JPH0772318B2 - 集電摺動用鉄系耐摩焼結合金の製造法 - Google Patents

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
る耐摩性と潤滑性に秀れた鉄系焼結合金、特に速度270
〜350km/Hで走行する高速電気車のパンタグラフ用摺板
として好適な摺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、速度220〜240km/HのJR新幹線用パンタグラフ摺板
として使用され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、鉛を２〜27％含有した焼結合金
が使用されている。これ等の銘柄の内、鉛を17〜27％と
比較的多量に含有する品種と、２〜10％と比較的少量含
有する品種において、走行寿命は前者が著しく短いこと
は周知の通りである。これは鉛を比較的多量に含有して
いる摺板は、重いため摺板と架線が離線してその際に発
生する火花放電の回数が多くなり、摺板の摺動表面より
過剰の鉛が溶出し放失して摺板の表面を荒損するからで
ある。また、架線の摺動面がスパーク発生回数増加のた
め著しく荒損し架線の寿命が短くなる欠点がある。ま
た、鉛粉が鉄道沿線に飛散して公害の心配がある。

本発明者は、前記の如き従来技術の問題点を改善するた
め、鉄粉中に二硫化モリブデン、二流化タングステンな
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、かつ焼結合金中に60〜150メッシュの粒
粉状の単体クロームをしっかりと抱き込んだ焼結合金母
体をつくり、その焼結合金母体中に２〜８％の鉛ないし
鉛合金を含浸させた鉄系耐摩焼結合金の製造法を先に発
明した（特許第1519154号、特公昭63−65741号公報参
照）。

［発明が解決しようとする課題］ この先発明によれば、速度260〜270km/H程度であれば良
好な耐摩性能と潤滑性能とを発揮することができるが、
それ以上の270〜350km/Hと速度をアップさせた場合に
は、耐摩性能及び潤滑性能がやや不十分である。

本発明は前記の如き従来技術の問題点に鑑み、速度約27
0〜350km/Hにおいても適応し、必要な機械的強度と優秀
な耐摩性及び潤滑性を発揮すると共に、摺板及び架線の
耐久力を著しく向上させることができ、電車の走行中に
おいて架線とパンタ摺板の集電摺動に起因する摺動騒音
公害を低下させて、鉛公害を環境基準以下に抑えること
も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。

［課題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25〜33％、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３
〜９％、燐１％以下、ステアリン酸亜鉛粉末１％以下を
添加し、残部鉄粉よりなる粉末を混合し、これを金型に
入れ６−8t/cm²で圧縮成形後、非酸化雰囲気中あるいは
還元雰囲気中1180〜1230℃で50分間焼結した後、同雰囲
気中で750〜900℃で60分間焼鈍して母体合金をつくり、
その母体合金中に真空炉において700℃−120分で鉛を３
〜９％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270〜3
50km/Hの高速に適用する耐摩性と潤滑性を発揮させるた
めに、先発明（特許第1519145号、特公昭63−65741号公
報参照）のCr2〜14％に対しCr25〜33％に増量し、これ
に従って潤滑剤の金属硫化物２〜７％も本発明は３〜９
％に増量した。

しかし、ただ単にクロームを増量しただけでは必要とす
る機械的強度が得られないので、先発明の圧粉体の焼結
温度は還元雰囲気中で1150℃、30分であったが、本発明
は1180〜1230℃で50分間焼結した。このようにして焼結
すると、マトリックスにFe−Crが所望通りに固溶し焼結
合金母体中に、先発明より多量のCrを、鉄と、二硫化モ
リブデン，二硫化タングステン，硫化鉄，硫化銅等の金
属硫化物がしっかりと抱き込むことになる。次にこの焼
結合金を非酸化雰囲気あるいは還元雰囲気中で750〜900
℃で60分間焼鈍し、次に真空炉において鉛を700℃−120
分で３〜９％含浸して、270〜350km/Hの高速に適応する
耐摩性、潤滑性及び機械的強度と靭性を増加した集電摺
動用鉄系耐摩焼結合金を得た。

