CN107849699A - 滑动构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

滑动构件具备基材和在基材上形成的覆膜层，覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化系铜合金形成。滑动构件的制造方法是上述滑动构件的制造方法，包括将第1粉末或混合粉末向上述基材上吹送、在该基材上形成上述覆膜层的工序，该第1粉末处于非熔融的状态，且由析出硬化型铜合金形成，该混合粉末包括该第1粉末和比该第1粉末硬的硬质的第2粉末。

Description

滑动构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及滑动构件及其制造方法。进一步详细而言，本发明涉及具有优异的高温耐磨性的滑动构件及其制造方法。该滑动构件恰当地适用于例如在高温环境下所使用的内燃机的滑动部位。具体而言，恰当地适用于气缸盖和阀座中的发动机气门的就位部、发动机气门中的气门面、发动机气门中的与气门导管之间的滑动部位、轴承机构的轴承金属件。
背景技术
以往，专利文献1公开有一种通过利用低温产生加工诱发相变、而能够在基材的表面形成硬质覆膜的硬质覆膜的形成方法。并且，该硬质覆膜的形成方法是以压缩性的气体为介质将固相状态的金属粉末向基材的表面吹送、来形成硬质的金属覆膜的硬质覆膜的形成方法，其特征在于，该金属粉末由产生加工诱发相变的金属材料形成，通过将该金属粉末以产生该加工诱发相变的高速击打该基材，一边使该金属粉末扁平地塑性变形，一边使其也在该基材的表面堆积几层且使所堆积的该金属粉末产生该加工诱发相变，从而在该基材的表面形成硬度比击打该基材前的该金属粉末的硬度高的金属覆膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特许第5202024号
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1所记载的硬质覆膜存在高温耐磨性并不充分这样的问题点。
本发明是鉴于这样的现有技术所具有的问题而做成的。并且，本发明的目的在于提供一种具有优异的高温耐磨性的滑动构件、滑动构件的制造方法以及具有滑动构件的内燃机的滑动构件。
用于解决问题的方案
本发明人为了达成上述目的而反复进行了深入研究。其结果，发现了如下内容，以至于完成本发明：通过在基材上形成由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成的覆膜层，能够达成上述目，该第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。
即、本发明的滑动构件具备基材和在该基材上形成的覆膜层，该覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。
另外，本发明的内燃机的滑动构件在内燃机的滑动部位具有上述本发明的滑动构件。
而且，本发明的滑动构件的制造方法是如下滑动构件的制造方法，该滑动构件具备基材和在该基材上形成的覆膜层，该覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成、或由含有该多个第1颗粒和比该第1颗粒硬质的多个第2颗粒的颗粒集合体构成，该第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。该滑动构件的制造方法包括将第1粉末、或含有该第1粉末和比该第1粉末硬质的第2粉末的混合粉末向上述基材上吹送、在该基材上形成上述覆膜层的工序，该第1粉末处于非熔融的状态，且由析出硬化型铜合金形成。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种具有优异的高温耐磨性的滑动构件、滑动构件的制造方法以及具有滑动构件的内燃机的滑动构件。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第1实施方式的滑动构件的剖视图。
图2是示意性地表示本发明的第2实施方式的滑动构件的剖视图。
图3是图2所示的滑动构件的由III线围着的部分的放大图。
图4是图2所示的滑动构件的由IV线围着的部分的放大图。
图5是示意性地表示本发明的第3实施方式的滑动构件的剖视图。
图6是示意性地表示本发明的第4实施方式的滑动构件的剖视图。
图7是图6所示的滑动构件的由VII线围着的部分的放大图。
图8是示意性地表示在内燃机的滑动部位具有滑动构件的内燃机的滑动构件的剖视图。
图9是示意性地表示在内燃机的轴承机构的轴承金属件具有滑动构件的内燃机的轴承机构的剖视图。
图10是表示磨损试验装置的概略的剖视图。
图11是实施例4的滑动构件中的截面扫描型电子显微镜(SEM)像。
图12是表示实施例4的滑动构件中的能量分散型X射线(EDX)分析的结果的图表。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明的一实施方式的滑动构件、内燃机的滑动构件、气缸盖、阀座、发动机气门、内燃机的轴承机构、滑动构件的制造方法。
(第1实施方式)
首先，参照附图详细地说明本发明的第1实施方式的滑动构件。此外，出于方便说明，在以下的各实施方式中引用的附图的尺寸比例存在被夸张、与实际的比例不同的情况。
