TW201741467A - 滑動構件 - Google Patents

滑動構件 Download PDF

Info

Publication number
TW201741467A
TW201741467A TW106106216A TW106106216A TW201741467A TW 201741467 A TW201741467 A TW 201741467A TW 106106216 A TW106106216 A TW 106106216A TW 106106216 A TW106106216 A TW 106106216A TW 201741467 A TW201741467 A TW 201741467A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
copper alloy
sliding
island
layer
powder
Prior art date
Application number
TW106106216A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI620825B (zh
Inventor
久保田寛□
今井拓生
Original Assignee
大同金屬工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大同金屬工業股份有限公司 filed Critical 大同金屬工業股份有限公司
Publication of TW201741467A publication Critical patent/TW201741467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI620825B publication Critical patent/TWI620825B/zh

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/121Use of special materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/02Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16NLUBRICATING
    • F16N15/00Lubrication with substances other than oil or grease; Lubrication characterised by the use of particular lubricants in particular apparatus or conditions
    • F16N15/02Lubrication with substances other than oil or grease; Lubrication characterised by the use of particular lubricants in particular apparatus or conditions with graphite or graphite-containing compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/10Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/40Carbon, graphite
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/10Alloys based on copper
    • F16C2204/12Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00Shaping
    • F16C2220/20Shaping by sintering pulverised material, e.g. powder metallurgy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/20Application independent of particular apparatuses related to type of movement
