JP6779600B2

JP6779600B2 - 複層摺動部材

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Publication number: JP6779600B2
Application number: JP2015142524A
Authority: JP
Inventors: 康広白坂; 大野　正人; 正人大野
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Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2020-11-04
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Description

本発明は、鋼板を有した裏金とこの裏金の一方の面に一体的に形成された多孔質焼結合金層とを又はこれらに更に多孔質焼結合金層の孔隙及び一方の面に充填固着されている被覆層を備えた複層摺動部材に関し、更に詳しくは、内燃機関又はトランスミッション等の摺動部において塩素又は硫黄等を含む極圧添加剤を含有する潤滑油の存在下で用いられて好適な複層摺動部材に関する。

鋼板からなる裏金と、この裏金の一方の面に一体的に形成されていると共に青銅、鉛青銅又は燐青銅等の青銅系銅合金からなる多孔質焼結合金層とを具備した複層摺動部材が提案されており（特許文献１から３参照）、この多孔質焼結合金層の耐摩耗性、耐焼付性及びなじみ性を向上させるべく、多孔質焼結合金層に例えば燐、アルミニウム及びビスマス等を添加したりする提案もなされている（特許文献４及び５参照）。

特開昭５０−４３００６号公報特開昭５３−１１７１４９号公報特開平１１−１７３３３１号公報特開平１０−３３０８６８号公報特開２００５−１６３０７４号公報

ところで、複層摺動部材は、多くの異なった条件下、例えば乾燥摩擦条件又は油中若しくは油潤滑条件等の条件下で使用されるが、油中又は油潤滑条件下の使用、特に摩擦面での面圧が高く、油膜の破断に起因する焼付きを生じやすい極圧条件下であって、塩素、硫黄（Ｓ）、燐（Ｐ）等、特に硫黄を含む極圧添加剤を含有する油中又は油潤滑条件下の使用では、複層摺動部材の切削加工による切削面又は摺動面に露出した多孔質焼結合金層の銅（Ｃｕ）と、極圧添加剤として含有されている潤滑油中の硫黄との反応により硫化物（Ｃｕ_２Ｓ、ＣｕＳ等）の生成に伴う青銅系銅合金からなる多孔質焼結合金層に硫化腐食を生じさせ、この生成された硫化物は、多孔質焼結合金層の強度を低下させ、かつ被覆層の摩耗を促進させる。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、硫黄等を含む極圧添加剤を含有する潤滑油の使用条件下においても、硫化腐食の進行を抑えることができると共に摩擦摩耗特性及び耐荷重性に優れた多孔質焼結合金層を備えた複層摺動部材を提供することにある。

本発明の複層摺動部材は、鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合されていると共にニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％及び残部銅からなる多孔質焼結合金層とを具備している。

本発明は、亜鉛と同様に硫化腐食環境下において硫化物の生成を抑制する効果を有するニッケル（Ｎｉ）に着目してなされたものであり、主成分をなす銅（Ｃｕ）に対して所定量のニッケルと燐とを含む多孔質焼結合金層を具備した複層摺動部材では、硫黄等を含む極圧添加剤を含有する潤滑油を用いた油中又は油潤滑条件下においても、多孔質焼結合金層の硫化腐食の進行が極力抑えられ、硫化腐食に起因する硫化物の生成による多孔質焼結合金層の裏金からの脱落が生じない。

本発明の複層摺動部材は、多孔質焼結合金層に低摩擦性を追加するべく、多孔質焼結合金層の孔隙及び一方の面に充填固着されていると共に少なくとも合成樹脂を含む被覆層を更に具備していてもよく、斯かる被覆層を具備している本発明の複層摺動部材では、多孔質焼結合金層からの被覆層の剥離が生じない。

合成樹脂は、好ましい例では、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン樹脂等）、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選択される少なくとも一つの主成分と、ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂、ポリフェニレンスルホン樹脂及びオキシベンゾイルポリエステル樹脂から選択される有機材料からなる少なくとも一つの追加成分とを含んでおり、また、被覆層は、これらに燐酸塩、硫酸バリウム及び固体潤滑剤から選択される少なくとも一つの無機材料を含んでいてもよい。

