JPH03281600A - 自己潤滑硬質材料 - 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〉 本発明はシールリング、軸受などの摺動部材用材料に通
した自己潤滑硬質材料に関わるものであり、特に高負荷
で使用される材料に通したものである。

〈従来の技術〉 従来のメカニカル・シール部材においては、相手材と接
触・摺動して流体をシールする摺動面は当然ながら平面
状であり、しかもこの面にはボア等が存在しない（少な
くとも故意には存在させない）状態であった。

このタイプのメカニカル・シールの部材には種々の組み
合せがあるが、ＰＶ値（Ｐは密封流体圧力、■は周速）
の大きな用途では、超硬合金／炭素、超硬合金／超硬合
金の組み合せが用いられている。一方、最近は高能率の
ポンプが要求され、ＰＶ値も大きくなって来た。そのた
め、従来の超硬合金／炭素では、例えば後者が高熱のた
めに変形し、流体が漏れる、あるいは超硬合金／超硬合
金では摺動面に熱クランクが生じ、液漏れあるいはシー
ル部材が破壊されるなどの問題が生じていた。

かかる問題の解決のために、シール部材の形状を変更し
て対応したものもある。例えば、摺動面内を他の面とを
貫通する孔を設け、他の面の孔からポンプを使って潤滑
流体を送り込む端面潤滑シール（ハイドロスタティック
シール）、または摺動面内に、その中心近くまで流体側
から溝または切り欠きを設け、運転時に潤滑の役割をす
る密封流体を、流体の粘性に基づくくさび効果によって
摺動部に導くハイドロダイナミックシール、またはサー
モハイドロダイナミックシールなどがある。

これらは摩擦係数が低減するため従来のシールに比べて
高ＰＶ値で使うことが出来る。

しかしながら、このようなハイドロスタティックシール
、ハイドロダイナミックシール、サーモハイドロダイナ
ミックシールはその効果をもたらずために超硬合金に複
雑な加工を施さねばならず、超硬合金の難加工性を考慮
すると従来のシール部材に比べて加工時間が著しく長く
なる。しかも超硬合金は形状が複雑になると応力集中が
生し易くなり崩壊し易いという欠点もある。したがって
このタイプのシール部材は限られた用途にしか使われな
いのが現状であり、このような加工の必要のない新しい
材料が望まれている。

この問題を解決するために、特願昭６３−２０２０１１
号、米国特許第４９２５４９０号に見られるように、ボ
アを分散させた硬質材料も開発されている。このボア分
散材料は、油等の潤滑の役割をする流体を含む環境では
優れるものであるが、そのような流体の存在しない環境
ではボアの効果はなく、それゆえボアの存在しない材料
と同じ性能しか出ない。

すなわち、縦軸斜流ポンプの軸受のように、始動時に短
時間（数分程度）乾式、高負荷で摺動する場合には、摺
動クランクが生じ易いことが知られており、かかる問題
の解決にはボア分散材料は不適である。

そのため、特開昭６３−６９９３８号公報に見られるよ
うに摺動クラックの生じにくい超硬合金が提案されてい
る。しかしながらこの種の超硬合金でも高荷重およびま
たは高速回転のように厳しい条件で使用されるとクラン
クを生じることがあり、著しい場合には破壊に至り問題
になっている。

以上の問題点を解決するには、自己潤滑材料の通用が好
ましいと考えられる。ここで自己潤滑材料を分類すると
、軟質材料（合金）を基にし、これに自己潤滑性物質を
含ませたものと、硬質材料を基にし、これに自己潤滑材
料を含ませたものとがある。前者は面圧が高いあるいは
高速で摺動するなどの高負荷条件では使用できない。

