JPS6060965A - 潤滑性焼結体 - Google Patents

潤滑性焼結体

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JPS6060965A
JPS6060965A JP58167091A JP16709183A JPS6060965A JP S6060965 A JPS6060965 A JP S6060965A JP 58167091 A JP58167091 A JP 58167091A JP 16709183 A JP16709183 A JP 16709183A JP S6060965 A JPS6060965 A JP S6060965A
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sintered body
lubricating
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lubricious
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幹夫 福原
松本 政秋
哲也 満田
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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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】 本発明は、自己潤滑性を有し、高硬度、高靭性、耐食性
、耐酸化性、耐摩耗性及び熱伝導性に伐れた低摩擦係数
の潤滑性焼結体に関する。
従来、自己潤滑性を有する潤滑性材料としてはCu、C
o、Ni、Fe、Sn、Aj、Mn等の金属にMO82
JS 2*黒鉛等の自己潤滑性の高い@質を添加してな
る金属基材料があり、この金属基利料は、電気伝導性、
熱伝導性に優れている反面低硬度で耐摩耗性が劣り、高
温における軟化が著しく耐食性が劣るために使用領域が
狭い範囲に限られるという問題がある。金属基材料を改
良するものとしてMo S 2t WS 2+黒鉛等の
自己潤滑性の高い物質とCu、Co、Ni、Fe、Sn
、Af、Mn等の金属に周期律表第4a 、 5a 、
 6a族遷移金属あるいはこれらの炭化物、窒化物を添
加してなるサーメット基材料は、金属基材料に比較して
1IiiJ摩耗性が向上したがまだまだ硬度及び靭性が
低く、しかも金属を含有しているために耐食性が劣り、
高温での軟化と塑性変形が生じることからやはり使用領
域が狭いという問題がある。
本発明の潤滑性焼結体は、上記のような従来の″問題点
を解決したもので自己潤滑性を有する材料としては特に
高硬度、高靭性で、実質的に金属を含有していないため
に耐食性、耐酸化性に優れ、しかも熱転心性も優れた低
摩擦係数を有する焼結体を提供するものである。即ち本
発明の潤滑性焼結体は、Ti、Zr、Hf、Th、V、
Nb、Taの炭化物、窒化物、酸化物の中の少なくとも
2孤の固溶体による硬質相20〜95体積%と残り黒鉛
、大方晶窒化硼素、酸化鉛、弗化カルシウム、弗化バリ
ウム、弗化リチウム、窒化硅素、Ti、Zr、Ta、W
Moの硫化物、セレン化物、テルル化物、酸化モリブデ
ン及びこれらの相互固溶体の中の少なくともlの分散相
と不可避的不純物とからなる焼結体である。
本発明の潤滑性焼結体は、Ti、Zr、Hf、Th。
V、Nb、Taの炭化物、窒化物、酸化物の中の少なく
とも2種もしくはそれらの相互固溶体を組合わせた出発
原料を焼結過程で反応焼結により固溶体にすることによ
って焼結し離い黒鉛、六方晶窒化硼素、酸化鉛、弗化カ
ルシウム、弗化バリウム、弗化リチウム、窒化硅素、T
 i 、 Zr 、 Ta 、W、M。
の硫化物、セレン化物、テルル化物、酸化モリブデン及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種の自己潤滑
性物質を分散相として焼結できることを見い出したもの
で、特に’I”i 、Zr 、Hf 、Tb。
T a 、N b r Vの炭化物、窒化物、酸化物の
内、金相学的に全率固溶もしくは溶解度ギャップが存在
する2種以上を組合わせることによってヌピノーダル分
