JP2778972B2

JP2778972B2 - グラファイト分散Ｃｏ―Ｎｉ基自己潤滑性合金

Info

Publication number: JP2778972B2
Application number: JP2892989A
Authority: JP
Inventors: 完一田中; 謙介日高
Original assignee: Fukuda Kinzoku Hakufun Kogyo Kk
Current assignee: Fukuda Kinzoku Hakufun Kogyo Kk
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH02209444A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は流体潤滑が不可能な各種摺動部材や高温下で
使用される各種摺動部材において、その金属母材上に、
肉盛溶接などの方法により簡単に固体潤滑性を有するグ
ラファイトを均一に分散させた肉盛層を形成させるため
のグラファイト分散Co−Ni基自己潤滑性合金に関するも
のである。

〔従来の技術〕

グラファイトや二硫化モリブデンは結晶構造上異方性
が強く、特定な結晶面間や原子間でその結合力が弱く、
せん断によって切れやすく、このため内部すべりを起こ
し、低摩擦を与えることから、固体潤滑剤として用いら
れる。特にグラファイトは熱安定性にも優れていること
から多用されている。

従来グラファイトを固体潤滑剤として用いる場合１）
母材表面に直接塗布するかスプレーした後乾燥させて用
いる方法、２）油や樹脂類などの中に懸濁又は分散させ
て用いる方法、３）金属や油脂と混合して複合材料の形
で用いる方法がある。しかしながら１）の方法ではグラ
ファイトを分散させた流体を部材表面に塗布（又はスプ
レー）し、乾燥させるため手間がかかり、かつ被膜が薄
いため長時間の潤滑効果は期待できない。２）の方法で
は、潤滑油に添加して用いるため、その粒度や表面物
性、油との密度差さらには他の添加剤との共存など、グ
ラファイトの安定した油中分散が得にくく、このためグ
ラファイト粒子表面にあらかじめ界面活性剤の吸着膜を
形成させるなど、親油化処理をして油に漏れやすくして
やることが必要である。また、３）の方法では部材内部
にグラファイトが分散しているため、長時間の潤滑効果
が期待できるが、グラファイトの分散性の問題や強度及
び作成の難しさなどの問題がある。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明者等は摺動部にグラファイトを塗布又は油と共
に供給する方法ではなく、部材内部にグラファイトが分
散したものでしかも強度が大きく、製造も容易なものを
種々見当した結果、ある特定の合金組成においてはグラ
ファイトが均一に晶出し、潤滑が良好で耐摩耗性、耐食
性も良好な合金組成を見出し、本発明を完成した。

また本発明の合金は、肉盛溶接などの方法で肉盛層を
形成させると同時にこの肉盛層中に球状もしくは片状の
グラファイトを均一に分散させることも可能で作成が容
易であることも見出した。

〔問題を解決するための手段〕

即ち本発明は、重量％でC1.0〜5.0％,B0.1〜4.5％,Si
0.1〜9.0％を含有し、さらに必要に応じてCr1.0〜15.0
％又は／およびCu1.0〜5.0％を含有し、残部がCoとNiの
二種及び不可避的不純物よりなる組成を有することを特
徴とするグラファイト分散Co−Ni基自己潤滑性合金であ
る。

〔作用〕

次に本発明合金の成分限定理由を説明する。

ＣＣはCo−Niを主体とした基質中に球状又は片状のグラ
ファイトとして晶出し、固体潤滑剤として働き耐摩耗性
の向上に寄与する。Ｃ含有量が重量％で1.0％未満では
基質のCo−Ni中に固溶し、ほとんどグラファイトとして
晶出せず、5.0％以上ではCo−Niに対する最大溶解度を
越えるため、溶湯中に溶解しなくなる。このためＣ含有
量は1.0〜5.0％に定めた。

ＢＢはCo−Niとの間で金属間化合物を形成し、合金の硬
さを上げる働きがある他、合金に自溶性を与え、肉盛溶
接を容易にする働きを有する。Ｂ含有量が重量％で0.1
％未満では硬さの向上及び自溶性が得られず、4.5％以
上では硬さが高くなりすぎ肉盛層に割れを生じるように
なり好ましくない。また、4.5％以上になるとCo−Niに
対するＣの最高溶解度が下がり、グラファイトの晶出が
ほとんど見られなくなる。このためＢ含有量は0.1〜4.5
％に定めた。

Si SiはＢと同じようにCo−Niとの間で金属間化合物を形
成し、合金の硬さを上げる働きがある他合金に自溶性を
与え、肉盛溶接を容易にする働きを有する。Si含有量が
重量％で1.0％未満では、硬さの向上及び自溶性が得ら
れず、9.0％以上では硬さが高くなりすぎ、肉盛層に割
れを生じるようになり好ましくない。また9.0％以上に
なるとCo−Niに対するＣの最高溶解度が下がり、グラフ
ァイトの晶出がほとんど見られなくなる。このためSi含
有量は1.0〜9.0％に定めた。

Cr Crは添加しなくても摺動部材としての特性に影響はな
いが、耐食性を必要とする場合にはCrを添加する方が好
ましい。

Crは合金の耐食性を向上させる働きを有し、Cr含有量
が重量％で1.0％未満ではこの働きがほとんど見られ
ず、15.0％以上になるとＣとの間で炭化物を形成するよ
うになり、グラファイトの晶出量が低下し自己潤滑性が
得られなくなる。また炭化物の形成にともない肉盛層の
割れ感受性が高くなる。このためCr含有量は1.0〜15.0
％に定めた。

