JPH079046B2

JPH079046B2 - 銅系焼結体

Info

Publication number: JPH079046B2
Application number: JP59141266A
Authority: JP
Inventors: 義孝高橋; 貞孝大淵
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-07-07
Filing date: 1984-07-07
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS6119750A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、耐摩耗性、耐焼付性がよい銅系焼結体に関す
る。本発明の銅系焼結体は、苛酷な条件下で摺動する摺
動部材として適する。本発明の銅系焼結体が用いられる
代表的な例としては、軸受、歯車、カムがある。

［従来の技術］焼結体としては一般に鉄系焼結体と銅系焼結体とがあ
る。例えば、代表的な焼結体である焼結軸受合金として
は、JISB1581に規定されているように鉄系焼結体と銅系
焼結体とがある。

銅系焼結体は、一般には耐焼付性が良好であり、軸受材
などに広く用いられている。しかし耐摩耗性が劣るた
め、高荷重が加わる摺動部品などには使用されることが
少なかった。

一方、鉄系焼結体は、耐摩耗性が良好であるが、耐焼付
性が劣るため潤滑油などの供給が不足する部品に用いる
と焼付を生じやすいという欠点があった。

上記欠点を補う意味で鉄系粉末と銅系粉末を混ぜ合せて
焼結した焼結体が近年開発されている。このものは、特
公昭56−52988号公報に係る「耐摩耗性ならびに潤滑性
にすぐれる鉄系焼結合金」である。このものでは、鉄系
粉末に銅系粉末を10〜40％を混ぜ、更に若干の錫と二硫
化モリブデンを混ぜて耐摩耗性及び潤滑性を向上させて
いる。然しながら内燃機関に用いられる摺動部品におい
ては、最近の高性能化に伴い使用条件は更に一層苛酷に
なり、そのため上記した特公昭56−52988号公報に係る
焼結合金では、必ずしも充分ではなかった。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した従来技術の問題点を解決せんとなされ
たものであり、耐摩耗性および耐焼付性が優れた銅系焼
結体を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、銅系焼結体の長所である耐焼付性をそこなう
事なく、鉄系焼結体と同等の耐摩耗性を備えた焼結体を
提案するものである。

即ち本発明の同系焼結体は、銅系金属粉末と鉄系の硬質
粒子とを混合した混合体を焼結して得られるものであ
る。

銅系金属粉末と鉄系の硬質粒子との混合体を焼結して得
られる、銅系金属を主体とするマトリックスと該マトリ
ックスに分散された硬質粒子とから構成される銅系焼結
体であり、硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100重量％とした
とき、10〜70重量％であり、かつ硬質粒子は、Hv200以上の硬さをもち、硬質粒子全
体を100重量％としたとき重量％で、クロム、モリブデ
ン、タングステン、バナジウム、ニオブ、コバルト、リ
ン、マンガンのうちの１種又は２種以上0.2〜66％、炭
素0.2〜3.0％、不可避の不純物、残部鉄の組成をもつこ
とを特徴とするものである。

本発明においては、マトリックスは、銅系金属粉末を焼
結した部分である。従って本発明の銅系焼結体は、耐焼
付性が良好である。前記した銅系金属粉末とは、銅（C
u）を主体とする粉末の意味である。銅系金属粉末は、
一般に用いられる銅系粉末を用いることができる。例え
ば、純度の高い電解銅粉、スズ（Sn）を含む銅粉を用い
ることができる。この場合スズ含有量は、マトリックス
全体を100重量％としたとき10重量％以下特に８重量％
がよい。銅系金属粉末は、粉末粒子の平均粒径が10〜10
0μ程度のものを用いることが望ましい。その理由は硬
質粒子を均一に分散させるため、および100μ以上では
焼結性が悪く、10μ以下では粉末価格が高くなるからで
ある。本発明では上記銅系金属粉末に、固体潤滑剤例え
ば鉛や黒鉛を含ませてもよい。鉛や黒鉛は双方を含ませ
ても、あるいはいずれか一方を含ませてもよい。鉛や黒
鉛は、銅やスズにはほとんど固溶せず、銅粒子の粒界に
存在する。鉛や黒鉛は、相手材と摺動したときに、潤滑
作用を果し、耐焼付性を一層向上させる。鉛や黒鉛は、
マトリックス全体を100％としたとき８重量％以下であ
ることが望ましい。８重量％を越えると、焼結体の強度
が低下するからである。

