JP5707245B2 - 摺動部材 - Google Patents
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Description
上記した摺動部材は、例えば次のようにして製造することができる。説明を簡易にするため、例示として以下、第1金属は、上記熱伝導率の条件を満たすAlを用いる。同様に第2金属は、Alよりも硬度が低いSnを用いる。そして、第1層は第1金属であるAlを主成分とし、第2層は第2金属であるSnを主成分とするSn合金、第3層は第1金属のAlを母相で第2金属のSnを二次相としたAl−Sn合金とする。
第2層3となるSn合金層は、めっき法により形成しても良い。
請求項1の摺動部材は、例えば次のようにして製造することができる。説明を簡易にするため、例示として第2層は副成分としてCuを有する構成とする。同様に、第6層の微細金属間化合物粒子はCuを主成分とする。
第2層3となるSn合金層は、めっき法により形成しても良い。
図2において、第2層3には、例えばSnとCuの金属間化合物粒子11が分散した状態で存している。その金属間化合物粒子11の粒子角度は次のようにして測定する。製造された摺動部材について、厚さ方向断面の組織を光学顕微鏡で撮影する。得られた画像から解析ソフトを用いて解析し、金属間化合物粒子11の粒子角度を測定する。粒子角度は、第3層の厚さ方向(深さ方向)に直交する水平な線を0°とした。図3に示すように、金属間化合物粒子11を四角で囲み、tanθ=b/aから、粒子角度θを測定した。得られた粒子角度θの平均を平均粒子角度とした。その平均粒子角度が55°以下であると、金属間化合物粒子11を起点にした疲労破壊を起こし難い。よって、第2層における金属間化合物粒子の平均粒子角度は55°以下が好ましい。第2層を鋳造法により形成することによって、平均粒子角度を確実に55°以下に制御することができる。
これらの凸部の高さと距離は、第2層形成時の鋳造条件や熱処理条件等を調整することで、制御することができる。
第1金属としては耐疲労性に優れるAlが特に好ましい。コスト面を考慮すると、CuよりもAlの方がより好ましい。第2金属としては非焼付性に優れるSnが特に好ましい。環境問題を考慮すると、PbよりもSnを用いた方が良い。第2層の副成分としてCuを含むことで、第2層の強度を向上させることができる。また、第2層は、Cuに加えてSbを含むようにしても良い。第2層にSbが含まれることで、第5層のクッション性を損なわずに、第2層の強度を向上させることができる。
第4層が無い第1の実施形態(実施例品1〜4、9〜12、33,34)の摺動部材の製造方法は次のとおりである。
実施例品13〜32については、上述した実施例品9〜12と同様に、まず第3層となるAl-Sn合金を板状に鋳造した。得られたAl-Sn合金板を、第1層となるAl板を介して、鋼板製の基材上に圧着し、三層のバイメタルを作製した。このとき、圧着の代わりに、爆着によりバイメタルを作製しても良い。作製したバイメタルを、直径5mmの鉄球を多数個入れた300℃の溶融Sn浴の中に浸漬し、そのSn浴の容器を回転数100rpmで回転させることにより、Al-Sn合金表面の酸化皮膜や不純物を除去して当該Al-Sn合金表面に溶融Snめっきを施した。この後、その溶融Snめっき上に、500℃のSn合金を鋳込んで鋳造を行った。各層の組成を表1に示した。以上のようにして製造した複層構造体を半円筒状に加工し、半割軸受として試料とした。
比較例品1〜5については、基本的には、実施例品1〜4と同様な製造方法により製造した。
表2において、第3層の厚さ(%)は、第3層と第1層を合わせた合計厚さに対する第3層の厚さの占める百分率である。各層の厚さは、厚さ方向断面の組成像を電子顕微鏡で撮影し、得られた画像を解析ソフト(Image−Pro Plus(version4.5);(株)プラネトロン製)を用いて解析し、求めた。第3層における二次相面積率(%)は、上記と同様に、製造された摺動部材について、厚さ方向断面の組成像を電子顕微鏡で撮影し、得られた画像を上記解析ソフトを用いて解析し、二次相の占める面積を求め、百分率で表した。
まず、実施例品1〜4と比較例品1〜5とを比較してみる。比較例品1〜3は、第3層の厚さが、第3層と第1層を合わせた合計厚さに対して3%未満である。比較例品1,4は二次相の面積率が10%未満であり、また、比較例品2,5は二次相の面積率が30%を超えている。これに対して、実施例品1〜4は、第3層の厚さが、第3層と第1層を合わせた合計厚さに対して3%以上で、かつ、二次相の面積率が10〜30%であるため、比較例品1〜5よりも非焼付性および耐疲労性に優れていることがわかる。
実施例品5〜8と実施例品13〜16とを比較してみる。実施例品13〜16は、第2層となるSn合金層を鋳造により設けたことにより、当該第2層における金属間化合物粒子の平均粒子角度を55°以下と制御しているため、実施例品5〜8よりも非焼付性および耐疲労性が共に向上していることがわかる。
