JPS5853044B2 - 多層摺動材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多層摺動材料の製造方法に関する。

本発明者は、先に、多層摺動材料及びその製造方法につ
いて研究開発を行い、米国特許第４１２１９２８号、米
国特許第４１８９５２２号、日本国特公昭５５−２４４
１号の各特許明細書がこれについて開示している。

これら先願発明が開示する多層摺動材料の製造方法を要
約すると、次の通りである。

即ち、粉末を鋼帯上に供給し、圧延した後、これを焼結
する多層摺動材料の製造方法と、上記の如くして製造さ
れた材料に更に圧延工程及び熱処理工程を必要回数だけ
繰り返す多層摺動材料の製造方法である。

上記した粉末の成分は、Ａｔを主成分とし、添加物とし
てＰ ｂ ｓ Ｓ ｎなどの低融点金属潤滑剤と、金属
硫化物、金属酸化物、金属弗化物などの固体潤滑剤とか
らなる群から選択された少なくとも１種を２〜４０重量
俤含有してなるものである。

この粉末は、また、必要に応じて添加物としてＣｕ ｂ
Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ％ＺｎなどＡｔの強度を上昇させる成
分の１種または２種以上を総計で０．１〜１５重量多添
加することができる。

上記した先願発明の多層摺動材料の製法において、圧延
工程を施すときに、該材料の摺動層側（即ち、鋼帯上の
合金層側）が圧延機のロール表面に焼き付きを生じやす
いという欠点が見出された。

製造時間が長くなると、圧延機のロールと多層摺動材料
との摩擦及び塑性変形にともなって発生する熱のために
、ロールの温度が自然に上昇し、やがては上記した焼き
付きが生ずるに到り、それ以上生産の続行が不可能とな
るという欠点があった。

更に、圧延加工のときの温度が上昇すると、粉末に添加
したもののうち、特に低融点金属潤滑剤が糸状に伸びや
すくなり、このような組織をもった多層摺動材料は耐摩
耗性が劣り、低融点金属潤滑剤層に沿って層状ハクリを
生じやすくなるという欠点があった。

本発明の目的は、上記した先願発明の欠点を除去するこ
との出来る多層摺動材料の製造方法を提供することであ
る。

本発明の次の目的は、前記圧延工程の直前に、材料を室
内温度（周囲温度）以下で室内温度から１５℃下回るま
での温度範囲に強制的に冷却することにより、多層摺動
材料の合金属側が圧延機のロール表面に焼き付くのを阻
止する多層摺動材料の製造方法を提供することである。

以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると本発明の実施例である多層摺動材料
の製造方法を示すプラント原理図が掲載されている。

アンコイラ−（供給源）Ａには鋼帯１がコイル状に装着
保持されている。

この鋼帯１の組成は、通常低炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ３１
４１ＳＰＣＥ）であるが、その表面にＮｌ １Ｃｕなと
のメッキを施すこともできる。

鋼帯１はアンコイラ−Ａから巻きほぐされてトリクレン
蒸気の溶剤を用いた脱脂槽２を通過するように導かれ、
その表面の汚れを除去される。

次に鋼帯１はワイヤーブラシ３に到り、ブラシ３によっ
て接着されるべき鋼帯１の表面が研摩されるようになっ
ている。

これらの前処理を終了した鋼帯１には、第１層（境界層
または接着層）用粉末（表１参照）４が第１容器５から
散布される。

次いで、その上に第２層（合金層）用粉末（第１参照）
６が第２容器７から散布される。

散布量は、完成バイメタル時で第１層が０．０１〜０．
２５ｍｍ、第２層が０．１５〜１．５ｍｍの範囲になる
ように適用目的に応じて選択される。

これらの散布が完了すると鋼帯１は、本発明の必須の工
程である冷却装置８に導びかれ、表２の実験煮３に示す
ように室温以下で室温から１５℃を下回るまでの温度範
囲に強制的に冷却される。

