JPS6119750A

JPS6119750A - 銅系焼結体

Info

Publication number: JPS6119750A
Application number: JP14126684A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋; Sadataka Obuchi; 大淵　貞孝
Original assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-07-07
Filing date: 1984-07-07
Publication date: 1986-01-28
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH079046B2

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］本発明は、耐摩耗性、耐焼付性がよい銅系焼結体に関す
る。本発明の銅系焼結体は、苛酷な条件下で摺動する摺
動部材として適する。本発明の銅系焼結体が用いらる代
表的な例としては、軸受、歯車、カムがある。

［従来の技術］焼結体としては一般に鉄系焼結体と銅系焼結体とがある
。例えば、代表的な焼結体である焼結軸受合金としては
、ＪＩＳＢ１５８１に規定されているように鉄系焼結体
と銅系焼結体とがある。

銅系焼結体は、一般には耐焼付性が良好であり、軸受材
などに広く用いられている。しかし耐摩耗性が劣るため
、高荷重が加わる摺動部品などには使用されることが少
なかった。

一方、鉄系焼結体は、耐摩耗性が良好であるが、耐焼付
性が劣るため潤滑油などの供給が不足する部品に用いる
と焼付を生じやすいという欠点があった。

上記欠点を補う意味で鉄系粉末と銅系粉末を混ぜ合せて
焼結した焼結体が近年開発されている。

このものは、特公昭５６−５２９８８号公報に係る［耐
摩耗性ならびにＷＪ滑性にすぐれる鉄系焼結合金」であ
る。このものでは、鉄系粉末に銅系粉末を１０〜４０％
を混ぜ、更に若干の錫と二硫化モリブデンを混ぜて耐摩
耗性及び潤滑性を向上させている。黙しながら内燃機関
に用いられる摺動部品においては、最近の高性能化に伴
い使用条件は更に一層苛酷になり、そのため上記した特
公昭５６−５２９８８号公報に係る焼結合金では、必ず
しも充分ではなかった。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した従来技術の問題点を解決せんとなされ
たものであり、耐摩耗性および耐焼付性が優れた銅系焼
結体を提供することを目的とする。

［Ｗ！Ｉ題点を解決するための手段］本発明は、銅系焼結体の長所である耐焼付性をそこなう
事なく、鉄系焼結体と同等の耐摩耗性を備えた焼結体を
提案するものである。

即ち本発明の銅系焼結体は、銅系金属粉末と鉄系の硬質
粒子とを混合した混合体を焼結して得られるものである
。

本発明の銅系焼結体は、銅系金属粉末を主体とするマト
リックスと該マトリックスに分散された該硬質粒子とか
ら構成され、前記硬質粒子は、硬質粒子全体を１００重
量％とじたとき重量％で、クロム、モリブデン、タング
ステン、バナジウム、ニオブのうち１種又は２種以上０
．２〜６６％、炭素０．２〜３．０％、不可避の不純物
、残部鉄の組成をもつことを特徴とするものである。

本発明においては、マトリックスは、銅系金属粉末を焼
結した部分である。従って本発明の銅系焼結体は、耐焼
付性が良好である。前記した銅系金属粉末とは、銅（Ｃ
ＬＩ　）を主体とする粉末の意味である。銅系金属粉末
は、一般に用いられる銅系粉末を用いることができる。

例えば、純度の高い・電解銅粉、スズ（Ｓｎ　）を含む
銅粉を用いることができる。この場合スズ含有量は、マ
トリックス全体を１００重量％としたとき１０重量％以
下特に８重量％がよい。銅系金属粉末は、粉末粒子の平
均粒径が１０〜１００μ程度のものを用いることが望ま
しい。その理由は硬質粒子を均一に分散させるため、お
よび１００μ以上では焼結性が悪く、１０μ以下では粉
末価格が高くなるからである。本発明では上記銅系金属
粉末に、固体潤滑剤例えば鉛や黒鉛を含ませてもよい。

