JPS62196351A - 固体潤滑性複合材料及びその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分！？） 本発明は、各種の機械部品として用いられる軸受材料又
は摺動材料に適する固体間・滑性複合材料に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、ニー硫化タングステン、−二硫化モリブデン、黒
鉛、弗化黒鉛、弗化カルシウムなどの潤滑に１物質と各
種の金属又は合金とからなる焼結体が固体１１７４　ｍ
性材料として使用されている。これら従来の固体潤滑性
材料の代表的なものとしては１本発明者らの内の１人に
よる特開昭４９−７１０８（，３公報、特開昭５０−３
０７０６号公報、特開昭５３−５８９１０号−公報及び
特開昭５３−１２２０５９り公報などがある。

ＯＲ，、明が解決しようとするＩＦ、ｌ　Ｘ点）−硫化
タングステン、二酸化モリブデン又は黒鉛などの１１１
１滑性物質と各種の金属又は合金の結合相とからなる固
体潤滑性材料は、？ｌｌＩ滑性物質としての出９．原キ
１粉末と結合相としての出発原料粉末を同時混合して後
、焼結しているものであるが、こうして得た焼結体の中
の？Ｉ？（滑性物質は分散性が悪く、特に１）１滑性物
質の含イｆ；い−が多くなるとその傾向が茗しくなって
、固体４テ１滑性材料の強度低ド及び摩耗の増大となっ
て寿命が著しく低ドしてしまうという問題がある。

本発明は、１−述のような問題点を解決したもので、工
り体的には、結合強１えを高めた叫・滑性物質をＹ成分
とする塊状相と、この塊状相を保持する結合相とからな
る固体１１ｔｌ滑性複合材料で、特に摩擦係数及び比庁
耗−トが低く、しかも機械的強度の著しく高い固体＋１
？１滑性複合材料及びその製造力υ、の提供を目的とす
るものである。

（問題点を解決するための１段） 未発＋！１１者らは、固体４ガ滑性材料の強度を向トさ
せることについて検、；＝ｔ　していた所、１￥１滑ヤ
１．物質と結合相とからなる固体潤滑性材料は、その焼
結体の組織構造によって著しく強度が異なり５強度の向
ｌ二と共に比摩耗率及び摩耗係数も低ドするという知見
を得ることによって本発明を完成するに１５ったもので
ある。

すなわち１本発明の固体潤滑性複合材料は、潤滑性物質
をＩＥ酸成分する塊状相ｉｏ屯州％以に〜８０屯州％以
下と、残り金属及び／又は合金をＩＥ酸成分する結合相
とからなる固体潤滑性材料であって、＋ｉｉｊ記塊状相
は粒径３０ｕＬｍ未膚の結晶粒を複数個で形成してなる
３０μｍ以上〜ｔｏｏ。

μｍ以下の大きさのものが含まれていることを特徴とす
るものである。ここで述べている潤滑性物質をＦ成分と
する塊状相とは、例えば−硫化モリブデン、二硫化タン
グステン、黒鉛、′オー化ホウ素、弗化黒鉛、−酸化鉛
、二酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化亜鉛、酸化す
ず、酸化銅、弗化カルシウム、弗化バリウム、窒化ケイ
素及びテルル化物、セレン化物など摩擦係数の低い物質
が少なくとも１棟台まれていて、その＋［ｌが少なくと
も６０改量％含有しているものである。この塊状相は、
粒径３０μｍ未満の結晶粒が複数偏集まって３０μｍｌ
！ｈ〜１０００μｍ以下゛の大きさに形成されているも
ので、特に固体潤滑性材料の強度を高めるために粒径５
μｍ以Ｆの結晶粒が複数偏集まって形成されているもの
が好ましいものである。この塊状相の大きさは、塊状相
の猜と塊状相を取り囲んでいる結合相のにとの関係によ
って最適な大きさが異なってくるもので、塊状相の大き
さが３０ＪＬｍ未満になると分散性が悪くなって結合相
が塊状相を取り囲むのが難しくなり粒状組織を形成し難
くなる。逆に、塊状相の大きさが１１０００ｊＬを超え
て大きくなると結合相の厚みが増大して、摩擦係数及び
摩耗ｈｋが増大する。このために、塊状相の大きさは、
３０μｍ以ヒ〜１０００μｍ以下と定めたものである。

