CN101821038A - 多层烧结滑动构件 - Google Patents

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Abstract

多层烧结滑动构件由多孔质烧结层与背衬扩散接合成一体而形成，所述多孔质烧结层包含：3～10重量％Sn成分、10～30重量％Ni成分、0.5～4重量％P成分、30～50重量％Fe成分、1～10重量％高速工具钢成分、1～5重量％石墨成分、20～55重量％Cu成分。

Description

多层烧结滑动构件
技术领域
本发明涉及特别适合在高负荷、低速度的条件下使用的多层烧结滑动构件，具体涉及由背衬和与该背衬接合成一体的多孔质烧结合金层形成的多层烧结滑动构件。
背景技术
专利文献1：日本专利特公昭59-39481号公报
专利文献2：日本专利特公平7-91569号公报
目前，作为由多层结构形成的烧结滑动构件，有如下的构件：将多孔质烧结合金层与薄钢板的表面接合成一体，以该烧结合金层为内侧卷绕成圆筒状而得的所谓卷合套轴承；或者，介以接合剂将多孔质烧结合金层与钢制管的内表面接合成一体而得的圆筒状滑动构件。然而，前一种卷合套轴承存在以下的问题：弯曲加工成圆筒状时烧结合金层承受较大的压缩应力，可能会导致薄钢板和烧结合金层之间的接合强度的下降或不均，且采用弯曲加工的方法无法加大烧结合金层的厚度，本身作为滑动构件的使用范围受到限定。此外，后一种圆筒状滑动构件存在难以在钢制管的内表面和多孔质烧结合金层之间获得牢固的接合强度的问题。
鉴于上述实际情况，本申请人提出了以下的多层烧结滑动构件：将以铜(Cu)为主要成分并在其中加入一定量的锡(Sn)、镍(Ni)、磷(P)和石墨(C)而形成的多孔质烧结合金层与由钢制管形成的背衬的内表面接合成一体而得的多层烧结滑动构件以及将再在其中加入一定量的铁(Fe)而形成的多孔质烧结合金层与由钢制管形成的背衬的内表面接合成一体而得的多层烧结滑动构件(记载于专利文献1)；将与上述同样的多孔质烧结合金层与由钢板形成的背衬的表面接合成一体而得的多层烧结滑动构件(记载于专利文献2)。
发明的揭示
上述专利文献1和专利文献2中所记载的多层烧结滑动构件中，特别是成分中的Ni成分在烧结时扩散至钢背衬的表面而将该界面合金化，使多孔质烧结合金层与钢背衬的接合强度增加，还与成分中的P部分合金化而形成Ni-P合金，与铜合金的浸润性良好的Ni-P合金介于烧结金属层和钢背衬的界面中，与Ni在界面中的扩散而引发的合金化相结合，使钢背衬牢固地与烧结合金层接合。进而，因为多孔质烧结合金层和钢背衬牢固地接合，所以负荷特性大幅得到提高，与烧结合金层的摩擦磨损特性相结合，扩大烧结滑动构件的适用范围，可以实现现有的烧结滑动构件无法完成的在高负荷(高表面压力)用途中的使用。
然而，上述多层烧结滑动构件的容许表面压力为49MPa(500kgf/cm2)左右，对于作用有该值以上的高表面压力的用途、例如注射成形机的肘节衬套(toggle bush)或液压挖掘机等建筑机械中的关节部轴承，从多孔质烧结合金层的耐疲劳性和耐磨损性等观点来看，要求该值进一步提高。
本发明人为了进一步提高上述多层烧结滑动构件的耐负荷特性和摩擦磨损特性而反复认真研究后发现，通过使上述多孔质烧结合金层中进一步含有规定量的高速工具钢成分，不仅使多孔质烧结合金层的耐疲劳性提高，而且提高耐负荷特性和摩擦磨损特性，可用于所述高负荷(高表面压力)用途。
本发明是基于上述发现而完成的发明，其目的在于提供即使在作用有超过上述容许表面压力的高表面压力的用途中耐疲劳性、耐负荷特性和摩擦磨损特性也良好的多层烧结滑动构件。
本发明的多层烧结滑动构件的特征在于，多孔质烧结合金层与背衬扩散接合成一体，所述多孔质烧结合金层包含：3～10重量％锡成分、10～30重量％镍成分、0.5～4重量％磷成分、30～50重量％铁成分、1～10重量％高速工具钢成分、1～5重量％石墨成分、20～55重量％铜成分。
