JP2016056427A - 耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材及びその製造方法の提供を課題とする。
【解決手段】本発明は、質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％を含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｎｉ−Ｃｕ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金にＳｎとＰとＣが含有された複数の合金粒の焼結体からなり、前記複数の合金粒の粒界に気孔が分散形成された組織を有し、前記合金粒が構成するマトリックスに含まれる不可避不純物の量が、質量％でＣ：０．６％以下、Ｓｉ：０．１５％以下であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、海水中などの液体中あるいは融雪剤などが存在する腐食環境下、または高温下で排気ガスなどが存在する腐食性雰囲気下、または硫黄や有機酸等を含む燃料中で使用され、耐食性および耐摩耗性に優れた焼結摺動材およびその製造方法に関する。

液体中において摺動部材が腐食環境下で使用される例として、ガソリンや軽油などの液体燃料を用いるエンジンに、モーター式燃料ポンプが備えられており、そのケーシング内において回転軸を支える軸受が摺動材により形成されている。また、海水や融雪剤などの腐食環境下で使用される摺動材の例として、船外機用の摺動材や、ディーゼル排ガス浄化システムなどに使われる排気絞り弁が知られている。
他に、高温下、排出ガスなどの腐食性雰囲気下において摺動材が使用される例として、ディーゼル排気ガス浄化システムなどに使われる排気絞り弁やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）式内燃機関の再循環排ガス流量調整弁などに使用される摺動材が知られている。

ガソリンや軽油などの液体燃料を用いるモーター式燃料ポンプを備えたエンジンは、世界各地で使用されており、モーター式燃料ポンプには高い耐摩耗性が求められる。また、その液体燃料の品質も世界規模でいえば、地域によって様々である。そのため、地域によっては品質の悪い粗悪ガソリンが使用される地域があり、モーター式燃料ポンプに使用される軸受摺動材には粗悪ガソリンに対する耐食性も要求される。
従来、この種用途の軸受摺動材の一例として、Ｃｕ−２１〜３５％Ｎｉ−５〜１２％Ｓｎ−３〜７％Ｃ−０．１〜０．８％Ｐの組成を有するＣｕ−Ｎｉ系焼結合金からなる摺動材が知られている（特許文献１参照）。
また、高温腐食雰囲気下あるいは海水や融雪剤などの塩による腐食環境下に用いられる摺動材には、窒化などの表面処理を施したステンレス製の摺動材や焼結合金製の摺動材が知られている（特許文献２参照）。
更に、高温環境下において優れた耐食性及び耐摩耗性を有する焼結摺動部材として、ＣｕとＳｎの量を規定した上に窒化ホウ素を所定の割合添加した焼結摺動部材が知られている（特許文献３参照）。

特許第４５２１８７１号公報 特許第５３８６５８５号公報 特許第５３３７８８４号公報

特許文献１に記載されているモーター式燃料ポンプの軸受は、質量％でＮｉ：２１〜３５％、Ｓｎ：５〜１２％、Ｃ：３〜７％、Ｐ：０．１〜０．８％を含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物の組成を有するＣｕ−Ｎｉ系焼結合金からなる。この焼結合金は、素地に気孔率８〜１８％の割合で気孔が分散されており、粒界部にＰ成分が最も多く含まれており、前記気孔内に遊離黒鉛が分布された組織を有している。このＣｕ−Ｎｉ系焼結合金からなる軸受の表面に開放されて形成されている開気孔の内面、該気孔の少なくとも開口部周辺および該軸受内部に内在する内在気孔の内面にＳｎ：５０質量％以上を含有するＳｎ高濃度合金層が形成されている組織を有することを特徴としている。
特許文献２に記載されている焼結摺動材は、質量％で６３〜９０％のＮｉと、２〜２０％のＳｎと、０．１〜１．２％のＰのうちの少なくとも一方を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなることを特徴としている。
特許文献３に記載されている焼結摺動材は、質量％で、７．７〜３０．３％のＣｕと、２．０〜２０．０％のＳｎと、０．３〜７．０％の窒化ホウ素を含有し、残部がＮｉと不可避不純物の組成を示す。