さらに詳しく言うと、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、これに0.7％のステアリン
酸亜鉛と鉄粉，クローム，燐が均一に配合混合され、６
〜8t/cm²で加圧成形後、1180〜1230℃で焼結すると、粒
粉状のクロームは焼結合金の母体中に一部がFe−Crの固
溶体となり、強く抱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、クロ
ームによる耐摩性と焼結合金の母体中に含有する金属硫
化物、及び焼結後含浸された鉛ないし鉛合金３〜９％の
潤滑性能が両々相俟って270〜350km/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
の如き鉄粉とクロームの配合比において、金属硫化物の
配合量は３〜９％が適量であって、３％未満ではその効
果が少なく、９％以上になると機械的強度が低下する。
ステアリン酸系潤滑剤は、鉄粉、クローム粒粉25〜33
％、金属硫化物系潤滑剤（MoS₂,Ws₂,FeS,CuS）、燐等と
共に添化し、６〜8t/cm²で加圧成形する際、既に金属硫
化物系の潤滑剤が存在するので、これ等と互いに助け合
っ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25〜33％の如く多量に含有させても緻密に成形
が可能で、又押型と圧粉体との型離れがよく、かつこの
圧粉体を1180〜1230℃−50分で焼結した後、750〜900℃
−60分で焼鈍し、鉛を含浸して得た集電摺動用鉄系耐摩
焼結合金の衝撃値と引張強度を増大することができ、JR
新幹線で使用されている摺板の機械的規格に合致させる
ことができる。

すなわち、新幹線で使用されている摺板の機械的規格の
うち最も重要なものは衝撃値であるが、前記の如く６〜
8t/cm²で圧縮成形した圧粉体を1180〜1230℃の高温で焼
結すると、硬度が上りすぎて衝撃値が低下し、安全走行
が不能となる。ここにおいて本発明は、得られた焼結合
金を750〜900℃で焼鈍し、硬度を115以内に入るように
下げることにより衝撃値を１以上にすることができる。
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
が比較的多量の場合はその添加量を減じて零に近づけて
も成形圧力６〜8t/cm²で、かつ焼結温度を1230℃近くに
すればその鉄系焼結摺板をJR新幹線の機械的強度を規格
内に納めることができる。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によりなる圧
粉体を焼結する際、その強い脱酸作用によって鉄粉を浄
化すると共に、焼結の初期に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
ームと潤滑性の目的で混入している金属硫化物とをしっ
かりと抱き込んだ状態で収縮させ緻密化し機械的強度を
促進させるものである。そして燐の配合量は１％以上に
なるとかえって脆弱になる。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
を減じて零に近づけ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メッシュのもの
を使用し、前記の如くステアリン酸系潤滑剤を混入して
６〜8t/cm²で加圧成形することに起因する緻密化、およ
び燐を添加し1180〜1230℃で焼結によって収縮、緻密化
された鉄系焼結合金中にクローム単体及びマトリックス
が一部固溶し脱落することなく強く抱き込まれた状態で
存在し、クローム特有の耐錆、耐摩性能を発揮する。そ
の含有量は270〜350km/Hにおいて25％以下では耐摩性の
向上には不十分であり、33％以上ではその含有焼結合金
の機械的強度を低下させる。

また本発明においては、前記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っていて鉛の含浸をある程度
妨げ、これと混合粉の成形圧力６〜8t/cm²にすることと
相俟って鉛含浸率を３〜９％にすることができる。鉛の
含有量は３％未満では潤滑性の効果が不十分で、９％以
上は不必要であるばかりでなくこれ以上の鉛を含有させ
る摺板とトロリー線の耐久力が劣り、かつ鉛公害の環境
基準を超すおそれがある。

［実施例］ 以下本発明の具体例を各実施例により説明する。

実施例１ 重量比にて、80〜150メッシュの単体Cr（以下単にCrと
いう）25％,MoS₂ 3％,P 0.8％,Co 0.3％,CuS 0.5％,Ni
0.2％，ステアリン酸亜鉛0.7％、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後6t/cm²で圧縮成
形し、還元雰囲気中で1180℃−50分間で焼結した。得ら
れた焼結合金母体を還元雰囲気中で750℃−60分間で焼
鈍した後、鉛単体の固体と一緒に真空炉に設置し、温度
700℃−120分間で鉛９％含浸された、本発明の集電摺動
用耐摩焼結合金を得た。

