JPH07179981A - Wear resistant material, its production and compressor using the same - Google Patents

Wear resistant material, its production and compressor using the same

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JPH07179981A
JPH07179981A JP32512893A JP32512893A JPH07179981A JP H07179981 A JPH07179981 A JP H07179981A JP 32512893 A JP32512893 A JP 32512893A JP 32512893 A JP32512893 A JP 32512893A JP H07179981 A JPH07179981 A JP H07179981A
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JP
Japan
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resistant material
ceramic powder
sintered alloy
wear resistant
compressor
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Application number
JP32512893A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Morioka
勉 森岡
Kunpei Kobayashi
薫平 小林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To produce a wear resistant material hardly causing damage, a dimensional change or the reduction of hardness to a sliding material forming a compressor even under severe operational conditions and having stable fitness, wear resistance and durability and to provide a compressor using the wear resistant material. CONSTITUTION:Ceramic powder 22 is dispersed among grains of a sintered alloy 20 forming a matrix and a soft metallic phase 21 is allowed to exist between the grains of the sintered alloy 20 and the ceramic powder 22 to obtain the objective wear resistant material excellent in seizing resistance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性材料およびその
製造方法と,その材料を使用した圧縮機に係り、特に優
れたなじみ性,耐摩耗性および耐焼付性を有し、耐久性
に優れた耐摩耗性材料,その製造方法およびその材料を
使用した圧縮機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wear-resistant material, a method for producing the same, and a compressor using the material, which has particularly excellent conformability, wear resistance, and seizure resistance, and has excellent durability. The present invention relates to an excellent wear resistant material, a manufacturing method thereof, and a compressor using the material.

【0002】[0002]

【従来の技術】冷凍機、冷蔵庫、空調機やショーケース
においては冷媒を圧縮する圧縮機が主要機器として装備
されている。上記用途例において一般的に使用されてい
る圧縮機として、図1および図2に示すような密閉型の
ロータリ圧縮機がある。
2. Description of the Related Art In refrigerators, refrigerators, air conditioners and showcases, a compressor for compressing a refrigerant is equipped as a main device. As a compressor generally used in the above application example, there is a hermetic rotary compressor as shown in FIGS. 1 and 2.

【0003】この圧縮機1は、ケ―シング2の内部にモ
ータ3aとシリンダ8a,8bおよびローラ10a,1
0bから成る圧縮要素3bとを内装し、圧縮要素3bは
モータ3aから延びる回転軸4を主軸受5と副軸受6に
挿通され、この主軸受5と副軸受6との間に、仕切板7
を介して2基のシリンダ8a,8bを配設し、各シリン
ダ8a,8b内において、前記回転軸4に形成された偏
心部9a,9bにそれぞれ円筒状のローラ10a,10
bを嵌合させる一方、図2に示すように偏心回転するロ
ーラ10a,10bに対して常時押し付けて接触するよ
うに、ベーン11a,11bが配設されて構成される。
上記ベーン11a,11bはそれぞれシリンダ8a,8
bに設けた取付溝に出入り自在に取り付けられ、ばね等
の付勢手段によって常にローラ10a,10b側に押圧
されるように形成されている。このベーン11a,11
bは、偏心部9a,9bおよびローラ10a,10bの
回転に応じて各ローラ外周面に摺接しながら往復動し、
各シリンダ8a,8b内部を圧力的に仕切る役割を果し
ている。こうして圧縮機1は、モータ3の駆動によって
前記ローラ10a,10bをシリンダ8a,8b内にお
いて偏心回転させることにより、吸込み口12を通り、
シリンダ8a,8b内の吸込みチャンバ13a,13b
に吸入したガスを圧縮チャンバ14a,14b方向に移
動させながら圧縮して吐出口15から吐出するものであ
る。
In this compressor 1, a casing 2 has a motor 3a, cylinders 8a and 8b, and rollers 10a and 1 inside.
0b, the compression element 3b is internally mounted, and the compression element 3b has a rotary shaft 4 extending from the motor 3a inserted through a main bearing 5 and a sub bearing 6, and a partition plate 7 between the main bearing 5 and the sub bearing 6.
Two cylinders 8a and 8b are disposed through the cylinders 8a and 8b, and cylindrical rollers 10a and 10b are respectively provided in the eccentric portions 9a and 9b formed on the rotary shaft 4 in the cylinders 8a and 8b.
The vanes 11a and 11b are arranged so that the rollers 10a and 10b that are eccentrically rotated as shown in FIG.
The vanes 11a, 11b are cylinders 8a, 8 respectively.
It is mounted so as to be able to move in and out of a mounting groove provided in b, and is always pressed against the rollers 10a and 10b by a biasing means such as a spring. This vane 11a, 11
b reciprocates while slidingly contacting the outer peripheral surface of each roller according to the rotation of the eccentric portions 9a, 9b and the rollers 10a, 10b,
It plays a role of partitioning the inside of each cylinder 8a, 8b in terms of pressure. Thus, the compressor 1 drives the motor 3 to eccentrically rotate the rollers 10a and 10b in the cylinders 8a and 8b, thereby passing through the suction port 12,
Suction chambers 13a, 13b in the cylinders 8a, 8b
The gas sucked in is compressed while being moved in the direction of the compression chambers 14a and 14b, and is discharged from the discharge port 15.

【0004】上記のような圧縮機1においては、主副軸
受5,6と回転軸4、シリンダ8とベーン11a,11
b、このベーンとローラ10など相互に摺接する摺動部
品における摩耗が特に顕著になるため、高い耐摩耗性を
有する材料で形成する必要がある。
In the compressor 1 as described above, the main and auxiliary bearings 5 and 6, the rotary shaft 4, the cylinder 8 and the vanes 11a and 11 are provided.
b. Since the sliding parts such as the vane and the roller 10 which are in sliding contact with each other are particularly worn, it is necessary to form them with a material having high wear resistance.

【0005】従来、この種の材料としては、高速度鋼や
共晶黒鉛鋳鉄の溶製材、さらにより具体的には2.3%
Si−3.4%C−残部Feから成るFC鋳物材、SM
F4030などのSMF−4種材(鉄−炭素−銅系合
金)など耐摩耗性を高めた材料が一般に使用されてい
る。特に高度の耐焼付性および耐摩耗性が要求されるロ
ーラを構成する耐摩耗材料としては、Mo−Ni−Cr
−C−Si−残部Fe合金(モニクロ鋳鉄)が広く利用
され、またベーン材としてはSKH−51,SUS44
0C、シリンダ材としては、FC200等が一般に使用
されている。
Conventionally, as a material of this kind, a high-speed steel or a smelting material of eutectic graphite cast iron, and more specifically 2.3%
FC-cast material consisting of Si-3.4% C-balance Fe, SM
A material having improved wear resistance such as SMF-4 type material (iron-carbon-copper alloy) such as F4030 is generally used. Mo-Ni-Cr is a wear-resistant material that constitutes a roller that requires particularly high seizure resistance and wear resistance.
-C-Si-balance Fe alloy (monichrome cast iron) is widely used, and SKH-51 and SUS44 are used as vane materials.
0C, FC200, etc. are generally used as the cylinder material.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような鉄基合金の溶製材で形成した摺動部品は、靭性が
高いため過酷な条件下で使用された場合にも割れや欠け
などの損傷が発生しにくい長所がある反面、未だ耐摩耗
特性が不足しているため、例えば冷凍機用ロータリ圧縮
機の各種摺動部品として使用した場合には、摺動部品の
摩耗によって冷媒の圧縮効率および冷凍効率が短期間で
低下してしまう問題点があった。
However, since the sliding parts formed of the ingot material of the iron-based alloy as described above have high toughness, even when used under severe conditions, damages such as cracks and chips are caused. On the other hand, it has the advantage that it is difficult to generate, but because it is still insufficient in wear resistance characteristics, for example, when it is used as various sliding parts of a rotary compressor for a refrigerator, the compression efficiency and There was a problem that the refrigeration efficiency was reduced in a short period of time.

