(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅合金であって、前記銅合金は、
１０重量％未満の硬い粒子と、
１０重量％未満のニッケル（Ｎｉ）と、
１０重量％未満のスズ（Ｓｎ）と、
１０重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
０．０１から５重量％未満のリン（Ｐ）と、
バランス剤としての銅（Ｃｕ）と、
不可避的不純物と、
から成り、
前記硬い粒子の硬度は、合金マトリクスの硬度よりも大きく、
前記硬い粒子の粒子サイズは、１００ｎｍより大きく１５μｍ未満である、
ことを特徴とする銅合金。
【請求項２】
前記ニッケルの含有量は８重量％未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の銅合金。
【請求項３】
前記ニッケルの含有量は６重量％未満である、ことを特徴とする請求項２に記載の銅合金。
【請求項４】
前記スズの含有量は８重量％未満である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項５】
前記スズの含有量は６重量％未満である、ことを特徴とする請求項４に記載の銅合金。
【請求項６】
前記鉄の含有量は５重量％未満である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項７】
前記鉄の含有量は３重量％未満である、ことを特徴とする請求項６に記載の銅合金。
【請求項８】
前記リンの含有量は３重量％未満である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項９】
前記リンの含有量は０．５重量％未満である、ことを特徴とする請求項８に記載の銅合金。
【請求項１０】
前記銅合金は、固体潤滑剤を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項１１】
前記固体潤滑剤は、ヘキサゴナル・ボロン・ナイトライド（ｈ−ＢＮ）およびグラファイトの少なくともひとつを含む、請求項１０に記載の銅合金。
【請求項１２】
前記銅合金は、１０重量％未満の固体潤滑剤を含む、請求項１０または１１に記載の銅合金。
【請求項１３】
銅合金であって、前記銅合金は、
１０重量％未満の硬い粒子と、
１０重量％未満のニッケル（Ｎｉ）と、
１０重量％未満のスズ（Ｓｎ）と、
１０重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
０．０１から５重量％未満のリン（Ｐ）と、
１０重量％未満のアルミニウム（Ａｌ）と、
バランス剤としての銅（Ｃｕ）と、
不可避的不純物と、
から成り、
前記硬い粒子の硬度は、合金マトリクスの硬度よりも大きく、
前記硬い粒子の粒子サイズは、１００ｎｍより大きく１５μｍ未満である、
ことを特徴とする銅合金。
【請求項１４】
前記アルミニウムの含有量は７重量％未満である、ことを特徴とする請求項１３に記載の銅合金。
【請求項１５】
前記アルミニウムの含有量は２重量％未満である、ことを特徴とする請求項１４に記載の銅合金。
【請求項１６】
銅合金であって、前記銅合金は、
１０重量％未満の硬い粒子と、
１０重量％未満のニッケル（Ｎｉ）と、
１０重量％未満のスズ（Ｓｎ）と、
１０重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
０．０１から５重量％未満のリン（Ｐ）と、
１０重量％未満のアルミニウム（Ａｌ）と、
５重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）と、
バランス剤としての銅（Ｃｕ）と、
不可避的不純物と、
から成り、
前記硬い粒子の硬度は、合金マトリクスの硬度よりも大きく、
前記硬い粒子の粒子サイズは、１００ｎｍより大きく１５μｍ未満である、
ことを特徴とする銅合金。
【請求項１７】
前記亜鉛の含有量は３重量％未満である、ことを特徴とする請求項１６に記載の銅合金。
【請求項１８】
