JPH10310832A - 摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料 - Google Patents
摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料Info
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- JPH10310832A JPH10310832A JP9119104A JP11910497A JPH10310832A JP H10310832 A JPH10310832 A JP H10310832A JP 9119104 A JP9119104 A JP 9119104A JP 11910497 A JP11910497 A JP 11910497A JP H10310832 A JPH10310832 A JP H10310832A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】各種機械用軸受，内燃機関用バルブガイド等の
摺動部材，プラスチック成形機のシリンダ，スクリュ
ー、その他の摺動性，耐摩耗性，強度を要求される部材
料として有用な焼結材を提供する。 【解決手段】母材合金粉末５％以上と、セラミックス粉
末５％以上と、固体潤滑材５〜５０％（いずれも体積
％）からなる混合物をメカニカルアロイングした複合粉
末を原料とし、熱間等方圧加圧処理、熱間押出し加工等
により製造される焼結体である。母材合金は、Ｃｏ基合
金，Ｎｉ基合金，またはＴｉ基合金等、セラミックス
は、炭化物（ＴｉＣ，ＷＣ等），硼化物（ＴｉＢ2,Ｍｏ
Ｂ等）、固体潤滑材は、二硫化モリブデン，窒化硼素，
二硫化タングステン，黒鉛等が好ましく使用される。
摺動部材，プラスチック成形機のシリンダ，スクリュ
ー、その他の摺動性，耐摩耗性，強度を要求される部材
料として有用な焼結材を提供する。 【解決手段】母材合金粉末５％以上と、セラミックス粉
末５％以上と、固体潤滑材５〜５０％（いずれも体積
％）からなる混合物をメカニカルアロイングした複合粉
末を原料とし、熱間等方圧加圧処理、熱間押出し加工等
により製造される焼結体である。母材合金は、Ｃｏ基合
金，Ｎｉ基合金，またはＴｉ基合金等、セラミックス
は、炭化物（ＴｉＣ，ＷＣ等），硼化物（ＴｉＢ2,Ｍｏ
Ｂ等）、固体潤滑材は、二硫化モリブデン，窒化硼素，
二硫化タングステン，黒鉛等が好ましく使用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種機械用軸受，
内燃機関用バルブガイド等の摺動部材や、プラスチック
成形機のシリンダ，スクリュー，ノズル等の構成部材な
ど、摺動性，耐摩耗性および強度を要求される部材料と
して有用な耐摩耗複合材料に関する。
内燃機関用バルブガイド等の摺動部材や、プラスチック
成形機のシリンダ，スクリュー，ノズル等の構成部材な
ど、摺動性，耐摩耗性および強度を要求される部材料と
して有用な耐摩耗複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に軸受部材には油やグリス等が適用
されるが、これらの潤滑剤では高温環境における摺動面
の焼付きを起こし易く、また潤滑機能を満足するような
使用環境であっても、潤滑剤の定期的な注入作業やその
ための装置機器が必要となり、軸受を組込まれた装置全
体の信頼性の低下を余儀なくされる。プラスチック成形
分野では、成形機のシリンダ，スクリューなどに窒化鋼
（JIS SACM645)や、ＮｉまたはＣｏ系自溶性合金が使用
され、シリンダとスクリューとの間に入り込む樹脂は潤
滑剤として作用するが、両部材のメタルタッチは避けが
たく、メタルタッチに伴う熱や応力の発生により、自溶
性合金層の剥離や亀裂が生じる。耐摩耗性のみを問題と
するのであれば、超硬合金（WC-6%Co 焼結材）等を適用
して対処することも可能であるが、無潤滑状態では、焼
付きを起こし破壊し易い。
されるが、これらの潤滑剤では高温環境における摺動面
の焼付きを起こし易く、また潤滑機能を満足するような
使用環境であっても、潤滑剤の定期的な注入作業やその
ための装置機器が必要となり、軸受を組込まれた装置全
