JP2002323141A - Sliding part and manufacturing method therefor - Google Patents

Sliding part and manufacturing method therefor

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JP2002323141A
JP2002323141A JP2001130128A JP2001130128A JP2002323141A JP 2002323141 A JP2002323141 A JP 2002323141A JP 2001130128 A JP2001130128 A JP 2001130128A JP 2001130128 A JP2001130128 A JP 2001130128A JP 2002323141 A JP2002323141 A JP 2002323141A
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sliding surface
silicon oxide
compound
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Hideki Tomoto
英樹 塔本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce amount of abrasion in a sliding surface, while preventing oxidation in an atmosphere of high-temperature oxidation, particularly to reduce sliding resistance, even in boundary friction and dry friction at high temperature. SOLUTION: A layer, containing a mixed compound of silicon oxide and metallic phosphoric acid compound, is provided in pores on a sliding surface made of carbon material, to constitute a sliding part of a mechanical seal and a bearing.

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、メカニカルシール
及び軸受用であって、耐酸化性を有する摺動面に改良し
たカーボン材製の摺動部品及びその製造方法に関する。
特に、境界摩擦状態や乾燥摩擦状態で流体潤滑皮膜の形
成が困難な摺動面の摩耗を防止した摺動部品及びその製
造方法の技術分野に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding part made of carbon material for a mechanical seal and a bearing and having an improved oxidation-resistant sliding surface, and a method of manufacturing the same.
In particular, the present invention relates to a sliding component that prevents abrasion of a sliding surface where it is difficult to form a fluid lubricating film in a boundary friction state or a dry friction state, and a technical field of a manufacturing method thereof.

【0002】1992年6月発行の月刊誌「メンテナン
ス」の44から45頁には、LNGタービン用メカニカ
ルシールやフロンタービン用メカニカルシールの産業機
械への適用例の一般的な解説が記載されている。そし
て、これらのメカニカルシールの摺動材料からなるシー
ルリングは、耐熱用として油用の高強度・硬質無含浸カ
ーボンを利用している。これらのメカニカルシール用シ
ールリングの摺動面には、潤滑油を絶えず供給してやら
なければならない。従って、乾式シールリングの摺動面
には利用することが困難である。
[0002] On pages 44 to 45 of the monthly magazine "Maintenance" issued in June 1992, general descriptions of examples of application of mechanical seals for LNG turbines and Freon turbines to industrial machines are described. . The seal ring made of a sliding material for these mechanical seals uses high-strength, hard, non-impregnated carbon for oil as heat resistance. Lubricating oil must be constantly supplied to the sliding surfaces of these mechanical seal seal rings. Therefore, it is difficult to use the sliding surface of the dry seal ring.

【0003】一般に、カーボン材料は、500°C以上
の高温酸化雰囲気中では酸化が発生する。更には、摺動
面に境界摩擦状態や乾燥摩擦状態では流体潤滑膜が形成
されなくなる。このため、摺動面に特殊な処理を施さな
い状態では、長時間使用することが困難になる。これ
は、メカニカルシールの摺動部品に限らず、高温状態で
使用される軸受用の摺動部品においても同様な問題が惹
起する。
Generally, carbon materials are oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere of 500 ° C. or higher. Further, the fluid lubricating film is not formed on the sliding surface in a boundary friction state or a dry friction state. For this reason, it is difficult to use the sliding surface for a long period of time without special treatment. This causes the same problem not only in the sliding parts of the mechanical seal but also in the sliding parts for bearings used in a high temperature state.

【0004】更に、高温水に於ける潤滑下に於いて、摺
動部の摺動面間に潤滑液が介在しても、摺動発熱などの
作用により沸騰して蒸発し、気化する状態に至る。そし
て、摺動面間は、この介在した潤滑流体の気化により摺
動面相互が直接に接触した状態で摺動することになる。
この様な直接接触による摺動面間の境界摩擦状態、或い
は乾燥摩擦状態においては、激しい摩擦、摩耗、高発熱
が惹起する。この激しい摩耗や高発熱により、摺動面に
損傷が発生する。この様な状態では、例えば、メカニカ
ルシールを例にすると、被密封流体がシール面間から短
時間で漏洩することになる。又、軸受に於いては、割れ
が発生し、破損して事故に至ることがある。
Further, under lubrication in high-temperature water, even when lubricating liquid is present between the sliding surfaces of the sliding parts, the lubricating oil is boiled and evaporated by the action of sliding heat and the like, and evaporates. Reach. Then, the sliding surfaces slide with the sliding surfaces in direct contact with each other due to the vaporization of the interposed lubricating fluid.
In such a state of boundary friction between sliding surfaces due to direct contact or in a state of dry friction, intense friction, wear, and high heat generation occur. Due to the severe wear and high heat generation, the sliding surface is damaged. In such a state, for example, taking a mechanical seal as an example, the fluid to be sealed leaks between the sealing surfaces in a short time. In addition, the bearing may be cracked and damaged, leading to an accident.

【0005】一方、カーボン材料では、製造過程で微細
な気孔が生成する。この気孔は酸化反応に於ける酸化剤
・反応生成物の移動経路となり、500°C以上の酸化
雰囲気中では気孔表面が酸化して消耗を生じる。このた
め、長時間安定して使用することが困難になる。
On the other hand, in the case of a carbon material, fine pores are generated during the manufacturing process. These pores serve as a moving path of an oxidizing agent and a reaction product in the oxidation reaction, and the pore surface is oxidized and consumed in an oxidizing atmosphere of 500 ° C. or more. For this reason, it becomes difficult to use it stably for a long time.

【0006】そこで、本出願人は、先に特開平9−87
067号公報において、カーボン材の摺動面の気孔に耐
酸化性の処理を施した発明を提案している。この耐酸化
性の処理は、カーボン材料の気孔にリチウム化合物とリ
ン酸化合物との混合化合物皮膜を形成させたものであ
る。この耐酸化性カーボン材料は、潤滑特性を犠牲にす
ることなく、耐酸化性が向上できることを可能にした
が、摺動面の乾燥摩擦時の摩擦係数や摩耗量を低減させ
ることは期待されていない。更に、高温水が摺動面等に
介在する境界潤滑の状況では、摺動抵抗を低減すること
も期待できない。しかも、耐酸化性を向上させるために
は、その皮膜をある程度の厚さに形成することが必要で
ある。更には、各種の混合化合物の皮膜を設定に応じて
層状にすることも必要であるが、この耐酸化性カーボン
材料にはこの製造方法が考慮されていない。
Accordingly, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-87.
No. 067 proposes an invention in which pores on a sliding surface of a carbon material are subjected to an oxidation resistance treatment. In this oxidation resistance treatment, a mixed compound film of a lithium compound and a phosphoric acid compound is formed in the pores of the carbon material. This oxidation-resistant carbon material has made it possible to improve the oxidation resistance without sacrificing the lubricating properties, but is expected to reduce the coefficient of friction and the amount of wear of the sliding surface during dry friction. Absent. Further, in a situation of boundary lubrication in which high-temperature water is present on a sliding surface or the like, reduction of sliding resistance cannot be expected. Moreover, in order to improve the oxidation resistance, it is necessary to form the film to a certain thickness. Further, it is necessary to form layers of various mixed compounds according to the setting, but this oxidation-resistant carbon material does not consider this production method.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、高温
の被密封流体に対して高強度・硬質無含浸カーボン材料
にしたものにあっては、摺動材料に潤滑油を絶えず供給
しなければならない問題が存在する。しかも、摺動材料
のシール面に対する有効なシール温度は300°C位が
限界となっている。
As described above, in the case of a high-strength, hard non-impregnated carbon material for a high-temperature sealed fluid, lubricating oil must be constantly supplied to the sliding material. There is a problem to be solved. In addition, the effective sealing temperature of the sliding material against the sealing surface is limited to about 300 ° C.

