CN102648299B - 烧结滑动部件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的新颖的烧结滑动部件。本发明的烧结滑动部件以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn及0.3～7.0%的氮化硼，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。或者，也可进一步含有0.1～3.0%的C或0.1～0.7%的P。气孔率为5～25%。

Description

烧结滑动部件
技术领域
本发明涉及一种耐热、耐腐蚀及耐磨性优异的烧结滑动部件。
背景技术
作为暴露于高温排气中的烧结滑动部件，有使用于EGR(Exhaust Gas Recirculation:排气再循环)式内燃机的再循环排气流量调整阀的轴承（例如参考专利文献1）。而且，作为使用于EGR式内燃机的再循环排气流量控制阀的轴承，已知有石墨制的轴承或以质量%计含有7～10%的Sn、5～9%的C的烧结Cu合金制的轴承。
但是，近年来对于内燃机的高马力化及低燃耗化的要求异常显著，并且对内燃机的轻质化及小型化的要求也强烈。因此，上述再循环排气流量控制阀被配置于引擎的燃烧室附近。其结果，也可假定为与引擎发热量随着高马力化而增大相结合，再循环排气流量控制阀被放置于达到500～600℃的高温环境下。
作为在这种高温环境下也可使用的轴承，在专利文献2中公开有如下轴承，即为以质量%计，含有Ni：10～30%、Sn：5～12%及C：3～10%，剩余由Cu和不可避免的杂质构成的组成，且由具有游离石墨分散分布于Cu-Ni-Sn系固溶体的基体上的组织的烧结Cu合金构成。
另一方面，作为暴露于海水或融雪剂的烧结滑动材料，有舷外机用的滑动材料或使用于柴油排气净化系统的排气节流阀的轴承等。这些要求较高的耐腐蚀性，尤其是排气节流阀用的轴承要求在暴露于高温的氯化物中的同时反复加热和冷却的环境下的耐热、耐腐蚀及耐磨性。另外，对于该轴承使用不锈钢制的轴承。
专利文献1：日本专利公表2002-521610号公报
专利文献2：日本专利公开2004-68074号公报
上述专利文献2的烧结Cu合金即使在高温环境下也能够发挥优异的耐磨性，但更期待耐热性及耐腐蚀性也优异的烧结滑动部件。
另一方面，不锈钢制的轴承在暴露于高温氯化物中的同时在反复进行加热和冷却的环境下能够发挥优异的耐热性及耐腐蚀性，但耐磨性并不充分。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的新颖的烧结滑动部件。
本发明的烧结滑动部件以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn及0.3～7.0%的氮化硼，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。
另外，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～3.0%的C，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。
另外，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～0.7%的P，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。
另外，在上述的任一项中，气孔率为5～25%。
本发明的烧结滑动部件通过以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn及0.3～7.0%的氮化硼，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，由此成为耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的部件。
另外，通过以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～3.0%的C，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，由此成为耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的部件。
另外，通过以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～0.7%的P，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，由此成为耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的部件。
另外，通过在上述的任一项中，气孔率为5～25%，由此摩擦阻力下降，进一步成为耐磨性优异的部件。
附图说明
图1是表示高温盐害循环试验的条件的流程图。
图2是在本发明的烧结滑动部件的一实施例中的电子显微镜照片。
具体实施方式
为了本发明的烧结滑动部件以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn及0.3～7.0%的氮化硼，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。而且，与以往的烧结Cu基合金相比，本发明的烧结滑动部件降低Cu含量且相对提高Ni的含量，进一步含有氮化硼，从而成为耐热性及耐腐蚀性优异的部件。
另外，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～3.0%的C，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。而且，与以往的烧结Cu基合金相比，降低Cu含量且相对提高Ni的含量，进一步含有氮化硼，从而成为耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的部件。另外，含有C，从而进一步成为耐热及耐腐蚀性更优异的部件。
