DE112020006054T5

DE112020006054T5 - Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung

Info

Publication number: DE112020006054T5
Application number: DE112020006054.3T
Authority: DE
Inventors: Yoshinari Ishii
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-12-29
Also published as: WO2021117891A1; US20230002858A1; CN114729420A; CN114729420B; JP7216842B2; JPWO2021117891A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein: Hinzufügen einer vorbestimmten Menge eines reinen Al-Pulvers zu einem Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und Mischen derselben, um ein Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-%, Al: 1,9 bis 15 Masse-% und einem Cu-Rest, der unvermeidliche Verunreinigungen enthält, herzustellen, Verdichten des Ausgangsmaterialpulvers, um einen Grünling zu bilden, und Sintern des Grünlings in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung wird als Grundmaterial für Sinterlager einer Kraftstoffpumpe, die in Kraftstofftanks von Automobilen verwendet wird, Auslassventilen, die in korrosiven Hochtemperaturatmosphären, wie Abgas, verwendet werden, und Lager, wie AGR (Abgasrückführungssystem), verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung, passend für den Gebrauch.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-223927 , eingereicht am 11. Dezember 2019, deren Inhalt hierin unter Bezugnahme einbezogen ist, wird in Anspruch genommen.
[Stand der Technik]
Weltweit werden Motoren verwendet, die eine Motorkraftstoffpumpe unter Verwendung von flüssigem Kraftstoff, wie Benzin und Leichtöl, einschließen. Es ist erforderlich, dass Lager für die Motorkraftstoffpumpen eine hohe Gleitfähigkeit und Abriebbeständigkeit aufweisen. Die Qualität von flüssigen Kraftstoffen, die für Motoren verwendet werden, die Motorkraftstoffpumpen einschließen, unterscheidet sich in Abhängigkeit von den Regionen.
In einigen Regionen der Welt, wird Rohbenzin von schlechter Qualität, das Schwefel, Säuren und dergleichen enthält, verwendet.
Aus den zuvor erwähnten Gründen ist es erforderlich, dass in den Motorkraftstoffpumpen verwendete Lager auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Als Beispiele für ein Lagermaterial für solche Anwendungen sind eine Lagerlegierung aus einer Cu-Ni-basierten Sinterlegierung mit einer Zusammensetzung aus Cu-21 % bis 35 % Ni-5 % bis 12 % Sn-3 % bis 7 % C-0,1 % bis 0,8 % P, bezogen auf die Masse (siehe Patentdruckschrift 1), gesinterte Aluminiumbronze (siehe Patentdruckschriften 2, 3 und 4) und Aluminiumbronze, die Ni enthält (siehe Patentdruckschrift 4), bekannt.
Gleichermaßen sind als Materialien, die in AGR-Buchsen verwendete werden, welche in korrosiven Hochtemperaturumgebungen eines Abgases und dergleichen verwendet werden, gesinterte Gleitlegierungen bekannt, die durch Dispergieren von freiem Graphit in einer Matrix aus einer Cu-Ni-Sn-basierten festen Lösung oder Cu-Ni-Sn-P-basierten festen Lösung erhalten werden (siehe Patentdruckschriften 5 und 6), und die Adaption von Aluminiumbronzelegierungen wurde ebenso untersucht (siehe Patentdruckschriften 4 und 7).
[Zitatliste]
[Patentdruckschriften]

[Patentdruckschrift 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-199977 (A )
[Patentdruckschrift 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-217493 (A )
[Patentdruckschrift 3] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2015-227500 (A )
[Patentdruckschrift 4] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2016-125079 (A )
[Patentdruckschrift 5] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-068074 (A )
[Patentdruckschrift 6] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-063398 (A )
[Patentdruckschrift 7] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2015-0784323 (A )

