JP2002031045A - Swash plate compressor - Google Patents

Swash plate compressor

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JP2002031045A
JP2002031045A JP2000212220A JP2000212220A JP2002031045A JP 2002031045 A JP2002031045 A JP 2002031045A JP 2000212220 A JP2000212220 A JP 2000212220A JP 2000212220 A JP2000212220 A JP 2000212220A JP 2002031045 A JP2002031045 A JP 2002031045A
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JP
Japan
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alloy
copper
aluminum
less
swash plate
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Pending
Application number
JP2000212220A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Mizuguchi
慎一 水口
Hideaki Ko
秀明 洪
Senjiro Shibata
銑二郎 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiho Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Taiho Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the anti-seizure property between a swash plate and shoe of a swash plate compressor. SOLUTION: The spraying layer of the surface of swash plate is made of Al alloy, Cu alloy, or Au-Cu composite material, while the surface of the shoe is formed as a boron impregnation processed layer.

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、斜板式コンプレッ
サーに関するものであり、更に詳しく述べるならば、シ
ューと斜板の新規な材質組合わせを特徴とする斜板式コ
ンプレッサーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a swash plate compressor, and more particularly, to a swash plate compressor characterized by a new material combination of a shoe and a swash plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】斜板式コンプレッサーは、回転軸に一定
角度もしくは可変角度で固着された斜板と、回転軸に平
行に設けられたシリンダ内に嵌装されたピストンと、斜
板とピストンの間に配置された摺動部材であるシューを
含み、斜板の回転によってピストンが往復動され、シリ
ンダ内に気体が導入され、圧縮されるものである。な
お、斜板式コンプレッサー自体の構造は例えば特公昭61
―1636号の第1図及び公報第3欄第42行〜第4欄第16行、
第5欄第14行〜第6欄第2行の説明を参照されたい。かか
る斜板としては、古くは焼入れ鋳鉄が用いられ、次にコ
ンプレッサーの軽量化のために耐摩耗性が優れたAl−
Si系アルミニウム合金鍛造材が用いられ、現在は、特
に可変容量コンプレッサーの回転性能の観点から鋳鉄斜
板が用いられているが、鋳鉄とシューの軸受鋼の摺動で
は焼付が起こるのでCu−Pb合金を溶射した鋳鉄斜板
が用いられている。一方、シューとしては、クロム鋼、
特に軸受鋼(SUJ2)が用いられている(特公平1―
35190号公報)。
2. Description of the Related Art A swash plate compressor includes a swash plate fixed to a rotating shaft at a fixed angle or a variable angle, a piston fitted in a cylinder provided parallel to the rotating shaft, and a swash plate and a piston. The piston is reciprocated by the rotation of the swash plate, and gas is introduced into the cylinder and compressed. The structure of the swash plate type compressor itself is, for example,
FIG. 1 and Publication No. 3, line 42 to column 4, line 16 of No. 1636,
See description at column 5, line 14 to column 6, line 2. As such a swash plate, quenched cast iron is used in the old days, and then Al-
Forged Si-based aluminum alloys are used, and at present, cast iron swash plates are used, especially from the viewpoint of the rotational performance of variable capacity compressors. A cast iron swash plate sprayed with an alloy is used. On the other hand, chrome steel,
In particular, bearing steel (SUJ2) is used.
No. 35190).

【0003】特公平4−77155号公報によると、シ
ューの表面処理として窒化、浸炭窒化、浸炭焼入、焼入
硬化、浸ホウ素処理、浸硫窒化等の処理が列挙されてい
る。この公報におけるシューの相手材である斜板は過共
晶Siアルミニウム合金から構成されている。
According to Japanese Patent Publication No. 4-77155, surface treatments such as nitriding, carbonitriding, carburizing, quenching, quenching and hardening, boron immersion, and nitrosulphurizing are listed as surface treatments for shoes. The swash plate as a mating material of the shoe in this publication is made of a hypereutectic Si aluminum alloy.

【0004】また、WO95/25224によると、斜板にCu-Pb
合金を溶射する際に鉛組織の一部を未溶解にすることに
より、耐焼付性を向上することが提案されている。この
公報における相手材のシューは「鉄系材料としては鉄を
主成分とするすべての材料で摺動面を構成したものを使
用することができるが、軸受鋼が好ましい。また、その
製造方法も一切限定されず、圧延、鍛造、粉末冶金、表
面硬化などの技術を適宜採用することができる。」と説
明されている。なお、実施例ではSUJ2焼入れシューが用
いられている。
According to WO95 / 25224, Cu-Pb
It has been proposed to improve seizure resistance by unmelting a part of the lead structure when spraying an alloy. In this publication, as a mating shoe, "a ferrous material having a sliding surface made of any material containing iron as a main component can be used, but a bearing steel is preferable. There is no limitation at all, and techniques such as rolling, forging, powder metallurgy, and surface hardening can be appropriately adopted. " In the embodiment, a SUJ2 quenching shoe is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】浸ホウ素処理シューを
過共晶Si―アルミニウム合金斜板と摺動させると、耐摩
耗性はある程度確保できるが、耐焼付性の面で十分な性
能が得られなかった。一方、Cu-Pb合金溶射斜板を焼入
れ軸受鋼シューと摺動させると、耐焼付性は十分である
が、シューの耐摩耗性の面では十分な性能が得られなか
った。本発明は、これらの難点を克服し、従来よりも厳
しい条件で使用することができる斜板式コンプレッサー
を提供することを目的とするものである。
When the boron-impregnated shoe is slid with a hypereutectic Si-aluminum alloy swash plate, abrasion resistance can be secured to some extent, but sufficient performance is obtained in terms of seizure resistance. Did not. On the other hand, when the sprayed swash plate of the Cu-Pb alloy was slid against the quenched bearing steel shoe, the seizure resistance was sufficient, but sufficient performance was not obtained in terms of the wear resistance of the shoe. An object of the present invention is to provide a swash plate compressor that can overcome these difficulties and can be used under more severe conditions than before.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、斜板材料
とシュー材料の各種組合せについて実験してきたとこ
ろ、溶射斜板と浸ホウ素処理シューの組合せが、従来行
われてきた上記の各種組合せよりも耐焼付性に優れ、か
つ耐摩耗性が優れていることを見出した。即ち,本発明
は、斜板式コンプレッサーの斜板と、ピストンと、斜板
とピストンの間で摺動するシューとを含んでなる斜板式
コンプレッサーにおいて、表面を溶射アルミニウム合
金、溶射銅合金もしくは溶射銅―アルミニウム複合材料
で被覆した前記斜板と、表面を浸ホウ素処理したシュー
とを組合せたことを特徴とする斜板式コンプレッサーを
提供するものである。以下、本発明を詳しく説明する。
The inventors of the present invention have conducted experiments on various combinations of swash plate materials and shoe materials. It has been found that the seizure resistance and the wear resistance are superior to the combination. That is, the present invention relates to a swash plate compressor including a swash plate compressor, a piston, and a shoe sliding between the swash plate and the piston. -To provide a swash plate compressor characterized by combining the swash plate coated with an aluminum composite material and a shoe having a surface subjected to boron immersion treatment. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0007】(1)シュー 斜板式コンプレッサーのシュー自体は公知のものであっ
てピストンに嵌入される球面部と斜板と接触する平面部
から構成されるが、平面部の中央を頂点とし、高さが15
μm以下である極めて大きな曲率半径を有する凸曲面と
し、平面部の外周縁は面取り部とすることにより、耐焼
付性のばらつきが少なくなる(特公昭61―1636号公
報、特公昭63―27554号公報、特公平1―35190号公
報)。このような凸面部及び面取り部を有するシューは
実機に採用され、斜板式コンプレッサーの斜板の性能向
上に多大な貢献をしている。凸面部の高さを高くすると
油膜が形成され易くなるが、その一方耐焼付性のばらつ
きが大きくなるので、現在の実機では1〜5μmの高さ
範囲が採用されている。シューの浸ホウ素処理は例えば
二村などの発明に係る米国特許第5082512号明細
書に記載された固体浸ホウ素処理法により行なうことが
できる。浸ホウ素処理表面の組織は同特許の請求項1〜
5のものであってよいが、特にFe3Bを表面組織に含
むものもしくはFe3Bのみからなるものをシューに好
ましく採用することができる。浸ホウ素処理層の厚さは
5〜100μmが好ましく、より好ましくは10〜30
μmである。また浸ホウ素処理層の表面粗さはRz0.1
〜1.0μmが好ましい。なお、固体法以外に塩浴法な
ども使用することができる。
(1) Shoe The swash plate type compressor itself is a well-known shoe and is composed of a spherical portion fitted into a piston and a flat portion in contact with the swash plate. Saga 15
By using a convex curved surface having an extremely large radius of curvature of not more than μm and forming a chamfer on the outer peripheral edge of the flat portion, variations in seizure resistance are reduced (Japanese Patent Publication Nos. 61-1636 and 63-27554). Gazette, Japanese Patent Publication No. 1-35190). The shoe having such a convex portion and a chamfered portion is employed in an actual machine and greatly contributes to improving the performance of a swash plate of a swash plate type compressor. When the height of the convex portion is increased, an oil film is likely to be formed, but on the other hand, the variation in seizure resistance is increased. Therefore, a height range of 1 to 5 μm is adopted in a current actual machine. The boron immersion treatment of the shoe can be performed, for example, by the solid boron immersion treatment method described in US Pat. No. 5,082,512 according to the invention of Nimura et al. The structure of the boron-treated surface is defined in claims 1 to 5 of the patent.
5 may be used. In particular, a shoe containing Fe 3 B in the surface structure or a shoe made of only Fe 3 B can be preferably used for the shoe. The thickness of the boron-impregnated layer is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 30 μm.
μm. The surface roughness of the boron-impregnated layer is Rz 0.1
~ 1.0 µm is preferred. In addition, a salt bath method or the like can be used in addition to the solid method.

