JP3009527B2

JP3009527B2 - 耐摩耗性に優れたアルミニウム材およびその製造方法

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Publication number: JP3009527B2
Application number: JP3359212A
Authority: JP
Inventors: 浩紀藤田; 隆敏鈴木
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JPH05179420A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性に優れたアル
ミニウム材およびその製造方法に関し、さらに詳しく
は、アルミニウム材料の表面に耐摩耗性に優れた表面層
を有するアルミニウム材およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム材料またはアルミニウム合
金材料（以下、アルミニウム材料という）は、それ自体
では耐摩耗性、耐焼付性が劣るため、運動部品での摺動
面の耐久性に問題がある。また、母材の硬さが鋼に比べ
て低いため、高い面圧には耐えられないなどの欠点があ
る。

【０００３】これら問題を解決する方法として、アルミ
ニウム材料にプラズマ溶射やレーザなどを施してアルミ
ニウム材料表面を合金化する方法やめっきする方法があ
る。

【０００４】また、アルミニウム材料のイオン窒化に先
立ち、被処理材の表面をヘリウム、アルゴンなどの希ガ
スからなる活性化処理用ガスを導入するとともに放電す
ることにより、被処理材料の表面を活性化して窒化物層
が生成し易い表面性状とし、その後イオン窒化すること
により、被処理材表面に優れた窒化アルミニウム層を形
成せしめる「アルミニウム材のイオン窒化方法」（特開
昭60−211061号公報）が開発されている。この方法によ
り、アルミニウムの表面に高い硬度を持つ被膜層が容易
に形成できるので、アルミニウム材の耐摩耗性を向上さ
せることができる。すなわち、該アルミニウム材の表面
に形成された窒化アルミニウム層は、非常に高温まで安
定であり、硬さＨv 1000以上あり、耐摩耗性に優れ、熱
伝導度が大きくかつ絶縁性に優れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、金属の溶融法であるため、表面層の厚さと組
成が均一でなく、硬さや耐摩耗の特性が均一にならない
という問題を有している。また、表面の粗度が悪いた
め、処理後の研削または研摩が必要となるという問題を
有している。また、電気めっき等のめっきする方法によ
り、厚い複合めっき層を形成した場合、母材と界面は機
械的な接合のため、母材との密着性が十分ではないとい
う問題を有している。

【０００６】また、後者の特開昭60−211061号に開示さ
れたアルミニウム材のイオン窒化方法は、確かに高硬度
で耐摩耗性に優れた表面層を形成することができるもの
の、該表面層はせいぜい１０数μｍ程度であり、高い面
圧がかかるような部材として用いた場合には、該圧力に
耐えられない場合があるという問題を有している。

【０００７】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００８】（発明の目的）本発明の目的は、耐摩耗性
に優れ高い硬度を有するとともに、面圧強度特性に優れ
たアルミニウム材およびその製造方法を提供するにあ
る。

【０００９】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、アルミニウム
材料の表面に、アルミニウムよりも硬度が高く、摺動特
性が良好で、熱膨張係数がアルミニウムに比較的に近
く、外力によって破損しない表面層を設けることに着目
した。

【００１０】そこで、上記のような条件を満足する層と
して、銀とアルミニウムとの金属間化合物に着眼し、所
定膜厚のＡｌ−Ａｇの金属間化合物からなる表面層を設
けることにより従来技術の問題を解決できることを見出
し、本発明を成すに至った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（第１発明）第１発明の耐摩耗性に優れたアルミニウム材は、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金材料からなる母材と、該
母材表面に形成したアルミニウムと銀との金属間化合物
層とからなり、該金属間化合物層の膜厚が５０μｍ〜２
００μｍであることを特徴とする。

【００１２】（第２発明）第２発明の耐摩耗性に優れた
アルミニウム材は、アルミニウムまたはアルミニウム合
金材料からなる母材と、該母材表面に形成したアルミニ
ウムと銀との金属間化合物からなる中間層と、該中間層
の表面に形成した窒化アルミニウム層とからなることを
特徴とする。

