JPH0387327A - 銅基耐摩耗性合金 - 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〕 本発明は、耐摩耗性に優れた銅（Ｃｕ）基合金、より詳
しくは潤滑特性を向上させた分散強化型の銅基耐摩耗性
合金に関する。

〔従来の技術〕

Ｃｕ基の耐摩耗性材料としては、例えば「金属工学シリ
ーズｌ　構成材料とその熱処理」　（昭和５２年７月２
０日、日本金属学会発行）の第２０〜２５頁に記載され
ているように、コルソン合金として知られるＣｕ　−Ｎ
ｉ−Ｓｉ合金あるいはＣｕにＢｅを２％前後添加したベ
リリウム銅などの析出硬化型の合金や、そのほかＣｕ基
マトリックス中に５ｔＯｚ、　Ｃｒｚ（１＋＋　Ｂｅｄ
、　Ｔｔ０．、Ｚｒ０ｚ＋　ＭｇＯ＋　ＭｎＯなどの硬
質酸化物を主体とする分散相粒子を分散させた分散強化
型の合金が知られている。前者の析出硬化型のＣｕ合金
は、溶体化処理後、長時間の時効処理を行なうことによ
って、中間相や金属間化合物などをマトリックス中から
析出させて硬化させるものであり、一方後者の分散強化
型合金の製造方法としては、マトリックスとなるＣｕ粉
末もしくはＣｕ合金粉末として分散相となる酸化物粉末
と混合して圧縮・焼結する焼結法、あるいはマトリック
スとなるＣｕもしくはＣｕ合金に対してそのＣｕもしく
はＣｕ合金よりも酸化し易い金属を添加した材料を用い
て酸化性雰囲気で高温に保持して内部に酸素を拡散させ
、内部に酸化物相を生成させる内部酸化法が代表的であ
る。

一方、固体潤滑特性を持たせたＣｕ基耐摩耗性材料とし
ては、すべり軸受面を構成するための軸受合金として、
ホワイトメタルや、一般にケルメツトと称される銅鉛合
金（Ｃｕ−Ｐｂ系合金）などが使用されていた。これら
のうちＣｕ−Ｐｂ系合金は軟質なＰｂ相と硬質なＣｕ相
とが非固溶状態で混在したものであって、硬質なＣｕが
荷重を支持する一方、軟質なＰｂが窪んで油溜りを形成
するとともに固体潤滑剤としても機能するものであり、
このようなＣｕ−Ｐｂ系軸受合金は耐焼付性が優れると
ともに、ホワイトメタル等と比較すれば耐荷重性が大き
いため、高速高荷重軸受に適している。但し、このよう
な従来のＣｕ−Ｐｂ系軸受合金は、ホワイトメタル等と
比較すれば耐荷重性が高いとは言えども、それ自体の強
度が未だ充分ではないことから、高速高荷重軸受として
この種の合金を使用する場合には、銅製の裏金（バック
メタル）に接着させた状態の軸受、すなわちバイメタル
軸受として使用するのが一般的である（Ｃｕ−Ｐｂ系軸
受合金の従来の一般的な解説としては、「金属工学シリ
ーズｌ　改訂　構成金属材料とその熱処理」　（社団法
人日本金属学会発行）第４０頁〜第４１頁参照）。

まず、前述の析出硬化型合金は長時間の固体内での拡散
によって時効析出させるため、高温で長時間の処理を必
要とし、そのため大物部品には適用し難く、また高温で
の長時間の処理によってひずみなどの問題が発生し易い
。また析出硬化型合金で析出する粒子は、せいぜい数周
程度と著しく微細であるため、硬さは得られても、耐摩
耗特性、特に摺動摩耗に対しては充分な一耐摩耗性能が
得られなかった。すなわち耐摺動性能は、ある程度大き
い（１０〜１００１Ｍ程度）硬質粒子が分散している方
が良好となるが、析出硬化型合金ではこのような大きな
径の粒子を析出させることは困難であった。

一方分散強化型合金のうち、内部酸化法によって得られ
るものは、分散相粒子の生成のために固体内での拡散を
伴なうため、前記同様に高温長時間の処理を必要とし、
大物部品に適用し難く、またひずみ等の発生の問題もあ
った。また焼結法による分散強化型合金は、分散相粒子
の径は自由に設定できるが、材料全体の圧縮・焼結を必
要とするため、部材の一部のみに局部的に形成すること
は困難であった。

