CN101166596B

CN101166596B - 滑动部件及其制造方法

Info

Publication number: CN101166596B
Application number: CN2005800495145A
Authority: CN
Inventors: 清水辉夫; 丸山恒夫
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-11-14
Also published as: US20090071290A1; CN101166596A; JP4918966B2; EP1872886A4; WO2006114912A1; US8167971B2; JP2006299346A; KR20070121005A; KR101303516B1; EP1872886B1; EP1872886A1

Abstract

一种滑动部件，能够提高滑动部的表面铜覆盖率。将原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体(6)，烧结该压粉体(6)，形成作为滑动部件的轴承。铜系原料粉末由相比铁系原料粉末(1)平均直径小且相比该铁系原料粉末(1)纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末(2)、和相比该铜系扁平原料粉末(2)平均直径小的铜系小原料粉末(3)构成。而且在表面侧偏析铜。在表面侧偏析铜系扁平原料粉末(2)而得到的轴承，在表面侧不仅露出铜系扁平原料粉末(2)，而且还露出铜系小原料粉末(3)，由此被铜覆盖，可提高表面铜覆盖率。并且利用氟化钙(4)可提高耐热粘性。

Description

滑动部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及轴承等滑动部件及其制造方法。

背景技术

作为可削减摩擦阻力和提高耐久性、并可防止产生噪音的滑动部件，公知有：通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，同时施加振动，并对该原料粉末进行加压，形成压粉体，然后对该压粉体进行烧结而形成的滑动部件，其中，所述铜系原料粉末是相比所述铁系原料粉末纵横比大的扁平粉，在表面侧偏析有铜(例如专利文献1)；和通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，同时施加振动，并对该原料粉末进行加压，形成压粉体，然后对该压粉体进行烧结而形成的滑动部件，其中，所述铜系原料粉末包含铜或铜合金的扁平粉，所述扁平粉的最大投影面积的平均值比所述铁系原料粉末的最大投影面积的平均值大，在表面侧偏析出铜(例如专利文献2)。

另外，公知有一种Fe系烧结合金轴承(例如专利文献3)，其中，含有Cu、C、氟化钙，余量由Fe和不可避免的杂质组成，并且具有以珠光体和贝氏体为主体的基体，通过使所述氟化钙在基体中分散分布，而显著提高耐热粘性，并且，除了将分散分布在基体中的Cu细微化以外，通过抑制Cu在基体中的固溶，起到使尽量多的Cu分散分布在基体中的作用，由此提高韧性。

专利文献1：特开2003-221606号公报

专利文献2：特开2004-84038号公报

专利文献3：特开2001-303217号公报

但是，在专利文献1、2的现有技术中，通过将混合了铁系原料粉末、和由相比该铁系原料粉末纵横比大的扁平粉构成的铜系扁平原料粉末的混合粉，填充在成形模具的填充部中，同时施加振动，使铜系扁平原材料粉末偏析在填充部内的外侧，从而使铜系扁平原料粉末以在厚度方向上相互重叠，并且与厚度交叉的方向与表面侧的长度方向一致的状态，集中并偏析在表面侧，但是，在表面上，不仅露出偏析的铜系扁平原材料粉末，而且在其一部分中还露出了铁系原料粉末，因此在露出在表面上的相邻的铜系扁平原材料粉末之间形成间隙，其结果，在表面上形成铜系原材料粉末与铁系原料粉末之间的间隙，和铜系扁平原材料粉末相互之间的间隙，该间隙会导致不能提高滑动部的表面铜覆盖率。

并且，专利文献3的现有技术虽然可提高耐热粘性，但与专利文献1、2同样，存在着不能提高滑动部的表面铜覆盖率的问题。

需要解决的问题点是，对于通过将铁系原料粉末和相比该铁系原料粉末纵横比大的铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，然后烧结该压粉体，在表面侧偏析铜而构成的滑动部件，提高耐热粘性的同时还提高滑动部的表面铜覆盖率。

发明内容

本发明之1是一种滑动部件，其通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成，其特征在于，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末平均直径小且相比该铁系原料粉末纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末平均直径小的铜系小原料粉末构成，在表面侧偏析铜，且在基体中分散分布氟化钙。

