JPH0336227A - 高温で耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金 - 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〕 この発明は、常温から高温までのいずれの状況下におい
てもすぐれた耐摩耗性を有する銅基焼結合金、特に高温
下での耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金に関するもので
あり、内燃機関のガイドブツシュ、ターボチャージャー
の軸受などとして用いるに適した銅基焼結合金に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、上記各種部材の製逍に、重量％て（以下％は、重
量％を示す。）、Ｃｕ−２８％Ｚ　ｎ６％Ａ、１７の代
表組成を有する銅基溶製合金が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来の銅基溶製合金は、比較的低温から
高温にわたって使用した場合、特に高温下において、焼
付きか発生し、耐摩耗性に問題があった。

最近の内燃機関は、高出力化にともない、従来よりも摺
動部が一層高温に曝らされるため、特に高温下において
、焼付きが発生せずかつ耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合
金の開発が強く望まれていた。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、上述のような観点から、特に上
記の従来の銅基溶製合金に着目し、高温下で一段とすぐ
れた耐焼付き性および耐摩耗性を有する銅基合金を開発
すべく研究を行った結果、Ｚｎ：５〜２５％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 Ｆｅ、Ｎｌ、およびＣｏのうち１種または２種以上二０
．１〜３％、 酸素＋　０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに必要に応じて、 （ａ）　　ＡＮ　：０．１〜０．３％、（＋））　　Ｃ
ｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．１
〜２％、 以上（ａ）〜（ｂ）のうちのいずれか１種または２種以
上を含有し、残りがＣＩＪおよび不可避不純物からなる
組成、並びに素地中に微細な酸化物および金属間化合物
が均一に分散しかつ空孔が容積率で１〜１５％分布した
組織を有する銅基焼結合金は、常温および高温における
耐摩耗性が向上し、さらに素地中に微細な酸化物および
空孔が存在することにより高温下での耐焼付き性が向上
するという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、この発明の銅基焼結合金は、上記組成によって、
素地中に、１〜４０！Ｕの粒度範囲内に分布した酸化物
が０．１〜７％の面積率で均一分散し、かつ同じく１〜
２５μｍの粒度範囲内に分布した金属間化合物が１〜８
％の面積率で均一分散し、さらに１〜４０ｕｎの粒度範
囲内の空孔が１〜ｉ５容量％均一分布した組織を持ち、
これら酸化物と金属間化合物が素地中に存在することに
よって常温および高温での耐摩耗性が著１−＜向上１５
、これら酸化物と空孔が素地中に存在することによって
高温下での耐焼付き性が著１．＜向上するものである。

つぎに、この発明の銅基焼結合金の成分組！戊および空
孔を上記のごとく限定した理由について説明する。

（ａ）空孔 空孔は、摺動面に分布し、特に高温下での耐焼付き性を
改善する作用を有するが、１容量％未満ではその効果が
得られず、一方、１５容量％より多く分布すると強度が
低下するのみてなく、熱伝導度が低下することにより逆
に耐熱性が悪くなり、高温下での耐焼付き性が低下し、
また耐摩耗性も低下するので好ましくない。

したがって、空孔の分布量は、１〜１５容量％に定めた
。

（＋））　　Ｚｎ Ｚｎは、Ｃｕとともに素地を形成し、合金の強度および
靭性を向上させる作用があり、さらに酸素と結合して酸
化物を形成し、高温での耐焼付き性並びに常温および高
温での耐摩耗性を改善する作用を有するが、５％未満で
はその効果がなく、一方、２５％を越えて含有すると、
熱伝導度が低下するとともに高温下での耐焼付き性が低
下するようになる。

したがって、Ｚｎの含有量は、５〜２５％に定めた。

（ｃ）　　５ｉ Ｓｌは、酸素ど結合して複酸化物を形成するとともに、
ＷＭｏ、　またはＣｒと結合して硬くて微細な金属間化
合物を形成し、常温および高温での耐摩耗性および耐焼
付き性を改善する作用を有するか、０．１％未満ではそ
の効果がなく、一方、２％を越えて含有すると靭性を低
下させる。