さらに、従来のＣｕ−Ｐｂ系軸受合金等におていは、そ
れ自体の強度が低いため鋼製のバ・ンクメタルに接着し
て軸受として用いるのが一般的であるが、この場合摺動
部の形状が複雑な軸受には適用困難となる問題がある。

またこの場合、軸受支持部（ワーク）と軸受部（メタル
）とを個別に作成しておかなければならないため、ワー
クにも高い加工精度が要求され、そのため特に硬質なワ
ークを用いる場合は加工コストが高くなる問題がある。

さらに従来のＣｕ−Ｐｂ系軸受合金は耐摩耗性が未だ充
分とは言えず、そのため耐久性が不充分であるとともに
、耐熱性も充分とは言えないのが実情であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明者等は既に特開昭６３−１５７８２６号
公報において、耐摩耗特性、特に摺動摩耗性に対する耐
摩耗性が優れ、かつ大物部品、小物部品に限らず、金属
基材における任意の箇所に溶着（肉盛）によって簡単か
つ容易に形成することができる耐摩耗性Ｃｕ基分散強化
合金を提案している。

この提案のＣｕ基分散強化合金は、基本的にはＮｉ　５
〜３０％、Ｓｉ　　１〜５％、８００５〜３％、Ｆｅ　
４〜３０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物
よりなり、Ｃｕ基マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ系の珪化
物、硼化物の粒子が分散した組織を有することを特徴と
するものである。またこの提案においては、前記各元素
のほか、Ａ１０．１〜５％、ＴＩｏ、１〜５％、Ｍｎ　
１〜１０％のうちの１種または２種以上を含有するＣｕ
基分散強化合金も開示されており、さらには前記各元素
のほか、Ｃ０．０２〜２％を添加するとともに、Ｃｒ０
．５〜１０％、Ｔｉ０．３〜５％の１種または２種を添
加し、Ｃｕ基マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ系の珪化物、
硼化物とともにＣｒ系硼化物が分散した組織としたＣｕ
基分散強化合金も開示されている。

そして上記提案の分散強化Ｃｕ基合金は、金属基体上に
レーザやＴＩＧアーク、プラズマアーク、電子ビームな
どの高密度加熱エネルギを用いて溶着（肉盛）すること
によって容易に形成されるものであり、その組織として
は、基本的にはＨｖ　１５０〜２５０程度の硬さのＣｕ
１Ｊ６のマトリックス中に、■シフ０〜１２００程度の
硬質なＦｅ−Ｎｉ系の珪化物及び硼化物がほぼ均一に分
散したものとなる。

上記提案のＣｕ基分散強化合金は、金属基材上に局部的
にその合金層を形成することができ、また室温付近にお
ける耐摩耗性は従来材より格段に優れているが、その後
本発明者等がさらに実験・検討を進めた結果、高温に昇
温させた場合相手材との凝着摩耗が進行し始め耐摩耗性
が十分に満足できるレベルに未だ至っていないことが判
明した。

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、合金
基材における任意の箇所に溶着（肉盛）により容易に形
成することができる耐摩耗性のＣｕ基分散強化合金とし
て、常温での耐摩耗性のみならず、特に高温での凝着摩
耗特性を著しく向上させた銅基合金を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、重量％でＮｉ　５〜４０％、Ｓｉ　　１
〜７％、８０．５〜５％、Ｆｅ　１〜３０％およびＰｂ
２〜２０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物
よりなり、Ｃｕ７４マトリツクス中に珪化物および硼化
物の粒子が分散しかつＣｕ基α相デンドライト間に非固
溶Ｐｂ粒子が均一に分散した組織を有することを特徴と
する固体潤滑特性に優れた銅基耐摩耗性合金によって達
成される。

上記規定の各成分（Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｆｅ、Ｐｂおよび
Ｃ０の他にＡｊ！０．１〜５％、Ｃｒ　１〜２０％、高
融点炭化物１〜２０％のうち少なくとも一種を添加含有
した銅基耐摩耗性合金によっても達成される。

