(57)【要約】【解決手段】本発明は、基体材料を被覆するためのＳｎ含有耐久性材料組成物に関する。該材料組成物は、０．６〜９１重量％のＳｎ、７５〜９４重量％のＡｌ、０．７〜８２重量％のＣｕ、０〜２７重量％のＰｂ、６〜３０重量％のＳｂ、０〜２重量％のＺｎ、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量％のＩｎ、任意の硬化剤、固体潤滑剤、溶接助剤を含む。また、０．６〜８５重量％のＳｎ、７５〜９４重量％のＡｌ、０．７〜８２重量％のＣｕ、０〜２７重量％のＰｂ、６〜３０重量％のＳｂ、０〜２重量％のＺｎ、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量％のＩｎ、任意の硬化剤、固体潤滑剤、溶接助剤、および流動化剤、圧縮剤のような処理助剤からなる耐久性被膜を作製する方法も記載されている。本発明によれば、該組成物の導入材料を用意し、該導入材料をレーザー溶接装置に供給し、１層あるいは複数層の金属をレーザー溶接装置により基体金属上にレーザー溶接し、得られた耐久性被膜を必要に応じ研磨する。本発明は、基体金属である軸受け上の耐久性被膜としての該被膜の使用にも関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ    ０．６〜９１重量％、
Ａｌ    ７５〜９４重量％、
Ｃｕ    ０．７〜８２重量％、
Ｐｂ    ０〜２７重量％、
Ｓｂ    ６〜３０重量％、
Ｚｎ    ０〜２重量％、
Ｎｉ    ０〜１重量％、
Ａｓ    ０〜１重量％、
Ａｇ    ０〜０．２重量％、
Ｃｄ    ０〜１．２重量％、
Ｓｅ    ０〜０．１重量％、
Ｃｒ    ０〜０．２重量％、
Ｂｉ    ０〜２重量％、
Ｉｎ    ０〜５重量％、
任意に、硬化剤、固形潤滑剤、溶接助剤を有する、金属基体被覆用Ｓｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ４０〜９１重量％、
Ｃｕ    ３〜３０重量％、
Ｓｂ    ６〜３０重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項３】
請求項２に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ６１〜８３重量％、
Ｃｕ    ３〜９重量％、
Ｓｂ    １４重量％を超え３０重量％まで、
Ｚｎ    ０．１〜１重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項４】
請求項２に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ５６〜８５重量％、
Ｃｕ    ９重量％を超え３０重量％まで、
Ｓｂ    ６〜１４重量％
Ｚｎ    ０．１〜１重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項５】
請求項２に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ４０〜７７重量％、
Ｃｕ    ９重量％を超え３０重量％まで、
Ｓｂ    １４重量％を超え３０重量％まで、
Ｚｎ    ０．１〜１重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項６】
請求項２に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
ＳｎＳｂ７Ｃｕ７Ｚｎ０．８；ＳｎＳｂ７Ｃｕ１２Ｚｎ０．８；ＳｎＳｂ７Ｃｕ１８Ｚｎ０．８；ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．８；ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１２Ｚｎ０．８；ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１８Ｚｎ０．８からなる群から選ばれたＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項７】
請求項１に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ０．６〜２０重量％、
Ｃｕ    ５０〜８２重量％、
Ｐｂ    ０〜２７重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項８】
請求項７に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ０．６〜１１重量％、
Ｃｕ    ７８〜８２重量％、
Ｐｂ    ９〜２７重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項９】