解又はパイノーダル分解を発生させると一層容易に緻密
な焼結体になることを見い出したものである。
本発明の焼結体は、Ti、Zr、Hf、T”h、V、N
b。
Taの炭化物、窒化物、酸化物の中の少なくとも2種か
らなる固溶体の硬質相が焼結体の緻密化と高硬度、高靭
性に寄与し、この硬質相の結晶粒界に黒鉛、大方晶窒化
硼素、酸化鉛、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化リ
チウム、窒化硅素、Ti、Zr。
Ta、W、Moの硫化物、セレン化物、テルル化物、酸
化モリブデン及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
1独の自己潤滑性の有る分散相を分散させてなる焼結体
であって、この焼結体の主として強度を高める役割をし
ている硬質相と主として摩擦係数を低下させる役割をし
ている分散相とからなる焼結体は、実質的に金属を含有
していないために耐食性、耐酸化性に優れると共に高温
において塑性変形も生じ短い焼結体になる。このように
硬質相と硬質相の結晶粒界に分散した自己潤滑性の有る
分散相とからなる本発明の焼結体は、実際に摺動材又は
潤滑材として実用すると焼結体中の分散相が;1孤手材
の面に潤滑性の移着被膜を作り出して摩擦係数を低下す
るのと硬質相の有する高硬度とによって耐摩耗性が著し
く優れたものになり、仮りに負荷が加わる用途であって
も硬質相の高硬度、高靭性によって負荷を支えることが
でき、又実質的に金属を含有していないので耐食性、耐
酸化性が優れているために使用温度及び雰囲気に対して
も広範囲に耐える焼結体である。このように広範囲の用
途に適した本発明の焼結体は、工業化するための価格と
焼結体の硬度、靭性及び軽量化等の特性から硬質相が炭
化チタン5〜95体積%と残りTiの窒化物、酸化物並
びにZr 、 I−If 、 T11゜V、Nb、Ta
の炭化物、窒化物、酸化物の中の少なくとも1皿からな
ることが望ましく、硬質相の結晶粒界に分散する分散相
が熱伝尋tI=、耐熱朽早性、耐酸化性、耐食性に優れ
、しかも大気中で約500℃程度でも潤滑性を失わずに
低摩擦係数を保持する黒鉛および/または大方晶窒化硼
素を含有していることが望ましい。この本発明の焼結体
は、焼結体の諸費性全体から判断すると分散相としては
黒鉛および/または大方晶窒化硼素を含有していること
が望ましいが真空中で本発明の焼結体を使用するときは
硬質相と分散相の相互結合分度を高めて高靭性化となり
、しかも摩擦係数を低下させる効果の高いTi、Zr、
Ta、W、Moの硫化物、セレン化物、テルル化物、酸
化モリブデン及びこれらの相互固溶体化合物の中の少な
くともL種を含有した分散相が好ましく、又焼結体の熱
安定性、特に大気中での熱安定性が必要なときには窒化
硅素を含有した分散相がよく次いで酸化鉛、弗化〃ルシ
ウム、弗化バリウム、弗化リチウムを一含有している分
散相が好ましい。
本発明の潤滑性焼結体は、出発原料としてTi。
Zr、Hf、Th、V、Nb、Taの炭化物、窒化物、
酸化物の中の単一化合物を2種以上組合わせたり、又は
これらの41互固溶体、更には相互固溶体と単一化合物
を組合わせてもよく、これに黒鉛、六方晶窒化硼素、酸
化鉛、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化リチウム、
窒化硅素、Ti 、 Zr 、 Ta 、W。
Moの硫化物、ゼレン化物、テルル化物、酸化モリブデ
ン及びこれらの相互固溶体の中の1種以上とからなる混
合粉末を粉末冶金における通常の方法により所定の形状
に成形し、これを真空又はl’tJ2゜l−I2 、 
Ar 、 Co等の非酸化性雰囲気中で無加圧焼結又は
加圧焼結(加圧Ln結の場合は大気中でも可)によって
1500℃〜1800℃に昇温して焼結することができ
るし、又、このようにして焼結した後熱間静水圧加圧(
HIP)によって処理することにより焼結体の強度を高
めることもできる。このような本発明の焼結体の製造方
法の内、特に焼結を促進させて緻密な焼結体にするため
には出発原料としてTi、Zr、Hf、Th、V、Nb
、Taの炭化物、窒化物、酸化物の内で金相学的に全率
固溶もしくは溶解度ギャップが存在する2種以上を単一