    • F16C2300/28Reciprocating movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本發明提供一種與相對構件的靜摩擦係數低,並適合在往返滑動部使用的滑動構件。本發明的滑動構件具有鋼底金屬及在鋼底金屬上的滑動面。滑動層是由20~40體積%的石墨及殘餘部的銅合金所構成,銅合金含有1~15質量%的Sn,殘餘部為銅及不可避免的雜質所構成,滑動層是在銅合金網格中,包括被以石墨包圍之海島構造的形態分散的島狀銅合金部,島狀銅合金部是包括與滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部,相對於和滑動面平行方向之長度25~500μm的島狀銅合金部的滑動層的比例為5~40體積%。

Description

滑動構件
本發明是關於各種產業機械的往返滑動部使用的滑動構件。
自以往,作為潤滑成份使用添加石墨的銅系滑動構件。例如,JP2000-309807A是記載包覆銅合金層的銅系滑動構件中,在銅合金層添加75~900μm的大粒徑的石墨,減少銅合金層中的石墨粉末的數量,使銅合金形成網格,藉此獲得比添加習知粒徑小的石墨之銅合金強度更高的滑動構件。並且,JP2002-285262A是記載包覆銅合金層的銅系滑動構件中,作為潤滑成份在銅合金層中含有Bi或石墨等的固體潤滑劑,藉此形成石墨等的固體潤滑劑被Bi包圍且共存的相而分散於燒結銅合金中,提升滑動構件的強度。
上述習知技術之專利文獻的銅系滑動構件是如第4A圖表示,銅合金等的金屬部24是形成網格,以該金屬部包圍固體潤滑劑25的島狀的形態分散於金屬中。並且,在往返滑動部運用上述習知技術之專利文獻的銅系滑動構件的場合。首先,在往返滑動的相對構件27的滑動方向變化的瞬間,相對構件的表面與銅系滑動構件之滑動面的相對速度成為0。此時,對銅系滑動構件的滑動層僅施加來自相對構件與滑動層的厚度方向平行的負荷。
接著,如第4B圖表示,在從相對構件27的運動開始的瞬間移位至動摩擦狀態(在銅系滑動構件的滑動面與相對構件的2面間引起滑動(滑擦)的狀態)的期間,銅系滑動構件的滑動層23藉著朝相對構件之運動方向(箭頭的方向)的負荷而彈性變形,在兩面間不會引起滑動(滑擦)。此時,在銅系滑動構件的滑動面與相對構件的兩面間引起滑動(滑擦)用的力(起動力)也包括滑動層之彈性變形所需的力。並且,如上述習知技術的專利文獻滑動層的銅合金24形成網格的場合(第4A圖),變形容易傳播至銅合金之網格的整體,因此滑動層23的彈性變形量變大,為此起動力變大。換言之,銅系滑動構件的滑動面與相對構件的靜摩擦係數變大。因此,在銅系滑動構件的滑動面與相對構件的兩面間滑動(滑擦)引起的瞬間,對其兩面間施加大的摩擦力,在滑動層23的表面容易引起磨損。
本發明是鑒於上述的情況所研創而成,其目的是提供一種與相對構件的靜摩擦係數低,並適合在往返滑動部使 用的滑動構件。
為達成上述的目的,本發明的滑動構件包括鋼底金屬及在該鋼底金屬上的具有滑動面的滑動層,上述滑動層是由20~40體積%的石墨及殘餘部的銅合金所構成,上述銅合金含有1~15質量%的Sn,殘餘部為銅及不可避免的雜質所構成,上述滑動層是在銅合金網格中,包括以上述石墨所包圍之海島構造的形態分散的島狀銅合金部,上述島狀銅合金部是包括與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部,與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部相對於上述滑動層的比例是5~40體積%。
藉此構成降低與相對構件的靜摩擦係數,獲得適合在往返滑動部使用的滑動構件。
根據本發明之一具體例,在與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部之中,與上述滑動面平行方向的長度x及與上述滑動面垂直方向的長度y的比(x/y)所定義的長寬比為1.2~5的島狀銅合金部的比例可以是50體積%以上。
與滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部之中,長寬比1.2~5的比例為50體積%以上時,可以使滑動構件與相對構件的靜摩擦係數更為降低。這是起因於島狀銅合金部的顆粒的形狀相對於滑動面在平行方向具有若干、長的各向異性。亦即,為了使相對構件相對於滑動構件的滑動面在水平方向往返滑動,島狀銅合金部相 對於滑動面在平行方向有若干、長的形狀,則島狀銅合金部與石墨的滑動較為容易產生。因此,可降低與相對構件的靜摩擦係數。
本發明之一具體例中,銅合金也可以含有Ni為1~15質量%、P為0.01~0.5質量%的至少一種以上。即使在銅合金該等的元素,可藉著滑動層中的島狀銅合金部充份發揮降低與相對構件之靜摩擦係數的效果。並且,銅合金也可以含有1~10質量%的Pb與Bi的至少1種以上。Pb、Bi為潤滑成份,雖具有降低滑動層的動摩擦時之動摩擦係數的效果,但Pb與Bi的至少1種以上的含量小於1質量%時,則其效果不足。另一方面,Pb與Bi的至少1種以上的含量超過10質量%時,則滑動層變脆。