請求項７に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４；ＣｕＰｂ１０Ｓｎ１０，ＣｕＰｂ１７Ｓｎ５，ＣｕＰｂ２５Ｓｎ４，ＣｕＰｂ２４Ｓｎ１からなる群から選ばれたＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、
Ｓｎ    ５〜２３重量％、
Ａｌ    ７５〜９４重量％、
Ｃｕ    ０．７〜２重量％、
Ｎｉ    ０．１〜１．５重量％
を有するＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、該組成物がＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｎ６Ｃｕからなる群から選ばれたものであることを特徴とするＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のＳｎ含有耐久性材料組成物において、該組成物が粉体形状、さらには圧縮粉体形状であることを特徴とするＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項１３】
Ｓｎ    ０．６〜８５重量％、
Ａｌ    ７５〜９４重量％、
Ｃｕ    ０．７〜８２重量％、
Ｐｂ    ０〜２７重量％、
Ｓｂ    ６〜３０重量％、
Ｚｎ    ０〜２重量％、
Ｎｉ    ０〜１重量％、
Ａｓ    ０〜１重量％、
Ａｇ    ０〜０．２重量％、
Ｃｄ    ０〜１．２重量％、
Ｓｅ    ０〜０．１重量％、
Ｃｒ    ０〜０．２重量％、
Ｂｉ    ０〜２重量％、
Ｉｎ    ０〜５重量％、
任意に、硬化剤、固形潤滑剤、溶接助剤、および流動化剤、圧縮剤のような処理助剤
を有する、前記請求項１〜１２のいずれかに記載の組成物からなる耐久性被膜の作製方法であって、
・上記組成物の出発材料を準備し、
・出発材料をレーザー溶接装置に導入し、
・金属基体上に、レーザー溶接装置を用いて１または２以上の金属層をレーザー溶接し、
・必要であれば、この方法で形成された耐久性被膜を仕上げ加工する
ことを含む、耐久性被膜の作製方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、レーザー溶接装置が、粉体式レーザー溶接装置およびワイヤー式レーザー溶接装置からなる群から選ばれたものであることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の方法において、レーザー溶接が保護ガス雰囲気中で行われることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法において、一層の厚さが０．０５から３ｍｍの層が適用されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記請求項のいずれかに記載の耐久性被膜の、金属基体である軸受け上の耐久性被膜としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基体を被覆するためのＳｎ（錫）含有耐久性材料組成物、金属基体上にＳｎ含有耐久性被膜を形成する方法、およびこの被膜の使用に関する。耐久性金属被膜は、円筒支持体の材料として形成される。このため特別な耐久性金属材料が用いられ、これらは円筒支持体（支持構造物）に適用される。耐久性金属材料としては、しばしばＳｎを主成分とするものが用いられており、この材料は良好な滑性、運行性、埋め込み性、および故障時安全性を有している。さらに、被膜が強い熱的ストレスを受ける、あるいは被膜の静的・動的ストレスが高い場合、すなわち衝突や衝撃を受ける軸受けに適用される場合には、さらにいくつかの元素が追加されなくてはならない。典型的な使用例は、回転部材を初めとして、コンプレッサー、ピストン、および伸縮機械中の高ストレス環境にある軸受けである。
【０００２】
以下において、用語「金属」は、個別の金属のほか金属合金および高含有率で金属を含む複合材料をも意味する。また、粉体状混合物、圧縮した粉体、複合材料は、金属混合物であると理解される。
【背景技術】
【０００３】
耐久性被膜を有する支持構造体は、少なくともその表面が金属あるいは金属合金から成っているため、耐久性被膜と支持構造体表面間には結合が形成されなければならない。一般に、金属層間の結合を形成するために、砂型鋳造、遠心鋳造、鋳型めっき、ロールめっき、ガルバニ被覆、はんだ付け、溶接など様々の方法が用いられる。これを行う際には、耐久性被覆材料がストレスに出来る限り耐える能力を持つよう、基体材料に十分に接合させることが重要である。金属支持構造体を被覆するため、錫含有層、例えば当業者に知られている、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ４３８１，ＵＮＩ  ４５１５，ＡＳＴＭ  Ｂ２３に準拠する、例えばＳｎＳｂ１２Ｃｕ６あるいは他の錫合金のような錫系鋳造合金、あるいは、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ４３８２に準拠する、例えばＣｕＰｂ２０Ｓｎ５あるいは他の銅合金のような銅系合金が用いられ、またＡｌＳｎ２０Ｃｕ１のようなアルミニウム系合金も用いられる。
【０００４】
これまで、耐久性被膜と金属支持体との間の金属結合を確保するために、耐久性被膜材の金属合金は狭い範囲のものが斟酌されてきた。そして、確立された全ての鉛非含有錫鋳造合金のＳｂ含有量は、これまで最大１４重量％に、またＣｕ含有量は最大９重量％に制限され、この方法でのみ、均一性を満足する微細結晶構造と、特に（剥離することのない）所望の結合が得られる。鋳造法による予め設定された限界によって、材料の開発が厳しく制限されることが余儀なくされていた。例えば、鋳造軸受けに適した鋳造用スズ合金は、最大９１重量％のＳｎ、最大１４重量％のＳｂ、最大９重量％のＣｕ、さらに任意に少量の割合の他の元素、例えばＣｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｅ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｉｎなどの材料からなっている。
【０００５】
結晶性を向上させるために、ＡｓあるいはＡｇのような改質元素が錫合金に添加されてきた。しかし、Ａｓは環境問題を引き起こし、Ａｇは高価である。適正な合金は、例えば、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．６Ａｇ０．１である。
【０００６】
耐久性金属被膜用の他の材料は、銅合金である。これは５０重量％を超えるＣｕ、２０重量％までのＳｎ、２７重量％までのＰｂからなり、様々な媒介物に対して耐久性があることを特徴とする。上記銅合金と上記錫鋳造合金は、その量は異なるものの、多くの同じ元素を含有し、両者の間には共通する領域が存在する。そのような耐久性被膜の金属として代表的なものを挙げると、ＣｕＰｂ１０Ｓｎ１０、ＣｕＰｂ２０Ｓｎ５である。
【０００７】
さらに、錫含有アルミニウム合金も耐久性被膜として用いられる。例えば、ＡｌＳｎ２０、ＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｎ６Ｃｕが軸受け製造に用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまで、金属層間の良好な結合を達成するために、密着性の観点から金属支持材の結合表面の前処理が必要であった。例えば、スチール、鋳造スチール、灰色鋳鉄、青銅のような金属基体と錫含有被膜材料との結合鋳造を行う場合、結合表面の腐食処理あるいは錫メッキを行うことが必要とされていた。これは、コストの上昇や環境汚染を引き起こすこととなる。処理法によって、あるいは材料の組み合わせによっては、さらに金属中間層を設けることも必要であり、これは労力の増加を引き起こしていた。
【０００９】
これまで、この種の被膜はほとんどが鋳造によるものであった。このような被膜材料を鋳造することは大きな労力を必要とする。これを行うためには正確な温度制御が必要であり、また、多くの場合、支持材料を塩化亜鉛のような強毒性腐食剤で前処理する必要があった。さらに、使用される合金は鋳造可能なものであり、かつ、支持構造物との間に分離やそのほかの分解現象を生じることなく適用できるものであることが必要である。鋳造工程においては、両層を一様な温度管理とすることにより高品質の結晶構造で、高い均一性および結合を生成させるため、支持構造物を定められた条件で加温し、しかも注入工程後に定められた条件で冷却する必要がある。錫含有金属層を形成した後、被膜に最終形状を付与するために仕上げ加工することも必要である。
【００１０】
このような技術の現状からすれば、これは鋳造設備と監視設備、後処理設備が必要とされることを意味する。厚みが大きく変化するような複合支持構造物の場合には、均一な厚みでかつ耐久性を満足する金属層を鋳造することは、実際には困難であることが多い。また、前述したその他の方法においても、良好な結合を生じるためには様々な条件を守る必要があり、かつその条件はそれぞれの処理要件に強く依存している。このため、条件の標準化は困難であった。
【００１１】
特に薄膜の耐久性金属層を形成する他の方法は、多層結合材料の製造のためのガルバニ被覆法であった。
【００１２】
また、錫−、アルミニウム−あるいは銅−合金基部上にロールクラッディングによって、高い剛性を有し、ほとんどの場合その厚みが１ミリより薄い薄膜を形成することも可能である。
【００１３】
耐久性金属薄膜によって、被膜の荷重耐性−被膜の耐圧性や動的負荷耐性が向上する。
【００１４】