【0008】更に、従来のリチウム化合物を含浸させた
耐酸化性カーボン材料は、耐酸化性の向上は期待できる
が、温度に伴う乾燥摩擦時の摩耗係数や摩耗量など低減
させることは困難である。
[0008] Furthermore, the oxidation-resistant carbon material impregnated with a conventional lithium compound can be expected to improve the oxidation resistance, but it is difficult to reduce the wear coefficient and the wear amount during dry friction with temperature. .

【0009】更に又、水潤滑下、或いは高温水が摺動面
に介在する境界摩擦の摺動状況では、摩擦抵抗を低減す
ることが困難である。
Furthermore, it is difficult to reduce the friction resistance under water lubrication or in a sliding condition of boundary friction in which high-temperature water is present on the sliding surface.

【0010】本発明は上述のような問題点に鑑みて成さ
れたものであって、その解決しようとする技術的課題
は、高温状態に於いても自己潤滑性と、耐酸化性とを損
なうことなく、高温状態の摺動面における摩耗を効果的
に防止することにある。更に、構造簡単な摺動部品を得
ることにある。又、製造工程を簡単にして低コストで生
産できる製造方法を得ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and a technical problem to be solved is to impair the self-lubricating property and the oxidation resistance even at a high temperature. In other words, the present invention is to effectively prevent abrasion on a sliding surface in a high temperature state. Another object of the present invention is to provide a sliding part having a simple structure. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of simplifying the manufacturing process and producing at low cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上述のような技
術的課題を解決するために成されたものであって、その
課題を解決するための手段は、以下のように構成されて
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned technical problems, and the means for solving the problems is constituted as follows. .

【0012】請求項1に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品は、摺動面に気孔を有するカーボン材の
前記気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とを含む混合
化合物の含有層を有するものである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a sliding part for a mechanical seal according to the present invention, wherein the pores of a carbon material having pores on a sliding surface have a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound in the pores. Things.

【0013】請求項1に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品では、摺動部品の摺動面の各位置に置い
て、摺動時に温度、圧力、液層の厚みなどの分布が形成
される。そして、温度、圧力、液層の厚み等の分布は、
摺動開始からの経過時間につれて変化する。このため、
摺動しながら同一摺動する位置面が絶えず相違する摩擦
形態を経験することになる。
In the sliding part for a mechanical seal according to the first aspect of the present invention, distribution such as temperature, pressure, thickness of a liquid layer, etc. is formed during sliding at each position on the sliding surface of the sliding part. Is done. And the distribution of temperature, pressure, liquid layer thickness, etc.
It changes with the elapsed time from the start of sliding. For this reason,
While sliding, the same sliding surface will continuously experience different forms of friction.

【0014】そして、この摺動状態でも本発明の課題と
する境界摩擦状態と乾燥摩擦状態が温度の変化につれて
共存することになるが、酸化ケイ素を主体とする含有層
により高温の両状態の耐摩耗性を発揮する。それは、酸
化ケイ素が摺動面に形成されると、水潤滑下において極
めて低摩擦が維持されるからである。そして、高温水が
摺動面に残留した境界摩擦状態に於いては、摺動面の気
孔より摺動面に供給される酸化ケイ素により、低摩擦が
得られる構造のメカニズムと考えられる。
In this sliding state, the boundary friction state and the dry friction state, which are the objects of the present invention, coexist as the temperature changes. Exhibits abrasion. This is because when silicon oxide is formed on the sliding surface, extremely low friction is maintained under water lubrication. Then, in the boundary friction state in which the high-temperature water remains on the sliding surface, it is considered that silicon oxide is supplied to the sliding surface from the pores of the sliding surface to provide a low friction mechanism.

【0015】更には、摺動面の摺動発熱などにより更な
る高温に上昇する乾燥摩擦状態では、カーボン摩耗粉が
対向する摺動面に移動して付着することにより、低摩擦
を発揮されるものと実験した結果から考えられる。これ
は、金属リン酸化合物がカーボン摩耗粉に耐酸化性を与
えて移着膜を形成することが要因とも考えられる。従っ
て、酸化ケイ素と金属リン酸化合物との含有層の成分に
よる作用、更には、金属リン酸化合物による耐酸性を付
与されたカーボン粉との共同作用により、境界摩擦状態
及び乾燥摩擦状態の広範囲に渡り低摩耗の効果が得られ
るものと実験した結果から認められるところである。
Furthermore, in a dry friction state in which the temperature rises to a higher temperature due to sliding heat generated on the sliding surface, the carbon abrasion powder moves to and adheres to the opposed sliding surface, thereby exhibiting low friction. It can be considered from the results of experiments. This may be due to the fact that the metal phosphate compound imparts oxidation resistance to the carbon wear powder to form a transfer film. Therefore, the action of the components of the layer containing silicon oxide and the metal phosphate compound, and furthermore, the co-action with the carbon powder imparted with acid resistance by the metal phosphate compound, causes a wide range of boundary friction and dry friction. It is recognized from the results of the experiment that the effect of low abrasion can be obtained.

【0016】請求項2に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品は、摺動面に気孔を有するカーボン材の
前記気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とリチウム化
合物とを含む混合化合物の含有層を有するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sliding component for a mechanical seal according to the present invention, wherein the pores of a carbon material having pores on a sliding surface contain a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound. It has a layer.

【0017】請求項2に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品では、酸化ケイ素と金属リン酸化合物と
リチウム化合物の混合化合物によっても同様な作用効果
が得られることが認めれる。特に、リチウム化合物がカ
ーボン材に含有層を形成する過程で含浸物の吹き出しを
防止して含有層の厚さを厚くすることを可能にする。こ
のために、何回もの含浸工程作業を行うことなく、1回
の含浸工程で含有層が成形でき、その含有層により低摩
耗の効果がいられる。
In the sliding part for a mechanical seal according to the second aspect of the present invention, it is recognized that a similar effect can be obtained by a mixed compound of silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound. In particular, it is possible to increase the thickness of the containing layer by preventing the impregnation from being blown out in the process of forming the containing layer with the lithium compound on the carbon material. For this reason, the inclusion layer can be formed in one impregnation step without performing many impregnation step operations, and the effect of low abrasion is obtained by the inclusion layer.

【0018】請求項3に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品は、金属リン酸化合物の金属がアルミニ
ウムおよび/または亜鉛を含むものである。
According to a third aspect of the present invention, in the sliding part for a mechanical seal, the metal of the metal phosphate compound contains aluminum and / or zinc.

【0019】請求項3に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品では、金属リン酸化合物の金属がアルミ
ニウムおよび/または亜鉛を含むものにあっては、アル
ミニウムでは高温に於ける摩擦係数を低減し、亜鉛にあ
っては耐酸化性の向上に優れ、両者に於いては、高温状
態のカーボン摩耗粉に耐酸化性を効果的に付与し、摺動
する対向摺動面に移着させて皮膜を形成し、高温状態に
対して低摩擦摺動状態を発揮させている。
In the sliding component for a mechanical seal according to the third aspect of the present invention, when the metal of the metal phosphate compound contains aluminum and / or zinc, aluminum reduces the friction coefficient at high temperatures. In addition, zinc is excellent in oxidation resistance, and in both cases, it effectively imparts oxidation resistance to carbon abrasion powder in a high temperature state and transfers it to the opposing sliding surface that slides. A film is formed and a low friction sliding state is exhibited against a high temperature state.

【0020】請求項4に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品は、含有層が酸化ケイ素の含有層と、ア
ルミニウムリン酸化合物の含有層との順に層状に形成さ
れているものである
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sliding part for a mechanical seal, wherein the containing layers are formed in the order of a silicon oxide containing layer and an aluminum phosphate compound containing layer.