後者は、硬質材料にボアを含ませ、そのボアに含浸法に
より自己潤滑物質を導入するものである（特開昭６１−
２８１０７３号公報、特開平１−１０８１６７号公報、
特開平１−１７６０１０号公報）。これらの材料は固体
自己潤滑物質が材料の表面近傍に局在し易く、しかも脱
落し易いために自己潤滑効果が長時間持続しない、さら
に固体潤滑物質を導入するためにボアをある程度以上大
きくする必要があり、本質的に低強度であるなどの問題
があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明では、高ＰＶ値で使用可能であり、しかも形状も
シンプル化出来、加工が容易であると共に複雑形状であ
るが為の破壊し易いという欠点も無い様な長寿命のシー
ルリング用部材あるいは軸受部材などの摺動部材に適す
る自己潤滑硬質材料を提供することを目的とするもので
ある。

前述の従来技術から明らかなように、含浸法によって自
己潤滑物質を導入する方法では上述の目的は達成し得な
い。これには、通常の粉末冶金法、すなわち焼結前に目
的物質・元素はすべて混合されている方法が適すること
が明らかである。

〈課題を解決するための手段〉 自己潤滑物質にはグラファイト、　ＷＳ２．Ｍｏ５ｚ、
ＢＮなどがあり、これらの摩擦係数は大気中でそれぞれ
０．３，０．２Ｂ、０．２５，０．２である（検氷５津
谷、「固体潤滑ハンドブック」、幸書房、　　（１９７
Ｂ）、５４０．）。

すなわち、摩擦係数で判断すれば、’Ｓ２＋ＭＯ５ｚ＋
ＢＮ特にＢＮが好ましい。しかし、これらは真空中での
熱安定性が小さいので焼結時に分解等が生し、焼結温度
が比較的高い硬質材料中に含ませることは無理と考えら
れていた。

これを克服すべく鋭意検討した結果、ＭｏＳ、、ＷＳ。

は分解して焼結出来ない（焼結後残留出来ない）が、Ｂ
Ｎのみは、分解が少なく、焼結後に残留することを見い
出した。

さらに硫化物について検討を加え、周期律表■νａ＝Ｖ
Ｉａ族遷移金属およびＣｒ、　Ｍｎの硫化物等は焼結中
の分解が少なく、焼結後に残留することを見い出した。

しかも、これら両者を含む材料の摩擦係数は添加前より
低下することを見い出した。

一方これらとは別の観点で硬質材料中にその主成分とは
異なる硬質材料を添加した材料を調製した所、その摩擦
係数は添加前の摩擦係数よりも低下すること、すなわち
一種の自己潤滑作用のあることを見い出した。

本発明は以上の３つの知見に基づいてなされたものであ
り、その要旨は次の通りである。

（Ａ）　ＢＮまたは、周期律表ＩＶａ−Ｖａ族遷移金属
およびＣｒ、　Ｍｎの硫化物、またはこれら硫化物相互
の固溶体または複硫化物からなる自己潤滑性物質の一種
以上を、０．１〜５０ｖｏｌ％の割合でマトリックスと
なる硬質材料中に分散させたことを特徴とする自己潤滑
硬質材料。

（Ｂ）　ＢＮまたは、周期律表ｒＶａ−Ｖａ族遷移金属
およびＣｒ、　Ｍｎの硫化物５またはこれら硫化物相互
の固溶体または複硫化物からなる自己潤滑性物質の一種
以上および炭素好ましくはグラファイトを、０．１〜５
０ｖｏｌ％の割合でマトリックスとなる硬質材料中に分
散させたことを特徴とする自己潤滑硬質材料。

（Ｃ）マトリックスとなる硬質材料が５０〜９９．９ｗ
ｔ％のＷＣと残部が鉄族金属の１種以上からなる超硬合
金であることを特徴とする（Ａ）若しくは（Ｂ）に記載
の自己潤滑硬質材料。

（Ｄ）マトリックスとなる硬質材料が、周期律表■νａ
＝ＶＩａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこ
れら２種以上の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質
の１種以上からなることを特徴とする（Ａ）若しくは（
Ｂ）に記載の自己潤滑硬質材料。

