JP2000256775A - Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】硫化腐食に対する改善を図り、かつ、１１８０
℃程度以上の高温下におけるＦｅ系基材との同時焼結を
可能にしてＦｅ系基材のより高強度化を図る。 【解決手段】噴霧粉よりなるとともにＦｅ系粉末と同時
焼結されるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料であって、
（ａ）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結材料の全体を１００重量
％としたとき、Ｎｉの含有量が４５〜７０重量％の範囲
内にあり、ｂ）Ｍｎの含有量は、Ｃｕ及びＭｎのａｔ％
の合計に対するＭｎのａｔ％の割合が３０％以上であ
り、（ｃ）Ｓｉの含有量は、Ｍｎ及びＳｉのａｔ％の合
計に対するＳｉのａｔ％の割合が２〜５％の範囲内にあ
り、（ｄ）融点が１２００℃以上であるという（ａ）〜
（ｄ）の条件を全て満足するＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系
焼結摩擦材料に関し、詳しくは噴霧粉よりなるとともに
Ｆｅ系粉末と同時焼結されるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料であって、主に硫化腐食に対する改善及び焼結可
能温度の高温化を図ったＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材
料に関する。本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料
は、例えば自動車用同期装置に用いられるシンクロナイ
ザリングや、使用条件の厳しい鉄道車両や航空機等のブ
レーキやクラッチに好適に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両や航空機等のブレーキや
クラッチに使用されるＣｕ系摩擦材としては、Ｃｕ−Ｓ
ｎ系又はＣｕ−Ａｌ系等の青銅やＣｕ−Ｚｎ系の高力黄
銅等のＣｕ系合金粉末を焼結して得られたものが種々知
られている。また、自動車用同期装置を構成するシンク
ロナイザリングに、Ｃｕ−Ｚｎ系の高力黄銅（特開昭６
０−２４１５２７号公報参照。）やＣｕ−Ａｌ系のアル
ミ青銅から鋳造又は鍛造により得られたＣｕ系摩擦材を
適用する技術も従来知られている。なお、同期装置と
は、変速機のシフトポジション切換え時において、衝撃
的な噛み合いを避けるために、噛み合いクラッチの回転
速度差を小さくするような装置をいう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記シンク
ロナイザリング等の摩擦材は、高面圧ですべりやころが
りが行われる極圧状況下で使用される。このため、摩擦
面におけるピッチング等の摩耗を防止する観点から、摩
擦面に供給する潤滑油中に、硫黄及びリン成分を含む極
圧剤を添加することが行われている。

【０００４】しかしながら、Ｃｕ系合金よりなる摩擦材
において、硫黄分を含む極圧剤が添加された潤滑油を用
いると、Ｃｕ系摩擦材中に含まれる成分の種類や含有量
によっては、極圧剤中の硫黄（Ｓ）分と摩擦材中の銅
（Ｃｕ）等との反応により硫化物（ＣｕＳ等）が生成さ
れ、硫化物の生成・剥離の繰り返しにより摩擦材表面が
硫化腐食し、摩擦材としての耐摩耗性が低下するという
問題がある。特に、Ｃｕ−Ｎｉ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系
合金よりなるＣｕ系摩擦材においては、硫化腐食の問題
が顕著となる。

【０００５】そこで、硫黄存在下で用いられ、かつ、硫
化腐食が問題となるＣｕ−Ｎｉ系合金よりなるＣｕ系材
料において、硫化腐食に対する改善を図ることが望まれ
る。一方、近年における自動車等の高出力、高トルク化
の傾向に伴い、上記シンクロナイザリングの強度の向上
が望まれ、金属系摩擦材において強度及び摩擦特性の機
能を分担させるために、強度的に優れたＦｅ系基材と、
摩擦特性に優れたＣｕ系合金よりなるＣｕ系摩擦材とか
らなる複合摩擦材を焼結法により製造する手段が考えら
れている。

【０００６】しかしながら、焼結法を用いてＦｅ系基材
とＣｕ系摩擦材とを製造しようとすると、Ｆｅ系粉末の
焼結温度が一般に１１００℃程度以上であるのに対して
Ｃｕ系合金粉末の焼結温度は８００℃程度と低く、Ｆｅ
系粉末の焼結温度ではＣｕ系合金粉末が溶融してしまい
焼結できない。このため、まずＦｅ系粉末を焼結してＦ
ｅ系基材を製造し、その後Ｃｕ系合金粉末を８００℃程
度で焼結してＦｅ系基材と一体的に形成されたＣｕ系摩
擦材を製造しなければならず、２回に分けて焼結する必
要があり手間がかかるという問題がある。

