DE68920575T2

DE68920575T2 - Gesinterte legierungen auf kupferbasis.

Info

Publication number: DE68920575T2
Application number: DE68920575T
Authority: DE
Inventors: H Okegawa Daiichi Seisa Akutsu; T Chuo Kenkyusho Mitsubi Kohno; M Chuo Kenkyusho Mitsub Otsuki
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2009-10-27
Also published as: EP0407596A1; US5114468A; EP0407596A4; WO1990004657A1; DE68920575D1; EP0407596B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gesinterte Legierung auf Basis Kupfer, die sich insbesondere bezüglich der Verschleißbeständigkeit an Luft bei Temperaturen von gewöhnlicher Temperatur bis 400ºC auszeichnet und hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit sowie ferner überlegene einheitliche zeitliche Änderungseigenschaften in Bezug auf verbundene Teilelemente, gemessen durch den Reibungskoeffizienten, aufweist. Die Erfindung betrifft auch Teilestücke für Automobil-Ausrüstungsgegenstände aus dieser Sinterlegierung auf Kupfer-Basis, wie Synchronisierringe für Transmissionselemente, Ventil-Führungen für Motoren, Lager für Turbo-Lader und dgl.
Bisher ist zur Herstellung der oben erwähnten Teilestücke für die verschiedenen Automobil-Ausrüstungsgegenstände der Einsatz einer gesinterten Legierung auf Basis Kupfer vorgeschlagen worden, welche eine repräsentative Zusammenstzung aus Cu - 28 Gew.% Zn - 6 Gew.% Al (nachfolgend bedeutet das Symbol % Gew.Prozent) aufweist.
Diese herkömmliche Legierung auf Basis Kupfer weist überlegene einheitliche zeitliche Anderungseigenschaften in Bezug auf verbundene Teilstückelemente auf, weil sie eine gesinterte Legierung ist, sie besitzt allerdings keine genügende Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit. Die Legierung kann daher nicht die Entwurfserfordernisse der Kompaktheit, Leichtgewichtigkeit und Steigerung der Energieausbringung für die verschiedenen Ausrüstungsgegenstände der neueren Jahre erfüllen, und es ist somit dringend angestrebt worden, eine gesinterte Legierung auf Basis Kupfer mit verbesserten Eigenschaftswerten bei der Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit zu entwickeln.
DE-A-38 05 794 offenbart eine verschleißbeständige, gegossene Cu-Legierung aus 17 bis 40% Zn, 2 bis 11% Al, 0,5 bis 6% Mn, 0,1 bis 2% Si, 0,1 bis 3% von mindestens Fe, Ni und Co, 0,003 bis 0,3% von mindestens P, Mg und Ca und 30 bis 1000 ppm O&sub2; gegebenenfalls vorhandenem Cr, Pb und Sn, sowie dem Rest aus Cu und Verunreinigungen. Die Struktur der Legierung besteht aus einer Matrix, die eine homogene Dispersion von Oxiden und intermetallischen Verbindungen umfaßt.
Angesichts der oben dargelegten Fakten haben daher die Erfinder ihre Aufmerksamkeit insbesondere auf die obige herkömmliche Sinterlegierung auf Kupfer-Basis gerichtet und Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um eine gesinterte Legierung auf Basis Kupfer zu entwickeln, die bessere Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit besitzt. Als Ergebnis haben sie in Erfahrung gebracht, daß eine bestimmte gesinterte Legierung auf Basis Kupfer eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit an Luft bei Temperaturen von gewöhnlicher Temperatur bis 400ºC, hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweist und sich daher zur Herstellung von Teilestücken verwenden läßt, die die Entwurfserfordernisse der Kompaktheit, Leichtgewichtigkeit und Steigerung der Energie- bzw. Leistungsausbringung für die verschiedenen Ausrüstungsgegenstände erfüllen. Die Legierung weist eine Zusammensetzung auf, enthaltend:
Zn: 10 - 40%, Al: 0,3 bis 6%, Sauerstoff: 0,03 bis 1%, mindestens eines von W und Mo: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 3%, als gegebenenfalls vorhandene Elemente mindestens eines von Fe, Ni und Co: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5%, Mn: 0,1 bis 5%, Si: 0,1 bis 3%, Sn: 0,1 bis 4% und Cr: 0,1 bis 3%, und als Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die gesinterte Legierung weist eine Struktur auf, worin feine Oxide, einschleißlich einem Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), als Hauptbestandteil und intermetallische Verbindungen einheitlich dispergiert in einer Matrix vorliegen.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse durchgeführt worden. Die erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Kupfer, mit der obigen Zusammensetzung, ergibt eine Struktur in der Matrix, deren Oxide, die hauptsächlich aus Al&sub2;O&sub3; bestehen, mit einer Korngröße im Bereich von 1 bis 40 um verteilt sind, um so 0,5 bis 15% Oberflächen-Flächenverhältnis zu umfassen. Die intermetallischen Verbindungen sind mit einer Korngröße im Bereich von 1 bis 25 um verteilt, und sie sind einheitlich dispergiert, wobei sie 1 bis 10% Oberflächen- Flächenverhältnis umfassen. Diese Oxide und intermetallischen Verbindungen verursachen die deutlich verbesserte Verschleißbeständigkeit, und insbesondere wird durch die einheitliche Dispersion der Oxide die Beständigkeit gegenüber Schädigungen durch Hitzeeinwirkung zusätzlich zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit von in Kontakt stehenden Oberflächen verbessert. Mithin zeigt die Legierung der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit, sogar unter hohen Belastungseinwirkungen. Demzufolge zeichnen sich die Teilestücke für Automobil-Ausrüstungsgegenstände, die aus der obigen gesinterten Legierung auf Basis Kupfer hergestellt sind, in entsprechender Weise bezüglich der Verschleißbeständigkeit usw. aus und erfüllen in hinreichendem Maße die Entwurfserfordernisse der Kompaktheit, Leichtgewichtigkeit und Steigerung der Energie- bzw. Leistungsausbringung für die entsprechenden Ausrüstungsgegenstände.
Es werden nun die Gründe für die Eingrenzungsbedingungen der jeweiligen Bestandteilskomponente in der oben bereits beschriebenen erfindungsgemäßen gesinterten Legierung auf Basis Kupfer erläutert.