（Ｅ）マトリックスとなる硬質材料が、周期律表Ｉ　Ｖ
　ａ　＝　Ｖ　Ｉ　ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼
化物およびこれらの２種以上の固溶体若しくは化合物か
らなる硬質物質の１種以上が５０〜９９．９ｗｔ％であ
り、残部が鉄族金属の１種以上からなることを特徴とす
る（Ａ）若しくは（Ｂ）に記載の自己潤滑硬質材料。

（Ｆ）マトリックスとなる硬質材料の組成が、周期律表
Ｉ　Ｖ　ａ　”　Ｖ　Ｉ　ａ族遷移金属の炭化物、窒化
物。

硼化物およびこれらの２種以上の固溶体若しくは化合物
からなる硬質物質の１種以上が５０〜９９．９ｗｔ％で
あり、残部が鉄族金属であって、硬質物質の一部若しく
は全部が鉄族金属およびまたは添加される自己潤滑物質
の１種以上の一部と化合物をなすことを特徴する（Ａ）
若しくは（Ｂ）に記載の自己潤滑硬質材料。

（Ｇ）マトリックスとなる硬質材料が、ＳｊＣ，Ｓｉ３
Ｎ。

Ａｈ（ｈ、　ＡＩＮ、ＭｇＯ，ＺｒＯ，Ｃａｂ、　Ｙｚ
０３＋および周期律表Ｉ　Ｖ　ａ　％　Ｖ　ｌ　ａ族遷
移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこれら２種以上
の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質の１種以上か
らなるセラミックスであることを特徴とする（Ａ）若し
くは（Ｂ）に記載の自己潤滑硬質材料。

（１１）第１硬質材料が、周期律表ＩＶａ”　Ｖｉａ族
遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの２種
以上の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質の１種以
上からなるか、若しくは上記硬質物質の１種以上が５０
〜９９．９ｉｙ　ｔ％で、残部が鉄族金属の１種以上か
らなるものであり、第２硬質材料がＳ　ｓ　Ｃｒ　Ｓ　
ＩＪ　ａ、Ａ　Ｉ　ｚ　０３．　Ａ　ＩＮ　＋　Ｈｇ　
Ｏｒ　ＺｒＯｚ　＋　Ｃａｂ。

Ｙ！０．および希土類元素の酸化物およびこれらの２種
以上の固溶体または化合物からなる硬質物資の１種以上
からなるものであって、第１硬質材料を０．１〜８０ｖ
ｏｌ％の割合で第２硬質材料に置換したことを特徴とす
る自己潤滑硬質材料。

（１）　ＢＮまたは炭素好ましくはグラファイトまたは
、周期律表１ｖａｘＶａ族遷移金属およびＣｒ、Ｍｎの
硫化物またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物
からなる自己潤滑性物質の一種以上を、０．１〜５０ｖ
ｏｌ％の割合でマトリックスとなる硬質材料中に分散さ
せたことを特徴とする（１１）に記載の自己潤滑硬質材
料。

以下限定理由を述べる。ＢＮまたは周期律表ＩＶａ〜Ｖ
ａ族遷移金属およびＣｒ、Ｍｎの硫化物、またはこれら
硫化物相互の固溶体または複硫化物からなる自己潤滑性
物質の１種以上を０．１〜５０ｖｏｌ％にするのは０．
１ｖｏｌ％未満では自己潤滑効果がなく、５０ｖｏｌ％
を越えると強度が低下するからである。

ＢＮまたは硫化物からなる自己潤滑性物質の一種以上お
よび炭素好ましくはグラファイトとを０．１〜５０ν０
！％にするのは上記と同じ理由である。なおグラフアイ
］・単独を含めないのは、摺動性能が劣るからである。