本發明之一具體例中,銅合金可進一步包含最大5質量%的如Mo2C的硬質粒子。
參閱添附的概略圖示並藉由以下詳細說明本發明的構成及其多數的優點。圖示是僅以例示的目的表示非限定性的實施例。
1‧‧‧滑動構件
2‧‧‧底金屬層
3‧‧‧滑動層
5‧‧‧石墨
24‧‧‧金屬部
25‧‧‧固體潤滑劑
27‧‧‧相對構件
41‧‧‧銅合金網格
42‧‧‧島狀銅合金部
第1圖是表示本發明之一例的包含島狀銅合金部的滑動構件的模式圖。
第2A~C圖是說明本發明的滑動構件的滑動層之製造步驟的島狀銅合金部的形成用的圖,第2A圖表示散佈層(散佈時)的剖面、第2B圖表示一次燒結後之燒結層的 剖面,第2C圖表示軋製後之燒結層的剖面。
第3A~C圖是對應散佈時的空孔率少的場合之第2A~C圖的圖,第3A圖表示散佈層(散佈時)的剖面、第3B圖表示一次燒結後之燒結層的剖面,第3C圖表示軋製後之燒結層的剖面。
第4A圖及第4B圖是說明添加習知固體潤滑劑的滑動構件之摩擦產生機制的圖。
第1圖是表示本發明之一具體例的滑動構件1。滑動構件1是在底金屬層2上具有滑動層3,滑動層3含銅合金4與石墨5。銅合金4包含:銅合金網格41,及以石墨5所包圍之海島構造的形態分散於銅合金網格41中的島狀銅合金部42。與滑動面6平行方向的長度25~500μm的島狀銅合金部42相對於滑動層3的比例為5~40體積%。該比例時,可降低與相對構件(未圖示)的靜摩擦係數。這可由以下的機制推測所得。
將本發明的滑動構件1運用於往返滑動部的場合,首先,在往返滑動的相對構件的滑動方向變化的瞬間,相對構件的表面與滑動構件1之滑動面6的相對速度成為0。並且,在從相對構件的運動開始的瞬間移位至動摩擦狀態(在滑動構件1的滑動面6與相對構件的2面間引起滑動(滑擦)的狀態)的期間,滑動構件1的滑動層3雖受到朝相對構件之運動方向的負荷,但如第1圖表示,由於島狀銅 合金部42周圍被石墨5所包圍,在與石墨5的界面產生滑動,因此島狀銅合金部42本身僅產生些微的彈性變形。並且,即使島狀銅合金部42僅產生些微的彈性變形,仍可被周圍的石墨6阻絕,不會傳播至其他的島狀銅合金部42及島狀銅合金部以外的形態的銅合金網格41(一部份形成網格的銅合金部份)。又,存在於銅合金網格41之間的島狀銅合金部42及其周圍的石墨6抑制在銅合金網格41內之彈性變形的傳播。因此,滑動層3的彈性變形量減少,使得滑動層3所負荷的起動時的摩擦力變小。換言之,本發明的滑動構件1的滑動層3與相對構件的靜摩擦係數變小。
並且,相對於滑動層3與滑動面6平行方向長度為25~500μm的島狀銅合金部42的比例雖是5~40體積%,但其比例小於5體積%時,降低滑動層3之彈性變形量的效果不足,而與相對構件的靜摩擦係數增加。另一方面,島狀銅合金部42的比例超過40體積%的場合,後述之一次燒結後的燒結層的強度變得過低,軋製時會破壞燒結層,不能製作本發明的滑動構件。並且,包含於滑動構件1的滑動層3的島狀銅合金部42不僅是與滑動面平行方向長度為25~500μm的島狀銅合金部,也可包括與滑動面平行方向長度小於25μm的島狀銅合金部,或者少量與滑動面平行方向長度超過500μm的島狀銅合金部(相對於滑動層在5體積%以下)。
並且,相對於滑動層3之島狀銅合金部42的體積比 例雖在直接測量上困難,但可藉測量島狀銅合金部42相對於滑動面6垂直方向的滑動層3之剖面組織的滑動層3面積的面積比例加以確認。又,本發明中,與島狀銅合金部42的滑動面6平行方向的長度是在沿滑動方向觀察與滑動面6垂直方向的滑動層3的剖面組織時之相對於島狀銅合金部42的滑動面的平行方向長度。
又,石墨5雖以潤滑成份含於滑動層中,但也參予以石墨5所包圍之海島構造的形態分散於滑動層中的島狀銅合金部42的形成。滑動層3中的石墨5的含量小於20體積%時,以石墨5所包圍的形態分散於滑動層3中的島狀銅合金部42的形成變得不足。另一方面,滑動層3中的石墨5的含量超過40體積%時,滑動層3變脆。
另外,滑動層3中的銅合金含有1~15質量%的Sn。Sn具有提高銅合金的強度的效果,但Sn的含量小於1質量%時,其效果不足。另一方面,Sn的含量超過15質量%時,則銅合金變脆。
銅合金可進一步含有:1~15質量%的Ni;0.01~0.5質量%的P;1~10質量%之Pb及Bi的1種或雙方,其中的至少一種,並且,Mo2C等的硬質粒子最大可含有5質量%。
