JP4719249B2 - 表面酸化耐摩耗潤滑被膜及びその形成方法 - Google Patents
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Description
効果の有限性
上記固体潤滑剤のうち,層状構造物系の固体潤滑剤である黒鉛,二硫化モリブデン,二硫化タングステン,窒化ホウ素等は,摺接部における摩擦接触によってこれらが層状に破壊することにより潤滑性を発揮するものであるが,このような固体潤滑剤は,それ自体,油やグリス等の流体潤滑剤とは異なり流動性を持っていない。そのため,一旦破壊されてしまうと元の状態には戻ることができず,破壊が完了すると潤滑性を発揮しなくなる。
前述した層状構造物系固体潤滑剤は,黒鉛を除き総じて高価であり,特に,近年,発展途上国における自動車製造が急速に進んだことにより二硫化モリブデンの需要が増大したことに伴い,価格の高騰のみならず入手自体が困難となっている。
母材の制約
前述したような層状構造物系固体潤滑剤を使用することなく潤滑性を向上する方法として,例えば錫等の軟質金属の被膜を摺接部表面に形成することも考えられる。
軟質金属の被膜を形成することにより得られる潤滑性の向上は,母材表面に被膜を形成するせん断強さの低い軟質金属が,塑性変形によって移動,移着を繰り返し,もとの面に戻ることによって継続的な潤滑性を発揮するものであるが,このような軟質金属も,前述の移動,移着を繰り返すうちにもとの面に戻ることができなくなり,摩耗粉として接触界面外に排出される。そのため,軟質金属の被膜は,このような摩耗粉の発生量に応じて徐々に摩耗し,やがては潤滑性を発揮しなくなる。
前述した軟質金属被膜形成による潤滑の欠点より,本発明の発明者は,被膜の形成により高い潤滑性を得ると共に,この潤滑性を長期に亘って持続させ,母材や接触の相手方である被接触物体に損傷を与えることを防止するためには,母材側において高硬度で,被接触物体との接触界面側において摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さい被膜を形成すると共に,摺接時に発生する移着粒子が硬化することを防止することにより目的を達成できると仮定した。
前記2種の軟質金属の微粒子粉体を別個に噴射することで,酸化により相対的に高硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させた後,酸化により相対的に低硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させることにより前記被膜の被接触物体との接触界面側における厚さ0.1〜2μmの範囲に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を設けたことを特徴とする(請求項1)。
前記2種の軟質金属の微粒子粉体を別個に噴射することで,酸化により相対的に高硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させた後,酸化により相対的に低硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させることにより前記被膜の被接触物体との接触界面側における厚さ0.1〜2μmの範囲に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を形成することを特徴とする(請求項6)。
全体構造
以上から,本発明の表面酸化耐摩耗潤滑被膜は,摺接部の母材より低硬度で,且つ,低融点の2種の軟質金属それぞれの微粒子粉体を前記摺接部表面で圧縮気体中の酸素と反応させることにより,前記2種の軟質金属間で酸化により相対的に高硬度及び低硬度となる酸化金属によって形成された酸化金属被膜である。
前述の微粒子金属粉体を構成する2種の軟質金属とは,母材との関係において低硬度,低融点であり,かつ,酸素と反応して両金属間における相対的な関係において形成された酸化物が高硬度,低硬度となる各種軟質金属の組合せを採用し得る。好ましくは,酸化により相対的に低硬度の酸化金属の硬度は,酸化により相対的に高硬度の酸化金属に対して1/4以下となる組合せを選択する。
形成する表面酸化耐摩耗潤滑被膜は,ここでは,被接触物体との接触界面(表面)側における1〜0.1μmの範囲に,相対的に低硬度の酸化金属,前述の例では酸化亜鉛により形成された,せん断破壊の集中する低硬度部を備えた被膜である。
前述した2種の軟質金属微粒子粉体を圧縮気体中の酸素と反応させると共に摺接部表面付着させる方法としては,前記2種の軟質金属の微粒子粉体を,圧縮気体との混合流体として前記摺接部表面に衝突させることにより実現することができる。
