JPS60224760A - 高温耐摩耗性に優れた摺動部材 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、高温耐摩耗性に優れた摺動部材に関する。本
発明の摺動部材は、高温で且つ１Ｉｌｌｆｆ滑油の供給
が熱いか不十分といった苛酷な条件下で摺動ηる摺動部
材として適する。例えば自動車の内燃機関に用いられる
過給装置のライストゲートバルブの軸を支えるブツシュ
、熱処理炉で用いられる軸受に適づる。

前記ライストブートバルブは、過給圧が設定しｔｓ圧力
を越えることを防止する部材である。即ち、このライス
トゲートバルブは、エンジンの回転数の低いときには閉
じているが、エンジンの回転数が高くなると解放し、こ
の解放によりタービン流入排気ガスをタービン出力にバ
イパスして、タービン出力を制御１１　Ｌ、しって過給
圧を］ン１〜ロールするものである。

ここで上記ブツシュは、約７００’Ｃ〜９００’Ｃにら
ｊヱづるかなり高温である上記排気ガスに触れるため、
酸化腐食の度合ががなり人きく、高温下でしかも潤滑油
の使用が不可能である苛酷な条件下手囲動するため、摩
耗しやすいといった事情がある。

し従来技術］ 自動中の過給装置に用いられたライストグーミルバルブ
のように、高温で苛酷な条イ１下で階動する摺動部材は
一般に、オーステナイトマトリックスに硬質粒子（例え
ば炭化物、酸化物、金属間化合物）を分散した焼結合金
から作製されている。このものは硬￥１粒子が分散され
ているため高温耐摩耗性、耐焼イ」性は向上しているも
のの、硬質粒子を配合するたるコスト高となる。

一方、硬質粒子を含まないステンレス鋼系の材料から前
記摺動部材を作製づると、コストアップは抑え得るもの
の、高温耐摩耗性、耐焼付性に劣る。

［発明の目的１ 本発明は上記した従来技術を背景として成されたもので
ある。従って本発明の目的は、高温特には３００℃へ・
９００℃の領域において、＃４ｓ粍性、耐焼イ」性、耐
食性が良好で、更には安価な摺動部材を提供Ｊるにある
。

［発明の構成の概要１ 本発明者は、焼結合金を母材どする摺動部材について鋭
意研究した結東、マトリックスがＡ−ステナイトである
焼結合金において、１習動而を形成づる表面を、面積率
１０・〜・２０％、孔径１０へ・５０μの気孔を有し、
緻密で安定な酸化物層で被覆りることによっ−Ｃ，＾淘
特には３００−・９００℃にｄ５いて、耐摩耗性、耐焼
１寸性、耐食性を向上さｌ！得ることを発見した。

本発明は上記発見に基づくｂのである。

即ち本発明の１２１動部材は、少なくども一部の表面が
摺動向どなる摺動部材に、１１３いて、摺動部材の母材
はｌ吊止でクロム１０〜３０％、ニッケル７〜２５％、
モリブデン０．５〜５％、不可避の不純物０〜２％、残
部鉄の組成からなり、マトリックスがＡ−ステナイトの
焼結合金で構成され、摺動向を形成する表面は、面積＄
１０へ・２０％、孔径１０〜５０μの気孔を有し、且つ
酸化物層で被覆されていることを特徴とづるものである
。

［発明の構成の詳細な説明コ 本発明の摺動部材は、相手部材に接触した状態で運動す
る部材の意味である。このものでは、表面が摺動向を構
成づる。この場合、表面の全部が摺動向であってもよい
し、あるいは表面の一部のみが１習動面であってもよい
。

本発明の摺動部（オの母材である焼結合金の組成は、重
が比でクロム１０〜３０％、ニッケル７〜２５％、モリ
ブデン０．５〜５％、％、不可避の不純物Ｏ〜２％、残
部鉄である。従ってマトリックスはＡ−ステプイトを主
体と１６゜−ｔ＝記の様な組成にした理由は以下のとお
りである。

すなわち、クロムは、マトリックスであるＡ−ステナイ
１へに固溶してマトリックスの耐熱性、耐摩耗ｆ！Ｉを
向上させる。しかしクロム含有量が１０％未満ではその
効果が著しく低く、一方、３０％を越えるとマトリック
スが硬くなり１ぎ、粉末の成形性、圧縮性が著しく低下
する。

