JPH04131337A - 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金 - Google Patents

耐摩耗性に優れた銅基焼結合金

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JPH04131337A
JPH04131337A JP25113890A JP25113890A JPH04131337A JP H04131337 A JPH04131337 A JP H04131337A JP 25113890 A JP25113890 A JP 25113890A JP 25113890 A JP25113890 A JP 25113890A JP H04131337 A JPH04131337 A JP H04131337A
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JP
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alloy
shell
copper
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wear resistance
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JP25113890A
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Toshio Teraoka
利雄 寺岡
Teruo Shimizu
輝夫 清水
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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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、耐摩耗性に優れた銅基焼結合金に関するも
のであり、ガイドブツシュ、バルブシート、バルブガイ
ドまたはターボチャージャーの軸受けなどの内燃機関の
摺動構造部材として用いられるだけでなく、その他の各
種の摺動駆動装置の構造部材として用いられる銅基焼結
合金に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、例えば、特開昭63〜241126号公報および
特開昭59−150043号公報に記載されるような内
部酸化による方法で製造された酸化アルミニウムがCu
またはCu−AJII合金の素地中に均一に分散した組
織を有する銅基合金粉末は知られており、この銅基合金
粉末を焼結して得られる銅基焼結合金は、耐摩耗性に優
れているために、各種の摺動構造部材として用いられて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、最近の各種摺動駆動装置は、高性能化および高
速化にともない、これの使用環境も従来よりも一段と苛
酷さを増し、このため、上記各種摺動駆動装置に用いる
摺動構造部材、例えばガイドブツシュ、バルブシート、
バルブガイド、ターボチャージャーの軸受けなども従来
よりは一層の耐摩耗性が要求されている。ところが上記
従来の内部酸化方法で製造された銅基合金粉末を焼結し
て得られる焼結製摺動構造部材では素地中に分散する酸
化アルミニウム粒の含有割合が少ないために十分な耐摩
耗性か得られず、これらの要求に満足な対応をすること
ができないのが現状である。
このため、酸化アルミニウム粒の含有割合を多くするた
めに、酸化アルミニウム粉末を多量に添加した銅合金粉
末を焼結して、素地中に分散する酸化アルミニウム含有
割合の多い銅基焼結合金も提案されているが、酸化アル
ミニウム粒の含有割合の多い銅合金粉末は、焼結性が著
しく低下し、実用に供することができないなどの課題が
あった。
〔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、各種摺
動駆動装置の摺動構造部材として用いた場合に、優れた
耐摩耗性を発揮することのできる銅基焼結合金を得るべ
く研究を行った結果、Al :1.5〜25重量%を含
有し、さらに、必要に応じてSn:1〜14重量%、P
 :1〜1.5重量%のうち1種または2種を含有し、
残りがCuおよび不可避不純物からなる組成のCu合金
素地中に、平均外径、5〜25−1 平均厚さ:1〜I Oun 。
の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が3〜b布した組織を有する銅
基焼結合金は、酸化アルミニウムの含有割合が高いにも
かかわらず、焼結性が良好で耐摩耗性にすぐれていると
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成されたものであ
って、 A11) :1.5〜25重量%を含有し、さらに、必
要に応じてS n: 1〜14重量%、Pal 〜1.
.5重量%のうち1種または2種を含有し、残りがCu
および不可避不純物からなる組成のCu合金素地中に、
平均外径:5〜25μm、 平均厚さ:1〜10μm、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が3〜b布した組織を有する銅
基焼結合金に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の耐摩耗性に優れた銅基焼結合金の成
分組成および組織を上記のごとく限定した理由について
説明する。
(a、)  l1l Al1は、Cuと固溶して、合金の高温度における強度
および靭性を向上させる作用があるが、その含有量が1
.5重量%未満ではその効果がなく、一方、25重量%
を越えて含有すると、液相の量が多く、焼結が困難にな
るので好ましくない。
したがって、Agの含有量は、1.5〜25重量%に定
めた。
(b)  5n Sn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、さらに耐凝着性を向上さ
せ、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があるが、その含有量が1重量%未
満ではその効果がなく、一方、14重量%を越えて含有
すると、熱伝導が低下するとともに高温下での耐焼付き
性が低下するので好ましくない。
したがって、Snの含有量は、1〜14重量%に定めた
(c)  P Pは、Cuと反応して非常に硬い金属間化合物を形成し
、この金属間化合物は、素地の耐摩耗性を向上させる作
用があるが、その含有量が1重量%未満ではその効果が
なく、一方、1,5重量%を越えて含有すると、熱伝導
度が低下するとともに相手攻撃性か高くなるので好まし
くない。
したがって、Pの含有量は、1〜1,5重量%に定めた
(d)  殻状硬質相 この発明の銅基焼結合金素地中に均一に分散している殻
状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体とする殻状
硬質相は、 平均外径:5〜25雁、 平均厚さ=1〜10μs、 の寸法を有し、3〜30容量%分布していることが必要
であり、その理由は、平均外径:5−未満および平均厚
さ214未満の殻状硬質相が3容量%未満分布していて
も耐摩耗性を十分に改善することができず、一方、平均
外径:251を越えかつ平均厚さ:IO−を越えた殻状
硬質相が30容量%を越えて分布していると相手攻撃性
が増すので好ましくないことによるものである。
この発明の銅基焼結合金を製造するには、原料粉末の1
つとして、CuまたはCu合金粉末内部に微細な酸化ア
ルミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形
成されている特殊なCu合金粉末(以下、このCu合金
粉末を殻状硬質相内包Cu合金粉末という)を用いる。
この殻状硬質相内包60合金粉末は、次のようにして製
造される。
まずAl1 :1.5〜10重量%含有のCu−A47
合金粉末を用意し、このCu−A47合金粉末を800
〜1000℃の温度で酸化すると、主体が酸化銅からな
る素地に微細なCu−A、Qの複合酸化物が殻状に凝集
してなる構造の酸化粉末が得られ、得られた酸化粉末を
200〜400℃の温度で還元すると、酸化粉末の素地
を形成していた主体の酸化銅が銅に還元されて微細な酸
化アルミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集し
て形成され、上記殻状硬質相内包Cu合金粉末か得られ
るのである。この殻状硬質相内包Cu合金粉末の表面に
は、酸化アルミニウムか存在せず、Cu合金で覆われて
いるところから、焼結性が極めて良好である。
この発明の銅基焼結合金は、Cu−A1合金粉末、Cu
 −A、17− Sn合金粉末、Cu −AN −P合
金粉末、Cu−Ai)−5n −P合金粉末などの各粉
末に上記殻状硬質相内包Cu合金粉末を所定量配合し、
a合し、得られた混合粉末をプレス成形して圧粉体とし
この圧粉体を焼結すると、平均外径:5〜25−および
平均厚さ:1〜IO−の範囲内の殻状硬質相が分散した
この発明の銅基焼結合金が得られる。上記殻状硬質相の
合金素地中における分布量は、上記殻状硬質相内包Cu
合金粉末の配合量によって決定される。
このようにして得られたこの発明の銅基焼結合金の組織
の殻状硬質相内部の組成も殻状硬質相外部の組成とほぼ
同等の組織となっている。
この発明の銅基焼結合金は、さらに通常の固体潤滑剤、
例えば黒鉛、雲母、亜鉛華、滑石、酸化鉛、硫黄、2硫
化モリブデンなどを1〜10重量%含んでもよい。
〔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。
先ず、第1表に示される成分組成の水アトマイズCυ−
All系母合金原料粉末A−Dを作製した。
さらに、もう1つの原料粉末として、平均粒径:20亙
を有し、Ajlニア、20重量%含有の成分組成を有す
るCu−Al合金原料粉末を用意し、このCu−Al1
合金原料粉末を温度=800℃、大気中、2時間保持の
条件で酸化処理し、ついで水素雰囲気中、温度ご400
℃、3時間保持の条件で還元処理することにより、内部
に平均外径=14虜および平均厚さ75項を有する酸化
アルミニウム殻状硬質相内包Cu合金粉末を作成した。
上記Cu−Al1系母合金原料粉末A−Dに対して上記
酸化アルミニウム殻状硬質相内包Cu合金粉末を第2表
に示される割合で配合し、さらに必要に応じてCa、 
F 2を第2表に示される割合で配合し、混合して混合
粉末を作成し、これら混合粉末を6 ton/ c−の
圧力て圧粉体にプレス成形し、露点二〇℃〜−30℃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、第2表に示される酸化アル
ミニウム殻状硬質相の分布量を有する本発明Cu基焼結
合金1〜18および比較Cu基焼結合金1〜8(第2表
においてこの発明の範囲から外れた値に壺印を付して示
した)からなる、たて:10mm、横=10璽l、長さ
:45m+*の寸法を有するブロックを作製した。
さらに、通常のCu−N+合金アトマイズ粉末にそれぞ
れ平均粒径、5μsの酸化アルミニウム粉末を配合し、
混合し、プレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を焼結
して、たて=10關、横: 10+om。
長さ=451の寸法を有する従来Cu基焼結合金ブロッ
クを作製した。
このようにして作製された本発明Cu基焼結合金1〜1
8、比較Cu基焼結合金1〜8および従来Cu基焼結合
金からなるブロックを用いて摩耗試験片を作成し、ブロ
ック・オン・リング型摩耗試験の相手材として、通常、
内燃機関のバルブ材として知られている5UH3鋼材で
外径:40M、内径: 30yams厚さ=151■の
寸法を有するリングを作製し、上記ブロックおよびリン
グを用い、第1図に示されるように、ブロック1をリン
グ2に接するように組合わせ、リング2の周囲に潤滑油
としてタービン油を塗布した後、ブロック1に荷重:2
kgをかけ、室温および温度=300℃の雰囲気下でリ
ング2を摺動速度: 1.2m/秒で回転せしめ、焼付
きが生じて摩擦係数が急増するに至るまでリング2の回
転を続け、焼付きに至るまでの時間、焼付きに至った時
点でのブロック1およびリング2の摩耗量を測定するブ
ロック・オン・リング型摩耗試験を実施し、それ等の測
定値を第2表に示した。
〔発明の効果〕
第2表に示される結果から、本発明Cu基焼結合金1〜
18は、いずれも従来Cυ基焼結合金に比べて、−段と
優れた耐摩耗性および耐焼付き性をもち、また比較Cu
基焼結合金1〜8に見られるように、この発明の範囲ま
たは条件から外れると、耐摩耗性、耐焼付き性のうち少
なくともいずれかの性質が劣ったものとなることが明ら
かである。
上述のように、この発明のCu基焼結合金は、耐摩耗性
および耐焼付き性がともに優れているので、高出力内燃
機関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、優れた性能を長期にわたって発揮すること
により工業上優れた効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ブロック・オン・ の説明図である。 1・・・ブロック、 2・・・リング。 リング型摩耗試験