【０００７】そこで、Ｆｅ系粉末の焼結温度よりも高い
融点を有し、Ｆｅ系粉末との同時焼結が可能となされた
Ｃｕ系焼結摩擦材料が望まれる。特に、自動車等の高出
力、高トルク化の傾向が顕著となった現在においては、
１１８０℃程度以上の高温下で焼結することによりＦｅ
系基材のさらなる高強度化を図るべく、１１８０℃程度
以上の高温下でも焼結可能なＣｕ系焼結摩擦材料が望ま
れる。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、硫化腐食に対する改善が図られ、かつ、１１８０
℃程度以上の高温下におけるＦｅ系基材との同時焼結を
可能にしてＦｅ系基材のさらなる高強度化を図ることの
できるＣｕ系焼結摩擦材料を提供することを解決すべき
技術課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料は、噴霧粉よりな
るとともにＦｅ系粉末と同時焼結されるＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系焼結材料であって、（ａ）上記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系
焼結材料の全体を１００重量％としたとき、Ｎｉの含有
量が４５〜７０重量％以下であり、（ｂ）Ｍｎの含有量
は、Ｃｕ及びＭｎのａｔ％の合計に対するＭｎのａｔ％
の割合が３０％以上であり、（ｃ）Ｓｉの含有量は、Ｍ
ｎ及びＳｉのａｔ％の合計に対するＳｉのａｔ％の割合
が２〜５％の範囲内にあり、（ｄ）融点が１２００℃以
上であるという上記（ａ）〜（ｄ）の条件を全て満足す
ることを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結
摩擦材料は、溶融金属を高圧の気体又は液体の流れによ
って飛散凝固させるアトマイズ法により得られた噴霧粉
（アトマイズ粉）よりなる。このＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼
結摩擦材料は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の全体
を１００重量％としたとき、Ｎｉの含有量が４５〜７０
重量％の範囲内とされている。Ｎｉの含有量が７０重量
％を超えると、摩擦材として必要な摩擦特性（耐焼付き
性）を確保できなくなるおそれがある。一方、Ｃｕ系合
金においてはＮｉを合金化することによりＣｕ合金の融
点を上昇させることができ、Ｎｉ含有量が多ければ多い
ほどＣｕ系合金の融点が上昇する。このため、本発明の
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料をＦｅ系粉末と同時焼
結する際の焼結可能温度を高温化させるべく、Ｎｉの含
有量は４５重量％以上とされている。Ｎｉの含有量が４
５重量％よりも少ないと、Ｍｎ含有量等との関係によ
り、融点を１２００℃以上とすることができなくなる。
本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の融点をより
高温にする観点からは、Ｎｉの含有量は５０重量％以上
とすることが好ましく、５５重量％以上とすることがよ
り好ましい。

【００１１】本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料
において、Ｍｎは酸素と化合して酸化物を生成する酸化
容易性元素として働く。すなわち、このＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系焼結摩擦材料から得られた摩擦材の使用中に、酸素
と摩擦材中のＭｎが化合して摩擦材表面に随時Ｍｎの酸
化物が形成される。なお、この酸化物は摩擦材の表面か
ら４〜１０ｎｍ程度の深さまでの表層部に形成される。

【００１２】したがって、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系
焼結摩擦材料から得られた摩擦材を、硫黄存在下、特に
硫黄を含む潤滑油（例えば、極圧状況下での摩擦面にお
けるピッチング等の摩耗を防止する観点から、硫黄及び
リン成分を含む極圧剤が添加されたギアオイル等の潤滑
油）存在下で用いた場合であっても、硫黄と摩擦材中の
銅等との反応をその表面に形成された酸化物により阻害
することができ、これにより硫化腐食を抑制することが
可能となる。

【００１３】本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料
において、Ｍｎの含有量は、Ｃｕ及びＭｎのａｔ％の合
計に対するＭｎのａｔ％の割合が３０％以上とされてい
る。すなわち、 Ｗ_Cu（重量％）：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料に含
まれるＣｕの含有量 Ｗ_Mn（重量％）：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料に含
まれるＭｎの含有量 Ａ_Cu（ａｔ％）：Ｗ_Cu（重量％）をＣｕの原子量で割っ
た値 Ａ_Mn（ａｔ％）：Ｗ_Mn（重量％）をＭｎの原子量で割っ
た値 とすれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料におけるＭ
ｎの含有量は、下記（１）式で表されるＭｎ含有比率Ｐ
_Mnが３０％以上とされる。

