JP2022072573A - 摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度とアルマイト皮膜の形成性とに優れた摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品を提供する。【解決手段】Ｓｉ：８．５質量％～１０．５質量％、Ｃｕ：０．８質量％～１．１質量％、Ｍｇ：０．４質量％～０．６質量％、Ｍｎ：０．３０質量％～０．６０質量％、Ｆｅ：０．１０質量％～０．３０質量％、Ｃｒ：０．０１質量％～０．０３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金であって、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ～３８０ＭＰａであり、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあり、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まない摺動部品用アルミニウム合金。【選択図】図１
Description
本発明は、摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品に関する。
近年の自動車業界における燃費向上の要求から、自動車に使用される各種部材、例えば自動車のエアコン用のコンプレッサーに対しても軽量化、高機能化が求められている。エアコン用コンプレッサーには種々の形式が存在するが、自動車のエアコン用コンプレッサーとしては、スクロール型コンプレッサーが広く利用されている。
スクロール型コンプレッサーは、一対の渦巻き型の摺動部品（スクロール）を有し、一方の摺動部品（固定スクロール）を固定し、他方の摺動部品（旋回スクロール）を旋回運動させて、一対の摺動部品の間に形成される空間の体積を小さくすることよって圧縮空気を生成する。このような構成のスクロール型コンプレッサーに用いられる摺動部品は、引張強さと共に、摺動時の耐摩耗性に優れることが要求される。また、自動車のエアコン用として利用されるスクロール型コンプレッサーの摺動部品では、高温雰囲気下の過酷な環境でも使用できるように耐熱性に優れることも要求される。
スクロール型コンプレッサーの摺動部品の軽量化のため、摺動部品の材料は重量に対する強度の比である比強度が大きいことが好ましい。このため、スクロール型コンプレッサーの摺動部品の材料としては、アルミニウム合金が一般に利用されている。アルミニウム合金としては、引張強さ、耐摩耗性、耐熱性の観点から、Ａｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金が用いられている。また、摺動部品の耐摩耗性を向上させるために、摺動部品の表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）を施して、摺動部品の表面に硬度の高いアルマイト皮膜を形成することも行なわれている。
アルミニウム合金の引張強さを向上させるために、Ａｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金に対してＣｕ、Ｍｇ等の金属元素を添加することが検討されている（特許文献１、２）。一方、アルミニウム合金にＣｕ、Ｍｇ等の添加金属、特にＣｕを高濃度で添加すると、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜の成長が阻害され、アルマイト皮膜の形成性が低下することが知られている（特許文献３）。
アルミニウム合金の引張強さを向上させるために、Ａｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金に対して、Ｃｕ、Ｍｇ等の金属元素を添加することは有効である。しかしながら、金属元素の添加量が多くなると、アルミニウム合金に粗大な晶出物や金属間化合物が生成して、アルミニウム合金の引張強さが低下することやアルマイト皮膜の形成性が低下することがある。このため、引張強さとアルマイト皮膜の形成性の両者に優れたアルミニウム合金を得るのは難しい。
本発明は、上述の技術的背景に鑑みてなされたものであって、引張強さとアルマイト皮膜の形成性とに優れた摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品を提供することを、その目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明者は鋭意研究の結果、Ａｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金に、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒの各元素を特定の量で添加することによって、引張強さが大きく、かつ粗大な晶出物や金属間化合物の混入量が少ないアルミニウム合金を得ることが可能となることを見出した。そして、そのアルミニウム合金は、陽極酸化処理によって表面に硬度の高いアルマイト皮膜を形成することが可能となることを確認して、本発明を完成した。即ち、本発明は以下の手段を提供する。
［１］Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあり、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないことを特徴とする摺動部品用アルミニウム合金。
［２］上記［１］に記載の摺動部品用アルミニウム合金で構成された摺動部品。
［３］鍛造品である上記［２］に記載の摺動部品。
［４］表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられている上記［２］または［３］に記載の摺動部品。
［５］コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
［６］スクロール型コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
［７］電動スクロール型コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
［３］鍛造品である上記［２］に記載の摺動部品。
［４］表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられている上記［２］または［３］に記載の摺動部品。
［５］コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
［６］スクロール型コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
［７］電動スクロール型コンプレッサーの摺動部品である上記［２］から［４］のいずれか一つに記載の摺動部品。
本発明によれば、引張強さとアルマイト皮膜の形成性とに優れた摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品を提供することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態に係る摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品について、詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
＜摺動部品用アルミニウム合金＞