この強制的冷却方法はいろいろあるので抜根詳述する。

強制的に冷却された鋼帯１は、１次圧延機９のロール間
に送給され、散布した粉末の平均密度が理論密度の９０
％以上になるまで圧下されて接着される。

このとき、第２層（合金属）表面は金属色を呈している
。

このように圧延接合した材料を焼結炉１０に通して２８
０℃〜５２０℃の温度範囲で焼結させる。

このときの雰囲気は、通常、大気中で行なうが、中性ガ
ス、還元ガスを使用することもできる。

適正焼結温度は成分および焼結時間によって相違する。

通常、焼結時間を短かくすれば焼結温度を高くする必要
があるが、５２０℃を越えると鋼帯１または鋼帯１の表
面に設けられたメッキ層と粉末とが反応して脆い金属間
化合物を形成する。

したがって、幾多の試行錯誤の実験結果によれば、実質
的加熱時間を３０〜４０分と設定したとすると、温度は
４７０〜５００℃にセットする必要があることがわかっ
た。

なお、加熱時間をさらに短縮したいとき、すなわち加熱
時間を急速にするために高周波加熱などの手段は有効で
ある。

なお、以下に述べる工程は、用途に応じて、または必要
に応じて行なわれるものである。

すなわち、焼結処理の済んだ鋼帯１は、冷却ゾーンＢを
通過させられる。

冷却ゾーンＢで室温以下に冷却されない場合は、さらに
冷却装置１１に導びかれ、室温以下で室温から１５℃を
下回るまでの温度範囲に強制的に冷却される。

冷却された鋼帯１は、２次圧延機１２のロール間に送給
され、所定寸法に仕上げられる。

このようにしてできあがった三層軸受材料１３は、コイ
ラーＣに巻きとられ、さらに焼結炉１４で２８０〜５２
０℃の範囲で焼鈍される。

この適正焼鈍温度も成分および焼鈍時間の関数であるが
、通常、３７０℃〜４４０℃で４〜７時間が望ましい。

なお、前記焼鈍炉１４０代わりに、図示を省略した連続
的焼鈍炉または雰囲気ガスを使用した連続的焼鈍炉を使
用することも可能である。

さて、上記実施例においては、具体的に限定記述したが
、本発明はこれらの限定記述にのみ依存する必要のない
ものである。

本発明の製造工程に関する実施例の配慮すべき点と結果
、効果などを以下に詳述する。

（１）本発明の製造方法で使用する粉末の成分について
、具体的には境界層、合金属、第１，２合金層などに使
用する粉末の成分、成分量などは先願発明材料と同一で
あることは言うまでもない。

（２）冷却装置８および１１はＡＡ粉末層がライニング
された鋼帯１を室温以下で室温から１５℃を下回るまで
の温度範囲に強制的に冷却するものであることは前述し
た。

季節および切削程度にもよるが、特に、ワイヤーブラシ
３による発熱で鋼帯１の温度は２５〜４０℃、時には６
０〜８０℃まで上昇してしまうことがある。

これらの温度が高げれば高いほど、散布した粉末は圧延
機９のロールへの焼きつきが早い時点で生じてしまうた
め、いずれにしても、強制的な冷却の必要が生ずる。

冷却する方法は、クーラーなどの冷凍器、エアージェッ
ト方式、チラーにより冷却されたウォーター・ジャケッ
ト方式、金属接触、液体窒素、ドライアイスなどいろい
ろ考えられるが、冷却する前の鋼帯１の温度、鋼帯１の
連続移動速度などによっても必要冷却能力が異なり、ま
た特に冷却装置８の場合は、粉末が緻密化されていない
ため、粉末に振動を与えないよう細心の注意を払うべき
であろう。

実用的には冷凍器の使用が便利であろう。

逆に、あまり冷却しすぎると、鋼帯１が冷却装置８，１
１を通過した時点で大気中の水分が鋼帯１に結露し、粉
末層に悪影丘をおよぼすため、設定温度は大気温度との
差、大気温度を考慮して決定する必要がある。

