(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合計量が40質量%以上のCu及びAl、30質量%以下のSn（ゼロを含まない）、32質量%以下のPb（０を含む）、5〜50質量%以下のSi 、0.9〜5質量%のP及び不純物とからなる組成を有し、かつCu合金とAl合金からなるCu-Al系溶射層の表面にリン酸アルミニウム化合物皮膜が形成されており、かつ前記Cu合金と前記リン酸アルミニウム化合物皮膜の界面においてＰが該Ｃｕ合金表面に濃縮していることを特徴とするCu-Al系溶射摺動材料。
【請求項２】
前記CuとAlの合計量が63.1質量%以上である請求項１記載のCu-Al系溶射摺動材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Cu-Al系溶射摺動材料に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、耐焼付性を改良したCu-Al系溶射摺動材料に関するものである。
溶射材料は溶融物質から成膜された点では溶融めっき材料と同じであるが、溶融もしくは半溶融粉末が高速で基板に衝突して成膜されているために特有の組織を呈している。
【０００２】
【従来の技術】
コンプレッサ部品にはCu-Sn-Pb系溶射が行われており、また Pbフリーを目指したAl-Si系溶射も研究されている（「まてりあ」Vol.14(2001)No.4, p338）。本出願人が、斜板式コンプレッサ摺動層用として特開２００１−２０８５６号公報で提案したCu-Al系溶射摺動材料は、未溶解Cu-Pbアトマイズ粉末が耐焼付性を向上させ、一方、Al-Si合金粉末中のSiは溶射組織中で粒状硬質Si粒子として存在して耐摩耗性を高めることを骨子とするものである。即ち、Cu-Pb粉末が完全に溶解すると、Pb相が片状に変化して脆弱な組織となるので、未溶解状態に保つことによって粒状形態を維持したPb組織が耐焼付性を発揮する。Al-Si合金中のSi粒子は微細化されて耐摩耗性を高める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような組織をもつCu-Al系溶射摺動材料では摺動性能は、(a)Al-Si合金相中の硬質Si粒子が耐摩耗性を発揮する；(b)Cu-Pb合金相中のPb相が相手軸により摩耗されなじみ面を形成することによりほぼ決定されている。しかしながら、フロン等の冷媒を用いるコンプレッサのような摺動条件では、Al-Si合金相の耐焼付性不足及びCu-Pb合金相の耐摩耗性不足という両合金の欠点が全体の性能を損なう方向に作用することがあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは相手材と接触するCu-Al系溶射摺動層の最表面にリン酸アルミニウム化合物の生成を試み、その結果難題とされてきた耐焼付性に大きな効果が見られた。以下本発明を詳しく説明する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るCu 合金とAl合金からなるCu-Al系溶射摺動材料は、合計量が40質量%以上のCu及びAl、30質量%以下のSn（ゼロを含まない）、32質量%以下のPb（０を含む）、5〜50質量%以下のSi、0.9〜5質量%以下のP及び不純物とからなり、表面にリン酸アルミニウム化合物が形成され、Ｃｕ合金の表面にはＰが濃縮されているものである。これらの成分中、PはAlアトマイズ粉に添加すると下記製法(1)においてPがリン酸アルミニウム化合物に変化する。また、本発明の皮膜は耐焼付性が優れているために、銅合金中のPb量をゼロにすることができる。
【０００６】
皮膜を形成するリン酸アルミニウム化合物はAlPO4(正リン酸アルミニウム), AlPO3（亜リン酸アルミニウム）,AlPO2（次亜リン酸アルミニウム）などである。これらのリン酸アルミニウム化合物は相手材の接触部で境界潤滑膜の働きを起こし、潤滑油の乏しい条件で抜群の効果を発揮する。当然に流体潤滑条件でも効果を発揮する。リン酸アルミニウム化合物皮膜の厚さは０．０１〜５０μmが好ましく、０．０１〜２０μmがより好ましく、０．０５〜５μmが最も好ましい。
【０００７】