被覆層のより具体例としては、硫酸バリウム５〜４０質量％、燐酸塩１〜３０質量％、ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂及びポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種又は２種以上の有機材料１〜１０質量％、残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる合成樹脂又はオキシベンゾイルポリエステル樹脂１〜２５体積％、燐酸塩１〜１５体積％、硫酸バリウム１〜２０体積％、残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる合成樹脂、更には、飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステル０．５〜５重量％と、ホホバ油０．５〜３重量％と、残部ポリアセタール樹脂とからなる合成樹脂等を例示することができる。

本発明の複層摺動部材において、多孔質焼結合金層は、裏金の一方の面に一体的に接合されていると共にニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％、錫３〜８質量％及び残部銅からなっていてもよく、斯かる錫は、多孔質焼結合金層の硫化腐食の進行に対する抑制作用を発揮する。

本発明の複層摺動部材において、鋼板は、複層摺動部材の用途に応じて、フェライト系、オーステナイト系又はマルテンサイト系のステンレス（ＳＵＳ）鋼板からなって、裏金の一方の面は、このステンレス鋼板の一方の面であってもよく、また、裏金は、このステンレス鋼板と当該ステンレス鋼板の一方の面を被覆したニッケル皮膜とからなって、裏金の一方の面は、このニッケル皮膜の一方の面であってもよく、更には、裏金は、鋼板としてのＪＩＳＧ３１０１に規定されている一般構造用圧延鋼板（ＳＳ４００等）又はＪＩＳＧ３１４１に規定されている冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）とこの一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板の一方の面を電解ニッケルめっき等で被覆したニッケル皮膜とからなる所謂ニッケルトップ鋼板であって、裏金の一方の面は、このニッケル皮膜の一方の面であってもよく、斯かる裏金のステンレス鋼板は、その両面が通常不働態皮膜によって覆われて、その両面の耐食性が安定に維持されることから、その両面にニッケル皮膜を通常必要としないが、この不働態皮膜は、極薄で壊れやすいため、上記のように、ステンレス鋼板の一方の面には、当該不働態皮膜の補強を目的としてニッケルめっきによるニッケル皮膜が形成されていてもよく、これらのニッケル皮膜の厚さは、概ね３〜５０μｍであることが好ましい。

ステンレス鋼板には、冷間圧延ステンレス鋼板が好適であり、このうち、フェライト系ステンレス鋼板のＪＩＳ鋼種としては、例えば、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４４４及びＳＵＳ４４７Ｊ１等が挙げられ、オーステナイト系ステンレス鋼板のＪＩＳ鋼種としては、例えば、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７及びＳＵＳ３８４等が挙げられ、更に、マルテンサイト系ステンレス鋼板のＪＩＳ鋼種としては、例えば、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４３１及びＳＵＳ４４０Ａ等が挙げられる。

ニッケルは、多孔質焼結合金層の主成分をなす銅と全率固溶であることから、ニッケルが銅中に、また銅がニッケル中に拡散する所謂相互拡散現象による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金（ＣｕＮｉ）を含むマトリックスを多孔質焼結合金層に形成する。この銅−ニッケル合金を含むマトリックスは、多孔質焼結合金層の耐摩耗性、耐荷重性、耐食性及び強度の向上に寄与すると共に硫化腐食の進行を抑制する効果を発揮する。また、ニッケルは、焼結時に裏金の一方の面に拡散してその界面を合金化し、多孔質焼結合金層の裏金の一方の面への接合強度を向上させると共に燐と一部合金化してニッケル−燐合金（ＮｉＰ）の液相を形成し、裏金と親和性の良いニッケル−燐合金が多孔質焼結合金層の裏金の一方の面との界面に介在して、界面でニッケルの拡散による合金化と相俟って多孔質焼結合金層を裏金の一方の面に強固に接合一体化させる作用をなす。更に、ニッケルは、焼結時に銅に拡散する際に多孔質焼結合金層に空隙を形成して多孔性を増大させる効果がある。

ニッケルは、２５質量％未満では、多孔質焼結合金層の耐摩耗性、耐荷重性、耐食性及び強度の向上に十分な効果が発現せず、また硫化腐食の進行を抑制する効果が十分発揮されず、硫化腐食に起因する多孔質焼結合金層の重量減少が発現する虞があり、６０質量％を超えると、多孔質焼結合金層の耐食性は向上するが、多孔質焼結合金層の強度を低下させる虞がある。したがって、多孔質焼結合金層でのニッケルは、２５〜６０質量％、就中２５〜５０質量％含んでいるとよい。

