JPH09118945A - 銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法 - Google Patents
銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法Info
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- JPH09118945A JPH09118945A JP30216395A JP30216395A JPH09118945A JP H09118945 A JPH09118945 A JP H09118945A JP 30216395 A JP30216395 A JP 30216395A JP 30216395 A JP30216395 A JP 30216395A JP H09118945 A JPH09118945 A JP H09118945A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 潤滑下での耐摩耗性を向上できる銅合金基耐
摩耗性複合材料およびその製造法を提供すること。 【解決手段】 ＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を強
化材とし、マトリックスを１５〜２５ｗｔ％のＳｎ、１
０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５ｗｔ％以
下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金とした複
合材とする。これにより、アルミ合金をマトリックスと
する場合に比べ、銅合金を用いることで硬度を高めるこ
とができるので、潤滑下における耐摩耗性を大幅に向上
することができると同時に、従来からＪＩＳに規定され
ている実用銅およびその合金に比べて融点を低く抑える
ことができ、低圧鋳造法などにより製造も容易にでき
る。
摩耗性複合材料およびその製造法を提供すること。 【解決手段】 ＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を強
化材とし、マトリックスを１５〜２５ｗｔ％のＳｎ、１
０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５ｗｔ％以
下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金とした複
合材とする。これにより、アルミ合金をマトリックスと
する場合に比べ、銅合金を用いることで硬度を高めるこ
とができるので、潤滑下における耐摩耗性を大幅に向上
することができると同時に、従来からＪＩＳに規定され
ている実用銅およびその合金に比べて融点を低く抑える
ことができ、低圧鋳造法などにより製造も容易にでき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は銅合金基耐摩耗性
複合材料およびその製造法に関し、潤滑下での耐摩耗性
の向上を図るようにしたものである。
複合材料およびその製造法に関し、潤滑下での耐摩耗性
の向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】金属基複合材料（ＭＭＣ）は、金属に強
化材として種々の繊維や粒子を混ぜることによって、母
材である金属にまさる特性を引き出したものであり、近
年、自動車、航空、宇宙など広分野で軽量化、高性能化
のための利用が考えられつつある。
化材として種々の繊維や粒子を混ぜることによって、母
材である金属にまさる特性を引き出したものであり、近
年、自動車、航空、宇宙など広分野で軽量化、高性能化
のための利用が考えられつつある。
【０００３】例えば機械摺動部材についても高性能化を
図るため、金属材料に替え、金属基複合材料を用いるこ
とで、耐摩耗性と相手材に対する低攻撃性とを両立させ
ることが考えられ、種々提案されている。
図るため、金属材料に替え、金属基複合材料を用いるこ
とで、耐摩耗性と相手材に対する低攻撃性とを両立させ
ることが考えられ、種々提案されている。
【０００４】例えばロータリーコンプレッサでは、図６
に示すように、シリンダ３１の内部に偏心して回転駆動
されるロータ３２が設けられ、シリンダ３１に径方向の
ガイド溝３３が形成されてこのガイド溝３３内にスプリ
ング３４で付勢されたベーン３５を装着してベーン３５
の先端部をロータ３２に接触させることで、ロータ３２
の回転によって径方向に摺動するベーン３５でシリンダ
内の圧縮室を高圧室３６と低圧室３７に仕切るようにな
っている。
に示すように、シリンダ３１の内部に偏心して回転駆動
されるロータ３２が設けられ、シリンダ３１に径方向の
ガイド溝３３が形成されてこのガイド溝３３内にスプリ
ング３４で付勢されたベーン３５を装着してベーン３５
の先端部をロータ３２に接触させることで、ロータ３２
の回転によって径方向に摺動するベーン３５でシリンダ
内の圧縮室を高圧室３６と低圧室３７に仕切るようにな
っている。
【０００５】このようなロータリーコンプレッサ３０の
ベーン３５では、ロータ３２との摺動面３５ａで圧縮室
を仕切る必要があり、スプリング３４によって６０ｋｇ
程度の荷重が加えられることから、耐摩耗性が要求され
