滑动材料及其制造方法、以及滑动构件和轴承装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供含有Sn的铜合金层和基材的接合强度提高了的滑动材料及其制造方法。本发明专利技术的滑动材料具有基材和铜合金层，铜合金层由含有2.0～15.0质量％的Sn的铜合金构成。铜合金层具有包含滑动面的滑动主体部、和包含与基材的接合面的倾斜部，倾斜部的锡浓度从滑动主体侧朝着与基材的接合面变小。滑动材料通过将铜合金的熔液浇铸在基材上并使其单向凝固来制造。

【技术实现步骤摘要】
滑动材料及其制造方法、以及滑动构件和轴承装置
本专利技术涉及滑动材料，具体而言，涉及在基材上设有含锡的铜合金层的滑动材料。此外，本专利技术还涉及该滑动材料的制造方法、以及使用该滑动材料的滑动构件和轴承装置。
技术介绍
作为内燃机等的滑动轴承、或轴瓦、推力垫圈等各种滑动构件，提出了在钢材等里衬金属上覆盖不含铅的、含锡铜基滑动合金而得的滑动构件(例如专利文献1)。铜合金中的锡因为能提高铜合金的强度、改善耐磨耗性，还能提高耐腐蚀性和滑动特性，所以该含锡的铜合金的滑动性、耐烧结性和耐磨耗性优良。作为将这样的铜合金层覆盖在里衬金属上的手段，利用在里衬金属上对铜合金粉末进行烧结的方法(例如专利文献2)。另一方面，专利文献3中，作为浇铸熔敷法(日文：鋳込溶着法)或固体接合法，记载了使高强度黄铜合金以固体、液体或半熔融状态直接接触在铁系材料上的复合材料的制造方法。在该方法中，记载了因为在高强度黄铜合金和铁系材料之间不产生脆弱的金属间化合物，所以可得到足够的接合强度。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2010-150649号公报专利文献2：日本专利特开平8-209264号公报专利文献3：日本专利特开平11-58034号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题近年来，伴随由发动机的高输出化、发动机的小型化引起的因轴承面积减少等造成的对轴承的负荷的增加，要求滑动材料的强度的提高。通常，若提高合金的强度，则合金的韧性减小。在里衬金属上覆盖有高强度的(韧性小的)铜合金滑动层的滑动材料中，在滑动中产生的剪切应力倾向于集中在铜合金和里衬金属的接合界面，剥离的危险性变大。因此，为了提高滑动材料的强度，不仅要提高铜合金的强度，还需要提高接合强度。在将铜合金粉末烧结在里衬金属上的现有方法中，因为滑动合金自身的成分设计容易，所以即使能提高强度，也不能同时提高接合强度。此外，如专利文献3那样，在从钢材侧背面喷射冷却剂而使其单向凝固的方法中，通过急速的冷却能提高合金强度，但铜合金的凝固收缩的速度变大，使铜合金和钢材剥离的力变大，所以妨碍接合并导致接合力的降低。因此，本专利技术的目的是提供在基材上形成由含锡的铜合金构成的层时，使铜合金层和基材的接合强度提高的方法。此外，本专利技术的目的是提供含锡的铜合金层和基材的接合强度提高了的滑动材料、以及由该滑动材料制作的滑动构件。解决技术问题所采用的技术方案如上所述，使含锡的铜合金层和基材的接合强度降低的主要因素是与基于锡的固溶的强度提高相伴的韧性的减少、及根据情况的锡系金属间化合物的析出。于是，本专利技术中，通过减少与接合界面接触的锡固溶量或锡系金属间化合物的析出，提高基材和铜合金层的接合强度。本专利技术提供具有基材和铜合金层的滑动材料，上述铜合金层是与基材接合的滑动层。铜合金层由含有2.0～15.0质量％的Sn的铜合金构成，铜合金层具有包含滑动面的滑动主体部、和包含与基材的接合面的倾斜部(日文：傾斜部)，倾斜部内的锡浓度从滑动主体部侧朝着接合面变小。根据一个具体例，倾斜部内的锡浓度的比率优选为0.1～0.8，更优选0.1～0.6。“倾斜部内的锡浓度的比率”是指与基材的接合面附近的锡浓度相对于在与滑动主体部接触的位置处的锡浓度的比率(参照下述)。根据一个具体例，铜合金包含2.0～15.0质量％的Sn、0～30.0质量％的Bi、以总量计为5.0质量％以下的选自Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上，余部是铜和不可避免的杂质。铜合金可进一步以总量10.0体积％以下包含MoS2、石墨中的任一方或双方。根据一个具体例，滑动材料可进一步在铜合金层上具有覆层。根据一个具体例，优选基材的厚度为1.0～25.0mm，铜合金层的厚度为0.1～3.0mm。根据一个具体例，优选倾斜部的厚度为5～50μm。倾斜部厚度的下限更优选为10μm，进一步优选15μm，倾斜部厚度的上限更优选为40μm，进一步优选30μm。基材优选为亚共析钢、共析钢、过共析钢、铸铁、高速度钢、工具钢、奥氏体系不锈钢、铁氧体系不锈钢等铁基材料、或纯铜、磷青铜、黄铜、铬铜、铍铜、科森合金等铜基材料。本专利技术还提供制造上述滑动材料的方法。