JPH0128095B2

JPH0128095B2 -

Info

Publication number: JPH0128095B2
Application number: JP1412482A
Authority: JP
Inventors: Akyoshi Kanto; Tetsuya Matsuda; Shigeo Nagashima
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1982-01-30
Filing date: 1982-01-30
Publication date: 1989-06-01
Also published as: JPS58133346A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、なじみ性、自己潤滑性そして耐摩耗
性にすぐれ、とくに高温での使用に適した焼結摺
動部材ならびにその製造方法に関するものであ
る。従来、鉄系焼結摺動部材は、相手材とのなじみ
性に難点があり、また耐焼付き性、耐摩耗性にも
問題があつて、とくに潤滑油の適用が困難な高温
雰囲気条件下では満足な結果が得られていない。本発明は、このような問題点を解決するべくな
されたもので、重量比で銅4.5〜43％、マンガン
0.25〜3.5％、軟質低融点金属２〜20％、固体潤
滑剤５〜15％、潤滑助剤１〜10％、そして残部が
鉄からなり、とくに高温雰囲気条件下での使用に
適した焼結摺動部材ならびにこの製造方法を提供
するものである。本発明の主要成分をなす鉄（Fe）は、日本工
業規格標準篩で150メツシユ、好ましくは200メツ
シユを通過する還元鉄粉または噴霧鉄粉が用いら
れる。銅（Cu）およびマンガン（Mn）成分は、鉄２
〜７％、マンガン１〜７％そして残部が銅からな
る銅・鉄・マンガン合金粉末の形で適用される。
たとえば、福田金属箔粉工業社から溶浸材用粉末
として市販されている鉄４％、マンガン５％そし
て残部銅からなる「噴霧銅鉄マンガン合金粉末」
は、本発明の銅およびマンガン成分として良好に
使用することができる。この銅、マンガン成分は、本発明の摺動部材に
対して靭性の向上、耐摩耗性の向上そしてサイジ
ング性の向上に寄与し、また焼結温度を低く抑え
るのに役立つから、製造が容易になるという利点
がある。この合金粉末は、通常200メツシユを通過する
微粉末の形で用いられるが、添加量については５
％以下では添加効果があらわれず、50％を超えて
過剰に添加すると反つて高温における耐摩耗性を
損なう。軟質低融点金属は、摺動部材としての常温にお
けるなじみ性の向上、高温における潤滑性の付与
の目的で添加される。したがつて、これら軟質低融点金属は、焼結体
を構成する鉄および銅成分と固溶しないか、ある
いはきわめて固溶度が小さく微視的には組織中に
一様に点在していることが重要である。このような性質を有する軟質低融点金属として
は、鉛（Pb）、ビスマス（Bi）およびインジウム
（In）を例示することができ、とくに鉛はもつと
も有効である。これら軟質低融点金属は、それぞれ単独または
二種以上を混じて用いることができるほか、場合
によつてはこれらの金属を主体としてその他の軟
質金属、たとえばアンチモン（Sb）、カドミウム
（Cd）、錫（Sn）などとの合金、すなわちPb−Sb
合金、Pb−Cd合金、Pb−Sn合金、Pb−Cd−Sn
合金、Bi−Cd合金、Bi−Sn合金、Bi−Cd−Sn
合金、In−Sn合金としての適用も可能である。これらの軟質低融点金属は、相手材が摺動する
ことによつて、摺動面に薄膜を形成し、摺動部材
になじみ性を与え、乾燥摩擦特性の向上に寄与す
る。その添加量は、２％以下では効果があらわれ
ず、20％を超えて添加すると焼結体の強度を損な
う。通常、150メツシユを通過する粉末として添
加される。焼結体に潤滑性を付与する固体潤滑剤として
は、おおむね150メツシユを通過する黒鉛（Gr）、
二硫化タングステン（WS₂）、二硫化モリブデン
（MoS₂）そして窒化ホウ素（BN）が用いられ
る。これら固体潤滑剤は、それぞれ単独または二種
以上の混合物として用いてよく、軟質低融点金属
と同様、組織中に一様に分散せしめられているこ
とが重要である。黒鉛は通常、大気中で400℃を超えた雰囲気で
徐々に酸化が始まる。二硫化タングステンもほぼ
同様である。窒化ホウ素は、大気中で約650℃か
ら酸化が始まり、上述した二者に比較して酸化安
定性にはすぐれるが、潤滑性は若干劣る。二硫化
モリブデンは潤滑性にすぐれるが、大気中での酸
化開始温度はもつとも低く、約350℃である。本発明の摺動部材を得る焼結温度は、950〜
