JPH04191343A - 自己潤滑摺動材料 - 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、自己潤滑摺動材料に関し、さらに詳細には高
強度でかつ安定した自己潤滑性を有する自己潤滑摺動材
料に係るものである。

〔従来の技術〕

Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ等の金属粉末の焼結体に黒鉛、Ｍ　ｏ　
Ｓ　ｚ、ＢＮ等の固体潤滑剤を分散させた摺動材料は、
無給油でも潤滑性を有する自己潤滑摺動材料として知ら
れている。この自己潤滑のメカニズムは、次のように説
明される。。

摺動時に摺動面がある程度摩耗すると、固体潤滑剤が摺
動面上に表出供給され、その固体潤滑剤が延展されて固
体潤滑剤の膜が形成される。

しかしながら、この摺動材料が焼結体で得られる場合に
は、焼結体の金属組織は一般に多孔性であって内部に１
０〜２５％程度の空孔を有し、この空孔が強度低下の大
きな原因となっている。

また、成形工程において、金属粉末と固体潤滑剤とのス
プリングバック量のちがい、あるいは固体潤滑剤自体の
スプリングバックにより固体潤滑剤と焼結体のマトリッ
クスとの間にすきまが生ずるいわゆる切欠き現象が発生
し、その結果、耐面圧性が低下することが避けられなか
った。そこで、本発明者等は先に、このすきまおよび焼
結体の空孔にＣｕ−Ｃｏ系やＣｕ　−Ｍ　。

系等の溶浸剤を溶浸することにより強度を増大させる技
術を開発し、前述した傾向の解消を図った。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述したような溶浸剤は比較的柔かいた
めに高面圧下での摺動時に前記溶浸剤が摺動面に表出し
て延展し、ついには焼き付いて摺動面に凝着してしまう
ことがわかった。

このような状態になると固体潤滑剤から摺動面上への、
その固体潤滑剤の供給が阻害されて補給バランスが悪く
なり、潤滑機能が不均一となることから異音を発生する
等の現象を伴なった。

すなわち、高面圧下での摺動特性に問題を生じていた。

また、溶浸温度が約１１００°Ｃと比較的高いため、焼
結体中のＦｅと固体潤滑剤、特に黒鉛との反応性が大き
くなり、セメンタイト相が黒鉛粒子の周囲に生成しがち
であった。このセメンタイト相は非常に硬いためンヤフ
ト等の相手材に損傷を与えることが危惧されていた。そ
の対策として、固体潤滑剤に黒鉛の代わりにＭ　ｏ　Ｓ
　ｚ、ＷＳ２、ＢＮ等が使用されることもあった。しか
し、これらはいずれも黒鉛に比べて非常に高価である上
に、Ｍ　ｏ　Ｓ　２とＷＳ２とについては高温になると
ＳがやはりＦｅと反応し易いという問題点があり、ＢＮ
については潤滑材として用いるのに造粒しにくいという
問題点があった。

したがって、本発明は前述したような課題を解決し、高
面圧下における摺動時においても固体潤滑剤の摺動面へ
の表出供給が円滑に行われて自己潤滑性に優れた自己潤
滑摺動材料を提供することを目的とする。

〔発明を解決するための手段〕

前述した点に鑑み本発明の自己潤滑摺動材料では溶浸剤
を改良して、比較的硬質でＦｅ系焼結体との濡れ性が良
好なＣｕ−３ｎ系化合物（βまたはＴ相）を主体とする
とともに、軟質で潤滑性に富むＰｂを配合した溶浸剤を
使用することとした。

すなわち、本発明の自己潤滑摺動材料は、固体潤滑剤が
１０〜５０νｏ１％分散含有されたＦｅ系焼結体に、１
５〜４０ｗｔ％のＳｎを含むＣｕ−Ｓｎ化合物を主体と
して、さらにＰｂを３〜４０ｗｔ％配合したＣｕ系合金
材料の溶浸剤を溶浸してなることを特徴とするものであ
る。

本発明において使用されるＦｅ系焼結体は、ＦｅやＦｅ
系合金等の金属粉末と、固体潤滑剤、および目的に応じ
て炭素等の添加物とを通常の方法によって混合、成形お
よび焼結することによって得られる。固体潤滑剤として
は黒鉛、Ｍ　ｏ　Ｓ　ｚ、ＷＳ、、ＢＮ等がいずれも使
用可能であり、好ましくは３０−〜１０００ａ程度に造
粒したものが用いられる。また水ガラスコートした黒鉛
も使用可能である。この固体潤滑剤の量は焼結体の１０
〜５０νｏｆ％が適当であって、これより少ないと無給
油の摺動材として安定した潤滑性が得られず、また多す
ぎると強度が確保できない。

