本発明に係るPbフリー銅合金摺動材料は� �質量百分率で、1.0~15.0%のSn,0.5~15.0%のBi及び0.0 5~5.0%のAgを含有し,残部がCu及び不可避的不純� ��からなるとともに、Ag及びBiがAg-Bi共晶を形� ��していることを特徴とする。以下、本発明� ��詳しく説明する。

  合金組成
 まず、本発明の銅合金の組成を説明する。
 Snは銅合金の強度を向上し、また潤滑油な� �に含有される腐食性成分、特にS含有有機化� ��物に対する耐食性を向上する成分である。S n含有量が1.0%(百分率は特記しない限り、質量 %である)未満ではこれらの効果が小さく、一� ��15.0%を超えるとCu-Sn系金属間化合物が生成し て銅合金が脆くなり、耐焼付性劣化が起こる 。好ましいSn含有量は2.0~10.0%であり、より好� ��しくは2.0~6.0%である。
 Biは銅合金全体の硬度を下げ、なじみ性を� �上するとともに、Cuの相手軸に対する凝着性 を抑えることにより耐焼付性を向上する。Bi� ��含有量が0.5%未満であると、これらの効果が 小さく、一方15.0%を超えると銅合金の強度が� ��下して、その結果耐摩耗性が低下する。好� ��しいBi含有量2.0~10.0%であり、より好ましく� �3.0~8.0%である。
 AgはBiとの共晶を生成することにより、上記 したBiによる低凝着性をもたらす。Ag含有量� �0.05 %未満であると、この効果が小さく、一� ��Ag含有量が5.0%を超えると、銅合金の強度が� ��下し、耐摩耗性が劣化する。好ましいAg含� �量は0.1~0.2%である。
 上記成分の残部はCuと不可避的不純物であ� �、特にPbは痕跡量以下である。

 本発明の銅合金は、任意成分として、0.1~5.0 %の Ni, 0.02 ~0.2%のP 及び 0.5~30.0%のZnの少な� ��とも1種をさらに含有することができる。
 Niは銅合金の強度を向上し、また潤滑油な� �に対する耐食性を向上する。Niの含有量が0.1 %未満ではこれら効果が少なく、5.0%を超える� ��相手材に対する非凝着性が低下する。好ま� ��いNi含有量は0.5~2.0%である。
 Pは、焼結中に液相を発生し、裏金との密着 性を高めるとともに、材料強度を高める成分 である。Pの含有量が0.02%未満ではこれらの効 果が少なく、一方. 0.2%を超えるとCu-P化合物� ��起因する材料脆化が著しくなる。
 Znは潤滑油に対する耐食性を高める成分で� �る。Zn含有量が0.5%未満であると、この効果� �少なく、一方30.0%を超えると材料強度が低下 して、耐焼付性や耐摩耗性が低下する。好ま しいZn含有量は1.0~30.0%であり、より好ましいZ n含有量は15.0~20.0%である。

 さらに、本発明の銅合金は硬質粒子を添加� ��た複合材料とすることができる。
 硬質粒子は、アブレーシブ摩耗に対する銅� ��金の耐摩耗性を高めることにより、焼付を� ��えることができる。かかる硬質粒子として� ��、平均粒径が1.5 ~70μmのFe ₃ P、Fe ₂ P、FeB、NiB及びAlNからなる群の少なくとも1種� ��質量百分率で1.0 ~10.0%を銅合金に添加する� �とができる。
 これらの硬質粒子、特にFe ₃ Pは硬質粒子としては硬度が低いため、被削� �を低下させず、相手軸への攻撃性が低く、� �つ銅合金に対する焼結性が優れている。
 硬質粒子の平均粒径が1.5μm未満であると、� ��質粒子がAg-Bi共晶の中に入ることにより、� �動中に銅合金表面から脱落し易くなる。一� �、平均粒径が70μmを超えると、硬質粒子が相 手軸を摩耗するいわゆる攻撃性が大きくなり 、次に、表面粗さが粗大になった相手軸が銅 合金自体を摩滅するために、銅合金の摺動特 性が劣化する。好ましい平均粒径は、10~50μm� ��あり、より好ましくは15~40μmである。また� �硬質粒子の添加量が1.0%未満であると、その� ��果が少なく、一方10.0%を超えると、上記相� �軸攻撃性が大きなり、また、材料強度低下� �裏金との密着性の低下を招く。

