(57)【要約】【課題】溶射時に溶射ガンのノズル部の閉塞をひきおこすことなく固体潤滑材であるボロンナイトライドを均一分布状態で溶着できるとともに、複合粉末の製造に長時間を要さず安価に量産できる自己潤滑性複合粉末を提供する。【解決手段】粒径１０μｍ以下のボロンナイトライド２を１０〜５０重量％含有し、残部がＮｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中の少なくとも１種からなる粒径４５μｍ以下のバインダー金属３である焼結粒体１であって、結合粒子径Ｄが４５〜２５０μｍである自己潤滑性複合粉末。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１０μｍ以下のボロンナイトライドを１０〜５０重量％含有し、残部がＮｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中の少なくとも１種からなる粒径４５μｍ以下のバインダー金属である焼結粒体であって、結合粒子径が４５〜２５０μｍである自己潤滑性複合粉末。
【請求項２】
粒径１０μｍ以下のボロンナイトライド１０〜５０重量％と、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中の少なくとも１種からなる粒径４５μｍ以下のバインダー金属５０〜９０重量％とを混合して造粒し、この造粒粉末を無酸化雰囲気中で１０００〜１１００℃の温度で焼結後粉砕し、得られた焼結粒体の結合粒子径を分級により４５〜２５０μｍに調整することを特徴とする自己潤滑性複合粉末の製造方法。
【請求項３】
前記造粒は、スプレードライ法により行なうことを特徴とする請求項２記載の自己潤滑性複合粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属部品に溶射して自己潤滑性被膜を形成するのに適した自己潤滑性複合粉末およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、黒鉛やモリブデン，ボロンナイトライド（ＢＮ）などの自己潤滑性粉粒体を、内燃機関のシリンダなどの摺動面に付着させて低摩擦化や耐摩耗性向上を図るものとしては、硬質粒子および固体潤滑粒子をＮｉ複合合金メッキ層中に分散させるもの（たとえば特許文献１参照。）や、セラミック粉末と金属粉末と固体潤滑剤粉末の混合粉末を金属部品に溶射して自己潤滑性複合被膜を形成する方法（たとえば特許文献２参照。）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２９５５９６号公報（第１−３頁）
【特許文献２】
特開平９−２０２９５７号公報（第１−４頁）
【０００４】
ところが上記特許文献１の方法では、メッキを利用するためその廃液処理を完全におこなわないと環境問題の原因となり、また特許文献２の方法では、各種粉末の混合体であるため、微細な粉末が溶射ガンのノズル部の閉塞をひきおこしやすく、また固体潤滑剤粉末の均一分布状態での溶着は困難である。
【０００５】
また焼結や溶射等の固化処理に適したものとして、微細粉末状の固体潤滑材が金属母材中に微細分散したミリング粉末に、金属母材粉末を混粉して自己潤滑性複合粉末とし、これに焼結あるいは溶射を施して自己潤滑性複合粉末合金を得る方法がある（たとえば特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献３】
特開平８−１７６６９８号公報（第１頁−４頁）
【０００７】
しかしこの方法においても、溶射に供されるのはミリング粉末と金属母材粉末の混粉体であるため、前記特許文献２の方法と同様に溶射に供した場合に溶射ガンのノズル閉塞事故をおこしやすく、固体潤滑材の均一分布状態での溶着が困難であるうえ、ミリング粉末を得るためにはメカニカルアロイングによらねばならず、このメカニカルアロイング処理に長時間を要するので量産には不適当である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記従来の問題点にかんがみてなされたもので、溶射時に溶射ガンのノズル部の閉塞をひきおこすことなく固体潤滑材であるボロンナイトライドを均一分布状態で溶着できるとともに、複合粉末の製造に長時間を要さず安価に量産できる自己潤滑性複合粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の自己潤滑性複合粉末は、粒径１０μｍ以下のボロンナイトライドを１０〜５０重量％含有し、残部がＮｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中の少なくとも１種からなる粒径４５μｍ以下のバインダー金属である焼結粒体であって、結合粒子径が４５〜２５０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
またこの発明の自己潤滑性複合粉末の製造方法は、粒径１０μｍ以下のボロンナイトライド１０〜５０重量％と、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中の少なくとも１種からなる粒径４５μｍ以下のバインダー金属５０〜９０重量％とを混合して造粒し、この造粒粉末を無酸化雰囲気中で１０００〜１１００℃の温度で焼結後粉砕し、得られた焼結粒体の結合粒子径を分級により４５〜２５０μｍに調整することを特徴とする。