如果采用本发明的多层烧结滑动构件，则Ni成分在烧结时扩散至背衬的表面而将该界面合金化，还与成分中的P成分部分形成液相而生成与Cu-Ni-Sn合金的浸润性良好的Ni-P合金(Ni3P)，该Ni3P介于背衬和多孔质烧结合金层的界面中，与Ni成分在界面中的扩散而引发的合金化相结合，使背衬牢固地与多孔质烧结合金层接合一体化。此外，作为烧结时生成的硬质金属间化合物的Ni3P介于Cu-Ni-Sn合金相的晶粒间，而且其本身由微细的金属间化合物、主要是碳化物形成的硬质高速工具钢成分分散含于Cu-Ni-Sn合金相与αFe相的晶粒间，所以多孔质烧结合金层的耐疲劳性、耐负荷特性和摩擦磨损特性大幅得到提高。
本发明的多层烧结滑动构件中，较好是与背衬扩散接合成一体的多孔质烧结合金层中以5～20容量％的比例含有润滑油。作为润滑油，根据用途适当选择机油、齿轮油等矿油或酯油等合成油。
该润滑油可以与分散含于多孔质烧结合金层的石墨成分本身的润滑性相结合而使摩擦磨损特性提高。
本发明的多层烧结滑动构件中，高速工具钢成分优选使用钨(W)类高速工具钢或钼(Mo)类高速工具钢，特别适合采用Mo类高速工具钢。
本发明的多层烧结滑动构件中，背衬较好是由钢铁制管或平板状钢板形成，所述多孔质烧结合金层较好是与钢铁制管的圆筒状的内表面或板、块等平板状的钢板的平坦表面扩散接合成一体。
将多孔质烧结合金层与圆筒状的内表面扩散接合成一体而得的多层烧结滑动构件适合用作圆筒轴承，而将多孔质烧结合金层与平坦表面扩散接合成一体而得的多层烧结滑动构件适合以该形态直接用作滑动板、滑板，或者在以多孔质烧结合金层为内侧卷绕成圆筒状的状态下用作所谓的卷合套轴承，将多孔质烧结合金层与块的平坦表面扩散接合成一体而得的多层烧结滑动构件适合用作构成工卡模具的部件。
如果采用本发明，因为是包含3～10重量％Sn成分、10～30重量％Ni成分、0.5～4重量％P成分、30～50重量％Fe成分、1～10重量％高速工具钢成分、1～5重量％石墨成分、20～55重量％Cu成分的多孔质铜类烧结体与背衬扩散接合成一体而成的多层烧结滑动构件，作为烧结时生成的硬质金属间化合物的Ni3P介于Cu-Ni-Sn合金相的晶粒间，而且其本身由微细的金属间化合物、主要是碳化物形成的硬质高速工具钢成分分散含于Cu-Ni-Sn合金相与αFe相的晶粒间，所以多孔质烧结合金层的耐疲劳性、耐负荷特性和摩擦磨损特性大幅得到提高，可以提供可适用于作用有高表面压力的用途的多层烧结滑动构件。
实施发明的最佳方式
以下，对本发明的多层烧结滑动构件进行详细说明。
本发明的优选例的多层烧结滑动构件中，多孔质烧结合金层与背衬扩散接合成一体，所述多孔质烧结合金层包含：3～10重量％Sn成分、10～30重量％Ni成分、0.5～4重量％P成分、30～50重量％Fe成分、1～10重量％高速工具钢成分、1～5重量％石墨成分、20～55重量％Cu成分。
所述多层烧结滑动构件中，形成多孔质烧结合金层的Cu成分有利于多孔质烧结合金层的材质的强度、韧性、机械强度和耐磨损性的提高。Sn成分***结过程中的232℃的温度开始生成液相，与Cu成分和后述的Ni成分合金化而形成Cu-Ni-Sn合金，有利于多孔质烧结合金层的材质的强度、韧性、机械强度和耐磨损性的提高。Sn成分的掺入量不足3重量％时，无法充分发挥上述的效果；如果掺入超过10重量％，则对烧结性造成不良影响。因此，Sn成分的掺入量较好是3～10重量％，特别好是5～8重量％。
