JPH0372682B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0372682B2 JPH0372682B2 JP16659183A JP16659183A JPH0372682B2 JP H0372682 B2 JPH0372682 B2 JP H0372682B2 JP 16659183 A JP16659183 A JP 16659183A JP 16659183 A JP16659183 A JP 16659183A JP H0372682 B2 JPH0372682 B2 JP H0372682B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- solid lubricant
- sliding
- sintered
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired
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Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Lubricants (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明は、摺動用複合材料に関する。より詳し
くは、金属と固体潤滑剤とを焼結させた摺動用複
合材料の摩擦・摩耗特性の改良に関する。 潤滑油による汚染を嫌う食品、薬品、繊維機械
や作動媒体の汚染による性能劣化を回避する必要
のある密閉サイクル機関等では、軸受やシール等
の摺動部材に固体潤滑剤と金属からなる複合材料
が用いられる。これ等の複合材料の用途は、油が
使用できないような高温や極低温雰囲気で使用さ
れる機器をはじめ、放射能雰囲気下における原子
力用あるいは真空中で使われる宇宙及び核融合機
器等の広い分野に及んでいる。一般機器において
も、油軸受を無給油軸受化することにより、メン
テナンスフリー、省資源に繋がる利点のみでな
く、潤滑油系統（ポンプ、フイルタ、配管等）の
除去および機構の簡素化がもたらされる。 摺動用複合材料は次の３種類に大別される。 (1) カーボングラフアイトマトリツクスに金属を
含浸させた材料。 (2) 金属と固体潤滑剤とを焼結させた材料。 (3) 固体潤滑剤ペレツトを金属ブロツクに埋め込
んだ材料。 これ等の材料に関し、摩擦係数は(1)の材料が最
も低く、(2)、(3)の順となる。一方、耐摩耗性はそ
の逆で、(3)が最も良好で(2)、(1)の順となる。 第１図に、従来より用いられている摺動用の焼
結材料についての組織拡大図を示す。図中、０１
は金属マトリツクスを、０２は固体潤滑剤をそれ
ぞれ示す。材料強度メンバとして、鉛青銅、青
銅、鉄及びニツケル等の金属がマトリツクス０１
として用いられ、二硫化モリブデン、カーボング
ラフアイト及び窒化硼素等の層状結晶を有する無
機質材料が固体潤滑剤０２として組み合わされ
る。そして、複合材料は、粒状の金属０１と粉状
の固体潤滑剤０２を焼き固めて形成される。この
際、固体潤滑剤０２が多いと材料強度が低下し、
一方、少ないと潤滑性が損なわれるので、両者の
性能を満す条件として、固体潤滑剤０２の割合
は、５〜15％（vol）の範囲に設定される。また、
金属の粒径は10〜50μｍ程度である。このような
焼結材料の相手材としては、焼入れ硬化した炭素
鋼等の表面硬化した金属材料が使用される。 第２図に、前記従来の複合材料の摩耗機構を模
式的に示す。図中、０１は複合材料中の金属マト
リツクス、０２は複合材料中の固体潤滑剤、０１
０は相手材、０１００は空孔をそれぞれ示す。第
２図１は、相手材と複合材料との初期接触状態を
示す。すなわち、相手材０１０を複合材料に対し
摺動させると、固体潤滑剤０２が相手面に付着す
る。第２図２は、一定時間摺動後の固体潤滑剤の
脱落状態を示す。すなわち、時間とともに固体潤
滑剤０２が消費される個所に空孔０１００が生ず
る。第２図３は、更に一定時間摺動後の相手材と
複合材料の接触状態を示す。すなわち、一定時間
摺動後、金属マトリツクス０１との接触割合が増
