JP2016534233A - 無鉛、高硫黄、かつ易切削性の銅マンガン合金、およびその調製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高性能無鉛易切削性銅合金、およびその調製方法に関する。特に断りの無い限り、本出願における構成成分は、重量パーセントでの構成成分を指す。合金は、以下の重量パーセントでの構成成分:Cu:52.0〜95.0重量%、P:0.001〜0.20重量%、Sn:0.01〜20重量%、Mn:0.55〜7.0重量%、S:0.191〜1.0重量%、マンガンの硫黄への親和性よりも低い硫黄への親和性を有するZn以外の一個以上の金属:それらの成分の合計で2.0重量%以下、ならびに残部のZnおよび不可避な不純物、を含んでなり、Pbは0.05重量%以下である。
Cu、Sn、Mn、PおよびZnを順次融解させ、その後、均一に分散させ、次に、合金構成要素を、水噴霧法もしくはガス噴霧法で、銅−マンガン合金粉末へ加工し、またはCu、Sn、PおよびZnを順次融解させ、その後、均一に分散させ、次に、合金構成要素を水噴霧法もしくはガス噴霧法で、マンガンを含まない銅合金粉末へ加工し;
ニッケル粉末、銅−マンガン合金粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し、またはニッケル粉末、マンガンを含まない銅合金粉末、マンガン粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し;
次に、上記の混合物へ0.5〜1.5重量%の起泡剤を加えて、全ての構成された粉末をミキサーへ入れて、0.4〜5時間混合し、均一に分散された粉末を製造し;
上記の工程により得られた均一に混合された粉末を、圧縮により型取り、次に、以下の焼結プロセスにより焼結する;前記混合した粉末を、1〜5時間以内に、室温から680〜780℃へ加熱して起泡剤を除去し、次に、30〜120分間、680〜780℃で維持し、焼結大気が還元大気または不活性大気であり;
焼結させた銅合金を、500〜800MPaで冷間再圧縮により、または200〜400MPaで、高速移動するパンチを具備するパンチングマシンを用いた冷間鍛造により、焼結した銅合金を処理し、その後、以下の:合金を、1〜3時間かけて室温から820〜870℃の焼結温度へ加熱し、その後、30〜120分間820〜870℃に維持し、焼結大気が還元大気または不活性大気である、再焼結プロセスにより再焼結し;
再圧縮し、再焼結した銅合金を、800〜870℃の温度で熱的に処理した。
Cu、Sn、MnおよびZnを順次融解し、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を、水噴霧法もしくはガス噴霧法で、銅−マンガン合金粉末へ加工し、またはCu、SnおよびZnを順次融解させ、その後、均一に分散させ、次に、合金構成要素を水噴霧法もしくはガス噴霧法で、マンガンを含まない銅合金粉末へ加工し;
ニッケル粉末、銅−マンガン合金粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し、またはニッケル粉末、マンガンを含まない銅合金粉末、マンガン粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し;
次に、上記の混合物へ0.5〜1.5重量%の起泡剤を加えて、0.4〜5時間混合し、均一に分散された粉末を製造し;
上記の工程により得られた均一に混合された粉末を、圧縮により型取り、次に、以下の焼結プロセスにより焼結する;前記混合した粉末を、1〜5時間以内に、室温から730〜770℃へ加熱して起泡剤を除去し、次に、30〜120分間、730〜770℃で維持し、このとき焼結大気が還元大気または不活性大気である。
実施例1
銅合金は、以下の成分を以下の重量%で含む:Cu:54.0重量%、P:0.11重量%、Sn:0.011重量%、Mn:0.6重量%、ならびに残部のZnおよび不可避な不純物。粉末の質量分率は、以下の通りである:硫黄粉末は、その質量分率がそれぞれ0.80重量%および0.30重量%である銅硫黄粉末およびZn硫黄粉末の混合物であり、ニッケル粉末の質量分率は2.0重量%であり、パラフィン粉末の起泡剤の質量分率は0.5重量%であり、残部は前記銅−マンガン合金粉末である。粉末の混合時間は4.0時間である。均一に混合された粉末は、圧縮により型取りし、その後、焼結炉で焼結した。焼結プロセスは以下の通りである:前記混合した粉末を5時間以内に680℃まで加熱して起泡剤を除去し、その後680℃に100分間維持し、前記焼結大気は不活性大気である。その後、室温まで水により冷却した。焼結した黄銅ロッドを500MPaで再圧縮し、その後再焼結した。再焼結プロセスは以下の通りである:ロッドを3時間以内に室温から820℃へ加熱し、その後120分間820℃に維持し、焼結大気は不活性大気である。再焼結した黄銅を、熱間押出比120で800℃で熱間押出した。引張強度、切削性能、抗−脱亜鉛腐食およびアンモニア耐性応力腐食の試験のためのサンプルを、熱間押出ロッドから採取した。結果は、銅合金の切削性能は、鉛黄銅の切削性能の77%と等しく、引張強度は599.0MPa、降伏強度は329.5MPa、脱亜鉛腐食層の平均厚さは192.2μm、最大脱亜鉛層の厚さは329.9μmであり、16時間アンモニアの蒸気に曝した後でも亀裂は無かった。
実施例2〜33における銅合金粉末の化学的組成を表1に示す。実施例2〜33の粉末の質量分率を表2に示す。実施例2〜33のプロセスパラメータを表3に示す。実施例2〜33の銅合金の特性を表4に示す。
