JP2747199B2 - チタン基硬質焼結材料およびそれを使用したすべり軸受 - Google Patents
チタン基硬質焼結材料およびそれを使用したすべり軸受Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学工業，機械工業等
において金型、ポンプ部品、軸受、メカニカルシール、
弁、パイプ、攪拌機、混合機、刃物等、とくに、砂利の
ような硬い固形物が混入する海水を取り扱う立軸ポンプ
の水中軸受に好適なすべり軸受に好適に使用される耐食
性と耐摩耗性に優れたチタン基合金に関する。
において金型、ポンプ部品、軸受、メカニカルシール、
弁、パイプ、攪拌機、混合機、刃物等、とくに、砂利の
ような硬い固形物が混入する海水を取り扱う立軸ポンプ
の水中軸受に好適なすべり軸受に好適に使用される耐食
性と耐摩耗性に優れたチタン基合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン系合金は耐食性は優れており、特
開平４−８３８３７号公報に記載のように、Ｔｉ−Ｎｂ
合金、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金、さらに、Ｍｏを１
５〜３０重量％含有するＴｉ合金は、純チタンよりもは
るかに優れた耐食性を有することが知られている。
開平４−８３８３７号公報に記載のように、Ｔｉ−Ｎｂ
合金、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金、さらに、Ｍｏを１
５〜３０重量％含有するＴｉ合金は、純チタンよりもは
るかに優れた耐食性を有することが知られている。
【０００３】ところが、このチタン系合金は耐摩耗性に
おいて劣るという欠点がある。このチタン系合金の欠点
を解消するためにＴｉ基体に炭化物を分散したものが、
特開平２−１２９３３０号公報、特開平３−２８５０３
４号公報等に開示されている。
おいて劣るという欠点がある。このチタン系合金の欠点
を解消するためにＴｉ基体に炭化物を分散したものが、
特開平２−１２９３３０号公報、特開平３−２８５０３
４号公報等に開示されている。
【０００４】この炭化物を分散したチタン系合金は、溶
製法によって製造されるので、分散した炭化物が粗大化
して硬さが不十分となり耐摩耗性の向上は期待された程
のものでもなく、さらに、それ自体は難削材であるため
複雑な形状を有する製品にするのに機械加工がしにくい
等の欠点があった。
製法によって製造されるので、分散した炭化物が粗大化
して硬さが不十分となり耐摩耗性の向上は期待された程
のものでもなく、さらに、それ自体は難削材であるため
複雑な形状を有する製品にするのに機械加工がしにくい
等の欠点があった。
【０００５】本願出願人は、このチタン系合金の溶製法
による問題を解決するために、粉末冶金法による製造を
「粉体および粉末冶金」第２２巻第３号において開示す
ると共に、特公昭５１−１９４０３号公報，特公昭５４
−１９８４６号公報等において、Ｔｉ−３０Ｍｏ（１
５．９体積％Ｍｏ）焼結合金や、さらに、これにＴｉＣ
を１０〜３５重量％（１０．１〜３７．２体積％）分散
配合したＴｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ焼結合金を開示した。
による問題を解決するために、粉末冶金法による製造を
「粉体および粉末冶金」第２２巻第３号において開示す
ると共に、特公昭５１−１９４０３号公報，特公昭５４
−１９８４６号公報等において、Ｔｉ−３０Ｍｏ（１
５．９体積％Ｍｏ）焼結合金や、さらに、これにＴｉＣ
を１０〜３５重量％（１０．１〜３７．２体積％）分散
配合したＴｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ焼結合金を開示した。
【０００６】ところが、その使用条件が苛酷な海浜の埋
め立てに使用される立軸ポンプのすべり軸受に適用する
には、さらに一段と耐摩耗性と強度の向上が求められる
ようになった。ところが、基地強化元素のＭｏとＴｉＣ
分散材の量を多くするだけでは、Ｔｉが有する耐食性が
失われ、また、ＴｉＣの有する分散強化機能も失われる
ことになる。
め立てに使用される立軸ポンプのすべり軸受に適用する
には、さらに一段と耐摩耗性と強度の向上が求められる
ようになった。ところが、基地強化元素のＭｏとＴｉＣ
分散材の量を多くするだけでは、Ｔｉが有する耐食性が
失われ、また、ＴｉＣの有する分散強化機能も失われる
ことになる。
【０００７】立軸ポンプの水中軸受として好適なすべり
軸受として、特公昭６３−６７０４８号公報には、回転
側摺動部材または固定側摺動部材のいずれか一方の部材
をタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金で形
成し、他方の部材を窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成
分とするセラミックスで形成した無潤滑条件下で用いる
ことができるようにしたものが示されている。しかしな
がら、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金
は、海水に対しては必ずしも充分な耐食性を備えておら
ず、海水を取り扱う立軸ポンプのすべり軸受としては耐
食性に欠けており、長期間の使用に耐えることができな
い。
軸受として、特公昭６３−６７０４８号公報には、回転
側摺動部材または固定側摺動部材のいずれか一方の部材
をタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金で形
成し、他方の部材を窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成
分とするセラミックスで形成した無潤滑条件下で用いる
ことができるようにしたものが示されている。しかしな
がら、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金
は、海水に対しては必ずしも充分な耐食性を備えておら
