WO2016104067A1 - 焼結軸受 - Google Patents

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WO2016104067A1
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sintered
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mass
alloy
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容敬 伊藤
勇太 大橋
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NTN Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/91—Valves

Definitions

  • the present invention relates to a sintered bearing, and more particularly, to an Al—Cu alloy (also referred to as aluminum bronze) based sintered bearing.
  • the quality of gasoline, light oil, etc. used as engine fuel differs in each region of the world, and poor fuel (gasoline, light oil, etc.), biofuel, etc. may be used.
  • Bearings provided at such locations that can come into contact with fuel are required to have corrosion resistance against sulfides and organic acids contained in poor fuels and biofuels.
  • the electric fuel pump and the like are also required to be reduced in size and weight, and the bearings incorporated therein are also required to be reduced in size.
  • the bearings incorporated therein are also required to be reduced in size.
  • a bearing that supports a shaft that rotates at such a high speed is required to have corrosion resistance and wear resistance (low friction characteristics) as well as downsizing.
  • a copper-based sintered bearing is known as a bearing having excellent wear resistance.
  • copper-based sintered bearings are easily corroded by contact with sulfides and organic acids contained in poor fuels and biofuels.
  • sulfide comes into contact with a copper-based sintered bearing
  • copper sulfide is generated on the surface (particularly the bearing surface), which may reduce the gap between the bearing surface and the shaft and increase the rotational torque. is there.
  • an organic acid comes into contact with the copper-based sintered bearing, copper is eluted, so that the wear resistance is lowered and the product life may be shortened.
  • the copper-based sintered bearing is excellent in wear resistance, but is inferior in corrosion resistance, and thus is not suitable for use in contact with poor fuel or biofuel.
  • Patent Document 1 discloses an Al—Cu alloy-based sintered bearing.
  • An Al—Cu alloy-based sintered bearing is excellent in slidability and also has excellent corrosion resistance because an aluminum oxide film is formed on the surface.
  • Patent Document 1 discloses a technique for adjusting the compounding ratio of each component of an Al—Cu alloy-based sintered bearing. However, even if such technology is applied, it cannot be said that the corrosion resistance is sufficiently enhanced, and further investigation is required.
  • an object of the present invention is to improve the corrosion resistance of an Al—Cu alloy-based sintered bearing.
  • the present invention provides a sintered bearing comprising Al, Cu, and Ni, wherein Al—Cu—Ni alloy structures are sintered together, wherein the Al—Cu—Ni alloy structure is obtained.
  • a sintered bearing having an Al—Cu—Ni matrix phase and an Al—Ni compound phase and no Al—Cu compound phase.
  • the corrosion resistance is improved.
  • the Al—Cu compound phase has particularly low corrosion resistance
  • the Al—Ni compound phase has higher corrosion resistance than the Al—Cu compound phase. Therefore, in the Al—Cu—Ni alloy structure, the Al—Cu compound phase, which is particularly inferior in corrosion resistance, is not precipitated, and the Al—Ni compound phase, which is relatively excellent in corrosion resistance, is precipitated.
  • composition of the sintered bearing described above includes, for example, 7 to 11% by mass of Al, 1 to 6% by mass of Ni, and the remaining main component is Cu.
  • the above object is a sintered bearing in which Al—Cu—Si alloy structures are sintered together, including Al, Cu, and Si, wherein the Al—Cu—Si alloy structure is Al—Cu—.
  • This can be achieved by a sintered bearing having an Si matrix phase and an Al—Si compound phase and no Al—Cu compound phase.
  • the composition of the sintered bearing includes, for example, 7 to 11% by mass of Al, 1 to 6% by mass of Si, and the remaining main component is Cu.
  • the above object is a sintered bearing in which Al—Cu—Zn alloy structures are sintered together, including Al, Cu, and Zn, wherein the Al—Cu—Zn alloy structure is Al—Cu—.
  • This can be achieved by a sintered bearing having a Zn matrix phase and an Al—Zn compound phase and no Al—Cu compound phase.
  • the composition of this sintered bearing includes, for example, 7 to 11% by mass of Al, 1 to 5% by mass of Zn, and the remaining main component is Cu.
  • the raw material powder of the sintered bearing does not contain pure copper powder.
  • the lubricity and wear resistance can be improved by the self-lubricating property of the free graphite.
  • Bearings supporting the rotation of the shaft provided in the fuel pump and bearings supporting the axial reciprocation of the valve provided in the EGR valve are excellent in contact with sulfides and organic acids contained in the fuel. Corrosion resistance is required.
  • the above-mentioned sintered bearing can be suitably used as a bearing used in such an application.
  • the corrosion resistance of an Al—Cu alloy-based sintered bearing can be improved.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an Al—Cu—Ni alloy structure of the sintered bearing.
  • FIG. 6 is an enlarged view of an Al—Cu—Si alloy structure of a sintered bearing according to another embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view of an Al—Cu—Zn alloy structure of a sintered bearing according to another embodiment. It is sectional drawing of a fuel pump. It is sectional drawing of an EGR valve.
  • FIG. 4 is an enlarged view of an Al—Cu alloy structure of a test piece according to a comparative example. It is a graph which shows the result of a corrosion test.
  • the sintered bearing 1 according to one embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in FIG. 1, and the shaft 2 is inserted into the inner periphery.
  • the inner peripheral surface 1 a of the sintered bearing 1 is a cylindrical surface and functions as a bearing surface that slides and supports the outer peripheral surface of the shaft 2.
  • the outer peripheral surface 1b of the sintered bearing 1 is a cylindrical surface and functions as an attachment surface attached to another member.
  • the sintered bearing 1 is formed of a sintered metal, particularly an Al—Cu alloy-based sintered metal, and in this embodiment, is formed of a sintered metal containing Al, Cu, and Ni.
  • the sintered bearing 1 includes, for example, 7 to 11% by mass of Al and 1 to 6% by mass of Ni, and the remaining main component is Cu.
  • 3 to 6% by mass of graphite (free graphite) and 0.1 to 0.4% by mass of P are included with respect to 100% by mass of Al, Cu, and Ni in total.
  • the sintered bearing 1 contains 8.5% by mass of Al and 5% by mass of Ni, and the remaining main component is Cu.
  • the sintered bearing 1 has an Al—Cu—Ni alloy structure 3, and adjacent Al—Cu—Ni alloy structures 3 are sinter bonded. Innumerable internal voids 4 are provided between the Al—Cu—Ni alloy structures 3. The internal hole 4 communicates with the surface of the sintered bearing 1.