(a) Zn:

Die Zn-Komponente hat die Funktion, zusammen mit Cu und Al die Matrix zu bilden, um die Festigkeit und Zähigkeit der Legierung zu erhöhen. Beträgt ihr Gehalt allerdings weniger als 10%, läßt sich der angestrebte Effekt nicht erhalten. Übersteigt der Gehalt andererseits 40%, tritt ein Verschlechterungsphänomen auf. Somit ist ihr Gehalt auf 10 bis 40% festgelegt.

(b) Al:

Die Al-Komponente hat, zusätzlich zur Funktion, zusammen mit Cu und Zn die Matrix hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, wie oben beschrieben, zu bilden, die Funktion, sich mit Sauerstoff zur Bildung eines Oxids zu verbinden, um dadurch die Verschleißbeständigkeit unter hohen Temperaturbedingungen sowie bei gewöhnlicher Temperatur zu verbessern. Beträgt ihr Gehalt allerdings weniger als 0,3%, läßt sich der angestrebte Effekt nicht erhalten. Übersteigt ihr Gehalt andererseits 6%, erniedrigt sich die Zähigkeit der Matrix. Demgemäß ist ihr Gehalt auf 0,3 bis 6% festgelegt.

(c) Sauerstoff:

Sauerstoff hat die Funktion, sich mit Al, wie oben beschrieben, und mit W, Mo und Cr sowie ferner mit Si zu verbinden, welche gemäß Bedarf enthalten sind, um Oxide zu bilden, die in der Matrix fein und einheitlich dispergiert sind, um dadurch die Verschleißbeständigkeit zu verbessern, insbesondere unter hohen Belastungsbedingungen durch die Verbesserung der Hitzezerstörungsbeständigkeit als auch der allgemeinen Hitzebeständigkeit. Beträgt sein Gehalt allerdings weniger al 0,03%, fällt die Bildung der Oxide zu gering aus, so daß die angestrebte Verschleißbeständigkeit nicht gewährleistet werden kann. Liegt andererseits sein Gehalt über 1%, übersteigen die Oxide nicht nur 40 um an Korngröße und werden dadurch grobteilig, sondern sie übersteigen auch 15% Oberflächen-Flächenverhältnis, was zu viel wird, so daß Stärke und Festigkeit der Legierung erniedrigt und ferner ihre Abrasivität gegenüber angrenzenden Teilelementen erhöht werden. Demgemäß ist der Sauerstoff- Gehalt auf 0,03 bis 1% festgelegt.

(d) Fe, Ni und Co:

Diese Komponenten haben die Funktion, in der Matrix dispergiert zu werden, um die Stärke und Festigkeit der Legierung zu erhöhen und ferner in Kombination mit Cu und Al feine intermetallische Verbindungen zu bilden, die zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit in der Matrix dispergiert sind. Beträgt deren Gehalt allerdings weniger als 0,1%, kann der angestrebte Effekt dieser Funktion nicht erhalten werden. Übersteigt andererseits deren Gehalt 5%, erniedrigt sich die Zähigkeit. Somit ist deren Gehalt auf 0,1 bis 5% festgelegt.