【００１１】
この発明の自己潤滑性複合粉末の製造方法における造粒は、請求項３記載の発明のように、スプレードライ法により行なうのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２によりこの発明の実施の形態について説明する。先ず図１において、１は自己潤滑性複合粉末を構成する焼結粒体であり、粒径１０μｍ以下のボロンナイトライド（ＢＮ）２と、粒径４５μｍ以下のバインダー金属３とから成り、バインダー金属３はＮｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の中から選定された少なくとも１種からなる。そして焼結粒体１の結合粒子径Ｄは、４５〜２５０μｍの範囲にある。また焼結粒体１は、ボロンナイトライド２を１０〜５０重量％含有し、残部がバインダー金属３により構成されている。
【００１３】
また図２は、上記の焼結粒体１から成る自己潤滑性複合粉末を、金属部品などの基材４上に溶射して溶射被膜（自己潤滑性被膜）５を形成した状態を示し、溶射による加熱によってバインダー金属３が軟化して積層状に一体化し基材４上に被着したバインダー金属層６により、ボロンナイトライド２の粒子が分散状態で保持され、上記溶射被膜５を形成している。
【００１４】
この発明においては、発明者が研究の結果得た知見に基づき、上記焼結粒体１に係る各粒径および構成重量％を限定しているが、その限定理由は次の通りである。先ず、自己潤滑成分としてのボロンナイトライド２は、その粒径が１０μｍを越えるものだと、上記溶射により基材４上に形成した溶射被膜５部を相手部材と摺接させたとき、表層部のボロンナイトライド２が粒子ごと脱落しやすいので好ましくない。またバインダー金属３の粒径が４５μｍを越えると、造粒時におけるボロンナイトライド２の分布が不均一になるので好ましくない。
【００１５】
また焼結粒体１の結合粒子径Ｄが４５μｍ未満の微粉末では、溶射時における溶射ガンのノズル部の閉塞をひきおこしやすく、被溶射部（基材４）への自己潤滑性複合粉末の連続的均一吹付が困難であり、２５０μｍを越えると被溶射部への被着効率が低下するので、好ましくない。
【００１６】
また焼結粒体１を構成するボロンナイトライド２の含有率が、１０重量％未満だと、ボロンナイトライド２が少なすぎて前記溶射被膜５の低摩擦効果が少なく、また５０％を越えると、バインダー金属層６によるボロンナイトライド２の結着保持力が不足して、相手部材との摺接時にボロンナイトライド２が脱落しやすいので好ましくない。
【００１７】
次に上記焼結粒体１を製造するには、先ず前記粒径のボロンナイトライド２とバインダー金属３を前記構成重量比で混合し、たとえばバインダとしてＰＶＡなどを用いたスプレードライ法により、造粒する。この造粒はメカノフュージョン法など他の造粒法によってもよいが、スプレードライ法によると、前記各粒径範囲のボロンナイトライド２とバインダー金属３の粒子が均一に混合した、均一サイズの球形に造粒されやすいので、特に好ましい。
【００１８】
得られた造粒粉末は、容器に入れ無加圧状態で、真空もしくはアルゴン等不活性ガス雰囲気の加熱炉中で１０００〜１１００℃の温度で脱脂・焼結後、インペラーミル，クラッシャーミル等の粉砕機により粉砕し、得られた粉砕粉末を篩により分級して、焼結粒体１を得る。
【００１９】
上記の焼結温度が１０００℃未満であると、前記造粒粉末相互間の焼結が不充分で、粉砕後の焼結粒体１が、粒子径４５μｍ未満に微粒子化されやすく、また焼結温度が１１００℃を越えると、前記造粒粉末相互間の焼結が進行して強固に結合し、粉砕時にバインダー金属３部が鋭角状に粉砕されて、球形状の焼結粒体１の収率が減少するので好ましくない。
【００２０】
得られた焼結粒体１から成る自己潤滑性複合粉末は、各種の溶射法により金属部品に溶射して自己潤滑性被膜を形成させることができるが、この溶射法としてはＨＶＯＦ溶射法（高速フレーム溶射）によるのが特に好ましく、このＨＶＯＦ溶射法による溶射温度では溶射時にボロンナイトライド２が溶融せず、図２に示すようバインダー金属３が加熱により軟化し衝突により変形して積層状に一体化したバインダー金属層６により、粒子状のボロンナイトライド２が分散保持された、被膜強度の高い溶射被膜５が形成される。
【００２１】
以上のように焼結粒体１から成る自己潤滑性複合粉末は、造粒，焼結，粉砕および分級という工程で製造されるので、その製造に長時間を要さず安価に量産できる。またその焼結粒体１の粒径により溶射時に溶射ガンのノズル部の閉塞を生じることがなく、その構成材であるボロンナイトライドとバインダー金属の粒径および含有比率により、ボロンナイトライドを均一分布状態で溶着した溶射被膜５を形成できる。
【００２２】