ず、海水を取り扱う立軸ポンプのすべり軸受としては耐
食性に欠けており、長期間の使用に耐えることができな
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐食
性を何等損なうことなく、耐摩耗性と強度の増大と、さ
らには比強度を改善し、立軸ポンプの水中軸受のような
苛酷な条件下で使用されるすべり軸受にも好適に使用で
きるチタン基焼結合金の提供にある。
性を何等損なうことなく、耐摩耗性と強度の増大と、さ
らには比強度を改善し、立軸ポンプの水中軸受のような
苛酷な条件下で使用されるすべり軸受にも好適に使用で
きるチタン基焼結合金の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のチタン基焼結合
金は、ＴｉＣおよび／またはＴｉＮ、または、ＴｉＣと
ＴｉＮの固溶体からなる第１成分と、Ｖａ族、ＶＩａ族
金属元素およびそれらの金属元素相互の固溶体と、Ｖａ
族、ＶＩａ族金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物およ
びそれら相互の固溶体とからなる群から選択した一種以
上からなる第２成分と、Ｔｉからなる第３成分を有し、
前記第１成分の体積が全体積中の５〜７０％であり、か
つ、前記第２成分が第２成分と第３成分との合計中に占
める体積％が１〜３０％である。
金は、ＴｉＣおよび／またはＴｉＮ、または、ＴｉＣと
ＴｉＮの固溶体からなる第１成分と、Ｖａ族、ＶＩａ族
金属元素およびそれらの金属元素相互の固溶体と、Ｖａ
族、ＶＩａ族金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物およ
びそれら相互の固溶体とからなる群から選択した一種以
上からなる第２成分と、Ｔｉからなる第３成分を有し、
前記第１成分の体積が全体積中の５〜７０％であり、か
つ、前記第２成分が第２成分と第３成分との合計中に占
める体積％が１〜３０％である。
【００１０】前記の第１成分であるＴｉＣおよび／また
はＴｉＮ、または、ＴｉＣとＴｉＮの固溶体と、第２成
分であるＶａ族，ＶＩａ族金属元素およびそれら相互の
固溶体とＶａ族，ＶＩａ族金属元素およびそれら相互の
固溶体の炭化物，窒化物，炭窒化物からなる群から選択
した一種以上を固溶体化せしめて使用することができ
る。
はＴｉＮ、または、ＴｉＣとＴｉＮの固溶体と、第２成
分であるＶａ族，ＶＩａ族金属元素およびそれら相互の
固溶体とＶａ族，ＶＩａ族金属元素およびそれら相互の
固溶体の炭化物，窒化物，炭窒化物からなる群から選択
した一種以上を固溶体化せしめて使用することができ
る。
【００１１】そして、このチタン基硬質焼結材料は、耐
食性と耐摩耗性にとくに優れ、化学工業，機械工業等に
おいて金型、ポンプ部品、軸受、メカニカルシール、
弁、パイプ、攪拌機、混合機、刃物等に使用できる。
食性と耐摩耗性にとくに優れ、化学工業，機械工業等に
おいて金型、ポンプ部品、軸受、メカニカルシール、
弁、パイプ、攪拌機、混合機、刃物等に使用できる。
【００１２】とくに、海水用立軸ポンプの水中軸受に好
適なすべり軸受として好適なものであり、すべり軸受の
回転摺動部材または固定側摺動部材のいずれか一方の部
材をこのチタン基硬質焼結材料によって形成し、他方の
部材を窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分とするセラ
ミックスで形成できる。
適なすべり軸受として好適なものであり、すべり軸受の
回転摺動部材または固定側摺動部材のいずれか一方の部
材をこのチタン基硬質焼結材料によって形成し、他方の
部材を窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分とするセラ
ミックスで形成できる。
【００１３】とくに、回転摺動部材として、前記のチタ
ン基硬質焼結材料によって形成した軸受スリーブを回転
軸に嵌入固定したものとし、固定側摺動部材として窒化
ケイ素または炭化ケイ素を主成分とするセラミックスで
形成したブッシュとし、同ブッシュを軸方向に長い筒状
の弾性部材の内周面に密着固定し、同弾性部材を筒状の
金属シェルの内周面に密着固定し、前記ブッシュと内径
が等しい部分と外側に向けて内径をテーパー状に拡大す
る部分とを有する筒状の保護ピースを、前記弾性部材の
内周面で前記ブッシュの軸方向両端にそれぞれ固定し、
前記金属シェルを軸受ケースに固定した構造とすること
ができる。
ン基硬質焼結材料によって形成した軸受スリーブを回転
軸に嵌入固定したものとし、固定側摺動部材として窒化
ケイ素または炭化ケイ素を主成分とするセラミックスで
形成したブッシュとし、同ブッシュを軸方向に長い筒状
の弾性部材の内周面に密着固定し、同弾性部材を筒状の
金属シェルの内周面に密着固定し、前記ブッシュと内径
が等しい部分と外側に向けて内径をテーパー状に拡大す
る部分とを有する筒状の保護ピースを、前記弾性部材の
内周面で前記ブッシュの軸方向両端にそれぞれ固定し、
前記金属シェルを軸受ケースに固定した構造とすること
ができる。
【００１４】
【作用】本発明は、まず、ＴｉＣあるいはＴｉＮ量を増
大することによって硬さを大にして耐摩耗性を増大し、
併せて、Ｖａ族，ＶＩａ族，金属元素およびそれらの固
溶体をＭとしたとき、Ｍ／（Ｔｉ＋Ｍ）の比を特定範囲
内に制御することによって耐食性を維持しつつ強度を向
上できる。
大することによって硬さを大にして耐摩耗性を増大し、
併せて、Ｖａ族，ＶＩａ族，金属元素およびそれらの固
溶体をＭとしたとき、Ｍ／（Ｔｉ＋Ｍ）の比を特定範囲
内に制御することによって耐食性を維持しつつ強度を向
上できる。
【００１５】すなわち、配合するＴｉＣ，ＴｉＮあるい
はＴｉ（Ｃ，Ｎ）をＴｉＣによって代表し、ＭをＭｏに
代表して説明すると、Ｔｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ焼結合金は、
Ｔｉ相とＴｉＣ相の２相からなり、Ｍｏは両相に固溶す
るが、Ｔｉ相により多く固溶し、しかも添加配合したＴ
ｉＣ1 はＴｉ相からＴｉＣ相にＴｉが固溶するためにＴ
