JP2014196813A - Sliding bearing - Google Patents

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桂己 山本
Yoshiki Yamamoto
桂己 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sliding bearing which prevents deterioration of bearing characteristics due to exfoliation of an overlay from aluminum alloy in an aluminum alloy sliding bearing with solid lubricant overlay.SOLUTION: A sliding bearing is provided by applying a resin overlay onto the surface of an aluminum alloy rolled plate which contains 1 to 20% of Sn, 0.5 to 12% of Si and >0.20% and ≤2.0% of Fe and consists of the remainder of Al and inevitable impurities. Therein, the resin overlay has a composition of (1) solid lubricant-MoS, PTFE, graphite, WS, h-BN and SbOand (2) binder-polyamide imide[PAI] resin, polyimide resin, phenol resin, polyacetal resin, polyether ether ketone resin, polyphenylene sulfide resin and/or epoxy resin.

Description

本発明は、すべり軸受に関するものであり、さらに詳しくのべるならば、すべり軸受用アルミニウム合金層の表面に、Pb,Snなどの金属系オーバレイではなく樹脂系オーバレイを焼付けたすべり軸受に関するものである。 The present invention relates to a slide bearing. More specifically, the present invention relates to a slide bearing in which a resin overlay is baked on the surface of an aluminum alloy layer for a slide bearing instead of a metal overlay such as Pb and Sn.

すべり軸受合金は銅合金とアルミニウム合金に大別されるが、アルミニウム合金は耐摩耗性にすぐれており、銅合金はなじみ性に優れている。アルミニウム合金の耐摩耗性をさらに向上し、オーバレイを使用しないようにしたすべり軸受用アルミニウム合金は、本出願人により特許文献1:特公昭62−42983号公報で提案されている。特許文献1においては、Al−Sn系軸受合金圧延板を裏金鋼板に圧接する前に、350〜550℃で焼鈍することにより、該合金に添加されたFe,Siなどを粗大化・塊状化することを提案している。そのアルミニウム合金の組成、組織及び軸受とした場合の構造は次のとおりである。組成―(a)1〜35重量%(以下同じ)のSn,(b)0.5〜11%のMn,Fe,Mo,Ni,Zr,Co,Ti,Sb,Cr及び/又はNb,(c)0.1〜10%のPb,Cd,In,Tl及び/又はBi,(d)0.1〜2%のCu及び/又はMg。組織−前記(b)の元素からなる、又は(b)の元素を含む塊状粒子が形成され、その長径寸法が5〜40μmの粒子が3.56×10-2mm2当り5個以上存在する。また、軸受構造−オーバレイを使用せず、すべり軸受表面の塊状粒子が相手軸とのなじみを確保する。 Sliding bearing alloys are roughly classified into copper alloys and aluminum alloys. Aluminum alloys have excellent wear resistance, and copper alloys have excellent compatibility. An aluminum alloy for a slide bearing that further improves the wear resistance of the aluminum alloy and does not use an overlay has been proposed by the present applicant in Japanese Patent Publication No. 62-42983. In patent document 1, before press-contacting an Al-Sn type bearing alloy rolled sheet to a back metal plate, it anneals at 350-550 degreeC, and coarsens and agglomerates Fe, Si, etc. which were added to this alloy. Propose that. The composition, structure and structure of the aluminum alloy are as follows. Composition-(a) 1-35 wt% (hereinafter the same) Sn, (b) 0.5-11% Mn, Fe, Mo, Ni, Zr, Co, Ti, Sb, Cr and / or Nb, ( c) 0.1-10% Pb, Cd, In, Tl and / or Bi, (d) 0.1-2% Cu and / or Mg. Tissue-Bulk particles composed of the element (b) or containing the element (b) are formed, and there are 5 or more particles having a major axis size of 5 to 40 μm per 3.56 × 10 −2 mm 2 . Also, the bearing structure-overlay is not used, and the lump particles on the surface of the sliding bearing ensure the familiarity with the mating shaft.

一方で、本出願人は、特許文献2:特開平4−83914号公報にて、固体潤滑剤90〜55重量%及び残部ポリイミド系バインダーからなるアルニウム系軸受合金用オーバレイを提案した。アルミニウム系軸受合金は、10%以下のCr,Si,Mn,Sb,Sr,Fe,Ni,Mo,Ti,W,Zr,V,Cu,Mg及び/又はZn(以下「強化成分」という)を含有し、さらに20%以下のSn,Pb,In,Tl及び/又はBiを含有するものであると説明されており、実施例では、Al−12Sn−1.8Pb−1.0Cu−3.0Si−0.3Crが供試されている。また、アルミニウム合金の下地処理有無による耐疲労性及び耐焼付性が比較されている。
特許文献2は、アルミニウム系軸受合金になじみ性を有する固体潤滑剤オーバレイを付着させた技術の嚆矢といえるが、多数羅列された強化成分の中には、通常のすべり軸受用圧延板には使用できないような元素がかなりある。例えば、W,Moなどの重金属は溶湯の強制冷却などの特殊な手段をとらないと、10%もの量をアルミニウムに合金化することは困難である。また、Feはオーバレイを使用しない特許文献1では塊状化して使用されているが、通常のアルミニウム合金では不純物である。
On the other hand, the present applicant has proposed an overlay for an aluminium-based bearing alloy comprising 90 to 55% by weight of a solid lubricant and the remaining polyimide-based binder in Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 4-83914. The aluminum-based bearing alloy contains 10% or less of Cr, Si, Mn, Sb, Sr, Fe, Ni, Mo, Ti, W, Zr, V, Cu, Mg, and / or Zn (hereinafter referred to as “strengthening component”). In the examples, Al-12Sn-1.8Pb-1.0Cu-3.0Si is described as containing 20% or less of Sn, Pb, In, Tl and / or Bi. -0.3Cr has been tested. In addition, fatigue resistance and seizure resistance depending on whether or not an aluminum alloy is ground-treated are compared.
Patent Document 2 can be said to be a technique of attaching a solid lubricant overlay having a conformability to an aluminum-based bearing alloy, but among a number of strengthening components, it is used for a normal rolling bearing rolling plate. There are quite a few elements that cannot be done. For example, heavy metals such as W and Mo are difficult to be alloyed with aluminum by as much as 10% unless special measures such as forced cooling of the molten metal are taken. Further, Fe is used in a lump form in Patent Document 1 that does not use an overlay, but is an impurity in a normal aluminum alloy.