【0007】一方で、近年、圧縮機は冷凍機用,冷蔵庫
用,空調機用などの用途を問わず、高性能化や使用条件
の拡大が求められている。特に空調機においては、使用
者の住空間の変化や快適性の要求水準の高まりが著し
く、インバータを装備したものが標準品になりつつあ
る。このような空調機に使用される圧縮機では従来以上
に過酷な運転条件、すなわち高負荷条件下での高速運転
や変速運転が要求されている。
On the other hand, in recent years, compressors have been required to have higher performance and expanded use conditions regardless of their applications such as refrigerators, refrigerators, and air conditioners. In particular, in the case of air conditioners, changes in the living space of users and demands for comfort have risen remarkably, and those equipped with inverters are becoming standard products. The compressor used in such an air conditioner is required to operate at higher speeds or speed changes under severer operating conditions than before, that is, under high load conditions.

【0008】さらに近年、冷凍機用、冷蔵庫用、空調機
用などの冷媒として一般的に使用されていたフロンが環
境破壊の一因となることが判明し、フロンに代替する新
しい冷媒の開発および実用化が進められている。
Further, in recent years, it has been found that CFCs generally used as refrigerants for refrigerators, refrigerators, air conditioners, etc. contribute to environmental damage, and development of new refrigerants to replace CFCs and Practical application is in progress.

【0009】ところが現在までに開発段階にある新規な
冷媒はいずれも運転温度が、従来のフロンと比較して大
幅に上昇するため、従来の金属を主体とする耐摩耗性材
料で摺動部を形成した圧縮機では種々の問題点が発生す
ることが確認されている。
However, since the operating temperatures of all new refrigerants that are currently in the development stage are significantly higher than those of conventional CFCs, the sliding parts are made of conventional metal-based wear resistant materials. It has been confirmed that various problems occur in the formed compressor.

【0010】すなわち冷媒の変更に伴い使用環境温度の
上昇が必至となり、そのため、ベーンやローラ等の摺動
部材の寸法が熱膨張により変化し、摺動部材相互の微小
なクリアランスが拡大して冷媒の圧縮効率が低下し、最
終的に冷却能力の低下を招来する問題点がある。
In other words, the change in the refrigerant inevitably raises the operating environment temperature, so that the dimensions of the sliding members such as vanes and rollers change due to thermal expansion, and the minute clearances between the sliding members expand to increase the refrigerant. However, there is a problem in that the compression efficiency is reduced, and finally the cooling capacity is reduced.

【0011】また使用温度の上昇に伴い、摺動材を構成
する合金組織の変態等により、その硬度および耐摩耗性
が低下したり、摺動材のなじみ性が悪化して圧縮機とし
ての能力が低下してしまう問題点が確認されている。
Further, as the operating temperature rises, the hardness and wear resistance of the sliding material are reduced due to the transformation of the alloy structure of the sliding material, etc. Has been confirmed to decrease.

【0012】上記の問題点を解決する対策として、特に
耐熱性,靭性値および耐摩耗性に優れたSi3 4 (窒
化けい素),ZrO2 (酸化ジルコニウム)などのセラ
ミックス材料に着目し、両者を複合化させたセラミック
ス複合材料を圧縮機の各種摺動部品として使用すること
も試行されている。
As a measure for solving the above problems, attention is paid particularly to ceramic materials such as Si 3 N 4 (silicon nitride) and ZrO 2 (zirconium oxide), which are excellent in heat resistance, toughness and wear resistance. Attempts have also been made to use a ceramics composite material that is a composite of the two as various sliding parts of a compressor.

【0013】しかしながら、上記セラミックス複合材料
で形成した摺動部品は、金属製の摺動部品と比較して耐
摩耗性は大幅に向上するが、セラミックス自体に靭性が
少なく脆いため、割れや欠けが発生し易く、構造部品と
しての信頼性が低い問題点がある。
However, although the sliding parts formed of the above ceramic composite material have significantly improved wear resistance as compared with the sliding parts made of metal, since the ceramics themselves have little toughness and are brittle, cracks and chips are not formed. There is a problem that it is likely to occur and its reliability as a structural component is low.

【0014】上記問題点の対策として、金属粉末とセラ
ミックス粉末との混合体を成形焼結したセラミックス金
属複合焼結材料も各種摺動部材として使用されている。
この摺動部材によれば、マトリックスとなる焼結合金に
よって高い構造強度を確保するとともに、焼結合金内に
分散した高硬度のセラミックス粒子によって耐摩耗特性
を改善している。
As a measure against the above problems, ceramic-metal composite sintered materials obtained by compacting and sintering a mixture of metal powder and ceramic powder are also used as various sliding members.
According to this sliding member, high structural strength is secured by the sintered alloy serving as a matrix, and wear resistance characteristics are improved by the high hardness ceramic particles dispersed in the sintered alloy.

【0015】しかしながら、金属粉末とセラミックス粒
子とは本来的に反応せず、相互に焼結することはないた
め、両者の結合強度は低い。したがって、摺動部品とし
て使用した場合に、セラミックス粒子が脱落し易い欠点
がある。しかも脱落した高硬度のセラミックス粒子は摺
動部を構成する他の部品を攻撃して損傷せしめ、部品の
寿命を低下させる問題点があった。
However, since the metal powder and the ceramic particles do not inherently react with each other and do not sinter with each other, the bonding strength between them is low. Therefore, when used as a sliding component, there is a drawback that the ceramic particles are likely to fall off. In addition, the dropped high-hardness ceramic particles attack and damage the other parts constituting the sliding portion, which shortens the life of the parts.

【0016】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、冷媒の変更に伴って使用温度が上昇
した場合など、過酷な運転条件下においても、圧縮機を
構成する摺動材の損傷や寸法変化や硬度低下が少なく安
定したなじみ性,耐摩耗性および耐久性を発揮する耐摩
耗性材料およびその製造方法と,その材料を使用した圧
縮機を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and even under severe operating conditions, such as when the operating temperature rises due to the change of the refrigerant, the sliding that constitutes the compressor. An object of the present invention is to provide a wear-resistant material exhibiting stable conformability, wear resistance and durability with little damage, dimensional change and hardness reduction of the material, a manufacturing method thereof, and a compressor using the material. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは上記
の目的を達成するため、圧縮機の摺動部を構成する耐摩
耗性合金材料の組成を種々変えて、その摺動特性を比較
検討し、さらに各合金材料の高温度使用条件下において
も安定した合金組織を形成することが可能な材料の組織
構造を研究した。その結果、所定のセラミックス粉末を
内部に分散した鉄(Fe)基焼結合金の空孔部に、所定量
のSnを含有するCu基合金を溶浸せしめて軟質金属相
を形成した複合材料で摺動部材を形成したときに、高温
度使用条件下においてもなじみ性が良好で極めて安定し
た耐摩耗特性および耐久性を有する圧縮機が得られた。
また、上記Fe基焼結合金粒子とセラミックス粉末との
間に軟質な金属相(潤滑相)を形成したときに、特に摺
動性(なじみ性)がより向上し、またセラミックス粒子
の脱落が効果的に防止でき、圧縮機のベーン材料として
好適な耐摩耗性材料が初めて得られることを見出した。
本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have changed the composition of the wear-resistant alloy material constituting the sliding portion of the compressor to change its sliding characteristics. Comparative studies were conducted, and the microstructures of materials capable of forming stable alloy microstructures under the high temperature use conditions of the respective alloy materials were also studied. As a result, a composite material in which a Cu-based alloy containing a predetermined amount of Sn is infiltrated into the pores of an iron (Fe) -based sintered alloy in which a predetermined ceramic powder is dispersed to form a soft metal phase When the sliding member was formed, a compressor having good conformability even under high temperature use conditions and having extremely stable wear resistance and durability was obtained.
Further, when a soft metal phase (lubrication phase) is formed between the Fe-based sintered alloy particles and the ceramic powder, the slidability (compatibility) is further improved, and the falling of the ceramic particles is effective. It has been found for the first time that an abrasion resistant material that can be effectively prevented and is suitable as a vane material for a compressor can be obtained.
The present invention has been completed based on the above findings.