ると同時に、ロータ３２への低攻撃性が必要となる。
ベーン３５では、ロータ３２との摺動面３５ａで圧縮室
を仕切る必要があり、スプリング３４によって６０ｋｇ
程度の荷重が加えられることから、耐摩耗性が要求され
ると同時に、ロータ３２への低攻撃性が必要となる。
【０００６】このため、従来のベーンは工具鋼として知
られているＳＫＨ−５１（ＪＩＳ）や繊維強化複合材料
（ＦＲＭ）で作られていたが、作動流体（冷媒）である
フロンの地球環境への問題から新たな作動流体（冷媒）
の使用を考慮しなければならず、作動流体の相違による
潤滑性の問題から従来の材料のままでは、耐摩耗性が不
十分である。
られているＳＫＨ−５１（ＪＩＳ）や繊維強化複合材料
（ＦＲＭ）で作られていたが、作動流体（冷媒）である
フロンの地球環境への問題から新たな作動流体（冷媒）
の使用を考慮しなければならず、作動流体の相違による
潤滑性の問題から従来の材料のままでは、耐摩耗性が不
十分である。
【０００７】そこで、ＭＭＣについての研究開発を行っ
た結果、既にアルミ合金基複合材料を提案しており、無
潤滑下での耐摩耗特性に優れていることが分かってい
る。
た結果、既にアルミ合金基複合材料を提案しており、無
潤滑下での耐摩耗特性に優れていることが分かってい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような無潤滑下で
耐摩耗性に優れているアルミ合金基複合材料について、
潤滑下での摩耗特性を調べたところ、図１（ａ）に示す
ように、マトリックスであるアルミ合金の硬度（Ｈｖ）
と比摩耗量（ｍｍ3 ／ｋｇ・ｍｍ）との間の関係におい
て、マトリックスの硬度が高くなると比摩耗量が小さく
なる傾向があることが分かった。
耐摩耗性に優れているアルミ合金基複合材料について、
潤滑下での摩耗特性を調べたところ、図１（ａ）に示す
ように、マトリックスであるアルミ合金の硬度（Ｈｖ）
と比摩耗量（ｍｍ3 ／ｋｇ・ｍｍ）との間の関係におい
て、マトリックスの硬度が高くなると比摩耗量が小さく
なる傾向があることが分かった。
【０００９】そこで、より耐摩耗性を向上しようとする
と、マトリックスの硬度の高いアルミ合金が必要となっ
たが、アルミ合金では、硬度に限界があり、潤滑下での
耐摩耗性に優れた金属基複合材料の開発に限界があると
予想された。
と、マトリックスの硬度の高いアルミ合金が必要となっ
たが、アルミ合金では、硬度に限界があり、潤滑下での
耐摩耗性に優れた金属基複合材料の開発に限界があると
予想された。
【００１０】この発明は、上記従来の技術における課題
を解決して、潤滑下での耐摩耗性を向上することができ
る銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法を提供し
ようとするものである。
を解決して、潤滑下での耐摩耗性を向上することができ
る銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法を提供し
ようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の請求項１記載の銅合金基耐摩耗性複合材料
は、ＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を強化材とする
とともに、マトリックスを１５〜２５ｗｔ％のＳｎ、１
０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５ｗｔ％以
下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金としたこ
とを特徴とするものである。
この発明の請求項１記載の銅合金基耐摩耗性複合材料
は、ＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を強化材とする
とともに、マトリックスを１５〜２５ｗｔ％のＳｎ、１
０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５ｗｔ％以
下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金としたこ
とを特徴とするものである。
【００１２】また、この発明の請求項２記載の銅合金基
耐摩耗性複合材料は、機械部材の摺動面が少なくとも前
記強化材と前記銅合金のマトリックとでなることを特徴
とするものである。
耐摩耗性複合材料は、機械部材の摺動面が少なくとも前
記強化材と前記銅合金のマトリックとでなることを特徴
とするものである。
【００１３】この銅合金基耐摩耗性複合材料によれば、
アルミ合金をマトリックスとする場合に比べ、銅合金を
用いることで硬度を高めることができると同時に、従来
からＪＩＳに規定されている実用銅およびその合金に比
べて融点を低く抑えることができ、製造も容易にできる
ようにしている。
アルミ合金をマトリックスとする場合に比べ、銅合金を
用いることで硬度を高めることができると同時に、従来
からＪＩＳに規定されている実用銅およびその合金に比
べて融点を低く抑えることができ、製造も容易にできる
ようにしている。
【００１４】さらに、この発明の請求項３記載の銅合金
基耐摩耗性複合材料の製造法は、圧力容器の上部に配置
した金型内にＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維の強化
