JP2010059456A - チタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の優れた潤滑性および耐摩耗性を長期にわたって維持することができるチタン焼結体、およびかかるチタン焼結体を効率よく製造可能なチタン焼結体の製造方法を提供すること。
【解決手段】チタン焼結体１は、チタン基合金で構成されたチタン粉末２と、窒化ホウ素粉末３との集合体が焼結してなるものである。このようなチタン焼結体１は、チタン粉末２および窒化ホウ素粉末３を混合して混合粉末を得る工程と、混合粉末を成形して成形体を得る工程と、成形体を脱脂して脱脂体を得る工程と、脱脂体を焼成して焼結体を得る工程とを有する方法により製造することができる。窒化ホウ素は、潤滑性の高い物質であり、チタン焼結体１の表面に窒化ホウ素粉末３が露出していることにより、表面の潤滑性が高いものとなる。なお、かかる観点から、窒化ホウ素は、六方晶系の窒化ホウ素であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、チタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法に関するものである。

チタン合金は、機械的強度や耐食性に優れるため、航空機、宇宙開発、化学プラント等の分野で使用されている。また、最近では、チタン合金の生体適合性や低ヤング率等の特性を活かし、人工骨、人工歯根、眼鏡フレームのような装身具、ゴルフクラブのようなスポーツ用品、スプリング等に応用されつつある。
ところが、チタン合金は、表面の摩擦係数が大きいため、潤滑性が低いことが問題になっている。このため、チタン合金を軸受やシールリング等の摺動部材として用いた場合、摺動面に摩擦が生じ、円滑な摺動を阻害するばかりか、摩擦熱に伴って摺動面の固着等の不具合を招いていた。

そこで、表面に潤滑層を形成することにより、部材の表面の潤滑性を高めることが試みられている。例えば、表面にＤＬＣ(Diamond Like Carbon)で構成された潤滑層を備えたことにより、表面の潤滑性を高めた各種自動車部品が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、摺動面に潤滑層を形成したとしても、長時間の摺動に伴ってこの潤滑層が剥離することが問題となっている。このため、従来は摺動部材の耐久性が十分でなかった。また、潤滑層を形成した後は、部材に対して加工を施すことができないため、製造工程に制約があった。

特開平１０−３０６７９号公報

本発明の目的は、表面の優れた潤滑性および耐摩耗性を長期にわたって維持することができるチタン焼結体、およびかかるチタン焼結体を効率よく製造可能なチタン焼結体の製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のチタン焼結体は、チタンまたはチタン基合金を主材料とし、該主材料中に分散した窒化ホウ素粉末を含むことを特徴とする。
これにより、表面の優れた潤滑性および耐摩耗性を長期にわたって維持することができるチタン焼結体が得られる。

本発明のチタン焼結体では、チタンまたはチタン基合金で構成されたチタン粉末と、窒化ホウ素粉末とを含む混合粉末を、所定の形状に成形し、焼成して得られたものであることが好ましい。
これにより、所望の形状で均質なチタン焼結体が得られる。
本発明のチタン焼結体では、前記窒化ホウ素粉末の平均粒径は、前記チタン粉末の平均粒径より小さいことが好ましい。
これにより、窒化ホウ素粉末の各粒子が低強度である影響が、チタン焼結体全体の強度に波及するのを抑制しつつ、表面の潤滑性を十分に高めることができる。
本発明のチタン焼結体では、前記チタン粉末の平均粒径は、１〜５０μｍであることが好ましい。
これにより、十分な機械的特性と表面の潤滑性とを併せ持つチタン焼結体が得られる。

本発明のチタン焼結体では、前記窒化ホウ素粉末は、主として六方晶窒化ホウ素で構成されていることが好ましい。
六方晶系の窒化ホウ素は、層状結晶が積層された結晶構造になっており、各層の表面が滑り易いという特徴を有する。このため、六方晶系の窒化ホウ素は、固体であるにもかかわらず優れた潤滑性を示し、これによりチタン焼結体の表面に優れた潤滑性を付与することができる。

