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Abstract
Description
本発明は、摺動部材および摺動部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a sliding member and a method of manufacturing the sliding member.
焼結によって形成したCuとBiの合金層をすべり軸受材料として用いる技術が開示されている(特許文献1、参照。)。特許文献1において、Cu中にBiの粒子が分散するようにCuとBiの合金層が形成されている。 There is disclosed a technology in which an alloy layer of Cu and Bi formed by sintering is used as a slide bearing material (see Patent Document 1). In Patent Document 1, an alloy layer of Cu and Bi is formed such that particles of Bi are dispersed in Cu.
しかしながら、特許文献1のように、焼結によって薄い合金層を形成することが困難であるという問題があった。また、焼結においてBiの一部がCuに固溶するため、Bi単体の粒子として存在するBiの量を大きくすることができないという問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、軸受層の膜厚と材料の含有量比とを柔軟に調整できる技術を提供することを目的とする。
However, as in Patent Document 1, there is a problem that it is difficult to form a thin alloy layer by sintering. In addition, since a part of Bi is solid-solved in Cu during sintering, there is a problem that the amount of Bi present as particles of a single Bi can not be increased.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of flexibly adjusting the film thickness of the bearing layer and the content ratio of the material.
前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材は、基材と、前記基材上に形成された第1金属の多孔質のめっき皮膜である多孔質めっき部と、前記多孔質めっき部の孔に前記第1金属と異なる第2金属が充填された充填部と、を備える。 In order to achieve the above object, the sliding member of the present invention comprises a substrate, a porous plating portion which is a porous plating film of a first metal formed on the substrate, and the porous plating portion And a filling portion filled with a second metal different from the first metal in the hole of
前記のように構成した本発明において、多孔質めっき部は、めっき皮膜であるため、薄膜化も含めて膜厚を柔軟に調整できる。また、充填部は、めっき皮膜として形成された多孔質めっき部の孔に充填されるため、多孔質めっき部の第1金属に第2金属が溶け込む量を抑制できる。従って、単体として存在する第2金属の量を柔軟に調整できる。 In the present invention configured as described above, since the porous plating portion is a plating film, it is possible to flexibly adjust the film thickness including thinning. Moreover, since the filling part is filled in the pores of the porous plating part formed as the plating film, the amount of the second metal dissolved in the first metal of the porous plating part can be suppressed. Therefore, the amount of the second metal present as a single substance can be flexibly adjusted.
ここで、第1金属はCuであり、第2金属はBiであってもよい。硬質のCuと軟質のBiとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材を形成することができる。 Here, the first metal may be Cu and the second metal may be Bi. By combining hard Cu and soft Bi, it is possible to form a sliding member having both wear resistance and conformability.
さらに、第1金属はCuであり、第2金属はSnであってもよい。硬質のCuと軟質のSnとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材を形成することができる。また、摺動部材の使用時の熱によって硬質のSn−Cu金属間化合物を生成することができ、耐摩耗性をさらに向上させることができる。 Furthermore, the first metal may be Cu and the second metal may be Sn. By combining hard Cu and soft Sn, it is possible to form a sliding member having both wear resistance and conformability. In addition, it is possible to generate a hard Sn-Cu intermetallic compound by the heat at the time of using the sliding member, and it is possible to further improve the wear resistance.
また、第1金属はNiであり、第2金属はBiであってもよい。硬質のNiと軟質のBiとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材を形成することができる。また、摺動部材の使用時の熱によって硬質のNi−Bi金属間化合物を生成することができ、耐摩耗性をさらに向上させることができる。 The first metal may be Ni, and the second metal may be Bi. By combining hard Ni and soft Bi, it is possible to form a sliding member having both wear resistance and conformability. In addition, a hard Ni-Bi intermetallic compound can be generated by heat during use of the sliding member, and wear resistance can be further improved.
また、本発明は、基材上に、第1金属の多孔質めっき部をめっきによって形成するめっき工程と、前記多孔質めっき部の孔に前記第1金属と異なる第2金属を充填する充填工程と、を含む摺動部材の製造方法としても成立する。 Further, according to the present invention, a plating step of forming a porous plating portion of a first metal by plating on a substrate, and a filling step of filling a hole of the porous plating portion with a second metal different from the first metal And a method of manufacturing a sliding member including the above.
