JP7219198B2

JP7219198B2 - 銅合金摺動材料

Info

Publication number: JP7219198B2
Application number: JP2019189103A
Authority: JP
Inventors: 祐平江端
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: US11807926B2; US20220298603A1; WO2021075447A1; CN114341375A; DE112020005024T5; JP2021063276A

Description

本発明は、銅合金摺動材料に関する。

従来、各種の部材間で相対的な運動が生じる場合に、接触面に摺動部材が設ける技術が知られている。摺動部材としては、各種の材料が知られており、Ｃｕマトリクス内に各種の材料を添加する摺動部材が知られている。例えば、特許文献１においては、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｆｅ－Ｐ系化合物がＣｕマトリクスに添加される構成が開示されている。

特許第５３２８３５３号公報

従来の技術よりもさらに耐摩耗性と耐焼き付き性とをともに向上させたいことがあった。すなわち、従来の技術においては、Ｆｅ－Ｐ系化合物が硬質物質であり、耐摩耗性を高めるが、耐摩耗性を高めるために添加された硬質物質のみでは耐焼き付き性を向上させられない場合があった。すなわち、ＣｕマトリクスにおいてＣｕの塑性流動が生じると、ＣｕによってＢｉが覆われ、また、Ｃｕ内のＢｉの脱落が生じる。この結果、摺動表面でＢｉ減少してしまう。以下、これらを摺動表面におけるＢｉの減少と呼ぶ。摺動表面におけるＢｉの減少が生じると、Ｂｉによる耐焼き付き性の向上が期待できなくなる。

本発明の銅合金摺動材料は、０．５～１２．０質量％のＳｎ、２．０～８．０質量％のＢｉ、１．０～５．０体積％の無機化合物を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金摺動材料であって、無機化合物は、平均粒径が０．５～３．０μｍである第１無機化合物と、平均粒径が４．０～２０．０μｍである第２無機化合物と、からなり、第１無機化合物の体積分率を、第２無機化合物の体積分率で除した値は、０．１～１．０である。

銅合金摺動材料において、Ｓｎは、Ｃｕ合金の強度を強化するために添加される。ただし、Ｓｎの含有量が０．５質量％未満ではＣｕ合金マトリクスの強度を強化する効果が得られない。また、Ｓｎの含有量が１２．０質量％を越えるとＣｕ合金マトリクスが硬く脆くなる。そこで、Ｓｎの含有量は０．５～１２．０質量％となっている。

Ｂｉは、相手材と接触する際に低融点軟質金属の潤滑作用をもたらすために添加される。ただし、Ｂｉの含有量が２．０質量％未満では低融点軟質金属の潤滑作用が得られにくい。また、Ｂｉの含有量が８．０質量％を超えると耐焼き付き性が低下する。すなわち、Ｂｉは比較的軟らかいため、相手材に接触し得るＢｉの量が多くなると、Ｂｉがまとまって存在する部分と相手材とが接触することによって、当該まとまって存在するＢｉが表面から脱落し得る。そして、表面においてＢｉが過度に脱落すると、脱落した部分にＣｕが被さることで相手材との接触面に存在するＢｉが過小になりやすい。すなわち、摺動表面におけるＢｉの減少が発生する。この場合、相手材との接触が開始される前と比較してＢｉによる低融点軟質金属の潤滑作用が低下し、耐焼き付き性が低下する。そこで、Ｂｉの含有量は２．０～８．０質量％となっている。

無機化合物は、平均粒径が異なる。すなわち、無機化合物は、平均粒径が０．５～３．０μｍであり平均粒径が相対的に小さい第１無機化合物と、平均粒径が４．０～２０．０μｍであり平均粒径が相対的に大きい第２無機化合物とからなる。このように平均粒径が異なる無機化合物が含有されていると、それぞれの無機化合物によって異なる効果が得られる。

