JPH0368729A - 高温で耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金 - 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〕 この発明は、常温から高温までのいずれの状況下におい
てもすぐれた耐摩耗性を有する銅基焼結合金、特に高温
下での耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金に関するもので
あり、内燃機関のガイドブツシュ、ターボチャージャー
の軸受などとして用いるに適した銅基焼結合金に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、上記各種部材の製造に、重量％で（以下％は、重
量％を示す。　）　、Ｃｕ　　２８％Ｚｎ−６％ＡＩの
代表組成を有する銅基溶製合金または鉄系焼結合金など
が用いられており、特に上記ガイドブツシュには鉄系焼
結合金が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来のＩ基溶製合金および鉄系焼結合金
は、比較的低温から高温にわたって使用した場合、高温
下において、焼付きが発生し、耐摩耗性に問題があった
。

最近の、内燃機関は、高出力化にともない、従来よりも
摺動部が一層高温に曝らされる。そのため、常温での耐
摩耗性は勿論のこと、高温下においても焼付きが発生せ
ずかつ耐摩耗性にすぐれた銅基合金の開発が強く望まれ
て↓）た。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、上述のような観点から、−段と
すぐれた耐焼付き性および耐摩耗性を有する銅基焼結合
金を開発すべく研究を行った結果、Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：　０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに必要に応じて、 （ａ）　　Ｃｒ、　Ｍｏ、およびＷのうち１種または２
種以上二０．１〜２％、 （ｂ）　　Ｆｅ、　Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または
２種以上＝０．１〜３％、 （ｅ）　　Ａｎ　：０．１〜０．３％、以上（ａ）〜（
Ｃ）のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残
りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成、並びに素地
中に微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散しか
つ空孔が容量率で０．５〜１０％分布した組織を有する
銅基焼結合金は、常温および高温における耐摩耗性が向
上し、さらに素地中に微細な酸化物および空孔が存在す
ることにより高温下での耐焼付き性が向上するという知
見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、この発明の銅基焼結合金は、上記組成によって、
素地中に、１〜４０μの粒度範囲内に分布した酸化物が
０．１〜７％の面積率で均一分散し、かつ同じく１〜２
５−の粒度範囲内に分布した金属間化合物が１〜８％の
面積率で均一分散し、さらに、１〜４０μの粒度範囲内
の空孔が０．５〜１０容量％の均一分布した組織を持ち
、これら酸化物と金属間化合物が素地中に存在すること
によって常温および高温での耐摩耗性が著しく向上し、
これら酸化物と空孔が素地中に存在することによって高
温下での耐焼付き性が著しく向上するものである。

つぎに、この発明の銅基焼結合金の成分組成および空孔
を上記のごとく限定した理由について説明する。

（ａ）、空孔 空孔は、摺動面に分布し、特に高温下での耐焼付き性を
改善する作用を有するが、０．５容量％未満ではその効
果が得られず、一方、１０容量％より多く分布すると強
度が低下するのみでなく、熱伝導度が低下することによ
り逆に耐熱性が悪くなり、高温下での耐焼付き性が低下
し、また耐摩耗性も低下するので好ましくない。

したがって、空孔の分布量は、０．５〜１０容量％に定
めた。

（ｂ）、　　５ｎ Ｓｎは、Ｃｕと共に素地を形威し、素地の強化と耐凝着
性を向上させる効果があるが、１％未満では所望の効果
がなく、一方、５％を越えて含有すると、靭性が低下す
るとともに耐熱性の劣化にともなう耐焼付き性が低下す
るようになる。

したがって、Ｓｎの含有量は、１〜５％に定めた。

（ｃ）、ＭｎおよびＳｉ これらの成分は、お互いに結合して素地中に微細に分散
する金属間化合物を形成して耐摩耗性、耐焼付き性およ
び強度を向上する作用を有し、さらにＷ、Ｍｏ、または
Ｃｒとも結合して硬くて微細な金属間化合物を形成する
ほか、酸素とも結合して複酸化物を形成し、より一層耐
摩耗性および耐焼付き性を改善する作用を有するが、こ
れらの成分は、それぞれ０．１％未満ではその効果がな
く、一方、Ｍｎは３％を、Ｓｉは２％をそれぞれ越えて
含有すると逆に耐焼付き性が低下し相手攻撃性が増すの
で好ましくない。

