JPH0488139A - 摺動材料 - 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、摺動材料に関するものであり、さらに詳しく
述べるならばすべり軸受、特に相手軸の粗さが粗いかか
つ／または軸材質が鋳鉄のようにマトリックスの一部が
脱落しやすい軸が相手材として使用されるために耐摩耗
性が要求されるか、あるいは潤滑油に対する耐食性が要
求される摺動材料に関するものである。

（従来の技術） 従来ブシュ材料として多用されていた青銅及び鉛青銅は
、耐摩耗性、耐荷重性に優れた摺動材料であるが、最近
の軸受の使用条件の変化特に、高面圧化、高油温化等に
伴ない、軸受の摩耗トラブルが多発するようになり、特
に耐摩耗性に優れる摺動材料の出現が期待されていた。

このような使用条件変化に応じて、鉛青銅に硬質物を添
加し、鋼板上に焼結した摺動材料が使用されている。

本出願人が提案した特公昭５７−５０８４４号号の発明
はかかる摺動材料に属し、その特徴とするところは、１
０〜４０％のＰｂ、１〜３０％の硬質材料、残部Ｃｕの
組成、あるいは１０〜４０％のＰｂ、１〜３０％の硬質
材料、０．１〜１０％のＳｎおよび／または０．１〜５
％のＳｂ、残部Ｃｕの組成を有し、硬質材料として、Ｍ
ｏ、　Ｃｏ、　Ｆｅ５Ｐ、　ＦｅＢ、　Ｆｅ、Ｂまたは
特定組成のＮｉ。

Ｃｏ系自溶合金を使用するところにある。

従来、無潤滑または境界潤滑条件下で使用される摺動材
料としてグラファイトを添加したあるいはＳｎとグラフ
ァイトを添加したＣｕ系焼結合金が、特公昭３６−６７
号、特公昭３９−２７９８５号、特公昭３６−１３０５
８号、特公昭４６−４３６８１号公報等で知られている
。

前掲特公昭４６−４３６８１号公報は、Ｃｕ−３ｎまた
はＣｕ−５ｎ−Ｐｂ系合金に高融点物質として、Ｚｒ、
Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ。

Ｗ等の金属、Ａ１２０Ｈ、Ｚｒ０ｚ　、ＴＩＯ＋＋Ｔ　
ｈ　Ｏｘなどの酸化物、ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＡＩ
Ｎ、ＴａＮ、ＴｉＮ等の窒化物、ＭｏＢ、ＷＢなどのホ
ウ化物、Ｃｒ　Ｓ　ｉ　２などのケイ化物、グラファイ
ト、ホウ素などを含有させた耐摩耗性部品、ブレーキ材
料等の用途に用いられる材料を提案している。

（発明が解決しようとする課題） 前掲特公昭４６−４３６８１号公報で硬質物として提案
される酸化物、窒化物、炭化物等はブレーキ材料として
の性能は向上させるが、境界潤滑条件下で使用される摺
動部材の耐焼付性は不十分である。さらに、Ｚｒ、Ｃｒ
、Ｖ、Ｍｏ。

Ｔａ、Ｗ等の金属は酸化物、窒化物、炭化物よりも良好
な耐焼付性を発揮するが、いずれもＣｕと合金を作り難
い元素であり、このためＣｕ中に合金化されたとしても
マトリックスとなじみが悪（、脱落し易（、脱落した金
属粒子に起因するアブレーシブな摩耗が起こり、続いて
焼付きが起こるために耐焼付性は不十分である。

前掲特公昭５７−５０８４４号の摺動材料ではＰｂ量が
１０〜４０％と定められている。このＰｂ量はなじみ性
を良好にはするが、摺動中に硬質物がＰｂ相から脱落し
てしまい、硬質物の効果を十分に発揮できない欠点があ
ることが分かった。また、特にオートマチライクのトラ
ンスミッションなどに上記摺動材料を使用すると、高油
温の潤滑油によりＰｂが腐食されやす（、軸受強度が低
下するなどの欠点もあることが分かった。さらに、特公
昭５７−５０８４４号の摺動材料は摩擦特性、潤滑性が
不十分であった。