【００１３】（第３発明）第３発明の耐摩耗性に優れたアルミニウム材の製造方法
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料からなる
母材を準備する工程と、該母材表面に銀を主体とする金
属層を形成する工程と、該金属層を被覆したアルミニウ
ム母材を熱処理し、前記金属層にアルミニウムを拡散さ
せて，膜厚が５０μｍ〜２００μｍのアルミニウムと銀
との金属間化合物層とする熱拡散処理工程とからなるこ
とを特徴とする。

【００１４】（第４発明）第４発明の耐摩耗性に優れた
アルミニウム材の製造方法は、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金材料からなる母材を準備する工程と、該母
材表面にアルミニウムと銀との金属間化合物からなる中
間層を形成する工程と、該中間層に窒化処理を施し，該
層表面に窒化アルミニウム層を形成する工程とかるなる
ことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本第１発明または第２発明の耐摩耗性に優れた
アルミニウム材、および、第３発明および第４発明の耐
摩耗性に優れたアルミニウム材の製造方法が優れた効果
を発揮するメカニズムについては、未だ必ずしも明らか
ではないが、次のように考えられる。

【００１６】（第１発明の作用）本発明のアルミニウム
材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料からな
る母材と、該母材表面に形成した金属間化合物層とから
なる。この金属間化合物層は、アルミニウムと銀との金
属間化合物である。銀とアルミニウムとからなる金属間
化合物は、母材と熱膨張係数が比較的近く、また硬度も
アルミニウムに比べて高い。この銀とアルミニウムとの
金属間化合物とすることにより、アルミニウム母材との
界面は拡散による金属結合となり、かつ熱膨張係数の差
が小さいため、温度変化に対して界面での剪断力が小さ
く、層の密着性に優れたものとなり、これより、耐摩耗
性に優れアルミニウム母材より高い硬度およびある程度
の靱性を有するため、面圧強度特性に優れたアルミニウ
ム材となっているものと考えられる。

【００１７】なお、アルミニウム材料の表面にＣｕやＮ
ｉなどの他の金属を被覆し、熱拡散処理してＣｕ−Ａｌ
またはＮｉ−Ａｌからなる金属間化合物を形成させるこ
とが考えられるが、これらＣｕ−ＡｌまたはＮｉ−Ａｌ
からなる金属間化合物は、熱膨張係数がアルミニウム母
材より小さく、また靱性に欠けるため剥離し易いという
問題を有する。本発明の場合には、このような問題が起
こりにくいという特有の効果を奏することができる。

【００１８】（第２発明の作用）本発明のアルミニウム
材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料からな
る母材と、該母材表面に形成したアルミニウムと銀との
金属間化合物層からなる中間層と、該中間層の表面に形
成した窒化アルミニウム層とからなる。表面層としての
窒化アルミニウム層は、非常に高温まで安定であり、硬
さＨv 1000以上あり、耐摩耗性により優れ、熱伝導度が
大きくかつ絶縁性に優れている。本発明のアルミニウム
材は、この窒化アルミニウム表面層と母材との間に、ア
ルミニウムと銀とからなる金属間化合物を有してなる。
この金属間化合物は、硬度が母材よりも高く、靱性を有
し、所定の膜厚を有してなる。従って、本発明のアルミ
ニウム材は、表面層としての窒化アルミニウム層の特性
をそのまま発揮させることができるとともに、該材の表
面に相当の面圧が加わった場合でも、前記中間層により
該面圧を受けとめ、前記表面層の効果を奏させることが
できるとともに所定の効果を損なうような変形を防止す
ることができるものと考えられる。

【００１９】（第３発明の作用）第３発明の耐摩耗性に
優れたアルミニウム材の製造方法は、先ず、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金材料からなる母材を準備する
（母材準備工程）。次いで、該母材の耐摩耗層形成部の
表面に、電気めっき法などにより銀を主体とする金属層
を形成する（銀層形成工程）。次いで、該金属層を被覆
したアルミニウム母材を熱処理し、前記金属層にアルミ
ニウムを拡散させてアルミニウムと銀との金属間化合物
層を形成する（熱拡散処理工程）。このとき、銀はアル
ミニウムと反応し易く拡散速度も早いので、容易にＡｇ
₂Ａｌからなる金属間化合物を形成することができるも
のと考えられる。また、これより得られたアルミニウム
と銀との金属間化合物は、耐摩耗性に優れ比較的高い硬
度を有するとともに、面圧強度特性に優れている。