ニッケルはマトリックス中であるＡ−ステナイトに固溶
しオーステナイト化を促進し、耐熱性、耐食性を改善す
る。しかし７％未満ではＡ−ステナイト化が不十分であ
り、２５％を越えるとそれ以上の向上が望めない。

しり１ｆンはントリックスであるΔ−スー７Ｊイト中に
固溶した耐蝕性、耐酸化性を改善づる。しかし０．５％
未満（’　Ｇ、ｉイの改善効果が無く、５％を越えると
マトリックスが著しく脆化づる。

本発明を特色づ【プる摺動面どなる表面は、酸化物層で
被覆され、気孔を有している。酸化物層を構成りる酸化
物は、通常、［−０３０４、（Ｆｅ　・０ｒ）ｚ０３等
を主体とする。、鉄の酸化物やクロムの酸化物であり、
緻密で高温安定性をイｉる。

故に酸化物層（よ、摺動部材の高温にお１）る耐摩耗性
、耐焼き（−１ｆ１の向上に寄与づる。酸化物層の〃み
【よ、２〜６μ程度が望ましいが、必ずしもこの値に限
られるものではない。

この酸化物層は、気孔をもつ焼結合金を水蒸気及びＣＩ
−，８０４−−、ｌ−１ｃＨＯ＋７）ＩＩ！ｒＩ又１．
１１種以」二を含む雰囲気に所定時間保持づることによ
り形成覆る。

本発明では、摺動面となる表面の面積のうり、気孔が占
める面積率は、１０〜２０％であり、又気孔の孔径は１
０〜５０μである。尚、気孔を右する焼結合金の理論密
度比は０．８〜０．９が望ましい。ここで理論密度比と
は、同一組成の真密度との比を意味づる。

気孔の面積率、孔径を上記値とした理由は以上のとおり
である。即ち、上記酸化物層は、母材と熱膨張係数に差
が有る為に冷熱が繰り返されると剥１１１１か起りや覆
い、イこで摺動面を形成する表面に気孔を分散さければ
、酸化物層と母材との熱膨張係数のバによって生ずる歪
応力を気孔周辺で緩和し、酸化物層の剥離を抑制し、以
て酸化物層の耐久性を＾めることができる。ここで気孔
の平均孔系か１０μ未満では気孔は小さすぎるため酸化
物層により気孔が封孔され、その結果酸化物層が連結さ
れ、歪応力の緩和がなされず酸化物槽は剥離しヤ）づく
なる。一方、気孔の平均孔系が５０μを越えるど、内部
への酸素の供給が多くなるため、焼結合金の内部での酸
化が過剰に進行し機械的性質の低下をきたづ。又気孔の
面積率が１０％未満いは応力の緩和は期待できず、又２
０％を越えると気孔が多すぎて機械的性質の低下をきた
づ。

さて、本発明の摺動部材を製造づる代表的な方法を（１
）〜（４）にしたが・）て説明Ｊる。

（１）まずス７ンレス鋼粉末を所定の形状に圧縮形成し
、圧粉体とづる。ここで、代表的なスブンレス銅粉体と
しては、Ｊ　ｌ５−８ＵＳ３１６１−粉末を用いること
ができる。このＪＩＳ−８ＵＳ３１６［−の粉末の組成
は、中聞比でクロム１６゜ＯＯ〜１８．００％、ニラク
ル１２．００〜１５゜００％、モリブデン２．００へ・
３．００％、炭素０．０３０％以上、シリＴ１ン１．０
０％以１・、７ンガン２．００％以−ト、リン０．０４
５％以上、イＡつ０．０３０％以下てｄりる。ステンレ
ス鋼粉末の平均粒径は５０〜１００μの範囲かよい、、
その理由は、摺動部材の表面の気孔率を而ぜ１十で１０
〜２０％にしやりいからであり、又該気孔の平均孔（￥
を１０・・・５０μにしやづいからである。尚二種類以
上の金属粉末を混合した混合粉末が圧粉体を形成しＣも
よい。この場合、混合粉末とづるには通常の手段を用い
ることができ、例えばＶ型混合機、ボールミル、振動ボ
ールミル、を用いることがでさる。月−粉体を形成ηる
際のＨ縮１段は、通常の金型成形やラバープレス等の手
段を用いることができる。成形Ｉｈは、所定の気孔を形
成づるため５〜８　ｔｏｎ（／　ｃｍ２で行なうとよい
。

（２）上記のように圧粉体を製造したら、圧粉体を焼結
ηる。焼結（よ、通常、還元性雰囲気、あるいは窒素カ
スなどの不活性ガス雰“囲気中で１１５０−．１２５０
℃で３０〜６０分間加熱づることにより行うどよい。こ
の様に￥Ｊ造りると、摺動部（イのマトリックスを耐食
性の良ＯＹなＡ−ステナイ１−とりることができ、さら
にはマトリックスたるオースデナイ１−中に、上記孔径
、面積率の気孔を分散さけることができる。

（３）上記したような方法によって製造した焼結合金は
、サイジング、コイニング、切削加１−によって所定の
寸法、所定の形状にづるとよい。こり場合、表面の気孔
の面積率をサイジング等によって調整できる。

（４）次に上記した焼結合金を酸化処理し、これにより
気孔を有づる酸化物含有層を形成する。

酸化処理（よ、水蒸気及びＣｌ−１ＳＯ４−−、ＨＣｌ
ｌ０の１種又は１秤以」を含む雰囲気において焼結合金
を加熱し、去面部に酸化物層を形成づることにＪ、すｉ
ｊ＜ｒうことがで８る。この場合、熱処理炉内に−１−
記焼結合金を装入し、その状態で熱処理炉内にｌ　ｒａ
ｔ！雰囲気を導入覆るとよい。熱処理炉の加熱温度は５
００℃・〜６５０℃がよい３、加熱時間は１０時間以上
にするどよい。

［発明の効果］ 本発明のＩＮ動部材は以−１説明した様な構成である。

かかる構成の１８動部材は、後述づる試験例で示ずにう
に、ｉ０ｉ温特に３００〜９００℃にお【ノる耐摩耗性
、耐焼イ」性、耐食性が良好である。従つＣ高温におい
て苛酷な条件下で摺動される摺動部材に適する。特に、
自動車の内燃機関の過給装置に用いられるライストゲー
トバルブのブッシコに、本発明を適用すると、該ブツシ
ュの摺動面の摩耗ｍは少なくなる１、更には相手材どの
焼付といった問題も少なくし榎るか、あるいはほとんど
なくし得る。又、従来技術と異なり、コストアップの要
因となる硬７：ｊ　ｌ７−ｉ’を含まないため、ｌＩｒ
格も低く抑え得る。

［試験例］ （本発明品の試料の作成） 平均粒径５０〜１００μのステンレス閘粉末（ＪＩＳ−
８ｔ）Ｓ３１６Ｌ相当）−を；１力６　ｔｏｎ（／Ｃ１
で外径１２ＩＩ１ｍ１内径６１１１１１１．高さ２６ｍ
ｍ、の軸受形状に形成したのち、１２００℃で）！元性
雰囲気において６０分間焼結を行い、これにより焼結合
金の試料を作成した。こうして得られた焼結合金の試料
を適当なザイジング代をもって調整し、試料の内径面の
気孔の面積率を２０％とした。しかる後焼結合金を水蒸
気及びＣｌ−１ＳＯａ−−を［ル比で１００　：０．０
０２　：０．０１２を含む雰囲気中において５５０℃で
３０時間加熱づることにより酸化処理を行ない、これに
にり試料の内径の表面に緻密で安定な酸化物含有層を形
成した。このようにして得られた試料Ｎ００１及びＮ０
８２の気孔の面積率、気孔の平均孔径等を第１表に示づ
。

く本発明の試料の試験） 一１記したＪ、）’Ｊ二１−稈で形成した試料Ｎｏ、１
及びＮ０９２の８渇にａ月ノる耐摩耗性、耐熱性、耐酸
化性、耐食性を試験した。試験は上記の（１）〜（８）
の条イ！１下で行ない、試料の内径摩耗量と、焼付状況
を測定づることにより行なった。

く１）摺動の相手材は、自動車の内燃機関に用いられる
過給装置のライストゲートバルブのビンであり、このビ
ンを試料に嵌合しｌζ。ビンの材質は、Ａ−ステナイト
系ステンレス鋼である。

