特開 2024-23066 摺動部材用銅合金、摺動部材および摺動部材用銅合金の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024023066

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】摺動部材用銅合金、摺動部材および摺動部材用銅合金の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 9/02 20060101AFI20240214BHJP

   C22C 9/05 20060101ALI20240214BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20240214BHJP

   C22F 1/08 20060101ALI20240214BHJP

   B22F 5/00 20060101ALI20240214BHJP

   B22F 1/14 20220101ALI20240214BHJP

   C22C 1/05 20230101ALI20240214BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240214BHJP

【ＦＩ】

C22C9/02

C22C9/05

C22C9/00

C22F1/08 J

B22F5/00 S

B22F1/14 500

C22C1/05 Q

C22F1/00 687

C22F1/00 621

C22F1/00 628

C22F1/00 631A

C22F1/00 630D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022126624

(22)【出願日】2022-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】322003307

【氏名又は名称】シガメタル株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(72)【発明者】

【氏名】田中 義清

(72)【発明者】

【氏名】林 遼市郎

(72)【発明者】

【氏名】樋口 翼

(72)【発明者】

【氏名】落合 章裕

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA05

4K018AB05

4K018AC01

4K018BA02

4K018BA20

4K018BC12

4K018DA18

4K018DA31

4K018FA01

4K018FA06

4K018JA22

4K018JA29

4K018KA02

(57)【要約】

【課題】Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金を提供する。
【解決手段】摺動層２９を構成する摺動部材用銅合金は、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、
０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、
０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、
１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
青銅からなる母相と、
前記母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する、摺動部材用銅合金。

【請求項2】

前記母相を構成する青銅はα相単相である、請求項１に記載の摺動部材用銅合金。

【請求項3】

前記摺動部材用銅合金に占める前記複合硫化物相の割合は３体積％以上２０体積％以下である、請求項１に記載の摺動部材用銅合金。

【請求項4】

他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材であって、
少なくとも前記摺動面を含む領域が請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摺動部材用銅合金から構成される、摺動部材。

【請求項5】

Ｃｕ粉末と、１０質量％以上４０質量％以下のＳｎを含有するＣｕ合金粉末と、ＦｅＳ粉末およびＣｕＳ粉末の少なくとも一方と、５質量％以上のＭｎを含有するＣｕ合金粉末、６０質量％以上のＭｎを含有するＦｅ－Ｍｎ合金粉末およびＭｎ粉末からなる群から選択される少なくともいずれか１つと、を、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末を準備する工程と、
前記混合粉末を圧粉成型することにより成形体を作製する工程と、
前記成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、前記母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織を形成する工程と、を備える、摺動部材用銅合金の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、摺動部材用銅合金、摺動部材および摺動部材用銅合金の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材においては、少なくとも摺動面を含む領域を構成する材料として、摺動部材用銅合金が用いられる場合がある。摺動部材用銅合金としては、Ｐｂ（鉛）を含む銅合金が知られている。これに対し、環境負荷を低減する観点から、Ｐｂの添加を回避し、Ｃｕ_５ＦｅＳ_４を含む摺動部材用銅合金が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１１／１３２７０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の通り、環境負荷を低減する観点から、Ｐｂの添加を回避した摺動部材用銅合金が求められている。Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金、および当該摺動部材用銅合金を含むことにより摺動特性に優れた摺動部材を提供することが、本開示の目的の１つである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の摺動部材用銅合金は、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎ（マンガン）と、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅ（鉄）と、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳ（硫黄）と、１質量％以上１５質量％以下のＳｎ（スズ）と、を含有し、残部がＣｕ（銅）および不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。

【0006】

本開示の摺動部材用銅合金の製造方法は、混合粉末を準備する工程と、成形体を作製する工程と、組織を形成する工程と、を備える。混合粉末を準備する工程では、Ｃｕ粉末と、１０質量％以上４０質量％以下のＳｎを含有するＣｕ合金粉末と、ＦｅＳ粉末およびＣｕＳ粉末の少なくとも一方と、５質量％以上のＭｎを含有するＣｕ合金粉末、６０質量％以上のＭｎを含有するＦｅ－Ｍｎ合金粉末およびＭｎ粉末からなる群から選択される少なくともいずれか１つと、を、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末が準備される。成形体を作製する工程では、混合粉末を圧粉成型することにより成形体が作製される。組織を形成する工程では、成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織が形成される。

【発明の効果】

【0007】

上記摺動部材用銅合金およびその製造方法によれば、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、油圧ショベルの外観を示す概略斜視図である。

【図2】図２は、油圧ショベルに含まれる履帯式走行装置の構造を示す概略平面図である。

【図3】図３は、ブシュを含む下転輪の構造を示す分解図である。

【図4】図４は、ブシュの構造を示す概略断面図である。

【図5】図５は、摺動部材用銅合金の金属組織の状態を示す光学顕微鏡写真である。

【図6】図６は、摺動部材用銅合金の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図7】図７は、耐摩耗試験の手法を説明するための概略図である。

【図8】図８は、各試料における複合硫化物相の体積割合と耐摩耗性との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施形態の概要］
本開示に従った摺動部材用銅合金は、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。

【0010】

本発明者らは、Ｐｂの添加を回避した摺動部材用銅合金の組成および組織について検討した結果、青銅からなる母相中にＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相が分散した組織を採用することにより、Ｐｂの添加を回避しつつ、耐摩耗性に優れた摺動部材用銅合金が得られることを見出した。具体的には、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳおよびＳｎを適切な量だけ含む成分組成のＣｕ合金において、青銅からなる母相中に特定の原子比率を有するＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相（以下、単に「複合硫化物相」と称することもある）を分散させた組織を形成することで、耐摩耗性に優れた摺動部材用銅合金が得られる。

【0011】

以下、本開示の摺動部材用銅合金の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。

【0012】

Ｍｎ：０．４質量％以上６質量％以下
Ｍｎは、Ｍｎ－Ｆｅ系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Ｍｎ含有量が０．４質量％未満では、適切にＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Ｍｎ含有量が６質量％を超えると、形成される硫化物の総量が多くなり、組織が脆弱となる。また、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、スウェッティング現象（焼結による摺動部材用銅合金の製造において液相が表面に染み出る現象）が発生するおそれがある。そのため、Ｍｎ含有量は上記範囲とすることが必要である。また、十分な量のＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Ｍｎ含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。一方、組織の脆弱化をより確実に回避する観点から、Ｍｎ含有量は５質量％以下とすることが好ましい。

【0013】

Ｆｅ：０．３質量％以上５質量％以下
Ｆｅは、Ｍｎ－Ｆｅ系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Ｆｅ含有量が０．３質量％未満では、十分な摺動特性を確保するために必要な量のＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Ｆｅ含有量が５質量％を超えると、ＦｅがＣｕ合金中に固溶する割合が多くなる。その結果、Ｃｕ合金の硬度が上がる。そうすると、Ｃｕ合金を摺動部材として用いた場合に、相手材への攻撃性が増し、摺動特性を劣化させるおそれがある。そのため、Ｆｅ含有量は上記範囲とすることが必要である。十分なＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Ｆｅ含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。

【0014】

Ｓ：０．３質量％以上３．５質量％以下
Ｓは、Ｍｎ－Ｆｅ系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Ｓ含有量が０．３質量％未満では、適切にＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Ｓ含有量が３．５質量％を超えると、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、液相の生成量が多くなり、過剰な焼結が進行して、元の成形体の形を保てなくなるおそれがある。そのため、Ｓ含有量は上記範囲とすることが必要である。適切にＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Ｓ含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、Ｓ含有量は３．０質量％以下とすることが好ましい。

【0015】

Ｓｎ：１質量％以上１５質量％以下
Ｓｎは青銅からなる母相を構成する元素である。焼結による製造において、液相を形成して焼結を容易にする観点から、Ｓｎ含有量は１質量％以上とする必要がある。一方、Ｓｎ含有量が１５質量％を超えると、銅合金の強度が低下し始める。そのため、Ｓｎ含有量は上記範囲とすることが必要である。焼結をより容易にする観点から、Ｓｎ含有量は５質量％以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、Ｓｎ含有量は１２質量％以下とすることが好ましい。

【0016】

不可避的不純物
製造プロセスにおいて意図的に添加された成分以外に、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に上記以外の元素が含まれる場合がある。不可避的不純物であるリン（Ｐ）は、Ｆｅと化合することによりリン化物を形成し、Ｍｎ-Ｆｅ系複合硫化物相の形成を妨げ、また銅合金の強度を低下させるため、Ｐ含有量は０．０３質量％以下とすることが好ましい。また、Ｐのほか、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（珪素）などの元素も、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に含まれる場合がある。これらの元素も、それぞれ０．１質量％以下、０．１質量％以下、とすることが好ましい。不可避的不純物の総量は、０．５質量％以下とすることが好ましい。

