JP6643149B2

JP6643149B2 - 摺動材料、軸スリーブ及び軸スリーブを備えたポンプ

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Publication number: JP6643149B2
Application number: JP2016043517A
Authority: JP
Inventors: 暢晃伊藤; 杉山　憲一; 憲一杉山; 八鍬　浩; 浩八鍬; 則雄高橋; 真小宮; 藤本　賢二; 賢二藤本
Original assignee: Ebara Corp; Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: DE112017001177T5; WO2017154587A1; US20190113047A1; CN108713064B; US10859088B2; JP2017160468A; SA518392294B1; CN108713064A

Description

本発明は、ポンプ等に用いる軸スリーブとその摺動材料に関し、特に、海水や下水のような腐食性を有する流体と接触する環境下で用いる軸スリーブ、およびそれを用いたポンプに関する。

ポンプには、羽根車を回転させるためモータ等の駆動機の回転力を羽根車に伝達する回転軸が備えられている。ポンプの羽根車はケーシングに囲繞され、水を送水するので水に晒される。回転軸は、多くはケーシング外部からケーシング内部の羽根車に接続するので、水に晒される部分が生じる。また、回転軸は、回転軸の回転方向に作用する力が生じるので、その力を受けるすべり軸受等の軸受により支えられる。すべり軸受は、多くのポンプでは水中に配置されている。

回転軸は、すべり軸受の部分では摺動するので、回転数が大きかったり、水中に硬質の砂などが混入したりしていると、摩耗が激しくなる。そのような場合には回転軸よりも耐摩耗性に優れた材料によるスリーブという円筒状の部材が、すべり軸受と摺動する回転軸の外周に備えられている場合がある。すべり軸受の配置の位置や個数は、回転軸の長さや回転体の重さや回転数などの条件に依存する。

一般に、材料の硬度が大きいほど耐摩耗性に優れた材料であるので、スリーブに用いる材料は、耐摩耗性に優れた材料として、ＷＣ（タングステンカーバイド）のようなセラミックスの粒子をＣｏ，Ｎｉ等の金属素地中に分散させた超硬材料などが用いられている。

しかし、海水や下水のような腐食性を有する液体を扱う用途のポンプに組み込むスリーブには、耐摩耗性だけではなく耐腐食性も求められる。耐摩耗性及び耐腐食性に優れた材料として、Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相と、ＴｉＣを含む硬質相とを有するスリーブが提案されている。

特許文献１には、従来のＣｏ，Ｎｉ等の金属素地中にＷＣ（タングステンカーバイド）のようなセラミックスの粒子を分散させた材料では、Ｃｏ，Ｎｉ等が腐食により溶出し、ＷＣが脱落するためスリーブの強度や、耐摩耗性が維持できないという課題を解決することを目的として、Ｔｉ−Ｍｏ系の合金を素地としてＴｉＣの粒子を均一に分散させた軸受用部材（スリーブ）が提案されている。Ｔｉ−Ｍｏ系の合金の素地は、合金自体の耐蝕性が優れていること、α−Ｔｉ相とβ−ＴｉＭｏ相を緻密に分散させることで硬度が向上すること、異種金属の接触による腐食から保護できることが記載されている。

特許文献２には、Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相にＴｉＣ粒子が均一に分散された超硬材料であって、硬質相としてのＴｉＣの含有割合が９０ｗｔ％乃至７０％ｗｔであり、Ｔｉ−Ｍｏ系共晶合金の含有割合が１０ｗｔ％乃至３０ｗｔ％である焼結体からなるサーメットから構成されるスリーブが提案されている。

これらの文献の提案によれば、耐摩耗性は勿論、耐腐食性や耐摺動性、耐かじり性能の向上がされることが示唆されている。
しかし、特許文献３には、Ｔｉ−Ｍｏ−ＴｉＣ系焼結合金は、焼結に際して、ＴｉＣ中のＣがＴｉおよびＭｏ側との間で相互拡散し、焼結後、具体的にはＴｉＣ_０．５相当のＴｉＣ相とＴｉ−Ｍｏ合金相（β−Ｔｉ相）となり、例えば粒径４５ミクロン以下の粗大なＴｉ原料粉末を多く含む場合には、さらにＣが拡散してＴｉＣ_１．０からＴｉＣ_０．５に
変わる過程でＴｉＣ_ｘ相の著しい粒成長を伴うため、硬度及び強度が低下すること、Ｔｉが活性であるため微細なＴｉ粉末を用いる製造が非常に困難であること、固溶酸素量や窒素量によって大きく物性が劣化するため工業的な適用ができなかったことが記載されている。

ところで、超硬材料から構成されるスリーブは、回転時に衝撃力を受けると破損しやすい。特に回転速度が高速になるほど、あるいは摺動部分に異物が混入するほど、衝撃力が生じやすくなり、スリーブが破損することが多い。また、スリーブとすべり軸受とを摺動させているうちに両者の間の摺動部に異物が混入すると、異物がスリーブ表面に作用することにより生じた傷から、亀裂が生じて強度が低下してしまう。それゆえ、更に破損しやすくなる。

近年、揚水・排水施設においては、より高い揚程により大容量の揚水を行えるポンプが求められており、そのため、回転軸はより太く長くなり、回転数はより高速化している。さらに、近年の気候の変化により、大雨や洪水などによって多量の土砂、砂礫が河川や海に運ばれ、あるいは川底や海底から舞い上がり、揚水に混入する状況になってきている。

したがって、求められるポンプのスリーブの使用環境は、ますます破損を生じやすい厳しい条件となっており、スリーブには、それに対応する性能、すなわち破壊靱性値が現状よりもっと高い材料が求められている。なお、「靭性」とは、亀裂の初期発生から進展にかけての抵抗力であり、「破壊靱性値」とはその指標である。

Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相と、ＴｉＣを含む硬質相と、を有する耐蝕性と耐摩耗性に強い材料における硬度と破壊靭性との関係は線形相関ではなく、破壊靭性が最大となる硬度がある。たとえば図１に示すように、ビッカース硬さＨＶ３０（３０ｋｇｆ）で８００Ｎまでは硬度が高くなるほど破壊靭性も大きくなるが、８００Ｎにおいて破壊靭性が最大となり、８００Ｎを越えると硬度が高くなるほど破壊靱性が低下するという傾向がある。一方、硬度が低くなると摩耗量が増加するため、摺動部材としての適性を満たさない。したがって、摩耗量が低く、高い硬度を有し、且つ高い破壊靭性を有する摺動材料が求められている。

特開2000-161361号公報特開2003-129166号公報特開2004-190097号公報

本発明は、Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相と、ＴｉＣを含む硬質相と、を有する摺動材料であって、耐摩耗性に優れ、硬さがあり且つ高い破壊靭性を有する摺動材料を提供すること、当該摺動材料から構成され、耐蝕性、耐摩耗性及び耐破損性に優れるスリーブを提供すること、及び当該スリーブを組み込んだポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相と、ＴｉＣ_ｘ（ｘは０．５〜０．７）を含む硬質相と、を有するＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料であり、拡大率４００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察の反射電子像における視野のピクセル数を換算した値として３１７μｍ×２２０μｍで観察した場合（以下「ＳＥＭ観察視野」と略す。
）に、下記条件（１）乃至（５）：
（１）当該バインダー相と硬質相との総面積が当該視野面積の９０％以上であること、
（２）当該バインダー相の総面積が当該視野面積の１５％以上２０％以下であること、
（３）当該バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ以上５０μｍ以下に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相全体の総面積の６０％以上８０％以下であること、
（４）当該バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ未満に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相全体の総面積の２０％以上４０％以下であること、
（５）当該バインダー相中のＭｏ濃度は、２５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下であること、
をすべて満たすことを特徴とするＴｉＣｘ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料が提供される。

ＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料は、８０〜９０mass％のＴｉＣと、１０〜２０mass％のＴｉ−Ｍｏ系合金と、を含むことが好ましい。
走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略す。）観察による面積率の算出の手順は以下のとおりである。

