JPS6333563B2 - - Google Patents
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- JPS6333563B2 JPS6333563B2 JP61178099A JP17809986A JPS6333563B2 JP S6333563 B2 JPS6333563 B2 JP S6333563B2 JP 61178099 A JP61178099 A JP 61178099A JP 17809986 A JP17809986 A JP 17809986A JP S6333563 B2 JPS6333563 B2 JP S6333563B2
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- ceramic
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- slurry
- friction
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Landscapes
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Description
本発明は液体中にて用いられ特に摺動面に摺動
面の減摩剤を用いることができない摺動部材、就
中、海水中にて用いられるポンプの摺動部材に関
する。 清水、油等を取扱うポンプではカーボン、銅系
焼結材料などが使われているが、スラリーの混入
した場合摩耗が大きく使用出来ない。また、海水
などの腐食性液を取扱うポンプでは焼付きのない
様に摺動部の隙間を大きくしてステンレス鋼、
BC材を使つているのが実状である（これによつ
て、漏れ量が多くなり、ポンプ効率が下がる欠点
を有する）。 このほか最近、海底のマンガン団塊の採取が注
目されているが、この場合スラリーが混入した腐
食性海水を取扱うことからケーシングリング、イ
ンペラリングの摺動部のほかに軸シール部の材料
組合わせが最大の問題となつている。 スラリーはSiO2からなり最大粒径が0.4mm位で
あり、軸受隙間を直径で0.6mmとすると殆んどの
スラリーは軸受隙間に入つてしまう。この軸シー
ル部は出来る限り摺動部のクリアランスを少なく
し、また、この部分で荷重もささえられる軸受と
しての働きが必要である。このようなシール部に
適する耐食、耐摩耗、耐焼付性の有する材料組合
わせは現在のところ全くないのが実状である。 本発明は海水環境下にある摺動部材例えばポン
プ内ライナリング、軸封部材に適する摺動装置を
提供することを目的とする。 本発明は二つの摺動部材の一方にMo，Cr，Ni
を主たる成分とし、竪い相にSiを含有するNi基
合金を用い、他方にSiC又はSi3N4のセラミツク
材を用いたものである。 海水中に用いられる摺動部材に適する材料とし
ては摩擦係数の小さいこと、耐摩耗性が良好なこ
と、たとえスラリーが混入しても焼付がないこ
と、また電位差腐食、隙間腐食に耐えることなど
がある。発明者らは第１図に示す試験装置を用
い、従来の組合わせ摺動材と比較した。 第１図は摺動試験装置の縦断面図である。図に
おいて油圧モータ１によりトルクメータ２を介し
て軸３が回され、軸３端にはスリーブ状の試験片
５が嵌入固定され、試験片５に摺動するように嵌
入するリング状試験片６が軸受ハウス７に嵌入し
ており、図示矢印１０方向より加わるラジアル荷
重はロードセル８を介してロツド９端を通じて軸
受ハウス７の保持部材１１に伝えられる。軸受ハ
ウス７には図示矢印１２より液体の送入されるホ
ース１３が配されている。１４は軸３の回転数を
知る回転計である。 リング状試験片６を支持する側の軸受ハウス
７、ロードセル８、ロツド９、軸受ハウス保持部
材１１、ホース１３等は試験槽１５に支持され、
試験槽１５は上下送り装置１６の上下動可能なロ
ツド１７により支持されている。従つてリング状
試験片６は上下動し、スリーブ状試験片５が回転
し、それらの軸受隙間に液体を送り込める如くな
つている。 この試験機及び後述する試験により海水中ばか
りでなくマンガンスラリーの存する海水にも適す
る摺動部材を発明したものである。 本発明は互に摺動する摺動部材の一方はセラミ
ツクSiC，Si3N4のセラミツクを用い、このセラ
ミツクの摺動部材に摺擦する摺動部材は (a) 少なくとも45重量％のニツケルと、 (b) 20〜42重量％のモリブデンと、 (c) ８〜22重量％のクロムと、そして (d) (1) 合金のミクロ構造が主にレイブス
（Laves）相である10容量％以上の竪い相と
90容量％以下の比較的柔らかいマトリツクス
