(57)【要約】【課題】滑り軸受け用の材料としての銅亜鉛合金の使用。【解決手段】この合金は、５９％乃至７３％の銅、２．７％乃至８．５％のマンガン、１．５％乃至６．３％のアルミニウム、０．２％乃至４％の珪素、０．２％乃至３％の鉄、０％乃至２％の鉛、０％乃至２％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑り軸受け用の材料としての銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、５９％乃至７３％の銅、２．７％乃至８．５％のマンガン、１．５％乃至６．３％のアルミニウム、０．２％乃至４％の珪素、０．２％乃至３％の鉄、０％乃至２％の鉛、０％乃至２％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項２】
請求項１に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６８％乃至７２．５％の銅、５．８％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３．３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０．２％乃至１．９％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項３】
請求項２に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６８．９％乃至７１．４％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、１．１％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０．３％乃至１．６％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項４】
請求項３に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６９．５％乃至７０．５％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．５％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項５】
請求項３に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６９．４％乃至７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項６】
請求項５に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、７０％より大きく最大７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項７】
請求項１に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６３．５％乃至６７．５％の銅、６％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０．０２％乃至１．８％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項８】
請求項７に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６４．５％乃至６６．５％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、０．９％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０．１％乃至１．３％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項９】
請求項８に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．３％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１０】
請求項９に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１１】
請求項１０に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１２】
請求項１に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６８．３％乃至７２．７％の銅、５．７％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３．３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１３】
請求項１２に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６９．４％乃至７１．６％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、１．１％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１４】
請求項１３に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、７０％乃至７１％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．５％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１５】
請求項１３に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、６９．４％乃至７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１６】
請求項１５に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、７０％より大きく最大７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載の銅亜鉛合金の使用において、
