JPH07247487A - 二硫化タングステン系固体潤滑剤 - Google Patents
二硫化タングステン系固体潤滑剤Info
- Publication number
- JPH07247487A JPH07247487A JP6662394A JP6662394A JPH07247487A JP H07247487 A JPH07247487 A JP H07247487A JP 6662394 A JP6662394 A JP 6662394A JP 6662394 A JP6662394 A JP 6662394A JP H07247487 A JPH07247487 A JP H07247487A
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- sulfide
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- tungsten disulfide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 油やグリースに添加したり、金属、セラミッ
クス、プラスチックとの複合材料、あるいは乾性皮膜と
して使用される潤滑性に優れた固体潤滑剤を得ること。 【構成】 長さ１０〜５０００μｍ、幅５〜２００μ
ｍ、厚さ２〜１００μｍのウイスカー形状の集合体であ
り、大気中の摩擦係数が０．１以下、耐酸化温度が４５
０℃以上である二硫化タングステン系固体潤滑剤。
クス、プラスチックとの複合材料、あるいは乾性皮膜と
して使用される潤滑性に優れた固体潤滑剤を得ること。 【構成】 長さ１０〜５０００μｍ、幅５〜２００μ
ｍ、厚さ２〜１００μｍのウイスカー形状の集合体であ
り、大気中の摩擦係数が０．１以下、耐酸化温度が４５
０℃以上である二硫化タングステン系固体潤滑剤。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の油やグリースに
添加されたり、金属、セラミックス、プラスチックとの
複合材料、あるいは乾性皮膜として使用される固体潤滑
剤に関するものである。
添加されたり、金属、セラミックス、プラスチックとの
複合材料、あるいは乾性皮膜として使用される固体潤滑
剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二硫化タングステン（ＷＳ2 ）、二硫化
モリブデン（ＭｏＳ2 ）および黒鉛は、代表的な固体潤
滑剤として種々の油やグリースに添加されたり、金属、
セラミックス、プラスチックとの複合材料、あるいは乾
性皮膜として使用されている。ＷＳ2 は、六方晶の結晶
構造を持つ燐片状の粉体であり、通常、数ミクロンの大
きさである。
モリブデン（ＭｏＳ2 ）および黒鉛は、代表的な固体潤
滑剤として種々の油やグリースに添加されたり、金属、
セラミックス、プラスチックとの複合材料、あるいは乾
性皮膜として使用されている。ＷＳ2 は、六方晶の結晶
構造を持つ燐片状の粉体であり、通常、数ミクロンの大
きさである。
【０００３】ＷＳ2 およびＭｏＳ2 は、真空中では摩擦
係数が０．０５程度と低く、優れた固体潤滑剤である
が、大気中、特に湿度が高い雰囲気中では摩擦係数が
０．２程度と高くなる。また、ＭｏＳ2 およびＷＳ2 は
大気中、高温で酸化され、ＭｏＳ2 は３８０℃，ＷＳ2
は４５０℃を越えると潤滑性を失う。黒鉛は逆に、湿度
が高い雰囲気中では摩擦係数が０．１と低く、真空中で
は０．５と高い。そのため、大気中や真空中など種々の
雰囲気で摩擦係数が低い固体潤滑剤およびその複合材料
はこれまで存在しなかった。
係数が０．０５程度と低く、優れた固体潤滑剤である
が、大気中、特に湿度が高い雰囲気中では摩擦係数が
０．２程度と高くなる。また、ＭｏＳ2 およびＷＳ2 は
大気中、高温で酸化され、ＭｏＳ2 は３８０℃，ＷＳ2
は４５０℃を越えると潤滑性を失う。黒鉛は逆に、湿度
が高い雰囲気中では摩擦係数が０．１と低く、真空中で
は０．５と高い。そのため、大気中や真空中など種々の
雰囲気で摩擦係数が低い固体潤滑剤およびその複合材料
はこれまで存在しなかった。
【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あって、摩擦係数が低く、あ
らゆる雰囲気中および大気中、４００℃〜６００℃の温
度で使用できる固体潤滑剤を提供することを目的とする
ものである。
な問題点を解決したものであって、摩擦係数が低く、あ
らゆる雰囲気中および大気中、４００℃〜６００℃の温
度で使用できる固体潤滑剤を提供することを目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、固体潤滑
剤であるＷＳ2 と金属及び合金との反応性について検討
した結果、ボロンを含む合金を焼結助剤として用いる
と、ウイスカー状の結晶が生成し、その結晶が優れた潤
滑特性を示すことを見出した。そして、本発明を完成す
るに至ったものである。
