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JP2024089869A - Sintered body and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2024089869A
JP2024089869A JP2022205369A JP2022205369A JP2024089869A JP 2024089869 A JP2024089869 A JP 2024089869A JP 2022205369 A JP2022205369 A JP 2022205369A JP 2022205369 A JP2022205369 A JP 2022205369A JP 2024089869 A JP2024089869 A JP 2024089869A
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JP
Japan
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sintered body
rough surface
region
alumina
point average
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Pending
Application number
JP2022205369A
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Japanese (ja)
Inventor
寛 滝口
Hiroshi Takiguchi
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Nippon Piston Ring Co Ltd
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Abstract

To provide a method for manufacturing a sintered compact having improved boundary strength between the sintered compact and cast-in light metal alloy.SOLUTION: A method for manufacturing a sintered compact cast-in by light metal alloy comprises: a molding process of providing a green compact by molding metal powder, which has a composition that contains C: 0.5 to 2.5% and Cu: 5 to 40% in mass% and a main component in the balance of Fe, into a desired shape; a vacuum sintering process of providing the sintered compact by sintering the green compact under vacuum; and a blast treatment process of providing a rough surface region having a plurality of concavo-convex parts on the surface of the sintered compact by blast treatment of blasting particles including alumina particles onto at least a part of the surface of the sintered compact.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、焼結体、及び焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a sintered body and a method for manufacturing a sintered body.

自動車部品の軽量化および放熱性を高める目的から、軽金属合金の一種である、アルミニウム合金製の自動車部品が一般化しつつある。しかし、アルミニウム合金は、従来の鋳鉄に比べて強度、耐摩耗性、剛性等の機械的特性が低いことや、熱膨張係数が高いことなど、自動車用構造部材としての材料特性が不足する場合があるという問題が生じている。アルミニウム合金製部材の材料特性向上方法の一つに、重力鋳造、ダイカスト鋳造等によって、異種材料を鋳包む技術や、異種材料との複合化技術がある。その複合化技術として、例えば、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体の下部に取り付けられるアルミニウム合金製ハウジングキャップの軸受部に、鉄系材料を鋳包んだエンジンブロックが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 To reduce the weight of automobile parts and improve their heat dissipation, automobile parts made of aluminum alloy, a type of light metal alloy, are becoming more common. However, aluminum alloys have problems in that their material properties as structural parts for automobiles are insufficient, such as lower mechanical properties such as strength, wear resistance, and rigidity compared to conventional cast iron, and a high thermal expansion coefficient. One method for improving the material properties of aluminum alloy parts is to cast different materials using gravity casting, die casting, etc., or to composite with different materials. As one such composite technology, for example, an engine block has been proposed in which an iron-based material is cast into the bearing part of an aluminum alloy housing cap attached to the lower part of an aluminum alloy cylinder block body (see, for example, Patent Document 1).

特開昭60-219436号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-219436

しかしながら、鉄系材料がアルミニウム合金で鋳包まれる過程で、アルミニウム合金の溶湯が鉄系材料に接した状態でアルミニウム合金の溶湯が固まる際、アルミニウム合金には、場所ごとの温度差に起因した引張力が生じる。この際、鉄系材料からアルミニウム合金が剥がれるおそれがある。 However, during the process of encasing an iron-based material in an aluminum alloy, when the molten aluminum alloy solidifies while in contact with the iron-based material, tensile forces are generated in the aluminum alloy due to temperature differences at different locations. At this time, there is a risk that the aluminum alloy will peel off from the iron-based material.

本発明は、斯かる実情に鑑み、鋳包まれる軽金属合金との間の境界強度を向上させた焼結体、及びその焼結体の製造方法を提供しようとするものである。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a sintered body with improved boundary strength between the light metal alloy being cast in place, and a method for manufacturing the sintered body.

本発明は、軽金属合金で鋳包まれる焼結体の製造方法であって、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成の金属粉末を所望の形状に成型することにより圧粉体を設ける成型工程と、前記圧粉体を真空下で焼結することにより前記焼結体を設ける真空焼結工程と、前記焼結体の表面の少なくとも一部に対してアルミナ粒子を含む粒子を吹き付けるブラスト処理により、前記焼結体の表面に複数の凹凸部を有する粗面領域を設けるブラスト処理工程と、を備えることを特徴とする、焼結体の製造方法である。 The present invention is a method for producing a sintered body to be cast-in with a light metal alloy, comprising: a molding step of forming a powder compact into a desired shape using a metal powder containing, by mass, 0.5-2.5% C, 5-40% Cu, with the remainder being mainly Fe; a vacuum sintering step of sintering the powder compact under vacuum to produce the sintered body; and a blasting step of blasting at least a portion of the surface of the sintered body with particles containing alumina particles to provide a rough surface region having a plurality of irregularities on the surface of the sintered body.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記金属粉末には、還元法、又は機械的粉砕法により造粉された還元鉄粉が含まれることを特徴とする。 The method for producing a sintered body of the present invention is also characterized in that the metal powder contains reduced iron powder produced by a reduction method or a mechanical crushing method.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した前記凹凸部の凸部分を構成する突出部の算術平均傾斜RΔaの平均を算術平均傾斜4点平均と定義し、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した隣接する前記突出部の頂点の平均間隔Sの前記粗面領域における平均を平均間隔4点平均と定義した際、前記ブラスト処理工程では、前記算術平均傾斜4点平均が0.34以上で、前記平均間隔4点平均が116.9μm以下となるようブラスト処理が行われることを特徴とする。 In addition, in the method for producing a sintered body of the present invention, when the average of the arithmetic mean slope RΔa of the protrusions constituting the convex portion of the unevenness calculated in each of the four regions in the rough surface region is defined as the four-point average arithmetic mean slope, and the average of the average spacing S of the apexes of the adjacent protrusions calculated in each of the four regions in the rough surface region is defined as the four-point average spacing, the blasting process is characterized in that the blasting process is performed so that the four-point average arithmetic mean slope is 0.34 or more and the four-point average spacing is 116.9 μm or less.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記ブラスト処理工程では、前記平均間隔4点平均が90μm以上となるようブラスト処理が行われることを特徴とする。 The method for producing a sintered body of the present invention is also characterized in that the blasting process is performed so that the four-point average spacing is 90 μm or more.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記ブラスト処理工程では、300~1700μmの範囲の粒度分布を有する前記アルミナ粒子を用いることを特徴とする。 The method for producing a sintered body of the present invention is also characterized in that the alumina particles having a particle size distribution in the range of 300 to 1700 μm are used in the blasting process.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記ブラスト処理工程では、アルミナで構成されるアルミナ領域が前記粗面領域の表面に露出するように設けられることを特徴とする。 The method for producing a sintered body of the present invention is also characterized in that, in the blasting process, an alumina region made of alumina is provided so as to be exposed on the surface of the roughened region.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記アルミナ領域は、前記凹凸部の凹部分を構成する窪み部の最深部を起点として前記窪み部の深さ方向の前記焼結体の内部側に広がることを特徴とする。 In addition, in the manufacturing method of the sintered body of the present invention, the alumina region is characterized in that it extends from the deepest part of the depression that constitutes the concave portion of the uneven portion to the inside of the sintered body in the depth direction of the depression.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記アルミナ領域の少なくとも一部は、前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記軽金属合金に接触することを特徴とする。 In addition, in the method for producing a sintered body of the present invention, at least a portion of the alumina region is in contact with the light metal alloy when the sintered body is cast-in with the light metal alloy.

また、本発明の焼結体の製造方法において、前記真空焼結工程では、前記粗面領域の表面近傍の前記焼結体の空孔の圧力が真空にされ、前記ブラスト処理工程では、前記空孔を塞ぐ遊離Cu相が前記粗面領域の表面に露出し、前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記空孔を塞ぐ前記遊離Cu相に前記軽金属合金の溶湯が接触して、前記空孔の内部と外部の圧力差により前記軽金属合金の溶湯が前記空孔に移動することを特徴とする。 In addition, in the manufacturing method of the sintered body of the present invention, in the vacuum sintering process, the pressure of the pores of the sintered body near the surface of the rough surface region is made vacuum, and in the blasting process, the free Cu phase that fills the pores is exposed to the surface of the rough surface region, and when the sintered body is cast in the light metal alloy, the molten light metal alloy comes into contact with the free Cu phase that fills the pores, and the molten light metal alloy moves into the pores due to the pressure difference between the inside and outside of the pores.

本発明の焼結体は、軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、自身の外周面において複数の凹凸部を有する粗面領域を備え、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した前記凹凸部の凸部分を構成する突出部の算術平均傾斜RΔaの平均を算術平均傾斜4点平均と定義し、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した隣接する前記突出部の頂点の平均間隔Sの前記粗面領域における平均を平均間隔4点平均と定義した際、前記算術平均傾斜4点平均が0.34以上で、前記平均間隔4点平均が116.9μm以下であることを特徴とする。 The sintered body of the present invention is a sintered body that is cast in a light metal alloy, and the sintered body has a composition that contains, by mass, 0.5 to 2.5% C, 5 to 40% Cu, and the remainder being mainly Fe, and has a rough surface region with multiple irregularities on its outer circumferential surface, and is characterized in that when the average of the arithmetic mean slope RΔa of the protrusions that make up the convex parts of the irregularities calculated in each of the four regions in the rough surface region is defined as the four-point average arithmetic mean slope, and the average of the average spacing S of the apexes of the adjacent protrusions calculated in each of the four regions in the rough surface region is defined as the four-point average spacing, the four-point average arithmetic mean slope is 0.34 or more and the four-point average spacing is 116.9 μm or less.

また、本発明の焼結体において、前記平均間隔4点平均が90μm以上であることを特徴とする。 The sintered body of the present invention is also characterized in that the four-point average spacing is 90 μm or more.

また、本発明の焼結体において、前記粗面領域は、アルミナで構成され、且つ前記粗面領域の表面に露出するアルミナ領域を有することを特徴とする。 The sintered body of the present invention is also characterized in that the rough surface region is made of alumina and has an alumina region exposed on the surface of the rough surface region.

また、本発明の焼結体において、前記アルミナ領域は、前記凹凸部の凹部分を構成する窪み部の最深部を起点として前記窪み部の深さ方向の前記焼結体の内部側に広がることを特徴とする。 The sintered body of the present invention is also characterized in that the alumina region extends from the deepest part of the depression that constitutes the concave portion of the uneven portion toward the inside of the sintered body in the depth direction of the depression.

本発明の焼結体は、軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、自身の外周面において複数の凹凸部を有する粗面領域を備え、前記粗面領域は、前記粗面領域の少なくとも一部の表面に露出し、アルミナで構成されるアルミナ領域を有することを特徴とする。 The sintered body of the present invention is a sintered body that is cast in a light metal alloy, and the sintered body has a composition that contains, by mass, 0.5 to 2.5% C, 5 to 40% Cu, and the remainder being mainly Fe, and has a rough surface region with multiple irregularities on its outer circumferential surface, and the rough surface region has an alumina region that is exposed on at least a portion of the surface of the rough surface region and is made of alumina.

本発明の焼結体において、前記軽金属合金で前記焼結体が鋳包れた際、前記アルミナ領域の表面の少なくとも一部は、前記軽金属合金が接触する接触領域が形成されることを特徴とする。 The sintered body of the present invention is characterized in that when the sintered body is cast in the light metal alloy, at least a portion of the surface of the alumina region forms a contact region with which the light metal alloy comes into contact.

本発明の焼結体は、軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、前記焼結体の表面に露出する遊離Cu相で塞がれ、且つ内部が真空の空孔を備え、前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記空孔を塞ぐ前記遊離Cu相に前記軽金属合金の溶湯が接触して、前記空孔の内部と外部の圧力差により前記軽金属合金の溶湯が前記空孔に移動することを特徴とする。 The sintered body of the present invention is a sintered body that is cast in a light metal alloy, and the sintered body has a composition that contains, by mass, 0.5 to 2.5% C, 5 to 40% Cu, and the remainder being mainly Fe, and has holes that are filled with free Cu phases exposed on the surface of the sintered body and have vacuum holes inside, and when the sintered body is cast in the light metal alloy, the molten light metal alloy comes into contact with the free Cu phase that fills the holes, and the molten light metal alloy moves into the holes due to the pressure difference between the inside and outside of the holes.

本発明の焼結体、及びその焼結体の製造方法によれば、軽金属合金で鋳包まれても軽金属合金が剥がれ難いという優れた効果を奏し得る。 The sintered body of the present invention and the manufacturing method for the sintered body have the excellent effect that the light metal alloy is unlikely to peel off even when it is cast-in with the light metal alloy.

(A)は、本発明の実施形態における焼結体としての補助部材の正面概略図である。(B)は、本発明の実施形態における焼結体としての補助部材の底面概略図である。1A is a schematic front view of an auxiliary member as a sintered body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic bottom view of the auxiliary member as a sintered body according to an embodiment of the present invention. (A)は、本発明の実施形態における焼結体の粗面領域の断面図である。(B)は、アルミニウム合金で鋳包まれた本発明の実施形態における焼結体の粗面領域の断面図である。1A is a cross-sectional view of a rough surface region of a sintered body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a rough surface region of a sintered body according to an embodiment of the present invention, which is cast-in with an aluminum alloy. アルミニウム合金で鋳包まれた本発明の実施形態における焼結体としての補助部材を示す断面概略図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an auxiliary member as a sintered body in an embodiment of the present invention, which is cast-in with an aluminum alloy. 本発明の実施形態におけるパラメータ(算術平均傾斜RΔa)の概念(局部傾斜K)を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a concept (local gradient K) of a parameter (arithmetic mean gradient RΔa) in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における焼結体の製造方法を表すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method for producing a sintered body according to an embodiment of the present invention. (A)は、実施例1における本発明側補強部材の粗面領域を、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer:以下同様)により観察倍率400倍でSEM像観察を実施した際のSEM像写真である。(B)は、実施例1における比較例側補強部材の粗面領域を、EPMAにより観察倍率400倍でSEM像観察を実施した際のSEM像写真である。1A is a SEM image photograph of the rough surface region of the reinforcing member of the present invention in Example 1, observed by an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) at a magnification of 400 times. 1B is a SEM image photograph of the rough surface region of the reinforcing member of the comparative example in Example 1, observed by an EPMA at a magnification of 400 times. (A)は、EPMAにより観察倍率40倍で観察した実施例1における本発明側補強部材の粗面領域のSEM像の写真(左上領域)、及びFe(左下領域)、Al(右上領域)、Cu(右下領域)のKα線による特性X線像の写真である。(B)は、EPMAにより観察倍率40倍で観察した実施例1における比較例側補強部材の粗面領域のSEM像の写真(左上領域)、及びFe(左下領域)、Al(右上領域)、Cu(右下領域)のKα線による特性X線像の写真である。(A) is a photograph of an SEM image (upper left region) of the rough surface region of the reinforcement member of the present invention in Example 1 observed at a magnification of 40 times by EPMA, and photographs of characteristic X-ray images by Kα ray of Fe (lower left region), Al (upper right region), and Cu (lower right region). (B) is a photograph of an SEM image (upper left region) of the rough surface region of the reinforcement member of the comparative example in Example 1 observed at a magnification of 40 times by EPMA, and photographs of characteristic X-ray images by Kα ray of Fe (lower left region), Al (upper right region), and Cu (lower right region).

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1~図7は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. Figures 1 to 7 show an example of an embodiment of the invention, and parts with the same reference numerals in the figures represent the same items.

<焼結体>
図1~図3を参照して、本発明の実施形態における焼結体1について以下説明する。本実施形態における焼結体1は、焼結処理を施された構造体であり、軽金属合金で鋳包まれる。軽金属合金として、例えば、アルミニウム合金が挙げられるが、これに限定されるものではなく、その他の種類の軽金属合金であってもよい。なお、以下において軽金属合金がアルミニウム合金の場合を例にとって説明するが、以下の説明はアルミニウム合金以外の軽金属合金にも適用可能である。焼結体1は、例えば、内燃機関の軸受部に対応する位置に装着される補強部材100(図1(A),(B)参照)であってもよいし、その他の構造体であってもよい。
<Sintered body>
A sintered body 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to Figures 1 to 3. The sintered body 1 according to this embodiment is a structure that has been subjected to a sintering process and is cast-in with a light metal alloy. The light metal alloy may be, for example, an aluminum alloy, but is not limited thereto, and may be other types of light metal alloys. Note that, although the light metal alloy will be described below by taking an example in which the light metal alloy is an aluminum alloy, the following description is also applicable to light metal alloys other than aluminum alloys. The sintered body 1 may be, for example, a reinforcing member 100 (see Figures 1(A) and (B)) that is attached to a position corresponding to a bearing part of an internal combustion engine, or may be another structure.

図1(A)に示すように、補強部材100は、本体部110と、2つの延在部120と、を有する。本体部110は、アーチ状に形成される。延在部120は、本体部110の両下端部を結ぶ直線方向Aに沿って、本体部110の両下端部を起点として本体部110から離れる側に延在する。本体部110と延在部120は、一体形成されることが想定されるが、別部材として構成され、連結手段により連結されてもよい。補強部材100は、軸受部に対応する位置に1対配置される。そして、1対の補強部材100は、互いの内周面130が対向するような姿勢で軸受部に配置される。 As shown in FIG. 1A, the reinforcing member 100 has a main body 110 and two extensions 120. The main body 110 is formed in an arch shape. The extensions 120 extend from the both lower ends of the main body 110 to the side away from the main body 110 along a straight line A connecting both lower ends of the main body 110. The main body 110 and the extensions 120 are assumed to be integrally formed, but may be configured as separate members and connected by a connecting means. A pair of reinforcing members 100 are arranged at positions corresponding to the bearing portion. The pair of reinforcing members 100 are arranged in the bearing portion in such a manner that their inner circumferential surfaces 130 face each other.

