WO2018021122A1 - 複層焼結板及びそれを用いた複層摺動部材並びに複層焼結板の製造方法 - Google Patents

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mass
nickel
alloy
sintered
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康弘 白坂
大野　正人
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オイレス工業株式会社
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer sintered plate having a porous copper-based sintered alloy layer on one side of a back metal including a steel plate, and a porous copper-based sintered bond between the multilayer sintered plate and the multilayer sintered plate.
  • the present invention relates to a multilayer sliding member comprising a hole of a gold layer and a coating layer of a synthetic resin composition that is filled and coated on the surface, and a method for producing a multilayer sintered plate.
  • a back plate made of a steel plate, a porous sintered layer integrally deposited on one side of the back plate, and a coating layer of a synthetic resin composition filled and coated on the pores and the surface of the porous sintered layer Is widely used as, for example, a wound bush or a sliding plate.
  • a bronze-based copper alloy such as bronze, lead bronze or phosphor bronze is used for the porous sintered layer integrally formed on one surface of the back metal.
  • the porous sintered layer is firmly bonded to the porous sintered layer of the coating layer made of the synthetic resin composition filled and coated on the surface of the porous sintered layer.
  • the strength (anchor effect) can be achieved, and the coating layer made of the synthetic resin composition is worn by sliding friction with the counterpart material, and a part of the porous sintered layer is formed on the coating layer (sliding surface). Even when exposed, good sliding characteristics such as frictional wear as a multilayer sliding member can be maintained by the good sliding performance of the exposed bronze-based copper alloy.
  • JP-A-10-212534 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-20568 JP 2008-50688 A
  • the porous sintered layer is integrally formed on one surface of the back metal by sintering at a temperature of 750 ° C. or higher depending on the type of bronze-based copper alloy to be used.
  • sintering at a temperature of 750 ° C. or higher depending on the type of bronze-based copper alloy to be used.
  • Using a sintering furnace for a long period of time at the sintering temperature may damage the core tube, heater, mesh belt, etc. equipped in the sintering furnace, in order to maintain the quality of the sintered product, etc. This requires frequent maintenance of the sintering furnace.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the object of the present invention is that it can be integrally bonded to a back metal at a sintering temperature lower than 750 ° C., and is a conventional bronze alloy-based porous material.
  • Multi-layer sintered plate having a copper-based alloy porous copper-based sintered alloy layer exhibiting friction wear characteristics equal to or higher than that of the sintered layer, a method for producing the same, and porous copper of the multi-layer sintered plate
  • An object of the present invention is to provide a multilayer sliding member provided with a coating layer of a synthetic resin composition in which pores and a surface of a base sintered alloy layer are filled and coated.
  • the present inventor has found that nickel (Ni) and phosphorus (P) in a predetermined ratio with respect to copper (Cu) as a main component, and further tin (Sn).
  • the porous copper-based sintered alloy layer of the contained copper-based alloy powder can be integrally bonded to one side of the back metal at a sintering temperature lower than 750 ° C. It has been found that the layer is superior to the frictional wear characteristics of the layer, and has led to the present invention.
  • the multilayered sintered plate of the present invention is made based on the above knowledge, and is added to copper as a main component while being integrally joined to a back metal having a steel plate and one surface of the back metal. And a porous copper-based sintered alloy layer of a copper-based alloy powder containing 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel and 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus.
  • a method for producing a multilayer sintered plate of the present invention comprising a backing metal having a steel plate and a porous copper-based sintered alloy layer of a copper-based alloy powder integrally joined to one surface of the backing metal, Mainly from a step of preparing a backing metal having a steel plate and a raw material metal of copper simple substance, copper-nickel alloy, nickel simple substance and copper-phosphorus alloy, or a raw metal obtained by adding tin simple substance and copper-tin alloy to these raw material metals.
  • the first copper-based alloy raw material containing 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel, 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus, or copper as a main component, 15
  • a second copper-based alloy raw material containing nickel of 2 mass% or more and less than 25 mass%, phosphorus of 2 mass% or more and 7 mass% or less and tin of 3 mass% or more and 8 mass% or less is prepared.
  • the second copper-based alloy raw material is melted to produce a molten metal and the molten metal is atomized.
  • the first atomized copper-based alloy powder containing 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel and 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus in addition to copper as a main component or copper as a main component In addition to 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel, 3% by mass or more and 8% by mass or less of tin, and 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus. Then, the first or second atomized copper base alloy powder is sprayed on one side of the back metal to a uniform thickness, and this is adjusted to 5 to 680 to 730 ° C. in a heating furnace adjusted to a reducing atmosphere.
  • porous copper-based sintered alloy layer or main component of base alloy powder Porous second copper-based alloy powder containing, in addition to copper, 15% by mass or more and less than 25% by mass nickel, 3% by mass or more and 8% by mass or less tin, and 2% by mass or more and 7% by mass or less phosphorus.
  • a step of integrally bonding the copper-based sintered alloy layer is
  • the steel sheet may be composed of a general structural rolled steel sheet (SS400 or the like) defined in JIS G3101 or a cold rolled steel sheet (SPCC) defined in JIS G3141, and in this case, one of the back metal plates.
  • the surface may be one surface of a steel plate, and the back metal may comprise a steel plate and a copper film or a nickel film in which the entire surface of the steel plate is coated, for example, by plating.
  • One side of the back metal may be one side of a copper film or nickel film, and the thickness of the back metal is preferably 0.3 to 2.0 mm, and the thickness of the copper film or nickel film is It is preferably 3 to 50 ⁇ m.
  • the porous copper-based sintered alloy layer is bonded to one surface of the backing metal via the copper coating or nickel coating. Therefore, the joint strength is increased and the corrosion resistance of the coating is imparted to the back metal.
  • the atomized copper-based alloy powder is produced by appropriately selecting a copper simple substance, a copper-nickel alloy, a nickel simple substance, and a copper-phosphorus alloy.
  • a copper-based molten alloy (molten metal) made of copper containing 2 mass% or more and 7 mass% or less of phosphorus and containing the inevitable impurities in the balance with the fluid (liquid or gas) injected at high speed
  • the molten metal is pulverized and cooled. Since this atomized copper-based alloy powder instantaneously forms droplets and cools the molten metal of the copper-based alloy that has been uniformly melted, a uniform microstructure without segregation can be obtained.
  • Gas atomized copper-based alloy powder using a gas (inert gas, etc.) as a fluid has a spherical particle shape
  • water atomized copper-based alloy powder, using a liquid (such as water) as a fluid has an irregular shape. ing.
  • nickel forms a matrix phase containing a copper-nickel alloy by forming a total solid solution with copper as a main component, and a liquid phase of phosphorus and nickel-phosphorus alloy. And the nickel-phosphorus alloy phase finely diffused in the matrix phase is crystallized. If the nickel content is less than 15% by mass, the strength of the matrix phase containing the copper-nickel alloy in the porous copper-based sintered alloy layer cannot be obtained, and the wear resistance and load resistance may be reduced. When the content is 25% by mass or more, it is difficult to integrally bond the back metal to one surface at a low temperature (680 to 730 ° C.) of the atomized copper base alloy powder. Therefore, the nickel content in the atomized copper-based alloy powder is preferably 15% by mass or more and less than 25% by mass.
  • Phosphorus produces a liquid phase of nickel and a nickel-phosphorus alloy, crystallizes a finely diffused nickel-phosphorus alloy phase in the matrix phase, and improves the wear resistance of the porous copper-based sintered alloy layer. If the phosphorus content is less than 2% by mass, the proportion of the nickel-phosphorus alloy liquid phase that is generated is small, and the effect of improving the wear resistance is not sufficiently exhibited. If the content exceeds 7% by mass, the matrix phase The crystallization ratio of the nickel-phosphorus alloy phase that diffuses finely in the inside increases so that the wear resistance may be deteriorated. Therefore, the phosphorus content in the atomized copper-based alloy powder is preferably 2% by mass or more and 7% by mass or less.
  • the atomized copper base alloy powder may further contain tin.
  • Tin is used in the form of tin alone or a copper-tin alloy. Tin forms a solid solution with copper and nickel, which are the main components, and forms an alloy, forming a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy, strengthening the matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy, and wear resistance To improve.
  • the tin content in the atomized copper-based alloy powder is preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less.
  • An atomized copper-based alloy powder comprising 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel and 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus or further containing 3% by mass or more and 8% by mass or less of tin, with the balance being copper and inevitable impurities.
  • the particles are a metal containing a matrix phase containing a copper-nickel alloy or a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy, and a nickel-phosphorus alloy phase finely diffused and solidified (crystallized) in the matrix phase.
  • the matrix phase has a micro Vickers hardness (HMV) (hereinafter referred to as hardness) 170 at least, and the nickel-phosphorus alloy phase has a hardness of at least 600.
  • HMV micro Vickers hardness
  • the atomized copper-based alloy powder uniformly dispersed on one surface of the back metal plate is sintered in a heating (sintering) furnace at a temperature of 680 to 730 ° C., preferably 700 to 720 ° C. for 5 to 10 minutes.
  • a heating (sintering) furnace at a temperature of 680 to 730 ° C., preferably 700 to 720 ° C. for 5 to 10 minutes.
  • the nickel of the copper base alloy is dissolved in the surface of the back metal and the surface is alloyed to increase the bonding strength of the porous copper base sintered alloy layer to the back metal.
  • the porous copper-based sintered alloy layer is firmly joined and integrated with the back metal in combination with the alloying by solid solution of nickel at the interface between the base sintered alloy layer and the back metal.
  • the thickness of the porous copper-based sintered alloy layer integrally bonded to one side of the back metal is preferably about 0.1 to 0.5 mm, and the porosity is 20% or more and 50% or less. Preferably there is.