【００１４】 Ｐ_Mn（％）＝｛Ａ_Mn／（Ａ_Cu＋Ａ_Mn）｝×１００ …（１） 上記Ｍｎ含有比率Ｐ_Mnの値が３０％未満であると、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料中のＣｕに対するＭｎの含
有割合が少なすぎて、摩擦材表面に形成されるＭｎの酸
化物により硫化腐食を十分に抑制することが困難とな
る。一方、Ｍｎの含有量の上限については、Ｃｕ−Ｎｉ
−Ｍｎ系焼結摩擦材料の融点を１２００℃以上に確保す
べく、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の全体を１００
重量％としたとき、２５重量％とされる。そして、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の融点をより高くする観点
からは、Ｍｎの含有量は２０重量％以下とすることが好
ましい。

【００１５】また本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系摩擦材料
においては、主にアトマイズ法による粉末製造時におけ
る粉末の酸化防止の観点及び融点の低下防止の観点か
ら、Ｓｉの含有量は、Ｍｎ及びＳｉのａｔ％の合計に対
するＳｉのａｔ％の割合が２〜５％の範囲内とされてい
る。すなわち、 Ｗ_Mn（重量％）：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料に含
まれるＭｎの含有量 Ｗ_Si（重量％）：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料に含
まれるＳｉの含有量 Ａ_Mn（ａｔ％）：Ｗ_Mn（重量％）をＭｎの原子量で割っ
た値 Ａ_Si（ａｔ％）：Ｗ_Si（重量％）をＳｉの原子量で割っ
た値 とすれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料におけるＳ
ｉの含有量は、下記（２）式で表されるＳｉ含有比率Ｐ
_Siが２〜５％の範囲内とされる。

【００１６】 Ｐ_Si（％）＝｛Ａ_Si／（Ａ_Mn＋Ａ_Si）｝×１００ …（２） ここに、アトマイズ法により得られた噴霧粉よりなる本
発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料においては、粉
末製造時の酸化により粉末表面に酸化被膜が形成されて
いると、Ｆｅ系粉末と同時焼結する際の焼結性が低下
し、焼結体の強度や靭性の低下につながる。このため、
アトマイズ法による粉末製造時においては、粉末の酸化
を防止することが望ましい。本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ
系焼結摩擦材料では、かかる観点から、上記Ｓｉ含有比
率Ｐ_Siが２％以上とされている。このＳｉ含有比率Ｐ_Si
の値が２％未満であると、アトマイズ法による粉末製造
時における粉末の酸化防止が不十分となり、焼結体の強
度や靭性が低下するおそれがある。また、Ｓｉは耐摩耗
性の向上にも寄与しうる。これは、Ｓｉの存在により焼
結体中にマンガンシリサイドが分散し、これが硬質粒子
として働くことに因るものである。したがって、耐摩耗
性を向上させる観点からは、上記Ｓｉ含有比率Ｐ_Siを３
％以上とすることが好ましい。

【００１７】一方、上記Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが５％を超え
ると、このＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の融点を１
２００℃以上に確保することができなくなる。すなわ
ち、上記Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが５％を超えると、このＣｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料中でＭｎが偏析し、これに
より局部的にＭｎの濃度が高くなってこのＭｎの偏析部
位が局部的に溶融し、融点を１２００℃以上に確保する
ことができなくなる。本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結
摩擦材料の融点をより高温にする観点からは、Ｓｉの含
有量をできるだけ少なくすることが望ましく、したがっ
て上記Ｓｉ含有比率Ｐ_Siの上限は４％とすることが好ま
しい。また上記Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが大きすぎると、上記
マンガンシリサイドの存在が過大となり、摩擦係数の増
大により相手材との摺動時に焼き付きが発生し易くなる
という不都合もある。

【００１８】このように本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼
結摩擦材料は、Ｎｉ及びＳｉ等の含有量が特定範囲とさ
れることにより、融点が１２００℃以上とされている。
このため、１２００℃以上の高温下においても、Ｆｅ粉
末と同時焼結することが可能となる。したがって、例え
ばＦｅ系粉末と本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材
料とを１２００℃以上の高温下で同時成形・同時焼結に
より複合化させることにより、Ｆｅ系基材とＣｕ−Ｎｉ
−Ｍｎ系合金よりなるＣｕ系摩擦材との複合摩擦材を得
ることができる。そして、このように１２００℃以上の
高温下で焼結することにより、Ｆｅ系基材のより高強度
化を図ることが可能となる。

【００１９】なお、上記のように同時成形・同時焼結に
より複合化されたＦｅ系基材とＣｕ系摩擦材との接合面
においては、Ｆｅ系粉末及びＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金粉
末同士が十分に絡み合い、Ｆｅ系基材とＣｕ系摩擦材と
の接合強度が十分に向上する。したがって、本発明のＣ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料によれば、接合強度が向
上したＦｅ系基材との複合摩擦材を提供することが可能
となる。またこのような複合摩擦材によれば、Ｆｅ系基
材として十分な強度を確保し、一方Ｃｕ系摩擦材により
摩擦材料として必要な摩擦特性を確保することができる
ので、強度及び摩擦特性の双方を十分に満足させること
が可能となる。

