JPS6291482A - 高温摺動部材およびその摺動方法 - Google Patents
高温摺動部材およびその摺動方法Info
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- JPS6291482A JPS6291482A JP23186685A JP23186685A JPS6291482A JP S6291482 A JPS6291482 A JP S6291482A JP 23186685 A JP23186685 A JP 23186685A JP 23186685 A JP23186685 A JP 23186685A JP S6291482 A JPS6291482 A JP S6291482A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- sliding member
- base material
- ceramic
- metal film
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- Mechanical Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (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。
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−にの利用分野〕
本発明は、シール材料やヘアリング材料等として用いら
れる高温摺!&11部+4に関し、す1に詳しく11:
。
れる高温摺!&11部+4に関し、す1に詳しく11:
。
耐熱性に優れたセラミックスの不束の特長を変えずに表
面を改質しl AI温1H動特↑41を向l−さ一ロた
j、!ラミソクス高温I¥i動部44に関するものであ
る。
面を改質しl AI温1H動特↑41を向l−さ一ロた
j、!ラミソクス高温I¥i動部44に関するものであ
る。
シール材事・1・やへ了リング(イ料等の高温雰囲気下
における摺動部+4として(31,従来より1.:lハ
ルト(Co)基、ニッケル(Ni)’1等およびそれら
の合金からなる耐熱金属材r1が用いられている。し7
かし、耐酸化性、高温強度等の耐熱性の観点から。
における摺動部+4として(31,従来より1.:lハ
ルト(Co)基、ニッケル(Ni)’1等およびそれら
の合金からなる耐熱金属材r1が用いられている。し7
かし、耐酸化性、高温強度等の耐熱性の観点から。
その使用温度は800℃程度までに限定されているのが
現状である。
現状である。
そこで、高温雰囲気下において金属より物理的性質、化
学的性質2機械的性質に優れたセラミックス材料の利用
が図られている。ところが、このセラミックス材料は3
耐摩耗性が小さく、それも温度の上胃に伴って17耗の
jX9人が著しいという欠点を有し、構造材としでは十
分な高温特1斗を有するこのセラミックス材料4)その
まま高温摺動部十Aとして使用することが難しい。
学的性質2機械的性質に優れたセラミックス材料の利用
が図られている。ところが、このセラミックス材料は3
耐摩耗性が小さく、それも温度の上胃に伴って17耗の
jX9人が著しいという欠点を有し、構造材としでは十
分な高温特1斗を有するこのセラミックス材料4)その
まま高温摺動部十Aとして使用することが難しい。
これ[;t、 ’tセラミックスらなる月利を摺動部材
として用いた場合、高71M雰囲気丁における摺動過程
において、セラミックス材料が摩耗して摩耗粉が生成さ
れ、この摩耗粉の研磨作用と表面!+1さの増大により
、摺動部材および相手材の摩耗が促進される。相手材が
セラミックス+A料よりなる場合には、この摩耗が著し
く1寸法変化が激しくなり。
として用いた場合、高71M雰囲気丁における摺動過程
において、セラミックス材料が摩耗して摩耗粉が生成さ
れ、この摩耗粉の研磨作用と表面!+1さの増大により
、摺動部材および相手材の摩耗が促進される。相手材が
セラミックス+A料よりなる場合には、この摩耗が著し
く1寸法変化が激しくなり。
実用に供することが難しい。
この問題を解決すべく、従来より種々の開発が行われ、
耐17耗件の向上した摺動部材がいくつか提案されてい
る。その一つに、セラミックスの原料に、固体潤滑剤で
ある窒化硼素(BN)を添加し、この原料を用いて表層
部を焼成しで得られた窒化珪素質)A料がある(特開昭
!59−137375号公報)。しかしながら2 この
セラミックス材料は1確かに耐摩耗性の向り二はある程
度見られるものの。
耐17耗件の向上した摺動部材がいくつか提案されてい
る。その一つに、セラミックスの原料に、固体潤滑剤で
ある窒化硼素(BN)を添加し、この原料を用いて表層
部を焼成しで得られた窒化珪素質)A料がある(特開昭
!59−137375号公報)。しかしながら2 この
セラミックス材料は1確かに耐摩耗性の向り二はある程
度見られるものの。
セラミックス材料本来有する高温特性、特に高温強度を
低下させるという問題があった。
低下させるという問題があった。
そこで2本発明者等は、−■−述の如き従来技術の問題
点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた
結果3本発明を成すに至ったものである。
点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた
結果3本発明を成すに至ったものである。
本発明の目的は、高温雰囲気下で耐摩耗(’lに優れた
摺動部材を提供するにある。
摺動部材を提供するにある。
本発明の高温摺動部+4は、炭化物セラミックスよりな
る基材に物理蒸着に。■、リニノケル(Ni)。
る基材に物理蒸着に。■、リニノケル(Ni)。
マンガン(Mn)、りl’l 1、(Cr)の一種また
+1その合金よりなる金属膜を形成してなることを特徴
とするものである。
+1その合金よりなる金属膜を形成してなることを特徴
とするものである。
以下に1本発明の構成をより詳細に説明する。
本発明における基材は、高温摺動部材としての基材をな
すもので炭化物を・トな原料として製造された炭化物質
セラミックス焼結体であり、炭化珪素(S i C)等
の炭化物セラミックスを用いる。
すもので炭化物を・トな原料として製造された炭化物質
セラミックス焼結体であり、炭化珪素(S i C)等
の炭化物セラミックスを用いる。
この、炭化物セラミックスは、耐熱性に優れ、高温雰囲
気下においても優れた物理的性質、化学的性質2機械的
性質を有する。
気下においても優れた物理的性質、化学的性質2機械的
性質を有する。
また、この炭化物セラミックスよりなる基材の表面に形
成した金属膜は、セラミックス基材に対して高温雰囲気
ドにおける耐摩耗性を付与する金属薄1模であり、ニッ
ケル(Nj)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の−
・種またはその合金よりなる金属膜である。
成した金属膜は、セラミックス基材に対して高温雰囲気
ドにおける耐摩耗性を付与する金属薄1模であり、ニッ
ケル(Nj)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の−
・種またはその合金よりなる金属膜である。
ここで、この金属膜の膜厚は、高温摺動部材の基材とし
ての炭化物セラミックス材料に耐摩耗性をイ」す、する
程度の厚さであり、かつこの炭化物セラミックスの表面
粗さを越えた膜厚であれば、特に限定するものではない
が、好ましくは、0.1〜5μrnである。これは、金
属膜の膜厚が、0.1μm未満の場合には、摺動時に摩
擦面に発生ずるセん断力による基材の破壊を防止するこ
とが難しく、また、5μmを越えた場合には、高温時に
金属の溶融或いは酸化による寸法変化が激しくなり。
ての炭化物セラミックス材料に耐摩耗性をイ」す、する
程度の厚さであり、かつこの炭化物セラミックスの表面
粗さを越えた膜厚であれば、特に限定するものではない
が、好ましくは、0.1〜5μrnである。これは、金
属膜の膜厚が、0.1μm未満の場合には、摺動時に摩
擦面に発生ずるセん断力による基材の破壊を防止するこ
とが難しく、また、5μmを越えた場合には、高温時に
金属の溶融或いは酸化による寸法変化が激しくなり。
摺動部材として作用しにくいからである。
本発明の高温摺動部材は、上述した炭化物セラミックス
基材の表面C乙ニッケル(Ni>、マンガン(Mn)、
クロム(Cr)の一種またはその合金よりなる金属膜を
形成してなる。
基材の表面C乙ニッケル(Ni>、マンガン(Mn)、
クロム(Cr)の一種またはその合金よりなる金属膜を
形成してなる。
ここで、金属膜の炭化物セラミックス基材表面−・の被
覆・形成は、物理蒸着法により行う。この物理蒸着(P
VD:Pysical Vapor Deposi
−tion)は、上述の如く高温摺動部材として有用な
金属膜をセラミックス基月表面へ被覆・形成し得るもの
であれば、その具体的方法について特定するものではな
く、真空蒸着法、スパッタリング法。
覆・形成は、物理蒸着法により行う。この物理蒸着(P
VD:Pysical Vapor Deposi
−tion)は、上述の如く高温摺動部材として有用な
金属膜をセラミックス基月表面へ被覆・形成し得るもの
であれば、その具体的方法について特定するものではな
く、真空蒸着法、スパッタリング法。
