JP3048143B1 - Thermal spray layer with excellent sliding properties - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 高Ｓｉ−Ａｌ合金溶射層の摺動特性を良好に
する。 【解決手段】 Ｓｉを１２〜６０重量％含有し、粒状Ｓ
ｉを分散させたアルミニウム合金と、該アルミニウム合
金からなるマトリックス内に分散されたグラファイト型
もしくは無定形炭素あるいは結晶化した程度が両者の中
間にある炭素及びＭｏＳ₂ の少なくとも１種の分散相と
からなる溶射層。Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sliding characteristics of a high Si-Al alloy sprayed layer. SOLUTION: Granular S containing 12 to 60% by weight of Si.
from an aluminum alloy in which i is dispersed and at least one dispersed phase of graphite and amorphous carbon dispersed in a matrix composed of the aluminum alloy or carbon and MoS ₂ whose degree of crystallization is intermediate between the _two. Thermal spray layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動特性に優れた
高Ｓｉ−Ａｌ合金溶射層に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high Si-Al alloy sprayed layer having excellent sliding characteristics.

【０００２】[0002]

【従来の技術】まず、耐摩耗性アルミニウム合金の従来
技術を説明する。鋳造もしくは鍛造により製造される共
晶もしくは過共晶Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金は耐摩
耗性が良好であるが、Ｓｉ含有量が１５％を超えると製
造が困難になるので、耐摩耗性もこのＳｉ量で制約され
ることになる。近年、急冷凝固アルミニウム合金粉末を
使用した粉末冶金製品が多数提案されており（例えば特
許第２５３５７８９号公報）、Ｓｉ含有量が例えば１４
〜３０％と非常に高いために耐摩耗性の向上は著しい。
しかしながら、この合金はホットプレスに続いて熱間押
出などの加工を行う必要があるから、大型部品を製造す
るためには非常に大容量のプレスや押出機の設備投資を
しなければならないので、コスト面の競争力が著しく低
いと言わざるをえない。2. Description of the Related Art First, the prior art of wear-resistant aluminum alloy will be described. Eutectic or hypereutectic Al-Si-based aluminum alloys produced by casting or forging have good wear resistance, but if the Si content exceeds 15%, production becomes difficult. It will be restricted by the amount of Si. In recent years, many powder metallurgy products using a rapidly solidified aluminum alloy powder have been proposed (for example, Japanese Patent No. 2,535,789).
Since it is as high as ~ 30%, the improvement in wear resistance is remarkable.
However, since this alloy needs to be processed by hot extrusion or the like following hot pressing, it is necessary to invest in equipment for a very large capacity press or extruder in order to manufacture large parts. The cost competitiveness is remarkably low.

【０００３】優れた耐摩耗性を発揮できる３５〜４５重
量％もの高いＳｉ含有量をもつＡｌ合金を溶射する方法
として、初晶Ｓｉを晶出しないＳｉ含有量のＡｌ−Ｓｉ
合金とＳｉ粒子を別々に用意して、同時に溶射すること
により初晶Ｓｉが晶出しない高Ｓｉ−Ａｌ合金を製造す
ることが公知である（特許第２７９２１３０号公報）。
この公報には溶射の具体的方法と溶射ガンは示されてい
ないので、一般的火炎溶射法であると考えられる。これ
は、一般的溶射法で１種の粉末を使用すると初晶Ｓｉの
晶出が避けられないので、上述のように二種の粉末を使
用することが必要になっていると理解される。さらに、
アルミニウム合金に固体潤滑剤として黒鉛を添加するこ
とは公知である（特許第２５８４４８８号公報）。ただ
し、この公報の方法では真空又は不活性雰囲気中での焼
結法が採用されており、黒鉛は粉末形態でアルミニウム
合金粉と混合されている。As a method of spraying an Al alloy having a high Si content of 35 to 45% by weight capable of exhibiting excellent abrasion resistance, Al-Si having a Si content that does not crystallize primary Si is used.
It is known to prepare a high Si-Al alloy in which primary Si is not crystallized by separately preparing an alloy and Si particles and spraying them simultaneously (Japanese Patent No. 2792130).
Since this publication does not show a specific method of thermal spraying and a thermal spray gun, it is considered to be a general flame thermal spraying method. It is understood that if one kind of powder is used in a general thermal spraying method, crystallization of primary crystal Si is inevitable, so that it is necessary to use two kinds of powder as described above. further,
It is known to add graphite as a solid lubricant to an aluminum alloy (Japanese Patent No. 25844488). However, in the method of this publication, a sintering method in a vacuum or an inert atmosphere is employed, and graphite is mixed with aluminum alloy powder in powder form.

