铜-铝复合材料的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种能够发挥铜合金和铝合金的性能，并具有优良耐磨性和耐发热胶着性的复合材料。通过喷镀，可以制成一种由至少含有未熔化相的铜或第１铜合金（例如Ｃｕ－Ｐｂ合金）和至少含有熔化相的铝或第１铝合金（例如Ａｌ－Ｓｉ合金）构成的铜－铝复合材料。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及喷镀的铜-铝复合材料及其制造方法。本专利技术涉及的
包括复合材料、喷镀技术、铝合金滑动材料和铜合金滑动材料等。
技术介绍
作为金属类复合材料，人们主要研究由金属与陶瓷形成的复合材料，这类材料的制造方法例如有将铜粉和Al2O3粉等的混合粉末加压成形，然后将其烧结的方法(日本专利No.2854916)；用铝合金熔体浸渍陶瓷碳的方法(日本专利No.2846635)等。作为一种具有金属-金属复合组织的滑动层，例如可以使用金属包壳材料。关于喷镀技术，在日本金属学会报(Materia Japan)Vol.33(1994)，No.3，P268-275中，以“喷镀技术的最新进展”为题作了阐述，同时说明了金属-陶瓷类复合材料的制造方法。另外，在《摩擦学》(Tribologist)Vol.41(1996)，No.11，P19～24中也阐述了喷镀技术。作为属于本专利技术所指的铜-铝复合材料的例子，在特开平9-122955号中公开了一种滑动轴承，该轴承通过将一种含有白铜合金(white metal)并具有一定硬度的软质层分散于铝合金的基材中而制成。这种复合材料的制造方法包含五个工序，即工序1-准备一种由具有金属衬底的铝合金材料构成的平板；工序2-在该平板的正面贴合一层厚度为50～100μm的Sn、Pb或白铜合金的软质材料；工序3-在已贴合了软质材料的上述平板表面上用激光进行局部照射以使该软质材料熔渗入合金内部；工序4-将上述平板弯曲成半圆筒状；工序5-对上述激光喷镀面进行机械加工和精加工，然后对上述软质材料进行磨削，以使其内部的铝合金和软质合金层的复合层暴露出来。作为具有耐磨性和耐发热胶着性等性质的铝合金类滑动材料，迄今已知有如下的物质。(a)Al-Si类熔炼合金(铝硅合金)，该合金利用共晶Si或初晶Si的耐磨性。在该合金中的Si含量一般为3～18％，可以通过锻造或铸造等将其加工成毛坯形状。(b)在对铝合金板进行轧制加工和热处理的过程中，合金中的Si粒子、Fe粒子等的硬质粒子变成球状(本申请人的德国专利No.3249133)。在该合金中，球状的Si能使配对的轴变得容易磨合，因此使其具有优良的耐发热胶着性。(c)一种具有优良的耐疲劳性的铝合金，该合金通过向Al-Sn类合金中添加少量的Cr来防止Sn相的粗大化，从而提高了其耐疲劳性(本申请人的美国专利US 4153756)。(d)使用急冷凝固粉末的粉末冶金合金(例如日本专利公报No.2535789)。在该公报中记载的方法是将一种含有15～30重量％Si的铝合金熔体急冷凝固而获得合金粉末，然后通过对该合金粉末进行热压并接着进行热冲压，将其制成一种耐磨性优良、机械强度大、重量轻、热膨胀系数低的滑动材料。在上述(a)～(c)的合金中，Si合金如果超过20％，就会导致铸造和锻造等方面的加工困难。因此，这些合金的耐磨性受到Si含量的制约。上述(d)的合金虽然可以含有较多量的Si，但是，由于必须采用热压或热冲压等的成形方法，因此，要用其制造例如内燃机的主轴承用半球形金属(本文一般称为“金属”)等部件在事实上是不可能的。在铜合金中，特别是作为滑动合金，多数采用通过添加Pb来改善耐粘着性和耐发热胶着性的Cu-Pb类合金。由于铜合金的耐磨性不够好，因此，已知可以采用例如象本申请人在其美国专利US 5,326,384中公开的采取添加Fe2P等硬质物，然后进行烧结的方法，但是，由于添加了硬质物，因此不可避免地导致其磨合性劣化。喷镀铜合金的滑动材料的技术已在本申请人等的国际公开公报WO95/25224中公开，同时在该公报中还公开了铜-硬质物类的复合材料。