化合物の組合わせ又は単一化合物を含む組合わせにして
統語過程でスピノーダル分解又はパイノーダル分解を発
生させながら固溶体化反応を行い、このスピノーダル分
解又はパイノーダル分解により固溶体化反応が生じると
きに黒鉛、大方品窒化硼素、酸化鉛、弗化カルシウム、
弗化バリウム、弗化リチウム、窒化硅素、Ti、Zr、
Ta、W、Mo の硫化物、セレン化物、テルル化物、
酸化モリブデン及びこれらの相互固溶体の中の少なくと
も1種の自己潤滑性物質との相互反応を少し進行させな
がら焼結後にはスピノーダル分解又はパイノーダル分解
による固溶体化反応によって生じた硬質相とこの硬質相
の結晶粒界に分散した自己潤滑性物質による分散相との
焼結体にするのが好ましい。この出発原料として使用す
るTi、Zr、Hf、Th、V、Nb。
Taの炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの相互固溶体
は、金属元素と非金属元素のモル比が同一である定比化
合物であっても侵入型元素である炭素、窒素、酸素の非
金属元素が欠乏又は過剰に固溶した不定比化合物であっ
ても本発明の潤滑性焼結体が得られる。
本発明の潤滑性焼結体の製造工程の内、出発原料の混合
粉砕は、ステンレス製容器、超硬合金を内張すした容器
又はウレタンゴムを内張すした容器を使用してステンレ
ス製ボーノペ超硬合金製ボール又は表面被覆したボール
と共に混合粉砕1−る。
粉砕効果を高めて出発原料を微細化するには、ステンレ
ス製容器又は超硬合金を内張すした容器を使用して超硬
合金製ボールと共に混合粉砕するのがよく、又アセトン
、ヘキサン、ベンゼン、アルコール等の有機溶媒を加え
て湿式混合粉砕するのがよい。耐食性及び高温での耐摩
耗性を利用する用途向は等で主として金属からなる不純
物を考慮する必要があるときはウレタンゴムで内張すし
た容器を使用して表面被覆したボールと共に混合するの
がよい。不純物は、混合粉砕工程から混入する比率が高
く、混合粉砕工程で使用する超硬合金の内、超硬合金の
主成分である周期律表の4a。
5a、6a族金属化合物が不純物として混入するのは割
合問題がないのに対して超硬合金の結合相である鉄族金
属の混入は2体積%以下出来れば1体積%以下にするの
が望ましい。
本発明の潤滑性焼結体の製造工程の内、混合粉末の成形
は、混合粉砕した粉末を黒鉛モー・ルド昏こ充填して非
酸化性雰囲気中でホットプレスする方法、又は混合粉砕
した粉末にパラフィン、カンファ等の成形助剤を添加し
て必要ならば顆粒状にした後金型モールドに充填して加
圧成形したり、もしくはラテックスゴム等で混合粉末を
包囲した俵静水圧加圧で外圧を加えて成形する。このよ
うにして成形した粉末圧粉体を直接焼結したり、又は粉
末圧粉体を焼結温度よりも低い温度で予備焼結した後切
断、研削、切削等の加工を施してから焼結することがで
きる。
ここで本発明の潤滑性焼結体の数値限定した理由につい
て述べる。
硬質相が20体積%未溝になると相対的に分散相が多く
なり過ぎて緻密な焼結体になり難く、たとえ強度の高い
拐料に埋めて一面のみ潤滑性作用を利用したとしても硬
質相としての効果が発揮されなく、逆に硬質相が95体
積%を超えて多くなると相対的に分散相が少なくなって
潤滑性効果が弱く摩擦係数も高くなるために硬質相は2
0〜95体積%残り分散相と定めた。硬質相の高硬度、
高靭性の効果と分散相の潤滑性から生じる低摩擦係数の
効果を両立させて耐摩耗性を特に高める最適組成は、硬
質相が50〜80体積%残り分散相であることが好まし
い。
以下に実施例に従って本発明の潤滑性焼結体を具体的に
説明する。
実施例1 平均粒径0.2〜3μmの各皿化合物粉末を所定の割合
に配合し、この配合粉末に3〜5%のパラフィンを成形
助剤として添加しアセトン溶媒中、WC基超硬合金裂ボ
ールを用いて混合粉砕した。
得られた混合粉末から溶媒を蒸発乾燥後、この混合粉末
を1t/cIt〜5 t/cItの加圧で成形したり、
又は100〜300ガあ加圧でホットプl/ス(H’、
P)して、lo−3〜10−2mmH5’の真空中もし
くはAr雰囲気中で1500〜1800℃の温度、30
〜60分保持により焼結した。第1表に本発明の潤fi
t 1’l焼結体の配合組成と比較用として本発明の潤
滑性焼結体から外れた配合組成及びそれぞれの焼結条件
を示し、第2表に第1表で示した各試斜の焼結後7)諸
性性値を示した。
以下余白 実施例2 実施例1の内、本発明の潤滑性焼結体である試料番号1
,2,4,9.10の試料について、摩擦摩耗同時試験
機による室温から1000℃迄の大気中にふける摺動試
験を行った。試験方法は、外径26iiψ内径20髭ψ
高さ151mの円筒と34r、mψX10mmの円板を
各試料番号のもので作り、同一試料番号の円筒と円板を
面接触させて荷重200に4j、すべり速度200cr
x/sec の条件で摩擦摩耗を行い、1時間後におけ
る摩擦係数を測定し、その結果を第3表に示した。
第3表 実施例3 実施例1の内、本発明の潤滑性焼結体である試料番号1
,3,5.8及び比較用の試料番号15゜16によって
実施例2に示した円筒をそれぞれ作製し、実施例2に示
した円板をエンジンのシャフト材種である窒化m (H
Rc 55 )で作製して、この各試料の円筒と窒化例
の円板を用いて荷重30kgその他の条件は、実施例2
と同一にして試験を行い、各試料の摩擦係数及び摩耗率
を測定した。その結果を第4表に示した。
試験の結果、比較品試料番号I5は摩擦係数及び摩耗率
共に本発明の潤滑性焼結体よりも高く、比較品試料番号
16は強度が低いために荷重を加えるとクラックが入り
、特に600℃、 1000℃のどきは摩擦係数及び摩
耗率の測定が不可能になった。
以下余白 実施例4 実施例1の内、本発明の潤滑性焼結体である試料番号1
,3,6.13の各試料によって実施例2に示した円筒
をそれぞれ作製し、実施例2に示した円板をSUS 3
04 で作製して、この各試料の同筒とSUS 304
 の円板を用いて荷重10kfl、エステル系合成油を
潤滑油としてその他の条件は実施例2と同一にして試験
を行い、各試料の摩擦係数を測定した。その結果を第5
表に示した。
以下余白 以上の実施例の結果から本発明の潤滑性焼結体は、従来
の潤滑性材料に比較して高硬度で抗折力から判断した靭
性も4〜8倍高く、熱伝導性、耐食性、耐酸化性に優れ
、又、硬質相が金属的性質を有しているため電気伝導性
も優れ、又E硬質相−−+−C1−−一 −気供専壮を
優4L1しかも大気中高温下における摩擦係数及び摩耗
率の低いこと並びに潤滑油が存在して300℃と温度が
高い場合にも充分に低い摩擦係数を保持することが確認
できた。このことから本発明の潤滑性焼結体は、ターボ
チャージャー用のジャーナル軸受、スラスト軸受等のオ
イルレス軸受用部材及びシールリングから溜滑油、有機
溶媒、薬品等の腐食性液体と接触しつつ高温で作動する
ポンプ等の摩擦用部分にと広範囲の用途に使用可能な産
業上例れた潤滑性材料である。
特許出願人 東芝タンガロイ株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ti、Zr、Hf、Th、V、Nb、Taの炭化
    物、窒化物、酸化物の中の少なくとも2iの固溶体によ
    る硬質相20〜95体積%と残り黒鉛、六方晶窒化硼素
    、酸化鉛、弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化リチウ
    ム、窒化硅素、Ti 、 Zr 、Ta 、W、M。 の硫化物、セレン化物、テルル化物、酸化モリブデン及
    びこれらの相互固溶体の中の少なくとも!雅の分散相と
    不可避的不純物とからなることを特徴とする潤滑性焼結
    体。
  2. (2)上記硬質相が炭化チク25〜95体積%と残りが
    Tiの窒化物、酸化物並びにZr 、Hf 、Th 。 V、Nb、Taの炭化物、窒化物、酸化物の中の少なく
    とも1利からなることを特徴とする特許請求のΩ間第1
    項記俄の潤滑性焼結体。
  3. (3)上記分散相が黒鉛および/または六方晶窒化硼素
    を含有していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    及び第2項記載の潤滑性焼結体。
JP58167091A 1983-09-09 1983-09-09 潤滑性焼結体 Granted JPS6060965A (ja)

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