JP2001020054A - Copper-aluminum composite thermal spraying layer - Google Patents

Copper-aluminum composite thermal spraying layer

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JP2001020054A JP19607299A JP19607299A JP2001020054A JP 2001020054 A JP2001020054 A JP 2001020054A JP 19607299 A JP19607299 A JP 19607299A JP 19607299 A JP19607299 A JP 19607299A JP 2001020054 A JP2001020054 A JP 2001020054A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a copper-aluminum composite layer by thermal spraying by allowing it to contain copper or a 1st copper alloy and aluminum or a 1st aluminum alloy, allowing the copper or 1st copper alloy to contain at least an undissolved phase and allowing the aluminum or 2nd aluminum alloy to contain at least a dissolved phase. SOLUTION: The ratio of a copper alloy and an aluminum alloy is desirably controlled to, by weight, 80 to 30% copper alloy, and the balance aluminum alloy. The preferable combination of the composite components is composed of the copper alloy contg., by weight, <=40% Pb and 12 to 60% Si-Al alloy. The desirable Si content is 15 to 50 wt.%, and the dimensions of the Si particles are desirably controlled to 1 to 40 μm. The compsn. of the whole of the copper- aluminum composite thermal spraying layer is preferably composed of, by weight, 8 to 82% Cu, 5 to 50% Al, <=40% Pb and 5 to 50% Si. In the undissolved copper alloy, fine Pb in the copper alloy powder remains in the thermal spraying layer and contributes to the improvement of its sliding characteristics, and, in the dissolved Al alloy, shapeless Si disperses into the thermal spraying layer to improve its wear resistance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶射銅ーアルミニ
ウム複合材料に関するものである。本発明が関連する技
術分野は、複合材料、溶射技術、アルミニウム合金摺動
材料及び銅合金摺動材料などである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sprayed copper-aluminum composite material. The technical fields to which the present invention relates are composite materials, thermal spraying techniques, aluminum alloy sliding materials and copper alloy sliding materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属系複合材料としては主に金属とセラ
ミックスの複合材料が研究されており、その製造方法は
銅粉とAl23粉などの混合粉をプレス成形後焼結する
方法(特許第2854916号)、セラミックカーボン
にAl合金溶湯を含浸する方法(特許第2846635
号)などがある。金属と金属の複合組織を有する摺動層
としてはクラッド材がある。溶射技術に関しては、日本
金属学会報まてりあVol.33(1994)No.
3、P268〜275「溶射技術の最近における進歩」
と題する解説があり、金属−セラミック系複合材料の製
造方法が説明されている。同じく、トライボロジストVo
l41(1996)、No.11、第19〜24頁にも溶
射技術の解説がある。
2. Description of the Related Art As a metal-based composite material, a composite material of a metal and a ceramic has been mainly studied, and a method for producing the composite material is a method of sintering a mixed powder of copper powder and Al 2 O 3 powder after press molding ( Japanese Patent No. 2854916), a method of impregnating a ceramic carbon with a molten Al alloy (Japanese Patent No. 2846635)
No.). As a sliding layer having a composite structure of metal and metal, there is a clad material. Regarding the thermal spraying technology, see the Metallurgy Society of Japan, Vol. 33 (1994) No.
3. P268-275 "Recent Advances in Thermal Spraying Technology"
And a method for producing a metal-ceramic composite material. Similarly, Tribologist Vo
l41 (1996), no. There is a commentary on thermal spraying technology on pages 11, 19-24.

【0003】銅−アルミニウム複合材料に属するものと
しては、アルミニウム合金基材中にホワイトメタル並み
の硬度を有する軟質層を分散させたすべり軸受を開示す
る特開平9−122955号がある。この複合材料の製
造方法は、裏金付きのアルミ合金材からなる平板を供試
する第1工程と、平板の前面にSn,Pbもしくはホワ
イトメタルの軟質材料を厚さ50〜100μmで密着す
る第2工程と、軟質材料を密着した上記平板に局所的に
レーザー光を照射することにより軟質材料をアルミ合金
の内部に溶け込ませて軟質合金層を形成する第3工程
と、同平板をそれぞれ半円筒に湾曲する第4工程と、上
記レーザー溶射面をそれぞれ機会加工仕上げしたのち軟
質材料を研削してその内部にアルミ合金と軟質合金層と
の複合層を露出させる第5工程からなる。
As a material belonging to the copper-aluminum composite material, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-129555 which discloses a plain bearing in which a soft layer having a hardness similar to that of white metal is dispersed in an aluminum alloy base material. This composite material manufacturing method includes a first step of testing a flat plate made of an aluminum alloy material with a back metal, and a second step of closely adhering a soft material of Sn, Pb or white metal to a front surface of the flat plate with a thickness of 50 to 100 μm. A third step of forming a soft alloy layer by dissolving the soft material into the aluminum alloy by locally irradiating a laser beam to the flat plate on which the soft material is adhered; It comprises a fourth step of bending and a fifth step of grinding the soft material after each of the laser-sprayed surfaces has been machined and finished and exposing a composite layer of an aluminum alloy and a soft alloy layer inside the soft material.

【0004】銅合金のうち特に摺動合金としてはPbを
添加して耐凝着性を耐焼付性を良好にしたCu−Pbが
係多用されている。銅合金は耐摩耗性が優れていないた
めに、例えば本出願人の米国特許第5,326,384
号で提案されているようにFe2Pなどの硬質物を添加
して焼結を行うことが知られているが、硬質物の添加に
よりなじみ性などは劣化することは避けられない。
Among copper alloys, particularly, as a sliding alloy, Cu-Pb, in which Pb is added to improve adhesion and seizure resistance by adding Pb, is frequently used. Copper alloys have poor abrasion resistance, and for example, the present applicant's US Pat. No. 5,326,384
It is known that sintering is performed by adding a hard material such as Fe 2 P as proposed in the above-mentioned publication, but it is unavoidable that the addition of the hard material deteriorates the adaptability and the like.

【0005】銅合金の摺動材料を溶射する技術は本出願
人の国際公開公報WO95/25224で公知であり、
この公報でも銅−硬質系複合材料が開示されている。
A technique for spraying a copper alloy sliding material is known from the applicant's International Publication WO95 / 25224.
This publication also discloses a copper-hard composite material.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前掲WO95/252
24から溶射技術によりCu−Pb合金の一部の組織、
特にPb組織を溶射させないことによりPb相を粗大化
させず、もって摺動特性を向上することが提案させたこ
とは言うものの、銅溶射合金を硬化させることにより耐
摩耗性を向上させることは困難である。すなわち、銅合
金の硬化法は主として圧延、引抜などの加工合金につい
ては析出硬化を利用して広く行われているが、基本的に
は鋳造合金である溶射合金を組成の工夫により硬化させ
ることは限界がある。
Problems to be Solved by the Invention WO 95/252, supra.
From 24, a part of the structure of the Cu-Pb alloy by thermal spraying technology,
In particular, although it has been proposed that the Pb phase is not coarsened by not spraying the Pb structure to improve the sliding characteristics, it is difficult to improve the wear resistance by hardening the copper sprayed alloy. It is. In other words, the hardening method of copper alloys is widely performed mainly by using precipitation hardening for working alloys such as rolling and drawing, but it is basically impossible to harden a sprayed alloy that is a cast alloy by devising the composition. There is a limit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、銅
もしくは第1の銅合金及びアルミニウムもしくは第1の
アルミニウム合金を含んでなり、前記銅もしくは第1の
銅合金が少なくとも未溶解相を有し、又前記アルミニウ
ムもしくは第1のアルミニウム合金は少なくとも溶解相
とを有する溶射銅ーアルミニウム複合材料を提供する。
銅又は銅合金(以下「銅合金」と総称する)とアルミニ
ウム又はアルミニウム合金(以下「アルミニウム合金」
と総称する)の複合材料とするためには、これら合金の
一部が溶解してバインダーの役割をすることが必要であ
る。別の観点からは、例えば、Cu−Pb合金中のP
b,Al−Si合金中のSiはかなり少量でも他方合金
の基質の特性を阻害して、有用な複合材料にはならない
ので、銅合金とアルミニウム合金の完全溶解を避ける必
要がある。本発明においては、少なくともアルミニウム
合金が溶解していれば、複合組織を形成するためのバイ
ンダー効果は実現される。すなわち、銅とアルミニウム
は本来相性がよい物質であり結合に適するからである。
That is, the present invention comprises copper or a first copper alloy and aluminum or a first aluminum alloy, wherein the copper or the first copper alloy has at least an undissolved phase. In addition, the aluminum or the first aluminum alloy provides a sprayed copper-aluminum composite material having at least a molten phase.
Copper or copper alloy (hereinafter collectively referred to as “copper alloy”) and aluminum or aluminum alloy (hereinafter “aluminum alloy”)
In order to obtain a composite material of (hereinafter collectively referred to as), it is necessary that a part of these alloys is dissolved to serve as a binder. From another viewpoint, for example, P in a Cu-Pb alloy
b, It is necessary to avoid complete dissolution of the copper and aluminum alloys, since even small amounts of Si in the Al-Si alloy will interfere with the properties of the other alloy's matrix and will not be a useful composite. In the present invention, if at least the aluminum alloy is dissolved, a binder effect for forming a composite structure is realized. That is, copper and aluminum are originally compatible substances and are suitable for bonding.

【0008】上記した複合材料は、溶射法より得ること
ができる。溶射の一般的傾向として(イ)銅合金粉末と
アルミニウム合金粉末の平均粒径が等しい場合はアルミ
ニウム合金粉末が溶解し、(ロ)アルミニウム合金粉末
の平均粒径が銅合金粉末より非常に大きい場合は後者も
溶解する。このような傾向を利用することによって、ア
ルミニウム合金粉末の少なくとも一部が溶解し、残部が
固体粉末の性質を実質的に維持した銅−アルミニウム複
合材料を製造することができる。純アルミニウム耐摩耗
性が銅(合金)より優れており、さらにアルミニウム合
金は鋳造状態で耐摩耗性が優れた合金が多数あるから、
これを銅合金と全面的には合金化はさせずに複合化する
ことにより、複合材料全体の耐摩耗性を銅(合金)より
向上することができる。これらを考慮すると、銅合金と
アルミニウム合金の割合は、重量割合で前者が80〜3
0%、残部後者であることが好ましい。本発明において
「溶解相」とは当該銅―アルミニウム複合材料の溶射中
に溶解した組織である。すなわち、ほとんどの製造プロ
セスを辿ると金属材料は溶解を経ているが、特に溶射中
に溶解・凝固した状態であることである。
The above-mentioned composite material can be obtained by a thermal spraying method. As a general tendency of thermal spraying, (a) when the average particle size of the copper alloy powder and the aluminum alloy powder are equal, the aluminum alloy powder dissolves, and (b) when the average particle size of the aluminum alloy powder is much larger than the copper alloy powder. Also dissolves the latter. By utilizing such a tendency, it is possible to produce a copper-aluminum composite material in which at least a part of the aluminum alloy powder is dissolved and the remainder substantially maintains the properties of the solid powder. Pure aluminum wear resistance is superior to copper (alloy), and many aluminum alloys have excellent wear resistance in the cast state,
By compounding this with the copper alloy without entirely alloying it, the wear resistance of the entire composite material can be improved as compared with copper (alloy). In consideration of these, the ratio of the copper alloy and the aluminum alloy is 80 to 3 by weight.
It is preferred that the content is 0% and the balance is the latter. In the present invention, the “dissolved phase” is a structure dissolved during thermal spraying of the copper-aluminum composite material. That is, according to most of the manufacturing processes, the metal material has been melted, but is in a state of being melted and solidified particularly during thermal spraying.

