JPH02194134A - 低摩擦耐摩耗特性に優れた金属基複合材料 - Google Patents

低摩擦耐摩耗特性に優れた金属基複合材料

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JPH02194134A
JPH02194134A JP1000289A JP1000289A JPH02194134A JP H02194134 A JPH02194134 A JP H02194134A JP 1000289 A JP1000289 A JP 1000289A JP 1000289 A JP1000289 A JP 1000289A JP H02194134 A JPH02194134 A JP H02194134A
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JP
Japan
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metal
wear resistance
ceramic
matrix composite
alloy
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JP1000289A
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English (en)
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Toron Ron Tan
トロン ロン タン
Takanobu Nishimura
隆宣 西村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は低摩擦耐摩耗特性に帰れた金属基複合材料に係
り、特に軟質でra滑性を有する低融点金属元素を含有
した合金をマトリックスとして使用し、セラミックウィ
スカ等の強化材を均一に分散せしめた低摩擦耐摩耗特性
に優れた全1ffi基複合材料に関する。
(従来の技術) 近年、炭化ケイ素、アルミナ等のセラミックウィスカ、
セラミックス繊維またはセラミックス粒子で強化された
金属基複合材料が新素材の1つとして注目されている。
例えば耐摩耗性おJ:び高温強度に優れた硬いセラミッ
クスIIMを、マトリックス金属としてのアルミニウム
合金中に分散させたアルミニウム複合材料が、宇宙機器
、ロボット、自動車、航空機等の幅広い産業分野で普及
している。
この他にもセラミックウィスカ、セラミックスmMもし
くはセラミックス粒子を、マグネシウム、銅やそれらの
合金で形成したマトリックス金属中に均一に分散させた
金属基複合材料も開発されている。
これらの複合材料は硬度が高いセラミックス強化材を含
有しているため、耐摩耗特性が極めて優れている。
一方、低摩擦係数を有する金属合金として、へオ、MO
,C1やこれらの合金で形成した母材中にSn、pb、
Bi、lnなど低融点を有し潤滑性に優れた金属元素を
添加したものも開発されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら硬いセラミックス強化材を含有した従来の
金属基複合材料でffi動部動部形成した場合、硬いセ
ラミックス強化材が摺動時に相手材を澹しく削り取る、
いわゆるアブレシブ摩耗が多発し、相手材の寿命を縮め
てしまう問題点がある。
また同時に摩擦抵抗も著しく増大するため、摺動部を駆
動づる機器の負荷が増大してしまう。
一方、Aオ、Ma、Cuまたはその合金中にSn、pb
、3i、lnなどの低融点金属を添加した合金材料は、
3n、pbなどの潤滑作用によって、その摩擦係数を著
しく低減することができるが、合金材料全体が軟質化す
るため、摩耗が著しく増大する欠点がある。いずれにし
ても上記合金材料を摺動部品として使用した場合には、
頻繁に部品交換を行なう必要があり、機器の保守管理が
煩雑になる欠点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、低F!!擦係数を有するとともに耐摩耗特性をも
併有する低摩擦耐摩耗特性に優れた金属基複合材料を提
供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段と作用) 本発明者等は、以上の観点からマ]・リツクスとなる金
属の組成と、補強材となるセラミックスウィスカ、セラ
ミックス繊維、セラミックス粒子の種類および添加量と
、rIJ滑材となる低融点金属の種類および添加量とを
種々変えて実験を行なった結果、3n、pb、Bi、I
nから選択された少なくとも1種以上の金属元素を重量
%で3%以上30%以下含有し、残部がΔ1.Mg、C
Uから選択された少なくともIF!以上の金属もしくは
A1合金、MO合金、Cu合金から成るマトリックス金
属に、セラミックスウィスカ、セラミックス繊維および
セラミックス粒子から選択された少なくとも1種以上の
強化材が体積率で5%以上40%以下添加された金属基
複合材料が低摩擦係数と耐摩耗特性とを同時に満足する
との知見に基づいて本願発明を完成しlζbのである。
以下本発明の限定理由を述べる。
上記金属基複合材料の成分となるSn、pb。
Bi、Inはいずれも潤滑作用を有する低融点金属であ
り、金属基複合材料の摩擦係数を低下さけるために添加
される金属元素である。ただしその含有量が3%未満で
あればその効果を充分に発揮することができず、一方3
0%を超えるとマトリックス金属が軟化し摩耗損が急増
する。したがって上記低融点台風の含有量は3%以上3
0%以下に設定される。
またセラミックスウィスカ、セラミックスII、セラミ
ックス粒子番よいずれも硬度が高く、マトリックス金属
の耐摩耗性を向上させるとともに高温強度を飛躍的に向
上させるために強化材として添加される。但し71−リ
ックス金属に対り゛る強化材の添加割合が体積率で5%
未満の場合には、耐摩耗性および高温強度を向上させる
効果が充分ではない。一方、体積率が40%を超える場
