JP2001172756A

JP2001172756A - Ｆｅ系潤滑被覆層付き摺動部材、Ｆｅ系溶射層形成用素材及びＦｅ系潤滑被覆層付き摺動部材の製造方法

Info

Publication number: JP2001172756A
Application number: JP35208899A
Authority: JP
Inventors: Kenji Watabe; 健司渡部; Takeo Hisada; 建男久田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】付与される潤滑性能が良好であって、しかも
部材全体を比較的安価に構成でき、しかも部材の主要構
成材料の材質によらず、汎用的に潤滑機能付与を行うこ
とができるＦｅ系潤滑被覆層付き摺動部材を提供する。【解決手段】摺動面を形成するＦｅ系潤滑被覆層を、
Ｆｅを主成分とし、Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成分を
１８〜３５重量％含有するＦｅ系潤滑被覆層を、溶射法
により形成する。このようなＦｅ系潤滑被覆層の形成に
より、摺動面にて均一で良好な潤滑性能が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＦｅ系潤滑被覆層
付き摺動部材、Ｆｅ系溶射層形成用粉末及びＦｅ系潤滑
被覆層付き摺動部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】各種機
械構造部品、とりわけ自動車部品において、その構成材
の摩擦係数を低減することはメカニックロス（機械損
失）を低減し、エネルギーの有効利用を図る上で有用で
ある。機械構造部品の摩擦係数を低減する手段として、
その構成材中にＭｏxＳy型あるいはＦｅＭｏxＳy型の化
合物を微細析出させ、そのＭｏxＳyの潤滑作用に基づい
て摩擦係数を低減することが考えられる。

【０００３】従来Ｆｅ−Ｍｏ−Ｓ系の鋳造材においてこ
の種ＭｏxＳy型の化合物の析出が認められており、一部
では摩擦係数の低減が認められている（例えば、日本金
属学会誌３８（１９７４）２０５、２１９）。しかしな
がらかかる鋳造材の場合、図７に示すように、同時に、
Ｆｅ系マトリックス相よりも融点の低いＦｅＳ相１５１
がネット状に形成され、そのネット状のＦｅＳ相１５１
が赤熱脆性の主原因となって、その後の熱間加工を行う
ことができず、実際には工業的に利用されていないのが
実情である。例えばＦｅ−Ｓ二元系状態図から推測すれ
ば、ＦｅＳ相とオーステナイト相とは共晶反応型の疑似
二元系を形成し、その共晶組成（Ｓが約３０重量％）よ
りもＦｅリッチ側では融液を冷却するに伴い、まずＦｅ
の初晶を生じ、その初晶の成長に伴い残液中にはＳ成分
が濃化されてゆく。Ｓ成分は周知の通りＦｅ中では界面
活性な元素であり、残液の固液境界付近に特に優先的に
集まりやすいと考えられる。そして、最終的に残液は共
晶温度にてオーステナイト相とＦｅＳ相とに共晶分離す
るのであるが、残液は初晶結晶粒間の網目状空間に押し
込められる形となるので、形成されるＦｅＳ相もネット
状になると考えることができる。いずれにしろ、鋳造材
の場合、凝固時におけるこのようなネット状のＦｅＳ相
が必ず生じ、その後の熱処理により過飽和のＳ成分をマ
トリックス中に分散析出させてもネット状のＦｅＳ相は
消滅せず、赤熱脆性の問題は避けがたいのである。

【０００４】そこで、上記の問題を解決するために、特
開平１０−３１７００２号公報には、重量％で、Ｓ：１
〜１０％，Ｍｏ：３〜２５％で１．６７Ｓ＋１≦Ｍｏ≦
１．６７Ｓ＋７を満たし、残部不可避的不純物及びＦｅ
からなることを特徴とする低摩擦係数粉末を用いてＦｅ
系焼結体を製造する技術が開示されている。焼結材の場
合、ＦｅＳ相は融液の凝固反応が主体とならないので、
鋳造材のようなネット状形成は生じにくく、マトリック
ス中に分散形成され、結果として赤熱脆性が非常に生じ
にくくなる。

【０００５】しかし、該公報に開示された組成範囲で
は、１．６７Ｓ＋１≦Ｍｏ≦１．６７Ｓ＋７（重量％）
の制約があるために、Ｍｏ含有量と連動してＳの含有量
も増加せざるを得ない事情がある。例えばＳ含有量を最
大に近い１０重量％まで増加させたときに、許容される
Ｍｏの含有量の上限は２４重量％程度である。そして、
本発明者等が鋭意検討した結果、Ｍｏに対するＳの相対
含有量が増え過ぎると、Ｓ成分は、ＦｅＳ等のＦｅ系硫
化物（固体潤滑効果をあまり期待できない）の生成に消
費され、結果としてＭｏxＳyやＦｅＭｏxＳy等の固体潤
滑に効果的な硫化物を必要十分な量にて形成できず、性
能的に不十分なものしか得られないことがわかった。

【０００６】また、部材の全体を焼結材で製造する場
合、摺動性向上に寄与しない部材内部も高価な粉末焼結
体として製造されるため、コスト的に不利となる欠点が
ある。さらに、潤滑性を優先した合金組成は、強度的な
観点からは必ずしも最適なものとは言い難く、摺動部材
の適用分野によっては強度不足の問題が避けがたくなる
場合がある。さらに、部材を非磁性体にしたり、あるい
は軽量化や耐熱性向上等のため、部材の主要構成材料を
Ｆｅ−Ｍｏ−Ｓ系以外の合金、あるいは非金属材料等で
構成しなければならない用途では、根本的に適用不可能
であり、汎用性に欠ける難点もある。

【０００７】本発明の課題は、付与される潤滑性能が良
好であって、しかも部材全体を比較的安価に構成でき、
しかも部材の主要構成材料の材質によらず、汎用的に潤
滑機能付与を行うことができるＦｅ系潤滑被覆層付き摺
動部材と、そのＦｅ系潤滑被覆層を溶射法により形成す
るのに好適なＦｅ系溶射層形成用粉末、及び溶射法によ
るＦｅ系潤滑被覆層付き摺動部材の製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明のＦｅ系潤滑被覆層付き摺
動部材は、Ｆｅを主成分とし、Ｓ成分を１〜５重量％、
Ｍｏ成分を１８〜３５重量％含有するＦｅ系潤滑被覆層
が、基材の少なくとも摺動面において溶射層として形成
されていることを特徴とする。なお、本明細書にて、
「主成分」（「主体」あるいは「主に」等も同義）と
は、着目している物質において、重量含有率の最も高い
成分を意味する。

【０００９】本発明の摺動部材において、摺動面を形成
するＦｅ系潤滑被覆層は、溶射法など、溶融した金属を
急冷して薄層化することにより形成されるもので、急冷
の結果として、Ｓが過飽和に固溶したＳ過飽和Ｆｅ系相
が主体となる組織を呈するものと考えられる。このよう
なＦｅ系潤滑被覆層の形成により、これを軸受けや機械
摺動部品等に適用した場合に、均一で良好な潤滑性能を
達成することができる。

【００１０】上記のようなＦｅ系潤滑被覆層の潤滑性能
が良好となる理由については、本発明者らは以下のよう
な機構を推測している。急冷効果により、Ｍｏ硫化物
あるいはＦｅ−Ｍｏ複合硫化物など、潤滑性向上に寄与
する硫化物相（以下、潤滑性硫化物相という）が分散形
成される。また、本発明に特有の高Ｍｏの合金組成で
は、一層潤滑性の良好なＦｅ系潤滑被覆層が得やすくな
るが、その理由としては、急冷により固体潤滑に寄与し
ないＦｅＳの析出が抑制される一方、代わって固体潤滑
に有効なＭｏ−Ｓ系あるいはＭｏ−Ｆｅ−Ｓ系の硫化物
（以下、Ｍｏ含有硫化物相という）の析出が促進される
ことが考えられる。その要因としては、固溶限を超える
Ｍｏの存在がＭｏ含有硫化物相の形成・析出を促すた
め、Ｆｅ系硫化物の形成に寄与するＳ成分が目減りして
Ｆｅ系硫化物の形での析出が抑制される、あるいはＦｅ
系硫化物がＭｏ含有硫化物相の成長のために分解される
等が推測される。過飽和となるまでＳの固溶量が増大
することにより、Ｆｅ系相自体の潤滑性が向上する。

【００１１】また、摺動部材の摺動面を含む表層部のみ
が、高潤滑性のＦｅ系潤滑被覆層にて構成されるので、
部材の全体を焼結材で製造する場合等と比較して、コス
ト的に有利である。さらに、上記のＦｅ系潤滑被覆層は
溶射法にて極めて簡単に形成できる上、部材の基材は、
例えばＦｅ系潤滑被覆層との付着性（あるいは密着性）
さえ確保できれば材質の制約がなく汎用性がある。

【００１２】他方、基材を予め略最終的な形状に加工し
ておいてからＦｅ系潤滑被覆層を形成すればよく、Ｓ及
びＭｏを前記の範囲にて含有したＦｅ系潤滑被覆層の形
成後には、基材に熱間にて塑性加工を施したりする必然
性は全くなくなる。従って、そのような加工を行わない
場合には、鋳造材で摺動部品全体を熱間加工にて製造す
るときの赤熱脆性等の問題は、根本的に発生しなくな
る。また、仮に被覆層形成後に熱間加工等を施す必要性
が生ずる場合でも、図７に示すようなネット状（網状）
の硫化物相が形成されていないことから、赤熱脆性等を
引き起こす懸念はほとんど生じない。

【００１３】さらに、被覆層の主体を占めるＦｅ系相が
Ｓ過飽和になると考えられることから、その固溶強化機
構により層の耐摩耗性等の向上にも寄与する。なお、Ｆ
ｅ系潤滑被覆層の表層部には、後述する通り、強度や耐
摩耗性向上のために、さらに浸硫処理や浸硫窒化処理等
により表面改質層を形成する場合があるが、Ｆｅ系相が
Ｓ過飽和となっていることで、これら表面改質層の形成
処理時における初期なじみを向上できる場合がある。

【００１４】なお、急冷の条件によっては、潤滑性硫化
物相の形成を、ＥＰＭＡ、Ｘ線回折あるいは電子線回折
等の公知の方法では確認できない場合もある。例えば、
潤滑性硫化物相が形成されても、急冷の影響により相が
極めて微細化していたり、あるいは潤滑性硫化物相の形
成量が少なくなっている場合等である。なお、急冷速度
を十分に大きくすることで、Ｓ過飽和Ｆｅ系相の一部又
は全てを非晶質相とすることも可能であり、これにより
潤滑性能をさらに高めることができる場合がある。

【００１５】なお、ＳのＦｅに対する平衡状態での固溶
限は約０．０２重量％であるのに対し、ＳのＭｏに対す
る平衡状態での固溶限は約１．３３重量％であり、Ｍｏ
が固溶したＦｅ系相については、Ｍｏ含有量に応じて過
飽和相となるためのＳ含有量も増大すると考えられる。
少なくともＦｅ系相中のＳの含有量が、Ｍｏへの固溶限
である１．３３重量％以上となっていれば、該相はほぼ
確実に過飽和状態になっているといえる。本明細書で
は、相中のＦｅの重量含有率をＷFe、Ｍｏの重量含有率
をＷMoとして、相の平衡状態でのＳ固溶限λ（重量％）
を、 λ＝０．０２×ＷFe／（ＷFe＋ＷMo）＋１．３３×ＷMo
／（ＷFe＋ＷMo）にて推定するものとし、これよりも多くＳを含有してい
る相を過飽和Ｆｅ系相として定める。なお、Ｓ過飽和Ｆ
ｅ系相の形成の確認するための分析方法としては、例え
ば走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）と微小組成分析法
（例えばＥＤＸなど）を組み合わせた方法を例示でき
る。

【００１６】Ｓ過飽和Ｆｅ系相中のＳ固溶量が少なくな
り過ぎることは、Ｆｅ系潤滑被覆層形成時の急冷効果が
不足気味であることを意味し、Ｍｏ含有硫化物相の分散
性が損なわれるか、及び／又はＳ過飽和Ｆｅ系相自体の
潤滑性の低下により、潤滑性能の低下を引き起こしやす
くなる場合がある。他方、Ｓ固溶量が過剰になるとＦｅ
系潤滑被覆層が却って脆くなる場合があり、耐衝撃性等
の不足を招く等の不具合に注意する必要がある。具体的
には、前述のλを用いて、Ｓ過飽和Ｆｅ系相中のＳ固溶
量は２．５λ〜１０λ重量％の範囲となっているのがよ
い。

【００１７】また、Ｆｅ系潤滑被覆層の組成は、Ｍｏ成
分１８〜３５重量％に対し、Ｓ成分を１〜５重量％と、
特開平１０−３１７００２号公報に記載された発明より
Ｓ含有量が相対的に低い組成を選択することにより、潤
滑性向上の主役を担うＭｏ含有硫化物相の形成が促進さ
れ、良好な潤滑性能を有するＦｅ系潤滑被覆層が得られ
るようになる。なお、参考のため、特開平１０−３１７
００２号公報のＭｏ及びＳの組成範囲ＰＡと、本発明の
Ｍｏ及びＳの組成範囲ＴＩとを図１に示している。

【００１８】Ｓ成分の含有量が１重量％未満であると、
Ｆｅ系潤滑被覆層の固体潤滑性能が損なわれることにつ
ながる。これはＭｏ含有硫化物相の形成が不十分となる
ためであると考えられる。他方、Ｓ成分が５重量％を超
えた場合も、Ｆｅ系潤滑被覆層の固体潤滑性能が却って
損なわれることにつながる。これは、ＦｅＳ等の固体潤
滑に寄与しない硫化物が多く生ずるためであると考えら
れる。なお、Ｓ成分の含有量はより望ましくは１〜４重
量％とするのがよい。

【００１９】Ｍｏ成分が１８重量％未満になると、Ｆｅ
系潤滑被覆層の固体潤滑性能が損なわれることにつなが
る。他方、３５重量％以上Ｍｏを配合しても、Ｆｅ系潤
滑被覆層の固体潤滑性能のそれ以上の向上が見込めなく
なるため、高価なＭｏ成分が増える分だけコストアップ
を招くことにつながる。なお、Ｍｏ成分の含有量はより
望ましくは２０〜３２重量％とするのがよい。また、Ｓ
含有量が増大した場合、Ｍｏ含有量をそれに応じて増大
させることで、潤滑性への寄与が大きいＭｏ系の硫化物
の形成を促進して、本発明の効果をさらに高めることも
可能である。この場合、Ｍｏの含有量は、硫黄の含有量
をＷS（重量％）として、１．６７ＷS＋１７よりも大き
く設定すること、望ましくは、１．６７ＷS＋１８以上
に設定することが有効である。

【００２０】なお、上記した効果をより顕著なものとす
るためには、Ｆｅ系潤滑被覆層の、表面における成分濃
度分布を電子プローブ微小解析（ＥＰＭＡ）等により分
析したときに、平均的なＳ成分濃度がマトリックスとな
るＦｅ系相（例えば、前述のＳ過飽和Ｆｅ系相）よりも
よりも高くなるＳリッチ相として、これがＳ過飽和Ｆｅ
系相中に分散形成されているのがよい。

【００２１】溶射法によるＦｅ系潤滑被覆層を形成する
方法としては、フレーム溶射、アーク溶射あるいはプラ
ズマ溶射等、各種公知の溶射法を採用することができ
る。この場合、粉末状又はワイヤ状の形態をなし、Ｆｅ
を主成分として、Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成分を１
８〜３５重量％含有するＦｅ系溶射層形成用素材を使用
することができる。具体的には、上記のＦｅ系溶射層形
成用素材を、基材の少なくとも摺動面形成に予定された
表面に溶射することにより、Ｆｅを主成分とし、Ｓ成分
を１〜５重量％、Ｍｏ成分を１８〜３５重量％含有する
Ｆｅ系潤滑被覆層を、溶射層として形成することとな
る。

【００２２】図２は、フレーム溶射機の一例を示す。す
なわち、溶射粉末ａ，ｂを粉末供給装置３ａ及び３ｂか
ら溶射ガン４の溶射フレーム５中に供給して溶解し、そ
の溶融素材の液滴を摺動面として予定された基材の表面
に吹き付けることにより、溶射層を形成することができ
る。例えば、軸状の基材の外周面に溶射層を形成する場
合には、図３に示すように、基材を軸線周りに回転させ
ながら溶射ガンから溶融素材の液滴を基材外周面に吹き
付けつつ、溶射ガンを基材に対し軸線方向に相対移動さ
せるようにすればよい。

【００２３】なお、粉末状のＦｅ系溶射層形成用素材
は、Ｆｅを主成分とし、Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成
分を１８〜３５重量％含有する組成となるように合金原
料を溶解した後、その原料を急冷する工程を経て製造さ
れたものを使用することができる。具体的には、急冷工
程は、図４に示すように、合金溶湯７１を液体冷却媒及
び／又は気体冷却媒７９とともに噴霧する噴霧工程を採
用できる。このような噴霧急冷粉は、粒子形状が球状と
なりやすく流動性に富むので、溶射に好適に使用するこ
とができる。例えば、同軸的に配置された内ノズル７８
と外ノズル７７からなる噴霧ノズルに対し、内ノズル７
８内に合金溶湯７１を供給し、先端側の開口部７１ａか
ら流出させながら、両ノズル７８，７７間の隙間７９を
経て不活性ガスあるいは水等の噴霧媒体を開口部７７ａ
から噴射することにより、合金溶湯を噴霧・凝固させ
る。これにより得られる噴霧粉末粒子６０’は粒径が概
ね１０〜３００μｍ程度の球状粉末となる。粉末製造に
際して合金溶湯を急冷することにより、鋳造材等におけ
るネット状のＦｅＳ相形成が効果的に抑制され、粉末粒
子６０’中においてＳリッチ相６０ｂが金属マトリック
ス相６０ａ中に分散した形態で析出させることができ
る。なお、さらに細かい粉末が必要な場合は、図４
（ｃ）に示すように、さらに粉砕（あるいは分級）して
二次粉末６１’となすこともできる。なお、噴霧法以外
では合金電極を消耗電極として高速回転させ、陰極（例
えばタングステン系金属製のもの）からのアークにより
部分溶解して飛散させる回転電極法を採用することもで
きる。さらに、ロール急冷法、スプラット急冷法等によ
り合金溶湯をリボン状あるいはフレーク状に凝固させ、
これを粉砕して粉末化する方法も可能である。

【００２４】本発明においては、Ｆｅ系潤滑被覆層に、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｒの１種又は２種
以上を含有させることができる。それらの望ましい含有
範囲と、その理由について以下に詳述する。 (1)Ｃ：０．０５〜１．２重量％Ｃは強度を確保するのに有用な元素である。但し０．０
５重量％未満では効果が乏しく、逆に過剰添加はＭｏ炭
化物の析出を過度に促進し、Ｍｏ硫化物の形成に悪影響
を与えるため上限を１．２重量％とする。 (2)Ｓｉ：≦２．０重量％Ｓｉは溶鋼中の酸素低減に有効で湯流れを改善し、Ｆｅ
系潤滑被覆層の生地を強化する元素である。２．０重量
％でその効果が飽和するのでこれを上限とする。なお、
一定の効果を期待する場合は、０．１重量％以上は含有
されていることが望ましい。

【００２５】(3)Ｍｎ：≦２．０重量％Ｍｎは鋼の焼入れ性を確保するのに有効な元素である
が、過度の添加は粉末の酸化を促進するため上限を２．
０重量％とする。なお、一定の効果を期待する場合は、
０．０５重量％以上は含有されていることが望ましい。 (4)Ｎｉ：≦５．０重量％Ｎｉは焼入れ性を与え、焼入れ・焼戻し後の機械的性質
を向上させる。但し過度の添加は残留オーステナイト生
成の原因となり、硬さを低下させるので上限を５．０重
量％とする。なお、一定の効果を期待する場合は、０．
５重量％以上は含有されていることが望ましい。 (5)Ｃｒ：≦１．５０重量％Ｃｒは鋼の焼入れ性を確保するのに有効であるが、過度
の添加はＭｏと複炭化物を作り、Ｍｏ硫化物の生成に悪
影響を与えるので上限を１．５０重量％とする。なお、
一定の効果を期待する場合は、０．３重量％以上は含有
されていることが望ましい。