本发明之2是基于本发明之1的滑动部件，其特征在于，滑动部的表面铜覆盖率为80％以上。

本发明之3是基于本发明之1或2的滑动部件，其特征在于，所述铜系扁平原料粉末的纵横比为10以上。

本发明之4是基于本发明之2的滑动部件，其特征在于，所述铜系原料粉末的比例为全体的20～40重量％。

本发明之5是一种滑动部件，其通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成，其特征在于，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末最大投影面积的平均值小且相比该铁系原料粉末纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末最大投影面积的平均值小的铜系小原料粉末构成，在表面侧偏析铜，且在基体中分散分布氟化钙。

本发明之6是基于本发明之5的滑动部件，其特征在于，滑动部的表面铜覆盖率为80％以上。

本发明之7是一种滑动部件的制造方法，通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成滑动部件，所述滑动部件的制造方法的特征在于，在所述填充部中，除了填充所述铁系和铜系原料粉末以外，还填充氟化钙，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末平均直径小且相比该铁系原料粉末纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末平均直径小的铜系小原料粉末构成，使所述填充部内的所述铜系扁平原料粉末在所述压粉体的表面侧偏析。

本发明之8是一种滑动部件的制造方法，通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成滑动部件，所述滑动部件的制造方法的特征在于，在所述填充部中，除了填充所述铁系和铜系原料粉末以外，还填充氟化钙，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末最大投影面积的平均值小且相比该铁系原料粉末纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末最大投影面积的平均值小的铜系小原料粉末构成，使所述填充部内的所述铜系扁平原料粉末在所述压粉体的表面侧偏析。

本发明之9是基于本发明之7或8的滑动部件的制造方法，其特征在于，所述铜系扁平原料粉末的纵横比为10以上。

本发明之10是基于本发明之7～9的任意之一的滑动部件的制造方法，其特征在于，所述铜系扁平原料粉末的比例为全体的20～40重量％。

发明效果

根据本发明之1、5，在由滑动部件构成轴承的情况下，旋转体在不仅露出铜系扁平原料粉末而且还露出铜系小原料粉末、且被铜覆盖的表面侧滑动，从而能够降低旋转轴与表面侧的摩擦系数，进行圆滑的旋转，同时基于铁，可获得规定的强度和耐久性。另外，该构造中，即使旋转体滑动的表面侧发生磨损，由于在表面侧之下含有规定比例的铜，所以滑动部分的耐久性优越。而且，基于氟化钙，可提高耐热粘性。

根据本发明之2、6，可进一步将滑动部的摩擦系数抑制到极低。

根据本发明之3、9，通过将纵横比设定为10以上，通过施加振动，能够使扁平粉良好地偏析在表面侧，从而可获得表面侧的铜浓度高的滑动部件。

根据本发明之4，铜系原料粉末的比例如果小于20重量％，则表面侧的铜的比例下降，摩擦阻力增加，如果超过40重量％，则铜系占全体的比例增加，不利于保持强度。因此，通过采用所述比例，可获得削减摩擦阻力且强度良好的滑动部件。

根据本发明之7、8，通过使用该方法，可获得摩擦系数更低、耐久性、基于氟化钙的耐热粘性优越的滑动部件。

根据本发明之10，铜系扁平原料粉末的比例如果小于20重量％，则表面侧的铜的比例下降，摩擦阻力增加，如果超过40重量％，则铜系占全体的比例增加，不利于保持强度。因此，通过采用所述比例，可获得削减摩擦阻力且强度良好的滑动部件。

