JPH1046271A

JPH1046271A - 耐摩耗性に優れる摺動材料

Info

Publication number: JPH1046271A
Application number: JP8216720A
Authority: JP
Inventors: Masahito Fujita; 正仁藤田; Koji Saito; 康志斎藤
Original assignee: NDC Co Ltd; Nippon Dia Clevite Co Ltd
Current assignee: NDC Co Ltd; Nippon Dia Clevite Co Ltd
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP3292445B2; US6197432B1; WO1998004756A1

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、自動車、産業機械、農業機械等
に使用されている摺動部材、ワッシャ−などの材料に適
し、特に耐摩耗性に優れ、苛酷な境界潤滑状態におい
て、有効な摺動材料を提案する。【解決手段】鋼板の裏金５と、この裏金５の一方の面
上に一体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料に
おいて、この焼結軸受層は、その基地４中に硬質物の粉
末２が０．５〜２０重量％を分散、焼結して成って、基
地４が１〜３０重量％Ｐｂ、１〜１５重量％Ｓｎならび
に残部Ｃｕから成る一方、硬質物の粉末２が７．５〜
９．５重量％Ｃｒ、２７〜３０重量％Ｍｏ、２．０〜
３．０重量％Ｓｉならびに残部Ｃｏから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性に優れる摺動材
料に係り、なかでも、自動車、産業機械、農業機械等に
使用されている摺動部材、ワッシャ−などの材料に適
し、特に耐摩耗性に優れ、苛酷な境界潤滑状態におい
て、有効な摺動材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブシュ、ワッシャ−などとして使
用される摺動材料のうち、焼結合金から成る摺動材料
は、主として、青銅、鉛青銅などの焼結合金から成って
いる。これら合金は、潤滑油が存在する使用条件下では
良好な摺動特性を持っているが、潤滑油は存在しないか
ほとんど存在しない境界潤滑条件では異常摩耗や焼き付
きを起こす。

【０００３】すなわち、鉛青銅などの焼結合金は、潤滑
性ならびになじみ性にすぐれるＰｂが全体にわたって分
散しているために、軸受材料又は摺動材料として使用す
ると、良好な潤滑性が保持される。しかし、潤滑条件が
苛酷な境界潤滑条件下では、耐摩耗性に問題があり、し
ばしば異常摩耗を引き起す事例も報告されている。

【０００４】このようなところから、鉛青銅基地中に、
硬質物として、硬い化合物（Ｆｅ₃Ｐなど）の粒子や、
Ｍｏ粉末またはＣｏ粉末、更にＮｉ基合金粉末の粒子を
点在させることによって耐焼付性や耐摩耗性を向上させ
ることが提案されている。（特公昭５７−５０８４４号
公報参照）。

【０００５】耐焼付性と耐摩耗性を兼備せしめるため
に、銅青銅基地中に、黒鉛粒子とＮｉ−Ｂ化合物の粒子
とを添加した摺動材料が提案されている。（特開平４−
１９８４４０号公報参照）

【０００６】しかしながら、このような摺動材料におい
て硬質物として介在させる粒子は、主としてＦｅ₃Ｐや
ＮｉＢなどの化合物系粒子であり、結晶性が強いため、
形状は、破砕面がナイフエッヂのような鋭角の形をなす
ものである。このため、摺動材料のうちでも、自動車な
どの軸受として使用すると、軸受そのものの摩耗量が低
減できるが、かえって相手方の軸を摩耗させる。

【０００７】また、軸受として加工して摺動面を仕上げ
る場合、通常、切削加工により仕上げる。しかし、この
ような場合でも、あまり硬くなり過ぎると、超硬バイト
でも切削加工が出来ない。このため、切削加工には、ダ
イヤモンドバイトを使用しなければならず、このところ
が加工上の大きな問題点になっている。

