(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅系基材粒子と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子との焼結体からなることを特徴とする複合焼結摺動材料。
【請求項２】
無電解ニッケルリンめっき被膜の組成がニッケル８８〜９７重量％及びリン１２〜３重量％である、請求項１記載の複合焼結摺動材料。
【請求項３】
無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子において、該固体潤滑剤成分：該無電解ニッケルリンめっき被膜成分の重量比が１：０．２〜１．５である、請求項１又は２記載の複合焼結摺動材料。
【請求項４】
銅系基材粒子が銅粒子と錫粒子とからなる、請求項１、２又は３記載の複合焼結摺動材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体潤滑剤を用いた複合焼結摺動材料に関し、より詳しくは、無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤を用いることにより固体潤滑剤による摺動特性を維持したまま機械的強度を向上させた複合焼結摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅系基材に黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を複合焼結させた複合焼結摺動材料は、低摩擦係数、耐摩耗性、耐熱性等の摺動特性が要求される部品に適用されている。しかしながら、このような複合焼結摺動材料において摺動特性を改善するために固体潤滑剤を増加させようとしても、ある添加量を超えると圧粉成形時の粉末相互の凝着性が急激に低下するため、良好な焼結体を得ることが困難であり、更に、機械的強度が急激に低下するため、実用面から固体潤滑剤の添加量を数重量％以下に制限している。
【０００３】
圧粉成形時の粉末相互の凝着性を低下させることなしで銅系基材と多量の固体潤滑剤との複合焼結を可能にするための手段として、特開昭５５−４４５１５号公報、特開昭５５−１３４１０２号公報等に開示されているように、銅めっき処理を施した固体潤滑剤を用いる技術がある。この技術は圧粉成形時の粉末相互の凝着力不足を、固体潤滑剤の表面に銅めっき被膜を施すことにより改善するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
銅系基材と銅めっき処理を施した固体潤滑剤とを用いて複合焼結摺動材料を製造する場合には、固体潤滑剤の表面に存在する銅被膜により圧粉成形性は改善されるが、複合焼結摺動材料の強度向上は達成しにくい。この理由は、複合焼結摺動材料の製造に普通に用いられている銅系基材が銅粉８８〜９２重量％と錫粉１２〜８重量％とからなり、そのような基材の焼結温度は１０００Ｋ前後であるのに対して、銅めっきで得られる被膜の組成は純銅に近く、そのような被膜の焼結温度は約１２００Ｋと高いため、焼結操作にそのような銅系基材に適した焼結温度（１０００Ｋ前後）を用いる場合には、銅めっき被膜における拡散は困難で、焼結反応が不十分となるからである。
【０００５】
更に、良好な摺動特性を示す固体潤滑剤の中で分解、劣化温度の低いもの（例えば：二硫化モリブデンでは約１０００Ｋ）を用いる場合、銅系基材と銅めっき処理を施した固体潤滑剤との焼結反応を十分に行わせて複合焼結摺動材料の強度を向上させるために、そのような銅めっき被膜に適した高い焼結温度（約１２００Ｋ）を用いると、固体潤滑剤の分解、劣化が生じて、複合焼結摺動材料の摺動特性も低下することになる。
【０００６】
なお、固体潤滑剤への銅めっき処理として、特開昭５５−１３４１０２号公報に開示されているような置換めっき法及び特開平２−１３３５４９号公報に開示されているような電気めっき法が用いられている。
置換めっき法では、粉末表面に均一な銅被膜を安価に形成できるが、厚付け及び粒径の小さな（３５０メッシュ以下の）粉末へのめっきが難しく、更に、めっき被膜の密着力が小さいため剥離が生じやすい。
【０００７】
一方、電気めっき法では、銅めっき被膜の密着力が良好であり且つ厚付けが可能であるが、膜厚が電流密度によって左右されるため、粉末表面への均一な銅被膜の形成は難しく、更に、粉末形状が複雑である場合には粉末表面に無めっき部が形成されやすい。
このように、複合焼結摺動材料の製造に、置換めっき法又は電気めっき法によって固体潤滑剤表面に銅めっき被膜を形成したものを用いる場合には、上記した剥離や無めっき部に起因して、圧粉成形時に銅系基材と固体潤滑剤の一部表面とが直接接触することになり、圧粉成形時の粉末相互の凝着性の改良効果が小さくなり、良好な焼結体を得ることが困難で、強度向上の効果が小さい。
本発明は上記の諸問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は固体潤滑剤による摺動特性を維持したまま機械的強度を向上させた複合焼結摺動材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討の結果、銅系基材粒子と固体潤滑剤粒子との焼結体において、固体潤滑剤粒子として無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤を用いることにより、銅系基材との焼結反応を促進して固体潤滑剤による摺動特性を維持したまま機械的強度を向上させた複合焼結摺動材料が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の複合焼結摺動材料は、銅系基材粒子と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子との焼結体からなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明においては、銅系基材粒子は複合焼結摺動材料の製造に一般に用いられている如何なるものでもよく、例えば、銅粉８８〜９２重量％と錫粉１２〜８重量％とからなる基材粒子を用いることができる。