JP3891732B2

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Publication number: JP3891732B2
Application number: JP17858399A
Authority: JP
Inventors: 田 ▼学▲ 品; 渕豊馬; 田正彦塩; 雅彦勝; 田聡村
Original assignee: Riken Corp; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Riken Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: JP2001011556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な初晶ＳｉおよびＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム合金部材と、Ｎｉ，Ｐ，Ｃｏからなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材とを組み合わせた摺動部材とすることにより、双方の摺動部材の耐摩耗性および摺動時の耐焼き付き性を向上した摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃費の向上や運動性能の向上のため、自動車部品の軽量化が継続的に進められているが、その一つの方策として、材料置換による軽量化を挙げることができ、特に、従来の鉄からそれよりも比重の小さいアルミニウム等の軽金属への材料置換が盛んに行われている。
【０００３】
自動車用内燃機関において、既にアルミニウム合金製のシリンダブロックが普及しているが、耐摩耗性や耐焼き付き性が要求されるシリンダボアについては、鋳鉄ボアを用いるのが一般的である。しかしながら、より一層の部品軽量化のため、一部、ボア材自体をシリンダ材と異なる成分のアルミニウム合金とするか、また、シリンダブロック材をそのまま用いるケースも散見される様になってきた。
【０００４】
通常、シリンダボアの材質を鋳鉄からアルミニウム合金に置き換える場合、アルミニウム合金上にめっきや溶射等の表面処理を行うか、初晶Ｓｉや分散強化粒子を含む組織とすることで、ボア表面の耐摩耗性や耐焼き付き性を向上する方策が採られている。
【０００５】
これに関連する特許公報として、アルミニウム合金と粒子分散複合めっきとの組み合わせとした摺動部材を開示した特公平３−３７０２８号公報や特開平９−４２４４７号公報等がある。
【０００６】
このうち、前者の特公平３−３７０２８号公報では、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金製シリンダと窒化珪素粒子を分散させたＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｐ−Ｃｏ系複合めっきとの組み合わせに関する規定を行っている。
【０００７】
また、後者の特開平９−４２４４７号公報では、Ｓｉ量が７〜３０重量％からなるアルミニウム合金と窒化硼素等の分散材を含むＮｉ−Ｐ系複合めっきとの組み合わせに関する規定を行っている。
【０００８】
これらの公報によれば、上述のアルミニウム合金に対し、相手材としてＮｉ，Ｐを主とした粒子分散複合めっきを施した摺動部材を用いることで、双方の摩耗を抑制できるとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの公報は、広範囲なアルミニウム合金の規定を行っている点に関し、公報の中で詳述される実施例において、前者の特公平３−３７０２８号公報の場合では、Ａ３９０合金の評価を行っている点で重力鋳造または低圧鋳造によるアルミニウム合金と考えられ、Ａ３９０合金は含有Ｓｉ量が多いことから初晶Ｓｉの粒径およびＳｉの含有量は本発明によるものと大きく異なる。
【００１０】
アルミニウム合金中に含有されるＳｉ量は、摩耗特性に大きく関与する初晶Ｓｉの量に対応し、摩耗特性や焼き付き特性に大きな影響を及ぼす。同様に、後者の特開平９−４２４４７号公報においても、ここでの実施例は１８重量％Ｓｉのアルミニウム合金であり、初晶Ｓｉの量が本発明によるものと異なり、このため、摩耗特性に大きく関与する初晶Ｓｉの晶出量も異なる。
【００１１】
ダイカスト高圧鋳造法により初晶Ｓｉを３〜１０μｍまで微細化したアルミニウム合金を用いたシリンダボアとピストンリングとの組み合わせについて、特に、初晶Ｓｉの状態を含めた表面性状と相手材の表面処理とに着目した発明はこれまでに例が無い。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、被削性向上のためＳｉの含有量を抑えた成分とし、かつ、生産性の高いダイカスト工法により製造されるアルミニウム合金部材と、これと摺動する相手部材とについて双方での耐摩耗性と耐焼き付き性を改善することにある。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであって、相互に摺動する部材において耐摩耗性に優れていると共に耐焼き付き性がより一層改善された摺動部材を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる摺動部材は、請求項１に記載しているように、重量％で、Ｓｉ：１４．５〜１６．５％、Ｃｕ：３．０〜４．０％、Ｍｇ：０．５５〜０．９０％、Ｍｎ：０．４０〜０．６０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．０５〜０．１５％、Ｐ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．７〜１．２％、Ｚｎ：１．０％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下を含み、残部Ａｌおよび不純物の成分組成を有し、ダイカスト高圧鋳造法により、平均粒径４〜６μｍの初晶ＳｉおよびＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム合金部材と、Ｎｉ，Ｐ，Ｃｏからなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材とを組み合わせたものとしたことを特徴としている。
【００１５】
そして、本発明に係わる摺動部材においては、請求項２に記載しているように、アルミニウム合金部材は、機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研磨によりアルミニウム合金部材表面から初晶Ｓｉが０．３〜１．５μｍ突出しかつまた表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることができる。
【００１６】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項３に記載しているように、アルミニウム合金部材に対し、摺動方向と垂直方向において、加工目の加工傷の交差角が２５〜５５°となるクロスハッチ加工目をもちかつまた摺動方向で計測した表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることができる。
【００１７】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項４に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材のマトリクス組成が、Ｐ：０．２〜１０％、Ｃｏ：１０〜４０％を含み、残部Ｎｉおよび不純物からなるものとすることができる。
【００１８】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項５に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、基材が炭素鋼，鋳鉄，ステンレス鋼のいずれかであるものとすることができる。
【００１９】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項６に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、分散粒子の平均粒径が０．５〜１０μｍとなる六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含んでいるものとすることができる。
【００２０】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項７に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、固体潤滑材である六方晶窒化硼素からなる分散粒子を５〜１０面積％分散しているものとすることができる。
【００２１】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項８に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、高強度材である窒化珪素からなる分散粒子を５〜３０面積％分散しているものとすることができる。
【００２２】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項９に記載しているように、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリングおよびセカンドリングである組み合わせとすることができる。
【００２３】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項１０に記載しているように、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がオイルリングである組み合わせとすることができる。
【００２４】
同じく、本発明に係わる摺動部材においては、請求項１１に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリング，セカンドリングまたはオイルリングであり、粒子分散複合めっきの上に、二硫化モリブデン，グラファイト，三酸化アンチモン，ポリテトラフルオロエチレンのうちから選ばれる１種以上の粒子を含む樹脂をマトリクスとした焼成膜が成膜されているものとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
過共晶アルミニウム合金と表面処理の組み合わせとなる従来の発明では、アルミニウム合金の成分組成を広範囲に設定する場合が多く、アルミニウム合金の摩耗特性において重要な因子となる鋳造等の製造方法や、表面の仕上げ方法に関する規定を含んだ例は非常に少ない。例えば、前述した従来技術の発明における実施例によれば、重力鋳造や低圧鋳造によるもの、または、Ｓｉ含有量が本発明に比べ多い組成のアルミニウム合金での効果を示すに留まり、必ずしも広範囲なアルミニウム合金を対象として発明の有効性を示すものではない。
【００２６】
本発明では、ダイカスト工法のような高圧鋳造で得られる微小粒径の初晶Ｓｉに着目し、アルミニウム合金の表面性状，相手部材の成分および分散材の種類、さらには摺動条件等を考慮したものであって、従来の発明ではこれまでのところこのような考慮はなされていない。さらに、本発明者らの広範囲におよぶ様々な材料組合せの実験結果によれば、ダイカスト工法によるアルミニウム合金の摩耗や焼き付き性については、単に、従来の特許公報に記載された発明に従った複合めっき系の表面処理をした相手部材との組み合わせとしても、必ずしも期待通りの摩耗低減効果や耐焼き付き性改善効果の得られない場合もあることがわかっている。
【００２７】
本発明で用いられるアルミニウム合金は、含有するＳｉ量が１４．５〜１６．５重量％であり、ダイカスト工法により、初晶Ｓｉが画像処理の条件にもよるが面積比で平均４〜６面積％晶出し、この時初晶Ｓｉの平均粒径は３〜１０μｍとなる微細な結晶が得られる。これは、前出の従来技術等で過共晶アルミニウム合金として引用されるＡ３９０合金に比べＳｉ量が少ない為、溶湯温度の低下等により鋳造性が大幅に改善され、また、初晶Ｓｉ量が大幅に減少する為、加工時の被削性は著しく向上する。しかしながら、初晶Ｓｉの硬さはＨｖ１０００を大きく超え、アルミニウム合金の耐摩耗性向上に有効な強化粒子でもあるため、本発明で規定するアルミニウム合金では、幾つかの他の元素を添加することで金属間化合物を析出させ、初晶Ｓｉ量の不足分を補完する構成としている。
【００２８】
すなわち、本発明で用いるアルミニウム合金では、重量％で、Ｓｉ：１４．５〜１６．５％、Ｃｕ：３．０〜４．０％、Ｍｇ：０．５５〜０．９０％、Ｍｎ：０．４０〜０．６０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．０５〜０．１５％、Ｐ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．７〜１．２％、Ｚｎ：１．０％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下を含み、残部Ａｌおよび不純物の成分組成を有し、平均粒径３〜１０μｍの初晶ＳｉおよびＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物が晶出しているものとした。
【００２９】
このような成分組成を持つダイカスト工法によるアルミニウム合金（部材）に対し、摺動面での初晶Ｓｉの突出状態，表面粗さ，加工目について、さらにそれらに応じた相手摺動部材の材質，表面処理である複合分散めっきの成分，分散粒子の材質，形状および分散量を規定することにより、双方の摩耗量を著しく低減し、かつ、耐焼き付き性を大幅に向上することが本発明の目的である。
【００３０】
アルミニウム合金の組織，初晶Ｓｉの量，初晶Ｓｉの突出状態，加工目，表面粗さ，相手部材の表面処理材等をさまざまに組み合わせた広範囲な摩擦試験を実施することで、摩耗や焼き付き性に及ぼす重要な因子として、従来の技術では言及されていない幾つかの要因があることが判明し、さらにこれらの組合せにより摺動の相手部材に必要とされる特性が異なることが様々の実験により明らかとなった。
【００３１】
すなわち、本発明に係わる摺動部材は、重量％で、Ｓｉ：１４．５〜１６．５％、Ｃｕ：３．０〜４．０％、Ｍｇ：０．５５〜０．９０％、Ｍｎ：０．４０〜０．６０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．０５〜０．１５％、Ｐ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．７〜１．２％、Ｚｎ：１．０％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下を含み、残部Ａｌおよび不純物の成分組成を有し、平均粒径３〜１０μｍの初晶ＳｉおよびＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム合金部材と、Ｎｉ，Ｐ，Ｃｏからなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材とを組み合わせたことを特徴とするものであって、アルミニウム合金の成分組成と組織について、また、この相手部材として組み合わせとなる粒子分散複合めっきの成分組成や、分散材の種類について規定を行ったものである。
【００３２】
ここで規定するアルミニウム合金は、Ｓｉ量を１４．５〜１６．５％として適度に抑え、かつ、その代わりにＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物を晶出するよう合金成分を添加することで、従来の過共晶合金の被削性を大幅に改善しつつ耐摩耗性を同等に抑えたダイカスト工法による合金である。この合金の特徴は、Ａ３９０等の過共晶合金に比べ初晶Ｓｉの晶出量は少なく、また、粒径も小さいこともあり、これに適した相手部材が必要である。
【００３３】
本発明で規定したアルミニウム合金は硬質な初晶Ｓｉを含むため、相手部材には耐摩耗性が要求されることとなる。そこで、めっき硬さを著しく向上する効果のある窒化珪素粒子や、摺動部での摩擦力低減に有効な六方晶窒化硼素粒子を分散材として含むことを規定している。また、耐熱性向上に効果があるＣｏを含んだＮｉ−Ｐ−Ｃｏをめっきのマトリクスとして規定している。これは熱による耐摩耗性の悪化を抑制する効果が認められたためである。
【００３４】
本発明による摺動部材において、アルミニウム合金部材は、機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研磨によりアルミニウム合金部材表面から初晶Ｓｉが０．３〜１．５μｍ突出しかつまた表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることが適宜望ましく、アルミニウム合金の耐摩耗性を向上させるため、摺動面に露出している初晶Ｓｉのみを機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研磨によりα相を主体とするものを表面から突出させることも望ましい。
【００３５】
これによれば、突出した初晶Ｓｉ粒子間での油の保持作用により潤滑状態を良好にする効果と、硬質粒子である初晶Ｓｉが摺動面に発生する荷重を優先的に分担することで合金全体の摩耗量抑制が可能となる。そして、初晶Ｓｉの突出高さはアルミニウム合金に晶出する初晶Ｓｉの粒径によって決定され、突出量が低いと効果が少なく、高すぎると摺動面から脱落し易くなってアブレシッブ摩耗の原因となる。本発明で用いるアルミニウム合金の初晶Ｓｉの平均粒径は３から１０μｍであるため、最大でも最小平均粒径の半分以下となる１．５μｍ以下とするのがよく、最小で０．３μｍ以上の突出量とすることが望ましい。そして、表面粗さは突出量から一義的に決まり、前述の初晶Ｓｉの突出高さの範囲とした場合に０．１〜０．５μｍとなる。
【００３６】
またこの際に、本発明で用いるアルミニウム合金で耐摩耗性を確保するもう一つの重要因子である金属間化合物については、初晶Ｓｉと同様に、マトリクスであるアルミニウムのα相よりも硬いため、表面から突出した状態となる。ただし、初晶Ｓｉで突出量の規定を行えば、金属間化合物の突出状態も一義的に決まるため、ここでは金属間化合物の突出量の高さを独自に規定する必要は無い。
【００３７】
