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JPH1180854A - Copper-based sintered friction material and method for producing the same - Google Patents

Copper-based sintered friction material and method for producing the same

Info

Publication number
JPH1180854A
JPH1180854A JP9237098A JP23709897A JPH1180854A JP H1180854 A JPH1180854 A JP H1180854A JP 9237098 A JP9237098 A JP 9237098A JP 23709897 A JP23709897 A JP 23709897A JP H1180854 A JPH1180854 A JP H1180854A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper
friction material
powder
based sintered
sintered friction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9237098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Ishibashi
恵二 石橋
Katsuyoshi Kondo
勝義 近藤
由重 ▲高▼ノ
Yoshie Kouno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP9237098A priority Critical patent/JPH1180854A/en
Publication of JPH1180854A publication Critical patent/JPH1180854A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦係数および耐摩耗性に優れた銅系焼結摩
擦材料を提供するとともに、その摩擦材料を製造工程で
のハンドリングが容易で経済性を損なうことなく製造で
きる方法を提供する。 【解決手段】 銅系焼結摩擦材料は、空孔率が35容積
%以上60容積%以下である。また上記銅系焼結摩擦材
料は、混合粉末を型内で加圧圧縮するとともに通電加熱
した後、700℃以上1000℃以下で熱処理を行なう
ことにより製造される。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a copper-based sintered friction material excellent in friction coefficient and wear resistance, and to produce the friction material easily in a manufacturing process without sacrificing economic efficiency. I will provide a. SOLUTION: The copper-based sintered friction material has a porosity of 35% by volume or more and 60% by volume or less. The above-mentioned copper-based sintered friction material is produced by compressing the mixed powder in a mold, heating the mixed powder, and then performing a heat treatment at 700 ° C or more and 1000 ° C or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、銅系焼結摩擦材料
およびその製造方法に関し、より特定的には、自動車の
オートマチック変速機用多板クラッチやマニュアル変速
機用同期リングなどの、潤滑油中で使用される機構にお
いて有効な銅系焼結摩擦材料およびその製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper-based sintered friction material and a method for producing the same, and more particularly, to a lubricating oil such as a multi-plate clutch for an automatic transmission of an automobile and a synchronous ring for a manual transmission. The present invention relates to a copper-based sintered friction material effective in a mechanism used therein and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記用途として、従来から使用される熱
硬化性樹脂を用いた有機系の摩擦材では、潤滑油中で高
い摩擦係数が得られるが、高温・高圧力の過酷な使用条
件下では摩耗が増加するという欠点があり、耐久性の要
求に対して不十分である。
2. Description of the Related Art As the above-mentioned application, an organic friction material using a thermosetting resin conventionally used can obtain a high friction coefficient in a lubricating oil, but under severe operating conditions of high temperature and high pressure. However, there is a disadvantage that the wear increases, which is insufficient for the requirement of durability.

【0003】一方、高温での摩擦係数の低下が小さく、
焼き付き、摩耗などの問題の生じにくい耐久性に優れる
材料として、従来から銅合金系の金属摩擦材料が知られ
ており、たとえば特開昭61−67737号公報、特開
昭63−109131号公報、特許第2605790号
公報などにおいて開示されている。
[0003] On the other hand, the decrease in friction coefficient at high temperatures is small,
As a material having excellent durability which is less likely to cause problems such as image sticking and abrasion, copper alloy-based metal friction materials have been conventionally known, for example, JP-A-61-67737, JP-A-63-109131, It is disclosed in Japanese Patent No. 2605790 and the like.

【0004】一般に、摩擦材を潤滑油中で使用する際に
は、潤滑油が摩擦材と相手材との接触界面に存在してそ
の潤滑効果により摩擦係数μが低下する。その対策とし
て、有機系の摩擦材料では材料中の空孔率を増加させる
ことにより、接触界面の潤滑油を透過することが行なわ
れている。有機系摩擦材料の空孔率は約50%である。
しかし、従来の金属摩擦材料は有機材料と比較して空孔
率が低いために、潤滑油の効果により摩擦係数が低下す
るという問題が生じる。
In general, when a friction material is used in a lubricating oil, the lubricating oil is present at a contact interface between the friction material and a mating material, and the lubrication effect lowers the friction coefficient μ. As a countermeasure, it has been practiced to increase the porosity of the organic friction material to allow the lubricant at the contact interface to pass therethrough. The porosity of the organic friction material is about 50%.
However, since the conventional metal friction material has a lower porosity than the organic material, there is a problem that the friction coefficient is reduced due to the effect of the lubricating oil.

【0005】また、金属摩擦材は有機系摩擦材と比較し
て剛性が高いために、局所的な片当たりが起こりやす
い。すなわち摩擦材と相手材との界面での実質的な接触
面積が小さく、そのために摩擦係数が低下するという問
題が生じる。
[0005] Further, since the metal friction material has higher rigidity than the organic friction material, local one-sided contact is likely to occur. That is, the substantial contact area at the interface between the friction material and the mating material is small, which causes a problem that the friction coefficient is reduced.

【0006】上記課題の対策として、金属摩擦材の摩擦
係数を向上させるための試みとして、空孔率を増加させ
ることが行なわれており、このことはたとえば、特開平
9−3565号公報に開示されている。この公報では空
孔率を増加させるために、低圧での成形、結合材の添加
が行なわれており、その焼結摩擦材料の空孔率は20〜
30容積%である。
As a countermeasure against the above-mentioned problem, an attempt has been made to increase the porosity in an attempt to improve the friction coefficient of the metal friction material, which is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-3565. Have been. In this publication, in order to increase the porosity, molding at a low pressure and addition of a binder are performed, and the porosity of the sintered friction material is 20 to
30% by volume.

【0007】また、通常の成形・焼結工程において製造
の困難な多孔質金属材の製造方法としては、通電加圧焼
結法が用いられており、この方法は、たとえば特開平1
−215909号公報に開示されている。この方法によ
れば、型内に原料の金属繊維を充填し、加圧圧縮すると
ともに通電加熱し、短時間で所望の空孔率を有する焼結
体が製造されている。金属繊維に潤滑材を添加して通電
加圧することにより含油軸受や、摩擦調整材を添加して
ブレーキの製造が可能である。
As a method for producing a porous metal material which is difficult to produce in a normal molding and sintering step, an electric current pressure sintering method is used.
No. 215909. According to this method, a metal fiber as a raw material is filled in a mold, and the material is pressurized and compressed, and is electrically heated to produce a sintered body having a desired porosity in a short time. An oil-impregnated bearing or a friction adjusting material can be added to produce a brake by adding a lubricant to a metal fiber and applying an electric pressure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】特開平9−3565号
公報では、摩擦材中の空孔率の増加により摩擦係数の向
上が図られているが、摩擦摺動部品に対する高摩擦係数
化の要求を十分には満たしていない。本願発明者の1人
は、潤滑油中で使用される摩擦材が多孔化により高い摩
擦係数値を発現することを現に見出しており、そのこと
をたとえば特開平8−253826号公報に開示してい
る。しかし、さらなる高摩擦係数化のためには、さらな
る多孔化による界面の潤滑油膜の透過性向上および剛性
の低下が要求される。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-3565, the friction coefficient is improved by increasing the porosity in the friction material. Not enough. One of the inventors of the present invention has actually found that a friction material used in a lubricating oil expresses a high coefficient of friction due to porosity, and disclosed this in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-253826. I have. However, in order to further increase the coefficient of friction, it is required to improve the permeability of the lubricating oil film at the interface and to reduce the rigidity by further increasing the porosity.