【0021】請求項4に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品では、含有層が酸化ケイ素の含有層、ア
ルミニウムリン酸化合物の含有層の順に層状に形成され
ているので、境界摩擦状態では、アルミニウムリン酸化
合物の含有層が酸化ケイ素の含有層を保護すると共に、
低摩耗を維持し、更には、乾燥摩擦状態において低摩擦
を発揮する。
In the sliding part for a mechanical seal according to the present invention according to claim 4, since the containing layer is formed in the order of a silicon oxide-containing layer and an aluminum phosphate compound-containing layer, the boundary layer is in a state of boundary friction. , While the aluminum phosphate compound containing layer protects the silicon oxide containing layer,
It maintains low abrasion and exhibits low friction in a dry friction state.

【0022】請求項5に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品は、含有層がアルミニウムリン酸化合物
の含有層と、酸化ケイ素の含有層との順に層状に形成さ
れているものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the sliding component for a mechanical seal according to the present invention, wherein the containing layers are formed in the order of a layer containing an aluminum phosphate compound and a layer containing silicon oxide.

【0023】請求項5に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品では、摺動面の温度が100°C以上の
境界摩擦状態に於いては、気孔に形成された酸化ケイ素
の含有層が摺動面に供給されて酸化ケイ素により境界潤
滑状態に於いても低摩擦状態を発揮させる。そして、ア
ルミニウムリン酸化合物の含有層が高温になるにつれて
乾燥摩擦状態に移行したときに、高温に於ける低摩擦を
発揮させる。
In the sliding component for a mechanical seal according to the fifth aspect of the present invention, in a boundary friction state in which the temperature of the sliding surface is 100 ° C. or higher, the silicon oxide-containing layer formed in the pores is not formed. Supplied to the sliding surface, silicon oxide exerts a low friction state even in a boundary lubrication state. Then, when the layer containing the aluminum phosphate compound shifts to a dry friction state as the temperature increases, low friction at a high temperature is exhibited.

【0024】請求項6に係わる本発明のメカニカルシー
ル用の摺動部品の製造方法は、摺動面に気孔を有する摺
動部品に酸化ケイ素粒子分散液と金属リン酸化合物溶液
の混合溶液を含浸し、又は酸化ケイ素粒子分散液と金属
リン酸化合物溶液とリチウム化合物の混合溶液を含浸
し、その後に400°Cから1300°Cの範囲の温度
で熱処理して前記摺動面の前記気孔に前記混合溶液の乾
燥した含有層を形成するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sliding part for a mechanical seal, wherein a sliding part having pores on a sliding surface is impregnated with a mixed solution of a silicon oxide particle dispersion and a metal phosphate compound solution. Or impregnated with a mixed solution of a silicon oxide particle dispersion, a metal phosphate compound solution and a lithium compound, and then heat-treated at a temperature in the range of 400 ° C. to 1300 ° C. to fill the pores on the sliding surface with the pores. It forms a dry containing layer of the mixed solution.

【0025】請求項6に係わる本発明のメカニカルシー
ル用摺動部品の製造方法では、上記記載の溶液に含浸し
た後に、400°Cから1300°Cで乾燥すると請求
項1及び請求項2の作用効果が期待できる含浸層を成形
できる。特に、リチウム化合物が含浸後の熱処理に於け
る含浸物の吹き出しを押さえることができるために、繰
り返して含浸するすることなく、含有層の深さを深くす
ることができる。このため含有層の深さの調整を加減す
ることができ、作業時間が短縮できる。
In the method for manufacturing a sliding part for a mechanical seal according to the present invention according to claim 6, the impregnated solution is dried at 400 ° C. to 1300 ° C. An impregnated layer that can be expected to have an effect can be formed. In particular, since the blowing out of the impregnated material in the heat treatment after the impregnation of the lithium compound can be suppressed, the depth of the containing layer can be increased without repeatedly impregnating. Therefore, the adjustment of the depth of the containing layer can be adjusted, and the working time can be shortened.

【0026】請求項7に係わる本発明のメカニカルシー
ル用摺動部品の製造方法では、摺動面に気孔を有する摺
動部品に酸化ケイ素粒子分散液又は金属リン酸化合物溶
液のいずれか一方を含浸し、或いは酸化ケイ素粒子分散
液、又は金属リン酸化合物溶液及びリチウム化合物の混
合溶液のいずれか一方の液を含浸し、その後に400°
Cから1300°Cの範囲の温度で熱処理して前記摺動
面の前記気孔に前記含浸液の乾燥した一次含有層を形成
し、次に前記摺動面の前記気孔の一次含有層の上面に前
記他方の液を含浸し、その後に400°Cから1300
°Cの範囲の温度で熱処理して他方の液の乾燥した二次
含有層を形成するものである。
In the method for manufacturing a sliding part for a mechanical seal according to the present invention, the sliding part having pores on a sliding surface is impregnated with either a silicon oxide particle dispersion or a metal phosphate compound solution. Or impregnated with either one of a silicon oxide particle dispersion, or a mixed solution of a metal phosphate compound solution and a lithium compound, and then 400 °
A heat treatment at a temperature in the range of C to 1300 ° C. to form a dried primary containing layer of the impregnating liquid on the pores of the sliding surface, and then on the upper surface of the primary containing layer of the pores on the sliding surface. Impregnated with the other liquid, then from 400 ° C. to 1300
Heat treatment at a temperature in the range of ° C. to form a dried secondary containing layer of the other liquid.

【0027】請求項7に係わる本発明のメカニカルシー
ル用摺動部品の製造方法では、摺動面に気孔を有するカ
ーボン材の前記気孔に酸化ケイ素又は/及び金属リン酸
化合物或いはこれにリチウム化合物を含有する混合化合
物を順々に含浸させて各含浸後に400°Cから130
0°Cの温度で熱処理するとこの2層の含有層を各種組
み合わせた目的とする含有層を形成することができる。
そして、請求項4及び請求項5のような作用効果が可能
になる含有層を成形できることになる。又、リチウム化
合物は、請求項6に記載のような作用効果が期待できる
ことになる。
In the method for manufacturing a sliding part for a mechanical seal according to the present invention, the pores of the carbon material having pores on the sliding surface are made of silicon oxide and / or a metal phosphate compound or a lithium compound. The mixed compounds contained are impregnated sequentially and after each impregnation 400 ° C. to 130 ° C.
When the heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C., the desired containing layer can be formed by variously combining these two containing layers.
Then, it is possible to form the containing layer that enables the functions and effects as described in the fourth and fifth aspects. Further, the lithium compound can be expected to have the function and effect as described in claim 6.

【0028】請求項8に係わる本発明の軸受用摺動部品
は、摺動面に気孔を有するカーボン材の前記気孔に酸化
ケイ素と金属リン酸化合物とを含む混合化合物の含有層
を有する
The sliding component for bearing according to the present invention according to claim 8 has a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound in the pores of a carbon material having pores on a sliding surface.

【0029】請求項8に係わる本発明の軸受用の摺動部
品は、熱処理炉、高温処理装置等の高温において使用さ
れる装置の軸受において、高温に伴う境界摩擦状態と乾
燥摩擦状態が共存する。このときに、酸化ケイ素の含有
層により耐酸化性と共に、耐摩耗性を発揮する。それ
は、酸化ケイ素が摺動面に形成されると、境界摩擦状態
でも摺動面において低摩擦が発揮されるからである。そ
して、境界摩擦状態に於いては、摺動面の気孔に設けら
れた含有層より摺動面に酸化ケイ素が供給される。
The sliding component for a bearing according to the present invention according to the present invention, in a bearing of a device used at a high temperature such as a heat treatment furnace or a high temperature processing device, a boundary friction state and a dry friction state associated with a high temperature coexist. . At this time, the silicon oxide-containing layer exhibits wear resistance as well as oxidation resistance. This is because when silicon oxide is formed on the sliding surface, low friction is exerted on the sliding surface even in a boundary friction state. In the boundary friction state, silicon oxide is supplied to the sliding surface from the containing layer provided in the pores of the sliding surface.