モーター式燃料ポンプに用いられている焼結摺動材は、液体燃料中に常時浸かっている。液体燃料として、世界規模でいえば地域によっては従来のガソリンや軽油などの液体燃料だけではなく、資源の枯渇、ＣＯ_２排出量削減の為、バイオマスの持つエネルギーを利用したアルコール含有ガソリンが実用化されており、近年は添加アルコールの割合が高いガソリンが使用される傾向にある。
しかしながらアルコール含有ガソリンは、高温・多湿環境下などにおいては、酸化安定性に欠け、変質してカルボン酸など腐食性の液体を多く含む様になってしまうことがある。そのため、モーター式燃料ポンプに適用される焼結摺動材には従来以上の優れた耐食性が求められている。

この背景において、特許文献１に開示されているＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ−Ｃ系の焼結摺動材料ではさらに高い酸に対する耐食性は十分ではない。一般的な耐食材料において、耐食性を高める為には、組織を均一とした方が良い事が知られており、焼結材料においては、均一な組織形成の為に焼結温度を高めることが有効である。
しかし、特許文献１に開示されている焼結摺動材料は、８９０〜９７０℃で行っている焼結温度を更に上げると寸法変化が大きくなり、製品歩留まりが悪くなるという課題があった。例えば、特許文献１に記載の焼結摺動材料では、Ｃｕ−Ｎｉ合金粒の粒界にＳｎ高濃度合金層が形成されているので、組織を均一化する為に焼結温度を高めると寸法変化が大きくなってしまい、最終製品として寸法設定のためにサイジングする際、焼結体を型に入れて成形できなくなる、あるいは寸法精度が出ないという問題がある。
そこで、この種の焼結体について種々研究したところ、焼結温度を高めることで、従来粒界に析出していたＳｎ高濃度層を低減させた金属組織としたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ−Ｃ系の焼結摺動材料について、焼結摺動材のマトリックス中に含まれる極めて微量のＣやＳｉなどの不純物の影響に着目し、これらの不純物元素が極めて微量であっても焼結寸法変化に大きく影響していることを知見し、本願発明に到達した。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、焼結体のマトリックス中に含まれる不純部としてのＣ量、Ｓｉ量を制御し、耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材を提供することを目的とする。

本発明は前記課題を解決するために、質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％を含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｎｉ−Ｃｕ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金にＳｎとＰとＣとＳｉが含有された複数の合金粒の焼結体からなり、前記複数の合金粒の粒界に気孔が分散形成された組織を有し、前記合金粒が構成するマトリックスに含まれる不可避不純物の量が、質量％でＣ：０．６％以下、Ｓｉ：０．１５％以下であることを特徴とする。

本発明において、前記焼結体の気孔率を８〜２８％にすることができる。
本発明において、前記焼結体の内部側粒界に遊離黒鉛が介在されたことを特徴とするものでも良い。

本発明の焼結摺動材の製造方法は、ＣｕとＮｉとＳｎとＰとＣの内、１種または２種以上を含む複数の粉末を質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％、残部Ｃｕの合計組成となるように混合して混合粉末を得る際、不可避不純物としてのＣ量を０．６１％以下、Ｓｉ量を０．１５％以下としたＣｕ−Ｎｉ合金粉末とＮｉ−Ｃｕ合金粉末の少なくとも一方を用いて混合粉末を得た後、この混合粉末を加圧して圧粉体を作製し、この圧粉体を９６０〜１１４０℃で焼成することにより、Ｃｕ−Ｎｉ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる複数の合金粒がそれらの粒界に気孔を分散させて一体化されたマトリックスと前記複数の気孔に分散された遊離黒鉛とを備えた組織を有する焼結摺動材を得ることを特徴とする。

本発明において、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末またはＮｉ−Ｃｕ合金粉末と、Ｓｎ粉末と、Ｃｕ−Ｐ合金粉末と、Ｃ粉末を混合して前記混合粉末とすることができる。
本発明において、前記焼結体のマトリックス中に含まれる不可避不純物としてのＣ量を０．６％以下、Ｓｉ量を０．１５％以下とすることができる。
本発明において、前記焼結体の気孔率を８〜２８％とすることを特徴とする。