图1是示意性地表示本发明的第1实施方式的滑动构件的剖视图。如图1所示，本实施方式的滑动构件1具备基材10和在基材10上形成的覆膜层20。并且，该覆膜层20由含有多个第1颗粒23的颗粒集合体21构成，该第1颗粒23由析出硬化型铜合金形成。在此，在本实施方式中，基材10具有塑性变形部10a，覆膜层20具有塑性变形部20a。另外，在本发明中，析出硬化型铜合金是指，不只是析出硬化了之后的铜合金，包括析出硬化之前的铜合金。并且，在由析出硬化型铜合金形成的多个第1颗粒中，优选的是，全部的第1颗粒是由析出硬化了之后的铜合金形成的颗粒，但并不限定于此。例如，在由析出硬化型铜合金形成的多个第1颗粒中，也可以是，一部分第1颗粒是由析出硬化了之后的铜合金形成的颗粒，剩余部分的第1颗粒是由析出硬化之前的铜合金形成的颗粒。另外，例如，在由析出硬化型铜合金形成的多个第1颗粒中，也可以是，全部的第1颗粒是由析出硬化之前的铜合金形成的颗粒。此外，析出硬化型铜合金有时被称为颗粒分散强化型铜合金。
通过如上述那样设为具备基材和在基材上形成的覆膜层、覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成的滑动构件，成为具有优异的高温耐磨性的滑动构件，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。此外，在本发明中，未必需要是基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构，但通过设为呈基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。
当前，认为：由于以下那样的理由中的至少1个获得了其效果。
详细情况后述，但认为其原因在于，若将由析出硬化型铜合金形成的第1粉末向基材上吹送，则在第1粉末碰撞到基材时，例如在基材的表面具有阻碍基材与覆膜层之间的密合性的氧化覆膜的情况下，该氧化覆膜被去除，在基材暴露形成与覆膜层之间的密合性优异的新生界面。
另外，也认为其原因在于，例如，在第1粉末碰撞到基材、碰撞到已附着到基材的第1颗粒时，其动能的一部分被转换成热能，进行基材与第1粉末之间、第1粉末与第1颗粒之间的熔接、原子扩散。
而且，也认为其原因在于，例如，在第1粉末碰撞到基材时，利用由第1粉末陷入基材带来的锚固效果，换言之，通过在基材形成由扁平的凹部构成的塑性变形部，基材与覆膜层之间的密合性提高。
另外，也认为其原因在于，例如，在第1粉末碰撞到基材、碰撞到已附着到基材的第1颗粒时，第1粉末、第1颗粒成为扁平形状，换言之，通过在覆膜层形成具有扁平形状的第1颗粒堆积而成的构造的塑性变形部，第1颗粒与第1颗粒之间的间隙变少，颗粒集合体中的第1颗粒彼此的密合性提高。
而且，也认为其原因在于，例如，在第1粉末碰撞到基材、碰撞到已附着到基材的第1颗粒时，在扁平的凹部形成于基材的过程中、在第1粉末、第1颗粒成为扁平形状的过程中，换言之，在塑性变形部形成于基材、覆膜层的过程中，由于由塑性变形导致的发热，进行基材与第1粉末之间、第1粉末与第1颗粒之间的熔接、原子扩散。
但是，自不待言，即使由于除了上述的理由以外的理由获得了上述那样的效果，也包含于本发明的范围。
在此，进一步详细地说明各结构。
作为上述基材10，并没有特别限定，详细而言，优选是能适用于后述的滑动构件的制造方法、也就是说覆膜层的形成方法的金属。当然，自不待言滑动构件设为在所适用的高温环境下能够使用的滑动构件。
作为金属，优选适用例如以往公知的铝、铁、钛、铜等合金。
并且，作为铝合金，优选适用例如在日本工业标准中所规定的AC2A、AC8A、ADC12等。另外，作为铁合金，优选适用例如在日本工业标准中所规定的SUS304、铁系烧结合金等。而且，作为铜合金，优选适用例如铍铜、铜合金系烧结合金等。
另外，作为上述覆膜层20，只要是由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成的覆膜层，就没有特别限定，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。
例如，覆膜层的厚度根据所适用的部位的温度、滑动环境适当调整即可，并没有特别限定，优选设为例如0.05mm～5.0mm，更优选设为0.1mm～2.0mm。若小于0.05mm，则覆膜层自身的刚性不足，因此，特别是在基材强度较低的情况下有时引起塑性变形。另外，若超过10mm，则存在由于在成膜时产生的残余应力与界面密合力的关系而产生覆膜的剥离的可能性。
例如，出于具有若覆膜层的孔隙率较大、则存在强度不足、高温耐磨性降低的可能性这样的观点考虑，优选覆膜层的孔隙率尽可能小。并且，出于能够设为具有更优异的导热性的滑动构件这样的观点考虑，优选覆膜层的截面中的孔隙率是3面积％以下，特别优选是0面积％。此外，当前，能够将孔隙率降低到0.1面积％，因此，出于高温耐磨性、导热性、进而生产率等观点考虑，优选设为0.1面积％～3面积％。但是，丝毫没有限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。另外，覆膜层的截面中的孔隙率能够通过例如覆膜层中的截面的扫描型电子显微镜(SEM)像等的观察、以及截面扫描型电子显微镜(SEM)像的二值化等图像处理来算出。
另外，作为析出硬化型铜合金，并没有特别限定，优选适用例如含有镍和硅的析出硬化型铜合金、换言之，优选被称为所谓的科森合金的析出硬化型铜合金。然而，并不限定于此，也能够适用例如含有铬的析出硬化型铜合金、换言之，被称为所谓的铬铜的析出硬化型合金、含有锆的析出硬化型铜合金、换言之，被称为所谓的锆铜的析出硬化型合金。而且，也能够适用含有例如镍、硅以及铬的析出硬化型铜合金、含有镍、硅以及锆的析出硬化型铜合金、含有镍、硅、铬以及锆的析出硬化型合金、含有铬和锆的析出硬化型铜合金等。