本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とされている。また、本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内とされている。さらに、本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まない。
本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とされている。また、本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内とされている。さらに、本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まない。
（Ｓｉ：８．５質量％以上１０．５質量％以下）
Ｓｉ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。ただし、アルミニウム合金にＳｉを過剰に添加すると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出することにより、アルミニウム合金の引張強さが低下するおそれがある。また、初晶Ｓｉ粒は、アルマイト皮膜の形成性を低下させるおそれがある。
Ｓｉ含有率が８．５質量％未満になると、Ｓｉによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｓｉ含有率が１０．５質量％を超えると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出しやすくなるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｓｉ含有率は８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内とされている。Ｓｉ含有率は、９．０質量％以上１０．０質量％以下の範囲内にあることがより好ましい。
Ｓｉ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。ただし、アルミニウム合金にＳｉを過剰に添加すると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出することにより、アルミニウム合金の引張強さが低下するおそれがある。また、初晶Ｓｉ粒は、アルマイト皮膜の形成性を低下させるおそれがある。
Ｓｉ含有率が８．５質量％未満になると、Ｓｉによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｓｉ含有率が１０．５質量％を超えると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出しやすくなるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｓｉ含有率は８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内とされている。Ｓｉ含有率は、９．０質量％以上１０．０質量％以下の範囲内にあることがより好ましい。
（Ｃｕ：０．８質量％以上１．１質量％以下）
Ｃｕ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｃｕは、アルミニウム合金中でＧ．Ｐ．ゾーンを形成する。このＧ．Ｐ．ゾーンが中間相となることによって、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｃｕ含有率が０．８質量％未満になると、Ｃｕによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｕ含有率が１．１質量％を超えると、アルマイト皮膜の形成性が低下するおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｕ含有率は０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内とされている。Ｃｕ含有率は、０．９質量％以上１．０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
Ｃｕ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｃｕは、アルミニウム合金中でＧ．Ｐ．ゾーンを形成する。このＧ．Ｐ．ゾーンが中間相となることによって、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｃｕ含有率が０．８質量％未満になると、Ｃｕによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｕ含有率が１．１質量％を超えると、アルマイト皮膜の形成性が低下するおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｕ含有率は０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内とされている。Ｃｕ含有率は、０．９質量％以上１．０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（Ｍｇ：０．４質量％以上０．６質量％以下）
Ｍｇ（成分）は、Ｃｕと同様にアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｇは、アルミニウム合金中でＳｉやＣｕを含む化合物を形成する。この化合物がＱ相として析出することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｍｇ含有率が０．４質量％未満になると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｇ含有率が０．６質量％を超えると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が低下するおそれがある。このため、本実施形態では、Ｍｇ含有率は、０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内とされている。Ｍｇ含有率は０．４５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
Ｍｇ（成分）は、Ｃｕと同様にアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｇは、アルミニウム合金中でＳｉやＣｕを含む化合物を形成する。この化合物がＱ相として析出することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｍｇ含有率が０．４質量％未満になると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｇ含有率が０．６質量％を超えると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が低下するおそれがある。このため、本実施形態では、Ｍｇ含有率は、０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内とされている。Ｍｇ含有率は０．４５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（Ｍｎ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下）