  • An aluminum oxide coating 5 is formed on the surface of the Al—Cu—Ni alloy structure 3, that is, on the surface of the sintered bearing 1 including the inner peripheral surface 1 a (bearing surface) and around the internal holes 4 of the sintered bearing 1. Is formed. Since the Al—Cu—Ni alloy structure 3 is protected by the aluminum oxide film 5, the corrosion resistance and the wear resistance are improved.
  • Free graphite 6 is distributed on the surface and inside of the sintered bearing 1. A part of this free graphite 6 is exposed on the bearing surface (inner peripheral surface 1a) of the sintered bearing 1. P (phosphorus) is present in the grain boundary portion of the Al—Cu—Ni alloy structure 3 (not shown).
  • FIG. 3 shows the Al—Cu—Ni alloy structure 3 in an enlarged manner.
  • the Al—Cu—Ni alloy structure 3 has an Al—Cu—Ni matrix phase ( ⁇ phase) and an Al—Ni compound phase ( ⁇ phase), while an Al—Cu compound phase. It does not have ( ⁇ phase).
  • the composition of the Al—Cu—Ni alloy structure 3 (the combination of Al, Cu, Ni) is within the range where ⁇ phase and ⁇ phase are precipitated and ⁇ phase is not precipitated. Ratio) is set.
  • the sintered bearing 1 can be provided with excellent corrosion resistance.
  • the Al—Cu—Ni alloy structure 3 when the Al—Cu—Ni alloy structure 3 is formed on the sintered bearing 1, precipitation of a compound phase inferior in corrosion resistance is practically unavoidable, but the Al—Cu compound having particularly low corrosion resistance as described above. By precipitating the Al—Ni compound phase having a relatively high corrosion resistance without precipitating the phase, the corrosion resistance of the sintered bearing 1 can be further enhanced.
  • the ratio of the Al—Cu—Ni matrix phase in the Al—Cu—Ni alloy structure 3 is preferably high.
  • the area ratio is 50% or more, preferably 70% or more. It has become.
  • the density ratio of the sintered bearing 1 is in the range of 80 to 95%. If the density ratio of the sintered bearing 1 is less than 80%, the strength is insufficient, and if the density ratio exceeds 95%, the oil content is insufficient, which is not preferable.
  • the density ratio of the surface layer of the sintered bearing 1 is higher than the internal density ratio. That is, the porosity (surface aperture ratio) on the surface of the sintered bearing 1 is smaller than the porosity in the interior of the sintered bearing 1.
  • the density ratio of the surface layer on the outer peripheral surface 1b side of the sintered bearing 1 is higher than the density ratio of the surface layer on the inner peripheral surface 1a side.
  • the surface aperture ratio on the outer peripheral surface 1 b of the sintered bearing 1 is smaller than the surface aperture ratio on the inner peripheral surface 1 a of the sintered bearing 1.
  • the internal holes of the sintered bearing 1 are impregnated with lubricating oil.
  • lubricating oil mineral oil, polyalphaolefin (PAO), ester, liquid grease, and the like can be used.
  • PAO polyalphaolefin
  • ester organic compound
  • liquid grease liquid grease
  • the sintered bearing 1 includes a mixing step in which various powders are mixed to obtain a raw material powder, a green compacting step in which the raw material powder is compressed with a mold to obtain a green compact, and a green compact is sintered into a sintered body And a sizing process in which the sintered body is compressed and shaped with a mold.
  • a mixing step in which various powders are mixed to obtain a raw material powder
  • a green compacting step in which the raw material powder is compressed with a mold to obtain a green compact
  • a green compact is sintered into a sintered body
  • a sizing process in which the sintered body is compressed and shaped with a mold.
  • raw material powder is generated by mixing various powders with a mixer.
  • the raw material powder includes an Al source, a Cu source, a Ni source, a P source, and a powder that becomes a solid lubricant.
  • the raw material powder does not include pure Cu powder or pure Al powder.
  • the raw material powder is further mixed with a sintering aid (for example, aluminum fluoride powder or calcium fluoride powder) and a release lubricant (for example, zinc stearate powder or calcium stearate powder). Is done.
  • a sintering aid for example, aluminum fluoride powder or calcium fluoride powder
  • a release lubricant for example, zinc stearate powder or calcium stearate powder.
  • Al and Cu sources for example, Al—Cu—Ni alloy powder or Al—Cu alloy powder can be used.
  • Ni source for example, Al—Cu—Ni alloy powder or Cu—Ni alloy powder can be used.
  • Al—Cu—Ni alloy powder pre-alloy powder
  • the Al—Cu—Ni alloy powder contains 7 to 11% by mass of Al.
  • the Al—Cu—Ni alloy powder for example, one produced by an atomizing method can be used.
  • the particle diameter of the Al—Cu—Ni alloy powder is 106 ⁇ m or less, and the average particle diameter is 20 to 50 ⁇ m.
  • the average particle size means an average value of particle sizes measured by laser diffraction. Specifically, the average value of the particle diameters when 5000 powders are measured by laser diffraction using SALD-3100 manufactured by Shimadzu Corporation (hereinafter the same).
  • P alloy powder can be used as the P source.
  • the P alloy powder for example, a P—Cu alloy powder can be used, and in this embodiment, 7 to 10 mass% P—Cu alloy powder was used.
  • P has the effect of increasing the wettability between the solid and liquid phases during sintering. When there is too little P component, the sintering promotion effect between solid-liquid phases is scarce. On the other hand, when there are too many P components, sintering will advance too much and Al will segregate easily. Therefore, the compounding amount of the P alloy powder is, for example, 0.1 to 0.6% by mass, preferably 0.1 to 0.6% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of Al, Cu and Ni in the P component in the raw material powder. It is set to be 0.4% by mass. *
  • the solid lubricant for example, graphite powder can be used.
  • the graphite powder is present as free graphite mainly in the pores and on the surface of the sintered bearing 1.
  • the graphite powder exposed on the bearing surface (inner peripheral surface 1a) imparts excellent lubricity to the sintered bearing 1 and contributes to an improvement in wear resistance.
  • the blending amount of the graphite powder is, for example, 3 to 6% by mass with respect to the total of 100% by mass of Al, Cu and Ni in the raw material powder. When the blending amount of graphite is less than 3% by mass, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained.
  • the amount of graphite exceeds 6% by mass, there is a concern that, for example, diffusion of Al into Cu starts to be inhibited. If the blending amount of graphite exceeds 10% by mass, the material strength is lowered and the diffusion of Al into Cu is hindered.
  • the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder.