■または硬質物資（周期律表■νａ〜Ｖｉａ族遷移金属
の炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの２種以上の固
溶体または化合物）の一種以上が５０〜９９．９ｗｔ％
であり、残部が鉄族金属の一種以上である硬質材料とす
るのは、５０ｗ　Ｌ％未満では硬質材料部分の硬さが小
になりすぎ、軟質材料になるからであり、９９．９ｗｔ
％より大になると、結合金属の量が足りず、焼結性が悪
くなるからである。なお、マトリックスとなる硬質材料
部分がすべて上記の硬質物質である時は、焼結温度を高
くする、ホラＩ・プレスをするなどをすれば焼結可能で
あり、そのような材料は特に耐摩耗性または耐食性が要
求される用途には好適であるので限定範囲に含めた。

さらに、（Ｇ）に記したいわゆるセラミックも常圧焼結
、またはホットプレスにより、自己潤滑物質を分散させ
た材料とすることが出来、このような材料は特に耐摩耗
性または耐食性が要求される用途には好適であるので限
定範囲に含めた。

次に硬質材料同士の組み合せ（（１１）に記した）につ
いて述べる。第１硬質材料をいわゆる超硬合金系（すな
わち、周期律表■シａ〜シ１ａ族遷移金属の炭化物、窒
化物、硼化物およびこれらの２種以上の固溶体からなる
硬質物質の１種以上からなるか、若しくは上記硬質物質
の１種以上が５０〜９９．９ｗｔ％で、残部が鉄族金属
の１種以上）とし、これに第２硬質材ＩＩ４：セラミッ
クス、（すなわちＳｉＣ。

Ｓ　ｌ　３　Ｎ　ａ　＋　Ａ　Ｉ　ｔ　Ｏｓ　＋　Ａ　
Ｉ　Ｎ　＋　Ｍ　ｇ　Ｏ＋　Ｚ　ｒ　Ｏｚ　＋　Ｃａ　
ＯＩＹ　ｚ　０３および希土類元素の酸化物およびこれ
ら２種以上の固溶体または化合物からなる硬質物質の群
の１種以上）を０．１〜８０ｖｏｌ％の割合で置換添加
させるのは、このような組み合せの時に摩擦係数を低減
させる効果を見い出したからである。この低減効果の発
現理由は明確ではないが、経験的に同一材料を相手に摺
動させるよりも、異種材料を相手に摺動させる方が、摩
耗量が少ないと言われているので、これに関連すると思
われる。なお、セラミックスを０．１〜８０ｖｏｌ％と
するのは、０．１ν０１％未満では摩擦係数低減効果が
なく、８０ｖｏｌ％を越えると複合させた効果よりも分
散させたセラミックス自身の効果が大になり、結果的に
摩擦係数低減効果がな（なるからである。

さらに、この超硬合金／セラミックス複合材料をマトリ
ックスとなる硬質材料とし、これにＢＮまたは硫化物ま
たは炭素好ましくはグラファイトなどの自己潤滑物質を
分散させれば、より効果を発揮するので限定範囲に含め
た。

〈実施例〉 以下本発明を、その実施例を示しながらさらに詳述する
。

一１隻■上− 原料粉末として、平均粒径１〜６μｍの各種粉末を用い
、これらを、第１表のマトリックス材料配合組成に従っ
て配合し、メタノール中湿式混合にて３日間ボール・ミ
ル混合した。この混合粉末を乾燥後、粉末に対して２ｗ
ｔ％となるように、トリクロールエタンに溶解したパラ
フィンを添加、混合、乾燥し、マトリックス材料となる
母粉末を得た。

この母粉末に対して、ＢＮ粉末（粒径〜２μｍ）を第１
表に示す量、らいかい機にて添加・混合し、各試料の原
粉粉末を得た。

これらの粉末を１ｔｏｎ／ｃｍ”の圧力で５．５Ｘ１０
Ｘ３０ｍｏ＋の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真
空中（約０．１　ｔｏｒｒ、　）にて８００°Ｃまで１
０時間で加熱して予備焼結した０次に０．６〜０．８ｔ
ｏｒｒ、の真空中で第１表に示す各温度で１時間の焼結
をして、本発明材料１〜２１．比較材料１〜３をそれぞ
れ得た。