Ｍｎ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｎは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物等を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｍｎ含有率が０．３０質量％未満になると、Ｍｎによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｎ含有率が０．６０質量％を超えると、上記の金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｍｎ含有率は、０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内とされている。Ｍｎ含有率は、０．３５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
Ｍｎ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｎは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物等を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
Ｍｎ含有率が０．３０質量％未満になると、Ｍｎによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｎ含有率が０．６０質量％を超えると、上記の金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｍｎ含有率は、０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内とされている。Ｍｎ含有率は、０．３５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（Ｆｅ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下）
Ｆｅ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｆｅは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
Ｆｅ含有率が０．１０質量％未満になると、Ｆｅによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｆｅ含有率が０．３０質量％を超えると、上記金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｆｅ含有率は０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内とされている。Ｆｅ含有量は、０．１５質量％以上０．２５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
Ｆｅ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｆｅは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
Ｆｅ含有率が０．１０質量％未満になると、Ｆｅによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｆｅ含有率が０．３０質量％を超えると、上記金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｆｅ含有率は０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内とされている。Ｆｅ含有量は、０．１５質量％以上０．２５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（Ｃｒ：０．０１質量％以上０．０３質量％以下）
Ｃｒ（成分）は、アルミニウム合金の機械的特性を向上させる作用を有する。Ｃｒは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等を含む微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
Ｃｒ含有量が０．０１質量％未満になると、Ｃｒによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｒ含有量が０．０３質量％を超えると、Ｃｒ含有金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｒ含有率は０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内とされている。Ｃｒ含有量は、０．０１５質量％以上０．０２質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
Ｃｒ（成分）は、アルミニウム合金の機械的特性を向上させる作用を有する。Ｃｒは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等を含む微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
Ｃｒ含有量が０．０１質量％未満になると、Ｃｒによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｒ含有量が０．０３質量％を超えると、Ｃｒ含有金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｒ含有率は０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内とされている。Ｃｒ含有量は、０．０１５質量％以上０．０２質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（不可避不純物）
不可避不純物は、アルミニウム合金の原料又は製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。本実施形態のアルミニウム合金において、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｔｉの各元素の混入量は、これらの各元素の合計の含有率で０．５質量％を超えないことが好ましい。上記の各元素の合計含有率が０．５質量％を超えると、その各元素がＡｌ母相より先に晶出して、粗大な晶出物を形成することで、アルミニウム合金の延性が小さくなり、引張強さが低下するおそれがある。
不可避不純物は、アルミニウム合金の原料又は製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。本実施形態のアルミニウム合金において、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｔｉの各元素の混入量は、これらの各元素の合計の含有率で０．５質量％を超えないことが好ましい。上記の各元素の合計含有率が０．５質量％を超えると、その各元素がＡｌ母相より先に晶出して、粗大な晶出物を形成することで、アルミニウム合金の延性が小さくなり、引張強さが低下するおそれがある。
（２５℃における引張強さ：３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内）
