JPH01108304A - 複層からなる焼結摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属混合粉末の焼結及び鋼板への拡散接合を
同時に行わしめることを特徴とする複層からなる焼結摺
動部材の製造方法に係わる。

［従来の技術］ 従来、複層焼結摺動部材は、金属混合粉末を鋼板上に散
布し、しかる後に一次圧延、−次焼結。

二次圧延及び二次焼結（接合工程）、或いは、−次焼結
、−次圧延及び二次焼結（接合工程）という複数の工程
を経て製造されていたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記従来の方法によると、複層焼結層動部材を製造する
ために複数の工程を必要とし繁雑であるばかりか、焼結
工程へ移動する間に、鋼板上に散布された金属混合粉末
が移動に伴って発生ずる振動を受けるため、該金属混合
粉末の厚み及び密度等の′Ｊ４ｍを細かくすることがで
きないという欠点を有するものであった。

更に、金属混合粉末が黒鉛を含有する場合には、上記振
動によって、見掛は密度の違いに起因する各金属粉末の
流動度の差異が黒鉛の偏析を発生させ、）ｆｆ動特性に
悪影響を及ぼしていたちのである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討の結
宋、粉末結合剤水溶液を金属混合粉末に添加し均一な混
合物を作製し、これを圧延シートに成形し、該圧延シー
トを鋼板上に重ね合せたものを焼結プることによって、
従来の欠点を解決できることを見出だし本発明に至った
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は、重伍比で錫４−１０％、ニッケル１０
−４０％、燐０．１−４％、黒鉛３−１０％、鉄０−５
０％、マンガン０−２５％及び残部銅からなる混合粉末
に粉末結合剤の１−１５重伍％水溶液を該混合粉末に対
しｏ、ｉ−ｓ、ｏ重量％添加し均一混合して原料粉末と
し、該原料粉末を圧延ロールに供給して圧延シートを成
形し、該圧延シートを適当な大きざに切断し、切断した
圧延シートを鋼板と重ね合せ、これを還元性雰囲気もし
くは真空中で８７０−１１５０℃の温度で０．１−５．
０１Ｊｆ／ｃｉの圧力下２０−１２０分間焼結して、該
圧延シートの焼結と該鋼板への拡散接合を同時に行わし
めることを特徴とする複層からなる焼結ｍｖＪ部材の製
造方法を提供−するものである。

本発明に於いて、粉末結合剤として使用できるものとし
ては、とドロキシブＤビルセルロース（ＨＰＣ＞、ポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）。

カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエ
チルセルロース（ＨＥＣ）、メチルセルロース（ＭＯ）
、ゼラチン、アラビアゴム及びスターチなどを挙げるこ
とができる。このなかでは、ＮＰＣが好ましい。

粉末結合剤の溶媒として、水以外に、エチルアルコール
等の親水性化合物の５−２０　重量％の水溶液を使用す
ることもできる。該水溶液を使用した場合は黒鉛粉に対
するぬれ性の点で好ましい。

粉末結合剤は上記溶媒に対して１−１５重量％加えて水
溶液とするのが好ましい。

該粉末結合剤水溶液の添加量は金属混合粉末に対して、
ｏ、１−５．ｏｉｆｉ％が好ましい。これ以上の儀を添
加すると焼結体組織中に制御できないボアが増加し、得
られた摺動部材の強度及び耐摩耗性を低下させるからで
ある。

原料粉末はコンベア及びホッパーによって圧延ロールに
供給することができる。

原料粉末の圧延は、双ロールを有する通常の横型圧延機
を使用することができる。圧延シー１〜の密度及び厚さ
は圧延荷重によって調節でき、一方、圧延荷重はロール
速度及びロール間隔に依存している。従って、ａ−ル速
度及びロール間隔を変えることで圧延シートの密度及び
厚さを調節することが可能である。例えば、ロール速度
を０．１−１．０ＩＩ１分どして、ロール間隔を０．４
−１．０　ｔｍとすると、密度的５．４８−６．１２ｇ
／ｃｊｉ、厚さＬ３８−１．８３ｓ＋の圧延シートが得
られる。尚、本発明方法によれば、５履以上の厚さを有
する圧延シートを成形することも可能である。