【0009】本発明において、銅及びアルミニウム合金
とは溶射することができるすべての合金を包含する。金
属の調質状態を鋳造状態と圧延、引抜などの加工状態に
大別すると、溶射合金は前者の調質状態に属するので、
青銅、鉛青銅、リン青銅などの鋳造銅合金が本発明の対
象になる。一方、電子機器に使用される伸銅品は加工調
質状態の合金であるので、溶射は可能であるが本来の性
能を発揮することはできない。同様に展伸用アルミニウ
ム合金は本発明から除かれ、耐摩耗性が優れたAl−S
i系鋳造合金などの鋳造アルミニウム合金が本発明の対
象となる。又、本請求項1の第1の銅合金及び第1のア
ルミニウム合金は、それぞれ、溶射により部分的に融合
した第2の銅合金及び第2のアルミニウム合金も包含す
る。すなわち、本発明の複合材料は銅合金及びアルミニ
ウム合金が全面的に融合した状態は除外しているが、部
分的に融合してもよい。したがって、かかる実施態様の
複合材料は溶射された銅合金,溶射されたアルミニウム
合金及び溶射により生成した銅―アルミニウム合金から
なる。以下の説明では,特に断らない限り、銅合金及び
アルミニウム合金とはそれぞれ第1の銅合金及び第2の
アルミニウム合金である。
In the present invention, copper and aluminum alloys include all alloys that can be sprayed. When the tempered state of metal is roughly classified into cast state and rolling, drawing and other processing states, thermal spray alloys belong to the former tempered state,
Cast copper alloys, such as bronze, lead bronze, phosphor bronze, are the subject of the present invention. On the other hand, since the copper-brought product used in the electronic equipment is an alloy in a processed and tempered state, it can be sprayed, but cannot exhibit its original performance. Similarly, wrought aluminum alloy is excluded from the present invention, and Al-S having excellent wear resistance is used.
A cast aluminum alloy such as an i-type cast alloy is an object of the present invention. Further, the first copper alloy and the first aluminum alloy according to the first aspect of the present invention also include a second copper alloy and a second aluminum alloy, respectively, which are partially fused by thermal spraying. That is, the composite material of the present invention excludes a state in which the copper alloy and the aluminum alloy are completely fused, but may partially fuse. Thus, the composite material of such an embodiment comprises a thermally sprayed copper alloy, a thermally sprayed aluminum alloy, and a thermally sprayed copper-aluminum alloy. In the following description, unless otherwise specified, the copper alloy and the aluminum alloy are the first copper alloy and the second aluminum alloy, respectively.

【0010】本発明における好ましい複合成分の組合せ
は、銅合金が耐焼付性に優れたPb含有合金であり、か
つアルミニウム合金は耐摩耗性に優れたSi含有合金で
ある。より具体的には、重量百分率で40%以下のPb
を含有する銅合金と、12〜60%Si−Al合金の組
合せである。アルミニウム合金のSi含有量が12%未
満では耐摩耗性と耐焼付性向上の効果が少なく、60%
を超えると強度低下が著しく、耐摩耗性の低下を招く。
好ましいSi含有量は15〜50%である。Si粒子の
寸法が50μmを超えるとSi粒子の脱落が起こり易く
なる。好ましい寸法は1〜40μmである。この組合せ
に係る銅−アルミニウム複合材料全体の組成は、Cu:
8〜82重量%、Al:5〜50重量%,:40重量%
以下、Si:5〜50重量%であることが好ましい。
In the present invention, a preferred combination of composite components is a copper alloy containing a Pb-containing alloy having excellent seizure resistance, and an aluminum alloy containing a Si-containing alloy having excellent wear resistance. More specifically, 40% or less by weight of Pb
And a combination of a 12-60% Si-Al alloy. When the Si content of the aluminum alloy is less than 12%, the effect of improving the wear resistance and seizure resistance is small, and it is 60%.
If it exceeds 300, the strength is remarkably reduced, and the wear resistance is lowered.
The preferred Si content is 15-50%. If the size of the Si particles exceeds 50 μm, the Si particles will easily fall off. Preferred dimensions are between 1 and 40 μm. The composition of the entire copper-aluminum composite material according to this combination is Cu:
8 to 82% by weight, Al: 5 to 50% by weight,: 40% by weight
Hereinafter, the content of Si is preferably 5 to 50% by weight.

【0011】本発明において、銅合金は重量百分率で、
40%以下のPb、30%以下のSn、0.5%以下の
P、15%以下のAl、10%以下のAg、5%以下の
Mn、5%以下のCr、20%以下のNi及び30%以
下のZnからなる群から選択された1種又は2種以上を
総量で0.5%以上、好ましくは1%以上でかつ50%
以下含有することができる。鉛はドライ条件における摺
動特性を向上する上で最も好ましい元素である。しかし
鉛の含有量が40%を超えると銅合金の強度が低下する
ので、上限を40%とすることが必要である。好ましい
鉛含有量は1〜30%、より好ましくは2〜15%であ
る。鉛以外の添加元素は主として銅に固溶してその耐摩
耗性と耐焼付性を高めるものである。このなかでAgは
潤滑油が少ない条件で顕著に摺動特性を高める。添加量
に関しては、Snは10%以上、Mnは1%以上で析出
して析出物が耐摩耗性を高める。Snが30%を超え、
Pが0.5%を超え、Alが15%を超え、Mnが5%
を超え、Crが5%を超え、Niが20%を超え、Zn
が30%を超えると、銅本来の熱伝導性、鉄もしくはア
ルミニウム系相手材料との良好な摺動特性、耐摩耗性、
耐焼付性が失われる。したがってこれらの元素は上記上
限量を超えないようにする必要がある。好ましい含有量
はSn:0.1〜20%、P:0.2〜0.5%以下、
Ag:0.1〜8%、Mn:0.5〜4%、Cr:0.
5〜3%、Ni:0.5〜15%、Zn:5〜25%で
あり、さらに好ましくはSn:0.1〜15%、Ag:
0.2〜5%、Mn:0.5〜3%、Cr:1〜2%、
Ni:1〜10%、Zn:10〜20%である。又上記
の理由より添加元素の総量は0.5〜50%の範囲とす
るべきである。これらの添加元素を含む第1の銅合金
(但し、第2の銅合金は除く)はこれらの元素を固溶し
たCu結晶(すなわちCu固溶体)からなるか、あるい
はCu結晶(Cu固溶体を含む)とその他の相とからな
るものとする。その他の相とは晶出相、析出相、分解相
などであり、これらの相は金属、金属間化合物、Cu3
Pなどのその他の化合物などである。すなわち、第1の
銅合金(但し、第2の銅合金を除く)がこれらの化合物
などからのみなると、銅本来の摺動特性が発揮されない
から、上述のようにCu結晶を必須の構成分とすること
が好ましい。但し,第2の銅合金は化合物のみから構成
されてもよい。
In the present invention, the copper alloy is expressed as a percentage by weight,
Up to 40% Pb, up to 30% Sn, up to 0.5% P, up to 15% Al, up to 15% Ag, up to 5% Mn, up to 5% Cr, up to 20% Ni and One or more selected from the group consisting of 30% or less of Zn is 0.5% or more, preferably 1% or more and 50% or more in total.
The following can be contained. Lead is the most preferred element for improving the sliding characteristics under dry conditions. However, if the lead content exceeds 40%, the strength of the copper alloy is reduced, so it is necessary to set the upper limit to 40%. The preferred lead content is 1 to 30%, more preferably 2 to 15%. The additional elements other than lead mainly form a solid solution in copper to enhance its wear resistance and seizure resistance. Among them, Ag significantly enhances the sliding characteristics under the condition that the lubricating oil is small. Regarding the addition amount, Sn precipitates at 10% or more and Mn at 1% or more, and the precipitates enhance the wear resistance. Sn exceeds 30%,
P exceeds 0.5%, Al exceeds 15%, Mn is 5%
, Cr exceeds 5%, Ni exceeds 20%, Zn
Exceeds 30%, the thermal conductivity inherent in copper, good sliding properties with iron or aluminum-based mating materials, wear resistance,
Seizure resistance is lost. Therefore, it is necessary that these elements do not exceed the above upper limits. Preferred contents are Sn: 0.1 to 20%, P: 0.2 to 0.5% or less,
Ag: 0.1-8%, Mn: 0.5-4%, Cr: 0.
5 to 3%, Ni: 0.5 to 15%, Zn: 5 to 25%, more preferably Sn: 0.1 to 15%, Ag:
0.2-5%, Mn: 0.5-3%, Cr: 1-2%,
Ni: 1 to 10%, Zn: 10 to 20%. For the above reasons, the total amount of the added elements should be in the range of 0.5 to 50%. The first copper alloy containing these additional elements (excluding the second copper alloy) is made of a Cu crystal (that is, a Cu solid solution) in which these elements are dissolved, or a Cu crystal (including a Cu solid solution) And other phases. Other phases are a crystallization phase, a precipitation phase, a decomposition phase, and the like. These phases are composed of metals, intermetallic compounds, Cu 3
And other compounds such as P. That is, if the first copper alloy (excluding the second copper alloy) is made only of these compounds, etc., the sliding characteristics inherent to copper are not exhibited, so that the Cu crystal is an essential component as described above. Is preferred. However, the second copper alloy may be composed of only a compound.

【0012】これらの銅合金を複合した複合材料全体の
組成は、重量百分率で、Cu:8〜82%,Al:5〜
50%,Pb:40%以下、Si:5〜50%,Sn:
30%以下,P:0.5%以下、Ag:10%以下,M
n:5%以下,Cr:5%以下,Ni:20%以下,Z
n:30%以下であることが好ましい。
The composition of the entire composite material obtained by compounding these copper alloys is, by weight percentage, Cu: 8 to 82%, Al: 5 to 5%.
50%, Pb: 40% or less, Si: 5 to 50%, Sn:
30% or less, P: 0.5% or less, Ag: 10% or less, M
n: 5% or less, Cr: 5% or less, Ni: 20% or less, Z
n: preferably 30% or less.

【0013】Al−Si−Sn系合金は耐摩耗・耐焼付
部品としての優れた耐摩耗性と耐焼付性をもつ材料であ
る。Snは潤滑性やなじみ性を付与する成分であり、均
一にアルミニウムマトリックス中に分散している。又、
Snは相手軸に優先的に付着して、相手軸に凝着したA
lと軸受のAlとが同種材料どうしで摺動するのを妨げ
て、耐焼付性を高める。Sn含有量が0.1%未満では
潤滑性などの向上の効果が少なく、30%を超えると合
金の強度が低下する。好ましいSn含有量は5〜25%
である。Sn粒子の極近傍に存在して、Sn粒子の粗大
化を妨げることにより耐疲労性を向上していると考えら
れる。
An Al-Si-Sn alloy is a material having excellent wear resistance and seizure resistance as a wear-resistant and seizure-resistant part. Sn is a component that imparts lubricity and conformability, and is uniformly dispersed in the aluminum matrix. or,
Sn adheres preferentially to the partner shaft and adheres to the partner shaft.
1 and Al of the bearing are prevented from sliding with each other by the same material, and seizure resistance is enhanced. If the Sn content is less than 0.1%, the effect of improving lubricity is small, and if it exceeds 30%, the strength of the alloy is reduced. Preferred Sn content is 5 to 25%
It is. It is thought that it exists very close to the Sn particles and prevents the Sn particles from coarsening, thereby improving the fatigue resistance.

