DE112004000651B4

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Info

Publication number: DE112004000651B4
Application number: DE112004000651T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takayanagi; Masahito Fijita; Takayuki Shibayama
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: DE112004000651T5; GB0521504D0; JPWO2004092602A1; WO2004092602A1; GB2415753A; GB2415753B; JP4589229B2

Abstract

Gleitelement, das ein Substrat und eine Gleitschicht (Überzug) besitzt, wobei der Überzug (Gleitschicht) (4) ein Basismaterial eines Metalls ausgewählt aus Sn, Pb, Bi, in und Al oder einer Legierung basierend auf dem Metall sowie einen amorphen Kohlenstoff als ein Zusatzmittel aufweist. Der Überzug (4) ist durch Sputtern gebildet. Sn, Pb, Bi oder In ist durch seine geringe Adhäsion an ein Gegenmaterial wie beispielsweise Fe von einer ausgezeichneten Fressschutzeigenschaft. Ein amorpher Kohlenstoff verbessert die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit aufgrund seiner hohen Härte und verbessert auch die Fressschutzeigenschaft aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten. Weiter wird durch die Zugabe eines amorphen Kohlenstoffs das obige Basismaterial mit einer feineren Kristallkörnung gebildet, was in der Verbesserung der mechanischen Festigkeit und einer weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Dauerfestigkeit des Überzugs (Gleitschicht) resultiert.A sliding member having a substrate and a sliding layer (coating), the coating (sliding layer) (4) being a base material of a metal selected from Sn, Pb, Bi, in and Al or an alloy based on the metal and an amorphous carbon as a Has additives. The coating (4) is formed by sputtering. Sn, Pb, Bi or In has excellent anti-seizure properties due to its poor adhesion to a counter material such as Fe. Amorphous carbon improves wear resistance and fatigue strength due to its high hardness and also improves anti-seizure property due to its low coefficient of friction. Further, by adding an amorphous carbon, the above base material is formed with a finer crystal grain, resulting in an improvement in mechanical strength and a further improvement in wear resistance and fatigue strength of the coating (sliding layer).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement mit einer Gleitschicht auf einem Substrat.The present invention relates to a sliding member having a sliding layer on a substrate.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Herkömmlicherweise gibt es ein Gleitelement, wie beispielsweise ein Gleitlager für einen Motor in einem Fahrzeug, das eine auf einem Substrat vorgesehene Gleitschicht (Überzug) besitzt.Conventionally, there is a sliding member such as a sliding bearing for an engine in a vehicle having a sliding layer (coating) provided on a substrate.

Als diese Gleitschicht ist der Gebrauch einer Beschichtung auf Sn-Basis allgemein bekannt, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. S53-14614 offenbart ist. Das Bilden eines Überzugs mittels eines Basismaterials eines Weichmetalls, wie beispielsweise einer Beschichtung auf Pb-Basis ist allgemein bekannt sowie die Beschichtung auf Sn-Basis.As this overlay, the use of a Sn-based coating is well known, as disclosed in the Unexamined Japanese Patent Publication No. S53-14614 is disclosed. The formation of a coating by a base material of a soft metal such as a Pb-based coating is well known, and the Sn-based coating is well known.

Neben Sn und Pb wurden Weichmetalle wie beispielsweise In und Bi herkömmlicherweise für Gleitschichten von vielen Gleitelementen benutzt, da sie aufgrund ihrer geringen Adhäsion an ein Gegenmaterial wie beispielsweise Fe von einer sehr ausgezeichneten Fressschutzeigenschaft sind.In addition to Sn and Pb, soft metals such as In and Bi have been conventionally used for sliding layers of many sliding members because of their excellent anti-seizing property because of their low adhesion to a counter material such as Fe.

Diese Materialien sind jedoch in der Dauerfestigkeit schlecht, da sie welch sind, und ihre Verwendung war in einigen Hochdruckmotoren unmöglich.However, these materials are poor in durability because they are which, and their use was impossible in some high pressure engines.

Um diese Probleme zu lösen, wurde zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-247995 vorgeschlagen, dass der Überzug durch Hinzufügen einer großen Menge eines Metalls, wie beispielsweise Cu, das die Härte und die mechanische Festigkeit des Basismaterials auf Sn-Basis verbessert, zu dem Material auf Sn-Basis gebildet wird. Jedoch bilden Sn und Cu leicht eine harte und spröde Verbindung, und das Wachsen einer solchen Verbindung wird aufgrund der während des Betreibens des Motors erzeugten Hitze leicht gefördert. Eine solche harte und brüchige Verbindung beschädigt leicht ein Gegenmaterial und senkt die Fressschutzeigenschaft. Ferner fällt die groß gewachsene Verbindung leicht ab, und aus dem abgefallenen Teil entsteht leicht ein Ermüdungsbruch, was in einer Verringerung der Dauerfestigkeit resultiert.To solve these problems, for example, was in the unaudited Japanese Patent Publication No. 2001-247995 proposed that the coating be formed by adding a large amount of a metal such as Cu, which improves the hardness and the mechanical strength of the Sn-based material, to the Sn-based material. However, Sn and Cu easily form a hard and brittle compound, and the growth of such a compound is easily promoted due to the heat generated during the operation of the engine. Such a hard and brittle compound easily damages a counter material and lowers the antiperspirant property. Further, the large-sized compound falls off easily, and the fallen part is liable to cause a fatigue failure, resulting in a reduction in fatigue strength.

Um die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit der Gleitschicht zu verbessern, werden, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. H07-252693 offenbart, in manchen Fällen harte Partikel (zum Beispiel SiC, Si₃N₄) in Sn oder eine Legierung auf Sn-Basis mittels einer Verbundmetallisierungstechnik zugegeben. Die mittels der Verbundmetallisierungstechnik zuzugebenden harten Partikel haben jedoch große Teilchendurchmesser von 0,1 bis mehreren Mikrometern, und das Metallisieren ist ein Nassmetallisieren, sodass eine gleichmäßige Verteilung harter Partikel in der Metallisierungslösung schwierig ist und die Verteilung der harten Partikel ist im Überzug häufig nicht gleichmäßig. In einer solchen Gleitschicht beschädigen große harte Partikel und harte Partikel in der Form eines großen Klumpens leicht ein Gegenmaterial und verringern die Fressschutzeigenschaft.In order to improve the wear resistance and the fatigue strength of the sliding layer, as in the unexamined Japanese Patent Publication No. H07-252693 discloses, in some cases, hard particles (for example, SiC, Si ₃ N ₄ ) in Sn or an Sn-based alloy by means of a composite metallization technique. However, the hard particles to be added by the composite metallization technique have large particle diameters of 0.1 to several microns, and the metallization is wet metallization, so that uniform distribution of hard particles in the plating solution is difficult, and the distribution of the hard particles is often not uniform in the plating. In such a sliding layer, large hard particles and hard particles in the form of a large lump easily damage a counter material and reduce the anti-seizing property.

Andererseits muss ein Gleitlager, das in einem Dieselmotor benutzt werden soll, in dem eine hohe Last wirkt, eine Dauerfestigkeit besitzen. Um dieser Anforderung zu genügen, wird herkömmlicherweise als eine Gleitschicht eines Dieselmotor-Gleitlagers häufig eine Beschichtung auf Al-Basis verwendet. Diese Beschichtung auf Al-Basis ist aus einer Al-Sn-Legierung gemacht, wobei Al die Lasten trägt und das weiche Sn eine Kompatibilität und eine Fressschutzeigenschaft zeigt.On the other hand, a plain bearing to be used in a diesel engine in which a high load acts needs to have fatigue strength. To meet this requirement, conventionally used as a sliding layer of a diesel engine plain bearing is an Al-based coating. This Al-based coating is made of an Al-Sn alloy, where Al carries the loads and the soft Sn exhibits compatibility and anti-seizing property.

Deshalb kann in dieser aus einer Al-Sn-Legierung gemachten Gleitschicht durch Erhöhen des Sn-Anteils die Fressschutzeigenschaft verbessert werden. Falls jedoch das weiche Sn mehr wird, sinkt die Härte der Gleitschicht, was in einer Verringerung der Dauerfestigkeit resultiert. Unter diesen Umständen ist, obwohl Sn mit einer Grenze von 20 Massenprozent oder weniger in einer herkömmlichen aus einer Al-Sn-Legierung gemachten Gleitschicht zugegeben ist, dies hinsichtlich der Fressschutzeigenschaft nicht ausreichend.Therefore, in this sliding layer made of an Al-Sn alloy, by increasing the Sn content, the seizure property can be improved. However, if the soft Sn becomes more, the hardness of the sliding layer decreases, resulting in a reduction in fatigue strength. Under these circumstances, although Sn having a limit of 20% by mass or less is added in a conventional slipping layer made of an Al-Sn alloy, it is insufficient in the antifreeze property.