【０００８】すなわち、上記の摺動材料では、いずれ
も、添加される硬質物の粉末そのものが硬く、とくに、
硬質物の粉末が化合物かビッカ−ス硬さ（Ｈｖ）で１０
００以上を示すものから成るため、硬さがあまりにも硬
い。また、硬質物の粉末は鉛青銅基地との焼結性も弱
く、このため、添加された硬質物の粉末が摩耗粉として
脱落し、相手方の軸を傷つけてしまう。

【０００９】同時に、潤滑条件が直接相手方の軸と接触
する境界潤滑条件に達すると、相手方の軸の荷重は硬質
物の粉末によって受けることになる。このときにも、硬
質物の粉末と鉛青銅基地との焼結性が弱いことから、相
手方の回転軸と硬質物の粉末との間で摩擦熱が発生し、
この摩擦熱が放散しにくいことから、発熱が加速される
と、焼付に至る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点の解
決を目的とし、とくに、銅系焼結合金から成る基地の中
に硬質物の粉末を添加させ介在させて成る摺動材料にお
いて、この硬質物の粉末は、適切な硬度ならびに焼結性
が与えられるものとして構成し、境界潤滑下において
も、より適切な耐摩耗性が与えられ、軸受として使用で
きる摺動部材を提供する。

【００１１】このような摺動部材であると、過剰な硬度
を有する化合物系添加物が添加されることがなく、配合
される硬質物の粉末は適切な硬さを有するため、相手方
の軸をいためることがない。

【００１２】また、添加される硬質物の粉末は合金系粉
末であり、しかも、鉛青銅基地との焼結性も良好であ
り、摩擦熱の熱伝達性も良く、軸受面での温度上昇がわ
ずかである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
摺動部材は、鋼板の裏金と、この裏金の一方の面上に一
体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料におい
て、この焼結軸受層は、その基地中に硬質物の粉末０．
５〜２０重量％を分散、焼結して成って、基地が１〜３
０重量％Ｐｂ、１〜１５重量％Ｓｎならびに残部Ｃｕか
ら成る一方、硬質物の粉末が７．５〜９．５重量％Ｃ
ｒ、２７〜３０重量％Ｍｏ、２．０〜３．０重量％Ｓｉ
ならびに残部Ｃｏから成ることを特徴とする。

【００１４】更に詳しく説明すると、先に示した通り、
従来提案されてきた硬質物の粉末は主として化合物系で
あり、いずれもきわめて硬い硬さ、ちなみにＨｖで１０
００以上を有しているし、ＭｏやＣｏなどの粉末はＨｖ
で２００〜５００程度で硬さが低く、境界潤滑条件で適
切な性能を達成できない。

【００１５】硬い化合物系粉末でも、粒子そのものは、
化合物系のインゴットを粉砕した結果得られるものであ
るから、形状は、鋭角なエッヂシェイプを示す。

【００１６】そこで、本発明においては、相手方の軸を
傷つけず、かつその軸に対して適切な形状、硬さを有し
耐摩耗性に優れる硬質物の粉末として金属系合金粉末を
選定した。

【００１７】これに併せて、硬質物の粉末として、軸受
面の温度上昇を防止し、熱放散性を高めるために、鉛青
銅基地に対する焼結性を配慮した。

【００１８】この結果、添加すべき硬質物の粉末として
は、化合物系のものとしては構成せずに、合金系のもの
として構成し、組成としては、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金
が適切であることがわかった。

【００１９】更に、この合金系の硬質物の粉末の形状と
しては、丸みを帯びた形状とし、このような形状の粉末
は、アトマイズ法によって製造するのがきわめて適切で
あった。

【００２０】ちなみに、２８％Ｍｏ−９％Ｃｒ−２．５
％Ｓｉ−残部ＣｏのＣｏ基合金の粉末であると、硬度は
Ｈｖ（ビッカ−ス硬度）で７５０であって、硬さ、焼結
性など上記の条件が充足できる。

