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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis für (Kugel-)Lager, die herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit aufweist, und ein
(Kugel-)Lager aus der Legierung.
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-176255 ,
angemeldet am 27. Juli 2006, deren Inhalt hierdurch durch Inbezugnahme
aufgenommen ist.
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STAND DER TECHNIK
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In
der Vergangenheit ist eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis
für (Kugel-)Lager verwendet worden. Da die gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis herausragende Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
in einer Hochtemperaturumgebung besitzt, ist die Legierung insbesondere
z. B. für ein Lager einer Edelstahl-Kolbenwelle verwendet
worden, die das Ventil zur Kontrolle des Abgas-Rückflussstroms
einer internen Verbrennungsmaschine vom Typ mit Abgasrückführung
betreibt (siehe z. B. Patentdokument 1), oder für innere
und äußere Rotoren einer Innen-Zahnradpumpe (siehe
z. B. Patentdokument 2), da diese Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
sogar in einer Hochtemperaturumgebung besitzen müssen.
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Darüber
hinaus ist es bekannt, ein festes Gleit- bzw. Schmiermittel, wie
z. B. Molybdändisulfid, zuzugeben, um so die Gleit- bzw.
Schmiereigenschaften zu verbessern, indem der Reibungskoeffizient
eines Lagers verringert wird, das aus einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis hergestellt ist. Die Menge an Molybdändisulfid,
die zur Verbesserung der Gleit- bzw. Schmiereigenschaften einer
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zugegeben wird, beträgt
im allgemeinen 1 bis 5
- [Patentdokument 1] JP-A-2004-68074
- [Patentdokument 2] JP-A-2005-314807
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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[PROBLEM, DAS DIE ERFINDUNG LÖSEN
SOLL]
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Da
die vorstehend erwähnte gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis eine relativ große Menge Ni enthält,
besitzt die Legierung eine herausragende Festigkeit bzw. Härte,
Korrosionsbeständigkeit, Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Insbesondere in einer Hochtemperaturumgebung besitzt die Legierung
herausragende Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Jedoch muss die Legierung weiter bezüglich der Reibungseigenschaften
und der Verschleißbeständigkeit verbessert werden.
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[MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS]
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Die
Erfinder der Erfindung haben daher Untersuchungen durchgeführt,
um die Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
der vorstehend erwähnten gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis zu verbessern. Als Ergebnis haben die Erfinder gefunden,
dass die Reibungseigenschaften und die Verschleißbeständigkeit
verbessert werden können, indem eine Struktur gebildet
wird, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (wobei x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, in einer Matrix der gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis dispergiert ist.
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Die
Erfindung wurde auf Grundlage der Ergebnisse der Untersuchung gemacht.
- (1) Die Erfindung betrifft eine gesinterte
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit, und die Legierung
besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (wobei x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, in einer Matrix der gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die Ni, Sn und Cu enthält, dispergiert
ist. Es ist bevorzugt, dass x im Bereich von 1,7 bis 2,2 liegt und
y im Bereich von 0,8 bis 1,3 liegt.
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die Ni, Sn und Cu
enthält, entsprechend (1) kann eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis sein, die eine Zusammensetzung aufweist, welche
10 bis 40 Massen% Ni, 5 bis 25 Massen% Sn und Rest Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen, und, falls notwendig, 0,1 bis 0,9 Massen P und/oder
1 bis 10 Massen% C umfasst. Wenn die Zusammensetzung 0,1 bis 0,9 Massen%
P und/oder 1 bis 10 Massen% C umfasst, wird/werden eine Phase mit
einer Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin z: 0,7 bis 1,3 ist) und/oder eine
Graphitphase auf der Matrix der gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis gebildet.
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Entsprechend
weist die Erfindung die folgenden Ausprägungen auf.
- (2) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis mit herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält, und sie weist eine Struktur auf,
worin eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, in einer Matrix dispergiert
ist.