【０００４】トライボロジストVol.41, No.11 の第１９
〜２４頁に解説されているように、溶射技術は摺動層形
成技術として広く採用されている。ここで列挙されてい
る溶射材料はＺｎ，Ａｌ，自溶性合金、耐熱合金、酸化
物セラミックス、サーメットなどである。なお、黒鉛
（グラファイト）、ＭｏＳ₂ などの周知のトライボマテ
リアルを溶射することには言及されていない。[0004] Tribologists Vol.41, No.11, No.19
As described on pages 24 to 24, the thermal spraying technique is widely adopted as a sliding layer forming technique. The thermal spray materials listed here are Zn, Al, self-fluxing alloys, heat-resistant alloys, oxide ceramics, cermets and the like. Incidentally, graphite, is not mentioned in that spraying known Tribo materials such as MoS _2.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のアルミニウム系
溶射材料の開発は、初晶Ｓｉの微細化もしくは生成抑
制、Ｓｉ含有量の増大や添加金属成分種類の工夫などの
方向に向かっている。しかしながらこの方向の開発によ
る摺動特性向上は限界がある。本発明はこれら従来技術
の抱える問題を解決するアルミニウム合金溶射層を提供
することを目的とする。The development of the conventional aluminum-based thermal spraying material has been directed toward miniaturization or suppression of the formation of primary crystal Si, an increase in the Si content, and an improvement in the type of the added metal component. However, there is a limit to the improvement of the sliding characteristics by development in this direction. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an aluminum alloy sprayed layer that solves the problems of the prior art.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、共晶及び
過共晶領域のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金摺動材料を
簡単な方法で斜板の表面に摺動層として成膜し、かつ従
来の各種摺動層よりも優れた特性を発揮させるための研
究を行った。従来、グラファイトやＭｏＳ₂ などのトラ
イボ材料と溶射技術を結び付ける検討は行われていなか
った。ところで、アルミニウム合金の溶射温度は７００
℃以上が必要であり、一方グラファイトと酸素の反応は
５００℃以上では活発に起こるので、溶射火炎中に少量
でも酸素が存在しているとグラファイトは溶射層中に取
り込まれないおそれがある。したがって、本発明者ら
は、グラファイトは溶射雰囲気中に存在する酸素により
燃焼し消失するのではないか、またＭｏＳ₂ も同様に分
解消失するのではないかとの懸念を抱いたが、予想外に
これらトライボ材料がＡｌ材料中に分散できることを見
出した。即ち、本発明は、Ｓｉを１２〜６０重量％含有
し、粒状Ｓｉを分散させたアルミニウム合金と、該アル
ミニウム合金からなるマトリックス内に分散されたグラ
ファイト型もしくは無定形炭素あるいは結晶化の程度が
両者の中間の炭素及びＭｏＳ₂ からなる群の少なくとも
１種の分散相とを含んでなることを特徴とする摺動特性
に優れた溶射層を提供するものである。以下、本発明を
詳しく説明する。なお百分率は特に断らない限り重量％
である。Means for Solving the Problems The present inventors formed a sliding material on a swash plate surface in a simple manner from an Al-Si based aluminum alloy sliding material in the eutectic and hypereutectic regions, In addition, research was conducted to exhibit characteristics superior to those of various conventional sliding layers. Conventionally, study linking the tribological material and spray techniques, such as graphite or MoS ₂ has not been performed. By the way, the spraying temperature of aluminum alloy is 700
C. or more is required, while the reaction between graphite and oxygen occurs actively at 500 ° C. or more. Therefore, if a small amount of oxygen is present in the spray flame, the graphite may not be taken into the sprayed layer. Therefore, the present inventors were concerned that graphite might burn and disappear due to oxygen present in the spraying atmosphere, and that MoS ₂ would also decompose and disappear, but unexpectedly. It has been found that these tribo materials can be dispersed in an Al material. That is, the present invention relates to an aluminum alloy containing 12 to 60% by weight of Si, in which granular Si is dispersed, and a graphite or amorphous carbon dispersed in a matrix made of the aluminum alloy or a degree of crystallization. And at least one dispersed phase in the group consisting of carbon and MoS _{2 in} the middle of the formula (1). Hereinafter, the present invention will be described in detail. The percentages are by weight unless otherwise specified.
It is.