本発明の好ましい例では、多孔質焼結合金層は、銅−ニッケル合金を含むマトリックスと、このマトリックスの粒界に晶出したニッケル−燐合金相とを含んでおり、マトリックスは、少なくともマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）（以下、硬度という）１７０を有しており、ニッケル−燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。

燐は、主成分をなす銅とニッケルの一部と合金化して銅−ニッケル−燐合金としてマトリックスの強度を高めると共に８７５℃付近の温度でニッケル−燐合金の液相を生成して銅−ニッケル合金相を含むマトリックスの粒界に該マトリックスの硬度よりも高い硬度のニッケル−燐合金相を晶出させ、多孔質焼結合金層の耐摩耗性を一層向上させる効果を発揮する。また、燐は、還元力が強いため、裏金の一方の面をその還元作用により清浄化し、ニッケルの裏金の一方の面への拡散による合金化を助長する効果を発揮する。

多孔質焼結合金層において、燐は、２質量％未満では、上記効果が十分発揮されない一方、７質量％を超えるとニッケル−燐合金相のマトリックスの粒界への晶出割合が多くなり、相手材の表面を損傷させる虞がある。したがって、燐は、多孔質焼結合金層に２〜７質量％、就中３〜５質量％含んでいるとよい。

多孔質焼結合金層は、主成分をなす銅に対して、ニッケル及び燐に加えて更に錫を含んでいてもよい。錫は、主成分をなす銅と合金化して銅−錫合金（ＣｕＳｎ）を形成し、焼結を促進して多孔質焼結合金層の地の強度、靭性及び耐摩耗性の向上に寄与すると共にニッケルと同様、硫化腐食の進行に対する抑制作用を発揮する。多孔質焼結合金層において、錫は、３質量％未満では上記効果が十分発揮されず、また８質量％を超えていると、多孔質焼結合金層の孔隙を消失させ、多孔質焼結合金層の孔隙に充填される被覆層の保持力、所謂アンカー効果を低下させる上に、硬い銅−ニッケル−錫の金属間化合物を生成して多孔質焼結合金層の地の強度や靭性を低下させる虞がある。従って、錫は、多孔質焼結合金層に、３〜８質量％、就中５〜７質量％含んでいるとよい。

本発明の複層摺動部材の製造において、多孔質焼結合金層の主成分をなす銅は、銅の単体粉末の形態又は銅−ニッケル合金粉末若しくは銅−燐合金（ＣｕＰ）粉末の形態で用いられてもよく、ニッケルは、主成分をなす銅に対し、通常、銅−ニッケル合金粉末、例えば銅−２０〜４０質量％ニッケルのアトマイズ銅−ニッケル合金粉末の形態で又はニッケルの単体粉末の形態で用いられてもよく、また、燐は、ニッケル−燐合金粉末、例えばニッケル−４質量％燐のアトマイズニッケル−燐合金粉末又は銅−燐合金粉末、例えば銅−１５質量％燐のアトマイズ銅−燐合金粉末の形態で、錫は、錫単体粉末の形態で又は銅−錫合金粉末、例えば銅−１０質量％錫のアトマイズ銅−錫合金粉末の形態で用いられてもよく、更に、銅−ニッケル−燐又は銅−ニッケル−燐−錫が予め所望の含有量となるように、各単体粉末及び合金粉末を適宜組み合わせ、これらを溶解して合金溶湯を作製したのち、当該合金溶湯をガスアトマイズ法により粉末化したアトマイズ銅−ニッケル−燐合金（ＣｕＮｉＰ）粉末又はアトマイズ銅−錫−ニッケル−燐合金（ＣｕＳｎＮｉＰ）粉末の形態で用いられてもよく、このアトマイズ銅−ニッケル−燐合金粉末又はアトマイズ銅−錫−ニッケル−燐合金粉末の形態で使用すると、銅、錫、ニッケルを単体粉末で使用する際の粉末にかたよりを生じて不均一となる所謂偏析を回避できるという利点を有する。

本発明において、好ましくは、多孔質焼結合金層は、概ね０．１〜０．５ｍｍ、就中０．３〜０．４ｍｍの厚さを有しており、被覆層は、０．０２〜０．１ｍｍの厚さを有している。