【0009】しかし、通常の粉末冶金の製法である、金
型での粉末成形・焼結工程では、多孔化に限界がある。
なぜなら、高空孔率の焼結体を得るためには、成形体の
空孔率を増加する必要があるからである。高空孔率の成
形体を製造するためには、1〜4t/cm2 の圧力で成
形を行なうが、この際に成形体中の粉末間の接触面積が
小さくなり、成形体の強度が低下する。そのため、製造
工程でのハンドリングの問題が生じる。この対策として
成形体の強度保持のために有機物の結合材が添加される
ことがあるが、この方法では30%以上の空孔率を保持
してかつ材料内での密度ばらつきの少ない材料を得るの
は困難である。
[0009] However, in the powder molding and sintering process using a metal mold, which is a usual method of powder metallurgy, there is a limit to the porosity.
This is because in order to obtain a sintered body having a high porosity, it is necessary to increase the porosity of the compact. In order to produce a molded product having a high porosity, molding is performed under a pressure of 1 to 4 t / cm 2 , but at this time, the contact area between the powders in the molded product is reduced, and the strength of the molded product is reduced. . Therefore, there is a problem of handling in the manufacturing process. As a countermeasure, an organic binder may be added to maintain the strength of the molded body. In this method, a material having a porosity of 30% or more and having a small density variation within the material is obtained. It is difficult.

【0010】高空孔率を保持した焼結体を製造する方法
としては、特開平1−215909号公報では通電加圧
焼結法が用いられている。この製造方法によれば、粉末
の充填密度に近い状態の焼結材が製造でき、剛性低下の
観点から高摩擦係数化に有効であると期待される。しか
し、焼結体の密度が低下した際には強度が低下すること
が確認されており、高温・高圧力下の厳しい摺動条件下
で使用される摩擦材として適用する際には、高空孔率の
焼結体では摩耗の増加が問題となる。この対策として、
粉末の結合反応を進行させるために長時間の通電加圧焼
結を行なうことは、通電加圧焼結がその性質上バッチ処
理しかできず、1処理で製造できる個数が少ないため、
製造の際に生産性の観点から問題を生じる。
As a method for producing a sintered body having a high porosity, an electric current pressure sintering method is used in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-215909. According to this manufacturing method, a sintered material in a state close to the packing density of the powder can be manufactured, and it is expected that this is effective in increasing the coefficient of friction from the viewpoint of lowering the rigidity. However, it has been confirmed that the strength decreases when the density of the sintered body decreases, and when applied as a friction material used under severe sliding conditions under high temperature and high pressure, high porosity In the case of a sintered body having a high rate, an increase in wear becomes a problem. As a measure against this,
Performing electric pressure sintering for a long time in order to advance the bonding reaction of the powder is that electric pressure sintering can only be batch processed due to its nature, and the number of products that can be produced in one process is small,
A problem arises during production from the viewpoint of productivity.

【0011】それゆえ本発明の一の目的は、摩擦係数が
高く、かつ耐摩耗性に優れた銅系焼結摩擦材料を提供す
ることである。
Therefore, one object of the present invention is to provide a copper-based sintered friction material having a high friction coefficient and excellent wear resistance.

【0012】また本発明の他の目的は、製造工程でのハ
ンドリングが容易で経済性を損なうことなく、摩擦係数
が高くかつ耐摩耗性に優れた銅系焼結摩擦材料を製造で
きる方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for producing a copper-based sintered friction material having a high friction coefficient and excellent abrasion resistance without losing economy because of easy handling in the production process. It is to be.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(A) 本発明の銅系焼結摩擦材料 本願発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結
果、銅系焼結摩擦材料における空孔率を所定の範囲とす
ることで、この摩擦材料の素地の摩耗を抑制し、摩擦係
数および耐摩耗性に優れた銅系焼結摩擦材料の得られる
ことを見出した。
(A) Copper-based sintered friction material of the present invention The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, by setting the porosity of the copper-based sintered friction material to a predetermined range, this friction has been improved. It has been found that a copper-based sintered friction material excellent in friction coefficient and abrasion resistance can be obtained by suppressing abrasion of a material base.

【0014】それゆえ、本発明の銅系焼結摩擦材料は、
銅を主成分とする原料粉末を固化した銅系焼結摩擦材料
において、空孔率が35%以上60%以下であることを
特徴とする。
Therefore, the copper-based sintered friction material of the present invention is:
A copper-based sintered friction material obtained by solidifying a raw material powder containing copper as a main component has a porosity of 35% or more and 60% or less.

【0015】本発明の銅系焼結摩擦材料において、空孔
率を上記の範囲とした理由について以下に説明する。
The reason why the porosity is set in the above range in the copper-based sintered friction material of the present invention will be described below.

【0016】空孔率の増加は、(a)摩擦材と相手材と
の接触界面に存在する潤滑油の透過、および(b)剛性
の低下による接触面積の増加において高摩擦係数化に有
効である。
The increase in the porosity is effective in increasing the friction coefficient in (a) the transmission of the lubricating oil present at the contact interface between the friction material and the mating material, and (b) the increase in the contact area due to the decrease in rigidity. is there.

【0017】(a) 潤滑油の透過 摩擦材を潤滑油中で使用する場合、一般に油が摩擦材と
相手材との接触界面に存在して、その潤滑効果により摩
擦係数が低下する。潤滑油の油膜厚さは摩擦摺動条件に
より変化し、押し付け圧力が低下するほど、また摺動速
度が増加するほど油膜厚さが増加し、それにより摩擦係
数が低下する。高摩擦係数化のためには、接触界面の潤
滑油の排出が有効である。
(A) Permeation of Lubricating Oil When a friction material is used in a lubricating oil, the oil generally exists at the contact interface between the friction material and the mating material, and the lubrication effect lowers the friction coefficient. The oil film thickness of the lubricating oil changes depending on the frictional sliding conditions. The oil film thickness increases as the pressing pressure decreases and as the sliding speed increases, whereby the friction coefficient decreases. To increase the friction coefficient, it is effective to discharge the lubricating oil at the contact interface.

【0018】(b) 剛性の低下 金属摩擦材は有機系摩擦材と比較して剛性が高いため
に、摩擦材と相手材との界面での実質的な接触面積が小
さく、そのために摩擦係数が低下するという問題が生じ
る。金属摩擦材の剛性を低下させ、接触を増加して摩擦
係数を増加させるためには、空孔率を増加させることが
有効である。剛性低下による接触面積増加に関しては、
潤滑油の存在しない条件下で摺動摩擦する際も同様に、
高摩擦係数化の効果がある。
(B) Decrease in Rigidity The metallic friction material has a higher rigidity than the organic friction material, so that the substantial contact area at the interface between the friction material and the mating material is small. The problem of lowering occurs. In order to reduce the rigidity of the metal friction material and increase the friction coefficient by increasing the contact, it is effective to increase the porosity. Regarding the increase in the contact area due to the decrease in rigidity,
Similarly, when sliding friction occurs in the absence of lubricating oil,
It has the effect of increasing the coefficient of friction.

【0019】空孔率が35容積%よりも低い場合には潤
滑油の透過および剛性が低下、すなわち摩擦係数増加の
効果が小さく、空孔率が60容積%よりも大きい場合に
は摩擦摺動時の耐摩耗性が低下する。耐摩耗性の低下
は、使用寿命の短命化の原因となり好ましくない。よっ
て、空孔率は35容積%以上60容積%以下である必要
があり、好ましくは40容積%以上50容積%以下であ
る。
When the porosity is lower than 35% by volume, the permeation and rigidity of the lubricating oil are reduced, that is, the effect of increasing the friction coefficient is small. When the porosity is higher than 60% by volume, frictional sliding is performed. The wear resistance at the time decreases. A decrease in wear resistance is not preferable because it shortens the service life. Therefore, the porosity needs to be 35% by volume or more and 60% by volume or less, and preferably 40% by volume or more and 50% by volume or less.

