[发明专利]青铜合金及其制造方法、使用青铜合金的滑动构件

说明书

本发明是申请号为200880129032.4、申请日为2008年11月14日、发明名称为“青铜合金及其制造方法、使用青铜合金的滑动构件”的专利申请之分案申请。

技术领域

本发明涉及为低铅或无铅且可发挥优良的摩擦磨损特性的新型青铜合金及其制造方法，还涉及使用所涉及的青铜合金的滑动构件。

背景技术

关于液压设备，正在推进小型化和高压化、高速化等，液压泵或马达的汽缸体、行走部分、变速器轴承等存在在严酷条件下使用的倾向。例如，在挖土机等建筑机械领域使用的轴向活塞型液压泵或马达中，用于应对逐年严格的废气规定的催化剂等附带设备占据动力室，使其体积持续增加。因此，不得不小型化液压泵，如果对于小型化的液压泵试图要求与迄今为止等量的排出量，则需要要求在超过450bar的压力、3000rpm的转数的高压、高速下的使用。

由于这种情况，对于在如液压泵的汽缸体等的施加高表面压力的滑动构件，正在要求在前面所述那样的严酷条件下也能发挥稳定的滑动特性。因此，为了得到严酷条件下稳定的滑动特性，钢活塞以及使用了铜合金作为滑动材料的汽缸体的组合是不可缺少的，作为滑动构件，也在开发将铜合金层牢固地熔覆于钢的复合材料。

但是，在如前面所述的液压泵的汽缸体等这样的施加高表面压力的滑动构件中，由于也要求高的耐烧蚀性，因此作为所述铜合金主要使用含有10质量％左右铅的铅青铜。铜合金中所含的铅对于钢材及铜合金两者的亲和力小，是付与高耐烧蚀性和耐摩损性所不可缺少的元素。在所述铅青铜中，如果控制铅的含量，则耐烧蚀性变低，难于用于经常在严酷条件下使用的液压设备滑动构件。

另一方面，出于保护环境的观点，正在研究降低铜合金中所含的铅的含量的低铅化或无铅化。近几年，存在禁止或减少含有以各种工业制品中所含的铅或镉为代表的环境负担物质的动向，例如，如果考虑欧洲的环境规定，铜合金中所含的铅的含量必须减少至4质量％以下。

由于这种情况，对于滑动用铜合金的低铅化或无铅化，正在进行各方面的研究，提出了边控制铅的含量边提高滑动特性的各种滑动材料。例如，在日本特开平11-293305号公报中公开了一种为铜系或铁系的滑动材料，分散、析出一种以上的Bi系金属间化合物而成的滑动材料。认为该滑动材料，可实现无铅化并且通过Bi系金属间化合物的固体润滑作用可改善烧蚀性。

在日本特开2002-285262号公报中，公开了在具有钢板以及与该钢板接合的烧结铜合金的铜系多层滑动材料中，所述烧结铜合金的组成为Sn：1.5～15质量％、Bi：1.5～15质量％、固体润滑剂：1.5～20体积％、余量由铜构成，Bi与固体润滑剂的体积比为0.5～2.0的铜系多层滑动材料。日本特开2002-285262号公报记载的发明也为提供不含Pb，具有与铅青铜系的烧结合金等同或比其优良的滑动性能的铜系多层滑动材料的发明。

国际公开公报W02007/126006A1中公开了在经固溶强化的铜合金或通过固溶及化合物生成而进行了强化的铜合金中，含有0.05～1.5质量％的S，形成了Cu₂S化合物或Cu₂S化合物+ZnS化合物的滑动材料用铜合金，进一步，公开了含有O.1质量％～11.0质量％的Pb和O.1质量％以上而不到5.4质量％的Bi中的至少一种（这些没有固溶于铜母体中），这些单独存在或作为PbS化合物、Bi₂S₃化合物而存在的滑动材料用铜合金。该公报中记载的铜合金被认为，通过适量地含有S，可高水平地兼顾耐磨损性和耐烧蚀性，即便为严酷条件也可以作为滑动材料用构件而长时间使用。

进一步，在日本特开2007-297675号公报中公开了含有S、Bi、Fe（和/或Ni），分散有硫化物的铸件用无铅铜合金。日本特开2007-297675号公报涉及作为水龙头金属零件或接水栓等原材料而使用的铸件用无铅铜合金，实现了如下的铸件用无铅铜合金：在含有作为易切削性元素而有用的Bi的铜合金中，通过共存Fe和Ni，有效地在铜母体中分散硫化物并且抑制起因于Bi的铸件气孔的发生，即便不含对人体有害的铅，也可发挥优良的切削性、耐压性。