JPH0443976B2

JPH0443976B2 -

Info

Publication number: JPH0443976B2
Application number: JP12360286A
Authority: JP
Inventors: Tsuneki Azetsu
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1992-07-20
Also published as: JPS62284036A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、潤滑油を用いないで集電摺動部分に
使用される耐摩性に秀れた鉄系焼結合金、特に、
速度270〜280Km／ｈで走行する高速電気車のパン
タグラフ用摺板として好適な集電摺動用鉄系耐摩
焼結合金の製造法に関するものである。〔従来の技術〕現在新幹線用摺板として使用している鉄系耐摩
焼結合金は、鉄粉が主体で潤滑性に欠けるため、
所望の気孔率を有する鉄系焼結合金母体をつく
り、その焼結合金母体中に17〜27％の鉛を含浸さ
せている。しかしながら、このように多量の鉛を
含浸させると、鉛は低融点金属であるため、架線
と摺板とが離間する際の火花放電により溶解され
た鉛が溶出して摺板の表面を荒損するおそれがあ
り、これ等の原因で摺板の摩耗が比較的多くて改
良の余地が残されており、かつ、多量の鉛粉が鉄
道沿線に飛散して公害をおよぼす心配がある。本発明者は、前記の如き問題点を改善するた
め、鉄粉中に二硫化モリブデン、二硫化タングス
テンなどの金属硫化物を配合してその金属硫化物
により潤滑性能を発揮させ、かつ、鉄系合金中に
80〜150メツシユの粒粉状単体クロームを確りと
抱き込み、粒粉状単体クロームによる耐摩性と金
属硫化物による潤滑性能とを有する鉄系耐摩焼結
合金の製造方法を先に発明した（特許第1009420
号、特公昭54−42332号公報参照）。この先発明によれば、速度220Km／ｈ程度であ
れば鉛を含浸せしめることなく良好な耐摩性と潤
滑性能とを発揮させることができるが、それより
更に速度270〜280Km／ｈとアツプさせた場合には
耐摩性および潤滑性能が不十分である。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明は、前記の如き従来技術の問題点に鑑
み、速度270〜280Km／ｈにおいても優秀な耐摩性
を発揮すると共に、摺板および架線の耐久力を著
しく向上させることが出来、これにより一編成の
電車パンタグラフ数を半減することも可能で、電
車の走行中、架線とパンタすり板の摺動に起因す
る摺動騒音公害を低下させることもでき、しかも
鉛公害を環境基準値以下に押えることができる集
電摺動用鉄系耐摩焼結合金を提供せんとするもの
である。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、前記の如き問題点を解決するため、
重量比にて、単体クローム粒粉15〜25％、二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、硫化鉄、硫化
銅、などの金属硫化物1.5〜７％、燐１％以下、
ステアリン酸カルシユーム、ステアリン酸アエン
等１％以下、残部鉄粉よりなる粉末を混合し、こ
れを７〜9T／cm²で圧縮成形した後焼結して約９
％程度の気孔率を有する焼結合金母体をつくり、
その焼結合金母体中に鉛ないし鉛合金を２〜８％
含浸せしめることを特徴とする。〔作用〕本発明は、前記の如く鉄粉を主体とし、これに
270〜280Km／ｈの高速度における耐摩性を発揮さ
せるために先発明より更に多量のクロームを配合
して、これを焼結合金母体中に確りと抱込むと共
に、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、硫
化鉄、硫化銅、などの金属硫化物を配合してそれ
自体潤滑性能を有すると共にこれらが鉛含浸に際
し濡れ性が劣る焼結合金母体をつくり、その焼結
合金母体に鉛ないし鉛合金を含浸させるので、含
浸鉛量は２−８％と低くおさえられ、クロームに
