JPH0211737A - 摺動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐摩耗性に優れた摺動部材用ＦｅＮｉ基多孔
貿焼結体に関する。

［従来の技術］ 近年、高温、高耐圧、高速等、境界潤滑に近い状態で使
用される摺動部品に対し、これまでの金属材料では、凝
着、溶着といった現象が発生し、異當摩耗や焼き付きを
起こすため、摺動部材を耐熱耐摩耗に優れたセラミック
で構成する試みがなされている。

この場合、摺動する部材を共にセラミックとすると、セ
ラミックのヤング率が高いために欠は等が生じる場合が
あり、一方をセラミック、他方を金属としたセラミ・ン
クー金属摺動構造が使用される。

しかし、この指動構造に従来の金属を使用すると以下の
問題が生じることが分かった。

■　セラミックのヤング率が上述のように非常に高いた
め、摺動面の面圧か大きく、金属が摩耗し易い。

■　セラミックは熱膨張率が小さい（通常、３×１０〜
６１／℃程度）が、従来より摺動部材に使用される金属
は熱膨張率が大きい（通常、１０×１０−”１／℃程度
）。この熱膨張率の非整合により摺動面が変化する。

例えは、産業用の球形弁、あるいは内燃機関のビスＩ・
ン等では、高温においてもシール性を要求されるが、バ
ルブシート、シリンダライナー等の金属部材の熱膨張率
が１０〜１５Ｘ　１０　Ｊ　／°Ｃであるのに対し、セ
ラミックは３Ｘ１０−６１／°Ｃであり、高温使用時に
シール性が確保できない場合がある。

すなわち、従来より使用される純Ｆｅ系、Ｆ　ｅＣｕ系
、ステンレス（Ｓ　ＯＳ　）系、Ｃｕ−３ｎ系、Ａ１２
−Ｃｕ系等の金属材料は、多孔質とすることにより、ヤ
ング率を低くすることができ、また、含油潤滑性を持た
せることができる。

しかし、熱膨張率か高い（１０Ｘ　１０−６１／℃以上
）ため、上記■の問題点を有する。

一方、Ｗ系合金、ＭＯ系合金等は、高融点、高硬度、低
膨張率の特性を有している。

しかし、ヤング率が５００００〜６００００　ｋｇ／ｍ
ｍ”　と高いため、面圧が著しく高く上記■の問題点を
有する。また、Ｎｉ、Ｃｏ等の成分が多いと、耐スカツ
フ性に欠け、また、少ないと附熱市撃性に欠ける。

また、前記のような一般金属糊料に比べで糊料コストが
高いという問題点を有している。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記のようなセラミックー金属摺動構造乙こ
好適な、低ヤング率、低り膨張率の多孔質焼結体を安価
に提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の摺動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体は、 Ｆｅ及びＮｉを主成分とし、 １〜３０体積％の気孔を含み、 常温から２００℃における熱膨張係数が７．５ＸＩＯ−
Ｊ／℃より小さいことを特徴とする。

ここで、気孔か１体積％より少ないと得られた多孔質体
の保油性が充分ではなく、また、３０体積％より多いと
得られた多孔質体の強度が低下してしまう。

また、熱膨張係数が７．５ＸｉＯ−６１／℃以上である
とセラミックー金属摺動構造を構成した際に、セラミッ
クとのＤ膨張率差が大きすぎる。

本発明の指動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体の組成と
しては、例えは、以下に記載する４種類をあげることが
できる。尚、単位は何れも重量％である。

１：　Ｎｉ　　３ＦＪ〜４５．Ｆｅ残部２：　Ｎｉ　　
２５〜３５．ＣＯ１〜２０．Ｆｅ残部 ３：　　Ｎｉ　　２５〜４０．　　Ｃｏ　　１０〜２０
．　　Ｔｉ０〜５．ｋＱ　　　０〜５．　　Ｎｂ＋Ｔａ
　　０〜５．　　Ｆｅ残部 ４：Ｎｉ２５〜４０．Ｔｉ０〜５．　　Ａｌ　０〜５．
　　Ｎｂ＋Ｔａ　　０〜５．　　Ｆｅ残部なお、これら
の組成では、不可避不純物であるＳｉ、Ｍｎは１．０重
量％以下、切削性・焼き入れ性等の改善添加物であるＣ
ｒ、　　Ｃ，Ｓ、　　Ｐ、　Ｍｏ、　　Ｎ等は０．５重
量％が好ましい。

そして、例えは、予め上記組成に調製した合金溶湯をガ
ス噴霧法、水噴霧法、遠心噴霧法等の方法で粉体とし、
この粉体を加圧成形、焼結することにより摺動部材用Ｆ
ｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体を得ることができる。

その際、得ようとする形状、気孔率により、粉体の粒径
、成形圧、成形方法は適時好ましいものを選択ずれはよ
い。

また、上記合金の融点なＴ　１１−１とすると、焼結温
度を０．６Ｔｍ　〜０．９Ｔｍ、時間１分−２時間の範
囲内で、焼結温度、時間を制御すれは、気孔率を１〜３
０体積％に容易に調製できる。

ざらζこ、焼拮乙こおける雰囲気としては、真空、Ｎ２
、Ｎ８３分解ガス、Ｎ２、Ａｒ等の非酸化性雰囲気が望
ましく、特に、摺動ｇ［＜材用Ｆｅ−Ｎｉ基基孔孔質焼
結体析出硬化系元素（Ｎｂ、Ｔｉ等）を含む場合には１
］２か好ましい。