本発明による複層摺動部材は、平板の滑り板として、また、多孔質焼結合金層を、多孔質焼結合金層に加えて被覆層を備えている場合には、被覆層を内側にして丸曲げした円筒状の巻きブッシュとして使用され得る。

本発明によれば、潤滑油中、特に硫黄等を含む極圧添加剤を含有する潤滑油を用いた油中又は油潤滑条件下においても、多孔質焼結合金層に生じる硫化腐食の生成が低く、かつ硫化腐食の進行を抑制することができ、硫化腐食に起因する硫化物の生成による多孔質焼結合金層の脱落を生じることがなく、また、多孔質焼結合金層に充填固着された被覆層の剥離を生じることがない複層摺動部材を提供することができる。

図１は、本発明の複層摺動部材の実施の形態の好ましい例の縦断面説明図である。図２は、本発明の複層摺動部材の他の実施の形態の好ましい例の縦断面説明図である。図３は、実施例１に基づく多孔質焼結合金層の顕微鏡写真の説明図である。図４は、実施例３に基づく多孔質焼結合金層の顕微鏡写真の説明図である。図５は、実施例５に基づく多孔質焼結合金層の顕微鏡写真の説明図である。図６は、スラスト試験方法を説明するための斜視説明図である。

次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。

まず、図１に示すような本発明に係る複層摺動部材１の製造方法の一例について説明する。

裏金２として、コイル状に巻いてフープ材として提供される厚さ０．３〜１．０ｍｍの連続条片からなるステンレス鋼板を準備する。準備するステンレス鋼板は、必ずしも連続条片に限らず、適当な長さに切断した条片でもよい。

１５０メッシュ（９７μｍ）の篩を通過する電解銅粉末と、２５０メッシュ（６０μｍ）の篩を通過する電解ニッケル粉末と、２００メッシュ（７４μｍ）の篩を通過する銅−２５〜４０質量％ニッケルのアトマイズ銅−ニッケル合金粉末と、３５０メッシュ（４４μｍ）の篩を通過するニッケル−４〜１１質量％燐のアトマイズニッケル−燐合金粉末と、３５０メッシュ（４４μｍ）の篩を通過する銅−１５質量％燐のアトマイズ銅−燐合金粉末と、３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末を準備すると共にこれらの粉末を適宜組み合わせて使用し、配合割合がニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％及び残部銅又はニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％、錫３〜８質量％及び残部銅となるように調整した後、Ｖ型ミキサーに投入し２０〜６０分間混合して混合粉末を作製する。

この混合粉末を裏金２の一方の面に一様な厚さに散布し、これを真空中又は水素ガス、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）、アンモニア分解ガス（ＡＸガス：７５ｖｏｌ％Ｈ_２、２５ｖｏｌ％Ｎ_２の混合ガス）等の還元性雰囲気に調整された加熱炉内で８７０〜９５０℃の温度で５〜１０分間焼結し、この焼結で、裏金２の一方の面にニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％及び残部銅又はニッケル２５〜６０質量％、燐２〜７質量％、錫３〜８質量％及び残部銅を含む多孔質焼結合金層３を一体的に拡散接合した複層摺動部材１を得ることができる。

多孔質焼結合金層３は、硬度（ＨＭＶ）が１７０以上を呈する軟質な銅−ニッケル合金を含むマトリックスと、このマトリックスの粒界に硬度（ＨＭＶ）が６００以上を呈する硬質なニッケル−燐合金相とが分散して晶出していることを顕微鏡により観察した。

