CN104046926A - 铁基烧结滑动构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供其中固体润滑剂不仅均匀分散于气孔中和粉末晶界，而且还均匀分散于粉末粒内，与此同时牢固地固着于基质，滑动特性优异并且机械强度优异的铁基烧结滑动构件。整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，基质为铁素体相或分散有铜相的铁素体相，硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

Description

铁基烧结滑动构件及其制备方法

技术领域

本发明涉及例如内燃机的阀导承或阀片、旋转式压缩机的叶片或辊、涡轮增压器的滑动部件和车辆、机床、工业机械等的驱动部位或滑动部位那样的有高的表面压力作用于滑动面上的滑动部件等中适用的滑动构件，特别是涉及对将以Fe为主要成分的原料粉末压粉成型而得的压粉体进行烧结而成的铁基烧结滑动构件。

背景技术

通过粉末冶金法制备的烧结构件可近终型(near net shape)成型，并且适合大量生产，所以适用于各种机械部件。另外，由于可容易地得到在通常的熔制材料中无法得到的特殊的金属组织，所以也适用于如上所述的各种滑动部件。即，在通过粉末冶金法制备的烧结构件中，通过向原料粉末中添加石墨、硫化锰等固体润滑剂的粉末，并在固体润滑剂残留的条件下进行烧结，可将固体润滑剂分散于金属组织中，因此适用于各种滑动部件(参照日本国特开平04-157140号公报、特开2006-052468号公报、特开2009-155696号公报)。

一直以来，在烧结滑动构件中，石墨、硫化锰等固体润滑剂以粉末的形态给予，在烧结时不固溶而残留。因此，在金属组织中，固体润滑剂在气孔中和粉末晶界分布不均。这样的固体润滑剂由于在气孔中和粉末晶界不与基质结合，所以在滑动时易由基质脱落。

另外，在使用石墨作为固体润滑剂的情况下，需要在烧结时不将石墨固溶于基质中，而在烧结后作为游离的石墨残留。为此，必须使烧结温度低于一般的铁基烧结合金的情况。因此，原料粉末相互扩散导致的粒子间结合减弱，基质强度易降低。

另一方面，硫化锰等固体润滑剂由于在烧结时不易固溶于基质中，所以可在与一般的铁基烧结合金的情况同等的烧结温度下进行烧结。但是，以粉末形态添加的固体润滑剂存在于原料粉末间。因此，阻碍原料粉末的相互扩散，与未添加固体润滑剂的情况相比，基质强度降低。而且，由于基质强度降低，在铁基烧结构件的强度降低的同时，滑动时的基质的耐久性降低，从而磨损易加重。

在这样的情况下，本发明的目的在于，提供一种滑动特性优异并且机械强度优异的铁基烧结滑动构件，其中，固体润滑剂不仅均匀分散于气孔中和粉末晶界，而且还均匀分散于粉末粒内，与此同时牢固地固着于基质。

发明内容

本发明的第1铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%和余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，所述基质为铁素体相或分散有铜相的铁素体相，所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

另外，本发明的第2铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、C：0.2~2%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，所述C提供至所述基质中，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织或者在所述铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织中分散有铜相的组织构成，并且所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

此外，本发明的第3铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、C：0.2~3%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，所述C的一部分或全部作为石墨分散于气孔中，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织或者在所述铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织中分散有铜相的组织构成，并且所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

上述第1~第3的铁基烧结滑动构件的优选实施方式在于，在所述硫化物粒子中，以圆当量直径计最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积占全部硫化物粒子的面积的30%以上。另外，优选实施方式在于，在所述杂质中含有Mn：0.02~1.20质量%。此外，优选的实施方式在于，含有各自为10质量%以下的Ni和Mo中的至少1种。

本发明的铁基烧结滑动构件的制备方法的特征在于，使用在铁粉末中以使原料粉末的S量为0.2~3.24质量%的方式添加、混合硫化铁粉末、硫化铜粉末、二硫化钼粉末和硫化镍粉末中的至少1种金属硫化物粉末而成的原料粉末，在压模内进行压粉成型，在非氧化性气氛中将得到的成型体于1090~1300℃进行烧结。