〔作　用〕 本発明の固体潤滑作用を付与されたＣｕ基合金は、金属
基体上にレーザやＴｉｇアーク、プラズマアーク、電子
ビームなどの高密度加熱エネルギーを用いて溶着（肉盛
）することによって容易に形成されるものであり、その
組織としては、基本的にはＨｖ　１５０〜２５０程度の
硬さのＣｕ基のマトリックス中に、Ｈｖ　７００＝１２
００程度の硬質な珪化物や硼化物の粒子がほぼ均一に分
散し、かつ、非固溶Ｐｂ粒子がＣｕ基α相デンドライト
間に均一に分散したものとなる。ここで珪化物、硼化物
の粒子はＣｒを含有しない場合は、Ｆｅ−Ｎｉ系ものが
主体であり、またＣｒを含有する場合は、Ｆｅ　−Ｎｉ
系及びＣｒ−Ｎｉ系、Ｆｅ　−Ｃｒ−Ｎｉ系の珪化物や
硼化物が主体となる。また、この珪化物や硼化物の分散
粒子の大きさは５〜１０００−程度の範囲内にあり、ま
たその面積率は２〜３０％程度となる。この様にＦｅ−
Ｎｉ系等の珪化物や硼化物からなる硬質粒子が分散して
いることにより、摩耗特性、特に摺動摩耗特性が優れた
ものとなる。

さらに、例えば、エンジンの燃焼室内の如く、高温雰囲
気に曝される場合に、前述の非固溶のＰｂ粒子が３００
〜４００°Ｃの高温にて半溶融状態となり摺動面表面に
にじみ出て来ることで、これが固・体温滑材の作用を果
たして、著しく耐摩耗性を向上をさせることができる。

またこのほか、炭化物粒子（ＷＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ。

Ｃｒ：＋Ｃｚ、　ＶＣ，ＮｂＣなとの粒子）も分散する
様な威分組戒とした場合は、その硬質な炭化物粒子の分
散によって耐摩耗性がより一層向上する。

次に、本発明における成分ｍ戒の限定理由について説明
する。

Ｎｉ　： ＮｉはＣｕに固溶してＣｕ基マトリックスを強化し、高
温での耐摩耗性を向上させるとともに、硬質なＦｅ−Ｎ
ｉ系の珪化物や硼化物を形成して分散強化により耐摩耗
性を向上させるに必要な元素であり、５％未満ではマト
リックスの強化の効果が得られず、一方４０％を越えれ
ば金属基材への溶着性、特にＡ１合金基材に対する溶着
性が低下し、金属基材に対する溶着による局部的耐摩耗
性向上の目的が達成され得なくなるおそれがある。

そこでＮｉは５〜４０％の範囲内とした。なおここで溶
着性とは、金属基材に溶着（肉盛）させた際の基材への
ぬれ界面でのぬれ性、その界面での割れや剥離の発生の
有無、さらには溶着ビード割れ等を含んだ総合的な内容
を意味する。

Ｓｉ　： Ｓｉは硬質な分散粒子としてのＦｅ−Ｎｉ系等の珪化物
を生成するために必要な元素であり、またＣｕ基マトリ
ックスを強化する役割を果たす。

さらにＳｔは材料の自溶性を高めて溶着性を向上させる
作用も果たす。Ｓｉが１％未満では目的とする珪化物硬
質粒子が形成されず、一方７％を越えれば金属基材上に
溶着させる際に割れが生じ易くなる。したがってＳｉ　
は１〜７％の範囲内に限定した。

Ｂ： ＢもＳｉ　と同様に硬質な分散粒子としてのＦｅ−Ｎｉ
系等の硼化物を生成するに有効な元素であり、また材料
の自溶性を高めて溶着性を向上させる作用も果たす。Ｂ
が０．５％未満では上記の効果が充分に得られず、一方
５％を越えれば金属基村上に溶着する際に割れが生じ易
くなる。したがってＢは０．５〜５％の範囲内とした。

Ｆｅ　： ＦｅはＣｕ基のマトリックスにほとんど固溶しない元素
であって、硬質粒子としてのＦｅ　−Ｎｉ系の珪化物や
硼化物を生成するための主要元素となる。Ｆｅが１％未
満では充分な分散量の硬質粒子が得られず、一方３０％
を越えれば金属基材、特にＡ１合金基材への溶着性が低
下する。したがってＦｅは１〜３０％の範囲内とした。

