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    公开号:WO1991014795A1
    申请号:PCT/JP1991/000383
    申请日:1991-03-25
    公开日:1991-10-03
    发明作者:Kei Tokumoto；Akira Tanaka；Osamu Ishibashi
    申请人:Nippon Tungsten Co., Ltd.；
    IPC主号:C04B35-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 自己潤滑硬質材料
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明はシールリ ング、 軸受などの摺動部材用材料に適 した自己 潤滑硬質材料に関わる ものであ り 、 特に高負荷で使用される材料に 適したものである 。 背景技術
    [0005] 従来のメカニカル ' シール部材においては、 相手材と接触 . 摺動 して流体をシールする摺動面は当然ながら平面状であ り 、 しかも こ の面にはボア等が存在しない （少なく と も故意には存在させない） 状態であった。
    [0006] このタイ プのメカニカル · シールの部材には種々の組み合わせが あ るが、 P V値 （ P は密封流体圧力 、 Vは周速 ） の大き な用途で は、 超硬合金., /炭素、 超硬合金ノ超硬合金の組み合わせが用いられ ている 。 一方、 最近は高能率のボンプが要求され、 P V値も大き く なって来た。 そのため、 従来の超硬合金ノ炭素では、 例えば後者が 高熱のために変形し、 流体が漏れる 、 ある いは超硬合金 超硬合金 では摺動面に熱ク ラ ッ クが生じ 、 液漏れある いはシール部材が破壊 されるなどの問題が生じていた。
    [0007] かかる問題の解決のために、 シール部材の形状を変更して対応し た ものもある 。 例えば、 摺動面内と他の面と を貫通する孔を設け、 他の面の孔からポンプを使って潤滑流体を送り込む端面潤滑シール ( ノヽイ ド口スタテ ィ ッ ク シール） 、 または摺動面内に、 その中心近 く まで流体側から搆または切り欠き を設け、 運転時に潤滑の役割を する密封流体を、 流体の粘性に基づく く さび効果によ って摺動部に 導くハイ ドロダイ ナ ミ ッ クシール、 またはサーモハイ ドロダイ ナミ ッ ク シールなどがある 。 これらは摩擦係数が低減するため従来のシ ールに比べて高 P V値で使う こ とが出来る しかしながら、 このよ う なハイ ド口スタティ ックシール， ノヽイ ド 口ダイナミ ッ クシール， サーモハイ ド πダイナミ ックシールはその 効果をもたらすために超硬合金に複雑な加工を施さねばならず、 超 硬合金の難加工性を考慮する と従来のシール部材に比べて加工時間 が著しく長くなる。 しかも超硬合金は形状が複雜になる と応力集中 が生じ易くなり崩壊し易いという欠点もある。 したがつてこのタイ プのシール部材は限られた用途にしか使われないのが現状であ り 、 このよ うな加工の必要のない新しい材料が望まれている。
    [0008] この問題を解決するために、 特開平 1 一 2 8 3 4 7 9号公報や米 国特許第 4 9 2 5 4 9 0号に見られるよ う に、 ボアを分散させた硬 質材料も開発されている 。 このボア分散材料は、 油等の潤滑の役割 をする流体を含む環境では優れる ものであるが、 そのよ う な流体の 存在しない環境ではボアの効果はなく 、 それゆえボアの存在しない 材料と同じ性能しか出ない。 すなわち、 縦軸斜流ポンプの軸受のよ う に、 始動時に短時間 （数分程度） 乾式、 高負荷で摺動する場合に は、 摺動クラ ックが生じ易いこ とが知られてお り 、 かかる問題の解 決にはボア分散材料は不適である。
    [0009] そのため、 特開昭 6 3— 6 9 9 3 8号公報に見られるよ う に摺動 ク ラ ックの生じにく い超硬合金が提案されている。 しかしながらこ の種の超硬合金でも高荷重およびまたは高速回転のよ う に厳しい条 件で使用されるとクラックを生じるこ とがあ り 、 著しい場合には破 壊に至り問題になつている。
    [0010] 以上の問題点を解決するには、 自己潤滑材料の適用が好ま しいと 考えられる。 ここで自己潤滑材料を分類すると 、 軟質材料 （合金） を基にし、 これに自己潤滑性物質を含ませたものと 、 硬質材料を基 にし、 これに自己潤滑材料を含ませたものとがあ る 前者は面圧が 高いあるいは高速で摺動するなどの高負荷条件では使用できない。