なお本発明材料２０．２１は通常の真空焼結では焼結出
来なかったので、１７００　”Ｃ、１００ｋｇ　／　ｃ
ｄの条件でホットプレスした。

なお第１表中☆ＷＣ／Ｔｉｃ／ＴａＣは、５０ｗＬ％Ｗ
Ｃ−３０ｗＬ％ＴｉＣ−２０ｗｔ％ＴａＣの固溶体を、
又☆☆ＴｉＣ／ＴｉＮは５０−１％ＴｉＴｉＣ−５（１
％ＴｊＨの固溶体を示す。

このようにして得られた本発明材料１〜２１．比較材料
１〜３についてそれぞれまずダイヤモンドホイールで研
削し、４　Ｘ　８　Ｘ２４ｍ＋１１のＪＩＳ抗折試片を
各４個を製作した。これらの試片について硬さ（ＨｍＡ
）を測定し、さらにスパン間隔２０ｍにて３点曲げによ
る抗折力を測定した。

結果は第１表に示す通りであり、本発明材料は硬さは、
Ｉｌ、Ａで６５以上、抗折力は５０ｋｇ／ａ＋ｎ３以上
であった。一方比較材料２はＢＮが多すぎて未焼結であ
り、これらは測定出来ないほど小さかった。また比較材
料３は硬さが小さ過ぎて実用に供し得ない。すなわち、
硬さ、抗折力で言えば実用に供し得るのは本発明材料と
比較材料１であることが分かる。

次に、第１表に示す材料の組織観察をした所、本発明材
料１〜２１には灰色に見られるＢＮが認められたが、比
較材料１には当然ながら認められなかった。さらにＸ線
回折をした所、本発明材料１〜２１にはｄ　＝３．３３
人の六方晶ＢＮの（０，０，２）面の回折線が認められ
たが、比較材料ｌでは当然ながら認められなかった。す
なわち、本発明材料１〜２１では添加したＢＮは材料中
に確実に残留していることが分った。

なお、一部の材料ではＣｏ、Ｗなどからなる硼化物。

複硼化物も存在したので、ＢＨの一部はマトリックス合
金成分と反応して硼化物を形成するが、これはさしつか
えない。

］華２− 原料粉末として、平均粒径ｌ〜５μｍの各種粉末を用い
、これらを、第２表のマトリックス材料配合組成に従っ
て配合し、メタノール中湿式混合にて３日間ボール・ミ
ル混合した。この混合粉末を乾燥後、粉末に対して２ｗ
ｔ％となるように、トリクロールエタンに溶解したパラ
フィンを添加、混合、乾燥し、マトリックス合金となる
母粉末を得た。

この母粉末に対して、第２表に示す種類、量の自己潤滑
性物質をらいかい機にて添加・混合し、各試料の原料粉
末を得た。

これらの粉末をｌ　ｔｏｎ／ｃｄの圧力で５．５Ｘ１０
Ｘ３０鵬の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真空中
（約０，１　ｔｏｒｒ、　）にて８００°Ｃまで１０時
間で加熱して予備焼結した。次に０．６〜０．８ｔｏｒ
ｒ、の真空中で第１表に示す各温度で１時間の焼結をし
て、本発明材料２２〜２９、比較材料４〜７をそれぞれ
得た。なお本発明材料２８．２９は通常の真空焼結では
焼結出来なかったので、前者は１９００°Ｃ、１０（１
ｋｇ　／　Ｃｌ１ｌの条件でホットプレスし、後者は１
気圧のＮ、ガス中、１６００°Ｃで雰囲気焼結した。

このようにして得られた本発明材料２２〜２９、比較材
料４〜７について、まずダイヤモンドホイールで研削し
、４　Ｘ　８　Ｘ２４ａのＪＩＳ抗折試片を４個製作し
た。これらの試片について硬さ（１１，Ａ）を測定し、
さらにスパン間隔２０■にて３点曲げによる抗折力を測
定した。