【００２０】（第４発明の作用）第４発明の耐摩耗性に
優れたアルミニウム材の製造方法は、アルミニウムまた
はアルミニウム合金材料からなる母材を準備する（母材
準備工程）。次いで、該母材表面にアルミニウムと銀と
の金属間化合物からなる中間層を形成する（中間層形成
工程）。なお、この中間層の形成は、前記第３発明と同
様に行うことができる。次いで、イオン窒化法や窒化浴
浸漬法などの方法により窒化処理を施し、該中間層の表
面に窒化アルミニウム層を形成する（窒化アルミニウム
層形成工程）。これにより、中間層を構成しているアル
ミニウムが表面に拡散し、該アルミニウムと窒素が結合
して窒化アルミニウム層を形成する。このとき、窒化ア
ルミニウム層の形成により失った前記中間層のアルミニ
ウム成分は、アルミニウムの銀への拡散速度が早いので
母材から順次補われ、比較的厚い窒化アルミニウム層を
形成することができる。これより、母材と、アルミニウ
ムと銀との金属間化合物からなる中間層と、窒化アルミ
ニウムからなる表面層とを有し、耐摩耗性および硬度、
さらには面圧強度に優れた三層構造のアルミニウム材を
容易に得ることができるものと考えられる。

【００２１】

【発明の効果】

【００２２】（第１発明の効果）本第１発明のアルミニ
ウム材は、耐摩耗性に優れ母材より高い硬度と靱性を有
するとともに、面圧強度特性に優れている。

【００２３】（第２発明の効果）本第２発明のアルミニ
ウム材は、より優れた耐摩耗性およびより高い硬度を有
するとともに、面圧強度特性に優れている。

【００２４】（第３発明の効果）本第３発明の製造方法
により、母材（被処理材）としてのアルミニウムまたは
アルミニウム合金の表面に、耐摩耗性に優れ高い硬度を
有するとともに、面圧強度特性に優れた金属間化合物層
を容易に形成することができる。また、母材表面に形成
された金属間化合物層は、密着性に優れている。

【００２５】（第４発明の効果）本第４発明の製造方法
により、母材（被処理材）としてのアルミニウムまたは
アルミニウム合金の表面に、より耐摩耗性に優れより高
い硬度を有するとともに、面圧強度特性に優れた被覆層
を容易に形成することができる。また、母材表面に形成
された被覆層は、密着性に優れている。

【００２６】

【実施例】先ず、前記第１発明または第２発明のアルミ
ニウム材、および第３発明または第４発明のアルミニウ
ム材の製造方法をさらに具体的にした発明（具体例）に
ついて説明する。

【００２７】本発明の母材または被処理材は、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなる材料または部材で
ある。表面処理前の製品形状のものであってもよい。ア
ルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、これ
に、珪素、銅、マグネシウム、マンガン、クロム、ニッ
ケル、鉄、亜鉛等の一種または二種以上を含むものであ
る。

【００２８】アルミニウムと銀との金属間化合物からな
る層（表面層としての金属間化合物層、または中間層）
は、母材の耐摩耗性および硬度、面圧強度を向上させる
層であり、具体的にはＡｇ₂Ａｌなどからなるものであ
る。さらに、Ａｇ−Ａｇ₂Ａｌ（銀リッチの金属間化合
物）や、Ａｌ−Ａｇ₂Ａｌ（アルミニウムリッチの金属
間化合物）であってもよい。該層中のＡｌ含有量や該層
の厚さなど、さらには該層の硬度などの特性は、目的に
応じて適宜決定することができる。

【００２９】なお、この金属間化合物層は、表面層とし
て用いる場合、膜厚が５０μｍ〜２００μｍであること
が好ましい。該膜厚が５０μｍ未満の場合、用途によっ
ては面圧により塑性変形し、表面形状が変化する虞れが
あり、また、該膜厚が２００μｍを越えると、層形成の
工程時間が長くなり、また銀の使用量が増加し、コスト
アップとなる虞れがある。また、中間層として用いる場
合にも、前記と同様の理由により、膜厚が５０μｍ〜２
００μｍであることが好ましい。