【００２１】そこで、２３％Ｐｂ−２％Ｓｎ−残部Ｃｕ
の鉛青銅合金から成る基地の中に、硬さＨｖ（ビッカ−
ス硬度）１３５０迄の硬質物の粉末を同じ割合で配合し
て軸受から成る摺動材料をつくり、この摺動材料につい
て、硬質物の粉末の硬さＨｖと相手方の軸の摩耗量（μ
ｍ）との間の関係を求めた。

【００２２】なお、この摩耗試験の条件は、表１に示
し、硬質物の粉末としては、従来例の化合物系粉末の硬
さはことごとく硬さＨｖが１０００以上であるので、硬
さＨｖ１０００以上のものとしては、化合物系粉末を用
いた。硬さＨｖ１０００以下のものは、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓ
ｉ−Ｃｏ系の合金の粉末、Ｈｖ５００以下のものはＭｏ
やＣｏなどの単体粉末を用いた。

【００２３】図５では、横軸に添加した硬質物の粉末の
硬度をとり、縦軸は軸受と軸の摩耗量をとり、符号
（イ）で軸受、（ロ）で軸をそれぞれ示す。なお、相手
方の軸の硬さは、図１において（ハ）で示す領域にあ
る。

【００２４】図５において、表１に示すテスト条件で摩
耗試験すると、Ｈｖ１０００を超えるような化合物系硬
質物の粉末を５ｗｔ％添加すると、試験時間１００時間
の長時間の摩耗テストで軸が相当摩耗し、なかでも、硬
さ（Ｈｖ）８００を境として摩耗量が急速に増加するこ
とがわかった。

【００２５】これに対し、摺動材料の軸受側では、硬質
物の粉末の硬さが増加すると、それに伴って摩耗量は減
少している。

【００２６】このように検討したところ、軸受として摩
耗しにくく、その上、相手方の軸を摩耗させないため、
つまり、互いに相容れない条件をバランスさせるのに
は、硬質物の粉末は、硬さはＨｖで７００〜８００程度
が有効で適切であることがわかった。

【００２７】また、硬質物の粉末は、このような条件の
ほかに、基地との焼結性、なかでも、Ｐｂを含んで、残
部がＣｕ−Ｓｎから成る鉛青銅基地との間で焼結性を高
めることが必要である。

【００２８】すなわち、図３ならびに図４は、硬質物の
粒子として化合物系硬質物の粒子が配合されたものであ
って、これからも焼結性が悪く、放熱性に問題があるこ
とがわかる。すなわち、図３ならびに図４においては、
１は相手方の軸、２は硬質物の粉末、３はＰｂ相、４は
基地、５は鋼の裏金、６は熱流を示す。硬質物の粉末２
と基地４との間の焼結性が悪い場合、硬質物の粉末２の
周りに低融点のＰｂ相３によって囲まれていることにな
り、硬質物の粉末２が、Ｐｂ相３が溶融又は軟化したプ
−ルの中に浮いているような状態になる。

【００２９】この状態であると、相手方の軸１と硬質物
の粉末２の間で発生した摩擦熱の熱流６は、Ｐｂ相３を
介して基地４の中に放熱しなければならない。

【００３０】とくに、Ｐｂ相３の熱伝導率はＣｕ基地の
１／１０以下と悪い。このため、この悪い熱伝導の障壁
となり、熱放散は大巾に低下する。

【００３１】ちなみに、Ｐｂ相３の熱伝導率は０．０８
２ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・ｓｅｃであり、基地４中のＣ
ｕの熱伝導率は０．９４ｃａｌ／ｃｍ・ｄｅｇ・ｓｅｃ
である。

【００３２】これに対し、本発明のように、基地４中に
硬質物の粉末２としてＣｒ−Ｍｏ−Ｓｉ−Ｃｏ合金の粉
末が配合され、この硬質物の粉末２が基地４に対して十
分に焼結されている場合は、図１ならびに図２に示され
るようになる。なお、図１ならびに図２の各符号は図３
ならびに図４と同等のものを示す。