鉛や黒鉛は双方を含ませても、あるいはいずれか一方を
含ませてもよい。鉛や黒鉛は、銅やスズにはほとんど固
溶せず、銅粒子の粒界に存在する。鉛や黒鉛は、相手材
ど摺動じたときに、潤滑作用を果し、耐焼付性を一層向
上させる。鉛や黒鉛は、マトリックス全体を１００％と
したとき８重量％以下であることが望ましい。８重量％
を越えると、焼結体の強度が低下するからである。

上記マトリックスには硬質粒子が分散している。

硬質粒子は、炭化物形成元素を含む鉄系粒子の意味であ
る。該硬質粒子は、硬質粒子全体を１００重量％とじた
とき重量％で、クロム、モリブデン、タングステン、バ
ナジウム、ニオブのうち１種又は２種以上０．２〜６６
％、炭素０．２〜３．０％、不可孔の不純物、残部鉄の
組成をもつものである。該硬質粒子は、一般に、硬質粒
子全体を１００重量％としたとき重量％で、クロム０．
５〜２５％、モリブデン０．３〜７．０％、タングステ
ン０．５〜２５％、バナジウム０．２〜６．０−　％、
ニオブ０，０５〜３％のうち１種又は２種以上を含む組
成にすることが望ましい。更に硬質粒子の組成は、硬質
粒子全体を１００重量％としたとき重量％で、クロム０
．５〜２５％、モリブデン０．３〜７．０％、タングス
テン０．５〜２５％、バナジウム０．２〜６．０％、ニ
オブ０．０５〜３％、コバルト２．０〜２０％、ボロン
０゜０３〜０．５％、リン０．１〜０．８％、マンガン
１．２％以下、シリコン１．５％以下を含むことにして
もよい。

該硬質粒子は、炭化物を多く析出させている。上記した
炭化物は、クロム、モリブデン、タングステン、バナジ
ウム、ニオブの１種又は２種以上を含む単一炭化物や複
炭化物から構成される。炭化物は例えばＯｒ孕Ｃｓ、Ｍ
Ｏ２ｃ、ＷＣ，ＶＣ。

ＮｂＣ等である。

硬質粒子は上記炭化物を含むため、硬さはかたく、一般
にビッカース硬度（荷重３００ｕ　）で２００以上であ
る。硬さが上記値よりも低いと焼結体の耐摩耗性は向上
しない。硬質粒子は、ごッヵース硬度４００〜６００、
例えば５５０のかたさをもつものを用いることが望まし
い。

硬質粒子に含まれる不可避の不純物は、少ない方が望ま
しい。例えば２％以下が望ましい（不可避の不純物とし
ては、ＡＩ、Ｓ等がある）。

硬質粒子は、一般に、上記組成をもつ合金工具鋼、高速
度鋼、耐熱鋼等を噴霧法によって形成する。

硬質粒子の大きさは平均粒径が通常５〜１５０μｍ程度
が望ましい。硬質粒子の大きさが５μｍ未満では耐摩耗
性向上効果が小さいからである。

逆に１５０μｍを越えると粒子が多きすぎて相手攻撃性
を示す事があり、又マトリックスから硬質粒子が脱落し
やすいからである。尚、硬質粒子の平均粒径は、累積粒
度分布の５０％粒子径とした。

硬質粒子の形状は一般に粒状や丸い方がよい。

硬質粒子の割合は、銅系焼結体の用途等に応じて設定す
るが、銅系焼結体全体を１００重量％としたとき、１０
〜７０％程度が望ましい。その理由は１０％未満では、
硬質粒子が少なすぎて耐摩耗性の向上に寄与せず、又７
０％を越えると、硬質粒子成分が増えすぎるため耐焼付
性が低下するからである。

上記した硬質粒子は、マトリックス中に均一に分散して
いることが望ましい。

本発明の銅系焼結体を製造するにあたっては、まず上記
したような組成をもつ硬質粒子、銅系金属粉末を混合し
た混合体を形成する。この場合には■型混合機などの通
常の混合手段を用いることができる。混合時間は通常１
０〜４０分間とする。

