技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含有燒結(jié)金屬的燒結(jié)軸承及其制造方法。

背景技術(shù)：

作為搭載于例如硬盤驅(qū)動器等信息設(shè)備的精密小型馬達用軸承，有使用消音性優(yōu)異的燒結(jié)軸承的情況。伴隨著近年的馬達的高性能化，在這種燒結(jié)軸承中要求將極限PV值提高至PV＞200MPa·m/min。另外，也同時需要削減扭矩變化(提高初期磨合特性)，提高耐久性(提高耐燒熔性)，提高消音性(改善聲響特性)等。

作為燒結(jié)軸承，鐵系燒結(jié)軸承是公知的，但在鐵系中雖然耐久性優(yōu)異，但是有初期磨合特性和消音性差這樣的缺點。因此，作為精密小型馬達用的軸承使用青銅系燒結(jié)軸承的情況居多。作為青銅系燒結(jié)含油軸承的一例，例如在日本特開2001－107162號公報(專利文獻1)中公開了含有6～11重量％的Sn、1～5重量％的Fe和/或Ni，余量為銅的軸承(權(quán)利要求1)。

另外，在日本專利第3873275號(專利文獻2)中公開了，使用鐵系和銅系的原料粉末，并將銅系的原料粉末制成扁平粉，使銅在表面?zhèn)绕?，從表面?zhèn)瘸騼?nèi)部銅的比例變低并且鐵的比例變高的滑動部件(權(quán)利要求1)。另外，通過將銅系的原料粉末和鐵系的原料粉末填充于填充部并加以振動，使銅系的扁平粉在表面?zhèn)绕?，以得到表面?zhèn)缺汇~覆蓋，從表面?zhèn)瘸騼?nèi)部鐵比銅的比例變高的形成有濃度梯度的軸承(段落0028)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001－107162號公報

專利文獻2：日本專利第3873275號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

近年銅的價格急劇上升，如專利文獻1中記載的包含大量的銅的青銅系燒結(jié)軸承無法達到低成本化的要求。另外，在青銅系燒結(jié)軸承中耐荷重性、耐久性存在困難。

另一方面，在專利文獻2記載的構(gòu)成中，由于對包含扁平粉和銅粉的原料粉施加振動，因此成形工序復(fù)雜化。另外，有“即使旋轉(zhuǎn)體滑動的滑動面發(fā)生磨損，由于在滑動面之下按規(guī)定的比例包含銅，因此成為滑動部分的耐久性優(yōu)異的構(gòu)成”這樣的記載(段落0029等)，由這樣記載可以明確，是用銅抑制富含銅的表面層磨損后的對方材磨損的構(gòu)成。在該構(gòu)成中，如果想要使耐久性提高，則不得不增加銅的使用量，難以兼顧耐久性和低成本化。

因此，本發(fā)明目的在于提供一種削減銅的使用量而能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化，另一方面具備良好的初期磨合特性、消音性且高耐久性的燒結(jié)軸承及其制造方法。

用于解決課題的方法

為了達到上述目的，本發(fā)明的燒結(jié)軸承的特征在于，為含有鐵組織和銅組織的燒結(jié)軸承，其具備基體部和表面部：

所述基體部中，以低熔點金屬結(jié)合銅組織和鐵組織且以扁平銅粉形成銅組織的一部分或全部，同時以鐵素體相為主體形成鐵組織且銅含量是均勻的；所述表面層覆蓋基體部的表面且銅含量比基體部大。

在原料粉的成形時扁平銅粉具有附著于模具成形面的性質(zhì)，因此成形后的壓粉體在表層包含大量的銅，而在芯部銅含量變少。因此，在燒結(jié)后的燒結(jié)體上形成銅含量多的表面層和與其相比銅含量少的基體部。

按照這樣通過增多在表面層的銅含量，由此能夠?qū)崿F(xiàn)初期磨合性和消音性的提高。另外，對軸的攻擊性也變低，因此耐久壽命提高。通過在表面層的表面形成以面積比計為60％以上的銅組織(銅為主要成分的組織)，能夠更顯著地得到這些作用效果。另外，由于表面層的磨損而露出了大量包含鐵組織(鐵為主要成分的組織)的基體部時，還由于鐵組織以鐵素體相為主體，因此即使銅含量少也能夠減弱對軸的攻擊性，增加耐久性。

另外，雖然基體部的鐵組織以柔軟的鐵素體相為主體，但由于鐵組織－銅組織、和銅組織之間用低熔點金屬堅固地結(jié)合，所以基體部具有高強度。因此，能夠使軸承整體強度增加，使耐荷重性提高。基體部占軸承的幾乎全部的容積，若該基體部中的銅含量能夠變少，則因此能夠削減軸承整體中的銅的使用量而實現(xiàn)低成本化。

