(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅合金からなる圧延された層が、鋼からなる支持層と分離できないように複合されている帯状の複合体であって、この際、銅合金が、
Ｎｉ  １．０から１５．０重量％、
Ｓｎ  ２．０から１２．０重量％、
残分  Ｃｕおよび不可避の不純物、
マンガン５重量％以下（０％を含む）、
ケイ素３重量％以下（０％を含む）、
Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｂから選択される１種以上を１．５重量％以下（０％を含む）、
Ｂ、Ｚｒ、Ｐ、Ｓから選択される１種以上を０．５重量％以下（０％を含む）、
Ｐｂ２５重量％以下（０％を含む）の組成を有し、銅合金からなる層が０．１から３ｍｍの厚さを有する、６００から８００℃での焼き入れを少なくとも１回と、３００から５００℃での焼き戻しを少なくとも１回を受けている帯状の複合体において、鋼からなる支持層の表面と、銅合金からなる層との間に、銅合金の界面から鋼への拡散作用を阻止するための中間層が配置されていることを特徴とする帯状の複合体。
【請求項２】
支持層が、深絞り用鋼、熱処理鋼または表面焼き入れ鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の帯状の複合体。
【請求項３】
複合すべり素子または電気分野の差し込み（プラグ）コネクタのために用いることを特徴とする前記請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の帯状の複合体の使用方法。
【請求項４】
成形の前および／または後に、３００から５００℃の温度処理を少なくとも１回受けていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の帯状の複合体からなる複合すべり素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンド形材料複合体およびその使用方法並びにバンド形材料複合体からなる複合すべり素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年来、既に銅合金は、軸受け用途のために役立っている。これらは、その構造組織およびその特性により、所定の要求を特に良好に満たす。勿論、著しい熱負荷下では、慣用の青銅およびネーバル黄銅は、制限を受けることが判明している。
【０００３】
中実な軸受け材料からなる従来のブッシュとは別に、鋼複合ブッシュも知られている。その製造のために例えば、鉛含有スズ青銅からなるバンドが圧延法により、鋼の上にクラッディングされる。勿論、スズ４〜８重量％の含有率を有するスズ青銅からなるこのような軸受け材料は、エンジン室の高い負荷環境下で軸受け材料に設定される高い要求の全てに関して考慮されているわけではない。
【０００４】
特許文献１から、比較的高い比荷重および比較的低い摩擦を示すすべり軸受け用の層状複合材料が知られている。この層状複合材料は、担持層、軸受け金属層、ニッケルからなる第１の中間層、スズおよびニッケルからなる第２の中間層ならびに銅およびスズからなるすべり層を有する。すべり層は、スズ−銅−粒子が堆積しているスズマトリックスを有し、これは、銅３９〜５５重量％および残分のスズからなる。
【０００５】
内燃機関内のすべり軸受けで生じるような高温では、その下に位置する第２の中間層へのスズの移動が生じ、このことにより、スズ−銅−粒子の濃縮（Aufkonzentration）が生じる。
【０００６】
さらに、特許文献２から、多層すべり軸受けが知られており、これは、硬い金属支持体と、例えばアルミニウム−軸受け合金からなる軟らかい金属担持層と、スズ含有軸受け合金からなる直流電流により施与されたすべり層とからなる。担持層とすべり層との間には、銅合金層を含む充填二重層が配置されている。
【０００７】
特許文献３から、担持層と、６０から９５重量％の銅割合を有する銅合金または６０から９６重量％のアルミニウム割合を有するアルミニウム合金からなる軸受け金属層と、拡散遮断層と、鉛不含の銅−スズ−合金からなる直流電流により施与されるすべり層とを備えたすべり軸受け用の層状複合材料も知られている。
【０００８】
【特許文献１】ドイツ特許第１９９６３３８５Ｃ１号明細書
【特許文献２】ドイツ特許第３３０４７４０Ｃ２号明細書