【0030】又、高温状態、或いは摺動面の摺動発熱な
どにより更に高温に上昇すると乾燥摩擦状態と移行する
から、耐酸化性のカーボン摩耗粉が対向する摺動面に移
動して付着することにより、低摩擦を発揮するものと実
験した結果から考えられる。これは、金属リン酸化合物
がカーボン摩耗粉に耐酸化性を与えることが移着する含
有層の形成要因とも考えられる。従って、酸化ケイ素と
金属リン酸化合物との含有層による耐摩耗性の効果、更
には金属リン酸化合物によるカーボン粉との共同作用の
低摩擦効果が得られるものと認められる。
Further, when the temperature further rises due to the high temperature state or the sliding surface heat generation, the state shifts to the dry friction state, so that the oxidation-resistant carbon abrasion powder moves and adheres to the opposing sliding surface. It is considered from the result of the experiment that it exerts low friction. This is also considered to be a factor in forming the containing layer to which the metal phosphate compound imparts oxidation resistance to the carbon wear powder. Therefore, it is recognized that the effect of abrasion resistance by the layer containing the silicon oxide and the metal phosphate compound and the low friction effect of the synergistic action of the metal phosphate compound with the carbon powder can be obtained.

【0031】請求項9に係わる本発明の軸受用の摺動部
品は、摺動面に気孔を有するカーボン材の前記気孔に酸
化ケイ素と金属リン酸化合物とリチウム化合物とを含む
混合化合物の含有層を有するものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a sliding component for a bearing according to the present invention, wherein the pores of a carbon material having pores on a sliding surface contain a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound in the pores. It has.

【0032】請求項9に係わる本発明の軸受用の摺動部
品は、熱処理炉、或いはガスタービン等の高温において
使用される装置の軸受において、酸化ケイ素と金属リン
酸化合物とリチウム化合物の混合化合物によって形成さ
れる含有層が、軸受に於いて請求項1及び請求項2に記
載したと同様な作用効果が得られることが認めれる。特
に、リチウム化合物がカーボン粉等に対して耐酸化性の
付与に良好な作用を与えると共に、含有層の製造工程を
簡素化し、且つ品質管理を容易にさせる効果が期待でき
る。尚、以上に記載した400°Cから1300°Cの
熱処理温度は、好ましくは500°Cから1200°C
にすると更に好ましい温度となる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a sliding part for a bearing used in a device used at a high temperature, such as a heat treatment furnace or a gas turbine, in a bearing compound of a silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound. It can be recognized that the containing layer formed by the above provides the same function and effect as described in claims 1 and 2 in the bearing. In particular, the lithium compound has a good effect on imparting oxidation resistance to carbon powder and the like, and is expected to have an effect of simplifying the production process of the containing layer and facilitating quality control. The heat treatment temperature of 400 ° C. to 1300 ° C. described above is preferably 500 ° C. to 1200 ° C.
When it is set, the temperature becomes more preferable.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
を示す摺動部品を詳述する。本発明は、カーボン材料を
加工して摺動部品に形成すると、摺動面には気孔が形成
される。これらのカーボン材料は、コークス、カーボン
ブラック、黒鉛等の微粉末にタールやピッチなど炭化性
のバインダーを加えて混合すると共に、混練工程を経
て、その後に窒素等の非酸化性の雰囲気中で1000°
Cから1500°Cで焼成してバインダーを炭化させる
方法が採用される。そして、炭素質カーボン材料、黒鉛
質カーボン材料等を成形する。これらは、2500°C
から3000°Cに焼成して全体を黒鉛質に変化させる
方法も採用される。又、微細な気孔を更に小さく調整す
る方法は、熱硬化性合成樹脂等の炭化性有機物を含浸さ
せた後に、再焼成して有機物を炭化させる方法もある、
これらの気孔の最適な大きさの成形は、含有させる材料
成分の他に、成形方法、焼成方法等を組み合わせて簡単
に気孔を成形することが可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a sliding component according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In the present invention, when a carbon material is processed to form a sliding component, pores are formed on the sliding surface. These carbon materials are mixed with a fine powder of coke, carbon black, graphite or the like, added with a carbonizable binder such as tar or pitch, mixed, and then kneaded. °
A method is employed in which the binder is carbonized by firing at 1500 ° C. from C. Then, a carbonaceous carbon material, a graphitic carbon material, or the like is formed. These are 2500 ° C
To 3000 ° C. to change the whole into graphite. In addition, there is also a method of adjusting the fine pores to be smaller, after impregnating a carbonizable organic material such as a thermosetting synthetic resin, and then refiring to carbonize the organic material.
The formation of these pores having the optimum size can be easily performed by combining a molding method, a firing method, and the like in addition to the material components to be contained.

【0034】この様にして成形すると共に、それを加工
して形成された摺動部品の摺動面に酸化ケイ素粒子分散
液と金属リン酸化合物溶液の混合溶液を含浸し、又は酸
化ケイ素粒子分散液と金属リン酸化合物溶液とリチウム
化合物の混合溶液を含浸し、その後に400°Cから1
300°Cの範囲の温度で熱処理して摺動面の気孔に混
合溶液の乾燥した含有層を形成する。この様にして請求
項6の含有層は製造される。
The sliding surface of a sliding part formed by processing and forming the same in this manner is impregnated with a mixed solution of a silicon oxide particle dispersion and a metal phosphate compound solution, or Solution, a mixed solution of a metal phosphate compound solution and a lithium compound and then impregnated at 400 ° C.
Heat treatment is performed at a temperature in the range of 300 ° C. to form a dry containing layer of the mixed solution in the pores of the sliding surface. Thus, the content layer of claim 6 is manufactured.

【0035】又、摺動面に気孔を有する摺動部品に酸化
ケイ素粒子分散液又は金属リン酸化合物溶液のいずれか
一方を含浸し、或いは、酸化ケイ素粒子分散液、又は金
属リン酸化合物溶液及びリチウム化合物の混合溶液のい
ずれか一方の液を含浸し、その後に400°Cから13
00°Cの範囲の温度で熱処理して摺動面の気孔に含浸
液を乾燥させて一次含有層を形成し、次に摺動面の気孔
の一次含有層の上面に他方の液を含浸し、その後に40
0°Cから1300°Cの範囲の温度で熱処理して他方
の液を乾燥させて二次含有層を形成するものである。こ
の様にして、請求項7の含有層は製造される。
A sliding part having pores on its sliding surface is impregnated with either a silicon oxide particle dispersion or a metal phosphate compound solution, or a silicon oxide particle dispersion or a metal phosphate compound solution and Impregnating either one of the lithium compound mixed solution, and then
Heat treatment at a temperature in the range of 00 ° C. to dry the impregnating liquid in the pores of the sliding surface to form a primary containing layer, and then impregnate the upper surface of the primary containing layer of the pores in the sliding surface with the other liquid. And then 40
Heat treatment is performed at a temperature in the range of 0 ° C. to 1300 ° C. to dry the other liquid to form a secondary containing layer. In this way, the content layer of claim 7 is manufactured.

