(57)【要約】【課題】本発明は耐酸化性、耐摩耗性に優れ、相手攻撃性の少ない耐熱焼結摺動部材とその製造方法の提供を課題とする。【解決手段】本発明に係る耐熱焼結摺動部材は、母相中に潤滑相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４.０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母相中に潤滑相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であることを特徴とする焼結摺動部材。
【請求項２】
前記潤滑相がＣｒ−Ｓ、あるいは、（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ）−Ｓからなることを特徴とする請求項１に記載の焼結摺動部材。
【請求項３】
母相中に潤滑相と固体潤滑剤が分散された組織を有し、前記母相と前記潤滑相からなる主要相の組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であり、前記固体潤滑剤がＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、前記主要相に対し前記潤滑剤が１質量％以下含有されていることを特徴とする焼結摺動部材。
【請求項４】
母相中に潤滑相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下である焼結摺動部材を製造するに際し、
ＦｅＣｒ系あるいはＦｅＣｒＮｉ系の合金粉末とＭｏＳ２粉末を混合して混合粉末を得、この混合粉末をプレス形成して圧粉体を作製した後、真空雰囲気中において１１００℃以上で焼結する焼結摺動部材の製造方法。
【請求項５】
母相中に潤滑相と固体潤滑剤が分散された組織を有し、前記母相と前記潤滑相からなる主要相の組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であり、前記固体潤滑剤がＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、前記主要相に対し前記潤滑剤が１質量％以下含有されている焼結摺動部材を製造するに際し、
ＦｅＣｒ系あるいはＦｅＣｒＮｉ系の合金粉末とＭｏＳ２粉末と固体潤滑剤粉末を混合して混合粉末を得、この混合粉末をプレス形成して圧粉体を作製した後、真空雰囲気中において１１００℃以上で焼結する焼結摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記混合粉末は、ＦｅＰ粉末とＦｅＢ粉末の少なくとも一方を添加混合することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の焼結摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動摩耗における相手攻撃性が少なく、かつ、耐熱性を有した固体潤滑剤分散焼結摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において排気ガスの一部をエンジンの吸気側に戻してエンジンの燃焼温度を調整する排気ガス還流システム（ＥＧＲ）が知られている。このＥＧＲに用いられるバルブシャフト部用の軸受やブッシュは、エンジンから排出された排気ガスの近くで使用されるので、高温かつ腐食性の排気ガスに常に晒される上に、可動部品であり、摺動特性の面においても優れていることが望まれる。
【０００３】
この種の高温かつ腐食性の排気ガスに晒される摺動部品において、従来、Ｍｏ、Ｃｒ、ＳｉなどをＣｏに添加したＣｏ系の耐摩耗性焼結部材が知られている（特許文献１参照）。
この耐摩耗性焼結部材は、基地形成粉末と硬質相形成粉末を混合して圧粉成形し、焼結してなるＣｏ系硬質粒子添加材であり、基地形成粉末がステンレス系の最大粒径４６μｍの微粉末であり、硬質相形成粉末の質量比がＭｏ：２０〜６０％、Ｃｒ：３〜１２％、Ｓｉ：１〜１２％、残部Ｃｏの組成で、硬質相形成粉末の基地形成粉末に対する割合が４０〜７０％である焼結部材であった。
【０００４】
また、従来から、ヘビーデューティーディーゼルエンジン等に用いられる耐摩耗性焼結合金として、質量比で、Ｍｏ：２０〜４０％、Ｃｒ：７〜９％、Ｓｉ：２〜３％、残部Ｃｏの組成を有するＣｏ合金基地中にモリブデン珪化物の粒子を分散させた耐摩耗性焼結合金が知られている（特許文献２参照）。
特許文献２に記載の焼結合金は、モリブデン珪化物を主とする析出物が群状に一体となって析出した硬化相を５〜４０％と、Ｆｅ−Ｃｒ系合金基地中にクロム硫化物粒子を群状に析出させた潤滑相を分散させ、硬質相の周囲にＣｒ硫化物を分散させた組織を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５８２５８７号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のＥＧＲなどの排気弁等に高温環境下で適用される軸受は、従来技術において耐摩耗性を上げるために基地内に硬質粒子を分散させた組織を採用しているが、シャフトの硬さが低い場合、シャフトが摩耗する問題を有している。