【0017】

本開示の摺動部材用銅合金によれば、上記適切な成分組成のＣｕ合金において、青銅からなる母相中に特定の原子比率を有するＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相を分散させた組織を有することにより、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を達成することができる。

【0018】

上記摺動部材用銅合金において、母相を構成する青銅はα相単相であってもよい。この構成により、高い摺動特性をより確実に得ることができる。

【0019】

上記摺動部材用銅合金において、摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相の割合は３体積％以上２０体積％以下であってもよい。複合硫化物相の割合を３体積％以上とすることにより、より確実に高い耐摩耗性を得ることができる。複合硫化物相の割合を２０体積％以下とすることにより、焼結による摺動部材用銅合金の製造において液相が表面に染み出る現象（スウェッティング現象）を抑制することができる。

【0020】

本開示の摺動部材は、他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材である。この摺動部材は、少なくとも摺動面を含む領域が上記本開示の摺動部材用銅合金から構成されている。本開示の摺動部材によれば、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金により摺動面が構成された摺動部材を提供することができる。

【0021】

本開示に従った摺動部材用銅合金の製造方法は、混合粉末を準備する工程と、成形体を作製する工程と、組織を形成する工程と、を備える。混合粉末を準備する工程では、Ｃｕ粉末と、１０質量％以上４０質量％以下のＳｎを含有するＣｕ合金粉末と、ＦｅＳ粉末およびＣｕＳ粉末の少なくとも一方と、５質量％以上のＭｎを含有するＣｕ合金粉末、６０質量％以上のＭｎを含有するＦｅ－Ｍｎ合金粉末およびＭｎ粉末からなる群から選択される少なくともいずれか１つと、を、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５質量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末が準備される。成形体を作製する工程では、混合粉末を圧粉成型することにより成形体が作製される。組織を形成する工程では、成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、母相中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相と、を含む組織が形成される。

【0022】

本開示の摺動部材用銅合金の製造方法によれば、上記本開示の摺動部材用銅合金を容易に製造することができる。

【0023】

［実施形態の具体例］
次に、本開示の摺動部材用銅合金および摺動部材の具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

【0024】

本開示の摺動部材が作業車両である油圧ショベルの履帯式走行装置に含まれるブシュとして採用される場合を例に、本開示の摺動部材用銅合金および摺動部材の実施の形態の一例を説明する。

【0025】

図１は、油圧ショベルの外観を示す概略斜視図である。図１を参照して、油圧ショベル１００は、履帯式走行装置１０１と、旋回体１０３と、作業機１０４とを含んでいる。油圧ショベル本体は、履帯式走行装置１０１と旋回体１０３とを含んでいる。履帯式走行装置１０１は、１対の履帯１０１Ａを含んでいる。旋回体１０３は、履帯式走行装置１０１の上部の旋回機構を介して、履帯式走行装置１０１に装着されている。旋回体１０３は、運転室１０８を含んでいる。

【0026】

作業機１０４は、旋回体１０３において、上下方向に作動可能に支持されており、土砂の掘削などの作業を行うことができる。作業機１０４は、ブーム１０５と、アーム１０６と、バケット１０７とを含んでいる。ブーム１０５の基部は、旋回体１０３に連結されている。アーム１０６は、ブーム１０５の先端に連結されている。バケット１０７は、アーム１０６の先端に連結されている。ブーム１０５、アーム１０６およびバケット１０７の各々が油圧シリンダによって駆動されることにより、作業機１０４は所望の動作を行うことができる。

【0027】

図２は、油圧ショベルに含まれる履帯式走行装置の構造を示す概略平面図である。図２を参照して、履帯式走行装置１０１は、履帯２と、トラックフレーム３と、アイドラ４と、スプロケット５と、複数の（ここでは７つの）下転輪１０と、複数の（ここでは２つの）上転輪１１とを備えている。

【0028】

履帯２は、環状（無端状）に連結された複数の履帯リンク９と、各履帯リンク９に対して固定された履板６とを含んでいる。複数の履帯リンク９は、外リンク７と内リンク８とを含んでいる。外リンク７と内リンク８とは、交互に連結されている。