【００３０】また、前記金属間化合物の硬度は、純アル
ミニウムと純Ａｇで形成された場合には、約Ｈv200〜 2
50であり、実用されているアルミニウム合金の約Ｈv 80
〜 140に比べて高い。従って、従来のアルミニウム合金
が使用され、耐面圧強度が不十分である用途に対して
は、この金属間化合物のアルミニウム母材表面への被覆
は効果的ある。しかし、約Ｈv200〜 250でも、表面層の
変形が生ずるような用途に対しては、Ａｇ中に他の元素
を添加することにより、Ｈv300以上の金属間化合物層を
形成し、Ｈv 700 程度にすることも可能である。

【００３１】また、この金属間化合物層は、本発明の効
果を損なわない範囲で、第三の元素を適宜添加すること
ができる。例えば、より高い硬度が所望の場合には、ク
ロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）などの特性向上元素の一種以上を添加することが好
ましい。

【００３２】この金属間化合物を母材表面に形成する方
法としては、電気めっき法、無電解めっき法、溶射法、
ペースト塗布法などが適用できる。なお、前記方法によ
り、先ず銀を主体とした金属膜を形成し、該金属膜を有
する母材を加熱して該母材中のアルミニウムを前記金属
膜中に拡散させてアルミニウムと銀とからなる金属間化
合物を形成することができる。

【００３３】なお、アルミニウム材料からなる母材は、
表面に酸化膜を形成し易いので、電気めっき法により先
ず銀を主体とした金属膜を形成し、次いで、金属膜を被
覆した母材を加熱して母材中のアルミニウムを金属膜中
に拡散処理し、母材表面にアルミニウムと銀とからなる
金属間化合物を形成することが好ましい。電気めっき法
を採用することにより、均一な層を必要とする部分にの
み被覆可能なので、好適である。また、この方法の場
合、小さい部品でも同時に処理でき、大量被覆に適する
という利点も有する。

【００３４】なお、該金属間化合物層を中間層として形
成する場合は、該金属間化合物形成工程（中間層形成工
程）の熱拡散処理を、後工程の窒化処理工程時の熱処理
と同時に行ってもよい。例えば、窒化処理をイオン窒化
処理法により行う場合には、イオン窒化処理時の昇温工
程などの被処理材の熱付与を伴う工程と兼ねることがで
きる。この場合、工程の簡略化が可能であり、コストダ
ウンができるという利点を有する。

【００３５】窒化アルミニウム層は、金属間化合物層
（中間層）の表面に形成した表面層で、非常に高温まで
安定であり、硬さＨv 1000以上あり、耐摩耗性により優
れ、熱伝導度が大きくかつ絶縁性に優れた層である。な
お、この窒化アルミニウム層は、該層の特性を向上させ
る目的で、酸素や窒素、炭素などの一種以上からなる特
性向上剤を発明の効果を損なわない範囲で含有させるこ
とができる。例えば、酸素含有量が１〜数十重量％含む
アルミニウム酸窒化物層である場合には、さらに耐水性
や耐食性に優れたものとすることができる。

【００３６】この窒化アルミニウム層は、膜厚が２μｍ
〜１０μｍであることが好ましい。該膜厚が２μｍ未満
の場合、より優れた十分な耐摩耗性を付与することがで
きない虞れがあり、また、該膜厚が１０μｍを越える
と、クラックなどの耐摩耗性を損なう物質が介在する割
合が高くなる虞れがある。

【００３７】この窒化アルミニウム層を形成する方法と
しては、イオン窒化法やプラズマ化学気相蒸着法などの
各種の化学蒸着法や、イオンプレーティング法などの各
種の物理蒸着法、およびシアンを含む塩浴中に浸漬する
方法などの各種の浸漬法など、どのような方法でも適用
することができる。

【００３８】なお、この窒化アルミニウム層の形成方法
としては、母材に形成された金属間化合物からなる中間
層中のアルミニウムを優先的に窒化し、該アルミニウム
と外部から供給された窒素とを結合させて窒化アルミニ
ウムを形成する方法であることが好ましい。該方法によ
る場合、アルミニウムはＡｇ₂Ａｌより拡散した元素で
あり、表面の窒素と反応し、ＡｌＮを形成するため、前
記中間層と窒化アルミニウム層との密着強度に優れたも
のとすることができる。また、ＡｇとＮは従来の熱力学
データからは結合しないとされており、また、本発明で
も形成されていない。