上記マトリックスには硬質粒子が分散している。硬質粒
子は、炭化物形成元素を含む鉄系粒子の意味である。該
硬質粒子は、一般的には硬質粒子全体を100重量％とし
たとき重量％で、クロム、モリブデン、タングステン、
バナジウム、ニオブのうち１種又は２種以上0.2〜66
％、炭素0.2〜3.0％、不可避の不純物、残部鉄の組成を
もつものである。該硬質粒子は、一般に、硬質粒子全体
を100重量％としたとき重量％で、クロム0.5〜25％、モ
リブデン0.3〜7.0％、タングステン0.5〜25％、バナジ
ウム0.2〜6.0％、ニオブ0.05〜３％のうち１種又は２種
以上を含む組成にすることが望ましい。更に硬質粒子の
組成は、硬質粒子全体を100重量％としたとき重量％
で、クロム0.5〜25％、モリブデン0.3〜7.0％、タング
ステン0.5〜25％、バナジウム0.2〜6.0％、ニオブ0.05
〜３％、コバルト2.0〜20％、リン0.1〜0.8％、マンガ
ン1.2％以下、シリコン1.5％以下を含むことにしてもよ
い。

該硬質粒子は、炭化物を多く析出させている。上記した
炭化物は、一般的にはクロム、モリブデン、タングステ
ン、バナジウム、ニオブの１種又は２種以上を含む単一
炭化物や複炭化物から構成される。炭化物は例えばCr₂C
₃、Mo₂C、WC、VC、NbC等である。

硬質粒子は上記炭化物を含むため、硬さはかたく、一般
にビッカース硬度（荷重300g）で200以上である。硬さ
が上記値よりも低いと焼結体の耐摩耗性は向上しない。
硬質粒子は、ビッカース硬度400〜600、例えば550のか
たさをもつものを用いることが望ましい。

硬質粒子に含まれる不可避の不純物は、少ない方が望ま
しい。例えば２％以下が望ましい（不可避の不純物とし
ては、Al、Ｓ等がある）。

硬質粒子は、一般に、上記組成をもつ合金工具鋼、高速
度鋼、耐熱鋼等を噴霧法によって形成する。

硬質粒子の大きさは平均粒径が通常５〜150μｍ程度が
望ましい。硬質粒子の大きさが５μｍ未満では耐摩耗性
向上効果が小さいからである。逆に150μｍを越えると
粒子が多すぎて相手攻撃性を示す事があり、又マトリッ
クスから硬質粒子が脱落しやすいからである。尚、硬質
粒子の平均粒径は、累積粒度分布の50％粒子径とした。
硬質粒子の形状は一般に粒状や丸い方がよい。

硬質粒子の割合は、銅系焼結体の用途等に応じて設定す
るが、銅系焼結体全体を100重量％としたとき、10〜70
％程度が望ましい。その理由は10％未満では、硬質粒子
が少なすぎて耐摩耗性の向上に寄与せず、又70％を越え
ると、硬質粒子成分が増えすぎるため耐焼付性が低下す
るからである。

上記した硬質粒子は、マトリックス中に均一に分散して
いることが望ましい。

本発明の銅系焼結体を製造するにあたっては、まず上記
したような組成をもつ硬質粒子、銅系金属粉末を混合し
た混合体を形成する。この場合にはＶ型混合機などの通
常の混合手段を用いることができる。混合時間は通常10
〜40分間とする。次に、混合体を所定の形状に圧縮成形
して圧粉体とする。圧縮は、金型成形による通常の手段
の他、ラバープレス等の手段を用いることができる。成
形圧力は、通常２〜7ton/cm²とする。圧粉体の密度は均
一であることが望ましい。上記のように圧粉体を形成し
たら、該圧粉体を加熱して焼結する。焼結は、通常、還
元性雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気中で700〜1000
℃で10〜60分間加熱することにより行なう。この様に製
造すると、銅系金属粉末は互いに結合し、焼結体のマト
リックスは銅系となり、該マトリックスに硬質粒子を分
散させることができる。

［発明の効果］本発明の銅系焼結体は、実施例の試験値で示すように、
摩耗痕巾が小さく又焼付荷重が大きく、耐摩耗性、耐焼
付性の双方に優れた性質を有する。

［実施例］第１表は各実施例の試料をつくる場合の条件を示すもの
である。以下、各実施例についより詳しく説明する。

（実施例１）硬質粒子全体を100重量％としたとき重量
％で、Cr4％、Mo5％、W6.1％、V1.8％、C0.9％、不純物
１％以下、残部鉄の組成をもつ硬質粒子を用いた。この
硬質粒子は、JIS−SKH9相当の噴霧法で形成したものあ
る。この硬質粒子は、第１表に示すように、平均粒径が
38μｍ、硬さがビッカース硬度（荷重300g）で550であ
る。この硬質粒子と、Cu−Sn合金粉と、潤滑剤とをＶ型
混合機で30分間混合した。実施例１では、硬質粒子の割
合は、銅系焼結体全体を100重量％としたとき10％であ
る。Cu−Sn合金粉のSn含有量は、Cu−Sn合金粉全体を10
0重量％としたとき８重量％である。Cu−Sn合金粉の粒
径は149μ以下である。潤滑剤は、混合体全体を100重量
％としたとき0.5重量％とした。上記のようにして得ら
れた混合粉末を成形型により4ton/cm²の圧力で成形し圧
粉体を形成した。この圧粉体をアンモニア分解ガス中に
おいて900℃で30分間焼結し、実施例１の試料を得た。