【０００７】本発明の溶射Ａｌ−Ｓｉ系合金において、
Ｓｉ含有量が１２％未満であると耐摩耗性が十分でな
く、一方６０％を超えると溶射するための合金粉末の製
造が困難である。Ｓｉは粒状形態でアルミニウムマトリ
ックス中に微細かつ多量に分散して合金の硬さを高めて
耐摩耗性を向上させる。さらに、微細かつ多量に分散し
た粒状Ｓｉはアルミニウムマトリックスが相手材と凝着
することによる焼付を起こり難くしている。本発明にお
いて、粒状Ｓｉとは圧延合金のＳｉ粒子で見られるよう
な、材料内の一つの方向が明らかに長い方向性がある粒
子形状ではなく、どの方向でもほとんど同じ寸法の球
状、塊状、多角状、凹凸輪郭を有する島状、その他これ
らに分類されない不定型形状である。より限定するなら
ば最大径と最小径の比が平均で３倍以下である。[0007] In the sprayed Al-Si alloy of the present invention,
If the Si content is less than 12%, the wear resistance is not sufficient, while if it exceeds 60%, it is difficult to produce an alloy powder for thermal spraying. Si is finely dispersed in a large amount in the aluminum matrix in a granular form to increase the hardness of the alloy and improve the wear resistance. Furthermore, the fine and highly dispersed granular Si makes it difficult for seizure due to the aluminum matrix to adhere to the counterpart material. In the present invention, granular Si is not a particle shape in which one direction in the material is clearly long, as seen in the case of Si particles of a rolled alloy, but spherical, massive, polygonal with almost the same dimensions in any direction. Shape, island shape with uneven contours, and other irregular shapes not classified into these. More specifically, the ratio of the maximum diameter to the minimum diameter is 3 times or less on average.

【０００８】次に、本発明においてはＳｎを添加したＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｓｎ系合金をマトリックスとして使用するこ
とができる。この合金は優れた耐摩耗性と耐焼付性をも
つ。Ｓｎは、均一にアルミニウム中に分散して潤滑性や
なじみ性を付与する成分であり、また、相手材に優先的
に付着して、相手材に凝着したＡｌと軸受のＡｌの同種
材料どうしの摺動が起こるのを妨げて、耐焼付性を高め
る。Ｓｎ含有量が０．１％未満では潤滑性などの向上の
効果が少なく、３０％を超えると合金の強度が低下す
る。好ましいＳｎ含有量は５〜２５％である。Ｓｎ相は
層内で片状を呈し、この形状は潤滑性の面で好ましいと
考えられる。Next, in the present invention, A containing Sn is added.
An l-Si-Sn alloy can be used as a matrix. This alloy has excellent wear and seizure resistance. Sn is a component that uniformly disperses in aluminum to impart lubricity and conformability, and also preferentially adheres to the mating material, and is the same material of Al adhered to the mating material and Al of the bearing. To prevent the sliding of the film and increase the seizure resistance. If the Sn content is less than 0.1%, the effect of improving lubricity is small, and if it exceeds 30%, the strength of the alloy is reduced. The preferred Sn content is 5 to 25%. The Sn phase has a flake shape in the layer, and this shape is considered preferable in terms of lubricity.