本発明は、Ｎｉ−Ｃｕ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金の粒子が焼結され、粒界の気孔に遊離炭素が分散された焼結摺動材として得られるので、耐摩耗性、潤滑性に優れ、高温の腐食環境下で使用される摺動材として高温環境下の耐食性に優れた焼結摺動材を提供できる。また、Ｎｉ−Ｃｕ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金の粒子に含まれる、不純物としてのＣ量、Ｓｉ量を規定量以下とすることで、焼結前後で異常膨張や収縮などの大きな寸法変化を生じ難い、良好な歩留まりで生産できる焼結摺動材を提供できる。
また、モーター式燃料ポンプなどの常時ガソリンに浸漬されて使用される軸受け部材などに好適であり、地域によってガソリンに軽油やアルコール、その他、有機酸などの腐食性液体を含んだ混合ガソリンに浸漬される場合であっても、高温環境下の耐食性に優れた焼結摺動材を提供できる。

本発明に係る焼結摺動材により形成されたリング状軸受け部材の一例を示す斜視図。 同軸受け部材を構成する焼結摺動材の拡大組織図。 同軸受け部材を備えた燃料ポンプの一例を示す分解側面図。 実施例と比較例において得られた各試料表面の有機酸含有ガソリンに対する耐食試験結果を対比して示す組織写真。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

図１は本発明に係る焼結摺動材からなるリング状の軸受け部材１を示し、この軸受け部材１は一例として図２に示す断面組織を有する焼結摺動材から構成され、例えば図３に示すモーター式燃料ポンプ２に軸受け部材として適用されている。
図３に示すモーター式燃料ポンプ２において、円筒状のケーシング３の内部にマグネット４に囲まれてモーター（アーマチュア）５が設けられ、モーター５の回転軸６の両端がケーシング３の内部にそれぞれ設けられた軸受け部材１により回転自在に支持されている。図３の構造では、回転軸６の一端側にインペラ７が取り付けられ、インペラ７の外周面、モーター５の外周面、軸受け部材１、１と回転軸６との間の隙間に沿って狭いガソリン流路が形成されている。

このモーター式燃料ポンプ２はモーター５の回転でインペラ７を回転させ、このインペラ７の回転力によりケーシング３の一端側に設けた吸入口８からガソリンをケーシング３の内部に取り込み、上述のガソリン流路に沿って流すことができる。そして、ケーシング３の他端側に設けた送出口９からガソリンを送り出すことができる。
前記モーター式の燃料ポンプ２は、一例として内燃機関の燃料タンクの内部にガソリンに浸漬するように設けられ、燃料ポンプ２の送出口９は図示略のフィルター装置およびインジェクターを介しエンジンの燃料噴射部に接続される。
図３に示すモーター式燃料ポンプ２は、常にガソリンに浸漬された状態で使用され、回転軸６を支持している軸受け部材１も常時ガソリンに浸漬された状態で使用されるため、軸受け部材１はガソリンに対する優れた耐食性が望まれる。

このため本実施形態の軸受け部材１は、断面において図２の組織図に示すように複数の合金粒１１の粒界部分に気孔１２が分散分布し、気孔１２の内部に遊離炭素１３が分散された構造の焼結摺動材１５からなる。前記合金粒１１は、Ｓｎ、Ｐ、Ｃを含むＣｕ−Ｎｉ合金粒またはＮｉ−Ｃｕ合金粒からなり、複数の合金粒１１と分散分布した気孔１２および遊離炭素が焼結摺動材１５のマトリックスを構成している。
焼結摺動材１５の製造方法は後に詳述するが、一例として、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末とＮｉ−Ｃｕ合金粉末の一方または両方とＳｎ粉末とＣｕ−Ｐ粉末と黒鉛粉末を所定量均一混合してプレス成形し、得られた成形体を９６０〜１１４０℃で焼結することにより得られる。

マトリックスを構成するＣｕ−Ｎｉ合金粒またはＮｉ−Ｃｕ合金粒からなる合金粒１１により優れた摺動特性と耐食性が確保される。さらに、この軸受け部材１のマトリックスに分散分布された気孔１２内に分布する潤滑性の高い遊離黒鉛の潤滑作用により高い潤滑性能が得られる。更に、軸受け部材１の内部に存在する気孔１２を介して軸受け部材１の外周面から軸受け部材１の内周面に供給される液体燃料によって形成される流体潤滑膜の作用で、耐摩耗性の一段の向上が図られる。また、粒界相の析出を低減させることで、主相の合金化を高める事が可能となり、軸受け部材１が高強度を示すものとなり、この結果軸受け部材１を薄肉化、小径化可能となる。

