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JP3298634B2 - 摺動材料 - Google Patents

摺動材料

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JP3298634B2
JP3298634B2 JP04438490A JP4438490A JP3298634B2 JP 3298634 B2 JP3298634 B2 JP 3298634B2 JP 04438490 A JP04438490 A JP 04438490A JP 4438490 A JP4438490 A JP 4438490A JP 3298634 B2 JP3298634 B2 JP 3298634B2
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hard
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栄治 浅田
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Taiho Kogyo Co Ltd
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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
が脱落しやすい軸を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、10〜40
％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、Mo,Co,Fe3P,FeB,Fe2B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。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら前掲特公昭57−50844号の摺動材料ではP
b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、特にオートマテッィクのトラン
スミッションなどに上記摺動材料を使用すると、温度が
120〜130℃の潤滑油によりPbが腐食されやすく、軸受強
度が低下するなどの欠点もあることが分かった。
（課題を解決するための手段） 本発明は、重量百分率で、0.1〜15％のSnと、0.1〜30
％の下記（ａ）〜（ｄ）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
Cuからなる焼結合金より構成される摺動材料を第１の発
明とし、重量百分率で、0.1〜15％のSnと、0.1〜10％未
満のPbと、0.1〜30％の下記（ａ）〜（ｄ）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Cuからなる焼結合金より構成される
摺動材料を第２の発明とする。
硬質物 （ａ）Fe2P,Fe3P,FeB,Fe3B,Co系自溶性合金、Ni系自溶
性合金、 （ｂ）Fe−Cr,Fe−Mn,Fe−Ni,Fe−Si,Fe−W,Fe−Mo,Fe
−V,Fe−Ti,Fe−Nb,CuP,Cr,W （ｃ）B4C,SiO2,ZrO2 （ｄ）Si−Mn,Cu−Si,Fe−Ｓ 以下、本発明の構成を説明する。
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−Snの２元系合金に、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や潤滑性は不
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、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発明の軸受合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−
Sn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、青銅マトリックスに硬質
物（Fe3P、FeB、Fe2B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、Sn粉末に混合して焼結すると、Cu粒子の境界ま
たはCu粒子中に硬質物が分散して存在し、相手材と摺動
する時に相手材と接触して合金の摩耗を防止する。
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、Ｂ群はフェロアロイおよびこれと
同等の特性を有する化合物および非鉄金属であり、Ｃ群
は炭化物、窒化物および酸化物であり、これらの群に属
さないSi−Mn,高Si−Cu合金、および硫化物がＤ群であ
る。
硬質物は添加量が0.1％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0.3〜10％、より好ましくは0.5〜
７％である。
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0.1〜10％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、10％を超
えると耐食性が著しく低下する。好ましいPb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
合粉を散布した裏金鋼板とともに650〜900℃で焼結を行
う。
（作用） 第１図は第２発明の摺動材料の組織を模式的に示すも
ので、１はPb粒子、２はCu粒子の集合であり、硬質物粒
子３は主にPb粒子１とCu粒子２の境界またはCu粒子２中
に分散し、一部はPb粒子１中に分散して存在している。
また上記硬質物粒子３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。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
が大きく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３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
が少なく、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DCIの硬度はヴィッカース硬さ（H
v）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。
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粒子１は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の電位が後者が貴、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粒子を腐食
させるかは、摺動材料の用途と機器の使用条件による。
例えば、自動変速器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粒子１を合金化することによりPb粒子１
の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２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粒子３を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説明する。
（実施例） Cu−0.1〜25％Pb−0.1〜15％Snの成分を持つ鉛青銅粉
末またはCu−0.1〜15％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。
一方、硬質物としては63μｍ以下の粉末を準備した。
鉛青銅粉末または青銅粉末を第１表の組成になるように
配合し、Ｖ型ブレンダーで15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鋼板上に1.35mm散布
して、温度700〜850℃のH2雰囲気中で15〜60分間焼結、
ロール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、摩耗試験用のテストピースを得た。
以下同様の方法で第１表に示す成分でテストピースを
作成して摩擦試験を行った。
摩擦試験の条件を以下に示す。
試験条件 試験機 ：円筒平板型摩擦摩耗試験機 すべり速度:0.42m/s 荷重 :20kgf 油種 :ATF油（Automatic transmission fluid
油） 油温 :100℃ 相手軸 :S55C（焼入れ） 軸あらさ :0.8μmRz 試験時間 :60min 焼付試験条件 試験機：スラスト試験機 回転数:1000rpm 荷重:20kg/10minの割合で増加 潤滑：油種−ATF油、潤滑法−どぶ漬け法 油温:50℃ 相手軸:S55C（焼入れ） 軸あらさ:3μmRz 焼付荷重単位:10kg 腐食試験条件 試験機：静的油煮試験機 油種 :ATF油中どぶ漬け 油温 :170±５℃ 時間 :200時間 試験結果を第１表および第２表に示す。
表１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２はPb含有量を５％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発揮する。
【図面の簡単な説明】
第１図は第２発明の摺動材料の金属組織を模式的に示す
図面である。 １……Pb粒子、２……Cu粒子の集合、 ３……硬 硬質粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−169739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−122841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−147531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−72144（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−107731（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−20805（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/00 - 49/14 B22F 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】重量百分率で、0.1〜15％のSnと、0.1〜30
    ％の下記（ａ）から（ｄ）群の少なくとも１群から選択
    された少なくも１種の硬質物とを含み、残部が実質的に
    Cuからなる焼結合金より構成されていることを特徴とす
    る摺動材料。 （ａ）Fe2P,Fe3P,FeB,Fe3B,Co系自溶性合金、Ni系自溶
    性合金、 （ｂ）Fe−Cr,Fe−Mn,Fe−Ni,Fe−Si,Fe−W,Fe−Mo,Fe
    −V,Fe−Ti,Fe−Nb,CuP,Cr,W （ｃ）B4C,SiO2,ZrO2 （ｄ）Si−Mn,Cu−Si,Fe−Ｓ
  2. 【請求項２】請求項１記載の摺動材料において、さらに
    Mo及びCoからなる（ｅ）群の少なくとも１種を含有し、
    前記Fe2P,Fe3P,FeB,Fe3B,Co系自溶性合金、Ni系自溶性
    合金からなる（ａ）群、前記Fe−Cr,Fe−Mn,Fe−Ni,Fe
    −Si,Fe−W,Fe−Mo,Fe−V,Fe−Ti,Fe−Nb,CuP,Cr,Wから
    なる（ｂ）群、前記B4C,SiO2,ZrO2からなる（ｃ）群，
    及び前記Si−Mn,Cu−Si,Fe−Ｓからなる（ｄ）群と
    （ｅ）群の合計が0.1〜30％であることを特徴とする摺
    動材料。
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