しかし、いずれにしても室温を１５℃を越えて下回る温
度は好ましくない。

（３）本発明の目的からいえば、鋼帯１を冷却する以外
に、圧延機９，１２０圧延ロールを強制的に冷却するこ
とも効果がある。

圧延ロールの冷却には、スポット・クーラー、水冷など
の方法がある。

さらに、夏季には、圧延ロールの潤滑油を冷疎密なとで
冷却するといった方法も均一潤滑の効効果が生ずる。

（４）焼き付きの状況は、１次圧延（１次圧延機９）と
２次圧延（２次圧延機１２）とで異なっている。

すなわち、１次圧延（１次圧延機９）では、通常、ロー
ル潤滑油を用いるが、潤滑油を用いるが、潤滑油の供給
量の調整がむずかしく、少なすぎると焼き付きを生じ、
多すぎると油が粉体の内部に浸透してしまい、また少な
すぎるとロールとの間に焼き付きが生じる。

そこで、焼き付きが生じない程度で、できるだけ少ない
量に調整するが、ロール間に供給される材料の温度が高
いと潤滑油の粘度が低下して焼き付きが発生しやすくな
る。

表２は１次圧延前の材料温度と焼き付きの度合いを記し
たものであるが、室温２２〜２５℃における１次圧延前
の材料温度は１８℃〜２２℃が望ましい。

１次圧延機９のロール間を温過してきた材料の温度は、
摩擦熱による発熱や、ロール間の圧下率によっても異な
るが、通、常、ロール間への投入前の材料温度に比べて
３〜２５℃上昇する。

２次圧延（２次圧延機１２）に潤滑油を用いると、１次
焼結（１次焼結炉１０）後のポーラス（多孔質）都に潤
滑油が浸入し、２次圧延（２次圧延機１２）効果が損な
われるため、通常、潤滑油を使用しない。

そこで、黒鉛粉末のごとき固体潤滑剤を用いるが、この
場合も、やはりはりロール間に供給される材料の温度が
高いと焼き付きを生じやすくなる。

表３は２次圧延前の材料温度と焼き付きの度合を記した
ものであるが、室温１９〜２０℃における２次圧延前の
材料温度は８℃〜２０℃が望ましい。

２次圧延機１２のロール間を通過してきた材料温度は摩
擦熱により発熱し、その材料温度はロール間の圧下率に
よっても異なるが、通常、ロール間への投入前の材料温
度に比べて１１〜３６℃上昇する。

（５）参考図１は、圧延工程前に材料を強制的に冷却し
ない場合、材料がロール表面に焼き付きを生じた外観写
真（符号Ｓは焼付都）をつし、参考図２は焼き付きを生
じた材料表面の外観写真、第２図は本発明の方法（第１
図の製造工程参照）により製造した多層摺動材料の１０
０倍の倍率で撮影した代表的な光学的顕微鏡組織写真で
ある。

第２図において、１は鋼帯、４１は境界層、６１は合金
層である。

第５図は、また、本発明の方法により製造された多層摺
動材料の組織模型図であるが、二層の合金層６１，６２
を有するものである。

第２図におげろ層４Ｌ ６１の成分は表１゜４に示しで
ある。

第５図における合金層６１はＰｂ１Ｏ多、Ａｔ残部でな
り、合金層６２はＰｂ３０φ、Ａｔ残部でなるものであ
る。

第２゜５図を参照して、低融点金属潤滑剤の相が糸状に
流れておらず、短塊状であることが判るであろう。

第３，４図は圧延機９，１２のロールとの焼き付きを生
じた本出願人の先願発明の場合における多層摺動材料の
１００倍の代表的な光学的顕微鏡組織写真である。

低融点金属潤滑剤の相が糸状に流動しており、合金層６
１の表面に凹凸があるのがよくろかる。

なお、参考図２と第２図ないし第４図の多層摺動材料に
おける各層の成分は、表４に示されている。

なお、前記特許請求の範囲第１項および第２項に記載に
おけるＡ７層（粉末層）を１，２層の２層又は１，２．
３層の３層の複合層とする理由に九次のとおりである。

（ω １，２層の場合二 例えば、鋼裏金層子弟１層すなわち境界層（接着層）子
弟２層つまり合金層からなるスベリ軸受（回転軸支用）
として使用中、万一合金層が摩耗しても、その下側の境
界層でもって軸支することができ、焼付き等を防ぐこと
ができる。

