DE102012210382A1

DE102012210382A1 - Gleitelement

Info

Publication number: DE102012210382A1
Application number: DE102012210382A
Authority: DE
Inventors: Ryo Sato; Naohisa Kawakami; Moritaka Fukuda; Tadatoshi Nagasaki
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: DE102012210382B4; KR101373683B1; GB2492228B; GB2492228A; GB201210977D0; JP2013002613A; KR20120140614A; JP5707245B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Gleitelement zur Verfügung, umfassend: eine erste Schicht (2), die hauptsächlich ein erstes Metall mit einer thermischen Leitfähigkeit von 200 bis 450 W/(mK) von bei Raumtemperatur bis 450 K enthält; eine zweite Schicht (3), die hauptsächlich ein zweites Metall mit einer geringeren Härte als das erste Metall enthält; und eine dritte Schicht (4), die zwischen der ersten Schicht (2) und der zweiten Schicht (3) angeordnet ist, wobei die dritte Schicht (4) das erste Metall (5) als eine Grundphase und das zweite Metall (6) als eine Nebenphase enthält, ein Flächenverhältnis der Nebenphase in der dritten Schicht (4) 10% bis 30% ist, und eine Dicke der dritten Schicht (4) 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht (4) und der ersten Schicht (2) ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitelement mit verbesserter Ermüdungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen.
(2) Beschreibung verwandter Technik
Konventionell wird eine Sn-basierte Legierung oder eine Al-Sn-Legierung oder ähnliches als eine Lagerlegierung in einem Lager für einen großen Dieselmotor von beispielsweise einem Schiff verwendet. In den letzten Jahren, mit zunehmender Größe und Leistung eines Dieselmotors, ist ein Gleitelement eines Lagers etc. schwereren Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Allerdings hat eine konventionelle Sn-basierte Legierung eine geringe Stärke und verursacht leicht Ermüdungsbruch. Und weiterhin verursacht die Al-Sn-Legierung leichter Festfressen als die Sn-basierte Legierung. Daher ist ein Gleitelement erwünscht, das eine hohe Ermüdungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen besitzt.
Als ein Mittel, um das obige Problem zu lösen, wird angenommen, dass es effektiv ist, dass eine Schicht einer Sn-basierten Legierung, die eine hohe Beständigkeit gegen Festfressen besitzt, auf eine Schicht einer Al-Legierung, die eine hohe Ermüdungsbeständigkeit besitzt, gesetzt wird, um eine Multischichtstruktur zu bilden. So eine Multischichtstruktur wurde konventionell vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart JP-A-5-99229 (siehe 2) ein Lagermetall für einen großen Motor, welches eine Struktur wie unten beschrieben besitzt. Ein Blech einer Al-Sn-Legierung, das eine Lagerlegierungsschicht sein soll, und eine Al-Folie, die eine Zwischenhaftschicht sein soll, werden gestapelt, aufgerollt und verbunden, um ein zweilagiges Verbundblech zu bilden. Das Verbundblech und Stahlrückenmetall, welches ein Basismaterial sein soll, werden mit der Al-Folien-Schicht in Kontakt mit dem Stahlrückenmetall gestapelt, und plattiert, um einen dreilagigen Verbundkörper (Bimetall) zu bilden. Dann wird der Verbundkörper in eine semizylindrische Form gebracht. Und dann wird eine Schicht einer Sn-basierten Legierung als Oberflächenschicht auf der Oberfläche einer Al-Sn-Legierungs-Schicht durch Elektroplattierung angeordnet. In diesem Fall ist es offenbart, dass eine Ni-Plattierungsschicht zwischen einer Lagerlegierungsschicht (Al-Sn-Legierungs-Schicht) und einer Oberflächenschicht (Schicht einer Sn-basierten Legierung) angeordnet wird, um eine gute Bindung zwischen den Schichten zu erhalten.
In der oben beschriebenen Technik ist es notwendig, eine Ni-Plattierungsschicht zwischen der Lagerlegierungsschicht (Al-Sn-Legierungs-Schicht) und der Oberflächenschicht (Schicht einer Sn-basierten Legierung) anzuordnen, um eine gute Bindung zwischen den Schichten zu erhalten. Wenn sich die Oberflächenschicht jedoch abnützt und die Ni-Plattierungsschicht freigelegt wird, kommen die Ni-Plattierungsschicht und ein Gegenstückelement (zum Beispiel ein Schaft) in direkten Kontakt miteinander, was leicht Festfressen verursacht. Insbesondere, da ein Produkt für ein Schiff größer ist als ein kleines Produkt für ein übliches Automobil oder ähnliches, geschieht leicht eine große Fehlausrichtung. Daher nutzt sich das Gleitteil schnell ab und es wird leicht Festfressen verursacht.
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf die obigen Umstände ausgeführt und hat als Aufgabe, ein Gleitelement mit verbesserter Ermüdungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen zur Verfügung zu stellen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst ein Gleitelement in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine erste Schicht, die als eine Hauptkomponente, ein erstes Metall mit einer thermischen Leitfähigkeit von 200 bis 450 W/(mK) bei von Raumtemperatur bis 450 K enthält; eine zweite Schicht, die als eine Hauptkomponente, ein zweites Metall mit einer geringeren Härte als das erste Metall enthält; und eine dritte Schicht, die zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die dritte Schicht das erste Metall als eine Grundphase (z. B. eine Matrix) und das zweite Metall als eine Nebenphase enthält, ein Flächenverhältnis der Nebenphase in der dritten Schicht 10% bis 30% ist, und die Dicke der dritten Schicht 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht ist.
Das Gleitelement in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Multischichtstruktur einschließlich der ersten Schicht, der dritten Schicht und der zweiten Schicht. Das Gleitelement enthält die zweite Schicht auf der Seite der Gleitoberfläche, und die erste Schicht auf der Seite gegenüber der Gleitoberfläche. Die erste Schicht wird vorzugsweise benutzt, um an eine Oberfläche eines Basismaterials wie eines Stahlbleches gesetzt zu werden, um das Rückenmetall zu sein. Da die dritte Schicht, die zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht liegt, das erste Metall, das die Hauptkomponente der ersten Schicht ist, als die Grundphase enthält, hat die dritte Schicht eine hohe Bindungseigenschaft an die erste Schicht. Da die dritte Schicht das zweite Metall, welches die Hauptkomponente der Schicht ist, die auf der Seite der Gleitoberfläche in Kontakt ist, als Nebenphase enthält, ist die dritte Schicht vorteilhaft im Hinblick auf die Bindungseigenschaft zu der Schicht.
Das erste Metall, welches die Hauptkomponente der ersten Schicht und die Grundphase der dritten Schicht ist, hat eine thermische Leitfähigkeit von 200 bis 450 W/(mK) bei von Raumtemperatur bis 450 K (etwa von 20°C bis 177°C). Wenn die thermische Leitfähigkeit des ersten Metalls 200 W/(mK) oder mehr ist, kann die Hitze der zweiten Schicht, die durch Gleiten mit einem Gegenstückelement erzeugt wird, effizient über das erste Metall freigesetzt werden. Da die Schicht, die als eine Hauptkomponente, das zweite Metall enthält, welches eine geringere Härte als das erste Metall besitzt, als zweite Schicht auf die Gleitoberfläche gesetzt wird, ist die Beständigkeit gegen Festfressen verbessert. Ermüdungsbeständigkeit, Beständigkeit gegen Festfressen und auch Massenproduktivität sind für ein Gleitelement erforderlich. Das Metall, das für das Gleitelement verwendet werden kann, ist ein Metall, das eine thermische Leitfähigkeit von 450 W/(mK) oder weniger besitzt.
Das Flächenverhältnis der Nebenphase (zweites Metall) in der dritten Schicht ist 10% bis 30%. Das Flächenverhältnis der Nebenphase wird berechnet wie unten beschrieben. Ein Bild der Zusammensetzung eines Abschnitts in einer Dickerichtung eines hergestellten Gleitelements wird durch ein Elektronenmikroskop aufgenommen. Das erhaltene Bild wird unter Verwendung von Analyse-Software analysiert, und eine Fläche der Nebenphase wird berechnet und prozentuell dargestellt.
Wenn das Flächenverhältnis der Nebenphase kleiner als 10% ist, kann eine effiziente Bindungseigenschaft zwischen der dritten Schicht und der Schicht, die das zweite Metall als eine Hauptkomponente enthält, nicht sichergestellt werden. In diesem Fall findet leicht eine sehr kleine Ablösung zwischen der Nebenphase und der Grundphase nahe der Grenzfläche der dritten Schicht auf einer Seite der zweiten Schicht statt, und durch die Ablösung entsteht leicht ein Riss. Daher ist die Ermüdungsbeständigkeit verringert. Wenn das Flächenverhältnis der Nebenphase 30% überschreitet, entsteht ein Bruch in der Nebenphase in der dritten Schicht, die relativ weich ist. Also wächst ein Riss leicht, und dadurch ist auch die Ermüdungsbeständigkeit verringert. Also ist das Flächenverhältnis der Nebenphase in der dritten Schicht vorzugsweise 10% bis 30%.
Die Dicke der dritten Schicht ist 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht. Um die Bindungseigenschaft zwischen der dritten Schicht und der Schicht, die das zweite Metall als eine Hauptkomponente enthält, ausreichend sicherzustellen, muss die Dicke der dritten Schicht 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht sein.
Durch Anwendung der Multischichtstruktur, die die erste Schicht, die dritte Schicht und die zweite Schicht enthält, besitzt das Gleitelement in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hohe Ermüdungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen.
Das oben beschriebene Gleitelement kann beispielsweise hergestellt werden wie unten beschrieben. Für die Einfachheit der Beschreibung wird Al als das erste Metall als ein Beispiel verwendet. Al genügt der obigen Bedingung der thermischen Leitfähigkeit. In ähnlicher Weise wird Sn als das zweite Metall verwendet. Sn besitzt eine geringere Härte als Al. Die erste Schicht enthält hauptsächlich Al, welches das erste Metall ist. Die zweite Schicht besteht aus einer Sn-basierten Legierung, die hauptsächlich Sn enthält, welches das zweite Metall ist. Die dritte Schicht besteht aus einer Al-Sn-Legierung, die Al, welches das erste Metall ist, als die Grundphase, und Sn, welches das zweite Metall ist, als die Nebenphase, enthält.
Zunächst wird die Al-Sn-Legierung in eine Blechform gegossen. Das erhaltene Al-Sn-Legierungs-Blech wird auf ein Basismaterial plattiert, beispielsweise hergestellt aus einem Stahlblech mittels einer Haftschicht eines Al-Blechs. Dann wird ein sogenanntes Bimetall aus drei Schichten erhalten. Dann wird ein Film aus Sn, welches das zweite Metall ist, auf der Oberfläche des Al-Sn-Legierungs-Blechs durch Kaltgasspritzen angeordnet. Dann wird die Sn-basierte Legierung auf dem Sn-Film durch Gießen angeordnet. Die Schicht der Sn-basierten Legierung kann durch Plattieren angeordnet werden.
1 ist eine schematische Abschnittsansicht des auf diese Weise hergestellten Gleitelements. In 1 wird eine erste Schicht 2, die hauptsächlich Al enthält, welches das erste Metall ist, auf einem Basismaterial 1 angeordnet. Zwischen der ersten Schicht 2 und einer zweiten Schicht 3, bestehend aus einer Sn-basierten Legierung, die hauptsächlich Sn enthält, welches eine geringere Härte als Al besitzt, wird eine dritte Schicht 4 angeordnet. Die dritte Schicht 4 besteht aus einer Al-Sn-Legierung, die Al 5, welches das erste Metall ist, als eine Grundphase, und Sn 6, welches das zweite Metall ist, als eine Nebenphase, enthält.
In der obigen Struktur wird durch die Ausbildung eines Sn-Films auf der dritten Schicht 4, die aus der Al-Sn-Legierung besteht, durch Kaltgasspritzen, und dann durch Gießen der Sn-basierten Legierung auf den Sn-Film, eine Verbundstruktur aus einer Al-Sn-Legierungs-Schicht (dritte Schicht 4) und einer Schicht einer Sn-basierten Legierung (zweite Schicht 3) hergestellt.
Wenn die Schicht der Sn-basierten Legierung auf der Al-Sn-Legierungs-Schicht angeordnet wird, wird im Allgemeinen ein stabiler Oxidfilm auf der Oberfläche der Al-Sn-Legierungs-Schicht gebildet. Also kann sich die Sn-basierte Legierung nicht leicht mit der Oberfläche verbinden, wenn die Sn-basierte Legierung gegossen wird wie sie ist. Also muss in der konventionellen Technik ein Oxidfilm auf der Oberfläche der Al-Sn-Legierungs-Schicht durch Vorbehandlung vor dem Gießen entfernt werden. Der Oxidfilm wird häufig durch beispielsweise eine chemische Maßnahme unter Verwendung einer Chemikalie oder dergleichen entfernt. Das verursacht eine Komplexität im Verfahren und die Kosten nehmen zu. Auch muss in diesem Fall die Oberfläche Ni-plattiert werden, nachdem der Oxidfilm entfernt wurde. Wenn allerdings die Oberfläche Ni-plattiert ist, nutzt sich die Schicht der Sn-basierten Legierung (zweite Schicht 3) auf der Oberflächenseite ab, und die Ni-Plattierungsschicht wird freigelegt wie oben beschrieben. Dann kommen die Ni-Plattierungsschicht und das Gegenstückelement (beispielsweise ein Schaft) in direkten Kontakt miteinander, was leicht Festfressen verursacht.