次に、混合体を所定の形状に圧縮成形して圧粉体とする
。圧縮は、金型成形による通常の手段の他、ラバープレ
ス等の手段を用いることができる。成形圧力は、通常２
〜７ｔｏｎ／ｃｍ２とする。圧粉体の密度は均一である
ことが望ましい。上記のように圧粉体を形成したら、該
圧粉体を加熱して焼結する。焼結は、通常、還元性雰囲
気、あるいは不活性ガス雰囲気中で７００〜１０００℃
で１０〜６０分間加熱することにより行なう。この様に
製造すると、銅系金属粉末は互いに結合し、焼結体のマ
トリックスは銅系となり、該マトリックスに硬質粒子を
分散させることができる。

［発明の効果］本発明の銅系焼結体は、実施例の試験値で示すように、
摩耗痰中が小さく又焼付荷重が太き（、耐摩耗性、耐焼
付性の双方に優れた性質を有する。

［実施例］第１表は各実施例の試料をつくる場合の条件を示すもの
である。以下、各実施例についてより詳しく説明する。

（実施例１）硬質粒子全体をｉｏｏｍｍ％としたとき重
量％で、Ｏｒ４％、ＭＯ５％、Ｗ６．１％、■１．８％
、Ｇｏ、９％、不純物１％以下、残部鉄の組成をもつ硬
質粒子を用いた。この硬質粒子は、Ｊ　Ｉ　Ｓ−８ＫＨ
９相当のの噴霧法である。この硬質粒子は、第１表に示
すように、平均粒径が３８μｍ１硬さがビッカース硬度
（荷重３００ｇ＞で５５０である。この硬質粒子と、ｃ
Ｕｓｎ合金粉と、潤滑剤とをＶ型混合機で３０分間混合
した。実施例１では、硬質粒子の割合は、銅系焼結体全
体を１００重石％としたとき１０％である。

ｃｕ−ｓｎ合金粉の３ｎ含有量は、Ｃｕ−３ｎ合金粉全
体を１００重量％とじたとき８重量％である。０ＬＩ−
Ｓｎ合金粉の粒径は１４９μ以下である。潤滑剤は、混
合体全体を１００重量％としたとき０．５重量％とじた
。上記のようにして得られた混合粉末を成形型により４
　ｔ　Ｏｎ／Ｃｍ’の圧力で成形し圧粉体を形成した。

この圧粉体をアンモニア分解ガス中において９００℃で
３０分間焼結し、実施例１の試料を得た。

（実施例２）実施例１の場合と基本的に同じ条件で実施
例２の試料を形成した。但し、本“例の場合には、硬質
粒子の割合は、銅系焼結体全体を１００重量％としたと
き、４０重量％とした。

（実施例３）実施例１の場合と基本的に同じ条件で実施
例３の試料を形成した。但し、本例の場合、には、硬質
粒子の割合は、銅系焼結体全体を１００重量％としたと
き、７０重量％とした。

（実施例４→実施例１の場合とほぼ同じ条件で実施例４
の試料を形成した。但し本例の場合には、硬質粒子の割
合は、銅系焼結体全体を１００重量％としたとき、４０
重量％である。又、銅系金属粉末として電解銅粉を用い
た。

（実施例５）硬質粒子全体を１００重量％としたとキ重
量％でＣｒ１２％、Ｍｏ１％、Ｖｏ、３５％、Ｍｎ０．
２％、Ｃ１，５％、不純物０．６％、残部鉄の組成をも
つ硬質粒子を用いた。この硬質粒子は、Ｊ　ｌ５−８Ｋ
ＤＩ　１相当の市販の噴霧粉を用いた。この硬質粒子は
、平均粒径が６３μｍ１硬さがビッカース硬度で４９０
である。銅系金属粉末は電解銅粉とした。硬質粒子の割
合は、銅系焼結体全体を１００重量％としたとき４０重
量％である。後の条件は、実施例１の場合と基本的に同
一とした。

（実施例６）硬質粒子全体を１００重量％としたとき、
重量％ｒｃｒ４．５％、Ｍｏ５．０％、Ｗ６．０％、Ｖ
２．０％、Ｃｏ、９％、不純物０゜８％、残部鉄の組成
をもつ硬質粒子を用いた。この硬質粒子は、Ｊ　ｌ５−
８ＫＨ９相当の市販の合金鋼粉末を用いた。この硬質粒
子は、平均粒子径が１４０μｍ１硬さがビッカース硬度
で５３０である。銅系金属粉末としてｃｕ−ｓｎ合金粉
（Ｓｎ含有量８％）を用いた。硬質粒子の割合は、銅系
焼結体全体を１００重量％としたとき４０重量％である
。後の条件は、実施例１の場合と基本的に同一とした。