上述铁基烧结滑动构件的制备方法的优选实施方式在于，向所述原料粉末中进一步添加铜粉末或铜合金粉末，并且原料粉末的Cu量为10质量%以下。另外，优选实施方式在于，代替所述铁粉末，使用含有Ni和Mo中的至少1种的铁合金粉末，并且原料粉末的Ni和Mo量为10质量%以下；向所述原料粉末中进一步添加镍粉末，并且原料粉末的Ni量为10质量%以下。此外，优选实施方式在于，向所述原料粉末中进一步添加0.2~2质量%的石墨粉末；向所述原料粉末中进一步添加0.2~3质量%的石墨粉末和0.1~3.0质量%的硼酸、硼氧化物、硼的氮化物、硼的卤化物、硼的硫化物和硼的氢化物的粉末中的1种以上。

本发明的铁基烧结滑动构件，由于其中以硫化铁为主体的金属硫化物粒子由铁基质中析出，分散于铁基质中，所以牢固地固着于基质，滑动特性优异，并且机械强度优异。

附图说明

图1为示出本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织的一个实例的附图代用照片(镜面研磨)。

图2为示出本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织的一个实例的附图代用照片(3%-硝酸乙醇溶液(nital)腐蚀)。

具体实施方式

以下将本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织和数值限定依据结合本发明的作用进行说明。本发明的铁基烧结滑动构件的主要成分设为Fe。在这里，主要成分指烧结滑动构件中占过半的成分，在本发明中整体组成中的Fe量为50质量%以上，优选为60质量%以上。金属组织包含以Fe为主体的分散有硫化物粒子的铁基质(铁合金基质)和气孔。铁基质由铁粉末和/或铁合金粉末形成。气孔因粉末冶金法而产生，是原料粉末压粉成型时的粉末间空隙残留于通过原料粉末的结合而形成的铁基质中而成。

通常，铁粉末因制法而含有0.02~1.2质量%左右的Mn，所以铁基质含有微量的Mn作为不可避免的杂质。因此，通过将S提供至铁粉末中，可使硫化锰等硫化物粒子在基质中析出作为固体润滑剂。在这里，由于硫化锰在基质中微细地析出，所以对改善切削性有效，但由于过于微细，所以滑动特性的改善效果小。因此，在本发明中，不仅给予与基质中微量含有的Mn反应的量的S量，还进一步给予S，使该S与作为主要成分的Fe结合，形成硫化铁。

通常，相对于S的电负性之差越大，越容易形成硫化物。电负性的值(查询(ポーリング)而得的电负性)为S：2.58，而M：1.55、Cr：1.66、Fe：1.83、Cu：1.90、Ni：1.91、Mo：2.16，所以硫化物按照Mn＞Cr＞Fe＞Cu＞Ni＞Mo的顺序容易形成。因此，若添加超过可与铁粉末中含有的全部Mn结合而生成MnS的S量的量的S，则除与微量的Mn的反应以外，还发生与作为主要成分的Fe的反应，不仅析出硫化锰，还析出硫化铁。因此，基质中析出的硫化物以由作为主要成分的Fe生成的硫化铁为主，部分为由作为不可避免的杂质的Mn生成的硫化锰。

硫化铁作为固体润滑剂，为适合提高滑动特性的大小的硫化物粒子，由于是与作为基质主要成分的Fe结合而形成，所以可在含有粉末粒内的基质中均匀地析出分散。

如上所述，在本发明中，给予与基质中含有的Mn结合的S量和进一步的S，与作为基质的主要成分的Fe结合，析出硫化物。为了得到由该硫化物粒子产生的改善滑动特性的效果，基质中析出分散的硫化物粒子的量需要为0.8体积%。另一方面，若硫化物粒子的分散量增加，则虽然滑动特性提高，但由于铁基质的量因硫化物分散于铁基质中而减少，所以机械强度降低。因此，若硫化物粒子的量超过15体积%，则硫化物相对于基质的量过多，铁基烧结滑动构件的机械强度显著降低。因此，基质中的硫化物粒子的量相对于基质为0.8~15体积%。

在这里，Cu在室温下与Fe相比难以形成硫化物，但在高温下标准生成自由能小于Fe，易形成硫化物。另外，Cu在α-Fe中的固溶限小，不生成化合物，所以具有在高温下固溶于γ-Fe中的Cu在冷却过程中以Cu单体析出于α-Fe中的特性。因此，在烧结中的冷却过程中一度固溶的Cu均匀地由Fe基质中析出。此时，Cu与硫化物以由该基质中析出的Cu为核，形成金属硫化物(硫化铜、硫化铁和铜与铁的复合硫化物)，同时具有在其周围促进硫化物粒子(硫化铁)析出的作用。另外，Cu扩散于铁基质中使其强化，与此同时，在铁基质中含有C的情况下，提高铁基质的淬火性，将珠光体组织微细化，由此进一步强化铁基质。在本发明中，由于积极地利用这些Cu的作用，所以Cu为必需元素。