合は、複合材料全体に占めるマ]・リックス金属隋が相
対的に低下し、強化材とマトリックス金属との結合強度
が逆に低下するため、その添加mは5〜40%に設定さ
れる。
さらにマトリックス金属として使用される八l。
MQ、Cuはいずれも相互に固溶し熱処理によって強固
なマトリックスを形成することが可能である上に、Al
2O3繊維やSiC繊維などの強化材とのぬれ性が比較
的に良好であり、より高強度の複合材料を形成すること
ができる。
そして本発明に係る低J′!!!擦耐摩耗特性に優れた
金属基複合材料は、マトリックス原料となるAIMO,
Cu粉末またはそれらの合金粉末と、セラミックスウィ
スカ、セラミックス繊維、セラミックス粒子から選択さ
れた少なくとも1種の強化材と、潤滑成分となるSn、
pb、Bi、in粉末と、バインダーとして適毒のアル
ミナゾルとを均一に混合し、得られた混合体をホットプ
レスなどによる熱間成形加工することによって製造され
る。
このように本発明に係る低摩擦耐摩耗特性に優れた金属
基複合材料によれば、r8酒作用を有するSn、Pb、
Bi、lnの金属元素が添加されているため、rI!擦
係数が大幅に低下するとともに、硬いセラミックス強化
材による相手材に対する摩剥作用が減少し、相手材の摩
耗1(!iを緩和することができる。またトラミックス
強化材を含有することにより金属基複合材料自体の耐摩
耗性も大幅に改善される。
)なわら、低摩擦係数と耐摩耗特性とを同時に満足する
金属基複合材料を提供することができる。
(実施例) 次に本発明を以下の実施例によって説明する。
実施例1および比較例1 まず実施例1として平均粒径が44μmの6061アル
ミニウム合金粉末と、平均径が3μmであり平均長さが
500μmのA第203繊維と平均粒(Yが5μmのS
n粉末と、バインダとしてのアルミナゾル(アルミニウ
ム水和物含有量が40重量%のもの)とを下記第1表に
示す組成割合で調合し、30分間にわたり撹拌して均一
な混合体を調製した。次に得られた混合体を黒鉛型に充
填し、111525℃で400KjIf/Diの加圧力
でホットプレス処理を行ない、金属基複合材料を製造し
た。
一方、比較例として実施例1においてSn粉末を添加し
ない混合体を調製し、実施例1と同一条件でホットプレ
ス処理を行ない金属基複合材料を製造した。
〔以下余白〕
そして得られた実施例1および比較例1の金属基複合材
料の摩擦係数および摩耗減開を測定し、それぞれ第1図
および第2図に示す結果を骨だ。
第1図および第2図から明らかなように実施例1に係る
金属基複合材料のS*係数は、潤滑成分であるSnを添
加していない比較例1のものと比較して半分程度に低減
され、複合材料は優れた低摩擦特性を備える。
しかも第2図に示すように耐摩耗特性に関しても比較例
1の複合材料と比較して摩耗域4が1/6程度に減少す
る。すむわら低摩擦係数と耐摩耗特性とを併有する優れ
た金属基複合材料が得られる。
実施例2および比較例2 また実施例2として、平均粒径44μmのMq粉末と、
強化材となる直径0.05〜1.5μm、長さ20〜2
00μmのSiCウィスカと、平均粒a!5μmのAl
2O3粒子と、平均粒径が5μmの3n粉末、pb粉末
と、バインダーとしてのアルミナゾルとを下記第2表に
示す組成割合で添加し、30分間にわたり撹拌し、均一
な混合体を調製した。次に得られた混合体を黒鉛型に充
填し、ifl!525℃で400KIf/aiの加圧力
でホットプレス処理を行ない、金属基複合材料を製造し
た。
一方比較例2として実施例2において添加したrRM成
分sn、pb、を全(含まない混合体を調製し、実施例
2と同一条件1ホツトプレス処理を行なった。
〔以下余白〕
そして得られた金属基複合材料のJ!!擦係数および摩
耗減量を実施例1および比較例1と同様に測定し、第3
図および第4図の結果を得た。
第3図〜第4図から明らかなように実施例2に係る複合
材料のr!l擦係数は、潤滑成分を全く含んでいない比
較例2のものと比較して、半分程瓜に低減され、優れた
低S擦特性が発揮されることがわかる。
同様に摩耗減量についても第4図に示すように比較例2
と比べて175程度に減少することが実証された。
〔発明の効果〕
以上説明の通り本発明に係る低摩擦耐摩耗特性に優れた
金属基複合材料によれば、rII滑作滑合用するSn、
pb、 Bi、lnの金属元素が添加されているため、
摩擦係数が大幅に低下するとともに、硬いセラミックス
強化材による相手材に対する摩剥作用が減少し、相手材
の摩耗損1算を緩和することができる。またセラミック
ス強化材を含有することにより金属基複合材料自体の耐
摩耗性も大幅に改善される。
すなわち、低摩擦係数と耐摩耗特性とを同時に満足する
金属基複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のrtl擦係擦合数較し
て示すグラフ、第2図は本発明の第1の実施例の摩耗減
量を比較して示すグラフ、第3図は第2の実施例の91
M係数を比較して示すグラフ、第4図は本発明の第2の
実施例の摩耗減量を比較して示ずグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Sn、Pb、Bi、Inから選択された少なくとも1
    種以上の金属元素を重量%で3%以上30%以下含有し
    、残部がAl、Mg、Cuから選択された少なくとも1
    種以上の金属もしくはAl合金、Mg合金、Cu合金か
    ら成るマトリックス金属に、セラミックスウィスカ、セ
    ラミックス繊維およびセラミックス粒子から選択された
    少なくとも1種以上の強化材が体積率で5%以上40%
    以下添加されたことを特徴とする低摩擦耐摩耗特性に優
    れた金属基複合材料。
JP1000289A 1989-01-20 1989-01-20 低摩擦耐摩耗特性に優れた金属基複合材料 Pending JPH02194134A (ja)

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