【0020】(1) 硬質粒子 (a) 含有量 上記局面において好ましくは、銅系焼結摩擦材料は硬質
粒子とその残部の銅合金素地とを有しており、硬質粒子
は重量基準で5%以上40%以下含有されており、残部
の銅合金素地は銅または銅合金、潤滑材および不可避的
不純物を有している。
(1) Hard Particles (a) Content Preferably, in the above aspect, the copper-based sintered friction material has hard particles and the balance of a copper alloy base material, and the hard particles are 5% by weight. The copper alloy base contains copper or a copper alloy, a lubricant, and unavoidable impurities.

【0021】硬質粒子が5重量%よりも少ない場合には
摩擦摺動面に存在する硬質粒子の量が少なくなるために
摩擦係数の増加や焼き付き防止の効果が小さく、40重
量%より多い場合には摩擦材の機械的強度および熱伝導
性に劣る。そのため、硬質粒子量は5重量%以上40重
量%以下が良く、さらに好ましくは15重量%以上30
重量%以下が良い。
When the amount of the hard particles is less than 5% by weight, the amount of the hard particles existing on the frictional sliding surface is reduced, so that the effect of increasing the friction coefficient and preventing seizure is small. Is inferior in the mechanical strength and thermal conductivity of the friction material. Therefore, the amount of the hard particles is preferably from 5% by weight to 40% by weight, more preferably from 15% by weight to 30% by weight.
% By weight or less is good.

【0022】(b) 種類 上記局面において好ましくは、硬質粒子は、鉄系金属間
化合物、酸化物粒子、窒化物粒子、炭化物粒子、Si
(シリコン)粒子、Mo(モリブデン)粒子よりなる群
から選ばれた1種以上からなっている。
(B) Kind Preferably, in the above aspect, the hard particles are iron-based intermetallic compound, oxide particles, nitride particles, carbide particles, Si particles.
It is composed of at least one selected from the group consisting of (silicon) particles and Mo (molybdenum) particles.

【0023】硬質粒子は摩擦係数増加の効果のために、
マイクロビッカース硬度が400以上のものが望まし
い。そのために鉄系金属間化合物、酸化物粒子、窒化物
粒子、炭化物粒子、Si粒子、Mo粒子を用いることが
できる。このうち鉄系金属間化合物は、酸化物粒子、窒
化物粒子、炭化物粒子と比較して被削性に優れる。その
ため硬質粒子としては、鉄系の金属間化合物がさらに有
効である。
Hard particles have the effect of increasing the coefficient of friction.
Those having a micro Vickers hardness of 400 or more are desirable. For this purpose, iron-based intermetallic compounds, oxide particles, nitride particles, carbide particles, Si particles, and Mo particles can be used. Among them, the iron-based intermetallic compound is superior in machinability as compared with oxide particles, nitride particles, and carbide particles. Therefore, iron-based intermetallic compounds are more effective as hard particles.

【0024】(c) 大きさ 上記局面において好ましくは、硬質粒子は平均粒径で2
0μm以下である。
(C) Size In the above aspect, preferably, the hard particles have an average particle size of 2
0 μm or less.

【0025】硬質粒子が20μmよりも大きい場合に
は、相手材との摺動面で硬質粒子が相手材と部分的に接
触するために、摩擦係数の変動が大きくなる。摩擦係数
の変動は、振動や異音の原因となり、好ましくない。そ
のため硬質粒子の大きさは20μm以下が良く、さらに
好ましくは10μm以下が良い。
When the size of the hard particles is larger than 20 μm, since the hard particles partially contact the mating material on the sliding surface with the mating material, the fluctuation of the friction coefficient becomes large. Fluctuations in the coefficient of friction cause vibration and abnormal noise, and are not preferred. Therefore, the size of the hard particles is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.

【0026】(2) 金属素地 上記局面において好ましくは、銅合金素地には、Sn
(錫)、Zn(亜鉛)、Ni(ニッケル)よりなる群か
ら選ばれた1種以上の金属元素が含まれる。
(2) Metal Base In the above aspect, preferably, the copper alloy base is made of Sn
One or more metal elements selected from the group consisting of (tin), Zn (zinc), and Ni (nickel) are included.

【0027】Sn、Zn、Niはいずれも銅と合金を形
成することにより、素地の硬度および強度を増加させる
効果を有する。銅のみで素地を形成すると、硬度および
強度が低下するために、剪断応力に対する摩擦材の抵抗
力が小さくなり、耐摩耗性が低下する。そのため、銅合
金素地には、Sn、Zn、Niよりなる群から選ばれる
1種以上の金属元素を含むものが良い。
Sn, Zn, and Ni all have an effect of increasing the hardness and strength of the substrate by forming an alloy with copper. When the base material is formed only of copper, the hardness and the strength are reduced, so that the friction material has a low resistance to shear stress and the wear resistance is reduced. Therefore, the copper alloy base preferably contains one or more metal elements selected from the group consisting of Sn, Zn, and Ni.

【0028】(3) 潤滑材 上記局面において好ましくは、潤滑材は、グラファイ
ト、MoS2 、CaF2、WS2 およびBNよりなる群
から選ばれた1種以上の固体潤滑材よりなり、かつ体積
基準で25%以下含有されている。
(3) Lubricant In the above aspect, the lubricant is preferably composed of one or more solid lubricants selected from the group consisting of graphite, MoS 2 , CaF 2 , WS 2 and BN, and is based on volume. At 25% or less.

【0029】固体潤滑材は、相手材との摺動界面に潤滑
膜を形成して焼き付き現象を防止し、摩擦係数の変動を
小さくする効果がある。潤滑材の含有量が体積基準で2
5%より多くなると、摩擦材の機械的強度が低下するの
で好ましくない。したがって、潤滑材の含有量は体積基
準で25%以下が良く、さらに好ましくは15%以下が
良い。
The solid lubricant has an effect of forming a lubricating film on a sliding interface with a mating material to prevent a seizure phenomenon and to reduce a change in friction coefficient. Lubricant content is 2 by volume
If it exceeds 5%, the mechanical strength of the friction material is undesirably reduced. Therefore, the content of the lubricant is preferably 25% or less on a volume basis, and more preferably 15% or less.

【0030】(B) 本発明の銅系焼結摩擦材料の製造
方法 本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結
果、混合粉末を型内で加圧圧縮するとともに通電加圧し
た後、700℃以上1000℃以下で熱処理を行なうこ
とで、製造工程でのハンドリングが容易で経済性を損な
うことなく、摩擦係数および耐摩耗性に優れた銅系焼結
摩擦材料を製造できることを見出した。
(B) Method for Producing the Copper-Based Sintered Friction Material of the Present Invention As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that after the mixed powder is pressurized and compressed in a mold and energized and pressed. It has been found that by performing heat treatment at 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less, a copper-based sintered friction material excellent in friction coefficient and abrasion resistance can be manufactured without easily losing economical efficiency in handling in a manufacturing process. .