斯かる多孔質焼結合金層３に更に図２に示すような被覆層４を備えた複層摺動部材１ａの製造方法の一例について説明する。

硫酸バリウム５〜４０質量％と、燐酸塩１〜３０質量％と、ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂及びポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種又は２種以上の有機材料からなる樹脂１〜１０質量％と残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂とをヘンシェルミキサーで撹拌混合したポリテトラフルオロエチレン樹脂と硫酸バリウムと燐酸塩と有機材料からなる樹脂とを含む混合物１００重量部に対し石油系溶剤を１５〜３０重量部配合し、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の室温転移点以下の温度（１５℃）で混合して合成樹脂を作製し、この作製した合成樹脂を多孔質焼結合金層３の一方の面に散布供給し、合成樹脂の厚さが所定の厚さになるようにローラで圧延して多孔質焼結合金層３の孔隙及び一方の面に合成樹脂を充填固着し、ついで、これを２００〜２５０℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に数分間保持して溶剤を除去した後、乾燥した合成樹脂を所定の厚さになるように３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧下で加圧ローラ処理する。そして、これを加熱炉に導入して３６０〜３８０℃の温度で数分乃至１０数分間加熱して焼成した後、炉から取り出し、再度ローラ処理によって寸法のばらつきを調整し、裏金２の一方の面に一体的に拡散接合された多孔質焼結合金層３の孔隙及び一方の面に充填固着された被覆層４を備えた複層摺動部材１ａとする。

以下、実施例１から８並びに比較例１及び２について説明する。

実施例１
幅１７０ｍｍ及び長さ６００ｍｍに切断した厚さ０．６５ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）からなる裏金２を用いた。

銅粉末５５質量％と、ニッケル粉末２５質量％と、銅−１５質量％燐合金粉末２０質量％とを溶解して得た合金溶湯をガスアトマイズ法により粉末化して得られた合金粉末（ニッケル２５質量％、燐３質量％及び銅７２質量％）からサテライトを減らすべくローラミルを使用して摩砕した後、分級して２００メッシュの篩を通過する合金粉末を作製した。

この合金粉末を、予めトリクレンにて脱脂清浄した裏金２の一方の面に一様な厚さに散布し、これを水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）の還元性雰囲気に調整した加熱炉内で９１０℃の温度で１０分間焼結し、裏金２と、裏金２の一方の面に一体的に拡散接合されていると共に厚さ０．３ｍｍのニッケル２５質量％、燐３質量％及び残部銅からなる多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１における多孔質焼結合金層３は、図３から明らかなように、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックス５の粒界にニッケル−燐合金相６が分散して晶出した組織を呈している。マトリックス５の硬度は、１７４を示し、ニッケル−燐合金相６の硬度は、６２９を示した。

実施例２
実施例１と同様の裏金を用いた。

銅−４０質量％ニッケル合金粉末７５質量％と、銅−１５質量％燐合金粉末２０質量％と、銅粉末５質量％とから実施例１と同様にして銅合金粉末（ニッケル３０質量％、燐３質量％及び銅６７質量％）を作製した。

この銅合金粉末を９００℃の温度で焼結する以外は、実施例１と同様にして、裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１における多孔質焼結合金層３は、実施例１と同様の組織を呈していた。銅−ニッケル合金を含むマトリックスの硬度は、２１４を示し、ニッケル−燐合金相の硬度は、６３０を示した。

実施例３
実施例１と同様のフェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）の両面を含む全面に電解ニッケルめっきによる厚さ２０μｍのニッケル皮膜を施した裏金２を用いた。

銅−２５質量％ニッケル合金粉末８０質量％とニッケル−１１質量％燐合金粉末２０質量％から混合粉末（ニッケル３７．８質量％、燐２．２質量％及び銅６０質量％）を作製した。

フェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）に施されたニッケル被膜のうちのフェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）の一方の面に施されたニッケル皮膜の一方の面をトリクレンにて脱脂清浄し、この脱脂清浄したニッケル皮膜の一方の面に、作製した混合粉末を一様な厚さに散布して実施例２と同様にして裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１において、裏金２のニッケル皮膜の一方の面に一体的に拡散接合された多孔質焼結合金層３は、図４から明らかなように、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックス５の粒界にニッケル−燐合金相６が分散して晶出した組織を呈している。マトリックス５の硬度は、２２２を示し、ニッケル−燐合金相６の硬度は、６３２を示した。

実施例４
実施例３と同様の裏金２を用いた。

ニッケル−８質量％燐合金粉末４３．５質量％と銅粉末５６．５質量％とから混合粉末（ニッケル４０質量％、燐３．５質量％及び銅５６．５質量％）を作製した。

この混合粉末から実施例３と同様にして裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１において、裏金２のニッケル皮膜の一方の面に一体的に拡散接合された多孔質焼結合金層３は、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックスの粒界にニッケル−燐合金相が分散して晶出した組織を呈していた。マトリックスの硬度は、２４３を示し、ニッケル−燐合金相の硬度は、６３３を示した。

