(57)【要約】  滑り軸受け複合材料（３０）の製造方法が開示され、該方法では、鋼製のストリップ材料（６）上に軸受けメタルの粉末（１１）を施用し、そして、該軸受けメタルを少なくとも一回の焼結プロセスに供し、そして、ストリップ材料（６）および軸受けメタル（１４）からなる複合材料（２５）を、続いて熱処理に供する。該焼結プロセス後に該複合材料（２５）は急冷され、そして、その後、時効プロセスが引き続く。滑り軸受け複合材料（３０）は、鋼製の支持層（３２）と、銅合金からなる、焼結された軸受けメタル層（３４）とを有し、軸受けメタル層（３４）は、１００ＢＢＷ  １／５／３０〜２００ＢＢＷ  １／５／３０の硬度を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製のストリップ材料（６）上に軸受けメタルの粉末（１１）を施用し、そして、該ストリップ材料（６）を少なくとも一回の焼結プロセスに供し、そして、ストリップ材料（６）および軸受けメタル（１４）からなる複合材料（２５）を、続いて熱処理に供する、滑り軸受け複合材料（３０）を製造する方法であって、
該焼結プロセス後に該複合材料（２５）は急冷され、そして、
その後、時効プロセスが引き続くことを特徴とする、上記の方法。
【請求項２】
前記時効プロセスが、３５０℃〜５２０℃の温度で４〜１０時間遂行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時効プロセスが、３５０℃〜４２０℃の温度で遂行されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記時効プロセスが、＞４２０℃〜５２０℃の温度で遂行されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
鋼としてオーステナイト鋼が用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
０．１５％から０．４０％の炭素含有量を有する鋼が使用されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
銅合金の粉末からなる軸受けメタルが施用されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記銅合金が硬化可能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】
前記銅合金が、銅−ニッケル合金、銅−鉄合金、銅−クロム合金または銅−ジルコニウム合金からな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】
焼結プロセスの直後に急冷プロセスが開始されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記急冷プロセスが、鋳込みプロセス後１５〜２５秒以内に開始されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記複合材料（２５）が、１５０℃〜２５０℃の温度Ｔ１に急冷されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記急冷プロセスが、１０Ｋ／秒〜３０Ｋ／秒の急冷速度で遂行されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
銅−ニッケル合金の急冷が、１５Ｋ／秒〜２５Ｋ／秒の急冷速度で遂行されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
銅−鉄合金の急冷が、１５Ｋ／秒〜２５Ｋ／秒の急冷速度で遂行されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
銅−クロム合金の急冷が、１０Ｋ／秒〜２０Ｋ／秒の急冷速度で遂行されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
銅−ジルコニウム合金の急冷が、１０Ｋ／秒〜２０Ｋ／秒の急冷速度で遂行されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
急冷が、急冷媒体（１８）を用いて遂行されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１９】
急冷するために窒素−水素ガス混合物が使用されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複合材料（２５）の裏側（２６）に急冷媒体（１８）を噴霧することを特徴とする、請求項１〜１９に記載の方法。
【請求項２１】
鋼製の支持層（３２）および銅合金からなる軸受けメタル層（３４）を有する滑り軸受け複合材料（３０）であって、前記軸受けメタル層（３４）が、１００  ＨＢＷ  １／５／３０〜２００  ＨＢＷ  １／５／３０の硬度を有することを特徴とする、上記の滑り軸受け複合材料。
【請求項２２】
支持層（３２）が、１５０ＨＢＷ  １／５／３０〜２５０ＨＢＷ  １／５／３０の硬度を有することを特徴とする、請求項２１に記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２３】
軸受けメタル層（３４）の引っ張り強度が３８０〜５００ＭＰａであることを特徴とする、請求項２１に記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２４】
軸受けメタル層（３４）が、２５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３４）。
