JP2726796B2 - 複層摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
複層摺動部材及びその製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ろう材(中間接着層)
を用いて、裏金とCu−Zn系合金層を接合して成る複
層摺動部材及びその製造方法に関する。
を用いて、裏金とCu−Zn系合金層を接合して成る複
層摺動部材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術におけるCu−Zn系合金層を
有する複層摺動部材の製造方法としては、置注鋳造法や
ろう付法等が一般に知られている。置注鋳造法では、C
u−Zn系合金の鋳造は、固液共存温度範囲が狭く、C
u−Sn系やCu−Sn−Pb系と比較すると、巣,亀
裂等の鋳造欠陥が発生し易く、また裏金との安定した接
着を得ることが困難であり、鋳造できる合金系が限定さ
れる難点がある。またろう付方法においても、Cu−Z
n系合金は亜鉛の酸化膜(不動態膜)が、ろう材とのぬ
れ性を阻害し、さらに、高温時には亜鉛の蒸気が発生
し、充分な接着力を確保出来なく、Cu−Zn系合金の
ろう付は困難とされていた。
有する複層摺動部材の製造方法としては、置注鋳造法や
ろう付法等が一般に知られている。置注鋳造法では、C
u−Zn系合金の鋳造は、固液共存温度範囲が狭く、C
u−Sn系やCu−Sn−Pb系と比較すると、巣,亀
裂等の鋳造欠陥が発生し易く、また裏金との安定した接
着を得ることが困難であり、鋳造できる合金系が限定さ
れる難点がある。またろう付方法においても、Cu−Z
n系合金は亜鉛の酸化膜(不動態膜)が、ろう材とのぬ
れ性を阻害し、さらに、高温時には亜鉛の蒸気が発生
し、充分な接着力を確保出来なく、Cu−Zn系合金の
ろう付は困難とされていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のろう付方法及び
この方法により製造された複層摺動部材では、Cu−Z
n系合金とろう材のぬれ性が悪く、ブローホールならび
にハナレ等の欠陥が発生し接着力も非常に低いという問
題点があった。本発明は、前述の問題点を解消するもの
であり、さらに詳しく述べるならば、Cu−Zn系合金
とろう材とのぬれ性を改善し、さらに、高温時における
亜鉛の蒸気の発生を防止することによって、ハナレまた
はブローホール等の欠陥がなく、しかも、優れた接着力
を有する複層摺動部材とその製造方法を提供することを
目的とする。
この方法により製造された複層摺動部材では、Cu−Z
n系合金とろう材のぬれ性が悪く、ブローホールならび
にハナレ等の欠陥が発生し接着力も非常に低いという問
題点があった。本発明は、前述の問題点を解消するもの
であり、さらに詳しく述べるならば、Cu−Zn系合金
とろう材とのぬれ性を改善し、さらに、高温時における
亜鉛の蒸気の発生を防止することによって、ハナレまた
はブローホール等の欠陥がなく、しかも、優れた接着力
を有する複層摺動部材とその製造方法を提供することを
目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願発明の複層摺動部材
は、裏金とCu−Zn系合金層を有するろう付接合複層
摺動部材において、Cu−Zn系合金層とろう材の間に
Ni,Cu−Zn系合金及びろう材の拡散混在層を有
し、該拡散混在層のNi含有量が10%以上であって、
その厚さが5μm−300μmであることを特徴とす
る。本発明の方法は、裏金とCu−Zn系合金層を有す
る複層摺動部材の製造に際し、予めCu−Zn系合金層