材を充填し、圧力容器内の溶解炉で１５〜２５ｗｔ％の
Ｓｎ、１０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５
ｗｔ％以下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金
を溶解した後、この溶解炉と前記金型とをストークで連
結して内部を真空排気し、次いで圧力容器内に加圧ガス
を供給してガス圧力で溶湯を加圧上昇させ、前記金型内
の強化材に含浸させるようにしたことを特徴とするもの
である。
基耐摩耗性複合材料の製造法は、圧力容器の上部に配置
した金型内にＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維の強化
材を充填し、圧力容器内の溶解炉で１５〜２５ｗｔ％の
Ｓｎ、１０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５
ｗｔ％以下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金
を溶解した後、この溶解炉と前記金型とをストークで連
結して内部を真空排気し、次いで圧力容器内に加圧ガス
を供給してガス圧力で溶湯を加圧上昇させ、前記金型内
の強化材に含浸させるようにしたことを特徴とするもの
である。
【００１５】特に、この銅合金により、ガス圧力を用い
る低圧鋳造法を利用して前記強化材に前記銅合金を含浸
することができるようになり、高圧鋳造法などに比べ、
一層容易に銅合金基耐摩耗性複合材料を製造することが
できる。
る低圧鋳造法を利用して前記強化材に前記銅合金を含浸
することができるようになり、高圧鋳造法などに比べ、
一層容易に銅合金基耐摩耗性複合材料を製造することが
できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の銅合金基耐摩耗
性複合材料の実施の態様について、具体的に説明する。
性複合材料の実施の態様について、具体的に説明する。
【００１７】この耐摩耗性複合材料では、既に説明した
ように、アルミ合金基複合材の摩耗特性は、潤滑下にお
いては、マトリックスの硬度が高くなるに連れて、複合
材全体の耐摩耗性が向上する傾向が観察され（図１
（ａ）参照）、マトリックスの硬度を高めることが耐摩
耗性の向上に有効であることから、アルミ合金に替え、
硬度が高い銅合金をマトリックスとして使用することが
考えられた。
ように、アルミ合金基複合材の摩耗特性は、潤滑下にお
いては、マトリックスの硬度が高くなるに連れて、複合
材全体の耐摩耗性が向上する傾向が観察され（図１
（ａ）参照）、マトリックスの硬度を高めることが耐摩
耗性の向上に有効であることから、アルミ合金に替え、
硬度が高い銅合金をマトリックスとして使用することが
考えられた。
【００１８】従来からＪＩＳに規定されている銅合金を
使用すれば、硬度を高めることができるが、一方でアル
ミ合金に比べて融点が非常に高いことから銅合金をマト
リックスとして用いて複合材料を製造することが難しく
なってしまう。
使用すれば、硬度を高めることができるが、一方でアル
ミ合金に比べて融点が非常に高いことから銅合金をマト
リックスとして用いて複合材料を製造することが難しく
なってしまう。
【００１９】そこで、ここでは、アルミ合金に比べて融
点の上昇を極力抑えることができるとともに、硬度が高
く、しかも靭性も高い銅合金を研究開発し、この銅合金
を用いて耐摩耗性の複合材料を得るようにする。
点の上昇を極力抑えることができるとともに、硬度が高
く、しかも靭性も高い銅合金を研究開発し、この銅合金
を用いて耐摩耗性の複合材料を得るようにする。
【００２０】ここで用いる銅合金は、種々の元素を添加
することで融点を下げ、かつ硬度および靭性を高める
が、通常融点を下げるための元素の添加によって脆くな
る傾向があり、添加元素の種類とその量が銅合金の特性
に大きく影響する。
することで融点を下げ、かつ硬度および靭性を高める
が、通常融点を下げるための元素の添加によって脆くな
る傾向があり、添加元素の種類とその量が銅合金の特性
に大きく影響する。
【００２１】複合材料のマトリックスとして用いる銅合
金は、銅にＳｎ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｐを適量添加して
作られるが、そのマトリックスとして具体的に必要な融
点は、アルミ合金の融点が６５０℃で純銅の融点が１０
８０℃であることから、出来るだけアルミ合金の融点に
近い温度であること、また、硬度はアルミ合金の高度が
１５０Ｈｖ（純銅の硬度は１００Ｈｖである。）である
ことから、１５０Ｈｖ以上の硬度であることが必要であ
る。銅に添加する元素は次のようにして添加量が定めら
れた。
金は、銅にＳｎ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｐを適量添加して
作られるが、そのマトリックスとして具体的に必要な融
点は、アルミ合金の融点が６５０℃で純銅の融点が１０
８０℃であることから、出来るだけアルミ合金の融点に
近い温度であること、また、硬度はアルミ合金の高度が
１５０Ｈｖ（純銅の硬度は１００Ｈｖである。）である
ことから、１５０Ｈｖ以上の硬度であることが必要であ