附图说明

图1是说明表示本发明实施例1的制造方法的流程图。

图2是表示本发明实施例1的铁系原料粉末的概略主视图。

图3是示出表示本发明实施例1的铜系扁平原料粉末的图，图3(A)是概略侧视图，图3(B)是概略主视图。

图4是表示本发明实施例1的铜系小原料粉末的概略主视图。

图5是表示本发明实施例1的轴承的立体图。

图6是表示本发明实施例1的成形模具的剖面图。

图7是表示本发明实施例1的压粉体的概略剖面图，其中对一部分进行了放大表示。

图8是表示本发明实施例1的径向式磨损试验机的概略图。

图9是表示本发明实施例1的耐热粘性的曲线图。

图中：1-铁系原料粉末；2-铜系扁平原料粉末；3-铜系小原料粉末；4-氟化钙粉末；5-轴承；6-压粉体；11-成形模具；16-填充部；51-滑动面(滑动部)。

具体实施方式

参照附图，对本发明的最佳实施方式进行说明。另外，以下说明的实施方式不是用于限定权利要求书中所记载的本发明的内容。而且，本发明的必要条件不限于以下说明的全部构成。

实施例1

下面对本发明的制造方法进行说明。将铁系原料粉末1、铜系扁平原料粉末2、铜系小原料粉末3和氟化钙(CaF₂)粉末4以规定的比例进行混合(S1)。如图2所示，对于铁系原料粉末1，使用雾化粉等大致球状的不规则形状粉。该铁系原料粉末1的平均直径为50～100μm，优选为60～80μm。另外，如图3所示，对于铜系原料粉末2，使用扁平粉，该扁平粉的纵横比(aspect ratio)(直径D/厚度T)为10以上，优选为20～50。该扁平的铜系原料粉末2的平均直径D为80μm，平均厚度T为1～5μm。另外，在铜系扁平原料粉末2中，可以使用以铜粉末为主体，并混合了2～30重量％的锡粉末的粉末。并且，如图4所示，对于铜系小原料粉末3，使用大致球状的不规则形状粉。该铜系小原料粉末3的平均直径为30～50μm，优选为20μm左右。

由此，铜系扁平原料粉末2的平均直径形成为比铁系原料粉末1的平均直径小，比铜系小原料粉末3的平均直径大。通过这样的大小比较，形成为铜系扁平原料粉末2的最大投影面积A的平均值比铁系原料粉末1的最大投影面积B的平均值小，而且，最大投影面积A的平均值比铜系小原料粉末3的最大投影面积C的平均值大。

如图5所示，轴承5形成为大致圆筒形，在其中央形成使作为旋转体的旋转轴(未图示)旋转滑动的大致圆筒状的滑动面51，在该作为滑动部的滑动面51的长度方向两侧，设有平行且平坦的端面52、53，其外周面54形成为圆筒状。

将所述混合(S1)了铁系原料粉末1、铜系扁平原料粉末2和铜系小原料粉末3的混合粉末填充到成形模具11的填充部16中。在该填充的混合粉中，铜系扁平原料粉末的比例占全体的20～40重量％。

另外，氟化钙粉末4的比例占全体的0.1～5重量％，优选为3～5重量％。对于氟化钙含有量而言，如果其含有量小于0.1％，则其提高韧性的作用不能达到所期望的效果，而其含有量如果超过5％，则韧性急剧下降，不能确保所期望的优良的耐热粘性，因此，将其含有量设定为0.1～5％，优选为2～5％。

图6表示成形模具11的一例，该成形模具11将上下方向设为轴方向(冲压上下轴方向)，并具有冲模12、芯棒13、下冲头14和上冲头15。冲模12呈大致圆筒形状，在该冲模12内，大致圆柱形状的芯棒13处于同轴位置。下冲头14呈大致圆筒形状，从下方上下移动自如地嵌合在冲模12与芯棒13之间。上冲头15呈大致圆筒形状，从上方上下移动自如且插脱自如地嵌合在冲模12与芯棒13之间。而且，在冲模12、芯棒13和下冲头14之间形成填充部16，所述冲模12的内周面形成所述外周面54，所述下冲头14的上面形成所述端面53，所述上冲头15的下面形成所述端面52，芯棒13的外周面形成所述滑动面51。

如图6所示，在所述填充部16中填充混合后的铁系原料粉末1、铜系扁平原料粉末2和铜系小原料粉末3，并对这些原料粉末1、2、3施加振动(S2)。此时，由上冲头15封闭填充部16的上部，在冲头14、15不加压的状态下对填充部16施加加速度为0.01～3G左右的振动。在受到振动时，作为扁平粉的铜系扁平原材料粉末2，向填充部16内的外侧、即滑动面51和外周面54偏析，以在厚度方向上重叠，并且使与厚度交叉的方向与表面侧的长度方向一致的状态集中。并且，在填充部16内的外侧，除了偏析的铜系扁平原材料粉末2以外，在该铜系扁平原材料粉末2的彼此之间有时还露出铁系原料粉末1，但是通过在这样露出在外侧的铁系原料粉末1与铜系扁平原材料粉末2的间隙中进入铜系小原料粉末3A，该进入的铜系小原料粉末3A露出在外侧，并且进一步通过在露出在外侧的铜系扁平原材料粉末2相互之间的间隙中进入铜系小原料粉末3B，该进入的铜系小原料粉末3B露出在外侧，由此，形成为滑动面51的表面铜覆盖率为80％以上，进而为85％以上。另外，表面铜覆盖率，如所述后者的现有技术那样，是指除了气孔范围以外的表面的覆盖率。