の裏金との接合面に、Niメッキを施した後、裏金との
接合面にろう材を介して加熱加圧条件下にて、裏金と接
合することを特徴とする。さらに、必要に応じて、より
安定した接合を目的として、裏金のCu−Zn系合金層
との接合面にも、Niメッキを施してもよい。また前記
Cu−Zn系合金層または裏金に付与されるNiメッキ
の厚さは、0.5〜20μmとすることが好ましい。前
記記載のCu−Zn系合金層のZn含有量は重量%で4
〜40%の範囲にあることが好ましい。本発明のろう材
は、銀ろうであることが好ましく、裏金は、炭素鋼,合
金鋼,ステンレス鋼,鋳鉄,鋳鋼,あるいは鍛鋼である
ことが好ましい。
は、裏金とCu−Zn系合金層を有するろう付接合複層
摺動部材において、Cu−Zn系合金層とろう材の間に
Ni,Cu−Zn系合金及びろう材の拡散混在層を有
し、該拡散混在層のNi含有量が10%以上であって、
その厚さが5μm−300μmであることを特徴とす
る。本発明の方法は、裏金とCu−Zn系合金層を有す
る複層摺動部材の製造に際し、予めCu−Zn系合金層
の裏金との接合面に、Niメッキを施した後、裏金との
接合面にろう材を介して加熱加圧条件下にて、裏金と接
合することを特徴とする。さらに、必要に応じて、より
安定した接合を目的として、裏金のCu−Zn系合金層
との接合面にも、Niメッキを施してもよい。また前記
Cu−Zn系合金層または裏金に付与されるNiメッキ
の厚さは、0.5〜20μmとすることが好ましい。前
記記載のCu−Zn系合金層のZn含有量は重量%で4
〜40%の範囲にあることが好ましい。本発明のろう材
は、銀ろうであることが好ましく、裏金は、炭素鋼,合
金鋼,ステンレス鋼,鋳鉄,鋳鋼,あるいは鍛鋼である
ことが好ましい。
【0005】
【作用】本願発明の複層摺動部材では、Cu−Zn系合
金層とろう材との間に拡散混在層が存在し、該拡散混在
層は10重量%以上のNiと、Cu−Zn系合金の成分
と、ろう材の成分とが混在した層であり且つ5−300
μmの範囲の厚さを有することによって、拡散混在層の
強度が増大しろう付接合による接着力を増加する効果が
得られる。拡散混在層の厚さが5μm未満では接着力が
小さく不可であり、また拡散混在層の厚さが300μm
を越えても接着力を増加する効果は増大せずコストが上
昇する。よって拡散混在層は5−300μmの範囲の厚
さを有するべきである。また拡散混在層のNi含有量が
10%未満では接着力が小さくなるので、拡散混在層の
Ni含有量は10%以上とすべきである。本発明の方法
は、裏金とCu−Zn系合金層とのろう付接合方法にお
いて、事前にCu−Zn系合金層の裏金との接合面にN
iメッキ層を形成し、該裏金の接合面と前記Cu−Zn
系合金層の接合面との間にろう材を介在設置させ、これ
ら裏金ならびにCu−Zn系合金層を加熱加圧条件下に
てろう付することにより、優れた接着力を有する複層摺
動部材を提供できる。ここで本発明の方法における限定
理由について記す。 (1) Niメッキ厚さ:0.5〜20μm Niメッキは、Cu−Zn系合金の酸化皮膜の影響(ぬ
れ性を阻害する)をなくし、ろう材とのぬれ性を向上さ
せるとともに、高温時の亜鉛の蒸気の発生を防止するこ
とによって、密着強度を向上する。また、裏金へのNi
メッキをすることにより、ろう材とのぬれ性をさらに向
上し、Cu−Zn系合金との接着をより安定したものに
することが可能となる。Niメッキの厚さが0.5μm
未満では、上記の効果がなく、また、20μmを越えて
もその効果は変わりないが、メッキ時間が長くかかりコ
ストアップにつながる。好ましくは、2〜15μmであ
