CN104755199B - 滑动构件以及滑动构件的制造方法 - Google Patents

滑动构件以及滑动构件的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种具有适于承受高负荷的环境下的硬度且耐磨损性优异的滑动构件。滑动构件(1)具备：第一烧结体层(2)，其由铁系金属粉末通过烧结硬化而成；第二烧结体层(3)，其在第一烧结体层(2)的表面上，为了提高滑动性，由铜系金属粉末通过烧结硬化而成，通过对第二烧结体层(3)的表面进行使粉末碰撞的喷砂处理，第二烧结体层(3)得到致密化。

Description

滑动构件以及滑动构件的制造方法
技术领域
本发明涉及可滑动地支撑被滑动物的滑动构件以及滑动构件的制造方法。
背景技术
目前，大多使用在钢板上贴合铜系合金而成的滑动构件。对于这样的滑动构件，需要将钢板裁切加工成期望的形状，会产生不能成为产品的残料。另一方面，作为不伴随裁切加工的滑动构件，提出有：由铁系烧结体形成外层，由铜系烧结体形成内层的轴承(例如，参照专利文献1)。
此外，一直以来，对滑动构件的表面实施喷砂处理而形成凹部是众所周知的技术，已知有：在滑动构件的表面上通过喷砂处理形成储油部的技术(例如，参照专利文献2)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭59-75914号公报
专利文献2：日本特开2007-284706号公报
发明内容
发明要解决的问题
通过对滑动面实施喷丸处理，能够在滑动面上形成储油部、使滑动面具有较低的摩擦系数，从而能够具有良好的滑动特性。此外，即使滑动层由铜系合金构成，也能够具有良好的滑动特性。但是，滑动层由铜系合金构成的目前的滑动构件的硬度不充分，在液压设备等承受高负荷的环境下无法维持期望的滑动特性。
本发明的目的在于，提供一种具有适于承受高负荷的环境下的硬度且耐磨损性优异的滑动构件、以及在尽可能地抑制不能成为产品的残料产生的情况下制造具有适于承受高负荷的环境下的硬度且耐磨损性优异的滑动构件的滑动构件的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等发现，通过对铜系合金的烧结体实施喷砂处理，烧结体致密化、硬度提高，且在烧结体的表面上，以可以形成适合于耐磨损性等的储油部的表面粗糙度来形成凹凸。
本发明涉及一种滑动构件，该滑动构件包括：第一烧结体层，其由第一金属粉末成型并烧结而成；和第二烧结体层，其由与第一金属粉末不同组成的第二金属粉末在第一烧结体层的一面上成型并烧结而成，通过对第二烧结体层的一面进行使粉末碰撞的冲击处理，第二烧结体层得到致密化。
第一烧结体层的第一金属粉末优选由铁系材料构成，第二烧结体层的第二金属粉末优选由铜系材料构成。
此外，第二烧结体层优选被致密化成作为一面的至少滑动面的硬度成为Hv(维氏硬度)150以上且Hv250以下、更优选为Hv170以上且Hv220以下。
此外，本发明涉及一种滑动构件的制造方法，该制造方法包括：形成第一烧结体层的工序，将第一金属粉末成型，并将已成型的第一金属粉末烧结而形成第一烧结体层；散布工序，在第一烧结体层的至少成为滑动面的一面上，与第一烧结体层的形状相匹配来散布与第一金属粉末不同组成的第二金属粉末；烧结工序，通过对散布于第一烧结体层的一面的第二金属粉末进行硬化的烧结处理，保持与第一烧结体层的形状相匹配的形状而使第二金属粉末结合，并且使第二金属粉末与第一烧结体层结合而形成第二烧结体层；喷砂工序，通过对至少第二烧结体层的一面进行使粉末碰撞的冲击处理，施加压垮空隙部的压力，由此使空隙部减少而将第二烧结体层致密化。优选包括在上述喷砂工序之后，再次烧结滑动构件的二次烧结工序。
发明的效果
对于本发明的滑动构件，作为滑动层的第二烧结体层能够具有适于承受高负荷的环境下的高硬度特性，并且能够在第二烧结体层的表面形成储油部，并可以确保由夹设油膜而产生的低摩擦化、耐磨损性。