【０００９】本発明のアルミニウム合金には例えば次の
任意元素を含有することができる。Ｃｕ：Ｃｕはアルミ
ニウムマトリックスに固溶してその強度を高めることに
よって、アルミニウムの凝着摩耗や、Ｓｉ粒子が脱落す
ることによる摩耗を抑える。さらにＣｕはＳｎの一部と
Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物を生成して耐摩耗性を高める。
しかしながら、Ｃｕの含有量が８．０％を超えると合金
が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当になる。好
ましいＣｕ含有量は０．５〜５％である。Ｍｇ：Ｍｇは
Ｓｉの一部と化合してＭｇ−Ｓｉ金属間化合物を生成し
て耐摩耗性を高める。しかしながらＭｇの含有量が３．
０％を超えると、粗大なＭｇ相が生成して摺動特性が劣
化する。Ｍｎ：Ｍｎはアルミニウムマトリックスに過飽
和に固溶してその強度を高めることによってＣｕと同様
の効果をもたらす。しかしながらＭｎの含有量が３．０
％を超えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として
不適当になる。好ましいＭｎ含有量は０．１〜１％であ
る。Ｆｅ：Ｆｅはアルミニウムマトリックスに過飽和に
固溶してその強度を高めることによってＣｕと同様の効
果をもたらす。しかしながら、Ｆｅの含有量が１．５％
を超えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不
適当になる。好ましＦｅ含有量は０．１〜１％である。
Ｎｉ：Ｎｉはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｎｉの含有量が８％を超える
と合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当にな
る。好ましいＮｉ含有量は１．５％以下である。The aluminum alloy of the present invention can contain, for example, the following optional elements. Cu: Cu forms a solid solution in an aluminum matrix to increase the strength thereof, thereby suppressing the adhesive wear of aluminum and the wear due to the Si particles falling off. Further, Cu forms a part of Sn and an Sn-Cu intermetallic compound to enhance wear resistance.
However, if the Cu content exceeds 8.0%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Cu content is 0.5-5%. Mg: Mg combines with a part of Si to form an Mg-Si intermetallic compound and enhances wear resistance. However, the content of Mg is 3.
If it exceeds 0%, a coarse Mg phase is generated and the sliding characteristics deteriorate. Mn: Mn has a similar effect to Cu by forming a super-saturated solid solution in an aluminum matrix to increase its strength. However, the content of Mn is 3.0.
%, The alloy is excessively hardened and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Mn content is 0.1-1%. Fe: Fe is supersaturated in an aluminum matrix and has the same effect as Cu by increasing its strength. However, the content of Fe is 1.5%
If it exceeds, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Fe content is 0.1-1%.
Ni: Ni has a similar effect to Cu by forming a solid solution in an aluminum matrix in a supersaturated manner to increase its strength. However, if the Ni content exceeds 8%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Ni content is 1.5% or less.

【００１０】本発明においては、アルミニウム合金及び
トライボ材料の溶射法としてトライボロジストVol.41,
No.11 の第２０頁、図２に掲載されている各種溶射法を
採用することができるが、中でも高速ガス火炎溶射法(H
VOF, high velocity oxyfuel) を好ましく採用すること
ができる。この方法は同誌第２０頁右欄第４〜１３行に
記載された特長を有しているので、特長があるＳｉ相形
態が得られると考えられる。溶射粉末としてはＡｌ−Ｓ
ｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ合金などのアトマイズ粉末を
使用することができる。これらのアトマイズ粉末は完全
に基板上で溶融しその後凝固してもよく、あるいは一部
が未溶融状態で基板上にて被着され粉末の組織が残るよ
うにしてもよい。溶射条件としては、酸素圧力０．９〜
１．２ＭＰａ，燃料圧力０．６〜０．９ＭＰａ，溶射距
離５０〜２５０ｍｍが好ましい。溶射層の厚さは１０〜
５００μｍ、特に１０〜３００μｍが好ましい。溶射後
のアルミニウム合金の硬度はＨｖ１００〜４００の範囲
にある。従来の１２％Ｓｉ含有アルミニウム合金では硬
度がＨｖ５０〜１００であるので、本発明の溶射層は非
常に硬質であると言える。In the present invention, tribologists Vol.
Various thermal spraying methods described in FIG. 2 on page 20 of No. 11 can be used. Among them, high-speed gas flame thermal spraying (H
VOF, high velocity oxyfuel) can be preferably employed. Since this method has the features described on page 20, right column, lines 4 to 13, the method is considered to provide a Si phase morphology having features. Al-S as thermal spray powder
Atomized powder such as i-alloy or Al-Si-Sn alloy can be used. These atomized powders may be completely melted on the substrate and then solidified, or may be partially applied to the substrate in an unmelted state so that the structure of the powder remains. Spraying conditions include oxygen pressure 0.9 ~
Preferably, the pressure is 1.2 MPa, the fuel pressure is 0.6 to 0.9 MPa, and the spraying distance is 50 to 250 mm. The thickness of the sprayed layer is 10
500 μm, particularly preferably 10 to 300 μm. The hardness of the aluminum alloy after thermal spraying is in the range of Hv100 to 400. Since the hardness of a conventional 12% Si-containing aluminum alloy is Hv50 to 100, it can be said that the sprayed layer of the present invention is very hard.