Ｐｂ　： Ｐｂは高温雰囲気に於いて固体潤滑作用をもたらす元素
として添加するものである。Ｐｂが２％未満では固体潤
滑作用による凝着摩耗特性の改善効果が少なく、一方２
０％を越えれば硬質粒子が凝集し、数百−から１〜２ｍ
ｍにおよぶ硬質粒子の塊まりが発生し、相手攻撃が増大
する問題が発生するため、Ｐｂは２〜２０％の範囲内と
した。

Ａ１　： Ｃｕ基マトリックスの強度と分散相の強度をより一層向
上させるためにＡｆ添加が行なわれるが、０．１％未満
では上記効果が充分に得られず、一方ＡＮ　５％、を越
えれば靭性の低下をもたらすことから、添加量は０．１
〜５％範囲とした。

Ｃｒ　： Ｃｒは分散強化作用をもたらす硬質分散粒子としての晶
出相すなわち珪化物および／または硼化物を生成する元
素である。Ｃｒが１％未満では均一な分散相を生成する
ことが困難となり、一方２０％を越えれば溶着性を劣化
させるから、Ｃｒは１〜２０％の範囲内とした。

高融点炭化物： 高融点炭化物はマトリックス中に分散して耐摩耗性をよ
り一層向上させる機能を果たす。ここで用いる高融点炭
化物とは、融点が１５００’Ｃ以上であって、実質的に
肉盛合金と反応（固溶、晶出など）しない炭化物であれ
ば良く、具体的には例えば匈ｃ。

ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｃｒ＋Ｃｚ、　ＶＣ，ＮｂＣなどを用
いることができる。高融点炭化物の添加量が１％未満で
はその添加による耐摩耗性向上効果が充分に得られず、
一方２０％を越えれば溶着性を悪化させるおそれがある
から、その添加量は１〜２０％の範囲内とした。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。

（実施例１） Ｃｕ　−１５％Ｎｉ　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ−８％
Ｆｅ−１０％Ｐｂなる成分！Ｊ１戒の合金粉末を、後述
するようにレーザ光を熱源として用いてＡ１合金（ＪＩ
ＳＡＣ２Ｃ）基板上に溶着して溶着層を形成した。

この溶着層のＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアメライザ）によ
るＸ線反射像組成写真とＰｂＯ面分析結果を第１図およ
び第２図に示す。これらから１−Ｌｏｎ程度のＰｂ粒子
がＣｕ基の相デンドライト間に均質に分布していること
が確認できる。そして、この溶着層の表面研磨面組織写
真を第３図に示す。

ここでの溶着（肉盛）は第４図に示す様な装置を用いて
行った。第４図において、金属基体（Ａ１合金基板）ｌ
は矢印Ｐで示すように図の右方へ４５０〜２０００ｍｍ
　／　ｗｉｎの速度で連続的に移動せしめられる。この
金属基体１上には、最終的に本発明のＣｕ基合金（又は
比較例のＣｕ基合金）の溶着層を形成すべき合金粉末も
しくは混合粉末２が図示しないホッパーから粉末供給管
３を介して金属基体１の移動方向Ｐに対し直交する方向
にある幅Ｗを有するように連続的に供給される。一方レ
ーザ光４は図示しないレーザ光源から折返しミラー５に
よって折返され、さらにオシレートミラー６で反射され
て、金属基体１上の粉末２に直径０．５〜５．０　ｍｍ
に焦光された状態でｌＸｌ０”〜２Ｘ１０’ｗ　／　ｔ
ｔｍ　”のパワー密度で照射される。ここでオシレート
ミラー６はガルバノモータ等の振動機構７によって所定
角度の範囲内を振動せしめられ、これによって金属基体
１上の粉末２に照射されるレーザ光４は金属基体１の移
動方向Ｐに対し直交する方向、すなわち金属基体ｌ上の
粉末２の幅Ｗの方向に１０〜５００１１ｚの周波数で往
復動（オシレート）される。