【００２０】また、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料中には、不可避的に存在する不純物の他、耐摩耗
性向上に寄与しうるセラミックス等の硬質粒子や潤滑性
向上に寄与しうるグラファイト等が適量含有されていて
もよい。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （試験例１）この試験例はＭｎによる硫化腐食防止の効
果を確認するものである。水アトマイズ法により、表２
に示すＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金組成の噴霧粉（粒度７５
μｍ以下）よりなるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料を
それぞれ準備した。なお、表２中、Ｐ_Mnは前記（１）式
に従って求めたＭｎ含有比率である（以下、表３におい
ても同様。）。また、各元素の原子量は表１に示すとお
りである。

【００２２】ここに、この試験例では、水アトマイズ法
による粉末製造時における粉末の酸化を防止するための
Ｓｉを添加していない。得られた各噴霧粉を通常の成形
法により３０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍの成形体とし、窒
素ガス雰囲気下、１１２０℃で３０分間焼結を行い、試
験片を作製した。なお、試験片は焼結中に溶融すること
がないことを確認した。また、この試験片の表面は、焼
結後に試料研磨機にて鏡面に仕上げ、洗浄、乾燥してあ
る。

【００２３】

【表１】 上記各試験片について、硫黄及びリン成分を含む極圧剤
が添加された手動変速機用ギアオイル（品質グレード
「ＡＰＩ ＧＬ−５ ＳＡＥ７５Ｗ−９０」、エッソ社
製）を用いて以下の条件で硫化腐食試験を行った。この
腐食試験は、ガラス容器に所定量のオイルを入れて所定
温度に加熱し、このオイル中に試験片を所定時間浸漬す
るものである。

【００２４】オイル体積：１０００ｃｃ オイル温度：１３５℃ 浸漬時間 ：２４時間 腐食試験後の試験片について、目視により表面を観察し
て変色状態を調べた。これは、硫化腐食が発生するとＣ
ｕＳにより黒色に変色するため、目視により変色状態を
調べて硫化腐食の発生度合いを調べるものである。評価
結果は石油製品銅板腐食試験方法（ＪＩＳ Ｋ ２５１
３）の銅板腐食基準に準拠して、変色度合を変色番号１
〜４で評価し（変色番号が大きいものほど濃く変色して
いることを示す。）、変色番号が１のものを○とし、変
色番号が２以上のものを×とした得られた結果を表２に
併せて示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から明らかなように、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金に所定のＭｎ含有比率Ｐ_Mn（Ｐ_Mn≧３０）でＭ
ｎを添加した試料Ｎｏ．３〜６では、硫化腐食を好適に
抑えることができた。一方、Ｍｎの添加量の少ない（Ｐ
_Mn＜３０）試料Ｎｏ．１、２では、硫化腐食を十分に抑
えることができなかった。また、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合
金中のＭｎ含有比率Ｐ_Mnが３６．６４％であるＮｏ．３
の試料について、上記硫化腐食試験後、マイクロオージ
ェを用いて表面付近の元素濃度を深さ方向に測定するこ
とにより、硫化腐食の硫化物生成の判定を行った。その
結果を図１に示す。

【００２７】図１から明らかなように、表面から６μｍ
程度の深さまでの部分において、酸素及びＭｎの元素濃
度が高く、この部分にＭｎの酸化物が形成されているこ
とがわかる。また、硫黄の存在は認められず、硫化物が
生成されていないことがわかる。したがって、試料表面
にＭｎの酸化物が形成されることにより、硫化腐食を効
果的に抑制できることがわかる。

【００２８】（試験例２）この試験例は、Ｍｎ含有比率
Ｐ_Mnと硫化腐食抑制効果との関係を調べるものである。
表３に示すＣｕ−Ｎｉ合金及びＣｕ−Ｍｎ合金組成の噴
霧粉（粒度７５μｍ以下）よりなる焼結摩擦材料を上記
試験例１と同様の水アトマイズ法によりそれぞれ準備
し、各噴霧粉から上記試験例１と同様に試験片を作製し
た。