    [0011] 後者は、 硬質材料にボアを含ませ、 そのボアに含浸法によ り 自己 潤滑物質を導入する ものである （特開昭 6 1 — 2 8 1 0 7 3号公 報， 特開平 1 一 1 0 8 1 6 7号公報， 特開平 1 — 1 7 6 0 1 0号公 報） 。 これらの材料は固体自己潤滑物質が材料の表面近傍に局在し 易く 、 しかも脱落し易いために自己潤滑効果が長時間持続しない、 さ らに固体澗滑物質を導入するためにボアをある程度以上大き くす る必要があり 、 本質的に低強度であるなどの問題があった。
    [0012] 本発明では、 高 P V値で使用可能であ り 、 しかも形状も シンプル 化出来、 加工が容易である と共に複雜形状であるが為の破壊し易い と いう欠点も無い様な長寿命のシールリ ング用部材あるいは軸受都 材などの摺動部材に適する 自己潤滑硬質材料を提供する こ と を目的 とする ものである。
    [0013] 前述の従来技術から明らかなよ う に、 含浸法によって自己潤滑物 質を導入する方法では上述の目的は達成し得ない。 これには、 通常 の粉末冶金法、 すなわち焼結前に目的物質 · 元素はすべて混合され ている方法が適する こ とが明らかである。 発明の開示
    [0014] 自己潤滑物質にはグラフ アイ ト ， WS2 , MoS2， BN: などがあ り 、 これ らの摩擦係数は大気中でそれぞれ 0.3, 0.28, 0.25，0.2である 〈 松 永， 津谷， 「固体潤滑ハンドブック 」 ， 幸書房， （1978)，540.4) <, すなわち、 摩擦係数で判断すれば、 WS2，MoS2,BN 特に BNが好ま し い。 しかし、 これらは真空中での熱安定性が小さいので焼結時に分 解等が生じ、 焼結温度が比較的高い硬質材料中に含ませる ことは無 理と考え られていた。
    [0015] これを克服すべく鋭意検討した結果、 MoS2，WS2は分解して焼結出 来ない （焼結後残留出来ない） が、 BNのみは、 分解が少なく 、 焼結 後に残留する こ とを見い出した。
    [0016] さ らに硫化物について検討を加え、 周期律表 IV'a〜VIa 族遷移金 属および Cr， Mnの硫化物等は焼結中の分解が少なく 、 焼結後に残留 するこ と を見い出した。 しかも 、 これら両者を含む材料の摩擦係数 は添加前よ り低下するこ とを見い出した。
    [0017] 一方これらとは別の観点で硬質材料中にその主成分とは異なる硬 質材料を添加した材料を調製した所、 その摩擦係数は添加前の摩擦 係数よ り も低下する こと ， すなわち一種の自己潤滑作用のある こと を見い出した。
    [0018] 本発明は以上の 3つの知見に基づいてなされたものであ り 、 その 要旨は次の通りである。
    [0019] (A) BNまたは、 周期律表 IVa〜Va族遷移金属および Cr, Mnの硫化 物， またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物からなる 自 己澗滑性物質の一種以上を、 0·1〜 50vol%の割合でマ ト リ ··' ク スとなる硬質材料中に分散させたこ と を特徴とする 自己潤滑硬質 材料。
    [0020] (Β) ΒΝまたは、 周期律表 IVa〜Va族遷移金属および Cr， Mnの硫化 物， またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物からなる 自 己潤滑性物質の一種以上および炭素好ま しく はグラフア イ トを、 0.1〜 50vo 1 %の割合でマト リ ッ クスとなる硬質材料中に分散さ せたこ とを特徵とする 自己潤滑硬質材料。
    [0021] (C) マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が 50〜99.9wt%の WCと残部が鉄族 金属の 1種以上からなる超硬合金であるこ と を特徴とする（A) 若 しくは（B) に記載の自己潤滑硬質材料。
    [0022] (D) マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が、 周期律表 IVa〜VIa 族遷移金 属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶体若し くは化合物からなる硬質物質の 1種以上からなるこ と を特镡とす る（A) 若しくは（B) に記載の自己潤滑硬質物質。
