(57)【要約】      （修正有）【課題】高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性に優れた摺動用の焼結部材の提供。【解決手段】ステンレス合金中にセラミックスが分散された焼結部材３であって、空孔率が０．０５〜０．３５であり、セラミックスの含有量が１０〜６０体積％であることを特徴とする焼結部材。また、前記セラミックスが、ヌープ硬さ２５０以上とする硬質セラミックスであっても良い。また、前記セラミックスが、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０以上とする硬質セラミックスと、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０未満とする軟質セラミックスとの混合物であり、前記硬質セラミックスの含有量が、１０〜６０体積％であり、前記硬質セラミックスの含有量に対する前記軟質セラミックスの含有量が４０％未満であっても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス合金中にセラミックスが分散された焼結部材であって、
空孔率が０．０５以上０．３５以下であり、
前記セラミックスの含有量が１０体積％以上６０体積％以下であることを特徴とする焼結部材。
【請求項２】
請求項１に記載の焼結部材であって、
前記セラミックスが、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０以上とする硬質セラミックスであることを特徴とする焼結部材。
【請求項３】
請求項１に記載の焼結部材であって、
前記セラミックスが、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０以上とする硬質セラミックスと、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０未満とする軟質セラミックスとの混合物であり、
前記硬質セラミックスの含有量が、１０体積％以上６０体積％以下であり、
前記硬質セラミックスの含有量に対する前記軟質セラミックスの含有量が４０％未満であることを特徴とする焼結部材。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の焼結部材であって、
前記硬質セラミックスの融点が、１９５０℃以下であることを特徴とする焼結部材。
【請求項５】
請求項４に記載の焼結部材であって、
前記硬質セラミックスが、アルミニウム珪素複合酸化物、アルミニウム珪素マグネシウム複合酸化物、マグネシウム珪素複合酸化物、カリウムアルミニウム珪素複合酸化物、カルシウムアルミニウム珪素複合酸化物、及び珪素酸化物のうち何れか１種、又は２種以上の組み合わせからなることを特徴とする焼結部材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の焼結部材であって、
前記ステンレス合金が、Ｃｒを１６質量％以上含有することを特徴とする焼結部材。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の焼結部材であって、
エンジンのＥＧＲの摺動部品、又はエンジンのターボチャージャーの摺動部品として用いられることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼粉末を用いて製造され、高温環境で使用され、耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性に優れた摺動用の焼結部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のターボチャージャーの軸受のように、高温環境下で用いられる摺動用の部材には油を用いた潤滑ができない。このため、このような摺動用の部材には、高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性が求められる。そして、従来、このような摺動用の部材の材料として、ステンレス鋼が多く用いられてきた。
【０００３】
近年、環境問題、省エネルギー問題等により、従来以上の内燃機関の高効率化が求められている。これに対応するため、内燃機関の超希薄燃焼化が進んでおり、それに伴って、排気ガスがより高温になってきている。このため、ターボチャージャーの構成部品や内燃機関のバルブシートについても、より一層の高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性の向上が要求されている。
