(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
前記金属基材の一の面に形成される摺動層を備え、
前記摺動層は、
ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相と、
前記マトリックス相中に分散している硬質粒子であって、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子と、を有する
ことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記摺動層は、
前記マトリックス相中に分散している化合物相であって、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む化合物相をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記摺動層は、前記マトリックス相中に分散しているＢｉ粒子をさらに有する
ことを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動層全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子の含有率は４０質量％以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
金属基材と、
前記金属基材の一の面に形成される摺動層を備え、
前記摺動層を内側として環状とし、円筒状の内周面が前記摺動層で構成される軸受において、
前記摺動層は、
ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相と、
前記マトリックス相中に分散している硬質粒子であって、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子と、を有する
ことを特徴とする軸受。
【請求項６】
金属基材の一の面上に、Ｃｕ、ＳｎおよびＢｉを含む第１粉末と、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子粉末であって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｏおよびＣｒを含む前記硬質粒子粉末とを有する混合粉末を散布する工程と、
前記金属基材上に散布された前記混合粉末を８００〜９００℃で焼結する工程と、を有する
ことを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項７】
前記硬質粒子粉末はＳｎをさらに含む
ことを特徴とする請求項６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項８】
前記硬質粒子粉末はＳｎを１質量％以上含む
ことを特徴とする請求項７に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％である
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記混合粉末は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む第２粉末をさらに有する
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
前記第２粉末はＳｎをさらに含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１２】
前記第２粉末はＳｎを１質量％以上含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１３】
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記第２粉末の配合量は２〜３８質量％である
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１４】
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％であり、前記第２粉末の配合量は２〜３８質量％である
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１５】
前記第１粉末はＰをさらに含む
ことを特徴とする請求項６〜１４のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１６】
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項６〜１５のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１７】
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１８】
金属基材の一の面上に、Ｃｕ、ＳｎおよびＢｉを含む第１粉末と、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子粉末であって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｏおよびＣｒを含む前記硬質粒子粉末とを有する混合粉末を散布する工程と、
前記金属基材上に散布された前記混合粉末を８００〜９００℃で焼結して摺動層を形成する工程と、
前記摺動層が形成された前記金属基材を圧延する工程と、
圧延された前記金属基材を、前記摺動層を内側として巻ブッシュ状に加工する工程と、を有する