    [0023] (E) マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が、 周期律表 IVa〜VIa 族遷移 金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれらの 2種以上の固溶体 若しくは化合物からなる硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt%であ り、 残部が鉄族金属の 1種以上からなることを特徴とする（A) 若 しくは（B) に記載の自己潤滑硬質材料。 (F) マト リ ッ クスとなる硬質材料の組成が、 周期律表 IV'a〜VIa 族 遷移金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれらの 2種以上の固 溶体若しく は化合物からなる硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt% であ り 、 残部が鉄族金属であって、 硬質物質の一部若しくは全部 が鉄族金属およびまたは添加される 自己潤滑物質の 1種以上の一 部と化合物をなすこと を特徴とする（A) 若しくは（B) に記載の自 己潤滑硬質材料。
    [0024] (G) マ ト リ ッ クスと なる硬質材料が、 Si Si3N4，Al203， A!N,MgO, Zr02，CaO,Y203，および周期律表 IVa〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶体若しくは化合物か らなる硬質物質の 1種以上からなるセラ ミ ッ クスである こ とを特 徴とする（A) 若しくは（B) に記載の自己潤滑硬質材料。
    [0025] (H) 第 1硬質材料が、 周期律表 IVa〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒 化物， 硼化物およびこれらの 2種以上の固溶体若しくは化合物か らなる硬質物質の 1種以上からなるか、 若しくは上記硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt%で、 残部が鉄族金属の 1種以上から _なる ものであり 、 第 2硬質材料が SiC,Si3N4,Al203,AlN，MgO,Zr02，CaO ,Y203 および希土類元素の酸化物およびこれらの 2種以上の固溶 体または化合物からなる硬質物資の 1種以上からなる ものであつ て、 第 1硬質材料を 0.1〜 80vol%の割合で第 2硬質材料に置換 したこ と を特徴とする 自己潤滑硬質材料。
    [0026] (I ) ΒΝまたは炭素好ま しくはグラフ アイ ト または、 周期律表 IVa〜 Va族遷移金属および Cr , Mnの硫化物またはこれら硫化物相互の固 溶体または複硫化物からなる 自己潤滑性物質の一種以上を、 0.1 〜 50vo 1 %の割合でマ ト リ ッ クスとなる硬質材料中に分散させた こと を特徴とする （H) に記載の自己潤滑硬質材料。
    [0027] 以下限定理由を述べる 。 BNまたは周期律表 IVa〜Va族遷移金属お よび Cr, Mnの硫化物、 またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫 化物からなる 自己澗滑性物質の 1種以上を 0.1〜 50v'ol%にするの は 0.1vol%未満では自己潤滑効果がなく 、 50vol%を越える と強度 が低下するからである。
    [0028] BNまたは硫化物からなる自己潤滑性物質の一種以上および炭素好 ま しくはグラフアイ トと を 0.1〜 50vol%にするのは上記と同じ理 由である 。 なおグラフアイ ト単独を含めないのは、 摺動性能が劣る からである。
    [0029] WCまたは硬質物資 （周期律表 IVa〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒 化物， 硼化物およびこれらの 2種以上の固溶体または化合物） の一 種以上が 50〜99.9wt%であ り 、 残部が鉄族金属の一種以上である硬 質材料とするのは、 50wt%未満では硬質材料部分の硬さが小になり すぎ、 軟質材料になるからであ り 、 99.9wt.%よ り大になる と 、 結合 金属の量が足りず、 焼結性が悪くなるからである。 なお、 マ ト リ ツ クスとなる硬質材料部分がすべて上記の硬質物質である時は、 焼結 温度を高く する 、 ホ ッ トアレスをするなどをすれば焼結可能であ り 、 そのよ うな材料は特に耐摩耗性または耐食性が要求される用途 には好適であるので限定範囲に含めた。
    [0030] さ らに、 （G) に記したいわゆるセラ ミ ッ クも常圧焼結、 またはホ ッ トアレスによ り、 自己澗滑物質を分散させた材料とする こ とが出 来、 このよ うな材料は特に耐摩耗性または耐食性が要求される用途 には好適であるので限定範囲に含めた。