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
(1−2)摺動部材の製造方法:
(2)他の実施形態:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) First Embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
(1-2) Manufacturing Method of Sliding Member:
(2) Other embodiments:
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
図1は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材1の斜視図である。摺動部材1は、裏金10とライニング11とを含む。摺動部材1は、中空状の円筒を直径方向に2等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。2個の摺動部材1を円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Aが形成される。すべり軸受Aは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸2(エンジンのクランクシャフト)を軸受けする。相手軸2の外径はすべり軸受Aの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸2の外周面と、すべり軸受Aの内周面との間に形成される隙間に潤滑油(エンジンオイル)が供給される。その際に、すべり軸受Aの内周面上を相手軸2の外周面が摺動する。
(1) First Embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
FIG. 1 is a perspective view of a sliding member 1 according to an embodiment of the present invention. The sliding member 1 includes a
摺動部材1は、曲率中心から遠い順に、裏金10とライニング11とが順に積層された構造を有する。従って、裏金10が摺動部材1の最外層を構成し、ライニング11が摺動部材1の最内層を構成する。裏金10とライニング11とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。裏金10の厚みは1.8mmであり、ライニング11の厚みは50μmである。以下、内側とは摺動部材1の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材1の曲率中心と反対側を意味することとする。ライニング11の内側の表面は、相手軸2の摺動面を構成する。
The sliding member 1 has a structure in which the
裏金10は、本発明の基材を構成する。裏金10は、Cを0.15質量%含有し、Mnを0.06質量%含有し、残部がFeからなる鋼で形成されている。なお、裏金10は、ライニング11を介して相手軸2からの荷重を支持できる材料で形成されればよく、必ずしも鋼で形成されなくてもよい。
The
ライニング11は、裏金10の内側に積層された層であり、本発明の多孔質めっき部と充填部とを構成する。ライニング11は、40質量%のCuと60質量%のBiと不可避不純物とからなり、不可避不純物の含有量は1.0質量%以下である。Cuは第1金属であり、Biは第2金属である。
The
図2A,図2Bは、摺動部材1の断面模式図である。図2AはBiを充填した後のライニング11を示し、図2BはBiを充填する前のライニング11を示す。図2Aにおいて、ライニング11は、Cuで形成された多孔質めっき部11a(黒)と、多孔質めっき部11a内においてBiで形成された充填部11b(ドットハッチング)とを有する。
2A and 2B are schematic cross-sectional views of the sliding member 1. FIG. 2A shows the
図2Bに示すように、多孔質めっき部11aに孔11a1(白)が形成されており、当該孔11a1にBiを充填することにより充填部11bが形成される。多孔質めっき部11aの孔11a1は、摺動部材1の内周方向および厚み方向に均等に分布している。また、多孔質めっき部11aの孔11a1は、多数の孔が互いに連通したものであり、ほぼ一体の空間となっている。従って、充填部11bもほぼ一体となっている。すなわち、充填部11bは、ライニング11において網目状に張り巡らされた形状となっている。
As shown to FIG. 2B, the hole 11a1 (white) is formed in the porous plating
以上説明した本実施形態において、多孔質めっき部11aは、めっき皮膜であるため、薄膜化も含めて膜厚を柔軟に調整できる。また、充填部11bは、めっき皮膜として形成された多孔質めっき部の孔に充填されるため、多孔質めっき部11aのCuにBiが溶け込む量を抑制できる。従って、単体として存在するBiの量を柔軟に調整できる。さらに、第1金属としての硬質のCuと第2金属としての軟質のBiとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材1を形成することができる。
In the embodiment described above, since the
上述した実施形態において示した各数値を以下の手法によって計測した。摺動部材1の各層を構成する元素の質量は、ICP発光分光分析装置(島津社製ICPS−8100)によって計測した。各層の厚みは、以下の手順で計測した。まず、摺動部材1の軸方向の垂直断面をクロスセクションポリッシャ(日本電子製 IB−09010CP)で研磨した。そして、摺動部材1の断面を電子顕微鏡(日本電子製 JSM−6610A)によって7000倍の倍率で撮影することにより、観察画像(反射電子像)の画像データを得た。そして、観察画像を画像解析装置(ニレコ社製 ルーゼックス AP)によって解析することにより膜厚を計測した。 Each numerical value shown in the embodiment described above was measured by the following method. The mass of the element constituting each layer of the sliding member 1 was measured by an ICP emission spectrometer (ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation). The thickness of each layer was measured by the following procedure. First, the vertical cross section of the sliding member 1 in the axial direction was polished with a cross section polisher (IB-09010 CP, manufactured by Nippon Denshi K.K.). And the image data of the observation image (reflection electron image) was obtained by image | photographing the cross section of the sliding member 1 by the magnification of 7000 times with the electron microscope (JSM-6610A made from JEOL). Then, the film thickness was measured by analyzing the observation image with an image analyzer (Lusex AP manufactured by Nireco).