本発明のチタン焼結体では、当該チタン焼結体中の前記窒化ホウ素粉末の含有率は、０．１〜６．８質量％であることが好ましい。
これにより、窒化ホウ素粉末の各粒子がチタン焼結体の破壊の起点になる確率を十分に低下させることができるため、チタン焼結体の機械的特性が著しく低下するのを防止することができる。
本発明のチタン焼結体では、表面に前記窒化ホウ素粉末の一部の粒子が露出していることが好ましい。
これにより、窒化ホウ素粉末がチタン焼結体の表面に潤滑性を付与する。

本発明のチタン焼結体では、前記主材料と前記窒化ホウ素粉末の粒子との界面付近に、窒化チタンおよびホウ化チタンの少なくとも一方を含むことが好ましい。
これらの窒化物およびホウ化物は、硬度が特に高いものであるため、これらが窒化ホウ素粉末の粒界付近に存在していることにより、チタン焼結体全体の硬度を高め、耐摩耗性を高めることができる。

本発明のチタン焼結体では、ＪＩＳ Ｋ ７２１８Ｂに規定の滑り摩耗試験方法のＢ法に準じて測定され、該滑り摩耗試験方法における相手材料としてチタンの熱間圧延材を用いたとき、当該チタン焼結体の表面の摩擦係数は、０．６以下であることが好ましい。
これにより、十分な潤滑性を有し、長期にわたって摺動したとしても固着等することなく、潤滑性および耐摩耗性を維持し得るチタン焼結体が得られる。

本発明のチタン焼結体の製造方法は、チタンまたはチタン基合金で構成されたチタン粉末と、窒化ホウ素粉末とを混合して混合粉末を得る混合工程と、
混合粉末を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
成形体を焼成してチタン焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする。
これにより、表面の優れた潤滑性および耐摩耗性を長期にわたって維持することができるチタン焼結体を効率よく製造することができる。

本発明のチタン焼結体の製造方法では、前記焼成工程における焼成条件は、温度１０００〜１６００℃×０．２〜１２時間であることが好ましい。
これにより、焼結が進み過ぎて過焼結となるのを防止し、窒化ホウ素粉末の粒子全体がチタンと反応してしまうのを防止することができる。その結果、窒化ホウ素特有の潤滑性が消失してしまうのを防止することができる。
本発明のチタン焼結体の製造方法では、前記焼成工程における雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気であることが好ましい。
これにより、焼成工程において、高温下であっても窒化ホウ素の分解を抑制することができる。

本発明のチタン焼結体の製造方法では、前記成形工程における成形体は、金属粉末射出成形法により成形されることが好ましい。
これにより、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の成形体をニアネットで製造することができる。このため、脱脂後または焼成後の後加工を不要にする（または加工量を抑制する）ことができる。

以下、本発明のチタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のチタン焼結体は、チタン基合金で構成されたチタン粉末と、窒化ホウ素粉末とを含む混合粉末を、所定の形状に成形し、焼成して得られたものである。
このような本発明によれば、表面の潤滑性が高く、表面に膜等を形成しなくても、長期にわたって高い潤滑性を発揮し得るチタン焼結体が得られる。

以下、本発明のチタン焼結体について詳述する。
図１は、本発明のチタン焼結体の実施形態を模式的に示す断面図である。
図１に示すチタン焼結体１は、チタン粉末２中に窒化ホウ素粉末３の各粒子が点在し、隣接する各粒子間が焼結したものである。
チタン粉末２は、チタン単体またはチタン基合金で構成された粉末である。

チタン基合金は、チタンを主成分とする合金であるが、例えば、チタン（Ｔｉ）の他に、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を含む合金である。
具体的には、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ等が挙げられる。
また、チタン基合金は、これらの金属元素の他に、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）等の非金属元素を含んでいてもよい。

チタン焼結体１中のチタン粉末２の平均粒径は、焼結により若干縮小する場合もあるものの、チタン焼結体１を製造する際に用いる原料粉末の粒径とほぼ同等であり、好ましくは１〜５０μｍ程度であり、より好ましくは５〜４０μｍ程度であり、さらに好ましくは１０〜３０μｍ程度である。このような粒径のチタン粉末２は、十分な機械的特性と表面の潤滑性とを併せ持つチタン焼結体１を得ることができる。また、原料粉末として取り扱いが容易である。