固体潤滑剤の量が前述した範囲内にあっても、固体潤滑
剤が分散した焼結体は、固体潤滑剤を有さない焼結体に
比べて、やはり強度が劣る。

したがって、より高強度の自己潤滑摺動性を有する機械
部材を得たい場合には摺動面に近い部域を二層構造にし
て、摺動面となる側の層（ブツシュの場合には内径層）
を固体潤滑剤を分散させた焼結体で構成し、この焼結体
を被って補強する裏打ち層（ブツシュの場合は外径層）
を、潤滑材を有さない高強度焼結体で構成することもで
きる。この場合、焼結時の収縮等を考慮すれば裏打ち層
、例えば外径層もまたＦｅ系粉末等を焼結して形成する
ことが好ましい。

さらに、このようなＦｅ系焼結体の耐摩耗性を向上させ
るに、ＡＩｚＯ３、コランダム、ムライト、３１０　ｚ
等の酸化物系セラミンクス粒子を分散させることは効果
的である。この酸化物系セラミツクスの量はＦｅ系焼結
体の０．５ｖｏｌ％以上で有効であり、また焼結体の強
度や相手材に対するアタック性を考慮して５ｖｏｌ％以
下が適当である。

本発明で使用される溶浸剤は、Ｃｕ−３ｎ化合物を主体
とするＣｕ系合金材料である。このＣｕ系材料にあって
は、ＣｕとＳｎとの組成はＳｎが全体の１５〜４０ｗｔ
％の範囲内にある組成において硬くてもろい金属間化合
物（βまたはγ相）を形成する。したがって、本発明で
は、このＣｕ−３ｎ化合物とともに軟質で潤滑性に冨む
Ｐｂを配合して溶浸剤を構成する。このＰｂＯ量は焼結
体に空孔が１０〜２５νｏ１％存在することを考慮して
、溶浸剤全体の３〜４０ｗｔ％に選ばれる。この範囲よ
り少ないと安定した潤滑性が得られず、また多いと焼結
体のマトリックスの強度が低下する。

このような溶浸剤を前述したＦｅ系焼結体に溶浸する方
法は、次のようにして行うことができる。

まず、Ｃｕ−３ｎ粉とＰｂ粉とを混合し、加圧成形する
。続いて、前述したような方法で作製したＦｅ系焼結体
の上に溶浸剤を層重し、溶浸剤の融点以上の温度にて不
活性あるいは還元雰囲気中で加熱する。この際、焼結体
が前述したような二重構造から成る、例えばブツシュの
場合には、内径層と同時に外径層の溶浸も行なってよい
。

〔作　用〕

本発明において用いられるＣｕ系合金材料の溶浸剤はＣ
ｕ−３ｎの金属間化合物（βあるいはγ相）を主体とす
るために硬くてもろい性質を有する。したがって、摺動
時に面圧がかかっても摺動面上に延展し凝着することが
ないので、固体潤滑剤の摺動面上への供給が安定して円
滑に行われる。Ｃｕ−３ｎ化合物とともに溶浸剤に含ま
れるＰｂは、このＣｕ−３ｎ化合物にはほとんど固溶し
ない。さらに、ｐｂは軟質で延展性に冨む性質により摺
動時には摺動面上に延びだすがＦｅと反応しないので焼
き付いて凝着してしまうことがない。しかも、それ自体
潤滑性を有するから溶浸剤中によく拡散し、焼結材のマ
トリックスに浸透して摺動材料全体の潤滑性をも良好な
ものとする。

このような溶浸剤はＳｎやＰｂを含むために、前述した
Ｃｕ−Ｃｏ系やＣｕ−Ｍｎ系の溶浸剤よりも低融点であ
ってＦｅ系焼結材に対する濡れ性も大きいから、溶浸性
が非常によい。しかも、９００℃程度の低温で溶浸可能
となるために、Ｆｅと固体潤滑剤、特に黒鉛との反応性
が抑えられる。換言すれば、硬いセメンタイト相の生成
が防止されるので、摺動材として使用時に相手材に損傷
を与える心配がない。したがって、このような観点にお
いては黒鉛の代わりにＭｏＳ、、ＷＳ２、ＢＮあるいは
水ガラスコートした黒鉛等を使用する必要性がなくなる
。黒鉛の適用範囲が広がることは価格や造粒のしやすさ
等で工業的利点が大きい。

また、Ｆｅ系焼結体に前述したような酸化物系セラミッ
クスを分散させることにより、焼結体のマトリックスの
耐摩耗性が向上する。そして、マトリックスの過度の摩
耗が防止されることにより固体潤滑剤の補給効率が高め
られ、安定した自己潤滑性を維持できる。

〔実施例〕

次に、本発明の自己潤滑摺動材料を軸受のブツシュに適
用した実施例を示す。なお、この実施例のブツシュでは
二層成形により外径層を高強度焼結材、内径層を固体潤
滑剤を分散させた本発明の自己潤滑摺動材料で構成する
こととした。この実施例のブツシュは、次の工程により
得られた。