塊状相のＸｔ成と！１；−並びに結合相の組成と星の関
係にもよるが、特に塊状相の大きさは、５０μｍ以上〜
５００ｐＬｍ以下であることが好ましいものである。

潤滑性物質を主成分とする塊状相は、Ｐｌ擦係数の低い
物質を含有していればよく、特に摩擦係数が低く、使用
時に相「材の摩擦面に被膜を形成し易くするような二硫
化タングステン、二硫化モリブデン及び黒鉛の中の少な
くとも１種からなることが好ましく、さらに、二６１ｉ
１ヒタングステン、二硫化モリブデン及び黒鉛の中の少
なくとも１種の潤滑性物質を６０重着％以Ｅと、残りＣ
ｕ。

Ａ　ｇ　、　Ｗ　、　Ｔ　ａ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｎ　ｂ
及びこれら２挿具にの合金の中の少なくとも１種の結合
補助物質とからなる塊状相の場合には、潤滑性物質の微
細粒トを結合補助物質が包み込んだ状ｙムになって、機
械的強度及び耐摩耗性が向トするので・層好ましいもの
である。

結合補助物質を含有した塊状相の場合は、結合補助物質
が潤滑性物質の結合を補助して潤滑性。

耐醜化性及び強度を高める効果があり、特にＣｕ又はＡ
ｇを含有した結合補助物質が著しい効果を発揮する。ま
た、結合補助物質は、焼結時に発生するガスを捕捉して
緻密化を高める効果があり、特にＷ　、　Ｔ　ａ又はＮ
ｂを含有した結合補助物質が著しい効果を発揮する。従
って、Ａｇ及び／又はＣｕとＷ　、　Ｔ　ａ及びＮｂの
少なくとも１種を含有した結合補助物質は１強度、潤滑
性、８安定性及び緻密性などの諸性性から好ましいもの
である。

その他、二硫化タングステン、二硫化モリブデン及び黒
鉛の中の少なくとも１種に前述した窒化ホウ素、弗化黒
鉛、−酸化鉛、三酸化モリブデン、＃化コバルト、酸化
頓鉛、酸化すず、酸化銅、弗化カルシウム、弗化バリウ
ム、窒化ケイ素及びテルル化物、セレン化物など微Ｉ１
１含有してなる潤滑性物質の塊状相又はこれらの潤滑性
物質と結合補助物質とからなる塊状相にすることによっ
て、使用時の温度又は雰囲気などの環境条件に対応でき
る塊状相にすることもできる。

■−述の塊状相の他に、潤滑性物質と周期律表第４ａ、
第５ａ、第６ａ族金属の炭化物、窒化物。

炭酸窒化物、窒酸化物、ホウ化物、硫化物及びこのらの
相互固溶体の中のすくなくとも１種の高融点金属化合物
とからなる塊状相又は潤滑性物質と結合補助物質と高融
点金属化合物とからなる塊状相の場合には、高温領域側
での使用がＩｒｒ能になること、並びに使用時の許容温
度が広くなることから好ましいことである。

これらの塊状相を取り囲む結合相は、塊状相を保持する
と共に、焼結時に塊状相中の潤滑性物質が変質すること
及び消失することを抑制しているものである。この結合
相は、塊状相の成分及び使用時の環境状ｙｇによって種
々の構成にすることができるものである。特に、本発明
の固体潤滑性複合材料の強度を向トさせるための結合相
は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｎｉ。

Ｃｏ　、　Ｍ　ｎ　、　Ｃｒ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｗ　、
　Ｎ　ｂ　、　Ｔ　ａ　。

Ａｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂ及びこれら２種以上の合金の中の少
なくとも１種からなるものが好ましい。また、使用時の
環境状態によって、より耐蝕性を必要とする場合は、モ
ネル又は占銅などの銅系合金、＋１１．性及び耐熱性を
必要とする場合は、ステンレス又はハイスなどの鉄系合
金、ハステロイ。

