JP3388476B2 - Aluminum-based composite sliding material and method for producing the same - Google Patents
Aluminum-based composite sliding material and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、摺動材料及びその製造
方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、
Pb,In,Cd,Sn,MoS2,グラファイト,B
Nなどの潤滑剤をアルミニウムまたはアルミニウム合金
(以下「アルミニウム」という)に複合したアルミニウ
ム系複合摺動材料及び製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding material and a manufacturing method thereof, and more specifically,
Pb, In, Cd, Sn, MoS 2 , graphite, B
The present invention relates to an aluminum-based composite sliding material in which a lubricant such as N is compounded with aluminum or an aluminum alloy (hereinafter referred to as "aluminum") and a manufacturing method.
【0002】さらに本発明は、このような潤滑剤に加
え、酸化物、窒化物、ほう化物などいわゆるセラミック
からなる硬質物をアルミニウムに複合したアルミニウム
系複合摺動材料及びその製造方法に関するものである。
上記した摺動材料は、内燃機関およびコンプレッサなど
の各種機器類のすべり軸受やブシュおよびワシャなどの
摺動部位に好適に使用できる。Further, the present invention relates to an aluminum-based composite sliding material in which a hard material made of so-called ceramic such as oxide, nitride or boride is compounded with aluminum in addition to such a lubricant, and a method for producing the same. .
The above-mentioned sliding material can be suitably used for sliding parts such as sliding bearings and bushes and washers of various devices such as internal combustion engines and compressors.
【0003】[0003]
【従来の技術】上記した摺動材料を焼結で製造すること
は例えば、特公昭61−17895号公報、特公平1−
27122公報などに記載されているように一般的に行
われている。また、特公平3−22458号はメカニカ
ルアロイングにより複合された粉末をヘンシェルミキサ
ーにより混合し、容器中で熱間押出しする方法を記載し
ている。2. Description of the Related Art The production of the above sliding material by sintering is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 61-17895 and Japanese Patent Publication No.
It is generally performed as described in Japanese Patent No. 27122. Further, Japanese Examined Patent Publication No. 3-22458 describes a method of mixing powders that have been composited by mechanical alloying with a Henschel mixer and hot extruding in a container.
【0004】さらに焼結された摺動材料を支持基材と共
に圧延することによって密度を高めることや、あるいは
焼結前に粉末を支持基材とともに圧延することによって
粉末の密度を高めること公知である。It is also known to increase the density by rolling the sintered sliding material together with a supporting substrate, or to increase the density of the powder by rolling the powder together with the supporting substrate before sintering. .
【0005】また本発明者の一名の出願に係る特開昭5
8−153706号公報では、粒子分散強化型積層材料
の製造方法として基板上に積層されたマトリックス合金
粒子とアルミナなどの強化粒子の混合物を前者の固相が
50%以上になる半溶融状態でプレス、ロールなどで加
圧成形する方法が記載されている。この説明によると加
工後の積層層の組織は、加工中固相のままに止まった合
金粒子と、その周りで流動して凝固した合金相と、強化
粒子とからなる。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 5 (1994) filed by one of the present inventors
In JP-A-153706, a mixture of matrix alloy particles laminated on a substrate and reinforcing particles such as alumina is pressed in a semi-molten state in which the solid phase of the former is 50% or more as a method for producing a particle dispersion strengthened laminated material. , A method of pressure molding with a roll or the like is described. According to this description, the structure of the laminated layer after processing is composed of alloy particles that remain in the solid phase during processing, alloy phases that flow around them and solidify, and strengthening particles.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の焼結によるアル
ミニウム系摺動材料では、アルミニウム粒子表面の酸化
膜が著しく焼結性を損なうために、複合添加物とアルミ
ニウムとの焼結も不良になる。さらに焼結温度をアルミ
ニウムの一部が液相化する温度とする液相焼結によって
焼結性を向上させることも行われているが、アルミニウ
ム粒子表面の酸化膜を破壊して液相焼結の効果を発揮さ
せるためには焼結温度を非常に高くしなければならな
い。また複合添加物の粒子は原料粉末の調製のときの分
散状態が最終焼結体にも残るので、微細かつ均一に分散
させることに限界があり、さらにアルミニウム液相中を
複合添加物が移動して、近づきあるいは合体することに
よって微細・均一分散状態が損なわれる。In the conventional aluminum-based sliding material by sintering, the oxide film on the surface of aluminum particles significantly impairs the sinterability, so that the sintering between the composite additive and aluminum also becomes defective. . Further, liquid phase sintering has been performed to raise the sintering temperature to a temperature at which a part of aluminum becomes liquid phase. However, liquid phase sintering is performed by destroying the oxide film on the surface of aluminum particles. In order to bring out the effect of, the sintering temperature must be extremely high. Further, since the particles of the composite additive remain in the final sintered body in a dispersed state during the preparation of the raw material powder, there is a limit to fine and uniform dispersion, and further the composite additive moves in the aluminum liquid phase. Then, the fine and uniform dispersion state is impaired by approaching or coalescing.
【0007】さらに複合化の過程あるいは後加工におい
て圧延などの展伸加工を行うと、特にPbやグラファイ
トなどの軟質添加物は圧延方向に伸びるために材料強度
を低下させ、また製品の曲げ加工や切削加工において摺
動層が割れあるいは支持基材から剥離する。[0007] Further, when an expansion process such as rolling is performed in the process of compounding or in the post-process, the soft additives such as Pb and graphite are stretched in the rolling direction to lower the material strength, and the bending process of the product and During cutting, the sliding layer cracks or peels off from the supporting substrate.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明にかかるアルミニ
ウム系複合摺動材料は、支持基材に被着した摺動層がア
ルミニウム合金相内に延伸性を有する潤滑剤粒子が体積
率で1〜30%分散してなり、アルミニウム合金相が、
圧縮下で流動凝固した二次相と、再結晶した基地相とか
らなることを特徴とする。上記の摺動材料において、摺
動層にはさらに硬質物粒子を0.5〜10体積%分散さ
せるようにしてもよい。In the aluminum-based composite sliding material according to the present invention, the sliding layer deposited on the supporting base material has the expandable lubricant particles in the aluminum alloy phase in a volume ratio of 1 to 1. 30% dispersed, aluminum alloy phase,
It is characterized by comprising a secondary phase fluidized and solidified under compression and a recrystallized matrix phase. In the above sliding material, hard material particles may be further dispersed in the sliding layer in an amount of 0.5 to 10% by volume.
【0009】また、本発明にかかるアルミニウム系複合
摺動材料の製造方法は、支持基材上にて層を形成してい
るアルミニウム合金粉末及び潤滑剤粉末を含んでなる混
合物を、前記アルミニウム合金粉末の実質的全部が粒子
形態を維持するとともに、粒子の内部が溶融する温度に
加熱し、その後、前記支持基材と前記混合物とを圧縮力
を加えるつつ冷却する加工を施すことを特徴とする。Further, in the method for producing an aluminum-based composite sliding material according to the present invention, a mixture containing an aluminum alloy powder forming a layer on a supporting base material and a lubricant powder is added to the aluminum alloy powder. While substantially all maintaining the particle morphology, the particles are heated to a temperature at which the inside of the particles melts, and thereafter, the supporting base material and the mixture are subjected to a process of cooling while applying a compressive force.
【0010】 さらに、本発明の別の製造方法において
は、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末及び延伸性
潤滑剤粉末を含んでなる混合物を、粒子形態が残存する
板状材に成形し、支持基材を準備し、次に支持基材とと
もに板状材を、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末
の実質的全部が粒子形態を維持するとともに、粒子の内
部が溶融する温度に加熱し、その後、支持基材と板状材
に圧縮力を加える加工を施し、冷却することを特徴とす
る。Further, in another production method of the present invention, a mixture containing aluminum or aluminum alloy powder and extendable lubricant powder is molded into a plate-like material in which particle morphology remains to prepare a supporting substrate. Then, the plate-shaped material together with the supporting base material is heated to a temperature at which substantially all of the aluminum or aluminum alloy powder maintains the particle morphology and the inside of the particles melts, and then the supporting base material and the plate-shaped material. It is characterized in that it is subjected to processing to apply compressive force to and cooled.