■粉末混合 外径層の粉末成分としてＦｅ粉（アトマイズ粉）と炭素
（平均粒径：１０Ｉ！ｍ）とを表１の組成で用いた。

内径層の粉末成分としては、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金（ア
トマイズ合金粉）、炭素（同上）、黒鉛および５ｉＯｚ
を表１の組成で用いた。

これら外径履用および内径要用の粉末をそれぞれＶ型混
合機にて混合偏差のない様に３０分間混合した。

■成形 まず、二層給粉治具により二層給粉を行なった。この二
層給粉は、成形型を仕切り板により外径部と内径部とに
仕切り、外径部に外径履用粉末を、内径部に内径要用粉
末をそれぞれ充填した。充填後仕切り板を引上げ、ＣＩ
Ｐにより加圧成形を実施した。成形圧力は４ｔ／ｃｎで
あった・ ■焼結 ■で得られた成形体を真空雰囲気中で１１００°Ｃの焼
結温度乙こて１時間保持することにより焼結を行なった
。

■　ン容　　浸 溶浸剤の成分として、Ｃｕ−３ｎ化合物とＰｂとを表２
の組成で用いた。

（なおＣｕ−３ｎ化合物、Ｐｂとも水アトマイズ粉を使
用した。）これらの溶浸剤用粉末を■と同様の方法で混
合した後、■と同し型に充填し、二層給粉治具（仕切り
ｖｉ）を用いないことを除いては■と同様の方法で成形
した。この溶浸剤の成形体を■の焼結体の上に重ねて置
き、アンモニア分解ガスからなる還元雰囲気中に、１０
５０°Ｃの溶浸温変にて１時間保持することにより、溶
浸を行なった。

■荒加工、熱処理および仕上加工 通常の方法により荒加工を行なった後、８５０°Ｃで１
時間保持、水冷、１８０°Ｃで３時間保持により焼戻し
を行ない、最後に仕上加工を行なってブツシュを完成さ
せた。

■摩耗試験 実施例により得られたブツシュを軸受試験機に取付けて
摩耗試験を行なった。この試験条件を第１図に示す。こ
の試験ではシャフトの揺動（揺動角：１８０°）により
ブツシュに生じた摩擦熱を熱電対にて検出するとともに
、トルクを測定することにより摩耗係数を算出した。結
果を比較例ブツシュの場合とともに第２図に示す。比較
例のブツシュは焼結体および溶浸剤の組成をそれぞれ表
１および表２に示すものを用いた以伺は実施例と同様に
して製作したものである。

第２図に示す摩耗試験結果から、実施例のブツシュは比
較例のブツシュの約２倍の寿命があることが確認できた
。

表１　焼結体の組成 （帆％） 表２　溶浸材の組成（ｗｔ％） 〔発明の効果〕 本発明の摺動材料によれば、Ｆ　ｅ系焼結体にＣｕ−３
ｎ化合物とＰｂとを含むＣｕ系合金材料の溶浸剤を溶浸
する構成としたため、（ａ）　　焼結体の強度が増大す
る、 ■）固体潤滑剤が摺動面上に円滑に供給されて、長時間
に亘って自己潤滑性が安定に持続する、（Ｃ）　　溶浸
剤および焼結体のマトリックスとがそれぞれ潤滑性を有
するようになり、自己潤滑性が向上する、 （ｄ）　　相手材の損傷を招くセメンタイト相がマトリ
ックスに生成するのを防止できる、 等の効果を奏する。したがって、従来の乾式軸受部材と
比較して非常に高面圧下においても無給油で安定性能を
発揮し、機械構造品のメンテナンスフリー化が実現可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自己潤滑摺動材料を軸受のブツシ
ュに通用した実施例と比較例との摩耗試験条件を説明す
るためのグラフ、第２図はその試験結果を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　固体潤滑剤が１０〜５０ｖｏｌ％分散含有されたＦ
   ｅ系焼結体に、１５〜４０ｗｔ％のＳｎを含むＣｕ−Ｓ
   ｎ化合物を主体として、さらにＰｂを３〜４０ｗｔ％配
   合したＣｕ系合金材料の溶浸剤を溶浸してなることを特
   徴とする自己潤滑摺動材料。 ２　固体潤滑剤が１０〜５０ｖｏｌ％分散含有されると
   ともに、０．５〜５ｖｏｌ％の酸化物系セラミック粒子
   を分散させたＦｅ系焼結体に、１５〜４０ｗｔ％のＳｎ
   を含むＣｕ−Ｓｎ化合物を主体として、さらにＰｂを３
   〜４０ｗｔ％配合したＣｕ系合金材料の溶浸剤を溶浸し
   てなることを特徴とする自己潤滑摺動材料。