本実施形態のアルミニウム合金は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にある。引張強さは、ＪＩＳ４号引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して測定した値である。
本実施形態のアルミニウム合金は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にある。引張強さは、ＪＩＳ４号引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して測定した値である。
（Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物：１１８２μｍ２あたり２個以上含まない）
Ｃｕを１質量％以上含有するＣｕ系晶出物の円相当直径が５μｍを超えると、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜の形成を阻害するおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が５μｍを超える粗大なＣｕ系晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｕ系晶出物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｕ系晶出物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｕ系晶出物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｕ系晶出物の最大円相当直径は、３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。
Ｃｕを１質量％以上含有するＣｕ系晶出物の円相当直径が５μｍを超えると、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜の形成を阻害するおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が５μｍを超える粗大なＣｕ系晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｕ系晶出物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｕ系晶出物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｕ系晶出物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｕ系晶出物の最大円相当直径は、３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。
Ｃｕ系晶出物の円相当直径及び個数は、例えば、アルミニウム合金を切断し、その断面の３０．４７μｍ×３８．９７μｍ（＝１１８２μｍ２）の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ（電界放出形走査電子顕微鏡）／ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて観察することによって測定することができる。すなわち、ＥＤＳを用いて元素分析を実施することにより、Ｃｕ系晶出物を検出し、検出されたＣｕ系晶出物の円相当直径及び個数をＳＥＭ画像により計測することによって測定することができる。
（長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物：１１８２μｍ２あたり２個以上含まない）
長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物は、アルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。このため、本実施形態では、長さが８μｍ以上の粗大なＣｒ含有金属間化合物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｒ含有金属間化合物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｒ含有金属間化合物の最大長さは、６μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
Ｃｒ含有金属間化合物の長さ及び個数は、上記のＣｕ系晶出物の場合と同様に、アルミニウム合金の断面の１１８２μｍ２の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて、Ｃｒ含有金属間化合物を検出し、検出されたＣｒ含有金属間化合物の長さ及び個数をＳＥＭ画像により計測することによって測定することができる。
長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物は、アルミニウム合金の引張強さを低下させるおそれがある。このため、本実施形態では、長さが８μｍ以上の粗大なＣｒ含有金属間化合物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｒ含有金属間化合物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｒ含有金属間化合物の最大長さは、６μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
Ｃｒ含有金属間化合物の長さ及び個数は、上記のＣｕ系晶出物の場合と同様に、アルミニウム合金の断面の１１８２μｍ２の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて、Ｃｒ含有金属間化合物を検出し、検出されたＣｒ含有金属間化合物の長さ及び個数をＳＥＭ画像により計測することによって測定することができる。
（円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒：４７２６μｍ２あたり２個以上含まない）
円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒は、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜の形成を阻害するおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒を、４７２６μｍ２あたり２個以上含まないとされている。粗大な初晶Ｓｉ粒の数は１以下であることが好ましく、粗大な初晶Ｓｉ粒を含まないことがより好ましい。粗大な初晶Ｓｉ粒を含まない場合、アルミニウム合金に含まれる初晶Ｓｉ粒の最大円相当直径は、８μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
初晶Ｓｉ粒の円相当直径及び個数は、アルミニウム合金の断面の６０．９μｍ×７７．６μｍ（＝４７２６μｍ２）の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察することによって測定することができる。
円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒は、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜の形成を阻害するおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒を、４７２６μｍ２あたり２個以上含まないとされている。粗大な初晶Ｓｉ粒の数は１以下であることが好ましく、粗大な初晶Ｓｉ粒を含まないことがより好ましい。粗大な初晶Ｓｉ粒を含まない場合、アルミニウム合金に含まれる初晶Ｓｉ粒の最大円相当直径は、８μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