したがって、本発明は、耐焼付性、耐摩耗性、および摩
擦特性に優れた摺動材料、加えてこれらの性質の他に耐
食性がすぐれた摺動材料を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、重量百分率で、１〜１０％のグラファイト、
Ｍ　ＯＳ　ｚおよびＷＳ２の少な（とも１種と、１〜３
０％の下記（ａ）〜（ｂ）群の少なくとも１群から選択
された少なくとも１種の硬質物と、残部が実質的に、０
．１〜１５％のＳｎを含有するＣｕ系焼結合金とから構
成される摺動材料を第１の発明とし、重量百分率で、１
〜１０％のグラファイト、Ｍ　ｏ　Ｓ　２およびＷＳ２
の少なくとも１種と、１〜３０％の下記（ａ）〜（ｂ）
群の少なくとも１群から選択された少な（とも１種の硬
質物と、残部が実質的に、０．１〜１５％のＳｎと０．
１〜３０％以下のＰｂを含有するＣｕ系焼結合金と、か
ら構成される摺動材料を第２の発明とする。

硬質物（ａ）ＦｅａＰ、　Ｆｅ５Ｐ、　ＦｅＢ、　Ｆｅ
５Ｂ、　Ｃｏ、　Ｃｏ系自溶性合金、Ｎｉ系自溶性合金 （ｂ）Ｆｅ−Ｃｒ、　Ｆｅ−Ｍｎ、　Ｆｅ−Ｎｉ、　Ｆ
ｅ−３ｉ、　Ｆｅ−Ｗ。

Ｆｅ−Ｍｏ、　Ｆｅ−Ｖ、　Ｆｅ−Ｔｉ、　Ｆｅ−Ｎｂ
、　ＣｕＰ以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、耐食性向上の手段として第１発明においては
Ｐｂを含有させないＣｕ−５ｎの２元系合金に、摩擦特
性向上の手段としてグラファイト、ＭｏＳ、、ＷＳなど
を添加し、耐摩耗性向上の手段として硬質物を添加する
ことを特徴とする。従来Ｃｕ系軸受合金においてはなじ
み性や潤滑性を高めるためにＰｂが添加されていたが、
潤滑油による腐食が起こり易い状況ではＰｂの腐食が先
ず起こり、続いて硬質物や金属相の脱落が起こり、強度
が低下して軸受の寿命が尽きてしまうことがあった。こ
れに対して、第１発明に係るＰｂ無添加・Ｃｕ系軸受合
金はなじみ性は不満足と考えられるが、耐食性は良好で
あり、Ｐｂ不存在と硬質物分散の結果耐摩耗性は非常に
優れており、またグラファイトなどの存在によって摩擦
特性と潤滑性は良好であり、これらの結果なじみ性より
も腐食と摩耗が重要視される環境では第１発明の軸受台
金は優れた特性を示す。

第１発明におけるＳｎは機械的強度および耐食性を向上
させる。その効果を得るためには０゜１％以上のＳｎを
添加することが必要であり、１５％を超えて添加すると
脆いＣｕ−５ｎの金属間化合物を析出させて、Ｃｕマト
リックスの耐荷重性、耐衝撃性を劣化させる。好ましい
Ｓｎの添加量は３〜１０％である。

耐摩耗性向上の方策として、青銅マトリクスに硬質物（
Ｆｅｗ　Ｐ％Ｃｏ、ＦｅＢ、Ｆｅｗ　Ｂなど）の１種又
は２種以上を重量％で１〜３０％添加して焼結する。上
記各種の硬質物の粉末をＣｕ−５ｎ粉末に混合して焼結
し、焼結体を粉砕した粉末とグラファイトなどを混合し
再び焼結すると、粒子中にほとんど全部の硬質物が分散
して強固に保持され、相手材と摺動する時に相手材と接
触して荷重を受け、摺動材の摩耗を防止するとともに硬
質物の脱落が防止される。

硬質物のＡ群はリン化物およびこれと同等の特性を有す
る自溶合金であり、Ｃｕ合金となじみがよい物質を特に
選択したものである。すなわち、リン化物およびホウ化
物はいずれもＣｕとなじみがよいＦｅの化合物としてい
る。したがって摺動材料中に添加されたリン化物等のＦ
ｅはＣｕと焼結中に活発に反応し焼結を促進する作用に
より、リン化物等はＣｕ合金マトリックスに強固に保持
されることが期待される。

硬質物のＢ群はフェロアロイおよびこれと同等の特性を
有するＣｕ−Ｐある。フェロアロイのＦｅはＣｕとなじ
みが良いので、Ｃｕ合金マトリックスとの接着強度が高
い。

硬質物は添加量が１％未満であると耐摩耗性向上に有効
ではなく、一方３０％を超えると相手材を疵つける欠点
や合金の焼結性を低下させる欠点が現れる。好ましい硬
質物の添加量は２〜１０％、より好ましくは３〜６％で
ある。