Ni成分在烧结时与后述的P成分部分形成液相，且生成与所述Cu-Ni-Sn合金的浸润性良好的Ni-P合金(Ni3P)，介于Cu-Ni-Sn合金相的多孔质烧结合金层和背衬的界面中，与Ni成分在界面中的扩散而引发的合金化相结合，起到使多孔质烧结合金层牢固地与背衬接合一体化的作用。此外，烧结时生成的金属间化合物Ni3P是硬质的，其介于Cu-Ni-Sn合金相的晶粒间，因而使多孔质烧结合金层的耐磨损性提高。Ni成分的掺入量不足10重量％时，无法获得上述的效果；即使掺入超过30重量％，上述的效果也不会出现显著的差异，因此其掺入量的上限为30重量％。因此，Ni成分的掺入量较好是10～30重量％，特别好是10～20重量％。
P成分不仅与Cu成分，还与成分中的Ni成分部分合金化，在提高多孔质烧结合金层的材质的强度的同时，有利于耐磨损性的提高。P成分的还原能力强，因此具有以下的效果：通过其还原作用净化背衬的表面，促进前述的Ni成分向背衬表面的扩散而引发的合金化。还有，Ni-P合金的效果如前所述。P成分的掺入量不足0.5重量％时，无法充分发挥上述的效果；掺入超过4重量％时，Ni-P合金的生成量增加，反而可能会使耐磨损性下降。因此，P成分较好是0.5～4重量％，特别好是0.5～2重量％。作为P成分，较好是以P-Cu合金、例如Cu-15％P合金的形式掺入。
Fe成分不与Cu成分固溶，而是分散于合金组织中，特别是在发挥提高材质强度的效果的同时在烧结时Cu成分的一部分扩散至Fe成分中时，发挥使烧结体的多孔性提高的效果。一般Fe成分在P成分的存在下显示出与P成分合金化而析出硬的Fe-P合金的倾向，但本发明中Ni-P在比Fe-P的合金化温度低的温度下合金化，所以发挥通过Ni-P合金化来抑制Fe-P的合金化的作用，因此可以含有高达50重量％的较多的Fe成分。Fe成分的掺入量不足30重量％时，无法充分发挥上述的效果；掺入超过50重量％时，可能会析出Fe-P合金。因此，Fe成分较好是30～50重量％，特别好是35～45重量％。
高速工具钢(SKH)成分因为其本身存在微细的金属间化合物和碳化物，所以其分散于烧结组织中而起到作为硬质相的作用的同时，烧结时来自高速工具钢成分的合金元素扩散而带来质地的强化(所谓的分散强化)，使铜类烧结体的耐磨损性提高。高速工具钢成分的掺入量不足1重量％时，无法发挥上述效果；如果掺入超过10重量％，则硬质相的分散量增加，反而导致耐磨损性下降。因此，高速工具钢的掺入量较好是1～10重量％，特别好是2～3重量％。高速工具钢成分推荐日本工业标准(JIS)的G4403中规定的高速工具钢材的粉末，特别推荐Mo类的SKH40、SKH50～SKH59的高速工具钢材，即以下的粉末：SKH40-C：1.23～1.33％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.70～5.30％、W：5.70～6.70％、V：2.70～3.20％、Co：8.00～8.88％和Fe：剩余部分；SKH50-C：0.77～0.87％、Si：0.70％以下、Mn：0.45％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.50～4.50％、Mo：8.00～9.00％、W：1.40～2.00％、V：1.00～1.40％和Fe：剩余部分；SKH51-C：0.80～0.88％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.70～5.20％、W：5.90～6.70％、V：1.70～2.10％和Fe：剩余部分；SKH52-C：1.00～1.10％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：5.50～6.50％、W：5.90～6.70％、V：2.30～2.60％和Fe：剩余部分；SKH53-C：1.15～1.25％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.70