JPS6256721B2 - - Google Patents

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JPS6256721B2
JPS6256721B2 JP5849080A JP5849080A JPS6256721B2 JP S6256721 B2 JPS6256721 B2 JP S6256721B2 JP 5849080 A JP5849080 A JP 5849080A JP 5849080 A JP5849080 A JP 5849080A JP S6256721 B2 JPS6256721 B2 JP S6256721B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferrotitanium
wear
nitride
titanium
sliding
Prior art date
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Expired
Application number
JP5849080A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56153902A (en
Inventor
Toshio Teraoka
Kunio Fukuhara
Masahide Mitani
Mototsugu Oohata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Fine Sinter Co Ltd
Original Assignee
Japan Powder Metallurgy Co Ltd
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Powder Metallurgy Co Ltd, Railway Technical Research Institute filed Critical Japan Powder Metallurgy Co Ltd
Priority to JP5849080A priority Critical patent/JPS56153902A/ja
Publication of JPS56153902A publication Critical patent/JPS56153902A/ja
Publication of JPS6256721B2 publication Critical patent/JPS6256721B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は鉄系焼結集電摺動材料に関する。 集電摺動材料に要求される性質として、例えば
相手材であるトロリー線に対して攻撃性の少ない
こと、十分な耐摩耗性を有すること、機械的な強
度を具備し、電気抵孔の小さいことが挙げられ
る。特にトロリー線の保守、寿命などを考える
と、攻撃性の少ないことが最も重要な性質とな
る。攻撃性を少なくするには材料の硬サを下げ、
潤滑性に富むことが絶対的に必要な条件となる。
材料が軟質であるということと潤滑性に富むこと
とは傾向として一致するので好都合である。すな
わち潤滑剤を添加した場合、材料が軟質であれば
あるほど潤滑剤が突出しやすく、従つて相手材と
潤滑材の接触する機会が増加するからである。し
かしながら従来の集電摺動用焼結合金はFeある
いはCuを主成分とする基地中に耐摩性を向上す
るために各種の金属を添加しており、これらの方
法によればいずれの場合も金属の基地中への拡散
が著しく、材質の硬化を伴つて必然的に潤滑性も
減少し、結果的にトロリー線に対する攻撃性が大
となる。また電気抵抗は金属の添加とともに増加
するので、この方法によれば潤滑剤として用いる
元素の添加量もかなり少量に制限され、潤滑性の
低下がさらに助長される結果となる。さらに電気
抵抗率の増加とあいまつて、これらの元素は機械
強度のうち、特に衝撃値を極端に低下させる。潤
滑剤として用いる元素も同様に作用するので、機
械特性の面からも添加量に制限を受ける。すなわ
ち、主として耐摩耗性を向上させる目的で添加す
る金属はトロリー線に対する攻撃性、電気抵抗
率、衝撃値などほとんどの因子に悪影響を及ぼ
し、このことが従来焼結集電摺動材料において耐
摩耗性と潤滑性の双方を兼備することは矛盾する
とされてきた原因である。 本発明はかかる問題点を改良するためにFeを
主成分とする基地をできるだけ軟かくしてトロリ
ー線に対する攻撃性を小さくし、かつ、耐摩耗性
に優れた集電摺動材料を提供することを目的とす
るものである。すなわち本発明は機械特性と電気
特性を所定の値に保持する程度の、最低限度の金
属を添加するのみで、主として耐摩耗性の向上は
チタンの窒化物あるいはフエロチタンの窒化物に
より得ることを特徴とする鉄系焼結集電摺動材料
に係る。 本発明においてチタンあるいはフエロチタンは
予め窒化処理して添加する方法と、焼結中に窒化
する方法とがある。チタンあるいはフエロチタン
は容易に窒化されるが、これらの窒化物は安定で
あり、いつたん窒化されると、なかなか内部にま
で窒化は進行しないので窒化された粉末粒子は表
面から厚さ約2μ以下の非常に硬い窒化層と内部
が軟かい純チタンあるいは純フエロチタンから形
成される。これらの窒化物を耐摩剤として添加し
た本発明品の摺動状況のモデルを第1図に示す。
図に示す通り、実際に耐摩剤として作用する部分
は斜線を施した窒化層と相手材の接触界面であ
る。したがつて摺動面におけるチタンの窒化層お
よびフエロチタンの窒化層の占める面積の割合は
極めて微々たるものでありさらに摺動時にこれら
の窒化層が摩耗粉となつて欠損し摺動面を移動す
るときも、窒化層がせいぜい約2μと非常に薄い
ため相手材への攻撃性は少ない。本発明品の耐摩
性については後に実施例で示すが十分な耐摩耗特
性を発揮する。上記した通り耐摩耗特性を向上さ
せるのはチタンの窒化物あるいはフエロチタンの
窒化物というよりも、厳密にいえばチタンの窒化
層あるいはフエロチタンの窒化層ということがで
きる。そしてこれらの窒化層が摺動面に露出する
面積が極く微少であるにもかかわらず、耐摩耗特
性に顕著な効果を発揮するのは第1に窒化層が非
常に硬いことと、第2にこれらの窒化層がミクロ
的にみて摺動面から内部へ連続していることに起
因している。 第2の原因についてさらに詳細に説明する。窒
化層はチタンあるいはフエロチタンの粉末粒子の
極く表面にほぼ一様の厚みでちようど卵の殻のよ
うな形で存在している。本発明品が摺動状態にあ
るとき、この窒化層が摩耗するためにはいわゆる
上記の卵の殻を破壊するに足りる剪断応力が必要
となるが、この窒化層は内部の純チタンあるいは
純フエロチタンとは当然のことながらしつかりと
結合しており、破壊して摺動面外へ持ち去ること
はむずかしい。また相手材の摺動面が荒れた面で
あるとき、窒化層が徐々に破壊されていく摩耗で
なく、耐摩粒子全体がマトリツクスから離脱す
る、いわゆる“欠け落ち現象”が生じる危惧があ
るが、これは耐摩粒子としてフエロチタンの窒化
物を用いることによつて解決される。フエロチタ
ンを窒化処理すると窒化されやすいTiが優先窒
化し、Feは窒化されていないので、これをFeを
主成分とする基地中に添加するとフエロチタン中
のFeのみがマトリツクスに拡散し、結合が強固
となるからである。チタンの窒化物はほとんどマ
トリツクス中に拡散せず、フエロチタンについて
も上記の通りなので、マトリツクス自体は金属固
溶による硬化はほとんどみられない。このように
薄い窒化層を主として耐摩剤として用い、マトリ
ツクスが軟かいことによつて相手材を攻撃しない
ことが本発明品の大きな特徴である。チタニア、
シリカなどの酸化物もチタンの窒化層と同様、硬
い物質として知られているが、これらを耐摩粒子
として用いた場合、粒子全体が硬いので破壊して
摩耗する現象よりはむしろ“欠け落ち現象”によ
る摩耗の方が起こり易く、いずれの場合もその摩
耗粉は硬く粗いので相手材を攻撃し、またマトリ
ツクスとの結合がはかれないので耐摩剤としての
効果は期待できない。 本発明における上記チタンの窒化物もしくはフ
エロチタンの窒化物としては例えば約100〜200メ
ツシユの粒子を用いるのが好ましい。また実際に
耐摩剤として作用する部分は粒子のごく表面に限
られるから粒度を調整することにより任意の耐摩
耗特性が得られる。チタンもしくはフエロチタン
の量は約0.5〜10重量%が好ましい。この範囲で
は十分な耐摩性、潤滑性、機械的強度が得られ
る。 本発明の焼結集電摺動材料は上記のチタンの窒
化物もしくはフエロチタンの窒化物を含むことを
特徴とするもので、その他の構成は通常の鉄系焼
結集電摺動材料と同じで良い。従つて通常の基地
成分としてFe或いはFeを主成分とする合金、を
用いることができる。また本発明では機械特性と
電気特性を所定の値に保持する程の最低限度の量
で、通常焼結集電摺動材料に添加される金属等を
添加することができる。これらの金属の例として
は例えばNi,Mo,Cu,Fe,Cr,Pのような金
属及びこれら金属の合金、代表例としては
FeMo,FeCr,CuCr等のものを例示でき、これ
らは少なくとも1種以上添加でき通常約0.3〜
15wt%の範囲で用いられるが、本発明ではこれ
ら金属の量を従来のものに比して少なくすること
が可能で通常的0.3〜10wt%の範囲で用いるのが
特に好ましい。 本発明では上記以外に必要に応じてWS2,
WoS2,C(黒鉛)、ボロンナイトライド等の潤滑
剤、Mo,Cr,FeMo,FeCr等の耐摩剤などを添
加することもできる。 本発明の焼結集電摺動材料は上記基地成分、金
属成分及び必要に応じその他の添加剤を配合した
ものに、チタンもしくはフエロチタンを予め窒化
処理して添加、成形して焼結することにより、或
いは該チタンもしくはフエロチタンを未処理のま
ま添加して成形後、窒素またはアンモニアを含む
雰囲気中で焼結して該焼結中にチタンもしくはフ
エロチタンを窒化することにより得られる。窒化
処理を行うには上記したように窒素ガス、窒素と
水素の混合ガス、アンモニアガス、アンモニア分
解ガスなどの窒素またはアンモニアを含む雰囲気
中、とりわけ中性または還元性雰囲気中で約600
〜1300℃で加熱するのが良い。成形は約2.5〜
7.5ton/cm2、焼結は通常約900〜1300℃で行うの
が好ましい。該焼結は窒化を同時に行うときは上
記窒素またはアンモニアガスを含む雰囲気中で行
う必要があるが、予め窒化処理したチタンもしく
は予め窒化処理したフエロチタンを用いる場合は
上記と同じ雰囲気を用いても良いが、これ以外に
アルゴン、水素、ヘリウム等のガス或いは真空下
の雰囲気等で焼結しても良い。 以上のようにして得られる本発明の焼結集電摺
動材料においては、マトリツクスの硬サは純焼結
体以上の任意の値のものを得ることができるが、
機械強度、潤滑性、相手材(例えばトロリー線)
への攻撃性などの諸要件を考慮すると、通常ブリ
ネル硬サで約50〜95、特には約60〜80のものが好
ましい。これらの硬サの範囲においては添加した
潤滑剤が十分その効果を発揮する。 以下実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例1〜3及び比較例1〜2 表1にFeを主成分とする試料の組成を示す
