專利名稱：：銅類燒結(jié)滑動部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及銅類燒結(jié)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(jié)滑動部件和多層銅類燒結(jié)滑動部件。
背景技術(shù)：
：作為銅類燒結(jié)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(jié)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(jié)材料的燒結(jié)層的多層燒結(jié)滑動部件。例如，提出了在銅類合金燒結(jié)層和鋼板軸套多層一體化而構(gòu)成的多層銅類燒結(jié)滑動部件中，該銅類燒結(jié)合金屬包含111重量o/。的錫，130重量％的鉛，0.55重量％的球狀碳，剩余的實質(zhì)上由銅構(gòu)成的多層銅類燒結(jié)滑動部件(參照專利文獻1)。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(yōu)異，提高耐燒接性的物質(zhì)，是銅類燒結(jié)滑動部件的重要成分。但是，近年來，考慮到環(huán)境問題等，有不得不放棄鉛的使用的狀況。專利文獻1:日本特開平7-138681號公報
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)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(jié)滑動部件中，能夠發(fā)揮與含有鉛的銅類燒結(jié)滑動部件相同以上的滑動特性，并能夠作為含油燒結(jié)滑動部件而適當?shù)厥褂?，并且在潤滑油的使用困難的高溫區(qū)域或干燥摩擦條件下也能夠適當?shù)厥褂玫你~類燒結(jié)滑動部件。此外，另一目的是提供在高負載條件下具有優(yōu)異的滑動特性的多層燒結(jié)滑動部件。本發(fā)明者們重復(fù)各種研究的結(jié)果是得到如下的認識。即，發(fā)現(xiàn)通過在Cu-Sn基質(zhì)(matrix)中含有特定量的錳(Mn)成分和固體潤滑材料成分，能夠發(fā)揮與含有鉛的銅類燒結(jié)滑動部件相同以上的滑動特性，可以作為含油燒結(jié)滑動部件而適當?shù)厥褂谩１景l(fā)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(jié)滑動部件，其特征在于，由0.520重量％的錫、0.135重量％的錳、225重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構(gòu)成。此外，第二要點是存在多層銅類燒結(jié)滑動部件，其特征在于，在使銅類合金燒結(jié)層和金屬制軸套一體化構(gòu)成的多層銅類燒結(jié)滑動部件中，所述銅類合金燒結(jié)層由0.520重量％的錫、0.135重量％的錳、225重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，可以發(fā)揮與含有鉛的銅類燒結(jié)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(jié)滑動部件使用，即使在潤滑油的使用困難的高溫區(qū)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(fā)揮優(yōu)異的滑動特性。具體實施例方式以下，詳細說明本發(fā)明。首先，對銅類燒結(jié)滑動部件進行敘述。本發(fā)明的銅類燒結(jié)滑動部件由0.520重量％的錫、0.135重量％的錳、225重量％的固體潤滑材料和實質(zhì)上為銅的剩余部分構(gòu)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(zhì)的固溶，提高其強度和硬度等機械強度，而且，提高作為燒結(jié)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0.520重量％，優(yōu)選為520重量％。在Sn的含有量小于0.5重量％的情況下，強化Cu-Sn合金基質(zhì)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(zhì)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(zhì)的固溶強化有幫助，能夠有效地發(fā)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(zhì)中，析出硬質(zhì)的Cu-Sn-Mn相。