【0008】(2)溶射アルミニウム合金 次に、斜板の溶射表面層に使用するアルミニウム合金
は、Siを12〜60質量%を含有し、粒状シリコンを分
散させたアルミニウム合金、及びこの合金からなるマト
リックスに炭素及び/又はMoS2を分散させた複合アルミ
ニウム合金を好ましく使用することができる。ここで、
炭素はグラファイト構造もしくは無定形炭素構造あるい
は結晶化した程度が両者の中間であるものである。上記
したアルミニウム合金において、Siが12質量%未満で
あると、耐摩耗性が十分ではなく、60質量%を超える
と溶射するための原料粉末の製造が困難になる。シリコ
ンは粒状形態でアルミニウムマトリックス中に微細にか
つ多量に分散して、耐摩耗性を高めている。本発明にお
いて粒状シリコンとは、圧延材や鋳造材に見られるよう
な一つの方向に長い方向性がなく、どの方向でも寸法が
ほとんど同じ球状、塊状、多角状、凹凸輪郭をもつ島
状、これらに分類されない不定形である。また、アルミ
ニウム合金だけでは摩擦特性が不足するから、アルミニ
ウム合金マトリックスにトライボ材料である炭素及び/
又はMoS2を分散させている。
(2) Sprayed aluminum alloy Next, the aluminum alloy used for the sprayed surface layer of the swash plate is an aluminum alloy containing 12 to 60% by mass of Si, in which granular silicon is dispersed, and this alloy. A composite aluminum alloy in which carbon and / or MoS 2 is dispersed in a matrix can be preferably used. here,
Carbon has a graphite structure, an amorphous carbon structure, or a degree of crystallization intermediate between the two. In the above-mentioned aluminum alloy, if the content of Si is less than 12% by mass, the wear resistance is not sufficient, and if the content exceeds 60% by mass, it becomes difficult to produce a raw material powder for thermal spraying. Silicon is finely and finely dispersed in an aluminum matrix in particulate form to enhance wear resistance. In the present invention, granular silicon refers to spherical, massive, polygonal, islands with irregular contours, which have almost the same dimension in any direction without a long directionality in one direction as seen in a rolled material or a cast material. It is an indefinite form not classified as. In addition, since the friction characteristics are insufficient with the aluminum alloy alone, the tribomaterial carbon and / or
Alternatively, MoS 2 is dispersed.

【0009】上述のように浸ホウ素処理層の主成分は鉄
のホウ化物であり、非常に耐摩耗性が優れている。この
物質と上記した溶射層構成物質との摺動現象は次のよう
に考えられる。 (イ)アルミニウムマトリックスー鉄のホウ化物:比較
的凝着しにくく、かつ両物質の摩耗も起こり難い。 (ロ)粒状シリコンー鉄のホウ化物:両物質とも摩耗が
極めて少ない。 (ハ)トライボ材料ー鉄のホウ化物:摩擦係数が低い。 このような現象が複合して起こるために、本発明の組み
合わせでは優れた摺動特性が実現 されると考えられ
る。
[0009] As described above, the main component of the boron-impregnated layer is boride of iron, and has extremely excellent wear resistance. The sliding phenomenon between this substance and the above-mentioned substance constituting the thermal spray layer is considered as follows. (B) Aluminum matrix-iron boride: Relatively hard to adhere and hardly cause abrasion of both substances. (B) Granular silicon-iron boride: Both materials have very little wear. (C) Tribo material-iron boride: low coefficient of friction. Since such a phenomenon occurs in combination, it is considered that excellent sliding characteristics are realized by the combination of the present invention.

【0010】次に、本発明においてはSnを添加し、優
れた耐摩耗性と耐焼付性をもつAl−Si−Sn系合金
をアルミニウム合金として使用することができる。Sn
は、均一にアルミニウム中に分散して潤滑剤やなじみ性
を付与する成分である。Sn含有量が0.1質量%未満
では潤滑材などの向上の効果が少なく、30質量%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質量%である。Sn相は層内で片状を呈し、この
形状は潤滑性の面で好ましいと考えられる。
Next, in the present invention, Sn is added, and an Al-Si-Sn alloy having excellent wear resistance and seizure resistance can be used as an aluminum alloy. Sn
Is a component that is uniformly dispersed in aluminum to impart a lubricant and conformability. If the Sn content is less than 0.1% by mass, the effect of improving the lubricant and the like is small, and if it exceeds 30% by mass, the strength of the alloy is reduced. The preferred Sn content is 5
2525% by mass. The Sn phase has a flake shape in the layer, and this shape is considered preferable in terms of lubricity.

【0011】本発明のアルミニウム合金には例えば次の
任意元素を含有することができる。なお、百分率は質量
%である。 Cu:Cuはアルミニウムマトリックスに固溶してその
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
8.0%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3.0%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3.0%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Mn含有量は0.1〜1%である。 Fe:Fe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、Fe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Fe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
と合金が劣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1.5%以下である。
The aluminum alloy of the present invention can contain, for example, the following optional elements. In addition, percentage is mass
%. Cu: Cu forms a solid solution in an aluminum matrix to increase the strength thereof, thereby suppressing the adhesive wear of aluminum and the wear due to 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 8.0%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Cu content is 0.5 to 5
%. Mg: Mg combines with a part of Si to form an Mg-Si intermetallic compound and enhances wear resistance. However, when the content of Mg exceeds 3.0%, 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 3.0%, the alloy is excessively hardened and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Mn content is 0.1-1%. Fe: Fe is supersaturated in an aluminum matrix and has the same effect as Cu by increasing its strength. However, when the content of Fe exceeds 1.5%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Fe 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 deteriorated, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Ni content is 1.5% or less.

【0012】本発明においては、アルミニウム合金及び
トライボ材料の溶射法としてトライボロジストVol.
41、No.11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 oxifuel)を好ま
しく採用することができる。この方法は同誌第20頁右
欄第4〜13行に記載された特徴を有しているので、特
長があるSi相形態が得られると考えられる。溶射粉末
としては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。これらのアト
マイズ粉末は完全に基板上で溶融しその後凝固してもよ
く、あるいは一部が末溶融状態で基板上にて被着され粉
末の組織が残るようにしてもよい。溶射条件としては、
酸素圧力0.9〜1.2MPa、燃料圧力0.6〜0.
9MPa、溶射距離50〜250mmが好ましい。溶射
層の厚さは10〜500μm、特に10〜300μmの
範囲にある。溶射後のアルミニウム合金の硬度はHv1
00〜400の範囲にある。従来の12%Si含有アルミ
ニウム合金では硬度がHv50〜100であるので、本発
明の溶射層は非常に硬質であると言える。
In the present invention, as a method for spraying aluminum alloy and tribomaterial, Tribodist Vol.
41, no. Various thermal spraying methods described on page 20, page 11 of FIG. 2 and FIG. 2 can be employed, and among them, high velocity gas flame thermal spraying (HVOF, high velocity oxifuel) can be preferably employed. Since this method has the characteristics described on page 20, right column, lines 4 to 13, the method is considered to provide a Si phase morphology having characteristics. Atomized powder such as Al-Si alloy and Al-Si-Sn alloy can be used as the thermal spray powder. These atomized powders may be completely melted on the substrate and then solidified, or a part of the atomized powder may be applied on the substrate in a molten state so that the structure of the powder remains. Thermal spraying conditions include
Oxygen pressure 0.9-1.2 MPa, fuel pressure 0.6-0.
9 MPa and a spray distance of 50 to 250 mm are preferred. The thickness of the sprayed layer is in the range from 10 to 500 μm, especially from 10 to 300 μm. The hardness of the aluminum alloy after thermal spraying is Hv1
It is in the range of 00 to 400. Since the hardness of a conventional 12% Si-containing aluminum alloy is Hv50 to 100, it can be said that the sprayed layer of the present invention is very hard.