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technische Aufgabe]
Unter diesen Materialien des Stands der Technik ist es möglich eine Korrosionsbeständigkeitswirkung zu erwarten, die durch relativ günstiges Al aus der Aluminiumbronze-basierten Legierung erzielt wird, welche hauptsächlich für ein Sinterlager einer Kraftstoffpumpe verwendet wird. Der Einsatz der Aluminiumbronze-basierten Legierung ermöglicht die Reduzierung der Menge an hinzugefügtem Ni, das teuer ist, auf 6 Masse-% oder weniger und führt zu einer Materialkostenreduzierung.
Da Al-Pulver und Legierungspulver, das Al enthält, eine Beschaffenheit aufweisen, die leicht oxidiert wird, ist es allerdings schwierig, einen Sinterkörper durch Sinterung zu erhalten, und es ist eine Aufgabe, die Sinterfähigkeit zu verbessern.
Da mit anderen Worten das Al-Pulver oder die Legierung, die Al enthält, wahrscheinlich eine Oxidbeschichtung auf seiner Oberfläche erzeugt und die Oxidbeschichtung eine hohe Stabilität aufweist, kann die Gegenwart der Oxidbeschichtung ein Faktor für die Hemmung der Singerfähigkeit in einer Sinteratmosphäre sein.
Zur Verbesserung der Sinterfähigkeit wird Fluorid, wie Aluminiumfluorid oder Calciumfluorid, als Sinterhilfsmittel in das Ausgangsmaterialpulver gemischt. Außerdem ist es wünschenswert, dass der Formartikel im Innern eines Gehäuses aus Metall oder dergleichen gesintert wird. Es ist auch notwendig, eine Anpassung, wie die Auswahl eines Gases, das die Oxidation minimiert, für eine Sinterschutzatmosphäre vorzunehmen.
Mit dem zuvor erwähnten Verfahren zur Verbesserung der Sinterfähigkeit ist die Sintereffizienz daher gering und die Kosten des Sinterschritts nehmen zu. Darüber hinaus besteht das Problem, dass, wenn das Sinterhilfsmittel während des Sinterns zersetzt wird und Fluorgas erzeugt wird, das Problem besteht, dass der Verfall eines Sinterofenmaterials beschleunigt wird.
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen des hiesigen Erfinders zur Verbesserung der Sinterfähigkeit von Aluminiumbronze im zuvor erwähnten Stand der Technik hat der hiesige Erfinder herausgefunden, dass das Hinzufügen von reinem Al-Pulver zu Cu-Ni-Al-basiertem Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und das Mischen derselben zur Erzeugung eines Ausgangsmaterialpulvers für die Verbesserung der Sinterfähigkeit einer Aluminiumbronze-basierten Sinterlegierung, die Ni enthält, effektiv war. Mit anderen Worten hat der hiesige Erfinder festgestellt, dass, wenn eine Pulververdichtungsformung unter Verwendung des Ausgangsmaterialpulvers zur Bildung eines Formartikels durchgeführt wurde und der Formartikel in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas gesintert wurde, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält, die Sinterung ohne Zugabe eines Sinterhilfsmittels voranschritt und es möglich war, einen Sinterkörper mit einer relativ hohen Festigkeit zu erhalten.
Es ist zu beachten, dass der hiesige Erfinder außerdem das Wissen erlangte, dass die Festigkeit des Sinterkörpers weiter verbessert wurde, wenn ein Sinterhilfsmittel, wie Aluminiumfluorid oder Calciumfluorid, je nach Bedarf, verwendet wurde.
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände und ihr Ziel ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung, das die Sinterung ohne Verwendung eines Sinterhilfsmittels durch Kombination eines Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulvers, das Cu, Ni und Al enthält, und des reinen Al-Pulvers ermöglicht, als Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumbronze-basierten Sinterlegierung, die Ni enthält, bereitzustellen.
[Lösung der Aufgabe]
(1) Zur Lösung der Aufgabe schließt ein Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt (nachfolgend als „erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung“ bezeichnet) ein: Hinzufügen einer vorbestimmten Menge eines reinen Al-Pulvers zu einem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und Mischen derselben, um ein Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-%, Al: 1,9 bis 15 Masse-% und einem Cu-Rest, der unvermeidliche Verunreinigungen enthält, herzustellen, Verdichten des Ausgangsmaterialpulvers, um einen Grünling zu bilden, und Sintern des Grünlings in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält.
Die Sinteratmosphäre kann eine reduzierende Atmosphäre sein, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält und Stickstoffgas enthält. Beispiele für die reduzierende Atmosphäre schließen Atmosphären aus einem Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas und aus einem Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, das durch Verdünnen von zersetztem Ammoniakgas (Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, das durch Zersetzen von Ammoniakgas hergestellt wurde) mit Stickstoffgas erhalten wird, ein.
Es ist zu beachten, dass zur Herstellung eines Lagerprodukts nach dem Sintern in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung eine Dimensionierung durchgeführt wird und dann, je nach Bedarf, eine Öltränkung mit Schmieröl durchgeführt wird.
(2) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann der Schritt zum Sintern in einer Atmosphäre aus einem Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas durchgeführt werden, wobei das Mischgas 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält und durch Verdünnen eines zersetzten Ammoniakgases, das aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas besteht, mit Stickstoffgas erhalten wird.
Der hiesige Erfinder hat festgestellt, dass der Grünling, der durch Pulververdichtungsformen unter Verwendung des Ausgangsmaterialpulvers erhalten wird, das durch Hinzufügen von vorbestimmten Mengen eines Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulvers, das Cu, Ni und Al enthält, und des reinen Al-Pulvers und Mischen derselben erhalten wird, die Wirkung hat, dass eine Sinterreaktion des Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulvers und des reinen Al-Pulvers im Sinterschritt voranschreitet.
Mit anderen Worten ist die Kombination aus dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und dem reinen Al-Pulver essentiell und die Sinterreaktion schreitet mit anderen Kombinationen, zum Beispiel einer Kombination aus einem Zwei-Elementen-Cu-Ni-Legierungspulvers ohne Al als Komponente des Legierungspulvers und dem reinen Al-Pulver, kaum voran. Es wird angenommen, dass der Grund dafür der folgende ist.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung wird das reine Al-Pulver bei etwa 660°C (was einen Schmelzpunkt von Al entspricht) im Verlaufe eines Temperaturanstiegs auf die Sintertemperatur von 880°C bis 1.000°C im Schritt zum Sintern des Grünlings aus dem Rohmaterialpulver als Kombination aus dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und dem reinen Al-Pulver geschmolzen und auf diese Weise wird eine flüssige Phase erzeugt. Die flüssige Phase weist eine zufriedenstellende Benetzbarkeit mit einer Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulveroberfläche, die Cu, Ni und Al enthält, auf, und somit schreitet eine Sinterreaktion durch Flüssigphasensinterung voran. Wenn andererseits Legierungspulver verwendet wird, das kein Al enthält, wird angenommen, dass die Sinterung selbst im Flüssigphasensinterungszustand aufgrund der schlechten Benetzbarkeit mit der aus dem reinen Al-Pulver erzeugten flüssigen Phase weniger wahrscheinlich voranschreitet.
Für den Fall, dass die Menge an hinzugefügtem reinen Al-Pulver klein ist, kann eine Wirkung zur Förderung der Sinterung durch Flüssigphasensinterung nicht erhalten werden und die angestrebte Festigkeit kann nicht erhalten werden. Für den Fall, dass die Menge an hinzugefügtem reinen Al-pulver zu groß ist, tritt eine Al-reiche Phase auf, und die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert sich, was nicht vorteilhaft ist.
Außerdem ist es, um das Voranschreiten der Sinterung zu bewirken, wichtig, die Sinterung in einer reduzierenden Atmosphäre aus Stickstoffgas, die 3 Vol.-% Wasserstoffgas enthält (zum Beispiel einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas oder einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die durch Verdünnen von zersetztem Ammoniakgas (Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, das durch Versetzung von Ammoniakgas erhalten wird) mit Stickstoffgas erhalten wird), durchzuführen. Es ist möglich, zu bewirken, dass die Sinterung mit einer Oxidbeschichtung voranschreitet, die durch die aus dem reinen Al-Pulver erzeugte flüssige Phase auf der Oberfläche des aufgebrochenen Legierungspulvers erzeugt wurde, indem die Sinterung des Grünlings aus dem zuvor erwähnten Ausgangsmaterial aus dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und dem reinem Al-Pulver in der Mischgasatmosphäre durchgeführt wird. Somit ist es möglich, eine Sinterlegierung mit einer hohen Festigkeit in komprimierter Umgebung zu erhalten.
