JPS5818990B2 - 摺動材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、摺動材料、特に高速高荷重等使用条件の過酷
な場合に好適な摺動材料に関する。

高速高荷重耐摩摺動材料は、例えば内燃機関の各所に用
いられているが、その内口ツカ−アームとこれを揺動さ
せるカム、あるいはロータリエンジンのアペックスシー
ル等は最も使用条件の過酷な部類に属する。

すなわちこれらの摺動部材は線点接触またはこれに近い
状態で摺動し面圧が高くなるため、境界潤滑状態、つま
り摺動部分へ潤滑油が供給されにくく、かつ充分な油膜
厚さが得られない状態になり、一部固体接触の生じる可
能性が高い。

また摺動速度が数ｍ／ｓ以上となると、摺接部分の発熱
を助長され、この発熱により凝着（焼付）が生じること
がある。

この現象は摺動金属が同種である場合により生じやすい
。

このような凝着が生じないとしても、摺動金属は高温丁
に置かれる結果軟化こやすく、このような過酷な使用条
件Ｆで厳しい耐摩耗性、耐衝撃性を発揮するには、一般
的に高硬度と耐衝撃性を要求され、さらにある程度のな
じみ性も必要とされる。

従来このような使用条件丁の摺動材料としては、Ｆｅ系
材料を焼入れし、あるいはＦｅ系材料に浸炭、窒化、各
種硬質金属のメッキ等の表面処理を施したもの艇使用さ
れており、それなりの効果を挙げているが、上記のよう
な焼入れまたは表面処理等によらずこれら従来品と同等
以上の性能を発揮する摺動材料を先に本件発明者と同じ
発明者らによって昭和５３年１２月２９日付特許出願、
発明の名称「摺動材料」として開発した。

しかしその後同研究をさらに進めた結果、先の特許出願
で述べ泥各材料成分の構成量より、他の範囲でも十分使
用できることが確認され、ここに本発明として出願する
もので、Ｆｅ系合金の裏金上にＭ ｏ ｙＢ、’Ｆｅ族
金属を主体とする焼結層を摺接層として有することを特
徴とする特に摺接層に添加する金属の種類および量によ
り、必要とされる性能をバランスよく備えた材料が得ら
れるようにしている。

先出願に係る摺動材料は、基本的には重量係で３〜１０
％のＭｏと、１５〜３０係のＢと、残部のＦｅ族金属と
の粉末を混合してペースト状とし、これをＦｅ系合金か
らなる裏金上Ｋ Ｏ，３ｍｒｒｔ以Ｆ塗布して塗布層を
形成し、焼成によってこの塗布層と裏金とを一体化して
なるもので、摺接層にｐｂまたは（および）Ｐを付加す
ることにより特性の変更または性質の改善ができること
を要旨としている。

これに対し、本発明は先出願の特にＢ量を８〜１５％未
満にするものである。

合せてｐｂ、ｐの量を多くしている。

ＭｏとＢは、ともに単独で高硬度を有し、かつ耐摩耗性
、耐凝着性も備えているが、摺接層におけるＭｏとＢの
関係は、焼結によりＭｏがＦｅとＦｅＭｏのマトリック
スを作り、ＢがＦｅとＦｅ−Ｂの硬質物を作ってＦｅ−
Ｍｏからなるマトリックス中に分散して存在するという
関係にある。

つまりＭＯはＦｅ族金属地を全体的に強化し、Ｂは分散
して存在するＦｅとの硬化物によって硬さを上昇させ耐
摩耗性を向上させる。

このような効果を得るための添加量の範囲は、Ｍｏにつ
いては重量％で３〜１０％、Ｂについては８〜３０％で
ある。

この範囲以丁ではＦｅ族金属地の強化ができず、あるい
は充分な硬質物が生成せず、以上では硬くなりすぎても
ろくなり、耐衝撃性が悪化する。

本出願の発明にかかる研究では、先願に対し、Ｂについ
ては８〜１５％未満も有効であることがわかった。

本発明の摺動材料の好適な製造方法の１例としては、ペ
ースト状とした粉末混合物を裏金上に０．３朋以下塗布
して摺接層を形成し、これを焼結して摺接層と裏金を一
体化して摺動材料を形成する。

上記金属の粉末混合物はペースト状にして裏金上に塗布
するものであるが、ペースト基材は焼結によって蒸発し
てしまうものを選ぶのがよい。

具体的には例えば焼結によって炭化するでんぷんのりま
たは樹脂系接着剤と水、アルコール等の混合酢液を用い
ることができる。

また裏金上に摺接層を構成する目的は、硬質金属からな
る摺接層の機械的性質を裏金によってバンクアップする
点にあり、したがって裏金は引張り、圧縮、剪断等の機
械的性質に優れたもの、好ましくは鋼材を用いる。

さらに塗布層の厚みを０．３ｍｍ以下とする理由は、焼
結後の摺接層自体の硬さ、側摩耗性等の性能を発揮しつ
つ裏金の上記効果を得、かつ裏金と塗布層との焼結によ
る一体化を充分に行なうためである。

すなわち焼結は、塗布層の金属を上記のように反応させ
るとともに、裏金と塗布層を一体にする、すなわち密着
強度を向上するために行なうもので、このため裏金には
Ｆｅ系合金を使用する。

焼成条件は焼結は液相焼結に和尚するもので、焼結条件
は例えば１１００℃で５分間の一次焼結の後、さらに１
０００℃で１０分間の二次焼結を行なうようにするとよ
い。

この場合、一次焼結によって特に裏金と摺接層との一体
化が行なわれ、二次焼結によって安定した均一な厚さ方
向の摺接層が得られる。

裏金と摺接層の一体化は、裏金中のＦｅ分子が摺接層中
のＭｏ、Ｂと反応して両者の境界を渾然とさせて不明確
にする結果として考えられ、また摺接層の均一化は、Ｆ
ｅＭｏマトリックスおよびこの中妬分散するＦｅ−Ｂの
硬質物が充分に反応して安定する結果である。

勿論上記焼結条件は一例に過ぎない。

一般的には焼結温度と焼結時間は反比例関係にある。

またこの焼結は他の要素とともに、Ｆｅ−Ｍｏマトリッ
クス、Ｆｅ−Ｂの硬化物に必要な硬度を与えるためにも
影響があるため、この見地から両者のヴイッカース硬さ
くＨｖ）がそれぞれ６８０〜８ｏｏ、１ｏｏｏ〜１４０
０となるように条件を定めると最も有効である。

ここで特ＫＢ量が先出願より、少なくしても充分に使用
できる理由としては、Ｂ量が少ない場合、ＢとＦｅとの
厚さ方向の反応層（摺接層）が、より均一化するためで
ある。

すなわち、Ｂ量が多い場合はＦｅとの反応が早く不均一
になりやすいが、少ない場合は比較的製造条件等に左右
されずに極めて安定した層ができることが確認されたた
めである。

結局前述の製造方法などにより、Ｆｅ系合金の裏金上に
重量で３〜ｌＯ％のＭｏと８〜１５％未満のＢと必要に
応じてｌＯ％以Ｆのｐｂおよび（または）８チ以下のＰ
と残部Ｆｅ族金属ならびに不可避な不純物からなる焼結
層を摺接層として有する。

上記のように構成された摺動材料は、硬度、耐摩耗性、
耐衝撃性等の性質において従来品と同等以上であり、Ｍ
ｏとＢの量を調節すれば、使用条件に応じた性質を得る
ことができる。

さらに本発明においては、摺接層にｐｂを加えて耐凝着
性を向上させることができ、またＰを加えて硬さ、耐摩
耗性等の機械的性質をさらに向上させることができる。

ｐｂは潤滑性に優れた金属であり、これの粉末を少量（
重量係で１０％以″Ｆ）摺接層に加えると、焼結によっ
てこのｐｂがＦｅ−Ｍｏマトリックス中に分散して存在
するようになる。