【0031】それゆえ、本発明の銅系焼結摩擦材料の製
造方法は以下の工程を備えている。まず原料粉末を所定
の組成に混合して混合粉末が得られる。そして混合粉末
を型内で加圧圧縮するとともに通電加圧して焼結体が得
られる。そしてこの焼結体に700℃以上1000℃以
下で熱処理が行なわれる。
Therefore, the method for producing a copper-based sintered friction material of the present invention includes the following steps. First, the raw powder is mixed into a predetermined composition to obtain a mixed powder. Then, the mixed powder is pressurized and compressed in a mold, and is electrically pressed to obtain a sintered body. Then, the sintered body is subjected to a heat treatment at 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

【0032】(a) 通電加圧焼結 混合粉末を加圧圧縮するとともに通電加熱する工程にお
いて、粉末の焼結が進行する。このように成形と焼結と
を同一工程で行なうため、従来のように成形体を焼結炉
に搬入する際のハンドリングの問題が生じることはな
い。また粉末の充填密度に近い状態で粉末間の接触部の
結合反応を進行させることができるために、高空孔率を
保持して焼結が進行する。そのため、従来の成形・焼結
工程と比較して、同程度の空孔率で強度および耐摩耗性
に優れる焼結体を作製することができる。
(A) Electric Pressure Sintering In the step of compressing and compressing the mixed powder and heating the electric current, the sintering of the powder proceeds. As described above, since the forming and the sintering are performed in the same process, there is no problem of handling when the formed body is carried into the sintering furnace unlike the related art. In addition, since the bonding reaction at the contact portion between the powders can be advanced in a state close to the packing density of the powders, sintering proceeds while maintaining a high porosity. Therefore, a sintered body having excellent porosity and strength and abrasion resistance can be manufactured with the same porosity as compared with the conventional molding / sintering process.

【0033】通電加熱により、(i)金属粉末の表面酸
化膜の絶縁破壊、(ii)粉末接触部における電流と発
熱との集中によるネック成長の促進、および(iii)
粉末接触部と粉末中心部との温度差による原子移動の促
進といった特徴的な現象が生じる。
By the electric heating, (i) dielectric breakdown of the surface oxide film of the metal powder, (ii) promotion of neck growth due to concentration of current and heat generation at the powder contact portion, and (iii)
Characteristic phenomena occur such as promotion of atom transfer due to a temperature difference between the powder contact portion and the powder center.

【0034】上記現象の理由を以下に説明する。原料の
金属粉末の表面は通常酸化膜に覆われている。通電時に
この絶縁層に電圧が集中的にかかり、粉末間の界面が局
所的に高温になる。接触界面が高温になることにより、
熱拡散が促進され、そのために短時間で焼結が進行す
る。
The reason for the above phenomenon will be described below. The surface of the raw metal powder is usually covered with an oxide film. During energization, a voltage is intensively applied to this insulating layer, and the interface between the powders becomes locally hot. Due to the high temperature of the contact interface,
Thermal diffusion is promoted, so that sintering proceeds in a short time.

【0035】また、通電をパルス波形とすることによ
り、さらに粉末の結合反応を進行させることができる。
なぜなら、金属表面の絶縁層に電圧が集中した際にプラ
ズマの発生が容易になり、そのために粉末界面が局所的
に高温になり、短時間で焼結が進行する効果があるから
である。
Further, by applying a pulse waveform to the energization, the bonding reaction of the powder can be further advanced.
This is because, when a voltage is concentrated on the insulating layer on the metal surface, plasma is easily generated, so that the temperature of the powder interface becomes locally high and sintering proceeds in a short time.

【0036】(b) 熱処理工程 通電加圧焼結工程の後に熱処理工程を施すことにより摩
擦材の焼結を促進し、焼結体の強度および耐摩耗性を向
上させることができる。焼結進行のために長時間の通電
加圧焼結を行なうことは、生産性の観点から問題が生じ
る。そのため、連続処理が困難でありバッチ処理時の1
処理あたりの生産個数の少ない通電加圧焼結での処理時
間を極力短時間とし、その後工程で連続処理が可能であ
りバッチ処理の際の1処理あたりの生産個数の多いこの
熱処理工程を設けることにより、生産性を損なうことな
く強度および耐摩耗性に優れた焼結摩擦材を製造するこ
とができる。また熱処理の際に、銅合金素地中に硬質粒
子の分散した複合粉末を原料に用いた焼結体の組織制御
を行なうこともできる。
(B) Heat Treatment Step By performing a heat treatment step after the current pressure sintering step, the sintering of the friction material can be promoted, and the strength and wear resistance of the sintered body can be improved. Performing a long-time current-pressure sintering for sintering causes a problem from the viewpoint of productivity. Therefore, it is difficult to perform continuous processing.
The processing time in the current-pressure sintering with a small number of products per process should be as short as possible, and this process can be performed continuously in the subsequent process, and the number of products produced per process in the batch process is large. Accordingly, a sintered friction material having excellent strength and wear resistance can be manufactured without impairing productivity. At the time of heat treatment, the structure of a sintered body using a composite powder in which hard particles are dispersed in a copper alloy base material can be controlled.

【0037】(i) 焼結反応促進 通電加圧焼結により短時間で粉末の結合反応が進行する
ことを上記(a)項で説明したが、さらに強度および耐
摩耗性を向上させるために通電加圧焼結処理後の焼結体
に熱処理を施すことで焼結を進行させることができる。
通常の成形工程による圧粉体では、高空孔率では強度が
低下し、製造工程でハンドリング性の問題を生じるが、
それに対して通電加圧焼結では多孔体の高強度化が可能
なため、ハンドリングの問題なく後工程の熱処理で焼結
することができる。
(I) Acceleration of sintering reaction As described in the above item (a), the bonding reaction of the powder proceeds in a short time by the current pressure sintering. However, in order to further improve the strength and wear resistance, Sintering can be advanced by subjecting the sintered body after the pressure sintering to a heat treatment.
In a compact formed by a normal molding process, the strength decreases at a high porosity, causing a handling problem in the manufacturing process.
On the other hand, in the current pressure sintering, since the strength of the porous body can be increased, it is possible to perform sintering by a heat treatment in a later step without a handling problem.

【0038】熱処理温度は、700℃以上1000℃以
下である必要がある。本発明の銅系焼結摩擦材料では、
700℃よりも低い温度で焼結を完全に進行させるため
には、焼結時間が長くなって経済性の問題が生じる。し
たがって、経済性を損なうことなく焼結を進行させるた
めには、700℃以上の焼結温度でなければならない。
他方、焼結温度が1000℃を超える場合には、粉末成
形体中に液相が生成し、焼結体が収縮する。その結果、
寸法精度が低下するという問題が生じる。そのため、焼
結温度は1000℃以下でなければならない。
The heat treatment temperature needs to be 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less. In the copper-based sintered friction material of the present invention,
In order to completely advance sintering at a temperature lower than 700 ° C., the sintering time becomes long, which causes an economic problem. Therefore, the sintering temperature must be 700 ° C. or higher in order to advance sintering without impairing the economic efficiency.
On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1000 ° C., a liquid phase is generated in the powder compact, and the sintered compact shrinks. as a result,
There is a problem that dimensional accuracy is reduced. Therefore, the sintering temperature must be 1000 ° C. or less.

【0039】また、本発明の銅系焼結摩擦材料は、非酸
化性雰囲気または還元性雰囲気中で熱処理することが望
ましい。その理由は、熱処理雰囲気が非酸化性雰囲気ま
たは還元性雰囲気でない場合には、銅粉末の表面に酸化
皮膜が形成されて、焼結性が著しく阻害され、結果とし
て焼結体の強度や耐摩耗性の低下が生ずるからである。
The copper-based sintered friction material of the present invention is desirably heat-treated in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. The reason is that when the heat treatment atmosphere is not a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, an oxide film is formed on the surface of the copper powder, and the sinterability is significantly impaired, resulting in the strength and wear resistance of the sintered body. This is because a decrease in sex occurs.

