專利名稱：銅類燒結滑動部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及銅類燒結滑動部件，詳細地說，涉及分散含有固體潤滑材料的銅類燒結滑動部件和多層銅類燒結滑動部件。
背景技術：
作為銅類燒結滑動部件(軸承)，已知含有石墨、鉛等固體潤滑材料的Cu-Sn-固體潤滑材料類的燒結滑動部件。另外，以提高耐負載為目的，已知在鋼板等軸套(裏金)的表面上一體地形成上述燒結材料的燒結層的多層燒結滑動部件。例如，提出了在銅類合金燒結層和鋼板軸套多層一體化而構成的多層銅類燒結滑動部件中，該銅類燒結合金屬包含I 11重量％的錫，I 30重量％的鉛,O. 5 5重量％的球狀碳,剩余的實質上由銅構成的多層銅類燒結滑動部件(參照專利文獻I)。作為固體潤滑材料的鉛，作為在與配合材料的滑動中，磨合性優異，提高耐燒接性的物質，是銅類燒結滑動部件的重要成分。但是，近年來，考慮到環境問題等，有不得不放棄鉛的使用的狀況。專利文獻I :日本特開平7-138681號公報

發明內容
本發明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供在不含鉛的銅類燒結滑動部件中，能夠發揮與含有鉛的銅類燒結滑動部件相同以上的滑動特性，并能夠作為含油燒結滑動部件而適當地使用，并且在潤滑油的使用困難的高溫區域或干燥摩擦條件下也能夠適當地使用的銅類燒結滑動部件。此外，另一目的是提供在高負載條件下具有優異的滑動特性的多層燒結滑動部件。本發明者們重復各種研究的結果是得到如下的認識。即，發現通過在Cu-Sn基質(matrix)中含有特定量的錳(Mn)成分和固體潤滑材料成分，能夠發揮與含有鉛的銅類燒結滑動部件相同以上的滑動特性，可以作為含油燒結滑動部件而適當地使用。本發明是基于上述的見解而完成的，其第一要點是存在銅類燒結滑動部件，其特征在于，由O. 5 20重量％的錫、O. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成。此外，第二要點是存在多層銅類燒結滑動部件，其特征在于，在使銅類合金燒結層和金屬制軸套一體化構成的多層銅類燒結滑動部件中，所述銅類合金燒結層由O. 5 20重量％的錫、O. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成。根據本發明，可以發揮與含有鉛的銅類燒結滑動部件同等以上的滑動特性，并且當然可以作為含油燒結滑動部件使用，即使在潤滑油的使用困難的高溫區域中的干燥摩擦條件下的使用和高負載條件下的使用中，也能夠發揮優異的滑動特性。
具體實施例方式以下，詳細說明本發明。首先，對銅類燒結滑動部件進行敘述。本發明的銅類燒結滑動部件由O. 5 20重 量％的錫、O. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和實質上為銅的剩余部分構成。錫(Sn)成分與主成分的銅(Cu)合金化而形成Cu-Sn合金(青銅)。Sn成分強化Cu-Sn合金基質的固溶，提高其強度和硬度等機械強度，而且，提高作為燒結滑動部件的耐負載性，耐磨損性和耐燒接性。Sn成分的含有量為O. 5 20重量％，優選為5 20重量％。在Sn的含有量小于O. 5重量％的情況下，強化Cu-Sn合金基質的效果不足，此外，在含有量超過20重量％的情況下，有Cu-Sn合金基質變脆的缺點。錳(Mn)成分相對于主成分的Cu成分形成全率固溶體。Mn成分主要是對Cu-Sn合金基質的固溶強化有幫助，能夠有效地發揮機械強度和耐磨損性提高的效果。當Mn成分的含有量超過10重量％時,在Cu-Sn合金基質中，析出硬質的Cu-Sn-Mn相。但是,該硬質相在與后述的固體潤滑材料共存下，起到提高耐磨損性的作用。另一方面，當Mn成分的含有量在O. I重量％時，開始顯現強化Cu-Sn合金基質的作用和提高耐磨損性的作用，當含有量為O. 5重量％時，這些作用顯著地顯現出來，而且，到35重量％為止發揮這些作用。但是，在Mn成分的含有量超過35重量％的情況下，硬質相的析出量過多，即使固體潤滑材料的含有量多，耐磨損性也惡化，特別是存在損傷配合材料表面的情況。因此，Mn成分的含有量為O. I 35重量％，優選為O. 5 20重量％。