前記亜鉛の含有量は１重量％未満である、ことを特徴とする請求項１７に記載の銅合金。
【請求項１９】
前記硬い粒子は、酸化物、炭化物および窒化物からなる集合から選択された少なくともひとつを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項２０】
前記銅合金は、無鉛である、請求項１から１９のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項２１】
前記銅合金は、５．５から６．４重量％未満のＮｉと、４．５から５．４重量％未満のＳｎと、１．５から２．４重量％未満のＦｅと、０．１４５から０．１５４重量％未満のＰと、バランス剤としての銅（Ｃｕ）と、不可避的不純物とを含むＣｕＮｉ６Ｓｎ５Ｆｅ２Ｐ０．１５のタイプ、または、
前記銅合金は、４．５から５．４重量％未満のＳｎと、３．５％から４．４重量％未満のＮｉと、１．５から２．４重量％未満のＦｅと、０．１４５から０．１５４重量％未満のＰと、バランス剤としての銅（Ｃｕ）と、不可避的不純物とを含むＣｕＳｎ５Ｎｉ４Ｆｅ２Ｐ０．１５のタイプである、請求項１から２０のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の銅合金のベアリングとしての使用。
【請求項２３】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の銅合金を含むベアリング。
【請求項２４】
ベアリングを製造するための方法であって、
請求項１から２１のいずれか一項に記載の銅合金の金属パウダーを生成する段階と、
前記金属パウダーを基板上に焼結する段階と、
を備え、
前記金属パウダーは５μｍ未満の粒子サイズを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記金属パウダーに硬い粒子および固体潤滑剤を混合させる段階をさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記銅合金内で内在的な硬い粒子を生成する段階をさらに備える、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記焼結する段階は、第１の焼結段階および第２の焼結段階を有し、
前記第１の焼結段階と前記第２の焼結段階との間で、少なくともひとつの合金元素を浸潤処理する段階をさらに備える、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくともひとつの合金元素は、アルミニウムを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属パウダーを生成する段階は、溶融噴霧により実行される、請求項２４から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記溶融噴霧の後に、前記銅合金の少なくとも一種類の元素を添加する工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも一種類の元素はアルミニウムである、ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板は、金属ストリップである、請求項２４から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記金属ストリップは、鋼ストリップである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の銅合金を有するベアリングを製造するための方法であって、前記銅合金をベース材上に鋳造またはメッキする段階を備える方法。
【請求項３５】
ベアリングを製造するための方法であって、請求項１から２１のいずれか一項に記載の銅合金を鋳造する段階を備える方法。
【請求項３６】