但是，該硬質(zhì)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0.1重量％時，開始顯現(xiàn)強化Cu-Sn合金基質(zhì)的作用和提高耐磨損性的作用，當含有量為0.5重量％時，這些作用顯著地顯現(xiàn)出來，而且，到35重量％為止發(fā)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(zhì)相的析出量過多，即使固體潤滑材^4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;兄。因此，Mn成分的含有量為0.135重量％,優(yōu)選為0.520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(zhì)中，可提高燒結(jié)滑動部件的自身潤滑性。結(jié)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(jié)滑動部件。另外，在含油燒結(jié)滑動部件中，固體潤滑材料成分除了固體潤滑作用之外，還起到潤滑油的保持體的作用，可以進一步提高含油燒結(jié)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)，二硫化鉬(MoS2)或它們的混合物。而且，固體潤滑材料成分的含有量，根據(jù)燒結(jié)滑動部件的使用目的或上述的Mn含有量的Cu-Sn合金基質(zhì)中的硬質(zhì)相的析出比例相應(yīng)地決定，為225重量％。在作為含油燒結(jié)滑動部件使用的情況下的固體潤滑材料成分的含有量優(yōu)選為25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(yōu)選為525重量％，更優(yōu)選為1025重銅(Cu)成分為銅類燒結(jié)滑動部件的主成分，為從銅類燒結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)滑動部件制造中不可避免地包含的不可避免雜質(zhì)，例如P、Fe、Al、Si等。而且，不可避免雜質(zhì)的含有量通常為1.0重量％以下。本發(fā)明的多層銅類燒結(jié)滑動部件是將由0.520重量％的錫、0.135重量°/。的錳、225重量°/。的固體潤滑材料和實質(zhì)上為銅的剩余部分構(gòu)成的銅類合金燒結(jié)層和金屬制軸套一體化而形成的。銅類合金燒結(jié)層的組成與上述的銅類燒結(jié)滑動部件相同。作為金屬制軸套可根據(jù)多層燒結(jié)滑動部件的使用用途適當選擇冷軋鋼板(SPCC:JIS-G-3141)、冷軋不銹鋼板(SUS:JIS-G-4305)、無氧銅、靭銅、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Cuo接著，說明本發(fā)明的銅類燒結(jié)滑動部件和多層銅類燒結(jié)滑動部件的制造方法的一個例子。首先，說明銅類燒結(jié)滑動部件(單體)的制造方法。例如在粒徑通常為75um以下、優(yōu)選為45um以下的電解Cu粉末中，將粒徑通常為75um以下、優(yōu)選為45lim以下的0.520重量°/。的霧化Sn粉末，粒徑通常為45um以下的0.135量。/。的Mn粉末，和粒徑通常為150um以下，優(yōu)選為106um以下的225重量％的固體潤滑材料粉末投入到V型混合器中，通?；旌?040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27ton/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(diào)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(nèi)，通常在700卯0。C的溫度下，通常燒結(jié)2060分鐘，然后從加熱爐內(nèi)取出，根據(jù)需要，通過機械加工加工成所希望的尺寸，制造銅類燒結(jié)滑動部件。根據(jù)得到的銅類燒結(jié)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(jié)滑動部件。接著，說明多層銅類燒結(jié)部件的制造方法。例如利用與上述同樣的方法，制造由0.520重量％的Sn成分、0.135重量％的Mn成分、225重量％的固體潤滑材料成分和剩余部分為Cu成分構(gòu)成的混合粉末。根據(jù)需要，將得到的混合粉末散布到預(yù)先脫脂洗凈的厚度通常為12.5mm的金屬制軸套上，在調(diào)整為與上述同樣的氣氛的加熱爐內(nèi)，在通常700900。C的溫度下，通常燒結(jié)1030分鐘，在該鋼板上形成燒結(jié)層。接著，在利用軋輥壓下進行軋制，使得該燒結(jié)層的厚度通常為0.21.0mm后，再在加熱爐內(nèi)，在通常700900°C的溫度下，通常燒結(jié)1030分鐘，制造多層銅類燒結(jié)滑動部件。另外，在上述燒結(jié)滑動部件(單體)和多層燒結(jié)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Cix粉末和Sn粉末。