JP2017179496A - 銅系摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】 相手部材との静摩擦係数が低く、往復摺動部での使用に好適な銅系摺動部材を提供する。
【解決手段】 摺動層には、黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で摺動層中に分散する島状銅合金相を含み、摺動層に対する摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合を、５〜４０体積％としている。これにより、摺動層に負荷される起動時には、島状銅合金相が周囲を黒鉛により取り込まれており、黒鉛との界面ですべりが発生するので、島状銅合金相には僅かな弾性変形しか生じることがなく、相手部材との静摩擦係数が低くなる。
【選択図】 図１
【解決手段】 摺動層には、黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で摺動層中に分散する島状銅合金相を含み、摺動層に対する摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合を、５〜４０体積％としている。これにより、摺動層に負荷される起動時には、島状銅合金相が周囲を黒鉛により取り込まれており、黒鉛との界面ですべりが発生するので、島状銅合金相には僅かな弾性変形しか生じることがなく、相手部材との静摩擦係数が低くなる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、各種産業機械の往復摺動部に用いられる銅系摺動部材に関する。
従来から、潤滑成分として黒鉛を添加した銅系摺動部材が使用されている。例えば、特許文献１の銅合金層を被覆した銅系摺動部材では、７５〜９００μｍの大きな粒径の黒鉛を銅合金層に添加することで、銅合金層中の黒鉛粉末の数が少なくなり、銅合金がネットワークを形成することにより、従来の粒径の小さな黒鉛を添加した銅合金よりも強度の高い摺動部材になるとしている。また、特許文献２の銅合金層を被覆した銅系摺動部材では、潤滑成分としてＢｉや黒鉛等の固体潤滑剤を銅合金層中に含有させることで、黒鉛等の固体潤滑剤がＢｉに取り込まれて共存した相として焼結銅合金中に分散するようになり、摺動部材の強度を高めるとしている。
上記した特許文献１，２の銅系摺動部材では、図４（ａ）に示すように、銅合金等の金属部がネットワークを形成し、固体潤滑剤が該金属部により取り囲まれた島状の形態で金属中に分散している。そして、往復摺動部に特許文献１，２の銅系摺動部材を適用した場合、まず、往復摺動する相手部材の摺動方向が変化する瞬間には、相手部材の表面と銅系摺動部材の摺動面との相対速度が０となる。このとき、銅系摺動部材の摺動層は、相手部材から摺動層の厚さ方向に平行な負荷のみが加えられる。
次いで、図４（ｂ）に示すように、相手部材の運動が開始する瞬間から動摩擦状態（銅系摺動部材の摺動面と相手部材との２面間で摺動（滑動）が起こる状態）に移行するまでの間には、銅系摺動部材の摺動層が相手部材の運動方向へ向かう負荷により弾性変形し、２面間には摺動（滑動）が起こらない。この場合、銅系摺動部材の摺動面と相手部材との２面間に摺動（滑動）を起こすための力（起動力）には、摺動層の弾性変形に要する力も含まれる。そして、特許文献１，２のように摺動層の銅合金がネットワークを形成した場合、図４（ａ）に示すように、変形が銅合金のネットワークの全体に伝播しやすいので、摺動層の弾性変形量が大きくなり、そのため起動力が大きくなる。換言すれば、銅系摺動部材の摺動面と相手部材との静摩擦係数が大きくなる。このため、銅系摺動部材の摺動面と相手部材との２面間で摺動（滑動）が起こる瞬間には、その２面間に大きな摩擦力が加わり、摺動層の表面に摩耗が起こりやすい。
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、相手部材との静摩擦係数が低く、往復摺動部での使用に好適な銅系摺動部材を提供することにある。
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、鋼裏金の表面に、摺動面を有する摺動層を設けた銅系摺動部材であって、前記摺動層は銅合金と２０〜４０体積％の黒鉛とからなり、前記銅合金はＳｎを１〜１５質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる銅系摺動部材において、前記摺動層は、前記黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で前記摺動層中に分散する島状銅合金相を含み、前記島状銅合金相は、前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍであるものを含み、前記摺動層に対する前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合は、５〜４０体積％であることを特徴とする。