剤であるＷＳ2 と金属及び合金との反応性について検討
した結果、ボロンを含む合金を焼結助剤として用いる
と、ウイスカー状の結晶が生成し、その結晶が優れた潤
滑特性を示すことを見出した。そして、本発明を完成す
るに至ったものである。
【０００６】すなわち、燐片状のＷＳ2 粉末をプレス成
形した圧粉体やバインダーを添加して造粒した塊状粒を
非酸化性雰囲気中で焼結しても変化せず、燐片状粉の集
合体のままである。これに対し、ＷＳ2 の粉末にボロン
を含むＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕの二元ないしそれ
以上の合金粉を添加した成形体を１０００℃以上の温度
で焼結すると、ウイスカー状の結晶が生成すること、お
よびその集合体が低い摩擦係数、高い耐酸化温度および
高い強度を有することを見出した。ウイスカー状の結晶
の組成は、出発原料がＷＳ2 の場合はＷＳ2 である。
形した圧粉体やバインダーを添加して造粒した塊状粒を
非酸化性雰囲気中で焼結しても変化せず、燐片状粉の集
合体のままである。これに対し、ＷＳ2 の粉末にボロン
を含むＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕの二元ないしそれ
以上の合金粉を添加した成形体を１０００℃以上の温度
で焼結すると、ウイスカー状の結晶が生成すること、お
よびその集合体が低い摩擦係数、高い耐酸化温度および
高い強度を有することを見出した。ウイスカー状の結晶
の組成は、出発原料がＷＳ2 の場合はＷＳ2 である。
【０００７】本発明は、下記の事項を要旨としている。
長さ１０〜５０００μｍ、幅５〜２００μｍ、厚さ２〜
１００μｍのウイスカー形状の集合体であって、大気中
の摩擦係数が０．１以下、耐酸化温度が４５０℃以上で
あることを特徴とする二硫化タングステン系固体潤滑
剤。
長さ１０〜５０００μｍ、幅５〜２００μｍ、厚さ２〜
１００μｍのウイスカー形状の集合体であって、大気中
の摩擦係数が０．１以下、耐酸化温度が４５０℃以上で
あることを特徴とする二硫化タングステン系固体潤滑
剤。
【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。ウイス
カー状硫化物の大きさは、出発原料の燐片状硫化物の大
きさ、Ｂを含む合金粉末との混合割合、および成形圧力
焼結温度によって制御する。燐片状硫化物が８０重量％
未満であるとウイスカー状ＷＳ2 の組成は形成されず、
９９％超ではウイスカー状硫化物組織の生成量が少なく
なるので、８０重流％以上、９９重量％以下が望まし
い。
カー状硫化物の大きさは、出発原料の燐片状硫化物の大
きさ、Ｂを含む合金粉末との混合割合、および成形圧力
焼結温度によって制御する。燐片状硫化物が８０重量％
未満であるとウイスカー状ＷＳ2 の組成は形成されず、
９９％超ではウイスカー状硫化物組織の生成量が少なく
なるので、８０重流％以上、９９重量％以下が望まし
い。
【０００９】燐片状硫化物が大きいと生成するウイスカ
ー状硫化物も大きくなるため、原料の大きさは造粒処理
などによる大きさの制御が必要である。硫化物と混合す
る合金粉末は、Ｂを含む必要がある。Ｂは、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕなどの金属と反応して化合物を生
成し、ウイスカー状硫化物結晶の結晶成長の核として作
用する。Ｂの含有量が０．０５重量％未満であると、化
合物は生成されず、５％超では化合物の融点が１３００
℃以上になるため、結晶成長の核として作用しない。従
って、Ｂは０．０５重量％以上、５重％以下が望まし
い。
ー状硫化物も大きくなるため、原料の大きさは造粒処理
などによる大きさの制御が必要である。硫化物と混合す
る合金粉末は、Ｂを含む必要がある。Ｂは、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕなどの金属と反応して化合物を生
成し、ウイスカー状硫化物結晶の結晶成長の核として作
用する。Ｂの含有量が０．０５重量％未満であると、化
合物は生成されず、５％超では化合物の融点が１３００
℃以上になるため、結晶成長の核として作用しない。従
って、Ｂは０．０５重量％以上、５重％以下が望まし
い。
【００１０】Ｂと合金化する金属は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｃｒ，Ｃｕの金属の１種ないし２種以上を含む必要
がある。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕを含む金属とＢ
は、融点が９８０℃から１３００℃の化合物を形成す
る。最も低い融点の化合物はＮｉ−Ｂ系であり、高いの
はＣｒ−Ｂ系であり、また所望の融点の化合物を得るの
にＦｅ，Ｃｏ，Ｃｕの量や組成を調整する。したがっ
て、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕの金属の１種ないし
２種以上を含む必要がある。Ｂを含む合金粉の添加量