【請求項２５】
銅合金が、銅−ニッケル合金、銅−鉄合金、銅−クロム合金または銅−ジルコニウム合金であることを特徴とする、請求項２１〜２４のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２６】
銅−ニッケル合金が、０．５〜５重量％のニッケルを有することを特徴とする、請求項２１〜２５のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２７】
銅−鉄合金が、１．５〜３重量％の鉄を有することを特徴とする、請求項２１〜２６のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２８】
銅−クロム合金が、０．２〜１．５重量％のクロムを有することを特徴とする、請求項２１〜２７のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項２９】
銅−ジルコニウム合金が、０．０２〜０．５重量％のジルコニウムを有することを特徴とする、請求項２１〜２８のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）。
【請求項３０】
請求項２１〜２９のいずれか一つに記載の滑り軸受け複合材料（３０）を有する滑り軸受け要素（４０）。
【請求項３１】
軸受けメタル層（３４）上に施用された滑り層（３６）を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３２】
滑り層（３６）が、ガルバニック層からなることを特徴とする、請求項３１に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３３】
ガルバニック層が、スズ−銅合金、ビスマス−銅合金またはビスマスからなることを特徴とする、請求項３２に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３４】
滑り層（３６）が、プラスチック層からなることを特徴とする、請求項３２に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３５】
滑り層（３６）が、ＰＶＤ法によって施用された層からなることを特徴とする、請求項３２に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３６】
滑り層（３６）が、スパッタリング層からなることを特徴とする、請求項３２に記載の滑り軸受け要素。
【請求項３７】
滑り軸受け要素（４０）が、滑り軸受けシェル（４２）として、バルブプレート（４０）として、または滑り型セグメントとして形成されていることを特徴とする、請求項３０〜３６のいずれか一つに記載の滑り軸受け要素（４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り軸受け複合材料を製造する方法に関し、軸受けメタルの粉末を鋼製のストリップ材料上に施用し、軸受メタルに少なくとも一回の焼結工程を施し、そして、ストリップ材料と軸受メタルとの複合材料を引き続いて熱処理に供する。本発明はまた、滑り軸受け複合材料およびそのような滑り軸受け複合材料からなる滑り要素にも関する。
【背景技術】
【０００２】
滑り軸受け複合材料は、これまで、軸受けメタルを焼結した後、室温に冷却し、引き続いて熱処理を施すことにより製造されており、該熱処理は、焼きなまし工程、室温への急冷およびその後の析出硬化（時効）が企図される。このプロセスの手順を図１に概略的に示しており、図１において、個々のプロセスセクションの温度Ｔは、時間ｔに対してプロットされていて、例えば、ドイツ国特許第  ４９６  ９３５号明細書（特許文献１）に記載されている。ＲＴは室温（２０℃）を、そしてＴＳは焼結温度を示す。
【０００３】
焼きなまし工程は、溶体化焼きなましとも呼ばれ、ＤＩＮ  １７０１４によれば、混晶中に沈殿した成分を溶解するための焼きなましを意味する。例えば、オーステナイト鋼の場合、所定の、析出可能な合金元素がγ混晶に溶解する。次に、十分急速に冷却することによって、過飽和したγ混晶が得られ、これを硬化させることができる。
【０００４】
焼きなまし処理後に得られる粒度に関しては、焼きなまし温度に加えて、滞留時間および冷却速度が重要である。例えば、オーブン中での、非常にゆっくりとした冷却は、γ相の転化を比較的高温で起こさせる。時間単位で形成される核の数は依然として低いが、結晶化率は高い。これによって、粗い粒子のための前提条件が与えられる。急速な冷却の場合、より微細な構造が生ずる。というのも、転化は低い温度で初めて起こるからである。合金添加物は、析出物を形成することによって粒子の成長を妨げる可能性がある（ＢＡＲＴＨＯＬＯＭＥ  Ｅ．  １９８２  Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｃｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｂａｎｄ  ２２，  ４．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ２８，  Ｖｅｒｌａｇ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（非特許文献１）を参照）。
【０００５】