圧延シートは使用目的に応じて切断機等を用いて適当な
大きさに切断する。複数枚の該圧延シートを鋼板上に重
ね合せることもできる。

焼結時の温度、圧力及び時間は焼結体の密度及び灘械的
強度並びに該焼結体と鋼板との接合強度に影響を及ぼす
。

本発明の圧延シートの焼結に於いては、２３２℃から錫
の液相が生成し、更に８７５℃付近からニッケル・燐合
金（旧３Ｐ）を主体とする液相が生成して焼結が進行す
るため、いわゆる固相焼結とは異なる状況を呈する。す
なわち、焼結温度を上げると液相量が増加し焼結全体と
しての密度が上昇するいわゆる緻密化現象を示す。しか
しながら、焼結組織に於ける温度上昇はマトリックス粒
子を粗大化させると共に焼結ボアの不連続化及び増大を
もたらす。この大きなボアは引張応力を受けた際に応力
集中を引起こし易く、このため摩耗率を含めた機械的強
度は全体として低下する（第１図参照）。従って、本発
明の焼結温度は８７Ｇ−１１５０℃、好ましくは９００
−１０００℃である。

焼結時の圧力の上昇に伴い、焼結組織の密度は増加し鋼
板との接合強度も向上するが、焼結中に生成しだ液相が
上下からの単純圧力により焼結体外部に排出され、次第
に液相ｍの少ない特異な粗織を呈するようになる。この
ような状態に至ると組織中に液相、即ち、金属間化合物
である硬いＮｉ３　Ｐ　４１が低下するため、全体的に
焼結層の硬度が低下し機械的強度も低下する（第２図参
照）。

従って、本発明の焼結時の圧力は０．１−５．０　Ｋｇ
　ｒ／ｃｄ　。

好ましくは０．５−３．０　Ｋｙｆ／ａｉとすることが
できる。

焼結時間は焼結温度はど敏感に焼結組織に影響を及ぼさ
ないが、焼結温度とほぼ同様の傾向を示す。焼結温度及
び焼結時間が焼結層の機械的強度に及ぼす影響に関して
は以下の表を参照することができる。

表 スラスト＊１ｇ試験 試験片ニー辺３５ａｍ＋、　厚す６．５５１ｇ、速ａ：
　１１．４ｅ／分。

相手材：　５４５Ｃ（構造用炭素鋼） 本発明に於ける焼結時間は２０−１２０分、好ましくは
３０−９０分とすることができる。

尚、本発明方法で製造された複層焼結摺動部材に含油さ
せて使用することも可能である。

本発明において、焼結合金層を構成する錫は主成分をな
す銅と合金化して青銅を形成し、焼結合金層の地の強度
、靭性、機械的強度および耐摩耗性の向上に寄与すると
ともに、後述するニッケルとともに焼結合金層の多孔性
を増大せしめる効果を有する。そして、その混入量が４
重量％以下では上述した効果が十分発揮されず、また１
ｏ１１％を越えて混入すると焼結性に悪影響を及ぼす。

したがって、錫の混入量は４〜１０重量％、就中５〜８
重量％が適当である。

ニッケルは主成分をなす銅に拡散して耐摩耗性ならびに
地の強度向上に寄与する。ニッケルは焼結時に鋼板表面
に拡散してその界面を合金化し、焼結合金層の鋼板への
密着強度を増大させるとともに、後述する燐と一部合金
化してニッケル・燐合金を形成し、銅と親和性の良いニ
ッケル・燐合金が焼結合金層と鋼板との界面に介在して
、界面で上記ニッケルの拡散による合金化と相俟って焼
結合金層を鋼板に強固に京看一体化させる作用をなす。

さらに、ニッケルは焼結時に銅に拡散するさい焼結合金
層に空隙を形成して多孔性を増大させる効果がある。そ
して、その混入１が１０重量％以下では上述した効果が
得られず、また４０重Ｍ％を超えて混入しても上述した
効果に顕著な差が現われないため、その上限を４０重量
％とした。したがって、ニッケルの混入量は１０〜４０
重研％が適当である。

燐は主成分をなす銅と、また成分中のニッケルと一部合
金化して地の強度を高めるとともに耐１！！耗性の向上
に寄与する。燐は還元力が強いため、鋼板表面をその還
元作用により清浄化し、前述したニッケルの鋼板表面へ
の拡散による合金化を助長する効果がある。なお、ニッ
ケル・燐合金の効果については前述したとおりである。