体の信頼性の低下を余儀なくされる。プラスチック成形
分野では、成形機のシリンダ，スクリューなどに窒化鋼
（JIS SACM645)や、ＮｉまたはＣｏ系自溶性合金が使用
され、シリンダとスクリューとの間に入り込む樹脂は潤
滑剤として作用するが、両部材のメタルタッチは避けが
たく、メタルタッチに伴う熱や応力の発生により、自溶
性合金層の剥離や亀裂が生じる。耐摩耗性のみを問題と
するのであれば、超硬合金（WC-6%Co 焼結材）等を適用
して対処することも可能であるが、無潤滑状態では、焼
付きを起こし破壊し易い。
【０００３】この対策として、金属粉末と固体潤滑材等
の混合物を焼結した複合材料が提案されているが、異種
材料同士を単に混合して焼結するだけでは、耐摩耗性や
機械強度が低く、また摺動性の改善効果も十分ではな
い。単なる混合（ブレンド）に代え、メカニカルアロイ
ングの手法を適用することは、金属粉末の粒子内に異種
材料を微細に分散させ、均質な複合材料を得ることを可
能にする。そのような複合材料として、銅または銅合金
と固体潤滑材(MoS2,WS2,黒鉛等）の混合物をメカニカル
アロイングで複合粉末とし、これを焼結した複合材料が
提案されている（特開昭4-41601 号公報, 特開平7-9030
2 号公報）。この複合材料は均質で摺動特性も良好であ
る。しかし、耐摩耗性や強度面など更に改良すべき余地
がある。本発明は、上記従来の欠点を解消し、機械部品
としての強度を有し、摺動性にすぐれた耐摩耗材を提供
するものである。
の混合物を焼結した複合材料が提案されているが、異種
材料同士を単に混合して焼結するだけでは、耐摩耗性や
機械強度が低く、また摺動性の改善効果も十分ではな
い。単なる混合（ブレンド）に代え、メカニカルアロイ
ングの手法を適用することは、金属粉末の粒子内に異種
材料を微細に分散させ、均質な複合材料を得ることを可
能にする。そのような複合材料として、銅または銅合金
と固体潤滑材(MoS2,WS2,黒鉛等）の混合物をメカニカル
アロイングで複合粉末とし、これを焼結した複合材料が
提案されている（特開昭4-41601 号公報, 特開平7-9030
2 号公報）。この複合材料は均質で摺動特性も良好であ
る。しかし、耐摩耗性や強度面など更に改良すべき余地
がある。本発明は、上記従来の欠点を解消し、機械部品
としての強度を有し、摺動性にすぐれた耐摩耗材を提供
するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の耐摩耗材は、母
材合金粉末５体積％％以上、セラミックス粉末５体積％
以上、および固体潤滑材５〜５０体積％の混合粉末をメ
カニカルアロイングしてなる、母材合金粒子内にセラミ
ックス粒子および固体潤滑材粒子が微細均一に分散した
複合粉末からなる焼結体であることを特徴としている。
材合金粉末５体積％％以上、セラミックス粉末５体積％
以上、および固体潤滑材５〜５０体積％の混合粉末をメ
カニカルアロイングしてなる、母材合金粒子内にセラミ
ックス粒子および固体潤滑材粒子が微細均一に分散した
複合粉末からなる焼結体であることを特徴としている。
【０００５】メカニカルアロイングは、高エネルギボー
ルミリングにより、単なる混合（ブレンド）とは異な
り、被処理物に衝撃，剪断，圧縮等が作用する効果とし
て、母材合金粉末の粒子内に固体潤滑材等が微細粒子と
して分散した複合粉末を形成する。合金粉末に、固体潤
滑材と硬質材料（セラミックス粉）とを同時に配合して
メカニカルアロイングし、その複合粉末を焼結原料とし
て形成される本発明の耐摩耗複合材は、母材合金中に固
体潤滑材とセラミックスが微細粒子として共存分散して
いる効果として、改良された摺動性，耐摩耗性，強度を
兼備している。
ルミリングにより、単なる混合（ブレンド）とは異な
り、被処理物に衝撃，剪断，圧縮等が作用する効果とし
て、母材合金粉末の粒子内に固体潤滑材等が微細粒子と
して分散した複合粉末を形成する。合金粉末に、固体潤
滑材と硬質材料（セラミックス粉）とを同時に配合して
メカニカルアロイングし、その複合粉末を焼結原料とし
て形成される本発明の耐摩耗複合材は、母材合金中に固
体潤滑材とセラミックスが微細粒子として共存分散して
いる効果として、改良された摺動性，耐摩耗性，強度を
兼備している。
【０００６】