【００３３】この場合は、基地４に対して硬質物の粉末
２が十分に焼結されていることもあって、各粉末２の粒
子の周囲にはＰｂ相３の存在が少なく、摩擦熱による熱
流６はスム−ズに基地４ならびに裏金５へ放散され、表
面の温度上昇を抑えることが出来る。

【００３４】とくに、境界潤滑下では、この特性はきわ
めて重要で潤滑油が乏しい場合や、潤滑油の粘度が低い
場合は、硬質物の粉末と相手方の軸との間の発熱量も大
きくなり、潤滑油による熱の放散も期待出来なくなる。
このことから、基地への熱放散性は重要な意味をもって
いる。

【００３５】また、軸受の寿命としても、放熱性が良い
場合は、Ｐｂ相の表面における消耗も少なくなり、安定
した潤滑状態を保つことが出来る。

【００３６】すなわち、基地と硬質物の粉末の各粒子と
焼結性は、熱の放散性という観点からは密接な関係があ
る。このところは、硬質物の粒子の基地に対する焼結性
は、キャビテ−ションテストを施すことで確認すること
が出来る。

【００３７】以上のべた様に、添加する硬質物の粉末と
しては、次の条件を持っていることが必要である。（１）、硬質物の粉末の硬さがＨｖで７００〜８００程
度であること、（２）、基地との焼結性が良いこと、
（３）、なお、このほかに、硬質物の粉末の形状が丸み
を帯びた形であることが好ましい。

【００３８】これに併せて、これらの条件を満足する硬
質物の粉末として、Ｃｏ基合金、なかでも、Ｃｏ−Ｍｏ
−Ｃｒ−Ｓｉ系合金が適切であることもわかる。

【００３９】また、硬質物の粉末は、上記のように、球
状、球状に近く、更に、一部に丸味がある形状に調整す
るのが好ましいが、粉末の粒径は１００μｍ若しくはそ
れ以下に調整するのが好ましい。この粒径であると、１
００μｍ以上のものに較べると、分散性が向上し、添加
量が少なくとも、耐摩耗性を一層向上させることができ
る。

【００４０】次に、各成分元素の含有量限定理由を基地
と硬質物の粉末とに分けて説明すると、次のとおりであ
る。

【００４１】１．基地、基地としては、鉛青銅合金であって、１〜３０％Ｐｂ、
１〜１５％Ｓｎを含み、残部がＣｕから成っている。Ｐｂ（１〜３０％）Ｐｂは軟質成分であって潤滑性に寄与し、なかでも、潤
滑油がほとんど存在しない境界潤滑などのときには、基
地中のＰｂ相を多くすることによって摩耗量を低減でき
る。しかし、Ｐｂ１％未満では、添加の効果はない。Ｐ
ｂ３０％を超えると、合金強度が低下するほか、あま
り、Ｐｂが多いと、摺動時に溶融し、上記の通り、Ｐｂ
相のプ−ルを生成する可能性があり、このため、３０％
以下が好ましい。Ｓｎ（１〜１５％）Ｓｎは基地中においてＣｕと合金化して、基地強度を高
める。Ｓｎ１％未満ではその効果は少なく、Ｓｎ１５％
を超えると、Ｃｕ−Ｓｎ化合物を生成して、脆弱になる
ほか、この化合物が基地中においてきわめて硬い硬質物
の粉末を配合した場合と同じ挙動を示し、Ｓｎ１５％以
下が好ましい。