接著,針對本發明之一具體例的滑動構件,參閱第2A~C圖及第3A~C圖說明。本具體例之滑動構件的滑動層的製造步驟是依粉末製作、粉末混合、散佈、一次燒結、一次軋製、二次燒結的順序進行。首先,以水霧化 法,製作平均粒徑d50為25~50μm的銅合金粉末。並且,平均粒徑d50是意味使用雷射衍射、散亂方式的粒度分佈測量的累計體積50%的粒徑。又,以水霧化法製作的粉末是成為異形粉(非球形的形狀的粉末)。
接著,使用一般的混合機混合上述銅合金粉末14與扁平形狀的鱗片狀石墨粉末15(日本石墨工業(股)製)。該鱗片狀石墨粉末15是粒徑為45~75μm的粉末佔石墨粉末整體的60質量%以上,且最大粒徑是在300μm以下。並且,鱗片狀石墨粉末的粒徑是使用篩子來測量。又,所謂鱗片狀石墨粉末的粒徑是扁平形狀之粒子的最長部份的尺寸。此時,銅合金粉末14與鱗片狀石墨粉末15的混合粉末的空孔率(空孔率:1-AD/TD、AD:表觀密度(g/cm3)、TD:理論密度(g/cm3))成為60~76%。
並且,將此混合粉末散佈於帶鋼(鋼底金屬)上,形成散佈層。散佈層的空孔率是維持上述混合粉末的空孔率(60~76%)(第2A圖)。再者,底金屬不限於鋼,也可以是銅合金或其他的金屬製。又,底金屬也可以是由鋼,及包覆於鋼表面的銅或銅合金所構成。
散佈步驟之後,進行一次燒結步驟。一次燒結步驟中,為了維持散佈時之散佈層的空孔率,有以較銅合金產生液相的溫度(熔點)低50℃以上的溫度進行燒結的必要。藉此,可防止在銅合金產生液相。例如,在進行含10質量%的錫之銅合金燒結的場合,以700~740℃進行燒結。並且,開始銅合金的加熱成為燒結溫度之後,以其燒結溫 度保持2~10分鐘,隨後冷卻。又,一次燒結步驟是進行燒結使收縮率(收縮率:1-燒結層厚(mm)/散佈層厚(mm))成為3~10%。
如上述,進行燒結使一次燒結時的收縮率成為3~10%的場合,燒結層的空孔率成為55~75%(第2B圖)。再者。以銅合金產生液相的燒結溫度進行燒結時,燒結層的空孔率會降低,使一次燒結時的收縮率超過10%。並且,測量一次燒結時的收縮率超過10%時之燒結層的剖面時,與第3B圖表示的組織相同,顯示銅合金粉末14彼此有多的網格形成,其結果,燒結層(滑動層)中的島狀銅合金部42的形成量變少。另一方面,一次燒結時的收縮率小於3%時,燒結層的強度過低,在後述的軋製時會破壞燒結層。
一次燒結步驟之後,使用軋製機進行使燒結層緻密化的軋製步驟。第2C圖的箭頭是表示軋製時之力的方向19。軋製前的燒結層的空孔率為55~75%的場合(第2B圖),軋製時的壓潰量(軋製前具有空孔之燒結層的厚度與軋製後空孔消除而緻密化後之燒結層的厚度的差)多。因此,如第2C圖表示,軋製後鱗片狀石墨粉末15的長軸的朝向一致。又,一次燒結步驟中,如第2B圖表示,銅合金粉末14彼此的縮頸形成17少,因此在隨後的軋製步驟中,鱗片狀石墨粉末15進入銅合金粉末14彼此的間隙,被鱗片狀石墨粉末15所包圍的島狀銅合金部42多是形成於形成網格的銅合金41中。另一方面,散佈層的空孔率 小於60%的場合(第3A圖),燒結層的空孔率也會降低,銅合金粉末彼此接觸的部份16也多。並且,軋製前之燒結層的空孔率小於55%的場合,軋製時的壓潰量少(第3B圖)。因此,如第3C圖表示,軋製後鱗片狀石墨粉末15之長軸的朝向18不一致。又,一次燒結步驟是如第3B圖表示,由於銅合金粉末14彼此的縮頸形成17多,因此在隨後的軋製步驟中,鱗片狀石墨粉末15不能進入銅合金粉末14彼此之網格41’的間隙,幾乎不會形成被鱗片狀石墨粉末15包圍的島狀銅合金部42。
軋製步驟(一次軋製步驟)之後,進行二次燒結步驟,但此二次燒結步驟是以和一次燒結步驟同樣的條件燒結,根據需要進行二次軋製步驟。
針對銅合金粉末,使用平均粒徑d50小於25μm的粒徑時,一次燒結後的燒結層的空孔率比75%大,因此燒結層的強度降低,軋製時會破壞燒結層。另一方面,銅合金粉末的平均粒徑d50超過50μm時,一次燒結後的燒結層的空孔率變得比55%小,因此幾乎不會形成被鱗片狀石墨粉末包圍的島狀銅合金部。
如第2C圖表示,一次燒結後之燒結層的空孔率為55~75%,在軋製時的壓潰量多的場合,鱗片狀石墨15的粉末之長軸的朝向18雖然一致,但使用粒徑小的鱗片狀石墨粉末時,與粒徑大的鱗片狀石墨粉末比較,長軸的朝向不易一致。因此,鱗片狀石墨粉末的粒徑越小,對於被鱗片狀石墨粉末包圍之島狀銅合金部42形成的幫助小。 又,設滑動層3所含鱗片狀石墨5的量為一定時,鱗片狀石墨粉末15的粒徑變得越大其粉末的個數越是減少,被鱗片狀石墨粉末15包圍之島狀銅合金部42的形成變得困難。如上述,鱗片狀石墨的粒徑過小的場合,或過大的場合,被鱗片狀石墨粉末包圍之島狀銅合金部42的形成都變得困難。具體而言,粒徑小於45μm的鱗片狀石墨粉末對於被鱗片狀石墨粉末包圍之島狀銅合金部形成的幫助小,且粒徑超過75μm的鱗片狀石墨粉末也對於被鱗片狀石墨粉末包圍之島狀銅合金部形成的幫助小。因此,在粒徑45~75μm的範圍內如不使用含60%以上的鱗片狀石墨粉末15,即不能形成被鱗片狀石墨粉末15包圍的島狀銅合金部42。並且,從如上述的理由,含最大粒徑超過300μm的鱗片狀石墨粉末的場合,也不易形成被鱗片狀石墨粉末15包圍的島狀銅合金部42。
