JPS58133347A - 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、表じみ性、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があし、また耐焼付き
性、耐摩耗性にも問題があって、とくに潤滑油の適用が
ｔｇ＊な高温雰囲気条件下では、満足な使用結果が得ら
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９〜４０チ、マンガンαｌ〜３チ、ニッ
ケル３〜７チ、軟質低融点金属６〜１５嗟、固体潤滑剤
５〜１５％、潤滑助剤としての酸化物１〜５％、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
に適した焼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、日本工業規格標準−で１
５０メツシユ以下、好ましくｄｇｏｏメツシュ銅および
マンガン成分は、鉄２〜７チ、マンガン１〜ツチそして
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、福山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チそして残部銅から
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−０ この合金粉末は、鉄、マンガンをおおむね限度一杯に固
溶しており、これらの元素をそれぞれ単独で配合し喪場
合に比較して、粉末混合操作が楽になるばかりでなく強
度の大きい焼結体を得ることができる。

銅、マンガン成分Ｆｉ１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、また焼結温度を低く抑えるのに役立つから、製造
を容易にするという利点がある。通常ｊａ５０メツシュ
を通過する微粉末の形で用いられる。

この合金粉末は、マンガン成分が全体に対して０１％以
下となるような添加量ではその効果があられれず、ま九
マンガン成分が３％？越える合金添加量では１反って高
温における耐摩耗性を損なうニッケルは、主として２０
０メツシユを通過する還元ニッケル粉末、噴霧ニッケル
粉末が用いられ、基地組織を強靭にすると同時に耐熱性
、耐摩耗性の向上に寄与するが、３％以下ではその添加
効果があられれず、′１嘔以上でＬ硬ｆを増して摺動特
性を損なう。

軟質低融点金属は、摺動部材として常温でのなじみ性の
向上、高温における潤滑性の付与の目的で添加される。

したがって焼結体を構成する鉄および鋼成分と固溶しな
いかあるいはきわめて固溶度が小さく、微禮的には組織
中に一様に点在していることが重畳である。− 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、それぞれ単体ま友は三者以上
を混じて用いることができるほか、場合によってＬこれ
らの金属を生体とし、その他の軟質金属たとえばアンチ
モン、カドミウム、錫などとの合金粉としての適用も可
能である。

これら軟質低融点金属は、相手材が摺動することによっ
て、摺動面に薄膜を形成し、摺動部材になじみ性を与え
、乾燥摩擦特性の向上に寄与する。その添加量が５％以
下では効果があられれず、１５％を越えて添加すると焼
結体の強度を損う。通常、１５０メツシユを通過する粉
末として添加されるＯ 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
れらはそれぞれ単独または三者以上の混合物として用い
てよい。

これら固体潤滑剤は軟質低融点金属と同様、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。

このような焼結体を得るには、成分粉末の混合時、およ
び得られ光混合粉末の皐扱い時に、固体潤滑剤粉末の分
離や片寄りを無くすことがとくに重要である。

このような暖点かも、固体潤滑剤粉末を本発明の成分の
一つである銅の粉末、とくに電解銅粉の少量と予め混合
したものを用いるとよい。電解調書は固体潤滑剤粉末と
よく絡み合ってこれを捕捉し、見掛は密度を大きくして
混合粉末中における固体潤滑剤粉末の分離を防ぐ。

このような問題を雫決する他の手段として、銅などを被
覆した固体鵬滑削勅末を使用する方法があるが、これに
ついては後述する。

黒鉛は通常、大気中で４００℃を越えた雰囲気で橡々に
暖化が始まる。二硫化タングステンもほぼ一橡である。

窒化ホウ素は大気中で約６５０℃から酸化が始ｔｂ、上
述した三者に比較して酸化安定性にはすぐれるが、潤滑
性は前二者に劣る。二硫化モリブデンは潤滑性にすぐれ
るが、大気中での暖化開始温度はもつとも低く、約３５
０℃である。

本発明の摺動部材を得る焼結温度は９５０〜１止０℃で
あるから、焼結時にこれら固体潤滑剤の陵化消耗が懸念
される。

本発明者らは、密閉容器中に圧粉体を収納して、とくに
雰囲気調整を施していない電気炉中で焼結を進めること
によって、これら固体−滑剤の酸化消耗を著しく低く抑
えることに成功した。　　□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′暖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白玉がかかつ走り、
外気の侵入が完全に遮断された状態のものを意味するも
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きの鋼製または陶磁製など
の容器をいう。

このような瞬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ととができた。黒鉛、二流
化モリブデンでは６０％以上、二硫化タングステン、９
化ホウ素においては８０−以上の残存率であることがＸ
線による相対強度比を調査した結果明らかとなった。

固体潤滑剤の中で、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。この現職社鉄基焼結
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短時間で焼結させると好結果
が得られる。

固体潤滑剤のこのような酸化消耗や金属とのぬれ性また
は金属成分との反応性を防止する観点から、そしてまた
前述した固体潤滑剤の分離や片寄りを防ぐ観点から、と
くに黒鉛や二硫化モリブデンにおいて杜、これら潤滑剤
粒子を鋼ま九はニッケルで被覆した金属被覆黒鉛粉末や
金属被覆二硫化モリブデン粉末の適用は推奨される方法
の一つである。

たとえば、日本帖業社製のＭＯパウダーと呼ばれる金属
被覆黒鉛や二硫化モリブデンあるいは二硫化タングステ
ンなどは有効に使用し得るものである０ 鋼やニッケルの被覆量は、通常重量比で３ＯＮ５゜−の
ものが供給されている。銅またはニッケル被覆固体潤滑
剤は、固体潤滑剤成分としてのほか、本発明の金属成分
としての銅またはニッケル成分として使用できる。

とくにニッケル被覆固体潤滑剤粉末を使用する場合は、
各成分粉末の混合時にニッケル粉末を加えることなくニ
ッケル被覆固体潤滑中のニッケルをこれに当てることが
できる。

ただし、ニッケル被覆固体゛潤滑剤のみを使用すると、
上述し一ニッケル被覆量と成分中におけるニッケル配合
量との関係から固体潤滑剤成分が不足する場合がでてく
る。

したがってこのような場合は、前述したように予め電解
銅粉と固体潤滑剤粉末とを混合したものを併用したり、
あるいは銅被覆した固体潤滑剤を併用することによって
固体欄滑削成分の調整をはかる必要がある。

鋼やニッケル被覆固体潤滑剤粉末を用い、しかも前述し
た密閉容器内で焼結を進めると、固体潤滑剤の管化消耗
は一層少なくなる。

固体潤滑剤の添加量は５〜１５Ｉｓで、６−以下では自
己潤滑性の付与が十分でな（，１５％を越えて多量に添
加すると焼結体の強度′ｆｒ損なう。

側滑助削としての嗜化物粉末１ａ、Ｉｔ化アンチモンｓ
ｂ露Ｏ５，酸化鉛ＦｂＯまたは酸化ビスマスＢ１１０３
を有効に使用し得る本のとして例示することができる。

これら酸化物は、いずれもすぐれた耐熱性を有しており
、常温から４００℃程度の温度節回においては上述した
固体潤滑剤が示すほどの潤滑性をもたないが、これらは
金属の凝着を防止する効果があ砂槽一部材としての耐焼
付き性の向上に貢献する０ もう一つの重要な役割は、上述した固体潤滑側動面にお
ける被膜形成能（造り性）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。

これら酸化物のうち、酸化鉛、暖化ビスマスは本発明の
軟質低融点金属成分である鉛、ビスマスの酸化生成物で
あるから、圧粉体ヲ煉結する時点で、これら金属の酸化
によって不可避的に形成されるものと考えられた。

しかるに本発明においては、各成分の相乗効果による本
のか、あるいは密画容器内での焼結という手段によるも
のか詳かでないが、これら軟質低融点金属成分の酸化に
よる酸化物の形成はほとんど駅められず、潤滑助剤とし
て果すべき効果も認められなかった。