【0013】続いて、アルミニウム合金マトリックスに
溶射により分散される相について説明する。この分散相
の材料はアルミニウム合金もしくはその原料粉末ととも
に溶射される。これらのトライボ材料は上記した高速ガ
ス火炎溶射法によると溶射中に燃焼分解などを受けるこ
とが比較的少なく溶射層中に取り込まれる。一つの分散
相は炭素質物質である。この炭素物質としては、無定形
炭素、グラファイト、結晶化の程度が両者の中間にある
炭素などを使用することができる。グラファイトは天然
黒鉛及び人造黒鉛の何れでもよい。これら物質のトライ
ボ特性については、黒鉛は強い劈開性をもつので、この
性質を利用して摺動特性を高めることができる。炭素質
物質はグラファイト構造が顕著なものは劈開性による効
果を発揮し、一方二次元構造が不明瞭になるにしたが
い、耐摩耗性を発揮して、摺動特性を高める。またこれ
ら炭素質物質は、溶射中に溶融しないために溶射層中に
原料粉末形状を比較的に保ってそのままの状態で分散し
ている。他の分散相であるMoS2は周知のトライボ材
料であるが、過酷な条件下での溶射層の摺動特性改良の
効果は少なく、穏やかの条件下ではグラファイトほどで
はないが摺動特性を改良する効果がある。上記トライボ
材料の量は溶射層に対して2〜40質量%であることが
好ましく、より好ましくは5〜25質量%である。ま
た、トライボ材料の溶射前平均粒径は10〜50μmで
あることが好ましく、より好ましくは20〜40μmで
ある。
Next, the phase dispersed in the aluminum alloy matrix by thermal spraying will be described. The material of the dispersed phase is sprayed together with the aluminum alloy or its raw material powder. According to the above-mentioned high-speed gas flame spraying method, these tribomaterials are relatively less likely to undergo combustion decomposition during thermal spraying and are taken into the sprayed layer. One dispersed phase is a carbonaceous material. As the carbon substance, amorphous carbon, graphite, carbon having a degree of crystallization intermediate between the two, and the like can be used. Graphite may be either natural graphite or artificial graphite. Regarding the tribological properties of these substances, graphite has strong cleavage properties, and this property can be used to enhance the sliding properties. When the carbonaceous material has a remarkable graphite structure, it exhibits the effect of cleavage, while as the two-dimensional structure becomes unclear, it exhibits abrasion resistance and enhances sliding characteristics. In addition, these carbonaceous materials are dispersed in the sprayed layer as they are in the sprayed layer so as not to melt during the spraying, while keeping the shape of the raw material powder relatively. MoS 2 , another dispersed phase, is a well-known tribo material, but has little effect on improving the sliding properties of the sprayed layer under severe conditions, and improves the sliding properties under mild conditions, although not as much as graphite. Has the effect of doing The amount of the tribomaterial is preferably 2 to 40% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, based on the sprayed layer. The average particle size of the tribomaterial before thermal spraying is preferably 10 to 50 μm, more preferably 20 to 40 μm.

【0014】上記したアルミニウム合金と炭素質物質及
び/又はMoS2以外には、FeB,Fe3P,Al
23、SiO2、SiC,Si34などの硬質物を耐摩
耗性向上のために添加することもできる。これらの物質
は溶射中に溶融せず合金中に分散される。これらの硬質
物は溶射層全体に対して20重量%以下とすることが好
ましい。
In addition to the above-mentioned aluminum alloy and carbonaceous material and / or MoS 2 , FeB, Fe 3 P, Al
Hard materials such as 2 O 3 , SiO 2 , SiC, and Si 3 N 4 can be added to improve wear resistance. These materials do not melt during thermal spraying but are dispersed in the alloy. The content of these hard materials is preferably 20% by weight or less based on the entire sprayed layer.

【0015】(3)溶射銅合金 本発明においては溶射可能な摺動部材用銅合金、特にC
u−Pb合金を使用することができる。この場合溶射層
構成物質とホウ化物との摺動現象は次のように考えられ
る。 (ニ)銅マトリックスー鉄のホウ化物:両材料の凝着及
び摩耗が起こり難い。 (ホ)未溶解鉛相ー鉄のホウ化物:摩耗係数が低い。 このような現象が複合して起こるために、本発明の組み
合わせでは優れた摺動特性が実現されると考えられる。
(3) Sprayed copper alloy In the present invention, a sprayable copper alloy for a sliding member, particularly C
A u-Pb alloy can be used. In this case, the sliding phenomenon between the thermal spray layer constituent material and the boride is considered as follows. (D) Copper matrix-iron boride: adhesion and wear of both materials are unlikely to occur. (E) Undissolved lead phase-iron boride: low wear coefficient. Since such a phenomenon occurs in combination, it is considered that excellent sliding characteristics are realized by the combination of the present invention.

【0016】この銅合金としては次の組成(百分率は質
量%である)及び組織のものを使用することができる。 (a)質量百分率で、40%以下の鉛、30%以下のス
ズ、0.5%以下のリン、15%以下のアルミニウム、
10%以下の銀、5%以下のケイ素、5%以下のマンガ
ン、5%以下のクロム、20%以下のニッケル及び30
%以下の亜鉛からなる群から選択された1種又は2種以
上を、0.5〜50%の範囲で含有し、残部が実質的に
銅及び不純物からなる銅系合金。 (b)2〜30%の鉛を含有し、銅合金アトマイズ粉の
未溶解組織と、鉛を銅合金中に強制固溶した層状溶射組
織との混合組織から実質的になる溶射銅系合金(例えば
前掲WO95/25224公報で提案されたCu−Pb
合金)。 (c)1〜30%の鉛を含有する銅系合金からなる溶射
層が3〜40%の鉛を含有する粉体の未溶解組織と、3
%以下の鉛を含有するもしくは含有しない溶解組織との
混合組織から実質的になる。 (d)前記未溶解組織中の鉛相が粒状である(c)の溶
射銅系合金。 (e)Al23、SiO2、SiC、ZrO2、Si
34、BN、AlN、TiN、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、10%以下を
さらに含有する合金。 (f)3%以下の黒鉛をさらに含有する(a)〜(d)
の銅系合金。
As the copper alloy, those having the following composition (percentage is% by mass) and structure can be used. (A) less than or equal to 40% of lead, less than or equal to 30% of tin, less than or equal to 0.5% of phosphorus, less than or equal to 15% of aluminum,
10% or less silver, 5% or less silicon, 5% or less manganese, 5% or less chromium, 20% or less nickel and 30%
% Of at least one selected from the group consisting of zinc in an amount of 0.5 to 50%, with the balance being substantially copper and impurities. (B) A sprayed copper-based alloy containing 2 to 30% lead and substantially consisting of a mixed structure of an undissolved structure of a copper alloy atomized powder and a layered sprayed structure in which lead is forcibly dissolved in a copper alloy ( For example, Cu-Pb proposed in the above-mentioned WO95 / 25224 publication
alloy). (C) a sprayed layer made of a copper-based alloy containing 1 to 30% of lead has an undissolved structure of powder containing 3 to 40% of lead;
% Or less of a mixed structure with a dissolved structure containing or not containing less than 5% lead. (D) The sprayed copper alloy according to (c), wherein the lead phase in the undissolved structure is granular. (E) Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, ZrO 2 , Si
10% or less of one or more selected from the group consisting of 3 N 4 , BN, AlN, TiN, TiC, B 4 C, and iron-based compounds of iron-phosphorus, iron-boron, iron-nitrogen An alloy further containing. (F) Further containing 3% or less of graphite (a) to (d)
Copper alloy.