ｉＣ1-X になる。結果的には配合したＭｏ／（Ｍｏ＋Ｔ
ｉ）よりも、Ｔｉ相中にはＭｏが多くなり、これが抗折
力，硬さ，耐食性を低下させる。すなわち、ＴｉＣの配
合量が多い時には、Ｍｏ量を減少させれば硬さ，抗折
力，耐食性のいずれも大にできる。
はＴｉ（Ｃ，Ｎ）をＴｉＣによって代表し、ＭをＭｏに
代表して説明すると、Ｔｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ焼結合金は、
Ｔｉ相とＴｉＣ相の２相からなり、Ｍｏは両相に固溶す
るが、Ｔｉ相により多く固溶し、しかも添加配合したＴ
ｉＣ1 はＴｉ相からＴｉＣ相にＴｉが固溶するためにＴ
ｉＣ1-X になる。結果的には配合したＭｏ／（Ｍｏ＋Ｔ
ｉ）よりも、Ｔｉ相中にはＭｏが多くなり、これが抗折
力，硬さ，耐食性を低下させる。すなわち、ＴｉＣの配
合量が多い時には、Ｍｏ量を減少させれば硬さ，抗折
力，耐食性のいずれも大にできる。
【００１６】さらに、Ｔｉ相に固溶する成分元素を炭化
物，窒化物の形で添加すると、炭化物等の分解反応が生
じ、その後固溶するが、この分解反応には時間がかか
る。これによって、Ｔｉ中のこれらの溶質の濃度は上が
りにくく、好適な組成にコントロールでき、物性を向上
させることが可能となる。
物，窒化物の形で添加すると、炭化物等の分解反応が生
じ、その後固溶するが、この分解反応には時間がかか
る。これによって、Ｔｉ中のこれらの溶質の濃度は上が
りにくく、好適な組成にコントロールでき、物性を向上
させることが可能となる。
【００１７】Ｔｉ相での拡散係数がＭｏよりも小さい金
属は、Ｍｏ以外のＶａ族，ＶＩａ族金属元素の内、Ｎ
ｂ，Ｔｉ，Ｗであるが、これらでＭｏの一部または全量
を置換することによって、Ｔｉ相中のこれら溶質元素の
濃度をＭｏの濃度に比べて小さくでき、あるいはまた、
ＴｉＣ（ＴｉＮ）相の粒成長を抑制でき、これらが硬さ
と抗折力の改善につながる。すなわち、Ｍｏとそれ以外
のＶａ族、ＶＩａ族金属元素の、１６７３°Ｋにおける
Ｔｉ相中の金属の拡散係数は以下のとおりである。
属は、Ｍｏ以外のＶａ族，ＶＩａ族金属元素の内、Ｎ
ｂ，Ｔｉ，Ｗであるが、これらでＭｏの一部または全量
を置換することによって、Ｔｉ相中のこれら溶質元素の
濃度をＭｏの濃度に比べて小さくでき、あるいはまた、
ＴｉＣ（ＴｉＮ）相の粒成長を抑制でき、これらが硬さ
と抗折力の改善につながる。すなわち、Ｍｏとそれ以外
のＶａ族、ＶＩａ族金属元素の、１６７３°Ｋにおける
Ｔｉ相中の金属の拡散係数は以下のとおりである。
【００１８】 Ｍｏ １．１５８×１０-12 （ｍ2 ／ｓ） Ｎｂ ０．７７９×１０-12 Ｔａ ０．２７２×１０-12 Ｗ ０．６４８×１０-12 Ｖ ３．２１４×１０-12 Ｃｒ ３．８９９×１０-12 なお、Ｖ，Ｃｒは拡散係数がＭｏより大きいが、焼結条
件をコントロールすることによって、高硬度、高強度に
なる。しかも、比重が小さいので、比強度も大となる。
件をコントロールすることによって、高硬度、高強度に
なる。しかも、比重が小さいので、比強度も大となる。
【００１９】とくに、このチタン基焼結合金は海水に対
する耐食性に優れ、しかも耐摩耗性にも優れており、一
方の摺動部材を本発明のチタン基焼結合金で形成し、他
方の摺動部材をセラミックスで形成してすべり軸受を構
成することによって、海水に浸される状態でも、耐摩耗
性に優れているとともに耐食性にも優れたすべり軸受が
得られる。
する耐食性に優れ、しかも耐摩耗性にも優れており、一
方の摺動部材を本発明のチタン基焼結合金で形成し、他
方の摺動部材をセラミックスで形成してすべり軸受を構
成することによって、海水に浸される状態でも、耐摩耗
性に優れているとともに耐食性にも優れたすべり軸受が
得られる。
【００２０】かかる新規なすべり軸受は、無潤滑条件
下、すなわち気体中において摺動される場合であって
も、極めて安定した摺動特性を有し、また水潤滑がなさ
れる条件下においてもさらに優れた摺動特性を有する。
さらに、ケイ砂やアルミナ微粒子等の固形物が混入され
た水中で用いられる場合であっても、耐摩耗性に優れて
いる。そこで、砂等の硬い固形物が混入する水を取り扱
う立軸ポンプ等の水中軸受として好適である。
下、すなわち気体中において摺動される場合であって
も、極めて安定した摺動特性を有し、また水潤滑がなさ
れる条件下においてもさらに優れた摺動特性を有する。
さらに、ケイ砂やアルミナ微粒子等の固形物が混入され
た水中で用いられる場合であっても、耐摩耗性に優れて
いる。そこで、砂等の硬い固形物が混入する水を取り扱
う立軸ポンプ等の水中軸受として好適である。
【００２１】さらに、セラミックスで形成されたブッシ
ュの軸方向両端に、ブッシュと内径が等しい部分と外側
に向けて内径をテーパー状に拡大する部分を有する筒状
の保護ピースを固定するならば、この保護ピースがブッ
シュ内に回転側摺動部材が嵌入固定された軸を挿入する
際のガイドとして作用し、軸先端部がブッシュの端部に
直接接触して、ブッシュの縁が欠ける等の破損が防止さ
れ得る。
ュの軸方向両端に、ブッシュと内径が等しい部分と外側
に向けて内径をテーパー状に拡大する部分を有する筒状
の保護ピースを固定するならば、この保護ピースがブッ
シュ内に回転側摺動部材が嵌入固定された軸を挿入する
際のガイドとして作用し、軸先端部がブッシュの端部に
直接接触して、ブッシュの縁が欠ける等の破損が防止さ
れ得る。
【００２２】
実施例１ 本実施例は、本発明に係るチタン基焼結合金を具体的に
示すものである。
示すものである。
【００２３】市販のＴｉ，Ｍｏ，ＴｉＣ粉末等を用い、
所定量に配合後、らい潰機にて１時間混合し、２０００
ｋｇ／ｃｍ2 にてプレス成形した。これを１３００〜１
５００℃にて真空雰囲気中で２時間、焼結した。配合組
成を表１に示すように変化させた。得られた焼結体につ
いて硬さ（ＨR Ｃ）と強度（抗折力ＧＰａ）、さらに耐
食性を調べた。耐食性は、乾電池合剤に７日間浸漬して
腐食速度から評価し、その結果を、○：≦０．０５ｍｍ
／年、△：≦０．１ｍｍ／年、×：＞０．１ｍｍ／年と
して表２に示した。
所定量に配合後、らい潰機にて１時間混合し、２０００