按照這樣，本發(fā)明通過使軸承內(nèi)中的鐵和銅的分布最優(yōu)化，并且不僅是銅組織，對鐵組織的形態(tài)也加以考慮，由此兼顧提高耐久性和低成本化。根據(jù)本發(fā)明，由該構(gòu)成能夠低成本地得到兼具鐵系燒結(jié)軸承和銅系燒結(jié)軸承(也包含鐵銅系燒結(jié)軸承)兩方的優(yōu)點的燒結(jié)軸承。

在該燒結(jié)軸承中，若使鐵不與碳反應(yīng)而燒結(jié)，則能夠僅以鐵素體相形成鐵組織。若按照這樣以鐵素體相形成鐵組織，則在表面層發(fā)生磨損而露出基體部時，軸承面的耐磨損性降低。這種情況成為問題時，在燒結(jié)時通過使鐵與碳反應(yīng)，能夠以鐵素體相和存在于鐵素體相的晶界的珠光體相形成鐵組織。在該構(gòu)成中，硬質(zhì)的珠光體相補充了鐵素體相的耐磨損性，因此能夠抑制軸承面的磨損。另一方面，若碳擴散而珠光體的存在比例過剩，則對軸的攻擊性增加，軸變得容易磨損。從該觀點出發(fā)，使珠光體相為存在(散布)于鐵素體相的晶界的程度(參照圖12)。

通常若低熔點金屬的含量增加，則軸承的強度相應(yīng)增加。另一方面，扁平銅粉在Cu－Sn的液相狀態(tài)下通過表面張力變圓而球形化。若球形化的扁平銅增多，則軸承表面中的銅組織所占的面積減少，不能夠達到本發(fā)明的目的(初期磨合性·消音性的改善，對于對方材的攻擊性降低)。從以上觀點出發(fā)，低熔點金屬相對于銅的的比例小于10重量％。

通過使金屬組織中包含固體潤滑劑，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承面的低摩擦化。即便使金屬組織中包含游離石墨也能夠得到同樣的效果。

若使游離石墨的含量在表面層比基體部大，能夠進一步實現(xiàn)低摩擦化。

本發(fā)明的燒結(jié)軸承能夠通過如下方法制造，即將包含鐵粉、扁平銅粉和低熔點金屬粉的原料粉混合并填充于模具內(nèi)，以將扁平銅粉附著于模具表面的狀態(tài)壓縮原料粉而成形壓粉體，并對壓粉體進行燒結(jié)。

將原料粉填充于模具內(nèi)，若以使扁平銅粉附著于模具成形面的狀態(tài)成形壓粉體，則在成形后的壓粉體中表層包含大量的銅，而在芯部銅含量變少。因此，燒結(jié)后的燒結(jié)體上形成銅含量多的表面層和與其相比銅含量少的基體部。

在此情況下，若使壓粉體中的鐵不與碳反應(yīng)而燒結(jié)，以鐵素體相形成鐵組織，則由于表面層的磨損而露出了大量包含鐵組織(鐵為主要成分的組織)的基體部時，由于鐵組織為鐵素體相，因此即使銅含量少也能夠減弱對軸的攻擊性，增加耐久性。

為了使壓粉體中的鐵不與碳反應(yīng)而燒結(jié)，優(yōu)選燒結(jié)溫度為700℃～840℃。在此情況下，進一步優(yōu)選在不含碳的氣氛中燒結(jié)。

另一方面，如上所述，若鐵組織僅由鐵素體相形成，則在表面層發(fā)生磨損而露出了基體部時，存在軸承面的耐磨損性降低的情況。

在此情況下，通過使壓粉體中的鐵與碳反應(yīng)的方式進行燒結(jié)，由此以鐵素體相和存在于鐵素體的晶界的珠光體相形成鐵組織。

由此，鐵組織成為鐵素體相和存在于鐵素體相的晶界的珠光體相的兩相組織，硬質(zhì)的珠光體相補充鐵素體相的耐磨損性，因此能夠抑制軸承面的磨損。另一方面，若碳擴散而珠光體的存在比例過剩，則對軸的攻擊性增加，軸變得容易發(fā)生磨損。從該觀點出發(fā)，使珠光體為存在(散布)于鐵素體相的晶界的程度(參照圖12)。

為了以壓粉體中的鐵與碳反應(yīng)方式進行燒結(jié)，并以鐵素體相和存在于鐵素體的晶界的珠光體相形成鐵組織，而優(yōu)選燒結(jié)溫度為820℃～900℃。在此情況下，進一步優(yōu)選在含碳氣氛中燒結(jié)。

若扁平銅粉的表觀密度為1.0g/cm³以下、厚度為1.5μm以下、長度為20μm以上且80μm以下，則對模具成形面的附著力進一步提高，能夠確實地形成銅含量多的表面層。