【0014】アルミニウム合金は次の任意元素を含有す
ることができる。 Cu:Cuがアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによって、アルミニウムの凝
着摩耗や、Si粒子が脱落することによる摩耗を抑え
る。さらにCuはSnの一部とSn−Cu金属間化合物
を生成して耐摩耗性を高める。しかしながら、Cuの含
有量が7.0%を超えると合金が硬化し過ぎるために摺
動部材として不適当になる。好ましいCu含有量は0.
5〜5%である。 Mg:MgはSiの一部と化合してMg−Si金属間化
合物を生成して耐摩耗性を高める。しかしながらMgの
含有量が5.0%を超えると、粗大なMg相が生成して
摺動特性が劣化する。 Mn:Mnはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってCuと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Mnの含有量が1.5%を超
えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当
になる。好ましいMn含有量は0.1〜1%である。 Ni:Niはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってCuと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Niの含有量が8%を超える
と合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当にな
る。好ましいNi含有量は0.1〜5%である。これら
の添加元素を含む第1のアルミニウム合金(但し、第2
のアルミニウム合金は除く)はこれらの元素を固溶した
Al結晶(すなわちAl固溶体)からなるか、あるいは
Al結晶(Al固溶体を含む)とその他の相とからなる
ものとする。その他の相とは晶出相、析出相、分解相な
どであり、これらの相は金属、金属間化合物、その他の
化合物などである。すなわち、第1のアルミニウム合金
(但し第2のアルミニウム合金は除く)がこれらの化合
物などからのみなると、アルミニウム合金のバインダー
作用が発揮されないから、上述のようにCu結晶を必須
の構成分とすることが好ましい。但し,第2のアルミニ
ウム合金は化合物のみから構成されてもよい。
The aluminum alloy can contain the following optional elements. Cu: Cu is supersaturated in the aluminum matrix to form a solid solution to increase the strength, thereby suppressing the adhesive wear of aluminum and the wear caused by the Si particles falling off. Further, Cu forms a part of Sn and an Sn-Cu intermetallic compound to enhance wear resistance. However, if the Cu content exceeds 7.0%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Cu content is 0.1.
5 to 5%. Mg: Mg combines with a part of Si to form an Mg-Si intermetallic compound and enhances wear resistance. However, if the Mg content exceeds 5.0%, a coarse Mg phase is generated, and the sliding characteristics deteriorate. Mn: Mn has a similar effect to Cu by forming a super-saturated solid solution in an aluminum matrix to increase its strength. However, when the content of Mn exceeds 1.5%, the alloy is excessively hardened and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Mn content is 0.1-1%. Ni: Ni has a similar effect to Cu by forming a solid solution in an aluminum matrix in a supersaturated manner to increase its strength. However, if the Ni content exceeds 8%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Ni content is 0.1-5%. A first aluminum alloy containing these additional elements (however,
The aluminum alloy (excluding the aluminum alloy) is composed of an Al crystal (that is, an Al solid solution) in which these elements are dissolved, or is composed of an Al crystal (including an Al solid solution) and another phase. Other phases are a crystallization phase, a precipitation phase, a decomposition phase, and the like, and these phases are metals, intermetallic compounds, other compounds, and the like. That is, if the first aluminum alloy (excluding the second aluminum alloy) is made only of these compounds, etc., the binder function of the aluminum alloy is not exerted, so that the Cu crystal is an essential component as described above. Is preferred. However, the second aluminum alloy may be composed of only a compound.

【0015】この銅−アルミニウム複合材料の全体の組
成は、重量百分率で、Cu:8〜82%,Al:5〜5
0%,Pb:40%以下、Si:12〜60%,Sn:
30%以下,Mg:5%以下,Mn:5%以下,Fe:
1.5%以下,Cr:5%以下,及びNi:20%以下
であることが好ましい。
The overall composition of the copper-aluminum composite material is, by weight percentage, Cu: 8 to 82%, Al: 5 to 5%.
0%, Pb: 40% or less, Si: 12 to 60%, Sn:
30% or less, Mg: 5% or less, Mn: 5% or less, Fe:
Preferably, it is 1.5% or less, Cr: 5% or less, and Ni: 20% or less.

【0016】本発明の銅−アルミニウム複合材料の組織
の特徴を説明する前に、溶射層金属組織の一般的特徴点
を述べるが、これはアトマイズなどの粉末が溶融、凝固
した組織である。一つの形態では、溶射フレーム中で溶
融し生じた液滴が、基板表面に衝突して変形され、層断
面で見ると、層状、片状もしくは平板状部分が、層平面
で見ると小円盤、鱗状片などが積み重なっている。さら
に別の形態では、アトマイズなどの粉末はガスによりフ
レーム内へ圧送されるときは、1個1個がばらまかれた
孤立粒子の形態を保っており、一部は合体するが、その
ままの形態で溶融すると考えられる。溶融液滴は基材に
衝突して凝固するが、溶射層の厚みを薄くして冷却を速
くすると1個又は数個の液滴が、他の多数の液滴と融合
などにより合体せずに、独立粒子として凝固する。この
ように比較的小さい液滴が押しつぶされ、全体として多
数の微細層状片が積み重なって、溶射層が作られる。
又、他の形態では液滴が合体し大きな層になって凝固す
る。
Before explaining the features of the structure of the copper-aluminum composite material of the present invention, general features of the metal structure of the sprayed layer will be described. This is a structure obtained by melting and solidifying powder such as atomized powder. In one embodiment, the droplets generated by melting in the thermal spraying frame are deformed by colliding with the substrate surface, and when viewed in a layer cross section, a layered, flaky or flat portion is viewed as a small disk in a layer plane, Scales are piled up. In yet another form, when the powder such as atomized powder is pumped into the frame by gas, it retains the form of isolated particles in which each is dispersed, and a part of the particles is united, but in the form as it is. It is thought to melt. The molten droplet collides with the base material and solidifies, but if the thickness of the sprayed layer is reduced and the cooling is accelerated, one or several droplets do not coalesce with many other droplets due to fusion etc. Solidifies as independent particles. In this way, relatively small droplets are crushed, and a large number of fine layered pieces are stacked as a whole to form a sprayed layer.
In other forms, the droplets coalesce into a large layer and solidify.

【0017】本発明においては、銅合金粉末が少なくと
も溶射中に溶解しないで溶射層に含まれており、アルミ
ニウム合金の溶解相と銅合金粉末の未溶解相の混合組織
が形成されている。この組織を構成する銅合金粉末の未
溶解相は、銅合金粉の組織が溶射炎中でも消失せずに溶
射層に残っているものである。したがって溶解相とは前
段落で説明したような形態をもつ通常の溶射溶解組織、
すなわち溶射中に溶解した組織であり、未溶解相とは溶
射中に溶解しない組織である。未溶解相は前段落で述べ
たような形態の一部を、以下例示するように、欠如して
いるかあるいは形態が顕著でないので溶解相とは光学顕
微鏡で区別することができる。 溶解相は合体し溶融し、未溶解相は合体しない。 溶解相は衝突による変形が大きく、未溶解相は衝突に
よる変形が小さい。 Cu−Pbなどの合金の場合は、二次相を構成するP
bに着目すると溶解相と未溶解相を区別することができ
ることがある。 溶射層のAl合金相が同じような形態のパターンから
構成されるために、上記〜による判別が困難なこと
もある。この場合、結晶粒界の判別が不可能であり、一
見して連続相状に見え、かつ二次相も一様な形態をもつ
場合は、溶解組織であると判定 できる。 溶射層のAl合金相が、同じ形態の粒子からなる場合
はアトマイズ粉、粉砕粉、電解粉などの公知の粉末形態
と対比し、これらに該当する場合は未溶解組織であると
判断できる。 銅(合金)粉末とアルミニウム合金粉末の一部が融合
し、その後アルミニウム基地からCu系二次相が分散す
る。これは本発明で言う第2のアルミニウム合金の溶解
相である。なお、この二次相は他の組織から簡単に識別
される。 一部の銅(合金)粉末が溶融し,アルミニウムを取り
込み、その後銅基地からAl系二次相が析出分散する場
合は,かかる組織は第2の銅合金の溶解相である。又、
取り込まれたアルミニウムが固溶状態に留まっている場
合も、第2の銅合金の溶解相である。銅(合金)は必ず
未溶解組織が存在するので、銅(合金)の溶解組織を未
溶解組織から区別することは容易である。
In the present invention, the copper alloy powder is contained at least in the sprayed layer without being melted during the spraying, and a mixed structure of a dissolved phase of the aluminum alloy and an undissolved phase of the copper alloy powder is formed. The undissolved phase of the copper alloy powder constituting this structure is a structure in which the structure of the copper alloy powder does not disappear even during the spraying flame and remains in the sprayed layer. Therefore, the dissolved phase is a normal spray-dissolved tissue having the form described in the previous paragraph,
That is, the tissue dissolved during thermal spraying, and the undissolved phase is a tissue that does not dissolve during thermal spraying. The undissolved phase can be distinguished from the dissolved phase by light microscopy because some of the morphology described in the preceding paragraph is missing or less pronounced, as exemplified below. The dissolved phase coalesces and melts, the undissolved phase does not coalesce. The dissolved phase has a large deformation due to collision, and the undissolved phase has a small deformation due to collision. In the case of an alloy such as Cu-Pb, P constituting the secondary phase
Focusing on b, the dissolved phase and the undissolved phase can sometimes be distinguished. Since the Al alloy phase of the thermal sprayed layer is composed of a pattern having a similar form, it may be difficult to determine the above by (1). In this case, it is impossible to determine the crystal grain boundary, and when it looks like a continuous phase at a glance and the secondary phase also has a uniform morphology, it can be determined to be a dissolved structure. When the Al alloy phase of the thermal spray layer is composed of particles of the same form, it is compared with known powder forms such as atomized powder, pulverized powder, and electrolytic powder. A part of the copper (alloy) powder and the aluminum alloy powder fuse, and then the Cu-based secondary phase is dispersed from the aluminum matrix. This is the molten phase of the second aluminum alloy referred to in the present invention. Note that this secondary phase is easily distinguished from other tissues. When a part of the copper (alloy) powder melts and takes in aluminum, and then an Al-based secondary phase precipitates and disperses from the copper matrix, such a structure is a dissolved phase of the second copper alloy. or,
Even when the taken-in aluminum remains in a solid solution state, it is also a dissolved phase of the second copper alloy. Since copper (alloy) always has an undissolved structure, it is easy to distinguish the dissolved structure of copper (alloy) from the undissolved structure.

【0018】これらの組織をもつ銅―アルミニウム複合
材料の構成各合金相の特性をCu−Pb合金及びAl−
Siの例について説明する。 未溶解Cu合金はアトマイズなどの銅合金粉末中の微
細Pb相が、溶射層中に残存して摺動特性向上に寄与
し、さらに(溶解しあるいは溶解しない)Al合金の成
分、すなわちAl,SiなどがCu合金に溶解すると銅
本来の凝着し難い性質を弱めることもあるが、これを阻
止することができる。 溶解Cu−Pb合金は、CuとPbが溶融・凝固する
際にPb相が粗大化し、溶融Cu、PbとAl−Si合
金粉末の間で起こる反応によりAl−Si合金粉末が結
合される。この際にこの粉末の表面が溶融されることが
多い。 溶解Al合金は、溶射層中において、従来の溶製合金
の初晶Siや圧延合金のSi粒子で見られるような、一
方向の明らかに長い方向性があるような粒子形状ではな
く、どの方向でもほとんど同じ寸法の球状、塊状、多角
形、その他これらに分類されない不定形形状である粒状
Siが分散している。さらに、従来の溶製合金では判然
としている初晶Siと共晶Siの区別は本発明の場合は
つけにくい。このようなSi組織のために耐摩耗性の向
上が大きい。又、溶融Al−Si合金粉末とCu−Pb
合金粉末との間で起こる反応により、後者の粉末が結合
される。
The properties of each of the constituent alloy phases of the copper-aluminum composite material having these structures are described as Cu-Pb alloy and Al-
An example of Si will be described. In the undissolved Cu alloy, the fine Pb phase in the copper alloy powder such as atomized remains in the sprayed layer and contributes to the improvement of the sliding characteristics, and further (dissolves or does not dissolve) the components of the Al alloy, that is, Al, Si When dissolved in a Cu alloy, it may weaken the inherent hard-to-adhere property of copper, but this can be prevented. In the molten Cu-Pb alloy, the Pb phase coarsens when Cu and Pb are melted and solidified, and the Al-Si alloy powder is bonded by a reaction occurring between the molten Cu, Pb and the Al-Si alloy powder. At this time, the surface of the powder is often melted. The molten Al alloy does not have a particle shape that has a clearly long one-way direction in the thermal sprayed layer, such as the primary crystal Si of a conventional ingot alloy or the Si particles of a rolled alloy. However, granular Si particles having almost the same dimensions and being spherical, massive, polygonal, and other irregular shapes not classified into these are dispersed. Further, in the case of the present invention, it is difficult to distinguish between primary crystal eutectic Si and eutectic Si, which is obvious in the conventional ingot alloy. The improvement in wear resistance is large due to such a Si structure. Also, molten Al-Si alloy powder and Cu-Pb
The reaction that takes place with the alloy powder binds the latter powder.