合金では、溶体化焼きなましは均質化焼きなましとも呼ばれる。ほとんどすべての技術的な合金は、完全にまたは相当な程度に至るまで混晶で構成されているため、鋳込まれた金属および合金の場合、多かれ少なかれ顕著な結晶偏析がしばしば見込まれる。しかしながら、合金においては、可能な限り均質な構造が常に望まれているため、これらの結晶偏席を取り除こうとする努力がなされている。これは均質化焼きなましによって行われる。拡散によって、結晶の縁と核との間の濃度の差のバランスが取れるまでの長時間、不均質な、偏析化された合金は、可能な限り高い温度で焼きなまされる（ＳＣＨＵＭＡＮＮ  Ｈ．  １９８９  Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ，  １３．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ３７６，  Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  ｆｕｅｒ  Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ，  Ｌｅｉｐｚｉｇ（非特許文献２）を参照）。
【０００６】
時効とは、過飽和した混晶から、偏析（Ｅｎｔｍｉｓｃｈｕｎｇｅｎ）および/または析出を引き起こすために、常温（低温時効）または高温（高温時効）で保持することを意味する。過飽和した混晶が枯渇する場合、一様に（連続的に）または不規則に（不連続的に）進行する、析出が生じることがある。
【０００７】
このような析出プロセスは、例えば、硬化した鋼の焼戻しにおいて重要な役割を果たす。というのも、マルテンサイトは過飽和した混晶であり、場合によっては炭化物を析出させる可能性もあるからである。特殊な炭化物を形成する合金元素を含む鋼の場合、４５０℃〜６５０℃の焼戻し温度では、これらの元素の炭化物がマルテンサイトから析出し、そして二次硬化を引き起こす（ＢＡＲＴＨＯＬＯＭＥ  Ｅ．１９８２  Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｃｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｂａｎｄ  ２２，  ４．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ３４，  Ｖｅｒｌａｇ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（非特許文献３）を参照）。
【０００８】
いくつかの銅合金は硬化可能である。銅合金の硬化性（焼入れ性）は三つの条件を必要とする。固体状態の合金成分には制限された溶解性が存在していなければならず、溶解性は、温度が低下するにつれて減少しなければならず、かつ、平衡調整の遅延は、高温において存在する均質な混晶が、急冷後に固体状態中において保持されたままである程大きくなければならない（ＤＫＩ，  Ｗａｅｒｍｅｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｋｕｐｆｅｒｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅｎ，  ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｕｐｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔ．ｄｅ／ｄｅ／ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ／ｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ／ｗａｅｒｍｅｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ．ｈｔｍｌ（非特許文献４）を参照）。
【０００９】
ドイツ国特許第  １０  ２００５  ０６３  ３２４  Ｂ４号明細書（特許文献２）からは、特に、滑り軸受けシェルのような滑り軸受け要素のための、滑り軸受け複合材料を製造するための従来の方法が知られている。この方法は、以下のプロセスステップを提供する。
【００１０】
−  複合体を製造するために、鋼製の支持層上に銅合金を施用し、
−  第一の焼きなましは焼結プロセス中に組み込まれている、複合体を焼きなまし、
−  以下の工程を有する熱機械的処理：
−  複合材の少なくとも１回の第一の圧延であって、２０〜３０％の変形度合いが実施され、
−  ５００℃〜６００℃で１時間超の、少なくとも一回の第二の焼きなまし。
【００１１】
第一の焼きなましは均質化焼きなましであり、そして、第二の焼きなましは再結晶化焼きなましである。
【００１２】
しかしながら、このようにして製造された複合材料は、滑り軸受けの強度に対する要求が高まっていない。強度という語は、引っ張り強度、降伏強さおよび破断点伸びという語を要約するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ドイツ国特許第  ４９６  ９３５号明細書
【特許文献２】ドイツ国特許第  １０  ２００５  ０６３  ３２４  Ｂ４号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】ＢＡＲＴＨＯＬＯＭＥ  Ｅ．  １９８２  Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｃｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｂａｎｄ  ２２，  ４．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ２８，  Ｖｅｒｌａｇ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ
【非特許文献２】ＳＣＨＵＭＡＮＮ  Ｈ．  １９８９  Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ，  １３．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ３７６，  Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  ｆｕｅｒ  Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ，  Ｌｅｉｐｚｉｇ
【非特許文献３】ＢＡＲＴＨＯＬＯＭＥ  Ｅ．１９８２  Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｃｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｂａｎｄ  ２２，  ４．  Ａｕｆｌ．，  Ｓ．  ３４，  Ｖｅｒｌａｇ  Ｃｈｅｍｉｅ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ
【非特許文献４】ＤＫＩ，  Ｗａｅｒｍｅｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｋｕｐｆｅｒｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅｎ，  ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｕｐｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔ．ｄｅ／ｄｅ／ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ／ｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ／ｗａｅｒｍｅｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の課題は、すべり軸受け複合材料の製造方法を示すことであり、より迅速かつより費用効果的に実施することができ、同時に、改良された機械的特性、特に、より高い強度およびより大きな硬度を有する滑り軸受け複合材料が得られる。
【００１６】
本発明の課題はまた、対応する滑り軸受け複合材料およびそれから製造される滑り軸受け要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。
【００１８】
該方法は、軸受けメタルを焼結した後に、複合材料は急冷され、次いで時効プロセスが続くことを特徴とする。
【００１９】
「その後」とは、「直後」だけでなく、図３に関連して説明したように、例えば、フード付き炉内で複合材料を巻き付けた後の時効化も含む。
【００２０】
したがって、焼結の後の熱処理は、複合材料の急冷および時効化とも呼ばれる時効プロセスを含む。
【００２１】
急冷とは、焼結温度から所定の温度までの急速冷却を意味すると理解される。そのような急冷プロセスは、好ましくは２分未満、特に好ましくは１分未満続く。
【００２２】
この方法は、焼きなまし工程のない、焼結プロセスと時効プロセスとの間で行われる。
【００２３】
焼きなまし工程を排除することにより、製造方法が時間的に短縮される。また、焼きなまし工程を行うために、複合材料を加熱するためのエネルギーおよびコストも節約される。
【００２４】
また、焼結、焼入れおよびその後の時効の組み合わせにより、複合材料の機械的特性が著しく改善され得ることも示されている。
【００２５】
軸受け金属粉末を焼結することにより、そして引き続いて急冷することによって、鋼を硬化させる（焼き入れする）ための熱処理と同様に鋼を熱処理する。軸受けメタル、特に、銅合金の典型的な焼結温度は８００℃〜１１００℃であり、これは、オーステナイト鋼を硬化させるために、典型的に使用される１０００℃〜１１００℃の焼きなまし温度の範囲に対応する。
【００２６】
鋼の硬度は、１５０  ＨＢＷ  １／５／３０から２５０  ＨＢＷ  １／５／３０の範囲で調整することができる。
【００２７】
したがって、本発明による方法の利点は、鋼を硬化させるための焼結層の急冷プロセスと組み合わせて焼結を使用することである。
【００２８】
軸受けメタルからなる焼結層の急冷は、形成される軸受けメタルの構造が、過飽和した混晶の状態で凍結するというさらなる利点を有する。
【００２９】
時効化のための出発構造としての凍結した過飽和した混晶構造は、例えば、軸受けメタルの硬度が、対象とする広い範囲の熱処理の温度および持続時間の適切な選択によって調整することができる、という利点を有する。このことは、引っ張り強度（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、降伏強度（ｙｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ））および破断点伸びのようなその他の機械的特性、並びに、熱伝導率に密接に関連する導電率にも当てはまる。
【００３０】
機械的特性の合目的的な調整のための、時効プロセスの温度範囲は、好ましくは３５０℃〜好ましくは５２０℃であり、そして好ましい期間は、４時間〜１０時間であるのが好ましいことが判明した。ここで、好ましくは、長い時間は低い時効温度と組み合わされ、逆もまた同様である。
【００３１】
