(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成、並びに素地の結晶粒界にＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有することを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金。
【請求項２】
モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成、並びに素地の結晶粒界に断面線状のＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有することを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金。
【請求項３】
モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成となるようにＦｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた混合粉末の圧粉体に熱エネルギーを負荷することを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金の製造方法。
【請求項４】
前記熱エネルギーは、ホットプレスまたは通電プレスにより負荷することを特徴とする請求項３記載の耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、素地から硬質相が脱落することのない耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金およびその製造方法に関するものであり、このＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、バルブシート、タペット、ピストンの耐摩環など耐摩耗性を必要とする各種摺動部品の製造に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バルブシート、タペット、ピストンの耐摩環など耐摩耗性を必要とする各種摺動部材としてＦｅ基合金素地中に硬質相としてアルミナを分散させた組織のＦｅ基焼結合金は知られており、この合金はＦｅ基合金粉末とアルミナ粉末を混合し、成形し、燒結して得られることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のアルミナ分散Ｆｅ基焼結合金は、硬い硬質相のアルミナ粉末が素地中に分散するために初期の耐摩耗性には優れているが、高負荷荷重下での摩耗がある程度進行すると、アルミナ粉末が素地から脱落し始め、脱落したアルミナ粉末がＦｅ基焼結合金自身を摩耗させると共に相手材をも摩耗し、ある時点から急激に摩耗が進行するという欠点があり、長期間の耐摩耗性に問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、長期間、高負荷荷重下での耐摩耗性を維持することができるＦｅ基焼結合金を得るべく研究を行った結果、
（ａ）素地中にＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有するＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、摩耗が進行してもＦｅとＡｌの複合酸化物が素地から脱落することが無いためにＦｅ基焼結合金自身および相手材を摩耗させることが少なく、したがって長期に亘って耐摩耗性を維持することができる、
（ｂ）このＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有するＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、Ｆｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた圧粉体をホットプレスすることによっても得られるが、Ｆｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた混合粉末の圧粉体を通電プレスにより熱エネルギーを負荷することによっても得られ、ホットプレスまたは通電プレスにより得られたＦｅ基焼結合金素の地中に分散するＦｅとＡｌの複合酸化物は、素地の結晶粒界に断面線状、すなわち素地の結晶粒界に断面網目状に分散する、などの知見を得たのである。
【０００５】
この発明は、かかる知見にもとづいて成されたものであって、
（１）モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成、並びに素地の結晶粒界にＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有する耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金、
（２）モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成、並びに素地の結晶粒界に断面線状のＦｅとＡｌの複合酸化物が硬質相として分散している組織を有する耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金、
（３）モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成となるようにＦｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた混合粉末の圧粉体に熱エネルギーを負荷する耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金の製造方法、