若原料粉中的扁平銅粉的比例為8重量％以上，則能夠使充分量的扁平銅粉附著于模具成形面。

若作為銅粉僅使用扁平銅粉，則由于扁平銅粉的密度小，所以在壓粉體的成形時難以變得堅固。因此，通過添加普通銅粉與扁平銅粉一起使用，能夠提高壓粉體的成形性。另外，為了使表面層磨損而露出了基體部時對軸的攻擊性降低，基體部S2必須至少具有10重量％以上的銅組織。因此，銅粉的配合比例為二者的合計即18重量％以上。另一方面，若銅粉的比例超過40重量％，則基體部中的鐵組織的含量不足招致強度降低。另外，若銅粉的使用量過剩，則由于使用扁平銅粉而變得缺乏成本優(yōu)勢。從以上觀點出發(fā)，原料粉中的扁平銅粉和普通銅粉的比例為合計18重量％以上且40重量％以下。

通常若低熔點金屬的含量增加則軸承的強度相應(yīng)增加。另一方面，扁平銅粉在Cu－Sn的液相狀態(tài)下因表面張力變圓而球形化。若球形化后的扁平銅增多，則軸承表面中的銅組織所占的面積減少，不能夠達到本發(fā)明的目的(初期磨合性·消音性的改善，對于對方材的攻擊性降低)。從以上觀點出發(fā)，低熔點金屬相對于銅的比例小于10重量％。

若使流體潤滑劑附著于所述混合前的扁平銅粉，則扁平銅粉對模具成形面的附著力進一步提高。若該流體潤滑劑相對于扁平銅粉的比例過少，則扁平銅粉對模具的附著力降低，模具成形面上的扁平銅粉的附著量變得不充分。另外，若過多則扁平銅粉彼此附著，產(chǎn)生凝集的問題。根據(jù)本發(fā)明人等的驗證可以明確，若以相對于扁平銅粉按重量比計配合0.1重量％～0.8重量％，優(yōu)選0.2重量％～0.7重量％的流體潤滑劑，則能夠消除以上問題。

作為流體潤滑劑優(yōu)選脂肪酸，特別是直鏈的飽和脂肪酸。該種脂肪酸用C_n－1H_2n－1COOH的通式表示。本發(fā)明中，優(yōu)選使用Cn為12～22的范圍的脂肪酸。

通過在原料粉中添加石墨，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承面的低摩擦化。在此情況下，若使用鱗狀石墨則在原料粉的混合時，鱗狀石墨與扁平銅粉變得容易附著，大量的石墨伴隨扁平銅粉附著于模具成形面。在此情況下，在壓粉體的表面不僅是銅，石墨的含量也增加，因此在實現(xiàn)軸承面的低摩擦化方面更有效。

另外，扁平銅粉的表觀密度與原料粉末中包含的其它粉末相比相當小，因此同時混合包含扁平銅粉的各粉末難以在原料粉體中使扁平銅粉均勻地分散。因此，在燒結(jié)軸承的批量生產(chǎn)時每個軸承中扁平銅粉的含有比例不同，其結(jié)果是有可能軸承性能不穩(wěn)定化。

為了解決該問題，在原料粉中添加箔狀的固體潤滑劑粉，期望將原料粉的混合分為混合扁平銅粉和所述固體潤滑劑粉的一次混合和隨后添加鐵粉和低熔點金屬粉并混合的二次混合來進行。

通常，扁平銅粉和箔狀的固體潤滑劑粉處于相互附著的傾向。因此，若在一次混合中預(yù)先混合扁平銅粉和箔狀的固體潤滑劑粉，則能夠使扁平銅粉和固體潤滑劑粉相互附著重疊為層狀。由此，為了提高扁平銅粉的表觀密度，即使在二次混合中添加鐵粉和低熔點金屬粉進行混合時，也能夠使扁平銅粉在原料粉中均勻地分散。由此，能夠使批量生產(chǎn)時每個燒結(jié)軸承中包含的扁平銅粉量均勻化，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承性能的穩(wěn)定化。作為箔狀的固體潤滑劑粉的一例，可以列舉鱗狀石墨。

若使所述一次混合前的扁平銅粉附著流體潤滑劑，則扁平銅粉相對于箔狀的固體潤滑劑的附著力、進而相對于模具成形面的附著力提高。若該流體潤滑劑相對于扁平銅粉的比例過少，則扁平銅粉相對于模具的附著力降低，模具成形面上的扁平銅粉的附著量不充分。另外，若過多則扁平銅粉彼此附著，產(chǎn)生凝集的問題。根據(jù)本發(fā)明人的驗證可以明確，若以相對于扁平銅粉按重量比計配合0.1重量％～0.8重量％，優(yōu)選0.2重量％～0.7重量％的流體潤滑劑，則能夠克服以上問題。

作為流體潤滑劑優(yōu)選脂肪酸，特別是直鏈的飽和脂肪酸。該種脂肪酸用C_n－1H_2n－1COOH的通式表示。本發(fā)明中，期望使用Cn為12～22的范圍的脂肪酸。

若僅使用扁平銅粉作為銅粉，則由于扁平銅粉的密度小，所以在壓粉體的成形時難以變得堅固。因此，通過添加普通銅粉與扁平銅粉一起使用能夠提高壓粉體的成形性。通過在二次混合時添加、混合該普通銅粉，能夠使其在原料粉體中均勻地分散。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供兼顧提高耐久性和削減銅的使用量所致的低成本化，且初期磨合特性、消音性也良好的燒結(jié)軸承。