ことを特徴とする軸受の製造方法。
【請求項１９】
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項１８に記載の軸受の製造方法。
【請求項２０】
前記混合粉末は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む第２粉末をさらに有する
ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の軸受の製造方法。
【請求項２１】
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項２０に記載の軸受の製造方法。
【請求項２２】
ＣｕおよびＳｎを含む第１粉末と、
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、さらにＳｎを１質量％以上含む硬質粒子粉末と、
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含み、さらにＳｎを１質量％以上含む第２粉末と、を含む
ことを特徴とする摺動部材および軸受の摺動面用混合粉末。
【請求項２３】
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項２２に記載の摺動部材および軸受の摺動面用混合粉末。
【請求項２４】
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項２２または２３に記載の摺動部材および軸受の摺動面用混合粉末。
【請求項２５】
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、さらにＳｎを１質量％以上含む軸受の摺動面用硬質粒子粉末。
【請求項２６】
前記軸受の摺動面用硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする請求項２５に記載の軸受の摺動面用硬質粒子粉末。
【請求項２７】
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含み、さらにＳｎを１質量％以上含む軸受の摺動面用粉末であって、
前記軸受の摺動面用粉末中の各構成元素の含有量は、粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする軸受の摺動面用粉末。
【請求項２８】
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、
硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：１４〜２０質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｓｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：４質量％以上、Ｃｕ：残部である
ことを特徴とする摺動部材および軸受の摺動面用硬質粒子粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材、軸受、摺動部材の製造方法、軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛青銅系焼結軸受合金は自動車や一般産業機械の摺動部材料として広く用いられている。鉛青銅の主成分は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂであり、銅合金鋳物としてＪＩＳ  Ｈ５１２０などで規定されている。この中で、ＣＡＣ６０３（以下ＬＢＣ３と称する）として規定されている銅合金は、中高速・高荷重用軸受、大形エンジン用軸受などが用途として挙げられている。この銅合金中に質量で１０％程度含まれている鉛は、固体潤滑剤として摩擦特性を向上させる役割を担っている。軟質金属である鉛が容易に塑性変形することで、摩擦する二面間の間で潤滑剤として働き、結果的に摩擦特性の優れた材料となる。
【０００３】
しかしながら、汎用品であるＬＢＣ３では、使用環境の高速化や高荷重化などにより、十分な潤滑が得られない境界潤滑のような使用環境においては著しい摩耗や焼付が発生し、その改善が課題となっている。
【０００４】
特許文献１、２では、鉛を含まない摺動材料として、Ｃｕを主成分としてＣｕ基にＳｎとＢｉを添加したＣｕ−Ｓｎ−Ｂｉ合金の銅系摺動材料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５０６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものである。本発明の目的は、ＬＢＣ３よりも耐摩耗性の点で改善された摺動部材および軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る摺動部材は、
金属基材と、
前記金属基材の一の面に形成される摺動層を備え、
前記摺動層は、
ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相と、
前記マトリックス相中に分散している硬質粒子であって、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子と、を有する。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る摺動部材は、第１の態様に係る摺動部材であって、
前記摺動層は、