上記の他の材料とは対照的に、錫系鋳造合金は、滑り相手（Gleitpartner）と接触する際、良好なフェイルセーフ特性を有し、損傷が起こった際にも滑り相手に破損を与えないという寛容特性を示す。錫系鋳造合金は比較的やわらかで、不純物を埋め込むことができる。これまで、膜厚の厚いものが必要とされる（鋳造工程）ことから、これらは高い耐久性を示さなかった。銅合金も使用されていたが、これは比較的硬く、そのため破損時に滑り相手に大きな損傷を与えていた。
【００１５】
このような理由から、本発明の課題は、Ｓｎ含有耐久性金属被膜の製造のための、単純化した方法を創出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、上記課題は、Ｓｎ  ０．６〜９１重量％、Ａｌ  ７５〜９４重量％、Ｃｕ  ０．７〜８２重量％、Ｐｂ  ０〜２７重量％、Ｓｂ  ６〜３０重量％、Ｚｎ  ０〜２重量％、Ｎｉ  ０〜１重量％、Ａｓ  ０〜１重量％、Ａｇ  ０〜０．２重量％、Ｃｄ  ０〜１．２重量％、Ｓｅ  ０〜０．１重量％、Ｃｒ  ０〜０．２重量％、Ｂｉ  ０〜２重量％、Ｉｎ  ０〜５重量％、および任意成分の硬化剤、固形潤滑剤、溶接助剤からなる金属基体被覆用のＳｎ含有耐久性材料組成物によって解決される。
【００１７】
驚くべきことに、本発明の新規加工法によって、従来の鋳造法では用いることができなかった上記材料が、金属基体上の耐久性被膜に用いることができるようになった。これまで鋳造法では、鋳造可能とするため合金に極めて制限された特性が要求され、鋳造条件を満たさない組成物は耐久性被覆に使用することができなかった。このことから、上記材料は全く使用できないものであると広く信じられていた。
【００１８】
また、本発明は、Ｓｎ  ０．６〜９１重量％、Ａｌ  ７５〜９４重量％、Ｃｕ  ０．７〜８２重量％、Ｐｂ  ０〜２７重量％、Ｓｂ  ６〜３０重量％の、Ｚｎ  ０〜２重量％、Ｎｉ  ０〜１重量％、Ａｓ  ０〜１重量％、Ａｇ  ０〜０．２重量％、Ｃｄ  ０〜１．２重量％、Ｓｅ  ０〜０．１重量％、Ｃｒ  ０〜０．２重量％、Ｂｉ  ０〜２重量％、Ｉｎ  ０〜５重量％、および任意成分の硬化剤、固形潤滑剤、溶接助剤、処理助剤、例えば流動化剤および加圧剤、からなる組成を有する耐久性被膜の作製方法にも関する。本発明の方法によれば、上記組成からなる出発物質が準備され、この出発物質がレーザー溶接装置（ステーション）に導入され、１または２以上の金属層がこのレーザー溶接装置によって基体金属上にレーザー溶接され、得られた耐久性被膜は必要に応じ仕上げ処理される。さらに、本発明は、基体金属、軸受け上への耐久性被膜としての上記被膜の使用に関する。
【００１９】
レーザー溶接法では、ＭｏＳ２あるいはグラファイト複合体等のような固体潤滑剤を用いて、鋳造物質としては性能に劣る、あるいは鋳造物質にはなり得なかった合金や組成物を、金属基体に適用することが可能となった。また、レーザー溶接法では、鋳造が不要とされることから、高コストな支持構造体の加熱工程や、これに続く冷却工程を必要とすることなく、被膜の形成を行うことができる。
【００２０】
有用な材料組成物は、４０〜９１重量％のＳｎ、３〜３０重量％のＣｕ、６〜３０重量％のＳｂを含む、Ｓｎ（錫）リッチの耐久性材料組成物である。
【００２１】
好ましい錫リッチ耐久性組成物は、Ｓｎ  ６１〜８３重量％、Ｃｕ  ３〜９重量％、Ｓｂ  １４重量％を超え３０重量％まで、Ｚｎ  ０．１〜１重量％を含む。
【００２２】
錫リッチの耐久性組成物のさらに好ましいサブグループは、Ｓｎ  ５６〜８５重量％、Ｃｕ  ９重量％を超え３０重量％まで、Ｓｂ  ６〜１４重量％、Ｚｎ  ０．１〜１重量％を含む。また、Ｓｎ  ４０〜７７重量％、Ｃｕ  ９重量％を超え３０重量％まで、Ｓｂ  １４重量％を超え３０重量％まで、Ｚｎ  ０．１〜１重量％を含む他の錫リッチ耐久性材料組成物も用いることができる。
【００２３】
錫リッチの耐久性材料組成物の好ましい例は、ＳｎＳｂ７Ｃｕ７Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ７Ｃｕ１２Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ７Ｃｕ１８Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１２Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１８Ｚｎ０．８であるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
錫組成物のさらなるサブグループは、銅リッチのものであり、Ｓｎ  ０．６〜２０重量％、Ｃｕ  ５０〜８３重量％、Ｐｂ  ０〜２７重量％を含むものが好ましいものとして推薦される。
【００２５】
代表的な銅リッチ錫組成物は、Ｓｎ  ０．６〜１１重量％、Ｃｕ  ７８〜８２重量％、Ｐｂ  ９〜２７重量％を含むものである。代表的な銅リッチ錫組成物は、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４、ＣｕＰｂ１０Ｓｎ１０、ＣｕＰｂ１７Ｓｎ５、ＣｕＰｂ２５Ｓｎ４、ＣｕＰｂ２４Ｓｎ１であるが、本発明の銅リッチＳｎ含有組成物がこれらに限定されるものではない。
