JPH04131339A

JPH04131339A - 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金

Info

Publication number: JPH04131339A
Application number: JP25113490A
Authority: JP
Inventors: Toshio Teraoka; 利雄寺岡; Teruo Shimizu; 輝夫清水
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-05-06

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、耐摩耗性に優れた銅基焼結合金に関するも
のであり、ガイドブツシュ、バルブシート、バルブガイ
ドまたはターボチャージャーの軸受けなどの内燃機関の
摺動構造部材として用いられるだけでなく、その他の各
種の摺動駆動装置の構造部材として用いられる銅基焼結
合金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば、特開昭８３−２４１１２８号公報および
特開昭５９μｍ、５００４３号公報に記載されるような
内部酸化による方法で製造された酸化アルミニウムかＣ
ｕまたはＣｕ−Ａ１合金の素地中に均一に分散した組織
を有する銅基合金粉末は知られており、二〇銅基合金粉
末を焼結して得られる銅基焼結合金は、耐摩耗性に優れ
ているために、各種の摺動構造部材として用いられてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、最近の各種摺動駆動装置は、高性能化および高
速化にともない、これの使用環境も従来よりも一段と苛
酷さを増し、このため、上記各種摺動駆動装置に用いる
摺動構造部材、例えばガイドブツシュ、バブルシート、
バルブガイド、ターボチャージャーの軸受けなども従来
よりは一層の耐摩耗性が要求されている。ところが上記
従来の内部酸化方法で製造された銅基合金粉末を焼結し
て得られる焼結摺動構造部材では素地中に分散する酸化
アルミニウム粒の含有割合が少ないために十分な耐摩耗
性が得られず、これらの要求に満足な対応をすることが
できないのが現状である。このため、酸化アルミニウム
粒の含有割合を多くするために、酸化アルミニウム粉末
を多量に添加した銅合金粉末を焼結して、素地中に分散
する酸化アルミニウム含有割合の多い銅基焼結合金も提
案されているが、酸化アルミニウム粒の含有割合の多い
銅合金粉末は、焼結性が著しく低下し、実用に供するこ
とができないなどの課題があった。

〔課題を解決するだめの手段〕

そこで、本発明者らは、上述のような観点から、各種摺
動駆動装置の摺動構造部材として用いた場合に、優れた
耐摩耗性を発揮することのできる銅基焼結合金を得るべ
く研究を行った結果、Ｚｎ：５〜３５重量％を含有し、
さらに、必要に応じて／ｌ：１〜ＩＯ重量％を含有し、
残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金
素地中に、平均外径：５〜２５ｔｎａ、平均厚さ：１〜１０趨、の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
を有する銅基焼結合金は、酸化アルミニウムの含有割合
が高いにもかかわらず、焼結性が良好で耐摩耗性にすぐ
れてい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成されたものであ
って、Ｚｎ：５〜３５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可
避不純物からなる組成のＣｕ合金素地中、または、Ｚｎ
：５〜３５重量％およびＡｆｌ：１〜ｌ。

重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からな
る組成のＣｕ合金素地中に、平均外径：５〜２５趨、平均厚さ二１〜１０趨、の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜ｂ布した組織を有する銅
基焼結合金に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の耐摩耗性に優れた銅基焼結合金の成
分組成および組織を上記のごとく限定した理由について
説明する。

（ａ）　　ＺｎＺｎは、Ｃｕと共に素地を形成し、合金の強度および靭
性を向上させる作用があり、さらに耐凝着性を向上させ
、高温での耐焼付き性並びに常温および高温での耐摩耗
性を改善する作用を有するが、５重量％未満ではその効
果がなく、一方、３５重量％を越えて含有すると、熱伝
導度が低下するとともに高温下での耐焼付き性が低下す
るようになる。

