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公開番号2025112672
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007049
出願日2024-01-19
発明の名称摺動材料
出願人大同メタル工業株式会社
代理人個人,個人
主分類C22C 21/02 20060101AFI20250725BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】アルミニウム合金に対するSiの添加量を多くすると、Si濃度の比較的高い領域の占める面積が大きくなる。Si濃度の比較的高い領域は他の領域より相対的に硬質ではあるが、これに予定外の外力がかけられたとき、当該Si濃度が高い領域が起点となって割れの生じるおそれがある。
【解決手段】この発明の摺動材料は、Siが添加されたアルミニウム合金を備え、該アルミニウム合金に対する焼鈍を経た摺動材料であって、Siの添加量は7.0～12.6質量%であり、アルミニウム合金には、その観察視野において、Si濃度が17質量%以上のSiリッチ領域が5面積%以上に存在する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉが添加されたアルミニウム合金を備え、該アルミニウム合金に対する焼鈍を経た摺動材料であって、
前記Ｓｉの添加量は７．０～１２．６質量％であり、
前記アルミニウム合金には、その観察視野においてＳｉ濃度が１７質量％以上のＳｉリッチ領域が５面積％以上に存在する、摺動材料。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
６質量％以下のＳｎが更に添加されている、請求項１に記載の摺動材料。
【請求項３】
請求項１に記載の摺動材料からなる摺動層を備えた摺動部材。
【請求項４】
Ｓｉの添加量を７．０～１２．６質量％としたアルミニウム合金の溶湯を準備する準備工程と、
前記溶湯から板状のワークを鋳造する鋳造工程と、
前記板状のワークを圧延する圧延工程と、
圧延された前記ワークを焼鈍する焼鈍工程と、を備える摺動材料の製造方法であって、
前記焼鈍工程においてＳｉ濃度が１７質量％以上のＳｉリッチ領域を５面積％以上とする、摺動材料の製造方法。
【請求項５】
前記鋳造工程では、ロールキャスターを用いて前記板状のワークを形成する、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記焼鈍工程の焼鈍温度は４３０℃～５７０℃である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記準備工程において、６質量％以下のＳｎを更に添加する、請求項４に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の摺動材料を板状に形成して、裏金層に圧延する圧延工程を含む摺動部材の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動材料、特にアルミニウム合金製の摺動材料の改良に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車の軸受等の摺動部材の最上層（摺動層）を軟質金属製の摺動材料で形成することがあり、かかる摺動材料として、錫（Ｓｎ）を含むアルミニウム（Ａｌ）合金にシリコン（Ｓｉ）を添加したものが提案されている（特許文献１）
一般的に、アルミニウム合金には耐摩耗性向上のためＳｉが、なじみ性付与のためＳｎが添加される。
【０００３】
アルミニウム合金中のＳｉを含む領域は他の領域に比べて硬質な領域となる。これが回転軸に接触した場合に回転軸の突起を滑らかにし、また、これが回転軸と接触することでアルミニウム合金の摩耗が避けられるため、いわゆる耐摩耗性にＳｉが寄与しているといえる。
近年の内燃機関用エンジンでの燃費向上のため、ＧＯ－ＳＴＯＰなどエンジンの起動停止が多く行われる。エンジン停止時は、エンジンオイルの油膜切れを生じ、回転軸と軸受は固体接触を生じるため、軸受摺動面の耐摩耗性が必要となる。既述のように、一般的にＳｉを多く含むことによって、耐摩耗性が向上する。
本願発明に関連する特許文献２～６も参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭５８－６７８４１号公報
特開２０１４－１９６８１３号公報
特許第５４３７７０３号公報
