JPS5940221B2 - 焼結鉄基摩擦材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末冶金、特に焼結摩擦材料、より詳細に述べ
るなら焼結鉄基摩擦材料（５ｉｎｔｅｒｅｄｉｒｏｎｂ
ａｓｅｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ）に
関するものである。

本発明の応用分野は自動車、トラクター、航空機、道路
建設機械、および中間作動形態で且つ摩擦下で液体潤滑
を用いて働く他の装置（摩擦の回転周速度９ｍ／秒以下
、圧力２５ ｋｇ／ｃｙｙｆ、以下）に使用する摩擦装
置である。

乾燥摩擦条件下及び液体潤滑を伴なう摩擦下で、働く焼
結鉄基摩擦材料は広く使用されている。

焼結（多孔質）摩擦材料は金属及び非金属成分からなる
。

金属成分は材料に強度を与え、−力、非金属成分は摩擦
係数を増加しジャミング傾向を減少させる。

焼結摩擦材料の特性は摩擦工程で作られる薄い表面層に
あり、その塑性と粘性は材料を構成する成分によって決
められる。

摩擦材料の基地と比較し摩擦材料の表面層は室温で、特
に高温の場合、より可塑性があり、材料の深さ方向に機
械的性質の明確な傾向があり、且つ過度の変形を有効に
防ぐ。

可塑性の表面層は局部的な圧力及び表面温度を下げ且つ
すり合せ（ｖｕｎｎｉｎｇ ｉｎ）に寄与する。

すり合わせによって、摩擦材料は、摩耗又は塑性変形の
結果として生ずる実際の表面を増加させる特性がある。

焼結摩擦材料の表面層は不均質な組織を特色としており
、すなわち主要成分と微細な硬い介在物との混合物を構
成する。

表面層中に存在する硬い粒子は焼結摩擦材料の耐摩耗に
寄与する。

なぜなら硬い粒子がその表面で都合良く配置されており
、作用力下で負荷の大部分を受けるからである。

硬い粒子と基地の材料の付着性が弱い場合、摺動速度が
早い時に硬い粒子がはずれ、摩擦域内に入った時に摩耗
が増加する結果となる。

重量％で下記割合の成分： 銅 １５ 黒 鉛 ９ 酸化シリコン ３ 硫酸バリウム ６ アスベスト ３ 鉄 残 部 を有する焼結鉄基摩擦材料（ｃｆ、Ｉｇｎａｔｏｒ Ｌ
、ｌ。

”Ｐｒｏｉｚｖｏｄｓｔｖｏ ｆｒｉｃｔｓｉｏ ｎ
ｙｋｈｍａｔｅｒｉａｌｏｖ ｚｈｅｌｅｚｎｏｉ ｏ
ｓｎｏｖｅ”、 ＭｅｔａｌｌｕＰｕｂｌ １ｓｈｅｒ
ｓ 、Ｍｏｓｃｏｗ、 １９６８ ）が公知である。

重量％で下記化学成分： 銅 ９〜２５ マンガン ６．５〜１０．０ 窒化ホウ素 ６〜１２ 炭化ホウ素 ３〜１５ 炭化シリコン １〜６ 二硫化モリブデン １〜５ 鉄 ２〜５ 残 部 を有する他の焼結鉄基摩擦材料（例えばソ連国発明者証
第３５８４０１号参照）が公知である。

重量％で下記化学成分： 銅 １〜３ 錫 ０．５〜２ 硫酸バリウム ３〜５ 黒鉛 ４〜１〇 二硫化モリブデン ２〜６ ノ々イロセラム １〜３ 鉛 ｏ、ｉ〜 ４ 鉄 残 部 を有する焼結鉄基摩擦材料（ソ連国発明者証第３７９６
６５号参照）も公知である。

摩擦係数を増すための添加物として公知の焼結鉄基摩擦
材料中に存在する酸化シリコン、アスベスト、炭化ホウ
素、炭化シリコン、炭化鉄及び酸化鉄の硬い粒子は摩擦
を受けた材料の表面に生じる高温（９００℃以下）の原
因となり、摩擦材料の表面層組織を変化させる。

その組織変化は強度特性を低下させることになる。

このように上述した鉄基摩擦材料は不十分な強度特性を
示すことが知られ、摩擦材料が用いられる装置の適切な
耐久性を提供することが出来ない。

重量％で下記成分： 銅 ４〜１５ 硫酸ニッケル ２〜８ 黒鉛 ４〜１０ ノ々イロセラム ２〜１０ 鉛 ２〜８ 鉄 残 部 を有する他の焼結鉄基摩擦材料（ソ連国発明者証第５０
３９２７号参照）も公知である。