イ／コネル又はワスパロイなどのニッケル系合金藁びに
ステライトなどのコバルト系合金を結合相にすることも
できる。

さらに、結合相中に周期律表第４ａ、第５ａ。

第６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、
ホウ化物、硫化物及びこれらの相／Ｚ固Ｈ体の中の少な
くとも１種の高融点金属化合物を分散させると耐熱性が
すぐれて好ましいことである。

本発明の固体潤滑性複合材料及びその製造方法は、潤滑
性物質をＬ成分とする粒径３０ｕＬｍ未満の出発原料粉
末を造粒工程により複合粒とし、該複合粒と結合相形成
用の出発原料粉末とを混合及び成形後、非酸化性雰囲気
中で無加圧焼結又は加圧焼結を行なって潤滑性物質を′
Ｅ、成分とする粒径３０μｍ未満の結晶粒を複数個で形
成してなる３０μｍ以１ｙ、〜１ｏｏｏμｍ以丁の大き
さの塊状相１０　％　；ｉ５ｘ％以に〜８０　％　ｒｊ
％以丁と、残り結合相からなる焼結体にすることを特徴
とするものである。

本発明の固体潤滑性複合材料の製造方法において用いる
出発原料粉末は、粒径が３０μｍ未満のものを用いるが
、出来るだけ微細な粒径の方が強度の向１−４から好ま
しく、特に５μｍ以下の粒径のものが好ましい、潤滑性
物質をＦ成分とする出発原料粉末を必要に応じて混合及
び粉砕を行なった後、造粒子程によって複合粒にする。

造粒り程は１通常、粉末冶金法で用いられる顆粒の製造
［程が全て利用でき、例えば、■潤滑性物質を１ル分と
する混合粉末に必要に応じてステアリンＩｖ頓鉛、ステ
アリン酸リチウム、パラフィン、レジン、樟脳などの滑
剤を添加した後、ヘキサン、アセトン、アルコールなど
の有機溶剤を加えながら回転ドラム中で複合粒にする造
粒処理方法、（２）潤滑性物質を主成分とする混合粉末
に必要に応じて滑剤を添加した後、加圧成形し１次いで
粉砕及び篩別を行なって複合粒にする造粒処理方法、（
■潤滑性物質を−Ｌ成分とする混合粉末に必要に応じて
滑剤を添加した後、加圧成形し１次いでＪｌ酸化性雰囲
気中７００℃〜１２００℃で加熱処理を行なった後に粉
砕及び篩別して複合粒にする方法などがある。造粒［程
は、造粒処理のみでもよいが、特に、造粒［程の中で造
粒処理の他に加熱処理を加えることは、潤滑性物質をＹ
成分とする出発原料粉末中に含まれて付着又は固着して
いる酸７ド又は窒素などをガスとして追出し、安定性の
高い複合粒を得ることができるので好ましいことである
。また、加熱処理をホントプレスで行なうと加圧成形と
加熱処理が回持に行なえるのでｈｒましいことである。

造粒子程により得た複合粒にＣｕ、Ａｇ。

Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡＭ、Ｚｎ、Ｐ。

Ｂ及び各種の合金などの結合相形成用の出発原料粉末を
加えて混合し、これを成形後１例えば１０　１ａｍ）Ｉ
ｇよりも高い真空又は水素などの非酸化性雰囲気中、４
００°Ｃ〜１２００℃の温度で無加圧焼結又は加圧焼結
を行なうことによって本発明の固体潤滑性複合材料を製
造することができる。

特に、造粒工程において加熱処理を行なう場合には、無
加圧焼結又は加圧焼結による焼結温度は加熱処理温度よ
りも少し低い方が塊状相の大きさを安定に保つことがで
きて好ましいことである。

