JP2006153193A - 摺動材料とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 摺動材料１は、Ｃｕ合金からなる基材２と、この基材２の表面に施したＳｎめっきからなるオーバレイ３を備えている。上記基材２とオーバレイ３に熱処理を施すことによって、オーバレイ３の内部にＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層３Ａが形成されている。Ｓｎめっきからなるオーバレイ３を施した基材２を１８０〜２００℃で連続５〜２０時間だけ加熱することで、内部改質層３Ａを形成する。内部改質層３ＡにおけるＳｎとの境界面には、全域にわたって凹凸５が形成されており、その凹部内にＳｎが埋設されている。
【効果】 摺動材料１の表面にオーバレイ３としてのＳｎが存在するので、なじみ性に優れた摺動材料１を提供できる。また、オーバレイ３内には、無数の凹凸５を備えたＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層３Ａが存在するので、耐摩耗性に優れた摺動材料１を提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は摺動材料とその製造方法に関し、より詳しくは、Ｃｕ合金からなる基材の表面にＳｎめっきからなるオーバレイ層を設けた摺動材料とその製造方法に関する。

従来、Ｃｕ合金からなる基材と、この基材の表面に設けたＰｂからなるオーバレイとを備えた摺動材料は知られている（例えば特許文献１）。
特開平１１−８２５１４号公報

ところで、上述した従来の摺動材料においては、上記基材とオーバレイとの間に中間層として例えばＮｉめっきを施している。このような構成の場合には、オーバレイとしてのＰｂが摩耗した際には、中間層としてＮｉが露出して相手材と摺動することになる。このようにオーバレイであるＰｂが摩滅してＮｉが露出した状態となると、摺動材料の耐焼付性が低下するという欠点が指摘されていたものである。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、Ｃｕ合金からなる基材と、この基材の表面に設けたＳｎめっきからなるオーバレイと、上記基材およびオーバレイに熱処理を施すことにより該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたって形成したＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層とを備え、
上記内部改質層におけるＳｎめっきとの境界部分の全域に、上記Ｓｎめっきが埋設された微小な凹凸が形成されている摺動材料を提供するものである。
また、請求項３に記載した本発明は、Ｃｕ合金からなる基材の表面にＳｎめっきからなるオーバレイを設けた後に、上記基材およびオーバレイを１８０℃〜２００℃で５〜２０時間加熱して、該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたってＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層を形成するとともに、上記内部改質層におけるＳｎめっきとの境界部分の全域に上記Ｓｎめっきが埋設された微小な凹凸を形成する摺動材料の製造方法を提供するものである。

上述した構成によれば、摺動材料におけるＳｎからなるオーバレイが摩滅して内部改質層が摺動面に露出した状態となると、硬質なＣｕ−Ｓｎ化合物が摺動面に露出するとともに上記凹凸内のＳｎも摺動面に露出することになる。
そのため、後述する試験結果からも明らかなように、摺動材料の耐焼付性を向上させることができる。また、摺動材料の使用開始時においては、摺動材料の表面にＳｎからなるオーバレイが存在するので、初期なじみ性にも優れた摺動材料を提供することができる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において１は摺動材料であり、この摺動材料１は、Ｃｕ合金（例えばＣｕ−Ｓｎ系）からなる基材２と、この基材２の表面全域を覆って設けたＳｎめっきからなるオーバレイ３とから構成されている。さらに、上記オーバレイ３における上記基材２との境界面４の全域にわたってＣｕ−Ｓｎ化合物からなる数μｍの厚さの内部改質層３Ａが形成されている。
上記内部改質層３Ａは、その全域にわたって境界面４とは反対側、すなわち本来のＳｎめっきからなるオーバレイとの境界面側の全域にわたって無数の微小な凹凸５が形成されている。上記内部改質層３Ａの厚さ（上記境界面４からの高さ）は、最大で６μｍ程度となっている。このように、本実施例においては、内部改質層３Ａは全域において均一な厚さで形成されるのではなく、全域にわたって高さ（深さ）数μｍ程度の無数の凹凸５が形成されている。

次に、上記摺動材料１の製造工程を説明する。すなわち、図２に示すように、先ず、基材２となる所要寸法のＣｕ合金を準備し、これの表面を電解脱脂する（Ｓ１）。
次に、電解脱脂した基材を水洗いする（Ｓ２）。その後、基材２を所要の酸性液で洗浄し（Ｓ３）、その後、再度基材２を水洗いする（Ｓ４）。
この後、基材２に対してオーバレイ３となるＳｎめっきを施す（Ｓ５）。この時のめっき条件は、次の（ａ）又は（ｂ）に示すとおりである。
（ａ）硫酸第一Ｓｎ（金属Ｓｎ換算）：２０〜３０ｇ／ｌ
無機アンモニウム塩：５０〜１５０ｇ／ｌ
有機カルボン酸：１０〜４０ｇ／ｌ
浴温：３０℃
電流密度：０．５〜５Ａ／ｄｍ^２
（ｂ）ホウフッ化Ｓｎ（Ｓｎイオンとして）：１０〜２０ｇ／ｌ
ホウフッ化水素酸：１００〜１５０ｇ／ｌ
ポリオキシエチレン ゼラチン：０．５〜４ｇ／１
βナフトール：０．１〜２ｇ／１
浴温：３０℃
電流密度：０．５〜５Ａ／ｄｍ^２

このように基材２の表面にオーバレイ３としてのＳｎめっきを施すが、このＳｎめっきの厚さは７〜１３μｍ程度となっている。この後、オーバレイ３を設けた基材２を水洗いしてから乾燥させる（Ｓ６、Ｓ７）。
最後に上記オーバレイ３を施した基材２に対して熱処理を施す。すなわち、基材２を１８０〜２００℃で５〜２０時間継続して加熱する（Ｓ８）。これにより、摺動材料１の製造工程が完了する。
このようにして製造された本実施例の摺動材料１の断面写真を示したものが、図５である。この図５から理解できるように、オーバレイ３には、上記基材２との境界面４の全域にわたって硬質のＣｕ−Ｓｎ化合物である内部改質層３Ａが形成されている。上述したように、内部改質層３Ａの最大厚さは６μｍ程度となっており、また、内部改質層３Ａにおける本来のＳｎめっきとの境界部分の全域にわたって無数の凹凸が満遍なく形成されている。この凹凸における凹部の深さは２〜３μｍ程度であり、内部改質層３Ａの全域にわたって満遍なく形成されている。

ところで、上記内部改質層３Ａの最大厚さ（境界面４からの最大高さ）は、上記製造工程における熱処理の温度と加熱時間とによって異なってくる。
つまり、図３は熱処理の条件を異ならせた３件の本実施例１〜３と、４件の比較例４〜７について、オーバレイ内のＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層の生成の有無について比較したものである。
本実施例１〜３および比較例４〜７は、何れも基材としてＣｕ合金を用いた上に図３に示したオーバレイを設けたものであり、比較例５〜７以外は図３に示した条件で材料に熱処理を施したものである。また、比較例６、７は基材とオーバレイとの間にＮｉの中間層を設けてあり、比較例７ではオーバレイとしてＰｂ−Ｓｎ−Ｃｕめっきを基材の表面に施している。
この図３に示すように、基材とオーバレイに熱処理を施した本実施例１〜３および比較例４の場合には、内部改質層としてのＣｕ−Ｓｎ化合物が２〜５μｍの厚さでオーバレイ内に形成される。これに対して、熱処理をしなかった比較例５〜７の場合にはＣｕ−Ｓｎ化合物はオーバレイ内に形成されなかった。
本実施例１〜３においては、内部改質層のＣｕ−Ｓｎ化合物は３．１〜５．２μｍの厚さで形成され、比較例４では５．０μｍの厚さで形成された。そして、本実施例１〜３においては、図５に示したようにＣｕ−Ｓｎ化合物（内部改質層３Ａ）に数μｍの微小な凹凸が満遍なく形成されている。これにより、硬質物であるＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層３Ａの凹部内に本来のＳｎが埋設された状態となっている。

他方、図６は比較例４の断面を示したものである。この比較例４はＣｕ合金からなる基材の表面にＳｎのオーバレイを施したものに、１５０℃で１００時間加熱したものである。つまり、上記本実施例よりも低い温度で長時間素材を加熱して摺動材料を製造したものである。この比較例４においても、オーバレイであるＳｎの内部にＣｕ−Ｓｎ化合物が形成される。しかしながら、この図６に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ化合物は僅かな厚さの変動はあるものの全域にわたってほぼ均一の厚さに形成されており、しかも、Ｓｎめっきとの境界部分には本実施例よりも小さな凹凸が不均一に形成されるに過ぎない。

次に、図４は、本実施例１〜３と比較例４〜７の焼付面圧に関する試験結果を示したものである。この試験においては、上記本実施例１〜３および比較例４〜７の摺動材料によって円筒形のすべり軸受を製造し、それによって回転軸を軸支した際の焼付面圧を調べたものである。焼付試験の試験条件は次のとおりである。
試験機：静荷重焼付試験機
すべり速度：２．８６ｍ／ｓｅｃ．（１３００ｒｐｍ）
すべり軸受の寸法：φ４２ｍｍ×ｗ１７ｍｍ、 軸受面圧：荷重 徐々に増加
回転軸の材質：Ｓ５５Ｃ（焼入れ）、潤滑油の種類：５Ｗ−３０ ＳＬ、
給油温度：１４０℃
この図４に示すように、本実施例１〜３は何れも１２０ＭＰａ以上の焼付面圧であったのに対して、比較例４〜７は何れも８０ＭＰａ以下となっており、明らかに本実施例１〜３の方が比較例４〜７よりも耐焼付性に優れている。
このように、本実施例の方が比較例よりも耐焼付性に優れているのは、オーバレイ３内に無数の凹凸５を備えたＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層３Ａが形成されているためと考えられる。つまり、最も表面側のオーバレイ３のＳｎめっきが摩滅した状態となると、最表面となる摺動面には微小な無数の凹凸５を有する内部改質層３Ａが露出することになり、その凹凸５の凹部内にＳｎが残留した状態となる。内部改質層３Ａは、硬質物であるＣｕ−Ｓｎ化合物からなるので、摺動材料１の耐焼付性が向上するものと考えられる。

以上のように、本実施例によれば、耐焼付性に優れた摺動材料１を提供することができる。
また、使用開始状態においては、摺動材料１の表面にはオーバレイ３としてのＳｎめっきが存在するので、なじみ性が良好な摺動材料１を提供できる。

本発明の一実施例を示す要部の断面図。 図１に示した摺動材料の製造工程を示す図。 本実施例１〜３と比較例４〜７についてのオーバレイの材質および熱処理条件等の関係を示す図。 図３に示した本実施例１〜３と比較例４〜７についての耐焼付性の試験結果を示す図。 図３における本実施例１の摺動材料の拡大断面図。 図３における比較例４の摺動材料の拡大断面図。

符号の説明

１…摺動材料 ２…基材
３…オーバレイ ３Ａ…内部改質層
５…凹凸

Claims (4)

1. Ｃｕ合金からなる基材と、この基材の表面に設けたＳｎめっきからなるオーバレイと、上記基材およびオーバレイに熱処理を施すことにより該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたって形成したＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層とを備え、
   上記内部改質層におけるＳｎめっきとの境界部分の全域に、上記Ｓｎめっきが埋設された微小な凹凸が形成されていることを特徴とする摺動材料。
2. 上記内部改質層は、上記基材およびオーバレイを１８０℃〜２００℃で５〜２０時間加熱して形成されるとともに、内部改質層の凹凸の深さは３〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の摺動材料。
3. Ｃｕ合金からなる基材の表面にＳｎめっきからなるオーバレイを設けた後に、上記基材およびオーバレイを１８０℃〜２００℃で５〜２０時間加熱して、該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたってＣｕ−Ｓｎ化合物からなる内部改質層を形成するとともに、上記内部改質層におけるＳｎめっきとの境界部分の全域に上記Ｓｎめっきが埋設された微小な凹凸を形成することを特徴とする摺動材料の製造方法。
4. 上記内部改質層の凹凸の深さは３〜５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の摺動材料の製造方法。
   

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