試験片の観察倍率４００倍のＳＥＭの反射電子像を観察して、視野（３１７μｍ×２２０μｍ）の画像解析を行う。ＳＥＭ画像中、白色に表示される領域が金属相又は合金相であり、黒色に表示される領域が炭化物相である。二値化処理により、白色に表示される各領域の面積を求め、この面積を円の面積と仮定して直径を算出し、直径１０μｍ以上５０μｍ以下に相当する領域の総面積と、直径１０μｍ未満に相当する領域の総面積と、直径５０μｍ超に相当する領域の総面積と、を求め、白色に表示される領域の総面積に対する各領域の総面積の比率を算出する。観察視野を少なくとも５箇所選択し、その平均値を面積率とする。

バインダー相中のＭｏ濃度は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により、ＳＥＭ観察視野中の任意のバインダー相について、少なくとも１０点を任意に選択して点分析を行った結果の平均値とする。

本発明の摺動材料は、上記バインダー相、硬質相、Ｔｉ相及びＭｏ相とは異なる第三相を上記ＳＥＭ観察視野面積の１０％未満の量でさらに含んでいてもよい。第三相としては、Ｔｉ−Ｍｏを除く元素周期表５族金属元素、６族金属元素及びＴｉから選択される２種類以上の金属元素の相互固溶体、又はＴｉＣを除く元素周期表５族金属元素、６族金属元素及びＴｉから選択される１種類以上の金属元素の炭化物、窒化物及び炭窒化物、及びこれらの組合せを好適に挙げることができる。第三相が出現することで、バインダー相及び硬質相の総量が相対的に低下するため、Ｔｉ−Ｍｏ相とＴｉＣｘ相の二相合金の強度が弱まり、抗折強度が低下してしまうため、第三相の含有率は低い方が望ましい。

また、本発明によれば、前記ＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料から形成されるスリーブが提供される。本発明のスリーブは、回転機械の回転軸と、当該回転軸を摺動しながら支えるすべり軸受と、の間に備え付けられる。

さらに、本発明によれば、前記ＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料から形成されるスリーブを組み込んだポンプが提供される。本発明のポンプは、羽根車と、当該羽根車を回転させる回転軸と、当該羽根車と当該回転軸を囲繞し、当該回転軸を摺動しながら支えるすべり軸受を固定するケーシングと、当該回転軸のすべり軸受け摺動する面に設けられている円筒状の前記スリーブとを具備する。

本発明の摺動材料は、高い硬度における耐摩耗性に優れ、且つ高い破壊靭性を有する。
本発明のスリーブは、耐蝕性、耐摩耗性及び耐破損性に優れる。

材料の硬さと破壊靱性値の関係を示すグラフである。本発明に係るポンプの一実施態様の断面図である。本発明に係る軸受装置の一実施態様の断面図である。試料Ｎｏ．Ｅ１のＳＥＭ画像である。図４のＳＥＭ画像の左側半分の領域を二値化処理した画像である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図２は、立軸ポンプ３の全体を示す断面図である。図２に示すように、立軸ポンプ３は、ポンプ設置床に設置固定される吐出エルボ３０と、この吐出エルボ３０の下端に接続されるケーシング２９と、ケーシング２９の下端に接続されるとともにインペラ２２を内部に格納する吐出ボウル２８と、吐出ボウル２８の下端に接続されるとともに水を吸い込むための吸い込みベル２７とを備えている。

立軸ポンプ３のケーシング２９、吐出ボウル２８、及び吸い込みベル２７の径方向略中心部には、上下二本の軸が軸継手２６によって互いに接続されることにより形成された一本の回転軸１０が配置されている。

回転軸１０は、支持部材を介してケーシング２９に固定されている上部軸受３２と、支持部材を介して吐出ボウル２８に固定されている下部軸受３３によって支持されている。回転軸１０の一端側（吸い込みベル２７側）には、水をポンプ内に吸い込むためのインペラ２２が接続されている。回転軸１０の他端側は、吐出エルボ３０に設けられた孔を通って立軸ポンプ３の外部へ延び、インペラ２２を回転させる図示しないエンジンやモータ等の駆動機へ接続される。

