JP2010249216A - 摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】基材上に中間層を介して添加元素を含むＢｉ又はＢｉ合金から形成されるオーバレイ層を被着した摺動部材において、オーバレイ層中の添加元素の拡散を低減し、なじみ性を良好に維持することができる摺動部材を提供する。
【解決手段】基材２に中間層３を介してオーバレイ層４を被着した摺動部材において、オーバレイ層４を、Ｂｉ又はＢｉ合金に低融点の金属からなる添加元素を添加して形成し、中間層３を、Ａｇ又はＡｇ合金に添加元素を添加して形成する。中間層３に添加する添加元素の量を、オーバレイ層４中に含まれる量の５倍以上にする。
【選択図】図１
【解決手段】基材２に中間層３を介してオーバレイ層４を被着した摺動部材において、オーバレイ層４を、Ｂｉ又はＢｉ合金に低融点の金属からなる添加元素を添加して形成し、中間層３を、Ａｇ又はＡｇ合金に添加元素を添加して形成する。中間層３に添加する添加元素の量を、オーバレイ層４中に含まれる量の５倍以上にする。
【選択図】図１
Description
本発明は、基材上に中間層を介してオーバレイ層を被着して形成される摺動部材に係り、特にオーバレイ層がＢｉを主成分として形成される摺動部材に関する。
摺動部材、例えば自動車等の内燃機関に使用されるすべり軸受は、鋼板からなる裏金層上にＣｕ合金或はＡｌ合金からなる軸受合金層を被着して形成されている。このすべり軸受には、通常、相手軸とのなじみ性を向上させるために、軸受合金層の表面に、中間層を介してオーバレイ層が形成されている。中間層は、オーバレイ層を軸受合金層に良好に被着させる接着層として機能する。オーバレイ層としては、従来、軟質のＰｂ合金で形成され、一部にはＳｎ合金で形成されている。
しかしながら、Ｐｂは環境汚染物質であるため、できれば使用を避けることが好ましい。そのために、種々の研究が行われてきており、その一例として、Ｐｂに代えてＢｉを用いることが提案されている。ただ、Ｂｉは硬く、なじみ性に劣るため、なじみ性を向上するために、ＢｉにＳｎ、Ｉｎから選択した１種以上の添加元素を添加したものをオーバレイ層に用いることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
オーバレイ層がＢｉ又はＢｉ合金で形成される場合、中間層は、Ｂｉ又はＢｉ合金と化合物を形成し難いＡｇ又はＡｇ合金で形成されることがある。
しかしながら、Ａｇ又はＡｇ合金からなる中間層上に、Ｂｉ又はＢｉ合金に添加元素を添加して形成されるオーバレイ層を被着したすべり軸受は、実使用により高温環境下におかれると、オーバレイ層中の添加元素が中間層側に拡散し、オーバレイ層のなじみ性が低下することがある。
しかしながら、Ａｇ又はＡｇ合金からなる中間層上に、Ｂｉ又はＢｉ合金に添加元素を添加して形成されるオーバレイ層を被着したすべり軸受は、実使用により高温環境下におかれると、オーバレイ層中の添加元素が中間層側に拡散し、オーバレイ層のなじみ性が低下することがある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、基材上に中間層を介して添加元素を含むＢｉ又はＢｉ合金から形成されるオーバレイ層を被着した摺動部材において、オーバレイ層中の添加元素の拡散を低減し、なじみ性を良好に維持することができる摺動部材を提供することにある。
請求項１の発明では、基材に中間層を介してオーバレイ層を被着した摺動部材において、オーバレイ層は、Ｂｉ又はＢｉ合金に低融点の金属からなる添加元素を添加して形成され、中間層は、Ａｇ又はＡｇ合金に添加元素を添加して形成され、添加元素は、中間層中に含まれる量がオーバレイ層中に含まれる量の５倍以上であることを特徴としている。
本発明の摺動部材の基本形態の断面を、図１に示す。図１に示す摺動部材１は、例えば基材２に中間層３を介してオーバレイ層４を被着して構成されている。
本発明に言う基材２とは、中間層３を介してオーバレイ層４を被着する部材であり、例えばＣｕ基軸受合金層、Ａｌ基軸受合金層、その他の軸受合金層、軸受合金層を設けずに裏金層に相当する部材で相手材を支持する場合には当該裏金層相当部材、又は、軸受合金層若しくは裏金層の上に設けた層である。オーバレイ層４は、Ｂｉ又はＢｉ合金を主成分に形成されている。尚、本発明で言う、オーバレイ層４の主成分として形成されているＢｉ合金には、低融点の金属との合金からなるものは含まれない。中間層３は、Ｂｉ原子と結合しやすいＡｇ又はＡｇ合金を主成分に形成されている。これにより、中間層３はオーバレイ層４と接着しやすく、高負荷での使用によるオーバレイ層４の剥がれという問題は生じ難い。
本発明に言う基材２とは、中間層３を介してオーバレイ層４を被着する部材であり、例えばＣｕ基軸受合金層、Ａｌ基軸受合金層、その他の軸受合金層、軸受合金層を設けずに裏金層に相当する部材で相手材を支持する場合には当該裏金層相当部材、又は、軸受合金層若しくは裏金層の上に設けた層である。オーバレイ層４は、Ｂｉ又はＢｉ合金を主成分に形成されている。尚、本発明で言う、オーバレイ層４の主成分として形成されているＢｉ合金には、低融点の金属との合金からなるものは含まれない。中間層３は、Ｂｉ原子と結合しやすいＡｇ又はＡｇ合金を主成分に形成されている。これにより、中間層３はオーバレイ層４と接着しやすく、高負荷での使用によるオーバレイ層４の剥がれという問題は生じ難い。
この中間層３及びオーバレイ層４には、低融点の金属からなる添加元素が１種以上添加されている。ここで、本発明の低融点の金属とは、オーバレイ層４の主成分より融点が低いものを言う。低融点の金属からなる添加元素が添加されたオーバレイ層４は、添加元素を添加していないオーバレイ層よりも低融点化し、軟化する。これにより、オーバレイ層４のなじみ性は向上する。又、本発明者は、オーバレイ層４に添加される添加元素と同じ添加元素を中間層３中に含ませることにより、オーバレイ層４中の添加元素が中間層３側に拡散してしまうことを低減できる、と考えた。そして、中間層３中に含まれる添加元素の量がオーバレイ層４中に含まれる添加元素の量の５倍以上であるとき、添加元素はオーバレイ層４から中間層３側に拡散し難くなり、オーバレイ層４の経時的な組成の変化を少なくでき、オーバレイ層４の初期の優れたなじみ性が長期にわたり保持されることを、本発明者は解明した。ここで、低融点の金属からなる添加元素を２種以上添加する場合は、それらの合計量を５倍以上とする。２種以上添加する場合に、それらのそれぞれの量が５倍以上であることが好ましい。又、中間層３中に含まれる添加元素の量は、オーバレイ層４中に含まれる添加元素の量の７倍以上１２倍以下が好ましい。
請求項２の発明では、添加元素がＳｎ又はＩｎの少なくとも１種類からなることを特徴としている。
Ｓｎ及びＩｎの融点は、オーバレイ層４の主成分であるＢｉの融点よりも低い。よって、低融点の金属からなる添加元素を、Ｓｎ又はＩｎの少なくとも１種類から構成することにより、オーバレイ層４は低融点化し、軟化し、なじみ性は向上する。
Ｓｎ及びＩｎの融点は、オーバレイ層４の主成分であるＢｉの融点よりも低い。よって、低融点の金属からなる添加元素を、Ｓｎ又はＩｎの少なくとも１種類から構成することにより、オーバレイ層４は低融点化し、軟化し、なじみ性は向上する。
請求項３の発明では、中間層中に含まれる添加元素が、中間層を構成する元素のうち５０質量％以下であることを特徴としている。
中間層３中に含まれる添加元素を、５０質量％以下とすることが、なじみ性を良好に維持する摺動部材において耐疲労性の面で望ましい。更に、５質量％以上３５％以下にすることが好ましい。高い耐疲労性となじみ性を発揮させることができる。
