じて２５０　
〜４５０　℃の温度域で焼鈍した後に、冷間で密度比７
０％以上に圧縮成形し、この成形体を露点が−１０　℃
以下である非酸化性雰囲気中において５００　〜５８０
　℃の温度域でＡｌ−Ｓｉ系共晶温度以下、Ａｌ−Ｓｉ
−Ｃｕ−Ｍｇ系液相出現温度以上、焼結体密度比９０％
以上に常圧焼結することを特徴とするアルミニウム焼結
合金の製造方法に係るものである。

【００１７】また、機械的・物理的特性の改善を図るに
は、上記急冷凝固アルミニウム合金粉末は、上記の組成
を有し、かつ金属間化合物、炭化物、酸化物、窒化物、
ほう化物、硅化物から選ばれた少なくとも１種以上の粒
子を０．５　〜１０体積％添加した溶湯を凝固速度が１
０２　℃／ｓｅｃ以上で粉末化した急冷凝固アルミニウ
ム合金粉末であるのが好ましい。

【００１８】さらに、機械的・物理的特性の改善を図る
製造方法としては、急冷凝固粉末製造から圧縮成形の工
程間に、急冷凝固アルミニウム合金粉末と金属間化合物
、炭化物、酸化物、窒化物、ほう化物、硅化物から選ば
れた少なくとも１種以上の粒子を０．５　〜１０体積％
混合し、必要に応じて機械的粉砕再凝集処理によって該
アルミニウム合金粉末粒子中に微細均一に一体化する工
程を設けるのが好ましい。

【００１９】

【作用】以下に、組成及び製造条件の範囲限定の理由を
説明する。

【００２０】先ず、融点以下の温度域において液相を生
成する準安定相は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを同時に含有した
溶湯を１０２　℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で凝固させた
場合に生成できる。凝固速度が１０２　℃／ｓｅｃ未満
であると準安定相が生成しなかったり、あるいは生成量
が少なくなり、焼結が十分には進行しないからである。

【００２１】また、Ｓｉは液相生成のための必須成分で
あり、最低１．０　重量％程度は含有していれば良いが
、同時にＳｉの添加は熱膨張率の低下、剛性の向上、耐
摩耗性の改善等に効果がある。この効果は、Ｓｉ添加量
が６．０　重量％以下では小さく、かつ一般の鋳造法で
も容易に添加できる量であるため、本発明では添加下限
量を６．０　重量％とした。Ｓｉ添加量が４０．０重量
％を越えると溶解温度が高くなる上、焼結体中のＳｉ晶
径が大きくなり靭性が劣化し、被削性も悪化するため、
添加上限量を４０．０重量％とした。Ｃｕ、Ｍｇについ
ても焼結に必要な液相生成のための必須成分であり、特
にＣｕの存在は重要である。Ｃｕ量においては２．０　
重量％未満であると焼結に必要な液相発生量が不十分と
なる上、焼結温度範囲が狭くなる。Ｍｇ量においても０
．２　重量％未満であると液相量が減る他、充分な焼結
強度が得られない。また、Ｃｕ量が８．０　重量％、Ｍ
ｇ量が２．０　重量％を越えると液相の発生量が多くな
りすぎて焼結体の寸法精度が悪くなり、素地の強度も劣
化させ、特にＭｇ量は多くなり過ぎると焼結範囲を狭く
する。よって、Ｃｕ量は１．０　〜８．０重量％、Ｍｇ
量は０．４　〜４．０　重量％と定めた。これらの成分
を含有する合金は、溶体化・時効処理を施すことにより
機械的特性が改善できる。

【００２２】また、急冷凝固粉末を用いれば、素地の強
度を改善したり、素地の硬度を上げて耐摩耗性を改善し
たり、耐熱性を改善を図るために、溶製法では少量しか
添加できないＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ
、Ｚｒ、Ｚｎ等を有効に含有させることが可能である。 これらの成分の内アルミニウム中への固溶量の小さいも
のは、急冷凝固時においては微細な析出物を素地中に生
成し、生じた析出物は比較的高温度域においても安定で
あり焼結温度域においても粗大化の程度は小さく特性改
善に寄与する。また、これらの析出物はＳｉ晶の粗大化
を抑制する働きがあり焼結体組織が微細になる。また、
固溶体成型のものや固溶量範囲内においても、固溶強化
による強度向上やＭｎ、Ｚｎ等については少量の添加に
よっても熱処理による強度改善を助長する効果があり、
Ｍｎ等は０．５　重量％程度の含有量で効果は発現する
。