（実施例２）実施例１の場合と基本的に同じ条件で実施
例２の試料を形成した。但し、本例の場合には、硬質粒
子の割合は、銅系焼結体全体を100重量％としたとき、4
0重量％とした。

（実施例３）実施例１の場合と基本的に同じ条件で実施
例３の試料を形成した。但し、本例の場合には、硬質粒
子の割合は、銅系焼結体全体を100重量％としたとき、7
0重量％とした。

（実施例４）実施例１の場合とほぼ同じ条件で実施例４
の試料を形成した。但し本例の場合には、硬質粒子の割
合は、銅系焼結体全体を100重量％としたとき、40重量
％である。又、銅系金属粉末として電解銅粉を用いた。

（実施例５）硬質粒子全体を100重量％としたとき重量
％でCr12％、Mo1％、V0.35％、Mn0.2％、C1.5％、不純
物0.6％、残部鉄の組成をもつ硬質粒子を用いた。この
硬質粒子は、JIS−SKD11相当の市販の噴霧粉を用いた。
この硬質粒子は、平均粒系が63μｍ、硬さがビッカース
硬度で490である。銅系金属粉末は電解銅粉とした。硬
質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100重量％としたと
き40重量％である。後の条件は、実施例１の場合と基本
的に同一とした。

（実施例６）硬質粒子全体を100重量％としたとき、重
量％でCr4.5％、Mo5.0％、W6.0％、V2.0％、C0.9％、不
純物0.8％、残部鉄の組成をもつ硬質粒子を用いた。こ
の硬質粒子は、JIS−SKH9相当の市販の合金鋼粉末を用
いた。この硬質粒子は、平均粒子径が140μｍ、硬さが
ビッカース硬度で530である。銅系金属粉末としてCu−S
n合金粉（Sn含有量８％）を用いた。硬質粒子の割合
は、銅系焼結体全体を100重量％としたとき40重量％で
ある。後の条件は、実施例１の場合と基本的に同一とし
た。

（実施例７）硬質粒子全体を100重量％としたとき重量
％、Cr5.0％、Mo1.0％、P0.5％、C0.5％、不純物0.2
％、残部鉄の組成をもつ硬質粒子を用いた。この硬質粒
子は水噴霧法によって形成した。この硬質粒子は、平均
粒径が50μｍ、硬さがビッカース硬度で250である。銅
系金属粉末は、Snを８％含有するCu−Sn合金粉を用い
た。硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100重量％と
したとき40重量％とした。後の条件は、実施例１の場合
を基本的に同一とした。

（実施例８）銅系金属粉末は、マトリックス全体を100
重量％としたとき、Snを８重量％含むと共に、３重量％
の鉛粉を含むものを用いた。硬質粒子は実施例１と同じ
ものを用いた。硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を10
0重量％としたとき、40重量％とした。

（参考例９）硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100
重量％としたとき５重量％とした。後の条件は、実施例
１の場合と基本的に同一である。

（参考例10）硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100
重量％としたとき、80重量％とした。後の条件は、実施
例１の場合と基本的に同一である。

（実施例11）硬質粒子全体を100重量％としたとき、重
量％でCr4.3％、Mo5.2％、W5.8％、V1.9％、C0.9％、不
純物0.6％、残部鉄の組織をもつ硬質粒子を用いた。

この硬質粒子は、JIS−SKH9相当の市販合金鋼粉末であ
る。

この硬質粒子は、平均粒径が190μｍ、硬さがビッカー
ス硬度で550である。硬質粒子の割合は、銅系焼結体全
体を100重量％としたとき、40重量％である。

後の条件は、実施例１の場合と基本的に同一である。

（比較例２）硬質粒子全体を100重量％としたとき重量
％でCr1.2％、Mn0.5％、C0.03％、不純物0.4％、残部鉄
の組織をもつ硬質粒子を用いた。この硬質粒子はJIS−S
Cr相当の低合金噴霧粉である。この硬質粒子は、平均粒
径が40μｍ、硬さがビッカース硬度で120である。後の
条件は、実施例１の場合と基本的に同一である。