【発明の実施の形態】固体潤滑材は、硫化物，窒化物，
酸化物，弗化物，黒鉛，弗素樹脂等が知られれている
が、比較的融点が高く、高温使用環境において安定な摺
動性を確保することができるものとして、六方晶系窒化
硼素（ＢＮ），二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ),二硫化タ
ングステン（ＷＳ2 ) 、または黒鉛等が好ましく使用さ
れる。固体潤滑材の効果を得るためには、５体積％以上
の配合を必要とする。ＭｏＳ 2 ，またはＷＳ2 を使用す
る場合、これらの固体潤滑材成分は、その一部が母材合
金の構成元素との反応を生じるので、潤滑性を重視する
場合は、その消耗量を補償するために、１０体積％以上
の配合とするのが好ましい。潤滑効果は、配合量の増加
により高められるが、５０体積％を越えると、複合粉末
の焼結性が低下し、製品焼結体の強度が低下するので、
５０体積％を上限とする。なお、ＢＮは、反応性が低
く、配合量の増加に伴う焼結性の低下傾向が他の固体潤
滑材に比し大きいので、機械強度を重視する場合は３０
体積％以下とするのが好ましい。
酸化物，弗化物，黒鉛，弗素樹脂等が知られれている
が、比較的融点が高く、高温使用環境において安定な摺
動性を確保することができるものとして、六方晶系窒化
硼素（ＢＮ），二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ),二硫化タ
ングステン（ＷＳ2 ) 、または黒鉛等が好ましく使用さ
れる。固体潤滑材の効果を得るためには、５体積％以上
の配合を必要とする。ＭｏＳ 2 ，またはＷＳ2 を使用す
る場合、これらの固体潤滑材成分は、その一部が母材合
金の構成元素との反応を生じるので、潤滑性を重視する
場合は、その消耗量を補償するために、１０体積％以上
の配合とするのが好ましい。潤滑効果は、配合量の増加
により高められるが、５０体積％を越えると、複合粉末
の焼結性が低下し、製品焼結体の強度が低下するので、
５０体積％を上限とする。なお、ＢＮは、反応性が低
く、配合量の増加に伴う焼結性の低下傾向が他の固体潤
滑材に比し大きいので、機械強度を重視する場合は３０
体積％以下とするのが好ましい。
【０００７】セラミックス粉末は、耐摩耗性を付与する
成分であり、その材種として炭化物，硼化物，窒化物，
珪化物，酸化物等が挙げられる。殊に、炭化物，硼化物
は、高い硬度を有すると共に、摺動性にすぐれる点で好
適である。炭化物には、炭化チタン（ＴｉＣ），炭化タ
ングステン（ＷＣ），炭化バナジウム（ＶＣ），炭化ニ
オブ（ＮｂＣ），炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ),炭化クロ
ム（Ｃｒ3 Ｃ2 ），炭化タンタル（ＴａＣ），炭化ジル
コニウム（ＺｒＣ）など、硼化物には、硼化チタン（Ｔ
ｉＢ2 ），硼化モリブデン（ＭｏＢ），硼化ジルコニウ
ム（ＺｒＢ2 ),硼化バナジウム（ＶＢ2 ),硼化ニオブ
（ＮｂＢ2 ），硼化タンタル（ＴａＢ2 ),硼化クロム
（ＣｒＢ），硼化タングステン（ＷＢ）等が好ましい例
として挙げられる。セラミックス粉末の配合量は、耐摩
耗効果を十分に発現させるために、５体積％以上である
ことを要する。目的とする製品部材が、土砂摩耗などの
激しい摩耗環境に供されるものである場合における炭化
物，硼化物の配合量は好ましくは１０体積％以上、より
好ましくは２０体積％以上である。もっとも、増量に伴
つて耐摩耗性は高められるが、その反面強度の低下を付
随するので、強度をとくに必要とする用途では、３０体
積％以下とするのが適当である。
成分であり、その材種として炭化物，硼化物，窒化物，
珪化物，酸化物等が挙げられる。殊に、炭化物，硼化物
は、高い硬度を有すると共に、摺動性にすぐれる点で好
適である。炭化物には、炭化チタン（ＴｉＣ），炭化タ
ングステン（ＷＣ），炭化バナジウム（ＶＣ），炭化ニ
オブ（ＮｂＣ），炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ),炭化クロ
ム（Ｃｒ3 Ｃ2 ），炭化タンタル（ＴａＣ），炭化ジル
コニウム（ＺｒＣ）など、硼化物には、硼化チタン（Ｔ
ｉＢ2 ），硼化モリブデン（ＭｏＢ），硼化ジルコニウ
