JPS583024B2 - シユウドウザイノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は摺動材の製造方法に関するもので、回転ピスト
ン型エンジンのアペックスシール或はベーンポンプのベ
ーン等の形成材料として最適な、軽量で、曲げ強度が大
きく、耐摩耗性に優れた摺動材を提供することを目的と
するものである。

本発明は上記の目的を達成するために、アルミニウムま
たはアルミニウム合金粉末にＣｕまたはＮｉの金属皮膜
処理を施したガラスセラミックス繊維を体積比で４０〜
７０％混合し、その混合物をホット・プレス焼結するこ
とを特徴とするものである． 尚、上記ガラスセラミックス繊維としては、例えば主成
分がＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２ で主結晶相がＬ
ｉ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ３，４ＳｉＯ２である繊維（商品名デ
ビトロン）が使用される。

またホットプレス焼結とは、加圧装置と加熱装置を備え
た成形型を使用して、マトリックス粉末に対し圧縮成形
と焼結とを同時に行う公知の焼結方法であって例えば次
に述べる本発明の実施例では加熱装置による成形型の加
熱温度を５５０〜５６０℃に、また加圧装置による成形
型の加圧力を２００ｋｇ／ｃｍ２にそれぞれ設定し、焼
結処理時間は１０分間とする。

以下、本発明の実施例について説明する。

先ず、第５図に基づきこの実施例で使用されるホットプ
レス成形型の構造を説明すると、それは外周を電気加熱
装置１によって囲繞された、内径１００ｍｍの円筒状金
型２と、この金型２の底部を閉鎖する下型３と、同金型
２の内周面に摺合される加圧パンチ４とより構成され、
加圧パンチ４は図示しない駆動手段によって強制的に昇
降できるようになっている．いま商品名がデビトロンと
呼称されるガラスセラミックス繊維（主成分Ｌｉ２Ｏ−
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、主結晶相Ｌｉ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ３
４ＳｉＯ２）にＮｉ皮膜処理したものを、Ａｌ−１２％
Ｓｉ合金粉末に体積比で５０％加えて十分混合した後、
この混合物を１９７ｇ秤量して前記金型２内に入れる。

次いで加圧パンチ４を下降させて金型２内の混合物を２
００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧すると同時に、電気加熱
装置１を作動させて同混合物を５５０〜５６０℃の温度
に加熱し、かかる焼結処理工程を１０分間継続する．か
くして得られた試験片としての焼結体は高さが約１０ｍ
ｍ密度２．５７、気孔率２．３％と軽量であった。

同様にガラスセラミックス繊維含有量３５〜７５％の範
囲内で試験片を製造し、それぞれについて摩擦係数およ
び摩耗深さを測定したところ第１，２図の結果を得た。

上記測定法は、半径４３ｍｍのタフトライド処理された
鋳鉄製円板を回転し、周速６．７５ｍ／ｓｅｃの部分に
試験片を７４．７６ｋｇの荷重を以て押付け潤滑油を３
ｃｃ／ｍｉｎで供給しながら３０分間行った。

また同様の組成を有する試験片を４×１０×６０ｍｍの
直方体に形成し、支点間距離３２ｍｍ、クロスヘッドス
ピード１ｍｍ／ｍｉｎで、曲げ強度試験を行ったところ
第３図実線示の結果を得た。

第１〜３図から明らかなように、本発明のＮｉ皮膜処理
を施したガラスセラミック繊維を４０〜７０％含有せる
焼結体は、摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れまた曲げ強
度も大きいので摺動材として実用上有効である。

これは、ガラスセラミックス繊維界面にＮｉ皮膜を施し
たこと、および繊維複合手段としてホットプレス焼結を
採用したことの相乗効果に基くものである。

即ちホットプレス焼結によれば上記マトリックスをほぼ
溶融状態にして成形することができるが、その際ガラス
セラミックス繊維表面のＮｉ皮膜が、半溶融状態でガラ
スセラミックス繊維表面を取り囲んで、溶融マトリック
スおよび未だ溶融していないマトリックス粉末から該繊
維自身を被覆保護すると同時に、該繊維とマトリックス
との間の潤滑性を著しく高めることができ、そのためマ
トリックスは、その流動時にガラスセラミックス繊維自
身を傷付けることなく該繊維間を円滑かつ密に浸入して
、該繊維との密着性を高めることができるものである。

従って成形圧力を低くして繊維の折損を少なくし得ると
いうホットプレス焼結本来の効果と相俟って、焼結処理
時における繊維の破壊変形を有効に阻正することができ
、しかもセラミックス繊維が大量（４０〜７０％）に含
有されるにも拘らずそれら繊維間の微細な間隙の隅々に
までマトリックスを緻密にかつ迅速に允填することがで
き、その結果、焼結体の曲げ強度を高めると共に耐摩耗
性を著しく向上させることができ、さらに焼結処理時間
を短縮化することも可能である．またホットプレス焼結
により繊維の配向を調整することができるので、更に曲
げ強度を約１．５倍向上させることが可能である。

上記実施例においてガラスセラミックス繊維４０％以下
では、アルミニウムマトリックスの凝着を生じ、そのた
め摩擦係数が高く、摩耗深さも深く、また曲げ強度も減
少する。

一方ガラスセラミックス繊維７０％以上では、その繊維
の影響が強くなり、上記と同様の現象を生じ、到底実用
に供せないものであることが判明した． 第４図は本発明による焼結体Ａ，Ｂと無皮膜処理のガラ
スセラミックス繊維をアルミニウム合金に混合し、ホッ
ト・プレス焼結して得られたものａ、ｂとの摺動時間に
対する摩耗深さの変化を比較したもので、Ａとａおよび
Ｂとｂはそれぞれ面粗さが等しいものである。

この図から明らかなように、本発明による焼結体Ａは比
較例ａに対し、また他の焼結体Ｂは比較例ｂに対して摩
耗深さが少ない。

また第３図の鎖線示は同様の無皮膜処理のガラスセラミ
ックス繊維を用いたものの曲げ強度変化を示すもので、
本発明による焼結体に比較して著しく曲げ強度が小さい
ものであることが明らかである。

なお、本発明による焼結体を他の代表的な摺動材である
カーボン系のものと比較したところ、摩耗性および曲げ
強度特性において本発明による焼結体が優れていること
が判明した。

また前記実施例においては、ガラスセラミックス繊維に
Ｎｉ皮膜処理したものを使用したが、Ｃｕ皮膜処理した
ものを使用しても同様な、良好な結果が得られた。

またＮｉまたはＣｕ皮膜処理したガラスセラミックス繊
維と純アルミニウム粉末との組合せも可能であることは
勿論である。

以上から明らかなように本発明による焼結体は耐摩耗特
性、曲げ強度特性に優れ、同時に軽量なので、回転ピス
トン型エンジンのアベックスシール或はベーンポンプの
ベーン等の摺動材に用いて、その慣性質量を著しく減少
させることができると共に線接触または点接触による摺
動に対し優れた耐久性を発揮するものである。

特に本発明では、ガラスセラミックス繊維に予めＮｉま
たはＣｕの金属皮膜処理を施すと共に、その繊維をマト
リックスに複合させる手段としてホットプレス焼結を採
用したので、そのホットプレス焼結によりマトリックス
がほぼ溶融状態で成形処理される際、前記金属皮膜が半
溶融状態でガラスセラミックス繊維表面を取囲んで、該
繊維自身を被覆保護すると同時に、該繊維とマトリック
スとの間の潤滑性を著しく高めることができ、そのため
成形圧力を低くして繊維の折損を少なくし得るというホ
ットプレス焼結本来の効果と相俟って、焼結処理時にお
ける繊維の破壊変形を有効に阻止することができ、しか
も４０〜７０％という大量のガラスセラミックス繊維を
含有させたにも拘らずそれら繊維間の微細な間隙の隅々
にまで、マトリックスを円滑迅速にかつ緻密に允填させ
ることができ、その結果、前述の実施例でも明らかなよ
うに、無皮膜処理のガラスセラミックス繊維をＡｌマト
リックス中に混合して単にホットプレス焼結したものと
の比較において、焼結体の耐摩耗性および曲げ強度特性
を著しく向上させることができ、さらにその焼結処理時
間を著しく短縮し得るものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、金属皮膜処理ガラスセラミックス繊維含有ア
ルミニウム合金焼結体の摩擦係数の変化を示すグラフ、
第２図は第１図と同様の焼結体の摩耗深さの変化を示す
グラフ、第３図は第１図と同様の焼結体と無金属皮膜処
理のガラスセラミックス繊維含有アルミニウム合金焼結
体との曲げ強度変化を示すグラフ、第４図は第１図と同
様の焼結体と無金属皮膜処理ガラスセラミックス繊維含
有アルミニウム合金焼結体との摺動時間に対する摩耗深
さの変化を示すグラフ、第５図は本発明に使用されるホ
ットプレス成形型の一例を示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末にＣｕま
   たはＮｉの金属皮膜処理を施したガラスセラミックス繊
   維を体積比で４０〜７０％混合し、その混合物をホット
   ・プレス焼結することを特徴とする摺動材の製造方法。