【0019】続いて、溶射による複合摺動層の形成法を
具体的に説明する。本発明においては、前掲トライボロ
ジストの第20頁、図2に掲載されている各種溶射法を
採用することができるが、中でも高速ガス火炎溶射法
(HVOF, High velocity oxyfuel)を好ましく採用する
ことができる。この方法は同第20頁右側欄第4〜13
行に記載された特長を有しているので、特徴があるSi
及びSn粒子形態が得られると考えられる。溶射された
Alは急冷凝固により硬化しているために、Si粒子の
保持力が高い特長を有し、このためにSi粒脱落による
摩耗を抑えることができる溶射粉末としてはCu−Pb
合金、Al−Si合金、Al−Si−Sn合金などのア
トマイズ粉末を使用することができる。溶射条件として
は、酸素圧力0.45〜0.76MPa、燃料圧力0.
45〜0.76MPa、溶射距離50〜250mmが好
ましい。溶射層の厚さは10〜500μmが好ましい。
Subsequently, a method of forming the composite sliding layer by thermal spraying will be specifically described. In the present invention, various thermal spraying methods described in the above-mentioned tribologist, page 20, FIG. 2 can be employed. Among them, high-speed gas flame thermal spraying (HVOF, High velocity oxyfuel) is preferably employed. it can. This method is described on page 20, right column, Nos. 4-13.
Since it has the features described in the row,
And Sn particle morphology is believed to be obtained. Since the sprayed Al is hardened by rapid solidification, it has a feature of high retention of Si particles. Therefore, as a thermal spray powder capable of suppressing abrasion due to Si particles falling off, Cu-Pb
An atomized powder such as an alloy, an Al-Si alloy, or an Al-Si-Sn alloy can be used. Thermal spraying conditions include an oxygen pressure of 0.45 to 0.76 MPa and a fuel pressure of 0.
It is preferably 45 to 0.76 MPa and a spraying distance of 50 to 250 mm. The thickness of the sprayed layer is preferably from 10 to 500 μm.

【0020】続いて本発明の組織をもつ複合材料を作る
ための方法として平均粉末粒径調整法を示す。一つの平
均値の周りに正規分布を示す粒度をもつ銅合金粉末と同
様のアルミニウム合金粉末を混合する例を表1に示す。
Subsequently, an average powder particle size adjusting method will be described as a method for producing a composite material having the structure of the present invention. Table 1 shows an example in which an aluminum alloy powder similar to a copper alloy powder having a particle size showing a normal distribution around one average value is mixed.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】次表では微粉Cu−Pbと粗粉Al−Si
の組合わせを選択すると銅合金の溶解量を多くすること
ができる。一般に硬質材料と軟質材料を複合した材料の
硬さはこれらの中間になるが、本発明の複合材料では、
銅合金とアルミニウム合金の反応相が生成することがあ
るために、両者よりも硬さの平均値が高くなる。
In the following table, fine powder Cu-Pb and coarse powder Al-Si
By selecting the combination, the amount of copper alloy dissolved can be increased. In general, the hardness of a composite material of a hard material and a soft material is in between these, but in the composite material of the present invention,
Since a reaction phase of the copper alloy and the aluminum alloy may be generated, the average value of the hardness is higher than both.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】溶射層を形成する基板としては、鉄、銅、
アルミニウムなどの各種金属基板を使用することができ
る。基板の形状は、板状、円盤状、管状など任意であ
る。基板の表面はショットブラストなどにより、好まし
くはRz10〜60μmの表面粗さに粗面化しておく
と、膜の密着強度が高くなる。溶射層には熱処理を施し
て硬さを調整することができる。なお、この際一部の組
織が溶解してもよい。
As the substrate on which the thermal spray layer is formed, iron, copper,
Various metal substrates such as aluminum can be used. The shape of the substrate is arbitrary, such as a plate, a disk, and a tube. If the surface of the substrate is roughened to a surface roughness of preferably Rz 10 to 60 μm by shot blasting or the like, the adhesion strength of the film increases. The hardness can be adjusted by subjecting the sprayed layer to heat treatment. At this time, some tissues may be dissolved.

【0025】上記した銅−アルミニウム複合材料、重量
百分率で、30%以下、好ましくは1〜10%のAl2
3、SiO2、SiC、ZrO2、Si34、BN、A
lN、TiN、TiV、B、C、鉄−リン化合物、鉄−
リン化合物、鉄−ホウ素化合物、鉄−窒素化合物からな
る群から選択された1種又は2種以上の化合物を耐摩耗性
向上成分として添加することができる。これらの成分の
添加量が30%を超えると、潤滑性、なじみ性が不良と
なり、その結果焼付が起こり易くなる。
The above-mentioned copper-aluminum composite material, 30% or less, preferably 1 to 10% by weight of Al 2
O 3 , SiO 2 , SiC, ZrO 2 , Si 3 N 4 , BN, A
1N, TiN, TiV, B, C, iron-phosphorus compound, iron-
One or more compounds selected from the group consisting of phosphorus compounds, iron-boron compounds, and iron-nitrogen compounds can be added as a wear resistance improving component. If the added amount of these components exceeds 30%, lubricity and conformability become poor, and as a result, seizure tends to occur.

【0026】さらに又、本発明においては、重量百分率
で30%以下の黒鉛を含有することができる。黒鉛は潤
滑性を向上させ、摺動層の割れを防止する添加剤であ
る。黒鉛の含有量が30%を超えると、溶射層の強度が
低下し好ましくない。なお好ましい黒鉛の含有量は1.
5から15%である。
Furthermore, in the present invention, graphite can be contained in an amount of 30% or less by weight percentage. Graphite is an additive that improves lubricity and prevents cracking of the sliding layer. If the graphite content exceeds 30%, the strength of the sprayed layer is undesirably reduced. The preferred graphite content is 1.
5 to 15%.

【0027】本発明においては、溶射層の密着性を高め
るために、溶射層と基材の間に、銅、ニッケル、アルミ
ニウム、銅ニッケル系合金、ニッケルアルミ系合金、銅
アルミ系合金、銅スズ系合金、ニッケル自溶合金及びコ
バルト自溶合金からなる群より選択された1種又は2種
以上の材料からなる中間層をめっき、スパッタリング、
溶射等の方法により形成することが好ましい。これらの
材料はいずれも、それらの表面が粗なことが必要である
が、青銅と合金化し易いために、溶射の際に(未)溶解
層と強固に結合して溶射層と裏金との接合強度を高め
る。なお好ましい中間層の厚みは5〜100μmであ
る。銅−スズ合金としてはCu−Sn−P系合金を使用
することができる。この合金は湯流れが良くかつ酸化さ
れ難いので、溶射により中間層とすると優れた性能が得
られる。
In the present invention, copper, nickel, aluminum, a copper-nickel-based alloy, a nickel-aluminum-based alloy, a copper-aluminum-based alloy, a copper-tin-based alloy are provided between the sprayed layer and the substrate in order to enhance the adhesion of the sprayed layer. System alloy, nickel self-fluxing alloy and cobalt self-fluxing alloy, an intermediate layer made of one or more materials selected from the group consisting of plating, sputtering,
It is preferably formed by a method such as thermal spraying. All of these materials require their surfaces to be rough, but since they are easily alloyed with bronze, they are firmly bonded to the (un) dissolved layer during thermal spraying and are bonded to the thermal spray layer and back metal. Increase strength. The preferred thickness of the intermediate layer is 5 to 100 μm. As the copper-tin alloy, a Cu-Sn-P-based alloy can be used. Since this alloy has a good molten metal flow and is hard to be oxidized, excellent performance can be obtained when the intermediate layer is formed by thermal spraying.

【0028】上記した溶射表面層を、Pb、Pb合金、
Sn又はSn合金めっきなどの軟質金属層で被覆する
と、これらは急速に摩耗して良好ななじみ面を作るため
に、その後の摩耗が起こり難しくなる。軟質金属層は、
例えば主としてPbとSnからなるめっき層である。さ
らに、上記した溶射表面層をMoS2もしくは黒鉛あるい
はMoS2と黒鉛の混合物を含み、これらを樹脂バインダ
ー結合した皮膜で被覆することもできる。これらの被覆
層の厚さは1〜50μmであることが好ましい。以下、
実施例により本発明の方法をより詳しく説明する。
The above thermal sprayed surface layer is made of Pb, Pb alloy,
When coated with a soft metal layer such as Sn or Sn alloy plating, they wear rapidly and create a good conforming surface, so that subsequent abrasion is difficult to occur. The soft metal layer is
For example, it is a plating layer mainly composed of Pb and Sn. Further, the above-mentioned thermal sprayed surface layer may be covered with a film containing MoS 2 or graphite or a mixture of MoS 2 and graphite, which is bonded with a resin binder. The thickness of these coating layers is preferably 1 to 50 μm. Less than,
The examples illustrate the method of the present invention in more detail.

【0029】[0029]

【実施例】実施例1 60重量%のCu−10wt%Pb−10wt%Sn合
金アトマイズ粉末(平均粒径30μm)と40重量%の
アルミニウム合金アトマイズ粉末(但し、A2024ア
ルミニウム合金に40wt%Siを添加した合金のアト
マイズ粉、平均粒径100μm))を混合し、市販の純
アルミニウム圧延板にスチールグリッド(寸法0.7m
m)によるショットブラストを施し、表面を粗さRz45
μmに粗面化した基材に厚さ250μmに溶射した。溶
射には、HVOF型溶射機(スルザーメテコ社製DJ)を
使用し、下記条件で溶射を行った。 酸素圧力:150psi 燃料圧力:100psi 溶射距離:180mm 溶射厚さ:250μm この溶射層の硬さはHv260−300であった。又、
全体の組成は、重量百分率で36%Cu,31%Al,
3%Pb,22%Si,4%Sn,残部不純物であっ
た。
EXAMPLE 1 60 wt% Cu-10 wt% Pb-10 wt% Sn alloy atomized powder (average particle size 30 μm) and 40 wt% aluminum alloy atomized powder (however, 40 wt% Si was added to A2024 aluminum alloy) Atomized powder of the alloy thus obtained, and an average particle size of 100 μm) were mixed, and a commercially available pure aluminum rolled plate was coated with a steel grid (size 0.7 m).
m) by shot blasting to make the surface Rz45
A 250 μm-thick spray was applied to the substrate roughened to μm. For the thermal spraying, an HVOF type thermal spraying machine (DJ manufactured by Sulzer Metco) was used to perform thermal spraying under the following conditions. Oxygen pressure: 150 psi Fuel pressure: 100 psi Spray distance: 180 mm Spray thickness: 250 μm The hardness of this sprayed layer was Hv 260-300. or,
The overall composition was 36% Cu, 31% Al,
They were 3% Pb, 22% Si, 4% Sn, and the remaining impurities.

