CN113614257B - 烧结滑动部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的耐热烧结滑动部件(1)的特征在于，具有在母相(2)中分散有润滑相(3)的组织，整体组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相(2)为Fe‑Cr‑Mo‑Si系母相或Fe‑Cr‑Mo‑Ni‑Si系母相，所述润滑相(3)包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下。

Description

烧结滑动部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及滑动磨损中的配对攻击性少且具有耐热性的固体润滑剂分散烧结滑动部件及其制造方法。

本申请基于2019年4月24日在日本申请的专利申请2019-083259号及2020年4月23日在日本申请的专利申请2020-076829号要求优先权，并在此援引其内容。

背景技术

在内燃机中，已知通过将一部分排气返回到发动机的吸气侧而调整发动机的燃烧温度的排气回流系统(EGR)。用于该EGR的阀门轴部用轴承和轴瓦在从发动机排出的排气附近被使用，因此不仅经常暴露于高温腐蚀性排气中，而且为可动部件，从而最好滑动特性方面也优异。

就暴露于这种高温腐蚀性排气的滑动部件而言，以往已知将Mo、Cr、Si等添加到Co中而成的Co类耐磨性烧结部件(参照专利文献1)。

该耐磨性烧结部件为如下的烧结部件：该烧结部件为将基体形成粉末和硬质相形成粉末混合后进行压粉成型并烧结而成的Co类硬质粒子添加材，基体形成粉末为最大粒径46μm的不锈钢系微粉，硬质相形成粉末为以质量比计Mo：20～60％、Cr：3～12％、Si：1～12％、剩余部分为Co的组成，硬质相形成粉末与基体形成粉末的比例为40～70％。

另外，作为用于重型柴油机发动机等的耐磨性烧结合金，一直以来已知在以质量比计具有Mo：20～40％、Cr：7～9％、Si：2～3％、剩余部分为Co的组成的Co合金基体中分散有钼硅化物粒子的耐磨性烧结合金(参照专利文献2)。

专利文献2所记载的烧结合金具有如下组织：将以钼硅化物为主的析出物以群状一体析出而成的硬化相设为5～40％，并且使以群状析出铬硫化物粒子而成的润滑相在Fe-Cr系合金基体中分散，使铬硫化物在硬质相的周围分散。

专利文献1：日本专利第4582578号公报(B)

专利文献2：日本专利公开2007-238987号公报(A)

就在高温环境下应用于前述的EGR等的排气阀等中的轴承而言，虽然在现有技术中为了提高耐磨性而采用使硬质粒子在基体内分散的组织，但在轴的硬度低的情况下，具有轴磨损的问题。

为了抑制轴的磨损，需要对轴应用较硬的材料，具有EGR单元的成本增加的问题。

另外，以往的用于阀座的耐磨性材料存在气孔多且无法在高温区域内使用的问题。

发明内容

在上述背景下，本发明人对烧结部件的耐磨性进行了深入研究，其结果发现通过设为使作为润滑相的铬硫化物在耐腐蚀性优异的Fe-Cr类合金的母相中分散的金属组织，能够发挥优异的耐磨性并还能够降低对配对材的攻击性，从而完成了本发明。

本发明是鉴于以上说明的情况而完成的，其目的是提供一种在气孔率低且具有耐氧化性的基础上耐磨性优异且对配对材的攻击性也低的烧结滑动部件及其制造方法。

(1)为了解决上述课题，本方式的烧结滑动部件的特征在于，具有在母相中分散有润滑相的组织，整体组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下。

如果是使包含铬硫化物的润滑相在Fe-Cr-Mi-Si系母相中或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相中分散的组织，则能够使作为润滑相的铬硫化物在设为如下组成的母相中分散，根据其分散量来调整配对攻击性，该组成为在Fe中添加Cr和Mo而成的强度高的组成中含有Si且耐腐蚀性优异的组成。另外，通过使用Fe-P、Fe-B等的烧结助剂或控制烧结条件，从而能够得到气孔率低且致密的烧结滑动部件。因此，即使暴露于腐蚀性的液体或气体中，腐蚀进展至内部的可能性也较小，能够得到耐腐蚀性和耐热性优异的烧结滑动部件。