回転軸１０と吐出エルボ３０に設けられた孔との間には、フローティングシール、グランドパッキンまたはメカニカルシール等の軸シール３４が設けられており、軸シール３４により立軸ポンプ３が扱う水が立軸ポンプ３の外部に流出することを防止する。

駆動機は、保守点検を容易に行うことができるように陸上に設けられる。駆動機の回転は回転軸１０に伝達され、インペラ２２を回転させることができる。インペラ２２の回転によって水は吸込みベル２７から吸い込まれ、吐出ボウル２８、ケーシング２９を通過して吐出エルボ３０から吐出される。

図３は、図２に示した軸受３２，３３に適用される軸受装置の拡大図である。図３に示すように、軸受装置は、回転軸１０の外周に、本発明の摺動材料から構成されるスリーブ１１を有している。

スリーブ１１の外周側には、中空円筒のセラミックスからなるすべり軸受１が設けられている。スリーブ１１の外周面は、すべり軸受１の内周面（すべり面）と非常に狭いクリアランスを介して対面し、すべり軸受１に対して摺動するように構成されている。すべり軸受１は、金属又は樹脂からなる軸受ケース１２によりつば部１２ａを介してポンプのケーシング２９（図２参照）等へ繋がる支持部材１３に固定されている。すべり軸受１は中空円筒状の形状を有しており、内周面１ａがスリーブ１１の外周面と対面し、外周面１ｂが軸受ケース１２に嵌合される。

図２に示した立軸ポンプ３は、ポンプ起動時には大気中で運転される。すなわち、軸受３２，３３は液体の潤滑のないドライ条件で運転される。ここでドライ条件とは、ポンプ運転中の軸受３２，３３の雰囲気が、液体の潤滑がない大気中である条件をいい、ドライ運転とはその条件で運転することをいう。また、図３に示した軸受３２，３３は軸受に通水した排水条件でも運転される。ここで、排水条件とは、ポンプ運転中の軸受３２，３３の雰囲気が、土砂等の異物（スラリー）が混入した水中である条件をいい、排水運転とはその条件で運転することをいう。このような条件で軸受３２，３３が使用される。

［実施例１］
市販のＴｉＣ_ｘ（ｘ＝０．５〜０．９、平均粒径：１．０μｍ）、Ｔｉ粉末（粒径：＜４５μｍ）、Ｍｏ粉末（平均粒径：４．２μｍ）、ＴａＣ_ｙ（ｙ＝１、平均粒径：１．０μｍ）を各々所定割合で配合し、らい潰機またはヘンシェル混合機にて１時間〜２時間混合し、得られた混合粉末を１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２にてプレス成型した。これを１２５０℃〜１５００℃にて真空または減圧下における窒素またはアルゴンの不活性ガス雰囲気中で２時間焼結した。このような製造方法において、ＴｉＣ_ｘ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＴａＣ_ｙの配合比や、温度を変えることにより、バインダー相（結合相）及び硬質相の比率、バインダー相内のＭｏ存在量、バインダー相の大きさ、第三相の割合について、各々異なる複数の試料を製造した。

表１に各試料の製造条件を示す。

得られた試料について下記項目の評価を行った。
［摩耗量］
各試料を外径６５ｍｍのスリーブに成形加工し、異物濃度が３００ｍｇ／Ｌの水中において、軸受面圧０．１２ＭＰａを付与して、摺動面のすべり速度を５．０ｍ／ｓｅｃとして８時間回転させた後、摩耗試験によって測定した。異物は、平均粒径５μｍのケイ砂（主成分：ＳｉＯ_２）と平均粒径３０μｍのケイ砂が１：１の割合で混合したものを用いた。摩耗量は触針式表面形状測定器で計測した。

摩耗試験の結果、摩耗深さ進行速度が２μｍ／ｈ以下である場合を「○」、２μｍ／ｈを越える場合を「×」とした。
［抗折強度］
ＪＩＳＨ５５０１超硬工具規格（ＣＩＳ０２６Ｂ）に準拠し、各試料について規定の寸法（２５×８×４ｍｍ）の試験片を用意し、３点曲げ試験により測定を行った。