前記鋳造された銅合金をアニール処理する段階をさらに備える請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記アニール処理された銅合金を圧延する段階をさらに備える請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、硬い粒子および任意の固体潤滑剤を含む銅合金、ベアリング用の銅合金の使用、該銅合金から作られたベアリング、および、該ベアリングを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄およびリンを含む無鉛銅合金は、電気エンジニアリングにおいて高性能材料として知られている。
【０００３】
例えば、米国特許公開第２００９／００１０７９７号には、銅合金から作成されたストリップが開示されており、それは、本質的に、０．０１から３．０重量％のＦｅ、０．０１から０．３重量％のＰ、および、微量のＺｎ、Ｓｎ、Ｍｎ、ＭｇおよびＣａを含むＣｕ−Ｆｅ−Ｐタイプの合金である。その目的は、例えば、回路ボードでの使用に対して、高い電気伝導性、高い強度、および良好なフレキシビリティを有する材料を与えることである。
【０００４】
米国特許公開第２００６／００９１７９２号には、ＦｅおよびＰを含む銅合金からなる、平坦スクリーンに使用される薄膜が開示されている。また、対応する薄膜製造用のスパッタ基板も与えられる。
【０００５】
また、ドイツ銅学会（Ｄｅｕｔｓｃｈｅｓ  Ｋｕｐｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔ）のマテリアルデータシート“ＣｕＦｅ２Ｐ”および“Ｗｉｅｌａｎｄ−Ｋ６５”に関するデータシートには、電子コンポーネント用の対応する銅合金が開示されている。
【０００６】
しかし、銅合金はベアリング材料および摺動エレメント、例えば、“ベアリングブロンズ”形式として広く使用されている。これらの金属の耐摩耗性は、この目的用に特別に選択された合金システム内での析出硬化処理によって、または、硬い材料を添加することによって、増加させることが可能である。
【０００７】
この点に関して、独国特許公開第１０２００７０４９３８３号には、鋼材料の基板および銅合金の層を有する合成材料、特に、耐摩擦合成材料が開示されている。この発明の目的は、鋳型で容易に形成可能で、かつ、耐摩耗性摩擦層を有する材料を与えることである。耐摩耗性は、例えば、ＣｕＮｉＳｉ、ＣｕＮｉＳｉＭｇ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）−Ｐ、ＣｕＢｅまたはＣｕＭｇなどの硬化可能な銅合金の層によって達成される。基板材料として、例えば、炭素鋼、耐熱鋼、焼き入れ鋼、または、窒化鋼が使用される。また、合成物を製造するための方法も開示されている。該方法において、銅合金は、膜として基板材料上に圧延メッキされており、かつ、さまざまな熱処理が加えられている。耐摩耗性表面は、析出硬化処理によって、摩擦体中に合成物を形成した後にのみ作成される。
【０００８】
独国特許公開第１０２００５０１４３０２号には、摺動ベアリングを製造する方法および特に好適な摺動面を与える目的を有する摺動ベアリングを与える方法が開示されている。これは、エッチングプロセスによって達成される。そのエッチングにおいて、該摺動面の材料から特定の相が分解され、他の相は基板上に残る。この目的のために、構造物中に少なくとも２つの異なる相を有する複数成分の銅合金が使用される。これらの相は、析出法によって形成される。Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＺｎおよびＳｉ、ならびに、ＣｕＡｌ１３Ｆｅ４．５ＣｏＭｎ，ＣｕＡｌ１５Ｆｅ４．５ＣｏＭｎおよびＣｕＡｌ１０Ｎｉ５Ｆｅ４を含む、複数成分の銅アルミニウムブロンズが、適当な材料の例として開示されている。エッチング用の酸の選択によって、表面上に残る相が硬いか柔らかいかが決まる。作成されたエッチング面によって、減摩耗潤滑剤リザーバも形成される。
【０００９】