【0040】(ii) 組織制御 通電加熱焼結を行なった後に、非酸化性または還元性雰
囲気中で700℃以上1000℃以下で熱処理を行なう
ことにより、銅素地中に硬質粒子の分散した複合粉末を
原料に用いた焼結材の組織制御を行なうことができる。
熱処理により複合粉末内の硬質粒子と銅合金素地との反
応が進行し、硬質粒子の微細化が進行する。反応により
硬質粒子と素子との結合が強化されるために摩擦摺動時
の硬質粒子の脱落が抑制され、耐摩耗性が向上する。ま
た硬質粒子の微細化により、相手材との接触が均一化
し、摩擦係数の変動が減少する。その効果として、異音
・振動が抑制される。
(Ii) Microstructure Control After conducting electric heating sintering, heat treatment is performed at 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less in a non-oxidizing or reducing atmosphere to obtain a composite powder in which hard particles are dispersed in a copper base material. Can control the structure of the sintered material using the raw material.
By the heat treatment, the reaction between the hard particles in the composite powder and the copper alloy base proceeds, and the hard particles are refined. The reaction strengthens the bond between the hard particles and the element, so that the hard particles are prevented from falling off during frictional sliding and the wear resistance is improved. Further, by making the hard particles finer, the contact with the counterpart material becomes uniform, and the fluctuation of the friction coefficient decreases. As an effect, abnormal noise and vibration are suppressed.

【0041】通電加圧焼結では、粉末間の界面が局所的
に高温になるために短時間の焼結で粉末の結合反応を促
進することを上記(a)項で説明したが、複合粉末内部
は温度の上昇が小さく反応は促進されにくい。このた
め、通電加圧焼結後に熱処理を行なうことにより、粉末
内部の反応を促進することが可能である。
As described in the above item (a), in the electric pressure sintering, since the interface between the powders locally becomes high in temperature, the sintering in a short time promotes the bonding reaction of the powders. The temperature inside is small and the reaction is not easily promoted. For this reason, it is possible to promote the reaction inside the powder by performing heat treatment after current pressure sintering.

【0042】この反応を経済性に問題のない範囲で完全
に進行させる上でも、熱処理温度は700℃以上でなけ
ればならない。
The temperature of the heat treatment must be 700 ° C. or more in order to allow this reaction to proceed completely within a range in which there is no problem in economy.

【0043】このように粉末混合−通電加圧焼結−熱処
理の工程による本願発明を説明したが、組織制御は本願
発明の熱処理に限らず、通電加圧焼結の前に加熱工程を
入れることでも可能である。この際の加熱温度は、50
0℃以上650℃以下が好ましい。500℃未満では加
熱時間が長くなって経済性の問題が生じる。また650
℃より高温では粉末が焼結結合するため、通電加圧焼結
工程で粉末を型内に充填する際に均質な充填が困難とな
り好ましくない。
As described above, the present invention by the steps of powder mixing, current pressure sintering, and heat treatment has been described. However, the structure control is not limited to the heat treatment of the present invention, and a heating step may be inserted before current pressure sintering. But it is possible. The heating temperature at this time is 50
The temperature is preferably from 0 ° C to 650 ° C. If the temperature is lower than 500 ° C., the heating time becomes longer, which causes a problem of economy. Also 650
If the temperature is higher than 0 ° C., the powder is sintered and bonded, so that it is difficult to uniformly fill the powder in the mold in the current pressure sintering step, which is not preferable.

【0044】本加熱工程を追加することで熱処理の時間
短縮が可能となる効果が得られる。
By adding this heating step, the effect of shortening the heat treatment time can be obtained.

【0045】(c) 混合 なお銅系金属粉末に、必要に応じて硬質粒子、潤滑材を
所定の割合で混合し、均一に混合・攪拌して得られる混
合粉末を出発原料とする。混合、攪拌には、V型ミキサ
ー、ニーダー、ボールミルなどの混合機を用いることが
できる。
(C) Mixing Hard particles and a lubricant are mixed with the copper-based metal powder as required at a predetermined ratio, and the mixed powder obtained by mixing and stirring uniformly is used as a starting material. For mixing and stirring, a mixer such as a V-type mixer, a kneader, and a ball mill can be used.

【0046】(1) 金属板と焼結体との拡散接合 上記局面において好ましくは、混合粉末を加圧圧縮する
とともに通電加熱する工程において、混合粉末同士を焼
結して焼結体を得ると同時に金属板と焼結体とが拡散接
合される。
(1) Diffusion Bonding of Metal Plate and Sintered Body In the above aspect, preferably, in the step of pressing and compressing the mixed powder and energizing and heating, the mixed powder is sintered to obtain a sintered body. At the same time, the metal plate and the sintered body are diffusion-bonded.

【0047】これにより、1工程で焼結体を得るととも
に金属板と焼結体とを拡散接合せしめることが可能とな
る。
Thus, a sintered body can be obtained in one step and the metal plate and the sintered body can be bonded by diffusion.

【0048】(2) 複合粉末の種類および製造方法 上記局面において好ましくは、原料粉末として硬質粒子
が銅合金素地中に均質に分散した銅合金粉末が用いられ
る。
(2) Type and Production Method of Composite Powder In the above aspect, preferably, a copper alloy powder in which hard particles are homogeneously dispersed in a copper alloy base is used as a raw material powder.

【0049】また上記局面において好ましくは、銅合金
粉末を作製する工程において、銅系金属粉末と硬質粒子
との混合粉末に対して機械的合金化法または機械的粉砕
法による機械的混合、粉砕処理を施すことにより、硬質
粒子が銅系金属素地の内部に均一に分散させられる。
In the above aspect, preferably, in the step of producing the copper alloy powder, a mechanical mixing method or a mechanical grinding method is used to mechanically mix and grind the mixed powder of the copper-based metal powder and the hard particles. Is applied, the hard particles are uniformly dispersed in the copper-based metal base.

【0050】複合銅系粉末の素地を構成する銅、あるい
は銅合金粉末と硬質粒子とを所定の割合で配合した後、
潤滑材を添加して混合する前に、必要に応じて機械的合
金化法(メカニカルアロイング)、機械的混合法(メカ
ニカルグラインディング)に代表される、粉末の機械的
混合、粉砕、合金化処理を行なうことも有効である。こ
の際に、回転ボールミル、振動ボールミル、遊星ボール
ミル、あるいはアトライターボールミルといった設備が
用いられる。この方法により硬質粒子をより微細に粉砕
することができ、しかも銅系粉末の素地中に微細に粉砕
された硬質粒子を均一に分散させることができる。銅粉
末素地中に隙間なく硬質粒子を分散させることにより、
複合化を行なわない従来混合法による焼結摩擦材と比較
して銅素地と硬質粒子との結合が強固になり、摩擦摺動
時の硬質粒子の脱落が抑制される。また、硬質粒子の微
細化により摩擦係数の変動が小さくなり、異音や振動が
抑制される。複合粉末中の硬質粒子の大きさは、機械的
混合、粉砕、合金化処理の運転条件(たとえば処理時間
や粉末とボールとの割合)により制御が可能である。
After mixing the copper or copper alloy powder and the hard particles constituting the base of the composite copper-based powder at a predetermined ratio,
Before adding and mixing the lubricant, mechanical mixing, pulverization and alloying of the powder, as required by mechanical alloying (mechanical alloying) and mechanical mixing (mechanical grinding), as necessary It is also effective to perform processing. At this time, equipment such as a rotary ball mill, a vibration ball mill, a planetary ball mill, or an attritor ball mill is used. According to this method, the hard particles can be pulverized more finely, and the finely pulverized hard particles can be uniformly dispersed in the base material of the copper-based powder. By dispersing hard particles without gaps in the copper powder base,
The bond between the copper base and the hard particles becomes stronger as compared with the sintered friction material obtained by the conventional mixing method without performing the compounding, and the hard particles are prevented from falling off during friction sliding. Further, the variation in the coefficient of friction is reduced due to the finer hard particles, and abnormal noise and vibration are suppressed. The size of the hard particles in the composite powder can be controlled by operating conditions of mechanical mixing, pulverization, and alloying treatment (for example, treatment time and the ratio of powder to ball).