本発明による摺動部材では、アルミニウム合金部材に対し、摺動方向と垂直方向において、加工目の加工傷の交差角が２５〜５５°となるクロスハッチ加工目をもちかつまた摺動方向で計測した表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることができる。すなわち、アルミニウム合金の耐摩耗性を向上させる別の方法として、ここで述べたような従来のエンジンの鋳鉄製ボアで実績のあるクロスハッチ加工がある。そして、摺動面の加工目の方向が摺動方向に対しある角度を持って交差するので、摺動面での加工溝による油保持効果を得ることができ、潤滑油の供給量が少ない部位に用いた場合での摩耗量の低減に有効である。ここで規定したクロスハッチ加工の交差角は従来の鋳鉄ボアの実測値にアルミニウム合金シリンダボアの実験結果を考慮して修正した値であり、その交差角は２５〜５５°とするのが好ましく、また、表面粗さは油保持量と初期摩耗を抑えることを考慮して０．１〜０．５μｍとするのが適当である。
【００３８】
本発明による摺動部材において、粒子分散複合めっき相手部材のマトリクス組成が、Ｐ：０．２〜１０％、Ｃｏ：１０〜４０％を含み、残部Ｎｉおよび不純物からなるものとすることができるが、この場合のＰは熱処理によりめっきの硬さを挙げる効果がある。そして、Ｐ量が０．２％未満では熱硬化処理の効果が得られない傾向となり、１０％超過では硬度は増すもののかえって脆くなり、耐摩耗性悪化の原因となる。また、Ｃｏは合金基地の耐熱性，耐食性の改善および圧縮疲労強度の向上に有効であるが、１０％未満では上記効果が顕著に得られない傾向となり、４０％を超えても顕著な変化はないので、Ｃｏ量は１０〜４０％とするのが良い。
【００３９】
本発明による摺動部材において、粒子分散複合めっき相手部材はその基材を炭素鋼，鋳鉄，ステンレス鋼のいずれかであるものとすることも望ましく、摺動部で発生する面圧にもよるが、基材がある程度の硬さをもたないと、めっきが母材の変形に追従せずに剥離し、めっき側の摩耗増大とこの脱落粉によるアブレッシブ摩耗に繋がる可能性がある。
【００４０】
本発明による摺動部材において、粒子分散複合めっき相手部材に含まれる分散粒子の平均粒径は０．５〜１０μｍとなる六方晶窒化硼素や窒化珪素からなるものとすることができる。このめっき中に分散する粒子の粒径には最適値があり、それぞれ摩擦特性や摩耗特性により決定される。そして、六方晶窒化硼素は固体潤滑材であり、この効果を得るために０．５μｍ以上とある程度粒径が大きくないと、結晶中の滑り機構が発現せず、摩擦係数を低減する効果が得られない。また、１０μｍを超えるとめっき全体の硬度低下に繋がり、めっきの耐摩耗性を悪化させてしまうこともありうる。一方、窒化珪素は硬さがＨｖで２０００前後と高く、粒子が０．５μｍ未満ではめっき全体の硬さを増大する効果が得られなかったり脱落し易くなったりし、アブレッシブ摩耗の原因となることもありうる。また、１０μｍを超えると相手攻撃性が強くなり、アルミニウム合金の耐摩耗性が低下する傾向となる。
【００４１】
本発明による摺動部材において、粒子分散複合めっき相手部材に含まれる六方晶窒化硼素のめっき中への分散量は５〜１０面積％とするのが良く、上記窒化珪素の場合と同様に、５面積％では固体潤滑材としての効果が得がたく、１０面積％超過ではめっき全体の硬度低下に繋がる傾向となる。
【００４２】
本発明による摺動部材において、粒子分散複合めっき相手部材に含まれる窒化珪素のめっき中への分散量は５〜３０面積％とするのが良く、５面積％未満ではめっき硬さへの影響が得られない傾向となり、３０面積％超過では相手攻撃性が強くなるためアルミニウム合金部材の摩耗を増大させてしまう傾向となる。
【００４３】
本発明による摺動部材では、アルミニウム合金中の初晶Ｓｉを突出する仕上げ加工を施したアルミニウム合金部材とその相手部材についての組み合わせと部品適用にていては種々の態様を考えることができる。そして、ダイカスト工法によるアルミニウム合金では、キーとなる初晶Ｓｉ粒子が低圧鋳造材等に比べて小さいため、摺動中に突出した初晶Ｓｉの粒子をいかにして脱落させないかがアルミニウム合金の耐摩耗性を確保する上で重要である。そこで、この点に着目しさまざまな表面処理を試みてきた結果、固体潤滑材である六方晶窒化硼素（ｈＢＮ）を分散させたＮｉ−Ｐ−Ｃｏめっきとすることで著しい効果が得られた。この原因としては、固体潤滑材をめっき中に含むことにより、摺動時にアルミニウム合金中の初晶Ｓｉと相手部材のめっき表面の突起とが干渉した際に生じる固体接触部でのせん断力が固体潤滑材を含むことで大幅に軽減され、摺動面の突出した初晶Ｓｉの脱落を抑止しているためと考えられる。そして、接触点でのせん断力の低下は相手部材のめっきの摩耗抑制にも有効である。
【００４４】
これらの組み合わせのエンジン部品での適用として、耐摩耗性，耐焼き付き性の必要とされるアルミニウム合金のシリンダボアと、粒子分散複合めっきを施したピストントップリングおよびセカンドリングとすることができる。ここでの摺動は、アルミニウム合金シリンダボア側での上死点摩耗が問題となり、相手攻撃性が少なく、かつまた、自身の耐摩耗性もある程度持ちあわせた相手材が必要となる。
【００４５】
摺動条件は、最大面圧が２０ＭＰａ以下とアルミニウム合金の塑性変形領域より低く、また、潤滑油量が少ない点や摺動速度が大きい範囲で変動する点で、前述の初晶Ｓｉをいかにして保持するかに着目した改善が有効と考えられる。このため、表面のアルミニウム合金製シリンダボアとの組み合わせでは、固体潤滑材として六方晶窒化硼素を分散した粒子分散複合めっきを施したピストントップリングおよびセカンドリングを相手部材とすることで、本発明の効果が得られる。
【００４６】
また、表面をクロスハッチ加工したアルミニウム合金部材とその相手部材との組み合わせとした場合において、クロスハッチ加工したときには、加工溝に保持される潤滑油によりアルミニウム合金の耐摩耗性は大幅に改善される。一方、表層の初晶Ｓｉは加工時に破砕する割合が高く、初期の耐摩耗性に関して初晶Ｓｉの役割はそれほど大きくないと考えられる。むしろ、初期の摺動でアルミニウム合金の表面に残留した初晶Ｓｉの破砕粉が脱落する場合があるので、相手部材にも耐摩耗性が要求される。そして、固体潤滑材である六方晶窒化硼素を分散した粒子分散複合めっきは、硬度は低いものの摺動部で発生する摩擦係数が低くなるためトップリングやセカンドリングでの負荷に対しては十分な耐摩耗性を示す。また、硬質粒子である窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきの場合、硬度が大きく向上するためよりすぐれた耐摩耗性を示す。さらにまた、アルミニウム合金がクロスハッチ加工されたものであると、潤滑油の保持効果がさらに期待できることから窒化珪素による相手攻撃性もある程度吸収される。ただし、さらに硬度の高い炭化珪素を分散した粒子分散複合めっきでは、自身の耐摩耗性には優れるものの粒子の形状が鋭利であるため、クロスハッチ加工による効果だけでは吸収できず、アルミニウム合金側が大きく摩耗することもありうる。このため、クロスハッチ加工目をもつアルミニウム合金シリンダボアとの組み合わせでは六方晶窒化硼素および／または窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきのピストントップリングおよびセカンドリングを相手部材とすることで、本発明の効果が得られる。
【００４７】
さらにまた、初晶Ｓｉを突出する仕上げ加工を施したアルミニウ合金、または、表面をクロスハッチ加工としたアルミニウム合金をシリンダボアとし、相手部材となるオイルリングは窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきとしたものとする組み合わせもある。オイルリングの摩耗形態を綿密に調査した結果、ピストントップリングやセカンドリングの摩耗の傾向が異なることが実験により明らかになった。一般に、シリンダボアの摩耗はトップリングの上死点近辺が最も多く、次にセカンドリングの折り返し点となり、オイルリングの折り返し点が最も少ない。これは、温度や爆発時の面圧が低く、また、潤滑油量が潤沢であることによる。
【００４８】
一方、オイルリングは他のリングに比べ最も張力が大きく、また、シリンダボアと接するのはオイルリングを構成する上下２枚のレール側面であり、ここでの曲率はピストンリングの中で最も小さいため、爆発時を除く全工程において接点での面圧が最も高い。実際に、過共晶アルミニウム合金をシリンダボアとして用いたエンジン耐久試験においてもこの傾向が大きく現れ、オイルリングの摩耗が最も多いことが確認されている。
【００４９】
したがって、硬さの低い六方晶窒化硼素を分散した粒子分散複合めっきでは耐摩耗性が不十分であり、硬さの高い窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきを施したオイルリングが適している。また、窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきを用いた場合においては、シリンダボア表面の形態によらずシリンダボア，オイルリングともに摩耗量が問題とならないレベルとなることを実験で検証している。
【００５０】
本発明で規定するアルミニウム合金部材であるシリンダボアと摺動する相手部材であるピストンリングおよびオイルリングにおいて、リング側の粒子分散複合めっきの上に、シリンダボアとの摺動における耐摩耗性，耐焼き付き性を向上する二硫化モリブデン等の固体潤滑材を含む樹脂焼成膜を塗布することも適宜望ましい。本発明によるアルミニウム合金部材との摺動において、耐焼き付き性や耐摩耗性に影響する最も重要な因子はアルミニウム合金中の初晶Ｓｉである。固体潤滑材を含む焼成膜は、加工時に破砕されながら表面に残留した初晶Ｓｉ粒子が摺動初期に脱落して発生する脱落粉や、突出しすぎた初晶Ｓｉ粒子の相手攻撃性を抑制する点、また、リングとボアでの均一な当たりだしを促進し、片当たりによる２次的な初晶Ｓｉの脱落粉の発生を抑えるのに有効である。そして、このような効果を得るための固体潤滑材としては、二硫化モリブデンのほか、グラファイト（黒鉛），三酸化アンチモン，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。
【００５１】
以上、本発明で規定するアルミニウム合金部材およびこれと摺動する相手部材との組み合わせについて説明したが、本発明によるアルミニウム合金部材は、従来の特許公報で見られるＡ３９０等の耐摩耗性アルミニウム合金に比べＳｉ含有量が少なく、被削性の向上が可能であると共に、ダイカスト工法によることができるため生産性の向上も可能となり、低コストなものにすることができ、したがって、低コストで耐摩耗性，耐焼き付き性に優れた摺動部材とすることが可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明による摺動部材では、請求項１に記載しているように、重量％で、Ｓｉ：１４．５〜１６．５％、Ｃｕ：３．０〜４．０％、Ｍｇ：０．５５〜０．９０％、Ｍｎ：０．４０〜０．６０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．０５〜０．１５％、Ｐ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．７〜１．２％、Ｚｎ：１．０％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下を含み、残部Ａｌおよび不純物の成分組成を有し、ダイカスト高圧鋳造法により、平均粒径４〜６μｍの初晶ＳｉおよびＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム合金部材と、Ｎｉ，Ｐ，Ｃｏからなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材とを組み合わせたものとしたから、Ｓｉ含有量が抑制されているため被削性が良好であると共にダイカスト工法の適用が可能であり、耐摩耗性に優れ耐焼き付き性にも優れた摺動部材を提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５３】
そして、請求項２に記載しているように、アルミニウム合金部材は、機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研磨によりアルミニウム合金部材表面から初晶Ｓｉが０．３〜１．５μｍ突出しかつまた表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることによって、突出した初晶Ｓｉ粒子間での油の保持作用により潤滑状態を良好に維持することが可能であり、摺動面に発生する荷重を初晶Ｓｉにより優先的に分担することにより耐摩耗性を良好なものとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５４】
また、請求項３に記載しているように、アルミニウム合金部材に対し、摺動方向と垂直方向において、加工目の加工傷の交差角が２５〜５５°となるクロスハッチ加工目をもちかつまた摺動方向で計測した表面粗さがＲａ：０．１〜０．５μｍであるものとすることによって、摺動面での加工溝による油保持効果を得ることが可能であり、潤滑油量が少ないときでも耐摩耗性を良好なものとすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５５】
さらにまた、請求項４に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材のマトリクス組成が、Ｐ：０．２〜１０％、Ｃｏ：１０〜４０％を含み、残部Ｎｉおよび不純物からなるものとすることによって、相手部材の耐熱性，耐食性，耐摩耗性を良好なものにすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５６】
さらにまた、請求項５に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、基材が炭素鋼，鋳鉄，ステンレス鋼のいずれかであるものとすることによって、相手部材の硬さを確保して基材の変形に対してめっきが十分に追従するものとすることができ、基材の変形によるめっき層の剥離を防止することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５７】
さらにまた、請求項６に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、分散粒子の平均粒径が０．５〜１０μｍとなる六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも１種からなる分散粒子を含んでいるものとすることによって、自身の耐摩耗性が良好であると共に相手材に対する攻撃性が小さい耐摩耗性に優れた摺動部材を提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５８】
さらにまた、請求項７に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、固体潤滑材である六方晶窒化硼素からなる分散粒子を５〜１０面積％分散しているものとすることによって、自己の潤滑性に優れ、アルミニウム合金部材に対する攻撃性の小さい複合めっき相手部材とすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００５９】
さらにまた、請求項８に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材について、高強度材である窒化珪素からなる分散粒子を５〜３０面積％分散しているものとすることによって、適度の硬さを有する耐摩耗性に優れた複合めっき相手部材とすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００６０】
さらにまた、請求項９に記載しているように、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリングおよびセカンドリングである組み合わせとすることによって、耐摩耗性および耐焼き付き性に優れた内燃機関のシリンダとピストンリングの組み合わせとすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００６１】
さらにまた、請求項１０に記載しているように、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がオイルリングである組み合わせとすることによって、耐摩耗性および耐焼き付き性に優れた内燃機関のシリンダとオイルリングの組み合わせとすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００６２】
さらにまた、請求項１１に記載しているように、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリング，セカンドリングまたはオイルリングであり、粒子分散複合めっきの上に、二硫化モリブデン，グラファイト，三酸化アンチモン，ポリテトラフルオロエチレンのうちから選ばれる１種以上の粒子を含む樹脂をマトリクスとした焼成膜が成膜されているものとすることによって、ピストンリングやオイルリングのシリンダボアとの摺動面における耐摩耗性および耐焼き付き性をさらに向上したものとすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
【００６４】
本発明による摺動部材の特性を評価するにあたり、アルミニウム合金部材の表面仕上げ，相手部材の表面処理，粒子分散複合めっきの場合は分散粒子の種類，量，粒径等について、それぞれ異なる複数の試験片を試作し、単体での基礎摩耗試験により評価を行った。
【００６５】
本発明による効果は、摩耗量の低減と耐焼き付き性の向上であるので、評価に際してはリング／プレート型の単体摩耗試験装置を用い、一定荷重下での摩耗量を計測する摩耗試験と、連続的に荷重を上昇させて摩擦係数が不安定または急増した点を計測するスカッフ試験を行った。これらの評価方法は実際のエンジンを使った評価と比較的相関の取れている方法である。また、プレート試験片には本発明で規定する成分で且つ初晶Ｓｉの平均粒径が４〜６μｍとなるダイカスト合金を用いた。さらにまた、相手部材としてのリングには炭素鋼と、比較材としてアルミニウム材を用いた。潤滑油は市販のエンジンオイル５Ｗ３０ＳＧを用いた。試験した組み合わせの詳細を表１に示す。
【００６６】
【表１】

