專(zhuān)利名稱(chēng)：銅類(lèi)滑動(dòng)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐燒粘性良好的適合于內(nèi)燃機(jī)的增壓器的銅類(lèi)滑動(dòng)材料。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，要求適用于內(nèi)燃機(jī)用增壓器的向心軸承具有耐蝕性和耐磨損性，作為向心軸承的材料，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示，采用以Cu、Zn、Al、Mn-Si類(lèi)化合物為主要成分的銅合金。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)I所掲示的技術(shù)中，在黃銅基底中呈針狀晶析而成的晶析型Mn-Si類(lèi)化合物(以下稱(chēng)為“針狀Mn-Si類(lèi)化合物”)沿旋轉(zhuǎn)軸的軸向伸長(zhǎng)分散，從而可獲得向心軸承的耐磨損性提高的效果。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)2003-42145號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，即使像專(zhuān)利文獻(xiàn)I所掲示的技術(shù)那樣，針狀Mn-Si類(lèi)化合物沿旋轉(zhuǎn)軸的軸向伸長(zhǎng)分散，如果存在尺寸(長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度)過(guò)大的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的粒子，雖然耐磨損性提高，但是滑動(dòng)中針狀Mn-Si類(lèi)化合物從滑動(dòng)面脫落吋，可能會(huì)損傷軸承表面和軸表面，最終導(dǎo)致燒粘。另ー方面，如果針狀Mn-Si類(lèi)化合物的全部粒子的尺寸(長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度)過(guò)小，則無(wú)法確保足夠的耐磨損性。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的發(fā)明，其目的在于提供通過(guò)控制在黃銅組織中晶析的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的分散狀態(tài)而具有良好的耐燒粘性的銅類(lèi)滑動(dòng)材料。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第I項(xiàng)的發(fā)明是由在黃銅組織中分散有Mn-Si類(lèi)化合物的黃銅形成的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在于，所述Mn-Si類(lèi)化合物包含長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的粒子，該針狀Mn-Si類(lèi)化合物的總數(shù)的50%以上由多個(gè)小粒子構(gòu)成。第2項(xiàng)的發(fā)明是如第I項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在于，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料中的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物全部由多個(gè)小粒子構(gòu)成。第3項(xiàng)的發(fā)明是如第I項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在干，構(gòu)成所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料中的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的所述小粒子的總數(shù)的70%以上滿(mǎn)足如下條件相對(duì)于所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向，所述小粒子的長(zhǎng)度在45ii m以下。第4項(xiàng)的發(fā)明是如第I項(xiàng) 第3項(xiàng)中的任ー項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在干，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料包含3 50體積％的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 ii m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物。第5項(xiàng)的發(fā)明是如第I項(xiàng) 第4項(xiàng)中的任ー項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在干，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料由20 45質(zhì)量％的Zn、0. 3 2. 0質(zhì)量％的S1、1. 0 6. 0質(zhì)量％的Mn、其余部分的Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。第6項(xiàng)的發(fā)明是如第I項(xiàng) 第5項(xiàng)中的任ー項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在干，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Fe、Al、N1、Sn、Cr、T1、Mo、Co、Zr、Sb的至少1種以上。第7項(xiàng)的發(fā)明是如第1項(xiàng) 第6項(xiàng)中的任一項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其特征在于，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Pb、Bi的至少1種以上。