(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Feを55〜60原子%、残りがMoから成り、Fe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の３相から構成される合金であることを特徴とするFe7Mo6基合金。
【請求項２】
粒径50ミクロン以下のFe粉末が55〜60原子%、残りが粒径50ミクロン以下のMo粉末になるようFe粉末とMo粉末を混合し、その混合粉末を温度1050℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下、保持時間5時間以下の条件で加圧焼結することを特徴とするFe7Mo6基合金の製造方法。
【請求項３】
グラファイト製型を用い、Fe-Mo混合粉末と型の間に厚さ20ミクロン以上のMo箔を挟むことを特徴とする請求項２に記載したFe7Mo6基合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低摩擦・低摩耗材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在FC300などの鋳鉄製工作機械すべり案内面の位置決め精度を高めるため、油潤滑下において摩擦力変動のより小さい摺動面の開発が求められている。この摩擦力変動を小さくするためには混合・境界潤滑条件における摩擦係数上昇を抑制できる摺動材料のコーティングあるいは潤滑油の開発が必要である。また自動車エンジンなどの分野においても混合・境界潤滑条件でさらに低摩擦・低摩耗である材料の需要がある。
Fe-42原子%Mo相単相から構成される合金で、相手材をSUJ2軸受鋼とし、硫黄を1.17質量％含んだ市販の潤滑剤（混合・境界潤滑条件）で摩擦・磨耗特性を測定することはすでに行われている（非特許文献１参照）。
しかし、十分な摩擦・磨耗特性は得られていない。
【０００３】
【非特許文献１】日本金属学会2006年秋季（１３９回）大会  9月16日発表（新潟大学五十嵐キャンパス）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、鋳鉄、高強度鋼、銅系などの材料以外で混合・境界潤滑条件における摩擦係数上昇を抑制できる金属系材料の開発は充分には行われていない。本発明は、この混合・境界潤滑条件下で低摩擦・低摩耗を示す三相から構成されるFe7Mo6基合金及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明は、Feを55〜60原子%、残りがMoから成り、Fe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成される合金であることを特徴とするFe7Mo6基合金である。
また、本発明は、粒径50ミクロン以下のFe粉末が55〜60原子%、残りが粒径50ミクロン以下のMo粉末になるようFe粉末とMo粉末を混合し、その混合粉末を温度1050℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下、保持時間5時間以下の条件で加圧焼結することを特徴とするFe7Mo6基合金の製造方法である。
本発明のFe7Mo6基合金の製造方法においては、グラファイト製型を用い、Fe-Mo混合粉末と型の間に厚さ20ミクロン以上のMo箔を挟むことができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のFe-Mo二元系合金は、相手材をSUJ2軸受鋼とし、添加剤を含まないポリ−α−オレフィン、一般式（１）で表される有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%以下含むポリ−α−オレフィン、あるいはN-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを用いた境界・混合潤滑下で低摩擦（摩擦係数0.06〜0.13）かつ低摩耗（比摩耗量10-8mm3/Nmオーダー以下）を示し、摩擦力変動のより小さい高耐摩耗性摺動面として応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本件発明のFe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成される合金でることを特徴とするFe7Mo6基合金は、代表的な本発明の混合・境界潤滑条件下で用いる。
相手材をSUJ2軸受鋼とし、添加剤を含まないポリ−α−オレフィン、あるいは
一般式（１）
【化１】
0005229862.tif 000002
（式中、Ｒは、CH3-であり、Ｒ’は、C8〜C12のアルキル基であり、Ｒ’’は、C4〜C8のアルキル基である。）
で表される有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%以下含むポリ−α−オレフィン、N-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを用いた境界・混合潤滑下で低摩擦（摩擦係数0.06〜0.13）かつ低摩耗（比摩耗量10-8mm3/Nmオーダー以下）という特性を発揮することができる。
上記のようにFe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成される合金でることを特徴とするFe7Mo6基合金におけるFeの割合は、55〜60原子%である必要があり、Feの割合が55原子%未満であると、破壊靱性強化相として機能するFe-7原子%Mo相および低摩擦かつ低摩耗に大きく寄与するFe7Mo6金属間化合物相が少なくなるために、摩擦係数、比摩耗量が大きくなる。
一方Feの割合が60原子%超過であると、破壊靱性強化相として機能するものの、凝着摩耗を起こしやすいFe-7原子%Mo相の割合が大きくなり、かつFe7Mo6金属間化合物相が少なくなるために、摩擦係数、比摩耗量が大きくなる。
【０００８】
また、本発明に係るFe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成される合金でることを特徴とするFe7Mo6基合金は、粒径50ミクロン以下のFe粉末が55〜60原子%、残りが粒径50ミクロン以下のMo粉末になるようFe粉末とMo粉末を混合し、その混合粉末を温度1050℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下、保持時間5時間以下の条件で加圧焼結することにより得られる。
本発明のFe7Mo6基合金は、粒径50ミクロン以下のFe粉末及びMo粉末を原料として用いる必要があるが、Fe粉末あるいはMo粉末の粒径が50ミクロン超過であると、焼結による製造時にFe、Mo粉末間の反応が進みにくくなり、低摩擦かつ低摩耗に大きく寄与するFe7Mo6金属間化合物相が形成されにくくなる。
【０００９】
また、本発明のFe7Mo6基合金の製造時、焼結温度が1050℃未満であると、緻密なFe-Mo二元系合金が得られにくく、1150℃超過であるとFe-Mo二元系合金の一部が溶解するおそれがある。また加圧力が20MPaであると、焼結が充分に進行しないおそれがあり、70MPa超過であると、焼結に用いる型（例えば黒鉛製の型）が壊れてしまうおそれがある。また保持時間が5時間超過であると、破壊靱性強化相として寄与するFe-7原子%Mo相、Mo相が消えてFe7Mo6相に変わってしまい、破壊靱性、耐摩耗性が低下するおそれがある。
さらに本発明のFe7Mo6基合金はグラファイト製型を用いて、上記の条件で加圧焼結し、製造する時、Fe-Mo混合粉末と型の間に厚さ20ミクロン以上のMo箔を挟むことが好ましい。Fe-Mo混合粉末と型の間にMo箔を挟まない場合、あるいは挟むMo箔の厚さが20ミクロン未満の場合、上記の条件で加圧焼結中Fe-Mo混合粉末とグラファイトが反応し、Fe7Mo6基合金の一部が溶解するおそれがある。
【実施例】
【００１０】
本発明に係るFe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成される合金でることを特徴とするFe7Mo6基合金及びその製造方法の実施の形態を、図１〜８を参照しながら詳細に説明する。
粒径50ミクロン以下のFe粉末とMo粉末について、Feが55〜60原子%、Moが40〜45原子%の割合になるよう混合して、その混合物について厚さ20ミクロン以上のMo箔を挟む形でグラファイト製の型に充填し、温度1050℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結した。するとFe7Mo6金属間化合物相、Fe-7原子%Mo相、Mo相の3相から構成され、相手材をSUJ2軸受鋼とし、添加剤を含まないポリ−α−オレフィン（ISO粘度グレードVG68、密度0.835g/cm3、40℃の動粘度66×10-6m2/s、100℃の動粘度10×10-6m2/s、粘度指数137）、前述の一般式（１）で表される有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%以下含むポリ−α−オレフィン、あるいはN-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド潤滑下で摺動した場合、低摩擦（摩擦係数0.06〜0.13）かつ低摩耗（比摩耗量10-8mm3/Nmオーダー以下）を示すFe7Mo6基合金が得られた。
【００１１】
図１に表１の条件で作製したFe7Mo6基合金の断面組織写真を示す。
【表１】
0005229862.tif 000003
摩擦試験に用いたディスク試験片の作製条件である。
【００１２】
図２〜図５は表１の条件で加圧焼結・作製したFe-42原子%Mo、Fe、Moディスク、および市販の鋳鉄FC300製ディスク試験片について大気中往復摺動形式のボールオンディスク摩擦試験を行った時の測定時間に対する摩擦係数変化である。ここで各摩擦試験時、ディスク試験片とボール試験片の間には添加剤を含まないポリ−α−オレフィン、前述の一般式（１）で表される有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを1.5質量%、および5質量%含むポリ−α−オレフィン、N-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのいずれかを50マイクロリットル供給してある。
またここでの摩擦試験条件は、相手材SUJ2軸受鋼球（直径：10mm、硬さ：HRC61〜67、真球度：0.7ミクロン、表面粗さRa：0.05ミクロン）、荷重10N、振幅1mm、周波数10Hz、温度40℃、試験時間1時間で、試験前に各ディスク試験片の表面は粒径1ミクロンのダイヤモンドペーストで研磨し、アセトン・石油ベンジン混合液（体積混合比50:50）で2回超音波洗浄（1回あたり10分）してある。
【００１３】
図２〜図５から分かるように、表１の条件で作製したFe7Mo6基合金は、相手材をSUJ2軸受鋼とし、添加剤を含まないポリ−α−オレフィン、化学式（１）の有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%以下含むポリ−α−オレフィン、あるいはN-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド潤滑下で摺動した場合、摩擦係数0.06〜0.13の低摩擦を示すことがわかる。また図２〜図５の摩擦試験後、測定して得られた各ディスク、ボール試験片の比摩耗量を図６及び図７に示す。図６および図７より、表１の条件で作製したFe7Mo6基合金は、相手材をSUJ2軸受鋼とし、添加剤を含まないポリ−α−オレフィン、化学式（１）の有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%以下含むポリ−α−オレフィン、あるいはN-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド潤滑下で摺動した場合、比摩耗量10-8mm3/Nmオーダー以下の低摩耗を示すことがわかる。
また図８に、Fe58原子%、Mo42原子%の割合でFe、Moを混合した粉末とグラファイト製型の間に厚さ50ミクロンのMo箔を挟み、温度1100℃、加圧力40MPa、保持時間10分の条件で加圧焼結した後のMo箔近傍の断面組織写真を示す。この図よりMo箔の部分がFe、Cの相互拡散を抑制し、その結果1100℃付近で起こるFe-Mo-C系の融液形成を抑制していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明のFe-Mo二元系Fe7Mo6基合金は、工作機械すべり案内面の他、自動車エンジンなど境界・混合潤滑条件下で低摩擦、低摩耗が求められる部品への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表１の条件で作製したFe7Mo6基合金の断面組織写真である。ここで「Fe-42at%Mo」相はFe7Mo6相、「Fe-7at%Mo」相はFe-7原子%Mo相に相当する。
【図２】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300ディスクの摩擦係数の時間変化（潤滑剤：添加剤を含まないポリ−α−オレフィン）を示すグラフである。
【図３】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300ディスクの摩擦係数の時間変化（潤滑剤：化学式（１）の有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを1.5質量%含むポリ−α−オレフィン）を示すグラフである。
【図４】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300ディスクの摩擦係数の時間変化（潤滑剤：化学式（１）の有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを5質量%含むポリ−α−オレフィン）を示すグラフである。
【図５】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300ディスクの摩擦係数の時間変化（潤滑剤：N-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）を示すグラフである。
【図６】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300ディスクの比摩耗量（潤滑剤：化学式（１）の有機アルキルホスフィン酸トリアゾールメタノアミンを0質量%、1.5質量%あるいは5質量%含むポリ−α−オレフィン）を示すグラフである。
【図７】Fe-Mo二元系合金、Fe、Mo、FC300の摩擦係数の時間変化（潤滑剤：N-メチル-N-プロピルピペリジニウム  ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）を示すグラフである。
【図８】Fe58原子%、Mo42原子%の割合でFe、Moを混合した粉末とグラファイト製型の間に厚さ50ミクロンのMo箔を挟み、温度1100℃、加圧力40MPa、保持時間30分の条件で加圧焼結した後のMo箔近傍の断面組織写真である。
【図１】
0005229862.tif 000004
【図２】
0005229862.tif 000005
【図３】
0005229862.tif 000006
【図４】
0005229862.tif 000007
【図５】
0005229862.tif 000008
【図６】
0005229862.tif 000009
【図７】
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【図８】
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