イオンブレーティング法等の何れの方法であってもよい
。
。
本発明の高温摺動部材の代表的な製造方法を簡単に述べ
ると、以下の様である。
ると、以下の様である。
先ず、高温摺動部材としての目的に応じた所望の性質を
有する炭化物セラミックスを、従来のセラミックスの製
造方法により得、基材とする。
有する炭化物セラミックスを、従来のセラミックスの製
造方法により得、基材とする。
次に、得られた炭化物セラミックス基ヰ4を、真空蒸着
装置、スパッタリング装置等に配設し、所望の金属を真
空蒸着法、スパッタリング法等の物pli 、4i着法
により炭化物セラミックス基材の表向に被覆し1本発明
にかかる高温摺動部材を得る。
装置、スパッタリング装置等に配設し、所望の金属を真
空蒸着法、スパッタリング法等の物pli 、4i着法
により炭化物セラミックス基材の表向に被覆し1本発明
にかかる高温摺動部材を得る。
〔発明の作用お3Lび効果〕
本発明の高温摺動部材イは、市温雰囲気下におい−ご耐
摩耗171に優れた摺動部材である。
摩耗171に優れた摺動部材である。
この様に2本発明の高温摺動部材がかかる効果を発揮す
るメカユズJ、については、未だ必ずしも明らかではな
いが2次の様に考えられる。
るメカユズJ、については、未だ必ずしも明らかではな
いが2次の様に考えられる。
即ち2本発明の高温摺動部材の基材としての炭化物セラ
ミックスは、耐熱性に優れ、温度の」−讐に伴う機械的
性質の低トが小さく、800℃以トのような高温雰囲気
下においても十分な強度を0し、また2熱膨張係数も小
さいので熱変形量が小さい。そして、この炭化物セラミ
ックス基材の表面に形成した金属膜は、基材より高温で
軟質な金属7Eたはその合金であり、ド地としてのセラ
ミックス基Hによく馴染む。また、この金属膜は、摺動
過程で容易には基材と反応−Uず2例え基材と反応した
としてもその反応生成物は脆弱なものではない。
ミックスは、耐熱性に優れ、温度の」−讐に伴う機械的
性質の低トが小さく、800℃以トのような高温雰囲気
下においても十分な強度を0し、また2熱膨張係数も小
さいので熱変形量が小さい。そして、この炭化物セラミ
ックス基材の表面に形成した金属膜は、基材より高温で
軟質な金属7Eたはその合金であり、ド地としてのセラ
ミックス基Hによく馴染む。また、この金属膜は、摺動
過程で容易には基材と反応−Uず2例え基材と反応した
としてもその反応生成物は脆弱なものではない。
このl高温摺動部材を高温雰囲気下で摺動部(Aとして
用いた場合2摺動により11擦面に作用する負荷をド地
のセラミックス基材で受け、摩擦に伴・う−ロん断力は
極く表面の軟質な金属薄膜で受は持たれる。これにより
、慴動面にむラミソクス摩耗粉等の摩耗促進物質がII
:成されず、基材及び相手14の耐摩耗性が合しく l
’+il 卜され、優れた1GI/2λ摺動悸、II性
を発揮しているものと思わ才する。
用いた場合2摺動により11擦面に作用する負荷をド地
のセラミックス基材で受け、摩擦に伴・う−ロん断力は
極く表面の軟質な金属薄膜で受は持たれる。これにより
、慴動面にむラミソクス摩耗粉等の摩耗促進物質がII
:成されず、基材及び相手14の耐摩耗性が合しく l
’+il 卜され、優れた1GI/2λ摺動悸、II性
を発揮しているものと思わ才する。
本発明の高/l!口す月りj部+イは、lfi+/AI
+摺動特1−1.摺動性1耐摩耗性に優れているので、
熱交換器のシノール材料、溶湯中で用いるヘアリング材
1’l 、ターボチャージャーのヘアリング+イネ1等
の高温雰囲気ドにお番)る摺動部材として広く利用する
ことかできる。
+摺動特1−1.摺動性1耐摩耗性に優れているので、
熱交換器のシノール材料、溶湯中で用いるヘアリング材
1’l 、ターボチャージャーのヘアリング+イネ1等
の高温雰囲気ドにお番)る摺動部材として広く利用する
ことかできる。
先ず、炭化物セラミックス基材として、炭化珪素質焼結
体(京セラ(株製:5C201)の2(i X 2fi
X 4mmの平板の中心に的径5mmの穴をあ番)1表
面ネ11さが0.1μmR2になるように研磨処理して
得たちのを用意し2だ。
体(京セラ(株製:5C201)の2(i X 2fi
X 4mmの平板の中心に的径5mmの穴をあ番)1表
面ネ11さが0.1μmR2になるように研磨処理して
得たちのを用意し2だ。
次に、このセラミックス基材を真空蒸着装置(日本電子
(II製、 J FE、F、−5B)に入れ、10’
−”パスカル(1)a)に減)丁し、セラミックス基材
を350〜400℃に加熱し、タングステン(W )綿
製バスゲットを用いて真空蒸着を行い、基材に第1表に
示ず金属を被覆した。これにより9本発明にかかる高温