【０００４】
また、環境対策として自動車への搭載率が高くなっているＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｅ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）には、クールドＥＧＲとホットＥＧＲがあるが、ホットＥＧＲに使用されるＥＧＲバルブは高温の排気ガスにさらされるため、高温環境下における耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性の向上が要求されている。
【０００５】
これらの要求に応えるために、これまでステンレス鋼に潤滑剤としてｈ−ＢＮ（ヘキサゴナル窒化ほう素）を分散させたもの（特許文献１、２）、ステンレス鋼に潤滑剤としてＣｏ硬質粒子を分散させたもの（特許文献３）、ステンレス鋼に潤滑剤としてＣｏ硬質粒子と黒鉛を分散させたもの（特許文献４）などの技術が開示されている。しかし、ｈ−ＢＮは、比較的高温域まで安定な摩擦係数を与えるが、ｈ−ＢＮがやわらかい化合物であるゆえに、比摩耗量はかなり大きい。Ｃｏ硬質粒子は、硬度と耐摩耗性が高いが、摩擦係数が高くセラミックスの硬質粒子に比べて耐焼付き性に劣る。また、Ｃｏ硬質粒子は、特定化学物質に指定されており、使用する場合は健康被害の危険性が高い。黒鉛は、優れた潤滑性を有するが、酸化劣化等の問題があり、大気中において５００℃を超えると熱安定性が低下する。このほか、潤滑剤としてＭｏＳ２が知られているが、ＭｏＳ２も黒鉛と同様の問題がある。したがって、何れも、より高まりつつある耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性に対する要求を満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２３５６４６号公報
【特許文献２】特開平７−３００６５６号公報
【特許文献３】特開平４−２８８５０号公報
【特許文献４】特開平２−２７０９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性に優れた摺動用の焼結部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の焼結部材は、ステンレス合金中にセラミックスが分散された焼結部材であって、空孔率が０．０５以上０．３５以下であり、前記セラミックスの含有量が１０体積％以上６０体積％以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の焼結部材は、前記セラミックスが、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０以上とする硬質セラミックスであっても良い。
【００１０】
また、本発明の焼結部材は、前記セラミックスが、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０以上とする硬質セラミックスと、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）２５０未満とする軟質セラミックスとの混合物であり、前記硬質セラミックスの含有量が、１０体積％以上６０体積％以下であり、前記硬質セラミックスの含有量に対する前記軟質セラミックスの含有量が４０％未満であっても良い。
【００１１】
また、本発明の焼結部材は、前記硬質セラミックスの融点が、１９５０℃以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の焼結部材は、前記硬質セラミックスが、アルミニウム珪素複合酸化物、アルミニウム珪素マグネシウム複合酸化物、マグネシウム珪素複合酸化物、カリウムアルミニウム珪素複合酸化物、カルシウムアルミニウム珪素複合酸化物、及び珪素酸化物のうち何れか１種、又は２種以上の組み合わせからなることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の焼結部材は、前記ステンレス合金が、Ｃｒを１６質量％以上含有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の焼結部材は、エンジンのＥＧＲの摺動部品、又はエンジンのターボチャージャーの摺動部品として用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の焼結部材は、セラミックスが分散して配合されており、その含有量が１０体積％以上６０体積％以下である。焼結部材にセラミックスを適度な含有量だけ配合することで、高温環境下での耐摩耗性、耐酸化性を向上させることができる。また、セラミックスは、金属との相互溶解度が低いため、これらが表面に分散することで、焼き付きが起こりにくくなる。