このような基材粒子は、銅粉と錫粉とがそれぞれ独立に粉体として存在していて、焼結に先立って銅粉と錫粉と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子とを混合する形態で用いられるものであってもよく、或いは銅粉と錫粉との微細凝集体として存在していて、焼結に先立ってこのような微細凝集体と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子とを混合する形態で用いられるものであってもよい。
【００１０】
本発明においては、固体潤滑剤粒子は複合焼結摺動材料の製造に一般に用いられている如何なるものでもよく、例えば、二硫化モリブデン、黒鉛を用いることができる。
本発明においては、これらの固体潤滑剤粒子の表面に無電解ニッケルリンめっきを施したものを用いる。このような無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子は、例えば、親水処理の前処理を行った固体潤滑剤を無電解めっき液（例えば、金属塩として硫酸ニッケル又は塩化ニッケル、還元剤として次亜リン酸ナトリウムを主成分とする水溶液）に浸漬することにより得られる。
【００１１】
このような無電解ニッケルリンめっき法は周知であり、そのめっき浴組成、ｐＨ、温度等のめっき条件は、例えば、電気化学協会編「第４版  電気化学便覧」（平成５年４月３０日第２刷発行）丸善  ３８４〜３８５頁、電気鍍金研究会編「めっき教本」（１９８９年７月２０日初版４刷発行）日刊工業新聞社  ２１９〜２２４頁に具体的に記載されている。
【００１２】
無電解ニッケルリンめっき被膜においてはリン含有量が増加するにつれて耐磨耗性、耐食性が向上するが、反面、被膜が脆くなる欠点があるので、本発明で用いる無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子においては、無電解ニッケルリンめっき被膜は、その組成がニッケル約８８〜９７重量％、リン約１２〜３重量％で、固体潤滑剤表面に均一に形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明で用いる無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子において、固体潤滑剤成分：無電解ニッケルリンめっき被膜成分の重量比が１：０．２〜１．５であることが好ましい。無電解ニッケルリンめっき被膜成分の量が固体潤滑剤成分１重量部に対して０．２重量部未満である場合には、圧粉成形時の粉末相互の凝着性が低下する傾向があり、その結果として良好な焼結体を得ることが困難となる傾向があり、更に、機械的強度が低下する傾向がある。また、無電解ニッケルリンめっき被膜成分の量が固体潤滑剤成分１重量部に対して１．５重量部を超える場合には、複合焼結摺動材料の使用時の固体潤滑剤粒子の露出度が低くなるために複合焼結摺動材料の摺動特性が低下する傾向がある。
【００１４】
本発明の複合焼結摺動材料は、銅粉と錫粉と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子とを混合するか、又は銅粉と錫粉との微細凝集体と無電解ニッケルリンめっきを施した固体潤滑剤粒子とを混合し、これらの混合物を冷間又は熱間で圧粉成形し、この圧粉成形物を還元性雰囲気中で約８００Ｋ〜約１１５０Ｋの焼結温度で焼結処理を行うことによって得られる。この焼結処理によって、機械的強度が向上しており且つ良好な摺動特性を有する複合焼結摺動材料が得られる。その後、使用目的に応じた加工（再圧縮、サイジング等）を行う。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
無電解ニッケルリンめっきを施した黒鉛粒子であって、無電解ニッケルリンめっき被膜の組成がニッケル９５重量％及びリン５重量％であり、黒鉛成分：無電解ニッケルリンめっき被膜成分の重量比が１：１である、ニッケルリンめっき被膜付き黒鉛粒子を表１に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物をＪＩＳ  Ｚ  ２５０７の試験方法に準じて試験できるように軸受の形状に冷間で圧粉成形し、この圧粉成形物を還元性雰囲気中で１０００Ｋの焼結温度で焼結処理を行った。得られた焼結軸受の圧環強さ（ＭＰａ）をＪＩＳ  Ｚ  ２５０７の試験方法に準じて求めたところ、表１に示す通りであった。
【００１６】
比較例１
無電解銅めっきを施した黒鉛粒子であって、黒鉛成分：無電解銅めっき被膜成分の重量比が１：１である、銅めっき被膜付き黒鉛粒子を表１に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例１と同様にして焼結軸受を製造し、実施例１と同様にして圧環強さ（ＭＰａ）を求めたところ、表１に示す通りであった。
【００１７】
比較例２
未処理の黒鉛粒子を表１に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例１と同様にして焼結軸受を製造し、実施例１と同様にして圧環強さ（ＭＰａ）を求めたところ、表１に示す通りであった。
【００１８】
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【００１９】
表１に示すデータをグラフで表すと図１に示す通りである。
