JP6318135B2 - 粒子状材料の冶金組成物、自己潤滑性焼結体、および自己潤滑性焼結体を得る方法 - Google Patents
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Description
本発明は、粒子状材料の冶金組成物(金属粉末および非金属粉末の形状)から構造化され、焼結されるように設計されている完成製造物(部品)および半完成製造物(幾つかの物品)を製造するための特殊な技術に関する。製造物は、焼結工程で形成される製造物の金属構造マトリックスを構成する構成要素の他に、粉末形状で金属マトリックス中に分散されている固体潤滑剤を含み、それによって、連続的な金属マトリックスを提示し、高い機械的強度および高い硬度と結び付く低い摩擦係数を焼結部品や製造物に付与することが可能な、ミクロ構造の自己潤滑性複合体を形成する。本発明は、組成物から、焼結することによって、自己潤滑性複合体(部品)を形成するための前記冶金組成物、ならびに粉末冶金によって前記部品または製造物を得るための特殊な代替技術または方法に関する。
機械工学においては、低い摩擦係数と結び付く高い機械的強度および高い磨耗強度といった特性を必要とする用途のための材料を得るための研究がますます進んでいる。
従って、本発明は、金属構造マトリックスおよび非金属固体潤滑剤によって形成される複合材料の冶金組成物であって、高い機械的強度および高い硬度に結び付けられる低い摩擦係数を提示する焼結体(完成品および半完成品)の構造化(緻密化)および焼結作業による製造に適切である冶金組成物を提供することを目的とする。同様に、本発明は、構造化(緻密化)および焼結作業により、上記したような焼結体を製造するための複合材料の冶金組成物であって、鉄もしくは合金鉄に基づくマトリックスに適用される時は、マトリックスが焼結温度で炭素を溶解するとしても、炭素を含有する、即ち、グラファイトからの、粒子状固体潤滑剤の前処理を必要としない、複合材料の冶金組成物を提供することを目的とする。
既に前述したように、本発明の目的の1つは、粒子状材料の冶金組成物を提供することである。これは圧縮(加圧、圧延、押出)または射出成形によって均質に混合および構造化(緻密化)されることができ、従来技術の教示によって得られた製造物と関連する、硬度や機械的強度が高く摩擦係数が減少した製造物を得るために、焼結されるように規定された幾何形状(部品)が想定され得る。本冶金組成物は、組成物の形成において優勢な主粒子状金属材料、および合金元素を硬化させる少なくとも1つの粒子を含み、これらの成分は、焼結される複合体中の構造的マトリックス10の形成に関わっている。
Claims (7)
- 粒子状材料の冶金組成物から得られる、焼結の前に構造化される自己潤滑性焼結体であって、当該自己潤滑性焼結体は、硬度がHV≧230、摩擦係数がμ≦0.15、および牽引力抵抗性がστ≧450Mpaであり、当該粒子状材料の冶金組成物は、焼結されるべき複合体中に構造的マトリックス(10)を形成する、主たる化学元素からなる主粒子状金属材料、および少なくとも1つの粒子状硬化元素;構造的マトリックスに少なくとも部分的に可溶な非金属の粒子状固体潤滑剤(20);鉄アルファ相を安定化させる機能を有する合金成分;および、構造化された冶金組成物を焼結する間に、構造的マトリックス(10)を形成する主粒子状金属材料と粒子状固体潤滑剤(20)の間に液相を形成し、別個の粒子中に粒子状固体潤滑剤を凝集させることが可能である少なくとも1つの粒子状合金元素からなり、主粒子状金属材料が鉄であり、粒子状硬化元素は構造的マトリックス(10)を硬化させる機能を有し、粒子状固体潤滑剤(20)はグラファイトおよび六方晶窒化ホウ素からなる混合物であり、粒子状固体潤滑剤(20)は形成される複合体の体積の15%以下の体積パーセンテージを示し、粒子状硬化元素、粒子状合金元素および合金成分は治金組成物の2重量%から5重量%の含有量のケイ素であることを特徴とする、自己潤滑性焼結体。
- 粒子状材料の冶金組成物から得られる、焼結の前に構造化される自己潤滑性焼結体であって、当該自己潤滑性焼結体は、硬度がHV≧230、摩擦係数がμ≦0.15、および牽引力抵抗性がστ≧450Mpaであり、当該粒子状材料の冶金組成物は、焼結されるべき複合体中に構造的マトリックス(10)を形成する、主たる化学元素からなる主粒子状金属材料、および少なくとも1つの粒子状硬化元素;構造的マトリックスに少なくとも部分的に可溶な非金属の粒子状固体潤滑剤(20);鉄アルファ相を安定化させる機能を有する合金成分;および、構造化された冶金組成物を焼結する間に、構造的マトリックス(10)を形成する主粒子状金属材料と粒子状固体潤滑剤(20)の間に液相を形成し、別個の粒子中に粒子状固体潤滑剤を凝集させることが可能である少なくとも1つの粒子状合金元素;および有機バインダーからなり、主粒子状金属材料が鉄であり、粒子状硬化元素は構造的マトリックス(10)を硬化させる機能を有し、粒子状固体潤滑剤(20)はグラファイトおよび六方晶窒化ホウ素からなる混合物であり、粒子状固体潤滑剤(20)は形成される複合体の体積の15%以下の体積パーセンテージを示し、粒子状硬化元素、粒子状合金元素および合金成分は治金組成物の2重量%から5重量%の含有量のケイ素であり、当該有機バインダーは、当該冶金組成物の総体積の40%から45%の割合でパラフィンおよびその他のワックス類、エチレンビニルアセテートならびに低融点ポリマー類からなる群から選択される、
