JPH04320497A - 自己潤滑性を有する複合材料及びその製造方法 - Google Patents
自己潤滑性を有する複合材料及びその製造方法Info
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- JPH04320497A JPH04320497A JP8692291A JP8692291A JPH04320497A JP H04320497 A JPH04320497 A JP H04320497A JP 8692291 A JP8692291 A JP 8692291A JP 8692291 A JP8692291 A JP 8692291A JP H04320497 A JPH04320497 A JP H04320497A
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の機械部品として
用いられる軸受材料又はしゅう動材料に適する自己潤滑
性複合材およびその製造方法に関するものである。
用いられる軸受材料又はしゅう動材料に適する自己潤滑
性複合材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、二硫化タングステン、二硫化モリ
ブデン、黒鉛、フッ化黒鉛、フッ化カルシウムなどの潤
滑性物質と各種の金属及び合金とからなる焼結体が自己
潤滑性材として使用されている。これら従来の自己潤滑
性材が記載されている代表的なものとしては特開昭５３
−１２２０５９号公報、特開昭６２−１９６３５１号公
報などがある。
ブデン、黒鉛、フッ化黒鉛、フッ化カルシウムなどの潤
滑性物質と各種の金属及び合金とからなる焼結体が自己
潤滑性材として使用されている。これら従来の自己潤滑
性材が記載されている代表的なものとしては特開昭５３
−１２２０５９号公報、特開昭６２−１９６３５１号公
報などがある。
【０００３】二硫化タングステン、二硫化モリブデン又
は黒鉛などの潤滑性物質と、各種の金属及び合金の結合
相からなる自己潤滑性材は、潤滑性物質としての出発原
料粉末と結合相としての出発原料粉末とを混合、成形後
焼結しているが、こうして得た焼結体の中の潤滑性物質
は結合相の金属及び合金と反応して潤滑性のない物質に
変化して、その歩留りを低下させるか、金属又は合金と
の濡れ性が悪いために結合力が低く、自己潤滑性材の摩
耗の増大及び強度低下をもたらし、寿命が著しく低下し
てしまうという問題がある。さらに、二硫化タングステ
ン、二硫化モリブデン又は黒鉛などの潤滑性物質を含む
自己潤滑性材料は大気中で３００℃以上の温度になると
酸化して潤滑性が無くなってしまう。そのため大気中に
て高温で使用することが困難である。
は黒鉛などの潤滑性物質と、各種の金属及び合金の結合
相からなる自己潤滑性材は、潤滑性物質としての出発原
料粉末と結合相としての出発原料粉末とを混合、成形後
焼結しているが、こうして得た焼結体の中の潤滑性物質
は結合相の金属及び合金と反応して潤滑性のない物質に
変化して、その歩留りを低下させるか、金属又は合金と
の濡れ性が悪いために結合力が低く、自己潤滑性材の摩
耗の増大及び強度低下をもたらし、寿命が著しく低下し
てしまうという問題がある。さらに、二硫化タングステ
ン、二硫化モリブデン又は黒鉛などの潤滑性物質を含む
自己潤滑性材料は大気中で３００℃以上の温度になると
酸化して潤滑性が無くなってしまう。そのため大気中に
て高温で使用することが困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題点を解決したもので、高温および真空中での摩擦
係数及び比摩耗率が低く、しかも機械的性質に優れた自
己潤滑性複合材料及びその製造方法の提供を目的とする
ものである。
な問題点を解決したもので、高温および真空中での摩擦
係数及び比摩耗率が低く、しかも機械的性質に優れた自
己潤滑性複合材料及びその製造方法の提供を目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、自己潤滑性複
合材料における潤滑性物質と結合相の金属及び合金との
反応性や濡れ性について検討した結果、潤滑性物質の組
成、そのサイズと結合相の金属及び合金との結合性に特
定の元素が効果的に作用するという知見を得ることによ
って発明を完成するに至ったものである。
合材料における潤滑性物質と結合相の金属及び合金との
反応性や濡れ性について検討した結果、潤滑性物質の組
成、そのサイズと結合相の金属及び合金との結合性に特