る。銅に添加する元素は次のようにして添加量が定めら
れた。
【００２２】 Ｓｎの添加 銅の融点を下げ、硬度を上昇するため、Ｓｎを１５ｗｔ
％以上添加する必要がある。しかし、Ｓｎの過剰な添加
は脆いε相の析出量を増加させることから、添加量は２
５ｗｔ％までとすることが望ましい。
％以上添加する必要がある。しかし、Ｓｎの過剰な添加
は脆いε相の析出量を増加させることから、添加量は２
５ｗｔ％までとすることが望ましい。
【００２３】 Ｓｉ，Ｍｎの添加 融点を下げるとともに、硬度を上昇するため、Ｓｉおよ
びＭｎの添加が必要であるが、Ｃｕ−Ｓｎ合金にＳｉだ
けを添加すると、５ｗｔ％の添加でも硬度は５００Ｈｖ
以上となり、脆くて実用性に欠ける。
びＭｎの添加が必要であるが、Ｃｕ−Ｓｎ合金にＳｉだ
けを添加すると、５ｗｔ％の添加でも硬度は５００Ｈｖ
以上となり、脆くて実用性に欠ける。
【００２４】一方、Ｃｕ−Ｓｎ合金にＭｎだけを添加し
ても硬度は上昇せず、溶解時に強固な“のろ”が発生し
てしまう。
ても硬度は上昇せず、溶解時に強固な“のろ”が発生し
てしまう。
【００２５】そこで、これらを防止するためには、Ｃｕ
−Ｓｎ合金に１０ｗｔ％以下のＳｉと５ｗｔ％以下のＭ
ｎとを同時に添加することが有効である。
−Ｓｎ合金に１０ｗｔ％以下のＳｉと５ｗｔ％以下のＭ
ｎとを同時に添加することが有効である。
【００２６】 Ｚｎの添加 融点を下げるためにＺｎの添加が必要であるが、Ｚｎは
蒸気圧が高いため、銅合金に添加する場合に溶解炉の汚
染を招くことから、５ｗｔ％までの添加であれば、融点
を下げるのに効果的である。
蒸気圧が高いため、銅合金に添加する場合に溶解炉の汚
染を招くことから、５ｗｔ％までの添加であれば、融点
を下げるのに効果的である。
【００２７】 Ｐの添加 融点を下げ、硬度を上昇するため、Ｐの添加が必要であ
るが、Ｐは銅合金に対して脱酸剤として作用するため２
ｗｔ％を限度として添加する。これ以上のＰの添加はＣ
ｕ3 Ｐの析出量が増加し、合金が脆くなってしまう。
るが、Ｐは銅合金に対して脱酸剤として作用するため２
ｗｔ％を限度として添加する。これ以上のＰの添加はＣ
ｕ3 Ｐの析出量が増加し、合金が脆くなってしまう。
【００２８】以上の合金元素の添加により、ＭＭＣのマ
トリックとして使用可能な銅合金のの組成例とその硬度
および融点の関係を表１および図２に示した。
トリックとして使用可能な銅合金のの組成例とその硬度
および融点の関係を表１および図２に示した。
【００２９】ここに示した銅合金をマトリックスとして
用いることで、硬度がアルミ合金より高いため耐摩耗性
の向上が期待できるとともに、融点の上昇も極力抑える
ことができ、複合材の製造もアルミ合金をマトリックス
とする場合と同様にして行うことができる。
用いることで、硬度がアルミ合金より高いため耐摩耗性
の向上が期待できるとともに、融点の上昇も極力抑える
ことができ、複合材の製造もアルミ合金をマトリックス
とする場合と同様にして行うことができる。
【００３０】
【表１】
【００３１】次に、このような銅合金をマトリックスと
する複合材料についてロータリーコンプレッサのベーン
を製造する場合を例に具体的に説明する。
する複合材料についてロータリーコンプレッサのベーン
を製造する場合を例に具体的に説明する。
【００３２】このロータリーコンプレッサのベーンで
は、図７に抽出して示すように、ローターとの接触する
摺動面２ａを含む先端部２をこの発明の銅合金基耐摩耗
性複合材料とし、中間部３以降はマトリックスは同一の
銅合金を用いるが、強化材は必ずしも同一でなくとも良
く、ここでは、先端部２の強化材としてＳｉＣ粒子ある
いはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を用い、中間部３以降は強化材を
使用しないマトリックスだけとしたり、不連続繊維を強
化材として用いる。
は、図７に抽出して示すように、ローターとの接触する
摺動面２ａを含む先端部２をこの発明の銅合金基耐摩耗
性複合材料とし、中間部３以降はマトリックスは同一の
銅合金を用いるが、強化材は必ずしも同一でなくとも良
く、ここでは、先端部２の強化材としてＳｉＣ粒子ある
いはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を用い、中間部３以降は強化材を
使用しないマトリックスだけとしたり、不連続繊維を強
化材として用いる。
【００３３】なお、強化材としては、例えばＳｉＣ粒子
では粒径が５〜５０μｍのものを含有量５〜６０％とし
たり、Ａｌ2 Ｏ3 短繊維を含有量１０〜５０％として用
いる。
では粒径が５〜５０μｍのものを含有量５〜６０％とし
たり、Ａｌ2 Ｏ3 短繊維を含有量１０〜５０％として用
いる。
【００３４】また、中間部３以降として必要な靭性によ
っては３次元的に配向した炭素繊維などを強化材として
強化するようにしても良い。
っては３次元的に配向した炭素繊維などを強化材として
強化するようにしても良い。
【００３５】この銅合金基耐摩耗性複合材料で構成する
ベーン１の先端部２は、強化材としてのＳｉＣ粒子ある
いはＡｌ2 Ｏ3 短繊維の含有率を３０〜７０％にするこ
とが好ましく、強化材の含有率が高くなると複合材とし
ての強度が小さくなり、逆に含有率が低くなると強化材
による強化効果が薄れることになる。
ベーン１の先端部２は、強化材としてのＳｉＣ粒子ある