(e) Mn:

Die Mn-Komponente hat die Funktion, in Kombination mit Si eine intermetallische Verbidung zu bilden, die in der Matrix fein dispergiert ist, um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen und in der Matrix teilweise eine feste Lösung zu bilden, um deren Festigkeit zu erhöhen. Beträgt ihr Gehalt allerdings weniger als 0,1%, kann der angestrebte Effekt nicht erhalten werden. Übersteigt andererseits ihr Gehalt 5%, erniedrigt sich die Zähigkeit. Demgemäß ist ihr Gehalt auf 0,1 bis 5% festgelegt.

(f) Si:

Die Si-Komponente verbindet sich mit Mn, W und Mo und ferner mit Cr, das gemäß Bedarf enthalten ist, um die harten und feinen intermetallischen Verbindungen zu bilden. Zudem bildet die Si-Komponente, in Kombination mit Sauerstoff, ein komplexes Oxid mit Al usw., um die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Insbesondere werden durch das Vorliegen des vorgenannten komplexen Oxids die Beständigkeit gegenüber Hitzezerstörung sowie die allgemeine Hitzebeständigkeit an in Kontakt stehenden Oberflächen erhöht. Die Legierung zeigt daher ausgezeichnete Verschleißbeständigkeitseigenschaften, beispielsweise sogar unter hohen Belastungsbedingungen. Liegt ihr Gehalt allerdings unterhalb 0,1%, kann die angestrebte Verschleißbeständigkeit nicht gewährleistet werden. Übersteigt ihr Gehalt andererseits 3%, erniedrigt sich die Zähigkeit. Aus diesem Grund ist ihr Gehalt auf 0,1 bis 3% festgelegt.

(g) W und Mo:

Diese Komponenten haben, zusätzlich zur Funktion der Steigerung der Festigkeit, die Funktion, sich mit Fe, Ni und Co, die gemäß Bedarf enthalten sind, zu verbinden, um intermetallische Verbindungen zu bilden, und sich ferner auch mit Sauerstoff zu verbinden, um feine Oxide zu bilden und dadurch die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Liegt deren Gehalt allerdings unter 0,1%, können die angestrebten Werte für Festigkeit und Verschleißbeständigkeit nicht gewährleistet werden. Liegt andererseits deren Gehalt über 3%, erniedrigt sich die Zähigkeit. Somit ist deren Gehalt auf 0,1 bis 3% festgelegt.
Beim vorstehend beschriebenen Gegenstand kommt es manchmal vor, daß die erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Kupfer P, Mg und Pb als unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Bleibt die Menge dieser Verunreinigungen jedoch insgesamt unterhalb 1,5%, verschlechtern sich die Legierungseigenschaften nicht, so daß deren Einschluß zulässig ist.
Die gesinterte Legierung auf Basis Kupfer der vorliegenden Erfindung weist die oben beschriebene Zusammensetzung auf, die Zn: 10 - 40%, Al: 0,3 bis 6%, Sauerstoff: 0,03 bis 1%, mindestens eines von W und Mo: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 3%, und als gegebenenfalls vorhandene Elemente mindestens eines von Fe, Ni und Co: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5%, Mn: 0,1 bis 5%, Si: 0,1 bis 3%, Sn: 0,1 bis 4% und Cr: 0,1 bis 3% sowie als Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Ferner ist es bevorzugt, einen Teil des obigen Cu, wie erforderlich, durch Sn: 0,1 bis 4%, Mn: 0,1 bis 5%, Si: 0,1 bis 3% oder Cr: 0,1 bis 3% zu ersetzen. Es werden nun die Gründe beschrieben, weshalb diese Komponenten wie angegeben eingegrenzt sind.

(h) Sn:

Die Sn-Komponente hat die Funktion, eine feste Lösung in der Matrix zu bilden, um dieselbe zu stärken und ferner die Beständigkeit gegenüber einer Beschädigung durch Hitzeeinwirkung unter hohen Belastungsbedingungen zu erhöhen, um dabei einen Beitrag zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit zu leisten. Daher ist die Komponente gemäß der jeweiligen Erfordernisse enthalten. Beträgt allerdings der Gehalt weniger als 0,1%, kann der angestrebte Effekt nicht erhalten werden. Übersteigt andererseits der Gehalt 4%, erniedrigt sich die Zähigkeit, und es wird auch insbesondere die Hitzebeständigkeit an in Kontakt stehenden Oberflächen herabgesetzt, so daß sich die Verschleißbeständigkeit verschlechtert. Somit ist ihr Gehalt auf 0,1 bis 4% festgelegt.