【００３９】ここで、窒化アルミニウム層の形成方法に
ついて、その一例を簡単に説明すると以下のようであ
る。すなわち、該窒化アルミニウム層をイオン窒化方法
により形成する方法としては、先ず、母材にアルミニウ
ムと銀との金属間化合物からなる中間層を形成した材
料、または、母材に銀を主体とした金属膜を形成した材
料を用意し、窒化処理装置内に配置する（被処理材配置
工程）。次に、容器を密閉した後、ロータリーポンプや
拡散ポンプなどの真空ポンプを用い、該容器内に残存す
るガスを除去する（酸素ガス除去工程）。なお、必要に
より、減圧後水素ガスや希ガスなどの非酸化性ガスから
なる導入ガスを置換し、減圧を繰り返し行う。次いで、
減圧した密閉容器内に昇温用ガスを導入するとともに放
電を行うか、或いは該容器内または該容器の周囲に設け
られたヒータにより、被処理材の表面を所定の窒化温度
に加熱する（昇温工程）。なお、前記用意した材料が後
者の場合、すなわち、母材表面に形成した金属膜が、前
記金属間化合物ではなく銀を主体とする金属膜である場
合には、この昇温工程における加熱処理により、母材中
のアルミニウムが金属膜中に拡散され、金属間化合物が
形成される。次に、密閉容器内に窒素ガスや窒素を主体
とするガスや窒素ガスと水素ガスとの混合ガスなどの窒
化処理用ガスを導入するとともに、該密閉容器内にグロ
ー放電を発生させて被処理材表面の窒化処理を行う（イ
オン窒化工程）。なお、イオン窒化処理に先立って、被
処理材表面を窒化アルミニウムが形成され易い性状に前
処理を施すことにより、効率よくまた厚膜の窒化アルミ
ニウム層を形成することができるので好ましい。

【００４０】窒化アルミニウム層の形成方法として、イ
オン窒化方法を適用した場合には、ガス中で行われるた
め、後洗浄が不要であり、また同時処理が可能であると
いう利点を有する。

【００４１】なお、イオン窒化法による場合には、被処
理材の温度ができるだけ均一となるようにして窒化処理
を行うことが好ましい。例えば、グロー放電の条件を、
各部分または各部品に放電が均一に発生するように、部
品の保持・電極等を考慮することが好ましい。

【００４２】また、前記窒化アルミニウム層を浸漬法に
より形成する方法について、その一例を簡単に説明す
る。すなわち、通常、鋼の塩浴窒化法として用いられて
いるシアンを含む浴中に浸漬して行う。

【００４３】窒化アルミニウム層の形成方法として、浸
漬法を適用した場合には、塩浴であるため、温度の制御
を行い易いという利点を有する。

【００４４】ここで、本具体例のアルミニウム材の構造
の一例を、図１を用いて説明する。すなわち、図１は、
アルミニウム材の断面を模式的に示したもので、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金からなる母材（鍛造材ま
たは鋳造材など：Ａ7075の場合は最高Ｈv 150 ）１と、
該母材表面に形成された中間層（バックアップ層：５０
〜２００μｍ：Ｈv 300 〜 600）２と、該中間層の表面
に形成した窒化アルミニウム層（耐摩耗層：２〜１０μ
ｍ：Ｈv 1000〜2000）３とからなる。

【００４５】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００４６】第１実施例

【００４７】母材として純Ａｌを用い、電解めっきによ
り銀からなる金属膜を形成し、加熱拡散処理を行ってア
ルミニウム材を作製し、該材の性能評価試験を行った。

【００４８】先ず、母材として５０×２５×５ mm 寸法
の純アルミニウム（A 1100製）を用意した。次いで、該
母材表面に、電解めっきにより、約４５μｍと約８０μ
ｍ厚さの銀（Ａｇ）めっき層を形成した。次いで、これ
ら銀めっき層を形成した試料を、真空中（約１０^-3〜１
０^-4 Torr ）で、４５０℃、５００℃、５４０℃および
ほぼ共晶温度（５６７℃）の５７０℃で、１、２、また
は４時間の加熱による拡散処理を行った。

