JP2001058868A - 低摩擦セラミツクスとその被膜の製造方法 - Google Patents
低摩擦セラミツクスとその被膜の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミナ（Al2O3 ）などの酸化物セラミツク
スと、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）などの金属
酸化物との複合化を可能にした低摩擦セラミツクスとそ
の被膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 金属酸化物粉末と前記金属酸化物粉末と
は異なる金属粉末とからなる混合粉末から成形した成形
体を、不活性雰囲気中で焼結する。焼結体に酸素を含む
雰囲気中で熱処理を施すことにより、アルミナ（Al2O
3 ）などの酸化物セラミツクス４の母相中に母相とは異
なる金属元素からなる金属相３が分散し、金属相３の少
くとも最表面２は金属酸化物３ａになつている。
スと、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）などの金属
酸化物との複合化を可能にした低摩擦セラミツクスとそ
の被膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 金属酸化物粉末と前記金属酸化物粉末と
は異なる金属粉末とからなる混合粉末から成形した成形
体を、不活性雰囲気中で焼結する。焼結体に酸素を含む
雰囲気中で熱処理を施すことにより、アルミナ（Al2O
3 ）などの酸化物セラミツクス４の母相中に母相とは異
なる金属元素からなる金属相３が分散し、金属相３の少
くとも最表面２は金属酸化物３ａになつている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば内燃機関のシ
リンダライナ、ピストンリングなどに供される低摩擦セ
ラミツクスに関するものである。
リンダライナ、ピストンリングなどに供される低摩擦セ
ラミツクスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、低摩擦セラミツクスとして、高硬
度、高弾性率、平滑面により低摩擦化されるアルミナ
（Al2O3 ）などの酸化物セラミツクスや、固体潤滑性を
もつ窒化硼素（BN），グラフアイトなどの層状化合物が
知られている。しかし、摺動面ないし摩擦面の硬度や面
粗度に頼る低摩擦性には限界があり、固体間接触が定常
的に生じる摺動条件下では、摩擦力が増大する。特に、
層状化合物は弱い層間結合力により低摩擦性を示すが、
摩耗に対する耐久性や強度の点に問題がある。アルミナ
（Al2O3 ）などの酸化物セラミツクスと窒化硼素（B
N），グラフアイトなどの層状化合物との複合化により
緻密な焼結体を得ることは、層状化合物の難焼結性から
実現されていない。
度、高弾性率、平滑面により低摩擦化されるアルミナ
（Al2O3 ）などの酸化物セラミツクスや、固体潤滑性を
もつ窒化硼素（BN），グラフアイトなどの層状化合物が
知られている。しかし、摺動面ないし摩擦面の硬度や面
粗度に頼る低摩擦性には限界があり、固体間接触が定常
的に生じる摺動条件下では、摩擦力が増大する。特に、
層状化合物は弱い層間結合力により低摩擦性を示すが、
摩耗に対する耐久性や強度の点に問題がある。アルミナ
（Al2O3 ）などの酸化物セラミツクスと窒化硼素（B
N），グラフアイトなどの層状化合物との複合化により
緻密な焼結体を得ることは、層状化合物の難焼結性から
実現されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、アルミナ（Al2O3 ）などの酸化物セラミツ
クスと、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）などの金
属酸化物との複合化を可能にした低摩擦セラミツクスと
その被膜の製造方法を提供することにある。
問題に鑑み、アルミナ（Al2O3 ）などの酸化物セラミツ
クスと、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）などの金
属酸化物との複合化を可能にした低摩擦セラミツクスと
その被膜の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成は低摩擦セラミツクスとして、金属酸
化物粉末と前記金属酸化物粉末とは異なる金属粉末とか
らなる混合粉末から成形した成形体を、不活性雰囲気中