【００１６】
また、本発明の焼結部材の空孔率は、０．０５以上０．３５以下である。焼結部材と相手材との摺動においては、摩耗粉が発生しこの摩耗粉が相手材との間に介在すると焼き付きの原因となり得る。空孔率を０．０５以上とすることで、焼結部材の表面には、適度に空孔が形成され、この空孔に、相手材との摺動により発生する摩耗粉が落下するため、焼結部材と相手材の焼き付きを抑制できる。また空孔率を０．３５以下とすることで耐酸化性が向上し、焼結部材自身の摩耗を抑制できる。
【００１７】
さらに、空孔率、並びにセラミックスの含有量を適宜調整することで、熱膨張係数を制御することができる。これにより、高温環境下においても、相手材との摺動状態を適切に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施形態の焼結部材を適用可能なエンジンのＥＧＲバルブの断面図を示す。
【図２】本発明に係る実施形態の焼結部材を適用可能なエンジンのターボチャージャーの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本実施形態の焼結部材は、エンジンのＥＧＲ、又はターボチャージャーの摺動部品として使用することができる。
【００２０】
図１は、エンジン用ＥＧＲバルブ１の断面図であり、エンジン用ＥＧＲバルブ１の軸受３として本実施形態の焼結部材を摺動部品として採用することができる。
ＥＧＲバルブ１のハウジング２は、鋳鉄製である。このハウジング２の嵌合面２Ａに軸受３が嵌着して取り付けられている。軸受３の案内面３Ａは、先端に弁体７が設けられたシャフト９を摺動自在に案内する。
【００２１】
ハウジング２の内部には流路１２と、当該流路１２から外部から流入可能な開口４とが設けられている。また、開口４の内周部には、弁座部１０が嵌着して取り付けられている。弁座部１０は、シャフト９の先端に設けられた弁体７と離接して開口４を開閉可能に構成されている。
【００２２】
シャフト９の上端には、図示略のアクチュエータが設けられている。このアクチュエータによって、シャフト９を下方に駆動し弁体７を弁座部１０から離間させて開口４を開放することができる。
また、シャフト９は、段差９ａが形成されており、当該段差９ａがスプリングホルダ６に係止している。このスプリングホルダ６には、鍔部６ａが設けられ当該鍔部６ａと、ハウジング２のスプリング受け部２ａの間には、予圧が加えられたスプリング８が設けられている。即ち、スプリング８は、上端においてスプリングホルダ６の鍔部６ａと当接し、下端においてハウジング２のスプリング受け部２ａに当接している。スプリング８によりシャフト９は、スプリングホルダ６を介し上方に押圧され、これにより、シャフト９の先端に設けられた弁体７は、弁座部１０を上方に押し当て、開口４を気密に防ぐことができる。
【００２３】
このＥＧＲバルブ１は、排気ガスが開口４を通り流路１２へと流れる。このために、軸受３は、排気ガスに曝される。排気ガスは、５００℃〜８００℃の高温であり、しかも高い酸化力をもつ。したがって、軸受３は、この高温環境下において、十分な耐摩耗性、耐酸化性を有することが望まれる。
【００２４】
軸受３は、ハウジング２の嵌合面２Ａに嵌め合いによって保持されている。また、軸受３は、案内面３Ａにおいて摺動するシャフト９を保持する。したがって、軸受３の熱膨張係数は、ハウジング２の熱膨張係数、並びにシャフト９の熱膨張係数に対して、適切に設定する必要がある。
【００２５】
さらに、軸受３は、シャフト９との焼き付きが起こらないことが望まれる。軸受３とシャフト９が同種な金属（二固体の相互溶解度が高い）であるほど焼き付けが起こりやすいため、これらは、異なる金属からなる事が好ましい。
また、焼き付きは、摺動により発生した微小な摩耗粉が、摺動部材同士（即ち、本実施形態の焼結部材からなる軸受３と、当該軸受３と摺動するシャフト９）の摺動面間において、移着、成長、離脱を繰り返すにしたがい、粗大化していくことで焼き付きに進展すると考えられている。
【００２６】