【0011】上記の製造方法において、支持基材をアル
ミニウム系材料とし、前記支持基材と前記混合物とを圧
縮力を加えつつ冷却する加工を施してアルミニウム系複
合材とし、さらに、この複合材に非アルミニウム系材料
を圧接してもよい。あるいは、本発明のさらに別の製造
方法においては、所定温度に加熱した前記板状材を圧縮
力を加えつつ冷却する加工を施した後に、支持基材と圧
接するようにしてもよい。In the above manufacturing method, the supporting base material is an aluminum-based material, and the supporting base material and the mixture are subjected to a process of cooling while applying a compressive force to form an aluminum-based composite material. You may press-contact a non-aluminum type material. Alternatively, in still another manufacturing method of the present invention, the plate-shaped material heated to a predetermined temperature may be subjected to a process of cooling while applying a compressive force, and then may be pressed into contact with the supporting base material.
【0012】これら製造方法において、アルミニウム合
金粉末及び潤滑剤粉末を含んでなる前記混合物に硬質粒
子を混合するようにしてもよい。以下、本発明の構成を
詳しく説明する。本発明において、潤滑剤は、延伸性粒
子として配合されるものが対象であり、グラファイト,
MoS2 ,軟質なBNなどのいわゆる固体潤滑剤、また
はPb,In,Cd,Snなどの軟質金属もしくは合金
である。潤滑剤の割合が1体積%未満であるとその効果
が不足し、一方30体積%を越えると、摺動材料の強度
が不足したり、層状剥離が発生し易くなってしまう。潤
滑剤の寸法(粒子の粒径、針状のものは長さと幅の合計
値の0.5倍などの値を全ての粒子について平均した
値)は、0.5〜50μmであることが好ましい。In these manufacturing methods, hard particles may be mixed with the mixture containing aluminum alloy powder and lubricant powder. Hereinafter, the constitution of the present invention will be described in detail. In the present invention, the lubricant is intended to be blended as extendable particles, and graphite,
So-called solid lubricants such as MoS 2 and soft BN, or soft metals or alloys such as Pb, In, Cd, and Sn. If the proportion of the lubricant is less than 1% by volume, the effect will be insufficient, while if it exceeds 30% by volume, the strength of the sliding material will be insufficient and delamination will be likely to occur. It is preferable that the size of the lubricant (the particle size of the particles, for needle-like ones, a value obtained by averaging a value such as 0.5 times the total value of the length and the width for all the particles) is 0.5 to 50 μm. .
【0013】アルミニウムは、工業用の純アルミニウム
またはアルミニウム合金が使用できる。アルミニウム合
金の場合は合金元素として固液共存組成のものを配合で
きる。この観点では好ましくは1〜10%Cuや3〜8
%Siが配合できる。時効析出元素としては、5%以下
のCu,Mgなどを含有できる。軟質相形成元素として
は、30%以下のSn,Pb,Inなどを含有できる。
単独であるいは金属間化合物を形成して析出し硬化相を
形成する元素としては、3%以下のMn,Mo,Crを
利用できる。アルミニウム粉末の平均粒径は5〜100
μmであることが好ましい。As the aluminum, industrial pure aluminum or aluminum alloy can be used. In the case of aluminum alloys, alloy elements having a solid-liquid coexisting composition can be blended. From this viewpoint, preferably 1 to 10% Cu or 3 to 8
% Si can be blended. As an aging precipitation element, 5% or less of Cu, Mg, etc. can be contained. As the soft phase forming element, 30% or less of Sn, Pb, In or the like can be contained.
3% or less of Mn, Mo, or Cr can be used as an element which forms a hardened phase by forming an intermetallic compound and precipitating alone. The average particle size of aluminum powder is 5 to 100
It is preferably μm.
【0014】本発明において、硬質物は、酸化物、炭化
物、窒化物、ほう化物などのいわゆるセラミックの粒
子、ウィスカもしくは短繊維などである。硬質粒子の割
合が0.5体積%未満であると、摺動材料の耐摩耗性及
び耐焼付性が不足し、一方10重量%を超えると潤滑剤
の延伸性に影響し、また各相間の接着力が不足すること
により、やはり摺動材料の耐摩耗性及び耐焼付性あるい
は耐疲労性が不足する。In the present invention, the hard material is so-called ceramic particles such as oxides, carbides, nitrides and borides, whiskers or short fibers. If the proportion of hard particles is less than 0.5% by volume, the wear resistance and seizure resistance of the sliding material will be insufficient, while if it exceeds 10% by weight, the stretchability of the lubricant will be affected and the interphase Due to insufficient adhesive strength, the sliding material also lacks abrasion resistance, seizure resistance, and fatigue resistance.
【0015】硬質物の寸法(粒子の粒径、針状のものは
長さと幅の合計値の0.5倍などの値を全ての物粒子に
ついて平均した値)は0.5〜10μmであることが好
ましい。硬質物の寸法が0.5μm未満であると、硬質
物粒子が凝集して塊を作り易くなり、この塊内に後述す
るアルミニウムの液相が入り難くなり、粒子の密着力は
不足するので、摺動材料の耐摩耗性及び耐焼付性が不足
することになる。一方硬質物の寸法が10μmを超える
と、相手材が硬質物により摩耗し易くなる。The size of the hard material (the particle diameter of the particles, for needle-shaped materials, the average value of 0.5 times the sum of the length and the width of all the material particles) is 0.5 to 10 μm. It is preferable. If the size of the hard material is less than 0.5 μm, the hard material particles easily aggregate to form a lump, and it becomes difficult for the liquid phase of aluminum to be described later to enter into the lump, and the adhesion force of the particles is insufficient, The sliding material has insufficient wear resistance and seizure resistance. On the other hand, when the size of the hard material exceeds 10 μm, the mating material is easily worn by the hard material.
【0016】支持基材は、アルミニウム系材料として、
工業用純アルミニウム、アルミニウム合金が使用でき
る。アルミニウム合金としては、アルミニウム軸受合
金、展伸用アルミニウム合金などを使用することができ
る。非アルミニウム材料としては鋼板、酸化防止表面処
理鋼板やメッキ鋼板あるいはクラッド鋼板、銅合金板な
どが利用できる。あるいは、これらをさらに鋼板などに
接着したバイメタル材などの複合基材を利用することも
できる。また金属容器を使用しこれに混合粉末を充填す
ることもできる。The supporting base material is an aluminum-based material,
Industrial pure aluminum and aluminum alloy can be used. As the aluminum alloy, an aluminum bearing alloy, an wrought aluminum alloy, or the like can be used. As the non-aluminum material, a steel plate, an antioxidant surface-treated steel plate, a plated steel plate, a clad steel plate, a copper alloy plate, or the like can be used. Alternatively, a composite base material such as a bimetal material obtained by further adhering these to a steel plate or the like can also be used. It is also possible to use a metal container and fill it with the mixed powder.
【0017】続いて、本発明に係る複合摺動材料の組織
を説明する。本発明のアルミニウム相は、圧縮下で流動
凝固した二次相と、再結晶した基地相とからなる。後者
は複合摺動材料の主たる相であって、アルミニウム摺動
材料としての特性を発揮するとともに、潤滑剤及び硬質
物などの複合成分を保持する。前者は各成分間の結合力
を高める。Next, the structure of the composite sliding material according to the present invention will be described. The aluminum phase of the present invention comprises a secondary phase fluidized and solidified under compression and a recrystallized matrix phase. The latter is the main phase of the composite sliding material, and exhibits the properties as an aluminum sliding material and retains the composite components such as lubricant and hard material. The former enhances the binding force between each component.