ことを特徴とする、自己潤滑性焼結体。 - 圧縮により構造化され、平均粒径が10μmから60μmの固体潤滑剤(20)の別個の粒子が分散されている構造的マトリックス(10)を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の自己潤滑性焼結体。
- 圧縮によって構造化され、ならびに鉄の主粒子状金属材料は、平均粒径が10μmから90μmであり、構造的マトリックス(10)を硬化させる機能を有する粒子状硬化元素、および、圧縮によって構造化された冶金組成物の焼結中に、液相を形成し、および粒子状固体潤滑剤を凝集させる機能を有する粒子状合金元素は、平均粒径が45μm未満であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の自己潤滑性焼結体。
- 射出成形によって構造化され、および鉄の主粒子状金属材料、粒子状硬化元素、液相を形成する粒子状合金元素、ならびに粒子状固体潤滑剤は、平均粒径が1μmから45μmであることを特徴とする、請求項2に記載の自己潤滑性焼結体。
- 粒子状材料の冶金組成物から自己潤滑性焼結体を得る方法であって:
冶金組成物を規定する粒子状材料を所定量でミルまたはミキサーで混合する工程;
粒子状材料混合物を圧縮して、該混合物に、焼結される製造物の形状を付与する工程;および
圧縮され、構造化された混合物を1125℃から1250℃の温度で焼結して、焼結中に、粒子状合金元素で液相を形成し、よって構造的マトリックスの中に分散された別個の粒子中の粒子状固体潤滑剤の凝集を促進させる工程
を含み、
当該粒子状材料の冶金組成物は、焼結されるべき複合体中に構造的マトリックス(10)を形成する、主たる化学元素からなる主粒子状金属材料、および少なくとも1つの粒子状硬化元素;構造的マトリックスに少なくとも部分的に可溶な非金属の粒子状固体潤滑剤(20);鉄アルファ相を安定化させる機能を有する合金成分;および、構造化された冶金組成物を焼結する間に、構造的マトリックス(10)を形成する主粒子状金属材料と粒子状固体潤滑剤(20)の間に液相を形成し、別個の粒子中に粒子状固体潤滑剤を凝集させることが可能である少なくとも1つの粒子状合金元素からなり、主粒子状金属材料が鉄であり、粒子状硬化元素は構造的マトリックス(10)を硬化させる機能を有し、粒子状固体潤滑剤(20)はグラファイトおよび六方晶窒化ホウ素からなる混合物であり、粒子状固体潤滑剤(20)は形成される複合体の体積の15%以下の体積パーセンテージを示し、粒子状硬化元素、粒子状合金元素および合金成分は治金組成物の2重量%から5重量%の含有量のケイ素であり、
当該自己潤滑性焼結体は、硬度がHV≧230、摩擦係数がμ≦0.15、および牽引力抵抗性がστ≧450Mpaである、
ことを特徴とする方法。 - 射出成形によって構造化され、および有機バインダーを含み、ならびに鉄の主粒子状金属材料、粒子状硬化元素、液相を形成する粒子状合金元素、ならびに粒子状固体潤滑剤は、平均粒径が1μmから45μmである、構造的マトリックスに不溶性の固体潤滑剤を含有する粒子状材料の冶金組成物から、自己潤滑性焼結体を得る方法であって:
冶金組成物を規定する粒子状材料を所定量でミルまたはミキサーで混合する工程;
該粒子状材料を有機バインダーと該有機バインダーが溶融する温度を下回らない温度で混合し、混合物が均質にされた供給原料を得る工程;
組成物を粒状にし、その取り扱い、保存および注入機への供給を容易にする工程;
粒子状材料混合物を射出成形し、混合物に、焼結される製造物の形状を付与する工程;
成形部品から有機バインダーを抽出する工程;および
構造化された混合物を1125℃から1250℃の温度で焼結して、焼結中、粒子状合金元素で液相を形成し、それによって構造的マトリックスの中に分散された別個の粒子中の粒子状固体潤滑剤の凝集を促進させる工程
を含み、
当該粒子状材料の冶金組成物は、焼結されるべき複合体中に構造的マトリックス(10)を形成する、主たる化学元素からなる主粒子状金属材料、および少なくとも1つの粒子状硬化元素;構造的マトリックスに少なくとも部分的に可溶な非金属の粒子状固体潤滑剤(20);鉄アルファ相を安定化させる機能を有する合金成分;および、構造化された冶金組成物を焼結する間に、構造的マトリックス(10)を形成する主粒子状金属材料と粒子状固体潤滑剤(20)の間に液相を形成し、別個の粒子中に粒子状固体潤滑剤を凝集させることが可能である少なくとも1つの粒子状合金元素;および有機バインダーからなり、主粒子状金属材料が鉄であり、粒子状硬化元素は構造的マトリックス(10)を硬化させる機能を有し、粒子状固体潤滑剤(20)はグラファイトおよび六方晶窒化ホウ素からなる混合物であり、粒子状固体潤滑剤(20)は形成される複合体の体積の15%以下の体積パーセンテージを示し、粒子状硬化元素、粒子状合金元素および合金成分は治金組成物の2重量%から5重量%の含有量のケイ素であり、当該有機バインダーは、当該冶金組成物の総体積の40%から45%の割合でパラフィンおよびその他のワックス類、エチレンビニルアセテートおよび低融点ポリマー類からなる群から選択され、
当該自己潤滑性焼結体は、硬度がHV≧230、摩擦係数がμ≦0.15、および牽引力抵抗性がστ≧450Mpaである、
ことを特徴とする方法。
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