需说明的是，由于Cu促进硫化物的生成，所以在S量比Cu量多的情况下，Cu以硫化铜或铁与铜的复合硫化物等的形态析出于铁基质中，但在S量比Cu量少的情况下，Cu作为铜相析出、分散于铁基质中。

S在常温下化合性弱，但在高温下极富有反应性，不仅与金属，还与H、O、C等非金属元素化合。可是，在烧结构件的制备中，通常向原料粉末中添加成型润滑剂，在烧结工序的升温过程中将成型润滑剂挥发而除去，进行所谓的脱蜡工序。在这里，若以硫磺粉末的形态给予S，则S与成型润滑剂分解所生成的成分(主要为H、O、C)化合物而脱离，所以难以稳定提供上述硫化铁形成中所需的S。因此，S优选以硫化铁粉末和电负性低于Fe的金属的硫化物粉末(即硫化铜粉末、硫化镍粉末、二硫化钼粉末等金属硫化物粉末)的形态给予。在以这些金属硫化物粉末的形态给予S的情况下，在进行脱蜡工序的温度范围(200~400℃左右)内以金属硫化物的形态存在，所以不与成型润滑剂分解生成的成分化合，不发生S的脱离，所以可稳定提供上述硫化铁形成中所需的S。

在使用硫化铁粉末作为金属硫化物的情况下，在烧结工序的升温过程中若超过988℃，则产生Fe-S的共晶液相，变为液相烧结，促进粉末粒子间的颈(ネック)的生长。另外，由于S由该共晶液相均匀地扩散于铁基质中，所以可使硫化物粒子由基质中均匀地析出分散。

在使用硫化铜粉末作为金属硫化物的情况下，由硫化铜粉末分解而生成的Cu产生Cu液相，润湿、覆盖铁粉末，扩散于铁粉末中。

在使用硫化镍粉末或二硫化钼粉末作为金属硫化物粉末的情况下，因金属硫化物粉末分解而生成的金属成分(Ni、Mo)大部分扩散、固溶于铁基质中，有助于铁基质的强化。另外，在与C并用的情况下，有助于铁基质的淬火性的改善，可使珠光体组织微细从而提高强度，或以烧结时的通常的冷却速度得到强度高的贝氏体或马氏体。需说明的是，虽然也存在极少部分未分解的硫化镍、二硫化钼残留而作为硫化镍、二硫化钼析出的情况，但即使在该情况下，添加的硫化镍粉末、二硫化钼粉末的大部分会分解，有助于铁硫化物的生成，同时由于硫化镍、二硫化钼也具有润滑性，所以不会构成任何问题。

上述硫化物粒子由于使基质中的Mn或Fe与S结合而析出，所以由基质中析出，均匀地分散。因此，硫化物牢固地固着于基质，从而难以脱落。另外，硫化物由于由铁基质析出而生成，所以不阻碍烧结时原料粉末的相互扩散，并且通过Fe-S液相和Cu液相促进烧结，因此原料粉末的相互扩散良好地进行，铁基质的强度提高，铁基质的耐磨损性提高。

需说明的是，在基质中析出的硫化物由于在与匹配构件的滑动中发挥固体润滑作用，所以与微细的硫化物相比优选为规定的大小。根据本发明人的研究，明确最大粒径低于10μm的硫化物粒子无法充分得到固体润滑作用。从该观点出发，为了得到充分的固体润滑作用，优选最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积占全部硫化物粒子的面积的30%以上。

需说明的是，Cu如上所述可以硫化铜粉末的形态给予，但也可以铜粉末或铜合金粉末的形态给予。即，作为金属硫化物粉末，在使用硫化铁粉末、硫化镍粉末和二硫化钼粉末的情况下，可以铜粉末或铜合金粉末的形态给予Cu，在使用硫化铜粉末的情况下，可追加使用铜粉末或铜合金粉末。Cu如上所述，具有促进硫化物粒子析出的效果，与此同时，在铜相析出、分散于铁基质中的情况下，软质的铜相具有提高与匹配构件的相容性的作用。但是，若大量添加，则析出的铜相的量过多，铁基烧结构件的强度显著降低。因此，Cu量在整体组成中设为10质量%以下。