すなわち、Ｃｕマトリクス内に無機化合物を分散させる場合、同一量で平均粒径が異なる２種の無機化合物を想定すると、平均粒径が小さい場合の方が大きい場合よりもＣｕマトリクス内に分散しやすい。従って、無機化合物同士の粒子間距離は、平均粒径が大きい場合よりも小さい場合の方が平均的に小さくなり、Ｃｕの塑性流動を阻害し得る無機化合物が均等に分散した状態となる。この結果、平均粒径が小さい無機化合物は、Ｃｕの塑性流動を効果的に抑制し、摺動表面におけるＢｉの減少を抑制する。従って、Ｂｉによる低融点軟質金属の潤滑作用が低下することを効果的に抑制することができる。

このように、Ｃｕの塑性流動が抑制されることによってＢｉによる低融点軟質金属の潤滑作用を効果的に発現させることができ、耐焼き付き性を向上させることができる。特に、相手材が軸であり、銅合金摺動材料が軸受として利用された場合において、軸が局所的に軸受と接触する片当たりが発生すると、銅合金摺動材料において局所的に大きい荷重が作用する片当たりの状態となる。平均粒径が小さい無機化合物によってＣｕの塑性流動が抑制され、耐焼き付き性が向上している状態であれば、片当たりが発生するような状態であっても、Ｃｕの塑性流動を効果的に抑制することができる。この結果、片当たりが発生するような状態であっても、摺動表面におけるＢｉの減少を抑制し、Ｂｉによる低融点軟質金属の潤滑作用の低下を効果的に抑制することができる。

一方、無機化合物が相手材と接触すると、ＣｕやＢｉよりも硬い無機化合物が相手材に接触し得るため、無機化合物が相手材と接触しない場合と比較して、銅合金摺動材料の耐摩耗性を向上させることができる。そして、平均粒径が小さい場合よりも大きい場合の方が、相手材からの荷重を受け得る面積が大きく、高負荷に耐えやすい。この結果、耐摩耗性を向上させることができる。

さらに、第１無機化合物の体積分率を、第２無機化合物の体積分率で除した値は、０．１～１．０である。すなわち、第１無機化合物の体積％は、第２無機化合物の体積％以下であり、第１無機化合物の体積は第２無機化合物の体積の少なくとも１／９は存在する。すなわち、第１無機化合物は、Ｃｕマトリクス内に分散して存在することでＣｕの塑性流動を阻害するが、過度に多い量が含まれていると、Ｃｕ同士の接合を阻害してしまうため、Ｃｕマトリクスが一体の状態となることを阻害する。例えば、焼結体として銅合金摺動材料を製造することが困難になる。そこで、第１無機化合物の比率が第２無機化合物に対して過度に多くならないように構成される。また、第１無機化合物の比率が過度に少なくなると、Ｃｕの塑性流動を抑制することが困難になる。そこで、第１無機化合物の体積は第２無機化合物の体積の１／９以上存在する構成とした。

摺動試験機の模式図である。図２Ａは実施例の耐焼き付き性の試験結果を示す図、図２Ｂは実施例の耐焼き付き性の試験結果を示す図である。Ｓｎ量（質量％）に対する焼き付き面圧を示すグラフである。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）銅合金摺動材料の製造方法：
（２）試験結果：
（３）他の実施形態：

（１）銅合金摺動材料の製造方法：
本発明の一実施形態においては、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｂｉを含む粉末に無機化合物を混合し、焼結することによって銅合金摺動材料を製造する。このような、製造方法は、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｂｉ系合金粉末に窒化クロムや窒化チタンなどの無機化合物を混合し、焼結が行われることで実現される。具体的には、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｂｉ系合金粉末は、所定組成（後述）になるように調整された予備合金を、アトマイズ法によって粉末状にした後、粉末粒径を１５０μｍ以下に分級することで作製される。