ABC Technik und Naturwissenschaft beschreibt in Band 1 A-K. Frankfurt/Main und Zürich; Verlag Harri Deutsch, 1970, Seite 517, dass Diamant und Graphit kristalline Modifikationen von Kohlenstoff sind.ABC technique and science describes in volume 1 A-K. Frankfurt / Main and Zurich; Publisher Harri German, 1970, page 517 that diamond and graphite are crystalline modifications of carbon.

DE 26 31 907 A1 ist eine frühere Patentanmeldung der Anmelderin, welche sich auf die Zugabe von Graphit als Festschmiermittel auf eine Gleitschicht bezieht. DE 26 31 907 A1 is an earlier patent application of the applicant, which refers to the addition of graphite as a solid lubricant to a sliding layer.

Zimmermann, R.; Günter K.: Metallurgie und Werkstofftechnik – ein Wissensspeicher, Band 1.1., Aufl. 30: VEB Deutscher Verlag für Kunststoffindustrie. 1977, Seite 293, geht auf die Hall-Petch-Gleichung ein, wonach die Festigkeit mit kleiner werdender Korngröße höher wird.Zimmermann, R .; Günter K .: Metallurgy and materials technology - a knowledge store, volume 1.1., Aufl. 30: VEB German publishing house for plastics industry. 1977, page 293, goes to the Hall-Petch equation, according to which the strength becomes higher with decreasing grain size.

GB 2 217 347 A bezieht sich auf eine Auflage oder Deckschicht, die eine Metallmatrix mit darin enthaltenem amorphem Kohlenstoff umfasst. Der Partikeldurchmesser des amorphen Kohlenstoffs liegt im Bereich von 0,5 bis 7,5 Mikrometer (Seite 5, Zeilen 1–6) und wird in ein Beschichtungsbad gegeben, um durch Nassbeschichten in das Auflagematerial gebracht zu werden. Der Partikeldurchmesser von 0,5 bis 7,5 Mikrometer ist groß gegenüber dem Atomradius von Kohlenstoff. GB 2 217 347 A refers to a overlay or overlay comprising a metal matrix with amorphous carbon contained therein. The particle diameter of the amorphous carbon is in the range of 0.5 to 7.5 microns (page 5, lines 1-6) and is placed in a coating bath to be wet coated into the overlay material to be brought. The particle diameter of 0.5 to 7.5 microns is large compared to the atomic radius of carbon.

Die Erfindung wurde in Anbetracht dieser Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe davon, ein Gleitelement mit einer Gleitschicht vorzusehen, die irgendein Metall von Sn, Pb, Bi, In und Al oder eine Legierung basierend auf dem Metall als ein Basismaterial verwendet, welches die Dauerfestigkeit verbessert, oder insbesondere eine Gleitschicht, die eine Al-Sn-Legierung als ein Basismaterial der Gleitschicht verwendet, welche die Fressschutzeigenschaft ohne Verringern der Dauerfestigkeit verbessert.The invention has been made in view of these circumstances, and it is an object thereof to provide a sliding member having a sliding layer using any metal of Sn, Pb, Bi, In, and Al or an alloy based on the metal as a base material, which is the Improves fatigue resistance, or particularly, a sliding layer using an Al-Sn alloy as a base material of the sliding layer, which improves the anti-seizure property without lowering the fatigue strength.

Diese Aufgabe wird durch ein Gleitelement mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved by a sliding element with the features mentioned in claim 1.

Gemäß der Erfindung ist eine Gleitschicht auf einem Substrat gebildet, und die Gleitschicht ist aus einem Basismaterial irgendeines Metalls von Sn, Pb, Bi, In und Al oder einer Legierung basierend auf dem Metall gemacht, und amorpher Kohlenstoff ist diesem Basismaterial zugegeben.According to the invention, a sliding layer is formed on a substrate, and the sliding layer is made of a base material of any metal of Sn, Pb, Bi, In and Al or an alloy based on the metal, and amorphous carbon is added to this base material.

Die Gleitschicht kann durch Sputtern, Ionenplattieren, CVD oder dergleichen als Trockenbeschichtung gebildet werden.The sliding layer may be formed by sputtering, ion plating, CVD or the like as a dry coating.

Von den als Basismaterial der Gleitschicht zu verwendenden Metallen sind Sn, Pb, Bi und In außer Al durch ihre geringe Adhäsion an ein Gegenmaterial wie beispielsweise Fe sehr ausgezeichnet in der Fressschutzeigenschaft.Of the metals to be used as the base material of the sliding layer, Sn, Pb, Bi and In are excellent in antifungal property except Al due to their low adhesion to a counter material such as Fe.

Wenn Al als das Basismaterial der Gleitschicht benutzt wird, ist Al in eine Legierung mit einem anderen Weichmetall wie beispielsweise Sn gemacht, wodurch eine ausgezeichnete Fressschutzeigenschaft realisiert wird. Selbst wenn die Zugabe von Sn erhöht wird, werden Al und Sn mittels der Zugabe des amorphen Kohlenstoffs fein und von hoher Festigkeit. Deshalb tritt das Problem des Verringerns der Dauerfestigkeit nicht auf, und eine Gleitschicht ausgezeichnet sowohl in Dauerfestigkeit als auch in Fressschutzeigenschaft wird erzielt.When Al is used as the base material of the sliding layer, Al is made into an alloy with another soft metal such as Sn, thereby realizing an excellent anti-seizure property. Even if the addition of Sn is increased, Al and Sn become fine by the addition of the amorphous carbon and high in strength. Therefore, the problem of lowering the fatigue strength does not occur, and a slip layer excellent in both fatigue strength and antifood property is obtained.

Der amorphe Kohlenstoff ist von hoher Härte, sodass er die mechanische Festigkeit erhöht und die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit verbessert. Außerdem hat er auch einen geringen Reibungskoeffizienten, und der amorphe Kohlenstoff verbessert auch die Fressschutzeigenschaft. Ferner macht die Zugabe des amorphen Kohlenstoffs die Kristallite des Basismaterials der Gleitschicht fein. Demgemäß wird die mechanische Festigkeit der Gleitschicht erhöht und die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit können weiter verbessert werden.The amorphous carbon is of high hardness, so that it increases the mechanical strength and improves the wear resistance and the fatigue strength. In addition, it also has a low coefficient of friction, and the amorphous carbon also improves the anti-seizure property. Further, the addition of the amorphous carbon finishes the crystallites of the base material of the sliding layer. Accordingly, the mechanical strength of the sliding layer is increased, and the wear resistance and the fatigue strength can be further improved.

Hierbei sind die Kristallite eine Basiseinheit von Partikeln und das Basismaterial enthält die Partikel in der Gleitschicht. Das Feinmachen der Kristallite führt zu einer Feinheit des Basismaterials. Wie später beschrieben, können die Kristallite durch eine Röntgenbeugungsanalyse bestätigt werden, und die Partikel können durch eine Strukturbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop bestätigt werden.Here, the crystallites are a base unit of particles and the base material contains the particles in the sliding layer. The fine-graining of the crystallites leads to a fineness of the base material. As described later, the crystallites can be confirmed by an X-ray diffraction analysis, and the particles can be confirmed by a structure observation with an electron microscope.

Als amorpher Kohlenstoff ist insbesondere diamantartiger Kohlenstoff (nachfolgend als DLC bezeichnet) bevorzugt. DLC in dieser Beschreibung enthält nicht nur vollständig amorphen DLC, sondern auch DLC mit feinen Kristalliten.As the amorphous carbon, in particular, diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) is preferable. DLC in this specification not only contains fully amorphous DLC, but also DLC with fine crystallites.

In diesem Fall beträgt der Kristallitdurchmesser des Basismaterials, der durch Röntgenbeugungsanalyse gemessen wird, bevorzugt 100 nm oder weniger. Wenn die Kristallite des Basismaterials der Gleitschicht auf dieses Niveau fein werden, wie oben beschrieben, wird die mechanische Festigkeit erhöht, und die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit werden weiter verbessert.In this case, the crystallite diameter of the base material measured by X-ray diffraction analysis is preferably 100 nm or less. When the crystallites of the base material of the sliding layer become fine to this level as described above, the mechanical strength is increased, and the wear resistance and the fatigue strength are further improved.

