JP3840495B2

JP3840495B2 - 滑材用焼結合金およびその製造方法

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Publication number: JP3840495B2
Application number: JP25357894A
Authority: JP
Inventors: 勝行戸津
Original assignee: HIOS Inc
Current assignee: HIOS Inc
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JPH08120422A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、石英超微粒子の利用に係り、特に各種の滑材として広範囲に応用可能な石英超微粒子を利用した滑材用焼結合金およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軸受材等に使用される焼結合金として、種々のものが知られている。主要なものとしては、銅系と鉄系とがある。例えば、銅系としてはＣｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｃ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃ合金があり、また鉄系としてはＦｅ−Ｃ、Ｆｅ−Ｐｂ−Ｃ、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ合金等が提案され、実用化されている。
【０００３】
しかるに、前記従来のものにおいて、鉄系のものは、銅系のものに比較して低コストであって、機械的強度は高いが、硬度が高いので軸受材等に対する馴染みが好ましくなく、耐蝕性に劣る難点がある。これに対し、銅系のものでは、それらの特性が対照的な関係を有している。
【０００４】
このような観点から、前記鉄系と銅系のものの中間的特性を目的とした鉄−銅系のものも提案されている。この場合、鉄系のものの特性と銅系のものの特性との中間的特性のものとして得られ、鉄系と銅系のものの不利な点がそれぞれカバーされるが、馴染み性において満足し得るものではない。
【０００５】
そこで、前述した難点を解決するため、例えば焼結合金体に好ましい機械的強度を与えると共に低コスト性を得るためにＦｅを２０〜８０ｗｔ％含有し、耐蝕性を付与すると共に焼結合金体の安定化とＺｎ、ＳｎおよびＰｂ等の好ましい添加分布状態を得るためにＣｕを１５〜７７ｗｔ％含有し、Ｆｅ粉末による骨格的作用を確保した焼結合金体において好ましい耐蝕性を得るためにＺｎを１〜２６ｗｔ％含有し、Ｆｅ粉末の骨格的機能を採用した焼結合金体において目的とする馴染み性を得るために主要な作用をなすＰｂを０．５〜７ｗｔ％含有し、さらに前記Ｐｂ添加による強度劣化を回避するための主要な成分としてＳｎを０．５〜７ｗｔ％含有してなる焼結組成とした焼結合金が提案されている（特開平３−１９９３４８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の軸受等の滑材として使用する焼結合金は、含油させて用いるために、含油量が適切に得られるように所定の気孔率を保持するようにして焼結を行う必要がある。従って、この気孔率の設定は焼結合金の製造に際して、極めて面倒であり、適正な気孔率が得られない場合には、焼結合金体としての強度が得られなくなる難点がある。
【０００７】
そこで、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、硬度が高く、熱的安定性に優れている石英を素材とし、この石英の微粒子を滑材として使用する焼結合金の組成として含有させることにより、気孔率を考慮することなく焼結合金体を得ることにより、高い強度を有すると共に、滑材として有効であり、しかも容易に製造することができる滑材用焼結合金を得ることができることを突き止めた。
【０００８】
すなわち、石英は、一般的に水晶またはクォーツとして知られており、その組成は二酸化硅素ＳｉＯ₂からなる。また、石英は、その物理的性質として、硬度７、比重２．６５０で圧電気特性を有し、また化学的性質として、フッ化水素酸以外の酸には溶けず、装飾品、耐熱製品、電子デバイス、光学部品の素材として各種の用途を有している。
【０００９】
