JPH05279772A - 耐摩耗性摺動合金、摺動部材およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性摺動合金、摺動部材およびその製造方法Info
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Abstract
耐食性に優れる銅基合金を提供する。 【構成】 銅基合金が、重量でZn10〜35%、Pb
2〜20%、Ni1〜10%、B0.1〜1%を含み、
場合によりSn:0.5〜10%を含む該銅基合金を鋼
裏金に接合積層させて使用可能。 製造方法:Cu−ZnまたはCu−Zn−Sn合金粉に
Pb粉およびNi−B合金粉を混合し、焼結する。Cu
−Zn−PbまたはCu−Zn−Sn−Pb合金粉を使
用可能。 【効果】 黄銅中に適量のPbとNi−B化合物を分散
させることにより、耐焼付性、耐食性が向上した。
Description
合金で形成された摺動部材およびその製造方法に関する
ものである。さらに詳しく言えば、本発明は、自動車、
船舶、航空機、一般産業機械などにおいて、過酷な摺動
条件下で使用されるブッシュやワッシャー等、例えばタ
ーボチャージャーのフローティング・ベアリングやスラ
スト・ベアリングに好適に使用される耐摩耗性摺動合
金、摺動部材およびその製造方法に係わる。
料として、例えば鉛青銅系合金(JIS H511
5)や、快削黄銅係合金(JIS H3250)など
が使用されている。
材料の使用条件が機関の高速化、高温化などにより、従
来に比して一層過酷化している。そのため、前記従来材
料である鉛青銅系合金については劣化オイルに対する耐
食性が、また快削黄銅係合金では耐焼付性、耐摩耗性が
それぞれ問題になってきている。特に、内燃機関に装着
されるターボチャージャーの軸受として使用される前記
フローティング・ベアリングやスラスト・ベアリング
は、タービンから伝達される熱によって、軸受が従来よ
りさらに高温に曝される傾向にある。鉛青銅系合金の場
合、この熱影響により潤滑油中の硫黄が軸受合金中の銅
と反応して硫化銅を形成し、軸受表面における該硫化銅
を主成分とする黒化層の成長により使用中に表面層の摩
耗剥離が生じる問題がある。一方、快削黄銅系合金につ
いては、この黒化腐食現象は生じないものの、自己潤滑
性を有するPbの添加量が少ないことにも起因して、境
界潤滑時に焼付を生じることがある。
れたものであり、ターボチャージャーにおける使用で代
表される高速化、高温化した厳しい使用条件下において
も優れた耐焼付性、耐摩耗性、耐腐食性を有する摺動用
合金を得ることをその目的とする。
腐食性に優れるCu−Zn合金をマトリックスとし、該
マトリックス中に、その添加量が従来の快削黄銅系合金
よりも大幅に増加せしめられた自己潤滑性に優れるPb
を分散させるとともに、耐摩耗性に優れるNi−B化合
物を含有せしめた合金が提供される。本発明の第一の側
面によれば、重量で、Zn:10〜35%、Pb:2〜
20%、Ni:1〜10%、B(硼素):0.1〜1
%、残部:Cuおよび不可避不純物から成る耐摩耗性摺
動合金が提供される。この合金成分に加えて、合金強化
のためにSn0.5〜10重量%を添加することが効果
的である。本発明の第二の側面によれば、前記合金で形
成された摺動層が、鋼裏金または銅めっき付鋼裏金の表
面に一体に積層された構造体としての耐摩耗性摺動部材
が提供される。本発明の第三の側面によれば、前記合金
で形成された摺動材料の製造方法であって、Cu−Zn
合金粉末またはCu−Zn−Sn合金粉末に対して、P
b粉末およびNi−B合金粉末を混合し、これを所定形
状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結する各段階から
成る、焼結法による耐摩耗性摺動材料の製造方法が提供
される。あるいはまた、Cu−Zn−Pb合金粉末また