さらに、無機化合物の粉末が当該粉末およびＣｕ－Ｓｎ－Ｂｉの全体に対して所定の体積％（後述）になるように調整される。さらに、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｂｉ系合金粉末と無機化合物粉末とがＶブレンダーにより２０～５０分混合され、混合粉とされる。次に、鋼等の基材（例えば、軸受の裏金になる材料）上で混合分の厚さが１～３ｍｍとなるように散布され、還元ガス＋窒素ガス雰囲気中で電気炉によって１次焼結が行われる。なお、焼結温度は７００℃～９００℃，時間は５～３０分である。本実施形態においては、圧延により焼結層が緻密化され、再び同条件で２次焼結が行われる。最後に仕上圧延が行われ、最終的な焼結層の厚さが０．３～１．０ｍｍとされる。

Ｃｕ－Ｓｎ－Ｂｉ系合金粉末および無機化合物粉末の組成は、最終的な焼結層におけるＳｎが０．５～１２．０質量％であり、Ｂｉが２．０～８．０質量％であり、無機化合物が１．０～５．０体積％となるように決められればよい。例えば、作製予定の焼結層の全重量が決められ、Ｓｎの質量％が０．５～１２．０質量％の中から選択され、Ｂｉの質量％が２．０～８．０質量％の中から選択される。この結果、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｂｉ，無機化合物の質量が決定される。所定組成のＣｕ－Ｓｎ－Ｂｉ系合金粉末は、このようにして決定された重量のＣｕ，Ｓｎ，Ｂｉによって作製される。

また、作製予定の焼結層の全体積が決められ、無機化合物の体積％が１．０～５．０体積％から選択され、選択された体積％になるように無機化合物の質量（後述する２種類の無機化合物の量）が決められる。そして、既定の平均粒径の無機化合物粉末を購入し、以上のようにして決められた無機化合物の質量を秤量することによって、所定の体積％となるように無機化合物粉末を用意することができる。なお、本実施形態において、無機化合物は２種類用意される。すなわち、平均粒径が０．５～３．０μｍである第１無機化合物と、平均粒径が４．０～２０．０μｍである第２無機化合物とが、無機化合物粉末として用意される。

第１無機化合物は、第２無機化合物よりも平均粒径が小さい。本実施形態において、第１無機化合物は、銅合金摺動材料が摺動部材の表面に形成され、摺動部材として利用された場合において、Ｃｕの塑性流動を抑制する。すなわち、平均粒径が小さい無機化合物は、平均粒径が大きい無機化合物よりもＣｕマトリクス内に分散しやすい。無機化合物がＣｕの粒界に存在するとＣｕの塑性流動が阻害されるため、無機化合物がＣｕマトリクス内に均等に分散していると、Ｃｕマトリクス内の全体で塑性流動が阻害される。一方、無機化合物がＣｕマトリクス内に局在していると、Ｃｕマトリクス内で無機化合物が存在しない部分で塑性流動が生じやすくなる。従って、平均粒径が小さい無機化合物は、平均粒径が大きい無機化合物と比較して、Ｃｕの塑性流動を効果的に抑制し、摺動表面におけるＢｉの減少を抑制する。従って、Ｂｉによる低融点軟質金属の潤滑作用が低下することを効果的に抑制することができる。

以上のようなＣｕの塑性流動の抑制は、無機化合物の平均粒径が０．５～３．０μｍである場合に発現する。すなわち、平均粒径が０．５μｍより小さいと無機化合物同士が凝集しやすくなり、均質な分散が困難になることによって塑性流動の抑制効果が得られにくくなる。また、平均粒径が３．０μｍより大きいと無機化合物が過度に大きくなり、粒子間距離が長くなるため、塑性流動の抑制効果が得られにくくなる。

そこで、本実施形態においては、第１無機化合物の平均粒径を０．５～３．０μｍとした。この結果、Ｃｕの塑性流動が抑制されることによってＢｉによる低融点軟質金属の潤滑作用を効果的に発現させることができ、耐焼き付き性を向上させることができる。特に、相手材が軸であり、銅合金摺動材料および基材が軸受として利用された場合において、軸が局所的に軸受と接触する片当たりが発生しても、Ｃｕの塑性流動を効果的に抑制することができる。この結果、片当たりが発生するような状態であっても、摺動表面におけるＢｉの減少を抑制し、Ｂｉによる低融点軟質金属の潤滑作用の低下を効果的に抑制することができる。