る。 (2) Cu−Zn系合金の亜鉛の重量%:4〜40% Zn含有量4%以下のCu−Zn系合金層は、Niメッ
キ層を必要とせずに容易に接着が可能であるが、摺動層
として摺動特性が劣る。Znの含有量が40%を越える
と、γ相の脆い化合物が晶出し、摺動材料としては実用
性がない。 (3) ろう材:銀ろう(BAg系) 銀ろう材は、Niが拡散し易く接着性に優れ、しかも比
較的融点が低く、操業性に優れる。また、裏金(炭素
鋼,合金鋼,ステンレス鋼等)との接着性にも優れる。
金層とろう材との間に拡散混在層が存在し、該拡散混在
層は10重量%以上のNiと、Cu−Zn系合金の成分
と、ろう材の成分とが混在した層であり且つ5−300
μmの範囲の厚さを有することによって、拡散混在層の
強度が増大しろう付接合による接着力を増加する効果が
得られる。拡散混在層の厚さが5μm未満では接着力が
小さく不可であり、また拡散混在層の厚さが300μm
を越えても接着力を増加する効果は増大せずコストが上
昇する。よって拡散混在層は5−300μmの範囲の厚
さを有するべきである。また拡散混在層のNi含有量が
10%未満では接着力が小さくなるので、拡散混在層の
Ni含有量は10%以上とすべきである。本発明の方法
は、裏金とCu−Zn系合金層とのろう付接合方法にお
いて、事前にCu−Zn系合金層の裏金との接合面にN
iメッキ層を形成し、該裏金の接合面と前記Cu−Zn
系合金層の接合面との間にろう材を介在設置させ、これ
ら裏金ならびにCu−Zn系合金層を加熱加圧条件下に
てろう付することにより、優れた接着力を有する複層摺
動部材を提供できる。ここで本発明の方法における限定
理由について記す。 (1) Niメッキ厚さ:0.5〜20μm Niメッキは、Cu−Zn系合金の酸化皮膜の影響(ぬ
れ性を阻害する)をなくし、ろう材とのぬれ性を向上さ
せるとともに、高温時の亜鉛の蒸気の発生を防止するこ
とによって、密着強度を向上する。また、裏金へのNi
メッキをすることにより、ろう材とのぬれ性をさらに向
上し、Cu−Zn系合金との接着をより安定したものに
することが可能となる。Niメッキの厚さが0.5μm
未満では、上記の効果がなく、また、20μmを越えて
もその効果は変わりないが、メッキ時間が長くかかりコ
ストアップにつながる。好ましくは、2〜15μmであ
る。 (2) Cu−Zn系合金の亜鉛の重量%:4〜40% Zn含有量4%以下のCu−Zn系合金層は、Niメッ
キ層を必要とせずに容易に接着が可能であるが、摺動層
として摺動特性が劣る。Znの含有量が40%を越える
と、γ相の脆い化合物が晶出し、摺動材料としては実用
性がない。 (3) ろう材:銀ろう(BAg系) 銀ろう材は、Niが拡散し易く接着性に優れ、しかも比
較的融点が低く、操業性に優れる。また、裏金(炭素
鋼,合金鋼,ステンレス鋼等)との接着性にも優れる。
【0006】
【実施例】始めに所定厚さの裏金と、ろう材と、Niメ
ッキ付Cu−Zn系合金をNiメッキ付面がろう材面と
重なるようにして積層し、Cu−Zn系合金表面に加圧
用の重しをのせ730℃で1時間炉内に保持し本願発明
の複層摺動部材を製作した。図1は複層摺動部材の断面
を示し、1は裏金、2はろう材、3は拡散混在層、4は
Cu−Zn系合金層である。次に本発明の複層摺動部材
のCu−Zn系合金層と裏金との接着強度を調査するた
め本発明の複層摺動部材に対応する以下の試験片を作成
した。即ち裏金はJISに定められるS10C(機械構
造用炭素鋼),SCM435(機械構造用合金鋼),F
CD500(球状黒鉛鋳鉄),SUS304(ステンレ
ス鋼)を機械加工にて、外径38mm,高さ40mmの
円柱状とした。また、一部のものについては、合金との
接合部表面となる裏金表面にNiメッキを行った。接合
