JPH02118002A - 銅合金粉末シートの焼結積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は粉末冶金法により摺動性、耐摩耗性に優れた銅
合金粉末シートを母材に焼結接合した積層体に関する。

（従来の技術） 従来、この種の合金粉末としては、Ｎｉ系、Ｇｏ系の自
溶性合金粉末と外回望性アクリル樹脂とを用いた合金粉
末シートを金属母材上にトルエンなどの溶剤で湿らせて
貼りつけうえ、大気雰囲気中で加熱融着することが知ら
れている。

（例えば特開昭５１−８３８３４３号公報参照）このよ
うな合金粉末シートは、母材の表面に比較的容易に合金
層を形成することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような合金粉末シートを加熱焼結する場合
、２００〜３００°Ｃの温度で合成樹脂が焼失し、接着
性が失われるため、母材が平らな上面にしか通用できず
、斜面や、湾曲面さらに下面に対しては滑りや落下など
により、合金層を形成することができなかった。

そこで、Ｃｕ−３ｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、粉末シートにつ
いては従来より軸受材として使用されているが、単一品
として製造し圧入して使用され、形状は円筒形のものに
限られていた。形状複雑な製品に合金層を形成するため
には、ろう接、溶射、鋳造による鋳包み後、加工して製
造しているが製造コストは高くなる６本発明はかかる課
題を解消するために銅合金粉末シートの焼結積層体を提
供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明においてはＳｎ：５〜
１５Ｗｔ％もしくはＺｎ：１０〜４３Ｗｔ％の少なくと
も１種とＰｂ：１〜ｌ０Ｗｔ％、Ｐ　：　０．０５〜１
．５　Ｗ　ｔ％、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種が０
．５〜１０Ｗｔ％、Ｃｕ：残りからなる配分組成の原料
粉末８５〜９７Ｗむ％と合成樹脂バインダー３〜１５Ｗ
ｔ％を混練し圧延したシートを母材に貼着し、焼結によ
り接合したものである。また、前記原料粉末にＴｉ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、ＡＩの少なくとも１種及びＭｏＪ、　ＺｒＪ
、　ＴｉＢｇの硼化物、Ａｆｚｏｓ　、ムライトの酸化
物、ＳｉＣ，、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＴａＣ１ＷＣの炭化物
、ＴｉＮ　、　５ｉＪａ　の窒化物とこれらの複合炭窒
化物の少なくとも１種を適量添加したものである。

さらに、これら原料粉末に金属、炭素、合成樹脂の少な
くとも１種の繊維もしくは網状物を適量添加したもので
ある。

（作　　用） 第１の発明の焼結積層体は、銅合金粉末シートと母材と
の室温から９００°Ｃにいたる焼結途中の接着性を確保
するために、銅合金粉末と合成樹脂バインダーを混練、
圧延してなるシートを母材に貼着している。また、Ｐを
Ｆｅ−Ｐ合金（Ｐ：２７〜３０Ｗｔ％）粉末として添加
することにより、焼結時に接合する母材の表面の酸化膜
を除去して清浄に保つと共にＦｅ（Ｐを含む）とＣｕ−
３ｎ、Ｃｕ−ＺｎのＺ相域を作り接合強度を改善する。

（第５図参照）また、高温域で焼結しても、銅合金粉末
材料特有の異常膨張を防止し、高密度（空隙率１０％以
下）の焼結ができる。

一方、銅合金粉末にＰｂを添加することにより、５ｎ−
Ｐｂの低融点はんだを生成して母材との濡れ性を改善し
低温での接着性の改善と焼結時の接合強度を向上してい
る。（第５図参照）さらに、Ｐｂは焼結積層体の摺動性
や耐焼付性の改善も行なうものである。

つぎに、本発明において、各成分の含有！（以下重量％
とする）を限定した理由を説明する。

（ａ）Ｓｎの含有量 銅合金粉末中のＳｎの含有量が５％未満では、Ｐｂの蒸
発を抑えることができず、高密度で焼結することは難か
しい、一方１５％を越えると保形性が低下することから
、Ｓｎの含有量を５〜１５％と定めた。

（ｂ）Ｚｎの含有量 Ｚｎは、銅合金の素地組成を決定し、靭性を確保するた
めにはα＋β型、β型とする必要がある。Ｚｎの含有量
が１０％未満ではα相が増加しβ相が減少して所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方４３％を越えると
α相の析出により跪化し強度も低下することからＺｎの
含有量を１０〜４３％と定めた。

（ｃ）Ｐｂの含有量 Ｐｂの含有量が１．０％未満ではＦｅとの濡れ性改善効
果が不十分でありかつ摺動時に燐化物の硬質粒子による
カジリを防止できず、一方ｌＯ％を越えると焼結体の強
度が実用強度２０ｋｇ　／　ｍ　ｍ　”以下に低下する
ことがらＰｂの含有量を１．０〜１０．０％と定めた。

（ｄ）Ｐの含有量 Ｐの含を量が０．０５％未満では、母材との接合強度を
１１保できず、焼結体のフクレを防止することもできな
い、一方３．５％を越えると、焼結体の伸びは３％以下
になり、かつ摺動時の耐焼付性も低下することがらＰの
含有量を０．０５〜３゜５％と定めた。

また、前記銅合金粉末８５〜９７％と合成樹脂バインダ
ー３〜１５％を混練、圧延し銅合金粉末シートとして母
材に貼着する。ここで合成樹脂の種類および量を限定し
た理由を説明する。

（ｅ）合成樹脂の種類 銅合金粉末シートを直接焼結によって母材上に良好な合
金層を形成するには次の条件を満足する必要がある。

（イ）常温で接着性をもちシートとしてフレキシブルで
ある。

（ロ）熱分解によりガス発生が少なく、発砲変形がなく
残材の量も少ない。

（ハ）昇温中、母材との剥離を生ずることなく必要な形
状を保持できる。

これらの条件を満足するのは、アクリル樹脂のみであっ
て、２５０°Ｃで分解し、炭化をおこすことなく、かな
りの粘着性を有している。さらに温度が上昇すると炭化
は進行するが、ガス発生による［膨れｊなどの現象は生
ぜず、６００°Ｃ以上の温度でも、母材との剥離は生じ
ない。

一方、熱硬化性樹脂のアクリルメラミン樹脂とアルキッ
ドメラミン樹脂、酢酸ビニール樹脂、二液硬化型（イソ
シアネート硬化型）樹脂はいずれも発砲し、ポリビニー
ルアルコールは保形性に問題がある。

（ｒ）合成樹脂の配分量 銅合金粉末シート化には次の二通りの方法がある。

（イ）アセトン、トルエン、Ｍ−Ｅ−Ｋ　（メチル・エ
チル・ケトン）などの溶剤で希釈したアクリル樹脂と銅
合金粉末を混練して泥漿化した後、離型紙を被せた型枠
上に流し込み溶剤を蒸発させた後、圧延ロールに通して
シートとする。

（ロ）４フン化エチレン樹脂エマルジツンとアクリル樹
脂エマルジタンを１対１に混合してバインダーを作る。

これと銅合金粉末とをニーダにより十分混練した後、１
００〜１５０℃に加熱してバインダー中の水分を蒸発さ
せる。さらにこの混練物を８０〜１００°Ｃに加熱して
圧延ロールに通しシートとする。ここで、バインダーと
して用いるアクリル樹脂の配合量が３％未満では、粘着
性が不足してシートが脆化し、必要なシートの可撓性を
確保することがで、きす、一方１５％を越えると樹脂分
が過剰となり、気孔率に悪影響を与えると同時に、母材
との接合が不可能となることから、アクリル樹脂の配合
量を３〜１５％と定めた。

また、第２の発明は前記原料粉末にＴｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、
ＡｆＬの少なくとも１種及びその他の硼化物、酸化物、
炭化物、窒化物等の添加により焼結積層体の耐摩耗性及
び機械的強度を向上させる。さらに第３の発明はこれら
の原料粉末に、金属、炭素、合成樹脂の繊維等の添加に
より、焼結積層体の前記特性を一層向上させるものであ
る。

（実施例） 以下に、本発明の焼結積層体を実施例により図面を参照
しながら説明する。

実施例１ 第１図は、油圧ポンプ用ピストンシューの母材ｌの接合
部３に摺動材２を接合焼結する実施例１の断面図である
。摺動材２としては、粒度２００メツシユ以下のＳｎを
１１％、粒度２００メツシユ以下のＰｂを３％、粒度３
５０メツシユ以下の燐鉄粉ＣＰ：２１％含有）を３％（
ｐ：ｏ、ａ％）、粒度２００メツシユ以下の電解銅粉８
３％を用いてケロシン０．１％を添加後、均一に混合し
、アセトンで希釈したアクリル樹脂７％中に入れて混練
し泥漿状にして離型紙上に流し込みシート化したもので
ある。

これをＳＣＭ４４０Ｈ（Ｃｒ１％、Ｍｏ０．３％）の銅
製母材１の接合部３に貼り、ＡＸガス雰囲気中で加熱速
度１５°Ｃ／分、温度９００　”Ｃで焼結接合した後、
加工してピストンシェーの形状とした。この時の接合強
度引張強度、摺勅材の摩耗量を第１表に示す。