【００４９】得られたアルミニウム材を、Ｘ線回折、光
学顕微鏡観察、硬さ測定、ＥＰＭＡによる元素分布の測
定により、性能評価した。

【００５０】先ず、Ｘ線回折試験は、加熱後、試料の表
面より、Ｘ線を照射することにより行った。その結果、
全試料とも、母材表面に形成された被覆膜がＡｇ₂Ａｌ
からなる金属間化合物であることが分かった。

【００５１】次に、光学顕微鏡観察試験は、加熱後得ら
れた試料を切断し、樹脂中に埋め込んだ後研摩した面に
ついて行った。その結果、何れもクラックや剥離等の不
具合が全くみられず、被覆膜が均一に形成されているこ
とが分かった。なお、前記加熱拡散処理における加熱温
度が５４０℃、加熱時間が４時間の例について、アルミ
ニウム材の断面の金属組織（倍率：２００倍）を図２に
示す。

【００５２】また、前記加熱温度と被覆層の厚さとの関
係を、図３に示す。同図から明らかのように、加熱温度
が高いほど、加熱時間が長いほど被覆層の厚さが厚くな
っていることが分かる。

【００５３】次に、硬さ測定試験は、マイクロビッカー
ス硬度計を用い、１００ｇの荷重により行った。その結
果、Ａｇ₂Ａｌ金属間化合物の硬さ分布はＨv 210 〜 2
30であり、しかも、母材の種類および処理条件には無関
係であることが分かった。また、層の硬さの測定の圧痕
によるクラックは生じなかった。

【００５４】次に、ＥＰＭＡによる元素分布の測定試験
は、光学顕微鏡観察試験の試料と同一のものにより行っ
た。前記加熱拡散処理における加熱温度が５４０℃、加
熱時間が４時間の例について測定した結果を、図４に示
す。同図より明らかの如く、被覆層の内部ではＡｇが約
８０重量％、Ａｌは約１５重量％であり、この組成は平
衡状態図で示されたＡｇ₂Ａｌの固溶範囲内にあり、Ａ
ｌリッチのＡｇ₂Ａｌ部分に相当する。

【００５５】比較のために、母材の表面に形成した金属
膜を前記実施例のＡｇに代えて約２０μｍのＣｕまたは
Ｎｉとした以外は、前記第１実施例と同様に母材に金属
膜を形成し、加熱拡散処理して、比較用のアルミニウム
材を作製し、性能評価試験を行った。その結果、Ｃｕお
よびＮｉめっき材を加熱した場合の断面組織は、いずれ
もクラックが発生しており、冷却中に該メッキ層が剥離
する場合もあった。また、Ａｇめっき材におけるＡｇ₂
Ａｌ層の成長速度係数Ｋは、ＣｕおよびＮｉめっき材の
場合の１２０〜２５０倍であることが分かった。

【００５６】本実施例より、Ａｇ₂Ａｌ層の成長速度が
極めて速いので、短時間でアルミニウム材料の表面に厚
い層を形成できることも分かった。

【００５７】第２実施例

【００５８】母材としてジュラルミンを用い、前記第１
実施例と同様にして、電解めっきにより銀からなる金属
膜を形成し、加熱拡散処理を行ってアルミニウム材を作
製し、該材の性能評価試験を行った。

【００５９】先ず、母材として５０×２５×５ mm 寸法
のジュラルミン（A 2017製）を用意した。次いで、前記
第１実施例と同様にして、銀めっき層を形成、次いで、
拡散処理を行い、本実施例にかかるアルミニウム材を得
た。