  • Aluminum fluoride and calcium fluoride function as a sintering aid. Specifically, aluminum fluoride and calcium fluoride gradually evaporate while melting at 850 to 900 ° C., which is the sintering temperature of the Al—Cu—Ni alloy powder, to protect the surface of the Al—Cu—Ni alloy powder. By suppressing the formation of aluminum oxide, sintering is promoted and aluminum diffusion is enhanced. Since aluminum fluoride and calcium fluoride evaporate and volatilize during sintering, the sintered bearing 1 is hardly left in the finished product. Aluminum fluoride and calcium fluoride are preferably added in a total amount of about 0.05 to 0.2 mass% with respect to a total of 100 mass% of Al, Cu, and Ni in the raw material powder.
  • the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having high strength cannot be obtained.
  • it exceeds 0.2% by mass the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, so it is preferable to keep it to 0.2% by mass or less from the viewpoint of cost.
  • a sintering aid such as P alloy powder, aluminum fluoride and calcium fluoride, a solid lubricant such as graphite powder, and a release lubricant such as zinc stearate or Multiple types may not be blended into the raw material powder.
  • the compacting step the above-mentioned raw material powder is filled in a compacting die and compressed to form a compact having substantially the same shape as the sintered bearing 1.
  • the green compact is formed by compressing the raw material powder filled in the powder mold with a pressure of 200 to 700 MPa.
  • the Al source is composed only of Al—Cu—Ni alloy powder, and the raw powder does not contain pure Al powder.
  • the deterioration of the fluidity of the raw material powder due to the pure Al powder having a small specific gravity and the handling problems associated with the scattering of the pure Al particles are solved.
  • the filling property of the raw material powder to a compacting die is improved, it is possible to avoid a decrease in moldability and insufficient strength of the compact.
  • the green compact is heated at a predetermined sintering temperature to sinter-bond adjacent raw material powders to form a sintered body.
  • the sintering step is performed using, for example, a mesh belt type continuous furnace.
  • adjacent Al—Ni—Cu alloy powders Al—Cu—Ni alloy structure
  • bonded bonded
  • sintering of the Al—Cu—Ni alloy structures is promoted by the P component contained in the raw material powder, and the strength of the sintered body is increased.
  • the graphite powder in the raw material powder remains as free graphite inside and on the surface of the sintered body.
  • an Al—Cu—Ni matrix phase ( ⁇ phase) and an Al—Ni compound grain phase ( ⁇ phase) are precipitated.
  • the Cu compound phase ( ⁇ phase) is not precipitated (see FIG. 2).
  • an Al—Cu—Ni ternary phase diagram at the sintering temperature is acquired in advance, and the components and composition ratios for obtaining the above-described structure from the ternary phase diagram are set.
  • a sintered body as described above can be obtained.
  • the sintering temperature is preferably 900 to 950 ° C, more preferably 900 to 920 ° C.
  • hydrogen gas, nitrogen gas, or these mixed gas can be used for atmospheric gas.
  • the Al—Cu—Ni alloy powder generates various liquid phases when the eutectic temperature is 548 ° C. or higher.
  • the liquid phase is generated, the green compact expands, and a sintered neck is formed by the generated liquid phase.
  • the Al—Cu—Ni alloy structure is oxidized and the sintering is inhibited, so that the size remains expanded without being densified. Is concerned.
  • the strength of the sintered body can be sufficiently secured.
  • the sintered body expanded by the sintering is compressed and dimensioned.
  • the core rod is inserted into the inner periphery of the sintered body, and these are integrally press-fitted into the inner periphery of the die in a state where the axial width of the sintered body is regulated to a predetermined dimension by the upper and lower punches.
  • the outer peripheral surface of the sintered body is pressed by the die and molded, and the inner peripheral surface of the sintered body is pressed against the outer peripheral surface of the core rod and molded.
  • the compression amount of the surface layer on the outer peripheral surface side of the sintered body is larger than the surface layer on the inner peripheral surface side, the density of the surface layer on the outer peripheral surface side becomes larger than the density on the inner peripheral surface side.
  • the holes opened in the inner peripheral surface 1a may be further reduced by further rotating sizing the inner peripheral surface 1a of the sintered body.
  • Oil impregnation process In the oil impregnation step, lubricating oil is impregnated in the internal pores of the sintered body. Specifically, after the sintered body is immersed in the lubricating oil under a reduced pressure environment, the internal pores of the sintered body are impregnated with the lubricating oil by returning to normal pressure. Thus, the sintered bearing 1 is completed.
  • the composition of the sintered bearing 1 is not limited to the above, and Si may be blended in place of Ni in the above embodiment.
  • the composition of the sintered bearing may include 7 to 11% by mass of Al, 1 to 6% by mass of Si, and the remaining main component may be Cu.
  • FIG. 4 shows the Al—Cu—Si alloy structure of a sintered bearing containing 8.5% by mass of Al, 2% by mass of Si, and the remaining main component being Cu. In this Al—Cu—Si alloy structure, an Al—Cu—Si matrix phase ( ⁇ phase) and an Al—Si compound phase ( ⁇ phase) are precipitated, but an Al—Cu compound phase ( ⁇ phase). Is not precipitated.
  • the ratio of the Al—Cu—Si matrix phase in the Al—Cu—Si alloy structure is, for example, 50% or more, preferably 70% or more in area ratio, and is approximately 75% in the illustrated example.
  • Other components, production methods, and the like are the same as those in the above embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the composition of the sintered bearing 1 may include 7 to 11% by mass of Al and 1 to 5% by mass (preferably 1 to 4% by mass) of Zn, with the remaining main component being Cu. it can.
  • FIG. 5 shows an Al—Cu—Zn alloy structure of a sintered bearing containing 8.5% by mass of Al, 3% by mass of Zn, and the remaining main component being Cu.
  • Al—Cu—Zn alloy structure an Al—Cu—Zn matrix phase ( ⁇ phase) and an Al—Zn compound phase ( ⁇ phase) are precipitated, but an Al—Cu compound phase ( ⁇ phase). Is not precipitated.
  • the ratio of the Al—Cu—Zn matrix phase in the Al—Cu—Zn alloy structure is, for example, 50% or more, preferably 70% or more in area ratio, and is about 80% in the illustrated example.
  • Other components, production methods, and the like are the same as those in the above embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • Si or Zn, or both of them may be blended. Moreover, it may replace with Ni of said embodiment and may mix
  • the sintered bearing 1 is incorporated in, for example, a fuel pump (electric fuel pump 10) shown in FIG.