上記焼結鉄基摩擦材料に含まれるパイロセラムは基地（
鉄）と化学的結合を持たないので全体の材料を弱め、耐
摩耗性を減少させることになる。

更に又、上記摩擦材料内に研摩粒子の含有量が高いこと
によって、その材料と接触する物体との間の完全な接触
を得ることが不可能で、する合わせに悪い影響を与える
。

本発明の主な目的はその成分を適切に選択することによ
って、中間的作動形態の液体潤滑条件において耐摩耗性
を増加し、且つ摩擦すり合わせを改善した焼結鉄基摩擦
材料を提供することである。

この主な目的のために、銅、錫、黒鉛、パイロセラム及
び鉛を含んでなる焼結鉄基摩擦材料において、本発明に
よれば、硫化亜鉛を含み重量％で下記成分の割合である
。

銅 １５〜３０ 錫 １．０〜２．０ 硫化亜鉛 ２．０〜４．０ 黒鉛 ６．０〜１０．０ ノ々イロセラム ２．０〜５．０ 鉛 １０．０〜２０．０ 鉄 残 部 上記硫化亜鉛は上記の如く該摩擦材料中に２〜４重量％
含有されており、中間工程での液体潤滑条件下で耐摩耗
を向上させすり合わせて （ｒｕｎｎｉｎｇ ｉｎ）を改良させることができる
。

しかしながら２％未満の硫化亜鉛含有量では作業中接触
する物体とのかき傷及びかみ込みに対する保護を保証し
得ず、４％を超えたところでは材料の表面層を弱める。

硫化亜鉛含有量が幾分多くなると、硫黄介在物が材料中
に見出され、硫化亜鉛含有量が増加するにつれその量も
多くなる。

遊離硫黄介在物はかなり圧縮及び引張り力、衝撃力そし
て硬さを低下させ、その結果耐摩耗性を低下させる。

上記パイロセラムはガラスセラミックとも呼ばれＣａ０
２Ｂ２０３．Ａｌ２Ｏ３，５ｉ０２．ＴｉＯ２からなる
ものである。

）このパイロセラム（ガラスセラミック）の含有量は本
願の特許請求の範囲に示したように２〜５重量％が最適
であり、パイロセラムが２％未満では上記摩擦係数、耐
摩焼性の向上は得られず、−力、５％を超えると、該摩
擦材料の基材（ベース）を弱める。

提供した組成の焼結鉄基摩擦材料は耐摩耗性が高く、且
つすり合わせの良いものである。

これは焼結工程において、硫化物形成添加剤である硫化
亜鉛が亜鉛と硫黄を作り出すために完全に分解されるこ
とによって生み出される。

線結温度では、硫黄は鉄と反応して硫化鉄を作り出すが
、焼結鉄基摩擦材料の耐摩耗性を悪化させる酸化鉄は形
成されない。

硫化物形成成分として硫酸バリウムを有する公知の焼結
鉄基摩擦材料と違って、焼結の際分離した全ての硫黄が
、硫化鉄形成に寄与する。

低融点温度を有する亜鉛は、摩擦表面で少し軟化し且つ
２５ｋｇ／Ｃｒｊ、の圧力下で微少粗さを充填する鉛と
共に、材料と接触する物体との間の強力な接触面積を増
加せしめる。

すなわち、強力な接触面積の増加によってする合わせが
改善されることになる。

重量％で下記割合の成分： 銅 ３ 錫 ２ 硫化亜鉛 ３ 黒鉛 ８ ノ々イロセラム ３ 鉛 ２０ 鉄 ６１ の焼結鉄基摩擦材料が推薦できる。

上記成分の割合で、硫化亜鉛含有量が最適であり、全て
の硫黄が硫化鉄形成に寄与させる。

硫化亜鉛含有量がわずかでも多くなると硫黄介在物が焼
結鉄基摩擦材料に見出され、硫化亜鉛含有量が増加する
につれ、これらの硫黄介在物の量が増加する。

硫黄介在物は圧縮力及び抗張力、衝撃強度そして硬度を
かなり減少させる傾向があり、従って耐摩耗性を低下さ
せることになる。

提供した割合の成分によって最も高い耐摩耗性とすり合
わせを示す焼結鉄基摩擦材料を得る。

本発明のこれら及び他の目的そして新規な特性は添付請
求を述べ、且つ好ましい態様の下記詳細な説明を考慮す
れば本発明が最も理解されよう。

粉末黒鉛及び粉末硫化亜鉛を１５０℃の温度で乾燥する
。

次に銅、錫、硫化亜鉛、黒鉛、パイロセラミック、鉛及
び鉄の粉末全てをふるい分けし、混合物として、重量％
で、 銅 １，５〜３ 錫 １〜２ 硫化亜鉛 ２〜４ 黒鉛 ６〜１０ ノ々イロセラム ２〜５ 鉛 １０〜２０ 鉄 残 部 となるように秤量する。