此外，本发明的滑动构件的制造方法中，第一烧结体层与作为完成品的滑动构件的形状相匹配而被成型并烧结，因此其与利用压制冲裁钢材的制造方法不同，可消除残料，或者，即使必须与完成品的形状相匹配进行成型的情况下，也可以大幅度减少残料，可以减少材料的用量，从而降低成本。
附图说明
图1为示出本实施方式的滑动构件的概要的立体图。
图2A为示出本实施方式的滑动构件的制造工序的一例的说明图。
图2B为示出本实施方式的滑动构件的制造工序的一例的说明图。
图2C为示出本实施方式的滑动构件的制造工序的一例的说明图。
图2D为示出本实施方式的滑动构件的制造工序的一例的说明图。
图2E为示出本实施方式的滑动构件的制造工序的一例的说明图。
图3为实施例中的滑动构件的显微镜照片。
图4为比较例中的滑动构件的显微镜照片。
图5为示出实施例中的滑动层的表面粗糙度形状的图表。
图6为示出比较例中的滑动层的表面粗糙度形状的图表。
图7为实施例中的滑动构件的试验后的滑动层表面的显微镜照片。
图8为比较例中的滑动构件的试验后的滑动层表面的显微镜照片。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的滑动构件的实施方式进行说明。
<本实施方式的滑动构件的构成例>
图1为示出本实施方式的滑动构件的概要的立体图；图2A、图2B、图2C、图2D以及图2E为示出本实施方式的滑动构件的制造方法的一例的说明图。
本实施方式的滑动构件1具备：第一烧结体层2，其由规定组成的金属粉末通过烧结硬化而成；第二烧结体层3，在第一烧结体层2的一面即表面上，为了提高滑动性，与构成第一烧结体层2的金属粉末不同组成的金属粉末通过烧结硬化而成，该滑动构件构成为平板状。
对于滑动构件1，通过对第二烧结体层3的表面进行使规定的材质以及粒径的金属粉末碰撞的称为喷砂处理的冲击处理，第二烧结体层3得到致密化。对于滑动构件1，得到致密化的第二烧结体层3成为滑动层，第一烧结体层2成为支撑滑动层即第二烧结体层3的金属衬垫。
第一烧结体层2是如下粉末通过烧结硬化而构成的，该粉末是作为规定组成的金属粉末的铁(Fe)粉末、或者以铁作为主成分并加入铜(Cu)等添加物而成的合金粉末。第二烧结体层3是如下粉末通过烧结硬化而构成的，该粉末是：作为以提高滑动性当作目的的规定组成的金属粉末而采用了铜-锡(Cu-Sn)系的合金粉末。
在仅以相当于第一烧结体层2的构成制成滑动构件的情况下，在被滑动构件为铁时等有可能引起粘着、滑动性差。因此，滑动构件1通过在Fe系第一烧结体层2的表面由Cu系合金设有滑动层，可以使滑动性提高。
此外，对于滑动构件1，通过利用喷砂处理使第二烧结体层3致密化，由此能够使滑动层即第二烧结体层3的硬度提高，形成在承受高负荷的环境下具有所要求的期望硬度的滑动层。进而，对于滑动构件1，通过利用喷砂处理使第二烧结体层3致密化，由此第二烧结体层3成型为期望的厚度。此外，滑动构件1通过利用喷砂处理使第二烧结体层3致密化而提高硬度，由此第一烧结体层2与第二烧结体层3的接合强度提高。
进而，对于滑动构件1，通过对第二烧结体层3的表面实施喷砂处理，由此第二烧结体层3的表面形成储油部，从而形成具有能使滑动性提高的期望表面粗糙度的滑动层。
<本实施方式的滑动构件的制造方法例>
接着，参照各图对本实施方式的滑动构件的制造方法进行说明。
如图2A所示，第一烧结体层2是作为规定组成的金属粉末的第一金属粉末20与作为完成品的滑动构件1的形状相匹配进行压粉成型的。如上所述，第一金属粉末20由铁(Fe)粉末、或者以铁作为主成分并加入铜(Cu)等添加物而成的合金粉末构成。
如图2B所示，第一烧结体层2通过进行将成型为规定形状的第一金属粉末20的集合体21硬化的烧结处理，能保持作为完成品的滑动构件1的形状，从而第一金属粉末20被结合。
在目前的滑动构件中，通过将板材裁切加工为期望的形状来制造金属衬垫。因此，产生不能成为产品的残料。残料会被废弃，但目前，为了制造金属衬垫，需要作为产品的金属衬垫与成为残料的部分合在一起的材料，因此材料的用量变多，难以降低成本。