【0051】[0051]

【実施例】以下、本発明の実施例について図に基づいて
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0052】実施例1 図1は、本発明の実施例1における銅系焼結摩擦材料の
製造方法を示す工程図である。
Example 1 FIG. 1 is a process chart showing a method for producing a copper-based sintered friction material in Example 1 of the present invention.

【0053】図1を参照して、重量比でCu:Sn=9
1:9の粉末と硬質粒子FeAlとを重量比で80:2
0となるように配合し、振動型ボールミルによりメカニ
カルアロイング処理を行ない、硬質粒子分散複合銅合金
粉末を得た(ステップ1:S1)。複合粉末を以下の表
1に示す空孔率となるように内径30mmのカーボン型
内に充填した。空孔率はカーボン型の体積と粉末量とで
調整した。この際に粉末とともに金属板を型内に挿入し
た。混合粉末を面圧300kgf/cm2 で加圧圧縮す
るとともに窒素雰囲気中で700℃で2分間通電加熱し
た(ステップ2:S2)。得られた焼結体を窒素雰囲気
中で800℃で1時間熱処理した(ステップ3:S
3)。そして、この焼結体の摩擦摺動特性を評価した。
Referring to FIG. 1, Cu: Sn = 9 by weight ratio.
1: 9 powder and hard particles FeAl in a weight ratio of 80: 2
0, and mechanically alloyed by a vibrating ball mill to obtain a hard particle-dispersed composite copper alloy powder (Step 1: S1). The composite powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 30 mm so as to have a porosity shown in Table 1 below. The porosity was adjusted by the volume of the carbon mold and the amount of powder. At this time, the metal plate was inserted into the mold together with the powder. The mixed powder was pressure-compressed at a surface pressure of 300 kgf / cm 2 and heated by heating at 700 ° C. for 2 minutes in a nitrogen atmosphere (Step 2: S2). The obtained sintered body was heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere (Step 3: S
3). Then, the friction sliding characteristics of the sintered body were evaluated.

【0054】摩擦試験は以下に示す方法で行なった。チ
ップオンディスク型摩擦試験機を用い、潤滑油にAT
F、相手材にS35C軟鋼を用い、加圧力30kgf/
cm2、周速度を100、80、60、40cm/sと
順に変化させ、各速度で15分間保持して評価した。
The friction test was performed by the following method. Using a chip-on-disk friction tester, AT
F, using S35C mild steel as the mating material, pressure force 30kgf /
cm 2 , the peripheral speed was changed in the order of 100, 80, 60, and 40 cm / s, and the evaluation was carried out by holding at each speed for 15 minutes.

【0055】得られた焼結体の摩擦摺動特性を表1に示
す。なお、表1において本発明例は試料No.1〜6で
あり、比較例は試料No.7、8である。
Table 1 shows the friction sliding characteristics of the obtained sintered body. In addition, in Table 1, the present invention example is a sample No. 1 to 6; 7 and 8.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】上記の結果より、空孔率が35容積%以上
60容積%以下の本発明例では、良好な摩擦摺動特性お
よび機械的特性の得られることが判明した。硬質粒子の
サイズは、いずれも平均で10μm以下であった。また
金属板と焼結材の焼結が進行し、拡散接合が可能であっ
た。一方、比較例では以下の問題が発生した。
From the above results, it was found that in the examples of the present invention having a porosity of 35% by volume or more and 60% by volume or less, good frictional sliding properties and mechanical properties were obtained. The size of each hard particle was 10 μm or less on average. Further, sintering of the metal plate and the sintered material progressed, and diffusion bonding was possible. On the other hand, the following problems occurred in the comparative example.

【0058】試料No.7では、空孔率が低いために、
潤滑油透過・低剛性化の効果が小さく、摩擦係数が低下
した。特に高速度域で潤滑油膜の厚さが増加するため、
摩擦係数低下の効果が大きい。
Sample No. In 7, the porosity is low,
The effect of lubricating oil permeation and low rigidity was small, and the coefficient of friction was reduced. Because the thickness of the lubricating oil film increases, especially at high speeds,
Great effect of lowering the friction coefficient.

【0059】試料No.8では、空孔率が高いために材
料の摩耗量が増加した。実施例2 組成がCu:Sn=91:9の粉末と硬質粒子FeAl
とを配合し、振動型ボールミルによりメカニカルアロイ
ング処理を行ない、硬質粒子分散銅合金粉末を得た。複
合粉末を空孔率50容積%となるように内径30mmの
カーボン型内に充填した。混合粉末を面圧300kgf
/cm2 で加圧圧縮するとともに窒素雰囲気中で400
℃で2分間通電加熱した。得られた焼結体を以下の表2
に示す条件で熱処理した。そして、この焼結体の摩擦摺
動特性を評価した。
Sample No. In No. 8, the amount of wear of the material increased due to the high porosity. Example 2 Powder having composition of Cu: Sn = 91: 9 and hard particles FeAl
Were subjected to mechanical alloying treatment by a vibration type ball mill to obtain hard particle-dispersed copper alloy powder. The composite powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 30 mm so as to have a porosity of 50% by volume. Surface pressure of 300kgf mixed powder
/ Cm 2 under pressure and 400 in a nitrogen atmosphere.
C. for 2 minutes. Table 2 below shows the obtained sintered body.
The heat treatment was carried out under the conditions shown in FIG. Then, the friction sliding characteristics of the sintered body were evaluated.

【0060】摩擦試験は下記に示す方法で行なった。チ
ップオンディスク型摩擦試験機を用い、周速度40cm
/sec、加圧力30kgf/cm2 、潤滑油ATF、
相手材にS35C軟鋼を用いて連続1時間評価した。得
られた焼結体の摩擦摺動特性を表1に示す。なお、表1
において本発明例は試料No.1〜5であり、比較例は
試料No.6〜9である。
The friction test was performed by the following method. Using a chip-on-disk friction tester, peripheral speed 40 cm
/ Sec, pressure 30 kgf / cm 2 , lubricating oil ATF,
Evaluation was performed for one hour continuously using S35C mild steel as a mating material. Table 1 shows the friction sliding characteristics of the obtained sintered body. Table 1
In the sample of the present invention, the sample No. 1 to 5; 6-9.

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】上記の結果より、焼結温度が700℃以上
1000℃未満でかつ熱処理工程を非酸化性または還元
性雰囲気中で行なった本発明例では、良好な摩擦特性が
得られることが判明した。一方、比較例については以下
の問題が発生した。
From the above results, it was found that in the present invention example in which the sintering temperature was 700 ° C. or more and less than 1000 ° C. and the heat treatment step was performed in a non-oxidizing or reducing atmosphere, good friction characteristics were obtained. . On the other hand, the following problems occurred in the comparative example.

【0063】試料No.6では、熱処理を行なわないた
めに摩耗が増加した。試料No.7では、熱処理温度が
低温のために焼結反応が進行せず摩耗が増加した。
Sample No. In No. 6, abrasion increased because no heat treatment was performed. Sample No. In No. 7, since the heat treatment temperature was low, the sintering reaction did not proceed and wear increased.

【0064】試料No.8では、焼結温度が高温のため
に収縮が大きくなり、寸法精度が劣化した。
Sample No. In No. 8, since the sintering temperature was high, the shrinkage was large, and the dimensional accuracy was deteriorated.

【0065】試料No.9では、大気中で焼結を行なっ
たために酸化が進行し焼結反応が著しく阻害された。
Sample No. In No. 9, since sintering was performed in the air, oxidation proceeded and the sintering reaction was significantly inhibited.