欧州特許公開第０９６２５４１号には、中間および高硬度の硬い材料粒子の添加によって特徴づけられる、焼結銅ベース摺動材料が開示されている。ベース材料として、純粋な銅または銅合金が示唆されている。Ｃｕ−Ａｇベース合金またはＣｕ−Ｐｂ−Ａｇベース合金が銅合金として使用可能である。さらに、これらの合金は、トータルで５０重量％以下の次の添加物、すなわち、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＦｅおよびＳｂを含むことができる。摺動材料は良好な摺動特性を達成すると同時に、特定の粒子、例えば、金属酸化物、ホウ化物、炭化物、および窒化物、並びに、Ｆｅ３Ｐ、Ｆｅ２Ｐ、Ｆｅ３Ｂ、ＴｉＳｉ２、ＺｒＳｉ２またはＮｉＰのような中間硬度の粒子からなる集合から選択される高硬度の粒子の添加によって、良好な加工性を達成する。高硬度粒子は、平均粒径が０．５μｍ以上で、０．０１から１５重量％の量で添加される。中間硬度の粒子は、平均粒径が５０μｍ以上で、０．５から２０重量％の量で添加される。
【００１０】
ベアリング材料自身は、高硬度材料粒子による噴霧化により作成された銅含有パウダーをミキシングし、続いて、鋼ストリップ上に広げられて、焼結することによって作成される。
【００１１】
国際公開第２００８／１４０１００号には、Ａｇ−Ｂｉ共晶およびＮｉ、Ｐ、Ｚｎ元素を含む無鉛銅ベース摺動材料、並びに、平均粒度１．５から７０μｍで、Ｆｅ３Ｐ、Ｆｅ２Ｐ、ＦｅＢ、ＮｉＢおよびＡｌＮの集合から選択された１から１０重量％の高硬度材料粒子を含む、無鉛銅合金摺動材料が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明の目的は、改良された銅合金を与えることである。
【００１３】
当該目的は、請求項１に従う合金によって解決される。また、本願発明の好適実施形態は、従属項にかかる発明の好適実施形態から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明にかかる、硬い粒子および任意に固体潤滑剤を含む銅合金は、以下の合金元素を有する。当該合金元素は、
約１０重量％未満、好適には約８重量％未満、さらに好適には約６重量％未満のニッケル（Ｎｉ）と、
約１０重量％未満、好適には約８重量％未満、さらに好適には約６重量％未満のスズ（Ｓｎ）と、
約１０重量％未満、好適には約５重量％未満、より好適には約３重量％未満、さらに好適には約２重力％未満の鉄（Ｆｅ）と、
約０．０１から約５重量％未満、好適には約３重量％未満、さらに好適には約０．５重量％未満のリン（Ｐ）、
任意に、約１０重量％未満、好適には約７重量％未満、さらに好適には約２重量％未満のアルミニウム（Ａｌ）と、
任意に、約５重量％未満、好適には約３重量％未満、さらに好適には約１重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）と、
バランスとして、銅（Ｃｕ）および不可避的不純物とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、摩耗性試験デバイスに硬い材料粒子を添加した場合と添加しない場合とで、３種類の銅合金の平均重量損失の比較を示す。
【図２】図２は、固体潤滑剤を添加した場合と添加しない場合とで、試験経過時間に応じた、銅合金を含む摺動エレメントの平均摩擦係数の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、上述した上限のみを有する濃度範囲は、対応する元素が合金中に有意な濃度で含まれることが理解されよう。同等な銅合金の通常の不純物レベル以上の濃度が、それぞれの下限値として仮定することができる。例えば、個々の元素に関して約０．０１重量％未満であり、すべての不純物元素の合計は約０．２重量％未満である。
【００１７】
このような銅合金は、その構造的構成およびその物理的特性により、ベアリングの応用に特に適している。硬い（材料）粒子の存在は、合金マトリクスの強度が増加し、かつ、剥離抵抗が改良される点で、銅合金の特性を改善する。これは、図１の異なる銅合金の比較から明確である。また、図２に示すように、任意の固体潤滑剤の存在が摩擦を減らすことにより、該合金の摺動性を改善する。本願発明に従う合金は、例えば、従来の無鉛焼結材料ＣｕＳｎ８Ｎｉ１およびＣｕＳｎ１０Ｂｉ３．５に比べ、有意に改善された耐食性および、同時に高い疲労強度およびより良い摺動特性によって特徴づけられる。疲労強度の改善は、合金のより高い熱伝導性によるものである。したがって、使用中に発生する熱は消散しやすくなり、熱負荷が減少する。
