JPH033441B2 - - Google Patents

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JPH033441B2
JPH033441B2 JP20930485A JP20930485A JPH033441B2 JP H033441 B2 JPH033441 B2 JP H033441B2 JP 20930485 A JP20930485 A JP 20930485A JP 20930485 A JP20930485 A JP 20930485A JP H033441 B2 JPH033441 B2 JP H033441B2
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JP
Japan
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ferrotitanium
wear
sliding
titanium
current collector
Prior art date
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Expired
Application number
JP20930485A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6188701A (ja
Inventor
Toshio Teraoka
Kunio Fukuhara
Masahide Mitani
Mototsugu Oohata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Fine Sinter Co Ltd
Original Assignee
Japan Powder Metallurgy Co Ltd
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Japan Powder Metallurgy Co Ltd, Railway Technical Research Institute filed Critical Japan Powder Metallurgy Co Ltd
Priority to JP20930485A priority Critical patent/JPS6188701A/ja
Publication of JPS6188701A publication Critical patent/JPS6188701A/ja
Publication of JPH033441B2 publication Critical patent/JPH033441B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

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

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
相手材であ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
度を具備し、電気抵抗の小さいことが挙げられ
る。特にトロリー線の保守、寿命などを考える
と、攻撃性の少ないことが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、
潤滑性に富むことが絶対的に必要な条件となる。
材料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
ち潤滑剤を添加した場合、材料が軟質であればあ
るほど潤滑剤が突出しやすく、従つて相手材と潤
滑材の接触する機会が増加するからである。従来
の集電摺動用焼結合金は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ある。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、材質の硬化を伴つ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が大とな
る。また電気抵抗は金属の添加とともに増加する
ので、これらの材料では潤滑剤として用いる元素
の添加量もかなり少量に制限され、潤滑性の低下
がさらに助長される結果となる。さらに電気抵抗
率の増加とあいまつて、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。潤滑剤
として用いる元素も同様に作用するので、機械特
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加する金
属は、トロリー線に対する攻撃性、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循するとされ
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エロチタン
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エロチタンは
予め窒化処理して添加する。チタンあるいはフエ
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、いつたん窒化されると、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エロチタ
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。したがつて摺動面におけるチタンおよ
びフエロチタンの窒化層の占める面積の割合は極
めて微々たるものでありさらに摺動時にこれらの
窒化層が摩耗粉となつ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エ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エロチタ
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エロチタンの粉末粒子の
極く表面にほぼ一様の厚みでちようど卵の殻のよ
うな形で存在している。本発明品が摺動状態にあ
るとき、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
純フエロチタンとは当然のことながらしつかりと
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
あるとき、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ツクスから離脱す
る、いわゆる“欠け落ち現象”が生じる危惧があ
るが、これは耐摩粒子としてフエロチタンの窒化
物を用いることによつて解決される。フエロチタ
ンを窒化処理すると窒化されやすいTi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エロチタン中
のFeのみがマトリツクスに拡散し、結合が強固
となるからである。チタンの窒化物はほとんどマ
トリツクス中に拡散せず、フエロチタンについて
も上記の通りなので、マトリツクス自体は金属固
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として用い、マトリ
ツクスが軟かいことによつ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
い物質として知られているが、これらを耐摩粒子
として用いた場合、粒子全体が硬いので破壊して
摩耗する現象はむしろ“欠け落ち現象”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、またマトリツク
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エロチタ
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。チタンもしくはフエロチタンの量は約
0.5〜10重量%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
くはフエロチタンの窒化層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摺
動材料と同じで良い。従つ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の金属
の合金、代表例としてはFeMo,FeCr,CuCr等
のものを例示でき、これらは少なくとも1種以上
添加でき通常約0.3〜15wt%の範囲で用いられる
が、本発明ではこれら金属の量を従来のものに比
して少なくすることが可能で通常約0.3〜10wt%
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
MoS2,C(黒鉛)、ボロンナイトライド等の潤滑
剤、Mo,Cr,FeMo,FeCr等の耐摩剤などを添
加することもできる。 本発明の焼結集電摺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、チタンもしくはフエ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得ら
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2.5〜7.5ton/cm2、焼結は通常約750〜900℃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、ヘリウム等のガスを含む雰
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、マトリツ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、特には約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。 発明の効果 本発明集電摺動材料は、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、4ton/cm2で成形し、焼結
温度860℃としてアンモニア分解ガス中で90分間
焼結して作成した。ただし表中の窒化物(FeTi
−N)は予めFeTi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】
【表】
【表】 摩耗試験は得られたすり板材から寸法形状10×
25×90mm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5Kg/cm2、通電電流はAC
(21V)100A、摺動速度は50及び100Km/hを設
定した。相手側トロリー線は硬銅線を用い、直径
385mmに巻き付け接触摺面を6mm巾に仕上げた架
線構造とした。この場合、すり板の偏心率を10mm
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
変動から算出し、すり板の摩耗量は各試験ごとに
取外し残量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 〇 良好 △ やや不良 × 不良 以上の表1〜3より明らかな通り、銅基地中に
チタン又はフエロチタンの窒化物を添加すること
により集電摺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が明
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(表中数値は重量%を表わす)
で各成分を混合し、4ton/cm2成形し、窒素雰囲気
中で880℃で2時間焼結させて銅系焼結体を得た。
尚表中のFeTi−Nは、予めFeTi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100Km/hで通電電流AC200A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】
【表】 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摺動状況
のモデルであり、1……相手材、2……摺動面、
3……窒化層、4……純チタンもしくはフエロチ
タン、5……マトリツクスを示す。

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エロチタ
    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)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20930485A JPS6188701A (ja) 1985-09-20 1985-09-20 銅系焼結集電摺動材料

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JP20930485A JPS6188701A (ja) 1985-09-20 1985-09-20 銅系焼結集電摺動材料

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JP5849080A Division JPS56153902A (en) 1980-04-30 1980-04-30 Sintered material for sliding current collector

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

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ID=16570735

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DE19944592A1 (de) * 1999-09-16 2001-03-22 Hans Berns Verfahren zur pulvermetallurgischen in-situ Herstellung eines verschleissbeständigen Verbundwerkstoffes
JP4678942B2 (ja) * 2000-12-22 2011-04-27 オリンパス株式会社 内視鏡挿入補助装置
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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JPS6188701A (ja) 1986-05-07

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