- (3) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung weist eine Zusammensetzung auf, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P und einen Rest umfasst,
der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und
sie weist eine Struktur auf, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, und eine Phase mit einer Zusammensetzung, die
Cu(4-z)Pz (worin
z: 0,7 bis 1,3 ist) enthält, in einer Matrix dispergiert
sind.
- (4) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung weist eine Zusammensetzung auf, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 1 bis 10 Massen% C und einen Rest umfasst,
der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und
sie weist eine Struktur auf, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, und eine Graphitphase in einer Matrix dispergiert
sind.
- (5) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung weist eine Zusammensetzung auf, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 1 bis 10 Massen%
C und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält, und sie weist eine Struktur auf, worin eine Phase
mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Phase mit einer
Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin
z: 0,7 bis 1,3 ist) enthält, und eine Graphitphase in einer
Matrix dispergiert sind.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Bereichen ist Ni bevorzugt im Bereich
von 15 bis 30 Massen%, Sn ist bevorzugt im Bereich von 6 bis 15
Massen% P ist bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,5 Massen%, C ist bevorzugt
im Bereich von 3 bis 9 Massen%, und z ist bevorzugt im Bereich von
0,9 bis 1,2.
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis gemäß irgendeinem
von (2) bis (5), die Ni, Sn und Cu enthält, kann, falls
notwendig, ferner 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid umfassen. Eine
Calciumfluoridphase ist in einer Matrix der gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die das Calciumfluorid umfasst, dispergiert. Entsprechend
hat die Erfindung die folgenden Ausprägungen.
- (6) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid und einen
Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
und sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, und eine Calciumfluoridphase in einer Matrix dispergiert
sind.
- (7) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 0,3 bis 6 Massen%
Calciumfluorid und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält, und sie besitzt eine Struktur,
worin eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-z)Pz (worin
z 0,7 bis 1,3 ist) enthält, und eine Calciumfluoridphase
in einer Matrix dispergiert sind.
- (8) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 1 bis 10 Massen% C, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid
und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält, und sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase
mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Graphitphase
und eine Calciumfluoridphase in einer Matrix dispergiert sind.
- (9) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit herausragenden
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 1 bis 10 Massen%
C, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid und einen Rest umfasst, der
Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und sie
besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin z
0,7 bis 1,3 ist) enthält, eine Graphitphase und eine Calciumfluoridphase
in einer Matrix dispergiert sind.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Bereichen liegt der Calciumfluoridgehalt
bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5 Massen%.
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis entsprechend irgendeinem
von (2) bis (5), die Ni, Sn und Cu enthält, kann, falls
notwendig, ferner 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid enthalten.
Eine Molybdändisulfidphase ist einer Matrix der gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die das Molybdändisulfid enthält,
dispergiert.
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Entsprechend
weist die Erfindung die folgenden Ausprägungen auf.
- (10) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis mit herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid
und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält, und sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase
mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält; und eine Molybdändisulfidphase
in einer Matrix dispergiert sind.
- (11) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 0,3 bis 6 Massen%
Molybdändisulfid und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält, und sie besitzt eine Struktur,
worin eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-z)Pz (worin
z 0,7 bis 1,3 ist) enthält, und eine Molybdändisulfidphase
in einer Matrix dispergiert sind.
- (12) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 1 bis 10 Massen% C, 0,3 bis 6 Massen Molybdändisulfid
und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält, und sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase
mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Graphitphase
und eine Molybdändisulfidphase in einer Matrix dispergiert
sind.
- (13) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 1 bis 10 Massen%
C, 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid und einen Rest umfasst,
der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und
sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin z
0,7 bis 1,3 ist) enthält, eine Graphitphase und eine Molybdändisulfidphase
in einer Matrix dispergiert sind.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Bereichen liegt der Gehalt von Molybdändisulfid
bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5 Massen%.