【００１８】
合金元素の濃度の細かい調節は、銅合金の使用条件、特に、耐食性、疲労強度、摺動特性および添加された硬い（材料）粒子および任意の固体潤滑剤との相互作用に関して、合金特性の調節を可能にする。例えば、所定の濃度範囲でのニッケルの添加は耐食性を改善する。これにより、材料表面上でニッケル濃度がより高くなる。その結果、形成された層は、効果的に孔食および／または表面腐食を防止する。鉄およびリンは、剥離耐性を増加させる任意の硬い粒子を形成する。スズは、マトリクスの硬度を増加させる。任意のアルミニウムおよび亜鉛は、ニッケルと同様に、腐食耐性を増加させる。
【００１９】
上述した濃度範囲に関して、以下の銅合金、すなわち、約５．５から約６．４重量％未満のＮｉ、約４．５から約５．４重量％未満のＳｎ、約１．５から約２．４重量％未満のＦｅ、約０．１４５から約０．１５４重量％のＰ、および、バランス剤としての銅（Ｃｕ）および不可避的不純物を含むＣｕＮｉ６Ｓｎ５Ｆｅ２Ｐ０．１５、および、約４．５から約５．４重量％未満のＳｎ、約３．５から約４．４重量％未満のＮｉ、約１．５から約２．４重量％未満のＦｅ、約０．１４５から約０．１５４重量％のＰ、および、バランス剤としての銅（Ｃｕ）および不可避的不純物を含むＣｕＳｎ５Ｎｉ４Ｆｅ２Ｐ０．１５が特に好ましい。これらの好適合金は、硬度（スズ含量）および耐食性（ニッケル含量）との間の有利な妥協を示し、特に、高性能な結合ロッドブッシングに適している。スズがこれより少ないと、結合ロッドブッシングとして使用するには疲労強度が低くなる。一方、ニッケルがこれより少ないと、合金の腐食耐性が減少するが、これより多いと合金のコストが増加するだけでなく腐食耐性をさらに増加させることが困難となる。
【００２０】
好適には、銅合金中に含まれる硬い粒子は、酸化物、炭化物、および／または、窒化物、例えば、ｃ−ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣおよび／またはＳｉ３Ｎ４を有する。内在的に形成される硬い粒子、例えば、Ｆｅ−Ｐ硬い粒子もまた可能である。硬い粒子は、合金マトリクスの硬度より大きい硬度によって特徴づけられ、材料全体として摩耗耐性を増加させる。さらに、高硬度粒子を、例えば、本願発明に従う銅合金のような比較的柔らかいマトリクス内に埋め込むことが有利である。なぜなら、これが粒子に作用する力を最適に補償して、粒子を安定して埋め込むことができるからである。
【００２１】
さらに、硬い粒子は約１５μｍ以下の粒子サイズを有するのが好ましい。粒子の好適なサイズ範囲は、合金マトリクス内での粒子の良好な分布および剥離耐性およびマトリクス強度の最適な増加との間の最適な妥協を示す。粒子サイズの下限値は約１００ｎｍである。粒子が大きすぎると、すなわち、約１５μｍ以上であると、それはベアリングを傷つけ、潤滑ギャップから押し出される。粒子が約１００ｎｍより小さいと、剥離強度に比べて強度が全体的に増加する。しかしながら、重量比率に応じて、ベアリングのカウンターコンポーネントを傷つける研磨効果が生じ得る。他方で非常に細かい粒子は、強い接着力によって凝集する傾向がある。このメカニズムは粒子サイズが減少したときに増強する。しかし、最適な効果にとって、粒子の均一な分布が必要である。これは、ミリングおよびミキシング処理によって達成される。しかし、粒度のある下限値において、ミリングおよびせん断力は、合金マトリクス内で添加物を均一に分布させ、かつ、凝集を防止するのに十分ではない。
【００２２】
さらに、銅合金は、約１０重量％未満の硬い粒子および／または約１０重量％未満の固体潤滑剤を有するのが好ましい。最初に、硬い粒子の含量は、剥離耐性およびマトリクス強度の改善を達成するために十分な硬い粒子が存在することを保証する。第２に、合金マトリクスの有利な特性は硬い粒子の多すぎる含量によって不利に変更されないことが保証される。また、好適な濃度範囲は、材料特性の特定の調節を可能にする。使用分野の特定の要求に応じて、銅合金中のより多くのまたはより少ない硬い粒子の含量が設定可能である。例えば、各々０．０１重量％、または、合計０．２重量％が硬い粒子の含量の下限値として仮定することができる。