前記マトリックス相中に分散している化合物相であって、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む化合物相をさらに有する。
【０００９】
本発明の第３の態様に係る摺動部材は、第２の態様に係る摺動部材であって、
前記摺動層は、前記マトリックス相中に分散しているＢｉ粒子をさらに有する。
【００１０】
本発明の第４の態様に係る摺動部材は、第１〜３のいずれかの態様に係る摺動部材であって、
前記摺動層全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子の含有率は４０質量％以下である。
【００１１】
本発明の第５の態様に係る軸受は、
金属基材と、
前記金属基材の一の面に形成される摺動層を備え、
前記摺動層を内側として環状とし、円筒状の内周面が前記摺動層で構成される軸受において、
前記摺動層は、
ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相と、
前記マトリックス相中に分散している硬質粒子であって、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子と、を有する。
【００１２】
本発明の第６の態様に係る摺動部材の製造方法は、
金属基材の一の面上に、Ｃｕ、ＳｎおよびＢｉを含む第１粉末と、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子粉末であって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｏおよびＣｒを含む前記硬質粒子粉末とを有する混合粉末を散布する工程と、
前記金属基材上に散布された前記混合粉末を８００〜９００℃で焼結する工程と、を有する。
【００１３】
本発明の第７の態様に係る摺動部材の製造方法は、第６の態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記硬質粒子粉末はＳｎをさらに含む。
【００１４】
本発明の第８の態様に係る摺動部材の製造方法は、第７の態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記硬質粒子粉末はＳｎを１質量％以上含む。
【００１５】
本発明の第９の態様に係る摺動部材の製造方法は、第６〜８のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％である。
【００１６】
本発明の第１０の態様に係る摺動部材の製造方法は、第６〜９のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記混合粉末は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む第２粉末をさらに有する。
【００１７】
本発明の第１１の態様に係る摺動部材の製造方法は、第１０の態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記第２粉末はＳｎをさらに含む。
【００１８】
本発明の第１２の態様に係る摺動部材の製造方法は、第１１の態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記第２粉末はＳｎを１質量％以上含む。
【００１９】
本発明の第１３の態様に係る摺動部材の製造方法は、第１０〜１２のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記第２粉末の配合量は２〜３８質量％である。
【００２０】
本発明の第１４の態様に係る摺動部材の製造方法は、第１０〜１３のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記混合粉末全体を１００質量％とした時に前記硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％であり、前記第２粉末の配合量は２〜３８質量％である。
【００２１】
本発明の第１５の態様に係る摺動部材の製造方法は、第６〜１４のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記第１粉末はＰをさらに含む。
【００２２】
本発明の第１６の態様に係る摺動部材の製造方法は、第６〜１５のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００２３】
本発明の第１７の態様に係る摺動部材の製造方法は、第１０〜１４のいずれかの態様に係る摺動部材の製造方法であって、
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００２４】
本発明の第１８の態様に係る軸受の製造方法は、
金属基材の一の面上に、Ｃｕ、ＳｎおよびＢｉを含む第１粉末と、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子粉末であって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｏおよびＣｒを含む前記硬質粒子粉末とを有する混合粉末を散布する工程と、
前記金属基材上に散布された前記混合粉末を８００〜９００℃で焼結して摺動層を形成する工程と、
前記摺動層が形成された前記金属基材を圧延する工程と、
圧延された前記金属基材を、前記摺動層を内側として巻ブッシュ状に加工する工程と、を有する。
【００２５】
本発明の第１９の態様に係る軸受の製造方法は、第１８の態様に係る軸受の製造方法であって、
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００２６】