一方、銅合金摺動材料が摺動部材の表面に形成され、摺動部材として利用された場合において、銅合金摺動材料内の表面に存在する物質が相手材と接触し得る。そして、銅合金摺動材料内の無機化合物が相手材と接触すると、ＣｕやＢｉよりも硬い無機化合物が相手材に接触することになる。このため、無機化合物が相手材と接触しない場合と比較して、銅合金摺動材料の耐摩耗性を向上させることができる。

そして、平均粒径が小さい場合よりも大きい場合の方が、相手材からの荷重を受け得る面積が大きく、高負荷に耐えやすい。この結果、耐摩耗性をより向上させることができる。そこで、本実施形態においては、第２無機化合物の平均粒径を４．０～２０．０μｍとした。なお、平均粒径が４．０μｍより小さいと摩耗粉形成の際に摩耗粉内部に第２無機化合物が取り込まれやすく、耐摩耗性の向上効果が得られにくい。また、平均粒径が２０．０μｍより大きいと被削性が大幅に低下してしまう。

本実施形態において、無機化合物は１．０～５．０体積％である。すなわち、本実施形態において、無機化合物は、耐焼き付き性の向上と、耐摩耗性の向上とを図るために混合される。無機化合物が過度に少ないとこれらの性質が向上しないため、無機化合物は、１．０体積％以上とされる。一方、無機化合物が過度に多いとＣｕマトリクスが一体として形成されにくくなる、強度が弱くなるなどの弊害が生じる。そこで、無機化合物は５．０体積％以下とされる。

さらに、第１無機化合物の体積分率を、第２無機化合物の体積分率で除した値は、０．１～１．０である。すなわち、第１無機化合物の体積％は、第２無機化合物の体積％以下であり、第１無機化合物の体積は第２無機化合物の体積の少なくとも１／９は存在する。すなわち、第１無機化合物は、第２無機化合物より体積が多くならないように構成されている。

第１無機化合物は、Ｃｕマトリクス内に分散して存在することでＣｕの塑性流動を阻害するが、過度に多い量が含まれていると、Ｃｕ同士の接合を阻害してしまう。さらに、第１無機化合物は、平均粒径が小さいため、体積が多くなくても、Ｃｕマトリクス内に分散して存在することができる。そこで、第１無機化合物は、第２無機化合物より体積が多くならないように構成されている。ただし、第１無機化合物の比率が過度に少なくなると、Ｃｕの塑性流動を抑制することが困難になるため、少なくとも第１無機化合物の体積は第２無機化合物の体積の１／９以上存在するように無機化合物粉体の量が調整される。

（２）試験結果：
以下、上述の製造方法によって焼結層として製造された銅合金摺動材料について実施した試験結果を説明する。表１は、実施例１～１２，比較例１～５におけるＳｎおよびＢｉの質量％、無機化合物の平均粒径および体積％と、各材料の特徴および試験結果を示している。

なお、表１に示す実施例および比較例３～５において、第１無機化合物はＴｉＮであり、第２無機化合物はＣｒ₂Ｎである。表１において、無機化合物の平均粒径はμｍと示された列に表記されている。実施例１～１２、比較例３～５において、第１無機化合物であるＴｉＮの平均粒径は２．０～２．５μｍであり、第２無機化合物であるＣｒ₂Ｎの平均粒径は４．０～６．５μｍである。比較例１，２において、無機化合物は１種類であり、平均粒径も１種類である。すなわち、比較例１は無機化合物として平均粒径が１２．０μｍのＦｅ₃Ｐを含み、比較例２は無機化合物として平均粒径が２．５μｍのＭｏ₂Ｃを含む。

さらに、表１に示されたように、実施例１～１２において、第１無機化合物であるＴｉＮの体積％は０．３～１．０％であり、第２無機化合物であるＣｒ₂Ｎの体積％は０．５～４．５％である。さらに、表１に示されたように、実施例１～１２において、第１無機化合物の体積分率（体積％）を、第２無機化合物の体積分率（体積％）で除した値は、０．１（０．０８）～１．０である。さらに、表１に示されたように、実施例１～１２において、第１無機化合物の体積分率（体積％）と、第２無機化合物の体積分率との和は１．０～５．０体積％である。