【0018】すなわち本発明に係る耐摩耗性材料は、マ
トリックスを構成する焼結合金粒子間にセラミックス粉
末を分散せしめるとともに、上記焼結合金粒子とセラミ
ックス粉末との間に軟質金属相が介在していることを特
徴とする。またセラミックス粉末は、3Al2 3 ・2
SiO2 ,Si3 4 ,ZrO2 ,TiN,SiCおよ
びTiCから選択される少なくとも1種を使用するとよ
い。さらに上記耐摩耗性材料に含有されるセラミックス
粉末の容積比率は5〜20%に設定するとよい。また耐
摩耗性材料中に介在する軟質金属相の容積比率は5〜2
0%に設定する。さらに上記軟質金属相は、重量%で2
〜15%のSn,残部Cuから成るCu基合金で構成す
るとよい。
That is, in the wear resistant material according to the present invention, the ceramic powder is dispersed between the sintered alloy particles constituting the matrix, and the soft metal phase is present between the sintered alloy particles and the ceramic powder. It is characterized by being The ceramic powder is 3Al 2 O 3・ 2.
At least one selected from SiO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , TiN, SiC and TiC may be used. Further, the volume ratio of the ceramic powder contained in the wear resistant material may be set to 5 to 20%. Further, the volume ratio of the soft metal phase present in the wear resistant material is 5 to 2
Set to 0%. Furthermore, the soft metal phase is 2% by weight.
It is preferable to use a Cu-based alloy composed of ˜15% Sn and the balance Cu.

【0019】また本発明に係る耐摩耗製材料の製造方法
は、焼結合金を形成するための金属粉末に、3Al2
3 ・2SiO2 ,Si3 4 ,ZrO2 ,TiN,Si
CおよびTiCから選択される少なくとも1種のセラミ
ックス粉末を配合して混合粉末を調製し、混合粉末を成
形後焼結して焼結合金とし、この焼結合金に2〜15重
量%のSn,残部Cuから成る合金を溶浸することを特
徴とする。
Further, in the method for producing the wear-resistant material according to the present invention, 3Al 2 O is added to the metal powder for forming the sintered alloy.
3 · 2SiO 2, Si 3 N 4, ZrO 2, TiN, Si
At least one ceramic powder selected from C and TiC is mixed to prepare a mixed powder, and the mixed powder is molded and sintered to obtain a sintered alloy, and the sintered alloy contains 2 to 15 wt% Sn, It is characterized by infiltrating an alloy composed of the balance Cu.

【0020】さらに本発明に係る圧縮機は、シリンダ
と、このシリンダ内面に摺接しながら偏心回転運動をす
るローラと、このローラと摺接しながらシリンダより出
入りするベーンとを備えた圧縮機において、マトリック
スを構成する焼結合金粒子間にセラミックス粉末を分散
せしめるとともに、上記焼結合金粒子とセラミックス粉
末との間に軟質金属相が介在している耐摩耗性材料で上
記ベーンを形成したことを特徴とする。
Further, the compressor according to the present invention is a compressor provided with a cylinder, a roller which makes an eccentric rotary motion while slidingly contacting the inner surface of the cylinder, and a vane which moves in and out of the cylinder while slidingly contacting the roller. Characterized in that the vane is formed of a wear-resistant material in which a soft metal phase is present between the sintered alloy particles and the ceramic powder, while the ceramic powder is dispersed between the sintered alloy particles constituting the To do.

【0021】本発明に係る耐摩耗性材料は、比較的に硬
度が高いFe基焼結合金によって材料全体の構造強度,
靭性および耐摩耗性を発現させるとともに、上記Fe基
焼結合金の構成粒子間に分散させた高硬度のセラミック
ス粉末によって、材料の耐摩耗性をより改善し、さらに
Cu基合金から成る軟質金属相によって摺動材料として
のなじみ性および耐焼付き性を発現させるとともに、F
e基焼結合金粒子とセラミックス粉末とCu基合金との
相互の密着性を高めてセラミックス粉末の材料からの脱
落を効果的に防止している。
The wear-resistant material according to the present invention is made of an Fe-based sintered alloy having a relatively high hardness, and the structural strength of the entire material is
In addition to exhibiting toughness and wear resistance, the high hardness ceramic powder dispersed between the constituent particles of the Fe-based sintered alloy further improves the wear resistance of the material, and further a soft metal phase composed of a Cu-based alloy. Familiarity and seizure resistance as a sliding material are exhibited by F
The mutual adhesion of the e-based sintered alloy particles, the ceramic powder, and the Cu-based alloy is enhanced to effectively prevent the ceramic powder from falling out of the material.

【0022】本発明の耐摩耗性材料のマトリックスを構
成する焼結合金としては、所定の構造強度,靭性および
耐摩耗性を有するものであれば、特にその組成は限定さ
れるものではないが、下記の示すような組成を有するF
e基焼結合金を使用することが好ましい。すなわち重量
%で0.2〜4%のNi,0.2〜20%のCr,0.
1〜6%のMo,0.5〜5%のCu,0.3〜7%の
W,0.5〜3%のV,0.1〜1%のP,0.1〜3
%のC,残部Feから成るFe基焼結合金が好適であ
る。またSUS440C材またはSKH−51材を使用
することができる。
The composition of the sintered alloy constituting the matrix of the wear resistant material of the present invention is not particularly limited as long as it has predetermined structural strength, toughness and wear resistance. F having a composition as shown below
It is preferable to use an e-based sintered alloy. That is, 0.2 to 4% by weight of Ni, 0.2 to 20% of Cr, and 0.
1-6% Mo, 0.5-5% Cu, 0.3-7% W, 0.5-3% V, 0.1-1% P, 0.1-3
A Fe-based sintered alloy consisting of% C and the balance Fe is preferable. Further, SUS440C material or SKH-51 material can be used.

【0023】以下上記Fe基焼結合金(マトリックス
相)の組成等の限定理由を以下に述べる。
The reasons for limiting the composition of the Fe-based sintered alloy (matrix phase) will be described below.

【0024】Niは基材の靭性を向上させるための元素
であり、0.2〜4wt%含有する。Ni含有量が0.
2wt%未満の場合では、靭性を改善する効果が少ない
一方、含有量が4wt%を超える場合には、焼結合金中
に残留するオーステナイト組織の割合が高まり、材料の
安定性や硬度が低下してしまう。
Ni is an element for improving the toughness of the base material and is contained in an amount of 0.2 to 4 wt%. The Ni content is 0.
When the content is less than 2 wt%, the effect of improving the toughness is small, while when the content exceeds 4 wt%, the ratio of the austenite structure remaining in the sintered alloy increases, and the stability and hardness of the material decrease. Will end up.

【0025】Crは、材料の耐摩耗性および耐食耐熱性
を向上させる元素であり、0.2〜20wt%含有す
る。Crの含有量が0.2wt%未満の場合には、耐摩
耗性および耐食耐熱性を十分に向上させられず、一方、
含有量が20wt%を超える場合には、成形性を阻害し
て所定の密度が得られない。
Cr is an element that improves the wear resistance and corrosion resistance of the material, and is contained in 0.2 to 20 wt%. When the content of Cr is less than 0.2 wt%, wear resistance and corrosion heat resistance cannot be sufficiently improved, while
If the content exceeds 20 wt%, the moldability is impaired and the desired density cannot be obtained.

【0026】なお最終的に調製した耐摩耗性材料をイオ
ン窒化法等によって処理することにより、材料表面部の
Crが窒化されて、高硬度の窒化クロムから成る緻密な
窒化物層が形成される。この窒化物層の形成により、材
料全体の耐摩耗性を大幅に改善できるため、Crの含有
量が多いFe基焼結合金とすることが有利である。
By treating the finally prepared wear resistant material by an ion nitriding method or the like, Cr on the surface of the material is nitrided to form a dense nitride layer made of high hardness chromium nitride. . By forming this nitride layer, the wear resistance of the entire material can be greatly improved, so it is advantageous to use a Fe-based sintered alloy having a high Cr content.