（実施例７）硬質粒子全体を１００重量％としたとき重
量％で、Ｃｒ５．０％、Ｍｏ１．０％、１０１５％、Ｇ
ｏ、５％、不純物０．２％、残部鉄の組成をもつ硬質粒
子を用いた。この硬質粒子は水噴霧法によって形成した
。この硬質粒子は、平均粒径が５０μｍ１硬さがごツカ
ース硬度で２５０である。銅系金属粉末は、Ｓｎを８％
含有するＱｕ−Ｓｎ合金粉を用いた。硬質粒子の割合は
、銅系焼結体全体を１００重量％としたとき４０重量％
とした。後の条件は、実施例１の場合を基本的に同一と
した。

（実施例８〉銅系金属粉末は、マトリックス全体を１０
０重量％としたとき、Ｓｎを８重量％含むと共に、３重
量％の鉛粉を含むものを用いた。硬質粒子は実施例１と
同じものを用いた。硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体
を１００重量％としたとき、４０重量％とした。

（実施例９）硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を１０
０重邑重量じたとき５重量％とした。後の条件は、実施
例１の場合と基本的に同一である。

（実施例１０）硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を１
００重間％としたとき、８０重量％とした。

後の条件は、実施例１の場合と基本的に同一である。

（実施例１１）硬質粒子全体を１００重量％としたとき
、重量％でＣｒ　４．３％、ＭＯ５−，２％、Ｗ５．８
％、■１．９％、Ｇｏ、９％、不純物０゜６％、残部鉄
の組織をもつ硬質粒子を用いた。

この硬質粒子は、ＪＩＳ−８ＫＨ９相当の市販合金鋼粉
末である。

この硬質粒子は、平均粒径が１９０μｍ１硬さがビッカ
ース硬度で５５０である。硬質粒子の割合は、銅系焼結
体全体を１００重量％としたとき、４０重量％である。

後の条件は、実施例１の場合と基本的に同一である。

（実施例１２）硬質粒子全体を１００重量％とじたどき
重量％でＣｒ１．２％、Ｍｎ０．５％、ＣＯ，０３％、
不純物０．４％。残部鉄の組織をもつ硬質粒子を用いた
。この硬質粒子はＪＩＳ−８Ｏｒ相当の低合金噴霧粉で
ある。この硬質粒子は、平均粒径が４０μｍ、硬さがご
ツカース硬度で１２０である。後の条件は、実施例１の
場合と基本的に同一である。

（耐摩耗性試験）実施例１〜１２の各試験片について入超式摩耗試験を実
施し、摩耗痰中の大小により各試験片の耐摩耗性を評価
した。入超式摩耗試囁哩り荷重１８．９ｋＱ、相手材の
周速０．１１９ｍ／ｓｅｃ、。

摺動距離１６０ｍ、相手材ＦＣ２３とした。

（耐焼付性試験）又実施例１〜１２の各試験片について次に記す条件で焼
付試験を行ない、シュー試験片や相手材が焼付きに至っ
た荷重・を求め、この焼付荷重の大小により耐焼付性を
評価した。

焼付試験は、（１）滑り速度：１５ｍ／ｓｅａで一定、
（２）荷重２０　ｋ　Ｑ　ｆ　／　ｃ　ｍ　２より２０
ｋｇ’ｆ’／ｃｍ’ずつ斬増（各荷重段階は３０分間継
続）、（３）潤滑５ＡＥ３０を滴下、（４）相手材は、
材質がＦｅ１２で、真円度１μｍ以下、表面あらさ１．
２〜２．Ｏ８のディスク、（５）シュー試験片、実施例
１〜１２により製作した試験片で、その表面あらさを１
．９〜３．５８とした。