【0018】従来の液相焼結相の場合は、アルミニウム
原料の固相線以上に加熱されたことにより液相が発生
し、液相がアルミニウム粉末表面の酸化膜を溶かすこと
によりその焼結性をたかめ、さらに各粒子表面をぬらす
ことにより液相が発生し焼結材各成分の接着力を高めて
いるが、液相は単に凝固したものであり、圧縮下で流動
はしていず、一方基地相は塑性変形はしていない。さら
に従来の展伸加工法では基地相は塑性変形しているが、
液相は発生していない。これらの従来の組織の特徴をそ
れぞれ図2、3に示し、また本発明の組織の特徴を図1
に示す。In the case of the conventional liquid phase sintered phase, a liquid phase is generated by being heated above the solidus line of the aluminum raw material, and the liquid phase melts the oxide film on the surface of the aluminum powder to thereby improve the sinterability. The liquid phase is generated by heating the surface of each particle and further increasing the adhesive strength of each component of the sintered material, but the liquid phase is simply solidified and does not flow under compression. The matrix phase is not plastically deformed. Furthermore, in the conventional wrought processing method, the matrix phase plastically deforms,
No liquid phase has occurred. The features of these conventional tissues are shown in FIGS. 2 and 3, respectively, and the features of the present invention are shown in FIG.
Shown in.
【0019】図2は液相焼結組織であり、複合材粉末は
圧粉体のときの分散状態(図4参照)を保ったままであ
り、凝集した状態もそのまま維持されており、さらにア
ルミニウム結晶粒もほとんど原料の形態を維持してい
る。焼結材は密度向上のためにサイジングなどの後加工
を施されることがあるが、以上の特長は維持される。図
3は展伸加工組織であり、軟質添加物の展伸が著しい。FIG. 2 shows a liquid phase sintered structure, in which the composite material powder remains in the dispersed state (see FIG. 4) when it is a green compact, and the aggregated state is maintained as it is. Most of the grains maintain their original form. Although the sintered material may be subjected to post-processing such as sizing to improve the density, the above characteristics are maintained. FIG. 3 shows the wrought processed structure, in which the soft additive is markedly wrought.
【0020】これに対して、本発明の組織(図1)では
アルミニウムの基地相が再結晶により原料粉末に起因す
る結晶粒界とは別の粒界を有する。これは圧縮応力下で
再結晶温度以上で塑性変形したことにより新たな粒界が
発生することに起因する。また基地相の結晶粒は圧縮応
力の方向と直角方向に方向性を持っている。また液相
は、従来の液相焼結と同様に焼結性を向上するのみなら
ず、圧縮応力下で流動するときに添加物の流動も惹き起
こし、また添加物の塊の間に液相が入り込むために、添
加物は原料時の分散状態よりさらに微細かつ均一に分散
する。On the other hand, in the structure of the present invention (FIG. 1), the matrix phase of aluminum has a grain boundary different from the crystal grain boundary resulting from the raw material powder by recrystallization. This is due to the generation of new grain boundaries due to plastic deformation under the compressive stress above the recrystallization temperature. Further, the crystal grains of the matrix phase have a directionality in the direction perpendicular to the direction of compressive stress. Further, the liquid phase not only improves the sinterability as in the conventional liquid phase sintering, but also causes the flow of the additive when flowing under the compressive stress, and the liquid phase is formed between the masses of the additive. Because of the inclusion of the, the additive is more finely and uniformly dispersed than the dispersed state at the time of the raw material.
【0021】液相は上記した基地相となるアルミニウム
粉末から発生させてもよく、あるいは液相が発生し易い
ように組成を調節したアルミニウム粉末を基地となるア
ルミニウム粉末とは別個に使用して、これから発生させ
てもよい。しかし前者の方がより好ましい。The liquid phase may be generated from the above-mentioned matrix phase aluminum powder, or an aluminum powder whose composition is adjusted so that the liquid phase is easily generated is used separately from the matrix aluminum powder, It may be generated from now on. However, the former is more preferable.
【0022】上記した組織の特徴を損なわずに、通常は
1〜25%以下、好ましくは5〜20%の密度、寸法精
度などを向上するための塑性加工を行ってもよい。この
場合は塑性加工度が大になると二次相が加工方向に伸び
た塑性加工組織となる。Plastic working may be carried out to improve the density, dimensional accuracy and the like of usually 1 to 25% or less, preferably 5 to 20% without impairing the characteristics of the structure described above. In this case, when the degree of plastic working increases, the secondary phase becomes a plastic working structure that extends in the working direction.
【0023】ちなみに、半溶融圧延での好ましい塑性加
工(1回当りの圧下率)は25〜60%である。半溶融
圧延においてより好ましい塑性加工(1回当りの圧下
率)は、組織の伸びをより抑えたい場合には25〜35
%とし、生産性をより重視する場合には40〜50%と
するとよい。半溶融圧延を含む工程を複数回行なう場合
には合計で60%を越える塑性加工としてもよいことは
勿論である。Incidentally, the preferable plastic working (reduction ratio per rolling) in the semi-melt rolling is 25 to 60%. More preferable plastic working in the semi-melt rolling (reduction ratio per rolling) is 25 to 35 when it is desired to further suppress the elongation of the structure.
%, And if productivity is more emphasized, it may be 40 to 50%. Needless to say, the plastic working may exceed 60% in total when the process including the semi-melt rolling is performed plural times.
【0024】延伸性潤滑剤の分散形態はMoS2 などの
高融点物質とPbなどの低融点物質で異なる。
高融点物質:該物質の塊が、強制的に流動されるアル
ミニウム液相により液相焼結において単に表面張力によ
り流れる液相による細断よりも著しく効果的に細断され
るとともに、該物質の粒子が加工方向に従来の展伸法よ
りも非常に小さく若干延伸される。The form of dispersion of the extensible lubricant differs depending on the high melting point substance such as MoS 2 and the low melting point substance such as Pb. Refractory material: a mass of the material is shredded by the forcedly flowing aluminum liquid phase in liquid phase sintering significantly more effectively than shredding by the liquid phase flowing simply by surface tension, and The particles are much smaller and slightly stretched in the processing direction than in conventional spreading methods.
【0025】低融点物質:例えばPbは加工力が加え
られる前あるいは後においても表面張力により流動す
る。加工力が加えられるとアルニミウム粒子から流出す
るアルミニウム液相とPb液体の一部が融合し、一緒に
流動凝固する。融合しない残部はPb相として流動凝固
する。このようなPb組織は耐焼付性及び耐摩耗性を著
しく高める(表2の本発明品6と比較Dを参照)。Low-melting substance: Pb, for example, Pb flows due to surface tension before or after processing force is applied. When a processing force is applied, the aluminum liquid phase flowing out from the aluminum particles and a part of the Pb liquid are fused and fluidized and solidified together. The remaining part which is not fused is fluidized and solidified as a Pb phase. Such a Pb structure remarkably enhances seizure resistance and wear resistance (see the invention product 6 in Table 2 and comparison D).
【0026】高融点物質と低融点物質の共存:上記
との組織が同時に表れる。又、Pb液相によりMoS
2 などの高融点物質の塊が細断される。この結果耐焼付
性及び耐摩耗性がさらに高められる(表2の本発明品8
参照)。
続いて本発明の好ましい製造方法を説明する。Coexistence of high-melting-point substance and low-melting-point substance: The above-mentioned structure appears at the same time. Also, due to the Pb liquid phase, MoS
A lump of refractory material such as 2 is shredded. As a result, seizure resistance and wear resistance are further enhanced (the product of the present invention 8 in Table 2).
reference). Next, a preferable manufacturing method of the present invention will be described.
【0027】まず、支持基材上にてアルミニウム又はア
ルミニウム合金粉末(以下「アルミニウム粉末」とい
う)、潤滑剤粉末及び硬質物粉末を含んでなる混合物を
積層する。この際必要に応じて混合粉末を圧縮して密度
を高めて支持基材と粉末混合物が外見上一つの固体とし
て扱えるようにしてもよく、またメカニカルアロイング
により各成分を超微細に分布させてもよい。層の厚みは
特に限定されないが、100μm〜10mmの範囲が一
般的である。続いてアルミニウムの実質的全部が粒子形
態を維持するとともに、粒子の内部が溶融する温度に加
熱を行う。ここで層の密度が通常の焼結用圧粉体に相当
し、加熱により液相が発生すると通常の液相焼結にな
る。アルミニウム粉末は表面が極めて安定な酸化膜によ
り覆われているので、液相が発生して液相焼結の作用を
するためには液相が酸化膜を破って粉末粒子外に流出し
なければならない。本発明ではこのような状況を避け
て、加熱のままの処理品は焼結製品としては不良品とな
るような条件を積極的に選択し、液相が酸化膜の殻に囲
まれて粉末粒子の内部にとどまっているような加熱を行
う。したがって好ましい加熱温度は通常の液相焼結より
は20℃以上低い温度となり、かつ組織の説明で述べた
理由により再結晶温度以上である。First, a mixture containing aluminum or aluminum alloy powder (hereinafter referred to as "aluminum powder"), lubricant powder and hard material powder is laminated on a supporting base material. At this time, if necessary, the mixed powder may be compressed to increase the density so that the supporting base material and the powder mixture can be treated as one solid body by appearance, and each component is finely distributed by mechanical alloying. Good. The thickness of the layer is not particularly limited, but is generally in the range of 100 μm to 10 mm. Subsequently, heating is performed to a temperature at which substantially all of the aluminum maintains the particle morphology and the inside of the particles melts. Here, the density of the layer corresponds to that of a normal green compact for sintering, and when a liquid phase is generated by heating, normal liquid phase sintering is performed. Since the surface of aluminum powder is covered with an extremely stable oxide film, the liquid phase must break through the oxide film and flow out of the powder particles in order to generate the liquid phase and perform the function of liquid phase sintering. I won't. In the present invention, avoiding such a situation, positively selecting the condition that the treated product as heated is a defective product as a sintered product, the liquid phase is surrounded by the shell of the oxide film Heat as if it stayed inside. Therefore, the preferable heating temperature is 20 ° C. or more lower than that in normal liquid phase sintering, and is the recrystallization temperature or more for the reason described in the description of the structure.
【0028】その後、加熱された支持基材と前記混合物
に圧縮力を加える圧延、押出、金型プレスなど好ましく
は圧延加工を施すことにより酸化膜を破って液相を粉末
粒子外に流出させ、さらに原料粉末中で流動させる。加
工中にこれらの現象が継続しておこるように加工終了温
度は上記した好ましい温度範囲内にあることが望まし
い。加工終了後に液相は凝固する。Thereafter, rolling, extrusion, die pressing or the like is preferably applied to apply a compressive force to the heated support base material and the mixture, thereby breaking the oxide film and allowing the liquid phase to flow out of the powder particles. Further, it is made to flow in the raw material powder. The processing end temperature is preferably within the above-mentioned preferable temperature range so that these phenomena continue to occur during processing. The liquid phase solidifies after processing.
【0029】アルミニウム粉末が合金の場合、液相と固
相が平衡状態で存在するので、加工時に後者は塑性加工
され、前者は流動しかつ加工温度が上記望ましい範囲の
場合はそのまま凝固する。加工終了温度が固相線より低
いと後者は流動後塑性加工される。しかしこの場合でも
流動組織の特長は製品で残っている。一方アルミニウウ
ム粉末が純アルミニウムの場合は融点より僅か高温で酸
化膜の表皮で囲まれた内部全体が液相になる。When the aluminum powder is an alloy, since the liquid phase and the solid phase exist in an equilibrium state, the latter is plastically worked at the time of working, the former is fluid and solidifies as it is when the working temperature is within the desired range. When the processing end temperature is lower than the solidus, the latter is plastically processed after flowing. However, even in this case, the characteristic of the fluid structure remains in the product. On the other hand, when the aluminum powder is pure aluminum, the entire inside surrounded by the skin of the oxide film becomes a liquid phase at a temperature slightly higher than the melting point.
【0030】上述した好ましい製法とは別法として特開
昭58−153706号に示されたように、固相のまま
に止め、A1液相とが存在する判溶融状態での加工を行
ってもよい。しかし、上記A1の実質的全部が粒子形状
を維持し、内部が液相である状態で加工を行うほうが、
後述の液相管理の面から好ましい。As a method different from the above-mentioned preferred manufacturing method, as shown in JP-A-58-153706, the solid phase may be kept as it is and the processing may be carried out in a melted state in which the A1 liquid phase is present. Good. However, it is preferable that substantially all of the above A1 maintains the particle shape and the processing is performed in a state where the inside is in the liquid phase.
It is preferable from the aspect of liquid phase management described later.
【0031】上記加工は2回以上行ってもよい。さらに
上記加工後に熱間あるいは冷間加工を行ってもよい。ま
たこれらの加工後に支持基材との接合のために半溶融接
合あるいは熱間もしくは冷間接合を行う。支持基材との
接合を行った後に本発明の加工を行ってもよい。さらに
これらの工程の途中またはその終了後に摺動材料素材全
体の応力除去、アルミニウムの軟化、析出などを目的と
した熱処理を行ってもよい。さらに、液相焼結でなけれ
ば原料粉末の密度を高めるための焼結を上記工程の途中
または終了後に行ってもよい。これは、液相焼結を半溶
融加工の前に行うと、アルミニウム合金の二次相に低融
点組成がまた基地相には高融点組成が偏析するので、そ
の後半溶融加工のための加熱においては基地相粒子から
の液相の排出が妨げられ、この結果添加物の微細分布も
妨げられ、好ましくないからである。The above processing may be performed twice or more. Further, hot or cold working may be performed after the above working. After these processes, semi-molten bonding or hot or cold bonding is performed for bonding with the supporting base material. The processing of the present invention may be performed after the bonding with the supporting base material. Further, heat treatment for the purpose of stress removal of the entire sliding material material, softening of aluminum, precipitation, etc. may be performed during or after these steps. Further, if it is not liquid phase sintering, sintering for increasing the density of the raw material powder may be performed during or after the above steps. This is because when liquid phase sintering is performed before semi-melt processing, the low melting point composition segregates in the secondary phase of the aluminum alloy and the high melting point composition segregates in the matrix phase. This is because the discharge of the liquid phase from the matrix phase particles is hindered, and as a result, the fine distribution of the additive is also hindered, which is not preferable.
【0032】また本発明の加工終了後ならば液相焼結を
行っても良い。この液相焼結は製品の密度をさらに高め
るために行う。この場合二次相に低融点組成が偏析して
いるから、二次相が溶融して空孔を埋めて密度を高め
る。したがって圧縮下で流動した凝固相の形態はほとん
ど残らなくなることもあるが、密度の向上に効果があ
る。Liquid phase sintering may be performed after the processing of the present invention is completed. This liquid phase sintering is performed to further increase the density of the product. In this case, since the low melting point composition is segregated in the secondary phase, the secondary phase melts to fill the pores and increase the density. Therefore, the morphology of the solidified phase that has flowed under compression may hardly remain, but it is effective in improving the density.
【0033】ここで、本発明の他の製造方法について述
べる。まず、上記粉末をV型ブレンダにより混合して所
定組成の混合物を得、市販のアルミニウム合金板(厚み
2mm)の上に所定混合物を3mmの厚さに積層した
後、ロールにより冷間で圧下率20%で圧下し、次に6
00℃に保持された炉中に加工片を挿入し15秒保持し
た。その後直ちに加工片をロール径300mm、圧下荷
重500kgf、圧下率30%、圧延終了時温度450
℃の条件で、圧縮力を加えつつ冷却する。この方法によ
っても本発明が特徴とする半溶融加工(すなわちアルミ
ニウム合金が固液共存状態での加工)を行うことができ
る。このアルミニウム系複合材をさらに炉中に入れ同様
の温度条件にて15秒間保持し、その後、アルミニウム
板と鋼板と併せて直ちにロールにて全体に圧縮力を加え
つつ冷却して複合摺動材料を得た。この加工では半溶融
加工とAl/Feの圧接が同時に行われる。但し、この
半溶融加工ではその半溶融加工で生成した流動凝固二次
相が主として再溶融され、基地相はほとんど溶融しな
い。ここで、鋼板はアルミニウム系複合材と同時に炉中
にて加熱するようにしてもよい。Now, another manufacturing method of the present invention will be described. First, the above powders are mixed with a V-type blender to obtain a mixture having a predetermined composition, and the predetermined mixture is laminated to a thickness of 3 mm on a commercially available aluminum alloy plate (thickness 2 mm), and then cold rolled by a roll. Roll down at 20%, then 6
The work piece was inserted into a furnace kept at 00 ° C and held for 15 seconds. Immediately thereafter, the processed piece was rolled to a diameter of 300 mm, a rolling load of 500 kgf, a rolling reduction of 30%, and a rolling finish temperature of 450.
