JPH0417635A

JPH0417635A - 耐摩耗性銅系焼結合金

Info

Publication number: JPH0417635A
Application number: JP11857790A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Hayashi; 幸一郎林; Hiroshi Ikenoue; 池ノ上　寛
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-22
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2695031B2

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１この発明は、耐摩耗性銅系焼結合金、特にチタン又はチ
タン合金と摺動する部材に対し好適な耐摩耗性のある青
銅系焼結合金に関するもので１例えば内燃機関のバルブ
ガイドに利用される。

〔従来の技術１内燃機関のバルブは一般に耐熱鋼が用いられているが、
内燃機関の高速化に対応して慣性重量の小さい、すなわ
ち比重の小さいチタン合金を用いる場合がある。

ところが、チタン合金は摺動部材として用いると相手部
材と凝着し易く異常な摩耗をすることが知られているに
のためチタン合金の表面に例えばモリブデン渚射被膜を
施し、チタン合金を相手部材と直接接触しないようにし
て使用される。

相手部材は、一般に特殊鋳鉄や熱伝導性のよいベリリウ
ム銅合金、高力黄銅等である。

しかし、使用中に溶射被膜が剥離すると異状摩耗を起こ
し、また、コストが割高であるなどの理由で一般の自動
車などには適用されていないのが現状である。

一方、耐チタン合金摺動部材の研究は例えばＮＡＳＡ　
　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｎｏｔｅ　（ＮＡＳＡ　　ＴＮ
Ｄ−８２０７）が挙げられ、４３０℃の大気中における
チタン合金と銅合金の摩擦及び摩耗を調べると、３０％
Ｓｎの銅合金が他の材料に比べ優れていることが紹介さ
れている。

しかし、本発明者らが行った過酷な摺動実験によれば、
３０％Ｓｎの銅合金でも凝着が起こって短時間で焼き付
いてしまう結果となった。

［発明が解決しようとする課題〕本発明は、表面に他の金属を被覆しないでチタン合金と
摺動させても焼き付かない耐摩耗性合金を提供し、上記
従来技術の問題点を解決しようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決するために、Ｓｎ：１５〜３０重量％Ｃｏ：３〜２０重量％黒鉛及び二硫化モリブデンよりなる群より選ばれた１種
又は２種よりなる固体潤滑剤：黒鉛等量２〜７重量％銅及び不可避不純物：残部を含有し、組織が、銅錫合金のδ相と、焼結合金の断面
における面積割合が２５〜９０％の銅錫合金のδ相と、
コバルト相と、前記固体潤滑剤との混合組織であること
を特徴とする耐摩耗性銅系焼結合金を提供するものであ
る。

［作用］本発明の焼結合金の基地は銅錫合金であり、顕微鏡観察
による組織上で黄色をした相（以下、δ相という）と、
灰色の相（以下、δ相という）が存在する。

δ相は通常の青銅合金であり、硬さがＭＨＶ１００程度
で、主に材料の靭性と熱伝導性を受は持っている。

δ相はＳｎ含有量が多い銅錫系金属間化合物で硬さがＭ
ＨＶ３５０程度を示し、チタン合金との凝着を防止する
作用がある。δ相が焼結合金の断面における面積比で２
５％未満であると焼結合金の硬さが低く摩耗が大きくな
る。一方、δ相の占める量が多くなると凝着摩耗が減少
するが、材料が硬く脆（なる傾向を示すと共に、Ｓｎ添
加量が多くなり、焼結時の液相発生量が増加するため焼
結体の変形及び巣ができ易くなるので面積比の上限を９
０％とする。

この銅錫系基地を得るためには、Ｓｎ含有量は１５重量
％以上必要で、上限は上記理由により３０重量％である
。Ｓｎの添加の一部又は全部を錫粉の形で、又はＳｎ含
有量の多い錫銅合金粉の形で添加することができる。

上記の基地にＣｏを添加することは、発明者がチタン合
金と各種純金属の摩擦摩耗試験を行い、コバルトが良い
相性を示すという結果に基づいている。

ＣＯはコバルト粉の形で添加され、その一部はＣｕ及び
Ｓｎと合金化し、粒度の粗い粉末は表面部が合金化して
中心部がＣｏの形で残留している。合金化したＣｏも基
地に拡散は行われず、電子線定性分析によるＣｏ濃度の
高い部分（コバルト相）が点在した状態を示す。

Ｃｏは基地を強化して硬さ及び強度を高め、耐摩耗性を
向上させる。その効果は３重量％以上で認められ含有量
を増すと共に大きくなるが、２０重量％を越えても費用
の割りに効果が伴わないことから３〜２０重量％とした
。

固体潤滑剤は耐摩耗性に欠くことのできない成分であり
、本発明では黒鉛及び／又は二硫化モリブデンＣＭＯ３
２）が使用される。その効果は、黒鉛含有重量ｌと二硫
化モリブデン含有重量２が同等に作用する。すなわち、
二硫化モリブデンの黒鉛等量は同重量の黒鉛の％で、例
えば、黒鉛５重量％と、硫化モリブデン１０重量％と、
黒鉛２重量％及び二硫化モリブデン６重量％の混合物は
同じ効果を示す。

固体潤滑剤は上記の一方か両方を黒鉛等量で２〜７重量
％含有させる。２重量％未満では効果が小さく、一方、
７重量％を越えて含有させると焼結合金の硬さ及び強度
を低くさせる。

［実施例１以下、実施例に基づいて詳細に説明する。

用いた原料粉は、電解銅粉、アトマイズ錫粉、６０％５
ｎ−Ｃｕ合金扮、コバルト粉、黒鉛粉、二硫化モリブデ
ン扮であり、第１表に示す組成になるように配合し、ス
テアリン酸亜鉛を４合物に対し０．５重量％添加し、圧
力５　ｔ　／　ｃ　ｍ″で圧縮成形した後、温度７６０
℃のアンモニア分解ガス中で焼結して試料とした。

各試料の焼結体密度、曲げ強さ、表面硬さ及び摩耗試験
結果を同じ（第１表に示す。

摩耗試験は、組成が６％Ａｌ２−２％５ｎ−４％Ｚ　ｒ
　−６Ｍ　Ｏ−Ｔ　ｉ合金の回転円盤に、直径７．９８
ｍｍ（断面積０．５　ｃ　ｒｎ″）の試料２個を荷重２
ｋｇｆで圧接し、無給油で滑り速度３１４ｃｍ／秒で１
５分間運転した時の摩擦係数及び試料の摩耗量を測定し
た。

なお、表中のｘ印のものは摩耗試験中に装置の振動が激
しくなり焼き付きを認めたもので所定時間を待たずに試
験を中断した。また、＊印は焼結体が変形したため試料
にしなかったものを表す。

試料ｌは比較材であり、数分間で焼き付きを認めた。

試料２〜７はＳｎの作用を示しており、５ｎ１０重量％
の試料は摩耗試験機の振動が大きく摩耗量が大きい。一
方、５ｎ３５重量％の試料は焼結で変形してしまった。

Ｓｎ量増加による一般的傾向は、密度及び曲げ強さが低
下し、硬さが高（なって摩耗が少なくなる。

試料８〜１１と試料４はＣｏの効果を表しており、どの
試料もよい結果を示している。Ｃｏ量の増加による一般
的な傾向は、焼結密度が低下し、曲げ強さ及び硬さが高
くなり摩耗が少なくなる。

試料１２〜１７は固体潤滑剤の効果を表している。試料
１２と試料１４から分かるように黒鉛２重量％と二硫化
モリブデン４重量％は等量である。また、試料１３は試
験機の振動が大きく摩耗量が大きい。試料１６は黒鉛が
多いもので、摩耗が少ないものの曲げ強さ及び硬さが低
い。

摩擦係数は全試料を通して大差はないが、Ｓｎ含有量が
少ないか固体潤滑剤含有量が少ない試料は、試験機の振
動が太き（なる傾向を示すことから凝着を生しているも
のと考えられる。

〔発明の効果１本発明の焼結合金はチタン合金を相手材とする摺動部材
として優れた耐摩耗性を示し、チタン合金をそのまま摺
動部材として用いることが可能となり、特にチタンバル
ブを用いた内燃機関の動弁機構部材として有用である。

Claims

【特許請求の範囲】１　Ｓｎ：１５〜３０重量％Ｃｏ：３〜２０重量％黒鉛及び二硫化モリブデンよりなる群より選ばれた１種又は２種よりなる固体潤滑剤：黒鉛等量２〜７重量％銅及び不可避不純物：残部を含有し、組織が、銅錫合金のα相と、焼結合金の断面
における面積割合が２５〜９０％の銅錫合金のδ相と、
コバルト相と、前記固体潤滑剤との混合組織であること
を特徴とする耐摩耗性銅系焼結合金。