另外，Ni、Mo不仅可以金属硫化物粉末的形态，还可以单一成分粉末(镍粉末和钼粉末)或与其它成分的合金粉末(Fe-Mo合金粉末、Fe-Ni合金粉末、Fe-Ni-Mo合金粉末、Cu-Ni合金粉末和Cu-Mo合金粉末等)的形态添加。即，作为金属硫化物，在使用硫化铁粉末和硫化铜粉末的情况下，可以单一成分粉末或与其它成分的合金粉末的形态给予Ni和Mo中的至少1种，在使用硫化镍粉末和二硫化钼粉末的情况下，可追加使用单一成分粉末或与其它成分的合金粉末。Ni、Mo如上所述，固溶于铁基质中，有助于铁基质的强化，与此同时，在与C并用的情况下，有助于铁基质的淬火性的改善，可使珠光体微细从而提高强度，或以烧结时的通常的冷却速度得到强度高的贝氏体或马氏体。但是，这些材料昂贵，与此同时，在以单一成分粉末进行添加的情况下，若成分量过多，则未扩散的部分残留于铁基质中，从而生成硫化物未析出的部分。因此，Ni、Mo优选在整体组成中分别设为10%质量以下。

铁基烧结合金通常为了强化铁基质而将C固溶于铁基质中从而作为钢使用，在本发明的铁基烧结滑动构件中也可同样追加C。C若以合金粉末的形态给予，则合金粉末的硬度升高，原料粉末的压缩性降低，因而以石墨粉末的形态给予。C的添加量若低于0.2质量%，则强度低的铁素体的比例过多，添加效果不足。另一方面，若添加量过多，则使脆的渗碳体呈网状析出。因此，在本发明中，优选含有0.2~2.0质量%的C，并且C的全部量固溶于基质中或作为金属碳化物析出。

需说明的是，若未使C固溶于基质而以石墨的状态残留于气孔中，则该石墨作为固体润滑剂起作用，得到降低摩擦系数、抑制磨损等效果，可提高滑动特性。因此，在本发明中，优选含有0.2~3.0质量%的C，并且C的一部分或全部作为石墨分散于气孔中。在该情况下，以石墨粉末的形态添加C。若C的添加量低于0.2质量%，则分散的石墨的量不足，提高滑动特性的效果不足。另一方面，气孔中残留的石墨由于维持添加的石墨粉末的形态，所以气孔的球状化因石墨而受到抑制，强度易降低。因此，将C的添加量的上限设为3.0质量%。

为了使C以石墨的状态残留于气孔中，可通过事先向原料粉末中添加、提供0.2~3.0质量%的石墨粉末和0.1~2.0质量%的选自硼酸、硼氧化物、硼的氮化物、硼的卤化物、硼的硫化物和硼的氢化物的粉末中的1种以上来得到。这些含硼粉末的熔点低，在500℃左右生成氧化硼的液相。因此，在烧结工序中将含有石墨粉末和含硼粉末的压粉体升温的过程中，含硼粉末熔融，通过生成的氧化硼液相润湿、覆盖石墨粉末表面。因此，防止进一步升温时由800℃左右开始的石墨粉末的C向Fe基质中的扩散，可使石墨粉末残留、分散于气孔中。含硼粉末优选为足以覆盖该石墨粉末的量，如果过量添加，氧化硼也残留于基质中，导致强度降低，所以其添加量只要设为0.1~2.0质量%即可。

在不提供C的情况下，铁基质的金属组织变为铁素体组织。另外，在提供C的情况下，当使C以石墨的状态残留于气孔中时，铁基质的金属组织变为铁素体。而且，在使C的一部分和全部扩散于铁基质中时，铁基质的金属组织变为铁素体与珠光体的混合组织或珠光体。在将Cu、Ni、Mo中的至少1种与C一同使用时，铁基质的金属组织变为铁素体与珠光体的混合组织、铁素体与贝氏体的混合组织、铁素体与珠光体和贝氏体的混合组织、珠光体与贝氏体的混合组织、珠光体、贝氏体中的任一种金属组织。此外，在Cu量比S量多的情况下，变为在上述铁基质的金属组织中分散有铜相的金属组织。