焼結摺動材１５の組成比は、質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％であることが好ましい。また、合金粒１１が構成するマトリックスに含まれる不可避不純物の量が、質量％でＣ：０．６％以下、Ｓｉ：０．１５％以下であることが好ましい。
以下、各組成比の限定理由について説明する。
「Ｎｉ：３６〜８６％」
Ｎｉは優れた強度、耐摩耗性および耐食性を付与する効果がある。Ｎｉ含有量が３６％未満では焼結摺動材として耐食性が不十分であり、Ｎｉ含有量が８６％以上であると、焼結摺動材の摺動特性が低下する。
Ｎｉ含有量が３６〜８６％の焼結摺動材の組織を固体潤滑剤を除き均一な組織になる様な焼結条件としている為、耐食性が向上する。Ｎｉ含有量が８９％の試験品では、試験品自体の硬さ、強度が大きい為、シャフトを傷つけてしまう為好ましくない。

「Ｓｎ：１〜１１％」
Ｓｎは、耐食性、強度および耐摩耗性向上に効果がある。Ｓｎ含有量が１％未満であると、焼結摺動材として耐食性が劣り、十分な強度が得られない。Ｓｎ含有量が１２％以上では、焼結体の表面にＳｎが析出することがある。また焼結した際、寸法がばらつき、寸法が安定しなくなる為、本実施形態の焼結摺動材においてＳｎを１２％以上含有することは好ましくない。
「Ｐ：０．０５〜１．０％」
Ｐは、本実施形態の焼結摺動材に対し、焼結性を向上させ、マトリックスの強度を向上させる効果を有するが、Ｐの含有量が０．０５％未満では十分な焼結性向上の効果が得られず、十分な強度が得られない。一方、本実施形態の焼結摺動材においてＰを１．２５％以上添加すると、焼結時、Ｃｕ−Ｐの液相が大きくなり、変形や寸法変化が大きくなるので好ましくない。

「Ｃ：１〜９％」
Ｃは主として、焼結摺動材のマトリックスに分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結摺動材に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性を向上させる。Ｃ含有量が１％未満であると潤滑効果が得られず、焼結摺動材としての機能を発揮できない。Ｃ含有量が９％以上であると、成形時の寸法、重量のばらつき、焼結時の寸法の不安定化が焼結摺動材に生じ、好ましくない。

「Ｃｕ−Ｎｉ合金粉またはＮｉ−Ｃｕ合金粉中のＣ含有量、Ｓｉ含有量」
焼結摺動材を焼結により製造する場合の元となる、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉またはＮｉ−Ｃｕ合金粉中の不可避である不純物としてのＣ含有量（炭素含有量）を０．６１％以上、またはＳｉ量を０．１５％以上含有していると、１０００℃以上の温度で焼結を実施した際、異常膨張を引き起こし、焼結摺動材の寸法が安定せず好ましくない。粉末中の不純物としてのＣ含有量を１０ｐｐｍ未満にすると、原料粉末からＣを除去するための原料粉末製造コストが非常に高くなり、好ましくない。
このため、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉またはＮｉ−Ｃｕ合金粉中の不純物としてのＣ含有量は０.６１％以下、Ｓｉ含有量は０.１５％以下が望ましい。

これらの合金粉を用いて得られた焼結摺動体は、不純物のＣ含有量およびＳｉ含有量と同じ傾向を示す。焼結体中のＣ含有量が０．６％以上、またはＳｉ含有量が０．１５％以上であると、焼結体が変形し、寸法が安定せず歩留が悪化する為、好ましくない。

「気孔率８〜２５％」
焼結摺動材１５のマトリックスを構成する合金粒１１は、Ｃｕ−Ｎｉ合金粒あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粒からなるが、これら合金粒１１からなるマトリックスに分散分布されている気孔には、前記の通り液体燃料の高圧高速流通下で軸受け部材１が受ける強い衝撃および高い圧力を緩和し、もって軸受け部材１の摩耗を著しく抑制する作用がある。しかし、気孔率が８％未満では、マトリックス中に分布する気孔の割合が少なくなりすぎて前記作用を十分に発揮することができなくなる。気孔率が２８％を超えると軸受けとしての強度が低下することとなるので、気孔率の上限を２８％とした。