因此，能够提供一种在维持优异的耐氧化性的基础上能够得到优异的耐磨性、耐氧化性和耐热性的烧结滑动部件。

(2)在本方式中，优选所述润滑相由Cr-S或(Cr-Mo-Fe)-S构成。

(3)为了解决上述课题，本方式的烧结滑动部件的特征在于，具有在母相中分散有润滑相和固体润滑剂的组织，由所述母相和所述润滑相构成的主要相的组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下，所述固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，相对于所述主要相含有1质量％以下的所述固体润滑剂。

(4)本方式的制造方法的特征在于，在制造烧结滑动部件时，将FeCr系或FeCrNi系的合金粉末与MoS₂粉末混合而得到混合粉末，对该混合粉末进行压制成型来制作压粉体之后，在真空气氛中以1100℃以上进行烧结，所述烧结滑动部件具有在母相中分散有润滑相的组织，整体组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下。

(5)本方式的制造方法的特征在于，在制造烧结滑动部件时，将FeCr系或FeCrNi系的合金粉末、MoS₂粉末和固体润滑剂粉末混合而得到混合粉末，对该混合粉末进行压制成型来制作压粉体之后，在真空气氛中以1100℃以上进行烧结，所述烧结滑动部件具有在母相中分散有润滑相和固体润滑剂的组织，由所述母相和所述润滑相构成的主要相的组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下，所述固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，相对于所述主要相含有1质量％以下的所述固体润滑剂。

在本方式的制造方法中，在制作所述混合粉末时，也可以添加并混合FeCr合金粉末、FeSi合金粉末、CrSi合金粉末、FeMo合金粉末和FeS₂粉末中的至少一种。

如果在调整原料粉末时，通过在Fe-Cr-Mo-Si合金粉末或Fe-Cr-Mo-Ni-Si合金粉末等的基底粉末中混合FeCr合金粉末、FeSi合金粉末、CrSi合金粉末、FeMo合金粉末和FeS₂粉末等的添加材粉末中的至少一种而制成混合粉末，则能够在控制基底粉末中所包含的Si、Mo和Cr量的状态下调整原料粉末。而且，能够通过使所述添加材粉末中的任一种所包含的Si或Cr在烧结时扩散来提高母相侧的Si含量及Cr含量。

如果从一开始就在基底粉末中含有想要的高浓度的Si和Cr，则基底粉末过硬，在对原料粉末进行加压来制成压粉体的情况下难以提高密度，并且难以得到气孔率低的烧结体。

因此，通过设为前述的原料混合粉末而能够提高烧结后的母相的强度和耐腐蚀性，能够制造与润滑相的析出相应地耐磨性优异且配对攻击性低的烧结滑动部件。

(6)在本发明的制造方法中，可以在所述混合粉末中添加并混合FeP粉末和FeB粉末中的至少一种。

通过将这些粉末添加到混合粉末中而在烧结时这些粉末变成液相并具有促进烧结的效果，能够得到气孔少且致密的烧结滑动部件。

本发明通过在整体组成中含有特定量的Fe、Cr、Mo、Ni、Si及S，具有使润滑相在包含Fe、Cr、Mo和Si的母相中分散的组织，并且提高在强度高的母相中含有的Si量，从而能够提高母相的耐腐蚀性，并且能够利用铬硫化物的分散来使耐磨性良好，还能够根据其分散量来调整配对材的磨损性。另外，通过降低气孔率并形成致密的结构，从而能够得到致密的烧结滑动部件。因此，即使暴露于腐蚀性的液体或气体中，腐蚀进展至内部的可能性也较小，能够得到耐氧化性和耐磨性优异的烧结滑动部件。

因此，本申请的烧结滑动部件能够有效地应用于如下机构部件中，该机构部件为组装在具备排气回流系统的发动机中的轴承和轴瓦等机构部件、以及不仅经常暴露于从发动机排出的高温腐蚀性排气中而且为可动部件并在滑动特性方面也优异的机构部件。

另外，在本申请的烧结滑动部件中，能够通过添加规定量的CaF₂、滑石及BN中的一种或两种以上而提高滑动特性。

附图说明

图1是表示由本发明所涉及的烧结滑动部件形成的轴承部件的一例的立体图。

图2是表示在实施例中制造的样品的金属组织的一例的组织照片。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1表示由本发明所涉及的烧结滑动部件构成的圆筒状的轴承部件1，作为一例，在组装到涡轮增压器用喷嘴机构或阀门机构的轴承中使用该轴承部件1。图2是构成由后述的实施例得到的轴承部件的烧结滑动部件的放大组织照片。