(i) Mn:

Die Mn-Komponente hat die Funktion, eine feste Lösung in der Matrix zu bilden, um die Festigkeit zu erhöhen, und sie ist deshalb gemäß Bedarf enthalten, besonders wenn kein Si enthalten ist. Beträgt ihr Gehalt weniger als 0,1%, kann der angestrebte Effekt der Erhöhung der Festigkeit nicht erhalten werden. Übersteigt andererseits ihr Gehalt 5%, erniedrigen sich die Zähgikeit und ferner die Hitzebeständigkeit an in Kontakt stehenden Oberflächen, so daß die angestrebte Verschleißbeständigkeit nicht ausreichend gewährleistet werden kann. Somit ist ihr Gehalt auf 0,1 bis 5% festgelegt.

(j) Cr:

Die Cr-Komponente hat die Funktion, in Kombination mit Metallen der Eisen-Familie, die gemäß Bedarf enthalten sind, intermetallische Verbindungen und ferner Oxide zu bilden, um ebenfalls die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Aus diesem Grund ist Cr gemäß Notwendigkeit enthalten. Beträgt der Gehalt weniger als 0,1%, kann der angestrebte Effekt bei der Verschleißbeständigkeit nicht erhalten werden. Übersteigt ihr Gehalt andererseits 3%, erniedrigt sich die Zähigkeit, somit ist ihr Gehalt auf 0,1 bis 3% festgelegt.

Beispiele

Nachfolgend wird nun die gesinterte Legierung gemäß der Erfindung auf Basis Kupfer durch die entsprechenden Beispiele konkret beschrieben.

Beispiel 1

Es wurden als Ausgangsmaterial-Pulverprodukte zwei Varianten hergestellt, jeweils aus Cu-Al-Legierungspulvern (jeweils enthaltend 50% Al), Cu-Pulvern, Zn-Pulvern, Al-Pulvern, Fe- Pulvern, Ni-Pulvern, Co-Pulvern, Mn-Pulvern, W-Pulvern, Mo- Pulvern, Cr-Pulvern und aus Sn-Pulvern. Ein jedes dieser Pulver weist eine Teilchengröße von weniger als 75 um (200 mesh) auf, und die beiden Varianten derselben Sorte von Pulvern sind so hergestellt, daß sie jeweils O&sub2;-Gehalte von 4% bzw. 1% aufweisen, und zwar durch Einstellung der Dicken der oxidierten Oberflächenschichten. Diese Ausgangsmaterial- Pulver wurden zu den in Tabellen 1-1 und 1-2 angegebenen Zusammensetzungen vermischt und naß pulverisiert und 72 h lang in einer Kugelmühle zusammengemischt. Die Mischungen wurden nach Trocknung unter einem vorbestimmten Druck in einem Bereich von 4 - 6 t/cm² zu Grünkompakten verpreßt. Dann wurden die Grünkompakte in einer Atmosphäre von H&sub2;-Gas, das den Taupunkt : 0 bis 30ºC aufweist, in einem vorbestimmten Tempberaturbereich von 800 bis 900ºC 1 1/2 h lang gesintert, um erfindungsgemäße gesinterte Legierungen auf Basis Kupfer 1 bis 14, gesinterte Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1 bis 6 sowie die gesinterte Legierung auf Basis Kupfer gemäß herkömmlichem Stand der Technik zu erzeugen. Die Legierungen wiesen Abmessungen mit Aussendurchmesser: 75 mm x Innendurchmesser: 65 mm x Dicke: 8,5 mm zur Messung der Druckzerstörungskräfte, mit einer Breite: 10 mm x Dicke: 10 mm x Länge: 40 mm für Verschleiß-Tests sowie mit Aussendurchmesser: 10 mm x Höhe: 20 mm zur Messung der Reibungskoeffizienten jeweils auf, und jede der Legierungen wies im wesentlichen dieselbe Bestandteilszusammensetzung wie die vermischte Zusammensetzung auf.
Dabei wiesen die erfindungsgemäßen gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer 1 bis 14 Strukturen auf, in denen die Oxide und intermetallischen Verbindungen in den Matrices einheitlich dispergiert waren.
Jede der gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1 bis 6 wich beim Gehalt einer ihrer Aufbaukomponenten vom Bereich der Erfndung ab (die in der Tabelle 1 mit* markierte Komponente).
Anschließend wurden, bezüglich der verschiedenen Arten von gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer, erhalten wie oben dargelegt, die Druckzerstörungskräfte gemessen, um Festigkeit und Zähigkeit zu bewerten. Ferner wurden zur Bewertung der Verschleißbeständigkeit Block-auf-Ring-Tests durchgeführt, um spezifische Verschleißmengen unter den folgenden Bedingungen zu ermitteln:
Form des Teststücks: 8 mm x 8 mm x 30 mm;
verbundenes Teilemenent: gehärteter Ring aus SCr 420
Material, mit Durchmesser: 30 mm x Breite: 5 mm;
Öl: 65W Getriebeöl;
Öltemperatur: 50ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 2 m/s;
Endlast: 3 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Außerdem wurden zur Bewertung der einheitlichen zeitlichen Änderungseigenschaften bezüglich verbundener Teilelemente Nadel-Abrieb-Tests durchgeführt, um Reibungskoeffizienten aus einer Drehmomentmessung unter den folgenden Bedigungen zu berechnen:
Form des Teststücks: Nadel mit Durchmesser von 3 mm; verbundenes Teilelement: gehärtete Scheibe aus SCr 420 Material;
Öl: 65W Getriebeöl;
Öltemperatur: 50ºC;
Gleitgeschwindigkeit 4 m/s;
Druckkraft: 1,5 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabellen 1-1 bis 1-2 angegeben.

