JP2013163854A

JP2013163854A - 焼結部材

Info

Publication number: JP2013163854A
Application number: JP2012028578A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Musha; 和也武者; Yoshinari Ishii; 義成石井; Masahisa Miyahara; 正久宮原
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-22
Also published as: WO2013122076A1

Abstract

【課題】高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性に優れた摺動用の焼結部材を提供する。
【解決手段】Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかのステンレス合金中に、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％である。固体潤滑剤としては、ＢａＳＯ４、ＢａＯ、ＢａＳｉＯ３、ＢａＮｉＯ３、ＳｒＳＯ４、Ｓｒ２ＣｒＯ４、絹雲母、金雲母、ムライト、アルミナが好適に用いられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ステンレス鋼粉末を用いて製造され、高温環境で使用され、耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性に優れた摺動用の焼結部材に関する。

内燃機関のターボチャージャーの排気制御弁の軸受のように、高温環境下で用いられる摺動用の部材には油を用いた潤滑ができない。このため、このような摺動用の部材には、高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性が求められる。そして、従来、このような摺動用の部材の材料として、ステンレス鋼が多く用いられてきた。

近年、環境問題、省エネルギー問題等により、従来以上の内燃機関の高効率化が求められている。これに対応するため、内燃機関の超希薄燃焼化が進んでおり、それに伴って、排ガスがより高温になってきている。このため、ターボチャージャーの構成部品や内燃機関のバルブシートについても、より一層の高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性の向上が要求されている。

また、環境対策として自動車の搭載率が高くなっているＥＧＲには、クールドＥＧＲとホットＥＧＲがあるが、ホットＥＧＲに使用されるＥＧＲバルブは高温の排ガスにさらされるため、高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性の向上が要求されている。

これらの要求に応えるために、これまでステンレス鋼に潤滑剤としてｈ−ＢＮを分散させたもの（特許文献１、２）、ステンレス鋼に潤滑剤としてＣｏ硬質粒子を分散させたもの（特許文献３）、ステンレス鋼に潤滑剤としてＣｏ硬質粒子と黒鉛を分散させたもの（特許文献４）などの技術が開示されている。しかし、ｈ−ＢＮは、比較的高温域まで安定な摩擦係数を与えるが、ｈ−ＢＮがやわらかい化合物であるゆえに、比摩耗量はかなり大きい。Ｃｏ硬質粒子は、硬度と耐摩耗性が高いが、摩耗係数も高い。黒鉛は、優れた潤滑性を有するが、酸化劣化等の問題があり、大気中において５００℃を超えると熱安定性が低下する。このほか、潤滑剤としてＭｏＳ２が知られているが、ＭｏＳ２も黒鉛と同様の問題がある。したがって、いずれも、より高まりつつある耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性に対する要求を満足できるものではなかった。

特開平９−２３５６４６号公報特開平７−３００６５６号公報特開平４−２８８５０号公報特開平２−２７０９４３号公報

そこで、本発明は、高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性に優れた摺動用の焼結部材を提供することを目的とする。

本発明の焼結部材は、Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかのステンレス合金中に、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％である。

本発明の焼結部材は、Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかのステンレス合金中に、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％であることで、高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性に優れたものとなる。

以下、本発明の焼結部材の組成等について、詳細に説明する。

（１）固体潤滑剤の含有量：３〜５０体積％
固体潤滑剤の含有量が３体積％未満であると、耐酸化性が高く強度が大きくなるという利点がある反面、摩擦係数が大きく摩耗量が大きくなるという欠点が目立つようになる。

一方、固体潤滑剤の含有量が５０体積％を超えると、摩擦係数が小さく摩擦量が小さくなるという利点がある反面、耐酸化性が低く強度が小さくなるという欠点が目立つようになる。

したがって、固体潤滑剤の含有量は３〜５０体積％とするのが好ましい。

（２）固体潤滑剤：バリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上
バリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母は、高温域まで高い潤滑性があり摩擦係数の低下に寄与する。

アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナは、熱安定性が高く、耐摩耗性に優れている。

したがって、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上を用いるのが好ましい。

なお、バリウム化合物としては、例えば、ＢａＳＯ４、ＢａＯ、ＢａＳｉＯ３、ＢａＮｉＯ３、ストロンチウム化合物としては、例えば、ＳｒＳＯ４、Ｓｒ２ＣｒＯ４、雲母としては、例えば、絹雲母、金雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物としては、ムライトがそれぞれ好適に用いられる。