(尚、表中の数字は重量%を示す。)。試料は、表
1に示す各成分を混合し、6ton/cm2で成形し、ア
ンモニア分解ガス中で、1120℃で90分間焼結して
作製した。ただし、表中の窒化物(Ti―N,
FeTi―N)予めTiまたはFeTiをアンモニア中で
1000℃、1時間保持して、窒化物が生成したもの
を使用した。 得られた焼結体の物理特性を表2に、また耐摩
試験結果を表3に示す。
【表】
【表】
【表】 摩耗試験は得られたすり板材から寸法形状10×
25×90mmを切り出し、集電摺動摩耗の試験片とし
た。試験条件は押付力5Kg/cm2、通電電流はAC
(21V)100A、摺動速度は50及び100Km/hを設定
した。相手側トロリー線は硬銅線を用い、直径
385mmに巻き付け接触摺面を6mm巾に仕上げた架
線構造とした。この場合、すり板の偏心率を10mm
に設け、電車に於けるパンタグラフの使用条件に
相似とした。試験項目のうち、摩擦係数はトルク
変動から算出し、すり板の摩耗量は各試験ごとに
取外し残有重量とマイクロメーターによる残有寸
法を測定した。 試料面状態、トロリー面状態の評価は次の通り
である。 ◎ 極めて良好 〇良 好 △ やや不良 × 不 良 以上の表1〜3より明らかな通り、鉄基地中に
チタンまたはフエロチタンの窒化物を添加するこ
とにより集電摺動材料として使用した場合にトロ
リー線を損傷させずに耐摩性を向上させることが
明らかとなりその効果は大である。 参考例 1及び2 表4に示す組成(表中の数値は重量%を表わ
す)で各成分を混合し、4ton/cm2で成形し、窒素
雰囲気中で880℃で2時間焼結させて銅系焼結体
を得た。尚表中のFeTi―Nは、予めFeTiをアン
モニア中で1000℃、1時間保持して、窒化物が生
成したものを使用した。 得られた焼結体の物理特性及び耐摩耗試験結果
を表5に示す。試験方法は、摩耗試験において摺
動速度100Km/hで通電電流AC200Aとしたこと
以外は、実施例及び比較例と同様とした。
【表】
【表】 以上の結果から、焼結温度880℃の銅系焼結体
では窒化処理をしてないFeTiを使用すると衝撃
強さや耐摩耗性に劣るものとなることが判る。 比較例 3及び4 表6に示す組成(表中の数値は重量%を表わ
す)となる様に各成分を混合し、6ton/cm2で成形
した後、水素雰囲気中で1120℃で90分間焼結させ
て、鉄系焼結体を得た。得られた焼結体の物理特
性を表7に、また耐摩耗試験結果を表8に示す。
【表】
【表】
【表】 以上の結果から明らかな様に、窒化処理をして
ないチタンまたはフエロチタンを含む試料は、チ
タンの窒化物またはフエロチタンの窒化物を含む
本発明集電摺動材料に比して、衝撃強さ、引張り
強さ、耐摩耗性等に劣るものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の焼結集電摺動材料の摺動状況
のモデル図であり、1……相手材、2……摺動
面、3……窒化層、4……純チタンもしくは純フ
エロチタン、5……マトリツクスを示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 チタンの窒化物又はフエロチタンの窒化物を
    約0.5〜10重量%含有することを特徴とする鉄系
    焼結集電摺動材料。
JP5849080A 1980-04-30 1980-04-30 Sintered material for sliding current collector Granted JPS56153902A (en)

Priority Applications (1)

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JP5849080A JPS56153902A (en) 1980-04-30 1980-04-30 Sintered material for sliding current collector

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JP5849080A JPS56153902A (en) 1980-04-30 1980-04-30 Sintered material for sliding current collector

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JP20930485A Division JPS6188701A (ja) 1985-09-20 1985-09-20 銅系焼結集電摺動材料

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Publication Number Publication Date
JPS56153902A JPS56153902A (en) 1981-11-28
JPS6256721B2 true JPS6256721B2 (ja) 1987-11-27

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JPS6362852A (ja) * 1986-09-03 1988-03-19 Nippon Funmatsu Gokin Kk 鉄系焼結集電摺動材料

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JPS56153902A (en) 1981-11-28

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