【0029】

トラックフレーム３には、アイドラ４と、複数の（ここでは７つの）下転輪１０と、複数の（ここでは２つの）上転輪１１とが、それぞれの軸周りに回転可能に取り付けられている。スプロケット５は、トラックフレーム３の中央から見てアイドラ４が取り付けられる側の端部とは反対側に配置されている。スプロケット５は、エンジンなどの動力源に接続されており、当該動力源によって駆動されることにより、軸周りに回転する。スプロケット５の外周面には、径方向外側に突出する突起部である複数のスプロケットティース５１が配置されている。各スプロケットティース５１は、履帯２と噛み合う。そのため、スプロケット５の回転は履帯２に伝達される。その結果、履帯２は、スプロケット５の回転により駆動されて周方向に回転する。

【0030】

トラックフレーム３の端部（スプロケット５が配置される側とは反対側の端部）には、アイドラ４が取り付けられている。また、スプロケット５とアイドラ４とに挟まれたトラックフレーム３の領域には、接地側に複数の下転輪１０が取り付けられ、接地側とは反対側に複数の上転輪１１が取り付けられている。アイドラ４、下転輪１０および上転輪１１は、外周面において履帯２の内周面に接触している。その結果、スプロケット５の回転により駆動される履帯２は、アイドラ４、スプロケット５、下転輪１０および上転輪１１に案内されつつ、周方向に回転する。

【0031】

図３は、ブシュを含む下転輪の構造を示す分解図である。図４は、ブシュの構造を示す概略断面図である。下転輪１０は、図３に示すように一対のブシュ２０を含む構造を有している。図３および図４を参照して、ブシュ２０は、円筒状の形状を有する本体部２１と、本体部２１の軸方向の一方の端部に接続され、本体部２１よりも外径が大きい円盤状の鍔部２２とを含んでいる。本体部２１の中心軸と鍔部の中心軸とは一致している。ブシュ２０には、本体部２１および鍔部２２を軸方向に貫通する円筒状の貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３の中心軸は、本体部２１および鍔部２２の中心軸と一致している。ブシュ２０は、中空円筒状の形状を有している。

【0032】

図４を参照して、ブシュ２０は、鋼製のベース部２８と、ベース部２８の表面の一部を覆う摺動層２９とを含んでいる。摺動層２９は、ブシュ２０の貫通孔２３を取り囲む内壁２１Ａおよび鍔部２２の本体部２１とは反対側の端面２２Ａを構成するように配置されている。内壁２１Ａおよび端面２２Ａは、他の部材と接触して摺動する摺動面である。ベース部２８を構成する鋼は、特に限定されるものではないが、たとえば、ＪＩＳ規格ＳＰＨＣなどの冷間圧延鋼板、ＪＩＳ規格ＳＳ４００などの軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼などであってもよい。摺動層２９は、摺動部材用銅合金からなっている。この摺動部材用銅合金は、０．４質量％以上６質量％以下のＭｎと、０．３質量％以上５量％以下のＦｅと、０．３質量％以上３．５質量％以下のＳと、１質量％以上１５質量％以下のＳｎと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなっている。

【0033】

図５は、摺動部材用銅合金の金属組織の状態を示す光学顕微鏡写真である。図５を参照して、摺動層２９を構成する摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相７１と、母相７１中に分散し、４０原子％以上７５原子％以下のＭｎと、３原子％以上３０原子％以下のＦｅと、１原子％以上５５原子％以下のＳとを含む複合硫化物相７２と、を含んでいる。複合硫化物相７２は、Ｃｕを含んでいてもよい。本実施の形態では、母相７１はα相単相である。摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相７２の割合は３体積％以上２０体積％以下である。複合硫化物相７２を構成する硫化物の組成は、たとえばＥｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＤＳ）により確認することができる。また、摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相７２の割合は、たとえばデジタルマイクロスコープによる画像解析などにより、測定することができる。

【0034】

摺動層２９を構成する摺動部材用銅合金は、上記適切な成分組成のＣｕ合金において、青銅からなる母相７１中に特定の原子比率を有するＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相７２を分散させた組織を有することにより、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する銅合金となっている。また、ブシュ２０は、摺動面である内壁２１Ａおよび端面２２Ａを含む領域が上記本実施の形態の摺動部材用銅合金から構成されている。その結果、ブシュ２０は、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金により摺動面が構成された摺動部材となっている。