加し、金属／金属の接触状態となる。この際、相
手材０１０は硬度が高いので、金属側が摩耗(h)
し、再び相手材０１０は、金属のみでなく、新た
な固体潤滑材０２とも接触することになる。 このような固体潤滑剤を金属マトリツクスで焼
結した従来の摺動用複合材料は、次のような欠点
を有する。 (1) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、摩耗率
が増加する。 (2) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、すべり
面が荒れる。 (3) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、摩擦係
数が上昇する。 (4) 固体潤滑剤を介した金属粒子の焼結体である
ため、結合力が弱く、摩擦時に表面より金属粒
子が脱落し易い。 本発明は、固体潤滑剤を金属マトリツクスで焼
結した従来の摺動用複合材料の摩擦摩耗特性を改
良すべく完成されたものである。すなわち、本発
明は、他の部材と摺動する面に微小な空〓を有す
る摺動用複合材料において、固体潤滑剤粉末と金
属粒子との焼結材料表面の空〓を、微小なセラミ
ツク粒子を埋没した上記と同種の固体潤滑剤で満
たして平滑面を形成したことを特徴とする摺動用
複合材料である。 本発明の摺動用複合材料は、すべり軸受、スラ
イドメタル、ピストンリング、メカニカルシー
ル、ロータジヤーナル部、ピストンスカート部、
シリンダライナ部等に広く適用できる。 本発明の摺動用複合材料には、シール材に代表
される当接部材も包含される。 次に、本発明を図面により説明する。 第１図に示した従来の摺動用複合材料である固
体潤滑材と金属粒子マトリツクスからなる焼結材
料を表面仕上げすると、第３図に示す組織拡大図
のように粒子径に相当する凹凸（10〜50μｍ）が
生じる。図中、１は金属マトリツクス、２は固体
潤滑剤をそれぞれ示す。このような表面状態を有
する焼結材の表面に、マトリツクス金属粒子径以
下の粒径を有するセラミツク微粒子を供給し、表
面硬化した金属（例えば、高周波焼入れした炭素
鋼）を相手材として、微速度で摺動させると、セ
ラミツク微粒子は軟質材料である焼結金属側に埋
め込まれ、その断面組成は第４図に示す組織拡大
図のようになる。図中、１および２は第３図のも
のと同じであり、３はセラミツク微粒子、４は相
手材料を示す。この際使用する金属マトリツク
ス、固体潤滑剤ならびに相手材としては、上述の
従来の摺動用複合材料に用いられるものがそのま
ま使用できる。 このように本発明に於ては、セラミツク微粒子
を用いることにより、焼結材の表面の凹凸が埋め
られることになる。また、セラミツク微粒子の押
し付け面圧と粒子の埋込み量は、ほヾ次式で決定
する。 Ｐ＝ｎ×（π／４d2）×√１＋2Pn こゝで、Ｐ：負荷々重 ｎ：セラミツク粒子個数 ｄ：セラミツク粒子直径 μ：セラミツクと金属間の摩擦係数 Pn：焼結金属の降伏応力 こうしてセラミツク微粒子の埋め込みにより、
相手材面粗度に応じた焼結金属側の表面が形成さ
れることになり、又セラミツク微粒子が埋め込ま
れると、相手材面に付着した焼結材中の固体潤滑
剤粉末により再度覆われることになる。 このような本発明の効果を列挙すると、次の通
りである。 (1) 高硬度を有するセラミツク粒子を表面に象嵌
したことにより、耐摩耗性が向上する。 (2) 金属マトリツクスはセラミツク粒子だけでな
く、固体潤滑剤に対しても結合材の役目をする
ので、この固体潤滑剤によつて相手材との潤滑
効果も保持され、低摩擦が得られる。 (3) セラミツク微粒子が焼結剤表面の凹凸を埋
め、且つ、相手材料を鏡面にしておけば、それ
に倣つた表面が形成されるので、表面粗度の小
さい焼結材料が得られる。 以下に、本発明を実施例により説明する。 実施例 固体潤滑剤として黒鉛粉末を含有するニツケル
銅焼結材料（大同メタル社製デバメタル、Ni：
90％、Cu：10％）と、高周波焼入れを行い研磨
仕上げをした相手材料（S45C、Hv＝530、HRc
＝55、粗度＞1s）の間に、粒径50μｍ以下のフオ
ルステライト（2MgO・SiO2）を約１mmの厚さで