また、従来より、金属系およびセラミック系の超微粒子の製造方法としては、▲１▼物理的粉砕法、▲２▼液相法および▲３▼気相法が知られ、特にシリカ系の超微粒子の生成にはプラズマ反応器やレーザービームを使用した気相法を適用し得ることが知られている。例えば、市販のＳｉＣ粉末（α−ＳｉＣ）をＡｒガス雰囲気でＣＯ₂レーザービームを照射して蒸発を行うことができ、これによりＳｉＣの超微粒子が得られることが発表されている。この場合、雰囲気ガスの上昇と共に、粒径は大きくなるが、Ａr ガス１０トール中でのＳｉＣ超微粒子の粒径は、約０．０２μｍとなり、またＳｉＣ超微粒子中のＳｉの割合は、雰囲気ガス圧が高くなるほど多くなることが確認されている。
【００１０】
今日、相対的に動作する物体あるいは部品間ににおける摩擦抵抗や摩耗を減少させたり、消費エネルギーの節約のために、多種多様な潤滑剤が使用されている。このような潤滑剤としては、液状の潤滑油、常温で半固体状あるいは粘稠なペースト状のグリースおよび粉末状の固体潤滑材があるが、いずれもいかなる使用条件にも適合し得るような潤滑剤はなく、その用途や目的に応じて潤滑剤の性質を向上すべく改良して実用に供されている。そして、このような観点から、非常に大きな荷重が作用するような軸および軸受、歯車等の種々の機械要素や塑性加工等において使用される潤滑油やグリースにおいては、従来よりその極圧性や潤滑性能等の性質向上を目的として、添加剤として固体潤滑材（グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン粉末、雲母、滑石等）を配合することも行われている（特開平１−９２２９６号公報）。
【００１１】
しかるに、このような添加剤としての固体潤滑材は、一般に潤滑油やグリースに対して親和性が悪く、しかも比重に大きな差があること等から、潤滑油やグリース中での分散安定性が悪く、このため潤滑油やグリース中に固体潤滑材を添加剤として配合する場合に、無機物あるいは有機物からなる分散剤を多量に必要とし、また分散剤の添加があまり好ましくないような場合には、潤滑油やグリース中に固体潤滑材を使用することができなかったり、あるいは添加しても分離が起きて均一な混合が困難になり、十分な極圧性や潤滑性能を発揮し得ない場合があった。このため、例えば粉末状固体潤滑材の表面を改質すること等が提案されているが（特開昭５６−１１２９９５号公報）、その製造工程が複雑となる等の問題がある。
【００１２】
そして、このような粉末固体潤滑材を基油に対し、長期間安定に分散できるように、前記基油の一部または全部として、特定のナフテン系油を使用することが提案されている（特開平１−９２２９６号公報）。しかしながら、この場合、使用する基油に制限されるため、その用途の範囲も制限される難点がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、高純度の石英ガラスより、球形でしかも高強度であり、耐熱性および耐薬品性を有し、高分散性、無害性、無菌性である石英超微粒子を製造し、そしてこの石英超微粒子を鉄系ないし銅系の焼結合金の組成として含有させることにより、製造が容易にして最も効果的な滑り作用を発揮することができる滑材用焼結合金およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る滑材用焼結合金は、Ｆｅを２０〜８０ｗｔ％、Ｃｕを１５〜７７ｗｔ％、Ｚｎを１〜２６ｗｔ％、Ｐｂを０．５〜７ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％を含有し、残部が不可避的不純物よりなり、これに高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子を０．０５〜０．５ｗｔ％含有した焼結組成としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る滑材用焼結合金の製造方法は、Ｆｅ；２０〜８０ｗｔ％、Ｃｕ；１５〜７７ｗｔ％、Ｚｎ；１〜２６ｗｔ％、Ｐｂ；０．５〜７ｗｔ％、Ｓｎ；０．５〜７ｗｔ％、高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子；０．０５〜０．５ｗｔ％の割合で混合した原料粉を圧粉成形してから８３０〜１，０００℃で焼結することを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明に係る滑材用焼結合金によれば、それぞれ所定量のＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎの粉末と共に、高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子を所定量混合して、焼結合金体を得ることにより、石英超微粒子による滑り作用が有効に機能して、摩擦係数を低くしかつ安定にして、耐摩耗性および耐焼付性を向上することができる。