【0030】実施例1及び比較例1の溶射合金を次の方
法で耐摩耗性試験に供した。耐摩耗性試験方法 直径が8mmの鋼球(SUJ2)を1kgfの荷重で試
験片の溶射層に押付け、0.5mm/秒の速度でかつドラ
イ条件で摺動させた。試験の結果は表3に示す。
The sprayed alloys of Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to a wear resistance test by the following method. Abrasion resistance test method A steel ball (SUJ2) having a diameter of 8 mm was pressed against the sprayed layer of a test piece with a load of 1 kgf, and slid at a speed of 0.5 mm / sec under dry conditions. The test results are shown in Table 3.

【0031】実施例2 実施例1の銅合金アトマイズ粉に代えて、Cu−24w
t%Pb−4wt%Sn合金アトマイズ粉末を使用した
ほかは実施例1と同様に溶射を行った。なお、実施例1
と同様の耐摩耗性試験の結果を表3に示す。この溶射層
の硬さはHv220−280であった。又、全体の組成
は、重量百分率で36%Cu,32%Al,7%Pb,
23%Si,2%Sn,残部不純物であった。
Example 2 In place of the copper alloy atomized powder of Example 1, Cu-24w
Thermal spraying was carried out in the same manner as in Example 1 except that atomized powder of t% Pb-4wt% Sn alloy was used. Example 1
Table 3 shows the results of the same abrasion resistance test. The hardness of this sprayed layer was Hv220-280. The total composition is 36% Cu, 32% Al, 7% Pb,
It was 23% Si, 2% Sn, and residual impurities.

【0032】実施例3 75重量%のCu−10wt%Pb−4wt%Sn合金
アトマイズ粉末(平均粒径60μm)と25重量%のア
ルミニウム合金アトマイズ粉末(但し、A2024アル
ミニウム合金に40wt%Siを添加した合金のアトマ
イズ粉、平均粒径100μm))を混合し、市販の純ア
ルミニウムを実施例1と同様な条件で溶射した。溶射層
の表面をエッチングしないで観察した顕微鏡組織を図1
に、グラード液(塩化第二鉄5g、塩酸100cc、水
100cc)で5秒間エッチングした表面組織は図2に
示し、又断面をエッチングしないで観察した顕微鏡組織
を図3に、グラード液でエッチングした断面組織は図4
に示す。すなわち、銅合金粉末は形態から判断してアト
マイズ粉末の形態を残している塊状部分と、これが消失
して溶射時に溶解したアルミニウム合金と一緒に晶出し
た部分がある。一方アルミニウム合金は粉末形態をほと
んど残していない。アルミニウム合金相は銅合金相を網
状もしくは片状に晶出させる基地となっているので、ア
ルミニウム合金はほぼ完全に溶融し、溶解した銅と反応
し、Cu−Al化合物として晶出したものと判断され
る。この溶射層の硬さはHv200−260であった。
又、全体の組成は、重量百分率で45%Cu,27%A
l,6%Pb,16%Si,6%Sn,残部不純物であ
った。
Example 3 75 wt% Cu-10 wt% Pb-4 wt% Sn alloy atomized powder (average particle diameter 60 μm) and 25 wt% aluminum alloy atomized powder (however, 40 wt% Si was added to A2024 aluminum alloy) Atomized powder of the alloy and an average particle diameter of 100 μm) were mixed, and commercially available pure aluminum was sprayed under the same conditions as in Example 1. Fig. 1 shows the microstructure observed without etching the surface of the sprayed layer.
FIG. 2 shows a surface structure etched with a Grade solution (5 g of ferric chloride, 100 cc of hydrochloric acid, 100 cc of water) for 5 seconds, and FIG. 3 shows a microstructure observed without etching the cross section. Fig. 4
Shown in That is, the copper alloy powder has a lump portion that remains in the form of an atomized powder, judging from the form, and a portion that disappears and crystallizes together with the aluminum alloy melted during thermal spraying. Aluminum alloy, on the other hand, leaves little powder form. Since the aluminum alloy phase is a base for crystallizing the copper alloy phase into a net or flake, the aluminum alloy is almost completely melted, reacts with the dissolved copper, and is judged to have crystallized as a Cu-Al compound Is done. The hardness of this sprayed layer was Hv200-260.
The overall composition is 45% Cu, 27% A by weight.
1, 6% Pb, 16% Si, 6% Sn, and the remaining impurities.

【0033】実施例4 実施例3の銅粉に代えてCu−24wt%Pb−4%S
n合金アトマイズ粉末(平均粒径60μm)を使用した
ほかは実施例3と同じ条件で溶射を行った。なお、実施
例1と同様の耐摩耗性試験の結果を表3に示す。この溶
射層の平均硬さはHv90−260であった。又、全体
の組成は、重量百分率で42%Cu,26%Al,13
%Pb,17%Si,2%Sn,残部不純物であった。
Example 4 Instead of the copper powder of Example 3, Cu-24 wt% Pb-4% S
Thermal spraying was performed under the same conditions as in Example 3 except that an n-alloy atomized powder (average particle size: 60 μm) was used. Table 3 shows the results of the same abrasion resistance test as in Example 1. The average hardness of this sprayed layer was Hv90-260. The total composition is 42% Cu, 26% Al, 13% by weight.
% Pb, 17% Si, 2% Sn, and the remaining impurities.

【0034】実施例5 実施例3の平均粒径60μmの銅合金アトマイズ粉末に
代えて平均粒径30μmの銅合金アトマイズ粉、及びA
2024アルミニウム合金に20wt%Siを添加した
合金のアトマイズ粉を使用したほかは実施例3と同じ条
件で溶射を行った。なお、実施例1と同様の耐摩耗性試
験の結果を表3に示す。この溶射層の平均硬さはHv2
20−260であった。又、全体の組成は、重量百分率
で57%Cu,26%Al,5%Pb,5%Si,6%
Sn,残部不純物であった。
Example 5 In place of the copper alloy atomized powder having an average particle diameter of 60 μm in Example 3, a copper alloy atomized powder having an average particle diameter of 30 μm, and A
Thermal spraying was performed under the same conditions as in Example 3 except that atomized powder of an alloy obtained by adding 20 wt% Si to a 2024 aluminum alloy was used. Table 3 shows the results of the same abrasion resistance test as in Example 1. The average hardness of this sprayed layer is Hv2
20-260. The total composition is 57% Cu, 26% Al, 5% Pb, 5% Si, 6% by weight percentage.
Sn and the remainder were impurities.

【0035】実施例6 実施例5の銅粉(すなわち、Cu−10wt%Pb−1
0wt%Sn合金アトマイズ粉末)に代えてCu−24
wt%Pb−10%Sn合金アトマイズ粉末(平均粒径
30μm)を使用したほかは実施例3と同じ条件で溶射
を行った。なお、実施例1と同様の耐摩耗性試験の結果
を表3に示す。この溶射層の硬さはHv190−240
であった。又、全体の組成は、重量百分率で50%C
u,32%Al,9%Pb,7%Si,2%Sn,残部
不純物であった。
Example 6 The copper powder of Example 5 (that is, Cu-10 wt% Pb-1)
0 wt% Sn alloy atomized powder) instead of Cu-24
Thermal spraying was performed under the same conditions as in Example 3 except that atomized Pb-10% Sn alloy atomized powder (average particle size: 30 μm) was used. Table 3 shows the results of the same abrasion resistance test as in Example 1. The hardness of this sprayed layer is Hv190-240.
Met. The total composition is 50% C by weight percentage.
u, 32% Al, 9% Pb, 7% Si, 2% Sn, and the remaining impurities.

【0036】比較例1 実施例1の銅合金粉末のみを実施例1と同様な方法で溶
射した。なお、実施例1と同様の耐摩耗性試験の結果を
表3に示す。この溶射層の硬さはHv180−210で
あった。
Comparative Example 1 Only the copper alloy powder of Example 1 was sprayed in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results of the same abrasion resistance test as in Example 1. The hardness of this sprayed layer was Hv180-210.

【0037】比較例2 実施例1のアルミニウム合金のみを実施例1と同様な方
法で溶射した。なお実施例1と同様の耐摩耗性試験効果
を表3に示す。この溶射層の硬さはHv210−230
であった。
Comparative Example 2 Only the aluminum alloy of Example 1 was sprayed in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the same wear resistance test effects as in Example 1. The hardness of this sprayed layer is Hv210-230.
Met.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】実施例7 実施例1の溶射層の上に厚さが5μmの90%Pb−1
0%Snめっき層を形成した。この溶射層及び実施例1
の溶射層を次の方法により摩耗試験に供した。試験の結
果を図5に示す。これらの実施例の結果を比較すること
により、Pb−Snめっき層は摩耗量の増加速度を低減
することが分かる。
Example 7 A 90% Pb-1 layer having a thickness of 5 μm was formed on the sprayed layer of Example 1.
A 0% Sn plating layer was formed. This sprayed layer and Example 1
Was subjected to an abrasion test by the following method. The test results are shown in FIG. By comparing the results of these examples, it can be seen that the Pb-Sn plating layer reduces the rate of increase in the amount of wear.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る溶射
による銅(合金)−アルミニウム(合金)複合材料はア
ルミニウム(合金)もしくは銅(合金)溶射層に比べて
著しく高める。
As described above, the copper (alloy) -aluminum (alloy) composite material by thermal spraying according to the present invention is significantly enhanced as compared with the aluminum (alloy) or copper (alloy) thermal sprayed layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明実施例3における溶射複合材料の表面
組織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a photomicrograph of the surface structure of a thermal sprayed composite material of Example 3 of the present invention observed without etching.

【図2】 本発明実施例3における溶射複合材料の表面
組織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。
FIG. 2 is a micrograph obtained by etching and observing a surface structure of a thermal sprayed composite material in Example 3 of the present invention.

【図3】 本発明実施例3における溶射複合材料の断面
組織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a photomicrograph of the cross-sectional structure of the thermal sprayed composite material of Example 3 of the present invention observed without etching.

【図4】 本発明実施例3における溶射複合材料の断面
組織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。
FIG. 4 is a micrograph obtained by etching and observing a cross-sectional structure of a thermal sprayed composite material according to Example 3 of the present invention.

