JPS60177105A - 耐摩耗性摺動面の形成方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐摩耗性合金粉末と樹脂バインダとの混線物
からなる合金粉末シートを利用してう、金属基体の表面
に部分的に耐摩耗性摺動面を形成する方法に関するもの
である。

（従来技術） 例えばロータリピストンエンジンにおけるサイドハウジ
ングの内周面あるいは工作機械におけるスライドベッド
摺動面等においては、耐摩耗性確保のために、例えば鋼
材からなる金属基体の表面に、硬質の耐摩耗層を縞状等
部分的に形成する場合がある。そして、従来、このよう
な縞状の耐摩耗層を得るには、硬質金属の溶射、高周波
焼入れ等を利用して行っており、近時はこの耐摩耗層の
形成を、耐摩耗性合金粉末を利用して行うようにするこ
とが考えられている。すなわち、特公昭５３−１９５４
０号公報に示すような耐摩耗性合金粉末と樹脂バインダ
との混線物からなる粉末合金シートを、耐摩耗層を構成
すべき部分に接着した後、加熱焼結するようにすること
が考えられている、。

しかしながら、このように粉末合金シートを利用する場
合、要求される耐摩耗層部分毎に合せて一々粉末合金シ
ートを裁断、接着する必要があり、その生産性の点で問
題があった。

（発明の目的） 本発明は上述のような哀情を勘案してなされたもので、
耐摩耗性合金粉末と樹脂との混線物からなる粉末合金シ
ートを利用して、金属基体の表面に縞状等の耐摩耗層を
生産性良く得られる耐摩耗性摺動面の形成方法を提供す
ることを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、耐摩耗性合金粉末と樹脂バインダとの混、練
物からなる合金粉末シートをその半液相焼結温度以上に
加熱した際に生じる性質、すなわち金属液相が生じて流
動性を有するようになる性質の他、樹脂バインダの焼失
、揮散および金属液相同志の引合いによる粉末合金シー
トの収縮という性質を利用したものである。

具体的には、耐摩耗性が要求される金属基体の表面に、
隣合う四部の間に断面が先細とされた凸部存在して全体
的にそ、の断面形状が略ノコ歯状とされた凹凸部を形成
して、該凹凸部表面上に粉末合金シートを接着した後、
該粉末合金シートをその半液相焼結温度以上に加熱する
ようにしである。このような加熱により、合金粉末シー
トは、その収縮の際に、凹凸部の凸部先端によってこの
部分で分断され、また合金粉末（金属液相）の流動性に
よって、分断された合金粉末が凹部内に沈降してここで
焼結されることになる。この焼結後は、例えば、研削に
よる機械加工等によってその表面を平滑に仕上げればよ
い。

（実施例） 第１図、第２図において、１は金属基体で、耐摩耗性が
要求されるその表面には、全体的に断面略ノコ歯状の凹
凸部が形成されている。すなわち、隣合う凹部２の間に
断面が先細とされた凸部３が存在した形状として形成さ
れている。なお。

このような凹凸部は５例えば、凹部２に相当する部分を
切削等により形成してもよいが、金属基体ｌを、例えば
鍛造等の塑性加工によって形成する場合は、この加工の
際に合わせて凹凸部を形成するようにすればよい。

上記凹凸部の上には、第３図に示すように、粉末合金シ
ート４が抑圧、接着される。勿論、この粉末合金シート
４は、耐摩耗性合金粉末と樹脂バインダとの混線物から
なるものであるが、このような粉末合金シート４そのも
のについては、後に詳述することとする。

この後、第３図に示すようなものを、加熱炉（図示時）
内に入れて、真空中、Ｎ２ガス中、Ｈオガス中等の非酸
化雰囲気中で粉末合金の半液相焼結温度以上に加熱する
。この加熱の際、樹脂バインダが揮発するため、粉末合
金シート４は若干収縮し、この収縮によって粉末合金シ
ート４は、凸部３の先端部に対する接触部分を境にして
、第３図矢印で示すように互いに逆方向の収縮力を受け
て、この接触部分で分断されることになる。そして、半
液相焼結温度以上にまでの加熱によって、粉末合金はそ
の金属液相の流動性のため、凹部２内に沈降して、第４
図に示すように該凹部３内で焼結（金属基体ｌに結合）
される（この焼結金属を符号５で示す）、なお、粉末合
金シート４は、（合金粉末の）流動性が生じ始めると、
金属液相の表面張力による引き合いによる収縮も加味さ
れて、完全に分断されることになる。