【００２３】但し、添加量が８．０　重量％を越えると
粉末製造時に粗大な析出物を生ずるため焼結体の靭性が
低下するため、これを上限とした。

【００２４】粉末の粒度は流動性、成形性、焼結性等の
各観点から最適分布があるが、通常は３００　μｍ以下
が良く、特に緻密化を活発化するためや原料粉末の急冷
度を高めるために平均粒径が３０μｍ程度の微粉末を使
うと良い。

【００２５】Ｓｉ添加量が１７重量％前後の場合や添加
合金量の多い場合あるいは急冷度の高い場合では、粉末
硬度が高く成形性や圧縮性に劣るため、必要に応じて粉
末を２５０　〜４５０　℃で焼鈍処理してこれらを改善
させる。焼鈍の温度が２５０　℃未満では大きな改善効
果がなく、４５０　℃を越えると準安定相が拡散による
安定化が進むため、焼鈍の温度範囲は２５０　〜４５０
　℃とした。焼鈍の保持時間は特に必要はなく、目標温
度に達すれば効果は充分であるが、処理の均一性を確保
する場合は３０〜６０分の加熱を施すと良い。

【００２６】粉末は冷間成形により粉末成形体とするが
、この際成形密度比が７０％未満であると成形体強度が
低くなるため密度比は７０％以上と定めた。成形は温間
ですることも可能であるが通常は冷間で行なう。成形方
法としては金型成形や冷間静水圧成形がある。金型成形
の場合は、金型との焼き付きを防止したり粉末の流動性
を改善するために粉状の潤滑剤を混合したり、金型に潤
滑剤を塗布することが通例である。特に高い寸法精度が
求められる場合は、９０〜９５％程度の高密度に成形す
る必要があるが、高密度成形体では脱潤滑剤処理が困難
となるため、金型潤滑方法がより好ましい。但し、添加
した潤滑剤は焼結温度で酸化等の悪影響を与えないよう
に低温度域で気化する性質のものである必要がある。

【００２７】成形体は適正焼結温度に加熱される。この
際、準安定相の安定相への移行を抑えるため液相発生温
度域までの昇温速度は２０℃／分以上であることが望ま
しい。焼結温度は５００　〜５８０　℃で、従来の焼結
温度範囲の５５０　〜６５０　℃に比較して低温度域で
狭い範囲である。これはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系の準
安定相の液相生成温度域がこの範囲内にあるからである
。５００　℃未満では液相化しないため焼結現象が進行
せず、５８０　℃を越えると合金自身が溶融してしまい
組織が粗大化し精度が著しく劣化する。焼結雰囲気は、
昇温過程中に粉末表面の吸着水分を充分に除去し、焼結
の妨げとなる酸化膜の成長を抑えるために、Ｎ２　ガス
、Ａｒガス、真空等の非酸化性雰囲気中にて露点が−１
０　℃以下望ましくは−３０　℃以下の低水蒸気分圧下
で焼結する必要がある。焼結時間は、目標の焼結体密度
により決まるが焼結温度に達すれば焼結は迅速に進行す
るため、１０分程度の加熱でも十分焼結する。但し、実
際には処理の均一性を確保する必要から３０〜１２０　
分の加熱を施すことになる。長時間側の加熱により、Ｓ
ｉ晶が耐摩耗性に有効な大きさに成長し、緻密化が進行
するが、粒成長による焼結体強度の劣化が起こるため要
求特性値により適当な条件を選ぶ。

【００２８】焼結体は、一般的な鋳造材強度である２５
ｋｇ／ｍｍ２以上の強度を確保するため密度比で９０％
以上とする。高強度の要求が強い場合９８％以上の焼結
体の製造も可能であり、高精度の要求の強い場合は密度
比を９５〜９７％としてサイジングやコイニングにより
±１０μｍ程度の精度を得ることも可能である。