中間層３中に含まれる添加元素を、５０質量％以下とすることが、なじみ性を良好に維持する摺動部材において耐疲労性の面で望ましい。更に、５質量％以上３５％以下にすることが好ましい。高い耐疲労性となじみ性を発揮させることができる。
次に本発明の摺動部材の実施形態について説明する。
図１に示すように、鋼板からなる裏金層５上にＣｕ合金又はＡｌ合金からなる軸受合金層２（基材２）を形成し、この軸受合金層２上に中間層３を形成し、この中間層３上にオーバレイ層４を形成して下記表１の実施例品試料１〜１０及び比較例品試料１〜５を得た。
図１に示すように、鋼板からなる裏金層５上にＣｕ合金又はＡｌ合金からなる軸受合金層２（基材２）を形成し、この軸受合金層２上に中間層３を形成し、この中間層３上にオーバレイ層４を形成して下記表１の実施例品試料１〜１０及び比較例品試料１〜５を得た。
中間層及びオーバレイ層の厚さは、電子顕微鏡の画像によって測定した。中間層の厚さは３〜７μｍ、オーバレイ層の厚さは５〜１５μｍであった。
Ｓｎを含有する中間層は、表２に示すめっき条件で基材上に作製した。Ｉｎを含有する中間層は、表２に示すめっき条件でＡｇ基層を形成し、その後にスルファミン酸浴にてＩｎめっきを施し、そして１００〜１５０℃、６０〜１２０分間の熱処理を適宜行ってＩｎをＡｇ基層中に拡散させて作製した。尚、表２中のＧＰＥ−ＡＤは、大和化成株式会社製の商品名である。
Ｓｎを含有する中間層は、表２に示すめっき条件で基材上に作製した。Ｉｎを含有する中間層は、表２に示すめっき条件でＡｇ基層を形成し、その後にスルファミン酸浴にてＩｎめっきを施し、そして１００〜１５０℃、６０〜１２０分間の熱処理を適宜行ってＩｎをＡｇ基層中に拡散させて作製した。尚、表２中のＧＰＥ−ＡＤは、大和化成株式会社製の商品名である。
ＳｎやＣｕを含有するオーバレイ層は、表３に示すめっき条件で中間層上に作製した。Ｉｎを含有するオーバレイ層は、表３に示すめっき条件でＢｉ基層を形成し、その後にスルファミン酸浴にてＩｎめっきを施し、そして１００〜１５０℃、３０〜９０分間の熱処理を適宜行ってＩｎをＢｉ基層中に拡散させて作製した。尚、表３中のＨＳ−２２０Ｓは、荏原ユージライト株式会社製の商品名である。
上記の各試料についてオーバレイ層中の添加元素の拡散試験を行った。この試験の結果を図２に示す。オーバレイ層中の添加元素は、一般に熱が加えられると、拡散により、中間層側に移動しオーバレイ層中に残存する添加元素は減少する。オーバレイ層中の添加元素の拡散試験では、すべり軸受（摺動部材）の実使用に近い温度、例えば１５０℃の環境下で試験を行った。そして、オーバレイ層中の添加元素が試験開始からの所定時間に対してどれくらいオーバレイ層中に残存しているかを測定した。今回の試験では、１５０℃の環境下で１００時間保持した場合と３００時間保持した場合において、オーバレイ層中にどれだけの添加元素が残存しているかを測定した。
オーバレイ層中の添加元素の量は、試験開始から所定時間（１００時間又は３００時間）経過した後の試料を、酸で溶解させた後、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍ：誘導結合プラズマ）分析により測定した。
図２の横軸は、試料番号を示している。図２の縦軸は、試験開始からのオーバレイ層中の添加元素の減少量の割合を示している。即ち、この「試験開始からのオーバレイ層中の添加元素の減少量の割合」は、{（試験開始前のオーバレイ層中の添加元素の濃度（質量％））−（所定時間（１００時間又は３００時間）経過後にオーバレイ層中に残存する添加元素の濃度（質量％））}×１００÷（試験開始前のオーバレイ層中の添加元素の濃度（質量％））の値である。「試験開始からのオーバレイ層中の添加元素の減少量の割合」が０％に近いほど、オーバレイ層中の添加元素は、中間層側に拡散し難いことを示している。
又、上記の各試料について次の表４に示す条件でなじみ性評価試験を行った。この試験の結果を表１に示す。表１中の「熱処理前」の値は、試料を製作した後、熱処理をせずになじみ性評価試験を行った結果の値である。「熱処理後」の値は、試料を製作した後、１５０℃に保たれた空間に３００時間保持した後に、なじみ性評価試験を行った結果の値である。
次に、上記各試験結果について説明する。
まず、オーバレイ層中の添加元素の拡散試験の結果について説明する。
実施例品試料１〜１０は、比較例品試料１〜５と比較して、オーバレイ層中の添加元素の減少量の割合は少ない。実施例品試料１〜１０と比較例品試料１〜５との比較から、中間層中に含まれる添加元素の量がオーバレイ層中に含まれる添加元素の量の５倍以上であるとき、このオーバレイ層中の添加元素の拡散は低減されることが理解される。
まず、オーバレイ層中の添加元素の拡散試験の結果について説明する。
実施例品試料１〜１０は、比較例品試料１〜５と比較して、オーバレイ層中の添加元素の減少量の割合は少ない。実施例品試料１〜１０と比較例品試料１〜５との比較から、中間層中に含まれる添加元素の量がオーバレイ層中に含まれる添加元素の量の５倍以上であるとき、このオーバレイ層中の添加元素の拡散は低減されることが理解される。
次に、なじみ性評価試験の結果について説明する。
実施例品試料１〜１０は、比較例品試料１〜５と比較して、３００時間の熱処理後においてもクラックが発生しない最大面圧に優れ、なじみ性が良好であることがわかる。実施例品試料１〜１０と比較例品試料１〜５との比較から、特に実施例品試料６，７と比較例品試料５との比較から、中間層中に含まれる添加元素の量がオーバレイ層中に含まれる添加元素の量の５倍以上であるとき、オーバレイ層中の添加元素の拡散が顕著に低減され、その結果、オーバレイ層のなじみ性は長期にわたり良好であることが理解される。
実施例品試料１〜１０は、比較例品試料１〜５と比較して、３００時間の熱処理後においてもクラックが発生しない最大面圧に優れ、なじみ性が良好であることがわかる。実施例品試料１〜１０と比較例品試料１〜５との比較から、特に実施例品試料６，７と比較例品試料５との比較から、中間層中に含まれる添加元素の量がオーバレイ層中に含まれる添加元素の量の５倍以上であるとき、オーバレイ層中の添加元素の拡散が顕著に低減され、その結果、オーバレイ層のなじみ性は長期にわたり良好であることが理解される。
中間層中に含まれる添加元素の量が５０質量％以下の実施例品試料は、なじみ性を良好に維持しながら耐疲労性が特に優れていた。
本発明の適用は、自動車用エンジンのすべり軸受に限られず、摺動部材に広く適用できる。
本発明の適用は、自動車用エンジンのすべり軸受に限られず、摺動部材に広く適用できる。
図面中、１は摺動部材、２は軸受合金層（基材）、３は中間層、４はオーバレイ層を示す。
Claims (3)
- 基材に中間層を介してオーバレイ層を被着した摺動部材において、
前記オーバレイ層は、Ｂｉ又はＢｉ合金に低融点の金属からなる添加元素を添加して形成され、
前記中間層は、Ａｇ又はＡｇ合金に前記添加元素を添加して形成され、
前記添加元素は、前記中間層中に含まれる量が前記オーバレイ層中に含まれる量の５倍以上であることを特徴とする摺動部材。 - 前記添加元素は、Ｓｎ又はＩｎの少なくとも１種類からなることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
- 前記中間層中に含まれる前記添加元素は、前記中間層を構成する元素のうち５０質量％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
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