請求項２に係る発明においては、請求項１記載の銅系摺動部材において、前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相は、前記摺動面に平行方向の長さｘと前記摺動面に垂直方向の長さｙとの比（ｘ／ｙ）で定義されるアスペクト比が１．２〜５であるものが５０体積％以上であることを特徴とする。
請求項３に係る発明においては、請求項１又は請求項２記載の銅系摺動部材において、前記銅合金は、さらにＮｉを１〜１５質量％、Ｐを０．０１〜０．５質量％の少なくとも１種以上を含有することを特徴とする。
請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の銅系摺動部材において、前記銅合金は、さらにＰｂとＢｉとの少なくとも１種以上を１〜１０質量％含有することを特徴とする。
請求項１に係る発明においては、図１に示すように、摺動層は、黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で摺動層中に分散する島状銅合金相を含み、摺動層に対する摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合が５〜４０体積％であることで、相手部材との静摩擦係数が低くなることを見出した。これは、以下のメカニズムによってなされていると推測される。
往復摺動部に本発明の銅系摺動部材を適用した場合、まず、往復摺動する相手部材の摺動方向が変化する瞬間には、相手部材の表面と銅系摺動部材の摺動面との相対速度が０となる。そして、相手部材の運動が開始する瞬間から動摩擦状態（銅系摺動部材の摺動面と相手部材との２面間で摺動（滑動）が起こる状態）に移行するまでの間には、銅系摺動部材の摺動層は相手部材の運動方向へ向かう負荷を受けるが、図１に示すように、島状銅合金相が周囲を黒鉛により取り込まれているため、黒鉛との界面ですべりが発生するので、島状銅合金相自身には僅かな弾性変形しか生じない。また、島状銅合金相に僅かな弾性変形を生じても、周囲の黒鉛に遮断されて、他の島状銅合金相及び島状銅合金相以外の形態の銅合金相（部分的にネットワークを形成した銅合金相）には伝播することがない。また、島状銅合金相以外の形態の銅合金相（部分的にネットワークを形成した銅合金相）の間に存在する島状銅合金相及びその周囲の黒鉛は、島状銅合金相以外の形態の銅合金相（部分的にネットワークを形成した銅合金相）の弾性変形が他の島状銅合金相以外の形態の銅合金相へ伝播することを抑制する。このため、摺動層の弾性変形量は小さくなり、摺動層に負荷される起動時の摩擦力が小さくなる。換言すれば、本発明の銅系摺動部材の摺動層は、相手部材との静摩擦係数が低くなる。
また、請求項１に係る発明において、摺動層に対する摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合は、５〜４０体積％であるが、その島状銅合金相の割合が５体積％未満であると、摺動層の弾性変形量を小さくする効果が不十分となり、相手部材との静摩擦係数が高くなる。一方、その島状銅合金相の割合が４０体積％を超える場合には、後述する一次焼結後の焼結層の強度が低くなりすぎるため、圧延時に焼結層が破壊され、本発明の銅系摺動部材を作製することができない。なお、銅系摺動部材の摺動層に含まれる島状銅合金相は、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相だけでなく、摺動面に平行方向の長さが２５μｍ未満の島状銅合金相、あるいは、長さが５００μｍを超える島状銅合金相を少量（摺動層に対して５体積％以下）含むようにしてもよい。
なお、摺動層に対する島状銅合金相の体積割合は、直接、測定することは困難であるが、摺動面に垂直方向の摺動層の断面組織での摺動層の面積に対する島状合金相の面積の割合を測定することにより確認することができる。また、請求項１に係る発明において、島状銅合金相の摺動面に平行方向の長さとは、摺動面に垂直方向の摺動層の断面組織での島状銅合金相の摺動面に対する平行方向の長さである。
また、黒鉛は、潤滑成分として摺動層に含有させるが、さらに、黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で摺動層中に分散する島状銅合金相の形成にも関与する。摺動層中の黒鉛の含有量が２０体積％未満であると、黒鉛により取り囲まれた形態で摺動層中に分散する島状銅合金相の形成が不十分になる。一方、摺動層中の黒鉛の含有量が４０体積％を超えると、摺動層が脆くなる。