摩耗試験およびスカッフ試験の条件について説明する。この試験はすべて新品の試験片および潤滑油を用いて行った。このときの試験条件を以下に示す。
【００６７】
（１）往復動単体摩耗試験
押しつけ荷重：３０ｋｇ
接触状態：面接触
リング外径／内径：２６／２０ｍｍ
平均滑り速度：０．２ｍ／ｓ
潤滑油温：２０℃（室温）
潤滑油種：市販エンジン油，５Ｗ３０ＳＧ規格
潤滑方法：バスタブ式
試験時間：２０分
（２）往復動単体スカッフ試験
押しつけ荷重：１０ｋｇｆ／ｍｉｎで増加
平均滑り速度：０．２ｍ／ｓ
試験時の温度：２０℃（室温）
潤滑油種：市販エンジン油，５Ｗ３０ＳＧ規格
潤滑方法：試験前にリング試験片摺動部に塗布のみ
さらに、実際のエンジンを用いた耐久試験を行い、本発明で規定したシリンダボアやピストンリングについて評価を行った。エンジン耐久試験の条件を以下に示す。このときの試験の組み合わせはエンジンの４気筒をそれぞれ違う組み合わせとし、ボア面の初晶Ｓｉを突出させたシリンダブロックとボア面をクロスハッチ加工したシリンダブロック２台を用いて２度の試験を行った。各組み合わせを表２に示す。
【００６８】
【表２】