ム（ＺｒＢ2 ),硼化バナジウム（ＶＢ2 ),硼化ニオブ
（ＮｂＢ2 ），硼化タンタル（ＴａＢ2 ),硼化クロム
（ＣｒＢ），硼化タングステン（ＷＢ）等が好ましい例
として挙げられる。セラミックス粉末の配合量は、耐摩
耗効果を十分に発現させるために、５体積％以上である
ことを要する。目的とする製品部材が、土砂摩耗などの
激しい摩耗環境に供されるものである場合における炭化
物，硼化物の配合量は好ましくは１０体積％以上、より
好ましくは２０体積％以上である。もっとも、増量に伴
つて耐摩耗性は高められるが、その反面強度の低下を付
随するので、強度をとくに必要とする用途では、３０体
積％以下とするのが適当である。
【０００８】母材合金の材種は、耐焼付き性，耐食性，
高温強度等の点から、Ｃｏ基合金，Ｎｉ基合金，または
Ｔｉ基合金が好ましく、配合量は、焼結性の点から、少
なくとも５体積％であることを要する。上記母材合金の
合金元素は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｂ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｗ，Ａｌ，
Ｖ等であり、これらの元素により母材合金の強度，耐食
性等はより高められる。そのような母材合金の例として
（元素含有量はすべて重量％）、Ｃｏ基合金では、Ｃ
ｒ: １５〜３５％，Ｍｏ: ５〜２０％，Ｂ: ０．１〜５
％，Ｆｅ: ３％以下，Ｎｉ: ５％以下，Ｃ: ３％以下，
Ｓｉ: ２％以下，残部実質的にＣｏからなる合金、Ｃ
ｒ: ２０〜４０％，Ｎｉ: ３％以下，Ｗ: ４〜２０％，
Ｆｅ: ５％以下，Ｃ: ２．５％以下，Ｓｉ: ２％以下，
残部実質的にＣｏからなる合金、Ｎｉ基合金では、Ｃ
ｒ: ５〜３０％，Ｂ: ５％以下，Ｆｅ: ５％以下，Ｃ:
２％以下，Ｓｉ: １０％以下，残部実質的にＮｉからな
る合金、また、Ｔｉ基合金の例として、Ａｌ: ２〜１０
％，Ｖ: １〜１０％，残部実質的にＴｉからなる合金
が、それぞれ挙げられる。
高温強度等の点から、Ｃｏ基合金，Ｎｉ基合金，または
Ｔｉ基合金が好ましく、配合量は、焼結性の点から、少
なくとも５体積％であることを要する。上記母材合金の
合金元素は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｂ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｗ，Ａｌ，
Ｖ等であり、これらの元素により母材合金の強度，耐食
性等はより高められる。そのような母材合金の例として
（元素含有量はすべて重量％）、Ｃｏ基合金では、Ｃ
ｒ: １５〜３５％，Ｍｏ: ５〜２０％，Ｂ: ０．１〜５
％，Ｆｅ: ３％以下，Ｎｉ: ５％以下，Ｃ: ３％以下，
Ｓｉ: ２％以下，残部実質的にＣｏからなる合金、Ｃ
ｒ: ２０〜４０％，Ｎｉ: ３％以下，Ｗ: ４〜２０％，
Ｆｅ: ５％以下，Ｃ: ２．５％以下，Ｓｉ: ２％以下，
残部実質的にＣｏからなる合金、Ｎｉ基合金では、Ｃ
ｒ: ５〜３０％，Ｂ: ５％以下，Ｆｅ: ５％以下，Ｃ:
２％以下，Ｓｉ: １０％以下，残部実質的にＮｉからな
る合金、また、Ｔｉ基合金の例として、Ａｌ: ２〜１０
％，Ｖ: １〜１０％，残部実質的にＴｉからなる合金
が、それぞれ挙げられる。
【０００９】上記母材合金粉末と固体潤滑材とセラミッ
クス粉末からなる混合物をメカニカルアロイングするミ
リングの方式には、ボールミル，遊星ボールミル，アト
ライター等があるが、なかでもアトライター方式は、混
合のエネルギーが大きく短時間でメカニカルアロイング
を達成し得る点で好ましく採用される。メカニカルアロ
イングは、雰囲気ガスとの反応による被処理物の変質劣
化を避けるために、不活性ガス雰囲気（Ａｒガス，Ｎ2
ガス等）で実施することを要する。
クス粉末からなる混合物をメカニカルアロイングするミ
リングの方式には、ボールミル，遊星ボールミル，アト
ライター等があるが、なかでもアトライター方式は、混
合のエネルギーが大きく短時間でメカニカルアロイング
を達成し得る点で好ましく採用される。メカニカルアロ
イングは、雰囲気ガスとの反応による被処理物の変質劣
化を避けるために、不活性ガス雰囲気（Ａｒガス，Ｎ2
ガス等）で実施することを要する。
【００１０】一般にメカニカルアロイングでは、ミリン
グ装置の内壁面やボール表面に被処理物が付着し合金化
し易い。これは歩留りを著しく低下させる原因となるの
で、その抑制防止策として、ステアリン酸，パラフィン
等を添加するのが通例である。本発明では、そのような
添加剤を使用することなく、高歩留りのメカニカルアロ
イングを達成することができる。これは被処理物中に、
予め固体潤滑材が配合されていることによる効果であ
る。もっとも、このことはメカニカルアロイング性の低
下を付随し、例えばＣｏ基合金に硬質材料ＴｉＣ１０％
を配合した混合物（固体潤滑材なし）のアロイングは約
24時間で達成されるのに対し、これに固体潤滑材として
六方晶系ＢＮを複合配合した混合物では約40時間を要す
る。しかし、その歩留りを比較すると、前者では約８０
％に留まるのに対し、後者のそれはほぼ１００％であ
り、処理時間の延長の不利を補って余りある歩留り向上
効果が得られる。
グ装置の内壁面やボール表面に被処理物が付着し合金化
し易い。これは歩留りを著しく低下させる原因となるの
で、その抑制防止策として、ステアリン酸，パラフィン
等を添加するのが通例である。本発明では、そのような
添加剤を使用することなく、高歩留りのメカニカルアロ
イングを達成することができる。これは被処理物中に、
予め固体潤滑材が配合されていることによる効果であ
る。もっとも、このことはメカニカルアロイング性の低
下を付随し、例えばＣｏ基合金に硬質材料ＴｉＣ１０％
を配合した混合物（固体潤滑材なし）のアロイングは約
24時間で達成されるのに対し、これに固体潤滑材として
六方晶系ＢＮを複合配合した混合物では約40時間を要す
る。しかし、その歩留りを比較すると、前者では約８０
％に留まるのに対し、後者のそれはほぼ１００％であ
り、処理時間の延長の不利を補って余りある歩留り向上
効果が得られる。
【００１１】メカニカルアロイングにより得られる複合
粉末の母材合金粉の平均粒径は、例えば約２５０μｍ以
下，母材合金内に分散する固体潤滑材およびセラミック
ス粉の粒径は約１０μｍ以下であり、その粒度は原料粉
末の粒度およびボールミリング処理条件により制御され
る。複合粉末は、これをカプセルに真空封入することに
よりビレット化され、ホットプレス（熱間等方圧加圧処
理等），または熱間押出し加工により、目的とする複合
材料に仕上げられる。カプセルは、例えば軟鋼等の鉄
製，または銅製，アルミニウム製，あるいはガラス製等
であってよい。また、別法として、複合粉末を加圧成形
（一軸プレス，冷間静水圧加圧成形等）し、その圧粉体
を常圧焼結（真空焼結）する方法を採用することもでき
る。
粉末の母材合金粉の平均粒径は、例えば約２５０μｍ以
下，母材合金内に分散する固体潤滑材およびセラミック
ス粉の粒径は約１０μｍ以下であり、その粒度は原料粉
末の粒度およびボールミリング処理条件により制御され
る。複合粉末は、これをカプセルに真空封入することに
よりビレット化され、ホットプレス（熱間等方圧加圧処
理等），または熱間押出し加工により、目的とする複合
材料に仕上げられる。カプセルは、例えば軟鋼等の鉄
製，または銅製，アルミニウム製，あるいはガラス製等
であってよい。また、別法として、複合粉末を加圧成形
（一軸プレス，冷間静水圧加圧成形等）し、その圧粉体
を常圧焼結（真空焼結）する方法を採用することもでき
る。
【００１２】
〔１〕原料粉末 （母材合金） Co基合金A:Cr 15.50, Mo 5.20, B 0.72, Ni 1.03, Fe
0.94, C 1.14, Si 0.33,Co Bal。 Co基合金B:Cr 31.35, W 8.39, Ni 1.98, Fe 2.06, C 1.
71, Si 1.27, Co Bal Ni基合金: Cr 15.77. B 2.70, Fe 3.68, C 0.64, Si 4.
72, Ni Bal。 Ti基合金: Al 6.12, V 4.23, Ti Bal 。
0.94, C 1.14, Si 0.33,Co Bal。 Co基合金B:Cr 31.35, W 8.39, Ni 1.98, Fe 2.06, C 1.
71, Si 1.27, Co Bal Ni基合金: Cr 15.77. B 2.70, Fe 3.68, C 0.64, Si 4.
72, Ni Bal。 Ti基合金: Al 6.12, V 4.23, Ti Bal 。
【００１３】（固体潤滑材） 六方晶系窒化硼素(BN) 平均粒径 0.6μｍ 二硫化モリブデン(MoS2 ) 平均粒径 2.0μｍ 二硫化タングステン(WS 2 ) 平均粒径 2.0μｍ 黒鉛（グラファイト）平均粒径 1.0μｍ （セラミックス粉末） 炭化チタン(TiC) 平均粒径 1.51 μｍ 炭化タングステン(WC)平均粒径 4.1μｍ 硼化チタン(TiB2 ) 平均粒径 3.0μｍ 硼化モリブデン(MoB) 平均粒径 5.0μｍ
【００１４】〔２〕原料粉末の混合 (2.1)メカニカルアロイング（ＭＡ） アトライタ装置に、秤量した粉末 1kgと、ボール（SUJ-
2 軸受鋼製, 球径 3/8インチ) 17.5kgを装入し、Arガス
流通下に高エネルギボールミリングを実施。 攪拌棒の回転速度: 290 rpm, 攪拌時間: 48 Hr 。 (2.2)ブレンド ボールを入れない遊星ミルによる単なる混合。
2 軸受鋼製, 球径 3/8インチ) 17.5kgを装入し、Arガス
流通下に高エネルギボールミリングを実施。 攪拌棒の回転速度: 290 rpm, 攪拌時間: 48 Hr 。 (2.2)ブレンド ボールを入れない遊星ミルによる単なる混合。
【００１５】〔３〕焼結材の製造 (3.1)熱間等方圧加圧処理（ＨＩＰ） 温 度: １０００℃ 圧 力: １０００ kgf/cm 2 処理時間: ２ Hr (3.2)真空焼結処理（ＶＳ） 温 度: １２００℃ 雰囲気: Ａｒガス（５０Torr) 処理時間: ５ Hr (3.3)熱間押出し（ＨＥ） 温度１１００℃に均熱後、押出し比５の押出し加工実
施。
施。
【００１６】〔４〕供試焼結材の諸特性 (4.1)耐摩耗性 大越式迅速摩耗試験機による。平面試験片を相手材（回
転円盤）に押付け、試験片表面に生じた摩耗痕の深さ，
幅等から摩耗量（mm-2/kgf）を算出する。 相手材（回転円盤）: SUJ-2 軸受鋼製（硬度 HRC 60 ） 摩耗距離: ４００ｍ 摩耗速度: ３．３８ｍ／ｓｅｃ 最終荷重: ６．２ｋｇｆ
転円盤）に押付け、試験片表面に生じた摩耗痕の深さ，
幅等から摩耗量（mm-2/kgf）を算出する。 相手材（回転円盤）: SUJ-2 軸受鋼製（硬度 HRC 60 ） 摩耗距離: ４００ｍ 摩耗速度: ３．３８ｍ／ｓｅｃ 最終荷重: ６．２ｋｇｆ
【００１７】(4.2)摺動性 摩耗摩擦試験機（高千穂精機（株）製「TRAS-300) によ
り、摩擦係数（μ）を測定。 相手材: 窒化珪素セラミックス 荷重: ２．０ｋｇｆ／ｃｍ2 回転数: ５００ｒｐｍ 試験時間: ６０ｍｉｎ
り、摩擦係数（μ）を測定。 相手材: 窒化珪素セラミックス 荷重: ２．０ｋｇｆ／ｃｍ2 回転数: ５００ｒｐｍ 試験時間: ６０ｍｉｎ
【００１８】(4.3)曲げ強度 ３点曲げ試験(JIS B 1601)による。 試験片サイズ: 3 ×4 ×40（ｍｍ） スパン距離: ３０ｍｍ 試験温度: 室温
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】実施例１（表１）は、硬質材料（セラミッ
クス粉末），固体潤滑材の添加効果、原料粉末の混合法
の違い等が製品焼結体の特性に及ぼす影響を示してい
る。原料粉末をメカニカルアロイングした発明例(No.11
〜15) と、単に混合しただけの比較材No.101と比べる
と、発明例のものは耐摩耗性および強度において格段に
すぐれている。これは、比較例のように原料粉末を単に
混合しただけでは、固体潤滑材が母材合金粉末の粒界に
凝集偏在して焼結が阻害され、他方発明例では、メカニ
カルアロイングの効果として、固体潤滑材とセラミック
ス粉末が母材合金中に微細均一に分散し、焼結体の均質
性が高く、固体潤滑材および硬質材料の複合効果が十分
に発現されているからである。
クス粉末），固体潤滑材の添加効果、原料粉末の混合法
の違い等が製品焼結体の特性に及ぼす影響を示してい
る。原料粉末をメカニカルアロイングした発明例(No.11
〜15) と、単に混合しただけの比較材No.101と比べる
と、発明例のものは耐摩耗性および強度において格段に
すぐれている。これは、比較例のように原料粉末を単に
混合しただけでは、固体潤滑材が母材合金粉末の粒界に
凝集偏在して焼結が阻害され、他方発明例では、メカニ
カルアロイングの効果として、固体潤滑材とセラミック
ス粉末が母材合金中に微細均一に分散し、焼結体の均質
性が高く、固体潤滑材および硬質材料の複合効果が十分
に発現されているからである。
【００２３】また、発明例No.11 〜15と、比較例No.102
（セラミックス粉末の配合なし）と比べると、摩耗量は
1000分の1 以下と卓抜した摩耗抵抗性を有しており、セ
ラミックス粉末を固体潤滑材と複合配合することによ
り、摺動性および耐摩耗性を兼備した焼結体を得ること
ができる。更に、比較例No.103（固体潤滑材の配合な
し）、比較例No.104（固体潤滑材の配合量不足) は、い
ずれも摩擦係数μが０．４を越え、発明例のものに比
し、摺動性が悪い。なお、比較例No.105（固体潤滑材の
配合量過剰）は、焼結反応が阻害され、試験片を加工調
製し得る程の強度をもつ焼結体を得ることができず、い
ずれの比較例も、低摩擦係数と強度を兼備した発明例の
材料特性に及ばない。
（セラミックス粉末の配合なし）と比べると、摩耗量は
1000分の1 以下と卓抜した摩耗抵抗性を有しており、セ
ラミックス粉末を固体潤滑材と複合配合することによ
り、摺動性および耐摩耗性を兼備した焼結体を得ること
ができる。更に、比較例No.103（固体潤滑材の配合な
し）、比較例No.104（固体潤滑材の配合量不足) は、い
ずれも摩擦係数μが０．４を越え、発明例のものに比
し、摺動性が悪い。なお、比較例No.105（固体潤滑材の
配合量過剰）は、焼結反応が阻害され、試験片を加工調
製し得る程の強度をもつ焼結体を得ることができず、い
ずれの比較例も、低摩擦係数と強度を兼備した発明例の
材料特性に及ばない。
【００２４】実施例２（表２）は、比較的摩耗の激しい
使用環境の用途を想定し、耐摩耗性に及ぼす固体潤滑
材，セラミックスの影響を、従来の代表的な耐摩耗材で
ある超硬合金（WC-6%Co 焼結材, 市販品）と比較したも
のである。発明例No.21 〜30は、比較例No.201（超硬合
金）と同等の高耐摩耗性を有し、かつ超硬合金を大きく
凌ぐ摺動性を備えている。特に、発明例No.23,No.24 の
摺動性は高い。これはセラミックス粉末として硼化物を
使用したことによる効果であり、摺動性を重視される用
途では、硼化物を使用するのが有利である。なお、発明
例No.25 （固体潤滑材 MoS 2 5vol%配合）と発明例No.2
6 （同 20vol% 配合）とを比較すると、前者の摺動性は
後者のそれに比し低い。これは、MoS 2 の一部が母材合
金と反応し固体潤滑材としての有効量が減少したからで
あり、従ってMoS 2 のような反応し易い固体潤滑材を使
用する場合は、比較的高めの配合量とするのがよい。
使用環境の用途を想定し、耐摩耗性に及ぼす固体潤滑
材，セラミックスの影響を、従来の代表的な耐摩耗材で
ある超硬合金（WC-6%Co 焼結材, 市販品）と比較したも
のである。発明例No.21 〜30は、比較例No.201（超硬合
金）と同等の高耐摩耗性を有し、かつ超硬合金を大きく
凌ぐ摺動性を備えている。特に、発明例No.23,No.24 の
摺動性は高い。これはセラミックス粉末として硼化物を
使用したことによる効果であり、摺動性を重視される用
途では、硼化物を使用するのが有利である。なお、発明
例No.25 （固体潤滑材 MoS 2 5vol%配合）と発明例No.2
6 （同 20vol% 配合）とを比較すると、前者の摺動性は
後者のそれに比し低い。これは、MoS 2 の一部が母材合
金と反応し固体潤滑材としての有効量が減少したからで
あり、従ってMoS 2 のような反応し易い固体潤滑材を使
用する場合は、比較的高めの配合量とするのがよい。
【００２５】実施例３（表３）は、摩耗条件はそれ程厳
しくないが、強度を重視される用途、例えばプラスチッ
ク成形機の構成部材等の用途を想定し、製品焼結体の強
度に及ぼす母材合金粉末の影響を示したものである。発
明例No.31 〜33は、いずれも比較例No.301（固体潤滑材
およびセラミックス粉の配合なし）と比べて、摺動性お
よぼ耐摩耗性ともに格段にすぐれ、プラスチック成形機
の構成部材料として適していることがわかる。
しくないが、強度を重視される用途、例えばプラスチッ
ク成形機の構成部材等の用途を想定し、製品焼結体の強
度に及ぼす母材合金粉末の影響を示したものである。発
明例No.31 〜33は、いずれも比較例No.301（固体潤滑材
およびセラミックス粉の配合なし）と比べて、摺動性お
よぼ耐摩耗性ともに格段にすぐれ、プラスチック成形機
の構成部材料として適していることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の複合材料は、母材合金中に固体
潤滑材粒子と硬質材料であるセラミックス粒子とが微細
均一に分散し、均質性が高く、この混相効果として、す
ぐれた摺動性，強度，耐摩耗性を備えている。原料粉末
のメカニカルアロイングにおいては、合金粉末に硬質材
料と共に固体潤滑材が同時配合されていることにより、
メカニカルアロイング時の異常発熱が抑制され、得られ
る複合粉末の歩留りも高められる。本発明の複合材料
は、摺動性，耐摩耗性，強度等を要求される各種機械用
軸受，内燃機関用バルブガイド等の摺動部材，プラスチ
ック成形機のシリンダ，スクリュー等の構成部材，その
他鉄鋼関連設備のロール類，非鉄溶湯用部材，ポンプ軸
受，電気電子部品（ハードディスク，ビデオ等）などの
材料として有用である。
潤滑材粒子と硬質材料であるセラミックス粒子とが微細
均一に分散し、均質性が高く、この混相効果として、す
ぐれた摺動性，強度，耐摩耗性を備えている。原料粉末
のメカニカルアロイングにおいては、合金粉末に硬質材
料と共に固体潤滑材が同時配合されていることにより、
メカニカルアロイング時の異常発熱が抑制され、得られ
る複合粉末の歩留りも高められる。本発明の複合材料
は、摺動性，耐摩耗性，強度等を要求される各種機械用
軸受，内燃機関用バルブガイド等の摺動部材，プラスチ
ック成形機のシリンダ，スクリュー等の構成部材，その
他鉄鋼関連設備のロール類，非鉄溶湯用部材，ポンプ軸
受，電気電子部品（ハードディスク，ビデオ等）などの
材料として有用である。
Claims (4)
- 【請求項１】 母材合金粉末５体積％％以上、セラミッ
クス粉末５体積％以上、および固体潤滑材５〜５０体積
％の混合粉末をメカニカルアロイングしてなる、母材合
金粒子内にセラミックス粒子および固体潤滑材粒子が微
細均一に分散した複合粉末からなる焼結体であることを
