JPH0610319B2 - 自己潤滑性焼結銅合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．発明の目的 (1)産業上の利用分野 本発明は、プレス機のウエアプレート等の摺動部材とし
て用いられる自己潤滑性焼結銅合金の製造方法に関す
る。

(2)従来の技術 従来、この種焼結銅合金の製造方法として、ニッケル、
スズ、リンおよび黒鉛を含む銅系原料粉末を焼結する手
法が知られている（特公昭５８−５２５４７号公報参
照）。

(3)発明が解決しようとする問題点 前記黒鉛は潤滑材として機能するもので、その機能を十
分に発揮させるため前記従来法においては多量の黒鉛粉
末が用いられている。

しかしながら黒鉛は銅合金に対する濡れ性が悪く、焼結
性を阻害するので、黒鉛の含有量が多くなればなる程焼
結銅合金の圧縮強さが低下し、また前記化学成分に起因
して焼結銅合金の靭性、したがって耐衝撃性が低いとい
う問題がある。

さらに前記原料粉末は粉末状態のまま使用されるので、
その取扱性が悪く、焼結銅合金の生産能率に支障を来た
すといった問題もある。

本発明は上記に鑑み、黒鉛の含有量を減らし、また黒鉛
の減量分を潤滑性を有し耐摩耗性向上に寄与すると共に
靭性向上効果を発揮するモリブデンによって補い、さら
に黒鉛の焼結阻害性を緩和し、その上、加圧下で焼結す
る、という手段を採用することによって高密度化を達成
し、これにより優れた耐摩耗性、圧縮強さおよび靭性を
備え、また良好な表面性状を有する正常な自己潤滑性焼
結銅合金を得ることのできる、生産性の良好な前記製造
方法を提供することを目的とする。

Ｂ．発明の構成 (1)問題点を解決するための手段 本発明に係る自己潤滑性焼結銅合金の製造方法は、ニッ
ケル、スズおよびリンを含有する銅合金粉末に、粒径の
大きな黒鉛粉末の表面に粒径の小さなモリブデン粉末を
分散貼着した潤滑性粉末を添加してなる原料粉末と合成
樹脂バインダとの混合物をベース材上面に重ね合せる工
程と、前記混合物の上面に、通気性のない加圧体を、通
気性を有し、且つ前記原料粉末の焼結温度でその粉末お
よび前記加圧体に対して非融着性を持つと共に前記混合
物外周部より食出る大きさのガス抜き用シートを介して
載置する工程と；前記混合物中の前記合成樹脂バインダ
を熱分解すると共に前記原料粉末を焼結する工程と；を
用いることを特徴とする。

(2)作用 潤滑性粉末として黒鉛粉末とモリブデン粉末の混合粉末
を用いるので、モリブデンの含有量に応じて黒鉛の含有
量を減少し、また黒鉛粉末の表面にモリブデン粉末を分
散貼着することにより黒鉛粉末の表面積を減少してその
焼結阻害性を緩和し、さらに加圧下で焼結することによ
り高密度化を達成し、これにより焼結銅合金の耐摩耗
性、圧縮強さおよび靱性を向上させることが可能とな
る。

また原料粉末を、それと合成樹脂バインダとを混合して
得られた混合物の形態で用いるので、原料粉末の取扱性
が良好となる。

さらに合成樹脂バインダの熱分解により生じた分解ガス
は、原料粉末の構成粉末間よりガス抜き用シートの外周
部を通じて効率良く排出されるので、焼結銅合金におけ
る残留ガスに起因した巣の発生、有害ガス成分の侵入等
の不具合を確実に回避することができる。

さらにまた、ガス抜き用シートにより混合物外周部を覆
うので、合成樹脂バインダの分解時において、混合物外
周部の、結合力を失った原料粉末が分解ガスの噴出圧に
よって飛散することがなく、これにより外周部の欠落の
ない正常な焼結銅合金を得ることができる。

その上、ガス抜き用シートの上面には加圧体が載置され
ているので、分解ガスが混合物上面から加圧体を通じて
噴出することがなく、これにより焼結銅合金表面の荒れ
を防止して、その表面性状を良好にすることができる。
これは焼結銅合金表面を摺動面とする場合、その表面の
仕上げ加工を不要にするか、または僅かな仕上げ加工を
行えば良い、といった効果をもたらす。

(3)実施例 第１図は摺動部材１を示し、その摺動部材１はベース材
２と、その一面に溶着された自己潤滑性焼結銅合金３と
よりなる。焼結銅合金３はその焼結時にベース材２に溶
着されたものである。