シャフトの摩耗を抑えるためには、シャフトに硬い材料を適用する必要があり、ＥＧＲユニットとしてコストアップに繋がる問題を有している。
また、従来のバルブシートに用いられている耐摩耗性の材料は気孔が多く、高温域では使用できない問題がある。
【０００７】
以上の背景において、本発明者が焼結部材における耐摩耗性について鋭意研究したところ、耐食性に優れたＦｅ−Ｃｒ系合金の母相中に潤滑相であるクロム硫化物を分散させた金属組織とすることにより、優れた耐摩耗性を発揮し相手材への攻撃性も低減できることを知見し、本発明に到達した。
【０００８】
本発明は、以上説明のような事情に鑑みてなされたものであり、気孔率が低く、耐酸化性を有した上で耐摩耗性に優れ、相手材攻撃性も低くした焼結摺動部材およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本形態の焼結摺動部材は前記課題を解決するために、母相中に潤滑相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がＣｒ硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であることを特徴とする。
【００１０】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相中、あるいは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相中に、クロム硫化物を含む潤滑相を分散させた組織であると、ＦｅにＣｒとＭｏを添加した強度の高い組成にＳｉを含有させて耐食性に優れた組成とした母相に、潤滑相であるクロム硫化物を分散させ、その分散量により相手攻撃性を調整することができる。また、Ｆｅ−Ｐ、Ｆｅ−Ｂなどの焼結助剤の使用や焼結条件制御により、気孔率の低い緻密な焼結摺動部材を得ることができる。このため、腐食性の液体や気体に晒されたとして内部まで腐食が進行するおそれが少なく、耐食性と耐熱性に優れた焼結摺動部材を得ることができる。
従って、優れた耐酸化性を維持した上で優れた耐摩耗性と耐酸化性と耐熱性を得ることができる焼結摺動部材を提供できる。
【００１１】
（２）本形態において、前記潤滑相がＣｒ−Ｓ、あるいは、（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ）−Ｓからなることが好ましい。
（３）本形態の焼結摺動部材は前記課題を解決するために、母相中に潤滑相と固体潤滑剤が分散された組織を有し、前記母相と前記潤滑相からなる主要相の組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であり、前記固体潤滑剤がＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、前記主要相に対し前記固体潤滑剤が１質量％以下含有されていることを特徴とする。
【００１２】
（４）本形態の製造方法は、母相中に潤滑相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下である焼結摺動部材を製造するに際し、ＦｅＣｒ系あるいはＦｅＣｒＮｉ系の合金粉末とＭｏＳ２粉末を混合して混合粉末を得、この混合粉末をプレス形成して圧粉体を作製した後、真空雰囲気中において１１００℃以上で焼結することを特徴とする。
【００１３】
（５）本形態の製造方法は、母相中に潤滑相と固体潤滑剤が分散された組織を有し、前記母相と前記潤滑相からなる主要相の組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４．０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であり、前記固体潤滑剤がＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、前記母相と潤滑相と固体潤滑剤を含む全体組成に対し固体潤滑剤が１質量％以下含有されている焼結摺動部材を製造するに際し、ＦｅＣｒ系あるいはＦｅＣｒＮｉ系の合金粉末とＭｏＳ２粉末と固体潤滑剤粉末を混合して混合粉末を得、この混合粉末をプレス形成して圧粉体を作製した後、真空雰囲気中において１１００℃以上で焼結することを特徴とする。
【００１４】
本形態の製造方法において、前記混合粉末を作製する場合、ＦｅＣｒ合金粉末、ＦｅＳｉ合金粉末、ＣｒＳｉ合金粉末、ＦｅＭｏ合金粉末、ＦｅＳ２粉末の少なくとも１種を添加混合しても良い。
【００１５】
原料粉末を調整する場合、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ合金粉末などのベース粉末に、ＦｅＣｒ合金粉末、ＦｅＳｉ合金粉末、ＣｒＳｉ合金粉末、ＦｅＭｏ合金粉末、ＦｅＳ２粉末などの添加材粉末の少なくとも１種を混合して混合粉末にすると、ベース粉末に含まれるＳｉ、ＭｏとＣｒの量を抑制した状態で原料粉末を調整することができる。そして、前記添加材粉末のいずれかに含ませたＳｉあるいはＣｒを焼結時に拡散させて母相側のＳｉ含有量、Ｃｒ含有量を高くすることができる。
