JP2004002939A - 鉄基焼結合金製オイルポンプローター - Google Patents
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Abstract
【課題】寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを提供する。
【解決手段】Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、必要に応じてＭｎ：０．００２５〜１．０５％および／またはＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらに必要に応じてＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、かつその組織は原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、この旧Ｆｅ粉末境界により区画された区画素地は、旧Ｆｅ粉末境界近傍におけるＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部におけるＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように濃度分布している。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、必要に応じてＭｎ：０．００２５〜１．０５％および／またはＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらに必要に応じてＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、かつその組織は原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、この旧Ｆｅ粉末境界により区画された区画素地は、旧Ｆｅ粉末境界近傍におけるＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部におけるＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように濃度分布している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、焼結技術が進歩し、各種機械部品も鉄基焼結合金で作られるようになり、寸法精度、強度および摺動性を必要とするオイルポンプローターについても鉄基焼結合金で大量に生産できるようになってきた。この鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、Ｆｅ粉末、Ｃｕ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末にさらに酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガンなどの各種金属酸化物粉末を０．０１〜０．２０％添加した混合粉末をプレス成形し、焼結することにより製造する（例えば、特開平６−４１６０９号公報参照）。
このようにして得られた鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕを含有する区画素地の集合体からなる素地中に、原料粉末として添加した金属酸化物粒子が主として気孔と旧Ｆｅ粉末境界に分散した組織を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のＦｅ粉末、Ｃｕ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末にさらに酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガンなどの金属酸化物粉末を０．０１〜０．２０％添加した混合粉末をプレス成形し、焼結する方法で製造した鉄基焼結合金からなるオイルポンプローターは、寸法精度はある程度改善されるものの十分ではなく、さらに強度および摺動性に関しても未だ十分ではないところから、一段と優れた寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターが求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、寸法精度、強度および摺動性に一層優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを開発すべく研究を行った。その結果、
（ａ）Ｆｅ粉末、黒鉛粉末、Ｃｕ粉末および金属酸化物粉末を配合し、混合し、成形し、燒結することにより得られた鉄基焼結合金からなる従来のオイルポンプローターは、Ｆｅ粉末、黒鉛粉末およびＣｕ粉末から成る混合粉末を焼結すると、焼結中にまずＣｕ粉末が溶解してＣｕ液相となり、このＣｕ液相はＦｅに対して濡れ性が良いためにＦｅ粉末境界に浸透し、Ｆｅ粉末同士の結合を分断させ、そのために焼結体の強度を低下させると共に焼結体を膨張させ、ひいては寸法精度の低下をもたらす、
（ｂ）かかる焼結体の強度を低下させることなく寸法精度を向上させるためには、原料粉末として、Ｃｕ粉末に代えて、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含むＣｕ合金粉末を使用し、Ｆｅ粉末に黒鉛粉末および前記Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含むＣｕ合金粉末を添加し、混合し、成形し、焼結すると、Ｃｕ合金液相とＦｅ粉末の濡れ性が悪化し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末境界への浸透が抑制されるために焼結体の膨張が抑制されて寸法精度が向上し、さらにＦｅ粉末同士の結合強度を低下させることがなく、また、酸素を金属酸化物粉末として添加するよりもＣｕ合金粉末に固溶させた状態で添加するとところから、鉄基焼結合金組織の高Ｃｕ濃度部分に酸素が濃化した組織が生成され、かかる組織は従来の金属酸化物粒子が分散する組織に比べて摺動性が向上し、したがって、この方法で得られたＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、寸法精度、強度および摺動性が共に一層優れる、
（ｃ）さらに原料粉末として用いるＣｕ合金粉末が、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％の他にさらにＭｎ：０．５〜１５％を含むＣｕ合金粉末であると、ＭｎはＣｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができ、焼結中に生じるＣｕ合金液相の酸素濃度を高めて一層Ｆｅ粒子間へのＣｕ合金液相の浸透を阻害し、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、鉄基焼結合金製オイルポンプローター組織のＣｕ濃度の高い部分の酸素濃度を高めて摺動性を向上させる、