【００６０】得られたアルミニウム材を、前記第１実施
例と同様にして、Ｘ線回折、光学顕微鏡観察、硬さ測
定、ＥＰＭＡによる元素分布の測定により、性能評価し
た。

【００６１】その結果、Ｘ線回折試験により、全試料と
も、母材表面に形成された被覆膜がＡｇ₂Ａｌからなる
金属間化合物であることが分かった。また、得られたア
ルミニウム材の断面の光学顕微鏡組織は、第１実施例の
純アルミニウムの場合と同様であり、クラックや剥離の
ない金属被覆層が形成されていた。また、Ａｇ₂Ａｌ金
属間化合物の硬さ分布はＨv 210 〜 230であり、しか
も、母材の種類および処理条件には無関係であることが
分かった。また、層の硬さの測定の圧痕によるクラック
は生じなかった。また、ＥＰＭＡによる分析結果は、加
熱拡散処理における加熱温度が５４０℃、加熱時間が４
時間の例について測定した結果を、図５に示す。同図よ
り明らかの如く、被覆層の内部ではＡｇとＡｌの分布は
前記第１実施例のA 1100の場合と同様であるが、被覆層
中には母材中の合金元素であるＣｕが最大約１.5重量
％、Ｍｇが最大約0.５重量％存在したが、ＭｎおよびＳ
ｉの存在は確認されなかった。

【００６２】第３実施例

【００６３】母材として純Ａｌおよびジュラルミンを用
い、複合電解めっきによりＡｇ＋Ｎｉからなる金属膜を
形成し、加熱拡散処理を行ってアルミニウム材を作製
し、該材の性能評価試験を行った。

【００６４】先ず、母材として５０×２５×５ mm 寸法
の純アルミニウム（A 1100製）およびジュラルミン（A
2017製）を用意した。次いで、該母材表面に、複合電解
めっきにより、約４５μｍと約８０μｍ厚さの銀−ニッ
ケルの複合めっき層（Ａｇ＋５％Ｎｉ）を形成した。次
いで、これらめっき層を形成した試料を、前記第１実施
例と同様にして、真空中（約１０^-3〜１０^-4 Torr ）
で、４５０℃、５００℃、５４０℃およびほぼ共晶温度
（５６７℃）の５７０℃で、１、２、または４時間の加
熱による拡散処理を行った。

【００６５】得られたアルミニウム材を、前記第１実施
例と同様にして、Ｘ線回折、光学顕微鏡観察、硬さ測
定、ＥＰＭＡによる元素分布の測定により、性能評価し
た。

【００６６】その結果、Ｘ線回折試験により、全試料と
も、母材表面に形成された被覆膜がＡｇ₂Ａｌを主成分
とする金属間化合物であることが分かった。また、得ら
れたアルミニウム材の断面の光学顕微鏡組織は、第１実
施例の純アルミニウムの場合と同様であり、クラックや
剥離のない金属被覆層が形成されていた。また、Ａｇ₂
Ａｌ金属間化合物の硬さ分布はＨv 450 〜 510であり、
しかも、母材の種類および処理条件には無関係であるこ
とが分かった。また、層の硬さの測定の圧痕によるクラ
ックは生じなかった。

【００６７】また、同様に、前記複合めっき層のＮｉに
代えて、ＣｒやＦｅを用いた場合でも、この第３実施例
と同様に被覆層の硬度上昇効果が認められた。

【００６８】第４実施例

【００６９】前記第１実施例および第２実施例により作
製したＡｇ−Ａｌ金属間化合物層を被覆アルミニウム材
を用い、該被覆層の表面をイオン窒化処理して窒化アル
ミニウム層を形成し、本発明の第２発明にかかるアルミ
ニウム材を作製した。次いで、該アルミニウム材の性能
評価試験結果を行った。

【００７０】先ず、前記第１実施例および第２実施例に
より作製したＡｇ−Ａｌ金属間化合物層を用意し、イオ
ン窒化処理装置内に配置した。次に、該容器を密閉した
後、ロータリーポンプを用い、該容器内に残存するガス
を除去し、次いで水素ガスを導入に置換し、減圧を繰り
返し行った。次に、減圧した密閉容器内に昇温用ガスと
して水素ガスを導入するとともに放電を行い、被処理材
の表面を５００℃に加熱した。次に、密閉容器内に３ T
orr の窒素ガスを導入するとともに、該密閉容器内に６
００Ｖ、１Ａの条件でグロー放電を発生させて被処理材
表面の窒化処理を４時間行ったところ、表面に黒色の層
が形成されていた。

【００７１】この黒色層について、Ｘ線回折法による物
質同定試験を行った結果、何れもウルツ鉱型の窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）であることが確認された。

