JPS5930779B2 - 炭素繊維／固体潤滑剤／金属複合摺動材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）この発明の技術分野 この発明は、炭素繊維／固体潤滑剤／金属複合摺動材料
に関する。

（Ｄ） 従来技術とその欠点 従来、炭素繊維と金属との複合摺動材料が知られている
。

この従来の複合摺動材料は、炭素繊維の自己潤滑性を利
用してその摺動特性を向上させようとするものである。

しかしながら、炭素繊維の自己潤滑性はそれほど大きく
ないので、摺動特性もそれほど向上しない。

一方、炭素繊維と、固体潤滑剤と、銅を複合したものも
知られている。

この複合摺動材料は、上述したものより耐摩耗性が高い
。

しかしながら、特に無給油の状態では摩擦係数が高くな
り、耐摩耗性が必ずしもよくない。

（ハ）この発明の目的 この発明の目的は、従来の複合摺動材料の上記欠点を為
決し、無給油の状態で使用しても摩擦係数が低く、耐摩
耗性の優れた複合摺動材料を提供するにある。

に）この発明の構成 上記目的を達成するために、この発明においては、１０
〜６０体積係の炭素繊維と１０〜５０体積係の固体潤滑
剤を含み、残部が金属マトリクスである複合摺動材料で
あって、前記金属マｌ−ＩＪクスは銅を主成分とし、さ
らに５〜５０重量係の世襲亜鉛または鉛と、４〜２０重
量係の世襲ンまたは４〜１２重量係重量用ミニウムを含
んでいることを特徴とする炭素繊維／固体潤滑剤／金属
複合摺動材料が提供される。

この発明は、銅を主成分とする金属マトリクスに、５〜
５０重量係の世襲亜鉛酸たは鉛と、４〜２０重量係の世
襲ンまたは４〜１２重量係重量用ミニウムを添加するこ
とによって摩擦係数を下げ、もって耐摩耗性の著しく低
い複合摺動材料を得ている。

この発明をさらに詳細に説明するに、炭素繊維は複合摺
動材料中に１０〜６０体積係含まれている必要がある。

すなわち、炭素繊維は複合摺動材料に潤滑性を与えてそ
の摩擦係数を低くし、耐摩耗性を向上させる。

同時に、マトリクスを補強して複合摺動材料の機械的強
度を向上させる。

機械的強度の向上は、耐摩耗性の向上にもつながる。

しかしながら、１０体積係未満ではそのような効果が得
られない。

一方、６０体積係を越えると複合摺動材料の焼結性が低
下し、緻密で強度の高い複合摺動材料が得られない。

好ましい含有量は２０〜４０体積係である。

固体潤滑剤は、複合摺動材料の潤滑性を向上させるよう
に作用する。

そのような固体潤滑剤としては、たとえば黒鉛、二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、窒化ボ
ロンなどを使用することができる。

なかでも、黒鉛や二硫化タングステンが好ましい。

２種類以上の固体潤滑剤を組み合わせて使用することも
可能である。

しかして、そのような固体潤滑剤は、複合摺動材料中に
１０〜５０体積係含まれている必要がある。

すなわち、１０体積係未満では高い潤滑効果が得られな
い。

また、５０体積係を越えると複合摺動材料の焼結性が悪
くなる。

好ましいのは２０〜４０体積係である。

金属は銅を主成分とするもので、複合摺動材料のマ）
ＩＪクスを形成している。

しかして、そのマトリクス中には５〜５０重量係の世襲
亜鉛または鉛と、４〜２０重量係の世襲ンまたは４〜１
２重量係重量用ミニウムが含まれている。

もつとも、これ以外の金属が含まれていることを除外す
るものではない。

これらの、いわゆる添加金属は、複合摺動材料の、主と
して耐摩耗性を向上させる。

また、同時にチタンやアルミニウムは炭素繊維とマトリ
クスの界面にそれらの炭素物相を形成し、炭素繊維とマ
トリクスとの熱膨張差を吸収して高温強度をも向上させ
る。

しかして、錫、亜鉛または鉛の含有量は、上述したよう
に５〜５０重量係で世襲ればならない。

すなわち、５重世襲未満では耐摩耗性が向上しない。

また、５０重量世襲越えると複合摺動材料が硬くなりす
ぎ、脆くなるばかりか相手材の摩耗量が異常に増大する
。

一方、チタンは、４重世襲未満では炭化物の生成量が少
なすぎ、特に高温における耐摩耗性が低くなる。

また、２０重量世襲越えると炭化物の生成量が多くなり
すぎ、また未反応のままのチタンが大量に存在するよう
になるのでマトリクスが硬くなりすぎ、複合摺動材料が
脆くなったり相手材の摩耗量が異常に増大する。

それゆえ、チタンの含有量は４〜２０重量係と世襲。

全く同様の理由で、アルミニウムを使用する場合にはそ
の含有量を４〜１２重量係重量用。

この発明の複合摺動材料は、周知の、いわゆる炭素繊維
強化金属複合材料を製造する方法を用いて製造すること
ができる。

なかでも、炭素繊維と、固体潤滑剤の粉末と、マ） Ｉ
Ｊクスを形成する金属の粉末を所望の割合で混合し、ホ
ットプレスして焼結する方法や、固体潤滑剤の粉末とマ
ドＩＪクスを形成する金属の粉末を所望の割合で混合し
たものを炭素繊維に竺射した後ホットプレスする方法に
よるのが好ましい。

この発明の複合摺動材料は、高温、高速、高荷重といっ
た苛酷な条件下においても優れた耐摩耗性を示す。

そのため、特に無給油で使用する摺動部材を構成するの
に好適である。

たとえば、マトリクスが錫または亜鉛を１０〜３０重量
係、チ世襲を１０〜２０重量係含む世襲、あるいは亜鉛
を５〜２０重量係重量用ミニウムを８〜１２重量係含世
襲のは、比較的低速で使用する無給油軸受の構成材料と
して好適である。

より高速で使用する無給油軸受には、マトリクスが錫ま
たは亜鉛を２０〜３０重量係、チ世襲を４〜１０重量係
含世襲の、あるいは亜鉛を１０〜３０重量係、ア世襲ニ
ウムを４〜８重量係世襲ものが好適である。

また、マ） ＩＪクスが錫または亜鉛を２０〜４０重量
係、チ世襲を４〜１０重量係含世襲の、あるいは亜鉛を
２０〜４０重量係、ア世襲ニウムを４〜１０重量係含世
襲のは、たとえばコンプレッサのベーンやロータリーエ
ンジンのアペックスシールを構成するのに好適である。

さらに、マトリクスが錫を１０〜３０重量係、チ世襲を
４〜１５重量係含世襲の、亜鉛を１０〜４０重量係、チ
世襲を４〜１５重量係含世襲の、亜鉛を１０〜４０重量
係、ア世襲ニウムを４〜１０重量係含世襲のは、たとえ
ば鉄道車両におけるパンタグラフのシューを構成するの
に適している。

（ホ この発明の効果 以下、実施例に基づいてこの発明の主として効果を説明
する。

実施例 銅、錫およびチタンの粉末を、銅が７０重量世襲錫が２
０重量世襲チタンが１０重量世襲なるように混合し、マ
トリクスとなる金属の混合粉末を調製した。

次に、上記混合粉末と、長さ０．５〜１ｍｍの炭素繊維
と、固体潤滑剤たる黒鉛の粉末とを上記混合粉末が３５
体積係、炭素繊維が３０体積係、黒鉛の粉末が３５体積
係になるように混合してダイスに入れ、真空中にて約５
０ ｏｋｇ７ｃｒ７ｔの圧力を加えながら約６００℃で
約３０分間加熱し、この発明の複合摺動材料（以下、試
料１という）を得た。

全く同様にして、しかしマトリクスたる金属の組成が異
なる次の試料２〜１１を得た。

試料２：亜鉛３０重量係−チクン１２重量係残部銅 試料３：鉛２０重世襲−チタン１０重量係−残部銅 試料４：亜鉛２０重量係−アルミニウム８重量係−残部
銅 試料５：鉛２５重世襲−アルミニウム８重量％−残部銅 試料６：錫２０重世襲−チタン２重量係−残部銅試料７
：錫２５重世襲−チクン２３重量係−残部銅 試料８：亜鉛２０重量係−アルミニウム１重量係−残部
銅 試料９：亜鉛２０重量係−アルミニウム１５重量％−残
部鋼 試料１０：鉛３重世襲−チタン１０重量係−残部鋼 試料１１：亜鉛５５重量係−アルミニウム１０重量％−
残部銅 一方、同様にして、炭素繊維が３０体積係、黒鉛粉末が
３５体積係で、マ） ＩＪクスが銅のみからなる複合摺
動材料（以下、試料１２という）を得た。

次に、上記１２種類の試料について、無給油の状態で、
常温摩耗試験と３００°Ｃにおける高温摩耗試験を行い
、摩擦係数と摩耗量を測定した。

試験結果を次表に示す。

なお、それぞれの試験条件は次のとおりである。

常温摩耗試験 面圧：５ｋｇ／ｃｒｌＬ 周速度：１０００ｍ／分 試験時間：１時間 高温摩耗試験 面圧：４０ｋｇ／ＣＩ？Ｌ 周速度：８０ｍ／分 試験時間：１時間 上表から、試料／Ｉ６１〜５、つまりこの発明の複合摺
動材料は、常温および高温のいずれにおいても摩擦係数
が低く、耐摩耗性が著しく高い。

これに対して、チタンやアルミニウムの含有量が少ない
試料Ａ６，８は、常温ではこの発明のものとほぼ同様の
摩耗特性を示すものの、高温特性は大変悪い。

鉛の含有量が少ない試料４１０もまた、常温特性および
高温特性ともに悪い。

また、チタン、アルミニウム、亜鉛の含有量の多い試料
／１６７．９゜１１は大変脆いことがわかる。

さらに、マトリクスが銅のみからなる試料廃１２は、こ
の発明のものにくらべて常温特性および高温特性ともに
著しく悪い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１０〜６０体積係の炭素繊維と１０〜５０体積係の固
   体潤滑剤を含み、残部が金属マトリクスである複合摺動
   材料であって、前記金属マｔ−ＩＪクスは銅を主成分と
   し、さらに５〜５０重量係の世襲亜鉛または鉛と、４〜
   ２０重量係の世襲ンまたは４〜１２重量係重量用ミニウ
   ムを含んでいることを特徴とする炭素繊維／固体潤滑剤
   ／金属複合摺動材料。