上段において、図１を基に、本実施形態の焼結部材が用いられるＥＧＲバルブ１の軸受３について説明した。しかしながら、本発明の焼結部材の使用方法は、これに限るものではなく、５００℃〜８００℃の高温環境下において、十分な耐摩耗性、耐酸化性、耐焼き付き性を求められる摺動部品全般に使用することができ、例えばエンジンのターボチャージャー２０（図２参照）において、タービンホイール２２とコンプレッサーホイール２３を連結する軸２４の軸受２１等、摺動部品として使用することができる。
【００２７】
次に、本実施形態の焼結部材の特性について詳しく説明する。
＜空孔率＞
本実施形態の焼結部材は、「１−密度比」（密度比＝実際の密度／理論密度）で定義される空孔率を０．０５以上０．３５以下とすることが好ましい。
一般的に焼結体のような気孔を含む材料は、同組成の溶製材料よりも熱膨張係数が低い。これは焼結体中の気孔が熱膨張係数を低下させているためである。したがって、空孔率を制御することで熱膨張係数の制御が可能である。
【００２８】
焼結部材の空孔率は、密度比から算出することができる。密度比は、アルキメデス法により測定した焼結部材の実際の密度と、基材及びセラミックスの密度及び配合量から導き出される理論密度との比として求めることができる（密度比＝実際の密度／理論密度）。空孔率は、この密度比から１との差をとって求めることができる（空孔率＝１−密度比）。
【００２９】
空孔率が０．３５を超えていると（即ち、密度比が０．６５以下であると）、焼結部材の耐酸化性が低下する。これは、高い空孔率に起因し表面積が大きくなり、基材であるステンレス合金中のＣｒが表面酸化によりＣｒ酸化物として大量に消費され、Ｃｒ欠乏がおこるためであると考えられる。したがって、空孔率が０．３５を超えていると特に高温の領域において、摺動時の耐摩耗性が低下し、摩耗が進行しやすくなる。
【００３０】
また、空孔率が０．０５未満であると（即ち、密度比が０．９５以上であると）、高温下（５００℃以上）における摺動において、焼き付きが起こりやすくなる。特に、ＨＩＰ製法で製作した焼結体は、密度比が例えば０．９８以上となる。したがって、ＨＩＰ製法による高密度の焼結体は、表面に空孔がほとんどなく焼き付きが発生しやすくなる。
本実施形態の焼結部材は、空孔率を０．０５以上としたことで、その表面には、空孔が形成されている。摺動によって発生した摩耗粉は、移着、成長による粗大化の過程において、この空孔に落下するため、焼き付きが起こりにくくなる。
【００３１】
＜ステンレス合金＞
本実施形態の焼結部材において、基材となるステンレス合金は、オーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちの何れであっても良い。
また、ステンレス合金として、Ｃｒの含有量が、１６質量％以上であることが好ましい。Ｃｒの含有量を１６質量％以上とすることで耐酸化性が向上する。本実施形態の焼結部材は、高温領域に長時間晒されるためその表面に酸化が発生しやすい。特にＣｒ量の低い材料では耐酸化性に劣るため、基材表面、及び内部酸化による脆化により高温摩耗が促進される。
また、Ｃｒの含有量が多すぎるとσ相等の金属間化合物が析出しやすくなる。それに伴い延性、じん性等の機械的強度が劣化する。したがって、Ｃｒの上限は、３５質量％が好ましい。
【００３２】
＜セラミックス＞
焼結部材の基材であるステンレス合金中に、当該ステンレス合金と異なる熱膨張係数であるセラミックス（酸化物）を分散させることで、焼結部材の熱膨張係数を調整することができる。セラミックスの熱膨張係数は、基材（ステンレス合金）に対して差が大きい程、焼結部材の熱膨張係数への影響が大きくなる。適切な熱膨張係数のセラミックスを選択すること、あるいは異なる複数のセラミックスを組み合わせすることにより熱膨張係数の制御を行うことができる。
【００３３】
本実施形態の焼結部材には、セラミックスが１０体積％以上６０体積％以下の含有量で分散している。このセラミックスの分散と、上述した空孔によって、適度な熱膨張係数を有する焼結部材を提供できる。
【００３４】
焼結部材に硬いセラミックスを分散させることで、焼結部材自身の摩耗を抑制することができる。また、セラミックスは、金属との相互溶解度が低いため、これらが表面に分散することで、焼き付きが起こりにくくなる。
【００３５】
しかしながら、セラミックスの含有量が多くなりすぎると、セラミックスの硬さが原因となり、加工性低下や摺動により脱落したセラミックス量が増えて相手材（図１に示す例において、シャフト９）への攻撃性が高まり相手材を損傷させる原因となる。焼結部材中に分散するセラミックスの含有量を１０体積％未満とすると、耐焼き付き性・耐摩耗性を十分に得ることができない。また、６０体積％を超える量を添加すると、成形性や加工性（切削性）が低下するばかりか、相手攻撃性が増し、相手材の摩耗が著しくなる。なお、同様の理由から下限を１５体積％、上限を４５体積％とすることがより望ましい。