在含有例如镍和硅的析出硬化型铜合金中，出于能成为具有更优异的导热性这样的滑动构件的观点考虑，优选镍的含量是1质量％～21质量％，优选硅的含量是0.2质量％～8质量％。另外，在例如含有铬的析出硬化型铜合金中，出于能成为具有更优异的导热性的滑动构件这样的观点考虑，优选铬的含量是0.02质量％～1质量％。而且，在例如含有镍和硅的析出硬化型铜合金中，出于使硅化镍(Ni2Si)析出这样的观点考虑，优选镍的含量与硅的含量之比(Ni：Si)以质量比计处于3.5～4.5：1的范围内。但是，丝毫没有限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。另外，自不待言，也可以向上述的析出硬化型铜合金添加其他元素。
(第2实施方式)
接着，一边参照附图一边详细地说明本发明的第2实施方式的滑动构件。此外，对于与在上述的实施方式中进行了说明的构件同等的构件，标注与它们相同的附图标记而省略说明。
图2是示意性地表示本发明的第2实施方式的滑动构件的剖视图。另外，图3是图2所示的滑动构件的由III线围着的部分的放大图。而且，图4是图2所示的滑动构件的由IV线围着的部分的放大图。如图2～图4所示，对于本实施方式的滑动构件2，颗粒集合体21在多个第1颗粒24的至少一部分的内部或表面24a含有至少1个析出相25，这一结构与上述的第1实施方式不同。此外，在图2～图4中，示出了在多个第1颗粒的内部和表面24a中的一者或两者含有析出相25的情况。另外，第1颗粒24中的析出硬化型铜合金含有镍和硅作为添加元素。在该情况下，析出相代表性地是由硅化镍(Ni2Si)形成的相。此外，虽未图示，但自不待言，在多个第1颗粒的一部分的内部和表面中的一者或两者含有析出相的情况也包含于本发明的范围。
如上述那样，通过设为如下滑动构件，成为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件：具备基材和在基材上形成的覆膜层，覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成，颗粒集合体在多个第1颗粒的至少一部分的内部和表面中的一者或两者含有至少1个析出相。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。此外，在本发明中，未必需要基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构，但通过设为呈基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。
当前，认为：由于以下那样的理由获得了其效果。
详细情况后述，但认为其原因在于，若将由析出硬化型铜合金形成的第1粉末向基材上吹送，则例如第1粉末碰撞到基材、碰撞到已附着到基材的第1颗粒时，其动能的一部被转换成热能，促进第1粉末和第1颗粒中的至少一者的析出硬化型铜合金的析出硬化。
但是，自不待言，即使由于除了上述的理由以外的理由获得了上述那样的效果，也包含于本发明的范围。
(第3实施方式)
接着，一边参照附图一边详细地说明本发明的第3实施方式的滑动构件。此外，对于与在上述的实施方式中进行了说明的构件同等的构件，标注与它们相同的附图标记而省略说明。
图5是示意性地表示本发明的第3实施方式的滑动构件的剖视图。如图5所示，对于本实施方式的滑动构件3，具备在基材10与覆膜层20之间的整体上形成的预定的中间层30，这一结构与上述的第2实施方式不同。在此，预定的中间层30包括扩散层或者包括金属间化合物层或包括扩散层和金属间化合物层。另外，在中间层包括扩散层的情况下，包括中间层是扩散层的情况。而且，在中间层包括金属间化合物层的情况下，包括中间层是金属间化合物层的情况。
如上述那样，通过设为如下滑动构件，成为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件，该滑动构件具备：基材；覆膜层，其形成在基材上；以及中间层，其包括在基材与覆膜层之间的至少一部分形成的扩散层和金属间化合物层中的至少一者，覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。此外，在本发明中，未必需要基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构，但通过设为呈基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。另外，通过设为具有在基材与覆膜层之间的整体上形成有包括扩散层和金属间化合物层中的至少一者的中间层的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。
当前，认为：由于以下那样的理由获得了其效果。
详细情况后述，但认为其原因在于，若将由析出硬化型铜合金形成的第1粉末向基材上吹送，则在例如第1粉末碰撞到基材时，其动能的一部分被转换成热能，在基材与第1粉末和第1颗粒中的至少一者之间产生各自所含有的成分元素的扩散，在基材与覆膜层之间形成包括扩散层和金属间化合物层中的至少一者的中间层。
但是，自不待言，即使由于除了上述的理由以外的理由获得了上述那样的效果，也包含于本发明的范围。
在此，进一步详细地说明上述中间层30。中间层包括扩散层或者包括金属间化合物层或包括扩散层和金属间化合物层。作为扩散层，针对组成，能够列举具有倾斜构造的组成作为恰当例。然而，针对组成，扩散层并不限定于具有倾斜构造的组成。另外，并没有特别限定，但作为包括金属间化合物层的中间层，关于组成，能够列举金属间化合物层具有被具有倾斜构造的扩散层夹持的构造的组成作为恰当例。中间层由例如基材所含有的成分元素和第1颗粒所含有的成分元素形成。具体而言，在适用了铝合金作为基材的情况下，形成由含有铝和铜的合金形成的中间层。然而，并不限定于此，例如，在适用了不锈钢(SUS)作为基材的情况下，形成由含有不锈钢(SUS)的成分元素和铜的合金形成的中间层。
(第4实施方式)
接着，一边参照附图一边详细地说明本发明的第4实施方式的滑动构件。此外，对于与在上述的实施方式中进行了说明的构件同等的构件，标注与它们相同的附图标记而省略说明。
图6是示意性地表示本发明的第4实施方式的滑动构件的剖视图。另外，图7是图6所示的滑动构件的由VII线围着的部分的放大图。如图6和图7所示，对于本实施方式的滑动构件4，颗粒集合体21含有由铁基合金颗粒、钴基合金颗粒、铬基合金颗粒、镍基合金颗粒、钼基合金颗粒等合金颗粒构成的或由陶瓷颗粒构成的多个第2颗粒27，这一结构与上述的第3实施方式不同。此外，自不待言，在第2颗粒27的内部不含有析出相25。
如上述那样，通过设为如下滑动构件，成为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件，该滑动构件具备基材和在基材上形成的覆膜层，覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成，颗粒集合体含有由铁基合金颗粒、钴基合金颗粒、铬基合金颗粒、镍基合金颗粒、钼基合金颗粒等合金颗粒构成的或由陶瓷颗粒构成的多个第2颗粒。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。此外，在本发明中，未必需要基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构，但通过设为呈基材和覆膜层中的至少一者具有塑性变形部的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。另外，通过设为具有颗粒集合体在第1颗粒的表面含有至少1个预定的析出相的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。而且，通过设为在基材与覆膜层之间的至少一部分形成有中间层的结构的滑动构件，能够设为具有更优异的高温耐磨性的滑动构件。
当前，认为：由于以下那样的理由中的至少1个获得了其效果。
详细情况后述，但也认为其原因在于，若将由析出硬化型铜合金形成的第1粉末、第2粉末向基材上吹送，则在第2粉末碰撞到基材时，在例如基材在其表面具有阻碍基材与覆膜层之间的密合性的氧化覆膜的情况下，该氧化覆膜被去除，在基材暴露形成与覆膜层之间的密合性优异的新生界面。在构成第2粉末的颗粒是比构成第1粉末的颗粒硬的硬质颗粒的情况下，特别易于引起这样的现象。
另外，也认为其原因在于，例如，在第2粉末碰撞到基材时，利用由第2粉末陷入基材带来的锚固效果，换言之，通过在基材形成由扁平的凹部构成的塑性变形部，提高基材与覆膜层之间的密合性。在构成第2粉末的颗粒是比构成第1粉末的颗粒硬的硬质颗粒的情况下，特别易于引起这样的现象。
而且，并没有特别限定，但在使用了由比构成第1粉末的颗粒硬的颗粒构成的第2粉末的情况下，析出相25易于在这些边界面的第1颗粒24的表面24a附近(参照图7。在此，第1颗粒的表面附近是指，例如像图中以箭头X所示那样从表面24a朝向内部直到1μm左右为止的区域。)析出。认为其原因在于，在第1粉末碰撞到第2颗粒之时，其动能的一部分被转换成热能，由于在第1粉末的一部分形成塑性变形部的过程中产生的热，第1颗粒的析出硬化型铜合金的一部分的析出硬化被更加促进。
但是，自不待言，即使由于除了上述的理由以外的理由获得了上述那样的效果，也包含于本发明的范围。
在此，进一步详细地说明上述第2颗粒27。作为第2颗粒，并没有特别限定，优选是比基材硬的硬质，优选是比析出硬化型铜合金硬的硬质。另外，作为第2颗粒，优选适用例如铁基合金颗粒、钴基合金颗粒、铬基合金颗粒、镍基合金颗粒、钼基合金颗粒等合金颗粒、陶瓷颗粒。而且，这些颗粒能够单独使用1种或适当组合使用两种以上。
作为铁基合金，能够列举例如在日本工业标准中所规定的SUS440C等。另外，作为钴基合金，能够列举出例如TRIBALOY(注册商标)T-400、T-800等。而且，作为铬基合金，能够列举出例如铬铁等。另外，作为镍基合金，能够列举出例如TRIBALOY(注册商标)T-700等。而且，作为钼基合金，能够列举出例如钼铁等。另外，作为陶瓷，能够列举出例如WC/Co、Al2O3等。其中，优选适用高温耐磨性优异的钴基合金，具体而言，优选适用TRIBALOY(注册商标)T-400、T-800等。
另外，并没有特别限定，但出于设为高温耐磨性和导热性更优异的构件这样的观点考虑，覆膜层的截面中的第2颗粒的比例优选设为1面积％～50面积％，更优选设为1面积％～25面积％，进一步优选设为1面积％～18面积％，特别优选设为5面积％～18面积％。但是，丝毫不限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。另外，自不待言，能够将以截面进行观察、算出来的面积％改称为体积％，通过以各颗粒的密度对体积％进行换算，能够改称为重量％。
此外，如上述那样，出于设为高温耐磨性和导热性更优异的构件的观点考虑，优选覆膜层的截面中的第2颗粒的比例设为1面积％～50面积％，但在未必需要较高的导热性，而需要优异的耐磨性的情况下，覆膜层的截面中的第2颗粒的比例即使设为50面积％～99面积％也没有问题。另外，也可以含有除了第1颗粒和第2颗粒以外的第3颗粒。
(第5实施方式)
接着，一边参照附图一边详细地说明本发明的第5实施方式的内燃机的滑动构件。此外，对于与在上述的实施方式中进行了说明的构件同等的构件，标注与它们相同的附图标记而省略说明。
图8是示意性地表示在内燃机的滑动部位具有滑动构件的内燃机的滑动构件的剖视图。更具体而言，是示意性地表示包括发动机气门的气门传动机构的剖视图。如图8所示，若凸轮凸起部40旋转，则在气门挺杆41使气门弹簧42压缩、且被下压的同时，发动机气门43被具有管密封44的气门导管45引导而被下压，发动机气门43与气缸盖46中的发动机气门43的就位部46A分开而排气口47与未图示的燃烧室连通(发动机气门的打开状态)。之后，若凸轮凸起部40进一步旋转，则利用气门弹簧42的反弹力，发动机气门43与气门挺杆41、保持架48以及开口销49一起被上推，发动机气门43与就位部46A接触而将排气口47和未图示的燃烧室阻断(发动机气门的关闭状态)。与凸轮凸起部40的旋转同步地进行这样的发动机气门43开闭。并且，如此地发动机气门43的阀杆43A在被压入到气缸盖46侧的气门导管45中穿过而一边被油润滑一边装入。另外，相当于未图示的燃烧室的开闭阀部分的发动机气门43的气门面43B在动作时成为与气缸盖46中的发动机气门43的就位部46A接触或非接触状态。此外，图8中，示出了排气口47侧，但本发明的滑动构件也能够适用于未图示的进气口侧。
并且，形成有上述的覆膜层的滑动构件、例如上述的第1实施方式～第4实施方式中的滑动构件(1、2、3、4)适用于作为气缸盖和发动机气门的滑动部位的气缸盖中的发动机气门的就位部46A的滑动面46a。通过设为这样的结构，成为具有优异的高温耐磨性的滑动构件。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。而且，通过将本发明的滑动构件适用于作为基材的气缸盖上，能够谋求排气口、进气口的形状自由化、发动机气门的直径扩大，能够使燃料效率、输出、扭矩等提高。
另外，例如，虽未图示，但也能够将形成有上述的覆膜层的滑动构件、例如上述的第1实施方式～第4实施方式中的滑动构件适用于阀杆的滑动面和作为对象材料的气门导管的滑动面的一者或者两者、和/或从由阀杆轴端的滑动面、气门面的滑动面以及压入型的阀座的滑动面构成的组选择出的至少1处。通过设为这样的结构，成为具有优异的高温耐磨性的滑动面。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。
也就是说，优选本实施方式的气缸盖在发动机气门的就位部具有上述实施方式的滑动构件。另外，本实施方式的其他气缸盖优选是具备具有上述实施方式的滑动构件的阀座的气缸盖且是在该阀座的发动机气门的就位部具有该滑动构件的气缸盖。而且，优选本实施方式的阀座在发动机气门的就位部具有上述实施方式的滑动构件。另外，优选本实施方式的发动机气门在气门面具有上述实施方式的滑动构件。而且，优选本实施方式的其他发动机气门在与气门导管之间的滑动部位具有上述实施方式的滑动构件。
(第6实施方式)
接着，一边参照附图一边详细地说明本发明的第6实施方式的滑动构件。此外，对于与在上述的实施方式中进行了说明的构件同等的构件，标注与它们相同的附图标记而省略说明。
图9是示意性地表示在内燃机的轴承机构的轴承金属件具有滑动构件的内燃机的轴承机构的剖视图。更具体而言，是示意性地表示作为连杆的滑动构件的轴承金属件的剖视图。如图9所示，连杆60的未图示的曲轴侧的大端部60A被沿着上下一分为二。并且，在大端部60A配设有用于接受曲轴销61的一分为二的轴承金属件62。
并且，作为轴承金属件62，在其滑动面62a适用了形成有上述的覆膜层的滑动构件、例如上述的第1实施方式～第4实施方式中的滑动构件(1、2、3、4)。通过设为这样的结构，而具有优异的高温耐磨性。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也存在能够确保较高的导热性这样的优点。
另外，例如，虽未图示，但也能够将形成有上述的覆膜层的滑动构件、例如上述的第1实施方式～第4实施方式中的滑动构件适用于连杆的未图示的活塞侧的小端部处的用于接受活塞销的一分为二的轴承金属件的滑动面。通过设为这样的结构，而具有优异的高温耐磨性。另外，适用了由析出硬化型铜合金形成的颗粒作为第1颗粒，因此，也具有能够确保较高的导热性这样的优点。
也就是说，优选本实施方式的内燃机的轴承机构在内燃机的轴承机构的轴承金属件具有上述实施方式的滑动构件。
(第7实施方式)
接着，详细地说明本发明的第7实施方式的滑动构件的制造方法。本实施方式的滑动构件的制造方法是制造本发明的滑动构件、例如上述的第1实施方式～第4实施方式中的滑动构件的方法。该滑动构件的制造方法包括将非熔融的状态、且由析出硬化型铜合金形成的第1粉末、或含有第1粉末和比该第1粉末硬的硬质的第2粉末的混合粉末向基材上吹送，在基材上形成由含有多个第1颗粒的颗粒集合体、或含有多个第1颗粒和比第1颗粒硬的硬质的多个第2颗粒的颗粒集合体构成的覆膜层的工序，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。
如上述那样，将设为非熔融的状态而不使添加元素析出、由析出硬化型铜合金形成的第1粉末、或含有第1粉末和比第1粉末硬的硬质的第2粉末的混合粉末向基材上优选以第1粉末或第1粉末和第2粉末被向基材上吹送而在基材和覆膜层中的至少一者形成塑性变形部的速度吹送，在基材上形成由含有多个第1颗粒的颗粒集合体、或由含有多个第1颗粒和多个第2颗粒的颗粒集合体构成的覆膜层，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成，换言之，通过利用被称为动力喷涂、冷喷涂、热喷涂等的方法形成覆膜层，能够效率良好地形成高温耐磨性优异的覆膜层。但是，本发明的滑动构件并不限定于由这样的制造方法制造成的滑动构件。
在此，进一步详细地说明更具体的制造方法。
作为用作上述原料的第1粉末，只要是处于非熔融的状态、且是由析出硬化型铜合金形成的粉末，就没有特别限定。优选第1粉末处于例如过饱和固溶体的状态。通过处于过饱和固溶体的状态，具有较大的延展性，换言之，具有变形能力，能够效率良好地形成覆膜层，能够使成膜性提高。在此，作为处于过饱和固溶体的状态的粉末，并没有特别限定，优选适用利用例如雾化法等进行骤冷凝固而获得的粉末。另外，在第1粉末碰撞到基材等时，由于由其冲击导致的加压、以及由于由其扁平化导致的与基材等之间的变形速度之差产生的摩擦热，形成微细的硬质相(析出相)。其结果，覆膜层的强度提高。
另外，作为原料，也可以向第1粉末添加含有由铁基合金粉末、钴基合金粉末、铬基合金粉末、镍基合金粉末、钼基合金粉末等构成的合金粉末、陶瓷粉末的第2粉末。第2粉末既可以单独使用1种，或也可以适当混合使用两种以上。
而且，用作原料的第1粉末、第2粉末的平均粒径并没有特别限定，优选例如设为5μm～40μm，更优选设为20μm～40μm。若平均粒径小于5μm，则流动性较低，因此，有时粉末供给不良。另外，若平均粒径超过50μm，则成膜时的颗粒速度不足，因此，有时成膜不良。此外，作为“平均粒径”，能够使用个数基准的平均粒径(d50)，该个数基准的平均粒径(d50)是使用例如图像分析式粒径分布测定装置来测定·算出来的。另外，作为对这样的平均粒径进行测定·算出之际的“粒径”，能够采用例如所观察的粉末(观察面)的轮廓线上的任意的2点间的距离的最大的距离。然而，并不限定于此，也能够采用例如所观察的粉末(观察面)的圆相当直径。而且，也可以使用由激光衍射·散射式粒径分布测定装置来测定·算出来的个数基准的平均粒径(d50)。但是，丝毫没有限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。
另外，吹送粉末的速度优选是第1粉末被向基材上吹送而在基材和覆膜层的至少一者形成塑性变形部那样的高速，但并没有特别限定。例如，优选粉末速度设为300m/s～1200m/s，更优选设为500m/s～1000m/s，进一步优选设为600m/s～800m/s。另外，优选将为了吹送粉末而供给的工作气体的压力设为2MPa～5MPa，更优选设为3.5MPa～5MPa。若小于2MPa，则有时不能获得粉末速度、孔隙率变大。但是，丝毫没有限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。
而且，工作气体的温度并没有特别限定，但优选例如设为400℃～800℃，更优选设为600℃～800℃。若工作气体的温度小于400℃，则有时孔隙率变大、耐磨性变低。另外，若工作气体的温度超过800℃，则有时引起喷嘴堵塞。但是，丝毫没有限制于这样的范围，只要能够显现本发明的作用效果，自不待言，也可以脱离该范围。
另外，作为工作气体的种类，并没有特别限定，能够列举例如氮气、氦气等。这些既可以单独使用1种，也可以组合使用多种。另外，也可以混合使用燃料气体和氮气。
而且，也可以是，在形成了覆膜层之后，例如以250℃～500℃进行0.5小时～4小时的时效处理或回火。由此，能够使高温耐磨性、导热性提高。另外，该时效处理或回火也能够利用例如发动机组装后的检查中的试运转之际的来自燃烧室的受热。
实施例
以下，利用实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
首先，作为原料，仅准备了铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)。
另一方面，在气缸盖中的发动机气门的就位部的加工完成状态下，设想目标覆膜层厚度为0.2mm而进行铝基材(日本工业标准H 4040A5056)的前加工，准备了前加工后的铝基材。
接下来，将准备好的铝基材安装固定于旋转台，一边使旋转台旋转，一边使用高压型冷喷涂装置(プラズマ技研工业株式会社制、PCS-1000、工作气体：种类；氮、温度；600℃、颗粒速度；680m/s～720m/s、压力；4MPa)将准备好的合金粉末向准备好的铝基材上吹送，在基材上形成了覆膜层厚度为0.4mm～0.5mm的覆膜层。
然后，利用机械加工，精加工成实际的气缸盖中的发动机气门的就位部的形状而获得了本例的滑动构件。此外，覆膜层厚度是0.2mm。
(实施例2)
除了使用铜-镍-硅-钒-铬合金粉末(组成：Cu-14Ni-3Si-2V-2.2Cr-1.4Fe-1.2Al、雾化粉末)来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，反复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(实施例3)
除了使用由铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)和钴基合金粉末(肯纳金属公司制、TRIBALOY(注册商标)T-400)构成、并以Cu-2.9Ni-0.7Si：TRIBALOY＝95：5(质量比)的比例含有这些的混合粉末来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(实施例4)
除了使用由铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)和钴基合金粉末(肯纳金属公司制、TRIBALOY(注册商标)T-400)构成、并以Cu-2.9Ni-0.7Si：TRIBALOY＝85：15(质量比)的比例含有这些的混合粉末来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(比较例1)
除了使用不锈钢粉末(日本工业标准SUS316L)来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(比较例2)
除了使用铜-铁-锰合金粉末(组成：Cu-4Fe-4Mn)来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(比较例3)
除了使用铜-镍合金粉末(组成：Cu-30Ni)来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行与实施例1同样的操作，获得了本例的滑动构件。
(比较例4)
除了使用铜-锡合金粉末(组成：Cu-30Sn)来替代上述铜-镍-硅合金粉末(组成：Cu-2.9Ni-0.7Si、雾化粉末)以外，重复进行了与实施例1同样的操作。然而，难以形成覆膜层。将上述各例的规格的一部分表示在表1中。此外，各例的覆膜层的截面中的第1颗粒、第2颗粒的比例、孔隙率是通过多次进行覆膜层中的截面的扫描型电子显微镜(SEM)像等的观察、以及截面扫描型电子显微镜(SEM)像的二值化等图像处理来算出来的。另外，对于各例的第1颗粒中的析出相，通过覆膜层中的截面的透过型电子显微镜(TEM)像等的观察、以及能量分散型X射线(EDX)分析来进行了确定。而且，对于各例中的滑动构件的截面中的中间层的有无、塑性变形部的有无，通过覆膜层中的截面的扫描型电子显微镜(SEM)像等的观察、以及能量分散型X射线(EDX)分析来进行了确定。此外，在实施例1～实施例4和比较例1～比较例3的任一个中，在基材和覆膜层都观察到塑性变形部。
[表1]
[性能评价]
使用上述所获得的各例的滑动构件等来对下述的各种性能进行了评价。
(高温耐磨性)
图7是表示磨损试验装置的概略的剖视图。如图7所示，使用气门弹簧42、发动机气门43、管密封44、气门导管45、气缸盖46、46’、开口销49等实际的发动机的零部件，构筑了与发动机的气门传动机构相似的磨损试验装置。此外，作为气缸盖46中的发动机气门43的就位部46A，适用了上述各例中所获得的滑动构件(1、2、3、4)。另外，滑动构件(1、2、3、4)具备在基材10上形成的预定的覆膜层20。而且，图中的发动机气门43表示打开状态，发动机气门43利用未图示的偏心凸轮沿着图中以箭头Y所示的上下方向振动，而反复进行发动机气门43的开闭。此外，气缸盖46中的发动机气门43的就位部46A的滑动面46a由于气体燃烧器B的火焰F而处于高温环境下。另外，利用温度计T对就位部46A的温度进行了计量。而且，在气缸盖46内循环有冷却水W。
使用上述的磨损试验装置，在下述的试验条件下，对磨损量进行了测定、算出。具体而言，使用形状测定装置来取得试验前和试验后的气缸盖中的发动机气门的就位部的形状，对4处的磨损量进行测定，算出平均值，将该平均值设为磨损量。将所获得的结果表示在表2中。
＜试验条件>
·温度：300℃(设想了排气口侧的气缸盖中的发动机气门的就位部。)
·输入次数：540000次
(导热性)
使用上述所获得的各例的滑动构件，利用激光脉冲法，对各例的滑动构件的导热系数进行计量·算出，对导热性进行了评价。将所获得的结果表示在表2中(但是，比较例2和3没有测定。)。
(成膜性)
以与上述各例的覆膜层同样的形成条件，将上述各例的粉末向平板状的铝基材上吹送恒定时间，对粉末供给量和未附着粉末量进行计量，算出附着率，对成膜性进行了评价。将所获得的结果表示在表2中。
[表2]
根据表1和表2可知：属于本发明的范围的实施例1～4与本发明外的比较例1～3相比较，磨损量少20％～70％程度，具有优异的高温耐磨性。
认为其原因在于，将第1粉末向基材上以高速吹送，在基材上形成了由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成的覆膜层，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成，该第1粉末由析出硬化型铜合金形成，且该第1粉末由处于非熔融的状态、且过饱和固溶体的状态的雾化粉末形成。另外，也认为其原因在于，作为添加元素，适用了由含有镍和硅的析出硬化型铜合金形成的添加元素。而且，也认为其原因在于，颗粒集合体在第1颗粒的表面含有由硅化镍(Ni2Si)形成的析出相。另外，也认为其原因在于，基材和覆膜层这两者具有塑性变形部。而且，也认为其原因在于，覆膜层的孔隙率是3面积％以下。另外，也认为其原因在于，设置有在基材与覆膜层之间的至少一部分形成的中间层。
另外，只要具有30W/m·K以上的导热系数、就解释成具有较高的导热性，因此，根据表1和表2可知：属于本发明的范围的实施例1、3、4的导热系数较高，能够确保较高的导热性。认为其原因在于，适用了由析出硬化型铜合金形成的粉末作为第1粉末。另外，也认为其原因在于，覆膜层的孔隙率是3面积％以下。而且，实施例2的导热系数不是特别高，但与压入来使用的滑动构件相比较，能够薄膜化，因此，可以说传热性较高。
而且，根据表1和表2可知：不添加第2粉末的属于本发明的范围的实施例1、2与本发明外的比较例1～3相比较，能够以同等或更高的附着率效率良好地制作具有优异的高温耐磨性的滑动构件。另外，可知：本发明外的比较例4与属于本发明的范围的实施例1～4、本发明外的比较例1～3相比较，难以形成覆膜层。
另外，根据表1和表2可知：添加有由钴基合金粉末构成的第2粉末的实施例3和4与本发明外的比较例1～3相比较，磨损量少40％～70％程度，另外，可知：磨损量比没有添加的实施例1的磨损量更少，具有更优异的高温耐磨性。
认为其原因在于，第1粉末由析出硬化型铜合金形成，且该第1粉末由处于非熔融的状态、且过饱和固溶体的状态的雾化粉末构成，将第1粉末和由钴基合金粉末形成的第2粉末向基材上以高速吹送，在基材上形成由颗粒集合体构成的覆膜层，该颗粒集合体含有由析出硬化型铜合金形成的多个第1颗粒和由钴基合金颗粒形成的多个第2颗粒。
另外，根据表1和表2可知：由钴基合金粉末形成的第2粉末的添加量更多的实施例4与实施例3相比较，具有优异的高温耐磨性。另外，可知：实施例4与实施例3相比较，导热系数虽然稍低，但能够确保较高的导热性。当前，想到：高温耐磨性和导热性优异，另外附着率较高，因此，出于能够以低成本进行生产这样的观点考虑，实施例3最优选。另外，出于高温耐磨性的观点的考虑，认为实施例4最优选。