グラファイト、Ｍｏ５ａ　、ＷＳは摩擦係数を低下させ
かつ潤滑性を発揮する添加物質である。これらは硬質物
を分散させたＣｕ合金粒子の間に分散している。グラフ
ァイト等の粒子中には硬質物は出来るだけ分散していな
いことが望ましい。グラファイト等の粒子中に分散して
いる硬質物はグラファイト等による保持力が弱いために
脱落し易いからである。グラファイト等の量が１％未満
であると、境界潤滑条件下での耐焼付性向上効果が少な
く、一方１０％を超えると銅合金粒子どうしの接触が割
合が少なくなるとともにグラフディト等によりＣｕ粒子
が囲まれ孤立するので、強度と耐摩耗性が低下する。

第２発明の合金は、なじみ性および潤滑性を第１発明に
対して向上させるために、若干の耐食性劣化を犠牲にし
て０．１〜３０％Ｐｂを添加するものである。Ｐｂは添
加量が０．１％未満ではなじみ性等の向上に寄与せず、
３０％を超えると耐食性が著しく低下する。好ましいＰ
ｂの添加量は３〜９％である。

上記合金を製造するには、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂなどの金属
粉末または合金粉末（粒度１７７μｍ以下）および硬質
物粉末（粒度１００μｍ以下）をＶ型ブレンダにより混
合し、混合粉を仮焼結し、焼結粉を粉砕し、得られた粉
末にグラフディトなど（粒度１００μｍ以下）を混合し
て裏金鋼板に散布し、６５０〜９００℃で焼結を行う、
焼結後ロールにより圧下を行うと密な焼結体を得ること
ができる。

なお、銅合金粉末としては本出願人が特開昭６３−３１
２９３３号で開示したように電解銅粉を使用することが
できる。この場合は、銅合金粉末、硬質物粉末およびグ
ラファイトなどを一緒に混合して、硬質物を銅合金マト
リックス中に分散させることができる。

（作用） 本発明の摺動材料に添加される硬質物粒子は通常用いら
れている摺動相手材より硬いため、相手材によって損耗
することが少ない、このことは相手材面粗さが大きい場
合の摺動特性の維持に役立つ０例えば表面粗さの大きい
材料としてＤＣＩ（球状黒鉛鋳鉄）またはねずみ鋳鉄を
想定すると、これらの材料は摺動表面の球状または片状
の黒鉛が脱落して表面が粗くなるため、この粗い表面の
突部が摺動材料を傷つけＣｕ粒子を脱落させる傾向を生
じさせる。このような理由から従来のこの種摺動材料で
は相手材の表面粗さが太き（なると急激に耐焼付性が悪
化していた。しかるに硬質物粒子はこれらの相手材より
硬いため、相手材の表面粗さが大きい場合でもこれによ
って損耗することが少な（、この結果これらの相手材に
対しても優れた耐焼付性を示す。なおりＣＩの硬度はヴ
イッカース硬さ（Ｈｖ）で鋳造時２００前後であり、こ
れを熱処理して４００前後であり、これに対し硬質物は
いずれもこれ以上の硬さを示す。

さらに硬質物としてはＣｕ合金中に強固に保持されるも
のを選択した。

また、本発明においてはグラファイト、Ｍｏ５ｓ、ＷＳ
ｉなどを使用することによって摺動部材の摩擦係数を低
くしかつ安定にすることによって、焼付きおよび摩耗が
起こりにくいようにした。なお、グラファイト粒子内な
どに硬質物が存在していると、硬質物が容易に脱落し、
摩擦係数が直ちに高くなり、グラファイトなどの性能は
単に摺動初期に摩擦係数を低くすることに尽きる。この
ような事態を避けるために本発明においてはＣｕ合金と
なじみ性がよい硬質物を選択し、硬質物が粉末冶金工程
でグラファイトなどに潜り込まないようにし、その結果
として耐摩耗性及び耐焼付性が向上する。