で焼結した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理することに
より、酸化物セラミツクスの母相中に該母相とは異なる
金属元素からなる金属相が分散し、該金属相の少くとも
最表面は酸化物となつていることを特徴とする。
に、本発明の構成は低摩擦セラミツクスとして、金属酸
化物粉末と前記金属酸化物粉末とは異なる金属粉末とか
らなる混合粉末から成形した成形体を、不活性雰囲気中
で焼結した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理することに
より、酸化物セラミツクスの母相中に該母相とは異なる
金属元素からなる金属相が分散し、該金属相の少くとも
最表面は酸化物となつていることを特徴とする。
【０００５】また、本発明の製造方法は鋳鉄などの金属
基材に金属粉末とその酸化物粉末との混合粉末をプラズ
マ溶射して被膜を形成した後、酸素を含む雰囲気中で加
熱することにより前記金属粉末の一部または全部を酸化
物に転化させることを特徴とする。
基材に金属粉末とその酸化物粉末との混合粉末をプラズ
マ溶射して被膜を形成した後、酸素を含む雰囲気中で加
熱することにより前記金属粉末の一部または全部を酸化
物に転化させることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では高硬度の酸化物セラミ
ツクス中に、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）など
の金属酸化物を均一に分散させることにより、耐久性と
低摩擦性を両立させる。
ツクス中に、固体潤滑機能をもつモリブデン（Mo）など
の金属酸化物を均一に分散させることにより、耐久性と
低摩擦性を両立させる。
【０００７】
【実施例】本発明による低摩擦セラミツクスは、アルミ
ナ（Al2O3 ）などの金属酸化物粉末と、アルミニウム
（Al），ジルコニウム（Zr），チタン（Ti），クロム
（Cr），鉄（Fe）などの金属粉末とからなる混合粉末か
ら成形体を成形し、該成形体を温度１８００℃のアルゴ
ン（Ar）などの不活性雰囲気中で焼結した後、温度６０
０℃の酸素を含む雰囲気中（高温大気中でもよい）で熱
処理することにより得られる。
ナ（Al2O3 ）などの金属酸化物粉末と、アルミニウム
（Al），ジルコニウム（Zr），チタン（Ti），クロム
（Cr），鉄（Fe）などの金属粉末とからなる混合粉末か
ら成形体を成形し、該成形体を温度１８００℃のアルゴ
ン（Ar）などの不活性雰囲気中で焼結した後、温度６０
０℃の酸素を含む雰囲気中（高温大気中でもよい）で熱
処理することにより得られる。
【０００８】図１に示すように、本発明による低摩擦セ
ラミツクスは、アルミナ（Al2O3 ）などの酸化物セラミ
ツクス４の母相中に、母相とは異なる金属元素からなる
金属相３が分散し、金属相３の少くとも最表面２は酸化
物３ａになつている。金属相３を構成する金属はモリブ
デン（Mo），タングステン（W ），チタン（Ti），クロ
ム（Cr）に限定される。金属相３は単一の金属元素から
なり、１つまたは複数の金属相３が存在する。単一の金
属相３の場合は、例えばモリブデン（Mo）であり、外部
へ露出する最表面２は酸化モリブデン（MoO3）なる酸化
物３ａを形成する。また、複数の金属相３の場合は、例
えばモリブデン（Mo）の金属相３とタングステン（W ）
の金属相３とであり、外部へ露出する最表面２はそれぞ
れ酸化モリブデン（MoO3）と酸化タングステン（WO3）
なる酸化物３ａを形成する。低摩擦セラミツクスの内で
金属相３の含有量は１〜５０vol.％であり、かつ金属相
３の粒子の大きさは５０μｍ以下である。
ラミツクスは、アルミナ（Al2O3 ）などの酸化物セラミ
ツクス４の母相中に、母相とは異なる金属元素からなる
金属相３が分散し、金属相３の少くとも最表面２は酸化
物３ａになつている。金属相３を構成する金属はモリブ
デン（Mo），タングステン（W ），チタン（Ti），クロ
ム（Cr）に限定される。金属相３は単一の金属元素から
なり、１つまたは複数の金属相３が存在する。単一の金
属相３の場合は、例えばモリブデン（Mo）であり、外部
へ露出する最表面２は酸化モリブデン（MoO3）なる酸化
物３ａを形成する。また、複数の金属相３の場合は、例
えばモリブデン（Mo）の金属相３とタングステン（W ）
の金属相３とであり、外部へ露出する最表面２はそれぞ
れ酸化モリブデン（MoO3）と酸化タングステン（WO3）
なる酸化物３ａを形成する。低摩擦セラミツクスの内で