本発明の焼結部材は、つぎのように製造される。

はじめに、原料粉末として、ステンレス合金粉末と、固体潤滑剤粉末を用意し、これらの原料粉末を混合した後、所定の圧力でプレス成形して圧粉体を作製する。なお、原料粉末の混合時に、ＦｅＰ、ＦｅＢなどの液相形成材の粉末を追加してもよい。

そして、この圧粉体を、水素窒素混合雰囲気で、１０００〜１３００℃範囲内の所定の温度で焼結し、続いてサイジングを行うことで、焼結部材が得られる。なお、焼成雰囲気はこのほかに、水素ガス等の還元雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス等の不活性雰囲気、真空雰囲気でもよい。

以下、本発明の焼結部材の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

（１）焼結部材の作製
原料粉末として、粒度が１００メッシュ以下のステンレス合金粉末、７５メッシュ以下の固体潤滑剤を用意した。これらの原料粉末を配合し、Ｖ型混合機にて３０分間混合した後、所定の圧力でプレス成形して圧粉体を作製した。この圧粉体を、水素窒素混合雰囲気で、１０００〜１３００℃範囲内の所定の温度で焼結し、続いてサイジングを行った。

以上の工程により、外径：１８ｍｍ×内径：８ｍｍ×高さ：８ｍｍの寸法を有する種々の組成の軸受の試料を作製した。

（２）固体潤滑剤の種類と含有量の検討
上記（１）の方法により、オーステナイト系ステンレス合金（Ｃｒ：２５％、Ｎｉ：２０％、Ｃｏ：２％、Ｆｅ：残部）中に、種々の固体潤滑剤が種々の含有量において分散した軸受の試料を作製した。

そして、ロータリアクチュエータ（ＳＭＣ製ＣＤＲＢ２ＢＷ４０−９０ＤＴ７９Ｌ）を用いて往復摺動試験を行い、摩耗深さと摩擦力を評価した。往復摺動試験は、ＳＵＳ３１６製の軸を用いて、クリアランスを約０．１ｍｍとし、軸に５ＭＰａを負荷し、軸受と軸を７００℃に加熱しながら、軸を毎分７５往復の速度でラジアル方向に５００００往復させることにより行った。摩耗深さは、試験終了後の軸受の最大摩耗深さを測定して評価した。なお、高摩擦力による過負荷で試験停止した試料、酸化重量が４００ｇ／ｍ２を超えた試料については、摩耗深さ、摩擦力の測定を行なわなかった。摩擦力は、高摩擦力による過負荷で停止することなく試験継続が可能かどうかにより評価した。

また、試料を８００℃に加熱して大気中で１００時間保持した後に冷却し、加熱前後における重量の増加により耐酸化性を評価した。

その結果を下表に示す。なお、表中、耐酸化性は、加熱前後における重量の増加が５０ｇ／ｍ２以下のとき◎、５０ｇ／ｍ２を超え２００ｇ／ｍ２以下のとき○、２００ｇ／ｍ２を超え４００ｇ／ｍ２以下のとき△、４００ｇ／ｍ２を超えたとき×として示した。固体潤滑剤としてＢａＳＯ４、ＢａＯ、ＢａＳｉＯ３、ＢａＮｉＯ３、ＳｒＳＯ４、Ｓｒ２ＣｒＯ４、絹雲母、金雲母、ムライト、アルミナのいずれかが分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％である場合に、摩耗深さ、摩擦力が小さく、耐酸化性が高くなり、良好な結果となった。

（３）ステンレス合金の組成の検討
上記（１）の方法により、固体潤滑剤としてムライトを用いて、種々の組成のステンレス合金中に、固体潤滑剤が１５体積％の含有量で分散した軸受の試料を作製した。焼結後の密度は、６．５〜７．０の範囲となるようにした。

このように作製した軸受の試料について、上記（２）と同様の方法により、摩耗深さ、摩擦力、耐酸化性を評価した。

その結果を下表に示す。ステンレス合金として、Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかを用いた場合に、耐酸化性が高くなった。また、Ｃｒの含有量が増加するほど耐酸化性が高くなる傾向が見られた。

また、表２のＡ〜Ｈについて、摩耗深さ、摩擦力を評価したが、摩耗深さ、摩擦力については、Ａ〜Ｈの間に顕著な差異は見られなかった。

Claims

Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかのステンレス合金中に、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％であることを特徴とする焼結部材。
固体潤滑剤としてＢａＳＯ４、ＢａＯ、ＢａＳｉＯ３、ＢａＮｉＯ３、ＳｒＳＯ４、Ｓｒ２ＣｒＯ４、絹雲母、金雲母、ムライト、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散したことを特徴とする請求項１記載の焼結部材。