(3) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann ein Mischpulver, das das Cu-Ni-Al-basierte Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und das reine Al-Pulver derart enthält, dass ein Gehalt des reinen Al-Pulvers 0,9 bis 12 Masse-% beträgt, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
(4) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann ein Mischpulver, das ein Cu-1 % bis 15 % Ni-1 % bis 12 %-Al-Legierungspulver und 0,9 % bis 12 % des reinen Al-Pulvers, bezogen auf die Masse, enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
(5) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann ein Ausgangsmaterialpulver, das 1,0 bis 8,0 Masse-% Graphit zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
(6) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann ein Ausgangsmaterialpulver, das 0,1 bis 0,9 Masse-% P zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
(7) In der vorliegenden Erfindung kann ein Ausgangsmaterialpulver, das 0,02 bis 0,2 % eines Sinterhilfsmittels aus mindestens einem von Aluminiumfluorid und Calciumfluorid, bezogen auf die Masse, zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
(8) In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung kann ein Ausgangsmaterialpulver, dem mindestens eine Art oder zwei oder mehr Arten von Pulvern unter einem Ni-Pulver, einem Cu-P-Legierungspulver, einem Ni-P-Legierungspulver und einem Graphitpulver zusätzlich zu dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und dem reinen Al-Pulver hinzugefügt ist, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet werden.
[Vorteilhafte erfindungsgemäße Wirkungen]
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung fördert das reine Al-Pulver die Sinterung in dem Cu-Ni-Al-basierten Ausgangsmaterialpulver, das Cu, Ni und Al enthält, indem es während der Sinterung mit dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, zu einer flüssigen Phase wird und zu einer Reaktion führt. Es ist somit möglich, eine Sinterlegierung mit einer hohen Festigkeit in komprimierter Umgebung und ausgezeichneten Abriebbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein Lagerbauteil zeigt, das aus einer erfindungsgemäßen Sinterlegierung gebildet ist.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt ein Lagerbauteil 1 mit einer zylindrischen Form aus einer Sinterlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und das Lagerbauteil 1 wird als Lager verwendet, das in einem Beispiel in eine Motorkraftstoffpumpe für einen Motor oder dergleichen einzubauen ist.
Die Sinterlegierung, die das Lagerbauteil 1 bildet, weist eine Zusammensetzung auf, die Ni: 1 bis 15 Masse-% und Al: 1,9 bis 15 Masse-% und Reste, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, enthält.
Obgleich nicht besonders beschränkt kann die Sinterlegierung, die das Sinterbauteil 1 bildet, eine Zusammensetzung aufweisen, die Ni: 4 % bis 12 % und Al: 5 % bis 14,5 %, bezogen auf die Masse, und Reste, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, enthält, oder eine Zusammensetzung aufweisen kann, die Ni: 6 % bis 11 % und Al: 10 % bis 14 %, bezogen auf die Masse, und Reste, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, enthält.
Als Textur der Sinterlegierung, die das Lagerbauteil 1 bildet, weist manche Sinterlegierung eine Sintertextur auf, in der amorphe Legierungskörner, die Cu, Ni und Al enthalten, über eine Vielzahl von Korngrenzen gebunden sind (einschließlich einer Bindemittelphase, die aus reinem Al besteht).
Es ist zu beachten, dass % zur Angabe des Gehalts der Elemente in der folgenden Beschreibung Masse-% bedeutet, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben wird. Außerdem schließt für den Fall, dass eine obere Grenze und eine untere Grenze unter Verwendung von „bis“ für einen Gehaltsbereich eines spezifischen Elements in der vorliegenden Beschreibung definiert werden, der Bereich die obere Grenze und die untere Grenze ein, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben wird. Daher bedeutet 1 % bis 15 % 1 Masse-% oder mehr und 15 Masse-% oder weniger.
Zur Herstellung des Lagerbauteils 1 wird reines Al-Pulver zu Cu-Ni-Al-basiertem Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält (zum Beispiel Cu-Ni-Al-Legierungspulver), hinzugefügt und dann vermischt, wodurch in einem Beispiel zunächst ein Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-% und Al: 1,9 bis 15 Masse-% und Resten, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, hergestellt wird. Als das Ausgangsmaterialpulver wird Mischpulver aus Cu-Ni-Al-Legierungspulver und dem reinen Al-Pulver verwendet.
Die Cu-Ni-Al-Legierung bezeichnet eine Legierung, die eine vorbestimmte Menge Ni, eine vorbestimmte Menge Al, unvermeidliche Verunreinigungen und Cu als Rest enthält.
Die Cu-Ni-Al-basierte Legierung bezeichnet eine Cu-Ni-Al-Legierung, die eine Legierung ist, die Ni, Al, Cu und Elemente außer unvermeidlichen Verunreinigungen enthält.
Es ist möglich, als das Cu-Ni-Al-Legierungspulver, beispielsweise Cu-1 % bis 15 % Ni-1 % bis 12 %-Al-Legierungspulver zu verwenden. Es ist möglich, das Mischpulver (Ausgangsmaterialpulver) durch Hinzufügen und Mischen von 0,9 % bis 12 % des reinen Al-Pulvers mit dem Legierungspulver herzustellen.
Zu beachten ist, dass es außerdem möglich ist, Ausgangsmaterialpulver, das 1,0 bis 8,0 Masse-% C zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das hierin verwendete Ausgangsmaterialpulver zu verwenden. Die Zugabe von C kann erreicht werden, indem natürliches Graphitpulver mit dem Ausgangsmaterialpulver gemischt wird, um zum Beispiel die zuvor erwähnte Proportion zu erhalten.
Nachfolgend werden die Gründe für die Beschränkung des jeweiligen Zusammensetzungsanteils in dem Ausgangsmaterialpulver der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
„Gehalt des reinen Al-Pulvers: 0,9 % bis 12 %“
Das reine Al-Pulver wird zu einer flüssigen Phase und reagiert während der Sinterung mit dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und trägt zur Förderung der Sinterung in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver bei. Wenn der Gehalt des reinen Al-Pulvers in Bezug auf das gesamte Mischpulver (Ausgangsmaterialpulver) weniger als 0,9 % beträgt, wird eine Sinterförderungswirkung unzureichend und die gewünschte Härte und Festigkeit der Sinterlegierung kann nicht erhalten werden. Im Gegensatz dazu ist es für den Fall, dass der Gehalt des reinen Al-Pulvers 12 % übersteigt, zwar möglich, den Sinterfähigkeitsverbesserungseffekt zu erwarten, aber in der Textur kommt eine Al-reiche Phase vor und die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert sich, was nicht vorteilhaft ist.
Obgleich nicht besonders beschränkt, kann der Gehalt des reinen Al-Pulvers in Bezug auf das gesamte Mischpulver (Ausgangsmaterialpulver) 3 % bis 10 % betragen oder kann 4,5 % bis 8,5 % betragen.
Es ist zu beachten, dass es möglich ist, als das reine Al-Pulver Pulver zu verwenden, das durch ein Zerstäubungsverfahren hergestellt wird. Da dabei Luft, Stickstoffgas und dergleichen als Fluide im Zerstäubungsverfahren verwendet werden, werden unvermeidliche Verunreinigungen aus den im Sauerstoff und Stickstoff enthaltenen Verunreinigungen, einem in dem Zerstäubungsverfahren verwendeten Ofen und der Al-Zufuhr beigemengt.
Da eine kleine Menge Sauerstoff in dem reinen Al-Pulver zu einer höheren Sinterförderungswirkung führt, wird Al-Pulver, das durch das Zerstäubungsverfahren unter Verwendung von Stickstoffgas hergestellt wird, vorzugsweise eingesetzt. Außerdem ist es möglich, die Sinterfähigkeitsförderungswirkung selbst mit reinem Al-Pulver zu erhalten, das durch das Luftzerstäubungsverfahren erhalten wird, solange es möglich ist, es so zu regulieren, dass es in Abhängigkeit von den Pulverherstellungsbedingungen wenig Sauerstoff enthält. Obgleich es möglich ist, die Sinterförderungswirkung zu erhalten, wenn die Menge an Sauerstoff in dem reinen Al-Pulver 0,2 % oder weniger beträgt, beträgt die Menge an Sauerstoff, die in dem zerstäubten Pulver enthalten ist, vorzugsweise 0,1 % oder weniger.
Der Gehalt von Al, das in dem Pulver enthalten ist, welches als das reine Al-Pulver verwendet werden kann, beträgt 97 % oder mehr bis 100 %.
„Cu-Ni-Al-basiertes Legierungspulver, das C, Ni und Al enthält“
Als ein Beispiel für das Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, ist es möglich, ein Cu-Ni-Al-basiertes Legierungspulver zu verwenden. Das Cu-Ni-Al-basierte Legierungspulver reagiert mit der aus dem reinen Al-Pulver während der Sinterung erzeugten flüssigen Phase, und die Sinterung des Su-Ni-Al-basierten Legierungspulvers wird gefördert.