图1和图2为本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织的一个实例，所述铁基烧结滑动构件的金属组织使用在铁粉末中添加有3质量%的硫化铁粉末、6质量%的铜粉末和1质量%的石墨粉末的原料粉末进行成型、烧结而成，包含S：1.09质量%、Cu：6质量%、C：1质量%和余量为Fe和不可避免的杂质。图1为在100倍下拍摄的镜面照片，图2为相同样品在200倍下拍摄的金属组织照片(3%-硝酸乙醇溶液腐蚀)。根据图1，铁基质为白色的部分，硫化物粒子为灰色的部分。气孔为黑色的部分。由图1可见，硫化物粒子(灰色)析出、分散于铁基质(白色)中，对基质的固着性良好。需说明的是，气孔(黑色)为较圆的形状，但认为这是Fe-S液相和Cu液相的产生所致。另外，由图2可知，铁基质为微细的珠光体与铁素体的混合组织，硫化物粒子在该混合组织中析出、分散。需说明的是，在本样品中，硫化物的量相对于除气孔的基质为4.5体积%左右；相对于全部硫化物粒子的量，最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的量为45%左右。

原料粉末可如以往所进行的那样，通过以下方法(模压法)成型为成型体：填充于模腔中，所述模腔由具有对产品的外周形状进行造型的模孔的模具、与模具的模孔滑动自如地嵌合并对产品的下端面进行造型的下冲杆和根据情况而对产品的内周形状或减薄部进行造型的芯棒形成；通过对产品的上端面进行造型的上冲杆和该下冲杆将原料粉末压缩成型；之后，由模具的模孔取出。

将得到的成型体用烧结炉加热进行烧结。此时的加热保持温度(即烧结温度)对烧结的进行和硫化物的形成造成重要的影响。在这里，由于Cu的熔点为1084.5℃，所以为了充分产生Cu液相，将烧结温度设为1090℃以上。另一方面，若烧结温度高于1300℃，则液相产生量过多，易发生变形(型崩れ)。需说明的是，烧结气氛只要为非氧化性气氛即可，但如上所述由于S易与H、O反应，所以优选使用露点低的气氛。

实施例

[第1实施例]

准备硫化铁粉末(S量：36.47质量%)和铜粉末，将硫化铁粉末的掺混比(比例)设为如表1所示的比例，添加、混合于含有0.03质量%的Mn的铁粉末中，得到原料粉末。然后，将原料粉末在600MPa的成型压力下成型，制备外径为25.6mm、内径为20mm、高度为15mm的环状压粉体。接着，在非氧化性气体气氛中，于1150℃进行烧结，制备样品编号为01~15的烧结构件。将这些样品的整体组成一并示出于表1中。

金属组织中的硫化物的体积%等于金属组织截面的硫化物的面积率。因此，在实施例中，在评价金属硫化物的体积%时，通过评价金属组织截面的硫化物的面积%而进行。即，将得到的样品切断，对截面进行镜面抛光，观察截面，使用图像分析软件(三谷商事株式会社制WinROOF)，测定除气孔的基质部分的面积和硫化物的面积，求得全部硫化物在基质中所占的面积%，同时测定最大粒径为10μm以上的硫化物的面积，求得相对于全部硫化物的面积的比例。需说明的是，各硫化物粒子的最大粒径通过求得各粒子的面积，换算为与该面积相等的圆的直径的圆当量直径进行测定。另外，在硫化物粒子结合的情况下，将结合的硫化物作为1个硫化物，根据该硫化物的面积求得圆当量直径。将这些结果示出于表2中。

另外，对于环状的烧结构件，使用JIS规格中规定的SCM435H的调质材料作为匹配材料，通过环盘摩擦磨损试验机在400rpm的转速、5kgf/cm²的载重下无润滑地进行滑动试验，测定摩擦系数。此外，作为机械强度，对环状烧结构件进行径向抗压试验，测定径向抗压强度。这些结果也示出于表2中。

需说明的是，在进行以下评价时，将摩擦系数为0.7以下和径向抗压强度为350MPa以上的样品判定为合格。

表1

表2

由表1和表2可知，随着硫化铁粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物随着S量增加，其比例增加。由于这样的硫化物的析出，整体组成中的S量增加，摩擦系数随之降低。由于添加硫化铁粉末，在烧结时产生液相，促进烧结，所以径向抗压强度增加。但是，若基质中析出的硫化物的量增加，则基质的强度降低，所以在S量多的区域硫化物的析出量多，强度降低，所以径向抗压强度降低。

在这里，在整体组成中的S量不足0.2质量%的样品编号为02的样品中，由于S量不足，所以硫化物的析出量低于0.8面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对的是，在整体组成中的S量为0.2质量%的样品编号为03的样品中，硫化物的析出量为0.8面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物所占的比例为30面积%，将摩擦系数改善至0.7以下。另一方面，若整体组成中的S量超过3.24质量%，则径向抗压强度显著降低，径向抗压强度低于350MPa。由此确认，在整体组成中的S量为0.2~3.24质量%的范围内，可得到良好的摩擦系数和强度。