銅−マンガン合金粉末の質量分率は以下の通りである:Cu:88.0重量%、Sn:10.0重量%、Mn:1.5重量%、ならびに残部のZnおよび不可避な不純物。粉末の質量分率は以下の通りである:硫黄粉末は、それぞれ0.2重量%の硫化物の質量分率で、CuS、Cu2S、ZnS、SnS、NiS粉末の混合物である。ニッケル粉末の質量分率は、0.3重量%である。パラフィン粉末の起泡剤の質量分率は1.2重量%である。残部は、前記銅−マンガン合金粉末である。粉末の混合時間は、2.0時間である。混合された粉末を、圧縮により型取り、その後焼結炉で焼結した。焼結プロセスは以下の通りである:前記混合された粉末を、2時間以内に室温から750℃の焼結温度まで加熱して起泡剤を除去し、その後60分間750℃に維持し、焼結大気は還元型大気である。その後、水によりそれを室温まで冷却した。摩擦および摩耗のためのサンプルを、90℃の熱油に1時間浸漬した。結果は、無鉛自己潤滑性銅合金の摩擦係数は、グラファイト自己潤滑性銅合金の摩擦係数の96%に等しく、その摩耗損失はグラファイト自己潤滑性銅合金の摩耗損失の95%に等しいことを示した。機械的特性の結果は、無鉛自己潤滑性銅合金の引張強度および伸長は、それぞれ、グラファイト自己潤滑性銅合金のものの110%および116%に等しいことを示した。
実施例35〜42における銅合金粉末の化学的組成を表1に示す。実施例35〜42の粉末の質量分率を表2に示す。実施例35〜42のプロセスパラメータを表3に示す。実施例2〜33の摩擦および摩耗サンプルを1時間90℃の熱油に浸漬し、対応する銅合金の特性を表5に示す。
Claims (18)
- 無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金であって、前記合金が、重量%で、以下の成分、Cu:52.0〜95.0重量%、P:0.001〜0.20重量%、Sn:0.01〜20重量%、Mn:0.55〜7.0重量%、S:0.191〜1.0重量%、硫黄へのマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有するZn以外の一以上の金属であってそれらの合計含有量2.0重量%以下の前記金属、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、合金。
- 前記硫黄へのマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有するZn以外の金属が、Ni、Fe、W、Co、Mo、Sb、Bi、およびNbである、請求項1に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:54.0〜68.0重量%、P:0.001〜0.15重量%、Sn:0.01〜1重量%、Mn:1.5〜4.0重量%、S:0.2〜0.6重量%、Ni、Fe、W、Co、Mo、Sb、BiおよびNbから選択される一以上の金属であってそれらの合計含有量1.8重量%以下の前記金属、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項2に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:56.0〜64.0重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:0.001〜0.8重量%、Mn:2.0〜3.5重量%、およびS:0.22〜0.40重量%、Ni、Fe、W、Co、Mo、Sb、BiおよびNbから選択される一以上の金属であってそれらの合計含有量1.5重量%以下の前記金属、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項3に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:57.0〜62.0重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:0.01〜0.6重量%、Mn:2.0〜3.5重量%、S:0.22〜0.40重量%、Ni:0.1〜1.2重量%、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項4に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:57.0〜62.0重量%、P:0.001〜0.08重量%、Sn:0.01〜0.4重量%、Mn:2.0〜3.5重量%、S:0.22〜0.30重量%、Ni:0.1〜0.5重量%、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項5に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:74〜90重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:5〜20重量%、Mn:2.5〜3.5重量%、S:0.2〜1.0重量%、Ni、Fe、W、Co、Mo、Sb、Bi、およびNbから選択される一以上の金属であってそれらの合計含有量2.0重量%以下の前記金属、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項2に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:84〜90重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:5〜11重量%、Mn:2.5〜3.5重量%、S:0.3〜1.0重量%、Ni、Fe、W、Co、Mo、Sb、Bi、およびNbから選択される一以上の金属であってそれらの合計含有量1.5重量%以下の前記金属、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項7に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量%で以下の成分、Cu:84〜90重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:5〜11重量%、Mn:2.5〜3.5重量%、S:0.4〜0.8重量