Die Sinterförderungswirkung nimmt ab und die gewünschte Härte und Festigkeit kann nicht erreicht werden, wenn die Menge an Ni, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, weniger als 1 % beträgt, oder die Sinterförderungswirkung ist gesättigt, wenn Ni derart hinzugefügt wird, dass seine Menge 15 % übersteigt. Da Ni ein teures Element ist, führt eine Zunahme des Ni-Gehalts zu einer Zunahme der Kosten, was nicht vorteilhaft ist.
Obgleich nicht besonders beschränkt, kann der Gehalt an Ni, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, 4 % bis 12 % betragen oder kann 6 % bis 11 % betragen.
Es wird schwierig, die Sinterförderungswirkung zu erzielen, wenn die Menge an Al, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, weniger als 1 % beträgt, oder die gewünschte Festigkeit der Sinterlegierung kann nicht erhalten werden, wenn der Al-Gehalt in Bezug auf das Gesamte weniger als 1,9 % beträgt. Wenn der Gehalt von Al, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, 12 % übersteigt, wird das Legierungspulver hart und die Kompressionsformbarkeit verschlechtert sich, was unvorteilhaft ist. Obgleich nicht besonders beschränkt, kann die Menge an Al, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, 4 % bis 12 % betragen oder kann 6 % bis 11 % betragen. Daher ist es wünschenswert, dass die Menge an Ni, das in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver enthalten ist, innerhalb eines Bereichs von 1 % bis 15 % fällt und dass die Menge an Al innerhalb eines Bereichs von 1 % bis 12 % fällt. Es ist zu beachten, dass es möglich ist, Cu-Ni-Al-basiertes Legierungspulver zu verwenden, das durch das Zerstäubungsverfahren erhalten wird.
Außerdem ist es möglich, Ausgangsmaterialpulver, das 0,1 bis 0,9 Masse-% P zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als Ausgangsmaterialpulver zu verwenden. Für den Fall, dass P dem Ausgangsmaterialpulver hinzugefügt wird, ist es möglich, Cu-P-Legierungspulver und Ni-P-Legierungspulver derart hinzuzufügen, dass der P-Gehalt innerhalb eines Bereiches von 0,1 % bis 0,9 % in Bezug auf das Ausgangsmaterialpulver fällt.
Obgleich nicht besonders beschränkt, kann der P-Gehalt 0,2 % bis 0,6 % betragen oder kann 0,3 % bis 0,5 % betragen.
P weist eine Sinterförderungswirkung in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver auf. Für den Fall, dass die Zugabe in Form des Cu-P- und Ni-P-Legierungspulvers durchgeführt wird, wird Cu-8 % P bei etwa 714°C geschmolzen und wird zu einer flüssigen Phase, Ni-11 % P wird bei etwa 880°C während des Sinterns geschmolzen und wird zu einer flüssigen Phase, und die flüssigen Phasen weisen die Wirkung einer weiteren Verbesserung der Sinterförderungswirkung von reinem Al, das zuvor zu einer flüssigen Phase wurde, auf. Für den Fall, dass P hinzugefügt wird, wird kein Sinterungsförderungseffekt beobachtet, wenn die Menge weniger als 0,1 % beträgt, oder der Sinterförderungseffekt ist gesättigt, wenn die Menge an hinzugefügtem P 0,9 % übersteigt, was nicht vorteilhaft ist.
Es ist außerdem möglich, Ausgangsmaterialpulver, das 0,02 % bis 0,2 %, besonders bevorzugt 0,02 % bis 0,1 % Sinterhilfsmittel aus mindestens einem von Aluminiumfluorid und Calciumfluorid, bezogen auf die Masse, zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als Ausgangsmaterialpulver zu verwenden. Aluminiumfluorid und Calciumfluorid reagieren mit der Al-Oxidbeschichtung, die die Oberfläche des Cu-Al-Pulvers bedeckt, kann diese während des Sinterns entfernen und kann somit den Sinterförderungseffekt verbessern. Allerdings wird der Effekt der Verbesserung der Sinterförderung nicht beobachtet, wenn die Menge an hinzugefügtem Aluminiumfluorid und Calciumfluorid weniger als 0,02 %beträgt. Andererseits ist der Effekt der Sinterförderung gesättigt, und es bestehen Bedenken, dass ein Einfluss von durch Fluoride erzeugtem Gas zunimmt, wenn 0,2 % oder mehr Fluoride hinzugefügt werden, was nicht vorteilhaft ist, und daher ist bevorzugt, keine Fluoride hinzuzufügen oder die Zugabemenge so weit wie möglich zu minimieren.
In der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, Mischpulver, das durch Hinzufügen von mindestens einer Art oder zwei oder mehreren Arten von Pulvern von einem Ni-P-Legierungspulver, einem Cu-P-Legierungspulver, Aluminiumfluoridpulver und Calciumfluoridpulver zusätzlich zu dem Cu-Ni-Al-Legierungspulver und dem reinen Al-Pulver erhalten wird, als das Ausgangsmaterialpulver zu verwenden.
Für den Fall, dass Ni-Pulver zu dem Ausgangsmaterialpulver hinzugefügt wird, ist es möglich, Ni-Pulver oder Ni-11 % P-Pulver derart zu dem Ausgangsmaterialpulver hinzuzufügen, dass die Gesamtmenge zusätzlich zu der Menge an Ni, die in dem Cu-Ni-Al-Legierungspulver enthalten ist, 15 % oder weniger beträgt.
Für den Fall, dass ein Formschmiermittel, wie Zinkstearat-Pulver oder Ethylenbisamid-Pulver, zu dem Ausgangsmaterialpulver hinzugefügt wird, ist es möglich, das Metallformschmiermittel innerhalb eines Bereiches von 1,5 % oder weniger zu dem Ausgangsmaterialpulver hinzuzufügen.
„Herstellungsverfahren“
Beispiele für das Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden später ausführlicher beschrieben. Als ein Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wird ein Mischpulver, das durch Mischen einer notwendigen Menge des reinen Al-Pulvers mit Cu-Ni-Al-basiertem Legierungspulver als Basispulver erhalten wird, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet. Als das Ausgangsmaterialpulver kann Ausgangsmaterialpulver verwendet werden, dem die zuvor erwähnten Additive hinzugefügt worden sind.
Für den Fall, dass der Ni-Gehalt in dem Ausgangsmaterialpulver erhöht wird, ist es möglich, Ni-Pulver hinzuzufügen und zu vermischen. Gleichermaßen ist es für den Fall, dass C enthalten ist, möglich, natürliches Graphitpulver beizumischen. Gleichermaßen ist es für den Fall, dass P enthalten ist, möglich, Cu-P-Legierungspulver oder N-P-Legierungspulver beizumischen. Für den Fall, dass ein Sinterhilfsmittel enthalten ist, ist es möglich, Aluminiumfluoridpulver oder Calciumfluoridpulver beizumischen. Für den Fall, dass die Menge an hinzugefügtem Graphit 4 Masse-% oder weniger beträgt, ist es möglich, ein Schmiermittel in Pulverform, wie Zinkstearat oder Ethylenbisamid, beizumischen.
Für den Fall, dass das Ausgangsmaterialmischpulver hergestellt wird, ist es bevorzugt, Mischpulver mit einer Partikelgröße (D50) von etwa 10 bis 90 µm zu verwenden.
Nach dem Mischen des Pulvers bei vorbestimmten Anteilen unter Erhalt der zuvor erwähnten Bereiche wird das Pulver unter Verwendung einer Mischmaschine, wie einem Mischer vom V-Typ, ausreichend vermischt, wodurch das Ausgangsmaterialpulver erhalten wird.
Es ist möglich, eine Formmetallform mit dem Ausgangsmaterial zu füllen, um ein Formpressverfahren unter einem vorbestimmten Druck durchzuführen und dadurch einen Formartikel zu erhalten. Beispiele für die Form des Formartikels schließen eine Ringform ein.
Als nächstes wird der Formartikel in einem Heizofen untergebracht, in dem eine Atmosphäre eingestellt werden kann, und bei einer vorbestimmten Temperatur in einer vorbestimmten Atmosphäre erwärmt und gesintert. Als Atmosphäre während des Sinterns ist es möglich, eine Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas zu verwenden, die 3 Vol.-% oder mehr, zum Beispiel 5 bis 15 Vol.-%, Wasserstoffgas enthält. Alternativ ist es möglich, eine Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas zu verwenden, in der der Anteil an Wasserstoffgas in dem zersetzten Ammoniakgas durch Verdünnen mit Stickstoffgas auf 3 Vol.-% oder mehr eingestellt ist. Die Sintertemperatur beträgt 880°C bis 1.000°C und beträgt besonders bevorzugt 920°C bis 970°C.
Wenn die Temperatur nach dem Sintern langsam gesenkt wird, ist es wahrscheinlich, dass eine Ni-Al-Verbindungsphase mit einer hohen Härte ausgeschieden wird, und die anfängliche Anpassungsfähigkeit eines Gleitelements verschlechtert sich. Daher ist es bevorzugt, die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Sintern soweit wie möglich zu erhöhen. Die bevorzugte Abkühlungsgeschwindigkeit beträgt 10°C/min oder mehr.
Nach dem Abkühlen wird der Sinterkörper einer Dimensionierung unter einem vorbestimmten Druck unterzogen. In einem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Lagerbauteil 1 aus einer ringförmigen Sinterlegierung mit vorbestimmtem Außendurchmesser, Innendurchmesser und Länge zu erhalten, indem der Sinterkörper nach dem Abkühlen der Dimensionierung unter dem vorbestimmten Druck unterzogen wird.
Das Lagerbauteil 1 aus der Sinterlegierung ist eine Sinterlegierung, die eine Porosität von etwa 10 % bis 20 % aufweist und eine Festigkeit in komprimierter Umgebung, das heißt, eine Festigkeit in der Höhe von etwa 90 bis 310 N/mm², aufweist.