ｋｇ／ｃｍ2 にてプレス成形した。これを１３００〜１
５００℃にて真空雰囲気中で２時間、焼結した。配合組
成を表１に示すように変化させた。得られた焼結体につ
いて硬さ（ＨR Ｃ）と強度（抗折力ＧＰａ）、さらに耐
食性を調べた。耐食性は、乾電池合剤に７日間浸漬して
腐食速度から評価し、その結果を、○：≦０．０５ｍｍ
／年、△：≦０．１ｍｍ／年、×：＞０．１ｍｍ／年と
して表２に示した。
【００２４】
【表１】
【表２】 本発明合金１〜３２は、Ｍｏを含まない比較合金１に比
し、高強度および／または高硬度であるため強度的信頼
性および耐食性に優れる。ＴｉＣ量の多い比較合金２に
比し、高強度であるために強度的信頼性に優れる。比較
合金３および４，５のＴｉ系合金に比し高強度であるた
め耐摩耗性に優れる。比較合金６のステライト、比較合
金７のＳＵＳ３０４よりも高硬度でしかも耐食性に優れ
る。比較合金８のＷＣ−１．０Ｃｒ−８Ｎｉ超硬合金に
比し、著しく耐食性に優れる。
し、高強度および／または高硬度であるため強度的信頼
性および耐食性に優れる。ＴｉＣ量の多い比較合金２に
比し、高強度であるために強度的信頼性に優れる。比較
合金３および４，５のＴｉ系合金に比し高強度であるた
め耐摩耗性に優れる。比較合金６のステライト、比較合
金７のＳＵＳ３０４よりも高硬度でしかも耐食性に優れ
る。比較合金８のＷＣ−１．０Ｃｒ−８Ｎｉ超硬合金に
比し、著しく耐食性に優れる。
【００２５】以上のように、本発明合金は比較例に比
し、総合的に優れていることが明らかである。
し、総合的に優れていることが明らかである。
【００２６】図１は、表１に示す配合組成においてＭｏ
／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比を１６体積％と１０体積％と
した場合のＴｉＣ量（体積％）を変化させたときの硬さ
（ＨR Ｃ）と強度（抗折力ＧＰａ）を示す。
／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比を１６体積％と１０体積％と
した場合のＴｉＣ量（体積％）を変化させたときの硬さ
（ＨR Ｃ）と強度（抗折力ＧＰａ）を示す。
【００２７】１６体積％は表１の本発明合金２６〜３２
に、また、１０体積％は本発明合金の８，１０，１２，
１６，１８，２０，２２にそれぞれ相当する。いずれの
Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比でも、硬さはＴｉＣ添加
量が大になるほど大になるが、５０〜５５％で最大値を
示し、それ以上の添加量では低下する。
に、また、１０体積％は本発明合金の８，１０，１２，
１６，１８，２０，２２にそれぞれ相当する。いずれの
Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比でも、硬さはＴｉＣ添加
量が大になるほど大になるが、５０〜５５％で最大値を
示し、それ以上の添加量では低下する。
【００２８】そしてＭｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比が１
０体積％の方が１６体積％より高硬度となる。一方、抗
折力はいずれのＭｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比でもＴｉ
Ｃ添加量が大になるほど小になるが、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍ
ｏ）の体積比が１０体積％の方が、１６体積％よりも抗
折力が大となった。特に、ＴｉＣ添加量が多いときに
は、Ｍｏを減少させたＭｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比が
１０体積％の方が、抗折力の低下が少なく強度的信頼性
に優れる。また、耐食性はいずれも○であるが、１０体
積％の方が１６体積％よりも優れた。したがって、Ｍｏ
／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比が１〜１５体積％である場合
に、硬度または抗折力が大になり、耐食性も優れるの
で、特に好ましい。
０体積％の方が１６体積％より高硬度となる。一方、抗
折力はいずれのＭｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比でもＴｉ
Ｃ添加量が大になるほど小になるが、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍ
ｏ）の体積比が１０体積％の方が、１６体積％よりも抗
折力が大となった。特に、ＴｉＣ添加量が多いときに
は、Ｍｏを減少させたＭｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比が
１０体積％の方が、抗折力の低下が少なく強度的信頼性
に優れる。また、耐食性はいずれも○であるが、１０体
積％の方が１６体積％よりも優れた。したがって、Ｍｏ
／（Ｔｉ＋Ｍｏ）の体積比が１〜１５体積％である場合
に、硬度または抗折力が大になり、耐食性も優れるの
で、特に好ましい。
【００２９】表３は、周期律表ＶａおよびＶＩａ族金属
元素およびそれら相互の固溶体の炭化物，窒化物，炭窒
化物の一種以上を含む本発明合金３３〜５５の組成と焼
結温度を、また、表４はその硬さ，強度および耐食性等
の特性と、総合判定結果を示す。
元素およびそれら相互の固溶体の炭化物，窒化物，炭窒
化物の一種以上を含む本発明合金３３〜５５の組成と焼
結温度を、また、表４はその硬さ，強度および耐食性等
の特性と、総合判定結果を示す。
【００３０】
【表３】
【表４】 本発明合金３３〜５５は比較合金１〜８に対して、耐食
性が優れ、さらに硬さと強度が優れているため、総合的
に優れることが明らかである。
性が優れ、さらに硬さと強度が優れているため、総合的
に優れることが明らかである。
【００３１】ここで、本発明合金５０は、さらに好まし
い例を示すが、これももちろん比較合金１〜８よりも総
合的に優れている。
い例を示すが、これももちろん比較合金１〜８よりも総
合的に優れている。