するCu−Zn系合金は、外径38mm,高さ5mmの
円柱状とし、しかる後に、裏金との接合部表面となるC
u−Zn系合金面にNiメッキを行った。表1に裏金成
分を示し、表2に合金成分を示す。接合材となるろう材
は、BAg−2種の0.2mm厚のシートを用いた。そ
の成分を表3に示す。裏金4、ろう材3、合金層2、加
圧用の重し1(1kg)を図2に示すようにセットした
後、炉内に挿入し所定温度まで加熱・保持(730℃×
1時間)後、プレスにて加圧した。しかる後に、機械加
工により外径を仕上げ、接着界面の超音波探傷と外周切
削面の染色探傷を行い、接着状況を確認するとともに、
そのサンプルより図4に示す長さ16mmの試験片を作
成し、図3に示す試験用治具にて接合面5に平行なW方
向に荷重を付与し接合部での剪断接着強度を測定した。
また顕微鏡にて、断面組織を観察し拡散混在層の厚さを
測定した。表4に本実施例に基づき作製された本発明
品,表5に従来品の製造条件および結果を示し、図2に
組み付け状況を示す。なお、前述されたNiメッキ,銅
合金,裏金,加熱,加圧方法は、前記実施例のものに限
定されるものではない。
ッキ付Cu−Zn系合金をNiメッキ付面がろう材面と
重なるようにして積層し、Cu−Zn系合金表面に加圧
用の重しをのせ730℃で1時間炉内に保持し本願発明
の複層摺動部材を製作した。図1は複層摺動部材の断面
を示し、1は裏金、2はろう材、3は拡散混在層、4は
Cu−Zn系合金層である。次に本発明の複層摺動部材
のCu−Zn系合金層と裏金との接着強度を調査するた
め本発明の複層摺動部材に対応する以下の試験片を作成
した。即ち裏金はJISに定められるS10C(機械構
造用炭素鋼),SCM435(機械構造用合金鋼),F
CD500(球状黒鉛鋳鉄),SUS304(ステンレ
ス鋼)を機械加工にて、外径38mm,高さ40mmの
円柱状とした。また、一部のものについては、合金との
接合部表面となる裏金表面にNiメッキを行った。接合
するCu−Zn系合金は、外径38mm,高さ5mmの
円柱状とし、しかる後に、裏金との接合部表面となるC
u−Zn系合金面にNiメッキを行った。表1に裏金成
分を示し、表2に合金成分を示す。接合材となるろう材
は、BAg−2種の0.2mm厚のシートを用いた。そ
の成分を表3に示す。裏金4、ろう材3、合金層2、加
圧用の重し1(1kg)を図2に示すようにセットした
後、炉内に挿入し所定温度まで加熱・保持(730℃×
1時間)後、プレスにて加圧した。しかる後に、機械加
工により外径を仕上げ、接着界面の超音波探傷と外周切
削面の染色探傷を行い、接着状況を確認するとともに、
そのサンプルより図4に示す長さ16mmの試験片を作
成し、図3に示す試験用治具にて接合面5に平行なW方
向に荷重を付与し接合部での剪断接着強度を測定した。
また顕微鏡にて、断面組織を観察し拡散混在層の厚さを
測定した。表4に本実施例に基づき作製された本発明
品,表5に従来品の製造条件および結果を示し、図2に
組み付け状況を示す。なお、前述されたNiメッキ,銅
合金,裏金,加熱,加圧方法は、前記実施例のものに限
定されるものではない。
【0007】
【発明の効果】本発明のろう付方法は、Cu−Zn系合
金層の裏金との接合面にNiメッキを施すことにより、
ろう材とのぬれ性を改善するとともに、高温時における
亜鉛の蒸気の発生を防止できることを見出し、従来接着
(鋳造,ろう付)不可能とされていたCu−Zn系合金
層を接着可能とした。またCu−Zn系合金層とろう材
との間に拡散混在層が存在し、該拡散混在層は10重量
%以上のNiと、Cu−Zn系合金の成分と、ろう材の
成分とが拡散混在した層であり且つ5−300μmの範