本発明の第２０の態様に係る軸受の製造方法は、第１８または１９の態様に係る軸受の製造方法であって、
前記混合粉末は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む第２粉末をさらに有する。
【００２７】
本発明の第２１の態様に係る軸受の製造方法は、第２０の態様に係る軸受の製造方法であって、
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００２８】
本発明の第２２の態様に係る混合粉末は、
ＣｕおよびＳｎを含む第１粉末と、
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、さらにＳｎを１質量％以上含む硬質粒子粉末と、
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含み、さらにＳｎを１質量％以上含む第２粉末と、を含む。
【００２９】
本発明の第２３の態様に係る混合粉末は、第２２の態様に係る混合粉末であって、
前記硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００３０】
本発明の第２４の態様に係る混合粉末は、第２２または２３の態様に係る混合粉末であって、
前記第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００３１】
本発明の第２５の態様に係る軸受用硬質粒子粉末は、
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、さらにＳｎを１質量％以上含む。
【００３２】
本発明の第２６の態様に係る軸受用硬質粒子粉末は、第２５の態様に係る軸受用硬質粒子粉末であって、
前記軸受用硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＳｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｃｏ：１４〜２０質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００３３】
本発明の第２７の態様に係る軸受用粉末は、
Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含み、さらにＳｎを１質量％以上含む。
【００３４】
本発明の第２８の態様に係る軸受用粉末は、第２７の態様に係る軸受用粉末であって、
前記軸受用粉末中の各構成元素の含有量は、粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部である。
【００３５】
本発明の第２９の態様に係る硬質粒子粉末は、
Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含み、
硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：１４〜２０質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｓｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：４質量％以上、Ｃｕ：残部である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ＬＢＣ３よりも耐摩耗性の点で改善された摺動部材および軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、一実施の形態に係る摺動部材の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は、一実施の形態に係る摺動部材の摺動層の断面組織の光学顕微鏡写真である。
【図３】図３は、一実施の形態に係る摺動部材の摺動層の断面組織のＥＰＭＡによるマッピング画像である。
【図４】図４は、一実施の形態に係る摺動部材の摺動層の断面組織のうち硬質粒子部分のＥＰＭＡによるマッピング画像である。
【図５】図５は、一実施の形態に係る軸受の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、一実施の形態に係る摺動部材の製造工程を示す図である。
【図７】図７は、摩擦摩耗試験の概要を示す図である。
【図８】図８は、剪断加工試験の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書において、組成に関する「％」は、特に指定しない限り「質量％」である。また、本明細書において、「○○〜△△」（○○、△△はいずれも数字）は、特に指定しない限り「○○以上△△以下」を意味する。また、本明細書において、「主成分」とは、組成物全体に対して５０質量％以上含まれている成分をいう。また、本明細書において、「硬質粒子粉末」とは、焼結前の粉末をいい、「硬質粒子」とは、焼結後の摺動層中の粒子をいう。後述するように、焼結時に硬質粒子粉末に含まれるＣｕとＳｎがマトリックス中にある程度移動するため、摺動層中の硬質粒子の含有量は、混合粉末中の硬質粒子粉末の配合量から変動し、硬質粒子中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量とは異なるものとなる（硬質粒子は、化学成分のうちＳｎとＣｕの含有率が硬質粒子粉末に比べてある程度下がった組成の粒子である）。
【００３９】
＜摺動部材の構成＞