したがって、ＳＩの含有量は、０．１〜２％に定めた。

（ｄ）酸素 酸素は、Ｃｕ、ＺｎおよびＳｔ、並びに必要に応じて含
有されるＡｆｌ　Ｗ、ＭｏおよびＣ「と結合して、素地
中に均一微細に分散する酸化物を形成し、常温および高
温での耐摩耗性を向上させ、特に耐焼付き性および耐熱
性の改善によって、高温下での耐摩耗性を向上させる作
用を有するが、０．０１％未満ではその効果がなく、一
方、０．５％を越えて含有すると、酸化物の粒径が４０
μｍを越えて粗大化するばかりでなく、面積率で７％を
越えて多くなりすぎ、合金の強度および靭性を低下させ
るほか、相手攻撃性を増し、好ましくない。

したがって、酸素の含有量は、０．０１〜０．５％に定
めた。

（ｅ）Ｆｅ、ＮｉおよびＣＯ これらの成分は、いずれも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ともにＣｕ並びに必要に応じ
て含有されるＡｊ７　、　Ｗ、　ＭｏおよびＣｒ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、
耐摩耗性を向上させるとともに耐熱性を向上させ、耐焼
付き性にも効果があるが、その含有量が０．１％未満で
は、所望の効果が得られず、一方、その含有量が３％を
越えて含有すると靭性が低下するとともに熱伝導度が低
下することにより耐焼付き性が劣化するようになるので
好ましくない。

したがって、Ｆｅ、Ｎ１およびＣｏの含有量は、０．１
〜３％に定めた。

（ｆ）　　ＡＲ Ａ、Ｑは、ＣｕおよびＺｎとともに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、高温下での耐焼（＝Ｊき性並びに常温および高温
下での耐摩耗性を向上さげる作用があるが、その含有量
が０，１％未満では、所望の効果か得られず、一方、そ
の含有量か０．３％を越えて含有すると熱伝導度が低下
し、耐焼（＝Ｉき性か劣化するようになるので好ましく
ない。

したがって、Ａρの含有量は、０．１〜０，３％に定め
た。

（ｇ）　　Ｗ、　ＭｏおよびＣｒ これらの成分は、いずれもＦｅ、ＮｉおよびＣ。

と結合して、素地中に分散する微細な金属間化合物を形
威し、また酸素と結合して微細な酸化物を形成し、耐摩
耗性を向上させるとともに耐焼付き性を向上させる効果
があるが、その含有量が［１，１％未満では、所望の効
果が得られず、一方、その含有量が２％を越えて含有す
ると靭性が低下するので好ましくない。

したがって、ｗ、ＭｏおよびＣｒの含有量は、０．１〜
２％に定めた。

なお、この発明の銅基焼結合金は、不可避不純　０ 物としてＰ、Ｍｇ、Ｓｎおよびｐｂを含有する場合があ
るが、その含有量が合計で１．５％以下であれば、合金
特性が何等損なわれるものでないので、その含有量を許
容できる。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の銅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、Ｃｕ
−５％Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−３０％Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ
粉末、Ｚｎ粉末、ＡＪ７粉末、ｓｉ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ
粉末、Ｃｒ粉末、Ｆｅ粉末、Ｎ１粉末、およびＣｏ粉末
を用意し、これら原料粉末を配合１２、Ｖ型ミキサーで
３時間粉砕混合した後、５〜７ｔｏｎ／ｃ−の範囲内の
所定の圧力で圧粉体にプレス成型し、露点二〇℃〜−３
０℃の水素ガス中、８５０〜９５０℃の範囲内の所定の
温度で１時間保持の条件で焼結し、ついで空孔量をコン
トロールするために、必要に応じて４００〜６００℃の
範囲内の所定の温度に１分間保持後、再加圧を行うこと
により １ 圧壊荷重測定用として外径：６２ｍｍ、内径＋　５３ｍ
ｍ、厚さ：１０ｍｍの司法を有し、第１表に示される組
成を有するリングからなる本発明Ｃｕ基焼結合金１〜３
３および比較Ｃｕ基焼結合金１〜１種を、摩耗測定用と
して直径：ＩＤｍｍｑ高さ：　８０ｍｒ＋１の寸法をも
する丸棒および外径・１２ｍｍ、内径：６ｍｍ、長さ：
　４５ｍｍの寸法を有するパイプからなる本発明Ｃｕ基
焼結合金１〜３３および比較Ｃｕｒｌ焼結合金１〜１種
を、それぞれ製造した。