はCu−Zn−Pb合金粉末に対してNi−B合金粉末
を混合し、同様な方法で耐摩耗性摺動材料を製造するこ
ともできる。この製造方法の一態様として、前記耐摩耗
性摺動部材は、Cu−Zn合金粉末またはCu−Zn−
Sn合金粉末に対して、Pb粉末およびNi−B合金粉
末を混合し、これを鋼裏金または銅めっき付鋼裏金の表
面に層状に載置し、全体を加熱して混合粉末を焼結し、
次いで裏金に一体化された焼結層に圧延加圧を施すこと
によって製造される。あるいはまた、Cu−Zn−Pb
合金粉末またはCu−Zn−Sn−Pb合金粉末に対し
てNi−B合金粉末を混合し、同様な方法で耐摩耗性摺
動部材を製造することもできる。
説明する。 (1) Zn:10〜35重量% ZnはCuと固溶体を形成してマトリックスを強化し、
合金の耐摩耗性を向上させる。Znはまた、劣化油に対
する耐食性を付与する。その添加量が10%未満では、
前記特性への寄与が十分でなく、35%を超えると合金
が脆化し、また添加されるPbの偏析が生じ易くなる。 (2) Pb:2〜20重量% Pbは軟質成分として自己潤滑性を有し、また親油性が
あるため耐焼付性に効果を発揮する。2%未満ではそれ
らの効果が十分でなく、20%を超えると合金の強度が
低下し、また合金中のPb自身の均一分散が困難にな
る。 (3) Ni:1〜10重量% Niは、その大部分が後述のB(硼素)と化合物を形成
する。Ni−B化合物はビッカース(VH)1000以
上の硬さを有し、合金中に分散して耐摩耗性を向上させ
る。1%未満では耐摩耗性向上には効果がなく、10%
を超えると合金が脆化し、また相手摺動部材に摩耗を生
じさせる。 (4) B:0.1〜1% B(硼素)は、前述のようにNiとの間でNi−B化合
物を形成して耐摩耗性を向上させる。その含有量はNi
とBの構成比により決定され、Ni対Bの重量比で1:
0.1の割合の時に耐摩耗性に有効なNi−B化合物が
形成される。故に、前記Ni量との兼ね合いでB添加量
が0.1未満では耐摩耗性が十分でなく、1%を超えて
添加してもNi−Bの化合物以外に遊離Bが増加するだ
けであって、それ以上の耐摩耗性の向上を望むことはで
きない。 (5) Sn:0.5〜10% SnはZnとともにCuと固溶体を形成してマトリック
スを強化し、耐摩耗性を向上させる。0.5%未満では
その効果は十分でなく、10%を超えるとα相以外にδ
相などを生じて合金が脆化するのみならず、添加Pbの
分散が不均一となる。
b粉およびNi−B合金粉により、表1に示される全体
組成となるように粉末を混合し、金型中で4トン/cm2
の圧力にて外径30mmの円柱状圧粉体を成形した。次
に、これらを水素雰囲気中、温度800〜900℃にて
30分間焼結し、更に緻密化と形状矯正を計るためにこ
れらの焼結体に対して4トン/cm2 の圧力で金型中にて
再圧縮を行い、本発明例試料No. 1〜No. 5を得た。な
お、Cu−Zn合金粉の含有Zn量は、試料1、3、
5、6では20%、試料4では12.5%である。ま
た、試料2におけるCu−Zn−Sn合金粉の含有Zn
量は13%、含有Sn量は10.7%である(数字はい
ずれも重量%)。また、使用粉末構成は異なるが上記と
同一の方法により比較例試料No. 9〜No. 10を得た。
試料No. 9、10において使用したCu−Zn合金粉の
含有Zn量は20%である(重量%)。なお、上記の方
法で得られた摺動材料を焼結ソリッドと呼ぶ(表1構造
欄に表示)。
に混合された表1に示す組成の合金粉を所定層厚となる
ように均一に散布(載せること)し、それらを水素雰囲
気中、温度800〜900℃にて10〜30分間焼結し
た。これらの焼結複合体を圧延機のロール間に挿通せし
めて焼結層の緻密化圧延を行い、更に2次焼結(焼結条
件は上記1次焼結と同じである)を行なって、本発明例
試料No.6および比較例試料No. 11を得た。得られた
複合体の寸法は、総厚2.2mm、焼結合金層の厚さ0.
