JPH0684528B2 - 黒鉛含有鉛青銅複層摺動材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車、産業機械、農業機械等に使用されて
いる軸受、ブツシユ、ワツシヤなどの材料に適した黒鉛
含有鉛青銅複層摺動材料およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来の上記分野で軸受、ブツシユ、ワツシヤなどの材料
として使用されている複層の摺動材料は鋼裏金と、Cu−
Sn−Pb系、もしくは、Cu−Sn−黒鉛系の焼結合金とから
成るバイメタルタイプの摺動材料が主でありその焼結合
金の硬さはHv 60〜100の範囲のものであつた。又硬さ
がHv 100以上の焼結合金としては、鉛や潤滑剤を含有
していない燐青銅と鋼裏金とから成るバイメタルタイプ
の摺動材料がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の鋼裏金とCu−Sn−Pb系又はCu−Sn−黒鉛系の焼結
合金とから成るバイメタルタイプの摺動材料は、それぞ
れPb:10〜30wt％、黒鉛:2〜8wt％を含有したものが使用
されているが、最近の内燃機関の進歩にともないより高
荷重が軸受にかかる用途では、これらの軸受材料では耐
荷重性が不足しより高面圧に耐える軸受材料が要求され
るようになつた。又燐青銅の焼結合金のバイメタルタイ
プでは、耐荷重性にはすぐれるが非焼付性に問題があつ
た。

本発明の目的は、耐荷重性にすぐれるよう従来の合金中
のPb、及び黒鉛の含有量を減らし且つ高圧延することに
より、合金硬さ引張強さ耐クリープ特性などの機械的性
質を改善し又、Pb、黒鉛を共に含有させることにより非
焼付性のより一層すぐれたすべり軸受などの黒鉛含有鉛
青銅複層摺動材料を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の黒鉛含有鉛青銅複層
摺動材料は、鋼板または銅などの表面めっきされた鋼板
と、該鋼板に接合されている焼結銅合金から成るバイメ
タル状摺動材料に於いて、上記銅合金の組成がSn:5−16
重量％、Pb:3を越え20重量％以下,P:0.03−１重量％，
黒鉛:0.5−４重量％,Cu:残部であり、その合金の硬さが
該合金の焼結状態で得られる硬さよりも大きなHv100以
上にすることにより耐焼付性および耐荷重性を兼ね備え
たことを特徴とする黒鉛含有青銅複層摺動材料であるこ
とを特徴とする。

潤滑の役割りをするPb及び黒鉛は、必ず両方ともに含有
させる必要がある。その理由として、潤滑油が存在する
場合は、親油性の良いPbが有効であり、油膜が完全に切
れた金属接触の状態では固体潤滑剤である黒鉛がその威
力を発揮する。又Pbは焼結工程中溶融し多孔質であるグ
ラフアイトの中に浸透する為グラフアイト添加による材
料の脆化現象が緩和され、Pbと黒鉛の同時添加はより一
層効果的である事が判明した。

この材料の製造方法は、200メツシユを通過（以下単に
−200メツシユと略記する）する鉛青銅合金粉末と、350
メツシユを通過（以下単に−350メツシユと略記する）
する黒鉛粉末との混合粉末を鋼板又は銅などの表面メツ
キされた鋼板の上に散布し焼結（700−900℃の温度で10
−30分間行うのが良い）及び圧延を繰り返し、最終圧延
を７％以上の圧下率の高圧下圧延（７−30％と圧下率が
良い）する事によつて合金の硬さを該合金の焼結状態で
得られる硬さよりも大きなHv100以上にすることにより
耐焼付性および耐荷重性を兼ねそなえたことを特徴とす
るものである。

［作用］ つぎに本発明摺動材料における銅合金の成分組成範囲
と、銅合金製造時に使用する鉛青銅粉末及び黒鉛粉末の
粒子の限定理由を述べる。

イ）Sn:5〜16重量％ ５重量％未満では、強度が低下し、耐摩耗性が劣り、16
重量％を超えると脆弱となる。

ロ）Pb:3を越え20重量％以下 ３重量％未満では潤滑効果が不足し、20重量％を超える
と合金強度が極端に低下する。

ハ）P:0.03〜１重量％ 0.03重量％未満では強度が不足し、１重量％を超えると
粉末を製造するときPbの偏析が生じやすく、また機械的
性質のうち特に靭性が低下する。

