JP2003160831A - 耐摩耗性に優れるコバルト基焼結体製制動材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】数トン〜数十トンにも及ぶ装置全体の落下を支
えつつ、安全に摺動させるような極めて苛酷な条件での
使用に耐え、優れた摺動性を維持しつつ耐摩耗性に優れ
る制動材が求められていた。 【解決する手段】コバルト基合金を必須成分とし、Ｓ
ｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂの少なくとも１種から選ばれる金属の炭化物、窒化
物、酸化物、硼化物の少なくとも１種からなる無機物か
らなるコバルト基焼結体によって、高荷重負荷条件下で
の摺動性および耐摩耗性を併せ持つ制動材が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に衝撃が強度で
ある摩擦条件下で優れた摺動性を発揮するコバルト基焼
結体製制動材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の焼結摩擦部材は、硫化物、燐、カ
ーボン、窒化硼素などの潤滑成分を鉄、銅系の金属と共
に焼結したものであった。これらは、摺動性に優れ、安
価に製造できる特徴から広く用いられてきた。例えば特
開平５−１７９２３２号公報には銅合金とフィラーより
構成されるブレーキ用焼結金属摩擦材が開示されてい
る。また特開２０００−１７０９２４号公報には、WCに
カーボン粒子を配合した摺動材が開示されている。

【０００３】

【解決すべき問題点】従来の技術は、機械的な強度より
も摺動性が重要視されてきた。しかし、機械的な衝撃に
ついては機械部品といしての範囲が想定されており、例
えば数トン〜数十トンにも及ぶ装置全体の落下を支えつ
つ、安全に摺動させるような極めて苛酷な条件での使用
に耐えるものはなかった。

【０００４】特開平５−１７９２３２号公報は、二輪車
などの制動部材としては優れた耐摩耗性・摺動性を有す
るもの、数トンから数十トンもの高荷重摺動条件下にお
いては、耐摩耗性が不十分であった。また、特開２００
０−１７０９２４号公報のように、摺動性に優れるカー
ボン粒子を用いることで、摺動部材として優れた性能を
発揮するものの、従来には見られない高荷重下では、破
損に至る恐れがある。そのため、高い強度を有し、かつ
摺動性に優れ、さらに耐摩耗性を併せ持つ制動材が求め
られていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、長年、本
分野の研究を重ねた結果、コバルト基合金を必須成分と
し、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂの少なくとも１種から選ばれる金属の炭化物、
窒化物、酸化物、硼化物の少なくとも１種からなる無機
物からなるコバルト基焼結体製制動材が、高い強度を有
し、かつ摺動性に優れ、さらに耐摩耗性を併せ持つ制動
材であることを見出したものである。

【０００６】コバルト基合金は強度が高く、かつ衝撃に
よる破壊に抵抗する靭性が優れる。ただし、数トンから
数十トンもの高荷重摺動条件下においては耐摩耗性が不
十分であるが、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの少なくとも１種から選ばれる金属
の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物の少なくとも１種か
らなる無機物と焼結体を形成することによって、優れた
摺動性を維持しつつ、耐摩耗性に優れる制動材が得られ
たものである。詳細については、以下に説明する。

【０００７】

【発明の実施の態様】コバルト基合金は、強度が高く、
かつ衝撃による破壊に抵抗する靭性が優れ、Ｓｉ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの少な
くとも１種から選ばれる金属の炭化物、窒化物、酸化
物、硼化物の少なくとも１種からなる無機物と焼結体を
形成することによって、優れた摺動性を維持しつつ、制
動材として優れた耐摩耗性を発揮するものである。ここ
で、コバルト基合金と類似の強度を有するものとして、
鉄族金属、具体的には鉄合金、ニッケル合金が挙げられ
る。しかし、本発明の無機物と焼結体を形成させた場合
は、焼結時に鉄合金が炭化物、窒化物中の炭素や窒素を
引き抜くため、結果的に脆い無機物などが形成され、衝
撃に対する抵抗である靭性が低下してしまう。また、ニ
ッケル合金は無機物との濡れ性が悪いため焼結性が劣
り、結果的に巣孔や無機物の凝集体が形成され易いた
め、強度が劣ってしまう。そのため、強度が高く、かつ
衝撃による破壊に抵抗する靭性が優れる制動材にはコバ
ルト基合金を必須とすることによって実現されるもので
ある。さらに、コバルト基合金は、コンクリートはもち
ろんのこと鉄および鉄合金、鉄錆との親和性が低いた
め、一般的な構造部材を相手材とするときには優れた摺
動性が得られる。

