JP3244394B2

JP3244394B2 - 摺動部材

Info

Publication number: JP3244394B2
Application number: JP00886095A
Authority: JP
Inventors: 茂樹山田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JPH08199328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基材の摺動部表面に金属
溶射層を形成した摺動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の高出力化および低燃費化
の要求から各種摺動部材、例えばシフトフォーク爪部、
シンクロナイザリング内面、シリンダライナ内面、ピス
トンリング、ミッション摩擦板等はより高面圧下で使用
されるようになってきた。このため、これら摺動部材の
摺動部表面に、より摺動特性の優れた材料をプラズマ溶
射等により溶射して、摺動特性を向上させる方法が広く
用いられている。

【０００３】例えば、特開平４−８０９８３号公報に
は、基材の摺動部表面に２ないし３０重量％のモリブデ
ンと残部アルミニウム合金または銅合金とからなる溶射
層を設け、さらにこの溶射層の上に３０ないし９５重量
％のモリブデンと残部アルミニウム合金または銅合金と
からなる５μｍ以上の溶射層を設けた摺動部材の発明が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記摺
動部材においては、溶射層のマトリックスとしてアルミ
ニウム合金を使用した場合、アルミニウム合金は融点が
低いため、高面圧下ではマトリックスのアルミニウム合
金が溶損することがある。

【０００５】また、溶射層のマトリックスに銅合金を使
用した場合、例えば黄銅をプラズマ溶射すると、プラズ
マ熱源によって亜鉛が蒸発し、亜鉛量が減少し、ギヤ油
中で使用すると硫化腐食が発生する。そのため、マニュ
アルミッション中で使用されるシンクロナイザリング等
の摺動部には、ギヤ油中の硫黄分による硫化腐食を防止
することができず、このようなギヤ油中の部品には使用
できなかった。その上、モリブデンは非常に高コストで
ある。

【０００６】本発明は従来の摺動部材、特に高面圧であ
って、かつギヤ油中で硫化腐食を受けるような摺動部材
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、硫化腐食がなく、耐焼付性に優れ、耐摩耗性と共に
相手攻撃性に優れた摺動部材を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】高面圧下でのマトリック
スの溶損を回避するため、発明者は先ずマトリックスと
して銅合金を用いることを着想した。また、耐硫化腐食
性を確保するため、金属溶射の際の亜鉛の蒸発を防止す
る方策について、鋭意検討を重ねた。その結果、溶射の
熱源としてはフレーム溶射が適していること、および溶
射粒子を高速飛行できる高速酸素フレーム溶射を採用す
ることにより、亜鉛の蒸発が極力減少できることを新た
に知見して本発明を完成した。

【０００８】本発明の摺動部材は、基材の摺動部表面
に、少なくとも亜鉛を１５〜４５重量％を含有する銅合
金に、５〜４０重量％の硬質粒子を混合し高速フレーム
溶射にて溶射層を形成したことを要旨とする。本発明に
おいて、銅合金には、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、
Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種または２種以上を含有した
ものを用いることができる。また、本発明において、硬
質粒子には平均粒径が５０μｍ以下のＦｅＭｏまたはＦ
ｅＣｒを用いることができる。

【０００９】本発明の溶射層のマトリックスを形成する
銅合金は、銅に少なくとも１５〜４５重量％の亜鉛を固
溶した黄銅すなわち真鍮と称される銅合金であって、亜
鉛以外にアルミニウム、マンガン、鉄、ニッケル等を添
加して高強度を持たせて高力黄銅として用いても良い。

【００１０】溶射材料の調製としては、マトリックス材
料となる銅合金および硬質粒子の各粉末溶射材料（平均
粒径５０μｍ以下）を別個に溶射装置に供給し同時に溶
射させて目的とする溶射層を形成しても良いし、また、
溶射装置への供給の前にあらかじめマトリックス材料と
なる銅合金粉末と硬質粒子粉末を混合させた複合材料を
用いても良い。

【００１１】本発明においては、亜鉛の蒸発を回避する
ため熱源として酸素と燃焼ガスの混合ガスの燃焼炎を用
いるフレーム溶射方法を用いるが、通常のフレーム溶射
であると、溶射粒子の加速は燃焼炎で行われるため、飛
行速度が遅くその間に亜鉛が蒸発してしまうので、高速
酸素フレーム溶射（以下ＨＶＯＦという。）を用いる必
要がある。

