JPH04131335A - 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐摩耗性に優れた銅基焼結合金に関するも
のであり、ガイドブツシュ、バルブシート、バルブガイ
ドまたはターボチャージャーの軸受けなどの内燃機関の
摺動構造部材として用いられるだけでなく、その他の各
種の摺動駆動装置の構造部材として用いられる銅基焼結
合金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば、特開昭６３−２４１１２８号公報および
特開昭５９μｍ、５００４３号公報に記載されるような
内部酸化による方法で製造された酸化アルミニウムがＣ
ｕまたはＣｕ−Ａ１合金の素地中に均一に分散した組織
を有する銅基合金粉末は知られており、この銅基合金粉
末を焼結して得られる銅基焼結合金は、耐摩耗性に優れ
ているために、各種の摺動構造部材として用いられてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、最近の各種摺動駆動装置は、高性能化および高
速化にともない、これの使用環境も従来よりも一段と苛
酷さを増し、このため、上記各種摺動駆動装置に用いる
摺動構造部材、例えばガイドブツシュ、バルブシート、
バルブガイド、ターボチャージャーの軸受けなども従来
よりは一層の耐摩耗性が要求されている。ところが上記
従来の内部酸化方法で製造された銅基合金粉末を焼結し
て得られる焼結製摺動構造部材では素地中に分散する酸
化アルミニウム粒の含有割合が少ないために十分な耐摩
耗性が得られず、これらの要求に満足な対応をすること
ができないのが現状である。

二のため、酸化アルミニウム粒の含有割合を多くするた
めに、酸化アルミニウム粉末を多量に添加した銅合金粉
末を焼結して、素地中に分散する酸化アルミニウム含有
割合いの多い銅基焼結合金も提案されているか、酸化ア
ルミニウム粒の含有割合いの多い銅合金粉末は、焼結性
が著しく低下し、実用に供することができないなどの課
題があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、上述のような観点から、各種摺
動駆動装置の摺動構造部材として用いた場合に、優れた
耐摩耗性を発揮することのできる銅基焼結合金を得るべ
く研究を行った結果、Ｆｅ：０．５〜１５重量％を含有
し、さらに、必要に応じてＰ　：　０．１〜１．５重量
％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組
成のＣｕ合金素地中に、 平均外径＝５〜２５μｍ、 平均厚さ：１〜１０μｍ、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
を有する銅基焼結合金は、酸化アルミニウムの含有割合
いが高いにもかかわらず、焼結性が良好で耐摩耗性にす
ぐれているという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいて成されたものであ
って、 Ｆｅ：０．５〜１５重量％を含有し、残りがＣｕおよび
不可避不純物からなる組成のＣｕ合金素地中、または、
Ｆｅ：０．５〜１５重量％およびＰ：０．１〜１．５重
量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる
組成のＣｕ合金素地中に、平均外径：５〜２５ｕＩＭ、 平均厚さ；１〜１０μｍ、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
を有する銅基焼結合金に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の耐摩耗性に優れた鋼基焼結合金の成
分組成および組織を上記のごとく限定した理由について
説明する。

（ａ）Ｆｅ Ｆｅは、Ｃｕ合金の強度および靭性を向上させる作用か
あり、さらに素地中に分散する金属間化合物を形成し、
常温および高温での耐摩耗性を改善する作用を有するが
、０，５重量％未満ではその効果がなく、一方、１５重
量％を越えて含有すると、熱伝導度が低下するとともに
靭性が低下するようになる。

したがって、Ｆｅの含有量は、０．５〜１５重量％に定
めた。

（ｂ）　　ｐ Ｐは、ＣｕおよびＦｅと反応して非常に硬い金属間化合
物を形成し、この金属間化合物は、素地の耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が（１，１重量％未
満ではその効果がなく、一方、１．５重量％を越えて含
有すると、熱伝導度が低下するとともに相手攻撃性が高
くなるので好ましくない。