また、本実施形態における焼結体1は、図1(A)に示すように、直線方向Aに直交する焼結体1の高さ方向Hに焼結体1を貫通する貫通孔150を複数有することが好ましい。焼結体1がアルミニウム合金で鋳包まれる際、アルミニウム合金の溶湯は貫通孔150を通過するため(図3参照)、焼結体1に対するアルミニウム合金の溶湯の湯回りが良好になり、焼結体1の内周面130及び外周面140に均一にアルミニウム合金の溶湯が供給されるからである。結果、焼結体1とアルミニウム合金の境界強度が向上する。 In addition, as shown in FIG. 1(A), the sintered body 1 in this embodiment preferably has a plurality of through holes 150 penetrating the sintered body 1 in the height direction H of the sintered body 1 perpendicular to the linear direction A. When the sintered body 1 is cast-in with an aluminum alloy, the molten aluminum alloy passes through the through holes 150 (see FIG. 3), improving the flow of the molten aluminum alloy around the sintered body 1 and supplying the molten aluminum alloy uniformly to the inner peripheral surface 130 and the outer peripheral surface 140 of the sintered body 1. As a result, the boundary strength between the sintered body 1 and the aluminum alloy is improved.

<粗面領域>
焼結体1は、図2(A)に示すように、複数の凹凸部5を有する粗面領域4を有する。凹凸部5は、焼結体1の表面1B上に形成される凹凸部分である。凹凸部5は、窪み部6と、窪み部6に隣接する突出部7とにより構成される。窪み部6は、凹凸部5の凹部分を構成し、隣接する突出部7の頂部を基準として焼結体1の内部側に窪んだ部分である。突出部7は、凹凸部5の凸部分を構成し、隣接する窪み部6の基底面を基準として焼結体1の外部側に突出する部分である。窪み部6と突出部7が、交互に複数並んで複数の凹凸部5が設けられる。図2(B)に示すように、アルミニウム合金11で焼結体1を鋳包む過程で、粗面領域4の複数の凹凸部5(窪み部6)にアルミニウム合金11の溶湯が入り込めば、アルミニウム合金11と焼結体1の接合面積が大きくなるので、アルミニウム合金11と焼結体1の境界強度が向上する。
<Rough surface area>
As shown in FIG. 2A, the sintered body 1 has a rough surface region 4 having a plurality of uneven portions 5. The uneven portion 5 is an uneven portion formed on the surface 1B of the sintered body 1. The uneven portion 5 is composed of a recessed portion 6 and a protruding portion 7 adjacent to the recessed portion 6. The recessed portion 6 constitutes a concave portion of the uneven portion 5, and is a portion recessed toward the inside of the sintered body 1 with respect to the top of the adjacent protruding portion 7. The protruding portion 7 constitutes a convex portion of the uneven portion 5, and is a portion protruding toward the outside of the sintered body 1 with respect to the base surface of the adjacent recessed portion 6. A plurality of recessed portions 6 and protruding portions 7 are arranged alternately to provide a plurality of uneven portions 5. As shown in FIG. 2(B) , if the molten aluminum alloy 11 enters the multiple uneven portions 5 (recesses 6) of the rough surface region 4 during the process of casting the sintered body 1 with the aluminum alloy 11, the bonding area between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1 increases, thereby improving the boundary strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1.

粗面領域4における任意の4つの領域のそれぞれにおいてJIS B 0601-1982の規定に準拠して、測定の基準となる基準測定長さの範囲での断面曲線に基づいて導出した十点平均粗さRzの平均を十点平均粗さ4点平均と定義した場合、焼結体1の粗面領域4における十点平均粗さ4点平均は、10~100μmの範囲となることが好ましい。十点平均粗さ4点平均が10μm未満では、十分な表面積の増加が得られずアルミニウム合金11との密着性および境界強度が不足する。一方、十点平均粗さ4点平均が100μmを超えて粗くなると、寸法、精度が不足するとともに、最表面に表層クラックが発生しやすく、密着性及び境界強度が低下する。ちなみに、表面積の増加による密着性および境界強度や、表層クラック、密着性及び境界強度の低下を考えると、表面粗さは、十点平均粗さ4点平均で20~60μmの範囲となることがより好ましい。なお、十点平均粗さRzは、表面粗さパラメータの一つである。 In each of the four arbitrary regions in the rough surface region 4, the average of the ten-point average roughness Rz derived based on the cross-sectional curve in the range of the reference measurement length serving as the measurement standard in accordance with the provisions of JIS B 0601-1982 is defined as the four-point ten-point average roughness. It is preferable that the four-point ten-point average roughness in the rough surface region 4 of the sintered body 1 is in the range of 10 to 100 μm. If the four-point ten-point average roughness is less than 10 μm, sufficient increase in surface area is not obtained, and adhesion and boundary strength with the aluminum alloy 11 are insufficient. On the other hand, if the four-point ten-point average roughness exceeds 100 μm and becomes rough, the dimensions and precision are insufficient, and surface cracks are likely to occur on the outermost surface, resulting in reduced adhesion and boundary strength. Incidentally, considering the adhesion and boundary strength due to the increase in surface area, and the surface cracks, the reduction in adhesion and boundary strength, it is more preferable that the surface roughness is in the range of 20 to 60 μm in the four-point ten-point average roughness. The ten-point average roughness Rz is one of the surface roughness parameters.

ちなみに、粗面領域4における任意の4つの領域のそれぞれは、位置が限定されるものではなく、粗面領域4のいずれの位置の領域であってもよい。例えば、図1(A),(B)に示す補強部材100を例に挙げると、粗面領域4における4つの領域は、補強部材100の内周面130、外周面140、正面160、及び背面170のいずれか一つの面(同一面)から選択された4つの領域であってもよいし、内周面130、外周面140、正面160、及び背面170のうちの複数の面(複数面)から選択された4つの領域であってもよい。同一面から選択された4つの領域は、例えば、相互に等間隔(例えば、1(mm)または2(mm))、または不等間隔を空けて選択されたものであってもよい。4つの領域の間の間隔は、十点平均粗さRzのばらつきを考慮して決定される。また、任意の4つの領域のそれぞれは、上記十点平均粗さRzに対応する基準測定長さの範囲の断面曲線を取れる広さを有すればよい。また、任意の4つの領域のそれぞれは、下記の局部山頂の平均間隔Sに対応する基準測定長さの範囲の粗さ曲線を取れる広さを有すればよい。また、任意の4つの領域のそれぞれは、下記の算術平均傾斜RΔaに対応する基準測定長さの範囲の粗さ曲線を取れる広さを有すればよい。 By the way, the positions of the four arbitrary regions in the rough surface region 4 are not limited, and may be any region in the rough surface region 4. For example, in the case of the reinforcing member 100 shown in FIG. 1(A) and (B), the four regions in the rough surface region 4 may be four regions selected from one of the inner circumferential surface 130, the outer circumferential surface 140, the front surface 160, and the back surface 170 of the reinforcing member 100 (the same surface), or may be four regions selected from multiple surfaces (multiple surfaces) of the inner circumferential surface 130, the outer circumferential surface 140, the front surface 160, and the back surface 170. The four regions selected from the same surface may be selected, for example, at equal intervals (for example, 1 (mm) or 2 (mm)) or at unequal intervals. The intervals between the four regions are determined taking into consideration the variation in the ten-point average roughness Rz. In addition, each of the four arbitrary regions may have a width that allows a cross-sectional curve within the range of the reference measurement length corresponding to the above ten-point average roughness Rz to be obtained. Furthermore, each of the four regions may have a width that allows a roughness curve to be obtained within the range of the reference measurement length corresponding to the average spacing S of the local peaks below. Also, each of the four regions may have a width that allows a roughness curve to be obtained within the range of the reference measurement length corresponding to the arithmetic mean slope RΔa below.

粗面領域4における任意の4つの領域のそれぞれにおいてJIS B 0601-1994の規定に準拠して、測定の基準となる基準測定長さの範囲での粗さ曲線に基づいて導出した局部山頂の平均間隔S(隣接する突出部7の頂部の平均間隔)の平均を平均間隔4点平均と定義した場合、焼結体1の粗面領域4における平均間隔4点平均は、116.9μm以下となることが好ましく、115.0μm以下となることがより好ましく、112.0μm以下となることが更に好ましい。上記平均間隔4点平均が116.9μm以上であると、粗面領域4に形成される凹凸部5の数が少なくなり、十分な表面積の増加を得られないからである。また、焼結体1の粗面領域4では、平均間隔4点平均が90μm以上となることが好ましく、95μm以上となることがより好ましく、97μm以上となることが更に好ましい。上記平均間隔4点平均を90μm以下とする加工は手間がかかると共に、窪み部6の幅が狭くなりすぎてアルミニウム合金11の溶湯が窪み部6に入り込み難くなるからである。なお、局部山頂の平均間隔Sは、表面粗さパラメータの一つである。 In each of any four regions in the rough surface region 4, in accordance with the provisions of JIS B 0601-1994, if the average of the average spacing S of the local peaks (average spacing of the peaks of adjacent protrusions 7) derived based on the roughness curve in the range of the reference measurement length that is the measurement standard is defined as the four-point average spacing, the four-point average spacing in the rough surface region 4 of the sintered body 1 is preferably 116.9 μm or less, more preferably 115.0 μm or less, and even more preferably 112.0 μm or less. If the four-point average spacing is 116.9 μm or more, the number of uneven parts 5 formed in the rough surface region 4 will be small, and a sufficient increase in surface area will not be obtained. In addition, in the rough surface region 4 of the sintered body 1, the four-point average spacing is preferably 90 μm or more, more preferably 95 μm or more, and even more preferably 97 μm or more. This is because the processing to make the four-point average spacing 90 μm or less is time-consuming, and the width of the recess 6 becomes too narrow, making it difficult for the molten aluminum alloy 11 to enter the recess 6. The average spacing S of the local peaks is one of the surface roughness parameters.

粗面領域4における任意の4つの領域のそれぞれにおいて凹凸部5の突出部7の算術平均傾斜RΔaの平均を算術平均傾斜4点平均と定義した場合、算術平均傾斜4点平均は、0.34以上となることが好ましく、0.35以上となることがより好ましく、0.36以上となることが更に好ましい。算術平均傾斜4点平均が0.34以下では、突出部7は、十分な傾斜を有しないので突出部7がなめらかとなり、これに伴い、上記平均間隔4点平均を116.9μm以下にすることが難しいからである。なお、算術平均傾斜RΔaは、測定の基準となる基準測定長さの範囲の粗さ曲線における局部傾斜K(=dZ/dX)(図4参照)の算術平均を表わしたものである。 When the average of the arithmetic mean slope RΔa of the protrusions 7 of the uneven portion 5 in each of any four regions in the rough surface region 4 is defined as the four-point average of the arithmetic mean slope, the four-point average of the arithmetic mean slope is preferably 0.34 or more, more preferably 0.35 or more, and even more preferably 0.36 or more. If the four-point average of the arithmetic mean slope is 0.34 or less, the protrusions 7 do not have a sufficient slope and become smooth, which makes it difficult to make the four-point average of the average interval 116.9 μm or less. The arithmetic mean slope RΔa represents the arithmetic mean of the local slope K (= dZ/dX) (see Figure 4) in the roughness curve in the range of the reference measurement length that is the measurement standard.

焼結体1が上記説明した補強部材100で構成される場合、図3に示すように、補強部材100の内周面130側を覆う内燃機関2の内周面側鋳包み部20の厚みは薄い。このため、対応する金型(図示省略)に焼結体1をセットして、その金型にアルミニウム合金11の溶湯を流し込んで焼結体1を鋳包む際、アルミニウム合金11の溶湯が冷えて固まる過程で、場所に応じた固まる速度の違いに起因して、内周面側鋳包み部20には、図3に示すように、外側(矢印方向F)に引っ張られる力が働く。結果、補強部材100の内周面130から内周面側鋳包み部20が剥がれるおそれがある。このため、補強部材100の内周面130に粗面領域4を設けることにより、補強部材100の内周面130と内周面側鋳包み部20の境界強度を向上させることが好ましい。 When the sintered body 1 is composed of the reinforcing member 100 described above, as shown in FIG. 3, the thickness of the inner peripheral surface side cast-in insert portion 20 of the internal combustion engine 2 covering the inner peripheral surface 130 side of the reinforcing member 100 is thin. Therefore, when the sintered body 1 is set in a corresponding mold (not shown) and the molten aluminum alloy 11 is poured into the mold to cast-in the sintered body 1, as the molten aluminum alloy 11 cools and solidifies, a force pulling the inner peripheral surface side cast-in insert portion 20 outward (in the direction of the arrow F) acts on the inner peripheral surface side cast-in insert portion 20 as shown in FIG. 3 due to the difference in the solidification speed depending on the location. As a result, there is a risk that the inner peripheral surface side cast-in insert portion 20 will peel off from the inner peripheral surface 130 of the reinforcing member 100. For this reason, it is preferable to improve the boundary strength between the inner peripheral surface 130 of the reinforcing member 100 and the inner peripheral surface side cast-in insert portion 20 by providing a rough surface region 4 on the inner peripheral surface 130 of the reinforcing member 100.

一方、補強部材100の外周面140を鋳包む部分では、アルミニウム合金11が剥がれるおそれが少ない。このため、補強部材100の外周面140には、粗面領域4を設けても設けなくてもよい。 On the other hand, in the portion where the outer circumferential surface 140 of the reinforcing member 100 is cast-in, there is little risk of the aluminum alloy 11 peeling off. For this reason, the outer circumferential surface 140 of the reinforcing member 100 may or may not have a roughened surface region 4.

従って、粗面領域4は、焼結体1の表面の少なくとも一部(補強部材100では内周面130)に設けられればよい。ただし、これに限定されるものではなく、焼結体1の表面の全領域に粗面領域4が設けられてもよい。 Therefore, the rough surface region 4 may be provided on at least a portion of the surface of the sintered body 1 (the inner peripheral surface 130 in the case of the reinforcing member 100). However, this is not limited thereto, and the rough surface region 4 may be provided on the entire surface area of the sintered body 1.

以上のような粗面領域4を有する焼結体1がアルミニウム合金11で鋳包まれると、両者間に十分な接合面積が得られるので、焼結体1とアルミニウム合金11の間の境界強度が向上する。 When the sintered body 1 having the rough surface region 4 as described above is cast-in with the aluminum alloy 11, a sufficient bonding area is obtained between the two, improving the boundary strength between the sintered body 1 and the aluminum alloy 11.

<アルミナ領域>
また、図2(A)に示すように、本実施形態における焼結体1は、粗面領域4の凹凸部5の表面に露出する複数のアルミナ領域8を有する。アルミナ領域8は、アルミナ(酸化アルミニウム:Al)で構成される。図2(A)に示すように、アルミナ領域8は、窪み部6の最深部を起点に窪み部6の深さ方向の焼結体1の内部側に広がる。そして、アルミナ領域8において焼結体1の表面に露出する露出面以外は、周囲の焼結体1の構成部分(基地1A)に接触(連続)した状態にある。結果、つまり、アルミナ領域8の露出面は、窪み部6の底面を構成する。なお、焼結体1の基地1Aとは、アルミナ領域8以外の焼結体1のベースとなる部分を指す。
<Alumina region>
As shown in FIG. 2A, the sintered body 1 in this embodiment has a plurality of alumina regions 8 exposed on the surface of the uneven portion 5 of the rough surface region 4. The alumina region 8 is made of alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3 ). As shown in FIG. 2A, the alumina region 8 starts from the deepest part of the recessed portion 6 and spreads toward the inside of the sintered body 1 in the depth direction of the recessed portion 6. The alumina region 8 is in contact (continuous) with the surrounding constituent parts (matrix 1A) of the sintered body 1, except for the exposed surface exposed on the surface of the sintered body 1. As a result, that is, the exposed surface of the alumina region 8 forms the bottom surface of the recessed portion 6. The matrix 1A of the sintered body 1 refers to the part that becomes the base of the sintered body 1 other than the alumina region 8.

また、本実施形態においてアルミナ領域8は、複数の窪み部6のうちの一部だけに設けられることが好ましいが、これに限定されるものではなく、複数の窪み部6の全てに設けられてもよい。なお、アルミナ領域8は、粗面領域4が設けられた後に別途アルミナを付着させて設けてもよい。また、アルミナ領域8は、後述する焼結体の製造方法のブラスト処理工程で用いたアルミナグリッドの残留物によって構成されてもよい。この場合、アルミナ領域8のアルミナは、後述する製造方法の焼結工程を終えたもの(後述する焼結済前駆体)に機械的に食い込んでいると考えられる。 In this embodiment, the alumina region 8 is preferably provided only in some of the multiple recesses 6, but this is not limited thereto and may be provided in all of the multiple recesses 6. The alumina region 8 may be provided by separately attaching alumina after the rough surface region 4 is provided. The alumina region 8 may also be made of the remains of an alumina grid used in the blasting process of the manufacturing method for the sintered body described later. In this case, the alumina in the alumina region 8 is considered to be mechanically embedded in the product (the sintered precursor described later) that has undergone the sintering process of the manufacturing method described later.