したがって、Ｍｎの含有量は０．１〜３％、Ｓｉの含有
量は、０．１〜２％にそれぞれ定めた。

（ｄ）、酸素 酸素は、Ｃｕ、　Ｍｎ、およびＳｉ、並びに必要に応じ
て含有されるＡｌ、Ｗ、Ｍｏ、およびＣｒと結合して、
素地中に均一微細に分散する酸化物を形成し、常温およ
び高温での耐摩耗性を向上させ、特に耐焼付き性および
高温下での耐摩耗性を向上させる作用を有するが、０．
０１％未満では効果がなく、一方、０．５％を越えて含
有すると、酸化物の粒径が４０−を越えて粗大化するば
かりでなく、面積率で７％を越えて多くなりすぎ、合金
の強度および靭性を低下させるほか、相手攻撃性を増し
、好ましくない。

したがって、酸素の含有量は、０．Ｏ１〜０．５％に定
めた。

（ｅ）、　Ｗ、　Ｍｏ　、およびＣｒ これらの成分は、いずれも素地中に分散して強度を向上
させ、さらにＳｉおよび必要に応じて添加されるＦｅ、
　Ｎｆ、およびＣｏと結合して、微細な金属間化合物を
形成し、また酸素とも結合して微細な酸化物を形成し、
耐摩耗性を向上させるとともに耐焼付き性を向上させる
作用があるが、その含有量が０．１％未満では、所望の
効果が得られず、一方、その含有量が２％を越えて含有
すると靭性が低下するので好ましくない。

したがって、Ｗ、Ｍｏ、　　およびＣｒの含有量は、０
．１〜２％に定めた。

（ｆ’）、　Ｆｅ　、　Ｎｌ　、およびＣ。

これらの成分は、いずれも素地中に分散して合金の強度
および靭性を向上させるとともに、Ｃｕ並びに必要に応
じて含有されるＡｆｌ、Ｗ、Ｍｏ。

およびＣｒと結合して、素地中に分散する微細な金属間
化合物を形成し、耐摩耗性を向上させるとともに耐焼付
き性を向上させる効果もあるが、その含有量が０，１％
未満では、所望の効果が得られず、一方、その含有量が
３％を越えて含有すると靭性が低下するようになるので
好ましくない。

したがって、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏの含有量は、０．
１〜３％に定めた。

（ｇ）、　　ＡＩ ＡＮは、酸素と結合して酸化物を形成し、耐摩耗性およ
び高温下での耐焼付き性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が０．１％未満では、所望の効果が得られず、
一方、その含有量が０．３％を越えて含有すると酸化物
の粗大化および酸化物量の増加により靭性が低下し、さ
らに相手攻撃性が増大するようになるので好ましくない
。

したがって、ＡＩＩの含有量は、０．１〜０．３％に定
めた。

なお、この発明の銅基焼結合金は、不可避不純物として
Ｐ、Ｍｇ、Ｚｎ、およびｐｂを含有する場合があるが、
その含有量が合計で１．５％以下であれば、合金特性が
何等損なわれるものでないので、その含有量を許容でき
る。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の銅基焼結合金を実施例により具体的
に説明する。

原料粉末として、いずれも２００ｍｅｓｈ以下の、Ｃｕ
−３％Ｓｎ合金粉末、Ｃｕ−９％Ｓｎ合金粉末、Ｃｕ粉
末、Ｓｎ粉末、１１粉末、Ｓ＋粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末
、Ｃｒ粉末、Ｆｅ粉末、Ｎｉ粉末、およびＣｏ粉末を用
意し、これら原料粉末を配合し、Ｖ型ミキサーで３時間
粉砕混合したのち、５〜７ｔｏｎ／ｃ−の範囲内の所定
の圧力で圧粉体にプレス成型し、露点：０℃〜−３０℃
の水素ガス中、６００〜８５０℃の範囲内の所定の温度
で１時間保持の条件で焼結し、ついで空孔量をコントロ
ールするために、必要に応じて３００〜５００℃の範囲
内の所定の温度に１分間保持後、再加圧を行うことによ
り、 圧壊荷重測定用として、外径；７０關、内径＝６３關、
厚さ：１２ｍｍの寸法を有し、第１表に示される組成を
有するリングからなる本発明Ｃｕ基焼結合金１〜４４、
および比較Ｃｕ基焼結合金１〜１５を、また、 摩耗測定用として、直径：　１０ｍｔｓｓ高さ：３０關
の寸法を有する丸棒および外径：１２關、内径：６１！
１１％長さ：　４５ｍｍの寸法を有するパイプからなる
本発明Ｃｕ基焼結合金１〜４４、および比較Ｃｕ基焼結
合金１〜１５を、それぞれ製造した。