【００３６】
セラミックスの種類としては、試験力０．９８Ｎ（０．１ｋｇｆ）におけるヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が２５０以上であるものを用いる事が望ましい。
セラミックスの試験力０．９８Ｎにおけるヌープ硬さが２５０に満たない場合は、焼結部材のみならず、相手材の摩耗量も多くなる。これは、セラミックスが柔らかいために、焼結部材が摩耗し、これにより発生した金属粒子を含む摩耗粉が相手材を攻撃し相手材の摩耗量が大きくなるためであると考えられる。
なお、本明細書において、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が２５０以上のセラミックスを硬質セラミックスと呼び、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が２５０未満のセラミックスを軟質セラミックスと呼ぶ。
【００３７】
セラミックスは、複数の種類のものを組み合わせて使用することができる。また、セラミックスの種類として、ヌープ硬さが２５０以上の硬質セラミックスの中でも、融点が１９５０℃以下であるアルミニウム珪素複合酸化物（ムライト等）、アルミニウム珪素マグネシウム複合酸化物（コージライト等）、マグネシウム珪素複合酸化物（フォルステライト、ステアタイト等）、カリウムアルミニウム珪素複合酸化物（正長石等）、カルシウムアルミニウム珪素複合酸化物（灰長石等）、珪素酸化物（シリカ）が好適に用いられる。
【００３８】
硬質セラミックスの種類は、高温（５００℃以上）の領域での摺動特性においては、大きな影響を及ぼさない。しかしながら、常温から２００℃の領域における耐摩耗性はステンレス材料の融点以下で焼結が進行するアルミニウム珪素複合酸化物（ムライト等）、アルミニウム珪素マグネシウム複合酸化物（コージライト等）、マグネシウム珪素複合酸化物（フォルステライト、ステアタイト等）、カリウムアルミニウム珪素複合酸化物（正長石等）、カルシウムアルミニウム珪素複合酸化物（灰長石等）、珪素酸化物（シリカ）が好適に用いられる。これに対し、アルミナ等の融点が高く焼結が進行しにくいセラミックスは、常温での耐摩耗性に劣る傾向がある。
【００３９】
これはセラミックス同士の焼結が進行することでセラミックス同士の結合が強固になり、セラミックスが脱落せず摩耗が進行しにくくなるためであると考えられる。逆に難焼結性のセラミックス材（例えばアルミナ）は基材からセラミックスが脱落しやすく、脱落したセラミックスが摩耗を促進していると考えられる。
【００４０】
融点と焼結温度には密接な関係が有り、一般的な焼結は、融点の８０％前後で焼結がおこなわれている。また、プレス成形で作成したセラミックス試料を焼成して、収縮・強度上昇がおこる焼結温度を測定すると、例えばアルミナ（融点２０５０℃）は１５３０℃で焼結が進行し、ムライト（融点１８５０℃）は１３５０℃で焼結が進行する。このように、セラミックスの焼結は、融点の約７５％の温度で焼結が進行する。
ステンレス合金の融点は１４００〜１５１０℃であり、融点の７５％程度から焼結が進行することを考慮すると、セラミックス同士の焼結が進行するためには、セラミックスの融点が１９５０℃以下であることが好ましい。
また、セラミックスが完全に溶融し流出してしまうことを防ぐために１２００℃以上であることが好ましい。
【００４１】
高温の領域における摩耗試験では、微細な酸化鉄の摩耗粉が多く観察される。この酸化鉄の摩耗粉は、高温環境で、焼結部材や相手材に発生した酸化被膜が、摺動により脱落したものであると考えられる。高温領域で、硬質セラミックスの種類に依存する摩耗特性の差が見られない理由は、この微細な酸化鉄が固体潤滑剤として機能し、焼結部材と相手材の摺動が、穏やかな摩耗環境になっているためであると推測される。
【００４２】
ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が２５０以上の硬質セラミックスに、さらに、軟質セラミックスを加えることもできる。これによって、焼結部材の被削性を向上させることができる。軟質セラミックスの種類としては、ＭｎＳや、ＣａＦ２が例示される。