軸受けメタルについて、硬度は、１００〜２００ＨＢＷ  １／５／３０の範囲内に調整することができ、かつ、導電率は、２０〜５０％ＩＡＣＳの範囲内に調整することができる。ＩＡＣＳとは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ（焼鈍軟銅規格）を意味する。この場合、電気伝導率は、純粋な、焼きなましされた銅の導電率のパーセンテージとして表される。１００％ＩＡＣＳは、導電率５８・１０６Ｓ／ｍに相当する。引っ張り強度については、好ましくは、３８０ＭＰａと５００ＭＰａとの間の値、好ましくは２５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａの値に、そして、破断点伸びについては、好ましくは５〜３５％の値が設定され得る。
【００３２】
好ましくは、時効プロセスは、３５０℃〜４２０℃の温度で遂行される。この温度範囲での時効は、一方では、焼結状態と比較して軸受けメタルの硬度のわずかな増加をもたらし、達成可能な硬度は、従来の溶体化焼きなましを有する方法による硬度に匹敵する。
【００３３】
しかしながら他方では、従来技術と比較して、この方法により、軸受けメタルの降伏強さの顕著な増加を調整することができる。それ故、すべり軸受け複合材料は、大型トラック、建設機械またはその他の大型ユーティリティおよび作業機械のような、例えば、滑り軸受けシェル、滑り軸受けブッシュまたは滑り型セグメント（Ｇｌｅｉｔｓｅｇｍｅｎｔ）のような滑り要素のためのこの滑り軸受け複合材料が使用される、ヘビーデューティーの使用に非常に良好に適している。
【００３４】
好ましくは、時効プロセスは、＞４２０℃〜５２０℃の間の温度で遂行される。この温度範囲での時効化は、従来技術に比べて軸受けメタルの硬度、引っ張り強度および降伏強さを著しく増加させ、かつ、合目的的に調整できるという利点を有する。したがって、該滑り軸受け複合材料は、産業分野での使用、例えば、油圧ポンプのバルブプレートに非常に良好に適している。
【００３５】
該時効プロセスは、急冷によって既に達成された鋼の硬度に影響を及ぼさずことがなく、それ故、温度と保持時間のような時効プロセスのパラメータを、軸受けメタルの特性を調整するためだけに選択できる。
【００３６】
この方法は、異なる硬度の軸受けメタル層と組み合わせて非常に硬化された鋼を有する複合材料を製造することができるという利点を有する。
【００３７】
好ましくは、オーステナイト鋼が鋼として使用され、特に好ましくは、０．１５重量％〜０．４０重量％の炭素含有量を有する鋼が使用される。例示的な鋼およびそれらの組成は、以下の表1に見出すことができる。
【００３８】
【表１】
2019522722.tif 000003
【００３９】
これらの鋼の場合、鋼のオーステナイト相は急冷プロセスによって凍結される。
【００４０】
好ましくは、軸受けメタルは銅合金の粉末から施用される。銅合金、好ましくは、硬化可能な銅合金、特に、銅−ニッケル合金、銅−鉄合金、銅−クロム合金または銅−ジルコニウム合金が軸受けメタルとして使用される場合、その軸受けメタルの機械的特性は広範囲に調整することができる。
【００４１】
好ましい銅合金の組成を表２に示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
ＥＮは、ＥＮは欧州規格に基づく材料番号を意味しており、そして、ＵＮＳは、米国規格（ＡＳＴＭ）に基づく材料番号を意味する。
【００４４】
好ましくは、急冷プロセスは、焼結プロセスの直後に開始される。これにより、焼結プロセス後に、通常の、つまり、焼結直後において企図される析出硬化を困難または不可能にする、軸受けメタル構造が平衡状態に近づき過ぎるという欠点を有し得る、制御されていない冷却の開始が回避される。
【００４５】
好ましくは、急冷プロセスは、焼結プロセス後１５〜２５秒以内に開始する。
【００４６】
好ましくは、複合材料を１５０℃〜２５０℃の温度Ｔ１に急冷する。室温からのさらなる冷却は、冷却させることによって受動的に行われる。冷却は、複合材料の巻き上げられた状態でも行うことができる。
【００４７】
好ましくは、急冷プロセスは、１０Ｋ／秒〜３０Ｋ／秒の急冷速度で行われる。１０Ｋ／秒より低い急冷速度では、軸受けメタル金属が過飽和混晶状態で存在することが保証されず、析出硬化が困難または不可能になる。
【００４８】
実験では、析出硬化に関して、急冷速度＞３０Ｋ／秒では、もはや何の利点ももたらさないことが示されていることから、３０Ｋ／秒より速い急冷速度は必要ではない。
【００４９】
急冷速度は、好ましくはそれぞれの合金に適合される。銅−ニッケル合金の急冷は、１５Ｋ／秒〜２５Ｋ／秒の急冷速度で行われることが好ましい。
【００５０】
銅−鉄合金の急冷は、１５Ｋ／秒〜２５Ｋ／秒の急冷速度で行うことが好ましい。
【００５１】
銅−クロム合金の急冷は、１０Ｋ／秒〜２０Ｋ／秒の急冷速度で行うことが好ましい。
【００５２】
銅−ジルコニウム合金の急冷は、１０Ｋ／秒〜２５Ｋ／秒の急冷速度で行うことが好ましい。
【００５３】
個々の銅合金には異なる急冷速度が必要である。というのも、合金系によっては、α混晶と硬質粒子とからなる二相域が異なる大きさの温度範囲に及ぶからである。その結果、より狭い二相域を有する系の場合と同様に、焼結プロセスにおいてできるだけ少ない析出物を生成するために、広い二相域を有する合金系についてはより高い冷却速度を実現しなければならない。
【００５４】
焼結後の複合材料の急冷は、水による急冷といわゆるジェット冷却器との組み合わせによって達成できる。ジェットクーラーでは、例えば、ピエゾ素子が送風器のように機能し、ガスジェットが高速で排出される。
【００５５】
