JPS6058842A

JPS6058842A - 摺動用複合材料

Info

Publication number: JPS6058842A
Application number: JP16659283A
Authority: JP
Inventors: 根本　政昭
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-04-05

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。

Description

【発明の詳細な説明】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める密閉サイ
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
る原子力用るるいは真空中で使われる宇宙及び核融合機
器等の広φ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、フィルタ、配管等）の除去
お工び機構の簡累化がもたらされる。

摺動用複合材料は次の３種類に大別される。

（１）　カーボングラファイトマトリックスに金属を含
浸させた材料。

（２）金属と固体潤滑剤を焼結させた林料。

（３）固体潤滑剤ペレットヲ金属ブロックに埋め込んだ
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は金属マトリッ
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、鉄及びニッケル等の金属が
マトリックス０１として用−られ、二硫化モリブデン、
カーボングラファ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卯滑剤ａ２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と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、少ないと鯛滑性
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０２０割合は、５〜１５　％　（ｖｏｔ）の範囲
に設定される。また、金属の粒径は１０〜５０μｍ程度
でらる。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ックス、０２
は複合材料中の固体潤滑剤、０１０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
’ｉｉ複合材料と対し摺動させると、固体潤滑剤ｏ２が
相手面に付着する。第２４（２）・杜、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＋１’６滑剤０２が消費される個所に空孔０１０
０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、金属マトリックス０１との接触割合が増加し、
金属／金属の接触状態となる１、この際、相手材０１０
は硬度が高いので、金属側が摩耗（ｈ）シ、再び相手材
０１０は、金１・４のみでなく、新たな固体潤滑剤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ックスで焼結した従
来の摺動用複合材料は、次の↓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！！４／金属の凝着摩耗を伴なうため、すベ
ク面が荒れる。

（３）金属／金属のＲ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おるため
、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ドｌ／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、固体潤滑剤
粉末を金属粒子で焼成した焼結材料の表面にパイル状の
微小セラミック粒子を打ち込んだことを特徴とする摺動
用複合材料に関するものでおる。

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、ロータジャー
ナル部、ピストンスカート部、シリンダライチ部等に広
く適用できる。

次に、本発明を図面により説明する。

第３図に、本発明の摺動用複合材料のすベク面部断面の
拡大組織を示す。図中、１はマトリックス金属、２は固
体潤滑剤、３はセラミック微粒子を示す。セラミック微
粒子としては、酸化物、炭化物、窒化物等が使用できる
。第３図に於て、固体■滑剤２を含む焼結全組（マトリ
ックス金属）１の表面にパイル状のセラミック微粒子３
を打込む。

セラミック微粒子の打込み方法としては、Ｇｕｎ（圧搾
空気の利用等）やマイクロ油圧ピストン等の方法、ある
いはレーザディスクやＩＣ基盤上へのハンダ付け、ワー
ドプロセッサのドツトタイプの印字機構等からの流用方
法が適用できる。

特に、後者の流用方法は、セラミック微粒子全等間隔で
打込む場合に適している。

セラミック微粒子３は円柱状や薄肉パイプ状のものが使
用でき、その径は、焼結金属１の機械的な性質を損わな
いように、母材全屈粒子とはｙ同一径（ｄ＝１０〜５０
μｍ）とする。

また、埋込み深さＣ１）はセラミックパイルが摺動時に
飛び出さないように充分な長さくｔ≧ｄ）とする。セラ
ミック微小パイルの打込みパターンはランダムでも良い
が、品質のバラツキを防ぐ目、的から、第４図（Ａ）、
　（Ｂ）に示すような規則正しいパターンの方が望まし
い。

本発明の摺動用複合材料の作用は、次の通りである。

（１）　微小セラミックパイルを打込むことにより、そ
れを介して隣接する金属粒子を結合させる。

（２）　このように、表面に微小セラミックパイルを打
込んだ固体潤滑剤入り焼結金属と表面硬化した金属との
摺動における摩耗状況は、第５図のような模式図で説明
される。

先ず、第５図（りに示すように、複合材料と相手材両者
の摺動にエフ、固体潤滑剤２が相手面１０に移着し、第
５図（２）に示すように、空孔１００を生ずる。この際
、相手金属面１０は、金属マトリックス１とセラミック
埋込み粒子５とで荷重分担される。金属マトリックス１
はセラミック３に較べ硬度が低いこと及び金属凝着し易
いことにより、セラミック３よりも早く摩耗する。この
時、荷重の大部分はセラミック３部で受けもつことにな
るが、相手面と金属マトリックス１の微小すきまには、
常に固体潤滑剤２が供給され、二面間の潤滑は保たれ、
したがって、第５図（３）に示すように、相手面のすベ
ク面も潤滑剤で覆われるのでセラミック３部の摺動は固
体潤滑状態となる。１だ、摩耗したセラミック粉は直ち
に１周囲の軟かい金属マトリックス中に埋没するので、
アブレシブ摩耗の発展は防がれることになる。

このような本発明の効果を列挙すると下記の通りである
。

（１）　微小セラミックパイルと隣接する金属粒子の結
合にエフ、表面部の材料強度が上昇し、金属粒子の離脱
が阻止されるので、墨常摩耗及び面すれが回避される。

（２）　セラミック粒子の介在にエフ、金属マトリック
ス部の負荷面圧が低減されるので、金属凝着摩耗が軽減
される。

（３）　さらに、高硬度のセラミック粒子自体の低摩耗
特性にエフ、全体的な摩耗低減が図られる。

（４）相手材である高硬度金属とセラミックパイル間に
できた微小なすきまは、固体潤滑剤の溜りとなるので、
セラミックは常時潤滑状態を保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の摺動用の焼結材料についての組織拡大
図全示し、第２図（υ〜（３）は、その摩耗機構の模式
図を示す。第３図は、本発明の摺動用複合材料のすベク
面部断面の拡大組織を示し、第４図（〜、（Ｂ）は、セ
ラミック微小ノ（イルの好ましい打込みパターンの例を
示す。また、第５図（１）〜（３）は、本発明の表面に
微小セラミックパイルを打込んだ固体潤滑剤入り焼結金
属と表面硬化した金属との摺動における摩耗状況を示す
模式図である。復代理人　内　１）　明復代理人　萩　原　亮　− 第５図（２）　（３）

Claims

【特許請求の範囲】

固体潤滑剤粉末を金属粒子で焼成した焼結材料の表面に
パイル状の微小セラミック粒子を打ち込んだことを特徴
とする摺動用複合材料。