【００２６】
Ｓｎ含有アルミニウムリッチの材料組成物は、Ｓｎ  ５〜２３重量％、Ａｌ  ７５〜９４重量％、Ｃｕ  ０．７〜２重量％、Ｎｉ  ０．１〜１．５重量％の割合を有するものである。代表的なものは、ＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｎ６Ｃｕであるが、本発明の代表的アルミニウムリッチＳｎ含有材料組成物がこれらに限定されるものではない。
【００２７】
耐久性材料組成物は、粉体、しかも粉体ペレットのような圧縮粉体や摩擦結合された粉体ペレットの形態で用いられるのが好ましい。
【００２８】
レーザー溶接装置（ステーション）は、好ましくは、粉体式あるいはワイヤー式レーザー溶接装置からなる群から選ばれる。その理由は、これらの方式においては材料の一様な被覆が可能であることによる。
【００２９】
粉体状出発物質を用いる場合、高コストのワイヤー引きが避けられる。粉体を用いる場合には、１あるいは複数のワイヤーを製造することは当面必要でなく、また複合材料のような引き伸ばしが困難あるいはまったくできないような材料を使用することができる。この方法では、特に粉体を一定速度で加えることができるため、処理工程が単純化される。しかしながら、ワイヤー式は操作が簡単であり、ある場合には、材料の保管や入手が簡単である。粉体は混合物あるいは合金からなることができる。
【００３０】
ワイヤーは単一材料から成っていてもよく、また、例えば異なる材料からなるコア部分を備えるといったように、複数の成分から成っていてもよい。ワイヤーは通常の方法で引くことができるが、例えば必要に応じ加圧剤あるいは粘着剤を用い、コンフォーム法あるいは粉体鍛造のような粉体成形方法によって製造することもできる。
【００３１】
当業者には明らかなことであるが、多くの場合、レーザー溶接は、不必要な酸化や、湿気、窒素、あるいは二酸化炭素のような他の空気成分との反応を避けるために、保護気体雰囲気中で行われる。複合材料が出発物質から形成されることが好ましい。
【００３２】
形成されるＳｎ含有材料組成物層の厚みは、典型的には０．０５から３ｍｍである。
【００３３】
本発明において用いられるレーザー溶接技術によって、新しい組成物を用いて金属支持構造体上に、性能に優れた薄い錫系耐久性金属被膜を適用することができる。この技術においては、有利なことに、また驚くべきことに、いずれの結合表面の予備処理も必要とされない。その結果、鋳造の際に必要であり、環境面で問題を有する腐食剤や錫メッキによる前処理を避けることができる。制限が多く、均一な品質が維持されない高コストの鋳造法は、レーザー溶接法によって簡単に代替されることができる。加えて、レーザー溶接法では、鋳造法において従来必要とされた予備加熱及び冷却工程を省略できる。レーザー溶接法では、均一で接着性に優れた良好な結晶構造を得ることのみが必要である。さらに、被覆される本体の形状に結果は左右されないし、また、通常この方法は、繰り返し使用することのできるパラメータにしたがって稼働することができる。作業場での耐久性被膜の修理あるいは金属支持体上への新たな被覆でさえ、持ち運び可能なレーザー溶接装置を用いて行うことができ、その結果は溶接パラメータに影響されるのみである。
【００３４】
レーザー溶接法を用いることにより、均一で良好な結晶構造を有し、薄い膜または厚い膜が必要に応じ得られ、また、この方法により、高品質の被覆が、迅速に且つ経済的に得られる。
【００３５】
鋳造法においては溶融可能な合金が必要とされるという材料における制限は、驚くべきことに、もはやレーザー溶接法の場合にはない。このため、鋳造法において分解現象と結晶化の問題のために用いることができなかった合金や複合材料を、レーザー溶接に用いることができるし、精製（Verfeinerung）は被覆の際に起こることから、精製剤ももはや必要でない。例えば、錫鋳造合金中のＳｂとＣｕの量は、処理の際に必要とされる制限とはならないし、ＡｓやＡｇのような結晶精製剤ももはや必要でない。
【００３６】
したがって、Ｓｎ含有鉛非含有金属被膜は、
ａ）１４重量％までのＳｂと、９重量％までのＣｕと、
任意の追加元素である、例えば、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量のＩｎ、好ましくは０．１〜１重量％のＺｎ、
あるいは
ｂ）１４重量％を超えるＳｂと、９重量％までのＣｕと、
任意の追加元素である、例えば、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量のＩｎ、好ましくは０．１〜１重量％のＺｎ、
ｃ）１４重量％までのＳｂと、９重量％を超えるＣｕと、