另外，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～0.7%的P，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成。而且，与以往的烧结Cu基合金相比，降低Cu含量且相对提高Ni的含量，进一步含有氮化硼，从而成为耐热性、耐腐蚀性及耐磨性优异的部件。另外，含有P，从而成为基体强度变高、耐磨性更优异的部件。
另外，在上述任一项中，气孔率为5～25%。于是，通过该组成而成为摩擦阻力下降、耐磨性更优异的部件。
以下，对本发明的烧结滑动部件的组成及气孔率进行详细说明。再者，在以下说明的含量全部以质量%计。
（a）关于Cu
Cu具有与Ni及Sn形成基体的固溶体来提高烧结滑动部件的耐磨性的效果。Cu的含量若不到7.7%则耐磨性不充分，另一方面，若超过30.3%则耐热性及耐腐蚀性不充分，所以不优选。因此，Cu的含量设为7.7～30.3%。
（b）关于Sn
Sn会降低熔点来提高烧结性，与Cu、Ni形成固溶体来提高烧结滑动部件的强度，有助于提高耐磨性。Sn的含量若不到2%则无法获得预定的耐磨性，另一方面，若超过20%则对滑动对偶材料的攻击性变高而导致对偶材料磨损，所以不优选。因此，Sn的含量设为2.0～20.0%。
（c）氮化硼（BN）
氮化硼作为固体润滑剂向烧结滑动部件提供优异的润滑性，并且减少滑动部件之间的金属接触，有助于提高烧结滑动部件的耐磨性。另外，有提高耐高温盐害性能的效果。其比例若不到0.3%则无法获得所期待的效果，另一方面，若超过7.0%则烧结滑动部件的强度下降，所以不优选。因此，氮化硼的含量设为0.3～7.0%。
（d）关于C
C溶于基体而形成固溶体，并且作为固体润滑剂发挥作用，向烧结滑动部件提供优异的耐高温盐害性能。添加时，若C的含量不到0.1%则观察不到添加的效果，另一方面，若超过3.0%则烧结滑动部件的强度和耐磨性降低，所以不优选。因此，添加C时的C的含量设为0.1～3.0%。
（e）关于P
P有助于提高耐磨性。添加时，若P的含量不到0.1%则观察不到添加的效果，另一方面，若超过0.7%则烧结滑动部件的耐腐蚀性降低，所以不优选。因此，添加P时的P的含量设为0.1～0.7%。
（f）关于气孔率
若气孔率不到5%则烧结滑动部件的变形阻力变大，无法充分获得矫正工序中的尺寸精度。另一方面，若气孔率超过25%则力学特性降低，即使进行尺寸调整或压印加工也无法使强度等的特性得到满足。因此，在上述的组成中，气孔率设为5～25%的范围。
以下，对本发明的烧结滑动部件的具体实施例进行说明。另外，本发明不限定于以下的实施例，可实施各种变通。例如，在以下的实施例中对内周具有滑动面的轴承进行说明，但不限于此，能够在各种烧结滑动部件中实施。
实施例
作为原料粉末准备了如下粉末，即粒径-100目的Ni-30%Cu雾化粉末、平均粒径4.0μm的Ni粉末、粒径-200目的Cu粉末、粒径-250目的Sn雾化粉末、粒径-75μm的氮化硼粉末及粒径-150目的石墨粉末。将这些原料粉末按配合成表1所示的最终成分组成，加入0.5%的硬脂酸锌且用V型混合机混合30分钟后，冲压成型来制作压坯。在混合天然气和空气并使该混合气体通过加热的催化剂来分解变成的吸热型气体（endothermic gas）气氛中，以1050℃的烧结温度保持20分钟的条件下烧结该压坯，接着进行尺寸调整。
通过以上工序，制作具有各种成分组成且均具有外径18mm×内径8mm×高度8mm尺寸的环形试验片（本发明例1～15、比较例1～8）作为轴承，并进行以下试验。
［耐磨试验］
向本发明例1～15和比较例1～8的环形试验片分别插入SUS304的实施硬质镀铬处理的不锈钢轴。从环形试验片的外侧朝向环形试验片的半径方向（相对于不锈钢轴的轴向为直角方向）施加29N的载荷，加热控制成环形试验片维持在120℃，在不使用润滑油的干燥条件下，实施使不锈钢轴在环形试验片的中心角90°的圆弧范围内往返滑动的试验。测定50万次往返滑动试验后的轴承内径的最大磨损深度和不锈钢轴的最大磨损深度来评价耐磨性。将其结果作为最大磨损深度、不锈钢轴的最大磨损深度记载于表1。
［高温盐害循环试验］
用本发明例1～15和比较例1～8的环形试验片反复进行15次高温盐害循环试验，求出试验前后的环形试验片的内径尺寸变化量来评价暴露于高温盐害环境下时的腐蚀程度。将其结果作为耐高温盐害性能（内径尺寸变化）记载于表1。另外，越是耐高温盐害性能好的材料其内径尺寸变化量越小。
如图1所示，进行了15次高温盐害循环试验，其循环流程如下，将试验片以500℃加热8小时后，以室温冷却30分钟，在5%食盐水中以室温浸渍20分钟，以50℃干燥60分钟，再以500℃加热8小时。
［测定气孔率］
测定本发明例1～15和比较例1～8的环形试验片的气孔率，将其测定值作为气孔率记载于表1。气孔率的测定方法按照JISZ2501烧结金属材料-密度、含油率及开放气孔率试验方法进行。
Figure BDA00001702716600061
如表1所示，本发明例1～15均成为最大磨损深度为0.100mm以下、耐高温盐害性能（内径尺寸变化）为0.100mm以下，具备耐磨性、耐热性及耐腐蚀性的部件。
另一方面，比较例1～8中，最大磨损深度或耐高温盐害性能（内径尺寸变化）变大为0.1mm以上。
根据以上结果，本发明的烧结滑动部件被确认为耐磨性、耐热性及耐腐蚀性优异。
将本发明例1的烧结滑动部件的截面组织的扫描电子显微镜照片示于图2。氮化硼粉末被确认分散存在于Ni-Cu-Sn的基体中。

Claims (3)

1.一种烧结滑动部件，其特征在于，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn及0.3～7.0%的氮化硼，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，气孔率为5～25%。
2.一种烧结滑动部件，其特征在于，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～3.0%的C，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，气孔率为5～25%。
3.一种烧结滑动部件，其特征在于，以质量%计含有7.7～30.3%的Cu、2.0～20.0%的Sn、0.3～7.0%的氮化硼及0.1～0.7%的P，剩余部分由Ni及不可避免的杂质构成，气孔率为5～25%。
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