【００１１】続いて、アルミニウム合金マトリックスに
溶射により分散される相について説明する。この分散相
の材料はアルミニウム合金もしくはその原料粉末ととも
に溶射される。これらのトライボ材料は上記した高速ガ
ス火炎溶射法によると溶射中に燃焼分解などを受けるこ
とが比較的少なく溶射層中に取り込まれる。炭素質物質
としては、無定形炭素、グラファイト、結晶化の程度が
両者の中間にある炭素などを使用する。グラファイトは
天然黒鉛及び人造黒鉛の何れでもよい。黒鉛は強い劈開
性をもつので、この性質を利用して摺動特性を高めるこ
とができる。炭素質物質はグラファイト構造が顕著なも
のは劈開性による効果を発揮し、一方二次元構造が不明
瞭になるにしたがい、耐摩耗性を発揮して、摺動特性を
高める。またこれら炭素質物質は、溶射中に溶融しない
ために溶射層中に原料粉末形状を比較的に保ってそのま
まの状態で分散している。他の分散層であるＭｏＳ₂ は
周知のトライボ材料であるが、過酷な条件下での溶射層
の摺動特性改良の効果は少なく、穏やかの条件下ではグ
ラファイトほどではないが摺動特性を改良する効果があ
る。上記トライボ材料の量は溶射層に対して２〜４０重
量％であることが好ましく、より好ましくは５〜２５重
量％である。また、トライボ材料の溶射前平均粒径は１
０〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは２
０〜４０μｍである。Next, the phase dispersed in the aluminum alloy matrix by thermal spraying will be described. The material of the dispersed phase is sprayed together with the aluminum alloy or its raw material powder. According to the above-mentioned high-speed gas flame spraying method, these tribomaterials are relatively less likely to undergo combustion decomposition during thermal spraying and are taken into the sprayed layer. As the carbonaceous substance, amorphous carbon, graphite, carbon having a degree of crystallization between the two, and the like are used. Graphite may be either natural graphite or artificial graphite. Since graphite has a strong cleavage property, sliding properties can be enhanced by using this property. When the carbonaceous material has a remarkable graphite structure, it exhibits the effect of cleavage, while as the two-dimensional structure becomes unclear, it exhibits abrasion resistance and enhances sliding characteristics. In addition, these carbonaceous materials are dispersed in the sprayed layer as they are in the sprayed layer so as not to melt during the spraying, while keeping the shape of the raw material powder relatively. MoS ₂ , another dispersed layer, is a well-known tribo material, but has little effect on improving the sliding properties of the sprayed layer under severe conditions, and improves the sliding properties under mild conditions, although not as much as graphite. Has the effect of doing The amount of the tribomaterial is preferably 2 to 40% by weight, more preferably 5 to 25% by weight, based on the sprayed layer. The average particle size of the tribo material before thermal spraying is 1
The thickness is preferably 0 to 50 μm, more preferably 2 to 50 μm.
0 to 40 μm.

【００１２】上記したアルミニウム合金と炭素質物質及
び／又はＭｏＳ₂ 以外には、ＦｅＢ，Ｆｅ₃ Ｐ，Ａｌ₂
Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ などの硬質物を耐
摩耗性向上のために添加することもできる。これらの物
質は溶射中に溶融せず合金中に分散される。これらの硬
質物は溶射層全体に対して２０重量％以下とすることが
好ましい。In addition to the above-mentioned aluminum alloy and carbonaceous substance and / or MoS ₂ , FeB, Fe ₃ P, Al ₂
Hard materials such as O ₃ , SiO ₂ , SiC, and Si ₃ N ₄ can be added to improve wear resistance. These materials do not melt during thermal spraying but are dispersed in the alloy. The content of these hard materials is preferably 20% by weight or less based on the entire sprayed layer.