作为一例，如图2所示，烧结滑动部件具有在包含Cr、Mo、Si和S的Fe系合金的母相2中分散有多个由铬硫化物构成的不定形的润滑相“CrS，(Cr-Mo-Fe)-S”3的组织。母相2也可以是包含Cr、Mo、Ni、Si和S的Fe系合金母相，并且还可以在这些组成的合金母相中进一步包含P和B中的至少一种。

另外，也可以在图2所示的整体组织中散布有多个空孔(气孔)。在本实施方式的烧结滑动部件中，气孔率在整体组织中优选为2.0％以下。

作为一例，本实施方式的烧结滑动部件具有如下组成：在整体组成中以质量％计包含Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6.0％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。作为一例，润滑相3优选由铬硫化物(以Cr-S为主成分的(Cr-Mo-Fe)-S或者Cr-S或(Cr-Mo-Fe)-S)构成。

作为一例，包含Cr、Mo、Ni和Si的所述母相2由Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相构成。

此外，从表示后述的实施例样品的组织的显微镜照片和EDX分析(能量色散型荧光X射线分析)结果，判断母相2和润滑相3的组成为前述的组成。

下面，对本实施方式的烧结滑动部件中的各组成比的限定理由进行说明。

此外，在以下的说明中，只要没有特别指定，则表示元素含量的“％”是指“质量％”。

“Cr含量：18～35％”

从耐热性的观点来看，Cr含量最低必须为18％以上。如果Cr含量小于18％，则Cr的钝态被膜变少，烧结滑动部件的耐热性降低。如果Cr含量大于35％，则因在烧结体中生成σ相而烧结滑动部件成为脆性材料，因此不优选。

此外，在本说明书中，在使用“～”来规定上限和下限的情况下，只要没有特别说明，则特定元素的含量范围为包含上限和下限的范围。因此，18～35％表示18％以上且35％以下。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于Cr含量也可以选择18～25％的范围，还可以选择19～24％的范围。

“S含量：0.2～4.0％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，S与Cr反应而生成铬硫化物(Cr-S)，因此影响配对攻击性，如果S含量小于0.2％，则配对攻击性变高，导致耐磨性变差。例如，作为轴承的配对材的轴容易损耗。另外，如果S含量大于4.0％，则固体润滑相的分散量过多，其结果导致烧结滑动部件的强度降低。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于S含量也可以选择1.0～4.0％的范围。

“Si含量：0.5～6％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，Si含量影响耐氧化性，为了提高耐氧化性，Si含量需要在0.5％以上。如果Si含量小于0.5％，则耐氧化性降低。如果Si含量大于6％，则烧结时产生的液相量过多，其结果导致烧结时的变形加大，因此Si含量为6％以下。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于Si含量也可以选择0.5～1.2％的范围。

“Mo含量：0.3～15％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，Mo有助于提高耐腐蚀性和耐热性。通过包含0.3％以上的Mo，有助于提高耐腐蚀性和耐热性。由于Mo为昂贵的元素，因此从成本方面考虑最好Mo含量较少。如果Mo含量大于15％，则因生成σ相而强度降低，因此不优选。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于Mo含量也可以选择2～6％的范围，还可以选择2～5％的范围。

“Ni含量：0～30％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，在Ni含量少的情况下，母相2成为铁氧体系，因此没有特别的问题。即使Ni含量大于30％，也对奥氏体化的贡献较小，虽然大量含有Ni也没有特别的不良影响，但难以确保其他必要的元素量且成型性降低，因此优选为30％以下。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于Ni含量也可以选择0～20％的范围，还可以选择14～20％的范围。

“P含量：0～1.2％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，P含量影响烧结性和密度。如果P含量大于1.2％，则烧结时液相量过多，烧结时的变形加大，因此P含量优选为1.2％以下。

虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于P含量也可以选择0.5～1.2％的范围。

“B含量：0～0.8％”