～5.20％、W：5.90～6.70％、V：2.70～3.20％和Fe：剩余部分；SKH54-C：1.25～1.40％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.20～5.00％、W：5.20～6.00％、V：3.70～4.20％和Fe：剩余部分；SKH55-C：0.87～0.95％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.70～5.20％、W：5.90～6.70％、V：1.70～2.10％、Co：4.50～5.00％和Fe：剩余部分；SKH56-C：0.85～0.95％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：4.70～5.20％、W：5.90～6.70％、V：1.70～2.10％、Co：7.00～9.00％和Fe：剩余部分；SKH57-C：1.20～1.35％、Si：0.45％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.80～4.50％、Mo：3.20～3.90％、W：9.00～10.00％、V：3.00～3.50％、Co：9.50～10.50％和Fe：剩余部分；SKH58-C：0.95～1.05％、Si：0.70％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.50～4.50％、Mo：8.20～9.20％、W：1.50～2.10％、V：1.70～2.20％和Fe：剩余部分；SKH59-C：1.05～1.15％、Si：0.70％以下、Mn：0.40％以下、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：3.50～4.50％、Mo：9.00～10.00％、W：1.20～1.90％、V：0.90～1.30％、Co：7.50～8.50％和Fe：剩余部分。
石墨成分分散含于烧结合金组织中而起到固体润滑作用。掺入量不足1重量％时，无法期待固体润滑作用；如果掺入超过5重量％，则使烧结合金层的强度下降。因此，石墨成分的掺入量较好是1～5重量％，特别好是2～3重量％。
下面，对将由上述成分组成形成的烧结合金层与背衬接合成一体而形成的多层结构的多层烧结滑动构件的制造方法进行说明。
作为形成该多层烧结滑动构件的背衬，采用由一般结构用碳素钢钢管(JIS-G-3444)或机械结构用碳素钢钢管(JIS-G-3445)形成的钢制管，或者由一般结构用轧制钢材(JISG3101)或机械结构用碳素钢钢材(JIS-G-4051)形成的钢板。
以下，对采用各背衬的多层烧结滑动构件的制造方法进行说明。
<背衬采用钢制管的多层烧结滑动构件的制造方法>
相对于20～55重量％Cu粉末，通过V型混合机混合3～10重量％Sn粉末、10～30重量％Ni粉末、0.5～4重量％P-Cu合金(Cu-15％P)粉末的P成分、30～50重量％Fe粉末、1～10重量％高速工具钢粉末、1～5重量％石墨粉末，制成混合粉末。
将该混合粉末在所需的模具内于2～7吨/cm2(196～686MPa)的范围内的压力下加压，制成由该混合粉末形成的圆筒状的成形压粉体。将该成形压粉体压入嵌合于钢制管的内表面后，置于调整至中性或还原性气氛的加热炉内，在900～1000℃的温度下烧结60～90分钟，在该成形压粉体烧结的同时进行该成形压粉体向钢制管的内表面的扩散接合，制成将烧结合金层与钢制管的内表面扩散接合成一体而得的多层烧结滑动构件。
该制造方法中，烧结时的成形压粉体的膨胀量(外径侧)比钢制管的膨胀量小的情况下，通过在成形压粉体的内表面填充陶瓷粉末来限制成形压粉体向内径侧的膨胀量而使其与外径侧一致，并且限制烧结后的冷却时的成形压粉体向内径侧的收缩量而使其与外径侧一致，从而可以在钢制管和成形压粉体之间获得牢固的接合。