全ての成分を混合機内で中性液、例えば油の存在のもと
で混合する。

調整した混合物をプレス金型内で４ｔ／ｃｒ？Ｌの圧力
で加圧し、実質的に摩擦ラップである得られた成形品を
２０ｋｇ／ｆｆｌの圧力下で１０３０℃の温度で３時間
焼結し、同時に鋼基地に溶融する。

得られた焼結鉄基摩擦材料を摩擦試験台で、回転慣性質
量にブレーキをかける原理を用いて耐摩耗及びすり合せ
試験する。

得られた焼結鉄基摩擦材料は１００回ブレーキ後、４〜
６μｍの摩耗と９０％のすり合せを有する。

公知材料と比較すると、考慮中の材料の耐摩耗性は２〜
３倍高く、すり合せは１．５倍高い。

本発明を下記実施例によって更に説明する。

実施例 １ 粉末黒鉛と粉末硫化亜鉛を１５０℃の温度で乾燥した。

次に全ての粉末を第０１００番及び第０１６０番篩でふ
るい分け、秤量して重量％表示で下記割合の成分： 銅 １５ 錫 １．０ 硫化亜鉛 ４，０ 黒鉛 ６．０ ノ々イロセラム ２．０ 鉛 ２０．０ 鉄 ６５．５ とし、次に混合機内で油（混合物重量の０．５％）を存
在させて６時間混合した。

調整した混合物をプレス金型で３ｔ／ｃＩ？Ｌの圧力で
プレスし、次にシャフト炉で焼結し、同時に２０ｋｇ／
ｉの圧力下、１０３０℃の温度で３時間鋼基地に溶融し
た。

得られた焼結鉄基摩擦材料を回転慣性質量にブレーキを
かける原理を用いて試験台で摩擦試験をした。

下記試験データを得た。１００回ブレーキ後の摩耗
５μｍ すり合せ ９０％ 実施例 ２ 重量％で下記割合： 銅 ３ 錫 ２ 硫化亜鉛 ３ 黒鉛 ８ ノマイロセラム ３ 鉛 ２０ 鉄 ６１ とした粉末から実施例１で述べたと同じようにして製造
した摩擦材料は下記特性を有していた。

１００回ブレーキ後の摩耗 ４μｍ すり合せ ９０％ 実施例 ３ 重量％で下記割合： 銅 ３ 錫 ２ 硫化亜鉛 ２ 黒鉛 １０ ノ々イロセラム ５ 鉛 １０ 鉄 ６８ とした粉末から実施例１で述べたと同じようにして製造
した摩擦材料は下記特性を有していた。

１００回ブレーキ後の摩耗 ６μｍ すり合せ ９０％ 実施例 ４ 重量％で下記割合： 銅 １．５ 錫 １．０ 硫化亜鉛 ）２．０ 黒鉛 ６．０ ノマイロセラム ２．０ 鉛 １．０ 鉄 ７７５ とした粉末から実施例１で述べたと同じようにして製造
した焼結鉄基摩擦材料は下記特性を有していた。

１００回ブレーキ後の摩耗 ５μｍ すり合せ ９０％ 実施例 ５ 重量％で下記割合： 銅 ３ 錫 ２ 硫化亜鉛 ４ 黒鉛 １０ ノ々イロセラム ５ 鉛 ２０ 鉄 ５６ とした粉末から実施例１で述べたと同じよしにして製造
した焼結鉄基摩擦材料は下記特性を有していた。

１００回ブレーキ後の摩耗 ５μｍ すり合せ ９０％ 開示した本発明の各種態様例の記載において明瞭のため
に特定の狭い術語を用いた。

しかしながら、本発明はこのような選択された術語に決
して限定されるものではなく、各術語は、同様な方式で
働きかつ同様な問題を解決するのに使われる全ての均等
の包含するき理解すべきである。

本発明を好ましい実施態様例で説明したが、本発明の特
許請求の範囲および精神から逸脱することなく焼結鉄基
摩擦材料で変更を行なえることができかつこの変更が当
業者に容易に理解されることと思う。

全てのこれら置き換えや変更が本発明の特許請求の範囲
および精神の限界内に残っていると考えられるであろう
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で下記割合の成分： 銅 １．５〜３．０ 錫 １．０〜２．０ 硫化亜鉛 ２．０〜４．０ 黒 鉛 ６．０〜１００ ノ々イロセラム ２．０〜５．０ 鉛 １０．０〜２０．０ 鉄 残 部 を含んでなる線結鉄基摩擦材料。 ２ 重量％を下記割合の成分： 銅 ３．０ 錫 ２．０ 備酸亜鉛 ３．０ 黒 鉛 ８．０ ノ々イロセラム ３．０ 鉛 ２０．０ 鉄 ６１．０ を含んでなる特許請求の範囲第１項記載の焼結鉄基摩擦
   材料。