塗布し、面圧50Kgｆ／cm2を加え、周速1.8ｍ／
minで10分間摺込みを行い、軸受材を得た。この
軸受材を乾燥雰囲気で摩擦・摩耗試験を行い、そ
の結果を第１表に示す。
くは、金属と固体潤滑剤とを焼結させた摺動用複
合材料の摩擦・摩耗特性の改良に関する。 潤滑油による汚染を嫌う食品、薬品、繊維機械
や作動媒体の汚染による性能劣化を回避する必要
のある密閉サイクル機関等では、軸受やシール等
の摺動部材に固体潤滑剤と金属からなる複合材料
が用いられる。これ等の複合材料の用途は、油が
使用できないような高温や極低温雰囲気で使用さ
れる機器をはじめ、放射能雰囲気下における原子
力用あるいは真空中で使われる宇宙及び核融合機
器等の広い分野に及んでいる。一般機器において
も、油軸受を無給油軸受化することにより、メン
テナンスフリー、省資源に繋がる利点のみでな
く、潤滑油系統（ポンプ、フイルタ、配管等）の
除去および機構の簡素化がもたらされる。 摺動用複合材料は次の３種類に大別される。 (1) カーボングラフアイトマトリツクスに金属を
含浸させた材料。 (2) 金属と固体潤滑剤とを焼結させた材料。 (3) 固体潤滑剤ペレツトを金属ブロツクに埋め込
んだ材料。 これ等の材料に関し、摩擦係数は(1)の材料が最
も低く、(2)、(3)の順となる。一方、耐摩耗性はそ
の逆で、(3)が最も良好で(2)、(1)の順となる。 第１図に、従来より用いられている摺動用の焼
結材料についての組織拡大図を示す。図中、０１
は金属マトリツクスを、０２は固体潤滑剤をそれ
ぞれ示す。材料強度メンバとして、鉛青銅、青
銅、鉄及びニツケル等の金属がマトリツクス０１
として用いられ、二硫化モリブデン、カーボング
ラフアイト及び窒化硼素等の層状結晶を有する無
機質材料が固体潤滑剤０２として組み合わされ
る。そして、複合材料は、粒状の金属０１と粉状
の固体潤滑剤０２を焼き固めて形成される。この
際、固体潤滑剤０２が多いと材料強度が低下し、
一方、少ないと潤滑性が損なわれるので、両者の
性能を満す条件として、固体潤滑剤０２の割合
は、５〜15％（vol）の範囲に設定される。また、
金属の粒径は10〜50μｍ程度である。このような
焼結材料の相手材としては、焼入れ硬化した炭素
鋼等の表面硬化した金属材料が使用される。 第２図に、前記従来の複合材料の摩耗機構を模
式的に示す。図中、０１は複合材料中の金属マト
リツクス、０２は複合材料中の固体潤滑剤、０１
０は相手材、０１００は空孔をそれぞれ示す。第
２図１は、相手材と複合材料との初期接触状態を
示す。すなわち、相手材０１０を複合材料に対し
摺動させると、固体潤滑剤０２が相手面に付着す
る。第２図２は、一定時間摺動後の固体潤滑剤の
脱落状態を示す。すなわち、時間とともに固体潤
滑剤０２が消費される個所に空孔０１００が生ず
る。第２図３は、更に一定時間摺動後の相手材と
複合材料の接触状態を示す。すなわち、一定時間
摺動後、金属マトリツクス０１との接触割合が増
加し、金属／金属の接触状態となる。この際、相
手材０１０は硬度が高いので、金属側が摩耗(h)
し、再び相手材０１０は、金属のみでなく、新た
な固体潤滑材０２とも接触することになる。 このような固体潤滑剤を金属マトリツクスで焼
結した従来の摺動用複合材料は、次のような欠点
を有する。 (1) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、摩耗率
が増加する。 (2) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、すべり
面が荒れる。 (3) 金属／金属の凝着摩耗を伴なうため、摩擦係
数が上昇する。 (4) 固体潤滑剤を介した金属粒子の焼結体である
ため、結合力が弱く、摩擦時に表面より金属粒
子が脱落し易い。 本発明は、固体潤滑剤を金属マトリツクスで焼
結した従来の摺動用複合材料の摩擦摩耗特性を改
良すべく完成されたものである。すなわち、本発
明は、他の部材と摺動する面に微小な空〓を有す
る摺動用複合材料において、固体潤滑剤粉末と金
属粒子との焼結材料表面の空〓を、微小なセラミ
ツク粒子を埋没した上記と同種の固体潤滑剤で満