对这样制成的多层烧结滑动构件实施机械加工而制成所需的圆筒轴承后，通过实施含油处理，该多孔质烧结合金层中以5～20容量％的比例含有润滑油。
<背衬采用钢板的多层烧结滑动构件的制造方法>
背衬采用钢板的情况下，其制造方法较好是采用粉末轧制法，以下对采用该粉末轧制法的制造方法进行说明。制成与上述的多层烧结滑动构件的制造方法中的混合粉末同样的混合粉末，在该混合粉末中添加粉末粘合剂，混合均匀而制成具有湿润性的原料粉末。作为粉末粘合剂，优选使用羟丙基纤维素(HPC)。
将该原料粉末供给至具有双辊的卧式轧制辊，制成由成形压粉体形成的轧制片。
将该轧制片重叠于所述背衬上后，将其在调整至中性或还原性气氛的烧结炉内于温度为900～1000℃且压力为0.1～5.0kgf/cm2(0.0098～0.49MPa)的条件下烧结60～90分钟，在轧制片烧结的同时进行烧结合金层向背衬的扩散接合，制成该烧结合金层和背衬通过扩散接合一体化而得的多层烧结滑动构件。
对这样制成的多层烧结滑动构件实施机械加工而制成所需的滑动板或滑板后，通过实施含油处理，该多孔质烧结合金层中以5～20容量％的比例含有润滑油。
上述的制造方法是所谓的液相烧结，即烧结过程中的232℃的温度下生成成分中的Sn成分的液相，并且自875℃附近的温度开始生成以Ni-P合金(Ni3P)为主体的液相，并进行烧结。通过这些制造方法制成的多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的Cu-Ni-Sn合金的晶粒间介有硬质的Ni3P，且其本身含微细的金属间化合物和碳化物的硬质高速工具钢成分分散含于Cu-Ni-Sn合金相与αFe相的晶粒间，所以多孔质烧结合金层的耐疲劳性、耐负荷特性和摩擦磨损特性大幅得到提高，因而可以适用于作用有高表面压力的用途。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但只要不超出其技术内容，本发明不受以下的实施例的任何限定。
实施例1～5和比较例1～2为将多层烧结滑动构件用于圆筒状的形态的滑动构件(圆筒轴承)的例子。
实施例1～5
准备具有内径33.6mm、外径45mm、长20mm的尺寸的由一般结构用碳素钢钢管(STK400)形成的钢制管。
将5重量％过250目筛的粉化Sn粉末、15重量％过250目筛的还原Ni粉末、7重量％过120目筛的捣碎P-Cu合金(P15％)粉末、30～45重量％过240目筛的还原Fe粉末、2～3重量％过200目筛的水粉化高速工具钢粉末、2重量％过48目筛且不过250目筛的天然石墨粉末、剩余部分的过150目筛的电解Cu粉末投入V型混合机，混合30分钟而获得混合粉末(Sn：5重量％、Ni：15重量％、P：1.05重量％、Fe：30～45重量％、高速工具钢：2～3重量％、天然石墨：2重量％、Cu：剩余部分)。
将该混合粉末装填入具备圆筒状的中空部的模具的中空部，以5吨/cm2(490MPa)的成形压力成形，制成内径27.4mm、外径33.6mm、长20mm且密度为6.6～6.8g/cm3的圆筒状的成形压粉体。
将成形压粉体从其轴向压入嵌合于该钢制管的内表面后，在该成形压粉体的内表面填充陶瓷粉末(83重量％Al2O3和17重量％SiO2的混合物)，将其在调整至氨分解气体气氛的烧结炉中于960℃的温度下烧结85分钟，该成形压粉体烧结的同时进行与钢制管的内表面的扩散接合，将烧结合金体与钢制管接合一体化。
然后，对其实施机械加工，获得内径30mm、外径45mm、长20mm的多层烧结滑动构件。该多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的密度为6.8～7.0g/cm3。对该多层烧结滑动构件实施含油处理后，该多孔质烧结合金层的含油率达到13～15容量％。
比较例1
准备与上述实施例同样的具有内径33.6mm、外径45mm、长20mm的尺寸的由一般结构用碳素钢钢管形成的钢制管。
将8重量％过250目筛的粉化Sn粉末、28重量％过250目筛的还原Ni粉末、7重量％过120目筛的捣碎P-Cu合金(P15％)粉末、5重量％过150目筛的天然石墨粉末、剩余部分的过150目筛的电解Cu粉末投入V型混合机，混合30分钟而获得混合粉末(Sn：8重量％、Ni：28重量％、P：1.05重量％、天然石墨：5重量％、Cu：剩余部分)。
将该混合粉末装填入具备圆筒状的中空部的模具的中空部，以5吨/cm2(490MPa)的成形压力成形，制成内径27.4mm、外径33.6mm、长20mm且密度为5.8g/cm3的圆筒状的成形压粉体。
将成形压粉体从其轴向压入嵌合于该钢制管的内表面后，在该成形压粉体的内表面填充陶瓷粉末(与实施例同样)，将其在调整至氨分解气体气氛的烧结炉中于960℃的温度下烧结60分钟，该成形压粉体烧结的同时进行与钢制管的内表面的扩散接合，将烧结合金体与钢制管接合一体化。
然后，对其实施机械加工，获得内径30mm、外径45mm、长20mm的多层烧结滑动构件。该多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的密度为6.0g/cm3。对该多层烧结滑动构件实施含油处理后，该多孔质烧结合金层的含油率达到15容量％。
比较例2
准备与上述实施例同样的具有内径33.6mm、外径45mm、长20mm的尺寸的由一般结构用碳素钢管形成的钢制管。
将8重量％过250目筛的粉化Sn粉末、28重量％过150目筛的还原Ni粉末、7重量％过120目筛的捣碎P-Cu合金(P15％)粉末、5重量％过150目筛的天然石墨粉末、剩余部分的过150目筛的电解Cu粉末投入V型混合机，混合10分钟而获得混合粉末(Sn：8重量％、Ni：28重量％、P：1.05重量％、天然石墨：5重量％、Cu：剩余部分)。
相对于60重量％该混合粉末，混合40重量％过100目筛的还原Fe粉末，通过V型混合机混合10分钟而获得混合粉末(Sn：4.8重量％、Ni：16.8重量％、P：0.63重量％、Fe：40重量％、天然石墨：3重量％、Cu：剩余部分)。
将该混合粉末装填入具备圆筒状的中空部的模具的中空部，以5吨/cm2(490MPa)的成形压力成形，制成内径27.4mm、外径33.6mm、长20mm且密度为6.0g/cm3的圆筒状的成形压粉体。
以下，通过与比较例1同样的方法获得内径30mm、外径45mm、长20mm的多层烧结滑动构件。该多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的密度为6.4g/cm3。对该多层烧结滑动构件实施含油处理后，该多孔质烧结合金层的含油率达到14容量％。
下面，对于上述实施例1～5和比较例1～2中得到的多层烧结滑动构件，以表1所示的试验条件对摩擦磨损特性进行了试验，并以表2所示的试验条件对耐疲劳性进行了试验。
(表1)
(摩擦磨损试验条件)
负荷面压力    1000MPa(1020kgf/cm2)
滑动速度      7.83×10-3m/秒(0.47m/分钟)
摇动角度      90°
耐久时间      100小时
对象轴材      经高频淬火的铬钼钢(SMC440)
运动方式      对象轴连续径向摇动运动
润滑条件      试验开始前涂覆润滑脂
(表2)
(耐疲劳性试验条件)
圆筒轴承(多层烧结滑动构件)尺寸  内径30mm、外径45mm、长20mm(受压
                                面积6cm2)
最大负荷                        88MPa(898kgf/cm2)
最小负荷                        0.2MPa(2kgf/cm2)
负荷循环                        20Hz
试验方法使圆筒轴承(受压面积6cm2)在1秒钟内交替负荷20次最大负荷和最小负荷，以直至作为滑动面的烧结合金层发生龟裂为止的循环数(最多1000万循环)进行评价。
实施例和比较例的多层烧结滑动构件的成分组成、摩擦磨损特性和耐疲劳性的试验结果示于表3和表4。
[表3]
Figure GPA00001011236200111
[表4]
Figure GPA00001011236200112
表4中，比较例1和2的多层烧结滑动构件在摩擦磨损试验中于试验时间超过40小时时摩擦系数急剧上升，因此这时终止了试验。作为磨损量，示出了试验时间40小时时的磨损量。
以上的试验结果显示，实施例1～5的多层烧结滑动构件在高负荷条件(100MPa)下摩擦系数低，显示出稳定的滑动，磨损量也少至22～28μm，显示出良好的摩擦磨损特性。另一方面，比较例1和2的多层烧结滑动构件在高负荷条件下试验时间未能达到100小时就终止了试验。此外，耐疲劳性的试验中，实施例1～5的多层烧结滑动构件显示出比较例1和2的多层烧结滑动构件的100倍的耐疲劳性。
如上所述，由实施例得到的多层烧结滑动构件在远远超过作为现有的多层烧结滑动构件的容许表面压力的49MPa的负荷条件下也具有良好的摩擦磨损特性和耐疲劳性，可以适用于作用有高表面压力的用途，例如注射成形机的肘节衬套、液压挖掘机等建筑机械中的关节部轴承。
下面，对将多层烧结滑动构件用于平板状的形态的滑动板的实施例进行说明。
实施例6～7和比较例3是关于平板状的多层烧结滑动构件的例子。
实施例6～7
准备具有宽170mm、长600mm、厚5mm的尺寸的由一般结构用轧制钢材(SS400)形成的钢板。
作为混合粉末，制成与前述实施例1和实施例4同样的混合粉末。对于该混合粉末，分别添加0.3重量％的5重量％HPC水溶液(HPC 100g、乙醇120ml和水1780ml)，通过V型混合机均匀混合5分钟，将其作为原料粉末。
在辊间隔0.3mm、辊速度0.3m/分钟的条件下使该原料粉末通过具有双辊的卧式轧制辊，制成密度6.8g/cm3、厚2mm的轧制片(成形压粉体)。将其切割成宽170mm、长600mm的尺寸，将其重叠于钢板上后，在调整至氨分解气体气氛的烧结炉中，施加0.7kgf/cm2(0.069MPa)的压力的同时，于960℃的温度下烧结85分钟，轧制片烧结的同时进行与钢板的扩散接合，制成烧结合金层与钢板扩散接合而得的多层滑动构件。
对其实施机械加工，获得边长35mm、厚6.5mm的多层烧结滑动构件。该多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的密度为6.9g/cm3。对该多层烧结滑动构件实施含油处理后，多孔质烧结合金层的含油率达到15容量％。
比较例3
准备与上述实施例6～7同样的具有宽170mm、长600mm、厚5mm的尺寸的由一般结构用轧制钢材形成的钢板。
将5重量％过250目筛的喷雾Sn粉末、20重量％过150目筛的还原Ni粉末、7重量％过120目筛的捣碎P-Cu合金(P15％)粉末、32重量％过300目筛的还原Fe粉末、5重量％过48目筛且不过250目筛的天然石墨粉末、剩余部分的过150目筛的电解Cu粉末投入V型混合机，混合30分钟而获得混合粉末(Sn：5重量％、Ni：20重量％、P：1.05重量％、Fe：32重量％，天然石墨：5重量％、Cu：剩余部分)。
对于该混合粉末，添加0.3重量％的5重量％HPC水溶液(与实施例相同)，通过V型混合机均匀混合5分钟，将其作为原料粉末。