【0036】この摺動面の気孔に含浸層を形成させる方
法としては、含浸方法、コーテング方法、カーボン成形
前の原料段階での含浸層成分を混入する方法がある。
今、1例として、含浸方法の例を挙げると次の通りであ
る。化合物溶液の含浸剤を造り、真空加圧が可能な含浸
装置の容器内に摺動部品を投入して容器内を真空状態に
なるように真空引きをする。次に、含浸剤を容器内に投
入すると共に、窒素ガスなどを用いて加圧状態で一定時
間保持する。そして、含浸装置から摺動部品を取り出し
て、洗浄装置で洗浄した後に、乾燥装置により乾燥を行
う。その後に、金属リン酸化合物を結晶水の脱離等によ
り十分に緻密化する温度以上の雰囲気中で熱処理する。
この緻密化する温度は、化合物により異なるが、第1リ
ン酸アルミニュウムの場合には、400°C以上で処理
する。
As a method of forming an impregnated layer in the pores of the sliding surface, there are an impregnation method, a coating method, and a method of mixing an impregnated layer component in a raw material stage before carbon molding.
Now, as an example, an example of the impregnation method is as follows. An impregnating agent of the compound solution is prepared, and the sliding parts are put into a container of an impregnating device capable of applying a vacuum, and the container is evacuated to a vacuum state. Next, the impregnating agent is charged into the container, and is kept in a pressurized state using nitrogen gas or the like for a certain time. Then, the sliding component is taken out of the impregnating device, washed with a washing device, and then dried by a drying device. Thereafter, the metal phosphate compound is heat-treated in an atmosphere at or above a temperature at which the metal phosphate compound is sufficiently densified by desorption of water of crystallization or the like.
The densification temperature varies depending on the compound, but in the case of the first aluminum phosphate, the treatment is performed at 400 ° C. or more.

【0037】この様にして形成された含有層により、摺
動面の高温度、高湿度において、例えば、蒸気を伴う1
00°C以上の温度に対し、カーボン材の耐酸化性を向
上させると共に、低摩擦状態を発揮させるものである。
これらは、カーボン材の摺動面に形成した気孔に酸化ケ
イ素と金属リン酸化合物とを含む混合化合物の含有層に
よって摺動面に耐酸化性を付与すると共に、低摩擦を維
持するものである。
By the containing layer formed in this manner, for example, when the temperature of the sliding surface is high and the humidity is high, for example,
It is intended to improve the oxidation resistance of the carbon material and to exhibit a low friction state at a temperature of 00 ° C. or higher.
These provide oxidation resistance to the sliding surface by a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound in pores formed on the sliding surface of the carbon material, and maintain low friction. .

【0038】そして、温度の上昇に伴う摺動状態で境界
摩擦状態と乾燥摩擦状態とが進行することになるが、特
に、摺動面に雰囲気中の蒸気が介在する場合でも、含有
層の酸化ケイ素と金属リン酸化合物とが協同してカーボ
ン材に対し耐摩耗性を発揮させる。更に、酸化ケイ素が
摺動面の水潤滑下の状態でも極めて低摩擦を維持させて
いる。又、高温水が摺動面に残留した境界摩擦状態に於
いても摺動面の気孔から供給される酸化ケイ素により摺
動面の低摩擦が効果的に維持されている。
The boundary frictional state and the dry frictional state progress in the sliding state accompanying the rise in temperature. In particular, even when the vapor in the atmosphere intervenes on the sliding surface, the oxidation of the containing layer occurs. Silicon and the metal phosphate compound cooperate to exert abrasion resistance on the carbon material. Furthermore, the silicon oxide maintains extremely low friction even when the sliding surface is under water lubrication. Further, even in a boundary friction state in which high-temperature water remains on the sliding surface, low friction of the sliding surface is effectively maintained by silicon oxide supplied from pores of the sliding surface.

【0039】更には、摺動面の摺動発熱などにより更な
る高温に上昇する乾燥摩擦状態では、金属リン酸化合物
の作用によりカーボン摩耗粉が対向する摺動面に移動し
て付着させる働きにより低摩擦を発揮されるものと考え
られる。これは、金属リン酸化合物がカーボン摩耗粉に
耐酸化性を与えて移着膜を形成する働きがあるものと考
えられる。
Further, in a dry friction state in which the temperature rises to a higher temperature due to sliding heat generated on the sliding surface, the carbon phosphate powder moves and adheres to the opposite sliding surface by the action of the metal phosphate compound. It is considered that low friction is exhibited. This is presumably because the metal phosphate compound imparts oxidation resistance to the carbon abrasion powder to form a transfer film.

【0040】カーボン材の摺動面の気孔に酸化ケイ素と
金属リン酸化合物とリチウム化合物とを含む混合化合物
の含有層を形成することにより、カーボン材に対して更
に耐酸化性を向上させることが可能になる。そして、カ
ーボン材の摺動部品では、酸化ケイ素と金属リン酸化合
物とリチウム化合物の混合化合物によっても同様な作用
効果が得られることが認めれる。特に、リチウム化合物
がカーボン材に含有層を形成する過程で含浸物の吹き出
しを防止して含有層の厚さを厚くすることを可能にす
る。このために、何回もの含浸工程作業を行うことな
く、1回の含浸工程で含有層が成形でき、その含有層に
より低摩耗の効果が得られる。
By forming a layer containing a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound in the pores of the sliding surface of the carbon material, the oxidation resistance of the carbon material can be further improved. Will be possible. And, in the sliding parts made of carbon material, it is recognized that a similar effect can be obtained by a mixed compound of silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound. In particular, it is possible to increase the thickness of the containing layer by preventing the impregnation from being blown out in the process of forming the containing layer on the carbon material with the lithium compound. For this reason, the content layer can be formed in one impregnation process without performing many impregnation process operations, and the effect of low abrasion can be obtained by the content layer.

【0041】カーボン材の摺動面の気孔には、金属リン
酸化合物の金属がアルミニウムおよび/または亜鉛を含
むものにあっては、これらの金属が、耐酸化性の向上に
優れた効果を発揮する。特に高温において、亜鉛は、カ
ーボン摩耗粉に耐酸化性を効果的に付与し、摺動する対
向摺動面に移着させて低摩擦状態を維持させる。又、ア
ルミにウムは、高温度につれても低摩擦摺動状態を維持
させている。
In the pores of the sliding surface of the carbon material, when the metal of the metal phosphate compound contains aluminum and / or zinc, these metals exhibit an excellent effect of improving the oxidation resistance. I do. Particularly at high temperatures, zinc effectively imparts oxidation resistance to the carbon abrasion powder and transfers it to the opposing sliding surface to maintain a low friction state. Aluminum also maintains a low friction sliding state even at high temperatures.

【0042】カーボン材の摺動面の気孔に酸化ケイ素の
含有層と、アルミニウムリン酸化合物の含有層との順に
含有層が層状に形成されることにより、アルミニウムリ
ン酸化合物の含有層が酸化ケイ素の含有層を保護すると
共に、200°C位から低摩擦を発揮させ、更に温度が
上昇して乾燥摩擦状態に移行しても低摩擦を維持する。
The silicon oxide-containing layer and the aluminum phosphate compound-containing layer are formed in layers in the pores of the sliding surface of the carbon material in this order, so that the aluminum phosphate compound-containing layer becomes silicon oxide. And a low friction is exerted from about 200 ° C., and the low friction is maintained even when the temperature rises to shift to a dry friction state.

【0043】含有層がアルミニウムリン酸化合物の含有
層と、酸化ケイ素の含有層との順に層状に形成されてい
るものにあっては、摺動面の温度が100°C以上の境
界摩擦状態に於いては、気孔に形成された酸化ケイ素の
含有層が摺動面に供給されて蒸気が伴う雰囲気中でも低
摩擦状態を維持して摺動面の摩耗を防止する。そして、
アルミニウムリン酸化合物の含有層が高温になるにつれ
て乾燥摩擦状態に移行しても、高温に於ける低摩擦状態
を維持させる。
In the case where the containing layer is formed in the order of a layer containing the aluminum phosphate compound and a layer containing silicon oxide, the sliding surface has a boundary friction state in which the temperature of the sliding surface is 100 ° C. or more. In this case, the silicon oxide-containing layer formed in the pores is supplied to the sliding surface to maintain a low friction state even in an atmosphere accompanied by steam, thereby preventing the sliding surface from being worn. And
Even if the layer containing the aluminum phosphate compound shifts to the dry friction state as the temperature increases, the low friction state at the high temperature is maintained.