この場合、硬質セラミックスの含有量と軟質セラミックスの含有量の和が１０体積％以上６０体積％以下であり、前記硬質セラミックスの含有量が１０体積％以上６０体積％以下であり、前記硬質セラミックスの含有量に対する前記軟質セラミックスの含有量が４０％未満であることが好ましい。即ち、硬質セラミックスの含有量をＸ体積％、軟質セラミックスの含有量をＹ体積％として、以下の条件（１）〜条件（３）を満たすことが望ましい。条件（１）〜条件（３）を満たす範囲内において、軟質セラミックスを添加することで、焼結部材の摩耗特性及び焼き付き特性を低下させることなく、被削性を向上させることができる。
【００４３】
条件（１）：  １０≦Ｘ＋Ｙ≦６０
条件（２）：  １０≦Ｘ≦６０
条件（３）：  Ｙ＜０．４Ｘ
【００４４】
＜製造手順＞
本実施形態の焼結部材は、基材粉末としてステンレス鋼粉を使用することができる。ステンレス鋼粉として、１００メッシュ以下の微粉を使用することが好ましい。
また、基材粉末は、合金化したステンレス鋼からなる粉末を使用する以外に、異なる金属粒を混合し、焼結することにより合金化する粉末を使用することもできる。
【００４５】
この基材粉末に上段において説明したセラミックス粉を混合する。混合に際しては、ボールミル、Ｖ型混合器等を用いて均一に分散させることが好ましい。
セラミックス粉の粒径は、３５メッシュ以下１０００メッシュ以上であることが好ましい。セラミックス粉の粒径を上記範囲とすることで、焼結部材の耐摩耗性を高めることができる。
次に、このような混合粉体を金型に格納し、５０００ｋｇ／ｃｍ２〜９０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えて、１０００℃〜１５００℃で、水素窒素混合雰囲気等において焼結し、さらにサイジングを行うことで、所定の形状に形成することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を示して本発明をさら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。
【００４７】
＜焼結部材の作製＞
原料粉末として、粒度が１００メッシュ以下のステンレス合金粉末、１００メッシュ以下１０００メッシュ以上のセラミックス粉末を用意した。これらの原料粉末を配合し、Ｖ型混合機にて３０分間混合した後、所定の圧力でプレス成形して圧粉体を作製した。この圧粉体を、水素窒素混合雰囲気で、１０００〜１４００℃範囲内の所定の温度で焼結し、続いてサイジングを行った。
以上の工程により、外径：１８ｍｍ×内径：８ｍｍ×高さ：８ｍｍの寸法を有する種々の組成の軸受の試料を作製した。
【００４８】
＜摩耗試験＞
ロータリアクチュエータ（ＳＭＣ製：ＣＤＲＢ２ＢＷ４０−９０ＤＴ７９Ｌ、搖動角：７０°）を用い往復摺動試験を行い、摩耗量の評価を行った。往復摺動試験は、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１６製の軸を用いて、クリアランスを約０．１ｍｍとし、軸に３ＭＰａを負荷し、軸を毎分７５往復の速度でラジアル方向に４０００００往復させることにより行った。また、温度を１００℃、６００℃に制御し、それぞれ試験を行った。
この往復摺動試験を別サンプルを用いて３回行い、それぞれの試験終了後の、軸受と軸の最大摩耗深さの平均値を摩耗量とした。軸受及び軸の摩耗評価の判定は以下の基準に従って行った。なお、焼き付きが起こった場合は、その時点で試験を中止した。
○：摩耗量が７５μｍ以下。
△：摩耗量が７５μｍを超え１５０μｍ未満。
×：摩耗量が１５０μｍ以上。
−：３回の試験ですべて焼き付きが起こった。
【００４９】
＜耐焼き付き性試験＞
上記摩耗試験と同様の試験を、別サンプルを用いて３０回行い、焼き付きが発生したサンプルの個数を調べた。焼き付き評価の判定は以下の基準に従って行った。
○：焼き付きが起こったサンプルがない。
△：焼き付きが起こったサンプルがあり２個以下。
×：焼き付きが起こったサンプルが３個以上。
【００５０】
＜耐酸化性試験＞
試料を９００℃に加熱して大気中で５００時間保持した後に冷却し、加熱前後における重量の増加により耐酸化性を評価した。耐酸化性評価の判定は以下の基準に従って行った。
◎：加熱前後における重量の増加が５０ｇ／ｍ２以下。
○：加熱前後における重量の増加が５０ｇ／ｍ２を超え２００ｇ／ｍ２以下。
△：加熱前後における重量の増加が２００ｇ／ｍ２を超え４００ｇ／ｍ２以下。
×：加熱前後における重量の増加が４００ｇ／ｍ２を超える。
【００５１】
＜結果＞
焼結部材の基材となる合金は、表１に示す記号Ａ〜Ｊのものを用いた。なお、表１において、各構成元素の含有量は質量％として示す。