【００２６】(6)Ｖ：≦３．０重量％Ｖは単独でＶＣを形成し、耐摩耗性を与えるのに有効で
ある。但し過度の添加は、Ｆｅ系溶射層形成用素材を例
えば噴霧急冷粉等として製造する場合は、噴霧ノズル閉
塞等のトラブルの要因となるので上限を３．０重量％と
する。なお、一定の効果を期待する場合は、０．３重量
％以上は含有されていることが望ましい。 (7)Ｗ：≦１．０重量％Ｗは炭化物を形成して耐摩耗性を与えるのに有効であ
る。但し過度の添加はＭｏと複炭化物を作り、Ｍｏ硫化
物の生成に悪影響を与えるので上限を１．０重量％とす
る。なお、一定の効果を期待する場合は、０．１重量％
以上は含有されていることが望ましい。

【００２７】例えば、Ｆｅ系潤滑被覆層の具体的な組成
として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｒの１種
又は２種以上を上記の範囲にて含有し、残部Ｆｅと不可
避不純物とからなる組成を例示できる。

【００２８】次に、本発明においては、Ｆｅ系潤滑被覆
層は、無機耐摩耗粒子相を、該Ｆｅ系潤滑被覆層の組織
中に占める面積率にて７〜５５％の範囲内にて含有する
ものとすることができる。これにより、焼結体の耐摩耗
性を効果的に高めることが容易に実現できる。無機耐摩
耗粒子の含有量が２体積％未満では耐摩耗性向上効果が
顕著でなく、４１体積％を超えると混合が難しいため、
分布が偏在化してＦｅ系潤滑被覆層の強度低下を来す場
合がある。なお、この場合も体積含有率は、組織中に占
める面積比率とも対応し、該面積比率の範囲は７〜５５
％とすることが望ましい。なお、本発明において無機耐
摩耗粒子は、具体的には、金属炭化物（ＳｉＣ、ＷＣ、
ＴｉＣなど）、金属窒化物（ＴｉＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ
_４など）、金属酸化物（ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
_３、ＴｉＯ_２など）の少なくともいずれかを主体とする
ものが使用できる。上記のようなＦｅ系潤滑被覆層は、
粉末溶射層として容易に形成することができる。この場
合、Ｆｅ系溶射層形成用素材は、Ｆｅを主成分として、
Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成分を１８〜３５重量％含
有する主要粉末に、補助粉末としての無機耐摩耗粒子を
２〜４１体積％の範囲内にて含有させた粉末を使用する
ことができる。

【００２９】本発明の摺動部品の適用分野は特に限定さ
れないが、例えばピストン、シリンダ、コンロッドある
いは歯車等の自動車部品に対して好適に使用することが
できる。また、Ｆｅ系潤滑被覆層を形成すべき基材の材
質は特に限定されないが、例えばＦｅ系材料では、通常
の機械構造用炭素鋼の他、強度等をさらに向上させるた
め各種の合金鋼（例えば、調質鋼、強靱鋼、超強靱鋼、
マルエージング鋼など）を使用することも可能である。
また、特に非磁性のＦｅ系材料を使用する必要がある場
合には、オーステナイト系ステンレス鋼等を使用するこ
ともできる。さらに、Ｆｅ系材料以外の金属材料にて基
材を構成することも可能であり、例えば熱伝導性を向上
させる必要がある場合には、ＣｕないしＣｕ合金やＡｌ
合金の使用が有効である。また、部材の軽量化を図る必
要がある場合には、Ａｌ合金やＭｇ合金などの使用が有
効である。

【００３０】なお、図５（ａ）に示すように、Ｆｅ系潤
滑被覆層の厚さｔは、０．０５〜２ｍｍの範囲にて調整
するのがよい。厚さｔが０．０５ｍｍ未満では短時間で
寿命が尽きやすく、２ｍｍを超えるとＦｅ系潤滑被覆層
が剥離しやすくなり、摺動面構成部として不適切なもの
となる。また、Ｆｅ系潤滑被覆層は適切に前処理を行っ
た基材の表面に直接形成してもよいが、Ｆｅ系潤滑被覆
層とのなじみの悪い基材を使用する場合には、図５
（ｂ）に示すように、基材とＦｅ系潤滑被覆層との間に
適当な中間層を形成することもできる。また、中間層
は、摺動部材が冷熱サイクルにさらされやすい場合、基
材とＦｅ系潤滑被覆層との中間の線膨張係数を有する緩
和層として挿入することも可能である。

【００３１】また、図５（ｃ）に示すように、Ｆｅ系潤
滑被覆層の少なくとも表層部に、浸炭層、窒化層、浸硫
層あるいは浸硫窒化層等の表面改質層を形成することも
できる。これにより、Ｆｅ系潤滑被覆層の耐摩耗性を向
上させることができる。浸炭層は、固体浸炭法、液体浸
炭法、ガス浸炭法など、各種公知の浸炭法により形成で
きる。窒化層は、ガス窒化法や液体窒化法など、公知の
窒化法により形成できる。浸硫層は、例えばキャリアと
して溶融したＮａＣｌやＮａ_２ＣＯ_３を用い、還元剤で
あるＮａＣＮ、硫化剤としてＮａ_２Ｓ、Ｎａ_２ＳＯ_４、
Ｎａ_２ＳＯ_３などを加えた塩浴に被処理部材を浸漬する
方法がある。また、浸硫窒化を行う場合は、浸硫処理を
行う塩浴においてＮａＣＮやＫＣＮ等の窒素源を増量
し、浸硫と窒化とを同時に進ませるようにする。

【００３２】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。まず、高周波誘導溶解炉（３０ｋｇバッチ）
を用いて、表１に示す各種組成の合金を溶解し、図４に
示すガス噴霧法により粉末を製造した。得られた粉末を
乾燥後、分級により２００メッシュ以下のものを分級
し、平均粒径３５μｍのＦｅ系溶射層形成用素材として
の溶射粉末を調製した。なお、番号１４〜１８について
は、上記の合金粉末（主要粉末）に対し、補助粉末とし
て各種の無機耐摩耗粒子を表に示す体積含有率にて配合
した。以上の粉末を高速フレーム溶射機で炭素鋼（Ｓ４
５Ｃ）の板上に溶射し、表面に溶射層（Ｆｅ系潤滑被覆
層）を形成した。なお、溶射の条件は以下の通りであ
る：ガス：酸素、プロパン、空気の混合ガス溶射ノズルと板面（溶射面）との距離：約２００ｍｍ溶射速度：３０ｇ／分溶射層厚さｔ：約１．０ｍｍなお、溶射層の表面は、研磨により算術平均粗さが０．
５μｍＲａとなるように仕上げた。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記の各試料の溶射層につき、摩擦係数の
測定と耐摩耗性の評価を次の条件で行った。すなわち、
摩擦係数の測定は定荷重、往復運動下における摩擦係数
を無潤滑で測定することにより行った。ただし、相手材
として、摺動面の粗さを１．５μｍＲａとなるように仕
上げたものを使用した。また、荷重は１０ｋｇ／ｍｍ ^２
であり、摩擦係数は１００往復後の安定した時点で測定
した。さらに、耐摩耗性評価は、相手材ＳＫＤ１１（焼
入れ焼き戻し材：ロックウェルＣスケール硬度ＨRC＝５
８）、荷重２ｋｇ、摩擦距離１００ｍ、無潤滑の条件で
大越式摩耗試験により行った。ここで比摩耗量とは、相
手材ＳＫＤ１１から成る直径３０ｍｍφ，厚みｔ＝３ｍ
ｍの円盤を供試材に荷重２ｋｇで押し付けた状態で円盤
を回転させ、供試材表面に生じた窪みの大きさ（面積）
を表わしたものである。結果を表１に示す。これによる
と、Ｓ及びＭｏの含有量が本発明の請求項の組成範囲を
満足する溶射層については、摩擦係数が０．５０以下、
比摩耗量が８（×１０^−９ｍｍ^２／Ｎ）以下と、いずれ
も小さく、良好な潤滑性能が得られていることがわか
る。

【００３５】図６（ａ）は、表１の試料番号２の溶射層
表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、（ｂ）、
（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、ＳＥＭ付属のＥＰＭＡに
より測定したＳ、Ｆｅ及びＭｏの元素濃度分布の二次元
マッピング画像である。各画像中にて、明るく現われて
いる領域ほど、着目している元素濃度が高いことを示
す。また、各画像内に示す数値は、着目している元素の
その位置での重量％濃度を表している。これによれば、
（ｃ）の画像から、５０〜７５重量％程度の範囲で濃淡
は生じているが組織の略全域にてＦｅが検出されてお
り、かつ（ｂ）の画像から、Ｓは概ね、ＦｅあるいはＭ
ｏに対する固溶限よりもはるかに高い２重量％以上のレ
ベルで一様に検出されていることがわかる。すなわち、
Ｓ過飽和Ｆｅ系層が形成されているものと考えられる。
また、一部の領域では、Ｓの濃度が組織全体の平均的な
Ｓ含有量（２．７重量％）よりも高いレベル（例えば
２．８８重量％）にて検出されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるＦｅ系潤滑被覆層の組成範囲を
示す図。

【図２】Ｆｅ系潤滑被覆層を溶射層として形成する方法
の一例を示す模式図。

【図３】軸状基材の外周面に溶射層を形成する方法を示
す模式図。

【図４】噴霧法により急冷粉末を製造する方法を模式的
に示す図。

【図５】Ｆｅ系潤滑被覆層の種々の形成形態を示す断面
模式図。

【図６】実施例の実験にて使用した試料番号２の溶射層
表面のＳＥＭ観察画像及びそれに対応するＳ、Ｆｅ及び
Ｍｏの元素濃度分布のＥＰＭＡ二次元マッピング画像。

【図７】鋳造材組織の模式図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅを主成分とし、Ｓ成分を１〜５重量
％、Ｍｏ成分を１８〜３５重量％含有するＦｅ系潤滑被
覆層が、基材の少なくとも摺動面において溶射層として
形成されていることを特徴とするＦｅ系潤滑被覆層付き
摺動部材。
【請求項２】前記Ｆｅ系潤滑被覆層は、Ｃ含有量が
０．０５〜１．２重量％である請求項１記載のＦｅ系潤
滑被覆層付き摺動部材。
【請求項３】前記Ｆｅ系潤滑被覆層は、２重量％以下
のＳｉと、２重量％以下のＭｎと、３重量％以下のＶ
と、１重量％以下のＷと、５重量％以下のＮｉと、１．
５重量％以下のＣｒとから選ばれる１種又は２種以上を
含有する請求項１又は２に記載のＦｅ系潤滑被覆層付き
摺動部材。
【請求項４】前記Ｆｅ系潤滑被覆層は、無機耐摩耗粒
子相を、該Ｆｅ系潤滑被覆層の組織中に占める面積率に
て７〜５５％の範囲内にて含有する請求項１ないし３の
いずれかに記載のＦｅ系潤滑被覆層付き摺動部材。
【請求項５】前記無機耐摩耗粒子相は、金属炭化物、
金属窒化物、金属炭窒化物及び金属酸化物の少なくとも
いずれかを主体とするものである請求項４記載のＦｅ系
潤滑被覆層付き摺動部材。
【請求項６】粉末状又はワイヤ状の形態をなし、Ｆｅ
を主成分として、Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成分を１
８〜３５重量％含有することを特徴とするＦｅ系溶射層
形成用素材。
【請求項７】Ｃ含有量が、０．０５〜１．２重量％で
ある請求項６記載のＦｅ系溶射層形成用素材。
【請求項８】２重量％以下のＳｉと、２重量％以下の
Ｍｎと、３重量％以下のＶと、１重量％以下のＷと、５
重量％以下のＮｉと、１．５重量％以下のＣｒとから選
ばれる１種又は２種以上を含有する請求項６又は７に記
載のＦｅ系溶射層形成用素材。
【請求項９】Ｆｅを主成分として、Ｓ成分を１〜５重
量％、Ｍｏ成分を１８〜３５重量％含有する主要粉末
に、補助粉末としての無機耐摩耗粒子を２〜４１体積％
の範囲内にて含有する請求項６ないし８のいずれかに記
載のＦｅ系溶射層形成用素材。
【請求項１０】前記無機耐摩耗粒子は、金属炭化物、
金属窒化物、金属炭窒化物及び金属酸化物の少なくとも
いずれかを主体とするものである請求項９記載のＦｅ系
溶射層形成用素材。
【請求項１１】請求項６ないし１０のいずれかに記載
のＦｅ系溶射層形成用素材を、基材の少なくとも摺動面
形成に予定された表面に溶射することにより、Ｆｅを主
成分とし、Ｓ成分を１〜５重量％、Ｍｏ成分を１８〜３
５重量％含有するＦｅ系潤滑被覆層を、溶射層として形
成することを特徴とするＦｅ系潤滑被覆層付き摺動部材
の製造方法。