Cool at a temperature of ℃ while applying compressive force. Also by this method, the semi-melt processing (that is, the processing in the solid-liquid coexistence state of the aluminum alloy), which is a feature of the present invention, can be performed. This aluminum-based composite material was further placed in a furnace and held under the same temperature conditions for 15 seconds, and then the aluminum plate and the steel plate were immediately cooled by a roll while applying a compressive force to the whole to form a composite sliding material. Obtained. In this processing, semi-melting processing and Al / Fe pressure welding are simultaneously performed. However, in this semi-melt processing, the fluidized and solidified secondary phase produced in the semi-melt processing is mainly re-melted, and the matrix phase is hardly melted. Here, the steel sheet may be heated in the furnace simultaneously with the aluminum-based composite material.
【0034】このようにして得られた複合摺動材料の組
織は、先に述べた本発明品の実施例と同様の組織が得ら
れる。ここで上記のアルミニウム系複合材と鋼板との接
合については、冷間圧延もしくは熱間圧延を行ってもよ
いが、冷間圧延の場合には潤滑剤が引き延ばされる傾向
にあり上記の方法に比べて摺動材料としての性能が不満
足となりやすく、熱間圧延の場合は鉄の加工温度への加
熱によって合金組織のうちアルミニウム相などに変化を
来たしやすく同様に上記の方法に比べて摺動材料として
の性能が不満足となりやすいので、採用に際しては製造
条件設定が非常に難しく相当制限されてしまう。The structure of the composite sliding material thus obtained has the same structure as that of the embodiment of the present invention described above. Here, for the joining of the aluminum-based composite material and the steel sheet, cold rolling or hot rolling may be performed, but in the case of cold rolling, the lubricant tends to be elongated and Compared with the above method, the sliding material tends to be unsatisfactory in performance, and in the case of hot rolling, the aluminum phase of the alloy structure is likely to change due to heating to the processing temperature of iron. Since the performance as is likely to be unsatisfactory, it is very difficult to set the manufacturing conditions at the time of adoption, and it is considerably limited.
【0035】上記方法を実施する製造装置の概略を図8
に示す。コイル状に巻かれたアルミニウム合金帯などの
支持基材1は巻き戻されつつ、その上に混合粉末2の散
布を受ける。これら1、2はロール3により圧縮され、
予備成形帯4となる。予備成形帯4は炉5内を通板さ
れ、半溶融加工温度に加熱され、炉外でロール6により
半溶融加工される。この結果複合アルミ板7が得られ
る。FIG. 8 is a schematic view of a manufacturing apparatus for carrying out the above method.
Shown in. The support base material 1 such as a coiled aluminum alloy strip is unwound and receives the mixed powder 2 scattered thereon. These 1, 2 are compressed by roll 3,
It becomes the preforming band 4. The preforming zone 4 is passed through a furnace 5, heated to a semi-melt processing temperature, and semi-melt processed by a roll 6 outside the furnace. As a result, the composite aluminum plate 7 is obtained.
【0036】コイル状から巻き戻された鋼帯9は方向転
換ロール10、11、12は複合アルミ帯8に接近さ
れ、同方向に曲げられ、積層される。鋼帯9と複合アル
ミ板7は炉8により加熱され、炉外でロール13により
圧接される。かくして得られた鋼板/アルミニウム合金
板/再溶融加工Al層よりなる軸受材14はコイル状に巻
き取られる。この巻き取りにより、アルミニウム合金帯
1及び鋼帯9が巻き取られる。ここで、予備成形帯に成
形するにはロール3による成形に代え,粒子の形態が残
存するような仮焼結を行ってもよい。The steel strip 9 unwound from the coil shape, the direction change rolls 10, 11 and 12 are brought close to the composite aluminum strip 8, bent in the same direction and laminated. The steel strip 9 and the composite aluminum plate 7 are heated by a furnace 8 and pressed by a roll 13 outside the furnace. The bearing material 14 composed of the steel plate / aluminum alloy plate / remelted Al layer thus obtained is wound into a coil. By this winding, the aluminum alloy strip 1 and the steel strip 9 are wound up. Here, in order to form the preforming band, instead of forming by the roll 3, provisional sintering may be performed such that the morphology of the particles remains.
【0037】上記装置を使用する半溶融加工方法の具体
例を説明する。アルミニウム合金粉末及び潤滑剤粉末を
含んでなる混合物2を、粒子形態が残存するようにロー
ル3にて厚さ4mmの板状材に予備成形し、支持基材1
としてアルミニウム系材料または非アルミニウム系材料
である鋼板などを準備し、次に予備成形帯4を、600
℃に保持された炉5中に挿入し15秒保持した。その
後、直ちに支持基材1と予備成形帯4とをロール径30
0mm、圧下荷重500kgf、圧下率45%にて、ア
ルミニウム系板状材がロール6通過後に実質的に固化し
うるロール温度とする条件で、圧縮力を加えつつ冷却す
る。A specific example of the semi-melt processing method using the above apparatus will be described. A mixture 2 containing an aluminum alloy powder and a lubricant powder is preformed by a roll 3 into a plate-like material having a thickness of 4 mm so that the particle morphology remains.
A steel plate or the like which is an aluminum-based material or a non-aluminum-based material is prepared as
It was inserted into the furnace 5 kept at 0 ° C. and kept for 15 seconds. Immediately thereafter, the support substrate 1 and the preforming band 4 are rolled to a roll diameter of 30.
Cooling is performed while applying a compressive force under conditions of 0 mm, a rolling load of 500 kgf, and a rolling reduction of 45% under conditions of a roll temperature at which the aluminum-based plate material can be substantially solidified after passing through the roll 6.
【0038】さらに、図9に示すように、潤滑剤粉末を
含んでなる混合物2を、ロール3により粒子形態が残存
する板状材15に成形し、この板状材15をアルミニウ
ム合金粉末の実質的全部が粒子形態を維持するととも
に、粒子の内部が溶融する温度に加熱炉5にて加熱し、
その後、前記板状材にロール6により圧縮力を加えつつ
冷却する加工を施し、さらに、図8と同様に鋼板からな
る支持基材と圧接するようにしてもよい。Further, as shown in FIG. 9, the mixture 2 containing the lubricant powder is formed into a plate-like material 15 in which the particle form remains by means of a roll 3, and the plate-like material 15 is substantially made of aluminum alloy powder. While maintaining the particle morphology as a whole, the inside of the particles is heated in the heating furnace 5 to a temperature at which the particles melt,
After that, the plate-shaped material may be subjected to a process of cooling while applying a compressive force by the rolls 6, and may further be pressed into contact with a supporting base material made of a steel plate as in FIG.
【0039】なお、図10および図11に示すように、
支持基材との複合化を行って巻き取った後の軸受材14
aを、別のラインにて他の支持基材9と接合するように
してもよい。図11では軸受材14aを支持基材9との
接合を冷間圧接工程で行う場合を示すが、圧接材14b
に例えば300〜400℃の条件での焼鈍を適用するの
が好ましい。As shown in FIGS. 10 and 11,
Bearing material 14 after being composited with a supporting base material and wound up
You may make it join a with the other support base material 9 in another line. Although FIG. 11 shows a case where the bearing material 14a is joined to the support base material 9 in the cold pressure welding step, the pressure welding material 14b is used.
For example, it is preferable to apply annealing under the condition of 300 to 400 ° C.
【0040】本発明の製造方法においては、圧縮力を加
えつつ冷却する際に、アルミニウム系複合材料の摺動側
の表面に液相が多量ににじみ出ないようにすることが望
ましい。このためにはロールの近傍の一種の遷移状態に
おいて、先ず予備成形体内部では液相分が30〜70
%、より好ましくは40〜55%とする。次に、予備成
形体がロールに近づき圧縮力がアルミニウム粉に伝達さ
れると、外部固相分や軟化した内部固相分が配合された
潤滑剤とともに塑性変形されつつ内部液相分を放出し、
液相が潤滑剤等を包み込む形となる。液相はロール下で
圧縮作用を受けつつロールの冷却によって凝固しはじめ
る。ロール通過後圧力開放状態へ移行しまた複合材から
の放熱が起こる状態において塑性変形されたアルミニウ
ムの再結晶化が次第に進みながら圧延による内部歪も開
放される。このような状態を順次経過させる加工法にお
いて内部液相分が多すぎると、ロールの後側にまで多く
の液相がにじみ出ることとなる。このにじみ液相が摺動
側の表面で固まることは表面凹凸の形成や引け巣発生の
要因となり、表面の後加工の増大を招くなど製造上好ま
しくないばかりでなく、後加工では対応できない複合摺
動材料の内部欠陥をも引き起こす原因となる。これを避
けるために、加熱温度、加圧圧力、冷却条件などのバラ
ンスをとって十分な内部液相の管理をすることが必要で
ある。In the production method of the present invention, it is desirable that a large amount of liquid phase does not ooze out on the sliding side surface of the aluminum-based composite material during cooling while applying compressive force. For this purpose, in a kind of transition state in the vicinity of the roll, first, the liquid phase content is 30 to 70 inside the preform.
%, And more preferably 40 to 55%. Next, when the preform comes close to the roll and the compressive force is transmitted to the aluminum powder, the internal liquid phase component is released while being plastically deformed together with the lubricant containing the external solid phase component and the softened internal solid phase component. ,
The liquid phase becomes a form that wraps the lubricant and the like. The liquid phase begins to solidify by the cooling of the roll while being compressed under the roll. After passing through the rolls, the pressure is released, and in the state where heat is radiated from the composite material, recrystallization of the plastically deformed aluminum gradually progresses and internal strain due to rolling is released. If the internal liquid phase is too much in the processing method in which such a state is sequentially passed, a large amount of liquid phase oozes out to the rear side of the roll. The solidification of this bleeding liquid phase on the sliding side surface is a cause of unevenness in the surface and shrinkage cavities, which is not preferable in manufacturing because it increases post-processing of the surface. It also causes internal defects in moving materials. In order to avoid this, it is necessary to balance the heating temperature, the pressurizing pressure, the cooling conditions, etc., and sufficiently control the internal liquid phase.
【0041】さらに、前記混合物にさらに有機バインダ
を含む混合物に前記処理を施し、また前記加工を行う前
に前記有機バインダを該混合物から除去する脱バインダ
処理を行うことにより複合摺動材料を製造することもで
きる。有機バインダとしてはポリビニルアルコールなど
を使用することができる。有機バインダを使用すること
により原料粉末を成形した材料の密度を高めまた成型性
を高めることができ、また取扱が容易で、ロール挿入時
などを際の粉末飛散の防止をすることができる。しかし
ながら、有機バインダは摺動特性が優れないので、本発
明の加工を行うまでにはその蒸発温度以上の加熱により
または適当な溶剤を使用することにより脱バインダ処理
をして、製品中にバインダが残らないようにしなければ
ならない。Further, a composite sliding material is manufactured by subjecting the mixture to a mixture further containing an organic binder, and subjecting the mixture to a binder removal treatment to remove the organic binder from the mixture before performing the processing. You can also Polyvinyl alcohol or the like can be used as the organic binder. By using the organic binder, it is possible to increase the density of the material obtained by molding the raw material powder and enhance the moldability, and it is easy to handle, and it is possible to prevent the powder from scattering when the roll is inserted. However, since the organic binder does not have excellent sliding properties, the binder is removed from the product by heating it at a temperature equal to or higher than its evaporation temperature or by using a suitable solvent until the processing of the present invention is performed. You have to make sure it doesn't remain.
【0042】以上説明した本発明の方法によると以下の
ような特徴が顕著に認められる。
1)圧縮によりアルミニウムの酸化膜の破壊が容易にな
っており、具体的には液相焼結よりも少ない量の液相で
酸化膜を破壊することができる。
2)上記1)により焼結性が優れない微細粉末(例えば
平均粒径が5μm以下のもの)を使用することができ
る。
3)液相が、液相焼結のように単に焼結性向上に寄与す
るだけでなく、圧縮力により流動することにより添加物
の微細分散に寄与する。
4)液相が発生しない温度で行う単なる塑性加工より
も、固液共存温度で行う加工ではアルミニウム基地相の
加工量が大きい。このためアルミニウム粉末の表面積が
拡大され、これに伴って添加物の塊も分断される。According to the method of the present invention described above, the following features are remarkably recognized. 1) The compression facilitates the destruction of the aluminum oxide film. Specifically, the oxide film can be destroyed with a smaller amount of liquid phase than in liquid phase sintering. 2) According to the above 1), it is possible to use a fine powder having an excellent sinterability (for example, one having an average particle size of 5 μm or less). 3) The liquid phase not only contributes to improvement of sinterability as in liquid phase sintering, but also contributes to fine dispersion of the additive by flowing due to compressive force. 4) The amount of processing of the aluminum matrix phase is larger in the processing performed at the solid-liquid coexisting temperature than in the simple plastic processing performed at the temperature at which the liquid phase does not occur. For this reason, the surface area of the aluminum powder is increased, and along with this, the lump of the additive is also divided.
【0043】添加物は延伸性であり軟質であっても、加
工温度で溶融していないので、添加物よりアルミニウム
粉末の変形量の方が大きい。したがって、添加物が繊維
状に引き伸ばされず、アルミニウム合金の方が大きく変
形する。但しPbなどの低融点金属は加工温度への加熱
によって一旦溶融し、その後塊状に再分散する。Even if the additive is stretchable and soft, since the additive does not melt at the processing temperature, the amount of deformation of the aluminum powder is larger than that of the additive. Therefore, the additive is not stretched into a fibrous shape, and the aluminum alloy is largely deformed. However, the low melting point metal such as Pb is once melted by heating to the processing temperature and then redispersed in a lump form.
【0044】[0044]
【作用】本発明の摺動材料は、基地粉末の結合力増大及
び基地との添加物の密着力増大により耐摩耗性が向上す
る。また潤滑剤添加物の均一分散により耐焼付性が向上
する。さらに延伸性添加物の著しい展伸がないから、そ
の剥離による耐摩耗性劣化がない。The sliding material of the present invention has improved wear resistance due to an increase in the binding force of the matrix powder and an increase in the adhesion of the additive to the matrix. Further, the uniform dispersion of the lubricant additive improves the seizure resistance. Further, since the stretchable additive does not significantly spread, the abrasion resistance does not deteriorate due to the peeling.
【0045】さらに本発明の方法によると添加物の複合
量を増大させまた微粒子を使用することにより、耐摩耗
性及び耐焼付性の向上を図ることができる。また同一特
性なら粗粉のアルミニウム粉を使用することができる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。Further, according to the method of the present invention, it is possible to improve the wear resistance and the seizure resistance by increasing the composite amount of the additive and by using the fine particles. Further, if the characteristics are the same, coarse aluminum powder can be used.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
【0046】[0046]
【実施例】表1に示す3種類の原料粉末を使用して本発
明の処理を行った。EXAMPLE The treatment of the present invention was carried out using three kinds of raw material powders shown in Table 1.
【0047】[0047]
【表1】 [Table 1]
【0048】まず、上記粉末をV型ブレンダにより混合
し、市販のアルミニウム合金板(厚み2mm)の上にそ
の混合物を3mmの厚さに積層した後、ロールにより冷
間で圧下率20%で圧下し、次に600℃に保持された
炉中に加工片を装入し15秒保持した。その後直ちに加
工片をロール径300mm,圧下荷重500kgf,圧
下率30%、圧延終了時温度450℃の条件で、圧縮力
を加えつつ冷却するという本発明が特徴とする半溶融加
工(すなわちアルミニウム合金が固液共存状態での加
工)を行った。得られた複合材料は密度が96%であっ
た。First, the above powders were mixed with a V-type blender, and the mixture was laminated to a thickness of 3 mm on a commercially available aluminum alloy plate (thickness: 2 mm), and then rolled by a roll at a reduction rate of 20%. Then, the work piece was placed in a furnace kept at 600 ° C. and kept for 15 seconds. Immediately thereafter, the workpiece is cooled under a condition of a roll diameter of 300 mm, a rolling load of 500 kgf, a rolling reduction of 30%, and a rolling finish temperature of 450 ° C. while applying a compressive force. Processing in a solid-liquid coexisting state) was performed. The resulting composite material had a density of 96%.