附圖說明

圖1是燒結(jié)軸承的截面圖。

圖2上部是扁平銅粉的側(cè)視圖，下部是扁平銅粉的俯視圖。

圖3是表示相互附著的扁平銅粉和鱗狀石墨的側(cè)視圖。

圖4是表示利用模具進行壓粉體的成形工序的截面圖。

圖5是圖4中的區(qū)域Q的放大截面圖。

圖6是表示鋼中的珠光體組織的組織圖。

圖7是圖1中的區(qū)域P的放大截面圖。

圖8是表示軸承的半徑方向的銅的含有率的圖。

圖9是表示初期磨合性的測定結(jié)果的圖。

圖10是表示極限PV值的測定結(jié)果的圖。

圖11是表示在軸承運轉(zhuǎn)后產(chǎn)生于軸承的磨損量的測定結(jié)果的圖。

圖12是表示基體部的晶界組織的組織圖。

圖13是本發(fā)明的燒結(jié)軸承的成分表。

圖14是表示本發(fā)明所述的燒結(jié)軸承的制造方法的流程圖。

具體實施方式

下面，依據(jù)附圖說明本發(fā)明的實施方式。

如圖1所示，燒結(jié)軸承1形成為在內(nèi)周具有軸承面1a的圓筒狀。在燒結(jié)軸承1的內(nèi)周插入由不銹鋼等構(gòu)成的軸2，若在該狀態(tài)下使軸旋轉(zhuǎn)或者使軸承1旋轉(zhuǎn)，則保持于燒結(jié)軸承1的無數(shù)的孔隙中的潤滑油伴隨著溫度上升，在軸承面1a滲出。利用該滲出了的潤滑油，在軸的外周面和軸承面1a之間的軸承間隙形成油膜，軸2能夠相對旋轉(zhuǎn)地被軸承1支承。

本發(fā)明的軸承1通過如下形成，即將混合有各種粉末的原料粉填充于模具內(nèi)，將其壓縮并成形壓粉體后燒結(jié)壓粉體而形成。

原料粉是以鐵粉、銅粉、低熔點金屬粉和固體潤滑劑粉為主要成分的混合粉末。在該混合粉末中可以根據(jù)需要添加各種成形助劑，例如用于提高脫模性的潤滑劑(金屬皂等)。下面對于燒結(jié)軸承的第一實施方式詳細描述其原料粉末和制造步驟。

[鐵粉]

作為鐵粉可以廣泛地使用還原鐵粉、水霧化鐵粉等的公知的粉末。在本實施方式中使用含油性優(yōu)異的還原鐵粉。還原鐵粉雖然為大致球形但為不規(guī)則形狀且呈多孔狀，成為在表面具有微小凹凸的海綿狀，由此被稱為海綿鐵粉。作為鐵粉，使用粒度40μm～150μm、表觀密度2.0～2.8g/cm³左右的鐵粉。表觀密度的定義依據(jù)JIS Z 8901的規(guī)定(以下相同)。此外，鐵粉中包含的氧量為0.2重量％以下。

[銅粉]

作為銅粉，可以使用箔狀的扁平銅粉和普通銅粉的兩類。

扁平銅粉是通過將包含水霧化粉等的原料銅粉搗碎(Stamping)而使其扁平化而得到的物質(zhì)。作為扁平銅粉主要使用長度L為20μm～80μm、厚度t為0.5μm～1.5μm(長厚比L/t＝13.3～160)的銅粉。在此所述的“長度”和“厚度”是指如圖2所示的每個扁平銅粉3的幾何學(xué)的最大尺寸。扁平銅粉的表觀密度為1.0g/cm³以下。只要是以上的尺寸和表觀密度的扁平銅粉，扁平銅粉相對于模具成形面的附著力提高，因此能夠使大量的扁平銅粉附著于模具成形面。

作為普通銅粉可以廣泛使用作為燒結(jié)軸承用而通用的球狀、樹枝狀的銅粉，例如可以使用還原粉、電解粉、水霧化粉等。此外，也可以使用這些的混合粉。普通銅粉的粒度為20μm～100μm左右，表觀密度為2.0～3.3g/cm³左右。作為銅粉，若僅使用扁平銅粉則由于扁平銅粉的密度小，所以在壓粉體的成形時難以變得堅固，通過與普通銅粉一起使用，能夠提高壓粉體的成形性。此外，若沒有特別的問題，可以不使用普通銅粉而僅使用扁平銅粉。因此，通過添加普通銅粉與扁平銅粉一起使用，能夠提高壓粉體的成形性。

[流體潤滑劑]