(1−2)摺動部材の製造方法:
まず、裏金10と同じ厚みを有する低炭素鋼の平面板を用意した。
次に、裏金10の表面上にCuを電気めっきによって50μmの厚みだけ積層することにより、ライニング11を形成した。電気めっきの手順は以下のとおりとした。まず、裏金10の表面を水洗した。さらに、裏金10の表面を酸洗することにより、裏金10の表面から不要な酸化物を除去した。その後、裏金10の表面を、再度、水洗した。
(1-2) Manufacturing Method of Sliding Member:
First, a flat plate of low carbon steel having the same thickness as the backing
Next, a
以上の前処理が完了すると、めっき浴に浸漬させた裏金10に電流を供給することにより電気めっきを行った。ピロリン酸銅:94g/L、ピロリン酸カリウム:340g/L、アンモニア水:3mL/L、ポリリン酸で中和したベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド:0.05mol/Lを混合することにより、めっき浴を用意した。ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシドは、水溶性第4級アンモニウム化合物である。
When the above pretreatment was completed, electroplating was performed by supplying a current to the
アンモニウム化合物として、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシドの代わりに、特開2010−121194号公報に記載されたドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、フェニルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリブチルアンモニウムクロライド、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、ドデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、オクタデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド、ドデシルピリジニウムクロライド、ベンジルピリジニウムクロライド、これらの臭化物、硫酸塩などを単体または混合してめっき浴に混合してもよい。 As an ammonium compound, in place of benzyltrimethylammonium hydroxide, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium chloride, phenyltrimethylammonium chloride described in JP-A-2010-121194 Benzyltrimethyl ammonium chloride, benzyl triethyl ammonium chloride, benzyl tributyl ammonium chloride, didecyl dimethyl ammonium chloride, dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride, tetradecyl dimethyl benzyl ammonium chloride, octadecyl dimethyl benzyl ammonium chloride, Octyl methyl ammonium chloride, dodecyl pyridinium chloride, benzyl pyridinium chloride, these bromides, may be mixed into the plating bath, such as sulfate alone or in combination.