通過使固體潤滑材料成分分散含有在Cu-Sn-Mn合金基質中，可提高燒結滑動部件的自身潤滑性。結果，進一步提高耐負載性和耐磨損性，同時可在干燥摩擦潤滑條件下使用燒結滑動部件。另外，在含油燒結滑動部件中，固體潤滑材料成分除了固體潤滑作用之夕卜，還起到潤滑油的保持體的作用，可以進一步提高含油燒結滑動部件的耐負載性和耐磨損性。作為固體潤滑材料成分，例如可以使用天然石墨、人造石墨、氮化硼(BN)，二硫化鑰(MoS2)或它們的混合物。而且，固體潤滑材料成分的含有量，根據燒結滑動部件的使用目的或上述的Mn含有量的Cu-Sn合金基質中的硬質相的析出比例相應地決定，為2 25重量％。在作為含油燒結滑動部件使用的情況下的固體潤滑材料成分的含有量優選為2 5重量％，在干燥摩擦潤滑條件下使用的情況下的固體潤滑材料成分的含有量，優選為5 25重量％，更優選為10 25重量％。銅(Cu)成分為銅類燒結滑動部件的主成分，為從銅類燒結滑動部件中除去Sn成分、Mn成分和固體潤滑材料成分的剩余部分。Cu成分的含有量為從銅類燒結滑動部件的全體量減去Sn成分、Mn成分和固體潤滑材料成分的含有量的剩余。另外，在銅類燒結滑動部件中，除了上述Cu成分、Sn成分、Mn成分和固體潤滑材料成分以外，還含在有銅類燒結滑動部件制造中不可避免地包含的不可避免雜質，例如P、Fe、Al、Si等。而且，不可避免雜質的含有量通常為I. O重量％以下。本發明的多層銅類燒結滑動部件是將由O. 5 20重量％的錫、O. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和實質上為銅的剩余部分構成的銅類合金燒結層和金屬制軸套一體化而形成的。
銅類合金燒結層的組成與上述的銅類燒結滑動部件相同。作為金屬制軸套可根據多層燒結滑動部件的使用用途適當選擇冷軋鋼板(SPCCJIS-G-3141)、冷軋不銹鋼板(SUS :JIS-G-4305)、無氧銅、韌銅、黃銅、鋁青銅等的銅和銅合金板(JIS-H-3100)。另外，在使用上述冷軋鋼板作為金屬制軸套的情況下，以防銹為目的，也可以在鋼板表面上進行鍍Cu。接著，說明本發明的銅類燒結滑動部件和多層銅類燒結滑動部件的制造方法的一個例子。首先，說明銅類燒結滑動部件(單體)的制造方法。例如在粒徑通常為75μπι以下、優選為45 μ m以下的電解Cu粉末中，將粒徑通常為75 μ m以下、優選為45 μ m以下的O. 5 20重量％的霧化Sn粉末，粒徑通常為45 μ m以下的O. I 35量％的Mn粉末，和粒徑通常為150 μ m以下，優選為106 μ m以下的2 25重量％的固體潤滑材料粉末投入到V型混合器中，通?；旌?0 40分鐘，制作混合粉末。將得到的混合粉末裝填到所希望形狀的金屬模中，通常在2 7ton/cm2的壓力下進行壓縮成形而制作壓粉體。將得到的壓粉體在調整 為氨分解氣體、氮氣、氫氣、氮氫混合氣體等還原性氣氛或非氧化性氣氛的加熱爐內，通常在700 900° C的溫度下，通常燒結20 60分鐘，然后從加熱爐內取出，根據需要，通過機械加工加工成所希望的尺寸，制造銅類燒結滑動部件。根據得到的銅類燒結滑動部件的用途，對該滑動部件進行含油處理，制造銅類含油燒結滑動部件。接著，說明多層銅類燒結部件的制造方法。例如利用與上述同樣的方法，制造由
O.5 20重量％的Sn成分、O. I 35重量％的Mn成分、2 25重量％的固體潤滑材料成分和剩余部分為Cu成分構成的混合粉末。根據需要，將得到的混合粉末散布到預先脫脂洗凈的厚度通常為I 2. 5mm的金屬制軸套上，在調整為與上述同樣的氣氛的加熱爐內，在通常700 900° C的溫度下，通常燒結10 30分鐘，在該鋼板上形成燒結層。接著，在利用軋輥壓下進行軋制，使得該燒結層的厚度通常為O. 2 I. Omm后，再在加熱爐內，在通常700 900° C的溫度下，通常燒結10 30分鐘，制造多層銅類燒結滑動部件。另外，在上述燒結滑動部件(單體)和多層燒結滑動部件的制造方法中，也可以使用Cu-Sn的合金粉末代替分別以單體使用Cu粉末和Sn粉末。實施例以下，利用實施例更詳細地說明本發明，但本發明只要不超出其要點，就不限定于以下的實施例。