為了使扁平銅粉附著于模具成形面，而預(yù)先使扁平銅粉附著有流體潤滑劑。使該流體潤滑劑在原料粉填充模具前附著于扁平銅粉即可，優(yōu)選在原料粉的混合前，進一步優(yōu)選在搗碎原料銅粉的階段附著于原料銅粉。也可以在搗碎后且與其它原料粉體混合前向扁平銅粉供給流體潤滑劑，用攪拌等手段使流體潤滑劑附著于扁平銅粉。為了確保模具成形面上的扁平銅粉的附著量，流體潤滑劑相對于扁平銅粉的配合比例以重量比計為0.1重量％以上，另外，為了防止由于扁平銅粉彼此的附著而凝集，配合比例為0.8重量％以下。優(yōu)選配合比例的下限為0.2重量％以上，上限為0.7重量％。作為流體潤滑劑優(yōu)選脂肪酸，特別是直鏈飽和脂肪酸。該種脂肪酸用C_n－1H_2n－1COOH的通式表示。作為該脂肪酸是Cn為12～22的范圍的脂肪酸，例如可以使用硬脂酸作為具體例。

[低熔點金屬粉]

低熔點金屬粉是熔點比燒結(jié)溫度低的金屬粉，在本發(fā)明中使用熔點為700℃以下的金屬粉，例如錫、鋅、磷等粉末。其中優(yōu)選燒結(jié)時的蒸騰少的錫。這些低熔點金屬粉對銅具有高潤濕性，因此通過配合于原料粉并進行液相燒結(jié)，由此鐵組織和銅組織、銅組織彼此的結(jié)合強度得以強化。低熔點金屬的配合量越增加則金屬組織的強度越提高，如本發(fā)明所述，使用扁平銅粉時，若低熔點金屬的量過多，則發(fā)生如上所述的扁平銅粉球形化，在軸承面的銅的面積降低的不良情況。在現(xiàn)有的銅系燒結(jié)軸承、銅鐵系燒結(jié)軸承中，通常配合相對于銅的10重量％左右的低熔點金屬，在本發(fā)明中根據(jù)上述的理由，低熔點金屬相對于銅的比例以重量比計小于10重量％(優(yōu)選8.0重量％以下)。

[固體潤滑劑粉]

固體潤滑劑粉是為了降低與軸2的滑動所致金屬接觸時的摩擦而添加的，例如使用石墨。此時，作為石墨期望使用鱗狀石墨，以得到對扁平銅粉的附著性。作為固體潤滑劑粉，除石墨以外也可以使用二硫化鉬粉。二硫化鉬粉具有層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)而以層狀剝離，因此與鱗狀石墨同樣得到對扁平銅粉的附著性。

[配合比]

關(guān)于配合了上述各粉末的原料粉，期望配合18重量％以上且40重量％以下的銅粉、1重量％以上且4重量％以下的低熔點金屬粉(例如錫粉)、0.5～2.5重量％的固體潤滑劑粉(例如石墨粉)，余量為鐵粉。

在本發(fā)明中如后所述，向模具填充原料粉時，使扁平銅粉層狀地附著于模具中。若扁平銅在原料粉中的配合比例低于8重量％，則扁平銅對模具的附著量變得不充分，無法期待本申請發(fā)明的作用效果。另外，本實施方式如后所述，富銅的表層部S1(后述)由于磨損而消失時，通過以鐵素體相αFe和銅組織構(gòu)成作為軸承面的基體部S2的表面，使對軸的攻擊性降低，但為了得到該效果，基體部S2需要至少具有10重量％以上的銅組織。因此，銅粉的配合比例為二者的合計即18重量％以上。另一方面，若銅粉的比例超過40重量％，則基體部中的鐵組織的含量不足，招致強度降低。另外，若銅粉的使用量過剩，則由于使用扁平銅粉而變得缺乏成本優(yōu)勢。根據(jù)以上，原料粉中的銅粉的配合量為18重量％以上且40重量％以下。另外，扁平銅粉在原料粉中的配合量為8重量％以上且40重量％以下，優(yōu)選8重量％以上且20重量％以下。優(yōu)選20重量％以下的理由如下，扁平銅粉對模具的附著量在20重量％左右飽和，即使將配合量增加至其以上，也由于使用高成本的扁平銅粉而出現(xiàn)成本提高的問題。

若低熔點金屬粉的比例低于1重量％，則不能夠確保軸承的強度，若超過4重量％，則發(fā)生如上所述的扁平銅粉的球形化的問題。另外，若固體潤滑劑粉的比例低于0.5重量％，則不能得到軸承面的摩擦降低效果，若超過2.5重量％則招致強度降低等。根據(jù)以上，低熔點金屬粉配合1重量％以上且4重量％以下，固體潤滑劑粉配合0.5～2.5重量％。此外如上所述，期望低熔點金屬粉相對于銅粉的配合比例小于10重量％(優(yōu)選8重量％以下)。

上述的各種原料粉末的配合比中特別優(yōu)選的比例示于圖13中。如圖所示特別優(yōu)選普通銅粉為8重量％以上且12重量％以下，扁平銅粉為10重量％以上且15重量％以下，低熔點金屬粉為1.0重量％以上且2.0重量％以下，固體潤滑劑粉為0.6重量％以上且1.0重量％以下。