【図5】 本発明実施例7の摩擦試験の結果を示すグラ
フである。
FIG. 5 is a graph showing the results of a friction test of Example 7 of the present invention.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年8月7日(2000.8.7)[Submission Date] August 7, 2000 (2000.8.7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】 銅−アルミニウム複合溶射層[Title of the Invention] Copper-aluminum composite sprayed layer

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0001[Correction target item name] 0001

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、銅−アルミニウム
複合溶射層に関するものである。本発明が関連する技術
分野は、複合材料、溶射技術、アルミニウム合金摺動材
料及び銅合金摺動材料などである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a composite sprayed layer . The technical fields to which the present invention relates are composite materials, thermal spraying techniques, aluminum alloy sliding materials and copper alloy sliding materials.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、銅
もしくは第1の銅合金及びアルミニウムもしくは第1の
アルミニウム合金を含んでなり、前記銅もしくは第1の
銅合金が少なくとも未溶解相を有し、又前記アルミニウ
ムもしくは第1のアルミニウム合金は少なくとも溶解相
とを有する銅−アルミニウム複合溶射層を提供する。銅
又は銅合金(以下「銅合金」と総称する)とアルミニウ
ム又はアルミニウム合金(以下「アルミニウム合金」と
総称する)の複合溶射層とするためには、これら合金の
一部が溶解してバインダーの役割をすることが必要であ
る。別の観点からは、例えば、Cu−Pb合金中のP
b,Al−Si合金中のSiはかなり少量でも他方合金
の基質の特性を阻害して、有用な複合材料にはならない
ので、銅合金とアルミニウム合金の完全溶解を避ける必
要がある。本発明においては、少なくともアルミニウム
合金が溶解していれば、複合組織を形成するためのバイ
ンダー効果は実現される。すなわち、銅とアルミニウム
は本来相性がよい物質であり結合に適するからである。
That is, the present invention comprises copper or a first copper alloy and aluminum or a first aluminum alloy, wherein the copper or the first copper alloy has at least an undissolved phase. In addition, the aluminum or the first aluminum alloy provides a copper-aluminum composite sprayed layer having at least a molten phase. In order to form a composite sprayed layer of copper or copper alloy (hereinafter collectively referred to as "copper alloy") and aluminum or aluminum alloy (hereinafter collectively referred to as "aluminum alloy"), a part of these alloys is melted to form a binder. It is necessary to play a role. From another viewpoint, for example, P in a Cu-Pb alloy
b, It is necessary to avoid complete dissolution of the copper and aluminum alloys, since even small amounts of Si in the Al-Si alloy will interfere with the properties of the other alloy's matrix and will not be a useful composite. In the present invention, if at least the aluminum alloy is dissolved, a binder effect for forming a composite structure is realized. That is, copper and aluminum are originally compatible substances and are suitable for bonding.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】溶射の一般的傾向として(イ)銅合金粉末
とアルミニウム合金粉末の平均粒径が等しい場合はアル
ミニウム合金粉末が溶解し、(ロ)アルミニウム合金粉
末の平均粒径が銅合金粉末より非常に大きい場合は後者
も溶解する。このような傾向を利用することによって、
アルミニウム合金粉末の少なくとも一部が溶解し、残部
が固体粉末の性質を実質的に維持した銅−アルミニウム
複合溶射層を製造することができる。純アルミニウム耐
摩耗性が銅(合金)より優れており、さらにアルミニウ
ム合金は鋳造状態で耐摩耗性が優れた合金が多数あるか
ら、これを銅合金と全面的には合金化はさせずに複合化
することにより、複合溶射層全体の耐摩耗性を銅(合
金)より向上することができる。これらを考慮すると、
銅合金とアルミニウム合金の割合は、重量割合で前者が
80〜30%、残部後者であることが好ましい。本発明
において「溶解相」とは当該銅―アルミニウム複合溶射
の溶射中に溶解した組織である。すなわち、ほとんど
の製造プロセスを辿ると金属材料は溶解を経ているが、
特に溶射中に溶解・凝固した状態であることである。
As a general tendency of thermal spraying , (a) when the average particle size of the copper alloy powder and the aluminum alloy powder are equal, the aluminum alloy powder is dissolved, and (b) the average particle size of the aluminum alloy powder is much higher than that of the copper alloy powder. If larger, the latter also dissolves. By taking advantage of these trends,
A copper-aluminum composite sprayed layer can be produced in which at least a part of the aluminum alloy powder is dissolved and the remainder substantially maintains the properties of the solid powder. Pure aluminum has higher wear resistance than copper (alloy), and many aluminum alloys have excellent wear resistance in the cast state. By doing so, the wear resistance of the entire composite sprayed layer can be improved over copper (alloy). Considering these,
As for the ratio between the copper alloy and the aluminum alloy, the former is preferably 80 to 30% by weight, and the balance is preferably the latter. In the present invention, the “dissolved phase” refers to the copper-aluminum composite thermal spray.
Tissue dissolved during spraying of the layer . In other words, the metal material has undergone melting according to most manufacturing processes,
In particular, it is in a state of being melted and solidified during thermal spraying.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0009】本発明において、銅及びアルミニウム合金
とは溶射することができるすべての合金を包含する。金
属の調質状態を鋳造状態と圧延、引抜などの加工状態に
大別すると、溶射合金は前者の調質状態に属するので、
青銅、鉛青銅、リン青銅などの鋳造銅合金が本発明の対
象になる。一方、電子機器に使用される伸銅品は加工調
質状態の合金であるので、溶射は可能であるが本来の性
能を発揮することはできない。同様に展伸用アルミニウ
ム合金は本発明から除かれ、耐摩耗性が優れたAl−S
i系鋳造合金などの鋳造アルミニウム合金が本発明の対
象となる。又、本請求項1の第1の銅合金及び第1のア
ルミニウム合金は、それぞれ、溶射により部分的に融合
した第2の銅合金及び第2のアルミニウム合金も包含す
る。すなわち、本発明の複合溶射層は銅合金及びアルミ
ニウム合金が全面的に融合した状態は除外しているが、
部分的に融合してもよい。したがって、かかる実施態様
の複合溶射層は溶射された銅合金,溶射されたアルミニ
ウム合金及び溶射により生成した銅―アルミニウム合金
からなる。以下の説明では,特に断らない限り、銅合金
及びアルミニウム合金とはそれぞれ第1の銅合金及び
のアルミニウム合金である。
In the present invention, copper and aluminum alloys include all alloys that can be sprayed. When the tempered state of metal is roughly classified into cast state and rolling, drawing and other processing states, thermal spray alloys belong to the former tempered state,
Cast copper alloys, such as bronze, lead bronze, phosphor bronze, are the subject of the present invention. On the other hand, since the copper-brought product used in the electronic equipment is an alloy in a processed and tempered state, it can be sprayed, but cannot exhibit its original performance. Similarly, wrought aluminum alloy is excluded from the present invention, and Al-S having excellent wear resistance is used.
A cast aluminum alloy such as an i-type cast alloy is an object of the present invention. Further, the first copper alloy and the first aluminum alloy according to the first aspect of the present invention also include a second copper alloy and a second aluminum alloy, respectively, which are partially fused by thermal spraying. That is, the composite sprayed layer of the present invention excludes the state where the copper alloy and the aluminum alloy are completely fused,
It may be partially fused. Accordingly, the composite sprayed layer of such an embodiment comprises a sprayed copper alloy, a sprayed aluminum alloy, and a copper-aluminum alloy formed by spraying. In the following description, unless otherwise specified, copper alloy and aluminum alloy are the first copper alloy and aluminum alloy, respectively .
1 is an aluminum alloy.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0010】本発明における好ましい複合成分の組合せ
は、銅合金が耐焼付性に優れたPb含有合金であり、か
つアルミニウム合金は耐摩耗性に優れたSi含有合金で
ある。より具体的には、重量百分率で40%以下のPb
を含有する銅合金と、12〜60%Si−Al合金の組
合せである。アルミニウム合金のSi含有量が12%未
満では耐摩耗性と耐焼付性向上の効果が少なく、60%
を超えると強度低下が著しく、耐摩耗性の低下を招く。
好ましいSi含有量は15〜50%である。Si粒子の
寸法が50μmを超えるとSi粒子の脱落が起こり易く
なる。好ましい寸法は1〜40μmである。この組合せ
に係る銅−アルミニウム複合溶射層全体の組成は、C
u:8〜82重量%、Al:5〜50重量%,Pb:40
重量%以下、Si:5〜50重量%であることが好まし
い。
In the present invention, a preferred combination of composite components is a copper alloy containing a Pb-containing alloy having excellent seizure resistance, and an aluminum alloy containing a Si-containing alloy having excellent wear resistance. More specifically, 40% or less by weight of Pb
And a combination of a 12-60% Si-Al alloy. When the Si content of the aluminum alloy is less than 12%, the effect of improving the wear resistance and seizure resistance is small, and it is 60%.
If it exceeds 300, the strength is remarkably reduced, and the wear resistance is lowered.
The preferred Si content is 15-50%. If the size of the Si particles exceeds 50 μm, the Si particles will easily fall off. Preferred dimensions are between 1 and 40 μm. The composition of the entire copper-aluminum composite sprayed layer according to this combination is C
u: 8 to 82% by weight, Al: 5 to 50% by weight, Pb: 40
% By weight or less, preferably 5 to 50% by weight of Si.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】これらの銅合金を複合した複合溶射層全体
の組成は、重量百分率で、Cu:8〜82%,Al:5
〜50%,Pb:40%以下、Si:5〜50%,S
n:30%以下,P:0.5%以下、Ag:10%以
下,Mn:5%以下,Cr:5%以下,Ni:20%以
下,Zn:30%以下であることが好ましい。
The composition of the entire composite sprayed layer obtained by compounding these copper alloys is, as a percentage by weight, Cu: 8 to 82%, Al: 5%.
-50%, Pb: 40% or less, Si: 5-50%, S
It is preferable that n: 30% or less, P: 0.5% or less, Ag: 10% or less, Mn: 5% or less, Cr: 5% or less, Ni: 20% or less, and Zn: 30% or less.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0015】この銅−アルミニウム複合溶射層の全体の
組成は、重量百分率で、Cu:8〜82%,Al:5〜
50%,Pb:40%以下、Si:12〜60%,S
n:30%以下,Mg:5%以下,Mn:5%以下,F
e:1.5%以下,Cr:5%以下,及びNi:20%
以下であることが好ましい。
The total composition of the copper-aluminum composite sprayed layer is, as a percentage by weight, Cu: 8 to 82%, Al: 5 to 5%.
50%, Pb: 40% or less, Si: 12 to 60%, S
n: 30% or less, Mg: 5% or less, Mn: 5% or less, F
e: 1.5% or less, Cr: 5% or less, and Ni: 20%
The following is preferred.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0016】本発明の銅−アルミニウム複合溶射層の組
織の特徴を説明する前に、溶射層金属組織の一般的特徴
点を述べるが、これはアトマイズなどの粉末が溶融、凝
固した組織である。一つの形態では、溶射フレーム中で
溶融し生じた液滴が、基板表面に衝突して変形され、層
断面で見ると、層状、片状もしくは平板状部分が、層平
面で見ると小円盤、鱗状片などが積み重なっている。さ
らに別の形態では、アトマイズなどの粉末はガスにより
フレーム内へ圧送されるときは、1個1個がばらまかれ
た孤立粒子の形態を保っており、一部は合体するが、そ
のままの形態で溶融すると考えられる。溶融液滴は基材
に衝突して凝固するが、溶射層の厚みを薄くして冷却を
速くすると1個又は数個の液滴が、他の多数の液滴と融
合などにより合体せずに、独立粒子として凝固する。こ
のように比較的小さい液滴が押しつぶされ、全体として
多数の微細層状片が積み重なって、溶射層が作られる。
又、他の形態では液滴が合体し大きな層になって凝固す
る。
Before describing the features of the structure of the copper-aluminum composite sprayed layer of the present invention, general features of the metalized structure of the sprayed layer will be described. This is a structure obtained by melting and solidifying powder such as atomized powder. In one embodiment, the droplets generated by melting in the thermal spraying frame are deformed by colliding with the substrate surface, and when viewed in a layer cross section, a layered, flaky or flat portion is viewed as a small disk in a layer plane, Scales are piled up. In yet another form, when the powder such as atomized powder is pumped into the frame by gas, it retains the form of isolated particles in which each is dispersed, and a part of the particles is united, but in the form as it is. It is thought to melt. The molten droplet collides with the base material and solidifies, but if the thickness of the sprayed layer is reduced and the cooling is accelerated, one or several droplets do not coalesce with many other droplets due to fusion etc. Solidifies as independent particles. In this way, relatively small droplets are crushed, and a large number of fine layered pieces are stacked as a whole to form a sprayed layer.
In other forms, the droplets coalesce into a large layer and solidify.

