JP2018189129A - Sliding member and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば軸受、シリンダー、ピストンなどに代表される摺動部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sliding member represented by, for example, a bearing, a cylinder, and a piston, and a method for manufacturing the same.
摺動部材は、自動車、船舶、航空機、産業機械等において、動力を発生させるために必要不可欠である。近年では、自動車の低燃費化推進に伴い、アイドリングストップによるエンジンの起動停止回数や低速での稼働頻度が増加している。そのため、材料同士の固体接触回数が増えることにより、摩耗量の増加や、焼付きといった材料損傷が課題となっている。また、貧潤滑領域における低摩擦化も要求されている。これらを同時に実現する手法として、摺動部材の表面改質が注目されている。 The sliding member is indispensable for generating power in automobiles, ships, aircraft, industrial machines and the like. In recent years, with the promotion of fuel efficiency reduction of automobiles, the number of engine start / stops by idling stop and the operation frequency at low speed are increasing. Therefore, the increase in the number of solid contacts between materials increases the amount of wear and material damage such as seizure. Further, low friction in the poor lubrication region is also required. As a method for realizing these simultaneously, surface modification of the sliding member has attracted attention.
例えば、すべり軸受においては、摺動面にマイクロ溝を施すテクスチャリング技術や、軟質被膜を形成するオーバーレイ技術がすでに実用化されており、緩やかな初期なじみや耐焼付き性の向上が図られている(非特許文献1)。金属合金においては、耐摩耗性を向上させるために、硬質粒子の添加や結晶粒微細化などの技術が適用されている。樹脂オーバーレイにおいても、硬質粒子を添加することで耐摩耗性の低減を図った報告例がある(例えば、非特許文献2)。しかし、これらの従来技術では、軟質金属に比べて、初期のなじみ性の向上は見られるが、耐摩耗性については、未だ改善の余地がある。 For example, in plain bearings, texturing technology for forming micro grooves on the sliding surface and overlay technology for forming a soft coating have already been put into practical use, and gentle initial conformance and seizure resistance have been improved. (Non-Patent Document 1). In metal alloys, techniques such as addition of hard particles and refinement of crystal grains are applied to improve wear resistance. Even in resin overlays, there is a report example in which wear resistance is reduced by adding hard particles (for example, Non-Patent Document 2). However, in these conventional techniques, the initial conformability is improved as compared with the soft metal, but the wear resistance still has room for improvement.
本発明は、耐摩耗性が向上した樹脂オーバーレイを有する摺動部材を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a sliding member having a resin overlay with improved wear resistance.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、被覆層(樹脂オーバーレイ)に、該樹脂オーバーレイ組織の微細化が期待できる無機ナノ粒子を添加することによって、前記課題を解決できることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by adding inorganic nanoparticles that can be expected to have a finer resin overlay structure to the coating layer (resin overlay).
すなわち、本発明の摺動部材は、金属材料からなる基材と、
前記基材の表面の少なくとも一部分を被覆する被覆層と、
を備え、
前記被覆層が形成された部分を摺動面として、相手部材と相対的に摺動する摺動部材である。
そして、本発明の摺動部材は、前記被覆層が、樹脂成分と、前記樹脂成分に混合された固体潤滑剤と、平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子とを含有する薄膜であることを特徴とする。
That is, the sliding member of the present invention comprises a base material made of a metal material,
A coating layer covering at least a portion of the surface of the substrate;
With
The sliding member is a sliding member that slides relative to the mating member with the portion where the coating layer is formed as a sliding surface.
And the sliding member of this invention is a thin film in which the said coating layer contains the resin component, the solid lubricant mixed with the said resin component, and the inorganic nanoparticle within the range whose average particle diameter is 5-300 nm. It is characterized by being.
本発明の摺動部材は、前記無機ナノ粒子が、SiC粒子であってもよい。 In the sliding member of the present invention, the inorganic nanoparticles may be SiC particles.
本発明の摺動部材は、前記無機ナノ粒子の含有量が、前記被覆層の構成材料全体に対して、0.5〜20重量%の範囲内であってもよい。 In the sliding member of the present invention, the content of the inorganic nanoparticles may be in the range of 0.5 to 20% by weight with respect to the entire constituent material of the coating layer.