したがって、Ｐの含有量は、０．１〜１，５重量％に定
めた。

（ｃ）　　殻状硬質相 この発明の銅基焼結合金素地中に均一に分散している殻
状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体とする殻状
硬質相は、 平均外径：５〜２５μｍ、 平均厚さ、１〜１０μｍ、 の寸法を有し、３〜３０容量％分布していることが必要
であり、その理由は、平均外径＝５亙未満および平均厚
さ＝１−未満の殻状硬質相が３容量％未満分布していて
も耐摩耗性を十分に改善することかできず、一方、平均
外径：２５−を越えかつ平均厚さ＋　１ｏｔＩｎを越え
た殻状硬質相が３０容量％を越えて分布していると相手
攻撃性か増すので好ましくないことによるものである。

この発明の銅基焼結合金を製造するには、原料粉末の１
つとして、ＣｕまたはＣｕ合金粉末内部に微細な酸化ア
ルミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形
成されている特殊なＣｕ合金粉末（以下、このＣｕ合金
粉末を殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末という）を用いる。

この殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末は、次のようにして製
造される。

まずＡｉ）　：１．５〜１０重量％含有のＣｕ−Ａρ合
金粉末を用意し、このＣｕ−Ａ４７合金粉末を６００〜
１０００℃の温度で酸化すると、主体が酸化銅からなる
素地に微細なＣｕ−Ａｌの複合酸化物か殻状に凝集して
なる構造の酸化粉末が得られ、得られた酸化粉末を２０
０〜４００℃の温度で還元すると、酸化粉末の素地を形
成していた主体の酸化銅が銅に還元されて微細な酸化ア
ルミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形
成され、上記殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末が得られるの
である。この殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末の表面には、
酸化アルミニウムが存在せず、Ｃｕ合金で覆われている
ところから、焼結性が極めて良好である。

この発明の銅基焼結合金は、Ｃｕ−Ｆｅ合金粉末、Ｃｕ
−Ｆｅ−Ｐ合金粉末などに上記殻状硬質相内包Ｃｕ合金
粉末を所定量配合し、混合し、得られた混合粉末をプレ
ス成形して圧粉体としこの圧粉体を焼結すると、平均外
径：５〜２５μｍ、平均厚さ：１〜１０廟の範囲内の殻
状硬質相が分散したこの発明の銅基焼結合金が得られる
。上記殻状硬質相の合金素地中における分布量は、上記
殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末の配合量によって決定され
る。このようにして得られたこの発明の銅基焼結合金の
組織の殻状硬質相内部の組成も殻状硬質相外部の組成と
ほぼ同等の組織となっている。

この発明の銅基焼結合金は、さらに通常の固体潤滑剤、
例えば黒鉛、雲母、亜鉛華、滑石、酸化鉛、硫黄、２硫
化モリブデンなどを１〜１０重量％含んでもよい。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の銅基焼結合金を実施例により具体的
に説明する。

先ず、第１表に示される成分組成の水アトマイズＣｕ−
Ｆｅ系母合金原料粉末Ａ−Ｂを作製した。

さらに、もう１つの原料粉末として、平均粒径：２０ｍ
を有し、Ａｌ　：　７．２０重量％含有の成分組成を有
するＣｕ−Ａｌ１合金原料粉末を用意し、このＣｕ−Ａ
、９合金原料粉末を温度：　８００”Ｃ１大気中、２時
間保持の条件で酸化処理し、ついで水素雰囲気中、温度
＝４００℃、３時間保持の条件で還元処理することによ
り、内部に平均外径＝１４庫および平均厚さ：５−を有
する酸化アルミニウム殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末を作
成した。