【特許文献３】欧州特許第０９２１２１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、高い耐摩耗性と同時に、高い耐熱性が生じるように、バンド形材料複合体および複合すべり軸受けを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明を、バンド形材料複合体に関しては、請求項１に記載の特徴により示す。バンド形材料複合体の使用を、請求項５に、複合すべり素子を請求項６に示す。さらなる従属請求項は、本発明の好ましい発展形態に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明はこの場合、鋼および鋼と分離不可能に複合されているＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金からなる性能のよい材料複合体を提供するという考えから出発している。この材料複合体は、非常に良好な耐摩擦性と、熱的負荷のかかる環境下ですべり素子として使用する理由により、優れた耐熱性とを示すという効果を有する。
【００１２】
本発明によるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−加工用鍛錬合金は、スピノダル分解系であり、これは、エンジン構造内の軸受け材料として、すでに中実材料として基本的に知られている。これらの材料は、良好な摩擦および摩滅特性ならびに良好な耐腐食性を有する。熱安定性も優れている。
【００１３】
１〜１５重量％のＮｉ含分および２〜１２重量％のＳｎ含分を用いると、これらの材料において、６０％までの冷間成形率を達成することができる。軟化焼き入れと組み合わせると、材料複合体に適した薄いバンドを製造することができる。場合によって、このバンドを、３００から５００℃の温度範囲で焼き戻しすることもできる。これにより、材料は、進行するスピノダル分解により硬化する。これに加えて、連続的または断続的な析出も生じうる。
【００１４】
析出硬化のこの形態は、二元銅−ベース合金よりも明らかに優れている。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金と鋼バンドとの接着性を最適化するために、両方の材料の表面を予備処理する。本発明により析出硬化させた材料により、熱安定性および強度が、同時に必要な延性と共に、高い要求下にある軸受け素子のために実現される。
【００１５】
中実なブッシュに対して、本発明で達成される利点は特に、材料複合体では、機械的特性および摩擦特性に関する要求を鋼と銅と多成分の合金層との組み合わせにより、相互に別々に最適化することができることにある。両方の複合体成分に関して、圧延、焼き戻しおよび均一化焼き入れにより、材料特性をそれぞれの要求に最適に合わせることができる。例えば、機械的および熱的処理によって軟質または硬質銅と多成分の合金層を、鋼支持層と組み合わせることもできる。１つの材料複合体で両方の材料を組み合わせることにより、すべり素子用途に優れて適している材料特性を得ることができる。
【００１６】
これに関連して、鋼担持材料の容量的割合ならびに重量的割合が、銅と多成分の合金からなる機能材料の割合よりも高いことから、経費的に有利な構成が判明している。
【００１７】
本発明の特に好ましい実施形態では、銅と多成分の合金は、
Ｎｉ  １．０から１５．０重量％、
Ｓｎ  ２．０から１２．０重量％、
Ｍｎ  ０．１から２．５重量％、
Ｓｉ  ０．１から１．５重量％、
残分  Ｃｕおよび不可避の不純物、
場合によって、個別または組み合わせでＴｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｂが１．５重量％まで
場合によって、個別または組み合わせでＢ、Ｚｒ、Ｐ、Ｓが０．５重量％までの組成を有する。
【００１８】
これにより、硬い金属間相の形成によりＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の耐摩擦性のさらなる改善を生じさせるという目的を追求する。このさらなる硬質物質相には、マンガン−ニッケル−ケイ化物が該当する。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金は概して、すべり特性、耐腐食性および室温での耐弛緩性に関して非常に良好な特性を示す。しかし、硬質相が生じると、混合摩擦の領域での粘着傾向が低下し、高温での耐熱性および延性がさらに上昇する。
【００１９】
耐摩擦性に寄与する構造成分と、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系のスピノダル分解性合金との組み合わせにより意外にも、一方では、摩擦による負荷が始まるまでの到達特性（Einlaufverhalten)を低減することができ、他方では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｍｎ−Ｓｉからなるこのような材料は、耐熱性であると同時に十分に延性であることが判明した。
【００２０】
有利には、支持層は、深絞り用鋼、熱処理鋼または表面焼き入れ鋼からなる。さらに高硬度の鋼も考慮される。
【００２１】
好ましくは、銅と多成分の合金からなる層は、０．１から３ｍｍの厚さを有する。銅と多成分の合金のバンドはこの場合、適切な熱機械的処理により、この厚さまで圧延することができる。