特開２０１０－２８０９８０号公報
特開２０１２－２４６９４５号公報
特許第４０７２１３２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐摩耗性の向上を図るため、単にＳｉの添加量を多くしたアルミニウム合金製の摺動材料で摺動層を形成したとき、次の課題があった。
アルミニウム合金に添加されたＳｉは、アルミニウム合金において均一に固溶するものではなく、アルミニウム合金中に析出したＳｉ相を核としてＳｉ濃度の比較的高い領域が点在する。ここに、アルミニウム合金に対するＳｉの添加量を多くすると、かかるＳｉ濃度の比較的高い領域の占める面積が大きくなる。Ｓｉ濃度の比較的高い領域は他の領域より相対的に硬質ではあるが、摺動層に予定外の外力がかけられたとき、当該Ｓｉ濃度が高く硬質な領域が起点となって摺動層に割れの生じるおそれがある。
換言すれば、摺動材料に用いるアルミニウム合金にＳｉを添加する際には、当該摺動材料で形成される摺動層の摺動特性を満足するように、耐摩耗性と割れ抑制という二律背反を制御する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Ｓｉの添加量はもとより、アルミニウム合金におけるＳｉ濃度が比較的高い領域を調整することで、耐摩耗性と割れ抑制を最適化できることを見出した。
Ｓｉが添加されたアルミニウム合金を備え、該アルミニウム合金に対する焼鈍を経た摺動材料であって、
前記Ｓｉの添加量は７．０～１２．６質量％であり、
前記アルミニウム合金には、その観察視野において、Ｓｉ濃度が１７質量％以上のＳｉリッチ領域が５面積％以上に存在する、摺動材料。
【０００７】
このように規定される第１局面の摺動材料は、例えば自動車用の軸受に適用される摺動層を形成したとき、耐摩耗性と割れ抑制維持という、優れた摺動特性を備える。
Ｓｉの添加量は７．０～１２．６質量％とすることが好ましい。Ｓｉの添加量をかかる範囲とすることで、摺動材料として好適な硬さと耐摩耗性とを確保できる。１２．６質量％を超えるとアルミニウム合金は割れやすくなる。
アルミニウム合金中のＳｉリッチ領域のＳｉ濃度を１７質量％以上と規定したのは下記の理由による。
図１はＳｉ濃度（質量％、以下同じ）とその硬さとの関係を示す。
【０００８】
図１の結果より、Ｓｉ濃度が１７質量％を超えるとその硬さが飛躍的に増大することがわかる。
なお、図１のグラフは８質量％のＳｉを添加したアルミニウム合金の溶湯を、後述する実施例と同様に板状に鋳造し、圧延処理を行った後に、熱風乾燥炉において５００℃×８時間の条件で焼鈍して試料を調製し、その試料断面をナノインデンター（ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製型番ＤＵＨ－２１１Ｓ）により縦軸の硬さＨＶを測定し、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）（日本電子株式会社社製型番のＪＸＡ－８５３０Ｆ）により横軸のＳｉ濃度を分析した。
【０００９】
Ｓｉ濃度が１７質量％以上の領域即ちＳｉリッチ領域がアルミニウム合金中に占める割合を５面積％以上とすることで、摺動材料に十分な耐摩耗性を与えることができる。
Ｓｉ濃度が１７質量％以上であるＳｉリッチ領域の面積％の上限は、Ｓｉの添加量と焼鈍条件によって規定されることとなるが、例えば、焼鈍の条件を４３０～５７０℃、５～１０時間とし、Ｓｉの添加量を７．０～１２．６質量％としたとき、Ｓｉリッチ領域の面積％の上限は２５面積％となる。
Ｓｉが１７質量％以上の領域の面積％の測定方法については後述する。
【００１０】
摺動材料のなじみ性を確保するためアルミニウム合金にはＳｎを添加することが好ましいことは従来から知られているが、本発明者らの検討によれば、Ｓｎを添加することにより、焼鈍によりＳｉの析出が促進される傾向にあることが分かった。換言すれば、焼鈍工程におけるエネルギー消費を削減し、製造コストを抑えても、Ｓｉ濃度が１７質量％以上であるＳｉリッチ領域の面積％を充分に得ることができる。
しかしながら、第１局面で規定される摺動材料においては、Ｓｎの添加量は６質量％以下とすることが好ましい。
Ｓｎの添加量を６質量％以下とすることで、摺動材料に所望の硬さが備えられて耐摩耗性を維持できる。また、割れも抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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