本発明の摺動部材は、前記摺動面が、軸受軌道面又は案内面を形成するものであってもよい。 In the sliding member of the present invention, the sliding surface may form a bearing raceway surface or a guide surface.
本発明の摺動部材の製造方法は、基材の表面に摺動面を形成する被覆層を有し、前記摺動面において相手部材と摺動する摺動部材の製造方法である。
そして、本発明の摺動部材の製造方法は、金属材料からなる基材の表面に、樹脂成分と固体潤滑剤と平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子とを含有する塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を熱処理することにより、前記樹脂成分を硬化させて前記被覆層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
The manufacturing method of the sliding member of this invention is a manufacturing method of the sliding member which has a coating layer which forms a sliding surface on the surface of a base material, and slides with the other member on the said sliding surface.
And the manufacturing method of the sliding member of this invention is the coating film containing the resin component, the solid lubricant, and the inorganic nanoparticle in the range whose average particle diameter is 5-300 nm on the surface of the base material which consists of metal materials. Forming a step;
Heat-treating the coating film to cure the resin component to form the coating layer;
It is characterized by including.
本発明の摺動部材の製造方法は、前記塗膜を形成する工程で、スピンコート法を用いてもよい。 The manufacturing method of the sliding member of this invention may use a spin coat method in the process of forming the said coating film.
本発明の摺動部材は、耐摩耗性に優れることから、例えば、自動車、船舶、航空機、産業機械等の各種装置において、ベアリングの軸受、シリンダー、ピストンなどの部品として好適に使用できる。 Since the sliding member of the present invention is excellent in wear resistance, it can be suitably used as parts such as bearings, cylinders, and pistons in various devices such as automobiles, ships, aircrafts, and industrial machines.
また、本発明の摺動部材の製造方法によれば、被覆層に無機ナノ粒子を添加するという簡易な手法で、耐摩耗性に優れた摺動部材を製造することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the sliding member of this invention, the sliding member excellent in abrasion resistance can be manufactured by the simple method of adding an inorganic nanoparticle to a coating layer.
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態の被覆層を有する摺動部材の表面付近の構造を示す部分断面図である。摺動部材100は、金属材料からなる基材10と、この基材10の表面の少なくとも一部分を被覆する被覆層としての樹脂オーバーレイ20と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a structure near the surface of a sliding member having a coating layer according to an embodiment of the present invention. The sliding
摺動部材100としては、例えば、軸受、シリンダー、ピストンなどを挙げることができる。摺動部材100は、相手部材(図示省略)と相対的に摺動する摺動面30を有している。本実施の形態の摺動部材100では、樹脂オーバーレイ20が形成された部分の一部分又は全体を摺動面30として相手部材(図示省略)と相対的に摺動する。
Examples of the sliding