焼結体1がアルミニウム合金11に鋳包まれる過程で、図2(B)に示すように、アルミニウム合金11の溶湯が窪み部6に入り込む。そして、粗面領域4が形成されていない焼結体1の表面1Bを粗面領域4まで延長したもの、又は、粗面領域4が形成される前の粗面領域4に対応する領域に存在した焼結体1の表面を仮想表面1Cと定義した際、最終的に、仮想表面1Cを基準とした深さが浅い窪み部6には、アルミニウム合金11の溶湯が最深部まで入り込むが、仮想表面1Cを基準とした深さが深い窪み部6には、アルミニウム合金11の溶湯が最深部まで到達せずに途中まで入り込んだ状態となることがあり得る。 During the process of casting the sintered body 1 into the aluminum alloy 11, the molten aluminum alloy 11 enters the recessed portion 6 as shown in FIG. 2(B). When the surface 1B of the sintered body 1 where the rough surface region 4 is not formed is extended to the rough surface region 4, or the surface of the sintered body 1 that existed in the region corresponding to the rough surface region 4 before the rough surface region 4 is formed is defined as a virtual surface 1C, the molten aluminum alloy 11 eventually enters the deepest portion of the recessed portion 6 that is shallow based on the virtual surface 1C, but the molten aluminum alloy 11 may enter only partway into the recessed portion 6 that is deep based on the virtual surface 1C without reaching the deepest portion.

図2(B)に示すように、アルミニウム合金11の溶湯が窪み部6の最深部まで到達しないと、焼結体1との間に空気層12が形成される。空気層12の体積は、アルミニウム合金11と焼結体1の境界強度を向上させる上では、小さい方が好ましい。窪み部6の最深部を起点とした下方側領域にアルミナ粒子を配置させてアルミナ領域を形成させれば、窪み部6の最深部を底上げして窪み部6の仮想表面1Cを基準とした窪み部6の見かけ上の深さを浅くすることができるので、空気層12の体積を小さくすることができる。 As shown in FIG. 2B, if the molten aluminum alloy 11 does not reach the deepest part of the recess 6, an air layer 12 is formed between the sintered body 1 and the aluminum alloy 11. The smaller the volume of the air layer 12, the better in terms of improving the boundary strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1. If an alumina region is formed by arranging alumina particles in the lower region starting from the deepest part of the recess 6, the bottom of the deepest part of the recess 6 can be raised and the apparent depth of the recess 6 based on the virtual surface 1C of the recess 6 can be made shallower, thereby reducing the volume of the air layer 12.

また、アルミニウム合金11の溶湯がアルミナ領域8に接触するまで流れ込むと、アルミナ領域8の表面(露出面)とアルミニウム合金11が接触する接触領域13が設けられる。接触領域13がアルミナ領域8の表面(露出面)全体まで広がると、空気層12が形成されない。また、接触領域13がアルミナ領域8の表面(露出面)の一部領域であっても、空気層12を小さくすることができる。このため、いずれにしても接触領域13が設けられると、アルミニウム合金11と焼結体1の境界強度が高くなる。また、アルミニウム合金11とアルミナは同種の金属を含むため、接触しても問題は生じない。 When the molten aluminum alloy 11 flows into the alumina region 8 until it comes into contact with the alumina region 8, a contact region 13 is formed where the surface (exposed surface) of the alumina region 8 and the aluminum alloy 11 come into contact. If the contact region 13 extends to the entire surface (exposed surface) of the alumina region 8, the air layer 12 is not formed. Even if the contact region 13 is only a partial region of the surface (exposed surface) of the alumina region 8, the air layer 12 can be made small. Therefore, in either case, when the contact region 13 is provided, the boundary strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1 is increased. Furthermore, since the aluminum alloy 11 and alumina contain the same type of metal, no problems arise when they come into contact.

<空孔と遊離Cu相>
また、図2(A)に示すように、本実施形態における焼結体1は、遊離Cu相9を有する。遊離Cu相9には、粗面領域4の凹凸部5の表面に露出する複数の第一遊離Cu相9Aと、凹凸部5の表面近傍で焼結体1の内部に位置する複数の第二遊離Cu相9Bが含まれる。なお、遊離Cu相9、第一遊離Cu相9A及び第二遊離Cu相9Bとは、銅(Cu)で構成された領域である。
<Vacancies and free Cu phase>
2(A), the sintered body 1 in this embodiment has a free Cu phase 9. The free Cu phase 9 includes a plurality of first free Cu phases 9A exposed on the surface of the uneven portion 5 of the rough surface region 4, and a plurality of second free Cu phases 9B located inside the sintered body 1 near the surface of the uneven portion 5. The free Cu phase 9, the first free Cu phase 9A, and the second free Cu phase 9B are regions composed of copper (Cu).

アルミニウム合金11で焼結体1が鋳包まれると、アルミニウム合金11の溶湯は上記第一遊離Cu相9Aに接触する。鉄よりも銅の方がアルミニウム合金11等の軽金属合金とのぬれ性がよいので、アルミニウム合金11の溶湯と第一遊離Cu相9Aの接触面積は大きくなる。そして、アルミニウム合金11の溶湯が第一遊離Cu相9Aに接触すると、第一遊離Cu相9Aとアルミニウム合金11の溶湯が反応して両者は強固な接合を形成する。 When the sintered body 1 is cast-in with the aluminum alloy 11, the molten aluminum alloy 11 comes into contact with the first free Cu phase 9A. Since copper has better wettability with light metal alloys such as the aluminum alloy 11 than iron, the contact area between the molten aluminum alloy 11 and the first free Cu phase 9A becomes larger. Then, when the molten aluminum alloy 11 comes into contact with the first free Cu phase 9A, the first free Cu phase 9A reacts with the molten aluminum alloy 11, forming a strong bond between the two.

複数の第一遊離Cu相9Aの中には、粗面領域4の凹凸部5の表面近傍で焼結体1の内部に位置する空孔10を塞ぐものもある。その第一遊離Cu相9Aにアルミニウム合金11の溶湯が接触すると、その第一遊離Cu相9Aとアルミニウム合金11の溶湯が反応して、空孔10は外部に開放される。この際、空孔10の内部と外部との圧力差により、アルミニウム合金11の溶湯は空孔10の内部に吸引される。そのアルミニウム合金11の溶湯が空孔10で凝固すると、アンカー効果を発揮して、アルミニウム合金11と焼結体1の境界強度をより向上させる。 Some of the first free Cu phases 9A block voids 10 located inside the sintered body 1 near the surface of the uneven portion 5 of the rough surface region 4. When the molten aluminum alloy 11 comes into contact with the first free Cu phases 9A, the first free Cu phases 9A react with the molten aluminum alloy 11, and the voids 10 are opened to the outside. At this time, the molten aluminum alloy 11 is sucked into the voids 10 due to the pressure difference between the inside and outside of the voids 10. When the molten aluminum alloy 11 solidifies in the voids 10, it exerts an anchor effect, further improving the boundary strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1.

なお、この圧力差が大きいほど、空孔10の内部にアルミニウム合金11の溶湯が導かれやすい。本実施形態では、空孔10の内部圧力は真空であるので、空孔10の内部と外部の圧力差は大きい。このため、本実施形態では、空孔10内にアルミニウム合金11の溶湯を確実に導くことができる。ちなみに、真空とは、大気圧(焼結体1の外部の圧力)よりも低い圧力を指すが、真空状態には、JIS(日本工業規格)に準拠した低真空、中真空、高真空、超高真空がある。本実施形態においては、いずれの真空状態であってもよいが、上記圧力差を大きくするためには、高真空、超高真空を含む中真空以下の圧力が好ましい。以上のように構成される空孔10は、図2(A)では、複数設けられているが、これに限定されるものではなく、1つだけ設けられてもよい。 The larger the pressure difference, the easier it is for the molten aluminum alloy 11 to be guided into the void 10. In this embodiment, the internal pressure of the void 10 is a vacuum, so the pressure difference between the inside and outside of the void 10 is large. Therefore, in this embodiment, the molten aluminum alloy 11 can be reliably guided into the void 10. Incidentally, a vacuum refers to a pressure lower than atmospheric pressure (pressure outside the sintered body 1), and the vacuum state includes low vacuum, medium vacuum, high vacuum, and ultra-high vacuum according to JIS (Japanese Industrial Standards). In this embodiment, any vacuum state may be used, but in order to increase the pressure difference, a pressure equal to or lower than a medium vacuum, including a high vacuum and an ultra-high vacuum, is preferable. In FIG. 2(A), a plurality of voids 10 configured as described above are provided, but this is not limited thereto, and only one may be provided.

<焼結体を構成する材料>
本実施形態における焼結体1は、質量%で、C(炭素):0.5~2.5%、Cu(銅):5~40%を含み、残部にFe(鉄)及び不可避的不純物を含む基地組成を有する。本実施形態における焼結体1では、残部の主成分がFeとなるが、これに限定されるものではない。また、焼結体1では、残部のみならず全体の主成分がFeであってもよく、この場合、焼結体1は、鉄系焼結体と呼んでもよい。また、上記残部には、例えば、質量%で、Cr(クロム):30%以下、Mo(モリブデン):10%以下、Si(シリコーン):3%以下、Mn(マンガン):2.5%以下、W(タングステン):5%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を合計で40%以下が含まれてもよい。なお、本明細書において組成における質量%は単に%と記す。
<Materials constituting the sintered body>
The sintered body 1 in this embodiment has a matrix composition containing, in mass%, 0.5 to 2.5% C (carbon), 5 to 40% Cu (copper), and Fe (iron) and unavoidable impurities. In the sintered body 1 in this embodiment, the main component of the remainder is Fe, but this is not limited to this. In addition, in the sintered body 1, not only the main component of the remainder but also the entire main component may be Fe, in which case the sintered body 1 may be called an iron-based sintered body. In addition, the above-mentioned remainder may contain, for example, in mass%, one or more selected from 30% or less Cr (chromium), 10% or less Mo (molybdenum), 3% or less Si (silicon), 2.5% or less Mn (manganese), and 5% or less W (tungsten), in total 40% or less. In this specification, mass% in the composition is simply written as %.

<C(炭素)>
Cは、焼結体1の強度、硬さを増加させる元素であり、本実施形態では強度確保あるいは基地を被削性に優れたパーライト組織とするために、0.5%以上の含有を必要とする。一方、2.5%を超えて含有すると、焼結体1の基地に網目状にセメンタイトが析出し、焼結体1の被削性や強度が低下する。また、2.5%を超えて含有すると、Cは、黒鉛として残留し、アルミニウム合金で鋳包るまれる際、焼結体1とアルミニウム合金の密着性の低下を招くおそれがある。このため、Cの含有量は0.5~2.5%に限定した。なお、Cの含有量は好ましくは0.5~2.0%であり、より好ましくは0.8~1.5%である。
<C (Carbon)>
C is an element that increases the strength and hardness of the sintered body 1, and in this embodiment, in order to ensure strength or to make the matrix into a pearlite structure with excellent machinability, a content of 0.5% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 2.5%, cementite precipitates in a mesh-like shape in the matrix of the sintered body 1, and the machinability and strength of the sintered body 1 decrease. Also, if the content exceeds 2.5%, C remains as graphite, which may cause a decrease in adhesion between the sintered body 1 and the aluminum alloy when the sintered body 1 is cast-in with the aluminum alloy. For this reason, the C content is limited to 0.5 to 2.5%. The C content is preferably 0.5 to 2.0%, and more preferably 0.8 to 1.5%.

<Cu(銅)>
Cuは、固溶して焼結体1の強度を増加させるとともに、遊離Cu相9として基地中に析出して、焼結体1がアルミニウム合金11で鋳包まれる際にアルミニウム合金11と反応し、焼結体1とアルミニウム合金11との境界強度を増加させる作用を有する。Cu含有量が5%未満では遊離Cu相9の析出がほとんど認められず、所望の境界強度を確保することができない。一方、40%を超えて含有すると、強度等の機械的特性が低下する。このため、Cuの含有量は5~40%の範囲に限定した。なお、Cuの含有量は好ましくは5~30%であり、より好ましくは5~25%である。
<Cu (Copper)>
Cu dissolves in the matrix to increase the strength of the sintered body 1, and precipitates as a free Cu phase 9 in the matrix to react with the aluminum alloy 11 when the sintered body 1 is cast-in with the aluminum alloy 11, thereby increasing the boundary strength between the sintered body 1 and the aluminum alloy 11. If the Cu content is less than 5%, the precipitation of the free Cu phase 9 is hardly observed, and the desired boundary strength cannot be ensured. On the other hand, if the Cu content exceeds 40%, mechanical properties such as strength are reduced. For this reason, the Cu content is limited to the range of 5 to 40%. The Cu content is preferably 5 to 30%, and more preferably 5 to 25%.

<Cr(クロム)、Mo(モリブデン)、Si(シリコーン)、Mn(マンガン)、W(タングステン))>
Cr、Mo、Si、Mn、Wは、いずれも焼結体1の強度を増加させる作用を有する元素であり、必要に応じ1種または2種以上含有できる。しかし、Cr:30%、Mo:10%、Si:3%、Mn:2.5%、W:5%を超えて含有すると、焼結が困難となり強度が低下する。またとくに、Cr、Wが上記した値を超えて含有されると、炭化物が粗大化し被削性が低下する。また、Siが上記した値を超えて含有されると、シリコーンの酸化物が増加し、融点が低下するとともに被削性が劣化する。また、これら元素の含有量が合計で40%を超えると、合金元素の均一分布が困難となり強度が低下する。なお、Cr、Mo、Si、Wは、Feより熱膨張係数が小さく、焼結体1の熱膨張係数の調整用として好適である。
<Cr (chromium), Mo (molybdenum), Si (silicon), Mn (manganese), W (tungsten)>
Cr, Mo, Si, Mn, and W are all elements that have the effect of increasing the strength of the sintered body 1, and one or more of them can be contained as necessary. However, if the content exceeds 30% Cr, 10% Mo, 3% Si, 2.5% Mn, and 5% W, sintering becomes difficult and the strength decreases. In particular, if the content of Cr and W exceeds the above values, the carbides become coarse and the machinability decreases. If the content of Si exceeds the above values, the amount of silicon oxide increases, the melting point decreases, and the machinability deteriorates. If the content of these elements exceeds 40% in total, uniform distribution of the alloy elements becomes difficult and the strength decreases. Cr, Mo, Si, and W have a smaller thermal expansion coefficient than Fe, and are suitable for adjusting the thermal expansion coefficient of the sintered body 1.

<残部>
本実施形態の焼結体1の基地組成では、残部の主成分はFeである。また、本実施形態の焼結体1は、上記した基地組成を有するとともに、さらに、空孔10と、基地組織と、基地中に分散した遊離Cu相9(第一遊離Cu相9A及び第二遊離Cu相9B)を有する組織とする。なお、さらに基地中に体積率で2%以下の遊離黒鉛相を分散させてもよい。ちなみに、本実施形態の焼結体1の基地組成は、残部のみならず全体の主成分がFeであってもよい。また、上記残部にはFe以外に不可避的不純物が含まれるが、それ以外の成分が含まれていてもよいし、含まれなくてもよい。
<Remainder>
In the matrix composition of the sintered body 1 of this embodiment, the main component of the remainder is Fe. In addition, the sintered body 1 of this embodiment has the above-mentioned matrix composition, and further has a structure having voids 10, a matrix structure, and a free Cu phase 9 (first free Cu phase 9A and second free Cu phase 9B) dispersed in the matrix. In addition, a free graphite phase of 2% or less by volume may be dispersed in the matrix. Incidentally, the matrix composition of the sintered body 1 of this embodiment may have Fe as the main component not only of the remainder but also of the entire composition. In addition, the above-mentioned balance contains inevitable impurities other than Fe, but other components may or may not be contained.

<基地組織>
本実施形態の焼結体1では、基地組織はパーライト組織とすることが好ましい。基地組織をパーライト組織とすることにより被削性が向上する。なお、基地組織は被削性の観点から、このパーライトに代えて、ソルバイト、トルースタイトとしてもよい。なお、ベイナイト、マルテンサイト、およびそれらの混合組織としても何ら問題はない。
<Base Organization>
In the sintered body 1 of this embodiment, the base structure is preferably a pearlite structure. By making the base structure a pearlite structure, machinability is improved. Note that, from the viewpoint of machinability, the base structure may be sorbite or troostite instead of pearlite. Note that there is no problem with bainite, martensite, or a mixture thereof.

<遊離Cu相>
焼結体1の基地中に分散する遊離Cu相9(第一遊離Cu相9A及び第二遊離Cu相9B)は、体積率で5~30%とすることが好ましい。遊離Cu相9が5%未満と少ないと、Cuとアルミニウム合金11との金属間化合物の形成が少なく境界強度が低下する。一方、30%を超えて多くなると、焼結体1の強度がアルミニウム合金11の強度以下となり、かえって境界強度も低下する。基地中に遊離Cu相9が多数分散していることにより、鋳包まれたときに、アルミニウム合金11の溶湯と遊離Cu相9が反応して金属間化合物を形成するため、アルミニウム合金11の溶湯が焼結体1の奥深くまで浸透せずに接合点を多数確保でき高い境界強度が得られる。
<Free Cu Phase>
The free Cu phase 9 (first free Cu phase 9A and second free Cu phase 9B) dispersed in the matrix of the sintered body 1 is preferably 5 to 30% by volume. If the free Cu phase 9 is less than 5%, the formation of intermetallic compounds between Cu and the aluminum alloy 11 is small, and the boundary strength is reduced. On the other hand, if the free Cu phase 9 is more than 30%, the strength of the sintered body 1 becomes equal to or lower than that of the aluminum alloy 11, and the boundary strength is also reduced. Since a large number of free Cu phases 9 are dispersed in the matrix, when the molten aluminum alloy 11 is cast, the free Cu phase 9 reacts with the molten aluminum alloy 11 to form an intermetallic compound, and therefore the molten aluminum alloy 11 does not penetrate deep into the sintered body 1, and a large number of joining points can be secured, resulting in high boundary strength.