は、１〜２０重量％が好ましい。１重量％未満ではウイ
スカー生成の核には不足であり、また２０重量％超では
ウイスカーは生成しないからである。また、より好まし
くは２〜１０重量％である。このＢを含む合金粉の大き
さは０．５μｍ未満であると酸化されやすく、３０μｍ
超では混合が不均一になるため、０．５〜３０μｍが望
ましい。
ｏ，Ｃｒ，Ｃｕの金属の１種ないし２種以上を含む必要
がある。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕを含む金属とＢ
は、融点が９８０℃から１３００℃の化合物を形成す
る。最も低い融点の化合物はＮｉ−Ｂ系であり、高いの
はＣｒ−Ｂ系であり、また所望の融点の化合物を得るの
にＦｅ，Ｃｏ，Ｃｕの量や組成を調整する。したがっ
て、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕの金属の１種ないし
２種以上を含む必要がある。Ｂを含む合金粉の添加量
は、１〜２０重量％が好ましい。１重量％未満ではウイ
スカー生成の核には不足であり、また２０重量％超では
ウイスカーは生成しないからである。また、より好まし
くは２〜１０重量％である。このＢを含む合金粉の大き
さは０．５μｍ未満であると酸化されやすく、３０μｍ
超では混合が不均一になるため、０．５〜３０μｍが望
ましい。
【００１２】ＷＳ2 の硫化物とＢを含む合金粉末との混
合物は、プレス成形などにより成形体とした後、非酸化
性雰囲気中、１０００〜１３００℃の温度で焼結する。
酸化性雰囲気中では硫化物が酸化してしまうため、窒
素、アルゴン、真空などの雰囲気中で焼結する必要があ
る。焼結温度をこの範囲とした理由は、１０００℃未満
ではＢ化合物が溶解せず、１３００℃超では硫化物が分
解してしまうからである。
合物は、プレス成形などにより成形体とした後、非酸化
性雰囲気中、１０００〜１３００℃の温度で焼結する。
酸化性雰囲気中では硫化物が酸化してしまうため、窒
素、アルゴン、真空などの雰囲気中で焼結する必要があ
る。焼結温度をこの範囲とした理由は、１０００℃未満
ではＢ化合物が溶解せず、１３００℃超では硫化物が分
解してしまうからである。
【００１３】ウイスカーは通常、猫のヒゲとよばれる繊
維状の結晶であり、気相成長により生成されるものが多
いが、本発明のウイスカー状硫化物は固相中で再結晶成
長したものである。ウイスカー状硫化物を含む焼結体は
潤滑性に優れ、大気中、室温での摩擦係数はＷＳ2 の場
合、０．０３〜０．１である。さらに水中で試験をして
も大気中と同じく極めて低い摩擦係数を示す。
維状の結晶であり、気相成長により生成されるものが多
いが、本発明のウイスカー状硫化物は固相中で再結晶成
長したものである。ウイスカー状硫化物を含む焼結体は
潤滑性に優れ、大気中、室温での摩擦係数はＷＳ2 の場
合、０．０３〜０．１である。さらに水中で試験をして
も大気中と同じく極めて低い摩擦係数を示す。
【００１４】燐片状のＷＳ2 は、結晶の間に水の分子が
はいると結晶同士が離れにくくなるため摩擦係数が高く
なるのに対し、ウイスカー状硫化物は、結晶が大きく、
緻密であるので水分子が結晶の間に入りにくくなるため
優れた潤滑特性を示す。さらに燐片状のＷＳ2 は大気
中、４５０℃を越えると酸化して潤滑性を失うが、ウイ
スカー状ＷＳ2 は結晶が大きく、緻密であり、表面積が
小さいため酸化されにくく、６００℃程度の温度まで潤
滑性を保持する。
はいると結晶同士が離れにくくなるため摩擦係数が高く
なるのに対し、ウイスカー状硫化物は、結晶が大きく、
緻密であるので水分子が結晶の間に入りにくくなるため
優れた潤滑特性を示す。さらに燐片状のＷＳ2 は大気
中、４５０℃を越えると酸化して潤滑性を失うが、ウイ
スカー状ＷＳ2 は結晶が大きく、緻密であり、表面積が
小さいため酸化されにくく、６００℃程度の温度まで潤
滑性を保持する。
【００１５】ウイスカー状硫化物は潤滑性に優れている
ため、粉末状にしてオイル、グリースに添加、混合して
使用することができる。さらに、プラスチック、金属、
セラミックスとの複合材料の原料とすることもできる。
ため、粉末状にしてオイル、グリースに添加、混合して
使用することができる。さらに、プラスチック、金属、
セラミックスとの複合材料の原料とすることもできる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。平均粒径５００μｍの二硫化タングステン粉末と
Ｂを含む合金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、１１００℃で焼結した後、圧
縮試験と摩擦磨耗試験を行った。
する。平均粒径５００μｍの二硫化タングステン粉末と
Ｂを含む合金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、１１００℃で焼結した後、圧
縮試験と摩擦磨耗試験を行った。
【００１７】圧縮試験には直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍ
の試験片を用いた。摩擦磨耗試験は二線式トライボメー
タを用い、摩擦係数は１０ｍｍ角の試料のＳＵＳ−３０
４を相手材にして、速度２５ｍ／ｍｉｎ、荷重２０ｋｇ
の条件で求めたものであり、比磨耗率は荷重２０ｋｇ、
摩擦距離５００ｍの条件により求めた。
の試験片を用いた。摩擦磨耗試験は二線式トライボメー
タを用い、摩擦係数は１０ｍｍ角の試料のＳＵＳ−３０
４を相手材にして、速度２５ｍ／ｍｉｎ、荷重２０ｋｇ
の条件で求めたものであり、比磨耗率は荷重２０ｋｇ、
摩擦距離５００ｍの条件により求めた。
【００１８】比較例として平均粒径５００μｍの二硫化
タングステン粉末を同じ条件で成形焼結したものおよび
Ｂを含む合金粉の添加量の多いものを試験した。
タングステン粉末を同じ条件で成形焼結したものおよび
Ｂを含む合金粉の添加量の多いものを試験した。
【００１９】本発明のウイスカー状硫化物の結晶組織
を、図１に示す。また、ウイスカー状硫化物と燐片状硫
化物との特性を、表１に示す。本発明のウイスカー状硫
化物は、圧縮強度が燐片状硫化物の４倍であり、摩擦係
数も低く、比磨耗率が１桁小さく、水中での特性も良
く、全てにわたって優れていることがわかる。
を、図１に示す。また、ウイスカー状硫化物と燐片状硫
化物との特性を、表１に示す。本発明のウイスカー状硫
化物は、圧縮強度が燐片状硫化物の４倍であり、摩擦係
数も低く、比磨耗率が１桁小さく、水中での特性も良
く、全てにわたって優れていることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】以上の通り、本発明の二硫化タングステ
ン系固体潤滑剤は摩擦係数が低く、比磨耗率も小さく、
機械的性質に優れ、耐酸化性に富んでおり、あらゆる雰
囲気中で使用できる画期的な材料である。
ン系固体潤滑剤は摩擦係数が低く、比磨耗率も小さく、
機械的性質に優れ、耐酸化性に富んでおり、あらゆる雰
囲気中で使用できる画期的な材料である。
【図１】本発明のウイスカー状硫化物の金属結晶組織を
示す写真である。
示す写真である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｂ 50:08 50:10
Claims (1)
- 【請求項１】長さ１０〜５０００μｍ、幅５〜２００μ
ｍ、厚さ２〜１００μｍのウイスカー形状の集合体であ
って、大気中の摩擦係数が０．１以下、耐酸化温度が４
５０℃以上であることを特徴とする二硫化タングステン
系固体潤滑剤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6662394A JPH07247487A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 二硫化タングステン系固体潤滑剤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6662394A JPH07247487A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 二硫化タングステン系固体潤滑剤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07247487A true JPH07247487A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13321207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6662394A Pending JPH07247487A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 二硫化タングステン系固体潤滑剤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07247487A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7543992B2 (en) | 2005-04-28 | 2009-06-09 | General Electric Company | High temperature rod end bearings |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP6662394A patent/JPH07247487A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7543992B2 (en) | 2005-04-28 | 2009-06-09 | General Electric Company | High temperature rod end bearings |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020910 |