[第2实施例]

准备硫化铁粉末(S量：36.47质量%)和铜粉末，将硫化铁粉末的掺混比(比例)设为如表3所示的比例，添加、混合于含有0.8质量%的Mn的铁粉末中，得到原料粉末。然后，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为16~30的烧结构件。将这些样品的整体组成一并示出于表3中。对于这些样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且测定摩擦系数和径向抗压强度。将这些结果示出于表4中。

表3

表4

第2实施例为使用与第1实施例中使用的铁粉末(Mn量：0.03质量%)不同的Mn量的铁粉末的情况的实例，但示出与第1实施例相同的倾向。即，根据表3和表4，随着硫化铁粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物随着S量增加，其比例增加。由于析出这样的硫化物，整体组成中的S量增加，摩擦系数随之降低。由于添加硫化铁粉末，在烧结时产生液相，促进烧结，所以径向抗压强度增加，但若基质中析出的硫化物的量增加，则基质强度降低，所以在S量多的区域，硫化物的析出量增多，强度降低，径向抗压强度降低。

另外，与第1实施例同样，在整体组成中的S量不足0.2质量%的样品编号为17的样品中，由于S量不足，所以硫化物的析出量低于0.8面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对的是，在整体组成中的S量为0.2质量%的样品编号为18的样品中，硫化物的析出量为0.8面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物所占的比例为30%，将摩擦系数改善至0.7以下。另一方面，若整体组成中的S量超过3.24质量%，则径向抗压强度显著降低，径向抗压强度低于350MPa。由以上确认，在整体组成中的S量为0.2~3.24质量%的范围内，可得到良好的摩擦系数和强度。

[第3实施例]

准备硫化铁粉末(S量：36.47质量%)和铜粉末，将铜粉末的掺混比(比例)设为如表5所示的比例，添加、混合于含有0.03质量%的Mn的铁粉末中，得到原料粉末。然后，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为31~40的烧结构件。将这些样品的整体组成一并示出于表5中。对于这些样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且测定摩擦系数和径向抗压强度。将这些结果示出于表6中。需说明的是，在表5和表6中一并示出第1实施例的样品编号为06的样品的结果。

表5

表6

根据表5和表6，若通过改变铜粉末的添加量来改变整体组成中的Cu量，则随着Cu量的增加，促进硫化物粒子的析出，硫化物的量增加，与此同时最大粒径超过10μm的硫化物粒子的量增加，因此摩擦系数降低。由于随着Cu量增加，液相产生量增加、致密化和基质强化作用，到Cu量达到7质量%为止，径向抗压强度增加。但是，若Cu量超过7质量%，则分散于基质中的游离铜相的量增多，径向抗压强度减少。而且，若Cu量超过10质量%，则该径向抗压强度显著减少，径向抗压强度低于350MPa。如上所述，可以确认，通过添加Cu，促进硫化物粒子的析出，可降低摩擦系数。但是，若Cu量超过10质量%，则强度显著降低，所以可以确认，在添加Cu的情况下应将上限设为10质量%。

[第4实施例]

准备硫化铜铁粉末(S量：33.54质量%)和铜粉末，将硫化铜粉末的掺混比(比例)设为如表7所示的比例，添加、混合于含有0.03质量%的Mn的铁粉末中，得到原料粉末。然后，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为41~54的烧结构件。将这些样品的整体组成一并示出于表7中。对于这些样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且测定摩擦系数和径向抗压强度。将这些结果示出于表8中。

表7

表8

第4实施例为代替硫化铁粉末通过硫化铜粉末给予S的情况的实例，但示出与第1实施例相同的倾向。即，根据表7和表8，随着硫化铜粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物随着S量增加，其比例增加。由于析出这样的硫化物，整体组成中的S量增加，摩擦系数随之降低。由于添加硫化铜粉末，在烧结时产生液相，促进烧结，所以径向抗压强度增加，但若基质中析出的硫化物的量增加，则基质强度降低，所以在S量多的区域，硫化物的析出量增多，强度降低，径向抗压强度降低。

另外，与第1实施例同样，在整体组成中的S量不足0.2质量%的样品编号为42的样品中，由于S量不足，所以硫化物的析出量低于0.8面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对的是，在整体组成中的S量为3.24质量%的样品编号为18的样品中，硫化物的析出量为15面积%，最大粒径为10μm以上硫化物所占的比例为60%，将摩擦系数改善至0.6以下。另一方面，若整体组成中的S量超过3.24质量%，则硫化物在基质中所占的量超过15面积%，因而径向抗压强度显著降低，低于350MPa。