【0017】(4)溶射銅-アルミニウム複合合金一般説明 本発明は耐摩耗性及び耐焼付性に優れた銅―アルミニウ
ム複合材料の溶射層を斜板に施すことができる。この溶
射層は、少なくとも未溶解相を有する銅もしくは第1の
銅合金、及び少なくとも溶解相を有するアルミニウムも
しくは第1のアルミニウム合金を含んでなる溶射銅ーア
ルミニウム複合材料からなる。銅又は銅合金(この段落
では「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(この段落では「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Pb,Al
−Si合金中のSiは他方の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、複合材料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。
(4) General Description of Sprayed Copper-Aluminum Composite Alloy In the present invention, a sprayed layer of a copper-aluminum composite material having excellent wear resistance and seizure resistance can be applied to a swash plate. The thermal spray layer is composed of a thermal sprayed copper-aluminum composite material including at least copper having a non-dissolved phase or a first copper alloy, and aluminum having at least a molten phase or a first aluminum alloy. In order to obtain a composite material of copper or copper alloy (collectively referred to as “copper alloy” in this paragraph) and aluminum or aluminum alloy (referred to as “aluminum alloy” in this paragraph), a part of these alloys must be melted. It is necessary to act as a binder. From another viewpoint, for example, Pb, Al in Cu-Pb alloy
It is necessary to avoid complete dissolution of the copper and aluminum alloys, since the Si in the -Si alloy interferes with the matrix properties of the other alloy and does not become a useful composite. In the present invention, if at least the aluminum alloy is dissolved, the binder effect for forming the composite material is realized. That is, copper and aluminum are originally compatible substances and are suitable for bonding.

【0018】溶射組織の一般説明 本発明に係る複合材料を銅合金とアルミニウム合金を複
合する実施形態について説明する。この複合材料は溶射
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
大きい場合は前者に加え後者も溶解する。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、残部粉末が固体の性質を実質的
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。アルミニウム合金は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、
質量割合で前者が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。
General Description of Thermal Sprayed Structure An embodiment in which the composite material according to the present invention is composited with a copper alloy and an aluminum alloy will be described. This 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. Dissolves the latter in addition to the former. 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 remaining powder substantially maintains the solid property. Aluminum alloys have better wear resistance than copper alloys.Also, there are many aluminum alloys with excellent wear resistance in the cast state, so they are combined with copper alloys without being fully alloyed. By doing so, the wear resistance of the entire composite material can be improved as compared with the copper alloy. Considering these, the ratio of copper alloy and aluminum alloy is
It is preferable that the former is 80 to 30% by mass 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.

【0019】溶射銅合金及びアルミニウム合金の一般説
本発明において、銅合金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。但し、次の
事項を考慮することが好ましい。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
金は前者の鋳造状態に属するので、青銅、鉛青銅、リン
青銅などの鋳造銅合金が本発明の好ましい対象になる。
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−Si系鋳造合
金などの鋳造アルミニウム合金が本発明の好ましい対象
となる。又、本第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他方の成分を混入
し、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、係る実施
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2の銅合金
及び第2のアルミニウム合金を含まない合金である。
General theory of sprayed copper alloys and aluminum alloys
In the present invention, copper alloys and aluminum alloys include all alloys that can be sprayed. However, it is preferable to consider the following items. When the tempered state of a metal is roughly classified into a cast state and a processed state such as rolling and drawing, since a sprayed alloy belongs to the former cast state, cast copper alloys such as bronze, lead bronze, and phosphor bronze are preferred objects of the present invention. become.
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 alloys are excluded from the present invention, and cast aluminum alloys such as Al-Si cast alloys having excellent wear resistance are preferred objects of the present invention. In addition, the first copper alloy and the first aluminum alloy also include a second copper alloy and a second aluminum alloy, respectively, in which the other component is partially mixed by thermal spraying and fused. 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 alloys that do not include the second copper alloy and the second aluminum alloy, respectively.

【0020】銅合金(複合材料の一成分) 本発明において、銅合金は質量百分率で、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、特に耐摩耗性、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、Cu3P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の銅合金は化合物などのみから構成さ
れてもよい。
Copper Alloy (One Component of Composite Material) In the present invention, the copper alloy is, by mass percentage, 40% or less of Pb, 30% or less of Sn, 0.5% or less of P, 15% or less of Al, 10% or less. % Or less of Ag, 5% or less of Mn, 5% or less of Cr, 20% or less of Ni, and 30% or less of Zn in a total amount of 0.5% or less.
%, Preferably 1% or more and 50% or less. 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
-30%, more preferably 2-15%. 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 amount added,
Sn is precipitated at 10% or more and Mn is 1% or more, and the precipitate enhances wear resistance. Sn exceeds 30%, P is 0.5%
, Al exceeds 15%, Mn exceeds 5%, Cr
Is more than 5%, Ni is more than 20%, and Zn is more than 30%, the thermal conductivity inherent in copper, good sliding properties with iron or aluminum-based mating materials, especially abrasion resistance and seizure resistance Is lost. Therefore, it is necessary that these elements do not exceed the above upper limits. The preferred content is Sn:
0.1-20%, P: 0.2-0.5% or less, Ag:
0.1-8%, Mn: 0.5-4%, Cr: 0.5-3
%, 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 (however,
The second copper alloy (excluding the second copper alloy) is made of a Cu crystal in which these elements are dissolved (that is, a Cu solid solution) or a Cu crystal (including a Cu solid solution) and another phase. The other phases are a crystallization phase, a precipitation phase, a decomposition phase, and the like, and these phases are metals, intermetallic compounds, and other compounds such as Cu 3 P. That is, if the first copper alloy (except for the second copper alloy) is made only of these compounds and the like, the original sliding characteristics of copper are not exhibited,
As described above, it is preferable that the Cu crystal be an essential component. However, the second copper alloy may be composed only of a compound or the like.

【0021】アルミニウム合金(複合材料の一成分) 本発明においてアルミニウム合金は質量百分率で12〜
60%のSiを含有するものを使用することができる。
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1〜40μ
mである。次に、Al−Si−Sn系合金は従来Al−
Sn合金が使用されていたメタル、ブッシュなどの耐摩
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Al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。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。 Fe:Fe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、Fe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。 Cr:CrはSnなどの軟質相の粗大化を防止する効果
をもたらす。しかしながら、Crの含有量が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Cr含有量は1〜3%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などのみから構成されてもよ
い。
Aluminum alloy (a component of the composite material) In the present invention, the aluminum alloy is 12 to
Those containing 60% Si can be used.
If the Si content is less than 12%, the effect of improving the wear resistance and seizure resistance is small, and if it exceeds 60%, the strength is significantly reduced and the wear resistance is reduced. Preferred Si content is 15 to 50
%. If the size of the Si particles exceeds 50 μm, the Si particles will easily fall off. Preferred dimensions are 1 to 40μ
m. Next, the Al-Si-Sn based alloy is
It is a material that has excellent wear resistance and seizure resistance as wear and seizure resistant parts such as metals and bushes that used Sn alloys. Sn is a component that imparts lubricity and conformability, and is uniformly dispersed in the aluminum matrix. Sn adheres preferentially to the mating shaft, and prevents Al adhered to the mating shaft and Al of the bearing from sliding with each other by the same material, thereby improving seizure resistance. Sn content is 0.1
If it is less than 30%, the effect of improving lubricity or the like is small, and if it exceeds 30%, the strength of the alloy decreases. The preferred Sn content is 5 to 25%. Exists in the immediate vicinity of the Sn particle,
It is considered that fatigue resistance is improved by preventing coarsening of particles. Aluminum alloys 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%. Fe: Fe is supersaturated in an aluminum matrix and has the same effect as Cu by increasing its strength. However, when the content of Fe exceeds 1.5%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Mn content is 0.1-1%. Cr: Cr has an effect of preventing coarsening of a soft phase such as Sn. However, if the content of Cr exceeds 5%, the alloy is excessively hardened, and thus becomes unsuitable as a sliding member. The preferred Cr content is 1-3%. 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%. The first aluminum alloy containing these additional elements (excluding the second aluminum alloy) consists of an Al crystal in which these elements are dissolved (ie, an Al solid solution),
Alternatively, it is composed of an Al crystal (including an Al solid solution) and another phase. Other phases are crystallization phase, precipitation phase,
Decomposition phases and the like, these phases are metals, intermetallic compounds,
And other compounds. 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 only of a compound or the like.