實施例以下，利用實施例更詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明只要不超出其要點，就不限定于以下的實施例。實施例1在粒徑為45lim以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45ym以下的10重量Q/。的霧化Sn粉末，粒徑為45nm以下、6重量W的Mn粉末，和粒徑為150um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/cr^下壓縮成形，得到平板狀的壓粉體。將該壓粉體在調(diào)整為氫氣氣氛的加熱爐內(nèi)，在760°C的溫度下燒結(jié)60分鐘，冷卻后，進行機械加工，制造成一邊為30mm、厚度為5mm的方形燒結(jié)滑動部件。其次，對該燒結(jié)滑動部件進行含油處理，制成含油燒結(jié)滑動部件。實施例25在實施例1中，除了如表23所示那樣變更組成以外，利用與實施例1同樣的方法制成含油燒結(jié)滑動部件。比較例1在粒徑為45um以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45um以下的10重量％的霧化Sn粉末和粒徑為150um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1同樣，對得到的混合粉末進行壓縮成形、燒結(jié)和機械加工，制成一邊為30mm、厚度為5mm的方形燒結(jié)滑動部件。其次，對該燒結(jié)滑動部件進行含油處理，制成含油燒結(jié)滑動部件。另外，根據(jù)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(jié)時間不同，因此表23中表示各實施例和比較例的成形壓力和燒結(jié)時間。在表1所示條件下，對上述實施例15和比較例1得到的含油燒結(jié)滑動部件進行耐久試驗，試驗?zāi)Σ聊p特性。該試驗結(jié)果表示在表23中。負載(面壓力):19.6MPa(200kgf/cm2)速度3m/min配合材料機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼(S45C)試驗時間20小時[表2]<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[表3]<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上述的試驗結(jié)果可知，與比較例1的含油燒結(jié)滑動部件比較，實施例15的含油燒結(jié)滑動部件的摩擦類數(shù)和磨損量都低，具有優(yōu)異的摩擦磨損特性。此外，得知實施例4和5的燒結(jié)滑動部件在Cu-Sn基質(zhì)中有硬質(zhì)的Cu-Sn-Mn相的析出，通過用眼觀察配合材料表面，確認沒有產(chǎn)生損傷配合材料表面的問題。實施例6將粒徑為45um以下的Cu—lO重量％的Sn霧化合金粉末，粒徑為45ym以下的2.5重量％的Mn粉末，和粒徑為150um以下的20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(Cu:69.8重量％，Sn:7.7重量％，Mn:2.5重量％，石墨20重量％)。將得到的混合粉末裝填在金屬模中，在成形壓力4ton/cm2下壓縮成形，得到平板狀的壓粉體。將該壓粉體在調(diào)整為氫氣氣氛的加熱爐內(nèi)，在760。C的溫度下燒結(jié)60分鐘，冷卻后，進行機械加工，制成一邊為30mm、厚度為5mm的方形燒結(jié)滑動部件。實施例711在實施例6中，除了如表56所示那樣變更組成以外，利用與實施例6相同的方法，制成燒結(jié)滑動部件。比較例2將粒徑為45nm以下的Cu—10重量％的Sn霧化合金粉末和粒徑150iim以下的天然石墨粉末以石墨成為20重量％的方式配合，投入到V型混合器中，混合20分鐘，得到混合粉末(Cu:72.0重量％，Sn:8.0重量％，石墨20重量％)。與上述實施例6同樣，對該混合粉末進行壓縮成形、燒結(jié)和機械加工，制成一邊為30mm、厚度5mm的方形燒結(jié)滑動部件。在表4所示的條件下，對上述實施例611和比較例2得到的燒結(jié)滑動部件試驗?zāi)拓撦d性能。該試驗結(jié)果表示在表56中。表4負載(面壓力)在初期負載2.94MPa(30kgf/cm2)下，每20分鐘增加2.94MPa(30kgf/cm2)累計負載。速度lm/min配合材料機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼(S45C)潤滑無潤滑<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從上述的試驗結(jié)果可知，實施例611的燒結(jié)滑動部件在干燥摩擦條件(無潤滑)下到極限負載(面壓力)為58.8MPa(600kgf/cm2)79.4MPa(810kgf/cm2)的高負載為止發(fā)揮優(yōu)異的摩擦特性，并且耐負載性優(yōu)異。