【００４２】２．硬質物の粉末（全体の０．５〜２０％
配合する）、この硬質物の粉末はＣｏ基合金の粉末であって、Ｃｒ−
Ｍｏ−Ｓｉ−Ｃｏから成っている。この粉末の各粒子に
おいて、各成分、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＣｏはＣｏ基地中
に硬質物が析出しており、このような構成によって適切
な硬さと良好な焼結性を与える。Ｃｒ（７．５〜９．５％）Ｃｒは硬質相を生成し、硬質相があまり多いと硬くなり
過ぎて好ましくない。このところから硬さ（Ｈｖ）７０
０〜８００に保つのには７．５〜９．５％が適切であ
る。Ｍｏ（２７〜３０％）Ｃｒ、Ｃｏと共に硬質相を生成しかつ基地硬さの向上に
も寄与し、基地との焼結性を向上させる。このため、他
の成分とのバランスから、適切な硬さや焼結性などの上
から、２７〜３０％が好ましい。Ｓｉ（２．０〜３．０％）Ｓｉは硬化成分と知られ、Ｓｉが多いことはＣｏとの化
合物を生成し、じん性などの低下を来たす。しかし、Ｓ
ｉはＣｏ合金を溶解する時にフラックスとして使う必要
があって、Ｓｉの量を極限まで少なくすることはできな
い。しかし、３％が上限であると、ＳｉはＣｏと析出物
を生成することがなく、固溶され、Ｓｉ添加による硬化
の程度も少ない。一方、Ｓｉは焼結性に寄与するので、
硬さ（Ｈｖ）７００〜８００の範囲に保つのには、この
範囲が適切であり、Ｓｉ２．０〜３．０％の範囲内で許
容すると、Ｃｏ合金溶製時のＣｏの酸化も十分におさえ
られ、軸受材料としての硬さを適度に保つのにも好まし
い。Ｃｏ残部Ｃｏは他の成分に較べるときわめて高価であり、なるべ
く少ないのが望ましいが、耐摩耗性や、良好な焼結性を
与える上からは、Ｃｏベ−スとするのが好ましい。

【００４３】以下の組成から成る硬質物の粉末はそのも
のとして０．５〜２０％配合する。

【００４４】すなわち、硬質物の粉末は、０．５％未満
の添加ではその効果はなく、２０％を超えると、基地中
に硬質物の粒子が連結して存在するようになり、基地自
体の焼結性を阻害する。

【００４５】

【実施例】まず、表２に示される通り、摺動材料Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．９を用意した。各摺動材料は基地を成す基地
粉末中に、硬質物の粉末２．５〜１０％を配合して全体
として１００％に成る様に混合し、裏金を成す鋼板上に
この混合粉末を所定厚さに散布した。

【００４６】それを水素雰囲気中で温度７００〜９００
℃にて１０〜３０分加熱焼結した。

【００４７】なお、表２に示す硬質物の粉末において、
摺動材料Ｎｏ．１〜６の硬質物の粉末は、いずれも、Ｃ
ｏ系粉末であって、その組成は２８％Ｍｏ−８％Ｃｒ−
２．５％Ｓｉ−残部Ｃｏから成って、これら各成分はＣ
ｏ基地中に硬質析出物の２相を成している。また、摺動
材料Ｎｏ．７ならびに８の硬質物の粉末は、Ｎｉ−Ｂの
化合物粉末とＦｅ₃Ｐの化合物粉末とであり、摺動材料
Ｎｏ．９には硬質物の粉末が添加されていない。

【００４８】このように焼結によって得られた各焼結体
について、圧延、再焼結ならびに圧延の各処理を施し、
摺動材料Ｎｏ．１〜９を得た。

【００４９】これら処理のうちで、圧延とはロ−ル圧延
であり、密度を１００％まで上げた。再焼結は、７００
〜９００℃の温度で、より強固な基地をつくるために行
なったものである。

【００５０】このように得られた各摺動部材の厚さは
２．２０ｍｍであり、これら材料を用いて摩擦摩耗特性
を調査するために、内径２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ
２．０ｍｍのブシュをつくり、摩耗試験した。

【００５１】この摩耗試験の試験条件は表３に示す通り
である。

【００５２】また、各摺動材料Ｎｏ．１〜６は本発明に
係る摺動部材であり、摺動材料Ｎｏ．７〜９の一部には
従来例が含まれるが、比較例として示す。

【００５３】この摩耗試験においては、軽油を潤滑油と
して用い、境界潤滑に近いテスト条件とし、軸受の摩耗
量相手方の軸の摩耗量、更に、軸受の背面温度を測定し
た。この測定結果は、表２に示す。