Beispiel 2

Es wurden als Ausgangsmaterial-Pulver zwei Varianten hergestellt, jeweils aus Cu-Al-Legierungspulvern (jeweils enthaltend 50% Al), Cu-Pulvern, Zn-Pulvern, Al-Pulvern, Si- Pulvern, W-Pulvern, Mo-Pulvern, Fe-Pulvern, Ni-Pulvern, Co- Pulvern, Cr-Pulvern und aus Sn-Pulvern. Jedes dieser Pulver weist eine Teilchengröße von weniger als 75 um (200 mesh) auf, und die beiden Varianten der beiden Pulversorten sind so hergestellt, daß sie jeweils O&sub2;-Gehalte von 4% bzw. 1% aufweisen, und zwar durch Einstellung der Dicken der oxidierten Oberflächenschichten. Diese Ausgangsmaterial- Pulver werden zu den in Tabellen 2-1 bis 2-3 angegebenen Zusammensetzungen vermischt. Die so vermischen Pulver wurden pulverisiert und erneut zusammengemischt, nach Trocknung gesintert und zu Grünkompakten in derselben Weise wie in Beispiel 1 verpreßt, um erfindungsgemäße gesinterte Legierungen auf Basis Kupfer 1 bis 30, gesinterte Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1 bis 7 sowie die gesinterte Legierung auf Basis Kupfer gemäß herkömmlichem Stand der Technik zu erzeugen. Die Legierungen wiesen Abmessungen mit Aussendurchmesser: 72 mm x Innendurchmesser: 62 mm x Dicke: 8,2 mm zur Messung der Druckzerstörungskräfte, mit einer Breite: 10 mm x Dicke: 10 mm x Länge 40 mm für die Verschleißtests sowie mit einem Aussendurchmesser: 10 mm x Höhe: 20 mm zur Messung der Reibungskoeffizienten jeweils auf, und eine jede der Legierungen hatte im wesentlichen dieselbe Bestandteilszusammensetzung wie die gemischte Zusammensetzung.
Dabei wiesen die erfindungsgemäßen gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer 1-30 Strukturen auf, in denen die Oxide und intermetallischen Verbindungen in den Matrices einheitlich dispergiert waren.
Jede der gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1-7 wich vom Bereich der Erfindung beim Gehalt einer ihrer Aufbaukomponenten (die in Tabelle 2 mit * markierte Komponente) ab.
Anschließend wurden, bezüglich der verschiedenen Arten der gesinterten Legierung auf Basis Kupfer, erhalten wie oben dargelegt, die Druckzerstörungskräfte zur Bewertung von Festigkeit und Zähigkeit ermittelt. Ferner wurden zur Bewertung der Verschleißbeständigkeit Block-auf-Ring-Tests durchgeführt, um die spezifischen Verschleißmengen unter den folgenden Bedingungen zu messen:
Form des Teststücks: 8 mm x 8 mm x 30 mm;
verbundenes Teilelement: Ring aus S45C Material mit Durchmesser: 30 mm x Breite: 5 mm;
Öl: 20W Getriebeöl
Öltemperatur: 75ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 6 m/s;
Endlast: 4 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Ausserdem wurden zur Bewertung der einheitlichen zeitlichen Änderungseigenschaften bezüglich verbundener Teilstückelemente Nadel-Abrieb-Tests durchgeführt, um Reibungskoeffizienten aus einer Drehmoment-Messung unter den folgenden Bedingungen zu berechnen:
Form des Teststücks: Nadel mit Durchmesser von 3 mm;
verbundenes Teilstückelement: Scheibe aus S45C Material;
Öl: 20W Motorenöl;
Öltemperatur: 75ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 6 m/s;
Druckkraft: 2 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabellen 2-1 bis 2-3 angegeben.