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis gemäß irgendeinem
von (2) bis (5), die Ni, Sn und Cu enthält, kann ferner,
falls notwendig, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid und 0,3 bis 6
Massen% Molybdändisulfid enthalten. Eine Calciumfluoridphase
und eine Molybdändisulfidphase sind in einer Matrix der
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die das Calciumfluorid
und das Molybdändisulfid enthält, dispergiert.
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Entsprechend
weist die Erfindung die folgenden Ausprägungen auf.
- (14) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis mit herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid, 0,3 bis
6 Massen% Molybdändisulfid und einen Rest umfasst, der
Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und sie
besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, eine Calciumfluoridphase und eine Molybdändisulfidphase
in einer Matrix dispergiert sind.
- (15) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 0,3 bis 6 Massen%
Calciumfluorid, 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid und
einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
und sie besitzt eine Struktur, worin eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, eine Phase mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin z
0,7 bis 1,3 ist) enthält, eine Calciumfluoridphase und
eine Molybdändisulfidphase in einer Matrix dispergiert
sind.
- (16) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 1 bis 10 Massen% C, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid,
0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid und einen Rest umfasst,
der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, und
sie weist eine Struktur auf, in der eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, eine Graphitphase, eine Calciumfluoridphase und
eine Molybdändisulfidphase in einer Matrix dispergiert
sind.
- (17) Eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit
herausragenden Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Die Legierung besitzt eine Zusammensetzung, die 10 bis 40 Massen%
Ni, 5 bis 25 Massen% Sn, 0,1 bis 0,9 Massen% P, 1 bis 10 Massen%
C, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid, 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid
und einen Rest umfasst, der Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält, und sie weist eine Struktur auf, worin eine Phase
mit einer Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, eine Phase mit einer
Zusammensetzung, die Cu(4-z)Pz (worin
z 0,7 bis 1,3 ist) enthält, eine Graphitphase, eine Calciumfluoridphase
und eine Molybdändisulfidphase in einer Matrix dispergiert
sind.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Bereichen liegen die Anteile von Calciumfluorid
bzw. Molybdänsulfid bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5
Massen%.
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[WIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis gemäß irgendeinem
von (1) bis (17) zeigt herausragende Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit.
Zusätzlich weist die erfindungsgemäße
Legierung verbesserte Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
auf, wenn sie für verschiedene elektrische Teile und Maschinenteile,
und insbesondere für ölimprägnierte Lager,
verwendet wird. Insbesondere, wenn die erfindungsgemäße
Legierung für das Lager einer Welle mit hoher Rotationsfrequenz
verwendet wird, wird effektiv ein lager mit langer Lebensdauer erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende
Reibungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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2 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende
Reibungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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3 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende
Reibungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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4 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende
Reibungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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5 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende
Reibungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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6A ist
eine Aufsicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform eines
Lagers aus der erfindungsgemäßen Legierung gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, die herausreichende Reibungsbeständigkeit
und Verschleißbeständigkeit besitzt. gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, welche herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit besitzt.
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6B ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel der Ausführungsform
des Lagers aus der erfindungsgemäßen gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis zeigt, welche herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit besitzt.
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BESTE ART ZUR DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Um
die gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis gemäß irgendeinem
von (1) bis (17) herzustellen, die herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit besitzt, werden die
folgenden Ausgangspulver vorbereitet:
ein Pulver einer Cu-Ni-Legierung
mit einer Zusammensetzung, die 5 bis 45 Massen% Ni und Rest Cu und
unvermeidbare Verunreinigungen enthält;
ein Pulver
einer Cu-Ni-Sn-Legierung mit einer Zusammensetzung, die 25 bis 60
Massen% Ni, 5 bis 60 Massen Sn und Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen
enthält;
ein Sn-Pulver;
ein Pulver einer Cu-P-Legierung
mit einer Zusammensetzung, die 8 Massen% P und Rest Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält;
ein Graphitpulver;
ein
Calciumfluoridpulver; und
ein Molybdändisulfidpulver.
