JP2606327B2

JP2606327B2 - 耐摩耗性のすぐれた高強度高靭性Ｃｕ基焼結合金

Info

Publication number: JP2606327B2
Application number: JP63270109A
Authority: JP
Inventors: 英俊阿久津; 通河野; 眞人大槻
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH02118039A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、耐摩耗性にすぐれ、かつ高強度および高
靭性を有し、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対
する同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要
求される変速機のシンクロナイザリンやエンジンのバル
ブガイド、さらにターボチャージャの軸受などとして用
いるのに適したCu基焼結合金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、上記の各種部材の製造に、重量％で（以下％は
重量％を示す）、Cu−28％Zn−６％Alの代表組成を有す
るCu基焼結合金を用いることが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来Cu基焼結合金は、焼結体であるため
に、相手部材に対する同期特性にはすぐれているもの
の、十分な耐摩耗性、強度、および靭性を具備するもの
ではなく、したがって近年の各種機器の小型化および軽
量化、並びに高出力化に対応することができず、より一
段とすぐれた耐摩耗性、高強度および高靭性を具備する
Cu基焼結合金の開発が強く望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に
上記の従来Cu基焼結合金に着目し、一段とすぐれた耐摩
耗性、強度、および靭性を有するCu基焼結合金を開発す
べく研究を行なった結果、 Zn:10〜40％、Al:0.3〜６％、 Fe,Ni、およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、酸素:0.03〜１％、 W,Mo、およびCrのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、を含有し、さらに必要に応じて、 Mn:0.1〜５％、および／またはSn:0.1〜４％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、並び
に素地中に酸化アルミニウム（Al₂O₃）を主体とした微
細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組織を
有するCu基焼結合金は、すぐれた耐摩耗性を有すると共
に、高強度および高靭性を有することから、各種機器の
小型化および軽量化、並びに高出力化に十分対応するこ
とができる構造部材の製造に適用することができるとい
う知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、この発明のCu基焼結合金は、上記組成によって、
素地中に、１〜40μｍの粒度範囲内に分布したAl₂O₃を
主体とした酸化物が0.5〜15％の面積率で均一分散し、
かつ同じく１〜25μｍの粒度範囲内に分散した金属間化
合物が１〜10％の面積率で均一分散した組織をもつよう
になり、これら酸化物と金属間化合物によって耐摩耗性
が著しく向上するようになり、特に酸化物の均一分散に
よって耐焼き付性が向上するようになるほか、摩擦面の
耐熱性が向上することと合まって高負荷条件下でもすぐ
れた耐摩耗性を示すようになる。

つぎに、この発明のCu基焼結合金において、成分組成
を上記の通り限定した理由を説明する。

（ａ） Zn Zn成分には、CuおよびAlと共に素地を形成し、合金の
強度および靭性を向上させる作用があるが、その含有量
が10％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が40％を越えると、前記作用に劣化現象が現
われるようになることから、その含有量を10〜40％と定
めた。

（ｂ） Al Al成分には、上記の通りCuおよびZnと高強度および高
靭性を有する素地を形成するほか、酸素と結合して酸化
物を形成し、もって常温は勿論のこと、高温条件下での
耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.3
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が６％を越えると、素地の靭性が低下するように
なることから、その含有量を0.3〜６％と定めた。

（ｃ） Fe,Ni、およびCo これらの成分には、素地中に分散して合金の強度およ
び靭性を向上させると共に、CuおよびAlと結合して、素
地中に分散する微細な金属間化合物を形成して耐摩耗性
を向上させる作用があるが、その含有量が0.1％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
５％を越えると靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を0.1〜５％と定めた。

（ｄ）酸素酸素には、上記の通りAlや、W,Mo、およびCr、さらに
必要に応じて含有されるSiと結合して、素地中に微細均
一に分散する酸化物を形成し、もって耐摩耗性を向上さ
せ、特に、耐焼き付性および耐熱性の改善によって高負
荷条件下での耐摩耗性を向上させる作用があるが、その
含有量が0.03％未満では酸化物の形成が少なすぎて所望
の耐摩耗性を確保することができず、一方その含有量が
１％を越えると酸化物の粒径が40μｍを越えて粗大化す
るばかりでなく、面積率で15％を越えて多くなりすぎ、
合金の強度および靭性が低下するようになるほか、相手
攻撃性も増すようになることから、その含有量を0.03〜
１％と定めた。

（ｅ） W,Mo、およびCr これらの成分には、Fe,NiおよびCoと結合して微細な
金属間化合物を形成し、また酸素と結合して微細な酸化
物を形成し、もって耐摩耗性を向上させる作用がある
が、その含有量が0.1％未満では所望の耐摩耗性向上効
果が得られず、一方その含有量が５％を越えると靭性が
低下するようになることから、その含有量を0.1〜５％
と定めた。

（ｆ） Mn Mn成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用が
あるので、必要に応じて含有されるが、その含有量が0.
1％未満では、所望の強度向上効果が得られず、一方そ
の含有量が５％を越えると、靭性が低下し、かつ摩擦面
の耐熱性も低下するようになって所望の耐摩耗性を確保
することができなくなることから、その含有量を0.1〜
５％と定めた。