たして平滑面を形成したことを特徴とする摺動用
複合材料である。 本発明の摺動用複合材料は、すべり軸受、スラ
イドメタル、ピストンリング、メカニカルシー
ル、ロータジヤーナル部、ピストンスカート部、
シリンダライナ部等に広く適用できる。 本発明の摺動用複合材料には、シール材に代表
される当接部材も包含される。 次に、本発明を図面により説明する。 第１図に示した従来の摺動用複合材料である固
体潤滑材と金属粒子マトリツクスからなる焼結材
料を表面仕上げすると、第３図に示す組織拡大図
のように粒子径に相当する凹凸（10〜50μｍ）が
生じる。図中、１は金属マトリツクス、２は固体
潤滑剤をそれぞれ示す。このような表面状態を有
する焼結材の表面に、マトリツクス金属粒子径以
下の粒径を有するセラミツク微粒子を供給し、表
面硬化した金属（例えば、高周波焼入れした炭素
鋼）を相手材として、微速度で摺動させると、セ
ラミツク微粒子は軟質材料である焼結金属側に埋
め込まれ、その断面組成は第４図に示す組織拡大
図のようになる。図中、１および２は第３図のも
のと同じであり、３はセラミツク微粒子、４は相
手材料を示す。この際使用する金属マトリツク
ス、固体潤滑剤ならびに相手材としては、上述の
従来の摺動用複合材料に用いられるものがそのま
ま使用できる。 このように本発明に於ては、セラミツク微粒子
を用いることにより、焼結材の表面の凹凸が埋め
られることになる。また、セラミツク微粒子の押
し付け面圧と粒子の埋込み量は、ほヾ次式で決定
する。 Ｐ＝ｎ×（π／４d2）×√１＋2Pn こゝで、Ｐ：負荷々重 ｎ：セラミツク粒子個数 ｄ：セラミツク粒子直径 μ：セラミツクと金属間の摩擦係数 Pn：焼結金属の降伏応力 こうしてセラミツク微粒子の埋め込みにより、
相手材面粗度に応じた焼結金属側の表面が形成さ
れることになり、又セラミツク微粒子が埋め込ま
れると、相手材面に付着した焼結材中の固体潤滑
剤粉末により再度覆われることになる。 このような本発明の効果を列挙すると、次の通
りである。 (1) 高硬度を有するセラミツク粒子を表面に象嵌
したことにより、耐摩耗性が向上する。 (2) 金属マトリツクスはセラミツク粒子だけでな
く、固体潤滑剤に対しても結合材の役目をする
ので、この固体潤滑剤によつて相手材との潤滑
効果も保持され、低摩擦が得られる。 (3) セラミツク微粒子が焼結剤表面の凹凸を埋
め、且つ、相手材料を鏡面にしておけば、それ
に倣つた表面が形成されるので、表面粗度の小
さい焼結材料が得られる。 以下に、本発明を実施例により説明する。 実施例 固体潤滑剤として黒鉛粉末を含有するニツケル
銅焼結材料（大同メタル社製デバメタル、Ni：
90％、Cu：10％）と、高周波焼入れを行い研磨
仕上げをした相手材料（S45C、Hv＝530、HRc
＝55、粗度＞1s）の間に、粒径50μｍ以下のフオ
ルステライト（2MgO・SiO2）を約１mmの厚さで
塗布し、面圧50Kgｆ／cm2を加え、周速1.8ｍ／
minで10分間摺込みを行い、軸受材を得た。この
軸受材を乾燥雰囲気で摩擦・摩耗試験を行い、そ
の結果を第１表に示す。
【表】
上記表から、セラミツク微粒子を摺り込んだ焼
結材料が次のような点で改良されることが判か
る。 (1) 摩擦係数はμ＝0.43からμ＝0.10と低下す
る。この値は、黒鉛潤滑で達成し得る理想状態
に近い。 (2) 摩耗率は545μｍ／hrから1μｍ／hrへと驚異
的な減少を示す。これは、摺り込まれたセラミ
ツク微粒子の効果が顕著に現われたものであ
る。即ち、摩耗率が500分の１にも低下したの
は、ニツケルからセラミツク微粒子へ変更した
ことの硬度による影響の他に、金属的な凝着回
避効果によるものである。 (3) 軸受側の摺動面粗さも28μｍから2μｍへと低
下し、その結果、本発明材料が、低摩擦材や耐
摩耗材の範疇に留まらず、シール材にも適用可
能であることが判る。
結材料が次のような点で改良されることが判か
る。 (1) 摩擦係数はμ＝0.43からμ＝0.10と低下す
る。この値は、黒鉛潤滑で達成し得る理想状態
に近い。 (2) 摩耗率は545μｍ／hrから1μｍ／hrへと驚異
的な減少を示す。これは、摺り込まれたセラミ