（３）エンジン耐久試験
エンジン：直列４気筒，排気量１３００ｃｃ
耐久条件：６０００ｒｐｍ一定で１００時間
潤滑油温：１１０℃
潤滑油種：市販エンジン油，５Ｗ３０ＳＧ規格
以下、試験結果について簡単に説明し、（１）および（２）の単体による摩耗試験およびスカッフ試験の結果については実施例および比較例に分類して表１に示し、（３）のエンジン耐久試験結果を図１および図２に示す。
【００６９】
リング／プレート式による単体試験の結果について以下簡単に説明する。
【００７０】
表１に示す実施例１から実施例６はいずれも本発明で規定する条件を満たすものであり、これらに従えば、リング側およびプレート側の摩耗量を抑え、また、高いスカッフ発生面圧が得られ、アルミニウム合金部材とその相手部材の耐摩耗性および耐焼き付き性を向上することが確認できた。
【００７１】
比較例１から比較例８は本発明で規定する条件から外れた項目があり、リングまたはプレート側の摩耗量が多いか、あるいは、スカッフ発生面圧が実施例に比べて低い値を示した。
【００７２】
このうち、比較例１はアルミニウム合金部材の初晶Ｓｉの突出量が２．３μｍと大きいため、リング側への相手攻撃性による摩耗が多く、また、初晶Ｓｉの突出量が大きすぎるため粒子が脱落しやすくなり、脱落粒子によるアブレッシブ摩耗でリングおよびプレート双方の摩耗量が増大したものと考えられる。
【００７３】
また、比較例２は基材がアルミニウムであるため、試験開始早々にリング側のめっき層がリング自体の弾性変形に追従できず剥離し、アブレシッブ摩耗となり、異常摩耗したものと考えられる。
【００７４】
さらに、比較例３はプレート側の初晶Ｓｉがほとんど突出していないため、保油性が悪化し、スカッフ荷重が低かったものと考えられる。
【００７５】
さらにまた、比較例４はリングの表面処理がＣｒめっきであり、硬さがＮｉ−Ｐ−Ｃｏめっき比べ低いことから、リング側の摩耗量が多くなったものと考えられる。
【００７６】
さらにまた、比較例５はリングの表面処理を窒化処理としたものであり、窒化処理により表面硬さはＨｖ１０００を優に超え、これはＮｉ−Ｐ−Ｃｏの約Ｈｖ８００〜９５０に比べてずっと高いためリング側の相手攻撃性が強く、プレート側の摩耗量が多くなり、摩耗粉等の影響でスカッフ発生面圧が低くなったものと考えられる。
【００７７】
さらにまた、比較例６はクロスハッチ加工の粗さがＲａ０．０５μｍとかなり小さく、プレート合金側の保油性が低いことにより摩耗が悪化したものと考えられる。
【００７８】
さらにまた、比較例７はクロスハッチ加工による表面粗さがＲａ１．２μｍと大きく、表面粗さが粗いためリング側への相手攻撃性が強く、また、表面粗さが粗すぎるためプレート表面の初晶Ｓｉの破砕率が非常に高いことからこれが摺動初期に脱落し、アブレッシブ摩耗を引き起こしたものと考えられる。
【００７９】
さらにまた、比較例８は硬質粒子である炭化珪素（ＳｉＣ）をリング側のめっきに分散したもので、炭化珪素による相手攻撃性が強いことからプレートの摩耗量が大きくなったものと考えられる。
【００８０】
さらにまた、エンジン耐久試験を１００時間行い、試験後にシリンダボアとピストンリングの摩耗量を計測した結果を図１および図２に示す。表２に示す試験番号１から８の組み合わせにおいて、本発明で規定する条件を満たす組み合わせの場合はシリンダボアおよびピストンリングの摩耗量が共に低いレベルとなっている。
【００８１】
このような試験結果により、本発明に従えば、被削性および生産性に優れたアルミニウム合金部材と相手部材とについて、耐摩耗性および耐焼き付き性の優れた組み合わせを得ることができ、これを具体的に適用したシリンダボアとピストンリングとの組み合わせを得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン耐久評価結果のうち、トップリング摩耗量およびボア摩耗量を示すグラフである。
【図２】エンジン耐久評価結果のうち、オイルリング摩耗量を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum alloy member in which fine primary crystal Si and Al—Si—Fe—Mn—Cr intermetallic compounds are crystallized, and a plating matrix made of Ni, P, Co and hexagonal boron nitride and nitride. By using a sliding member combined with a particle-dispersed composite plating partner member containing dispersed particles composed of at least one kind of silicon, the wear resistance of both sliding members and the seizure resistance during sliding are improved. The present invention relates to a sliding member.
[0002]
[Prior art]
In order to improve fuel efficiency and motor performance, the weight reduction of automobile parts has been continuously promoted. One of the measures is to reduce the weight by replacing materials, especially from conventional iron. Material replacement with light metals such as aluminum, which has a lower specific gravity, is being actively conducted.
[0003]
In automobile internal combustion engines, cylinder blocks made of aluminum alloy are already in widespread use, but cast cylinder bores are generally used for cylinder bores that require wear resistance and seizure resistance. However, in order to further reduce the weight of parts, there are some cases where the bore material itself is made of an aluminum alloy having a component different from that of the cylinder material, or the cylinder block material is used as it is.
[0004]
Normally, when replacing the material of the cylinder bore from cast iron to an aluminum alloy, the surface of the aluminum alloy is subjected to surface treatment such as plating or thermal spraying, or the structure containing primary crystal Si or dispersion strengthened particles is used to improve the wear resistance of the bore surface. And measures to improve the seizure resistance are taken.
[0005]
Patent publications related to this include Japanese Patent Publication No. 3-37028 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-42447 which disclose a sliding member made of a combination of an aluminum alloy and particle dispersion composite plating.
[0006]
Among these, the former Japanese Examined Patent Publication No. 3-37028 discloses provisions relating to a combination of a hypereutectic Al-Si alloy cylinder and Ni-P-based or Ni-P-Co-based composite plating in which silicon nitride particles are dispersed. Is going.
[0007]
In the latter Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-42447, provisions are made regarding a combination of an aluminum alloy having a Si content of 7 to 30% by weight and a Ni-P based composite plating containing a dispersing material such as boron nitride.
[0008]
According to these publications, the use of a sliding member obtained by subjecting the above-described aluminum alloy to a particle-dispersed composite plating mainly composed of Ni and P as a counterpart material can suppress both wear.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, these publications relate to the provision of a wide range of aluminum alloys. In the examples detailed in the publication, in the case of the former Japanese Examined Patent Publication No. 3-37028, the evaluation of the A390 alloy is performed. It is considered that it is an aluminum alloy by gravity casting or low pressure casting in that it is performed, and since the A390 alloy contains a large amount of Si, the grain size of primary crystal Si and the content of Si are greatly different from those according to the present invention.
[0010]
The amount of Si contained in the aluminum alloy corresponds to the amount of primary crystal Si that is greatly involved in the wear characteristics, and greatly affects the wear characteristics and seizure characteristics. Similarly, also in the latter Japanese Patent Laid-Open No. 9-42447, the example here is an aluminum alloy of 18 wt% Si, and the amount of primary Si is different from that according to the present invention. The crystallization amount of primary Si, which is greatly involved, is also different.
[0011]
Regarding the combination of cylinder bore and piston ring using aluminum alloy with primary crystal Si refined to 3-10μm by die casting high pressure casting method, especially for surface properties including primary crystal Si state and surface treatment of counterpart material There has never been an example of a focused invention.
[0012]
The problem to be solved by the present invention is an aluminum alloy member manufactured by a die casting method with high productivity, and a mating member that slides on the aluminum alloy member, in which the content of Si is suppressed to improve machinability. It is to improve the wear resistance and seizure resistance in both cases.
[0013]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sliding member that has excellent wear resistance and further improved seizure resistance among members that slide on each other. Yes.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As described in claim 1, the sliding member according to the present invention is Si: 14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.00%. 55 to 0.90%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05% Fe: 0.7-1.2%, Zn: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, and the balance Al and impurity component composition, By die casting high pressure casting method, Average particle size 4-6 An aluminum alloy member crystallized with an intermetallic compound of primary crystal Si and Al-Si-Fe-Mn-Cr system of μm, and a plating matrix made of Ni, P, Co on at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride It is characterized by combining a particle-dispersed composite plating partner member containing one type of dispersed particles.
[0015]
In the sliding member according to the present invention, as described in claim 2, the aluminum alloy member has 0 primary crystal Si from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing. .3 to 1.5 .mu.m and surface roughness Ra: 0.1 to 0.5 .mu.m.
[0016]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 3, with respect to the aluminum alloy member, in the direction perpendicular to the sliding direction, the crossing angle of the machining scratches is 25 to 55 °. The surface roughness measured in the sliding direction is Ra: 0.1 to 0.5 μm.
[0017]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 4, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating partner member is P: 0.2 to 10%, Co: 10 to 40%. Including, remaining Ni and impurities.
[0018]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 5, the base material of the particle dispersion composite plating mating member is any one of carbon steel, cast iron, and stainless steel. Can do.
[0019]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 6, for the particle-dispersed composite plating partner member, hexagonal boron nitride having an average particle diameter of dispersed particles of 0.5 to 10 μm and It can include dispersed particles made of at least one of silicon nitride.
[0020]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 7, about 5 to 10% by area of dispersed particles made of hexagonal boron nitride as a solid lubricant for the particle-dispersed composite plating partner member. It can be distributed.
[0021]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 8, 5 to 30 area% of dispersed particles made of silicon nitride, which is a high-strength material, is dispersed in the particle-dispersed composite plating partner member. Can be.
[0022]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 9, the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring. It can be.
[0023]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 10, the aluminum alloy member may be a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member may be an oil ring. it can.
[0024]
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 11, the particle dispersion composite plating partner member is a piston top ring, a second ring or an oil ring, and on the particle dispersion composite plating, A fired film using a resin containing one or more particles selected from molybdenum disulfide, graphite, antimony trioxide, and polytetrafluoroethylene as a matrix may be formed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the conventional invention, which is a combination of a hypereutectic aluminum alloy and surface treatment, the component composition of the aluminum alloy is often set in a wide range, and a manufacturing method such as casting, which is an important factor in the wear characteristics of the aluminum alloy, There are very few examples that include provisions on finishing methods. For example, according to the above-described embodiments of the prior art invention, the effect of the aluminum alloy having a composition higher than that of the present invention by gravity casting or low pressure casting, or the Si content is higher than that of the present invention. It does not show the effectiveness of the invention for alloys.
[0026]
In the present invention, attention is paid to the primary crystal Si having a small particle diameter obtained by high pressure casting such as the die casting method, and the surface properties of the aluminum alloy, the components of the mating member and the type of the dispersing material, and the sliding conditions are taken into consideration. In the conventional invention, such consideration has not been made so far. Furthermore, according to the results of experiments conducted by the present inventors on a wide range of material combinations, with regard to wear and seizure of aluminum alloys by the die casting method, the composite plating according to the invention described in the conventional patent publication is merely used. It has been found that even when combined with a mating member subjected to surface treatment of the system, the expected wear reduction effect and seizure resistance improvement effect may not always be obtained.
[0027]
The aluminum alloy used in the present invention contains 14.5 to 16.5% by weight of Si, and the primary Si is an average of 4 to 6 areas in terms of area ratio depending on image processing conditions by the die casting method. % Crystallized. At this time, fine crystals having an average grain size of primary Si of 3 to 10 μm are obtained. This is because the amount of Si is small compared to the A390 alloy cited as the hypereutectic aluminum alloy in the above-mentioned prior art, etc., so that the castability is greatly improved due to a decrease in the molten metal temperature, etc. Since it is greatly reduced, the machinability during machining is remarkably improved. However, since the hardness of primary Si greatly exceeds Hv1000 and is also an effective strengthening particle for improving the wear resistance of an aluminum alloy, in the aluminum alloy specified in the present invention, it is possible to add some other elements. An intermetallic compound is precipitated to compensate for the shortage of the primary Si amount.
[0028]
That is, in the aluminum alloy used in the present invention, by weight, Si: 14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.90%, Mn: 0 .40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05%, Fe: 0.7 to 1.2 %, Zn: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, the balance Al and impurity component composition, primary crystal Si having an average particle size of 3 to 10 μm and The Al—Si—Fe—Mn—Cr intermetallic compound was crystallized.