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Diese
Pulver werden zugegeben und vermischt, um ein gemischtes Pulver
mit der Zusammensetzung gemäß irgendeinem von
den obigen (1) bis (17) herzustellen. Das resultierende gemischte
Pulver wird verdichtet, um ein verdichtetes Pulver zu erhalten,
und das verdichtete Pulver wird bei einer Temperatur, die höher
ist als die gewöhnliche Sintertemperatur im Bereich von
700 bis 950°C gesintert.
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Das
erhaltene gesinterte Material wird allmählich mit einer
Kühlgeschwindigkeit von 5 bis 10°C/min gekühlt,
was langsamer ist als die bekannte Kühlgeschwindigkeit
von 15°C/min oder schneller.
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Auf
diese Weise wird eine gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis,
die herausragende Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
besitzt, erhalten. In der Legierung sind Poren in einer Matrix mit
einer Porosität von 5 bis 25% dispergiert und verteilt.
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Die
vorstehende erwähnte Sintertemperatur liegt bevorzugt im
Bereich von 900 bis 1.080°C, und stärker bevorzugt
im Bereich von 900 bis 980°C.
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Die 6A und 6B sind
eine Aufsicht bzw. eine Querschnittansicht, die Beispiele der Ausführungsform
eines Lagers aus einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis
zeigen, welche herausragende Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
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Als
nächstes werden die Gründe beschrieben, warum
die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit besitzt, und x und
y für die Phase der Zusammensetzung, die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7
bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist) enthält, auf das Obige beschränkt
sind.
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(A) Grund für die Beschränkung
der Zusammensetzung
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(a) Ni
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Ni
ist eine Komponente zur Erhöhung der Stärke/Festigkeit,
der Reibungseigenschaften und der Verschleißbeständigkeit
in einer Hochtemperaturumgebung. Wenn der Gehalt von Ni jedoch kleiner
als 10% ist, kann der gewünschte Effekt nicht erhalten
werden, und wenn der Gehalt von Ni größer als
40% ist, erhöht sich der Widerstand zwischen einer Welle
und einer Gleitfläche in einer Hochtemperaturumgebung,
und somit erhöht sich der Verschleiß rasch. Entsprechend
wird der Gehalt von Ni, der in der erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis enthalten ist, im
Bereich von 10 bis 40% eingestellt.
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(b) Sn
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Sn
ist eine Komponente zum Bilden einer festen Lösung als
Matrix mit Cu und Ni, um die Härte/Festigkeit und die Verschleißbeständigkeit
eines Lagers zu verbessern. Wenn der Gehalt von Sn jedoch kleiner als
5% ist, kann ein gewünschter Festigkeits-/härteverstärkender
Effekt nicht erhalten werden, und wenn der Gehalt von Sn größer
als 25% ist, wird der Verschleiß des entsprechenden Materials,
wie z. B. einer Edelstahlwelle, rasch größer,
und der Verschleiß des Edelstahls wird beschleunigt. Entsprechend
wird der Gehalt von Sn im Bereich von 5 bis 25% eingestellt.
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(c) P
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P
ist eine Komponente zur Verbesserung der Sinterfähigkeit
zum Zeitpunkt des Sinterns und zur Verbesserung der Festigkeit/Härte
einer Matrix, d. h., der Festigkeit/Härte eines Lagers.
Entsprechend wird es wie benötigt zugegeben.
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Wenn
jedoch der Gehalt von P kleiner als 0,1% ist, kann in nicht-bevorzugter
Weise eine ausreichende Festigkeit/Härte nicht erreicht
werden, weil keine ausreichende Sinterfähigkeit ausgeübt
wird. Zusätzlich wird die Festigkeit/Härte einer
gesinterten Legierung verringert, wenn der Gehalt von P größer
als 0,9% ist, weil die Festigkeit/Härte einer Korngrenz
rasch verringert wird. Entsprechend wird der Gehalt von P im Bereich
von 0,1 bis 0,9% eingestellt.