Daher wird in dieser Entwicklung Kaltgasspritzen als Methode zur Entfernung des Oxidfilms auf der Al-Sn-Legierungs-Schicht (dritte Schicht 4) angewendet. Kaltgasspritzen ist eine Methode, bei der ein Gas bei einer geringeren Temperatur als der Schmelzpunkt oder die Erweichungstemperatur eines Materialpulvers durch eine kegelförmige, konvergent-divergente Düse in einen Ultraschallfluss umgewandelt wird, das Materialpulver (in diesem Fall Sn-Pulver) in den Fluss gegeben wird und beschleunigt wird, und mit der Oberfläche des Basismaterials (in diesem Fall Al-Sn-Legierungs-Schicht (dritte Schicht 4)) in einer Festkörperphase bei hoher Geschwindigkeit zur Kollision gebracht wird, um einen Film zu bilden. Ein Vorteil des Kaltgasspritzens ist es, dass dadurch, dass das Materialpulver bei hoher Geschwindigkeit mit der Oberfläche der Basismaterialoberfläche zur Kollision gebracht wird, der Oxidfilm auf der Basismaterialoberfläche entfernt werden kann und auch ein Film des Materialpulvers gebildet werden kann.
Für das obige Herstellungsverfahren wird Kaltgasspritzen verwendet, um den Oxidfilm auf der Al-Sn-Legierungs-Schicht (dritte Schicht 4) zu entfernen, und um den Sn-(zweites Metall)Film zu bilden. Also dient der Sn-Film als ein Bindungshilfsteil, um die Bindungseigenschaft zwischen der Al-Sn-Legierung und der Sn-basierten Legierung, welche eine geringe Benetzbarkeit besitzt, zu verbessern. Insbesondere kann beim Kaltgasspritzen die Entfernung des Oxidfilms und Bildung des Bindungshilfsteils gleichzeitig durchgeführt werden, was kosteneffizient ist. Wenn das Bindungshilfsteil eine geringere Dicke hat als eine vorgegebene Dicke, kommen die dritte Schicht 4 und die zweite Schicht 3 in Kontakt miteinander, da das Bindungshilfsteil vollständig geschmolzen ist, beispielsweise zum Zeitpunkt des Gießens der Sn-basierten Legierung, um die zweite Schicht 3 zu bilden. Wenn das Bindungshilfsteil eine größere Dicke hat als die vorgegebene Dicke, wird eine Schicht zwischen der dritten Schicht 4 und der zweiten Schicht 3 gebildet, da das Bindungshilfsteil nicht vollständig geschmolzen ist.
Die Schicht der Sn-basierten Legierung als die zweite Schicht 3 kann durch Plattieren gebildet werden.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält das Gleitelement in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weiterhin eine vierte Schicht zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht, wobei die vierte Schicht eine fünfte Schicht in Kontakt mit der dritten Schicht und eine sechste Schicht in Kontakt mit der zweiten Schicht enthält, die fünfte Schicht das zweite Metall als eine Hauptkomponente enthält und weicher ist als die zweite Schicht, und die sechste Schicht aus einer Gruppe von sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung, die das erste Metall enthält, besteht.
Dadurch, dass die vierte Schicht zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht angeordnet wird, wird die Ermüdungsbeständigkeit weiter verbessert. Ein Grund ist, dass, da die fünfte Schicht, welche weicher ist als die zweite Schicht, zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht vorliegt, die fünfte Schicht als ein Dämpfer dient, wenn eine Last von der Oberfläche des Gleitelements aufgebracht wird. Das verringert die Belastung der zweiten Schicht und verbessert die Ermüdungsbeständigkeit. Die sechste Schicht besteht aus der Gruppe von sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung, verteilt in einer bandförmigen Anordnung. Die sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung sind härter als die Grundphase. Das Vorliegen der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung verursacht eine Dispersionsverfestigung, um eine übermäßige Deformation der fünften Schicht zu vermeiden, und verbessert die Ermüdungsbeständigkeit. Weiterhin kann, wenn ein Riss in der zweiten Schicht auftritt, das Wachstum des Risses durch die sechste Schicht verhindert werden. Dadurch wird großer Schaden verhindert.
2 zeigt schematisch eine Struktur, die eine vierte Schicht 7 zwischen der zweiten Schicht 3 und der dritten Schicht 4 besitzt. Die vierte Schicht 7 umfasst eine fünfte Schicht 8 und eine sechste Schicht 9. Die sechste Schicht 9 besteht aus einer Gruppe aus sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung 10 und ist in einer bandförmigen Form verteilt.
Das Gleitelement in Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise hergestellt werden wie unten beschrieben ist. Für die Einfachheit der Beschreibung wird angenommen, dass als ein Beispiel die zweite Schicht Cu als eine Zusatzkomponente enthält. In ähnlicher Weise enthalten die sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht Cu als eine Hauptkomponente.
Bei der Herstellung des Gleitelements in Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Schmelztauchverfahren mit Sn auf einer Al-Sn-Legierung, welche die dritte Schicht bildet, durchgeführt, bevor die zweite Schicht (Schicht einer Sn-basierten Legierung) gebildet wird, und eine Sn-basierte Legierung, die Cu enthält, wird darauf gegossen. Insbesondere wird ein Bimetall, das die Al-Sn-Legierung enthält, in ein heißes Sn-Bad getaucht.
Ein Oxidfilm oder eine Verunreinigung auf der Oberfläche einer Al-Sn-Legierung wird dann im Sn-Bad durch physikalische Methoden wie Trommelpolieren entfernt. Und dann wird die Oberfläche der Al-Sn-Legierung mit Sn schmelzgetaucht. Dieses Verfahren kann leicht ein dickeres Bindungshilfsteil, das heißt einen Sn-Film, bilden als das, welches durch Kaltgasspritzen gebildet wird. Dann wird durch Gießen der Sn-basierten Legierung auf den Sn-Film bei geeigneter Temperatur und für eine geeignete Zeit eine Multischichtstruktur, wie in 2 gezeigt, erhalten. In diesem Fall besteht beispielsweise die fünfte Schicht 8 aus Sn, und das sehr kleine Partikel 10 der intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht 9 besteht aus einer Cu-Al-Legierung, die Cu als eine Hauptkomponente enthält und außerdem Al enthält.
Gemäß eines solchen Herstellungsverfahrens kann die Struktur des Gleitelements in Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten werden, und auch eine hohe Bindungseigenschaft kann vorteilhafter Weise erhalten werden. Da der Oxidfilm oder die Verunreinigung auf der Oberfläche der Al-Sn-Legierung im Sn-Bad entfernt wird, können die Al-Sn-Legierung und Sn unmittelbar nach Bildung einer neuen Oberfläche auf der Oberfläche der Al-Sn-Legierung aneinander binden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass der Oxidfilm oder eine Verunreinigung eingefangen wird, und eine Bindungseigenschaft verbessert. Da Atome zum Zeitpunkt des Gießens der Sn-basierten Legierung ausreichend in einer Bindungsgrenzfläche verteilt sind, wird eine stärkere Bindungskraft bereitgestellt. Da eine hohe Bindungseigenschaft die Entstehung eines Risses in der Grenzfläche verhindern kann, wird eine hohe Ermüdungsbeständigkeit bereitgestellt. Da weiterhin ein dicker Sn-Film leicht gebildet werden kann, ist das Verfahren besonders geeignet für die Bildung der vierten Schicht zwischen der dritten Schicht und der zweiten Schicht.
Die Schicht der Sn-basierten Legierung, welche die zweite Schicht 3 sein soll, kann durch Plattieren gebildet werden.
In Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die zweite Schicht aus einer Metallstruktur, in der Partikel einer intermetallischen Verbindung in einer Matrix, bestehend aus einer Hauptkomponente, dispergiert sind, und ein durchschnittlicher Partikelwinkel der Partikel der intermetallischen Verbindung 55° oder kleiner ist.
In 2 sind Partikel 11 einer intermetallischen Verbindung von beispielsweise Sn und Cu in der zweiten Schicht 3 dispergiert. Ein Partikelwinkel der Partikel 11 der intermetallischen Verbindung wird wie unten beschrieben gemessen. Die Metallstruktur des hergestellten Gleitelements wird in einem Schnitt in einer Dickerichtung durch ein optisches Mikroskop aufgenommen. Das erhaltene Bild wird unter Verwendung von Analysesoftware analysiert, um den Partikelwinkel des Partikels 11 der intermetallischen Verbindung zu messen. Für den Partikelwinkel wird eine horizontale Linie senkrecht zur Dickerichtung (Tiefenrichtung) der dritten Schicht auf 0° gesetzt. Wie in 3 gezeigt wird, liegen die Partikel 11 der intermetallischen Verbindung in einem Rechteck, und ein Partikelwinkel θ wird aus tanθ = b/a gemessen. Ein durchschnittlich erhaltener Partikelwinkel θ ist ein durchschnittlicher Partikelwinkel. Wenn der durchschnittliche Partikelwinkel 55° oder kleiner ist, findet kaum Ermüdungsbruch von den Partikeln 11 der intermetallischen Verbindung statt. Also ist der durchschnittliche Partikelwinkel der Partikel der intermetallischen Verbindung in der zweiten Schicht vorzugsweise 55° oder kleiner. Indem die zweite Schicht durch Gießen gebildet wird, kann der durchschnittliche Partikelwinkel zuverlässig auf 55° oder kleiner kontrolliert werden.
In Übereinstimmung mit einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der zweiten Schicht 3% bis 45% der gesamten Dicke von der ersten Schicht zur zweiten Schicht, einschließlich der dritten Schicht und in einigen Fällen auch der vierten Schicht. Im Hinblick auf ein vorliegendes Verhältnis der ersten Schicht und der dritten Schicht, mit einer größeren Ermüdungsbeständigkeit als die zweite Schicht, ist die Dicke der zweiten Schicht vorzugsweise 45% oder weniger der gesamten Dicke. Im Hinblick auf die Möglichkeit einer Freilegung der Al-Sn-Legierung der dritten Schicht durch Abnutzung der zweiten Schicht ist die Dicke der zweiten Schicht vorzugsweise 3% oder mehr der gesamten Dicke.
In Übereinstimmung mit einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine durchschnittliche Dicke der fünften Schicht 0,2% bis 5% der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht. Eine Grenzfläche der fünften Schicht auf der Seite der sechsten Schicht hat eine gewellte Form. Eine durchschnittliche Höhe von Vorsprüngen in der gewellten Schicht ist 2 bis 15 μm, und ein durchschnittlicher Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen ist 20 bis 100 μm.
Die Grenzfläche zwischen der fünften Schicht und der sechsten Schicht hat die gewellte Form (besitzt Unregelmäßigkeiten in der Dickerichtung). Da dies effizient einen Dämpfungseffekt für eine Last von einer Scherrichtung (Richtung senkrecht zu der Dickerichtung) bereitstellen kann, ist die Ermüdungsbeständigkeit verbessert. Wenn die Dicke der fünften Schicht 0,2% oder mehr der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht ist, kann der Dämpfungseffekt der fünften Schicht zuverlässig bereitgestellt werden. Wenn die Dicke der fünften Schicht 5% oder weniger der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht ist, besitzt die weiche fünfte Schicht eine geeignete Dicke um hohe Ermüdungsbeständigkeit bereitzustellen. Also ist die Dicke der fünften Schicht vorzugsweise 0,2% bis 5% der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht.
Die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form der Grenzfläche der fünften Schicht auf der Seite der sechsten Schicht und der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen werden gemessen wie unten beschrieben. Ein Bild der Metallstruktur eines Schnitts in der Dickerichtung des hergestellten Gleitelements wird mit einem Elektronenmikroskop aufgenommen. Das erhaltene Bild wird unter Verwendung von Analysesoftware analysiert, um die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form und den durchschnittlichen Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen zu messen.
Die Höhe des Vorsprungs in der gewellten Form ist eine Höhe von einem Boden zu einer Spitze des Vorsprungs. In dieser Anwendung bedeutet, dass, wenn die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form 2 bis 15 μm ist, ein durchschnittlicher Wert der Höhen der Vorsprünge in jedem von drei Messbildern innerhalb 2 bis 15 μm liegt. Genauer, in dem Fall, wenn beispielsweise zwei Vorsprünge in einem ersten Messbild vorhanden sind und eine durchschnittliche Höhe der zwei Vorsprünge 3 μm ist, drei Vorsprünge in einem unterschiedlichen zweiten Messbild vorhanden sind und eine durchschnittliche Höhe der drei Vorsprünge 6 μm ist, und vier Vorsprünge in einem unterschiedlichen dritten Messbild vorhanden sind und eine durchschnittliche Höhe der vier Vorsprünge 13 μm ist, folgt es, dass die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge innerhalb 2 bis 15 μm liegt.
Der Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen ist ein Abstand zwischen Spitzen von zwei benachbarten Vorsprüngen. Dass der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen 20 bis 100 μm ist, bedeutet, dass ein durchschnittlicher Wert von Abständen zwischen benachbarten Vorsprüngen in jedem von drei Messbildern innerhalb 20 bis 100 μm liegt, ähnlich wie bei der Messung der durchschnittlichen Höhe.
Wenn die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form 2 μm oder mehr beträgt, kann ein hoher Dämpfungseffekt für eine Last von der Scherrichtung bereitgestellt werden. Wenn die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge 15 μm übersteigt, neigt die Ermüdungsbeständigkeit dazu, verringert zu sein. Daher liegt die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form der Grenzfläche zwischen der fünften Schicht und der sechsten Schicht vorzugsweise innerhalb 2 bis 15 μm.
Wenn der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen kleiner als 20 μm ist, neigt ein kleiner Abstand zwischen den Vorsprüngen, auf denen Beanspruchung konzentriert wird, dazu, einen Bruch zu verursachen. Wenn der durchschnittliche Abstand 100 μm übersteigt, neigt der Dämpfungseffekt für eine Last von der Scherrichtung dazu, verringert zu sein. Also liegt der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen vorzugsweise innerhalb 20 bis 100 μm.
Die Höhe und der Abstand der Vorsprünge kann durch Anpassung einer Gießbedingung bei der Bildung der zweiten Schicht und durch Anpassung einer Hitzebehandlungsbedingung kontrolliert werden.
In Übereinstimmung mit einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind, in der sechsten Schicht, die sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 μm oder weniger besitzen, in einer bandförmigen Form entlang der Grenzflächenform der fünften Schicht verteilt, und 70% oder mehr der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung liegen in einer 10 μm Breite in einer Dickerichtung von der fünften Schicht zur zweiten Schicht vor.
Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des sehr kleinen Partikels der intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht 5 μm überschreitet, neigt die Wahrscheinlichkeit der Kupplung zwischen den sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung dazu zuzunehmen, und der Dämpfungseffekt der fünften Schicht neigt dazu, verringert zu sein. Wenn 70% oder mehr der Partikel der intermetallischen Verbindung in der 10 μm Breite in der Dickerichtung von der fünften Schicht zur zweiten Schicht vorliegen, ist der Effekt der sechsten Schicht effizient bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Metall Al oder Cu. Das zweite Metall ist Sn oder Pb. Und die zweite Schicht enthält Cu als eine Zusatzkomponente.
Für das erste Metall ist Al, welches eine hohe Ermüdungsbeständigkeit besitzt, besonders bevorzugt. Im Hinblick auf die Kosten ist Al mehr bevorzugt als Cu. Für das zweite Metall ist Sn, welches eine hohe Beständigkeit gegen Festfressen besitzt, besonders bevorzugt. Im Hinblick auf Umweltprobleme wird Sn mehr bevorzugt verwendet als Pb. Die zweite Schicht, die Cu als eine Zusatzkomponente enthält, kann die Stärke der zweiten Schicht erhöhen. Die zweite Schicht kann Cu und auch Sb enthalten. Die zweite Schicht, die Sb enthält, kann die Stärke der zweiten Schicht erhöhen, ohne eine Dämpfungseigenschaft der fünften Schicht zu verringern.
In Übereinstimmung mit einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, enthält das sehr kleine Partikel der intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht Cu als eine Hauptkomponente in dem Gleitelement in Übereinstimmung mit dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Also enthält in diesem Fall das sehr kleine Partikel der intermetallischen Verbindung, die das erste Metall enthält, Cu als eine Hauptkomponente. Das sehr kleine Partikel der intermetallischen Verbindung ist vorzugsweise ein Cu-Al-basiertes Partikel. Indem dafür gesorgt wird, dass die zweite Schicht Cu enthält, wird die sechste Schicht effizient gebildet. Dadurch wird der Effekt der sechsten Schicht effizient bereitgestellt.
Kurzbeschreibung verschiedener Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Gleitelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Schnittansicht eines Gleitelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 veranschaulicht einen Partikelwinkel; und
4 veranschaulicht eine Höhe eines Vorsprungs in einer gewellten Form und einen Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen.
Genaue Beschreibung der Erfindung

Um einen Vorteil eines Gleitelements der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden Proben (Produkte der Ausführungsform 1 bis 34 und Vergleichsprodukte 1 bis 5), dargestellt in Tabellen 1 und 2, hergestellt. Tests aus Festfressen dieser Proben wurden unter den in Tabelle 3 gezeigten Testbedingungen durchgeführt. Es wurden auch Ermüdungstests der Proben unter den in Tabelle 4 gezeigten Testbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

[Tabelle 3]

TESTBEDINGUNG
TEST AUF FESTFRESSEN
TESTGERÄT	GERÄT FÜR TEST AUF FESTFRESSEN
DREHZAHL	7200 UpM
TESTLAST	ZUNAHME UM 2,5 MPa ALLE 10 MINUTEN
TEMPERATUR DES SCHMIERMITTELS	90°C
MENGE DES SCHMIERMITTELS	200 ml/min
SCHMIERMITTEL	VG22
SCHAFTMATERIAL	S55C
BEWERTUNGSVERFAHREN	DIE SPEZIFISCHE LAST, WENN DIE RÜCKSEITENTEMPERATUR DES LAGERS 200°C ÜBERSCHREITET ODER DER SCHAFTANTRIEBSRIEMEN DURCH EINE DREHMOMENTÄNDERUNG RUTSCHT; WIRD ALS FRESSLAST ANGESEHEN

[Tabelle 4]

TESTBEDINGUNG
ERMÜDUNGSTEST
TESTGERÄT	GERÄT FÜR ERMÜDUNGSTEST
DREHZAHL	3300 UpM
TEMPERATUR DES SCHMIERMITTELS	110°C
MENGE DES SCHMIERMITTELS	100 ml/min
SCHMIERMITTEL	VG68
SCHAFTMATERIAL	S55C
BEWERTUNGSVERFAHREN	MAXIMALE SPEZIFISCHE LAST OHNE ERMÜDUNG

Für eine Struktur des Produkts der Ausführungsform gibt es zwei Hauptstrukturen einer Struktur ohne eine vierte Schicht, gezeigt in 1, und eine Struktur mit der vierten Schicht (fünften Schicht und sechsten Schicht), gezeigt in 2.
Ein Herstellungsverfahren eines Gleitelements einer ersten Ausführungsform ohne eine vierte Schicht (Produkte der Ausführungsform 1 bis 4, 9 bis 12, 33 und 34) wird unten beschrieben.
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 9 bis 12 beschrieben.
Eine Al-Sn-Legierung, die eine dritte Schicht sein soll, wurde zuerst in eine Blechform gegossen. Das erhaltene Al-Sn-Legierungs-Blech wurde auf ein Basismaterial, hergestellt aus einem Stahlblech, über ein Aluminiumblech, welches die erste Schicht sein soll, walzplattiert. Dadurch wurde ein sogenanntes Bimetall aus 3 Schichten hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Bimetall durch explosives Plattieren anstelle von Walzplattieren hergestellt werden. Sn-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 15 μm wurde mit dem Al-Sn-Legierungs-Blech in dem hergestellten Bimetall bei einem Gasdruck von 1,5 MPa durch Kaltgasspritzen zur Kollision gebracht, um einen Sn-Film zu bilden. Dann wurde eine Sn-basierte Legierung bei 500°C auf den Sn-Film gegossen. Die Zusammensetzungen der Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt. Eine Multischichtstruktur, hergestellt wie oben, wurde in eine halbrunde Form gebracht, um eine Halblagerschale zu sein, und als eine Probe verwendet.
Ein Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 unterscheidet sich von dem Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 9 bis 12 dadurch, dass eine Sn-basierte Legierung als eine zweite Schicht durch Elektroplattierung anstelle von Gießen angeordnet wird.
Das Produkt der Ausführungsform 33 umfasste eine erste Schicht aus Cu, eine zweite Schicht aus einer Bi-basierten Legierung, die hauptsächlich Bi enthält, mit einer geringeren Härte als Cu, und eine dritte Schicht aus einer Cu-Bi-Legierung, die Cu als eine Grundphase und Bi als eine Nebenphase enthält. Das Verfahren zur Herstellung des Produkts der Ausführungsform 33 war dasselbe wie das Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 1 bis 4. Die Bi-basierte Legierung der zweiten Schicht wurde durch Elektroplattierung angeordnet.
Das Produkt der Ausführungsform 34 umfasste eine erste Schicht aus Cu, eine zweite Schicht aus einer Pb-basierten Legierung, die hauptsächlich Pb enthält, mit einer geringeren Härte als Cu, und eine dritte Schicht aus einer Cu-Pb-Legierung, die Cu als eine Grundphase und Pb als eine Nebenphase enthält. Das Verfahren zur Herstellung des Produkts der Ausführungsform 34 war dasselbe wie das Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 9 bis 12. Die Pb-basierte Legierung der zweiten Schicht wurde durch Gießen angeordnet.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements einer zweiten Ausführungsform (Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 und 13 bis 32) mit einer vierten Schicht wird unten beschrieben werden.
Wie für die Produkte der Ausführungsform 13 bis 32, ähnlich zu den Produkten der Ausführungsform 9 bis 12, wie oben beschrieben, wurde zunächst eine Al-Sn-Legierung als eine dritte Schicht in eine Blechform gegossen. Das erhaltene Al-Sn-Legierungs-Blech wurde auf ein Basismaterial, hergestellt aus einem Stahlblech, über ein Aluminiumblech, als die erste Schicht, walzplattiert. Dadurch wird ein Bimetall aus 3 Schichten hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Bimetall durch explosives Plattieren anstelle von Walzplattieren hergestellt werden. Das hergestellte Bimetall wurde in ein heißes Sn-Bad mit 300°C, das mehrere Eisenkugeln mit einem Durchmesser von 5 mm enthält, getaucht. Dann wurde ein Behälter des Sn-Bades bei 100 UpM rotiert, um einen Oxidfilm oder eine Verunreinigung auf der Oberfläche einer Al-Sn-Legierung zu entfernen. Dafür wurde die Oberfläche der Al-Sn-Legierung mit Sn schmelzgetaucht. Dann wurde eine Sn-basierte Legierung bei 500°C auf die schmelzgetauchte Sn-Plattierung gegossen.
Zusammensetzungen der Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt. Eine Multischichtstruktur, hergestellt wie oben, wurde in eine halbrunde Form gebracht, um als Halblagerschale zu dienen, und als eine Probe verwendet.
Ein Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 unterscheidet sich vom Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 13 bis 32 darin, dass eine Sn-basierte Legierung, als die zweite Schicht, durch Elektroplattierung anstelle von Gießen angeordnet wird.
Die Vergleichsprodukte 1 bis 5 wurden im Prinzip durch dasselbe Verfahren hergestellt wie das Verfahren zur Herstellung der Produkte der Ausführungsform 1 bis 4.
In Tabelle 1 wurde die Härte der zweiten Schicht mit einer Testlast von HV0.01 gemessen, und die Härte der fünften Schicht wurde mit einer Testlast von HV0.0001 gemessen, unter Verwendung einer Mikro-Vickers-Härtetestmaschine.
In Tabelle 2 stellt eine Dicke (%) der dritten Schicht einen Prozentteil einer Dicke der dritten Schicht in Bezug auf die gesamte Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht dar. Eine Dicke von jeder Schicht wurde berechnet, indem ein Zusammensetzungsbild eines Schnitts in einer Dickerichtung unter Verwendung eines Elektronenmikroskops aufgenommen wurde, und indem das erhaltene Bild unter Verwendung von Analysesoftware (Image-Pro Plus (Version 4.5) hergestellt von Planetron, Inc.) analysiert wurde. Für ein Flächenverhältnis (%) der Nebenphasen in der dritten Schicht, ähnlich wie oben, wurde ein Zusammensetzungsbild eines Schnitts in der Dickerichtung eines hergestellten Gleitelements mit einem Elektronenmikroskop aufgenommen, das erhaltene Bild unter Verwendung der Analysesoftware analysiert, und eine Fläche der Nebenphase berechnet und durch einen Prozentanteil dargestellt.
Ein durchschnittlicher Partikelwinkel eines Partikels der intermetallischen Verbindung in der zweiten Schicht wird gemessen wie unten beschrieben. Ähnlich wie oben wurde eine Metallstruktur in einem Schnitt in der Dickerichtung des hergestellten Gleitelements mit einem optischen Mikroskop aufgenommen. Das erhaltene Bild wurde unter Verwendung von Analysesoftware analysiert, um einen Partikelwinkel θ, gezeigt in 3, zu messen. Ein Durchschnitt erhaltener Partikelwinkel θ ist ein durchschnittlicher Partikelwinkel. Eine Dicke (%) der zweiten Schicht stellt einen Prozentteil einer Dicke der zweiten Schicht in Bezug auf eine gesamte Dicke von der ersten Schicht zu der zweiten Schicht, einschließlich der dritten Schicht und in einigen Fällen auch der vierten Schicht, dar.
Eine durchschnittliche Dicke (%) der fünften Schicht stellt einen Prozentteil einer durchschnittlichen Dicke der fünften Schicht in Bezug auf die gesamte Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht dar. Eine durchschnittliche Höhe von Vorsprüngen ist eine Höhe von einem Vorsprung in einer gewellten Form einer Grenzfläche der fünften Schicht, das heißt, ein Durchschnitt von Abständen H (siehe 4) zwischen einem Kreuzungspunkt von einer Tangentiallinie, die benachbarte Böden von Vorsprüngen 12 verbindet, und eine Linie von einer Spitze in einer Dickerichtung T und der Spitze. Ein durchschnittlicher Abstand zwischen Vorsprüngen ist ein Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen in der gewellten Grenzflächenform der fünften Schicht, das heißt, ein Durchschnitt von Abständen L (siehe 4), senkrecht zu der Dickerichtung T von Spitzen benachbarter Vorsprünge 12. Die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge und der durchschnittliche Abstand zwischen den Vorsprüngen wurden auch berechnet, indem ein Zusammensetzungsbild eines Schnitts in der Dickerichtung des hergestellten Gleitelements unter Verwendung eines Elektronenmikroskops aufgenommen wurde, und indem das erhaltene Bild unter Verwendung von Analysesoftware analysiert wurde.
Die durchschnittliche Partikelgröße der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht wurde auch berechnet, indem ein Zusammensetzungsbild eines Schnitts in der Dickerichtung des hergestellten Gleitelements unter Verwendung eines Elektronenmikroskops aufgenommen wurde, und indem das erhaltene Bild unter Verwendung von Analysesoftware analysiert wurde. Verteilung (%) der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht wird ausgedrückt als ein Prozentsatz des gesamten Flächenverhältnisses von sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung, die in einer 10 μm Breite in einer Dickerichtung von der fünften Schicht zur zweiten Schicht vorliegen, zu allen sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht. Die Verteilung (%) der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht wurde auch berechnet, indem ein Zusammensetzungsbild eines Schnitts in der Dickerichtung des hergestellten Gleitelements unter Verwendung eines Elektronenmikroskops aufgenommen wurde, und indem das erhaltene Bild unter Verwendung von Analysesoftware analysiert wurde.
Als nächstes werden die Testergebnisse, hauptsächlich unter Bezugnahme auf Tabelle 2, betrachtet.
Als erstes werden die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 mit den Vergleichsprodukten 1 bis 5 verglichen. In den Vergleichsprodukten 1 bis 3 war eine Dicke der dritten Schicht geringer als 3% der gesamten Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht. In den Vergleichsprodukten 1 und 4 war ein Flächenverhältnis der Nebenphase kleiner als 10%. In den Vergleichsprodukten 2 und 5 überschritt ein Flächenverhältnis der Nebenphase 30%. Im Gegensatz dazu, wie für die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4, war die Dicke der dritten Schicht 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht und der ersten Schicht, und das Flächenverhältnis der Nebenphase war 10% bis 30%. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 eine höhere Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit als die Vergleichsprodukte 1 bis 5 besitzen.
Die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 werden mit den Produkten der Ausführungsform 9 bis 12 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 1 bis 4 wurde die Schicht der Sn-basierten Legierung, als die zweite Schicht, durch Elektroplattierung angeordnet. Im Gegensatz dazu wurde in den Produkten der Ausführungsform 9 bis 12 die Schicht der Sn-basierten Legierung, als die zweite Schicht, durch Gießen angeordnet. In dem Produkt der Ausführungsform 9 bis 12 wurde, da die Schicht der Sn-basierten Legierung, als die zweite Schicht, durch Gießen angeordnet wurde, der durchschnittliche Partikelwinkel der Partikel der intermetallischen Verbindung in der zweiten Schicht auf 55° oder weniger kontrolliert. Daher kann gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 9 bis 12 eine höhere Beständigkeit gegen Festfressen als die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 besitzen. In dem Produkt der Ausführungsform 3 wurden die Partikel der intermetallischen Verbindung nicht in der zweiten Schicht abgeschieden.
Die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4 werden mit den Produkten der Ausführungsform 5 bis 8 verglichen. Die Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 umfassen eine vierte Schicht. Daher kann gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als die Produkte der Ausführungsform 1 bis 4, ohne eine vierte Schicht, besitzen.
Die Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 werden mit den Produkten der Ausführungsform 13 bis 16 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 13 bis 16 wurde, da die Schicht der Sn-basierten Legierung, als die zweite Schicht, durch Gießen angeordnet wurde, der durchschnittliche Partikelwinkel in den Partikeln der intermetallischen Verbindung in der zweiten Schicht auf 55° oder kleiner kontrolliert. Also kann gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 13 bis 16 eine höhere Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit als die Produkte der Ausführungsform 5 bis 8 besitzen.
Die Produkte der Ausführungsform 13 bis 16 werden mit den Produkten der Ausführungsform 17 bis 19 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 17 bis 19 wurde die Dicke der zweiten Schicht innerhalb von 3% bis 45% der gesamten Dicke der ersten Schicht zu der zweiten Schicht kontrolliert. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 17 bis 19 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als die Produkte der Ausführungsform 13 bis 16 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 18 wird mit den Produkten der Ausführungsform 20 bis 22 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 20 bis 22 wurde die Dicke der fünften Schicht innerhalb 0,2% bis 5% der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht kontrolliert, Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 20 bis 22 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als das Produkt der Ausführungsform 18 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 21 wird mit den Produkten der Ausführungsform 23 bis 25 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 23 bis 25 wurde die durchschnittliche Höhe der Vorsprünge in der gewellten Form der Grenzfläche der fünften Schicht innerhalb von 2 bis 15 μm kontrolliert. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 23 bis 25 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als das Produkt der Ausführungsform 21 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 24 wird mit den Produkten der Ausführungsform 26 bis 28 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 26 bis 28 wurde der durchschnittliche Abstand zwischen den Vorsprüngen in der gewellten Form der Grenzfläche der fünften Schicht innerhalb von 20 bis 100 μm kontrolliert. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 26 bis 28 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als das Produkt der Ausführungsform 24 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 27 wird mit den Produkten der Ausführungsform 29 und 30 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 29 und 30 wurde die durchschnittliche Partikelgröße der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht auf 5 μm oder kleiner kontrolliert. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 29 und 30 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als das Produkt der Ausführungsform 27 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 30 wird mit den Produkten der Ausführungsform 31 und 32 verglichen. In den Produkten der Ausführungsform 31 und 32 betrug ein Verteilungszustand der sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht 70% oder mehr. Es kann also gefunden werden, dass die Produkte der Ausführungsform 31 und 32 eine höhere Ermüdungsbeständigkeit als das Produkt der Ausführungsform 30 besitzen.
Das Produkt der Ausführungsform 33 wird mit dem Produkt der Ausführungsform 1 verglichen. In dem Produkt der Ausführungsform 33 war das erste Metall Cu, das zweite Metall ist Bi, eine dritte Schicht ist eine Cu-Bi-Legierung, und eine zweite Schicht ist eine Plattierung einer Bi-basierten Legierung und die Schichten enthalten andere Komponenten als die des Produkts der Ausführungsform 1. Allerdings kann dieselbe Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit wie in dem Produkt der Ausführungsform 1 erhalten werden.
Das Produkt der Ausführungsform 34 wird mit dem Produkt der Ausführungsform 9 verglichen. In dem Produkt der Ausführungsform 34 war das erste Metall Cu, das zweite Metall ist Pb, eine dritte Schicht ist eine Cu-Pb-Legierung, und eine zweite Schicht ist ein Guss einer Pb-Legierung, und die Schichten enthalten andere Komponenten als die in dem Produkt der Ausführungsform 9. Allerdings kann die gleiche Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit wie in dem Produkt der Ausführungsform 9 erhalten werden.
In einem Gleitelement, das insbesondere Beständigkeit gegen Festfressen erfordert, kann Ag als erstes Metall verwendet werden und Sn kann als zweites Metall verwendet werden.
In dieser Ausführungsform kann, während das Beispiel der Verwendung von Al als die erste Schicht beschrieben wird, eine Al-Sn-Legierung verwendet werden. Genauer, die erste Schicht kann das erste Metall als eine Hauptkomponente enthalten und kann das erste Metall als eine Grundphase und das zweite Metall als eine Nebenphase besitzen. In diesem Fall ist, im Hinblick auf die Stärke des Gleitelements, ein Flächenverhältnis der Nebenphase in der erstem Schicht vorzugsweise kleiner als das in der dritten Schicht. Für eine Zusatzkomponente der ersten Schicht kann ein anderes Element als das zweite Metall in der dritten Schicht verwendet werden.
Diese Ausführungsform kann geändert werden, ohne vom Rahmen dieser Erfindung abzuweichen.
Eine Beschreibung einer zufälligen Verunreinigung entfällt. Jede Zusammensetzung kann zufällige Verunreinigungen enthalten.
Andere Elemente als die oben beschriebenen, beispielsweise Si, Mn, Zr, Fe, oder Zusätze wie harte Partikel oder ein festes Schmiermittel können in dem Ausmaß, dass der Vorteil der Erfindung nicht verhindert wird, zu jeder Schicht zugesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5-99229 A [0003]

Claims

Gleitelement, umfassend eine erste Schicht (2), die hauptsächlich ein erstes Metall mit einer thermischen Leitfähigkeit von 200 bis 450 W/(mK) bei von Raumtemperatur bis 450 K enthält; eine zweite Schicht (3), die hauptsächlich ein zweites Metall mit einer geringeren Härte als das erste Metall enthält; und eine dritte Schicht (4), die zwischen der ersten Schicht (2) und der zweiten Schicht (3) angeordnet ist, wobei die dritte Schicht (4) das erste Metall (5) als eine Grundphase und das zweite Metall (6) als eine Nebenphase enthält, ein Flächenverhältnis der Nebenphase in der dritten Schicht (4) 10% bis 30% ist, und die Dicke der dritten Schicht (4) 3% oder mehr der gesamten Dicke der dritten Schicht (4) und der ersten Schicht (2) ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 1, das weiterhin eine vierte Schicht (7) zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht umfasst, wobei die vierte Schicht (7) eine fünfte Schicht (8) in Kontakt mit der dritten Schicht und eine sechste Schicht (9) in Kontakt mit der zweiten Schicht umfasst, die fünfte Schicht das zweite Metall als eine Hauptkomponente enthält und weicher ist als die zweite Schicht, und die sechste Schicht aus einer Gruppe von sehr kleinen Partikeln einer intermetallischen Verbindung, welche das erste Metall enthält, besteht.
Gleitelement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schicht aus einer Metallstruktur, in welcher Partikel einer intermetallischen Verbindung in einer Matrix einer Hauptkomponente dispergiert sind, und ein durchschnittlicher Partikelwinkel der Partikel der intermetallischen Verbindung 55° oder weniger ist, besteht.
Gleitelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke der zweiten Schicht 3% bis 45% der gesamten Dicke von der ersten Schicht zur zweiten Schicht ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 2, wobei die durchschnittliche Dicke der fünften Schicht 0,2% bis 5% der gesamten Dicke der ersten Schicht und der dritten Schicht ist, die Grenzflächenform der fünften Schicht auf der Seite der sechsten Schicht eine gewellte Form hat, und die durchschnittliche Höhe von Vorsprüngen in der gewellten Form 2 bis 15 μm ist, und der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen 20 bis 100 μm ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 2 oder 5, wobei in der sechsten Schicht die sehr kleinen Partikel einer intermetallischen Verbindung, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 μm oder weniger besitzen, in einer bandförmigen Form entlang der Grenzflächenform der fünften Schicht verteilt sind, und 70% oder mehr der sehr kleinen Partikel der intermetallischen Verbindung in einer 10 μm Breite in einer Dickerichtung von der fünften Schicht zur zweiten Schicht vorliegen.
Gleitelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Metall Al oder Cu ist, das zweite Metall Sn oder Pb ist, und die zweite Schicht Cu als eine Zusatzkomponente enthält.
Gleitelement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das erste Metall Al oder Cu ist, das zweite Metall Sn oder Pb ist, die zweite Schicht Cu als eine Zusatzkomponente enthält, und das sehr kleine Partikel der intermetallischen Verbindung in der sechsten Schicht Cu als eine Hauptkomponente enthält.