    [0031] 次に硬質材料同士の組み合わせ （ （H) に記した ） について述べ る 。 第 1硬質材料をいわゆる超硬合金系 （すなわち、 周期律表 IVa 〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれらの 2種以 上の固溶体からなる硬質物質の 1種以上からなるか、 若しくは上記 硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt%で、 残部が鉄族金属の 1 種以 上） と し、 これに第 2硬質材料 ： セラ ミ ッ クス、 （すなわち SiC, Si3N4，Al203， AlN,MgO，Zr02，CaO,Y203 および希土類元素の酸化物お よびこれら 2種以上の固溶体または化合物からなる硬質物質の 1種 以上） を 0.1〜 80vol%の割合で置換添加させるのは、 このよ うな 組み合わせの時に摩擦係数を低減させる効果を見い出 したからであ る 。 この低減効果の発現理由は明確ではないが、 経験的に同一材料 を相手に摺動させる よ り も 、 異種材料を相手に摺動させる方が、 摩 耗量が少ないと言われているので、 これに関連する と思われる 。 な お 、 セラ ミ ッ クスを 0 · 1〜 80vo 1 %とするのは、 0.1 vo 1 %未満では 摩擦係数低減効果がなく 、 80vol%を越える と複合させた効果よ り も分散させたセラ ミ ッ クス自身の効果が大にな り 、 結果的に摩擦係 数低減効果がなく なるからである 。
    [0032] さ らに、 この超硬合金/セラ ミ ッ クス複合材料をマ ト リ ッ クス と なる硬質材料と し、 これに BNまたは硫化物または炭素好ま しく はグ ラ フ アイ トなどの自己潤滑物質を分散させれば、 よ り効果を発揮す るので限定範囲に含めた。 発明を実施するための最良の形態
    [0033] 本発明をよ り詳細に説明するために、 以下に実施例を示す < 実施例 1
    [0034] 原料粉末と して、 平均粒径 1 〜 6 mの各種粉末を用い、 これら を 、 第 1 表のマ ト リ ッ クス材料配合組成に従って配合 し、 メ タノー ル中湿式混合にて 3 日間ボール ， ミ ル混合した。 この混合粉末を乾 燥後、 粉末に対して 2 wt%となる よ う に、 ト リ クロールェタンに溶 解したパラフ ィ ンを添加、 混合、 乾燥し、 マ ト リ ッ クス材料となる 母粉末を得た。
    [0035] この母粉末に対して 、 BN粉末 （粒径〜 2 m ) を第 1 表に示す 量、 らいかい機にて添加 · 混合し、 各試料の原粉粉末を得た。
    [0036] これらの粉末を 1 ton/crfの圧力で 5.5X 10X 30mmの圧粉体にァレ ス成形し、 この圧粉体を真空中 （約 O.ltorr. ) にて 800 Cまで 10時 間で加熱して予備焼結した。 次に 0.6〜0.8torr.の真空中で第 1表 に示す各温度で 1時間の焼結を して 、 本発明材料 1〜 21, 比較材料 1 〜 3 をそれぞれ得た。 なお本発明材料 20, 21は通常の真空焼結で は焼結出来なかったので、 1700°C , lOOkgZcm2の条件でホ ッ トプレ ス した。
    [0037] なお第 1表 ^^WC/TiC/TaCは、 50wt% WC-30wt% Ti C-20wt% TaC の固溶体を、 又 i¾ i¾ TiC/TiN は 50wt%TiC- 50wt%TiN の固溶体を示 す。
    [0038] このよ うにして得られた本発明材料 1〜 21， 比較材料 1 〜 3 につ いてそれぞれまずダイヤモン ドホイールで研削し、 4 X 8 X 24raEi の JIS 抗折試片を各 4個を製作した。 これらの試片について硬さ ( HRA ) を測定し、 さ らにスバン間隔 20龍にて 3点曲げによる抗折 力を測定した。
    [0039] 結果は第 1表に示す通りであ り 、 本発明材料は硬さは、 HRA で 65 以上、 抗折カは 50kg/rai以上であった。 一方比較材料 2は BNが多す ぎで未焼結であ り 、 これらは測定出来ないほど小さかった .: また比 較材料 3は硬さが小さ過ぎて実用に供し得ない。 すなわち、 硬さ 、 抗折力で言えば実用に供し得るのは本発明材料と比較材料 1 である こ とが分かる 。
    [0040] 次に、 第 1表に示す材料の組織観察を した所、 本発明材料 1 〜2] には灰色に見られる BNが認められたが、 比較材料 1 には当然ながら 認められなかった。 さ らに X線回折を した所、 本発明材料 1 〜21に は d =3·33Αの六方晶 BNの（0,0,2) 面の回折線が認められたが、 比 較材料 1 では当然ながら認められなかった。 すなわち、 本'発明材料 1〜21では添加した ΒΝは材料中に確実に残留している こ とが分かつ た。
    [0041] なお、 一部の材料では Co，VJなどからなる硼化物， 複硼化物も存在 したので、 BNの一部はマ ト リ ッ クス合金成分と反応して硼化物を形 成するが、 これはさ しつかえない。 第 I