表１及び図１から明らかなように、未処理の黒鉛粒子を用いた場合（比較例２）には、添加量の増加と共に圧環強さが急激に低下し、添加量が１０重量％の場合の圧環強さは無添加の場合の約１／２になることが認められる。一方、無電解銅めっきを施した黒鉛粒子を用いた場合（比較例１）には、未処理の黒鉛粒子を用いた場合と同様の圧環強さであり、強度改善は見られないが、無電解ニッケルリンめっきを施した黒鉛粒子を用いた場合（実施例１）には、圧環強さが著しく高く、強度向上の効果が得られている。
【００２０】
実施例２
無電解ニッケルリンめっきを施した二硫化モリブデン粒子であって、無電解ニッケルリンめっき被膜の組成がニッケル９５重量％及びリン５重量％であり、二硫化モリブデン成分：無電解ニッケルリンめっき被膜成分の重量比が１：１である、ニッケルリンめっき被膜付き二硫化モリブデン粒子を表２に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例１と同様にして焼結軸受を製造し、実施例１と同様にして圧環強さ（ＭＰａ）を求めたところ、表２に示す通りであった。
【００２１】
比較例３
無電解銅めっきを施した二硫化モリブデン粒子であって、二硫化モリブデン成分：無電解銅めっき被膜成分の重量比が１：１である、銅めっき被膜付き二硫化モリブデン粒子を表２に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例１と同様にして焼結軸受を製造し、実施例１と同様にして圧環強さ（ＭＰａ）を求めたところ、表２に示す通りであった。
【００２２】
比較例４
未処理の二硫化モリブデン粒子を表２に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例１と同様にして焼結軸受を製造し、実施例１と同様にして圧環強さ（ＭＰａ）を求めたところ、表２に示す通りであった。
【００２３】
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【００２４】
表２に示すデータをグラフで表すと図２に示す通りである。
表２及び図２から明らかなように、未処理の二硫化モリブデン粒子を用いた場合（比較例４）には、添加量の増加と共に圧環強さが（比較例２との比較から明らかなように）急激に低下し、添加量が１０重量％の場合の圧環強さは無添加の場合の約１／６になることが認められる。一方、無電解銅めっきを施した二硫化モリブデン粒子を用いた場合（比較例３）には、未処理の二硫化モリブデン粒子を用いた場合よりも改善されているが、無電解ニッケルリンめっきを施した二硫化モリブデン粒子を用いた場合（実施例２）には、圧環強さが著しく高く、強度向上の効果が得られている。
【００２５】
実施例３
無電解ニッケルリンめっきを施した二硫化モリブデン粒子であって、無電解ニッケルリンめっき被膜の組成がニッケル９５重量％及びリン５重量％であり、二硫化モリブデン成分：無電解ニッケルリンめっき被膜成分の重量比が１：１である、ニッケルリンめっき被膜付き二硫化モリブデン粒子を表３に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を摩擦係数測定用試験片の形状に冷間で圧粉成形し、この圧粉成形物を還元性雰囲気中で１０００Ｋの焼結温度で焼結処理を行った。得られた焼結試験片を用い、摩擦速度０．３６ｍ／ｓ、面圧０．９８ＭＰａ、無潤滑、大気中で摩擦試験を行ない、摩擦係数（μ）を求めたところ、表３に示す通りであった。
【００２６】
比較例５
無電解銅めっきを施した二硫化モリブデン粒子であって、二硫化モリブデン成分：無電解銅めっき被膜成分の重量比が１：１である、銅めっき被膜付き二硫化モリブデン粒子を表３に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例３と同様にして焼結試験片を製造し、実施例３と同様にして摩擦係数（μ）を求めたところ、表３に示す通りであった。
【００２７】
比較例６
未処理の二硫化モリブデン粒子を表３に示す種々の添加量（全組成に占める重量％）となる量で銅粉９重量部及び錫粉１重量部と混合した。この混合物を用いて実施例３と同様にして焼結試験片を製造し、実施例３と同様にして摩擦係数（μ）を求めたところ、表３に示す通りであった。
【００２８】
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【００２９】
表３に示すデータをグラフで表すと図３に示す通りである。
表３及び図３から明らかなように、無電解ニッケルリンめっきを施した二硫化モリブデン粒子を用いた場合（実施例３）の摩擦係数（μ）は、未処理の二硫化モリブデン粒子を用いた場合（比較例６）の摩擦係数（μ）と同等もしくはより小さい摩擦係数が得られ、良好な摺動特性を示す。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の複合焼結摺動材料は、固体潤滑剤による摺動特性を維持したまま機械的強度を向上させており、摺動材料として好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１、比較例１及び比較例２で得られた複合焼結摺動材料の圧環強さの測定結果を示すグラフである。
【図２】  実施例２、比較例３及び比較例４で得られた複合焼結摺動材料の圧環強さの測定結果を示すグラフである。
【図３】  実施例３、比較例５及び比較例６で得られた複合焼結摺動材料の摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
【図１】
0003765071.tif 000005
【図２】
0003765071.tif 000006
【図３】
0003765071.tif 000007