前記合金は、更に、クロム、バナジウム、チタニウム、又はジルコニウムのうちの少なくとも一つの要素を最大０．１％含む、銅亜鉛合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の銅亜鉛合金の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
滑り軸受けとして使用されるべき材料についての必要条件のうち、材料は、「固着(jamming)」を回避するために摩擦係数が低くなければならず、また、長い寿命を得るために耐磨耗性が高くなければならない。内燃エンジンの滑り軸受けについて、CuZn31si1型の銅亜鉛合金が現在使用されている。しかしながら、CuZn31si1合金の特性は、もはや、最新のエンジンの滑り軸受け用の材料に課せられた必要条件を満たさない。このようなディーゼルエンジンでは、滑り軸受けの作動温度は３００℃に達し、そしてこの温度を越える。しかしながら、使用される銅亜鉛合金は２５０℃程度で軟化する。従って、この合金で形成された滑り軸受けは、もはや、作動温度で必須の強度を持たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明は、こうした状況の認識に立ち、滑り軸受け用材料として使用するための銅亜鉛合金を提供するという課題に基づくものであって、銅亜鉛合金は、滑り軸受け用材料に課せられる必要条件を、特に高温において満たし、更に容易に製造できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的は、本発明による、５９％乃至７３％の銅、２．７％乃至８．５％のマンガン、１．５％乃至６．３％のアルミニウム、０．２％乃至４％の珪素、０．２％乃至３％の鉄、０％乃至２％の鉛、０％乃至２％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む銅亜鉛合金を、滑り軸受け用の材料として使用することによって達成される。
【０００５】
本願中で％表示で与えられた数値は、質量％である。
【０００６】
従って、銅亜鉛合金についての新規な使用が特定される。ドイツ国特許ＤＥ  ２９  １８  ４７８  Ｃ２号による同様の合金は、同期リング合金として使用され、高い摩擦係数を他の固有の材料特性と組み合わせて備えた合金としての使用分野のため、当業者に周知である。しかしながら、高い摩擦係数は、材料を滑り軸受けとして使用する上で不利である。これは、摩擦係数が高いと、滑り軸受けとその周囲との間に強い相互作用が生じ、摺動中に固着を引き起こす傾向が大きいためである。従って、滑り軸受けとして新たに使用される特許請求の範囲に記載された材料は、従来、滑り軸受けの材料として考えられたことはなかった。しかしながら、従来使用されたCuZn31si1合金の摩擦係数に関し、特許請求の範囲に記載された銅亜鉛合金の摩擦係数は、周知の滑り軸受け材料よりも低い。これは全く驚くべきことであり、当業者に当たり前のように考えられてきており且つ同期リング合金について確立した「高」摩擦係数とは全く相いれない。
【０００７】
特許請求の範囲に記載した銅亜鉛合金は、摩擦係数が低いということ、及び耐磨耗性が良好であるということの他に、熱安定性が驚く程良好である。この予期せぬ材料特性の組み合わせにより、先ず第１に、滑り軸受け用の材料として使用できる。
【０００８】
良好に且つ容易に製造できるという必要条件は、滑り軸受け用材料を、半連続鋳造又は全連続鋳造によって、押し出し及び圧伸成形によって、即ち熱間成形及び冷間成形によって、バー形状で製造できることによって満たされる。
【０００９】
合金は、α混晶成分及びβ混晶成分を含む微小構造を有する。
【００１０】
有利な実施例では、滑り軸受け用材料として使用するための銅亜鉛合金は、６８％乃至７２．５％の銅、５．８％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３．３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０．２％乃至１．９％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む。
【００１１】
ドイツ国特許ＤＥ  ２９  １９  ４７８  Ｃ２号に従って製造された、改善された合金の微小構造は、α相が最大６０％乃至８５％であるα−β混晶母材を含む。この微小構造は、更に、硬質の金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物を含む。α相は、合金の熱安定性について決定的なものである。
【００１２】
この合金でできた滑り軸受けは、耐磨耗性が特に良好である。これは、CuZn31si1合金よりも遥かに高い。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００１３】
従来使用されたCuZn31si1合金と比較すると、特許請求の範囲に記載の新規な滑り軸受け材料は、固着する傾向が低く、摩擦係数を大幅に低減するのに寄与する。
【００１４】
好ましい変形例では、６８．９％乃至７１．４％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、１．１％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０．３％乃至１．６％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金の使用が特許請求される。
【００１５】
通常の方法で製造した合金の微小構造は、α相が最大８０％分布したα−β混晶母材を有する。硬質金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物が更に含まれる。
【００１６】
この合金は、３００℃よりも高い所望の作動範囲で安定した高度の硬度レベルを備えており、合金の軟化が、現在使用されているCuZn31si1合金の軟化温度を１００Ｋ以上優に越えて開始するため、この合金を滑り軸受け用の材料として使用するのが有利である。
【００１７】
有利には、滑り軸受け用の材料として、６９．５％乃至７０．５％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．５％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が使用される。
【００１８】
前述のような対応して製造された合金の微小構造は、α−β混晶でできた母材を有する。この微小構造には、更に、ランダムに分散されたマンガン−鉄−珪化物が同様に含まれる。低い摩擦係数及び高い耐磨耗性の他、この合金は、軟化温度が高い。