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(d) C
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C
ist eine Komponente, die als freies Graphit existiert, wobei der
Hauptteil hiervon in einer Matrix dispergiert und verteilt ist.
Zusätzlich ist C eine Komponente zur Verbesserung der gleitenden/schmierenden
Eigenschaften eines Lagers und der Verschleißbeständigkeit
eines Lagers und einer Edelstahlwelle. Entsprechend wird es wie
benötigt zugegeben. Wenn jedoch der Gehalt von C kleiner
als 1% ist, ist der Dispersions- und Verteilungsgrad von freiem
Graphit unzureichend, und die gewünschten, herausragenden,
gleitenden/schmierenden Eigenschaften können nicht sichergestellt
werden, und wenn der Gehalt größer als 10% ist, wird
die Festigkeit/Härte eines Lagers rasch verringert, und
dessen Verschleiß erhöht sich rasch. Entsprechend
wird der Gehalt von C im Bereich von 1 bis 10% eingestellt.
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(e) Calciumfluorid
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Calciumfluorid
dient dazu, die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung
signifikant zu erhöhen, und somit wird es wie notwendig
zugegeben. Wenn jedoch der Gehalt von Calciumfluorid kleiner als
0,3% ist, kann eine gewünschte Wirkung nicht erhalten werden,
und wenn der Gehalt von Calciumfluorid größer
als 6% ist, verringern sich die Härte/Festigkeit, die Reibungseigenschaften
und die Verschleißbeständigkeit. Entsprechend
wird Gehalt von Calciumfluorid im Bereich von 0,3 bis 6% eingestellt.
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(f) Molybdändisulfid
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Molybdändisulfid
dient dazu, die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung
zu erhöhen und somit wird es wie benötigt zugegeben.
Wenn jedoch der Gehalt von Molybdändisulfid kleiner als
0,3% ist, kann eine gewünschte Wirkung nicht erhalten werden,
und wenn der Gehalt von Molybdändisulfid größer
als 6% ist, verringert sich die Festigkeit/Härte, die Reibungseigenschaften
und die Verschleißbeständigkeit. Entsprechend wird
der Gehalt von Molybdändisulfid im Bereich von 0,3 bis
6% eingestellt.
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(B) Grund für die Beschränkung
der Phase von Cu(4-x-y)NixSny
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x
und y für die Phase Cu(4-x-y)NixSny werden im Bereich
von 1,7 bis 2,3 bzw. im Bereich von 0,2 bis 1,3 eingestellt. Eine
CuNi2Sn-Phase mit großer Härte
wird auf einer Matrix in großem Ausmaß durch Sintern
bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1.080°C, was
höher als ein normaler Temperaturbereich ist, und durch allmähliches
Abkühlen mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als
eine normale Geschwindigkeit, gebildet. Jedoch wird eine vollständige
CuNi2Sn-Phase kaum gebildet, und es wird
eine Cu(4-x-y)NixSny-Phase gebildet, worin x im Bereich von
1,7 bis 2,3 ist und y im Bereich von 0,2 bis 1,3 ist. Wenn x und
y für eine Cu(4-x-y)NixSny-Phase in diesen Bereichen liegen, werden
die Reibungseigenschaften und die Verschleißbeständigkeit
der Phase verbessert.
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[ERSTES BEISPIEL]
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Die
erfindungsgemäße gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
zeigt, wird unter Bezugnahme auf die Beispiele genau beschrieben.