[0029]
For aluminum alloys (members) by the die casting method having such a component composition, the protrusion state of the primary crystal Si on the sliding surface, the surface roughness, and the texture, and the material of the mating sliding member corresponding to them, It is an object of the present invention to significantly reduce the amount of wear and to greatly improve the seizure resistance by defining the components of the composite dispersion plating, which is a surface treatment, the material, shape and dispersion amount of dispersed particles. It is.
[0030]
Wear and seizure by conducting a wide range of friction tests that combine various combinations of the structure of aluminum alloy, the amount of primary Si, the protruding state of primary Si, the texture, surface roughness, surface treatment material of the mating member, etc. It was found that there are several factors that are not mentioned in the prior art as important factors affecting the performance, and that various characteristics require different characteristics for the mating member of the slide depending on the combination of these factors. It became clear.
[0031]
That is, the sliding member according to the present invention is, by weight percent, Si: 14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.90%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05%, Fe: 0.7 to 1. Primary crystal Si containing 2%, Zn: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, the balance Al and impurity component composition, and an average particle size of 3 to 10 μm And Al-Si-Fe-Mn-Cr intermetallic compound crystallized with an aluminum alloy member, and a dispersion made of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride on a plating matrix made of Ni, P, Co A particle dispersion composite plating partner member containing particles is combined, For component composition and organization of Miniumu alloy, also component composition or combination become particle dispersed composite plating as the mating member, in which were defined for the type of dispersing agent.
[0032]
The aluminum alloy specified here is an alloy component that moderately suppresses the Si content from 14.5 to 16.5% and crystallizes an Al—Si—Fe—Mn—Cr intermetallic compound instead. Is an alloy by a die casting method in which the machinability of the conventional hypereutectic alloy is greatly improved and the wear resistance is suppressed to an equal level. The characteristics of this alloy are that the amount of primary Si crystallized is smaller than that of a hypereutectic alloy such as A390 and the particle size is also small, and a suitable counterpart member is required.
[0033]
Since the aluminum alloy specified in the present invention contains hard primary crystal Si, the mating member is required to have wear resistance. Therefore, it is prescribed that silicon nitride particles having an effect of remarkably improving the plating hardness and hexagonal boron nitride particles effective for reducing the frictional force at the sliding portion are included as a dispersing material. In addition, Ni—P—Co containing Co effective in improving heat resistance is defined as a plating matrix. This is because an effect of suppressing deterioration of wear resistance due to heat was recognized.
[0034]
In the sliding member according to the present invention, the aluminum alloy member has a surface roughness Ra: of primary crystal Si protruding from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, chemical polishing and the like. It is desirable to be 0.1 to 0.5 μm as appropriate, and in order to improve the wear resistance of the aluminum alloy, only primary crystal Si exposed on the sliding surface is mechanically polished, electrolytically polished, chemically polished, etc. It is also desirable to cause the main component of the α phase to protrude from the surface by polishing.
[0035]
According to this, the effect of improving the lubrication state by the oil retaining action between the protruding primary crystal Si particles and the load generated on the sliding surface by the primary crystal Si that is hard particles are preferentially shared. This makes it possible to suppress the wear amount of the entire alloy. The protrusion height of the primary crystal Si is determined by the grain size of the primary crystal Si crystallized in the aluminum alloy. If the protrusion amount is low, the effect is small, and if it is too high, it tends to drop off from the sliding surface, resulting in abrasive wear. Cause. Since the average grain size of primary crystal Si of the aluminum alloy used in the present invention is 3 to 10 μm, it should be 1.5 μm or less, which is half or less of the minimum average grain size at the maximum, and 0.3 μm or more at the minimum. It is desirable to use a protruding amount. The surface roughness is uniquely determined from the protrusion amount, and is 0.1 to 0.5 μm when the protrusion height of the primary crystal Si is within the above-described range.
[0036]
At this time, the intermetallic compound, which is another important factor for ensuring wear resistance in the aluminum alloy used in the present invention, is harder than the α phase of aluminum as a matrix, as is the case with the primary crystal Si, It will be in the state which protruded from the surface. However, if the protrusion amount is defined by primary Si, the protrusion state of the intermetallic compound is also uniquely determined. Therefore, it is not necessary to uniquely define the height of the protrusion amount of the intermetallic compound here.
[0037]
The sliding member according to the present invention has a cross-hatched eye in which the crossing angle of the machining scratches is 25 to 55 ° in the direction perpendicular to the sliding direction with respect to the aluminum alloy member and is also measured in the sliding direction. The obtained surface roughness can be Ra: 0.1 to 0.5 μm. That is, as another method for improving the wear resistance of the aluminum alloy, there is a cross hatching process that has been proven in the cast iron bores of conventional engines as described herein. And since the direction of the processing line of the sliding surface intersects with a certain angle with respect to the sliding direction, the oil retaining effect by the processing groove on the sliding surface can be obtained, and the portion where the supply amount of lubricating oil is small It is effective in reducing the amount of wear when used in the above. The cross-hatching crossing angle specified here is a value obtained by correcting the actual measurement value of the conventional cast iron bore in consideration of the experimental result of the aluminum alloy cylinder bore, and the crossing angle is preferably set to 25 to 55 °. The surface roughness is suitably set to 0.1 to 0.5 μm in consideration of the oil holding amount and suppressing initial wear.
[0038]
In the sliding member according to the present invention, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating partner member may include P: 0.2 to 10%, Co: 10 to 40%, and the balance Ni and impurities. In this case, P has the effect of increasing the hardness of the plating by heat treatment. And if the amount of P is less than 0.2%, the effect of the thermosetting treatment tends not to be obtained, and if it exceeds 10%, the hardness increases, but on the contrary, it becomes brittle and causes wear resistance deterioration. Co is effective in improving the heat resistance and corrosion resistance of the alloy base and in improving the compression fatigue strength. However, if the amount is less than 10%, the above effect tends not to be remarkably obtained. Therefore, the amount of Co is preferably 10 to 40%.
[0039]
In the sliding member according to the present invention, it is desirable that the particle-dispersed composite plating mating member has a base material of carbon steel, cast iron, or stainless steel, depending on the surface pressure generated at the sliding portion. If the substrate does not have a certain degree of hardness, the plating peels off without following the deformation of the base material, which may lead to increased wear on the plating side and abrasive wear due to the falling powder.
[0040]
In the sliding member according to the present invention, the dispersed particles contained in the particle-dispersed composite plating partner member may be made of hexagonal boron nitride or silicon nitride having an average particle size of 0.5 to 10 μm. There is an optimum value for the particle size of the particles dispersed during the plating, which is determined by the friction characteristics and the wear characteristics, respectively. Hexagonal boron nitride is a solid lubricant, and in order to obtain this effect, if the particle size is not so large as 0.5 μm or more, the slip mechanism in the crystal does not appear and the effect of reducing the friction coefficient is obtained. I can't. On the other hand, when the thickness exceeds 10 μm, the hardness of the entire plating is reduced, and the wear resistance of the plating may be deteriorated. On the other hand, the hardness of silicon nitride is as high as around 2000 in Hv, and if the particles are less than 0.5 μm, the effect of increasing the overall hardness of the plating cannot be obtained or it is easy to drop off, which causes abrasive wear. There is also a possibility. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the opponent attack strength becomes strong, and the wear resistance of the aluminum alloy tends to be lowered.
[0041]
In the sliding member according to the present invention, the dispersion amount of the hexagonal boron nitride contained in the particle-dispersed composite plating partner member may be 5 to 10% by area. If the area%, the effect as a solid lubricant is difficult to obtain, and if it exceeds 10 area%, the hardness of the entire plating tends to be reduced.
[0042]
In the sliding member according to the present invention, the dispersion amount of silicon nitride contained in the particle-dispersed composite plating partner member should be 5 to 30% by area, and if it is less than 5% by area, the plating hardness is affected. If the area exceeds 30% by area, the attacking strength of the opponent increases, and the wear of the aluminum alloy member tends to increase.
[0043]
In the sliding member according to the present invention, various aspects can be considered in the combination and application of the aluminum alloy member that has been finished to project primary crystal Si in the aluminum alloy and the counterpart member. And, in aluminum alloy by die casting method, key primary crystal Si particles are smaller than low-pressure cast materials, etc., so how to prevent primary crystal Si particles protruding during sliding from dropping off is the resistance of aluminum alloy. This is important for ensuring wear. Thus, as a result of various surface treatments focusing on this point, a remarkable effect was obtained by using Ni—P—Co plating in which hexagonal boron nitride (hBN), which is a solid lubricant, is dispersed. The reason for this is that by including a solid lubricant in the plating, the shear force at the solid contact portion generated when the primary crystal Si in the aluminum alloy interferes with the projection on the plating surface of the mating member during sliding is solid. It is considered that the inclusion of the lubricant greatly reduces the amount of the primary crystal Si protruding from the sliding surface. And the fall of the shear force in a contact point is effective also in the abrasion suppression of the plating of a counterpart member.
[0044]
Application of these combinations in engine parts can be a cylinder bore made of an aluminum alloy that requires wear resistance and seizure resistance, and a piston top ring and a second ring that have been subjected to particle dispersion composite plating. The sliding here causes a problem of top dead center wear on the aluminum alloy cylinder bore side, and requires a mating material that is less attacking by the mating body and that has a certain degree of wear resistance.
[0045]
The sliding condition is that the maximum surface pressure is 20 MPa or less, which is lower than the plastic deformation region of the aluminum alloy, the amount of lubricating oil is small, and the sliding speed varies within a large range. Therefore, it is considered effective to pay attention to whether or not For this reason, in combination with a cylinder bore made of an aluminum alloy on the surface, the piston top ring and the second ring subjected to particle dispersion composite plating in which hexagonal boron nitride is dispersed as a solid lubricant are used as mating members. Is obtained.