【００２９】上記各試験片について、上記試験例１と同
様に硫化腐食試験を行った。得られた結果を表３及び図
２に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３及び図２から明らかなように、ａｔ％
において、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金中のＣｕに対するＭ
ｎ含有比率Ｐ_Mnを３０％以上とすることにより、硫化腐
食を効果的に抑制できることがわかる。 （試験例３）この試験例は、Ｎｉの含有量とＣｕ−Ｎｉ
系合金の融点及び耐焼付き性との関係を調べるものであ
る。

【００３２】ここで、Ｃｕ−Ｎｉ系合金の状態図を図３
に示すように、Ｎｉの含有量が多いほどＣｕ−Ｎｉ系合
金の融点が上昇することがわかる。そして、Ｃｕ−Ｎｉ
系合金においては、Ｎｉの含有量を４０ｗｔ％以上とす
れば融点が１２００℃以上になることがわかる。なお、
このＣｕ−Ｎｉ系合金にはＭｎ及びＳｉが含まれていな
い。

【００３３】また、Ｎｉの含有量を種々変化させたＣｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ合金組成の噴霧粉（粒度７５μｍ以下）よ
りなるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料を上記試験例１
と同様の水アトマイズ法によりそれぞれ準備し、各噴霧
粉から上記試験例１と同様に試験片を作製した。なお、
各試験片におけるＭｎの含有量は、全体を１００ｗｔ量
％としたとき１５ｗｔ％と一定とした。得られた各試験
片についてリングオンディスク式摩擦摩耗試験機を用い
て以下の条件で焼き付き試験を行った。得られた結果を
図４に示す。

【００３４】相手材：ＳＣＭ２０熱処理材 すべり速度：７．１ｍ／ｓｅｃ 荷重：２分毎に１ＭＰａ加圧積算 潤滑油：ＳＡＥ７５Ｗ−９０（商品名、エッソ社製） 図４から明らかなように、Ｎｉの含有量が多いほどＣｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ系合金の耐焼付き性が低下し、Ｎｉの含有
量が３０ｗｔ％のとき焼き付き面圧が１０ＭＰａで、７
０ｗｔ％のとき焼き付き面圧が６ＭＰａであることがわ
かる。ここで、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金をシンク
ロナイザリングの摺動部に適用する場合、耐焼付き性と
しては上記試験条件で６ＭＰａ以上必要であると想定さ
れる。このため、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金よりなるＣｕ
系摩擦材をシンクロナイザリングの摺動部に適用する場
合、摩擦材として必要な耐焼付き性を確保する観点か
ら、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金におけるＮｉ含有量の上限
は７０重量％とされる。

【００３５】（試験例４）この試験例は、Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｍｎ系合金の組成と融点及び硫化腐食抑制効果との関係
を調べるものである。上記試験例１で用いた試料Ｎｏ．
２〜６及び上記試験例２で用いた試料Ｎｏ．７〜１２に
ついて、上記試験例１に示した硫化腐食試験の結果とと
もに合金組成をプロットするとともに、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金の融点を示すことにより、融点が１２００℃以
上となり、かつ、硫化腐食を効果的に抑制できるＣｕ−
Ｎｉ−Ｍｎ系合金の組成範囲を図５に示す。

【００３６】すなわち、図５において、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金の融点が１２００℃となることを示す線を境界
として、この境界線の左上の範囲がＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系
合金の融点が１２００℃以上となる組成範囲である。ま
た図５において、Ｃｕ及びＭｎの各頂点を結ぶＣｕ−Ｍ
ｎ底辺のＣｕ−２７Ｍｎの点Ａ（Ｍｎの含有量が２７．
０３４ｗｔ％となる点であって、前記Ｍｎ含有比率Ｐ_Mn
が３０％となる点）とＮｉの頂点とを結ぶ点線を境界と
して、この境界線の右側の範囲がＭｎの所定量以上（前
記Ｍｎ含有比率が３０％以上）の添加により硫化腐食を
効果的に抑制できる範囲となる。したがって、図５にお
いて、斜線で示す部分が、ｉ）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金
の融点が１２００℃となり、ｉｉ）Ｍｎの所定量以上の
添加により硫化腐食を効果的に抑制でき、ｉｉｉ）Ｎｉ
の含有量が７０ｗｔ％以下となる組成範囲を示すことと
なる。

【００３７】また図５から、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料の全体を１００重量％としたとき、Ｍｎの含有量
を２５重量％以下とすれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料の融点が１２００℃以上になることがわかる。し
たがって、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料の融点を１
２００℃以上にするには、Ｍｎの含有量を２５重量％以
下とする必要があり、融点をより高くする観点からはＭ
ｎの含有量を２０重量％以下とすることが好ましい。