第1項(xiàng)的發(fā)明在黃銅組織中作為Mn-Si類(lèi)化合物分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物，該針狀Mn-Si類(lèi)化合物是有利于耐磨損性提高的化合物。特別是如果針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上，則可獲得耐磨損性提高的效果。該針狀Mn-Si類(lèi)化合物是鑄造時(shí)Mn和Si以針狀粒子的形態(tài)在黃銅組織中晶析而形成的化合物。此外，第1項(xiàng)的發(fā)明中，針狀Mn-Si類(lèi)化合物由多個(gè)小粒子構(gòu)成，這多個(gè)小粒子是通過(guò)將分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料以受控的加工率進(jìn)行塑性加工來(lái)切斷針狀Mn-Si類(lèi)化合物而形成的小粒子。另外，如圖1所示，第I項(xiàng)的發(fā)明的在黃銅組織2中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的銅類(lèi)滑動(dòng)材料I中，長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 ii m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的總數(shù)的50%以上由多個(gè)小粒子4構(gòu)成，從而即使針狀Mn-Si類(lèi)化合物3在滑動(dòng)中脫落，也是構(gòu)成針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的小粒子4脫落，對(duì)軸和軸承造成損傷的粗大的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3脫落的頻率降低，因此不易燒粘。此外，如圖2所示，在黃銅組織2中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的銅類(lèi)滑動(dòng)材料I中，即使不僅包含長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 ii m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3，還包含長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度低于50 ii m的Mn-Si類(lèi)化合物5，滑動(dòng)中脫落時(shí)也不會(huì)形成有害的異物，因此不會(huì)影響耐燒粘性。此外，較好是構(gòu)成針狀Mn-Si類(lèi)化合物的小粒子之間的間隙在5 iim以下。如果該小粒子之間的表面間距離在5 以下，則在滑動(dòng)中小粒子不易脫落，可長(zhǎng)時(shí)間維持針狀Mn-Si類(lèi)化合物的形態(tài)。此外，對(duì)分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料進(jìn)行塑性加工時(shí)，針狀Mn-Si類(lèi)化合物主要沿相對(duì)于長(zhǎng)軸方向垂直的方向被切斷，但也允許沿相對(duì)于長(zhǎng)軸方向平行的方向被切斷。此外，將分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料用作軸承的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)只要至少在距離軸承表面lOOym的深度以?xún)?nèi)的區(qū)域內(nèi)形成本發(fā)明的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的形態(tài)，就可獲得與上述同樣的效果。此外，對(duì)在黃銅組織中晶析的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的分散狀態(tài)的控制方法進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于針狀Mn-Si類(lèi)化合物的尺寸，可通過(guò)鑄造時(shí)的條件使長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50以上。另外，如果在鑄造后將坯以受控的加工率擠出加工成規(guī)定形狀的棒狀，則可將針狀Mn-Si類(lèi)化合物切斷成多個(gè)小粒子。如圖3所示，這是因?yàn)檫M(jìn)行在黃銅組織2中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的銅類(lèi)滑動(dòng)材料I的擠出加工時(shí)，相對(duì)于黃銅組織2的塑性變形量A，針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的塑性變形量B更小。但是，分散于銅類(lèi)滑動(dòng)材料中的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度低于50 ii m的Mn-Si類(lèi)化合物可不被切斷。此外，如果是拉伸加工、鍛造加工等使鑄件內(nèi)部發(fā)生塑性變形的加工法，通過(guò)控制其加工率，可形成本發(fā)明的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的形態(tài)，因此并不限于擠出加工。如圖4所示，第2項(xiàng)的發(fā)明的在黃銅組織2中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物3的銅類(lèi)滑動(dòng)材料I中，長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3全部由多個(gè)小粒子4構(gòu)成，從而即使針狀Mn-Si類(lèi)化合物3在滑動(dòng)中脫落，也不會(huì)包含不由多個(gè)小粒子4構(gòu)成的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 u m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3，對(duì)軸和軸承造成損傷的粗大的針狀Mn-Si類(lèi)化合物3脫落的頻率進(jìn)一歩降低，因此更不易燒粘。