【００２３】
任意に銅合金内に存在する固体潤滑剤は、好適には、ヘキサゴナル・ボロン・ナイトライド（ｈ−ＢＮ）および／またはグラファイトである。本願発明に従うそれらの含有量は、摩擦条件の所望の減少が達成されることを保証するが、他方で、多すぎる含有量による機械的強度の減少および摩耗耐性の減少が回避される。ｈ−ＢＮおよびグラファイトの両方の材料は、その原子構造によって優れた潤滑剤である。それは、永久的な潤滑剤として銅合金内に組み込むことができ、最適な摺動特性の設計を可能にする。特に、ｈ−ＢＮは、高い温度耐性および酸化耐性により特徴づけられ、それによって、広範囲の温度にわたって、良好な潤滑特性を維持することができる。
【００２４】
最後に、銅合金は無鉛であることが好ましい。特に、環境に優しく、かつ、リサイクルの問題に関して、環境に分解されない鉛の使用を控える点で有利である。
【００２５】
本願発明の他の目的は、請求項１から７に記載の銅合金をベアリングに使用することであり、請求項１から７に記載の銅合金を含むベアリングを与えることである。これらの目的は、請求項８および９によって解決される。
【００２６】
上述したように、耐摩耗および摺動特性を有する銅合金の本質的に良好な特性は、硬い粒子および任意の固体潤滑剤を組み込むことによりさらに改良される。したがって、本願発明に従う合金は、例えば、ブッシング、特に、結合ロッドブッシングのようなベアリング、および、摺動エレメントで使用することにとても適している。結果として、上記した銅合金を有するベアリングを与えることが有利である。銅合金の上記した好適実施形態から明らかなように、該合金は、ベアリングの異なる使用条件に対して良好に調節可能である。合金エレメント、硬い粒子および固体潤滑剤の含有量を設定することにより、高い硬度および耐性を有するベアリングが与えられるか、または、特定的に最適化された摺動特性を有するベアリングが与えられる。
【００２７】
また、本願発明の目的は、請求項１から７に従う銅合金を有するベアリングを製造する方法を与えることである。この目的は請求項１０の主題によって解決され、当該方法の好適実施形態は従属項１１から１３のそれぞれから明らかである。
【００２８】
本願発明に従う方法は、金属パウダーを生成し、任意に、硬質（材料）粒子および任意の固体潤滑剤の混合物をこのパウダーに添加し、任意に内在的な硬い粒子を銅合金内で製造し、任意に、第１焼結ステップと第２焼結ステップとの間で、合金元素、好適にアルミニウムを浸潤させて、混合パウダーを基板上に焼結することを含む。
【００２９】
したがって、焼結プロセスを通じて、有利に銅合金によってコーティングされた基板が形成され、それからベアリングが製造される。異なるミキシングおよびミリング装置を介して、続く焼結プロセスに対して最適に構成されたパウダーが生成される。さらに、硬い粒子および任意の固体潤滑剤（任意の他の合金元素）は、簡単に制御可能な方法で添加可能であり、混合パウダー内および後の銅合金内での均一な分布が保証される。代替的に、銅合金内で冶金学的プロセスによって内在的な硬い粒子を製造することも可能である。これは、ＦｅおよびＰの存在下において受容可能である。それにより、Ｆｅ−Ｐ硬い粒子が銅合金内部で直接的に形成可能である。硬い粒子の外部添加は必要ではないが、任意で実行されてもよい。混合パウダーの対応する生成を伴う焼結プロセスは、機能的粒子（硬い粒子および任意の固体潤滑剤）の添加が特に簡単な方法で制御可能であり、その分布に伴う問題が溶解プロセスに比べ回避可能であるという点で有利である。さらに、得られた材料は、任意の後続の圧延または処理ステップを必要としない。したがって、全処理工程に関する時間が短くなる。
【００３０】