Als Ausgangspulver wurden Pulver mit den folgenden Eigenschaften
bereitgestellt:
ein verdöstes Cu-Ni-Pulver mit einer
mittleren Partikelgröße von 150 μm oder
kleiner und mit einer Zusammensetzung, enthaltend 15 bis 42,5 Massen%
Ni und Rest enthaltend Cu und unvermeidbare Verunreinigungen;
ein
Pulver einer Cu-Ni-Sn-Legierung mit einer mittleren Partikelgröße
von 150 μm oder kleiner und mit einer Zusammensetzung,
die 25 bis 60 Massen% Ni, 5 bis 60 Massen% Sn und einen Rest, enthaltend
Cu und unvermeidbare Verunreinigungen, enthält;
ein
verdöstes Sn-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße
von 20 μm;
ein Pulver einer Cu-P-Legierung (eutektische
Cu-8,4%ige P-Legierung) mit einer mittleren Partikelgröße
von 150 μm oder kleiner;
ein Graphitpulver mit einer
mittleren Partikelgröße von 20 μm;
ein
CaF2-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße
von 60 μm; und
ein MoS2-Pulver
mit einer mittleren Partikelgröße von 150 μm
oder kleiner.
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Die
Ausgangspulver wurden zugegeben, um die in den Tabellen 1 und 2
beschriebenen endgültigen Zusammensetzungen zu erhalten,
und hierzu wurde 1% Stearinsäure zugegeben, und dann wurde
die Mischung in einem V-förmigen Mischer für 20
Minuten gemischt. Anschließend wurde die Mischung einem
Pressen unterzogen, um ein verdichtetes Pulver zu erhalten, und
das verdichtete Pulver wurde bei einer vorbestimmten Temperatur
im Bereich von 900 und 1.080°C in einer zersetzten Ammoniakatmosphäre
gesintert. Als Ergebnis wurden die ringförmigen Teststücke
1 bis 16 der erfindungsgemäßen gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die ringförmigen Vergleichsteststücke
1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis und
die ringförmigen Teststücke 1 bis 3 einer bekannten
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis hergestellt, die
jeweils die in den Tabellen 1 und 2 beschriebenen Zusammensetzungen
und Porositäten aufwiesen. Diese besaßen alle
die gleiche Größe wie folgt: Außendurchmesser
18 mm × Innendurchmesser 8 mm × Höhe
8 mm.
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Ein
repräsentatives Teststück der erhaltenen ringförmigen
Teststücke 1 bis 16 der erfindungsgemäßen gesinterten
Cu Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis wurde mit EPMA betrachtet, und
die beobachtete Struktur ist in den Musterdiagrammen 1 bis 5 gezeigt. 1 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis 1 zeigt, 2 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis 3 zeigt, 3 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis 4 zeigt, 4 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis 8 zeigt und 5 ist
ein Musterdiagramm, das eine Struktur einer erfindungsgemäßen gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis 16 zeigt.
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Die
erhaltenen ringförmigen Teststücke 1 bis 16 der
erfindungsgemäßen gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die ringförmigen Vergleichsteststücke
1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis und
die ringförmigen Teststücke 1 bis 3 einer bekannten
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis wurden in Synthetiköl
eingetaucht. Unter Verwendung der ringförmigen Teststücke
1 bis 16 der erfindungsgemäßen gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, der ringförmigen Vergleichsteststücke
1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis und
der ringförmigen Teststücke 1 bis 3 einer bekannten
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die in das Synthetiköl
eingetaucht worden waren, wurden die nachstehend beschriebenen Tests
durchgeführt.
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Bruchtest:
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Die
ringförmigen Teststücke 1 bis 16 der erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die ringförmigen
Vergleichsteststücke 1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis und die ringförmigen Teststücke
1 bis 3 einer bekannten gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis,
die in Synthetiköl eingetaucht worden waren, wurden auf
120°C erwärmt, und es wurde eine Belastung auf die
erwärmten ringförmigen Teststücke aus
deren Radialrichtung ausgeübt. Die Bruchbelastungen (maximales Gewicht)
zu dem Zeitpunkt, bei dem die ringförmigen Teststücke
brachen, wurden gemessen, und die Festigkeit und Härte
von jedem Teststück wurde wie in den Tabellen 1 und 2 bewertet.