  • the atomized copper-based alloy powder enables sintering at a temperature lower than the conventional sintering temperature on one side of the back metal since the copper-nickel alloy lowers the sintering temperature.
  • the sintering temperature is less than 680 ° C.
  • the matrix phase containing the copper-nickel alloy is not sufficiently diffused to the back metal surface, and the porous copper-based sintered alloy cannot be bonded to one side of the back metal
  • the sintering temperature exceeds 730 ° C.
  • the degree of bonding of the porous copper-based sintered alloy layer to the back metal surface may vary, and the porous copper-based sintered alloy layer may peel off from the back metal surface.
  • the atomized copper-based alloy powder copper-nickel alloy or copper-nickel-tin alloy is diffused and dissolved in the copper coating or nickel coating. Therefore, the porous copper-based sintered alloy layer can be firmly joined and integrated with the back metal.
  • the porous copper-based sintered alloy layer obtained by using the atomized copper-based alloy powder has a matrix phase containing a copper-nickel alloy or a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy as well as the metal structure of the atomized powder particles.
  • a nickel-phosphorus alloy phase that is finely diffused and solidified (crystallized) in the matrix phase, and this matrix phase has at least a hardness of 170,
  • the phosphorus alloy phase has a hardness of at least 600.
  • a multilayer sintered plate can be manufactured at a low sintering temperature, so that heat (sintering temperature) of a core tube, a heater, a mesh belt, and the like equipped in the sintering furnace ) Can be avoided, and the number of maintenance operations of the sintering furnace can be reduced. As a result, maintenance costs can be greatly reduced.
  • the multilayer sliding member comprises the above-mentioned multilayered sintered plate and the synthetic resin composition filled and coated on the pores and the surface of the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate. And a coating layer.
  • the synthetic resin composition preferably comprises at least one of fluorine resin, polyether ether ketone resin, polyamide resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polybenzimidazole resin, polyacetal resin, polyolefin resin, and polyphenylene sulfide resin.
  • the synthetic resin composition contains at least one filler of calcined phenol resin, polyphenylene sulfone resin, oxybenzoyl polyester resin, barium sulfate, magnesium silicate, titanium oxide, and phosphate.
  • the synthetic resin composition may include at least one solid lubricant of graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and boron nitride
  • the synthetic resin composition may be paraffinic and Nafte System mineral oils, animal oils, may include a lubricating oil exhibiting the liquid state at molding warming such as lubricating oil and hydrocarbon waxes, fatty acid esters and fatty acid amides exhibiting the liquid state at normal temperature, such as vegetable oils and synthetic oils.
  • the synthetic resin composition include: (1) 5-30% by mass of barium sulfate, 1-15% by mass of magnesium silicate, 1-25% by mass of phosphate, and 0.5-3% by mass of titanium oxide. And a synthetic resin composition comprising the remainder polytetrafluoroethylene resin (hereinafter abbreviated as “PTFE”), (2) barium sulfate 5-40 mass%, phosphate 1-30 mass%, polyimide resin, calcined phenol resin And a synthetic resin composition comprising 1 to 10% by mass of one or more organic materials of polyphenylene sulfone resin and the remainder PTFE, (3) 6.5 to 11.5% by mass of oxybenzoyl polyester resin, phosphoric acid A synthetic resin composition comprising 1 to 12.5% by mass of salt, 9.5 to 34.5% by mass of barium sulfate and the balance PTFE, (4) derived from saturated fatty acid and polyhydric alcohol Polyhydric alcohol fatty acid ester 0.5 to 5 wt%, it can be exe
  • the thickness of the coating layer of the synthetic resin composition filled and coated on the pores and the surface of the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayer sintered plate is 0.02 to 0.15 mm,
  • the multilayer sliding member provided with the coating layer is worn even if a part of the porous copper-based sintered alloy layer is exposed to the coating layer due to wear of the coating layer due to sliding friction with the counterpart material. Due to the good sliding performance of the porous copper-based sintered alloy layer, good sliding characteristics as a multilayer sliding member can be exhibited.
  • a copper base that can be integrally bonded to a back metal at a sintering temperature lower than 750 ° C. and exhibits friction wear characteristics equal to or higher than that of a conventional bronze alloy-based porous sintered layer.
  • MULTILAYER SINTERED PLATE WITH ALLOY POROUS COPPER BASED SINTERED ALLOY LAYER, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND POROUS COPPER BASED SINTERED ALLOY LAYER OF THE MULTILAYER Sintered Alloy Layer The multilayer sliding member provided with the coating layer of the composition can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a schematic configuration of a multi-layer sintered plate manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a structure of a gas atomized copper-based alloy powder by a micrograph.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the structure of a multilayered sintered plate using a gas atomized copper-based alloy powder by a micrograph.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the structure of a porous copper-based sintered alloy layer of a multilayered sintered plate using a water atomized copper-based alloy powder by a micrograph.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining the thrust test method.
  • a manufacturing apparatus 1 of this example for manufacturing a multilayer sintered plate according to the present invention is a continuous strip having a thickness of 0.3 to 2.0 mm provided as a hoop material wound in a coil shape as a backing metal.
  • a leveler 3 is provided that corrects the swell of the back metal 2 while pulling out the back metal 2 made of a general structural rolled steel plate or cold rolled steel plate from one end and transporting it in the A direction (conveying direction).
  • the backing metal 2 is not necessarily a continuous strip, but may be a strip cut into an appropriate length.
  • the back metal 2 may be provided with a copper film or a nickel film on the entire surface of the general structural rolled steel sheet or cold rolled steel sheet in addition to the general structural rolled steel sheet or cold rolled steel sheet.
  • the copper film is an electrolytic copper plating method in which copper is used as an anode in an electrolytic solution containing copper sulfate, sulfuric acid, and chloride ions, and a rolled steel sheet for general structure or a cold-rolled steel sheet is used as a cathode.
  • a rolled steel sheet for general structure or a cold-rolled steel sheet is used as a cathode.
  • it is applied to a general structural rolled steel plate or cold rolled steel plate by a known electrolytic nickel plating method.
  • a hopper 5 in which the copper-based alloy powder 4 is stored is disposed downstream of the leveler 3 in the conveying direction, and the atomized material stored in the hopper 5 is disposed on one surface of the back metal 2 that has passed through the leveler 3.
  • a copper-based alloy powder 4 made of copper-based alloy powder is supplied (spread).
  • a scraper plate 6 for smoothing the copper base alloy powder 4 supplied to the surface of the back metal 2 is fixed to the lower end portion of the hopper 5, and the copper base alloy powder 4 that has passed through the scraper plate 6 is smoothed. Thereby, an unsintered copper-based alloy powder layer 7 having a uniform thickness is formed on one surface of the back metal 2.
  • the copper base alloy raw material is prepared by appropriately selecting so that the balance contains copper and inevitable impurities, and the copper base alloy raw material is dissolved to prepare a copper base molten alloy (molten metal). It is made by colliding with the fluid (liquid or gas) ejected in step (3) and pulverizing and cooling.
  • Gas atomized copper-based alloy powder using gas (inert gas) as a fluid to inject molten metal at high speed has a spherical particle shape, and water atomized copper-based alloy powder using liquid (water) as fluid is The particle shape exhibits an irregular shape.
  • the particle size of the atomized copper base alloy powder is approximately 200 to 300 mesh (74 to 46 ⁇ m).
  • the copper-based alloy powder 4 contains 23% by mass of nickel and 7% by mass of phosphorus, and the structure of the spherical gas atomized copper-based alloy powder composed of copper and inevitable impurities in the balance is shown in FIG. ,
  • a portion that appears white) 9 is a matrix phase containing a copper-nickel alloy, and a portion (a portion that appears black in the photograph) 10 is a nickel-phosphorus that solidifies (crystallizes) by fine diffusion in the matrix phase. Alloy phase.
  • the matrix phase 9 containing a copper-nickel alloy has a hardness of at least 170, and the nickel-phosphorus alloy phase 10 that has diffused and crystallized into the matrix phase 9 has a hardness of at least 600. Yes.
  • the back metal 2 on which a non-sintered copper-based alloy powder layer 7 having a uniform thickness is formed on one surface is a vacuum or hydrogen gas, hydrogen / nitrogen mixed gas (25 vol% H 2 ⁇ 75 vol% N 2 ), ammonia decomposition gas (AX gas: mixed gas of 75 vol% H 2 , 25 vol% N 2 ), etc., and is carried into a heating (sintering) furnace 8 adjusted to a reducing atmosphere. And sintered at a temperature of 680 to 730 ° C. for 5 to 10 minutes. By this heating and sintering, nickel of the copper-based alloy powder is diffused and dissolved on one side of the back metal 2 to alloy one side.
  • the nickel-phosphorus alloy of the copper-based alloy powder is used to bond the porous copper-based sintered alloy layer to the backing metal 2.
  • Porous copper in combination with alloying by diffusion solid solution of nickel at the interface The base sintered alloy layer is firmly joined and integrated with the back metal 2.
  • the thickness of the porous copper-based sintered alloy layer integrally joined to one surface of the back metal 2 is 0.1 to 0.5 mm.
  • the copper-nickel alloy of the copper base alloy powder diffuses into the copper film or the nickel film and the sintering proceeds. Therefore, the porous copper-based sintered alloy layer of the copper-based alloy powder can be firmly bonded to one surface of the back metal 2.
  • FIG. 3 which is a structural photograph showing a multilayer sintered plate integrally bonded with a sintered alloy layer, shows a back metal 2, a copper film 12 applied to the entire surface of the back metal 2, and one of the back metal 2 through the copper film 12.