例えば、摺動部材100の代表例である軸受は、主に、回転運動または直線運動する軸の運動及びその運動により作用する荷重を保持する部材である。この軸受は、軸が回転運動をする場合、単に軸受といい、その回転運動の性質により名称が細分化され、転がり軸受、すべり軸受等がある。一方、軸が直線運動をする場合、案内または直線軸受といい、その直線運動の性質により名称が細分化され、すべり案内、転がり案内、静圧案内、磁気浮上案内等がある。例えば、すべり軸受及びすべり案内では、軸が、直接、軸受及び案内に接触する。また、転がり軸受及び転がり案内では、軸と軸受の間に転動体が存在し、転動体が軸受及び案内に接触する。軸受及び案内において、軸又は転動体と接触する面をそれぞれ、軸受軌道面及び案内面というが、摺動部材100における摺動面30は、これらを総称する意味で用いる。
For example, a bearing, which is a representative example of the sliding
基材10としては、摺動部品としての十分な機械的強度や加工性を有する金属材料であれば特に制限はなく、例えば、純アルミニウム、アルミニウム合金などのアルミニウム含有材料;炭素合金鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼などの鉄含有材料;マグネシウム、チタン、亜鉛、銅および銅合金などの金属を挙げることができる。これらの中でも、軽量であり、加工性に優れるという理由から、アルミニウムを50重量%以上、好ましくは80重量%以上含有するアルミニウム含有材料が好ましい。ここで、アルミニウム合金は、例えば、展伸材であっても鋳物材であっても良い。鋳物材は、金型鋳造法によって作製されたものであっても、ダイカスト法によって作製されたものであっても良い。このような条件を満たすアルミニウム含有材料は、展伸材としては、例えば、JIS H 4000において規定される、1000系材料(純アルミニウム)、2000系材料(Al−Cu−Mg系合金)、3000系材料(Al−Mn系合金)、4000系材料(Al−Si系合金)、5000系材料(Al−Mg系合金)、6000系材料(Al−Mg−Si系合金)、7000系材料(Al−Zn−Mg系合金)、8000系材料(Al−Li系合金)等が挙げられる。また、鋳物材としては、例えば、JIS H 5202又はJIS H 5302において規定される、AC1A系材料(Al−Cu系合金)、AC1B系材料(Al−Cu−Mg系合金)、AC2A、AC2B系材料(Al−Cu−Si系合金)、AC3A系材料(Al−Si系合金)、AC4A、AC4C、AC4CH系材料(Al−Si−Mg系合金)、AC4B系材料(Al−Si−Cu系合金)、AC4D系材料(Al−Si−Mg−Cu系合金)AC5A系材料(Al−Cu−Ni−Mg系合金)、AC7A系材料(Al−Mg系合金)、AC8A、AC8B、AC8C系材料(Al−Si−Cu−Ni−Mg系合金)、AC9A、AC9B(Al−Si−Cu−Mg−Ni系合金)、ADC1系材料、ADC3系材料、ADC5系材料、ADC6系材料、ADC10系材料、ADC10Z系材料、ADC12系材料、ADC12Z系材料、ADC14系材料等が挙げられる。この中でも、硬度及び耐摩耗性に優れるという理由から、銅を0.01重量%〜5重量%含有することがより好ましい。
The
被覆層である樹脂オーバーレイ20は、樹脂成分と、樹脂成分に混合された固体潤滑剤と、樹脂成分中に分散する平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子と、を含有する。
The
樹脂成分としては、一般に樹脂オーバーレイ20に適用される材質を特に制限なく使用できるが、例えば、耐熱性に優れるポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)などの樹脂を好ましく使用できる。
As the resin component, a material that is generally applied to the
固体潤滑剤としては、一般に樹脂オーバーレイ20に適用される材質を特に制限なく使用できるが、例えば、MoS2、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を好ましく使用できる。
As the solid lubricant, a material that is generally applied to the
無機ナノ粒子としては、樹脂オーバーレイ20の組織の微細化を促すため、平均粒子径が5〜300nmであり、好ましくは10〜100nmの範囲内であればよい。無機ナノ粒子の平均粒子径が、5nm未満であると、添加の効果が得られなくなり、300nmを超えると、樹脂オーバーレイ20表面に粗大粒子による突起が生じて相手部材への損傷の原因となる。
The inorganic nanoparticles have an average particle diameter of 5 to 300 nm, preferably 10 to 100 nm, in order to promote the refinement of the structure of the
また、無機ナノ粒子は、硬度がビッカース硬さで1500以上の硬質ナノ粒子であることが好ましく、そのような硬質ナノ粒子としては、例えば、炭化ケイ素(SiC)粒子、窒化ケイ素(Si3N4)粒子、ダイヤモンド粒子などを挙げることができる。無機ナノ粒子の硬度が相手材表面よりも軟質、例えば焼入れ鋼の場合では700未満であると、耐摩耗性の向上効果が不十分となる。また、樹脂オーバーレイ20の熱伝導率を向上させることは、摩擦特性の安定化に重要であるので、無機ナノ粒子は、例えば100W/mK以上の金属並みの熱伝導率を持つことが好適である。