上述のように金属基体１上の粉末２にレーザ光４を照射
することにより、金属基体１上の粉末２は溶融されて溶
融物９となり、かっレーザ光４をオシレートすることに
よりその溶融物９が攪拌され、引続いてその溶融物９が
金属基体１のＰ方向への移動によりレーザ光４が照射さ
れない位置に至れば、金属基体ｌの側への熱移動により
急速凝固され、前述のようなＣｕ基分散強化合金からな
る溶着層８が形成される。

ここで、金属基体ｌ上に配置された合金粉末もしくは混
合粉末２がレーザ光４の照射により急速溶融された状態
では、その溶融物９はＣｕ基マトリックスとなる合金の
液相と、分散相となるべき液相とが分離した状態、すな
わち２液相またはそれ以上の多液相状態となり、その多
液相状態の溶融物９をレーザ光ビームのオシレートによ
って攪拌することにより、２液相以上の多液相が分離し
たまま、水中で油を攪拌する如き様相を呈し、最終的に
分散相粒子となるべき液相が球状に近い状態でマトリッ
クスとなるべき液相中に均一に分散する。そしてその状
態でレーザビームと金属基体との相対移動（走査）によ
って溶融物９が凝固する際には、分散相となるべき相が
マトリックスとなる相中に均一に分散したまま凝固して
、Ｆｅ　−Ｎｉ系等の珪化物や硼化物、Ｐｂ、さらには
炭化物からなる分散相粒子がＣｕ基マトリックス中に分
散した本発明のＣｕ基分散強化合金からなる溶着層８が
金属基体１上に形成されるものである。

なお上述のようにしてレーザによる溶着により金属基体
上にこの発明のＣｕ基分散強化合金を形成するにあたっ
ては、レーザビーム４の金属基体ｌに対する相対的な移
動速度（走査速度）、すなわちビード進行速度を調整す
ることにより、分散粒子径の大きさもコントロールでき
るのが特徴である。

上述した組成の溶着層の溶着条件は、レーザ出力２．８
ＫＷ、レーザビーム径１．５鴫、レーザ照射エネルギ密
度１６００ｗ／ｍｍ”　、レーザビームのオツシレート
巾６ｍｍ、オツシレート周波数２００１１ｚ、走査速度
８００ｍｍ／ｌｌｌ１ｎであり、合金粉末粒径は一８０
〜＋３４０メツシュであった。形成した溶着層の、Ｃｕ
基耐摩耗合金層は、平均粒径４５−のＮｉＦｅ系珪化物
粒子（硬さは約Ｈｚ９００）が体積率約３％で、また平
均粒径５ハのＮｉ−Ｆｅ系硼化物粒子（硬さは約Ｈｖ１
２００）が体積率約４％で、それぞれＣｕ基合金マトリ
ックス（硬さは約Ｈν２２ｏ）中に均一に分散し、さら
に平均粒径４ｐｍ（１〜Ｌｏｗ）のＰｂがＣｕ基α相デ
ンドライト間に均質に分散した組織となっていることが
確認された。

〔実施例２〕 Ｃｕ　−１５％Ｎｉ　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ−８％
Ｆｅ−２％Ｐｂなる成分組成の合金粉末を、実施例１と
同様にレーザ光を熱源として用いて、Ａ１合金（ＪＩＳ
ＡＣ２Ｃ）基板上に溶着して、溶着層を形成した。

この溶着層のＥＰＭＡによるＸ線反射像組織写真とＰｂ
の面分析結果を第５図および第６図に示す。

ここでの溶着条件は、実施例１と同じであり、ベース組
織は同一であるが、異なっているのは平均粒径２Ｉ！ｒ
ａ（１〜８ｔ１ｍ）のＰｂがＣｕ基α相デンドライト間
に均一に分散した組織となっていることが確認された。

〔比較例〕

Ｐｂｌが本発明の場合よりも多いＣｕ　−１５％Ｎｉ−
３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ−８％Ｆｅ−３０％Ｐｂなる成
分組成の合金粉末を、実施例１と同様にレーザ光を熱源
として用いて、Ａｆ金合金ＪＩＳＡＣ２Ｃ）基板上に溶
着して溶着層を形成した。この溶着層の表面研磨面組織
写真を、第７図に示す。実施例１での同様な組織写真（
第３図）と比べてみても、Ｐｂを３０％添加することで
、Ｎｉ　−Ｆｅ珪化物粒子及び硼化物粒子が凝集し、硬
質層が塊状になってしまうことが確認できた。