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Al:1.5〜25重量%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    のCu合金素地中に、 平均外径:5〜25μm、 平均厚さ:1〜10μm、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
    を主体とする殻状硬質相が3〜30容量%分布した組織
    を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
    金。
  2. (2)Al:1.5〜25重量%、 Sn:1〜14重量%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    のCu合金素地中に、 平均外径:5〜25μm、 平均厚さ:1〜10μm、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
    を主体とする殻状硬質相が3〜30容量%分布した組織
    を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
    金。
  3. (3)Al:1.5〜25重量%、 P:1〜1.5重量%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    のCu合金素地中に、 平均外径:5〜25μm、 平均厚さ:1〜10μm、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
    を主体とする殻状硬質相が3〜30容量%分布した組織
    を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
    金。
  4. (4)Al:1.5〜25重量%、 Sn:1〜14重量%、 P:1〜1.5重量%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    のCu合金素地中に、 平均外径:5〜25μm、 平均厚さ:1〜10μm、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
    を主体とする殻状硬質相が3〜30容量%分布した組織
    を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
    金。
  5. (5)請求項1〜4記載の銅基焼結合金に、さらに固体
    潤滑剤を含むことを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼
    結合金。
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Cited By (2)

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WO2019029023A1 (zh) * 2017-08-07 2019-02-14 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法

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