【0022】複合材料全体の組成 (i)Cu-Pb系合金とAl-Si系合金の組合わせ 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。
かかる複合材料の全体の組成は、質量百分率で、Cu:
8〜82%、Al:5〜50%、Pb:32%以下、S
i:5〜50%であることが好ましい。 (ii)Cu-Pb系合金とAl-Si-Sn系合金の組合わせ かかる複合材料の全体の組成は、質量百分率で、Cu:
8〜82%、Al:5〜50%、Pb:32%以下、S
i:5〜50%、Sn:21%であることが好ましい。 (iii)Cu-Pb系合金とAl-Si-X系合金の組合わせ この組合わせではアルミニウム合金はX成分(Cu,M
g,Mn,Fe,Cr及び/又はNi)を含有する。こ
の銅−アルミニウム複合材料の全体の組成は、質量百分
率で、Cu:8〜50%,Al:15〜50%,Pb:
32%以下、Si:5〜50%,Mn:1.2%以下,
Cr:5%以下,Ni:4%以下、Mg:4.0%以下
及びFe:1.2%以下,であることが好ましい。な
お、X成分の他にSnが含有される場合は、その含有量
は24%以下であることが好ましい。 (iv)Cu-Pb-X系合金とAl-Si系合金の組合わせ この組合わせでは銅合金はX成分(Sn,P,Al,A
g,Mn,Cr,Ni及び/又はZn)を含有する。こ
れらを複合した複合材料全体の組成は、質量百分率で、
Cu:8〜82%,Al:5〜50%,Pb:32%以
下、Si:5〜50%,Sn:24%以下,P:0.4
%以下、Ag:8%以下,Mn:4%以下,Cr:4%
以下,Ni:16%以下,Zn:24%以下であること
が好ましい。 (v)Cu-Pb-X系合金とAl-Si-Sn系合金の組合わせ これらを複合した複合材料全体の組成は、質量百分率
で、Cu:8〜50%,Al:15〜50%,Pb:3
2%以下、Si:5〜50%,Sn:30%以下,P:
0.4%以下、Ag:8%以下,Mn:4%以下,C
r:4%以下,Ni:16%以下,Zn:24%以下で
あることが好ましい。 (vi)Cu-Pb-X系合金とAl-Si-X系合金の組合わせ これらを複合した複合材料全体の組成は、質量百分率
で、Cu:8〜50%,Al:15〜50%,Pb:3
0%以下、Si:5〜50%,Sn:24%以下、P:
0.4%以下、Ag:8%以下,Mn:5%以下,C
r:8%以下,Ni:20%以下,Zn:24%以下、
Mg:4.0%以下、Fe:1%以下であることが好ま
しい(請求項21)。なお、X成分の他にSnが含有さ
れる場合は、その含有量は30%以下であることが好ま
しい。
Composition of the whole composite material (i) Combination of Cu-Pb-based alloy and Al-Si-based alloy A preferred combination of composite components in the present invention is a Pb-containing alloy in which a copper alloy has excellent seizure resistance, The aluminum alloy is a Si-containing alloy having excellent wear resistance. More specifically, a combination of a copper alloy containing 40% or less by weight of Pb and a 12 to 60% Si-Al alloy.
The overall composition of such a composite is, in mass percent, Cu:
8 to 82%, Al: 5 to 50%, Pb: 32% or less, S
i: 5 to 50% is preferable. (ii) Combination of Cu-Pb-based alloy and Al-Si-Sn-based alloy The overall composition of such a composite material is expressed by mass percentage of Cu:
8 to 82%, Al: 5 to 50%, Pb: 32% or less, S
Preferably, i is 5 to 50% and Sn is 21%. (iii) Combination of Cu-Pb-based alloy and Al-Si-X-based alloy In this combination, the aluminum alloy has an X component (Cu, M
g, Mn, Fe, Cr and / or Ni). The overall composition of this copper-aluminum composite material is, by mass percentage, Cu: 8 to 50%, Al: 15 to 50%, Pb:
32% or less, Si: 5 to 50%, Mn: 1.2% or less,
It is preferable that Cr: 5% or less, Ni: 4% or less, Mg: 4.0% or less, and Fe: 1.2% or less. When Sn is contained in addition to the X component, the content is preferably 24% or less. (iv) Combination of Cu-Pb-X-based alloy and Al-Si-based alloy In this combination, the copper alloy has an X component (Sn, P, Al, A
g, Mn, Cr, Ni and / or Zn). The composition of the entire composite material obtained by combining these is, in mass percentage,
Cu: 8 to 82%, Al: 5 to 50%, Pb: 32% or less, Si: 5 to 50%, Sn: 24% or less, P: 0.4
%, Ag: 8% or less, Mn: 4% or less, Cr: 4%
Hereinafter, it is preferable that Ni: 16% or less and Zn: 24% or less. (v) Combination of Cu-Pb-X-based alloy and Al-Si-Sn-based alloy The composition of the entire composite material obtained by combining them is, in terms of mass percentage, Cu: 8 to 50%, Al: 15 to 50%, Pb: 3
2% or less, Si: 5 to 50%, Sn: 30% or less, P:
0.4% or less, Ag: 8% or less, Mn: 4% or less, C
It is preferable that r: 4% or less, Ni: 16% or less, and Zn: 24% or less. (vi) Combination of Cu-Pb-X-based alloy and Al-Si-X-based alloy The composition of the entire composite material obtained by combining them is, in terms of mass percentage, Cu: 8 to 50%, Al: 15 to 50%, Pb: 3
0% or less, Si: 5 to 50%, Sn: 24% or less, P:
0.4% or less, Ag: 8% or less, Mn: 5% or less, C
r: 8% or less, Ni: 20% or less, Zn: 24% or less,
It is preferable that Mg: 4.0% or less and Fe: 1% or less (claim 21). When Sn is contained in addition to the X component, the content is preferably 30% or less.

【0023】(ヘ)溶射金属組織 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。
(F) Sprayed metallographic structure Before describing the structural characteristics of the copper-aluminum composite material of the present invention, general features of the metallographic structure of the sprayed layer will be described.
This is a structure obtained by melting and solidifying a powder such as an atomized powder. In one form, the droplets generated by melting in the thermal spray frame are deformed by colliding with the substrate surface, and when viewed in layer cross section,
The laminar, flaky, or flat plate-like portions have small disks, scale-like pieces, etc. stacked in the plane of the layer. 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.

【0024】(ト)溶射複合組織 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項(ヘ)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。未溶解相は前項(ヘ)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。あるいは未溶解相は溶解相とは以下例示するような
点で光学顕微鏡で区別することができる。
(G) Thermal spray composite structure In the present invention, the copper alloy powder is contained in the thermal spray layer without being dissolved at least during thermal spraying, and the mixed structure of the molten phase of the aluminum alloy and the undissolved phase of the copper alloy powder is formed. 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 preceding paragraph (f), that is, a tissue dissolved during thermal spraying, and an undissolved phase is a tissue that does not dissolve during thermal spraying. The undissolved phase lacks some of the morphologies as described in (f) above, as exemplified below. Alternatively, the undissolved phase can be distinguished from the dissolved phase by an optical microscope in the following points.

【0025】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,アルミニウム合金を取り
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,係る組織は第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。
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 copper alloy powder and aluminum alloy powder fuse,
Thereafter, 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 is melted, the aluminum alloy is taken in, and then the Al-based secondary phase is precipitated and dispersed from the copper matrix, such a structure is a dissolved phase of the second copper alloy. Also, when the taken-in aluminum remains in a solid solution state, it is also a dissolved phase of the second copper alloy. Since the copper alloy always has an undissolved structure, it is easy to distinguish the dissolved structure of the copper alloy from the undissolved structure.