処理対象の母材硬度がHv450以上である場合,前述した軟質金属の微粒子粉体による表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成に先立って,摺接部品の摺接部表面に,前処理として,母材と同等以上の硬度を有し,且つ略球形を成す20〜200μmのショットを噴射速度100〜250m/s,又は噴射圧力0.3〜0.6MPaで1又は複数工程で前記摺接部表面に衝突させて,摺接部の表面に微小な断面円弧状を成す無数の凹部を形成するものとしても良い。
以上のように,所定の前処理を行った後,又は前処理を行うことなく,軟質金属の微粒子粉体と圧縮気体との混合流体を,摺接部の表面に噴射圧力0.58MPa以上,又は噴射速度200m/s以上で衝突させると,衝突時の発熱により微粒子粉体を構成する軟質金属が摺接部表面に溶融付着すると共に,この発熱によって微粒子粉体を構成する軟質金属が圧縮気体中の酸素と反応して酸化する。
レース用オートバイのアルミニウムエンジンのピストンスカート部〔鋳造用Al−Si合金(AC8A)〕製に,本発明の方法により表面酸化耐摩耗潤滑被膜を形成した。加工条件を表1に示す。
自動車部品製造用のFHP厚板用のゲージ窓抜きパンチ(粉末ハイス焼結品:HAP40)に対し,下記の表2に示す前処理後,本発明の方法による表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成を行った。
マトリックスハイス(日立金属製「YXR33」)製のギヤー転造ダイスに対し,下記の条件で本発明の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成を行った。
調質炭素鋼(S45C)製のツールシャンクのジョイント部に対し,下記の表4に示す条件で本発明の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成を行った。
本発明の方法により表面酸化耐摩耗潤滑被膜を形成したテストピースを使用して,このテストピースに被接触物体として回転するリングを接触させて,それぞれの摩耗量を測定した。
Claims (12)
- 摺接部の母材より低硬度で,且つ,低融点の2種の軟質金属の微粒子粉体を圧縮気体との混合流体として噴射圧力0.58MPa以上又は噴射速度200m/sec以上で前記摺接部表面に衝突させて,前記摺接部表面で前記圧縮気体中の酸素と反応させて酸化させることにより形成した,前記2種の金属間で相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属により形成された被膜であり,
前記2種の軟質金属の微粒子粉体を別個に噴射することで,酸化により相対的に高硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させた後,酸化により相対的に低硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させることにより前記被膜の被接触物体との接触界面側における厚さ0.1〜2μmの範囲に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を設けたことを特徴とする表面酸化耐摩耗潤滑被膜。 - 前記低硬度部が,厚さ0.1〜1μmであることを特徴とする請求項1記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜。
- 前記相対的に低硬度の酸化金属が,前記相対的に高硬度の酸化金属に対して1/4以下の硬度であることを特徴とする請求項1又は2記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜。
- 前記母材の硬度がHv450以上であり,前記摺接部上に直径0.1μm〜5μmの微小な断面円弧状を成す無数の凹部が形成された請求項1〜3いずれか1項記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜。
- 摺接部の母材より低硬度で,且つ,低融点の2種の軟質金属の微粒子粉体を圧縮気体との混合流体として噴射圧力0.58MPa以上又は噴射速度200m/sec以上で前記摺接部表面に衝突させて,前記摺接部表面で前記圧縮気体中の酸素と反応させて酸化させることにより形成した,前記2種の金属間で相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属により形成された被膜であり,
前記2種の軟質金属間で,相対的に高硬度な酸化金属となる微粒子粉体の粒径を,相対的に低硬度な酸化金属となる微粒子粉体の粒径よりも小径とし,前記相対的に低硬度な酸化金属となる微粒子粉体の噴射速度を相対的に低速とすることにより,
前記被膜の被接触物体との接触界面側に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を設けると共に、