1150℃であるから、焼結時にこれら固体潤滑剤の
酸化消耗が懸念される。本発明者らは、密閉容器中に圧粉体を収納する
ことにより、とくに雰囲気調整を施していない電
気炉中で焼結を進めても、これら固体潤滑剤の酸
化消耗を著しく低く抑えることができることを見
出した。これは、大気中の焼結にもかかわらず、大気の
流動がきわめて僅かに抑えられ、密閉容器内が自
動的に酸化を抑止する雰囲気となつたためと考え
られる。ここで、密閉容器とは、加温によつて内圧がか
かつたり外気の侵入が完全に遮断されるような容
器を意味するものではない。気体の流通が著しく
は行われない程度に可及的に隙間を少なくした蓋
付きの鋼または陶磁製などの容器をいう。このような焼結方法を採ることによつて、たと
えば水素ガスを用いた還元性雰囲気炉中での焼結
よりもむしろ固体潤滑剤の変質を少なくすること
ができた。Ｘ線による相対強度比を調査した結果、黒鉛、
二硫化モリブデンでは60％、二硫化タングステ
ン、窒化ホウ素においては80％以上の残存率であ
ることが明らかとなつた。固体潤滑剤のなかで、黒鉛は焼結中に鉄成分に
固溶してセメンタイトを析出する傾向がある。こ
の現象は、鉄基焼結合金としては、マトリツクス
の強化、耐摩耗性の向上にも役立つが、焼結条件
の選定を誤ると、セメンタイト量を増し、焼結体
を脆くする傾向がある。この傾向は、焼結温度および保持時間に左右さ
れるから、なるべく素早く昇温させかつ短時間で
焼結させると好結果が得られる。本発明者らの実験によれば、焼結時間は20〜60
分が適当であつた。固体潤滑剤の添加量は５〜15％で、５％以下で
は自己潤滑性の付与が十分でなく、15％を超えて
多量に添加すると焼結体の強度を損なう。ふつ化物からなる潤滑助剤は、ふつ化カルシウ
ム（CaF₂）、ふつ化バリウム（BaF₂）、ふつ化ス
トロンチウム（SrF₂）、ふつ化ナトリウム
（NaF）、ふつ化リチウム（LiF）を有効に使用し
得るものとして例示することができる。これらふつ化物は、いずれもすぐれた耐熱性を
有しており、常温から400℃程度の温度範囲にお
いては、上述した固体潤滑剤が示すほどの潤滑性
をもたないが、これらは金属の凝着を防止する効
果があり、摺動部材としての耐焼付き性の向上に
貢献する。ふつ化物のもう一つの重要な役割は、上述した
固体潤滑剤と併用することによつて、これら固体
潤滑剤の摺動面における被膜形成能（造膜性）を
向上せしめ、摺動部材としての自己潤滑性の向上
ならびにその耐久性の向上に寄与する。これらふつ化物からなる潤滑助剤は、固体潤滑
剤や軟質低融点金属の添加量との兼ね合いによつ
てその添加量が増減されるが、１％以下ではその
効果があらわれず、10％を超えて多量に添加して
も添加効果は飽和域に達していて意味がないばか
りでなく、焼結体の強度を低下させるという悪影
響が大となるので好ましくない。これら潤滑助剤はいずれも200メツシユを通過
する微粉末の形で配合される。本発明の焼結摺動部材を得るには、上述した各
成分粉末を混合したのち、金型を用いて２〜７ト
ン／cm²の成形圧力で圧粉し、ついでこの圧粉体を
密閉容器に収納して、950〜1150℃の雰囲気温度
で20〜60分焼結せしめる。粉末混合時に、常法にしたがつてワツクスなど
の滑剤を少量添加する。焼結炉は通常の電気炉が
用いられるが、雰囲気調整はとくに行わなくてよ
い。上述した成分組成からなる本発明焼結摺動部材
の物性値及び摩擦特性（摩擦係数）は第１表に示
すとおりである。

【表】なお、表中の摩擦係数の値は、鋼を相手剤とし
て面圧10Kg／cm²、すべり速度1.44ｍ／min、乾燥
摩擦で試験した結果について示した。本発明の焼結摺動部材は、とくに成形圧力によ
つて異なるが、おおむね５〜20容積％の多孔度を
有し、必要に応じて潤滑油を含浸させることもで
きる。潤滑油を含浸させることによつて、150℃前後
までの雰囲気温度での使用に対しては、摩擦係数
を安定して10^-2のオーダーに保持することができ
る。初期なじみを良くする観点から、高温使用の
場合でも含油させることは有効である。以下、本発明の実施例について説明する。実施例鉄：４％、マンガン５％そして残部が銅からな
る200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マンガ
ン合金粉末」５％（銅：4.55％、鉄：0.2％、マ
ンガン：0.25％）、150メツシユを通過するアトマ
イズ鉛粉末７％、150メツシユを通過する鱗片状
黒鉛粉末７％、200メツシユを通過するふつ化カ
ルシウム粉末（１級試薬）２％、そして残部が
200メツシユを通過するヘガネス還元鉄粉末の各