【００３８】（試験例５）この試験例は、Ｓｉの含有量
とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金の融点との関係を調べるもの
である。水アトマイズ法により、表４に示すＣｕ−Ｎｉ
−Ｍｎ系合金組成の噴霧粉（粒度７５μｍ以下）よりな
るＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料をそれぞれ準備し
た。なお、表４中、Ｐ_Siは前記（２）式に従って求めた
Ｓｉ含有比率である（以下、表５においても同様。）。
また、各元素の原子量は表１に示すとおりである。

【００３９】

【表４】

【００４０】ここに、この試験例では、水アトマイズ法
による粉末製造時における粉末の酸化を防止するための
Ｓｉを種々の添加量で添加した。そして、各噴霧粉から
上記試験例１と同様に試験片を作製した。なお、各試験
片におけるＮｉ、Ｍｎの含有量は、全体を１００ｗｔ量
％としたときそれぞれ５５ｗｔ％、１５ｗｔ％と一定と
した。得られた各試験片について融点を調べた。得られ
た結果を図６に示す。

【００４１】図６から明らかなように、ａｔ％におい
て、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金中のＭｎに対するＳｉ含有
比率Ｐ_Siを５．０％以下とすることにより、融点が１２
００℃以上になることがわかる。また、Ｓｉ含有比率Ｐ
_Siが４．８％である試料Ｎｏ．１４及びＳｉ含有比率Ｐ
_Siが６．７％である試料Ｎｏ．１５について、Ｆｅ系
（Ｆｅ−４Ｎｉ−１．５Ｍｏ−２Ｃｕ−０．５Ｃ）合金
粉末と同時成形及び同時焼結した。なお、焼結条件は、
窒素ガス雰囲気下、１１３０℃×３０分とした。そし
て、得られた焼結体について、断面における金属組織を
顕微鏡写真（１００倍）で調べた。その結果を図７に示
す。なお、図７（ａ）がＳｉ含有比率Ｐ_Siが４．８％で
ある試料Ｎｏ．１４とＦｅ系合金粉末との同時焼結体の
金属組織を示し、図７（ｂ）がＳｉ含有比率Ｐ_Siが６．
７％である試料Ｎｏ．１５とＦｅ系合金粉末との同時焼
結体の金属組織を示す。また、図７（ａ）及び（ｂ）に
おいて、上半分の白っぽく見える部分がＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金部分、下半分の黒っぽく見える部分がＦｅ系合
金部分であり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金部分に散点する
黒点は空孔である。

【００４２】図７から明らかなように、（ａ）のＳｉ含
有比率Ｐ_Siが４．８％である試料Ｎｏ．１４では、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｎ系合金部分で溶融の発生が認められなかっ
たのに対し、（ｂ）のＳｉ含有比率Ｐ_Siが６．７％であ
る試料Ｎｏ．１５ではＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金部分でＦ
ｅ合金との境界付近に溶融の発生が認められた。この溶
融の発生により、図７（ｂ）のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金
部分において、Ｆｅ系合金との境界付近に大きな欠陥
（大きめの黒点やこれが境界線に沿って連なった部分）
の発生が認められた。

【００４３】また、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが４．８％である
試料Ｎｏ．１４及びＳｉ含有比率Ｐ _Siが６．７％である
試料Ｎｏ．１５について、ＥＰＭＡ（Electron Probe M
icroAnalyzer ）によりＭｎ及びＳｉの分布状態を調べ
た。その結果を図８及び図９に示す。なお、図８は試料
Ｎｏ．１４のＥＰＭＡ写真であり、図８（ａ）はＭｎの
分布状態、図８（ｂ）はＳｉの分布状態を示す。また、
図９はＮｏ．１５のＥＰＭＡ写真であり、図９（ａ）は
Ｍｎの分布状態、図９（ｂ）はＳｉの分布状態を示す。

【００４４】図８（ａ）から明らかなように、Ｓｉ含有
比率Ｐ_Siが４．８％である試料Ｎｏ．１４ではＭｎの偏
析が認められなかったのに対し、図９（ａ）から明らか
なように、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが６．７％である試料Ｎ
ｏ．１５では、Ｍｎの濃度が高くなる偏析部位（２〜５
ｍｍ程度の白い斑点）の存在が認められた。これによ
り、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siを５．０％以下とすれば、Ｍｎの
偏析が無くなり融点の向上を図れることがわかる。

【００４５】また、図９の（ａ）と（ｂ）とを見比べる
とわかるように、Ｍｎの偏析部位とほぼ同じ箇所にＳｉ
の偏析部位（図９（ｂ）中、白い点の集まりからなる２
〜５ｍｍ程度の白い塊）の存在が認められ、したがって
この部位にマンガンシリサイドが存在していることがわ
かる。 （試験例６）この試験例は、Ｓｉの含有量と耐摩耗性と
の関係を調べるものである。