また、チタン粉末２は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法（水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、水素化脱水素法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
このうち、チタン粉末２は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましい。アトマイズ法によれば、微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の各粒子の形状が比較的球形状に近くなるため、粉末の流動性および充填性を高めることができる。さらに、粒度分布が狭くなるので、焼結体を得たときに表面の平滑性が均一になり、表面の潤滑性を均一にすることができる。

チタン粉末２の各粒子は、窒化ホウ素粉末３の各粒子と焼結により結合している。
窒化ホウ素粉末３は、窒化ホウ素（ＢＮ）で構成された粉末である。窒化ホウ素は、一般に表面の潤滑性が高い。このため、チタン粉末２とともに焼結されることにより、チタン焼結体１に散在し、表面に露出した窒化ホウ素粉末３が潤滑性を発揮する。
また、この窒化ホウ素粉末３は、チタン焼結体１の全体に散在しているため、仮にチタン焼結体１が摩耗したとしても、摩耗面には次々と別の窒化ホウ素粉末３が露出することとなる。このため、従来のように、チタン焼結体１の表面にＤＬＣ膜のような潤滑性に優れた潤滑層を設ける場合と比べて、潤滑層が剥離するおそれがなく、長期にわたって潤滑性を維持することができる。

また、窒化ホウ素は、結晶構造により六方晶系（ｈ−ＢＮ）と立方晶系（ｃ−ＢＮ）とに分けられる。このうち、本発明には、六方晶系の窒化ホウ素を用いるのが好ましい。六方晶系の窒化ホウ素は、層状結晶が積層された結晶構造になっており、各層の表面が滑り易いという特徴を有する。すなわち、ｃ軸方向（層状結晶の積層方向）の結合力が弱く、ａ軸方向（層状結晶の面方向）に滑り易い。このため、六方晶系の窒化ホウ素は、固体であるにもかかわらず優れた潤滑性を示し、これによりチタン焼結体１の表面に優れた潤滑性を付与することができる。

また、チタン焼結体１の内部に散在した窒化ホウ素粉末３の各粒子は、隣接するチタン粉末２の各粒子との間で原子の拡散現象により焼結しており、互いに強固に結合している。また、チタン粉末２の各粒子と窒化ホウ素粉末３の各粒子との間には、粒界付近に窒化チタン（ＴｉＮ）やホウ化チタン（ＴｉＢ、ＴｉＢ_２）等の化合物が生成している。これらの窒化物およびホウ化物は、硬度が特に高いものであるため、これらが各粒界に存在していることにより、チタン焼結体１全体の硬度を高め、耐摩耗性を高めることができる。
なお、特にホウ化チタンは、チタン基合金よりも硬度が高く、一般的に高硬度とされる窒化チタンや炭化チタン等に比べても硬度が高いため、他の材料との摺動に伴うチタン焼結体１の摩耗を、確実に抑制することができる。

このような窒化ホウ素粉末３の平均粒径は、チタン粉末２の平均粒径より小さいことが好ましい。これにより、窒化ホウ素粉末３の各粒子が低強度である影響が、チタン焼結体１全体の強度に波及するのを抑制しつつ、表面の潤滑性を十分に高めることができる。すなわち、窒化ホウ素粉末３が小さければ、チタン焼結体１の破壊の起点になり難く、仮に破壊の起点になったとしても、チタン焼結体１全体の機械的特性を著しく低下させる確率を低下させることができる。
具体的には、窒化ホウ素粉末３の平均粒径は、チタン粉末２の平均粒径の０．１〜０．８倍程度であるのが好ましく、０．２〜０．５倍程度であるのがより好ましい。窒化ホウ素粉末３の平均粒径をこのような範囲に設定することにより、チタン焼結体１の機械的特性の低下を最小限に抑えることができる。

また、チタン焼結体１中の窒化ホウ素粉末３の含有率は、０．１〜６．８質量％程度であるのが好ましく、０．５〜５．０質量％程度であるのがより好ましい。窒化ホウ素粉末３の含有率をこのような範囲に設定することにより、窒化ホウ素粉末３の各粒子がチタン焼結体１の破壊の起点になる確率を十分に低下させることができるため、チタン焼結体１の機械的特性が著しく低下するのを防止することができる。