抗折強度が０．５ＧＰａ以上である場合に「○」、０．５ＧＰａ未満である場合は「×」とした。抗折強度が０．５ＧＰａ未満の場合は、破壊されやすくなるので好ましくない。
［破壊靱性］
ＩＦ（ＩｎｄｅｎｔａｔｉｏｎＦｒａｃｔｕｒｅ）法（圧子圧入法）により、試料（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ）に圧子を押し込んだ時に生ずるクラックの大きさと圧痕（ビッカース痕）の大きさから求めた。尚、評価式はＥｖａｎｚｓの式による。

破壊靱性値が９ＭＰａ・ｍ^０．５以上である場合に「○」、９ＭＰａ・ｍ^０．５未満である場合は「×」とした。破壊靱性値が９ＭＰａ・ｍ^０．５未満の場合には、破壊されやすくなるので好ましくない。
［耐蝕性］
定電位分極試験の電流密度から評価した。定電位分極試験は、２５℃の人工海水中で、対極に白金、参照電極に銀−塩化銀電極を用いて、＋０．４４１Ｖ _ＶＳＳＳＥで７２時間定電位分極をした。

電流密度が１．０×１０^−３ｍＡ／ｃｍ^２以下である場合に「○」、１．０×１０^−３ｍＡ／ｃｍ^２を越える場合は「×」とした。電流密度が１．０×１０^−３ｍＡ／ｃｍ^２を越えると、腐食による材料の損傷が激しくなる。
［硬度］
ビッカース圧痕法において、荷重３０ｋｇｆをかけて測定した。
［Ｔｉ−Ｍｏ相面積］
各試料を試験片に切り出し、観察倍率４００倍の走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略す。）の反射電子像を観察してＳＥＭ画像を撮影し、視野（ＳＥＭ観察画像のピクセル数を換算した数値として３１７μｍ×２２０μｍ）の画像解析を行った。図４は試料番号Ｅ１のＳＥＭ画像であり、図５は図４のＳＥＭ画像の左側半分の領域を画像解析のために二値化処理した画像である。図４の微細な黒色の点は残留ポアである。図５の画像解析用ＳＥＭ画像中、白色に表示される領域が金属相又は合金相であり、黒色に表示される領域が非金属である炭化物相、窒化物相、炭窒化物相などである。白色に表示される各領域の面積を求め、この面積を円の面積と仮定して直径を算出し、直径１０μｍ以上５０μｍ以下に相当する領域（図５の白色に網掛けをした灰色の領域）総面積と、直径１０μｍ未満に相当する領域（図５の白色の領域）の総面積と、直径５０μｍ超に相当する領域の総面積と、を求め、白色に表示される領域の総面積に対する各領域の総面積の比率を算出した。観察視野を５箇所選択し、その平均値を面積率とした。
［Ｔｉ−Ｍｏ相中Ｍｏ濃度］
ＳＥＭ観察の後、試験片観察視野中の白色領域を任意に選択し、エネルギー分散型Ｘ線分光法（以下「ＥＤＸ」と略す。）による点分析を行って、Ｍｏ濃度を分析した。分析ポイントを１０箇所選択し、その平均値をＭｏ濃度値とした。
［第三相面積］
図５において第三相は確認できない。ＳＥＭの反射電子像では、各相の密度差による色度及び明度の差が観察できるため、Ｔｉ−Ｍｏ相及びＴｉＣ相ではない相を確認することができ、画像解析によって面積比を求めることができる。評価結果を下記表２に示す。なお、ＴｉＣｘとＴｉ粉末及びＭｏ粉末との混合及び焼結によりＴｉがＴｉＣｘ相に拡散するため、ＴｉＣｘ相中のＣの相対量が減少するため、ｘの範囲は０．５乃至０．９を維持できず、０．５乃至０．７となる。

表２に示すように、第三相の面積比率が１５％である試料番号Ｃ１は抗折強度の評価において不合格となり、第三相の面積比率が１０％以下である試料番号Ｅ１乃至Ｅ７は摩耗量、抗折強度、破壊靭性及び耐蝕性の全項目の評価において合格であった。すなわち、要件（１）「バインダー相（Ｔｉ−Ｍｏ相）と硬質相（ＴｉＣ相）との総面積が視野面積の９０％以上であること」を満たさない場合には、所望の摺動材料が得られなかった。