Außerdem ist die zuvor erwähnte Sinterlegierung eine Sinterlegierung, die etwa 2 % bis 15 % Al enthält, 1 % bis 15 % Ni enthält und somit eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, und das Lagerbauteil 1 besitzt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Wenn das Lagerbauteil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als Lager für eine Motorkraftstoffpumpe für einen Motor verwendet wird, tritt daher ein Effekt auf, dass es möglich ist, ein Lagerbauteil 1 mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter Haltbarkeit bereitzustellen, wodurch es für einen langen Zeitraum verwendet werden kann, selbst wenn es in einer Umgebung verwendet wird, in der eine große Menge an Verunreinigungen, wie Schwefel und organische Säuren, in einem flüssigen Kraftstoff, wie Benzin oder Leichtöl, enthalten sind. Gemäß dem Lagerbauteil 1 der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit durch Einstellung der Menge an hinzugefügtem Al, das günstig ist, aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Menge an N, die in der Sinterlegierung enthalten ist, zur Reduzierung der Kosten reduziert wird. Daher tritt der Effekt auf, dass es möglich ist, eine Sinterlegierung, die günstig ist, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit aufweist, bereitzustellen.
Daher weist das zuvor erwähnte Lagerbauteil 1 eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit auf, selbst für Fall, dass es als Lagerbauteil für eine Motorkraftstoffpumpe oder dergleichen eines Motors verwendet wird und das Gleiten einer Welle erfährt, während es einem korrosiven Kraftstoff ausgesetzt ist. Darüber hinaus weist das Lagerbauteil 1 gleichermaßen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit auf, selbst wenn es als Lager für ein Abgasrückführungssystem (AGR), das einem Hochtemperaturabgas ausgesetzt ist, angewandt wird.
Es ist zu beachten, dass, obgleich das ringförmige Lagerbauteil 1 unter Verwendung der zuvor erwähnten Sinterlegierung der vorliegenden Ausführungsform gebildet wird, es selbstverständlich ist, dass die Sinterlegierung der vorliegenden Ausführungsform weit verbreitet auf ein Wellenelement, ein Stabelement, ein Lagerbauteil, eine Platte oder dergleichen, die mit einem Düsenmechanismus oder einem Ventilmechanismus versehen sind, angewandt werden kann.
Es ist selbstverständlich, dass die Sinterlegierung der vorliegenden Ausführungsform als Grundmaterial zusätzlich zur Nutzung als Lagerbauteil für eine Motorkraftstoffpumpe eines Motors für Komponenten verschiedener Mechanismen, die in Umgebungen vorgesehen sind, die korrosiven Fluiden ausgesetzt sind, verwendet werden kann.
Ob eine Sinterlegierung oder ein Sinterkörper aus der Sinterlegierung durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung hergestellt wurde, kann zum Beispiel durch Analysieren der Zusammensetzung und des Abschnitts aus der Sinterlegierung oder des Sinterkörpers aus der Sinterlegierung überprüft werden.
Es ist möglich, anzugeben, dass eine Sinterlegierung oder ein Sinterkörper aus der Sinterlegierung durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung hergestellt wurde, solange die Sinterlegierung eine Zusammensetzung aufweist, die Ni: 1 bis 15 Masse-% und Al: 1,9 bis 15 Masse-% und Reste, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, enthält, ein Anteil, der dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver in dem Abschnitt entspricht, eine Zusammensetzung aufweist, die dem zur Herstellung verwendenden Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver entspricht, zum Beispiel die Zusammensetzung, die 1 % bis 15 % Ni, 1 % bis 12 % Al und Reste, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, enthält, ein Anteil, der der Bindemittelphase entspricht, die von dem reinen Al-Pulver abgeleitet ist, eine Zusammensetzung aufweist, die dem zur Herstellung verwendeten reinen Al-Pulver entspricht, zum Beispiel eine Zusammensetzung, die 15 % oder mehr Al enthält.
Die Zusammensetzung der Sinterlegierung oder des Sinterkörpers aus der Sinterlegierung kann durch ein im Stand der Technik verwendetes Verfahren überprüft werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Zusammensetzung durch ein Emissionsanalyseverfahren mit einem induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasma (ICP-Emissionsanalyseverfahren) oder ein Röntgenfluoreszenzverfahren (XRF) zu überprüfen.
Die Zusammensetzungen eines Anteils, der dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver entspricht, und des Anteils, der der Bindemittelphase entspricht, die von dem reinen Al-Pulver abgeleitet ist, in der Sinterlegierung oder dem Sinterkörper aus der Sinterlegierung kann durch Analyse des Abschnitts durch ein im Stand der Technik verwendetes Verfahren überprüft werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Zusammensetzung durch energiedispersive Röntgenanalyse (EDX, EDS) zu überprüfen.
[Beispiele]
Obgleich Beispiele im Folgenden beschrieben werden, um die vorliegende Erfindung ausführlicher zu beschreiben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Als Ausgangsmaterialpulver wurden -100 Mesh-Legierungspulver aus je einer Cu-5 % Ni-5 %-Al-Legierung, einer Cu-5 % Ni-10 %-Al-Legierung und einer Cu-10 % Ni-10 %-Al-Legierung, -200 Mesh Stickstoffgas-zerstäubtes reines Al-Pulver und Luft-zerstäubtes reines Al-Pulver, Carbonyl-Ni-Pulver, -200 Mesh-Cu-8 % P-Pulver, schuppenartiges -150 Mesh-Graphitpulver und als Sinterhilfsmittel Aluminiumfluorid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10 µm und Calciumfluoridpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 1,5 µm hergestellt.
Unter diesen Pulverarten wurden mehrere der Pulverarten gemischt, um einen vorbestimmten Anteil zu erhalten, der für jedes Beispiel in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt ist, 0,5 % Ethylenbisamid-Pulver wurde ferner hinzugefügt, die Mischung wurde für 20 Minuten unter Verwendung eines Mischers vom V-Typ gemischt, wodurch ein Ausgangsmaterialpulver erhalten wurde.
Das Ausgangsmaterialpulver wurde unter einem Formdruck von 196 bis 686 MPa formgepresst, wodurch ringförmige Pulverpresslinge hergestellt wurden.
Als nächstes wurden diese Pulverpresslinge in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 bis 15 Vol.-% Wasserstoffgas enthält, unter Verwendung eines offenen Ofens vom Siebbandtyp gesintert, wodurch rohrförmige Sintermaterialien erhalten wurden.
Alle Sintermaterialien wurden auf eine Form von Lagerbauteilen mit einem Außendurchmesser von φ 10 mm, einem Innendurchmesser von φ 5 mm und einer Gesamtlänge von 5 mm dimensioniert und dann dem jeweiligen Test unterzogen, welche später beschrieben werden.
In den vorherigen Beispielen wurden Proben, die ohne Hinzufügen von Sinterhilfsmitteln zu dem Ausgangsmaterialpulver erhalten wurden, und Proben, die durch Hinzufügen von Sinterhilfsmitteln zu dem Ausgangsmaterialpulver erhalten wurden, hergestellt, wie in Tabelle 1 dargestellt wird.
Außerdem wurden, wie in Tabelle 1 dargestellt wird, Proben, die durch Mischen von Graphitpulver mit dem Ausgangsmaterialpulver erhalten wurden, Proben, die durch Hinzufügen und Mischen von Aluminiumfluorid (AlF₃)-Pulver und Calciumfluorid (CaF₂)-Pulver als Sinterhilfsmittel mit dem Ausgangsmaterialpulver erhalten wurden, und Proben, die durch Hinzufügen und Mischen von Ni-Pulver mit dem Ausgangsmaterialpulver erhalten wurden, hergestellt.
„Porosität“
Die Porosität wurde gemäß dem Archimedes-Verfahren und dem JIS Z2501: 2000-Testverfahren für Sintermetallmaterialiendichte, Ölgehalt und offene Porosität gemessen.
„Festigkeit in komprimierter Umgebung“
Auf die zuvor erwähnten Lagerbauteile mit der Ringform wurde aus einer radialen Richtung eine Last auferlegt, und die Testlast, wenn die Proben zerbrachen, wurde als Festigkeit in komprimierter Umgebung angesehen. Die Festigkeit in komprimierter Umgebung beträgt vorzugsweise 80 MPa oder mehr.
„Massenänderungsrate im Korrosionstest“
Eine vorbestimmte Menge einer durch RCOOH (R bedeutet ein Wasserstoffatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe) dargestellten Carbonsäure wurde Benzin hinzugefügt, wodurch eine organische Säuretestlösung hergestellt wurde, die als Pseudorohbenzin gelten soll. Die organische Säuretestlösung wurde auf 60°C erwärmt, und die Lager der erfindungsgemäßen Beispielen und der Vergleichsbeispielen wurden in die organische Testlösung für 300 Stunden eingetaucht. Dann wurden die Änderungsraten zwischen den Massen der Lager vor dem Eintauchen in die organische Säuretestlösung und den Massen der Lager nach dem Eintauchen gemessen.
Ergebnisse der obigen Tests sind in den folgenden Tabellen 2 und 4 dargestellt, und die Gesamtzusammensetzungen (Masse-%) des gemischten Ausgangsmaterialpulvers sind in Tabelle 5 dargestellt.