在本实施方式的烧结滑动部件中，B含量影响烧结性和密度。如果B含量大于0.8％，则烧结时液相量过多，烧结时的变形加大，因此B含量优选为0.8％以下。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于添加B时的B含量也可以选择0.09～0.8％范围。

另外，虽然在本实施方式的烧结滑动部件中，P和B为不积极添加的元素，但在添加的情况下，优选根据上述理由来选择上述范围。

“气孔率：2.0％以下”

在本实施方式的烧结滑动部件中，如果气孔率较大，则表面积增加，从而烧结滑动部件容易氧化。因此，气孔率小的情况能够提高烧结滑动部件的耐氧化性，气孔率最好为2.0％以下。通过将气孔率控制为2.0％以下，能够实现烧结滑动部件的高密度化，因此能够在发动机周围的机构部件中应用到排气阀周围的高温部分。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于气孔率也可以选择0～1.8％的范围。

在本实施方式的烧结滑动部件中，在母相2的内部分散有5～30体积％左右的由铬硫化物(以Cr-S为主成分的(Cr-Mo-Fe)-S或者Cr-S或(Cr-Mo-Fe)-S)构成的润滑相3。

关于构成润滑相3的铬硫化物，添加到作为制造烧结滑动部件的基体的原料混合粉末中的MoS₂粉末在烧结时的高温下进行热分解，Mo向母相2内扩散，大部分S与存在于母相内的Cr反应，形成CrS并析出，并且以粒子状的形态分散在母相中。

由于在母相2的内部分散有5～30体积％左右的铬硫化物的润滑相3，因此能够适度控制相对于本实施方式的烧结滑动部件滑动的配对材的磨损。如果润滑相3的比例小于5体积％，则因润滑相3的量不足而配对材的磨损增加。如果润滑相3的比例大于30体积％，则强度不足。虽然没有特别限定，但在上述范围内，关于润滑相的体积比例也可以选择5～29％的范围，还可以选择10～18％的范围。

另外，作为其他例，本实施方式的烧结滑动部件也可以是如下构成：具有在母相中分散有润滑相和固体润滑剂的组织，由所述母相和所述润滑相构成的主要相的组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.5～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下，所述固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，相对于所述主要相含有1质量％以下的所述固体润滑剂。

在本方式的烧结滑动部件中，Cr、Mo、Ni、Si、S、P、B的含量与前面的实施方式所涉及的烧结滑动部件同等。母相的构成及润滑相的构成也同等，不同点在于本方式包含固体润滑剂。

固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，并且除了母相和润滑相之外，在组织中以粒子状分散有固体润滑剂。

此外，在包含固体润滑剂的情况下，固体润滑剂的一部分构成元素在母相中局部扩散，有时在母相中包含固体润滑剂的构成元素，但对母相的特性没有特别的影响。

相对于由母相和润滑相构成的主要相，可以在1质量％以下的范围内添加固体润滑剂。如果固体润滑剂的添加量小于1质量％，则不会对主要相的特性带来不良影响，能够提高烧结滑动部件的滑动特性。

如果固体润滑剂相对于主要相的添加量大于1质量％，则气孔增加，烧结滑动部件的密度降低，因此不优选。

“制造方法”

虽然在后面详细描述本实施方式所涉及的烧结滑动部件的制造方法，但作为一例，通过如下方法得到烧结滑动部件：除了作为基底粉末的Fe-Cr-Mo-Si合金粉末或Fe-Cr-Mo-Ni-Si合金粉末和作为润滑相生成用的MoS₂粉末之外，以成为前述的组成范围的方式，称取添加材粉末(FeCr合金粉末、FeSi合金粉末、CrSi合金粉末、FeMo合金粉末和FeS₂粉末的至少一种或者FeB粉末或FeP粉末)，将均匀混合后得到的混合粉末以490～980MPa左右的压力进行压制成型，并且将得到的压制成型体在真空或氮气氛中以1100～1300℃更优选以1200～1280℃烧结0.5～2小时左右。