另外，除了采用振动以外，由于铜系原料粉末2的大致平坦的面大，所以也可以通过使包围填充部16的成形模具11的面产生静电，使铜系原料粉末2向填充部16的外侧偏析，或者利用磁力使铜系原料粉末2向填充部16的外侧偏析。

另一方面，在填充部16内的内侧，即滑动面51与外周面54之间，不向外侧偏析而残留在内侧的铜系扁平原材料粉末2A的一部分，被配置成由多个铜系小原料粉末3包围多个铁系原料粉末1的状态。

然后，通过使上下冲头15、14对填充部16内的原料粉末1、2、3进行加压，形成压粉体6(S3)。该压粉体6如图8所示，作为扁平粉的铜系扁平原料粉末2集中在表面侧，随着朝向内部，铁系原料粉末1的比例增加。通过烧结该压粉体(S4)，形成作为烧结件的轴承5。在该作为烧结件的轴承5中，通过在基体中分散分布氟化钙，显著提高耐热粘性，并且除了使分散分布在基体中的Cu细微化以外，抑制Cu向基体中固溶，起到使尽量多的Cu分散分布在基体中的作用，由此提高韧性。随后，根据需要，对该轴承5实施整形工序和含油工序。

这样，本实施方式与本发明之1对应，在成形模具11的填充部16中填充原料粉末，对该原料粉末加压而形成压粉体6，并烧结该压粉体6而形成的作为滑动部件的轴承5中，由于所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末1平均直径小且相比该铁系原料粉末1纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末2、和相比该铜系扁平原料粉末2平均直径小的铜系小原料粉末3构成，并且在表面侧偏析铜，所以通过将该作为扁平粉的铜系原料粉末2和铁系原料粉末1填充在填充部16中，并施加振动，使铜系扁平粉偏析在表面侧而制成的轴承5，在表面侧不仅露出铜系扁平原料粉末2，而且还露出铜系小原料粉末3，使表面侧被铜覆盖，从而可提高表面铜覆盖率。而且，基于氟化钙，可提高耐热粘性。

因此，能够使旋转体在由铜覆盖的表面，即滑动面51上滑动，并能够降低旋转轴与滑动面51的摩擦系数，进行圆滑的旋转，同时基于铁，可获得规定的强度和耐久性。另外，该构造中，即使旋转体滑动的滑动面51发生了磨损，由于滑动面51之下包含有规定比例的铜，所以滑动部分的耐久性优越。

使用图8的概略主视图所示的径向式磨损试验机，在将轴承6嵌入保持用支承夹具71中的状态下，在轴承6和旋转轴72上形成间隙，通过轴承6和支承夹具71，向旋转轴72外加负荷W，进行了磨损试验。图中，73表示测力传感器，74表示减振器。另外，轴承6，作为试料I，采用不含氟化钙的轴承，作为试料II、III，采用氟化钙与全体的重量比为3％、5％的轴承，进行了热粘判定。热粘判定是测定在发生了摩擦系数急剧变动、上升、异常声音时的负荷的前一时刻的负荷。通过判定表明，如图9所示那样，试料II、III都比试料I提高了耐热粘性。

另外，这样，本实施方式与本发明之2、6对应，由于作为滑动部的滑动面51的表面铜覆盖率为80％以上，所以，可进一步将滑动面的摩擦系数抑制到极低。

另外，这样，本实施方式与本发明之3、9对应，由于铜系扁平原料粉末2的纵横比为10以上，所以，通过施加振动，能够使铜系扁平原料粉末2良好地偏析在表面侧，从而可获得表面侧的铜浓度高的轴承5。