複合材料は、好ましくは、窒素−水素混合物を用いて水浴中を高速で通過して吹き付けられ、それによって急速に冷却される。５０％以下の高い水素含有量を有するガス混合物が使用される場合には、完全な急冷は、ジェットクーラーだけで行うことができる。ガス混合物中の水素含有量を増加させることにより、ガス混合物の熱伝導率を著しく高めることができる。
【００５６】
好ましくは、複合材料の裏側に、急冷媒体が噴霧される。ストリップ材料の鋼製の裏側を噴霧することによって、最初に、鋼が急冷され、そして次に軸受けメタルが冷却されるのが保証される。これにより、いずれの場合でも鋼の所望の硬度が達成され、とりわけ、軸受けメタルの硬度はその後の時効プロセスによってのみ調整されるため、重要である。
【００５７】
滑り軸受け複合材料の製造において、好ましくは、鋼のストリップはロールから巻き戻されて、個々の相前後して配置された処理ステーションに連続的に供給される。完成した滑り軸受け複合材料は、製造プロセスの最後に、再び巻き上げられ、そしてその後、別個の時効ステーションに供給される。
【００５８】
滑り軸受け複合材料は、その後、または、後のある時点で、滑り軸受けハーフシェル、滑り軸受けプレート等などの滑り軸受け要素にさらに加工される。必要であれば、そのさらなる加工において、さらなる層、特に、滑り層が適用される。
【００５９】
焼結工程は、好ましくは９２０℃〜９８０℃の温度ＴＳ１で６分〜１２分の期間にわたって行われる。
【００６０】
好ましくは、二つの焼結プロセスが実施される場合、例えば、第二の焼結プロセスは、９００℃〜９５０℃の温度ＴＳ２で６分〜１２分の期間にわたって行われる。
【００６１】
第一の焼結プロセスと第二の焼結プロセスとの間に、５Ｋ／秒〜１５Ｋ／秒の冷却速度で冷却プロセスを行うことが好ましい。
【００６２】
さらに、二つの焼結プロセスの間に、軸受けメタル層を圧縮するための圧延工程を設けることができる。この圧延工程は、好ましくは１５〜３５％の変形度で実施される。
【００６３】
滑り軸受け複合材料は、鋼からなる支持層および焼結された銅合金からなる軸受けメタル層を有し、そして、軸受けメタル層は、１００ＢＢＷ  １／５／３０〜２００ＢＢＷ  １／５／３０の硬度を有することを特徴とする。
【００６４】
支持層は、１５０ＨＢＷ  １／５／３０〜２５０ＨＢＷ  １／５／３０の硬度を有することが好ましい。
【００６５】
好ましくは、支持層は１９０〜２１０ＨＷＢ  １／５／３０の硬度を有する。
【００６６】
好ましくは、軸受けメタル層は、１００〜１８０ＨＢＷ  １／５／３０の硬度を有する。
【００６７】
好ましくは、軸受けメタル層は、３８０ＭＰａ〜５００ＭＰａ、特に好ましくは３９０〜４８０ＭＰａの引っ張り強度を有する。
【００６８】
好ましくは、軸受けメタル層は、２５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａの降伏強さを有する。
【００６９】
軸受けメタル層の破断点伸びは、好ましくは５％〜３５％である。
【００７０】
銅合金は、好ましくは、銅−ニッケル合金、銅−鉄合金、銅−クロム合金または銅−ジルコニウム合金である。
【００７１】
ニッケルの合金含有量は、好ましくは０．５〜５重量％、特に好ましくは１〜３重量％の範囲である。
【００７２】
鉄の合金含有量は、好ましくは１．５〜３重量％、特に好ましくは１．９〜２．８重量％の範囲である。
【００７３】
クロムの合金含有量は、好ましくは０．２〜１．５重量％、特に好ましくは０．３〜１．２重量％の範囲である。
【００７４】
ジルコニウムの合金含有量は、好ましくは０．０２〜０．５重量％、特に好ましくは０．３〜０．５重量％の範囲である。
【００７５】
リンの合金含有量は、０．０１〜０．３重量％の範囲であることが好ましく、マンガンの含有量は好ましくは０．０１〜０．１重量％の範囲であり、かつ、亜鉛の含有量は好ましくは０．０５〜０．２重量％の範囲である。
【００７６】
本発明による滑り軸受け要素は、本発明による滑り軸受け複合材料、好ましくは、軸受けメタル層上に施用された滑り層を有する。
【００７７】
滑り層がガルバニック層からなる場合もさらに有利である。ガルバニック層は、とりわけ、異物粒子に対する良好な埋め込み性を有する多機能材料であり、滑り相手における走行特性または適応性、腐食防止剤として、および、油の不足の場合のフェイルセーフ特性（Ｎｏｔｌａｕｆｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ）を特徴とする。特に、低粘性油を使用する場合、ガルバニック層が有利である。というのも、この場合、上述の特性が作用する混合摩擦状態がより頻繁に生じ得るからである。
【００７８】
ガルバニック層は、好ましくは、スズ−銅合金、ビスマス−銅合金または純粋なビスマスからなる。
【００７９】
スズ−銅合金では、銅の割合は、好ましくは１〜１０重量％である。ビスマス−銅合金では、銅の好ましい割合は１〜２０重量％である。
【００８０】
別の好ましい方法は、ＰＶＤ法であり、ここでは特にスパッタリングである。スパッタリング層は、好ましくは、アルミニウム−スズ合金、アルミニウム−スズ−銅合金、アルミニウム−  スズ−ニッケル−マンガン合金、アルミニウム−スズ−ケイ素合金またはアルミニウム−スズ−ケイ素−銅合金からなる。
【００８１】
好ましくは、これらの合金において、スズ含有量は、８〜４０重量％、銅含有量は０．５〜４．０重量％、ケイ素含有量は０．０２〜５．０重量％、ニッケル含有量は０．０２〜２．０重量％、かつ、マンガン含有量は０．０２〜２．５重量％である。
【００８２】
さらなる実施形態によれば、滑り層はプラスチック層からなることができる。プラスチック層は、好ましくは、例えば、スクリーン印刷またはパッド印刷のような、塗装法または印刷法を用いて、浸漬または噴霧によって施用される。