关于所述基底粉末，也可以使用Fe-Cr-Si合金粉末代替Fe-Cr-Mo-Si合金粉末。

另外，在对烧结滑动部件添加固体润滑剂的情况下，在如上所述那样混合粉末的阶段中，可以添加所需量的CaF₂粉末、滑石粉末和BN粉末中的一种或两种以上来作为混合粉末。

作为可应用的基底粉末，具体可以使用相对于Fe含有13％以上的Cr且定义为具有不生锈性的合金的不锈钢合金的粉末。

例如，可以使用JIS规定的SUS310S合金、SUS316合金、SUS430合金等不锈钢合金的粉末。

SUS310S合金为含有19～22％的Ni且24～26％的Cr的FeCrNi系合金，SUS316合金为含有10～14％的Ni、16～18％的Cr且2～3％的Mo的FeCrNiMo系合金，SUS430合金为含有16-18％的Cr的FeCr系合金。

另外，虽然也可以使用FeB粉末或FeP粉末作为烧结助剂，但也可以省略这些烧结助剂。

关于所述添加材粉末，也可以以成为前述的组成范围的方式对所述基底粉末混合FeSi粉末、CrSi粉末、FeCr合金粉末、FeMo合金粉末等。

在使用前述的各粉末的情况下，各粉末的粒径(D50)优选为5～100μm左右。

在使用FeB粉末作为烧结助剂的情况下，如前所述那样B相对于整体的添加量优选为0～0.8％的范围。

在使用FeP粉末作为烧结助剂的情况下，如前所述那样P相对于整体的添加量优选为0～1.2％。

关于烧结助剂，除了FeB以外也可以使用FeP，也可以将它们混合使用，在将所使用的粉末的粒径调整为5～20μm而制成微粉的情况下，也可以省略这些烧结助剂。

在制作原料混合粉末时，使用粒径为30～100μm左右的粉末作为原料粉末的情况下，如果添加烧结助剂并进行烧结，则能够制造想要的气孔率低的耐热烧结滑动部件。在不使用烧结助剂的情况下，如果设为原料粉末的粒径为5～20μm的微粉，则能够制造想要的气孔率低的耐热烧结滑动部件。

虽然作为原料粉末能够充分制造粒径(D50)为10μm的粉末，但如果粒径过小则在模具压制成型时粉末会进入模具的间隙，从而模具发生粘着(かじり)。在微粉的情况下，例如可以使用粒径5～20μm的微粉，在粒径大于该范围的原料粉末的情况下，需要添加烧结助剂。作为一例，可以利用平均粒径(D50)为10μm左右的粒径的微粉。

由于基底粉末的Cr量多且容易氧化，因此为了控制氧量，需要Si。虽然Si量可以比1％稍低，但为了控制氧量，含有0.5～0.8％左右的Si。因此，基底粉末最好以比1％稍少的程度含有Si。为了增加母相2的Si量，可通过添加所需量的FeSi或CrSi粉末作为Si源来调整Si量。

通过将所述混合粉末投入到压制装置的模具中并进行压制成型而得到想要的形状例如筒状的压粉体。

在进行成型的情况下，除了利用压制装置的成型之外，也可以采用热等静压加压(HIP)、冷等静压加压(CIP)等各种方法。

例如，通过在真空气氛或氮气氛中以1100～1280℃范围内的规定温度对该压粉体进行0.5～2小时左右的烧结，从而能够得到由使铬硫化物的润滑相在Fe-Cr-Mo-Si系母相中或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相中分散的烧结滑动部件构成的例如图1所示的筒状的轴承部件1。

例如，如图2所示，构成该轴承部件1的耐热烧结滑动部件具有使铬硫化物的润滑相3在Fe-Cr-Mo-Si系或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系的母相2中分散的金属组织。图2是通过光学显微镜放大观察在后述的实施例中制造的耐热烧结滑动部件样品的一例的一部分组织的照片。

如图2所示，在耐热烧结滑动部件1的金属组织中也可以残留一些(2.0％以下左右)烧结时生成的气孔。在图2中存在几点的黑点相当于气孔。

在将FeCrMoSi合金粉末或FeCrMoNiSi合金粉末、FeB粉末或FeP粉末和MoS₂粉末混合并压制成型后进行烧结的情况下，FeB或FeP成为液相并浸润扩展到其他粉末粒子的粒界，从而起到填埋气孔的作用。因此，可以利用成为液相的FeB或FeP来填埋FeCrMoNiSi合金粉末或FeCrMoNiSi合金粉末与其他粉末的粒界，其结果能够将烧结后的气孔率降低到2.0％以下。因此，能够制成高密度的烧结滑动部件。