表１に示された無機化合物の平均粒径は、製造後の銅合金摺動材料について観測して得られた平均粒径である。表１に示す実施形態においては、光学顕微鏡写真に基づいて測定された値が表記されている。すなわち、本実施形態においては、実施例１～１２および比較例１～６の複数（例えば６個）の表面または断面について、４００倍の倍率の光学顕微鏡（オリンパス社製ＧＸ５１）で組織写真が撮影された。

さらに、当該組織写真から無機化合物を抽出する画像処理が行われた。画像処理には画像解析ソフト（ニレコ社製ＬＵＺＥＸ＿ＡＰ）が用いられた。さらに、抽出された無機化合物と残部とを区別する２値化処理が行われ、無機化合物の円相当径と面積率とが測定された。この結果、円相当径が粒径とみなされ、面積％が体積％とみなされた。なお、画像解析においては、例えば、色調の差に基づいて第１無機化合物と第２無機化合物とを区別することが可能である。むろん、ＳＥＭ－ＥＤＳのマッピング等で無機化合物が区別されてもよい。

なお、比較例１，２においては、無機化合物がＦｅ ₃ Ｐ、Ｍｏ ₂ Ｃのそれぞれ１種類を含有している点で実施例１～１２と異なる。比較例３は、Ｓｎを１５．０質量％含有している点で実施例１～１２と異なる。比較例４は、Ｂｉを１０．０質量％含有している点で実施例１～１２と異なる。比較例５は、第１無機化合物の体積分率を第２無機化合物の体積分率で除した値が１．６である点で実施例１～１２と異なる。

表１においては、実施例１～１２および比較例１～５の硬さに関する情報が含まれている。無機化合物の硬さは、各無機化合物が単独で存在する場合におけるビッカース硬さを示しており、例えば、ナノインデンタによる計測結果をビッカース硬さに変換することによって特定することができる（変換は例えば、第６１回理論応用力学講演会、超微小硬度計による結晶粒の機械的特性評価法に関する基礎的検討荒翔太らを参照）。さらに、実施例１～１２および比較例１～５のビッカース硬さが「材料全体硬さ」として示されている。

焼き付き面圧は、耐焼き付き性の試験（焼き付き面圧の試験）の結果である。当該耐焼き付き性の試験は、銅合金摺動材料を軸受とした状態で実施された。すなわち、上述の製造方法により、円筒を軸方向に切断した形状であって組み合わせると円筒になる基材上に銅合金摺動材料が形成され、軸受が製造される。

図１は、試験機の説明図である。具体的には、図１に示すように、試験軸Ｈ（ハッチング）が貫通可能な貫通穴が形成されたハウジングブロックＲを用意し、当該貫通穴にて試験軸Ｈを軸受けさせた。なお、ハウジングブロックＲの貫通穴の内周に実施例１～１２および比較例１～５の軸受Ｐｓ（黒色）を装着して試験軸Ｈを軸受けした。ハウジングブロックＲは、コンロッドの代用であるため、コンロッドが使用されてもよい。この試験において、試験軸Ｈの直径ｄは４０ｍｍであり、試験軸Ｈの軸方向における軸受Ｐｓの長さＬは１０ｍｍである。また、基材上の銅合金摺動材料の厚さは０．６ｍｍである。

当該試験機を利用し、試験軸Ｈの軸方向におけるハウジングブロックＲの両外側において試験軸Ｈを軸受けし、試験軸Ｈを５ｍ／ｓで回転させた。さらに、図１に示すように、ハウジングブロックＲの長さ方向に荷重を作用させた。さらに、ハウジングブロックＲに装着された軸受Ｐｓと試験軸Ｈとの間には、約６０℃の自動変速機油（ＡＴＦ）を給油した。

