JP2005179692A - 銅合金焼結摺動材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 MoS₂を固体潤滑剤として含有する銅系焼結合金は焼結中にMoS₂の一部が分解することにより耐焼付性が低下するので、これを防止する。
【解決手段】 １〜２０質量％のMoS₂、及び１〜２０質量％の硫酸化合物及び黒鉛の１種又は２種並びに残部Cu合金及び製造に起因する不純物からなる銅合金焼結摺動材料。
【選択図】 なし

Description

本発明は銅合金摺動材料に関するものであり、さらに詳しく述べるならばMoS₂を固体潤滑剤として分散した銅合金焼結摺動材料に関するものである。

特許文献１によると、鋼板あるいは銅などの表面めっきされた鋼板上に、Sn：5〜16重量%、任意成分Pb：0〜15重量％又はP：0〜0.5重量％、残部Cuからなり、厚さが0.05〜0.5mmの焼結合金第1層を有し、さらにその表面にSn：5〜16重量％、MoS₂：１〜12重量％、残部Cuからなり、厚さが0.1〜1.0mmの焼結合金層を形成した多層複合摺動材料が提案されている。この特許文献１に記載された焼結方法は700〜900℃の水素雰囲気中で二段焼結を行っている。

特許文献２で提案された固体潤滑剤複合銅系軸受材料の製造方法では、銅合金を焼結した後に焼結空孔に固体潤滑剤を分散させた液状樹脂を含浸させ、その後焼成を行っている。

特許文献３によると、銅合金原料粉末、グラファイト、Fe₃Pなどを仮焼結し、粉砕した粉末を裏金上にて水素雰囲気中で焼結し、引続き圧延を行い。さらに2回目の焼結を行っている。

特許文献４によると、鋼板又は銅などの表面めっきされた鋼板と、該鋼板に接合されている焼結銅合金からなるバイメタル状摺動材料において、Sn：5〜16重量％、Pb：3を超え20重量％以下、P：0.03〜1重量％、黒鉛：0.5〜4重量％、残部Cuである銅合金の硬さを焼結状態で得られる硬さよりもHv100以上高くすることにより耐焼付性及び耐荷重性を兼備させることが提案されている。この特許文献４に記載された焼結方法は、固体潤滑剤を含む原料粉末を700〜900℃の水素雰囲気中での二段焼結である。
特許第3013946号公報 特開平8-277841号公報 特許第3042539号公報 特公平6-84528号公報 WO96/27685

MoS₂を固体潤滑剤として分散した銅合金粉末は従来水素もしくは不活性ガス雰囲気で焼結されているが、MoS₂の一部が焼結温度で分解され、あるいはCu粉末中および雰囲気ガス中に含まれる微量の酸素により酸化されてMoO₃に変化する。この結果、焼結合金中のMoS₂の絶対量が不足し耐焼付性が劣化する。また生成したMoO₃は結晶構造がMoS₂ のものとは異なっており、固体潤滑剤の性質を有しないために、耐焼付性が良好ではない。

本発明は、耐焼付性が優れたMoS₂分散銅合金焼結材を提供するものであり、MoS₂を固体潤滑剤として分散した銅合金焼結摺動材料において、１〜20質量％のMoS₂、及び１〜20質量％の硫酸化合物及び黒鉛の１種又は２種、並びに残部Cu合金及び製造に起因する不純物からなることを特徴とする。以下、本発明を詳しく説明する。

Cu合金は特に組成が限定されず、Cuが主成分の50質量%以上、特に80質量％以上のものであればよい。必要により添加される成分も特に限定されず、公知のものであってよい。例えば特許文献５に開示されている次の成分を添加することができる。20質量％以下のSn、0.5質量％以下のP、5質量％以下のAl、1質量％以下のSi、5質量％以下のMn、30質量％以下のZn、10質量％以下のFe、1質量％以下のSb、30質量％以下のPb、30質量％以下のBi、2質量％以下のAg、50質量％以下のNiを添加することができる。なお、Cu合金の上記組成は固体潤滑剤、硫酸化合物及び黒鉛を含まないCu合金自体の組成である。
Cu合金粉末の粒度は特に限定されないが、250μm以下であることが好ましい。

MoS₂は銅合金中に分散して固体潤滑剤として耐焼付性を向上する。MoS₂粒子の粒度は特に限定されないが、平均粒径 10〜30μmであることが好ましい。MoS₂の含有量は１質量％未満であると耐焼付性向上効果が十分ではなく、一方20質量％を超えると摺動材料の強度が低くなりすぎて耐疲労性が低下する。好ましいMoS₂の含有量は１〜10質量％である。