實施例
接著,製作本發明的實施例1~14及比較例1~6,測量其銅合金部的形態,並進行往返滑動試驗。將實施例1~14及比較例1~6的成份、銅合金部的形態、往返滑動試驗的靜摩擦係數的測量結果表示於表1。
滑動構件的剖面測量是在滑動面的垂直方向裁斷,以2.3mm×0.7mm的範圍進行組成像(倍率:50倍)攝影。並將所獲得的組成像,使用一般的影像解析手法(解析軟體:Image-Pro Plus(Version4.5);(股)Planetron製)測量與滑動面平行方向長度為25~500μm的島狀銅合金部的面積的和,從滑動層整體的面積,算出與滑動面平行方向長度為25~500μm之島狀銅合金部佔據的比例。又,該面積的比例使用6視野(6個不同任意的剖面)的組成像,求其平均值。其結果,表示於表1的「25~500μm的島狀銅合金部(體積%)」欄。
並且,長寬比是使用上述解析軟體,測量以滑動層的厚度方向的長度為Y軸,並相對於此以垂直方向的長度為X軸時之各島狀銅合金部的Y軸方向的長度(y)與X軸方向的長度(x),算出該等各長度的比(x/y)求出所獲得的組成像。由其中測量長寬比為1.2~5的面積的和,從與滑動面平行方向的長度為25~500μm之島狀銅合金部整體的面積,算出長寬比為1.2~5的島狀銅合金部佔據的比例。將其結果表示於表1的「長寬比:1.2~5(體積%)」欄。
並且,往返滑動試驗是以表2的條件實施。靜摩擦係數的測量方法是測量滑動方向變化之隨後的摩擦係數,將此重複四小時,求得其平均值。又,在往返滑動試驗的摩擦係數的測量是以滑動方向之變化時的摩擦係數的峰值作為靜摩擦係數來測量。又,試驗時間雖是四小時,但磨損 量超過50μm的場合,即判斷為異常磨損,結束試驗。
實施例1~3、6~12是使用一般的混合機混合使用水霧化法製作的平均粒徑d50為35μm之異形狀的銅合金粉末,及粒徑為45~75μm範圍的粉末佔80質量%,並使最大粒徑為106~150μm範圍的鱗片狀石墨粉末成為表1的成份比,製作混合粉末。銅合金粉末含有Sn,實施例8~12也含有Ni、P、Pb、Bi之中的一種或若干種,實施例12進一步也含有Mo2C。並且,在帶鋼(鋼底金屬)上散佈混合粉末形成散佈層,以700~740℃的燒結溫度進行一次燒結,形成燒結層。接著,進行使燒結層緻密化的軋製及以700~740℃之燒結溫度的二次燒結,製作滑動構件。並且,表1的「石墨45~75μm(質量%)」欄中,表示原材料的鱗片狀石墨粉末之中,粒徑為45~75μm之範圍的粉末佔的質量比例,「散佈層的空孔率(%)」欄中,表示散佈層的空孔率,「收縮率(%)」欄中,表示一次燒結步驟的收縮率(收縮率:1-一次燒結後的燒結層厚(mm)/散佈層厚(mm)),「燒結層的空孔率(%)」欄中,表示一次燒結後的 燒結層的空孔率。
實施例4是使用以水霧化法製作之平均粒徑d50為50μm的異形狀的銅合金粉末作為銅合金粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。
實施例5是使用粒徑為45~75μm範圍的粉末佔60質量%,且最大粒徑為106~150μm範圍的鱗片狀石墨粉末作為鱗片狀石墨粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。
實施例13是使用以水霧化法製作之平均粒徑d50為25μm的異形狀的銅合金粉末作為銅合金粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。
實施例14是使用粒徑為45~75μm範圍的粉末佔95質量%,且最大粒徑為106~150μm範圍的鱗片狀石墨粉末作為鱗片狀石墨粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。
實施例1~11、13、14形成有5~40體積%之與滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部,成為靜摩擦係數低的結果。並且,實施例3、13、14是控制使燒結層的空孔率(散佈層的空孔率)變高,形成有多數與滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部。尤其是實施例3控制使得燒結層的空孔率(散佈層的空孔率)變高,形成有40體積%最多之與相對於滑動層的滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部的比例。以上的實施例3、13、14是在與滑動面平行方向的長度為 25~500μm的島狀銅合金部之中,有50體積%以上多數的長寬比1.2~5,尤其是成為靜摩擦係數低的結果。