    [0042]
    [0043] 注） * は特許請求の K囲外、 ήは *c/TiC/TaC, ώι¾は AiC/TiN, 焼結温度の はホットアレス UOOkg/on2)を 新たな用紙 BN添 /jll置 焼結温度 m さ 抗 折 力 (s数 vol % ("Ο (IIRA) ( kg/mm2 ) JL
    [0044] 5 1360 84.3 120 0.47
    [0045] 15 1360 74.1 82 0.39
    [0046] 30 " 1360 65.3 70 O.'B
    [0047] 15 1320 65.2 92
    [0048] 15 1320 65.8 88 O.'W
    [0049] 15 1320 65.9 87
    [0050] 15 1320 66.2 90
    [0051] 15 1400 74.2 78
    [0052] 15 1430 74.3 15 0.40
    [0053] 15 1340 71.0 84
    [0054] 15 1340 69.3 85
    [0055] 15 1310 65.1 93
    [0056] 15 1420 73.3 80 0.41
    [0057] 15 1340 74.4 83 0.40
    [0058] 15 1340 73.7 78 0.40
    [0059] 15 1480 82.3 58 0.47
    [0060] 15 1300 71.4 65 0.40
    [0061] 15 1200 70.3 68
    [0062] 15 1400 71.5 74
    [0063] 15 1700IIP 84.2 53 0.42
    [0064] 15 1700HP 84.7 54
    [0065] 0 1360 91.4 180 0.56
    [0066] 60 * 1400 未焼結 未焼桔
    [0067] 15 1100 50.3 78
    [0068] 新たな用紙 10
    [0069] —実施例 2
    [0070] 原料粉末と して、 平均粒径 1 〜 5 u mの各種粉末を用い、 これら を 、 第 2表のマト リ ックス材料配合組成に従って配合し、 メタノー ル中湿式混合にて 3 日間ボール ■ ミル混合した。 この混合粉末を乾 燥後、 粉末に対して 2 wt%となるよ う に、 ト リ クロールェタンに溶 解したパラフ ィ ンを添加、 混合、 乾燥し、 マ ト リ ッ クス合金となる 母粉末を得た。
    [0071] この母粉末に対して、 第 2表に示す種類、 量の自己潤滑性物質を らいかい機にて添加 · 混合し、 各試料の原料粉末を得た。
    [0072] これらの粉末を 1 ton/crfの圧力で 5.5 X 10X 30匪の圧粉体にァレ ス成形し、 この圧粉体を真空中 （約 O.ltorr. ) にて 800Cまで 10時 間で加熱して予備焼結した。 次に 0.6〜0,8tor の真空中で第 1表 に示す各温度で 1 時間の焼結を して、 本発明材料 22〜29、 比較材料 4〜 7をそれぞれ得た。 なお本発明材料 28, 29は通常の真空焼結で は焼結出来なかったので、 前者は 1900°C ,100kg / cn!の条件でホ、v ト プレスし、 後者は 1 気圧の N2ガス中、 160CTCで雰囲気焼結した
    [0073] このよ う にして得られた本発明材料 22〜29， 比較材料 4〜 7につ いて、 まずダイヤモンドホイールで研削し、 4 X 8 X 24議の J IS抗 折試片を 4個製作した。 これらの試片について硬さ （HRA)を測定 し、 さ らにスパン間隔 20mmにて 3点曲げによる抗折カを測定した。 結果は第 2表に併示する通りであ り 、 本発明材料 22〜 29は硬さ HRA 65以上、 抗折カは 50kgノ讓 2以上 （本発明材料 28， 29を除く ） で あ り 、 実用に供し得るこ とが分かる 。 なお、 本発明材料 2S, 29は抗 折力が 38， 47kg/難'と小さいが、 これは基材のセラ ミ ックスが比較 材料 6 , 7 に示すよ う に超硬合金に比べて低強度であるためであ る 。 しかしながら、 比較的高速、 低荷重条件ならば実用に供し得 る 。
    [0074] 次に第 2表に示す材料の組織観察をした所、 本発明材料 22〜29で は添加した BN，TiS2，TaS2，MnS， グラフ アイ トはすべて残留して い 11 た。 一方 MoS2を添加した比較材料 5ではそれは認められなかつた。 すなわち、 硫化物の場合には TiS2，TaS2,MnSなどの安定な硫化物の みが残留し得ることが分かる。
    [0075] ソ-. -ψ^.
    [0076]
    [0077] 注） * は特許範丽の範囲外
    [0078] 新たな用紙 自已汕滑物質巾の 焼桔溫度 硬 抗 忻 力 璨 (¾ ΐί グラフアイト景.
    [0079] (vol %) (て） (ΙΙηΛ) ( kg ram'； π
    [0080] 1360 74.8 78 ιι.
    [0081] 1360 74.0 81
    [0082] 1360 73.2 85 0.45
    [0083] 20 1360 74.3 83
    [0084] 40 1360 74.0 87
    [0085] 60 1360 73.8 90
    [0086] 33 1900IIP 78. 38 .Ί7
    [0087] 33 1600Ν2 75.9 47 0.43
    [0088] 100 1360 85. 12 0.50
    [0089] 1360 87.7 40.
    [0090] 1900I1P 94. 58 0.6り
    [0091] 1帽 Ν2 93.4 75 0.58
    [0092] 新たな用紙 13 実施例 3
    [0093] 原料粉末と して、 平均粒径 1 〜 5 mの各種粉末を用い、 これら を第 3表に示す如く 、 第 1 硬質材料と して W Coを、 これに置換す る形で第 2硬質材料3 ， 1 1203,}^0， '203をそれぞれ配合し 、 メ タ ノール中湿式混合にて 3 日間ボール ' ミル混合した この混合粉 末を乾燥後、 粉末に対して 2 wt となる よ う に、 ト リ クロ一ルエタ ンに溶解したパラフ ィ ンを添加， 混合， 乾燥して混合粉末を得た さ らに必要に応じて 、 この混合粉末に、 第 3表に示す種類， 量の 自己潤滑性物質を ら いかい機にて添加， 混合し 、 各試料の混合粉末 を得た。
    [0094] これらの粉末を 1 ton/crf の圧力で 5.5 ： 10 X 30mmの圧粉体にプレ ス成形し 、 この圧粉体を真空中 （約 0.1/ton-. ) にて 80CTCまで 10 時間加熱して予備焼結した。 次に 0.6〜0.8torr.の真空中で第 3表 に示す各温度で 1 時間の焼結を して 、 本発明材料 30〜40, 比較材料 8 をそれぞれ得た。
    [0095] このよ う に して得られた本発明材料 30〜40， 比較材料 8 について 、 まずダイヤモン ドホイ ールで研削し 、 4 :< 8 24mmの J IS抗折試 片を各 4個得た。 これらの試片について硬さ （HRA) を測定し 、 さ ら にスバン間隔 20匪にて 3点曲げによ る抗折カを測定した，
    [0096] 結果は第 3表に併示する通りであ り 、 本発明材料 30〜40は硬さは HRA 65以上， 抗折カは 50kgZmrf 以上であ り 、 実用に供し得る こ とが 分かる 。 m 3
    [0097]
    [0098] 注 ) **は 2つ合わせて特許範囲範囲外
    [0099] 新たな用紙
    [0100] 新た な用紙 -Ϊ
    [0101] 15
    [0102] 実施例^ _
    [0103] 実施例 1 ， 2 ， 3 によ り 、 本発明の材料が得られる こ とが分かつ た。 そこでいくつかの材料について摩擦係数を測定する こ と と し た。
    [0104] 摺動面寸法が内径 20醫 ， 外径 34匪で 、 厚さ 5 のリ ング試片を実 施例 1 , 2 , 3に準じる方法で調製した。 この摺動面を 0.2S程度 にラップし、 さ らに超音波洗浄によ り脱脂処理を施した . このリ ン グに摺動面が 0.2 の¾(：— 10%(0を 、 3.0kgの荷重 W ( 面圧 500 kg/crf ) で押し付けつつ摺動させ摩擦力 Fを測定した ： ここで 回転数は 600, 1000, 2000, 3000rPm と順次変化させ、 保持時間は それぞれ 2分， 2分， 14分， ： 分と した。 そして F ノ Wによ り摩擦 係数を求め、 その平均値 で評価した。
    [0105] 以上の方法によって測定した を第 1表〜第 3表に併記した .， 第 1 表では比較材料 1 の； u = 0.56に対し、 本発明材料 1 , 2 , 3 , 5 , 9 , 13, 14, 15, 16， 17， 20の； uは 0 · 39〜 0.47であり 、 16〜3d %も摩擦係数が小になる ことが判る 。 すなわち、 摺動性能が 16〜 30 .%改善されたと言える。