【0035】

次に、本実施の形態の摺動部材用銅合金の製造方法の一例について説明する。図６は、摺動部材用銅合金の製造方法の概略を示すフローチャートである。図６を参照して、本実施の形態の摺動部材用銅合金の製造方法では、まず工程Ｓ１０として原料粉末混合工程が実施される。この工程Ｓ１０では、たとえば（１）純Ｃｕ粉末、（２）１０～４０質量％のＳｎを含有するＣｕ合金粉末、（３）ＦｅＳ粉末およびＣｕＳ粉末の少なくとも一方、（４）５質量％以上のＭｎを含有するＣｕ合金粉末、６０質量％以上のＭｎを含有するＦｅ－Ｍｎ合金粉末およびＭｎ粉末からなる群から選択される少なくともいずれか１つが、上記本実施の形態の摺動部材用銅合金の成分組成を満たすように混合される。

【0036】

次に、工程Ｓ２０として、成形工程が実施される。この工程では、工程Ｓ１０において混合されて得られた混合粉末を、たとえば所望の形状のキャビティを有する型を含むプレス機械により圧粉成型する。具体的には、キャビティ内に混合粉末を充填し、プレス機械により圧粉成型することで、成形体を得る。鋼板と接合された摺動部材用銅合金を製造する場合、成形体は鋼板上に載置される。また、上記に代えて、たとえば平板状の鋼板上に混合粉末が一定の厚みとなるように散布されてもよい。

【0037】

次に、工程Ｓ３０として、焼結工程が実施される。この工程Ｓ３０では、工程Ｓ２０において得られた成形体が焼結炉を用いて焼結される。たとえば焼結炉内に還元雰囲気を供給しつつ、８００℃以上１０００℃以下の温度域に成形体を加熱し、所定の時間だけ保持する。このとき、焼結により発生した液相により反応が促進され、青銅からなる母相内にＭｎ－Ｆｅ系複合硫化物相が形成される。工程Ｓ２０において鋼板上に載置された成形体は、焼結と同時に鋼板と接合される。工程Ｓ２０において鋼板上に一定の厚みとなるように散布された混合粉末は、焼結して焼結体となるとともに、鋼板と接合される。得られた焼結体の密度が十分でない場合、圧延機を用いて圧延を実施してもよい。また、更なる密度の上昇のため、上記焼結と圧延とを複数回、たとえば２回繰り返してもよい。

【0038】

次に、工程Ｓ４０として仕上げ加工工程が実施される。この工程は必須の工程ではないが、必要に応じて実施されてもよい。たとえば、焼結体としての摺動部材用銅合金の表面に対する研削、研磨などの加工、封孔処理などが実施されてもよい。また、上記鋼板上に焼結体としての摺動部材用銅合金の層が形成された銅合金被覆鋼板を用いてブシュ２０を作成するためには、以下の手順を採用することができる。まず、銅合金被覆鋼板を短冊状に切断する。次に、これを摺動部材用銅合金の層が内壁となるようにプレス機械を用いて円筒状に丸曲げ加工することにより、本体部２１を作製する。また、銅合金被覆鋼板を円盤状に機械加工することにより、鍔部２２を作製する。そして、鍔部２２の摺動部材用銅合金の層が形成された側が本体部２１とは反対側となるように、両者を摩擦圧接により接合することで、ブシュ２０が得られる。

【0039】

以上の手順により、本実施の形態の摺動部材用銅合金および摺動部材としてのブシュ２０を作製することができる。なお、上記実施の形態においては、摺動部材のうち、摺動面を含む領域のみが摺動部材用銅合金で構成される場合について説明したが、摺動部材全体が摺動部材用銅合金で構成されていてもよい。

【実施例0040】

本開示の摺動部材用銅合金を作製し、耐摩耗性を確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。

【0041】

図７は、耐摩耗試験の手法を説明するための概略図である。図７を参照して、上記実施の形態と同様の手順により、ベース体９２に接合された本開示の摺動部材用銅合金からなる摺動層９１を有する試料を準備した。このとき、摺動層９１を構成する摺動部材用銅合金の成分組成等を変更することにより、複合硫化物相７２の体積割合を変化させた。また、比較のため、複合硫化物相７２を含まない摺動層９１を有する試料も作製した。試料の成分組成を表１に示す。

