(57)【要約】  アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートの製造において粉末金属合金組成物を使用する。粉末金属合金組成物は、鉄粉末金属ベースと、当該粉末金属合金組成物の３．５重量％以上となる量の銅と、当該粉末金属合金組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、を含む。このような粉末金属合金組成物を成形及び焼結して焼結粉末金属インサートを形成すると、焼結粉末金属インサートは、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサートの表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する。インサートの表面の方が銅濃度が高いことにより、鋳込み中にアルミニウム鋳物との間に強い冶金的結合を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートを製造するための粉末金属合金組成物であって、
鉄粉末金属ベースと、
前記粉末金属合金組成物の３．５重量％以上になるように、前記鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅と混合銅含有粉末金属とのうち少なくとも１つの形態で前記鉄粉末金属ベースに添加された銅と、
前記粉末金属合金組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、
を含み、
前記粉末金属合金組成物を成形及び焼結して前記焼結粉末金属インサートを形成すると、前記焼結粉末金属インサートは、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサートの表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する
ことを特徴とする粉末金属合金組成物。
【請求項２】
前記混合銅含有粉末金属は元素銅粉末金属である、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項３】
前記粉末金属合金組成物中に存在する銅の一部は前記鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化したものであり、一部は、前記鉄粉末金属ベースと混合された混合銅含有粉末金属中に含まれたものである、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項４】
前記鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化した銅は前記粉末金属合金組成物の３重量％の量であり、
前記混合銅含有粉末金属中の銅は前記粉末金属合金組成物の０．５重量％超である、
請求項３記載の粉末金属合金組成物。
【請求項５】
前記粉末金属合金組成物中に存在する銅は、前記混合銅含有粉末金属の形態で含有されている銅を少なくとも３．５重量％含む、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項６】
前記鉄粉末金属ベースに添加された銅の全部が前記混合銅含有粉末金属からのものであり、前記鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅は存在しない、
請求項５記載の粉末金属合金組成物。
【請求項７】
前記粉末金属合金組成物中に存在する銅の一部は、前記鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化したものであり、
前記鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化した銅は、前記粉末金属合金組成物の１，２及び３重量％から成る群から選択された量である、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項８】
前記鉄粉末金属ベースは少なくとも部分的に前記炭素を含む、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項９】
前記粉末金属合金組成物は複数の粉末金属粒子を含む、
請求項１記載の粉末金属合金組成物。
【請求項１０】
アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートであって、
請求項１記載の粉末金属合金組成物を含む焼結体であって、前記粉末金属合金組成物の複数の粒子が互いに焼結し合うことにより当該焼結体を形成する焼結体を含み、
銅勾配によって、前記焼結粉末金属インサートの表面における銅濃度が当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より高くなることにより、前記焼結粉末金属インサートが前記アルミニウム鋳物のアルミニウム鋳物材料内に鋳造されるときに前記アルミニウム鋳物材料との冶金的結合の形成が促進される
ことを特徴とする焼結粉末金属インサート。
【請求項１１】
前記焼結体は、
当該焼結体の側方面に相反対側の一対の端部と、
当該焼結体の前記相反対側の一対の端部間の面に配置されたベアリング受け面であって、ベアリングを受けるように構成されたベアリング受け面と、
前記ベアリング受け面の軸に対して垂直な軸方向に前記焼結体を貫通する一対のボルト孔と、
請求項１０記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１２】
前記焼結体の微細構造は、フェライト、パーライト、及びディスクリートＭｎＳのグレインを含む、
請求項１０記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１３】
前記焼結体の微細構造は遊離銅を含む、
請求項１０記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１４】
前記微細構造中の前記遊離銅のうち少なくとも一部は、隣接する鉄グレインが銅を溶解する可溶限界に達することにより生じたものである、
請求項１３記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１５】
請求項１０記載の焼結粉末金属インサートを含む部品であって、
前記焼結粉末金属インサートが前記アルミニウム鋳物材料内に鋳造されて、前記焼結粉末金属インサート中の銅と前記アルミニウム鋳物材料との間に冶金的結合が形成されている
ことを特徴とする部品。
【請求項１６】
前記焼結粉末金属インサートの前記表面の銅と前記アルミニウム鋳物材料との間の前記冶金的結合の領域の微細構造は、Ａｌ−Ｃｕのα相及びθ相を含む、
請求項１５記載の部品。
【請求項１７】
前記冶金的結合は、互いに混合されたアルミニウム原子及び銅原子の両方を含む界面層を含む、
請求項１５記載の部品。
【請求項１８】
前記アルミニウム鋳物材料はアルミニウム合金である、
請求項１５記載の部品。
【請求項１９】
鉄粉末金属ベースと、前記粉末金属合金組成物の３．５重量％以上になるように前記鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅と混合銅含有粉末金属とのうち少なくとも１つの形態で前記鉄粉末金属ベースに添加された銅と、前記粉末金属合金組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、を含む粉末金属合金組成物を成形及び焼結することにより、焼結粉末金属インサートを形成するステップ
を有する方法であって、
前記焼結粉末金属インサートは、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサートの表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記焼結粉末金属インサートをアルミニウム鋳物材料内に鋳造することにより、当該焼結粉末金属インサートを含むアルミニウム鋳物であって、前記粉末金属インサートの表面における銅が前記アルミニウム鋳物材料との間に冶金的結合を形成するアルミニウム鋳物を形成するステップをさらに有する、
請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０１７年１１月３０に出願された、発明の名称を「アルミニウム鋳物用の焼結粉末金属インサートの粉末金属合金組成（Powder Metal Alloy Composition for Sintered Powder Metal Insert for Aluminum Casting）」とする米国仮特許出願第６２／５９２，８１４号の出願日の利益を主張するものであり、当該仮特許出願の内容は全て参照により、全ての目的のために本願明細書に組み込まれているものとする。
【０００２】
＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
なし。
【０００３】
本願開示は、アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートを形成するための改善された鉄粉末金属合金組成に関する。
【０００４】
ピストンエンジンでは、バルブを制御するためにカムシャフトが用いられ、直線運動を、有効に利用でききる回転運動（例えば車両の運動を駆動する運動）に変換するために、ピストンにクランクシャフトがコネクティングロッドを介して接続されている。かかるシャフトは、エンジン作動中に当該シャフトの回転を可能にするベアリングによって保持及び支持されている。エンジン作動中は、このベアリングとこれに取り付けられたシャフトは、実に大きなエンジン負荷にさらされるので、構造的に適切に支持される必要がある。
【０００５】
エンジンシャフトを支持するベアリングの構造的サポートが必要とされている一方、エンジン設計についてなされた多くの検討（例えば、燃料経済性の改善のための軽量化、材料コストの削減等）により、最近の多くのエンジンブロックは、可能である場合には、鉄又は鉄合金ではなくアルミニウム又はアルミニウム合金から鋳造されるようにもなった。アルミニウムを使用すると軽量化が助長されるが、鉄系エンジンブロックではなくアルミニウム系エンジンブロックを用いるためには依然として、ベアリングを受ける領域を支持しなければならないことが多い。