【0027】Moは、材料の耐摩耗性,高温強度および
摺動特性を改善する元素であり、0.1〜6wt%の範
囲で含有する。Mo添加量が0.1wt%未満の場合に
は、十分耐摩耗性および摺動特性を改善できず、一方、
含有量が6wt%を超えると、Crと同様に成形性を阻
害してしまう。
Mo is an element that improves the wear resistance, high temperature strength and sliding characteristics of the material, and is contained in the range of 0.1 to 6 wt%. If the amount of Mo added is less than 0.1 wt%, the wear resistance and sliding properties cannot be sufficiently improved, while
If the content exceeds 6 wt%, the formability is impaired as with Cr.

【0028】Cuは摺動部材として使用される材料の初
期摺動特性を改善する元素であり、0.5〜5wt%含
有する。Cu含有量が0.5wt%未満の場合には、改
善効果が充分ではなく、一方で焼付きを誘発する元素で
もあり、特に含有量が5wt%を超える場合には焼付き
が生じ易くなるため、その含有量は0.5〜5wt%の
範囲に設定される。
Cu is an element that improves the initial sliding characteristics of the material used as the sliding member, and is contained at 0.5 to 5 wt%. When the Cu content is less than 0.5 wt%, the improvement effect is not sufficient, and on the other hand, it is an element that induces seizure, and especially when the content exceeds 5 wt%, seizure tends to occur. , Its content is set in the range of 0.5 to 5 wt%.

【0029】Wは、Cと化合して高硬度の複炭化物を生
成して材料の耐摩耗性を向上するために、0.3〜7w
t%含有する。W含有量が0.3wt%未満の場合は耐
摩耗特性の改善効果が十分でなく、含有量が7wt%を
超えると相手材の摩耗量を増大させる。
W is 0.3 to 7 w in order to combine with C to form a high hardness double carbide to improve the wear resistance of the material.
Contains t%. If the W content is less than 0.3 wt%, the effect of improving the wear resistance is not sufficient, and if the W content exceeds 7 wt%, the wear amount of the mating material increases.

【0030】Vは、Wと同様に高硬度の炭化物を形成し
て材料の耐摩耗性を改善するために、0.5〜3wt%
含有する。V含有量が0.5wt%未満の場合には、耐
摩耗効果が少なく、含有量が3wt%を超える場合には
Wと同様に相手材の摩耗量を増大させる。
Similar to W, V is 0.5 to 3 wt% in order to form a carbide having a high hardness and improve the wear resistance of the material.
contains. When the V content is less than 0.5 wt%, the wear resistance effect is small, and when the V content exceeds 3 wt%, the wear amount of the mating material is increased like W.

【0031】Pは、Cuと化合して高硬度のCu3 Pを
生成したり、Feと化合して高硬度のステダイト相を形
成して材料全体の耐摩耗性を改善するのに有効な元素で
あり、合金中に0.1〜1wt%含有する。ここで上記
ステダイト相は、FeとPとCとの三元共晶体であり、
極めて高い硬度を有するため材料の耐摩耗性を大幅に改
善することができる。上記Pの含有量が0.1wt%未
満の場合には、ステダイト相の生成量が少なく、耐摩耗
性の改善効果が十分ではない一方、含有量が1wt%を
超えると、材料の強度が著しく低下する。
P is an element effective for improving the wear resistance of the entire material by combining with Cu to form Cu 3 P having high hardness, and combining with Fe to form a steadite phase having high hardness. And 0.1 to 1 wt% is contained in the alloy. Here, the above-mentioned steadite phase is a ternary eutectic of Fe, P and C,
Since it has extremely high hardness, the wear resistance of the material can be greatly improved. When the content of P is less than 0.1 wt%, the amount of steadite phase produced is small and the effect of improving wear resistance is not sufficient. On the other hand, when the content exceeds 1 wt%, the strength of the material remarkably increases. descend.

【0032】なお上記ステダイト相を形成するために必
要なP成分は、予めFe基焼結合金中に含有させておい
てもよいが、後述する溶浸操作で使用するCu基合金中
に含有させておいてもよい。ここでSnを含むCu基合
金中にPを添加することにより、Cu基地を硬化させ、
なじみ性の良いりん青銅を形成することができる。P成
分はりん青銅を形成するためにCu基合金中に残る割合
が高い。したがって、ステダイト相を形成するために必
要なP成分も含めてCu基合金中に予めP成分を含有さ
せる場合には、Fe基焼結合金中に予め含有させる場合
と比較して、その含有量を0.03〜3wt%と大きく
設定することが望ましい。
The P component necessary for forming the above-mentioned stedite phase may be contained in the Fe-based sintered alloy in advance, but it is contained in the Cu-based alloy used in the infiltration operation described later. You may keep it. Here, by adding P to the Cu-based alloy containing Sn, the Cu base is hardened,
It is possible to form phosphor bronze with good compatibility. The P component has a high rate of remaining in the Cu-based alloy to form phosphor bronze. Therefore, in the case where the P-component is contained in the Cu-based alloy in advance, including the P-component necessary for forming the steadite phase, the content thereof is larger than that in the Fe-based sintered alloy. Is preferably set to a large value of 0.03 to 3 wt%.

【0033】Cは、基地を構成するFeおよび種々の添
加元素と化合して、高硬度の炭化物を生成すると共に、
ステダイト相を生成するために必要な元素であり、0.
1〜3wt%含有する。
C combines with Fe constituting the matrix and various additive elements to form a carbide having a high hardness, and
It is an element necessary to generate a steadite phase, and is 0.
1 to 3 wt% is contained.

【0034】C含有量が0.1wt%未満の場合には、
炭化物およびステダイト相の生成量が少なく耐摩耗性の
改善効果が充分ではない。
When the C content is less than 0.1 wt%,
The amount of carbide and steadite phase produced is small and the effect of improving wear resistance is not sufficient.

【0035】一方、含有量が3wt%を超える場合に
は、炭化物およびステダイト相の生成量が多く、基材の
靭性が低下すると共に、摺動時の相手攻撃性が増大して
しまい、相手材の摩耗量が増大する。
On the other hand, if the content exceeds 3 wt%, the amount of carbides and steadite phase produced is large, the toughness of the base material is reduced, and the attacking property at the time of sliding is increased, and the other material The amount of wear of the.

【0036】上記Fe基焼結合金の粒子間に分散される
セラミックス粉末は、材料全体の耐摩耗性をさらに改善
するために添加される。セラミックス粉末としては、高
硬度で滑り易い特性を利用して3Al2 3 ・2SiO
2 (ムライト),Si3 4(窒化けい素),ZrO2
(ジルコニア),TiN(窒化チタン),SiC(炭化
けい素)およびTiC(炭化チタン)から選択される1
種または2種以上が組み合されて使用される。上記3A
2 3 ・2SiO2 としては、直径が0.3〜10μ
m,長さが15〜100μmの針状単結晶であるウィス
カー状ムライト粉末を使用することが好ましい。また粒
状のSi3 4 粉末,ZrO2 粉末,TiN粉末を使用
する場合には、平均粒径が0.5〜100μmの粉末が
好適である。平均粒径が0.5μm未満の場合には、材
料の耐摩耗性の改善効果が小さい一方、平均粒径が10
0μmを超える場合には、材料全体の構造強度が低下す
るとともに、摺動時に材料表面からセラミックス粉末が
脱落し易くなる。したがって、上記セラミックス粉末の
平均粒径は上記範囲に設定される。
The ceramic powder dispersed between the particles of the Fe-based sintered alloy is added to further improve the wear resistance of the entire material. As a ceramic powder, 3Al 2 O 3 · 2SiO is used because of its high hardness and slipperiness.
2 (mullite), Si 3 N 4 (silicon nitride), ZrO 2
1 selected from (zirconia), TiN (titanium nitride), SiC (silicon carbide) and TiC (titanium carbide)
One kind or a combination of two or more kinds is used. 3A above
The diameter of l 2 O 3 · 2SiO 2 is 0.3 to 10 μm.
It is preferable to use whisker-shaped mullite powder, which is a needle-shaped single crystal having m and a length of 15 to 100 μm. When granular Si 3 N 4 powder, ZrO 2 powder, or TiN powder is used, a powder having an average particle size of 0.5 to 100 μm is suitable. When the average particle size is less than 0.5 μm, the effect of improving the wear resistance of the material is small, while the average particle size is 10
When it exceeds 0 μm, the structural strength of the entire material decreases and the ceramic powder easily falls off from the material surface during sliding. Therefore, the average particle size of the ceramic powder is set in the above range.

【0037】上記ウィスカー状ムライト粉末は構造強度
が大であるため、マトリックスとなるFe基焼結合金相
および後述する軟質金属相の構造強度を高めるために有
効であり、しかも他のセラミックスウィスカーと比較し
て安価であるため、材料コストを低減することができ
る。なおSiCおよびTiCは他のセラミックス粉末と
比較して、やや硬度が高いため、材料の耐摩耗性を向上
させると同時に相手材を攻撃し易いので、SiCおよび
TiCを用いる場合には相手材にも硬度が高い材料を用
いる必要がある。したがって、セラミックス粉末として
は上記Al2 3・2SiO2 ,Si3 4 ,ZrO2
およびTiNが特に好ましい。
Since the above-mentioned whisker-like mullite powder has a large structural strength, it is effective in increasing the structural strength of the Fe-based sintered alloy phase which becomes the matrix and the soft metal phase described later, and moreover it is compared with other ceramic whiskers. Since it is inexpensive, the material cost can be reduced. Since SiC and TiC have a slightly higher hardness than other ceramic powders, they improve the wear resistance of the material and at the same time easily attack the mating material. Therefore, when using SiC and TiC, the mating material is also used. It is necessary to use a material having high hardness. Therefore, as the ceramic powder, the above Al 2 O 3 .2SiO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 is used.
And TiN are particularly preferred.

【0038】また耐摩耗性材料に含有される上記セラミ
ックス粉末の容積比率は5〜20%に設定する。セラミ
ックス粉末の容積比率が5%未満の場合には、材料の耐
摩耗性の改善効果が不充分となる一方、容積比率が20
%を超える場合には、材料全体の構造強度が低下すると
ともに、摺動時に材料からセラミックス粉末が脱落し易
くなる。
The volume ratio of the ceramic powder contained in the wear resistant material is set to 5 to 20%. When the volume ratio of the ceramic powder is less than 5%, the effect of improving the wear resistance of the material is insufficient, while the volume ratio is 20%.
When it exceeds%, the structural strength of the entire material is lowered and the ceramic powder is liable to drop off from the material during sliding.

【0039】そして、マトリックスとなるFe基焼結合
金を形成するための金属粉末と上記セラミックス粉末と
の混合粉末を成形後焼結することにより、セラミックス
粉末が内部に分散した多孔質のFe基焼結合金が製造さ
れる。
Then, a mixed powder of the metal powder for forming the Fe-based sintered alloy that serves as a matrix and the above-mentioned ceramic powder is molded and sintered to form a porous Fe-based sintered body in which the ceramic powder is dispersed. Bond gold is produced.

【0040】次に上記セラミックス粉末を分散したFe
基焼結合金の空孔部には、通常の溶浸法等によってCu
基合金が含浸され、この含浸されたCu基合金によって
軟質金属相が形成される。このCu基合金から成る軟質
金属相は、材料のなじみ性を改善する優れた効果があ
る。またFe基焼結合金にセラミックス粉末を密着させ
たり、セラミックス粉末を取り囲むようにしてセラミッ
クス粉末を材料内で固定し、Fe基焼結合金粒子とCu
基合金とセラミックス粉末との相互の結合強度を高める
ため、材料からセラミックス粉末の脱落を防止する上で
極めて有効である。
Next, Fe containing the above ceramic powder dispersed therein
In the pores of the base sintered alloy, Cu is formed by the usual infiltration method.
The base alloy is impregnated, and the impregnated Cu base alloy forms a soft metal phase. The soft metal phase composed of this Cu-based alloy has an excellent effect of improving the conformability of the material. Further, the ceramic powder is fixed to the Fe-based sintered alloy in such a manner that the ceramic powder is adhered to the Fe-based sintered alloy or surrounds the ceramic powder, and the Fe-based sintered alloy particles and the Cu are fixed.
Since the mutual bonding strength between the base alloy and the ceramic powder is increased, it is extremely effective in preventing the ceramic powder from falling out of the material.

【0041】ここで前記Fe基焼結合金またはCu基合
金中にPが含有されていると、溶浸操作時にFe基焼結
合金の粒界に溶融したCuが侵入し、PとFeとCとの
共晶反応が進行して三元共晶体から成る高硬度のステダ
イト相が粒界に分散して形成される。このステダイト相
が形成されることにより、材料全体の耐摩耗性が大幅に
改善される。
If P is contained in the Fe-based sintered alloy or Cu-based alloy, molten Cu penetrates into the grain boundaries of the Fe-based sintered alloy during the infiltration operation, and P, Fe and C The eutectic reaction with and proceeds to form a high hardness steadite phase composed of a ternary eutectic dispersed in the grain boundaries. The formation of this steadite phase significantly improves the wear resistance of the entire material.

【0042】また上記軟質金属相を構成するCu基合金
としては、Snを2〜15wt%含有し、残部Cuから
成る青銅を使用することが望ましい。SnはCuと合金
化されてより硬い青銅となり、材料の初期摺動特性を改
善する効果を発揮する。含有量が2%未満では改善効果
が少なく、相手材との癒着が起こり易くなる一方、含有
量が15wt%を超えると、高硬度のδ相(デルタ青
銅:Cu3 Sn2 )が析出し、相手攻撃性が増大するた
め、Snの含有量は2〜15wt%の範囲に設定され
る。
As the Cu-based alloy constituting the soft metal phase, it is desirable to use bronze containing 2 to 15 wt% of Sn and the balance of Cu. Sn is alloyed with Cu to become harder bronze, and exhibits the effect of improving the initial sliding characteristics of the material. If the content is less than 2%, the improvement effect is small, and adhesion with the mating material is likely to occur, while if the content exceeds 15 wt%, a high hardness δ phase (delta bronze: Cu 3 Sn 2 ) precipitates, The content of Sn is set in the range of 2 to 15 wt% because the attacking property against the opponent is increased.

【0043】さらに耐摩耗性材料に対する上記軟質金属
相の容積比率、すなわちセラミックス粉末を含有したF
e基焼結合金の空孔部の容積比率は5〜20vol%に設定
する。この容積比率が5vol%未満の場合には、軟質金属
相の割合が相対的に低下し、材料のなじみ性の改善効果
が少なくなる一方、容積比率が20vol%を超えると、軟
質金属相の割合が過大になり、材料全体の耐摩耗性およ
び構造強度が低下してしまう。
Further, the volume ratio of the soft metal phase to the wear resistant material, that is, F containing ceramic powder is used.
The volume ratio of the pores of the e-based sintered alloy is set to 5 to 20 vol%. If this volume ratio is less than 5 vol%, the proportion of the soft metal phase will be relatively reduced, and the effect of improving the material compatibility will be less, while if the volume ratio exceeds 20 vol%, the proportion of the soft metal phase will be reduced. Becomes excessive, and the wear resistance and structural strength of the entire material deteriorate.

【0044】ところで、前記の通り、近年、圧縮機も、
インバータ制御によってその回転数が大きく変動するよ
うな過酷な条件で運転される場合が多く、回転数が急激
に変化する瞬間において、耐摩耗性材料で形成した摺動
材の潤滑状態が悪化して焼付きを生じる危険性も高くな
っている。しかるに本願材料のように軟質金属相を形成
した耐摩耗性材料で摺動部材を形成することにより、潤
滑作用が発揮され、上記焼付きの危険性を大幅に低減す
ることが可能になる。さらに上記軟質金属相を形成する
ことにより、焼結合金粒子にセラミックス粉末を密着さ
せたり、セラミックス粉末を取り囲むようにしてセラミ
ックス粉末を固定することができる。すなわち焼結合金
粒子とCu基合金とセラミックス粉末との相互の結合強
度を高めることが可能になり、単に焼結合金とセラミッ
クス粉末との2相で形成した複合材料と異なり、摺動時
における材料表面からのセラミックス粉末の脱落を効果
的に防止することができる。
By the way, as mentioned above, in recent years,
In many cases, the inverter is operated under severe conditions where the rotation speed fluctuates significantly, and at the moment when the rotation speed suddenly changes, the lubrication state of the sliding material made of wear-resistant material deteriorates. The risk of seizure is also high. However, when the sliding member is made of a wear-resistant material having a soft metal phase like the material of the present application, a lubricating action is exerted, and the risk of seizure can be greatly reduced. Further, by forming the soft metal phase, the ceramic powder can be fixed to the sintered alloy particles by closely adhering the ceramic powder or surrounding the ceramic powder. That is, it becomes possible to increase the mutual bonding strength among the sintered alloy particles, the Cu-based alloy, and the ceramic powder, and unlike the composite material formed simply by the two phases of the sintered alloy and the ceramic powder, the material during sliding. It is possible to effectively prevent the ceramic powder from falling off the surface.