【００５４】硬質物の粉末として、Ｃｏ系粉末を使用し
た各摺動材料Ｎｏ．１〜６（本発明に係るもの）は、基
地の組成にかかわらず、いずれも３．０〜４．５μｍと
いう比較例に比べて低摩耗量を示し、背面温度も６０〜
７７℃であって、比較例Ｎｏ．７〜９に較べて、熱放散
性が良好ですぐれた結果を示した。

【００５５】また、基地をみると、Ｐｂ相の多い基地と
した方が、摩耗量も少なく、更に、比較例としての摺動
材料Ｎｏ．７、８においては、基地中のＰｂ相が多くな
っているのにも拘らず、Ｐｂ相の少ない摺動材料Ｎｏ．
５に較べて、軸受摩耗量も多く、本発明に係るものがす
ぐれていることがわかる。

【００５６】以上の通り、本発明に係る摺動材料は、比
較例と比べ軸の損耗がきわめて少なく、より苛酷な境界
潤滑下においても、すぐれた耐摩耗性を示し摺動部材を
得ることが出来る。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】

【００６０】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、鋼板裏金上に一
体に設けられた焼結軸受層が基地中に硬質物の粉末０．
５〜２０％を分散焼結して成る摺動材料であって、この
硬質物の粉末は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉを含み、残部がＣｕ
から成るものとして、構成する。

【００６１】このため、苛酷な境界潤滑条件であって
も、すぐれた耐摩耗性を示すほか、相手方の軸の摩耗量
も大巾に低減できる。

【００６２】更に、境界潤滑のときに摩擦熱が多量に発
生しても、硬質物の粉末が上記組成から成って各成分が
Ｃｏ基地と硬質析出物の２相から成っているため、焼結
軸受層の基地中に硬質物の粉末が均一に分散されて焼結
性がきわめて良好であり、摩擦熱は基地が主としてＣｕ
から成るところを利用して、熱放散が促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施例に係る摺動材料の構造を
示す説明図である。

【図２】図１に示す摺動材料の熱放散態様を示す説明図
である。

【図３】比較例の一つの摺動材料の構造を示す説明図で
ある。

【図４】図３に示す摺動材料の熱放散態様を示す説明図
である。

【図５】添加される硬質物の粉末の硬さを摺動材料の摩
耗量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１相手方の軸２硬質物の粉末３Ｐｂ相４基地５裏金６熱流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の裏金と、この裏金の一方の面上に
一体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料におい
て、この焼結軸受層は、その基地中に硬質物の粉末０．５〜
２０重量％を分散、焼結して成って、前記基地が１〜３
０重量％Ｐｂ、１〜１５重量％Ｓｎならびに残部Ｃｕか
ら成る一方、前記硬質物の粉末が７．５〜９．５重量％
Ｃｒ、２７〜３０重量％Ｍｏ、２．０〜３．０重量％Ｓ
ｉならびに残部Ｃｏから成ることを特徴とする耐摩耗性
に優れる摺動材料。
【請求項２】前記硬質物の粉末がビッカ−ス硬さ（Ｈ
ｖ）で７００〜８００であることを特徴とする請求項１
記載の耐摩耗性に優れる摺動材料。
【請求項３】前記硬質物の粉末中に含まれるＣｒ、Ｍ
ｏ、ＳｉおよびＣｏの各成分がＣｏ基地と硬質析出物の
２相から成ることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性
に優れる摺動材料。
【請求項４】前記硬質物の粉末が丸味をおびた形状か
ら成ることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性に優れ
る摺動材料。
【請求項５】前記硬質物の粉末を粒径１００μｍ以下
に調整することを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性に
優れる摺動材料。