由于也可以从FeB二元系状态图中明确可知，构成FeB粉末的Fe和B为Fe-4％B的组成且在1174℃具有共晶点，因此在烧结温度下通过共晶化呈现液相，该液相作为烧结助剂发挥作用，从而提高烧结密度。因此，能够得到气孔生成少且烧结后的密度高的烧结体，即气孔率低且致密的烧结体。由于气孔率低，因此腐蚀性的液体或气体难以从外部进入烧结体的内部，有助于提高耐氧化性。

在以前述的温度进行烧结时，存在于FeCrMoSi合金粉末或FeCrMoNiSi合金粉末周围的Fe、Cr、Mo、Si、Ni相互扩散且生成母相。与此相对，虽然MoS₂在烧结时进行热分解，并且Mo向母相内扩散，但大部分S与Cr反应并作为铬硫化物以粒子状的形态分散在母相内。

即，成为在Fe-Cr-Mo-Si母相之间或Fe-Cr-Mo-Ni-Si母相之间分散有以粒子状的铬硫化物为主体的润滑相3的组织。通过这些润滑相3的分散，能够降低配对攻击性，从而能够得到优异的耐磨性。

虽然用作基底粉末的Fe-Cr-Mo-Si合金粉末或Fe-Cr-Mo-Ni-Si合金粉末包含Si，但如果在该基底粉末中添加大于1％的Si，则会变得过硬，在压制成型时难以压缩，因此添加到基底粉末中的Si含量优选为1.0％以下。

能够通过在Fe基底中含有Cr、Mo和Si的Fe-Cr-Mo-Si系或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系的母相2来确保耐氧化性。

此外，在本实施方式中，使用前述的耐热烧结滑动部件来构成环状的轴承部件1，但本实施方式的耐热烧结滑动部件当然能够广泛应用到设置于涡轮增压器的喷嘴机构或阀门机构的轴部件、棒部件、轴承部件、板等中。

就通过以上说明的制造方法得到的烧结滑动部件而言，由于在母相中包含足够量的Cr，因此呈现出良好的耐氧化性，润滑相3由比母相的润滑性更优异的铬硫化物构成，从而能够缓解对配对材的攻击性，并且由于由在Fe中包含适量的Cr或者在Fe中包含适量的Cr和Ni的强度高且耐氧化性和耐热性优异的母相构成，因此除了良好的耐氧化性和耐热性之外，还具有优异的耐磨性。

因此，即使在前述的轴承部件1应用到涡轮增压器等的轴承部并暴露于高温排气中的同时承受轴的滑动的情况下，耐氧化性也优异，并且耐热性优异且耐磨性优异。

另外，当在烧结滑动部件中包含固体润滑剂时，如果在1质量％以下的范围内添加该固体润滑剂，则能够提高滑动特性。

此外，本实施方式的耐热烧结滑动部件除了可以用作涡轮增压器的轴的构成材之外，当然可以用作耐氧化性、耐磨性且设置在暴露于高温腐蚀气体的环境中的各种机构部件的构成材。

实施例

下面，示出实施例来进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。

作为原料粉末，将JIS规定的SUS310合金粉末(粒径D50＝100μm)、SUS316合金粉末(粒径D50＝100μm)和SUS430合金粉末(粒径D50＝100μm)中的任一种用作基底粉末。

对所述基底粉末添加FeP粉末(烧结助剂：D50＝30μm)和以下任一种粉末。关于添加粉末，除了MoS₂粉末(D50＝4μm)之外，根据需要添加FeCr合金粉末(粒径D50＝50μm)、FeSi合金粉末(粒径D50＝50μm)及FeS₂合金粉末(粒径D50＝100μm)，利用V型混合机以成为表1所示的各例的组成(实施例1～11、比较例1～11)的方式混合30分钟，制备原料混合粉末。

接着，以成为表2所示的组成(实施例12～14、比较例12)的方式，将作为烧结助剂的FeP粉末变更为FeB粉末，利用V型混合机混合30分钟，制备原料混合粉末。

接着，以成为表2所示的组成(实施例15、16)的方式，在将原料粉末SUS310合金粉末变更为微粉(D50＝10μm)的样品(实施例15)和通常粒度的SUS310合金粉末(D50＝100μm)中添加FeP粉末和FeB粉末这两种粉末，利用V型混合机混合30分钟，制作样品(实施例16)。