（ｄ）さらに原料粉末として用いるＣｕ合金粉末が、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％の他にさらにＺｎ：０．２〜１０％を含むＣｕ合金粉末であると、Ｚｎは、Ｃｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができるとともにＣｕ液相よりも低温でＦｅ中に拡散し、Ｆｅ中のＺｎはＣｕ合金液相とＦｅ粒との濡れ性を悪化させるために、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末分断による強度低下を防止するとともに、摺動性を改善して耐焼付性を向上する、という研究結果が得られたのである。
【０００５】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプロ−ター、
（２）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（３）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（４）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、に特徴を有するものである。
【０００６】
前記（１）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００７】
前記（２）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｍｎ：０．５〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００８】
前記（３）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００９】
前記（４）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％およびＭｎ：０．５〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１０】
さらに、ＡｌおよびＳｉ成分はＣｕ合金粉末の酸素濃度を高める作用があるので、ＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有したＣｕ合金粉末を原料粉末として使用し、このＣｕ合金粉末をＦｅ粉末および黒鉛粉末とともに配合し、混合し、成形し、焼結することにより寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを製造することができるという研究結果も得られたのである。
【００１１】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（５）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（６）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（７）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（８）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、に特徴を有するものである。
【００１２】
前記（５）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１３】
前記（６）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｍｎ：０．５〜１５％のうちの１種または２種を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１４】
前記（７）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１５】
前記（８）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％およびＭｎ：０．５〜１５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１６】
前記（１）〜（８）記載の成分組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金の組織は、
原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、この区画素地は、旧Ｆｅ粉末境界近傍におけるＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部におけるＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように濃度分布していることがＥＰＭＡ（電子プローブＸ線微量分析）により確認されている。
図１はＥＰＭＡによるこの発明の鉄基焼結合金金製オイルポンプローターの区画素地におけるＣｕおよびＯの濃度分布図である。点の密集している部分がＣｕおよびＯの濃度が高いことを示す。図１によると、旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、旧Ｆｅ粉末境界近傍のＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部のＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように分布していることがわかる。
したがって、Ｆｅを主成分としＣｕおよびＯを含有する前記（１）〜（８）記載の成分組成を有する鉄基焼結合金からなるオイルポンプローターの組織は、従来のような旧Ｆｅ粉末境界に沿って金属酸化物粒子が分散している組織とは相違する。
【００１７】
次ぎに、この発明の寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。
Ｃｕ：
Ｃｕは、Ｆｅ粉末の焼結性を向上させ、得られる焼結体の寸法精度を向上させる成分であるが、鉄基焼結合金に含まれるＣｕ含有量が０．５％未満では所望の効果が得られず、一方、７％を超えて含有すると、強度が低下するので好ましくない。したがって、Ｃｕ含有量は０．５〜７％に定めた。
【００１８】
Ｃ：
Ｃは、鉄基焼結合金の強度および摺動性を向上させる成分であるが、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．９８％を越えて含有させると、焼結して得られた鉄基焼結合金の摺動性および靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｃ量を０．１〜０．９８％に定めた。
【００１９】
酸素：
素地中素地の周辺部の高Ｃｕ濃度部における酸素を濃化させた鉄基焼結合金は、寸法精度、強度および摺動性を共に一層向上させるが、その含有量が０．０２％未満では高Ｃｕ濃度部における酸素を十分に濃化させることができず、一方、０．３％を越えて含有させると、焼結して得られた鉄基焼結合金の強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金中に含まれる酸素量を０．０２〜０．３％に定めた。この場合、酸素は金属酸化物粒子として分散していると相手攻撃性が増すので高Ｃｕ濃度部に固溶していることが必要である。