実施例品18と実施例品20〜22とを比較してみる。実施例品20〜22は、第5層の厚さを、第1層と第3層の合計厚さの0.2〜5%の範囲内に制御しているため、実施例品18よりも耐疲労性が向上していることがわかる。
実施例品24と実施例品26〜28とを比較してみる。実施例品26〜28は、第5層の界面における波形状の凸部間の平均距離を20〜100μmの範囲内に制御しているため、実施例品24よりも耐疲労性が向上していることがわかる。
実施例品30と実施例品31,32とを比較してみる。実施例品31,32は、第6層における微細金属間化合物粒子の分布状態を70%以上にしているため、実施例品30よりも耐疲労性が向上していることがわかる。
本実施形態では、第1層としてAlを用いた例で説明したが、Al−Sn合金を用いても良い。即ち、第1層を、第1金属を主成分とした上で、第1金属を母相、第2金属を二次相として有する形態としても良い。この場合、第1層の二次相面積率を第3層のそれよりも少なくすることが、摺動部材の強度上特に好ましい。また、第1層の副成分として、第3層の第2金属と異なる元素を用いても良い。
本実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
不可避的不純物については説明を省略し、各組成には不可避的不純物が含まれ得る。
各層には、本発明の効果を妨げない範囲で前述した以外の元素、例えばSi、Mn、Zr、Fe等や、硬質粒子や固体潤滑剤等の添加物を加えても良い。
Claims (8)
- 室温から450Kにおいて熱伝導率が200〜450W/(mK)である第1金属を主成分とする第1層と、前記第1金属よりも硬度が低い第2金属を主成分とし摺動面側に配される第2層との間に、第3層を有し、前記第3層は、前記第1金属を母相、前記第2金属を二次相として有し、前記第3層中での前記二次相の面積率が10〜30%であり、前記第3層の厚さは、当該第3層と前記第1層を合わせた合計厚さの3%以上であり、
さらに前記第2層と前記第3層との間に第4層を有し、前記第4層は、前記第3層に接する第5層と、前記第2層に接する第6層とからなり、前記第5層は、前記第2金属を主成分とし、かつ前記第2層よりも軟質であり、前記第6層は、前記第1金属を含む微細金属間化合物粒子の群からなる摺動部材。 - 室温から450Kにおいて熱伝導率が200〜450W/(mK)である第1金属を主成分とする第1層と、前記第1金属よりも硬度が低い第2金属を主成分とし摺動面側に配される第2層との間に、第3層を有し、前記第3層は、前記第1金属を母相、前記第2金属を二次相として有し、前記第3層中での前記二次相の面積率が10〜30%であり、前記第3層の厚さは、当該第3層と前記第1層を合わせた合計厚さの3%以上であり、
前記第2層は、主成分のマトリクス中に金属間化合物粒子が分散して存在する組織であり、前記金属間化合物粒子の平均粒子角度が55°以下である摺動部材。 - 請求項2記載の摺動部材において、さらに前記第2層と前記第3層との間に第4層を有し、前記第4層は、前記第3層に接する第5層と、前記第2層に接する第6層とからなり、前記第5層は、前記第2金属を主成分とし、かつ前記第2層よりも軟質であり、前記第6層は、前記第1金属を含む微細金属間化合物粒子の群からなることを特徴とする摺動部材。
- 前記第2層の厚さは、前記第1層から前記第2層までの総合計厚さの3〜45%であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の摺動部材。
- 前記第5層の平均厚さは、前記第1層と前記第3層の合計厚さの0.2〜5%であり、前記第5層における前記第6層側の界面形状は波形状をなしていて、前記波形状における凸部の平均高さが2〜15μm、隣り合った前記凸部間の平均距離が20〜100μmであることを特徴とする請求項1または3記載の摺動部材。
- 前記第6層は、前記第5層の前記界面形状に沿って平均粒子径が5μm以下の前記微細金属間化合物粒子が帯状に分布する状態になっていて、前記微細金属間化合物粒子は、前記第5層から前記第2層側への厚さ方向の10μm幅の間に70%以上が存在していることを特徴とする請求項1、3、5のいずれか一項記載の摺動部材。
- 前記第1金属はAl又はCuであり、前記第2金属はSn又はPbであり、前記第2層は副成分としてCuを有していることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の摺動部材。
- 前記第1金属はAl又はCuであり、前記第2金属はSn又はPbであり、前記第2層は副成分としてCuを有し、前記第6層の前記微細金属間化合物粒子はCuを主成分とすることを特徴とする請求項1、3、5、6のいずれか一項記載の摺動部材。
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