BaSO₄, CaSO₄, MgSO₄などの硫酸塩は焼結時のMoS₂の分解・酸化を抑制することができ、それ自身は従来の固体潤滑剤や硬質物には包含されないが、硬質物に準じる作用を有し、ある程度耐摩耗性を向上する。硫酸化合物粒子の粒度は特に限定されないが、平均粒径１〜20μmであることが好ましい。硫酸化合物の含有量は１質量％未満であると耐焼付性向上効果が十分ではなく、一方20質量％を超えると摺動材料の強度が低くなりすぎて耐疲労性が低下する。好ましい硫酸化合物の含有量は１〜10質量％である。

黒鉛は従来固体潤滑剤として使用されてきたが、MoS₂と併用することによりその分解を防止することができる。粒度は特に限定されないが、平均粒径１〜30μmであることが好ましい。黒鉛の含有量は0.1質量％未満であると耐焼付性向上効果が十分ではなく、一方20質量％を超えると摺動材料の強度が低くなりすぎて耐疲労性が低下する。好ましい黒鉛の含有量は0.1 〜５質量％である。
本発明の焼結合金における製造に起因する不純物とは、少量のMoS₂分解物が代表的なものである。分解物は最大で非分解MoS₂との合計100％に対して１０％以下である。MoS₂分解物はへき開性をもたず摺動特性が不良であるので、その組成はMoS_1-x(0<x<1)、MoO₃などと考えられる。また、分解したMoS_２の周囲のCuは硫化されている。その他はCu合金の不純物であり、その不純物は鋳物用銅合金のJIS規格を満たしておればよい。

上記した銅合金、MoS₂及び硫酸化合物、黒鉛の混合物を型内に充填して圧粉し、あるいは特許文献１にて説明されているように裏金上に散布して焼結を行う。焼結温度は常法のとおり700〜1000℃の範囲である。焼結雰囲気は常法のとおり水素雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気である。この方法によると、MoO₃に変化するMoS₂の割合を10％以下に抑えることができる。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。

実施例１
MoS_２粉末（平均粒径20μm）、BaSO₄粉末（平均粒径2.5μm）、CaSO₄粉末（平均粒径２μm）、MgSO₄粉末（平均粒径5μm）を表１に示す組成割合になるように混合し、裏金鋼板上に厚さが１mmとなるように散布し、800℃で一次焼結した。その後圧延し続いて同じ温度で二次焼結を行った。焼結雰囲気は水素雰囲気であった。表１において、残部はアトマイズ銅粉（粒径180μm以下）である。
得られたバイメタル状摺動材料の表面を十点平均粗さで１．０μmに仕上げた。その後、次の条件で耐焼付試験を行った。その結果を表１に示した。また、焼結材料をEPMA により分析してCu、Mn、S、Oを定量してMoS₂の分解量を求めた。

耐焼付試験
試験機：ピンディスク試験機
荷重：4MPa/10min漸増
油種：パラフィン系ベースオイル
油温：室温
相手材：SUJ2

表1に示すように、MoS₂を含有しない銅合金焼結材（比較例１）の耐焼付性は非常に低いが、MoS₂を添加することにより著しく耐焼付性が向上する（比較例２）。但し、MoS₂の分解も多いから、その添加に見合う性能が得られていない。これに対して硫酸化合物を添加した本発明実施例では、MoS₂の分解割合が小さく、優れた耐焼付性が達成されている。

実施例２
実施例１の硫酸化合物に代えて黒鉛粉末（平均粒径15μｍ）を表２に示す割合に使用して同じ方法・条件で焼結を行った。また耐焼付試験は相手材をS45Cとした他は実施例１と同じ方法・条件で行った。試験の結果を表２に示す。

表２に示すように、黒鉛を含有しない銅合金焼結材（比較例１）の耐焼付性は非常に低いが、MoS₂を添加することにより著しく耐焼付性が向上する（比較例２）。但し、MoS₂の分解も多いから、その添加に見合う性能が得られていない。これに対して黒鉛を添加した本発明実施例では、MoS₂の分解割合が小さく、優れた耐焼付性が達成されている。

以上説明したように、本発明はMoS₂を分散した銅合金焼結材において、MoS₂の使用量に見合う摺動性能を達成することができる。

Claims (1)

1. MoS₂を固体潤滑剤として分散した銅合金焼結摺動材料において、１〜20質量％のMoS₂、及び１〜20質量％の硫酸化合物及び黒鉛の１種又は２種、並びに残部Cu合金及び製造に起因する不純物からなることを特徴とする銅合金焼結摺動材料。