【００３２】なお、本発明合金１，２，３，３３〜４
２，４９，５１，５２はＶ，Ｎｂ，Ｔａの３元素を含む
合金であるが、これらは５０％硝酸、沸騰に浸漬しての
苛酷な耐食試験において、比較合金１〜７はもちろん
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａを含まないその他の本発明合金４〜３
２，４３〜４８，５０，５３，５４，５５よりも優れた
耐食性を示した。すなわちＶ，Ｎｂ，Ｔａを含む本発明
合金は、苛酷な硝酸に対して特に好ましい耐食性を有す
る。
２，４９，５１，５２はＶ，Ｎｂ，Ｔａの３元素を含む
合金であるが、これらは５０％硝酸、沸騰に浸漬しての
苛酷な耐食試験において、比較合金１〜７はもちろん
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａを含まないその他の本発明合金４〜３
２，４３〜４８，５０，５３，５４，５５よりも優れた
耐食性を示した。すなわちＶ，Ｎｂ，Ｔａを含む本発明
合金は、苛酷な硝酸に対して特に好ましい耐食性を有す
る。
【００３３】さらにまた、８００℃〜９００℃×１ｈｒ
の酸化試験（大気中）を実施したところ、Ｎｂ，Ｔａを
含む本発明合金１，２，３，３６〜４２，４９，５１，
５２は、比較合金１〜８に比べても勿論、Ｎｂ，Ｔａを
含まない本発明合金４〜３５，４３〜４８，５０，５
３，５４，５５よりも２〜５倍の優れた耐酸化性を示し
た。このように、Ｎｂ，Ｔａを含む本発明合金は、特に
好ましい耐酸化性を有する。
の酸化試験（大気中）を実施したところ、Ｎｂ，Ｔａを
含む本発明合金１，２，３，３６〜４２，４９，５１，
５２は、比較合金１〜８に比べても勿論、Ｎｂ，Ｔａを
含まない本発明合金４〜３５，４３〜４８，５０，５
３，５４，５５よりも２〜５倍の優れた耐酸化性を示し
た。このように、Ｎｂ，Ｔａを含む本発明合金は、特に
好ましい耐酸化性を有する。
【００３４】このように、本発明の合金は、耐食性は低
下することなく、耐摩耗性と強度は向上することが分か
る。そして、ＴｉＣ，ＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ，Ｎ）が３
５〜７０体積％では、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）が１〜１５
体積％の範囲内において、その改善効果は著しいことが
分かる。
下することなく、耐摩耗性と強度は向上することが分か
る。そして、ＴｉＣ，ＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ，Ｎ）が３
５〜７０体積％では、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）が１〜１５
体積％の範囲内において、その改善効果は著しいことが
分かる。
【００３５】実施例２ この実施例は、本発明に係るチタン基焼結合金を海水用
立軸ポンプの水中軸受としてのすべり軸受に適用した例
を示す。
立軸ポンプの水中軸受としてのすべり軸受に適用した例
を示す。
【００３６】図２は、本発明に係るチタン基焼結合金を
使用したすべり軸受の縦断面構造を示す図であり、図３
は、図２のＡ−Ａ矢視断面図であり、図４は、本発明の
すべり軸受を立軸ポンプの水中軸受として応用した一例
を示す図である。
使用したすべり軸受の縦断面構造を示す図であり、図３
は、図２のＡ−Ａ矢視断面図であり、図４は、本発明の
すべり軸受を立軸ポンプの水中軸受として応用した一例
を示す図である。
【００３７】まず、図２及び図３を参照して、本発明の
すべり軸受の構造につき説明する。
すべり軸受の構造につき説明する。
【００３８】１は回転側摺動部材を示し、２は固定側摺
動部材を示す。
動部材を示す。
【００３９】回転側摺動部材１の回転軸１０には、実施
例１に示すチタン基硬質焼結材料で形成された筒状の軸
受スリーブ１２を嵌入している。そして、軸受スリーブ
１２は、回転軸１０に設けられた段差部１４で軸方向位
置が規制され、またスリーブキー１６で軸回りの相対回
転が規制され、さらに、スリーブ押さえ１８で軸方向の
抜けが規制されて回転軸１０に嵌入固定される。
例１に示すチタン基硬質焼結材料で形成された筒状の軸
受スリーブ１２を嵌入している。そして、軸受スリーブ
１２は、回転軸１０に設けられた段差部１４で軸方向位
置が規制され、またスリーブキー１６で軸回りの相対回
転が規制され、さらに、スリーブ押さえ１８で軸方向の
抜けが規制されて回転軸１０に嵌入固定される。
【００４０】固定側摺動部材２は、筒状の金属シェル２
０の内周面に、硬質ゴム等からなる筒状の弾性部材２２
が密着して強固に嵌入されると共に適宜に接着固定さ
れ、さらに、この弾性部材２２の内周面に、軸方向の長
さが弾性部材２２より短い筒状のブッシュ２４が密着嵌
入される。このブッシュ２４は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）
または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を主成分とするセラミ
ックスで形成される。さらに、弾性部材２２の内周面で
ブッシュ２４の軸方向両端に、テフロン等のプラスチッ
ク材からなる筒状の保護ピース２６，２６が固定され
る。これらの保護ピース２６，２６は、ブッシュ２４と
内径が等しい部分と外側に向けて内径をテーパー状に拡
大する部分とを有する。そして、これらの金属シェル２
０、弾性部材２２、ブッシュ２４および保護ピース２
６，２６の組み付け材が、軸受ケース２８に嵌合挿入さ
れ、さら取付ネジ３０，３０により位置決め固定が行わ
れる。なお、ブッシュ２４の内周面には、軸方向に複数
本の溝３２，３２が設けられている。
０の内周面に、硬質ゴム等からなる筒状の弾性部材２２
が密着して強固に嵌入されると共に適宜に接着固定さ
れ、さらに、この弾性部材２２の内周面に、軸方向の長
さが弾性部材２２より短い筒状のブッシュ２４が密着嵌
入される。このブッシュ２４は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）