この結果摺接層の表面性能、特に耐凝着性が著しく向上
する。

またＰは摺接層のＦｅ粒子と硬質化合物を生成し、この
硬質化合物がＦｅ地に分散して存在する結果Ｆｅ地をさ
らに強化する。

また同時にこの化合物は潤滑油との親和性を高め、ｐｂ
が存在する場合はｐｂともよく親和するため、すべり性
、耐凝着性の向上をもたらす。

したがって使用条件が過酷な程、このｐｂおよび（また
は）Ｐを添加することが好ましい。

なおＰの添加量は重量係で８係以下とするのがよい。

ｐｂ、ｐの添加量を先出願よりも増加させても、充分使
用できる理由としては有効であるマ） ＩＪラックス硬
質物の硬さの範囲内に入ることが確認されたためである
。

なお本摺動材料の摺接層を構成する金属は、例えばＢは
ボロンカーバイ）（Ｂ、Ｃ）あるいはＦｅＢＦ ｅ２Ｂ
として、ＰはＰ単体の他のＦ ｅ ２Ｐ、Ｆｅ ３Ｐ
として混合されるが、結果として上記割合が維持されれ
ばよいことは勿論である。

またこれらの混合の結果残存カーボンが存在したとして
も、これが３％以内であれば性能上問題はない。

またこの他通常の精錬技術では避けられない不純物がま
た各金属に含まれる不純物が含まれても良いことは勿論
である。

また上記説明では、摺接層の残部を構成する金属として
Ｆｅを挙げているが、ＦｅはＦｅ族金属中の１／３程度
以上存在すればよく、残りは他のＦｅ族金属、すなわち
ＣｏまたはＮｉを用いることができる。

次に実験結果によって本発明を説明する。

く実験〉 第１表は本発明に係る摺動材料の摺接層組成（試料Ａ１
〜７）および比較用の従来材料（試料Ａ ８ 。

９）を示すもので、これらの試料につき下記条件で焼付
実験を行なった。

実験はディスクを回転させ、これに荷重をかけて試料を
押付けるものである。

条件 （１）すべり速度 ５ｒｒＬ／ｓｅｃ〜３０ｒｒＬ／
５ｅｃ（２）荷重 １００ ｋｇ／ｃｍ２（一
定）（３）潤滑オイル 低粘度オイル５ＳＵ７０を軽
油で１／１０に希釈 （４）潤滑方法 フェルト塗布 ０．１ ｃ ｃ／
ｍ１ｎ（５）試験片 試料、真直度 １μｍ以下
あらさ 撮犬）０．４〜 ０．６８ ディスク：真直度：１μｍ 以下 あらさく最大） ０．４〜０．６８ （６）試験時間 １０時間 （７）雰囲気温度 １５０℃ 上記実験により得られた結果を第２表に示す。

この結果から本発明に係る摺動材料は比較用の従来の摺
動材料に較べて同等以上の耐焼付性を示すことが認めら
れ、特にｐｂ、ｐを加えたものはその効果が顕著である
。

本発明に係る摺動材料はＦｅ系合金の裏金上に摺接層と
して前述の如き組成からなる焼結層を有するので、硬さ
、耐摩耗性、耐衝撃性、密着性等に、優れた摺動材料が
得られ、さらにＰｂ、Ｐの摺接層への添加圧より、すべ
り性、耐凝着性等の表面性能を向上させることができる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｆｅ系合金の裏金上に摺接層を有する摺動材料に
   おいて、前記摺接層が重量で３〜１０％のＭＯと８〜１
   ５チ未満のＢと残部Ｆｅ族金属ならびに不可避な不純物
   からなる焼結層であることを特徴とする摺動材料。 ２ Ｆｅ系合金の裏金上に摺接層を有する摺動材料に
   おいて、前記摺接層が重量で３〜１０％のＭｏと８〜１
   ５係未満のＢと１０％以下のｐｂと残部Ｆｅ族金属なら
   びに不可避な不純物からなる焼結層であることを特徴と
   する摺動材料。 Ｂ Ｆｅ系合金の裏金上に摺接層を有する摺動材料に
   おいて、前記摺接層が重量で３〜１０％のＭＯと８〜１
   ５チ未満のＢと８係以下のＰと残部Ｆｅ族金属ならびに
   不可避な不純物からなる焼結層であることを特徴とする
   摺動材料。 −Ｊ Ｆｅ系合金の裏金上に摺接層を有量る摺動材
   “料において、前記摺接層が重量で３〜１０％のＭｏと
   ８〜１５％未満のＢとＩＯ係以下のｐｂと８受収丁のＰ
   と残部Ｆｅ族金属ならびに不可避な不純物からなる焼結
   層であることを特徴とする摺動材料。