ベース粉末に初めから目的の高い濃度のＳｉやＣｒを含有させておくと、ベース粉末が硬くなりすぎ、原料粉末を加圧して圧粉体とする場合に密度を高くすることが難しく、低い気孔率の焼結体を得ることが難しい。
このため、前述の原料混合粉末とすることで焼結後の母相の強度と耐食性を高くすることができ、潤滑相の析出と相俟って優れた耐摩耗性と低い相手攻撃性の焼結摺動部材を製造できる。
【００１６】
（６）本発明の製造方法において、前記混合粉末には、ＦｅＰ粉末とＦｅＢ粉末の少なくとも一方を添加混合することができる。
これらの粉末を混合粉末に添加することで焼結時にこれら粉末が液相となって焼結を促進させる効果があり、気孔の少ない緻密な焼結摺動部材を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、全体組成でＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓを特定量含有し、ＦｅとＣｒとＭｏとＳｉを含む母相中に潤滑相を分散させた組織を有し、強度の高い母相に含有させるＳｉの量を高くすることによって母相の耐食性を高めることができ、クロム硫化物の分散により耐摩耗性を良好にでき、その分散量によって相手材の摩耗性も調整できる。また、気孔率を低くして緻密な構造とすることにより緻密な焼結摺動部材を得ることができる。このため、腐食性の液体や気体に晒されたとしても内部まで腐食が進行するおそれが少なく、耐酸化性と耐摩耗性に優れた焼結摺動部材を得ることができる。
従って、本願の焼結摺動部材は、排気ガス還流システムを備えたエンジンに組み込まれる軸受けやブッシュなどの機構部品、エンジンから排出される高温かつ腐食性の排気ガスに常に晒される上に、可動部品であり、摺動特性の面においても優れている機構部品に有効に適用できる。
また、本願の焼結摺動部材において、ＣａＦ２、タルク、ＢＮの１種または２種以上を所定量添加することで摺動特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る焼結摺動部材により形成された軸受け部材の一例を示す斜視図。
【図２】実施例において製造された試料の金属組織の一例を示す組織写真。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る焼結摺動部材からなる円筒状の軸受け部材１を示し、この軸受け部材１は一例としてターボチャージャー用のノズル機構やバルブ機構に組み込まれる軸受けに用いられる。図２は後述する実施例で得られた軸受け部材を構成する焼結摺動部材の拡大組織写真である。
焼結摺動部材は、一例として、図２に示すようにＣｒとＭｏとＳｉとＳを含むＦｅ系の合金母相２の中にクロム硫化物からなる不定形の潤滑相「ＣｒＳ，（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ）−Ｓ」３が複数分散された組織を有する。合金母相２は、ＣｒとＭｏとＮｉとＳｉとＳを含むＦｅ系の合金母相であっても良く、更に、これら組成の合金母相にＰとＢの少なくとも一方を更に含んでいても良い。
【００２０】
また、図２に示す組織全体において空孔（気孔）が複数点在されていても良い。本実施形態の焼結摺動部材において、気孔率は組織全体において２.０％以下が望ましい。
本実施形態の焼結摺動部材は一例として、全体組成に質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０．５〜６．０％、Ｓ：０.２〜４.０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する。潤滑相３は一例として、クロム硫化物（Ｃｒ−Ｓを主成分とする（Ｃｒ-Ｍｏ-Ｆｅ）−Ｓ）、もしくはＣｒ−Ｓ、または、（Ｃｒ-Ｍｏ-Ｆｅ）−Ｓからなることが好ましい。
【００２１】
前記ＣｒとＭｏとＮｉとＳｉを含む母相２は一例としてＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相からなる。
なお、母相２と潤滑相３の組成については後述する実施例試料の組織を示す顕微鏡写真とＥＤＸ分析（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）結果から、前述の組成であることが判明している。
【００２２】
以下、本実施形態の焼結摺動部材における各組成比の限定理由について説明する。
なお、以下の説明において元素の含有量を示す％は特に指定しない限り質量％を意味する。
「Ｃｒ含有量：１８〜３５％」
Ｃｒ含有量は耐熱性の観点から最低限１８％以上含まれていることが必要である。Ｃｒ含有量が１８％未満ではＣｒの不動態被膜が少なくなり、焼結摺動部材の耐熱性が低下する。Ｃｒ含有量が３５％を超えると焼結体中にσ相が生成されて焼結摺動部材が脆性材料となるため、好ましくない。