このようなチタン焼結体１は、前述したように、表面に露出した窒化ホウ素粉末３が優れた潤滑性を示す。例えば、この表面が他の部材と摺動する際の摺動面になるとき、他の部材との間に優れた潤滑性を示すため、表面全体の潤滑性を向上させる。その結果、円滑な摺動が可能になるとともに、摩擦熱によるチタン焼結体１の温度上昇や変質・劣化を抑制することができる。

また、チタン焼結体１中において、チタン粉末２の各粒子と窒化ホウ素粉末３の各粒子との間に、窒化チタンやホウ化チタン等の高硬度物質が生成されているため、チタン焼結体１は、表面および内部の硬度が非常に高いものとなる。このため、表面における摺動時の摩耗を確実に抑制することができ、またチタン焼結体１の機械的強度を確実に高めることができる。

なお、チタン焼結体１の表面の潤滑性は、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７２１８Ｂに規定の滑り摩耗試験方法のＢ法（ピン・オン・ディスク法）に準じて測定することができる。この方法は、具体的には、丸棒または角棒状のチタン焼結体の試験片の軸に直角の端面を一定荷重の下で回転するチタン製の円板に対して垂直に接触させ、チタン焼結体の試験片を摩耗する方法である。

かかる方法で、相手材料としてチタンの熱間圧延材を用いてチタン焼結体１の潤滑性を測定した場合、表面の摩擦係数が０．６以下であるのが好ましく、０．５以下程度であるのがより好ましい。このような摩擦係数のチタン焼結体１は、十分な潤滑性を有し、長期にわたって摺動したとしても固着等することなく、潤滑性および耐摩耗性を維持し得るものとなる。

また、チタン焼結体１の表面のビッカース硬度（ＨＶ）は、１００以上であるのが好ましく、２００以上であるのがより好ましい。このようなビッカース硬度のチタン焼結体１は、摺動部材として用いても、摺動による摩耗が確実に防止され、十分な耐摩耗性を備えたものとなる。
また、窒化ホウ素は、チタンよりも高い熱伝導率（チタンの約２〜３倍程度）を有する。このため、チタン焼結体１が窒化ホウ素粉末３を含むことにより、チタン焼結体１全体の熱伝導率の向上が図られることとなる。

熱伝導率の向上が図られたチタン焼結体１は、放熱性が高くなるため、例えば他の部材と摺動するような摺動部材として用いられたときに、摺動に伴う摩擦熱を確実に放熱することができる。その結果、摩擦熱に伴うチタン焼結体１の摺動面の変質・劣化を抑制することができ、結果的に、チタン焼結体１の耐摩耗性を長期にわたって維持することができる。

次に、このような本発明のチタン焼結体を製造する方法（本発明のチタン焼結体の製造方法）について説明する。なお、以下の説明では、成形工程における成形方法として、金属粉末射出成形法を用いた場合について代表に説明する。
本発明のチタン焼結体の製造方法は、［１］原材料を混合して混合粉末を得る混合工程と、［２］混合粉末を成形して成形体を得る成形工程と、［３］成形体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、［４］脱脂体を焼成して焼結体を得る焼成工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。

［１］混合工程
まず、チタン粉末および窒化ホウ素粉末（以下、これらを「原料粉末」とも言う。）と、バインダとを用意し、これらを混練機にて混練し、混練物を得る。
この混練物（コンパウンド）中では、チタン粉末、窒化ホウ素粉末およびバインダが均一に分散している。

バインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。

また、バインダの含有率は、混練物全体の２〜２０質量％程度であるのが好ましく、５〜１０質量％程度であるのがより好ましい。バインダの含有率が前記範囲内であることにより、成形性よく成形体を形成することができるとともに、密度を高め、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、これにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。

また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
さらに、混練物中には、原料粉末、バインダ、可塑剤の他に、例えば、焼結助剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。