【００２２】
方法的には、銅と多成分の合金からなる層を、鋼からなる支持層の上で圧延または鋳造または焼結させることができる。このために、圧延の際に、支持層のバンド材料の表面および銅と多成分の合金のバンド材料の表面を予備処理し、清浄化する。簡単には、これらを、ブラシを用いての機械的な予備処理により行う。
【００２３】
有利には、複合すべり素子を例えば、ロール状ブッシュおよびスラストワッシャの形態で製造するためには、圧延クラッディングされたバンドが特に適している。この合金を、電気工学の領域で差し込み結合材のために使用することもできる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、複合すべり素子は、本発明によるバンド形材料複合体からなってよく、この際、これらは、成形の前および／または後に、３００から５００℃での温度処理に少なくとも１回掛けられている。この場合、材料は、進行するスピノダル分解によって硬化する。
【００２５】
有利には、本発明によるバンド形材料複合体からなる複合すべり素子は、成形の前および／または６００から８００℃での温度処理を少なくとも１回受けている。この範囲での温度処理により、均一化が生じ、これにより、材料はより軟化する。
【００２６】
これとは別に、複合すべり素子を、６００から８００℃での溶解焼き入れ少なくとも１回と３００から５００℃での焼き戻し少なくとも１回との組み合わせに掛けることができる。材料の均一化焼き入れおよび硬化により、焼き戻しまたは圧延の際に、銅と多成分の合金の材料特性を、複合体対の鋼に最適に合わせることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態では、鋼からなる支持層の表面と銅と多成分の合金からなる層との間に、中間層が配置されていてよい。
【００２８】
この中間層は特に、銅と多成分の合金の界面から鋼への拡散作用を阻止し、場合によっては、両方の対の接着性を高める。
【００２９】
他の好ましい実施形態では、銅と多成分の合金からなる層中に減摩ポケット部（Schmiertaschen）を配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、銅と多成分の合金からなる層が、鋼からなる支持層と分離できないように複合されているバンド形材料複合体を包含し、この際、銅と多成分合金は、
Ｎｉ  １．０から１５．０重量％、
Ｓｎ  ２．０から１２．０重量％、
残分  Ｃｕおよび不可避の不純物、
場合によって、マンガン５重量％まで、
場合によって、ケイ素３重量％まで
場合によって、個別または組み合わせでＴｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｂが１．５重量％まで
場合によって、個別または組み合わせでＢ、Ｚｒ、Ｐ、Ｓが０．５重量％まで、
場合によって、Ｐｂ２５重量％までの組成を有するという形態とすることで実現した。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例を、次の実施例および図１に示されている、ＣｕＮｉＳｎ合金および鋼バンドからなる材料複合体の光学顕微鏡写真により詳述する。
【００３２】
実施例１：
実験のために、ＣｕＮｉ６Ｓｎ６を圧延された硬さ状態とし、および軟化焼き入れされた状態で施与材料として、鋼を様々な状態でベース材料として使用した。試料をブラシで処理し、引き続き清浄化した。
【００３３】
引き続き直ぐに、様々なピッチ低下（Stichabnahme）で圧延を行った。銅と多成分の合金からなるバンドの出発厚は、約３ｍｍであった。ベース材料の様々なバンド厚は、１．５ｍｍ、３および５ｍｍであった。銅と多成分の合金の幅は、ベース材料の幅よりも約０．１から０．３ｍｍほど狭かった。圧延出力、モーメントおよび出口温度を測定した。ベース材料の前記の厚さを有する各材料状態で処理し、１つの組み合わせ当たりそれぞれ５つの態様を実施した。圧延実験により、鋼へのＣｕＮｉ６Ｓｎ６のクラッディングは難なく、良好な材料接着で実現することができることが判明した。
【００３４】
図１は、ＣｕＮｉＳｎ合金１と鋼バンド２からなる材料複合体の断面の光学顕微鏡写真を示している。
【００３５】
この場合、複合軸受け材料を、圧延クラッディングにより圧延された硬さ状態で、軟化焼き入れされた状態で、さらに焼き戻しされた状態で使用した。均一化温度は、５００から８００℃であり、焼き戻しを３００から５００℃の温度で行う。
【００３６】
実施例２：