「焼結摺動材の製造方法」
本実施形態の焼結摺動材１５を製造するには、出発材料として１０〜１００μｍ程度の範囲内の所定の平均粒径を有するＣｕ−Ｎｉ合金粉末あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末と、Ｃｕ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｕ−Ｐ粉末と、黒鉛粉末、Ｓｎ粉末を用意する。
これらの各粉末を最終目的の組成比となるように混合した後、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を０．１〜１．０％、例えば０．５％程度添加し、混合機で数１０分程度均一混合し、混合粉末を得る。次いで、プレス装置の型に混合粉末を投入し、プレス成形して目的の形状、例えば、リング状の圧粉体を得る。
この圧粉体に対し、例えば、天然ガスと空気を混合し、加熱した触媒に通すことで分解変性させたエンドサーミックガス（endothermic gas）雰囲気中において、９６０〜１１４０℃の範囲内の所定の温度で焼結することで目的のリング状の焼結摺動材を得ることができる。
焼結時、低融点原料であるＳｎ（約２３２℃）やＣｕ−Ｐ（約７１８℃）は焼結過程で溶融し、ＳｎおよびＰはＣｕ−Ｎｉ合金粉末からなる粒子あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末に拡散し、合金化する。このため、焼結後は、ＳｎやＰを固溶したＣｕ−Ｎｉ合金粒あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粒と粒界の気孔部分に遊離炭素１３が存在する図２に示す組織が得られる。

なお、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末を製造する場合、合金溶湯から急冷して粉末化するアトマイズ法を用いるが、前記合金粉末中に含まれるＣやＳｉは、脱酸用に用いるＣやＳｉの添加量、るつぼの材質および合金を溶融させている時間や合金の溶融温度制御などによって低減する事ができる。

以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
「実施例１」
原料粉末として、Ｃｕ−Ｎｉ粉末及びＮｉ−Ｃｕ粉末と、粒径−２５０メッシュのＳｎアトマイズ粉末と、粒径−２００メッシュのＣｕ−８％Ｐアトマイズ粉末および黒鉛粉末を用意した。アトマイズ粉末は、高周波溶解炉内のるつぼにおいて目的の組成の合金溶湯を形成し、この合金溶湯をるつぼ底部の噴射ノズルから水の内部に噴出させて急冷することで粉末化する方法により得た粉末である。

これらの原料粉末を以下の表に示した最終成分組成となるように配合し、ステアリン酸亜鉛を０．５％加えてＶ型混合機で２０分間混合した後、プレス成形して圧粉体を製作した。次に、この圧粉体を天然ガスと空気を混合し、加熱した触媒に通すことで分解変成させたエンドサーミックガス（endothermic gas）雰囲気中において、９６０〜１１４０℃範囲内の所定の温度で焼結し、焼結摺動材を得た。
いずれの焼結摺動材も外径：１０ｍｍ×内径：５ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法を有し、以下の表に示される組成成分のＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系焼結合金からなるリング状焼結摺動材（軸受け部材）であり、試料Ｎｏ.１〜２２の実施例と、比較例として、試料Ｎｏ.２３〜３４の同一形状のリング状試験片を製作し、以下の試験を行った。
原料粉末において、Ｃｕ−Ｎｉ粉末及びＮｉ−Ｃｕ粉末に含まれている不純物元素としてのＣ量とＳｉ量は、Ｃｕ−Ｎｉ粉末及びＮｉ−Ｃｕ粉末を製造するアトマイズ処理前の原料中に含まれている不純物量の調整により制御した。
具体的には、表１に示す不純物量（Ｃ量、Ｓｉ量）とした原料を用いて表１に示す組成となるように配合してＮｏ.１〜８の試料を作製した。また、表１のＮｏ.３の不純物Ｃ量、不純物Ｓｉ量の試料を原料として用い、後の全ての試料の組成比となるような発明例、比較例を作製した。また、表２、表３に示すように気孔率を変更した試料を複数作製し、これら試料の焼結温度、圧環強度、寸法変化率、歩留を測定し、耐食試験と摺動試験を行った。

