JPS59123746A - 焼結複合耐摩耗部材 - 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】 本発明は焼結り合せ摩耗部材に関する。

従来より、内燃機関の例えばロッカーアームチップ等、
高面圧を受ける摺動部桐に各種焼結材料が実用化されて
きているが、更に厳しい使用条件を恋定して、各種高合
金焼結材料が開発・検討されている。しかしながら、こ
れらの材料は高価であるため、コスト高になる。上記摺
動部材において、摺動機能上ｌ要とされる順摩耗性が要
求される部位は表面層部のツメであるため、高価な焼結
材料を表面部のみに使用し、残りを低降な′ｅ：利で置
換し、両者を接合して４合化することによりコストを低
減させたり合せ摩耗部材が開発されている。

一方、異釉焼結材料の接合方法には溶浸、ろう付け、そ
の他種々の方法があるが、焼結と同時に拡散接合せしめ
るのが低コストで信頼性も高く好ましい。しがしながら
従来の拡散接合は、母材の融点以下の温度で行われてい
たため、接合面における母材の液相量が不足し、光分な
接合が祷られなかった。

本発明者は、上記摺動部材の高価な耐摩耗性焼結材料を
置き換える母材として、該耐摩耗性焼結材料と同等又は
それ以上の融点を有する低降な低合金鉄系粉禾月料を採
択し、し力・も両材料をかかる母材の融点（液相生成温
度）以上の温度に加熱して焼結訃よび拡散結合すること
により、強固に接合された安価な焼結像台酊摩部桐が祷
られることを見出し、本発明を完成した。

従って、本発明の目的は、強固に接合された安価な焼結
複合耐摩耗部材を提供することにある。

本発明による焼結複合耐摩耗部材は、高合金粉末耐摩耗
性焼結体から成る摺動面部と、該高合金粉末と同等又は
それ９上の融点を有する１榴又は２種以上の低合金鉄系
粉末焼結体がら成る前記摺動面を支持するための母材部
とがら構成され、摺動面部および母材部の各焼結体は該
高合金粉末及び該低合金鉄系粉末の両者の焼結時の液相
により互いに拡散接合されていることを特徴とする。

本発明の焼結複合耐摩耗部材の第１の態様においては、
母材部ｌ″ｉ１ｉ１種類記高合金粉末と同等又はそれ以
上の融点を有する低合金鉄系粉末の焼結体から成る。甘
だ上記複合部材の第２の態様においては、２種類線上、
好ましくは２種石の、上記高合金粉末と同等又はそれり
上の融点を有する低合金鉄系粉末（第１母材および第２
母材）の焼結体から成る。Ａ２の態様において母材部が
２種類の焼結体から成る場合、焼結り合部材は３種類の
粉末材料、即ち１種類の高合金粉末と２ね類の低合金鉄
系粉末、の液相によジ各層間が強固に拡散接合されてい
る。

なお本願で°゛粉末融点″とは粉末に液相の生成が始ま
る温度、即ち液相生成温度を云う。

本発明において摺動面部を構成する高台金粉末耐摩耗性
焼結体は従来の冒合金耐摩耗焼結合金であシ曲るが、好
ましいものとして、重量比Ｃｒ：２．５〜２５．０％、
　Ｍｎ　：　０．１　ヘ５．０％、　　Ｐ：Ｏトα８チ
Ｓｉ：Ｑ、５〜２−０％、　Ｃｕ　：　１．Ｃｌ−５，
０％、　　Ｍｏ：３．０％塚下。

Ｃ：１．５〜３．５％、残部Ｆｅおよび２％υ下の不純
物から成る焼結合金、およびこの割合のＣｒ、　Ｍｎ、
　Ｐ。

Ｓｉ、　Ｃｕ、　ＭｏおよびＣのほかに更に重量比でＷ
：０．１〜５．０　％、　Ｖ　：　Ｑ、１〜５．０％、
　Ｎｂ　：　０．ｉ　〜２．５　％、　Ｔｉ：０１〜２
．５％およびＴａ：α１〜１５％から選ばれた１種もし
くは２種以上を金言１で０１〜１ｃＬｏ％含む焼結合金
を挙げることができる。

本発明において母材部を構成する、習合金粉末と同等又
はそれ以上の融点を有する低合金鉄系粉末焼結体として
は従来の低合金鉄系焼結合金を使用し祷るが、Ｃｕ：　
１．５〜２αＯ％および／又はＣ：１５〜４．０％を含
み、残部Ｆｅおよび２％９下の不純物から成る焼結合金
、又はＰ：［１２〜０．８チおよびＢ：α０５〜１．０
％から選はれた１種又は２種とＣ：Ｑ、５〜４．０％と
を含み、残部Ｆｅおよび２％９丁の不純物から成る焼結
合金が好ましい。

本発明の焼結複合耐摩耗部材は、高合金粉末を摺動面部
の形状に成形した成形体を、該高台金粉末と同等又はそ
れ培土の融点を有する１種又は２種以上の低合金鉄系粉
末から成る母材の所定形状の成形体と乃ね、該低合金鉄
系粉末中で最も融点の高い粉末の融点坩土に全体を加熱
して、杉高合金粉末および低合金粉末の両者の焼結と同
時に、焼結時に生成する両名の液相により互いに拡散接
合することにより製造し得る。

加熱温度は、該高台金粉末および該低合金鉄系粉末のい
ずれの粉床も、粉床全体が液相とならない温度とすべき
であるが、より高いほど拡散接合が迅速になり、且つ強
固な接合が曲られる。

焼結および接合のための加熱は、通常非酸化性雰囲気な
いし還元性雰曲気中で行われ、例えば窒素、アルゴン等
の不活性ガス、アンモニア分解ガス、水素カス等の還元
性カス、或いは真空ないし減圧下にて行い得、時に好ま
しいのはアンモニア分解カスである。

かかる加熱により、該高台金粉末および低合金鉄系粉末
の焼結時に生成する液相によって、短時間のうちに強固
な拡散接合が得られる。

高合金耐摩耗性粉末および低合金鉄系粉末のそれぞれは
、合金粉末、単体粉末混合粉および合金粉末と単体粉末
との混合粉末のいずれでもよい。これらの粉末を所望の
組成となるように配合する。例えば、摺動面部に好まし
い高合金粉末焼結体を祷るには、重量比で組成がＣｒ：
２．５〜２５．［１％、　Ｍｎ：　［１，３，Ｑ％、　
Ｐ　：　０．２〜［１，ｓ％、Ｓｉ：ｌ１１５〜２．０
％、　Ｃｕ：　ｔＯ〜５．０％、Ｍｏ：ｉｎ％塚下、Ｃ
１１゜５〜３５雀、残部Ｆｅおよび２％以下の不純物、
或いは上記割合のＣｒ、　ｋｊｎ、　Ｐ、　Ｓｉ、　Ｃ
ｕ、　ＭｎおよびＣに加えて更に、Ｍ量比でＷ：α１〜
５．０％、Ｖ：α１〜５０％、　Ｎｂ：α１〜２．．５
％、　Ｔｉ　＋　０．１〜２．５％、　Ｔａ：　０．１
ｚ　１．５％の１種又は２種以上を全体でａ１〜１００
％含み、残部昆および２％場下の不純物となるように、
合金粉末および／又は単体粉末を配合する。一方、母材
部に好ましい低合金鉄系粉末体を凋るには、例えば２％
以下の不純物を含むＦｅ粉末に全体でＣｕ：１．５〜２
０％および／又はＣ：　０．５　ヘ４．０％となるよう
にＣｕ　粉末および／又は炭素粉（例えば黒鉛粉）を冷
加するか、或いは上記挽粉末に全体でＰ：０．２〜ａ８
％および／又はＢ：１０５〜１．０俤、並びにＣ：ｏ、
ｓ〜４．０％となるように庫体粉末。

化合物粉末（例えばＦｅＢ粉末）および／又は合金粉末
を配合する。

所定の組成に配合した粉末は、所定の形状に圧縮成形し
て、粉末の焼結を容易にするのが好ましい。

第１〜６図は本発明に従って作成した内燃機関のロッカ
ーアームチップを示すものである。

第１図は母材部が１種類の低合金鉄゛系粉末焼結体から
成る場合、そして第２〜３図は母材部が２種類の低合金
鉄系粉末焼結体から成る場合を示す。

次に本発明を実施例および比較例をもって更に詳しく説
明する。

実施例１ 摺動［株］部材料として１量比でＣｒ：　１８％、　Ｍ
ｏ　：１％、Ｃｕ：２％、Ｐ：０．５％、Ｓｉ：１％、
Ｍｎ：Ｑ、５％。

残部Ｆｅおよび２％以下の不純物からなる合金粉末にＣ
：２．５％となるように黒鉛粉を加えた混合粉末の成形
体（密度６．２ｆ／（７）を用い、これに母材としてＣ
ｕ：８％、Ｃ；［１８％、残部Ｆｅ（２％以下の不純物
を含む）から成る単体混合粉の成形体（密度６．８７／
ｃｄ）を蓮ね、全体をアンモニア分解ガス中１１２０℃
に２０分間加熱して焼結および拡散接合を同時に行い、
第１図に示す形状の沙＠焼結体を侑た。

実施例２ 摺動面部材料として重量比Ｃｒ：２．ｓ％、Ｃｕ：１．
０％、Ｐ：０．８％、Ｓｉ：２．０％、Ｍｎ：０．１％
、残部Ｆｅｂよび２％り下の不純物から成る合金粉末に
Ｃ：　１．ｓカとなるように黒鉛粉を加えたぞ置台粉末
の成形体（密度６．５ｆｌｌｔｙｌ）を用い、これに第
１母材としてＣｕ　：　１．５％、Ｃ：１．５％、残部
Ｆｅ　（２％場下の不純物を含む）から成る年休粉末混
合粉の成形体を連ね、更に第２母材としてＢ：０゜５％
　Ｃ。

２０％、残部Ｆｅ（２％り下の不純５吻を含む）からな
る組成の部体粉床および化合物粉末の混合粉（Ｂの供給
源としてＦｅＢを使用）の成形体（密１髪６．５ｆ／ｃ
ｙｄ）　を側１母栃上に１ね、全体を真空中１１２０　
℃で２０分間焼結および拡散接合して第２図に示す形状
の初会焼結体を掬だ。

実施例 摺動部材料として、重量比でＣｒ：　２５．０％、Ｍ。

：　ｌ　Ｏ％、　　Ｃｕ：５．０％、　Ｐ：０．２％、
　ｓｉ：　ｃＬ５％、Ｍｎ　：６．０％、残部比および
２％以下の不純物からなる合金粉末に、全体てＣ：３．
５％となるように黒鉛粉を加えた重合粉末の成形体（密
度６．０？／ｃｆｆｌ）を用い、その上に第１母材とし
てＣｕ：２Ｑ％、残部Ｆｅ（２％以下の不純物を含む）
からなる単体混合粉および第２母祠としてｐ：ｏ−ｓ％
、残部Ｆｅ（２％り下の不純物を含む）からなる合金粉
末にＣ：２％となるように黒鉛粉を加えた混合粉末の各
成形体く密度６．５？／ｃｍ）を１１柳次重Ｊつ、全体
を真空中１１２０℃で２０分間焼豹χ・接合して第２図
に示すような形状の複合焼結体を祠た。

実施例４ 摺動部材料として、実施例１の摺動部材料に使用した合
金粉末の代りに該合金粉末組成に更にＷ：５．ｏ％を含
む組成の合金粉末を用い実施例３で第２母材として用い
た混合粉末の成形体（密度６−、ａｒ／ｉ）を重ねて全
体を成形し、これをアンモニア分解ガス雰囲気中１１５
０℃にて２０分間焼結・接合して第２図に示すような形
状の複合焼結体を得た。

実施例５ 摺動面部材料として、実施例１で摺動面部材料に使用し
た合金粉末の組成に更に■：０１％。

Ｎｂ：２．５％を含む組成の合金粉末と黒鉛粉（全体の
２−５％）の−混合粉末の成形体（密度＆ＩＳ’／、ｄ
）を用い、これに第１母材としてＰ：Ｑ、２％、残部Ｆ
ｅ（２％以下の不純物を含む）から成る合金粉末にＣ：
　４．　ｏ％となるように黒鉛を加えた混合粉末の成形
体（＠度６．４ｆ／ｃｒＩ）を重ね、更に第２母材とし
て実施例１と同じ母材の成形体をＭｆｒて、全体をアン
モニア分解カス中、１１５０℃にて２０分間焼結および
拡散接合して、第２図に示すような形状の複合焼結体を
得た。

実施例６ 摺動ｔｉ部林期として、実慢例１の摺動面部材料に用い
た合金粉末の組成に加えて更に、Ｗ：０．１％　Ｖ：ｓ
ｏｓ、Ｎｂ：α１　％、　　’Ｉ’ｉ　：　１．０　％
およびＴａ：Ｑ、５勢を含む組成の台金粉床および黒鉛
粉（全体の２．５％）から成る混合粉末の成形体（密度
ｉ　ｏ　ｙ７＝　）を用い、これに揚１母材としてＰ：
α８％、残部ＩＩ’ｅ（２％り下の不純物を含む）から
なる合金粉末ＫＣ：０．５％となるように黒鉛粉を加え
た混合粉末の成形体（密度６．５′？／ｃ＋１．）を１
ね、史に柔２母材としてＣ：ＺＯ力、残部Ｆ’ｅ（２％
以下の不純物を含′ｏ）からなる坤体混台粉の成形体（
＠度＆５？／譚）を蓮ねて、全体を真空中１１５０　℃
にて２０分ＩＩＪ１焼結・接合し、第２図に示すような
形ぴの複合焼結体を伯だ。

比較例１ 実施例１の焼結・接＠を母材の心意より低い１０５０℃
で１２０分＋＝」行った。

比較例２ 摺動面部材料に実施ｆｊｉ　１のそれと同じ成形体を用
い、母材にＮｉ：２ｏ％、残部Ｆｅ（２％埼下の不純物
を含む）からなる単体混合粉の成形体（密度６．５　ｆ
／ｃｄ　）を重ね、全体を実施例１と同様に焼結・接合
した。

比較例３ 第１母材として純鉄粉（２％以下の不純物を含む）を用
いる以外は実施例６と同様にして複合焼結体を得た。

比較例４ 焼結・接合を１０００℃にて６０分間行う以外は比較例
２と同様にして複合焼結体を得た。

上記実施例および比較例で使用した各材料の液相生成温
度（融点）、焼結・接合温度および得られた複合焼結体
の接合付評価を表１に示す。

表１中の接合性の欄に於て、 ○・・・良 △・・・中程度 ×・・・不良 を意味する。

表１ 表１の結果から、本願実施例ではいずれも摺動面部材料
および母材の融点以上の温度で焼結・接合されているた
め、両材料の焼結時に生じる液相によって強固な拡散接
合がなされているが、比較例では第１母材の融点９下で
焼結・接合されているため、短時間の加熱では光分な接
合が得られないことがわかる。ｊ２１Ｊら、比較例１で
は焼結温度が低いことによる液相量不足、拡散不足のた
め、焼結時間を長くしても接合性は極めて低く、また比
較例２訃よび６では特に第１母材の液相の助けによる拡
散接合の促進効果がないので、実施例１〜３と比べて同
一焼結条件によっても接合力が不足しており、実施例と
同等の接合力を得るには比較例４の如く高温長時間の焼
結がｆ’ＥＰである。

【図面の簡単な説明】

第１図は母材部が１種類の低台金鉄糸粉末焼結体から成
るロッカーアームチップの平面図および正面断面図、 第２および第３図は母材部が２種類の低合金鉄系粉禾規
結体からなるロッカーアームテップの平面および正面断
面図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）高合金粉末耐摩耗性焼結体から成る摺動面部と、
   該高台金粉末と同等又はそれ以上の融点を有する１種又
   は２種場上の低合金鉄系粉末の焼結体から成る前記摺動
   面を支持するための母材部とから構成され、摺動面部と
   母材部の各焼結体は前記高合金粉末および低合金鉄系粉
   末の焼結時に生成する両名の液相により互いに拡散接合
   されていることを將徴とする焼結複合耐摩耗部材。
2. （２）母材部が１種類の低合金鉄系粉末焼結体から成る
   特許請求の範囲第１ｍ記載の部材。
3. （３）　　母材部が２種類の低合金鉄系粉末焼結体から
   成る特許請求の範囲第１狛記載の部材。
4. （４）高合金粉末耐摩耗性焼結体が重量比でＣｒ　：　
   ２．５〜２　ｓ、Ｑ％、　Ｍｎ　：　０１〜３．０％、
   　Ｐ：Ｑ、２〜１１８％。 Ｓｉ：ｌ：１．５〜２０％、　　ＣＬＩ：１．０〜５．
   ０％、Ｍｏ：１０％υ丁Ｃ：　１．ｓ〜五５％、残部Ｆ
   ｅ　および２％り下の不純物７Ｊ）ら成る焼結合金であ
   る特許請求の範囲第１ないし第３拍のいずれか１ｍ記載
   の部材。
5. （５）　高合金粉末耐摩耗性焼結体が特許請求の範囲第
   ４頂記載の組成に加えて更に重量比でＷ：α１〜５０％
   、Ｖ：（Ｎ１３．０％、　Ｎｂ　：　０．１〜２５％。 Ｔ１：α１〜２．５％およびＴａ、　ＣＬ　１〜１．５
   ％から選ばれた１種もしくは２権り上を全体のｃＬ１〜
   ｉｏ、。 ％含む焼結合金である特許請求の範囲第１ないし第４頌
   のいずれか１項記載の部材。
6. （６）　　母材部の少なくとも一つの焼結体が１量比で
   Ｃｕ：　ｔ５〜２０．０　％　オよび／又はＣ：［１５
   〜４．０％。 残部Ｆｅおよび２％以下の不純物から成る焼結合金であ
   る特許請求の範囲第１ないし第５頂のいずれか１頂記載
   の部材。
7. （７）母材部の少なくとも一つの焼結体が重量比テＰ：
   Ｉ１２〜ｃＬ８％〆オよびＥ　：　０．０５〜１．０％
   の１ね又は２ａ＝、　　Ｃ：０．５　ヘ４．０％、残部
   Ｆｅおよび２チ以下の不純物から成る焼結合金である特
   許請求の範囲第１ないし第６項のいずれが１項記載の部
   材。