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Info
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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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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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 。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- (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)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)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)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)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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25113890A JPH04131337A (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25113890A JPH04131337A (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04131337A true JPH04131337A (ja) | 1992-05-06 |
Family
ID=17218240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25113890A Pending JPH04131337A (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04131337A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130280120A1 (en) * | 2010-04-23 | 2013-10-24 | United States Department Of Energy | Hard and Super-hard Metal Alloys and Methods for Making the Same |
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 |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP25113890A patent/JPH04131337A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130280120A1 (en) * | 2010-04-23 | 2013-10-24 | United States Department Of Energy | Hard and Super-hard Metal Alloys and Methods for Making the Same |
US10294548B1 (en) * | 2010-04-23 | 2019-05-21 | U.S. Department Of Energy | Hard and super-hard metal alloys and methods for making the same |
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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