  • Porous copper-based sintered alloy layer 13 integrally diffusion-bonded to the surface, pores 14 formed in porous copper-based sintered alloy layer 13, and copper-nickel alloy of porous copper-based sintered alloy layer 13 15 shows a matrix phase 15 (a portion that appears white in the photograph) 15 and a nickel-phosphorous alloy phase (a portion that appears black in the photograph) 16 that has been finely diffused and solidified (crystallized) in the matrix phase 15.
  • FIG. 4 is a structural photograph showing a porous copper-based sintered alloy layer 13 of an irregularly shaped water atomized copper-based alloy powder containing 23% by mass of nickel and 7% by mass of phosphorus, with the balance being copper and inevitable impurities.
  • reference numeral 15 portion that appears white in the photograph
  • reference numeral 16 is a matrix phase containing a copper-nickel alloy, like the porous copper-based sintered alloy layer 13 shown in FIG. 3, and reference numeral 16 (black in the photograph).
  • the visible portion is a nickel-phosphorus alloy phase that has been finely diffused and solidified (crystallized) in the matrix phase 15.
  • the porous copper-based sintered alloy layer 13 shown in FIGS. 3 and 4 includes a metal structure similar to the metal structure of the atomized copper-based alloy powder particles, that is, a matrix phase 15 containing a copper-nickel alloy, It has a metal structure including a nickel-phosphorus alloy phase 16 that is finely diffused and solidified (crystallized).
  • the matrix phase 15 has a hardness of at least 170, and is diffused finely into the matrix phase 15.
  • the nickel-phosphorus alloy phase 16 thus crystallized has a hardness of at least 600.
  • the atomized copper which is integrally joined to one surface of the back metal 2 in a proportion of 15% by mass or more and less than 25% by mass of nickel and 2% by mass or more and 7% by mass or less of phosphorus, with the balance being copper and inevitable impurities.
  • the hard nickel-phosphorus alloy phase 16 is softer than the nickel-phosphorus alloy phase 16 in the sliding friction with the counterpart material, and the matrix phase 15 of the copper-nickel alloy is softer. Since a higher load is supported, the slidability with the mating member can be improved, and as a result, wear resistance and seizure resistance are improved.
  • the atomized copper-based alloy powder forming the porous copper-based sintered alloy layer 13 may further contain tin in a proportion of 3% by mass to 8% by mass. This tin is alloyed with copper, which is the main component, and is diffused and dissolved in the copper-nickel alloy matrix phase 15 to strengthen the copper-nickel alloy matrix phase 15 in the porous copper-based sintered alloy layer 13. Improve wear resistance.
  • Atomized copper containing tin containing 15% by weight to less than 25% by weight of nickel, 3% by weight to 8% by weight of tin and 2% by weight to 7% by weight of phosphorus, with the balance consisting of copper and inevitable impurities
  • simple copper, copper-20 to 35 mass% nickel alloy, nickel simple substance, copper -8 to 15 mass% phosphorus alloy, tin simple substance and copper -10 mass% tin alloy are prepared. It is appropriately selected so that it is contained in a proportion of 15 to 25% by weight of nickel, 3 to 8% by weight of tin and 2 to 7% by weight of phosphorus, with the balance being made of copper and inevitable impurities.
  • a copper-based alloy raw material is prepared, and the copper-based alloy raw material is melted to prepare a copper-based molten alloy (molten metal).
  • the molten metal is collided with a fluid (liquid or gas) injected at high speed to be pulverized. To cool with Ri is produced.
  • the tin-containing atomized copper-based alloy powder prepared in this way comprises a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy and a nickel-phosphorus alloy phase that has been finely diffused and solidified (crystallized) in the matrix phase.
  • the matrix phase has a hardness of at least 170
  • the nickel-phosphorus alloy phase crystallized by fine diffusion in the matrix phase has a hardness of at least 600.
  • the atomized copper-based alloy powder is uniformly spread on one surface of the back metal 2 and is diffused and integrally bonded to one surface of the back metal 2 by using the manufacturing apparatus 1 and the same method as described above.
  • a multilayer sintered plate having a porous copper-based sintered alloy layer is produced.
  • the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayer sintered plate has a metal structure similar to the metal structure of the atomized copper-based alloy powder particles, that is, a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy, It exhibits a metal structure containing a nickel-phosphorus alloy phase that has been finely diffused and solidified (crystallized), and the matrix phase has at least a hardness of 170, and is finely diffused into the matrix phase.
  • the crystallized nickel-phosphorus alloy phase has a hardness of at least 600.
  • the multilayer sliding member provided with the coating layer of the synthetic resin composition filled and coated on the pores and the surface of the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate will be described.
  • the synthetic resin composition one or more selected from barium sulfate 5 mass% to 40 mass%, phosphate 1 mass% to 30 mass%, polyimide resin, calcined phenol resin and polyphenylene sulfone resin 1 mass% or more and 10 mass% or less of synthetic resin made of organic material, and petroleum-based 100 mass parts of a mixture containing PTFE, barium sulfate, phosphate, and synthetic resin made of organic material, the remaining PTFE being stirred and mixed with a Henschel mixer A solvent is blended in an amount of 15 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, and mixed at a temperature of the PTFE room temperature transition point (19 ° C.) or less, preferably 10 to 18 ° C.
  • the synthetic resin composition with wettability is sprayed and supplied to the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate, and rolled with a roller to synthesize the pores in the porous copper-based sintered alloy layer.
  • a coating layer made of a synthetic resin composition having a uniform thickness is formed on the surface of the porous copper-based sintered alloy layer while filling the resin composition.
  • the multilayer sintered plate provided with the coating layer of the synthetic resin composition filled and coated on the porous copper-based sintered alloy layer is held for several minutes in a drying furnace heated to a temperature of 200 to 250 ° C.
  • the dried synthetic resin composition is subjected to a pressure roller treatment under a pressure of 300 to 600 kgf / cm 2 so as to have a predetermined thickness by the roller. Then, this is introduced into a heating furnace, heated at a temperature of 360 to 380 ° C. for several minutes to several tens of minutes and then fired, then taken out from the furnace, adjusted for dimensional variation by roller treatment again, and multilayered firing.
  • a multi-layer sliding member including a porous copper-based sintered alloy layer of a bonded plate and a coating layer filled and coated on the surface thereof is provided. The thickness of the coating layer formed from the synthetic resin composition in the multilayer sliding member is 0.02 to 0.15 mm.
  • the multi-layer sliding member produced in this way is worn on the coating layer (sliding surface) made of the synthetic resin composition by sliding friction with the counterpart material, and the porous copper-based sintered alloy is formed on the coating layer. Even if a part of the layer is exposed and the sliding friction with the mating material shifts to the mixed sliding surface, the exposed porous copper-based alloy layer of the copper-based alloy has excellent wear resistance. Therefore, combined with the low friction property of the coating layer, good sliding characteristics as a multilayer sliding member can be exhibited.
  • Example 1 A copper-25 mass% nickel alloy and a copper-8 mass% phosphorus alloy were prepared, and a molten metal containing 70 mass% of the copper-25 mass% nickel alloy and 30 mass% of the copper-8 mass% phosphorous alloy was melted at high speed.
  • the powder is made to collide with the fluid (inert gas) sprayed in step 1 and is pulverized and cooled to have an average particle size of 74 ⁇ m including nickel 17.5% by mass, phosphorus 2.4% by mass, and the balance containing copper and inevitable impurities.
  • Gas atomized copper-based alloy powder was prepared.
  • a cold rolled steel sheet having a thickness of 0.70 mm was prepared, and a copper film having a thickness of 25 ⁇ m was applied to the entire surface of the cold rolled steel sheet, which was used as a back metal.
  • Gas atomized copper-based alloy powder was sprayed on the surface of the copper coating, which is one side of the back metal, to produce a green gas atomized copper-based alloy powder layer having a uniform thickness.
  • it was transported to a sintering furnace adjusted to a reducing atmosphere of hydrogen / nitrogen mixed gas (25 vol% H 2 -75 vol% N 2 ) and sintered at a temperature of 700 ° C. for 10 minutes.
  • a multilayer having a porous copper-based sintered alloy layer containing 17.5% by mass of nickel, 2.4% by mass of phosphorous, 2.4% by mass of phosphorus, and the balance of copper and inevitable impurities, integrally joined through a film A sintered plate was obtained.
  • the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate exhibits a matrix phase containing a copper-nickel alloy and a structure in which a fine nickel-phosphorus alloy phase is diffused in the matrix phase, and the hardness of the matrix phase was 176, and the hardness of the nickel-phosphorus alloy phase was 608.
  • Example 2 A copper-25 mass% nickel alloy and a copper-15 mass% phosphorus alloy were prepared, and the copper-25 mass% nickel alloy was implemented from 66.5 mass% and the copper-15 mass% phosphorous alloy from 33.5 mass%.
  • a gas atomized copper-based alloy powder having an average particle diameter of 74 ⁇ m and containing 16.6% by mass of nickel, 5.0% by mass of phosphorus, and the balance containing copper and inevitable impurities was prepared.
  • 16.6% by mass of nickel having a thickness of 0.25 mm, 5.0% by mass of phosphorus, and the balance are integrally bonded to one surface of the back metal via a copper film.
  • a multilayer sintered plate having a porous copper-based sintered alloy layer containing copper and inevitable impurities was obtained.
  • the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate exhibits a matrix phase containing a copper-nickel alloy and a structure in which a fine nickel-phosphorus alloy phase is diffused in the matrix phase, and the hardness of the matrix phase was 173, and the hardness of the nickel-phosphorus alloy phase was 615.
  • Example 3 Prepare a copper-25 mass% nickel alloy, a copper-15 mass% phosphorus alloy, and a nickel simple substance, and prepare a copper-25 mass% nickel alloy 40 mass%, a copper-15 mass% phosphorous alloy 47 mass%, and a nickel simple substance. From 13% by mass, a gas atomized copper-based alloy powder having an average particle diameter of 74 ⁇ m containing 23% by mass of nickel, 7% by mass of phosphorus and the balance of copper and inevitable impurities was prepared in the same manner as in Example 1.
  • a multilayer sintered plate having a porous copper-based sintered alloy layer containing The porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate exhibits a matrix phase containing a copper-nickel alloy and a structure in which a fine nickel-phosphorus alloy phase is diffused in the matrix phase, and the hardness of the matrix phase was 188, and the hardness of the nickel-phosphorus alloy phase was 628.
  • Example 4 Prepare a copper-35 mass% nickel alloy, a copper-15 mass% phosphorus alloy, and a tin simple substance, and prepare a copper-35 mass% nickel alloy 63 mass%, a copper-15 mass% phosphorus alloy 32 mass%, and a tin simple substance. From 5% by mass, a gas atomized copper base having an average particle diameter of 74 ⁇ m containing nickel 22.0% by mass, phosphorus 4.8% by mass, tin 5.0% by mass and the balance containing copper and inevitable impurities in the same manner as in Example 1. Alloy powder was prepared.
  • Example 2 Thereafter, in the same manner as in Example 1, 22.0% by mass of nickel having a thickness of 0.25 mm, 4.8% by mass of phosphorus, and 5% of tin integrally joined to one side of the back metal via a copper film.
  • the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayered sintered plate has a matrix phase containing a copper-nickel-tin alloy and a structure in which a fine nickel-phosphorus alloy phase is diffused in the matrix phase.
  • the hardness of the phase was 178, and the hardness of the nickel-phosphorus alloy phase was 613.
  • Example 5 15% by weight of ferrous barium sulfate (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), 10% by weight of phosphate (calcium pyrophosphate), 2% by weight of thermosetting polyimide resin (“Techmite (trade name)” manufactured by Mitsui Chemicals), remaining PTFE (“Polyflon F 201 (trade name)” manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was fed into a Henschel mixer and mixed by stirring.
  • a 100% by weight of the resulting mixture was mixed with petroleum solvent ("Exol (trade name) manufactured by ExxonMobil Chemical Co., Ltd.” ) ") 20 parts by mass were blended and mixed at a temperature below the room temperature transition point of PTFE (15 ° C) to obtain a synthetic resin composition.
  • the synthetic resin composition is sprayed and supplied to the surface of the porous copper-based sintered alloy layer of the multilayer sintered plate similar to Example 3, and rolled with a roller so that the thickness of the synthetic resin composition is 0.25 mm. Then, the pores and the surface of the porous copper-based sintered alloy layer were filled and coated with the synthetic resin composition. Next, after removing the solvent by holding in a hot air drying furnace heated to a temperature of 200 ° C.
  • the dried synthetic resin composition coating layer was rolled with a roller at a pressure of 400 kgf / cm 2 to obtain a porous material.
  • the thickness of the coating layer of the synthetic resin composition coated on the surface of the copper-based sintered alloy layer was 0.20 mm.
  • the multi-layered sintered plate provided with the coating layer of the synthetic resin composition is heated and fired at a temperature of 370 ° C. for 10 minutes in a heating furnace, and then subjected to pressure treatment again with a roller to correct dimensions and swells.
  • porous copper-based sintered alloy layer in which 23% by mass of nickel having a thickness of 0.25 mm, 7% by mass of phosphorus, and the balance containing copper and inevitable impurities are integrally bonded to one surface of the back metal. 15% by mass of barium sulfate, 10% by mass of phosphate, 2% by mass of thermosetting polyimide resin on the pores and the surface of the layered sintered plate and the porous copper-based sintered alloy layer of this multilayered sintered plate A multilayer sliding member comprising a synthetic resin composition coating layer having a thickness of 0.10 mm made of the remaining PTFE was produced.
  • Comparative Example 1 As a backing metal, a cold rolled steel sheet having a thickness of 0.70 mm in which a copper film having a thickness of 25 ⁇ m was applied to the entire surface as in the example was prepared. A copper alloy (bronze) powder containing 10% by mass of tin with a particle size of 75 ⁇ m and the balance containing copper and inevitable impurities is sprayed on the surface of the copper film, which is one side of the back metal, to obtain an unsintered uniform thickness. A copper alloy powder layer was prepared. Next, in a sintering furnace adjusted to a reducing atmosphere of hydrogen / nitrogen mixed gas (25 vol% H 2 -75 vol% N 2 ), sintering was performed at a temperature of 850 ° C.
  • Comparative Example 2 A multilayer sintered plate similar to Comparative Example 1 was prepared, and the pores and surfaces of the porous copper-based sintered alloy layer of this multilayer sintered plate were filled and coated with the same synthetic resin composition as in Example 5. Then, a multilayer sliding member provided with a coating layer made of a synthetic resin composition having a thickness of 0.10 mm was prepared in the same manner as in Example 5.
  • Comparative Example 3 The same gas atomized copper-based alloy powder having an average particle size of 74 ⁇ m containing 23% by mass of nickel, 7% by mass of phosphorus and the balance containing copper and inevitable impurities was prepared.
  • a backing metal a cold-rolled steel sheet provided with the same copper coating as in Example 1 was prepared, and gas atomized copper-based alloy powder was sprayed on the surface of the copper coating, which is one side of the backing metal, to obtain a uniform thickness.
  • An unsintered gas atomized copper-based alloy powder layer was prepared.
  • Example 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 3 For the multilayer sintered plates of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 3, a peel test of the porous copper-based sintered alloy layer was performed, and Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 The multilayered sintered plate and the multilayered sliding members of Example 5 and Comparative Example 2 were each tested for friction and wear characteristics.
  • ⁇ Test conditions for friction and wear characteristics of multilayered sintered plate > ⁇ Test conditions> Speed 1.3m / min Load (surface pressure) (1) 200 kgf / cm 2 (2) 300 kgf / cm 2 Test time 20 hours Mating material Carbon steel for machine structure (S45C) In lubricating oil (“Daphney Super Multi Oil # 32 (trade name)” manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.)
  • a rectangular bearing test piece 17 having a side of 30 mm made from the multilayered sintered plates and multilayered sliding members of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was used as a test table.
  • the cylindrical body 18 is axially centered with respect to the cylindrical body 18 while applying a predetermined load in the direction X perpendicular to the surface 19 from the cylindrical body 18 serving as the counterpart material to one surface 19 of the bearing test piece 17.
  • the sample was rotated in the direction Y around 20 and the coefficient of friction between the bearing specimen 17 and the cylindrical body 18 and the wear amount of the surface 19 after the 20-hour test were measured.
  • the multilayered sintered plate of Comparative Example 3 was not sufficiently bonded to one side of the back metal of the porous copper-based sintered alloy layer in the peeling test, and peeling was observed. Not implemented.
  • the multilayer sintered plate and multilayer sliding member according to the present invention are excellent in friction and wear characteristics without causing peeling of the porous copper-based sintered alloy layer.
  • the porous copper-based sintered alloy layer is excellent in wear resistance.
  • the multilayer sintered plate according to the present invention can integrally bond the porous copper-based sintered alloy layer to one surface of the back metal at a low temperature of 680 to 730 ° C.
  • Premature damage due to heat (sintering temperature) of the core tube, heater, mesh belt, etc. equipped in the heating (sintering) furnace can be avoided, and the number of maintenance times of the heating furnace can be reduced, resulting in significant maintenance costs
  • the porous copper-based sintered alloy layer integrally bonded to one surface of the back metal at the low temperature has excellent wear resistance.