比較材ＰＣ３１Ｃ（高力黄銅）と比べて優れた摺動特性
を示している。なお、５００Ｈ耐久テストは、定トルク
負荷で１５０　Ｈ１斜板切替で１５０Ｈ１圧力切替で１
５０Ｈ１圧力容量一定で５０Ｈの４種のパターンを組合
せてテストしたものである。

第１表 第２実施例 第２図は、シリンダーブロックの母材４の球面接合部６
に摺動材５を接合焼結する実施例２の断面図である。摺
動材５としては、粒度２００メツシユ以下のＳｎを１１
％、粒度２００メツシユ以下のＰｂを１０％、粒度３５
０メノシエ以下の燐鉄粉（Ｐ：２７％含有）を１．５％
（Ｐ：０．４％）、粒度２００メソシユ以下の電解銅粉
を残部として用い、ケロシン０．１　％を添加後均−に
混合し、これに４フツ化エチレン樹脂エマルジヨンとア
クリル樹脂エマルジョンを１対１に混合して作った合成
樹脂バインダー７％を加え、ニーダにより十分混練し、
これを１００−１５０°Ｃに加熱して合成樹脂バインダ
ー中の水分を蒸発させ、ついでこの混合物を８０〜１０
０°Ｃに加熱しロール圧延してシート化し、これをＳＣ
Ｍ４４０Ｈの鋼製母材４の曲面摺動部６に貼り、ＡＸガ
ス雰囲気で７＋＋熱速度１５゛Ｃ／分、温度８７０°Ｃ
で焼結接合した後、加工してシリンダーブロックの形状
とした。この時の接合強度、引張り強度、摺動材の摩耗
量を第１表に示す。比較材ＬＢＣ（鉛毒ｆｒｙ　）と比
べて優れた摺動特性を示している。

第３図、および第４図は前記第１実施例における接合部
３近傍の金属組織写真であり、それぞれ接合界面のＰの
分布とＦｅの分布を示したもので、接合界面にＦｅ３Ｐ
相が晶出した二相部を形成している。このように接合界
面が凹凸形状になるので接合強度は向上する。

これらの実施例ではＣｕ−３ｎ系焼結材で説明したがＣ
ｕ−Ｚｎ系その他の銅合金焼結材においても同様の結果
が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、次の効果を奏す
る。シリンダーブロック、バルブプレート等の油圧部品
をはじめとして銅系摺動材を鋼に接合して使用する部品
は多いが、本発明による強固な接合性をもつ合金層の形
成により、これら部品の製造コストが大幅に低減される
。

銅合金焼結材特有の異常膨張、膨れを防ぎ、より高密度
に焼結できるので、高面圧下で使用される。摺動材、耐
摩耗材を安いコストで提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例】の断面図、第２図は同じ〈
実施例２の断面図、第３図及び第４図は本発明の実施例
１における接合部の図面にかわる金属組織写真であり、
第５図は本発明の焼結積層体の接合強度を示す回である
。 ｌ、４・・・母材 ２．５・・・摺動材（銅合金粉末シート）３．６・・・
接合部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｎ：５〜１５Ｗｔ％もしくはＺｎ：１０〜４３
   Ｗｔ％の少なくとも１種とＰｂ：１〜１０Ｗｔ％、Ｐ：
   ０．０５〜１．５Ｗｔ％、Ｆｅ、Ｎｉの少なくとも１種
   が０．５〜１０Ｗｔ％、Ｃｕ：残りからなる配合組成の
   原料粉末８５〜９７％Ｗｔ％と合成樹脂バインダー３〜
   １５Ｗｔ％を混練し、圧延したシートを母材に貼着し、
   焼結により接合してなることを特徴とする銅合金粉末シ
   ートの焼結積層体。
2. （２）請求項１記載の原料粉末に、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、
   Ａｌの少なくとも１種及びＭｏ＿２Ｂ、Ｚｒ＿２Ｂ、Ｔ
   ｉ８＿２の硼化物、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ムライトの酸化物
   、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＴａＣ、ＷＣの炭化物、Ｔ
   ｉＮ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４の窒化物とこれらの複合炭、窒化
   物の少なくとも１種を添加してなることを特徴とする銅
   合金粉末シートの焼結積層体。
3. （３）請求項１または２記載の原料粉末に、金属、炭素
   、合成樹脂の少なくとも１種の繊維もしくは網状物を添
   加してなることを特徴とする銅合金粉末シートの焼結積
   層体。