初晶Ｓｉ粒の円相当直径及び個数は、アルミニウム合金の断面の６０．９μｍ×７７．６μｍ（＝４７２６μｍ２）の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察することによって測定することができる。
＜摺動部品＞
本実施形態の摺動部品は、前述の本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金で構成されている。本実施形態の摺動部品は、鍛造品であってもよい。
本実施形態の摺動部品は、表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられていてもよい。アルマイト皮膜は、陽極酸化処理によって形成することができる。アルマイト皮膜の膜厚は、４μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。アルマイト皮膜のビッカース硬さは、４００ＨＶ以上４５０ＨＶ以下の範囲内にあればよい。
本実施形態の摺動部品は、前述の本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金で構成されている。本実施形態の摺動部品は、鍛造品であってもよい。
本実施形態の摺動部品は、表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられていてもよい。アルマイト皮膜は、陽極酸化処理によって形成することができる。アルマイト皮膜の膜厚は、４μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。アルマイト皮膜のビッカース硬さは、４００ＨＶ以上４５０ＨＶ以下の範囲内にあればよい。
次に、本実施形態の摺動部品の製造方法について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る摺動部品の製造方法を示すフロー図である。本実施形態の摺動部品の製造方法は、図１に示すように、アルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程Ｓ０１と、溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る鋳造工程Ｓ０２と、鋳造品に鍛造を行なって鍛造品を得る鍛造工程Ｓ０５とを有する。鋳造工程Ｓ０２と鍛造工程Ｓ０５との間に、均質化熱処理工程Ｓ０３、切断工程Ｓ０４を行なってもよい。また、鍛造工程Ｓ０５の後に、溶体化処理工程Ｓ０６、焼き入れ工程Ｓ０７、時効処理工程Ｓ０８、ショットピーニング工程Ｓ０９を行なってもよい。
図１は、本発明の一実施形態に係る摺動部品の製造方法を示すフロー図である。本実施形態の摺動部品の製造方法は、図１に示すように、アルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程Ｓ０１と、溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る鋳造工程Ｓ０２と、鋳造品に鍛造を行なって鍛造品を得る鍛造工程Ｓ０５とを有する。鋳造工程Ｓ０２と鍛造工程Ｓ０５との間に、均質化熱処理工程Ｓ０３、切断工程Ｓ０４を行なってもよい。また、鍛造工程Ｓ０５の後に、溶体化処理工程Ｓ０６、焼き入れ工程Ｓ０７、時効処理工程Ｓ０８、ショットピーニング工程Ｓ０９を行なってもよい。
（溶湯形成工程Ｓ０１）
溶湯形成工程Ｓ０１では、Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源、Ｃｒ源である原料を、上記の組成となるように混合し、得られた混合物を加熱して溶解させることによってアルミニウム合金溶湯を得る。Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源及びＣｒ源はそれぞれ単一の金属材料であってもよいし、２種以上の金属を含む合金材料であってもよい。
溶湯形成工程Ｓ０１では、Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源、Ｃｒ源である原料を、上記の組成となるように混合し、得られた混合物を加熱して溶解させることによってアルミニウム合金溶湯を得る。Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源及びＣｒ源はそれぞれ単一の金属材料であってもよいし、２種以上の金属を含む合金材料であってもよい。
（鋳造工程Ｓ０２）
鋳造工程Ｓ０２では、溶湯形成工程Ｓ０１で得られたアルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る。図２は、本発明の一実施形態に係る摺動部品用アルミニウム合金（鋳造品）の一例を示す斜視図である。鋳造工程では、図２に示すように、円柱状の鋳造品１を得る。鋳造加工の方法には、特に制限はない。鋳造加工の方法としては、例えば、連続鋳造圧延法、ホットトップ鋳造法、フロート鋳造法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等のアルミニウム合金の鋳造方法として従来より利用されている公知の方法を用いることができる。この鋳造工程により、Ｍｎは、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成する。また、Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等の微細な晶出物を形成する。また、Ｃｒは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等の微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出物を形成する。
鋳造工程Ｓ０２では、溶湯形成工程Ｓ０１で得られたアルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る。図２は、本発明の一実施形態に係る摺動部品用アルミニウム合金（鋳造品）の一例を示す斜視図である。鋳造工程では、図２に示すように、円柱状の鋳造品１を得る。鋳造加工の方法には、特に制限はない。鋳造加工の方法としては、例えば、連続鋳造圧延法、ホットトップ鋳造法、フロート鋳造法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等のアルミニウム合金の鋳造方法として従来より利用されている公知の方法を用いることができる。この鋳造工程により、Ｍｎは、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物を含む微細な粒状の晶出物を形成する。また、Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等の微細な晶出物を形成する。また、Ｃｒは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等の微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出物を形成する。
（均質化熱処理工程Ｓ０３）