特徴とする摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料。 - 【請求項２】 母材合金が、Ｃｏ基合金，Ｎｉ基合金，
またはＴｉ基合金であることを特徴とする請求項１に記
載の摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料。 - 【請求項３】 セラミックスが、炭化物または硼化物で
あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料。 - 【請求項４】 固体潤滑材が、二硫化モリブデン，二硫
化タングステン，窒化硼素，黒鉛から選ばれる１種ない
し２種以上であることを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれか１項に記載の摺動性にすぐれた耐摩耗複
合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9119104A JPH10310832A (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9119104A JPH10310832A (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10310832A true JPH10310832A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=14753015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9119104A Pending JPH10310832A (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10310832A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008298258A (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Kubota Corp | 摺接構造体 |
| JP2009074173A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Ind Technol Res Inst | 超硬複合材料およびその製造方法 |
| JP2010059456A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Seiko Epson Corp | チタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法 |
| JP2010247383A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Sekisui Chem Co Ltd | ２軸異方向回転押出機 |
| WO2011152359A1 (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 東邦チタニウム株式会社 | セラミックスを含有したチタン合金複合粉およびその製造方法、これを用いた緻密化されたチタン合金材およびその製造方法 |
| CN103941571A (zh) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 奥米加股份有限公司 | 用于钟表机芯的部件 |
| CN105463222A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-06 | 太原理工大学 | 一种原位自生TiC-Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法 |
| CN107746080A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-03-02 | 金堆城钼业股份有限公司 | 一种二硫化钼靶材的制备方法 |
| CN108080643A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-29 | 陈俊歧 | 一种铁路高压隔离开关触头用粉末冶金耐磨润滑块的制备方法 |
| CN110527869A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-03 | 沈阳大陆激光工程技术有限公司 | 一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料及其制备工艺 |
| CN113621957A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-11-09 | 燕山大学 | 一种激光熔覆原位合成自润滑相复合涂层的制备方法 |
| CN117604306A (zh) * | 2024-01-23 | 2024-02-27 | 内蒙古工业大学 | 一种碳化锆增强铜基制动材料及其制备方法 |
-
1997
- 1997-05-09 JP JP9119104A patent/JPH10310832A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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