摺動材料表面は潤滑油にさらされており、腐食がさらに
進行すると、Ｐｂ粉粒子表面のみならず焼結体の内部ま
でも腐食により脱落してしまい、軸受の強度が低下し寿
命が尽きてしまう。潤滑油によるＰｂの腐食機構は電気
化学的（ＰｂとＣｕの電位が後者が責、前者が卑である
ことによる）腐食よりも化学的なものであると考えられ
、腐食性媒体は、■潤滑油に混入したエンジンの燃焼ガ
スにより生成する無機酸による腐食、■潤滑油中の有機
酸による腐食、■潤滑油への添加剤による腐食などが考
えられる。これらの腐食媒体のうちどの媒体がＰｂ粉粒
子腐食させるかは、摺動材料の用途と機器の使用条件に
よる０例えば、自動変速機のトランスミッションに使用
される軸受では■の可能性が最も高く、過酷な運転をさ
れるエンジン周りの軸受では■の可能性が最も高い。

潤滑油への添加剤が種々使用されているが、軸受の摩耗
までは念頭に入れないで添加剤が考えれらているのが実
情であるので、添加剤により思いもよらない腐食■が起
こっている疑いもある。

本発明者はＰｂ粉粒子合金化することによりＰｂ粉粒子
化学的耐食性を向上する方法を検討したが、試験したあ
らゆる種類の合金元素がＣｕ粒子に合金化されてしまっ
たので、これに代わる方法としてＰｂの含有量を少なく
してＰｂ粉粒子少量にするかあるいは全く存在させな・
い方法を考案した。この結果、軸受寿命が高められたの
で、耐食性を高めることが、硬質物による上記効果を発
揮する上での前提になっていることが分かった。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例） 実施例１ Ｃｕ−１０％Ｓｎの成分をもつ青銅をガスアトマイズ法
により粉末とし、この粉末のうち１７７μｍ以下の粉末
を原料として用いた。

方、硬質物としては６３μｍ以下のＦｅ５Ｐ粉末を準備
した。青銅粉末と５％のＦ　ｅ　ｓ　Ｐ粉末を■型ブレ
ンダーで約３０分間混合した。この混合粉末を直径１０
ｃｍ、高さ１０ｃｍの黒鉛製型内に入れ、１ｔｏｎ／ｃ
ｍ”の圧力で成形した後Ｈ２ガス中で４５０℃、３０分
間の仮焼結を行った。その後、仮焼結体を取り８し、粉
砕機で一１００メツシュに粉砕した。この粉末に黒鉛粉
末（平均粒径２０μｍ）を６％添加して■型ブレンダに
て約３０分間混合した。その後この混合粉を脱脂、サン
ディングされた厚さ１．３６ｍｍの鋼板上に厚さＩＩＩ
ＩＩ１１散布して、温度８２０℃のＨ３雰囲気中で３０
分間焼結した。続いて焼結材をロールで厚さ１．５ｍｍ
まで圧延加工を施した後、再度同じ条件で２回目の焼結
を行いバイメタル材を得た。この材料を所定の大きさに
切断して、焼付及び摩耗試験用のテストピースを得た。

耐摩耗試験の条件を以下に示す。

試験条件 試験機　　二円筒平板型摩擦摩耗試験機荷重　　　：　
１０ｋｇｆ 油種　　　：ＡＴＦ油（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎ
ｓ−ｍｉｓｓｉｏｎ　　ｆｌｕｉｄ油） 油温　　　：１００℃ 相手軸　　：５５５Ｃ（焼入れ） 軸回転数　：２０Ｏｒｐｍ 軸あらさ　：　１．５〜２μｍＲｚ 試験時間　：６０ｍ１ｎ 焼付試験条件を以下に示す。

試験機　　：箱形ブシュテスタ 回転数　　：４８００ｒｐｍ 荷重　　　：１５０ｋｇ 潤滑　　　二油種−ＡＴＦ油、潤滑法−どぶ漬は法 油温　　　：２０℃ 相手軸　　：ＳＣＭ４２０ 軸あらさ　＝０．８μｍ　Ｒｚ オイルクリアランス：５０μｍ 耐焼付性の評価は試験開始後軸受温度が安定した時にオ
イルを抜いてからの軸受温度が２００℃に上昇するまで
の時間の判定により行った。

比較のために下記の比較材についても同様の試験を行っ
た。

（１）比較材Ｉ ＪＩＳ−ＬＢＣ３（Ｃｕ−１０％Ｐｂ、１０％Ｓｎ、鉛
青銅） （２）比較材２ ＪＩＳ−ＬＢＣ６（Ｃｕ−２３％Ｐｂ、３％Ｓｎ、鉛青
銅） （３）比較材３　（ＬＢＣ６の鉛青銅に５％のＦｅ５Ｐ
を添加したもの） 結果を次表に示す。