ニ）黒鉛:0.5〜４重量％ 0.5重量％未満では潤滑効果が不足し、４重量％を越え
ると合金強度が極端に低下する。

ホ）鉛青銅合金粉末の粒度 −200メツシユより粗いと黒鉛分布状態が粗くなる為に
焼結合金の機械的強度が低下する。

ヘ）黒鉛粉末の粒度 −350メツシユより粗いと黒鉛の分布が粗く焼結合金の
靭性が低下し、潤滑特性も悪くなる。

ト）Ni:1〜８重量％ Niを添加することにより焼結銅合金の耐食性が向上でき
且つPb粒子を銅合金中で均一微細に分散させることがで
きる。Niが１％未満ではその効果がなく、又８％を越え
ると銅合金が脆化するのでNiの含有量範囲は１〜８重量
％となる。

チ）焼結銅合金の硬さ:Hv100以上 焼結銅合金の硬さをHv100以上とすることにより非焼付
性及び機械的性質の優れた摺動材料が得られ、Hv100以
下ではこの効果が生じない。

なお本発明で使用する前記−200メツシユとは、200メツ
シユのふるいを全体の粒子のうちの少なくとも95％の粒
子が通過することを意味し、−350メツシユとは350メツ
シユのふるいを全体の粒子のうちの少なくとも95％の粒
子が通過することを意味する。

又適用条件によつては黒鉛の代りにMoS₂を使用した方が
良い場合もあるが、若干高価となる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を説明する。

−200メツシユの鉛青銅合金粉末と−350メツシユの黒鉛
粉末とを混合して２種類の混合粉末を作り（混合粉末
（Ａ）の組成:10.1％Sn、5.1％Pb、0.25％Ｐ、1.0％黒
鉛及び残部Cu: 粉末（Ｂ）の組成： 15.5％Sn、19.5
％Pb、0.95％Ｐ、3.9％黒鉛及び残部Cu）、該混合粉末
のそれぞれを銅が表面メツキされた鋼板状に散布し、水
素気流中の還元雰囲気炉内で700〜900℃の温度で20分間
焼結し、その後ロール間にこの焼結複合材を通してさら
に再焼結後の最終圧延を10％の高圧下率で圧延すること
により２種類の摺動材料（1A及び1B）を得た。摺動材料
の寸法は総肉厚1.6mm、銅合金層の厚さは0.5mm、幅100m
mであつた。

なお必要に応じて前記焼結及び圧延をさらに必要回数だ
け繰返し最終圧延にて焼結合金の硬さをHv 100以上に
してもよいことはもちろんである。

次に第１の比較例として、−200メツシユの青銅合金粉
末と、−350メツシユの黒鉛粉末とを、混合して、混合
粉末を作り（組成 wt％:0.25％Ｐ−10.6％Sn−4.3％黒
鉛−残部Cu）、この混合粉末を使用した以外は上記本発
明の実施例（1A）と同じ製造条件で摺動材料を作り、銅
混合層の硬さがHv 90の複層の摺動材料を作製した。

次に第２の比較例として鉛青銅合金粉末の成分組成が重
量％で、0.10％Ｐ−10.3％Sn−10.2:Pb−残部Cuの粉末
を使用した以外は本発明の上記実施例（1A）と同じ製造
条件で摺動材料を作り、硬さHv 125の複層の摺動材料
が得られた。

次に第３の比較例として−200メツシユの鉛青銅合金粉
末と−350メツシユの黒鉛粉末とを混合して、混合粉末
（組成wt％： 0.25P−10.1％Sn−5.1％Pb−1.0％黒鉛
−残部Cu）を作り、この混合粉末を使用し且つ上記本発
明の実施例（1A）と比較して最終圧延の圧下率を３％と
小さくした以外は該実施例と同じ製造条件で摺動材料を
作り、銅合金層の硬さHv 81の複層の摺動材料を得た。

次に第４の比較例として−120メツシユの鉛青銅合金粉
末と−150メツシユの黒鉛粉末とを混合して、混合粉末
（組成:wt％ 0.25％Ｐ−8.6％Sn−5.4％Pb−1.2％黒鉛
−残部Cu）を作り、この混合粉末を使用した以外は上記
本発明の実施例（1A）の場合と同じ製造条件で摺動材料
を作り、銅合金層の硬さHv 83の複層の摺動材料を得
た。