（各実施例の試験結果）第１図にＷＡ摩耗性試験と耐焼付性試験の試験結果を表
示した。第１図に示すように耐摩耗性試験及び耐焼付性
試験の双方とも、実施例１〜８の方が、実施例９〜１２
に比して良好であった。即ち耐摩耗性試験においては、
特に実施例１〜８の試験片の摩耗痕ｒｌは０．８〜２．
０ｍｍ程度であり実施例９〜１２に比して極めて少なか
った。又実施例１〜８の試験片の焼付荷重は１３８〜１
８０ｋｇｆ／Ｃｍ２程度であり、実施例９〜１２に比し
て大きかった。

以上のことから、実施例１〜１２のなかでも、特に実施
例１〜８が耐摩耗性及び耐焼付性の双方に優れているこ
とがわかる。従って、耐摩耗性及び耐焼付性の双方を向
上させるためには、硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体
を１００重量％としたとき、１０〜７０％程度が望まし
いことがわかる。又、耐摩耗性を向上させるためには、
硬質粒子の硬さは、Ｈｖ　２５０　（実施例７）程度よ
りも第１表」亀 ■ 焼成温度９００℃、焼成時間３０分、なお比較例につ（
、ｓで１よ焼成温（資）７７０℃とした。

Ｈｖ　４９０　（実施例５）や、）−ＩＶ５５０実施例
（１〜４）程度が望ましいことがわ力＼る。

［比較例］この比較例は、Ｃｕ−８Ｓｎ合金分と潤滑ＡＵ　０　。

５％とを混合した混合体を成形型で圧縮成形して圧粉体
を形成し、その圧粉体を７７０℃でアンモニア分解ガス
中で焼結したものである。

この比較例では、第１図に示すように、摩耗痰中は１２
．２ｍｍであり、実施例１〜１２に比してかなり大きか
った。又焼付荷重は４０ｋｑｆ／Ｃｍ２であり、実施例
１〜１２に比してかなり小さかった。３

【図面の簡単な説明】

第１図は、各実施例及び比較例の試験結果を示すグラフ
である。特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社日本粉末合金株
式会社代理人　　　　弁理士　　大川　広間　　　　　弁理士　　膝谷　修同　　　　　弁理士　　丸山明夫第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅系金属粉末と硬質粒子との混合体を焼結して得
られる、該銅系金属を主体とするマトリックスと該マト
リックスに分散された該硬質粒子とから構成される銅系
焼結体であり、前記硬質粒子の割合は、前記銅系焼結体全体を１００重
量％としたとき、１０〜７０重量％であり、かつ前記硬質粒子は、硬質粒子全体を１００重量％とし
たとき重量％で、クロム、モリブデン、タングステン、
バナジウム、ニオブ、コバルト、ボロン、リン、マンガ
ン、シリコンのうち１種又は２種以上０．２〜６６％、
炭素０．２〜３．０％、不可避の不純物、残部鉄の組成
をもつことを特徴とする銅系焼結体。
（２）硬質粒子は、硬質粒子全体を１００重量％とした
とき、重量％で、クロム０．５〜２５％、モリブデン０
．３〜７．０％、タングステン０．５〜２５％、バナジ
ウム０．２〜６．０％、ニオブ０．０５〜３％のうち１
種又は２種以上を含む特許請求の範囲第１項記載の銅系
焼結体。
（３）硬質粒子は、硬質粒子全体を１００重量％とした
とき、重量％で、クロム０．５〜２５％、モリブデン０
．３〜７．０％、タングステン０．５〜２５％、バナジ
ウム０．２〜６．０％、ニオブ０．０５〜３％、コバル
ト２．０〜２０％、ボロン０．０３〜０．５％、リン０
．１〜０．８％、マンガン１．２％以下、シリコン１．
５％以下を含む特許請求の範囲第１項記載の銅系焼結体
。
（４）硬質粒子は、平均粒径が５〜１５０μｍである特
許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の銅系焼
結体。
（５）硬質粒子は、硬さがＨｖ２００以上である特許請
求の範囲第１項、第２項または第３項記載の銅系焼結体
。
（６）マトリックスはスズを含み、マトリックス全体を
１００重量％としたときにスズは１〜１０重量％である
特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の銅系
焼結体。
（７）鉛、黒鉛のうちの１種又は２種を含む特許請求の
範囲第１項、第２項または第３項記載の銅系焼結体。