Beispiel 3

Es wurden als Ausgangsmaterial-Pulver zwei Varianten hergestellt, jeweils aus Cu-Al-Legierungspulvern (jeweils enthaltend 50% Al), aus Cu-Pulvern, Zn-Pulvern, Al-Pulvern, Mn-Pulern, Si-Pulvern, Fe-Pulvern, Ni-Pulvern, Co-Pulvern und Cr-Pulvern. Jedes dieser Pulver hat eine Teilchengröße von weniger als 75 um (200 mesh), und die beiden Varianten derselben Sorte von Pulvern sind so hergestellt, daß sie O&sub2;- Gehalte von jeweils 4% bzw. 2% aufweisen, und zwar durch Einstellung der Dicken der oxidierten Oberflächenschichten. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden zu den in Tabelle 3-1 angegebenen Zusammensetzungen vermischt. Die so vermischten Pulver werden pulverisiert und erneut zusammengemischt, nach Trocknung gesintert und zu Grünkompakten in derselben Weise wie in Beispiel 1 preßgeformt, um die gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1-7 sowie die gesintete Legierung auf Basis Kupfer gemäß herkömmlichem Stand der Technik zu erzeugen. Die Legierungen wiesen jeweils Abmessungen mit einem Aussendurchmesser: 71 mm x Innendurchmesser: 63 mm x Dicke: 8 mm zur Messung der Druckzerstörungskräfte, mit einer Breite: 10 mm x Dicke: 10 mm x Länge: 40 mm für die Verschleißtests bzw. mit einem Aussendurchmesser: 10 mm x Höhe: 20 mm zur Messung der jeweiligen Reibungskoeffizienten auf, und jede der Legierungen hatte im wesentlichen dieselbe Bestandteilszusammensetzung wie die vermischte Zusammensetzung.
Jede der gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1-7 wich vom Bereich der Erfindung beim Gehalt einer ihrer Aufbaukomponenten (die in Tabelle 3 mit * markierte Komponente) ab.
Anschließend wurden, bezüglich der verschiedenen Arten der gesinterten Legierung auf Basis Kupfer, erhalten wie oben dargelegt, Druckzerstörungskräfte zur Bewertung von Festigkeit bzw. Stärke und Zähigkeit ermittelt. Ferner wurden zur Bewertung der Verschleißbeständigkeit Block-auf-Ring- Tests durchgeführt, um spezifische Verschleißmengen unter den folgenden Bedingungen zu messen:
Form des Teststücks: 8 mm x 8 mm x 30 mm;
verbundenes Teilstückelement: Ring aus S35C Material mit
Durchmesser: 30 mm x Breite: 5 mm;
Öl: 10W Motorenöl
Öltemperatur: 85ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 10 m/s;
Endlast: 4 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Ausserdem wurden zur Bewertung der einheitlichen zeitlichen Änderungseigenschaften bezüglich verbundener Teilstückelemente Nadel-Abrieb-Tests durchgeführt, um Reibungskoeffizienten aus einer Drehmomentmessung unter den folgenden Bedingungen zu berechnen:
Form des Teststücks: Nadel mit Durchmesser von 2,5 mm; verbundenes Teilstückelement: Scheibe aus S35C Material;
Öl: 10W Motorenöl
Öltemperatur: 85ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 10 m/s;
Druckkraft: 2 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 3-1 angegeben.