実施例５
フェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０）に代えて、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を使用した以外、実施例３と同様の裏金２を用いた。

銅粉末３０質量％と、ニッケル粉末５０質量％と、銅−１５質量％燐合金粉末２０質量％とから実施例１と同様にして銅合金粉末（ニッケル５０質量％、燐３質量％及び銅４７質量％）を作製した。

この銅合金粉末を８９５℃の温度で焼結する以外は、実施例１と同様にして、裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１において、裏金２のニッケル皮膜の一方の面に一体的に拡散接合された多孔質焼結合金層３は、図５から明らかなように、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックス５の粒界にニッケル−燐合金相６が分散して晶出した組織を呈している。マトリックス５の硬度は、２５９を示し、ニッケル−燐合金相６の硬度は、６３６を示した。

実施例６
実施例５と同様の裏金２を用いた。

ニッケル−４質量％燐合金粉末６０質量％と、銅粉末４０質量％とから混合粉末（ニッケル５７．６質量％、燐２．４質量％及び銅４０質量％）を作製した。

この混合粉末から実施例３と同様にして裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１における多孔質焼結合金層３は、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックスの粒界にニッケル−燐合金相が分散して晶出した組織を呈していた。マトリックスの硬度は、２６２を示し、ニッケル−燐合金相の硬度は、６３９を示した。

実施例７
実施例１と同様の裏金２を用いた。

ニッケル−１１質量％燐合金粉末４０質量％と、錫粉末６質量％及び銅粉末５４質量％とから混合粉末（ニッケル３５．６質量％、燐４．４質量％、錫６質量％及び銅５４質量％）を作製した。

この混合粉末から実施例３と同様にして裏金２と多孔質焼結合金層３とを具備した複層摺動部材１を作製した。作製した複層摺動部材１において、裏金２の一方の面に一体的に拡散接合された多孔質焼結合金層３は、ニッケルと銅との相互拡散による焼結が進行して緻密な銅−ニッケル合金を含むマトリックスの粒界にニッケル−燐合金相が分散して晶出した組織を呈していた。多孔質焼結合金層３の錫はマトリックスの銅と合金化して銅−錫合金を形成していた。マトリックスの硬度は、２３７を示し、ニッケル−燐合金相の硬度は、６３３を示した。

実施例８
硫酸バリウム１５質量％、ピロリン酸カルシウム１０質量％、ポリイミド樹脂２質量％、黒鉛０．５質量％及び残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂をヘンシェルミキサー内に供給して攪拌混合し、得られた混合物１００重量部に対し石油系溶剤２０重量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合した合成樹脂を、実施例１と同様の複層摺動部材１の多孔質焼結合金層３の一方の面に散布供給し、ローラで圧延して多孔質焼結合金層３の孔隙および一方の面に合成樹脂を充填固着した。ついで、２００℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持して溶剤を除去した後、乾燥した合成樹脂をローラによって加圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ^２にて圧延し、多孔質焼結合金層３の孔隙及び一方の面に厚さ０．０５ｍｍの被覆層４を形成した後、これを加熱炉で３７０℃、１０分間加熱焼成した後、再度、ローラで加圧処理し、寸法調整およびうねり等の矯正を行なって、裏金２の一方の面に、厚さ０．３ｍｍのニッケル２５質量％、燐３質量％及び残部銅からなる多孔質焼結合金層３が一体的に拡散接合されていると共に多孔質焼結合金層３の孔隙及び一方の面に硫酸バリウム１５質量％、ピロリン酸カルシウム１０質量％、ポリイミド樹脂２質量％、黒鉛０．５質量％及び残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる被覆層４を備えた複層摺動部材１ａを作製した。

比較例１
３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末１０重量％と、１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末９０質量％とをＶ型ミキサーで２０分間混合した混合粉末を、実施例５と同様の裏金２の一方の面に一様な厚さに散布し、これを水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内で８６０℃の温度で１０分間焼結し、裏金２の一方の面に、厚さ０．３ｍｍの錫１０質量％及び残部銅からなる多孔質焼結合金層３が一体的に拡散接合された複層摺動部材１を作製した。

比較例２
比較例１と同様の複層摺動部材１の多孔質焼結合金層３の孔隙及び一方の面に充填固着された厚さ０．０５ｍｍの実施例８と同様の合成樹脂からなる被覆層４を備えた複層摺動部材１ａを作製した。