  • the electric fuel pump 10 includes a substantially cylindrical metal housing 11, a synthetic resin motor cover 12 fixed to the upper end of the housing 11, and a metal pump cover 13 fixed to the lower end of the housing 11. And a pump body 14.
  • a motor armature 15 is arranged inside the housing 11. Both ends in the axial direction of the shaft 2 provided in the armature 15 are rotatably supported by the sintered bearing 1 attached to the motor cover 12 and the pump cover 13. Lubricating oil is impregnated in the internal holes of the sintered bearing 1 in advance.
  • a magnet 16 is fixed to the inner peripheral surface of the housing 11, and the magnet 16 and the armature 15 are opposed to each other in the radial direction at a predetermined interval.
  • the motor cover 12 is provided with a discharge port 17 connected to a fuel supply pipe (not shown) that communicates with the fuel injection valve.
  • the discharge port 17 is provided with a check valve 18 that prevents back flow of fuel.
  • the check valve 18 is urged in the closing direction by a spring 19.
  • the pump impeller 20 is fixed to the end portion (lower end in the figure) of the shaft 2. In the illustrated example, two pump impellers 20 are provided at two locations separated in the axial direction.
  • the pump body 14 is provided with a suction port 21.
  • the armature 15 and the 8-pump impeller 20 are integrally rotated, the fuel in the fuel tank is pumped up from the suction port 21, passes through the inside of the housing 11, and is discharged from the discharge port 17.
  • the sintered bearing 1 that rotatably supports the shaft 2 of the armature 15 is in an environment that is always in contact with fuel (for example, gasoline).
  • the sintered bearing 1 may be incorporated in the EGR valve 30 shown in FIG.
  • the EGR valve 30 includes a housing 31, a valve 32 disposed inside the housing 31, a spring 33 that biases the valve 32 in a closing direction, and a drive unit 34 (for example, a step motor) that drives the valve 32 in an opening direction.
  • a gas flow path 35 is formed inside the housing 31, and a valve seat 36 is provided in the middle of the gas flow path 35.
  • a shaft 32 a of the valve 32 is supported by a sintered bearing 1 fixed to the housing 31 so as to be slidable in the axial direction.
  • the sintered bearing 1 is used in a dry state, with no internal oil impregnated with lubricating oil.
  • the valve 32 In the state where the drive unit 34 is stopped, the valve 32 is pressed against the valve seat 36 by the urging force of the spring 33, whereby the gas flow path 35 is closed. On the other hand, when the drive unit 34 is driven to move the valve 32 downward, the valve 32 is separated from the valve seat 36 and the gas flow path 35 is opened, and the exhaust gas discharged from the engine is moved to the intake side of the engine. Returned.
  • test pieces (Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4) made of sintered metals having different compositions were prepared and subjected to a corrosion test.
  • Each test piece has the composition shown in Table 1 below, and is produced by the manufacturing method shown above. Hereinafter, each test piece will be described in detail.
  • Al-Cu-Ni sintered body (Example 1, Example 2) It consists of a sintered body made by using a raw material powder containing Al—Cu—Ni alloy powder containing 7 to 11% by mass of Al, and 8.5% by mass of Al and 3.0% by mass of Ni (Example 1) Or 5.0 mass% (Example 2) is included, and the main component of the remainder is Cu.
  • ⁇ phase precipitation of Al—Cu—Ni matrix phase
  • Al—Ni compound phase ⁇ phase
  • Al-Cu-Si sintered body (Example 3) It consists of a sintered body made using a raw material powder containing an Al—Cu—Si alloy powder containing 7 to 11% by mass of Al, containing 8.5% by mass of Al and 2.0% by mass of Si. The component is Cu.
  • Al—Cu—Si alloy structure produced in this sintered body precipitation of Al—Cu—Si matrix phase ( ⁇ phase) and Al—Si compound phase ( ⁇ phase, ⁇ phase) was confirmed ( (See FIG. 4). Further, no precipitation of Al—Cu compound phase ( ⁇ phase) was confirmed.
  • Al—Cu—Zn sintered body (Example 4, Comparative Example 1) A sintered body prepared using a raw material powder containing Al—Cu—Zn alloy powder containing 7 to 11% by mass of Al, and containing 8.5% by mass of Al and 3.0% by mass of Zn (Example 3) Or 5.0 mass% (comparative example 1) is included, and the main component of the remainder is Cu.
  • the Al—Cu—Ni alloy structure formed in this sintered body precipitation of Al—Cu—Zn matrix phase ( ⁇ phase) and Al—Zn compound phase ( ⁇ phase) was confirmed (see FIG. 5). ). Further, no precipitation of Al—Cu compound phase ( ⁇ phase) was confirmed.
  • Bronze sintered body (Comparative Example 2) It consists of a sintered body made using a raw material powder mainly containing Cu powder and Ni powder, and contains 30 to 35% by mass of Ni.
  • Al-Cu sintered body (Comparative Example 3)
  • the sintered body is made of a raw material powder containing Al—Cu alloy powder containing 7 to 11% by mass of Al, contains 8.5% by mass of Al, and the remaining main component is Cu.
  • precipitation of Al—Cu matrix phase ( ⁇ phase) and Al—Cu compound phase ( ⁇ phase) was confirmed (see FIG. 8).
  • Al-Cu-Sn sintered body (Comparative Example 4) It is composed of a sintered body prepared using a raw material powder containing Al-Cu alloy powder containing 7 to 11% by mass Al and Sn powder, and contains 8.5% by mass of Al and 3.0% by mass of Sn. The remaining main component is Cu. In the Al—Cu—Sn alloy structure produced in the sintered body, precipitation of Al—Cu—Zn matrix phase ( ⁇ phase) and Al—Cu compound phase ( ⁇ phase) was confirmed.
  • the test pieces were immersed in a solution containing sulfide and organic acid for a predetermined time, and the weight change rate before and after immersion was measured.
  • the weights of Examples 1 to 4 hardly changed before and after the immersion, whereas the weights of Comparative Examples 1 to 4 greatly changed before and after the immersion.
  • the weights of Comparative Examples 1, 2, and 4 were significantly reduced by the above immersion treatment (Comparative Example 1: -45.13%, Comparative Example 2: -8.25%, Comparative Example 4:- 28.49%). This is presumably because the Al component in the sintered body was dissolved by the organic acid in the solution.
  • the weight was significantly increased by the above immersion treatment (10.21%).
  • Examples 1 to 4 in which an appropriate amount of Ni, Si, or Zn was added to a Cu—Al based sintered body had excellent corrosion resistance, and in particular, an Al—Cu—Ni alloy structure. It was confirmed that Examples 1 and 2 having a very high corrosion resistance.