特許文献2で提案した観点からの学術研究を本出願人は、非特許文献1:(社)日本トライボロジー学会 トライボロジー会議 東京1999−5予稿集「固体潤滑オーバレイ付きすべり軸受材料の開発(第1報)A13」で発表している。非特許文献1では、Al−12.5Sn−2.7Si−1Cu−0.2Cr−2Pbの組成をもつアルミニウム合金軸受材の表面を5μmRzに粗面化し、そのうえに厚さ5μmの樹脂系オーバレイを焼き付け、オーバレイの表面粗さを2〜3μmRzとしている。樹脂系オーバレイは、エポキシ樹脂又はポリアミドイミド(PAI)樹脂と、固体潤滑剤からなり、固体潤滑剤は、MoS2、黒鉛又はh−BNである。 Non-patent Document 1: Tribology Conference of the Japan Society of Tribology Tribology Conference Tokyo 1999-5 Proceedings “Development of plain bearing material with solid lubricated overlay (1st report) ) A13 ”. In Non-Patent Document 1, the surface of an aluminum alloy bearing material having a composition of Al-12.5Sn-2.7Si-1Cu-0.2Cr-2Pb is roughened to 5 μmRz, and a resin overlay having a thickness of 5 μm is baked thereon. The surface roughness of the overlay is 2 to 3 μm Rz. The resin-based overlay is composed of an epoxy resin or polyamideimide (PAI) resin and a solid lubricant, and the solid lubricant is MoS 2 , graphite or h-BN.

特許文献3:特開2002−61652号公報は、樹脂コーティング層が軸受合金層上に形成されているすべり軸受において、樹脂コーティング層が、25℃での引張強さが70〜110MPa、伸びが7〜20%であり、しかも200℃での引張強さが15MPa以上、伸びが20%以上である軟質かつ高温で伸びの良い熱硬化性樹脂を70〜30vol%と固体潤滑剤を30〜70vol%(ここで、両者の合計を100vol%とする)の割合で含有しており、樹脂コーティング層のビッカース硬さHvが20以下であるすべり軸受(請求項1)に関するものである。アルミニウム合金は特許文献1と同じものが説明されており、実施例で供試されたアルミニウム合金は、Al−11Sn−1.8Pb−1Cu−3Siである。 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-61652 discloses a slide bearing in which a resin coating layer is formed on a bearing alloy layer. The resin coating layer has a tensile strength at 25 ° C. of 70 to 110 MPa and an elongation of 7 70-30% by volume of a thermosetting resin having a tensile strength at 200 ° C. of 15 MPa or more and an elongation of 20% or more and good elongation at a high temperature and 30-70% by volume of a solid lubricant. (Here, the total of both is 100 vol%), and the Vickers hardness Hv of the resin coating layer is 20 or less. The same aluminum alloy as in Patent Document 1 is described, and the aluminum alloy used in the examples is Al-11Sn-1.8Pb-1Cu-3Si.

特許文献4:特開2004−263727号公報は、固体潤滑剤オーバレイ付きすべり軸受のコーティング樹脂のガラス転移点を150〜250℃にすることを提案する。アルミニウム合金は特許文献2と同じであり、実施例で供試されたアルミニウム合金も特許文献2と同じ組成である。 Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-263727 proposes that the glass transition point of the coating resin of the sliding bearing with a solid lubricant overlay be 150 to 250 ° C. The aluminum alloy is the same as that in Patent Document 2, and the aluminum alloy used in the examples also has the same composition as that in Patent Document 2.

特許文献2から約15年後の技術を解説している非特許文献2:(社)日本トライボロジー学会、トライボロジー会議予稿集、鳥取2004−11「トヨタにおける摺動部品のトライボロジー:1A3」の3(2)項によると、特許文献2の固体潤滑剤オーバレイ付きアルミニウム合金すべり軸受が市版車に搭載されるようになったことが分かる。 Non-patent document 2 explaining technology about 15 years after Patent Document 2: Tribology Society of Japan, Tribology Conference Proceedings, Tottori 2004-11 “Tribology of Sliding Parts at Toyota: 1A3” According to the item 2), it can be seen that the aluminum alloy plain bearing with a solid lubricant overlay of Patent Document 2 is now mounted on a commercial version car.