ツク微粒子の効果が顕著に現われたものであ
る。即ち、摩耗率が500分の１にも低下したの
は、ニツケルからセラミツク微粒子へ変更した
ことの硬度による影響の他に、金属的な凝着回
避効果によるものである。 (3) 軸受側の摺動面粗さも28μｍから2μｍへと低
下し、その結果、本発明材料が、低摩擦材や耐
摩耗材の範疇に留まらず、シール材にも適用可
能であることが判る。
第１図は、従来の摺動用の焼結材料についての
組織拡大図を示し、第２図１〜３は、その摩耗機
構の模式図を示す。第３図は、表面仕上げを施し
た焼結材の組織拡大図を示し、第４図は、本発明
のセラミツク微粒子を埋め込んだ焼結材の組織拡
大図を示す。
組織拡大図を示し、第２図１〜３は、その摩耗機
構の模式図を示す。第３図は、表面仕上げを施し
た焼結材の組織拡大図を示し、第４図は、本発明
のセラミツク微粒子を埋め込んだ焼結材の組織拡
大図を示す。
Claims (1)
- １ 他の部材と摺動する面に微小な空〓を有する
摺動用複合材料において、固体潤滑剤粉末と金属
粒子との焼結材料表面の空〓を、微小なセラミツ
ク粒子を埋没した上記と同種の固体潤滑剤で満た
して平滑面を形成したことを特徴とする摺動用複
合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16659183A JPS6058841A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 摺動用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16659183A JPS6058841A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 摺動用複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6058841A JPS6058841A (ja) | 1985-04-05 |
| JPH0372682B2 true JPH0372682B2 (ja) | 1991-11-19 |
Family
ID=15834116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16659183A Granted JPS6058841A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 摺動用複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6058841A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6373901A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-04 | 株式会社 パテイネ商会 | 靴 |
| CA2319041C (en) * | 1998-01-22 | 2007-06-12 | Nitta Corporation | Grinder pressing device |
| CN102223005A (zh) * | 2010-04-13 | 2011-10-19 | 德昌电机(深圳)有限公司 | 转子轴承结构 |
| DE102017105602B3 (de) | 2017-03-16 | 2018-05-17 | Ks Gleitlager Gmbh | Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht und einer metallischen Lagermetallschicht |
-
1983
- 1983-09-12 JP JP16659183A patent/JPS6058841A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6058841A (ja) | 1985-04-05 |
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