そして、その混入量は０．１〜４重Ｒ％が適当である。

黒鉛は自己潤滑性を付与するためには、少なくとも３重
量％以上の混入ｍを必要とするが、混入量を増して、た
とえば１０重量％を超えて混入すると圧粉体の焼結性お
よび鋼板表面との密着性の点で問題となる。従って、黒
鉛混入量は３−１０重♀％、好ましくは５−８１１％で
ある。

鉄は主成分をなす銅と固溶しないが合金中に分散して、
とくに地の強度を高める効果、及び焼結時に銅が鉄に拡
散する際、焼結体の多孔性を増大させる効果がある。こ
の多孔性を増大させる効果は含油摺動部材とした場合有
効となる。また、−般に鉄は燐の存在下において燐と合
金化して硬い鉄〜燐合金を析出する傾向を示すが、本発
明においては成分中のニッケルがその合金化を抑制する
作用を発揮するため、５０重量％までの比較的多量の鉄
の混入が可能となる。

本発明において、マンガンは主成分をなす銅あるいは銅
および鉄に拡散して耐摩耗性をあげ、地の強度向上に寄
与づる。また焼結中に銅およびニッケルに速やかに拡散
して合金化する過程で焼結体を膨張せしめ、該焼結体の
多孔質化に寄与する。

しかし、マンガンは燐−ニッケル（Ｎｉ３Ｐ）合金によ
る液相と反応し、液相の融点を高める性質があるため多
聞の添加は焼結体の緻密化を阻害することになる。

したがって、マンガンの添加予は０〜２５重酪％が適当
である。

［発明の効果］ 本発明方法は、圧延シートの焼結と鋼板への拡散接合を
同時に行わしめることを特徴とするものである。本発明
方法は、金属混合粉末に粉末結合剤の１−１５重示％水
溶液を均一混合させた原料粉末の圧延シートを予め成形
し、これを鋼板と重ね合せた後焼結することによって、
従来の複層焼結摺動部材の製造方法の場合にみられたよ
うな複数の圧延・焼結工程を経ずとも、極めて簡紫な工
程によって″ｆ１１層焼結摺動部材を製造し得たもので
ある。

本発明方法に於いては、混合粉末に粉末結合剤を加えて
シート状にすることで、混合粉末を鋼板にのせたまま移
動することに起因する黒鉛の偏析を防ぐことができたも
のである。また、前記のように、圧延ロールの速度及び
間隔を変えることで、焼結体の厚さ及び密度を自由に調
節することが可能になり、生産性も従来の方法に比べ格
段に高くなったものである。

以下、実施例により本発明を詳説する。

１１五−ユ １５０メツシユの電解銅粉４７重量％、２５０メツシユ
のニッケル粉２８ｆｆｉ　ｆｉ１％、２５０メツシユの
噴霧錫粉８重量％、２４０メツシユの還元鉄粉５重量％
。

３５０メツシユの燐銅合金粉（Ｃｕ−１ＳＰ）　７重量
％（銅：５３％、ニッケル：２８％、ａ！８％、鉄５％
、燐：１％）をＶ型ミキサーで２０分子ｆｉ１混合した
後、４８−２５０メツシユの天然黒鉛５重間％を添加し
再度■型ミキサーで５分間混合した。該混合粉末に、５
重量％ＨＰＣ７に溶液（ＨＰ　０１００ｇ、エチルアル
コール１２〇−及び水１７８０ａｆりを混合粉末重量に
対して０．５％添加し５分間■型ミキサーで均一混合し
、原料粉末とした。該原料粉末を直径６０３　ＩＭＲの
双ロールを持つ横型圧延ロールにロール間隔０．１．　
、ロール速度０．３ｍ／分の条件下でとおし、密度６．
２５　Ｑ／ｌｉ。

厚さ１．４８ｍｍからなる圧延シートを成形した。これ
を幅１７０ａｗ長さ６００．に切断し、幅１７０１１１
１１．長さ６００ｇｗ、厚さ５履のＪＩＳ−Ｇ−３１０
１（−膜構造用圧延鋼材）の鋼板上に２枚重ね合せて９
４０℃、４０分間アンモニア分解ガス雰囲気中で圧力０
．５　ＫＮ／ｃｒＡをかけながら、圧延シートの焼結と
同時に鋼板との拡散・接合を行わしめ、焼結体と鋼板と
を一体化して複層からなる焼結摺動部材を製造した。焼
結層の密度は５．５σ／ｃｄであった。該部材を用途に
応じて任意の形に切断加工したのち、含油処理を施して
（含油率２６容但％）摺動材料として使用した。