【００１８】
しかも、本発明に係る滑材用焼結合金は、その製造に際して、通常の焼結合金と同様に、前記各粉末をそれぞれ所定量づつ混合し、この場合に適宜公知の結合剤ないしは滑剤の添加は許容しても、気孔率は考慮することなく焼結を行うことができるので、工程が簡略にして常に品質の安定した焼結合金体を低コストに製造することができる。
【００１９】
従って、本発明に係る滑材用焼結合金は、各種の軸受材料としては勿論のこと、耐摩耗性および耐焼付性の要求される各種摺動部材ないし潤滑部材として広範囲に利用することができる。
【００２０】
しかるに、本発明において、Ｆｅは本発明焼結合金の主体をなすものであり、Ｆｅは適当な強度を得るとともに低コスト性を保持するために、２０〜８０ｗｔ％添加する。
【００２１】
また、本発明焼結合金に耐蝕性を付与すると共に、焼結合金体の安定化とＺｎ、ＳｎおよびＰｂ等の好ましい添加分布状態を得るために、Ｃｕを１５〜７７ｗｔ％添加する。
【００２２】
さらに、Ｆｅの主体的作用を確保した焼結合金体において、好ましい耐蝕性を得るためにＺｎを１〜２６ｗｔ％添加する。また、Ｆｅの主体的機能を有する焼結合金体において、目的とする馴染み性を得るために主要な作用をなすＰｂを０．５〜７ｗｔ％含有する。そして、前記Ｐｂ添加による強度劣化を回避するための主要な成分として、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％添加する。
【００２３】
さらにまた、石英超微粒子としては、例えば高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として製造することができ、その滑り性を適切に確保するために０．０５〜０．５ｗｔ％、好適には０．１ｗｔ％添加する。
【００２４】
本発明に係る焼結合金の製造において、焼結組成をなす各種粉末の混合を円滑に達成するため、結合剤として、樟脳、パラフィン、レジン、塩化アンモニウム、鉱油等を使用することができる。また、滑剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、パラフィン、レジン等を使用することができる。
【００２５】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００２６】
【実施例】
前述した本発明に従い、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎおよび石英超微粒子の含有量を種々に変えた焼結合金の粉末組成を使用して滑材用焼結合金を調製した。
【００２７】
実施例１
Ｆｅ；８０部、Ｃｕ；１５部、Ｚｎ；２．５部、Ｐｂ；１部、Ｓｎ；１部、石英超微粒子；０．５部からなる焼結組成粉末を混合し、９００℃で焼結して、直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの軸部材を製造した。
【００２８】
実施例２
Ｆｅ；２０部、Ｃｕ；７７部、Ｚｎ；０．５部、Ｐｂ；１．１部、Ｓｎ；１．１部、石英超微粒子；０．３部からなる焼結組成粉末を混合し、９８０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００２９】
実施例３
Ｆｅ；３２部、Ｃｕ；３９部、Ｚｎ；２５．５部、Ｐｂ；２．６部、Ｓｎ；０．７部、石英超微粒子；０．２部からなる焼結組成粉末を混合し、８５０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３０】
実施例４
Ｆｅ；３０部、Ｃｕ；５１部、Ｚｎ；４．８５部、Ｐｂ；７部、Ｓｎ；７部、石英超微粒子；０．１５部からなる焼結組成粉末を混合し、８５０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３１】
実施例５
Ｆｅ；５０部、Ｃｕ；３０部、Ｚｎ；１４．５部、Ｐｂ；３．２部、Ｓｎ；２．２部、石英超微粒子；０．１部からなる焼結組成粉末を混合し、８３０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３２】
実施例６