在该公报中公开的喷镀技术据说可以使Cu-Pb合金的一部分组织，特别是Pb组织不熔化，因此其中的Pb相不会变粗，从而可以提高其滑动特性，但是要使铜喷镀合金硬化并借此提高其耐磨性性是困难的。也就是说，铜合金的硬化一般主要是通过对合金进行轧制、拉制等的加工，利用析出硬化作用来达到，但是，由于喷镀合金的组成基本上是铸造合金的组成，因此要通过调整组成来使其硬化是困难的。过去已知采用喷镀技术可以制造金属-陶瓷类复合材料，但是却不能制造金属-金属类复合材料例如Cu-Pb合金和Al-Si合金复合材料。如果通过喷镀来使这两种合金完全熔合，则会生成非常脆的Cu-Si合金，不能获得实用的材料，但是，本专利技术者们从喷镀条件着手，成功地获得了铜-铝复合材料。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种耐磨性和耐发热胶着性优良的铜-铝复合材料及其制造方法。也就是说，本专利技术的第一方面是提供一种喷镀铜-铝复合材料，该复合材料含有至少具有未熔化相的铜或第1铜合金和至少具有熔化相的铝或第1铝合金。为了制备铜或铜合金(在该段文字中统称为“铜合金”)与铝或铝合金(在该段文字中统称为“铝合金”)的复合材料，必须将这些合金的一部分熔化以使其起粘合剂的作用。从另一方面考虑，例如在Cu-Pb合金中的Pb和在Al-Si合金中的Si都会损害另一方合金基质的特性，从而不能成为有用的复合材料，因此必须避免铜合金和铝合金的完全熔化。在本专利技术中，如能至少使铝合金熔化，就能使其起到粘合剂的效果，从而可用于形成复合材料。也就是说，铜和铝二者是具有良好相溶性的物质，因此适宜用于相互结合。本专利技术的第二方面是提供一种铜-铝复合材料的制造方法，其特征在于，将铜或铜合金粉末与铝或铝合金粉末在保持这些粉末的一部分熔化而其余部分不熔化的条件下进行喷镀。(A)喷镀的复合材料下面说明通过将铜合金与铝合金复合来制备本专利技术中所说复合材料的实施方案。该复合材料可以通过喷镀法来制得。喷镀的一般倾向包括(a)和(b)两种情况(a)在铜合金粉末与铝合金粉末的平均粒径相等时，只有铝合金粉末熔化；(b)当铝合金粉末的平均粒径比铜合金粉末大得多时，前者与后者均熔化。利用这种倾向，使铝合金粉末的至少一部分熔化，而使其余粉末实质上维持固体的性质，如此便能制得铜-铝复合材料。铝合金的耐磨性优于铜合金，而且多数铝合金在铸造状态下都具有优良的耐磨性，因此，不让铝合金与铜合金发生全面的合金化而是使其复合化，就可使复合材料整体的耐磨性优于铜合金。从这方面考虑，铜合金与铝合金的重量比例优选是前者占75～30％，余量为后者。在本专利技术中，所谓“熔化相”是指在该铜-铝复合材料的喷镀过程中熔化的组织。也就是说，虽然几乎所有金属材料在制造时都经历熔化过程，但此处的“熔化相”具体地是指在喷镀时的熔化-凝固状态。(B)对铜合金和铝合金的一般说明在本专利技术中所说的铜合金和铝合金包括所有能够喷镀的合金。但是，优选要考虑到以下事项。金属的调质状态大致上可分为铸造状态、轧制状态和拉制状态等的加工状态，喷镀合金属于上述的铸造状态，因此，青铜、铅青铜、磷青铜等的铸造铜合金都是本专利技术的优选对象。另一方面，用于电器设备中的锻制铜产品是加工状态的合金，它们虽然可以喷镀，但是不能发挥其固有的性能。同样，锻制的铝合金也被从本专利技术中排除，而耐磨性优良的Al-Si类铸造合金等的铸造铝合金则成为本专利技术的优选对象。另外，本专利技术的第1铜合金和第1铝合金分别包括第2铜合金和第2铝合金，它们是在喷镀时部分地混入其他成分并熔合在一起而形成的。也就是说，本专利技术的复合材料虽然排除铜合金和铝合金全面地熔合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜－铝复合材料的制造方法，其特征在于，将铜或铜合金粉末与铝或铝合金粉末，在保持这些粉末中的一部分熔化而其余部分不熔化的条件下进行喷镀。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：富川贵志，山田丰和，
申请(专利权)人：大丰工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]