均質化熱処理工程Ｓ０３では、鋳造工程Ｓ０２で得られた鋳造品１に対して均質化熱処理を行なう。この均質化熱処理により、鋳造時に発生する添加元素の偏析を解消して組成を均質化させ、また、鋳造時の凝固により発生した過飽和固溶体を析出させ、さらに鋳造時の凝固により形成された準安定相を平衡相へ相変化させる。均質化熱処理における加熱温度は、例えば、４２０℃以上５００℃以下の範囲内である。
均質化熱処理工程Ｓ０３では、鋳造工程Ｓ０２で得られた鋳造品１に対して均質化熱処理を行なう。この均質化熱処理により、鋳造時に発生する添加元素の偏析を解消して組成を均質化させ、また、鋳造時の凝固により発生した過飽和固溶体を析出させ、さらに鋳造時の凝固により形成された準安定相を平衡相へ相変化させる。均質化熱処理における加熱温度は、例えば、４２０℃以上５００℃以下の範囲内である。
（切断工程Ｓ０４）
切断工程Ｓ０４では、均質化熱処理工程Ｓ０３で均質化熱処理を施した鋳造品１を所定のサイズに切断し、鍛造用の鋳造品を得る。すなわち、切断工程Ｓ０４では、鋳造品１を平面に沿って切断することによって、鍛造用の鋳造品を得る。
切断工程Ｓ０４では、均質化熱処理工程Ｓ０３で均質化熱処理を施した鋳造品１を所定のサイズに切断し、鍛造用の鋳造品を得る。すなわち、切断工程Ｓ０４では、鋳造品１を平面に沿って切断することによって、鍛造用の鋳造品を得る。
（鍛造工程Ｓ０５）
鍛造工程Ｓ０５では、切断工程Ｓ０４で得られた鍛造用の鋳造品に鍛造加工を行なって鍛造品を得る。図２は、本発明の一実施形態に係る摺動部品（鍛造品）の一例を示す斜視図である。図２に示す鍛造品２は、スクロール型コンプレッサー用の摺動部品（スクロール）である。鍛造品２は、円板状の基部３と、渦巻き状の突起部４とを有する。鍛造加工の方法は、熱間鍛造を用いてもよいし、冷間鍛造を用いてもよい。熱間鍛造における加熱温度は、例えば、３５０℃以上４５０℃以下の範囲内である。
鍛造工程Ｓ０５では、切断工程Ｓ０４で得られた鍛造用の鋳造品に鍛造加工を行なって鍛造品を得る。図２は、本発明の一実施形態に係る摺動部品（鍛造品）の一例を示す斜視図である。図２に示す鍛造品２は、スクロール型コンプレッサー用の摺動部品（スクロール）である。鍛造品２は、円板状の基部３と、渦巻き状の突起部４とを有する。鍛造加工の方法は、熱間鍛造を用いてもよいし、冷間鍛造を用いてもよい。熱間鍛造における加熱温度は、例えば、３５０℃以上４５０℃以下の範囲内である。
（溶体化処理工程Ｓ０６）
溶体化処理工程Ｓ０６では、鍛造工程Ｓ０５で得られた鍛造品２に溶体化処理を行なう。この溶体化処理によって、鍛造品２中のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの元素がアルミニウム合金に再固溶した固溶状態を生成させる。溶体化処理における加熱温度は、例えば、１５０℃以上２２０℃以下の範囲内である。
溶体化処理工程Ｓ０６では、鍛造工程Ｓ０５で得られた鍛造品２に溶体化処理を行なう。この溶体化処理によって、鍛造品２中のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの元素がアルミニウム合金に再固溶した固溶状態を生成させる。溶体化処理における加熱温度は、例えば、１５０℃以上２２０℃以下の範囲内である。
（焼き入れ工程Ｓ０７）
焼き入れ工程Ｓ０７では、溶体化処理工程Ｓ０６で固溶状態とされた鍛造品２に焼き入れ処理を行なう。この焼き入れ処理によって、鍛造品２を急冷することにより、固溶状態が維持された過飽和固溶体を生成させる。
なお、鍛造工程Ｓ０５において、鍛造加工を熱間鍛造で行なった場合、溶体化処理工程Ｓ０６を行なわずに、熱間鍛造時の加熱を利用し、鍛造後そのまま焼き入れを行なう鍛造焼き入れを行なってもよい。
焼き入れ工程Ｓ０７では、溶体化処理工程Ｓ０６で固溶状態とされた鍛造品２に焼き入れ処理を行なう。この焼き入れ処理によって、鍛造品２を急冷することにより、固溶状態が維持された過飽和固溶体を生成させる。
なお、鍛造工程Ｓ０５において、鍛造加工を熱間鍛造で行なった場合、溶体化処理工程Ｓ０６を行なわずに、熱間鍛造時の加熱を利用し、鍛造後そのまま焼き入れを行なう鍛造焼き入れを行なってもよい。
（時効処理工程Ｓ０８）
時効処理工程Ｓ０８では、焼き入れ処理工程Ｓ０７で過飽和固溶体とされた鍛造品２に時効処理を行なう。この時効処理によって、鍛造品２に対して低温で焼き戻しを行なう。この時効処理により、鍛造品２を構成するアルミニウム合金中にクラスタが生成し、このクラスタを核としてＣｕが析出してＧ．Ｐ．ゾーンが生成する。また、Ｍｇは、ＳｉやＣｕと化合物を形成して、Ｑ相として析出する。時効処理における加熱温度は、例えば、１５０℃以上２２０℃以下の範囲内である。
時効処理工程Ｓ０８では、焼き入れ処理工程Ｓ０７で過飽和固溶体とされた鍛造品２に時効処理を行なう。この時効処理によって、鍛造品２に対して低温で焼き戻しを行なう。この時効処理により、鍛造品２を構成するアルミニウム合金中にクラスタが生成し、このクラスタを核としてＣｕが析出してＧ．Ｐ．ゾーンが生成する。また、Ｍｇは、ＳｉやＣｕと化合物を形成して、Ｑ相として析出する。時効処理における加熱温度は、例えば、１５０℃以上２２０℃以下の範囲内である。
（ショットピーニング工程Ｓ０９）
ショットピーニング工程Ｓ０９では、時効処理工程Ｓ０８で時効処理を行なった鍛造品２を機械加工にて切削した後、ショットピーニングして表面近傍に塑性加工を加えることで疲労強度を向上させる。ショットピーニングで用いる砥粒のサイズは１ｍｍ以下とするのが好ましい。砥粒の材料としては、例えば、ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４）、アルミナ等を用いることができる。また、ピーニング圧力は１ＭＰａ以下とするのが好ましい。
ショットピーニング工程Ｓ０９では、時効処理工程Ｓ０８で時効処理を行なった鍛造品２を機械加工にて切削した後、ショットピーニングして表面近傍に塑性加工を加えることで疲労強度を向上させる。ショットピーニングで用いる砥粒のサイズは１ｍｍ以下とするのが好ましい。砥粒の材料としては、例えば、ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４）、アルミナ等を用いることができる。また、ピーニング圧力は１ＭＰａ以下とするのが好ましい。
以上の製造方法によって、摺動部品（鍛造品）を製造することができる。得られた摺動部品は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあり、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まない。この摺動部品は、引張強さとアルマイト皮膜の形成性とに優れている。このため、この摺動部品は、陽極酸化処理によりビッカース硬さが４００ＨＶ以上のアルマイト皮膜を形成することが可能となる。この表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられている摺動部品は、引張強さがより向上すると共に、耐摩耗性が向上する。
以上のような構成を有する本実施形態の摺動部品用アルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒの各添加元素を上記の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とされていて、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあり、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないことされているので、引張強さとアルマイト皮膜の形成性とに優れる。