また、Ｔｉ−Ｍｏ相（バインダー相）の面積割合が２１％である試料番号Ｃ３は摩耗量の評価において不合格となり、Ｔｉ−Ｍｏ相（バインダー相）の面積割合が１５％以上２０％以下である試料番号Ｅ１乃至Ｅ７は摩耗量、抗折強度、破壊靭性及び耐蝕性の全項目の評価において合格であった。すなわち、要件（２）「バインダー相の総面積が当該視野面積の１５％以上２０％以下であること」を満たさない場合には、所望の摺動材料が得られなかった。

さらに、Ｔｉ−Ｍｏ相の面積を円の面積と仮定して求めた直径が１０μｍ以上５０μｍ以下であるＴｉ−Ｍｏ相の総面積が５０％である試料番号Ｃ６及びＣ７並びに同総面積が９０％である試料番号Ｃ８は、破壊靭性又は抗折強度の評価において不合格となり、同総面積が６０％以上８０％以下である試料番号Ｅ１乃至Ｅ７は摩耗量、抗折強度、破壊靭性及び耐蝕性の全項目の評価において合格であった。また、試料番号Ｃ６はＴｉ−Ｍｏ相の面積を円の面積と仮定して求めた直径が５０μｍ超であるＴｉ−Ｍｏ相の総面積が５０％であり、試料番号Ｃ７は同Ｔｉ−Ｍｏ相の面積を円の面積と仮定して求めた直径が１０μｍ未満であるＴｉ−Ｍｏ相の総面積が３０％であった。すなわち、要件（３）「バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ以上５０μｍ以
下に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相全体の総面積の６０％以上８０％以下であること」及び要件（４）「バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ未満に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相全体の総面積の２０％以上４０％以下であること」を満たさない場合には、所望の摺動材料が得られなかった。

加えて、Ｔｉ−Ｍｏ相中のＭｏ濃度が２４ｗｔ％である試料番号Ｃ４は破壊靭性の評価において不合格であり、Ｔｉ−Ｍｏ相中のＭｏ濃度が３６ｗｔ％である試料番号Ｃ５は摩耗量の評価において不合格であり、同Ｍｏ濃度が２５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下である試料番号Ｅ１乃至Ｅ７は摩耗量、抗折強度、破壊靭性及び耐蝕性の全項目の評価において合格であった。すなわち、要件（５）「バインダー相中のＭｏ濃度は、２５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下であること」を満たさない場合には、所望の摺動材料が得られなかった。

以上から、要件（１）乃至（５）のいずれか一つでも充足しない場合には、摩耗量、抗折強度、破壊靭性及び耐蝕性の少なくとも一つにおいて所望の効果が得られず、全ての要件を満足することが必要条件であるといえる。

軟質であるバインダー相と硬質相との比率は、破壊靭性と硬度に影響し、硬度と摩耗量には一定の範囲内で相関がある。バインダー相の比率が高くなれば、破壊靭性が上昇し、硬度が低くなり摩耗量が増加する。Ｔｉ−Ｍｏ相中のＭｏ濃度も、破壊靭性と硬度に影響し、Ｍｏ濃度が低すぎると、固溶強化によるＴｉ−Ｍｏ相の強化量が少なく、破壊靱性ならびに硬度が下がり、摩耗量が増加する。Ｍｏ濃度が高くなると破壊靱性ならびに硬度が上がり摩耗量が減少するが、Ｍｏ濃度が高すぎると焼結性が低下し、緻密な組織を得ることが困難になる。

破壊靭性又は抗折強度は壊れやすさの指標でもあり、表２に示す結果から、Ｔｉ−Ｍｏ相が大きいか、もしくは大きさが不均一であると、水中の硬質不純物によるアブレッシブ摩耗量が進行して、クラックが発生しやすくなり、壊れやすくなると考えられる。摺動時にスラリー中の硬質粒子が摺動材料表面に衝突すると、摺動材料表面にクラックが生じるが、その際の破壊エネルギーはＴｉＣ_ｘ相に囲まれたＴｉ−Ｍｏ相の塑性変形により吸収されるので、ＴｉＣ_ｘ相に囲まれたＴｉ−Ｍｏ相がある程度大きいと、これがスラリー摩耗（硬質粒子を含んだ流体により生じる摩耗）で発生する摺動材料表面のクラックの伝播を妨げる働きをする。したがって、破壊摩耗によるクラックの進展が抑制され、耐摩耗性能が向上すると考えられる。