以上のように調整されためっき浴の浴温度を55℃とした。さらに、裏金10に供給する電流を直流電流とし、その電流密度を3A/dm2とした。電気めっきにおいて、めっき浴(液)を液流のない静止状態とした。なお、めっき浴は、ピロリン酸銅:70〜110g/L、ピロリン酸カリウム:260〜400g/L、アンモニア水:2〜4mL/Lの範囲で調整可能である。また、浴温度は50〜60℃の範囲で調整可能であり、電流密度は0.5〜5.0A/dm2の範囲で調整可能である。アンモニウム化合物の添加量は、0.001〜0.1mol/Lの範囲で調整可能である。
The bath temperature of the plating bath adjusted as described above was 55.degree. Further, the current supplied to the
アンモニウム化合物は、電気めっきの際に陰極界面で還元分解され、分解によって生じた非水溶性の遊離物質がめっき表面に点在する。この遊離物質がCuのめっき被膜の成長を阻害することにより、微細な孔を多数有する多孔質のめっき皮膜が形成されるものと考えられる。この現象は、電気めっきの初期から発生するため、ライニング11の厚み方向の全体において多孔質のめっき皮膜を形成できる。以上の電気めっき(めっき工程)の完了後に、水洗と乾燥を行った。
The ammonium compound is reductively decomposed at the cathode interface during electroplating, and the non-water-soluble free substance generated by the decomposition is scattered on the plating surface. It is considered that a porous plating film having a large number of fine pores is formed by the liberated substance inhibiting the growth of the plating film of Cu. Since this phenomenon occurs from the early stage of electroplating, a porous plating film can be formed in the entire thickness direction of the
なお、電気めっきにおける電流密度を高くすることにより、ライニング11における孔の体積比率を増加させることができ、ライニング11における充填部11bの体積比率を増加させることができる。充填部11bの体積比率を増加させることにより、低摩擦抵抗となじみ性を重視した摺動部材1を形成でき、孔11a1の体積比率を減少させることにより耐摩耗性を重視した摺動部材1を形成できる。
In addition, the volume ratio of the hole in the lining 11 can be made to increase by making the current density in electroplating high, and the volume ratio of the filling
さらに、多孔質めっき部11aの孔11aにBiを電気めっきによって充填することにより、充填部11bを形成した。電気めっきの手順は以下のとおりとした。まず、多孔質めっき部11aを水洗した。さらに、多孔質めっき部11aを酸洗することにより、多孔質めっき部11aから不要な酸化物を除去した。その後、多孔質めっき部11aを、再度、水洗した。
Furthermore, the filling
以上の前処理が完了すると、めっき浴に浸漬させた多孔質めっき部11aが形成された裏金10に電流を供給することにより電気めっきを行った。有機スルホン酸Bi:20g/L(Bi濃度)と有機系界面活性剤:20mL/Lと有機スルホン酸:100g/Lとを含むめっき浴の浴組成とした。有機系界面活性剤として、、ポリエチレングリコール溶液を使用した。めっき浴の浴温度を、30℃とした。さらに、多孔質めっき部11aが形成された裏金10に供給する電流を直流電流とし、その電流密度を2.0A/dm2とした。電気めっき(充填工程)の完了後に、水洗と乾燥を行った。
When the above pretreatment was completed, electroplating was performed by supplying a current to the
なお、すべての孔11aが多孔質めっき部11aの表面まで連通していれば、すべての孔11aにめっき液が行き渡り、すべての孔11aが充填されることとなる。多孔質めっき部11aにおける孔11a1の体積比率を大きくするほど、孔11a1を連通しやすくすることができ、Biが充填される孔11aを増加させることができる。ただし、Biによって充填されない孔11aによってもなじみ性を向上させることができるため、すべての孔11aがBiによって充填されなくてもよい。また、Biの電気めっきは、多孔質めっき部11aの表面までBiの結晶が成長した段階で終了することが望ましいが、多孔質めっき部11aの表面に到達する前にBiの電気めっきが終了してもよいし、多孔質めっき部11aの表面全体がBiによって覆われるまでBiの電気めっきが継続してもよい。
In addition, if all the
以上のようにして、摺動部材1を完成させると、2個の摺動部材1を円筒状に組み合わせることにより、すべり軸受Aを形成した。 As described above, when the sliding member 1 is completed, the sliding bearing A is formed by combining the two sliding members 1 in a cylindrical shape.