第3項(xiàng)的發(fā)明的在黃銅組織中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料中，構(gòu)成長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的小粒子的總數(shù)的70%以上滿(mǎn)足如下條件相對(duì)于長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 u m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向，小粒子的長(zhǎng)度在45 y m以下，從而即使針狀Mn-Si類(lèi)化合物在滑動(dòng)中脫落，也是相對(duì)于針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在45 y m以下的小粒子脫落，對(duì)軸和軸承造成損傷的粗大的針狀Mn-Si類(lèi)化合物脫落的頻率進(jìn)一歩降低，因此更不易燒粘。第4項(xiàng)的發(fā)明的在黃銅組織中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料中，包含3 50體積％的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物，從而耐磨損性良好。如果長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物超過(guò)50體積％，則呈黃銅組織中針狀Mn-Si類(lèi)化合物過(guò)量晶析的狀態(tài)，材料變得過(guò)硬。另ー方面，如果長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物少于3體積％，則耐磨損性提高的效果不足。第5項(xiàng)的發(fā)明的銅類(lèi)滑動(dòng)材料由20 45質(zhì)量％的Zn、0. 3 2. 0質(zhì)量％的S1、1. 0 6. 0質(zhì)量％的Mn、其余部分的Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。Zn是有利于耐腐蝕性的元素，使其含量為20 45質(zhì)量％。Zn少于20質(zhì)量％時(shí)，高溫環(huán)境下的耐腐蝕性不足；如果超過(guò)45質(zhì)量％，則材料變得過(guò)硬。更好是Zn的含量在28 40質(zhì)量％的范圍內(nèi)。Si是與Mn反應(yīng)而形成有利于滑動(dòng)特性提高的Mn-Si類(lèi)化合物的元素，使其含量為0. 3 2. 0質(zhì)量％。Si少于0. 3質(zhì)量％吋，Mn-Si類(lèi)化合物的形成量少，因此滑動(dòng)特性提高的效果不足；如果超過(guò)2. 0質(zhì)量％，則材料變得過(guò)硬。更好是Si的含量在0. 6 1. 2質(zhì)量％的范圍內(nèi)。 Mn是與Si反應(yīng)而形成有利于滑動(dòng)特性提高的Mn-Si類(lèi)化合物的元素，使其含量為1. 0 6. 0質(zhì)量％。Mn少于1. 0質(zhì)量％吋，Mn-Si類(lèi)化合物的形成量少，因此滑動(dòng)特性提高的效果不足；如果超過(guò)6. 0質(zhì)量％，則材料變得過(guò)硬。更好是Mn的含量在2. 0 4. 0質(zhì)量％的范圍內(nèi)。可以像第6項(xiàng)的發(fā)明那樣，銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Fe、Al、N1、Sn、Cr、T1、Mo、Co、Zr、Sb的至少I(mǎi)種以上。這些元素是有利于銅類(lèi)滑動(dòng)材料的母體的強(qiáng)化的元素,少于0.1質(zhì)量％時(shí)，材料變軟；如果超過(guò)質(zhì)量5%，則材料變得過(guò)硬。此外，這些元素有時(shí)與Mn或Si結(jié)合而形成化合物。本發(fā)明的針狀Mn-Si類(lèi)化合物可以是與上述元素的化合物?？梢韵竦?項(xiàng)的發(fā)明那樣，銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Pb、Bi的至少I(mǎi)種以上。這些元素是有利于潤(rùn)滑性提高的元素，少于0.1質(zhì)量％吋，潤(rùn)滑性提高的效果不足；如果超過(guò)5質(zhì)量％，則材料變得過(guò)硬。


圖1是表示在黃銅組織中晶析的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 ii m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物由多個(gè)小粒子構(gòu)成的銅類(lèi)滑動(dòng)材料的示意圖。圖2是表示在黃銅組織中包含長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度低于50 ii m的Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料的示意圖。
圖3是用于對(duì)銅類(lèi)滑動(dòng)材料的擠出加工時(shí)由針狀Mn-Si類(lèi)化合物的切斷導(dǎo)致多個(gè)小粒子的形成進(jìn)行說(shuō)明的圖。圖4是表示在黃銅組織中晶析的針狀Mn-Si類(lèi)化合物全部由多個(gè)小粒子構(gòu)成的銅類(lèi)滑動(dòng)材料的示意圖。