表　　１ この表に示される結果より本発明材は耐焼付性及び耐摩
耗性が優れることが明らかである。また、本発明と比較
材３を比較することによって、グラファイトを添加する
ことにより耐焼付性及び耐摩耗性が向上することが明ら
かである。

実施例２ 表２に示すように、Ｓｎ、Ｐｂおよび硬質物の組成を変
化させた混合粉末に付き実施例１と同様の方法でバイメ
タル材の製造を行った。

耐摩耗試験の条件を以下に示す。

試験条件 試験機　　二円筒平板型摩擦摩耗試験機すべり速度：０
．４２ｍ／ｓ 荷重　　　：　ｌｏｋｇｆ 油種　　　：ＡＴＦ油（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎ
ｓ−ｍｉｓｓｉｏｎ　ｆｌｕｉｄ油） 油温　　　：１２０℃ 相手軸　　：５５５Ｃ（焼入れ） 軸あらさ　：　１．５−２μｍＲｚ 試験時間　：６０ｍ１ｎ 耐摩耗性の評価は体積摩耗量により行った。

摩耗試験条件 試験機　　ニスラスト試験機 回転数　　：　１１０００ｒｐ 荷重　　　：２０ｋｇ／１０分の割合で増加潤滑　　　
：油種−ＡＴＦ油、潤滑法−どぶ漬は法 油温　　　：５０℃ 相手軸　　：　５５５Ｃ 軸あらさ　：３μｍＲｚ 焼付荷重単位：１０ｋｇｍ 耐焼付性の評価は焼き付いた時の荷重で行った。

耐食性試験条件は以下のとおりである。

試験Ｉ：静的油員試験様 油種　：　ＡＴＦ油 油温　：１７０±５℃ 時間　：　２００ｈｒ 試験結果を表２、表３に示す。

（以下余白） 表２より本発明の試料は耐食性、耐摩耗性および耐焼付
性が比較材より優れていることが明らかである。

表３はＳｎ含有量を１０％、Ｐｂ含有量を５％、グラフ
ァイト含有量を４％と一定にして各種硬質物を使用した
結果を示す。硬質物の種類により耐焼付性は最低値と最
高値で約２倍の範囲で変化しているが、いずれにせよ比
較材よりは優れていることが分かる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る摺動材料は相手軸の
粗さが大きく摩耗が起こり易い環境、潤滑油による腐食
が起こり易い環境、あるいは摩耗と腐食が同時に進行す
る環境で使用された時に優れた性能を特徴する 特許出願人　　　大豊工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．重量百分率で、１〜１０％のグラファイト、ＭｏＳ
   ＿２及びＷＳ＿２の少なくとも１種と、１〜３０％の下
   記（ａ）〜（ｂ）群の少なくとも１群から選択された少
   なくとも１種の硬質物とを含み、残部が実質的に、０．
   １〜１５％のＳｎを含有するＣｕ系焼結合金とから構成
   されていることを特徴とする摺動材料。 （ａ）Ｆｅ＿２Ｐ，Ｆｅ＿３Ｐ，ＦｅＢ，Ｆｅ＿３Ｂ，
   Ｃｏ，Ｃｏ系自溶性合金、Ｃｏ系自溶性合金、Ｎｉ系自
   溶性合金 （ｂ）Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｓ
   ｉ，Ｆｅ−Ｗ，Ｆｅ−Ｍｏ，Ｆｅ−Ｖ，Ｆｅ−Ｔｉ，Ｆ
   ｅ−Ｎｂ，ＣｕＰ
2. ２．重量百分率で、１〜１０％のグラファイト、ＭｏＳ
   ＿２及びＷＳ＿２の少なくとも１種と、１〜３０％の下
   記（ａ）〜（ｂ）群の少なくとも１群から選択された少
   なくとも１種の硬質物とを含み、残部が実質的に、０．
   １〜１５％のＳｎと０．１〜３０％以下のＰｂを含有す
   るＣｕ系焼結合金とから、構成されていることを特徴と
   する摺動材料。 （ａ）Ｆｅ＿２Ｐ，Ｆｅ＿３Ｐ，ＦｅＢ，Ｆｅ＿３Ｂ，
   Ｃｏ，Ｃｏ系自溶性合金、Ｎｉ系自溶性合金 （ｂ）Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｓ
   ｉ，Ｆｅ−Ｗ，Ｆｅ−Ｍｏ，Ｆｅ−Ｖ，Ｆｅ−Ｔｉ，Ｆ
   ｅ−Ｎｂ，ＣｕＰ