図１は、一実施の形態に係る摺動部材１の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、摺動部材１は、金属基材２と、金属基材２の一の面である表面に形成される摺動層３とを備えている。
【００４０】
このうち金属基材２の材質は、軸受の裏金母材として利用できる程度の強度および形状安定性を有するものであれば、特に限定されないが、たとえば、低炭素鋼（ＳＰＣＣ，ＳＳ４００など）であってもよいし、Ｆｅ系の板材にＣｕがめっきされた銅メッキ鋼板であってもよい。
【００４１】
摺動層３は、金属基材２の表面に、金属粉末（後述する混合粉末）が焼結されて形成されている。摺動層３の厚みは、たとえば０．３ｍｍ以下であってもよい。図２は、摺動層３の断面組織を塩化第二鉄で腐食した光学顕微鏡写真である。図３は、摺動層３の断面組織の電子線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）によるマッピング画像である。
【００４２】
図２および図３に示すように、摺動層３は、ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相１０と、マトリックス相１０中に分散している硬質粒子１１とを有している。
【００４３】
このうちマトリックス相１０は、主成分としてＣｕを含み、さらにＳｎを含む青銅系合金である。図３に示すように、マトリックス相１０は、Ｃｕ、ＳｎおよびＮｉの固溶体で構成されていてもよい。
【００４４】
図２および図３に示すように、マトリックス相１０の結晶粒界にはＢｉ粒子が分布していてもよい。この場合、Ｂｉが従来の鉛青銅のＰｂと同様の自己潤滑作用を発現し、摩擦する二面間の間で潤滑剤として働くことで、摩擦低減を図ることができる。
【００４５】
図４は、摺動層３の断面組織のうち硬質粒子１１部分のＥＰＭＡによるマッピング画像である。図４に示すように、硬質粒子１１は、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含んでいる。ここで、ラーベス相とは、原子半径比が１．２：１付近となるＡ元素とＢ元素からなるＡＢ2型を基本とした金属間化合物であり、ＭｇＺｎ2（Ｃ１４）型、ＭｇＣｕ2（Ｃ１５）型、ＭｇＮｉ2（Ｃ３６）型の３種の構造がある。Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成（より詳しくは、Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）で構成されるラーベス相は、Ａ元素をＭｏ、Ｂ元素をＣｏとし、Ｃｏの２５ａｔ％をＳｉに置換したラーベス相であり、六方晶構造を有するＭｇＺｎ2型である。Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉで構成されるラーベス相のビッカース硬さは、Ｈｖ１０００〜１２００である。
【００４６】
図２および図３に示すように、硬質粒子１１は、マトリックス相１０の結晶粒界に分布している。マトリックス相１０の中に分散している硬質粒子１１は、マトリックス相１０となる軟質な青銅よりも高い荷重を受けると考えられるが、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成される硬いラーベス相が摩擦面に析出して負荷を支えることで、摺動層３の摩耗低減に有利に作用し得る。
【００４７】
また、本実施の形態では、ラーベス相中のＭｏと潤滑油中のＳによって摩擦面にＭｏＳ2の硫化被膜が形成され得る。ＭｏＳ2は、鉛の固体潤滑性を代替させ摩擦特性の向上に寄与する硫化物として知られている材料であり、モリブデン間、モリブデンと硫黄間の結合に比べて、硫黄間の結合が弱いため、摩擦が起こると選択的に硫黄間の結合が切れることによって潤滑が起こり、摩耗の抑制に有効に作用し得る。また、ラーベス相中のＭｏの摺動中の酸化によって摩擦面に生じるＭｏ酸化物も潤滑効果を発揮して摩耗の抑制に有効に作用し得る。
【００４８】
摺動層３全体を１００質量％とした時に、硬質粒子１１の含有率は、たとえば４０質量％以下であってもよい。摺動層３全体を１００質量％とした時に、硬質粒子１１の含有量は、たとえば０．１質量％以上であってもよい。硬質粒子１１の含有量が０．１質量％以上であれば、上述したような摺動層３の摩耗低減の効果が得られる。また、摺動層３全体を１００質量％とした時に、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相の含有率は、たとえば０．１〜２０質量％であってもよい。
【００４９】
図２および図３に示すように、摺動層３は、マトリックス相１０中に分散している化合物相１２をさらに有していてもよい。
【００５０】
化合物相１２は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含んでいる。マトリックス相１０の中に化合物相１２が形成されることで、マトリックス相１０の硬度を高めることができ、耐焼付性の向上に有利に作用し得る。
【００５１】
＜軸受の構成＞
次に、一実施の形態に係る軸受２０の構成について説明する。図５は、一実施の形態に係る軸受２０の概略構成を示す斜視図である。図５に示すように、軸受２０は、たとえばすべり軸受であり、上述した構成を有する摺動部材１を、摺動層３を内側として環状に構成される。軸受２０は、円筒状の内周面を形成する摺動層３にて被摺動物である軸２１を支持する。
【００５２】
軸受２０は、軸２１が回転運動する形態、あるいは直線運動する形態のいずれであっても適用可能である。軸受２０は、たとえば、自動車等のショックアブソーバ等、直線運動する形態で油が用いられる摺動部に使用されてもよい。また、軸受２０は、歯車状の部材が回転することで、油を送出するギアポンプ等、回転運動する形態で油が用いられる摺動部に使用されてもよい。また本実施の形態に係る軸受の別形態として、トランスミッション等で用いられる転がり軸受も挙げられる。