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Abstract

複層焼結板は、鋼板を有した裏金２と、この裏金２の一方の面に一体的に接合されていると共に主成分としての銅に加えて１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐又はこれらに更に３質量％以上８質量％以下の錫を含有した銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層とを具備している。

Description

複層焼結板及びそれを用いた複層摺動部材並びに複層焼結板の製造方法
　本発明は、鋼板を含む裏金の一方の面に多孔質銅基焼結合金層を備えた複層焼結板及びこの複層焼結板と当該複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層とを具備した複層摺動部材並びに複層焼結板の製造方法に関する。
　従来から鋼板からなる裏金と、裏金の一方の面に一体的に被着された多孔質焼結層と、多孔質焼結層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層とを備えた複層摺動部材は、例えば巻きブッシュやすべり板として広く使用されている。
　複層摺動部材において、裏金の一方の面に一体的に形成された多孔質焼結層には、青銅、鉛青銅又はリン青銅等の青銅系銅合金が用いられている。
　この多孔質焼結層に青銅系銅合金を用いると、多孔質焼結層の空孔及び表面に充填被覆される合成樹脂組成物からなる被覆層の該多孔質焼結層への強固な接合強度（アンカー効果）を達成することができることと、相手材との摺動摩擦によって合成樹脂組成物からなる被覆層に摩耗を生じ、被覆層（摺動面）に多孔質焼結層の一部が露出しても、露出した青銅系銅合金が具有する良好な摺動性能により、複層摺動部材としての摩擦摩耗等の良好な摺動特性を維持することができる。
特開平１０－２１２５３４号公報 特開２００２－２０５６８号公報 特開２００８－５０６８８号公報
　ところで、多孔質焼結層は、使用する青銅系銅合金の種類に応じて７５０℃以上の温度で焼結されることによって裏金の一方の面に一体的に形成されるが、この７５０℃以上の焼結温度で長期間にわたって焼結炉を使用することは、焼結炉に装備される炉心管、ヒーター、メッシュベルト等を損傷させる虞があり、焼結品の品質等を維持するためには、焼結炉のメンテナンスを頻繁に行う必要が生じる。
　本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、７５０℃より低い焼結温度で裏金に一体的に接合することができると共に、従来の青銅合金系の多孔質焼結層と同等ないしそれ以上の摩擦摩耗特性を発揮する銅基合金の多孔質銅基焼結合金層を備えた複層焼結板及びその製造方法並びにこの複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層摺動部材を提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成させるべく鋭意検討を重ねた結果、主成分をなす銅（Ｃｕ）に対し、所定の割合のニッケル（Ｎｉ）及び燐（Ｐ）、更には錫（Ｓｎ）を含有した銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層は、裏金の一方の面に７５０℃より低い焼結温度で一体的に接合できる上に、従来の青銅系合金粉末の多孔質焼結層の摩擦摩耗特性よりも優れていることを見出し、本発明をなすに至った。
　本発明の複層焼結板は、上記知見に基づいてなされたものであり、鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合されていると共に主成分としての銅に加えて１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有した銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層とを具備している。
　鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合された銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層とを備えた本発明の複層焼結板の製造方法は、鋼板を有した裏金を準備する工程と、銅単体、銅－ニッケル合金、ニッケル単体及び銅－燐合金の原料金属又はこれら原料金属に更に錫単体及び銅－錫合金を加えた原料金属から、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、２質量％以上７質量％以下の燐を含有する第一の銅基合金原料又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、２質量％以上７質量％以下の燐及び３質量％以上８質量％以下の錫を含有する第二の銅基合金原料を作製して、第一又は第二の銅基合金原料を溶解して溶湯を作製すると共に当該溶湯をアトマイズ法により粉末化し、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含む第一のアトマイズ銅基合金粉末又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、３質量％以上８質量％以下の錫及び２質量％以上７質量％以下の燐を含む第二のアトマイズ銅基合金粉末を作製する工程と、第一又は第二のアトマイズ銅基合金粉末を裏金の一方の面に一様な厚さに散布し、これを還元性雰囲気に調整した加熱炉内で６８０～７３０℃の温度で５～１０分間焼結し、裏金の一方の面に、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有した第一の銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、３質量％以上８質量％以下の錫及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有した第二の銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層を一体的に接合する工程とを具備している。
　本発明において、鋼板は、ＪＩＳＧ３１０１に規定されている一般構造用圧延鋼板（ＳＳ４００等）又はＪＩＳＧ３１４１に規定されている冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）からなっていてもよく、この場合、裏金の一方の面は、鋼板の一方の面であってもよく、また、裏金は、鋼板と当該鋼板の全面を例えばメッキにより被覆した銅皮膜又はニッケル皮膜とを具備していてもよく、この場合には、裏金の一方の面は、銅皮膜又はニッケル皮膜の一方の面であってもよく、裏金の厚さは、０．３～２．０ｍｍであることが好ましく、また銅皮膜又はニッケル皮膜の厚みは、３～５０μｍであることが好ましい。
　銅皮膜又はニッケル皮膜と鋼板とを有した裏金を具備した複層焼結板においては、多孔質銅基焼結合金層は、銅皮膜又はニッケル皮膜を介して裏金の一方の面に接合されるため、その接合強度が高められると共に裏金に当該皮膜による耐蝕性が付与される。
　本発明の複層焼結板の製造方法において、アトマイズ銅基合金粉末は、銅単体、銅－ニッケル合金、ニッケル単体及び銅－燐合金を適宜選択して作製した１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有し、残部が不可避不純物を含む銅からなる銅基溶融合金（溶湯）を、高速で噴射された流体（液体又は気体）に衝突させることにより、溶湯を微粉化すると共に冷却して得られる。このアトマイズ銅基合金粉末は、均一に溶融された銅基合金の溶湯を瞬間的に液滴化と冷却を行うため、偏析のない均一な微細組織が得られる。流体として気体（不活性ガスなど）を使用したガスアトマイズ銅基合金粉末は、粒子形状が球形状を呈し、流体として液体（水など）を使用した水アトマイズ銅基合金粉末は、不規則形状を呈している。
　このように作製されたアトマイズ銅基合金粉末において、ニッケルは、主成分をなす銅と全率固溶体を形成して銅－ニッケル合金を含むマトリックス相を形成すると共に燐とニッケル－燐合金の液相を生成してマトリックス相中に微細に拡散したニッケル－燐合金相を晶出する。ニッケルの含有量が１５質量％未満では、多孔質銅基焼結合金層における銅－ニッケル合金を含むマトリックス相の強度が得られず、耐摩耗性、耐荷重性を低下させる虞があり、また含有量が２５質量％以上では、アトマイズ銅基合金粉末の低い温度（６８０～７３０℃）で裏金の一方の面への一体的な接合が難しくなる。したがって、アトマイズ銅基合金粉末におけるニッケルの含有量は１５質量％以上２５質量％未満であることが好ましい。
　燐は、ニッケルとニッケル－燐合金の液相を生成してマトリックス相中に微細に拡散したニッケル－燐合金相を晶出し、多孔質銅基焼結合金層の耐摩耗性を向上させる。燐の含有量が２質量％未満では、ニッケル－燐合金の液相を生成する割合が少なく、耐摩耗性の向上に効果が充分発揮されず、また含有量が７質量％を超えるとマトリックス相中に微細に拡散するニッケル－燐合金相の晶出割合が多くなりすぎ、却って耐摩耗性を悪化させる虞がある。したがって、アトマイズ銅基合金粉末における燐の含有量は２質量％以上７質量％以下であることが好ましい。
　アトマイズ銅基合金粉末は、更に錫を含有してもよい。錫は、錫単体又は銅－錫合金の形態で使用される。錫は、主成分をなす銅及びニッケルと固溶体を形成して合金化し、銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相を形成し、銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相を強化すると共に耐摩耗性を向上させる。錫の含有量が３質量％未満では、上記効果が十分発揮されず、また含有量が８質量％を超えると耐摩耗性を低下させる虞がある。したがって、アトマイズ銅基合金粉末における錫の含有量は３質量％以上８質量％以下であることが好ましい。ニッケル１５質量％以上２５質量％未満及び燐２質量％以上７質量％以下又はこれらに更に錫３質量％以上８質量％以下を含有し、残部が銅及び不可避不純物からなるアトマイズ銅基合金粉末の粒子は、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相又は銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相とを含んだ金属組織を呈しており、該マトリックス相は、少なくともマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）（以下、硬度という）１７０を有しており、ニッケル－燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。
　鋼板からなる裏金の一方の面に一様に散布されたアトマイズ銅基合金粉末は、加熱（焼結）炉において６８０～７３０℃、好ましくは７００～７２０℃の温度で５～１０分間焼結されることにより、銅基合金のニッケルが裏金表面に固溶してその表面を合金化し、多孔質銅基焼結合金層の裏金への接合強度を増大させると共に、ニッケル－燐合金が多孔質銅基焼結合金層と裏金との接合界面に介在して界面でニッケルの固溶による合金化と相俟って多孔質銅基焼結合金層を裏金に強固に接合一体化させる。裏金の一方の面に一体的に接合される多孔質銅基焼結合金層の厚さは、概ね０．１～０．５ｍｍであることが好ましく、空孔率が２０％以上５０％以下であることが好ましい。アトマイズ銅基合金粉末は、銅－ニッケル合金が焼結温度を下げるので、裏金の一方の面に従来の焼結温度よりも低い温度での焼結を可能とする。焼結温度が６８０℃未満では、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相の裏金表面への拡散が充分に行われず、多孔質銅基焼結合金を裏金の一方の面に接合することができず、また、焼結温度が７３０℃を超える場合は、多孔質銅基焼結合金層の裏金表面への接合度合いにバラツキを生じ、多孔質銅基焼結合金層の裏金表面からの剥離を生じる虞がある。
　裏金に、鋼板の全面に銅皮膜又はニッケル皮膜を備えた裏金を使用した場合は、アトマイズ銅基合金粉末の銅－ニッケル合金又は銅－ニッケル－錫合金が銅皮膜又はニッケル皮膜に拡散固溶して合金化するので、多孔質銅基焼結合金層を裏金により強固に接合一体化させることができる。