なお、本明細書において、特定元素の含有量範囲について、「〜」を用いて上限と下限を規定した場合、特に説明しない限り上限と下限を含む範囲とする。よって、１８〜３５％は１８％以上、３５％以下を意味する。特に限定されないがＣｒ含有量について上述の範囲内であっても、１８〜２５％の範囲を選択することができ、１９〜２４％の範囲を選択することができる。
【００２３】
「Ｓ含有量：０.２〜４.０％」
Ｓは本実施形態の焼結摺動部材においてＣｒと反応してクロム硫化物（Ｃｒ−Ｓ）を生成するため、相手攻撃性に影響があり、Ｓ含有量が０.２％未満では相手攻撃性が高くなり、耐摩耗性の悪化につながる。例えば、軸受の相手材であるシャフトが損耗し易くなる。また、Ｓ含有量が４.０％を超えると固体潤滑相の分散量が多くなりすぎる結果、焼結摺動部材の強度低下につながる。特に限定されないがＳ含有量について上述の範囲内であっても、１．０〜４．０％の範囲を選択することができる。
「Ｓｉ含有量：０.５〜６％」
Ｓｉ含有量は本実施形態の焼結摺動部材において耐酸化性に影響があり、耐酸化性を向上させるためには、Ｓｉ含有量が０．５％以上必要である。Ｓｉ含有量が０.５％未満では耐酸化性が低くなる。Ｓｉ含有量が６％を超えると焼結時に生じる液相量が多くなりすぎる結果、焼結時の変形が大きくなるため、Ｓｉ含有量は６％以下とする。特に限定されないがＳｉ含有量について上述の範囲内であっても、０．５〜１．２％の範囲を選択することができる。
【００２４】
「Ｍｏ含有量：０．３〜１５％」
Ｍｏは本実施形態の焼結摺動部材において耐食性と耐熱性の向上に寄与する。Ｍｏを０．３％以上含むことで耐食性と耐熱性の向上に寄与する。Ｍｏは高価な元素なので、Ｍｏ含有量は少ない方がコストの面では望ましい。Ｍｏ含有量が１５％より多くなるとσ相が生成し、強度が低下するため好ましくない。特に限定されないがＭｏ含有量について上述の範囲内であっても、２〜６％の範囲を選択することができ、２〜５％の範囲を選択することができる。
【００２５】
「Ｎｉ含有量：０〜３０％」
本実施形態の焼結摺動部材においてＮｉ含有量が少ない場合は、母相２がフェライト系になるため、特に問題は無い。Ｎｉ含有量が３０％を超えてもオーステナイト化には寄与が少なく、Ｎｉを多く含有することによって特に悪影響はないが、他の必要な元素量を確保し難くなり、成形性が低下するので、３０％以下とすることが好ましい。特に限定されないがＮｉ含有量について上述の範囲内であっても、０〜２０％の範囲を選択することができ、１４〜２０％の範囲を選択することができる。
【００２６】
「Ｐ含有量：０〜１．２％」
Ｐ含有量は本実施形態の焼結摺動部材において焼結性や密度に影響がある。Ｐ含有量が１．２％を超えると焼結時に液相量が多くなり過ぎ、焼結時の変形が大きくなるので、Ｐ含有量を１．２％以下とすることが好ましい。特に限定されないがＰ含有量について上述の範囲内であっても、０．５〜１．２％の範囲を選択することができる。
「Ｂ含有量：０〜０．８％」
Ｂ含有量は本実施形態の焼結摺動部材において焼結性や密度に影響がある。Ｂ含有量が０．８％を超えると焼結時に液相量が多くなり過ぎ、焼結時の変形が大きくなるので、Ｂ含有量を０．８％以下とすることが好ましい。特に限定されないが上述の範囲内であっても、Ｂを添加する場合のＢ含有量について０．０９〜０．８％の範囲を選択することができる。
なお、ＰとＢについては、本実施形態の焼結摺動部材において積極的に添加しなくても良い元素であるが、添加する場合は上述の理由から上述の範囲を選択することが好ましい。
【００２７】
「気孔率：２．０％以下」
本実施形態の焼結摺動部材において、気孔率が大きいと表面積が増加し、焼結摺動部材が酸化しやすくなる。そのため、気孔率は小さい方が焼結摺動部材の耐酸化性の向上を図ることができ、気孔率２．０％以下とすることが望ましい。気孔率を２．０％以下に抑制することにより、焼結摺動部材の高密度化をなし得るので、エンジン周りの機構部品において、排気弁周りの高温となる部分に対し適用が可能となる。特に限定されないが上述の範囲内であっても、気孔率について０〜１．８％の範囲を選択することができる。
【００２８】
本実施形態の焼結摺動部材においては、母相２の内部にクロム硫化物（Ｃｒ−Ｓを主成分とする（Ｃｒ-Ｍｏ-Ｆｅ）−Ｓ、もしくはＣｒ−Ｓ、または、（Ｃｒ-Ｍｏ-Ｆｅ）−Ｓ）からなる潤滑相３が５〜３０体積％程度分散されている。
潤滑相３を構成するクロム硫化物は、焼結摺動部材を製造する基となる原料混合粉末中に添加されているＭｏＳ２粉末が、焼結時の高温で熱分解し、Ｍｏが母相２内に拡散し、Ｓのほとんどが母相内に存在するＣｒと反応し、ＣｒＳとなって析出し、母相中に粒子状の形態で分散したものである。
クロム硫化物の潤滑相３が母相２の内部に５〜３０体積％程度分散されていることにより、本実施形態の焼結摺動部材に対し摺動される相手材の摩耗を適度に抑制することができる。潤滑相３の割合が５体積％未満では潤滑相３の量が不足するので相手材の摩耗が増加する。潤滑相３の割合が３０体積％を超えると強度が不足する。特に限定されないが上述の範囲内であっても、潤滑相の体積割合について５〜２９％の範囲を選択することができ、１０〜１８％の範囲を選択することができる。
【００２９】