したがって、Ｚｎの含有量は、５〜３５重量％に定めた
。

（ｂ）　　ＡｌＡｌは、ＣｕおよびＺｎとともに高強度および高靭性を
有する素地を形成するほか酸素と結合して酸化物を形成
し、高温下での耐焼付き性および常温下での耐摩耗性を
向上させる作用があるが、その含有量が１重量％未満で
はその効果がなく、一方、１０重量％を越えて含有する
と、熱伝導度が低下するとともに高温下での耐焼付き性
が低下するようになる。

したかって、Ａｌの含有量は、１〜１０重ｆｆ１９６に
定めた。

（ｃ）　　殻状硬質相この発明の銅基焼結合金素地中に均一に分散している殻
状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体とする殻状
硬質相は、平均外径：５〜２５μｍ、平均厚さ＝１〜１０μｍ、の寸法を有し、３〜３０容量％分布していることが必要
であり、その理由は、平均外径：５崩未満および平均厚
さ：１〜未満の殻状硬質相が３容量％未満分布していて
も耐摩耗性を十分に改善することかできず、一方、平均
外径：２５ｔｍを越えがっ平均厚さ：１０虜を越えた殻
状硬質相が３０容量％を越えて分布していると相手攻撃
性が増すので好ましくないことによるものである。

この発明の銅基焼結合金を製造するには、原料粉末の１
つとして、ＣｕまたはＣｕ合金粉末内部に微細な酸化ア
ルミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形
成されている特殊なＣｕ合金粉末（以下、二〇Ｃυ合金
粉末を殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末という）を用いる。

この殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末は、次のようにして製
造される。

まずＡｎ　：１．５〜ＪＯ玉量％含有のＣｕ−ＡＮ合金
粉末を用意し、このＣｕ−Ａ１合金粉末を６００〜１０
００℃の温度で酸化すると、主体が酸化銅からなる素地
に微細なＣｕ−Ａｌ１の複合酸化物が殻状に凝集してな
る構造の酸化粉末が得られ、得られた酸化粉末を２００
〜４００℃の温度で還元すると、酸化粉末の素地を形成
していた主体の酸化銅が銅に還元されて微細な酸化アル
ミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形成
され、上記殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末が得られるので
ある。この殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末の表面には、酸
化アルミニウムが存在せず、Ｃｕ合金で覆われていると
ころから、焼結性が極めて良好である。

この発明の銅基焼結合金は、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ
　−Ｚｎ　−Ａｌ１合金粉末などに上記殻状硬質相内包
Ｃｕ合金粉末を所定量配合し、混合し、得られた混合粉
末をプレス成形して圧粉体としこの圧粉体を焼結すると
、平均外径：５〜２５ｍ、平均厚さ：１〜ＩＯ−の範囲
内の殻状硬質相が分散したこの発明の銅基焼結合金が得
られる。上記殻状硬質相の合金素地中における分布量は
、上記殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末の配合量によって決
定される。このようにして得られたこの発明の銅基焼結
合金の組織の殻状硬質相内部の組成も殻状硬質相外部の
組成とほぼ同等の組織となっていることが多い。

この発明の銅基焼結合金は、さらに通常の固体潤滑剤、
例えば黒鉛、雲母、亜鉛華、滑石、酸化鉛、硫黄、２流
化モリブデンなどを１〜１０重量％含んでもよい。

〔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。

先ず、第１表に示される成分組成の水アトマイズＣｕ−
Ｚｎ系母合金原料粉末Ａ−Ｂを用意した。

さらに、もう１つの原料粉末として、平均粒径：２０ｍ
ｍを有し、Ａ１ニア、２０重量％含有の成分組成を有す
るＣｕ−Ａｌ１合金原料粉末を用意し、このＣｕ−Ａｌ
１合金原料粉末を温度：ｆｉ０１］’Ｃ１大気中、２時
間保持の条件で酸化処理し、ついで水素雰囲気中、温度
＝４００μｍ、３時間保持の条件で還元処理することに
より、内部に平均外径：１４ｍおよび平均厚さ：５端を
有する酸化アルミニウム殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末を
作成した。