<空孔>
焼結体1は、空孔10(図2(A)参照)を含むが、本実施形態では、空孔10は互いに独立または断続して存在する。ここで、「断続した空孔」とは、複数個の空孔10が連続しているが、それ以上の多くの数の空孔10との連続性を有していない空孔を意味する(図示省略)。本発明でいう「空孔が独立または断続して存在する」とは、(連続した空孔量)/(全空孔量)×100%で定義される値が50以下の場合をいうものとする。50超えの場合を空孔10が連続しているとする。なお、全空孔量は、アルキメデス法で測定した密度から換算して求めるものとする。また、連続した空孔量は、焼結体1を液状のワックス等中に60min間浸漬しワックスを浸透させ、浸透前後の重量変化量から換算しその量を求め連続した空孔量とする。
<Hole>
The sintered body 1 includes pores 10 (see FIG. 2A), but in this embodiment, the pores 10 exist independently or discontinuously. Here, "discontinuous pores" means pores in which a plurality of pores 10 are continuous, but do not have continuity with a larger number of pores 10 (not shown). In the present invention, "pores exist independently or discontinuously" refers to a case where a value defined by (amount of continuous pores)/(total amount of pores)×100% is 50 or less. When the value exceeds 50, the pores 10 are considered to be continuous. The total amount of pores is calculated from the density measured by the Archimedes method. The amount of continuous pores is calculated by immersing the sintered body 1 in liquid wax or the like for 60 minutes to allow the wax to penetrate, and calculating the amount from the weight change before and after penetration.

空孔10が独立または断続して存在することにより、鋳包み時に、アルミニウム合金11の溶湯が焼結体1の内部まで浸透することが少なく、アルミニウム合金11の浸透による特性劣化が少なくなり、焼結体1本来の強度、熱膨張係数の維持が可能となる。なお、本実施形態の焼結体1の空孔率は5~35体積%とすることが好ましい。空孔率が5体積%未満では加圧成形時に多大の成形圧力を必要とし、大型の成形設備を必要とし、生産性も低下し経済的に不利となる。一方、35体積%を超えると、鋳包むアルミニウム合金11が深部まで溶浸し焼結体1の特性が低下する。なお、空孔率はアルキメデス法で焼結体1の密度を測定し、体積%に換算して求めるものとする。 The presence of independent or intermittent pores 10 reduces the penetration of the molten aluminum alloy 11 into the interior of the sintered body 1 during casting, reduces deterioration of the properties due to the penetration of the aluminum alloy 11, and enables the original strength and thermal expansion coefficient of the sintered body 1 to be maintained. The porosity of the sintered body 1 of this embodiment is preferably 5 to 35% by volume. If the porosity is less than 5% by volume, a large molding pressure is required during pressure molding, large molding equipment is required, and productivity is reduced, which is economically disadvantageous. On the other hand, if the porosity exceeds 35% by volume, the aluminum alloy 11 to be cast-in penetrates deep into the sintered body 1, and the properties of the sintered body 1 are deteriorated. The porosity is calculated by measuring the density of the sintered body 1 by the Archimedes method and converting it to volume %.

<被削性改善用微細粒子>
また、本実施形態の焼結体1は、上記した組成の基地中に、被削性改善のため、被削性改善用微細粒子を分散させることが好ましい。分散させる被削性改善用微細粒子としては、MnS、CaF、BNおよびエンスタタイトのうちから選ばれた1種または2種以上とすることが好ましい。MnS、CaF、BNおよびエンスタタイトはいずれも、被削性を改善する粒子であり、必要に応じ選択して含有できる。
<Fine particles for improving machinability>
In addition, in the sintered body 1 of this embodiment, it is preferable to disperse fine particles for improving machinability in the matrix having the above-mentioned composition in order to improve machinability. The fine particles for improving machinability to be dispersed are preferably one or more types selected from MnS, CaF 2 , BN, and enstatite. MnS, CaF 2 , BN, and enstatite are all particles that improve machinability, and can be selected and contained as necessary.

このような被削性改善用微細粒子を基地中に均一分散させることにより、切削中の切粉は,これらの微細粒子と微細粒子間の距離で決定される大きさに分断されるため、切削抵抗は低く維持される。また、基地中に分散させる被削性改善用微細粒子は、粒径:150μm以下の微細粒子とすることが好ましい。微細粒子の粒径が150μmを超えると、境界強度が低下する。なお、好ましくは5~100μmである。 By uniformly dispersing these fine particles for improving machinability in the matrix, the chips produced during cutting are broken down into sizes determined by the distance between these fine particles, so cutting resistance is kept low. Furthermore, it is preferable that the fine particles for improving machinability dispersed in the matrix have a particle size of 150 μm or less. If the particle size of the fine particles exceeds 150 μm, the boundary strength decreases. The particle size is preferably 5 to 100 μm.

また、焼結体1の基地中に分散させる被削性改善用微細粒子の含有量は、混合粉(鉄系粉末、銅粉末、黒鉛粉末、被削性改善用微細粒子粉末の合計量)に対し0.1~5質量%とすることが好ましい。被削性改善用微細粒子の含有量が、0.1質量%未満では被削性改善の効果が認められない。一方、5質量%を越えて含有すると、基地との密着強度および界面の密着強度が低下する。このため、粒径:150μm以下の被削性改善用微細粒子は、0.1~5質量%の範囲で含有することが好ましい。 The content of the fine particles for improving machinability dispersed in the matrix of the sintered body 1 is preferably 0.1 to 5 mass% of the mixed powder (total amount of iron-based powder, copper powder, graphite powder, and fine particle powder for improving machinability). If the content of the fine particles for improving machinability is less than 0.1 mass%, the effect of improving machinability is not observed. On the other hand, if it is contained in an amount exceeding 5 mass%, the adhesive strength with the matrix and the adhesive strength at the interface decrease. For this reason, it is preferable to contain fine particles for improving machinability with a particle size of 150 μm or less in the range of 0.1 to 5 mass%.

<熱膨張係数>
上記した基地組成、組織を有する本実施形態の焼結体1は、室温から200℃までの平均で13.5×10-6/℃以下の熱膨張係数を有する。室温から200℃までの平均熱膨張係数が13.5×10-6/℃以下であれば、アルミニウム合金11が断続して存在する空孔10に溶浸した場合でも平均熱膨張係数が15.0×10-6/℃以下とすることができ、例えば、内燃機関の鉄系材料製クランクシャフトの熱膨張係数(9×10ー6~12×10ー6/K程度)に近い値とすることができる。そして、例えば、図3に示すように、焼結体1が内燃機関2の軸受部3に鋳包まれた場合、内燃機関2の稼動時の軸受部3の熱膨張を抑えることができ、軸受部3とクランクシャフトとの熱膨張率の差によりクリアランス変化量を適正に維持することができるという効果がある。
<Thermal expansion coefficient>
The sintered body 1 of this embodiment having the above-mentioned matrix composition and structure has an average thermal expansion coefficient of 13.5×10 −6 /°C or less from room temperature to 200°C. If the average thermal expansion coefficient from room temperature to 200°C is 13.5×10 −6 /°C or less, the average thermal expansion coefficient can be 15.0×10 −6 /°C or less even when the aluminum alloy 11 is infiltrated into the intermittently existing voids 10, and can be set to a value close to the thermal expansion coefficient (about 9×10 −6 to 12×10 −6 /K) of an iron-based crankshaft of an internal combustion engine. For example, as shown in FIG. 3, when the sintered body 1 is cast into the bearing portion 3 of the internal combustion engine 2, the thermal expansion of the bearing portion 3 during operation of the internal combustion engine 2 can be suppressed, and the difference in the thermal expansion coefficient between the bearing portion 3 and the crankshaft can be used to appropriately maintain the amount of clearance change.

<焼結体の製造方法>
図5を参照して、本実施形態における焼結体1の製造方法の一例について以下説明する。本実施形態における焼結体1の製造方法は、図5に示すように、粉末混合工程S100と、成型工程S110と、真空焼結工程S120と、加工工程S130と、ブラスト処理工程S140と、を有する。
<Method of manufacturing sintered body>
An example of a method for producing the sintered body 1 in this embodiment will be described below with reference to Fig. 5. As shown in Fig. 5, the method for producing the sintered body 1 in this embodiment includes a powder mixing step S100, a molding step S110, a vacuum sintering step S120, a processing step S130, and a blasting step S140.

<粉末混合工程>
粉末混合工程S100では、複数種類の粉末を混合して、焼結体1の原料となる金属粉末を設ける。金属粉末は、鉄系粉末と、銅粉末と、黒鉛粉末と、潤滑剤粉末と、あるいはさらに被削性改善用微細粒子とを混合して設けられる。混合方法は、とくに限定する必要はないが、Vミルを用いることが経済上から好ましい。
<Powder mixing process>
In the powder mixing step S100, a plurality of types of powder are mixed to prepare a metal powder that is the raw material of the sintered body 1. The metal powder is prepared by mixing an iron-based powder, a copper powder, a graphite powder, a lubricant powder, and/or fine particles for improving machinability. The mixing method is not particularly limited, but it is preferable to use a V mill from an economical viewpoint.

上記鉄系粉末は、純鉄粉とすることが好ましい。そして、本実施形態の焼結体1の純鉄粉は、アトマイズ鉄粉と異なる種類のもの(非アトマイズ鉄粉)が好ましく、還元鉄粉が特に好ましい。還元鉄粉には、還元法により設けられたものであってもよいし、機械的粉砕法により設けられたものであってもよい。なお、還元法とは、対象物に還元作用(例えば、仕上還元(第二還元)前の粗還元(第一還元))を施すものである。還元法により設けられる還元鉄粉は、原料であるミルスケールを粗還元(第一還元)した後,粉砕、仕上還元(第二還元)を経て設けられる。また、機械的粉砕法とは、圧縮作用、曲げ作用、せん断作用、衝撃作用、摩擦作用などが単独に作用して被粉砕物を粉砕するか、又は、複数の作用が組み合わせられて被粉砕物を粉砕する方法を指す。機械的粉砕法において被粉砕物が比較的大きい塊の場合にはジークラッシャ、ハンマーミル、又はスタンプミルにより被粉砕物が粉砕され、ある程度粉砕されたものではボールミル、振動ミルにより被粉砕物は微細化される。機械的粉砕法により設けられる還元鉄粉は、原料を機械的に粉砕した後に仕上還元を経て設けられる。 The iron-based powder is preferably pure iron powder. The pure iron powder of the sintered body 1 of this embodiment is preferably a type different from atomized iron powder (non-atomized iron powder), and reduced iron powder is particularly preferable. The reduced iron powder may be provided by a reduction method or a mechanical crushing method. The reduction method is a method of subjecting an object to a reduction action (for example, rough reduction (first reduction) before finish reduction (second reduction)). The reduced iron powder provided by the reduction method is provided by subjecting the mill scale, which is the raw material, to rough reduction (first reduction), followed by crushing and finish reduction (second reduction). The mechanical crushing method refers to a method in which a compression action, bending action, shear action, impact action, friction action, etc. are applied alone to crush the object to be crushed, or a combination of multiple actions is used to crush the object to be crushed. In the mechanical crushing method, when the object to be crushed is a relatively large lump, the object to be crushed is crushed by a g-crusher, hammer mill, or stamp mill, and when the object to be crushed to a certain extent, the object to be crushed is refined by a ball mill or vibration mill. Reduced iron powder prepared by mechanical crushing is prepared by mechanically crushing the raw material and then performing finish reduction.

一方、アトマイズ鉄粉は、噴霧法により設けられるものである。具体的にアトマイズ鉄粉は、例えば、溶鋼を高圧水でアトマイズした後、仕上還元を経て設けられるものである。アトマイズ鉄粉は、一般的に圧縮性が良く、圧縮すると密度が上がりやすい。しかし、アトマイズ鉄粉を材料に用いた焼結体は、微細空孔を形成する傾向があると共に、還元鉄粉を用いた場合と比較すると密度が同じでも表面粗さが小さくなる傾向がある。結果、アトマイズ鉄粉を用いた場合に比較して還元鉄粉を用いた方が焼結体の表面粗さは大きくなると共に、断続した空孔が得られやすい。このため、還元鉄粉を用いた焼結体がアルミニウム合金で鋳包まれた際、アルミニウム合金との間の境界強度が高くなる。また、アトマイズ鉄粉を用いた焼結体は、アルミニウムで鋳包まれる際、アルミニウムの溶湯の熱により結晶粒界の酸化が大きい傾向があり、強度が劣化するが、還元鉄粉を用いた焼結体は、結晶粒界の酸化の度合いは低く、強度も劣化しない。以上の理由から、鉄系粉末には、還元鉄粉を用いることが好ましい。 On the other hand, atomized iron powder is prepared by the atomization method. Specifically, atomized iron powder is prepared by atomizing molten steel with high-pressure water, followed by finish reduction. Atomized iron powder generally has good compressibility, and the density tends to increase when compressed. However, sintered bodies using atomized iron powder tend to form fine pores, and tend to have smaller surface roughness than those using reduced iron powder, even if the density is the same. As a result, the surface roughness of sintered bodies using reduced iron powder is greater and intermittent pores are more likely to be obtained than those using atomized iron powder. Therefore, when a sintered body using reduced iron powder is cast-encased with an aluminum alloy, the boundary strength between the reduced iron powder and the aluminum alloy is increased. In addition, when a sintered body using atomized iron powder is cast-encased with aluminum, the grain boundaries tend to be largely oxidized due to the heat of the molten aluminum, and the strength is deteriorated, but a sintered body using reduced iron powder has a low degree of oxidation of the grain boundaries and does not deteriorate in strength. For the above reasons, it is preferable to use reduced iron powder as the iron-based powder.

上記銅粉末は、純銅粉末を用いることが好ましい。銅粉末は金属粉末(鉄系粉末、合金元素粉末、銅粉末、黒鉛粉末、被削性改善用微細粒子粉末の合計量)中のCu含有量が、5~40質量%となるように添加する。金属粉末中のCu含有量が5質量%未満では遊離Cu相9の析出が認められない。一方、40質量%を超えると、強度等の機械的特性が低下する。このため、銅粉末は、金属粉末中のCu含有量が5~40質量%となるようにすることが好ましく、より好ましくは5~30質量%であり、更に好ましくは5~25質量%である。 It is preferable to use pure copper powder as the copper powder. Copper powder is added so that the Cu content in the metal powder (total amount of iron-based powder, alloy element powder, copper powder, graphite powder, and fine particle powder for improving machinability) is 5 to 40 mass%. If the Cu content in the metal powder is less than 5 mass%, precipitation of free Cu phase 9 is not observed. On the other hand, if it exceeds 40 mass%, mechanical properties such as strength decrease. For this reason, it is preferable to use copper powder so that the Cu content in the metal powder is 5 to 40 mass%, more preferably 5 to 30 mass%, and even more preferably 5 to 25 mass%.

黒鉛粉末は、焼結体の強度を増加させ、基地組織をパーライトとし被削性を向上させる合金元素として添加する。このためには、金属粉末中のC含有量が0.5~2.5質量%となるように、調整して添加する必要がある。また、潤滑剤粉末は、圧粉成形時の成形性を向上し、圧粉密度を増加させるために金属粉末中に含有される。潤滑剤粉末としては、ステアリン酸亜鉛等が好ましい。なお、金属粉末中の潤滑剤粉末の混合量は、金属粉末全量(鉄系粉末、銅粉末、合金元素粉末、黒鉛粉末、被削性改善用微細粒子粉末の合計量)100重量部に対し、0.5~5重量部とすることが好ましい。 Graphite powder is added as an alloying element that increases the strength of the sintered body, makes the matrix structure pearlite, and improves machinability. For this purpose, it is necessary to add the metal powder with an adjusted C content of 0.5 to 2.5 mass%. Lubricant powder is added in the metal powder to improve moldability during powder compaction and increase the green density. Zinc stearate and the like are preferable as lubricant powder. The amount of lubricant powder mixed in the metal powder is preferably 0.5 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of metal powder (total amount of iron-based powder, copper powder, alloying element powder, graphite powder, and fine particle powder for improving machinability).