実施例２ 重量比にて、80〜150メッシュのCr 28％,MoS₂ 5.3％,P
0.7％,W 0.5％,WS₂ 1.7％，ステアリン酸亜鉛0.7％、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
和後8t/cm²で圧縮成形し、還元雰囲気中で1200℃−50分
間で焼結した。得られた焼結合金母体を還元雰囲気中で
820℃−60分間で焼鈍した後、鉛単体の固体と一緒に真
空炉に設置し、温度700℃−120分間で鉛４％含浸され
た、本発明の集電摺動用耐摩焼結合金を得た。

実施例３ 重量比にて、80〜150メッシュのCr 30％,MoS₂ 7.5％,P
0.5％,Cu 0.5％,Ti 0.5％,C 0.4％，ステアリン酸亜鉛
0.7％、残部鉄粉の割合で各原料を配合し、混和機によ
り均一に混和後8t/cm²で圧縮成形し、還元雰囲気中で12
20℃−50分間で焼結した。得られた焼結合金母体を還元
雰囲気中で900℃−60分間で焼鈍した後、鉛単体の固体
と一緒に真空炉に設置し、温度700℃−120分間で鉛３％
含浸された、本発明の集電摺動用耐摩焼結合金を得た。

実施例４ 重量比にて、80〜150メッシュのCr 33％,MoS₂ 8.8％,P
0.4％,WS₂ 0.2％，ステアリン酸亜鉛0.7％、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後8t/c
m²で圧縮成形し、還元雰囲気中で1230℃−50分間で焼結
した。得られた焼結合金母体を還元雰囲気中で850℃−6
0分間で焼鈍した後、鉛単体の固体と一緒に真空炉に設
置し、温度700℃−120分間で鉛４％含浸された、本発明
の集電摺動用耐摩焼結合金を得た。

実施例５ 重量比にて、80〜150メッシュのCr 29％,MoS₂ 6％,P 0.
5％，ステアリン酸亜鉛0.7％、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後7t/cm²で圧縮成形
し、還元雰囲気中で1220℃−50分間で焼結した。得られ
た焼結合金母体を還元雰囲気中で870℃−60分間で焼鈍
した後、鉛単体の固体と一緒に真空炉に設置し、温度70
0℃−120分間で鉛５％含浸された、本発明の集電摺動用
耐摩焼結合金を得た。

これらの実施例１〜５により得た焼結合金の機械的特性
を示すと第１表のとおりである。

また、前記各実施例１ないし５より得られた焼結合金よ
り切出して得た各試験片および現在JR新幹線（速度220k
m/H）で使用している鉄系焼結合金摺板よりなる試験片1
0×25×90mmを回転式集電摺動試験機に取付け、押上力
5.5kg、通電電流AC150A、摺動速度75km/H、60分間無潤
滑でトロリー線を摺動させ、その時の各試験片の非摩耗
率と相手方トロリー線の摩耗厚さmmを測定した。

その結果を第２表に示す。

前記第１表により明らかな如く、本発明により得られた
焼結合金は、270〜350km/Hの高速電車のパンタグラフす
り板として必要な特性を具備し、かつ第２表により明ら
かな如く、現在速度220km/H前後で使用されている鉄系
摺板と比較するとその耐摩性を数倍に向上せしめると共
に、相手方架線を痛めないことが実証された。また各実
施例ならびに第１表および第２表により明らかな如く、
Cr25〜33％，金属硫化物３〜９％，燐１％以下，ステア
リン酸系化合物１％以下，残部鉄粉よりなる配合原料の
うち、鉄の少量をN_i,W,T_i,Co,Cu,炭素，クロームまたは
それらの化合物におきかえても、焼結後焼鈍した本発明
の焼結合金において耐摩性と潤滑性に大きな影響はな
い。従って鉄の少量をこれらのものにおきかえることも
本発明に包含される。

［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、その摺面が黒褐色平滑で光沢が
あり、相手方架線の摺動表面の損傷と摩耗を顕著に減少
せしめる効果があり、270〜350km/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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量比にて、単体クローム粒粉25〜33％、
   金属硫化物３〜９％、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し、これ
   を６〜8t/cm²で圧縮成形後、非酸化雰囲気あるいは還元
   雰囲気中において1180〜1230℃で焼結して焼結合金母体
   をつくり、その焼結合金母体を同雰囲気中において750
   〜900℃で焼鈍した後、その焼結合金母体中に鉛ないし
   鉛合金を３〜９％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。