JPH0748665A

JPH0748665A - 溶射被膜を施した摺動材

Info

Publication number: JPH0748665A
Application number: JP21498993A
Authority: JP
Inventors: Kunio Nakajima; 邦夫中島; Masao Hosoda; 征男細田; Wataru Yago; 亘矢後; Kazuyuki Inagaki; 一之稲垣
Original assignee: Chuetsu Gokin Chuko Kk; Chuetsu Metal Works Co Ltd
Current assignee: Chuetsu Gokin Chuko Kk; Chuetsu Metal Works Co Ltd
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1995-02-21
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3256041B2

Abstract

(57)【要約】【目的】安価な耐摩耗性材料を使用し、簡単な溶射手
段によりそれが摺動部に強力に結合し、高い耐摩耗性
と、安定した接合強度皮膜が形成された溶射被膜を施し
た摺動材を提供する。【構成】金属基体上の摺動部の表面に耐摩耗性黄銅材
料を直接溶射してそれによる耐摩耗性被膜を形成し、そ
の耐摩耗性黄銅材料が、重量％で、Ｚｎ：２０〜４５
％、Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｐｂの少なくとも一種以
上：０．１〜１０％、残部Ｃｕからなる合金であること
を特徴とする溶射被膜を施した摺動材を構成した。ま
た、上記耐摩耗性黄銅材料に、重量％でＭｏを１〜５０
％添加することもある。【効果】本発明実施例材料は、従来の銅合金単体の摺
動材や、溶射材料、焼結材料のいずれよりも高い耐摩耗
性と耐焼付性を示した。また、Ｍｏの添加によって、接
合強度の改善も得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐焼付性と耐摩耗性が
同時に要求される高面圧・高滑り速度に優れた、溶射被
膜を施した摺動材に関する。

【０００２】特に、自動車用，舶用，陸上用等のエンジ
ンや減速装置などの摺動部、その他一般産業用機械装置
の摺動部に使用して最適の摺動材に関する。

【０００３】

【従来の技術】機械部品や各種装置の構成材料は、十分
な機械的強度以外に、使用目的に応じた耐摩耗性，耐食
性等の特性を備えていることが必要となるが、軸受，す
べり板，カム，ギア，リテーナ，摩擦板の如き摺動材料
には、耐摩耗性銅合金単体や鋳鉄などが広く使用されて
いる。

【０００４】しかし、銅合金単体では、価格的に高価で
あるとともに、加温雰囲気中において耐荷重性に若干問
題がある。この銅合金の耐荷重性，耐摩耗性及び機械的
強度を改良したものとして、高力黄銅なども使用されて
いるが、鋳造性，機械加工性に若干問題があると同時
に、潤滑条件が適切でないと、初期なじみに問題が残る
という欠点もある。また鋳鉄は、比較的廉価ではある
が、錆やすいこと、初期なじみに若干問題があること、
強度的に脆いなどの欠点がある。

【０００５】そこで、例えば、大型車両やスポーツカー
等において、高馬力や高トルクが要求される変速機の摺
動部に、高負荷に耐え且つ高い耐摩耗性を付与するた
め、鉄系材料で機械部品の本体を造り、その摺動部の表
面に耐摩耗性被膜を形成する手段が講じられていた。

【０００６】その手段としては次のような方法が用いら
れている。１．摺動部に、耐摩耗性が高いことで知られるＭｏを溶
射する。２．摺動部に、耐摩耗性アルミ合金とＭｏとを混合した
ものを溶射する。３．摺動部に、耐摩耗性材料を機械的又は溶接により結
合する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のうち、Ｍｏを溶
射する方法は、大型車両等で現在広く実施されている
が、用いるＭｏの材料価格が非常に高価であるため（材
料コストは本発明の場合の２．５倍程度になることがあ
る）、製品がコスト高となることは避けられない。

【０００８】耐摩耗性アルミ合金とＭｏとの混合物を溶
射する場合は、現在、変速機等の摺動部に一部用いられ
ているが、この場合、耐摩耗性アルミ合金中のＳｉ量は
１５％程度と極めて高く、またその大半がＳｉ単体又は
ほとんどがＳｉから成る化合物の析出物として分布して
いるため、耐摩耗性アルミ合金中に含まれるＳｉが溶射
時に素地との濡れ性を害する。このため、溶射皮膜の接
合強度が低く、例えば大型車両を除くように、用途が限
定される。