【００５３】
＜摺動部材および軸受の製造方法＞
次に、図６を参照し、本実施の形態に係る摺動部材１および軸受２０の製造方法について説明する。図６は、摺動部材１の製造工程を示す図である。
【００５４】
図６に示すように、まず、ＣｕおよびＳｎを含む第１粉末と、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子粉末とを混合して混合粉末を作成する（ステップＳ１０）。第１粉末および硬質粒子粉末に加えて、さらにＣｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む第２粉末を混合して混合粉末を作成してもよい。
【００５５】
ここで、第１粉末は、主成分としてＣｕを含み、さらにＳｎを含む青銅系合金粉末である。第１粉末は、ＢｉまたはＰをさらに含んでいてもよい。第１粉末がＢｉを含む場合には、後述する混合粉末の焼結時（すなわちステップＳ１２）に、マトリックス相１０の中にＢｉ粒子が析出し、Ｂｉが従来の鉛青銅のＰｂと同様の自己潤滑作用を発現するため、低摩擦化を図ることができる。また、第１粉末がＰを含む場合には、銅に混入した酸素を除去（脱酸）して水素脆化を抑制することができる。第１粉末の各構成元素の含有量は、Ｓｎ：１０〜１１質量％、Ｃｕ：残部であってもよい。更にＢｉを含有する場合は、Ｂｉ：７〜９質量％、Ｐを含有する場合は、Ｐ：０．０２質量％以下が好ましい。混合粉末における第１粉末の配合量は、混合粉末全体の配合量より第１粉末以外の粉末の合計配合量を差し引いた残部の量である。
【００５６】
硬質粒子粉末は、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相とＣｕを含む合金粉末であって、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｏおよびＣｒを含む硬質粒子粉末である。硬質粒子粉末は、Ｓｎをさらに含んでいてもよく、たとえば、Ｓｎを１質量％以上含んでいてもよく、４質量％以上含んでいてもよい。Ｓｎを含まない硬質粒子粉末の固相温度は１４５０℃近くに達するが、Ｓｎを含有させることで、硬質粒子粉末の固相温度を低減させることができ、８００℃近くで硬質粒子粉末を裏金母材へ固相焼結させることが可能となる。また、硬質粒子粉末に内包されたＳｎは、焼結時に第１粉末によるＣｕ−Ｓｎマトリックス相１０側へ固溶し、拡散接合される。Ｓｎを介しての粉末収縮により焼結が進行することで、マトリックス相１０中のＳｎと硬質粒子粉末に内包されたＳｎによる固溶強化が発現し得る。硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：１４〜２０質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｓｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｃｕ：残部であってもよい。Ｓｎを含む場合には、硬質粒子粉末中の各構成元素の含有量は、硬質粒子粉末全体 を１００質量％とした時にＣｏ：１４〜２０質量％、Ｍｏ：２４〜２８質量％、Ｓｉ：３〜７質量％、Ｆｅ：２〜１６質量％、Ｃｒ：１〜１０質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部であってもよい。混合粉末全体を１００質量％とした時（すなわち摺動層３全体を１００質量％とした時）に硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％であってもよく、１〜３質量％が好ましい。焼結時に硬質粒子粉末よりＣｕとＳｎが溶け出すため、摺動層３中の硬質粒子１１の含有量は、混合粉末中の硬質粒子粉末の配合量から変動する。
【００５７】
第２粉末は、主成分としてＣｕを含み、さらにＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む合金粉末である。第２粉末は、Ｓｎをさらに含んでいてもよく、たとえば、Ｓｎを１質量％以上含んでいてもよく、４質量％以上含んでいてもよい。Ｓｎを含まない第２粉末の固相温度は１２４０℃近くに達するが、Ｓｎを含有させることで、第２粉末の固相温度を低減させることができ、８００℃近くで第２粉末を裏金母材へ固相焼結させることが可能となる。Ｓｎを含む場合には、第２粉末中の各構成元素の含有量は、第２粉末全体を１００質量％とした時にＣｏ：０．６〜４．６質量％、Ｆｅ：１．６〜５．６質量％、Ｎｉ：１０〜１４質量％、Ｓｉ：０．５〜４．５質量％、Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、Ｓｎ：１〜１５質量％、Ｃｕ：残部であってもよい。混合粉末中に第２粉末を含む場合は、混合粉末全体を１００質量％とした時に第２粉末の配合量は２〜３８質量％であってもよく、１０〜３８質量％が好ましく、１７〜１９質量％がより好ましい。
【００５８】
混合粉末全体を１００質量％とした時に硬質粒子粉末の配合量は１〜４０質量％であり、第２粉末の配合量は１５〜１８質量％であってもよい。この場合、優れた剪断加工性を実現できる。
【００５９】
第１粉末、硬質粒子粉末および第２粉末はそれぞれ、たとえばガスアトマイズ法による噴霧により製造することできる。ガスアトマイズ法において、溶解の熱源は高周波であってもよく、ルツボ（底部にノズル付）にはジルコニア質を使用してもよい。
【００６０】