【００２９】しかし、粉末を高温度域で焼結により固化
するため急冷凝固による強度改善効果等は大部分損なわ
れてしまうため、特に機械的・物理的特性の改善が必要
な場合は、微細粒子の分散によって改善することができ
る。分散粒子としては、複合化することで熱膨張率・剛
性・強度・耐摩耗性等が改善できるものであればよく、
焼結で分解や拡散もしくは凝縮成長してはならない。こ
のために選ばれる粒子は一部の金属間化合物（遷移金属
アルミナイド、遷移金属間化合物）、炭化物（アルミカ
ーバイド、シリコンカーバイド、チタンカーバイド、ボ
ロンカーバイド等）、酸化物（アルミナ、シリカ、ムラ
イト、酸化亜鉛、イットリア等）、窒化物（アルミナイ
トライド、窒化珪素、チタンナイトライド）、ほう化物
（チタンボライド）、硅化物（モリブデンシリサイド）
等である。粒子の大きさは、分散強化を目的とした場合
、０．１　〜１　μｍ程度が、複合効果を狙った場合は
１〜２０μｍ程度が、耐摩耗性改善には５　〜３０μｍ
程度が望ましい。もちろん、複数種類や粒度分布をもた
せた粒子を分散させることもできる。分散量が０．５　
体積％未満であると粒子を添加した効果が得られず、１
０体積％を越えると被削性や靭性が劣るため、添加範囲
は０．５　〜１０体積％とした。

【００３０】分散粒子の添加手段としては、混合法が経
済性に優れ容易であり、物理的特性値の改善には効果が
ある。しかし、単純な混合粉末の場合には分散粒子が旧
粉末粒界にのみ存在するため、分散強化が十分はかりに
くく、微細な粒子を分散する場合には粉末粒子間の焼結
結合を阻害するのでふさわしくない面がある。この解決
には粉末粒子内に分散粒子を分散させることが有効であ
り、その方法としては、粉末製造時において分散粒子を
含有させた溶湯を粉末化する方法と分散粒子を添加した
混合粉末を機械的粉砕再凝集処理する方法とがある。

【００３１】前者の方法では、粒子の偏析や凝集を防ぐ
ため溶解鋳造法により予め製造した分散粒子を均一に含
有するインゴットを溶解したり、溶湯中に分散粒子を添
加して撹拌能力の高い誘導溶解したりする必要があるが
、機械的粉砕再凝集処理と比較して優れた経済性を有し
ている。

【００３２】一方、機械的粉砕再凝集処理によって該ア
ルミニウム合金粉末粒子中に添加粒子を微細均一に一体
化すると、分散強化に寄与するような粒子径をもつ分散
粒子を微細化し均一かつ高密度に分散させた焼結体が得
られ大きな機械的特性値の改善がはかれる。炭化物、酸
化物あるいは金属間化合物は機械的粉砕再凝集処理によ
り生成分散させることも可能である。この機械的粉砕再
凝集処理方法は、従来のボールミル粉砕や混合のような
湿式法ではなく乾式で行なう。場合によってＰＣＡ（Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｇｅｎｔ）としてス
テアリン酸やアルコールなどを少量添加することで過度
の凝集を防ぐことも有用であるが、処理温度条件などを
制御すれば必ずしも必要ではない。また、処理装置はい
わゆるアトライターが高速処理には適しているが大量処
理には適していない。ボールミルは長時間処理が必要で
あるが雰囲気制御が容易であり投入エネルギーの設計さ
え適切に行なえば比較的経済性に優れている。

【００３３】このようにして得られた処理粉末は含有さ
れていた分散粒子が微粉砕され粉末中に均一に分散して
おり、該粉末を焼結しても極微細は強化粒子を均一に偏
析なく分布したアルミニウム基粒子複合焼結合金を製造
することが可能となる。