本発明では、上記した鉄系粉末、銅粉末、黒鉛粉末、潤滑剤粉末に加えてさらに、金属粉末には、被削性改善のために、被削性改善用微細粒子粉末を含有することができる。被削性改善用微細粒子粉としては、MnS、CaF、BN、およびエンスタタイトのうちから選ばれた1種または2種以上とすることが好ましい。MnS、CaF、BN、およびエンスタタイトはいずれも、被削性を改善する粒子であり、必要に応じて選択して含有できる。また、金属粉末に添加する被削性改善用微細粒子粉は、粒径:150μm以下の微細粒子粉とすることが好ましい。微細粒子粉の粒径が150μmを超えると、境界強度が低下する。なお、好ましくは5~100μmである。金属粉末中に被削性改善用微細粒子粉を含有する場合には、被削性改善用微細粒子粉の含有量は金属粉末全量(鉄系粉末、銅粉末、合金元素粉末、黒鉛粉末、被削性改善用微細粒子粉末の合計量)に対し0.1~5質量%とすることが好ましい。0.1質量%未満では、被削性改善効果が少なく、一方、5質量%を超えると境界強度が低下する。 In the present invention, in addition to the above-mentioned iron-based powder, copper powder, graphite powder, and lubricant powder, the metal powder can further contain a fine particle powder for improving machinability in order to improve machinability. The fine particle powder for improving machinability is preferably one or more selected from MnS, CaF 2 , BN, and enstatite. MnS, CaF 2 , BN, and enstatite are all particles that improve machinability, and can be selected and contained as necessary. In addition, the fine particle powder for improving machinability added to the metal powder is preferably a fine particle powder with a particle size of 150 μm or less. If the particle size of the fine particle powder exceeds 150 μm, the boundary strength decreases. The particle size is preferably 5 to 100 μm. When the metal powder contains a fine particle powder for improving machinability, the content of the fine particle powder for improving machinability is preferably 0.1 to 5 mass% based on the total amount of the metal powder (the total amount of the iron-based powder, copper powder, alloying element powder, graphite powder, and fine particle powder for improving machinability). If it is less than 0.1 mass%, the effect of improving machinability is small, while if it exceeds 5 mass%, the boundary strength decreases.

また、本実施形態では、上記した金属粉末に、さらに合金元素粉末として、Cr粉、Mo粉、W粉、Fe-Cr粉、Fe-Mo粉、Fe-W粉を、単独または複合して、金属粉末全量(鉄系粉末、合金元素粉末、銅粉末、黒鉛粉末、被削性改善用微細粒子粉末の合計量)に対し、質量%で、Cr:30%以下、Mo:10%以下、Si:3%以下、Mn:2.5%以下、W:5%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を合計で40%以下含有するように配合することが好ましい。 In addition, in this embodiment, it is preferable to further add alloy element powders such as Cr powder, Mo powder, W powder, Fe-Cr powder, Fe-Mo powder, and Fe-W powder, either alone or in combination, to the above-mentioned metal powder, so that the total amount of the metal powder (total amount of iron-based powder, alloy element powder, copper powder, graphite powder, and fine particle powder for improving machinability) contains 40% or less by mass of one or more selected from Cr: 30% or less, Mo: 10% or less, Si: 3% or less, Mn: 2.5% or less, and W: 5% or less.

Cr粉、Mo粉、W粉、Fe-Cr粉、Fe-Mo粉、Fe-W粉はいずれも、焼結体の強度向上、熱膨張係数低下のために配合するもので、合計で40質量%以下となるように配合することが好ましい。配合量が、40質量%を超えて配合すると、合金元素の均一性が低下し、強度が劣化する。なお、混合方法は、とくに限定する必要はないが、Vミルを用いることが経済上から好ましい。 Cr powder, Mo powder, W powder, Fe-Cr powder, Fe-Mo powder, and Fe-W powder are all blended to improve the strength of the sintered body and reduce the thermal expansion coefficient, and it is preferable to blend them in a total amount of 40 mass% or less. If the blending amount exceeds 40 mass%, the uniformity of the alloy elements decreases and the strength deteriorates. There is no need to limit the blending method, but it is economically preferable to use a V mill.

<成型工程>
成型工程S110では、粉末混合工程S100で設けられた金属粉末を所望の形状に成型して圧粉体を設ける。成型工程S110における成型方法に特に限定はないが、例えば、金属粉末を金型に入れて、プレス機により加圧して押し固める金型成型、金属粉末射出成形(MIM)等の成型方法が一例として挙げられる。なお、金型成型を行う場合、焼結体1が室温から200℃までの平均熱膨張係数が13.5×10-6/℃以下を有するように、圧粉体の加圧成型条件を調整することが好ましい。
<Molding process>
In the molding step S110, the metal powder prepared in the powder mixing step S100 is molded into a desired shape to prepare a green compact. There is no particular limitation on the molding method in the molding step S110, but examples include molding methods such as metal mold molding in which the metal powder is placed in a mold and compressed by a press, and metal powder injection molding (MIM). When performing mold molding, it is preferable to adjust the pressure molding conditions of the green compact so that the sintered body 1 has an average thermal expansion coefficient of 13.5×10 −6 /° C. or less from room temperature to 200° C.

<真空焼結工程>
真空焼結工程S120では、圧粉体を真空焼結炉に入れて真空下で焼結(真空焼結処理)することにより焼結済前駆体を設ける。なお、本実施形態では、ブラスト処理工程S140を経たものを焼結体1と呼び、ブラスト処理工程S140を経ていないものは焼結体1との区別のため、焼結済前駆体と呼ぶこととする。焼結温度は、1100~1180℃が好ましい。また、真空とは、大気圧より低い圧力の状態を指し、焼結炉内の圧力は、1(torr)以下が好ましい。圧粉体を真空下で焼結することで、焼結済前駆体の表面に酸化被膜が形成されることを制限できる。結果、焼結済前駆体の表面は、清浄化された状態となる。また、真空焼結工程S120では、焼結済前駆体の内部の空孔10内の圧力を真空にすることができる。そして、真空焼結工程S120では、雰囲気下で焼結処理を行った場合に比べて空孔10内の圧力をより低くすることができる。結果、空孔10を塞ぐ第一遊離Cu相9Aにアルミニウム合金11の溶湯が接触して空孔10が外部に開放された際、空孔10の内部にアルミニウム合金11の溶湯を確実に引き込むことができ、アルミニウム合金11と焼結体1の境界強度を強固なものにすることができる。
<Vacuum sintering process>
In the vacuum sintering step S120, the powder compact is put into a vacuum sintering furnace and sintered under vacuum (vacuum sintering process) to provide a sintered precursor. In this embodiment, the one that has undergone the blasting process S140 is called the sintered body 1, and the one that has not undergone the blasting process S140 is called the sintered precursor to distinguish it from the sintered body 1. The sintering temperature is preferably 1100 to 1180°C. In addition, vacuum refers to a state of pressure lower than atmospheric pressure, and the pressure in the sintering furnace is preferably 1 (torr) or less. By sintering the powder compact under vacuum, it is possible to restrict the formation of an oxide film on the surface of the sintered precursor. As a result, the surface of the sintered precursor is in a cleaned state. In addition, in the vacuum sintering step S120, the pressure in the pores 10 inside the sintered precursor can be made vacuum. In addition, in the vacuum sintering step S120, the pressure in the pores 10 can be made lower than when the sintering process is performed under an atmosphere. As a result, when the molten aluminum alloy 11 comes into contact with the first free Cu phase 9A filling the voids 10 and the voids 10 are opened to the outside, the molten aluminum alloy 11 can be reliably drawn into the inside of the voids 10, thereby strengthening the boundary strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1.

なお、焼結条件は、焼結済前駆体が室温から200℃までの平均熱膨張係数が13.5×10-6/℃以下を有するように、温度、時間を調整することが好ましい。また、空孔10が単独または断続して存在させるためには、焼結条件を調整して、部分液相焼結を行なうことが好ましい。これにより、空孔10が遊離Cu相9で塞がれた状態となり空孔10が単独および断続して存在する状態となる。 As for the sintering conditions, it is preferable to adjust the temperature and time so that the sintered precursor has an average thermal expansion coefficient of 13.5×10 −6 /° C. or less from room temperature to 200° C. Also, in order to make the pores 10 exist singly or intermittently, it is preferable to adjust the sintering conditions and perform partial liquid phase sintering. As a result, the pores 10 are filled with the free Cu phase 9, and the pores 10 exist singly and intermittently.

<ブラスト処理工程>
ブラスト処理工程S140では、焼結済前駆体の表面の少なくとも一部に対して、アルミナ粒子(以下、適宜、アルミナグリッドと呼ぶ。)を吹き付けるブラスト処理を行う。ブラスト処理により焼結体1が完成する。アルミナグリッド(アルミナ粒子)は、鋭角な形状を有する。本工程のブラスト処理で用いられるメディアは、アルミナグリッドで構成されるが、主としてアルミナグリッドを含めば、一部別のものが含まれてもよい。ブラスト処理により焼結済前駆体の表面にアルミナグリッドを衝突させると、焼結済前駆体の表面にアルミナグリッドが刺さり込み、焼結済前駆体の表面が削られる。結果、焼結済前駆体の表面に複数の凹凸部5を有する粗面領域4が設けられ、焼結体1が完成する。
<Blast treatment process>
In the blasting process S140, a blasting process is performed by spraying alumina particles (hereinafter, appropriately, referred to as alumina grid) against at least a part of the surface of the sintered precursor. The blasting process completes the sintered body 1. The alumina grid (alumina particles) has an acute shape. The media used in the blasting process in this process is composed of alumina grids, but may also contain other materials as long as it mainly includes alumina grids. When the alumina grid is collided with the surface of the sintered precursor by the blasting process, the alumina grid penetrates the surface of the sintered precursor, and the surface of the sintered precursor is scraped. As a result, a rough surface region 4 having a plurality of uneven portions 5 is provided on the surface of the sintered precursor, and the sintered body 1 is completed.

ブラスト処理を行う過程で、アルミナグリッド同士の衝突やアルミナグリッドと焼結済前駆体の表面の衝突により、破砕されて様々な形状・大きさになるアルミナグリッドの数は多い。破砕したアルミナグリッドは、更に焼結済前駆体の表面に衝突して刺さり込み得る。結果、単位面積当たりに焼結済前駆体に衝突するアルミナグリッドの数は多くなる。一方、ブラスト処理のメディアとして一般的なスチールグリッド(特殊鋼製の鋭いエッジを持った多角形粒子)を用いた場合、破砕するスチールグリッドの数は少ない。結果、単位面積当たりに焼結済前駆体に衝突するスチールグリッドの数はアルミナグリッドの場合よりも少ない。両者を比較すると、ブラスト処理のメディアとしてアルミナグリッドを用いた場合の方が隣接する突出部7は、ピッチ(突出部7の頂点の平均間隔S)が短くなる。また、スチールグリッドを用いた場合と比較するとアルミナグリッドを用いた場合の方が、突出部7の傾斜は大きいものが多く含まれ、多くの突出部7は鋭く尖った態様となる。 During the blasting process, many alumina grids are broken into various shapes and sizes due to collisions between alumina grids and between alumina grids and the surface of the sintered precursor. The broken alumina grids can then collide with the surface of the sintered precursor and become embedded in it. As a result, the number of alumina grids that collide with the sintered precursor per unit area is large. On the other hand, when a general steel grid (polygonal particles with sharp edges made of special steel) is used as the blasting media, the number of steel grids that are broken is small. As a result, the number of steel grids that collide with the sintered precursor per unit area is smaller than that of the alumina grid. Comparing the two, the pitch (average distance S between the apexes of the protrusions 7) of adjacent protrusions 7 is shorter when the alumina grid is used as the blasting media. Also, compared to the case of using a steel grid, the case of using an alumina grid contains many protrusions 7 with a large inclination, and many of the protrusions 7 are sharply pointed.

ブラスト処理のメディアとしてスチールグリッドを用いた場合と比べて、ブラスト処理のメディアとしてアルミナグリッドを用いた場合の粗面領域4の方が、焼結体1の表面積が増えるため、アルミニウム合金11と焼結体1の接合力が高まり、アルミニウム合金11が焼結体1から剥がれることをより確実に防止することができる。なお、アルミニウム合金11と焼結体1の接合力を向上させる観点から見ると、ブラスト処理は、アルミニウム合金11が剥がれやすい焼結体1の一部領域(補強部材100なら内周面130)に行えばよい。 Compared to when a steel grid is used as the blasting medium, when an alumina grid is used as the blasting medium, the roughened region 4 of the sintered body 1 has a larger surface area, which increases the bonding strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1, and more reliably prevents the aluminum alloy 11 from peeling off from the sintered body 1. From the perspective of improving the bonding strength between the aluminum alloy 11 and the sintered body 1, the blasting process may be performed on a portion of the sintered body 1 where the aluminum alloy 11 is likely to peel off (the inner peripheral surface 130 in the case of the reinforcing member 100).

ブラスト処理のメディアとしてアルミナグリッドを用いた場合、既に説明済みの焼結体1の粗面領域4の十点平均粗さ4点平均が10~100μmの範囲となることが好ましく、30~60μmとなるようにブラスト処理が行われることがより好ましい。また、既に説明済みの焼結体1の粗面領域4の算術平均傾斜4点平均が0.34以上となるようにブラスト処理が行われることが好ましく、0.35以上となるようにブラスト処理が行われることがより好ましく、0.36以上となるようにブラスト処理が行われることがより好ましい。また、既に説明済みの焼結体1の粗面領域4の平均間隔4点平均が116.9μm以下となるようにブラスト処理が行われることが好ましく、115.0μm以下となるようにブラスト処理が行われることがより好ましく、112.0μm以下となるようにブラスト処理が行われることが更に好ましい。また、焼結体1の粗面領域4の平均間隔4点平均が90μm以上となるようにブラスト処理が行われることが好ましく、95μm以上となるようにブラスト処理が行われることがより好ましく、97μm以上となるようにブラスト処理が行われることが更に好ましい。以上の十点平均粗さ4点平均、算術平均傾斜4点平均、平均間隔4点平均の調整はショット粒径、エア圧力等を調整して行なう。そして、上記ブラスト処理で用いられるアルミナグリッド(アルミナ粒子)の集合体は、300~1700μmの範囲内の粒度分布を有するものが好ましく、600~1700μmの範囲内の粒度分布を有するものがより好ましい。ただし、上記粒度分布において、分級で取り除くことができなかった少量の微粒子は無視することとする。 When an alumina grid is used as the blasting medium, the 4-point average of the ten-point mean roughness of the rough surface region 4 of the sintered body 1, which has already been described, is preferably in the range of 10 to 100 μm, and more preferably 30 to 60 μm. Also, the blasting is preferably performed so that the 4-point average of the arithmetic mean slope of the rough surface region 4 of the sintered body 1, which has already been described, is 0.34 or more, more preferably 0.35 or more, and even more preferably 0.36 or more. Also, the blasting is preferably performed so that the 4-point average of the average spacing of the rough surface region 4 of the sintered body 1, which has already been described, is 116.9 μm or less, more preferably 115.0 μm or less, and even more preferably 112.0 μm or less. In addition, the blasting process is preferably performed so that the four-point average of the average spacing of the rough surface region 4 of the sintered body 1 is 90 μm or more, more preferably 95 μm or more, and even more preferably 97 μm or more. The four-point average of the ten-point average roughness, the four-point average of the arithmetic mean slope, and the four-point average of the average spacing are adjusted by adjusting the shot particle size, air pressure, etc. The aggregate of alumina grid (alumina particles) used in the blasting process preferably has a particle size distribution in the range of 300 to 1700 μm, and more preferably has a particle size distribution in the range of 600 to 1700 μm. However, in the above particle size distribution, a small amount of fine particles that could not be removed by classification will be ignored.

なお、一般的な焼結工程を経た焼結済前駆体の表面には酸化被膜が形成され、次工程のブラスト処理でその酸化被膜を除去することが行われるので、ブラスト処理にはある程度の時間を要する。しかしながら、本実施形態では、真空焼結工程S120を経た焼結済前駆体の表面には、ほとんど酸化被膜が形成されず、表面が清浄である。このため、ブラスト処理工程S140におけるブラスト処理では、焼結済前駆体の表面に粗面領域4を設けることだけを考慮すればよい。また、焼結済前駆体の表面が清浄なので、焼結体1の表面に粗面領域4を設けやすい。結果、本実施形態のブラスト処理工程S140におけるブラスト処理は、通常よりも短い時間で終了することができる。 Note that an oxide film is formed on the surface of the sintered precursor after a typical sintering process, and the oxide film is removed in the next blasting process, so the blasting process takes a certain amount of time. However, in this embodiment, almost no oxide film is formed on the surface of the sintered precursor after the vacuum sintering process S120, and the surface is clean. Therefore, in the blasting process in the blasting process S140, it is only necessary to consider providing the rough surface region 4 on the surface of the sintered precursor. In addition, since the surface of the sintered precursor is clean, it is easy to provide the rough surface region 4 on the surface of the sintered body 1. As a result, the blasting process in the blasting process S140 of this embodiment can be completed in a shorter time than usual.

また、ブラスト処理を施すことにより、焼結済前駆体の基地中に分散する遊離Cu相9が表面に多く露出する。これにより、アルミニウム合金11の溶湯とのぬれ性が向上し、アルミニウム合金11の溶湯との反応が促進され、界面における隙間を低減して接合でき密着性が向上する。また、第一遊離Cu相9Aで塞がれた空孔10内にアルミニウム合金11の溶湯を容易に導くことができるので、それに起因したアンカー効果も加わり、密着後の接合強度も向上する。 In addition, by carrying out the blasting treatment, the free Cu phase 9 dispersed in the matrix of the sintered precursor is exposed to a large extent on the surface. This improves the wettability of the aluminum alloy 11 with the molten metal, promotes the reaction with the aluminum alloy 11, reduces gaps at the interface, and improves adhesion. In addition, the molten aluminum alloy 11 can be easily guided into the voids 10 blocked by the first free Cu phase 9A, which adds an anchor effect and improves the bonding strength after adhesion.