また、本実施形態の焼結摺動部材は他の例として、母相中に潤滑相と固体潤滑剤が分散された組織を有し、前記母相と前記潤滑相からなる主要相の組成が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０.５〜６％、Ｓ：０.２〜４.０％、Ｐ：０〜１.２％、Ｂ：０〜０.８％、残部Ｆｅと不可避不純物の組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相であり、前記潤滑相がクロム硫化物を含み、全体の気孔率が２．０％以下であり、前記固体潤滑剤がＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、前記主要相に対し固体潤滑剤が１質量％以下含有されている構成でも良い。
【００３０】
本形態の焼結摺動部材において、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、Ｂの含有量については、先の実施形態に係る焼結摺動部材と同等である。母相の構成、潤滑相の構成も同等であるが、本形態では固体潤滑剤を含んでいる点が異なる。
固体潤滑剤は、ＣａＦ２とタルクとＢＮのうち、１種または２種以上からなり、母相と潤滑相とは別に組織中に粒子状に分散されている。
なお、固体潤滑剤を含む場合、固体潤滑剤の構成元素の一部が母相中に一部拡散し、母相中に固体潤滑剤の構成元素が含まれることがあるが、母相の特性には特に影響は無い。
固体潤滑剤は、母相と潤滑相からなる主要相に対し１質量％以下の範囲で添加することができる。固体潤滑剤の添加量が１質量％未満であれば、主要相の特性に悪影響を及ぼすこと無く焼結摺動部材の摺動特性を向上させることができる。
固体潤滑剤の主要相に対する添加量が１質量％を超えると、気孔が増加し、焼結摺動部材としての密度が低下するので、望ましくない。
【００３１】
「製造方法」
本実施形態に係る焼結摺動部材の製造方法は後に詳述するが、一例として、ベース粉末としてのＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ合金粉末と、潤滑相生成用としてのＭｏＳ２粉末に加え、前述の組成範囲となるように添加材粉末（ＦｅＣｒ合金粉末、ＦｅＳｉ合金粉末、ＣｒＳｉ合金粉末、ＦｅＭｏ合金粉末、ＦｅＳ２粉末の少なくとも１種、または、ＦｅＢ粉末あるいはＦｅＰ粉末）を秤量し、均一混合して得られた混合粉末を４９０〜９８０ＭＰａ程度の圧力でプレス成形し、得られたプレス成形体を真空中あるいは窒素雰囲気中で１１００〜１３００℃、より好ましくは、１２００〜１２８０℃で０．５〜２時間程度焼結することにより得られる。
前記ベース粉末はＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末の代わりにＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末を用いても良い。
また、焼結摺動部材に固体潤滑剤を添加する場合、上述のように粉末を混合する段階において、ＣａＦ２粉末とタルク粉末とＢＮ粉末の１種または２種以上を必要量添加して混合粉末とすることができる。
【００３２】
適用できるベース粉末として具体的には、Ｆｅに対してＣｒを１３％以上含み、不銹性を有する合金と定義されるステンレス合金の粉末を用いることができる。
例えば、ＪＩＳ規定ＳＵＳ３１０Ｓ合金、ＳＵＳ３１６合金、ＳＵＳ４３０合金などのステンレス合金の粉末を使用できる。
ＳＵＳ３１０Ｓ合金はＮｉを１９〜２２％、Ｃｒを２４〜２６％含有するＦｅＣｒＮｉ系合金であり、ＳＵＳ３１６合金はＮｉを１０〜１４％、Ｃｒを１６〜１８％、Ｍｏを２〜３％含有するＦｅＣｒＮｉＭｏ系合金であり、ＳＵＳ４３０合金はＣｒを１６〜１８％含有するＦｅＣｒ系合金である。
【００３３】
また、焼結助剤としてＦｅＢ粉末あるいはＦｅＰ粉末を用いることもできるが、これらの焼結助剤は省略しても良い。
前記添加材粉末はＦｅＳｉ粉末、ＣｒＳi粉末、ＦｅＣｒ合金粉末、ＦｅＭｏ合金粉末などを前記ベース粉末に対し前述の組成範囲となるように混合しても良い。
【００３４】
前述の各粉末を用いる場合、各粉末の粒径（Ｄ５０）を５〜１００μｍ程度とすることが好ましい。
焼結助剤としてＦｅＢ粉末を用いる場合、前述したように全体に対するＢの添加量として０〜０．８％の範囲とすることが望ましい。
焼結助剤としてＦｅＰ粉末を用いる場合、前述したように全体に対するＰの添加量として０〜１．２％とすることが好ましい。
焼結助剤はＦｅＢの他にＦｅＰを用いても良く、それらを混合して用いても良く、用いる粉末の粒径を５〜２０μｍに調整して微粉とする場合、これらの焼結助剤は省略しても良い。
【００３５】
原料混合粉末を作製する場合、原料粉末として３０〜１００μｍ程度の粒径のものを用いる場合は、焼結助剤を添加して焼結すれば、目的の低い気孔率の耐熱焼結摺動部材を製造できる。焼結助剤を用いない場合は、原料粉末の粒径を５〜２０μｍ程度の微粉にすれば、目的の低い気孔率の耐熱焼結摺動部材を製造できる。
【００３６】