さらに、通常の溶解法により溶角ｉｌ　し、鋳造して上
記寸法のリング、丸棒およびパイプからなり拍１表に示
される成分組成を有する従来Ｃｕ−Ｍ溶製合金を製造し
た。

なお、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜３３は、いずれも素地
中に微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した
組織をもつものであった。

また、比較Ｃｕ基焼結合金１〜１Ｊは、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量または空孔含有量（第
１表に※印を付したもの）がこの発明の範囲から外れた
ものである。

　２ つぎに、この結果得られた各種のＣｕ基焼結合金および
溶製合金について、強度および靭性を評価する目的でリ
ングを各々３分割を行った試料にて常温下の圧壊荷重を
測定し、さらに高温下での耐摩耗性を評価する１ヨ的で
下記の摩耗試験を行った。

摩耗試験　Ｉ 上記直径：１０相、高さ；３０關の寸法を有する丸棒を
加工して直径：１．５ｍωのピンを作製し、さらに相手
材としてクロムメツキしたＳＵＨ材製ディスクを用意し
、上記ディスクの裏側よりバーナーにてディスクを６０
０℃に加熱しながら周速：２．８ｍ／ｓｅＣで回転せし
め、一方、上記ピンを押付荷重＝６ｋｇで上記ディスク
に押付け、５　Ｗ　−３０オイルを滴下しなから摺動距
離：　１５ｋｍを摺動せしめ、相手材に対する高温での
同期特性を評価する目的でピンオンディスク摩擦摩耗試
験を行い、トルクメーターにより発生トルクの変化から
焼付き発生の有無の調査を行い、これらの結果を第１表
に示した。

　３ 摩耗試験　■ 上記外径・１２ｍｍ、内径＋６＋ｎｍｓ長さ・４５ｍｍ
の寸法を有−する各種ＣＩＪ基焼結合金および溶製合金
製パイプを加工して、外径　１種ｎ＋ｍ、内径・Ｏ５ｍ
ｍ−、Ｃｃさ：４５帥の寸法を有する各種Ｃｕｊｉ、焼
結合金および溶製合金試料を製造し、一方、相手利とし
てＳＵＨ材を塩浴窒化処理した直径；３．４ｒｎｍ、長
さ１５０關の丸棒を用意した。

上記相手材である丸棒を上記試料のパイプ孔に挿入し、
相手材である丸棒の片端をバーナーで加熱しつつ片端部
雰囲気温度・５４０°Ｃとし上記試料を相手材に押付荷
重・６ｋｇで押付け、５Ｗ−３０オイルを滴下しながら
、上記相手利である丸棒をパイプ孔の軸方向にストロー
ク摺動距離・１．５　ｍｍ　％４０００ストローク／分
で３０分間摺動の条件で摩耗試験を行い、摩耗量をＩＩ
ｊｌ定し、さらに焼付きの有無および相手材の表面状況
について観察１７、それらの結果を第１表に示した。

なお、相手材の表面状況については、全くキズの見られ
ないものを○、一部焼付きによるキズが　４ 見られたものを△、摩耗キズか表面に見られたものを×
として区別した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜
３３は、いずれも従来Ｃｕ基溶製合金と比べて一段とす
ぐれた耐摩耗性、耐焼付き性をもち、また従来Ｃｕ基焼
結合金１〜１種にみられるように、構成成分組成および
空孔のうちのいずれかでもこの発明の範囲から外れると
、高温下での耐摩耗性、耐焼付き性もしくは相手攻撃性
、または常温下での強度および靭性のうち少なくともい
ずれかの性質が劣ったものになる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、高温下で
すぐれた耐摩耗性および同期特性を有するので、高出力
化に伴う高温度にさらされる各種機器の構造部材として
十分に対応することができ、実用に際してはすぐれた性
能を長期に亘って発揮することにより工業上すぐれた効
果をもたらすもの・である。

８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ：５〜２５％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が１〜１５容量％分
   布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
   すぐれた銅基焼結合金。
2. （２）Ｚｎ：５〜２５％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が１〜１５容量％分
   布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
   すぐれた銅基焼結合金。
3. （３）Ｚｎ：５〜２５％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が１〜１５容量％分
   布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
   すぐれた銅基焼結合金。
4. （４）Ｚｎ：５〜２５％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が１〜１５容量％分
   布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
   すぐれた銅基焼結合金。