【0044】以上は、メカニカルシールを例に説明して
きたが、軸受けに於いても同様な処理を行う。軸受用摺
動部品では、カーボン材の摺動面の気孔に酸化ケイ素と
金属リン酸化合物とを含む混合化合物の含有層を形成す
るものである。そして、酸化ケイ素が摺動面に形成され
ると、境界潤滑状態でも摺動面においては、極めて低摩
擦が発揮されるからである。又、軸受は、高温の境界摩
擦状態でも摺動面の気孔より摺動面に供給される酸化ケ
イ素により低摩擦が得られる。
Although the above description has been made with reference to the mechanical seal as an example, the same processing is performed in the bearing. In a bearing sliding component, a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound is formed in pores of a sliding surface of a carbon material. When silicon oxide is formed on the sliding surface, extremely low friction is exerted on the sliding surface even in the boundary lubrication state. Also, the bearing can obtain low friction by silicon oxide supplied to the sliding surface from the pores of the sliding surface even in a high-temperature boundary friction state.

【0045】更に、高温状態、或いは摺動面の摺動発熱
などにより更に高温に上昇すると乾燥摩擦状態と移行す
るから、耐酸化性のカーボン摩耗粉が対向する摺動面に
移動して付着することにより、低摩擦を発揮するものと
実験した結果から考えられる。 これは、金属リン酸化
合物がカーボン摩耗粉に耐酸化性を与えることが移着す
る含有層の形成要因とも考えられる。従って、酸化ケイ
素と金属リン酸化合物との含有層による耐摩耗性の効
果、更には金属リン酸化合物によるカーボン粉との共同
作用の低摩擦の効果が得られるものと認められる。
Further, when the temperature further rises due to a high temperature state or a sliding heat generated on the sliding surface, the state shifts to a dry friction state, so that the oxidation-resistant carbon abrasion powder moves and adheres to the facing sliding surface. It is considered from the result of the experiment that it exerts low friction. This is also considered to be a factor in forming the containing layer to which the metal phosphate compound imparts oxidation resistance to the carbon wear powder. Therefore, it is recognized that the effect of abrasion resistance by the layer containing the silicon oxide and the metal phosphate compound, and the effect of low friction due to the synergistic action of the metal phosphate compound with the carbon powder can be obtained.

【0046】更に、軸受用の摺動部品には、カーボン材
の摺動面の気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とリチ
ウム化合物とを含む混合化合物の含有層を形成するもの
である。そして、熱処理炉、高温処理装置等の高温にお
いて使用される軸受においても酸化ケイ素と金属リン酸
化合物とリチウム化合物の混合化合物によって形成され
る含有層が、高温下に伴う摺動面の耐酸化性と共に、耐
摩耗性の作用効果が得られる。特に、リチウム化合物が
カーボン粉等に対して耐酸化性の付与に良好な作用を与
えると共に、含有層の製造工程を簡素化し、且つ工程の
簡素化による品質管理を容易にさせる効化が期待でき
る。
Further, in a sliding part for a bearing, a layer containing a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound is formed in pores of a sliding surface of a carbon material. Also, in bearings used at high temperatures such as heat treatment furnaces and high-temperature processing equipment, the content layer formed by a mixed compound of silicon oxide, metal phosphate compound and lithium compound has the oxidation resistance of the sliding surface at high temperatures. At the same time, the effect of wear resistance can be obtained. In particular, while the lithium compound has a good effect on imparting oxidation resistance to carbon powder and the like, the effect of simplifying the production process of the containing layer and facilitating quality control by simplifying the process can be expected. .

【0047】次に、図1は、本発明の摺動部品1をメカ
ニカルシールの回転密封環1Aとして取り付けた断面図
である。図1に於いて、回転密封環1Aのシール面の気
孔には本発明の含有層が形成されている。そして、固定
密封環2のシール面と対向接面して被密封流体をシール
する。このメカニカルシールは、コンプレッサ、エンジ
ン冷却水ポンプなどに設けられるもので、被密封流体が
高温状態で使用するものである。尚、3は軸であり、4
はケーシングである。そして、メカニカルシールのケー
ス5に取り付けられたばね6により回転密封環1Aを固
定密封環2へ押圧しているものである。
Next, FIG. 1 is a sectional view in which the sliding component 1 of the present invention is mounted as a rotary seal ring 1A of a mechanical seal. In FIG. 1, the content layer of the present invention is formed in the pores on the sealing surface of the rotary seal ring 1A. Then, the fluid to be sealed is sealed in contact with the sealing surface of the stationary sealing ring 2. This mechanical seal is provided in a compressor, an engine cooling water pump, or the like, and is used when the fluid to be sealed is in a high temperature state. 3 is an axis and 4 is
Is a casing. The rotary seal ring 1A is pressed against the fixed seal ring 2 by a spring 6 attached to the case 5 of the mechanical seal.

【0048】[0048]

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例を説明する。
以下に示す摺動試験は、図2に示す摩擦摩耗試験機によ
り実施した。この図2は、摩擦摩耗試験機の断面図であ
る。図2に於いて、10は、摩擦摩耗試験機である。摩
擦摩耗試験機10は試験用の高温水が入れられた液槽1
1が設けられており、液槽11の上部に回転軸12が設
けられていると共に、下部に保持部13が設けられてい
る。そして、回転軸12に回転摺動部品1Aを取り付け
ると共に、回転摺動部品1Aに対向する位置の保持部1
3に固定摺動部品1Bが取り付けられている。尚、回転
軸12側に取り付けられた回転摺動部品1Aが実施例の
テスト用摺動部品である。液槽11内には熱電対16が
設けられている。又、固定摺動部品1B側の保持部13
には、ロードセル17とカンチレバ18が設けられてい
る。そして、14は軸受である。
Next, specific embodiments of the present invention will be described.
The sliding test described below was performed using a friction and wear tester shown in FIG. FIG. 2 is a sectional view of the friction and wear tester. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a friction and wear tester. The friction and abrasion tester 10 is a liquid tank 1 containing high-temperature water for testing.
1, a rotary shaft 12 is provided at an upper portion of the liquid tank 11, and a holding portion 13 is provided at a lower portion. Then, the rotary sliding component 1A is attached to the rotary shaft 12, and the holding portion 1 at a position facing the rotary sliding component 1A
3 is provided with a fixed sliding part 1B. The rotary sliding component 1A attached to the rotary shaft 12 is the test sliding component of the embodiment. A thermocouple 16 is provided in the liquid tank 11. Also, the holding part 13 on the fixed sliding part 1B side
, A load cell 17 and a cantilever 18 are provided. Reference numeral 14 denotes a bearing.

【0049】以下の実施例及び比較例は、上述のリング
オンリングタイプの摩擦摩耗試験装置により、以下の試
験条件で実施した 本摺動条件 被密封流体 :温水 温水の温度 :100°C 摺動速度 :2m/s 摺動面圧 :0.6MPa 摺動時間 :3時間 固定密封環(1B) :炭化クロムコーテングステンレ
ス摺動材
The following Examples and Comparative Examples were conducted under the following test conditions using the above-mentioned ring-on-ring type friction and wear test apparatus. Main sliding conditions Sealed fluid: hot water Hot water temperature: 100 ° C. Sliding Speed: 2 m / s Sliding surface pressure: 0.6 MPa Sliding time: 3 hours Fixed sealing ring (1B): Chromium carbide coated stainless sliding material

【0050】実施例1 平均粒度0.010mmの人造黒鉛50wt%と、コー
ルタールピッチ45wt%と、フェノール樹脂5wt%
とを均一に混合し、しかる後に、加圧ニーダーを用いて
160°Cの温度で混練作業を60分間実施した。そし
て、冷却後に自由ミルを用いて100メッシュ以下に粉
砕し、成形用粉末に形成した。次に、この成形用粉末を
成形プレスにより成形する。この成形条件は、成形圧力
130MPaで5分間保持して成形品を得た。この成形
品を2500°CArのガス雰囲気中で熱処理してショ
ア硬度74、比重1.78、気孔率15%の黒鉛化カー
ボン焼結品を得た。
Example 1 50 wt% of artificial graphite having an average particle size of 0.010 mm, 45 wt% of coal tar pitch, and 5 wt% of phenol resin
Was uniformly mixed, and thereafter, a kneading operation was performed for 60 minutes at a temperature of 160 ° C. using a pressure kneader. Then, after cooling, it was pulverized to 100 mesh or less using a free mill to form a molding powder. Next, this molding powder is molded by a molding press. The molding conditions were maintained at a molding pressure of 130 MPa for 5 minutes to obtain a molded product. This molded product was heat-treated in a gas atmosphere of 2500 ° C Ar to obtain a graphitized carbon sintered product having a Shore hardness of 74, a specific gravity of 1.78, and a porosity of 15%.