6mmであった。なお、この方法で得られた摺動材料を焼
結バイメタルと呼ぶ(表1構造欄に表示)。表1中の試
料No. 1〜No. 6は本発明例としての耐摩耗性摺動材料
である。試料No. 7〜No. 11は比較例材料であり、ま
たそれらのうち試料No. 7およびNo. 8は従来の耐摩耗
性鋳造材料であって、これを鋳造ソリッドと呼ぶ(表1
構造欄に表示)。
1の材料に対して加工を行い、スラスト摺動部外径25
mm、内径21.7mmの試験片を作製し、鈴木式試験機を
用いて各材料の耐焼付性比較を行った。この試験条件を
表2に示す。30分ごとに50kgf /cm2 づつ累積的に
荷重を500kgf /cm2 まで増加させ、各試験片の焼付
が発生した面圧にて表した試験結果を図1に示す。図1
から、比較例材料に比べて本発明例材料は、より高面圧
まで焼付の生じないことが判る。また、本発明例の耐食
性を確認するためにNo. 1〜No. 5(本発明例)および
No. 7〜No. 8(比較例)を温度130℃のSAE15
W−40オイル中に1000時間浸漬後、各試験片の重
量減を測定した。その試験結果を図2に示す。本発明例
は、比較例No. 8(鉛青銅合金)と比べて耐食性が優れ
ており、また本来良好な耐食性を有する比較例No. 7
(快削黄銅合金)と比べても耐食性が劣らないことが判
る。
中に適量のPbとNi−B化合物とを分散させたことに
より耐焼付性と耐食性との両特性に優れ、ターボチャー
ジャーのフローティングベアリングやスラストベアリン
グに代表される高速化、高温化した過酷な条件に適用さ
れる摺動合金として大いに期待される。
Claims (7)
- 【請求項1】 重量で、Zn:10〜35%、Pb:2
〜20%、Ni:1〜10%、B(硼素):0.1〜1
%、残部:Cuおよび不可避不純物から成る耐摩耗性摺
動合金。 - 【請求項2】 請求項1に記載された合金成分に加え
て、さらにSn:0.5〜10重量%を含む耐摩耗性摺
動合金。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載された合
金で形成された摺動層が、鋼裏金または銅めっき付鋼裏
金の表面に一体に積層された構造体である耐摩耗性摺動
部材。 - 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載された合
金で形成された摺動材料の製造方法であって、Cu−Z
n合金粉末またはCu−Zn−Sn合金粉末に対して、
Pb粉末およびNi−B合金粉末を混合し、これを所定
形状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結する、以上の
各段階を含む耐摩耗性摺動材料の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1または請求項2に記載された合
金で形成された摺動材料の製造方法であって、Cu−Z
n−Pb合金粉末またはCu−Zn−Sn−Pb合金粉
末に対して、Ni−B合金粉末を混合し、これを所定形
状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結する、以上の各
段階を含む耐摩耗性摺動材料の製造方法。 - 【請求項6】 請求項3に記載された摺動部材の製造方
法であって、Cu−Zn合金粉末またはCu−Zn−S
n合金粉末に対して、Pb粉末およびNi−B合金粉末
を混合し、これを鋼裏金または銅めっき付鋼裏金の表面
に層状に載置し、全体を加熱して混合粉末を焼結し、次
いで裏金に一体化された焼結層に圧延加工を施す、以上
の各段階を含む耐摩耗性摺動部材の製造方法。 - 【請求項7】 請求項3に記載された摺動部材の製造方
法であって、Cu−Zn−Pb合金粉末またはCu−Z
n−Sn−Pb合金粉末に対して、Ni−B合金粉末を
混合し、これを鋼裏金または銅めっき付鋼裏金の表面に
層状に載置し、全体を加熱して混合粉末を焼結し、次い
で裏金に一体化された焼結層に圧延加工を施す、以上の
各段階を含む耐摩耗性摺動部材の製造方法。
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