また、焼結部材に分散させるセラミックスの種類、含有量、焼結後の空孔率を様々変えたサンプルを上記の作製手順に従い焼結部材を作製し、これらのサンプルに対し上記の各試験を行った結果を表２、表３に示す。
なお、セラミックスのヌープ硬さは、試験力０．９８Ｎ（０．１ｋｇｆ）として、ＪＩＳ  Ｚ  ２２５１（ヌープ硬さ試験−試験方法）に準拠して測定した。
また、空孔率は、アルキメデス法により焼結部材の実際の密度を測定し、この実際の密度と基材及びセラミックスの密度及び配合量から導き出される理論密度から算出した。
【００５２】
【表１】
2015036434.tif 000003
【００５３】
【表２】
2015036434.tif 000004
【００５４】
【表３】
2015036434.tif 000005
【００５５】
＜考察＞
表２、表３に示すサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４６において、表２に示すサンプルは本発明の適用範囲である実施例であり、表３に示すサンプルは適用範囲外である比較例である。
【００５６】
サンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．２０は、主にセラミックス（コージライト）の含有量を、１０体積％〜６０体積％の範囲で、様々に変更したサンプル群である。これらの耐摩耗特性、耐焼き付き特性は、概して良好であるが、特に、１００℃の低温領域における軸の耐摩耗性に関しては、１５体積％〜４５体積％（サンプルＮｏ．１５〜Ｎｏ．１８）が最も優れている。
また、サンプルＮｏ．３５〜Ｎｏ．３７は、セラミックスとしてムライトを用い、含有量をそれぞれ、５体積％、９体積％、６５体積％としたサンプルである。含有量が９体積％以下である、サンプルＮｏ．３５、３６に関しては焼き付き特性が大幅に劣化している。また、含有量が６５体積％のサンプルＮｏ．３７は、１００℃、６００℃の何れにおいても軸の摩耗が顕著となっている。
このように、サンプルＮｏ．１３〜Ｎｏ．２０並びにサンプルＮｏ．３５〜Ｎｏ．３７の結果から、セラミックスの含有量は、１０体積％〜６０体積％が好ましく、１５体積％〜４５体積％がより好ましい範囲であることがわかる。
【００５７】
サンプルＮｏ．４３、Ｎｏ．４４は、空孔率がそれぞれ０．０１、０．０３となっており、空孔率の好ましい範囲（０．０５〜０．３５）の下限を下回っている。また、これらのサンプルは、共に６００℃の摺動において焼き付きが起こっている。これは、空孔率が低いため、摺動によって発生した摩耗粉が落下する空孔が表面に形成されておらず、摩耗粉の成長化し、焼き付きに進展したためであると考えられる。
また、サンプルＮｏ．４５は、空孔率が０．３８と空孔率の好ましい範囲（０．０５〜０．３５）の上限を上回っている。また、このサンプルは、耐酸化性に劣り、それにより摩耗が進行している。これは、高い空孔率に起因し表面積が大きくなり、基材であるステンレス合金中のＣｒが表面酸化によりＣｒ酸化物として大量に消費され、Ｃｒ欠乏がおこるためであると考えられる。
これらのサンプルに対し、実施例であるサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３４のサンプルは、空孔率が０．０６〜０．３の範囲であり空孔率の好ましい範囲（０．０５〜０．３５）に入っており、優位性が確認された。
【００５８】
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．７、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１７、並びにＮｏ．３８〜Ｎｏ．４０を参照することで、セラミックスの種類に依存する特性を確認することができる。これらは、様々な種類のセラミックスを、同じ量含有させており、同じ空孔率を有する。
これらを比較すると、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が、それぞれ２００、５０、２０であるセラミックス（ＣａＦ２、ｈ−ＢＮ、タルク）を含有したサンプルＮｏ．３８〜Ｎｏ．４０のサンプルは、１００℃、６００℃の何れにおいても軸、及び軸受の摩耗が顕著となっている。
これに対して、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．７、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１７では、摩耗が抑制されている。また、これらの中でも、フォルステライト、ステアタイト、シリカ、正長石、灰長石、ムライト、コージライトをそれぞれ含有するサンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１７の特性が、特に優れていることがわかる。
