JPS58133346A - 高温用焼結摺動部材ならびにその製造方法 - 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】 本発明は、なじみ性、自己潤滑性そして耐摩耗性にすぐ
れ、とくに高温での使用に適した焼結摺動部材ならびに
その製造方法に関するものである従来、鉄系焼結摺動部
材は、相手材とのなじみ性に難点かあ秒、また耐焼付き
性、耐摩耗性にも開端があって、とくに潤滑油の適用が
困難な高温雰囲気条件下では満足な結果が得られていな
い。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもの
で、重量比で銅４．６〜４３％、マンガンＱ２５〜ｒＡ
５１１Ａ、軟質低一点金属２〜２０チ、固体潤滑剤５〜
ｘ５％、ぶつ化物からなる潤滑助剤１〜１０チそして残
部が鉄からなり、とくに高温雰囲気条件下での使用に適
した瞬結摺動部材ならびにその製造方法を提供するもの
である。

本発明の主要成分をなす鉄は、日本工業規格欅準簡で１
５０メツシユ、好壕しくけ２００メツシユを通過する還
元鉄粉または噴霧鉄粉が用いられる。

銅およびマンガン成分は、鉄２〜′７％、マンガン１−
’７％そして残部が銅からなる銅・鉄・マンガン合金粉
末の形で適用される。たとえば、補出金属箔粉工業社か
ら溶浸材用粉末として重版されている鉄４チ、マンガン
５チそして残部鋼からなる［噴霧銅鉄マンガン合金粉末
」は、本発明の銅およびマンガン成分として良好に使用
することができる。

この鋼、マンガン成分け１本発明の摺動部材に対して靭
性の向上、耐摩耗性の向上そしてサイジング性の向上に
寄与し、オた焼結温度をイ氏く抑えるのに役立つから、
製造が容易になるという利点がある。

この合金粉末は１通常２００メツシュを通過する微粉末
の形で用いられるが、添加量についてＦｉ５−以下では
添加効果があられれず、５０％を越えて過剰に添加する
と反って高温における耐摩耗性を損なう。

軟質低融点金属は、摺動部材としての常温におけるなじ
み性の向上、高温における潤滑性の付与の目的で添加さ
れる。

したがって、これら軟質低融点金属は、φ給体を構成す
る鉄および銅成分と固溶しないか、あるいはきわめて固
溶度が小さく微視的には組織中に一様に点在しているこ
とが重要である。

このような性質を有する軟質低融点金属としては、鉛、
ビスマスおよびインジウムを例示することができ、とく
に鉛はもつとも有効である。

これら軟質低融点金属は、それぞれ単独または二種以上
を混じて用いることができるほか、場合によってはこれ
らの金属を主体としてその他の軟質金属たとえばアンチ
モン、カドミウム、錫などとの合金または混合粉として
の適用も可能であるこれらの軟質低融点金属は、相手材
が摺動することによって、摺動面に薄Ｉｌを形成し、摺
動部材になじみ性を与え、乾燥窄擦特性の向上に寄与す
る。その添加量は、２％以下では効果があられれず、２
０％を越えて添加すると焼結体の強度を損う。通常、１
５０メツシユを通過する粉末として添加される。

焼結体に潤滑性を付与する固体潤滑剤としてはおおむね
１５０メツシユを通過する黒鉛、二硫化タングステン、
二硫化モリブデンそして窒化ホウ素が用いられる。

こｔら固体潤滑剤は、それぞれ単独または二種以上の混
合物として用いてよく、軟質低融点金属と同様１組織中
に一様に分散せしめられていることが重要である。

黒鉛は通常、大気中で４００℃を譚えた雰囲気で徐々に
階化が始まる。二硫化タングステン本はぼ同様である。

９化ホウ！！け、大気中で約６５０℃から崎イヒが始ま
り、上述し六二者に比較して啼化安定性にはすぐれるが
、潤滑性は若干劣る。二硫化モリブデンは潤滑性にすぐ
れるが、大気中での隋化開始温度はもつとも低く、約３
５０℃である。

本発明の摺動部材を得る焼結ｍ度は、９５０〜１１５０
℃であるから、溶結時にこれら固体潤滑剤の酸化消耗が
懸念さする。

本発明者らは、密閉容器中に圧粉体を収納することによ
り、とくに雰囲気調整を施してない電気炉中で焼結を進
めても、これら固体潤滑剤の酸化消耗を著しく低く抑え
ることができることを見出した。

これは、大気中の焼結にもかかわらず、大気の流動がき
わめて僅かに抑えられ、密閉容器内が自動的に酸化を抑
止する雰囲気となったためと考えられる。

ここで、密閉容器とは、加温によって内圧がかかったり
外気の浸入が完全に遮断されるような容器を意味するも
のではない。気体の流通が著しくは行なわれない程度に
可及的に隙間を少くした蓋付舞の鋼または陶磁製などの
容器をいう。

このような焼結方法を採ることによって、たとえば水素
ガスを用いた還元性雰囲気炉中での焼結よりもむしろ固
体潤滑剤の変質を少くすることができた。

Ｘ線による相対強度比を調査した結果、黒鉛、二硫化モ
リブデンでは６０％以上、二硫化タングステン、窒化ホ
ウ素においては８０チ以上の残在率であることが明らか
となった。

固体潤滑剤のなかで、黒鉛は焼結中に鉄成分に固溶して
セメンタイトを析出する傾向がある。この現象は、鉄基
焼結合金としては、マトリックスの強化、耐摩耗性の向
上にも役立つが、焼結条件の選定を誤ると、セメンタイ
ト量を増し、焼結体を脆くする傾向がある。

この傾向は、焼結温度および保持時間に左右されるから
、なるべく素早く昇温させかつ短時間で焼結させると好
結果が得られる。

本発明者らの実験によれば、焼結時間は２０〜６０分が
適当であった。

固体潤滑剤のこのような酸化消耗や金属成分との濡れ性
の問題あるいはまた金属成分との反応を防止する観点か
ら、これら固体潤滑剤粒子を鋼で被覆した粉末、たとえ
ば波調黒鉛、波調二硫化モリブデン粉末のｉ用は有効な
ものとして推奨される０ たとえば、天然黒鉛粉末表面に銅を重量比で５０チ被覆
した波調黒鉛（日本鉱業社製、ｙｃパウダー　ＰＯ３５
０）　、あるいは二硫化モリブデン粉末表面に鋼を同様
に被覆した波調二硫化モリブデン（日本鉱業社製、ＭＯ
パウダー８Ｃ３１５０）などは有効に使用し得るもので
ある。

ただし、銅を被覆した固体潤滑剤を用いた場合は、−・
鉄・マンガン合金粉末の添加量を調整して、鋼成分が上
述した所宇配合箭囲を越えないようにする。

固体潤滑剤の添加量は５〜１５チで、６９６以下では自
己潤滑性の付与が十分でな（、ｘ５％を越えて多量に添
加すると焼結体の強度を横なう。

ぶつ化物からなる潤滑助剤は、ぶつ化カルシウム、ふつ
化バリウム、ふり化ストロンチウム、ふり化ナトリウム
、ぶつ化リチウムを有効に使用し得るものとして例示す
ることができる。

これらふつ化物は、いずｔもすぐれた耐熱性を有してお
り、常温から４００℃程度の温度範囲においては、上述
した固体潤滑剤が示すほどの階調性をもたないが、これ
らは金属の凝着を防止する効果があり、摺動部材として
の耐焼付き性の向上に貢献する。

ふつ化物のもう一つの重要な役割は、上述した固体潤滑
剤と併用することによって、これら固体潤滑剤の摺動面
における被膜形成能（造膜性）を向上せしめ、摺動部材
としての自己潤滑性の向上ならびにその耐久性の向上に
寄与する。

これらぶつ化物からなる潤滑助剤は、固体潤滑剤や軟質
低融点金属の添加量との兼ね合いによってその配合量が
増減されるが、１％以下ではその効果があられれず、１
ｏｆｔ−１！えて多量に添加しても添加効果は飽和域に
達していて意味がないばかりでた＜、焼結体の強度を低
下させるという悪影響が大となるので好ましくない。

これら潤滑助剤はいずれも２００メツシユを通過する微
粉末の形で配合される。

本発明の焼結摺動部材を得るには、上述した各成分粉末
を混合したのち、金型を用いて２〜７ト輸の成形圧力で
圧粉し、ついでとの圧粉体を密閉容器に収納して、９５
０〜１１５０℃雰囲気温で２０〜６０分焼結せしめる。

粉末混合時に、常法にしたがってワックスなどの滑剤を
少量添加する。焼結炉は通常の電気炉が用いられるが、
雰囲気調整はとくに行なわなくてよい。

表示した物性値は、鉄４ｑｂ、マンガン５チそして残部
が銅からなる２００メツシユを通過する［噴霧鋼鉄マン
ガン合金粉末Ｊ２６１ｊ６．１ｆＳＯメツシユを通過す
るアトマイズ鉛粉末グ％、１１０メツシ：Ｌを通過する
鱗片状黒鉛粉末７チ、２００メツシユを通過するぶつ化
カルシウム（試薬１級）粉末２９１゜そして残部が２０
０メツシユを通過するヘガネス還元鉄粉の各成分粉末を
全体に対してα５嗟のモンタンワックスを配合して混合
し、これを成形圧力５）島で圧粉体となしたものを不テ
ンレス製密閉容器に収納し、電気炉中にて焼結温度１０
５０℃、焼結時間４０分の条件で焼結して得た供試体に
ついて示したものである。

力お、摩擦係数の値は、鋼を相手材として面圧１０ｋｉ
＝Ａ−ｄ、すべり速度１１−１゜、乾燥摩擦で試験した
結果につい・て示した。

本発明の焼結摺動部材は、とくに成形圧力によ有し、必
要に応じて潤滑油を含浸させることもできる。

潤滑油を含浸させることによって、１５０℃前優壕での
雰囲気温度での使用に対してＦｉ、摩擦係数を一宮 安定してｌＯのオーダーに保持することができる。初期
なじみを良くする観点から、高温使用の場合でも含油さ
せることは有効である。

以上説明したように、本発明の高温用焼結摺動部材は、
従来の鉄系焼結合金の欠点が大巾に改善され、すぐれた
性能を発揮する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で銅４．５〜４３チ、マンガン０２５〜３
   ５ヂ、軟質低融点金属２〜２０チ、固体潤滑剤５〜１５
   係、ぶつ化物からなる潤滑助剤ｌ〜１０チそして残部が
   鉄からなる高温用焼結摺動部材。
2. （２）軟質低融点金属が、鉄および銅に対して固溶１７
   ないかあるいけきわめて固溶度の小さい鉛、ビスマス、
   インジウムまたはとわらの金Ｉｌ！ヲ主成分とする合金
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項宵ｅ載の
   高温用φ結構動部材。
3. （３）固体潤滑剤が、黒鉛、二硫化タングステン、二硫
   化モリブデン、窒化ホウ素から選ばれたいずれか−＃ま
   たは二種以上の混合物であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の高温用焼結摺動部材。
4. （４）ぶつ化物からなる潤滑助剤が、ぶつ化カルシウム
   、ふり化バリウム、ぶつ化リチウム、ふつ化ストロンチ
   ウム、ふつ化ナトリウムから選ばれたいずれか一種また
   は二種以上の混合物であること′ｆｒ特徴とした特許請
   求の範囲第１ｉ記載の高温用焼結摺動部材。
5. （５）　重量比で鉄２〜７％、マンガン１〜７％そして
   残部が銅からなる銅・鉄・マンガン合金粉末５〜５０チ
   、軟質低融点金属粉末２〜２０チ、固体潤滑剤粉末５〜
   １５％、潤滑助剤としてのぶつ化物粉末１−１０％、そ
   して残部鉄粉末を混合し、これを成形圧力２〜７すｄで
   圧粉体としたものを、９５０〜１１５０　　℃の温度で
   焼結することを特徴とした高温用焼結摺動部材の製造方
   法。
6. （６）固体潤滑剤粉末の一部もしくは全部が銅を被覆し
   た、黒鉛、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、窒
   化ホウ素から選ばれたいずれか−Ｓまたは二種以上の粉
   末の混合物を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の高温用焼結摺動部材の製造方法。