该方法包括：准备基材的步骤；将铜合金熔融的步骤；将熔融后的铜合金浇铸在基材的待接合的表面上的步骤；从与基材的待接合的表面相反的一侧面用冷却剂将基材冷却，使铜合金单向凝固的步骤。根据一个具体例，该方法还包括在自浇铸起经过规定时间后，减少冷却剂的供给量的步骤。根据一个具体例，冷却剂可使用水或油。根据一个具体例，准备基材的步骤包括将由一个或多个基材构成的圆筒形状体成形的步骤，浇铸步骤包括一边使圆筒形状体沿着圆筒形状的中心轴线的圆周旋转一边浇铸的步骤。另外，本专利技术可提供由上述滑动材料制造的滑动构件。该滑动构件可以是例如对开轴承等滑动轴承，但也可以是其他轴瓦、推力垫圈等滑动轴承。本专利技术还提供具有上述滑动构件和轴的轴承装置。该轴承装置只要构成轴和轴承的单元即可，更具体而言，优选用于各种发动机。以下，参照附带的示意图对本专利技术及其更多的优点进行详细说明。附图仅以例示的目的来表示非限定性的实施例。附图说明图1是本专利技术的滑动材料的一例的剖面示意图。图2是图1的滑动材料的与基材的边界附近的铜合金层的截面组织的示意图。图3是表示本专利技术的滑动材料的制造方法中的冷却工序的一例的图。图4是表示离心铸造法的示意图。图5是剪切试验的示意图。图6是表示倾斜部的锡浓度比与剪切强度/拉伸强度的关系的图。符号说明1滑动构件2基材3铜合金层5倾斜部6滑动主体部7接合面8滑动面11密封构件12旋转装置13浇口具体实施方式图1示意地表示本专利技术的滑动材料1的一例的剖面。滑动材料1在基材2上设有成为滑动层的铜合金层3。在图1中，铜合金层3直接设置在基材2上。基材2支承铜合金层3，并确保滑动材料1的强度。其原材料可以是例如亚共析钢、共析钢、过共析钢、铸铁、高速度钢、工具钢、奥氏体系不锈钢、铁氧体系不锈钢等通常市售的铁基材料、或纯铜、磷青铜、黄铜、铬铜、铍铜、科森合金等铜基材料，也可以是其他材料。铜合金层3作为具有滑动面8的滑动层起作用，由相对于铜合金整体的质量含有2.0～15.0质量％的Sn的铜合金构成。铜合金中，除Sn以外，还含有0～30.0质量％的Bi、以总量5.0质量％以下含有选自Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上。铜合金可进一步以总量10.0体积％以下包含MoS2、石墨中的任一方或双方。此外，还可分散有金属的硼化物、硅化物、氧化物、氮化物、碳化物、金属间化合物等硬质粒子。滑动材料中，优选基材的厚度为1.0～25.0mm，铜合金层的厚度为0.1～3.0mm。本专利技术的滑动材料1可以在铜合金层3上进一步实施覆层。覆层可使用例如Sn、Bi等软质金属层、或者分散有固体润滑剂的树脂层等公知的材料。另外，即使在实施了覆层的情况下，也将实施了铜合金层3的覆层的滑动侧表面简便地称为滑动面。图2表示滑动材料1的与基材2的边界附近的铜合金层3的截面的示意图。铜合金层3包含滑动主体部6和倾斜部5。滑动主体部6是作为铜合金层3的滑动层起作用的主要部分，其表面形成有由该滑动材料1构成的滑动构件的滑动面8。因此，滑动主体部6的组成、尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滑动材料，其为具有基材和与该基材接合的铜合金层的滑动材料，其特征在于，所述铜合金层由含有2.0～15.0质量％的Sn的铜合金构成，所述铜合金层具有包含滑动面的滑动主体部、和包含与基材的接合面的倾斜部，所述倾斜部的锡浓度从所述滑动主体部侧朝着所述与基材的接合面变小。

【技术特征摘要】
2017.03.08 JP 2017-0439271.一种滑动材料，其为具有基材和与该基材接合的铜合金层的滑动材料，其特征在于，所述铜合金层由含有2.0～15.0质量％的Sn的铜合金构成，所述铜合金层具有包含滑动面的滑动主体部、和包含与基材的接合面的倾斜部，所述倾斜部的锡浓度从所述滑动主体部侧朝着所述与基材的接合面变小。2.如权利要求1所述的滑动材料，其特征在于，所述倾斜部内的锡浓度的比率为0.1～0.8。3.如权利要求2所述的滑动材料，其特征在于，所述比率为0.2～0.6。4.如权利要求1～3中任一项所述的滑动材料，其特征在于，所述铜合金包含2.0～15.0质量％的Sn、0～30.0质量％的Bi、以总量计为5.0质量％以下的选自Al、Zn、Mn、Si、Ni、Fe、P、Zr、Ti、Mg的1种或2种以上，余部是铜和不可避免的杂质。5.如权利要求1～4中任一项所述的滑动材料，其特征在于，所述铜合金进一步以总量10.0体积％以下包含MoS2、石墨中的任一方或双方。6.如权利要求1～5中任一项所述的滑动材料，其特征在于，在所述铜合金层上进一步具有覆层。7.如权利要求1～6中任一项所述的滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：户田和昭，
申请(专利权)人：大同金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP