JPH08109453A - 導電性および耐摩耗性にすぐれた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板材 - Google Patents

導電性および耐摩耗性にすぐれた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板材

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JPH08109453A
JPH08109453A JP27459294A JP27459294A JPH08109453A JP H08109453 A JPH08109453 A JP H08109453A JP 27459294 A JP27459294 A JP 27459294A JP 27459294 A JP27459294 A JP 27459294A JP H08109453 A JPH08109453 A JP H08109453A
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JP
Japan
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sintered alloy
impregnated
lead
based sintered
wear resistance
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JP27459294A
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English (en)
Inventor
Masashi Koike
正志 小池
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性および耐摩耗性にすぐれた鉛含浸Fe
基焼結合金製集電用パンタグラフすり板材を提供する。 【構成】 集電用パンタグラフすり板材が分散相形成成
分としてTaB2 、NbB2 ,ZrN,TaC、および
WCのうちの1種以上:5〜20%、同じく分散相形成
成分としてTiSi2 ,WSi2 、およびMoSi2
うちの1種以上:5〜20%、以下いずれも素地形成成
分として、Ni,Cu、およびMnのうちの1種以上:
0.1〜7%を含有し、さらに必要に応じてCrおよび
/またはMo:0.05〜3%、並びにC:0.05〜
0.5%のいずれか、または両方を含有し残りがFeと
不可避不純物からなる組成(以上重量%)、並びに5〜
15%の気孔率を有するFe基焼結合金に、Pbまたは
Pb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた導電性と耐
摩耗性を有し、したがって高集電能力を可能とした状態
で、長期に亘ってすぐれた性能を発揮する鉛含浸Fe基
焼結合金製集電用パンタグラフすり板材に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に電気車の集電用パンタグラ
フすり板材として、素地に硬質粒子が分散分布した組
織、並びに5〜30%の気孔率を有するFe基焼結合金
に、PbまたはPb合金を含浸してなる各種の鉛含浸F
e基焼結合金が提案され、実用に供されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の電気車の
大型化および多連結化、さらに高速化はめざましく、こ
れに伴ない、集電用パンタグラフすり板材には、できる
だけ多くの電流を取り入れることのできる特性、すなわ
ち高い導電性と、一段の耐摩耗性向上が要求されるが、
現在提案され、実用に供されている鉛含浸Fe基焼結合
金製集電用パンタグラフすり板材(以下、単に集電すり
板材という)においては、耐摩耗性にすぐれるものは導
電性が低く、反対に導電性の良好なものは耐摩耗性が劣
り、導電性と耐摩耗性の両特性を兼ね備えたものでない
ために、これらの要求に満足に対応することができない
のが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、導電性および耐摩耗性のすぐれ
た集電すり板材を開発すべく研究を行なった結果、集電
すり板材を、重量%で(以下、組成に関する%は重量%
を示す)、分散相形成成分として、Taほう化物、Nb
ほう化物、Zr窒化物、Ta炭化物、およびW炭化物
(以下、それぞれTaB2 ,NbB2 ,ZrN,Ta
C、およびWCで示し、これらを総称して「硬質分散粒
子」という)のうちの1種または2種以上:5〜20
%、同じく分散相形成成分として、Ti,W、およびM
oのけい化物(以下、それぞれTiSi2 ,WSi2
およびMoSi2 で示し、これらを総称して「中間硬さ
分散粒子」という)のうちの1種または2種以上:5〜
20%、以下いずれも素地形成成分として、Ni,C
u、およびMnのうちの1種または2種以上:0.1〜
7%、を含有し、さらに必要に応じて、(a) Crお
よび/またはMo:0.05〜3%、(b) C:0.
05〜0.5%、以上(a)および/または(b)を含
有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、並び
に、5〜16%の気孔率、を有するFe基焼結合金に、
PbまたはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合
金で構成すると、表1に示される通り、上記硬質分散粒
子と中間硬さ分散粒子は、例えばTi炭化物(TiC)
が61μΩ・cmの比抵抗をもつのに対して、いずれも相
対的に低い比抵抗を有するので、これが分散相として含
有しても素地の主要構成成分であるFeによってもたら
されるすぐれた導電性の低下が抑制され、かつ上記硬質
粒子は高硬度を有するので、これによってすぐれた耐摩
耗性が確保され、さらに中間硬さ分散粒子は、素地と硬
質粒子の中間の硬さを有することから、硬質分散粒子に
よる相手攻撃を緩和する作用を発揮し、したがってこの
結果の集電すり板材は、導電性のすぐれたものとなるば
かりでなく、低い相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を発
揮するという研究結果を得たのである。
【0005】
【表1】
【0006】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、分散相形成成分として、上記硬
質分散粒子のうちの1種または2種以上:5〜20%、
同じく分散相形成成分として、上記中間硬さ分散粒子の
うちの1種または2種以上:5〜20%、以下いずれも
素地形成成分として、Ni,Cu、およびMnのうちの
1種または2種以上:0.1〜7%、を含有し、さらに
必要に応じて、(a) Crおよび/またはMo:0.
05〜3%、(b) C:0.05〜0.5%、以上
(a)および/または(b)を含有し、残りがFeと不
可避不純物からなる組成、並びに、5〜15%の気孔
率、を有するFe基焼結合金に、PbまたはPb合金を
含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で構成してなる、導
電性および耐摩耗性のすぐれた集電すり板材に特徴を有
するものである。
【0007】つぎに、この発明の集電すり板材におい
て、これを構成するFe基焼結合金の成分組成および気
孔率を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) 硬質分散粒子 これらの成分は、相対的に低い比抵抗を有するので、こ
れの含有によってすり板材の導電性が低下するのが抑制
されて高い状態に保持され、かつ相対的に高硬度を有す
るので、耐摩耗性の向上効果も著しく、したがってこれ
らの成分の含有によってすり板材は高い導電性とすぐれ
た耐摩耗性をもつようになるが、その含有量が5%未満
では所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その
含有量が20%を越えると、すり板材の強度が低下する
ようになることから、その含有量を5〜20%と定め
た。なお、望ましくは7〜15%の含有がよい。
【0008】(b) 中間硬さ分散粒子 これらの成分は、上記の通り相対的に比抵抗が低く、か
つ硬質分散粒子と素地の中間的硬さを有し、もって集電
すり板材の導電性を高い状態に保ったままで相手攻撃性
を抑制する作用をもつが、その含有量が5%未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が20
%を越えると強度が低下するようになることから、その
含有量を5〜20%と定めた。なお、望ましくは7〜1
5%の含有がよい。
【0009】(c) Ni,Cu、およびMn これらの成分には、素地に固溶して、これを強化すると
共に、分散相を構成する硬質粒子の素地に対する密着性
を向上させる作用があるが、その含有量が0.1%未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量
が7%を越えると靭性が低下するようになることから、
その含有量を0.1〜7%と定めた。望ましくは1.5
〜4%の含有がよい。
【0010】(d) CrおよびMo これらの成分には、素地に固溶して、これの強度を一段
と向上させると共に、耐熱性を向上させ、もってすり板
材の耐摩耗性向上に寄与する作用があるので、必要に応
じて含有されるが、その含有量が0.05%未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が3%
を越えると、分散相形成の硬質粒子の素地に対する密着
性が低下し、この結果として耐摩耗性の低下をもたらす
ようになることから、その含有量を0.05〜3%と定
めた。望ましくは0.3〜1.5%の含有がよい。
【0011】(e) C C成分には、素地に固溶して、これを強化し、かつ焼結
性を向上させる作用があるので、必要に応じて含有され
るが、その含有量が0.05%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が0.5%を越える
と靭性が低下するようになることから、その含有量を
0.05〜0.5%と定めた。望ましくは0.1〜0.
3%の含有がよい。
【0012】(f) 気孔率 その割合が5%未満では、Fe基焼結合金に含浸される
PbまたはPb合金の割合が少なすぎて、このPbおよ
びPb合金によってもたらされるすぐれた潤滑性を確保
することができず、一方その割合が15%を越えると、
Fe基焼結合金の強度、すなわちすり板材の強度が低下
するばかりでなく、耐アーク性も低下するようになるこ
とから、その割合を5〜15%と定めた。望ましくは7
〜12%がよい。
【0013】
【実施例】つぎに、この発明の集電すり板材を実施例に
より具体的に説明する。原料粉末として、いずれも1〜
150μmの範囲内の所定の平均粒径を有するTaB2
粉末、NbB2 粉末、ZrN粉末、TaC粉末、WC粉
末、TiSi2粉末、WSi2 粉末、MoSi2 粉末、
Ni粉末、Cu粉末、およびMn粉末、さらにいずれも
80メッシュ以下の所定の粒度を有するアトマイズ鉄
粉、Fe−Cr合金(Cr:65%含有)粉末、Fe−
Mo合金(Mo:65%含有)粉末、および325メッ
シュ以下の粒度を有する黒鉛粉末を用意し、これら原料
粉末を表2,3に示される配合組成に配合し、混合した
後、3〜6ton /cm2 の範囲内の所定の圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を、アンモニア分解ガス雰囲
気中、1130〜1200℃の範囲内の所定温度に1時
間保持の条件で焼結して、実質的に配合組成と同一の成
分組成並びに表2,3に示される気孔率をもったFe基
焼結合金A〜Tを形成し、ついでこれらのFe基焼結合
金A〜Tに、表4に示す通り純鉛またPb−30%Sn
の組成をもったPb合金を含浸させることにより、幅:
25mm×長さ:80mm×厚さ:10mmの寸法をもった本
発明集電すり板材1〜17および比較集電すり板材1〜
3をそれぞれ製造した。なお、比較集電すり板材1〜3
は、Fe基焼結合金の硬質分散粒子の含有量がこの発明
の範囲から低い方に外れた組成をもつものである。
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】
【表4】
【0017】この結果得られた各種集電すり板材につい
て加速摩耗試験を行なった。加速摩耗試験は、モータの
水平回転軸に中心を固定することにより直立支持された
外径:2.2mの円板の前記固定側とは反対側面に、模
擬トロリ線として外径:2m×幅:5mm×厚さ:15mm
の硬銅リング(JIS・C1100・BB−H)を50
mm偏心して取付けた装置を用い、上記硬銅リングの直径
線上の両側にそれぞれ集電すり板材を5kgの押付力で長
さ:80mm×幅:25mmの寸法面を面接触させ、上記模
擬トロリ線と集電すり板材間に100Aの電流を流しな
がら、上記円板の回転を6分で260km/hrの回転速度
に上げ、この速度に5分間保持した後、6分かけて停止
を1サイクルとし、これを4回繰り返すことにより行な
い、集電すり板材の比摩耗量と相手材である模擬トロリ
線の摩耗深さを測定した。この測定結果を表4に示し
た。また表4には導電性を評価する目的で集電すり板材
の比抵抗の測定結果も示した。
【0018】
【発明の効果】表2〜4に示される結果から、本発明集
電すり板材1〜17は、硬質分散粒子の含有にもかかわ
らず、低い相手攻撃性を示し、かつ高い導電性ですぐれ
た耐摩耗性を示すのに対して、比較集電すり板材1〜3
に見られるように、硬質分散粒子の含有割合がこの発明
の範囲から外れた低い含有量であると所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができないことが明らかである。
上述のように、この発明の集電すり板材は、すぐれた導
電性と耐摩耗性を具備し、かつ相手攻撃性も低いので、
電気車の著しい進歩にも十分満足に対応することができ
るなど工業上有用な効果をもたらすものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B60L 5/00 A C22C 33/02 G 38/16 38/50

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 分散相形成成分として、Taほう化物、Nbほう化物、
    Zr窒化物、Ta炭化物、およびW炭化物のうちの1種
    または2種以上:5〜20%、 同じく分散相形成成分として、Ti,W、およびMoの
    けい化物のうちの1種または2種以上:5〜20%、 素地形成成分として、Ni,Cu、およびMnのうちの
    1種または2種以上:0.1〜7%、 を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、並
    びに、 5〜15%の気孔率、を有するFe基焼結合金に、Pb
    またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
    構成したことを特徴とする導電性および耐摩耗性にすぐ
    れた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板
    材。
  2. 【請求項2】 重量%で、 分散相形成成分として、Taほう化物、Nbほう化物、
    Zr窒化物、Ta炭化物、およびW炭化物のうちの1種
    または2種以上:5〜20%、 同じく分散相形成成分として、Ti,W、およびMoの
    けい化物のうちの1種または2種以上:5〜20%、 以下いずれも素地形成成分として、 Ni,Cu、およびMnのうちの1種または2種以上:
    0.1〜7%、 Crおよび/またはMo:0.05〜3%、を含有し、
    残りがFeと不可避不純物からなる組成、並びに、 5〜15%の気孔率、を有するFe基焼結合金に、Pb
    またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
    構成したことを特徴とする導電性および耐摩耗性にすぐ
    れた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板
    材。
  3. 【請求項3】 重量%で、 分散相形成成分として、Taほう化物、Nbほう化物、
    Zr窒化物、Ta炭化物、およびW炭化物のうちの1種
    または2種以上:5〜20%、 同じく分散相形成成分として、Ti,W、およびMoの
    けい化物のうちの1種または2種以上:5〜20%、 以下いずれも素地形成成分として、 Ni,Cu、およびMnのうちの1種または2種以上:
    0.1〜7%、 C:0.05〜0.5%、を含有し、残りがFeと不可
    避不純物からなる組成、並びに、 5〜15%の気孔率、を有するFe基焼結合金に、Pb
    またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
    構成したことを特徴とする導電性および耐摩耗性にすぐ
    れた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板
    材。
  4. 【請求項4】 重量%で、 分散相形成成分として、Taほう化物、Nbほう化物、
    Zr窒化物、Ta炭化物、およびW炭化物のうちの1種
    または2種以上:5〜20%、 同じく分散相形成成分として、Ti,W、およびMoの
    けい化物のうちの1種または2種以上:5〜20%、 以下いずれも素地形成成分として、 Ni,Cu、およびMnのうちの1種または2種以上:
    0.1〜7%、 Crおよび/またはMo:0.05〜3%、 C:0.05〜0.5%、を含有し、残りがFeと不可
    避不純物からなる組成、並びに、 5〜15%の気孔率、を有するFe基焼結合金に、Pb
    またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
    構成したことを特徴とする導電性および耐摩耗性にすぐ
    れた鉛含浸Fe基焼結合金製集電用パンタグラフすり板
    材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102071360A (zh) * 2011-01-14 2011-05-25 华南理工大学 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
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