結果は第２表に併示する通りであり、本発明材料２２〜
２９は硬さはｈａＡ６ｓ以上、抗折力Ｌ！　５０　ｋｇ
　／　ｍ　”以上（本発明材料２８．２９を除く）であ
り、実用に供し得ることが分かる。なお、本発明材料２
８．２９は抗折力が３８．４７ｋｇ／ｇｕ＋＋２　と小
さいが、これは基材のセラミックスが比較材料６，７に
示すように超硬合金に比べて低強度であるためである。

しかしながら、比較的高速、低荷重条件ならば実用に供
し得る。

次に第２表に示す材料の組織観察をした所、本発明材料
２２〜２９では添加したＢＮ、　Ｔｉ５ｚ、　Ｔａ５ｋ
、　ＭｎＳ。

グラファイトはすべて残留していた。一方ＭｏＳ　ｔを
添加した比較材料５ではそれは認められなかった。

すなわち、硫化物の場合にはＴｉ５ｚ、Ｔａ５ｚ、Ｍｎ
Ｓなどの安定な硫化物のみが残留し得ることが分る。

ｌ施Ｊしし− 原ね粉末として、平均粒径１〜５μｍの各種粉末を用い
、これらを第３表に示す如く、第１硬質材籾として−Ｃ
，Ｃｏを、これに置換する形で第２硬質材料ＳｉＣ，Ａ
ＩＮ、ＡＩｇ０３．ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ２をそれぞれ配合し
、メタノール中湿式混合にて３日間ボール・ミル混合し
た。この混合粉末を乾燥後、粉末に対して２−【％とな
るように、トリクロールエタンにｔ８解したパラフィン
を添加１混合、乾燥して混合粉末を得た。

さらに必要に応じて、この混合粉末に、第３表に示す種
類、量の自己潤滑性物質をらいかい機にて添加、混合し
、各試料の混合粉末を得た。

これらの粉末をｌ　ｔｏｎ／ｃ艷の圧力で５．５ＸＩＯ
Ｘ３０鵬の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真空中
（約０．１／１ｏｒｒ、）にて８００℃まで１０時間で
加熱して予備焼結した。次に０．６〜０．８ｔｏｒｒ、
の真空中で第３表に示す各温度で１時間の焼結をして、
本発明材料３０〜４０．比較材料８をそれぞれ得た。

このようにして得られた本発明材料３０〜４０．比較材
料８について、まずダイヤモンドホイールで研削し、４
　Ｘ　８　Ｘ２４ｍｍのＪＩＳ抗折試片を各４個得た。

これらの試片について硬さ（）ＩＲＡ）を測定し、さら
にスパン間隔２０ｍｍにて３点曲げによる抗折力を測定
した。

結果は第３表に併示する通りであり、本発明材料３０〜
４０は硬さは■−６５以上、抗折力は５０　ｋｇ　／　
ｔａｒ　”以上であり、実用に供し得ることが分る。

−実」１例」一 実施例１，２．３により、本発明の材料が得られること
が分った。そこでいくつかの材料について摩擦係数を測
定することとした。

摺動面寸法が内径２０ｍ、外径３４胴で、厚さ５關のリ
ング試片を実施例１，２．３に準じる方法で調製した。

この摺動面を０．２Ｓ程度にラップし、さらに超音波洗
浄により脱脂処理を施した。このリングに摺動面が０　
、２　Ｘ　３　ｔｍａ　”　（１）　ＩＩ　Ｃｌ　Ｏ％
Ｃｏ　ヲ、３．０ｋｇ＋７）荷重Ｗ（面圧５００ｋｇ　
／　ｃｄ　）　Ｔ：押し付けつつ摺動させ摩擦力Ｆを測
定した。ここで回転数は６００、１０００．２０００．
３０００ｒρ−と順次変化させ、保持時間はそれぞれ２
分、２分、　１４分、１４分とした。