さらに、荷重は１５０Ｎから段階的に大きくなる。すなわち、荷重が一定の状態で５分間回転され、５分経過すると荷重が既定の大きさ大きくなるようにして試験が行われた。なお、試験軸Ｈは、軸受Ｐｓに対して片当たりの状態になるようにセットされる。すなわち、試験軸Ｈと軸受Ｐｓの円筒軸とは互いに一定角度傾斜するように、試験軸ＨとハウジングブロックＲとがセットされる。片当たりの量は、実施例１～１２，比較例１～５で同一になるように構成されている。

本実施形態においては、以上の試験機によって焼き付き面圧を測定した。ここで、焼き付き面圧は、予め決められた温度（焼付きが生じたと想定された温度）に達したときの面圧である。温度は、軸受ＰｓやハウジングブロックＲに取り付けた温度センサ等によって測定可能である。本試験は片当たりの状態で実施され、面圧は、試験後に軸受Ｐｓを半分に切断して垂直上方から片当たり部分を撮影した画像から、接触部の投影面積を取得し、負荷荷重を投影面積によって除することによって特定される。

摩耗深さは、耐摩耗性の試験（摩耗深さの計測試験）の結果である。当該耐摩耗性の試験は、ブロックオンリング試験によって実施された。すなわち、上述の製造方法により、直方体の基材上に銅合金摺動材料が形成され、当該ブロックによってブロックオンリング試験が行われた。ブロックオンリング試験機は、公知の種々の試験機が利用されて良い。

本例において、ブロックの大きさは長さ１５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、リングの大きさは直径４０ｍｍである。リングの材質はＳ４５Ｃ（炭素鋼）である。また、ブロックとリングとの相対的な滑り速度は０．５ｍ／ｓであり、荷重は９０Ｎである。試験時間は３０分であり、温度は室温、油は自動変速機油（ＡＴＦ）が利用された。そして、ブロックの幅方向に摺動痕が形成される方向で試験を行い、試験後の銅合金摺動材料の表面において摩耗深さが計測された。摩耗深さは、表面粗さ測定機（小坂研究所製ＳＥ－３４００）で銅合金摺動材料の表面の真直をとり、幅方向の３カ所（端から２．５ｍｍ、０．５ｍｍ、７．５ｍｍ）について測定された深さの平均値である。

以上のようにして行われた試験によれば、実施例１～１２においては、比較例１～５と比較して、耐焼き付き性と耐摩耗性とがともに良好であることがわかる。具体的には、実施例１～１２においては、多くののサンプルにおいて焼き付き面圧が６０ＭＰａ以上であるが、比較例１～５において焼き付き面圧が６０ＭＰａに達したサンプルはない。また、実施例５の焼き付き面圧は５７ＭＰａであるが、この値は充分に大きい値であるとともに実施例５の摩耗深さが１．９μｍである。摩耗深さとしての１．９μｍは、非常によい値である。従って、実施例５においては、耐焼き付き性と耐摩耗性とがともに良好である。

図２Ａおよび図２Ｂは耐焼き付き性の試験の結果を示すＳＥＭの撮影結果であり、片当たり部分の５００倍の観察画像である。図２Ａは実施例１２，図２Ｂは比較例１の試験後であり、双方においてグレーがＣｕ合金、黒が無機化合物、白がＢｉである。両者を比較すると、実施例１２においてＢｉが表面に残っているが、比較例１においてＢｉは表面に残っていない。従って、実施例１２においてＢｉによる低融点軟質金属の潤滑作用は得られるが、比較例１においてＢｉによる低融点軟質金属の潤滑作用は得られず、この結果、表１に示されるように焼き付き面圧に大きな差異が生じたと考えられる。

さらに、実施例１～１２においては、いずれのサンプルにおいても摩耗深さが３．０μｍ以下であり、多くのサンプルは２μｍ台であり、摩耗深さが２．０μｍ以下であるサンプルも存在する。一方、比較例１～５において、摩耗深さが２．８μｍより小さいサンプルは存在しない。比較例４以外のサンプルは全て３．０μｍ以上である。