また、摺動層中の銅合金は、Ｓｎを１〜１５質量％含有する。Ｓｎは、銅合金の強度を高める効果があるが、Ｓｎの含有量が１質量％未満であると、その効果が不十分である。一方、Ｓｎの含有量が１５質量％を超えると、銅合金が脆くなる。
また、請求項２に係る発明においては、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相は、摺動面に平行方向の長さｘと摺動面に垂直方向の長さｙとの比（ｘ／ｙ）で定義されるアスペクト比が１．２〜５であるものが５０体積％以上であることで、銅系摺動部材と相手部材との静摩擦係数がより低くなることを見出した。これは、島状銅合金相の粒の形状が、摺動面に対して平行方向に若干、長い異方性をもっていることに起因する。すなわち、相手部材は、銅系摺動部材の摺動面に対して水平方向に往復摺動するため、島状銅合金相は、摺動面に対して平行方向に若干、長い形状であるほうが、島状銅合金相と黒鉛とのすべりが発生しやすい。このため、相手部材との静摩擦係数が低くなる。
また、請求項３に係る発明のように、銅合金は、さらにＮｉを１〜１５質量％、Ｐを０．０１〜０．５質量％の少なくとも１種以上を含有させてもよい。これらの元素を銅合金に含有させたとしても、摺動層中の島状銅合金相によって相手部材との静摩擦係数を低減する効果が十分に発揮される。
また、請求項４に係る発明のように、銅合金は、さらにＰｂとＢｉとの少なくとも１種以上を１〜１０質量％含有させてもよい。Ｐｂ、Ｂｉは、潤滑成分であり、摺動層の動摩擦時の動摩擦係数を低くする効果があるが、ＰｂとＢｉとの少なくとも１種以上の含有量が１質量％未満であると、その効果が不十分である。一方、ＰｂとＢｉとの少なくとも１種以上の含有量が１０質量％を超えると、摺動層が脆くなる。
本実施形態に係る銅合金と黒鉛とからなる銅系摺動部材について、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態に係る銅系摺動部材の製造工程は、粉末作製、粉末混合、散布、一次焼結、一次圧延、二次焼結の順に行われる。まず、水アトマイズ法にて、平均粒径ｄ５０が２５〜５０μｍの銅合金粉末を作製する。なお、平均粒径ｄ５０は、レーザー回折・散乱方式を用いた粒度分布測定における累積体積５０％の粒径を意味する。また、水アトマイズにて作製した粉末は、異形粉（球形ではない形状の粉末）となる。
次に、上記銅合金粉末と、扁平形状である鱗片状黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製）と、を一般的な混合機を用いて混合する。この鱗片状黒鉛粉末は、粒径が４５〜７５μｍのものが黒鉛粉末全体の６０質量％以上を占め、且つ、最大粒径が３００μｍ以下である。なお、鱗片状黒鉛粉末の粒径は、篩を用いて測定する。また、鱗片状黒鉛粉末の粒径とは、扁平形状である粒子の最も長い部分の寸法である。このとき、銅合金粉末と鱗片状黒鉛粉末との混合粉末の空孔率（空孔率：１−ＡＤ／ＴＤ、ＡＤ：見掛密度（ｇ／ｃｍ３）、ＴＤ：理論密度（ｇ／ｃｍ３））は、６０〜７６％になる。
そして、この混合粉末を帯鋼（鋼裏金）上に散布し、散布層を形成する。図２（ａ）に示すように、散布層の空孔率は、前記混合粉末の空孔率（６０〜７６％）が維持される。なお、裏金層は鋼に限定されないで、銅合金や他の金属製であってもよい。また、裏金は、鋼と、鋼の表面に被覆された銅または銅合金からなるものであってもよい。
散布工程の後、一次焼結工程を行う。一次焼結工程では、散布時の散布層の空孔率を維持するため、銅合金に液相が発生する温度（融点）よりも５０℃以上低い焼結温度で焼結を行う必要がある。これにより、銅合金に液相が発生するのを防ぐことができる。焼結温度は、例えば、１０質量％の錫を含有した銅合金を焼結する場合、７００〜７４０℃の焼結温度で焼結を行う。そして、銅合金の加熱を開始して焼結温度になった後には、その焼結温度で２〜１０分間保持し、その後冷却する。また、一次焼結工程では、収縮率（収縮率：１−焼結層厚（ｍｍ）／散布層厚（ｍｍ））が３〜１０％になるように焼結を行う。このように、一次焼結時の収縮率が３〜１０％になるように焼結を行った場合には、図２（ｂ）に示すように、焼結層の空孔率が５５〜７５％になる。なお、銅合金に液相が発生する焼結温度で焼結を行うと、焼結層の空孔率が低下してしまい、一次焼結時の収縮率が１０％を超えるようになる。そして、一次焼結時の収縮率が１０％を超えたときの焼結層の断面を測定すると、図３（ｂ）に示す組織と同じように、銅合金粉末同士のネック形成が多くみられ、結果、焼結層（摺動層）中の島状銅合金相の形成量が少なくなる。一方、一次焼結時の収縮率が３％未満になると、焼結層の強度が低すぎて、後述する圧延時に焼結層が破壊されてしまう。