定の元素が効果的に作用するという知見を得ることによ
って発明を完成するに至ったものである。
【０００６】すなわち、本発明は、窒化ホウ素と二硫化
タングステンおよび黒鉛を含む、粒径２０μｍ 以上２
０００μｍ 以下の粒状潤滑性物質相を、５体積％以上
８０体積％以下含み、残りが鉄系合金の結合相からなる
ことを特徴とする自己潤滑性複合材である。
タングステンおよび黒鉛を含む、粒径２０μｍ 以上２
０００μｍ 以下の粒状潤滑性物質相を、５体積％以上
８０体積％以下含み、残りが鉄系合金の結合相からなる
ことを特徴とする自己潤滑性複合材である。
【０００７】窒化ホウ素は化学的に安定な物質で、大気
中では最も高温まで摩擦係数の低い物質である。しかし
ながら、化学的に安定であることは反面、金属及び合金
との濡れ性、結合性が悪く、これまで窒化ホウ素を用い
た金属及び合金の自己潤滑性複合材はほとんどなく、あ
っても機械的強度が低く、使用に耐えられなかった。ま
た、二硫化タングステンは金属及び合金と反応し易く、
焼結時に潤滑性のない物質に変質し、金属及び合金中の
歩留りが極端に低かった。そこで潤滑性物質と結合相の
金属及び合金との濡れ性、反応性について詳細に検討し
た結果、黒鉛を添加することにより問題点を解決するこ
とができることが分かった。すなわち、窒化ホウ素と二
硫化タングステンおよび黒鉛を含む粒状潤滑性物相と金
属及び合金の粉末とを混合して成形後、焼結する時に、
黒鉛は優先的に金属及び合金に固溶して窒化ホウ素と金
属及び合金とを強固に結合させ、同時に二硫化タングス
テンが金属及び合金と反応して、潤滑性のない物質に変
質するのを阻止することを明らかにした。このようにし
て機械的強度が高く、大気中から真空中までのあらゆる
雰囲気中で、しかも高温においても潤滑性に優れた焼結
体を造ることができる。
中では最も高温まで摩擦係数の低い物質である。しかし
ながら、化学的に安定であることは反面、金属及び合金
との濡れ性、結合性が悪く、これまで窒化ホウ素を用い
た金属及び合金の自己潤滑性複合材はほとんどなく、あ
っても機械的強度が低く、使用に耐えられなかった。ま
た、二硫化タングステンは金属及び合金と反応し易く、
焼結時に潤滑性のない物質に変質し、金属及び合金中の
歩留りが極端に低かった。そこで潤滑性物質と結合相の
金属及び合金との濡れ性、反応性について詳細に検討し
た結果、黒鉛を添加することにより問題点を解決するこ
とができることが分かった。すなわち、窒化ホウ素と二
硫化タングステンおよび黒鉛を含む粒状潤滑性物相と金
属及び合金の粉末とを混合して成形後、焼結する時に、
黒鉛は優先的に金属及び合金に固溶して窒化ホウ素と金
属及び合金とを強固に結合させ、同時に二硫化タングス
テンが金属及び合金と反応して、潤滑性のない物質に変
質するのを阻止することを明らかにした。このようにし
て機械的強度が高く、大気中から真空中までのあらゆる
雰囲気中で、しかも高温においても潤滑性に優れた焼結
体を造ることができる。
【０００８】
【作用】本発明の自己潤滑性複合材料は、潤滑性物質を
主成分とする相を金属及び合金の結合相が取り囲んだ構
造によって焼結体の強度が高く、しかも複合材料中に含
まれる潤滑性物質が使用時に相手材との接触面に被膜と
して供給されることによって大気中ないし真空中で高温
まで、比摩耗率と摩擦係数の両者を著しく低下している
ものである。
主成分とする相を金属及び合金の結合相が取り囲んだ構
造によって焼結体の強度が高く、しかも複合材料中に含
まれる潤滑性物質が使用時に相手材との接触面に被膜と
して供給されることによって大気中ないし真空中で高温
まで、比摩耗率と摩擦係数の両者を著しく低下している
ものである。
【０００９】すなわち、本発明の自己潤滑性複合材料は
、窒化ホウ素と二硫化タングステンをおよび黒鉛を主成
分とする、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の粒
状潤滑性物質相を、５体積％以上８０体積％以下含み、
残りが金属及び合金の結合相からなることを特徴とし、
上記粒状潤滑性物質相は、窒化ホウ素と二硫化タングス
テン及び黒鉛をそれぞれ、少なくとも３体積％以上含み
、さらに結合相は、鉄系合金、ニッケル系合金、コバル
ト系合金及びチタン系合金等の少なくとも１種からなる
ものである。
、窒化ホウ素と二硫化タングステンをおよび黒鉛を主成
分とする、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の粒
状潤滑性物質相を、５体積％以上８０体積％以下含み、
残りが金属及び合金の結合相からなることを特徴とし、
上記粒状潤滑性物質相は、窒化ホウ素と二硫化タングス
テン及び黒鉛をそれぞれ、少なくとも３体積％以上含み
、さらに結合相は、鉄系合金、ニッケル系合金、コバル
ト系合金及びチタン系合金等の少なくとも１種からなる
ものである。
【００１０】窒化ホウ素と二硫化タングステン及び黒鉛
を主成分とし、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下
の粒状潤滑性物相の占める体積が５％未満であると高温
及び真空中での潤滑性が発揮できず、逆に体積の和が８
０％超になると焼結体の強度が低下して複合材の形成が
困難となる。このため粒状潤滑性物相の占める割合は５
体積％以上８０体積％以下とする。窒化ホウ素と二硫化
タングステン及び黒鉛を主成分とする粒状潤滑性物相の
大きさが、２０μｍ 未満であると分散性が悪く、また
結合相と反応し、複合材料の摩擦係数が増大して潤滑性
が低下し、２０００μｍ 超になると結合相の厚みが増
大して摩擦係数が増大する。このため、粒状潤滑性物質
相の大きさは２０μｍ 以上２０００μｍ 以下とする
。粒状潤滑性物相において、窒化ホウ素と二硫化タング
ステン及び黒鉛の占める体積がそれぞれ３％未満である
と、窒化ホウ素の特徴である高温の潤滑性、及び二硫化
タングステンの特徴である真空中での潤滑性が発揮でき
ない。さらに、黒鉛はそれ自身潤滑性があるが、３％未
満であると窒化ホウ素と金属及び合金との結合力を弱め
、同時に二硫化タングステンと金属及び合金との反応を
阻止できなくなる。そのため窒化ホウ素と二硫化グステ
ン及び黒鉛の占める体積を３％以上とすることが望まし
い。
を主成分とし、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下
の粒状潤滑性物相の占める体積が５％未満であると高温
及び真空中での潤滑性が発揮できず、逆に体積の和が８
０％超になると焼結体の強度が低下して複合材の形成が
困難となる。このため粒状潤滑性物相の占める割合は５
体積％以上８０体積％以下とする。窒化ホウ素と二硫化
タングステン及び黒鉛を主成分とする粒状潤滑性物相の
大きさが、２０μｍ 未満であると分散性が悪く、また
結合相と反応し、複合材料の摩擦係数が増大して潤滑性
が低下し、２０００μｍ 超になると結合相の厚みが増
大して摩擦係数が増大する。このため、粒状潤滑性物質
相の大きさは２０μｍ 以上２０００μｍ 以下とする
。粒状潤滑性物相において、窒化ホウ素と二硫化タング
ステン及び黒鉛の占める体積がそれぞれ３％未満である
と、窒化ホウ素の特徴である高温の潤滑性、及び二硫化
タングステンの特徴である真空中での潤滑性が発揮でき
ない。さらに、黒鉛はそれ自身潤滑性があるが、３％未
満であると窒化ホウ素と金属及び合金との結合力を弱め
、同時に二硫化タングステンと金属及び合金との反応を
阻止できなくなる。そのため窒化ホウ素と二硫化グステ
ン及び黒鉛の占める体積を３％以上とすることが望まし
い。
【００１１】これらの潤滑性物質相を取り囲む結合相は
潤滑性物質相を保持するとともに、焼結時に潤滑性物質
相の変質と消失を抑制し、潤滑性物質と強固な結合を形
成するものである。この結合は潤滑性物質相の組成や使
用環境によって種々の構成にすることができる。耐食性
及び耐熱性を必要とする場合は、炭素鋼、合金鋼ステン
レス鋼などの鉄系合金、インコネル、ハステロイなどの
ニッケル系合金、ステライトなどのコバルト系合金、Ｔ
ｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン系合金等を結合相にする
ことができる。
潤滑性物質相を保持するとともに、焼結時に潤滑性物質
相の変質と消失を抑制し、潤滑性物質と強固な結合を形
成するものである。この結合は潤滑性物質相の組成や使
用環境によって種々の構成にすることができる。耐食性
及び耐熱性を必要とする場合は、炭素鋼、合金鋼ステン
レス鋼などの鉄系合金、インコネル、ハステロイなどの
ニッケル系合金、ステライトなどのコバルト系合金、Ｔ
ｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン系合金等を結合相にする
ことができる。
【００１２】本発明の自己潤滑性複合材料の製造方法に
おいて、粒状相をつくる造粒工程は一般に行われている
造粒方法が利用できる。例えば、回転ドラム中で、潤滑
性物質を主成分とする混合粉末に、水、アルコール、エ