焼結銅合金３は原料粉末と合成樹脂バインダとの混合物
より得られた原料シートを用いて製造される。

原料粉末としては、ニッケル５〜３０重量％、スズ７〜
１３重量％およびリン0.3〜２重量％を含有する銅合金
粉末に、それに対し潤滑性粉末としてモリブデン粉末１
〜５重量％および黒鉛粉末１〜2.5重量％を添加したも
のが該当する。

第２図に示すように、モリブデン粉末Ｍｏの粒径は黒鉛
粉末Ｇの１／５〜１／１０に設定され、潤滑性粉末は黒
鉛粉末Ｇの表面にモリブデン粉末Ｍｏを有機バインダ、
例えばアクリル樹脂により貼着して構成される。

前記原料粉末において、各化学成分の配合量を前記のよ
うに限定した理由および各化学成分の役割は以下の通り
である。

ニッケルはろう材として機能し、原料粉末の焼結性、ベ
ース材に対する焼結銅合金の溶着性および銅マトリック
スの強度を向上させる効果を発揮するが、その配合量が
５重量％を下回ると前記効果が得られず、また３０重量
％を上回っても前記効果の向上は望めず、その上コスト
高となる。

スズは銅と合金化して銅マトリックスの強度および耐摩
耗性を向上させる効果を発揮するが、その配合量が７重
量％を下回ると前記効果が得られず、また１３重量％を
上回ると銅合金の融点が低下して焼結銅合金の形状維持
性が悪化する。

リンは銅マトリックスに析出してその強度および耐磨耗
性を向上させる効果を発揮するが、その配合量が0.3重
量％を下回ると銅合金の融点が高くなって原料粉末の焼
結性が悪化し、また２重量％を上回ると銅合金の融点が
低下して焼結銅合金の形状維持性が悪化する。

モリブデンは銅合金と強固に結合して焼結銅合金の靭
性、耐磨耗性および潤滑性を向上させる効果を発揮する
が、その配合量が１重量％を下回ると前記効果が得られ
ず、また５重量％を上回ると原料シートの成形が困難と
なり、また焼結銅合金の焼結強度および密度が低下す
る。

黒鉛は焼結銅合金の潤滑性を向上させる効果を発揮する
が、その配合量が１重量％を下回ると前記効果が得られ
ず、また2.5重量％を上回ると焼結銅合金の圧縮強さが
低下する。

合成樹脂バインダとしては熱可塑性合成樹脂エマルジョ
ンが該当し、その合成樹脂バインダは原料粉末に対して
１〜４重量％配合される。その理由は合成樹脂バインダ
の配合量が１重量％を下回ると原料シートの保形性が悪
く、また原料粉末間の結合力が弱くなってその粉末の脱
落を発生し、一方４重量％を上回ると焼結銅合金の気孔
率が高くなって密度の低下、形状精度の悪化等を招来
し、また残留炭素が多くなって焼結性の阻害、ベース材
に対する焼結銅合金の溶着不良等を招来するからであ
る。

次に第３、第４図を参照しながら前記摺動部材１の製造
方法について説明する。

ｉ．原料シートの製造 噴霧法により得られた、ニッケル２５重量％、スズ１０
重量％、リン1.１重量％および残部銅からなり、標準篩
１１０メッシュを通過し得る粒度の銅合金粉末９２重量
％、および 機械的粉砕法により得られた、平均粒径７４μｍ（標準
篩２００メッシュを通過し得る粒度）の人造黒鉛粉末の
表面に、機械的粉砕法により得られた、人造黒鉛粉末と
重量比で等量の粒径１０μｍ以下のモリブデン粉末をア
クリル樹脂によって貼着した潤滑性粉末５重量％ よりなる原料粉末と、 四フッ化エチレン樹脂とアクリル樹脂を１：１に混合
し、その混合樹脂にそれに対し５０重量％の水を添加し
てエマルジョン化した合成樹脂バインダ３重量％と を、第３図(a)に示すようにニーダ４に投入し、それら
を３分間混合して原料粉末を合成樹脂バインダ中に均一
に分散させた混合物Ｍを得る。