ここでの溶着条件はレーザ出力３．ＯＫＷ、レーザビー
ム径２．０　ｍｍ、レーザ照射エネルギー密度９５０ｗ
／［ｌｌｆｆ１２、レーザビームのオツシレート中６ｍ
ｍ。

オンジレート周波数１００Ｈｚ、走査速度８５０ｍｍ／
ｗｉｎであった。

〔実施例３〕 Ｃｕ　　２０％Ｎｉ　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ−７％
Ｆｅ−３％Ｃｒ−４％Ａ１−５％Ｐｂ−５％ＴａＣより
なる成分組成の合金粉末を、実施例１と同様にレーザ光
を熱源として用いて、Ａ１合金（ＪＩＳＡＣ２Ｃ）基板
上に溶着して溶着層を形成した。該溶着層の断面組織写
真を第８図に示す。

ここでの溶着条件は、レーザ出力３．６Ｋｋ、レーザビ
ーム径２．５　ｍｓ、レーザ照射エネルギー密度６００
ｗ／ａｎ”　、レーザビームのオツシレート巾６備、オ
ンジレート周波数２００Ｈｚ、走査速度６５０ｍｍ／ｒ
ａ　ｉ　ｎであった。得られた溶着層のＣｕ基合金層は
、平均粒径４０ｎのＦｅ−Ｎｉ系珪化物及び平均粒径Ｉ
ｏｎのＣｒ−Ｎｉ系硼化物が体積率的５％でＣｕ基合金
マトリックス中に均一に分散し、さらにＣｕ基合金マト
リックスおよびＦｅ−Ｎｉ系珪化物及びＣｒ−Ｎｉ系硼
化物によるデンドライト組織中に平均粒径２ハ前後の非
固溶のＰｂ粒子が分散した組織となる。

また、これらの粒子とは別に５％添加した高融点炭化物
としてのＴａＣが均質に分散していることが第８図の組
織写真に示す様にｆ１１認された。

分散相粒子の内でＦｅ−Ｎｉ珪化物およびＣｒ−Ｎｉ系
硼化物の粒子の硬さはＨｖｌｌｏ（１”１３００であり
、また均一に分散したＴａＣは約’Ｈｖ１７００−１９
００の硬さを有している。

さらに、マトリックスの硬さも、Ａ１の添加、Ｃｒ硼化
物粒子の形成、ＴａＣ粒子の添加により上昇し約Ｈｖ３
２０あり、これらの硬質粒子を添加しない場合（約Ｈｖ
２２０）よりもマトリックスの硬さが格段に向上してい
ることが確認された。

（摩耗試験） 前述の実施例１．２および３より得られた各Ｐｂ含有分
散強化Ｃｕ基合金層について、摺動摩耗特性を調べるた
め、大越式摩耗試験機により摩耗試験を行なった。この
試験は第９図に示す様にＳＫＤ焼人付人材なるロータ１
０を金属基板ｌ上のレーザ溶着層（Ｃｕ基合金層）８に
押し付けつつロータ１０を回転させ、摩耗痕の幅ｌを調
べる方法である。

試験条件としては、すべり速度０．３ｍ／ｓｅｃ、すべ
り距離１００ｍ、最終荷重１０ｋｇとした。以上の摩耗
試験の結果を、従来の耐摩耗材料として知られる、Ｃｕ
　−１５％Ｎｉ　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ合金材及び
ベリリウム銅材について調べた結果と併せて第１０図に
示す。

第１０図かられかるように、本発明の実施例のＣｕ基合
金はいずれもその摩耗痕幅が従来材よりも小さく、摺動
摩耗特性が極めて優れていることが明らかになった。

（凝着特性試験） 高温雰囲気での凝着特性を評価する方法として、第１１
図および第１２図に示す方法により、前述の実施例１．
２および３より得られた各Ｃｕ基合金、及び従来材のＣ
ｕ　−１５％Ｎｉ　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ合金材、
ベリリウム銅それから比較材としてＣｕ　−２０％Ｎｉ
　−３％Ｓｉ　−１，５％Ｂ−８％Ｆｅ合金について相
手材への凝着高を調べた。