  合金組織
 本発明に係る銅合金の組織は、任意成分や� ��質粒子が存在する場合はこれらが組織構成� ��素となるが、基本的には、Cuマトリックス� �Ag-Bi共晶とからなる。より詳しく述べると、 硬質粒子が添加された場合は、この粒子その ものが分散して、組織構成要素となるが、Cu� ��トリックスとAg-Bi共晶は必ず形成される。Cu マトリックスはX線回折において、Cu結晶の回 折ピークが検出され、顕微鏡観察においてAg- Bi共晶の二次相から区別されるものである。
 Ag-Bi共晶はCuマトリックスの粒界に沿って伸 びたBi相中にAgが微細に分散した形態を有す� �。 この共晶 は棒状共晶 に属する。Ag-Bi � ��晶 には微量の Cu及びPが混入している。

本発明のCu-Sn-Bi-Ag系基本組成においては、Cu� �トリックスはCuとSnにより構成され、Bi,AgはCu マトリックスに実質的に固溶していず、かつ Ag-Bi共晶以外の二次相を実質的に形成してい� ��いことが好ましい。即ち、Cuマトリックス� �固溶したBi は摺動特性にほとんど向上せず� ��共晶形態以外の単相Biはなじみ性がPbより劣 る欠点がある。Agも同様に共晶形態で摺動特� ��に寄与する。一方、Snは主としてCuマトリッ クスに固溶する。なお、「実質的に固溶しな い」とは、後述の画像解析併用EPMA分析にお� �てCuマトリックス中にAg,Biの検出強度が認め� ��れないことである。
 また、「二次相を実質的に形成していない� ��とは特許文献3(段落番号0045)に記載されたX� �回折条件(Cu管球、30kV,150mA)において二次相が 検出されないことである。

 本発明の基本組成に加えて任意成分を含� ��する組成においては、Bi及びAgは、Cu,Sn並び� ��Ni,P及び/又はZnから構成されるCuマトリック� ��に実質的に固溶しておらず、かつAg-Bi共晶� �外の二次相を形成していないことが好まし� �。Ni、P、及びZnはCuマトリックスの構成成分� ��して存在し、上述の性能を発揮する。すな� ��ち、これらの成分はAg-Bi共晶形成を妨げる� �うな組織を作らず、Cuマトリックスの構成成 分となるが、CuマトリックスにはAg,Biは、基� �成分の場合と同様に、実質的に固溶しない� �とが好ましい。

  製造方法
 Sn、Bi及びAgを固溶した銅合金をAg-Bi二元系� �態図の共晶温度262℃近傍をある程度の冷却� �度にて冷却すると、Ag-Bi共晶が生成する。即 ち、共晶温度近傍を超高速で冷却すると共晶 反応は起こらず、AgとBiはCuマトリックスに強 制固溶される。Ag-Bi共晶が形成されると、Cu-B i系合金で見られるようなCuマトリックス界面 (結晶粒界)に網目状に伸びたBi単相は見られ� �くなり、Cuマトリックスの界面にAg-Bi共晶が� ��成する。すなわち、銅合金中のBi相の形態� �Ag添加により完全に別となる。
 本発明に係るPbフリー銅合金すべり軸受の� �造方法は、上述の現象を利用しており、上� �組成を有する原料粉末を、裏金鋼板上に散� �し、700~900℃で焼結する焼結工程を前後2回行 い、中間に焼結空孔を縮小する加工工程を行 うことを特徴とする。

 本発明においては、必須元素及び任意元素� ��全部を含む銅合金粉末、あるいはこれらの� ��素の一部を含み、混合により所定の組成と� ��る混合粉末を、ブレンダーなどで混練して� ��用意する。粉末の粒径は特に制限はないが� ��粒径で180μm以下が好ましい。これらの合金� ��末もしくは混合粉末を裏金上に散布し、焼� ��し、その後焼結空孔をつぶすための圧延、� ��レスなどの加工を行い、同じ条件で再焼結� ��行う。焼結温度は700~900℃の範囲を行う。ま た、硬質粒子を添加する場合は、硬質粒子を 合金粉末もしくは混合粉末に混合する。
 焼結体を円筒状に加工して軸受(ブシュ)と� �る。