好適には、金属パウダーの生成は溶融噴霧化によって実行される。この噴霧プロセスは、続くステップでさらに処理される前処理合金パウダーを生成する。例えば、表面不活性化の傾向がないＣｕＮｉＦｅＰＳｎパウダーが生成され、焼結補助剤の添加なしで使用することができる。噴霧化によって、増加した微細粒子（＜５μｍ）は金属パウダー内で達成され、焼結温度を有利に低下することができる。また、原理的に噴霧化は、純粋元素の使用を可能にし、その結果使用される材料コストを最小化することができる。
【００３１】
また、合金元素、例えば、任意のアルミニウムは溶融噴霧化の後でのみ添加されるのが好ましい。亜鉛およびアルミニウムは、溶融噴霧化で合金にすでに添加ずみであれば焼結パウダーを不活性化する耐火酸化物を形成する。他方、元素パウダーの別々の添加は、これらがより良く焼結されることを意味する。
【００３２】
任意の浸潤プロセスに関して、第１の焼結ステップにおいて、多孔マトリクスが作成され、その中に合金パウダーが導入される。続く第２の焼結ステップにおいて、対応する合金元素がマトリクス内に流入／拡散する。この浸潤ステップの利点は、合金元素が合金内で非常に均一に分布することである。
【００３３】
最後に、その上で混合パウダーが焼結される基板は金属ストリップであるのが好ましく、鋼ストリップであるのがより好ましい。鋼は、多用途でかつ技術的に非常によく記述された材料であり、摺動エレメントとして広く使用されている基本的材料である。記述された銅合金は、鋼ベース材料と良好な結合を形成する。本願発明に従う方法によって生成される際に、金属基板および銅合金の合成物が従来の方法に従い高性能ベアリングへとさらに処理される。
【００３４】
本願発明の最後の目的は、請求項１から７に記載の銅合金を有するベアリングを製造するための代替的方法を与えることである。この目的は、請求項１４に記載の方法によって解決される。
【００３５】
したがって、説明した銅合金は、焼結せずに溶解されて基本材料上に適応されてもよく、または、膜としてベース材料上にめっきされてもよい。また、説明した銅合金を完成したベアリングとして与えることも可能である。この目的のために、銅合金は鋳造され、任意に熱処理され、圧延されて、ベアリングに加工される。
【００３６】
代替的な方法は、パウダーの必要な生成を伴う焼結ステップを通じたベアリングの製造を避けることができる。さらに、銅合金の完成したベアリングを製造することが可能になる。この代替的方法は、最適に確立されかつ技術的詳細が周知である既存の製造手段によって、本願発明に従い特に有利な銅合金のベアリングの製造を可能にする。したがって、ベアリングは比較的短いリードタイムおよび試験間隔、並びに、最適なコストで実現可能である。
【００３７】
硬い粒子および／または固体潤滑剤を有する銅合金の摺動および疲労特性をテストするために、異なるトライボロジーテストが実行された。
【００３８】
図１は、硬い粒子、例えば、酸化物の添加によって、左側のバーと中央のバーとの比較から明らかなように、銅合金の耐摩耗性が明確に改善されたことを示している。また、合金マトリクスがさらに変更されると、相乗効果が得られることがわかる。中央のバーと右側のバーとの比較から明らかなように、合金の強度を増加させることにより、同時に、硬い粒子を添加することにより、摺動エレメントは、さらに増加した疲労強度および剥離強度を有するようになる。
【００３９】
図２は、例えば、ｈ−ＢＮのような固体潤滑剤の導入が摺動エレメントの摩擦を減少させ、摺動特性が有意に改善されることを示している。高い摩擦係数を示す上側のグラフは、標準的な銅合金を表す。ｈ−ＢＮの添加は、下側のグラフに示すように、平均摩擦係数の有意な低下をもたらし、固体潤滑剤の効果を実証している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】米国特許公開第２００９／００１０７９７号明細書
【特許文献２】米国特許公開第２００６／００９１７９２号明細書
【特許文献３】独国特許公開第１０２００７０４９３８３号
【特許文献４】独国特許公開第１０２００５０１４３０２号
【特許文献５】欧州特許公開第０９６２５４１号
【特許文献６】国際公開第２００８／１４０１００号
【図１】
0006444379.tif 000002
【図２】
0006444379.tif 000003