リン酸化合物皮膜は次の方法で形成することができる。
(1)Cu-Al系溶射摺動材料を、例えばリン酸エステルとしてPを添加したオイル中に浸漬して１００〜３００℃で加熱する。
(2)Cu-Al系溶射摺動材料の表面に赤リン粉を散布して、還元性雰囲気内で１００〜３００℃で加熱する。溶射によって酸化されたCu,Sn,Pbは還元され酸化リンが生成し、結果としてリン酸アルミニウムが形成されるものと推察される。なお、その際、２〜３μｍ以上の厚さに形成された皮膜中には、CuとPの化合物も一部に存在するものと考えられる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【０００８】
上記方法(１)により表面に皮膜が形成されたCu-Al系溶射摺動材料の表面を観察すると、リン酸化合物皮膜はAl合金層上に形成され、Pを含有しないCu合金層上にはほとんど形成されていない。Cu合金がPを含有する場合はPが表面に濃縮され、リン酸アルミニウム皮膜が生成する。銅の上にリン酸銅でなくリン酸アルミニウム皮膜が形成される理由は標準生成エネルギーの関係であると考えられるが、詳細は不明である。
【０００９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
表１に示す組成を有するCu-Al溶射摺動層を前掲公開公報、実施例（段落番号００３０記載の方法により成膜した。その後リン酸アルミニウム化合物皮膜を段落番号０００７、(１)の方法により形成した。
【００１０】
【表１】
0003865214.tif 000002
【００１１】
溶射層の組成は、リン酸アルミニウム皮膜形成前に溶射層の表面を電子顕微鏡による定量法で分析して求めた。
【００１２】
耐焼付性を次の方法・条件により測定した。
試験機：高圧雰囲気試験機
回転数：７２００rpm
面圧：Max１５MPa
滑滑：冷凍機油／冷媒循環式
相手材：SUJ２（焼入れ）
【００１３】
表１から、本発明に係るリン酸皮膜を形成したCu-Al系溶射摺動材料の耐焼付性は著しく向上していることが分かる。
【００１４】
図1及び2は表1の実施例1の供試材につき表面をTOF-SIMSによりPO2−の分析を行った結果を示し、図1は耐焼付試験前、図2は耐焼付試験後に相当する。図3及び4は同じ供試材につき表面をTOF-SIMSによりPO3−の分析を行った結果を示し、図3は耐焼付試験前、図4は耐焼付試験後に相当する。摺動試験後にこれらのピークが強くなっているのは溶射合金中のPが皮膜中に移行したためと推定される。図5、6は従来材No.12について表面をTOF-SIMSにより分析した結果を示し、それぞれPO2及びPO3に相当する。
さらに、上記供試材の表面をTOF-SIMSで分析したところAlとPの分布は一致し、CuとPの分布は一致しなかった。
以上の結果より本発明皮膜はAlPO2、AlPO3より構成されることが明らかである。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると耐焼付性に優れた皮膜が形成されるために、本発明の摺動材料はコンプレッサ性能を高めることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  耐焼付試験前の本発明供試材１をTOF-SIMSで測定したPO2-負イオンスペクトルを示す図（縦軸―任意単位、以下同じ）である。
【図２】  耐焼付試験後の本発明供試材１をTOF-SIMSで測定しPO2-た負イオンスペクトルを示す図である。
【図３】  耐焼付試験前の本発明供試材１をTOF-SIMSで測定したPO3-負イオンスペクトルを示す図である。
【図４】  耐焼付試験後の本発明供試材１をTOF-SIMSで測定しPO3-た負イオンスペクトルを示す図である。
【図５】  耐焼付試験後の従来供試材１２をTOF-SIMSで測定したPO2-負イオンスペクトルを示す図である。
【図６】  耐焼付試験後の従来供試材１２をTOF-SIMSで測定しPO3-た負イオンスペクトルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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