いはＡｌ2 Ｏ3 短繊維の含有率を３０〜７０％にするこ
とが好ましく、強化材の含有率が高くなると複合材とし
ての強度が小さくなり、逆に含有率が低くなると強化材
による強化効果が薄れることになる。
【００３６】次に、このような銅合金基耐摩耗性複合材
料の製造法について具体的に説明する。
料の製造法について具体的に説明する。
【００３７】この銅合金基耐摩耗性複合材料は、従来か
ら製造に用いられている高圧鋳造法によって製造するこ
とができ、例えば、金型内に強化材としてのＳｉＣ粒子
あるいはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を充填した後、油圧ピストン
などにより溶融状態のマトリックスとなる既に説明した
いずれかの組成の銅合金を１００気圧以上の高圧で注入
して含浸させることで、製造することができる。
ら製造に用いられている高圧鋳造法によって製造するこ
とができ、例えば、金型内に強化材としてのＳｉＣ粒子
あるいはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を充填した後、油圧ピストン
などにより溶融状態のマトリックスとなる既に説明した
いずれかの組成の銅合金を１００気圧以上の高圧で注入
して含浸させることで、製造することができる。
【００３８】このような高圧鋳造法を用いて製造する場
合にも、マトリックスとなる銅合金の融点が純銅に比べ
て低く抑えてあるので、アルミ合金を用いる場合とほと
んど同じようにして製造することができる。
合にも、マトリックスとなる銅合金の融点が純銅に比べ
て低く抑えてあるので、アルミ合金を用いる場合とほと
んど同じようにして製造することができる。
【００３９】また、マトリックスとなる銅合金の融点を
低く抑えるようにしたことから、低圧鋳造法を適用する
ことが可能となり、図４に示す低圧鋳造装置を用いて製
造することができることから、装置の動作とともに、製
造法について図５により説明する。
低く抑えるようにしたことから、低圧鋳造法を適用する
ことが可能となり、図４に示す低圧鋳造装置を用いて製
造することができることから、装置の動作とともに、製
造法について図５により説明する。
【００４０】(1) この低圧鋳造法では、ガス圧力を用
いるものであり、低圧鋳造装置１０の２つ割りの金型１
１の所定形状（ベーンの摺動部形状）の各キャビティ１
２内それぞれに、ベーンの先端部の強化材となるＳｉＣ
粒子あるいはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を充填するとともに、他
の部分の強化材を充填する。
いるものであり、低圧鋳造装置１０の２つ割りの金型１
１の所定形状（ベーンの摺動部形状）の各キャビティ１
２内それぞれに、ベーンの先端部の強化材となるＳｉＣ
粒子あるいはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を充填するとともに、他
の部分の強化材を充填する。
【００４１】そして、金型１１およびストーク１３を加
熱器１４によって所定温度に加熱するとともに、溶解炉
昇降手段１５によって圧力容器１６内を昇降移動する溶
解炉１７を最下部に位置させる。
熱器１４によって所定温度に加熱するとともに、溶解炉
昇降手段１５によって圧力容器１６内を昇降移動する溶
解炉１７を最下部に位置させる。
【００４２】(2) この溶解炉１７に作業ハッチ１８か
らマトリックスとなる銅合金または予め溶融させた銅合
金を供給して加熱し、溶湯Ｙを作る。
らマトリックスとなる銅合金または予め溶融させた銅合
金を供給して加熱し、溶湯Ｙを作る。
【００４３】(3) このような状態で金型１１、ストー
ク１３、溶湯Ｙが所定の温度に達したら、作業ハッチ１
８から図中、一点鎖線で示すように、圧力容器１６内に
除去棒１９を差し込んで、その先端で溶解炉１７の溶湯
Ｙの表面に浮遊している“のろＮ”を除去する。
ク１３、溶湯Ｙが所定の温度に達したら、作業ハッチ１
８から図中、一点鎖線で示すように、圧力容器１６内に
除去棒１９を差し込んで、その先端で溶解炉１７の溶湯
Ｙの表面に浮遊している“のろＮ”を除去する。
【００４４】(4) 次いで、作業ハッチ１８にめくら蓋
２０を取付けて圧力容器１６内を密閉した後、給排気手
段２１の排気バルブ２２，２２を開いて、圧力容器１６
内の真空排気を行う。
２０を取付けて圧力容器１６内を密閉した後、給排気手
段２１の排気バルブ２２，２２を開いて、圧力容器１６
内の真空排気を行う。
【００４５】これにより、圧力容器１６内は勿論、これ
と連通しているストーク１３内および金型１１内が真空
状態になる。
と連通しているストーク１３内および金型１１内が真空
状態になる。
【００４６】(5) こうして内部の真空度が所定の値に
達したら、排気バルブ２２，２２をを閉じるとともに、
溶解炉昇降手段１５によって、溶解炉１７を圧力容器１
６内の最上位置に上昇させて、ストーク１３の下端部を
溶湯Ｙ内に没入させる。
達したら、排気バルブ２２，２２をを閉じるとともに、
溶解炉昇降手段１５によって、溶解炉１７を圧力容器１
６内の最上位置に上昇させて、ストーク１３の下端部を
溶湯Ｙ内に没入させる。
【００４７】(6) こののち、給排気手段２１のガス導
入バルブ２３を開いて、図示しないガス溜まりから圧力
容器１６内に所定の圧力までガスを注入する。