【００２０】
Ｍｎ：
ＭｎはＣｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができ、焼結中に生じるＣｕ合金液相の酸素濃度を高めて一層Ｆｅ粒子間へのＣｕ合金液相の浸透を阻害し、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、鉄基焼結合金組織のＣｕ濃度の高い部分の酸素濃度を高めて摺動性を向上させる作用を有するが、その含有量が０．００２５％未満では所望の効果が得られず、一方、１．０５％を越えて含有すると鉄基焼結合金の靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＭｎ量はＭｎ：０．００２５〜１．０５％に定めた。
【００２１】
Ｚｎ：
Ｚｎは、Ｃｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができるとともにＣｕ液相よりも低温でＦｅ中に拡散し、Ｆｅ中のＺｎはＣｕ合金液相とＦｅ粒との濡れ性を悪化させるために、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末分断による強度低下を防止するとともに、摺動性を改善して耐焼付性を向上する作用を有するが、鉄基焼結合金に含まれるＺｎ含有量が０．００１未満では所望の効果が得られず、一方、鉄基焼結合金に含まれるＺｎ含有量が０．７％を越えると、靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＺｎは０．００１〜０．７％に定めた。
【００２２】
Ａｌ，Ｓｉ：
Ａｌ，ＳｉはＣｕ合金粉末の酸素濃度を高める効果があるために、必要に応じて添加するが、ＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、鉄基焼結合金に含まれるＡｌ，Ｓｉの含有量が０．１４％を越えるようになると、かえって強度が低下するので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＡｌ，Ｓｉの含有量は０．００１〜０．１４％に定めた。
【００２３】
【発明の実施の形態】
原料粉末として、平均粒径：８０μｍのアトマイズＦｅ粉末、平均粒径：１５μｍの黒鉛粉末、並びに表１に示される平均粒径および成分組成を有するＣｕ合金粉末Ａ〜Ｒ、Ｃｕ粉末およびＭｎＯ粉末を用意した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
これら原料粉末を表２〜表３に示される配合組成となるように配合し、さらに金型成形時の潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末を外掛けで０．８％に当たる量だけ添加して混合し、成形圧力：６００ＭＰａでプレス成形して縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、長さ：５０ｍｍの寸法を有する棒状圧粉成形体を作製し、得られた棒状圧粉成形体を温度：１１４０℃、２０分保持の条件でエンドサーミクガス雰囲気焼結することにより表２〜表３に示される成分組成の本発明オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、本発明棒状試験片という）１〜１６、比較オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、比較棒状試験片という）１〜６および従来オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、従来棒状試験片という）を作製した。
【００２６】
前記本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片についてＥＰＭＡにより素地におけるＣｕおよびＯの濃度分布を観察し、その結果を表２〜表３に示した後、本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片の寸法測定を行い、圧粉成形体基準寸法の寸法変化率を求め、その結果を表４に示すことにより寸法精度を評価した。またシャルピー衝撃試験によりシャルピー衝撃値を求め、その結果を表４に示した。さらに本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片をそれぞれ機械加工して引張り試験片を作製し、この引張り試験片を用いて引張り強度を測定し、その結果を表４に示した。
【００２７】
さらに、本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片をそれぞれ機械加工して得られた縦：５ｍｍ、横：３ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する摩耗試験片と、外径：４５ｍｍ、内径：２７ｍｍを有するＳＳ３３０（一般構造用圧延鋼）製リングを用意した。この摩耗試験片を回転数：１５００ｒｐｍ、回転速度：３．５ｍ／秒で回転しているリングに押し付け、押し付け荷重を増加させ、焼き付きが発生した荷重を測定し、その結果を表４に示した。
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
表２〜表４に示される結果から、本発明棒状試験片１〜１６と従来棒状試験片を比較すると、本発明棒状試験片１〜１６は従来棒状試験片と比べて寸法変化率が小さいところから寸法精度が優れ、シャルピー衝撃値および引張り強度が高く、さらにリングの摩耗量が少ないところから摺動性に優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れている成分組成を有する比較棒状試験片１〜６は、寸法精度、シャルピー衝撃値、引張り強度、摩耗量のうちの少なくともいずれかが劣ることが分かる。したがって、本発明棒状試験片１〜１６と同じ成分組成を有する鉄基焼結合金で構成されたオイルポンプローターは従来の鉄基焼結合金で構成されたオイルポンプローターに比べて寸法精度、強度および摺動性に一層優れていることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