【0066】実施例3 組成がCu:Sn=91:9の粉末と組成がFe:Al
=50:50の硬質粒子とを、焼結後に以下の表3に示
す重量比となるように配合し、振動型ボールミルにより
メカニカルアロイング処理を行ない、硬質粒子分散銅合
金粉末を得た。複合粉末を空孔率50容積%となるよう
に内径30mmのカーボン型内に充填した。混合粉末を
面圧300kgf/cm2 で加圧圧縮するとともに窒素
雰囲気中で700℃で2分間通電加熱した。得られた焼
結体を窒素雰囲気中で800℃で熱処理した。
Example 3 A powder having a composition of Cu: Sn = 91: 9 and a composition having a composition of Fe: Al
= 50: 50 hard particles were blended after sintering so as to have a weight ratio shown in Table 3 below, and mechanically alloyed by a vibration type ball mill to obtain hard particle-dispersed copper alloy powder. The composite powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 30 mm so as to have a porosity of 50% by volume. The mixed powder was pressed and compressed at a surface pressure of 300 kgf / cm 2 and heated by heating at 700 ° C. for 2 minutes in a nitrogen atmosphere. The obtained sintered body was heat-treated at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【0067】得られた焼結体の摩擦摺動特性を評価し
た。その評価結果を表3に示す。なお、表3において本
発明例は試料No.1〜5であり、比較例は試料No.
6、7である。
The frictional sliding characteristics of the obtained sintered body were evaluated. Table 3 shows the evaluation results. Note that, in Table 3, the present invention examples correspond to the sample Nos. 1 to 5;
6 and 7.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】上記の結果より、硬質粒子を5重量%以上
40重量%以下含有する本発明例では、良好な摩擦摺動
特性が得られることが判明した。一方、比較例について
は以下の問題が発生した。
From the above results, it was found that in the examples of the present invention containing hard particles in an amount of 5% by weight or more and 40% by weight or less, good frictional sliding characteristics were obtained. On the other hand, the following problems occurred in the comparative example.

【0070】試料No.6では、銅素地の量が少なく素
地の結合が不十分になるために耐摩耗性が劣化した。
Sample No. In No. 6, wear resistance deteriorated because the amount of the copper base was small and bonding of the bases was insufficient.

【0071】試料No.7では、硬質粒子量が少なく硬
質粒子による摩擦係数増加の効果、摩耗抑制の効果が小
さく、そのため焼結体の摩擦係数が小さく、耐摩耗性に
劣った。
Sample No. In No. 7, the amount of the hard particles was small, the effect of increasing the friction coefficient by the hard particles, and the effect of suppressing wear were small. Therefore, the friction coefficient of the sintered body was small and the wear resistance was poor.

【0072】実施例4 以下の表4に示す組成の粉末と硬質粒子FeAlとを配
合し、振動型ボールミルによりメカニカルアロイング処
理を行ない、硬質粒子分散銅合金粉末を得た。複合粉末
を空孔率35容積%となるように内径30mmのカーボ
ン型内に充填した。混合粉末を面圧300kgf/cm
2 で加圧圧縮するとともに窒素雰囲気中で700℃で2
分間通電加熱した。得られた焼結体を窒素雰囲気中で8
00℃で熱処理した。
Example 4 A powder having the composition shown in Table 4 below and hard particles FeAl were blended and subjected to mechanical alloying treatment by a vibration type ball mill to obtain hard particle-dispersed copper alloy powder. The composite powder was filled into a carbon mold having an inner diameter of 30 mm so as to have a porosity of 35% by volume. Surface pressure of 300kgf / cm
2. Press and compress at 2
It was heated by energizing for minutes. The obtained sintered body is placed in a nitrogen atmosphere for 8 hours.
Heat treatment was performed at 00 ° C.

【0073】得られた焼結体の摩擦摺動特性、金属素地
部のマイクロビッカース硬度を評価した。硬度は荷重を
10gとして評価した。その評価結果を表4に示す。な
お、表4において本発明例は試料No.1〜4であり、
比較例は試料No.5である。
The frictional sliding characteristics of the obtained sintered body and the micro Vickers hardness of the metal base were evaluated. The hardness was evaluated with a load of 10 g. Table 4 shows the evaluation results. In Table 4, the examples of the present invention correspond to the sample No. 1-4,
The comparative example is a sample No. 5

【0074】[0074]

【表4】 [Table 4]

【0075】上記の結果より、Cuを主成分としてS
n,Zn,Niのいずれかを含む本発明例では良好な摩
擦摺動特性の得られることが判明した。
From the above results, it was found that Cu was the main component and S
It was found that good frictional sliding characteristics were obtained in the examples of the present invention containing any of n, Zn, and Ni.

【0076】一方、比較例(試料No.5)について
は、焼結体の硬度が低いために摩擦摺動時に摩耗が増加
するという問題が生じた。
On the other hand, in the comparative example (Sample No. 5), there was a problem that wear was increased during frictional sliding because the hardness of the sintered body was low.

【0077】実施例5 組成がCu:Sn=91:9の粉末と硬質粒子FeAl
とを配合し、振動型ボールミルによりメカニカルアロイ
ング処理を行ない、硬質粒子分散銅合金粉末を得た。複
合銅合金粉末と潤滑材のグラファイトとを焼結後の焼結
体中において以下の表5に示す体積比となるように配合
し、混合粉末を空孔率が35容積%となるように内径3
0mmのカーボン型内に充填した。混合粉末を面圧30
0kgf/cm2 で加圧圧縮するとともに窒素雰囲気中
で700℃で2分間通電加熱した。得られた焼結体を窒
素雰囲気中で800℃で熱処理した。
Example 5 Powder composed of Cu: Sn = 91: 9 and hard particles FeAl
Were subjected to mechanical alloying treatment by a vibration type ball mill to obtain hard particle-dispersed copper alloy powder. The composite copper alloy powder and graphite as a lubricant are blended in the sintered body after sintering so as to have a volume ratio shown in Table 5 below, and the mixed powder has an inner diameter such that the porosity is 35% by volume. 3
It was filled into a 0 mm carbon mold. Surface pressure of mixed powder is 30
It was pressurized and compressed at 0 kgf / cm 2 and heated by heating at 700 ° C. for 2 minutes in a nitrogen atmosphere. The obtained sintered body was heat-treated at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【0078】得られた焼結体の摩擦摺動特性を評価し
た。その評価結果を表5に示す。なお表5において本発
明例は試料No.1〜4であり、比較例は試料No.5
である。
The frictional sliding characteristics of the obtained sintered body were evaluated. Table 5 shows the evaluation results. Note that, in Table 5, the present invention examples correspond to Sample No. 1 to 4, and the comparative example is sample No. 5
It is.

【0079】[0079]

【表5】 [Table 5]

【0080】上記の結果より、潤滑材の含有量の少ない
本発明例では良好な摩擦摺動特性が得られることが判明
した。
From the above results, it was found that in the examples of the present invention in which the content of the lubricant is small, good frictional sliding characteristics can be obtained.

【0081】一方、比較例(試料No.5)について
は、金属素地の割合が減少するために耐摩耗性に劣ると
いう問題が発生した。
On the other hand, in the comparative example (sample No. 5), there was a problem that the abrasion resistance was poor because the ratio of the metal base was reduced.

【0082】今回開示された実施例はすべての点で例示
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の
範囲によって示され、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。
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明の銅系焼結摩擦材料では、空孔率
が35容積%以上60容積%以下であるため、摩擦材と
相手材との接触界面に存在する潤滑油膜を排除でき、か
つ摩擦材料の剛性を低下させることができるため、摩擦
係数が向上する。
According to the copper-based sintered friction material of the present invention, since the porosity is 35% by volume or more and 60% by volume or less, a lubricating oil film existing at the contact interface between the friction material and the mating material can be eliminated. Further, since the rigidity of the friction material can be reduced, the coefficient of friction is improved.