[混合]

優(yōu)選以上敘述的各粉末的混合分成2次進行。首先，作為一次混合，用公知的混合機混合鱗狀石墨粉和預(yù)先附著有流體潤滑劑的扁平銅粉。接著，作為二次混合，在一次混合粉中添加鐵粉、普通銅粉和低熔點金屬粉并混合，進一步根據(jù)需要添加、混合石墨粉。扁平銅粉在各種原料粉末的中表觀密度低，因此難以在原料粉中均勻分散，但是若在一次混合中預(yù)先混合表觀密度相同水平的扁平銅粉和石墨粉，通過附著于扁平銅粉的流體潤滑劑等，如圖3所示，扁平銅粉3和石墨粉4相互附著重疊成層狀，扁平銅粉的表觀密度提高。因此，在二次混合時能夠使扁平銅粉均勻分散于原料粉末中。在一次混合時，如果另外添加潤滑劑，則進一步促進扁平銅粉和石墨粉的附著，因此在二次混合時能夠使扁平銅粉更均勻地分散。作為在此添加的潤滑劑，除與上述流體潤滑劑相同或不同的流體狀潤滑劑以外，也可以使用粉末狀的潤滑劑。例如上述的金屬皂等成形助劑雖然通常為粉狀，但是具有一定程度的附著力，因此能夠進一步促進扁平銅粉和石墨粉的附著。

圖3中表示的扁平銅粉3和鱗狀石墨粉4的附著狀態(tài)在二次混合后也以某種程度被保持，因此將原料粉末填充于模具時，在模具表面附著扁平銅粉，同時附著較多的石墨粉。

[成形]

二次混合后的原料粉末供給至成形機的模具6。如圖4所示，模具6由沖芯6a、模頭6b、上沖頭6c和下沖頭6d構(gòu)成，在由此劃分的空腔內(nèi)填充原料粉末。若使上下沖頭6c、6d接近而壓縮原料粉體，則原料粉末利用由沖芯6a的外周面、模頭6b的內(nèi)周面、上沖頭6c的端面和下沖頭6d的端面構(gòu)成的成形面而成形，得到圓筒狀的壓粉體9。

在原料粉體中的金屬粉的中，扁平銅粉3的表觀密度最小。另外，扁平銅粉3為具有上述長度L和厚度t的箔狀，每單位重量的寬幅面的面積大。因此，扁平銅粉容易受到附著于其表面的流體潤滑劑所致的附著力、進而庫侖力等的影響，向模具6填充原料粉后，如圖5中放大所示，扁平銅粉3以其寬幅面朝向成形面61，且成為多層(1層～3層左右)重疊的層狀而附著于成形面61的整個區(qū)域。此時，附著于扁平銅粉3的鱗狀石墨也伴隨扁平銅粉3附著于模具的成形面61(圖5中省略石墨的圖示)。另一方面，在扁平銅3的層狀組織的內(nèi)側(cè)區(qū)域(成為空腔中心側(cè)的區(qū)域)中，鐵粉(Fe)、普通銅粉(Cu)和低熔點金屬粉(Sn)成為大致均勻分散的狀態(tài)。成形后的壓粉體9大致直接保持著這種各粉末的分布狀態(tài)。

[燒結(jié)]

然后利用燒結(jié)爐燒結(jié)壓粉體9。燒結(jié)條件為石墨中包含的碳與鐵不反應(yīng)(碳不擴散)的條件。在鐵―碳的平衡狀態(tài)下在723℃存在相變點，超過該溫度則鐵與碳開始反應(yīng)，如圖6所示，在鋼組織中產(chǎn)生珠光體相γFe，但在燒結(jié)中從超過900℃起，碳(石墨)與鐵的反應(yīng)開始，產(chǎn)生珠光體相γFe。珠光體相γFe是堅硬的組織(HV300以上)，對于對方材的攻擊性強，因此若過剩地析出珠光體相則有可能使軸2的磨損進一步發(fā)生。

另外，在現(xiàn)有的燒結(jié)軸承的制造工序中，作為燒結(jié)氣氛多使用液化石油氣(丁烷、丙烷等)與空氣混合，并且用Ni催化劑熱分解的吸熱型氣體(RX氣體)。但是，在吸熱型氣體(RX氣體)中碳擴散有可能使表面硬化，產(chǎn)生同樣的問題。

從以上的觀點出發(fā)，在本發(fā)明中，燒結(jié)為900℃以下的低溫?zé)Y(jié)，具體為700℃(優(yōu)選760℃)～840℃的燒結(jié)溫度。另外，燒結(jié)氣氛為不含碳的氣體氣氛(氫氣、氮氣、氬氣等)或真空。通過這些對應(yīng)方法，在原料粉中碳與鐵不發(fā)生反應(yīng)，因此燒結(jié)后的鐵組織全部為柔軟的鐵素體相αFe(HV200以下)。伴隨著燒結(jié)上述流體潤滑劑、其它潤滑劑、各種成形助劑從燒結(jié)體內(nèi)部揮發(fā)。