または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を主成分とするセラミ
ックスで形成される。さらに、弾性部材２２の内周面で
ブッシュ２４の軸方向両端に、テフロン等のプラスチッ
ク材からなる筒状の保護ピース２６，２６が固定され
る。これらの保護ピース２６，２６は、ブッシュ２４と
内径が等しい部分と外側に向けて内径をテーパー状に拡
大する部分とを有する。そして、これらの金属シェル２
０、弾性部材２２、ブッシュ２４および保護ピース２
６，２６の組み付け材が、軸受ケース２８に嵌合挿入さ
れ、さら取付ネジ３０，３０により位置決め固定が行わ
れる。なお、ブッシュ２４の内周面には、軸方向に複数
本の溝３２，３２が設けられている。
【００４１】図４は、本発明の上記すべり軸受を立軸ポ
ンプの水中軸受として適用した例を示す。図において、
図示しないモータによって回転駆動される回転軸１０が
揚水管４０内の軸心位置に配設され、この回転軸１０の
適宜な中間部が、本発明のすべり軸受４２，４２によっ
て、揚水管４０に回転自在に支持される。
ンプの水中軸受として適用した例を示す。図において、
図示しないモータによって回転駆動される回転軸１０が
揚水管４０内の軸心位置に配設され、この回転軸１０の
適宜な中間部が、本発明のすべり軸受４２，４２によっ
て、揚水管４０に回転自在に支持される。
【００４２】かかる構成において、図２のごとく、軸受
スリーブ１２等が組み付けられた回転軸１０を軸受ケー
ス２８に組み付けられたブッシュ２４内に挿通する際
に、保護ピース２６のテーパー状部分および等しい内径
の部分がガイドとして作用し、ブッシュ２４の端部に回
転軸１０の先端部が直接接触するようなことがない。こ
のために、セラミックスで形成されて比較的に脆いブッ
シュ２４が、回転軸１０の組み付け作業により縁が欠け
る等の破損を防止できる。それだけ、組み付け作業が容
易である。
スリーブ１２等が組み付けられた回転軸１０を軸受ケー
ス２８に組み付けられたブッシュ２４内に挿通する際
に、保護ピース２６のテーパー状部分および等しい内径
の部分がガイドとして作用し、ブッシュ２４の端部に回
転軸１０の先端部が直接接触するようなことがない。こ
のために、セラミックスで形成されて比較的に脆いブッ
シュ２４が、回転軸１０の組み付け作業により縁が欠け
る等の破損を防止できる。それだけ、組み付け作業が容
易である。
【００４３】そして、図４のごとく立軸ポンプの水中軸
受として本発明のすべり軸受を応用するならば、水中軸
受としてゴム軸受等の起動する際に潤滑水を必要とする
装置に比較して、潤滑水を供給するための設備およびシ
ャフト保護管等が不必要であって、ポンプ設備全体を大
幅に簡素化し得る。
受として本発明のすべり軸受を応用するならば、水中軸
受としてゴム軸受等の起動する際に潤滑水を必要とする
装置に比較して、潤滑水を供給するための設備およびシ
ャフト保護管等が不必要であって、ポンプ設備全体を大
幅に簡素化し得る。
【００４４】次に、この水中軸受として本発明のすべり
軸受の耐食性を調べるために以下の実験を行った。回転
側摺動部材を本発明のチタン基硬質焼結材料で形成し、
固定側摺動部材を２種類のセラミックス（ＳｉＣとＳｉ
3 Ｎ4 ）で形成した２種のすべり軸受と、回転摺動部材
をＳＵＳ３１６で形成し固定側摺動部材を硬質ゴムで形
成したすべり軸受とを、比摩耗量について比較した。実
験条件は、軸受面圧１ｋｇ／ｃｍ2 （９．８Ｎ／ｃ
ｍ2 ）、周速（３ｍ／ｓ、海水＋砂混合液砂濃度３００
０ｐｐｍ、実験時間１００ｈである。
軸受の耐食性を調べるために以下の実験を行った。回転
側摺動部材を本発明のチタン基硬質焼結材料で形成し、
固定側摺動部材を２種類のセラミックス（ＳｉＣとＳｉ
3 Ｎ4 ）で形成した２種のすべり軸受と、回転摺動部材
をＳＵＳ３１６で形成し固定側摺動部材を硬質ゴムで形
成したすべり軸受とを、比摩耗量について比較した。実
験条件は、軸受面圧１ｋｇ／ｃｍ2 （９．８Ｎ／ｃ
ｍ2 ）、周速（３ｍ／ｓ、海水＋砂混合液砂濃度３００
０ｐｐｍ、実験時間１００ｈである。
【００４５】この測定結果を図５に示す。
【００４６】図５から明らかなごとく、硬質ゴムとＳＵ
Ｓ３１６の組み合わせからなるすべり軸受に比較して、
本発明のチタン基焼結合金とセラミックスの組み合わせ
からなるすべり軸受の比摩耗量は約１／１０以下であっ
た。
Ｓ３１６の組み合わせからなるすべり軸受に比較して、
本発明のチタン基焼結合金とセラミックスの組み合わせ
からなるすべり軸受の比摩耗量は約１／１０以下であっ
た。
【００４７】これにより、一方の摺動部材をチタン基硬
質焼結材料で形成し、他方の摺動部材をセラミックスで
形成する本発明のすべり軸受は、海水に対する耐食性が
優れているとともに、耐摩耗性も優れていることが確認
された。
質焼結材料で形成し、他方の摺動部材をセラミックスで
形成する本発明のすべり軸受は、海水に対する耐食性が
優れているとともに、耐摩耗性も優れていることが確認
された。
【００４８】なお、上記実施例の説明において、本発明
のすべり軸受を立軸ポンプの水中軸受として応用する一
例を示したが、これに用途が限られるものでなく、液体
中または気体中で用いられるすべり軸受、砂等が混入す
る液体中、あるいはスラリー中で運転されるポンプ等に
用いるすべり軸受、さらに、一般回転機械に用いるすべ
り軸受、無潤滑条件下で用いられるすべり軸受等のいず
れに応用しても良い。また、回転側摺動部材をセラミッ
クスで形成し、固定側摺動部材をチタン基硬質焼結材料
で形成しても良い。
のすべり軸受を立軸ポンプの水中軸受として応用する一
例を示したが、これに用途が限られるものでなく、液体
中または気体中で用いられるすべり軸受、砂等が混入す
る液体中、あるいはスラリー中で運転されるポンプ等に
用いるすべり軸受、さらに、一般回転機械に用いるすべ
り軸受、無潤滑条件下で用いられるすべり軸受等のいず
れに応用しても良い。また、回転側摺動部材をセラミッ
クスで形成し、固定側摺動部材をチタン基硬質焼結材料
で形成しても良い。
