JPS6188701A - 銅系焼結集電摺動材料 - Google Patents

銅系焼結集電摺動材料

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JPS6188701A
JPS6188701A JP20930485A JP20930485A JPS6188701A JP S6188701 A JPS6188701 A JP S6188701A JP 20930485 A JP20930485 A JP 20930485A JP 20930485 A JP20930485 A JP 20930485A JP S6188701 A JPS6188701 A JP S6188701A
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JPH033441B2 (ja
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Toshio Teraoka
利雄 寺岡
Kunio Fukuhara
福原 邦夫
Masahide Mitani
三谷 誠秀
Mototsugu Ohata
大畑 元嗣
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JAPANESE NATIONAL RAILWAYS<JNR>
NIPPON FUNMATSU GOKIN KK
Japan National Railways
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JAPANESE NATIONAL RAILWAYS<JNR>
NIPPON FUNMATSU GOKIN KK
Japan National Railways
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/04Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using rollers or sliding shoes in contact with trolley wire
    • B60L5/08Structure of the sliding shoes or their carrying means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

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 本発明は銅系焼結集電摺動材料に関する。
従来の技術及びその問題点 集電摺動材料に要求される性質として、例えば相手材で
おるトロリー線に対して攻撃性の少ないこと、充分な耐
摩耗性を有すること、機械的な強−度を具面し、電気抵
抗の小さいことか挙げられる。
特にトロリー線の保守、野面などを考えると、攻撃性の
少ないことか最も重要な性質となる。攻撃性を少なくす
るには材料の硬さを下げ、潤滑性に冨むことか絶対的に
必要な条件となる。祠A、4が軟。
質であるいうことと潤滑性に富むこととは傾向として一
致するので好都合である。すなわち測滑剤を添加した場
合、材料が軟質でおればおるほど潤滑剤が突出しやすく
、従って相手材と潤滑材の接触する機会が増加するから
である。従来の集電活動用焼結合金はFeあるいはCu
を主成分とする基地中に耐摩性を向上するために各種の
金属を添加したものでおる。しかしながらこれらの焼結
合金はいずれも金属の基地中への拡散が著しく、材質の
硬化を伴って必然的に潤滑性も減少し、結果的にトロリ
ー線に対する攻撃性か大となる。また電気抵抗は金属の
添加とともに増加するので、これらの(Δ斜では潤滑剤
として用いる元素の添1)0吊もかなり少母に制限され
、剪滑性の低下かさらに助長される結果となる。さらに
電気抵抗率の増加とあいまって、これらの元素は機械強
度のうち、特に衝撃値を極端に低下させる。趙滑剤とし
て用いる元素も同様に作用するので、n、載持性の面か
らも添加量に制限を受ける。すなわち、主として耐摩耗
性を向上させる目的で添7JOする金属は、1・口り一
線に対する攻撃性、電気抵抗率、衝撃値などほとんどの
因子に悪影響を及ぼし、このことが従来焼結集電摺動材
料において耐摩耗性と潤滑性の双方を兼備することは矛
盾するとされてきた原因である。
問題点を解決するための手段 本発明はかかる問題点を改良するためにCuを主成分と
する基地をできるだけ軟かくしてトロリー線に対する攻
撃性を小さくし、かつ、耐摩耗性に優れた集電摺動用材
料を提供することを目的とするものである。すなわち本
発明は機械特性と電気特性を所定の値に保持する程度の
、最低限度の金属を添加するのみで、主として耐摩耗性
の向上は予め窒化処理したチタンあるいはフェロチタン
により得ることが特徴とする銅系焼結集電摺動材料に係
る。
本発明においてチタンあるいはフェロチタンは予め窒化
処理して添加する。チタンあるいはフェロチタンは容易
に窒化されるが、これらの窒化物は安定であり、いった
ん窒化されると、なかなか内部にまで窒化は進行しない
ので窒化された粉末粒子は表面から厚さ約2μ以下の非
常に硬い窒化層と内部が軟かい純チタンあるいは純フェ
ロチタンから形成される。これらの窒化物を耐摩剤とし
て添加した本発明品の摺動状況のモデルを第1図に示す
。図に示す通り、実際に耐摩剤として作用する部分は斜
線を施した窒化層と相手材の接触界面である。したがっ
て摺動面におけるチタンおよびフェロチタンの窒化層の
占める面積の割合は(へめで微々たるものでおりざらに
摺動時にこれらの窒化層が摩耗粉となって欠損し摺動面
を移動するときも窒化層がせいぜい約2μと非常に薄い
ため相手材への攻撃性は少ない。本発明品の耐摩耗につ
いては後に実施例で示すが十分な耐摩耗特性を発揮する
。上記した通り耐摩耗特性を向上させるのはチタンある
いはフェロチタンの窒化物というよりも、厳密にいえば
チタンあるいはフェロチタンの窒化層ということができ
る。そしてこれらの窒化層が摺動面に露出する面積が極
く微小であるにもかかわらず、耐摩耗特性に顕著な効果
を発揮するのは第1に窒化層が非常に硬いことと、第2
にこれらの窒化層がミクロ的にみて摺動面から内部へ連
続していることに起因している。
第2の原因についてさらに詳細に説明する。窒化層はチ
タンあるいはフェロチタンの粉末粒子の極く表面にほぼ
一様の厚みでちょうど卵の殻のような形で存在している
。本発明品がiM動状態にあるとさ、この窒化層が摩耗
するためにはいわゆる上記の卵の殻を破壊するに足りる
剪断応力が必要となるが、この窒化層は内部の純チタン
あるいは純フェロチタンとは当然のことながらしっかり
と結合しており、破壊して摺動面外へ持ち去ることはむ
ずかしい。また相手材の摺動面が荒れた面でおるとき、
窒化層が徐々に破壊されていく摩耗でなく、耐摩粒子全
体がマトリックスから離脱する、いわゆるパ欠は落ち現
象パが生じる危倶があるが、これは耐摩粒子としてフェ
ロチタンの窒化物を用いることによって解決される。フ
ェロチタンを窒化処理すると窒化されやすいT1が優先
窒化し、Feは窒化されていないので、これをCuを主
成分とする基地中に添加するとフェロチタン中のFeの
みがマトリックスに拡散し、結合か強固どなるからであ
る。チタンの窒化物はほとんどマ[−リツクス中に拡散
せず、フェロチタンについても上記の通りなので、マト
リックス自体は金属固溶による硬化はほとんどみられな
い。このように薄い  ゛□窒化層を主として耐摩剤を
として用い、マトリックスが軟かいことによって相手材
を攻撃しないことが本発明品の大きな特徴である。チタ
ニア、シリカなどの酸化物もチタンの窒化層と同様、硬
い物質としてλOられているが、これらを耐摩粒子とし
て用いた場合、粒子仝休が硬いので破壊して摩耗する現
象よりはむしろパ欠は落ち現象″による摩耗の方が起こ
り易く、いずれの場合もその摩耗粉は硬く粗いので相手
材を攻撃し、またマトリックスとの結合がはかれないの
で耐摩剤としての効果は期待できない。
本発明における上記チタンもしくはフェロチタンの窒化
物としては例えば約100〜200メツシユの粒子を用
いるのが好ましい。また実際に耐摩剤として作用する部
分は粒子のごく表面に限られるから粒度を調整すること
により任意の耐摩耗特性が得られる。チタンもしくはフ
ェロチタンの母は約0.5〜10重辺%が好ましい。こ
の範囲では十分な耐摩性、潤滑性、機械的強度が得られ
る。
本発明の焼結集電摺動材料は上記のチタンもしくはフェ
ロチタンの窒化物を含むことを特徴とするもので、その
他の構成は通常の銅系焼結集電18動材料と同じで良い
。従って通常の基地成分としてCu或いはCuを主成分
とする合金、例えば青銅、黄銅等の公知の基地成分を用
いることができる。また本発明では機械特性と電気特性
を所定の値に保持する程度の最低限度の量で、通常焼結
集電摺動材料に添加される金属等を添加することができ
る。これらの金属の例としては例えばNi。
MO,Cu、Fe、Cr、 pのような金属及びこれら
金属の合金、代表例としてはFeBvlo。
FeCr、QuCr等のものを例示でき、これらは少な
くとも1種以上添加でき通常的0.3〜15wt%の範
囲で用いられるが、本発明ではこれら金属の吊を従来の
ものに比して少なくすることが可能で通常的0.3〜1
0wt%の範囲で用いるのが特に好ましい。
本発明では上記以外に必要に応じてWS2゜MO82、
C(黒鉛)、ボロンナイトライド等の潤滑剤、Mo、C
r、’ FeMo、FeCrWの耐摩剤などを添加する
こともできる。
本発明の焼結集電1m動材料は上記基地成分、金属成分
及び必要に応じその他の添加剤を配合したものに、チタ
ンもしくはフェロチタンを予め窒化処理して添加、成形
して焼結することにより1がられる。窒化処理を行うに
は上記したように窒素ガス、窒素と水素の混合ガス、ア
ンモニアガス、アンモニア分解ガスなどの窒素またはア
ンモニアを含む雰囲気中、とりわけ中性または還元性雰
囲気中で約600〜1300℃で加熱するのが良い。
成形は約2.5〜7.5 t On/crn2、焼結は
通常的750〜900 ’Cで行うのが好ましい。該焼
結は窒素、アンモニアガス、アルゴン、水素、ヘリウム
等のカスを含む雰囲気或いは真空下の雰囲気等で行なえ
ばよい。
以上のようにして得られる本発明の焼結集電摺動材料に
おいては、マトリックスの硬さは純銅焼結体以上の任意
の値のものを得ることができるが、機械強度、潤滑性、
相手材(例えばトロリー線)への攻撃性等の諸要件を考
慮すると、通常ブリネル硬さで約50〜95、待には約
60〜80のものが好ましい。これらの硬さの範囲にお
いては添加した潤滑剤が十分その効果を発揮する。
及−匪一り一%−1 本発明集電1習動材料は、耐摩耗性に優れ、かつトロリ
ー線に対する攻撃性が小さいという優れた性質を具備す
るものである。
実  施  例 以下実施例を挙げて本発明を説明する。
実施例1〜2及び比較例1 表1にCuを主成分とする試料の組成を示す。
尚、表中の数値は重量%を示す。試料は表に示す組成に
各成分を混合し、4 t On /”cm2で成形し、
焼結)B度860’Cとしてアンモニア分解カス中で9
0分間焼結して作成した。ただし表中の窒化物(FeT
 i−N>は予めFe1iをアンモニア中で1000℃
、1時間保持して窒化物が生成したものを使用した。
得られた焼結体の物理特性を表2に、また耐摩試験結果
を表3に示す。
表   1 表   2 表   3 摩耗試験は1qられたすり板材から寸法形状110X2
5X90を切り出し、集電摺動摩耗の試験片とした。試
験条件は押付力5に3/cm2、通電電流はAc (2
1V)100A、活動速度は5o及び1100K/hを
設定した。相手側トロリー線は硬銅線を用い、直径38
5#11に巻き付は接触摺面を6mm巾に仕上げた架線
描造とした。この場合、すり板の保心率を10mに設け
、電車に於けるパンタグラフの使用条件に相似とした。
試験項目のうち、摩擦係数はトルク変動から棹出し、す
り板の摩耗量は各試験ごとに取外し残有重量とマイクロ
メーターによる〜残有寸法を測定した。
試料面状態、トロリー面状態の評価は次の通りである。
◎ 極めて良好   O良好 △ やや不良    X 不良 以上の表1〜3より明らかな通り、銅基地中にチタン又
はフェロチタンの窒化物を添加することにより集電開動
材料として使用した場合にトロリー線を損傷させずに耐
摩性を向上させることか明らかとなりその効果は大であ
る。
実施例3及び比較例2 表4に示す組成(表中の数値は徂m’36を表ねり)で
各成分を混合し、4tb 雰囲気中で880’Cで2時間焼結させて銅系焼結体を
得た。尚表中のFeTr−Nは、予めFeT iをアン
モニア中で1000’C11時間保持して、窒化物か生
成したものを使用した。
得られた焼結体の物理特性及び耐摩耗試験結果を表5に
示す。試験方法は、摩耗試験において摺動速度1100
K/hで通電電流AC20OAとしたこと以外は、実施
例1〜2及び比較例1と同様とした。
表   5 表5から明らかな通り窒化処理をしてないFeTiを使
用すると衝撃強さや耐摩耗性に劣るものとなることが判
かる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の焼結集電摺動材料の1占動状況のモデ
ルで必り、1・・・・・・相手材、2・・・・・・摺動
面、3・・・・・・窒化層、4・・・・・・純チタンも
しくはフェロチタン、5・・・・・・マトリックスを示
す。 (以 上)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)予め窒化処理を施したチタン又はフェロチタンを
    約0.5〜10重量%含有することを特徴とする銅系焼
    結集電摺動材料。
JP20930485A 1985-09-20 1985-09-20 銅系焼結集電摺動材料 Granted JPS6188701A (ja)

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JPS6188701A true JPS6188701A (ja) 1986-05-07
JPH033441B2 JPH033441B2 (ja) 1991-01-18

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001020049A1 (de) * 1999-09-16 2001-03-22 Maschinenfabrik Köppern Gmbh & Co. Kg Verfahren zur pulvermetallurgischen in-situ herstellung eines verschleissbeständigen verbundwerkstoffes
CZ310039B6 (cs) * 2007-09-27 2024-06-05 CSc. Veselka František doc. Ing. Sběrač pro zajištění napájení vozidel s elektrickým pohonem z trolejového vedení nebo přípojnice

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001020049A1 (de) * 1999-09-16 2001-03-22 Maschinenfabrik Köppern Gmbh & Co. Kg Verfahren zur pulvermetallurgischen in-situ herstellung eines verschleissbeständigen verbundwerkstoffes
US6652616B1 (en) 1999-09-16 2003-11-25 Maschienfabrik Koppern Gmbh & Co. Kg Powder metallurgical method for in-situ production of a wear-resistant composite material
CZ310039B6 (cs) * 2007-09-27 2024-06-05 CSc. Veselka František doc. Ing. Sběrač pro zajištění napájení vozidel s elektrickým pohonem z trolejového vedení nebo přípojnice

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