（作用） 本発明の固体潤滑性複合材料は、特に、潤滑性物質の結
晶粒界に結合補助物質が介在して潤滑性物質を包み込ん
だ状態の塊状相とこの塊状相を取り囲んでいる結合相と
からなっていることから脆弱な潤滑性物質が強固に結合
された焼結体になっていて、焼結体の強度が著しく高く
なっているものである。また、本発明の固体潤滑性複合
材料は、３０ｕｍ−１０００μｍと大きな塊状相を含有
しており、この塊状相中に含有している潤滑性物質が使
用時に相「材との接触面に被膜として供給されることに
よって、比摩耗十と摩耗係数の両方な著しく低ドシてい
るものである。

実施例１ 第１表に示した各種出発原本１粉末を用いて所定品配合
し、この配合粉末を用いて各種の造粒工程を行ない造粒
粉を得た。

造粒−Ｌ程は、■配合粉末に１重ｔ％のパラフィンを添
加した後、ヘキサンを少；Ａずつ加えながら回転ドラム
中で混合して造粒し、（以下、動転法と記す、）この造
粒粉を必要に応じて真空中で加熱処理する方法、又は、
■配合粉末を混合し゛、この混合粉末を約５ｔｏ層ＩＣ
鳳２で　プレスし、プレスした状態もしくはプレス後加
熱処理し、次いで粉砕及び篩別する方法（以下、粉砕法
と記す、）によって行なった。

各、造粒粉の配合組成、造粒工程及び造粒後の粒度を第
２表に示した。

第２表に示した造粒粉に結合相となる結合相形成用の出
発原料粉末を所定Ｆｉｌ配合し、これを混合、成形及び
焼結して本発明の固体潤滑性複合材料及び比較の固体潤
滑性材料を得た。このようにして得た本発明品の配合組
成及び焼結条件を第３表に示し、本発明を外れた比較前
の配合組成及び焼結条件を第４表に示し、従来品に相当
する比較前の配合組成及び焼結条件を第５表に示した。

この第３表、第４表、及び第５表によって得た各焼結体
の硬さ、圧環強度、摩擦係数及び比庁耗（ｌを測定して
、その結果を第６表、第７表及び第８表に示した。

第３表、第４表及び第５表に示した諸性性の内、圧環強
度は、形状寸法が１５φＸ８φ×８の円筒状の焼結体を
外周に対して１■直方向に外圧を加えて、破壊すること
によって求めたもので、：ンクリート管の耐圧試験又は
高圧ガス容器用管の圧壊試験に相当する方法で行なった
ものである。

また、摩擦係数は、円板状の各試料に５Ｋ２（１８φ×
１４φＸ　ｌ　６　Ｍｊ法）を相り材に速度６０ｍ／＋
＊ｉｎ、面圧５０　ｋｇ／ｃｍ２の条件で端面接触して
求めたものであり、比摩耗率は摩擦係数を求めたのと同
様の試料及び相Ｆ材でもって血圧１００ｋｇ／ｃ腸２．
摩擦距ｇ１５００　ｍにより求めたものである。

実施例２ 実施例１で用いた第１表の出発原料粉末と第２表の造粒
粉Ｈを用いて。

ＷＳ２−　（Ｃｕ　−１０ｗｔ％Ｓｎ）系組成で、ＷＳ
２　と（Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｓｎ）との比率を変化させた
本発明品と従来品に相当する比較前を作製した。この本
発明品と同一組成にした比較前の焼結体でもって実施例
１と同様にして圧環強度及び比摩耗率を測定し、その結
果を第１図及び第２図に示した。