固体潤滑剤オーバレイ付きアルミニウム合金すべり軸受に関する従来の知見を整理して要約すると次のとおりである。
(イ)アルミニウム合金の表面処理
特許文献2においては、アルミニウム合金の表面に、アルカリエッチング、酸洗 及びリン酸亜鉛化成処理などの処理を施すかあるいは表面処理を施さずに、固体 潤滑剤オーバレイを焼き付けているが、表面処理を施したほうが耐焼付性及び耐 疲労性などは良好である。しかし、市販の軸受では表面処理は採用されておらず 、これは表面処理はコストを増大するもののそれに見合う性能は得られないから である。
(ロ)固体潤滑剤オーバレイのなじみ及び摩耗
オーバレイのなじみ性は固体潤滑剤、特にMoS2で確保される。即ち、MoS 2がへき開することにより摺動面の低摩擦性となじみが実現される。
特許文献2の摩耗試験実施例では、下地のアルミニウム合金を表面処理している ために、オーバレイの密着性が高められており、摩耗はオーバレイの厚さが少な くなる現象として起こっている。一方、非特許文献2では、MoS2配合量が多 いほどオーバレイが摩滅し、下地のアルミニウム合金が露出する面積割合が多く なっている。なお、オーバレイが一部摩滅して下地のアルミニウム合金が露出す ることは、鉛電気めっきなどの金属系オーバレイでも起こっている。またなじみ 性が良好な金属系オーバレイは摩耗量が多くなるような傾向があり、このような 傾向は、固体潤滑剤オーバレイでも同じである。固体潤滑剤オーバレイのなじみ ・摩耗の特長的点は、本来は固体潤滑剤のへき開摩耗だけでなじみが実現され、 かつ固体潤滑剤のみが摩耗することが理想的であるが、固体潤滑剤を保持する樹 脂も摩滅するという点である。即ち、ポリアミドイミド樹脂などは耐摩耗性が優 れているが、それにも拘らず摩耗が起こる。
(ハ)耐疲労性
固体潤滑剤オーバレイは下地のアルミニウム合金の耐疲労性を高める(非特許文 献1、4.3項及び非特許文献2、3.1(2)項)。即ち、固体潤滑剤オーバ レイがないアルミニウム合金よりも、固体潤滑剤オーバレイ付きアルミニウム合 金は、合金自体(ライニング)の割れが起こり難くなっている。
(ニ)すべり軸受用アルミニウム合金
固体潤滑剤オーバレイは、特許文献2に示された広範囲の組成のアルミニウム合 金について有効であると考えられている。勿論、アルミニウム合金の特性はその 組成により影響を受けるが、オーバレイによる耐焼付性や耐疲労性向上などの効 果は、特定のアルミニウム合金組成により良くなったりあるいは悪くなったりし ない。
(ホ)バインダー樹脂
ポリアミドイミド樹脂が最も性能が優れているが、エンジンメタルも含めて用途 要求に応じてその他の樹脂を使用することができる。
The following summarizes and summarizes the conventional knowledge on aluminum alloy plain bearings with solid lubricant overlays.
(A) Surface treatment of aluminum alloy In Patent Document 2, the surface of the aluminum alloy is subjected to a treatment such as alkali etching, pickling and zinc phosphate conversion treatment, or a surface treatment is performed without applying a solid lubricant overlay. Although it is baked, the surface treatment is better in terms of seizure resistance and fatigue resistance. However, commercially available bearings do not employ a surface treatment because the surface treatment increases the cost, but does not provide a performance suitable for it.
(B) Conformity and wear of solid lubricant overlay The conformability of the overlay is ensured by a solid lubricant, particularly MoS 2 . That is, when the MoS 2 is cleaved, low friction and familiarity of the sliding surface are realized.
In the wear test example of Patent Document 2, since the underlying aluminum alloy is surface-treated, the adhesion of the overlay is improved, and wear occurs as a phenomenon that the thickness of the overlay decreases. On the other hand, in Non-Patent Document 2, as the amount of MoS 2 is increased, the overlay is worn out and the area ratio where the underlying aluminum alloy is exposed increases. In addition, the overlay is partially worn away and the underlying aluminum alloy is exposed, even in metallic overlays such as lead electroplating. Metal overlays with good compatibility tend to wear more, and this tendency is the same for solid lubricant overlays. Familiarity with solid lubricant overlay ・ The main characteristic of wear is that the crushing wear of the solid lubricant is inherently achieved only by the cleaving wear, and it is ideal that only the solid lubricant is worn, but the solid lubricant is retained. The resin to be worn will also wear away. That is, polyamideimide resin and the like are excellent in wear resistance, but wear occurs nevertheless.
(C) Fatigue resistance The solid lubricant overlay enhances the fatigue resistance of the underlying aluminum alloy (Non-Patent Documents 1, 4.3 and Non-Patent Documents 2, 3.1 (2)). That is, an aluminum alloy with a solid lubricant overlay is less likely to crack the alloy itself (lining) than an aluminum alloy without a solid lubricant overlay.
(D) Aluminum alloy for slide bearing The solid lubricant overlay is considered to be effective for aluminum alloys having a wide range of compositions disclosed in Patent Document 2. Of course, the properties of the aluminum alloy are affected by the composition, but the effects such as seizure resistance and fatigue resistance improvement due to the overlay are not improved or deteriorated by the specific aluminum alloy composition.
(E) Binder resin Polyamideimide resin has the best performance, but other resins including engine metal can be used according to application requirements.

特許文献1:特公昭62−42983号公報
特許文献2:特開平4−83914号公報
特許文献3:特開2002−61652号公報
特許文献4:特開2004−263727号公報
Patent Document 1: Japanese Patent Publication No. 62-42983 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 4-83914 Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-61652 Patent Document 4: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-263727

非特許文献1::(社)日本トライボロジー学会、トライボロジー会議予稿集、東京1999−5「固体潤滑オーバレイ付きすべり軸受材料の開発」(第1報)A13
非特許文献2:(社)日本トライボロジー学会、トライボロジー会議予稿集、鳥取2004−11「トヨタにおける摺動部品のトライボロジー:1A3
Non-Patent Document 1 :: Tribology Society of Japan, Tribology Conference Proceedings, Tokyo 1999-5 “Development of plain bearing material with solid lubricating overlay” (1st report) A13
Non-Patent Document 2: Tribology Society of Japan, Tribology Conference Proceedings, Tottori 2004-11 “Tribology of Sliding Parts at Toyota: 1A3

本発明者らは、樹脂とアルミニウム合金の密着性を高めるために、カップリング剤を添加したポリアミドイミド樹脂についても軸受性能を調査したところ、ある程度の密着性向上効果が認められた。一方、カップリング剤の添加やアルミニウム合金下地処理を行わないと、軸受性能試験中にオーバレイの摩滅が起こり易い。 The present inventors investigated the bearing performance of a polyamideimide resin to which a coupling agent has been added in order to improve the adhesion between the resin and the aluminum alloy. As a result, a certain degree of adhesion improvement effect was observed. On the other hand, if the coupling agent is not added or the aluminum alloy base treatment is not performed, the wear of the overlay is likely to occur during the bearing performance test.

一般的すべり軸受用アルミニウム合金の組成は、1〜20%のSn,0.5〜12%のSi、残部Al及び不可避的不純物であり、任意的追加的成分として、0.5%以下のCr,3%以下のCu,0.5%以下のZr及び0.1%以下のTiの少なくとも1種を総量で4%以下を含有する。本発明者らは上記組成範囲内で成分含有量を変化させて、ポリアミドイミド−固体潤滑剤又は固体潤滑剤+硬質粒子オーバレイ付きすべり軸受の性能を調査したところ前掲(ニ)と同じ知見が得られた。ところが、上記組成のアルミニウム合金に0.20%未満の量で不可避的不純物として従来含有されていたFeを意図的に増量添加したところ、固体潤滑剤付きオーバレイのアルミニウム合金(ライニング)に対する樹脂の密着性が、従来の下地処理と同等レベルまで改善されることを見出した。
よって、本発明は、固体潤滑剤又は固体潤滑剤+硬質粒子オーバレイの下地であるAl−Sn−Si系アルミニウム合金に対する樹脂の密着性を向上させて、軸受性能の確保を図ることを目的とする。
The composition of a general aluminum alloy for plain bearings is 1-20% Sn, 0.5-12% Si, the balance Al and unavoidable impurities. As an optional additional component, 0.5% or less Cr , 3% or less of Cu, 0.5% or less of Zr, and 0.1% or less of Ti. As a result of investigating the performance of a slide bearing with a polyamideimide-solid lubricant or solid lubricant + hard particle overlay by changing the component content within the above composition range, the present inventors have obtained the same findings as in the above (d). It was. However, when the amount of Fe conventionally contained as an inevitable impurity in an amount of less than 0.20% is intentionally added to the aluminum alloy having the above composition, the resin adheres to the aluminum alloy (lining) of the overlay with a solid lubricant. It has been found that the property is improved to a level equivalent to that of the conventional ground treatment.
Therefore, an object of the present invention is to improve the adhesion of a resin to an Al—Sn—Si based aluminum alloy which is a base of a solid lubricant or a solid lubricant + hard particle overlay, and to secure bearing performance. .

本発明に係るすべり軸受は、質量百分率で、1〜20%のSn、0.5〜12%のSi及び0.20%を超え2.0%以下のFeを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金圧延板の表面に、MoS2、PTFE、グラファイト、WS2、h−BN 及びSb23から選択された少なくとも1種以上の固体潤滑剤をポリアミドイミド[PAI]樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂,ポリアセタール樹脂,ポリエーテルエーテルケトン樹脂,ポリフェニレンサルファイド樹脂及びエポキシ樹脂から選択された少なくとも1種以上の樹脂からなるバインダーで結合したオーバレイが付与されたことを特徴とする。以下、本発明を、詳しく説明する。 The slide bearing according to the present invention contains 1 to 20% of Sn, 0.5 to 12% of Si, and more than 0.20% and less than 2.0% of Fe, and the balance is Al and inevitable. At least one solid lubricant selected from MoS 2 , PTFE, graphite, WS 2 , h-BN and Sb 2 O 3 is coated on the surface of the aluminum alloy rolled plate made of impurities with polyamideimide [PAI] resin, polyimide An overlay bonded with a binder made of at least one resin selected from a resin, a phenol resin, a polyacetal resin, a polyether ether ketone resin, a polyphenylene sulfide resin, and an epoxy resin is provided. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のすべり軸受用アルミニウム合金(以下「アルミニウム合金」と略称する)において、Snは潤滑性を付与する元素であり、その含有量(質量%、以下同じ)が1%未満であると、潤滑性が不足し、一方20%を超えると、軟質なSn相による強度低下及び融点降下により、機械的特性が不良となり、結果として耐摩耗性などが劣化する。好ましい、Sn含有量は2〜18%である。 In the aluminum alloy for sliding bearings of the present invention (hereinafter abbreviated as “aluminum alloy”), Sn is an element imparting lubricity, and if the content (mass%, the same applies hereinafter) is less than 1%, On the other hand, if it exceeds 20%, mechanical properties become poor due to a decrease in strength and melting point due to the soft Sn phase, resulting in deterioration of wear resistance and the like. The Sn content is preferably 2 to 18%.

本発明のアルミニウム合金において、Siは鋳造時にAl−Si共晶として結晶化し、その後鋳造板の圧延により、Si粒子として微細にアルミニウムマトリクス中に分散して、耐摩耗性を付与する。Si粒子の寸法は、特に限定されないが、平均粒径で2μm以上であり、かつ最大粒径が12μm以下が好ましい。好ましいSi含有量は2〜7%である。 In the aluminum alloy of the present invention, Si is crystallized as an Al—Si eutectic at the time of casting, and then is finely dispersed in the aluminum matrix as Si particles by rolling of the cast plate to impart wear resistance. The size of the Si particles is not particularly limited, but the average particle size is preferably 2 μm or more and the maximum particle size is preferably 12 μm or less. A preferable Si content is 2 to 7%.

本発明者らは樹脂と金属板の接着性に関して次の試験を行った。
(1)供試材
(a)通常の方法により製造されたアルニウム合金圧延板の表面を脱脂処理した板。
(b)通常のバイメタルすべり軸受の裏金に使用される低炭素鋼板の表面を脱脂処理
した板。
(2)樹脂
ポリアミドイミド樹脂を供試材1(a),(b)のそれぞれに塗布し、180℃で
焼き付けし、厚さが約6μmの樹脂コーティング膜を成膜した。
(3)試験法
カッターナイフで樹脂コーティング膜にけがきして碁盤目状疵をつけた。
(4)評価及び結果
供試材1(a)の直線疵の両側に微小な剥離が生じており、この結果からアルミニウ ムは鉄よりも樹脂の密着性が低いことが分かった。
The present inventors performed the following test regarding the adhesiveness between the resin and the metal plate.
(1) Specimen (a) A plate obtained by degreasing the surface of an aluminum alloy rolled plate produced by a normal method.
(B) Degreasing the surface of a low-carbon steel plate used for the back metal of ordinary bimetal slide bearings
Board.
(2) Resin Polyamideimide resin was applied to each of the test materials 1 (a) and (b) and baked at 180 ° C. to form a resin coating film having a thickness of about 6 μm.
(3) Test method The resin coating film was scratched with a cutter knife to give a grid-like crease.
(4) Evaluation and Results Minute peeling occurred on both sides of the straight scissors of the specimen 1 (a). From this result, it was found that aluminum has lower resin adhesion than iron.

鉄は、アルミニウムよりも酸化され難く、また上述のように樹脂との界面活性度が高いために、Al−Sn−Si系合金に従来の不純物レベルより多量の0.20%を超える量のFeを添加すると、アルミニウム合金に対する樹脂の密着性を高めることができる。また、Alマトリクスに固溶したFeは、その本来の性質が表われないが、Al中へのFeの固溶度はないために、Feは微粒子として存在して、樹脂との活性を高めるために、上記の量のFeを添加する。
また、固体潤滑剤オーバレイが一部摩滅した際には相手軸とライニングが直接接触することになるが、FeはSn,Siのように軸受特性を付与しないのみならず、相手軸の鋼と同種材料の摺動となる相が増加するので、Feの含有量は2.0%以下とすることが必要である。
Since iron is less oxidized than aluminum and has a higher surface activity with the resin as described above, an amount of Fe exceeding 0.20%, which is larger than the conventional impurity level, is added to the Al—Sn—Si based alloy. Addition of can improve the adhesion of the resin to the aluminum alloy. In addition, Fe dissolved in the Al matrix does not exhibit its original properties, but because Fe does not have a solid solubility in Al, Fe exists as fine particles to increase the activity with the resin. The above amount of Fe is added.
In addition, when the solid lubricant overlay is partially worn away, the mating shaft and the lining come into direct contact. Fe, however, does not impart bearing characteristics like Sn and Si, but is similar to the steel of the mating shaft. Since the phase that causes sliding of the material increases, the Fe content needs to be 2.0% or less.

さらに、本発明に係るアルミニウム合金は、質量%で、(イ)0.5%以下のCr,3%以下のCuの少なくとも1種以上を含有することができる。これらの元素のうちCrは、Al−Cr系金属間化合物を形成し、アルミニウムマトリクスの強度を向上させる。Crの含有量が0.5%を超えるとアルミニウムマトリクス中に偏析し、圧延性低下などが起こり)、好ましくはない。Cuはアルミニウム合金のマトリクスを強化し、また耐熱性を高める。CuはFe相にも取り込まれ、その硬度を高める。但し、Cuの添加量が3%を超えると、圧延性低下により、圧延時に割れなどが起こり、好ましくない。   Furthermore, the aluminum alloy according to the present invention can contain at least one of (a) 0.5% or less of Cr and 3% or less of Cu in mass%. Among these elements, Cr forms an Al—Cr-based intermetallic compound and improves the strength of the aluminum matrix. If the Cr content exceeds 0.5%, it is segregated in the aluminum matrix, resulting in a decrease in rollability and the like. Cu reinforces the matrix of the aluminum alloy and increases heat resistance. Cu is also taken into the Fe phase and increases its hardness. However, if the amount of Cu exceeds 3%, it is not preferable because cracks occur during rolling due to a decrease in rolling properties.

さらに、本発明に係るアルミニウム合金は、(ロ)Mg,Ag,Znのうち少なくとも1種以上を総量で8質量%以下、(ハ)Zr,Mn,V,Sc,Li,Niのうち少なくとも1種以上を総量で0.5質量%以下を含有することができる。(ロ)のMg,Ag,Znは固溶強化をもたらすが、含有量が総量で8質量%を超えると、金属間化合物の生成、析出や添加元素の晶出による靭性低下により性能が低下するため好ましくない。また、(ハ)のZr,Mn,V,Sc,Li,Niのうち少なくとも1種を総量で0.5質量%以下することができる。Zr,Mn,V,Sc,Li,Niは析出強化をもたらすが、その総量が0.5質量%を超えると析出粒子の粗大化、偏析により強度向上の作用が得られないため好ましくない。
上記した基本成分及び添加元素以外に、地金やスクラップ原料から不可避的にもたらされるPb,In,Biなどの不純物が少量含有される。また、Ti,Bは通常Al結晶粒の微細化剤であるが、本発明のアルミニウム合金では微細結晶粒はFe相形成とは関連しないために、総量で0.5%以下は不純物として許容される。
Furthermore, the aluminum alloy according to the present invention includes (b) at least one of Mg, Ag, and Zn in a total amount of 8% by mass or less, and (c) at least one of Zr, Mn, V, Sc, Li, and Ni. The total amount of seeds or more can be 0.5% by mass or less. (B) Mg, Ag, Zn brings about solid solution strengthening. However, if the total content exceeds 8% by mass, the performance deteriorates due to the formation of intermetallic compounds, precipitation and toughness reduction due to crystallization of added elements. Therefore, it is not preferable. Further, at least one of Zr, Mn, V, Sc, Li and Ni in (c) can be reduced to 0.5% by mass or less. Zr, Mn, V, Sc, Li, and Ni cause precipitation strengthening, but if the total amount exceeds 0.5% by mass, the effect of improving the strength cannot be obtained due to coarsening and segregation of the precipitated particles, which is not preferable.
In addition to the basic components and additive elements described above, a small amount of impurities such as Pb, In, Bi, which are inevitably brought about from bullion and scrap materials. Ti and B are usually finer agents for Al crystal grains. However, in the aluminum alloy of the present invention, since the fine crystal grains are not related to Fe phase formation, a total amount of 0.5% or less is allowed as an impurity. The

固体潤滑剤オーバレイは従来公知のものであり、樹脂としては、ポリアミドイミド[PAI]樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂,ポリアセタール樹脂,ポリエーテルエーテルケトン樹脂,ポリフェニレンサルファイド樹脂及びエポキシ樹脂から選択された少なくとも1種以上を使用することができるが、ポリアミドイミド、特に芳香族ポリアミドイミドが好ましい。 The solid lubricant overlay is conventionally known, and the resin is at least one selected from polyamide imide [PAI] resin, polyimide resin, phenol resin, polyacetal resin, polyether ether ketone resin, polyphenylene sulfide resin, and epoxy resin. More than one species can be used, but polyamide imides, especially aromatic polyamide imides are preferred.

固体潤滑剤としては、MoS2,PTFE,グラファイト,WS2,h−BN 及びSb23から選択された少なくとも1種以上の固体潤滑剤を使用することができるが、MoS2が最も好ましい。オーバレイ中の固体潤滑剤の割合は、30〜70vol%であり、固体潤滑剤−オーバレイの厚さは1〜50μmである。 As the solid lubricant, at least one solid lubricant selected from MoS 2 , PTFE, graphite, WS 2 , h-BN and Sb 2 O 3 can be used, and MoS 2 is most preferable. The proportion of solid lubricant in the overlay is 30-70 vol% and the thickness of the solid lubricant-overlay is 1-50 μm.

本発明においては、固体潤滑剤とともに硬質粒子を使用することができる。硬質粒子は、SiC,Al23,TiN,AIN,CrO2,Si34,ZrO2,Fe3P,Fe23及びFeOから選択された少なくとも1種以上である。硬質粒子のオーバレイ中の割合は0.1〜5質量%、固体潤滑剤の平均粒径は2μmであることが好ましい。上記組成を有するオーバレイの膜厚は10μmであることが好ましい。 In the present invention, hard particles can be used together with the solid lubricant. The hard particles are at least one selected from SiC, Al 2 O 3 , TiN, AIN, CrO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , Fe 3 P, Fe 2 O 3 and FeO. The proportion of hard particles in the overlay is preferably 0.1 to 5% by mass, and the average particle size of the solid lubricant is preferably 2 μm. The thickness of the overlay having the above composition is preferably 10 μm.