任意の追加元素である、例えば、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量のＩｎ、好ましくは０．１〜１重量％のＺｎ、
ｄ）１４重量％を超えるＳｂと、９重量％を超えるＣｕと、
任意の追加元素である、例えば、０〜１重量％のＮｉ、０〜１重量％のＡｓ、０〜０．２重量％のＡｇ、０〜１．２重量％のＣｄ、０〜０．１重量％のＳｅ、０〜０．２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＢｉ、０〜５重量のＩｎ、好ましくは０．１〜１重量％のＺｎ、
を有する、本質的に、基本元素Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕからなる。このようなものが作製され、被膜として使用される。
【００３７】
しかし、Ｓｎ含有量が２０重量％以下の銅系のＳｎ含有金属被膜、あるいは、Ｓｎ含有量が２３重量％以下のアルミニウム系のＳｎ含有金属被膜も、レーザー溶接法において有利であり、さらに簡便に用いることができ、顕著な品質向上をもたらす。これらの合金すべてには、任意に少量の他の合金元素を含むことができ、また任意に複合材料、固体潤滑剤、溶接助剤を含むことができる。
【００３８】
この被膜用材料の範囲の拡大により、被膜における技術的特質の明らかな向上が可能となり、Ｓｎ含有耐久性被膜においてこれまで認識されていなかった改善が実現される。
【００３９】
鋳造の工程において発生した、材料の不均一性といった従来のリスクは、もはや生じない。
【００４０】
ＤＥ４４４０４７７あるいはＥＰ０７１７１２１特許によれば、Ｚｎを追加元素として用いることにより、ホワイトメタルに対し、技術的データにおける改善が達成されている。この改善は、耐圧性だけでなくクリープ強度にも見られる。このことは、Ｚｎが補充されたＳｎ含有材料が、非常に高いストレス下で特に高い幾何学的形状安定性を有すること、このため、Ｚｎが補充されたＳｎ含有材料は、スチールのストレス／ひずみ図に類似した、高い長期ストレス耐性を有する。この材料はクリープ変形が少なく、それ故、高温高圧下における可塑性非亀裂変形がほとんどないことを示している。その結果、寿命は長く、例えば、軸受け表面は減らされ、Ｚｎを用いない材料が示すものに比べ、長い可使時間と高いストレス耐久性が達成される。さらに、同じ技術的特性を有する場合には、各軸受けの取り付け空間を著しく小さくできる。
【００４１】
あらゆるバリエーションの材料組成のものが実際に製造でき、またこれを粉体とすることができることから、Ｓｎ−、Ａｌ−、およびＣｕ−系材料は、耐久性被膜としての性能を有する限りすべての材料が使用可能である。したがって、既知のＳｎ含有被膜に対して大きく改善された特性を有する複合材料もレーザー溶接することができる。粉体の場合には、単一材料である、合金からなるものだけでなく、所望の最終組成を与える種々の成分からなる構成材料からなることもできる。
【００４２】
亜鉛を添加することによって、Ｓｎ含有材料の被膜特性はさらに向上し、寿命の長期化が達成できるし、合金のストレス／ひずみ図は変わり、さらにスチールに近づき、クリープ変形（高温高圧により引き起こされる可塑性非亀裂変形）はより減少する。材料のクリープ変形が減れば減るほど、それにより作られた耐久性被膜の寿命は長くなる。
【００４３】
鋳造法においては、例えば、鉛不含有の錫系耐久性被膜は、１４％までのＳｂと９％までのＣｕを含有するもの、好ましくは１２％のＳｂと６％のＣｕを含有する−アンチモンと銅の含有量が高くなるほど負荷性能は向上する−もののみしか使用することができない。この新しい方法によって、性能がかなり優れているＳｎ／Ｃｕ系の材料組成物が簡単に処理されるが、一方、従来の方法によってはこれを処理することはできなかった。複合材料が処理可能になった結果として、軸受けの金属層中に固体潤滑剤を組み込み、さらに特性を改善することが可能となった。
【００４４】
混合比によりＳｎ鋳造合金と銅合金間のスムースな移行を行うことができ、これら材料は様々な用途において特に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明を良好な例を用いて詳細に説明するが、本発明は何らこれらの例に限定されるものではない。
【００４６】
例１
ワイヤー供給によるレーザー溶接による被膜の形成
保護気体下、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４からなるワイヤーを供給しつつレーザー溶接機が操作された。この材料により、スチール基材が被膜された。この方法により、多層の溶接層からなる３ｍｍ厚の平滑で密着性の層が、その後に仕上げ処理を行うことによって形成された。タービン用の高品質の軸状軸受け部を、従来の鋳造法に比べ、より迅速かつ簡単に製造することができた。
【００４７】
例２
粉体供給によるレーザー溶接被膜の形成
保護気体下、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．６Ａｇ０．１の粉体組成物を用いるレーザー溶接機が操作された。レーザー溶接により、この材料によってスチール基材が被覆された。これにより厚さ１ｍｍの平滑で密着性の層が形成された。従来行われていた鋳造法に比べて、より迅速かつ簡単に高品質の軸受け層が製造できた。ワイヤー供給工程が回避された結果、ワイヤーに引き伸ばせない展性に劣る材料を出発物質として用いることができる。
【００４８】
例３
粉体供給によるレーザー溶接被膜の形成
実施例２の方法を用い、溶接条件を変更して、一操作工程で、厚さ３ｍｍの層をさらに形成した。高品質で厚みのより厚い層も、従来行われていた鋳造法に比べ、より迅速かつ簡単に形成することができた。ワイヤーの製造工程が回避された結果、同じ速度でより大量の材料を連続して供給することができる。
【００４９】
本発明が良好な具体例により説明されたが、本発明には様々な代替できる具体例が存在し、そのため本発明の保護の範囲はクレームに特定されたものであって、上記具体的な記述によるものでないことは、当業者には明らかである。
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月26日(2008.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー溶接される、金属基体の耐久性金属被膜用Ｓｎ／Ｃｕ系の金属材料組成物。
【請求項２】
基本元素Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕから本質的になる、請求項１に記載の材料組成物。
【請求項３】
粉体、また圧縮粉体の形態で用いられることを特徴とする、請求項１に記載の材料組成物。
【請求項４】
基本元素Ｓｎ、ＳｂおよびＣｕ、任意に、
Ｎｉ    ０〜１重量％、
Ａｓ    ０〜１重量％、
Ａｇ    ０〜０．２重量％、
Ｃｄ    ０〜１．２重量％、
Ｓｅ    ０〜０．１重量％、
Ｃｒ    ０〜０．２重量％、
Ｂｉ    ０〜２重量％、
Ｉｎ    ０〜５重量％、
Ｚｎ    ０．１〜１重量％、
さらに任意に、硬化剤、固体潤滑剤、溶接助剤、および流動化剤、圧縮剤のような処理助剤、から本質的になる請求項１〜３のいずれかに記載されたＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項５】
１４重量％までのＳｂおよび９重量％までのＣｕ含有量であることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載のＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項６】
ＳｎＳｂ７Ｃｕ７Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ７Ｃｕ１２Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ７Ｃｕ１８Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１２Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ１８Ｚｎ０．８、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４、およびＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｚｎ０．６Ａｇ０．１からなる群から選ばれた、請求項１または２に記載のＳｎ含有耐久性材料組成物。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の材料組成物の耐久性レーザー被覆被膜の作製方法であって、
・上記組成物の出発材料を準備し、
・出発材料をレーザー溶接装置に導入し、
・金属基体上に、レーザー溶接装置により１または２以上の金属層をレーザー溶接し、また
・必要であれば、この方法で作製された耐久性被膜を仕上げ加工する
ことを含む、耐久性レーザー被覆被膜の作製方法。
【請求項８】
レーザー溶接装置が、粉体式レーザー溶接装置およびワイヤー式レーザー溶接装置からなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
レーザー溶接が保護ガス雰囲気中で行われることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
一層の厚さが０．０５ｍｍから３ｍｍの層が形成されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかの方法で形成された耐久性被膜の軸受けとしての使用。
【国際調査報告】
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