(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無水硼酸及び硼砂から選択される硼素酸化物の被膜が表面に形成された黒鉛粒子をアルミニウム合金の溶湯中に、この黒鉛粒子の含有量が３重量％以上１５重量％以下になるように投入し、
この黒鉛粒子が投入されたアルミニウム合金の溶湯をダイカスト鋳造して黒鉛含有アルミニウム合金を製造することを特徴とする黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム合金の溶湯は、
１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、１重量％以上１５重量％以下のＣｕと、残部Ａｌ及び不可避的不純物とからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金の溶湯は、
１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰと、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウム合金の溶湯は、
０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有するものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム合金の溶湯は、
０．１重量％以上２重量％以下のＦｅ及び０．０１重量％以上０．４重量％以下のＴｉのうちの少なくとも一方を含有するものであることを特徴とする請求項２から４までのうちのいずれか一項に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項６】
前記黒鉛粒子は、
その粒度が、１４メッシュを通過し１００メッシュを通過しないものであることを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項７】
前記黒鉛粒子は、
その粒度が、２０メッシュを通過し５５メッシュを通過しないものであることを特徴とする請求項６に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項８】
黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成するに当り、
水又はアルコールからなる溶媒に硼素酸化物を溶解させて飽和溶液を作製し、
この飽和溶液に黒鉛粒子を添加してその表面に硼素酸化物を付着させ、
この黒鉛粒子を加熱して乾燥させることによりこの黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成することを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８までのうちのいずれか一項に記載された黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法によって製造された黒鉛含有アルミニウム合金から作製されたことを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、黒鉛粒子を含有した黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法、及び摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム（Ａｌ）合金は軽量で機械的性質や加工性に優れていることから工業材料として広く使用されている。Ａｌ合金の中でもＡｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の耐摩耗性は優れていることが知られている。特にＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金は流体潤滑条件下での耐摩耗性が優れているので、軸受などの摺動部材として工業的に使用されている。しかし、このＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金は境界潤滑条件下での使用においては耐凝着性に劣るので、流体潤滑条件下での使用に限られる、という問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ａｌ合金を境界潤滑条件下で使用可能にする技術として、
（１）Ａｌ合金の摺動面に固体潤滑剤として黒鉛を埋設固定することにより、Ａｌ合金に自己潤滑性を付与する技術、及び
（２）Ａｌ合金中に固体潤滑剤として黒鉛を分散させることにより、Ａｌ合金に自己潤滑性を付与する技術、
が知られている。
