JP2711943B2 - 複合めっき皮膜付き摺動部材 - Google Patents
複合めっき皮膜付き摺動部材Info
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Description
機、その他一般産業機械等の軸受、平軸受等として使用
されるの摺動部材に関する。
の上に軸受用銅合金層あるいはアルミニウム合金層を重
ね、さらに中間めっき層を介して鉛合金表面層を形成し
た積層体が知られている。
耗性および耐疲労性を改善するため、米国特許第2,6
05,149号明細書、同第3,180,008号明細
書、特公昭39−22498号公報に開示されるよう
に、Pbに対するSn、Cu、In等の合金元素添加量
を種々変えたものが提案され、実用に供されている。
車エンジンでは、価格低減化に対する要請から、球状黒
鉛鋳鉄等の鋳鉄製軸受が使用されるようになり、この鋳
鉄製軸受においては軸表面における黒鉛の周辺に存在す
る突出部(ばり)等により、軸を支承する積層軸受の表
面層が早期に摩耗し、中間めっき層あるいは軸受合金層
が露出し、急速に焼付を起こすという問題点があった。
高速回転、高荷重の下で使用される傾向にあり、そのた
め表面層の摩耗の進行が早く、同様な問題が生じてい
た。
は先に出願した特願平2−49132において、摺動部
材の複合めっき皮膜の発明を提案した。この発明は、S
n、In、Sb、Cuから選ばれた1種または2種以上
を合計で2〜30重量%含有するPb合金に無機物粒子
を0.3〜25容量%分散共析させた摺動部材の複合め
っき皮膜であって、この表面の複合めっき皮膜層中の相
対的に硬い無機物粒子がマトリックスを保護し、摺動部
材の表面層の摩耗が防止される。
中に浮遊している粉末粒子がめっき金属の電析に際して
共析包含されるものであるため、共析粒子の量が多くな
る程複合めっき皮膜の表面が粗くなることは良く知られ
ており、そのため前記提案においても無機物粒子の分散
量を増加すると、摺動部材の耐摩耗性は増加するもの
の、相手軸の摩耗量が増加するという問題点がある。
に、無機物粒子の分散量を低減する必要があるが、分散
させる無機物粒子の量をあまり低減すると、今度は軸受
材である摺動部材の摩耗量が増加してしまう。最近の自
動車エンジンでは高速回転、高荷重下で使用されるた
め、従来の軸受材では軸受自身の摩耗と相手シャフトの
摩耗を同時に少なくすることが困難であり、しかも高負
荷条件下において、初期焼付きがみられる。
合めっき皮膜を表面に形成した摺動部材の前記のごとき
問題点を解決すべくなされたものであって、高速回転、
高荷重下で使用されても、初期焼付きが見られず、相手
シャフトの摩耗量と共に軸受材である摺動部材自身の摩
耗量の少ない摺動部材を提供することを目的とする。
の摩耗の原因が、鉛合金めっき皮膜内に無機物粒子を分
散させただけでは、その表面粗さが粗大となり、軸と軸
受の摩擦力が大きくなってしまうことにあることに鑑
み、運転開始時すなわち初期摩耗段階で摩擦係数を低減
することについて鋭意研究を重ねた。
の無機物粒子の分散量を極力低減し、運転開始の初期段
階での相手軸材料と摺動部材の馴染みを改善すると共
に、鉛合金複合めっき皮膜が深くなるに従って段階的に
あるいは連続的に無機物粒子の分散量を増加し、爾後の
摺動材の耐摩耗性を確保することを着想して本発明を完
成した。
無機物粒子を共析させた鉛合金複合めっき皮膜を表面に
有する摺動部材において、前記無機物粒子の前記複合め
っき皮膜中に占める割合が全体として0.3〜25容量
%であり、前記複合めっき皮膜の最表面層中の前記無機
物粒子の共析量を0とするか少なくとも内部より低減
し、前記複合めっき皮膜が深くなるにしたがって前記無
機物粒子の割合が増加する多層または連続構造であるこ
とを要旨とする。
車内燃機関の構成部材であれば、一般に10〜30μm
の厚さにされる。この厚さは限定的なものではなく、例
えば船舶用内燃機関等の摺動部材のような低面圧で使用
される場合は、厚さ50〜100μmの例もある。
N、AlN、Si3N4等の窒化物、SiC、TiC、B
4C、TaC等の炭化物、(CF)n、CaF2等のふっ
化物、MoS2、WS2等の硫化物の他、BaSO4、
W、Mo等を挙げ得る。
ものに限定される。粒径が15μmを越えると、めっき
層の靱性が失われるので、摩耗の原因となる。故に、無
機物粒子径は最大15μm、好ましくは10μm以下と
する。
粒子の量は、0.3〜25容量%に限定される。無機物
粒子の量が0.3容量%未満では効果が少なく、25容
量%を越えると、複合めっき皮膜の靱性が失われるから
である。最も好ましい量は0.5〜20容量%である。
合めっき皮膜中に分散共析される無機物粒子の分散量
は、めっき浴中に懸濁浮遊させる無機物粒子の量、電流
密度、液温等のめっき条件を適宜選択することにより、
変化させることができる。無機物粒子の分散量の変化
は、段階的に変化する多層構造でも良く、あるいは連続
的に変化する連続構造でも良い。
機物粒子の分散量は、図9の表面層の無機物粒子の分散
量と焼付発生までの時間との関係図に示したように、無