〈２）相手材たるビンの揺動角度は±２０°゛である。

（３）相手材たるビンの揺動速度は６０回、７分である
。

（７Ｉ）揺動する際の雰囲気は、内燃機関から排出され
た約７００〜９００℃の排気ガスである。

（燃料・・・無鉛ガソリン） （５）試験荷重は５１＼ｇｆとする。

（６）過給装置のハウジングはニレジスト鋳鉄から作製
されている。

（７）試験温度は、８００℃×１０分、室温×１０分の
くりかえしである。

（８）試験時間は１００時間である。

（本発明品の試ｒ１の試験結果） 試験結果は、第２表に示づ。試験を行う雰囲気は、７０
０〜・９００℃ど高温の耕気ガスであるにもかかわらず
、第２表に示づように試料Ｎ０９１及びＮＯ１２の内径
摩耗量は５μ程度ど七しく少ない、１まｔこ表面酸化物
層の成長も認められなかった。試わＩＮｏ、１及びＮＯ
６２の焼イ］もはどんと無いか、あるいは全く無かった
。

（比較例の試料の作成） 高温で摺動づる摺動部材は、従来より、耐熱合金鋳鉄や
耐熱鋼の溶製材（Ｊｔｓ−８ＵＳ３１６Ｌ）、あるいは
オーステナイト系ステンレス鋼粉末（ＪＩＳ　５ＵＳ３
１６Ｌ）を焼結した焼結合金等ｆ）ｓ　＋ら作成されて
いる。そこで、第１表に示すＪ、うに、上記したオース
テナイト系ステンレス鋼粉末の焼結合金から比較例の試
料Ｎ０１３を作製し、更に上記した溶製材から比較例の
試わ１のＮｏ。

第　２　表 ４を作成した。Ｎ００３及びＮＯ３４の形状、大きさは
本発明品と同じにした。比較例Ｎｏ、３の気孔の面積率
及び孔径を第１表に示１゜比較例ＮＯ３４は溶製材であ
るため気孔はほどんど在合していない。

（比較例の試料の試験及び試験結果） 比較例の試料の試験【よ、本発明品の試料と同様な条ｆ
′１で（ライｊ・）た。比較例の試料の試験結果は、第
２表に承り。第２表に示づように試料Ｎ０９３及びＮｏ
、４は表面に酸化被膜を生じさらに時間の杼過と１１人
きく成長し、内仔寸ｖ１を小さくした。また、Ｎ０９４
では焼付が生じた。

特ｎ出願人　ト」夕自動中株式会ｄ 同　東京焼結金属株式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　條 同　弁理１−　丸山明人

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくども一部の表面が摺動面となる摺動部材に
   おいで、 摺動部材の母材は重量比でクロム１０〜３０％、ニッケ
   ル７〜２５％、モリブデン０．５〜５％、不可避の不純
   物Ｏ〜・２％、残部鉄の組成からなる焼結合金で構成さ
   れ、マトリックスはオーステナイトであり、 １習動而を形成づる表面は、酸化物層で被覆され、面積
   率１０〜２０％、孔径１０〜５０μの気孔を右づること
   を特徴とする高温耐摩耗性に優れた摺動部材。
2. （２）酸化物層ノ酸化物は、Ｆｅ　３０４　・（Ｆｅ　
   。 Ｃｒ）ｚＱ３である特許請求の範囲第１項記載の高温耐
   摩耗性に浸れたｉｆ動部材。
3. （３）酸化物層の厚みは２〜６μである特許請求の範囲
   第１項記載の高温耐摩耗性に優れた摺動部材。
4. （４）酸化物層は、水蒸気及びＣｌ−１８０４−−１Ｈ
   ＣＨＯの１種ないし１種以上を含む。雰囲気において５
   ００℃〜６５０℃で焼結合金を加熱することによって形
   成される特許請求の範囲第１項記載の＾温ｉ＋摩耗性に
   優れた摺動部材。
5. （５）焼結合金の理論密度比は０．８〜０．９である特
   許請求の範囲第１項記載の高温耐摩耗性に優れＩこ摺動
   部材。
6. （６）焼結合金は、粒径５０〜１００μのステンレス鋼
   粉末から形成された圧粉体を焼結することによって形成
   される特許請求の範囲第１項記載の高温耐摩耗性に優れ
   た摺動部材。
7. （７）自動中の過給装置に用いられるウニイストゲート
   バルブのブツシコである特許請求の範囲第１項記載の高
   温耐摩耗性に優れた摺動部材。