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Abstract

　焼結軸受は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３同士が焼結されている。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相（α相）及びＡｌ－Ｎｉ化合物相（κ相）を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）を有さない。

Description

焼結軸受
　本発明は、焼結軸受に関し、特に、Ａｌ－Ｃｕ合金（アルミニウム青銅とも言われる。）系の焼結軸受に関する。
　エンジンの燃料として用いられるガソリンや軽油等の品質は、世界の各地域で異なっており、粗悪な燃料（ガソリンや軽油等）やバイオ燃料等が使用されることもある。このような燃料と接触し得る箇所（例えば電動燃料ポンプやＥＧＲバルブ）に設けられる軸受には、粗悪燃料やバイオ燃料に含まれる硫化物や有機酸に対する耐腐食性が求められる。
　一方、エンジンの小型化及び軽量化に伴って、電動燃料ポンプ等にも小型化及び軽量化が求められ、これらに組み込まれる軸受にも小型化が求められる。例えば電動燃料ポンプでは、吐出性能を確保しつつ小型化を図るために、回転数を高める必要がある。このような高速回転する軸を支持する軸受には、小型化と共に耐腐食性、耐摩耗性（低摩擦特性）が要求される。
　例えば、耐摩耗性に優れた軸受として、銅系焼結軸受が知られている。しかし、銅系焼結軸受は、粗悪燃料やバイオ燃料に含まれる硫化物や有機酸と接触することにより、銅が腐食されやすい。例えば、銅系焼結軸受に硫化物が接触すると、表面（特に軸受面）に硫化銅が生成することで、軸受面と軸との間の隙間が減少し、回転トルクの上昇を招く恐れがある。また、銅系焼結軸受に有機酸が接触すると、銅が溶出するため、耐摩耗性が低下して製品寿命が短くなる恐れがある。以上のように、銅系焼結軸受は、耐摩耗性には優れているが、耐腐食性に劣るため、粗悪燃料やバイオ燃料と接触する用途には向いていない。
　例えば特許文献１には、Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受が示されている。Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受は、摺動性に優れると共に、表面に酸化アルミニウム膜が生成されるため耐腐食性にも優れている。
特開２００９－７６５０号公報
　上記特許文献１には、Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受の各成分の配合比を調整する技術が示されている。しかし、このような技術を適用しても、耐腐食性が十分に高められるとは言えず、さらなる検討が求められている
　以上の事情に鑑み、本発明は、Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受の耐腐食性を高めることを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相及びＡｌ－Ｎｉ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受を提供する。
　このように、Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受にＮｉを配合し、合金組織にＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相（固溶体合金相）を析出させることで、耐腐食性が向上する。このとき、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織には、通常、マトリクス相だけでなく、マトリクス相よりも耐腐食性の低い化合物相が析出する。具体的に、Ａｌ－Ｃｕ化合物相は耐腐食性が特に低く、Ａｌ－Ｎｉ化合物相は、Ａｌ－Ｃｕ化合物相よりは耐腐食性が高い。従って、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織において、耐腐食性が特に劣るＡｌ－Ｃｕ化合物相が析出せずに、耐腐食性が比較的優れたＡｌ－Ｎｉ化合物相が析出するように、原料粉末の成分や配合比を調整すれば、非常に優れた耐腐食性を有する焼結軸受を得ることができる。
　上記の焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７～１１質量％、Ｎｉを１～６質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。
　また、上記の焼結軸受において、Ｎｉの代わりにＳｉを配合しても、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記の目的は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＳｉを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉマトリクス相及びＡｌ－Ｓｉ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受により達成することができる。この焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７～１１質量％、Ｓｉを１～６質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。
　さらに、上記の焼結軸受において、Ｎｉの代わりにＺｎを配合しても、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記の目的は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相及びＡｌ－Ｚｎ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受により達成することができる。この焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７～１１質量％、Ｚｎを１～５質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。
　ところで、純銅は硫化物が付着しやすいため、焼結軸受に純銅組織（Ｃｕ相）が存在すると、Ｃｕ相に硫化物が付着するため硫化腐食が生じやすい。このため、焼結軸受の原料に純銅粉末が含まれる場合は、Ｃｕ相にＡｌを拡散させて合金化する必要があり、焼結工程のコストが高くなる。従って、上記の焼結軸受の原料粉末は、純銅粉末を含まないことが好ましい。
　上記のような焼結軸受の軸受面に遊離黒鉛を露出させると、遊離黒鉛の自己潤滑性により、潤滑性及び耐摩耗性を向上させることができる。
　燃料ポンプに設けられた軸の回転を支持する軸受や、ＥＧＲバルブに設けられたバルブの軸方向の往復動を支持する軸受は、燃料等に含まれる硫化物や有機酸と接触し、優れた耐腐食性が求められる。このような用途で使用される軸受として、上記の焼結軸受が好適に使用できる。
　以上のように、本発明によれば、Ａｌ－Ｃｕ合金系の焼結軸受の耐腐食性を高めることができる。
本発明の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。 上記焼結軸受の拡大断面図である。 上記焼結軸受のＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織の拡大図である。 他の実施形態に係る焼結軸受のＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織の拡大図である。 他の実施形態に係る焼結軸受のＡｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織の拡大図である。 燃料ポンプの断面図である。 ＥＧＲバルブの断面図である。 比較例に係る試験片のＡｌ－Ｃｕ合金組織の拡大図である。 腐食試験の結果を示すグラフである。
　本発明の一実施形態に係る焼結軸受１は、図１に示すように円筒状を成し、内周に軸２が挿入される。焼結軸受１の内周面１ａは円筒面であり、軸２の外周面を摺動支持する軸受面として機能する。焼結軸受１の外周面１ｂは円筒面であり、他部材に取り付けられる取付面として機能する。
　焼結軸受１は、焼結金属、特にＡｌ－Ｃｕ合金系の焼結金属で形成され、本実施形態では、Ａｌ，Ｃｕ，及びＮｉを含む焼結金属で形成される。具体的に、焼結軸受１は、例えば、Ａｌを７～１１質量％、Ｎｉを１～６質量％含み、残部の主成分がＣｕとされる。本実施形態では、上記の他、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対し、３～６質量％の黒鉛（遊離黒鉛）と、０．１～０．４質量％のＰを含む。本実施形態では、焼結軸受１が、Ａｌを８．５質量％、Ｎｉを５質量％含み、残部の主成分がＣｕとされる。
　焼結軸受１は、図２に拡大して示すように、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３を有し、隣接するＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３同士が焼結結合されている。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３の間には、無数の内部空孔４が設けられる。内部空孔４は、焼結軸受１の表面に連通している。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３の表面、すなわち、内周面１ａ（軸受面）を含む焼結軸受１の表面や、焼結軸受１の内部空孔４の周りには、酸化アルミニウム被膜５が形成されている。この酸化アルミニウム被膜５によりＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３が保護されるため、耐腐食性及び耐摩耗性が高められる。焼結軸受１の表面及び内部には遊離黒鉛６が分布している。この遊離黒鉛６の一部が、焼結軸受１の軸受面（内周面１ａ）に露出している。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３の粒界部には、Ｐ（燐）が存在している（図示省略）。
