不含Ｐｂ的铜合金滑动材料和滑动轴承制造技术

本发明专利技术提供不含Ｐｂ的铜合金滑动材料，其含有１．０～１５．０％的Ｓｎ、０．５～１５．０％的Ｂｉ和０．０５～５．０％的Ａｇ，Ａｇ和Ｂｉ形成Ａｇ－Ｂｉ共晶，即使不含Ｐｂ也达到与含Ｐｂ材料同等的特性，且摩擦系数稳定。根据需要也可含有０．１～５．０％的Ｎｉ、０．０２～０．２％的Ｐ、和／或０．５～３０．０％的Ｚｎ中的至少１种、以质量百分率计１．０～１０．０％平均粒径为１．５～７０μｍ的Ｆｅ↓［３］Ｐ、Ｆｅ↓［２］Ｐ、ＦｅＢ、ＮｉＢ和／或ＡｌＮ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及不含Pb的铜合金滑动材料，更详细而言，本专利技术涉及 Cu-Sn-Bi类滑动材料和滑动轴承。
技术介绍
铸件用Cu-Sn-Pb系合金通过JISH2207进行了标准化，作为将同一 组成的Cu-Sn-Pb系烧结合金粘结于里衬金属得到的所谓双金属轴承， 正在用作太阳轮、液压泵、输送装置、端轴承、小齿轮等自动变速机 (Automatic Transmission)的衬套。在这种铜合金中，Pb作为4氐熔点二次 相分散，作为润滑成分起作用。另夕卜，Pb降低了铜合金整体的硬度，提 高了亲和性。其结果是铜合金的耐热胶着性变得良好。专利文献1:日本特开2001-107106号公报提出了将下述烧结铜合 金进行双金属化得到的轴承，所述烧结铜合金是在以重量°/。计含有0.4 % 以下的P和12%以下的Sn作为必须元素、含有10。/。以下的Ni、 5%以下 的Ag、 5%以下的Pb和5%以下的Bi作为任意元素的铜合金中，分散作 为硬质粒子的Mo和/或W得到的合金。该专利文献描述，Bi、 Pb提高 了亲和性，Ag提高了耐腐蚀性和强度，只要Ag固溶于铜(Cu)即发挥这 样的效果。专利文献2:日本特开2005-350722号公报的目的在于，在燃料喷 射泵中使用的不含Pb的Cu-Bi-硬质物粒子系烧结合金中，通过使Bi相 粒子比硬质物粒子微细，达到与含Pb铜合金同等的滑动特性。专利文献3:日本特许第3560723号(日本特愿平8-57874号)的滑动 轴承铜合金涉及不含Pb的铜合金滑动材料，其将Ag、 Sn、 Sb、 In、 Mn、 Fe、 Bi、 Zn、 Ni和/或Cr(其中除去仅Ag和Sn的组合)固溶于Cu基质中， 尤其将Ag非平衡地固溶，它们的二次相实质上并未形成。在该铜合金 中，虽然Pb等软质二次相不存在，即所谓不含Pb,但由于特定固溶元 素如Ag和Bi在滑动中浓缩于铜合金表面，形成了耐热胶着性优异的物 质，所以可得到与含Pb铜合金相当的特性。从Cu-Bi的2元状态图来看，Cu和Bi可几乎没有固溶限地在液相下相互溶合，但在固相下分离成2相。因此，在将Bi固溶于铜合金中 时，在通过急冷凝固制备Cu-Bi粉末时，需要将Cu、 Bi从熔解状态非 常迅速地冷却，且其速度必须快于工业上可能的速度。专利文献1:日本特开2001-107106号7>4艮专利文献2:日本特开3005-350722号公报专利文献3:日本特许第3560723号
技术实现思路
专利文献l的铜合金的目的并非特别在于不含Pb。其中，作为任意 成分若不选择Pb而选择Bi,虽然形成了不含Pb的Cu-Bi组成，但尤其 对于Bi相的亲和性劣于Pb等没有任何描述。对于Bi作为软质二次相分散的专利文献2中提出的不含Pb的Cu-Bi 系合金，由于Bi的摩擦系数高于Pb,所以在高温下达到与含Pb的Cu-Sn 系合金相当的滑动特性是困难的，对于该问题设想通过Bi相的微细化 来解决。但从亲和性本身的角度考虑，期望Bi相在一定程度上粗大。另一方面，专利文献3中提出的不含Pb的Cu-Bi-Ag系合金中，虽 然在一定程度的滑动后得到了稳定的滑动特性，但在刚制造后作为滑动 部件使用时也不存在软质二次相，因此存在滑动初期的摩擦系数高的问 题。因此，本专利技术的目的在于提供与Cu-Pb系铜合金具有同等的耐热胶 着性、且从滑动初期摩擦系数稳定的不含Pb的铜合金滑动材料和滑动 轴承。本专利技术的不含Pb的铜合金滑动材料的特征在于，以质量百分率计 含有1.0 15.0%的Sn、 0.5 15.0%的Bi和0.05 5.0%的Ag，剩余部分包 含Cu和不可避免的杂质，且Ag和Bi形成Ag-Bi共晶。以下详细i兌明 本专利技术。合金组成首先，说明本专利技术的铜合金的组成。S n是提高铜合金的强度、且提高对润滑油等中含有的腐蚀性成分尤 其是对含S有机化合物的耐腐蚀性的成分。