【００５９】
サンプルＮｏ．２１〜Ｎｏ．２３は、複数種の硬質セラミックスを混合して添加した焼結部材の実施例である。これらから、複数種の硬質セラミックスを混合して使用できることが確認された。
【００６０】
サンプルＮｏ．３２〜Ｎｏ．３４、及びＮｏ．４６を参照することで、ヌープ硬さ（ＨＫ０．１）が２５０以上の硬質セラミックスと軟質セラミックスを混合して用いた焼結部材の特性を確認することができる。軟質セラミックスを含有させることで、焼結部材の被削性を向上させることができる。なお、切削工具を用いて、穴あけ加工を行い、工具の損耗、摩耗量を調査したところ、軟質セラミックスを添加することで、焼結部材の被削性を向上できることが確認されている。
サンプルＮｏ．３２、Ｎｏ．３３は、硬質セラミックスであるコージライト又はムライトの含有量（ともに２０体積％）に対する軟質セラミックスであるＣａＦ２の含有量が、４０％未満となっている（サンプルＮｏ．３２が１５％、サンプルＮｏ．３３が３８％）。また、これらのサンプルは、総含有量が６０体積％以下となっている。
これに対して、サンプルＮｏ．３４は、硬質セラミックスの含有量に対する軟質セラミックスの含有量が５０％となっており、４０％未満となっていない。これによって、摺動試験の結果が、サンプルＮｏ．３２、Ｎｏ．３３に対して思わしくない結果となったと考えられる。
また、サンプルＮｏ．４６は、硬質セラミックスの含有量に対する軟質セラミックスの含有量が４０％未満となっているものの、総含有量が６０体積％を超えている（７０体積％）。このサンプルは、表中には記載されていないが、基材であるステンレス合金の含有量が少ないため、製造工程において、亀裂が発生するなどの不良が起こりやすく製造が困難であるため好ましくない。
【００６１】
サンプルＮｏ．２４〜Ｎｏ．３１、並びにＮｏ．４１、Ｎｏ．４２は、基材となる鉄鋼材料（表２、表３記号は表１参照）を様々に変更したサンプル群である。
これらのうち、サンプルＮｏ．４１、Ｎｏ．４２は、基材中にＣｒの含有量が少なく（１質量％、９質量％）ステンレス合金ではない。したがって、耐酸化性に劣り、特に６００℃における摩耗が顕著となっている。
これに対し、サンプルＮｏ．２４〜Ｎｏ．３１は、基材としてＣｒが１２質量％以上含まれるステンレス合金を使用しており、耐酸化性が高く摩耗を抑制することができている。これらの中でも、特にサンプルＮｏ．２４〜Ｎｏ．２８は、基材として表１に示すＣ〜Ｇのステンレス合金を使用しており、これらの合金にはＣｒが１６質量％以上含まれているため、耐酸化性に優れ、これにより、６００℃においても、優れた耐摩耗性を示している。
また、ステンレス合金としてオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系の何れであっても、特性に顕著な差は見られなかった。
【００６２】
＜熱膨張係数＞
上述した焼結部材の作製と同様の手順を経て、表４に示すサンプルＮｏ．Ｉ〜Ｎｏ．Ｖの焼結部材を作製した。これらのサンプルは、セラミックスの含有量を様々変えることによって、焼結部材の熱膨張係数を制御することができることを示すものである。
【００６３】
【表４】
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【００６４】
以上に、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、実施形態及び実施例における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態及び実施例によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００６５】
１…ＥＧＲバルブ、２…ハウジング、２Ａ…嵌合面、２ａ…スプリング受け部、３、２１…軸受（焼結部材）、３Ａ…案内面、４…開口、６…スプリングホルダ、６ａ…鍔部、７…弁体、８…スプリング、９…シャフト、９ａ…段差、１０…弁座部、１２…流路、２０…ターボチャージャー
【図１】
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【図２】
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