<加工工程>
加工工程S130では、加工装置(図示省略)を用いて焼結体1に対して乾式加工を行う。焼結体1に対する加工として、穴開け加工が一例として挙げられるが、これに限定されるものではなく、切削加工等の他の加工であってもよい。いずれにしても所望する形状に応じてどのような加工が行われてもよい。なお、加工工程S130は必要があれば、行うものであり、必ずしも必要な工程ではない。
<Processing steps>
In the processing step S130, a processing device (not shown) is used to perform dry processing on the sintered body 1. One example of the processing performed on the sintered body 1 is drilling, but this is not limited to this, and other processing such as cutting may also be used. In any case, any processing may be performed depending on the desired shape. Note that the processing step S130 is performed if necessary, but is not necessarily required.

上記した製造方法で製造された焼結体1は、金型内の対応部位に装着され、金型内にアルミニウム合金11の溶湯が注入され、高圧ダイキャストされてアルミニウム合金製部材(例えば、内燃機関2)となる。その際に、本実施形態の焼結体1では従来の焼結体では必須であった、500~600℃という高温での予熱を必要とせず、常温あるいは200℃程度までの予熱で十分である。このような予熱なし、あるいは低温での予熱によっても、本発明の焼結体1は、アルミニウム合金11の溶湯の注入に際し、湯回りがよく、アルミニウム合金11の溶湯との密着性および境界強度を確保できるため、焼結体1を鋳包むアルミニウム合金製部材の製造工程を単純化、簡素化でき、部材製造コストを低減できるという利点を有する。 The sintered body 1 produced by the above-mentioned manufacturing method is attached to a corresponding part in a mold, and molten aluminum alloy 11 is poured into the mold and high-pressure die-cast to produce an aluminum alloy part (e.g., an internal combustion engine 2). In this case, the sintered body 1 of this embodiment does not require preheating at a high temperature of 500 to 600°C, which was essential for conventional sintered bodies, and preheating at room temperature or up to about 200°C is sufficient. Even without such preheating or with preheating at a low temperature, the sintered body 1 of the present invention has good molten flow when the molten aluminum alloy 11 is poured, and adhesion and boundary strength with the molten aluminum alloy 11 can be ensured, so that the manufacturing process of the aluminum alloy part that casts the sintered body 1 can be simplified and the manufacturing cost of the part can be reduced.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail with reference to examples.

本願発明者は、本発明の焼結体の特性を検証するために、質量%で、C:1.00%、Cu:10%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する補強部材(図1(A)に示す補強部材100を参照)を複数作成した。具体的には最初に補強部材を象った金型に金属粉末を充填して、成形プレスで加圧成型して圧粉体を作った(成型工程S110)。そして、真空炉の炉内圧力を1(torr)にしつつ、炉内焼結温度を1000~1180℃の範囲にして、圧粉体に対して焼結処理を行い、焼結済前駆体を設けた(真空焼結工程S120)。なお、金属粉末には、鉄系粉末、銅粉末、黒鉛粉末、潤滑剤粉末が含まれる。次に、焼結済前駆体に対して所定の穴を空ける加工を行った(加工工程S130)。 In order to verify the characteristics of the sintered body of the present invention, the inventors of the present invention created multiple reinforcing members (see reinforcing member 100 shown in FIG. 1(A)) having a composition containing, by mass%, 1.00% C, 10% Cu, and the remainder being Fe and unavoidable impurities. Specifically, first, metal powder was filled into a die modeled after the reinforcing member, and a green compact was made by pressure molding using a molding press (molding step S110). Then, the green compact was sintered at a furnace pressure of 1 (torr) and a sintering temperature in the furnace in the range of 1000 to 1180°C to obtain a sintered precursor (vacuum sintering step S120). The metal powder included iron-based powder, copper powder, graphite powder, and lubricant powder. Next, the sintered precursor was processed to make a predetermined hole (processing step S130).

最後に、アルミナグリッドを用いてブラスト処理により設けた粗面領域の特性と、スチールグリッドを用いてブラスト処理により設けた粗面領域の特性を比較するため、アルミナグリッドを用いてブラスト処理を行って、粗面領域を設けた補強部材(以下、本発明側補強部材と呼ぶ。)を3つ設け、スチールグリッドを用いてブラスト処理を行って、粗面領域を設けた補強部材(以下、比較例側補強部材と呼ぶ。)を3つ設けた(ブラスト処理工程S140)。 Finally, to compare the characteristics of the rough surface area created by blasting using an alumina grid with the characteristics of the rough surface area created by blasting using a steel grid, three reinforcing members with rough surface areas created by blasting using an alumina grid (hereinafter referred to as the reinforcing members of the present invention) were created, and three reinforcing members with rough surface areas created by blasting using a steel grid (hereinafter referred to as the reinforcing members of the comparative example) were created (blasting process S140).

なお、ブラスト処理は、所定のエア圧をかけてノズルからメディアを発射するショットブラスト装置(図示省略)により行った。そして、ノズル径を7(mm)とし、エア圧を5(kg/cm)に設定し、アルミナグリッド及びスチールグリッドは、20メッシュ(#20)のものを用いた。なお、20メッシュのアルミナグリッドには、600~1700(μm)の範囲の粒度分布を有するアルミナ粒子が含まれる。ショットブラスト装置により、20メッシュのアルミナグリッド、スチールグリッドを、補強部材の表面にそれぞれ4(s)噴射した。 The blasting process was performed using a shot blasting device (not shown) that fires media from a nozzle under a specified air pressure. The nozzle diameter was set to 7 (mm), the air pressure to 5 (kg/cm 2 ), and the alumina grid and steel grid used were 20 mesh (#20). The 20 mesh alumina grid contains alumina particles with a particle size distribution in the range of 600 to 1700 (μm). The 20 mesh alumina grid and steel grid were each sprayed onto the surface of the reinforcing member for 4 (s) using the shot blasting device.

<粗面領域のSEM像の写真による表面粗さの比較>
本発明側補強部材の粗面領域及び比較例側補強部材の粗面領域を、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer:以下同様)により観察倍率400倍でSEM像観察を実施した際のSEM像写真を図6(A),(B)に示す。図6(A)は、本発明側補強部材の粗面領域のSEM像写真である。図6(B)は、比較例側補強部材の粗面領域のSEM像写真である。両者を比較すると、写真から明らかなように、比較例側補強部材の粗面領域は、突出部の傾斜がなだらかで、隣接する突出部間の間隔が大きいのに対して、本発明側補強部材の粗面領域は、突出部の傾斜が急で、隣接する突出部間の間隔が小さい。つまり、写真で確認しても本発明側補強部材の粗面領域の方が比較例側補強部材の粗面領域よりも粗く、表面積が増加していることが確認できる。
Comparison of surface roughness using SEM images of rough surface areas
6(A) and (B) show SEM images of the rough surface area of the reinforcing member of the present invention and the comparative example, observed by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer: the same below) at a magnification of 400 times. FIG. 6(A) is an SEM image of the rough surface area of the reinforcing member of the present invention. FIG. 6(B) is an SEM image of the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example. Comparing the two, as is clear from the photographs, the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example has a gentle slope of the protrusions and a large gap between adjacent protrusions, whereas the rough surface area of the reinforcing member of the present invention has a steep slope of the protrusions and a small gap between adjacent protrusions. In other words, even when confirmed by the photograph, it can be confirmed that the rough surface area of the reinforcing member of the present invention is rougher than the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example, and the surface area is increased.

<十点平均粗さ4点平均、平均間隔4点平均、算術平均傾斜4点平均の比較>
本実施例では、粗面領域の十点平均粗さ4点平均、平均間隔4点平均、算術平均傾斜4点平均の基礎となる粗面領域における4つの領域を、3つの本発明側補強部材の粗面領域及び3つの比較例側補強部材の粗面領域のそれぞれから任意に選択し、ここではそれらを第一~第四エリアと呼ぶこととする。3つの本発明側補強部材及び3つの比較例側補強部材のそれぞれの第一~第四エリアの十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaを表1及び表2に示す。なお、十点平均粗さRzは、JIS B 0601-1982規定に準拠したものであり、局部山頂の平均間隔Sは、JIS B 0601-1994規定に準拠したものであり、算術平均傾斜RΔaは、図4を参照して既に説明したものと同様である。そして、表1及び表2では、粗面領域の第一~第四エリアの十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaに基づいて導出された十点平均粗さ4点平均、平均間隔4点平均、算術平均傾斜4点平均も記載してある。なお、表1及び表2では、粗面領域4の十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaの測定の基準となる基準測定長さは、5(mm)である。基準測定長さを5(mm)としても、第一~第四エリアの全部またはいずれかを組み合わせてその組み合わせれば、実質的に基準測定長さを少なくとも12.5(mm)に延長できるので、基準測定長さを12.5(mm)とした場合のものと実質的に同じ評価値(十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔa)を得ることができる。また、各表1,2、5~8における「平均」の表示は、対応する十点平均粗さ4点平均、平均間隔4点平均、算術平均傾斜4点平均を表すものとする。
<Comparison of 4-point average of ten-point average roughness, 4-point average of average spacing, and 4-point average of arithmetic mean slope>
In this embodiment, four areas in the rough surface area that are the basis of the four-point average of the ten-point average roughness, four-point average of the average interval, and four-point average of the arithmetic mean slope of the rough surface area are arbitrarily selected from each of the rough surface areas of the three present invention side reinforcing members and the three comparative example side reinforcing members, and are referred to as the first to fourth areas here. The ten-point average roughness Rz, the average interval S of the local peaks, and the arithmetic mean slope RΔa of the first to fourth areas of the three present invention side reinforcing members and the three comparative example side reinforcing members are shown in Tables 1 and 2. The ten-point average roughness Rz is in accordance with the JIS B 0601-1982 standard, the average interval S of the local peaks is in accordance with the JIS B 0601-1994 standard, and the arithmetic mean slope RΔa is the same as that already described with reference to FIG. 4. Tables 1 and 2 also show the ten-point average roughness Rz, the average interval S between local peaks, and the four-point average arithmetic mean slope RΔa of the first to fourth areas of the rough surface region. In Tables 1 and 2, the reference measurement length used as the basis for measuring the ten-point average roughness Rz, the average interval S between local peaks, and the arithmetic mean slope RΔa of the rough surface region 4 is 5 mm. Even if the reference measurement length is 5 mm, by combining all or any of the first to fourth areas, the reference measurement length can be substantially extended to at least 12.5 mm, so that substantially the same evaluation values (ten-point average roughness Rz, average interval S between local peaks, and arithmetic mean slope RΔa) as those obtained when the reference measurement length is 12.5 mm can be obtained. In addition, the indication of "average" in each of Tables 1, 2, and 5 to 8 represents the corresponding four-point average of ten-point mean roughness, four-point average of average interval, and four-point average of arithmetic mean slope.

表1及び表2を参照して両者の十点平均粗さ4点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、十点平均粗さ4点平均の最小値が48.94(μm)(表1の補強部材No1参照)で、十点平均粗さ4点平均の最大値が52.08(μm)(表1の補強部材No3参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、十点平均粗さ4点平均の最小値が46.64(μm)(表2の補強部材No1参照)で、十点平均粗さ4点平均の最大値が44.07(μm)(表2の補強部材No3参照)ある。 Comparing the 4-point average ten-point roughness of both with reference to Tables 1 and 2, the rough surface area of the reinforcing member of the present invention has a minimum ten-point average four-point roughness of 48.94 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 1) and a maximum ten-point average four-point roughness of 52.08 (μm) (see reinforcing member No. 3 in Table 1), whereas the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example has a minimum ten-point average four-point roughness of 46.64 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 2) and a maximum ten-point average four-point roughness of 44.07 (μm) (see reinforcing member No. 3 in Table 2).

表1及び表2を参照して両者の平均間隔4点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、平均間隔4点平均の最小値が1103.29(μm)(表1の補強部材No3参照)で、平均間隔4点平均の最大値が111.30(μm)(表1の補強部材No2参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、平均間隔4点平均の最小値が116.96(μm)(表2の補強部材No1参照)で、平均間隔4点平均の最大値が119.48(μm)(表2の補強部材No2参照)である。両者の平均間隔4点平均には大きな差があることが確認できた。つまり、本発明側補強部材の粗面領域の方が、比較例側補強部材の粗面領域よりも、たくさんの凹凸部が存在することが確認できた。また、表1を参照すると、本発明側補強部材の粗面領域では、各面における局部山頂の平均間隔Sの平均が90.00(μm)以上で、且つ116.9(μm)以下である。 Comparing the four-point average spacing of both with reference to Tables 1 and 2, in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention, the minimum value of the four-point average spacing is 1103.29 (μm) (see reinforcing member No. 3 in Table 1), and the maximum value of the four-point average spacing is 111.30 (μm) (see reinforcing member No. 2 in Table 1), whereas in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example, the minimum value of the four-point average spacing is 116.96 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 2), and the maximum value of the four-point average spacing is 119.48 (μm) (see reinforcing member No. 2 in Table 2). It was confirmed that there is a large difference between the four-point average spacing of both. In other words, it was confirmed that there are more uneven parts in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention than in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example. Also, referring to Table 1, in the rough surface region of the side reinforcing member of the present invention, the average distance S between local peaks on each surface is 90.00 (μm) or more and 116.9 (μm) or less.

表1及び表2を参照して両者の算術平均傾斜4点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、算術平均傾斜4点平均の最小値が0.36(表1の補強部材No1参照)で、算術平均傾斜4点平均の最大値が0.38(表1の補強部材No3参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、算術平均傾斜4点平均の最小値が0.31(表2の補強部材No3参照)で、算術平均傾斜4点平均の最大値が0.32(表1の補強部材No1,2参照)である。両者の算術平均傾斜4点平均には大きな差があることが確認できた。つまり、本発明側補強部材の粗面領域の突出部の方が、比較例側補強部材の粗面領域の突出部よりも、鋭く尖っていることが確認できた。また、表1を参照すると、本発明側補強部材の粗面領域では、各面における算術平均傾斜4点平均の平均が0.34以上である。 Comparing the arithmetic mean slope four-point averages of both with reference to Tables 1 and 2, in the rough surface area of the reinforcement member of the present invention, the minimum value of the arithmetic mean slope four-point average is 0.36 (see reinforcement member No. 1 in Table 1) and the maximum value of the arithmetic mean slope four-point average is 0.38 (see reinforcement member No. 3 in Table 1), whereas in the rough surface area of the reinforcement member of the comparative example, the minimum value of the arithmetic mean slope four-point average is 0.31 (see reinforcement member No. 3 in Table 2) and the maximum value of the arithmetic mean slope four-point average is 0.32 (see reinforcement members No. 1 and 2 in Table 1). It was confirmed that there is a large difference between the arithmetic mean slope four-point averages of both. In other words, it was confirmed that the protrusions of the rough surface area of the reinforcement member of the present invention are sharper than the protrusions of the rough surface area of the reinforcement member of the comparative example. Also, with reference to Table 1, in the rough surface area of the reinforcement member of the present invention, the average of the arithmetic mean slope four-point average on each surface is 0.34 or more.

<十点平均粗さ2点平均、平均間隔2点平均、算術平均傾斜2点平均の比較>
本実施例では、粗面領域の十点平均粗さ2点平均、平均間隔2点平均、算術平均傾斜2点平均の基礎となる粗面領域における2つの領域を、3つの本発明側補強部材の粗面領域及び3つの比較例側補強部材の粗面領域のそれぞれから任意に選択し、ここではそれらを第一,二エリアと呼ぶこととする。測定の基準となる基準測定長さを12.5(mm)として、3つの本発明側補強部材及び3つの比較例側補強部材のそれぞれの第一,二エリアの十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaを表3及び表4に示す。なお、十点平均粗さRzは、JIS B 0601-1982規定に準拠したものであり、局部山頂の平均間隔Sは、JIS B 0601-1994規定に準拠したものであり、算術平均傾斜RΔaは、図4を参照して既に説明したものと同様である。そして、表3及び表4では、第一,二エリアの十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaに基づいて導出された十点平均粗さ2点平均、平均間隔2点平均、算術平均傾斜2点平均も記載してある。十点平均粗さ2点平均は、粗面領域における2つの領域のそれぞれにおいてJIS B 0601-1982の規定に準拠して、上記基準測定長さの範囲での断面曲線に基づいて導出した十点平均粗さRzの平均を表す。平均間隔2点平均は、粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいてJIS B 0601-1994の規定に準拠して、上記基準測定長さの範囲での粗さ曲線に基づいて導出した局部山頂の平均間隔S(隣接する突出部の頂部の平均間隔)の平均を表す。算術平均傾斜2点平均は、上記基準測定長さの範囲での粗さ曲線に基づいて導出した凹凸部5の突出部7の算術平均傾斜RΔaの平均を表す。また、各表3,4における「平均」の表示は、対応する十点平均粗さ2点平均、平均間隔2点平均、算術平均傾斜2点平均を表すものとする。
<Comparison of 2-point average of ten-point average roughness, 2-point average of average spacing, and 2-point average of arithmetic mean slope>
In this embodiment, two areas in the rough surface area that are the basis of the two-point average of the ten-point average roughness, two-point average of the average interval, and two-point average of the arithmetic mean slope of the rough surface area are arbitrarily selected from the rough surface areas of the three present invention side reinforcing members and the three comparative example side reinforcing members, and are referred to as the first and second areas here. The reference measurement length that is the basis of the measurement is 12.5 (mm), and the ten-point average roughness Rz, the average interval S of the local peaks, and the arithmetic mean slope RΔa of the first and second areas of the three present invention side reinforcing members and the three comparative example side reinforcing members are shown in Tables 3 and 4. The ten-point average roughness Rz is in accordance with the JIS B 0601-1982 standard, the average interval S of the local peaks is in accordance with the JIS B 0601-1994 standard, and the arithmetic mean slope RΔa is the same as that already described with reference to FIG. 4. Tables 3 and 4 also show the ten-point average roughness Rz, the average interval S of the local peaks, and the two-point average ten-point average roughness, two-point average average interval, and two-point average arithmetic mean slope derived based on the arithmetic mean slope RΔa of the first and second areas. The two-point average ten-point average roughness represents the average of the ten-point average roughness Rz derived based on the cross-sectional curve in the range of the reference measurement length in accordance with the provisions of JIS B 0601-1982 in each of the two regions in the rough surface region. The two-point average average interval represents the average of the average interval S of the local peaks (the average interval between the peaks of adjacent protrusions) derived based on the roughness curve in the range of the reference measurement length in accordance with the provisions of JIS B 0601-1994 in each of the four regions in the rough surface region. The two-point average arithmetic mean slope represents the average of the arithmetic mean slope RΔa of the protrusions 7 of the uneven portion 5 derived based on the roughness curve in the range of the reference measurement length. In addition, the term "average" in each of Tables 3 and 4 represents the corresponding two-point average of ten-point mean roughness, two-point average of average interval, and two-point average of arithmetic mean slope.