【００３４】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００３５】実施例１ Ａｌ−２４．５重量％Ｓｉ−２．４　重量％Ｃｕ−１．
０　重量％Ｍｇ−０．５　重量％Ｍｎ−０．４　重量％
Ｆｅ合金溶湯からエアアトマイズ法により粒径が５　〜
３００　μｍの粉末を製造した。この粉末により粒径が
約３００　μｍ、約１００　μｍ及び約３０μｍの粉末
を取出した。粒径３００　μｍの粉末は再溶解し凝固速
度を変えて冷却させた。凝固速度は同一の方法で作製し
たＡｌ−３．４　重量％Ｃｕ−１．２　重量％Ｍｇ−０
．６　重量％Ｍｎ合金粉末のＤＡＳ（Ｄｅｎｄｒｉｔｅ
　Ａｒｍ　Ｓｐａｃｉｎｇ）　から測定した。各凝固速
度を持つ粉末を示差熱分析して生成された合金の融点以
下で液相発生状況を調べた。昇温速度は２０℃／分とし
た。

【００３６】表１に各粉末の推定凝固速度と液相発生状
況をまとめた。表１から判るように凝固速度が１０２　
℃／ｓｅｃ以上であると合金融点下で液相が生じる。表
１中の液相発生状況におけるＡ（約５２０　℃），Ｂ（
約５５０　℃），Ｃ（約５８０　℃）を図１にそれぞれ
示す。但し、各相変化開始の温度を図１の微分変異点よ
り求めると若干低温側となる。

【００３７】

【表１】

【００３８】実施例２ Ａｌ−２５．２重量％Ｓｉ−３．３　重量％Ｃｕ−０．
６　重量％Ｍｇ−０．４　重量％Ｍｎ−０．８　重量％
Ｆｅ合金溶湯からエアアトマイズ法により粒径が５　〜
３００　μｍの粉末を製造した。この粉末にステアリン
酸を０．４　重量％添加して面圧４　〜６ｔ／ｃｍ２で
φ２２ｍｍ×３０ｍｍのタブレットに成形し密度比が７
５±２　％の成形体を作製し、真空中、Ｎ２　ガス中お
よび大気中で焼結した。Ｎ２　ガスの露点を−３５　℃
、−１５　℃、＋５℃の３条件とした。炉内温度を５０
０　℃、５３０　℃、５６０℃、５９０　℃にした後に
成形体を炉入し、炉内での加熱時間は３０分とした。表
２に焼結体の密度比を示す。表２の記号＊で示す条件で
は９３％以上の焼結体が得られた。また、記号※で示す
条件では、溶融したため汗かき現象が発生した。

【００３９】

【表２】

【００４０】この実施例２において、各焼結体とも真円
度は３０μｍ程度であり、サイジングを実施したところ
真円度は８μｍまで向上した。６００　℃での焼結体は
粉末粒内で完全に溶融したため焼結体表層にＡｌ液相が
流出していた。図２（ａ）は大気中での５７５　℃焼結
体組織の顕微鏡写真（１００　倍拡大）を示し、図２（
ｂ），（ｃ），（ｄ）はＮ２　ガス中（露点−１５　℃
）での５００　℃焼結体、５７５　℃焼結体および６０
０　℃の焼結体の組織の顕微鏡写真（１００　倍拡大）
をそれぞれ示す。

【００４１】実施例３ 実施例２記載の粉末を用いてステアリン酸のアセトン溶
液を金型に塗布した後、面圧５ｔ／ｃｍ２でφ８００ｍ
ｍ　×５０ｍｍのタブレットを成形して密度比が８０％
の成形体を作製した。成形体を露点−２０　℃のＮ２　
ガス中で焼結温度を５５０　℃とし焼結時間６０分で焼
結した結果、密度比は９７％の焼結体が得られた。この
焼結体を５１０　℃で溶体化処理したのちに水冷し、１
７５　℃で８時間の時効処理を施した。この熱処理体の
引張強度を測定し、リング−プレート摺動型焼き付き性
評価試験機で油中にて耐焼き付き性を評価した。比較材
とし同粉末を４８０　℃で押出及び鍛造により焼結した
材料の熱処理材と同一組成の鋳造材の熱処理材の３種類
を用意した。