当Sn含量小于1.0%(若无特 殊说明，百分率为质量％)时，这些效果小，另一方面当超过15.0%时， 生成Cu-Sn系金属间化合物，铜合金变脆，耐热胶着性劣化。优选的Sn含量为2.0~10.0%,更优选为2.0 6.0%。Bi在降低铜合金整体的硬度、提高亲和性的同时，通过抑制Cu对 对象轴的凝集性而提高耐热胶着性。当Bi的含量小于0.5%时，这些效 果小，另一方面当超过15.0%时，铜合金的强度降低，结果耐磨损性降 低。优选的Bi含量为2.0 10.0%,更优选为3.0 8.0%。Ag通过与Bi生成共晶，得到由上述Bi所致的低凝集性。当Ag含 量小于0.05%时，该效果小，另一方面当Ag含量超过5.0y。时，铜合金 的强度降低，耐磨损性劣化。优选的Ag含量为0.1 0.2%。上述成分的剩余部分为Cu和不可避免的杂质，尤其Pb为痕量以下。本专利技术的铜合金可进一步含有0.1 5.0%的Ni、 0.02~0.2%的P和 0.5 30.0%的Zn中的至少1种作为任意成分。Ni提高铜合金的强度、且提高对润滑油等的耐腐蚀性。当M含量 小于0.1%时，该效果小，当超过5.0%时，对对象材料的非凝集性降低。 优选的Ni含量为0.5 2.0%。P是在烧结中产生液相、在提高与里衬金属的附着性的同时提高材 料强度的成分。当P含量小于0.02%时，这些效果小，另一方面当超过 0.2%时，起因于Cu-P化合物的材料脆化显著。Zn是提高对润滑油的耐腐蚀性的成分。当Zn含量小于0.5%时，该 效果小，另一方面当超过30.0%时，材料强度降低，耐热胶着性、耐磨 损性降低。优选的Zn含量为1.0 30.0Q/(),更优选的Zn含量为15.0 20.0%。进一步地，本专利技术的铜合金可以制成添加了硬质粒子的复合材料。硬质粒子可以提高铜合金对磨料磨损的耐磨损性，从而抑制热胶 着。作为该硬质粒子，可以以质量百分率计向铜合金中添加平均粒径为 1.5~70|im的Fe3P、 Fe2P、 FeB、廳和A1N中的至少1种1.0 10.0%。这些硬质粒子尤其Fe3P作为硬质粒子硬度低，所以不会使切削性降 低，对对象轴的攻击性低且对铜合金的烧结性优异。当硬质粒子的平均粒径小于1.5pm时，由于硬质粒子进入Ag-Bi共 晶中，所以在滑动中容易从铜合金表面脱落。另一方面，当平均粒径超 过70]im时，硬质粒子磨损对象轴的所谓攻击性变大，其次，由于表面 粗糙度变得粗大的对象轴磨损铜合金本身，使铜合金的滑动特性劣化。 优选的平均粒径为10 50nm，更优选为15 40|am。另外，当硬质粒子的 添加量小于1.0%时，该效果小，另一方面当超过10.0%时，上述对象轴5攻击性变大，另外导致材料强度降低、与内衬金属的附着性降低。 合金组织对于本专利技术的铜合金组织，在任意成分、硬质粒子存在的情况下它们也是组织构成要素，但基本上由Cu基质和Ag-Bi共晶构成。更详细 而言，虽然在添加硬质粒子的情况下这些粒子本身分散，成为组织构成 元素，但必定形成Cu基质和Ag-Bi共晶。Cu基质在X射线衍射中检出 了 Cu结晶的衍射峰，与显微镜观察的Ag-Bi共晶的二次相是相区别的。Ag-Bi共晶具有Ag微细地分散在沿着Cu基质的晶界延伸的Bi相 中的形态。该共晶属于棒状共晶。Ag-Bi共晶中混合了微量的Cu和P。在本专利技术的Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
不含Ｐｂ的铜合金滑动材料，其特征在于，以质量百分率计含有１．０～１５．０％的Ｓｎ、０．５～１５．０％的Ｂｉ和０．０５～５．０％的Ａｇ，剩余部分包含Ｃｕ和不可避免的杂质，且前述Ａｇ和Ｂｉ形成Ａｇ－Ｂｉ共晶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-15 129615/20071.不含Pb的铜合金滑动材料，其特征在于，以质量百分率计含有1.0～15.0％的Sn、0.5～15.0％的Bi和0.05～5.0％的Ag，剩余部分包含Cu和不可避免的杂质，且前述Ag和Bi形成Ag-Bi共晶。2. 权利要求1所述的不含Pb的铜合金滑动材料，其特征在于，以质量百分率计，进一步含有0.1 5.0%的Ni、 0.02 0.2%的P和0,5 30.0%的Zn中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：横田裕美，向井亮，加藤慎一，滨口奈穗美，
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]