【０００４】
上記した（１）の技術は、Ａｌ合金から板状や円筒状の部材を作製し、例えば円筒状の部材のうち摺動面となる平面あるいは円筒面に複数個の孔を明け、これらの孔に固体潤滑剤を接着剤によって埋設固定することにより、Ａｌ合金に自己潤滑性を付与する技術である。しかし、この技術では、円筒状部材が小径（小サイズ）のときは、孔明け作業やその後の固体潤滑剤の埋設作業が煩雑になる、という欠点がある。
【０００５】
また、上記した（２）の技術としては、例えば特公昭４４−１０４２号公報あるいは特公昭４５−１３２２４号公報に開示された技術が知られている。
【０００６】
特公昭４４−１０４２号公報には、流下しつつある金属溶融物に、黒鉛粉末を懸濁させた中性ガスを吹付けてＡｌ合金を飛沫粒状化させると共に、その粒状化金属表面に黒鉛粉末を付着させ、これを鋳型に導入し、黒鉛が付着した金属粒子を互いに融着させ、粒界に黒鉛が保持された一体金属として凝固させる技術が開示されている。
【０００７】
特公昭４５−１３２２４号公報には、金属の溶融物中に、分散剤としてガスを用いて、金属被覆した黒鉛粒子を分散させ、その後、溶融物を冷却して固化させる技術が開示されている。
【０００８】
上記した特公昭４４−１０４２号公報に開示された技術では、黒鉛及び黒鉛を含有する母体金属の歩留まりが非常に悪く、また多くの巣が発生したりガス中の不純物を巻き込んだりするので健全な鋳塊が得られにくい、という欠点がある。
【０００９】
また、特公昭４５−１３２２４号公報に開示された技術では、黒鉛粒子を母材金属の熔融物中へ注入するために長時間を要し、しかも、多くの黒鉛粒子が浮上するので黒鉛が均一に分散しにくい、という欠点がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、Ａｌ合金中に黒鉛粒子を均一に分散含有させた黒鉛含有Ａｌ合金の製造方法、及びこの製造方法によって製造した黒鉛含有Ａｌ合金から作製した摺動部材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、黒鉛粒子がＡｌ合金の溶湯から浮上分離する要因について考察した。その要因として、黒鉛粒子の表面の性質を挙げた。黒鉛粒子と溶融合金とが接触するとき、溶融合金の粘性挙動に対する黒鉛粒子の表面の見掛けの粘性が黒鉛粒子の分散性に影響を与える、と考えた。換言すれば、黒鉛粒子の表面にＡｌ合金の溶湯と粘性挙動が近似した見掛けの表面を形成することにより、黒鉛粒子がＡｌ合金中に良好に分散する、と本発明者らは考えた。
【００１２】
この考えに基づき、黒鉛粒子の表面の改質について各種実験を試みた。その結果、Ａｌ合金の溶湯中に投入した際、短時間では分解あるいは飛散しない物質として無水硼酸（Ｂ２０３）及び硼砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）が存在し、これらの物質をＡｌ合金の溶湯中に投入した場合、これらの物質が軟化あるいは溶融して粘稠性を発揮することを見出した。さらに、Ａｌ合金の溶湯中に黒鉛粒子を投入した後、溶湯を短時間で凝固させることにより、Ａｌ合金中に黒鉛粒子を均一に分散できることも見出した。本発明は、これらの知見に基づきなされた。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の黒鉛含有アルミニウム合金製造方法は、
（１）無水硼酸及び硼砂から選択される硼素酸化物の被膜が表面に形成された黒鉛粒子をアルミニウム合金の溶湯中に、この黒鉛粒子の含有量が３重量％以上１５重量％以下になるように投入し、
（２）この黒鉛粒子が投入されたアルミニウム合金の溶湯をダイカスト鋳造して黒鉛含有アルミニウム合金を製造することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、
（３）前記アルミニウム合金の溶湯は、１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、１重量％以上１５重量％以下のＣｕと、残部Ａｌ及び不可避的不純物とからなるものであってもよい。
【００１５】
また、
（４）前記アルミニウム合金の溶湯は、１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰと、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるものであってもよい。
【００１６】
さらに、
（５）前記アルミニウム合金の溶湯は、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有するものであってもよい。
【００１７】
さらにまた、