[0046]
Also, in the case of a combination of an aluminum alloy member whose surface is cross-hatch processed and its counterpart member, the wear resistance of the aluminum alloy is greatly improved by the lubricant retained in the processed groove when cross-hatch processing is performed. . On the other hand, the primary crystal Si in the surface layer has a high rate of crushing during processing, and the role of primary crystal Si is considered to be not so large with respect to the initial wear resistance. Rather, crushed powder of primary crystal Si remaining on the surface of the aluminum alloy in the initial sliding may fall off, so that the mating member is also required to have wear resistance. The particle dispersion composite plating in which hexagonal boron nitride, which is a solid lubricant, is dispersed is low in hardness but has a low coefficient of friction generated at the sliding portion. Therefore, it is sufficient for loads on top rings and second rings. Shows wear resistance. In the case of particle dispersion composite plating in which silicon nitride, which is a hard particle, is dispersed, the hardness is greatly improved, and thus excellent wear resistance is exhibited. Furthermore, if the aluminum alloy is cross-hatch processed, the effect of retaining the lubricating oil can be further expected, so that the opponent attack by silicon nitride is also absorbed to some extent. However, particle-dispersed composite plating in which harder silicon carbide is dispersed is superior in its own wear resistance, but the shape of the particles is sharp, so it cannot be absorbed only by the effect of cross-hatch processing, and the aluminum alloy side is large. It can wear out. For this reason, in combination with an aluminum alloy cylinder bore having cross-hatched eyes, the piston top ring and the second ring of the particle dispersion composite plating in which hexagonal boron nitride and / or silicon nitride are dispersed are used as mating members. An effect is obtained.
[0047]
Furthermore, an aluminum alloy that has been finished to project primary crystal Si or an aluminum alloy that has a cross-hatched surface is used as a cylinder bore, and the oil ring that is the counterpart member is a particle-dispersed composite plating in which silicon nitride is dispersed. Some combinations are intended. As a result of careful investigation of the wear form of the oil ring, it was found through experiments that the wear tendency of the piston top ring and the second ring is different. In general, the wear of the cylinder bore is the highest in the vicinity of the top dead center of the top ring, and then the second ring is turned back, and the oil ring is turned back the least. This is because the temperature and the surface pressure at the time of explosion are low, and the amount of lubricating oil is ample.
[0048]
On the other hand, the oil ring has the greatest tension compared to the other rings, and the cylinder bore is in contact with the two upper and lower rail sides constituting the oil ring, and the curvature here is the smallest of the piston rings. The contact pressure at the contact points is the highest in all processes except for the explosion. Actually, this tendency appears also in an engine durability test using a hypereutectic aluminum alloy as a cylinder bore, and it is confirmed that the oil ring is most worn.
[0049]
Accordingly, the particle dispersion composite plating in which hexagonal boron nitride having a low hardness is dispersed has insufficient wear resistance, and an oil ring subjected to a particle dispersion composite plating in which a high hardness silicon nitride is dispersed is suitable. In addition, in the case of using particle dispersion composite plating in which silicon nitride is dispersed, it has been experimentally verified that the wear amount of both the cylinder bore and the oil ring is not a problem regardless of the form of the cylinder bore surface.
[0050]
In the piston ring and oil ring that are the counterpart members that slide with the cylinder bore that is the aluminum alloy member defined in the present invention, the wear resistance and seizure resistance when sliding with the cylinder bore on the ring-side particle dispersion composite plating It is also desirable to apply a resin fired film containing a solid lubricant such as molybdenum disulfide that improves the above. In sliding with the aluminum alloy member according to the present invention, the most important factor affecting seizure resistance and wear resistance is primary Si in the aluminum alloy. The fired film containing a solid lubricant suppresses the falling off of the primary crystal Si particles remaining on the surface while being crushed during processing, and the counter attack of the primary crystal Si particles that protrude too much. In addition, it is effective in promoting uniform contact between the ring and the bore and suppressing generation of secondary primary crystal Si falling off due to contact with one piece. Examples of the solid lubricant for obtaining such an effect include graphite (graphite), antimony trioxide, polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like in addition to molybdenum disulfide.
[0051]
As described above, the combination of the aluminum alloy member defined in the present invention and the mating member that slides with the aluminum alloy member has been described. However, the aluminum alloy member according to the present invention is a wear-resistant aluminum alloy such as A390 found in conventional patent publications. Compared with low Si content, machinability can be improved, and since it can be made by die casting, productivity can also be improved, resulting in low cost, and therefore wear resistance at low cost. It is possible to make the sliding member excellent in heat resistance and seizure resistance.
[0052]
【The invention's effect】
In the sliding member according to the present invention, as described in claim 1, by weight, Si: 14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 To 0.90%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05%, Fe: 0.7 to 1.2%, Zn: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, the balance Al and impurity component composition, By die casting high pressure casting method, Average particle size 4-6 An aluminum alloy member crystallized with an intermetallic compound of primary crystal Si and Al-Si-Fe-Mn-Cr system of μm, and a plating matrix made of Ni, P, Co on at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride Since the particle dispersion composite plating partner member including one type of dispersed particles is combined, the Si content is suppressed, so that machinability is good and the die casting method can be applied. A remarkable effect is achieved that it is possible to provide a sliding member having excellent wear resistance and seizure resistance.
[0053]
In addition, as described in claim 2, the aluminum alloy member has a surface in which primary Si protrudes from 0.3 to 1.5 μm from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing. By making the roughness Ra: 0.1 to 0.5 μm, it is possible to maintain the lubrication state well by the oil retaining action between the protruding primary crystal Si particles, and the sliding surface By preferentially sharing the load generated in the primary crystal Si, it is possible to obtain a remarkable effect that the wear resistance can be improved.
[0054]
Further, as defined in claim 3, the aluminum alloy member has a cross-hatched eye in which the crossing angle of the work scratches is 25 to 55 ° in the direction perpendicular to the sliding direction. When the surface roughness measured in the sliding direction is Ra: 0.1 to 0.5 μm, it is possible to obtain an oil retaining effect due to the processing groove on the sliding surface, and the amount of lubricating oil is Even when the amount is small, a remarkable effect is achieved that it is possible to improve the wear resistance.
[0055]
Furthermore, as described in claim 4, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating partner member includes P: 0.2 to 10%, Co: 10 to 40%, and the balance Ni and impurities. By doing so, the remarkable effect that the heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance of the mating member can be improved is brought about.
[0056]
Furthermore, as described in claim 5, for the particle dispersion composite plating mating member, the base material is any one of carbon steel, cast iron, and stainless steel, thereby ensuring the hardness of the mating member. Thus, the plating can sufficiently follow the deformation of the base material, and a remarkable effect that the peeling of the plating layer due to the deformation of the base material can be prevented is brought about.
[0057]
Furthermore, as described in claim 6, the particle-dispersed composite plating partner member is composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride in which the average particle diameter of the dispersed particles is 0.5 to 10 μm. By including dispersed particles, it is possible to provide a sliding member that has excellent wear resistance while having good wear resistance as well as being less aggressive against the counterpart material. The effect is brought about.
[0058]
Furthermore, as described in claim 7, by dispersing 5 to 10 area% of dispersed particles made of hexagonal boron nitride as a solid lubricant for the particle-dispersed composite plating partner member. The remarkable effect is that the composite plating partner member is excellent in self-lubricity and has a low attacking property on the aluminum alloy member.
[0059]
Furthermore, as described in claim 8, about 5 to 30% by area of dispersed particles made of silicon nitride, which is a high-strength material, are dispersed appropriately for the particle-dispersed composite plating partner member. This brings about a remarkable effect that it is possible to obtain a composite plating mating member having a high hardness and excellent wear resistance.
[0060]
Furthermore, as described in claim 9, the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring. A remarkable effect is achieved that it is possible to make a combination of a cylinder and a piston ring of an internal combustion engine having excellent seizure resistance.
[0061]
Furthermore, as described in claim 10, by using a combination in which the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine and the particle dispersion composite plating counterpart member is an oil ring, wear resistance and seizure resistance are improved. A great effect is obtained that it is possible to obtain a combination of a cylinder and an oil ring of an excellent internal combustion engine.
[0062]
Furthermore, as described in claim 11, the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring, a second ring or an oil ring, and molybdenum disulphide, graphite, antimony trioxide is formed on the particle dispersion composite plating. , A fired film using a resin containing one or more kinds of particles selected from polytetrafluoroethylene as a matrix is formed on the sliding surface of the piston ring and oil ring against the cylinder bore. The remarkable effect is that the wear and seizure resistance can be further improved.
[0063]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but it is needless to say that the present invention is not limited to such examples.
[0064]
In evaluating the characteristics of the sliding member according to the present invention, a plurality of different tests are conducted on the surface finish of the aluminum alloy member, the surface treatment of the mating member, and the type, amount, particle size, etc. of the dispersed particles in the case of particle dispersion composite plating. A piece was prototyped and evaluated by a basic wear test with a single piece.
[0065]
Since the effect of the present invention is to reduce the amount of wear and improve the seizure resistance, a ring / plate type single wear test device is used for the evaluation, and a wear test for measuring the wear amount under a constant load, and a continuous A scuff test was conducted to measure the point at which the friction coefficient became unstable or increased rapidly by increasing the load. These evaluation methods are relatively correlated with evaluation using an actual engine. Moreover, the die-cast alloy which is a component prescribed | regulated by this invention and whose average particle diameter of primary crystal Si becomes 4-6 micrometers was used for the plate test piece. Furthermore, carbon steel and an aluminum material as a comparative material were used for the ring as the counterpart member. As the lubricating oil, commercially available engine oil 5W30SG was used. Details of the combinations tested are shown in Table 1.
[0066]
[Table 1]