%、Ni:0.1〜1.2重量%、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項8に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記合金が以下の重量で以下の成分、Cu:84〜90重量%、P:0.001〜0.12重量%、Sn:5〜11重量%、Mn:2.5〜3.5重量%、S:0.4〜0.7重量%、Ni:0.1〜0.5重量%、ならびに残部としてのZnおよび不可避な不純物を含み、Pbが0.05重量%以下である、請求項9に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- A.Cu、Sn、Mn、PおよびZnを順次融解させ、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を、水噴霧法もしくはガス噴霧法によって、銅−マンガン合金粉末へ加工し、またはCu、Sn、PおよびZnを順次融解させ、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を水噴霧法もしくはガス噴霧法によって、マンガンを含まない銅合金粉末へ加工し;
B.ニッケル粉末、銅−マンガン合金粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し、または、
ニッケル粉末、マンガンを含まない銅合金粉末、マンガン粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し;
C.次に、上記の混合物へ0.5〜1.5重量%の起泡剤を加えて、0.4〜5時間混合し、均一に分散された粉末を製造し;
D.前記均一に混合された粉末を、圧縮により型取り、次に、以下の焼結プロセスにより焼結する;前記混合した粉末を、1〜5時間以内に、室温から680〜780℃の焼結温度へ加熱して起泡剤を除去し、次に、30〜120分間680〜780℃で維持し、このとき焼結大気が還元大気または不活性大気であり;
E.A〜Dの工程により得られた焼結させた銅合金を、500〜800MPaで冷間再圧縮により、または200〜400MPaで、高速移動するパンチを具備するパンチングマシンを用いた冷間鍛造により、焼結した銅合金を処理し、次に、以下の:合金を、1〜3時間かけて室温から820〜870℃の焼結温度へ加熱し、その後、30〜120分間、820〜870℃に維持し、このとき焼結大気が還元大気または不活性大気である、再焼結プロセスにより再焼結し;
F.再圧縮し、再焼結した銅合金を、800〜870℃の温度で熱的に処理する、
請求項2、3、4、5または6に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。 - A.Cu、Sn、MnおよびZnを順次融解させ、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を、水噴霧法もしくはガス噴霧法で、銅−マンガン合金粉末へ加工し、またはCu、Sn、PおよびZnを順次融解させ、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を水噴霧法もしくはガス噴霧法で、マンガンを含まない銅合金粉末へ加工し、または、
Cu、SnおよびZnを順次融解させ、次に、均一に分散させた後、合金構成要素を水噴霧法もしくはガス噴霧法で、マンガンを含まない銅合金粉末へ加工し;
B.ニッケル粉末、銅−マンガン合金粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し、または、
ニッケル粉末、マンガンを含まない銅合金粉末、マンガン粉末、および硫黄に対するマンガンの親和性よりも低い硫黄への親和性を有する一種以上の金属硫化物を混合し;
C.次に、上記の得られた混合物へ0.5〜1.5重量%の起泡剤を加えて、0.4〜5時間混合し、均一に分散された粉末を製造し;
D.A〜Cの工程により得られた均一に混合された粉末を、圧縮により型取り、次に、以下の焼結プロセスにより焼結する;前記混合した粉末を、1〜5時間以内に、室温から730〜770℃の焼結温度へ加熱して起泡剤を除去し、次に、30〜120分間730〜770℃で維持し、このとき焼結大気が還元大気または不活性大気である、
請求項7、8、9または10に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。 - 前記金属硫化物が、固体金属硫化物である、請求項11または12に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記金属硫化物が、Fe、Co、Ni、Sn、W、Mo、Nb、Cu、Zn、SbおよびBiの11種類の金属硫化物である、請求項13に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記金属硫化物が、CuS、Cu2S、ZnS、SnS、NiS、Fe2S3、FeS2、FeS、WS2、CoS、MoS2、MoS3、Sb2S4、Sb2S5、Sb2S3、Bi2S3、NbS2、およびNbS3から選択される、請求項14に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記金属硫化物が、CuS、ZnSおよびFeSである、請求項15に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記起泡剤が、パラフィン粉末またはステアリン酸亜鉛粉末である、請求項11または12に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
- 前記熱的処理が、熱間型鍛造または熱間押出である、請求項11に記載の無鉛、高硫黄、易切削性の銅−マンガン合金。
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