そして、上記のようここして得られた摺動部材用Ｆｃ−
Ｎｉ基基孔孔質焼結体、表面改質処理を行うことによっ
て表面のビッカース硬度Ｈｖを６００以上とすると耐摩
耗性がより向上し好ましい。

この表面改質処理としては、窒化、浸炭、硼化等による
表層硬化処理や、ＰＶＤ、ＣＶＤ等をあげることができ
る。

［作用・効果］ 本発明の措動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔貿焼結体は、セラ
ミックに近い熱膨張率を有すると共に所定の気孔を含む
ため、低ヤング率、低熱膨張率、含油性を備える。

そのため、セラミックー金属摺動構造を構成する上で、
非常に好ましい材料となる。

［実施例］ 実験１ 以下の組成となる合金を製造した後、噴霧法により粒径
１００　／１ｒｎ以下の粉体とした。

組成（重量％）：Ｎｉ３８．Ｃｏ　１５．Ｔｉ２、　０
．　　Ａｆｆ　　０．　４．　　Ｎｂ　　３．　　Ｏ，
Ｓｉ　　Ｏ。

２、　Ｍｎ　０．　２．　　Ｃｏ，００２，Ｆｅ残残部
上記鉢体１００　ｋｇ／ｃｍ２の圧力で金型成形し、以
下の２つの条件で焼成した。

焼成条件１：Ｎ２雰囲気中で、１１００℃１３０分 焼成条件２：Ｎ２雰囲気中で、１２５０　℃５５分 その結果、以下の特性が得られた。

焼成条件１：気孔率　２２体積％、３０℃〜２００℃に
おげろ熱膨張係数６゜２ｘｌＯ−６１／°Ｃ焼成条件２
：気孔率　　８体積％、３０°Ｃ〜２００℃におげろ熱
膨張係数６．４ｘｌＯＪ／℃一方、上記組成となるよう
に、各元素粉末を混合し、１００ｋｇ／ｃＴｉ１２の圧
力で金型成形し、上記の２つの条件で焼成した。

その結果、以下の特性が得られた。

焼成条件１：気孔＄　２１体積％、３０°Ｃ〜２００℃
における熱膨張係数１０．３Ｘ１０−６１／℃ 焼成条件２：気孔率　　８体積％、３０℃〜２００°Ｃ
における熱膨張係数１０．６Ｘ１０−Ｊ／°Ｃ 上記実験から、予め調製した台金粉末を用いて、成形焼
結を行うと、所望の特性の多孔質体が得られるが、各元
素粉末の？■台物を用いて、成形焼結を行うと、所望の
熱膨張率にならないことが分かった。

第１図に示す内径６．０ｍｍのブツシュ１として第１表
に示す組成の多孔質焼結体を用い、外径５゜９８ｍｍの
軸２として窒化珪素焼結体を用いた構造により、以下の
摩耗試験を行った。

摩耗試験の条件：回転数　　３０００ｒｐｍ点Ｐ１にお
ける印加荷重 ５ｋｇ重 試験温度　３００°Ｃ 試験時間　５０時間 ブツシュ１の点Ｐ２〜Ｐ４における摩耗量を第１表に併
せて記す。

なお、ブツシュ１は全て含油したものを用いた。

実験２ 第１表より明らかなよう乙こ、本発明の摺動部材用Ｆｅ
−Ｎｉ基多孔貿焼結体は、セラミックー金属摺動構造に
おいて優れた性質を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の効果を確認する実験の説明図である。 １・・・ブツシュ、２・・・軸 代理人　弁理士　定立　勉（他２名） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｆｅ及びＮｉを主成分とし、 １〜３０体積％の気孔を含み、 常温から２００℃における熱膨張係数が７．５×１０＾
   −＾６１／℃より小さいことを特徴とする摺動部材用Ｆ
   ｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体。 ２　組成が、Ｎｉ３５〜４５重量％、Ｆｅ残部である請
   求項１記載の摺動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体。 ３　組成が、Ｎｉ２５〜３５重量％、Ｃｏ１〜２０重量
   ％、Ｆｅ残部である請求項１記載の摺動部材用Ｆｅ−Ｎ
   ｉ基多孔質焼結体。 ４　組成が、Ｎｉ２５〜４０重量％、Ｃｏ１０〜２０重
   量％、Ｔｉ０〜５重量％、Ａｌ０〜５重量％、Ｎｂ＋Ｔ
   ａ０〜５重量％、Ｆｅ残部である請求項１記載の摺動部
   材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体。 ５　組成が、Ｎｉ２５〜４０重量％、Ｔｉ０〜５重量％
   、Ａｌ０〜５重量％、Ｎｂ＋Ｔａ０〜５重量％、Ｆｅ残
   部である請求項１記載の摺動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質
   焼結体。 ６　請求項２ないし請求項５いずれか記載の組成を有す
   る合金粉末を焼結してなる請求項１記載の摺動部材用Ｆ
   ｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体。 ７　表面改質処理により、表面のビッカース硬度Ｈｖが
   ６００以上とされた請求項１ないし請求項６いずれか記
   載の摺動部材用Ｆｅ−Ｎｉ基多孔質焼結体。