【００１３】溶射層を形成する基板としては、鉄、銅、
アルミニウムなどの各種金属基板を使用することができ
る。基板の表面はショットブラストなどにより、好まし
くはＲｚ１０〜６０μｍの表面粗さに粗面化しておく
と、膜の密着強度が高くなる。具体的には剪断破壊試験
法により密着強度を測定したところ、鋼基板（ショット
ブラスト）に対する溶射Ｎｉ皮膜の密着強度が３０〜５
０ＭＰａであったのに対し、本発明皮膜の密着強度は３
０〜６０ＭＰａであった。したがって、本発明によると
従来密着性が良いと言われているＮｉ溶射皮膜と同等の
密着強度が得られる。溶射層には熱処理を施して硬さを
調整することできる。The substrate on which the thermal spray layer is formed is made of iron, copper,
Various metal substrates such as aluminum can be used. If the surface of the substrate is roughened to a surface roughness of preferably Rz 10 to 60 μm by shot blasting or the like, the adhesion strength of the film increases. Specifically, when the adhesion strength was measured by a shear fracture test method, the adhesion strength of the sprayed Ni film to the steel substrate (shot blast) was 30 to 5
Although it was 0 MPa, the adhesion strength of the film of the present invention was 3
It was 0 to 60 MPa. Therefore, according to the present invention, the same adhesive strength as that of the Ni sprayed coating which is conventionally considered to have good adhesiveness can be obtained. The hardness can be adjusted by subjecting the sprayed layer to heat treatment.

【００１４】溶射層をオーバレイなしで使用する場合
は、溶射層表面をＲｚ３．２μｍ以下に仕上げることが
好ましい。オーバレイを使用する場合はＳｎ系、Ｐｂ−
Ｓｎなどの軟質金属や，ＭｏＳ₂、グラファイト、Ｍｏ
Ｓ₂ ＋グラファイトなどの固体潤滑剤やこれらの樹脂を
樹脂と混合したなじみ性にすぐれた各種軟質皮膜を使用
することができる。上記の軟質皮膜と溶射層を組み合わ
せると耐焼付性が飛躍的に高められ、青銅系摺動材料を
凌駕する性能が得られる。上述のように、溶射層中に存
在するＭｏＳ₂ は冷凍機油がないような過酷な条件下で
の摺動特性の改善効果は少ないが、オーバレイとしての
ＭｏＳ₂ は抜群の効果を発揮する。When the thermal sprayed layer is used without an overlay, it is preferable that the surface of the thermal sprayed layer be finished to Rz 3.2 μm or less. When using overlay, Sn-based, Pb-
Soft metals such as Sn, MoS ₂ , graphite, Mo
It is possible to use a solid lubricant such as S ₂ + graphite, or various soft films having excellent conformability by mixing these resins with the resin. The combination of the above-mentioned soft coating and the sprayed layer dramatically improves seizure resistance, and provides performance exceeding that of bronze-based sliding materials. As described above, MoS ₂ present in the sprayed layer has little effect of improving the sliding characteristics under severe conditions where there is no refrigerating machine oil, but MoS ₂ as an overlay exhibits an outstanding effect.

【００１５】[0015]

【実施例】実施例１ ４０％Ｓｉ−Ａｌ合金（Ａ２０２４）が７０％、グラフ
ァイト（Ｇｒ）が３０％の組成になるように、これら２
種の金属粉末の混合物を用意した。それぞれの粉末の平
均粒径は７５μｍ、３０μｍであった。また、Ｓｉ含有
量はＡｌ合金内の量であり、グラファイト含有量はこれ
とＡｌ合金との合計に対する量である。溶射後の摺動面
の組成は４０％Ｓｉ−Ａｌ合金（Ａ２０２４）が８５％
に対しグラファイトが１５％であった。EXAMPLES Example 1 These 40% Si-Al alloy (A2024) and 70% graphite (Gr) were used to obtain a composition of 30%.
A mixture of different metal powders was prepared. The average particle size of each powder was 75 μm and 30 μm. Further, the Si content is an amount in the Al alloy, and the graphite content is an amount based on the sum of the Si content and the Al alloy. The composition of the sliding surface after thermal spraying is 40% Si-Al alloy (A2024) 85%
Was 15% of graphite.