また、本実施形態の摺動部品は、上述の摺動部品用アルミニウム合金で構成されているので、引張強さとアルマイト皮膜の形成性とに優れる。本実施形態の摺動部品において、鍛造品である場合は、より強度が向上する。さらに、本実施形態の摺動部品において、表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられている場合は、強度がさらに向上すると共に、耐摩耗性が向上する。
本実施形態の摺動部品は、コンプレッサー（圧縮機）の摺動部品として好適に使用できる。本実施形態の鍛造品は、スクロール型コンプレッサーの摺動部品、特に、旋回スクロールがモータで可動する電動スクロール型コンプレッサーの摺動部品として有利に利用できる。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
＜実施例１＞
Ｓｉを９．５質量％、Ｃｕを０．９質量％、Ｍｇを０．５質量％、Ｍｎを０．４５質量％、Ｃｒを０．０２質量％、Ｆｅを０．２０質量％の割合で含有し、残部がＡｌからなるアルミニウム合金の溶湯を連続鋳造加工することによって、直径が８２ｍｍの鋳造品を得た。得られた鋳造品に均質化熱処理を施した後、鋳造品を空冷した。次いで、鋳造品を所定の長さに切断して、鍛造用の鋳造品を得た。得られた鋳造品に熱間鍛造を行なうことによって、鍛造品を得た。得られた鍛造品に溶体化処理を施した後、水焼き入れ処理を行なった。次に、水焼き入れ処理後の鋳造品に時効処理を施して、摺動部品用の鍛造品を得た。
Ｓｉを９．５質量％、Ｃｕを０．９質量％、Ｍｇを０．５質量％、Ｍｎを０．４５質量％、Ｃｒを０．０２質量％、Ｆｅを０．２０質量％の割合で含有し、残部がＡｌからなるアルミニウム合金の溶湯を連続鋳造加工することによって、直径が８２ｍｍの鋳造品を得た。得られた鋳造品に均質化熱処理を施した後、鋳造品を空冷した。次いで、鋳造品を所定の長さに切断して、鍛造用の鋳造品を得た。得られた鋳造品に熱間鍛造を行なうことによって、鍛造品を得た。得られた鍛造品に溶体化処理を施した後、水焼き入れ処理を行なった。次に、水焼き入れ処理後の鋳造品に時効処理を施して、摺動部品用の鍛造品を得た。
＜実施例２、３および比較例１～１２＞
アルミニウム合金のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの含有量を、表１に示す割合に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、摺動部品用の鍛造品を得た。
アルミニウム合金のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの含有量を、表１に示す割合に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、摺動部品用の鍛造品を得た。
［評価］
実施例１～３及び比較例１～１２で得られた摺動部品用の鍛造品について、以下の評価を行なった。
実施例１～３及び比較例１～１２で得られた摺動部品用の鍛造品について、以下の評価を行なった。
＜組成＞
摺動部品用の鍛造品のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの各元素の含有率を、次のようにして測定した。摺動部品用の鍛造品を、酸塩酸と過酸化水素とを用いて溶解させる。得られた溶液中の各元素の含有量を、ＩＣＰ発光分光装置を用いて測定し、その測定値を、鍛造品中の各元素の含有率に換算する。
この測定の結果、各実施例及び比較例で得られた鍛造品の各元素の含有率は、それぞれ表１に示す含有率と同じであった。
摺動部品用の鍛造品のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの各元素の含有率を、次のようにして測定した。摺動部品用の鍛造品を、酸塩酸と過酸化水素とを用いて溶解させる。得られた溶液中の各元素の含有量を、ＩＣＰ発光分光装置を用いて測定し、その測定値を、鍛造品中の各元素の含有率に換算する。
この測定の結果、各実施例及び比較例で得られた鍛造品の各元素の含有率は、それぞれ表１に示す含有率と同じであった。
＜組織観察＞
摺動部品用の鍛造品の組織を、次のようにして観察した。
摺動部品用の鍛造品を所定のサイズに切り出して観察用試料を作製する。観察用試料の鍛造方向に対して平行な面を、観察面加工して観察面とする。観察用試料の観察面を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察する。ＦＥ－ＳＥＭの拡大倍率を３０００倍に設定し、ＦＥ－ＳＥＭの観察視野（３０．４７μｍ×３８．７９μｍ＝１１８２μｍ２）に対して、ＥＤＳを用いて元素分析を行なって、Ｃｕを１質量％以上含むＣｕ系晶出物とＣｒ含有金属間化合物を特定する。特定されたＣｕ系晶出物は円相当直径を算出し、「円相当直径が５μｍを超えるＣｕ系晶出物の個数」と「最大円相当直径」を求める。特定されたＣｒ含有金属間化合物は長さを算出し、「長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物の個数」と「最大長さ」を求める。また、ＦＥ－ＳＥＭの拡大倍率を１５００倍に設定し、ＦＥ－ＳＥＭの観察視野（６０．９μｍ×７７．６μｍ＝４７２６μｍ２）に対して、ＥＤＳを用いて元素分析を行なって、初晶Ｓｉ粒を特定する。特定された初晶Ｓｉ粒は円相当直径を算出し、「円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒の個数」と「最大円相当直径」を求める。なお、Ｃｕ系晶出物、Ｃｒ含有金属間化合物及び初晶Ｓｉ粒の観察は、４個の観察面に対して行なった。「円相当直径が５μｍを超えるＣｕ系晶出物の個数」、「長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物の個数」及び「円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒の個数」は、それらの観察面内で計測された個数の平均値である。また、Ｃｕ系晶出物と初晶Ｓｉ粒の「最大円相当直径」及びＣｒ含有金属間化合物の「最大長さ」は、それらの観察面内で計測された値の最大値である。その結果を、表２に示す。
摺動部品用の鍛造品の組織を、次のようにして観察した。
摺動部品用の鍛造品を所定のサイズに切り出して観察用試料を作製する。観察用試料の鍛造方向に対して平行な面を、観察面加工して観察面とする。観察用試料の観察面を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察する。ＦＥ－ＳＥＭの拡大倍率を３０００倍に設定し、ＦＥ－ＳＥＭの観察視野（３０．４７μｍ×３８．７９μｍ＝１１８２μｍ２）に対して、ＥＤＳを用いて元素分析を行なって、Ｃｕを１質量％以上含むＣｕ系晶出物とＣｒ含有金属間化合物を特定する。特定されたＣｕ系晶出物は円相当直径を算出し、「円相当直径が５μｍを超えるＣｕ系晶出物の個数」と「最大円相当直径」を求める。特定されたＣｒ含有金属間化合物は長さを算出し、「長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物の個数」と「最大長さ」を求める。また、ＦＥ－ＳＥＭの拡大倍率を１５００倍に設定し、ＦＥ－ＳＥＭの観察視野（６０．９μｍ×７７．６μｍ＝４７２６μｍ２）に対して、ＥＤＳを用いて元素分析を行なって、初晶Ｓｉ粒を特定する。特定された初晶Ｓｉ粒は円相当直径を算出し、「円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒の個数」と「最大円相当直径」を求める。なお、Ｃｕ系晶出物、Ｃｒ含有金属間化合物及び初晶Ｓｉ粒の観察は、４個の観察面に対して行なった。「円相当直径が５μｍを超えるＣｕ系晶出物の個数」、「長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物の個数」及び「円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒の個数」は、それらの観察面内で計測された個数の平均値である。また、Ｃｕ系晶出物と初晶Ｓｉ粒の「最大円相当直径」及びＣｒ含有金属間化合物の「最大長さ」は、それらの観察面内で計測された値の最大値である。その結果を、表２に示す。