具體實(shí)施例方式作為使用本實(shí)施方式的分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料的實(shí)施例和比較例的制作方法，首先以規(guī)定的化學(xué)組成進(jìn)行鑄造，使針狀Mn-Si類(lèi)化合物在銅類(lèi)滑動(dòng)材料中結(jié)晶析出。該銅合金鑄件接著實(shí)施擠出加工、拉伸加工或鍛造加工。此外，通過(guò)控制鑄造時(shí)的冷卻溫度、熱加工時(shí)的加工率，來(lái)控制針狀Mn-Si類(lèi)化合物的分散狀態(tài)。特別是實(shí)施例中，為了使大量針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度生長(zhǎng)至50 以上而將鑄件淬火使其凝固后，通過(guò)使熱加工時(shí)的加工率比以往更高，從而使長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物切斷成多個(gè)小粒子。此外，比較例中，與實(shí)施例同樣為了使大量針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度生長(zhǎng)至50 以上而將鑄件淬火使其凝固后，通過(guò)使熱加工時(shí)的加工率比以往更低，從而使長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物不會(huì)切斷成多個(gè)小粒子。對(duì)于上述的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的分散狀態(tài)，在銅類(lèi)滑動(dòng)材料中，以500倍拍攝從相對(duì)于擠出方向、拉伸方向、鍛造方向垂直的方向觀察到的截面的組成圖像，根據(jù)所得的組成圖像使用通常的圖像分析方法(分析軟件Image-Pix)PlUS(4.5版)；普蘭內(nèi)特龍株式會(huì)社((株)7 9才、卜口 >)制)等進(jìn)行了測(cè)定。對(duì)于使用本實(shí)施方式的分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物的銅類(lèi)滑動(dòng)材料的實(shí)施例A、B和比較例A，進(jìn)行了使用軸承試驗(yàn)機(jī)的磨損試驗(yàn)。表I中示出磨損試驗(yàn)條件。表2中示出實(shí)施例A、B和比較例A的化學(xué)組成、與針狀Mn-Si類(lèi)化合物的分散狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)和磨損量。表2所示的“針狀粒子的長(zhǎng)徑的平均”表示長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的最大費(fèi)雷特直徑的平均值。此外，對(duì)于“針狀粒子的體積％”，由于銅類(lèi)滑動(dòng)材料的表面和內(nèi)部處于同等的分散狀態(tài)，因此測(cè)定長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物相對(duì)于觀察視野的面積％，示出其測(cè)定結(jié)果。此外，對(duì)于“被切斷的針狀粒子的個(gè)數(shù)比例”，測(cè)定位于觀察視野內(nèi)的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的總數(shù)中被切斷成多個(gè)小粒子的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的比例，示出其測(cè)定結(jié)果。此外，“磨損量”是指測(cè)定磨損試驗(yàn)前后的試驗(yàn)片的厚度并由磨損試驗(yàn)前后的差算出的值。[表 I]
權(quán)利要求
1.銅類(lèi)滑動(dòng)材料，由在黃銅組織中分散有Mn-Si類(lèi)化合物的黃銅形成，其中， 所述Mn-Si類(lèi)化合物包含長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的粒子，該針狀Mn-Si類(lèi)化合物的總數(shù)的50%以上由多個(gè)小粒子構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料中的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物全部由多個(gè)小粒子構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，構(gòu)成所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料中的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 y m以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的所述小粒子的總數(shù)的70%以上滿(mǎn)足如下條件所述小粒子相對(duì)于所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物的長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在45iim以下。
4.如權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料包含3 50體積％的所述長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50 iim以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料由20 45質(zhì)量％的Zn、0. 3 2. 0質(zhì)量％的S1、1. 0 6. 0質(zhì)量％的Mn、其余部分的Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Fe、Al、N1、Sn、Cr、T1、Mo、Co、Zr、Sb的至少I(mǎi)種以上。
7.如權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)所述的銅類(lèi)滑動(dòng)材料，其中，所述銅類(lèi)滑動(dòng)材料還以總量的0.1 5質(zhì)量％含有選自Pb、Bi的至少I(mǎi)種以上。
全文摘要
在黃銅組織(2)中分散有針狀Mn-Si類(lèi)化合物(3)的銅類(lèi)滑動(dòng)材料(1)中，長(zhǎng)軸方向的長(zhǎng)度在50μm以上的針狀Mn-Si類(lèi)化合物(3)的總數(shù)的50％以上由多個(gè)小粒子(4)構(gòu)成，從而即使針狀Mn-Si類(lèi)化合物(3)在滑動(dòng)中脫落，也是構(gòu)成針狀Mn-Si類(lèi)化合物(3)的小粒子(4)脫落，對(duì)軸和軸承造成損傷的粗大的針狀Mn-Si類(lèi)化合物(3)脫落的頻率降低，因此不易燒粘。
文檔編號(hào)C22C32/00GK103031465SQ20121037544
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月6日
發(fā)明者戶(hù)田和昭, 栗本覺(jué) 申請(qǐng)人:大同金屬工業(yè)株式會(huì)社