[Tabelle 1]

Lager		Mischzusammensetzung des Ausgangsmaterialpulvers (Masse-%)
Lager		Cu-Ni-Al-Pulver	reines Al-Pulver	Graphitpulver	Sinterhilfsmittel	Ni-Pulver	Cu-P-Pulver	Ni-P-Pulver	Cu-Ni-Pulver	Gesamt
Erfindungsgemäßes Beispiel	1	Cu-5%Ni-5%Al: 87	8	5	0	0	0	0	0	100
	2	Cu-5%Ni-10%Al: 93	2	5	0	0	0	0	0	100
	3	Cu-10%Ni-10%Al: 92	3	5	0	0	0	0	0	100
	4	Cu-5%Ni-5%Al: 83	8	5	0	4	0	0	0	100
	5	Cu-5%Ni-5%Al: 90,9	4	5	AlF₃: 0,05 CaF₂: 0,05	0	0	0	0	100
	6	Cu-5%Ni-5%Al: 91,0	4	5	AlF₃: 0,01 CaF₂: 0,01	0	0	0	0	100
	7	Cu-5%Ni-5%Al: 90,8	4	5	AlF₃: 0,1 CaF₂: 0,1	0	0	0	0	100
	8	Cu-1%Ni-1%Al: 88,3	1	4	0	0,5	Cu-8%P: 6,25	0	0	100
	9	Cu-15%Ni-12%Al: 95	1	4	0	0	0	0	0	100