【００１６】一方市販の純アルミ圧延板にスチールグリ
ッド（寸法０．７ｍｍ）によるショットブラストを施
し、表面を粗さＲｚ４５μｍに粗面化した。ＨＶＯＦ型
溶射機（スルザーメテコ社製ＤＪ）を使用し、下記条件
で溶射を行った。 酸素圧力：１．０ＭＰａ 燃料圧力：０．７ＭＰａ 溶射距離：１８０ｍｍ 溶射層厚さ：２００μｍOn the other hand, a commercially pure rolled aluminum plate was subjected to shot blasting using a steel grid (size 0.7 mm) to roughen the surface to a roughness Rz of 45 μm. Using an HVOF type thermal spraying machine (DJ manufactured by Sulzer Metco), thermal spraying was performed under the following conditions. Oxygen pressure: 1.0 MPa Fuel pressure: 0.7 MPa Thermal spray distance: 180 mm Thermal spray layer thickness: 200 μm

【００１７】この溶射の結果、硬さＨｖ_0.3 ＝１６６、
平均粒状Ｓｉ粒径５μｍで、層状もしくは粒状に凝集し
たグラファイトが存在し、平均グラファイト粒径３０μ
ｍの溶射層が形成された。その顕微鏡組織写真を図１に
示し、また溶射前のグラファイトの拡大写真を図２に示
す。写真においてＳｉ粒子は粒状である。一方、グラフ
ァイト粉末は、溶射炎を通過して、基板に衝突し、その
後周囲で凝固するＡｌ合金マトリックスに固定されたこ
とが明らかである。基板の衝突の際にグラファイト粉末
は押し潰されている。なお、Ｃ−Ｋα像を観察したとこ
ろ顕微鏡写真でアルミ粒界にあるグラファイトと思われ
る位置にＣが検出された。As a result of this thermal spraying, the hardness Hv _0.3 = 166,
With an average granular Si particle size of 5 μm, layered or granular aggregated graphite exists, and an average graphite particle size of 30 μm
m sprayed layers were formed. FIG. 1 shows a microstructure photograph, and FIG. 2 shows an enlarged photograph of graphite before thermal spraying. In the photograph, the Si particles are granular. On the other hand, it is clear that the graphite powder passed through the spray flame, hit the substrate, and was then fixed to the Al alloy matrix which solidified around. The graphite powder was crushed during the collision of the substrate. In addition, when the C-Kα image was observed, C was detected at a position considered to be graphite at the aluminum grain boundary in the micrograph.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
グラファイト等の炭素質物質又はＭｏＳ₂ を高Ｓｉ−Ａ
ｌ合金を同時に溶射した新規な摺動材料として、エンジ
ン用メタル、エンジン用コンロッド摺動部（メタルレ
ス）、ＡＴミッション用ブッシュ及びワッシャ、シンク
ロナイザリング、パワーステアリング用ブッシュ、燃料
噴射ポンプ用ブッシュ等に適用できる材料が提供され
る。溶射により摺動材料の利点は次のとおりである。 （１）薄い層として任意の形状の母材に適用できる。粉
末冶金法のプレスのような高額の製造装置を必要としな
い。 （２）溶製材に比べアルミニウム合金が硬質化されてお
り、またＳｉを多量に含有することができるので、耐摩
耗性が優れている。 （３）グラファイトなどは溶融凝固したアルミニウム合
金中に均一かつ多量に取り込まれているために、これら
の間の密着性が高く、潤滑性や耐焼付性が安定して発揮
される。焼結法によるＡｌ−グラファイト複合焼結材料
ではこのような性能は期待できない。As described above, according to the present invention,
The carbonaceous material or MoS _2, such as graphite high Si-A
New sliding materials sprayed simultaneously with alloys include metal for engines, sliding parts for connecting rods for engines (metal-less), bushings and washers for AT missions, synchronizers, bushings for power steering, and bushings for fuel injection pumps. Applicable materials are provided. The advantages of the sliding material by thermal spraying are as follows. (1) It can be applied to a base material of any shape as a thin layer. It does not require expensive manufacturing equipment such as a powder metallurgy press. (2) The aluminum alloy is hardened as compared with the ingot material and can contain a large amount of Si, so that it has excellent wear resistance. (3) Since graphite and the like are uniformly and abundantly incorporated into the molten and solidified aluminum alloy, adhesion between them is high, and lubricity and seizure resistance are stably exhibited. Such performance cannot be expected with an Al-graphite composite sintered material obtained by a sintering method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 実施例１の溶射層の金属顕微鏡写真（倍率４
００倍）である。FIG. 1 is a metallographic micrograph (magnification: 4) of a sprayed layer of Example 1.
00 times).

【図２】 図１のグラファイト（平均粒径３０μｍ）の
溶射前の粉末形態を示す写真である。FIG. 2 is a photograph showing a powder form of the graphite (average particle size: 30 μm) of FIG. 1 before thermal spraying.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 4/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) C23C 4/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 Ｓｉを１４〜６０重量％含有し、粒状Ｓ
ｉを分散させたアルミニウム合金と、該アルミニウム合
金からなるマトリックス内に分散されたグラファイト型
もしくは無定形炭素あるいは結晶化した程度が両者の中
間にある炭素及びＭｏＳ₂からなる群の少なくとも１種
の分散相とを含んでなることを特徴とする摺動特性に優
れた溶射層。1. The method according to claim 1, wherein 14 to 60% by weight of Si is contained.
and at least one dispersion selected from the group consisting of an aluminum alloy in which i is dispersed and graphite-type or amorphous carbon dispersed in a matrix made of the aluminum alloy, or carbon and MoS ₂ whose degree of crystallization is intermediate between the _two. A thermal sprayed layer having excellent sliding characteristics, characterized by comprising a phase. 【請求項２】 前記アルミニウム合金がさらにＳｎを
０．１〜３０重量％含有することを特徴とする請求項１
記載の摺動特性に優れた溶射層。2. The aluminum alloy according to claim 1, further comprising 0.1 to 30% by weight of Sn.
A sprayed layer having excellent sliding properties as described. 【請求項３】 前記アルミニウム合金が８．０重量％以
下のＣｕ，３．０重量％以下のＭｇ，３．０重量％以下
のＭｎ，１．５重量％以下のＦｅ及び８．０重量％以下
のＮｉからなる群の少なくとも１種の元素を含有するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の摺動特性に優れた
溶射層。3. The alloy according to claim 1, wherein said aluminum alloy is not more than 8.0% by weight of Cu, not more than 3.0% by weight of Mg, not more than 3.0% by weight of Mn, not more than 1.5% by weight of Fe and 8.0% by weight. 3. The thermal sprayed layer having excellent sliding characteristics according to claim 1, wherein the thermal sprayed layer contains at least one element of the following group consisting of Ni. 【請求項４】 前記粒状Ｓｉの平均粒径が５０μｍ以下
である請求項１から３までの何れか１項記載の摺動特性
に優れた溶射層。4. The thermal sprayed layer having excellent sliding characteristics according to claim 1, wherein the granular Si has an average particle diameter of 50 μm or less. 【請求項５】 前記アルミニウム合金が６０〜９９重量
％であり、残部がグラファイト型もしくは無定形炭素あ
るいは結晶化した程度が両者の中間にある炭素及びＭｏ
Ｓ₂ からなる群の少なくとも１種の分散相である請求項
１から４までの何れか１項記載の摺動特性に優れた溶射
層。5. The aluminum alloy is 60 to 99% by weight, the balance being graphite type or amorphous carbon, or carbon and Mo whose degree of crystallization is intermediate between the two.
Excellent thermal sprayed layer on the sliding characteristics of any one of claims 1 is at least one dispersing phase of the group consisting of S ₂ to 4. 【請求項６】 前記分散相がグラファイト型炭素である
請求項５記載の摺動特性に優れた溶射層。6. The thermal spray layer according to claim 5, wherein the dispersed phase is graphite-type carbon. 【請求項７】 高速ガス火炎溶射法により成膜された請
求項１から６までの何れか１項記載の摺動特性に優れた
溶射層。7. The sprayed layer having excellent sliding characteristics according to claim 1, wherein the sprayed layer is formed by a high-speed gas flame spraying method.