相とからなり、かつ (2) 合金のミクロ構造が少なくとも10容量％の
レイブス相からなるように十分な量で12重量
％を超えないケイ素とからなるレイブス相を
備えるニツケル基合金（特公昭56−41688号
以下単にレイブス相合金と称する） である。 第１図の回転摩擦試験機により試験を行うと
Mo，Cr，Siからなるレイブス相が存在するNi基
又はCo基材はNaClが混入すると著しく摩擦係数
が低下することを見い出した。例えば相手材がス
テンレスの場合、摩擦係数は0.42から0.13に低下
する。しかし、スラリーが混入するとこの種の材
料の組合わせでも高荷重で焼付き傾向が現出す
る。このスラリー混入の海水中ではレイブス相合
金の相手材料をセラミツクにすると焼付き現象は
全くなくなり、良好な耐摩擦、摩耗特性を示すこ
とがわかつた。例えばレイブス相合金の相手材に
常圧焼結したSi3N4材を使用した場合、0.5％SiO2
スラリー濃度海水で摩擦係数は0.025という低い
値であつた。 第２図に従来から用いられている摺動部材の結
果と比較して示した。第２図において横軸に試験
時間を示し試験時間が35分経過した処で清水を供
給していたものを３％のNaCl水に変えたもので
ある。 第２図に示すように材種の組合せにより清水中
よりも海水中では摩擦係数を極端に下げ得ること
が示される。第２図ではマンガンスラリーが混入
されていないから、この効果は摺動部材材種の組
合せと海水もしくは海水中の成分の何れかに起因
するものと考えられる。これらの効果は発明者ら
が初めて明らかにしたものである。 次にスラリー混入海水についてみると第一表の
如くである。
面の減摩剤を用いることができない摺動部材、就
中、海水中にて用いられるポンプの摺動部材に関
する。 清水、油等を取扱うポンプではカーボン、銅系
焼結材料などが使われているが、スラリーの混入
した場合摩耗が大きく使用出来ない。また、海水
などの腐食性液を取扱うポンプでは焼付きのない
様に摺動部の隙間を大きくしてステンレス鋼、
BC材を使つているのが実状である（これによつ
て、漏れ量が多くなり、ポンプ効率が下がる欠点
を有する）。 このほか最近、海底のマンガン団塊の採取が注
目されているが、この場合スラリーが混入した腐
食性海水を取扱うことからケーシングリング、イ
ンペラリングの摺動部のほかに軸シール部の材料
組合わせが最大の問題となつている。 スラリーはSiO2からなり最大粒径が0.4mm位で
あり、軸受隙間を直径で0.6mmとすると殆んどの
スラリーは軸受隙間に入つてしまう。この軸シー
ル部は出来る限り摺動部のクリアランスを少なく
し、また、この部分で荷重もささえられる軸受と
しての働きが必要である。このようなシール部に
適する耐食、耐摩耗、耐焼付性の有する材料組合
わせは現在のところ全くないのが実状である。 本発明は海水環境下にある摺動部材例えばポン
プ内ライナリング、軸封部材に適する摺動装置を
提供することを目的とする。 本発明は二つの摺動部材の一方にMo，Cr，Ni
を主たる成分とし、竪い相にSiを含有するNi基
合金を用い、他方にSiC又はSi3N4のセラミツク
材を用いたものである。 海水中に用いられる摺動部材に適する材料とし
ては摩擦係数の小さいこと、耐摩耗性が良好なこ
と、たとえスラリーが混入しても焼付がないこ
と、また電位差腐食、隙間腐食に耐えることなど
がある。発明者らは第１図に示す試験装置を用
い、従来の組合わせ摺動材と比較した。 第１図は摺動試験装置の縦断面図である。図に
おいて油圧モータ１によりトルクメータ２を介し
て軸３が回され、軸３端にはスリーブ状の試験片
５が嵌入固定され、試験片５に摺動するように嵌
入するリング状試験片６が軸受ハウス７に嵌入し
ており、図示矢印１０方向より加わるラジアル荷
重はロードセル８を介してロツド９端を通じて軸
受ハウス７の保持部材１１に伝えられる。軸受ハ
ウス７には図示矢印１２より液体の送入されるホ
ース１３が配されている。１４は軸３の回転数を
知る回転計である。 リング状試験片６を支持する側の軸受ハウス
７、ロードセル８、ロツド９、軸受ハウス保持部
材１１、ホース１３等は試験槽１５に支持され、
試験槽１５は上下送り装置１６の上下動可能なロ
ツド１７により支持されている。従つてリング状
試験片６は上下動し、スリーブ状試験片５が回転
し、それらの軸受隙間に液体を送り込める如くな
つている。 この試験機及び後述する試験により海水中ばか
りでなくマンガンスラリーの存する海水にも適す
る摺動部材を発明したものである。 本発明は互に摺動する摺動部材の一方はセラミ
ツクSiC，Si3N4のセラミツクを用い、このセラ
ミツクの摺動部材に摺擦する摺動部材は (a) 少なくとも45重量％のニツケルと、 (b) 20〜42重量％のモリブデンと、 (c) ８〜22重量％のクロムと、そして (d) (1) 合金のミクロ構造が主にレイブス
（Laves）相である10容量％以上の竪い相と
90容量％以下の比較的柔らかいマトリツクス
相とからなり、かつ (2) 合金のミクロ構造が少なくとも10容量％の
レイブス相からなるように十分な量で12重量
％を超えないケイ素とからなるレイブス相を
備えるニツケル基合金（特公昭56−41688号
以下単にレイブス相合金と称する） である。 第１図の回転摩擦試験機により試験を行うと
Mo，Cr，Siからなるレイブス相が存在するNi基
又はCo基材はNaClが混入すると著しく摩擦係数
が低下することを見い出した。例えば相手材がス
テンレスの場合、摩擦係数は0.42から0.13に低下
する。しかし、スラリーが混入するとこの種の材
料の組合わせでも高荷重で焼付き傾向が現出す
る。このスラリー混入の海水中ではレイブス相合
金の相手材料をセラミツクにすると焼付き現象は
全くなくなり、良好な耐摩擦、摩耗特性を示すこ
とがわかつた。例えばレイブス相合金の相手材に
常圧焼結したSi3N4材を使用した場合、0.5％SiO2
スラリー濃度海水で摩擦係数は0.025という低い
値であつた。 第２図に従来から用いられている摺動部材の結
果と比較して示した。第２図において横軸に試験
時間を示し試験時間が35分経過した処で清水を供
給していたものを３％のNaCl水に変えたもので
ある。 第２図に示すように材種の組合せにより清水中
よりも海水中では摩擦係数を極端に下げ得ること
が示される。第２図ではマンガンスラリーが混入
されていないから、この効果は摺動部材材種の組
合せと海水もしくは海水中の成分の何れかに起因
するものと考えられる。これらの効果は発明者ら
が初めて明らかにしたものである。 次にスラリー混入海水についてみると第一表の
如くである。
【表】
第一表においてSi3N4，SiCを常圧焼結したも
のとレイブス相合金の内トリバロイT700（商品
名）として知られるものの組合せで摩擦係数につ
いてみると清水中では0.28、海水中では0.03であ
り前述の効果が現われる。更に0.5％のスラリー
SiO2（粒径最大0.1mm）を混入して試験した処、摩
擦係数は単なる海水中と比べて不変であつた。こ
れをセラミツク対セラミツクについてみると清水
中と海水中では摩擦係数は変化せずスラリー混入
海水では摩擦係数が増大する。次にステンレス
SUS316対セラミツクSi3N4，SiCについて見ると
清水中と海水中では変化なくスラリー混入海水で
は摩擦係数は増大する。セラミツクSi3N4，SiC
対BC6では清水中と海水中では摩擦係数は変らず
スラリー混入海水中では摩擦係数が増大する。以
上より明らかなようにレイブス相合金とセラミツ
クの組合せによれば清水中よりも海水中で摩擦係
数が著しく低下し、マンガンスラリー混入の海水
中にても摩擦係数は海水中と変らない。これに反
して上述した他の材種を組合わせた摺動部材では
清水、海水中では摩擦係数は変らず、マンガンス
ラリー混入の海水中では摩擦係数は増大する。 第二表はスラリー混入海水中における各種摺動
部材の組合わせの摺動特性を示すものである。
のとレイブス相合金の内トリバロイT700（商品
名）として知られるものの組合せで摩擦係数につ
いてみると清水中では0.28、海水中では0.03であ
り前述の効果が現われる。更に0.5％のスラリー
SiO2（粒径最大0.1mm）を混入して試験した処、摩
擦係数は単なる海水中と比べて不変であつた。こ
れをセラミツク対セラミツクについてみると清水
中と海水中では摩擦係数は変化せずスラリー混入
海水では摩擦係数が増大する。次にステンレス
SUS316対セラミツクSi3N4，SiCについて見ると
清水中と海水中では変化なくスラリー混入海水で
は摩擦係数は増大する。セラミツクSi3N4，SiC
対BC6では清水中と海水中では摩擦係数は変らず
スラリー混入海水中では摩擦係数が増大する。以
上より明らかなようにレイブス相合金とセラミツ
クの組合せによれば清水中よりも海水中で摩擦係
数が著しく低下し、マンガンスラリー混入の海水
中にても摩擦係数は海水中と変らない。これに反
して上述した他の材種を組合わせた摺動部材では
清水、海水中では摩擦係数は変らず、マンガンス
ラリー混入の海水中では摩擦係数は増大する。 第二表はスラリー混入海水中における各種摺動
部材の組合わせの摺動特性を示すものである。
【表】
【表】
↑mm直径
１が優れているもの
…
５劣るもの
第二表において耐摩耗性は摩耗量（mm3）／走
行距離（mm）×荷重（Kgｆ）で示す。耐焼付性は
焼付の頻度の低いものから高いものについて全く