[Tabelle 1] Fortsetzung

Lager		Mischzusammensetzung des Ausgangsmaterialpulvers (Masse-%)
Lager		Cu-Ni-Al-Pulver	reines Al-Pulver	Graphitpulver	Sinterhilfsmittel	Ni-Pulver	Cu-P-Pulver	Ni-P-Pulver	Cu-Ni-Pulver	Gesamt
Erfindungsgemäßes Beispiel	10	Cu-1%Ni-12%Al: 86, 8	4	3	0	5	Cu-8%P: 1,25	0	0	100
	11	Cu-15%Ni-1%Al: 81,3	12	3	0	0	Cu-8%P: 3,75	0	0	100
	12	Cu-10%Ni-10%Al: 91,6	2	0	0	0	Cu-8%P: 3,75	Ni-11%P: 2,7	0	100
	13	Cu-10%Ni-10%Al: 88,5	2	1	0	0	Cu-8%P: 2	Ni-11%P: 6, 5	0	100
	14	Cu-10%Ni-10%Al: 91	2	7	0	0	0	0	0	100

[Tabelle 2]

Lager		Wasserstoffgaskonzentration in Sinteratmosphäre (%)	Sintertemperatur (°C)	Porosität (%)	Festigkeit in komprimierter Umgebung (N/mm²)	Massenänderungsrate im Korrrosionstest (%)
Erfindungsgemäßes Beispiel	1	13	960	12,0	126	-0,33
	2	13	920	11,3	117	-0,16
	3	13	940	12,3	113	-0,2
	4	13	930	13,3	172	-0,29
	5	13	900	10,8	263	-0,24
	6	13	920	11,2	151	-0,22
	7	13	900	10,8	268	-0,27
	8	8	950	14,5	187	-0,58
	9	10	970	15,8	201	-0,71
	10	5	970	13,5	193	-0,45
	11	15	880	14,2	218	-0,34
	12	3	950	11,8	310	-0,46
	13	10	920	12,5	291	-0,32
	14	10	1.000	19,3	90	-0,53

[Tabelle 3]

Lager		Mischzusammensetzung des Ausgangsmaterialpulvers (Masse-%)
Lager		Cu-Ni-Al-Pulver	reines Al-Pulver	Graphitpulver	Sinterhilfsmittel	Ni-Pulver	Cu-P-Pulver	Ni-P-Pulver	Cu-Ni-Pulver	Gesamt
Vergleichsbeispiel	1	0	12	5	0	0	0	0	Cu-10%Ni: 83	100
	2	0	8	5	0	4	0	0	Cu-10%Ni: 83	100
	3	Cu-10%Ni-0,5%Al: 94,7	0,3	5	0	0	0	0	0	100
	4	Cu-10%Ni-0,5%Al: 75,3	1	5	0	0	18, 8	0	0	100
	5	Cu-0,5%Ni-10%Al: 94	2	4	0	0	0	0	0	100
	6	Cu-5%Ni-14%Al: 92	4	4	0	0	0	0	0	100
	7	Cu-10%Ni-10%Al: 95,5	0,5	4	0	0	0	0	0	100
	8	Cu-10%Ni-2%Al: 81	15	4	0	0	0	0	0	100
	9	Cu-10%Ni-10%Al: 87	4	9	0	0	0	0	0	100

[Tabelle 4]

Lager		Wasserstoffgaskonzentration in Sinteratmosphäre (%)	Sintertemperatur (°C)	Porosität (%)	Festigkeit in komprimierter Umgebung (N/mm² )	Massenänderungsrate im Korrrosionstest (%)
Vergleichsbeispiel	1	13	960	18,6	< 40	-11,2
	2	13	960	18,3	< 40	-7,8
	3	13	920	17,2	< 40	-9,4
	4	10	880	18, 8	< 40	-4,9
	5	13	920	19,8	< 40	-2,3
	6	1	1030	20,7	< 40	-1, 8
	7	8	970	19,3	< 40	-2,5
	8	5	850	15,4	187	-4,7
	9	10	1000	16, 6	< 40	-0,78

[Tabelle 5]

Lager		Gesamtzusammensetzung der Ausgangsmaterialpulvermischung (Masse-%)
Lager		Ni	Al	C	P	AlF₃	CaF₂	Rest	Cu	Gesamt
Erfindungsgemäßes Beispiel	1	4,4	12,4	5	0	0	0	78,30	Rest	100
	2	4,7	11,3	5	0	0	0	79,05	Rest	100
	3	9, 2	12,2	5	0	0	0	73,60	Rest	100
	4	8,2	12,2	5	0	0	0	74,70	Rest	100
	5	4,5	8,5	5	0	0,05	0,05	81, 81	Rest	100
	6	4,5	8,5	5	0	0,01	0,01	81, 88	Rest	100
	7	4,5	8,5	5	0	0,1	0,1	81,72	Rest	100
	8	1,4	1,9	4	0,5	0	0	92,20	Rest	100
	9	14,3	12,4	4	0	0	0	69,35	Rest	100
	10	5,9	14,4	3	0,1	0	0	76, 61	Rest	100
	11	12,2	12,8	3	0,3	0	0	71,65	Rest	100
	12	9, 2	11,2	0	0,6	0	0	78, 97	Rest	100
	13	14,6	10, 9	1	0,9	0	0	72,64	Rest	100
	14	9,1	11,1	7	0	0	0	72,8	Rest	100
Vergleichsbeispiel	1	0,8	12,0	5	0	0	0	82,17	Rest	100
	2	4, 8	8, 8	5	0	0	0	81,34	Rest	100
	3	9, 5	0, 8	5	0	0	0	84,78	Rest	100
	4	7,6	0,7	5	1,5	0	0	85,19	Rest	100
	5	0,5	11,4	4	0	0	0	84,13	Rest	100
	6	0,1	16, 9	4	0	0	0	79,02	Rest	100
	7	9, 6	10,1	4	0	0	0	76,40	Rest	100
	8	8, 1	16, 6	4	0	0	0	71,28	Rest	100
	9	8,7	12,7	9	0	0	0	69,6	Rest	100