成分粉末（銅：4.55％、マンガン：0.25％、鉛：
７％、黒鉛：７％、ふつ化カルシウム：２％、
鉄：残部）を全体に対して0.5％のモンタンワツ
クスを配合して混合し、これを成形圧力５トン／
cm²で圧粉体となしたものをステンレス製密閉容器
に収納し、電気炉中にて焼結温度1050℃、焼結時
間40分の条件で焼結し、焼結摺動部材を得た。こ
のものの物性値及び摩擦特性（摩擦係数）を第２
表に示す。実施例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」26％（銅：23.7％、鉄：１％、マ
ンガン：1.35％）、150メツシユを通過するアトマ
イズ鉛粉末７％、150メツシユを通過する鱗片状
黒鉛粉末７％、200メツシユを通過するふつ化カ
ルシウム粉末（１級試薬）２％、そして残部が
200メツシユを通過するヘガネス還元鉄粉末の各
成分粉末（銅：23.7％、マンガン：1.3％、黒
鉛：７％、ふつ化カルシウム：２％、鉄：残部）
を全体に対して0.5％のモンタンワツクスを配合
して混合し、以下実施例と同様の方法で焼結し
て、焼結摺動部材を得た。このものの物性値及び
摩擦特性（摩擦係数）を第２表に示す。実施例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」26％（銅：23.7％、鉄：１％、マ
ンガン：1.3％）、150メツシユを通過するビスマ
ス粉末７％、150メツシユを通過する二硫化モリ
ブデン粉末７％、200メツシユを通過するふつ化
リチウム粉末２％、そして残部が200メツシユを
通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末（銅：
23.7％、マンガン：1.3％、ビスマス：７％、二
硫化モリブデン：７％、ふつ化リチウム：２％、
鉄：残部）を全体に対し0.5％のモンタンワツク
スを配合して混合し、以下実施例と同様の方法
で焼結して、焼結摺動部材を得た。このものの物
性値及び摩擦特性（摩擦係数）を第２表に示す。実施例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」30％（銅：27.3％、鉄：1.2％、
マンガン：1.5％）、150メツシユを通過するイン
ジウム粉末７％、150メツシユを通過する二硫化
タングステン粉末７％、200メツシユを通過する
ふつ化バリウム粉末２％、そして残部が200メツ
シユを通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末
（銅：23.7％、マンガン：1.5％、ビスマス：７
％、二硫化モリブデン：７％、ふつ化リチウム：
２％、鉄：残部）を全体に対し0.5％のモンタン
ワツクスを配合して混合し、以下実施例と同様
の方法で焼結して、焼結摺動部材を得た。このも
のの物性値及び摩擦特性（摩擦係数）を第２表に
示す。実施例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」30％（銅：27.3％、鉄：1.2％、
マンガン：1.5％）、150メツシユを通過するアト
マイズ鉛粉末20％、150メツシユを通過する鱗片
状黒鉛粉末15％、200メツシユを通過するふつ化
カルシウム粉末２％、そして残部が200メツシユ
を通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末
（銅：23.7％、マンガン：1.5％、鉛：20％、黒
鉛：20％、ふつ化カルシウム：２％、鉄：残部）
を全体に対し0.5％のモンタンワツクスを配合し
て混合し、以下実施例と同様の方法で焼結し
て、焼結摺動部材を得た。このものの物性値及び
摩擦特性（摩擦係数）を第２表に示す。実施例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」40％（銅：36.4％、鉄：1.6％、
マンガン：2.0％）、150メツシユを通過するアト
マイズ鉛粉末７％、150メツシユを通過する鱗片
状黒鉛粉末７％、200メツシユを通過するふつ化
カルシウム粉末２％、そして残部が200メツシユ
を通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末
（銅：36.4％、マンガン：2.0％、鉛：７％、黒
鉛：７％、ふつ化カルシウム：２％、鉄：残部）
を全体に対し0.5％のモンタンワツクスを配合し
て混合し、以下実施例と同様の方法で焼結し
て、焼結摺動部材を得た。このものの物性値及び
