[发明专利]青铜合金和使用该青铜合金的滑动件

说明书

本发明提供一种无铅成分的但却具有能耐受变动的高速高表面压力的滑动的高耐烧蚀性、耐固着磨耗性的青铜合金及滑动件。本发明青铜合金特征在于，Sn含8～15质量％，Bi含0.5～7.0质量％，Ni含0.5～5.0质量％，S含0.08～1.2质量％，Fe含0.5～6.0质量％，其余部分由Cu和不可规避的杂质构成；具有α铜中有微细片状铜锡系金属间化合物析出的共析组织；金属组织中有铁镍系金属间化合物和铜铁系的复硫化物分散。

技术领域

本发明涉及轴向柱塞型液压泵、马达的气缸体等高压高速下使用的青铜合金滑动件，涉及为无铅成分且具有优异耐烧蚀性、摩擦磨耗特性的青铜合金，尤其涉及带有将该青铜合金与铁系材料熔融接合而成的滑动面、或以喷镀等方法仅使青铜合金熔融而进行镀覆处理的滑动面的多层滑动件。

背景技术

关于液压设备，正在推进小型化、高压化、高速化等，液压泵或马达的汽缸体、行走部分、变速器轴承等均在严酷条件下使用。例如，在挖土机等建筑机械领域使用的轴向柱塞型液压泵或马达中，为应对逐年严格的废气规定，催化剂等附带设备在动力室内所占据体积持续增加。因此，不得不小型化液压泵，但若对于小型化的液压泵试图要求与迄今为止等量的排出量，则势必要在压力超过450bar、转数超过3000rpm的高压、高速下使用。

由于这种情况，对于在如液压泵那种施加高表面压力的滑动件，为获得即便在前述那种严酷条件下也仍然稳定的滑动特性，有采用使用渗氮钢制柱塞和铅青铜合金作滑动材料的气缸体这种组合的，也有作为轻量滑动件开发在钢材镀覆铜合金而成的多层滑动件的。

然而，对于如前述液压泵的气缸体等那种施加高表面压力的滑动件，还要求高耐烧蚀性，故市售产品中，上述铜合金主要使用含10质量％左右的铅的铅青铜。铜合金中所含铅，对于钢材和铜合金两者的亲和力都小，为了赋予高耐烧蚀性和耐磨耗性，是不可或缺的元素。若要抑制上述铅青铜中铅含量，则耐烧蚀性低下，不能用于严酷条件下使用的液压设备的滑动件。

另一方面，出于保护环境的观点，以欧洲为中心，正在探讨将电力机械、产业机械零部件等所用铜合金中铅含量限制在0.15％以下，预计在不久的将来，将会实施铜合金滑动件无铅化。

鉴于这种状况，各方面都在探讨滑动用铜合金无铅化，提出了许多既可抑制铅含量又可提高滑动特性的滑动材料(专利文献1～5)。

专利文献1、2所记载的技术均涉及利用粉末烧结技术将铋系固体润滑相往基体中分散和析出的Cu-Sn系铜合金(青铜)与钢板接合而成的多层滑动件。铜合金中的固体润滑相，会容易因比重差而漂浮分离，难以熔融混合，而且，若不均匀分散则得不到足够的滑动特性，故这些滑动材料以粉末烧结技术来制造。按粉末烧结，原料粉末混合后必须要利用使用金属模具的压力成形来预备成形体，适用于大量生产同―形状产品的用途，但却不适合要求多品种少量生产的产业机械零部件，尤其是难以适用于建筑机械用途的液压泵、液压马达等的制造。

专利文献3所记载技术涉及一种青铜合金和使用该青铜合金的滑动件的制造。该青铜合金，通过往青铜同时添加Ni、Bi和硫这三种元素而使基体中生成的硫化铜和部分金属组织变化成层状共析组织，虽不含铅成分，但却具有可匹敌于铅青铜的耐烧蚀性。然而，青铜合金的铸造材料，初晶α-Cu成长为很大的枝晶状，与共析组织之间生成不均匀的金属组织，故就液压马达等推力面旋转频繁翻转的高速高表面压力滑动的用途而言，却存在着容易在初晶α与共析组织之间蓄积金属疲劳而在铜合金滑动面产生微观裂纹的缺点。