金属相３の含有量は１〜５０vol.％であり、かつ金属相
３の粒子の大きさは５０μｍ以下である。
【０００９】本発明による低摩擦セラミツクスは、鋳鉄
などの金属基材の表面にプラズマ溶射した後、熱処理す
ることによつても形成できる。つまり、金属基材の表面
に、アルミニウム（Al），ジルコニウム（Zr），チタン
（Ti），クロム（Cr），鉄（Fe）などの金属粉末と、モ
リブデン（Mo），タングステン（W ），チタン（Ti），
クロム（Cr）などの金属の酸化物粉末との混合粉末と
を、プラズマ溶射して被膜を形成した後、酸素を含む雰
囲気中で加熱することにより、金属相３の一部または全
部を酸化物３ａに転化させる。
などの金属基材の表面にプラズマ溶射した後、熱処理す
ることによつても形成できる。つまり、金属基材の表面
に、アルミニウム（Al），ジルコニウム（Zr），チタン
（Ti），クロム（Cr），鉄（Fe）などの金属粉末と、モ
リブデン（Mo），タングステン（W ），チタン（Ti），
クロム（Cr）などの金属の酸化物粉末との混合粉末と
を、プラズマ溶射して被膜を形成した後、酸素を含む雰
囲気中で加熱することにより、金属相３の一部または全
部を酸化物３ａに転化させる。
【００１０】［実施例１］金属粉末としてのモリブデン
（Mo）と金属酸化物粉末としてのジルコニア（ZrO2）と
の混合粉末から成形体を成形し、成形体を温度１８００
℃のアルゴン（Ar）雰囲気中で焼結した。得られた焼結
体の表面を研磨して平滑にした後、温度６００℃の高温
大気中にて酸化処理を行い、モリブデン（Mo）相を強制
的に酸化して、本発明による焼結体としての低摩擦セラ
ミツクスを得た。
（Mo）と金属酸化物粉末としてのジルコニア（ZrO2）と
の混合粉末から成形体を成形し、成形体を温度１８００
℃のアルゴン（Ar）雰囲気中で焼結した。得られた焼結
体の表面を研磨して平滑にした後、温度６００℃の高温
大気中にて酸化処理を行い、モリブデン（Mo）相を強制
的に酸化して、本発明による焼結体としての低摩擦セラ
ミツクスを得た。
【００１１】本発明による低摩擦セラミツクスから試験
片としての板と先端が半球形のピンとを作成し、往復動
試験機を用いて板に対してピンを垂直に押し付けながら
往復摺動させる摩擦試験を行い、ピンの押付荷重と摺動
速度を種々変えて摩擦係数を測定した。また、本発明に
よる低摩擦セラミツクスから作成した３ｍｍ×４ｍｍ×
４０ｍｍの角棒について、４点曲げ強度試験（JIS R160
1 ）を行つた。
片としての板と先端が半球形のピンとを作成し、往復動
試験機を用いて板に対してピンを垂直に押し付けながら
往復摺動させる摩擦試験を行い、ピンの押付荷重と摺動
速度を種々変えて摩擦係数を測定した。また、本発明に
よる低摩擦セラミツクスから作成した３ｍｍ×４ｍｍ×
４０ｍｍの角棒について、４点曲げ強度試験（JIS R160
1 ）を行つた。
【００１２】図２は本発明による低摩擦セラミツクスの
原料に対する、金属相３を代表するモリブデン（Mo）の
添加量と摩擦係数の関係と、モリブデン（Mo）の添加量
と４点曲げ強度の関係をそれぞれ示す。本発明による低
摩擦セラミツクスは金属相３の含有量が１〜５０vol.％
の場合に、摩擦係数が０．０６以下であり、４点曲げ強
度が６００〜３００ＭＰａであり、高弾性率の酸化物セ
ラミツクス４の母相が強度と低摩耗性を担い、モリブデ
ン（Mo）の金属相３の酸化物３ａが層状化合物として低
摩擦性を担う。金属相３の粒子の大きさは５０μｍ以下
であることが好ましい。
原料に対する、金属相３を代表するモリブデン（Mo）の
添加量と摩擦係数の関係と、モリブデン（Mo）の添加量
と４点曲げ強度の関係をそれぞれ示す。本発明による低
摩擦セラミツクスは金属相３の含有量が１〜５０vol.％
の場合に、摩擦係数が０．０６以下であり、４点曲げ強
度が６００〜３００ＭＰａであり、高弾性率の酸化物セ
ラミツクス４の母相が強度と低摩耗性を担い、モリブデ
ン（Mo）の金属相３の酸化物３ａが層状化合物として低
摩擦性を担う。金属相３の粒子の大きさは５０μｍ以下
であることが好ましい。
【００１３】［実施例２］鋳鉄基材の表面に金属粉末と
してのモリブデン（Mo）と金属酸化物粉末としてのジル
コニア（ZrO2）との混合粉末をプラズマ溶射して被膜を
形成した後、温度６００℃の高温大気中にて酸化処理を
行い、前記溶射被膜のモリブデン（Mo）相を強制的に酸
化して、本発明による低摩擦セラミツクス被膜を得た。
前述のジルコニア（ZrO2）の代りにアルミナ（Al2O3 ）
を用いて、同様に低摩擦セラミツクス被膜を得た。本発
明による低摩擦セラミツクス被膜の組織は図１に示すも