即ち、境界層がないと軸が直接剛体の鋼裏金層（非潤滑
層）と相接触して焼付き等の原因となる。

したがって少なくとも１，２層の複合層が必要となる。

そして、前記潤滑剤添加物の含有量が、最上層である第
１層から境界層（接着部）に行くにしたがって、少なく
されているから、添加金属の量が表面の合金層より少な
いことにより鋼裏金層と境界層（接着層）との接着強度
は鋼裏金と合金層が直接接着されるよりはすこぶる強固
なものとなるという効果を有する。

このようにして、潤滑の役目を果すＰ ｂｓ Ｓ ｎな
どの含有量を表面の合金層に於てこれらを全く含有しな
いか又は少量含有する第１層（接着層）よりも多くしで
あることにより、軸受効果も艮幼であり、また添カロ剤
の少い第１層（接着層）を介して軸受台金層が裏金と一
体化して接着されていることにより接着強度にも優れて
いるという利点をも有する。

（第１，２図参照） （ｂ） Ｌ ２，３層の場合二 例えば、鋼裏金層子弟１層つまり境界層（接着層）子弟
２層（第１合金層）子弟３層（第２合金層）からなる構
造のスベリ軸受（回転軸支用）として使用すれば、最上
層にある第２合金層中には最も多くの前記潤滑剤添加物
が含有されているから、潤滑作用は極めて良好となる。

そして、万が一長期使用において最上層である第３層、
即ち第２合金層が摩耗しても、その直下の層である第２
層つまり第１合金層、さらには最下の第１層つまり境界
層（接着層）というように上層が摩滅しても潤滑作用を
ある程度受持つ役目を果たす効果を有する。

第１層を添加剤が最も少い接着層として鋼裏面との接着
強度を高めこの接着層を介して、第＊２層（第１合金層
）、第３層（第２合金層）の順に添加成分の多い層を遂
次一体に形成している理由については、前記２層構造の
場合と同様なので説明を反復しない。

（ＡＡ層の３層構造については第５図を参照のこと） 以上の説明で明らかなごとく、前記先願発明の製造工程
における圧延工程の直前に、さらに室温以下で室温から
１５℃まで下回る温度範囲内に強制的に冷却を行なう工
程を新たに備えたから、次のごとき効果が得られた。