一次焼結工程の後、圧延機を用いて焼結層を緻密化する圧延工程を行う。圧延前の焼結層の空孔率が５５〜７５％の場合（図２（ｂ））には、圧延時の潰し代（圧延前に空孔を有する焼結層の厚さと、圧延後に空孔が無くなり緻密化された焼結層の厚さとの差）が多い。このため、図２（ｃ）に示すように、圧延後に鱗片状黒鉛粉末の長軸の向きが揃う。また、一次焼結工程では、図２（ｂ）に示すように、銅合金粉末同士のネック形成が少ないので、その後の圧延工程において、鱗片状黒鉛粉末が銅合金粉末同士の隙間に入り込み、鱗片状黒鉛粉末に囲まれた島状銅合金相が多く形成される。一方、散布層の空孔率が６０％未満の場合（図３（ａ））には、焼結層の空孔率も低くなる。そして、圧延前の焼結層の空孔率が５５％未満の場合には、図３（ｂ）に示すように、圧延時の潰し代が少ない。このため、図３（ｃ）に示すように、圧延後に鱗片状黒鉛粉末の長軸の向きが揃わない。また、一次焼結工程では、図３（ｂ）に示すように、銅合金粉末同士のネック形成が多いので、その後の圧延工程において、鱗片状黒鉛粉末が銅合金粉末同士の隙間に入り込むことができず、鱗片状黒鉛粉末に囲まれた島状銅合金相はほとんど形成されない。
圧延工程（一次圧延工程）の後、二次焼結工程を行うが、この二次焼結工程では、一次焼結工程と同様の条件で焼結し、必要に応じて二次圧延工程を行う。
銅合金粉末について、平均粒径ｄ５０が２５μｍ未満のものを用いると、一次焼結後の焼結層の空孔率が７５％より大きくなるため、焼結層の強度が低くなり、圧延時に焼結層が破壊される。一方、銅合金粉末の平均粒径ｄ５０が５０μｍを超えると、一次焼結後の焼結層の空孔率が５５％より小さくなるため、鱗片状黒鉛粉末に囲まれた島状銅合金相はほとんど形成されない。
図２（ｃ）に示すように、一次焼結後の焼結層の空孔率が５５〜７５％であり、圧延時の潰し代が多い場合には、鱗片状黒鉛の粉末の長軸の向きが揃うが、粒径の小さい鱗片状黒鉛粉末を用いると、粒径の大きい鱗片状黒鉛粉末に比べて、長軸の向きが揃いにくい。このため、鱗片状黒鉛粉末の粒径が小さくなるほど、鱗片状黒鉛粉末に囲まれた島状銅合金相の形成への寄与が小さい。また、摺動層に含まれる鱗片状黒鉛の量を一定とするならば、鱗片状黒鉛粉末の粒径が大きくなるほどその粉末の個数が減り、鱗片状黒鉛粉末に囲まれた島状銅合金相は形成されにくくなる。このように、鱗片状黒鉛の粒径が小さすぎる場合や、大きすぎる場合のいずれも、鱗片状黒鉛粉末によって囲まれた島状銅合金相は形成されにくくなる。具体的には、粒径が４５μｍ未満の鱗片状黒鉛粉末は、鱗片状黒鉛粉末によって囲まれた島状銅合金相の形成への寄与が小さく、粒径が７５μｍを超えた鱗片状黒鉛粉末も、鱗片状黒鉛粉末によって囲まれた島状銅合金相の形成への寄与が小さい。したがって、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものを６０％以上含む鱗片状黒鉛粉末を用いなければ、鱗片状黒鉛粉末によって囲まれた島状銅合金相は形成されない。また、上記のような理由から、最大粒径が３００μｍを超える鱗片状黒鉛粉末が含まれる場合にも、鱗片状黒鉛粉末によって囲まれた島状銅合金相は形成されにくくなる。
次に、本実施形態に係る実施例１〜１４及び比較例１〜６を作製し、その銅合金相の形態を測定すると共に、往復摺動試験を行った。実施例１〜１４及び比較例１〜６の成分、銅合金相の形態、往復摺動試験での静摩擦係数の測定結果を、表１に示す。
銅系摺動部材の断面測定は、摺動面の垂直方向に切断し、２．３ｍｍ×０．７ｍｍの範囲で組成像（倍率：５０倍）を撮影した。また、得られた組成像を、一般的な画像解析手法（解析ソフト：Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ（Ｖｅｒｓｉｏｎ４．５）；（株）プラネトロン製）を用いて摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の面積の和を測定し、摺動層全体の面積から、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の占める割合を算出した。また、この面積の割合は、６視野（６つの異なる任意の断面）の組成像を用いて、その平均を求めた。この結果は、表１の「２５〜５００μｍの島状銅合金相（体積％）」欄に示す。