接着，对表1所示的实施例6的样品，以成为表3所示的各添加量(实施例17～22、比较例13～15)的方式添加CaF₂粉末(粒径D50＝30μm)、滑石粉末(粒径D50＝10μm)和BN粉末(粒径D50＝10μm)中的任一种，制作样品。

将这些混合粉末在490～980MPa的成型压力下进行压制成型来制作筒状的压粉体。

接着，将该压粉体在真空气氛中以1100～1300℃的温度烧结0.5～2.0小时，得到筒状的烧结滑动部件。

所有烧结滑动部件均成型为适合以下的各试验的形状，并且提供于各试验。

“气孔率”

根据阿基米德法、JIS Z2501:2000烧结金属材料-密度、含油率及开放气孔率试验方法来测定气孔率。

“耐氧化性试验”

在耐氧化性试验中，得到具有外径：20mm×内径：10mm×高度：5mm的尺寸且表1及表2所示的组成的环状耐热烧结滑动部件(轴承部件)，并且进行了试验。

条件是在大气中以700℃加热并保持100小时之后，判断样品表面的氧化皮是否发生剥离。氧化皮没有剥离的情况为A，剥离的情况为B。

“环压强度”

制作具有外径：20mm×内径：10mm×高度：5mm的尺寸且表1及表2所示的组成的环状耐热烧结滑动部件(轴承部件)，并且进行了试验。条件是根据JIS Z2507烧结轴承-环压强度试验方法进行测定且将400MPa以上判断为良好。在后述的各表中只表示为强度。

“磨损试验”

通过辊块(roll on block)试验实施磨损试验。在块试验片上放置SUS316的圆柱形的轴，以90°的往返滑动在600℃大气中进行30分钟，并且用滑动次数2000次评价了磨损量(μm)。将在磨损量中块＞辊且块≤80μm的样品判断为优良样品。

将以上的试验结果示于以下的表1、表2和表3中。

[表3]

对表1所示的每个整体组成的烧结滑动部件样品No.1～11示出气孔率(％)、有无氧化皮的剥离、环压强度(MPa)、耐磨性(块(μm)和辊(μm))。

从表1所示的结果可知，如果是总体组成(整体组成)以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si:0.5～6％、S：0.2～4.0％、剩余部分由Fe和不可避免杂质构成的组成的烧结滑动部件(实施例1～11)，则能够提供气孔率较低且为0.2～1.8％、耐氧化性优异、强度高、耐磨性优异的烧结滑动部件。

此外，表1所示的实施例1～11的样品是在原料混合粉末中添加作为烧结助剂的FeP的样品，是FeP在烧结时成为液相并堵塞气孔而降低气孔率的样品。

表1所示的比较例1～3的样品是Cr含量低的烧结滑动部件，观察到氧化皮的剥离，在耐氧化性方面发生问题。比较例4的样品是Cr含量过多的样品，试验片(烧结滑动部件自身)的耐磨性降低，并且强度也降低。

比较例5的样品是Mo含量和S含量过少的样品，轴(配对材)的磨损变大。Mo含量和S含量少的样品是润滑相的比例少的样品。

比较例6的样品是仅S含量过多的样品，烧结滑动部件的强度降低。

比较例7的样品是仅Mo含量过少的样品，观察到氧化皮的剥离，并且耐氧化性降低。

比较例8的样品是Cr含量过少且Mo含量过多的样品，强度降低。

比较例9的样品是Si含量过少的样品，气孔率较高且大于2％，并且还发生了氧化皮的剥离。

比较例10的样品是Si含量过多的样品，烧结时的液相较多，在烧结时发生变形问题。

比较例11的样品是P含量过多的样品，烧结时的液相较多，在烧结时发生变形问题。

表2所示的实施例12～14的样品是在原料混合粉末中添加作为烧结助剂的FeB的样品，是FeB在烧结时成为液相并堵塞气孔而气孔率降低的样品。

表2所示的比较例12是B含量过多的样品，烧结时的液相较多，在烧结时发生变形问题。

表2所示的实施例15是不使用FeP和FeB的烧结助剂而将基底粉末的粒径为平均10μm的微粉进行烧结而成的样品，可知是气孔率较低且为0.4％、耐氧化性优异、强度高、耐磨性优异的烧结滑动部件。