与此相对，本实施方式的滑动构件1中，成为金属衬垫的第一烧结体层2与作为完成品的滑动构件1的形状相配合而成型并烧结，因此可以消除残料，或者，即使需要与完成品的形状相匹配进行成型时，也可以大幅度减少残料，可以减少材料的用量，从而降低成本。
如图2C所示，对于第二烧结体层3，与第一金属粉末20不同组成的第二金属粉末30在以作为完成品的滑动构件1的形状烧结而成的第一烧结体层2的成为滑动面的表面上，与第一烧结体层2的形状相匹配被散布。如上所述，第二金属粉末30由铜-锡(Cu-Sn)系合金粉末构成。
如图2D所示，第二烧结体层3通过对散布于第一烧结体层2的表面的第二金属粉末30进行硬化的烧结处理，能保持与第一烧结体层2的形状相匹配的形状而使第二金属粉末30被结合，并且第二金属粉末30与第一烧结体层2结合。
对于第二烧结体层3，通过散布于第一烧结体层2的表面的第二金属粉末30被烧结，第二金属粉末30彼此结合并硬化，但存在空隙。因此，如图2E所示，第二烧结体层3在烧结处理之后，通过对表面进行使粉末碰撞的喷砂处理，施加压垮空隙部的压力，由此使空隙部减少而致密化。本例中，作为第二烧结体层3的表面的至少滑动面的硬度以成为Hv150以上且Hv250以下、更优选为Hv170以上且Hv220以下的方式进行喷砂处理。
目前，通过基于压制的压缩处理而使烧结体致密化。但是，在基于压制的压缩处理中，需要考虑材料的压缩而引起的尺寸变化。此外，在基于压制的压缩处理中，为了使滑动面的硬度成为例如Hv200左右，需要可对应用于提高滑动面的硬度所需压力的硬度高的金属衬垫，对能够用于金属衬垫的材料产生限制。与此相对，对于利用喷砂处理的致密化，施加使滑动面的硬度成为例如Hv200左右所需的压垮空隙部的压力，而不施加材料被压缩的压力，变得无需考虑材料的压缩。由此，能够不限定金属衬垫的硬度地提高滑动面的硬度。
其中，将对散布于第一烧结体层2的表面的第二金属粉末30进行硬化的烧结处理称为一次烧结，相对于通过喷砂处理而致密化的第二烧结体层3，可以进行称为二次烧结的第二次烧结处理。
在一次烧结处理中，第二金属粉末30被硬化，对由喷砂处理而致密化的第二烧结体层3进行二次烧结处理，由此，可以使在第二烧结体层3中所致密化的部分的合金彼此进一步结合。
此外，将对第二烧结体层3的一次烧结后的喷砂处理称为一次喷砂，可以对于由一次喷砂处理而致密化的部分的合金彼此通过二次烧结进一步结合而成的第二烧结体层3，进行称为二次喷砂的第二次喷砂处理。
对于由一次喷砂处理而致密化的部分的合金彼此通过二次烧结进一步结合而成的第二烧结体层3进行二次喷砂处理，由此，可以进一步提高致密度而提高第二烧结体层3的硬度。
实施例
(1)有无喷砂处理与硬度的比较
以以下表1所示组成的合金材料、滑动层和金属衬垫均由烧结体构成，并且对成为滑动层的上述第二烧结体层3实施喷砂处理的实施例、与在钢材的金属衬垫的表面以烧结体形成滑动层，实施基于压制的压延加工的比较例，进行硬度的比较。硬度的测定是通过显微维氏硬度试验进行的。
表1
实施例 比较例
合金材质 Cu-10Sn Cu-10Sn-Pb
金属衬垫材质 Fe烧结体 钢板
合金硬度 Hv200左右 Hv100左右
金属衬垫硬度 Hv160左右 Hv140左右
图3为实施例中的滑动构件的显微镜照片，图4为比较例中的滑动构件的显微镜照片。在实施例的滑动构件中，对于利用由图2A、图2B、图2C、图2D以及图2E说明的制造方法制造的如图1所示的第二烧结体层3所构成的滑动层3A，如图3所示被致密化，硬度为Hv200左右。此外，由第一烧结体层2构成的金属衬垫2A的硬度为Hv160左右。
与此相对，在比较例的滑动构件中，如图4所示滑动层300未被充分地致密化，硬度为Hv100左右。此外，金属衬垫200的硬度为Hv140左右。由此可知，对于由烧结体构成的滑动层3A通过喷砂处理而致密化的实施例的滑动构件，相对于比较例，滑动层的硬度大幅度提高。此外，可知：在实施例的滑动构件中，能够较薄形成作为滑动层3A的第二烧结体层3，可以减少材料的用量，从而降低成本。