　銅－ニッケル合金を含むマトリックス相又は銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相とを含んだ金属組織を呈するアトマイズ銅基合金粉末を使用して得られる多孔質銅基焼結合金層は、アトマイズ粉末の粒子の金属組織と同様、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相又は銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相とを含んだ金属組織を呈しており、このマトリックス相は、少なくとも硬度１７０を有しており、ニッケル－燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。
　本発明によるアトマイズ銅基合金粉末を使用することにより、低い焼結温度で複層焼結板を製作できるので、焼結炉に装備される炉心管、ヒーター、メッシュベルト等の熱（焼結温度）による早期の損傷を回避し得、焼結炉のメンテナンス回数を減らすことができる結果、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。
　本発明において、複層摺動部材は、上記の複層焼結板と、この複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層とを具備している。
　合成樹脂組成物は、好ましくは、ふっ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂及びポリフェニレンサルファイド樹脂のうちの少なくとも一つを主成分として含んでおり、斯かる合成樹脂組成物は、焼成フェノール樹脂、ポリフェニレンスルホン樹脂、オキシベンゾイルポリエステル樹脂、硫酸バリウム、珪酸マグネシウム、酸化チタン及び燐酸塩のうちの少なくとも一つの充填剤を含んでいてもよく、更に、合成樹脂組成物は、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つの固体潤滑剤を含んでいてもよく、更に、合成樹脂組成物は、パラフィン系及びナフテン系鉱油、動物油、植物油及び合成油等の常温で液状を呈する潤滑油剤並びに炭化水素系ワックス、脂肪酸エステル及び脂肪酸アミド等の成形加温時に液状を呈する潤滑油剤を含んでいてもよい。
　合成樹脂組成物の具体例としては、（１）硫酸バリウム５～３０質量％と、珪酸マグネシウム１～１５質量％と、燐酸塩１～２５質量％と、酸化チタン０．５～３質量％と、残部ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」と略称する。）とからなる合成樹脂組成物、（２）硫酸バリウム５～４０質量％、燐酸塩１～３０質量％、ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂及びポリフェニレンスルホン樹脂のうちの１種又は２種以上の有機材料１～１０質量％と残部ＰＴＦＥとからなる合成樹脂組成物、（３）オキシベンゾイルポリエステル樹脂６．５～１１．５質量％、燐酸塩１～１２．５質量％、硫酸バリウム９．５～３４．５質量％及び残部ＰＴＦＥからなる合成樹脂組成物、（４）飽和脂肪酸と多価アルコールとから誘導される多価アルコール脂肪酸エステル０．５～５質量％、ホホバ油０．５～３質量％及び残部ポリアセタール樹脂からなる合成樹脂組成物等を例示することができる。
　複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層の厚さは、好ましい例では、０．０２～０．１５ｍｍであり、当該被覆層を備えた複層摺動部材は、相手材との摺動摩擦によって被覆層に摩耗を生じ、当該被覆層に多孔質銅基焼結合金層の一部が露出しても、露出した多孔質銅基焼結合金層の良好な摺動性能により、複層摺動部材としての良好な摺動特性を発揮することができる。
　本発明によれば、７５０℃より低い焼結温度で裏金に一体的に接合することができると共に従来の青銅合金系の多孔質焼結層と同等ないしそれ以上の摩擦摩耗特性を発揮する銅基合金の多孔質銅基焼結合金層を備えた複層焼結板及びその製造方法並びにこの複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層摺動部材を提供することができる。
図１は、複層焼結板の製造装置の概略構成を示す模式説明図である。 図２は、ガスアトマイズ銅基合金粉末の顕微鏡写真による組織説明図である。 図３は、ガスアトマイズ銅基合金粉末を使用した複層焼結板の顕微鏡写真による組織説明図である。 図４は、水アトマイズ銅基合金粉末を使用した複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の顕微鏡写真による組織説明図である。 図５は、スラスト試験方法を説明するための斜視説明図である。
　次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい具体例及び実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの具体例及び実施例に何等限定されないのである。
　図１において、本発明に係る複層焼結板を製造する本例の製造装置１は、裏金としてコイル状に巻いてフープ材として提供される厚さ０．３～２．０ｍｍの連続条片からなる一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板からなる裏金２をその一端から引き出してＡ方向（搬送方向）に搬送しながら当該裏金２のうねり等を矯正するレベラー３を備えている。裏金２は、必ずしも連続条片に限らず、適当な長さに切断した条片でもよい。また、裏金２は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板に加えて、当該一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板の全面に銅皮膜又はニッケル皮膜を備えていてもよい。
　銅皮膜は、例えば硫酸銅、硫酸及び塩素イオンを含む電解液中で銅を陽極とし、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板を陰極とした電気銅メッキ法によって、また、ニッケル皮膜は、よく知られた電解ニッケルメッキ法によって例えば一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板に施される。
　レベラー３よりも搬送方向の下流側には、銅基合金粉末４が貯蔵されたホッパー５が配置されており、レベラー３を通過した裏金２の一方の面には、ホッパー５に貯蔵されたアトマイズ銅基合金粉末からなる銅基合金粉末４が供給（散布）される。ホッパー５の下端部には、裏金２の表面に供給された銅基合金粉末４を平滑化する掻き板６が固定されており、掻き板６を通過した銅基合金粉末４は平滑化され、これにより裏金２の一方の面には、一様な厚さの未焼結の銅基合金粉末層７が形成される。
　１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有し、残部が銅及び不可避不純物からなるアトマイズ銅基合金粉末は、原料金属として、銅単体、銅－２０～３５質量％ニッケル合金、ニッケル単体及び銅－８～１５質量％燐合金を準備し、これら原料金属から１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐が含有され、残部に銅及び不可避不純物が含有されるように適宜選択して銅基合金原料を作製し、この銅基合金原料を溶解して銅基溶融合金（溶湯）を作製し、この溶湯を高速で噴射された流体（液体又は気体）に衝突させて微粉化すると共に冷却することにより作製される。
　溶湯を高速で噴射する流体として気体（不活性ガス）を使用したガスアトマイズ銅基合金粉末は、その粒子形状が球形状を呈し、流体として液体（水）を使用した水アトマイズ銅基合金粉末は、その粒子形状が不規則形状を呈している。アトマイズ銅基合金粉末の粒径は、概ね２００～３００メッシュ（７４～４６μｍ）である。
　銅基合金粉末４として、ニッケル２３質量％及び燐７質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる球形状のガスアトマイズ銅基合金粉末の顕微鏡による組織写真である図２において、部位（写真中、白く見える部位）９は、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相であり、部位（写真中、黒く見える部位）１０は、該マトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相である。そして、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相９は、少なくとも硬度１７０を有しており、マトリックス相９中に微細に拡散して晶出したニッケル－燐合金相１０は、少なくとも硬度６００を有している。
　一様な厚さの未焼結の銅基合金粉末層７が一方の面に形成された裏金２は、図１に示すように、真空又は水素ガス、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ２－７５ｖｏｌ％Ｎ２）、アンモニア分解ガス（ＡＸガス：７５ｖｏｌ％Ｈ２、２５ｖｏｌ％Ｎ２の混合ガス）等の還元性雰囲気に調整された加熱（焼結）炉８に搬入され、加熱炉８内で６８０～７３０℃の温度で５～１０分間焼結され、この加熱、焼結で、銅基合金粉末のニッケルが裏金２の一方の面に拡散固溶してその一方の面を合金化し、銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層の裏金２への接合強度を増大させると共に、銅基合金粉末のニッケル－燐合金が多孔質銅基焼結合金層と裏金２との接合界面に介在し、接合界面でニッケルの拡散固溶による合金化と相俟って多孔質銅基焼結合金層を裏金２に強固に接合一体化させる。裏金２の一方の面に一体的に接合された多孔質銅基焼結合金層の厚さは、０．１～０．５ｍｍとされる。
　鋼板の全面に銅皮膜又はニッケル皮膜を備えた裏金２を使用した複層焼結板においては、銅基合金粉末の銅－ニッケル合金が銅皮膜又はニッケル皮膜に相互拡散して焼結が進行するので、銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層を裏金２の一方の面により強固に接合させることができる。
　全面に銅皮膜が施された冷間圧延鋼板からなる裏金の一方の面にニッケル２３質量％及び燐７質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなるガスアトマイズ銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層を一体的に接合した複層焼結板を示す組織写真である図３は、裏金２、裏金２の全面に施された銅皮膜１２、銅皮膜１２を介して裏金２の一方の面に一体的に拡散接合した多孔質銅基焼結合金層１３、多孔質銅基焼結合金層１３に形成される空孔１４、多孔質銅基焼結合金層１３の銅－ニッケル合金を含むマトリックス相（写真中、白く見える部位）１５及びマトリックス相１５中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相（写真中、黒く見える部位）１６を夫々示す。
　図４は、ニッケル２３質量％及び燐７質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる不規則形状の水アトマイズ銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層１３を示す組織写真であり、図中、符号１５（写真中、白く見える部位）は、図３に示す多孔質銅基焼結合金層１３と同様、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相であり、符号１６（写真中、黒く見える部位）は、マトリックス相１５中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相である。
　図３及び図４に示す多孔質銅基焼結合金層１３は、アトマイズ銅基合金粉末粒子の金属組織と同様の金属組織、すなわち銅－ニッケル合金を含むマトリックス相１５と、マトリックス相１５中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相１６とを含んだ金属組織を呈しており、マトリックス相１５は、少なくとも硬度１７０を有しており、マトリックス相１５中に微細に拡散して晶出したニッケル－燐合金相１６は、少なくとも硬度６００を有している。
　このように裏金２の一方の面に一体的に接合されたニッケル１５質量％以上２５質量％未満及び燐２質量％以上７質量％以下の割合で含有され残部が銅及び不可避不純物からなるアトマイズ銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層１３では、相手材との摺動摩擦において、硬質のニッケル－燐合金相１６が当該ニッケル－燐合金相１６より軟質な銅－ニッケル合金のマトリックス相１５よりも高い荷重を支承するので、相手材との摺動性を向上させることができる結果、耐摩耗性及び耐焼付性が高められる。