【００４９】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【００５０】（１） Ｔｉが有する耐食性を劣化させる
ことなく、耐摩耗性，強度、それに比強度が改善され
る。
ことなく、耐摩耗性，強度、それに比強度が改善され
る。
【００５１】（２） Ｔｉ−（Ｃｒ，Ｖ）−ＴｉＣ系
は、従来のＴｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ系合金等よりも高強度
（高比強度）であるため、運動する耐食・耐摩耗部品に
用いれば、より苛酷な条件で使用できる。 （３） Ｔｉ−（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）−ＴｉＣ系は高温等
の苛酷な硝酸に対して特に耐食性が優れるので、核燃料
処理プラント等の苛酷条件でも利用できる。
は、従来のＴｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ系合金等よりも高強度
（高比強度）であるため、運動する耐食・耐摩耗部品に
用いれば、より苛酷な条件で使用できる。 （３） Ｔｉ−（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）−ＴｉＣ系は高温等
の苛酷な硝酸に対して特に耐食性が優れるので、核燃料
処理プラント等の苛酷条件でも利用できる。
【００５２】（４） Ｔｉ−（Ｎｂ，Ｔａ）−ＴｉＣ系
は耐酸化性も優れるので、発電プラント等の高温腐食ガ
ス雰囲気での使用に特に効果を発揮し、より厳しい条件
で使える、より長寿命で使える等の効果がある。
は耐酸化性も優れるので、発電プラント等の高温腐食ガ
ス雰囲気での使用に特に効果を発揮し、より厳しい条件
で使える、より長寿命で使える等の効果がある。
【００５３】（５） ＴｉＣ，ＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ，
Ｎ）が３５〜７０体積％、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）が１〜
１５体積％の範囲内において、特に耐食性，耐摩耗性，
強度が優れるので、従来よりも厳しい条件で使える、よ
り長寿命で使える等の効果がある。
Ｎ）が３５〜７０体積％、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍｏ）が１〜
１５体積％の範囲内において、特に耐食性，耐摩耗性，
強度が優れるので、従来よりも厳しい条件で使える、よ
り長寿命で使える等の効果がある。
【００５４】（６） 化学工業，機械工業等金型，乾電
池合剤成形用金型，ポンプ部品，軸受，メカニカルシー
ル，弁，パイプ，攪拌機，混合機，刃物の耐食・耐摩耗
部品として使用した場合、長寿命となり部品交換頻度が
減少して保守の省力化が達成される。
池合剤成形用金型，ポンプ部品，軸受，メカニカルシー
ル，弁，パイプ，攪拌機，混合機，刃物の耐食・耐摩耗
部品として使用した場合、長寿命となり部品交換頻度が
減少して保守の省力化が達成される。
【００５５】（７） 本発明のチタン基焼結合金を使用
したすべり軸受は、従来の作業条件よりも苛酷な条件に
対応でき、本発明の焼結合金を使用することによって作
業効率を挙げることができ、とくに、海中ポンプの滑り
軸受に適用することによって、長期間の使用に耐えるこ
とができる。
したすべり軸受は、従来の作業条件よりも苛酷な条件に
対応でき、本発明の焼結合金を使用することによって作
業効率を挙げることができ、とくに、海中ポンプの滑り
軸受に適用することによって、長期間の使用に耐えるこ
とができる。
【００５６】（８） セラミックスで形成されたブッシ
ュの軸方向両端に、内径が等しい部分と外側に向けて内
径をテーパー状に拡大する部分とを有する保護ピースを
固定するならば、すべり軸受を組み付ける際に、保護ピ
ースが挿入される軸先端部のガイドとして作用し、組み
付け作業が容易である。
ュの軸方向両端に、内径が等しい部分と外側に向けて内
径をテーパー状に拡大する部分とを有する保護ピースを
固定するならば、すべり軸受を組み付ける際に、保護ピ
ースが挿入される軸先端部のガイドとして作用し、組み
付け作業が容易である。
【図１】 本発明の合金の効果を、Ｍｏ／（Ｔｉ＋Ｍ
ｏ）比を一定にし、ＴｉＣ配合量を変化させた場合の抗
折力と硬さの変化をもって示す。
ｏ）比を一定にし、ＴｉＣ配合量を変化させた場合の抗
折力と硬さの変化をもって示す。
【図２】 本発明のすべり軸受の一実施例の横断面図で
ある。
ある。
【図３】 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】 本発明のすべり軸受を立軸ポンプの水中軸受
として応用した一例を示す図である。
として応用した一例を示す図である。
【図５】 チタン基硬質焼結材料（本発明合金１０）と
セラミックスからなるすべり軸受が、比摩耗量でも優れ
ている実験結果を示す図である。
セラミックスからなるすべり軸受が、比摩耗量でも優れ
ている実験結果を示す図である。
１ 回転側摺動部材 ２ 固定側摺動部材 １０ 回転軸 １２ 軸受スリーブ １４ 段差部 １６ スリーブキー １８ スリーブ押さえ ２０ 金属シェル ２２ 弾性部材 ２４ ブッシュ ２６ 保護ピース ２８ 軸受ケース ３０ 取付ネジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂口 茂也 福岡県福岡市南区清水２丁目20番31号 日本タングステン株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 ＴｉＣおよび／またはＴｉＮ、または、
ＴｉＣとＴｉＮの固溶体からなる第１成分と、 Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素およびそれらの金属元素相互
の固溶体と、Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素の炭化物、窒化
物、炭窒化物およびそれら相互の固溶体とからなる群か