實施例I在粒徑為45 μ m以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45 μ m以下的10重量％的霧化Sn粉末，粒徑為45 μ m以下、6重量％的Mn粉末，和粒徑為150 μ m以下的5重量％的天然石墨粉末，投入到V型混合器中，混合20分鐘，制成混合粉末。將該混合粉末裝填在金屬模中，在成形壓力2ton/cm2下壓縮成形，得到平板狀的壓粉體。將該壓粉體在調整為氫氣氣氛的加熱爐內，在760° C的溫度下燒結60分鐘，冷卻后，進行機械加工，制造成一邊為30mm、厚度為5_的方形燒結滑動部件。其次，對該燒結滑動部件進行含油處理，制成含油燒結滑動部件。實施例2 5在實施例I中，除了如表2 3所示那樣變更組成以外，利用與實施例I同樣的方法制成含油燒結滑動部件。比較例I在粒徑為45 μ m以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45 μ m以下的10重量％的霧化Sn粉末和粒徑為150 μ m以下的5重量％的天然石墨粉末，投入到V型混合器中，混合20分鐘，得到混合粉末。與上述實施例I同樣，對得到的混合粉末進行壓縮成形、燒結和機械加工，制成一邊為30_、厚度為5_的方形燒結滑動部件。其次，對該燒結滑動部件進行含油處理，制成含油燒結滑動部件。另外，根據固體潤滑材料成分的種類或成分配合比例，用于得到所希望的含油率的壓粉體的成形壓力和燒結時間不同，因此表2 3中表示各實施例和比較例的成形壓力和燒結時間。在表I所示條件下，對上述實施例I 5和比較例I得到的含油燒結滑動部件進行耐久試驗，試驗摩擦磨損特性。該試驗結果表示在表2 3中。[表 I]負載(面壓力)I9·6MPa (200kgf/cm2)速度3m/min配合材料機械結構用碳素鋼(S45C)試驗時間20小時[表2]
權利要求
1.一種銅類燒結滑動部件，其特征在于 由0. 5 20重量％的錫、0. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成。
2.如權利要求I所述的銅類燒結滑動部件，其特征在于 錫的含有量為5 20重量％。
3.如權利要求I所述的銅類燒結滑動部件，其特征在于 錳的含有量為0. 5 20重量％。
4.如權利要求I 3中任一項所述的銅類燒結滑動部件，其特征在于固體潤滑材料的 含量為5 25重量％。
5.如權利要求I 3中任一項所述的銅類燒結滑動部件，其特征在于固體潤滑材料的含量為10 25重量％。
6.一種多層銅類燒結滑動部件，其特征在于 在使銅類合金燒結層和金屬制軸套一體化構成的多層銅類燒結滑動部件中，所述銅類合金燒結層由0. 5 20重量％的錫、0. I 35重量％的錳、2 25重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成。
7.如權利要求6所述的多層銅類燒結滑動部件，其特征在于 錫的含有量為5 20重量％。
8.如權利要求6所述的多層銅類燒結滑動部件，其特征在于 錳的含有量為0. 5 20重量％。
9.如權利要求6 8中任一項所述的多層銅類燒結滑動部件，其特征在于固體潤滑材料的含量為5 25重量％。
10.如權利要求6 8中任一項所述的多層銅類燒結滑動部件，其特征在于固體潤滑材料的含量為10 25重量％。
全文摘要
本發明提供銅類燒結滑動部件，其特征為，由0.5～20重量%的錫、0.1～35重量%的錳、2～25重量%的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成，和多層銅類燒結滑動部件，其特征為，在使銅類合金燒結層和金屬制軸套一體化構成的多層銅類燒結滑動部件中，上述銅類合金燒結層由0.5～20重量%的錫、0.1～35重量%的錳、2～25重量%的固體潤滑材料和剩余部分的銅構成。該滑動部件在不含有鉛的銅類燒結滑動部件中，可發揮與含有鉛的銅等類燒結滑動部件同等以上的滑動特性，并作為含油燒結滑動部件而適當地使用，同時為即使在潤滑油的使用困難的高溫區域或干燥摩擦條件下也能夠使用的銅等類燒結滑動部件和在高負載條件下也具有優異的滑動特性的多層燒結滑動部件。
文檔編號B22F7/08GK102773488SQ20121028002
公開日2012年11月14日 申請日期2007年1月15日 優先權日2006年1月16日
發明者加藤和夫, 吉川隆, 城崎武浩, 巖橋正一郎 申請人:奧依列斯工業株式會社