α）１次圧延（１次圧延機９）において、材料のロール
への焼き付きがなくなり、さらにロール表面の潤滑油膜
が均一に保持される。

（２）２次圧延（２次圧延機１２）において、材料のロ
ールへの焼き付きがなくなり、特に材料の端部のムシレ
が少なくなる。

（３）光学的顕微鏡組織上、Ｐｂ、Ｓｎなどの低融点金
属潤滑剤の伸びが少なく、短塊状となり、軸受台金の疲
労強度が向上する。

（４）疲労強度の上昇とともに、低融点金属潤滑剤の含
有量を多くすることができるため、さら、に高速回転用
のスベリ軸受として新たに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全実施例を説明するための工程図、第
２図は本発明方法により製造され一多層摺動材料の長手
方向に平行に切断した断面 代表的な１００倍の光学顕
微鏡にょる金 真、第３図および第４図は先願発
明方法により製造された多層摺動材料の長手方向に平行
に切断した断面の１００倍の代表的な光学顕微鏡による
金属組織写真、第５図は本発明の実施例による材料の金
属組織模型図である。 図中１は鋼帯、２は脱脂槽、３はワイヤーブラシ、４は
第１層用粉末、５は第１容器、６は第２層用粉末、７は
第２容器、８は冷却装置、９は１次圧延機、１０は焼結
炉、１１は冷却装置、１２は２次圧延機、１３は三層軸
受材料、１４は焼鈍炉をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼帯またはＮｉなどで表面メッキされた銅帯を清浄
   化及び／又は粗面化処理する工程と、該処理済鋼帯面上
   にＡｔ粉末又はＡｔを主成分としＡＩ−強度上昇剤、固
   体潤滑剤及び低融点金属潤滑剤からなる群から選択され
   た少（とも１種の添加剤を含む粉末でなる第１層用粉末
   を載置し、その上にＡｔを主成分とし前記潤滑剤から選
   択された少くとも１種の潤滑添加剤を前記第１層より多
   量に含むようにされた第２層用粉末を層状に重ねて散布
   する工程と、 該第１、第２層用粉末が散布された鋼帯を室温以下で室
   温から１５０℃下回るまでの温度範囲に冷却する工程と
   、 その後、第１、第２層粉末が載置されている銅帯を圧延
   後に通過せしめ、前記粉末相互ならびに粉末と銅帯とを
   同時に圧着させて、圧着後の粉末体が理論密度の９０係
   以上の密度になるように冷間圧延する工程と、 圧延された複合材料を２８０℃〜５２０℃の範囲の温度
   で焼結する工程と を具備する多層摺動材料の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、更に、
   前記多層摺動材料を室温以下で室温から１５℃下回るま
   での温度範囲に冷却する工程と、該冷却された材料を冷
   間圧延して該材料を緻密化し且つ所定寸法にする工程と
   、 その後材料を２８０’−５２０℃の温度の範囲で熱処理
   する工程と を具備したことを特徴とする多層摺動材料の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記圧
   延機の圧延ロールを強制冷却することを特徴とする多層
   摺動材料の製造方法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の方法において、該圧延
   ロールに適用される潤滑油を冷凍装置で冷却することを
   特徴とする多層摺動材料の製造方法。 ５ 鋼帯またはＮｉなどで表面メッキされた銅帯を清浄
   化及び／又は粗面化処理する工程と、該処理済鋼帯面上
   にＡｔ粉末又はＡ４を主成分としＡＡ強度上昇剤、固体
   潤滑剤及び低融点金属潤滑剤からなる群から選択された
   少くとも１種の添加剤を含む粉末でなる第１層用粉末を
   載置し、その上にＡｔを主成分として前記潤滑剤から選
   択された少くとも１種の潤滑添加剤を含み、その潤滑添
   加剤の量が遂次多量に含まれるようにされた第２層なら
   びに第３層用粉末を順次層状に重ねて散布する工程と、 該第Ｌ ２，３層用粉末が散布された銅帯を室温以下
   で室温から１５０℃下回るまでの温度範囲に冷却する工
   程と、 その後、第１．２．３層用粉末が載置されている銅帯を
   圧延機に通過せしめ、前記粉末相互ならびに粉末と鋼板
   とを同時に圧着させて、圧着後の粉末体が理論密度の９
   ０％以上の密度になるように冷間圧延する工程と、 圧延された複合材料を２８０°〜５２０℃の範囲の温度
   で焼結する工程と を具備する多層摺動材料の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の方法において、更に、
   前記多層摺動材料を室温以下で室温から１５℃下囲るま
   での温度範囲に冷却する工程と、該冷却された材料を冷
   間圧延して該材料を緻密化し且つ周定寸法にする工程と
   、 その後材料を２８００〜５２０℃の温度の範囲で熱処理
   する工程と を具備したことを特徴とする多層摺動材料の製造方法。 ７ 特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記圧
   延機の圧延ロールを強制冷却することを特徴とする多層
   摺動材料の製造方法。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の方法において、該圧延
   ロールに適用される潤滑油を冷凍装置で冷却することを
   特徴とする多層摺動材料の製造方法。