【００１９】
好ましい変形例では、６９．４％乃至７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が滑り軸受け用材料として使用される。
【００２０】
この合金でできた滑り軸受けは、特に耐磨耗性が高い。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００２１】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定され、耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の増加割合に従って増大する。珪素の割合が高く、α相の割合が高いことにより、金属間化合物の割合が高くなり、合金の熱安定性は、鉄及びマンガンの含有量を同じにしたまま、銅の含有量を高くすることにより得られる。
【００２２】
別の実施例では、７０％より大きく最大７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．４％乃至１．２％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用の材料として使用される。
【００２３】
この合金でできた滑り軸受けは、特に耐磨耗性が高い。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００２４】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定され、耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の割合に従って増大する。珪素の割合が高く、α相の割合が高いことにより、金属間化合物の割合が高くなり、合金の熱安定性は、鉄及びマンガンの含有量を同じにしたまま、銅の含有量を高くすることにより得られる。
【００２５】
好ましい変形例では、６３．５％乃至６７．５％の銅、６％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０．０２％乃至１．８％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用の材料として使用される。
【００２６】
ドイツ国特許ＤＥ  ２９  １９  ４７８  Ｃ２号に従って製造された、改善された合金の微小構造は、α相が最大６０％乃至８５％のα−β混晶母材を含む。この微小構造は、更に、硬質の金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物を含む。α相は、合金の熱安定性について決定的なものである。
【００２７】
最新のエンジンの滑り軸受け用の材料として使用する上で適切であるためには、３００℃よりも高い温度での熱安定性が高く、耐磨耗性が良好であることの組み合わせが必要とされる。これは、このような材料から製造された構成要素が摺動するため、必要とされる。更に、摩擦係数が低いことが必要とされる。このことにより、このような材料から製造された構成要素の摺動性が改善される。
【００２８】
滑り軸受けに前記合金を使用することは、従来使用されてきた銅亜鉛合金と比較して耐磨耗挙動が遥かに改善されるため、特に有利である。従って、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。
【００２９】
別の改良では、６４．５％乃至６６．５％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、０．９％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０．１％乃至１．３％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金を使用することを主張する。
【００３０】
通常の方法で製造した合金の微小構造は、α相が最大８０％分布したα−β混晶母材を有する。硬質金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物が更に含まれる。
【００３１】
この合金は、３００℃よりも高い所望の作動範囲で安定した高度の硬度レベルを備えており、合金の軟化が、現在使用されているCuZn31si1合金の軟化温度を１００Ｋ以上優に越えて開始するため、この合金を滑り軸受け用の材料として使用するのが望ましい。
【００３２】
別の実施例では、滑り軸受け用材料として、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．３％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が使用される。
【００３３】
前述のような対応して製造された合金の微小構造は、α−β混晶でできた母材を有する。この微小構造には、ランダムに分散された鉄−マンガン−珪化物が同様に含まれる。
【００３４】
この合金は、摩擦係数が低く且つ耐磨耗性が高いことに加え、軟化温度が高い。
【００３５】
好ましい変形例では、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用材料として使用される。
【００３６】
滑り軸受け用に前記合金を使用することは、従来使用されてきた銅亜鉛合金と比較して耐磨耗挙動が遥かに改善されるため、特に有利である。従って、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。
【００３７】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定される。耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の増加割合に従って増大する。珪素の割合が高いことにより、金属間化合物の割合が高くなる。
【００３８】
別の実施例では、６５．１％乃至６６％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０．２％乃至０．９％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用材料として使用される。
【００３９】
滑り軸受け用に前記合金を使用することは、耐磨耗挙動が、従来使用された銅亜鉛合金と比較してはるかに改善されるため、特に有利である。従って、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。
【００４０】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定される。耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の割合に従って増大する。珪素の割合が高いことにより、金属間化合物の割合が高くなる。
【００４１】
好ましい変形例では、６８．３％乃至７２．７％の銅、５．７％乃至８．５％のマンガン、３．６％乃至６．３％のアルミニウム、０．５％乃至３．３％の珪素、０．２％乃至２．５％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至１．５％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用材料として使用される。
【００４２】
この合金は、鉛含有量が低いため、無鉛合金と考えられる特定の特性を有し、従って、エンジンの製造で益々重要になっている環境上の特性を満足させる滑り軸受け用材を提供する。更に、滑り軸受けにとって重要な、この合金の特性の組み合わせは、周知の滑り軸受け材料の特性を超える。
【００４３】
ドイツ国特許ＤＥ  ２９  １９  ４７８  Ｃ２号に従って製造された、改善された合金の微小構造は、α相が最大６０％乃至８５％のα−β混晶母材を含む。この微小構造は、更に、硬質の金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物を含む。α相は、合金の熱安定性について決定的なものである。
【００４４】
この合金でできた滑り軸受けは、耐磨耗性が特に良好である。これは、CuZn31si1合金よりも遥かに高い。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００４５】
従来使用されたCuZn31si1合金と比較すると、特許請求の範囲に記載の新規な滑り軸受け材料は、固着する傾向が低く、摩擦係数を大幅に低減するのに寄与する。
【００４６】
別の実施例では、６９．４％乃至７１．６％の銅、６．９％乃至８．５％のマンガン、４．３％乃至６％のアルミニウム、１．１％乃至２．６％の珪素、０．４％乃至１．９％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．８％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金を使用することを主張する。
【００４７】
通常の方法で製造した合金の微小構造は、α相が最大８０％分布したα−β混晶母材を有する。硬質金属間化合物、例えば鉄−マンガン−珪化物が更に含まれる。
【００４８】
無鉛であり、従って環境適合性のあるこの合金を滑り軸受け用の材料として使用することによる利点は、３００℃よりも高い所望の作動範囲での硬度レベルが高いということ、及び合金の軟化が、現在使用されているCuZn31si1合金の軟化温度よりも高い温度でしか始まらないということである。
【００４９】
別の実施例では、７０％乃至７１％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．５％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金を滑り軸受け用の材料として使用することである。
【００５０】
前述のような対応して製造された合金の微小構造は、α−β混晶でできた母材を有する。更に、この微小構造には、ランダムに分散されたマンガン−鉄−珪化物が同様に含まれる。
【００５１】
無鉛であり、環境適合性のあるこの合金は、更に、摩擦係数が低く且つ耐磨耗性が改善されていることに加え、軟化温度が高い。
【００５２】
好ましい変形例では、６９．４％乃至７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．７％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金を滑り軸受け用の材料として使用する。
【００５３】
この合金でできた滑り軸受けは、耐磨耗性が特に良好である。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００５４】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定され、耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の増加割合に従って増大する。珪素の割合を高くすることによって、α相の割合を高くすることによって、金属間化合物の割合が高くなり、熱安定性については、銅の割合を高くすることによって高くなる。
【００５５】
別の実施例では、７０％より大きく最大７１．４％の銅、７．４％乃至８．１％のマンガン、４．８％乃至５．７％のアルミニウム、１．８％乃至２．２％の珪素、０．８％乃至１．４％の鉄、０％乃至０．１％の鉛、０％乃至０．３％のニッケル、０％乃至０．４％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む、銅亜鉛合金が、滑り軸受け用の材料として使用される。
【００５６】
この合金でできた滑り軸受けは、耐磨耗性が特に良好である。前記合金製の滑り軸受けの場合の低潤滑状態での摩擦による磨耗は、不適切な潤滑状態で良好な挙動をもたらす。従って、高い磨耗抵抗により、滑り軸受けの緊急作動特性を保証する。磨耗低減効果は、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度である約３００℃の温度で特に有利である。
【００５７】
高い耐磨耗性は、金属間化合物、詳細には、鉄−マンガン−珪化物によって決定され、耐磨耗性は、合金中の金属間化合物の増加割合に従って増大する。珪素の割合を高くすることによって、α相の割合を高くすることによって、金属間化合物の割合が高くなり、合金の熱安定性については、鉄及びマンガンの割合を同じにしたまま、銅の割合を高くすることによって高くなる。
【００５８】
更に、クロム、バナジウム、チタニウム、又はジルコニウムのうちの少なくとも一つの要素を最大０．１％含む銅亜鉛合金が、滑り軸受け用の材料として便利に使用される。
【００５９】
これらの要素を銅亜鉛合金に追加することには、粒子を更に小さくする効果がある。
【００６０】