そして、摩耗深さが２．８μｍである比較例４は、焼き付き面圧が５０ＭＰａであり、実施例１～１２のいずれよりも劣っている。従って、実施例１～１２と比較例１～５とを比較すると、実施例１～１２は耐焼き付き性と耐摩耗性とがともに高い水準で実現されたサンプルであると言える。

さらに、比較例１は、無機化合物がＦｅ₃Ｐの１種類であり、平均粒径が１２．０μｍと大きい。比較例１は、平均粒径が小さい第１無機化合物を含んでいないため、この影響によって、Ｃｕの塑性流動を抑制することができず、著しく焼き付き面圧が小さい値になっていると考えられる。また、比較例１の無機化合物Ｆｅ₃Ｐの硬さは８００ＨＶ相当であり、他のサンプルより小さい。また、材料全体の硬さも他のサンプルより小さい。この結果、相手材と接触した場合の摩耗が他のサンプルより大きく、摩耗深さも９．０μｍと、他のサンプルと比較して著しく大きくなっている。

比較例２は、無機化合物がＭｏ₂Ｃの１種類であり、平均粒径が２．０μｍと小さい。このため、比較例１と比較すれば焼き付き面圧は大きいが、実施例１～１２と比較すると最低レベルの面圧である。また、摩耗深さも実施例１～１２と比較すると最低レベルの摩耗深さである。実施例１～１２のいずれにおいても、焼き付き面圧と摩耗深さとの双方が同時に上述の最低レベルになっているサンプルはなく、この意味で、第２無機化合物が含まれた方が良好な材料になることがわかる。

比較例３は、Ｓｎが１５．０質量％である。この結果、Ｃｕマトリクスの強度が不充分になるため、焼き付き面圧が４０ＭＰａと小さい値になっており、耐摩耗性も３．１μｍであってさほど小さくはなっていない。比較例４は、Ｂｉが１０．０質量％である。この結果、摺動表面におけるＢｉの減少によってＢｉの低融点軟質金属の潤滑作用を利用できなくなり、焼き付き面圧が５０ＭＰａと小さい値になっている。

比較例５は、第１無機化合物の体積分率を、第２無機化合物の体積分率で除した値が１．６である。従って、実施例１～１２と比較して、第１無機化合物が第２無機化合物に対して過剰に添加されている。このため、Ｃｕ合金粉末間の結合が阻害され、接触摩擦によってＣｕ合金が脱落（摩耗）しやすくなる。また、無機化合物の添加総量が１．０質量％より少ないため、無機化合物による耐摩耗性の向上が得られにくい。以上の結果、摩耗深さが３．４μｍと大きい値になっている。

以上示したように、比較例１～５においては、耐焼き付き性と耐摩耗性の少なくとも一方が、実施例１～１２よりも劣っている。そして、実施例１～１２においては、耐焼き付き性と耐摩耗性とをともに向上させることができる。

（３）他の実施形態：
本発明に係る銅合金摺動材料は、上述の実施形態に示した軸受以外にも、種々の摺動部材に利用することができる。例えば、本発明の銅合金摺動材料によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等のラジアル軸受を形成してもよい。また、軸受の用途としても限定されず、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受であってもよいし、他の用途のすべり軸受を形成してもよい。基材は、銅合金摺動材料が形成される部材であれば良く、その組成や形状等は限定されない。

さらに、銅合金摺動材料は添加材が含まれていてもよい。すなわち、０．５～１２．０質量％のＳｎ、２．０～８．０質量％のＢｉ、１．０～５．０体積％の無機化合物、添加材を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金摺動材料であって、前記無機化合物は、平均粒径が０．５～３．０μｍである第１無機化合物と、平均粒径が４．０～２０．０μｍである第２無機化合物と、からなり、前記第１無機化合物の体積分率を、前記第２無機化合物の体積分率で除した値は、０．１～１．０である、銅合金摺動材料が構成されても良い。