原料粉末として粒径（Ｄ５０）が１０μｍの粉末は十分製造可能であるが、粒径が小さすぎると金型プレス成形時に金型のクリアランスに粉末が入り込み金型にかじりが発生する。微粉の場合、例えば、粒径５〜２０μｍのものを用いることができ、この範囲より大きな粒径の原料粉末の場合は焼結助剤の添加が必要になる。一例として、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍ程度の粒径の微粉末を利用することができる。
ベース粉末はＣｒ量が多く酸化しやすいため、酸素量を抑えるためにＳｉが必要となる。Ｓｉ量を１％よりも若干低くすることはできるが、酸素量抑制のために０．５〜０．８％程度は含有することとなる。このため、ベース粉末は１％より若干少ない程度Ｓｉを含有することが望ましい。母相２のＳｉ量を多くするためには、Ｓｉ源としてＦｅＳｉやＣｒＳi粉末を必要量添加することで調整することが可能となる。
【００３７】
前記混合粉末をプレス装置の型に投入し、プレス成形して目的の形状、例えば、筒状の圧粉体を得る。
成形する場合、プレス装置による成形の他に熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）など、種々の方法を採用しても良い。
この圧粉体に対し、例えば、真空雰囲気あるいは窒素雰囲気中において１１００〜１２８０℃の範囲内の所定の温度で０．５〜２時間程度焼結することでＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系母相中、あるいは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系母相中にクロム硫化物の潤滑相を分散させた焼結摺動部材からなる例えば図１に示す筒状の軸受け部材１を得ることができる。
この軸受け部材１を構成する耐熱焼結摺動部材は、例えば図２に示すようにＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系の母相２中にクロム硫化物の潤滑相３を分散させた金属組織を有する。図２は後述する実施例で製造された耐熱焼結摺動部材試料の一例について組織の一部を光学顕微鏡により拡大視した写真である。
図２に示すように耐熱焼結摺動部材１の金属組織中には焼結時に生成した気孔が多少（２．０％以下程度）残留していても良い。図２では何点か存在する黒点が気孔に相当する。
【００３８】
ＦｅＣｒＭｏＳｉ合金粉末あるいはＦｅＣｒＭｏＮｉＳｉ合金粉末と、ＦｅＢ粉末あるいはＦｅＰ粉末と、ＭｏＳ２粉末を混合し、プレス成形してから焼結した場合、ＦｅＢあるいはＦｅＰは液相となって他の粉末粒子の粒界に濡れ拡がり、気孔を埋める作用を奏する。このため、ＦｅＣｒＭｏＳｉ合金粉末あるいはＦｅＣｒＭｏＮｉＳｉ合金粉末と他の粉末の粒界を液相となったＦｅＢあるいはＦｅＰで埋めることができる結果、焼結後の気孔率を２．０％以下に低減できる。従って高密度の焼結摺動部材とすることができる。
【００３９】
ＦｅＢ粉末を構成するＦｅとＢは、ＦｅＢ二元系状態図からも明らかなようにＦｅ−４％Ｂの組成で１１７４℃に共晶点を有するので、焼結温度で共晶化により液相を呈し、この液相が焼結助剤として作用し、焼結密度を向上させる。このため気孔生成が少なく焼結後の密度の高い焼結体、即ち、気孔率の低い緻密な焼結体を得ることができる。気孔率が低いことで焼結体の内部に外部から腐食性の液体や気体が侵入し難くなり、耐酸化性向上に寄与する。
前述の温度で焼結する場合、ＦｅＣｒＭｏＳｉ合金粉末あるいはＦｅＣｒＭｏＮｉＳｉ合金粉末の周囲に存在するＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｉが相互拡散し母相を生成する。これに対し、ＭｏＳ２は焼結時に熱分解し、Ｍｏは母相内に拡散するが、ＳのほとんどはＣｒと反応してクロム硫化物として母相内に粒子状の形態で分散する。
即ち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ母相間、あるいは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ母相間に粒子状のクロム硫化物を主体とする潤滑相３が分散された組織となる。これら潤滑相３の分散により相手攻撃性を低減することができ、優れた耐摩耗性を得ることができる。
【００４０】
ベース粉末として用いるＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末またはＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ合金粉末は、Ｓｉを含むがこのベース粉末に１％を超えるＳｉを添加すると硬くなりすぎてプレス成形の際に圧縮が困難となるため、ベース粉末に添加するＳｉ含有量は１．０％以下とすることが好ましい。
ＦｅベースにＣｒとＭｏとＳｉを含有させたＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系、あるいは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ系の母相２により耐酸化性を確保できる。
【００４１】