【0026】本発明においては、銅合金とアルミニウム
合金の割合は、質量割合で前者が80〜30%、残部後
者であることが好ましい。本発明の銅−アルミニウム複
合材料の主要組織は、(イ)銅合金溶解組織、(ロ)銅
合金未溶解組織、(ハ)アルミニウム合金溶解組織及び
(二)アルミニウム合金未溶解組織の2種以上の組合せ
(但し(イ)、(ハ)のみの組合せ及び(ロ)、(ニ)
のみの組合せは除く)からなる。本発明においては、粉
末の一部が溶射中に溶解しないで溶射層に残存し、溶解
組織と粉末の未溶解組織の混合組織が形成されている。
この特長をまず、Cu−Pb系合金につき説明し、Al
−Si合金については後述する。この組織を構成する鉛
青銅粉の未溶解組織は、鉛青銅粉の急冷組織が溶射炎中
でも消失せずに溶射層に残っているものである。この組
織は、鉛を主成分とする相が微粒状に分散するかあるい
は銅の粒界に層状に分布しているものである。この組織
は1種の鋳造組織であるが、(a)主たる冷却方向が粒
子の周囲から内側に向かう方向であること、(b)通常
のインゴット鋳造あるいは連続鋳造よりは急冷組織であ
ることに特長がある。
In the present invention, the ratio of the copper alloy to the aluminum alloy is preferably 80 to 30% by mass and the balance is the latter by mass. The main structure of the copper-aluminum composite material of the present invention is at least two types of (a) copper alloy dissolved structure, (b) copper alloy undissolved structure, (c) aluminum alloy dissolved structure, and (ii) aluminum alloy undissolved structure. (However, only (A), (C) only and (B), (D)
Only combinations). In the present invention, a part of the powder does not dissolve during the thermal spraying and remains in the thermal sprayed layer to form a mixed structure of a dissolved structure and an undissolved structure of the powder.
This feature is first described for Cu-Pb alloys,
The -Si alloy will be described later. The undissolved structure of the lead bronze powder constituting this structure is such that the rapidly quenched structure of the lead bronze powder does not disappear during the spraying flame and remains in the sprayed layer. In this structure, a phase containing lead as a main component is dispersed in fine particles or is distributed in layers at copper grain boundaries. This structure is a kind of casting structure, but it is characterized by (a) the main cooling direction is the direction from the periphery of the particles to the inside, and (b) a quenching structure rather than ordinary ingot casting or continuous casting. There is.

【0027】本発明において、銅合金とアルミニウム合
金が完全に融合すると、例えばAl合金中のSiがCu
と融体を作り凝固する際に粗大な金属間化合物を生成
し、実用性がないCu−Al−Pb−Si合金が作られ
るために、上記組織の(イ)及び(ハ)のみからなる組
合せは除外する。すなわち、銅合金溶解組織(イ)とア
ルミニウム合金溶解組織(ハ)が生成する条件におい
て、未溶解粉末が共存しないと溶融銅合金と溶融アルミ
ニウム合金がほぼ完全に融合するから、組織(イ)及び
(ハ)のみが存在するような溶射方法を避ける必要があ
る。組織(イ)及び(ハ)に(ロ)及び/又は(ニ)が
存在すると、銅/アルミニウム合金の融合は妨げられ
る。さらに組織(イ)の銅合金未溶解組織と(ニ)のア
ルミニウム合金未溶解組織の界面や、アルミニウム合金
溶解組織(ハ)と未溶解の銅合金組織(ロ)の界面では
両合金が低融点物質を生成して融合が起こるが、その程
度は軽微である。したがって、本発明においては、この
ような界面組織は主要組織に含めず、溶融粉末の組織状
態で主要組織を(イ)、(ロ)、(ハ)及び(ニ)に分
別する。上述のところから、本発明における銅−アルミ
ニウム複合材料の組織の組合せは、
In the present invention, when the copper alloy and the aluminum alloy are completely fused, for example, Si in the Al alloy becomes Cu
In order to produce a coarse intermetallic compound when a melt is formed and solidified to produce a Cu-Al-Pb-Si alloy having no practical use, a combination consisting only of the above structures (a) and (c) Is excluded. In other words, under the condition that the copper alloy melting structure (a) and the aluminum alloy melting structure (c) are generated, the molten copper alloy and the molten aluminum alloy are almost completely fused unless the undissolved powder coexists. It is necessary to avoid a thermal spraying method in which only (c) exists. The presence of (b) and / or (d) in the structures (a) and (c) prevents fusion of the copper / aluminum alloy. Furthermore, at the interface between the undissolved structure of the copper alloy of (a) and the undissolved structure of the aluminum alloy of (d), and the interface between the dissolved structure of the aluminum alloy (c) and the structure of the undissolved copper alloy (b), both alloys have low melting points Fusion occurs with the formation of material, but to a lesser extent. Therefore, in the present invention, such an interface structure is not included in the main structure, and the main structure is separated into (a), (b), (c), and (d) in the structure state of the molten powder. From the above, the combination of the structures of the copper-aluminum composite material in the present invention is as follows:

【0028】A.(イ)+(二) B.(イ)+(ロ)+(二) C.(ロ)+(ハ) D.(ロ)+(ハ)+(二) E.(イ)+(ロ)+(ハ) F.(イ)+(ロ)+(ハ)+(二) G.(イ)+(ハ)+(二)である。 未溶解Cu合金組織をもつ複合材料(B,C,D,E,
F)はアトマイズ粉末中の微細Pb相が、溶射層中に残
存して摺動特性向上に寄与する。溶解Cu−Pb合金粉
末(A,B,E,F,G)は、CuとPbが溶融・凝固
する際にPb相が粗大化し、溶融CuとAl−Si合金
粉末の間で起こる反応によりAl−Si合金組織をもつ
複合材料が結合される。この際にこの粉末の表面が溶融
されることが多い(F,G)。溶解Al合金組織をもつ
複合材料(C,D,E,F,G)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難い。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. (A) + (ii) B. (A) + (b) + (ii) C.I. (B) + (c) D. (B) + (c) + (ii) (A) + (b) + (c) (A) + (b) + (c) + (ii) (A) + (c) + (ii). Composite material having unmelted Cu alloy structure (B, C, D, E,
In F), the fine Pb phase in the atomized powder remains in the sprayed layer and contributes to the improvement of sliding characteristics. Dissolved Cu-Pb alloy powders (A, B, E, F, G) have a large Pb phase when Cu and Pb are melted and solidified. A composite material having a Si alloy structure is bonded. At this time, the surface of the powder is often melted (F, G). The composite material (C, D, E, F, G) having a molten Al alloy structure is formed in a sprayed layer in one direction, such as the primary crystal Si of a conventional molten alloy or the Si particles of a rolled alloy. It is not a particle shape having a clearly long direction, but granular Si particles having a spherical shape, a massive shape, a polygonal shape, and other irregular shapes that are not classified into these are dispersed in almost any direction. Further, in the case of the present invention, it is difficult to distinguish between the primary crystal Si and the eutectic Si which are obvious in the conventional ingot alloy. Also, by the reaction occurring between the molten Al-Si alloy powder and the Cu-Pb alloy powder,
The latter powder is combined.

【0029】(チ)複合材料の特性 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合金の例
について説明する。 (a)未溶解銅合金は、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
与する。さらに(溶解しあるいは溶解しない)アルミニ
ウム合金の成分、すなわちAl,Siなどが銅合金に溶
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、未溶解銅合金はこれを阻止することができる。 (b)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−S
i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。 (c)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合金粉末と固
体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。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。
(H) Characteristics of Composite Material The characteristics of each of the constituent alloy phases of the copper-aluminum composite material having these structures will be described with respect to examples of Cu-Pb alloy and Al-Si alloy. (A) In the undissolved copper 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. Furthermore, when the components of the aluminum alloy (dissolved or not dissolved), that is, Al, Si, etc., are dissolved in the copper alloy, the properties of copper that are difficult to adhere to may be weakened, but the undissolved copper alloy may prevent this. it can. (B) In the molten Cu-Pb alloy, when Cu and Pb are melted and solidified, the Pb phase becomes coarse, and molten Cu, Pb and Al-S
The reaction between the i-alloy powders binds the Al-Si alloy powder. At this time, the surface of the powder is often melted. (C) The molten Al alloy does not have a particle shape that has a clearly long one-way direction in the thermal sprayed layer, as found in the primary crystal Si of the conventional molten alloy and the Si particles of the rolled alloy. In any direction, granular Si having almost the same size, spherical, massive, polygonal, and other irregular shapes that are 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. The reaction between the molten Al-Si alloy powder and the solid Cu-Pb alloy powder combines the latter powder. In general, the hardness of a material obtained by combining a hard material and a soft material is in the middle of these values. However, in the composite material of the present invention, a reaction phase of a copper alloy and an aluminum alloy may be formed. The average value of becomes higher.