そしてバインダー金属３は、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の少なくとも１種から成るものであるので、溶射時に軟化して塑性変形しやすく、基材４への被着性およびボロンナイトライドの保持力がすぐれているうえ、溶射時および溶射被膜５形成状態において酸化しにくく、かつ金属質のバインダーであるので、使用雰囲気がたとえば３００℃程度の高温である場合や、摩擦摺動時の発熱により溶射被膜５が高温となる場合でも、安定した溶射被膜５が維持され、たとえばスクロール型エアコンプレッサー用斜板や自動車エンジンスリーブなどの部材における自己潤滑性被膜形成用にも、好適に使用することができるのである。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例および比較例によりこの発明を具体的に説明するが、これによってこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１〜３］  粒径１０μｍ以下（平均粒径＝１μｍ）のボロンナイトライド粉末と、８０Ｎｉ−２０ＣｒのＮｉ−Ｃｒ合金から成る粒径４５μｍ以下（平均粒径＝１５μｍ）のバインダー金属粉末を、表１に示す重量比率で混合し、有機バインダーとしてＰＶＡを用いてスプレードライ法により造粒を施し、得られた造粒粉末を黒鉛製の箱状容器に入れて無加圧状態で、Ｎ２ガス雰囲気炉により１０５０℃の温度で６０分間焼結後、クラッシャーミルにより粉砕処理し、篩により分級して４５〜２５０μｍの結合粒子径を有する焼結粒体群から成る自己潤滑性複合粉末（以下単に複合粉末という）を得た。
【００２５】
［比較例１，２］  ボロンナイトライド粉末とバインダー金属粉末の重量比率を表１に示す値とした他は、実施例と同じ構成材料および工程により複合粉末を得た。
【００２６】
［比較例３，４］  ボロンナイトライド粉末として、粒径が１０μｍを越え平均粒径が１５μｍであるボロンナイトライド粉末を用い（比較例３）、バインダー金属粉末として粒径が４５μｍを越え平均粒径が６０μｍであるＮｉ−Ｃｒ合金粉末を用い（比較例４）、その他は実施例２と同じ重量比率および工程により複合粉末を得た。
【００２７】
上記各実施例および比較例で得た複合粉末を、ＳＳ４００製の直径７０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのテストピースの表面に、ＨＶＯＦ溶射法により溶射して厚さ１００μｍの溶射被膜を形成し、下記ピンオンディスク式摩擦摩耗試験機による試験用の可動片として、この溶射被膜の摩擦係数および摩耗量を測定した。
【００２８】
ピンオンディスク式摩擦摩耗試験機においては、固定片としてＳＵＪ２（ＨＲＣ６０）を用い、ディスクの周速は７ｍ／ｓｅｃとし、室温にて試験荷重（単位面積当り）を３００ｓｅｃ毎に０．４９ＭＰａずつ増加させて試験時間２７００ｓｅｃ（最大荷重３９．２ＭＰａ）で試験を終了し、この間に測定した摩擦係数の変化状況を図３に示す。なお比較例の場合は、焼付き発生のため図３に示すように途中で試験を終了している。また摩耗量は、上記の試験前後の可動片（溶射被膜付着材）および相手材である固定片の重量の変化をそれぞれ測定し、その結果を表１に示す。
【００２９】
なお溶射性確認のため、実施例１の複合粉末の最終分級工程で篩下として得られた結合粒子径４５μｍ未満の複合粉末、および篩上として得られた結合粒子径２５０μｍを越える複合粉末を用いて、それぞれＨＶＯＦ溶射法による複合被膜の形成を試みたが、前者の微細粉末では溶射ガンのノズル部の閉塞が生じやすく複合粉末の連続的均一吹付が困難であり、後者の粗大粉末では大径の粉末粒子の溶着が散見され、いずれも溶射被膜厚さのばらつきが、各実施例および比較例より大であったり、焼付きの発生も見られた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
図３および表１から明らかなように、実施例１〜３の複合粉末によれば、摩擦係数が低く、かつ荷重が増えても安定しており、摩耗量も少ない良好な溶射被膜を形成できるとともに、相手材（固定片）の摩耗量も少なく、自己潤滑性がすぐれている。これに対して比較例１の場合はボロンナイトライド分が過少で溶射被膜の摩擦係数及び摩耗量が大きく、比較例２，３の場合はボロンナイトライドの脱落に起因する摩耗量増大の傾向が認められ、比較例４の場合はボロンナイトライドの分布不均一による偏摩耗が認められるとともに摩擦係数も大きく、さらに比較例１〜４の場合は相手材（固定片）の摩耗量が大きく自己潤滑性が劣り、いずれも良好な溶射被膜は得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、溶射時に溶射ガンのノズル部の閉塞をひきおこすことなく固体潤滑材であるボロンナイトライドを均一分布状態で溶着できるとともに、複合粉末の製造に長時間を要さず安価に量産できる自己潤滑性複合粉末およびその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示す焼結粒体の模式図である。
【図２】図１の焼結粒体からなる自己潤滑性複合粉末を溶射して形成した溶射被膜の模式断面図である。
【図３】実施例および比較例の複合粉末溶射被膜部の摩擦係数の変化状況を示す線図である。
【符号の説明】
１…焼結粒体、２…ボロンナイトライド、３…バインダー金属。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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