寸法変化率（ＤＣ）：成形体の外径寸法を焼結前にあらかじめ測定し、焼結を実施する。焼結後の焼結体（焼結摺動材）の寸法を測定し、焼結前後での寸法変化率を計算にて求めた。
歩留：サイジング後の寸法が設定した公差範囲内となった時の割合を、歩留とした。判定は、試料５０個の測定結果から、９６％以上合格であった場合を◎、９０％以上９６％未満を○、９０％未満を×とした。

耐食試験：ガソリンに、ＲＣＯＯＨ（Ｒは水素原子又は炭化水素基）で表されるカルボン酸を添加し、疑似粗悪ガソリンを想定した有機酸試験液を製作した。
この疑似粗悪ガソリンはバイオ燃料が腐食した場合に考えられる従来の疑似粗悪ガソリンの約５倍高濃度の有機酸を添加し調製した。
この有機酸試験液に試料用の複数の軸受け部材１を温浴（６０℃）中で５００時間浸漬した。
耐食性試験後、軸受け部材１の表面に付着した生成物を薬品で取り除き、有機酸試験液に浸漬する前の質量と、浸漬後に付着物を取り除いた後の軸受け部材１の質量変化率を測定した。各表の耐食性の欄に、０≧（質量変化率）≧−０．４０％の試料を○、−０．４０％＞（質量変化率）の試料を×で示す。

摺動特性：ガソリンが狭い空間を高速で流通し、これを生起せしめるモーターの高速回転によって軸受が高圧を受け、かつ速い流速のガソリンに曝される条件で耐摩耗試験を行った。
外側寸法が長さ：１１０ｍｍ×４０ｍｍの燃料ポンプに組み込み、この燃料ポンプをガソリンタンク内に設置した。インペラの回転数：５，０００〜１５，０００ｒｐｍ、ガソリンの流量：５０〜２５０リットル／時、軸受が高速回転より受ける圧力：最大５００ｋＰａ、試験時間：５００時間の条件にて実機試験を行った。試験後の軸受面における最大摩耗深さにおいて、０≦（最大摩耗深さ）≦１０μｍの試料を○、１０μｍ＜（最大摩耗深さ）の試料を×で示す。

表１のＮｏ.１〜６の試料は不純物Ｃ量、不純物Ｓｉ量をともに少なくした試料である。これらの試料はいずれも寸法変化率が小さく、歩留まりも優秀であった。
Ｎｏ.７の試料は不純物Ｃ量、不純物Ｓｉ量ともに多い試料であるが、寸法変化率が大きく、Ｎｏ.８の試料は不純物Ｃ量のみ多く、１％を超えた試料であるが寸法変化率が更に大きくなった。いずれの試料も歩留が悪い。

表３のＮｏ.１３、１４、３２〜４１の試料は、それぞれ表１のＮｏ.３の試料の不純物Ｃ量、不純物Ｓｉ量を有し、他の組成は表２、表３に示すようにＮｉ量、Ｓｎ量、Ｐ量、Ｃ量を規定した試料である。
表２の試料９〜１２は、Ｎｉ量、Ｓｎ量、Ｐ量、Ｃ量を同一として、焼結温度を１０２０℃あるいは１０５０℃に変更するか、気孔率を８.１〜２８％の範囲で変更した試料であるが、いずれも寸法変化率が小さく、歩留まりも優秀であり、摺動特性、耐食性共に優れていた。気孔率の値と圧環強度は反比例する関係となり、気孔率が８〜２８％の範囲を下回ると圧環強度が高くなりすぎ、前記範囲を上回ると圧環強度が低くなり過ぎる傾向となる。
表２の試料１５〜１８はＮｉ含有量を変量して作成した試料であるが、いずれの試料も歩留、摺動特性、耐食性の面で良好であった。これらに対し、Ｎｉ含有量の少ない表３の試料３２、３３は耐食性に問題を示し、Ｎｉ含有量の多すぎる試料１３は歩留、摺動特性共に悪化し、寸法変化率も大きい。