該摺動材料を機械加工し一辺３５ｍ＋、厚さ６．　ｓ、
、の試験片を作製し、これをスラストＪＩ擦試験機（摩
擦速度１１．４鵬／分、相手材５４５Ｃ：外径３０＃１
１！＝内径２０Ｍ＝高さ２０履）にかけて耐荷重値を測
定したところ、１６３　Ｋｌｆ／ａｌという結果がえら
れた。

支１五−ユ １５０メツシユの電解銅粉５２重重囲、２５０メツシュ
のニッケル粉２Ｂ＠ＰＪ％、２５０メツシュの噴ｆａ銅
粉８重量％、３５０メツシュの燐銅合金粉（Ｃｕ−１Ｓ
Ｐ）７ｆ１１ｉｆｆｉ％を■型ミキサーで２０分間混合
した後、４８−２５０メツシユの天然黒鉛５重社％を添
加し再度Ｖ型ミキサーで５分間混合した。該混合粉末に
、５重量％ＨＰＣ水溶液（ＨＰ　Ｃ１ｏｏｇ、エチルア
ルコール１２０ｄ及び水１７８０ｄ　）を混合粉末重量
に対して０，５％添加し５分間Ｖ型ミキサーで均一混合
し、原料粉末とした。該原料粉末を直径６０３　ｍの双
ロールを持つ横型圧延ロールにロール間隔０１１！ＩＩ
！、ロール速度０．３ＴｒＬ／分の条件下でとおし、密
度６．４５Ｑ／ｃｄ、厚さ１．６０ｍｍからなる圧延シ
ートを成形した。

これを幅１７０ｓＩ長さ６００ａｓ＋に切断し、幅１７
０ｊｌ１１゜長ざ　６００１Ｘｆｆｉ、厚さ５ＩＩＩＩ
ＩのＪＩＳ−Ｇ−３１０１の鋼板上に１枚重ね合せて９
４０℃、　４０分間アンモニア分解ガス雰囲気中で圧力
０．５　Ｋｙｆ／ａｉをかけながら、圧延シートの焼結
と同時に鋼板との拡散・接合を行わしめ、焼結体と鋼板
とを一体化して複層からなる焼結摺動部材を製造した。

焼結層の密度は５．７σ／ｃｄであった。該部材を用途
に応じて任意の形に切断加工したのち、含油処理を施し
て（含油率２４容Ｍ％）摺動材料として使用した。

該摺動材料を機械加工し一辺３５ａｌｌ厚さ６．５＃の
試験片を作製し、これをスラストｌ！Ｊ擦試験機（摩擦
速度１１．４ｒａ１分、相手材３４５Ｃ：外径３０Ｈ：
内径２０姻：高さ２０ｍ）にかけて耐荷重値を測定した
ところ、１４３に９ｆ／ｌ−ｄであった。

実施例　３ １５Ｇメツシユの電解銅粉２８重但％、２５０メツシュ
のニッケル粉２０重量％、２５０メツシｌの噴霧錫粉５
重囲％、３００メツシュの還元鉄粉３２重ω・％。

２００メツシユの燐銅合金粉（Ｃｕ−１ＳＰ）１０川澁
％をＶ型ミキサーで２０分ｌＦ！ｌ混合した後、４８−
２５０メツシユの天然黒鉛５重量％を添加し再度Ｖ型ミ
キサーで５分間混合した。該混合粉末に、５重量％ＲＰ
Ｃ水溶液（ＨＰ　Ｃ１００ｇ、エチルアルコール１２０
ｄ及び水１７８０ｄ）を混合粉末重量に対して０．３％
添加し５分間■型ミキサーで均一混合し、原料粉末とし
た。該原料粉末を直径６０３　ｔｔｍの双ロールを持つ
横型圧延ロールにロール間隔０．３Ｍ、Ｏ−ル速度０．
３ｍ／分の条件下でとおし、密度６．４５（Ｊ／ｃｉ、
厚さ２．０．かうなる圧延シートを成形した。これを幅
１７０ＭＸ長さ６００＃１１１１に切断し、幅１７０１
１１１．長さｅｏｏａｔ、厚さ５ＩＩａのＪＩＳ−Ｇ−
３１０１の鋼板上に１枚重ね合せて９２０℃、６０分間
アンモニア分解ガス雰囲気中で圧力０．７ｂｒ／Ｃｉを
かけながら、圧延シートの焼結と同時に鋼板との拡散・
接合を行わしめ、焼結体と鋼板とを一体化してｌｉ唐か
らなる焼結摺動部材を製造した。焼結層の密度は６．０
　ｇ／ｃＩｉであった。該部材を用途に応じて任意の形
に切断加工したのち、含油処理を施して（含油率２６容
量％）潜動材料として使用した。