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Test der Verschleißbeständigkeit:
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Eine
Welle aus SUS304, endbehandelt mit 6S, wurde in die ringförmigen
Teststücke 1 bis 16 der erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, in die ringförmigen
Vergleichsteststücke 1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis und in die ringförmigen Teststücke
1 bis 3 einer bekannten gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis,
die in Synthetiköl eingetaucht worden waren, eingeführt.
Dann wurden die ringförmigen Teststücke auf 120°C
erwärmt, während eine Belastung von 0,2 MPa von
außerhalb der ringförmigen Teststücke
in der Radialrichtung (die Richtung rechtwinklig zur Achsenrichtung der
Welle) der ringförmigen Teststücke 1 bis 16 aus
der erfindungsgemäßen gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf
Kupferbasis, der ringförmigen Vergleichsteststücke
1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis und
der ringförmigen Teststücke 1 bis 3 einer bekannten
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis ausgeübt
wurde. Anschließend wurde die Welle für 30 Minuten
mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min rotiert. Die maximale Verschleißtiefe
am Innendurchmesser von jedem Teststück wurde gemessen,
und die Festigkeit/Härte, die Reibungseigenschaften und
die Verschleißbeständigkeit von jedem Teststück
wurden, wie in den Tabellen 1 und 2 beschrieben bewertet.
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Test der Beständigkeit gegen
Reibverschweißung:
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Eine
Welle aus SUS304, endbehandelt mit 6S, wurde in die ringförmigen
Teststücke 1 bis 16 der erfindungsgemäßen
gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis, die ringförmigen
Vergleichsteststücke 1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis und in die ringförmigen Teststücke
1 bis 3 aus einer bekannten gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis,
die in Synthetiköl eingetaucht worden waren, eingeführt.
Dann wurden die ringförmigen Teststücke 1 bis
16 der erfindungsgemäßen gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung
auf Kupferbasis, die ringförmigen Vergleichsteststücke
1 bis 8 einer gesinterten Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis und
die Teststücke 1 bis 3 aus einer bekannten gesinterten
Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis bei 120°C gehalten,
und die Welle wurde für 30 Minuten mit einer Geschwindigkeit
von 50 m/min rotiert, während eine Belastung in Radialrichtung
(Richtung rechtwinklig zur Achsenrichtung der Welle) der ringförmigen
Teststücke ausgeübt wurde. Anschließend
wurde die Belastung allmählich erhöht, und es
wurde die Belastung zu dem Zeitpunkt gemessen, als sich eine Reibverschweißung
bildete. Die Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung
von jedem Teststück wurde wie in den Tabellen 1 und 2 bestimmt.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis gemäß irgendeinem
der obigen (1) bis (17) zeigt herausragende Reibungseigenschaften
und Verschleißbeständigkeit. Zusätzlich
weist die erfindungsgemäße Legierung verbesserte
Reibungseigenschaften und Verschleißbeständigkeit
auf, wenn sie für verschiedene elektrische Teile und mechanische
Teile, und insbesondere für ein ölimprägniertes
Lager verwendet wird. Insbesondere wenn die erfindungsgemäße
Legierung für ein Lager einer Welle mit hoher Rotationsgeschwindigkeit
verwendet wird, wird effektiv ein Lager mit langer Lebensdauer erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
gesinterte Cu-Ni-Sn-Legierung auf Kupferbasis mit einer Zusammensetzung,
die 10 bis 40 Massen% Ni, 5 bis 25 Massen% Sn und einen Rest, enthaltend
Cu und unvermeidbare Verunreinigungen, und, falls notwendig, 0,1
bis 0,9 Massen% P, 1 bis 10 Massen% C, 0,3 bis 6 Massen% Calciumfluorid
oder 0,3 bis 6 Massen% Molybdändisulfid umfasst. In der
Struktur der Legierung ist eine Phase mit einer Zusammensetzung,
die Cu(4-x-y)NixSny (worin x: 1,7 bis 2,3, y: 0,2 bis 1,3 ist)
enthält, dispergiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-176255 [0002]
- - JP 2004-68074 A [0004]
- - JP 2005-314807 A [0004]