　多孔質銅基焼結合金層１３を形成するアトマイズ銅基合金粉末は、更に錫を３質量％以上８質量％以下の割合で含有してもよい。この錫は、主成分をなす銅と合金化して銅－ニッケル合金のマトリックス相１５中に拡散固溶し、多孔質銅基焼結合金層１３における銅－ニッケル合金のマトリックス相１５を強化すると共に耐摩耗性を向上させる。
　ニッケル１５質量％以上２５質量％未満、錫３質量％以上８質量％以下及び燐２質量％以上７質量％以下の割合で含有され、残部が銅及び不可避不純物からなる、錫を含有するアトマイズ銅基合金粉末は、原料金属として、銅単体、銅－２０～３５質量％ニッケル合金、ニッケル単体、銅－８～１５質量％燐合金、錫単体及び銅－１０質量％錫合金を準備し、これら原料金属からニッケル１５質量％以上２５質量％未満、錫３質量％以上８質量％以下及び燐２質量％以上７質量％以下の割合で含有され、残部が銅及び不可避不純物からなるように適宜選択して銅基合金原料を作製し、この銅基合金原料を溶解して銅基溶融合金（溶湯）を作製し、溶湯を高速で噴射された流体（液体又は気体）に衝突させて微粉化すると共に冷却することにより作製される。
　このようにして作製した錫を含むアトマイズ銅基合金粉末は、銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、マトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相とを含んだ金属組織を呈しており、マトリックス相は、少なくとも硬度１７０を有しており、マトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル－燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。このアトマイズ銅基合金粉末を裏金２の一方の面に一様に散布し、製造装置１を使用して前記と同様の方法を用いることにより、裏金２の一方の面に一体的に拡散接合されたニッケル１５質量％以上２５質量％未満、錫３質量％以上８質量％以下及び燐２質量％以上７質量％以下の割合で含有し、残部が銅及び不可避不純物からなるアトマイズ銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層を備えた複層焼結板が作製される。この複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層は、アトマイズ銅基合金粉末粒子の金属組織と同様の金属組織、すなわち銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル－燐合金相とを含んだ金属組織を呈しており、マトリックス相は、少なくとも硬度１７０を有しており、該マトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル－燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。
　次に、複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆した合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層摺動部材について説明する。
　合成樹脂組成物の一例として、硫酸バリウム５質量％以上４０質量％以下、燐酸塩１質量％以上３０質量％以下、ポリイミド樹脂、焼成フェノール樹脂及びポリフェニレンスルホン樹脂から選択される１種又は２種以上の有機材料からなる合成樹脂１質量％以上１０質量％以下、残部ＰＴＦＥをヘンシェルミキサーで撹拌混合したＰＴＦＥと硫酸バリウムと燐酸塩と有機材料からなる合成樹脂とを含む混合物１００質量部に対し石油系溶剤を１５質量部以上３０質量部以下配合し、ＰＴＦＥの室温転移点（１９℃）以下、好ましくは１０～１８℃の温度で混合して湿潤性が付与された合成樹脂組成物を作製する。複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層に、この湿潤性が付与された合成樹脂組成物を散布供給し、ローラで圧延して多孔質銅基焼結合金層の空孔に合成樹脂組成物を充填するとともに多孔質銅基焼結合金層の表面に一様な厚さの合成樹脂組成物からなる被覆層を形成する。ついで、多孔質銅基焼結合金層に充填被覆された合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層焼結板を２００～２５０℃の温度に加熱された乾燥炉内で数分間保持して石油系溶剤を除去し、その後、乾燥した合成樹脂組成物をローラによって所定の厚さになるように３００～６００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧下で加圧ローラ処理する。そして、これを加熱炉に導入して３６０～３８０℃の温度で数分乃至１０数分間加熱して焼成を行なった後、炉から取り出し、再度ローラ処理によって寸法のバラツキを調整し、複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆された被覆層を備えた複層摺動部材とする。複層摺動部材における合成樹脂組成物から形成された被覆層の厚さは０．０２～０．１５ｍｍとされる。
　このようにして作製された複層摺動部材は、相手材との摺動摩擦によって合成樹脂組成物からなる被覆層（摺動面）に摩耗が生じ、当該被覆層に多孔質銅基焼結合金層の一部が露出し、相手材との摺動摩擦がこの両者が混在した摺動面に移行しても、露出した銅基合金の多孔質銅基焼結合金層は耐摩耗性に優れているので、被覆層の低摩擦性と相俟って複層摺動部材としての良好な摺動特性を発揮することができる。
　実施例１
　銅－２５質量％ニッケル合金と銅－８質量％燐合金とを準備し、銅－２５質量％ニッケル合金を７０質量％と銅－８質量％燐合金を３０質量％とを溶解した溶湯を高速で噴射された流体（不活性ガス）に衝突させて微粉化すると共に冷却して、ニッケル１７．５質量％、燐２．４質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む平均粒径が７４μｍのガスアトマイズ銅基合金粉末を作製した。
　厚さ０．７０ｍｍの冷間圧延鋼板を準備すると共に、この冷間圧延鋼板の全面に厚さ２５μｍの銅皮膜を施し、これを裏金とした。裏金の一方の面である銅皮膜の表面にガスアトマイズ銅基合金粉末を散布し、一様な厚さの未焼結のガスアトマイズ銅基合金粉末層を作製した。ついで、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ２－７５ｖｏｌ％Ｎ２）の還元性雰囲気に調整した焼結炉に搬送して７００℃の温度で１０分間焼結し、裏金の一方の面に銅皮膜を介して一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍのニッケル１７．５質量％、燐２．４質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を得た。複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細なニッケル－燐合金相が拡散した組織を呈しており、マトリックス相の硬度は１７６、ニッケル－燐合金相の硬度は６０８を示した。
　実施例２
　銅－２５質量％ニッケル合金と銅－１５質量％燐合金とを準備し、銅－２５質量％ニッケル合金を６６．５質量％と銅－１５質量％燐合金を３３．５質量％とから実施例１と同様にしてニッケル１６．６質量％、燐５．０質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む平均粒径が７４μｍのガスアトマイズ銅基合金粉末を作製した。以下、実施例１と同様の方法で、裏金の一方の面に銅皮膜を介して一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍのニッケル１６．６質量％、燐５．０質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を得た。複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細なニッケル－燐合金相が拡散した組織を呈しており、マトリックス相の硬度は１７３、ニッケル－燐合金相の硬度は６１５を示した。
　実施例３
　銅－２５質量％ニッケル合金と銅－１５質量％燐合金及びニッケル単体とを準備し、銅－２５質量％ニッケル合金を４０質量％と銅－１５質量％燐合金を４７質量％とニッケル単体を１３質量％とから実施例１と同様にしてニッケル２３質量％、燐７質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む平均粒径が７４μｍのガスアトマイズ銅基合金粉末を作製した。以下、実施例１と同様の方法で、裏金の一方の面に銅皮膜を介して一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍのニッケル２３質量％、燐７質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を得た。複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細なニッケル－燐合金相が拡散した組織を呈しており、マトリックス相の硬度は１８８、ニッケル－燐合金相の硬度は６２８を示した。
　実施例４
　銅－３５質量％ニッケル合金と銅－１５質量％燐合金と錫単体とを準備し、銅－３５質量％ニッケル合金を６３質量％と銅－１５質量％燐合金を３２質量％と錫単体を５質量％とから実施例１と同様にしてニッケル２２．０質量％、燐４．８質量％、錫５．０質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む平均粒径が７４μｍのガスアトマイズ銅基合金粉末を作製した。以下、実施例１と同様の方法で、裏金の一方の面に銅皮膜を介して一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍのニッケル２２．０質量％、燐４．８質量％、錫５質量％、及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を得た。複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細なニッケル－燐合金相が拡散した組織を呈しており、該マトリックス相の硬度は１７８、ニッケル－燐合金相の硬度は６１３を示した。
　実施例５
　簸性硫酸バリウム（堺化学工業社製）１５質量％、燐酸塩（ピロ燐酸カルシウム）１０質量％、熱硬化性ポリイミド樹脂（三井化学社製「テクマイト（商品名）」）２質量％、残部ＰＴＦＥ（ダイキン工業社製「ポリフロンＦ ２０１（商品名）」）をヘンシェルミキサー内に供給して攪拌混合し、得られた混合物１００質量部に対し石油系溶剤（エクソンモービル化学社製「エクソール（商品名）」）２０質量部を配合し、ＰＴＦＥの室温転移点以下の温度（１５℃）で混合し、合成樹脂組成物を得た。合成樹脂組成物を実施例３と同様の複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の表面に散布供給し、合成樹脂組成物の厚さが０．２５ｍｍとなるようにローラで圧延して多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に合成樹脂組成物を充填被覆した。ついで、２００℃の温度に加熱した熱風乾燥炉中に５分間保持して溶剤を除去した後、乾燥した合成樹脂組成物の被覆層をローラによって加圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ２にて圧延し、多孔質銅基焼結合金層の表面に被覆された合成樹脂組成物の被覆層の厚さを０．２０ｍｍとした。つぎに、合成樹脂組成物の被覆層を備えた複層焼結板を加熱炉で３７０℃の温度で１０分間加熱焼成した後、再度、ローラで加圧処理し、寸法調整及びうねり等の矯正を行なって、裏金の一方の面に厚さ０．２５ｍｍのニッケル２３質量％、燐７質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層が一体的に接合された複層焼結板と、この複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に簸性硫酸バリウム１５質量％、燐酸塩１０質量％、熱硬化性ポリイミド樹脂２質量％及び残部ＰＴＦＥからなる厚さ０．１０ｍｍの合成樹脂組成物の被覆層とを具備した複層摺動部材を作製した。
　比較例１
　裏金として、実施例と同様の全面に厚さ２５μｍの銅皮膜を施した厚さ０．７０ｍｍの冷間圧延鋼板を準備した。裏金の一方の面である銅皮膜の表面に、粒径７５μｍの錫１０質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む銅合金（青銅）粉末を散布し、一様な厚さの未焼結の銅合金粉末層を作製した。ついで、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ２－７５ｖｏｌ％Ｎ２）の還元性雰囲気に調整した焼結炉において、８５０℃の温度で１０分間焼結し、裏金の一方の面に銅皮膜を介して一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍの錫１０質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を作製した。
　比較例２
　比較例１と同様の複層焼結板を準備し、この複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に実施例５と同様の合成樹脂組成物を充填被覆し、以下実施例５と同様の方法で厚さ０．１０ｍｍの合成樹脂組成物からなる被覆層を備えた複層摺動部材を作製した。
　比較例３
　実施例３と同様のニッケル２３質量％、燐７質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む平均粒径が７４μｍのガスアトマイズ銅基合金粉末を作製した。裏金として、実施例１と同様の銅皮膜を備えた冷間圧延鋼板を準備し、この裏金の一方の面である銅皮膜の表面にガスアトマイズ銅基合金粉末を散布し、一様な厚さの未焼結のガスアトマイズ銅基合金粉末層を作製した。ついで、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ２－７５ｖｏｌ％Ｎ２）の還元性雰囲気に調整した焼結炉に搬送して７３５℃の温度で１０分間焼結し、裏金の一方の面である銅皮膜の表面に一体的に接合された厚さ０．２５ｍｍのニッケル２３質量％、燐７質量％及び残部が銅及び不可避不純物を含む多孔質銅基焼結合金層を有する複層焼結板を得た。
　実施例１から実施例４並びに比較例１及び比較例３の複層焼結板について、多孔質銅基焼結合金層の剥離試験を行うと共に、実施例１から実施例４及び比較例１の複層焼結板と実施例５及び比較例２の複層摺動部材について、夫々摩擦摩耗特性を試験した。
　＜多孔質銅基焼結合金層の剥離試験＞
　＜試験方法及び評価＞
　幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの複層焼結板を試験片とし、試験片の端部を把持し、多孔質銅基焼結合金層を外側にして１８０°に折り返し、多孔質銅基焼結合金層の剥離の有無を目視により行った。
　＜複層焼結板の摩擦摩耗特性についての試験条件＞
　＜試験条件＞
　速度　１．３ｍ／ｍｉｎ
　荷重（面圧）　（１）２００ｋｇｆ／ｃｍ２　（２）３００ｋｇｆ／ｃｍ２
　試験時間　２０時間
　相手材　機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
　潤滑　油中（出光興産社製「ダフニースーパーマルチオイル＃３２（商品名）」）
　＜複層摺動部材の摩擦摩耗特性についての試験条件＞
　速度　１．３ｍ／ｍｉｎ
　荷重（面圧）　４００ｋｇｆ／ｃｍ２
　試験時間　２０時間
　相手材　機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
　潤滑　無潤滑（ドライ）
　＜複層焼結板及び複層摺動部材の摩擦摩耗特性についての試験方法＞
　図５に示すように、実施例１から５並びに比較例１及び２の夫々の複層焼結板及び複層摺動部材から作製された一辺が３０ｍｍの方形状の軸受試験片１７を試験台に固定し、相手材となる円筒体１８から軸受試験片１７の一方の面１９に、当該面１９に直交する方向Ｘの所定の荷重をかけながら、円筒体１８を当該円筒体１８の軸心２０の周りで方向Ｙに回転させ、軸受試験片１７と円筒体１８との間の摩擦係数及び２０時間試験後の面１９の摩耗量を測定した。
　試験結果を表１ないし表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　表中、比較例３の複層焼結板は、剥離試験において多孔質銅基焼結合金層の裏金の一方の面への接合が充分行われず剥離が認められたため、摩擦摩耗特性の試験を実施しなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２中の比較例１の摩擦係数の試験結果において、比較例１の複層焼結板は、面圧２００ｋｇｆ／ｃｍ２の試験条件で摩耗量が１７８μｍと耐摩耗性に劣る結果であったため、面圧３００ｋｇｆ／ｃｍ２の試験条件での試験を中止した。また、表３に示す複層摺動部材においては、試験結果から実施例５及び比較例２の複層摺動部材とも摩擦係数はほぼ同等の性能を示したが、比較例２の複層摺動部材は、耐摩耗性に劣る結果であった。
　表１ないし表３に示す試験結果から、本発明に係る複層焼結板及び複層摺動部材は、多孔質銅基焼結合金層の剥離を生じることなく、摩擦摩耗特性に優れており、特に多孔質銅基焼結合金層は耐摩耗性に優れていることが分かる。
　以上説明したように、本発明に係る複層焼結板は、多孔質銅基焼結合金層を裏金の一方の面に６８０～７３０℃の低い温度で一体的に接合することができるので、加熱（焼結）炉に装備される炉心管、ヒーター、メッシュベルト等の熱（焼結温度）による早期の損傷を回避し得、加熱炉のメンテナンス回数を減らすことができる結果、メンテナンス費用を大幅に削減することができると共に、当該低温度で裏金の一方の面に一体的に接合された多孔質銅基焼結合金層は、優れた耐摩耗性を有している。
　１　製造装置
　２　裏金
　４　銅基合金粉末
　５　ホッパー
　７　銅基合金粉末層
　８　加熱（焼結）炉
　９　部位（マトリックス相）
　１０　部位（ニッケル－燐合金相）
　１２　銅皮膜
　１３　多孔質銅基焼結合金層
　１４　空孔
　１５　マトリックス相
　１６　ニッケル－燐合金相
　

Claims (14)

  1. 　鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合されていると共に主成分としての銅に加えて１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐又はこれらに更に３質量％以上８質量％以下の錫を含有した銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層とを具備した複層焼結板。
  2. 　鋼板は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板からなり、裏金の一方の面は、この鋼板の一方の面である請求項１に記載の複層焼結板。
  3. 　裏金は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板の全面に形成された銅皮膜又はニッケル皮膜を更に有しており、裏金の一方の面は、この銅皮膜又はニッケル皮膜の一方の面である請求項１に記載の複層焼結板。
  4. 　多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル合金又は銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル－燐合金相とを含んでおり、マトリックス相は、少なくともマイクロビッカース硬度１７０を有しており、ニッケル－燐合金相は、少なくともマイクロビッカース硬度６００を有している請求項１から３のいずれか一項に記載の複層焼結板。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の複層焼結板と、この複層焼結板の多孔質銅基焼結合金層の空孔及び表面に充填被覆されてなる合成樹脂組成物の被覆層とを具備した複層摺動部材。
  6. 　合成樹脂組成物は、ふっ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂及びポリフェニレンサルファイド樹脂のうちの少なくとも一つを含んでいる請求項５に記載の複層摺動部材。
  7. 合成樹脂組成物は、充填剤として、焼成フェノール樹脂、ポリフェニレンスルホン樹脂、オキシベンゾイルポリエステル樹脂、硫酸バリウム、珪酸マグネシウム、酸化チタン及び燐酸塩のうちの少なくとも一つを含んでいる請求項５又は６に記載の複層摺動部材。
  8. 　合成樹脂組成物は、固体潤滑剤として、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つを含んでいる請求項５から７のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
  9. 　合成樹脂組成物は、潤滑油剤として、パラフィン系及びナフテン系鉱油、動物油、植物油、炭化水素系ワックス、脂肪酸エステル及び脂肪酸アミドのうちの少なくとも一つを含んでいる請求項５から８のいずれか一項に記載の複層摺動部材。
  10. 　鋼板を有した裏金と、この裏金の一方の面に一体的に接合された銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層とを備えた複層焼結板の製造方法であって、
    　（ａ）鋼板を有した裏金を準備する工程と、　
    　（ｂ）銅単体、銅－ニッケル合金、ニッケル単体及び銅－燐合金の原料金属又はこれら原料金属に更に錫単体及び銅－錫合金を加えた原料金属から、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、２質量％以上７質量％以下の燐を含有する第一の銅基合金原料又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、２質量％以上７質量％以下の燐及び３質量％以上８質量％以下の錫を含有する第二の銅基合金原料を作製して、第一又は第二の銅基合金原料を溶解して溶湯を作製すると共に当該溶湯をアトマイズ法により粉末化し、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含む第一のアトマイズ銅基合金粉末又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、３質量％以上８質量％以下の錫及び２質量％以上７質量％以下の燐を含む第二のアトマイズ銅基合金粉末を作製する工程と、
    　（ｃ）第一又は第二のアトマイズ銅基合金粉末を裏金の一方の面に一様な厚さに散布し、これを還元性雰囲気に調整した加熱炉内で６８０～７３０℃の温度で５～１０分間焼結し、裏金の一方の面に、主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有した第一の銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層又は主成分としての銅に加えて、１５質量％以上２５質量％未満のニッケル、３質量％以上８質量％以下の錫及び２質量％以上７質量％以下の燐を含有した第二の銅基合金粉末の多孔質銅基焼結合金層を一体的に接合する工程とを含んでいる複層焼結板の製造方法。
  11. 　鋼板は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板からなり、裏金の一方の面は、この鋼板の一方の面である請求項１０に記載の複層焼結板の製造方法。
  12. 　鋼板は、一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板からなり、裏金は、この一般構造用圧延鋼板又は冷間圧延鋼板の全面に形成された銅皮膜又はニッケル皮膜を更に有しており、裏金の一方の面は、この銅皮膜又はニッケル皮膜の一方の面である請求項１０に記載の複層焼結板の製造方法。
  13. 　第一又は第二のアトマイズ銅基合金粉末は、粒子が球形状を呈するガスアトマイズ銅基合金粉末又は粒子が不規則形状を呈する水アトマイズ銅基合金粉末である請求項１０から１２のいずれか一項に記載の複層焼結板の製造方法。
  14. 　多孔質銅基焼結合金層は、銅－ニッケル合金又は銅－ニッケル－錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に拡散して晶出したニッケル－燐合金層とを含んでおり、マトリックス相は、少なくともマイクロビッカース硬度１７０を有しており、ニッケル－燐合金層は、少なくともマイクロビッカース硬度６００を有している請求項１０から１３のいずれか一項に記載の複層焼結板の製造方法。
    　
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