Beispiel 4

Es wurden als Ausgangsmaterial-Pulver zwei Varianten hergestellt, jeweils aus Cu-Al-Legierungspulvern (jeweils enthaltend 50% Al), aus Cu-Pulvern, Zn-Pulvern, Al-Pulvern, Mn-Pulvern, Si-Pulvern, W-Pulvern, Mo-Pulvern, Fe-Pulvern, Ni-Pulvern, Co-Pulvern, Cr-Pulvern und Sn-Pulvern. Jedes dieser Pulver hat eine Teilchengröße von weniger als 75 um (200 mesh), und die beiden Varianten derselben Sorte von Pulvern sind so hergestellt, daß sie jeweils O&sub2;-Gehalte von 4% bzw. 2% aufweisen, und zwar durch Einstellung der Dicken der oxidierten Oberflächenschichten. Diese Ausgangsmaterial- Pulver wurden zu den in Tabellen 4-1 bis 4-3 angegebenen Zusammensetzungen vermischt. Die so vermischten Pulver wurden pulverisiert und erneut zusammengemischt, nach Trocknung gesintert und zu Grünkompakten in derselben Weise wie in Beispiel 1 verpreßt, um die gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer 1-30 gemäß der vorliegenden Erfindung, gesinterte Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1-6 sowie die gesinterte Legierung auf Basis Kupfer gemäß herkömmlichem Stand der Technik zu erzeugen. Die Legierungen wiesen jeweils Abmessungen mit einem Aussendurchmesser: 70 mm x Innendurchmesser: 62 mm x Dicke: 8 mm zur Messung von Druckzerstörungskräften, mit einer Breite: 10 mm x Dicke: 10 mm x Länge: 40 mm für Verschleißtests bzw. mit einem Aussendurchmesser: 10 mm x Höhe: 20 mm zur Messung von Reibungskoeffizienten auf, und jede dieser Legierungen hatte im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die vermischte Zusammensetzung.
Dabei wiesen die erfindunsgemäßen gesinterten Legierungen 1-30 auf Basis Kupfer Strukturen auf, in denen die Oxide und intermetallischen Verbindungen in den Matrices einheitlich dispergiert waren.
Jede der gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer 1-6 wich vom Bereich der Erfindung beim Gehalt einer ihrer Aufbaukomponenten (die in Tabelle 4 mit * markierte Komponente) ab.
Anschließend wurden, bezüglich der verschiedenen Arten der gsinterten Legierungen auf Basis Kupfer, erhalten wie oben dargelegt, Druckzerstörungskräfte zur Bewertung von Festigkeit bzw. Stärke und Zähigkeit ermittelt. Ausserdem wurden zur Bewertung der Verschleißbeständigkeit Block-auf- Ring-Tests durchgeführt, um spezifische Verschleißmengen unter den folgenden Bedingungen zu messen:
Form des Teststücks: 8 mm x 8 mm x 30 mm;
verbundenes Teilstückelement: Ring aus SUH36 Material mit Druchmesser: 30 mm x Breite: 5 mm;
Öl: 5W Motorenöl;
Öltemperatur: 80ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 8 m/s;
Endlast: 5 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Ausserdem wurden zur Bewertung der zu verbundenen Teilstückelementen komplementären Eigenschaften Nadel-Abrieb- Tests durchgeführt, um Reibungskoeffizienten aus einer Drehmoment-Messung unter den folgenden Bedingungen zu berechnen:
Form des Teststücks: Nadel mit Durchmesser von 2 mm; verbundenes Teilstückelement: Scheibe aus SUH36 Material;
Öl: 5W Motorenöl;
Öltemperatur: 80ºC;
Gleitgeschwindigkeit: 8 m/s;
Druckkraft: 2 kg; und
Gleitstrecke: 1,5 km.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in den Tabellen 4-1 bis 4-3 angegeben.
Aus den in Tabelle 1 bis Tabelle 4 angegebenen Ergebnissen ist das folgende ersichtlich. Die erfindungsgemäßen gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer weisen Reibungskoeffizienten auf, die zu denen von herkömmlichen gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer gleichwertig sind. Dies bedeutet, daß sie sich bei gegenüber verbundenen Teilstückelementen einheitlichen zeitlichen Änderungseigenschaften auszeichnen. Zudem weisen sie überlegene Verschleißbeständigkeit, Festigkeit bzw. Stärke und Zähigkeit auf, verglichen mit herkömmlichen gesinterten Legierungen auf Basis Kupfer. Im Gegensatz dazu neigt, wie bei den gesinterten Vergleichslegierungen auf Basis Kupfer erkennbar, falls der Gehalt von sogar nur einem der Aufbaubestandteile ausserhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, mindestens eine Eigenschaft der Verschleißbeständigkeit, Festigkeit bzw. Stärke und Zähigkeit dazu, sich zu verschlechtern. Somit werden bei Teilestücken für verschiedene Automobil-Ausrüstungsgegenstände, die aus den gesinterten Legierungen der Erfindung auf Basis Kupfer gefertigt sind, wie bei Synchronisierringen für Transmissionen usw., ausgezeichnete Verschleißbeständigkeitswerte usw. ausgewiesen, und die Entwurfs-Erfordernisse von Kompaktheit, Leichtgewichtigkeit und Steigerung der Energie- bzw. Leistungsausbringung der entsprechenden Ausrüstungsgegenstände können ausreichend gut erfüllt werden.
Die gesinterte Legierung auf Basis Kupfer gemäß der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit, hohe Festigkeit bzw. Stärke und hohe Zähigkeit auf, und sie ist bei der gegenüber verbundenen Elementeteilen einheitlichen zeitlichen Änderungscharakteristik überlegen. Daher läßt sich bei Teilestücken für verschiedene Automobil- Ausrüstungsgegenstände, die aus dieser gesinterten Legierung auf Basis Kupfer gefertigt sind, wie bei Ventil-Führungen, Lagern für Turbolader und dgl., die in der Industrie nutzbringende Anwendbarkeit erbringen, so daß eine überlegene Verschleißbeständigkeit usw. an Luft bei Temperaturen von gewöhnlicher Teperatur bis 400ºC ausgewiesen werden, die Planungs- bzw. Entwurfs-Erfordernisse der Kompaktheit, Leichtgewichtigkeit und Steigerung der Energie- bzw. Leistungsausbringung der entsprechenden Ausrüstungsgegenstände genügend gut erfüllt und ferner das ausgezeichnete Leistungsvermögen über einen langen Zeitraum bei Anwendung in der Praxis erwiesen werden können. Tabelle 1-1 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 1-2 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäß gesinterte Legierung auf Basis Cu Gesinterte Vergleichslegierungauf Basis Cu Herkömliche gesinterte Legierung auf B.Cu Rest Hitzeschaden *= Außerhalb des Bereichs der Erfindung Tabelle 2-1 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 2-2 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 2-3 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung gesinterte Vergleichslegierung auf Basis Cu herkömmliche gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 3-1 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Gesinterte Vergleichslegierung auf Basis Cu herkömmliche gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Hitzeschaden * = außerhalb des Bereichs der Erfindung Tabelle 4-1 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 4-2 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest Tabelle 4-3 Gemischte Zusammensetzung (Gew.%) Druckzerstörungslast (kg) Spezifische Verschleißmenge Reibungskoeffizient Typ Sauerstoff Cu+ Verunreinigung Gesinterte Vergleichslegierung auf Basis Cu Herkömmliche gesinterte Legierung auf basis Cu Erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Basis Cu Rest *: Außerhalb des Bereichs der Erfindung