なお、本実施形態においては前述の耐熱焼結摺動部材を用いてリング状の軸受け部材１を構成したが、本実施形態の耐熱焼結摺動部材はターボチャージャーのノズル機構やバルブ機構に設けられる軸部材やロッド部材、軸受け部材、プレート等に広く適用できるのは勿論である。
【００４２】
以上説明の製造方法により得られた焼結摺動部材において、母相に十分な量のＣｒを含むので、良好な耐酸化性を示し、潤滑相３は母相より潤滑性に優れたクロム硫化物からなり、相手材への攻撃性が緩和されており、ＦｅにＣｒを適量含む、または、ＦｅにＣｒとＮｉを適量含む強度の高い、耐酸化性と耐熱性に優れた母相からなるので、良好な耐酸化性と耐熱性に加えて優れた耐摩耗性を有する。
従って前述の軸受け部材１はターボチャージャー等の軸受け部に適用して高温の排気ガスに晒されながら軸による摺動を受けた場合であっても、耐酸化性に優れ、耐熱性に優れ、耐摩耗性に優れる。
また、焼結摺動部材に固体潤滑剤を含む場合、１質量％以下の範囲で添加するならば、摺動特性を向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態の耐熱焼結摺動部材はターボチャージャーの軸の構成材として利用できるほか、耐酸化性、耐摩耗性について高温の腐食ガスに晒される環境に設けられる各種機構部品の構成材として利用することができるのは勿論である。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
原料粉末として、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３１０合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）、ＳＵＳ３１６合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）、ＳＵＳ４３０合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）の何れかをベース粉末として用いた。
前記ベース粉末に対し、ＦｅＰ粉末（焼結助剤：Ｄ５０＝３０μｍ）と以下の何れかの粉末を添加した。添加粉末は、ＭｏＳ２粉末（Ｄ５０＝４μｍ）の他にＦｅＣｒ合金粉末（粒径Ｄ５０＝５０μｍ）、ＦｅＳｉ合金粉末（粒径Ｄ５０＝５０μｍ）、ＦｅＳ２合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）を必要に応じて添加し、表１に示す各例の組成（実施例１〜１１、比較例１〜１１）となるようにＶ型混合機で３０分間混合し原料混合粉末を調製した。
次に、表２に示す組成（実施例１２〜１４、比較例１２）となるように、焼結助剤としてのＦｅＰ粉末をＦｅＢ粉末に変更し、Ｖ型混合機で３０分間混合し原料混合粉末を調製した。
次に、表２に示す組成（実施例１５、１６）となるように、原料粉末のＳＵＳ３１０合金粉末を微粉末（Ｄ５０＝１０μｍ）に変更した試料（実施例１５）および通常粒度のＳＵＳ３１０合金粉末（Ｄ５０＝１００μｍ）でＦｅＰ粉末とＦｅＢ粉末の両方を添加し、Ｖ型混合機で３０分間混合し、試料（実施例１６）を作製した。
次に、表１に示す実施例６の試料に対し、表３に示す各添加量（実施例１７〜２２，比較例１３〜１５）となるように、ＣａＦ２粉末（粒径Ｄ５０＝３０μｍ）とタルク粉末（粒径Ｄ５０＝１０μｍ）とＢＮ粉末（粒径Ｄ５０＝１０μｍ）のいずれかを添加し、試料を作製した。
【００４５】
これらの混合粉末を成形圧力４９０〜９８０ＭＰａにてプレス成形して筒状の圧粉体を作製した。
次に、この圧粉体を真空雰囲気中において、１１００〜１３００℃の温度で０．５〜２．０時間焼結し、筒状の焼結摺動部材を得た。
いずれの焼結摺動部材も以下の各試験に好適な形状に成形し、各試験に供した。
【００４６】
「気孔率」
気孔率はアルキメデス法、ＪＩＳ  Ｚ２５０１：２０００焼結金属材料―密度、含油率及び開放気孔率試験方法に準じて測定した。
「耐酸化性試験」
耐酸化性試験においては、外径：２０ｍｍ×内径：１０ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法を有し、表１、表２に示される組成のリング状耐熱焼結摺動部材（軸受け部材）を得、試験を行った。
条件は大気中で７００℃加熱、１００時間保持後、試料表面の酸化スケールに剥離が発生したか否かで判断した。酸化スケールが剥離していないものを〇、剥離したものを×とした。
「圧環強度」
外径：２０ｍｍ×内径：１０ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法を有し、表１、表２に示される組成のリング状耐熱焼結摺動部材（軸受け部材）を作製し、試験を行った。条件はＪＩＳ  Ｚ２５０７焼結軸受―圧環強さ試験方法に準じて測定し、４００ＭＰａ以上を良好と判断した。後述の各表には単に強度と表記している。
【００４７】
「摩耗試験」
ロールオンブロック試験で摩耗試験を実施した。ブロック試験片の上にＳＵＳ３１６の円柱状のシャフトを載せ、９０°の往復摺動で大気中６００℃において３０分間行い、摺動回数２０００回で摩耗量（μｍ）を評価した。摩耗量においてブロック＞ロールかつ、ブロック≦８０μｍの試料を良い試料と判断した。