上記本発明の実施例（1A及び1B）及び比較例での摺動材
料の詳細と、機械的性質を第１表及び第２表に示した。
更に摺動材料の摺動特性を調べるためにおこなつた焼付
試験と摩耗試験の結果を第３表及び第４表に示した。焼
付試験は第５表の試験条件により第１図に示す累積負荷
方法によりおこなつた。摩耗試験は第６表の試験条件に
よりおこなつた。

第２表に示されている裏金層と焼結合金層との接着強さ
の試験方法は、実施例及び比較例により作製した摺動材
料から採取した幅Ｂ（mm）の裏金層付摺動合金板（バイ
メタル状平板）の摺動合金側の外表面と裏金側の外表面
とから、接着境界面に達する２本の平行溝を切り込み、
両溝間の間隔をＬ（mm）として試験片の両端をつかんで
引張り、裏金と軸受合金部とが破断したときの引張荷重
（kg）を接着部面積Ｂ×Ｌ（mm²）で割つて求めたもの
である。

また前記焼付試験、摩耗試験に使用した試験片は、実施
例等で得られたバイメタル状平板材を、外径23mm 幅20
mm 肉厚1.5mmの円筒形状の巻きブツシユ軸受に加工し
たものを使用し第５表と第６表に示す試験条件にて実施
した。

第２表から明らかなように、本発明品の機械的性質は同
条件の製造条件（圧延率）にもかかわらず、優れる側に
あることが分かり、使用粉末に関しては粗い粉末より細
かな粉末の場合により優れた特性が得られた。

また第３表から本発明品の非焼付性は、Pbのみを含有し
た材料及び黒鉛のみを含有した材料や、低圧延や粗い粉
末を使用し機械的強度が低くなつた材料より優れること
が分かり、第４表から耐摩耗性も機械的強度の低い材料
より機械的強度の高い材料の方がより優れることが分か
る。

［発明の効果］ 以上本発明による黒鉛含有鉛青銅複層摺動材料は従来技
術で使用されていた、Cu−Sn−Pb系及びCu−Sn−黒鉛系
の成分の材料より非焼付性、耐摩耗性等の摺動特性が改
善された材料である。また、合金の硬さをHv 100以上
とし、使用粉末の粒度を細かくすることにより機械的性
質が向上し耐摩耗性と耐荷重性が大幅に改善された。

尚、今回の摺動試験では、摺動合金面に油溝加工は行な
わなかつたが用途に応じてインデント及び油溝加工を設
けてもよいことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第３表に示される耐焼付特性を得るための焼
付試験で採用した累積負荷方法を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 健至 愛知県一宮市丹陽町多加木字向江484番地 の２ (56)参考文献 特開 昭61−179804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−176819（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−67（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼板または銅などの表面めっきされた鋼板
   と、該鋼板に接合されている焼結銅合金から成るバイメ
   タル状摺動材料に於いて、上記銅合金の組成がPn:5−16
   重量％、Pb:3を越え20重量％以下,P:0.03−１重量％，
   黒鉛:0.5−４重量％,Cu:残部であり、その合金の硬さが
   該合金の焼結状態で得られる硬さよりも大きなHv 100
   以上にすることにより耐焼付性および耐荷重性を兼ね備
   えたことを特徴とする黒鉛含有青銅複層摺動材料。
2. 【請求項２】鋼板又は銅などの表面メッキされた鋼板
   と、該鋼板に接合されている焼結銅合金から成るバイメ
   タル状摺動材料に於いて、上記銅合金の組成がSn:5〜16
   重量％、Ni:1〜８重量％、Pb:3を越え20重量％以下、P:
   0.03〜１重量％、黒鉛:0.5〜４重量％、Cu:残部であ
   り、その合金の硬さが該合金の焼結状態で得られる硬さ
   よりも大きなHv 100以上にすることにより耐焼付性お
   よび耐荷重性を兼ねそなえたことを特徴とする黒鉛含有
   鉛青銅複層摺動材料。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項あるいは第２項のバ
   イメタル状摺動材料は、200メッシュを通過する鉛青銅
   合金粉末と350メッシュを通過する黒鉛粉末との混合粉
   末を鋼板又は銅などの表面メッキされた鋼板の上に散布
   し、焼結且つ圧延を繰り返し、特に最終圧延工程に於い
   て、７％以上の圧下率の高圧下圧延をすることによって
   合金硬さを該合金の焼結状態で得られる硬さよりも大き
   なHv 100以上にすることにより耐焼付および耐荷重性
   を兼ねそなえたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   あるいは第２項の黒鉛含有鉛青銅複層摺動材料の製造方
   法。