摩擦特性（摩擦係数）を第２表に示す。比較例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」26％（銅：23.7％、鉄：１％、マ
ンガン：1.3％）、150メツシユを通過するアトマ
イズ鉛粉末１％、150メツシユを通過する鱗片状
黒鉛粉末３％、そして残部が200メツシユを通過
するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末（銅：23.7
％、マンガン：1.3％、鉛：１％、黒鉛：３％、
鉄：残部）を全体に対し0.5％のモンタンワツク
スを配合して混合し、以下実施例と同様の方法
で焼結して、焼結摺動部材を得た。このものの物
性値及び摩擦特性（摩擦係数）を第２表に示す。比較例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」26％（銅：23.7％、鉄：１％、マ
ンガン：1.3％）、150メツシユを通過するアトマ
イズ鉛粉末１％、150メツシユを通過する鱗片状
黒鉛粉末３％、200メツシユを通過するふつ化カ
ルシウム粉末２％、そして残部が200メツシユを
通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末（銅：
23.7％、マンガン：1.3％、鉛：１％、黒鉛：３
％、ふつ化カルシウム：２％、鉄：残部）を全体
に対し0.5％のモンタンワツクスを配合して混合
し、以下実施例と同様の方法で焼結して、焼結
摺動部材を得た。このものの物性値及び摩擦特性
（摩擦係数）を第２表に示す。比較例鉄：４％、マンガン：５％そして残部が銅から
なる200メツシユを通過する「噴霧銅・鉄・マン
ガン合金粉末」26％（銅：23.7％、鉄：１％、マ
ンガン：1.3％）、150メツシユを通過するアトマ
イズ鉛粉末25％、150メツシユを通過する鱗片状
黒鉛粉末20％、200メツシユを通過するふつ化カ
ルシウム粉末２％、そして残部が200メツシユを
通過するヘガネス還元鉄粉末の各成分粉末（銅：
23.7％、マンガン：1.3％、鉛：25％、黒鉛：20
％、ふつ化カルシウム：２％、鉄：残部）を全体
に対し0.5％のモンタンワツクスを配合して混合
し、以下実施例と同様の方法で焼結して、焼結
摺動部材を得た。このものの物性値及び摩擦特性
（摩擦係数）を第２表に示す。

【表】

【表】上述した実施例および比較例から、比較例お
よび比較例からなる焼結摺動部材は、物性値は
本発明のものとほぼ同等の値を示したが、摩擦係
数が高く、摩擦特性に問題があり、また比較例
の焼結摺動部材は物性値が低く摺動部材として使
用に供し難い。以上説明したように、本発明の高温用焼結摺動
部材は従来の鉄系焼結合金の欠点が大幅に改善さ
れ、すぐれた性能を発揮するものである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で銅4.5〜43％、マンガン0.25〜3.5％、
鉛、ビスマス、インジウムまたはこれらの金属と
アンチモン、カドミウム、錫との合金から選択さ
れる軟質低融点金属２〜20％、黒鉛、二硫化タン
グステン、二硫化モリブデン、窒化ホウ素から選
択される固体潤滑剤５〜15％、ふつ化カルシウ
ム、ふつ化バリウム、ふつ化リチウム、ふつ化ス
トロンチウム、ふつ化ナトリウムから選択される
潤滑助剤１〜10％、そして残部が鉄からなる高温
用焼結摺動部材。２重量比で銅4.5〜43％、マンガン0.25〜3.5％、
鉛、ビスマス、インジウムまたはこれらの金属と
アンチモン、カドミウム、錫との合金から選択さ
れる軟質低融点金属２〜20％、黒鉛、二硫化タン
グステン、二硫化モリブデン、窒化ホウ素から選
択される固体潤滑剤５〜15％、ふつ化カルシウ
ム、ふつ化バリウム、ふつ化リチウム、ふつ化ス
トロンチウム、ふつ化ナトリウムから選択される
潤滑助剤１〜10％、そして残部が鉄からなる高温
用焼結摺動部材の製造方法において、重量比で鉄
２〜７％、マンガン１〜７％そして残部が銅から
なる銅・鉄・マンガン合金粉末５〜50％、鉛、ビ
スマス、インジムウまたはこれらの金属とアンチ
モン、カドミウム、錫との合金から選択される軟
質低融点金属粉末２〜20％、黒鉛、二硫化タング
ステン、二硫化モリブデン、窒化ホウ素から選択
される固体潤滑剤粉末５〜15％、ふつ化カルシウ
ム、ふつ化バリウム、ふつ化リチウム、ふつ化ス
トロンチウム、ふつ化ナトリウムから選択される
潤滑助剤粉末１〜10％、そして残部鉄粉末を混合
し、これを成形圧力２〜７トン／cm²で成形して圧
粉体としたものを密閉容器に収納し、950〜1150
℃の温度で焼結することを特徴とする高温用焼結
摺動部材の製造方法。