The conditions for the wear test and the scuff test will be described. All the tests were performed using new test specimens and lubricating oil. The test conditions at this time are shown below.
[0067]
(1) Reciprocating single wear test
Pressing load: 30kg
Contact state: Surface contact
Ring outer diameter / inner diameter: 26 / 20mm
Average sliding speed: 0.2 m / s
Lubricating oil temperature: 20 ° C (room temperature)
Lubricating oil type: Commercial engine oil, 5W30SG standard
Lubrication method: Bathtub type
Test time: 20 minutes
(2) Reciprocating single unit scuff test
Pressing load: Increase at 10kgf / min
Average sliding speed: 0.2 m / s
Temperature during test: 20 ° C (room temperature)
Lubricating oil type: Commercial engine oil, 5W30SG standard
Lubrication method: Apply only to the sliding part of the ring specimen before the test
Furthermore, an endurance test using an actual engine was performed, and the cylinder bore and piston ring defined in the present invention were evaluated. The conditions of the engine durability test are shown below. The combination of the tests at this time is different for each of the four cylinders of the engine, and two tests were performed using a cylinder block in which the primary Si on the bore surface protruded and two cylinder blocks in which the bore surface was cross hatched. It was. Each combination is shown in Table 2.
[0068]
[Table 2]

(3) Engine durability test
Engine: Inline 4 cylinder, displacement 1300cc
Durability conditions: 6000 rpm constant for 100 hours
Lubricating oil temperature: 110 ° C
Lubricating oil type: Commercial engine oil, 5W30SG standard
Hereinafter, the test results will be briefly described, and the results of the wear test and scuff test using the simple substances (1) and (2) are shown in Table 1 classified into Examples and Comparative Examples, and the engine durability test of (3). The results are shown in FIG. 1 and FIG.
[0069]
The result of the unit test by the ring / plate type will be briefly described below.
[0070]
Examples 1 to 6 shown in Table 1 all satisfy the conditions defined in the present invention, and according to these, the amount of wear on the ring side and the plate side is suppressed, and the high scuffing surface pressure is high. As a result, it was confirmed that the wear resistance and seizure resistance of the aluminum alloy member and its counterpart member were improved.
[0071]
Comparative Example 1 to Comparative Example 8 had items outside the conditions defined in the present invention, and the wear amount on the ring or plate side was large, or the scuffing surface pressure was lower than that of the example.
[0072]
Among them, in Comparative Example 1, the protrusion amount of primary crystal Si of the aluminum alloy member is as large as 2.3 μm, so there is a lot of wear due to opponent attack on the ring side, and the protrusion amount of primary crystal Si is too large. It is considered that the wear amount of both the ring and the plate increased due to the abrasive wear caused by the fallen particles.
[0073]
In Comparative Example 2, since the base material is aluminum, the plating layer on the ring side peeled off following the elastic deformation of the ring itself as soon as the test was started, resulting in abrasive wear and abnormal wear.
[0074]
Further, in Comparative Example 3, since the primary crystal Si on the plate side hardly protrudes, it is considered that the oil retention was deteriorated and the scuff load was low.
[0075]
Furthermore, in Comparative Example 4, the ring surface treatment is Cr plating, and the hardness is lower than that of Ni—P—Co plating. Therefore, it is considered that the wear amount on the ring side is increased.
[0076]
Further, in Comparative Example 5, the surface treatment of the ring is a nitriding treatment, and the surface hardness exceeds Hv1000 by nitriding treatment, which is much higher than about Hv800 to 950 of Ni-P-Co. Therefore, it is considered that the opponent attack on the ring side is strong, the wear amount on the plate side is increased, and the scuffing surface pressure is reduced due to the influence of wear powder and the like.
[0077]
Furthermore, in Comparative Example 6, it is considered that the roughness of the cross-hatch processing is considerably small as Ra 0.05 μm and the wear is deteriorated due to the low oil retention on the plate alloy side.
[0078]
Furthermore, in Comparative Example 7, the surface roughness by cross-hatch processing is as large as Ra 1.2 μm, the surface roughness is rough, so the opponent attack on the ring side is strong, and the surface roughness is too rough. It is considered that since the crushing rate of crystal Si was very high, it dropped out in the early stage of sliding and caused abrasive wear.
[0079]
Furthermore, in Comparative Example 8, hard carbide silicon carbide (SiC) is dispersed in the ring-side plating, and it is considered that the wear amount of the plate is increased due to strong opponent attack by silicon carbide.
[0080]
Furthermore, the engine durability test was conducted for 100 hours, and the results of measuring the wear amount of the cylinder bore and the piston ring after the test are shown in FIGS. In the combinations of test numbers 1 to 8 shown in Table 2, in the case of a combination that satisfies the conditions specified in the present invention, both the wear amount of the cylinder bore and the piston ring are low.
[0081]
From such test results, according to the present invention, an excellent combination of wear resistance and seizure resistance can be obtained for an aluminum alloy member and a mating member excellent in machinability and productivity. It was confirmed that a specific combination of cylinder bore and piston ring could be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a top ring wear amount and a bore wear amount among engine durability evaluation results.
FIG. 2 is a graph showing an oil ring wear amount among engine durability evaluation results.