本発明に係る固体潤滑剤オーバレイ付きすべり軸受にあっては、オーバレイがライニングとの密着性に優れ、剥離し難いために、特許文献2〜4や非特許文献1において本出願人が提案したオーバレイに起因する軸受特性を、以下説明するとおり、十分に発揮することができる。
(イ)なじみ性
固体潤滑剤粒子を保持する樹脂がライニングと密着し、剥離し難いために、固体潤 滑剤によるなじみ性が十分にかつ迅速に発揮される。このために、流体潤滑が迅速 に実現され、耐焼付性が改善される。
(ロ)耐摩耗性
固体潤滑剤オーバレイの剥離による摩耗は起こり難くなる。また、剥離が起こって も固体潤滑剤オーバレイが面積で数mm2程度の大きな片して剥離しない。このた め、大きな剥離片が摺動面に侵入して焼付を起こすことがなくなる。
(ハ)耐疲労性
FeはAl−Sn−Si系合金の耐疲労性を直接改善しないが、オーバレイの剥離 により露出したアルミニウム合金に応力が集中して疲労を起こすことが避けられる 。
In the plain bearing with a solid lubricant overlay according to the present invention, since the overlay has excellent adhesion to the lining and is difficult to peel off, the overlay proposed by the present applicant in Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1 is proposed. As described below, the bearing characteristics resulting from the above can be sufficiently exhibited.
(I) Familiarity The resin that holds the solid lubricant particles adheres closely to the lining and is difficult to peel off, so that the familiarity with the solid lubricant is sufficiently and rapidly exhibited. For this reason, fluid lubrication is realized quickly and seizure resistance is improved.
(B) Wear resistance Wear due to peeling of the solid lubricant overlay is less likely to occur. Also, even if peeling occurs, the solid lubricant overlay does not peel in large pieces of about several mm 2 in area. For this reason, large peeling pieces do not enter the sliding surface and cause seizure.
(C) Fatigue resistance Fe does not directly improve the fatigue resistance of Al-Sn-Si alloys, but it can be avoided that stress is concentrated on the exposed aluminum alloy due to the peeling of the overlay.

実施例1
表1の組成を有するアルミニウム合金を厚さ(15)mmの板に連続鋳造し、薄板に冷間圧延後、アルミニウム合金を裏金(SPCC鋼板)に圧着しバイメタルとした。これらのバイメタル材料を用いて軸受に加工した。
固体潤滑剤オーバレイの原料として、ポリアミドイミド樹脂((日立化成■)社製品)及
びMoS2粉末を用意し、MoS240vol%、残部ポリアミドイミド樹脂となるように配合し、アルミニウム合金軸受(脱脂処理はしたが、酸洗などの表面処理は一切しない)に塗布し、180℃で焼き付けし、厚さが約6μmの固体潤滑剤オーバレイを成膜した。
Example 1
An aluminum alloy having the composition shown in Table 1 was continuously cast into a plate having a thickness of (15) mm, cold-rolled into a thin plate, and then the aluminum alloy was pressure-bonded to a back metal (SPCC steel plate) to obtain a bimetal. These bimetal materials were used to process bearings.
Polyamideimide resin (product of (Hitachi Chemical Co., Ltd.)) and MoS 2 powder are prepared as raw materials for the solid lubricant overlay, blended so that MoS 2 is 40 vol% and the remainder is polyamideimide resin, and an aluminum alloy bearing (degreasing treatment) However, no surface treatment such as pickling was applied), and baking was performed at 180 ° C. to form a solid lubricant overlay having a thickness of about 6 μm.

固体潤滑剤オーバレイ付アルミニウム合金圧延板を摺動特性を次の方法で測定した。
耐疲労性試験
(イ)試験機:往復動荷重試験機
(ロ)回転速度:2000〜3000r.p.m
(ハ)試験温度(軸受背面温度):160℃
(ニ)相手材:S55C高周波焼入れ
(ホ)潤滑油:CF−4 10W−30
耐焼付性試験
(イ)試験機:静荷重試験機
(ロ)回転速度:1300〜8000r.p.m
(ハ)試験温度(給油温度):160〜180℃
(二)荷重:5MPa漸増
(ホ)相手材:S55C高周波焼入れ
(へ)潤滑油:SN 0W−20
試験の結果を表1に示す。
The sliding characteristics of an aluminum alloy rolled sheet with a solid lubricant overlay were measured by the following method.
Fatigue resistance test (A) Test machine: Reciprocating load test machine (B) Rotational speed: 2000 to 3000 r. p. m
(C) Test temperature (bearing back surface temperature): 160 ° C
(D) Counterpart material: S55C induction hardening (e) Lubricating oil: CF-4 10W-30
Seizure resistance test (A) Test machine: Static load test machine (B) Rotational speed: 1300 to 8000 r. p. m
(C) Test temperature (oil supply temperature): 160 to 180 ° C
(2) Load: 5MP gradually increasing (e) Counterpart material: S55C induction hardening (f) Lubricating oil: SN 0W-20
The test results are shown in Table 1.

Figure 2014196813
Figure 2014196813

備考:
表1おいて、「平均粒径」の単位はμmである。「個数」の単位はμm2当りの個数である。「疲労面圧」及び「焼付面圧」の単位はMPaである。
Remarks:
In Table 1, the unit of “average particle diameter” is μm. The unit of “number” is the number per μm 2 . The unit of “fatigue surface pressure” and “seizure surface pressure” is MPa.

表1から、本発明実施例ではSn、Si、Cu、Cr、Zr、Tiの含有量の範囲は変化しているが、Feを添加することにより、耐疲労性及び耐焼付性が良好であることが分かる。一方、比較例6〜8でも同様にSnなどの成分範囲は変化しているが、Fe量が少ないために、耐疲労性及び耐焼付性が不良である。また比較例9はFe含有量を2.5%とした比較例であり、耐疲労性、耐焼付性が劣っている。 From Table 1, the range of the content of Sn, Si, Cu, Cr, Zr, and Ti is changed in the examples of the present invention, but by adding Fe, fatigue resistance and seizure resistance are good. I understand that. On the other hand, although the component ranges of Sn and the like similarly changed in Comparative Examples 6 to 8, fatigue resistance and seizure resistance are poor because the Fe amount is small. Comparative Example 9 is a comparative example in which the Fe content is 2.5%, and is inferior in fatigue resistance and seizure resistance.

本発明の固体潤滑剤オーバレイ付きアルミニウム合金すべり軸受は、半割りメタル軸受、ブシュ、スラストワッシャなどに使用することができる。 The aluminum alloy plain bearing with a solid lubricant overlay of the present invention can be used for a half metal bearing, a bush, a thrust washer and the like.

実施例1
表1の組成を有するアルミニウム合金を厚さ15mmの板に連続鋳造し、薄板に冷間圧延後、アルミニウム合金を裏金(SPCC鋼板)に圧着しバイメタルとした。これらのバイメタル材料を用いて軸受に加工した。
固体潤滑剤オーバレイの原料として、ポリアミドイミド樹脂((日立化成(株)社製品)及びMoS2粉末を用意し、MoS240vol%、残部ポリアミドイミド樹脂となるように配合し、アルミニウム合金軸受(脱脂処理はしたが、酸洗などの表面処理は一切しない)に塗布し、180℃で焼き付けし、厚さが約6μmの固体潤滑剤オーバレイを成膜した。


Example 1
An aluminum alloy having the composition shown in Table 1 was continuously cast into a plate having a thickness of 15 mm , cold-rolled into a thin plate, and then the aluminum alloy was pressure-bonded to a back metal (SPCC steel plate) to obtain a bimetal. These bimetal materials were used to process bearings.
Polyamideimide resin (product of Hitachi Chemical Co., Ltd.) and MoS 2 powder are prepared as raw materials for the solid lubricant overlay, blended so that MoS 2 is 40 vol%, and the remainder is polyamideimide resin. Applied to the surface but without any surface treatment such as pickling) and baked at 180 ° C. to form a solid lubricant overlay having a thickness of about 6 μm.


Claims (8)

質量百分率で、1〜20%のSn,0.5〜12%のSi及び0.20%を超え2.0%以下のFeを含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金圧延板の表面に、MoS2、PTFE、グラファイト、WS2、h−BN 及びSb23から選択された少なくとも1種以上の固体潤滑剤をポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂及びエポキシ樹脂から選択された少なくとも1種以上のバインダーで結合したオーバレイが付与されたことを特徴とするすべり軸受。 An aluminum alloy rolled sheet containing 1 to 20% Sn, 0.5 to 12% Si, and more than 0.20% to 2.0% Fe, and the balance being Al and inevitable impurities. On the surface, at least one solid lubricant selected from MoS 2 , PTFE, graphite, WS 2 , h-BN and Sb 2 O 3 is polyamideimide resin, polyimide resin, phenol resin, polyacetal resin, polyether ether A plain bearing provided with an overlay bonded with at least one binder selected from a ketone resin, a polyphenylene sulfide resin, and an epoxy resin. 前記固体潤滑剤の前記オーバレイ中の割合が30〜70vol%である請求項1記載のすべり軸受。 The plain bearing according to claim 1, wherein a ratio of the solid lubricant in the overlay is 30 to 70 vol%. 前記オーバレイが、さらに、SiC、Al23、TiN、AIN、CrO2、Si34、ZrO2、Fe3P、Fe23及びFeOから選択された少なくとも1種以上の硬質物を含有することを特徴とする請求項1又は2記載のすべり軸受。 The overlay further comprises at least one hard material selected from SiC, Al 2 O 3 , TiN, AIN, CrO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , Fe 3 P, Fe 2 O 3 and FeO. The plain bearing according to claim 1, wherein the plain bearing is contained. 前記硬質物の前記オーバレイ中の割合が0.1〜5質量%である請求項3記載のすべり軸受。 The plain bearing according to claim 3, wherein a ratio of the hard material in the overlay is 0.1 to 5 mass%. 前記アルミニウム合金圧延板は連続鋳造板を冷間圧延してなる請求項1から4までの何れか1項記載のすべり軸受。 The slide bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the aluminum alloy rolled plate is formed by cold rolling a continuous cast plate. 前記アルミニウム合金が、質量百分率で、(イ)0.5%以下のCr,3%以下のCuの少なくとも1種以上、(ロ)Mg,Ag,Znのうち少なくとも1種以上を総量で8質量%以下、(ハ)Zr,Mn,V,Sc,Li,Niのうち少なくとも1種以上を総量で0.5質量%以下の(イ)、(ロ)及び(ハ)の1種又は2種以上を含有し、さらに、不可避的不純物としてTi,Bを総量で0.5質量%以下、を含有する請求項1から5までの何れか1項記載のすべり軸受。 The aluminum alloy has a mass percentage of (ii) at least one of 0.5% or less of Cr and 3% or less of Cu, and (b) at least one of Mg, Ag, and Zn in a total amount of 8 mass. % Or less, (C) One or two of (A), (B) and (C) having a total amount of 0.5% by mass or less of at least one of Zr, Mn, V, Sc, Li and Ni The plain bearing according to any one of claims 1 to 5, further comprising Ti and B as an inevitable impurity in a total amount of 0.5% by mass or less. 請求項1から6までの何れか1項記載のすべり軸受用アルミニウム合金とSPCC,SPHCなどの炭素鋼を冷間圧延で圧接したクラッド材からなるすべり軸受。 A slide bearing comprising a clad material in which the aluminum alloy for a slide bearing according to any one of claims 1 to 6 and a carbon steel such as SPCC or SPHC are pressed by cold rolling. 相手軸と接する面が切削加工されていることを特徴とする請求項7記載のすべり軸受。 8. A plain bearing according to claim 7, wherein a surface in contact with the mating shaft is machined.
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