以下では、スラストワッシャおよび軸受けブッシュなどのすべり素子のために、銅と多成分の合金を伴う材料複合体を製造する方法を記載する。この方法では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系からなる鉛不含−軸受け材料を、溶融および鋳造により、深絞り用鋼に施与した。鉛不含の軸受け材料を、１０００から１２００℃の温度で鋳造したが、この際、層の構造は、連続的および断続的析出を伴うα−相から生じている。鋼およびＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金からなる材料複合体を６００から８００℃の温度で焼き入れし、引き続き、層の表面をフライス盤に掛けた。この層状軸受け材料は、鋳造された状態でも、焼き戻しされた状態でも、すべり軸受け素子のために使用することができる。焼き戻しは、３００から５００℃の温度で実施した。
【００３７】
圧延および焼き入れなどの熱機械的処理により、軸受け層の鋳造構造は捏和（geknetet）された。バンドを、１０から６０％の成形度で冷間圧延し、引き続き、５００から８００℃の温度で焼き入れすることができる。複合軸受け材料は、様々な状態全てで、または鋳造状態で、捏和状態で、さらに焼き戻しされた状態で、すべり素子のために使用することができることが判明した。
【００３８】
実施例３
さらなる一連の実験では、様々なＭｎ−Ｓｉ比を有するブロックを鋳造し、引き続き、冷間にさらに加工した。実験された合金態様を表１にまとめる。鋳造ブロックを７００から８００℃の温度範囲で均一化し、次いで、切削した。複数回の冷間成形および中間焼き戻しにより、２．５から２．８５ｍｍの厚さを有するバンドを製造した。これらのバンドを冷間圧延し、引き続き、７００から８００℃の温度範囲で焼き入れして、十分な冷間成形能（Kaltumformvermoegen）を達成した。
【００３９】
【表１】
0005307348.tif 000002
【００４０】
予測されたように、ケイ化物で変性されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の冷間成形能は、さらなるケイ化物相を伴わないＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の場合よりもやや低いことが確認された。
【００４１】
このようなベルトを、さらなる方法ステップで、圧延クラッディング法により、硬い材料複合体に合わせる。摩擦学的実験を伴う試験で、ケイ化物で変性されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金に関して、変性されていない態様に対してかなり低い摩擦係数が証明された。したがってこの新規の変性合金は特に、エンジン、ギアおよびハイドロリックに関する各自動車領域ですべり素子（ブッシュ、スラストワッシャなど）として使用するための一次物質として適している。
【００４２】
前記の表の値を介して勿論、１．５重量％までのＳｉ含有率および２．５重量派のＭｎ含有率で変性されているＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−態様を、材料特性を改善しつつ調製することもできることが判明した。さらなる実験室実験もこのために既に実施し、限界値を確認した。
【００４３】
特に、Ｓｉ含有率が０．７重量％までであり、Ｍｎ含有率が１．６重量％までであると実際に、製造技術的な観点からも、問題なく製造することができることが証明された。ケイ素およびマンガンの含有率がさらに高い場合には、鋳造パラメーターによって、相応する調節を慣用の対策の範囲内で実施しなければならない。
【００４４】
ケイ素またはマンガン含有率が３重量％または５重量％の前記最大値を上回る場合には、特にバンド材料での辺縁部亀裂により、さらなる加工の際の困難を考慮しなければならない。
【００４５】
ＣｕＮｉＳｎ合金は、微細に分布しているマンガン−ニッケル−ケイ化物を含有し、これらは、合金マトリックスに包埋している。これらのケイ化物は、既に１１００℃付近の温度範囲で初析出として溶融物中に生じる。溶融物組成の有利な選択では、利用可能なケイ素およびマンガンは、ケイ化物に対して過剰に存在するニッケル成分と共に析出する。この場合にケイ化物の形態で消費されるニッケル割合を、マトリックスの後続の形成のために、溶融物中での比較的高いニッケル割合により相応に考慮することができる。
【００４６】
ケイ化物の組成は、予め設定された化学量論に必ずしも対応しない。方法の実施によって、特に冷却速度によって、三元金属間相が、（Ｍｎ、Ｎｉ）ｘＳｉタイプのケイ化物の形態で析出し、これは、二元辺縁相Ｍｎ５Ｓｉ３およびＮｉ２Ｓｉの間の範囲に位置する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】光学顕微鏡写真によるＣｕＮｉＳｎ合金１と鋼バンド２からなる材料複合体の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ＣｕＮｉＳｎ合金
２  鋼バンド
【図１】
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