另外，这样，本实施方式与本发明之4对应，由于铜系扁平原料粉末2的比例为全体的20～40重量％，所以，可获得同时具备低摩擦阻力和强度的轴承5。

这样，本实施方式与本发明之5对应，在成形模具11的填充部16中填充原料粉末，对该原料粉末加压而形成压粉体6，并烧结该压粉体6而形成的轴承5中，所述铜系原料粉末由最大投影面积A的平均值比所述铁系原料粉末1的最大投影面积B的平均值小且相比该铁系原料粉末1纵横比大的扁平状铜系扁平原料粉末2、和最大投影面积C的平均值比该铜系扁平原料粉末2的最大投影面积A的平均值小的铜系小原料粉末3构成，并且在表面侧偏析铜，由于表面侧偏析铜，所以通过将该作为扁平粉的铜系原料粉末2和铁系原料粉末1填充在填充部16中，并施加振动，使铜系扁平粉偏析在表面侧而制成的轴承5，在表面侧不仅露出铜系扁平原料粉末2，而且还露出铜系小原料粉末3，使表面侧被铜覆盖，从而可提高表面铜覆盖率。

而且，本实施方式与本发明之7、8对应，可提供表面侧不仅露出铜系扁平原料粉末2，而且还露出铜系小原料粉末3，且被铜覆盖，可提高表面铜覆盖率的轴承5，并且，基于氟化钙，可提高耐热粘性。

而且，本实施方式与本发明之10对应，通过采用20～40重量％的比例，可获得减小摩擦阻力，且强度优越的轴承5。

另外，本发明不限于所述的实施方式，可进行各种变形实施。例如，在扁平粉中也可以包含棒状粉末，在这种情况下，长度与直径之比成为纵横比。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的滑动部件及其制造方法还可以应用在轴承以外的滑动部件等中。

Claims

1.一种滑动部件，其通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成，其特征在于，

所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末平均直径小且相比该铁系原料粉末纵横比即直径D/厚度T大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末平均直径小的铜系小原料粉末构成，在表面侧偏析铜，且在基体中分散分布氟化钙。

2.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，

滑动部的表面铜覆盖率为80％以上。

3.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，

所述铜系扁平原料粉末的纵横比即直径D/厚度T为10以上。

4.根据权利要求2所述的滑动部件，其特征在于，

所述铜系原料粉末的比例为全体的20～40重量％。

5.一种滑动部件，其通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成，其特征在于，

所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末最大投影面积的平均值小且相比该铁系原料粉末纵横比即直径D/厚度T大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末最大投影面积的平均值小的铜系小原料粉末构成，在表面侧偏析铜，且在基体中分散分布氟化钙。

6.根据权利要求5所述的滑动部件，其特征在于，

滑动部的表面铜覆盖率为80％以上。

7.一种滑动部件的制造方法，通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成滑动部件，所述滑动部件的制造方法的特征在于，

在所述填充部中，除了填充所述铁系和铜系原料粉末以外，还填充氟化钙，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末平均直径小且相比该铁系原料粉末纵横比即直径D/厚度T大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末平均直径小的铜系小原料粉末构成，使所述填充部内的所述铜系扁平原料粉末在所述压粉体的表面侧偏析。

8.一种滑动部件的制造方法，通过将铁系和铜系原料粉末填充在成形模具的填充部中，对该原料粉末进行加压，形成压粉体，并烧结该压粉体而构成滑动部件，所述滑动部件的制造方法的特征在于，

在所述填充部中，除了填充所述铁系和铜系原料粉末以外，还填充氟化钙，所述铜系原料粉末由相比所述铁系原料粉末最大投影面积的平均值小且相比该铁系原料粉末纵横比即直径D/厚度T大的扁平状铜系扁平原料粉末、和相比该铜系扁平原料粉末最大投影面积的平均值小的铜系小原料粉末构成，使所述填充部内的所述铜系扁平原料粉末在所述压粉体的表面侧偏析。

9.根据权利要求7或8所述的滑动部件的制造方法，其特征在于，

所述铜系扁平原料粉末的纵横比即直径D/厚度T为10以上。

10.根据权利要求7或8所述的滑动部件的制造方法，其特征在于，

所述铜系扁平原料粉末的比例为全体的20～40重量％。

11.根据权利要求9所述的滑动部件的制造方法，其特征在于，

所述铜系扁平原料粉末的比例为全体的20～40重量％。