　図３に、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３をさらに拡大して示す。同図に示すように、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｎｉ化合物相（κ相）とを有する一方で、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）は有していない。換言すると、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ三元状態図において、α相及びκ相が析出し、且つγ相が析出しない範囲で、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３の組成（Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉの配合比）が設定される。このように、耐腐食性が非常に高いＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相を析出させることで、焼結軸受１に優れた耐腐食性を付与することができる。また、焼結軸受１にＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３を生成する際、耐食性に劣る化合物相の析出は現実的に避けられないが、上記のように耐腐食性が特に低いＡｌ－Ｃｕ化合物相を析出させずに、耐腐食性が比較的高いＡｌ－Ｎｉ化合物相を析出させることで、焼結軸受１の耐腐食性がさらに高められる。このとき、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織３におけるＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相の割合は高い方が好ましく、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ８５％程度となっている。
　焼結軸受１の密度比は、８０～９５％の範囲とされる。焼結軸受１の密度比が８０％未満では強度が不十分となり、密度比が９５％を超えると含油量が不足するため、好ましくない。焼結軸受１の表層の密度比は、内部の密度比よりも高くなっている。すなわち、焼結軸受１の表面における空孔率（表面開口率）が、焼結軸受１の内部における空孔率よりも小さくなっている。また、焼結軸受１の外周面１ｂ側の表層の密度比は、内周面１ａ側の表層の密度比よりも高くなっている。すなわち、焼結軸受１の外周面１ｂにおける表面開口率が、焼結軸受１の内周面１ａにおける表面開口率よりも小さくなっている。尚、密度比αは次式で表される。
α（％）＝（ρ１／ρ０）×１００
ただし、ρ１：多孔質体の密度、ρ０：その多孔質体に空孔がないと仮定した場合の密度
また、焼結軸受１の表層とは、焼結軸受１の表面から所定の深さ（例えば、焼結軸受１の内径の１／１００～１／１５程度の深さ）までの領域とする。
　焼結軸受１の内部空孔には、潤滑油が含浸されている。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン（ＰＡＯ）、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の用途によっては必ずしも潤滑油を含浸する必要はなく、ドライ状態で使用してもよい。
　焼結軸受１の内周に挿入された軸２が回転又は軸方向移動、あるいはこれらの双方の運動をし、焼結軸受１の内周面１ａと軸２の外周面が摺動すると、焼結軸受１の内部空孔に保持された潤滑油が温度上昇に伴って内周面１ａに滲み出す。この内周面１ａに滲み出した潤滑油によって、焼結軸受１の内周面１ａと軸２の外周面との間の軸受隙間に油膜が形成され、軸２が焼結軸受１によって支持される。
　次に、上記の焼結軸受１の製造方法を説明する。
　焼結軸受１は、各種粉末を混合して原料粉末を得る混合工程と、原料粉末を金型で圧縮して圧粉体を得る圧粉工程と、圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体を金型で圧縮して整形するサイジング工程とを経て形成される。以下、各工程を詳しく説明する。
［混合工程］
　混合工程では、各種粉末を混合機で混合することで、原料粉末が生成される。原料粉末は、Ａｌ源、Ｃｕ源、Ｎｉ源、Ｐ源、及び固体潤滑剤となる粉末を含む。原料粉末には、純Ｃｕ粉末や純Ａｌ粉末は含まれない。原料粉末には、必要に応じて、さらに、焼結助剤（例えば、フッ化アルミニウム粉末やフッ化カルシウム粉末）や、離型用潤滑剤（例えば、ステアリン酸亜鉛粉末やステアリン酸カルシウム粉末）が混合される。以下、各粉末について詳しく説明する。
　Ａｌ及びＣｕ源としては、例えばＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末やＡｌ－Ｃｕ合金粉末を使用できる。Ｎｉ源としては、例えばＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末やＣｕ－Ｎｉ合金粉末を使用できる。本実施形態では、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ源として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末（プレアロイ粉末）が用いられる。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末は、７～１１質量％のＡｌを含む。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末は、例えばアトマイズ法により製造したものが使用できる。Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末の粒径は１０６μｍ以下で、平均粒径は２０～５０μｍである。尚、平均粒径とは、レーザ回折により測定した粒径の平均値を意味する。具体的には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ－３１００により、５０００粉末をレーザ回折で測定したときの粒径の平均値とする（以下同様）。
　Ｐ源としては、Ｐ合金粉末を使用できる。Ｐ合金粉末は、例えばＰ－Ｃｕ合金粉末を使用することができ、本実施形態では７～１０質量％Ｐ－Ｃｕ合金粉末を用いた。Ｐは、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果がある。Ｐ成分が少なすぎると、固液相間の焼結促進効果が乏しい。一方、Ｐ成分が多すぎると、焼結が進み過ぎてＡｌが偏析しやすくなる。従って、Ｐ合金粉末の配合量は、例えば、原料粉末中のＰ成分が、Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉの合計１００質量％に対して０．１～０．６質量％、好ましくは０．１～０．４質量％となるように設定される。　
　固体潤滑剤としては、例えば黒鉛粉末を使用できる。黒鉛粉末は、主として焼結軸受１の空孔内や表面に遊離黒鉛として存在する。特に、軸受面（内周面１ａ）に露出した黒鉛粉末は、焼結軸受１に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛粉末の配合量は、例えば、原料粉末中のＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対して、３～６質量％とされる。黒鉛の配合量が３質量％未満では、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、黒鉛の配合量が６質量％を超えると、例えばＡｌのＣｕへの拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の配合量が１０質量％を超えると、材料強度が低下し、ＡｌのＣｕへの拡散を阻害するので好ましくない。尚、一般的には、原料粉末の主成分に対して黒鉛を４質量％以上添加すると成形することが困難となるが、黒鉛粉末として造粒黒鉛を使用することで、成形が可能となる。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。
　フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、焼結助剤として機能する。具体的に、フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末の焼結温度である８５０～９００℃で溶融しながら徐々に蒸発し、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受１の完成品には殆ど残らない。フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、原料粉末中のＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対して、合計で０．０５～０．２質量％程度で添加することが好ましい。０．０５質量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で高強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２質量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなるため、コスト的な観点から０．２質量％以下に止めることが好ましい。