また、アスペクト比は、得られた組成像を上記解析ソフトを用いて、摺動層の厚さ方向の長さをＹ軸とし、それに対して垂直方向の長さをＸ軸とした場合の各島状銅合金相のＹ軸方向の長さ（ｙ）とＸ軸方向の長さ（ｘ）を測定し、それら各長さの比（ｘ／ｙ）を算出して求めた。その中からアスペクト比が１．２〜５のものの面積の和を測定し、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の全体の面積から、アスペクト比が１．２〜５である島状銅合金相の占める割合を算出した。この結果は、表１の「アスペクト比：１．２〜５（体積％）」欄に示す。
また、往復摺動試験は、表２に示す条件で実施した。静摩擦係数の測定方法は、摺動方向が変化した直後の摩擦係数を測定し、これを４時間繰り返し、その平均値を求めた。また、往復摺動試験での摩擦係数の測定は、摺動方向の変化時の摩擦係数のピークを、静摩擦係数として測定している。また、試験時間は４時間であるが、摩耗量が５０μｍを超えた場合、異常摩耗と判断し、試験を終了した。
実施例１〜３、６〜１１は、水アトマイズ法を用いて作製した平均粒径ｄ５０が３５μｍの異形状の銅合金粉末と、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものが８０質量％を占め、且つ、最大粒径が１０６〜１５０μｍの範囲にある鱗片状黒鉛粉末と、を表１の成分となるように一般的な混合機を用いて混合し、混合粉末を作製した。Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｂ、Ｂｉの成分は、合金化され銅合金粉末に含まれている。そして、帯鋼（鋼裏金）上に作製した混合粉末を散布して散布層を形成し、７００〜７４０℃の焼結温度で一次焼結を行い、焼結層を形成した。次に、焼結層を緻密化する圧延および７００〜７４０℃の焼結温度での二次焼結を行い、銅系摺動部材を作製した。なお、表１の「黒鉛４５〜７５μｍ（質量％）」欄には、原材料である鱗片状黒鉛粉末のうち、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものが占める質量割合を示し、「散布層の空孔率（％）」欄には、散布層の空孔率を示し、「収縮率（％）」欄には、一次焼結工程での収縮率（収縮率：１−一次焼結後の焼結層厚（ｍｍ）／散布層厚（ｍｍ））を示し、「焼結層の空孔率（％）」欄には、一次焼結後の焼結層の空孔率を示す。
実施例４は、銅合金粉末として、水アトマイズ法を用いて作製した平均粒径ｄ５０が５０μｍの異形状の銅合金粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。
実施例５は、鱗片状黒鉛粉末として、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものが６０質量％を占め、且つ、最大粒径が１０６〜１５０μｍの範囲にある鱗片状黒鉛粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。
実施例１３は、銅合金粉末として、水アトマイズ法を用いて作製した平均粒径ｄ５０が２５μｍの異形状の銅合金粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。
実施例１４は、鱗片状黒鉛粉末として、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものが９５質量％を占め、且つ、最大粒径が１０６〜１５０μｍの範囲にある鱗片状黒鉛粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。
実施例１〜１１，１３，１４は、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相が５〜４０体積％形成され、静摩擦係数が低い結果となった。また、実施例３，１３，１４は、焼結層の空孔率（散布層の空孔率）が高くなるように制御することで、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相が多く形成されている。特に、実施例３は、焼結層の空孔率（散布層の空孔率）が高くなるように制御することで、摺動層に対する摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合が４０体積％ともっとも多く形成されている。このような実施例３，１３，１４では、摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相のうち、アスペクト比が１．２〜５のものが５０体積％以上と多く、特に静摩擦係数が低い結果となった。