機物粒子分散量が5容量%を越えると初期の摩擦係数が
高く焼付きが発生しやすいことから、0〜3容量%とす
ることが好ましい。
n、Sb、Cuの一種または二種以上を合計で2〜30
重量%を含有するものである場合には、表面層の機械的
強度および潤滑油(とくに劣化油)に対する耐食性が向
上する。これら元素の含有量が2重量%未満では、機械
的強度が低く且つ長期間における耐食性が低下し、また
含有量が30重量%を越えると、高温における機械的強
度が著しく低下する。従ってこれら元素の含有量は2〜
30重量%とする。最も好ましいのは3〜25重量%で
ある。
と、軸受銅合金層あるいはアルミニウム合金層と、表面
層としての鉛合金複合めっき皮膜とからなる多層体とし
て提供される。表面層である複合めっき皮膜と軸受銅合
金またはアルミニウム合金層との間には、中間めっき層
を設けることが推奨される。
Fe、Cu、Agよりなる群から選ばれたいずれか一つ
の金属または該金属を主成分とする合金が用いられる。
Ni、Co、Feは、表面層として複合めっき皮膜中の
Sn、In、あるいはSbが、素地合金(すなわち軸受
銅合金)中に拡散してマトリックスの強度あるいは耐食
性が低下する現象を防ぐ作用を有しており、Cu、Ag
はInとの間の拡散合金の生成が摺動特性上好ましく、
またアルミニウム合金上へのめっきにより耐焼付性の向
上を図り得るという効果も有している。
合めっき皮膜の表面層の無機物粒子の分散量を0とする
か極力低減したので摩擦係数が小さく、運転開始時の初
期摩耗段階では相手部材との馴染みが良く、初期焼付き
が防止される。摺動部材と相手部材とが良く馴染んだ後
に正常摩耗に移行すると、複合めっき皮膜表面層下の無
機物粒子の分散量が次第に多くなる層が露出するので、
摺動部材の摩耗が防止される。そのため、摺動部材と相
手部材の摩耗が少なくなる。
明の効果を明らかにする。図1〜図3は本発明の実施例
の摺動部材の断面図、図4〜6は比較例の摺動部材の断
面図を示す。鋼製裏金4の片面に銅合金粉末(Cu−2
3Pb─3.5Sn)を焼結し、あるいは軸受用アルミ
ニウム合金薄板(Al−6Sn−1Cu−1Ni)を重
ねてロール圧延法により圧接し、銅合金層またはアルミ
ニウム合金層3を形成した。次にこれを切断後機械加工
して、図7に示すように30mm平方の平板に仕上げ
た。
脂、酸洗いの順で前処理を行い、次いで銅合金面3に通
常のワットNiめっき浴で浴温50℃にて陰極電圧6A
/dm2で電解し、1.5μmの厚さの中間めっき層2
を施した。なお、No.10についてはこのNi中間め
っき層2を省略した。
無機物粒子としてSiC、Si3N4またはBNの粉末を
15〜25g/lめっき浴中に分散させて、浴温25℃
で陰極電流密度3〜5A/dm2にて共析分解させ無機
物粒子と鉛合金複合めっき皮膜1を得た。なお、鋼製裏
金の裏面にはそれぞれ防錆用Snめっき層5を設けた。
1に示すように無機物分散粒子の共析量を表面で0とし
表面から深くなるに従って共析量が直線的に増加する連
続構造とするか(No.4)、あるいは図2および図3
に示すように、比較的薄い表面層である第1層1aと、
中間層である第2層1bおよび最深層である第3層1c
の3層からなる多層構造とし、さらに第1層の無機物粒
子の共析量を0とするか(図2−No.2)、1%以下
とし(図3−No.1、3、5〜10)、第2層および
第3層の無機物粒子の共析量を順次増加した。なお、各
層の厚さは第1層は5μm以下とし、第2層および第3
層は5〜10μmの範囲とした。
は、図6に示すように無機物粒子を全く共析させなかっ
たもの(No.13)、あるいは無機物粒子の共析量の
変化を付けずに第1層〜第3層の共析量を均一にし、図
5に示すように無機物粒子の共析量の極端に少なかった
もの(No.11)、図4に示すように無機物粒子の共
析量の多かったもの(No.12、14)について調製
した。
種類、中間めっき層、複合めっき皮膜の鉛合金の組成、
無機物粒子の種類、サイズ、第1層〜第3層の無機物粒
子共析量は表1にまとめて示した。
〜No.14の各摺動部材により構成された平板試験片
6(30mm角×厚さ2.5mm)とシャフト材(S4
5Cを高周波焼入しHv600としたもの)よりなる円
筒試験片7(内径20mm×外径25.6mm×厚さ1
7mm、摺動面積1.4cm2)を組み合わせて5W−
30ベースオイル中で2000rpmで回転させた平板
試験片6に円筒試験片7の端面を275kgの荷重で押
しつけて60分間の摩耗試験を行い摩耗量を測定して得
られた結果を図8に示した。
o.11は複合めっき皮膜1中の無機物粒子共析量が表
面から深さ方向に変化がなくまた0.3%と少なかった
ため、摺動部材の摩耗が多くなっており、No.12は
複合めっき皮膜中の無機物粒子共析量が表面から30%
と多いため、摩耗試験初期に(所定の荷重にセット後直
ぐに)焼付きを発生し、摺動部材およびシャフト材とも
摩耗が多くなった。
分散させていないため、オーバレイしためっき層の摩耗
性がなく、オーバレイ層が摩滅し、若干下地の中間めっ
き層2および銅合金層3が露出し、シャフト材の摩耗も