添加材としては、種々の材料が挙げられる。例えば、Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ａｇ，Ｐ等の元素が添加材とされてもよい。添加材の量としては、総量で５質量％程度が想定される。例えば、Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎの少なくとも一つを添加すると、Ｃｕマトリクスの強度を向上させることができる。この場合、これらの添加材はＳｎとともに添加されてもよいし、Ｓｎ代わりに添加されてもよい。後者であれば、Ｓｎは０．５～１２．０質量％より少なくなる。Ａｇが、例えば０．１５質量％程度添加されると、耐焼き付き性の向上が期待される。また、Ｐが例えば０．１質量％程度添加されると、焼結性の向上が期待される。

さらに、上述の実施形態における銅合金摺動材料の製造方法は一例であり、工程の一部において、変更、順序の入れ替え、省略等があってもよい。例えば、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｂｉ，無機化合物の粉末が混合されてもよい。また、圧延の少なくとも一方が省略されてもよいし、条件が変更されてもよい。

さらに、第１無機化合物と第２無機化合物は同一（元素の組成が同一）の物質でもよいし、異なる種類の物質（元素および組成の少なくとも一方が異なる物質）であってもよい。さらに、第１無機化合物、第２無機化合物の少なくとも一方が２種類の物質であってもよい。例えば、第１無機化合物、第２無機化合物の少なくとも一方が、異なる種類の物質であって平均粒径が同一の範囲に含まれる物質からなる構成であってもよい。

上述の表１において、Ｓｎの質量％の上限値は１０．０質量％であるが、Ｓｎは１２．０質量％まで含まれてよいと考えられる。図３は、実施例１～３のサンプルのＳｎ量（質量％）に対する焼き付き面圧を示すグラフである。この値を最小二乗法で直線近似した場合（破線）、実施例として想定している焼き付き面圧の範囲（５７ＭＰａ以上）になるために必要なＳｎ量は１２．０質量％よりも多い。従って、１２．０質量％までＳｎ量が増加しても、本発明の実施例であると考えられる。

さらに、無機化合物は、上述のＴｉＮ、Ｃｒ₂Ｎに限定されない。すなわち、他の窒化物であってもよい。また、窒化物に限定されず、例えば、炭化物、硼化物、珪化物等であってもよい。なお、無機化合物は、その硬度が硬いと摩耗深さを小さくすることに寄与すると考えられる。また、表１の比較例１において、変換後の無機化合物のビッカース硬さは８００であり、他のサンプルよりビッカース硬さが小さい。従って、比較例１よりも無機化合物が硬ければ比較例１よりも耐摩耗性を向上させると考えられる。

そこで、ビッカース硬さが８００よりも大きい無機化合物、例えば、表２に示したようにビッカース硬さが１０００よりも大きい窒化物、炭化物、硼化物、珪化物を本発明の実施形態とすることが可能である。なお、無機化合物のビッカース硬さが硬いほど耐摩耗性が向上する効果が高いと考えられる。従って、表２に記載された無機化合物の中で、ビッカース硬さが１１００より大きい無機化合物が好ましく、ビッカース硬さが１２００より大きい無機化合物がさらに好ましい。ビッカース硬さが１４００より大きい無機化合物はさらに好ましい。表２においては、各無機化合物として市販されている粉末の平均粒径を例示している。このように、無機化合物としては、各種の化合物を選択可能であり、各種の平均粒径として市販されている化合物を選択して、第１無機化合物および第２無機化合物とすることができる。

Claims

０．５～１２．０質量％のＳｎ、２．０～８．０質量％のＢｉ、１．０～５．０体積％の無機化合物を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金摺動材料であって、
前記無機化合物は、平均粒径が０．５～３．０μｍである第１無機化合物と、平均粒径が４．０～２０．０μｍである前記第１無機化合物と異なる第２無機化合物と、からなり、
前記第１無機化合物の体積分率を、前記第２無機化合物の体積分率で除した値は、０．１～１．０であり、
前記第１無機化合物および前記第２無機化合物のビッカース硬さは１１００より大きい、
銅合金摺動材料。
前記第１無機化合物は０．３～１．０体積％であり、
前記第２無機化合物は０．５～４．５体積％である、
請求項１に記載の銅合金摺動材料。