【０００６】
鋳造アルミニウムエンジンブロックでは、アルミニウムエンジンブロックに構造的なインサートが鋳造されることが多く、このインサートは鋳鉄から成ることが多い。このようなインサートにより、カムシャフトがボルト締めされてエンジン負荷が加えられたときに、ベアリングサポートの領域における強度及び剛性が向上する。一具体例としてメインベアリングインサート（「ＭＢＩ」）の場合、当該インサートは鋳鉄から形成されることができ、その際には、この鋳鉄インサートの周りにアルミニウム合金（典型的にはＡ３８０アルミニウム合金）が鋳込まれる。鋳込み中、インサートは、当該インサートの幾何学的形態の部分の周りで鋳造材料が硬化してインサートを定位置に保持することにより、定位置に機械的に固定される。
【発明の概要】
【０００７】
本願にて開示されているのは、エンジンの製造においてアルミニウム又はアルミニウム合金内に鋳造できるベアリングインサートを形成するための改善された粉末金属組成物である。従来の鋳鉄インサートは、当該インサートの幾何学的要素の周りにアルミニウム又はアルミニウム合金が鋳込まれる機械的インターロックに基づいているが、本願に開示されている鉄焼結粉末金属ベアリングインサートは、銅が当該焼結粉末金属インサートの表面において優勢的に多くなっている微細構造を有する。焼結粉末金属インサートの表面における銅の量をこのように増加することにより、アルミニウム鋳物材料と接触したときに冶金的結合を形成することができる。鋳込み中にこのような冶金的結合を形成できるようにインサートの表面における銅を多くするためには、粉末金属インサートの製造中に銅勾配が生じて、これを鋳込み中に利用できるように、鉄インサートの粉末金属配合を入念に設計することができる。
【０００８】
一側面では、アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートを製造するための粉末金属合金組成物が開示される。当該粉末金属合金組成物は、鉄粉末金属ベースと、粉末金属合金組成物の３．５重量％以上になるように鉄粉末金属ベースに添加される銅と、粉末金属合金組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、を含む。銅は、鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅及び／又は混合銅含有粉末金属として供給されることが可能である。このような粉末金属合金組成物を成形及び焼結して焼結粉末金属インサートを形成すると、焼結粉末金属インサートは、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサートの表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する。
【０００９】
当該組成物の一部の形態では、混合銅含有粉末金属は元素銅粉末金属とすることができる。この混合銅含有粉末金属は、非鉄（鉄組成物の関連においては、プレアロイとして特徴付けることができないものを意味する）とすることもできる。
【００１０】
当該組成物の一部の形態では、粉末金属合金組成物中に存在する銅の一部は鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化することができ、一部は、鉄粉末金属ベースと混合される混合銅含有粉末金属に含まれたものとすることができる。かかる形態では、鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化した銅は粉末金属合金組成物の３重量％の量とし、混合銅含有粉末金属中の銅は粉末金属合金組成物の０．５重量％超とすることができる。さらに他の形態では、一般に、鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化する銅の量を粉末金属合金組成物の１，２又は３重量％（残りの銅は、混合銅含有粉末金属により供給されるものである）とすることができる。
【００１１】
当該組成物の一部の形態では、粉末金属合金組成物中に存在する銅は、混合銅含有粉末金属の形態で供給された少なくとも３．５重量％の銅を含むことができる。これは、鉄粉末金属ベースに添加された銅の全部が混合銅含有粉末金属からのものであり、混合銅含有粉末金属中にプレアロイ銅が存在しない場合に当てはまり得る。
【００１２】
当該組成物の一部の形態では、鉄粉末金属ベースは少なくとも部分的に前記炭素を含むことができる。
【００１３】
他の一側面では、アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートが開示されている。当該焼結粉末金属インサートは、本願にて記載されているいずれかの粉末金属合金組成物を含む焼結体を含み、当該焼結体では、粉末金属合金組成物の複数の粒子が互いに焼結し合うことにより当該焼結体を形成する。この焼結体は、焼結粉末金属インサートの表面における銅濃度を当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より高くする銅勾配を有する。インサートの表面における銅のこのような勾配と増量とにより、焼結粉末金属インサートがアルミニウム鋳物のアルミニウム鋳物材料内に鋳造されると、アルミニウム鋳物材料との冶金的結合の形成が促進される。
【００１４】
当該インサートの一部の形態では、焼結体は側方面に相反対側の一対の端部と、当該焼結体の前記相反対側の一対の端部間の面に配置されたベアリング受け面であって、ベアリングを受けるように構成されたベアリング受け面と、ベアリング受け面の軸に対して垂直な軸方向に焼結体を貫通する一対のボルト孔と、を有することができる。
【００１５】
当該インサートの一部の形態では、焼結体の微細構造は、フェライト、パーライト、及びディスクリートＭｎＳ（discrete MnS）のグレインを含むことができる。
【００１６】
当該インサートの一部の形態では、焼結体の微細構造は遊離銅を含む。かかる形態では、微細構造中の遊離銅のうち少なくとも一部は、隣接する鉄グレインが銅を溶解する可溶限界に達することにより生じるものであり得る。
【００１７】
他の一側面では、上記及び下記にて記載されている焼結粉末金属インサートを含む部品が開示されており、当該部品では、焼結粉末金属インサートがアルミニウム鋳物材料内に鋳造されて、焼結粉末金属インサート中の銅とアルミニウム鋳物材料との間に冶金的結合が形成されている。
【００１８】
当該部品の一部の形態では、焼結粉末金属インサートの表面における銅とアルミニウム鋳物材料との冶金的結合の領域の微細構造は、Ａｌ−Ｃｕのα相及びθ相を含むことができる。
【００１９】
当該部品の一部の形態では、冶金的結合は、互いに混合され又は互いに拡散若しくは分散したアルミニウム原子及び銅原子の両方を含む界面層を含むことができる。
【００２０】
他の一側面では、焼結粉末金属インサートの形成及び当該インサートを使用する鋳物の形成を行う方法が開示されている。上記及び下記にて開示されている粉末金属合金組成物を成形及び焼結することにより、焼結粉末金属インサートを形成する（粉末金属合金組成物は、鉄粉末金属ベースと、粉末金属合金組成物の３．５重量％以上になるように当該鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅及び／又は混合銅含有粉末金属の形態で鉄粉末金属ベースに添加された銅と、粉末金属合金組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、を含む）。焼結粉末金属インサートは、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサートの表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する。
【００２１】
当該方法の一部の形態では、当該方法はさらに、焼結粉末金属インサートをアルミニウム鋳物材料内に鋳造することにより、当該焼結粉末金属インサートが中に鋳造されたアルミニウム鋳物であって、粉末金属インサートの表面における銅がアルミニウム鋳物材料との間に冶金的結合を形成するアルミニウム鋳物を形成することを含む。
【００２２】
本発明の上記又は他の利点は、詳細な説明及び図面から明らかである。以下は、本発明の一部の好適な実施形態の単なる説明である。本発明の全範囲を評価するためには、特許請求の範囲を参酌しなければならない。というのも、これらの好適な実施形態は、それらのみが特許請求の範囲に含まれることを意図したものではないからである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】焼結粉末金属インサートが内に鋳造された鋳物部品の側面図である。
【図２Ａ】銅のプレアロイ量が１重量％であり、混合銅の形態の３重量％の銅を達成するための残りの銅は混合銅である、３重量％銅の鉄微細構造の微細構造である。
【図２Ｂ】銅のプレアロイ量が２重量％であり、混合銅の形態の３重量％の銅を達成するための残りの銅は混合銅である、３重量％銅の鉄微細構造の微細構造である。
【図２Ｃ】銅のプレアロイ量が３重量％である、３重量％銅の鉄微細構造の微細構造である。
【図２Ｄ】１重量％の銅がプレアロイ化している２重量％混合された試料中の少量の銅を示す図である。
【図３Ａ】複数のグレインを通る経路であって銅濃度が測定される経路を示す、試料の顕微鏡写真例を示す図である。
【図３Ｂ】３重量％プレアロイ銅の場合の銅マッピング線走査を示す図である。
【図３Ｃ】３重量％混合銅の場合の銅マッピング線走査を示す図である。
【図４】アルミニウム−銅相図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願にて開示されているのは、鉄粉末金属組成物であって、当該鉄粉末金属組成物の粉末金属が成形及び焼結されたときに冶金的結合を形成して、アルミニウム又はアルミニウム合金内に鋳造されるインサートを提供する鉄粉末金属組成物である。銅を十分な量で、成形及び焼結された部分の粉末表面において銅の量（あるいは遊離銅の量）が多い銅勾配を有する微細構造を生成するように、鉄粉末金属に添加することにより、得られたインサートをアルミニウム系材料内に鋳造し、当該インサートがアルミニウム系材料と反応してアルミニウム系材料との間に冶金的結合を形成することができる。したがって、上述のような化学的構造の改良により、機械的な結合（例えば、インサートの周りで硬化する鋳造材料の巨視的な幾何学的係合等）にのみ依拠し得る従来のインサートと比較して一層強力な冶金的結合を形成することができる。
【００２５】
図１は、アルミニウム材料１０４内にインサート１０２を鋳造することにより形成できる一例の部品１００の側面図である。図示のように、部品１００は、エンジンに設置されるカムシャフト又はクランクシャフトのベアリングのためのベアリングサポートの片半部とすることができる。部品１００はこのようにして、径方向内側を向いた半円柱面の形態のベアリング受け面１０６を有することとなり、このベアリング受け面１０６は、上述の径方向内側を向いた半円柱面の他半部を有する部品と係合することによってベアリングを間に挟んで捉えることができる。このベアリングは、カムシャフト又はクランクシャフトを支持することができる。インサート１０２はまた、他方の部品と接触するように配されている概ね平坦な係合面１０８と、ベアリング受け面１０６の中心軸に対して垂直な方向に延在する２つのねじ孔１１０又はボルト孔と、を有する。当該部品１００及び相手側部品の係合面が合わさって配置されると、ボルト又は他の締結具を用いて両部品を共に固定するのを助けるために、ねじ孔１１０を使用することができる。
【００２６】
なお、インサート１０２は外周面１１２を有し、この外周面１１２は、アルミニウム材料１０４がインサート１０２の周りに鋳込まれたときに当該アルミニウム材料中におけるインサート１０２の機械的な固定を維持するのを助ける幾何学的形状を有する。
【００２７】
インサート１０２のようなインサートは粉末金属から形成することができ、インサートを形成するためには、粉末金属組成物（典型的には、複数の個別粒子と若干量のワックス／潤滑剤とを含む）を採用し、インサートの大体の幾何学的形状を有するプリフォームを形成するように当該粉末金属組成物を成形し（典型的には、工具ダイセット（tool and die set）で単軸圧縮により成形し）、その後、個別粒子が絡み合って融け合い多孔質性を低減するようにプリフォームを焼結することができる。この成形及び焼結は別個に順次行うことができ、又は、互いに同時に（例えば粉末鍛造工程の一部として）行うことができる。インサート１０２を形成するようにプリフォームを焼結するときの焼結中、その部分が焼結過程中に緻密化し、当該過程が進むにつれ孔径が小さくなって閉じる。当該部分が焼結された後、追加の仕上げステップ又は機械加工ステップを行うことができ、このステップは例えば、孔１１０の穿孔若しくはタッピングステップ、又はベアリング受け面１０６の寸法の精密仕上げステップ等である。
【００２８】
図示の部品１００を形成するためには、インサート１０２を型に入れ、インサート１０２の周りに、典型的にはアルミニウム合金等であるアルミニウム材料（例えば、３〜４重量％の間の銅、０．１重量％のマグネシウム、最大１．３重量％の鉄、最大０．３５重量％の錫、最大０．５重量％のニッケル、３重量％の亜鉛、０．５重量％のマンガン、７．５〜９．５重量％のシリコン、全部で０．５重量％を超えない他の金属、残部であるアルミニウムを含むＡ３８０等）を鋳込む。Ａ３８０は広く知られたダイキャスト用アルミニウム合金であるため、上記ではこれを挙げたが、Ａ３８０は代表的なものであり、使用できるアルミニウム鋳造材料を何ら限定するものではない。
【００２９】
注目すべき点は、鋳込み中に焼結粉末金属インサート１０２とアルミニウム材料１０４との間で反応冶金的結合を行えるようにするため、インサート１０２を形成するために使用される粉末金属合金組成物を改良できることである。インサートを作成するために使用される鉄粉末金属組成物に適量の銅を添加することにより、インサート１０２の表面の銅が高濃度となる（鉄グレイン中の銅濃度が高いか、又は銅が遊離銅として存在する）銅勾配を生じることができ、このことによって、インサート１０２とアルミニウム材料１０４との冶金的結合を生じさせる反応の形成を促進することができ、この冶金的結合によって、鋳込み中に生じる従来の機械的結合より一層強い連結を促進することができることが判明した。
【００３０】
インサート１０２とアルミニウム材料１０４との冶金的結合を促進するためには、鉄粉末金属中の銅を３．５重量％以上の量に増量する。この３．５重量％銅は、鉄グレイン中における固溶限界を超え、かかる銅により銅勾配が生じ、焼結粉末金属粒子の表面における銅量が多くなり、また遊離銅が存在することもあり得る。
【００３１】
よって、アルミニウム鋳物内に鋳造するための焼結粉末金属インサートを製造するための粉末金属合金組成物は、鉄粉末金属ベース（すなわち鉄粉末金属のグレイン。これは、銅及び／又は炭素の一部又は全部を含む場合がある）を含む複数の粉末金属粒子と、当該組成物の３．５重量％以上の量の銅（前記ベース粉末とプレアロイ化した銅及び／又は混合銅）と、追加の強度を付加するための当該組成物の０．１〜１．０重量％の量の炭素と、を含むことができる。炭素は必ずしも鉄粉末金属ベースの一部として認められるべきものではないが、大抵の場合、炭素は鉄粉末金属ベース中に存在することが想定される。焼結粉末金属インサート１０２を形成するために上記の粉末金属合金組成物を成形及び焼結すると、焼結粉末金属インサート１０２は、当該焼結粉末金属インサートのグレインの中心より当該焼結粉末金属インサート１０２の表面の方が高い銅濃度を示す銅勾配を有する。