【００４６】上記試験例５で得られた試料Ｎｏ．１３〜
１５について、リングオンディスク式摩擦摩耗試験機を
用いて、下記の条件で耐摩耗性を評価した。得られた結
果を図１０に示す。 相手材：ＳＣＭ４２０浸炭材 すべり速度：５．５ｍ／ｓｅｃ 荷重：１０ＭＰａ 潤滑油：ＭＴＦ（ＧＬ−３）（商品名、エッソ社製） 評価時間：３０分 図１０から明らかなように、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siの値が大
きくなれば耐摩耗性が向上する傾向にあり、耐摩耗性を
向上させる観点からはＳｉ含有比率Ｐ_Siを３．０％以上
とすることが好ましいことがわかる。

【００４７】（試験例７）この試験例は、Ｓｉの含有量
とアトマイズ法による粉末製造時における粉末酸化の防
止効果との関係を調べるものである。すなわち、水アト
マイズ法による粉末製造時にＳｉを種々の添加量で添加
し、製造された各噴霧粉について、無機化学分析方法に
よりＣｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＯの含有量を調べた。
その結果を表５及び図１１に示す。なお、噴霧粉中に含
まれるＯ成分は、粉末製造時の粉末酸化により粉末中に
含まれたものである。

【００４８】

【表５】

【００４９】表５及び図１１から明らかなように、Ｍｎ
に対するＳｉ含有比率Ｐ_Siの値が大きいほど、Ｏ成分の
含有量が少なく、粉末酸化の防止効果が高いことがわか
る。そして、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが２．０％以上であれ
ば、噴霧粉中に含まれるＯ成分の含有量は１．００ｗｔ
％程度以下となることがわかる。そして、Ｏ成分の含有
量が１．００ｗｔ％程度以下であれば、粉末表面の酸化
被膜により焼結性が低下することを抑えて、焼結体の強
度や靭性を十分に確保することができると考えられる。

【００５０】（試験例８）この試験例は、焼結温度とＦ
ｅ系基材の強度との関係を調べるものである。Ｆｅ系
（Ｆｅ−４Ｎｉ−１．５Ｍｏ−２Ｃｕ−０．５Ｃ）合金
粉末を成形密度が７．１ｇ／ｃｍ³ となるように所定形
状に成形し、この成形体を窒素ガス雰囲気下で種々の温
度で焼結した。なお、焼結時間はいずれも３０分とし
た。得られた焼結体の引張強度をＪＩＳ Ｚ ２２４１
金属材料引張試験方法により測定した結果を図１２に
示す。

【００５１】図１２から明らかなように、焼結温度が１
２００℃以上であればＦｅ系焼結体の引張強度が１００
０ＭＰａを超え、Ｆｅ系焼結体の強度を十分に向上させ
うることがわかる。 （適用例）本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料を
シンクロナイザリングに適用する例について示す。

【００５２】このシンクロナイザリングは、シンクロナ
イザリング本体をなすＦｅ系基材と、Ｆｅ系基材と一体
的に形成され、摺動面を形成するＣｕ系摩擦材とからな
り、Ｆｅ系合金粉末及びＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金粉末を
同時成形及び同時焼結することにより得られたものであ
る。上記Ｆｅ系基材はＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系よりなる。ま
た、上記Ｃｕ系摩擦材は、上記試験例で用いたＳｉ含有
比率Ｐ_Siが４．８％の試料Ｎｏ．１４のＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金（Ｃｕ−５５Ｎｉ−１５Ｍｎ−０．３９Ｓｉ合
金）よりなる。

【００５３】まず、粒径：１５０μｍのＦｅ−Ｃｕ−Ｃ
系粉末を準備する一方、粒径５０μｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ系合金粉末を準備した。そして、シンクロナイザリン
グ成形用の成形金型内に上記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金粉
末を供給下後、上記Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系粉末を供給し、加
圧力：７０ＭＰａ、加圧時間：５秒の条件で圧縮成形す
ることにより、Ｆｅ系粉末よりなる基材部とＣｕ−Ｎｉ
−Ｍｎ系合金粉末よりなる摩擦材部とが一体的に形成さ
れた成形体を得た。

【００５４】得られた成形体を焼結温度：１２００℃、
焼結時間：３０分、焼結雰囲気：窒素ガス雰囲気の条件
で同時焼結して、シンクロナイザリングとした。このよ
うに得られた焼結摩擦部材としてのシンクロナイザリン
グは、１２００℃と高温下で焼結したものであるから、
Ｆｅ系基材の引張強度が１０００ＭＰａを超えるものと
なり、十分な強度向上が図られている。