（ｇ） Sn Sn成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、
高負荷条件下での耐焼き付性を改善し、もって耐摩耗性
の向上に寄与する作用があるので、必要に応じて含有さ
れるが、その含有量が0.1％未満では前記作用に所望の
向上効果が得られず、一方その含有量が４％を越える
と、靭性が低下するようになるほか、特に摩擦面の耐熱
性が低下するようになり、耐摩耗性が損なわれることか
ら、その含有量を0.1〜４％と定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明のCu基焼結合金を実施例により具体
的に説明する。

原料粉末として、いずれも200mesh以下の粒度を有
し、表面酸化層の層厚を調整することによりO₂含有量を
それぞれ４％および１％とした２種のCu−Al合金（Al:5
0％含有）粉末、Cu粉末、Zn粉末、Al粉末、Fe粉末、Ni
粉末、Co粉末、Mn粉末、Ｗ粉末、Mo粉末、Cr粉末、およ
びSn粉末を用意し、こ原料粉末をそれぞれ第１表に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式粉砕混
合し、乾燥した後、４〜6ton/cm²の範囲内の所定圧力で
圧粉体にプレス成形し、ついで、露点:0℃〜−30℃のH₂
ガス雰囲気中、800〜900℃の範囲内の所定温度に1.5時
間保持の条件で焼結することにより、圧壊荷重測定用と
して外径:75mm×内径:65mm×厚さ:8.5mmの寸法をもち、
また摩耗試験用として幅:10mm×厚さ:10mm×長さ:40mm
の寸法をもち、さらに摩擦係数測定用として外径:10mm×高さ:20mmの寸法をそれぞれ
有し、かついずれも配合組成と実質的に同一の成分組成
をもった本発明Cu基焼結合金１〜18および従来Cu基焼結
合金をそれぞれ製造した。

なお、本発明Cu基焼結合金１〜18は、いずれも微細な
酸化物および金属間化合物が素地中に均一に分散する組
織をもつものであった。

つぎに、この結果得られた各種のCu基焼結合金につい
て、強度および靭性を評価する目的で圧壊荷重を測定
し、さらに耐摩耗性を評価する目的で、試片形状:8mm×8mm×30mm、相手材：材質がSCr420にして、寸法が直径:30mm×幅:5m
mの焼入れリング、オイル:65Wのギヤーオイル、油温:50℃、摩擦速度:2m/sec.、最終荷重:3kg、滑り距離:1.5km、の条件でブロックオンリング摩耗試験を行ない、比摩耗
量を測定し、さらに相手部材に対する同期特性を評価す
る目的で、試片形状:2mmの直径を有するピン、相手材:Scr420の焼入れディスク、オイル:65Wギヤーオイル、油温:50℃、摩擦速度:4m/sec.、圧力:1.5kg、滑り距離:1.5km、の条件でピン摩耗試験を行ない、トルクメーターから摩
擦係数を算出した。これらの結果を第1,2表に示した。

〔発明の効果〕

第1,2表に示される結果から、本発明Cu基焼結合金１
〜36は、いずれも従来Cu基焼結合金と同等の摩擦係数を
有し、これは相手部材に対する同期特性にすぐれている
ことを示し、また従来Cu基焼結合金に比して一段とすぐ
れた耐摩耗性、強度、および靭性をもつことが明らかで
ある。

上述のように、この発明のCu基焼結合金は、すぐれた
耐摩耗性を有し、かつ高強度おび高靭性を有し、さらに
相手部材に対する同期特性にもすぐれているので、小型
化および軽量化、並びに高出力化が要求される各種機器
の構造部材としての適用に十分に対応することができる
ものであり、しかも実用に際してはすぐれた性能を長期
に亘って発揮するようになるなど工業上有用な特性を有
するのである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Zn:10〜40％、Al:0.3〜６％、 Fe,Ni、およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、酸素:0.03〜１％、 W,Mo、およびCrのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐれた高強度
高靭性Cu基焼結合金。
【請求項２】Zn:10〜40％、Al:0.3〜６％、 Fe,Ni、およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、酸素:0.03〜１％、 W,Mo、およびCrのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、を含有し、さらに、 Mn:0.1〜５％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐれた高強度
高靭性Cu基焼結合金。
【請求項３】Zn:10〜40％、Al:0.3〜６％、 Fe,Ni、およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、酸素:0.03〜１％、 W,Mo、およびCrのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、を含有し、さらに、 Sn:0.1〜４％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐれた高強度
高靭性Cu基焼結合金。
【請求項４】Zn:10〜40％、Al:0.3〜６％、 Fe,Ni、およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、酸素:0.03〜１％、 W,Mo、およびCrのうちの１種または２種以上:0.1〜５
％、を含有し、さらに、 Mn:0.1〜５％、Sn:0.1〜４％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐた高強度高
靭性Cu基焼結合金。