したがって％潤滑助剤として酸化アンチモンを使用する
場合に限らず、酸化鉛、酸化ビスマスを使用する場合で
も、軟質低融点金属成分と酸化物中の金属成分が合致す
るしないにかかわらず、これら酸化物の所定量を配合す
ることが必要であるこれら潤滑助剤は、配合成分とくに
固体潤滑剤の添加量との兼ね合いによってその量が増減
されるが、おおむね２００メツシユを通過する粉末とし
て予め固体潤滑剤粉末とよく混合し、全体に占める割合
が１〜５チとなるように配合される。゛１ｔｓ以下では
その効果があられれず、５嘔を越えて多量に添加しても
添加効果は飽和域に入っているので意味がないばかりで
なく、焼結体の強度を低下させるという悪影響が大きく
なる。

本発明の摺動部材を得るには、上述した各成分粗末を混
合したのち、金型を用いて２〜’Ｆ）ン／禰の成形圧力
で圧扮し、得られた圧粉体を密閉容器に収納して９５０
〜１１５０℃の雰囲気温度で釦〜６０分暁結せしめる。

粉末混合時に１常法にしたがってワックスなどの滑剤を
少量添加する。焼結炉は通常の鉄系焼結合金の焼結に使
用される連続炉が適用されるが、パッチ方式の電気炉で
４よい。また、本発明においては還元性ガス、中性ガス
を使用しての雰囲気調整はとくに不春である。

表示した物性値は、鉄４チ、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「噴霧銅鉄マンガ
ン合金粉末」２９チ、２００メツシユを通過する還元ニ
ッケル粉末５チ、１５０メツシユを通過するアトマイズ
鉛扮末’Ｆ％、１５０メツシュを通過する鱗片状黒鉛粉
末’Ｆ％、２００メツシュを通過する酸化アンチモン粉
末（試薬１級ｅｂ２０３）　　２％、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からなる混合粉
末（全体に対してヒろ嘔のモンタンワックス配合）を、
成形圧力５トン／ｃｌｆで成形し、ついで圧粉体をステ
ンレス製密閉容器に収納し、電気炉中にて焼結温度１０
５０℃で４０分燐結して得た供試体について示したもの
である。

表において、摩擦係数の値は、鋼を相手材として面圧１
０麹論、すべり速度１−４４　ｍＡ石、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って異な
るが、おおむね５〜２０容積−の多孔度を有しているか
ら、必要に応じて潤滑油を含浸させることかできる。潤
滑油を含浸させることによって、１６０℃前後までの雰
囲気温度での使用に対しては、摩擦係数を安定して１０
−２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、さらに高温使用の場合
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摺動部材の欠点が大中に改善され、
すぐれた性能を特徴する特許出願人 オイレス工業株式金社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で鋼９〜４０９６、マンガン０１〜３チ、
   ニッケル３〜ツチ、軟質低融点金属５〜１５チ、固体濶
   滑剤５〜１５−１潤滑助剤ｌ〜５％、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しな
   いかあるいはきわめて固溶度の小さい鉛、ビスマス、イ
   ンジウムまたはこれらの金鴫を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項記載の高温用焼
   結摺動部材。
3. （３）固体潤滑剤が、黒鉛、二流化タングステン、二硫
   化モリブデン、窒化ホウ素から選ばれたいずれか一種ま
   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）潤滑助剤が、窒化アンチモン５ｂ２０３、陵化鉛
   Ｂｂｏまたは酸化ビスマスＢ１２Ｏ３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。
5. （５）重量比で鉄２〜ツー、マンガン１〜フ嘔そして残
   部が銅からなる銅・鉄・マンガン合金粉末１０〜４３９
   ６、ニッケル粉末３〜？９６１軟質低融点金属粉末°５
   〜１５チ、固体潤滑剤粉末５〜１５チ、潤滑助剤として
   の酸化物粉末１〜５％、そして残部鉄粉末を混合し、こ
   れを成形圧力２〜？）輸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）ニッケル粉末の一部もしくは全部が、成分中の固
   体潤滑剤粉末に皺覆された被ニッケル固体潤滑剤粉末の
   形で用いられることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の高温用焼結摺動部材の製造方法。 （ツ）固体潤滑剤粉末の一部もしくは全部が、波調固体
   潤滑剤粉末の形で用いられることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項または第６項記載の′ＪＩ＆協用情結摺動
   部材の製造方′法。