上述のように、この発明の鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、寸法精度、強度および摺動性に一層優れており、機械産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＰＭＡによる鉄基焼結合金素地中のＣｕおよびＯの濃度分布を示す濃度分布図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、焼結技術が進歩し、各種機械部品も鉄基焼結合金で作られるようになり、寸法精度、強度および摺動性を必要とするオイルポンプローターについても鉄基焼結合金で大量に生産できるようになってきた。この鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、Ｆｅ粉末、Ｃｕ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末にさらに酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガンなどの各種金属酸化物粉末を０．０１〜０．２０％添加した混合粉末をプレス成形し、焼結することにより製造する（例えば、特開平６−４１６０９号公報参照）。
このようにして得られた鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕを含有する区画素地の集合体からなる素地中に、原料粉末として添加した金属酸化物粒子が主として気孔と旧Ｆｅ粉末境界に分散した組織を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のＦｅ粉末、Ｃｕ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末にさらに酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガンなどの金属酸化物粉末を０．０１〜０．２０％添加した混合粉末をプレス成形し、焼結する方法で製造した鉄基焼結合金からなるオイルポンプローターは、寸法精度はある程度改善されるものの十分ではなく、さらに強度および摺動性に関しても未だ十分ではないところから、一段と優れた寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターが求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、寸法精度、強度および摺動性に一層優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを開発すべく研究を行った。その結果、
（ａ）Ｆｅ粉末、黒鉛粉末、Ｃｕ粉末および金属酸化物粉末を配合し、混合し、成形し、燒結することにより得られた鉄基焼結合金からなる従来のオイルポンプローターは、Ｆｅ粉末、黒鉛粉末およびＣｕ粉末から成る混合粉末を焼結すると、焼結中にまずＣｕ粉末が溶解してＣｕ液相となり、このＣｕ液相はＦｅに対して濡れ性が良いためにＦｅ粉末境界に浸透し、Ｆｅ粉末同士の結合を分断させ、そのために焼結体の強度を低下させると共に焼結体を膨張させ、ひいては寸法精度の低下をもたらす、
（ｂ）かかる焼結体の強度を低下させることなく寸法精度を向上させるためには、原料粉末として、Ｃｕ粉末に代えて、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含むＣｕ合金粉末を使用し、Ｆｅ粉末に黒鉛粉末および前記Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含むＣｕ合金粉末を添加し、混合し、成形し、焼結すると、Ｃｕ合金液相とＦｅ粉末の濡れ性が悪化し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末境界への浸透が抑制されるために焼結体の膨張が抑制されて寸法精度が向上し、さらにＦｅ粉末同士の結合強度を低下させることがなく、また、酸素を金属酸化物粉末として添加するよりもＣｕ合金粉末に固溶させた状態で添加するとところから、鉄基焼結合金組織の高Ｃｕ濃度部分に酸素が濃化した組織が生成され、かかる組織は従来の金属酸化物粒子が分散する組織に比べて摺動性が向上し、したがって、この方法で得られたＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、寸法精度、強度および摺動性が共に一層優れる、
（ｃ）さらに原料粉末として用いるＣｕ合金粉末が、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％の他にさらにＭｎ：０．５〜１５％を含むＣｕ合金粉末であると、ＭｎはＣｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができ、焼結中に生じるＣｕ合金液相の酸素濃度を高めて一層Ｆｅ粒子間へのＣｕ合金液相の浸透を阻害し、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、鉄基焼結合金製オイルポンプローター組織のＣｕ濃度の高い部分の酸素濃度を高めて摺動性を向上させる、
（ｄ）さらに原料粉末として用いるＣｕ合金粉末が、Ｆｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％の他にさらにＺｎ：０．２〜１０％を含むＣｕ合金粉末であると、Ｚｎは、Ｃｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができるとともにＣｕ液相よりも低温でＦｅ中に拡散し、Ｆｅ中のＺｎはＣｕ合金液相とＦｅ粒との濡れ性を悪化させるために、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末分断による強度低下を防止するとともに、摺動性を改善して耐焼付性を向上する、という研究結果が得られたのである。
【０００５】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプロ−ター、
（２）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（３）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（４）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、に特徴を有するものである。
【０００６】
前記（１）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００７】
前記（２）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｍｎ：０．５〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００８】
前記（３）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【０００９】
前記（４）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％およびＭｎ：０．５〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１０】
さらに、ＡｌおよびＳｉ成分はＣｕ合金粉末の酸素濃度を高める作用があるので、ＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有したＣｕ合金粉末を原料粉末として使用し、このＣｕ合金粉末をＦｅ粉末および黒鉛粉末とともに配合し、混合し、成形し、焼結することにより寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを製造することができるという研究結果も得られたのである。