のと同様であり、低摩擦セラミツクス被膜は潤滑性を有
し、図２に示すものと同様の摩擦特性を呈することが分
つた。
してのモリブデン（Mo）と金属酸化物粉末としてのジル
コニア（ZrO2）との混合粉末をプラズマ溶射して被膜を
形成した後、温度６００℃の高温大気中にて酸化処理を
行い、前記溶射被膜のモリブデン（Mo）相を強制的に酸
化して、本発明による低摩擦セラミツクス被膜を得た。
前述のジルコニア（ZrO2）の代りにアルミナ（Al2O3 ）
を用いて、同様に低摩擦セラミツクス被膜を得た。本発
明による低摩擦セラミツクス被膜の組織は図１に示すも
のと同様であり、低摩擦セラミツクス被膜は潤滑性を有
し、図２に示すものと同様の摩擦特性を呈することが分
つた。
【００１４】
【発明の効果】本発明は上述のように、金属酸化物粉末
と前記金属酸化物粉末とは異なる金属粉末とからなる混
合粉末から成形した成形体を、不活性雰囲気中で焼結し
た後、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、酸
化物セラミツクスの母相中に該母相とは異なる金属元素
からなる金属相が分散し、該金属相の少くとも最表面は
酸化物になつているものであり、高弾性率の酸化物セラ
ミツクスの母相が強度と低摩耗性を発揮し、モリブデン
（Mo）の酸化物が層状化合物として低摩擦性を発揮す
る。
と前記金属酸化物粉末とは異なる金属粉末とからなる混
合粉末から成形した成形体を、不活性雰囲気中で焼結し
た後、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、酸
化物セラミツクスの母相中に該母相とは異なる金属元素
からなる金属相が分散し、該金属相の少くとも最表面は
酸化物になつているものであり、高弾性率の酸化物セラ
ミツクスの母相が強度と低摩耗性を発揮し、モリブデン
（Mo）の酸化物が層状化合物として低摩擦性を発揮す
る。
【図１】本発明に係る低摩擦セラミツクスの組織を模式
的に示す側面断面図である。
的に示す側面断面図である。
【図２】同低摩擦セラミツクスのモリブデンの添加量と
摩擦係数との関係を表す線図である。
摩擦係数との関係を表す線図である。
２：表面 ３：金属相 ３ａ：酸化物 ４：酸化物セラ
ミツクス
ミツクス
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｊ 35/64 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｅ Ｃ２２Ｃ 1/05 5/00 Ｎ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｇ 5/00 Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｅ 35/64 Ａ Ｆターム(参考） 3G024 AA22 AA25 AA26 AA27 GA08 GA19 GA21 HA01 HA02 HA10 HA11 4G030 AA17 AA36 AA61 AA63 BA18 BA19 CA05 CA08 GA24 GA25 4G031 AA12 AA29 AA39 BA19 CA05 CA08 GA08 GA09 4K018 AD09 BA03 BA09 BA13 BD09 FA14 JA22 KA02
Claims (7)
- 【請求項１】金属酸化物粉末と前記金属酸化物粉末とは
異なる金属粉末とからなる混合粉末から成形した成形体
を、不活性雰囲気中で焼結した後、酸素を含む雰囲気中
で熱処理することにより、酸化物セラミツクスの母相中
に該母相とは異なる金属元素からなる少くとも１つの金
属相が分散し、該金属相の少くとも最表面は酸化物とな
つていることを特徴とする低摩擦セラミツクス。 - 【請求項２】前記各金属相はそれぞれ単一の金属元素か
らなる、請求項１に記載の低摩擦セラミツクス。 - 【請求項３】前記金属相はモリブデン（Mo），タングス
テン（W ），チタン（Ti），クロム（Cr）のいずれかで
ある、請求項１に記載の低摩擦セラミツクス。 - 【請求項４】酸化物セラミツクスの母相中にアルミニウ
ム（Al），ジルコニウム（Zr），チタン（Ti），クロム
（Cr），鉄（Fe）の内の少くとも１つを含む、請求項１
に記載の低摩擦セラミツクス。 - 【請求項５】前記金属相の含有量が１〜５０vol.％であ
り、かつ前記金属相の粒子の大きさが５０μｍ以下であ
る、請求項１に記載の低摩擦セラミツクス。 - 【請求項６】鋳鉄などの金属基材に金属粉末とその酸化
物粉末との混合粉末をプラズマ溶射して被膜を形成した