　尚、特に必要がなければ、Ｐ合金粉末、フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウム等の焼結助剤、黒鉛粉末等の固体潤滑剤、及びステアリン酸亜鉛等の離型用潤滑剤のうちの一種又は複数種を、原料粉末に配合しなくてもよい。
［圧粉工程］
　圧粉工程では、上記の原料粉末を圧粉金型に充填して圧縮することにより、焼結軸受１と略同じ形状をなした圧粉体を形成する。本実施形態では、圧粉金型に充填した原料粉末を２００～７００ＭＰａの加圧力で圧縮することにより圧粉体を成形する。尚、圧粉金型を７０℃以上に加温した状態で、圧粉体を成形してもよい。
　本実施形態の焼結軸受１では、Ａｌ源がＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末のみで構成されており、原料粉末に純Ａｌ粉末は含まれない。これにより、比重の小さい純Ａｌ粉末に起因した原料粉末の流動性の悪化や、純Ａｌ粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題が解消される。これにより、圧粉金型への原料粉末の充填性が高められるため、成形性の低下や圧粉体の強度不足を回避できる。
［焼結工程］
　焼結工程では、圧粉体を所定の焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体を形成する。焼結工程は、例えば、メッシュベルト式連続炉を用いて行われる。圧粉体を加熱することで、隣接するＡｌ－Ｎｉ－Ｃｕ合金粉末（Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織）同士が焼結結合（拡散接合）し、焼結体が形成される。このとき、原料粉末に含まれるＰ成分により、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織同士の焼結が促進され、焼結体の強度が高められる。また、原料粉末中の黒鉛粉末は、焼結体の内部及び表面に遊離黒鉛として残存する。
　こうして得られた焼結体のＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相（α相）とＡｌ－Ｎｉ化合粒相（κ相）とが析出している一方で、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない（図２参照）。このような合金組織が得られるように、原料粉末の成分や配合比を設定することで、非常に優れた耐腐食性が得られる。具体的には、例えば、予め当該焼結温度におけるＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉの三元状態図を取得し、この三元状態図から上記のような組織が得られる成分及びその配合比を設定することで、上記のような焼結体を得ることができる。
　焼結温度は９００～９５０℃が好ましく、９００～９２０℃がさらに好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスを使用できる。焼結時間は、長くするほど耐腐食性が向上し、例えば燃料ポンプに用いられる焼結軸受１では２０～６０分（例えば３０分）が好ましい。
　Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉末は、共晶温度５４８℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると圧粉体が膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成された後、緻密化に至って収縮することで焼結体が得られる。このとき、焼結体の表層では、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織が酸化されて焼結が阻害されることにより、緻密化に至らず寸法が膨張したままとなるため、焼結体の強度不足が懸念される。しかし、焼結体の内部では、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織は酸化されにくく、十分に焼結されるため、焼結体の強度を十分確保することができる。
［サイジング工程］
　サイジング工程では、焼結により膨張した焼結体を圧縮して寸法整形する。具体的には、焼結体の内周にコアロッドを挿入すると共に、上下パンチで焼結体の軸方向幅を所定寸法に規定した状態で、これらを一体的にダイの内周に圧入する。これにより、焼結体の外周面がダイで圧迫されて成形されると共に、焼結体の内周面がコアロッドの外周面に押し付けられて成形される。このサイジング工程により、膨張した焼結体の表層が圧縮され、表層の密度が内部の密度よりも大きくなる。また、焼結体の外周面側の表層は、内周面側の表層よりも圧縮量が大きくなるため、外周面側の表層の密度が内周面側の密度よりも大きくなる。尚、サイジング工程の後、焼結体の内周面１ａにさらに回転サイジングすることで、内周面１ａ（軸受面）に開口した空孔をさらに小さくしてもよい。
［含油工程］
　含油工程では、上記の焼結体の内部空孔に潤滑油が含浸される。具体的には、減圧環境下で焼結体を潤滑油中に浸漬した後、常圧に戻すことで、焼結体の内部空孔に潤滑油が含浸される。以上により、焼結軸受１が完成する。
　本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、焼結軸受１の組成は上記に限らず、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｓｉを配合してもよい。具体的には、例えば焼結軸受の組成を、Ａｌを７～１１質量％、Ｓｉを１～６質量％含み、残部の主成分をＣｕとすることができる。図４に、Ａｌを８．５質量％、Ｓｉを２質量％含み、残部の主成分をＣｕとした焼結軸受のＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織を示す。このＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｓｉ化合物相（κ相）とが析出しているが、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない。Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織におけるＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉマトリクス相の割合は、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ７５％程度となっている。その他の成分や製法等は、上記の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
　また、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｚｎを配合してもよい。具体的には、例えば焼結軸受１の組成を、Ａｌを７～１１質量％、Ｚｎを１～５質量％（好ましくは１～４質量％）含み、残部の主成分をＣｕとすることができる。図５に、Ａｌを８．５質量％、Ｚｎを３質量％含み、残部の主成分をＣｕとした焼結軸受のＡｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織を有する。このＡｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｚｎ化合物相（δ相）とが析出しているが、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない。Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織におけるＡｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相の割合は、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ８０％程度となっている。その他の成分や製法等は、上記の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
　また、上記の実施形態のＮｉに加えて、Ｓｉ又はＺｎ、あるいはこれらの双方を配合してもよい。また、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｓｉ及びＺｎを配合してもよい。
　上記の焼結軸受１は、例えば、図６に示す燃料ポンプ（電動燃料ポンプ１０）に組み込まれる。電動燃料ポンプ１０は、略円筒状の金属製のハウジング１１と、ハウジング１１の上端部に固定された合成樹脂製のモータカバー１２と、ハウジング１１の下端部に固定された金属製のポンプカバー１３及びポンプボデー１４とを有する。
　ハウジング１１の内部には、モータのアーマチュア１５が配置されている。アーマチュア１５に設けられた軸２の軸方向両端部は、モータカバー１２とポンプカバー１３に取り付けられた焼結軸受１により回転自在に支持されている。焼結軸受１の内部空孔には、予め潤滑油が含浸されている。ハウジング１１に内周面にはマグネット１６が固定され、このマグネット１６とアーマチュア１５とが所定間隔で半径方向に対向している。モータカバー１２には、燃料噴射弁に通じる燃料供給パイプ（図示省略）に接続される吐出口１７が設けられている。この吐出口１７には、燃料の逆流を阻止するチェックバルブ１８が設けられる。チェックバルブ１８は、スプリング１９により閉止方向に付勢されている。