The inorganic nanoparticles are preferably hard nanoparticles having a Vickers hardness of 1500 or more. Examples of such hard nanoparticles include silicon carbide (SiC) particles and silicon nitride (Si 3 N 4). ) Particles and diamond particles. When the hardness of the inorganic nanoparticles is softer than the surface of the counterpart material, for example, less than 700 in the case of hardened steel, the effect of improving wear resistance becomes insufficient. Moreover, since improving the thermal conductivity of the
樹脂オーバーレイ20における固体潤滑剤の配合量は、樹脂オーバーレイ20の構成材料全体に対して、例えば20〜60体積%の範囲内が好ましく、30〜50体積%の範囲内がより好ましい。固体潤滑剤の配合量が上記範囲を外れると、固体潤滑剤による摩擦の低減効果が十分に得られない。特に、固体潤滑剤としてMoS2を用いる場合の配合量は樹脂オーバーレイ20の構成材料全体に対して、例えば25〜40体積%の範囲内とすることが好ましい。
The blending amount of the solid lubricant in the
また、樹脂オーバーレイ20における無機ナノ粒子の配合量は、樹脂オーバーレイ20の構成材料全体に対して、例えば0.5〜20重量%の範囲内が好ましく、0.5〜10重量%の範囲内がより好ましく、1〜5重量%の範囲内がより好ましい。無機ナノ粒子の配合量が0.5重量%未満では、耐摩耗性の向上効果が十分に得られず、20重量%を超えると、樹脂オーバーレイ20が基材10から剥離しやすくなる傾向がある。
Moreover, the compounding quantity of the inorganic nanoparticles in the
樹脂オーバーレイ20の厚みは、2〜10μmの範囲内が好ましく、3〜7μmの範囲内がより好ましい。樹脂オーバーレイ20の厚みが、2μm未満であると、基材10の損傷防止効果や低摩擦化が不十分となる。
The thickness of the
[摺動部材の製造方法]
本実施の形態の製造方法は、基材10の表面に摺動面30を形成する樹脂オーバーレイ20を有し、摺動面30において相手部材と摺動する摺動部材100の製造方法である。本実施の形態の摺動部材100の製造方法は、以下の工程a及び工程bを含むことができる。
[Sliding member manufacturing method]
The manufacturing method of the present embodiment is a manufacturing method of the sliding
工程a:
工程aは、金属材料からなる基材10の表面に、樹脂成分と固体潤滑剤と平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子とを含有する塗膜を形成する工程である。
塗膜の形成は、樹脂成分と固体潤滑剤と無機ナノ粒子とを混合した混合物を、公知の塗布方法によって基材10の表面に塗布することによって行われる。各成分の混合順序は問わないが、溶媒を含む樹脂成分に、固体潤滑剤及び無機ナノ粒子を添加し、均一に撹拌することが好ましい。
Step a:
Step a is a step of forming a coating film containing a resin component, a solid lubricant, and inorganic nanoparticles having an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm on the surface of the
Formation of a coating film is performed by apply | coating the mixture which mixed the resin component, the solid lubricant, and the inorganic nanoparticle on the surface of the
塗布方法としては、特に制限はなく、例えば既知のコーターなどによって塗布することが可能である。固体潤滑剤としてMoS2を用いる場合に、MoS2の(002)面の配向性を高め、固体潤滑剤として機能しやすい状態を作り出すことができるスピンコート法が好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, For example, it can apply | coat with a known coater etc. In the case of using MoS 2 as the solid lubricant, a spin coating method that can enhance the orientation of the (002) plane of MoS 2 and create a state that easily functions as a solid lubricant is preferable.
なお、工程aに先立って、基材10の少なくとも一部の表面に、機械加工により凹凸面を形成する工程を設けることが好ましい。基材の表面に凹凸面を形成することで、樹脂オーバーレイ20との接着性を高めることができる。機械加工は、基材10の表面に、機械的に凹凸面を形成できる加工方法であれば、制限はない。機械加工としては、例えば、切削加工、塑性加工(ショットピーニング、転造加工)、電気化学的エッチングが挙げられ、これらの加工方法を組み合わせても良い。これらの中でも、形成する凹凸面の大きさを制御しやすく、形成速度に優れ、凹凸面近傍に圧縮残留応力を付与することができる結果、凹凸面近傍の疲労強度、耐摩耗性及び耐応力割れ性などを向上させ得るショットピーニング法が好ましい。ショットピーニング法に使用される投射粒子としては、例えば、鉄、ステンレス鋼などの金属製の球、ジルコニア、シリカ、アルミナ等のセラミックス製の球、ガラス製の球が挙げられる。また、複数種類の投射粒子の混合粒子でも良い。好ましくは、エロージョンの抑制という観点から、平均硬さが150Hv〜550Hvの、ステンレスショット、ガラスビーズである。投射粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、加工面の平滑化を担保するという観点から、好ましくは1000μm以下、より好ましくは100μm以下である。また、エロージョンの抑制という観点から、投射粒子の投射時のガス圧は、粒子加速圧力が0.3MPa〜0.6MPaであり、投射距離は、20mm〜100mmであることが好ましい。また、使用するガスは限定しないが、経済性という理由から、圧縮空気が好ましい。また、粒子流量は、エロージョン抑制等の観点から、1〜10g/minであることが好ましい。凹凸面の形状は、例えば、溝状、ディンプル状又は条痕状が好ましい。
Prior to step a, it is preferable to provide a step of forming an uneven surface by machining on at least a part of the surface of the
工程b:
工程bは、塗膜を熱処理することにより、樹脂成分を硬化させて樹脂オーバーレイ20を形成する工程である。熱処理の温度は、使用する樹脂成分の種類に応じて適宜設定することができるが、例えば、150℃〜250℃の範囲内が好ましい。熱処理温度が150℃未満である場合は、樹脂成分の硬化が不完全になったり、樹脂オーバーレイ20の焼き付けが不十分となって、基材10との密着性が低下することがあり、250℃を超える場合は、樹脂成分が分解する可能性がある。また、熱処理の時間は、樹脂成分の種類と熱処理温度に応じて適宜設定することができる。例えば、樹脂成分がポリアミドイミド(PAI)であって、熱処理温度が200〜220℃である場合は、熱処理時間は、30分間〜2時間の範囲内が好ましく、1時間前後がより好ましい。熱処理は、常圧、減圧のいずれの条件で行ってもよいが、減圧条件で行うことが好ましい。また、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気で行ってもよい。
Step b:
Step b is a step of forming the
なお、熱処理に先立ち、例えば、150℃〜250℃の範囲内の温度で仮焼きを行い、塗膜中の有機溶媒を揮発させる乾燥処理を行うことが好ましい。 In addition, prior to the heat treatment, for example, it is preferable to perform a calcining process at a temperature in the range of 150 ° C. to 250 ° C. to perform a drying process for volatilizing the organic solvent in the coating film.
以上のようにして、基材10の表面に樹脂オーバーレイ20が形成された摺動部材100が得られる。摺動部材100は、例えば、ベアリングの軸受、シリンダー、ピストンなどに好ましく適用できる。摺動部材100を、軸受軌道面及び案内面として使用する場合は、高い耐摩擦性と、相手部材への損傷抑制とを両立させる観点から、摺動面30を形成する樹脂オーバーレイ20は、荷重が50mNにおけるビッカース硬さが70Hv以上85Hv以下であることが好ましい。
As described above, the sliding
摺動部材100は、樹脂オーバーレイ20による摺動面30の耐摩耗性に優れる。そのため、例えばベアリングの軸受、シリンダー、ピストンなどの摺動部材として好適に使用できる。そして、摺動部材100は、軽量かつ耐摩耗性が要求される、自動車、船舶、航空機、産業機械等の装置における、ベアリングの軸受、シリンダー、ピストンなどの摺動部材として、好ましく適用できる。
The sliding
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例において、特にことわりのない限り各種測定、評価は下記によるものである。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, various measurements and evaluations are as follows unless otherwise specified.
[平均粒子径の測定]
透過型電子顕微鏡により撮影した写真をもとに無作為に300個の粒子の大きさを測定し、個数基準として一次粒子の平均粒子径D50を算出した。
[Measurement of average particle size]
The size of 300 particles was randomly measured based on a photograph taken with a transmission electron microscope, and the average particle diameter D50 of primary particles was calculated based on the number.
[硬さ測定]
マイクロビッカース硬さ試験機(島津製作所製製DUH201−WS)にてダイヤモンド圧子を印加荷重50mNで押し込み、樹脂オーバーレイのビッカース硬さを測定した。
[Hardness measurement]
A diamond indenter was pressed with an applied load of 50 mN with a micro Vickers hardness tester (DUH201-WS manufactured by Shimadzu Corporation), and the Vickers hardness of the resin overlay was measured.
[ダイナミック硬さ DHV、弾性率測定]
マイクロビッカース硬さ試験機(島津製作所製製DUH201−WS)にてビッカース圧子を押込荷重0.5mNで押し込み、樹脂オーバーレイのダイナミック硬さ及び弾性率を測定した。測定箇所は、試料表面を光学顕微鏡で観察し、硫化モリブデン粒子をはずしたところを測定した。
[Dynamic hardness DHV, elastic modulus measurement]
A Vickers indenter was pushed with a pushing load of 0.5 mN using a micro Vickers hardness tester (DUH201-WS manufactured by Shimadzu Corporation), and the dynamic hardness and elastic modulus of the resin overlay were measured. The measurement location was measured by observing the sample surface with an optical microscope and removing the molybdenum sulfide particles.
<樹脂オーバーレイ材料>
・樹脂成分:ポリアミドイミド(PAI)
・固体潤滑剤:二硫化モリブデン(MoS2)
・ナノSiC粒子(平均粒子径50nm、新日鉄住金化学株式会社)
・SiC粒子(平均粒子径4.0μm)
<Resin overlay material>
・ Resin component: Polyamideimide (PAI)
Solid lubricant: molybdenum disulfide (MoS 2 )
・ Nano SiC particles (average particle size 50 nm, Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.)
・ SiC particles (average particle size: 4.0 μm)
[実施例1]
ディスク試験片として、アルミ鋳造合金(AC8A)を用い、直径44mm、内径20mm、厚差8mmに旋盤加工したものを使用した。ディスク試験片の表面には、粒径約90μmのガラスビーズ(FGB-180)を用いて粒子加速圧力0.6MPa、流速制御圧力0.3MPaの条件で微粒子投射処理を施し、下地処理としてマイクロディンプルを付与した。
[Example 1]
As a disk test piece, an aluminum cast alloy (AC8A) was used, which was turned to a diameter of 44 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness difference of 8 mm. The surface of the disk specimen is subjected to fine particle projection using glass beads (FGB-180) having a particle size of about 90 μm under the conditions of particle acceleration pressure 0.6 MPa and flow rate control pressure 0.3 MPa. Was granted.
二硫化モリブデン(MoS2)を40体積%含有するポリアミドイミド(PAI)樹脂に、無機ナノ粒子としてのナノSiC粒子を、樹脂オーバーレイ材料全体に対して2重量%配合することにより、樹脂オーバーレイ材料混合物を調製した。この樹脂オーバーレイ材料混合物をディスク試験片に回転速度8000rpmでスピンコートにより塗布することによって、樹脂オーバーレイ材料の塗膜を形成した。 By blending 2% by weight of nano-SiC particles as inorganic nanoparticles with polyamideimide (PAI) resin containing 40% by volume of molybdenum disulfide (MoS 2 ), the resin overlay material mixture Was prepared. A coating film of the resin overlay material was formed by applying this resin overlay material mixture to the disk test piece by spin coating at a rotational speed of 8000 rpm.
次に、塗膜が形成されたディスク試験片を、220℃に加熱したホットプレート上で仮焼きし、樹脂内の溶剤を揮発させてから、真空乾燥炉にて220℃で1時間の熱硬化処理を行うことにより、層厚約5μmの樹脂オーバーレイを基材表面に焼き付けて、樹脂オーバーレイ試験片aを作製した。 Next, the disk test piece on which the coating film was formed was calcined on a hot plate heated to 220 ° C. to volatilize the solvent in the resin, and then thermally cured at 220 ° C. for 1 hour in a vacuum drying furnace. By performing the treatment, a resin overlay having a layer thickness of about 5 μm was baked on the surface of the base material to prepare a resin overlay test piece a.
[比較例1]
ナノSiC粒子を配合しなかったこと、及び回転速度8600rpmでスピンコートした以外は、実施例1と同様にして、樹脂オーバーレイ試験片bを作製した。
[Comparative Example 1]
A resin overlay test piece b was prepared in the same manner as in Example 1 except that the nano SiC particles were not blended and spin coating was performed at a rotational speed of 8600 rpm.