更に、滑り軸受けに使用する場合、銅亜鉛合金は、以下の要素のうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。即ち、濃度が、０．０００５％以下の硼素、０．０３％以下のアンチモン、０．０３％以下の燐、０．０３％より少ないカドミウム、０．０５％以下のクロム、０．０５％以下のチタニウム、０．０５％以下のジルコニウム、及び０．０５％以下のコバルトを含んでいてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
複数の例示の実施形態を、以下の説明及び表１に基づいて更に詳細に説明する。
【００６２】
現在、通常の熱応力が加わる滑り軸受け用の材料として、CuZn31si1型の銅亜鉛合金が使用されている。この合金は、ほぼ以下の組成である。即ち、６８％の銅、１％の珪素、０．３％の鉛、そして残りが亜鉛である。以下、この合金を標準合金と呼ぶ。合金１は、請求項４の合金に対応し、その組成は、７０％の銅、７．７％のマンガン、５．２％のアルミニウム、１．８％の珪素、１．１％の鉄、０．８％の鉛、そして残りが亜鉛及び不可避の不純物である。合金２は、請求項９の合金に対応し、その組成は、６５．５％の銅、７．７％のマンガン、５．２％のアルミニウム、１．６％の珪素、１％の鉄、０．５％の鉛、０．１％のニッケル、０．２％の錫、そしてならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物である。合金３は、請求項１４の合金に対応し、その組成は、７０．５％の銅、７．７％のマンガン、５．２％のアルミニウム、１．８％の珪素、１．１％の鉄、０．０５％の鉛、０．１％のニッケル、０．２％の錫、そして残りが亜鉛及び不可避の不純物である。
【００６３】
様々な材料の軟化挙動について最大６００℃の温度まで研究した。これにより、滑り軸受けについての標準合金の硬度が２５０℃程度の温度から大幅に低下し、４００℃では１３０  ＨＶ５０しかなく、温度の上昇に従って硬度の低下が進み続けるということが示された。これとは対照的に、合金１については、２００℃乃至４５０℃の間の温度範囲で硬度の低下は計測されなかった。４５０℃を越えてしまうと、合金１の硬度もまた、温度の上昇に従って低下した。合金３は、同様に、２５０℃乃至４３０℃で硬度の値が一定である。従って、合金３の硬度値が安定しているため、硬度の大幅な低下を示す標準合金の範囲が延ばされる。合金２の硬度値の向上は、標準合金の硬度値の向上に匹敵するが、合金２は硬度が遥かに高い。
【００６４】
従って、合金１及び３、そして合金２もある程度、最新のエンジンの滑り軸受けの作動温度と対応する温度において、その最大硬度を有する。
【００６５】
導電率は、熱伝導率の計測値として使用でき、値が高いと、熱伝導率が高くなる。標準合金の導電率は、８．２ｍ／Ωｍｍ２である。合金１、２、及び３の導電率は、標準合金の８．２ｍ／Ωｍｍ２よりも低く、各々、４．６ｍ／Ωｍｍ２、４ｍ／Ωｍｍ２及び５．４ｍ／Ωｍｍ２である。このことは、合金１、２、及び３の放熱が標準合金と比較して低いということを意味する。しかしながら、他の優れた特性により、これは受け入れることができる。
【００６６】
潤滑剤がある状態と潤滑剤がない状態で磨耗の挙動を研究した。潤滑剤がある状態では、合金３は、磨耗抵抗が最大である（１２５０ｋｍ／ｇ）。同様に、合金１は、９６１ｋｍ／ｇの優れた磨耗抵抗を有し、これは、実際には、１２ｋｍ／ｇの標準合金の磨耗抵抗よりも２桁高い。合金２の５６８ｋｍ／ｇの磨耗抵抗は、標準合金の磨耗抵抗よりもほぼ１．５桁大きい。
【００６７】
潤滑剤がない状態での磨耗挙動の研究では、合金１及び３が、標準合金を上回る明確な利点を持つことが確認された。標準合金の磨耗が３５７ｋｍ／ｇであるのに対し、二つの合金１及び３の磨耗は、各々の場合で１２５０ｋｍ／ｇである。従って、この磨耗抵抗は、各々の場合において、標準合金の磨耗抵抗よりも３倍高い。換言すると、磨耗が遥かに少ない。合金２は、標準合金よりも磨耗が僅かに大きく、４１７ｋｍ／ｇである。
【００６８】
合金１、２、及び３は、鋳造、押し出し、圧伸成形、歪み取りを半連続で又は全連続で行うことによって製造できる。
【００６９】
標準合金の摩擦係数０．２９は、これまで、低い摩擦係数であると考えられており、従って、CuZn31si1型の材料は、理想的な滑り軸受け材料であると考えられてきた。高い摩擦係数を必要とする同期リング材料としてこれまで使用されてきた合金１、２、及び３は、驚くべきことに、この周知の用途について高いと分類されてきた摩擦係数が、実際には、低くなっている。例えば、合金２の摩擦係数である０．１４は、これまで低いと分類されてきた標準合金の摩擦係数の僅か半分に過ぎない。合金１及び３の摩擦係数は、各々、０．１０及び０．１１であり、これらは、標準合金の低い摩擦係数の１／３に過ぎない。従って、合金１、２、及び３は、驚くべきことに、滑り軸受け材料として使用するのに適しており、低い摩擦値に鑑みて、摺動特性が遥かに高い。
【００７０】
合金１、２、及び３は、これまで滑り軸受けに使用された標準合金を越える明瞭な利点を備えている。これらの利点は、とりわけ、軟化温度、摺動特性、及び耐磨耗性に関する。更に、導電率もまた適切である。従って、合金１、２、及び３は、滑り軸受け材料としての使用に関し、大幅な改良をもたらす。これらの合金は、最新のディーゼルエンジンの作動温度の上昇により材料に課せられた必要条件を満たす。
【００７１】
表１は、標準的な銅亜鉛合金、ならびに合金１、合金２、及び合金３の材料特性の比較を示す。
【表１】
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【００７２】
合金１に匹敵する特性を持つ合金は、７０．２％の銅、７．８％のマンガン、５．３％のアルミニウム、１．８％の珪素、１．１％の鉄、０．８％の鉛、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む合金である。合金２に匹敵する特性を持つ合金は、６５．６％の銅、７．８％のマンガン、５．３％のアルミニウム、１．８％の珪素、１．１％の鉄、０．５％の鉛、０．１％のニッケル、０．２％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む合金である。７０．５％の銅、７．８％のマンガン、５．３％のアルミニウム、１．８％の珪素、１．１％の鉄、０．０５％の鉛、０．１％のニッケル、０．２％の錫、ならびに、残りのものとしての亜鉛及び不可避の不純物を含む合金は、合金３と同様の特性を示す。