【００７２】また、前記加熱拡散処理における加熱温度
が５００℃、加熱時間が４時間の例について、窒化層の
膜厚の測定試験を行った。その結果、膜厚は約８μｍで
あった。また、該例の光学顕微鏡による組織観察の結果
を、すなわち、アルミニウム材の断面の金属組織（倍
率：４００倍）を図６に示す。同図より明らかの如く、
本実施例のアルミニウム材は、母材と、該母材表面に形
成された中間層と、該中間層の表面に形成した窒化アル
ミニウム層とからなり、それぞれの層は、クラックや剥
離等の不具合が全くみられず、被覆膜が均一に形成され
ていることが分かった。また、該例の表面層のＥＰＭＡ
による分析結果を、図７に示す。同図より明らかの如
く、表面層にはＡｌとＮが存在していた。また、該層の
硬さは、Ｈv1500であった。

【００７３】第５実施例

【００７４】前記第１実施例および第２実施例により作
製したＡｇ−Ａｌ金属間化合物層を被覆アルミニウム材
を用い、該被覆層の表面を溶融塩浸漬法により窒化処理
して窒化アルミニウム層を形成し、本発明の第２発明に
かかるアルミニウム材を作製した。次いで、該アルミニ
ウム材の性能評価試験結果を行った。

【００７５】先ず、前記第１実施例および第２実施例に
より作製したＡｇ−Ａｌ金属間化合物層を用意し、これ
をシアンを含む塩浴中に４時間浸漬して窒化した。

【００７６】この試料の表面層について、Ｘ線回折法に
よる物質同定試験を行った結果、何れも窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）であることが確認された。

【００７７】また、前記加熱拡散処理における加熱温度
が５００℃、加熱時間が４時間の例について、窒化層の
膜厚の測定試験を行った。その結果、膜厚は約１０μｍ
であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第２発明のアルミニウム材の一具体例におけ
る、断面構造を模式的に示す説明図。

【図２】本発明の第１実施例により得られたアルミニウ
ム材の断面の金属組織を示す光学顕微鏡写真図（倍率：
２００倍）である。

【図３】本発明の第１実施例により得られたアルミニウ
ム材の加熱温度（拡散処理温度）と被覆層の厚さとの関
係を示す線図である。

【図４】本発明の第１実施例により得られたアルミニウ
ム材のＥＰＭＡによる元素分布の測定試験結果を示す線
図である。

【図５】本発明の第２実施例により得られたアルミニウ
ム材のＥＰＭＡによる元素分布の測定試験結果を示す線
図である。

【図６】本発明の第４実施例により得られたアルミニウ
ム材の断面の金属組織を示す光学顕微鏡写真図（倍率：
４００倍）である。

【図７】本発明の第４実施例により得られたアルミニウ
ム材のＥＰＭＡによる元素分布の測定試験結果を示す線
図である。

【符号の説明】

１・・・母材２・・・中間層３・・・窒化アルミニウム層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
料からなる母材と、該母材表面に形成したアルミニウム
と銀との金属間化合物層とからなり、該金属間化合物層
の膜厚が５０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする
耐摩耗性に優れたアルミニウム材。
【請求項２】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
料からなる母材と、該母材表面に形成したアルミニウム
と銀との金属間化合物からなる中間層と、該中間層の表
面に形成した窒化アルミニウム層とからなることを特徴
とする耐摩耗性に優れたアルミニウム材。
【請求項３】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
料からなる母材を準備する工程と、該母材表面に銀を主体とする金属層を形成する工程と、該金属層を被覆したアルミニウム母材を熱処理し、前記
金属層にアルミニウムを拡散させて，膜厚が５０μｍ〜
２００μｍのアルミニウムと銀との金属間化合物層とす
る熱拡散処理工程とからなることを特徴とする耐摩耗性
に優れたアルミニウム材の製造方法。
【請求項４】アルミニウムまたはアルミニウム合金材
料からなる母材を準備する工程と、該母材表面にアルミニウムと銀との金属間化合物からな
る中間層を形成する工程と、該中間層に窒化処理を施し、該層表面に窒化アルミニウ
ム層を形成する工程とかるなることを特徴とする耐摩耗
性に優れたアルミニウム材の製造方法。