なお、混練条件は、用いる原料粉末の組成や粒径、バインダの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度：５０〜２００℃程度、混練時間：１５〜２１０分程度とすることができる。
また、混練物は、必要に応じ、ペレット（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１〜１５ｍｍ程度とされる。
なお、混練に代えて、造粒を行うようにしてもよい。

［２］成形工程
次に、混練物を所望の形状に成形して成形体を製造する。
成形体の製造方法（成形方法）としては、特に限定されず、例えば、圧粉成形（圧縮成形）法、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法、押出成形法等の各種成形法を用いることができるが、本実施形態では、前述したように金属粉末射出成形法について詳述する。金属粉末射出成形法によれば、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の成形体をニアネット（最終形状に近い形状）で製造することができる。このため、脱脂後または焼成後の後加工を不要にする（または加工量を抑制する）ことができる。

金属粉末射出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が８０〜２１０℃程度、射出圧力が５０〜５００ＭＰａ（０．５〜５ｔ／ｃｍ^２）程度であるのが好ましい。
このようにして得られた成形体は、原料粉末の各粒子の隙間にバインダが一様に分布し、各粒子間を繋ぐことにより、その保形性が維持される。

なお、作製される成形体の形状・寸法は、以降の脱脂工程および焼成工程における成形体の収縮分を見込んで決定される。
また、混練物中に窒化ホウ素粉末を含んでいることにより、混練物と成形型の内壁面との反応性を抑制することができ、成形体の離型性が高められる。これにより、離型時の成形体の変形が防止され、寸法精度の高い成形体を得ることができる。

［３］脱脂工程
次に、得られた成形体に脱脂処理（脱バインダ処理）を施し、脱脂体を得る。
具体的には、成形体を加熱して、バインダを分解することにより、成形体中からバインダを除去して、脱脂処理がなされる。
この脱脂処理は、例えば、成形体を加熱する方法、バインダを分解するガスに成形体を曝す方法等が挙げられる。

成形体を加熱する方法を用いる場合、成形体の加熱条件は、バインダの組成や配合量によって若干異なるものの、温度１００〜７５０℃×０．１〜２０時間程度であるのが好ましく、１５０〜６００℃×０．５〜１５時間程度であるのがより好ましい。これにより、成形体を焼結させることなく、成形体の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。その結果、脱脂体の内部にバインダ成分が多量に残留してしまうのを確実に防止することができる。
また、成形体を加熱する際の雰囲気は、特に限定されず、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、大気のような酸化性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。

一方、バインダを分解するガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。
なお、このような脱脂工程は、脱脂条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うことにより、成形体中のバインダをより速やかに、そして、成形体に残存させないように分解・除去することができる。
また、得られた脱脂体に対して、必要に応じ、切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高い焼結体を容易に得ることができる。

［４］焼成工程
前記脱脂工程で得られた脱脂体を、焼成炉で焼成して焼結体を得る。
この焼結により、粉末冶金用金属粉末は、粒子同士の界面で拡散が生じ、焼結に至る。この際、前述したようなメカニズムによって、脱脂体が速やかに焼結される。その結果、全体的に緻密な高密度の焼結体が得られる。

焼成条件は、成形体および脱脂体の製造に用いた粉末冶金用金属粉末の組成や粒径等によって若干異なるものの、好ましくは温度１０００〜１６００℃×０．２〜１２時間程度とされ、より好ましくは温度１１００〜１５００℃×１〜７時間程度とされる。焼成条件をこのような範囲に設定することにより、焼結が進み過ぎて過焼結となるのを防止し、窒化ホウ素粉末の粒子全体がチタン粉末の粒子と反応してしまうのを防止することができる。これにより、窒化ホウ素特有の潤滑性が消失してしまうのを防止するとともに、窒化ホウ素粒子の近傍に窒化チタンやホウ化チタンのような高硬度物質が確実に生成されることとなる。その結果、優れた潤滑性および耐摩耗性を維持しつつ、高密度で機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。

また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、金属粉末の酸化を防止することを考慮した場合、水素のような還元性ガス雰囲気、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられるが、特にアルゴンガス雰囲気または減圧雰囲気であるのが好ましい。このような雰囲気下で焼成すると、チタン粉末の酸化を抑制しつつ、高温下であっても窒化ホウ素の分解を抑制することができる。このため、チタン焼結体１中の窒化ホウ素が減少して表面の潤滑性が低下するのを防止することができる。