Cu Cuは添加しなくても摺動部材としての特性に影響はな
いが、耐食性を要求される場合にはCrと同じくCuを添加
する方が好ましい。また、CrとCuを複合して添加すれば
より好ましい。

CuはCrと同じように合金の耐食性を向上させる働きを
有するが、Cu含有量が重量％で1.0％未満ではこの働き
がほとんどみられず、5.0％以上になると肉盛溶接時偏
析を起こし、肉盛層に割れを誘発する恐れがある。

なお、CrとCuを複合して添加する場合はそれぞれの下
限及び上限を添加すればよい。

Co,Ni Co,Niは本合金において基質となるものである。Coに
対するNiの比率が高くなると、グラファイトの晶出量が
若干減少する傾向がある。しかしながらいずれの比率に
おいても、本合金の目的である自己潤滑性を得るための
グラファイトの晶出は見られる。これはCoとNiが同族元
素でかつ全率固溶体を形成するためと考えられる。

〔実施例〕

次に本発明の合金を実施例により比較例と対比しなが
ら具体的に説明する。

アトマイズ法により、それぞれ第１表に示される成分
組成をもつ本発明の合金及び比較例合金を粉末化（粒子
径105〜177μｍ）し、これをプラズマ粉末肉盛装置を用
い、SS−41母材上に2.5mmの厚みに肉盛を行った。こう
して肉盛した試験片を所定の大きさに切断し、肉盛層表
面を耐水研磨紙及びバフ研磨により研磨し、ビッカース
硬さ計で肉盛層の硬さを測定後、摩耗試験に供した。摩
耗試験は第２図に示すように、肉盛した試験硬を固定
側、白銑製リングを回転側にして行った。第２表にこの
摩耗試験条件を示す。

腐食試験は、それぞれ第１表に示される成分組成をも
つ本発明の合金及び比較例の合金をアルゴン気流中で溶
解しシエル鋳型に鋳造後、10mm×10mm×10mmに切断した
ものを試験片とし、５％H₂SO₄（沸騰中）に６時間浸漬
し、その時の腐食減量を測定した。

第１表は、この摩耗試験・肉盛試験及び肉盛層の測定
結果を示したものである。

また、第１図は摩耗試験の結果得られた試験片及び相
手材（リング）の摩耗減量を図示したものである。第３
図は、本発明の合金No.2及びNo.4における肉盛層断面の
Ｘ線写真である。組成からわかるように、Co−Ni合金基
質中にグラファイトが均一に分散していることがわか
る。

第１表、第１図に示すように、本発明の合金は比較例
の合金に比べ摩耗が少なく、かつ相手の摩耗も少ない。
こうしたことから、無潤滑の状態において良好な潤滑性
を示していることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によるグラファイト分散Co−Ni基自己潤滑性合
金は、金属母材にプラズマアークやレーザービームなど
の熱源により肉盛すると同時に、その肉盛層中に球状及
び片状グラファイトを均一に分散させようとするもの
で、こうして形成した肉盛層は、比較例の合金に比べて
耐摩耗性に優れ、かつグラファイトが肉盛層全体にわた
り均一に分散しているため、グラファイトを塗布（また
はスプレー）した場合に比べ長時間潤滑効果が得られ
る。

なお、上記実施例では、本発明の合金を金属母材上に
粉末肉盛して用いたが、これを鋳物として用いても肉盛
同様、優れた特性を示す。

上述のように、本発明の合金は、流体潤滑が不可能な
各種摺動部材に使用することで、潤滑の効果が得られる
とともに、装置の小型集約化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、摩耗試験後の試験片及び相手材の摩耗減量、
第２図は摩耗試験概略図、第３図は本発明の合金No.2及
びNo.4における肉盛層断面のＸ線写真で１−A,1−Ｂは
合金No.2で、２−A,2−Ｂは合金No.4である。また、Ａ
は反射電子像でＢはCKαの特性Ｘ線像である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でC1.0〜5.0％,B0.1〜4.5％,Si0.1
〜9.0％を含有し、残部がCoとNiの二種及び不可避的不
純物よりなる組成を有することを特徴とするグラファイ
ト分散Co−Ni基自己潤滑性合金。
【請求項２】重量％でC1.0〜5.0％,B0.1〜4.5％,Si0.1
〜9.0％を含有し、さらにCr1.0〜15.0％を含有し、残部
がCoとNiの二種及び不可避的不純物よりなる組成を有す
ることを特徴とするグラファイト分散Co−Ni基自己潤滑
性合金。
【請求項３】重量％でC1.0〜5.0％,B0.1〜4.5％,Si0.1
〜9.0％を含有し、さらにCu1.0〜5.0％を含有し、残部
がCoとNiの二種及び不可避的不純物よりなる組成を有す
ることを特徴とするグラファイト分散Co−Ni基自己潤滑
性合金。
【請求項４】重量％でC1.0〜5.0％,B0.1〜4.5％,Si0.1
〜9.0％を含有し、さらにCr1.0〜15.0％とCu1.0〜5.0％
を含有し、残部がCoとNiの二種及び不可避的不純物より
なる組成を有することを特徴とするグラファイト分散Co
−Ni基自己潤滑性合金。