Claims

1. Gesinterte Legierung auf Basis Kupfer mit einer Zusammensetzung, enthaltend:

Zn: 10 bis 40% (Gew.%, genauso bei den folgenden Symbolen) Al: 0,3 bis 6 %;

Sauerstoff: 0,03 bis 1%;

mindestens eines von W und Mo: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 3%;

als gegebenenfalls vorhandene Elemente mindestens eines von Fe, Ni und Co: in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5%, Mn: 0,1 bis 5%, Si: 0,1 bis 3%, Sn: 0,1 bis 4% und Cr: 0,1 bis 3%; und

als Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen; und

mit einer Struktur, worin feine Oxide, einschließlich einem Aluminiumoxid, als Hauptbestandteil und intermetallische Verbindungen in einer Matrix einheitlich dispergiert sind.

2. Legierung gemäß Anspruch 1, worin mindestens eines von Fe, Ni und Co in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.% enthalten ist.

3. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

4. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

5. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

6. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

7. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt ovn 0,1 bis 5 Gew.% und der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

8. Legierung gemäß Ansruch 2, worin der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% und der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

9. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.%, der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

10. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

11. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% und der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

12. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

13. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.%, der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

14. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.% und der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

15. Legierung gemäß Anspruch 2, worin der Mn-Gehalt von 0,1 bis 5 Gew.%, der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

16. Legierung gemäß Anspruch 1, worin ein Mn-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% und der Si-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

17. Legierung gemäß Anspruch 16, worin mindestens eines von Fe, Ni und Co, die in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.% vorliegen, einen Teil des Cu ersetzt bzw. ersetzen.

18. Legierung gemäß Anspruch 16, worin der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

19. Legierung gemäß Anspruch 16, worin der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzt.

20. Legierung gemäß Anspruch 16, worin mindestens eines von Fe, Ni und Co, die in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.% vorliegen, und der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

21. Legierung gemäß Anspruch 16, worin mindestens eines von Fe, Ni und Co, die in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.% vorliegen, und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

22. Legierung gemäß Anspruch 16, worin der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

23. Legierung gemäß Anspruch 16, worin mindestens eines von Fe, Ni und Co, die in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.% vorliegen, der Sn-Gehalt von 0,1 bis 4 Gew.% und der Cr-Gehalt von 0,1 bis 3 Gew.% einen Teil des Cu ersetzen.

24. Teilestück für Automobil-Ausrüstungsgegenstände, gebildet aus der gesinterten Legierung auf Basis Kupfer gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 23, welches in einem Teilestückbereich eingesetzt ist, das unter Verschleißeinwirkung an Luft in einem Bereich von gewöhnlicher Temperatur bis 400ºC steht.

25. Teilestück für Automobil-Ausrüstungsgegenstände gemäß Anspruch 24, worin das Teilestück ein Synchronisierring für ein Transmissionselement ist.

26. Teilestück für einen Automobil-Ausrüstungsgegenstand gemäß Anspruch 24, worin das Teilestück eine Ventil-Führung für einen Motor ist.

27. Teilestück für einen Automobil-Ausrüstungsgegenstand gemäß Anspruch 24, worin das Teilestück ein Lager für einen Turbo-Lader ist.