さらに、通常の溶解法により溶解し鋳造して上記寸法の
リング、丸棒およびパイプからなる従来Ｃｕ基基型製合
金製造した。

なお、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜４４は、いずれも素地
中に微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した
組織をもつものであった。

また、比較Ｃｕ基焼結合金１〜１５は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量または空孔含有量（第
１表に※印を付したもの）がこの発明の範囲から外れた
ものである。

つぎに、この結果得られた各種のＣｕ基焼結合金につい
て、強度および靭性を評価する目的で上記リングを三分
割し、その１つを試料として常温下の圧壊荷重を測定し
、その結果を第１表に示すとともにさらに高温下での耐
摩耗性を評価する目的で下記の摩耗試験を行った。

摩耗試験　１ 上記直径：　１０ｍｍ、高さ：　３０ｍｍの寸法を有す
る丸棒を加工して直径：１．５ａｍのビンを作製し、さ
らに相手材としてクロムメツキしたＳＵＨ材製ディスク
を用意し、上記ディスクの裏側よりバーナーにてディス
クを５１０℃に加熱しながら周速：１．８ｍ／ｓｅｅで
回転せしめ、一方、上記ビンを押し付荷型：７ｋｇで上
記ディスクに押付け、５Ｗ−３０オイルを滴下しながら
摺動距Ｍ：Ｌ５−を摺動せしめ、相手材に対する高温で
の同期特性を評価する目的でビンオンディスク摩擦摩耗
試験を行い、トルクメーターにより発生トルクの変化か
ら焼付き発生の有無の調査を行い、これらの結果を第１
表に示した。

摩耗試験　■ 上記外径：１２ｍｍ、内径＝６關、長さ：４５關の寸法
を有するパイプからなる各種本発明Ｃｕ基焼結合金、比
較Ｃｕ基焼結合金および従来Ｃｕ基基型製合金それぞれ
加工して外径、１１１１％内径二６．２關、長さ：　４
５ｍｍの寸法を有するパイプからなる各種本発明Ｃｕ基
焼結合金、比較Ｃｕ基焼結合金および従来Ｃｕ基基型製
合金らなる試料を製造し、一方、相手材としてＳＵＨ材
を塩浴窒化処理した直径：６．１＋ａｍ、長さ：　１５
０＋ａｍの丸棒を用意した。

上記相手材である丸棒を上記試料であるパイプ孔に挿入
し、相手材である丸棒の片端部をバーナーで加熱しつつ
片端部雰囲気温度を４４０℃とし、上記試料を相手材に
押付荷重：５ｋｇで押付け、５Ｗ−３０オイルを滴下し
ながら、上記相手材である丸棒を上記試料であるパイプ
孔の軸方向にストローク摺動距Ｍ　：　１２＋ａｍ、　
４０００ストロ一ク／分で３０分間摺動の条件で摩耗試
験を行い、摩耗量を測定し、さらに焼付きの有無および
相手材の表面状態を観察し、それらの結果を第１表に示
した。

なお、相手材の表面状態は、表面に全くキズのないもの
に○、一部焼付きキズのあるものにΔ、摩耗キズのある
ものに×を付して区別した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜
４４は、いずれも従来Ｃｕ基溶製合金に比べて、−段と
すぐれた耐摩耗性および耐焼付き性をもち、また比較Ｃ
ｕ基焼結合金１〜１５に見られるように、構成成分およ
び空孔のうちいずれかでもこの発明の範囲から外れると
、高温下での耐摩耗性、耐焼付き性もしくは相手攻撃性
、または常温下での強度および靭性のうち少なくともい
ずれかの性質が劣ったものとなることが明らかである。

上述のように、この発明のＣｕ基焼結合金は、高温下で
の耐摩耗性および同期特性を有するので、高出力化に伴
う高温度にさらされる各種機器の構造部材として十分に
対応することができ、実用に際しては、すぐれた性能を
長期にわたって発揮することにより工業上すぐれた効果
をもたらすものである。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
2. （２）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
3. （３）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
4. （４）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
5. （５）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
6. （６）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
7. （７）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。
8. （８）Ｓｎ：１〜５％、 Ｍｎ：０．１〜３％、 Ｓｉ：０．１〜２％、 酸素：０．０１〜０．５％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうち１種または２種以上：０．
   １〜２％、 Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１種または２種以上：０
   ．１〜３％、 Ａｌ：０．１〜０．３％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）、並びに素地中に微細な酸化物および金
   属間化合物が均一に分散しかつ空孔が０．５〜１０容量
   ％分布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗
   性にすぐれた銅基焼結合金。