(57)【要約】【課題】粉末冶金法で自己潤滑性焼結体を製造する際に使用する原料粉末として、焼結性が良好なものを得る。【解決手段】ＷＳ2 粒子とＮｉ粒子を、ステンレス鋼ボールが入っている遊星ミルのステンレス鋼ミルポットに入れ、アルゴンガス雰囲気下で、このミルポットを回転する。これにより、ＷＳ2 粒子の表面にＮｉ被膜が形成される。このＮｉ被膜を含むＷＳ2 粒子とＷ粒子とＮｉ−Ｆｅ−Ｂ粒子を原料粉末として使用し、粉末冶金法により自己潤滑性焼結体を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体を、粉末冶金法で製造する際に使用される原料粉末であって、
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなる粒子の表面に、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群より選択される一種類以上の金属からなる被膜が形成されていることを特徴とする自己潤滑性焼結体の原料粉末。
【請求項２】
請求項１記載の原料粉末を製造する方法であって、
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなる固体潤滑剤粒子と、
鉄（Ｆｅ）粒子、ニッケル（Ｎｉ）粒子、銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ）粒子、およびコバルト（Ｃｏ）粒子からなる群より選択される一種類以上の金属粒子と、
ステンレス鋼、セラミックス、または超硬合金からなるボールを、
遊星ミルのステンレス鋼製または超硬合金製のミルポットに入れて、ミルポット内を不活性ガス雰囲気として、このミルポットを回転させることにより、前記固体潤滑剤粒子の表面に鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群より選択される一種類以上の金属からなる被膜を形成することを特徴とする自己潤滑性焼結体原料粉末の製造方法。
【請求項３】
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体の製造方法において、
請求項１記載の原料粉末と、タングステン（Ｗ）粒子またはモリブデン（Ｍｏ）粒子と、ニッケル、鉄、および硼素からなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）粒子と、の混合物を金型に入れて加圧成形する成形工程と、
成形工程で得られた成形体を不活性ガス雰囲気下または減圧下で焼結する焼結工程と、を備えたことを特徴とする自己潤滑性焼結体の製造方法。
【請求項４】
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体の製造方法において、
表面にニッケル（Ｎｉ）被膜が形成された二硫化タングステン（ＷＳ2 ）粒子と、タングステン（Ｗ）粒子と、ニッケル、鉄、および硼素からなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）粒子と、の混合物を金型に入れて加圧成形する成形工程と、
成形工程で得られた成形体を不活性ガス雰囲気下または減圧下で焼結する焼結工程と、を備えたことを特徴とする自己潤滑性焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記焼結工程は、成形工程で得られた成形体を２０℃／ｍｉｎの速度で１１００℃以上１３００℃以下の温度まで昇温させ、前記温度で３０分以上保持することにより行うことを特徴とする請求項３または４記載の自己潤滑性焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体を、粉末冶金法で製造する際に使用される原料粉末と、その製造方法、および前記原料粉末を用いた自己潤滑性焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高温環境や真空環境等のグリース潤滑ができない環境下では、固体潤滑剤である二硫化タングステンや二硫化モリブデンを含有する自己潤滑性焼結体が使用されており、その製造方法が下記の特許文献１〜３に記載されている。
特許文献１には、窒化ホウ素粉末と、二硫化タングステン粉末と、ニッケル（Ｎｉ）および硼素（Ｂ）を含む結合相形成用の合金粉末とを、混合および成形後、非酸化性雰囲気中で７００℃以上１３００℃以下の温度で焼結する方法が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）と、ボロン（Ｂ）と、コバルト（Ｃｏ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、銅（Ｃｕ）と、タングステン（Ｗ）の各粉末を混合し、所定圧力で成形した後、１０００〜１３００℃の温度で、真空ないし不活性雰囲気中で焼結する方法が記載されている。
特許文献３には、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）粉末と、Ｎｉ−２０Ｃｒ−３Ｂ合金粉末と、Ｎｉ−１２．７Ｂと、ＷＢ粉末と、をボールミルで混合し、所定圧力で成形した後、９５０℃で真空焼結する方法が記載されている。
【０００４】
これらの文献では、各原料粉末をボールミル等により所定の組成となるように混合した後に、得られた混合粉末を成形して焼結する方法（粉末冶金法）で、自己潤滑性焼結体を製造している。また、原料粉末として、固体潤滑剤成分の粉末と、結合相成分である合金、金属、または金属化合物の粉末を用い、これらをそのまま混合している。
【特許文献１】特公平８−２６３３８号公報
【特許文献２】特許３３５５０６０号公報