に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明の耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、前述のように、Ｆｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた圧粉体をホットプレスすることによって熱エネルギーを負荷しＦｅ酸化物とＡｌの間の酸化・還元反応を生じせしめて得られる。しかし、ホットプレスのように長時間熱エネルギーを負荷すると主たる生成酸化物がＡｌ2Ｏ3となりやすく、Ａｌ2Ｏ3が多く生成すると相手攻撃性を増すところから、Ｆｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた混合粉末の圧粉体に通電プレスにより熱エネルギーを負荷してＦｅ酸化物とＡｌあるいはＡｌ合金の間の酸化・還元反応を生じせしめる方が短時間に製造できるとともに、Ａｌ2Ｏ3の生成も抑制できるので一層好ましい。Ｆｅ酸化物粉末、Ｆｅ粉末、およびＡｌあるいはＡｌ合金粉末を配合し混合して得られた圧粉体にホットプレスまたは通電プレスによって熱エネルギーを負荷すると、Ｆｅ酸化物粉末とＡｌとの間に酸化・還元反応が生じ、ＦｅとＡｌの複合酸化物が素地の結晶粒界に沿って主に生成し、ＦｅとＡｌの複合酸化物が素地の粒界に断面線状または断面網目状に分散した組織を生成する。前記素地の結晶粒界に沿って生成する酸化物は、主としてＦｅとＡｌの複合酸化物であるが、その他に微量のＡｌ2Ｏ3、ＡｌＯ，Ｆｅ2Ｏ3などの酸化物も混じっている。この熱エネルギーの負荷によって形成されたＦｅとＡｌの複合酸化物はＦｅ基焼結合金素地との密着性が優れており、摩耗中に脱落することがなく、したがって、長時間の摩耗に対してもアルミナ硬質相のごときある時点から急激に摩耗が進行するようなことはない。
【０００７】
この発明の耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、モル比でＡｌ：１０〜４５％、Ｏ：３〜３０％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することが好ましく、以下にその限定理由を説明する。
【０００８】
Ａｌ：
Ａｌは、酸化物となり、耐摩耗性を向上させると共にＦｅ素地中に固溶し、素地の耐摩耗性と強度を高める作用を有するが、その含有量が１０モル％未満では十分な効果が得られず、一方、４５モル％を越えて含有させると靭性を低下させるので好ましくない。したがって、この発明のＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金に含まれるＡｌは１０〜４５モル％に定めた。一層好ましい範囲は２０〜４０モル％である。
【０００９】
Ｏ（酸素）：
Ｏは、酸化物となり、耐摩耗性を向上させ、また、素地を酸化せしめることにより耐摩耗性、自己潤浸性および耐腐食性を高める作用を有するが、３モル％未満では十分な効果が得られず、一方、３０モル％を越えると靭性が低下するので好ましくない。したがって、この発明の耐摩耗性に優れたＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金に含まれるＯは、３〜３０モル％に定めた。一層好ましい範囲は５〜２５モル％である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施例
平均粒径：５μｍのＦｅ粉末、平均粒径：３５μｍのＡｌ粉末、平均粒径：５μｍのＦｅ2Ｏ3粉末を用意し、これら粉末を表１に示される割合で配合し、混合し、金型成形して外径：４２ｍｍ、内径：３４ｍｍ、高さ：１０ｍｍの寸法を有する筒状圧粉体を作製した。
【００１１】
この圧粉体を７８ＭＰａ の圧力で加圧しながら表１に示される電流密度の電流を表１に示される時間通電し、本発明筒状燒結体合金（以下、本発明焼結合金という）１〜１０を作製した。得られた本発明焼結合金１〜１０を機械加工によりバルブシートに成形した。本発明焼結合金１〜１０の組織をＥＰＭＡおよびＸＰＳで観察したところ、素地の結晶粒界にＦｅＡｌ2Ｏ4が最も多く見られ、その他に微量ながらＡｌ2Ｏ3、ＡｌＯ，Ｆｅ2Ｏ3などその他の酸化物が混じっていることが分かった。
【００１２】
従来例１
さらに比較のために、平均粒径：５μｍのＡｌ2Ｏ3粉末および平均粒径：５μｍのＦｅ粉末を用意し、これら粉末を表１に示される割合に配合し混合したのち外径：４２ｍｍ、内径：３４ｍｍ、高さ：１０ｍｍの寸法を有する筒状圧粉体を作製し、この圧粉体を黒鉛型に装入し、温度：９００℃、圧力：７８ＭＰａ の圧力で加圧しながら１２０分間保持することにより従来筒状燒結体合金（以下、従来焼結合金という）を作製した。得られた従来焼結合金を機械加工してバルブシートを作製した。
【００１３】
このようにして本発明焼結合金１〜１０および従来焼結合金から得られたバルブシートをそれぞれ内部が冷却されている治具に圧入し、ＳＵＨ３６からなるバルブの傘部分を９００℃に保持したバルブを用い、ガソリン燃焼雰囲気中で着座荷重：６５ｋｇ、バルブ着座回数：３０００回／分の条件で８時間試験を行ない、本発明焼結合金１〜１０および従来焼結合金から得られたバルブシートの最大摩耗深さを測定し、さらにその相手材であるバルブの最大摩耗深さをも測定し、その結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に示される結果から、本発明焼結合金１〜１０からなるバルブシートは従来焼結合金からなるバルブシートに比べて最大摩耗深さが小さく、さらに相手材であるバルブの最大摩耗深さも小さいところから、長時間摩耗状態にあっても急激な摩耗が発生せず、したがって相手攻撃性が小さく、かつ耐摩耗性に優れていることが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
上述のように、この発明のＡｌ系酸化物分散Ｆｅ基焼結合金は、耐摩耗性が優れることによりバルブシート、ピストンリングの耐摩環、タペットなどの特性を長時間維持することができ、自動車の高性能化、高燃費化および低公害化に対処するために開発されたエンジンの性能を長時間維持することができるなど、産業上優れた効果をもたらすものである。