【０００９】耐摩耗性材料を機械的又は溶接により結合
する場合は、その耐摩耗性材料の摺動面側を摺動材部品
として別途形成し、それを耐摩耗性材料本体に嵌めてピ
ンにより加締めたり、或いは、一体化のための焼嵌め、
冷却嵌め及び電子ビーム溶接等の複雑な組合せ手段を取
るため、製造が非常に困難であった。また、部品点数も
増え、組立て工数も多くなるので、コスト的に不利とな
る欠点があった。

【００１０】本発明は、上記のような実情に鑑みて、安
価な耐摩耗性材料を使用し、簡単な溶射手段によりそれ
が摺動部に強力に結合し、高い耐摩耗性と、安定した接
合強度皮膜が形成された溶射被膜を施した摺動材を提供
することを目的とした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、金属基体上の摺動部の表面に耐摩耗性
黄銅材料を直接溶射してそれによる耐摩耗性被膜を形成
し、その耐摩耗性黄銅材料が、重量％で、Ｚｎ：２０〜
４５％、Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｐｂの少なくとも一種以
上：０．１〜１０％、残部Ｃｕからなる合金であること
を特徴とする溶射被膜を施した摺動材を構成した。

【００１２】また、上記耐摩耗性黄銅材料に、重量％で
Ｍｏを１〜５０％添加することもある。

【００１３】

【作用】上記の耐摩耗性黄銅材料は、金属組織は、マト
リツクスと、それより固い金属間化合物とからなってお
り、マトリツクスの組織は、α＋β相、β相、またはβ
＋γ相からなる。また、金属間化合物の硬さは、マイク
ロビッカース硬度で３００以上を有する。そのため、こ
れが摺動部に直接に溶射されると、硬度の非常に大きい
耐摩耗性被膜となる。なお、直接溶射とは、本発明では
主に酸素混合型燃料ガス式超音速溶射法を言う。

【００１４】次に、本発明溶射摺動材の構成成分につい
て、その作用と添加量の限定理由を説明する。１）Ｚｎ：２０〜４５％Ｚｎは溶射金属のマトリックス組織を決定し、２０％未
満ではα単相となり、溶射金属の強度，硬度，耐摩耗性
が不足する。一方、４５％を越えるとγ相の量が過大と
なり、溶射金属は硬くて脆くなり、使用に耐え得ない。
以上より、Ｚｎの添加量は、２０〜４５％に限定され
る。２）Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｐｂの少なくとも一種以
上：０．１〜１０％これ等の元素の一部はマトリックス中に固溶するものも
あるが、添加の主な目的は、単体または金属間化合物と
してマトリックス中に晶出させ、耐摩耗性，耐焼付性を
向上させることにある。このためには、これ等の元素の
少なくとも一種以上を、０．１〜１０％の範囲で添加す
る必要がある。なお、０．１％未満では晶出物の大きさ
及び量が不足し、１０％以上では晶出物の分布が片寄
り、目的の性能が得られない。

【００１５】溶射材料には、Ｓｉを必ずしも含有しな
く、含有しても耐摩耗性アルミ合金のように１５％もの
高含量ではないから、Ｓｉは大半が固溶し、また析出物
はＳｉ含有量の低い化合物となるため、金属基体との濡
れ性が害されなく、耐摩耗性被膜の安定した接合強度が
得られる。

【００１６】Ｍｏが添加された場合は、耐摩耗性および
接合強度がさらに向上する。しかし、添加量が１％未満
であるときは、その効果が期待できなく、また、５０％
を超えるときは、効果のそれ以上の向上が望めない。な
お、本明細書では％を重量において示す。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面および表に基づ
いて説明する。

【００１８】表１は、本発明の実施に係る耐摩耗性黄銅
材料の組成を例示したもので、表２は、本発明実施例ら
と比較するための比較例材料群である。

【表１】

【表２】

【００１９】表１及び表２に示した供試材料に基づい
て、本発明実施例試験片と比較例試験片とを作成し、摩
耗試験及び焼付荷重試験並びに接合強度試験を行なっ
た。表３は、各実施例品及び比較例品についての各試験
結果を示したものである。

【表３】

【００２０】なお、摩耗試験は次の様にして行なった。１）試験片の作成実施例材料No．1〜No．１３及び比較例材料NO.１４につ
いては、所定の成分の銅合金粉末（粒度５〜１２０μ
ｍ）とＭｏ粉末（１０〜５０μｍ）を表示した割合で混
合した粉末を、図１の形状に加工したＪＩＳＧ３１０１
ＳＳ４１材の上に超音速酸素燃焼法（酸素混合型燃料ガ
ス式超高速溶射法）にて、厚さ０．２ｍｍの溶射被膜を
形成し、図３の摩耗試験片を作成した。