Irgendeine oder mehrere Arten von Metallen von Sn, Pb, Bi, Al, In, Cu, Sb, Ag und Cd können zu dem Basismaterial der Gleitschicht zugegeben werden. In diesem Fall sind Sn, Pb, Bi, In und Al Metalle, die zu dem Basismaterial der Basisseite werden können und eine Funktion des Verbesserns der Fressschutzeigenschaft, des Formanpassungsvermögens und der Korrosionsfestigkeit haben. Cu, Sb, Ag und Cd haben eine Funktion des Verbesserns der mechanischen Festigkeit und der Härte der Gleitschicht.Any one or more kinds of metals of Sn, Pb, Bi, Al, In, Cu, Sb, Ag and Cd may be added to the base material of the sliding layer. In this case, Sn, Pb, Bi, In, and Al are metals which can become the base side base material and have a function of improving antifouling property, conformability, and corrosion resistance. Cu, Sb, Ag and Cd have a function of improving the mechanical strength and the hardness of the sliding layer.

Wenn das zuzugebende Metall irgendeine oder mehrere Arten von Metallen von Sn, Pb, Bi, in und Al ist, betragen die Anteile der zuzugebenden Metalle bevorzugt 20 Massenprozent oder weniger, und der Gesamtanteil dieser zuzugebenden Metalle beträgt bevorzugt 30 Massenprozent oder weniger. Wenn jedoch das Bassmaterial auf der Basisseite Sn oder Al ist, sind Al und Sn von den zuzugebenden Metallen ausgeschlossen. Falls die Anteile dieser zuzugebenden Metalle 20 Massenprozent überschreiten oder der Gesamtanteil von ihnen 30 Massenprozent übersteigt, zeigt sich eine Tendenz, dass der Schmelzpunkt der Gleitschicht deutlich sinkt und die Fressschutzeigenschaft geringer wird.When the metal to be added is any one or more types of metals of Sn, Pb, Bi, In, and Al, the proportions of the metals to be added are preferably 20 mass% or less, and the total content of these metals to be added is preferably 30 mass% or less. However, if the bass material on the base side is Sn or Al, Al and Sn are excluded from the metals to be added. If the proportions of these metals to be added exceed 20% by mass or the total content thereof exceeds 30% by mass, there is a tendency that the melting point of the sliding layer drops markedly and the anti-seizure property becomes lower.

Wenn das zuzugebende Metall irgendeine oder mehrere Arten von Metallen von Cu, Sb, Ag und Cd ist, betragen die Anteile der zuzugebenden Metalle vorzugsweise 5 Massenprozent oder weniger, und der Gesamtanteil dieser zuzugebenden Metalle beträgt bevorzugt 10 Massenprozent oder weniger. Diese zuzugebenden Metalle bilden leicht eine harte und spröde Verbindung in Verbindung mit dem Basismaterial der Gleitschicht. Falls die Anteile der zuzugebenden Metalle 5 Massenprozent übersteigen oder der Gesamtanteil von ihnen 10 Massenprozent übersteigt, wird deshalb die Verbindung groß und fällt leicht ab, sodass ein Ermüdungsbruch und ein Verschleiß von diesem Punkt fortschreitet und die Dauerfestigkeit und die Verschleißfestigkeit leicht verringert.When the metal to be added is any one or more types of metals of Cu, Sb, Ag and Cd, the proportions of the metals to be added are preferably 5 mass% or less, and the total content of these metals to be added is preferably 10 mass% or less. These metals to be added easily form a hard and brittle compound in conjunction with the base material of the sliding layer. If the proportions of the metals to be added exceed 5% by mass or the total content of them exceeds 10 mass%, therefore, the compound becomes large and falls off slightly, so that fatigue failure and wear progress from this point, and the fatigue resistance and wear resistance are slightly lowered.

Wenn Al als das Basismaterial der Gleitschicht verwendet wird, ist es bevorzugt, dass Al in eine Legierung mit Sn gemacht wird, und die Anteile davon sind 20 bis 80 Massenprozent Al und 20 bis 80 Massenprozent Sn, und amorpher Kohlenstoff wird dem Basismaterial dieser Al-Sn-Legierung zugegeben. In dieser Al-Sn-Legierung werden, selbst wenn der Sn-Anteil größer wird, die Kristallite von Al und Sn fein und erhöhen die mechanische Festigkeit, sodass es keine Möglichkeit der Verringerung der Verschleißfestigkeit gibt, und man erhält eine Gleitschicht von ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und Fressschutzeigenschaft.When Al is used as the base material of the sliding layer, it is preferable that Al is made into an alloy with Sn, and the contents thereof are 20 to 80 mass% Al and 20 to 80 mass% Sn, and amorphous carbon is added to the base material of this Al. Sn alloy added. In this Al-Sn alloy, even if the Sn content becomes larger, the crystallites of Al and Sn become fine and increase the mechanical strength, so that there is no possibility of reducing the wear resistance, and a sliding layer of excellent wear resistance and anti-seizure property.

Der Al-Sn-Legierung, die die Gleitschicht bildet, kann irgendeines oder mehrere Metalle von Si, Cu, Sb, In und Ag zugegeben werden. In kann die Fressschutzeigenschaft, das Formanpassungsvermögen und die Korrosionsfestigkeit verbessern. Cu, Sb und Ag erhöhen die mechanische Festigkeit und die Härte der Gleitschicht. Si ist ein hartes Element und erhöht die Härte der Gleitschicht und verbessert die Dauerfestigkeit. Si dient als ein hartes Element und wirkt zum Abkratzen von an einem Gegenmaterial anhaftenden Metallen, sodass es die Fressschutzeigenschaft verbessert. Diese Si, Cu, Sb, In und Ag werden bevorzugt in einem Verhältnis von 5 Massenprozent oder weniger allein zugegeben, und ein Gesamtanteil dieser zuzugebenden Metalle beträgt vorzugsweise 10 Massenprozent oder weniger.The Al-Sn alloy forming the sliding layer may be added to any one or more of Si, Cu, Sb, In, and Ag. In, the anti-seizure property, mold conformability, and corrosion resistance can improve. Cu, Sb and Ag increase the mechanical strength and the hardness of the sliding layer. Si is a hard element and increases the hardness of the sliding layer and improves fatigue strength. Si acts as a hard element and acts to scrape off metals adhered to a counter material, thereby improving the anti-seizure property. These Si, Cu, Sb, In and Ag are preferably added in a proportion of 5 mass% or less alone, and a total ratio of these metals to be added is preferably 10 mass% or less.

Falls die Anteile von In und Ag 5 Massenprozent übersteigen oder der Gesamtanteil von ihnen 10 Massenprozent übersteigt, wird der Schmelzpunkt der Gleitschicht leicht deutlich niedriger und die Fressschutzeigenschaft sinkt leicht. Cu, Sb und Ag bilden eine harte und spröde Verbindung in Verbindung mit Al und Sn, und falls die Anteile dieser zuzugebenden Metalle 5 Massenprozent überschreiten oder der Gesamtanteil von ihnen 10 Massenprozent übersteigt, wird die Verbindung groß und fällt leicht ab, sodass eine Ermüdung und ein Verschleiß leicht fortschreiten. Si bildet kaum eine Verbindung in Verbindung mit Al und Sn, und falls sein Anteil größer wird, fällt es einfach von der Gleitschicht ab.If the contents of In and Ag exceed 5% by mass or the total content thereof exceeds 10% by mass, the melting point of the lubricating layer tends to be much lower and the seizure property slightly decreases. Cu, Sb and Ag form a hard and brittle compound in combination with Al and Sn, and if the proportions of these metals to be added exceed 5% by mass or the total content thereof exceeds 10% by mass, the compound becomes large and falls off slightly, so that fatigue and wear easily progress. Si scarcely forms a compound in association with Al and Sn, and if its proportion increases, it simply falls away from the sliding layer.

Die Al-Sn-Legierung wird durch Zugeben von amorphem Kohlenstoff fein gemacht. Des Niveau dieser Feinheit beträgt vorzugsweise 1 Mikrometer oder weniger als Teilchendurchmesser von Al oder Sn. Wenn der Teilchendurchmesser 1 Mikrometer oder weniger beträgt, wird der Effekt des Verbesserns der Dauerfestigkeit und der Fressschutzeigenschaft noch exzellenter.The Al-Sn alloy is made fine by adding amorphous carbon. The level of this fineness is preferably 1 micron or less than the particle diameter of Al or Sn. When the particle diameter is 1 micron or less, the effect of improving the fatigue strength and anti-seizure property becomes even more excellent.

Der Teilchendurchmesser beträgt vorzugsweise 0,05 Mikrometer oder weniger. Wenn der Durchmesser der Partikel kleiner als 0,05 Mikrometer wird, werden die Kristallite feiner gemacht und man erhält eine ausgezeichnetere Dauerfestigkeit.The particle diameter is preferably 0.05 micrometer or less. If the diameter of the particles becomes smaller than 0.05 micrometers, the crystallites are made finer and a more excellent fatigue resistance is obtained.

Der Kristallitdurchmesser kann auf 30 nm gesetzt werden. Falls der Kristallitdurchmesser auf diesem Niveau fein ist, kann man eine ausgezeichnetere Dauerfestigkeit erzielen.The crystallite diameter can be set to 30 nm. If the crystallite diameter is fine at this level, a more excellent fatigue strength can be obtained.

Es wird nun der Mechanismus zum Feinmachen der Kristallite durch Zugeben von amorphem Kohlenstoff beschrieben. Der amorphe Kohlenstoff stoppt das Wachstum der Kristallite und macht die Kristallite fein.The mechanism for refining the crystallites by adding amorphous carbon will now be described. The amorphous carbon stops the growth of the crystallites and makes the crystallites fine.

Wenn das Basismaterial aus einem reinen Metall wie beispielsweise Sn gemacht ist, kann die Feinheit der Kristallite durch Zugabe von amorphem Kohlenstoff mittels einer Röntgenbeugungsanalyse bestätigt werden, der Unterschied kann jedoch nicht basierend auf der Existenz von amorphen Kohlenstoff in einer Schnittstrukturbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop bestätigt werden.When the base material is made of a pure metal such as Sn, the fineness of the crystallites can be confirmed by adding amorphous carbon by means of X-ray diffraction analysis, but the difference can not be confirmed based on the existence of amorphous carbon in a sectional structure observation with an electron microscope.

Wenn amorpher Kohlenstoff einer Al-Sn-Legierung zugegeben wird, um einen Überzug zu bilden, stoppt der amorphe Kohlenstoff nach wie vor das Wachstum der Kristallite von Al und Sn und macht die Kristallite von Al und Sn fein. Dies kann mittels Röntgenbeugungsanalyse wie in dem Fall der oben gegebenen Beschreibung bestätigt werden. Wenn die Schnittstruktur beobachtet wird, wenn amorpher Kohlenstoff nicht zugegeben wird, können Al und Sn in der Form separater Phasen beobachtet werden, und wenn es einen Unterschied im Anteil zwischen Al und Sn gibt, kann der mit dem kleineren Anteil als Partikel beobachtet werden. Wenn jedoch amorpher Kohlenstoff zugegeben wird, werden die Al- und Sn-Kristallite fein gemacht, und als Ergebnis wird es in einer Schnittstrukturbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop sehr schwierig, Al- oder Sn-Partikel zu beobachten.When amorphous carbon is added to an Al-Sn alloy to form a coating, the amorphous carbon still stops the growth of the crystallites of Al and Sn and makes the crystallites of Al and Sn fine. This can be confirmed by X-ray diffraction analysis as in the case of the description given above. When the sectional structure is observed when amorphous carbon is not added, Al and Sn can be observed in the form of separate phases, and when there is a difference in the proportion between Al and Sn, the one with the smaller proportion can be observed as particles. However, when amorphous carbon is added, the Al and Sn crystallites are made fine, and as a result, in a sectional structure observation with an electron microscope, it becomes very difficult to observe Al or Sn particles.

In der Gleitschicht, die unter Verwendung irgendeines Metalls von Sn, Pb, Bi, In und Al oder einer Legierung basierend auf dem Metall als ein Basismaterial und Zugeben von amorphem Kohlenstoff zu diesem Basismaterial gebildet ist, beträgt der Anteil des amorphen Kohlenstoffs vorzugsweise 0,1 bis 8 Massenprozent. Wenn der Anteil des amorphen Kohlenstoffs 0,1 Massenprozent oder mehr beträgt, sind die Kristallite des Basismaterials ausreichend fein gemacht und seine Härte ist auch größer. Wenn der Anteil 8 Massenprozent oder weniger beträgt, ist die Härte geeignet hoch und eine ausgezeichnete Fressschutzeigenschaft kann ohne Verlieren einer Aufnahmefähigkeit beibehalten werden.In the sliding layer formed by using any metal of Sn, Pb, Bi, In and Al or an alloy based on the metal as a base material and adding amorphous carbon to this base material, the content of the amorphous carbon is preferably 0.1 to 8 percent by mass. When the proportion of the amorphous carbon is 0.1 mass% or more, the crystallites of the base material are made sufficiently fine and its hardness is also larger. When the content is 8% by mass or less, the hardness is suitably high and excellent Antitosh property can be maintained without losing a receptiveness.

Die Dicke der Gleitschicht beträgt vorzugsweise 30 Mikrometer oder weniger. Wenn die Dicke 30 Mikrometer oder weniger beträgt, ist es für eine Eigenspannungsreduzierung der Gleitschicht effektiv und hinsichtlich der Dauerfestigkeit bevorzugt.The thickness of the sliding layer is preferably 30 micrometers or less. When the thickness is 30 microns or less, it is effective for a residual stress reduction of the sliding layer and preferable in terms of fatigue strength.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Gleitlagers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 is a schematic sectional view of a sliding bearing according to an embodiment of the invention;

2 ist eine schematische Schnittdarstellung von Kristalliten eines Überzugs; 2 is a schematic sectional view of crystallites of a coating;

3 ist ein Diagramm von in Experimenten benutzten Überzugszusammensetzungen und die Effekte der Erfindung zeigenden Versuchsergebnissen; 3 Figure 12 is a diagram of coating compositions used in experiments and experimental results showing the invention;

4 ist ein Diagramm von Dauertestbedingungen; 4 is a diagram of endurance test conditions;

5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Halbwertsbreite; 5 is a diagram for explaining the half-width;

6 ist ein Diagramm von Messdaten in einer Röntgenbeugungsanalyse eines Vergleichsbeispiels 1; 6 Fig. 12 is a graph of measurement data in an X-ray diffraction analysis of Comparative Example 1;

7 ist ein Diagramm von Messdaten in einer Röntgenbeugungsanalyse von Beispiel 2; 7 Fig. 12 is a graph of measurement data in an X-ray diffraction analysis of Example 2;

8 ist ein Diagramm von in Experimenten benutzten Überzugszusammensetzungen und die Effekte der Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigenden Versuchsergebnissen; 8th Fig. 12 is a diagram of coating compositions used in experiments and experimental results showing the effects of the invention according to another embodiment;

9 ist ein Diagramm von Fresstestbedingungen; 9 is a diagram of Fresstestbedingungen;

10 ist eine schematische Darstellung einer Strukturbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop von Beispiel 12; und 10 Fig. 12 is a schematic representation of a structure observation with an electron microscope of Example 12; and

11 ist eine schematische Darstellung einer Strukturbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop von Vergleichsbeispiel 3. 11 FIG. 12 is a schematic diagram of a structure observation with an electron microscope of Comparative Example 3. FIG.

BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNGBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Die Erfindung wird in mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

1 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 1 ist schematisch ein Schnitt eines Gleitlagers als ein Gleitelement gezeigt. Dieses Gleitlager 1 hat eine Dreischichtstruktur mit einem Rückseitenmetall 2 aus Stahl, einer an der oberen Seite in der Zeichnung dieses Rückseitenmetalls 2 vorgesehenen Lagerlegierungsschicht 3 sowie einem an der Oberseite in der Zeichnung dieser Lagerlegierungsschicht 3 vorgesehenen Überzug 4 als eine Gleitschicht. In diesem Fall bilden das Rückseitenmetall 2 und die Lagerlegierungsschicht 3 ein Substrat 5, und der Überzug 4 ist auf dem Substrat 5 vorgesehen. Als Lagerlegierungsschicht 3 wird im Allgemeinen eine Legierung auf Aluminiumbasis oder eine Legierung auf Kupferbasis verwendet. Der Überzug 4 ist in einer Dicke von 30 Mikrometer oder weniger beschichtet. 1 to 7 show an embodiment of the invention. In 1 schematically a section of a sliding bearing is shown as a sliding element. This slide bearing 1 has a three-layer structure with a back metal 2 made of steel, one on the upper side in the drawing of this back metal 2 provided bearing alloy layer 3 and one at the top in the drawing of this bearing alloy layer 3 provided coating 4 as a sliding layer. In this case, make the back metal 2 and the bearing alloy layer 3 a substrate 5 , and the coating 4 is on the substrate 5 intended. As a bearing alloy layer 3 For example, an aluminum-based alloy or a copper-based alloy is generally used. The coating 4 is coated in a thickness of 30 microns or less.

3 zeigt Zusammensetzungen von Überzügen 5 gemäß Beispielen 1 bis 10 der Erfindung und einem Vergleichsbeispiel 1. In dieser 3 wird in Beispielen 1 bis 3 und 7 Sn von Sn, Pb, Bi, In und Al als das Basismaterial des Überzugs 4 benutzt, und amorpher Kohlenstoff (C) wird dem Basismaterial zugegeben. In den Beispielen 4 und 8 wird eine Sn-Cu-Legierung auf Sn-Basis als Basismaterial benutzt, und amorpher Kohlenstoff (C) wird dem zugegeben. In Beispielen 5 und 9 werden eine Pb-Sn-Cu-Legierung bzw. eine Pb-Sn-In-Legierung auf Pb-Basis benutzt, und amorpher Kohlenstoff (C) ist diesen zugegeben. In Beispielen 6 und 10 werden Bi und Al als Basismaterialien verwendet, und amorpher Kohlenstoff (C) ist diesen zugegeben. 3 shows compositions of coatings 5 according to Examples 1 to 10 of the invention and a Comparative Example 1. In this 3 In Examples 1 to 3 and 7, Sn is Sn, Pb, Bi, In and Al as the base material of the coating 4 is used, and amorphous carbon (C) is added to the base material. In Examples 4 and 8, a Sn-Cu Sn-based alloy is used as a base material, and amorphous carbon (C) is added thereto. In Examples 5 and 9, a Pb-Sn-Cu alloy and a Pb-Sn-In Pb-based alloy, respectively, are used, and amorphous carbon (C) is added thereto. In Examples 6 and 10, Bi and Al are used as base materials, and amorphous carbon (C) is added thereto.

In Vergleichsbeispiel 1 wird reines Sn benutzt, und kein amorpher Kohlenstoff (C) ist zugegeben.In Comparative Example 1, pure Sn is used and no amorphous carbon (C) is added.

Hierbei sind Beispiele 1 bis 10 dieser Erfindung und Vergleichsbeispiel 1 mittels einer Magnetron-Sputter-Vorrichtung gebildet.Here, Examples 1 to 10 of this invention and Comparative Example 1 are formed by means of a magnetron sputtering apparatus.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Beschichten eines Überzugs 4 von Beispiel 2 aus den Beispielen 1 bis 10 im Detail beschrieben. Die Beschichtungsverfahren von Beispielen 1 und 3 bis 10 und Vergleichsbeispiel 1 sind gleich dem Beschichtungsverfahren dieses Beispiels 2. Zuerst wird ein Substrat 5 auf das Substratbefestigungsteil der Vorrichtung gesetzt, und die Targets, die Sn, das zu einem Rohmaterial des Basismaterials des Überzugs wird, und Graphit (Gr), das zu einem Rohmaterial des amorphen Kohlenstoffs wird, enthalten, werden an einem Targetbefestigungsabschnitt der Vorrichtung in einem vorbestimmten Verhältnis angebracht.Next, a method for coating a coating 4 of Example 2 of Examples 1 to 10 will be described in detail. The coating methods of Examples 1 and 3 to 10 and Comparative Example 1 are the same as the coating method of Example 2. First, a substrate 5 is placed on the substrate mounting portion of the apparatus, and the targets, Sn, becomes a raw material of the base material of the coating, and Graphite (Gr), which becomes a raw material of the amorphous carbon, is attached to a target attachment portion of the device in a predetermined ratio.

Dann wird das Innere der Kammer der Vorrichtung auf 1,0 × 10^–6 Torr evakuiert, und dann wird Ar-Gas dem Innern der Kammer zugeführt, und der Druck in der Kammer wird auf 2,0 × 10^–3 Torr eingestellt.Then, the inside of the chamber of the apparatus is evacuated to 1.0 × 10 ^-6 Torr, and then Ar gas is supplied to the inside of the chamber, and the pressure in the chamber is set to 2.0 × 10 ^-3 Torr.

Dann wird zum Ar-Reinigen der Oberfläche des Substrats 5 eine Vorspannung von 1.000 Volt angelegt und zwischen dem Substrat 5 und den Targets ein Ar-Plasma erzeugt, und ein Ar-Ätzen wird für 15 Minuten durchgeführt. Then, to Ar-clean the surface of the substrate 5 applied a bias voltage of 1,000 volts and between the substrate 5 and generating an Ar plasma to the targets, and Ar etching is performed for 15 minutes.

Als nächstes werden Spannungen angelegt, sodass ein Strom von 2A bis 5A dem Sn-Target zugeführt wird und ein Strom von 4A bis 7A dem Gr-Target zugeführt wird.Next, voltages are applied so that a current of 2A to 5A is supplied to the Sn target and a current of 4A to 7A is supplied to the Gr target.

Dann werden durch die Kollision von Ar-Ionen aus dem Sn-Target Sn-Atome gesputtert und auf die Oberfläche des Substrats 5 beschichtet. Außerdem werden Kohlenstoffatome aus dem Gr-Target durch die Kollision von Ar-Ionen gesputtert und dem Überzug als amorpher Kohlenstoff zugegeben. Dadurch erhält man einen Überzug 4, der durch gleichmäßig verteilten amorphen Kohlenstoff in dem Basismaterial aus Sn gebildet ist.Then, Sn atoms are sputtered by the collision of Ar ions from the Sn target and onto the surface of the substrate 5 coated. In addition, carbon atoms from the Gr target are sputtered by the collision of Ar ions and added to the coating as amorphous carbon. This gives a coating 4 which is formed by uniformly distributed amorphous carbon in the base material of Sn.

In dem oben genannten Herstellungsverfahren kann durch Zuführen von Methangas (CH₄) zum Innern der Kammer ohne Verwenden des Gr-Targets DLC, der ein amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoffatomen ist, dem Basismaterial aus Sn zugegeben werden. In diesem Fall wird, nachdem das Ar-Ätzen durchgeführt ist, das in die Vorrichtung zu strömende Gas auf Ar-Gas und Methangas gesetzt, und der Strömungsanteil von Methangas in dem Strömungsvolumen aller Gase wird auf 20 bis 50% gesetzt.In the above production method, by supplying methane gas (CH ₄ ) to the inside of the chamber without using the Gr target DLC, which is an amorphous carbon having hydrogen atoms, the base material of Sn may be added. In this case, after the Ar-etching is performed, the gas to be flowed into the apparatus is set to Ar gas and methane gas, and the flow rate of methane gas in the flow volume of all gases is set to 20 to 50%.

Dann werden aus dem Sn-Target durch die Ar-Ionen Sn-Atome gesputtert und auf der Oberfläche des Substrats 5 beschichtet. Das Methangas wird in Plasma zersetzt und als DLC aus C-Atomen und H-Atomen dem Basismaterial aus Sn zugegeben.Then, Sn atoms are sputtered from the Sn target by the Ar ions and sputtered on the surface of the substrate 5 coated. The methane gas is decomposed in plasma and added to the base material of Sn as a DLC of C atoms and H atoms.

2 zeigt schematisch einen Schnitt eines Überzugs gemäß Beispiel 2, der wie oben beschrieben beschichtet ist. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 6 einen Sn-Kristalliten, und 8 bezeichnet das DLC. In dieser 2 beträgt der Kristallitdurchmesser des Basismaterials aus Sn 100 nm oder weniger. 2 schematically shows a section of a coating according to Example 2, which is coated as described above. In 2 denotes the reference numeral 6 a Sn crystallite, and 8th refers to the DLC. In this 2 For example, the crystallite diameter of the base material of Sn is 100 nm or less.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Messen der Kristallitgröße (Kristallitdurchmesser) des Überzugs beschrieben. Hierbei wird ein Röntgenbeugungsanalysator benutzt, um eine Röntgenbeugungsanalyse durchzuführen; und eine Halbwertsbreite eines Peaks entsprechend einer bestimmten Kristallphase wird bestimmt und in die unten gezeigte Scherrer-Gleichung (Gleichung (1)) eingesetzt, wodurch die Kristallitgröße berechnet wird. Die Halbwertsbreite bedeutet, wenn die maximale Festigkeit des Peaks als 1 p definiert ist, einen Bereich von 2θ, in dem die Festigkeit größer als 1 p/2 ist. B = Kλ/t·cosθ (1) mit

B:: Erweiterung der Beugungslinien, verursacht durch die Kristallitgröße
K:: Formfaktor
λ:: Wellenlänge der für die Messung benutzten Röntgenstrahlen
t:: Kristallitgröße
θ:: Bragg-Winkel der Beugungslinien

Next, a method of measuring the crystallite size (crystallite diameter) of the coating will be described. Here, an X-ray diffraction analyzer is used to perform X-ray diffraction analysis; and a half width of a peak corresponding to a certain crystal phase is determined and set in the Scherrer equation (equation (1)) shown below, whereby the crystallite size is calculated. The half-width, when the maximum strength of the peak is defined as 1 p, means a range of 2θ in which the strength is greater than 1 p / 2.