（耐摩耗性試験）実施例の各試験片について大越式摩耗試験を実施し、摩
耗痕巾の大小により各試験片の耐摩耗性を評価した。大
越式摩耗試験の条件は、荷重18.9kg、相手材の周速0.11
9m/sec、摺動距離160m、相手材FC23とした。

（耐焼付性試験）又実施例の各試験片について次に記す条件で焼付試験を
行ない、シュー試験片や相手材が焼付きに至った荷重を
求め、この焼付荷重の大小により耐焼付性を評価した。

焼付試験は、（１）滑り速度:15m/secで一定、（２）荷
重20kgf/cm²より20kgf/cm²ずつ斬増（各荷重段階は30分
間継続）、（３）潤滑SAE30を滴下、（４）相手材は、
材質がFC23で、真円度１μｍ以下、表面あらさ1.2〜2.0
Sのディスク、（５）シュー試験片、実施例により製作
した試験片で、その表面あらさを1.9〜3.5Sとした。

（各実施例の試験結果）第１図に耐摩耗性試験と耐焼付性試験の試験結果を表示
した。第１図に示すように耐摩耗性試験及び耐焼付性試
験の双方とも、実施例１〜８の方が、良好であった。即
ち耐摩耗性試験においては、特に実施例１〜８の試験片
の摩耗痕巾は0.8〜2.0mm程度であり、極めて少なかっ
た。又実施例１〜８の試験片の焼付荷重は138〜180kgf/
cm²程度であり、大きかった。

以上のことから、実施例のなかでも、特に実施例１〜８
が耐摩耗性及び耐焼付性の双方に優れていることがわか
る。従って、耐摩耗性及び耐焼付性の双方を向上させる
ためには、硬質粒子の割合は、銅系焼結体全体を100重
量％としたとき、10〜70％程度が望ましいことがわか
る。又、耐摩耗性を向上させるためには、硬質粒子の硬
さは、Hv250（実施例７）程度よりも Hv490（実施例５）や、Hv550実施例（１〜４）程度が望
ましいことがわかる。

［比較例］この比較例は、Cu−8Sn合金分と潤滑剤0.5％とを混合し
た混合体を成形型で圧縮成形して圧粉体を形成し、その
圧粉体を770℃でアンモニア分解ガス中で焼結したもの
である。

この比較例では、第１図に示すように、摩耗痕巾は12.2
mmであり、実施例１に比してかなり大きかった。又焼付
荷重は40kgf/cm²であり、実施例１に比してかなり小さ
かった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各実施例及び比較例の試験結果を示すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−112209（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−76910（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−14804（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−169064（ＪＰ，Ａ) 特公昭45−17042（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭44−19015（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭37−15451（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭56−36694（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅系金属粉末と鉄系の硬質粒子との混合体
を焼結して得られる、該銅系金属を主体とするマトリッ
クスと該マトリックスに分散された該硬質粒子とから構
成される銅系焼結体であり、前記硬質粒子の割合は、前記銅系焼結体全体を100重量
％としたとき、10〜70重量％であり、かつ前記硬質粒子は、Hv200以上の硬さをもち、硬質粒
子全体を100重量％としたとき重量％で、クロム、モリ
ブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、コバル
ト、リン、マンガンのうちの１種又は２種以上0.2〜66
％、炭素0.2〜3.0％、不可避の不純物、残部鉄の組成を
もつことを特徴とする銅系焼結体。
【請求項２】硬質粒子は、硬質粒子全体を100重量％と
したとき、重量％で、クロム0.5〜25％、モリブデン0.3
〜7.0％、タングステン0.5〜25％、バナジウム0.2〜6.0
％、ニオブ0.05〜３％のうち１種又は２種以上を含む特
許請求の範囲第１項記載の銅系焼結体。
【請求項３】硬質粒子は、硬質粒子全体を100重量％と
したとき、重量％で、クロム0.5〜25％、モリブデン0.3
〜7.0％、タングステン0.5〜25％、バナジウム0.2〜6.0
％、ニオブ0.05〜３％、コバルト2.0〜20％、リン0.1〜
0.8％、マンガン1.2％以下を含む特許請求の範囲第１項
記載の銅系焼結体。
【請求項４】硬質粒子は、平均粒径が５〜150μｍであ
る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の銅
系焼結体。
【請求項５】マトリックスはスズを含み、マトリックス
全体を100重量％としたときにスズ１〜10重量％である
特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の銅系
焼結体。
【請求項６】マトリックス鉛、黒鉛のうち１種又は２種
を含む特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載
の銅系焼結体。