【特許文献３】特開２０００−２２６５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１〜３に記載の方法で得られた自己潤滑性焼結体には、焼結時の固体潤滑剤成分粒子と結合相成分粒子の濡れ性が不十分となって、粒子間に粗大なポアーが発生し易く、緻密な焼結体が得られ難いという問題点がある。また、この焼結体を潤滑材として使用すると、潤滑剤成分粒子が先に脱落し、潤滑性能が短時間で得られなくなる。
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、粉末冶金法で自己潤滑性焼結体を製造する際に使用する原料粉末（固体潤滑剤成分粒子）として、焼結時に結合相成分粒子との濡れ性が良好で、緻密な焼結体が得られるもの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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の自己潤滑性焼結体の原料粉末は、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体を、粉末冶金法で製造する際に使用される原料粉末であって、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなる粒子の表面に、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群より選択される一種類以上の金属からなる被膜が形成されていることを特徴とする。
本発明の「自己潤滑性焼結体の原料粉末」によれば、ＷＳ2 またはＭｏＳ2 からなる粒子の表面に、前記金属からなる被膜が形成されているため、前記被覆が無い原料粉末と比較して、焼結時の結合相成分粒子との濡れ性が良好となる。
【０００７】
前記「自己潤滑性焼結体の原料粉末」の製造方法としては、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなる固体潤滑剤粒子と、鉄（Ｆｅ）粒子、ニッケル（Ｎｉ）粒子、銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ）粒子、およびコバルト（Ｃｏ）粒子からなる群より選択される一種類以上の金属粒子と、ステンレス鋼、セラミックス、または超硬合金からなるボールを、遊星ミルのステンレス鋼製または超硬合金製のミルポットに入れて、ミルポット内を不活性ガス雰囲気として、このミルポットを回転させること（メカニカルアロイング法）により、前記固体潤滑剤粒子の表面に鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）からなる群より選択される一種類以上の金属からなる被膜を形成する方法が挙げられる。
【０００８】
前記金属被膜は合金粒子の表面全体に形成されていることが好ましい。そのため、固体潤滑剤粒子と被膜用の金属粒子は、質量比で、固体潤滑剤粒子：金属粒子＝１０：１．０〜４．０の比率で配合することが好ましい。金属粒子の量が前記比率の範囲より少ないと、金属被膜により固体潤滑剤の表面を十分に被覆することができない。金属粒子の量が前記範囲より多いと、被膜が剥がれ易くなる。
また、固体潤滑剤粒子および金属粒子としては、平均粒径が３〜５０μｍのものを使用することが好ましい。これにより、厚さ５〜１０μｍの金属被膜の付いた直径１０〜５０μｍの原料粉末（固体潤滑剤成分粒子）が得られる。
【０００９】
本発明はまた、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）または二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体の製造方法において、本発明の原料粉末と、タングステン（Ｗ）粒子またはモリブデン（Ｍｏ）粒子と、ニッケル、鉄、および硼素からなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）粒子と、の混合物を金型に入れて加圧成形する成形工程と、成形工程で得られた成形体を不活性ガス雰囲気下または減圧下で焼結する焼結工程と、を備えたことを特徴とする自己潤滑性焼結体の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明はまた、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体の製造方法において、表面にニッケル（Ｎｉ）被膜が形成された二硫化タングステン（ＷＳ2 ）粒子と、タングステン（Ｗ）粒子と、ニッケル、鉄、および硼素からなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）粒子と、の混合物を金型に入れて加圧成形する成形工程と、成形工程で得られた成形体を不活性ガス雰囲気下または減圧下で焼結する焼結工程と、を備えたことを特徴とする自己潤滑性焼結体の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の自己潤滑性焼結体の製造方法において、前記焼結工程は、成形工程で得られた成形体を２０℃／ｍｉｎの速度で１１００℃以上１３００℃以下の温度まで昇温させ、前記温度で３０分以上保持することにより行うことが好ましい。
本発明の「自己潤滑性焼結体の製造方法」によれば、焼結時の結合相成分粒子との濡れ性が良好な原料粉末（固体潤滑剤成分粒子）を用いて前記条件で焼結を行うことにより、緻密な自己潤滑性焼結体が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の「自己潤滑性焼結体の原料粉末」は、固体潤滑剤粒子の表面に金属被膜が形成されていることにより、金属被膜が形成されていないものと比較して焼結時の濡れ性が良好になるため、緻密な自己潤滑性焼結体を製造することができる。