（６）前記アルミニウム合金の溶湯は、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅ及び０．０１重量％以上０．４重量％以下のＴｉのうちの少なくとも一方を含有するものであってもよい。
【００１８】
さらにまた、
（７）前記黒鉛粒子は、その粒度が、１４メッシュを通過し１００メッシュを通過しないものであってもよい。
【００１９】
さらにまた、
（８）前記黒鉛粒子は、その粒度が、２０メッシュを通過し５５メッシュを通過しないものであってもよい。
【００２０】
さらにまた、
（９）黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成するに当り、水又はアルコールからなる溶媒に硼素酸化物を溶解させて飽和溶液を作製し、この飽和溶液に黒鉛粒子を添加してその表面に硼素酸化物を付着させ、この黒鉛粒子を加熱して乾燥させることによりこの黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成してもよい。
【００２１】
また、上記目的を達成するための本発明の摺動部材は、
（１０）上記した黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法によって製造された黒鉛含有アルミニウム合金から作製されたことを特徴とするものである。
【００２２】
黒鉛粒子としては、天然黒鉛または人造黒鉛から作製された黒鉛粒子が使用される。黒鉛粒子の大きさは分散性にある程度影響を及ぼす。黒鉛粒子の大きさが３０００μｍ以下であれば良好に分散させることができる。黒鉛粒子の大きさに下限はないが、摺動部材においては自己潤滑性の観点からある程度の粒度が必要とされる。１４メッシュ（１１９０μｍ）を通過し１００メッシュ（１５０μｍ）を通過しない粒度、好ましくは２０メッシュ（８４０μｍ）を通過し５５メッシュ（２５０μｍ）を通過しない粒度に調整した黒鉛粒子が使用されることが好ましい。人造黒鉛を使用する場合は、後述する実施例のように、電極カーボンを粉砕して所定の粒度に調整した。また、天然黒鉛を使用する場合は、天然黒鉛の粒度が約２００メッシュ以上であるので、天然黒鉛を造粒して所定の粒度に調整した。
【００２３】
製造された黒鉛含有Ａｌ合金中に均一に分散含有される黒鉛粒子の含有量は３重量％以上１５重量％以下の範囲内である。黒鉛粒子の含有量が３重量％未満では、摺動部材とした場合の自己潤滑性が十分でなく、一方、１５重量％を超えて含有した場合には、Ａｌ合金の強度が低下する。また、Ａｌ合金中に均一に分散含有された黒鉛粒子は潤滑油剤との親和性に富んでいるので、潤滑油剤による潤滑作用と黒鉛による固体潤滑作用の相乗効果が発揮され、境界潤滑条件下においても優れた擦摩耗特性を発揮する。
【００２４】
上記した各種の成分元素について説明する。
【００２５】
（１）Ｓｉについて
【００２６】
Ｓｉを含有したＡｌ合金の溶湯を冷却していくと、Ｓｉの一部はＡｌと固溶体を形成してＡｌ合金のマトリックスの強度と硬さを増加させる。また、Ａｌに固溶できない一部のＳｉが初晶Ｓｉとなって小さな多角形状の微細結晶として合金中に分散して析出する。この初晶Ｓｉの析出によってＡｌ合金の耐摩耗性及び耐凝着性が向上する。また、この初晶Ｓｉは、Ａｌ合金中に均一に分散含有された黒鉛粒子の被膜形成に寄与し、摺動部材としての摩耗特性を向上させる。Ａｌ合金溶湯中のＳｉの含有量が１０重量％未満では、上記の効果が十分発揮されず、またＳｉの含有量が４５重量％を超えたときはＡｌ合金の靭性を著しく低下させる。従って、Ｓｉの含有量としては、１０重量％以上４５重量％以下の範囲内が適当である。
【００２７】
（２）Ｃｕについて
【００２８】
ＣｕはＡｌに固溶し、Ａｌ合金の結晶粒を微細化してＡｌ合金マトリックスを強化させる。また、Ｃｕの一部はＡｌやＳｉと化合物を形成して時効硬化するので、Ａｌ合金の高温強度と硬さを向上させる。Ｃｕの含有量が１．０重量％未満ではＡｌ合金マトリックスの強化に寄与せず、一方、Ｃｕの含有量が１５重量％を超えたときはＡｌ合金を脆くする。従って、Ｃｕの含有量としては、１．０重量％以上１５重量％以下の範囲内が適当である。
【００２９】
（３）Ｐについて
【００３０】
Ｐは、ＣｕＰの母合金として含有される。ＰはＡｌ合金の結晶粒を微細化してその強度の向上に寄与する。Ｐの含有量が０．０１重量％未満ではＡｌ合金の結晶粒をほとんど微細化することができず、強度の向上に寄与しない。一方、Ｐの含有量が０．５重量％を超えたときはＡｌ合金を脆弱化させる。従って、Ｐの含有量としては、０．０１重量％以上０．５重量％以下の範囲内が適当である。
【００３１】
（４）Ｍｇについて
【００３２】
