JP4547577B2 - 摺動材料とその製造方法 - Google Patents
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Description
上記内部改質層におけるSnめっきとの境界部分の全域に、上記Snめっきが埋設された微小な凹凸が形成されている摺動材料を提供するものである。
また、請求項3に記載した本発明は、Cu合金からなる基材の表面に、中間層を設けることなく直接Snめっきからなるオーバレイを設けた後に、上記基材およびオーバレイを180℃〜200℃で5〜20時間加熱して、該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたってCu−Sn化合物からなる内部改質層を形成するとともに、上記内部改質層におけるSnめっきとの境界部分の全域に上記Snめっきが埋設された微小な凹凸を形成する摺動材料の製造方法を提供するものである。
そのため、後述する試験結果からも明らかなように、摺動材料の耐焼付性を向上させることができる。また、摺動材料の使用開始時においては、摺動材料の表面にSnからなるオーバレイが存在するので、初期なじみ性にも優れた摺動材料を提供することができる。
上記内部改質層3Aは、その全域にわたって境界面4とは反対側、すなわち本来のSnめっきからなるオーバレイとの境界面側の全域にわたって無数の微小な凹凸5が形成されている。上記内部改質層3Aの厚さ(上記境界面4からの高さ)は、最大で6μm程度となっている。このように、本実施例においては、内部改質層3Aは全域において均一な厚さで形成されるのではなく、全域にわたって高さ(深さ)数μm程度の無数の凹凸5が形成されている。
次に、電解脱脂した基材を水洗いする(S2)。その後、基材2を所要の酸性液で洗浄し(S3)、その後、再度基材2を水洗いする(S4)。
この後、基材2に対してオーバレイ3となるSnめっきを施す(S5)。この時のめっき条件は、次の(a)又は(b)に示すとおりである。
(a)硫酸第一Sn(金属Sn換算):20〜30g/l
無機アンモニウム塩:50〜150g/l
有機カルボン酸:10〜40g/l
浴温:30℃
電流密度:0.5〜5A/dm2
(b)ホウフッ化Sn(Snイオンとして):10〜20g/l
ホウフッ化水素酸:100〜150g/l
ポリオキシエチレン ゼラチン:0.5〜4g/1
βナフトール:0.1〜2g/1
浴温:30℃
電流密度:0.5〜5A/dm2
最後に上記オーバレイ3を施した基材2に対して熱処理を施す。すなわち、基材2を180〜200℃で5〜20時間継続して加熱する(S8)。これにより、摺動材料1の製造工程が完了する。
このようにして製造された本実施例の摺動材料1の断面写真を示したものが、図5である。この図5から理解できるように、オーバレイ3には、上記基材2との境界面4の全域にわたって硬質のCu−Sn化合物である内部改質層3Aが形成されている。上述したように、内部改質層3Aの最大厚さは6μm程度となっており、また、内部改質層3Aにおける本来のSnめっきとの境界部分の全域にわたって無数の凹凸が満遍なく形成されている。この凹凸における凹部の深さは2〜3μm程度であり、内部改質層3Aの全域にわたって満遍なく形成されている。
つまり、図3は熱処理の条件を異ならせた3件の本実施例1〜3と、4件の比較例4〜7について、オーバレイ内のCu−Sn化合物からなる内部改質層の生成の有無について比較したものである。
本実施例1〜3および比較例4〜7は、何れも基材としてCu合金を用いた上に図3に示したオーバレイを設けたものであり、比較例5〜7以外は図3に示した条件で材料に熱処理を施したものである。また、比較例6、7は基材とオーバレイとの間にNiの中間層を設けてあり、比較例7ではオーバレイとしてPb−Sn−Cuめっきを基材の表面に施している。
この図3に示すように、基材とオーバレイに熱処理を施した本実施例1〜3および比較例4の場合には、内部改質層としてのCu−Sn化合物が2〜5μmの厚さでオーバレイ内に形成される。これに対して、熱処理をしなかった比較例5〜7の場合にはCu−Sn化合物はオーバレイ内に形成されなかった。
本実施例1〜3においては、内部改質層のCu−Sn化合物は3.1〜5.2μmの厚さで形成され、比較例4では5.0μmの厚さで形成された。そして、本実施例1〜3においては、図5に示したようにCu−Sn化合物(内部改質層3A)に数μmの微小な凹凸が満遍なく形成されている。これにより、硬質物であるCu−Sn化合物からなる内部改質層3Aの凹部内に本来のSnが埋設された状態となっている。
試験機:静荷重焼付試験機
すべり速度:2.86m/sec.(1300rpm)
すべり軸受の寸法:φ42mm×w17mm、 軸受面圧:荷重 徐々に増加
回転軸の材質:S55C(焼入れ)、潤滑油の種類:5W−30 SL、
給油温度:140℃
この図4に示すように、本実施例1〜3は何れも120MPa以上の焼付面圧であったのに対して、比較例4〜7は何れも80MPa以下となっており、明らかに本実施例1〜3の方が比較例4〜7よりも耐焼付性に優れている。
このように、本実施例の方が比較例よりも耐焼付性に優れているのは、オーバレイ3内に無数の凹凸5を備えたCu−Sn化合物からなる内部改質層3Aが形成されているためと考えられる。つまり、最も表面側のオーバレイ3のSnめっきが摩滅した状態となると、最表面となる摺動面には微小な無数の凹凸5を有する内部改質層3Aが露出することになり、その凹凸5の凹部内にSnが残留した状態となる。内部改質層3Aは、硬質物であるCu−Sn化合物からなるので、摺動材料1の耐焼付性が向上するものと考えられる。
また、使用開始状態においては、摺動材料1の表面にはオーバレイ3としてのSnめっきが存在するので、なじみ性が良好な摺動材料1を提供できる。
3…オーバレイ 3A…内部改質層
5…凹凸
Claims (4)
- Cu合金からなる基材と、中間層を設けることなく直接上記基材の表面に設けたSnめっきからなるオーバレイと、上記基材およびオーバレイに熱処理を施すことにより該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたって形成したCu−Sn化合物からなる内部改質層とを備え、
上記内部改質層におけるSnめっきとの境界部分の全域に、上記Snめっきが埋設された微小な凹凸が形成されていることを特徴とする摺動材料。 - 上記内部改質層は、上記基材およびオーバレイを180℃〜200℃で5〜20時間加熱して形成されるとともに、内部改質層の凹凸の深さは3〜5μmであることを特徴とする請求項1に記載の摺動材料。
- Cu合金からなる基材の表面に、中間層を設けることなく直接Snめっきからなるオーバレイを設けた後に、上記基材およびオーバレイを180℃〜200℃で5〜20時間加熱して、該オーバレイにおける基材との境界面側の全域にわたってCu−Sn化合物からなる内部改質層を形成するとともに、上記内部改質層におけるSnめっきとの境界部分の全域に上記Snめっきが埋設された微小な凹凸を形成することを特徴とする摺動材料の製造方法。
- 上記内部改質層の凹凸の深さは3〜5μmであることを特徴とする請求項3に記載の摺動材料の製造方法。
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