また、本発明の原料粉末を用い、本発明の方法で自己潤滑性焼結体を製造することにより、緻密な自己潤滑性焼結体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
＜サンプルNo.1＞
二硫化タングステン（ＷＳ2 ）を固体潤滑剤として含有する自己潤滑性焼結体を、以下の方法で作製した。この方法は、被膜形成工程、混合工程、成形工程、および焼結工程からなる。
［被膜形成工程］
平均粒径が１０μｍであるＷＳ2 粉末８５質量部と、平均粒径が１０μｍであるＮｉ粉末１５質量部を、直径１０ｍｍのステンレス鋼ボールが入っている遊星ミルのステンレス鋼ミルポットに入れ、アルゴンガス雰囲気下、このミルポットを回転速度６００ｍｉｎ-1で１００時間回転させた。これにより、平均粒径１０μｍのＷＳ2 粒子の表面に、厚さ５μｍのＮｉ被膜が形成された。このＮｉ被膜を有するＷＳ2 粒子が自己潤滑性焼結体の原料粉末（固体潤滑剤成分粒子）であり、その組成はＷＳ2 Ｎｉ0.50である。
【００１４】
［混合工程］
次に、得られた「Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子」を固体潤滑剤成分粒子として６０質量部と、平均粒径が５μｍであるタングステン（Ｗ）粒子３０質量部と、平均粒径が１０μｍである「ニッケル、鉄、および硼素からなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）粒子」１０質量部を、ミルポットがステンレス鋼製で、ボールがステンレス鋼製で、ボールの直径が１０ｍｍであるボールミルに入れ、アルゴンガス雰囲気下、回転速度５０ｍｉｎ-1の条件で２０時間回転させた。
【００１５】
［成形工程］
得られた混合物を、試験片作製用の型に入れ、油圧プレスにより圧力９．８×１０7 Ｐａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2 ）、室温の条件で加圧成形した。
［焼結工程］
得られた成形体を直ぐに焼結炉に入れ、大気圧下で、炉内に窒素ガスを導入し、炉内の温度を、室温から１３００℃まで３．０℃／ｍｉｎの速度で昇温し、１３００℃で１時間保持することにより焼結を行った。
これにより、組成が（ＷＳ2 ）0.40Ｎｉ0.20Ｗ0.30（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）0.10である自己潤滑性焼結体の試験片が得られた。
【００１６】
＜サンプルNo.2＞
得られた成形体を５時間大気中に放置した後に、焼結炉に入れて焼結工程を行った。これ以外はサンプルNo.1と同じ方法で、自己潤滑性焼結体の試験片を得た。
＜サンプルNo.3＞
［被膜形成工程］を行なわずに、［混合工程］で、固体潤滑剤成分粒子として平均粒径が１０μｍであるＷＳ2 粉末を６０質量部を用いた。これ以外は、サンプルNo.1と同じ方法で、自己潤滑性焼結体の試験片を得た。得られた自己潤滑性焼結体の組成は（ＷＳ2 ）0.40Ｗ0.50（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ）0.10である
【００１７】
＜サンプルNo.4＞
得られた成形体を５時間大気中に放置した後に、真空焼結炉に入れて熱処理工程を行った。これ以外はサンプルNo.3と同じ方法で、自己潤滑性焼結体の試験片を得た。
これらの各試験片を用いて、圧縮強度、酸素含有率、相対密度（焼結体中の粒子が占める割合）を測定した。圧縮強度は、一軸圧縮試験装置を用い、ひずみ速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定した。酸素含有率は酸素分析装置を用いて測定した。また、アルキメデス法により比重を測定し、この測定比重を理論比重（空孔率が０の場合の比重）で除算することにより相対密度を求めた。その結果を下記の表１に示す。
【００１８】
【表１】
2007045918.tif 000002
【００１９】
この結果から以下のことが分かる。
焼結前の大気中での放置時間が同じ場合の比較で、Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. １は、Ｎｉ被膜のないＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. ３よりも、圧縮強度が高く、酸素含有率が低く、相対密度が高い。同様に、Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. ２は、Ｎｉ被膜のないＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. ４よりも、圧縮強度が高く、酸素含有率が低く、相対密度が高い。
【００２０】
この結果から、Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いることにより、Ｎｉ被膜のないＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いた場合よりも、緻密で圧縮強度の良好な自己潤滑性焼結体が得られることが分かる。
焼結前の大気中での放置時間が０分の場合と５時間の場合を比較すると、Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. １とNo. ２は、圧縮強度、酸素含有率、および相対密度のいずれにも違いがない。これに対して、Ｎｉ被膜のないＷＳ2 粒子を固体潤滑剤粒子として用いて製造したNo. ３とNo. ４では、大気中での放置時間が５時間であるNo. ４は、放置時間が０分であるNo. ３よりも、圧縮強度が低下し、酸素含有率が増加し、相対密度が低下している。
この結果から、Ｎｉ被膜を有するＷＳ2 粒子は、Ｎｉ被膜のないＷＳ2 粒子よりも酸化され難いことが分かる。