＜引張強さ＞
摺動部品用の鍛造品の引張強さを、次のようにして測定した。
摺動部品用の鍛造品を所定のサイズに切り出してＪＩＳ４号引張試験片を作製する。得られたＪＩＳ４号引張試験片に対して、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して引張試験を行い、２５℃における引張強さ（ＭＰａ）を測定する。
その果を、表２に示す。表２において、引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあるものを「○」と記載し、引張強さが前記範囲を逸脱しているものを「×」と記載した。
摺動部品用の鍛造品の引張強さを、次のようにして測定した。
摺動部品用の鍛造品を所定のサイズに切り出してＪＩＳ４号引張試験片を作製する。得られたＪＩＳ４号引張試験片に対して、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して引張試験を行い、２５℃における引張強さ（ＭＰａ）を測定する。
その果を、表２に示す。表２において、引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあるものを「○」と記載し、引張強さが前記範囲を逸脱しているものを「×」と記載した。
＜アルマイト皮膜の硬度＞
摺動部品用の鍛造品を陽極酸化処理して、鍛造品の表面に厚さ２０μｍのアルマイト皮膜を形成した。そして、得られたアルマイト皮膜の硬度を測定した。
アルマイト皮膜は、次のようにして形成した。鍛造品を、遊離硫酸濃度が１５０ｇ／Ｌで、液温５℃の電解液に浸漬する。次いで、鍛造品を陽極として、電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して、鍛造品の表面にアルマイト皮膜を形成する。そして、アルマイト皮膜を形成した鍛造品を電解液から取り出して、アルマイト皮膜に対してバフ研磨にて鏡面仕上げを行なう。
アルマイト皮膜の硬度は、次のようにして測定した。アルマイト皮膜の硬度は、ビッカース硬度計を用いて測定する。硬度測定は、アルマイト皮膜の厚さ方向に対して実施し、荷重は０．０１ｇとする。
測定結果を表２に示す。表２において、ビッカース硬さが４００ＨＶ未満であったものを「×」と記載し、４００ＨＶ以上であったものを「○」と記載した。
摺動部品用の鍛造品を陽極酸化処理して、鍛造品の表面に厚さ２０μｍのアルマイト皮膜を形成した。そして、得られたアルマイト皮膜の硬度を測定した。
アルマイト皮膜は、次のようにして形成した。鍛造品を、遊離硫酸濃度が１５０ｇ／Ｌで、液温５℃の電解液に浸漬する。次いで、鍛造品を陽極として、電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して、鍛造品の表面にアルマイト皮膜を形成する。そして、アルマイト皮膜を形成した鍛造品を電解液から取り出して、アルマイト皮膜に対してバフ研磨にて鏡面仕上げを行なう。
アルマイト皮膜の硬度は、次のようにして測定した。アルマイト皮膜の硬度は、ビッカース硬度計を用いて測定する。硬度測定は、アルマイト皮膜の厚さ方向に対して実施し、荷重は０．０１ｇとする。
測定結果を表２に示す。表２において、ビッカース硬さが４００ＨＶ未満であったものを「×」と記載し、４００ＨＶ以上であったものを「○」と記載した。
＜総合評価＞
引張強さが「〇」で、アルマイト皮膜の硬度が「〇」のものについて、総合評価を合格（「〇」）とした。引張強さとアルマイト皮膜の硬度のどちらか一方でも「×」があったものについては、総合評価を不合格（「×」）とした。その結果を、表２に示す。
引張強さが「〇」で、アルマイト皮膜の硬度が「〇」のものについて、総合評価を合格（「〇」）とした。引張強さとアルマイト皮膜の硬度のどちらか一方でも「×」があったものについては、総合評価を不合格（「×」）とした。その結果を、表２に示す。
表２の結果から、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒの各添加元素の含有量と、Ｃｕを１質量％以上含む晶出物、Ｃｒ含有金属間化合物、初晶Ｓｉ粒などの析出物の混入量が本発明の範囲内にある実施例１～３の鍛造品は、引張強さとアルマイト皮膜の硬度の両者に優れていることが確認された。これに対し、各添加元素の含有量や析出物の混入量が本発明の範囲から外れる比較例１～１２では、引張強さ及びアルマイト皮膜の硬度のうち少なくとも一方の特性が不十分であった。
本発明に係る摺動部品用アルミニウム合金で構成された摺動部品は、自動車エアコン用コンプレッサー（圧縮機）の摺動部品、とりわけスクロール型コンプレッサーや電動スクロール型コンプレッサーの摺動部品として好適に使用できる。
１ 鋳造品
２ 鍛造品
３ 基部
４ 突起部
２ 鍛造品
３ 基部
４ 突起部
Claims (7)
- Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、
２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあり、
Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、
長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、
円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないことを特徴とする摺動部品用アルミニウム合金。 - 請求項１に記載の摺動部品用アルミニウム合金で構成された摺動部品。
- 鍛造品である請求項２に記載の摺動部品。
- 表面に、ビッカース硬さが４００ＨＶ以上であるアルマイト皮膜が備えられている請求項２または３に記載の摺動部品。
- コンプレッサーの摺動部品である請求項２から４のいずれか一項に記載の摺動部品。
- スクロール型コンプレッサーの摺動部品である請求項２から４のいずれか一項に記載の摺動部品。
- 電動スクロール型コンプレッサーの摺動部品であ請求項２から４のいずれか一項に記載の摺動部品。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2020182090A JP2022072573A (ja) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品 |
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| JP2020182090A JP2022072573A (ja) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品 |
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2021
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