入バルブ２３を開いて、図示しないガス溜まりから圧力
容器１６内に所定の圧力までガスを注入する。
【００４８】(7) 圧力容器１６内に供給されたガスに
よって溶湯Ｙの表面にガスの圧力が加わり、溶湯Ｙがス
トーク１３の下端からストーク１３内を上昇し、その上
端より湯道２４を通じて金型１１内の各キャビティ１２
に流れ込み、強化材に含浸される。
よって溶湯Ｙの表面にガスの圧力が加わり、溶湯Ｙがス
トーク１３の下端からストーク１３内を上昇し、その上
端より湯道２４を通じて金型１１内の各キャビティ１２
に流れ込み、強化材に含浸される。
【００４９】(8) こうして銅合金基耐摩耗性複合材料
で作られたベーンは、研磨や切削など仕上げ加工が施さ
れて完成する。
で作られたベーンは、研磨や切削など仕上げ加工が施さ
れて完成する。
【００５０】なお、このような低加圧鋳造法での鋳造条
件は、一例として、含浸圧力３２ａｔｍ（３．２ＭＰ
ａ），溶湯温度９８０℃，加圧保持時間３ｍｉｎとして
あげることができ、これ以外の条件でも可能である。
件は、一例として、含浸圧力３２ａｔｍ（３．２ＭＰ
ａ），溶湯温度９８０℃，加圧保持時間３ｍｉｎとして
あげることができ、これ以外の条件でも可能である。
【００５１】以上のように、マトリックスとして用いる
銅合金の融点が純銅に比べて低く、しかもアルミ合金に
近い温度となるようにしてあるので、低加圧鋳造法を用
いて銅合金基耐摩耗性複合材料を製造することが可能で
あり、高圧鋳造法に比べて簡単に製造することができ
る。
銅合金の融点が純銅に比べて低く、しかもアルミ合金に
近い温度となるようにしてあるので、低加圧鋳造法を用
いて銅合金基耐摩耗性複合材料を製造することが可能で
あり、高圧鋳造法に比べて簡単に製造することができ
る。
【００５２】なお、ロータリーコンプレッサのベーン以
外の耐摩耗性部材を製造する場合も同様にして製造する
ことができることは言うまでもない。
外の耐摩耗性部材を製造する場合も同様にして製造する
ことができることは言うまでもない。
【００５３】このような銅合金基耐摩耗性複合材料の耐
摩耗性について調べるため、既に説明した組成のうち２
つの銅合金、Ｃｕ−２０．３Ｓｎ−２．２Ｚｎ−１．２
ＰおよびＣｕ−１５Ｓｎ−Ｚｎ−１．２Ｐをそれぞれマ
トリックスとするとともに、強化材をＳｉＣ粒子とした
複合材を作った。また、比較のため、従来のアルミ合金
をマトリックスとし、強化材をＳｉＣ粒子、炭素長繊
維、長繊維とウィスカ、カーボンそれぞれとした複合材
を作った。
摩耗性について調べるため、既に説明した組成のうち２
つの銅合金、Ｃｕ−２０．３Ｓｎ−２．２Ｚｎ−１．２
ＰおよびＣｕ−１５Ｓｎ−Ｚｎ−１．２Ｐをそれぞれマ
トリックスとするとともに、強化材をＳｉＣ粒子とした
複合材を作った。また、比較のため、従来のアルミ合金
をマトリックスとし、強化材をＳｉＣ粒子、炭素長繊
維、長繊維とウィスカ、カーボンそれぞれとした複合材
を作った。
【００５４】そして、これら複合材の摩耗試験を次のよ
うにして行った。
うにして行った。
【００５５】摩耗試験装置として改良型大越式試験装置
を用い、摩擦速度を０．９４m/s 、負荷荷重を１６．８
ｋｇ、摩擦時間を約３時間とし、潤滑剤としてエステル
系潤滑剤（商品名：SUNISO2GSDJ ）を常温で滴下した潤
滑状態とした。
を用い、摩擦速度を０．９４m/s 、負荷荷重を１６．８
ｋｇ、摩擦時間を約３時間とし、潤滑剤としてエステル
系潤滑剤（商品名：SUNISO2GSDJ ）を常温で滴下した潤
滑状態とした。
【００５６】このような摩耗試験の結果を示したもの
が、図１（ｂ）である。この摩耗試験結果から明らかな
ように、従来のアルミ合金をマトリックスとする複合材
に比べ、この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の潤滑下
における比摩耗量が大幅に低減されていることが分か
る。
が、図１（ｂ）である。この摩耗試験結果から明らかな
ように、従来のアルミ合金をマトリックスとする複合材
に比べ、この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の潤滑下
における比摩耗量が大幅に低減されていることが分か
る。
【００５７】また、摩耗試験における負荷荷重の影響を
調べるため、銅合金の組成としてＣｕ−２０．３Ｓｎ−
２．２Ｚｎ−１．２Ｐとしたものをマトリックスとし、
強化材をＳｉＣ粒子とした複合材を作り、従来のアルミ
合金をマトリックスとする複合材と上記と同一の摩耗試
験条件で摩擦荷重を変えて試験を行い、その結果を図３
に示した。
調べるため、銅合金の組成としてＣｕ−２０．３Ｓｎ−
２．２Ｚｎ−１．２Ｐとしたものをマトリックスとし、
強化材をＳｉＣ粒子とした複合材を作り、従来のアルミ
合金をマトリックスとする複合材と上記と同一の摩耗試
験条件で摩擦荷重を変えて試験を行い、その結果を図３
に示した。
【００５８】同図からも明らかなように、摩擦の負荷荷
重が変化した場合でも、従来のアルミ合金をマトリック
スとする場合に比べ、この発明の銅合金基耐摩耗性複合
材料の潤滑下における比摩耗量が大幅に低減されている
ことが分かる。
重が変化した場合でも、従来のアルミ合金をマトリック
スとする場合に比べ、この発明の銅合金基耐摩耗性複合
材料の潤滑下における比摩耗量が大幅に低減されている
ことが分かる。
【００５９】