該摺動材料を機械加工し一辺３５ａｍ厚さ６．５ｍ＋の
試験片を作製し、これをスラスト摩擦試験様（摩擦速度
１１　、４ｍ１分、相手材３４５Ｃ：外径３０ａ　：内
径２０ａｍ：高さ２０Ｍｇｔ）にかけて耐荷重値を測定
したところ、１８４に９ｆ／ｃｉ！であった。

１１五−１ １５０メツシユの電解銅粉２３量％、２５０メツシュの
ニッケル粉２０重量％、２５０メツシユの噴ｆＡ錫粉５
重Ｍ％、３００メツシュの還元鉄粉３２２重量。

２５０メツシユの粉砕マンガン粉５重量％、２００メツ
シユの燐銅合金粉（Ｃｕ−１５Ｐ）１０１Ｍ％を■型ミ
キサーで２０分間混合した後、４８−２５０メツシユの
天然黒鉛５重世％を添加し再度■型ミキザーで５分間混
合した。該混合粉末に、５重量％ＨＰＣ水溶液（ＮＰＣ
１００ｇ、エチルアルコール１２０ｄ及び水１７８０ａ
ｄ！　）を混合粉末１ｍに対して０．５％添加し５分間
Ｖ型ミキサーで均一混合し、原料粉末とした。

該原料粉末を直径６０３　ｍの双ロールを持つ横型圧延
ロールにロール間隔０．３１Ｍ、ロール速度０．３ｍ＋
／分の条件下でとおし、密度６．４０り／ｃＩｉ、厚さ
２．１麿からなる圧延シートを成形した。これを幅１７
０ｍ長さ６００ｍ＋に切断し、幅１７０８１１．長さｓ
ｏｏｍ、厚さ５ｓのＪＩＳ−Ｇ−３１０１の鋼板上に１
枚重ね合せて９２０℃、６０分間アンモニア分解ガス雰
囲気中で圧力０．７ＫＮ／ａｉをかけながら、圧延シー
トの焼結と同時に鋼板との拡散・接合を行わしめ、焼結
体と鋼板とを一体化して複層からなる焼結摺動部材を製
造した。焼結層の密度は５．８０１ｃｍでありた。該部
材を用途に応じて任意の形に切断加工したのち、含油処
理を施して（含油率２８容潰％）摺動材料として使用し
た。

該摺動材料を機械加工し一辺３５ｍ５＋厚さ６．５Ｍの
試験片を作゛製し、これをスラスト摩擦試験１１（ＦＪ
擦速度１１．４ｍ／分、相手材５４５Ｃ：外径３０議：
内径２０ａＩ：高さ２０．ｗ）にかけて耐荷重値を測定
したところ、２０４　Ｋｙｆ／ｄであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結温度の密度及び機械的強度に与える影響を
示したものである。 第２図は焼結時運力の耐摩耗性に与える影響を示したも
のである。 第１因 一合−４０寸 一合−４０寸 ÷６０分 ８５０　　９００　　　９５０　　　７αηス克絡；遁
に７＆　ｒ′Ｃノ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で錫４−１０％、ニッケル１０−４０％、
   燐０．１−４％、黒鉛３−１０％、鉄０−５０％、マン
   ガン０−２５％及び残部銅からなる混合粉末に粉末結合
   剤の１−１５重量％水溶液を該混合粉末に対し０．１−
   ５．０重量％添加し均一混合して原料粉末とし、該原料
   粉末を圧延ロールに供給して圧延シートを成形し、圧延
   シートを切断し、切断した圧延シートを鋼板と重ね合せ
   、還元性雰囲気もしくは真空中で８７０−１１５０℃の
   温度で０．１−５．０Ｋｇｆ／ｃｍ＾２の圧力下２０−
   １２０分間焼結して、該圧延シートの焼結と該鋼板への
   拡散接合を同時に行わしめることを特徴とする複層から
   なる焼結摺動部材の製造方法。
2. （２）粉末結合剤としてヒドロキシプロピルセルロース
   を使用することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の製造方法。