【0049】比較例として、耐焼付性に優れた実用アル
ミニウム鋳造合金(Al−3Si−1Cu−13Sn−
2Pb−0.2Cr)を比較Aとして用いた。これにつ
き下記条件で耐焼付性の試験を行った。
耐焼付性試験(試験条件A)
試験機:高速荷重スラスト試験機(3ピン・デスク型)
摺動速度: 4m/s
荷重:30kgf/30minの割合で15分毎に増加
油種:軽油
ディスク:S55C焼入れ焼戻材(硬さ:Hv500)
ピン:試材
表1で示される通り、比較Aに対し本発明の複合摺動材
料は優れた耐焼付性を有する。As a comparative example, a practical aluminum casting alloy (Al-3Si-1Cu-13Sn-) having excellent seizure resistance was used.
2Pb-0.2Cr) was used as comparison A. A seizure resistance test was conducted under the following conditions. Seizure resistance test (test condition A) Tester: High-speed load thrust tester (3-pin desk type) Sliding speed: 4m / s Load: 30kgf / 30min increase every 15 minutes Oil type: Light oil disc: S55C Quenched and tempered material (hardness: Hv500) Pin: Test material As shown in Table 1, the composite sliding material of the present invention has excellent seizure resistance as compared with Comparative A.
【0050】次に、表2に示す8種類の原料粉末を使用
して本発明の処理を行った。比較B及び比較Cは、表2
の原料粉末を、窒素ガス中にて620℃×1Hrの焼結
をし、その後、冷間圧延により裏金鋼板と接合した液相
焼結の比較例である。比較Dは、延伸性を有する潤滑剤
を配合せず、硬質粒子のみを配合した原料粉末を使用し
た特開昭58−153706号相当の比較例である。本
発明品4、5、7、8のPbは、アトマイズPb粉末
(平均粒径40μm)を使用した。本発明品10では、
Al−Pb合金粉を使用した。Next, the treatment of the present invention was carried out using eight kinds of raw material powders shown in Table 2. Comparative B and Comparative C are shown in Table 2
3 is a comparative example of liquid phase sintering in which the raw material powder of (1) was sintered at 620 ° C. × 1 Hr in nitrogen gas, and then joined to a backing steel plate by cold rolling. Comparative D is a comparative example corresponding to JP-A-58-153706 in which a raw material powder containing only hard particles was used without adding a lubricant having stretchability. Atomized Pb powder (average particle size 40 μm) was used as Pb of the present invention products 4, 5, 7, and 8. In the product 10 of the present invention,
Al-Pb alloy powder was used.
【0051】[0051]
【表2】 [Table 2]
【0052】[0052]
【表2】 続き [Table 2] Continuation
【0053】耐焼付性試験 試験機:高速荷重スラストテスタ(3ピン・デスク型) 摺動速度:5m/s 荷重:33kgf/15minの割合で15分毎に増加 油種:クリストル#50(5cc/min) ピン:SUJ2(表面粗さ0.8±0.1μmRz) ディスク:試材Seizure resistance test Testing machine: High-speed load thrust tester (3-pin desk type) Sliding speed: 5m / s Load: Increases every 15 minutes at a rate of 33 kgf / 15 min Oil type: Christol # 50 (5cc / min) Pin: SUJ2 (surface roughness 0.8 ± 0.1 μm Rz) Disc: sample
【0054】耐摩耗性試験
試験機:円筒平板式・摩擦摩耗試験機
摺動速度:0.5m/s
摺動距離:3780m
荷重:33kgfおよび9kgf
油種:灯油
軸:S55C焼入れ材(表面粗さ0.8〜0.9μmR
z)Abrasion resistance tester: Cylindrical flat plate type / friction and wear tester Sliding speed: 0.5 m / s Sliding distance: 3780 m Load: 33 kgf and 9 kgf Oil type: Kerosene shaft: S55C hardened material (surface roughness 0.8-0.9 μmR
z)
【0055】本発明品6の試料の組織を図5に示す。図
中、黒い片状組織はグラファイトであり、白い球状組織
がアルミナであり、一部結晶粒が認められるのが基地の
アルミニウム相であり、基地相をおおう網状の相が圧縮
下で凝固したアルミニウム二次相である。The structure of the sample of the product 6 of the present invention is shown in FIG. In the figure, the black flake structure is graphite, the white spherical structure is alumina, some crystal grains are found in the matrix aluminum phase, and the net-like phase covering the matrix phase is solidified under compression. It is a secondary phase.
【0056】比較材Bは、グラファイトの延伸部に剪断
が起こり複合層にクラックが多数発生し、耐焼付性、耐
摩耗性の測定はできなかった。In Comparative Material B, shearing occurred in the stretched portion of graphite and many cracks were generated in the composite layer, and seizure resistance and wear resistance could not be measured.
【0057】比較材Cの試料の組織を図7に示す。図
中、黒い片状組織はグラファイトで非常に細長く延伸さ
れており、アルミニウムの流動凝固した二次相は観察さ
れない。このため、本発明品に対し耐焼付性や耐摩耗性
に劣り、その上比較Cの試料では組織の非常に細長い延
伸部分において疲労剥離が発生しやすくなる。そして本
発明の複合摺動材料は表2で示される通り、比較Dに対
しても優れた耐焼付性、耐摩耗性を有する。The structure of the sample of comparative material C is shown in FIG. In the figure, the black flaky structure is elongated in a very long way by graphite, and the fluidized and solidified secondary phase of aluminum is not observed. For this reason, seizure resistance and wear resistance are inferior to the products of the present invention, and in addition, in the sample of Comparative C, fatigue peeling easily occurs in a very elongated stretched portion of the structure. And, as shown in Table 2, the composite sliding material of the present invention has excellent seizure resistance and abrasion resistance as compared with Comparative D.
【0058】次に他の本発明の実施例について説明す
る。表2の本発明品7にてアトマイズPb粉末(平均粒
径40μm)の量を10体積%に変更して、実施例1と
同様の処理を行った。その摺動層の組織写真を図6に示
す。図中、白い球状組織がアルミナであり、一部結晶粒
が認められるのが基地のアルミニウム相であり、基地相
よおおう網状の相が圧縮下で凝固したアルミニウム二次
相である。黒い粗粒状のよ延伸状組織が、液体状態で圧
延されつつ凝固して塊状化したPbである。このように
した複合摺動材料は、耐焼付性が本発明品7よりも優れ
ていた。Next, another embodiment of the present invention will be described. The same process as in Example 1 was carried out by changing the amount of atomized Pb powder (average particle size 40 μm) in the product 7 of the present invention in Table 2 to 10% by volume. A photograph of the structure of the sliding layer is shown in FIG. In the figure, the white spherical structure is alumina, some crystal grains are recognized as the matrix aluminum phase, and the matrix phase covering the matrix phase is the aluminum secondary phase solidified under compression. A black coarse-grained stretched structure is Pb that is solidified and solidified while being rolled in a liquid state. The composite sliding material thus formed was superior in seizure resistance to the product 7 of the present invention.
【0059】また、本発明品7にて、使用したアルミニ
ウム粉末をAl−3Si−3Cuに変え、Al−1C
u,Al−lSi,Al−5Si−1Cuなど各種アル
ミニウム合金粉として、前述した実施例1と同様の処理
を行った。その結果、耐焼付性あるいは耐摩耗性は他の
本発明品と同等もしくはそれ以上の性能であった。ここ
で添加しない場合に比較して、より好ましい性能向上作
用が得られる成分範囲はCuが0.1〜10%、さらに
好ましくは1〜5%であり、Siでは1〜8%、Mgが
0.1〜5%であり、またMn,Mo,Crはそれぞれ
0.01〜3%であった。所望により、これら下限値以
下の配合をしてもよい。Also, in the product 7 of the present invention, the aluminum powder used was changed to Al-3Si-3Cu, and Al-1C was used.
Various aluminum alloy powders such as u, Al-1Si, and Al-5Si-1Cu were treated in the same manner as in Example 1 described above. As a result, seizure resistance or wear resistance was equivalent to or higher than that of the other products of the present invention. Compared with the case where no addition is made, the component range in which a more preferable performance improving effect is obtained is 0.1 to 10% for Cu, more preferably 1 to 5%, 1 to 8% for Si and 0 for Mg. 0.1 to 5%, and Mn, Mo, and Cr were 0.01 to 3%, respectively. You may mix | blend below these lower limit values if desired.