【００１２】ＨＶＯＦは爆発溶射の原理を応用して、連
続的に溶射皮膜を形成する方法であって、酸素とアセチ
レンガスとの混合による爆発燃焼部と銃身を分離するこ
とによって、間欠的な燃焼を連続的なジェットフレーム
に変換し、これに粉末を送給して溶射を行うものであ
る。ＨＶＯＦの溶射粒子の飛行速度は、プラズマ溶射の
１００〜１５０ｍ／ｓｅｃに対して、４００ｍ／ｓｅｃ
程度の飛行速度が得られる。

【００１３】

【作用】本発明の摺動部材は摺動部表面に、少なくとも
亜鉛を１５〜４５重量％を含有する銅合金に、５〜４０
重量％の硬質粒子を混合しＨＶＯＦにて溶射層を形成し
たので、溶射粒子が溶射ノズルから高速で飛行し、溶射
層のマトリックスを形成する銅合金の亜鉛の蒸発が極力
防止されるため、溶射前の銅合金粉末の組成が溶射層と
ほぼ同じ組成か確保される。そのため、溶射層の耐硫化
腐食性が向上する。

【００１４】また、溶射層のマトリックスを形成する銅
合金は融点が９００〜１０００℃の範囲にあり、耐焼付
性に優れており、さらに本発明の溶射層はマトリックス
となる銅合金に硬質粒子を均一に分散させたので、耐摩
耗性および相手攻撃性に優れている。

【００１５】溶射層のマトリックスを構成する銅合金
に、さらにＡｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ
から選ばれる１種または２種以上を含有させることによ
り、溶射層のマトリックスの強度を向上し、高面圧下で
の耐焼付性がさらに向上する。また、硬質粒子に平均粒
径が５０μｍ以下のＦｅＭｏまたはＦｅＣｒを用いるこ
とにより、銅合金マトリックスとの単位体積当りの接触
面積が大きくなり、硬質粒子が脱落し難くなり、相手攻
撃性も小さくなる。

【００１６】本発明において、銅合金の亜鉛含有量を１
５〜４５重量％としたのは、亜鉛含有量が１５％未満に
なると、耐硫化腐食性が充分でなくなるからであり、４
５％を越えるとβ層の析出により亜鉛の部分腐食が生
じ、却って耐硫化腐食性が劣化するからである。

【００１７】また、本発明において、５〜４０重量％の
硬質粒子を混合したのは、硬質粒子の混合量が５％未満
であると、充分な耐摩耗性が得られないからであり、４
０％を越えると相手攻撃性が大きくなるからである。硬
質粒子であるＦｅＭｏまたはＦｅＣｒの平均粒径を５０
μｍ以下としたのは、平均粒径が５０μｍを越えると、
硬質粒子が均一に分散しなくなると共に硬質粒子が脱落
し易くなり、相手攻撃性が大きくなるからである。

【００１８】本発明において摺動部表面に形成される溶
射層の厚さは６０μｍ以上とすることが好ましい。溶射
層の厚さが６０μｍ未満となると、平均粒径５０μｍの
硬質粒子が表面に突出し、相手攻撃性が大きくなるから
である。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を従来例および比較例と対比
して説明し、本発明の効果を明らかにする。表１および
表２に示す組成の平均粒径３８μｍの銅合金粉末に、表
１および表２に示す平均粒径であって表１および表２に
示す材質の硬質粒子を表１および表２に示す混合比で混
合し、溶射粉末を調製した。この溶射粉末を用い、試験
片として外径３５ｍｍの円柱状のロータ（材質ＳＳ４
１）の外周表面に、表１および表２に示す溶射方法によ
り、１００μｍの厚さの溶射層を形成した。

【００２０】なお、表１に示す溶射方法のうちプラズマ
溶射は、予熱なし、溶射距離１００ｍｍで、ミラー社製
ＳＧ１００溶射機を用い、溶射ガスはアルゴンで行っ
た。また、表１および表２に示すＨＶＯＦ溶射は、ミラ
ー社製ＨＶ２０００溶射装置を用い、予熱なし、溶射距
離１００ｍｍで、溶射ガスにはアセチレンと酸素を用い
て行った。