    [0106] 第 2表ではマ ト リ ッ クス材料が超硬合金である本発明材料 22 , 24, 26の aは 0.43〜0·45であり 、 比較材料 1 の〃 =0.56よ り 20〜23 %も摩擦係数が小である こ とが判る 。 さらにマ ト リ ッ クス材料がセ ラ ミ ックスである本発明材料 28, 29の〃は 0.47， 0.43であ り 、 それ ぞれの比較材料 6 ， 7の = 0.60, 0.58に比べて、 22% , 26%も摩 擦係数が小になることが判る。 すなわち、 いずれの場合も摺動性能 が 20〜26%改善されるこ とが判る。 なお、 比較材料 4はマ ト リ ッ ク ス材料が超硬合金で、 自己潤滑物質がすべてグラフアイ トの場合で あるが、 この は 0.50であり 、 比較材料 1 (超硬合金） の； = 0.5ら よ りは優れる ものの、 本発明材料 1 ， 2 ， 3 ， 26などよ りは劣る よつて限定範囲外と した。
    [0107] 第 3表では、 第 1硬質材料 （超硬合金） に第 2硬質材料と してセ 16 ラ ミ ッ クス を添加し た本発明材料 30， 31， 32, 33 , 34, 36の が 0.42〜0.49であ り 、 比較材料 1 の = 0.50よ り も 13〜25% も摩擦係 数が小さ いこ とが判る 。 こ こで比較材料 8 も第 1 硬質材料と第 2硬 質材料と の組み合わせであるが、 この場合の〃は 0 · 55と大き いので 限定範囲から除外した。 さ らに、 第 1 硬質材料と第 2硬質材料との 組み合わせの材料をマ ト リ ッ クス材料と し、 これに自己潤滑物質を 添加した本発明材料 37, 38, 39, 40の /は 0.39〜0.44であ り 、 比較 材料 1 の = 0.56に比べて 21〜 30%も摩擦係数が小さ い こ と が判 る 。
    [0108] 以上のよ う に本発明材料の摩擦係数は比較材料よ り も小であ り 、 したがって摺動性能が優れる と言え る 。
    [0109] _ 実施例 5
    [0110] 最後にシールリ ングと して使用 した場合の性能を評価した。
    [0111] 寸法が内径 41匪， 外径 56匪の被テス ト リ ングを実施例 1 ， 2 に準じ る方法で用意し、 これの摺動面をラ ップ仕上げする 。 次に相手材と なる摺動面寸法が内径 43腿 ， 外径 52匪のグラフ アイ ト製リ ングを用 意し、 この摺動面も ラ ッァ仕上げする t これら を一般的なメカ二力 ルシールテス ト装置に取 り付ける 。 メカニカルシールの運転条件は 次の通りである 。 即ち密封流体 ： 水道水， 密封流体圧け 15kg. cifi , 回転数 ： 410rpm。 そ して運転開始後 1 時間までの平均所要動力を求 める 。 この平均所要動力が大き い方が摩擦係数は大き い：: と になる ので、 便宜的にこの平均所要動力の大小で摺動性熊を評価する こ と と した。 - 以上の方法によ っ て まず第 1 表に示される本発明材料 2 ， 13, 20， 比較材料 1 の平均所要動力 を測定した。 さ らに第 2表に示され る本発明材料 27, 比較材料 4の平均所要動力も測定した。 比較材料 1 の所要動力を 1 と し、 それに対する動力比で言えば、 本発明材料 2 ， 13, 20, 27は 0,5 ， 0.5 , 0.55. 0.6 であ り 、 比較材料 4 は 0.7 であった すなわち、 本発明の自己潤滑硬質材料は、 従来超硬 17 合金および従来超硬合金にグラフアイ トを添加したものよ り摺動性 能が優れている と言える。 産業上の利用可能性
    [0112] 以上述べて来たごと く 、 本発明の自己潤滑硬質材料は、 従来の硬 質材料である超硬合金あるいはセラ ミ ツ ク スの長所である高硬度， 前者の場合は高抗折力， という長所をさほど低下させるこ となく 、 摩擦係数が小さ く 、 摺動性能が向上している。 従って各種の摺動部 材用材料特に、 高負荷条件で使用される摺動部材用材料に好適であ り 、 例えば軸受、 シールリ ングなどに適する 6
    权利要求:
    Claims18 請 求 の 範 囲
    1 . BNまたは、 周期律表 IVa〜Va族遷移金属お よび Cr, Mnの硫化 物、 またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物からなる 自 己潤滑性物質の一種以上を 、 0.1〜 50vol%の割合でマ ト リ ッ ク スとなる硬質材料中に分散させたこ と を特徴とする 自己潤滑硬質 材料。