【００３２】
上記銅は、鉄粉末金属ベース中のプレアロイ銅の形態及び／又は混合銅含有粉末金属の形態（単に元素銅粉末金属を鉄粉末金属ベースと混合したものとすることができる）で、鉄粉末金属ベースに添加することができる。よって一部の形態では、粉末金属合金組成物中に存在する銅の一部は鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化したものとし、一部は、鉄粉末金属ベースと混合された混合銅含有粉末金属に含むことができる。一形態では、３．５重量％の閾値に達するように添加される銅のうち１００％を混合銅含有粉末金属からのものとし、鉄粉末金属ベース中にはプレアロイ銅が全く存在しないことができる。銅のうち少なくとも一部の量の銅を混合することは、高濃度銅粉末表面を生じさせるために有利となり得る。というのも、銅を混合することは（銅のプレアロイ化と対照的に）銅勾配を大きくし得るからである（これは、下記の図３Ｂ及び３Ｃに示されている結果から明らかである）。
【００３３】
例えば一部の形態では、鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化する銅は粉末金属合金組成物の３重量％の量とし、混合銅含有粉末金属中の銅は粉末金属合金組成物の０．５重量％超とすることができる。また、例えば粉末金属合金組成物の１，２及び３重量％の量で銅を鉄粉末金属ベース中でプレアロイ化し、さらに、全体で３．５重量％の閾値に達するように追加量の混合銅が存在することができる（例えば、１重量％はプレアロイ銅とすると、少なくとも２．５重量％は混合銅となる）。
【００３４】
ここで図２Ａ〜２Ｃを参照すると、鍛造試作後の１重量％のプレアロイ銅／２重量％の混合銅の微細構造と、２重量％のプレアロイ銅／１重量％の混合銅の微細構造と、３重量％のプレアロイ銅の微細構造と、が示されている。ここでも分かりやすくするため、プレアロイ銅は鉄粉末金属中でプレアロイ化されている。３％銅の試料は全て、フェライト相、パーライト相、及びディスクリートＭｎＳ相を含んでいることが分かる。
【００３５】
図２Ｄを参照すると、ここでも微細構造中に遊離銅が存在している。
【００３６】
ここで図３Ａ〜３Ｃを参照すると、複数のグレインに及ぶ銅の分布及び勾配を示すため、作製されたサンプルの一部について銅マッピングを行った。図３Ａは、線走査の一例の経路を示している（この線走査は、日本電子のＪＳＭ−６４６０ＬＶ  ＳＥＭを用いてＥＤＸを使用して行われた）。この線走査は、相対均一度を示すために複数の従前の粒子に及ぶのに十分な距離にわたって行われた。サンプリングは７ミクロン間隔で行われた。
【００３７】
図３Ｂは、３重量％プレアロイ試料の場合の銅マッピング結果を示しており、それに対して図３Ｃは、３重量％混合銅試料の場合の銅マッピング結果を示している。プレアロイ試料中の銅の分布は比較的均一であることが分かり、また、混合銅試料では有意なピークと谷がある（これらはそれぞれ、グレインの高濃度銅表面とグレインの中心の銅不含領域とを示す）ことも分かる。
【００３８】
なお、既に３重量％のプレアロイ銅を含む鉄粉末金属ベースに銅を添加すると、表面において銅が多い複合的な銅プロファイルとなる。これは、鉄中における銅の可溶限界が約４重量％であり、混合された銅はプレアロイ鉄グレイン中に適切に拡散できなくなるからである。
【００３９】
最後に図４を参照すると、アルミニウム−銅相図が示されている。鋳込み中に溶融アルミニウム（又はアルミニウム合金）が銅と接触すると、表面における一部の量の銅がアルミニウム中に溶解する。鋳込み速度及び冷却速度によっては、全ての銅がアルミニウム液体中に溶解しないことが想定される。これにより、アルミニウム液体中に銅含有量が低い一部の局在化した領域が形成されることとなる。液体Ａｌ−Ｃｕ溶融物が冷却するとα相が形成され、反応速度と溶解した銅組成とに依存して、若干量のα相＋θ相が非常に形成されやすくなる。これにより、アルミニウム鋳物材料と銅との間に、冶金的結合が形成される局在化した領域が形成される。
【００４０】
本発明の思想及び範囲内で、上記の好適な実施形態の種々の他の改良及び変形を行うことが可能であると解すべきである。よって、本発明はここで記載された実施形態に限定されない。本発明の全範囲を確定するためには、以下の特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図１】
2021504580.tif 000003
【図２Ａ】
2021504580.tif 000004
【図２Ｂ】
2021504580.tif 000005
【図２Ｃ】
2021504580.tif 000006
【図２Ｄ】
2021504580.tif 000007
【図３Ａ】
2021504580.tif 000008
【図３Ｂ】
2021504580.tif 000009
【図３Ｃ】
2021504580.tif 000010
【図４】
2021504580.tif 000011
【国際調査報告】
2021504580.tif 000012
2021504580.tif 000013
2021504580.tif 000014