滑动构件及其制造方法技术

本发明专利技术提供含有Bi的铜合金层和基材的接合强度得到提高的滑动构件及其制造方法。本发明专利技术的滑动构件具有基材和铜合金层，铜合金层由含有4.0～25.0质量％的Bi的铜合金构成，具有Bi相分散于铜合金组织而成的组织，铜合金层的从与基材的接合界面到距离该接合界面为10μm的区域内Bi所占的体积率在2.0％以下。滑动材料通过将铜合金的熔液浇铸在基材上并使其单向凝固来制造。

Sliding member and its manufacturing method

The present invention provides a sliding member containing Bi whose bonding strength of the copper alloy layer and the base material is improved and a manufacturing method thereof. The sliding component of the present invention has a base material and a copper alloy layer. The copper alloy layer is composed of a copper alloy containing 4.0-25.0 mass% Bi and has a structure of Bi phase dispersed in the copper alloy structure. The volume ratio of Bi in the copper alloy layer from the interface between the base material and the area 10 microns away from the interface is less than 2.0%. Sliding materials are manufactured by casting the melt of copper alloys onto the substrate and solidifying it unilaterally.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】滑动构件及其制造方法
本专利技术涉及内燃机关用的滑动构件，具体而言，涉及在基材上设置具有Bi相分散于铜合金组织而成的组织的铜合金层而得的滑动构件。进一步，本专利技术也涉及滑动构件的制造方法。
技术介绍
作为内燃机关所用的滑动轴承、轴瓦、推力垫圈等各种滑动构件用的滑动材料，以往一直使用Cu-Sn-Pb类滑动合金。但是，鉴于Pb对环境的负面影响，试图实现无Pb化，为此提出了添加Bi以替代Pb的烧结铜合金。已知Bi分散在Cu合金基质中以形成软质的Bi相，提高非烧结性。例如日本专利特开2001-81523号公报(专利文献1)公开了在Cu-Sn合金中含有1～20质量％的Bi、0.1～10体积％的平均粒径为1～45μm的硬质颗粒的铜类滑动材料。软质的Bi相分散在Cu合金基质中，藉此可提高适应性、异物包埋性和非烧结性。进一步记载了通过在Bi相中混入硬质颗粒而耐磨耗性优良且非烧结性得到提高的同时、软质的Bi相作为缓冲以缓和对相应材料的冲击性。日本专利特开2012-207277号公报(专利文献2)公开了用于提供由连续烧结法制造的Cu合金层中的Bi粒的粗大化得到抑制且耐疲劳性和耐烧结性优良的铜类滑动构件的含有6～12质量％的Sn、11～30质量％的Bi、0.01～0.05质量％的P的铜类滑动材料。记载了通过使Cu合金层中含有的Bi和Sn的质量比值Bi/Sn＝1.7～3.4、Bi和P的质量比值Bi/P＝500～2100，烧结后的冷却工序中有Cu-Sn-P类化合物在Cu合金粉末中的Cu合金析出，藉此能够缓和Cu合金粉末中的Cu合金与液相的Bi的热收缩率的差异，Bi的液相停留在Cu合金粉末中而抑制Bi粒的粗大化，使得Bi粒可以60～350μm2的平均颗粒面积细微分散。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2001-81523号公报专利文献2：日本专利特开2012-207277号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题这种由含有Bi的铜合金构成的滑动材料可通过对基材上散布的铜合金粉末进行烧结来制造。这种情况下，Bi在1次烧结工序的升温过程中会熔融，在铜合金粉末彼此接合之前，Bi熔化并开始流动。1次烧结工序中先行熔化的Bi的一部分经由铜合金粉末之间的间隙而流动至与基材的界面，并在此聚集。因此，通过1次烧结工序，基材和铜合金层的接合界面处形成Bi浓度高的区域。即便进行之后的工序，1次烧结工序时形成的接合界面的Bi相也持续存在于接合界面而难以除去。Bi相为软质，强度小，因此Bi相聚集的接合界面附近的强度变小。然而，由于滑动构件的使用过程中应力反复作用于滑动构件表面，因此存在滑动表面发生疲劳龟裂的情况。形成的疲劳龟裂会向铜合金层的内部延伸，如果接合界面附近的强度小，则存在疲劳龟裂容易延伸至接合界面的倾向。近年来，伴随由发动机的高输出化、发动机的小型化引起的因轴承面积减少等造成的对轴承的负荷的增加，出现由疲劳龟裂的延伸导致的在初期发生滑动层局部脱落的问题。滑动层的脱落对滑动构件而言是致命损伤。因此，对于抑制发生这种初期滑动层脱落的滑动构件存在需求。本专利技术的目的在于提供能够抑制在基材上形成由含有Bi的铜合金构成的滑动层而得的滑动构件在使用中发生的疲劳龟裂的延伸的结构，藉此抑制发生初期的滑动层脱落。另外，本专利技术的目的在于提供该滑动构件的制造方法。解决技术问题所采用的技术方案如上所述，导致含Bi的铜合金层的接合界面附近的强度降低的主要原因在于接合界面附近存在的Bi。