第１粉末の粒径は、たとえば４５μｍ〜１８０μｍであってもよい。硬質粒子粉末の粒径は、たとえば５３μｍ〜１８０μｍであってもよい。第２粉末の粒径は、５３μｍ〜１５０μｍであってもよい。ここで「粒径」とは、マイクロトラック・ベル社製  粒子径分布測定装置ＭＴ３３００ＥＸＩＩを用いたレーザー回折・散乱法により測定される粒子径分布をいう。この測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ３２８４−２の「４．２．３のレーザー回折式粒度分布測定試験」のうちペーストから粉末を抽出する工程以降の試験手順に準じた測定方法である。
【００６１】
次に、図６に示すように、金属基材の一の面上に第１粉末、硬質粒子粉末を含む混合粉末を散布する（ステップＳ１１）。混合粉末は、第２粉末を含んでもよい。そして、金属基材上に散布された混合粉末を８００〜９００℃で焼結して摺動層を形成する（ステップＳ１２）。上述したように、Ｓｎを含まない硬質粒子粉末、第２粉末の固相温度はそれぞれ１４５０℃、１２４０℃近くに達するが、Ｓｎを含有させることで、硬質粒子粉末、第２粉末の固相温度を低減させることができ、８００℃近くで硬質粒子粉末、第２粉末を金属基材（裏金母材）へ固相焼結させることが可能となる。また、硬質粒子粉末に内包されたＳｎは、焼結時に第１粉末によるＣｕ−Ｓｎマトリックス相１０側へ固溶し、拡散接合される。Ｓｎを介しての粉末収縮により焼結が進行することで、マトリックス相１０中のＳｎと硬質粒子粉末に内包されたＳｎによる固溶強化が発現し、最終的には高強度の合金が形成され得る。
【００６２】
次に、図６に示すように、摺動層が形成された金属基材を圧延する（ステップＳ１３）。これにより、上述した構成を有する摺動部材１（図１〜図４参照）が製造される。その後、圧延された金属基材（摺動部材１）を、摺動層を内側として巻ブッシュ状に加工することで、上述した構成を有する軸受２０（図５参照）が製造される。
【００６３】
＜実施例＞
次に、本実施の形態に係る具体的な実施例について説明する。
【００６４】
（試験片の作成）
本件発明者らは、まず、第１粉末、硬質粒子粉末および第２粉末のサンプルをそれぞれ、ガスアトマイズ法による噴霧により、下表１に示す化学成分の質量比にて作成した。すなわち、第１粉末のサンプルは、Ｓｎが１０質量％、Ｂｉが８質量％、Ｃｕが残部となる組成で構成されている。また、硬質粒子粉末のサンプルは、Ｓｎが４．５質量％、Ｓｉが５質量％、Ｆｅが１５質量％、Ｍｏが２６質量％、Ｃｏが１６質量％、Ｃｒが４質量％、Ｃｕが残部となる組成で構成されている。また、第２粉末のサンプルは、Ｓｎが７．８質量％、Ｎｉが１２質量％、Ｓｉが２．５質量％、Ｆｅが３．６質量％、Ｃｏが２．６質量％、Ｃｒが１質量％、Ｃｕが残部となる組成で構成されている。第１粉末、硬質粒子粉末および第２粉末のサンプルの固相線温度はそれぞれ、示差走査熱量分析（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；ＤＳＣ）による測定結果で８００℃、７９０℃、８８３℃であった。
【００６５】
【表１】
0006940801.tif 000002
【００６６】
次に、実施例１〜１８および比較例２の試験片を、以下の手順にて作製した。すなわち、第１粉末と硬質粒子粉末と第２粉末のサンプルを、下表２に示す配合比率にて混合して混合粉末を作製した。ここで、第２粉末のサンプルの粒度は１０５μｍアンダー、硬質粒子粉末のサンプルは５３μｍ〜１０５μｍに粒度調整した粉末を使用した。これら混合粉末を裏金母材ＳＳ４００上に散布し、一次焼結温度８５０℃、焼結時間６０分で焼結し、焼結組織の緻密化を図るため、一次圧延率７．７±０．２％にて圧延を施工した。その後、８５０℃で二次焼結し、完成合金厚が０．８±０．２ｍｍになるよう、二次圧延率を２．９±０．４％に調整して圧延を施工することで、実施例１〜１８および比較例２の試験片を作製した。同様に、裏金母材ＳＳ４００上にＬＢＣ３を焼結したのち圧延を施工することで、比較例１の試験片を作製した。
【００６７】
【表２】
0006940801.tif 000003
【００６８】
なお、実施例１〜１８の試験片は、混合粉末全体を１００質量％とした時に硬質粒子粉末の配合量が１質量％以上であり、具体的には２〜４０質量％である。これは、摺動層３全体を１００質量％とした時に、硬質粒子１１の含有率が４０質量％以下であることに対応する。
【００６９】
（評価試験）
次に、実施例１〜１８および比較例２の試験片について、マトリックス相部分のビッカース硬さを測定した。測定結果を下表３の「青銅部硬度」の列に示す。また、実施例１〜１８および比較例１、２の試験片について、以下に説明する摩擦摩耗試験および剪断加工試験を行った。
【００７０】
（ａ）摩擦摩耗試験
本評価は、試験片の耐焼付性および耐摩耗性を比較するものである。なお、本評価は、油中での評価試験であるが、円筒リングと軸受メタルの間には隙間が無く完全に接触した状態で摺接させため、実際には油膜が殆ど形成されない境界潤滑環境での評価に属する。
【００７１】
本評価では、図７に示すスラスト試験機を使用した。使用油は油圧作動油（銘柄  ＶＧ３２）を用いた。ジンバル容器中への油量は２５０ｃｃ、相手側円筒リングは、外径Φ３０、内径Φ２４、材質ＳＣＭ４３５を用いた。相手材面粗度は、Ｒａ０．０４μｍ、軸受合金面粗度は、Ｒａ０．５μｍに仕上げ研磨を施工した。
【００７２】
焼付け試験は、周速０．２ｍ／ｓ、０．６ＭＰａ／３０ｓのステップ荷重とし、摩擦係数が０．５または試験片背面温度が２００℃に達した時点の荷重を、摩擦断面積２５４ｍｍ2で除した値を焼付面圧と定義した。測定結果を下表３の「焼付面圧」の列に示す。下表３では、焼付面圧が２５Ｍｐａ以上の試験片は「〇」、２５ＭＰａ未満の試験片は「×」と評価した。