この後は、第４図に示すように、例えば砥石６を利用し
て金属基体ｌの表面側を研削することにより、該表面側
を平滑に仕上げれば、第５図、第６図に示すような所望
の最終製品Ａが得られることになる。

以上実施例では、凹凸部の四部２と凸部３とが互いに平
行な直線状とした場合を説明したが、この凹部２と凸部
３とは、例えば互いに同心円状に広がる円環状にする等
、適宜の形状にすることができる。また、凹部２の深さ
く凸部３の高さ）、あるいは第２図に示すような凹部２
（凸部３）のなす傾斜角度α、さらには粉末合金シート
４の厚さ等は、適宜設定できるが、凸部３の先端は、分
断作用のために極力尖らせておくのが望ましい。

また、焼結後における平滑仕上げは、焼結金属５よりも
突出している凸部３の先端部をあらかじめ切削した後、
この後研削仕上げする等、適宜の方法で行い得るもので
ある。さらに、粉末合金シート４を凹凸部の表面上に接
着するには、該粉末合金シート４（の樹脂バインダ）そ
のものが有する自己接着性を利用して行ってもよいが、
この自己接着力が不十分な場合は、別途接着剤（両面接
着テープとして加工されたものを含む）等を用いてもよ
い。

前記粉末合金シート４としては既知のものをそのまま利
用することも可能であるが、好ましくは以下に説明する
ｉうなものを用いるとよい。

先ず、樹脂バインダとしてはアクリル樹脂を用いるのが
よい、このアクリル樹脂単体は常温で十分な接着性（粘
着性）を有していて、樹脂バインダとして用いられた場
合にもかなりの高温まで焼失等をおこさずにこの接着性
が維持されており、しかもガス発生が急激でない上にそ
の拡散がスムーズに行なわれるため、粉末合金シート４
にいわゆる膨れ等の生じ難いものとなる。このように樹
脂バインダとして用いられたアクリル樹脂は、３００℃
付近から熱分解重縮合反応を始めてタールピッチ化し、
この反応は８００℃付近で終了されるので、金属基体ｌ
に対する接合力は樹脂から徐々にタールピッチ状物質に
肩代りされていくことになり、このタールピッチ状物質
後が金属基体１とのバインダとして機能するようになる
。そして、このタールピッチ状物質の接合機能により、
粉末合金の焼結が開始される温度まで金属基体ｌに対す
る接着ないし接合性を有するものが得られる。すなわち
、金属基体ｌとアクリル樹脂をバインダとする粉末合金
シート４との接着体を搬送しつつ加熱していく途中で多
少の振動等を受けたとしても、該粉末合金シート４が金
属基体ｌに対して位置ずれを生じることがなく、しかも
金属基体ｌの傾斜面（垂直面を含む）に対して粉末合金
シート４を接着した場合にあってもこの粉末合金シート
４が金属基体ｌから途中で脱落することがない。

このようなバインダとしてのアクリル樹脂は、３容量％
〜１５容量％（合金粉末が８５容量％〜９７容量％）の
範囲にするのが好ましい、すなわち、アクリル樹脂が３
容量％未満であると常温での粘着性や粉末合金シートの
可撓性が確保しずらく、また１５容量％を越えると得ら
れた焼結金属層５の気孔率に悪影響を与え易いと共に金
属基体ｌとの十分な接合性が得にくいものとなる。なお
、アクリル樹脂は、よく知られているようにアクリル酸
エステルまたはメタクリル酸エステル類の重合体または
共重合体であるがこのいずれをも採用し得る。

次に、耐摩耗性合金粉末としては、樹脂バインダによる
接着性に限界があるため焼結開始温度が低い方が好まし
く、このため共晶合金特にコスト等の点を勘案してＦｅ
−Ｍ−Ｃ系の三元共晶合金を用いるのが好ましい。この
Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系のＭの主成分としてはＰ、Ｍｏ、Ｂのう
ちいずれか一種あるいはこれ等の複合物であることが好
ましい。このＭとしてＰを用いた場合は、Ｃと同様に金
属基体ｌへの拡散性が強いので好ましく、またＦｅ、Ｃ
と結合して燐共晶を形成して、耐摩耗性を向上させる他
、融点を下げる役割りをなす。このＰは、ある程度以上
の液相量を確保するために０．５重量％以上とするのが
よく、靭性の確保を考慮して２．５重量％以下であるこ
とが好ましい。

上記Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系におけるＣは、Ｐと共働して基地の
強化および硬質相の形成を得ると共に、燐共晶を形成し
て密度の上昇および金属基体ｌとの接合に役立つもので
ある。このＣの割合は、密度の上昇と金属基体ｌとの接
合性を考慮して１゜５重量％以上、また液相量の出現割
合が多くなりすぎるのと靭性に与える影響を考慮して４
．０重量％以下とするのがよい。

Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系のＭがＭＯの場合は、基地の強化および
硬質相の形成に寄与すると共に、Ｆｅ、Ｃと結合して融
点を下げるものであり、硬質相が少なくなり過ぎるのと
密度の確保を考慮して２゜５重量％以上とし、靭性を考
慮して１０．５重量％以下とするのがよい。

Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系におけるＭがＢの場合は、Ｆｅ、Ｃと結
合して硬質相を形成すると共に融点を下げる役割りを行
なうが、耐摩耗性を考慮して０．５重量％以上で、脆性
を考慮して３．０重量％以下とするのがよい。

さらに、副次的な元素として、Ｃｒ、Ｖ、Ｗが有効であ
る。すなわち、これらの元素は、基地の強化、特に靭性
の向上に役立ち、さらにＣと結合して硬質相を形成する
上で好ましいが、１０．０重量％以上は上記効果が飽和
するので経済的に必要でない。また、Ｓｔは合金粉末製
造時の溶湯の流動性を改善すると共に、接合時に金属基
体ｌとのぬれ性を改善するために用いるとよいが、耐摩
耗性を考慮して５．０重量％以下とするのがよい。さら
に、Ｎｉ、’Ｍｎは、基地の強化に役立つが、耐摩耗性
を考慮して５．０重量％以下とするのがよい。

合金粉末の粉末粒度は、焼結層の気孔率に大きな影響を
与える要素であり、＃摩耗性を考慮して１５０メツシユ
以下とするのが好ましい。

ここで、金属基体１と粉末合金シート４との接着体が特
に大きな振動を伴ないやすい場合、例えばメツシュベル
ト式やプッッシャ一式連続焼結炉や真空焼結炉等を用い
る場合は、粉末合金シート４の金属基体１に対する接着
性あるいは接合性をより一層強固なものとするため、次
のようにするとよい。すなわち、アクリル樹脂による接
着剤によって粉末合金シート４を金属基体ｌに接着した
後、１５０℃〜３８０℃（好ましくは２００℃〜３５０
℃）で５分以上この温度に保持し、その後所定の焼結温
度にまで昇温させるようにするとよい。このようにする
と、１２０°Ｃ付近より上記別途付与された接着剤が揮
発して２００℃付近より熱分解重縮合反応がおこってタ
ールピッチ状物質が生成され、このタールピッチ状物質
による接着性によって、焼結温度に至るまでの間粉末合
金シート４と金属基体１との強固な接着性ないし接合性
が確保される。

前記タールピッチ状物質を得るための温度が１５０℃未
満では未分解量が多くなるので好ましくなく、また３８
０℃以上で加熱すると逆にこの未分解量が急激に分解を
おこして気散してしまい生成されるタールピッチ状物質
が少なくなって、十分な接着性ないし接合性を得る上で
好ましくない。また、前記保持時間は、熱処理温度によ
ってその最適時間が異なるが、５分未満ではタールピッ
チ状物質の生成量が少なくて十分な接着性が得られない
ことになり、また１２０分以上の保持はタールピッチ状
物質の十分な生成量を確保する上で不必要である。

なお、粉末合金シート４の樹脂バインダとしてアクリル
樹脂を用いて自己接着性を有する場合は、別途接着剤を
用いることなく前述した１５０℃〜３８０℃での５分以
上の保持を行なえば、上述したのと同様の効果を期待し
得るものである。

さらに、焼結温度までの昇温速度としては、ｌＯ°Ｃ／
分〜４０℃／分が好ましく、特に樹脂バインダの熱分解
が終了される付近の温度までは４０”０７分以下とする
のが好ましい。すなわち、４０℃／分を越えると、樹脂
バインダ中の低沸恵方が急激に揮発するため粉末合金シ
ート４を破損したり接着面に気泡が生じる等して好まし
くない。また１０℃以下の昇温速度であると、液相（金
属液相）が現われにくくなる。なお、この液相の出現割
合としては、金属基体ｌとの接合性のみを考慮すれば１
０％以上であればよいが、粉末合金シート４の十分な流
動性を確保するには、該液相の出現割合を５０％以上と
するのが好ましい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、金属基体
に接着された１枚の粉末合金シートが、焼結のための加
熱を行なうだけで、所定位置で分断されて所定位置にお
いて焼結合金による耐摩耗層を自動的に形成するので、
該耐摩耗層を縞状等に形成するための生産性が著しく向
上される。また、得られた耐摩耗性摺動面は、焼結合金
による耐摩耗層の間に金属基体が同一平面で存在する構
成なので、耐摩耗性に優れるのは勿論のこと、耐衝撃性
の点でも好ましいものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面に凹凸部を有する金属基体と粉末合金シー
トとの一例を示す斜視図。 第２図〜第５図は本発明の工程を順に示す断面図。 第６図は本発明により得られた最終製品の一例を示す斜
視図。 １Φ・・φ・金属基体１ ２・・・・・凹部 ３・・拳・・凸部 ４・・φ・・粉末合金シート ５・・・・争焼結金属 Ａ・・拳・・最終製品 第２図 第５図 手続補正書（自発） 昭和５９年　５月１１日 昭和５９年特許願第０３２４５０号 ２発明の名称 耐摩耗性摺動面の形成方法 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（３１３）東洋工業株式会社 ４代理人〒１０５　置（５０Ｂ）１８０１６補正の内容 （１）明細書第９頁第６行〜７行、ｒ３００Ｊとあるの
をｒ１５０Ｊと補正する。 （２）同第９頁第８行、ｒ８００Ｊとあるのを「３８０
Ｊと補正する。 （３）同第１３頁第１８行、ｒ２００Ｊとあるのをｒ１
５０Ｊ　と補正する。 以　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）耐摩耗性を要求される金属基体の表面に、隣合う
   凹部の間に断面が先細とされた凸部が存在して全体的に
   その断面形状が略ノコ歯状とされた凹凸部を形成する工
   程と、 前記凹凸部表面上に、耐摩耗性合金粉末と樹脂バインダ
   との混線物からなる粉末合金シートを接着する工程と、 前記粉末合金シートを粉末合金の半液相焼結温度以上に
   加熱して、流動性が付与された粉末合金を前記凹凸部の
   凸部先端で分断して凹部内に沈降、焼結させる工程と、 前記金属基体の表面側を平滑にする機械加工工程と、 を備えていることを特徴とする耐摩耗性摺動面の形成方
   法。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記凹凸部の四
   部と凸部とは、互いに平行な直線状に形成されているも
   の。 （３）特許請求の範囲Ｍ１項において、前記凹凸部の凹
   部と凸部とは、それぞれ円環上でかつ互いに同心円状に
   形成されているもの。 （４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１
   項において、前記粉末合金シートの樹脂バインダがアク
   リル樹脂とされているもの。 （５）特許請求の範囲第４項において、前記粉末合金シ
   ートは、樹脂バインダとしてのアクリル樹脂が３〜１５
   容量％で前記耐摩耗性合金粉末が９７〜８５容量％とさ
   れて、該樹脂バインダとしてのアクリル樹脂の粘着性に
   よる自己接着性によって、該粉末合金シートを前記金属
   基体に接着するようにしたもの。 （６）特許請求の範囲第５項において、前記加熱の際に
   、１５０℃〜３８０℃で５分以上保持した後、前記半液
   相焼結温度まで昇温させるようにしたもの。 （７）特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１
   項において、前記耐摩耗性合金粉末が耐摩耗性共晶合金
   粉末とされているもの。