此夕卜，雖然可以確認實施例811的燒結(jié)滑動部件在Cu-Sn基質(zhì)中有硬質(zhì)的Cu-Sn-Mn相的析出，但通過ffl眼觀察配合材料表面，確認不產(chǎn)生損傷配合材料表面的問題。實施例12在粒徑為45ym以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45um以下的10重量％的霧化Sn粉末、粒徑為45um以下的2.5重量％的Mn粉末和粒徑為150um以下的15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。在將上述混合粉末散布到厚度1.7mm的鋼板(冷軋鋼板SPCC)表面上后，在調(diào)整為氮和氫混合氣體氣氛的加熱爐內(nèi)，在780。C的溫度下燒結(jié)20分鐘，在該鋼板上一體地形成由該混合粉末構(gòu)成的燒結(jié)層。接著，在以該燒結(jié)層厚度成為0.3mm的方式輥軋后，在加熱爐內(nèi)，在780。C的溫度下燒結(jié)20分鐘，冷卻后，進行t幾械加工，制成由一邊為30mm、厚度為2mm的方形的多層構(gòu)成的銅類燒結(jié)滑動部件。實施例1315在實施例12中，除了如表8所示那樣變更組成以外，利用與實施例12相同的方法，制成燒結(jié)滑動部件。比較例3在粒徑為45nm以下的電解Cu粉末中，將粒徑為45"m以下的10重量％的霧化Sn粉末和平均粒徑為75um的10重量％的搗結(jié)(stamp)鉛(Pb)粉末和粒徑為150um以下的3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。將該混合粉末與上述實施例12同樣，進行燒結(jié)和機械加工，制成一邊為30mm、厚度為2mm的方形的多層燒結(jié)滑動部件。在表7所示的條件下，對上述實施例1215和比較例3得到的燒結(jié)滑動部件進行耐久試驗，試驗?zāi)Σ聊p特性。該試驗結(jié)果表示在表8中。負載(面壓力)(1)19.6MPa(200kgf/cm2)禾口(2)29,4MPa(300kgf/cm2)速度lm/min配合材料機械結(jié)構(gòu)用碳素鋼(S45C)試驗時間20分鐘潤滑無潤滑[表8]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從上述試驗結(jié)果可知，與比較例3的多層燒結(jié)滑動部件比較，實施例1215的多層燒結(jié)滑動部件，在面壓力19.6MPa的負載條件下，具有同等的摩擦磨損特性，并且在面壓力29.4MPa的負載條件下，即使不使用固體潤滑材料Pb，也具有優(yōu)異的摩擦磨損特性。另外，表8的比較例3的符號表示在面壓力29.4MPa的負載條件下，不清除試驗時間，就不能測定磨損量.。實施例14和15的多層燒結(jié)滑動部件，在Cu-Sn基質(zhì)中有硬質(zhì)的Cu-Sn-Mn相的析出，但通過用眼觀察配合材料的表面，確認不產(chǎn)生損傷配合材料表面的問題。權(quán)利要求1.一種銅類燒結(jié)滑動部件，其特征在于由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(gòu)成。2.—種多層銅類燒結(jié)滑動部件，其特征在于在使銅類合金燒結(jié)層和金屬制軸套一體化構(gòu)成的多層銅類燒結(jié)滑動部件中，所述銅類合金燒結(jié)層由0.520重量％的錫、0.135重量%的錳、225重量％的固體潤滑材料和剩余部分的銅構(gòu)成。全文摘要本發(fā)明提供銅類燒結(jié)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(gòu)成，和多層銅類燒結(jié)滑動部件，其特征為，在使銅類合金燒結(jié)層和金屬制軸套一體化構(gòu)成的多層銅類燒結(jié)滑動部件中，上述銅類合金燒結(jié)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(gòu)成。該滑動部件在不含有鉛的銅類燒結(jié)滑動部件中，可發(fā)揮與含有鉛的銅等類燒結(jié)滑動部件同等以上的滑動特性，并作為含油燒結(jié)滑動部件而適當?shù)厥褂茫瑫r為即使在潤滑油的使用困難的高溫區(qū)域或干燥摩擦條件下也能夠使用的銅等類燒結(jié)滑動部件和在高負載條件下也具有優(yōu)異的滑動特性的多層燒結(jié)滑動部件。文檔編號F16C33/12GK101370950SQ20078000306公開日2009年2月18日申請日期2007年1月15日優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日發(fā)明者加藤和夫,吉川隆,城崎武浩,巖橋正一郎申請人:奧依斯工業(yè)株式會社