51

Fuji Die Tribological Approach to
Low Friction Materialsกระบวนการทางไทรโบโลยีของบริษัท  Fuji Die สำ�หรับวัสดุที่มีแรงเสียดทานต่ำ�
Written by Dai Suzuki, Jun-ichi Yuki and Koji Hayashi (Fuji Die Co., Ltd.)
Translated by Mr. Numchoak Sabangban (Khon Kaen University)เขียนโดย Dai Suzuki, Jun-ichi Yuki และ Koji Hayashi (Fuji Die Co., Ltd.)แปลโดย นายนำ�โชค แสบงบาล (มหาวิทยาลัยขอนแก่น)1. INTRODUCTION
Fuji Die Co., Ltd. is a leading company ofhardmetal wear-resistant tools and molds inJapan. Since our company was founded in theyear 1949, we have continued to manufacture
and provide high quality products for a wide
range of industries such as metalworking,precision processing and machining. We havegained a good reputation through our sincere
and immediate responding to the evolving
customer needs.
Recently, we expand our business in Thailand, China, Indonesia, Malaysia and India.
Especially, we established Fujilloy Thailand
Co., Ltd. as the delivery center in 2003 to meetthe national increasing demand of hardmetal
tool with high wear-resistance, and moved thecompany in 2012 to a new manufacturing sitein Amata Industrial Park so as to manufacture
promptly tools and molds for more sophisticated workpieces.
We provide hardmetal drawing dies and plugs
without or with CVD- or PVD-coating, hardmetal ultraprecise wear-resistant tools, heatresistant tungsten based alloy (trade name:
FHR), super-tough wear-resistant iron based
alloy (KF2 alloy), self-lubricating composite
material (NF metal), Cu-W electrode material
for EDM (CE-08), fine ceramics, diamond andcBN grinding wheels, etc., under the brandname of FUJILLOY. These products are manufactured by accepting the customers’ endless requests to diversification, sophistication,
long tool-life, and environmental problem, etc.
These manufacturing technologies are basedon powder metallurgy, machining and/or coating technologies.

1. บทนำ�
Fuji Die จำ�กัด มหาชน เป็นบริษัทชั้นนำ�ในการป้องกันการสึกหรอ
ของอุปกรณ์และแม่พิมพ์ที่ทำ�จากเหล็กกล้าในประเทศญี่ปุ่น ซึ่งก่อ
ตั้งขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1949 ซึ่งได้ทำ�การผลิตและจัดหาชิ้นงานที่งานที่มี
คุณภาพสูงตามความต้องการในอุตสาหกรรมการผลิตอย่างต่อเนื่อง
อาทิเช่น อุตสาหกรรมการผลิตเหล็ก กระบวนการที่ต้องการความ
แม่นยำ� และกระบวนการขึ้นรูป เป็นต้น ซึ่งทางบริษัทได้รับการตอบ
รับเป็นอย่างดี และพร้อมที่จะพัฒนาตามความต้องการของลูกค้าได้
อย่างทันท่วงทีเสมอมา
เมื่อไม่นานมานี้
ทางบริษัทได้ทำ�การขยายธุรกิจไปที่
ประเทศไทย จีน อินโดเนเซีย มาเลเซีย และ อินเดีย โดยเฉพาะอย่าง
ยิ่งบริษัท Fujilloy Thailand จำ�กัด มหาชน ได้ถูกจัดตั้งขึ้นเมื่อ
ปี ค.ศ. 2003 เพื่อเป็นศูนย์กลางในการขนส่งและตอบสนองความ
ต้องการในด้านการป้องกันการศึกหรอของ Hardmetal Tool ที่เพิ่มมากขึ้นในประเทศ และได้ทำ�การเคลื่อนย้ายบริษัทมาที่นิคม
อุตสาหกรรม อมตะนคร เมื่อปี 2012 เพื่อที่จะผลิตเครื่องมือและแม่
พิมพ์ได้อย่างรวดเร็วสำ�หรับชิ้นงานที่มีความซับซ้อนมากขึ้น
ทางบริษัทได้ทำ�การจัดหา Hardmetal Dies และ Plugsทั้งที่มีและไม่มีการเคลือบด้วย CVD PVD และอีกหลายอย่างอาทิ
เช่น Hardmetal Ultraprecise Wear-Resistant Tools, HeatResistant Tungsten Based Alloy (Trade Name: FHR), SuperTough Wear-Resistant Iron Based Alloy (KF2 alloy), Self-Lubricating Composite Material (NF Metal), Cu-W Electrode
Material for EDM (CE-08), Fine Ceramics, Diamond และ cBN
Grinding Wheels และอื่นๆอีกมากมาย ซึ่งได้จัดทำ�ภายใต้ชื่อ FUJILLOY และผลิตภัณฑ์ที่บริษัทผลิตขึ้นได้จัดทำ�ตามความต้องการ
จากลูกค้าในการเพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์เครื่องมือ โดยการผลิตสินค้าจากทางบริษัทมาพื้นฐานมาจาก Powder Metallurgy และ Machining and/or Coating Technologies เป็นต้น

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)52
Our main new products and the research results on them have been published in Journals such as the Japan Society of Powder
and Powder Metallurgy, High Pressure Mineral
Physics Seminar-8 (HPMPS-8), Japanese Society of Tribologists, etc. Almost all of theseproducts and research results are highly
evaluated and have received “Award for Development in Research” from Japan Societyof Powder and Powder Metallurgy, “Award ofa Technology Advantage Product and Environment-Conscious Product” from Japan
Cemented Carbide Tool Manufacturers’ Association and “Encouraging Prize” from Japan Sokeizai Center (Japan Material Process
Technology Center).
In this paper, we introduce our three kinds ofproducts with excellent sliding properties froma viewpoint of tribology: (1) hardmetals forplastic working, (2) DLC-coated hardmetals
having long tool- life, and (3) NF metal including a self-lubricating solid component.

ซึ่งผลงานวิจัยและผลิตภัณฑ์จากทางบริษัทได้รับการยอมรับจาก
การตีพิมพ์จากทางนิตยสารหลายเล่ม อาทิเช่น Japan Society of
Powder and Powder Metallurgy, High Pressure Mineral
Physics Seminar-8 (HPMPS-8), Japanese Society of Tribologists เป็นต้น โดยที่ผลงานในทางวิจัยและผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้รับ
การประเมินคุณค่าที่ค่อนข้างสูงจากรางวัล “Award for Development in Research” จากสมาคม Japan Society of Powder
and Powder Metallurgy, “Award of a Technology Advantage Product and Environment-Conscious Product” จากJapan Cemented Carbide Tool Manufacturers’ Association
และ “Encouraging Prize” จาก Japan Sokeizai Center (Japan
Material Process Technology Center) เป็นต้น
ในบทความนี้ทางบริษัทได้กล่าวแนะนำ�ถึงผลผลิตทั้งสาม
ประเภทที่ยอดเยี่ยมในเรื่อง คุณสมบัติในการไถล จาก มุมมองใน
เรื่องของ tribology ซึ่งได้แก่ (1) Hardmetals for Plastic Working, (2) DLC-Coated Hardmetals having Long Tool- Life,and (3) NF Metal Including a Self-Lubricating Solid component

Fig 1. The schematic diagram of sliding test equipment
and test conditions.

2. SLIDING PROPERTIES OF HARDMETALS FOR PLASTIC WORKING
Hardmetals have high strength, high rigidity,
and high hardness, etc., compared with highspeed steels or tool steels, and thus are more
broadly used as a reliable material of tools
and molds for plastic workings such as processing, metalworking, stamping, cold forging,and drawing, etc.1) In plastic forming where
workpiece is largely deformed by applying alarge force, the friction force and wear stateof the tool depend considerably on the kindof workpiece material, operating conditions,etc.
In recent years, for the purpose of addressing
environmental problem and cost reduction, thelubrication condition for tool is changing to be
more severe, such as the lowering of lubricating oil viscosity by using water-soluble oil, thereduction of lubricating oil usage, and the in-

2. SLIDING PROPERTIES OF HARDMETALS FOR PLASTIC
WORKING
Hardmetal เป็นวัสดุคงรูปที่มีความแข็งแรงและความแข็งที่ค่อน
ข้างสูง ซึ่งประกอบด้วย High-Speed steels หรือ Tool Steelsและวัสดุที่ต่างๆที่ใช้ในการทำ�แม่พิมพ์สำ�หรับงานในกระบวนการ
ขึ้นรูปพลาสติก งานในทางโลหะ การทุบขึ้นรูป การขึ้นรูปเย็น หรือแม้กระทั่งการลากขึ้นรูปเป็นต้น ซึ่งในกระบวนการขึ้นรูปพลาสติก
จากการใช้แรงในการขึ้นรูปที่ค่อนข้างมากจึงส่งผลให้ชิ้นงานเกิดการ
เสียรูปที่มากยิ่งขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นการเกิดแรงเสียดทานและการ
สึกหรอจึงปรากฏขึ้นตามปาระเภทของวัสดุและเงื่อนไขในการผลิต
เป็นต้น
ในช่ ว งปี ที่ ผ่ า นมาได้ มี ก ารมุ่ ง เน้ น ไปถึ ง วั ต ถุ ป ระสงค์ ใ นการลด
ต้นทุนในการผลิตและผลกระทบที่เกิดขึ้นกับสิ่งแวดล้อม ได้ส่งผลก
ระทบต่อการเปลี่ยนแปลงลักษณะในการใช้สารหล่อลื่นเป็นอย่างมาก เช่นการลด Viscosity ของ Lubricant โดยใช้ Water-Soluble
Oil การลดอัตราการใช้สารหล่อลื่น และการเพิ่มขึ้นของ Working
Stress เพื่อเพิ่มอัตราในการผลิต และลดจำ�นวนชั่วโมงในการผลิต

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)53
creasing of working stress for the increase of
deformation or production rate and the reduction of man-hours, etc. Accompanying thesechanges, workpiece material tends to adhere
hardmetal tool. Thus, the improvement in thesliding properties of tool materials is demanded so as to reduce the adhesion between tool
and workpiece.
The appropriate standard index of the adhesion resistance was not found. Then, in ourcompany, a simple sliding adhesion test is
conducted by using a scrach testing machine
shown in Fig 1. In this test, an aluminum alloy (AC2B) was used as a workpiece material.
The number of times of linear reciprocal sliding for the adhesion occurrence was measured as the adhesion resistance.

เป็นต้น โดยสิ่งที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงข้างต้นนี้ได้ส่งผลให้
เกิดการเลือกวัสดุชิ้นงานเพื่อนำ�ไปสู่การเลือกเครื่องมือในการสร้าง
Hardmetal ดังนั้น การพัฒนาวัสดุเครื่องมือในเรื่อง Sliding Properties จะช่วยส่งผลในการลดการเกิดการยึดติดกันระหว่างชิ้นงาน
และเครื่องมือ
ในปัจจุบันยังไม่มีเกณฑ์ในการบ่งบอกตัวชี้วัดในการการป้องกัน
การยึดติดกันของชิ้นงาน
ดังนั้นทางบริษัทจึงได้ทำ�การทดลอง
ตัวอย่างการเกิด การยึดติดกันของชิ้นงานและเครื่องมือ โดยใช้วิธี
การทดลองแบบ Scrach Testing Machine ซึ่งแสดงให้เห็นได้ในรูป
ที่ 1. ในการทดลองครั้งนี้กำ�หนดใช้ชิ้นงานซึ่งเป็นวัสดุประเภท Aluminum Alloy (AC2B) ในการทดลอง ซึ่งการวัดค่าความต้านทาน
ในการยึดติดกันของวัสดุสามารถวัดได้จากจำ�นวนครั้งในการขัดถูไป
กลับของวัสดุ

Fig 2. The influence of WC grain size and binder phase content of FUJILLOY hardmetals on the number of times of
sliding to adhesion occurrence.

The effects of WC grain size and binder
phase content of FUJILLOY hardmetals on
the resistance are shown in Fig 2. FUJILLOY
TFS06 and TMS05 having fine grain and lowbinder phase content showed an excellent
adhesion resistance. This result was understood as follows, taking into consideration theobservation result that the workpiece material sticked mainly to binder matrix phase andhardly to WC grain.

ซึ่งผลกระทบในการต้านทานการเกิดการติดกันของ WC Grain sizeและ Binder Phase Content ของ FUJILLOY Hardmetals จะแสดงให้เห็นได้ดังรูปที่ 2. FUJILLOY TFS06 และ TMS05 จะมีGrain ที่ละเอียดและการยึดเกาะกันที่ค่อนข้างน้อย ซึ่งแสดงให้เห็น
ถึงประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการป้องกันการยึดติดกันของวัสดุ โดยที่
สามารถเข้าใจผลการทดลองได้จากการได้พิจารณาและสังเกตวัสดุ
ส่วนใหญ่ที่ติดกันซึ่งอยู่ในรูป Matrix Phase และแทบจะไม่เกิด WC
Grain

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)54(1) A part of binder phase chemically stickedto the workpiece material is removed from thesurface of hardmetal, and thus the portion ofbinder phase becomes a concave.
(2) When the depth of concaved binder
phase becomes large, the workpiece material is thrusted into the concave. The adhesion
takes place when the depth of thrusted workpiece material becomes such large that themechanical resistance of workpiece material
to the sliding becomes large.
(3) The depth of thrusted workpiece material decreases with decreasing both depth andwidth of binder phase. The values of these two
shape factors decrease with decreasing WC
grain size and binder content and thus theadhesion tends not to occur with decreasingthese two microstructural factors.
SEM micrographs of FUJILLOY TFS06 and
TMS05 with an excellent sliding properties areshown in Fig 3, and those alloy properties areshown in Table 1. These materials have nanograined microstructure which brings high hardness, high strength, high wear resistant andexcellent sliding properties as well as excellent adhesion resistance. These alloys weredeveloped by using our special technique.
These FUJILLOY have obtained high evaluation from every industries.

(1) ในส่วนของช่วงการเกิด Binder Phase ในปฏิกิริยาทางเคมีของ
วัสดุ จะส่งผลให้เกิดการสูญเสียพื้นผิวของชิ้นงานและทำ�ให้ส่วนหนึ่ง
ของชิ้นงานจะเสียรูปในลักษณะเป็นหลุมเว้าขนาดเล็ก
(2) เมื่อชิ้นงานมีการเสียดสีกันจะส่งผลให้เกิดรอยรอยเว้าที่บริเวณ
พื้นผิวของชิ้นงานและรอยเว้าจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อมีการเสียดสี
เพิ่มขึ้น
(3) ความลึกที่เกิดจากการเสียดสีของชิ้นงานจะลดลงโดยการลด
ขนาดความลึกและความกว้างของ Binding Phase และค่าความ
ลึกและความกว้างนี้จะลดลงตามการลดลงของ Microstructural
Factor จำ�นวน 2 ปัจจัยซึ่งได้แก่ ขนาดของ WC Grain size และ
Binder Content และส่งผลให้การยึดติดกันของชิ้นงานในระหว่าง
การเสียดสีมีแนวโน้มที่จะไม่เกิดขึ้น
ผลการตรวจสอบทาง SEM Micrographs ของ FUJILLOY TFS06
และ TMS05 ได้บ่งบอกถึงคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมในการไถลของวัตถุ ซึ่งแสดงให้เห็นได้ในรูปภาพที่ 3 และคุณสมบัติของโลหะผสมนั้นจะ
แสดงให้เห็นได้ในตารางที่ 1 โดยที่วัสดุเหล่านี้มีส่วนประกอบของ
Nano-Grained Microstructure ซึ่งมีความแข็งที่ค่อนข้างสูง และมีการป้องกันการเกิดการสึกหรอ และง่ายต่อการไถลที่ดีเยี่ยม โลหะผสมเหล่านี้ถูกพัฒนาโดยใช้เทคนิคพิเศษจากบริษัท FUJILLOY ซึ่งมี
ผลการประเมินในระดับสูงในทุกๆอุตสาหกรรม

Fig 3. WC grain morphologies of Nano-Fine-Grained TFS06 and TMS05, and Ultra-Fine-Grained F08 of FUJILLOY
hardmetals (SEM micrographs of fracture surface).
THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)55
Table 1. WC grain size and mechanical properties of Nano-Fine-Grained TFS06 and TMS05, and Ultra-Fine-Grained
F08 of FUJILLOY hardmetals.

Compressive

Fructure

Young’s(294N)

strength

toughness

modulus wear amount※(μm)(GPa) (GPa)(GPa)(MPa・m1/2)(GPa)(×10-5cm3/rev)

TFS06

0.2

21.0

4.2

6.9

4.9

575

0.1

TMS05

0.2

21.5

3.1

>8.0

4.2

610

0.17

F08

0.5

18.5

4.0

6.4

5.2

560

1.1

Grade

WC meanHVgrain size

TRS

ASTM

※The method according to ASTM B611-76 (The alundum slurry was used as wear media.)

3. SLIDING PROPERTIES OF COATED
HARDMETALS FOR PLASTIC WORKINGHigh wear-resistance and/or low friction coefficient material can be coated on the surfaceof hardmetal by coating processing methods
such as CVD and PVD. By these coatings, thetool quality improvement which cannot be obtained only by varying the grain size and binder phase composition of hardmetal becomes
possible. Among various coating films, DLC
film coated by PVD or P-CVD are excellent in
the sliding properties as compared with otherhard films such as TiN, CrN, etc. DLC coating
application to the tools for plastic working areincreasing due to high smoothness of the surface of worked material and low aggression
to the surface of workpiece material as wellas high adhesion-resistance and low friction
coefficient. Specifically to soft workpiece material such as aluminum alloys which is easy
to adhere to hardmetal, DLC coating is especially valuable.
Fig 4 shows the result of sliding test by using ring-on disk type test equipment on a pairof aluminum alloy (A3003)/ hardmetal without or with our developed DLC coating. From
this figure, it is clear that during lubricant-oil
supplying, hardmetal without and with DLC
coating have a relatively low and extremely
low friction coefficient, respectively. However,after stopping oil-supplying, the friction coefficient of hardmetal without DLC coating rose
rapidly, but the coefficient of hardmetal with
DLC coating slightly decreased. This result
suggested that DLC film itself have a good lubrication function2), differing from non-coatedhardmetal in which the adhesion occurred af-

3. SLIDING PROPERTIES OF COATED HARDMETALS FOR PLASTIC WORKINGกระบวนการต้ า นการสึ ก หรอและลดสั ม ประสิ ท ธิ์ ค วามเสียดทานในวัสดุสามารถทำ�ได้โดยการเคลือบพื้นผิวของ
Hardmetal โดยหลักๆมีหลายกระบวนการในการเคลือบ
เช่น CVD และ PVD ซึ่งในกระบวนการเคลือบพื้นผิว DLC
Film ที่เกิดจากการเคลือบโดยใช้วิธีการ PVD หรือ P-CVDจะมีคุณสมบัติที่ดีที่สุดภายในกระบวนการไถล เมื่อเทียบ
กับกระบวนการที่เคลือบแบบอื่นอย่างเช่น TiN หรือ CrN
เป็นต้น ซึ่งกระบวนการ DLC นี้เป็นส่วนหนึ่งในการใช้เพื่อ
เคลือบพื้นผิวอุปกรณ์ เนื่องจากสามารถเพิ่มความเรียบของ
ชิ้นงานและลดการเสียหายของชิ้นงานได้อีกด้วย อีกทั้งยัง
มีประสิทธิภาพในการป้องกันการสึกหรอแบบ Adhesionและยังมีค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานที่ตำ�่ อีกด้วย
รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ของกระบวนการ Sliding Test โดยใช้วิธีการ Pin-on-Disk โดยจับคู่วัสดุในการ
ทดลองระหว่าง Aluminum Alloy (A3003)/Hardmetalที่ทำ�การเคลือบด้วย DLC และไม่ทำ�การเคลือบ จากรูป
นี้แสดงได้ชัดเจนว่า Hardmetal ที่ไม่ทำ�การเคลือบและ
ทำ�การเคลือบด้วย DLC มีค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน
ที่น้อย และน้อยมากตามลำ�ดับเมื่อมีการใช้สารหล่อลื่นใน
กระบวนการ แต่เมื่อปราศจากสารหล่อลื่นจะเกตุได้ว่าวัสดุ
Hardmetal ที่ไม่ทำ�การเคลือบด้วย DLC มีค่าสัมประสิทธิ์
ความเสียดทานเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ค่าสัมประสิทธิ์
ความเสียดทานของ วัสดุที่ทำ�การเคลือบมีค่าลดลงเล็กน้อย
ซึ่งผลลัพธ์แสดงให้เห็นได้ว่า DLC Coating สามารถทำ�ตัว
เป็นสารหล่อลื่นได้ด้วยตัวเองจากการระเหยของความร้อน
ที่เกิดจากการเสียดทาน และสังเกตได้ภายหลังกระบวนการ

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

56
ter the lubricating oil’s evaporation caused by
frictional heat. This suggestion was confirmedby the observation of the sliding surfaces after
the test, as shown in Fig 5.

ที่เกิดจากการเสียดทาน และสังเกตได้ภายหลังกระบวนการ
ทดลอง สามารถแสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 5

Fig 4. The sliding test result on two couples of aluminum alloy (A3003)/ hardmetals without and with our developed
DLC coating by using ring-on disk type test equipment.

Ring Surface

Disk Surface

Fig 5. The appearance and optical micrograph of the sliding surface of the ring (shown in the left side) and disk (inthe right side) after a sliding test. The rings are hardmetal without DLC film (the upper) and developed DLC film (thelower). These original shapes were the same. The upper was plastically deformed due to high frictional heat.
THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

57
Focusing on this good lubrication effect of ourdeveloped DLC film, we observed the surface
together with a conventional DLC film by 3-D
image analyzer. These 3-D surface images
are shown in Fig 6 and Fig 7, respectively. On
the conventional film, there are many droplets,
but on the developed film, there are not suchlarge droplets. The investigation of the effectof the droplets showed that such droplets deteriorated the smoothness of workpiece surface and decreased the adhesion resistance.
FUJILLOY tools and mold with this developed
DLC film has obtained high evaluation frommany industries, because of its superior adhesion-resistance as well as the surface smoothness of workpiece.

จากการโฟกัสที่สารหล่อลื่นที่เป็นผลกระทบที่เกิดจาก DLC
Coating และสังเกตพื้นผิวของชั้นฟิล์ม โดยใช้ 3-D image
analyzer ซึ่งแสดงให้เห็นในรูปมที่ 6 และ 7 ตามลำ�ดับ จะเห็นได้ว่าในฟิล์มปกติจะมีหยดมาก แต่จากฟิล์มที่ถูกพัฒนา
จะไม่เห็นหยดเลย จากการตรวจสอบหยดที่มีพบว่าการมีหยด
ดังกล่าวจะทำ�ให้ความเรียบของพื้นผิววัสดุนั้นหายไปและลด
ความต้านทานในการยึดติดพื้นผิว แม่พิมพ์ของ FUJILOOY ได้พัฒนา DLC ฟิล์มที่ได้รับการตอบรับเป็นอย่างดีจากหลายๆ
อุตสาหกรรม เนื่องจากมีความต้านทานในการยึดติดพื้นผิวสูง
และมีความเรียบของพื้นผิววัสดุสูง

Fig 6. Fracture surface of our developed DLC film coated on FUJILLOY.

The surface of a conventional DLC film

The surface of a developed DLC film

Fig 7. The 3-D surface image of a conventional DLC film and a developed DLC film on FUJILLOY.

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)58
4. SELF-LUBRICATING METAL MATRIXCOMPOSITE TERMED NF METAL
Self-lubricating materials are a generic namefor composite materials which have a lubricating ability by itself without external in-situ
supply of lubricating oil. This ability is realized
by infiltrating lubricating oil into open pores ofporous materials, or by combining solid lubricants such as molybdenum disulfide (MoS2),
graphite and hexagonal boric nitride (h-BN)
with metal, ceramic or polymer materials in its
manufacturing process3).
Our company deals in self-lubricating metal
matrix composites which are fabricated by
combining tungsten disulfide (WS2), graphite and/or h-BN solid lubricant particles withmetal powders by powder metallurgy process.
We term the composites “NF metal (No Friction metal)”, by which various bearings are
manufactured. Their examples are shown in
Fig 8. These bearings are used under special
environments such as vacuum, high temperature and in solution where lubricating oil andgrease cannot be used.
An example of optical microstructure of NF
metal is shown in Fig. 9. Dark-gray particles
and white matrix in the figure are solid lubricant and metal, respectively. The particles arehomogeneously dispersed in the composite.
There is no gap between particles and matrix. This suggests that the particles are tightly
held by the matrix. This suggestion was supported by the fact that the composite is able tomaintain strength required for bearings.

(a)

(b)

4. SELF-LUBRICATING METAL MATRIX COMPOSITE TERMED NF METAL
Self-lubricating
Materialsเป็นชื่อปกติของ
สารประกอบวัสดุที่มีความสามารถในการเป็นสารหล่อลื่น
ในตัว โดยปราศจากแหล่งกำ�เนิดสารหล่อลื่นจากภายนอก
โดยมักจะเกิดขึ้นกับวัสดุอย่างเช่น Molybdenum Disulfide (MoS2), Graphite and Hexagonal Boric Nitride (h-BN) with Metal, Ceramic หรือ Polymer Materials ภายในกระบวนการผลิต
โดยที่บริษัทของพวกเราได้นำ�เสนอ Self-Lubricating Metal Matrix Composite โดยใช้การผสมผสานกัน
ระหว่างอนุภาคของ Tungsten Disulfide (WS2), Graphite และ/หรือ h-BN Solid Lubricant โดยเราให้นิยามการ
ผสมกันนี้ว่า“NF Metal (No Friction Metal)” ซึ่งใช้ใน
การผลิตแบริ่งต่างๆในอุตสาหกรรมซึ่งแสดงให้เห็นได้ในรูป
ที่ 8 นี่คือแบริ่งที่ถูกใช้กับสภาพแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศ
อุณหภูมิที่สูง และสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถใช้จาระบีใน
ระบบได้
จากการสังเกตตัวอย่างของ Microstructure ของ NF
metal แสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 9 อนุภาคสีขาว-เทา และ สีขาวคือ Solid Lubricant และ Metal ตามลับดับและเป็น
เนื้อเดียวกัน และจากการทดลองสังเกตได้ว่าไม่เกิดช่องว่าง
ภาคในตัวอนุภาคของการทดลอง ซึ่งเป็นเหตุปัจจัยที่สำ�คัญ
ในการใช้ผลิตแบริ่งที่ต้องการความแข็งแรงสูง

Retainer

Bearing case(c)RetainerBall

Fig 8. An example of bearings used under special environments such as vacuum, high temperature and in solution.
(a) Sliding bearings made of only NF metal.
(b) Rolling bearings set up with retainer of NF metal. Materials of bearing case and ball are both SUS440C.
(c) Magnified image of retainer made of NF metal.

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

59

(a)

(b)
Metal
matrix

100μm

Solid
lubricant

10μm

Fig 9. An example of optical microstructure of NF metal manufactured by combining solid lubricants particles withmetal powders by powder metallurgy process. The composite is sintered at about 1273 K in vacuum. The dark grayparticles and white matrix in the microstructure are solid lubricant and metal, respectively. (a) : ×100, (b) : ×1,000

Sliding mechanism of solid lubrication by NF
metal is shown schematically in Fig. 10. Whenthe composites slides on the surface of counter material, a part of solid lubricant particles
near the surface of NF metal break away by
shear stress operating on the sliding surface.
The fragments adhere on the surface of counter material, and the surface is covered withsolid lubricant films, as shown in Fig 10 (b) andits magnified figure (d). Thus, the composite
and counter material are able to slide under
low friction for a long time with little wear.

กลไกลการไถลของ Solid Lubrication โดย NF Metalแสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 10 เมื่อ Composite เกิดการไถล
และกระทบกับอีกพื้นผิว ชิ้นส่วนอนุภาคที่ใกล้กับพื้นผิว
เกิดการแตกหักเนื่องจาก Shear Stress และเริ่มเปลี่ยน
เป็น Solid Lubricant ดังแสดงให้เห็นได้ในรูปที่ 10 (b)และรูปขยายที่ (d) ดังนั้น พื้นผิวของ Composite และพื้น
ผิวที่กระทบกัน จะสามารถไถลด้วยแรงเสียดทานและการ
สึกหรอที่ตำ�่

Fig 10. Schematic diagrams of low
friction sliding mechanism in using
NF metal.
(a) Surface of counter material before sliding NF metal.
(b) Surface of counter material after sliding NF metal.
(c) Magnified image of sliding surface of (a).
(d) Magnified image of sliding surface of (b).
Low friction sliding by using NF
metal is due to the adherence ofsolid lubricant of NF metal to thesurface of counter.

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

60
Our company deals in the following 3 typesof NF metal which are classified according to
usable temperature and atmosphere. Namely,
there are WS2 / W composite which is recommended for the use up to 1073 K in vacuum,(graphite+h-BN) / Ni composite which is recommended for the use up to 873 K in air, and(WS2+graphite) / Cu composite which is recommended for the use up to 473 K in vacuum and air. An example of sliding propertiesof these three kinds of composites at 873 K
in air is shown in Fig 11. The friction coefficient for (graphite+h-BN) / Ni composite was
as low as about 0.1 from start to finish. On theother hand, the friction coefficient of WS2 / W
and (WS2+graphite) / Cu composites rapidly
increased with sliding time or distance, probably caused by the low oxidation resistance of
WS2 and/or W. Therefore, it is very importantto select the component of solid lubricants taking into consideration the environments.

บริษัทของเราได้ใช้ NF Metal 3 ชนิด โดยแบ่งตามอุณหภูมิ
ที่ใช้และบรรยากาศ กล่าวคือ มี WS2/W Composite ที่ได้
มีการแนะนำ�ให้ใช้สำ�หรับอุณหภูมิ 1073 K ในสุญญากาศ
(Graphite+h-BN)/Ni Composite ได้มีการแนะนำ�ให้ใช้ที่
อุณหภูมิ 873 K ในอากาศ และ (WS2+Graphite)/Cu Compostiteถูกแนะนำ�ให้ใช้ที่ 473 K ในสุญญากาศและ
อากาศ ตัวอย่างของคุณสมบัติในการไถลของ Compositeทั้ง 3 ชนิดนี้นั้นแสดงให้เห็นในรูปที่ 11 ค่าสัมประสิทธิ์แรง
เสียดทานของ (Graphite+h-BN)/Ni Composite นั้นมีค่า
ตำ�่ประมาณ 0.1 ตั้งแต่เริ่มต้นจนจบการไถล ในทางตรงกัน
ข้าม ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของ WS2/W Compositeและ (WS2+Graphite)/Cu Compostite นั้นเพิ่มสูงขึ้นอย่าง
รวดเร็วตามเวลาและระยะการไถล สาเหตุอาจเนื่องมาจาก
ความต้านทานในการ Oxidation ที่ตำ�่ของ WS2 หรือ W ดังนั้นมันจึงมีความสำ�คัญมากในการเลือกส่วนประกอบของ Solid
Lubricants ในการพิจารณาถึงสิ่งแวดล้อม

Fig 11. Relation between friction coefficient and sliding time on 3 types of NF metal at 873 K in air.

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

61
5. EXAMPLE OF APPLICATION OF NF METAL UNDER SPECIAL ENVIRONMENTS
NF metal is used as the bearing used in vapor deposition apparatuses, heat-treatment
furnaces for carrying glass plate, and machines for producing foods, etc.
An example of machine for processing foods
where NF metal sliding bearings are set up
is shown in Fig 12. The machine is used for
injecting salt water into meats which hesitate
lubricating oil. In the past, the bearings madeof polymer materials has been used, and theoperating life of the bearings was 2-3 months.
However, the operating life could be extended
to one year by using the bearing made of NF
metal.

5. EXAMPLE OF APPLICATION OF NF METAL UNDER SPECIAL ENVIRONMENTSNF Metal นั้นถูกใช้เหมือนกับการใช้แบริ่งในการทดสอบ
Vapor Deposition, Heat-Treatment Furnaces for
Carrying Glass Plate และ Machines for Producing
Foods และอื่นๆ
ตัวอย่างของ Machines for Processing Foods โดยใช้ NF Metal Sliding Bearings นั้นแสดงในรูปที่ 12 โดยเครื่องจักรกลที่ใช้นั้นจะใส่นำ�้เกลือลงไปในเนื้อที่ไม่ต้องการ
นำ�้ มันหล่อลื่น ในอดีตนั้นแบริ่งจะทำ�มาจากวัสดุโพลิเมอร์
แต่จะมีอายุการใช้งานเพียงแค่เวลา 2-3 เดือน อย่างไร
ก็ตามอายุการใช้งานนั้นเพิ่มขึ้นไปอีก 1 ปีหลังจากการใช้แบ
ริ่งที่ทำ�มาจาก NF Metal

Slidingbearings

Operating

Salt water

Foods(Meats)Injectionpipe

Fig 12. An example of application of sliding bearings made of NF metal to machine for processing foods

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)

62
6. CONCLUSION
In this paper, we introduced our products
mainly relating to tribology. These products
are developed by designing material or film by
responding to various requests of customers
in various industries and have obtained highevaluation. We look forward to customers’continued collaboration on our future development of new materials and tools, and would
like to contribute to mutual development.

6. สรุป
ในบทความนี้ เราได้ทำ�การกล่าวถึงผลผลิตของพวกเรา
ซึ่งเกี่ยวข้องในเรื่องของ Tribology และพัฒนาโดยการ
ออกแบบวัสดุและชั้นฟิล์ม จากความต้องการของลูกค้า
ในอุตสาหกรรมและได้รับการประเมินที่ค่อนข้างสูง พวกเรามองไปข้ า งหน้ า เพื่ อ สร้ า งความร่ ว มมื อ อย่ า งต่ อ เนื่ อ งกับลูกค้า และการพัฒนาวัสดุและเครื่องมือชนิดใหม่ๆใน
อนาคตร่วมกันREFERENCES
1. M. Kawakami: “Development and applications of sub-micro grained hard-metals”, SOKIZAI,
52(2011)28-32.
2. H. Saito: “Handbook of diamond-like carbon films”, NTS, Tokyo, (2006)25-36.
3. Japanese Society of Tribologists: “Handbook of solid lubricant”, Yokendo Co., Ltd, (2010)9195.

THAI TRIBOLOGY ASSOCIATION (TTA)