ＭｇはＡｌに固溶して固溶体を形成することによりＡｌ合金の靭性を向上させる。また、ＭｇがＳｉと共存した場合、Ｍｇ２Ｓｉ化合物を生成して時効硬化性を発揮し、Ａｌ合金マトリックスの硬度を高め、耐摩耗性を向上させる。Ｍｇの含有量が０．５重量％未満では時効硬化性に起因する耐摩耗性の向上に効果がなく、一方、Ｍｇの含有量が５重量％を超えたときは時効硬化性を却って弱める。従って、Ｍｇの含有量としては、０．５重量％以上５重量％以下の範囲内が適当である。
【００３３】
（５）Ｆｅについて
【００３４】
Ｆｅは、その一部がＡｌと相互に固溶体を形成して結晶粒を微細化する効果と、ダイカスト鋳造時の金型からの型離れを良好にする効果を有する。Ｆｅの含有量が０．１重量％未満では結晶粒を微細化する効果及び型離れの効果が発揮されず、一方、Ｆｅの含有量が２重量％を超えたときはＡｌ合金の強度を低下させる。従って、Ｆｅの含有量としては、０．１重量％以上２重量％以下の範囲内が適当である。
【００３５】
（６）Ｔｉについて
【００３６】
Ｔｉは、Ａｌに僅かに固溶して結晶粒を微細化するので、Ａｌ合金の強度と耐摩耗性を向上させる。Ｔｉの含有量が０．０１重量％未満では上記の効果が発揮されず、一方、Ｔｉの含有量が０．４重量％超えたときはＴｉＡｌ３化合物が多量に析出し、Ａｌ合金の加工性を悪化させる。従って、Ｔｉの含有量としては、０．０１重量％以上０．４重量％以下の範囲内が適当である。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
〔実施例１〕
【００３８】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金とを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、残部がＡｌである。
【００３９】
黒鉛粒子として、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の人造黒鉛を準備した。
（Ａ）電極カーボンを粉砕し、１４メッシュ（１１９０μｍ）を通過し２０メッシュ（８４０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛
（Ｂ）電極カーボンを粉砕し、２０メッシュ（８４０μｍ）を通過し３６メッシュ（４２０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛
（Ｃ）電極カーボンを粉砕し、３６メッシュ（４２０μｍ）を通過し５５メッシュ（２５０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛
（Ｄ）電極カーボンを粉砕し、５５メッシュ（２５０μｍ）を通過し１００メッシュ（１５０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛
【００４０】
また、無水硼酸を準備し、無水硼酸の１００℃の飽和水溶液を４つ作製した。これら４つの飽和水溶液中に上記の（Ａ）乃至（Ｄ）の人造黒鉛粒子をそれぞれ投入し、その後、これを乾燥して人造黒鉛粒子の表面に無水硼酸の被膜を形成した。このようにして、互いに粒度の異なる４種類の黒鉛粒子を得た。続いて、無水硼酸の被膜が表面に形成された４種類の人造黒鉛粒子をそれぞれ別のＡｌ合金の溶湯に投入した。この場合、最終的に製造される黒鉛含有アルミニウム合金に対する人造黒鉛粒子の重量％として、（１）３重量％、（２）５重量％、（３）８重量％、（４）１０重量％、（５）１５重量％の割合の人造黒鉛粒子をそれぞれ別のＡｌ合金の溶湯中に投入した。なお、この割合は、Ａｌ合金溶湯に対する割合としても同じものとなる。
【００４１】
上記のようにして、人造黒鉛粒子の含有率が互いに異なる５種類のＡｌ合金溶湯を作製した。各溶湯を１２５トンのコールドチャンバ式横型ダイカスト鋳造機にて１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力をかけてダイカスト鋳造した。このようにして得たＡｌ合金鋳物に機械加工を施し、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。
【００４２】
実施例１は、上記した（Ａ）乃至（Ｄ）に示した４種類の黒鉛粒子の粒度と、黒鉛含有Ａｌ合金に対するこれら各粒度の黒鉛粒子の含有量との違い、及び黒鉛粒子の粒度の違いに起因する黒鉛含有Ａｌ合金中への均一分散性ついて調査すると共に、上記の製造方法で得られた板状試験片（板状摺動部材）の諸特性について実験したものである。
【００４３】
図１に、実施例１の（Ａ）−（４）で得た板状試験片の顕微鏡写真（２０倍）を示す。図２に、実施例１の（Ｂ）−（４）で得た板状試験片の顕微鏡写真（２０倍）を示す。図３に、実施例１の（Ｃ）−（４）で得た板状試験片の顕微鏡写真（２０倍）を示す。図４に、実施例１の（Ｄ）−（４）で得た板状試験片の顕微鏡写真（２０倍）を示す。ここで、（Ａ）−（４）とは、上記した（Ａ）に記載した粒度の人造黒鉛を、上記した（４）に記載した割合（１０重量％）だけ使用したことを意味する。（Ｂ）−（４）等の表現も同様である。
【００４４】
図１乃至図４において、黒鉛含有Ａｌ合金中に黒く点在して見えるのが人造黒鉛粒子であり、人造黒鉛粒子はＡｌ合金中に均一に分散されていることが判る。この実施例１で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）、耐荷重性及び摩擦係数の試験結果を表１に示す。なお、耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。また、表１における粒度の項目のＡ乃至Ｄは、上記の（Ａ）乃至（Ｄ）を表し、また、重量％の項目の１乃至５は、上記の（１）乃至（５）を表す。
【表１】
0004121733.tif 000002
【００４５】
図１乃至図４に示すように、Ｓｉ−Ｃｕ−Ａｌ系合金中に所定の粒度に調整した黒鉛粒子を均一に分散含有させることに成功した。以下の実施例２乃至実施例７においては、Ｓｉ−Ｃｕ−Ａｌ系合金自体の耐摩耗性を向上させるために各種金属元素を配合したＡｌ合金溶湯中に、実施例１と同様の方法で黒鉛粒子を均一に分散含有させ、この黒鉛粒子が分散含有された黒鉛含有Ａｌ合金の諸特性について実験した結果を説明する。
〔実施例２〕
【００４６】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、Ｍｇインゴットとを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌである。
【００４７】
黒鉛粒子として、実施例１の（Ｂ）−（４）の人造黒鉛粒子を準備した。硼砂を準備し、硼砂の１００℃の飽和水溶液を作製した。この飽和水溶液中に、上記した（Ｂ）−（４）の人造黒鉛粒子を投入し、その後、これを乾燥して人造黒鉛粒子の表面に硼砂の被膜を形成した。続いて、硼砂の被膜が形成された人造黒鉛粒子をＡｌ合金の溶湯に投入した。この場合、最終的に製造される黒鉛含有Ａｌ合金に対して人造黒鉛粒子が１０重量％となるように人造黒鉛粒子を投入した。なお、この割合は、Ａｌ合金溶湯に対する割合としても同じものとなる。
【００４８】
１０重量％の人造黒鉛粒子が投入されたＡｌ合金溶湯を１２５トンのコールドチャンバ式横型ダイカスト鋳造機にて１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力をかけてダイカスト鋳造した。このようにして得た黒鉛含有Ａｌ合金鋳物に機械加工を施し、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例２で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。
〔実施例３〕
【００４９】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金とを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが１重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが１重量％、残部がＡｌである。
【００５０】
黒鉛粒子として、実施例２と同様の人造黒鉛粒子を準備した。実施例１と同様にして無水硼酸の１００℃の飽和水溶液を作製した。この飽和水溶液中に人造黒鉛粒子を投入し、その後、これを乾燥して人造黒鉛粒子の表面に無水硼酸の被膜を形成した。
【００５１】
続いて、無水硼酸の被膜が形成された人造黒鉛粒子をＡｌ合金の溶湯中に投入した。この場合、最終的に製造される黒鉛含有Ａｌ合金に対して人造黒鉛粒子が１０重量％となるように人造黒鉛粒子を投入した。なお、この割合は、Ａｌ合金溶湯に対する割合としても同じものとなる。
【００５２】
１０重量％の人造黒鉛粒子が投入されたＡｌ合金溶湯を１２５トンのコールドチャンバ式横型ダイカスト鋳造機にて１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力をかけてダイカスト鋳造した。このようにして得た黒鉛含有Ａｌ合金鋳物に機械加工を施し、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例３で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。
〔実施例４〕