摺動部材を得たく試料番号3〜7)。尚。
(II製、 J FE、F、−5B)に入れ、10’
−”パスカル(1)a)に減)丁し、セラミックス基材
を350〜400℃に加熱し、タングステン(W )綿
製バスゲットを用いて真空蒸着を行い、基材に第1表に
示ず金属を被覆した。これにより9本発明にかかる高温
摺動部材を得たく試料番号3〜7)。尚。
E!1番号1,2.8および9については、スパンタリ
ング装置を用い、導入ガスをアルゴン(Ar)ガス、真
空度を4Paとして1時間グロー放電を行ない、基材表
面にニソゲルを被覆した。
ング装置を用い、導入ガスをアルゴン(Ar)ガス、真
空度を4Paとして1時間グロー放電を行ない、基材表
面にニソゲルを被覆した。
(;すられた高温摺動部材の性能評価試験を、摩擦摩耗
試験により行った。
試験により行った。
先ず、得られた高温摺動部材を試料板Aとした。
次に、上述のセラミックス基材と同質の炭化珪素質焼結
体(京セラn製: SC20116X26X 4mm、
表面相さが0.2μmRz)の一方の面(摩擦面部)を
、直径25mm、 J¥み1mmのリングが突出した形
となるように力11工し、更に中央部に直径H1mmの
穴を空は試#1板[3とした。次Cに、スラストカラー
型の高温摩擦試験機の回転軸側の試験11台に試料板A
を、加圧軸側の試験片台に試料板13を数置し、第2表
に示ず試験架(’lにより摩擦摩耗試験を行った。得ら
れた結果を、第1表に示す。尚。
体(京セラn製: SC20116X26X 4mm、
表面相さが0.2μmRz)の一方の面(摩擦面部)を
、直径25mm、 J¥み1mmのリングが突出した形
となるように力11工し、更に中央部に直径H1mmの
穴を空は試#1板[3とした。次Cに、スラストカラー
型の高温摩擦試験機の回転軸側の試験11台に試料板A
を、加圧軸側の試験片台に試料板13を数置し、第2表
に示ず試験架(’lにより摩擦摩耗試験を行った。得ら
れた結果を、第1表に示す。尚。
摩耗けば、試料板への重は変化を測定する、−とにより
得た。その際、試料1)i Aが高温に加熱され2)と
、金属膜は酸化されて重油増加をもたらすので。
得た。その際、試料1)i Aが高温に加熱され2)と
、金属膜は酸化されて重油増加をもたらすので。
この影響を避けるために、ずベリ距離120mの試験後
の試料板の重量とずべ幻距11i1600mの試験後の
試料板の重量との差を摩耗用の指標とした。また、試料
番号2については、試料板への摩耗痕の断面プロフィー
ルを触針残相さ計により得た。その結果を、第1図に示
す。
の試料板の重量とずべ幻距11i1600mの試験後の
試料板の重量との差を摩耗用の指標とした。また、試料
番号2については、試料板への摩耗痕の断面プロフィー
ルを触針残相さ計により得た。その結果を、第1図に示
す。
比較のために、試料板Aとして金属+19のない炭化珪
素質焼結体(上述のセラミックス基材と同様のもの)を
用いたもの(試i;1番号CI、C2)。
素質焼結体(上述のセラミックス基材と同様のもの)を
用いたもの(試i;1番号CI、C2)。
及び、試*・]板Aの基材および試料板I3として3m
o1%Y2O3部分安定化ジルニI−ア(Z r r)
2: s’、:Uラ01製:Z20]、同マ1′法)を
用いた(試料番号03〜08)ほかは」−6述と同様の
構成により比較試験を同様に行った。得られた結果を、
第1表に併せて示す。また、試料番号C2については、
試料板への摩耗痕の断面プロフィールを触針人相さd)
により得た。その結果を2第2図に示す。
o1%Y2O3部分安定化ジルニI−ア(Z r r)
2: s’、:Uラ01製:Z20]、同マ1′法)を
用いた(試料番号03〜08)ほかは」−6述と同様の
構成により比較試験を同様に行った。得られた結果を、
第1表に併せて示す。また、試料番号C2については、
試料板への摩耗痕の断面プロフィールを触針人相さd)
により得た。その結果を2第2図に示す。
第1表
第−針考一章118友駐条17L
以上の結果より明らかの如く2本発明にかかる高温摺動
部材を用いた場合には、高温雰囲気下で耐摩耗性に優れ
ていることが分る。
部材を用いた場合には、高温雰囲気下で耐摩耗性に優れ
ていることが分る。
図は1本発明の実施例における摩擦摩耗試験後の試料板
Aの摩耗痕の断面プロフィールを示す線図で、第1図は
試料番号2の線図、第2図は試料番号C2の線図である
。 1.11 ・・・・・・試料板Aの最表面2.12 ・
・・・・・試料板Aの摩耗痕の表面第2図
Aの摩耗痕の断面プロフィールを示す線図で、第1図は
試料番号2の線図、第2図は試料番号C2の線図である
。 1.11 ・・・・・・試料板Aの最表面2.12 ・
・・・・・試料板Aの摩耗痕の表面第2図
Claims (3)