【００４２】表３に評価結果を示したが、引張強度は押
出材や鍛造材には及ばないものの同材質同士の焼き付き
荷重は極めて高い結果を得た。図３（ａ），（ｂ），（
ｃ），（ｄ）はこの実施例３での焼結材、押出材、鍛造
材、鍛造材の組織結果を示す顕微鏡写真（１００　倍拡
大）である。

【００４３】

【表３】

【００４４】実施例４ 表４に示す粉末（最大粒径：７５μｍ）を用いて面圧４
ｔ／ｃｍ２でφ２２ｍｍ×３０ｍｍのタブレットを成形
し密度比が７７％の成形体を作製した。成形体を露点−
２０　℃のＮ２ガス中で焼結温度はＳｉ晶を粗大化させ
るために融点近くの５６０　℃、焼結時間９０分で焼結
し９８％以上の密度比の焼結体を製造し、組織観察した
結果を図４（ａ）〜（ｄ）に示した。図４（ａ）は表４
のＮｏ．　１，図３（ｂ）は表１のＮｏ．　２，図３（
ｃ）はＮｏ．　３，図３（ｄ）はＮｏ．　４のそれぞれ
の組織観察の結果を示す顕微鏡写真（１００　倍拡大）
　である。なお、表４中には実施例１で測定した各粉末
の示差熱分析によるＡ、Ｂ、Ｃ点の温度も記した。また
、焼結体の酸素量は０．３　重量％であった。焼結体の
引張強度は２８〜３６ｋｇ／ｍｍ２であり、Ｎｏ．　４
が最も低強度であった。

【００４５】

【表４】

【００４６】実施例５ 表５に示す粉末（最大粒径：３５０　μｍ）をＮ２　雰
囲気中で３３０　℃にて焼鈍処理を施した後、ステアリ
ン酸のアセトン溶液を金型に塗布し、面圧８ｔ／ｃｍ２
でφ２２ｍｍ×３０ｍｍのタブレットを成形し、密度比
が９１％の成形体を作製した。成形体を露点−２０　℃
のＮ２　ガス中で焼結温度を５６０　℃とし、焼結時間
４０分で焼結し、９５〜９７％の密度比の焼結体を製造
して、組織観察した結果を図５（ａ）〜（ｃ）に示した
。図５（ａ）は表５のＮｏ．　１、図４（ｂ）はＮｏ．
　２、図４（ｃ）はＮｏ．　３のそれぞれの組織観察の
結果を示す顕微鏡写真（１００　倍拡大）である。遷移
元素の添加によりＳｉ晶が微細化している。Ｎｏ．　１
について強度を評価したところ引張強度４０ｋｇ／ｍｍ
２が得られた。

【００４７】

【表５】

【００４８】実施例６ Ａｌ−１７．２重量％Ｓｉ−３．２　重量％Ｃｕ−１．
０　重量％Ｍｇ−０．５　重量％Ｍｎ−０．４　重量％
Ｆｅ合金溶湯中に、平均粒径が１．８　μｍのＡｌ２　
Ｏ３　粒子を４．０　体積％及び平均粒径が０．２　μ
ｍのＳｉＣ粒子を０．９　体積％添加した後に、Ａｒガ
スアトマイズ法により粒径が５　〜３００　μｍの粉末
を製造した。この粉末にステアリン酸を０．４　重量％
添加して面圧４　ｔ／ｃｍ２　でφ２２ｍｍ×３０ｍｍ
のタブレットに成形し、密度比が７３％の成形体を作製
した。成形体は露点−３５　℃のＮ２　ガス中で焼結し
た。焼結温度は５５５　℃で焼結時間は６０分とした。 得られた焼結体の密度比は９５％であった。図６に焼結
体組織の顕微鏡写真（１００　倍拡大）を示した。実施
例３に記した熱処理後の引張強度は４３ｋｇ／ｍｍ２で
あり、酸素量は０．２３重量％であった。