表2所示的实施例16是使用FeP粉末和FeB粉末这两种粉末作为烧结助剂制作原料混合粉末并进行烧结而成的样品，可知是气孔率较低且为0.6％、耐氧化性优异、强度高、耐磨性优异的烧结滑动部件。

表3所示的实施例17～22是对构成实施例6的样品中的母相和润滑相的成分添加1质量％以下的CaF₂、滑石和BN中的任一种的样品。实施例17～22的样品是在气孔率低且也不会产生氧化皮的剥离的基础上能够良好地维持耐磨性中的块的结果的同时使辊的结果更好的样品。在实施例17～22中，以0.1～1.0质量％的添加量得到良好的结果。

表3所示的比较例13～15是将CaF₂、滑石和BN中的任一种的添加量设为大于1质量％的值的样品。由于所有样品都产生了氧化皮的剥离，因此添加CaF₂、滑石和BN中的任一种时的添加量最好在1质量％以下。

图2是表1所示的No.4样品的表面组织放大照片。如该组织照片所示，实施例的烧结滑动部件呈现出在母相(Fe-Cr-Mo-Ni-Si相)中分散有不定形的润滑相(CrS)的组织。对图2的组织照片所示的润滑相进行了EDX分析(能量色散荧光X射线分析)，其结果明确可知是以Cr-S为主成分的(Cr-Mo-Fe)-S。

另外，在组织中分散有微小而用黑色圆圈表示的微细的气孔。

产业上的可利用性

能够提供一种在气孔率低且具有耐氧化性的基础上耐磨性优异且对配对材的攻击性也低的烧结滑动部件及其制造方法。

附图标记说明

1 轴承部件(烧结滑动部件)

2 母相(Fe-Cr-Mo-Ni-Si相)

3 润滑相

Claims (6)

1.一种烧结滑动部件，其特征在于，

具有在母相中分散有润滑相的组织，整体组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.55～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下。

2.根据权利要求1所述的烧结滑动部件，其特征在于，

所述润滑相由Cr-S或(Cr-Mo-Fe)-S构成。

3.一种烧结滑动部件，其特征在于，

具有在母相中分散有润滑相和固体润滑剂的组织，由所述母相和所述润滑相构成的主要相的组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.55～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下，所述固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，相对于所述主要相含有1质量％以下的所述固体润滑剂。

4.一种烧结滑动部件的制造方法，其特征在于，

在制造烧结滑动部件时，将FeCr系或FeCrNi系的合金粉末与MoS₂粉末混合而得到混合粉末，对该混合粉末进行压制成型来制作压粉体之后，在真空气氛中以1100℃以上进行烧结，

所述烧结滑动部件具有在母相中分散有润滑相的组织，整体组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.55～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下。

5.一种烧结滑动部件的制造方法，其特征在于，

在制造烧结滑动部件时，将FeCr系或FeCrNi系的合金粉末、MoS₂粉末与固体润滑剂粉末混合而得到混合粉末，对该混合粉末进行压制成型来制作压粉体之后，在真空气氛中以1100℃以上进行烧结，

所述烧结滑动部件具有在母相中分散有润滑相和固体润滑剂的组织，由所述母相和所述润滑相构成的主要相的组成以质量％计具有Cr：18～35％、Mo：0.3～15％、Ni：0～30％、Si：0.55～6％、S：0.2～4.0％、P：0～1.2％、B：0～0.8％、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的组成，所述母相为Fe-Cr-Mo-Si系母相或Fe-Cr-Mo-Ni-Si系母相，所述润滑相包含铬硫化物，整体气孔率为2.0％以下，所述固体润滑剂由CaF₂、滑石和BN中的一种或两种以上构成，相对于所述主要相含有1质量％以下的所述固体润滑剂。

6.根据权利要求4或5所述的烧结滑动部件的制造方法，其特征在于，

在所述混合粉末中添加并混合FeP粉末和FeB粉末中的至少一种。

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