JP2018505955A - 滑り軸受け又はその部品、それらの製造方法及び滑り軸受け材料としてのＣｕＣｒＺｒ合金の使用 - Google Patents
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Abstract
本出願は、滑り軸受けが少なくとも部分的にＣｕＣｒＺｒ合金から成る、滑り軸受け又はその部品、及びそれらの製造方法に関する。本出願はまた、滑り軸受け材料としてのＣｕＣｒＺｒ合金の使用に関する。
Description
本発明は、滑り軸受け（若しくは平軸受）（Gleitlager）又はその部品、例えば滑り軸受け半割り又は滑り軸受けブッシング等に関する。以下、簡潔さのみのために、滑り軸受け、及びその製造方法、並びに滑り軸受け材料としてのＣｕＣｒＺｒ合金の使用に対して、言及が行われる。そのような滑り軸受けは、高い熱伝導性及び良好な機械的特性、腐食耐性によって区別され、また加工性によっても区別される。
滑り軸受け材料としての銅基合金の使用は、背景技術から知られている。
例えば、英国特許出願公開第２２８１０７８号明細書は、軸受け表面としての焼結体の使用を開示し、焼結体は、銅基合金、５〜２０重量％の遷移金属及び０．５〜１０重量％の半金属から成る。加えて、好ましくは０．１〜０．８重量％の、Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ及びＡｌの群からの少なくとも一つの金属は、合金の構成物質である。
さらに、銅／クロミウム／ジルコニウム合金は、背景技術に数えられ得る。
０．５〜１．２重量％のクロミウム、０．０３〜０．３重量％のジルコニウム及び残部銅を含む銅／クロミウム／ジルコニウム合金は、例えば材料番号ＣＷ１０６Ｃで記載されている。ドイツ銅協会（ＤＫＩ）の対応する材料データシートから、この合金は、電気工学及び機械工学において接触材料及び電流を流すバネとして、溶接及びはんだ付け（電極、電極ホルダ及び電極シャフト、ノズル）及び設備製作で使用されることを推測することができる。
米国特許出願公開第２００６／００８６４３７Ａ１号明細書は、０．１〜１．５重量％のクロミウム、０．０１〜０．２５重量％のジルコニウム及び残部銅を含む銅／クロミウム／ジルコニウム合金の製造方法を開示し、方法は、連続的な鋳造、延伸及び析出硬化工程を含む。
本発明の一つの目的は、長寿命な滑り軸受けを利用可能にすることである。
この目的は、請求項１に記載される滑り軸受け、請求項８に記載される滑り軸受けの製造方法及び請求項２３に記載される滑り軸受け材料としてのＣｕＣｒＺｒ合金の使用によって達成される。
滑り軸受けのための材料としてのＣｕＣｒＺｒ合金の少なくとも部分的な使用は、この場合、本発明による滑り軸受けの耐久性を相当に上げる。
たとえば、２００℃において３２０Ｗ／（ｍＫ）の、ＣｕＣｒＺｒ合金の高い熱伝導性のおかげで、摩擦熱の急速な消散と材料内の均一な熱分布の両方が作り出され、それは、温度安定性の微細構造を確かにする。加えて、滑り軸受けの摩耗耐性を増大させるＣｒＺｒ３化合物が、ＣｕＣｒＺｒ合金内に形を成す。最後に、本発明による合金組成物は、高い腐食耐性を有する。初期の研究（Erste Untersuchungen）は、有利なことに、本発明による材料の処理のために既存の製造施設への高価な修正が必要とされないことを示している。好ましくは、ＣｕＣｒＺｒ合金は、０．０１〜０．５重量％のＺｒ、０．０１〜４．９重量％のＣｒ、好ましくは最大で４．４重量％のＣｒ、任意的に最大で１５重量％のＳｎ、任意的に０．０５〜０．２５重量％のＡｌ，Ｍｇ，Ｔｉ及び／又はＭｎ、及び残部銅、から成る。
好ましい発展は、更なる請求項に記載される。
たとえば、０．０１〜０．５重量％のＺｒ、０．０１〜４．９重量％のＣｒ、好ましくは最大で４．４重量％のＣｒの濃度範囲が、元素クロミウム及び元素ジルコニウムについて有利であると証明されている。この濃度範囲において、銅基の母材（マトリクス）の熱伝導性が大きく低下することなく、十分なＣｒＺｒ３化合物が形成され、腐食耐性は十分に上がる。
有利には、ＣｕＣｒＺｒ合金は、０．０１〜１５．０重量％のＳｎを追加的に含有する。なぜなら、これは、更に合金の強度及び硬度を上げることを可能にするが、より高いスズ含有量においては、熱伝導性が大きく低下し過ぎるからである。
