JPS6385073A - Silicon carbide base sintered body - Google Patents
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
この発明は、軽量であり、耐熱性、耐食性はもちろんの
こと、相手部材との摩擦・摩耗特性に優れており、例え
ば自動車のエンジン部品や潤滑剤を使用できない環境で
用いられる部品の素材として利用される炭化珪素質焼結
体に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the Invention (Field of Industrial Application) This invention is lightweight, has excellent heat resistance and corrosion resistance, and has excellent friction and wear characteristics with mating members, such as This invention relates to a silicon carbide sintered body that is used as a material for automobile engine parts and parts used in environments where lubricants cannot be used.
（従来の技術）
近年、耐熱性および耐食性に優れた材料としてセラミッ
クス材料が注目されるようになってきており、酸化物系
、窒化物系、炭化物系およびそれらの複合系のものなど
が開発され、一部実用に供されている。(Prior art) In recent years, ceramic materials have been attracting attention as materials with excellent heat resistance and corrosion resistance, and oxide-based, nitride-based, carbide-based, and composite-based materials have been developed. , some of which have been put into practical use.
これら各種のセラミックス材料のうち、炭化物系である
炭化珪素質焼結体は、鋼などの金属に比較して軽量（比
重３．２）であり、浸れた耐熱性および耐摩耗性を有し
、しかも金属と摺動しても焼き付きを起こさず、オイル
やグリースなどの潤滑剤を用いなくとも十分な摩擦・摩
耗特性が得られるので、ガソリン機関やディーゼル機関
のロッカアーム、カム、バルブ、ピストンピン、ピスト
ンリング、シリンダライチなどへの適用が検討され試作
されている。Among these various ceramic materials, carbide-based silicon carbide sintered bodies are lighter (specific gravity 3.2) than metals such as steel, and have excellent heat resistance and wear resistance. Moreover, it does not seize even when sliding on metal, and provides sufficient friction and wear characteristics without the use of lubricants such as oil or grease. Applications to piston rings, cylinder litchi, etc. are being considered and prototypes are being produced.
また、炭化けい素質焼結体の持つ優れた耐腐食性や耐熱
性を利用して、海水中や酸性の水溶液中、あるいは真空
中などの潤滑剤を使用できない環境において使用される
ポールベアリングなどへの適用も検討されている。In addition, by utilizing the excellent corrosion resistance and heat resistance of silicon carbide sintered bodies, we can apply them to pole bearings that are used in environments where lubricants cannot be used, such as in seawater, acidic aqueous solutions, or in vacuum. The application of is also being considered.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、このような炭化珪素賀焼結体は、金属に
比較して硬度が著しく高いため、すなわち、より具体的
には、Ａ１合金の硬度がＨｖ＝５０〜２００、鋼の硬度
がＨｖ ＝ ５０〜４００であるのに対して、炭化けい
素質焼結体の硬度がＨｖ＆９２７００となっていたため
、長時間の摺動によって、相手部材である金属を著しく
摩耗させてしまうという問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, since such a silicon carbide sintered body has significantly higher hardness than metal, more specifically, the hardness of A1 alloy is Hv=50. ~200, while the hardness of steel is Hv = 50 to 400, the hardness of the silicon carbide sintered body was Hv &92700, so long-term sliding caused significant wear on the metal mating material. There was a problem with this.
また、Ａ１合金や鋼の表面にセラミックスをコーティン
グ処理することも考えられているが、ＡＪＩ合金は低融
点であるためＣＶＤや溶射などによるセラミックスコー
ティングが困難であり、さらにはコーティング層が剥離
しやすいという問題点があった。Additionally, coating the surface of A1 alloy or steel with ceramics has been considered, but the low melting point of AJI alloy makes it difficult to coat with ceramics by CVD or thermal spraying, and furthermore, the coating layer is likely to peel off. There was a problem.
（発明の目的）
この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、摺動部材として使用された場合に相手部材に対
する攻撃性が小さく、相手部材との摩擦・摩耗特性を著
しく向上させた炭化珪素質焼結体を提供することを目的
としている。(Object of the Invention) This invention was made by focusing on the above-mentioned conventional problems, and when used as a sliding member, it has less aggressiveness against the mating member, and has good friction and wear characteristics with the mating member. The object of the present invention is to provide a silicon carbide sintered body with significantly improved properties.
し発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
この発明による炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）質焼結体は１表
面の少なくとも一部にイオン注入処理による軟化層を有
し、相手部材との摩擦・摩耗特性を向上させたものであ
ることを特徴としている。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The silicon carbide (S i C) sintered body according to the present invention has a softened layer formed by ion implantation treatment on at least a part of one surface, and is compatible with a mating member. It is characterized by improved friction and wear characteristics.
この発明が適用される炭化珪素質焼結体の製造手法はと
くに限定されず、ラバープレス法、射出成形法、熱間加
圧成形法などの各種の製造方法の中から選んで採用する
ことができる。The manufacturing method of the silicon carbide sintered body to which this invention is applied is not particularly limited, and may be selected from various manufacturing methods such as a rubber press method, an injection molding method, and a hot pressing method. can.
また、炭化珪素質焼結体の表面の少なくとも一部または
全部に軟化層を形成させるためのイオン注入処理を行な
うに際しては、その際の負荷電圧、注入速度、注入時間
、炭化珪素質焼結体の温度、イオン源などを適宜選定し
て実施するのが望ましいことはいうまでもない、そして
、この場合のイオン源としては、窒素、クロムなどが採
用されるが、とくに限定はされない。In addition, when performing ion implantation treatment to form a softened layer on at least part or all of the surface of the silicon carbide sintered body, the load voltage, implantation speed, implantation time, silicon carbide sintered body It goes without saying that it is desirable to appropriately select the temperature, ion source, etc., and the ion source in this case may be nitrogen, chromium, etc., but is not particularly limited.
かくして、炭化珪素質焼結体の表面の一部または全部に
Ｎ２十やＣｒ３＋などをイオン注入することによって、
例えば厚さ０．１−０．２ＪＬｍ程度の非晶質からなる
軟化層（Ｈｖ≦１０００）を形成して、相手部材である
例えば金属との摺動特性を改善するとともに、チッピン
グなどによる炭化珪素質焼結体自身の欠けを防止し、さ
らには薄膜軟化層によって炭化珪素質焼結体と金属との
間のＢ擦係数を低減させることにより、炭化珪素質焼結
体と相手部材との間での摺動を長期にわたって良好に保
持させることができるようになる。Thus, by ion-implanting N20, Cr3+, etc. into part or all of the surface of the silicon carbide sintered body,
For example, by forming a softened layer (Hv≦1000) made of amorphous material with a thickness of about 0.1-0.2 JLm, it is possible to improve the sliding characteristics with a mating member such as a metal, and also to prevent silicon carbide by chipping or the like. By preventing the silicon carbide sintered body from chipping itself and further reducing the B friction coefficient between the silicon carbide sintered body and the metal with the thin softening layer, the gap between the silicon carbide sintered body and the mating member is reduced. This makes it possible to maintain good sliding over a long period of time.
この発明によるイオン注入処理した炭化珪素質焼結体の
適用例としては、例えば、炭化珪素質焼結体がガソリン
機関やディーゼル機関のピストンピンであり、相手部材
が金属製のピストンである場合、また、炭化珪素質焼結
体がガソリン機関やディーゼル機関のバルブであり、相
手部材が金属製のバルブガイドである場合、さらに、炭
化珪素質焼結体がポールベアリングのポールであり、相
手部材が金属製の７ウターケースあるいはインナーケー
スである場合、さらにまた、炭化珪素質焼結体がポール
ねじのポールであり、相手部材が金属製のシャフトおよ
びチューブである場合、などをあげることができるが、
これらは単なる例示にすぎないことはいうまでもないと
ころである。Examples of applications of the ion-implanted silicon carbide sintered body according to the present invention include, for example, when the silicon carbide sintered body is a piston pin of a gasoline engine or a diesel engine, and the mating member is a metal piston. Furthermore, if the silicon carbide sintered body is a valve for a gasoline or diesel engine and the mating member is a metal valve guide, the silicon carbide sintered body is a pole of a pole bearing and the mating member is a metal valve guide. Cases where the outer case or inner case is made of metal, and cases where the silicon carbide sintered body is the pole of a pole screw and the mating members are metal shafts and tubes, etc.
It goes without saying that these are merely examples.
（実施例１）
ＳｉＣ粉末（ベータランダム・ウルトラファイン）：９
４．８５重量部、ポロン粉末：０．１５重量部、フェノ
ール樹脂＝５重量部を有機溶剤（１，４ジオキサン）：
２３０重量部に加えて５０時間ボールミル混合した０次
いで、得られた泥漿を液体Ｎ２中に噴射して凍結顆粒を
形成し、その凍結顆粒を真空中にて乾燥処理した。(Example 1) SiC powder (beta random ultra fine): 9
4.85 parts by weight, poron powder: 0.15 parts by weight, phenol resin = 5 parts by weight, organic solvent (1,4 dioxane):
The resulting slurry was then injected into liquid N2 to form frozen granules, and the frozen granules were dried in vacuum.
次に、このようにして得た顆粒をラバープレス（圧力４
ｔＯｎ／Ｃｍ２）成形し、グラインダー切削加工→焼結
（２０６０℃Ｘ３０ｍ１ｎ）−＋研磨加工の各工程を経
て直径２０ ｍ ｍ Ｘ長さ６１ｍｍのＳｉＣ焼結体（
気孔率２．３％）からなる第１図に示すピストンピン１
を作成した。Next, the granules obtained in this way were pressed in a rubber press (pressure 4
The SiC sintered body (20 mm in diameter x 61 mm in length) is formed through the steps of cutting with a grinder → sintering (2060°C x 30 m1n) - + polishing.
The piston pin 1 shown in FIG. 1 is made of
It was created.
なお、第１図において、２はピストン、３はスナップリ
ング、４はピストン孔、５はコネクティングロッドであ
ることを示す。In addition, in FIG. 1, 2 is a piston, 3 is a snap ring, 4 is a piston hole, and 5 is a connecting rod.
次に上記ピストンピン１の表面のうちピストン孔４との
摺動部表面にＮ２＋イオンを注入した。Next, N2+ ions were injected into the surface of the piston pin 1 that slides with the piston hole 4.
この場合、ピストンピンとコネクティングロッド５とは
固定であるのでイオン注入する必要はない。そして、こ
のイオン注入における負荷電圧は８０ＫＶ、注入速度は
４Ｘ１０３ｉｏｎ／Ｃｍ’ ＊ｓｅｃ （６，４ＢＡ／
ｃｍ２）、注入時間は４．５時間、ＳｉＣ焼結体の温度
は３００℃であり、表面から約０．３４ｍまでの深さに
５Ｘ １０” ’ ｉ ｏ ｎ７ｃｍ２の濃度で注入
した。In this case, since the piston pin and the connecting rod 5 are fixed, there is no need for ion implantation. The load voltage in this ion implantation was 80KV, and the implantation rate was 4X103ion/Cm' *sec (6,4BA/
cm2), the implantation time was 4.5 hours, the temperature of the SiC sintered body was 300° C., and the implantation was performed at a concentration of 5×10″ i on7cm2 to a depth of about 0.34 m from the surface.
次にイオン注入処理後の焼結体よりなる試験片の硬度を
マイクロビッカース試験機を用いて測定した結果、Ｈｖ
＝８６０であり、未処理のＳｉＣ焼結体のビッカース硬
度Ｈｖ＝２７３０に比べてかなり低いものとなっていた
。Next, the hardness of the test piece made of the sintered body after the ion implantation process was measured using a micro Vickers tester, and the results showed that Hv
= 860, which was considerably lower than the Vickers hardness Hv = 2730 of the untreated SiC sintered body.
また、ビンオンディスク法によってＳｉＣ焼結体（ピン
）とピストン２の素材であるＡＪＩＩ金鋳物（ＡＣ８Ａ
： Ａｌ−１２％５ｉ−１％Ｃｕ−１％Ｍｇ−１％Ｎ
１）（ディスク）との摩擦・摩耗試験を行った結果を第
１表に示す。In addition, the AJII gold casting (AC8A
: Al-12%5i-1%Cu-1%Mg-1%N
1) Table 1 shows the results of friction and wear tests with (disc).
第１表に示すように、イオン注入を行ったＳｉＣ焼結体
の摩擦係数は潤滑オイル無のときであっても著しく低く
、ＡｆＬ合金の摩耗率もかなり少ないものとなっており
、潤滑オイル有の場合にはさらに優れた摩擦Φ摩耗特性
を示した。As shown in Table 1, the friction coefficient of the ion-implanted SiC sintered body is extremely low even without lubricating oil, and the wear rate of the AfL alloy is also considerably low. In the case of , even better friction Φ wear characteristics were exhibited.
次に、ＳｉＣ焼結体で作成したピストンピン１を用いて
ピストン２とコネクティングロッド５とを連結したガソ
リン機関（気筒径：８３ｍｍ、爆発圧カニ７５ｋｇ／ｃ
ｍ２ 、回転数： ６０００ｒｐｍ）を用いて評価した
ところ、未処理のＳｉＣ焼結体からなるピストンピン１
では、運転３２分後でピストン孔４の偏心によって大き
な振動を生じたが、イオン注入処理したＳｉＣ焼結体か
らなるピストンピン１では５時間運転しても異常は全く
認められなかった。Next, a gasoline engine (cylinder diameter: 83 mm, explosion pressure crab 75 kg/c
m2, rotation speed: 6000 rpm), the piston pin 1 made of an untreated SiC sintered body
After 32 minutes of operation, a large vibration occurred due to the eccentricity of the piston hole 4, but no abnormality was observed in the piston pin 1 made of an ion-implanted SiC sintered body even after 5 hours of operation.
（実施例？）
ＳｉＣ粉末（ベータランダム・ウルトラファイン）９４
．８５兎量部、ポロン粉末：０．１５重量部、フェノー
ル樹脂：５重量部、パラフィンワックス２重量部、ポリ
エチレンワックス＝１０重量部、アタクチックポリプロ
ピレン＝３重量部、エチレンビニルアセテート共重合体
：４重量部を、有機溶剤（１，４ジオキサン）：２８Ｑ
重量部に加えて５０時間ボールミル混合した０次いで、
得られた泥漿を液体Ｎ２中に噴射して凍結顆粒を形成し
、この凍結顆粒を真空中にて乾燥処理した。(Example?) SiC powder (beta random ultra fine) 94
．． 85 parts by weight, poron powder: 0.15 parts by weight, phenol resin: 5 parts by weight, paraffin wax 2 parts by weight, polyethylene wax = 10 parts by weight, atactic polypropylene = 3 parts by weight, ethylene vinyl acetate copolymer: 4 Part by weight is organic solvent (1,4 dioxane): 28Q
In addition to parts by weight, 0 was mixed in a ball mill for 50 hours.
The resulting slurry was injected into liquid N2 to form frozen granules, which were dried in vacuum.
次に、上記乾燥顆粒を２軸スクリューニーダ−で加熱混
練した後ペレット状に破砕し、射出成形法によりガソリ
ン機関の排気バルブ形状に対応する射出成形体を成形し
た。Next, the dried granules were heated and kneaded using a twin-screw kneader, then crushed into pellets, and an injection molded article corresponding to the shape of an exhaust valve of a gasoline engine was molded by an injection molding method.
次いで、前記排気バルブ形状の射出成形体を非酸化性雰
囲気中で脱脂処理し、続いて焼結および研磨加工の各工
程を経て、第２図に示す形状のＳｉＣ焼結体よりなる排
気バルブ（気孔率３．１％）６を作成した。なお、第２
図において、７は排気バルブ６のステム部、８はバルブ
ガイド、９はシリンダヘッド、１０はバルブシート、１
１は排気ボート、１２は冷却水通路である０次に、前記
排気バルブ６のバルブステム部７の表面およびバルブシ
ー）１０との接触面に実施例１と同じ条件でＮ２＋イオ
ンを注入した。Next, the injection molded body in the shape of the exhaust valve is degreased in a non-oxidizing atmosphere, and then subjected to sintering and polishing steps to form an exhaust valve ( A porosity of 3.1%) 6 was prepared. In addition, the second
In the figure, 7 is the stem of the exhaust valve 6, 8 is the valve guide, 9 is the cylinder head, 10 is the valve seat, 1
1 is an exhaust boat, and 12 is a cooling water passage. Next, N2+ ions were injected into the surface of the valve stem portion 7 of the exhaust valve 6 and the contact surface with the valve seat 10 under the same conditions as in Example 1.
このようにして作成した排気バルブ６をガソリン機関（
回転数６０Ｏｒｐｍ）を用いて評価した結果、未処理の
ＳｉＣ焼結体よりなるバルブでは運転７５分後に鋳鉄製
のバルブガイド８の摩耗によるオイル漏れや偏心による
異音を発生したが、イオン注入処理したＳｉＣ焼結体よ
りなるバルブでは全く異常がみとめられなかった。The exhaust valve 6 created in this way is used in a gasoline engine (
As a result of evaluation using an untreated SiC sintered body, oil leakage due to wear of the cast iron valve guide 8 and abnormal noise due to eccentricity occurred after 75 minutes of operation, but the ion implantation treatment No abnormality was observed in the valve made of the SiC sintered body.
次に、ピンオンディスク法によってＳｉＣ焼結体（ピン
）と鋳鉄（ディスク）との摩擦・摩耗試験を行った結果
を第２表に示す。Next, Table 2 shows the results of a friction/wear test between the SiC sintered body (pin) and cast iron (disk) using the pin-on-disk method.
第２表に示すように、イオン注入を行ったＳｉＣ焼結体
の摩擦係数は潤滑オイル無のときであっても著しく低く
、鋳鉄の摩耗率もかなり少ないものとなっており、潤滑
オイル有の場合はさらに摩擦係数が低く、摩擦・摩耗特
性が著しく良好であることが確められた。As shown in Table 2, the friction coefficient of the ion-implanted SiC sintered body is extremely low even without lubricating oil, and the wear rate of cast iron is also considerably lower. It was confirmed that the friction coefficient was even lower and the friction and wear characteristics were extremely good.
（実施例３）
実施例１と同じ工程により、ＳｉＣ焼結体よりなる第１
図に示す形状のピストンピン１を作成し、このピストン
ピン１のピストン孔４との摺動面にｂ ２ Ｃｒ３＋イ
オンを注入した。このとき、イオン注入における負荷電
圧は３００ＫＶ、注入速度は５Ｘ１０” ｉ ｏｎ／ｃ
ｍ２ａ ５ｅｃ（２４４Ａ／ｃｍ２）、注入時間は約・
３３分、ＳｉＣ焼結体の温度は６００℃であり、表面か
ら約０．３ｇｍまでの深さに１．０Ｘ１０１７ｉｏｎ／
ｃｍ２の濃度（濃度分布は第３図の実線参照）で注入し
た。(Example 3) By the same process as in Example 1, the first
A piston pin 1 having the shape shown in the figure was prepared, and b 2 Cr3+ ions were implanted into the sliding surface of the piston pin 1 with the piston hole 4. At this time, the load voltage for ion implantation was 300KV, and the implantation speed was 5X10" ion/c.
m2a 5ec (244A/cm2), injection time is approx.
33 minutes, the temperature of the SiC sintered body was 600°C, and 1.0×1017 ion/
It was injected at a concentration of cm2 (see the solid line in Figure 3 for the concentration distribution).
次に、ＳｉＣ焼結体よりなる試験片の硬度をマイクロビ
ッカース試験機を用いて測定した結果、未処理のＳｉＣ
焼結体よりなるピストンピンの硬度がＨｖ＝２７３０で
あるのに対して、イオン注入処理したＳｉＣ焼結体より
なるピストンピンの硬度はＨｖ＝１２８０、イオン注入
後に１６００℃ＸＩＨｒの７ニール処理したＳｉＣ焼結
体よりなるピストンピンの硬度はＨｖ＝１０５０であっ
た。また、アニール処理後のＣｒイオン濃度分布は第３
図の破線に示すものであった。Next, as a result of measuring the hardness of the test piece made of the SiC sintered body using a micro Vickers tester, it was found that the untreated SiC
The hardness of the piston pin made of a sintered body is Hv = 2730, while the hardness of the piston pin made of an ion-implanted SiC sintered body is Hv = 1280, and after the ion implantation, it was subjected to 7-anneal treatment at 1600°C The hardness of the piston pin made of SiC sintered body was Hv=1050. In addition, the Cr ion concentration distribution after annealing is the third
This was shown by the broken line in the figure.
次いで、前記アニール処理したピストンピン１をガソリ
ン機関（気筒径：８３ｍｍ、爆発圧カニ７５ｋｇ／ｍｍ
２ 、回転数：６０００ｒｐｍ）を用いて評価したとこ
ろ、５時間運転しても全く異常は認められなかった。こ
れに対して未処理のＳｉＣ焼結体よりなるピストンピン
では運転３２分後にピストン孔の偏心によって大きな振
動を生じた。Next, the annealed piston pin 1 was installed in a gasoline engine (cylinder diameter: 83 mm, explosion pressure 75 kg/mm).
2, rotation speed: 6000 rpm), no abnormality was observed even after 5 hours of operation. On the other hand, a piston pin made of an untreated SiC sintered body caused large vibrations due to the eccentricity of the piston hole after 32 minutes of operation.
第３表にビンオンディスク法によるＳｉＣ焼結体（ピン
）とピストンの素材であるＡ１合金（Ａ Ｃ８Ａ）
（ディスク）との摩擦・摩耗試験を行った結果を示す。Table 3 shows the SiC sintered body (pin) produced by the bottle-on-disk method and the A1 alloy (A C8A) that is the material for the piston.
The results of friction and wear tests with (disc) are shown.
第３表に示すように、イオン注入を行ったＳｉＣ焼結体
よりなるビンの摩擦係数は潤滑剤類のときであってもか
なり低く、Ａ１合金（Ａ Ｃ８Ａ）の摩耗率もかなり少
ないものとなっていることが確かめられた。As shown in Table 3, the friction coefficient of bottles made of ion-implanted SiC sintered bodies is quite low even when used as a lubricant, and the wear rate of A1 alloy (A C8A) is also quite low. It was confirmed that this was the case.
（実施例４）
実施例１と同じ要領で第４図に示すポールベアリングの
ポール１５をイオンＮ２＋注入処理したＳｉＣ焼結体で
作成した。なお、第４図において、１６はリテーナ、１
７はインナーケース、１８はアウターケースである。(Example 4) In the same manner as in Example 1, the pole 15 of the pole bearing shown in FIG. 4 was made of a SiC sintered body subjected to ion N2+ implantation treatment. In addition, in FIG. 4, 16 is a retainer, 1
7 is an inner case, and 18 is an outer case.
一方、第４図のポールベアリングにおいて、アウターケ
ース１８およびインナーケース１７をステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ ３０４）にて作成し、実機評価した。このとき、
試験片としては、スラスト玉軸受の軌道輪寸法が、外径
：４７ｍｍ、内径：２５ｍｍであるものを用いた。On the other hand, in the pole bearing shown in Fig. 4, the outer case 18 and inner case 17 are made of stainless steel (S
US 304) and evaluated on actual equipment. At this time,
The test piece used was a thrust ball bearing with raceway dimensions of outer diameter: 47 mm and inner diameter: 25 mm.
その結果、未処理のＳｉＣ焼結体からなるポールでは、
６．ｌＸ１０４回転でケースの損耗による回転軸の偏心
が顕著になったが、イオンＮ２＋注入処理したＳｉＣ焼
結体からなるポール１５では１．０Ｘｌｏ６回転後でも
異常は認められなかった。As a result, in a pole made of untreated SiC sintered body,
6. Eccentricity of the rotating shaft due to wear of the case became noticeable after 104 rotations of 1.0Xlo, but no abnormality was observed in the pole 15 made of a SiC sintered body treated with ion N2+ implantation even after 1.0Xlo6 rotations.
第４表にビンオンディスク法によるＳｉＣ焼結体（ビン
）と５ＵＳ３０４ （ディスク）との摩擦・摩耗試験を
行った結果を示す。Table 4 shows the results of a friction/wear test between the SiC sintered body (bottle) and 5US304 (disc) using the bottle-on-disk method.
第４表に示すように、イオン注入を行ったＳｉＣ焼結体
の摩擦係数は潤滑オイル無のときであっても著しく低く
、潤滑オイル有のときにはステンレス鋼の摩耗率が著し
く低下していることが確認された。As shown in Table 4, the friction coefficient of the ion-implanted SiC sintered body is extremely low even without lubricating oil, and the wear rate of stainless steel is significantly lower when lubricating oil is present. was confirmed.
（実施例５）
実施例１と同じ要領で第５図に示すポールネジのポール
２１をイオンＮ２＋注入処理したＳｉＣ焼結体で作成し
た。なお、第５図において、２２はチューブ、２３はシ
ャフトである。(Example 5) In the same manner as in Example 1, the pole 21 of the pole screw shown in FIG. 5 was made of a SiC sintered body subjected to ion N2+ implantation treatment. In addition, in FIG. 5, 22 is a tube, and 23 is a shaft.
一方、チューブ２２およびシャフト２３を軸受鋼（ＳＵ
Ｊ２）にて作成し、実機評価した。このとき、ポール２
１の直径は３ ｍ ｍ 、シャフト２３の外径は４０ｍ
ｍのものを用いた。On the other hand, the tube 22 and shaft 23 are made of bearing steel (SU
J2) and evaluated on actual equipment. At this time, Paul 2
The diameter of shaft 23 is 3 mm, and the outer diameter of shaft 23 is 40 m.
m was used.
その結果、未処理のＳｉＣ焼結体からなるポールでは、
２．３Ｘ１０５回転でチューブの損耗によって摺動が滑
らかでなくなったが、イオンＮ２＋注入処理したＳｉＣ
焼結体からなるポール２１ではｉ、ｏｘｉｏ６回転後で
も全く異常は認められなかった。As a result, in a pole made of untreated SiC sintered body,
After 2.3X105 rotations, the sliding became less smooth due to wear and tear on the tube, but SiC treated with ion N2+ injection
No abnormality was observed in the pole 21 made of a sintered body even after 6 rotations of i, oxio.
第５表にビンオンディスク法によるＳｉＣ焼結体（ビン
）と５ＵＪ２（ディスク）との摩擦・摩耗試験を行った
結果を示す。Table 5 shows the results of a friction/wear test between the SiC sintered body (bottle) and 5UJ2 (disk) by the bottle-on-disk method.
第５表に示すように、イオン注入を行ったＳｉＣ焼結体
の摩擦係数は潤滑オイル無のときであっても著しく低く
、潤滑オイル有のときには軸受鋼の摩耗率が著しく低下
していることが確かめられた。As shown in Table 5, the friction coefficient of the ion-implanted SiC sintered body is extremely low even without lubricating oil, and the wear rate of the bearing steel is significantly lower when lubricating oil is present. was confirmed.
［発明の効果］
以上説明してきたように、この発明による炭化珪素質焼
結体は、表面の少なくとも一部もしくは全部にイオン注
入処理による軟化層を有するものであり、炭化珪素質焼
結体の表面の一部または全部にＮ２＋やＣｒ３十などの
イオンを注入して比較的柔らかい軟化層を形成している
ものであるから、相手部材に対する攻撃性が低減し、相
手部材の摩耗が著しく減少して炭化珪素質焼結体と相手
部材との良好な摩擦・摩耗状態を実現することができる
ようになり、とくにＡ文や鉄鋼等の金属に比べて硬度が
大である炭化珪素質焼結体の表面に、０．１〜０．３Ｊ
Ｌｍ程度の極めて薄い軟化層が母材に対して密着して形
成されているので、軟質金属薄膜を設けた場合と同じ原
理によりそれ自体で自己潤滑特性を獲得することになり
、潤滑オイルやグリースなどを用いることなく各種の摺
動部品に適用できるので、海水中や真空中で使用される
摺動部品の素材としても適しているという非常に優れた
効果がもたらされる。[Effects of the Invention] As explained above, the silicon carbide sintered body according to the present invention has a softened layer formed by ion implantation on at least a part or the entire surface of the silicon carbide sintered body. Since ions such as N2+ and Cr30 are implanted into part or all of the surface to form a relatively soft softened layer, the aggressiveness towards the mating member is reduced and the wear of the mating member is significantly reduced. It is now possible to achieve good friction and wear conditions between the silicon carbide sintered body and the mating member, especially for silicon carbide sintered bodies whose hardness is greater than that of metals such as A-shaped and steel. 0.1-0.3J on the surface of
Since an extremely thin softened layer with a thickness of about Lm is formed in close contact with the base material, it acquires self-lubricating properties by itself based on the same principle as when a soft metal thin film is provided, and it is not suitable for lubricating oil or grease. Since it can be applied to various sliding parts without using any other materials, it has the excellent effect of being suitable as a material for sliding parts used in seawater or in a vacuum.
第１図はこの発明の実施例における炭化珪素質焼結体よ
りなるピストンピンを用いたピストン部の概要図、第２
図は同じくこの発明の他の実施例における炭化珪素質焼
結体よりなる排気バルブを用いた排気パル、ブ部の概要
図、第３図はイオン注入部分の濃度分布を示すグラフ、
第４図は同じくこの発明の他の実施例における炭化珪素
質焼結体よりなるポールを用いたポールベアリングの断
面図、第５図は同じくこの発明の他の実施例における炭
化珪素質焼結体よりなるポールを用いたポールネジの概
観図である。
１・・・ピストンピン、
６・・・排気バルブ、
１５・・・ポール。
２１・・・ポール。
代理人弁理士 小 塩 豊
第１図
第２７１１
第３図
０ ０、＋ ０．２ ０．３
第４図
第５図FIG. 1 is a schematic diagram of a piston portion using a piston pin made of a silicon carbide sintered body in an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a schematic diagram of an exhaust valve using an exhaust valve made of silicon carbide sintered body in another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing the concentration distribution of the ion-implanted part.
FIG. 4 is a sectional view of a pole bearing using a pole made of a silicon carbide sintered body according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view of a silicon carbide sintered body according to another embodiment of the present invention. FIG. 2 is an overview diagram of a pole screw using a pole made of 1...Piston pin, 6...Exhaust valve, 15...Pole. 21...Paul. Representative Patent Attorney Yutaka Oshio Figure 1 Figure 2711 Figure 3 0 0, + 0.2 0.3 Figure 4 Figure 5
Claims (1)
化層を有し、相手部材との摩擦・摩耗特性を向上させた
ことを特徴とする炭化珪素質焼結体。(1) A silicon carbide sintered body characterized by having a softened layer formed by ion implantation treatment on at least a portion of its surface to improve friction and wear characteristics with a mating member.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22807086A JPS6385073A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Silicon carbide base sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22807086A JPS6385073A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Silicon carbide base sintered body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6385073A true JPS6385073A (en) | 1988-04-15 |
Family
ID=16870721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22807086A Pending JPS6385073A (en) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Silicon carbide base sintered body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6385073A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011175203A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Fuji Xerox Co Ltd | Image-forming apparatus |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP22807086A patent/JPS6385073A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011175203A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Fuji Xerox Co Ltd | Image-forming apparatus |
| US8731428B2 (en) | 2010-02-25 | 2014-05-20 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Image-forming apparatus with grounded metallic supporting portion |
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