焼付かないものを１として５まで数字の大きい程
焼付頻度の大きいものを示した。耐食性について
も同様優れているものを１とし最も劣るものを５
としてその間に配列した。尚試験した摺動部材は
多岐にわたるが代表的なものをあげてある。 レイブス相合金VSセラミツクでは耐摩耗性が
最もすぐれていることが判る。即ちセラミツク対
セラミツクの組合わせに対するよりも一層耐摩耗
性が高い。又、耐焼付性は優れており、試験中の
焼付はなくセラミツク対セラミツクも同様であ
る。同種金属間の耐焼付性がよくないことは周知
のことであり、SUS316 VS SUS316は最もよく
ない。 摺動部間の隙間はmmで表してありレイブス相合
金VSセラミツクでは直径60で直径で60μまで可能
であり、他の合金はマンガンスラリー混入海水中
では軸受隙間を第二表以下にとると著しく焼付頻
度が大きくなることが判明した。セラミツクVS
セラミツクでは製作上軸受隙間を小さくすること
は困難である。耐食性についてもレイブス相合金
VSセラミツクは最良のものの一つである。 以上の結果、マンガンスラリーを含有する海水
中で用いるためには耐食性がすぐれていなければ
ならずステンレス対ステンレス、ステライト対ス
テライトの組合わせは用いることができず、ステ
ンレス対砲金、ステンレス対セラミツク、セラミ
ツク対セラミツクそしてレイブス相対セラミツク
が耐食性より用いることができる。耐食性を満足
したとして次に耐焼付性を見るとステンレス対セ
ラミツクは採用ができない。次に耐摩耗性から見
るとセラミツクと砲金の組合わせは耐久性よりし
て満足できない。そこで残るのはセラミツク対セ
ラミツク及びセラミツクとレイブス相合金とな
る。しかし摩擦係数はレイブス相合金対セラミツ
クが極めてすぐれており、軸受隙間も小さい。以
上のことを綜合して具体的にマンガンスラリー含
有海水を汲み上げるポンプに本発明の組合わせ摺
動部材を用いて次にのべる効果を得た。 本発明の組合わせ摺動部材を用いた摺動装置に
することによつて (1) マンガンスラリーを含む海水を汲み上げるポ
ンプにおいては、ケーシングリングとインペラ
リングへの適用によつてこの隙間を従来の1/10
以下にすることが可能となつた。すなわち、ポ
ンプ効率を上げることが出来た。 (2) ケーシング、インペラとの接触腐食を防止
し、また、ポンプ運転停止時の摺動部間におけ
る隙間腐食を完全防止出来た。 (3) 海底マンガン団塊採取用の如く高圧の水中ポ
ンプ部の摺動部に本発明の組合わせ摺動部材を
適用することによつて、十分耐久性を有するポ
ンプ開発が可能となりまた軸シール部への適用
によつて荷重保持するという軸受特性も兼ねえ
た軸シール部の開発が可能となつた。 (4) 従来の摺動部材と比較して摩擦係数が1/20以
下となり、動力の軽減、省エネとなつた。
↑mm直径
１が優れているもの
…
５劣るもの
第二表において耐摩耗性は摩耗量（mm3）／走
行距離（mm）×荷重（Kgｆ）で示す。耐焼付性は
焼付の頻度の低いものから高いものについて全く
焼付かないものを１として５まで数字の大きい程
焼付頻度の大きいものを示した。耐食性について
も同様優れているものを１とし最も劣るものを５
としてその間に配列した。尚試験した摺動部材は
多岐にわたるが代表的なものをあげてある。 レイブス相合金VSセラミツクでは耐摩耗性が
最もすぐれていることが判る。即ちセラミツク対
セラミツクの組合わせに対するよりも一層耐摩耗
性が高い。又、耐焼付性は優れており、試験中の
焼付はなくセラミツク対セラミツクも同様であ
る。同種金属間の耐焼付性がよくないことは周知
のことであり、SUS316 VS SUS316は最もよく
ない。 摺動部間の隙間はmmで表してありレイブス相合
金VSセラミツクでは直径60で直径で60μまで可能
であり、他の合金はマンガンスラリー混入海水中
では軸受隙間を第二表以下にとると著しく焼付頻
度が大きくなることが判明した。セラミツクVS
セラミツクでは製作上軸受隙間を小さくすること
は困難である。耐食性についてもレイブス相合金
VSセラミツクは最良のものの一つである。 以上の結果、マンガンスラリーを含有する海水
中で用いるためには耐食性がすぐれていなければ
ならずステンレス対ステンレス、ステライト対ス
テライトの組合わせは用いることができず、ステ
ンレス対砲金、ステンレス対セラミツク、セラミ
ツク対セラミツクそしてレイブス相対セラミツク
が耐食性より用いることができる。耐食性を満足
したとして次に耐焼付性を見るとステンレス対セ
ラミツクは採用ができない。次に耐摩耗性から見
るとセラミツクと砲金の組合わせは耐久性よりし
て満足できない。そこで残るのはセラミツク対セ
ラミツク及びセラミツクとレイブス相合金とな