在辊间隔0.3mm、辊速度0.3m/分钟的条件下使该原料粉末通过具有双辊的卧式轧制辊，制成密度5.90g/cm3、厚2mm的轧制片(成形压粉体)。将其切割成宽170mm、长600mm的尺寸，将其重叠于所述钢板上。
然后，在调整至氨分解气体气氛的烧结炉中，施加0.7kgf/cm2(0.069MPa)的压力的同时，于940℃的温度下烧结40分钟，轧制片烧结的同时进行与钢板的扩散接合，制成烧结合金层与钢板接合一体化而得的多层烧结滑动构件。
对其实施机械加工，获得边长35mm、厚6.5mm的多层烧结滑动构件。该多层烧结滑动构件的多孔质烧结合金层的密度为6.0g/cm3。对该多层烧结滑动构件实施含油处理后，多孔质烧结合金层的含油率达到26容量％。
接着，对于上述实施例6～7和比较例3中得到的多层烧结滑动构件，以表5所示的试验条件试验摩擦磨损特性。
(表5)
(摩擦磨损试验条件)
负荷面压力    1000MPa(1020kgf/cm2)
滑动速度      0.12m/秒(7m/分钟)
行程          80mm
往复次数      100000次
对象材料      灰铸铁(FC250)板
润滑条件      试验开始前涂覆润滑脂
实施例6～7和比较例3的多层烧结滑动构件的成分组成、摩擦磨损特性的试验结果示于表6。
[表6]
Figure GPA00001011236200141
表6中，比较例3的多层烧结滑动构件于试验时间超过30小时时摩擦系数急剧上升，因此这时终止了试验。作为磨损量，示出了试验时间30小时时的磨损量。
以上的试验结果显示，实施例6～7的多层烧结滑动构件在高负荷条件(100MPa)下摩擦系数低，显示出稳定的滑动，磨损量也少至35μm以下，显示出良好的摩擦磨损特性。另一方面，比较例3的多层烧结滑动构件在高负荷条件下试验时间未能达到100小时就终止了试验。
如上所述，本发明的多层烧结滑动构件中，形成与背衬一体接合的多孔质烧结合金层的Ni成分在烧结时扩散至背衬的表面而将该界面合金化，还与成分中的P成分部分形成液相，生成与Cu-Ni-Sn合金的亲合性良好的Ni-P合金(Ni3P)，该Ni3P介于背衬和多孔质烧结合金层的界面中，与Ni成分在界面中的扩散而引发的合金化相结合，使多孔质烧结合金层牢固地与背衬接合一体化，同时作为烧结时生成的硬质金属间化合物的Ni3P介于Cu-Ni-Sn合金相的晶粒间，而且其本身由微细的金属间化合物、主要是碳化物形成的硬质高速工具钢成分分散含于Cu-Ni-Sn合金相与αFe相的晶粒间，所以多孔质烧结合金层的耐疲劳性、耐负荷特性和摩擦磨损特性大幅得到提高，可适用于作用有高表面压力的用途。

Claims (5)

1.一种多层烧结滑动构件，其特征在于，多孔质烧结合金层与背衬接合成一体，所述多孔质烧结合金层包含：3～10重量％锡成分、10～30重量％镍成分、0.5～4重量％磷成分、30～50重量％铁成分、1～10重量％高速工具钢成分、1～5重量％石墨成分、20～55重量％铜成分。
2.如权利要求1所述的多层烧结滑动构件，其特征在于，在多孔质烧结合金层中以5～20容量％的比例含有润滑油。
3.如权利要求1或2所述的多层烧结滑动构件，其特征在于，高速工具钢成分选自钼类高速工具钢和钨类高速工具钢中的任一种。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的多层烧结滑动构件，其特征在于，背衬由钢制管形成，所述多孔质烧结合金层与所述钢制管的内表面接合成一体。
5.如权利要求1～3中的任一项所述的多层烧结滑动构件，其特征在于，背衬由钢板形成，所述多孔质烧结合金层与所述钢板的表面接合成一体。
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