好ましくは、元素Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ及び／又はＭｎの少なくとも一つが、いずれの場合も０．０５〜０．２５重量％の濃度範囲で合金に加えられる。上述の元素は、腐食防止剤として有利に働き、特に先述の元素の母材内で分布が可能な限り均一であることが確かにされるならば、それに応じて銅母材が腐食する感受性を低下させる。
有利には、ＣｕＣｒＺｒ合金は、＜０．３体積パーセントの多孔性を有し、それは、十分な強度を保証する。
本発明によって製造される滑り軸受け材料の滑り特性及び機械加工性は、酸化物、炭化物、窒化物及び燐化物などの硬質粒子、及び／又は、ｈ−ＢＮ及び炭素、具体的にはグラファイト、などの固体潤滑剤が加えられることにより、有利に改善されることができる。さらに、チップを破砕する元素（spanbrechenden Elemente）テルリウム、ビスマス、鉛及び硫黄のうちの少なくとも一つが、いわゆるチップブレーカと称されるものとして供給されてもよい。好ましい硬質粒子は、例えばＡｌ２Ｏ３，ｃ‐ＢＮ，ＭｏＳｉ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２及び上述の腐食防止金属の全ての炭化物である。
ＣｕＣｒＺｒ合金は、基板バッキング（Substratruecken,）、好ましくはスチールバッキング（Stahlruecken）に有利に適用される。そのような構造は、それらが必要とされる滑り軸受けのそれらの位置において、ＣｕＣｒＺｒ合金の有益な特性を利用することを可能にし、その一方で、比較的重要ではない部分はより安価な材料から作られることができる。
好ましくは、ＣｕＣｒＺｒ合金は、好ましくはブッシング及び軸受けを形成するために、固体材料として処理される。なぜなら、これは、基板とＣｕＣｒＺｒ合金との間の接着の弱点を回避するからである。
ロール圧接クラッディング（Walzplattieren）を用いた基板バッキングへのＣｕＣｒＺｒ合金の適用のおかげで、大きな層厚さが極めて安価に基板上に作り出されることができる一方で、ガルバニックプロセス及び／又はスパッタリングプロセスを用いて、ＣｕＣｒＺｒ合金の化学的特性及び物理的特性が極めて明確に設定されることができる。
好ましくは、ＣｕＣｒＺｒ合金は、少なくとも一回の、好ましくは二回の焼結操業から成る焼結プロセスによって形成される。なぜなら、これは、有利には構造を設定するための後続のローリング及び／又は加熱処理ステップが省略することができることを意味するからである。
有利には、少なくとも一回の、好ましくはそれぞれの焼結操業には、少なくとも一回のロールパスが続く。なぜなら、これは、多孔性を低減するからである。
さらに、新規な滑り軸受けは、有利には９５０℃〜１０００℃、好ましくは９５０℃〜９８０℃の焼結温度で、既存の焼結プラントにおいて処理が行われ得ることが判明した。
本発明の一つの有益な構成によれば、添加剤の均一な分布を確かにするように、機能添加剤が、先行する粉砕及び／又は混合プロセス（Mahl- und/oder Mischprozess）を通して取り入れられる。
焼結用粉末（Sinterpulver）は、アトマイゼーションプロセス、好ましくは純元素のアトマイゼーションプロセスによって、有利に製造される。特に好ましくは、純元素は、その後にこの合金をアトマイズするために、最初に溶解させられてプレアロイを形成する。具体的には、Ｚｒ及びＣｒは、ＣｕＣｒ及びＣｕＺｒとして有利にアトマイズされる。なぜなら、このようにして純元素Ｃｒ及びＺｒの高い反応性が避けられ得るからである。アトマイゼーションプロセスのおかげで、所望の粒径分布及び化学的組成が、狭い許容範囲内で制御されることができる。
有利には、鋳造（gegossenem）ＣｕＣｒＺｒの製造において生じるチップが、焼結用粉末の製造のために使用され、それは、結果として、費用効率が高く且つ資源効率が高い方法で製造されることができる。
細粒含有量、すなわち＜５μｍの粒子の、少なくとも５％までの、好ましい意図的な増加によって、有利に焼結温度を下げることが可能である。これは、技術的な理由のためである細かい粉末の高い比率が、流動特性に悪影響を与えることなく、発明の文脈において利用されることができるという利点を更にもたらす。
他方では、ＣｕＣｒＺｒ合金を鋳造するときに、有利に粉末製造のための処理ステップが省略されることができる。
本発明の一つの好ましい構成によれば、滑り軸受けの少なくとも一部、好ましくはＣｕＣｒＺｒ合金は、使用要件に対応するように構造を設定可能にするために、熱処理、好ましくは溶体化焼鈍（Loesungsgluehen,）、高温時効硬化（Warmaushaertung）及び／又は軟化焼鈍（Weichgluehen）を受ける。
好ましくは、更に、滑り軸受けの少なくとも一部、好ましくはＣｕＣｒＺｒ合金は、例えば必要な表面品質又は構成要素の寸法を得るために、機械的に加工される。
滑り軸受けと関連して先に及び続いて述べられる全ての特徴はまた、本発明による方法及び新規な使用において適用されてもよく、その逆も同様である。
［好ましい実施形態］
一つの好ましい実施形態によれば、スチールバッキング及びその上に適用されたＣｕＣｒＺｒ合金の焼結層から成る滑り軸受けが、提供される。それを製造するために、最初に、１．０重量％のＣｒ及び０．１重量％のＺｒ並びに残部銅の重量百分率を有する焼結用粉末混合物が、製造される。この目的のために、合金を形成する元素の純物質がアトマイゼーション設備を使用してアトマイズされて、結果として１０重量％の＜５μｍ細粒分が生じる。焼結用粉末は、混合され、スチールバッキング上に固められ、そして９５０℃の温度で焼結させられる。第一回の焼結操業（Sintergang）の後に、ロールパス（Walzstich）及びまた９５０℃での第二回の焼結操業が続き、それには再び第二回のロールパスが続き、結果として均一な構造及び０．３体積パーセント未満の多孔性を有する材料が生じる。
一つの好ましい実施形態によれば、スチールバッキング及びその上に適用されたＣｕＣｒＺｒ合金の焼結層から成る滑り軸受けが、提供される。それを製造するために、最初に、１．０重量％のＣｒ及び０．１重量％のＺｒ並びに残部銅の重量百分率を有する焼結用粉末混合物が、製造される。この目的のために、合金を形成する元素の純物質がアトマイゼーション設備を使用してアトマイズされて、結果として１０重量％の＜５μｍ細粒分が生じる。焼結用粉末は、混合され、スチールバッキング上に固められ、そして９５０℃の温度で焼結させられる。第一回の焼結操業（Sintergang）の後に、ロールパス（Walzstich）及びまた９５０℃での第二回の焼結操業が続き、それには再び第二回のロールパスが続き、結果として均一な構造及び０．３体積パーセント未満の多孔性を有する材料が生じる。
Claims (23)
- 少なくとも部分的に、好ましくは完全にＣｕＣｒＺｒ合金から成る、滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、０．０１〜０．５重量％のＺｒ、０．０１〜４．９重量％のＣｒ、好ましくは最大で４．４重量％のＣｒ、及び残部銅、並びに最大で０．５重量％の不可避的不純物から成る、請求項１に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、０．０１〜１５．０重量％のＳｎを追加的に含有する、請求項１又は請求項２に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、いずれの場合も０．０５〜０．２５重量％の濃度範囲でＡｌ，Ｍｇ，Ｔｉ及び／又はＭｎを追加的に含有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、＜０．３体積パーセントの多孔性を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、固体潤滑剤、好ましくはｈ−ＢＮ及び／又はグラファイト、硬質粒子、好ましくは酸化物、炭化物、窒化物及び／又は燐化物、チップブレーカ、好ましくはテルリウム、ビスマス、鉛及び／又は硫黄、及び／又は腐食防止剤などの、更なる機能添加剤を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、基板バッキング、好ましくはスチールバッキングに適用される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品を製造する方法であって、前記滑り軸受けは、少なくとも部分的にＣｕＣｒＺｒ合金から作られる、製造方法。
- 固体潤滑剤、好ましくはｈ−ＢＮ及び／又はＣ、硬質粒子、好ましくは酸化物、炭化物、窒化物及び／又は燐化物、チップブレーカ、好ましくはテルリウム、ビスマス、鉛及び／又は硫黄、及び／又は腐食防止剤などの、機能添加剤が取り入れられる、請求項８に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、固体材料として処理される、請求項８又は請求項９に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、基板バッキング、好ましくはスチールバッキングに適用される、請求項８又は請求項９に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、ロール圧接クラッディング、ガルバニックプロセス及び／又はスパッタリングプロセスによって、基板バッキングに適用される、請求項１１に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、少なくとも一回の、好ましくは二回の焼結操業から成る焼結プロセスによって形成される、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 少なくとも一回の、好ましくはそれぞれの焼結操業には、少なくとも一回のロールパスが続く、請求項１３に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 焼結は、９５０℃〜１０００℃、好ましくは９５０℃〜９８０℃の温度で行われる、請求項１３又は請求項１４に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 固体潤滑剤、好ましくはｈ−ＢＮ及び／又はＣ、硬質粒子、好ましくは酸化物、炭化物、窒化物及び／又は燐化物、チップブレーカ、好ましくはテルリウム、ビスマス、鉛及び／又は硫黄、及び／又は腐食防止剤などの機能添加剤が、先行する粉砕及び混合プロセスを通して取り入れられる、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 焼結用粉末は、好ましくは純元素及び／又はそのプレアロイの、アトマイゼーションプロセスによって製造される、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 鋳造ＣｕＣｒＺｒの製造において生じるチップが、焼結用粉末の製造のために使用される、請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 焼結用粉末は、５重量％を超える、好ましくは少なくとも１０重量％の＜５μｍ細粒分を有する、請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、鋳造プロセスによって処理される、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記滑り軸受けの少なくとも一部、好ましくは前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、熱処理、好ましくは溶体化焼鈍、高温時効硬化及び／又は軟化焼鈍を受ける、請求項８乃至２０のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 前記滑り軸受けの少なくとも一部、好ましくは前記ＣｕＣｒＺｒ合金は、機械的に加工される、請求項８乃至２１のいずれか一項に記載の滑り軸受け又はその部品の製造方法。
- 滑り軸受けの少なくとも一部を作るための滑り軸受け材料の使用であって、前記滑り軸受け材料は、請求項１乃至７のいずれか一項の特徴節に記載のＣｕＣｒＺｒ合金から成る、滑り軸受け材料の使用。
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