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料によれ
ば、アルミ合金をマトリックスとする場合に比べ、銅合
金を用いることで硬度を高めることができるので、潤滑
下における耐摩耗性を大幅に向上することができると同
時に、従来からＪＩＳに規定されている実用銅およびそ
の合金に比べて融点を低く抑えることができ、製造も容
易にできる。
たように、この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料によれ
ば、アルミ合金をマトリックスとする場合に比べ、銅合
金を用いることで硬度を高めることができるので、潤滑
下における耐摩耗性を大幅に向上することができると同
時に、従来からＪＩＳに規定されている実用銅およびそ
の合金に比べて融点を低く抑えることができ、製造も容
易にできる。
【００６０】また、この銅合金基耐摩耗性複合材料を機
械部材の摺動面に用いることで、潤滑下における耐摩耗
性の向上を図ることができると同時に、相手材に対する
攻撃性の低下を図ることができる。
械部材の摺動面に用いることで、潤滑下における耐摩耗
性の向上を図ることができると同時に、相手材に対する
攻撃性の低下を図ることができる。
【００６１】さらに、この発明の銅合金基耐摩耗性複合
材料の製造法によれば、ガス圧力を用いる低圧鋳造法を
利用して前記強化材に前記銅合金を含浸することができ
るようになり、高圧鋳造法などに比べ、一層容易に銅合
金基耐摩耗性複合材料を製造することができる。
材料の製造法によれば、ガス圧力を用いる低圧鋳造法を
利用して前記強化材に前記銅合金を含浸することができ
るようになり、高圧鋳造法などに比べ、一層容易に銅合
金基耐摩耗性複合材料を製造することができる。
【図１】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の一実施
の形態にかかる比摩耗量に及ぼすマトリックス硬度の影
響を示すグラフである。
の形態にかかる比摩耗量に及ぼすマトリックス硬度の影
響を示すグラフである。
【図２】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の一実施
の形態にかかる銅合金の組成と硬度および融点との関係
を示すグラフである。
の形態にかかる銅合金の組成と硬度および融点との関係
を示すグラフである。
【図３】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の一実施
の形態にかかる比摩耗量に及ぼす負荷荷重の影響を示す
グラフである。
の形態にかかる比摩耗量に及ぼす負荷荷重の影響を示す
グラフである。
【図４】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の一実施
の形態にかかる低圧鋳造装置の概略断面図である。
の形態にかかる低圧鋳造装置の概略断面図である。
【図５】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の製造法
の一実施の形態にかかる製造工程を示すフローチャート
である。
の一実施の形態にかかる製造工程を示すフローチャート
である。
【図６】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料の適用対
象の一例のロータリーコンプレッサの概略説明図であ
る。
象の一例のロータリーコンプレッサの概略説明図であ
る。
【図７】この発明の銅合金基耐摩耗性複合材料で製造し
たロータリーコンプレッサのベーンの概略斜視図であ
る。
たロータリーコンプレッサのベーンの概略斜視図であ
る。
１ ベーン ２ 先端部 ２ａ 摺動面 ３ 中間部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒木 康徳 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 細井 英治 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 ＳｉＣ粒子またはＡｌ2 Ｏ3 短繊維を強
化材とするとともに、マトリックスを１５〜２５ｗｔ％
のＳｎ、１０ｗｔ％以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、
５ｗｔ％以下のＺｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合
金としたことを特徴とする銅合金基耐摩耗性複合材料。 - 【請求項２】 機械部材の摺動面が少なくとも前記強化
材と前記銅合金のマトリックでなることを特徴とする請
求項１記載の銅合金基耐摩耗性複合材料。 - 【請求項３】 圧力容器の上部に配置した金型内にＳｉ
Ｃ粒子またはＡｌ2Ｏ3 短繊維の強化材を充填し、圧力
容器内の溶解炉で１５〜２５ｗｔ％のＳｎ、１０ｗｔ％
以下のＳｉ、５ｗｔ％以下のＭｎ、５ｗｔ％以下のＺ
ｎ、２ｗｔ％以下のＰを添加した銅合金を溶解した後、
この溶解炉と前記金型とをストークで連結して内部を真
空排気し、次いで圧力容器内に加圧ガスを供給してガス
圧力で溶湯を加圧上昇させ、前記金型内の強化材に含浸
させるようにしたことを特徴とする銅合金基耐摩耗性複