【００１１】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（５）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（６）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（７）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、
（８）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製オイルポンプローター、に特徴を有するものである。
【００１２】
前記（５）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１３】
前記（６）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｍｎ：０．５〜１５％のうちの１種または２種を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１４】
前記（７）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１５】
前記（８）記載のＣｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金金製オイルポンプローターは、原料粉末としてＦｅ粉末、黒鉛粉末、並びにＦｅ：１〜１０％、酸素：０．２〜１％、Ｚｎ：０．２〜１０％およびＭｎ：０．５〜１５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．０１〜２％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ合金粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末またはエチレスビスアマイドとともにダブルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度：１０９０〜１３００℃で焼結することにより製造することができる。
【００１６】
前記（１）〜（８）記載の成分組成を有する鉄基焼結合金製オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金の組織は、
原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、この区画素地は、旧Ｆｅ粉末境界近傍におけるＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部におけるＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように濃度分布していることがＥＰＭＡ（電子プローブＸ線微量分析）により確認されている。
図１はＥＰＭＡによるこの発明の鉄基焼結合金金製オイルポンプローターの区画素地におけるＣｕおよびＯの濃度分布図である。点の密集している部分がＣｕおよびＯの濃度が高いことを示す。図１によると、旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、旧Ｆｅ粉末境界近傍のＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部のＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように分布していることがわかる。
したがって、Ｆｅを主成分としＣｕおよびＯを含有する前記（１）〜（８）記載の成分組成を有する鉄基焼結合金からなるオイルポンプローターの組織は、従来のような旧Ｆｅ粉末境界に沿って金属酸化物粒子が分散している組織とは相違する。
【００１７】
次ぎに、この発明の寸法精度、強度および摺動性に優れた鉄基焼結合金製オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金の成分組成を前述のごとく限定した理由を説明する。
Ｃｕ：
Ｃｕは、Ｆｅ粉末の焼結性を向上させ、得られる焼結体の寸法精度を向上させる成分であるが、鉄基焼結合金に含まれるＣｕ含有量が０．５％未満では所望の効果が得られず、一方、７％を超えて含有すると、強度が低下するので好ましくない。したがって、Ｃｕ含有量は０．５〜７％に定めた。
【００１８】
Ｃ：
Ｃは、鉄基焼結合金の強度および摺動性を向上させる成分であるが、その含有量が０．１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．９８％を越えて含有させると、焼結して得られた鉄基焼結合金の摺動性および靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｃ量を０．１〜０．９８％に定めた。
【００１９】
酸素：
素地中素地の周辺部の高Ｃｕ濃度部における酸素を濃化させた鉄基焼結合金は、寸法精度、強度および摺動性を共に一層向上させるが、その含有量が０．０２％未満では高Ｃｕ濃度部における酸素を十分に濃化させることができず、一方、０．３％を越えて含有させると、焼結して得られた鉄基焼結合金の強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金中に含まれる酸素量を０．０２〜０．３％に定めた。この場合、酸素は金属酸化物粒子として分散していると相手攻撃性が増すので高Ｃｕ濃度部に固溶していることが必要である。
【００２０】
Ｍｎ：
ＭｎはＣｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができ、焼結中に生じるＣｕ合金液相の酸素濃度を高めて一層Ｆｅ粒子間へのＣｕ合金液相の浸透を阻害し、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、鉄基焼結合金組織のＣｕ濃度の高い部分の酸素濃度を高めて摺動性を向上させる作用を有するが、その含有量が０．００２５％未満では所望の効果が得られず、一方、１．０５％を越えて含有すると鉄基焼結合金の靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＭｎ量はＭｎ：０．００２５〜１．０５％に定めた。
【００２１】
Ｚｎ：
Ｚｎは、Ｃｕ合金粉末に含まれる酸素濃度を高めに維持することができるとともにＣｕ液相よりも低温でＦｅ中に拡散し、Ｆｅ中のＺｎはＣｕ合金液相とＦｅ粒との濡れ性を悪化させるために、Ｃｕ合金液相による焼結体の膨張が抑制されて焼結体の寸法精度がさらに向上し、Ｃｕ合金液相のＦｅ粉末分断による強度低下を防止するとともに、摺動性を改善して耐焼付性を向上する作用を有するが、鉄基焼結合金に含まれるＺｎ含有量が０．００１未満では所望の効果が得られず、一方、鉄基焼結合金に含まれるＺｎ含有量が０．７％を越えると、靭性が低下するようになるので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＺｎは０．００１〜０．７％に定めた。