(2)他の実施形態:
本発明において、第1金属はCuであり、第2金属はSnであってもよい。すなわち、前記実施形態と同様に形成した多孔質めっき部11aの孔11aにSnを充填してもよい。Snの充填工程は以下の条件の電気めっきによって行うことができる。有機スルホン酸Sn:25g/L(Sn濃度)と有機系界面活性剤:5mL/Lと有機スルホン酸:100g/Lとを含むめっき浴の浴組成としてもよい。有機系界面活性剤として、ポリエチレングリコール溶液を使用してもよい。めっき浴の浴温度を、25℃とした。さらに、多孔質めっき部11aが形成された裏金10に供給する電流を直流電流とし、その電流密度を4.0A/dm2としてもよい。
(2) Other embodiments:
In the present invention, the first metal may be Cu and the second metal may be Sn. That is, the
以上のように、硬質のCuと軟質のSnとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材を形成することができる。また、摺動部材の使用時の熱によって硬質のSn−Cu金属間化合物を生成することができ、耐摩耗性をさらに向上させることができる。 As described above, by combining hard Cu and soft Sn, it is possible to form a sliding member having both wear resistance and conformability. In addition, it is possible to generate a hard Sn-Cu intermetallic compound by the heat at the time of using the sliding member, and it is possible to further improve the wear resistance.
また、第1金属はNiであり、第2金属はBiであってもよい。すなわち、第1実施形態の多孔質めっき部11aをNiで形成するようにしてもよい。Niのめっき工程は以下の条件の電気めっきによって行うことができる。硫酸ニッケル:280g/L、塩化ニッケル:45g/L、ホウ酸:40g/L、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド:0.02mol/Lを混合することにより、めっき浴を用意してもよい。さらに、めっき浴の浴温度を50℃とし、裏金10に供給する電流を直流電流とし、その電流密度を5.0A/dm2としてもよい。
The first metal may be Ni, and the second metal may be Bi. That is, the porous plated
多孔質めっき部11aを形成すると、第1実施形態と同様の充填工程によって、多孔質めっき部11aの孔11a1にBiを充填すればよい。このように、硬質のNiと軟質のBiとを組み合わせることにより、耐摩耗性となじみ性とを両立した摺動部材を形成することができる。また、摺動部材の使用時の熱によって硬質のNi−Bi金属間化合物を生成することができ、耐摩耗性をさらに向上させることができる。
When the
前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Aを構成する摺動部材1を例示したが、本発明の摺動部材1によって他の用途のすべり軸受Aを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材1によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等のラジアル軸受を形成してもよい。さらに、本発明の摺動部材は、スラスト軸受であってもよく、各種ワッシャであってもよいし、カーエアコンコンプレッサ用の斜板であってもよい。ライニング11は、金属や樹脂のオーバーレイによって被覆されてもよい。 In the said embodiment, although the sliding member 1 which comprises the sliding bearing A which bears the crankshaft of an engine was illustrated, you may form the sliding bearing A of another use by the sliding member 1 of this invention. For example, the sliding member 1 of the present invention may form a radial bearing such as a gear bushing for a transmission or a piston pin bushing or boss bushing. Furthermore, the sliding member of the present invention may be a thrust bearing, may be various washers, or may be a swash plate for a car air conditioner compressor. The lining 11 may be covered by a metal or resin overlay.
1…摺動部材、2…相手軸、10…裏金、11…ライニング、A…軸受 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sliding member, 2 ... Countering axis, 10 ... Back metal, 11 ... Lining, A ... Bearing
Claims (5)
前記基材上に形成された第1金属の多孔質のめっき皮膜である多孔質めっき部と、
前記多孔質めっき部の孔に前記第1金属と異なる第2金属が充填された充填部と、
を備える摺動部材。 A substrate,
A porous plating portion which is a porous plating film of a first metal formed on the substrate;
A filling portion in which holes of the porous plating portion are filled with a second metal different from the first metal;
A sliding member comprising:
請求項1に記載の摺動部材。 The first metal is Cu, and the second metal is Bi.
The sliding member according to claim 1.
請求項1に記載の摺動部材。 The first metal is Cu, and the second metal is Sn.
The sliding member according to claim 1.
請求項1に記載の摺動部材。 The first metal is Ni, and the second metal is Bi.
The sliding member according to claim 1.
前記多孔質めっき部の孔に前記第1金属と異なる第2金属を充填する充填工程と、
を含む摺動部材の製造方法。 Forming a porous plated portion of the first metal on the substrate by plating;
Filling the pores of the porous plating portion with a second metal different from the first metal;
A method of manufacturing a sliding member including:
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