【0042】

【表1】

【0043】

このようにして得られた試料について、回転するディスク８１の表面８１Ａに押し付け、摺動層の摩耗量を測定した。摩耗量は、試験装置に含まれるセンサによって電気的に検知し、試料を試験装置から取り外すことなく経時的に記録した。ディスク８１は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２（軸受鋼）からなるものを採用した。ディスク８１は、平板円環状の形状を有している。このディスク８１を、周方向（矢印αに沿う向き）に０．５ｍ／ｓの速度で回転させた。ディスク８１の表面（端面）８１Ａに、摺動層９１が接触するように、試料を矢印βに沿う向きに押し付けた。摺動層９１とディスク８１との接触部に、８０℃に加熱された潤滑油を２００ｍｌ/分で供給した。摺動層９１とディスク８１との接触面圧が段階的に大きくなるように、押し付けの荷重を増加させた。具体的には、接触面圧が順に０．９ＭＰａ、１．９ＭＰａ、３．０ＭＰａ、３．８ＭＰａ、４．８ＭＰａ、６．６ＭＰａ、８．６ＭＰａ、１０．５ＭＰａ、１４．３ＭＰａ、１８．２ＭＰａ、２８．８ＭＰａ、３７．６ＭＰａ、４７．３ＭＰａ、５７．０ＭＰａとなるように、各面圧で１０分間ずつ保持しつつ、段階的に接触面圧を大きくした（合計１４０分間）。そして、各試料について、試験終了時における摩耗量を取得した。

【0044】

図８は、各試料における複合硫化物相の体積割合と耐摩耗性との関係を示す図である。図８において、横軸は複合硫化物相の体積割合に対応する。図８において、縦軸は摩耗量に対応する。摩耗量は、複合硫化物相を含まない試料の摩耗量を１とした相対値で示されている。また、図８中の破線は、従来の鉛を含む銅合金（鉛青銅；ＪＩＳ規格ＬＢＣ２（ＣＡＣ６０２））の試料を用いて同様の耐摩耗試験を実施した場合の試料の摩耗量を示している。

【0045】

図８を参照して、複合硫化物相の割合が１．５体積％である試料の摩耗量（図８のデータ点Ａ）は、硫化物を含まない試料に比べて大幅に減少しており、従来材である鉛青銅と遜色ない耐摩耗性を有している。さらに、複合硫化物相の割合が３体積％以上（３．１体積％）である試料の摩耗量（図８のデータ点Ｂ）は、従来材である鉛青銅の摩耗量を下回っており、優れた耐摩耗性を有しているといえる。この摩耗量が低い状態は、少なくとも複合硫化物相の割合が２０体積％以下（より具体的には１９．１体積％以下）の範囲で維持されている。以上の実験結果より、本開示の摺動部材用銅合金によれば、Ｐｂの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金を提供できることが確認される。

【0046】

なお、上記実施の形態においては、本開示の摺動部材用銅合金が作業機械の履帯式走行装置に含まれるブシュに適用される場合について説明したが、本開示の摺動部材用銅合金の用途はこれに限られず、摺動特性および耐摩耗性が要求される種々の用途に適用可能である。本開示の摺動部材用銅合金は、たとえば油圧ポンプに使用されるシリンダブロック、ピストンシュ－、クレードル、バルブプレートや、ギヤポンプに使用される側板など、油圧機器部品を構成する材料として使用することができる。

【0047】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0048】

２ 履帯、３ トラックフレーム、４ アイドラ、５ スプロケット、６ 履板、７ 外リンク、８ 内リンク、９ 履帯リンク、１０ 下転輪、１１ 上転輪、２０ ブシュ、２１ 本体部、２１Ａ 内壁、２２ 鍔部、２２Ａ 端面、２３ 貫通孔、２８ ベース部、２９ 摺動層、５１ スプロケットティース、７１ 母相、７２ 複合硫化物相、８１ ディスク、８１Ａ 表面、９１ 摺動層、９２ ベース体、１００ 油圧ショベル、１０１ 履帯式走行装置、１０１Ａ 履帯、１０３ 旋回体、１０４ 作業機、１０５ ブーム、１０６ アーム、１０７ バケット、１０８ 運転室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】