【0030】(リ)溶射法 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2
0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 v
elocity 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
「...高速ガス火焔溶射法(HVOF, High Velocity Ox
yfuel)で、この方法は燃焼がガン内部(燃焼室)で行
われ、酸素(0.4〜0.6MPa)、燃料ガス(0.
4〜0.6MPa)とも高圧になっており、ガスジェッ
トの速度が非常に速く、その粒子速度も爆発溶射に匹敵
する。このHVOFの系列に入る各種溶射法が開発さ
れ、ダイアモンドジェット、トップガン、連続爆発シス
テムなどがある。」との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、S
i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C
u−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50〜250
mmが好ましい。溶射層の厚さは10〜500μmが好
ましい。続いて前掲A〜Gの各種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に示し、さらに
銅合金及びアルミニウム合金一方又は両者が正規分布粒
度をもつ粗粒及び微粒の混合例を表2に示す。
(I) Thermal Spraying Method Next, a method of forming a composite sliding layer by thermal spraying will be specifically described. In the present invention, the second of the above tribologists
Various thermal spraying methods described on page 0 and FIG. 2 can be employed. Among them, high-speed gas flame spraying (HVOF, High v
elocity oxyfuel) can be preferably employed.
This method has been described in the 4-13 line right column page the first 20 "... high velocity gas flame spraying method (HVOF, H igh V elocity O x
y in f uel), the method combustion takes place in cancer interior (combustion chamber), oxygen (0.4~0.6MPa), fuel gas (0.
The pressure of the gas jet is very high, and the particle velocity is comparable to explosive spraying. Various thermal spraying methods have been developed that fall into the HVOF family, including diamond jets, top guns, and continuous explosive systems. Therefore, it is considered that Si and Sn particle morphologies having characteristics can be obtained. Since the sprayed Al is hardened by rapid solidification,
As a sprayed powder that has a feature of high i-particle holding power and can suppress abrasion due to Si particles falling off,
Atomized powder such as u-Pb alloy, Al-Si alloy, Al-Si-Sn alloy can be used. The spraying conditions were: oxygen pressure 0.45 to 0.76 MPa, fuel pressure 0.45 to 0.76 MPa, spraying distance 50 to 250
mm is preferred. The thickness of the sprayed layer is preferably from 10 to 500 μm. Subsequently, an average powder particle size adjusting method will be described as a method for producing the above-described various composite materials A to G. Table 1 shows an example of mixing an aluminum alloy powder similar to a copper alloy powder having a particle size showing a normal distribution around one average value, and further, coarse particles having one or both of a copper alloy and an aluminum alloy having a normal distribution particle size. Table 2 shows an example of mixing fine particles.

【0031】[0031]

【図1】 FIG.

【0032】[0032]

【図2】 表2における微粉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。
FIG. 2 When the combination of fine powder Cu-Pb and coarse powder Al-Si in Table 2 is selected, the amount of copper alloy dissolved can be increased.

【0033】その他の複合材料の実施形態 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。
Embodiments of Other Composite Materials Various metal substrates such as iron, copper, and aluminum can be used as the substrate on which the sprayed layer is formed. The shape of the substrate is arbitrary, such as a plate, a disk, and a tube. The surface of the substrate is preferably Rz10 by shot blasting or the like.
If the surface is roughened to a surface roughness of 60 μm, 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.

【0034】上記した銅−アルミニウム複合材料、質量
百分率で、30%以下、好ましくは10%以下、より好
ましくは1〜10%のAl23、SiO2、SiC、Z
rO2、Si34、BN、AlN、TiN、TiC、B4
C、ならびに鉄−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, in terms of mass percentage, is 30% or less, preferably 10% or less, more preferably 1 to 10% of Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, Z
rO 2 , Si 3 N 4 , BN, AlN, TiN, TiC, B 4
C, and selected from the group consisting of iron-phosphorus compounds, iron-phosphorus compounds, iron-boron compounds, iron-nitrogen compounds
One or more 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.

【0035】さらに又、本発明においては、複合材料全
体が質量百分率で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, the entire composite material can contain 30% or less by mass of graphite. 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%.

【0036】さらに又、本発明においては、質量百分率
で3%以下の黒鉛を含有する青銅を溶射することができ
る。黒鉛は潤滑性を向上させ、斜板摺動層の割れを防止
する添加剤である。黒鉛の含有量が3%を超えると、青
銅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0.15から1.5%である。以上の(イ)〜
(リ)の説明―但し、Si,Pbなどの添加元素は除く
−は合金でない純銅―純アルミニウム複合材料にも適用
される。
Further, in the present invention, bronze containing 3% by mass or less of graphite in mass percentage can be sprayed. Graphite is an additive that improves lubricity and prevents cracking of the swash plate sliding layer. If the graphite content exceeds 3%, the strength of the bronze decreases, which is not preferable. The preferred graphite content is 0.15 to 1.5%. Above (a) ~
The description of (i)-except for the additional elements such as Si and Pb-also applies to pure copper-pure aluminum composite materials that are not alloys.

【0037】(5)基板 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。具体的には剪断破壊試験法により測定さ
れた密着強度は鋼基板(ショットブラスト)に対する溶
射Ni皮膜の密着強度が30〜50MPaであるのに対
し、本発明皮膜の密着強度は30〜60MPaである。
したがって、本発明によると従来密着性が良いと言われ
ているNi溶射皮膜と同等の密着強度が得られる。
(5) Substrate As the substrate on which the thermal sprayed layer is formed, various metal substrates such as iron, copper, and aluminum can be used. The surface of the substrate is preferably shot at Rz10 by shot blasting or the like.
When the surface is roughened to a surface roughness of 6060 μm, the adhesion strength of the film increases. Specifically, the adhesion strength of the sprayed Ni film to the steel substrate (shot blast) is 30 to 50 MPa, while the adhesion strength of the coating of the present invention is 30 to 60 MPa. .
Therefore, according to the present invention, the same adhesive strength as that of the Ni sprayed coating which is conventionally considered to have good adhesiveness can be obtained.

【0038】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。溶射層には熱処理を施して硬さを調節すること
ができる。
In the present invention, copper, nickel, aluminum, a copper-nickel alloy, a nickel aluminum alloy, a copper aluminum alloy, a copper tin 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. The hardness can be adjusted by subjecting the sprayed layer to heat treatment.

【0039】(6)オーバレイ 溶射層をオーバレイなしで使用する場合は、溶射層表面
をRz3.2μm以下に仕上げることが好ましい。オー
バレイを使用する場合はSn系、Pb−Snなどの軟質
金属や、MoS2、グラファイト、MoS2+グラファイ
トなどの固体潤滑剤を使用することができる。上記の軟
質皮膜と溶射層を組み合わせると耐焼付性が飛躍的に高
められ、青銅系摺動材料を凌駕する性能が得られる。上
述のように、溶射層中に存在するMoS2は冷凍機油が
ないように過酷な条件下での摺動特性の改善効果は少な
いが、オーバレイとしてのMoS2は抜群の効果を発揮
する。
(6) Overlay In the case where the sprayed layer is used without an overlay, the surface of the sprayed layer is preferably finished to Rz 3.2 μm or less. When an overlay is used, a soft metal such as Sn-based or Pb-Sn, or a solid lubricant such as MoS 2 , graphite, or MoS 2 + graphite can be used. The combination of the above-mentioned soft coating and the sprayed layer dramatically improves seizure resistance, and provides performance exceeding that of bronze-based sliding materials. As described above, MoS 2 present in the sprayed layer has little effect of improving the sliding characteristics under severe conditions such that there is no refrigerating machine oil, but MoS 2 as an overlay exhibits an outstanding effect.

【0040】[0040]

【実施例】実施例1 シューの浸ホウ素処理を次の方法で実施した。即ち、直
径13mmのSUJ2素材よりなるシュー素材を炭化ホウ素B4
C、炭素に炭化珪素及び四フッ化ホウ素カリウムKBF4
を添加した粉状体の中に素材を埋めて800〜1000
℃に3〜5時間加熱した。この処理により外側がFeB,内
側がFe2Bからなる浸ホウ素処理層を約50μm形成し
た。この層の硬さはHv1300であった。40%Si−Al
合金(A2024)−平均粒径75μm−を用意した。
一方市販の純アルミ圧延板にスチールグリッド(寸法
0.7mm)によるショットブラストを施し、表面を粗
さRz45μmに粗面化して斜板想到素材とした。HV
OF型溶射機(スルザーメテコ社製DJ)を使用し、下
記条件で溶射を行なった。 酸素圧力:1.0Mpa 燃料圧力:0.7Mpa 溶射距離:180mm 溶射層厚さ:200μm この溶射の結果、硬さHv0.3=210、平均粒状Si
粒径5μmであった。
Example 1 A shoe was boron-impregnated by the following method. That is, boron carbide B 4 a shoe material made of SUJ2 material diameter 13mm
C, the material is buried in a powdered material obtained by adding silicon carbide and potassium boron tetrafluoride KBF 4 to carbon, and 800 to 1000
Heated to 3 ° C for 3-5 hours. By this treatment, a boron-impregnated layer made of FeB on the outside and Fe 2 B on the inside was formed to a thickness of about 50 μm. The hardness of this layer was Hv1300. 40% Si-Al
An alloy (A2024) having an average particle size of 75 μm was prepared.
On the other hand, a commercially pure rolled aluminum plate was subjected to shot blasting using a steel grid (size 0.7 mm), and the surface was roughened to a roughness Rz of 45 μm to obtain a swash plate material. HV
Using an OF type thermal spraying machine (DJ manufactured by Sulzer Metco), thermal spraying was performed under the following conditions. Oxygen pressure: 1.0 Mpa Fuel pressure: 0.7 Mpa Spray distance: 180 mm Thickness of sprayed layer: 200 μm As a result of this spraying, hardness Hv 0.3 = 210, average granular Si
The particle size was 5 μm.

【0041】耐焼付性試験は図1に示す試験機を使用
し、以下の条件で行なった。 (1)摺動速度:15m/秒(1790rpm) (2)荷重:390N/10mm(荷重漸増) (3)潤滑:冷凍機油1:軽油9 (4)潤滑方法:点滴法:25滴/mm 図1において、1a,1bはシュー、2は斜板相当材、
3は潤滑油である。試験の結果 は他の実施例とともに
図2に示す。
The seizure resistance test was performed using the tester shown in FIG. 1 under the following conditions. (1) Sliding speed: 15 m / sec (1790 rpm) (2) Load: 390 N / 10 mm (gradual increase in load) (3) Lubrication: refrigeration oil 1: light oil 9 (4) Lubrication method: drip method: 25 drops / mm In 1, 1 a and 1 b are shoes, 2 is a swash plate equivalent material,
3 is a lubricating oil. The test results are shown in FIG. 2 together with the other examples.

【0042】実施例2 実施例1で使用した40%Si-Al合金に代えて36%Si
−Al合金を使用し、このアル ミニウム合金90%質
量%、黒鉛(平均粒径30μm)を溶射した。実施例1と同
じ方法 で行った試験の結果を図2に示す。
Example 2 In place of the 40% Si-Al alloy used in Example 1, 36% Si was used.
Using an -Al alloy, 90% by mass of this aluminum alloy and graphite (average particle size: 30 m) were sprayed. FIG. 2 shows the results of a test performed in the same manner as in Example 1.

【0043】比較例1 実施例1で使用した溶射斜板の代わりに、溶射を施さな
い過共晶Al-Si合金を斜板相当 材として使用し、実施
例1と同じ方法で行った試験の結果を図2に示す。
Comparative Example 1 In place of the thermal spray swash plate used in Example 1, a hypereutectic Al-Si alloy not subjected to thermal spraying was used as a swash plate equivalent material. The results are shown in FIG.

【0044】実施例3 実施例1で使用したアルミニウム合金粉末に代えてCu
−10%Sn−10%Pbアト マイズ粉末(平均粒径
50μm)を使用し、下記条件で溶射を行った。 酸素圧力:0.6MPa 燃料圧力:0.6MPa 溶射距離:180mm 溶射層厚さ:300μm 前述の耐焼付性試験の他に、シューを円盤状斜板相当素
材に圧して耐摩耗性試験を行った。試験の条件は次のと
おりであった。 (1)摺動速度:2.6m/s(310rpm) (2)面圧:4MPa (3)潤滑油:冷凍機油:冷媒=1:9 (4)時間:20hrs 耐焼付性試験結果を図2に、耐摩耗性試験結果を図3に
示す。
Example 3 In place of the aluminum alloy powder used in Example 1, Cu
Using -10% Sn-10% Pb atomized powder (average particle size 50 μm), thermal spraying was performed under the following conditions. Oxygen pressure: 0.6 MPa Fuel pressure: 0.6 MPa Spraying distance: 180 mm Thickness of sprayed layer: 300 μm In addition to the seizure resistance test described above, a wear resistance test was performed by pressing the shoe against a disc-shaped swash plate equivalent material. . The test conditions were as follows. (1) Sliding speed: 2.6 m / s (310 rpm) (2) Surface pressure: 4 MPa (3) Lubricating oil: refrigerating machine oil: refrigerant = 1: 9 (4) Time: 20 hrs FIG. FIG. 3 shows the results of the wear resistance test.

【0045】比較例2 実施例3で使用したシュー、すなわち実施例1の浸ホウ
素処理SUJ2シュー、の代わりに浸ホウ素処理しない
シュー(硬度Hv780)を使用し、実施例3と同様に試
験を行った結果を図2及び3に示す。
Comparative Example 2 A test was performed in the same manner as in Example 3 except that a shoe (hardness Hv780) without boron immersion was used instead of the shoe used in Example 3, that is, the SUJ2 shoe subjected to boron immersion in Example 1. The results are shown in FIGS.

【0046】アルミニウム合金斜板は耐焼付性に乏しい
が、溶射斜板の耐焼付性が非常に良好である。また、銅
合金斜板と軸受鋼シューの組合わせではシューが摩耗し
易いが、シューの浸ホウ素処理により耐摩耗性向上を図
ることができる。
Although the aluminum alloy swash plate has poor seizure resistance, the sprayed swash plate has very good seizure resistance. Further, the combination of the copper alloy swash plate and the bearing steel shoe causes the shoe to be easily worn, but the wear resistance can be improved by the boron immersion treatment of the shoe.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように本発明によると従来
よりも耐焼付性が優れた斜板とシューの組合せ が得ら
れるので、斜板式コンプレッサーの過酷な運転状況に適
合できるようになる。
As described above, according to the present invention, a combination of a swash plate and a shoe having better seizure resistance than before can be obtained, so that the swash plate type compressor can be adapted to severe operating conditions.

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

【図1】 焼付試験法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a seizure test method.

【図2】 焼付試験結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the results of a seizure test.

【図3】 摩耗試験結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a wear test result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−シュー 2−斜板相当材 3−潤滑油 1-Shoe 2-Swash plate equivalent material 3-Lubricant

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F04B 27/08 H L (72)発明者 柴田 銑二郎 愛知県豊田市緑ヶ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 Fターム(参考) 3H076 AA05 BB26 CC20 CC33 4K031 AA02 AB02 BA05 CB09 CB12 CB15 CB35 CB37 DA01 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F04B 27/08 HL (72) Inventor Shibata Itojiro 3-65 Midorigaoka, Toyota-shi, Aichi Pref. In-house F term (reference) 3H076 AA05 BB26 CC20 CC33 4K031 AA02 AB02 BA05 CB09 CB12 CB15 CB35 CB37 DA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 斜板式コンプレッサーの斜板と、ピスト
ンと、該斜板と該ピストンの間で摺動するシューとを含
んでなる斜板式コンプレッサーにおいて、表面を溶射ア
ルミニウム合金、溶射銅合金もしくは溶射銅―アルミニ
ウム合金複合材料で被覆した前記斜板と、表面を浸ホウ
素処理したシューとを組合せたことを特徴とする斜板式
コンプレッサー。
1. A swash plate compressor comprising a swash plate compressor, a piston, and a shoe sliding between the swash plate and the piston. A swash plate compressor comprising a combination of the swash plate coated with a copper-aluminum alloy composite material and a shoe whose surface is subjected to boron immersion treatment.
【請求項2】 前記シューの浸ホウ素処理面はFe3
を含む請求項1記載の斜板式コンプレッサー。
2. The boron-impregnated surface of the shoe is Fe 3 B
The swash plate compressor according to claim 1, comprising:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003254262A (en) * 2002-03-05 2003-09-10 Hitachi Ltd Scroll compressor
JP2011106720A (en) * 2009-11-16 2011-06-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Circulating fluidized bed boiler
JP2013194317A (en) * 2012-03-23 2013-09-30 Hitachi Ltd Hard film, sliding part, and method of manufacturing sliding part

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