以上のようにしてチタン焼結体１が得られる。
なお、得られたチタン焼結体１に対して、必要に応じ、切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。このような機械加工を施しても、窒化ホウ素粉末３が全体に分散して含まれていることから、加工によって新たな窒化ホウ素粉末３が現れ、チタン焼結体１の加工面は、優れた潤滑性を維持することができる。

以上、本発明のチタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、チタン焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することができる。
また、前記実施形態では、成形・脱脂・焼成の各工程を経て焼結体を得る場合について説明したが、本発明のチタン焼結体は、プラズマの作用を利用してこれらを同時に行う放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Spark Plasma Sintering）法により製造されたものでもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．チタン焼結体の製造
（実施例１）
＜１＞まず、ガスアトマイズ法により製造された平均粒径２３μｍのチタン粉末と、平均粒径８μｍの六方晶窒化ホウ素粉末とを混合して原料粉末を得た。なお、原料粉末中の窒化ホウ素粉末の含有率は、０．１質量％とした。
次いで、ポリプロピレンとワックスの混合物（バインダ）を用意し、原料粉末とバインダとの質量比が９：１になるように秤量して、チタン焼結体製造用組成物を得た。
次いで、得られたチタン焼結体製造用組成物を混練機で混練し、コンパウンドを得た。そして、コンパウンドをペレットに加工した。

＜２＞次に、得られたペレットを用いて、以下に示す成形条件で成形し、成形体を作製した。
＜成形条件＞
・成形方法：金属粉末射出成形法
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）

＜３＞次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で脱脂処理を施し、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５２０℃
・脱脂時間 ：５時間
・脱脂雰囲気：窒素ガス雰囲気

＜４＞次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。このようにして焼結体（チタン焼結体）を作製した。なお、得られた焼結体は、直径５ｍｍ×長さ１００ｍｍの棒状であった。
＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：２．５時間
・焼成雰囲気：Ａｒ雰囲気
・雰囲気圧力：大気圧（１００ｋＰａ）

（実施例２〜８）
原料粉末中の窒化ホウ素粉末の含有率を、それぞれ表１に示すようにした以外は、前記実施例１と同様にして焼結体（チタン焼結体）を得た。
（実施例９）
焼成条件を以下のように変更した以外は、前記実施例１と同様にして焼結体（チタン焼結体）を得た。
＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：２．５時間
・焼成雰囲気：減圧雰囲気
・雰囲気圧力：１Ｐａ
（実施例１０〜１６）
原料粉末中を窒化ホウ素粉末の含有率を、それぞれ表１に示すようにした以外は、前記実施例９と同様にして焼結体（チタン焼結体）を得た。

（比較例１）
原料粉末中への窒化ホウ素粉末の混合を省略した以外は、前記実施例１と同様にして焼結体を得た。
（比較例２）
原料粉末中への窒化ホウ素粉末の混合を省略した以外は、前記実施例９と同様にして焼結体を得た。

（比較例３）
窒化ホウ素粉末に代えて、平均粒径５μｍのグラファイト粉末（炭素粉末）を用いた以外は、前記実施例１と同様にして焼結体を得た。
（比較例４）
窒化ホウ素粉末に代えて、平均粒径５μｍのグラファイト粉末（炭素粉末）を用いた以外は、前記実施例９と同様にして焼結体を得た。

（比較例５）
まず、比較例１と同様にして焼結体を得た。
次いで、得られた焼結体の表面にＤＬＣ膜（平均厚さ０．５μｍ）を成膜した。
（比較例６）
まず、比較例２と同様にして焼結体を得た。
次いで、得られた焼結体の表面にＤＬＣ膜（平均厚さ０．５μｍ）を成膜した。

２．チタン焼結体の評価
２．１ 相対密度
まず、各実施例および各比較例で得られた焼結体について、アルキメデス法により比重を測定した。そして、原料粉末の組成から導出される真密度に対し、測定された比重から各焼結体の相対密度を算出した。