而且，图11是实施例4的滑动构件的基材10与覆膜层20之间的边界面附近处的截面扫描型电子显微镜(SEM)像。另外，图12是表示实施例4的滑动构件的图11所示的线段Z上的能量分散型X射线(EDX)分析(线分析)的结果的图表。此外，图11所示的位置P和图12所示的位置P表示相同的位置。另外，在图12中，将图11所示的线段Z的基材20侧端部的位置设为0.0μm的位置，将线段Z的覆膜层20侧端部的位置设为2.0μm的位置。
根据图11和图12可知：滑动构件具备铝合金的基材10和在基材10上形成的铜合金的覆膜层20，在基材10与覆膜层20之间形成有中间层。并且，可知中间层形成于约0.75μm～1.31μm的位置。另外，可知扩散层形成于约0.75μm～0.96μm的位置和约1.23μm～1.31μm位置。而且，关于组成，可知扩散层具有倾斜构造。另外，可知：在约0.96μm～1.23μm的位置处，铝、镁以及铜之比是Al：Mg：Cu＝2：1：1(原子比)程度，形成有金属间化合物层。
如此，在基材与覆膜层之间设置有含有扩散层和金属间化合物层中的至少一者的中间层，因此，也认为具有优异的高温耐磨性、导热性。另外，设置有包括在组成上具有倾斜构造的扩散层的中间层，因此，也认为具有优异的高温耐磨性、导热性。而且，具备如下构造的中间层：金属间化合物层被在组成上具有倾斜构造的扩散层夹持，因此，也认为具有优异的高温耐磨性、导热性。
以上，利用几个实施方式和实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于这些，能够在本发明的主旨的范围内进行各种变形。
例如，上述的各实施方式、各实施例所记载的结构并不限定于每个实施方式、每个实施例，能够变更例如第1粉末、第2粉末的种类、比例等结构、成膜条件、或将各实施方式、各实施例的结构设为上述的各实施方式、各实施例以外的组合。
附图标记说明
1、2、3、4、滑动构件；10、基材；10a、塑性变形部；20、覆膜层；20a、塑性变形部；21、颗粒集合体；23、24、第1颗粒；24a、表面；25、析出相；27、第2颗粒；30、中间层；40、凸轮凸起部；41、气门挺杆；42、气门弹簧；43、发动机气门；43A、阀杆；43a、滑动面；43B、气门面；43b、滑动面；44、管密封；45、气门导管；45a、滑动面；46、46’、气缸盖；46A、就位部；46a、滑动面；47、排气口；48、保持架；49、开口销；60、连杆；60A、大端部；61、曲轴销；62、轴承金属件；62a、滑动面；B、气体燃烧器；F、火焰；T、温度计；W、冷却水。

Claims (11)

1.一种滑动构件，其特征在于，
该滑动构件具备：
基材；以及
覆膜层，其在上述基材上形成，
上述覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，
上述析出硬化型铜合金含有镍和硅作为添加元素，
上述颗粒集合体在上述多个第1颗粒的至少一部分的内部和/或表面含有由硅化镍构成的至少1个析出相。
3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其特征在于，
上述基材和上述覆膜层中的至少一者具有塑性变形部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的滑动构件，其特征在于，
上述覆膜层的截面上的孔隙率是3面积％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的滑动构件，其特征在于，
该滑动构件设置有中间层，该中间层包括在上述基材与上述覆膜层之间的至少一部分形成的扩散层和金属间化合物层中的至少一者。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的滑动构件，其特征在于，
上述颗粒集合体含有由至少1种的合金颗粒构成的多个第2颗粒、和/或由陶瓷颗粒构成的多个第2颗粒，该至少1种的合金颗粒是从由铁基合金颗粒、钴基合金颗粒、铬基合金颗粒、镍基合金颗粒以及钼基合金颗粒构成的组选择的。
7.一种内燃机的滑动构件，其特征在于，
在内燃机的滑动部位具有权利要求1～6中任一项所述的滑动构件。
8.一种滑动构件的制造方法，该滑动构件具备：
基材；
覆膜层，其在上述基材上形成，
上述覆膜层由含有多个第1颗粒的颗粒集合体构成，或由含有该多个第1颗粒和比该第1颗粒硬的硬质的多个第2颗粒的颗粒集合体构成，该多个第1颗粒由析出硬化型铜合金形成，
该滑动构件的制造方法的特征在于，
该滑动构件的制造方法包括将第1粉末，或含有该第1粉末和比该第1粉末硬的硬质的第2粉末的混合粉末向上述基材上吹送、在该基材上形成上述覆膜层的工序，第1粉末处于非熔融的状态，且由析出硬化型铜合金形成。
9.根据权利要求8所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，
在将上述第1粉末或上述混合粉末向上述基材上吹送之际，以将该第1粉末向该基材上吹送而在该基材和上述覆膜层中的至少一者形成塑性变形部的速度，将该第1粉末或该混合粉末向该基材上吹送。
10.根据权利要求8或9所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，
上述第1粉末处于过饱和固溶体的状态。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，
上述第1粉末是骤冷凝固粉末。
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