第３図(b)に示すように、混合物Ｍをヒータ５上に移
し、それを８０〜１５０℃に加熱して水分を蒸発し乾燥
する。

第３図(c)に示すように、加熱状態に在る混合物Ｍをロ
ール機６に数回通し、厚さ２〜３mmの原料シートＳを得
る。

第３図(d)に示すように、原料シートＳをヒータ５上に
移し、それを８０〜１２０℃で３０分間加熱し、ロール
成形時の歪を除去する。

原料シートＳの密度は4.８ｇ／cm³で、第３図(e)に示す
ようにロール状に巻いて保存される。

ｉｉ．摺動部材の製造 第３図(f)に示すように、原料シートＳから縦２００m
m、横２００mmの原料板Ｐを裁断し、その原料板Ｐを縦
２００mm、横２００mm、厚さ１９mmのＪＩＳ ＳＳ４１
で表わされる鋼板製ベース材２の上面にアクリル系接着
剤を用いて貼着し、その上面を縦２１０mm、横２１０m
m、厚さ２mmのセラミック繊維、実施例はシリカアルミ
ナ繊維（商品名カオウール）よりなり通気性を有するガ
ス抜き用シート６を用いて覆い、さらにシート６の上面
に縦２００mm、横２００mm、厚さ３８mmの前記と同材質
の鋼板よりなる通気性のない加圧体７を載置する。この
加圧体７により原料板Ｐの上面全体が加圧される。

加圧体７は、焼結時において原料粉末を加圧し焼結銅合
金３の密度を向上させるために用いられるものである
が、この加圧体７を直接原料板Ｐ上に載せると、合成樹
脂バインダ等より生じる分解ガスのガス抜き性が悪く、
また原料板Ｐにおける外周部の、結合力を失った原料粉
末が分解ガスの噴出圧により飛散する。そこで加圧体７
と原料板Ｐとの間に原料板Ｐ外周部より食出る大きさの
前記シート６を介在させ、その通気性を利用してガス排
出路を形成し、また原料粉末の飛散を防止する。このよ
うな使用目的を十分に達成するためには、原料板Ｐの大
きさとシート６の厚さとの間に相関関係がある。例え
ば、原料板Ｐの厚さ２mmにおいて、その大きさが縦８０
mm、横８０mmではシート６の厚さは１mm、縦２００mm、
横２００mmではシート６の厚さは２mmとなる。なお、前
記厚さを有する原料板Ｐの大きさが縦６０mm、横６０mm
以下である場合、合成樹脂バインダ等の熱分解が極めて
遅い場合等においてはシート６がなくても分解ガスのガ
ス抜きが容易に行われ、また原料粉末の飛散は生じな
い。

ガス抜き用シート６は、原料粉末の焼結温度でその粉末
および加圧体７に対し非融着性を持つことが必要であ
る。この用件を満たす材料としては前記セラミック繊維
の外にアスベスト、ロックウール等が該当する。またシ
ート６を用いない場合には、原料粉末に対する加圧体７
の融着を防止すべく、加圧体７に離型剤を塗布する、加
圧体７と原料板Ｐとの間にアルミナ等のセラミック体を
介在させる等の手段を採用する。

前記積層物を真空焼結炉８内に設置して第４図に示す加
熱条件で合成樹脂バインダ、アクリル系接着剤等の熱分
解、原料粉末の焼結およびベース材に対する焼結銅合金
の溶着を行う。キャリアガスとしては窒素ガスが用いら
れ、真空度は１ Ｔｏｒｒである。

(a)第１加熱ゾーン（第４図Ａ_１） この加熱ゾーンＡ_１は常温から６００℃までである。常
温からの昇温速度は２０℃／分で、炉内は６００℃にて
６０分間恒温状態に保持される。この加熱ゾーンＡ_１で
は、先ず、積層物の水分が蒸発し、次いで５６０〜６０
０℃の範囲で合成樹脂バインダ、アクリル系接着剤等の
有機成分が熱分解されてガス化する。分解ガスは原料粉
末の構成粉末間よりシート６を通じて排出される。ベー
ス材２の外周部に在る結合力を失った原料粉末の飛散は
シート６により防止される。

(b)第２加熱ゾーン（第４図Ａ_２） この加熱ゾーンＡ_２は略９００℃である。第１加熱ゾー
ンＡ_１からの昇温速度は２０℃／分で、炉内は略９００
℃にて３０分間恒温状態に保持される。この加熱ゾーン
Ａ_２では原料粉末およびベース材２の均熱化が図られ
る。

(c)第３加熱ゾーン（第４図Ａ_３） この加熱ゾーンＡ_３は略１０２０℃である。第２加熱ゾ
ーンＡ_２からの昇温速度は１０℃／分で、炉内は略１０
２０℃にて３０分間恒温状態に保持される。この加熱ゾ
ーンＡ_３は、原料粉末において固相と液相が共存する半
液相温度域であり、液相により固相間の気孔が埋めら
れ、また加圧体７の加圧力により液相の流動が増進され
て焼結が進行し、密度の高い焼結銅合金３が得られる。
この場合黒鉛粉末の表面積がモリブデン粉末により減少
させられているので、その黒鉛粉末の焼結阻害性が緩和
され、これは焼結銅合金３の高密度化に寄与する。この
焼結時ニッケルがリンと合金化し、そのろう材としての
機能により焼結銅合金３がベース材２に確実に溶着され
る。