【００８３】
このために、被覆すべき表面を、脱脂、化学的または物理的活性化および／または機械的粗面化、例えば、サンドブラストまたは研削によって適切に加工しなければならない。
【００８４】
プラスチック層のマトリックスは、好ましくは、ＰＡＩのような耐高温樹脂からなる。さらに、ＭｏＳ２、窒化ホウ素、グラファイトまたはＰＴＦＥのような添加物をマトリックス中へ埋設することができる。該添加剤の割合は、個々にまたは組み合わせて、好ましくは５〜５０体積％である。
【００８５】
ガルバニック滑り層の例を表３に要約する。
【００８６】
【表３】
2019522722.tif 000005
【００８７】
好ましい、ガルバニックの滑り層は、スズマトリックスを有し、該マトリックス中には、３９〜５５重量％の銅および残余のスズからなるスズ−銅粒子が埋設される。粒径は０．５μｍ〜３μｍが好ましい。
【００８８】
ガルバニック層は、好ましくは、中間層、特に、二つの中間層の上に適用され、その場合、第一の中間層はＮｉからなり、その上にある第二の中間層はニッケルおよびスズからなる。第二の中間層のＮｉ含有量は、好ましくは、３０〜４０重量％のＮｉである。第一の中間層は１〜４μｍの厚さを、そして、第二の中間層は２〜７μｍの厚さを有することが好ましい。
【００８９】
スパッタリング層の例を表４に要約する。
【００９０】
【表４】
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【００９１】
プラスチック滑り層の例を表５に要約する。
【００９２】
【表５】
2019522722.tif 000007
【００９３】
上述の滑り層の全ては、銅合金からなる軸受けメタル層と組み合わせることができる。
【００９４】
滑り軸受け要素は、好ましくは、滑り軸受けシェルとして、バルブプレートとして、または滑りガイドレールのような滑り型セグメントとして設計される。
【００９５】
以下、図面を参照して、例示的な実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、従来技術による製造方法の概略図である。
【図２】図２は、本発明による方法の過程の概略図である。
【図３】図３は、本発明によるコンベヤーシステムの概略図である。
【図４ａ】図４ａは、二つの滑り要素の斜視図である。
【図４ｂ】図４ｂは、二つのスライド要素の斜視図である。
【図５】図５は、比較例の微細構造状態の関数としての硬度を示すグラフである。
【図６】図６は、比較例の微細構造状態の関数としての軸受けメタルの強度を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明による例１〜３の硬度を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明による例１〜３の軸受けメタルの強度を示すグラフである。
【図９】図９は、鋼の鉄−炭素の相状態図である。
【図１０】図１０は、軸受け合金ＣｕＮｉ２Ｓｉの状態図を示す。
【００９７】
図２は、本発明による方法の過程が概略的に示されており、個々のプロセス工程の温度Ｔが時間ｔに対してプロットされている。焼結を、例えば、９４０℃の温度Ｔｓで遂行し、そしてその直後に、複合材料を約１５０℃〜２５０℃の温度Ｔ１に急冷する。二つの焼結工程が温度ＴＳ１およびＴＳ２で実行される場合、ＴＳは温度ＴＳ２を表す。急冷プロセスは、約ｔａ＝１〜３分間持続する。その後、３５０℃〜５２０℃の温度ＴＡで時効する。したがって、全プロセス時間ｔｇ２は、従来技術による方法（図１のｔｇ１参照）よりも短い。完全均質化焼きなまし（溶体化焼きなまし）が省略されているために短縮が生じる。
【００９８】
例えば、ＣｕＮｉ２Ｓｉの場合、従来技術によれば、このために、例えば、目標温度７５０℃〜８００℃にするには数時間の加熱温度および数時間の保持時間が必要であり、その後、続いて急冷する。
【００９９】
図３には、コンベヤーシステム１が概略的に示されている。巻き戻しステーション２には鋼ストリップロール３があり、鋼からなるストリップ材料６はそこから巻き戻される。続くアライメントステーション８ａにおいて、ストリップ材料６は平滑化される。
【０１００】
次の粉末散布ユニット９には、軸受けメタルの粉末１１を保持し、そして、そこから粉末１１がストリップ材料６に放出される粉末保持容器１０がある。
【０１０１】
次の第一の焼結ステーション１３ａにおいて、粉末１１は、ストリップ材料６の上方に配置された加熱装置１４によって焼結される。このようにして製造された複合材料２５は、窒素−水素混合物からなるガスによって冷却ステーション１５で冷却される。混合ガスは噴霧ノズル１７から噴出される。噴霧ノズル１７は、複合材料２５の裏面２６に冷却ガス混合物からなるガスジェット１８ａを噴霧できるように、ストリップ材料６の下に配置される。
【０１０２】
次の圧延ステーション８ｂにおいて、複合材料２５は圧縮され、続いて第二の焼結ステーション１３ｂにおいてさらなる焼結プロセスに供される。
【０１０３】
冷却ステーション１６において、複合材料２５の急冷は、ジェット冷却器の噴霧ノズル１７から噴出される窒素−水素混合物によって再び行われる。噴霧ノズル１７は、複合材料２５の裏面２６に急冷媒体１８からなるガスジェット１８ｂが噴霧されるように、ストリップ材料６の下に配置される。
【０１０４】
続いて、複合材料２５を巻取りステーション４に巻き取る。続いて、滑り軸受け複合材料３０を巻取りステーション４に巻き取る。エッジ９が、巻き取り時にスペーサとして機能することにより、軸受メタル層が鋼ストリップの裏面に隣接しない。これにより、軸受けメタルと鋼との付着が防止される。滑り軸受け複合材がさらなる加工のために巻き戻される場合、エッジ９は、後の時点で初めて除去される。