Gemäß den in Tabelle 1 bis 5 beschriebenen Ergebnissen war es möglich, sicherzustellen, dass die Sinterung gefördert werden konnte und Sinterlegierungen mit einer hohen Festigkeit in komprimierter Umgebung und ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit erhalten werden konnten, indem reines Al-Pulver mit Cu-Ni-Al-Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthielt, gemischt wurde, um Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-% und Al: 1,9 bis 15 Masse-% und Resten, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, zu erhalten, und Grünlinge unter Verwendung des Ausgangsmaterialpulvers in der Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 bis 15 Vol.-% Wasserstoffgas enthielt, gesintert wurden.
Andererseits wies die Probe, unter Verwendung des Ausgangsmaterialpulvers, das durch Hinzufügen von Graphitpulver und Cu-Ni-Pulver zu reinem Al-Pulver ohne Verwendung von Cu-Ni-Al-Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthielt, erhalten wurde, eine unzureichende Festigkeit in komprimierter Umgebung auf und wies außerdem eine hohe Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest auf, wie in Vergleichsbeispiel 1 gezeigt wird, dargestellt in den Tabellen 3 und 4. Die Probe unter Verwendung des Ausgangsmaterialpulvers, das durch Hinzufügen von Graphitpulver, Ni-Pulver und Cu-Ni-Pulver zu reinem Al-Pulver ohne Verwendung von Cu-Ni-Al-Legierungspulver wie im Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde, wies eine unzureichende Festigkeit in komprimierter Umgebung auf und wies außerdem eine hohe Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest auf.
Vergleichsbeispiel 3 war eine Probe, in der der Al-Gehalt in den Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver gering war und die Menge des beigemischten reinen Al-Pulvers klein war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung unzureichend war und die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest aufgrund des geringen Al-Gehalts im gesamten Mischausgangsmaterialpulver außerdem hoch war.
Vergleichsbeispiel 4 war eine Probe, in der der Al-Gehalt in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver gering war, der Al-Gehalt im gesamten Mischausgangsmaterialpulver gering war und eine große Menge an P enthalten war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung unzureichend war und die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest hoch war.
Vergleichsbeispiel 5 war eine Probe, in der Ni-Gehalt in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver gering war und der Ni-Gehalt im Mischausgangsmaterialpulver gering war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung unzureichend war und die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest ebenso leicht hoch war.
Vergleichsbeispiel 6 war eine Probe, in der Al-Gehalt in dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver gering war, die unter Bedingungen hergestellt wurde, unter denen die Wasserstoffmenge in der Sinteratmosphäre klein war und die Sintertemperatur hoch war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung unzureichend war und die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest ebenso leicht hoch war.
Vergleichsbeispiel 7 war eine Probe, in der die Menge an beigemischtem reinen Al-Pulver klein war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung unzureichend war und auch die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest leicht hoch war.
Vergleichsbeispiel 8 war eine Probe, in der die Menge an beigemischtem puren Al-Pulver groß war, die Festigkeit in komprimierter Umgebung ausgezeichnet war, während die Gewichtsänderungsrate im Korrosionstest hoch war.
Vergleichsbeispiel 9 war eine Probe, in der die Menge an beigemischtem Graphitpulver groß war und die Festigkeit in komprimierter Umgebung vermindert war.
Wie aus dem Vergleich zwischen den Beispielen und Vergleichsbeispielen ersichtlich wird, war es möglich, sicherzustellen, dass eine Sinterlegierung mit einer hohen Festigkeit in komprimierter Umgebung und einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit erhalten werden konnte, indem reines Al-Pulver zu Cu-Ni-Al-basiertem Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthielt, hinzugefügt wurde und dieselben gemischt wurden, um ein Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-% und Al: 1,9 bis 15 Masse-% und Resten, bestehend aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen, herzustellen, und ein Grünling aus dem Ausgangsmaterialpulver in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthielt, gesintert wurde.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Das reine Al-Pulver wird während des Sinterns zu einer flüssigen Phase, reagiert mit dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und fördert die Sinterung in dem Cu-Ni-Al-basierten Ausgangsmaterialpulver, das Cu, Ni und Al enthält. Somit ist es möglich, eine Sinterlegierung mit einer hohen Festigkeit in komprimierter Umgebung und ausgezeichneten Abriebbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Lagerbauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019223927 [0002]
JP 2006199977 A [0007]
JP 2013217493 A [0007]
JP 2015227500 A [0007]
JP 2016125079 A [0007]
JP 2004068074 A [0007]
JP 2006063398 A [0007]
JP 20150784323 A [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Hinzufügen einer vorbestimmten Menge eines reinen Al-Pulvers zu einem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und Mischen derselben, um ein Ausgangsmaterialpulver mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Ni: 1 bis 15 Masse-%, Al: 1,9 bis 15 Masse-% und einem Cu-Rest, der unvermeidliche Verunreinigungen enthält, herzustellen, Verdichten des Ausgangsmaterialpulvers, um einen Grünling zu bilden, und Sintern des Grünlings in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas, die 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß Anspruch 1, worin der Schritt zum Sintern in einer Atmosphäre aus einem Mischgas aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas durchgeführt wird, wobei das Mischgas 3 Vol.-% oder mehr Wasserstoffgas enthält und durch Verdünnen eines zersetzten Ammoniakgases aus Wasserstoffgas und Stickstoffgas mit Stickstoffgas erhalten wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin ein Mischpulver, das das Cu-Ni-Al-basierte Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und das reine Al-Pulver derart enthält, dass ein Gehalt des reinen Al-Pulvers 0,9 bis 12 Masse-% beträgt, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin ein Mischpulver, das Cu-1 % bis 15 % Ni-1 % bis 18 % Al-Legierungspulver und 0,9 % bis 12 % des reinen Al-Pulvers, bezogen auf die Masse, enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein Ausgangsmaterialpulver, das 1,0 % bis 8,0 % Graphit, bezogen auf die Masse, zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin ein Ausgangsmaterialpulver, das 0,1 % bis 0,9 % P, bezogen auf die Masse, zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin ein Ausgangsmaterialpulver, das 0,02 % bis 0,2 % eines Sinterhilfsmittels aus mindestens einem von Aluminiumfluorid und Calciumfluorid, bezogen auf die Masse, zusätzlich zu der Zusammensetzung enthält, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cu-Ni-Al-basierten Sinterlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin ein Ausgangsmaterialpulver, dem mindestens eine Art oder zwei oder mehr Arten von Pulvern unter einem Ni-Pulver, einem Cu-P-Legierungspulver, einem Ni-P-Legierungspulver und einem Graphitpulver zusätzlich zu dem Cu-Ni-Al-basierten Legierungspulver, das Cu, Ni und Al enthält, und dem reinen Al-Pulver hinzugefügt sind, als das Ausgangsmaterialpulver verwendet wird.