从而，本专利技术通过减少接合界面附近存在的Bi相，能够提高铜合金层的强度。本专利技术之一提供具有基材和接合至基材的铜合金层的滑动构件。铜合金层由含有4.0～25.0质量％的Bi的铜合金构成，该铜合金具有Bi相分散于铜合金组织而成的组织，铜合金层的从与基材的接合界面起为10μm为止的区域内Bi所占的体积率在3.0％以下。本专利技术中，通过减少铜合金层的从接合界面起为10μm为止的区域内Bi所占的体积率，使得与基材的接合界面附近的强度变大，滑动表面侧发生的疲劳龟裂不易延伸至接合界面。藉此可抑制滑动构件发生初期的铜合金层的局部脱落。根据一个具体例，Bi含量以质量％表示时，从接合界面起为10μm为止的区域内Bi相的体积率(％)是以体积率/Bi含量≦0.120的关系所表示的值。根据一个具体例，铜合金含有4.0～25.0质量％的Bi、总量在50.0质量％以下的选自Sn、Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上，剩余部分为铜和不可避免的杂质。铜合金可进一步包含总量在10体积％以下的MoS2和石墨中的任一者或这两者。根据一个具体例，滑动构件还可在铜合金层上具有覆层。根据一个具体例，基材的厚度为1.0～25.0mm，铜合金层的厚度为0.1～3.0mm。基材优选为亚共析钢、共析钢、过共析钢、铸铁、高速度钢、工具钢、奥氏体系不锈钢、铁氧体系不锈钢等铁类材料、或纯铜、磷青铜、黄铜、铬铜、铍铜、科森合金等铜类材料。本专利技术还提供制造上述滑动构件的方法。该方法包括：准备基材的步骤；将铜合金熔融的步骤；将熔融后的铜合金浇铸在基材的待接合的表面上的步骤；从与基材的待接合的表面相反侧的面用冷却剂将基材冷却以使铜合金单向凝固的步骤。根据一个具体例，该方法还包括在从所述浇铸起经过规定时间后减少冷却剂的供给量的步骤。根据一个具体例，冷却剂可以是水或油。根据一个具体例，准备基材的步骤包括将由一个或多个基材构成的圆筒形状体成形的步骤，浇铸步骤包括一边使该圆筒形状体绕圆筒形状的中心轴线旋转一边浇铸的步骤。本专利技术的滑动构件例如可以是滑动轴承等轴承，也可以是其他轴瓦、推力垫圈等滑动构件。以下，参照所附示意图对本专利技术及其众多优点进行详细说明。附图仅以例示的目的来表示非限定性的实施例。附图说明图1是本专利技术的滑动构件的一例的剖面示意图。图2是本专利技术的滑动构件的与基材的边界附近的铜合金层的剖面组织的示意图。图3是表示本专利技术的滑动构件的制造方法中的冷却工序的一例的图。图4是表示离心铸造法的示意图。图5是表示接合界面附近区域的Bi相的体积率/Bi含有量与疲劳部面积率的关系的图。具体实施方式图1简要表示本专利技术的滑动构件1的一例的剖面。滑动构件1在基材2上设置有铜合金层3。在图1中，铜合金层3直接设置在基材2上。基材2支承铜合金层3以确保滑动构件1的强度。其原材料可以是例如亚共析钢、共析钢、过共析钢、铸铁、高速度钢、工具钢、奥氏体系不锈钢、铁氧体系不锈钢等通常市售的铁类材料、或纯铜、磷青铜、黄铜、铬铜、铍铜、科森合金等铜类材料，也可以是其他材料。铜合金层3起到滑动层的作用，由相对于铜合金整体的质量含有4.0～25.0质量％的Bi的铜合金构成。铜合金除了Bi以外，还可含有总量在50.0质量％以下的选自Sn、Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上。进一步，铜合金可含有总量在10体积％以下的MoS2和石墨中的任一者或这两者。此外，还可分散有金属的硼化物、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物、金属间化合物等硬质颗粒。无意限定，铜合金例如可含有Bi4.0～25.0质量％、Sn12.0质量％以下、Zn40.0质量％以下、Al13.0质量％以下。滑动构件优选基材厚度为1.0～25.0mm，铜合金层的厚度为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.滑动构件，它是具有基材和与该基材接合的铜合金层的滑动构件，其特征在于，所述铜合金层由含有4.0～25.0质量％的Bi的铜合金构成，该铜合金具有Bi相分散于铜合金组织而成的组织，所述铜合金层的从与所述基材的接合界面到距离该接合界面10μm的区域内所述Bi相所占的体积率在3.0％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 JP 2016-1942721.滑动构件，它是具有基材和与该基材接合的铜合金层的滑动构件，其特征在于，所述铜合金层由含有4.0～25.0质量％的Bi的铜合金构成，该铜合金具有Bi相分散于铜合金组织而成的组织，所述铜合金层的从与所述基材的接合界面到距离该接合界面10μm的区域内所述Bi相所占的体积率在3.0％以下。2.如权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，Bi含量如果以质量％计，则所述Bi相的体积率满足体积率/Bi含量≦0.120。3.如权利要求1或2所述的滑动构件，其特征在于，所述铜合金含有4.0～25.0质量％的Bi、总量在50.0质量％以下的选自Sn、Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上，剩余部分为铜和不可避免的杂质。4.如权利要求1～3中任一项所述的滑动构件，其特征在于，所述铜合金还含有总量在10体积％以下的MoS2和石墨中的任一者或这两者。5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：户田和昭，
申请(专利权)人：大同金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP