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May 27, 2023

2023 年 1 月 9 日

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粉末冶金は、粉末圧縮と焼結によって自己潤滑性の青銅や鉄ベースのベアリングなどの多孔質部品を製造するために長い間使用されてきました。この場合、多孔質ベアリングに潤滑油を充填して、多孔質ベアリングに低い摩擦係数を与えることができます。 COF）と幅広い用途での高い耐摩耗性を備えています。 現在、フィンランドのヨエンスーにある東フィンランド大学とカレリア応用科学大学の研究者は、金属射出成形を使用して 17-4 PH ステンレス鋼から多孔質部品を製造しました。 多孔質 17-4 PH パーツにはパラフィン ワックスが含浸されており、必要な自己潤滑特性を備えています。 研究者 – M Kultamaa、K Monkkonen、JJ Saarinen、M Suvanto – は、最近、Tribology International、Vol. 2 に掲載された論文で研究結果を発表しました。 １７４、２０２２は、低ＣＯＦを有する新しいタイプの多孔質自己潤滑性ステンレス鋼部品がＭＩＭによって製造できることを示した。

著者らは、スペースホルダー材料として、マルテンサイト系の析出硬化ポリMIM 17-4 PHステンレス鋼粉末をサイズ分布200～315μmの塩化ナトリウム(NaCl)と混合したと報告した。 NaClの量は10、20から30重量％の範囲であった。 射出成形中に多量のＮａＣｌを添加したポリＭＩＭ １７－４ ＰＨ原料の流動性を高めるために、１重量％のパラフィンワックスも混合物に添加した。 NaCl を含む長方形の試験片と NaCl を含まない円筒ピン試験片の射出成形パラメータを表 1 にまとめます。表からわかるように、30 wt.% NaCl を含む試験片はより高い成形温度 (210°C) を必要としました。さらに、原料混合物のより高い粘度とより低い流動性を補うために、より長い成形時間とより高い圧力が必要となります。 選択されたパラメーターにより、金型キャビティの完全な充填が保証され、その結果、原料混合物中の NaCl の量によって制御される、異なる気孔率間で均一なサンプル品質が保証されました。

成形部品の脱脂は、最初に蒸留水浴中で 60°C で 20 時間実行され、NaCl スペースホルダー材料と元の粉末原料中の結合剤材料の水溶性部分が除去されました。 次いで、茶色の部分を１００℃で２時間乾燥させた。 脱脂前後の 17-4 PH ステンレス鋼成形品の質量損失 (%) に基づく気孔率を表 2 に示します。

残留バインダーは、水素雰囲気中で最高 1350°C で行われる焼結段階で部品から除去されました。 図 1 は、多孔質焼結 17-4 PH ステンレス鋼サンプルの内部細孔構造の断面 SEM 画像を示しています。 スペースホルダー材料 (NaCl) の量が 10 wt.% (a) の場合、気孔率は 23.2%、20 wt.% (b) では気孔率は 38.4% となりました。 そして、３０重量％（ｃ）では、４８．２％の気孔率が観察された。 焼結したＭＩＭ多孔質部品の気孔率を密度から計算し、非多孔質０重量％サンプルの平均密度を基準点とみなした。 使用したパラフィンの密度は０．９０ｇ／ｃｍ ３ であった。

続いて、得られた多孔質焼結 17-4 PH ステンレス鋼部品を 100℃に加熱し、溶融パラフィンワックスに 15 分間浸漬して、開いた気孔に含浸させました。 多孔質の含浸 17-4 PH サンプルの表面上の過剰なパラフィン ワックスを N-ヘプタンを使用して除去し、潤滑がサンプルの開放気孔内に保存されたパラフィンのみから生じることを確認しました。

多孔質および非多孔質の 17-4 PH ステンレス鋼試験片の動的 COF を、乾式滑り条件およびパラフィン潤滑条件で測定しました。 球形先端を備えた円筒形の非多孔質 17-4 PH ピンを静止摩擦パートナーとして使用しました。 各試験は、結果の再現性と一貫性を確保するために、異なる試験片に対して少なくとも 3 回実行されました。 10 および 30 N の通常荷重を 100 m の滑り距離で使用しました。

著者らは、パラフィンが、10 N の通常荷重下ですべての焼結 17-4 PH 多孔質サンプルの滑り摩擦係数を大幅に低下させたと報告しました。最も低い COF 値は、20 wt.% および 30 wt.% NaCl を含むサンプルで記録されました。 多孔質 17-4 PH サンプルの開放気孔に含浸されたパラフィンのみが、滑り摩擦の減少に関与していることが判明しました。 著者らはまた、10 wt.% の多孔質サンプルに含浸されたパラフィンの量は 20 wt.% および 30 wt.% のサンプルに比べて少なかったが、摩擦を大幅に低下させるには十分であった (COF = 0.15) ことにも言及しました。 10 N の通常荷重における 20 wt.% および 30 wt.% のサンプルの COF 値は約 0.07 でした。 パラフィンを含浸させた焼結多孔質 17-4 PH 試験片の通常荷重 30 N での COF 値は、荷重 10 N での結果と同様であることがわかりました。