る。しかし摩擦係数はレイブス相合金対セラミツ
クが極めてすぐれており、軸受隙間も小さい。以
上のことを綜合して具体的にマンガンスラリー含
有海水を汲み上げるポンプに本発明の組合わせ摺
動部材を用いて次にのべる効果を得た。 本発明の組合わせ摺動部材を用いた摺動装置に
することによつて (1) マンガンスラリーを含む海水を汲み上げるポ
ンプにおいては、ケーシングリングとインペラ
リングへの適用によつてこの隙間を従来の1/10
以下にすることが可能となつた。すなわち、ポ
ンプ効率を上げることが出来た。 (2) ケーシング、インペラとの接触腐食を防止
し、また、ポンプ運転停止時の摺動部間におけ
る隙間腐食を完全防止出来た。 (3) 海底マンガン団塊採取用の如く高圧の水中ポ
ンプ部の摺動部に本発明の組合わせ摺動部材を
適用することによつて、十分耐久性を有するポ
ンプ開発が可能となりまた軸シール部への適用
によつて荷重保持するという軸受特性も兼ねえ
た軸シール部の開発が可能となつた。 (4) 従来の摺動部材と比較して摩擦係数が1/20以
下となり、動力の軽減、省エネとなつた。
第１図は回転摩擦試験機の縦断面図、第２図は
本発明に係わる組合わせ摺動部材の摩擦特性を示
す線図である。 ５……スリーブ状試験片、６……リング状試験
片。
本発明に係わる組合わせ摺動部材の摩擦特性を示
す線図である。 ５……スリーブ状試験片、６……リング状試験
片。
Claims (1)
- １ 海水を作用流体とするポンプのケーシング側
もしくはケーシングに固定された非回転部材とイ
ンペラ等回転部分との間の海水の侵入する摺動部
分に少なくとも45重量％のニツケル、20〜42重量
％のモリブデン、８〜22重量％のクロムを主たる
成分とし、合金組織の10容量％以上が12重量％を
超えないケイ素を含有した竪い相と90容量％以下
の柔かいマトリツクス相とからなるニツケル基合
金の摺動面部材と、該摺動面部材に摺擦するSiC
又はSi3N4のセラミツク材料からなる摺動面部材
とを備えたポンプの摺動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61178099A JPS6230836A (ja) | 1986-07-28 | 1986-07-28 | ポンプの摺動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61178099A JPS6230836A (ja) | 1986-07-28 | 1986-07-28 | ポンプの摺動装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4242082A Division JPS58160625A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | ポンプの摺動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6230836A JPS6230836A (ja) | 1987-02-09 |
| JPS6333563B2 true JPS6333563B2 (ja) | 1988-07-06 |
Family
ID=16042623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61178099A Granted JPS6230836A (ja) | 1986-07-28 | 1986-07-28 | ポンプの摺動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6230836A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2519990B2 (ja) * | 1988-09-19 | 1996-07-31 | オイレス工業株式会社 | 液中軸受 |
| JP3886394B2 (ja) * | 2002-02-25 | 2007-02-28 | 株式会社荏原製作所 | 耐食性と耐摩耗性を有する被覆部材 |
| JP5096762B2 (ja) * | 2007-02-26 | 2012-12-12 | 株式会社荏原製作所 | 遠心式ポンプ |
-
1986
- 1986-07-28 JP JP61178099A patent/JPS6230836A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6230836A (ja) | 1987-02-09 |
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