実施例１２は、実施例１と同様に作製したが、粉末混合工程で、同時に硬質粒子（Ｍｏ２Ｃ）も添加し混合した。硬質粒子の成分量は、表１になるように添加した。硬質粒子を添加しても、実施例１と同じ結果が得られた。
比較例１は、実施例１と同じ鱗片状黒鉛粉末を用い、摺動層中の黒鉛含有量を１５体積％とし、これ以外は実施例１と同様に作製した。この比較例１は、摺動層中の黒鉛含有量が１５体積％と少ないため、鱗片状黒鉛粉末によって銅合金が囲まれる割合が低くなった。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
比較例２は、鱗片状黒鉛粉末として、粒径が４５〜７５μｍの範囲にあるものが５０質量％を占め、且つ、７５〜３００μｍの範囲にあるものが５０質量％を占める鱗片状黒鉛粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。この比較例２は、粒径が４５〜７５μｍの範囲にある鱗片状黒鉛粉末を５０質量％しか含まないために、鱗片状黒鉛粉末の個数が少なく、鱗片状黒鉛粉末によって銅合金が囲まれにくい。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
比較例３は、銅合金粉末として、水アトマイズ法を用いて作製した平均粒径ｄ５０が５５μｍの異形状の銅合金粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。この比較例３は、銅合金粉末の平均粒径ｄ５０が５５μｍと大きいため、散布層の空孔率が低くなってしまい、焼結層の空孔率も低くなった。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
比較例４は、銅合金粉末として、ガスアトマイズ法を用いて作製した平均粒径ｄ５０が３５μｍの銅合金粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。ガスアトマイズ法を用いて銅合金粉末を作製した場合、その粉末は球形状となる。この比較例３は、球形状の銅合金粉末を用いたため、散布層の空孔率が低くなってしまい、焼結層の空孔率も低くなった。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
比較例５は、銅合金の一部が液相になる８５０℃の焼結温度で焼結を行い、これ以外は実施例１と同様に作製した。この比較例５は、散布層の空孔率が６７％であったが、一次焼結時に銅合金の液相が発生し、焼結層の空孔率が５１％に低下した。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
比較例６は、銅合金粉末として銅粉末と錫粉末の混合粉末を用い、これ以外は実施例１と同様に作製した。この比較例５は、一次焼結時の昇温過程で、まず、錫粉末が液相となり、錫の液相により銅粉末の一部が液相化され、焼結層の空孔率が５１％に低下した。このため、摺動層中に黒鉛に囲まれた島状銅合金相がほとんど形成されず、静摩擦係数が実施例１よりも高い結果となった。
Claims (4)
- 鋼裏金の表面に、摺動面を有する摺動層を設けた銅系摺動部材であって、
前記摺動層は銅合金と２０〜４０体積％の黒鉛とからなり、前記銅合金はＳｎを１〜１５質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる銅系摺動部材において、
前記摺動層は、前記黒鉛により取り囲まれた海島構造の形態で前記摺動層中に分散する島状銅合金相を含み、
前記島状銅合金相は、前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍであるものを含み、
前記摺動層に対する前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相の割合は、５〜４０体積％であることを特徴とする銅系摺動部材。 - 前記摺動面に平行方向の長さが２５〜５００μｍである島状銅合金相は、前記摺動面に平行方向の長さｘと前記摺動面に垂直方向の長さｙとの比（ｘ／ｙ）で定義されるアスペクト比が１．２〜５であるものが５０体積％以上であることを特徴とする請求項１記載の銅系摺動部材。
- 前記銅合金は、さらにＮｉを１〜１５質量％、Ｐを０．０１〜０．５質量％の少なくとも１種以上を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の銅系摺動部材。
- 前記銅合金は、さらにＰｂとＢｉとの少なくとも１種以上を１〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の銅系摺動部材。
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