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0018】これらの組織をもつ銅―アルミニウム複合
溶射層の構成各合金相の特性をCu−Pb合金及びAl
−Siの例について説明する。 未溶解Cu合金はアトマイズなどの銅合金粉末中の微
細Pb相が、溶射層中に残存して摺動特性向上に寄与
し、さらに(溶解しあるいは溶解しない)Al合金の成
分、すなわちAl,SiなどがCu合金に溶解すると銅
本来の凝着し難い性質を弱めることもあるが、これを阻
止することができる。 溶解Cu−Pb合金は、CuとPbが溶融・凝固する
際にPb相が粗大化し、溶融Cu、PbとAl−Si合
金粉末の間で起こる反応によりAl−Si合金粉末が結
合される。この際にこの粉末の表面が溶融されることが
多い。 溶解Al合金は、溶射層中において、従来の溶製合金
の初晶Siや圧延合金のSi粒子で見られるような、一
方向の明らかに長い方向性があるような粒子形状ではな
く、どの方向でもほとんど同じ寸法の球状、塊状、多角
形、その他これらに分類されない不定形形状である粒状
Siが分散している。さらに、従来の溶製合金では判然
としている初晶Siと共晶Siの区別は本発明の場合は
つけにくい。このようなSi組織のために耐摩耗性の向
上が大きい。又、溶融Al−Si合金粉末とCu−Pb
合金粉末との間で起こる反応により、後者の粉末が結合
される。
A copper-aluminum composite having these structures
The characteristics of each alloy phase of the sprayed layer are represented by Cu-Pb alloy and Al
An example of -Si will be described. In the undissolved Cu alloy, the fine Pb phase in the copper alloy powder such as atomized remains in the sprayed layer and contributes to the improvement of the sliding characteristics, and further (dissolves or does not dissolve) the components of the Al alloy, that is, Al, Si When dissolved in a Cu alloy, it may weaken the inherent hard-to-adhere property of copper, but this can be prevented. In the molten Cu-Pb alloy, the Pb phase coarsens when Cu and Pb are melted and solidified, and the Al-Si alloy powder is bonded by a reaction occurring between the molten Cu, Pb and the Al-Si alloy powder. At this time, the surface of the powder is often melted. The molten Al alloy does not have a particle shape that has a clearly long one-way direction in the thermal sprayed layer, such as the primary crystal Si of a conventional ingot alloy or the Si particles of a rolled alloy. However, granular Si particles having almost the same dimensions and being spherical, massive, polygonal, and other irregular shapes not classified into these are dispersed. Further, in the case of the present invention, it is difficult to distinguish between primary crystal eutectic Si and eutectic Si, which is obvious in the conventional ingot alloy. The improvement in wear resistance is large due to such a Si structure. Also, molten Al-Si alloy powder and Cu-Pb
The reaction that takes place with the alloy powder binds the latter powder.

【手続補正12】[Procedure amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0020】続いて本発明の組織をもつ複合溶射層を作
るための方法として平均粉末粒径調整法を示す。一つの
平均値の周りに正規分布を示す粒度をもつ銅合金粉末と
同様のアルミニウム合金粉末を混合する例を表1に示
す。
Next, an average powder particle size adjusting method will be described as a method for producing a composite sprayed layer having a structure according to the present invention. Table 1 shows an example in which an aluminum alloy powder similar to a copper alloy powder having a particle size showing a normal distribution around one average value is mixed.

【手続補正13】[Procedure amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0022[Correction target item name] 0022

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0022】次表では微粉Cu−Pbと粗粉Al−Si
の組合わせを選択すると銅合金の溶解量を多くすること
ができる。一般に硬質材料と軟質材料を複合した材料の
硬さはこれらの中間になるが、本発明の複合溶射層
は、銅合金とアルミニウム合金の反応相が生成すること
があるために、両者よりも硬さの平均値が高くなる。
In the following table, fine powder Cu-Pb and coarse powder Al-Si
By selecting the combination, the amount of copper alloy dissolved can be increased. In general, the hardness of a material obtained by combining a hard material and a soft material is in between these values.However, in the composite sprayed layer of the present invention, a reaction phase of a copper alloy and an aluminum alloy may be generated. , The average value of the hardness becomes higher than both.

【手続補正14】[Procedure amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Correction target item name] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0025】上記した銅−アルミニウム複合溶射層、重
量百分率で、30%以下、好ましくは1〜10%のAl
23、SiO2、SiC、ZrO2、Si34、BN、A
lN、TiN、TiV、B、C、鉄−リン化合物、鉄−
リン化合物、鉄−ホウ素化合物、鉄−窒素化合物からな
る群から選択された1種又は2種以上の化合物を耐摩耗性
向上成分として添加することができる。これらの成分の
添加量が30%を超えると、潤滑性、なじみ性が不良と
なり、その結果焼付が起こり易くなる。
The above-mentioned copper-aluminum composite thermal spray layer , which is 30% or less, preferably 1 to 10% of Al
2 O 3 , SiO 2 , SiC, ZrO 2 , Si 3 N 4 , BN, A
1N, TiN, TiV, B, C, iron-phosphorus compound, iron-
One or more compounds selected from the group consisting of phosphorus compounds, iron-boron compounds, and iron-nitrogen compounds can be added as a wear resistance improving component. If the added amount of these components exceeds 30%, lubricity and conformability become poor, and as a result, seizure tends to occur.

【手続補正15】[Procedure amendment 15]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0032[Correction target item name] 0032

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0032】実施例3 75重量%のCu−10wt%Pb−4wt%Sn合金
アトマイズ粉末(平均粒径60μm)と25重量%のア
ルミニウム合金アトマイズ粉末(但し、A2024アル
ミニウム合金に40wt%Siを添加した合金のアトマ
イズ粉、平均粒径100μm))を混合し、市販の純ア
ルミニウムを実施例1と同様な条件で溶射した。溶射層
の表面をエッチングしないで観察した顕微鏡組織を図1
に、グラード液(塩化第二鉄5g、塩酸100cc、水
100cc)で5秒間エッチングした表面組織は図2に
示し、又断面をエッチングしないで観察した顕微鏡組織
を図3に、グラード液でエッチングした断面組織は図4
に示す。すなわち、銅合金粉末は形態から判断してアト
マイズ粉末の形態を残している塊状部分第1の銅合金
(未溶解相)と、これが消失して溶射時に溶解したアル
ミニウム合金と一緒に晶出した部分(第2の銅合金)
ある。一方アルミニウム合金は粉末形態をほとんど残し
ていない。アルミニウム合金相は銅合金相を網状もしく
は片状に晶出させる基地(第1のアルミニウム合金溶解
相)となっているので、アルミニウム合金はほぼ完全に
溶融し、溶解した銅と反応し、Cu−Al化合物(第2
の銅合金)として晶出したものと判断される。この溶射
層の硬さはHv200−260であった。又、全体の組
成は、重量百分率で45%Cu,27%Al,6%P
b,16%Si,6%Sn,残部不純物であった。
Example 3 75 wt% Cu-10 wt% Pb-4 wt% Sn alloy atomized powder (average particle diameter 60 μm) and 25 wt% aluminum alloy atomized powder (however, 40 wt% Si was added to A2024 aluminum alloy) Atomized powder of the alloy and an average particle diameter of 100 μm) were mixed, and commercially available pure aluminum was sprayed under the same conditions as in Example 1. Fig. 1 shows the microstructure observed without etching the surface of the sprayed layer.
FIG. 2 shows a surface structure etched with a Grade solution (5 g of ferric chloride, 100 cc of hydrochloric acid, 100 cc of water) for 5 seconds, and FIG. 3 shows a microstructure observed without etching the cross section. Fig. 4
Shown in In other words, the copper alloy powder is in the form of a lump that remains in the form of an atomized powder as judged from the form.
(Undissolved phase) and a portion (second copper alloy) that disappeared and crystallized together with the aluminum alloy melted during thermal spraying. Aluminum alloy, on the other hand, leaves little powder form. The aluminum alloy phase is a matrix ( first aluminum alloy melting
Phase) , the aluminum alloy is almost completely melted and reacts with the dissolved copper to form a Cu-Al compound (second
Is determined to be crystallized as a copper alloy) . The hardness of this sprayed layer was Hv200-260. The total composition is 45% Cu, 27% Al, 6% P by weight percentage.
b, 16% Si, 6% Sn, and residual impurities.

【手続補正16】[Procedure amendment 16]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0040[Correction target item name] 0040

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る溶射
による銅(合金)−アルミニウム(合金)複合溶射層
アルミニウム(合金)もしくは銅(合金)溶射層に比べ
耐摩耗性を著しく高める。
As described above, the sprayed copper (alloy) -aluminum (alloy) composite sprayed layer according to the present invention has significantly improved wear resistance as compared with the aluminum (alloy) or copper (alloy) sprayed layer. .

【手続補正17】[Procedure amendment 17]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明実施例3における複合溶射層の表面組
織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a photomicrograph of the surface structure of a composite sprayed layer in Example 3 of the present invention observed without etching.

【図2】 本発明実施例3における複合溶射層の表面組
織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。
FIG. 2 is a micrograph obtained by etching and observing a surface structure of a composite sprayed layer in Example 3 of the present invention.

【図3】 本発明実施例3における複合溶射層の断面組
織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a micrograph of a cross-sectional structure of a composite sprayed layer in Example 3 of the present invention, which was observed without etching.

【図4】 本発明実施例3における複合溶射層の断面組
織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。
FIG. 4 is a micrograph obtained by etching and observing a sectional structure of a composite sprayed layer in Example 3 of the present invention.

【図5】 本発明実施例7の摩擦試験の結果を示すグラ
フである。 ─────────────────────────────────────────────────────
FIG. 5 is a graph showing the results of a friction test of Example 7 of the present invention. ────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年10月26日(2000.10.
26)
[Submission date] October 26, 2000 (2000.10.
26)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0032[Correction target item name] 0032