【００２２】
Ａｌ，Ｓｉ：
Ａｌ，ＳｉはＣｕ合金粉末の酸素濃度を高める効果があるために、必要に応じて添加するが、ＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、鉄基焼結合金に含まれるＡｌ，Ｓｉの含有量が０．１４％を越えるようになると、かえって強度が低下するので好ましくない。したがって、鉄基焼結合金に含まれるＡｌ，Ｓｉの含有量は０．００１〜０．１４％に定めた。
【００２３】
【発明の実施の形態】
原料粉末として、平均粒径：８０μｍのアトマイズＦｅ粉末、平均粒径：１５μｍの黒鉛粉末、並びに表１に示される平均粒径および成分組成を有するＣｕ合金粉末Ａ〜Ｒ、Ｃｕ粉末およびＭｎＯ粉末を用意した。
【００２４】
【表１】
これら原料粉末を表２〜表３に示される配合組成となるように配合し、さらに金型成形時の潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末を外掛けで０．８％に当たる量だけ添加して混合し、成形圧力：６００ＭＰａでプレス成形して縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、長さ：５０ｍｍの寸法を有する棒状圧粉成形体を作製し、得られた棒状圧粉成形体を温度：１１４０℃、２０分保持の条件でエンドサーミクガス雰囲気焼結することにより表２〜表３に示される成分組成の本発明オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、本発明棒状試験片という）１〜１６、比較オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、比較棒状試験片という）１〜６および従来オイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金からなる棒状試験片（以下、従来棒状試験片という）を作製した。
【００２６】
前記本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片についてＥＰＭＡにより素地におけるＣｕおよびＯの濃度分布を観察し、その結果を表２〜表３に示した後、本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片の寸法測定を行い、圧粉成形体基準寸法の寸法変化率を求め、その結果を表４に示すことにより寸法精度を評価した。またシャルピー衝撃試験によりシャルピー衝撃値を求め、その結果を表４に示した。さらに本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片をそれぞれ機械加工して引張り試験片を作製し、この引張り試験片を用いて引張り強度を測定し、その結果を表４に示した。
【００２７】
さらに、本発明棒状試験片１〜１６、比較棒状試験片１〜６および従来棒状試験片をそれぞれ機械加工して得られた縦：５ｍｍ、横：３ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する摩耗試験片と、外径：４５ｍｍ、内径：２７ｍｍを有するＳＳ３３０（一般構造用圧延鋼）製リングを用意した。この摩耗試験片を回転数：１５００ｒｐｍ、回転速度：３．５ｍ／秒で回転しているリングに押し付け、押し付け荷重を増加させ、焼き付きが発生した荷重を測定し、その結果を表４に示した。
【００２８】
【表２】
【表３】
【表４】
表２〜表４に示される結果から、本発明棒状試験片１〜１６と従来棒状試験片を比較すると、本発明棒状試験片１〜１６は従来棒状試験片と比べて寸法変化率が小さいところから寸法精度が優れ、シャルピー衝撃値および引張り強度が高く、さらにリングの摩耗量が少ないところから摺動性に優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れている成分組成を有する比較棒状試験片１〜６は、寸法精度、シャルピー衝撃値、引張り強度、摩耗量のうちの少なくともいずれかが劣ることが分かる。したがって、本発明棒状試験片１〜１６と同じ成分組成を有する鉄基焼結合金で構成されたオイルポンプローターは従来の鉄基焼結合金で構成されたオイルポンプローターに比べて寸法精度、強度および摺動性に一層優れていることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
上述のように、この発明の鉄基焼結合金製オイルポンプローターは、寸法精度、強度および摺動性に一層優れており、機械産業の発展に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＰＭＡによる鉄基焼結合金素地中のＣｕおよびＯの濃度分布を示す濃度分布図である。
Claims (9)
- 質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプロ−ター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｚｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- Ｃｕ：０．５〜７％、Ｃ：０．１〜０．９８％、酸素：０．０２〜０．３％、Ｍｎ：０．００２５〜１．０５％およびＺｎ：０．００１〜０．７％を含有し、さらにＡｌおよびＳｉのうちの１種または２種を合計で０．００１〜０．１４％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成の鉄基焼結合金で構成されていることを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
- 前記請求項１，２，３，４，５，６，７または８記載のオイルポンプローターを構成する鉄基焼結合金は、
原料粉末であるＦｅ粉末が焼結されて生成した旧Ｆｅ粉末境界により区画されたＦｅを主成分としかつＣｕおよびＯを含有する区画素地が集合して素地を形成し、
この旧Ｆｅ粉末境界により区画された区画素地は、旧Ｆｅ粉末境界近傍におけるＣｕおよびＯの濃度が区画素地中央部におけるＣｕおよびＯの濃度よりも大きくなるように濃度分布している組織を有することを特徴とする鉄基焼結合金製オイルポンプローター。
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|---|---|---|---|---|
| WO2004063409A1 (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Mitsubishi Materials Corporation | 鉄基焼結合金、鉄基焼結合金部材、それらの製造方法、およびオイルポンプローター |
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-
2002
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