Ｆｅ；５２部、Ｃｕ；３０部、Ｚｎ；１４．５部、Ｐｂ；２．２部、Ｓｎ；１．２部、石英超微粒子；０．１部からなる焼結組成粉末を混合し、８３０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３３】
実施例７
Ｆｅ；６０部、Ｃｕ；２６部、Ｚｎ；１０部、Ｐｂ；１．７２部、Ｓｎ；２．２部、石英超微粒子；０．０８部からなる焼結組成粉末を混合し、８３０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３４】
実施例８
Ｆｅ；４４部、Ｃｕ；４０部、Ｚｎ；７．５部、Ｐｂ；５．２３部、Ｓｎ；３．２部、石英超微粒子；０．０７部からなる焼結組成粉末を混合し、８３０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３５】
実施例９
Ｆｅ；２６部、Ｃｕ；４５部、Ｚｎ；１９部、Ｐｂ；４．５５部、Ｓｎ；５．４部、石英超微粒子；０．０５部からなる焼結組成粉末を混合し、８６０℃で焼結して、実施例１と同様の軸部材を製造した。
【００３６】
なお、前記各実施例において、焼結組成粉末には、Ｆｅとして８０メッシュ以下の鉄粉、ＣｕおよびＺｎとして８０メッシュ以下の黄銅粉、あるいはＣｕおよびＳｎとして８０メッシュ以下の青銅粉、Ｐｂとして６０メッシュ以下の鉛粉を使用した。
【００３７】
次いで、前記実施例１〜９により得られた焼結製品について、それぞれ摩擦係数の測定と、耐摩耗試験および耐焼付試験と行ったところ、第１表に示すような結果が得られた。
【００３８】
【表１】

【００３９】
以上の測定結果から明らかなように、本発明の滑材用焼結合金によれば、従来の焼結合金に比べて、摩擦抵抗を著しく低減できることが確認された。また、同様に耐摩耗性および耐焼付性についても、優れていることが確認された。
【００４０】
従って、前記構成からなる本発明の滑材用焼結合金は、焼結合金に含有される石英超微粒子による摺動面等に対し、高い硬度を有し、しかも球形であることから優れた滑り作用を有すると共に耐熱性、耐薬品性、無害性を有して、優れた耐摩耗製品を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の滑材用焼結合金は、公知の潤滑油を併用することにより、さらに潤滑部材としての用途も大幅に拡大することができる。
【００４２】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかなように、本発明に係る滑材用焼結合金は、Ｆｅを２０〜８０ｗｔ％、Ｃｕを１５〜７７ｗｔ％、Ｚｎを１〜２６ｗｔ％、Ｐｂを０．５〜７ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％を含有し、残部が不可避的不純物よりなり、これに高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子を０．０５〜０．５ｗｔ％含有した焼結組成としたことにより、前記石英超微粒子による滑り作用が有効に機能して、摩擦係数を低くしかつ安定にして、耐摩耗性および耐焼付性を向上することができる。
【００４３】
従って、本発明により得られる滑材用焼結合金は、各種の軸受材料としては勿論のこと、耐摩耗性および耐焼付性の要求される各種摺動部材ないし潤滑部材として広範囲に利用することができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

Claims

Ｆｅを２０〜８０ｗｔ％、Ｃｕを１５〜７７ｗｔ％、Ｚｎを１〜２６ｗｔ％、Ｐｂを０．５〜７ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％を含有し、残部が不可避的不純物よりなり、これに高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子を０．０５〜０．５ｗｔ％含有した焼結組成としたことを特徴とする滑材用焼結合金。
Ｆｅ；２０〜８０ｗｔ％、Ｃｕ；１５〜７７ｗｔ％、Ｚｎ；１〜２６ｗｔ％、Ｐｂ；０．５〜７ｗｔ％、Ｓｎ；０．５〜７ｗｔ％、高純度の石英ガラスに対し、約３，５００〜４，０００℃の高温レーザー光線を照射し、これにより発生する蒸発気体を回収し、冷却して得られた球形でしかも約０．２〜０．４μｍを中心とする不均一な粒径を有する混合粒子として得られる石英超微粒子；０．０５〜０．５ｗｔ％の割合で混合した原料粉を圧粉成形してから８３０〜１，０００℃で焼結することを特徴とする滑材用焼結合金の製造方法。