２．２ ビッカース硬度
次に、各実施例および各比較例で得られた焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に規定の方法により、ビッカース硬度を測定した。
２．３ 引張強度
次に、各実施例および各比較例で得られた焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定の金属材料引張試験方法により、引張強度を測定した。

２．４ 摩擦係数
次に、各実施例および各比較例で得られた焼結体について、ＪＩＳ Ｋ ７２１８Ｂに規定の滑り摩耗試験方法のＢ法（ピン・オン・ディスク法）に準じて、表面の摩擦係数を測定した。なお、摩擦係数の測定は、滑り摩耗試験開始直後と、試験開始から１時間経過後の２回行った。
また、滑り摩耗試験における相手材料には、チタンの熱間圧延材を用いた。また、２．３の引張試験において、手の力で容易に折れてしまった焼結体については、摩擦係数の測定を省略した。
以上、２．１〜２．４の測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各実施例で得られたチタン焼結体は、いずれも各比較例で得られたチタン焼結体に比べて摩擦係数が小さかった。すなわち、各実施例で得られたチタン焼結体は、各比較例の焼結体に比べて、表面の潤滑性が同等か高いことが認められた。
また、各比較例の焼結体について、２．４の滑り摩耗試験を１時間連続して行ったところ、試験後における摩擦係数は、試験開始直後における摩擦係数に比べて大幅に上昇したのに対し、各実施例の焼結体については、そのような摩擦係数の上昇は認められなかった。このことから、各実施例の焼結体は、潤滑性の長期耐久性に優れていることが明らかとなった。
さらに、各実施例の焼結体は、比較例１〜４の焼結体に比べていずれも高硬度であった。したがって、各実施例の焼結体は、耐摩耗性に優れていると言える。

本発明のチタン焼結体の実施形態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１……チタン焼結体 ２……チタン粉末 ３……窒化ホウ素粉末

Claims (13)

1. チタンまたはチタン基合金を主材料とし、該主材料中に分散した窒化ホウ素粉末を含むことを特徴とするチタン焼結体。
2. チタンまたはチタン基合金で構成されたチタン粉末と、窒化ホウ素粉末とを含む混合粉末を、所定の形状に成形し、焼成して得られたものである請求項１に記載のチタン焼結体。
3. 前記窒化ホウ素粉末の平均粒径は、前記チタン粉末の平均粒径より小さい請求項２に記載のチタン焼結体。
4. 前記チタン粉末の平均粒径は、１〜５０μｍである請求項２または３に記載のチタン焼結体。
5. 前記窒化ホウ素粉末は、主として六方晶窒化ホウ素で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のチタン焼結体。
6. 当該チタン焼結体中の前記窒化ホウ素粉末の含有率は、０．１〜６．８質量％である請求項１ないし５のいずれかに記載のチタン焼結体。
7. 表面に前記窒化ホウ素粉末の一部の粒子が露出している請求項１ないし６のいずれかに記載のチタン焼結体。
8. 前記主材料と前記窒化ホウ素粉末の粒子との界面付近に、窒化チタンおよびホウ化チタンの少なくとも一方を含む請求項１ないし７のいずれかに記載のチタン焼結体。
9. ＪＩＳ Ｋ ７２１８Ｂに規定の滑り摩耗試験方法のＢ法に準じて測定され、該滑り摩耗試験方法における相手材料としてチタンの熱間圧延材を用いたとき、当該チタン焼結体の表面の摩擦係数は、０．６以下である請求項１ないし８のいずれかに記載のチタン焼結体。
10. チタンまたはチタン基合金で構成されたチタン粉末と、窒化ホウ素粉末とを混合して混合粉末を得る混合工程と、
    混合粉末を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
    成形体を焼成してチタン焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とするチタン焼結体の製造方法。
11. 前記焼成工程における焼成条件は、温度１０００〜１６００℃×０．２〜１２時間である請求項１０に記載のチタン焼結体の製造方法。
12. 前記焼成工程における雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気である請求項１０または１１に記載のチタン焼結体の製造方法。
13. 前記成形工程における成形体は、金属粉末射出成形法により成形される請求項１０ないし１２のいずれかに記載のチタン焼結体の製造方法。

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