後、酸素を含む雰囲気中で加熱することにより前記金属
粉末の一部または全部を酸化物に転化させることを特徴
とする、低摩擦セラミツクス被膜の製造方法。 - 【請求項７】前記金属粉末はモリブデン（Mo），タング
ステン（W ），チタン（Ti），クロム（Cr）に限定さ
れ、かつ前記金属粉末の内の少くとも１種を含んでい
る、請求項６に記載の低摩擦セラミツクス被膜の製造方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23510999A JP3861522B2 (ja) | 1999-08-23 | 1999-08-23 | 低摩擦セラミツクスの製造方法 |
| PCT/JP2000/005306 WO2001014281A1 (fr) | 1999-08-23 | 2000-08-08 | Ceramique a faible coefficient de frottement et procede de production de ladite ceramique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23510999A JP3861522B2 (ja) | 1999-08-23 | 1999-08-23 | 低摩擦セラミツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001058868A true JP2001058868A (ja) | 2001-03-06 |
| JP3861522B2 JP3861522B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=16981200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23510999A Expired - Fee Related JP3861522B2 (ja) | 1999-08-23 | 1999-08-23 | 低摩擦セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3861522B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006188945A (ja) * | 2001-05-10 | 2006-07-20 | Hiroshi Asaka | 耐震ドア式出入口扉構造 |
| JP2009226439A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Ihi Corp | 鍛造用金型ユニット及び鍛造成形方法 |
| WO2015049422A1 (en) | 2013-10-03 | 2015-04-09 | Aalto University Foundation | Composite material, process for preparation thereof, use of the composite material, and self-lubricating wear facing part |
-
1999
- 1999-08-23 JP JP23510999A patent/JP3861522B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006188945A (ja) * | 2001-05-10 | 2006-07-20 | Hiroshi Asaka | 耐震ドア式出入口扉構造 |
| JP2009226439A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Ihi Corp | 鍛造用金型ユニット及び鍛造成形方法 |
| WO2015049422A1 (en) | 2013-10-03 | 2015-04-09 | Aalto University Foundation | Composite material, process for preparation thereof, use of the composite material, and self-lubricating wear facing part |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3861522B2 (ja) | 2006-12-20 |
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