【００５３】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金と、Ｍｇインゴットとを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが１重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが１重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌである。
【００５４】
以下、実施例３と同様にして、黒鉛含有Ａｌ合金中に１０重量％の人造黒鉛粒子を均一に分散含有した一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例４で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。
〔実施例５〕
【００５５】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、残部がＡｌである。
【００５６】
以下、実施例３と同様にして、黒鉛含有Ａｌ合金中に１０重量％の人造黒鉛粒子を均一に分散含有した一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例５で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。
〔実施例６〕
【００５７】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金と、Ｍｇインゴットとを準備し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、Ｍｇが１重量％、残部がＡｌである。
【００５８】
以下、実施例３と同様にして、１０重量％の人造黒鉛粒子を均一に分散含有した一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例６で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。〔実施例７〕
【００５９】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金と、５重量％のＴｉを含むＡｌＴｉ母合金とを準備し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、Ｔｉが０．１重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解してＡｌ合金の溶湯を得た。このＡｌ合金の溶湯の組成は、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、Ｔｉが０．１重量％、残部がＡｌである。
【００６０】
以下、実施例３と同様にして、１０重量％の人造黒鉛粒子を均一に分散含有した一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片（板状摺動部材）を作製した。この実施例７で得た板状試験片の成分組成及び硬さ（ブリネル硬さ：ＨＢ）を表２に示す。なお、表２中の耐荷重性及び摩擦係数の試験結果については後述する。〔比較例１〕
【００６１】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金とを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
【００６２】
この溶解によって得られた溶融Ａｌ合金をダイカスト鋳造法により鋳造し、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片を作製した。この板状試験片に直径５．４２ｍｍの円孔を１０個形成した。これらの円孔に直径５．４ｍｍの円柱状人造黒鉛をエポキシ樹脂製接着剤によって埋設固定した。この円柱状人造黒鉛の板状試験片の表面に露出する割合は約２５％である。円柱状人造黒鉛を埋設固定した板状試験片を板状摺動部材とした。
〔比較例２〕
【００６３】
２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１重量％、Ｐが０．２重量％、残部がＡｌとなるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
【００６４】
この溶解によって得られた溶融Ａｌ合金をダイカスト鋳造法により鋳造し、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの板状試験片を作製した。この板状試験片に直径５．４２ｍｍの円孔を１０個形成したのち、これらの円孔に直径５．４ｍｍの円柱状人造黒鉛をエポキシ樹脂製接着剤によって埋設固定した。この円柱状人造黒鉛の板状試験片の表面に露出する割合は約２５％である。円柱状人造黒鉛を埋設固定した板状試験片を板状摺動部材とした。
【００６５】
次に、上述した実施例１乃至実施例７で得た板状摺動部材、及び比較例１乃至比較例２で得た板状摺動部材について、以下の条件で摩擦特性について試験した。
〔試験条件〕
【００６６】
図５に示すように、板状試験片（板状摺動部材）１０を固定しておき、相手材となる円筒体（機械構造用炭素鋼：Ｓ４５Ｃ）１２を板状試験片１０の上から（矢印Ａ方向から）その表面１０ａに所定の荷重で押し付けながら、円筒体１２を矢印Ｂ方向に回転させるスラスト試験を行った。円筒体１２はその内径が２０．０ｍｍ、外径が２５．６ｍｍのものを使用した。また、試験を開始するに先立って、板状試験片１０の表面１０ａにリチウム系グリースを塗布した。
【００６７】
円筒体１２を矢印Ｂ方向に回転させる速度（摺動速度）は５ｍ／分とし、所定の荷重として、試験開始から１０分間は２ｋｇｆ／ｃｍ２（面圧）の荷重（初期荷重）を円筒体１２に負荷した。試験開始から１０分間経過後に１ｋｇｆ／ｃｍ２増やし、その後も１０分間経過毎に１ｋｇｆ／ｃｍ２ずつ荷重を増やす累積荷重とした。
【００６８】
実施例１で得た板状試験片の試験結果を表１に示す。また、実施例２乃至実施例７で得た板状試験片、及び比較例１乃至比較例２で得た板状試験片の試験結果を表２に示す。
【表２】
0004121733.tif 000003
【００６９】
実施例２乃至実施例７の板状摺動部材においても、黒鉛含有Ａｌ合金中に黒鉛粒子が均一に分散含有されていることが認められた。なお、表２中、比較例１及び比較例２の硬さは、円柱状人造黒鉛が埋設されていないＡｌ合金部位の硬さを測定したときの値である。
【００７０】
表１及び表２に示す試験結果から、実施例１乃至実施例７の板状摺動部材では、耐荷重性として２．５ＭＰａ以上の値を示した。この結果、実施例１乃至実施例７の板状摺動部材は、比較例１及び比較例２の板状摺動部材と比べて耐荷重性が優れていることがわかる。また、実施例１乃至実施例７の板状摺動部材を比較例１及び比較例２の板状摺動部材と比べた場合、摩擦係数においては同等乃至それ以上の性能を有することが判明した。
【００７１】
実施例１乃至実施例７の板状摺動部材は、上述したように比較例１及び比較例２の板状摺動部材と比較して耐荷重性及び摩擦係数において同等乃至それ以上の性能を示したことは、自己潤滑性を有するＡｌ合金の製造面において優位性を有するものである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法では、黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成する。硼素酸化物は、無水硼酸（Ｂ２０３）及び硼砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）のいずれか一方から形成され、これらの物質は、Ａｌ合金の溶湯中に投入した際、短時間では分解あるいは飛散せずに軟化あるいは溶融して粘稠性を発揮する物質である。従って、表面に硼素酸化物の被膜が形成された黒鉛粒子はＡｌ合金の溶湯中に投入されても、この黒鉛粒子に吸着されている酸素が放出されない。このため、黒鉛粒子と熔融Ａｌ合金との濡れ性を阻害するγ相のＡｌ酸化物が生成されない。また、硼素酸化物の被膜が形成された黒鉛粒子には、Ａｌ合金の溶湯と粘性挙動が近似した見掛けの表面が形成される。従って、Ａｌ合金の溶湯中に黒鉛粒子は均一に分散される。しかも、この黒鉛粒子をＡｌ合金の溶湯中に投入した後、このＡｌ合金を短時間で凝固する鋳造方法として圧力をかけて鋳造するダイカスト鋳造法を採用するので、凝固したＡｌ合金中に黒鉛粒子がいっそう均一に分散される。この結果、Ａｌ合金中に黒鉛粒子が均一に分散含有した黒鉛含有Ａｌ合金を製造できる。このように黒鉛粒子が均一に分散含有された黒鉛含有Ａｌ合金には自己潤滑性が付与されるので、この黒鉛含有Ａｌ合金は、特に境界潤滑条件下の使用においても優れた摩擦性能を発揮する。
【００７３】
ここで、前記アルミニウム合金の溶湯は、１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、１重量％以上１５重量％以下のＣｕと、残部Ａｌ及び不可避的不純物とからなるものである場合は、黒鉛含有アルミニウム合金には適切な量のＳｉが含有されるので、この黒鉛含有Ａｌ合金のマトリックスの強度及び硬さが増加すると共に、この黒鉛含有アルミニウム合金の耐摩耗性及び耐凝着性も向上する。また、黒鉛含有アルミニウム合金には適切な量のＣｕが含有されるので、この合金のマトリックスが強化されると共に高温強度と硬さが向上する。
【００７４】
また、前記アルミニウム合金の溶湯は、１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰと、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるものである場合は、黒鉛含有アルミニウム合金には適切な量のＰが含有されるので、Ａｌ合金の結晶粒が微細化されてその強度が向上する。
【００７５】
さらに、前記アルミニウム合金の溶湯は、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有するものである場合は、黒鉛含有アルミニウム合金には適切な量のＭｇが含有されるので、その靱性が向上する。また、ＭｇはＳｉと結合してＭｇ２Ｓｉ化合物を生成することにより時効硬化性を発揮し、黒鉛含有アルミニウム合金のマトリックスの硬度を高め、耐摩耗性を向上させる。
【００７６】
さらにまた、前記アルミニウム合金の溶湯は、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅ及び０．０１重量％以上０．４重量％以下のＴｉのうちの少なくとも一方を含有するものである場合は、黒鉛含有アルミニウム合金には適切な量のＦｅが含有されたとき、Ｆｅの一部がＡｌと相互に固溶体を形成して結晶粒を微細化すると共に、ダイカスト鋳造時の金型からの型離れを良好にする。また、黒鉛含有アルミニウム合金に適切な量のＴｉが含有されたとき、このＴｉがＡｌに僅かに固溶して結晶粒を微細化するので、Ａｌ合金の強度と耐摩耗性を向上させる。
【００７７】
さらにまた、前記黒鉛粒子は、その粒度が、１４メッシュを通過し１００メッシュを通過しないものである場合は、黒鉛粒子がいっそう均一に分散される。
【００７８】
さらにまた、前記黒鉛粒子は、その粒度が、２０メッシュを通過し５５メッシュを通過しないものである場合は、黒鉛粒子がさらにいっそう均一に分散される。
【００７９】
さらにまた、黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成するに当り、水又はアルコールからなる溶媒に硼素酸化物を溶解させて飽和溶液を作製し、この飽和溶液に黒鉛粒子を添加してその表面に硼素酸化物を付着させ、この黒鉛粒子を加熱して乾燥させることによりこの黒鉛粒子の表面に硼素酸化物の被膜を形成する場合は、黒鉛粒子の表面に被膜を容易に形成できる。
【００８０】
また、本発明の摺動部材は、黒鉛粒子が均一に分散して含有された黒鉛含有アルミニウム合金から作製される。このようにアルミニウム合金中に均一に分散含有された黒鉛粒子は潤滑油剤との親和性に富んでいるので、潤滑油剤による潤滑作用と黒鉛による固体潤滑作用の相乗効果が発揮され、境界潤滑条件下においても優れた摩擦摩耗特性を発揮する摺動部材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られたＳｉ２３重量％、Ｃｕ６重量％、残部ＡｌからなるＡｌ合金中に１４メッシュ（１１９０μｍ）を通過し２０メッシュ（８４０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛粒子が均一に分散含有された板状摺動部材を示す顕微鏡写真（２０倍）である。
【図２】本発明の製造方法によって得られたＳｉ２３重量％、Ｃｕ６重量％、残部ＡｌからなるＡｌ合金中に２０メッシュ（８４０μｍ）を通過し３６メッシュ（４２０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛粒子が均一に分散含有された板状摺動部材を示す顕微鏡写真（２０倍）である。
【図３】本発明の製造方法によって得られたＳｉ２３重量％、Ｃｕ６重量％、残部ＡｌからなるＡｌ合金中に３６メッシュ（４２０μｍ）を通過し５５メッシュ（２５０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛粒子が均一に分散含有された板状摺動部材を示す顕微鏡写真（２０倍）である。
【図４】本発明の製造方法によって得られたＳｉ２３重量％、Ｃｕ６重量％、残部ＡｌからなるＡｌ合金中に５５メッシュ（２５０μｍ）を通過し１００メッシュ（１５０μｍ）を通過しない粒度に調整した人造黒鉛粒子が均一に分散含有された板状摺動部材を示す顕微鏡写真（２０倍）である。
【図５】試験方法（スラスト試験）を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  板状試験片
１２  円筒体
【図１】
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【図２】
0004121733.tif 000005
【図３】
0004121733.tif 000006
【図４】
0004121733.tif 000007
【図５】
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