通過經(jīng)過以上所述的燒結(jié)工序能夠得到多孔的燒結(jié)體。對該燒結(jié)體實施上膠，進一步通過用真空浸滲等手法使?jié)櫥徒B，完成圖示中所示的燒結(jié)軸承1。如上所述，在燒結(jié)時碳與鐵不反應(yīng)，通過使鐵組織成為柔軟的鐵素體相，由此在上膠時燒結(jié)體容易產(chǎn)生塑性流動，可以進行高精度的上膠。此外根據(jù)用途還可以省略潤滑油的浸滲工序，制成在不供給油的狀態(tài)下使用的燒結(jié)軸承1。

以上的制作工序的流程圖如圖14所示。在圖7中示意性地圖示出經(jīng)過該制作工序的燒結(jié)軸承1的表面附近(圖1中的區(qū)域P)的金屬組織。此外在圖7中對銅組織標記剖面線，對石墨標記散點圖案。

如圖7所示，在本發(fā)明的燒結(jié)軸承1中，以使扁平銅3層狀地附著于模具成形面61后的狀態(tài)成形為壓粉體9，并且燒結(jié)有該層狀扁平銅3，由此在包含軸承1的軸承面1a的表面整體形成銅濃度高的表面層S1。并且也存在扁平銅3的寬幅面附著于成形面61的情況，表面層S1的銅組織的多數(shù)為扁平狀，且以其寬幅面朝向表面的狀態(tài)取向。表面層S1的厚度與層狀地附著于模具成形面61的扁平銅的厚度相當，大概為1μm～6μm左右。在表面層S1的任意截面中，銅組織的面積比鐵組織的面積大，具體是60％以上為銅組織。

比表面層S1更內(nèi)側(cè)的基體部S2基本上被表面層S1覆蓋。如圖8所示，基體部S2中的銅含量比表面層S1中的銅含量少，從表面層S1向基體部S2過渡時銅含量急劇降低。另外，基體部S2的各部分的銅含量(重量％)在各部分達到均勻。

由以上的構(gòu)成，在包含軸承面1a的表面層S1的表面整體，銅組織相對于鐵組織的的面積比為60％以上。因此能夠使燒結(jié)軸承1的初期磨合性和消音性提高。另外，軸承1中包含的鐵組織全部為鐵素體相αFe，因此即使表面層S1發(fā)生磨損而基體部S2的鐵組織顯露于表面，也能夠使軸承面柔軟化，能夠減弱對軸2的攻擊性。

另一方面，表面層S1的內(nèi)側(cè)的基體部S2成為與表面相S1相比銅含量少且鐵含量多的硬質(zhì)組織。按照這樣，在占軸承1的幾乎全部的基體部S2中鐵含量變多，因此能夠削減軸承1整體中的銅的使用量，與銅系燒結(jié)軸承相比能夠達到大幅的低成本化。進而，表面層S1因與軸2的滑動而發(fā)生磨損，即使在軸承面1a顯露大量包含鐵組織的基體部S2時，由于鐵組織為鐵素體相αFe，因此即便是減少了銅含量的狀態(tài)也能夠減弱對軸2的攻擊性，能夠確保作為軸承的耐久性。只要基體部S2中的銅組織的含量至少10重量％以上就可以充分地得到該耐久性。

這樣一來在本發(fā)明中使用扁平銅粉，通過使其以附著于模具成形面61的狀態(tài)成形壓粉體，由此提高表面層S1中的銅含量并且提高除表面層S1以外的鐵含量，實現(xiàn)銅組織和鐵組織的最適宜分布。另外，通過有意地使鐵組織為鐵素體相αFe，由此也實現(xiàn)了抑制富銅的表面層S1發(fā)生磨損時的軸2的磨損。因此，可以兼顧提高耐久性和削減銅的使用量所致的低成本化。

此外，在包含軸承面1a的表面整體析出游離石墨，并且以伴隨扁平銅粉3的方式使鱗狀石墨附著于模具成形面61，因此表面層S1中的游離石墨的含有率高。因此，能夠使軸承面1a低摩擦化，能夠增加軸承1的耐久性。另外，在表面層S1和基體部S2二者中，用低熔點金屬使銅組織和鐵組織結(jié)合，在銅組織和鐵組織之間以及銅組織彼此之間能夠得到高的結(jié)合強度。因此，與現(xiàn)有的青銅系燒結(jié)軸承相比，軸承1整體的強度增加且耐久性也提高。還有，極限PV值也能夠達到PV＞200MPa·m/min，即使在這樣的使用條件下也達到低摩擦，相信今后能夠應(yīng)對進一步的負載容量的增大、高速旋轉(zhuǎn)化。因此，根據(jù)本發(fā)明能夠得到僅具有青銅系軸承和鐵系燒結(jié)軸承(或鐵銅燒結(jié)軸承)兩方的優(yōu)勢的燒結(jié)軸承。