そしてＦ／Ｗにより１％！擦係数を求め、その平均値ｐ
で評価した。

以上の方法によって測定したμを第１表〜第３表に併記
した０表１では比較材料１のμｍ０．５６に対し、本発
明材料１，２，３，５，９，１３，１４゜１５、１６．
２７．２０のμは０．３９〜０．４７であり、１６〜３
０％も摩擦係数が小になることが判る。すなわち、摺動
性能が１６〜３０％改善されたと言える。

第２表ではマトリックス材料が超硬合金である本発明材
料２２．２４．２６のμは０．４３〜０．４５であり、
比較材料１のμｍ０．５６より２０〜２３％も摩擦係数
が小であることが判る。さらにマトリックス材料がセラ
ミックスである本発明材料２８．２９のμは０．４７゜
０．４３であり、それぞれの比較材料６，７のμｍ０．
６０．０．５８に比べて、２２％、２６％も摩擦係数が
小になることが判る。すなわち、いずれの場合も摺動性
能が２０〜２６％改善されることが判る。なお、比較材
料４はマ）　ＩＩＩックス材料が超硬合金で、自己潤滑
物質がすべてグラファイトの場合であるが、このμは０
．５０であり、比較材ネ４１　（超硬合金）のμｍ０．
５６よりは優れるものの、本発明材料１．２３．２６な
どよりは劣る。よって限定範囲外とした。

第３表では、第１硬質材＄４（超硬合金）に第２硬質材
料としてセラミックスを添加した本発明材料３０．３１
．３２．３３．３４．３６のμが０．４２〜０．４９で
あり、比較材料ｌのμｍ０．５６よりも１３〜２５％も
摩擦係数が小さいことが判る。ここで比較材料８も第１
硬質材料と第２硬質材料との組み合せであるがこの場合
のμは０．５５と大きいので限定範囲から除外した。さ
らに、第１硬質材料と第２硬質材料との組み合せの材料
をマトリックス材料とし、これに自己潤滑物質を添加し
た本発明材料３７．３８．３９４０のμは０．３９〜０
．４４であり、比較材＄４１のμ−〇、５６に比べて２
１〜３０％も摩擦係数が小さいことが判る。

以上のように本発明材料の摩擦係数は比較材料よりも小
であり、したがって摺動性能が優れると言える。

−１」口ＬＬ− 最後にシールリングとして使用した場合の性能を評価し
た。摺動面寸法が内径４１ｍ、外径５６ｍの被テストリ
ングを実施例１．２に準じる方法で用意し、これの摺動
面をラップ仕上げする。次に相手材となる摺動面寸法が
内径４３ｍ、外径５２ｍｍのグラファイト製リングを用
意し、この摺動面もラップ仕上げする。これらを−船釣
なメカニカルシールテスト装置に取り付ける。メカニカ
ルシールの運転条件は次の通りである。即ち密封流体；
水道水、密封流体圧：　１５ｋｇ　／　ｃｄ　、回転数
：　４１Ｑｒｐｓ＋。

そして運転開始後１時間までの平均所要動力を求める。

この平均所要動力が大きい方が摩擦係数は大きいことに
なるので、便宜的にこの平均所要動力の大小で摺動性能
を評価することとした。

以上の方法によってまず第１表に示される本発明材料２
．１３．２０．比較材料ｌの平均所要動力を測定した。

さらに第２表に示される本発明材料２７゜比較材料４の
平均所要動力も測定した。比較材料１の所要動力を１と
し、それに対する動力比で言えば、本発明材料２．１３
．２０．２７は０．５．０．５゜０．５５．０．６であ
り、比較材料４は０．７であった。

すなわち、本発明の自己潤滑硬質材料は、従来超硬合金
および従来超硬合金にグラファイトを添加したものより
摺動性能が優れていると言える。

〈発明の効果〉 以上述べて来たごとく、本発明の自己潤滑硬質材料は、
従来の硬質材料である超硬合金あるいはセラミックスの
長所である高硬度、前者の場合は高抗折力、という長所
をさほど低下させることなく、摩擦係数が小さく、摺動
性能が向上している。