    . BNまたは、 周期律表 IVa〜Va族遷移金属お よび Cr, Mnの硫化 物、 またはこれら硫化物相互の固溶体または複硫化物からなる 自 己潤滑性物質の一種以上および炭素好ま しく はグラ フ ア イ ト を、 0.1 〜 50vo 1 %の割合でマ ト リ ッ クスと なる硬質材料中に分散さ せたこ と を特徴とする 自己潤滑硬質材料。
    . マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が 50〜99.9wt 6の WCと残部が鉄族 金属の 1種以上からなるね超硬合金である こ と を特徴とする請求 の範囲第 1 項若し く は第 2項に記載の自己潤滑硬質材料。
    . マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が、 周期律表 IVa〜 Via 族遷移金 属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶体若し く は化合物からなる硬質物質の 1種以上からなる こ と を特徴とす る請求の範囲第 1 項若しく は第 2項に記載の自己潤滑硬質材料
    5 . マ ト リ ッ クスとなる硬質材料が、 周期律表 IVa〜VIa 族遷移金 属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶体若し くは化合物からなる硬質物質の 1 種以上が 50〜99.9wt%であ り 、 残部が鉄族金属の 1種以上からなる こ と を特徴とする請求の範囲 第 1項若し く は第 2項に記載の自己潤滑硬質材料。
    6 . マ ト リ ッ クスとなる硬質材料の組成が、 周期律表 IVa〜 Via族 遷移金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶 体若し くは化合物からなる硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt%で あ り 、 残部が鉄族金属の 1種以上であって 、 硬質物質の一部若し く は全部が鉄族金属およびまたは添加される 自己潤滑物質の 1種 19 以上の一部と化合物をなすこ と を特徴とする請求の範囲第 1項若 しく は第 2項に記載の自己潤滑硬質材料。
    . マ ト リ ッ ク ス と なる硬質材料が、 Si Si3N4，Al203， AlN,MgO, Zr02 lCaO,Y203 および周期律表 IVa〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒化物， 硼化物およびこれら 2種以上の固溶体若し く は化合物か らなる硬質物質の 1種以上からなるセラ ミ ッ クスである こ と を特 徴とする請求の範囲第 1項若し く は第 2項に記載の自己潤滑硬質 材料。
    . 第 1硬質材料が、 周期律表 IVa〜VIa 族遷移金属の炭化物， 窒 化物， 硼化物およびこれらの 2種以上の固溶体若し く は化合物か らなる硬質物質の 1種以上からなるか、 若し く は上記硬質物質の 1種以上が 50〜99.9wt%で、 残部が鉄族金属の 1種以上からなる ものであ り 、 第 2硬質材料が51 513!^4， 1203, 1!',1^0，2「02，(^0 ,Y203 、 および希土類元素の酸化物およびこれらの 2種以上の固 溶体または化合物からなる硬質物質の 1 種以上からなる ものであ つて、 第 1硬質材料を 0.1〜 80vol%の割合で第 2硬質材料に置 換したこ と を特徴とする 自己潤滑硬質材料。
    . ΒΝまたは炭素好ま し く はグラフ アイ ト または、 周期律表 IVa〜 Va族遷移金属および Cr， Mnの硫化物またはこれら硫化物相互の固 溶体または複硫化物からなる 自己潤滑性物質の一種以上を、 0.1 〜 50vol%の割合でマ ト リ ッ クス となる硬質材料中に分散させた こ と を特徴とする請求の範囲第 8項に記載の自己潤滑硬質材料
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-10-03| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE DK ES GB NL SE US |
    1991-10-03| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1993-01-21| REG| Reference to national code|Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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