囲の厚さを有することによって、拡散混在層の強度が増
大しろう付け接合による接着力を増加する効果が得られ
る。以下に表を示す。
金層の裏金との接合面にNiメッキを施すことにより、
ろう材とのぬれ性を改善するとともに、高温時における
亜鉛の蒸気の発生を防止できることを見出し、従来接着
(鋳造,ろう付)不可能とされていたCu−Zn系合金
層を接着可能とした。またCu−Zn系合金層とろう材
との間に拡散混在層が存在し、該拡散混在層は10重量
%以上のNiと、Cu−Zn系合金の成分と、ろう材の
成分とが拡散混在した層であり且つ5−300μmの範
囲の厚さを有することによって、拡散混在層の強度が増
大しろう付け接合による接着力を増加する効果が得られ
る。以下に表を示す。
【0008】
【表1】
【0009】
【表2】
【0010】
【表3】
【0011】
【表4】
【0012】
【表5】
【図1】本発明の複層摺動部材の断面を示す図。
【図2】本発明の複層摺動部材を構成する各層の組み付
け状況を示す図。
け状況を示す図。
【図3】本発明の複層摺動部材の接着強度試験の状態を
示す図。
示す図。
【図4】接着強度試験に使用した試験片の形状を示す
図。
図。
1 重し 2 合金層 3 ろう材 4 裏金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16C 33/12 7123−3J F16C 33/12 A (56)参考文献 特開 平3−254377(JP,A) 特開 平3−470(JP,A) 特開 平5−38567(JP,A) 特開 平5−38568(JP,A) 米国特許5466538(US,A)
Claims (8)
- 【請求項1】 裏金とCu−Zn系合金層を有するろう
付接合複層摺動部材において、Cu−Zn系合金層とろ
う材の間にNi,Cu−Zn系合金及びろう材の拡散混
在層を有し、該拡散混在層のNi含有量が10%以上で
あって、その厚さが5μm−300μmであることを特
徴とする複層摺動部材。 - 【請求項2】 裏金とCu−Zn系合金層を有する複層
摺動部材の製造に際し、予めCu−Zn系合金層の裏金
との接合面に、Niメッキを施した後、裏金との接合面
にろう材を介して加熱加圧条件下にて、裏金とCu−Z
n系合金層とを接合することを特徴とする複層摺動部材
の製造方法。 - 【請求項3】 前記請求項2記載のCu−Zn系合金層
の裏金との接合面へのNiメッキの厚さが、0.5〜2
0μmであることを特徴とする複層摺動部材の製造方
法。 - 【請求項4】 前記請求項2または請求項3記載の裏金
のCu−Zn系合金層との接合面に、Niメッキを施す
ことを特徴とする複層摺動部材の製造方法。 - 【請求項5】 前記請求項4記載の裏金のCu−Zn系
合金層との接合面へのNiメッキの厚さが0.5〜20
μmであることを特徴とする複層摺動部材の製造方法。 - 【請求項6】 前記請求項2から請求項5までのいずれ
か一項に記載のCu−Zn系合金層のZn重量%が、4
〜40%の範囲であることを特徴とする複層摺動部材の
製造方法。 - 【請求項7】 前記請求項2から請求項6までのいずれ
か一項に記載のろう材が、銀ろうであることを特徴とす
る複層摺動部材の製造方法。 - 【請求項8】 前記請求項2から請求項7までのいずれ
か一項に記載の裏金が、炭素鋼,合金鋼,ステンレス
鋼,鋳鉄,鋳鋼,鍛鋼であることを特徴とする複層摺動
部材の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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