よる耐摩性と、焼結合金母体中に均一に分布する
金属硫化物による潤滑性能および含浸された鉛な
いし鉛合金の潤滑性能とが両々相俟つて極めて優
秀な耐摩性と潤滑性を発揮すると共に摺板のみな
らず架線の耐久力も顯著に向上させることができ
る。さらに詳しく云うと、本発明に使用する二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、硫化鉄、硫化
銅などの金属硫化物は極めて微細なもので、これ
がステアリン酸エルシユム、ステアリン酸アエン
などのステアリン酸系潤滑剤と、鉄粉、クロー
ム、燐が均一に混合され、加圧成形後焼結の際、
粒粉状クロームは焼結合金の母体中に強く抱き込
まれた状態で均斉に分布されている。そして後述
の試験結果により明らかなように、粒粉状クロー
ムの耐摩性と焼結合金母体中に含有する金属硫化
物、および焼結後含浸された鉛ないし鉛合金の潤
滑性能とが面々相俟つて270〜280Km／ｈの高速時
における極めて優秀な耐摩性と潤滑性能を発揮す
る。そして前記の如きクロームと鉄粉との配合比に
おいて、金属硫化物の配合量は1.5−７％が適量
であつて1.5％未満ではその効果が少なく、７％
以上になると合金の機械強度が低下する。ステアリン酸系潤滑剤は、鉄粉、クローム粒粉
15〜25％、金属硫化物系潤滑剤（MoS₂WS₂FeS
CuS）、燐等と共に配合混合し、７−9T／cm²で加
圧成形する際、既に金属硫化物系潤滑剤が存在す
るので、これらと互に助け合つて目的とする緻密
な圧粉体を成形することができ、クロームを15〜
25％の如く多量に含有させても、押型と圧粉体と
の型離れがよく、かつ、この圧粉体を焼結して鉛
ないし鉛合金を含浸して得た集電摺動用鉄系耐摩
焼結合金の衝撃値、並びに引張強度を増大するこ
とができ、国鉄新幹線で使用されている鉄系焼結
合金摺板の物理特性の規格に合致させることが出
来る。ステアリン酸系潤滑剤の添加量は１％以下
が適量で、１％以上では過剰で、その焼結合金の
物理特性を低下させる。またステアリン酸系潤滑
剤の添加量は金属硫化物が比較的多量の６−７％
の場合は、その添加量を減じて零に近かずけても
成形圧力9T／cm²以上にすればその鉄系焼結摺板
を国鉄新幹線の物理特性の規格内に納めることが
出来る。燐は、前記、鉄、クローム、金属硫化物、ステ
アリン酸系潤滑剤の混合粉よりなる成形体を焼結
する際、その強い脱酸作用によつて鉄粉を浄化す
ると共に、焼結の初期に粒粉表面に形成される
Fe₃Ｐ−Fe共晶組成の液相量を増して、焼結体中
に耐摩性の目的で混合しているクロームと潤滑性
増強の目的で混合している金属硫化物とを確りと
抱き込んだ状態で収縮し、緻密化を促進させるも
のである。そして燐の配合量は１％以上になるとかえつて
脆弱となる。また燐は焼結炉内の還元雰囲気が完
全に近くかつ原料が清浄であればその配合量を減
じても前記の作用効果を発揮させることができ
る。粒粉状クロームは、80〜150メツシユのものを
使用し、前記の如く、ステアリン酸系潤滑剤を混
入して７−9T／cm²で加圧成形することに起因す
る緻密化、および燐の添加焼結による緻密化され
た鉄系焼結合金中にクローム単体の固体として脱
落することなく強く抱き込まれた状態で存在し、
単体クローム特有の耐錆、耐摩性能を発揮する。
その含有量は15％以下では高速270〜280Km／ｈに
は耐摩性の向上には不十分であり、25％以上では
その含有焼結合金の機械強度を低下させる。また、本発明においては、前述の如く焼結合金
母体中に鉛ないし鉛合金を含浸せしめるのである
が、その際焼結母体中には既に潤滑剤である金属
硫化物が含有されているので、鉛含浸に際し濡性
が劣つていて鉛の含浸をある程度妨げ、これと混
合粉の成形圧７−9T／cm²に調整することと相俟
つて鉛含浸率を２〜８％にすることができる。な
お、鉛含浸に際し必要に応じ焼結合金母体を再加
圧することもある。鉛の含有量は２％未満ではク
ロームが15〜25％であるので潤滑性の効果が不十
分であり、８％以上は不必要であるばかりでな
く、これ以上の鉛を含浸させると摺板の耐久力が
劣り、かつ、鉛公害の環境基準を超すおそれがあ
る。なお、上記Fe−Cr−Ｐ−MoS₂（WS₂．FeS.
CuS.）−Pbの焼結合金のうち、鉄の小量をモリブ
デン、タングステン、ニツケル、チタン、銅、炭
素、クローム、コバルトなどの単体またはこれら
の化合物の一種又は数種におきかえても摺板およ
び架線の耐摩性に大きな影響がない。従つて鉄の
小量を前記の如き金属またはその化合物におきか
えることも本発明に包含される。また以下の実施
例において鉛に代えて鉛合金を含浸させることも
でき、この場合も当然本発明に包含される。以下本発明の具体例を各実施例について説明す
る。実施例１重量比にて、80−150メツシユの単体クローム
（以下単にクロームという）、15％、Cu0.5％、
Ni0.7％、MoS₂７％、ステアリン酸Ca0.1％、残
部鉄粉の割合で各原料を配合し、混和機により均
一に混和した後9T／cm²で圧縮成形し、還元雰囲
気中1150℃−30分で焼結した。得られた焼結合金
母体を鉛単体の固体と一緒に真空炉に設置し、温
度700℃−120分で鉛が5.2％含浸された製品を得
た。実施例２重量比にて、Cr17％、FeTi0.5％、FeW1％、
MoS₂５％、CuS1％、P0.4％、ステアリン酸
Ca0.3％、残部鉄粉の割合で各原料を配合し、こ
れを混和機により均一に混和した後8T／cm²で圧
縮成形し、還元雰囲気中1150℃−30分で焼結し
た。得られた焼結合金母体を鉛単体と一緒に真空
炉に設置し、実施例１と同様にして鉛が3.5％含
浸された製品を得た。実施例３重量比にて、Cr16％、MoS₂1.5％、P0.5％、ス
テアリン酸Ca0.7％、残部鉄粉の割合で各原料を
配合し、混和機により均一に混和した後7T／cm²
で圧縮成形し、還元雰囲気中1150℃−30分で焼結
した。得られた焼結合金母体を鉛単体と一緒に真
空炉に設置し、実施例１と同様にして鉛が６％含
浸された製品を得た。実施例４重量比にてCr20％、FeMo1％、MoS₂４％、
WS₂0.5％、ステアリン酸Ca0.6％、P0.9％、残部
鉄粉の割合で各原料を配合し、混和機により均一
に混和した後8T／cm²で圧縮成形し、還元雰囲気
中1150℃−30分で焼結した。得られた焼結合金母
体を鉛単体と一緒に真空炉に設置し、実施例１と
同様にして鉛が4.5％含浸された製品を得た。実施例５重量比にて、Cr23％、P0.7％、MoS₂３％、
Cu2％、C0.1％、ステアリン酸Zn1％、残部鉄粉
の割合で各原料を配合し、混合機により均一に混
和した後8T／cm²で圧縮成形し、還元雰囲気中
1150℃−30分で焼結した。得られた焼結合金母体
を鉛単体の固体と一緒に真空炉に設置し、実施例
１と同様にして鉛が５％含浸された製品を得た。実施例６重量比にて、Cr25％、P0.6％、MoS₂４％、ス
テアリン酸Ca0.5％、残部鉄粉の割合で各原料を
配合し、混合機により均一に混和した後8T／cm²
で圧縮成形し、還元雰囲気中1150℃−30分で焼結
した。得られた焼結結合母体を鉛単体の固体と一
緒に真空炉に設置し、実施例１と同様にして鉛が
７％含浸された製品を得た。上記各実施例により得た焼結合金の物理特性を
示すと第１表のとおりである。

【表】また、上記各実施例１ないし６により得た焼結
合金より切出して得た各試験片、および現在国鉄
新幹線（速度220Km／ｈ）で使用している鉄系焼
結合金摺板よりなる試験片10×25×90mmを回転式
集電摺動試験機に取付け、押圧力７Kg、通電電流
AC150A、摺動速度75Km／ｈ、60分間無潤滑でト
ロリー線に摺動させ、その時の各試験片の比摩耗
率、相手方トロリー線の摩耗厚mm、試験片の温度
上昇を測定した。その結果を第２表に示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、摺板の耐
摩性を顕著に向上させると共に、その摺面が黒褐
色の平滑で光沢があり、かつ摺板温度上昇も低い
ので、相手方架線の摺動表面の損傷と摩耗を顕著
に減少せしめることができる効果があり、270〜
280Km／ｈの高速電気車のパンタグラフ用摺板と
して有益である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量比にて、単体クローム粒粉15〜25％、金
属硫化物1.5〜７％、燐１％以下、ステアリン酸
系化合物１％以下、残部鉄粉よりなる粉末材料を
混合圧縮成形後焼結して焼結合金母体をつくり、
その焼結合金母体中に鉛ないし鉛合金を２〜８％
含浸せしめることを特徴とする集電摺動用鉄系耐
摩焼結合金の製造法。