第１Ｉ図に示すように、ヒータ１１によって加熱した状
態で相手材１２に溶着層８付き金属基体ｌのテストピー
ス１３を往復運動的に押付けた。この試験条件としては
、相手材１２が２ｌ−４Ｎ鋼（ＳＵＨ３５）、加熱温度
が３００°Ｃ１押付は力Ｐが２０ｋｇ　（面圧で５ｋｇ
／ｍｍ”）、往復路ＭＬが５ｍ、往復速度が５００回／
分、そして試験時間が３０分であった。試験後に、相手
材１２に付着したＣｕ基合金などの凝着高さ（第１２図
）を粗さ計で測定して、第１３図に示す結果が得られた
。

第１３図から明らかな様に、本発明の実施例のＣｕ　％
合金は、Ｐｂの高温における潤滑作用発揮により大巾に
凝着特性が従来材および比較材よりも改善されているこ
とが確認された。

〔発明の効果〕

上述したように本発明に係るＰｂ（固体潤滑材）含有の
分散強化Ｃｕ基合金は、優れた（高い）耐摩耗性を有し
かつ高温下での優れた（小さい）凝着摩耗特性を有して
いる。そして、金属基板上任意にＣｕ基合金を溶着（肉
盛）形成できるので、各種の機械部品（エンジンのバル
ブシートを含め）での耐摩耗性が必要な部位のみに溶着
層を形成して特性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る実施例１の溶着層（Ｃｕ基合金
層）のＥＰＭＡによるＸ線反射像金属組織写真（Ｘ　２
０００　）であり、 第２図は、実施例１の溶着層のＥＰＭＡによるＰｂ面分
布の金属組織写真（Ｘ　２０００　）であり、第３図は
、実施例１の溶着層の表面研磨面での金属組織写真（×
５）であり、 第４図は、金属基板上へＣｕ基合金をレーザ溶着する方
法を示す溶着装置の概略斜視図であり、第５図は本発明
に係る実施例２の溶着層（Ｃｕ基合金層）のＥＰＭＡに
よるＸ線反射像金属組織写真（Ｘ　２０００　）であり
、 第６図は、実施例２の溶着層のＥＰＭＡによるＰｂ面分
布の金属組織写真（ｘ　２０００　）であり、第７・図
は、比較例の溶着層の表面研磨面での金属組織写真（×
５）であり、 第８図は、本発明に係る実施例３の溶着層の断面での金
属組織写真（Ｘ５０）であり、第９図は、大越式摩耗試
験を模式的に示す略解図であり、 第１０図は、摩耗試験結果を示すグラフであり、第１１
図は、凝着特性試験を模式的に示す略解図であり、 第１２図は、凝着特性評価を説明する略解図であり、お
よび 第１３図は、凝着特性評価試験結果を示すグラフである
。 １・・・金属基体、 ４・・・レーザ光、 １０・・・ロータ、 １２・・・相手材。 ２・・・粉末、 ８・・・溶着層、 １１・・・ヒータ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％でＮｉ５〜４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５
   〜５％、Ｆｅ１〜３０％およびＰｂ２〜２０％を含有し
   、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マ
   トリックス中に珪化物および硼化物の粒子が分散しかつ
   Ｃｕ基α相デンドライト間に非固溶Ｐｂ粒子が均一に分
   散した組織を有することを特徴とする固体潤滑特性に優
   れた銅基耐摩耗性合金。 ２、重量％でＮｉ５〜４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５
   〜５％、Ｆｅ１〜３０％およびＰｂ２〜２０％を含み、
   かつＡｌ０．１〜５％、Ｃｒ１〜２０％および高融点炭
   化物１〜２０％のうち１種又は２種以上を含有し、残部
   がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マトリッ
   クス中に珪化物および硼化物の粒子と、高融点炭化物粒
   子とが分散しかつＣｕ基α相デンドライト間に非固溶Ｐ
   ｂ粒子が均一に分散した組織を有することを特徴とする
   固体潤滑特性に優れた銅基耐摩耗性合金。