【0045】上記諸特性を発揮する本発明の耐摩耗性材
料は、下記の手順によって製造される。すなわち、まず
鉄粉に前記各種元素粉末または合金粉末とセラミックス
粉末と潤滑剤とを所定量添加して混合粉末とし、得られ
た混合粉末を成形圧500〜700MPaで圧縮して所
定形状の成形体とした後に、得られた成形体を水素等の
還元ガス雰囲気、ないし非酸化性ガス雰囲気において、
温度500〜700℃で1〜2時間脱脂処理する。さら
に脱脂した成形体を、減圧雰囲気ないし非酸化性ガス雰
囲気において温度1000〜1200℃で1.5〜3時
間加熱して合金組織内にセラミックス粉末を分散したF
e基焼結合金を形成する。
The wear resistant material of the present invention exhibiting the above-mentioned properties is manufactured by the following procedure. That is, first, a predetermined amount of the above-mentioned various element powders or alloy powders, ceramics powders and lubricants are added to iron powder to form a mixed powder, and the obtained mixed powder is compressed at a molding pressure of 500 to 700 MPa to obtain a molded body having a predetermined shape. And then, the obtained molded body in a reducing gas atmosphere such as hydrogen, or a non-oxidizing gas atmosphere,
Degreasing is performed at a temperature of 500 to 700 ° C. for 1 to 2 hours. Further, the degreased compact was heated at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 1.5 to 3 hours in a reduced pressure atmosphere or a non-oxidizing gas atmosphere to disperse the ceramic powder in the alloy structure F.
An e-based sintered alloy is formed.

【0046】次に得られたFe基焼結合金の空孔部に、
Cu基合金を溶浸させる。この溶浸操作は通常の溶浸法
に従ってなされる。すなわち上記Fe基焼結合金とCu
基合金とを接触させた状態でCu基合金の融点以上に加
熱することにより、Cu基合金を空孔部に溶浸せしめ、
軟質金属相を形成すると共に、必要に応じて粒子境界部
にステダイト相を形成する。
Next, in the voids of the obtained Fe-based sintered alloy,
Infiltrate a Cu-based alloy. This infiltration operation is performed according to a normal infiltration method. That is, the above Fe-based sintered alloy and Cu
By heating above the melting point of the Cu-based alloy in a state of contacting with the base-based alloy, the Cu-based alloy is infiltrated into the pores,
A soft metal phase is formed and, if necessary, a steadite phase is formed at the grain boundary.

【0047】この溶浸処理により、Fe基焼結合金粒子
とセラミックス粉末との間の空孔が満たされ、Cu基合
金から成る軟質金属相が生成される。この軟質金属相の
容積比率は耐摩耗性材料の全容積に対して5〜20vo
l%に設定するとよい。この軟質金属相は材料のなじみ
性を向上させるとともに、前記の通り、焼結合金粒子お
よびCu基合金に対するセラミックス粉末の密着性を高
め、摺動時におけるセラミックス粉末の脱落を防止する
他、Fe基焼結合金の基地組織の空孔を封じる役割(封
孔作用)を果して材料に耐圧性(気密性)を与える。こ
の溶浸処理を行うことにより、圧縮機内の冷媒ガスが耐
摩耗性材料中を通り抜けることが防止できるため、圧縮
機の体積効率を改善することができる。
By this infiltration treatment, the pores between the Fe-based sintered alloy particles and the ceramic powder are filled, and the soft metal phase made of the Cu-based alloy is generated. The volume ratio of this soft metal phase is 5 to 20 vo with respect to the total volume of the wear resistant material.
It is recommended to set it to 1%. This soft metal phase not only improves the conformability of the material, but also enhances the adhesion of the ceramic powder to the sintered alloy particles and the Cu-based alloy as described above, preventing the ceramic powder from falling off during sliding, and also Fe-based. It plays a role of sealing the pores of the matrix structure of the sintered alloy (sealing function) and imparts pressure resistance (airtightness) to the material. By performing this infiltration treatment, it is possible to prevent the refrigerant gas in the compressor from passing through the abrasion resistant material, so that the volumetric efficiency of the compressor can be improved.

【0048】本発明に係る耐摩耗性材料において、構成
成分としてPを含まない場合には、ステダイト相は形成
されない。しかしながら、この場合でも高靭性で耐摩耗
性に優れたFe基焼結合金組織と、耐摩耗性をさらに増
強するセラミックス粉末と、なじみ性に優れたCu基合
金から成る軟質金属相とを備えているため、摺動特性が
優れており、特に圧縮機のローラを構成する耐摩耗性材
料として好適である。
In the wear resistant material according to the present invention, when P is not contained as a constituent component, the steadite phase is not formed. However, even in this case, a Fe-based sintered alloy structure having high toughness and excellent wear resistance, a ceramic powder that further enhances wear resistance, and a soft metal phase made of a Cu-based alloy having excellent compatibility are provided. Therefore, it has excellent sliding characteristics and is particularly suitable as a wear-resistant material for forming rollers of a compressor.

【0049】また本発明に係る耐摩耗性材料において、
構成成分として、Mo,V,W成分を含有しない場合に
は、Mo,V,W等の硬い炭化物が形成されないため、
材料全体の耐摩耗性は若干低下するが、摺動材料として
使用した場合に相手攻撃性が小さくなる。したがって、
特に圧縮機を構成するシリンダや軸受の材料として好適
である。
Further, in the wear resistant material according to the present invention,
When Mo, V, W components are not contained as constituent components, hard carbides such as Mo, V, W are not formed,
The wear resistance of the entire material is slightly reduced, but when used as a sliding material, the opponent attacking property is reduced. Therefore,
In particular, it is suitable as a material for cylinders and bearings that constitute a compressor.

【0050】なお上記のように調製した耐摩耗性材料に
イオン窒化法を使用して表面硬化処理を実施し、材料の
焼結合金表面に厚さ5〜20μm程度の窒化物層を形成
することにより、材料の耐摩耗性をさらに改善すること
ができる。上記イオン窒化法によれば、材料を構成する
焼結合金表面のみにおいて、例えば合金成分であるCr
とイオン化した窒素との反応が進行し、ガス窒化法と比
較して、より緻密で高硬度の窒化クロムから成る窒化物
層が形成される。一方、材料表面部の軟質金属相(Cu
基合金相)は窒化されず、そのまま残るため、材料の摺
動性(なじみ性)は損われずに保持される。
The wear-resistant material prepared as described above is subjected to a surface hardening treatment using an ion nitriding method to form a nitride layer having a thickness of about 5 to 20 μm on the surface of the sintered alloy of the material. Thereby, the wear resistance of the material can be further improved. According to the above-mentioned ion nitriding method, only the surface of the sintered alloy constituting the material, for example, Cr which is an alloy component
Reacts with the ionized nitrogen to form a nitride layer made of chromium nitride, which is denser and has higher hardness than the gas nitriding method. On the other hand, the soft metal phase (Cu
Since the base alloy phase) is not nitrided and remains as it is, the slidability (compatibility) of the material is maintained without being impaired.