【００５５】また、このシンクロナイザリングはＦｅ系
基材とＣｕ系摩擦材とを同時成形及び同時焼結により得
たものであるから、Ｆｅ系基材とＣｕ系摩擦材との接合
面においては、Ｆｅ系粉末及びＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金
粉末同士が十分に絡み合い、Ｆｅ系基材とＣｕ系摩擦材
との接合強度が十分に向上していた。さらにこの適用例
によれば、一度の焼結工程により手間をかけることなく
製造することができ、製造工程の簡素化及び低コスト化
を図るのに有利となる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明のＣｕ−Ｎｉ
−Ｍｎ系焼結摩擦材料を摩擦材に適用すれば、摩擦材の
使用中に摩擦材表面にＭｎの酸化物が形成されるので、
硫黄を含む潤滑油の存在下で使用しても、この酸化物に
より硫黄と摩擦材中の銅等との反応を阻害して硫化腐食
を抑制することができる。

【００５７】また、本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩
擦材料は、Ｎｉ及びＳｉ等の含有量が特定範囲とされる
ことにより融点が１２００℃以上とされていることか
ら、１２００℃以上の高温下においても、Ｆｅ粉末と同
時焼結することが可能となる。したがって、例えばＦｅ
系粉末と本発明のＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料とを
１２００℃以上の高温下で同時成形・同時焼結により複
合化させることにより、Ｆｅ系基材とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ
系合金よりなるＣｕ系摩擦材との複合摩擦材を得ること
ができる。そして、このように１２００℃以上の高温下
で焼結することにより、Ｆｅ系基材のより高強度化を図
ることが可能となる。

【００５８】よって、本発明の耐食性に優れたＣｕ−Ｎ
ｉ−Ｍｎ系摩擦材料を摩擦材に適用すれば、十分な強度
を確保するＦｅ系基材と、十分な摩擦特性及び耐食性を
確保するＣｕ系摩擦材とからなるシンクロナイザリング
等を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験例１に係り、硫化腐食試験後の表面付近に
おける元素濃度を示す線図である。

【図２】試験例２に係り、Ｃｕに対するＭｎ含有比率Ｐ
_Mnと硫化腐食抑制効果との関係を示す線図である。

【図３】試験例３に係り、Ｎｉ含有量と融点との関係を
示すＣｕ−Ｎｉ系合金の状態図である。

【図４】試験例３に係り、Ｎｉ含有量と耐焼付き性との
関係を示す線図である。

【図５】試験例４に係り、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金にお
いて、合金組成と融点及び硫化腐食抑制効果との関係を
示す図である。

【図６】試験例５に係り、Ｍｎに対するＳｉ含有比率Ｐ
_Siと融点との関係を示す線図である。

【図７】試験例５に係り、焼結体の金属組織を示す顕微
鏡写真であり、（ａ）はＳｉ含有比率Ｐ_Siが６．７％の
もの、（ｂ）はＳｉ含有比率Ｐ_Siが４．８％のものであ
る。

【図８】試験例５に係り、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが４．８％
であるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金粉末の金属組織（元素の
分布状態）を示すＥＰＭＡ写真であり、（ａ）はＭｎの
分布状態、（ｂ）はＳｉの分布状態を示す。

【図９】試験例５に係り、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siが６．７％
であるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金粉末の金属組織（元素の
分布状態）を示すＥＰＭＡ写真であり、（ａ）はＭｎの
分布状態、（ｂ）はＳｉの分布状態を示す。

【図１０】試験例６に係り、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siと摩耗量
との関係を示す線図である。

【図１１】試験例７に係り、Ｓｉ含有比率Ｐ_Siと酸素量
（粉末製造時における粉末酸化の防止効果）との関係を
示す線図である。

【図１２】試験例８に係り、焼結温度とＦｅ系焼結体の
引張強度との関係を示す線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴霧粉よりなるとともにＦｅ系粉末と同
   時焼結されるＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料であっ
   て、（ａ）上記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結材料の全体を１
   ００重量％としたとき、Ｎｉの含有量が４５〜７０重量
   ％の範囲内にあり、（ｂ）Ｍｎの含有量は、Ｃｕ及びＭ
   ｎのａｔ％の合計に対するＭｎのａｔ％の割合が３０％
   以上であり、（ｃ）Ｓｉの含有量は、Ｍｎ及びＳｉのａ
   ｔ％の合計に対するＳｉのａｔ％の割合が２〜５％の範
   囲内にあり、（ｄ）融点が１２００℃以上であるという
   上記（ａ）〜（ｄ）の条件を全て満足することを特徴と
   するＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系焼結摩擦材料。