前記低硬度部を,厚さ0.1〜1μmで,酸化により相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属が混在し,かつ,前記酸化により相対的に低硬度の酸化金属の分布が80%以上となるよう形成したことを特徴とする表面酸化耐摩耗潤滑被膜。 - 摺接部の母材より低硬度で,且つ,低融点の2種の軟質金属それぞれの微粒子粉体と,圧縮気体との混合流体を噴射圧力0.58MPa以上又は噴射速度200m/sec以上で前記摺接部表面に衝突させて,前記摺接部表面で前記軟質金属の微粒子粉体と前記圧縮気体中の酸素とを反応させて酸化することにより形成された,前記2種の軟質金属間で相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属によって被膜を形成するに際し,
前記2種の軟質金属の微粒子粉体を別個に噴射することで,酸化により相対的に高硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させた後,酸化により相対的に低硬度の酸化金属となる軟質金属の微粒子粉体を前記摺接部表面に衝突させることにより前記被膜の被接触物体との接触界面側における厚さ0.1〜2μmの範囲に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を形成することを特徴とする表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成方法。 - 前記軟質金属の微粒子粉体は,平均粒径10μm〜100μmであることを特徴とする請求項6記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成方法。
- 前記2種の軟質金属として,硬度,密度ないし比重,及び融点が近似する金属である錫と亜鉛の組み合わせを選択することを特徴とする請求項6又は7記載の表面酸化耐摩耗性潤滑被膜の形成方法。
- 前記母材の硬度がHv450以上の摺接部表面に対し,前処理として,前記摺接部の母材硬度と同等以上の硬度を有し,且つ略球状を成す20〜200μmのショットを噴射速度100〜250m/sec又は噴射圧力0.3MPa〜0.6MPaで1又は複数工程衝突させ,前記摺接部表面に直径0.1μm〜5μmの微小な断面円弧状を成す無数の凹部を形成することを特徴とする請求項6〜8いずれか1項記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成方法。
- 前記低硬度部が,厚さ0.1〜1μmであると共に,酸化により相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属が混在し,かつ,前記酸化により相対的に低硬度の酸化金属の分布が50%以上である請求項1,3又は4記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜。
- 前記低硬度部を,厚さ0.1〜1μmで,酸化により相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属が混在し,かつ,前記酸化により相対的に低硬度の酸化金属の分布が50%以上となるよう形成することを特徴とする請求項6,7,8又は9記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成方法。
- 摺接部の母材より低硬度で,且つ,低融点の2種の軟質金属それぞれの微粒子粉体と,圧縮気体との混合流体を噴射圧力0.58MPa以上又は噴射速度200m/sec以上で前記摺接部表面に衝突させて,前記摺接部表面で前記軟質金属の微粒子粉体と前記圧縮気体中の酸素とを反応させて酸化することにより形成された,前記2種の軟質金属間で相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属によって被膜を形成するに際し,
前記2種の軟質金属間で,相対的に高硬度な酸化金属となる微粒子粉体の粒径を,相対的に低硬度な酸化金属となる微粒子粉体の粒径よりも小径とし,前記相対的に低硬度な酸化金属となる微粒子粉体の噴射速度を相対的に低速とすることにより,
前記被膜の被接触物体との接触界面側に,該被膜の前記摺接部の母材側部分である高硬度部に対し相対的に低硬度であり,且つ,摩擦抵抗及びせん断抵抗が小さくせん断破壊の集中する低硬度部を設けると共に、
前記低硬度部を,厚さ0.1〜1μmで,酸化により相対的に高硬度及び低硬度である酸化金属が混在し,かつ,前記酸化により相対的に低硬度の酸化金属の分布が80%以上となるよう形成することを特徴とする請求項5記載の表面酸化耐摩耗潤滑被膜の形成方法。
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