實施例12雖是與實施例1同樣地製作,但是在粉末混合步驟,同時也添加硬質粒子(Mo2C)後混合。硬質粒子的成份量是如表1添加。添加硬質粒子,仍獲得與實施例1相同的結果。
比較例1是使用與實施例1相同的鱗片狀石墨粉末,設滑動層中的石墨含量為15體積%,除此以外是與實施例1同樣地製作。該比較例1在滑動層中的石墨為含量少的15體積%,所以被鱗片狀石墨粉末所包圍銅合金的比例變低。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
比較例2中,作為鱗片狀石墨粉末是使用佔50質量%之粒徑45~75μm範圍的粉末,並佔50質量%之75~300μm的範圍的鱗片狀石墨粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。該比較例2是僅含50質量%之粒徑45~75μm範圍的鱗片狀石墨粉末,所以鱗片狀石墨粉末的個數少,銅合金不容易被鱗片狀石墨粉末所包圍。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
比較例3是使用以水霧化法製作之平均粒徑d50為55μm的異形狀的銅合金粉末作為銅合金粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。該比較例3是由於銅合金粉末的平均粒徑d50為較大的55μm,所以散佈層的空孔率變 低,也使得燒結層的空孔率變低。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
比較例4是使用以氣霧化法製作之平均粒徑d50為35μm的銅合金粉末作為銅合金粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。使用氣霧化法製作銅合金粉末的場合,使其粉末成為球形。該比較例3是使用球形的銅合金粉末,散佈層的空孔率會變低,也使得燒結層的空孔率變低。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
比較例5是以銅合金的一部份成為液相的850℃的燒結溫度進行燒結,除此以外是與實施例1同樣地製作。該比較例5雖散佈層的空孔率為67%,但在一次燒結時產生銅合金的液相,燒結層的空孔率降低至51%。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
比較例6是使用銅粉末與錫粉末的混合粉末作為銅合金粉末,除此以外是與實施例1同樣地製作。該比較例6是在一次燒結時的升溫過程,首先,使錫粉末成為液相,藉錫的液相使得銅粉末的一部份液相化,燒結層的空孔率降低至51%。因此,在滑動層中被石墨包圍的島狀銅合金部幾乎不會形成,而成為靜摩擦係數比實施例1高的結果。
1‧‧‧滑動構件
2‧‧‧底金屬層
3‧‧‧滑動層
5‧‧‧石墨
6‧‧‧石墨
41‧‧‧銅合金網格
42‧‧‧島狀銅合金部

Claims (5)

  1. 一種滑動構件,係包括鋼底金屬,及在該鋼底金屬上的具有滑動面的滑動層,其特徵為:上述滑動層是由20~40體積%的石墨及殘餘部的銅合金所構成,上述銅合金含有1~15質量%的Sn,殘餘部為銅及不可避免的雜質所構成,上述滑動層是在銅合金網格中,包括以上述石墨所包圍之海島構造的形態分散的島狀銅合金部,上述島狀銅合金部是包括與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部,與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部相對於上述滑動層的比例是5~40體積%。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的滑動構件,其中,在與上述滑動面平行方向的長度為25~500μm的島狀銅合金部之中,與上述滑動面平行方向的長度x及與上述滑動面垂直方向的長度y的比(x/y)所定義的長寬比為1.2~5的島狀銅合金部的比例是50體積%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的滑動構件,其中,上述銅合金進一步含有Ni為1~15質量%;P為0.01~0.5質量%;1~10質量%的Pb與Bi的至少1種或雙方;之中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的滑動構件,其中,上述銅合金進一步含有最大5質量%的硬質粒子。