従って各種の摺動部材用材料特に、高負荷条件で使用さ
れる摺動部材用材料に好適であり、例えば軸受、シール
リングなどに適する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＢＮまたは、周期律表IVａ〜Ｖａ族遷移金属および
   Ｃｒ、Ｍｎの硫化物、またはこれら硫化物相互の固溶体
   または複硫化物からなる自己潤滑性物質の一種以上を、
   ０．１〜５０ｖｏｌ％の割合でマトリックスとなる硬質
   材料中に分散させたことを特徴とする自己潤滑硬質材料
   。 ２、ＢＮまたは、周期律表IVａ〜Ｖａ族遷移金属および
   Ｃｒ、Ｍｎの硫化物、またはこれら硫化物相互の固溶体
   または複硫化物からなる自己潤滑性物質の一種以上およ
   び炭素好ましくはグラファイトを、０．１〜５０ｖｏｌ
   ％の割合でマトリックスとなる硬質材料中に分散させた
   ことを特徴とする自己潤滑硬質材料。 ３、マトリックスとなる硬質材料が５０〜９９．９ｗｔ
   ％のＷＣと残部が鉄族金属の１種以上からなる超硬合金
   であることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の自
   己潤滑硬質材料。 ４、マトリックスとなる硬質材料が、周期律表IVａ〜V
   Iａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこれら
   ２種以上の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質の１
   種以上からなることを特徴とする請求項１若しくは２に
   記載の自己潤滑硬質材料。 ５、マトリックスとなる硬質材料が、周期律表IVａ〜V
   Iａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこれら
   の２種以上の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質の
   １種以上が５０〜９９．９ｗｔ％であり、残部が鉄族金
   属の１種以上からなることを特徴とする請求項１若しく
   は２に記載の自己潤滑硬質材料。 ６、マトリックスとなる硬質材料の組成が、周期律表I
   Vａ〜VIａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物および
   これらの２種以上の固溶体若しくは化合物からなる硬質
   物質の１種以上が５０〜９９．９ｗｔ％であり、残部が
   鉄族金属の１種以上であって、硬質物質の一部若しくは
   全部が鉄族金属およびまたは添加される自己潤滑物質の
   １種以上の一部と化合物をなすことを特徴とする請求項
   １若しくは２に記載の自己潤滑硬質材料。 ７、マトリックスとなる硬質材料が、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３
   Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｒＯ＿２
   、ＣａＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３および周期律表IVａ〜VIａ族遷
   移金属の炭化物、窒化物、硼化物およびこれら２種以上
   の固溶体若しくは化合物からなる硬質物質の１種以上か
   らなるセラミックスであることを特徴とする請求項１若
   しくは２に記載の自己潤滑硬質材料。 ８、第１硬質材料が、周期律表IVａ〜VIａ族遷移金属の
   炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの２種以上の固溶
   体若しくは化合物からなる硬質物質の１種以上からなる
   か、若しくは上記硬質物質の１種以上が５０〜９９．９
   ｗｔ％で、残部が鉄族金属の１種以上からなるものであ
   り、第２硬質材料がＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２
   Ｏ＿３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｒＯ＿２、ＣａＯ、Ｙ＿２
   Ｏ＿３、および希土類元素の酸化物およびこれらの２種
   以上の固溶体または化合物からなる硬質物質の１種以上
   からなるものであって、第１硬質材料を０．１〜８０ｖ
   ｏｌ％の割合で第２硬質材料に置換したことを特徴とす
   る自己潤滑硬質材料。 ９、ＢＮまたは炭素好ましくはグラファイトまたは、周
   期律表IVａ〜Ｖａ族遷移金属およびＣｒ、Ｍｎの硫化物
   またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物からな
   る自己潤滑性物質の一種以上を、０．１〜５０ｖｏｌ％
   の割合でマトリックスとなる硬質材料中に分散させたこ
   とを特徴とする請求項８に記載の自己潤滑硬質材料。