B = Kλ / t · cosθ (1)

With

B:: Extension of the diffraction lines, caused by the crystallite size
K:: form factor
λ:: Wavelength of the X-rays used for the measurement
t:: crystallite
θ:: Bragg angle of the diffraction lines

Beim Bestimmen der Halbwertsbreite wird der erhaltene Peak in einen Kα1-Peak und einen Kα2-Peak getrennt.In determining the half width, the obtained peak is separated into a Kα1 peak and a Kα2 peak.

6 entspricht Vergleichsbeispiel 1 und ist ein Beispiel der Bestimmung der Kristallitgröße durch Berechnen einer Halbwertsbreite aus dem Peak von zum Beispiel der Fläche (312) des Überzugs aus reinem Sn. Die Halbwertsbreite, die aus dem aus dem Peak der Oberfläche (312) bestimmten Kα1-Peak gemessen und berechnet wurde, betrug 0,070°. Als Ergebnis betrug die Kristallitgröße 150 nm. 6 corresponds to Comparative Example 1 and is an example of the determination of the crystallite size by calculating a half width from the peak of, for example, the area (312) of the pure Sn coating. The half-width, which was measured and calculated from the Kα1 peak determined from the peak of the surface (312), was 0.070 °. As a result, the crystallite size was 150 nm.

Andererseits entspricht 7 Beispiel 2 (Beispiel des Zugebens von 2 Massenprozent amorphem Kohlenstoff zu dem Sn-Basismaterial), und eine Halbwertsbreite wird aus dem Peak der Fläche (312) des Überzugs berechnet, und die Kristallitgröße wird bestimmt. Die Halbwertsbreite, die aus dem aus dem Peak der Fläche (312) bestimmten Kα1-Peak gemessen und berechnet wurde, betrug 0,307°. Als Ergebnis betrug die Kristallitgröße 34 mm.On the other hand corresponds 7 Example 2 (Example of adding 2 mass% of amorphous carbon to the Sn base material), and a half width is calculated from the peak of the area (312) of the coating, and the crystallite size is determined. The half-width, which was measured and calculated from the Kα1 peak determined from the peak of area (312), was 0.307 °. As a result, the crystallite size was 34 mm.

Die gleiche Messung wurde für Beispiele 1 und 3 bis 10 sowie Beispiel 2 gemacht, die Kristallitdurchmesser der Basismaterialien betrugen alle 100 nm oder weniger, und insbesondere betrug der Kristallitdurchmesser von Al als das Basismaterial von Beispiel 10 30 nm oder weniger.The same measurement was made for Examples 1 and 3 to 10 and Example 2, the crystallite diameters of the base materials were all 100 nm or less, and in particular, the crystallite diameter of Al as the base material of Example 10 was 30 nm or less.

Um die Wirkungen der Erfindung zu bestätigen, wurde ein Dauertest für die Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiel 1 ausgeführt. Die Testbedingungen sind in 4 gezeigt. In diesem Fall wurde in dem Dauertest ein maximaler Druck, der keine Ermüdung des Überzugs bewirkt, durch Erhöhen des Drucks in Schritten von 5 MPa gefunden. Die Testergebnisse sind in 3 gezeigt. 3 zeigt auch die Messergebnisse der Vickershärten der Überzüge (Gleitschichten).In order to confirm the effects of the invention, an endurance test was carried out for Examples 1 to 10 and Comparative Example 1. The test conditions are in 4 shown. In this case, in the endurance test, a maximum pressure causing no fatigue of the coating was found by increasing the pressure in steps of 5 MPa. The test results are in 3 shown. 3 also shows the measurement results of the Vickers hardness of the coatings (sliding layers).

In 3 werden die Testergebnisse untersucht. Zuerst ist das Vergleichsbeispiel 1 der Fall, bei dem der Überzug aus reinem Sn gemacht ist, und in diesem Fall ist die Vickershärte gering und die Dauerfestigkeit ist schlecht. Andererseits wird die Vickershärte höher als 20 oder mehr in allen Fällen der Beispiele 1 bis 10, und die Dauerfestigkeit wird ebenfalls ausgezeichneter als in dem Vergleichsbeispiel 1.In 3 the test results are examined. First, Comparative Example 1 is the case where the coating is made of pure Sn, and in this case, the Vickers hardness is low and fatigue strength is poor. On the other hand, the Vickers hardness becomes higher than 20 or more in all cases of Examples 1 to 10, and the fatigue strength also becomes more excellent than in Comparative Example 1.

Als nächstes werden die Beispiele 1 bis 10 in mehr Einzelheiten untersucht. Beispiele 1 bis 3 und 7 sind von ausgezeichneter Dauerfestigkeit, und zusätzlich Ist Beispiel 1 von vergleichsweise geringer Härte und besonders ausgezeichneter Aufnahmefähigkeit, und Beispiele 2 und 3 sind von besonders ausgezeichneter Dauerfestigkeit, da ihre maximalen Drücke, bei denen die Überzüge nicht ermüden, 120 MPa oder mehr betragen. Aus diesen Ergebnissen beträgt der Anteil des amorphen Kohlenstoffs (C) bevorzugt 0,1 bis 8,0 Massenprozent, und bevorzugter 0,5 bis 6 Massenprozent. Next, Examples 1 to 10 will be examined in more detail. Examples 1 to 3 and 7 are excellent in fatigue strength, and in addition, Example 1 is comparatively low in hardness and particularly excellent in absorbency, and Examples 2 and 3 are particularly excellent in fatigue strength since their maximum pressures at which the coatings do not fatigue are 120 MPa or more. From these results, the content of the amorphous carbon (C) is preferably 0.1 to 8.0 mass%, and more preferably 0.5 to 6 mass%.

Beispiel 2 und Beispiel 4 werden miteinander verglichen. Obwohl die Anteile des amorphen Kohlenstoffs (C) gleich sind, ist in Beispiel 4 jedoch Cu zugegeben und die Dauerfestigkeit wird höher als in Beispiel 2 ohne Zugabe von Cu. Als Grund hierfür wird angenommen, dass die Cu-Zugabe die mechanische Festigkeit und die Härte der Gleitschicht erhöht und die Dauerfestigkeit vergrößert.Example 2 and Example 4 are compared. Although the proportions of the amorphous carbon (C) are the same, however, in Example 4, Cu is added and the fatigue strength becomes higher than in Example 2 without addition of Cu. The reason for this is considered that the Cu addition increases the mechanical strength and the hardness of the sliding layer and increases the fatigue strength.

Beispiel 4 und Beispiel 8 werden miteinander verglichen. Die Anteile des amorphen Kohlenstoffs (C) sind gleich, jedoch beträgt in Beispiel 4 der Anteil von Cu 2 Massenprozent und die Dauerfestigkeit ist mehr als in Beispiel 8 mit einem Cu-Anteil von mehr als 5 Massenprozent verbessert.Example 4 and Example 8 are compared. The proportions of the amorphous carbon (C) are the same, however, in Example 4, the content of Cu is 2 mass% and the fatigue strength is more improved than in Example 8 with a Cu content of more than 5 mass%.

In Beispiel 9 wird Pb als Basismaterial benutzt und ihm ist amorpher Kohlenstoff, Sn und in zugegeben. In Beispiel 10 wird Al als Basismaterial benutzt und ihm ist amorpher Kohlenstoff zugegeben. In diesem Fall ist die Dauerfestigkeit ebenso ausgezeichnet wie in dem Fall der anderen Beispiele.In Example 9, Pb is used as the base material, and amorphous carbon, Sn and are added thereto. In Example 10, Al is used as the base material and amorphous carbon is added thereto. In this case, fatigue strength is as excellent as in the case of the other examples.

Aus den oben beschriebenen Ergebnissen ist erwiesen, dass Beispiele 1 bis 10 der Erfindung Gleitelemente vorsehen, die von besonderer Dauerfestigkeit in ihren Basismaterialien der Überzüge aus irgendwelchen Metallen von Sn, Pb, Bi, In und Al oder Legierungen basierend auf diesen Metallen sind.From the above-described results, it is proved that Examples 1 to 10 of the invention provide sliding members which are particularly fatigue resistant in their base materials of the coatings of any of Sn, Pb, Bi, In and Al metals or alloys based on these metals.

8 bis 11 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel benutzt eine Al-Sn-Legierung als Basismaterial des Überzugs 4 von 1. In 8 sind Zusammensetzungen von Beispielen 11 bis 22 der Erfindung und Vergleichsbeispielen 2 und 3 gezeigt. In dieser 8 ist in Beispielen 11 bis 16 einer Al-Sn-Legierung basierend auf Al amorpher Kohlenstoff zugegeben, und in Beispielen 17 bis 20 ist einer Al-Sn-Legierung basierend auf Sn amorpher Kohlenstoff zugegeben. In Beispiel 21 sind einer Al-Sn-Legierung basierend auf Al Si und amorpher Kohlenstoff zugegeben, und in Beispiel 22 sind einer Al-Sn-Legierung basierend auf Al Cu und amorpher Kohlenstoff zugegeben. 8th to 11 show a further embodiment of the invention. This embodiment uses an Al-Sn alloy as a base material of the coating 4 from 1 , In 8th Compositions of Examples 11 to 22 of the invention and Comparative Examples 2 and 3 are shown. In this 8th is added in Examples 11 to 16 of an Al-Sn alloy based on Al amorphous carbon, and in Examples 17 to 20, an Al-Sn alloy based on Sn amorphous carbon is added. In Example 21, an Al-Sn alloy based on Al Si and amorphous carbon are added, and in Example 22, an Al-Sn alloy based on Al Cu and amorphous carbon are added.

In den Vergleichsbeispielen 2 und 3 wird eine Al-Sn-Legierung basierend auf Al als Basismaterial benutzt, und es ist kein amorpher Kohlenstoff zugegeben.In Comparative Examples 2 and 3, an Al-Sn alloy based on Al is used as the base material, and no amorphous carbon is added.

Das Beschichten des Überzugs in Beispielen 11 bis 22 und Vergleichsbeispielen 2 und 3 wird in der gleichen Weise wie in dem oben beschriebenen Beispiel 2 durchgeführt. In diesem Fall kann beim Sputtern jedes reine Metall aus Sn und Al oder eine im Voraus mittels eines Gusses legierte Al-Sn-Legierung als Target verwendet werden.The coating of the coating in Examples 11 to 22 and Comparative Examples 2 and 3 is carried out in the same manner as in Example 2 described above. In this case, any pure metal of Sn and Al or an Al-Sn alloy alloyed in advance by casting may be used as a target in sputtering.

Nach dem Beschichten wurde eine Strukturbeobachtung von Schnitten der Überzüge von Beispiel 12 und Vergleichsbeispiel 3 mit einem Elektronenmikroskop durchgeführt. Das benutzte Elektronenmikroskop hatte 3000-fache Verstärkungen.After coating, structural observation of sections of the coatings of Example 12 and Comparative Example 3 was carried out with an electron microscope. The electron microscope used had 3000 times reinforcements.

10 ist eine schematische Ansicht einer Strukturbeobachtung des Schnitts des Überzugs von Beispiel 12 mit dem Elektronenmikroskop, und 11 ist eine schematische Ansicht einer Strukturbeobachtung des Schnitts des Überzugs von Vergleichsbeispiel 3 mit dem Elektronenmikroskop. 10 FIG. 12 is a schematic view of a structural observation of the section of the coating of Example 12 with the electron microscope, and FIG 11 Fig. 12 is a schematic view of a structural observation of the section of the coating of Comparative Example 3 with the electron microscope.

Wie man in 11 sehen kann, können in dem Vergleichsbeispiel 3, bei dem kein amorpher Kohlenstoff zugegeben ist, Partikel von Sn in dem Al mit dem Elektronenmikroskop beobachtet werden, und der Teilchendurchmesser von Sn beträgt im Allgemeinen 1 Mikrometer oder mehr, obwohl auch kleine Partikel existieren.How to get in 11 In Comparative Example 3 where no amorphous carbon is added, particles of Sn in the Al can be observed by the electron microscope, and the particle diameter of Sn is generally 1 micron or more, though small particles exist as well.

Andererseits werden in Beispiel 12 mit zugegebenem amorphen Kohlenstoff Al- und Sn-Partikel nicht beobachtet, wie in 10 dargestellt. Der Grund hierfür ist, dass die Al- und Sn-Partikel zu klein sind, um sie mit dem Elektronenmikroskop zu beobachten, und es wurden die gleichen Beobachtungsergebnisse wie in dem Fall, wenn keine Partikel in dem Überzug existieren, erzielt. Übrigens betrug, wenn die Kristallitdurchmesser des Überzugs der Probe von Beispiel 12 mittels Röntgenbeugungsanalyse gemessen wurden, der Al-Kristallitdurchmesser 18 nm und der Sn-Kristallitdurchmesser 15 nm.On the other hand, in Example 12 with added amorphous carbon, Al and Sn particles are not observed as in 10 shown. The reason for this is that the Al and Sn particles are too small to observe with the electron microscope, and the same observation results as in the case where no particles exist in the coating were obtained. Incidentally, when the crystallite diameters of the coating of the sample of Example 12 were measured by X-ray diffraction analysis, the Al crystallite diameter was 18 nm and the Sn crystallite diameter was 15 nm.

Ein Dauertest und ein Fresstest wurden für die Beispiele 11 bis 22 und Vergleichsbeispiele 2 und 3 ausgeführt, und die Ergebnisse davon sind in 8 gezeigt. Die Dauertestbedingungen sind gleich jenen in 4. Die Fresstestbedingungen sind in 9 gezeigt. In diesem Fall wurde im Fresstest nach dem Einlaufen der Druck in Schritten von 5 Pa erhöht, und der maximale Druck wurde gefunden, der kein Fressen bewirkt. In 8 sind auch die Messergebnisse der Vickershärten der Überzüge gezeigt.An endurance test and a freshness test were carried out for Examples 11 to 22 and Comparative Examples 2 and 3, and the results thereof are in 8th shown. The endurance test conditions are the same as those in 4 , The fresstest conditions are in 9 shown. In this case, in the Fresstest after running in, the pressure was increased in steps of 5 Pa, and the maximum pressure was found which causes no seizure. In 8th the results of the Vickers hardness of the coatings are also shown.

In 8 zeigen die Beispiele 11 bis 22, bei denen amorpher Kohlenstoff zugegeben wurde, beim Untersuchen der Testergebnisse im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 2 und 3, bei denen kein amorpher Kohlenstoff zugegeben ist, eine höhere Härte und eine verbesserte Dauerfestigkeit aufgrund der Feinheit der Kristallite der die Überzüge bildenden Metalle.In 8th Examples 11 to 22, in which amorphous carbon was added, show the test results as compared with Comparative Examples 2 and 3 in which no amorphous carbon is added, a higher hardness and improved fatigue strength due to the fineness of the crystallites of the metals forming the coatings.

Wenn der amorphe Kohlenstoff DLC ist, hat DLC einen niedrigen Reibungskoeffizienten, sodass die Fressschutzeigenschaft durch Enthalten des DLC verbessert ist, wie aus dem Vergleich zwischen dem Beispiel 11 und dem Vergleichsbeispiel 2, die den gleichen Sn-Anteil haben, verständlich ist.When the amorphous carbon is DLC, DLC has a low friction coefficient, so that the seizure property is improved by containing the DLC, as understood from the comparison between Example 11 and Comparative Example 2, which have the same Sn content.

Andererseits ist, wie aus Vergleichsbeispielen 2 und 3 ersichtlich, der Sn-Anteil in der Al-Sn-Legierung erhöht, die Härte des Überzugs sinkt und die Dauerfestigkeit sinkt. Wie jedoch aus einem Vergleich zwischen Beispiel 12 und Vergleichsbeispiel 3 verständlich, wird, wenn amorpher Kohlenstoff zugegeben wird, aufgrund der Feinheit der Kristallite die Härte des Überzugs hoch, sodass eine hohe Dauerfestigkeit erhalten wird, selbst wenn der Sn-Anteil größer wird.On the other hand, as can be seen from Comparative Examples 2 and 3, the Sn content in the Al-Sn alloy is increased, the hardness of the coating decreases, and the fatigue strength decreases. However, as understood from a comparison between Example 12 and Comparative Example 3, when amorphous carbon is added, the hardness of the coating becomes high due to the fineness of the crystallites, so that a high fatigue strength is obtained even if the Sn content becomes larger.

Wie aus Beispielen 12, 14 und 16 ersichtlich, wird die Fressschutzeigenschaft im Verhältnis zu einem Anstieg der Sn-Zugabe verbessert. Die folgenden zwei Gründe für eine Verbesserung der Fressschutzeigenschaft entsprechend einem Anstieg des Sn-Anteils werden überlegt.As can be seen from Examples 12, 14 and 16, the anti-seizure property is improved in proportion to an increase in Sn addition. The following two reasons for improving the antipyretic property according to an increase in the Sn content are considered.

Zum Gleiten nimmt ein Schmiermittel eine sehr wichtige Rolle ein. Wenn das Schmiermittel zwischen zwei Elementen existiert, die gleiten und einen Ölfilm bilden, findet kein Fressen statt. Deshalb ist der Überzug des Gleitlagers bevorzugt aus einem Material gemacht, das einfach einen Ölfilm bildet. Die Benetzbarkeit mit dem Schmiermittel als ein Parameter zum Anzeigen der Bildungsleichtigkeit des Ölfilms ist in Sn höher als in Al. Deshalb ist die Fressschutzeigenschaft umso höher, je mehr Sn in dem Überzug enthalten ist. Dies ist der erste Grund.To lubricate a lubricant plays a very important role. If the lubricant exists between two elements that slide and form an oil film, no galling takes place. Therefore, the coating of the sliding bearing is preferably made of a material that simply forms an oil film. The wettability with the lubricant as a parameter for indicating the ease of formation of the oil film is higher in Sn than in Al. Therefore, the more Sn is included in the coating, the higher the antiperspirant property. This is the first reason.

Der zweite Grund ist wie folgt. Wenn das Schmiermittel zwischen zwei gleitenden Elementen ausläuft, wird eine Reibungswärme erzeugt. Wenn der Ölfilm teilweise auszulaufen beginnt, wird die Reibungswärme nur lokal erzeugt, wenn jedoch der Auslaufbereich des Ölfilms größer wird, wird die Reibungswärme größer und es findet eine Adhäsion zwischen den zwei Elementen statt und verursacht ein Fressen. Falls jedoch Sn als ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt im Überzug existiert, schmilzt das Sn lokal, wenn der Ölfilm teilweise auszulaufen beginnt. Die latente Wärme absorbiert in diesem Fall die Reibungswärme, sodass die Reibungswärme sich nicht sammelt, und als Ergebnis wird ein Fressen verhindert.The second reason is as follows. When the lubricant leaks between two sliding elements, a frictional heat is generated. When the oil film partially starts to leak, the frictional heat is generated only locally, but as the discharge area of the oil film becomes larger, the frictional heat becomes larger and adhesion between the two elements takes place, causing seizure. However, if Sn exists as a low-melting-point metal in the coating, the Sn locally melts when the oil film partially starts to leak. The latent heat in this case absorbs the frictional heat so that the frictional heat does not accumulate, and as a result, seizure is prevented.

Durch dieses Vergrößern des Sn-Anteils wird die Fressschutzeigenschaft verbessert. Zusätzlich wird durch Zugeben von amorphem Kohlenstoff die Dauerfestigkeit durch eine Feinheit der Kristallite verbessert, sodass die Fressschutzeigenschaft verbessert werden kann, während die Dauerfestigkeit verbessert wird.By increasing the Sn content, the antiperspirant property is improved. In addition, by adding amorphous carbon, the fatigue strength is improved by a fineness of the crystallites, so that the seizure property can be improved while the fatigue resistance is improved.

Diese Verbesserung der Dauerfestigkeit und der Fressschutzeigenschaft durch eine Vergrößerung des Sn-Anteils, wenn amorpher Kohlenstoff zugegeben wird, wird nicht nur in der Al-Sn-Legierung basierend auf Al erzielt; und wie in Beispiel 17 bis 20 gezeigt, kann die Fressschutzeigenschaft auch verbessert werden, während eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit in einer Al-Sn-Legierung basierend auf Sn durch Erhöhen des Sn-Anteils in der gleichen Weise beibehalten wird.This improvement in fatigue strength and antiperspirant property by increasing the Sn content when amorphous carbon is added is not only achieved in the Al-Sn alloy based on Al; and as shown in Example 17 to 20, the anti-seizure property can also be improved while maintaining excellent fatigue strength in an Al-Sn alloy based on Sn by increasing the Sn content in the same manner.

Ferner kann, wie aus einem Vergleich zwischen Beispiel 21 und 22 und Beispiel 14 ersichtlich, durch Enthalten von Si und Cu die Dauerfestigkeit verbessert werden, und insbesondere wird gleichzeitig auch die Fressschutzeigenschaft verbessert, wenn Si enthalten ist.Further, as apparent from a comparison between Examples 21 and 22 and Example 14, by containing Si and Cu, the fatigue strength can be improved, and in particular, at the same time, the anti-seizure property is also improved when Si is contained.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und ist zum Beispiel wie folgt veränderbar.The invention is not limited to the examples described above, and is changeable as follows, for example.

In dem Gleitlager 1 ist es auch möglich, obwohl der Überzug 4 direkt auf der Oberseite der Lagerlegierungsschicht 3 vorgesehen ist, dass eine Zwischenschicht aus Ni-Cr oder Ti, usw. auf der Oberseite der Lagerlegierungsschicht 3 vorgesehen ist und der Überzug 4 auf der Oberseite dieser Zwischenschicht vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass der Überzug 4 direkt auf der Oberseite des Rückseitenmetalls 2 vorgesehen ist. Ferner kann eine passende Schicht aus einem Weichmetall wie beispielsweise reinem Sn oder einem Kunstharz wie beispielsweise PAI, auf der Oberseite des Überzugs 4 vorgesehen werden.In the plain bearing 1 it is also possible though the coating 4 directly on top of the bearing alloy layer 3 it is provided that an intermediate layer of Ni-Cr or Ti, etc. on top of the bearing alloy layer 3 is provided and the coating 4 is provided on top of this intermediate layer. It is also possible that the coating 4 directly on the top of the backside metal 2 is provided. Further, a suitable layer of a soft metal such as pure Sn or a synthetic resin such as PAI, on the top of the coating 4 be provided.

In kann als Basismaterial des Überzugs 4 verwendet werden. Das zum Erhöhen der mechanischen Festigkeit und der Härte des Überzugs 4 zuzugebende Metall ist nicht auf Cu beschränkt, und irgendeines von Sb, Ag und Cd kann benutzt werden oder zwei oder mehr Arten von diesen können benutzt werden.In may as the base material of the coating 4 be used. This is to increase the mechanical strength and the hardness of the coating 4 The metal to be added is not limited to Cu, and any of Sb, Ag and Cd may be used, or two or more kinds of them may be used.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY

Wie oben beschrieben, ist das Gleitelement der Erfindung als ein Gleitlager mit einer Gleitschicht mit einer Dicke von 30 Mikrometer oder weniger, Überzug genannt, auf der Lagerlegierung verwendbar.As described above, the sliding member of the invention is usable as a sliding bearing having a sliding layer of a thickness of 30 micrometers or less, called a coating, on the bearing alloy.

Claims

Sliding element with a sliding layer ( 4 ) on a substrate ( 5 ) is formed by dry coating, wherein the sliding layer ( 4 ) Any metal of Sn, Pb, Bi, In and Al or an alloy based on the metal as a base material, the crystallite diameter of the base material is set to 100 nm or less, and amorphous carbon is added to this base material.

A sliding member according to claim 1, wherein any one or more of Sn, Pb, Bi, In, Al, Cu, Sb, Ag and Cd are added to the base material.

A sliding member according to claim 2, wherein the added metal is any one or more of Sn, Pb, Bi, In and Al, the proportion of each added metal is 20 mass% or less and the total amount of these added metals is 30 mass% or less.

A sliding member according to claim 2 or 3, wherein the added metal is any one or more metals of Cu, Sb, Ag and Cd, the proportions of the added metals are 5 mass% or less and the total amount of these added metals is 10 mass% or less.

Sliding element with a sliding layer ( 4 ) on a substrate ( 5 ) is formed by dry coating, and wherein the sliding layer ( 4 ) contains an Al and Sn alloy containing 20 to 80 mass% Al and 20 to 80 mass% Sn as the base material, to which amorphous carbon is added, the crystallite diameter of the base material is set to 100 nm or less, and the particle diameter of Al or Sn is added to this base material in this base material is set to 1 micrometer or less, and.

A sliding member according to claim 5, wherein any one or more of Si, Cu, Sb, In and Ag are added to the base material-forming Al-Sn alloy.

A sliding member according to claim 6, wherein the content of Si, Cu, Sb, In and Ag is 5% by mass or less as a single substance and the total content thereof is 10% by mass or less.

A sliding member according to any one of claims 5 to 7, wherein the particle diameter of Al or Sn in the base material is 0.05 micrometer or less.

A sliding member according to any one of claims 1 to 8, wherein the crystallite diameter of the base material is 30 nm or less.

A sliding member according to any one of claims 1 to 9, wherein the proportion of amorphous carbon is 0.1 to 8 mass%.

A sliding member according to any one of claims 1 to 10, wherein the thickness of the sliding layer is 30 microns or less.