  5. 如申請專利範圍第3項記載的滑動構件,其中,上述銅合金進一步含有最大5質量%的硬質粒子。
TW106106216A 2016-03-30 2017-02-23 滑動構件 TWI620825B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-069455 2016-03-30
JP2016069455A JP6242424B2 (ja) 2016-03-30 2016-03-30 銅系摺動部材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201741467A true TW201741467A (zh) 2017-12-01
TWI620825B TWI620825B (zh) 2018-04-11

Family

ID=60003773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106106216A TWI620825B (zh) 2016-03-30 2017-02-23 滑動構件

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6242424B2 (zh)
KR (1) KR101911450B1 (zh)
CN (1) CN107269706B (zh)
TW (1) TWI620825B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11231067B2 (en) * 2018-05-10 2022-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Bearing member
JP7092636B2 (ja) * 2018-10-22 2022-06-28 大同メタル工業株式会社 摺動部材及びこれを用いる軸受装置
JP7029384B2 (ja) * 2018-12-18 2022-03-03 大同メタル工業株式会社 摺動部材

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11286704A (ja) * 1998-04-02 1999-10-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 摩擦部材およびその製造方法
JP3939931B2 (ja) * 2001-03-23 2007-07-04 大同メタル工業株式会社 銅系複層摺動材料
JP4211048B2 (ja) * 2003-03-28 2009-01-21 三菱マテリアルPmg株式会社 摺動部品の製造方法
CN1546878A (zh) * 2003-11-28 2004-11-17 东风汽车有限公司 一种轴瓦带材及其生产方法
DE102004011831B3 (de) * 2004-03-11 2005-03-31 Federal-Mogul Deva Gmbh Gesinterter Gleitlagerwerkstoff, Gleitlagerverbundwerkstoff sowie dessen Verwendungen
EP1876249A4 (en) * 2005-03-29 2014-10-01 Hitachi Metals Ltd HIGH THERMAL CONDUCTION COMPOSITE WITH GROUND GRAPHITE GRAINS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US8679641B2 (en) * 2007-01-05 2014-03-25 David M. Saxton Wear resistant lead free alloy bushing and method of making
EP2383371B1 (en) * 2009-01-28 2019-08-14 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Carbon-coated aluminum member and method for producing the same
JP5525986B2 (ja) * 2009-12-21 2014-06-18 日立粉末冶金株式会社 焼結バルブガイドおよびその製造方法