【００２１】なお、表１および表２に示した実施例の試
験片のうち、Ｎｏ．１〜４は溶射方法がプラズマ溶射で
ある比較例であり、Ｎｏ．８は硬質粒子の配合量が本発
明の配合量より少ない比較例であり、Ｎｏ．１４は硬質
粒子の平均粒径が５０μｍ以上である比較例であって、
その他のＮｏ．５〜７、Ｎｏ．９〜１３およびＮｏ．１
５〜１８は本発明品である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】（実施例１）表１および表２で得られた各
々の試験片の溶射層について硫化腐食試験を行った。硫
化試験方法は、溶射層をマニュアルトランスミッション
用ギヤ油７５Ｗ−９０に浸漬し、１５０℃で１０時間保
持したのち、腐食の有り無しを断面の表面部に腐食した
部分が認められるかどうかで判定し、得られた結果を表
１および表２に併せて示した。

【００２５】表１および表２の硫化腐食結果の欄に示し
たように、プラズマ溶射を行ったＮｏ．１〜４の比較例
には総て硫化腐食が認められたが、ＨＶＯＦ溶射を行っ
たＮｏ．５〜１８には硫化腐食が全く認められず、本発
明においてＨＶＯＦ溶射を行うことにより、硫化腐食が
防止できることが確認された。

【００２６】（実施例２）次に、表１および表２で得ら
れた試験片について、摩擦摩耗試験を行った。摩耗摩擦
試験は、相手材として、ＳＣＭ４１５の浸炭焼入材で表
面を十点平均粗さで３．２Ｚに研磨仕上げした平板を用
意し、表１および表２の溶射層を形成した試験片Ｎｏ．
５〜１８の外周の溶射被膜面を相手材に面圧１ｋｇ／ｍ
ｍ²で回転させながら押し付け、すべり速度３ｍ／秒、
すべり距離１００ｍの試験条件で行い、摩耗量は重量変
化で測定した。得られた結果は図１に示した。

【００２７】図１から明らかなように、比較例Ｎｏ．８
は硬質粒子含有量がが３％であって耐摩耗性に劣り、溶
射層の摩耗量が１８ｍｇであって、本発明品の溶射層の
摩耗量と比較して３〜８倍であった。また、比較例Ｎ
ｏ．１４は硬質粒子の平均粒径が６０μｍと大きかった
ため、相手攻撃性が大きく、相手材の摩耗量が１４ｍｇ
であって、本発明品の相手攻撃性に対して２．５〜３倍
であった。

【００２８】これに対して、本発明品のＮｏ．５〜７、
Ｎｏ．９〜１３およびＮｏ．１５〜１８は溶射層の摩耗
量が２〜６ｍｇであり、相手材の摩耗量も４〜７ｍｇで
あって、本発明品は耐摩耗性に優れると共に相手攻撃性
も少ないことが判明し、本発明の効果を確認することが
できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明の摺動部材は以上詳述したよう
に、基材の摺動部表面に、少なくとも亜鉛を１５〜４５
重量％を含有する銅合金に、５〜４０重量％の平均粒径
が５０μｍ以下のＦｅＭｏまたはＦｅＣｒからなる硬質
粒子を混合し高速酸素フレーム溶射にて溶射層を形成し
たものであって、溶射粒子が溶射ノズルから高速で飛行
し、溶射層のマトリックスを形成する銅合金の亜鉛の蒸
発が極力防止されるため、溶射前の銅合金粉末の組成が
溶射層とほぼ同じ組成か確保され、溶射層の耐硫化腐食
性が向上する。また、溶射層のマトリックスを形成する
銅合金は融点が９００〜１０００℃の範囲にあり、耐焼
付性に優れており、さらに本発明の溶射層はマトリック
スとなる銅合金に硬質粒子を均一に分散させたので、耐
摩耗性および相手攻撃性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩擦摩耗試験の結果を示す棒グラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基材の摺動部表面に、少なくとも亜鉛を
１５〜４５重量％を含有する銅合金に、５〜４０重量％
の硬質粒子を混合し高速酸素フレーム溶射にて溶射層を
形成したことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記銅合金は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種または２種以上
を含有することを特徴とする請求項１に記載の摺動部
材。
【請求項３】前記硬質粒子は平均粒径が５０μｍ以下
のＦｅＭｏまたはＦｅＣｒであることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の摺動部材。