上記Ｃｕ−Ｆｅ系母合金原料粉末Ａ−Ｂに対して上記酸
化アルミニウム殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末を第２表に
示される割合いで配合し、さらに必要に応じてＣａ　Ｆ
　２を第２表に示される割合いで配合し、混合して混合
粉末を作成し、これら混合粉末を６ｔｏｎ／ｃ−の圧力
で圧粉体にプレス成形し、露点二〇℃〜−３０℃の水素
ガス中、８５０〜９５０℃の範囲内の所定の温度で１時
間保持の条件で焼結し、第２表に示される酸化アルミニ
ウム殻状硬質相の分布量を有する本発明Ｃｕ基焼結合金
１〜１０および比較Ｃｕ基焼結合金１〜４（第２表にお
いてこの発明の範囲から外れた値に茶印を付して示した
）からなる、たて：ｌＯｍｔ、横：１０ｍ１゜長さ＋　
４５＋ａｍの寸法を有するブロックを作製した。

さらに、通常のＣｕ−Ｆｅ合金アトマイズ粉末にそれぞ
れ平均粒径：５ｔａの酸化アルミニウム粉末を配合し、
混合し、プレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を焼結
して、たて：　１０１１１１％横：１０ｍｍ、長さ：４
５■の寸法を有する従来Ｃｕ基焼結合金ブロックを作製
した。

このようにして作製された本発明Ｃυ基焼結合金１〜ｌ
（１、比較Ｃｕ基焼結合金１〜４および従来Ｃｕ基焼結
合金からなるブロックを用いて摩耗試験片を作成し、ブ
ロック・オン・リング型摩耗試験の相手材として、通常
、内燃機関のバルブ材として知られている５ＵＨ３鋼材
で外径：　４Ｄｍ、内径＋　３０ｆｆ＋ｍ、厚さ：１５
關の寸法を有するリングを作製し、上記ブロックおよび
リングを用い、第１図に示されるように、ブロック１を
リング２に接するように組合わせ、リング２の周囲に潤
滑油としてタービン油を塗布した後、ブロック１に荷重
：３）ｃｇをかけ、室温および温度・３００℃の雰囲気
下でリング２を摺動速度：　１．５ｒｎ／秒で回転せし
め、焼付きが生じて摩擦係数が急増するに至るまでリン
グ２の回転を続け、焼付きに至るまでの時間、焼付きに
至った時点でのブロック１およびリング２の摩耗量を測
定するブロック・オン・リング型摩耗試験を実施し、そ
れ等の測定値を第２表に示した。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明Ｃｕ基焼結合金１〜
１０は、いずれも従来Ｃｕ基焼結合金に比べて、−段と
優れた耐摩耗性および耐焼付き性をもち、また比較Ｃｕ
基焼結合金１〜４に見られるように、この発明の範囲ま
たは条件から外れると、耐摩耗性、耐焼付は性もしくは
相手攻撃性、のうち少なくともいずれかの性質が劣った
ものとなることが明らかである。

上述のように、この発明のＣｕ基焼結合金は、耐摩耗性
、耐焼付き性もしくは相手攻撃性をともに有するので、
高出力内燃機関の構造部材として十分に対応することか
でき、実用に際しては、優れた性能を長期にわたって発
揮することにより工業上優れた効果をもたらすものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ブロック・オン・リング型摩耗試験の説明図
である。 １・・・ブロック、　　　　　　２・・・リング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ：０．５〜１５重量％、 を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成
   のＣｕ合金素地中に、 平均外径：５〜２５μｍ、 平均厚さ：１〜１０μｍ、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
   を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
   を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
   金。
2. （２）Ｆｅ：０．５〜１５重量％、Ｐ：０．１〜１．５
   重量％、を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物から
   なる組成のＣｕ合金素地中に、 平均外径：５〜２５μｍ、 平均厚さ：１〜１０μｍ、 の寸法を有し、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウム
   を主体とする殻状硬質相が３〜３０容量％分布した組織
   を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼結合
   金。
3. （３）請求項１〜２記載の銅基焼結合金に、さらに固体
   潤滑剤を含むことを特徴とする耐摩耗性に優れた銅基焼
   結合金。