【００２１】比較例材料のNo.２０〜No.２５は、１００
ｋｇ高周波誘導炉にて所定の化学成分に調整した銅合金
溶湯を鋳鉄製金型（内径φ７０ｍｍ、高さ２００ｍｍ）
に鋳造し、図１の形状に機械加工した。

【００２２】比較例材料のNo.２６及びNo.２７は、所定
の成分の合金粉末（粒度４５〜１５０μｍ）をＪＩＳＧ
３１４１ＳＰＣＣの板材（厚さ２ｍｍ）の上に０．５ｍ
ｍ厚で焼結させ、図２の形状の摩耗試験片に機械加工し
た。

【００２３】比較例材料のNO.１６，NO.１８，NO.１９
は、所定の成分の溶射用ワイヤー（太さφ3.2ｍｍ）
を、図１の形状に加工したＪＩＳＧ３１０１ＳＳ４１材
の上に、メタライジング法にて、厚さ０．２ｍｍの溶射
被膜を形成し、図３の形状の摩耗試験片を作成した。

【００２４】比較例材料のNO.１５，NO.１７は、所定の
成分の合金粉末（粒度５〜１２０μｍ）とＭｏ粉末（粒
度１０〜５０μｍ）を所定の割合で配合し、ＪＩＳＧ３
１０１ＳＳ４１材の上に、プラズマ溶射法にて、厚さ
０．２ｍｍの溶射被膜を形成し、図３の摩耗試験片を作
成した。２）摩耗試験スラスト式摩耗試験機を用い、耐摩耗性評価のための定
荷重試験と、耐焼付性評価のための増加荷重試験とを行
なった（図４参照）。 (１）相手材材質：ＪＩＳＧ４１０５ＳＣＭ４１５浸炭焼入
（ＨＲＣ６０）形状：図５に示す通り。 (２）押し付け荷重定荷重試験…２００Kgf（面圧１００Kgf/cm²）増加荷重試験…０から毎秒１０Kgfづつ荷重を増加させ
る。 (３）回転数１５００（rpm)（１．８m/sec） (４）潤滑浸漬による (５）試験時間定荷重試験…３０分増加荷重試験…焼付まで (６）試験結果

【表３】に示す通り

【００２５】３）焼付試験 (１）図１，図２，図３の各試験片を用いる（耐摩耗性
の評価と同形状の試験片）。 (２）試験方法は、図４で行い、荷重を１０Ｋｇ／secづ
つ増加させる。

【００２６】４）接合強度の比較試験ＡＳＴＭＣ６３３に従って、溶射被膜と母材（ＳＰＣ
Ｃ）との接合強度を調査した。その結果を

【表３】に示す。

【００２７】

【発明の効果】本発明実施例材料は、従来の銅合金単体
の摺動材や、溶射材料、焼結材料のいずれよりも高い耐
摩耗性と耐焼付性を示した。また、Ｍｏの添加によっ
て、接合強度の改善も得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例材料No.２０〜No.２５より作成された摩
耗試験片の平面図（ａ）及びＡ−Ａ線矢視断面図
（ｂ）。

【図２】比較例材料No.２６，No.２７より作成された摩
耗試験片の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線矢視断面図
（ｂ）。

【図３】実施例材料No.１〜No.１３及び比較例材料No.
１４〜No.１９より作成された摩耗試験片の平面図
（ａ）及びＣ−Ｃ線矢視断面図（ｂ）。

【図４】スラスト式摩耗試験機の使用状態を説明した
図。

【図５】スラスト式摩耗試験機における相手材の形状を
示した平面図（ａ）及びＤ−Ｄ線矢視断面図（ｂ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲垣一之富山県中新川郡立山町西芦原新１番地の１中越合金鋳工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｚｎ：２０〜４５％、Ａｌ，
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｐｂの少なくとも一種以上：０．１〜
１０％、残部Ｃｕからなる耐摩耗性黄銅材料を、金属基
体上に溶射してなる溶射被膜を施した摺動材。
【請求項２】請求項１記載の耐摩耗性黄銅材料に、重
量％で、Ｍｏ：１〜５０％を添加してなる溶射材料を、
金属基体上に溶射してなる溶射被膜を施した摺動材。