【0051】この焼結品の含浸は含浸装置の含浸容器内
に焼結品を投入して0.01kPaになるまで真空引き
を行った後に、シリカゾル(日産化学工業製スノーテッ
クス0)64wt%と、第1リン酸アルミニウム溶液
(多木化学製第1リン酸アルミニウム)36%の混合化
合物の溶液を含浸容器内に注入した。そして、20分間
保持した後に、窒素ガスを用いて900kPaに加圧
し、60分間保持することにより加圧状態で含浸した。
その後、大気圧に開放して含浸後の焼結品を取り出し
た。
The impregnation of this sintered product is performed by charging the sintered product into an impregnation vessel of an impregnating apparatus, performing evacuation until the pressure reaches 0.01 kPa, and then adding 64 wt% of silica sol (Snowtex 0 manufactured by Nissan Chemical Industries). Then, a solution of a mixed compound of 36% of a first aluminum phosphate solution (first aluminum phosphate manufactured by Taki Kagaku) was injected into the impregnation vessel. Then, after holding for 20 minutes, the pressure was increased to 900 kPa using nitrogen gas, and impregnation was performed by holding for 60 minutes.
Thereafter, the sintered product was opened to atmospheric pressure and the impregnated sintered product was taken out.

【0052】この焼結品を洗浄すると共に乾燥し、その
後にArガス雰囲気中で1000°Cの温度で1時間保
持して熱処理を終了した。この様にして成形した摺動部
品の気孔に形成された含有層を光学顕微鏡、走査形電子
顕微鏡により確認した。そして、この摺動部品1を図2
に示す摩擦摩耗試験機に回転摺動部品1Aとして取り付
けてテストを行った。この結果は表1に示すとおりであ
る。
The sintered product was washed and dried, and then kept at a temperature of 1000 ° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere to complete the heat treatment. The content layer formed in the pores of the thus formed sliding part was confirmed by an optical microscope and a scanning electron microscope. Then, this sliding part 1 is shown in FIG.
The test was carried out by attaching to a friction and wear tester shown in FIG. The results are as shown in Table 1.

【0053】実施例2 実施例1と同一の黒鉛化カーボン焼結品にシリカゾル
(日産化学工業製スノーテックス0)61wt%と、第
1リン酸アルミニウム溶液(多木化学製第1リン酸アル
ミニウム)35wt%と、リン酸リチウム(純正化学株
製)4wt%との混合化合物の溶液を含浸して実施例1
と同様に処理し、黒鉛化カーボン焼結品を摺動部品に加
工形成した。この摺動部品を回転摺動部品1Aとして図
2の摩耗摩擦試験機に取り付けて試験した。その結果は
表1の通りである。
Example 2 The same graphitized carbon sintered product as in Example 1 was mixed with 61 wt% of silica sol (Snowtex 0 manufactured by Nissan Chemical Industries) and a first aluminum phosphate solution (first aluminum phosphate manufactured by Taki Kagaku). Example 1 by impregnating with a solution of a mixed compound of 35 wt% and 4 wt% of lithium phosphate (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.)
In the same manner as described above, a graphitized carbon sintered product was processed and formed into a sliding part. This sliding part was mounted on a wear friction tester shown in FIG. 2 as a rotating sliding part 1A and tested. Table 1 shows the results.

【0054】比較例1 実施例1と同一の黒鉛化カーボン焼結品を未含浸状態で
回転摺動部品として摩耗摩擦試験機に取付けて試験し
た。その結果は表1に通りである。
Comparative Example 1 The same graphitized carbon sintered product as in Example 1 was tested in a non-impregnated state as a rotary sliding part mounted on a wear friction tester. The results are shown in Table 1.

【0055】比較例2 実施例1と同一の黒鉛化カーボン焼結品に1リン酸アル
ミニウム溶液(多木化学製第1リン酸アルミニウム)9
3wt%と、リン酸リチウム(純正化学株製)7wt%
との混合化合物の溶液を含浸し、実施例1と同様に処理
した回転摺動部品1Aを摩耗摩擦試験機に取付けて試験
した。その結果は表1の通りである。
Comparative Example 2 The same graphitized carbon sintered product as in Example 1 was added to an aluminum monophosphate solution (aluminum monophosphate manufactured by Taki Kagaku) 9
3wt%, 7wt% lithium phosphate (Junsei Chemical Co., Ltd.)
A rotary sliding component 1A impregnated with a solution of the mixed compound of Example 1 and treated in the same manner as in Example 1 was attached to a wear friction tester and tested. Table 1 shows the results.

【0056】比較例3 実施例1と同一の黒鉛化カーボン焼結品にシリカゾル
(日産化学工業製スノーテックス0)を含浸し、実施例
1と同様に処理した回転摺動部品1Aを摩耗摩擦試験機
に取付けて試験した。その結果は表1の通りである。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 The same graphitized carbon sintered product as in Example 1 was impregnated with silica sol (Snowtex 0 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), and a rotary sliding part 1A treated in the same manner as in Example 1 was subjected to a wear friction test. It was mounted on a machine and tested. Table 1 shows the results.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】以上の試験の結果、実施例1及び2は、比
較例1に対しては30%を越える摩耗量を低減すること
が判明した。又、比較例2に対しては20%を超える摩
耗量を低減することが認められる。
As a result of the above test, it was found that Examples 1 and 2 reduced the amount of wear by more than 30% as compared with Comparative Example 1. Further, it is recognized that the amount of abrasion exceeding 20% is reduced with respect to Comparative Example 2.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明に係わる摺動部品は、メカニカル
シールの回転密封環として高温度に於ける耐酸化性に優
れている。又、摺動面の摩擦抵抗は、酸化ケイ素と金属
リン酸化合物とを含む混合化合物の含有層、又は酸化ケ
イ素と、金属リン酸化合物及びリチウム化合物の混合化
合物とを含む含有層の介在により小さくできると共に、
摺動面の摩耗量が低減できる効果を奏する。特に、高温
度に於ける境界摩擦状態及び乾燥摩擦状態の摺動面の摩
擦抵抗を小さくしてその摩耗量を低減できる効果を奏す
る。更に、高温の境界摩擦摺動状態でも密封環の摺動面
の酸化ケイ素の作用により摩擦抵抗を小さくさせて摩耗
量を減少する効果が期待できる。
The sliding component according to the present invention is excellent in oxidation resistance at high temperatures as a rotary seal ring of a mechanical seal. Further, the frictional resistance of the sliding surface is reduced due to the interposition of a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound, or a layer containing a mixed compound of silicon oxide and a metal phosphate compound and a lithium compound. While you can
This has the effect of reducing the amount of wear on the sliding surface. In particular, there is an effect that the frictional resistance of the sliding surface in the boundary friction state and the dry friction state at a high temperature can be reduced to reduce the wear amount. Furthermore, even in a high-temperature boundary friction sliding state, the effect of reducing the frictional resistance by the action of silicon oxide on the sliding surface of the sealing ring and reducing the wear amount can be expected.