ら選択した一種以上からなる第２成分と、 Ｔｉからなる第３成分を有し、 前記第１成分の体積が全体積中の５〜７０％であり、かつ、 前記第２成分が第２成分と第３成分との合計中に占める
体積％が１〜３０％であるチタン基硬質焼結材料。 - 【請求項２】 請求項１の記載において、第１成分と第
２成分を固溶体化せしめてなるチタン基硬質焼結材料。 - 【請求項３】 回転摺動部材と固定側摺動部材とからな
るすべり軸受において、 回転摺動部材または固定側摺動部材のいずれか一方の部
材を、 Ｔ ｉＣおよび／またはＴｉＮ、または、ＴｉＣとＴｉＮ
の固溶体からなる第１成分と、 Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素と、それら相互の固溶体と、
Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素と、それら相互の固溶体の炭
化物，窒化物，炭窒化物とからなる群から選択した一種
以上からなる第２成分と、 Ｔｉからなる第３成分を有し、 第 １成分の体積が全体積中の５〜７０％であり、かつ、 前記第２成分が第２成分と第３成分との合計中に占める
体積％が１〜３０％であるチタン基硬質焼結材料によっ
て形成し、さらに、 他方の部材を窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分とす
るセラミックスによって形成したチタン基硬質焼結材料
を使用したすべり軸受。 - 【請求項４】 回転摺動部材と固定側摺動部材とからな
るすべり軸受において、 回転摺動部材として、Ｔ ｉＣおよび／またはＴｉＮ、または、ＴｉＣとＴｉＮ
の固溶体からなる第１成分と、 Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素と、それら相互の固溶体と、
Ｖａ族、ＶＩａ族金属元素と、それら相互の固溶体の炭
化物，窒化物，炭窒化物とからなる群から選択した一種
以上からなる第２成分と、 Ｔｉからなる第３成分を有し、前記 第１成分の体積が全体積中の５〜７０％であり、 前記第２成分が第２成分と第３成分との合計中に占める
体積％が１〜３０％であるチタン基硬質焼結材料によっ
て形成した軸受スリーブを回転軸に嵌入固定してなり、かつ、 固定側摺動部材として、 窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分とするセラミック
スで形成したブッシュとし、 同ブッシュを軸方向に長い筒状の弾性部材の内周面に密
着固定し、 同弾性部材を筒状の金属シェルの内周面に密着固定し、 前記ブッシュと内径が等しい部分と外側に向けて内径を
テーパー状に拡大する部分とを有する筒状の保護ピース
を、前記弾性部材の内周面で前記ブッシュの軸方向両端
にそれぞれ固定し、 前記金属シェルを軸受ケースに固定したチタン基硬質焼
結材料を使用したすべり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5136256A JP2747199B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-07 | チタン基硬質焼結材料およびそれを使用したすべり軸受 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14762692 | 1992-06-08 | ||
| JP4-147626 | 1992-06-08 | ||
| JP5136256A JP2747199B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-07 | チタン基硬質焼結材料およびそれを使用したすべり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0673486A JPH0673486A (ja) | 1994-03-15 |
| JP2747199B2 true JP2747199B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=26469888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5136256A Expired - Fee Related JP2747199B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-07 | チタン基硬質焼結材料およびそれを使用したすべり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2747199B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3852902B2 (ja) * | 2000-02-08 | 2006-12-06 | 株式会社クボタ | 耐摩耗性に優れた摺動部材 |
| KR101076785B1 (ko) * | 2008-07-24 | 2011-10-25 | 박영석 | 분말사출 성형체 제조방법 |
| EP2662598A1 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | ZF Wind Power Antwerpen NV | Planetary gear stage with plain bearings as planet bearings |
| JP6643149B2 (ja) * | 2016-03-07 | 2020-02-12 | 株式会社荏原製作所 | 摺動材料、軸スリーブ及び軸スリーブを備えたポンプ |
-
1993
- 1993-06-07 JP JP5136256A patent/JP2747199B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0673486A (ja) | 1994-03-15 |
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