多くなっている。さらに、無機物粒子を均一に10%分
散させた比較例であるNo.14は、摩耗試験終了近く
(約50分)で焼付きが発生し、摺動部材およびシャフ
ト材とも摩耗が多くなり、相手攻撃性の大きいことが分
かった。
を0%から30%まで変化させて、摩耗試験における焼
付き発生までの時間を測定したところ、図9に示すよう
な結果を得た。図9に示す結果より無機物粒子の分散量
が5%を越えると、試験初期の摩擦係数が高く、焼付き
が発生し易くなることが明らかになった。このことか
ら、本発明においては第1層の無機物粒子の分散量は3
%以下とすることが好ましいことが分かる。
1〜No.10では、焼付きの発生がなく、かつ摺動部
材およびシャフト材ともに摩耗量が少なく、本発明の効
果が確認された。
させた鉛合金複合めっき皮膜を表面に有する摺動部材に
おいて、無機物粒子が、複合めっき皮膜中に占める割合
を0.3〜25容量%とすると共に、複合めっき皮膜の
最表面層中の無機物粒子の共析量を0とするか少なくと
も内部より低減し、複合めっき皮膜が深くなるにしたが
って無機物粒子の割合が増加する多層または連続構造と
したものであって、表面層の摩擦係数が少なく運転開始
時の初期摩耗段階では相手部材との馴染みが良いので、
初期焼付きが防止され、摺動部材と相手部材とが良く馴
染んだ後に正常摩耗に移行すると、複合めっき皮膜表面
層下の無機物粒子の分散量が次第に多くなる層が露出す
るので、摺動部材の摩耗が防止され、結果として高速高
負荷条件下において摺動部材自身と相手軸部材の摩耗を
同時に減少し、エンジンその他産業機械の耐久性と信頼
性を大幅に向上することができる。
視図である。
を実施例と比較例について示す図である。
(容量%)と摩耗試験における焼付き発生までの時間の
関係を示す線図である。
層の第1層 1b 複合めっき層の第2層 1c 複合めっき
層の第3層 2 中間めっき層 3 銅合金層また
はアルミニウム合金層 4 鋼製裏金 5 防錆Snめっ
き層
Claims (2)
- 【請求項1】 無機物粒子を共析させた鉛合金複合めっ
き皮膜を表面に有する摺動部材において、前記無機物粒
子の前記複合めっき皮膜中に占める割合が全体として
0.3〜25容量%であり、前記複合めっき皮膜の最表
面層中の前記無機物粒子の共析量を0とするか少なくと
も内部より低減し、前記複合めっき皮膜が深くなるにし
たがって前記無機物粒子の割合が増加する多層または連
続構造であることを特徴とする複合めっき皮膜付き摺動
部材。 - 【請求項2】 前記複合めっき皮膜の鉛合金が、Sn、
In、Sb、Cuの一種または二種以上を合計で2〜3
0重量%を含有し、残部が実質的にPbであることを特
徴とする請求項第1項に記載の複合めっき皮膜付き摺動
部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9709091A JP2711943B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 複合めっき皮膜付き摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9709091A JP2711943B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 複合めっき皮膜付き摺動部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04325697A JPH04325697A (ja) | 1992-11-16 |
JP2711943B2 true JP2711943B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=14182945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9709091A Expired - Lifetime JP2711943B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 複合めっき皮膜付き摺動部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002039186A (ja) | 2000-07-27 | 2002-02-06 | Taiho Kogyo Co Ltd | すべり軸受 |
JP3754353B2 (ja) * | 2001-11-15 | 2006-03-08 | 大同メタル工業株式会社 | 複合めっき被膜付き摺動部材 |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP9709091A patent/JP2711943B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04325697A (ja) | 1992-11-16 |
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