合材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30216395A JPH09118945A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30216395A JPH09118945A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09118945A true JPH09118945A (ja) | 1997-05-06 |
Family
ID=17905687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30216395A Pending JPH09118945A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 銅合金基耐摩耗性複合材料およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09118945A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103276323A (zh) * | 2013-06-29 | 2013-09-04 | 孟红琳 | 高强度耐腐蚀复合热交换管的制备方法 |
| US8557383B2 (en) | 2004-09-06 | 2013-10-15 | Plansee Se | Method of producing a material composite |
| WO2014205606A1 (zh) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 苏州金仓合金新材料有限公司 | 一种纳米级碳化硅铜基合金材料制备方法 |
| CN105331844A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-17 | 苏州天兼新材料科技有限公司 | 一种锡青铜合金及利用该锡青铜合金制造管材的方法 |
| CN105543545A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-05-04 | 盐城工学院 | 一种短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料及其制备方法 |
| WO2017075741A1 (zh) * | 2015-11-02 | 2017-05-11 | 苏州金仓合金新材料有限公司 | 一种高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料 |
| CN113388752A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-09-14 | 上海交通大学 | 一种金属基复合材料的制备方法 |
-
1995
- 1995-10-26 JP JP30216395A patent/JPH09118945A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8557383B2 (en) | 2004-09-06 | 2013-10-15 | Plansee Se | Method of producing a material composite |
| WO2014205606A1 (zh) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 苏州金仓合金新材料有限公司 | 一种纳米级碳化硅铜基合金材料制备方法 |
| CN103276323A (zh) * | 2013-06-29 | 2013-09-04 | 孟红琳 | 高强度耐腐蚀复合热交换管的制备方法 |
| CN105331844A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-02-17 | 苏州天兼新材料科技有限公司 | 一种锡青铜合金及利用该锡青铜合金制造管材的方法 |
| WO2017075741A1 (zh) * | 2015-11-02 | 2017-05-11 | 苏州金仓合金新材料有限公司 | 一种高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料 |
| CN105543545A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-05-04 | 盐城工学院 | 一种短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料及其制备方法 |
| CN105543545B (zh) * | 2016-01-13 | 2017-04-26 | 盐城工学院 | 一种短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料及其制备方法 |
| CN113388752A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-09-14 | 上海交通大学 | 一种金属基复合材料的制备方法 |
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