在代替硫化铁粉末通过硫化铜粉末给予S的情况下，硫化铜粉末分解生成的Cu具有促进硫化物粒子析出的作用，与通过硫化铁粉末供给S的情况(第1实施例)相比，析出量多，摩擦系数减小。另外，由于该Cu对因产生液相所导致的致密化(促进烧结)和基质的强化起作用，所以径向抗压强度也为比通过硫化铁粉末供给S的情况(第1实施例)高的值。

[第5实施例]

准备硫化铁粉末(S量：36.47质量%)、铜粉末和石墨粉末，将硫化铁粉末的掺混比(比例)设为如表9所示的比例，添加、混合于含有0.03质量%的Mn的铁粉末中，得到原料粉末。然后，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为55~64的烧结构件。将这些样品的整体组成一并示出于表9中。对于这些样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且测定摩擦系数和径向抗压强度。将这些结果示出于表10中。需说明的是，在表9和表10中一并示出第1实施例的样品编号为06的样品的结果。

表9

表10

第5实施例为将C提供至铁基烧结滑动构件中，并且将C的全部量固溶而提供至铁基质中的情况的实例。第1实施例的样品编号为06的样品不含有C，铁基质的金属组织为强度低的铁素体组织。在这里，若通过添加石墨粉末给予C，则在铁基质的金属组织中比铁素体相硬、强度高的珠光体相分散于铁素体组织中，径向抗压强度增加，与此同时摩擦系数降低。而且，随着C量增加，珠光体相的量增加，铁素体相减少，在C量为1质量%左右铁基质的金属组织全面变为珠光体组织。因此，到C量为1质量%为止，随着C量增加，径向抗压强度增加，与此同时摩擦系数降低。另一方面，若C量超过1质量%，则在珠光体组织中析出高且脆的渗碳体，径向抗压强度降低，与此同时摩擦系数增加。而且，若C量超过2质量%，则在珠光体组织中析出的渗碳体的量过大，径向抗压强度显著降低，径向抗压强度变为低于350MPa的值。

如上所述，可以确认，通过添加C使其固溶于铁基质中，可提高强度，但若C量超过2质量%，则强度降低，与此同时摩擦系数增加，所以优选将上限设为2质量%以下。

[第6实施例]

在第1实施例的样品编号为06的样品中，如表11所示，代替硫化铁粉末(S量：36.47质量%)，使用二硫化钼粉末(S量：40.06质量%)，制备以相同量(3质量%)添加的原料粉末，与实施例1同样，进行成型、烧结，制备样品编号为65的烧结构件。将该样品的整体组成一并示出于表11中。对于该样品，与实施例1同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示出于表12中。需说明的是，在表11和表12中一并示出第1实施例的样品编号为06的样品的结果。

表11

表12

由表11和表12可知，由于二硫化钼的S量比硫化铁的S量多，所以在添加与硫化铁粉末相同量的二硫化钼粉末的情况下，整体组成中的S量增加，硫化物的量增加，与此同时最大粒径为10μm以上的硫化物增加。因此，摩擦系数降低。另外，二硫化钼粉末分解生成的Mo扩散、固溶于铁基质中，对铁基质的强化起作用，因而可见径向抗压强度提高。如上可确认，在代替硫化铁粉末使用二硫化钼粉末的情况下，具有与硫化铁粉末的情况同等或更高的摩擦系数降低效果。另外，可以确认，通过使Mo固溶于铁基质中，提高铁基质的强度，增加径向抗压强度。

[第7实施例]

如表13所示，制备对第1实施例的样品编号为06的样品追加添加有2质量%的镍粉末的原料粉末，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为66的烧结构件。将该样品的整体组成一并示出于表13中。对于该样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示出于表14中。需说明的是，在表13和表14中一并示出第1实施例的样品编号为06的样品的结果。

表13

表14

由表13和表14可知，在通过向原料粉末中添加镍粉末而向整体组成中提供Ni的情况下，铁基质因Ni而被强化，径向抗压强度增加。需说明的是，Ni对硫化物的量和最大粒径为10μm以上的硫化物的量无影响，摩擦系数与未添加Ni的样品编号06相同。如上可确认，通过使Ni固溶于铁基质中，提高铁基质的强度，增加径向抗压强度。