【0051】[0051]

【実施例】次に本発明に係る耐摩耗性材料およびその材
料を摺動部に使用した圧縮機の一実施例について、摺動
部としてローラ,ベーンおよびシリンダを有するロータ
リ式圧縮機を例にとり、従来例と比較して説明する。
Embodiments Next, one embodiment of a wear resistant material according to the present invention and a compressor using the material for a sliding portion will be described by taking a rotary compressor having rollers, vanes and cylinders as sliding portions as an example. Description will be made in comparison with the conventional example.

【0052】実施例1〜5および比較例1 実施例1〜5の圧縮機に使用するベーンを下記のように
調製した。すなわち、平均粒径80μmのSUS440
C粉,SKD−11粉,Fe粉,平均粒径10μmの黒
鉛粉末(グラファイト)を所定量ずつ秤量する一方、表
1に示すように平均粒径が3〜8μmのムライト(3A
2 3 ・2SiO2 ),TiN,Si3 4 粉末を容
積比率が5〜15%となるように秤量し、最終的に表1
の左欄に示す組成となるように、各粉末を混合し、この
混合粉末100重量部に対して潤滑剤を1重量部添加し
て混合し、5種類の均一な粉末混合体を製造した。
Examples 1-5 and Comparative Example 1 The vanes used in the compressors of Examples 1-5 were prepared as follows. That is, SUS440 having an average particle size of 80 μm
C powder, SKD-11 powder, Fe powder, and graphite powder (graphite) having an average particle diameter of 10 μm are weighed in predetermined amounts, and as shown in Table 1, mullite having an average particle diameter of 3 to 8 μm (3A
1 2 O 3 .2SiO 2 ), TiN, Si 3 N 4 powders were weighed so that the volume ratio was 5 to 15%, and finally Table 1
Each powder was mixed so as to have the composition shown in the left column of the above, and 1 part by weight of the lubricant was added to 100 parts by weight of this mixed powder and mixed to prepare 5 kinds of uniform powder mixture.

【0053】次に各粉末混合体を成形圧600〜700
MPaで加圧して、成形密度が5.8〜6.0g/cm3
の成形体を得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気にお
いて温度600℃で2時間加熱することにより脱脂し
た。
Next, each powder mixture is molded under a molding pressure of 600 to 700.
Pressed at MPa, the molding density is 5.8 ~ 6.0g / cm 3
A molded body of was obtained. Then, each molded body was degreased by heating in a hydrogen gas atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 2 hours.

【0054】次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス
雰囲気において温度1100〜1190℃で2時間焼結
し徐冷した。そして温度850〜950℃で40〜90
分間保持した後にガス冷却を行って各焼結体の焼入処理
を実施した結果、密度が6.0〜6.4g/cm3 のFe
基焼結合金を得た。
Then, the degreased compacts were sintered in a depressurized hydrogen gas atmosphere at a temperature of 1100 to 1190 ° C. for 2 hours and gradually cooled. And 40-90 at a temperature of 850-950 ° C
After holding for a minute, gas cooling was performed to quench each sintered body. As a result, Fe having a density of 6.0 to 6.4 g / cm 3 was obtained.
A base sintered alloy was obtained.

【0055】次に焼入れ処理した各Fe基焼結合金を、
Sn−Cu合金粉末上に載置した状態で上記Cu合金の
融点温度以上に加熱してCu基合金を溶融せしめること
により、Fe基焼結合金の空孔部にCu基合金を溶浸せ
しめ、表1に示す組成を有する軟質金属相を形成した。
さらに得られた各ベーンの表面を仕上げ加工した後にイ
オン窒化法によって厚さ7μmの窒化物層を形成した。
そして最終的に表1に示すような組成を有するFe基焼
結合金相とセラミックス相と軟質金属相との3相構造を
有し、表面に窒化物層を形成した実施例1〜5に係る圧
縮機に使用するベーンを調製した。
Next, each of the Fe-based sintered alloys subjected to quenching treatment was
The Cu-based alloy is infiltrated into the pores of the Fe-based sintered alloy by heating above the melting point temperature of the Cu alloy to melt the Cu-based alloy while being placed on the Sn-Cu alloy powder, A soft metal phase having the composition shown in Table 1 was formed.
Further, after finishing the surface of each of the obtained vanes, a nitride layer having a thickness of 7 μm was formed by an ion nitriding method.
Finally, Examples 1 to 5 having a three-phase structure of an Fe-based sintered alloy phase having a composition as shown in Table 1, a ceramic phase and a soft metal phase, and forming a nitride layer on the surface thereof The vanes used in the compressor were prepared.

【0056】ここで各ベーンより試験片を切り出し、そ
の複合金属組織を顕微鏡観察したところ、図3に示すよ
うに、Cr−Mo−Fe等の高靭性粒子から成るFe基
焼結合金20の粒子と、この焼結合金粒子間に分散され
たセラミックス粉末22と、このFe基焼結合金20の
粒子とセラミックス粉末22との間の空孔部を埋めたC
u基合金から成る軟質金属相21とから成る複合合金組
織が観察された。
Here, when a test piece was cut out from each vane and its composite metal structure was observed under a microscope, as shown in FIG. 3, particles of the Fe-based sintered alloy 20 composed of highly tough particles such as Cr--Mo--Fe were obtained. And the ceramic powder 22 dispersed between the sintered alloy particles, and C filling the voids between the particles of the Fe-based sintered alloy 20 and the ceramic powder 22.
A composite alloy structure composed of the soft metal phase 21 composed of the u-based alloy was observed.

【0057】一方、上記複合焼結合金製のベーンと比較
するため、比較例1として従来材であるSUS440C
(Fe−1.7Cr−1.1C)溶製品を、同様にイオ
ン窒化処理を施して、実施例1〜5と同一寸法のベーン
を製造した。
On the other hand, in order to compare with the vanes made of the above-mentioned composite sintered alloy, SUS440C which is a conventional material is used as Comparative Example 1.
The (Fe-1.7Cr-1.1C) molten product was similarly subjected to ion nitriding treatment to manufacture vanes having the same dimensions as those in Examples 1 to 5.

【0058】次に上記各ベーンと組み合せて使用するロ
ーラとして、従来材であるモニクロ鋳鉄(Fe−0.3
Mo−1Ni−1.2Cr−3.2C)溶製品に焼入れ
処理を施して所定寸法のローラを製造した。
Next, as a roller used in combination with each of the above vanes, a conventional material such as monichrome cast iron (Fe-0.3) is used.
Mo-1Ni-1.2Cr-3.2C) melt product was subjected to quenching treatment to manufacture a roller having a predetermined size.

【0059】またシリンダはFe−2.2Si−3.4
Cの組成を有するFC200材を使用した。
The cylinder is Fe-2.2Si-3.4.
FC200 material having a composition of C was used.