チルシリケート、水ガラスなどを添加しながら造粒する
方法、あるいは潤滑性物質を主成分とする混合粉末を加
圧成形し、次いで粉砕して造粒する方法などである。造
粒後は非酸化性雰囲気中で５００〜１２００℃で加熱処
理を行うと、原料粉末に含まれているガスなどを追い出
すことができ、また、造粒粉が硬くなって取扱が容易に
なって好ましい。
おいて、粒状相をつくる造粒工程は一般に行われている
造粒方法が利用できる。例えば、回転ドラム中で、潤滑
性物質を主成分とする混合粉末に、水、アルコール、エ
チルシリケート、水ガラスなどを添加しながら造粒する
方法、あるいは潤滑性物質を主成分とする混合粉末を加
圧成形し、次いで粉砕して造粒する方法などである。造
粒後は非酸化性雰囲気中で５００〜１２００℃で加熱処
理を行うと、原料粉末に含まれているガスなどを追い出
すことができ、また、造粒粉が硬くなって取扱が容易に
なって好ましい。
【００１３】本発明の自己潤滑性複合材の製造方法は、
窒化ホウ素と二硫化タングステン及び黒鉛を主成分とし
、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の粒状潤滑性
物質の粉末と、鉄系合金、ニッケル系合金、コバルト系
合金及びチタン系合金等の少なくとも１種からなる結合
相形成用の合金粉末とを、混合及び成形後、非酸化性雰
囲気中で７００℃以上１３００℃以下の温度で焼結する
ことを特徴とする。温度７００℃未満では焼結の進行が
ほとんどなく、１３００℃を越えると潤滑性物質が分解
ないし変質してしまうため、焼結温度を７００℃以上１
３００℃以下とする。酸化性雰囲気中では潤滑性物質が
酸化してしまうため非酸化性雰囲気が望ましい。
窒化ホウ素と二硫化タングステン及び黒鉛を主成分とし
、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の粒状潤滑性
物質の粉末と、鉄系合金、ニッケル系合金、コバルト系
合金及びチタン系合金等の少なくとも１種からなる結合
相形成用の合金粉末とを、混合及び成形後、非酸化性雰
囲気中で７００℃以上１３００℃以下の温度で焼結する
ことを特徴とする。温度７００℃未満では焼結の進行が
ほとんどなく、１３００℃を越えると潤滑性物質が分解
ないし変質してしまうため、焼結温度を７００℃以上１
３００℃以下とする。酸化性雰囲気中では潤滑性物質が
酸化してしまうため非酸化性雰囲気が望ましい。
【００１４】
【実施例】窒化ホウ素と二硫化タングステン及び黒鉛を
主成分とし、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の
粒状潤滑性物相粉末および結合相の鉄粉末、ステンレス
鋼などの金属及び合金の粉末とをボールミルを用いて混
合した後、プレス成形機で３トン／ｃｍ２ の圧力で圧
粉体を作成した。その圧粉体を真空中で焼結した後、引
張試験と摩擦摩耗試験を行った。
主成分とし、粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の
粒状潤滑性物相粉末および結合相の鉄粉末、ステンレス
鋼などの金属及び合金の粉末とをボールミルを用いて混
合した後、プレス成形機で３トン／ｃｍ２ の圧力で圧
粉体を作成した。その圧粉体を真空中で焼結した後、引
張試験と摩擦摩耗試験を行った。
【００１５】引張試験には３×２×３０ｍｍの試験片を
用いた。摩擦係数は円板状の試料にＳＵＳ３０４を相手
材にして、速度６０ｍ／ｍｉｎ 、面圧５０ｋｇ／ｃｍ
２ の条件で端面接触して求めたものであり、比摩耗率
は面圧１００ｋｇ／ｃｍ２ 、摩擦距離５００ｍ の条
件より求めたものである。真空中の摩擦係数は１０−５
ｔｏｒｒの真空度で測定した。
用いた。摩擦係数は円板状の試料にＳＵＳ３０４を相手
材にして、速度６０ｍ／ｍｉｎ 、面圧５０ｋｇ／ｃｍ
２ の条件で端面接触して求めたものであり、比摩耗率
は面圧１００ｋｇ／ｃｍ２ 、摩擦距離５００ｍ の条
件より求めたものである。真空中の摩擦係数は１０−５
ｔｏｒｒの真空度で測定した。
【００１６】本発明の潤滑性物質を主体にした粒状相の
粒度、配合量およびその組成と結合相の組成と製造条件
を表１に示した。焼結体の引張強度と摩擦係数及び比摩
耗率を表２に示した。本発明をはずれた比較例の組成と
、製造条件、焼結体の特性も表１、表２に記載した。
粒度、配合量およびその組成と結合相の組成と製造条件
を表１に示した。焼結体の引張強度と摩擦係数及び比摩
耗率を表２に示した。本発明をはずれた比較例の組成と
、製造条件、焼結体の特性も表１、表２に記載した。
【００１７】本発明品は試料番号１から３であり、結合
相が鉄系合金、ニッケル合金、チタン合金の例である。 本発明の材料は引張強度が２０ｋｇ／ｍｍ２ 以上で、
大気及び真空中の摩擦係数は０．２以下で強度、潤滑性
ともに優れた自己潤滑性複合材料である。本発明よりは
ずれた比較例は試料番号４から６に示す。試料番号４は
黒鉛を含まないため、試料番号６は摩擦係数が小さいも
のの焼結体の強度が低い。試料番号５はＷＳ２ を含ま
ないために真空中での摩擦係数が大きい。試料番号６は
潤滑性物質の配合量が少ないために、強度は高いものの
、摩擦係数、比摩耗率ともに大きい。
相が鉄系合金、ニッケル合金、チタン合金の例である。 本発明の材料は引張強度が２０ｋｇ／ｍｍ２ 以上で、
大気及び真空中の摩擦係数は０．２以下で強度、潤滑性
ともに優れた自己潤滑性複合材料である。本発明よりは
ずれた比較例は試料番号４から６に示す。試料番号４は
黒鉛を含まないため、試料番号６は摩擦係数が小さいも
のの焼結体の強度が低い。試料番号５はＷＳ２ を含ま
ないために真空中での摩擦係数が大きい。試料番号６は
潤滑性物質の配合量が少ないために、強度は高いものの
、摩擦係数、比摩耗率ともに大きい。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】本発明の自己潤滑性複合材料は摩擦係数
と比摩耗率が低く、かつ機械的性質に優れたもので、こ
れまで使用できなかった高温ならびに苛酷な雰囲気で使
用することができる画期的な材料である。
と比摩耗率が低く、かつ機械的性質に優れたもので、こ
れまで使用できなかった高温ならびに苛酷な雰囲気で使
用することができる画期的な材料である。
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化ホウ素と二硫化タングステンおよ
び黒鉛を主成分とする粒径２０μｍ 以上２０００μｍ
以下の粒状潤滑性物相を、５体積％以上８０体積％以
下含み、残りが金属及び合金の結合相からなることを特
徴とする自己潤滑性複合材料。 - 【請求項２】 粒状潤滑性物相が、窒化ホウ素と二硫
化タングステン及び黒鉛を、それぞれ、少なくとも３体
積％含んでいる請求項１記載の自己潤滑性複合材料。 - 【請求項３】 結合相が、鉄系合金、ニッケル系合金
、コバルト系合金及びチタン系合金の少なくとも１種か
らなる請求項１または２記載の自己潤滑性複合材。 - 【請求項４】 窒化ホウ素と二硫化タングステンを主
成分とする粒径２０μｍ 以上２０００μｍ 以下の粒
状粉末と、結合相形成用の合金粉末とを、混合及び成形
後、非酸化性雰囲気中で７００℃以上１３００℃以下の
温度で焼結することを特徴とする自己潤滑性複合材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8692291A JPH04320497A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 自己潤滑性を有する複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8692291A JPH04320497A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 自己潤滑性を有する複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320497A true JPH04320497A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=13900351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8692291A Withdrawn JPH04320497A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 自己潤滑性を有する複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04320497A (ja) |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP8692291A patent/JPH04320497A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980711 |