以上、破壊靱性と硬度は相反する効果を奏するが、上記要件（１）乃至（５）をすべて満足する組織を有する摺動材料は、摺動材料自体の硬度が大きいものを選ばなくても、すなわち破壊靱性値が大きい材料であっても、摺動部材としての耐摩耗性を実現できることがわかった。

［実施例２］
次に、試料番号Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｃ１、Ｃ２及びＣ３の摺動材料から構成される軸受スリーブを立軸斜流ポンプ（図２及び３）に備え付けて、海水を排水する加速試験を行った。すなわち、過酷な運転環境となるように、スリーブの相手方の摺動部であるすべり軸受には硬いセラミックスを使用し、異物は実際の状況と同じ土砂を含ませ、振動が大きくなる起動停止を繰り返した。スリーブは、実際の設計厚みの半分にし、ポンプ回転数を通常回転の２割増で運転した。

各スリーブを取り付けて排水運転の起動停止を同じ回数繰り返して軸受スリーブを観察したところ、試料番号Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６の摺動材料から構成される軸受スリーブに
は破損や亀裂は見られず、また摩耗量も問題はなかった。一方、試料番号Ｃ１及びＣ２の摺動材料から構成される軸受スリーブでは亀裂が生じていることが確認された。また、試料番号Ｃ３については亀裂が見られなかったが、摩耗量が著しく多かった。

したがって、本発明に係る摺動部材を用いたスリーブを組み込んだポンプは、海水や下水のような腐食性をもつ液体を扱う場合、高い揚程と大容量の揚水に対応した回転軸が長く回転数が高速化された場合、また、多量の土砂、砂礫が揚水に混入する場合のいずれの状況であっても、耐蝕性と耐摩耗性が良く、破損に強いことが確認できた。

Claims

Ｔｉ−Ｍｏ系合金からなるバインダー相と、ＴｉＣｘ（ｘは０．５〜０．７）からなる硬質相と、を有するＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料であって、拡大率４００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察の反射電子像における視野：３１７μｍ×２２０μｍ（ＳＥＭ観察画像のピクセル数を換算した値）で観察した場合に、下記条件（１）乃至（５）：
（１）当該バインダー相と硬質相との総面積が当該視野面積の９０％以上であること、
（２）当該バインダー相の総面積が当該視野面積の１５％以上２０％以下であること、
（３）当該バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ以上５０μｍ以下に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相の総面積の６０％以上８０％以下であること、
（４）当該バインダー相のうち、面積を円の面積と仮定した場合に算出される直径が１０μｍ未満に相当するバインダー相の総面積が、バインダー相の総面積の２０％以上４０％以下であること、
（５）当該バインダー相中のＭｏ濃度は、２５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下であること、
をすべて満たすことを特徴とするＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料。
前記バインダー相及び前記硬質相とは異なる第三相がＳＥＭ観察視野面積の１０％未満の量でさらに存在する、請求項１に記載のＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料。
回転機械の回転軸を摺動しながら支えるすべり軸受と、当該すべり軸受を固定する固定部材を備え、当該回転軸の当該すべり軸受と摺動する面に備えられた円筒状のスリーブであって、請求項１又は２に記載のＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料から構成されていることを特徴とするスリーブ。
羽根車と、該羽根車を回転させる回転軸と、当該羽根車と当該回転軸を囲繞し、当該回転軸を摺動しながら支えるすべり軸受を固定するケーシングを備えたポンプであって、
当該回転軸の当該すべり軸受と摺動する面に、請求項１又は２に記載のＴｉＣ−（Ｔｉ−Ｍｏ）系摺動材料から構成されている円筒状のスリーブが固定されていることを特徴とするポンプ。