[第8实施例]

如表15所示，制备对第5实施例的样品编号为59的样品(石墨粉末：1质量%)追加添加有0.5质量%的氧化硼粉末的原料粉末，与第1实施例同样，进行成型、烧结，制备样品编号为67的烧结构件。将该样品的整体组成一并示出于表15中。对于该样品，与第1实施例同样，测定全部硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例，并且进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示出于表16中。需说明的是，在表15和表16中一并示出第1实施例的样品编号为59的样品的结果。

表15

表16

在样品编号为59的样品中，如第5实施例所述，以石墨粉末形态给予的C扩散于铁基质中，变为珠光体组织，强化铁基质。另一方面，在原料粉末中添加有氧化硼粉末的样品编号为67的样品因氧化硼而抑制以石墨粉末形态给予的C向铁基质的扩散，添加的石墨粉末作为石墨相残留、分散于气孔中，铁基质变为铁素体。需说明的是，无论有无氧化硼，硫化物的生成状态均未改变。因此，在添加有氧化硼的样品编号为67的样品中，不具有由C产生的铁基质的强化作用，所以径向抗压强度降低，但摩擦系数因作为固体润滑剂起作用的石墨相分散而降低。如上可确认，通过使C作为石墨相分散于气孔中，可进一步实现摩擦系数的降低。

关于本发明的铁基烧结滑动构件，由于其中以硫化铁为主体的金属硫化物粒子由铁基质中析出、分散于铁基质中，所以牢固的固着于基质，滑动特性优异并且机械强度优异，因此可应用于各种滑动部件。

Claims (18)

1. 一种铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，

所述基质为铁素体相或分散有铜相的铁素体相，

所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

2. 一种铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、C：0.2~2%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，

所述C提供至所述基质中，

所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织或者在所述铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织中分散有铜相的组织构成，

并且所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

3. 一种铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：0.2~3.24%、Cu：3~10%、C：0.2~3%、余量：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含分散有硫化物粒子的基质和气孔的金属组织，

所述C的一部分或全部作为石墨分散于气孔中，

所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织或者在所述铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织中分散有铜相的组织构成，

并且所述硫化物粒子相对于基质以0.8~15.0体积%的比例分散。

4. 权利要求1的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，以圆当量直径计最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积占全部硫化物粒子的面积的30%以上。

5. 权利要求1的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述杂质中含有Mn：0.02~1.2质量%。

6. 权利要求1的铁基烧结滑动构件，其特征在于，含有各自为10质量%以下的Ni和Mo中的至少1种。

7. 铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，使用在铁粉末中以使原料粉末的S量为0.2~3.24质量%的方式添加混合金属硫化物粉末而成的原料粉末，在压模内进行压粉成型，在非氧化性气氛中将得到的成型体于1090~1300℃进行烧结，其中所述金属硫化物粉末为硫化铁粉末、硫化铜粉末、二硫化钼粉末和硫化镍粉末中的至少1种。

8. 权利要求7的铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，向所述原料粉末中进一步添加铜粉末或铜合金粉末，并且原料粉末中的Cu量为10质量%以下。

9. 权利要求7的铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，代替所述铁粉末，使用含有Ni和Mo中的至少1种的铁合金粉末，原料粉末中的Ni和Mo各自为10质量%以下。

10. 权利要求7的铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，向所述原料粉末中进一步添加镍粉末，并且原料粉末中的Ni量为10质量%以下。

11. 权利要求7的铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，向所述原料粉末中进一步添加0.2~2质量%的石墨粉末。

12. 权利要求7的铁基烧结滑动构件的制备方法，其特征在于，向所述原料粉末中进一步添加0.2~3质量%的石墨粉末和0.1~3.0质量%的硼酸、硼氧化物、硼的氮化物、硼的卤化物、硼的硫化物和硼的氢化物的粉末中的1种以上。

13. 权利要求2的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，以圆当量直径计最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积占全部硫化物粒子的面积的30%以上。

14. 权利要求2的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述杂质中含有Mn：0.02~1.2质量%。

15. 权利要求2的铁基烧结滑动构件，其特征在于，含有各自为10质量%以下的Ni和Mo中的至少1种。

16. 权利要求3的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，以圆当量直径计最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积占全部硫化物粒子的面积的30%以上。

17. 权利要求3的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述杂质中含有Mn：0.02~1.2质量%。

18. 权利要求3的铁基烧结滑动构件，其特征在于，含有各自为10质量%以下的Ni和Mo中的至少1种。