- (1)炭化物セラミックスよりなる基材に物理蒸着によ
りニッケル、マンガン、クロムの一種またはその合金よ
りなる金属膜を形成してなることを特徴とする高温摺動
部材。 - (2)金属膜の厚さは、0.1μm〜5μmであること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の高温摺動
部材。 - (3)炭化物セラミックスは、炭化珪素セラミックスで
あることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
高温摺動部材。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23186685A JPS6291482A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 高温摺動部材およびその摺動方法 |
US06/919,455 US4902576A (en) | 1985-10-17 | 1986-10-16 | High temperature sliding element and method for preventing high temperature sliding wear |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23186685A JPS6291482A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 高温摺動部材およびその摺動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6291482A true JPS6291482A (ja) | 1987-04-25 |
JPH053435B2 JPH053435B2 (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=16930244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23186685A Granted JPS6291482A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 高温摺動部材およびその摺動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6291482A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02300569A (ja) * | 1989-05-16 | 1990-12-12 | Eagle Ind Co Ltd | メカニカルシール |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58217481A (ja) * | 1982-06-09 | 1983-12-17 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆セラミツクスロ−アウエイチツプ |
JPS60145980A (ja) * | 1983-12-29 | 1985-08-01 | 株式会社東芝 | 金属被膜を有するセラミツクス焼結体およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-10-17 JP JP23186685A patent/JPS6291482A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58217481A (ja) * | 1982-06-09 | 1983-12-17 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆セラミツクスロ−アウエイチツプ |
JPS60145980A (ja) * | 1983-12-29 | 1985-08-01 | 株式会社東芝 | 金属被膜を有するセラミツクス焼結体およびその製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02300569A (ja) * | 1989-05-16 | 1990-12-12 | Eagle Ind Co Ltd | メカニカルシール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH053435B2 (ja) | 1993-01-14 |
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