【0060】[0060]
【発明の効果】本発明が提供するアルミニウム系複合摺
動材料は、高負荷、高速、少油量などの厳しい摺動条件
に対応することができる。The aluminum-based composite sliding material provided by the present invention can meet severe sliding conditions such as high load, high speed, and small amount of oil.
【図1】本発明に係る摺動材料の摺動層の模式的組織を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a sliding layer of a sliding material according to the present invention.
【図2】従来の液相焼結法係る摺動材料の摺動層の模式
的組織を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a sliding layer of a sliding material according to a conventional liquid phase sintering method.
【図3】従来の展伸法係る摺動材料の摺動層の模式的組
織を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a sliding layer of a conventional sliding material according to a stretch method.
【図4】原料粉末の形状を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the shape of raw material powder.
【図5】本発明実施例1のNo.6の顕微鏡写真であ
る。5 is a schematic diagram of No. 1 of Embodiment 1 of the present invention. 6 is a micrograph of No. 6.
【図6】本発明の他の実施例の顕微鏡写真である。FIG. 6 is a micrograph of another example of the present invention.
【図7】比較Cの試材の顕微鏡写真である。FIG. 7 is a micrograph of a sample material of Comparative C.
【図8】本発明に係る製造方法の概要を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an outline of a manufacturing method according to the present invention.
【図9】本発明に係る他の製造方法の概要を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing an outline of another manufacturing method according to the present invention.
【図10】本発明に係る別の製造方法の概要を示す図で
ある。FIG. 10 is a diagram showing an outline of another manufacturing method according to the present invention.
【図11】本発明に係るさらにべつの製造方法の概要を
示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an outline of a further manufacturing method according to the present invention.
1 支持基材(アルミニウム合金帯) 2 混合粉末 3 ロール 4 予備成形帯 5 炉 6 ロール 7 複合アルミ板 8 炉 9 鋼帯 14 軸受材 1 Support substrate (aluminum alloy strip) 2 mixed powder Three rolls 4 Preforming band 5 furnaces 6 rolls 7 Composite aluminum plate 8 furnaces 9 steel strip 14 Bearing material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉良 俊彦 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 神谷 荘司 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊 工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Toshihiko Kira 3-65 Midorigaoka, Toyota City, Aichi Prefecture Otoyo Industry Co., Ltd. (72) Inventor Souji Kamiya 3-65 Midorigaoka, Toyota City, Aichi Prefecture Otoyo Industry Co., Ltd.
Claims (11)
ム又はアルミニウム合金相内に1〜30体積%の潤滑剤
粒子が分散してなるアルミニウム系複合摺動材料におい
て、 前記潤滑剤粒子が延伸性粒子からなり、前記アルミニウ
ム又はアルミニウム合金相が、圧縮下で流動凝固した二
次相と、再結晶した基地相とからなることを特徴とする
アルミニウム系複合摺動材料。1. An aluminum-based composite sliding material in which a sliding layer adhered to a supporting substrate has 1 to 30% by volume of lubricant particles dispersed in an aluminum or aluminum alloy phase, wherein the lubricant particles are An aluminum-based composite sliding material comprising stretchable particles, wherein the aluminum or aluminum alloy phase comprises a secondary phase fluidized and solidified under compression and a recrystallized matrix phase.
物粒子が分散していることを特徴とする請求項1記載の
アルミニウム系複合摺動材料。2. The aluminum-based composite sliding material according to claim 1, wherein 0.5 to 10% by volume of hard material particles are dispersed in the sliding layer.
変形していることを特徴とする請求項1または2記載の
アルミニウム系複合摺動材料。3. The aluminum-based composite sliding material according to claim 1, wherein the secondary phase of the aluminum alloy phase is plastically deformed.
非アルミニウム系材料及びそれらの複合材料からなる群
の何れか1種であることを特徴とする請求項1から3ま
での何れかの1項記載のアルミニウム系複合摺動材料。4. The supporting base material is an aluminum-based material,
The aluminum-based composite sliding material according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum-based composite sliding material is selected from the group consisting of non-aluminum-based materials and composite materials thereof.
アルミニウム合金粉末及び延伸性潤滑剤粉末を含んでな
る混合物を、前記アルミニウム又はアルミニウム合金粉
末の実質的全部が粒子形態を維持するとともに、粒子の
内部が溶融する温度に加熱し、その後、該前記支持基材
と前記混合物に圧縮力を加える加工を施すことを特徴と
するアルミニウム系複合摺動材料の製造方法。5. A mixture comprising aluminum or aluminum alloy powder and extendable lubricant powder supported on a supporting substrate, wherein substantially all of said aluminum or aluminum alloy powder maintains a particle morphology and A method for producing an aluminum-based composite sliding material, comprising heating to a temperature at which the inside melts, and then subjecting the supporting base material and the mixture to a compressive force.
び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる混合物を、粒子形態が
残存する板状材に成形し、支持基材を準備し、次に前記
支持基材とともに前記板状材を、前記アルミニウム又は
アルミニウム合金粉末の実質的全部が粒子形態を維持す
るとともに、粒子の内部が溶融する温度に加熱し、その
後、前記支持基材と該板状材に圧縮力を加える加工を施
し、冷却することを特徴とするアルミニウム系複合摺動
材料の製造方法。6. A mixture comprising aluminum or aluminum alloy powder and extendable lubricant powder is molded into a plate-like material in which the particle morphology remains to prepare a supporting base material, and then the supporting base material and the above-mentioned supporting base material are prepared. The plate-shaped material is heated to a temperature at which substantially all of the aluminum or aluminum alloy powder maintains the particle morphology and the inside of the particles is melted, and then a compressive force is applied to the supporting base material and the plate-shaped material. A method for producing an aluminum-based composite sliding material, which comprises subjecting to processing and cooling.
ルミニウム系材料とすることを特徴とする請求項5又は
6記載のアルミニウム系複合摺動材料の製造方法。7. The method for producing an aluminum-based composite sliding material according to claim 5, wherein the supporting base material is an aluminum-based material or a non-aluminum-based material.
及び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる混合物を、粒子形態
が残存する板状材に成形し、支持基材を準備し、次に、
前記板状材を、前記アルミニウム又はアルミニウム合金
粉末の実質的全部が粒子形態を維持するとともに、粒子
の内部が溶融する温度に加熱し、その後、前記板状材に
圧縮力を加える加工を施し、さらに、前記板状材と前記
支持基材を圧接することを特徴とするアルミニウム系複
合材料の製造方法。8. A support material is prepared by molding a mixture comprising aluminum or aluminum alloy powder and extendable lubricant powder into a plate-like material in which the particle form remains, and then,
The plate-shaped material, while substantially all of the aluminum or aluminum alloy powder maintains the particle morphology, is heated to a temperature at which the inside of the particles melt, and then subjected to a process of applying a compressive force to the plate-shaped material, Further, the method for manufacturing an aluminum-based composite material, characterized in that the plate-shaped material and the supporting base material are brought into pressure contact with each other.
及び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる前記混合物に、硬質
粒子がさらに混合されていることを特徴とする請求項5
から8までの何れか1項記載のアルミニウム系複合材料
の製造方法。9. The hard particles are further mixed with the mixture containing aluminum or aluminum alloy powder and extendable lubricant powder.
9. The method for manufacturing an aluminum-based composite material according to any one of 1 to 8.
た後、前記混合物を前記支持基材上に圧下し、続いて前
記加熱を行うことを特徴とする請求項5記載のアルミニ
ウム系複合材料の製造方法。10. The aluminum-based composite material according to claim 5, wherein the mixture is sprayed on the supporting base material, the mixture is pressed down on the supporting base material, and then the heating is performed. Manufacturing method.
りに散布された混合物の仮焼結を行うことを特徴とする
請求項10記載のアルミニウム系複合摺動材料の製造方
法。11. The method for producing an aluminum-based composite sliding material according to claim 10, wherein the mixed mixture is pre-sintered in addition to or instead of the reduction.
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