[比較例2]
無機粒子として、ナノSiC粒子に代えて、平均粒子径4.0μmのSiC粒子を使用した以外は、実施例1と同様にして、樹脂オーバーレイ試験片cを作製した。
[Comparative Example 2]
A resin overlay test piece c was prepared in the same manner as in Example 1 except that SiC particles having an average particle diameter of 4.0 μm were used as the inorganic particles instead of the nano SiC particles.
<ラッピング処理>
上記実施例1、比較例1,2で得られた樹脂オーバーレイ試験片a〜cに対し、樹脂オーバーレイの表面粗さを同程度に揃えるために、樹脂オーバーレイ表面に粒径1μmのダイヤモンドスラリーを用いたラッピング処理を施した。
<Lapping process>
For the resin overlay test pieces a to c obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 above, a diamond slurry having a particle diameter of 1 μm is used on the surface of the resin overlay in order to make the surface roughness of the resin overlay the same level. Wrapping treatment was applied.
<硬さ試験>
樹脂オーバーレイの硬さ測定、ダイナミック硬さ、弾性率測定の結果を表1、表2に示した。
<Hardness test>
Tables 1 and 2 show the results of hardness measurement, dynamic hardness, and elastic modulus measurement of the resin overlay.
<摩擦摩耗試験>
樹脂オーバーレイの摩擦特性の評価は、3ボールオンディスク型摩擦試験機を用いて行った。相手部材には、直径1/4インチ(6.35mm)のクロム軸受用鋼球(SUJ2)を用い、接触部直径が1.5mmの平面になるように、樹脂オーバーレイ試験片a〜cと同様にラッピング処理を施した。
同一円周上に等間隔に3つのボールを取り付けた治具を回転させ、下から樹脂オーバーレイ試験片a〜cを押しつけて摺動させたときの摩擦トルクをディスク支持軸に取り付けたトルク検出器で測定し、サンプリング周期1Hzにて記録した。
潤滑油には、ポリ−α−オレフィン(PAO)を用い、ディスク押しつけ前に一定量(80μL)を樹脂オーバーレイ表面に滴下して摺動面全体を覆った状態で試験を開始し、試験中の給油は行わなかった。回転速度は0.5m/s、面圧は37MPa、摺動距離は1000mとした。
試験中、摩擦係数が急上昇した場合を「はく離」と判断した。また、試験前後の樹脂オーバーレイ及び相手部材(ボール)の表面状態を顕微鏡で観察するとともに、相手部材(ボール)については、表面粗さRaを測定した。
<Friction and wear test>
The evaluation of the friction characteristics of the resin overlay was performed using a 3-ball on disk type friction tester. As the mating member, 1/4 inch (6.35 mm) diameter steel balls for chrome bearings (SUJ2) are used, and the same as the resin overlay test pieces a to c so that the contact portion diameter becomes a flat surface of 1.5 mm. A lapping treatment was applied to the.
Torque detector in which a jig with three balls mounted at equal intervals on the same circumference is rotated and the friction torque when the resin overlay test pieces a to c are pressed and slid from below is attached to the disk support shaft And recorded at a sampling period of 1 Hz.
For the lubricating oil, poly-α-olefin (PAO) was used, and a predetermined amount (80 μL) was dropped on the surface of the resin overlay before pressing the disk to start the test while covering the entire sliding surface. Refueling was not performed. The rotational speed was 0.5 m / s, the surface pressure was 37 MPa, and the sliding distance was 1000 m.
During the test, the case where the coefficient of friction increased rapidly was judged as “peeling”. In addition, the resin overlay before and after the test and the surface state of the mating member (ball) were observed with a microscope, and the surface roughness Ra of the mating member (ball) was measured.
<試験結果>
図2に各試験片における摩擦係数の摺動距離変化、図3に試験後の比摩耗量とビッカース硬さ、図4に試験後の相手部材(ボール面)の粗さを示した。なお、比摩耗量WSは、下式(1)に基づき算出した。
WS=V/(W×L) … (1)
[ここで、Vは摩耗体積、Wは荷重、Lはすべり距離を意味する]
<Test results>
FIG. 2 shows the change in the sliding distance of the friction coefficient of each test piece, FIG. 3 shows the specific wear amount and Vickers hardness after the test, and FIG. 4 shows the roughness of the mating member (ball surface) after the test. The specific wear amount W S was calculated based on the following equation (1).