在实施例的滑动构件中，由烧结体构成的金属衬垫2A可以消除残料，或者可以大幅度减少残料，减少材料的用量，从而降低成本。此外，在实施例的滑动构件中，可知金属衬垫2A的硬度为Hv160左右，而滑动层3A的硬度为Hv200左右，可以比金属衬垫2A的硬度更硬。由此可知，在实施例的滑动构件中，可以并不限定于金属衬垫2A的硬度地提高滑动层3A的硬度。
(2)有无喷砂处理与表面形状的比较
利用上述实施例与比较例的滑动构件比较滑动层的表面形状。
图5为示出实施例中的滑动层的表面粗糙度形状的图表，图6为示出比较例中的滑动层的表面粗糙度形状的图表。其中，图5和图6基于JIS B 0601(1994)的标准。
在实施例的滑动构件中，对作为滑动层的由图2A、图2B、图2C、图2D以及图2E说明的制造方法制造的如图1所示的第二烧结体层3实施喷砂处理，由此，滑动层的表面成为凹凸形状，算术平均粗糙度(Ra)为约2.0μm。与此相对，在比较例的滑动构件中，算术平均粗糙度(Ra)为约0.3μm。
(3)有无喷砂处理与耐久性之间的关系
上述表面形状与硬度的差异验证侵蚀对耐久性的影响，因此，将实施例和比较例的滑动构件适用于活塞泵的轴承来进行试验。试验条件如下所述。
喷出压力：0～28MPa
循环数：25万次循环(ON：1秒，OFF：1秒)
油温：60℃(液压工作油：相当VG32油)
轴转速：N＝1800rpm
图7为实施例中的滑动构件的试验后的滑动层表面的显微镜照片，图8为比较例中的滑动构件的试验后的滑动层表面的显微镜照片。
如上述图5所示，在实施例的滑动构件中，通过喷砂处理相对于粗糙度的中心线O来说上下所形成的凹凸形状成为滑动层表面的储油部，担负油膜保持的作用，如图7所示，试验后的滑动层表面3B上未见到侵蚀的迹象。
与此相对，与实施例相比，在滑动层表面平滑的比较例的滑动构件中，如图6所示，比粗糙度的中心线O上侧的凸部几乎看不到，因此未形成储油部，如图8所示，在试验后的滑动层表面300B看到侵蚀。
如上可知，在实施例的滑动构件中，通过喷砂处理在滑动面设置凹凸形状、以及提高硬度，由此，可以抑制侵蚀，即使在边界润滑下也可以提高耐磨损性，并可以防止粘着。
产业上的可利用性
本发明的滑动构件优选应用于承受高负荷的液压设备的轴承。

Claims (4)

1.一种滑动构件，其特征在于，其具备：第一烧结体层，其由第一金属粉末成型并烧结而成；和
第二烧结体层，其由与所述第一金属粉末不同的第二金属粉末在所述第一烧结体层的一面上成型并烧结而成，所述第二金属粉末由铜系材料构成，
通过对所述第二烧结体层的一面进行使粉末碰撞的冲击处理，施加压垮空隙部的压力，由此使空隙部减少，且由此使所述第二烧结体层致密化成作为所述第二烧结体层的一面的至少滑动面的硬度成为Hv150以上且Hv250以下。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，所述第一烧结体层的所述第一金属粉末由铁系材料构成。
3.一种滑动构件的制造方法，其特征在于，该方法包括：形成第一烧结体层的工序，将第一金属粉末成型，并将已成型的所述第一金属粉末烧结而形成第一烧结体层；
散布工序，在所述第一烧结体层的至少成为滑动面的一面上，与所述第一烧结体层的形状相匹配来散布与所述第一金属粉末不同的第二金属粉末，所述第二金属粉末由铜系材料构成；
烧结工序，通过对散布于所述第一烧结体层的一面的所述第二金属粉末进行硬化的烧结处理，保持与所述第一烧结体层的形状相匹配的形状而使所述第二金属粉末结合，并且使所述第二金属粉末与所述第一烧结体层结合从而形成第二烧结体层；和
喷砂工序，通过对至少所述第二烧结体层的一面进行使粉末碰撞的冲击处理，施加压垮空隙部的压力，由此使空隙部减少，且由此使将所述第二烧结体层致密化成作为所述第二烧结体层的一面的至少滑动面的硬度成为Hv150以上且Hv250以下。
4.根据权利要求3所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，该制造方法包括在所述喷砂工序之后，再次烧结所述滑动构件的二次烧结工序。
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