【0084】本発明の銅系焼結摩擦材料の製造方法で
は、通電加圧焼結工程と熱処理工程とにより粉末間の結
合反応が進行するため、成形体強度低下の問題なく、空
孔率35容積%以上60容積%以下の多孔質焼結摩擦材
を製造することができる。また通電加圧焼結工程におい
て成形と焼結とを同時に行なうため、従来例のように成
形体を焼結炉に搬送する際のハンドリングの問題が生じ
ることはない。また通電加圧焼結では多孔体の高強度化
が可能なため、通電加圧焼結後のハンドリングの問題も
生じない。
In the method for producing a copper-based sintered friction material of the present invention, the bonding reaction between the powders proceeds by the current-pressing sintering step and the heat treatment step. A porous sintered friction material having a volume percentage of 60% by volume or more and 60% by volume or less can be produced. Further, since the forming and sintering are performed simultaneously in the current-pressing sintering step, there is no problem of handling when transferring the formed body to the sintering furnace unlike the conventional example. In addition, since the strength of the porous body can be increased by current pressure sintering, there is no problem in handling after current pressure sintering.

【0085】また連続処理が困難でありバッチ処理時の
1処理あたりの生産個数の少ない通電加圧焼結工程での
処理時間を極力短時間とし、この後工程で連続処理が可
能でありバッチ処理の際の1処理あたりの生産個数の多
い熱処理工程を設けることにより、生産性を損なうこと
なく強度および耐摩耗性に優れた焼結摩擦材を製造する
ことができる。また熱処理工程により粉末内の硬質粒子
と銅合金素地との反応が進行し、硬質粒子の微細化が進
行するため、硬質粒子と素地との結合が強化され摩擦摺
動時の硬質粒子の脱落が抑制されて耐摩耗性が向上す
る。
Further, it is difficult to perform continuous processing, and the processing time in the current-pressing sintering step, in which the number of products produced per processing during batch processing is small, is as short as possible. By providing a heat treatment step with a large number of products per process in this case, a sintered friction material excellent in strength and wear resistance can be manufactured without impairing productivity. In addition, the reaction between the hard particles in the powder and the copper alloy base proceeds by the heat treatment step, and the hard particles are refined, so that the bonding between the hard particles and the base is strengthened and the hard particles fall off during friction sliding. It is suppressed and the wear resistance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における銅系焼結摩擦材料の
製造方法を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a method for producing a copper-based sintered friction material in Example 1 of the present invention.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅を主成分とする原料粉末を固化した銅
系焼結摩擦材料において、空孔率が35容積%以上60
容積%以下であることを特徴とする、銅系焼結摩擦材
料。
1. A copper-based sintered friction material obtained by solidifying a raw material powder containing copper as a main component and having a porosity of at least 35% by volume
A copper-based sintered friction material, which is not more than% by volume.
【請求項2】 潤滑油中で使用されることを特徴とす
る、請求項1に記載の銅系焼結摩擦材料。
2. The copper-based sintered friction material according to claim 1, which is used in a lubricating oil.
【請求項3】 前記銅系焼結摩擦材料は硬質粒子とその
残部の銅合金素地とを有しており、前記硬質粒子は重量
基準で5%以上40%以下含有されており、その残部の
前記銅合金素地は銅または銅合金、潤滑材、および不可
避的不純物を有していることを特徴とする、請求項1に
記載の銅系焼結摩擦材料。
3. The copper-based sintered friction material has hard particles and a balance of a copper alloy base, and the hard particles are contained in an amount of 5% or more and 40% or less on a weight basis. The copper-based sintered friction material according to claim 1, wherein the copper alloy body has copper or a copper alloy, a lubricant, and unavoidable impurities.
【請求項4】 前記硬質粒子が、鉄系金属間化合物、酸
化物粒子、窒化物粒子、炭化物粒子、Si粒子およびM
o粒子よりなる群から選ばれる1種以上からなることを
特徴とする、請求項3に記載の銅系焼結摩擦材料。
4. The hard particles include iron-based intermetallic compounds, oxide particles, nitride particles, carbide particles, Si particles and M particles.
The copper-based sintered friction material according to claim 3, comprising one or more members selected from the group consisting of o particles.
【請求項5】 前記硬質粒子が、平均粒径で20μm以
下であることを特徴とする、請求項3に記載の銅系焼結
摩擦材料。
5. The copper-based sintered friction material according to claim 3, wherein the hard particles have an average particle diameter of 20 μm or less.
【請求項6】 前記銅合金素地に、Sn、ZnおよびN
iよりなる群から選ばれる1種以上の金属元素が含まれ
ることを特徴とする、請求項3に記載の銅系焼結摩擦材
料。
6. The copper alloy body contains Sn, Zn and N
The copper-based sintered friction material according to claim 3, wherein the copper-based sintered friction material contains at least one metal element selected from the group consisting of i.
【請求項7】 前記潤滑材は、グラファイト、MoS
2 、CaF2 、WS2およびBNよりなる群から選ばれ
る1種以上の固体潤滑材よりなり、かつ体積基準で25
%以下含有されていることを特徴とする、請求項3に記
載の銅系焼結摩擦材料。
7. The lubricant is made of graphite, MoS
2 , one or more solid lubricants selected from the group consisting of CaF 2 , WS 2 and BN, and 25% by volume.
% Of the copper-based sintered friction material according to claim 3.
【請求項8】 原料粉末を所定の組成に混合して混合粉
末を得る工程と、 前記混合粉末を型内で加圧圧縮するとともに通電加熱し
て焼結体を得る工程と、 前記焼結体を700℃以上1000℃以下で熱処理を行
なう工程とを備えた、銅系焼結摩擦材料の製造方法。
8. A step of mixing a raw material powder into a predetermined composition to obtain a mixed powder, a step of compressing and pressing the mixed powder in a mold, and applying a current to heat to obtain a sintered body; Performing a heat treatment at a temperature of 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
【請求項9】 前記焼結体に熱処理を行なう工程は、非
酸化性または還元性雰囲気中で行なわれることを特徴と
する、請求項8に記載の銅系焼結摩擦材料の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the step of performing the heat treatment on the sintered body is performed in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
【請求項10】 前記混合粉末を加圧圧縮するとともに
通電加熱する工程において、前記混合粉末同士を焼結し
て前記焼結体を得ると同時に金属板と前記焼結体とを拡
散接合せしめることを特徴とする、請求項8に記載の銅
系焼結摩擦材料の製造方法。
10. In the step of compressing and compressing the mixed powder and energizing and heating, the mixed powder is sintered together to obtain the sintered body, and at the same time, the metal plate and the sintered body are diffusion-bonded. The method for producing a copper-based sintered friction material according to claim 8, characterized in that:
【請求項11】 前記原料粉末として、硬質粒子が銅合
金素地中に均質に分散した銅合金粉末を用いることを特
徴とする、請求項8に記載の銅系焼結摩擦材料の製造方
法。
11. The method for producing a copper-based sintered friction material according to claim 8, wherein a copper alloy powder in which hard particles are homogeneously dispersed in a copper alloy base material is used as the raw material powder.
【請求項12】 前記銅合金粉末を作製する工程におい
て、銅系金属粉末と硬質粒子との混合粉末に対して機械
的合金化法または機械的粉砕法による機械的混合、粉砕
処理を施すことにより、前記硬質粒子を前記銅系金属素
地の内部に均一に分散させることを特徴とする、請求項
11に記載の銅系焼結摩擦材料の製造方法。
12. In the step of preparing the copper alloy powder, the mixed powder of the copper-based metal powder and the hard particles is subjected to mechanical mixing and pulverization by a mechanical alloying method or a mechanical pulverization method. The method for producing a copper-based sintered friction material according to claim 11, wherein the hard particles are uniformly dispersed in the copper-based metal body.
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