表3及び表4を参照して両者の十点平均粗さ2点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、十点平均粗さ2点平均の最小値が63.96(μm)(表3の補強部材No3参照)で、十点平均粗さ2点平均の最大値が68.80(μm)(表3の補強部材No1参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、十点平均粗さ2点平均の最小値が57.01(μm)(表4の補強部材No2参照)で、十点平均粗さ2点平均の最大値が66.30(μm)(表4の補強部材No1参照)である。つまり、本発明側補強部材の粗面領域の方が、比較例側補強部材の粗面領域よりも十点平均粗さ2点平均が高いことが確認できた。 Comparing the two-point average ten-point roughness values of both reinforcing members with reference to Tables 3 and 4, the minimum two-point average ten-point roughness value in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention is 63.96 (μm) (see reinforcing member No. 3 in Table 3) and the maximum two-point average ten-point roughness value is 68.80 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 3), whereas the minimum two-point average ten-point roughness value in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example is 57.01 (μm) (see reinforcing member No. 2 in Table 4) and the maximum two-point average ten-point roughness value is 66.30 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 4). In other words, it was confirmed that the rough surface area of the reinforcing member of the present invention has a higher two-point average ten-point roughness value than the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example.

表3及び表4を参照して両者の平均間隔2点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、平均間隔2点平均の最小値が106.46(μm)(表3の補強部材No2参照)で、平均間隔2点平均の最大値が118.86(μm)(表3の補強部材No1参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、平均間隔2点平均の最小値が121.54(μm)(表4の補強部材No2参照)で、平均間隔2点平均の最大値が129.68(μm)(表4の補強部材No1参照)である。両者の平均間隔2点平均には大きな差があることが確認できた。つまり、本発明側補強部材の粗面領域の方が、比較例側補強部材の粗面領域よりも、たくさんの凹凸部が存在することが確認できた。 Comparing the two-point average spacing of both with reference to Tables 3 and 4, in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention, the minimum value of the two-point average spacing is 106.46 (μm) (see reinforcing member No. 2 in Table 3) and the maximum value of the two-point average spacing is 118.86 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 3), whereas in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example, the minimum value of the two-point average spacing is 121.54 (μm) (see reinforcing member No. 2 in Table 4) and the maximum value of the two-point average spacing is 129.68 (μm) (see reinforcing member No. 1 in Table 4). It was confirmed that there is a large difference between the two-point average spacing of both. In other words, it was confirmed that there are more uneven parts in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention than in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example.

表3及び表4を参照して両者の算術平均傾斜2点平均を比較すると、本発明側補強部材の粗面領域では、算術平均傾斜2点平均の最小値が0.46(表3の補強部材No3参照)で、算術平均傾斜2点平均の最大値が0.50(表3の補強部材No2参照)であるのに対して、比較例側補強部材の粗面領域では、算術平均傾斜2点平均の最小値が0.30(表4の補強部材No3参照)で、算術平均傾斜2点平均の最大値が0.33(表4の補強部材No1参照)である。両者の平均間隔2点平均には大きな差があることが確認できた。つまり、本発明側補強部材の粗面領域の突出部の方が、比較例側補強部材の粗面領域の突出部よりも、鋭く尖っていることが確認できた。また、表3を参照すると、本発明側補強部材の粗面領域では、各面における算術平均傾斜2点平均が0.34以上である。 Comparing the two-point average arithmetic mean slopes of both with reference to Tables 3 and 4, in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention, the minimum value of the two-point average arithmetic mean slope is 0.46 (see reinforcing member No. 3 in Table 3) and the maximum value of the two-point average arithmetic mean slope is 0.50 (see reinforcing member No. 2 in Table 3), whereas in the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example, the minimum value of the two-point average arithmetic mean slope is 0.30 (see reinforcing member No. 3 in Table 4) and the maximum value of the two-point average arithmetic mean slope is 0.33 (see reinforcing member No. 1 in Table 4). It was confirmed that there was a large difference in the two-point average average intervals of both. In other words, it was confirmed that the protrusions of the rough surface area of the reinforcing member of the present invention were more sharply pointed than the protrusions of the rough surface area of the reinforcing member of the comparative example. Also, with reference to Table 3, in the rough surface area of the reinforcing member of the present invention, the two-point average arithmetic mean slope on each surface is 0.34 or more.

<粗面領域の元素分析の比較>
本発明者は、本発明側補強部材の粗面領域及び比較例側補強部材の粗面領域をEPMAにより観察倍率40倍にてSEM像観察(図7(A),(B)のそれぞれの左上領域)、及びFe-Kα線(図7(A),(B)のそれぞれの左下領域)、Al-Kα線(図7(A),(B)のそれぞれの右上領域)、Cu-Kα線(図7(A),(B)のそれぞれの右下領域)による特性X線像観察を実施した。
<Comparison of elemental analysis of rough surface area>
The inventors conducted SEM image observations (upper left regions of each of Figures 7(A) and (B)) of the rough surface regions of the reinforcing member of the present invention and the comparative example using an EPMA at a magnification of 40x, as well as characteristic X-ray image observations using Fe-Kα radiation (lower left regions of each of Figures 7(A) and (B)), Al-Kα radiation (upper right regions of each of Figures 7(A) and (B)), and Cu-Kα radiation (lower right regions of each of Figures 7(A) and (B)).

図7(A)の右上領域のSEM像写真から明らかなように、本発明側補強部材の粗面領域には、Alを含むAl領域(白色(薄いグレー)の領域)が多数分布している。Al領域は、Al元素が存在することを意味し、相対値として白色に近いほど検出強度が強く、Al元素が多く存在することを示している。 As is clear from the SEM image in the upper right region of Figure 7 (A), numerous Al regions (white (light gray) regions) containing Al are distributed in the rough surface region of the reinforcing member of the present invention. The Al regions indicate the presence of Al elements, and the closer to white the region is in relative terms, the stronger the detection intensity, indicating the presence of a large amount of Al elements.

また、図7(A)の右下領域のSEM像写真から明らかなように、本発明側補強部材の粗面領域には、白色(薄いグレー)の領域が多数分布している。白色(薄いグレー)の領域は、Cuで構成されるCu領域である。図7(B)の右下領域のSEM像写真と比較すると、表面に露出するCu領域の合計面積は、図7(A)の写真の方が明らかに大きい。ブラスト処理でアルミナグリッドを用いる場合、噴射されるアルミナグリッドが補強部材に衝突するだけでなく、アルミナグリッド自体も粉砕されて更に細かくなって補強部材に衝突する。結果、粉砕されて更に細かくなったアルミナグリッドもある分、単位面積当たりに補強部材に衝突するアルミナグリッドは多くなり、補強部材の表面が多く削られると推測されるので、本発明側補強部材の粗面領域において表面に露出するCu領域の表面積は大きくなると推測される。一方で、ブラスト処理でスチールグリッドを用いる場合、スチールグリッド自体が粉砕されて更に細かくなって補強部材100に衝突するということが多くないので、単位面積当たりに補強部材に衝突するスチールグリッドは、アルミナグリッドよりも少ないと推測される。このため、比較例側補強部材の粗面領域に露出するCu領域の表面積は、本発明側補強部材の粗面領域に露出するCu領域の表面積よりも小さい。 Also, as is clear from the SEM image photograph in the lower right region of FIG. 7(A), many white (light gray) regions are distributed in the rough surface region of the reinforcing member of the present invention. The white (light gray) regions are Cu regions composed of Cu. Compared with the SEM image photograph in the lower right region of FIG. 7(B), the total area of the Cu regions exposed on the surface is clearly larger in the photograph of FIG. 7(A). When an alumina grid is used in the blasting process, not only does the alumina grid being sprayed collide with the reinforcing member, but the alumina grid itself is also crushed and further fined to collide with the reinforcing member. As a result, since some of the alumina grid is crushed and further fined, the number of alumina grids colliding with the reinforcing member per unit area increases, and it is presumed that the surface of the reinforcing member is largely scraped off, so that the surface area of the Cu region exposed on the surface in the rough surface region of the reinforcing member of the present invention is presumed to be large. On the other hand, when a steel grid is used in the blasting process, the steel grid itself is not often crushed into smaller pieces and collides with the reinforcing member 100, so it is assumed that the amount of steel grid that collides with the reinforcing member per unit area is less than that of an alumina grid. Therefore, the surface area of the Cu region exposed to the rough surface area of the comparative example reinforcing member is smaller than the surface area of the Cu region exposed to the rough surface area of the present invention reinforcing member.

本願発明者は、本実施形態における焼結体の特性を検証するために、質量%で、C:1.00%、Cu:10%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する補強部材(図1(A)に示す補強部材100を参照)を複数作成した。そして、第一実施例で用いたショットブラスト装置を用い、各補強部材に対して設定条件を変えたブラスト処理を行って、12個の本発明側補強部材を設けた。 In order to verify the characteristics of the sintered body in this embodiment, the inventors of the present application created multiple reinforcing members (see reinforcing member 100 shown in Figure 1 (A)) containing, by mass%, 1.00% C, 10% Cu, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. Then, using the shot blasting device used in the first embodiment, blasting treatment was performed on each reinforcing member under different setting conditions, and 12 reinforcing members of the present invention were created.

具体的には、ブラスト処理の第一設定条件として、エア圧を5(kg/cm)、ショット時間(噴射時間:以下同じ)を8(s)に設定し、20メッシュ(#20)のアルミナグリッドを用いて、ショットブラスト装置により2つの補強部材にそれぞれにブラスト処理を施して、2個の本発明側補強部材を設けた。なお、20メッシュ(#20)では、アルミナグリッドは、600~1700(μm)の範囲の粒度分布を有する。 Specifically, as the first set conditions for the blasting treatment, the air pressure was set to 5 (kg/ cm2 ), the shot time (spray time: the same below) was set to 8 (s), and the two reinforcing members were each blasted with a shot blasting device using a 20 mesh (#20) alumina grid to provide two reinforcing members on the present invention side. Note that, for the 20 mesh (#20) alumina grid, the particle size distribution is in the range of 600 to 1700 (μm).

また、ブラスト処理の第二設定条件として、エア圧を5(kg/cm)、ショット時間を8(s)に設定し、16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いて、ショットブラスト装置により2つの補強部材にブラスト処理を施して、2個の本発明側補強部材を設けた。 As a second set condition for the blasting treatment, the air pressure was set to 5 (kg/ cm2 ) and the shot time was set to 8 (s), and a 16 mesh (#16) alumina grid was used to blast the two reinforcing members with a shot blasting device, thereby providing two reinforcing members on the present invention side.

また、ブラスト処理の第三設定条件として、エア圧を5(kg/cm)、ショット時間を上記の半分の4(s)に設定し、16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いて、ショットブラスト装置により2つの補強部材にブラスト処理を施して、2個の本発明側補強部材を設けた。 As a third set condition for the blasting treatment, the air pressure was set to 5 (kg/ cm2 ) and the shot time was set to 4 (s), half the above. Using an alumina grid of 16 mesh (#16), the two reinforcing members were blasted using a shot blasting device to provide two reinforcing members on the present invention side.

また、ブラスト処理の第四設定条件として、エア圧を上記よりも大きい5.5(kg/cm)、ショット時間を8(s)に設定し、16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いて、ショットブラスト装置により2つの補強部材にブラスト処理を施して、2個の本発明側補強部材を設けた。 As a fourth setting condition for the blasting treatment, the air pressure was set to 5.5 (kg/ cm2 ), which was higher than the above, and the shot time was set to 8 (s). Using an alumina grid of 16 mesh (#16), the two reinforcing members were blasted with a shot blasting device to provide two reinforcing members on the present invention side.

また、ブラスト処理の第五設定条件として、エア圧を上記よりも大きい5.5(kg/cm)、ショット時間を上記の半分の4(s)に設定し、16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いて、ショットブラスト装置により2つの補強部材にブラスト処理を施して、2個の本発明側補強部材を設けた。 As a fifth setting condition for the blasting treatment, the air pressure was set to 5.5 (kg/ cm2 ), which was higher than the above, and the shot time was set to 4 (s), which was half the above. Using a 16 mesh (#16) alumina grid, the two reinforcing members were blasted using a shot blasting device, thereby providing two reinforcing members on the present invention side.

以上のようにして設けた12個の本発明側補強部材に形成される粗面領域における第一~第四エリアの十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaを表5~表8に示す。なお、表5~表8では、粗面領域4の十点平均粗さRz、局部山頂の平均間隔S、算術平均傾斜RΔaの測定の基準となる基準測定長さは、5(mm)である。 The ten-point average roughness Rz, average spacing S between local peaks, and arithmetic mean slope RΔa of the first to fourth areas in the rough surface regions formed on the twelve side reinforcement members of the present invention thus prepared are shown in Tables 5 to 8. In Tables 5 to 8, the reference measurement length used to measure the ten-point average roughness Rz, average spacing S between local peaks, and arithmetic mean slope RΔa of rough surface region 4 is 5 (mm).

表5によれば、本発明側補強部材の各面に形成される粗面領域の十点平均粗さ4点平均は、20メッシュ(#20)のアルミナグリッドよりも16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いた方が大きくなることが確認できる。 From Table 5, it can be seen that the ten-point average roughness (four-point average) of the roughened surface area formed on each surface of the side reinforcing member of the present invention is greater when a 16-mesh (#16) alumina grid is used than when a 20-mesh (#20) alumina grid is used.

表6によれば、本発明側補強部材の各面に形成される粗面領域の平均間隔4点平均は、16メッシュ(#16)のアルミナグリッドよりも20メッシュ(#20)のアルミナグリッドを用いた方が小さくなることが確認できる。また、表6によれば、本発明側補強部材の各面に形成される粗面領域の平均間隔4点平均は、ショットブラスト装置のエア圧を小さくした方が小さくなることが確認できる。 Table 6 confirms that the four-point average spacing of the rough surface area formed on each side of the side reinforcing member of the present invention is smaller when a 20-mesh (#20) alumina grid is used than when a 16-mesh (#16) alumina grid is used. Table 6 also confirms that the four-point average spacing of the rough surface area formed on each side of the side reinforcing member of the present invention is smaller when the air pressure of the shot blasting device is reduced.

表7によれば、本発明側補強部材の各面に形成される粗面領域の算術平均傾斜4点平均は、20メッシュ(#20)のアルミナグリッドよりも16メッシュ(#16)のアルミナグリッドを用いた方がやや大きくなることが確認できる。また、ショットブラスト装置のエア圧やショット時間が算術平均傾斜4点平均に与える影響は小さい。 From Table 7, it can be seen that the arithmetic mean slope four-point average of the rough surface area formed on each surface of the side reinforcing member of the present invention is slightly larger when a 16 mesh (#16) alumina grid is used than when a 20 mesh (#20) alumina grid is used. In addition, the air pressure and shot time of the shot blasting device have little effect on the arithmetic mean slope four-point average.

次に、本願発明者は、本発明側補強部材をアルミニウム合金で鋳包んで、図3に示す所定形状のアルミニウム合金製部材を作成した。具体的には、アルミニウム合金製部材を形成する鋳型の所定位置に本発明側補強部材を装着し、鋳型内にアルミニウム合金(ADC12)の溶湯をダイキャストで高圧注入することより上記アルミニウム合金製部材を作成した。比較例として本発明側補強部材を比較例側補強部材に置き換えた同形状のアルミニウム合金製部材も作成した。なお、本発明側補強部材及び比較例側補強部材は、実施例1と同様の条件でそれぞれ4つずつ作成した。 The inventors then cast the reinforcing member of the present invention into an aluminum alloy to produce an aluminum alloy member of the specified shape shown in Figure 3. Specifically, the reinforcing member of the present invention was attached to a specified position in a mold for forming the aluminum alloy member, and molten aluminum alloy (ADC12) was injected into the mold at high pressure by die casting to produce the aluminum alloy member. As a comparative example, an aluminum alloy member of the same shape was also produced in which the reinforcing member of the present invention was replaced with a reinforcing member of the comparative example. Four reinforcing members of the present invention and four reinforcing members of the comparative example were produced under the same conditions as in Example 1.

得られた1つのアルミニウム合金製部材から、本発明側補強部材とアルミニウム合金部分の両方を含む部分を切断して、任意の位置a,b(図3参照)で2つの本発明側引張試験片(大きさ:5mm×10mm×長さ30mm)を採取した。比較例としてのアルミニウム合金製部材からも同様に同じ位置a,bで2つの比較例側引張試験片(大きさ:5mm×10mm×長さ30mm)を切断して採取した。なお、本発明側引張試験片には、本発明側補強部材とアルミニウム合金部分の境界部が含まれる。また、比較例側引張試験片には、比較例側補強部材とアルミニウム合金部分の境界部が含まれる。本発明側引張試験片及び比較例側引張試験片の採取方向は、試験片の軸に対し垂直に境界面を含む方向とした。本発明側引張試験片及び比較例側引張試験片を用いて、JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験を実施し、引張強さ(境界強度)を測定した。 From one of the obtained aluminum alloy members, a portion including both the reinforcing member of the present invention and the aluminum alloy portion was cut, and two tensile test pieces (size: 5 mm x 10 mm x length 30 mm) of the present invention were taken at arbitrary positions a and b (see FIG. 3). Similarly, two tensile test pieces (size: 5 mm x 10 mm x length 30 mm) of the comparative example were taken by cutting at the same positions a and b from the aluminum alloy member as the comparative example. The tensile test piece of the present invention includes the boundary between the reinforcing member of the present invention and the aluminum alloy portion. The tensile test piece of the comparative example includes the boundary between the reinforcing member of the comparative example and the aluminum alloy portion. The direction of taking the tensile test piece of the present invention and the tensile test piece of the comparative example was a direction including the boundary surface perpendicular to the axis of the test piece. Using the tensile test piece of the present invention and the tensile test piece of the comparative example, a tensile test conforming to the provisions of JIS Z 2241 was performed, and the tensile strength (boundary strength) was measured.

その結果を表8に示す。表8の境界強度比は、比較例側補強部材の境界強度N1を基準とした時の本発明側引張試験片の境界強度N2の比率(N2/N1)を表す。また、表8において境界強度の比較対象となる比較例側補強部材と本発明側引張試験片の4つの組をNo1~No4と表記する。位置aにおける4つの本発明側引張試験片における境界強度比の平均は、1,72であり、位置bにおける4つの本発明側引張試験片における境界強度比の平均は、2.66であった。また、各境界強度比を見ると、最小値が1.33で、最大値が3.55に達し、且つ半分が2を超えている。以上の結果から、比較例側補強部材の境界強度N1よりも本発明側引張試験片の境界強度N2の方が大きいことが確認できた。 The results are shown in Table 8. The boundary strength ratio in Table 8 represents the ratio (N2/N1) of the boundary strength N2 of the tensile test piece on the present invention side to the boundary strength N1 of the reinforcement member on the comparative example side. In addition, in Table 8, the four sets of the reinforcement member on the comparative example side and the tensile test piece on the present invention side that are compared in boundary strength are represented as No. 1 to No. 4. The average boundary strength ratio of the four tensile test pieces on the present invention side at position a was 1.72, and the average boundary strength ratio of the four tensile test pieces on the present invention side at position b was 2.66. In addition, looking at each boundary strength ratio, the minimum value was 1.33, the maximum value reached 3.55, and half of them exceeded 2. From the above results, it was confirmed that the boundary strength N2 of the tensile test piece on the present invention side was greater than the boundary strength N1 of the reinforcement member on the comparative example side.

以上の引張試験の結果から明らかなように、本発明の焼結体は、アルミニウム合金等の軽金属合金により鋳包まれた場合、従来のものよりも大きな境界強度を有することが確認できた。 As is clear from the results of the tensile tests above, it has been confirmed that the sintered body of the present invention has a greater boundary strength than conventional bodies when cast-in with a light metal alloy such as an aluminum alloy.

次に、本願発明者は、真空焼結工程S102における真空焼結処理の効果を確認するため、実施例1と同様の条件で作成した焼結済前駆体(以下、本発明側焼結済前駆体と呼ぶ。)と、窒素雰囲気下で焼結処理を経た焼結済前駆体(以下、比較例側焼結済前駆体と呼ぶ。)を用意した。なお、本発明側焼結済前駆体は、真空焼結処理(真空焼結工程S102)を施しているが、ブラスト処理は施されていない補強部材である。また、比較例側焼結済前駆体は、真空焼結処理を窒素ガス雰囲気下での焼結処理(雰囲気焼結処理)に置き換えて設けられたものであり、ブラスト処理は施されていない補強部材である。 Next, in order to confirm the effect of the vacuum sintering process in the vacuum sintering step S102, the inventors prepared a sintered precursor (hereinafter referred to as the sintered precursor of the present invention) made under the same conditions as in Example 1, and a sintered precursor (hereinafter referred to as the sintered precursor of the comparative example) that had been sintered under a nitrogen atmosphere. The sintered precursor of the present invention is a reinforcing member that has been subjected to a vacuum sintering process (vacuum sintering step S102) but not a blasting process. The sintered precursor of the comparative example is a reinforcing member that has been provided by replacing the vacuum sintering process with a sintering process under a nitrogen gas atmosphere (atmospheric sintering process) and has not been blasted.

そして、本発明側焼結済前駆体と、比較例側焼結済前駆体をアルミニウム合金で鋳包んで、実施例3と同様の上記アルミニウム合金製部材をそれぞれ5つずつ合計で10個作成した。そして、各アルミニウム合金製部材から実施例3と同様の試験片をそれぞれ5つずつ合計で10個採取した。本発明側焼結済前駆体が含まれる5個の試験片では、5個全部の試験片において本発明側焼結済前駆体とアルミニウム合金部分の境界部に剥離が見られなかった。しかしながら、比較例側焼結済前駆体が含まれる5個の試験片では、5個中3個の試験片に、比較例側焼結済前駆体とアルミニウム合金部分の境界部に剥離が見られた。結果、引張試験で境界強度を測定するまでもなく、比較例側焼結済前駆体よりも本発明側焼結済前駆体の方が、境界強度が優れていることを確認できた。これにより、境界強度の観点から、雰囲気焼結処理よりも真空焼結処理の方が優れていることが確認できた。 Then, the sintered precursor of the present invention and the sintered precursor of the comparative example were cast in an aluminum alloy to produce 10 aluminum alloy members, five of each, similar to those in Example 3. Five test pieces, a total of 10, similar to those in Example 3 were taken from each aluminum alloy member. In the five test pieces containing the sintered precursor of the present invention, no peeling was observed at the boundary between the sintered precursor of the present invention and the aluminum alloy part in any of the five test pieces. However, in the five test pieces containing the sintered precursor of the comparative example, peeling was observed at the boundary between the sintered precursor of the comparative example and the aluminum alloy part in three of the five test pieces. As a result, it was confirmed that the sintered precursor of the present invention had superior boundary strength to the sintered precursor of the comparative example, even without measuring the boundary strength in a tensile test. This confirmed that vacuum sintering is superior to atmospheric sintering in terms of boundary strength.

尚、本発明の焼結体、及び焼結体の製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The sintered body and the method for manufacturing the sintered body of the present invention are not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

1 焼結体
2 内燃機関
3 軸受部
4 粗面領域
5 凹凸部
6 窪み部
7 突出部
8 アルミナ領域
9 遊離Cu相
9A 第一遊離Cu相
9B 第二遊離Cu相
10 空孔
11 アルミニウム合金
12 空気層
20 内周面側鋳包み部
100 補強部材
110 本体部
120 延在部
130 内周面
140 外周面
150 貫通孔
160 正面
170 背面
S100 粉末混合工程
S110 成型工程
S120 加工工程
S130 真空焼結工程
S140 ブラスト処理工程
REFERENCE SIGNS LIST 1 sintered body 2 internal combustion engine 3 bearing portion 4 rough surface region 5 uneven portion 6 recessed portion 7 protrusion portion 8 alumina region 9 free Cu phase 9A first free Cu phase 9B second free Cu phase 10 void 11 aluminum alloy 12 air space 20 inner peripheral surface side cast-in insert portion 100 reinforcing member 110 main body portion 120 extension portion 130 inner peripheral surface 140 outer peripheral surface 150 through hole 160 front surface 170 rear surface S100 powder mixing process S110 molding process S120 machining process S130 vacuum sintering process S140 blasting process

Claims (16)

軽金属合金で鋳包まれる焼結体の製造方法であって、
質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成の金属粉末を所望の形状に成型することにより圧粉体を設ける成型工程と、
前記圧粉体を真空下で焼結することにより前記焼結体を設ける真空焼結工程と、
前記焼結体の表面の少なくとも一部に対してアルミナ粒子を含む粒子を吹き付けるブラスト処理により、前記焼結体の表面に複数の凹凸部を有する粗面領域を設けるブラスト処理工程と、
を備えることを特徴とする、
焼結体の製造方法。
A method for producing a sintered body that is cast-in with a light metal alloy, comprising the steps of:
A molding process of forming a metal powder having a composition, in mass%, containing 0.5 to 2.5% C, 5 to 40% Cu, and the remainder being mainly composed of Fe, into a desired shape to obtain a green compact;
a vacuum sintering step of sintering the green compact under vacuum to provide a sintered body;
a blasting process for providing a rough surface region having a plurality of projections and recesses on the surface of the sintered body by blasting particles containing alumina particles against at least a part of the surface of the sintered body;
The present invention is characterized in that it comprises
A method for manufacturing a sintered body.
前記金属粉末には、還元法、又は機械的粉砕法により造粉された還元鉄粉が含まれることを特徴とする、
請求項1に記載の焼結体の製造方法。
The metal powder includes reduced iron powder produced by a reduction method or a mechanical pulverization method.
A method for producing the sintered body according to claim 1.
前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した前記凹凸部の凸部分を構成する突出部の算術平均傾斜RΔaの平均を算術平均傾斜4点平均と定義し、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した隣接する前記突出部の頂点の平均間隔Sの前記粗面領域における平均を平均間隔4点平均と定義した際、
前記ブラスト処理工程では、前記算術平均傾斜4点平均が0.34以上で、前記平均間隔4点平均が116.9μm以下となるようにブラスト処理が行われることを特徴とする、
請求項1に記載の焼結体の製造方法。
The average of the arithmetic mean slope RΔa of the protrusions constituting the convex portion of the unevenness portion derived in each of the four regions in the rough surface region is defined as the arithmetic mean slope four-point average, and the average of the average spacing S of the apexes of the adjacent protrusions derived in each of the four regions in the rough surface region is defined as the average spacing four-point average,
In the blasting process, the blasting is performed so that the arithmetic mean slope four-point average is 0.34 or more and the average interval four-point average is 116.9 μm or less.
A method for producing the sintered body according to claim 1.
前記ブラスト処理工程では、前記平均間隔4点平均が90μm以上となるようにブラスト処理が行われることを特徴とする、
請求項3に記載の焼結体の製造方法。
In the blasting process, the blasting is performed so that the four-point average interval is 90 μm or more.
A method for producing the sintered body according to claim 3.
前記ブラスト処理工程では、300~1700μmの範囲の粒度分布を有する前記アルミナ粒子を用いることを特徴とする、
請求項3に記載の焼結体の製造方法。
The blasting process is characterized in that the alumina particles having a particle size distribution in the range of 300 to 1700 μm are used.
A method for producing the sintered body according to claim 3.
前記ブラスト処理工程では、アルミナで構成されるアルミナ領域が前記粗面領域の表面に露出するように設けられることを特徴とする、
請求項1に記載の焼結体の製造方法。
In the blasting process, an alumina region made of alumina is provided so as to be exposed on the surface of the roughened surface region.
A method for producing the sintered body according to claim 1.
前記アルミナ領域は、前記凹凸部の凹部分を構成する窪み部の最深部を起点として前記窪み部の深さ方向の前記焼結体の内部側に広がることを特徴とする、
請求項6に記載の焼結体の製造方法。
the alumina region extends from a deepest portion of a depression portion constituting a concave portion of the uneven portion to an inner side of the sintered body in a depth direction of the depression portion.
A method for producing the sintered body according to claim 6.
前記アルミナ領域の少なくとも一部は、前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記軽金属合金に接触することを特徴とする、
請求項6に記載の焼結体の製造方法。
At least a part of the alumina region is in contact with the light metal alloy when the sintered body is cast-in with the light metal alloy.
A method for producing the sintered body according to claim 6.
前記真空焼結工程では、前記粗面領域の表面近傍の前記焼結体の空孔の圧力が真空にされ、
前記ブラスト処理工程では、前記空孔を塞ぐ遊離Cu相が前記粗面領域の表面に露出し、
前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記空孔を塞ぐ前記遊離Cu相に前記軽金属合金の溶湯が接触して、前記空孔の内部と外部の圧力差により前記軽金属合金の溶湯が前記空孔に移動することを特徴とする、
請求項1に記載の焼結体の製造方法。
In the vacuum sintering step, the pressure in the pores of the sintered body near the surface of the rough surface region is made vacuum,
In the blasting process, a free Cu phase that fills the pores is exposed on the surface of the roughened surface region,
When the sintered body is cast-in with the light metal alloy, the molten metal of the light metal alloy comes into contact with the free Cu phase that blocks the voids, and the molten metal of the light metal alloy moves into the voids due to a pressure difference between the inside and outside of the voids.
A method for producing the sintered body according to claim 1.
軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、
前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、
自身の外周面において複数の凹凸部を有する粗面領域を備え、
前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した前記凹凸部の凸部分を構成する突出部の算術平均傾斜RΔaの平均を算術平均傾斜4点平均と定義し、前記粗面領域における4つの領域のそれぞれにおいて導出した隣接する前記突出部の頂点の平均間隔Sの前記粗面領域における平均を平均間隔4点平均と定義した際、
前記算術平均傾斜4点平均が0.34以上で、前記平均間隔4点平均が116.9μm以下であることを特徴とする、
焼結体。
A sintered body cast in a light metal alloy,
The sintered body has a composition, in mass%, containing C: 0.5 to 2.5%, Cu: 5 to 40%, and the remainder being mainly composed of Fe;
A rough surface area having a plurality of projections and recesses on an outer circumferential surface of the rough surface area;
The average of the arithmetic mean slopes RΔa of the protrusions constituting the convex portions of the unevenness, which are derived in each of the four regions in the rough surface region, is defined as the arithmetic mean slope four-point average, and the average of the average spacing S of the apexes of the adjacent protrusions, which are derived in each of the four regions in the rough surface region, is defined as the average spacing four-point average,
The four-point average of the arithmetic mean slope is 0.34 or more, and the four-point average of the average spacing is 116.9 μm or less.
Sintered body.
前記平均間隔4点平均が90μm以上であることを特徴とする、
請求項10に記載の焼結体。
The four-point average interval is 90 μm or more.
The sintered body according to claim 10.
前記粗面領域は、アルミナで構成され、且つ前記粗面領域の表面に露出するアルミナ領域を有することを特徴とする、
請求項10に記載の焼結体。
The rough surface region is made of alumina and has an alumina region exposed on a surface of the rough surface region.
The sintered body according to claim 10.
前記アルミナ領域は、前記凹凸部の凹部分を構成する窪み部の最深部を起点として前記窪み部の深さ方向の前記焼結体の内部側に広がることを特徴とする、
請求項12に記載の焼結体。
the alumina region extends from a deepest portion of a depression portion constituting a concave portion of the uneven portion to an inner side of the sintered body in a depth direction of the depression portion.
The sintered body according to claim 12.
軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、
前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、
自身の外周面において複数の凹凸部を有する粗面領域を備え、
前記粗面領域は、前記粗面領域の少なくとも一部の表面に露出し、アルミナで構成されるアルミナ領域を有することを特徴とする、
焼結体。
A sintered body cast in a light metal alloy,
The sintered body has a composition, in mass%, containing C: 0.5 to 2.5%, Cu: 5 to 40%, and the remainder being mainly composed of Fe;
A rough surface area having a plurality of projections and recesses on an outer circumferential surface of the rough surface area;
The rough surface region is characterized in that it has an alumina region exposed on at least a portion of the surface of the rough surface region and made of alumina.
Sintered body.
前記軽金属合金で前記焼結体が鋳包れた際、前記アルミナ領域の表面の少なくとも一部は、前記軽金属合金が接触する接触領域が形成されることを特徴とする、
請求項14に記載の焼結体。
When the sintered body is cast-in with the light metal alloy, at least a part of the surface of the alumina region forms a contact region with which the light metal alloy comes into contact.
The sintered body according to claim 14.
軽金属合金で鋳包れる焼結体であって、
前記焼結体は、質量%で、C:0.5~2.5%、Cu:5~40%を含み、残部における主成分がFeとなる組成を有し、
前記焼結体の表面に露出する遊離Cu相で塞がれ、且つ内部が真空の空孔を備え、
前記焼結体が前記軽金属合金で鋳包れる際に、前記空孔を塞ぐ前記遊離Cu相に前記軽金属合金の溶湯が接触して、前記空孔の内部と外部の圧力差により前記軽金属合金の溶湯が前記空孔に移動することを特徴とする、
焼結体。
A sintered body cast in a light metal alloy,
The sintered body has a composition, in mass%, containing C: 0.5 to 2.5%, Cu: 5 to 40%, and the remainder being mainly composed of Fe;
The sintered body has a surface filled with a free Cu phase and a vacuum void inside,
When the sintered body is cast-in with the light metal alloy, the molten metal of the light metal alloy comes into contact with the free Cu phase that blocks the voids, and the molten metal of the light metal alloy moves into the voids due to a pressure difference between the inside and outside of the voids.
Sintered body.
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