表２の試料１９〜２２はＳｎ含有量を変量して作成した試料であるが、いずれの試料も歩留、摺動特性、耐食性の面で良好であった。これらに対し、Ｓｎを含んでいない表３の試料３４、Ｓｎ含有量の少ない試料３５はいずれも耐食性に問題を示し、Ｓｎ含有量の多すぎる試料３６の歩留は悪化し、寸法変化率が大きく、Ｓｎ含有量の更に多い試料３７は歩留まりが低下し、寸法変化率も更に大きくなった。
表２の試料２３〜２６はＰ含有量を変量して作成した試料であるが、いずれの試料も歩留、摺動特性、耐食性の面で良好であった。これらに対し、Ｐを含有していない試料３８は歩留まりと耐食性に問題を示し、Ｐ含有量の多すぎる試料３９は歩留が悪化した。
表２の試料２７〜３１はＣ含有量を変量して作成した試料であるが、いずれの試料も歩留、摺動特性、耐食性の面で良好であった。これらに対し、Ｃを含有していない試料４０は摺動特性が悪化し、Ｃ含有量の少ない試料４１は摺動特性が悪化した。
表３の比較例１４はＣを多くし過ぎた例であるが、圧環強度が低く、摺動特性、耐食性ともに低下した。

以上の結果から、不純物Ｃ量、不純物Ｓｉ量を低い量としたまま、請求項で規定するＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％、残部Ｃｕの関係を満たす組成を有する焼結摺動材であるならば、寸法変化率が小さく、歩留まりに優れ、摺動特性が良好で耐食試験による質量変化も小さい焼結摺動材を提供できることがわかる。

図４は従来例（表２の試料３２）と本発明例（Ｎｏ.３の試料）の軸受け部材について、試験前のそれぞれの表面の一部を拡大して示す組織写真と、有機酸ガソリンに浸漬後のそれぞれの表面の一部を拡大して示す組織写真を比較して示す図である。
従来例（Ｎｏ.３２）の試料に対比し、本発明例（Ｎｏ.３）の試料の方が有機酸ガソリンに浸漬後も良好な表面状態を得られることがわかる。

１…軸受け部材、２…燃料ポンプ、３…ケーシング、５…モーター（アーマチュア）、６…回転軸、７…インペラ、８…吸入口、９…送出口、１１…合金粒、１２…気孔、１３…遊離黒鉛、１５…焼結摺動材。

Claims (7)

1. 質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％を含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｎｉ−Ｃｕ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金にＳｎとＰとＣとＳｉが含有された複数の合金粒の焼結体からなり、前記複数の合金粒の粒界に気孔が分散形成された組織を有し、前記合金粒が構成するマトリックスに含まれる不可避不純物の量が、質量％でＣ：０．６％以下、Ｓｉ：０．１５％以下であることを特徴とする耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材。
2. 前記焼結体の気孔率が８〜２８％であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材。
3. 前記焼結体の粒界に遊離黒鉛が介在されたことを特徴とする請求項１または２に記載の耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材。
4. ＣｕとＮｉとＳｎとＰとＣの内、１種または２種以上を含む複数の粉末を質量％でＮｉ：３６〜８６％、Ｓｎ：１〜１１％、Ｐ：０．０５〜１．０％、Ｃ：１〜９％、残部Ｃｕの合計組成となるように混合して混合粉末を得る際、不可避不純物としてのＣ量を０．６１％以下、Ｓｉ量を０．１５％以下としたＣｕ−Ｎｉ合金粉末とＮｉ−Ｃｕ合金粉末の少なくとも一方を用いて混合粉末を得た後、
   この混合粉末を加圧して圧粉体を作製し、この圧粉体を９６０〜１１４０℃で焼成することにより、Ｃｕ−Ｎｉ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる複数の合金粒がそれらの粒界に気孔を分散させて一体化されたマトリックスと前記複数の気孔に分散された遊離黒鉛とを備えた組織を有する焼結摺動材を得ることを特徴とする耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材の製造方法。
5. Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末およびＮｉ−Ｃｕ合金粉末の少なくとも一方と、Ｓｎ粉末と、Ｃｕ−Ｐ合金粉末と、Ｃ粉末を混合して前記混合粉末とすることを特徴とする請求項４に記載の耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材の製造方法。
6. 前記焼結体の気孔率を８〜２８％とすることを特徴とする請求項４または５に記載の耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材の製造方法。
7. 前記マトリックスに含まれる不可避不純物としてのＣ量を０．６％以下、Ｓｉ量を０．１５％以下とすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材の製造方法。