JP2012005320A (ja) * 2010-06-21 2012-01-05 Tokai Rika Co Ltd ワイヤレス電力伝送システム
GB2500465B (en) * 2010-07-09 2016-10-05 Daido Metal Co Sliding bearing
KR101245743B1 (ko) * 2010-11-22 2013-03-25 주식회사 티엔피 마찰판 및 그 제조방법
JP6021468B2 (ja) * 2012-06-26 2016-11-09 東芝メディカルシステムズ株式会社 医用画像表示装置
JP6468766B2 (ja) * 2014-09-11 2019-02-13 株式会社ダイヤメット 耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた焼結摺動材及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101911450B1 (ko) 2018-10-24
TWI620825B (zh) 2018-04-11
KR20170113330A (ko) 2017-10-12
CN107269706A (zh) 2017-10-20
JP6242424B2 (ja) 2017-12-06
CN107269706B (zh) 2019-04-16
JP2017179496A (ja) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6298132B1 (ja) 摺動部材
JP6300843B2 (ja) 摺動部材
TW201741467A (zh) 滑動構件
CN101704104B (zh) 一种双金属自润滑轴承材料的制造方法
KR101292253B1 (ko) 구리계 슬라이딩 재료
JP2017088741A (ja) 摺動部材
Asavavisithchai et al. Effect of powder oxide content on the expansion and stability of PM-route Al foams
Bahr et al. Improvements in stribeck curves for copper and tungsten chemical mechanical planarization on soft pads
EP2565285B1 (en) Copper-based sliding material
JPH0244875B2 (zh)
JP6587571B2 (ja) 銅系摺動部材
JP6624679B2 (ja) 摺動部材
JP2012207277A (ja) 銅系摺動材料
Liu et al. Effect of different microporous parameters on mechanical and frictional properties of M50 self-lubricating materials: simulation analysis and experimental study
JP2020045529A (ja) 摺動部材
JP6649108B2 (ja) 摺動装置
JP2002061653A (ja) 湿式潤滑用摺動材料
JP6653234B2 (ja) 摺動装置
Rajakumar et al. Tribological studies of the sintered bronze—tungsten disulfide composites
Sharma et al. Microstructure–wear resistance correlation and wear mechanisms of spark plasma sintered Cu-Pb nanocomposites
Kumar et al. Correlating surface topography of relaxed layer of ZA/ZrB2 in situ composites to wear and friction
JP3308473B2 (ja) 摺動用メタルおよびその製造方法
JP7231803B2 (ja) バインダジェット法に用いる積層造形用金属粉末材料
JP6712202B2 (ja) 摺動部材
Banik et al. A Novel Method to Produce Harmonic Structured Ti with Excellent Compressive Properties