W S = V / (W × L) (1)
[Where V is the wear volume, W is the load, and L is the slip distance]
図2から、比較例1では、摺動距離600m前後ではく離が生じているのに対して、実施例1と比較例2では、はく離は生じず、また、無機粒子を添加したことにより、樹脂オーバーレイの硬さは添加量の増加とともに向上した。 From FIG. 2, in Comparative Example 1, separation occurred at a sliding distance of about 600 m, whereas in Example 1 and Comparative Example 2, separation did not occur, and the addition of inorganic particles resulted in a resin. The hardness of the overlay improved with increasing amount of addition.
粒子径の違いに着目すると、実施例1と比較例2では、摺動距離が進むにつれて0.06程度の摩擦係数に収束していることがわかる。また、樹脂オーバーレイの硬さは同程度の値を示しているが、比摩耗量に対してはナノSiC粒子を配合した実施例1の方が有効であることがわかる。 Focusing on the difference in particle diameter, it can be seen that in Example 1 and Comparative Example 2, the friction coefficient converges to about 0.06 as the sliding distance increases. Moreover, although the hardness of the resin overlay shows the same value, it turns out that Example 1 which mix | blended nano SiC particle | grains is more effective with respect to specific abrasion loss.
また、摺動後の相手部材(ボール面)の粗さから、SiC配合に起因する攻撃性について考察する。はく離が観察された比較例1では、樹脂オーバーレイが存在しなくなって基材と相手部材との直接的な摩擦となったため、ほぼ同じ値となっている。樹脂オーバーレイが存在している実施例1と比較例2の粗さの差は、分散粒子径の差異によるものと考えられる。すなわち、分散粒子径の小さい実施例1の方が、相手部材に対して攻撃性が小さいと示唆される。 Further, the aggression attributed to the SiC composition will be considered from the roughness of the mating member (ball surface) after sliding. In Comparative Example 1 where peeling was observed, the resin overlay was not present and the friction between the base member and the mating member became direct, so the values were almost the same. The difference in roughness between Example 1 and Comparative Example 2 in which a resin overlay exists is considered to be due to the difference in dispersed particle diameter. That is, it is suggested that Example 1 having a smaller dispersed particle diameter is less aggressive against the counterpart member.
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment.
10…基材、20…樹脂オーバーレイ、30…摺動面、100…摺動部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基材の表面の少なくとも一部分を被覆する被覆層と、
を備え、
前記被覆層が形成された部分を摺動面として、相手部材と相対的に摺動する摺動部材であって、
前記被覆層が、樹脂成分と、前記樹脂成分に混合された固体潤滑剤と、平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子とを含有する薄膜であることを特徴とする摺動部材。 A substrate made of a metal inorganic nanoparticle material;
A coating layer covering at least a portion of the surface of the substrate;
With
A sliding member that slides relative to the mating member with the portion where the coating layer is formed as a sliding surface,
The sliding member, wherein the coating layer is a thin film containing a resin component, a solid lubricant mixed in the resin component, and inorganic nanoparticles having an average particle diameter in the range of 5 to 300 nm. .
金属材料からなる基材の表面に、樹脂成分と固体潤滑剤と平均粒子径が5〜300nmの範囲内の無機ナノ粒子とを含有する塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を熱処理することにより、前記樹脂成分を硬化させて前記被覆層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。 It has a coating layer that forms a sliding surface on the surface of a substrate, and is a method for manufacturing a sliding member that slides with a mating member on the sliding surface,
Forming a coating film containing a resin component, a solid lubricant, and inorganic nanoparticles having an average particle size in the range of 5 to 300 nm on the surface of a base material made of a metal material;
Heat-treating the coating film to cure the resin component to form the coating layer;
The manufacturing method of the sliding member characterized by including.
The method for manufacturing a sliding member according to claim 5, wherein a spin coating method is used in the step of forming the coating film.
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