【0060】本発明に係わる摺動部品は、軸受の摺動部
として高温度に於ける耐酸化性に優れた効果を発揮す
る。更に、摺動面の摩擦抵抗は、酸化ケイ素と金属リン
酸化合物とを含む混合化合物の含有層、又は酸化ケイ素
と、金属リン酸化合物及びリチウム化合物の混合化合物
とを含む含有層によって小さくなると共に、摺動面の摩
耗量が低減できる効果を奏する。特に、高温度の蒸気雰
囲気中に於いて、境界摩擦状態及び乾燥摩擦状態の摺動
面の摩擦抵抗を小さくしてその摩耗量を低減できる効果
を奏する。更に、高温の境界摩擦摺動状態でも軸受の摺
動面に於ける酸化ケイ素の作用により摩擦抵抗を小さく
させて摩耗量を減少する効果が期待できる。
The sliding component according to the present invention exerts an excellent effect on oxidation resistance at high temperatures as a sliding portion of a bearing. Further, the frictional resistance of the sliding surface is reduced by a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound, or a layer containing a mixed compound of silicon oxide and a metal phosphate compound and a lithium compound, and This has the effect of reducing the amount of wear on the sliding surface. Particularly, in a high-temperature steam atmosphere, the frictional resistance of the sliding surface in the boundary friction state and the dry friction state can be reduced to reduce the wear amount. Furthermore, even in a high-temperature boundary friction sliding state, the effect of reducing the frictional resistance by the action of silicon oxide on the sliding surface of the bearing and reducing the wear amount can be expected.

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

【図1】本発明に係わる摺動部品を密封環として取り付
けたメカニカルシールの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a mechanical seal to which a sliding component according to the present invention is attached as a sealing ring.

【図2】本発明の摺動部品を試験した摩擦摩耗試験機の
要部の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a friction and wear tester that tests a sliding component of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 摺動部品 11 液槽 1A 回転密封環 12 回転軸 2 固定密封環 13 保持部 3 軸 14 軸受け 4 ケーシング 16 熱電対 5 ケース 17 ロード
セル 1 ばね 18 カンチ
レバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sliding component 11 Liquid tank 1A Rotating sealing ring 12 Rotating shaft 2 Fixed sealing ring 13 Holder 3 Shaft 14 Bearing 4 Casing 16 Thermocouple 5 Case 17 Load cell 1 Spring 18 Cantilever

───────────────────────────────────────────────────── 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) // C10N 10:02 C10N 10:02 10:04 10:04 10:06 10:06 20:06 20:06 Z 30:06 30:06 30:08 30:08 40:02 40:02 40:34 40:34 70:00 70:00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // C10N 10:02 C10N 10:02 10:04 10:04 10:06 10:06 20:06 20: 06 Z 30:06 30:06 30:08 30:08 40:02 40:02 40:34 40:34 70:00 70:00

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 摺動面に気孔を有するカーボン材の前記
気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とを含む混合化合
物の含有層を有することを特徴とするメカニカルシール
用の摺動部品
1. A sliding part for a mechanical seal, characterized in that a carbon material having pores on a sliding surface has a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound in the pores.
【請求項2】 摺動面に気孔を有するカーボン材の前記
気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とリチウム化合物
とを含む混合化合物の含有層を有することを特徴とする
メカニカルシール用の摺動部品。
2. A sliding part for a mechanical seal, characterized in that a carbon material having pores on a sliding surface has a layer containing a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound in the pores. .
【請求項3】 前記金属リン酸化合物の金属がアルミニ
ウムおよび/または亜鉛を含むことを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載のメカニカルシール用の摺動部
品。
3. The sliding part for a mechanical seal according to claim 1, wherein the metal of the metal phosphate compound contains aluminum and / or zinc.
【請求項4】 前記含有層が酸化ケイ素の含有層と、ア
ルミニウムリン酸化合物の含有層との順に層状に形成さ
れていることを特徴とする請求項1に記載のメカニカル
シール用の摺動部品。
4. The sliding component for a mechanical seal according to claim 1, wherein the containing layer is formed in a layered order in the order of a silicon oxide containing layer and an aluminum phosphate compound containing layer. .
【請求項5】 前記含有層がアルミニウム酸化合物の含
有層と、酸化ケイ素の含有層との順に層状に形成されて
いることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシー
ル用の摺動部品。
5. The sliding component for a mechanical seal according to claim 1, wherein the containing layer is formed in the order of a layer containing an aluminum oxide compound and a layer containing silicon oxide.
【請求項6】 摺動面に気孔を有する摺動部品に酸化ケ
イ素粒子分散液と金属リン酸化合物溶液との混合溶液を
含浸し、又は酸化ケイ素粒子分散液と金属リン酸化合物
溶液とリチウム化合物との混合溶液を含浸し、その後に
400°Cから1300°Cの範囲の温度で熱処理して
前記摺動面の前記気孔に前記混合溶液の乾燥した含有層
を形成することを特徴とする摺動部品の製造方法。
6. A sliding component having pores on a sliding surface is impregnated with a mixed solution of a silicon oxide particle dispersion and a metal phosphate compound solution, or a silicon oxide particle dispersion, a metal phosphate compound solution and a lithium compound. And then heat-treating at a temperature in the range of 400 ° C. to 1300 ° C. to form a dry containing layer of the mixed solution in the pores of the sliding surface. Method of manufacturing moving parts.
【請求項7】 摺動面に気孔を有する摺動部品に酸化ケ
イ素粒子分散液又は金属リン酸化合物溶液のいずれか一
方を含浸し、或いは酸化ケイ素粒子分散液又は金属リン
酸化合物溶液及びリチウム化合物の混合溶液のいずれか
一方の液を含浸し、その後に400°Cから1300°
Cの範囲の温度で熱処理して前記摺動面の前記気孔に前
記含浸液の乾燥した一次含有層を形成し、次に前記摺動
面の前記気孔の一次含有層の上面に前記他方の液を含浸
し、その後に400°Cから1300°Cの範囲の温度
で熱処理して他方の液の乾燥した二次含有層を形成する
ことを特徴とする摺動部品の製造方法。
7. A sliding component having pores on a sliding surface is impregnated with either a silicon oxide particle dispersion or a metal phosphate compound solution, or a silicon oxide particle dispersion or a metal phosphate compound solution and a lithium compound. Impregnated with either one of the mixed solutions, and then from 400 ° C. to 1300 °
C. heat treatment at a temperature in the range of C to form a dried primary containing layer of the impregnating liquid in the pores of the sliding surface, and then apply the other liquid on the upper surface of the primary containing layer of the pores in the sliding surface. And then heat-treating at a temperature in the range of 400 ° C. to 1300 ° C. to form a dry secondary containing layer of the other liquid.
【請求項8】 摺動面に気孔を有するカーボン材の前記
気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とを含む混合化合
物の含有層を有することを特徴とする軸受用の摺動部品
8. A sliding part for a bearing, characterized in that said sliding part has a layer containing a mixed compound containing silicon oxide and a metal phosphate compound in said pores of a carbon material having pores on a sliding surface.
【請求項9】 摺動面に気孔を有するカーボン材の前記
気孔に酸化ケイ素と金属リン酸化合物とリチウム化合物
とを含む混合化合物の含有層を有することを特徴とする
軸受用の摺動部品
9. A sliding part for a bearing, wherein the carbon material having pores on a sliding surface has a layer containing a mixed compound containing silicon oxide, a metal phosphate compound and a lithium compound in the pores.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015063573A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 Ntn株式会社 Solid lubricant
CN107084312A (en) * 2017-04-05 2017-08-22 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 A kind of Blast Furnace Gas Turbine nitrogen-sealed system
JP2018111837A (en) * 2018-04-20 2018-07-19 Ntn株式会社 Solid lubricant and its production method
US10760616B2 (en) 2013-09-19 2020-09-01 Ntn Corporation Solid lubricant and solid-lubrication rolling bearing

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