【０００８】本発明で限定するＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの少なくとも１種か
ら選ばれる金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物の少
なくとも１種からなる無機物はコバルト基合金との濡れ
性に優れ、かつ、硬度が高く、融点が高いことによる耐
熱性にも優れる。そこで、コバルト基合金と本発明で限
定するＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂの少なくとも１種から選ばれる金属の炭化
物、窒化物、酸化物、硼化物の少なくとも１種からなる
無機物を組み合わせた焼結体は、数トンから数十トンも
の高荷重摺動条件下においても優れた摺動性と高い耐摩
耗性が得られることを明らかにしたものである。

【０００９】コバルト基合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｃの少なくとも１種を0.05〜30wt%含有することに
よって、高い強度を維持しつつ、耐食性および摺動性が
向上するため好ましい。これらの含有元素は、0.05wt%
未満では所望の効果が得られず、30wt%より多くては含
有元素の析出による強度低下が起り易くなるため、0.05
〜30wt%と定めた。また、４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭
化物、窒化物、酸化物、硼化物、ダイヤモンド、ダイヤ
モンド状炭素の少なくとも１種または２種以上の単層も
しくは２層以上の複層からなる硬質物質を被覆したこと
によって、摺動性および耐摩耗性が向上するため好まし
い。具体的には、一般的に用いられている化学蒸着法や
物理蒸着法によって、0.3ミクロン程度から３０ミクロ
ン程度の各種被膜を形成するものである。

【００１０】また、コバルト基合金と共に焼結する無機
物は強度および靭性の観点からタングステンの炭化物が
好ましく、さらにタングステンの炭化物の結晶構造が、
六方晶であることがより好ましい。

【００１１】タングステンの炭化物は、平均粒径が１５
μｍ以上３５μｍ以下であることによって衝撃的な破壊
に対する抵抗が向上するため好ましい。また、無機物の
含有量は３０ｗｔ％より少なくては所望の耐摩耗性が得
られず、８０ｗｔ％より多くては焼結体の強度が低下し
易いため、３０〜８０ｗｔ％が好ましい範囲と定めた。
本発明の焼結体は粉末冶金法により最も優れた特性の焼
結体が得られ、コバルト基合金の粉末とWCやTiCN、TiB
２などの無機物を混合、プレス成形し、得られた成形体
を真空または不活性ガス雰囲気下、組成に応じて８００
〜１５００℃で焼結することによって得られる。相対密
度は強度の点から９５％以上が好ましい。

【００１２】

【実施例】５５ｗｔ％Co−４５WCを発明品１、４０Co−
５８WC−２TaCを発明品２、８０Co−１８WC−２TiB2を
発明品３とした。酸化アルミニウムを比較品１とし、４
０Cu−３０Ni−１０C−１０Zn−１０Feを比較品２、９
５Co−５Niを比較品３とした。作製した焼結体はリング
・オン・ブロック法により評価した。高速で回転する鉄
製リング上から各種焼結体に重りを載せて落下させ、摩
擦係数と摩耗量を測定するものである。鉄製リングの回
転速度は２００ｒｐｍ、重り重量は２００Kgとし、単位
面積あたりの荷重が２ｔｏｎ／ｃｍ２となる条件で１０
分間試験を行なった。試験結果を表1に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【発明の効果】以上の結果から、本発明品は優れた摺動
性を示すと共に、高い耐摩耗性を有することが明らかと
なった。それに比べて、比較品は、無機物のみからなる
比較品は破損に至り、それ以外の比較品は摩耗量が多い
ものであった。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｌ 29/02 29/02 Ｚ 29/12 29/12 Ｚ 29/14 29/14 Ｚ 29/16 29/16 Ｚ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コバルト基合金を必須成分とし、Ｓｉ、
   Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの
   少なくとも１種から選ばれる金属の炭化物、窒化物、酸
   化物、硼化物の少なくとも１種からなる無機物とからな
   るコバルト基焼結体製制動材
2. 【請求項２】Ｃｏ基合金が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、
   Ｃの少なくとも１種を0.05〜30wt%含有することを特徴
   とする請求項１に記載のコバルト基焼結体製制動材
3. 【請求項３】４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化
   物、酸化物、硼化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭
   素の少なくとも１種または２種以上の単層もしくは２層
   以上の複層からなる硬質物質を被覆したことを特徴とす
   る請求項１，２いずれか記載のコバルト基焼結体製制動
   材
4. 【請求項４】Ｗの炭化物とコバルト基合金からなるコバ
   ルト基焼結体製制動材
5. 【請求項５】Ｗの炭化物の結晶構造が、六方晶であるこ
   とを特徴とする請求項４記載のコバルト基焼結体製制動
   材
6. 【請求項６】タングステンの炭化物の平均粒径が、１５
   μｍ以上３５μｍ以下であることを特徴とする請求項１
   〜５いずれか記載のコバルト基焼結体製制動材
7. 【請求項７】無機物の含有量が、３０〜８０ｗｔ％であ
   ることを特徴とする請求項１記載のコバルト基焼結体製
   制動材