Claims

By weight, Si: 14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.90%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05%, Fe: 0.7 to 1.2%, Zn: 1.0% or less, Ni: not more than 0.3%, Sn: not more than 0.3%, with the balance Al and impurities component composition, primary crystal Si and Al-Si having an average particle size of 4 to 6 μm by die casting high pressure casting method An aluminum alloy member in which an intermetallic compound of Fe-Mn-Cr is crystallized, and particles containing dispersed particles made of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride in a plating matrix made of Ni, P and Co A sliding member characterized by combining with a dispersion composite plating mating member.

In the aluminum alloy member, primary crystal Si protrudes 0.3 to 1.5 μm from the surface of the aluminum alloy member by mechanical polishing, electrolytic polishing, chemical polishing or the like, and the surface roughness is Ra: 0.1 to 0.5 μm. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding member is provided.

With respect to the aluminum alloy member, in the direction perpendicular to the sliding direction, the surface roughness measured in the sliding direction is Ra: 0 with a cross-hatched eye where the crossing angle of the processed scratches is 25 to 55 °. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding member is 1 to 0.5 μm.

The matrix composition of the particle-dispersed composite plating mating member includes P: 0.2 to 10%, Co: 10 to 40%, and consists of the balance Ni and impurities. The sliding member.

The sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the base member of the particle dispersion composite plating counterpart member is carbon steel, cast iron, or stainless steel.

The particle-dispersed composite plating partner member includes dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm. Thru | or 5 the sliding member in any one of.

7. The sliding member according to claim 1, wherein the particle-dispersed composite plating partner member has dispersed dispersed particles made of hexagonal boron nitride as a solid lubricant in an amount of 5 to 10 area%. .

The sliding member according to any one of claims 1 to 7, wherein a dispersed particle made of silicon nitride, which is a high-strength material, is dispersed in the particle-dispersed composite plating counterpart member in an amount of 5 to 30 area%.

9. The sliding member according to claim 1, wherein the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring.

9. The sliding member according to claim 1, wherein the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is an oil ring.

The particle dispersion composite plating mating member is a piston top ring, a second ring or an oil ring, and on the particle dispersion composite plating, one or more kinds selected from molybdenum disulfide, graphite, antimony trioxide, and polytetrafluoroethylene The sliding member according to claim 1, wherein a fired film using a resin containing particles as a matrix is formed.