JPS5918462B2 - 摺動部材用鉄系焼結材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐摩耗性および耐アーク性にすぐれ、かつ
摩耗抵抗および相手攻撃性の著しく低い、特に、例えば
電気車のパンタグラフ用すり板などの摺動部材の製造に
使用するのに適した鉄系焼結材料に関するものである。

従来、一般に、この種の摺動部材の製造には、Ｃｒ、Ｐ
ｂ、および黒鉛などを含有させた鉄系焼結材料が使用さ
れている。

この従来鉄系焼結材料において、ＣｒはＣｒ自身のもつ
硬質上によって材料自体の耐摩耗性を向上させるために
含有されるものであり、またＰｂおよび黒鉛は例えば集
電摺動部材として適用した場合にトロリーに対する攻撃
性を緩和させるために含有されるものである。

しかしながら、上記従来鉄系焼結材料を、例えば電気車
のパンタグラフ用すり板の製造に適用した場合、このす
り板は、機械的性質、耐摩耗性、耐アーク性、および相
手攻撃性などの特性に関して十分満足する結果を示さず
、このことは電気車の運行面および保守面にも影響を及
ぼすことから、これらの特性にすぐれた摺動部材用材料
の開発が強く望まれているのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
ような摺動部材に要求される特性を兼ね備えた材料を開
発すべく種々の研究を行なった結果、重量係で、Ｎｉ：
０．１〜３．０％、フェロモリブデン（以下Ｆｅ−ＭＯ
で示す） ： ０．５〜１０．０％、窒化はう素（以下
ＢＮで示す） ： ０．２〜３．０％、Ｆｅおよび不可
避不純物：残りからなる成分組成、並びに５〜２５係の
空孔度を有し、かつ外気に通ずる空孔面に、酸化増量で
０．２〜１．０重量係の金属酸化物被膜を形成した鉄系
焼結材料は、これを例えば電気車のパンタグラフ用すり
板などの摺動部材の製造に適用すると、きわめてすぐれ
た耐摩耗性および耐アーク性、並びに著しく低い摩擦抵
抗および相手攻撃性を示すという知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとすいてなされたものであり
、以下に、成分組成、空孔度、および酸化増量を上記の
通りに限定した理由を説明する。

（ａ）Ｎｉ Ｎｉ成分には、材料素地を強化して材料の機械的性質、
耐摩耗性、および耐アーク性などを改善する作用がある
が、その含有量が０．１ ％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方３係を越えて含有させると、著し
い硬さ上昇を招くようになると共に相手攻撃性も増大し
、かつ電気抵抗も上昇するようになることから、その含
有量を０．１〜３係と定めた。

（ｂ） Ｆ ｅ −Ｍ 。

Ｆｅ−Ｍｏには、Ｎｉと同様に材料の耐摩耗性および耐
アーク性を向上させる作用があるが、その含有量が０．
５係未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方１
０係を越えて含有させると、材料の硬さが上昇して相手
攻撃性を増すようになることから、その含有量を０，５
〜１０係と定めた。

なお、Ｆｅ−ＭＯにおけるＭｏ含有量は５０〜７０重量
係とするのが望ましい。

（ｃ） ＢＮ ＢＮ成分には、摺動部材として使用した場合に、低速域
から高速域までの広範囲にわたって低い摩擦抵抗を確保
すると共に、低い相手攻撃性をも確保するための固体潤
滑剤としての作用があるが、その含有量が０．２ ％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方３係を越
えて含有させると、材料の粒界に存在するＢＮの量が多
くなり過ぎ、この結果素地が脆弱化して、耐摩耗性、耐
アーク性、および機械的性質などが低下するようになる
ことから、その含有量を０．２〜３係と定めた。

（ｄ） 金属酸化物被膜の酸化増量 材料の外気と通ずる空孔面に形成した金属酸化物被膜に
は、材料の耐摩耗性および潤滑性を改善する作用がある
が、前記金属酸化物被膜形成により増加した材料の重量
割合、すなわち酸化増量： が０．２係未満では、前記作用に所望の改善効果がなく
、一方１係を越えた酸化増量になると、粒界破壊が進行
しやすくなり、特に高速無通電条件での摩耗特性が著し
く劣化するようになることから、酸化増量を０．２〜１
．係と定めた。

（ｅ） 空孔度 空孔度が５係未満では、酸化処理時に材料の内部まで金
属酸化物被膜を形成することが困難であり、一方２５係
を越えた空孔度にすると、材料自体の機械的強度が低下
するようになることから、その空孔度を５〜２５係と定
めた。

また、この発明の鉄系焼結材料は通常の粉末冶金法によ
って製造することができる。

すなわち、原料粉末として、望ましくは２００ｍｅｓｈ
以下の粒度をもった微細なＮｉ粉末およびＢＮ粉末と、
微細なものを使用すると硬さおよび電気抵抗の上昇を招
き、かつ機械的性質も低下するようになることから、望
ましくは２００ｍｅｓｈ以上の粒度を有する粗粒のＦ
ｅ−Ｍｏ粉末と、Ｆｅ粉末とを使用し、これらの原料粉
末を所定割合に配合し、通常の混合、成形、および焼結
条件にて焼結体を製造し、ついで水蒸気などを使用する
酸化処理にて前記焼結体の外気に通ずる空孔面に金属酸
化物被膜を形成することからなる主要工程によって製造
することができる。

ついで、この発明の鉄系焼結材料を実施例により比較例
と対比しながら説明する。

原料粉末として、それぞれ−２００ｍｅｓｈの粒度をも
ったＮｉ粉末およびＢＮ粉末、−６０ｍｅｓｈ〜＋１５
０ｍｅｓｈの粒度をもったＦｅ−Ｍｏ （Ｍｏ：６０係
含有）粉末、および−１００ｍｅｓｈの粒度をもったＦ
ｅ粉末を使用し、これらの原料粉末を第１表に示される
最終成分組成をもつように配合し、混合し、ついで５
ｔｔｙｎ／（４の圧力で圧粉体を成形した後、アンモニ
ア分解ガス中、温度１１００℃に６０分間保持して焼結
し、引続いて大気中、温度５００°Ｃに加熱して水蒸気
使用による酸化処理を、それぞれ第１表に示される時間
性なうことによって本発明焼結材料製すり板（以下本発
明すり板という）１〜９、および構成成分のいずれか、
あるいは酸化増量がこの発明の範囲から外れた比較焼結
材料製すり板（以下比較すり板という）１〜９をそれぞ
れ製造した。

なお、焼結完了時点で各すり板は、いずれも１５％の空
孔度をもつものであった。

また、第１表には各すり板における酸化増量も合せて示
した。

つぎに、上記本発明すり板１〜９および比較すり板１〜
９について、 トロリー材：硬銅、 通電条件：無通電および直流１００■・５０Ａ通電、 押付圧カニ５ｋｇ、 トロリー幅：３朋、 試験速度： ２５．５０および１００）ａｒｔ／ ｈｒ
、、試験前の摺動面：新面を脱脂、 試験距離：１００釉、 の条件で摺動試験を行ない、すり根比摩耗量およびトロ
リー摩耗量を測定した。

この結果を第２表および第３表に示した。

第１表〜第３表に示される結果から、この発明の構成成
分のいずれかを含有しない材料（比較すり板１および３
参照）、この発明の成分組成範囲から外れた成分組成を
もつ材料（比較すり板２゜４．５．および６参照）、さ
らに金属酸化物被膜の形成がない材料（比較すり板７参
照）およびその形成があってもこの発明の範囲から高い
方に外れた材料（比較すり板８参照）は、いずれも所望
の満足する耐摩耗性および／または相手攻撃性を示さな
いのに対して、本発明すり板１〜９は、いずれもきわめ
てすぐれた耐摩耗性、並びに著しく低い相手攻撃性を示
しており、摺動部材に要求される特注を満足して備えて
いることが明らかである。

上述のように、この発明の鉄系焼結材料は、きわめてす
ぐれた耐摩耗性および耐アーク性、並びに著しく低い摩
耗抵抗および相手攻撃性を備えているので、摺動部材と
して使用した場合にすぐれたけ能を発揮するのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｎｉ：０．１〜３．０係、フェロモリブデン：０．
   ５〜１０．０％、窒化はう素：０．２〜３．０％、Ｆｅ
   および不可避不純物：残り（以上重量係）からなる組成
   並びに５〜２５係の空孔度を有する鉄系焼結材料にして
   、しかも前記鉄系焼結材料の外気と通ずる空孔面には、
   酸化増量で０，２〜１．０重量係の金属酸化物被膜が存
   在することを特徴とする摺動部材用鉄系焼結材料。