以Ｆ余白 （発明の効果） 本発明の固体潤滑性複合材料は、比斤耗率と摩擦係数の
両方が低く、シかも強度が著しくすぐれているもので、
特に比摩耗率は、従来品の１０倍〜３０倍も低Ｆし、強
度は３倍〜４．５倍も高いというすぐれた効果を有する
ものである。このために、比摩耗率による寿命又は強度
による寿命で形状的もしくは用途的に使用が困難と考え
られているような所、例えば、遠心分離機、カメラ、ボ
ールベアリング、ニードルベアリングのりテーナー、シ
ールリングなどの各種の摺動材料や各種の軸受材料とし
て利用することができる産業」二右用な材料である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１の本発明品の内、試料ＮＯ２の金属
顕微鏡によるＭ【織写真である。 第２図は、実施例１の従来品に相当する比較品の内、試
料Ｍａｉｌの金属顕微鏡によるＭｌ織写真である。 第３図は、実施例２で求めた本発明品と比較品における
、含有ｌ１ｌ（滑性物質（ＷＳ７　）のｊｊ−と圧環強
度との関係図であり、（図中（ｆＬ）の曲線が未発１１
品で、（ｂ）の曲線が比較量を表わすものである。 第４図は、実施例２で求めた本発明品と比較量における
、含有４１滑性物質（ＷＳ２）の、＋７１．−と比摩↓
Ｌ率との関係図であり、図中（ａ）の曲線が本発明品で
、（ｂ）の曲線が比較量を表わすものである。 特許出願人　東芝タンガロイ株式会社 第１１″４゜ 第２図 第３図 ０　１０　２０３０　斗０５０　　Ｇｏ　１０　８０Ｗ
Ｓ２　（−才） 第４図 ０　１０　２０　３０　４０　５０　　Ｇｏ　　７０　
８０ＷＳｚ　ＣｗｔＸ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）潤滑性物質を主成分とする塊状相１０重量％以上
   〜８０重量％以下と、残り金属及び／又は合金を主成分
   とする結合相とからなる固体潤滑性材料であって、前記
   塊状相は粒径３０μｍ未満の結晶粒を複数個で形成して
   なる３０μｍ以上〜１０００μｍ以下の大きさのものが
   含まれていることを特徴とする固体潤滑性複合材料。 （２）上記塊状相は、粒径５μｍ以下の結晶粒が複数個
   で形成されたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の固体潤滑性複合材料。 （３）上記塊状相は、５０μｍ以上〜５００μｍ以下の
   大きさのものが５０％以上含まれていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の固体潤滑性複
   合材料。 （４）上記塊状相は、二硫化タングステン、二硫化モリ
   ブデン及び黒鉛の中の少なくとも１種の潤滑性物質から
   なることを特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
   載の固体潤滑性複合材料。 （５）上記塊状相は、二硫化タングステン、二硫化モリ
   ブデン及び黒鉛の中の少なくとも１種の潤滑性物質を６
   ０重量％以上と、残りＣｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎ
   ｂ及びこれら２種以上の合金の中の少なくとも１種の結
   合補助物質からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項又は第３項記載の固体潤滑性複合材料。 （６）上記結合相は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、
   Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ
   、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂ及びこれら２種以上の合金の中の
   少なくとも１種からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載の固
   体潤滑性複合材料。 （７）上記結合相は、銅系合金、鉄系合金、ニッケル系
   合金又はコバルト系合金からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項
   記載の固体潤滑性複合材料。 （８）潤滑性物質を主成分とする粒径３０μｍ未満の粉
   末を造粒工程により複合粒とし、該複合粒と結合相形成
   用粉末とを混合及び成形後、非酸化性雰囲気中で無加圧
   焼結又は加圧焼結を行なって潤滑性物質を主成分とする
   粒径３０μｍ未満の結晶粒を複数個で形成してなる３０
   μｍ以上〜１０００μｍ以下の大きさの塊状相１０重量
   ％以上〜８０重量％以下と、残り金属及び／又は合金を
   主成分とする結合相からなる焼結体にすることを特徴と
   する固体潤滑性複合材料の製造方法、（９）上記潤滑性
   物質は、二硫化タングステン、二硫化モリブデン又は黒
   鉛の中の少なくとも１種であることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項記載の固体潤滑性複合材料の製造方法。 （１０）上記造粒工程は、造粒処理と加熱処理によって
   行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第８項又は
   第９項記載の固体潤滑性複合材料の製造方法。 （１１）上記加熱処理は、非酸化性雰囲気中で７００℃
   以上〜１２００℃以下により行なわれることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１０項記載の固体潤滑性複合材料の
   製造方法。 （１２）上記無加圧焼結又は加圧焼結は、４００℃以上
   〜１２００℃以下で行なわれることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項、第９項、第１０項又は第１１項記載の
   固体潤滑性複合材料の製造方法。