JP5340355B2 - 銅系摺動材料 - Google Patents
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Description
(1)Snの含有量について
銅系摺動材料において、Cu合金マトリクスにSnを含有させることは一般的である。これは、Cu合金マトリクスの強度を強化するためである。Snの含有量が0.5質量%未満では、Cu合金マトリクスの強度を強化する効果が得られず、15質量%を越えると、Cu合金マトリクスが脆くなる。
無機化合物粒子の含有量が0.2質量%未満では、Cu合金マトリクス中に分散した無機化合物粒子の平均粒子間距離が50μmを超えて、無機化合物粒子間に存在するCu合金マトリクスが、無機化合物粒子との熱膨張量の差による影響を受け難くなるため、Cu合金マトリクスの表面全体に酸化膜及び硫化膜が形成し難くなる。一方、無機化合物粒子の含有量が5質量%を超えると、Cu合金マトリクス中に局部的に無機化合物粒子が凝集し易く、無機化合物粒子の平均粒子間距離が50μmを超えて、Cu合金マトリクスの表面全体に酸化膜及び硫化膜が形成し難くなる。
無機化合物粒子の平均粒径が1μm未満では、無機化合物粒子が細か過ぎて、Cu合金マトリクスと無機化合物粒子との熱膨張量の差により、無機化合物粒子の周囲のCu合金マトリクスを構成する金属原子の配列に欠陥(歪み)が生じ難い。このため、潤滑油中に存在する酸素成分及び硫黄成分と反応が起こり難くなり、耐焼付き性が低下する。一方、無機化合物粒子の平均粒径が10μmを超えると、無機化合物粒子と相手軸との接触による発熱量が多くなり、無機化合物粒子の周囲のCu合金マトリクスの欠陥(歪み)量が大きくなる。このため、局所的に酸化膜及び硫化膜が肥厚化し、破壊が生じる。そして、破壊が生じた部分においては、Cu合金マトリクスの金属表面が露出するため、耐焼付き性が低下する。
本発明における無機化合物粒子に対するCu合金マトリクスの真密度の比は、(Cu合金マトリクスの真密度/無機化合物粒子の真密度)の式によって表わされるものであり、この真密度の比が0.6〜1.4となるように構成することで、Cu合金マトリクスと無機化合物粒子との真密度が近く、Cu合金マトリクス中における無機化合物粒子の分散を制御することが可能となる。この真密度の比が0.6〜1.4の範囲から外れる場合、真密度の差が大きくなり、無機化合物粒子が凝集・偏析を生じ易くなる。
本発明における熱膨張係数は、内燃機関用のすべり軸受の使用温度域に相当する温度域として、20〜300℃の温度域での値を使用している。また、無機化合物粒子に対するCu合金マトリクスの熱膨張係数の比は、(Cu合金マトリクスの熱膨張係数/無機化合物粒子の熱膨張係数)の式によって表わされるものであり、この熱膨張係数の比が1.5〜3.0となるように構成することで、Cu合金マトリクスの表面全体に均質な酸化膜及び硫化膜を形成することが可能となる。より好ましくは、熱膨張係数の比が1.9〜2.6の範囲である。この熱膨張係数の比が1.5未満では、無機化合物粒子の周囲しか熱膨張量の差による影響を受けないため、Cu合金マトリクスの表面全体に均質な酸化膜及び硫化膜が形成し難くなる。一方、熱膨張係数の比が3.0を超えると、Cu合金マトリクスの表面全体が歪みを大きく受けるため、酸化膜及び硫化膜が過剰に形成される。このため、酸化膜及び硫化膜が肥厚化し、膜内の応力が高くなることで破壊が生じる。そして、破壊が生じた部分においては、Cu合金マトリクスの金属表面が露出するため、耐焼付き性が低下する。
本発明における無機化合物粒子の平均粒子間距離は、Cu合金マトリクス中に分散した無機化合物粒子の表面と、その粒子が最も近接する他の無機化合物粒子の表面との間の距離の平均値であり、無機化合物粒子間に存在するCu合金マトリクスの平均長さを表わしている。この無機化合物粒子の平均粒子間距離が50μmを超えると、無機化合物粒子間の中央部付近のCu合金マトリクスが、無機化合物粒子との熱膨張量の差による影響を受け難くなるため、Cu合金マトリクスの表面全体に酸化膜及び硫化膜が形成し難くなる。一方、無機化合物粒子の平均粒子間距離については、5μmを下限値としたが、実験で確認した限界値である。なお、無機化合物粒子の平均粒子間距離が5μm未満では、酸化膜及び硫化膜の形成の観点では望ましい状態であるが、原材料を無機化合物粒子とCu合金粉末を機械的に複合化する等の特殊な粉末製造方法や、従来技術に示した連続焼結法以外の製造方法で製造する必要があり、銅系摺動材料が高価になる。
Plus(Version4.5);(株)プラネトロン製等)を用いて測定した。また、図2(a)に示すCu合金層3の断面及び図2(b)に示すCu合金層3の表面のいずれを測定しても無機化合物粒子5の平均粒子間距離の値が変わらないことを確認しているため、Cu合金層3の表面(摺動面)に対して垂直方向の断面から測定したデータを使用している。なお、本実施形態の「平均粒子間距離」は、Cu合金マトリクス4中に局部的に複数の無機化合物粒子5が偏析(凝集)した場合には、各偏析(凝集)部を1つの無機化合物粒子5として測定した。すなわち、無機化合物粒子5の偏析(凝集)部は、複数の無機化合物粒子5の表面が接した状態を意味する。
2 鋼裏金層
3 Cu合金層
4 Cu合金マトリクス
5 無機化合物粒子
6 Cu合金粉末
Claims (5)
- 鋼裏金層及びCu合金層からなる銅系摺動材料であって、前記Cu合金層はSnを0.5〜15質量%、無機化合物粒子を0.2〜5質量%含有し、残部がCu及び不可避不純物からなる銅系摺動部材において、
前記無機化合物粒子の平均粒径が1〜10μm、前記無機化合物粒子に対するCu合金マトリクスの真密度の比が0.6〜1.4、前記無機化合物粒子に対する前記Cu合金マトリクスの熱膨張係数の比が1.5〜3.0を満たし、前記Cu合金マトリクスに分散した前記無機化合物粒子の平均粒子間距離を5〜50μmとしたことを特徴とする銅系摺動材料。 - 前記無機化合物粒子は、金属の炭化物、窒化物、珪化物、ホウ化物の少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1記載の銅系摺動材料。
- 前記Cu合金層は、Bi、Pbからなる群の中から少なくとも1種以上を総量で0.1〜30質量%含有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の銅系摺動材料。
- 前記Cu合金層は、Ni、Zn、Fe、Ag、Inからなる群の中から少なくとも1種以上を総量で0.1〜40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材料。
- 前記Cu合金層は、Pを0.01〜0.5質量%含有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の銅系摺動材料。
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