[发明专利]喷镀的铜－铝复合材料及其制造方法

说明书

                 技术领域

本发明涉及喷镀的铜-铝复合材料及其制造方法。本发明涉及的技术领域包括复合材料、喷镀技术、铝合金滑动材料和铜合金滑动材料等。

                 背景技术

作为金属类复合材料，人们主要研究由金属与陶瓷形成的复合材料，这类材料的制造方法例如有：将铜粉和Al₂O₃粉等的混合粉末加压成形，然后将其烧结的方法(日本专利No.2854916)；用铝合金熔体浸渍陶瓷碳的方法(日本专利No.2846635)等。

作为一种具有金属-金属复合组织的滑动层，例如可以使用金属包壳材料。

关于喷镀技术，在日本金属学会报(Materia Japan)Vol.33(1994),No.3,P268-275中，以“喷镀技术的最新进展”为题作了阐述，同时说明了金属-陶瓷类复合材料的制造方法。另外，在《摩擦学》(Tribologist)Vol.41(1996),No.11,P19～24中也阐述了喷镀技术。

作为属于本发明所指的铜-铝复合材料的例子，在特开平9-122955号中公开了一种滑动轴承，该轴承通过将一种含有白铜合金(white metal)并具有一定硬度的软质层分散于铝合金的基材中而制成。这种复合材料的制造方法包含五个工序，即：工序1-准备一种由具有金属衬底的铝合金材料构成的平板；工序2-在该平板的正面贴合一层厚度为50～100μm的Sn、Pb或白铜合金的软质材料；工序3-在已贴合了软质材料的上述平板表面上用激光进行局部照射以使该软质材料熔渗入合金内部；工序4-将上述平板弯曲成半圆筒状；工序5-对上述激光喷镀面进行机械加工和精加工，然后对上述软质材料进行磨削，以使其内部的铝合金和软质合金层的复合层暴露出来。

作为具有耐磨性和耐发热胶着性等性质的铝合金类滑动材料，迄今已知有如下的物质。

(a)Al-Si类熔炼合金(铝硅合金)，该合金利用共晶Si或初晶Si的耐磨性。在该合金中的Si含量一般为3～18％，可以通过锻造或铸造等将其加工成毛坯形状。

(b)在对铝合金板进行轧制加工和热处理的过程中，合金中的Si粒子、Fe粒子等的硬质粒子变成球状(本申请人的德国专利No.3249133)。在该合金中，球状的Si能使配对的轴变得容易磨合，因此使其具有优良的耐发热胶着性。

(c)一种具有优良的耐疲劳性的铝合金，该合金通过向Al-Sn类合金中添加少量的Cr来防止Sn相的粗大化，从而提高了其耐疲劳性(本申请人的美国专利US4153756)。

(d)使用急冷凝固粉末的粉末冶金合金(例如日本专利公报No.2535789)。在该公报中记载的方法是将一种含有15～30重量％Si的铝合金熔体急冷凝固而获得合金粉末，然后通过对该合金粉末进行热压并接着进行热冲压，将其制成一种耐磨性优良、机械强度大、重量轻、热膨胀系数低的滑动材料。

在上述(a)～(c)的合金中，Si合金如果超过20％，就会导致铸造和锻造等方面的加工困难。因此，这些合金的耐磨性受到Si含量的制约。

上述(d)的合金虽然可以含有较多量的Si，但是，由于必须采用热压或热冲压等的成形方法，因此，要用其制造例如内燃机的主轴承用半球形金属(本文一般称为“金属”)等部件在事实上是不可能的。

在铜合金中，特别是作为滑动合金，多数采用通过添加Pb来改善耐粘着性和耐发热胶着性的Cu-Pb类合金。由于铜合金的耐磨性不够好，因此，已知可以采用例如象本申请人在其美国专利US5,326,384中公开的采取添加Fe₂P等硬质物，然后进行烧结的方法，但是，由于添加了硬质物，因此不可避免地导致其磨合性劣化。

喷镀铜合金的滑动材料的技术已在本申请人等的国际公开公报WO95/25224中公开，同时在该公报中还公开了铜-硬质物类的复合材料。在该公报中公开的喷镀技术据说可以使Cu-Pb合金的一部分组织，特别是Pb组织不熔化，因此其中的Pb相不会变粗，从而可以提高其滑动特性，但是要使铜喷镀合金硬化并借此提高其耐磨性性是困难的。也就是说，铜合金的硬化一般主要是通过对合金进行轧制、拉制等的加工，利用析出硬化作用来达到，但是，由于喷镀合金的组成基本上是铸造合金的组成，因此要通过调整组成来使其硬化是困难的。