この加熱ゾーンＡ_３では、原料粉末における液相の流動
が緩慢であるから黒鉛の浮遊、偏析が発生せず、したが
って焼結銅合金の潤滑性はその全体に亘って均等とな
る。

(d)冷却ゾーン（第４図Ｂ） 真空焼結炉８内に、その内部気圧が５００mmＨｇとなる
まで窒素ガスを導入し、冷却ファンにより窒素ガスを循
環させて焼結銅合金３、ベース材２等を冷却する。

上記加熱冷却工程を経て第１図に示す摺動部材１が得ら
れる。

焼結銅合金３は密度6.２ｇ／cm³、ロックウエル硬さＨ
_ＲＢ３５以上、含油率１２％で、黒鉛の分布も均一であ
り、また表面形状は良好で外周部の欠落も生じていなか
った。

比較のため、モリブデン粉末を黒鉛粉末に貼着しない点
を除いて前記実施例と同一構成の原料板を用い、前記実
施例と同一条件で焼結処理を行って第１図と同一構成の
摺動部材を得た。

この摺動部材における焼結銅合金は密度5.４ｇ／cm³、
ロックウエル硬さＨ_ＲＢにて測定不能、含油率１９％で
あり、ベース材との溶着性も悪かった。

このように焼結性の悪化に伴い低密度で、硬さも低く、
その上含油率の高い焼結銅合金は圧縮強さも低く、した
がって摺動部材として不適切である。

なお、焼結銅合金において、同量の黒鉛を用いた場合、
その粒径が小さくなればなる程焼結性が低下し、焼結銅
合金の密度が低くなる傾向にあるが、本発明によれば、
粒径の小さな黒鉛を用いても、標準篩２８メッシュを通
過し得るが６５メッシュを通過し得ない、比較的粒径の
大きな黒鉛粉末を用いた場合と略同様の密度を持った焼
結銅合金を得ることができる。

Ｃ．発明の効果 本発明によれば、モリブデンの含有量に応じて黒鉛の含
有量を減少し、また黒鉛粉末の表面にモリブデン粉末を
分散貼着することにより黒鉛粉末の表面積を減少してそ
の焼結阻害性を緩和し、さらに加圧下での焼結により高
密度化を達成し、これにより優れた圧縮強さを有し、ま
た靱性、したがって耐衝撃特性を向上させた耐摩耗性が
良好で、表面性状の良い自己潤滑性焼結銅合金を得るこ
とができる。

また原料粉末を、それと合成樹脂バインダとを混合して
得られた混合物の形態で用いるので、原料粉末の取扱性
が良好で焼結銅合金の生産能率を向上させることができ
る。

さらにガス抜き用シートの使用によって、合成樹脂バイ
ンダの熱分解による分解ガスを効率良く排出して、焼結
銅合金における残留ガスに起因した巣の発生、有害ガス
成分の侵入等の不具合を確実に回避し、また焼結銅合金
外周部の欠落を防止して正常な焼結銅合金を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は摺動部材の斜視図、第２図は潤滑性粉末の拡大
図、第３図は摺動部材の製造工程説明図、第４図は焼結
工程における時間と温度の関係を示すグラフである。 Ｇ……黒鉛粉末、Ｍｏ……モリブデン粉末、Ｍ……混合
物、Ｐ……原料板、Ｓ……原料シート、１……摺動部
材、２……ベース材、３……焼結銅合金、６……ガス抜
き用シート、７……加圧体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−52547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−82871（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−26413（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニッケル、スズおよびリンを含有する銅合
   金粉末に、粒径の大きな黒鉛粉末（Ｇ）の表面に粒径の
   小さなモリブデン粉末（Ｍｏ）を分散貼着した潤滑性粉
   末を添加してなる原料粉末と合成樹脂バインダとの混合
   物（Ｍ）をベース材（２）上面に重ね合せる工程と、前
   記混合物（Ｍ）の上面に、通気性のない加圧体（７）
   を、通気性を有し、且つ前記原料粉末の焼結温度でその
   粉末および前記加圧体（７）に対して非融着性を持つと
   共に前記混合物（Ｍ）外周部より食出る大きさのガス抜
   き用シート（６）を介して載置する工程と；前記混合物
   中の前記合成樹脂バインダを熱分解すると共に前記原料
   粉末を焼結する工程と；を用いることを特徴とする自己
   潤滑性焼結銅合金の製造方法。