【0060】こうして製造した実施例1〜5および比較
例1の各ベーン、ローラおよびシリンダを図1,2に示
すロータリ式圧縮機に実装し、インバータ制御により所
定間隔で高速運転および低速運転を繰り返すという最も
潤滑条件が悪化する条件を設定し、また冷凍機油温を1
30℃に設定して連続的に3000時間運転する耐久試
験を実施した。そして運転時間が3000時間に達した
時点における各ベーン先端部およびローラ外周部の摩耗
量を測定し、下記表1に示す結果を得た。
The vanes, rollers and cylinders of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 thus manufactured are mounted on the rotary compressor shown in FIGS. 1 and 2, and high speed operation and low speed operation are repeated at predetermined intervals by inverter control. The condition that the lubrication condition worsens is set, and the refrigerator oil temperature is set to 1
An endurance test was conducted by setting the temperature to 30 ° C. and continuously operating for 3000 hours. Then, the wear amount of each vane tip portion and the roller outer peripheral portion at the time when the operation time reached 3000 hours was measured, and the results shown in Table 1 below were obtained.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】表1に示す結果から明らかなように、実施
例1〜5に係るベーンを使用した圧縮機においては、耐
摩耗性、潤滑性および熱的安定性に優れた材料で摺動部
としてのベーンを構成しているため、高温度で過酷な運
動条件下で長時間運転した後においても、摺動部の摩耗
が、比較例1で示す従来材で形成した圧縮機よりも小さ
くなり、優れた耐久性を有している。特に摺動時にベー
ンから脱落するセラミックス粉末が少ない上に、摺動部
におけるかじりの発生が少なく、さらにシリンダのベー
ン溝の摩耗量はいずれも1μm以下であり、またシリン
ダ内面において焼付きなどの異常摩耗の現象も発生せ
ず、初期摺動特性も改善されることが確認された。
As is clear from the results shown in Table 1, in the compressor using the vanes according to Examples 1 to 5, the sliding portion was made of a material having excellent wear resistance, lubricity and thermal stability. Since the vane of No. 1 is formed, the wear of the sliding portion is smaller than that of the compressor formed of the conventional material shown in Comparative Example 1, even after operating for a long time under high temperature and severe motion conditions. It has excellent durability. In particular, the amount of ceramic powder that falls off from the vanes during sliding is small, and there is little galling in the sliding parts, and the amount of wear in the vane grooves of the cylinder is less than 1 μm. It was confirmed that the phenomenon of wear did not occur and the initial sliding characteristics were improved.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る耐摩耗性
材料およびその製造方法と,その材料を使用した圧縮機
によれば、従来材と比較して高温度条件下においても安
定であり、かつ優れた耐摩耗性、潤滑性および耐焼付性
を有する材料で摺動部を形成しているため、長期間に亘
って過酷な条件で運転した場合においても、優れた耐久
性を発揮する圧縮機を提供することができる。
As described above, the wear-resistant material, the method for producing the same, and the compressor using the material according to the present invention are more stable under high temperature conditions than conventional materials. And because the sliding part is made of a material with excellent wear resistance, lubricity and seizure resistance, it exhibits excellent durability even when it is operated under severe conditions for a long period of time. A compressor can be provided.

【0064】特に摺動部の材料組織において、なじみ性
に優れたCu基合金から成る軟質金属相が形成されてい
るため、摺動材としての相手攻撃性も小さく、初期摺動
特性も優れた長寿命の圧縮機を提供することができる。
In particular, in the material structure of the sliding portion, since the soft metal phase made of a Cu-based alloy having excellent conformability is formed, the opponent attacking property as a sliding material is small and the initial sliding characteristics are excellent. A compressor having a long life can be provided.

【0065】また本発明に係る耐摩耗性材料によれば、
構造強度が大きい焼結合金粒子間にセラミックス粉末を
分散させることにより、耐摩耗性をさらに改善すること
ができる。さらに焼結合金粒子とセラミックス粉末との
間の空間にCu基合金を溶浸せしめて軟質金属相を形成
しているため、セラミックス粉末の焼結合金に対する密
着性を高めることができ、摺動時に材料からセラミック
ス粉末が脱落することを効果的に防止することができ
る。
According to the wear resistant material of the present invention,
Wear resistance can be further improved by dispersing the ceramic powder between the sintered alloy particles having high structural strength. Further, since the Cu-based alloy is infiltrated into the space between the sintered alloy particles and the ceramic powder to form the soft metal phase, the adhesion of the ceramic powder to the sintered alloy can be enhanced, and during sliding, It is possible to effectively prevent the ceramic powder from falling out of the material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】密閉型ロータリ圧縮機の構造を示す縦断面図。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a hermetic rotary compressor.

【図2】図1に示す圧縮機のロータ部を示す平断面図。FIG. 2 is a plan sectional view showing a rotor portion of the compressor shown in FIG.

【図3】本発明に係る耐摩耗性材料の複合金属組織を模
式的に示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the composite metal structure of the wear resistant material according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機 2 ケ―シング 3a モータ 3b 圧縮要素 4 回転軸 5 主軸受 6 副軸受 7 仕切板 8,8a,8b シリンダ 9,9a,9b 偏心部 10,10a,10b ローラ 11,11a,11b ベーン 12 吸込み口 13a,13b 吸込みチャンバ 14a,14b 圧縮チャンバ 15 吐出口 20 Fe基焼結合金 21 軟質金属相(Cu基合金相) 22 セラミックス粉末 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 compressor 2 casing 3a motor 3b compression element 4 rotating shaft 5 main bearing 6 auxiliary bearing 7 partition plate 8,8a, 8b cylinder 9,9a, 9b eccentric part 10,10a, 10b roller 11,11a, 11b vane 12 Suction port 13a, 13b Suction chamber 14a, 14b Compression chamber 15 Discharge port 20 Fe-based sintered alloy 21 Soft metal phase (Cu-based alloy phase) 22 Ceramic powder

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックスを構成する焼結合金粒子間
にセラミックス粉末を分散せしめるとともに、上記焼結
合金粒子とセラミックス粉末との間に軟質金属相が介在
していることを特徴とする耐摩耗性材料。
1. Wear resistance characterized in that a ceramic powder is dispersed between sintered alloy particles constituting a matrix, and a soft metal phase is interposed between the sintered alloy particles and the ceramic powder. material.
【請求項2】 セラミックス粉末が、3Al2 3 ・2
SiO2 ,Si3 4 ,ZrO2 ,TiN,SiCおよ
びTiCから選択される少なくとも1種であることを特
徴とする請求項1記載の耐摩耗性材料。
2. The ceramic powder is 3Al 2 O 3 .2.
The wear resistant material according to claim 1, which is at least one selected from SiO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , TiN, SiC and TiC.
【請求項3】 耐摩耗性材料に含有されるセラミックス
粉末の容積比率が5〜20%であることを特徴とする請
求項1記載の耐摩耗性材料。
3. The wear resistant material according to claim 1, wherein the volume ratio of the ceramic powder contained in the wear resistant material is 5 to 20%.
【請求項4】 耐摩耗性材料中に介在する軟質金属相の
容積比率が5〜20%であることを特徴とする請求項1
記載の耐摩耗性材料。
4. The volume ratio of the soft metal phase present in the wear resistant material is 5 to 20%.
Abrasion resistant material as described.
【請求項5】 軟質金属相が、重量%で2〜15%のS
n,残部Cuから成るCu基合金から成ることを特徴と
する請求項1記載の耐摩耗性材料。
5. The soft metallic phase is 2 to 15% by weight of S.
The wear resistant material according to claim 1, wherein the wear resistant material is made of a Cu-based alloy having n and the balance Cu.
【請求項6】 焼結合金を形成するための金属粉末に、
3Al2 3 ・2SiO2 ,Si3 4 ,ZrO2 ,T
iN,SiCおよびTiCから選択される少なくとも1
種のセラミックス粉末を配合して混合粉末を調製し、混
合粉末を成形後焼結して焼結合金とし、この焼結合金に
2〜15重量%のSn,残部Cuから成る合金を溶浸す
ることを特徴とする耐摩耗性材料の製造方法。
6. A metal powder for forming a sintered alloy,
3Al 2 O 3 · 2SiO 2, Si 3 N 4, ZrO 2, T
At least one selected from iN, SiC and TiC
A ceramic powder is mixed to prepare a mixed powder, the mixed powder is molded and then sintered to form a sintered alloy, and the sintered alloy is infiltrated with an alloy composed of 2 to 15 wt% Sn and the balance Cu. A method for producing an abrasion resistant material, comprising:
【請求項7】 シリンダと、このシリンダ内面に摺接し
ながら偏心回転運動をするローラと、このローラと摺接
しながらシリンダより出入りするベーンとを備えた圧縮
機において、マトリックスを構成する焼結合金粒子間に
セラミックス粉末を分散せしめるとともに、上記焼結合
金粒子とセラミックス粉末との間に軟質金属相が介在し
ている耐摩耗性材料で上記ベーンを形成したことを特徴
とする圧縮機。
7. Sintered alloy particles forming a matrix in a compressor provided with a cylinder, a roller eccentrically rotating while slidingly contacting the inner surface of the cylinder, and a vane moving in and out of the cylinder while slidingly contacting the roller. A compressor characterized in that a ceramic powder is dispersed in the space, and the vane is made of a wear resistant material in which a soft metal phase is present between the sintered alloy particles and the ceramic powder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006526077A (en) * 2003-05-23 2006-11-16 ケンナメタル インコーポレイテッド Wear-resistant member having a hard composite material containing a hard component held in an infiltration matrix

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