第　　　　１　　　　表上記Ｃｕ−Ｚｎ系母合金原料粉末Ａ−Ｂに対して上記酸
化アルミニウム殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末を第２表に
示される割合で配合し、さらに必要に応じてＣａ　Ｆ　
２をｊ＠２表に示される割合で配合し、混合して混合粉
末を作成し、これら混合粉末を６ｔｏｎ／ｃｄの圧力で
圧粉体にプレス成形し、露点：０℃〜−３０℃の水素ガ
ス中、８５０〜９５０℃の範囲内の所定の温度で１時間
保持の条件で焼結し、第２表に示される酸化アルミニウ
ム殻状硬質相の分布量を有する本発明Ｃｕ基焼結合金１
〜１０および比較Ｃｕ基焼結合金１〜４（第２表におい
てこの発明の範囲から外れた値に※印を付して示した）
からなる、たて：ｌＯ關、横：　ｌｏａｍ、長さ：４５
龍の寸法を有するブロックを作製した。

さらに、通常のＣｕ−Ｚｎ合金アトマイズ粉末にそれぞ
れ平均粒径：５−の酸化アルミニウム粉末を配合し、混
合し、プレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を焼結し
て、たて：１０ｍｍ、横：　１０ｍｍ、長さ：４ｈ＋＊
の寸法を有する従来Ｃｕ基焼結合金ブロックを作製した
。

このようにして作製された本発明Ｃｕ基焼結合金１〜■
０、比較Ｃυ基焼結合金１〜４および従来Ｃｕ基焼結合
金からなるブロックを用いて摩耗試験片を作成し、ブロ
ック・オン・リング型摩耗試験の相手材として、通常、
内燃機関のバルブ材として知られている５ＵＨ３鋼材で
外径：　４０ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ、１５關の寸法
を有するリングを作製し、上記ブロックおよびリングを
用い、第１図に示されるように、ブロック１をリング２
に接するように組合わせ、リング２の周囲に潤滑油とし
てタービン油を塗布した後、ブロック１に荷重２ｋｇを
かけ、室温および温度＝３００℃の雰囲気下でリング２
を摺動速度：１．Ｏｍ／秒で回転せしめ、焼付きか生じ
て摩擦係数が急増するに至るまでリング２の回転を続け
、焼付きに至るまでの時間、焼付きに至った時点でのブ
ロック１およびリング２の摩耗量を測定するブロック・
オン・リング型摩耗試験を実施し、それ等の測定値を第
２表に示した。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜
１０は、いずれも従来Ｃｕ基焼結合金に比べて、−段と
優れた耐摩耗性および耐焼付き性をもち、また比較Ｃｕ
基焼結合金１〜４に見られるように、この発明の範囲ま
たは条件から外れると、耐摩耗性、耐焼付き性もしくは
相手攻撃性、のうち少なくともいずれかの性質が劣った
ものとなることか明らかである。

上述のように、この発明のＣｕ基焼結合金は、耐摩耗性
、耐焼付き性もしくは相手攻撃性をともに優れているの
で、高出力内燃機関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、優れた性能を長期にわたっ
て発揮することにより工業上澄れた効果をもたらすもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ブロック・オン・リング型摩耗試験の説明図
である。１・・・ブロック、　　　　　　２・・・リング。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｚｎ：５〜３５重量％、を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
のＣｕ合金素地中に、平均外径：５〜２５μｍ、平均厚さ：１〜１０μｍ、の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
金。
（２）Ｚｎ：５〜３５重量％、Ａｌ：１〜１０重量％、
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
のＣｕ合金素地中に、平均外径：５〜２５μｍ、平均厚さ：１〜１０μｍ、の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
金。
（３）請求項１〜２記載の銅基焼結合金に、さらに固体
潤滑剤を含むことを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼
結合金。