【００７３】
摩耗試験は、周速１．０ｍ／ｓ、面圧２．５ＭＰａの一定条件にて連続１０時稼働後の摩耗深さを測定し、比摩耗量（単位時間当たりの摩耗量）を算出した。測定結果を下表３の「比摩耗量」の列に示す。下表３では、比摩耗量が０．００１ｍｍ／ｈｒ未満の試験片は「〇」、０．００１ｍｍ／ｈｒ以上の試験片は「×」と評価した。
（ｂ）剪断加工試験
摺動部材の製品化に際し、材料焼結後にスリット・丸めなどの加工を施工し、最終的にブッシュ形状に加工する必要がある。その代用評価として、図８に示す方法にて、合金側（摺動層側）からの剪断加工（シャーリングテスト）を行い、剪断面の合金割れの状況を観察した。ここで、試験片の二次圧延後の層厚は５．５±０．０３ｍｍ、ライニング厚は０．８±０．２ｍｍである。剪断部の表面はマイクロスコープ、破断面は光学顕微鏡で観察した。
【００７４】
【表３】
0006940801.tif 000004
【００７５】
（結果と考察）
表３は、実施例１〜１８および比較例１、２の試験片について、マトリックス相部分のビッカース硬さ、比摩耗量、焼付面圧の測定結果を示している。
【００７６】
実施例１〜１８の試験片は、第１粉末と硬質粒子粉末とを含む混合粉末が焼結されて摺動層が形成された試験片であり、すなわち、摺動層に、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子が分散している試験片である。実施例１〜１８の試験片の摺動層にはＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃｒが含まれている。また第２粉末を含む実施例の試験片の摺動層には、更にＮｉが含まれている。他方、比較例１の試験片は、ＬＢＣ３が焼結されて摺動層が形成された試験片であり、比較例２の試験片は、硬質粒子粉末を含まない混合粉末が焼結されて摺動層が形成された試験片であり、いずれの試験片も、摺動層に、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子が存在しない試験片である。
【００７７】
表３から分かるように、実施例１〜１８の試験片は比摩耗量の評価が「〇」であるのに対し、比較例１、２の試験片は比摩耗量の評価が「×」であり、実施例１〜１８の試験片では、比較例１、２の試験片に比べて、比摩耗量が低減している。このことから、摺動部材の摺動層が、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子を有することにより、ＬＢＣ３よりも優れた耐摩耗性を実現できると言える。
【００７８】
また、実施例１〜５の試験片は、硬質粒子粉末の配合量が同じであるが、第２粉末の配合量が異なる試験片であり、すなわち、摺動層に含まれる硬質粒子の量は同じであるが、化合物相の量が異なる試験片である。
【００７９】
表３から分かるように、実施例１〜５の試験片では、第２粉末の配合量が増えるにつれて、マトリックス相部分のビッカース硬さが増加している。また、第２粉末の配合量が１０質量％未満である実施例４、５の試験片では、耐焼付性の評価が「×」であるのに対し、第２粉末の配合量が１０質量％以上である実施例１〜３の試験片では、耐焼付性の評価が「〇」となっている。このことから、摺動部材の摺動層が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣｒを含む化合物相を有することにより、マトリックス相１０の硬度を高めることができると言える。また、第２粉末の配合量を１０質量％以上とすることにより、ＬＢＣ３よりも優れた耐焼付性を実現できると言える。
【００８０】
また、上記剪断加工試験では、実施例３、１３の試験片は、他の試験片に比べて、剪断加工性が良好であり、実施例３の試験片は、特に割れが少なく良好に仕上がることが確認された。このことから、混合粉末全体を１００質量％とした時に硬質粒子粉末の配合量を２〜５質量％とし、第２粉末の配合量を１５〜１８質量％とすることにより、優れた剪断加工性を実現できると言える。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態および変形例を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態および変形例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１      摺動部材
２      金属基材
３      摺動層
１０    マトリックス相
１１    硬質粒子
１２    化合物相
１３    Ｂｉ粒子
２０    軸受
２１    軸
【要約】
【課題】ＬＢＣ３よりも耐摩耗性の点で改善された摺動部材および軸受を提供する。
【解決手段】摺動部材は、金属基材と、前記金属基材の一の面に形成される摺動層を備える。前記摺動層は、ＣｕおよびＳｎを含むマトリックス相と、前記マトリックス相中に分散している硬質粒子であって、Ｃｏ、ＭｏおよびＳｉの組成で構成されるラーベス相を含む硬質粒子と、を有する。
【選択図】図２【図１】
0006940801.tif 000005
【図２】
0006940801.tif 000006
【図３】
0006940801.tif 000007
【図４】
0006940801.tif 000008
【図５】
0006940801.tif 000009
【図６】
0006940801.tif 000010
【図７】
0006940801.tif 000011
【図８】
0006940801.tif 000012