【０１０５】
その後、複合材料のロール５は時効ステーション２４に運ばれ、そこで、軸受けメタルの所望の機械的特性を設定するために、フード炉内で、最終的な時効が行われる。３５０℃〜５２０℃の温度において、時効時間は４時間〜１０時間である。
【０１０６】
このようにして製造された滑り軸受け複合材料３０は、さらに加工される。例えば、該材料から、形成によって滑り軸受けシェルを製造することができる。図４ａは、滑り軸受けシェル４２の形態の滑り要素４０を示している。滑り軸受けシェル４２は、鋼からなる支持層３２、滑り軸受けメタル金属層３４、および滑り層３６を有する。
【０１０７】
図４ｂに示すバルブプレート４４は、本発明によって製造された軸受けメタル層４３を備えた鋼の裏当て３２を有する。そのような用途の場合、滑り層３６は、一般に、負荷の理由から省略される。厚さＤ１は、１．５ｍｍ〜８ｍｍであることができる。軸受けメタルの厚さＤ２は、０．５〜３．０ｍｍである。
【０１０８】
比較例：  ドイツ国特許第１０  ２００５  ０６３  ３２４  Ｂ４号明細書（特許文献２）による製造方法は以下のように実施して、Ｃ２２＋ＣｕＮｉ２Ｓｉから滑り軸受け複合材を製造した。
【０１０９】
−  軸受けメタルＣｕＮｉ２Ｓｉの粉末を適用する
−  ＴＳ１＝９６０℃で８分にわたる第一の焼結
−  冷却速度＜１Ｋ／秒での冷却
−  圧延
−  ＴＳ２＝９２０°Ｃで８分にわたる第二の焼結
−  冷却速度＜１Ｋ／秒での冷却
【０１１０】
図５に、第二の焼結後の、鋼および軸受けメタルの硬度値を示す。
【０１１１】
製造プロセスの最後に、滑り軸受け複合材料は、１３８  ＨＢ  ＨＢ  １／５／３０の鋼の硬度および１００  ＨＢＷ  １／５／３０の軸受けメタルの硬度を有する。対応する強度値を図４に示す。導電率はＩＡＣＳ単位で与えられる。
【０１１２】
本発明による例：  特定の用途、すなわち、耐摩耗性と疲労強度が主に要求される用途に鋼および軸受けメタルの両方のより高い強度が必要とされる場合、これは、本発明による方法によって達成される。同様に同じ材料鋼Ｃ２２および軸受けメタルＣｕＮｉ２Ｓｉに対して本発明の方法を同様に行った：
【０１１３】
−  鋼ストリップ上への軸受けメタル粉末の散布
−  ＴＳ１＝９６０℃で８分にわたる第一の焼結
−  冷却速度＜１Ｋ／秒での冷却
−  圧延
−  ＴＳ２＝９２０°Ｃで８分にわたる第二の焼結
−  ９２０℃から２００℃への急冷、すなわち、２０Ｋ／秒の急冷速度に相当する０．７分で７２０℃の急冷
【０１１４】
焼結後、鋼は急速な冷却によってオーステナイト領域から急冷され、硬化する（図９参照）。
【０１１５】
軸受けメタルＣｕＮｉ２Ｓｉは、急速に凝固した後に、高い急冷速度によって過飽和α混晶として存在し（図１０参照）、低い強度および非常に高い破断点伸びを有する（図８の鋳造物状態参照）。
【０１１６】
その後、滑り軸受け複合材料に対して均質化焼きなましが行われるのではなく、３８０℃の温度／８時間（例１）、４８０℃温度／４時間（例２）または４８０℃温度／８時間（例３）で時効、すなわち、ＣｕＮｉ２Ｓｉ合金の二相領域における時効が行われ（図１０参照）、これにより、α混晶中にニッケルシリサイドが形成され、軸受けメタルの硬度の著しい上昇がもたらされる。鋼の硬度はそれによってわずかに低下するが、比較例よりも依然として有意に高い（図７参照）。
【０１１７】
対応する強度値を図８に要約する。
【符号の説明】
【０１１８】
１  コンベヤーシステム
２  巻き戻しステーション
３  鋼ストリップロール
４  巻き取りステーション
５  複合材料ロール
６  鋼からなるストリップ材料
８ａ  アライメントステーション
８ｂ  圧延ステーション
９  粉末散布ユニット
１０  粉末保持容器
１１  粉末
１３ａ  第一の焼結ステーション
１３ｂ  第二の焼結ステーション
１４  加熱装置
１５  冷却ステーション
１６  急冷ステーション
１７  噴霧ノズル
１８  急冷媒体
１８ａ  ガスジェット
１８ｂ  ガスジェット
２４  時効ステーション
２５  複合材料
２６  複合材料の裏側
３０  滑り軸受け複合材料
３２  支持層
３４  軸受けメタル層
３６  滑り層
４０  滑り軸受け要素
４２  滑り軸受けシェル
４４  バルブプレート
Ｄ１  鋼層の厚さ
Ｄ２  軸受けメタル層の  厚さ
Ｔ０  予熱温度
ＴＭ  溶融物の温度
Ｔ１  急冷後の温度
ＴＡ  時効の温度
ｔａ  急冷時間
ｔｇ１  従来技術による方法の全時間
ｔｇ２  本発明による方法の全時間
【図１】
2019522722.tif 000008
【図２】
2019522722.tif 000009
【図３】
2019522722.tif 000010
【図４ａ】
2019522722.tif 000011
【図４ｂ】
2019522722.tif 000012
【図５】
2019522722.tif 000013
【図６】
2019522722.tif 000014
【図７】
2019522722.tif 000015
【図８】
2019522722.tif 000016
【図９】
2019522722.tif 000017
【図１０】
2019522722.tif 000018
【国際調査報告】
2019522722.tif 000019
2019522722.tif 000020
2019522722.tif 000021
2019522722.tif 000022
2019522722.tif 000023
2019522722.tif 000024