【００４９】実施例７ Ａｌ−１２．３重量％Ｓｉ−５．６　重量％Ｃｕ−０．
４　重量％Ｍｇ−０．８　重量％Ｍｎ−４．７　重量％
Ｆｅ合金溶湯からエアアトマイズ法により背蔵した粉末
の１５０　μｍ以下の粉末に平均粒径０．１　μｍのＢ
４　Ｃ粒子を２．１　体積％を混合したのちに高エネル
ギーボールミルを用いて機械的粉砕再凝集処理を行なっ
た。この粉末を３５０　℃で焼鈍処理を施した後に面圧
４ｔ／ｃｍ２で冷間静水圧成形機を用いてφ３０×５０
ｍｍの密度比８１％のタブレットに成形した。成形体は
露点−３５　℃のＮ２　ガス中で焼結した。焼結温度は
５３５　℃で焼結時間は６０分とし、焼結体の密度比は
９１％であった。 焼結体はコイニング加工を施し真円度を１０μｍのタブ
レットとした。図７に焼結体の組織の顕微鏡写真（１０
０　倍拡大）を示した。実施例３に記した熱処理後の引
張強度は４１ｋｇ／ｍｍ２であり、酸素量は１．２　重
量％であった。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、高精度・高密度で機械的特性や物理的特性に優れ、か
つ耐摩耗性に優れたアルミニウム焼結合金を、塑性加工
によらず、常圧焼結により製造することができるので、
各種機械部品や摺動部品への広範な適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表１の温度条件Ａ，Ｂ，Ｃにおける液相発生状
況を示すグラフ。

【図２】実施例２の焼結体の顕微鏡組織写真。

【図３】実施例３の焼結体の顕微鏡組織写真。

【図４】実施例４の焼結体の顕微鏡組織写真。

【図５】実施例５の焼結体の顕微鏡組織写真。

【図６】実施例６の焼結体の顕微鏡組織写真。

【図７】実施例７の焼結体の顕微鏡組織写真。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｓｉを６．０　〜４０．０重量％、Ｃ
   ｕを２．０　〜８．０　重量％、Ｍｇを０．２　〜２．
   ０　重量％同時に含有し、さらに必要に応じてＦｅ、Ｎ
   ｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｚｎの内選ば
   れた１種類以上の成分を８重量％以下含有し、残りが実
   質的にアルミニウムからなる組成を有する溶湯を凝固速
   度が１０２　℃／ｓｅｃ以上で粉末化した急冷凝固アル
   ミニウム合金粉末を必要に応じて２５０　〜４５０℃の
   温度域で焼鈍した後に、冷間で密度比７０％以上に圧縮
   成形し、この成形体を露点が−１０　℃以下である非酸
   化性雰囲気中において５００　〜５８０　℃の温度域で
   Ａｌ−Ｓｉ系共晶温度以下、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系
   液相出現温度以上、焼結体密度比９０％以上に常圧焼結
   することを特徴とする引張強度が２５ｋｇ／ｍｍ２以上
   であるアルミニウム焼結合金の製造方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の急冷凝固アルミニウム
   合金粉末が、Ｓｉを６．０　〜４０．０重量％、Ｃｕを
   ２．０　〜８．０　重量％、Ｍｇを０．２　〜２．０　
   重量％同時に含有し、さらに必要に応じてＦｅ、Ｎｉ、
   Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｚｎの内選ばれた
   １種類以上の成分を８重量％以下含有し、残りが実質的
   にアルミニウムからなる組成を有し、かつ金属間化合物
   、炭化物、酸化物、窒化物、ほう化物、硅化物から選ば
   れた少なくとも１種以上の粒子を０．５　〜１０体積％
   添加した溶湯を凝固速度が１０２　℃／ｓｅｃ以上で粉
   末化した急冷凝固アルミニウム合金粉末であることを特
   徴とする引張強度が２５ｋｇ／ｍｍ２以上であるアルミ
   ニウム焼結合金の製造方法。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の製造方法において、急
   冷凝固粉末製造から圧縮成形の工程間に、急冷凝固アル
   ミニウム合金粉末と金属間化合物、炭化物、酸化物、窒
   化物、ほう化物、硅化物から選ばれた少なくとも１種以
   上の粒子を０．５〜１０体積％混合し、必要に応じて機
   械的粉砕再凝集処理によって該アルミニウム合金粉末粒
   子中に微細均一に一体化する工程を設けることを特徴と
   する引張強度が２５ｋｇ／ｍｍ２以上であるアルミニウ
   ム焼結合金の製造方法。