以上の実施例１から８並びに比較例１及び２の複層摺動部材１及び１ａについて、耐硫化腐食性及び摩擦摩耗特性を試験した。

＜耐硫化腐食性についての試験方法＞
ベースオイルに優れた極圧添加剤、金属腐食防止剤、清浄分散剤等が添加されたギヤオイルとして、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製のエネオスギヤオイルＧＬ−５（商品名）を使用し、このギヤオイルを容器に収容し、１５０℃の温度に保持されたこのギヤオイル中に実施例１から８並びに比較例１及び２の複層摺動部材１及び１ａを５００時間浸漬し、１００時間毎に取出して当該複層摺動部材１及び１ａの多孔質焼結合金層３の質量変化率（％）を測定した。

＜摩擦係数及び摩耗量についての試験条件及び試験方法＞
＜試験条件＞
速度１．３ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）２００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ^２
試験時間２０時間
相手材機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
潤滑油（出光興産社製の商品名「ダフニースーパーマルチオイル＃３２」）中条件
＜試験方法＞
図６に示すように、実施例１から８並びに比較例１及び２の夫々の複層摺動部材１及び１ａから作製された一辺が３０ｍｍの方形状の板状軸受試験片１１を試験台に固定し、相手材となる円筒体１２から板状軸受試験片１１の一方の面１３に、当該面１３に直交する方向Ａの所定の荷重をかけながら、円筒体１２を当該円筒体１２の軸心１４の周りで方向Ｂに回転させ、板状軸受試験片１１と円筒体１２との間の摩擦係数及び２０時間試験後の面１３の摩耗量を測定した。

試験結果を表１から表３に示す。

比較例１の複層摺動部材１は、摩擦係数及び摩耗量についての試験（スラスト試験）において、面圧２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で摩擦係数が０．３６を示したため、それ以上の面圧条件下での試験を中止した。また、実施例８の複層摺動部材１ａにおいては、多孔質焼結合金層３の硫化腐食に起因する被覆層４に剥離等の不具合は観察されなかった。一方、比較例２の複層摺動部材１ａは、極圧添加剤を含むギヤオイル中に１００時間浸漬後、一方の面の被覆層４に硫化腐食による硫化物（ＣｕＳ等）が斑状に生成されていることが観察されたので、それ以上の試験を中止した。

表１及び表２に示す試験結果から、本発明に係る複層摺動部材１及び１ａは、極圧添加剤を含むギヤオイル中への浸漬による耐硫化腐食性の試験において、硫化腐食の進行を抑制することができ、また、面圧が８００ｋｇｆ／ｃｍ^２の高面圧条件下においても優れた摺動特性と、大幅に向上した耐荷重性とを有することが分かる。

１、１ａ複層摺動部材
２裏金
３多孔質焼結合金層
４被覆層

Claims

鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合されていると共にニッケル２５〜５７．６質量％、燐２.２〜３．５質量％及び残部銅からなる多孔質焼結合金層とを具備した複層摺動部材。
鋼板は、フェライト系、オーステナイト系又はマルテンサイト系のステンレス鋼板からなり、裏金の一方の面は、このステンレス鋼板の一方の面である請求項１に記載の複層摺動部材。
鋼板は、フェライト系、オーステナイト系又はマルテンサイト系のステンレス鋼板からなり、裏金は、このステンレス鋼板の一方の面を被覆したニッケル皮膜を更に有しており、裏金の一方の面は、このニッケル皮膜の一方の面である請求項１に記載の複層摺動部材。
鋼板は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板からなり、裏金は、この一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板の一方の面を被覆したニッケル皮膜を更に有しており、裏金の一方の面は、このニッケル皮膜の一方の面である請求項１に記載の複層摺動部材。
多孔質焼結合金層は、銅−ニッケル合金を含むマトリックスと、このマトリックスの粒界に晶出したニッケル−燐合金相とを含んでおり、マトリックスは、少なくともマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）１７０を有しており、ニッケル−燐合金相は、少なくともマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）６００を有している請求項１から４のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
多孔質焼結合金層の孔隙及び一方の面に充填固着されていると共に合成樹脂を含む被覆層を更に具備している請求項１から５のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
合成樹脂は、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選択される少なくとも一つを含んでいる請求項６に記載の複層摺動部材。