以上の試験結果を以下の表１と表２と表３に示す。
【００４８】
【表１】
2020180375.tif 000003
【００４９】
【表２】
2020180375.tif 000004
【００５０】
【表３】
2020180375.tif 000005
【００５１】
表１に示す全体組成毎の焼結摺動部材試料Ｎｏ.１〜１１について、気孔率（％）、酸化スケール剥離の有無、圧環強度（ＭＰａ）、耐摩耗性（ブロック（μｍ）とロール（μｍ））について示す。
表１に示す結果から、トータル組成（全体組成）が質量％でＣｒ：１８〜３５％、Ｍｏ：０．３〜１５％、Ｎｉ：０〜３０％、Ｓｉ：０．５〜６％、Ｓ：０．２〜４．０％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する焼結摺動部材（実施例１〜１１）であれば、気孔率が０．２〜１．８％と低く、耐酸化性に優れ、強度が高く、耐摩耗性に優れた焼結摺動部材を提供できることが分かった。
なお、表１に示す実施例１〜１１の試料は原料混合粉末中に焼結助剤としてＦｅＰを添加した試料であり、ＦｅＰが焼結時に液相として気孔を塞ぎ、気孔率を低くした試料である。
【００５２】
表１に示す比較例１〜３の試料はＣｒ含有量の低い焼結摺動部材であるが、酸化スケールの剥離が見られ、耐酸化性に問題を生じた。比較例４の試料はＣｒ含有量が多すぎた試料であるが、試験片（焼結摺動部材自身）の耐摩耗性が低下し、強度も低下した。
比較例５の試料は、Ｍｏ含有量とＳ含有量を少なくし過ぎた試料であるが、シャフト（相手材）の摩耗が大きくなった。Ｍｏ含有量とＳ含有量が少ないことは潤滑相の割合が少ない試料となる。
比較例６の試料は、Ｓ含有量のみを多くし過ぎた試料であるが、焼結摺動部材の強度が低下した。
【００５３】
比較例７の試料は、Ｍｏ含有量のみを少なくし過ぎた試料であるが、酸化スケールの剥離が見られ、耐酸化性が低下した。
比較例８の試料は、Ｃｒ含有量を少なくし過ぎ、Ｍｏ含有量を多くし過ぎた試料であるが、強度が低下した。
比較例９の試料は、Ｓｉ含有量を少なくし過ぎた試料であるが、気孔率が２％を超えて高くなり、酸化スケールの剥離も発生した。
【００５４】
比較例１０の試料は、Ｓｉ含有量を多くし過ぎた試料であるが、焼結時の液相が多く、焼結時に変形の問題が発生した。
比較例１１の試料は、Ｐ含有量を多くし過ぎた試料であるが、焼結時の液相が多く、焼結時に変形の問題が発生した。
【００５５】
表２に示す実施例１２〜１４の試料は、原料混合粉末に焼結助剤としてＦｅＢを添加した試料であり、ＦｅＢが焼結時に液相として気孔を塞ぎ、気孔率を低くした試料である。
表２に示す比較例１２はＢ含有量を多くし過ぎた試料であるが、焼結時の液相が多く、焼結時に変形の問題が発生した。
【００５６】
表２に示す実施例１５はＦｅＰやＦｅＢの焼結助剤を用いることなくベース粉末の粒径を平均１０μｍの微粉末として焼結した試料であるが、気孔率が０．４％と低く、耐酸化性に優れ、強度が高く、耐摩耗性に優れた焼結摺動部材であることが分かった。
表２に示す実施例１６は焼結助剤としてＦｅＰ粉末とＦｅＢ粉末の両方を用いて原料混合粉末を作製し、焼結した試料であるが、気孔率が０．６％と低く、耐酸化性に優れ、強度が高く、耐摩耗性に優れた焼結摺動部材であることが分かった。
【００５７】
表３に示す実施例１７〜２２は、実施例６の試料における母相と潤滑相を構成する成分に対し１質量％以下のＣａＦ２とタルクとＢＮのいずれかを添加した試料である。実施例１７〜２２の試料は、気孔率が低く、酸化スケールの剥離も生じない上に、耐摩耗性におけるブロックの結果を良好に維持しつつロールの結果を更に良くすることができた試料である。実施例１７〜２２では、０．１〜１．０質量％の添加量で良好な結果を得られた。
表３に示す比較例１３〜１５はＣａＦ２とタルクとＢＮのいずれかの添加量を１質量％を超える値とした試料である。いずれの試料も酸化スケールの剥離を生じたので、ＣａＦ２とタルクとＢＮのいずれかを添加する場合の添加量は１質量％以下であることが望ましい。
【００５８】
図２は表１に示すＮｏ.４の試料の表面組織拡大写真である。この組織写真に示すように実施例の焼結摺動部材は母相（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ相）中に不定形の潤滑相（ＣｒＳ）が分散された組織を呈した。図２の組織写真に示す潤滑相について、ＥＤＸ分析（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）を行った結果、Ｃｒ―Ｓを主成分とする（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ）−Ｓであることが明らかとなった。
また、組織の中には微小ではあるが黒丸で示す微細な気孔が分散されていた。
【符号の説明】
【００５９】
１…軸受け部材（焼結摺動部材）、２…母相（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｓｉ相）、
３…潤滑相。
【図１】
2020180375.tif 000006
【図２】
2020180375.tif 000007