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0032】実施例3 75重量%のCu−10wt%Pb−4wt%Sn合金
アトマイズ粉末(平均粒径60μm)と25重量%のア
ルミニウム合金アトマイズ粉末(但し、A2024アル
ミニウム合金に40wt%Siを添加した合金のアトマ
イズ粉、平均粒径100μm))を混合し、実施例1と
同様な条件で溶射した。溶射層の表面をエッチングしな
いで観察した顕微鏡組織を図1に、グラード液(塩化第
二鉄5g、塩酸100cc、水100cc)で5秒間エ
ッチングした表面組織は図2に示し、又断面をエッチン
グしないで観察した顕微鏡組織を図3に、グラード液で
エッチングした断面組織は図4に示す。すなわち、銅合
金粉末は形態から判断してアトマイズ粉末の形態を残し
ている塊状部分第1の銅合金(未溶解相)と、これが消
失して溶射時に溶解したアルミニウム合金と一緒に晶出
した部分(第2の銅合金)がある。一方アルミニウム合
金は粉末形態をほとんど残していない。アルミニウム合
金相は銅合金相を網状もしくは片状に晶出させる基地
(第1のアルミニウム合金溶解相)となっているので、
アルミニウム合金はほぼ完全に溶融し、溶解した銅と反
応し、Cu−Al化合物(第2の銅合金)として晶出し
たものと判断される。この溶射層の硬さはHv200−
260であった。又、全体の組成は、重量百分率で45
%Cu,27%Al,6%Pb,16%Si,6%S
n,残部不純物であった。
Example 3 75 wt% Cu-10 wt% Pb-4 wt% Sn alloy atomized powder (average particle diameter 60 μm) and 25 wt% aluminum alloy atomized powder (however, 40 wt% Si was added to A2024 aluminum alloy) Atomized powder of the alloy and an average particle diameter of 100 μm) were mixed and sprayed under the same conditions as in Example 1. FIG. 1 shows the microstructure observed without etching the surface of the sprayed layer, and FIG. 2 shows the surface structure etched for 5 seconds with a graded liquid (5 g of ferric chloride, 100 cc of hydrochloric acid, 100 cc of water). FIG. 3 shows the microscopic structure observed in the above, and FIG. 4 shows the cross-sectional structure obtained by etching with the graded liquid. That is, the copper alloy powder is a lump portion that remains in the form of an atomized powder, judging from the form, and the first copper alloy (undissolved phase) and the part that disappears and crystallizes together with the aluminum alloy melted during thermal spraying. (A second copper alloy). Aluminum alloy, on the other hand, leaves little powder form. Since the aluminum alloy phase is a matrix (first aluminum alloy dissolved phase) for crystallizing the copper alloy phase into a net or flake,
It is determined that the aluminum alloy was almost completely melted, reacted with the dissolved copper, and crystallized as a Cu-Al compound (second copper alloy). The hardness of this sprayed layer is Hv200-
260. The overall composition is 45% by weight.
% Cu, 27% Al, 6% Pb, 16% Si, 6% S
n, the remaining impurities.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K031 AB03 AB08 CB01 CB09 CB21 CB25 CB28 CB35 CB37 CB39 CB42 CB43 CB44 CB45 CB46 CB50  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K031 AB03 AB08 CB01 CB09 CB21 CB25 CB28 CB35 CB37 CB39 CB42 CB43 CB44 CB45 CB46 CB50

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅もしくは第1の銅合金及びアルミニウ
ムもしくは第1のアルミニウム合金を含んでなり、前記
銅もしくは第1の銅合金が少なくとも未溶解相を含んで
なり、さらに前記アルミニウムもしくは第2のアルミニ
ウム合金が少なくとも溶解相を含んでなることを特徴と
する溶射銅ーアルミニウム複合材料。
2. The method according to claim 1, wherein the copper or the first copper alloy comprises at least an undissolved phase, and the aluminum or the second copper alloy comprises at least an undissolved phase. A sprayed copper-aluminum composite material, wherein the aluminum alloy comprises at least a molten phase.
【請求項2】 前記第1の銅合金が、前記アルミニウム
もしくは第1のアルミニウム合金の成分を含有し、溶射
により生成した第2の銅合金を含む請求項1記載の溶射
銅ーアルミニウム複合材料。
2. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to claim 1, wherein the first copper alloy contains the aluminum or a component of the first aluminum alloy and includes a second copper alloy formed by thermal spraying.
【請求項3】 前記第1のアルミニウム合金が、前記銅
もしくは第1の銅合金の成分を含有する第2のアルミニ
ウム合金を含む請求項1又は2記載の溶射銅ーアルミニ
ウム複合材料。
3. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to claim 1, wherein said first aluminum alloy includes said copper or a second aluminum alloy containing a component of said first copper alloy.
【請求項4】 主要組織が、銅もしくは第1の銅合金未
溶解相及びアルミニウムもしくは第2のアルミニウム合
金溶解相からなることを特徴とする請求項1記載の溶射
銅ーアルミニウム複合材料。
4. The sprayed copper-aluminum composite material according to claim 1, wherein the main structure comprises a copper or first copper alloy undissolved phase and an aluminum or second aluminum alloy dissolved phase.
【請求項5】 さらに前記溶射表面層が銅もしくは第1
の銅合金溶解相及びアルミニウムもしくは第1のアルミ
ニウム合金未溶解相の少なくとも一方を有する請求項4
記載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
5. The method according to claim 1, wherein the thermal sprayed surface layer is made of copper or a first material.
5. The method according to claim 4, further comprising at least one of a copper alloy dissolved phase and aluminum or the first aluminum alloy undissolved phase.
A sprayed copper-aluminum composite material as described.
【請求項6】 前記第1の銅合金がPbを含有し、かつ
前記第1のアルミニウム合金がSiを含有する請求項1
から5までの何れか1項記載の溶射銅ーアルミニウム複
合材料。
6. The method according to claim 1, wherein the first copper alloy contains Pb, and the first aluminum alloy contains Si.
6. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to any one of items 1 to 5.
【請求項7】 前記第1の銅合金がPbを40重量%以
下含有し、さらに前記第1のアルミニウム合金がSiを
12〜60重量%含有することを特徴とする請求項6記
載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
7. The sprayed copper according to claim 6, wherein said first copper alloy contains 40% by weight or less of Pb, and said first aluminum alloy contains 12 to 60% by weight of Si. -Aluminum composite material.
【請求項8】 全体の組成が、Cu:8〜82重量%、
Al:5〜50重量%,Pb:40重量%以下、Si:
5〜50重量%であることを特徴とする請求項7の溶射
銅ーアルミニウム複合材料。
8. The total composition is as follows: Cu: 8 to 82% by weight;
Al: 5 to 50% by weight, Pb: 40% by weight or less, Si:
The sprayed copper-aluminum composite material according to claim 7, wherein the amount is 5 to 50% by weight.
【請求項9】 前記第1のアルミニウム合金が、30重
量%以下のSn、7.0重量%以下のCu、5.0重量
%以下のMg、1.5重量%以下のMn、1.5重量%
以下のFe、8重量%以下のCr、及び8.0重量%以
下のNiからなる群の少なくとも1種の元素をさらに含
有することを特徴とする請求項7記載の溶射銅ーアルミ
ニウム複合材料。
9. The method according to claim 1, wherein the first aluminum alloy comprises 30% by weight or less of Sn, 7.0% by weight or less of Cu, 5.0% by weight or less of Mg, 1.5% by weight or less of Mn, 1.5% by weight or less. weight%
8. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to claim 7, further comprising at least one element of the group consisting of the following Fe, 8% by weight or less of Cr, and 8.0% by weight or less of Ni.
【請求項10】 全体の組成が、Cu:8〜82重量
%、 Al:5〜50重量%,Pb:40重量%以下、
Si:5〜50重量%,Sn:30重量%以下,Mg:
5重量%以下,Mn:5重量%以下,Fe:1.5重量
%以下,Cr:5重量%以下,Ni:20重量%以下、
及びZn:30重量%以下であることを特徴とする請求
項9記載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
10. The total composition is as follows: Cu: 8 to 82% by weight, Al: 5 to 50% by weight, Pb: 40% by weight or less,
Si: 5 to 50% by weight, Sn: 30% by weight or less, Mg:
5% by weight or less, Mn: 5% by weight or less, Fe: 1.5% by weight or less, Cr: 5% by weight or less, Ni: 20% by weight or less,
And Zn: not more than 30% by weight.
【請求項11】 前記第1の銅合金が30%重量以下の
Sn、0.5%重量以下のP、15%重量%以下のA
l、10重量%以下のAg、5%重量以下のMn、5重
量%以下のCr,20重量%以下のNi及び30重量%
以下のZnからなる群から選択された1種又は2種以上
を、0.5〜50重量%の範囲でさらに含有することを
特徴とする請求項7記載の溶射銅ーアルミニウム複合材
料。
11. The first copper alloy comprises at most 30% by weight of Sn, at most 0.5% by weight of P and at most 15% by weight of A.
1, 10% by weight or less of Ag, 5% by weight or less of Mn, 5% by weight or less of Cr, 20% by weight or less of Ni and 30% by weight
The sprayed copper-aluminum composite material according to claim 7, further comprising one or more selected from the group consisting of the following Zn in the range of 0.5 to 50% by weight.
【請求項12】 全体の組成が、Al:15〜50重量
%,Cu:8〜50重量%,Pb:40重量%以下、S
i:5〜50重量%,Sn:30重量%以下、P:0.
5重量%以下,Ag:10重量%以下,Mn:5重量%
以下,Cr:5重量%以下,Ni:20重量%以下,Z
n:30重量%以下であることを特徴とする請求項11
記載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
12. The total composition is as follows: Al: 15 to 50% by weight, Cu: 8 to 50% by weight, Pb: 40% by weight or less, S:
i: 5 to 50% by weight, Sn: 30% by weight or less, P: 0.
5% by weight or less, Ag: 10% by weight or less, Mn: 5% by weight
Below, Cr: 5% by weight or less, Ni: 20% by weight or less, Z
n: not more than 30% by weight.
A sprayed copper-aluminum composite material as described.
【請求項13】 前記第1の銅合金(但し第2の銅合金
を除く)の少なくとも一部がCu結晶からなり、かつ前
記第1のアルミニウム合金(但し第2のアルミニウム合
金は除く)の少なくとも一部がAl結晶からなる請求項
11又は12記載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
13. A method according to claim 1, wherein at least a part of the first copper alloy (excluding the second copper alloy) is made of Cu crystals, and at least a part of the first aluminum alloy (excluding the second aluminum alloy). The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to claim 11 or 12, wherein a part of the composite material is made of Al crystal.
【請求項14】 さらに30重量%以下の黒鉛粒子を含
むことを特徴とする請求項6から13までのいずれか1
項記載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
14. The method according to claim 6, further comprising 30% by weight or less of graphite particles.
A spray-coated copper-aluminum composite material as described in the above item.
【請求項15】 さらに30重量%以下のAl23、S
iO2、SiC、ZrO2、Si34、BN、AlN、T
iN、TiC、B4C、ならびに鉄−リン、鉄−ホウ
素、鉄−窒素の鉄系化合物からなる群から選択された1
種又は2種以上を含むことを特徴とする請求項1から1
4までのいずれか1項記載の溶射銅ーアルミニウム複合
材料。
15. Al 2 O 3 , S in an amount of not more than 30% by weight.
iO 2 , SiC, ZrO 2 , Si 3 N 4 , BN, AlN, T
iN, TiC, B 4 C, and 1 selected from the group consisting of iron-phosphorus, iron-boron, and iron-nitrogen iron-based compounds.
2. The method according to claim 1, wherein the composition contains at least one species.
5. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to any one of 4 to 4.
【請求項16】 基板上に積層された請求項1から15
までの何れか1項記載の溶射銅−アルミニウム複合材料
を軟質金属層で被覆したことを特徴とする請求項1から
15までのいずれか1項記載の溶射銅ーアルミニウム複
合材料。
16. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is laminated on a substrate.
The sprayed copper-aluminum composite material according to any one of claims 1 to 15, wherein the sprayed copper-aluminum composite material according to any one of (1) to (5) is coated with a soft metal layer.
【請求項17】 前記軟質金属層がPb、Pb合金、S
n又はSn合金めっきである請求項16記載の溶射銅ー
アルミニウム複合材料。
17. The soft metal layer is made of Pb, a Pb alloy, Sb.
17. The sprayed copper-aluminum composite material according to claim 16, which is an n or Sn alloy plating.
【請求項18】 前記軟質金属層が主としてPbとSn
からなるめっき層である請求項16記載の溶射銅ーアル
ミニウム複合材料。
18. The soft metal layer is mainly composed of Pb and Sn.
17. The thermal sprayed copper-aluminum composite material according to claim 16, which is a plating layer comprising:
【請求項19】 前記溶射表面層をMoS2もしくは黒鉛
あるいはMoS2と黒鉛の混合物を含む皮膜で被覆したこ
とを特徴とする請求項1から15までのいずれか1項記
載の溶射銅ーアルミニウム複合材料。
19. The sprayed copper-aluminum composite according to claim 1, wherein the sprayed surface layer is coated with a film containing MoS 2 or graphite or a mixture of MoS 2 and graphite. material.
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