　軸２の端部（図中下端）には、ポンプインペラ２０が固定される。図示例では、２つのポンプインペラ２０が軸方向に離隔した２箇所に設けられる。ポンプボデー１４には吸入口２１が設けられている。アーマチュア１５及び８ポンプインペラ２０を一体回転させると、燃料タンク内の燃料が吸入口２１より汲み上げられ、ハウジング１１の内部を通過して、吐出口１７から吐出される。アーマチュア１５の軸２を回転自在に支持する焼結軸受１は、燃料（例えば、ガソリン）と常に接触する環境下にある。
　また、上記の焼結軸受１は、図７に示すＥＧＲバルブ３０に組み込んでもよい。ＥＧＲバルブ３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１の内部に配されたバルブ３２と、バルブ３２を閉じる方向に付勢するスプリング３３と、バルブ３２を開く方向に駆動する駆動部３４（例えばステップモータ）とを備える。ハウジング３１の内部にはガス流路３５が形成され、ガス流路３５の途中に弁座３６が設けられる。バルブ３２のシャフト３２ａは、ハウジング３１に固定された焼結軸受１により軸方向に摺動自在に支持されている。この焼結軸受１は、内部空孔に潤滑油が含浸されておらず、ドライ状態で使用される。
　駆動部３４を停止した状態では、バルブ３２がスプリング３３の付勢力により弁座３６に押し付けられ、これによりガス流路３５が閉じた状態となる。一方、駆動部３４を駆動してバルブ３２を下方に移動させると、バルブ３２が弁座３６から離反してガス流路３５が開いた状態となり、エンジンから排出された排ガスがエンジンの吸気側に戻される。
　次に、組成の異なる焼結金属からなる複数の試験片（実施例１～４、比較例１～４）を作製し、これらに対して腐食試験を施した。各試験片は、下記の表１に示す組成を有し、上記に示した製法で作製されたものである。以下、各試験片について詳しく説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ系焼結体（実施例１、実施例２）
　７～１１質量％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｎｉを３．０質量％（実施例１）あるいは５．０質量％（実施例２）含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｎｉ化合物相（κ相）の析出が確認された（図３参照）。また、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。
Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系焼結体（実施例３）
　７～１１質量％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｓｉを２．０質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｓｉ化合物相（δ相，κ相）の析出が確認された（図４参照）。また、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。
Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ系焼結体（実施例４、比較例１）
　７～１１質量％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｚｎを３．０質量％（実施例３）あるいは５．０質量％（比較例１）含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相（α相）と、Ａｌ－Ｚｎ化合物相（δ相）の析出が確認された（図５参照）。また、Ａｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。
白銅系焼結体（比較例２）
　Ｃｕ粉末及びＮｉ粉末を主に含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ｎｉを３０～３５質量％含む。
Ａｌ－Ｃｕ系焼結体（比較例３）
　７～１１質量％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｕ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ－Ｃｕ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕマトリクス相（α相）とＡｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）の析出が確認された（図８参照）。
Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｎ系焼結体（比較例４）
　７～１１質量％Ａｌを含むＡｌ－Ｃｕ合金粉と、Ｓｎ粉末とを含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｓｎを３．０質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ－Ｃｕ－Ｓｎ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相（α相）とＡｌ－Ｃｕ化合物相（γ相）の析出が確認された。
　上記各試験片を、硫化物及び有機酸を含む溶液中に所定時間浸漬し、浸漬前後の重量変化率を測定した。その結果、図９に示すように、実施例１～４は、浸漬前後で重量がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１～４は浸漬前後で重量が大きく変化した。具体的に、比較例１、２、４は、上記の浸漬処理により重量が大幅に減少した（比較例１：－４５．１３％、比較例２：－８．２５％、比較例４：－２８．４９％）。これは、溶液中の有機酸により、焼結体中のＡｌ成分が溶け出したためと考えられる。また、比較例３は、上記の浸漬処理により重量が大幅に増大した（＋１０．２１％）。これは、焼結体に硫化物が付着したためと考えられる。これに対し、実施例１～４は、何れも上記の浸漬処理による重量変化率がごく僅か（およそ０．５％未満）に抑えられた。これらの結果から、Ｃｕ－Ａｌ系焼結体に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎの何れかを適量添加した実施例１～４は優れた耐腐食性を有し、特に、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織を有する実施例１及び２が非常に優れた耐腐食性を有することが確認された。
１     焼結軸受
２     軸
３     Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織
４     内部空孔
５     酸化アルミニウム被膜
６     遊離黒鉛
１０   電動燃料ポンプ
３０   ＥＧＲバルブ
 

Claims (10)

  1. 　Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、
    　前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ合金組織は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉマトリクス相及びＡｌ－Ｎｉ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受。
  2. 　Ａｌを７～１１質量％、Ｎｉを１～６質量％含み、残部の主成分をＣｕとした請求項１記載の焼結軸受。
  3. 　Ａｌ、Ｃｕ、及びＳｉを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、
    　前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ合金組織は、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉマトリクス相及びＡｌ－Ｓｉ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受。
  4. 　Ａｌを７～１１質量％、Ｓｉを１～６質量％含み、残部の主成分をＣｕとした請求項３記載の焼結軸受。
  5. 　Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎを含み、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、
    　前記Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ合金組織には、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎマトリクス相及びＡｌ－Ｚｎ化合物相を有し、Ａｌ－Ｃｕ化合物相を有さない焼結軸受。
  6. 　Ａｌを７～１１質量％、Ｚｎを１～５質量％含み、残部の主成分をＣｕとした請求項５記載の焼結軸受。
  7. 　原料粉末が純銅粉末を含まない請求項１～６の何れかに記載の焼結軸受。
  8. 　軸受面に遊離黒鉛を露出させた請求項１～７の何れかに記載の焼結軸受。
  9. 　請求項１～８の何れかに記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入され、回転自在に支持される軸と、前記軸に固定されたポンプインペラとを備えた燃料ポンプ。
  10. 　請求項１～８の何れかに記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入され、軸方向移動自在に支持される軸を有するバルブとを備えたＥＧＲバルブ。
     
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