為了確認本發(fā)明起到上述作用效果，在本發(fā)明制品和現(xiàn)有的青銅系燒結(jié)軸承及銅鐵系燒結(jié)軸承之間分別對初期磨合性、極限PV值和磨損量進行比較試驗。

比較試驗中的各軸承的組成(重量比)如下。

本發(fā)明制品…鐵：80.2％、銅：18.0％(扁平銅粉8％)、錫：1.0％、石墨0.8％

青銅系軸承…銅：88.8％、錫：9.9％、石墨：1.3％

銅鐵系燒結(jié)軸承…鐵：77.2％、銅：20.0％、錫：2.0％、石墨0.8％

另外，各試驗條件如下。

[初期磨合性測定試驗]

·圓周速度：38m/min

·荷重：1.1MPa

·軸規(guī)格：SUS420J2(HRC55)

·軸承尺寸：6×12×6(依次以毫米單位表示內(nèi)徑的直徑尺寸、外徑的直徑尺寸、長度。以下相同。)

·運轉(zhuǎn)間隙：0.020mm

·溫度：常溫

[極限PV值測定試驗]

·軸規(guī)格：SUS420J2(HRC55)

·軸承尺寸：6×12×6

·運轉(zhuǎn)間隙：0.020mm

·溫度：常溫

[磨損量測定試驗]

·圓周速度：38～75m/min

·荷重：0.7～4.0MPa

·軸規(guī)格：SUS420J2(HRC55)

·軸承尺寸：6×12×6

·運轉(zhuǎn)間隙：0.020mm

·溫度：常溫

·時間：8小時

在圖9中表示初期磨合特性測定試驗的結(jié)果，在圖10中表示極限PV值測定試驗的結(jié)果，在圖11中表示磨損量試驗的結(jié)果。

由圖9可以判斷，在本發(fā)明制品中，即使銅的配合比例為上述下限值時，從運轉(zhuǎn)剛開始后不久即為低摩擦，與銅鐵系相比良好，具有與青銅系軸承同等或更加良好的初期磨合性。另外，由圖10可以明確，即使PV值超過200MPa·m/min也能充分地低摩擦，能夠?qū)嵱弥?00MPa·m/min左右的PV值。還有，由圖11可以明確本發(fā)明制品的磨損量少，具有與青銅系、還有銅鐵系同等以上的耐久性。

[其它實施方式]

在以上敘述的第一實施方式中，全部由柔軟的鐵素體相形成鐵組織，但在該構(gòu)成中，由于軸承的使用條件(例如在高表面壓力使用時)等，表面層發(fā)生磨損而露出了基體部時存在軸承面的耐磨損性不充分的情況。

在此情況下，若使鐵組織為鐵素體相和珠光體相的兩相組織，則硬質(zhì)的珠光體相有助于耐磨損性的提高，能夠抑制在高表面壓力下的軸承面的磨損，而提高軸承壽命(第二實施方式)。如圖6所示，通過碳擴散，若珠光體γFe的存在比例過剩，并達到與鐵素體αFe同等水平的比例，則珠光體所致的對軸的攻擊性顯著增加而軸容易磨損。為了防止這種情況，如圖12所示，珠光體相(γFe)被抑制至存在(散布)于鐵素體相(αFe)的晶界的程度。在此所謂的“晶界”是指除形成于鐵素體相之間、鐵素體相和其它粒子之間的晶界以外，也表示鐵素體相(αFe)中的結(jié)晶晶界10的兩方。在圖12中，用γFe1表示存在于前者的晶界的珠光體相，用γFe2表示存在于后者的晶界的珠光體相。期望在基體部S2的任意截面中珠光體相γFe(γFe1+γFe2)相對于鐵素體相αFe的比例以面積比計為5～20％。

珠光體的成長速度主要依賴于燒結(jié)溫度。因此在上述方式中，為了使珠光體相存在于鐵素體相的晶界，與第一實施方式相比提高燒結(jié)溫度至820℃～900℃左右(參照圖14)，且作為爐內(nèi)氣氛使用包含碳的氣體、例如天然氣體、吸熱型氣體(RX氣體)進行燒結(jié)。由此，在燒結(jié)時包含于氣體的碳向鐵擴散，能夠形成珠光體相γFe。此外，若用超過900℃的溫度進行燒結(jié)，則石墨粉中的碳與鐵反應(yīng)。除此以外的構(gòu)成，例如原料粉體的組成、制造步驟等與第一實施方式是共通的，在此省略重復(fù)說明。

此外，在以上的說明中例示了本發(fā)明適用于軸承面1a為正圓形的正圓軸承的情況，但本發(fā)明并不限于正圓軸承，也同樣能夠適用于在軸承面1a、軸2的外周面設(shè)置有人字形槽、螺旋槽等動壓發(fā)生部的流體動壓軸承。

符號說明

1 軸承

1a 軸承面

2 軸

3 扁平銅粉

4 鱗狀石墨

6 模具

9 壓粉體

10 結(jié)晶晶界

61 成形面

L 扁平粉的長度

t 扁平粉的寬度