JP6258139B2 - Sliding member - Google Patents

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本発明は、耐食性及び耐摩耗性が高く、且つ、摺動層の樹脂組成物と多孔質焼結層との接合が強い摺動部材に関する。   The present invention relates to a sliding member having high corrosion resistance and wear resistance, and having strong bonding between a resin composition of a sliding layer and a porous sintered layer.

従来、燃料噴射ポンプ用の摺動部材には、5〜25%程度の気孔率を有する焼結銅系材料が用いられている。この摺動部材は、摺動部材の内部に存在する気孔を介して、液体燃料を円筒形状の摺動部材の外周面側から内周面(摺動面)側に供給することにより、内周面(摺動面)に液体燃料の流体潤滑膜を形成し、高速回転する軸を支承するようになっている。このような焼結銅系材料は、燃料中に含まれる有機酸、硫黄成分による銅合金の腐食が起こり、この銅系腐食生成物が燃料に混入する問題がある。このため、耐食性を高めるためにNi、Al、Znを含有させた焼結銅系摺動材料が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   Conventionally, a sintered copper-based material having a porosity of about 5 to 25% is used for a sliding member for a fuel injection pump. This sliding member supplies the liquid fuel from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface (sliding surface) side of the cylindrical sliding member through the pores existing inside the sliding member. A fluid lubricating film of liquid fuel is formed on the surface (sliding surface), and a shaft that rotates at high speed is supported. Such a sintered copper-based material has a problem that corrosion of a copper alloy occurs due to an organic acid and a sulfur component contained in the fuel, and this copper-based corrosion product is mixed into the fuel. For this reason, in order to improve corrosion resistance, the sintered copper-type sliding material containing Ni, Al, and Zn is proposed (for example, refer patent documents 1-3).

また、従来、鋼裏金の表面に銅めっき層を介して銅合金からなる多孔質焼結層を設け、更に、多孔質焼結層の空孔部および表面に樹脂組成物を含浸被覆した複層の摺動材料からなる摺動部材が用いられている(例えば、特許文献4、5参照)。そして、このような複層摺動材料を燃料噴射ポンプ用の摺動部材に適用したものが提案されている(例えば、特許文献6参照)。   Conventionally, a porous sintered layer made of a copper alloy has been provided on the surface of the steel back metal via a copper plating layer, and further, a multi-layer in which pores and surfaces of the porous sintered layer are impregnated and coated with a resin composition The sliding member which consists of these sliding materials is used (for example, refer patent document 4, 5). And what applied such a multilayer sliding material to the sliding member for fuel-injection pumps is proposed (for example, refer patent document 6).

特開2002−180162号公報JP 2002-180162 A 特開2013−217493号公報JP 2013-217493 A 特開2013−237898号公報JP 2013-237898 A 特開2002−61653号公報JP 2002-61653 A 特開2001−355634号公報JP 2001-355634 A 特開2013−83304号公報JP2013-83304A

ところで、特許文献1〜3の焼結銅系摺動材料は、Ni、Al、Znを含有させて耐食性を高めてはいるが、燃料中に含まれる有機酸、硫黄成分による銅合金の腐食を完全には防止できない。また、特許文献1〜3の焼結銅系摺動材料は、摺動部材の内部全体に気孔を形成するために強度が低く、特に特許文献6に示すようなコモンレール方式の燃料噴射ポンプ等に用いられる摺動部材としては負荷能力が不十分である。   By the way, although the sintered copper-type sliding material of patent documents 1-3 contains Ni, Al, and Zn and has improved corrosion resistance, corrosion of the copper alloy by the organic acid contained in fuel, and a sulfur component is carried out. It cannot be completely prevented. In addition, the sintered copper-based sliding material of Patent Documents 1 to 3 is low in strength to form pores in the entire inside of the sliding member, and is particularly suitable for a common rail fuel injection pump as shown in Patent Document 6 and the like. As the sliding member used, the load capacity is insufficient.

一方、特許文献4〜6の複層摺動材料では、鋼裏金の構成を有するので強度は高いが、銅合金からなる多孔質焼結層は、燃料あるいは潤滑油中に含まれる有機酸や硫黄成分で銅合金の腐食が起こる。また、特許文献4〜6の複層摺動材料では、摺動部材として使用中に、多孔質焼結層の表面に被覆した樹脂組成物が摩耗し、摺動面となる表面に銅合金からなる多孔質焼結層が露出する場合や、使用前に、予め複層摺動材料の表面に切削加工を施して、摺動面となる表面に銅合金からなる多孔質焼結層を露出させた状態とした後に摺動部材として使用する場合がある。しかしながら、特許文献4〜6の複層摺動材料は、銅合金からなる多孔質焼結層の強度が十分ではないため、良好な耐摩耗性を有さない。さらに、特許文献4〜6のような銅めっき層を鋼裏金の表面に設けることなく、単に炭素鋼の粉末を鋼裏金の表面に散布し焼結して多孔質焼結層を形成し、該多孔質焼結層に樹脂組成物を含浸、被覆した摺動材料は、摺動層の樹脂組成物と多孔質焼結層との界面での接合が弱くなることが判明した。   On the other hand, the multi-layer sliding materials of Patent Documents 4 to 6 have a steel backing metal structure, so that the strength is high. However, the porous sintered layer made of a copper alloy is made of an organic acid or sulfur contained in fuel or lubricating oil. Corrosion of the copper alloy occurs with the components. Moreover, in the multilayer sliding material of patent documents 4-6, the resin composition coat | covered on the surface of the porous sintered layer wears during use as a sliding member, and the surface used as a sliding surface is made from a copper alloy. When the porous sintered layer to be exposed is exposed or prior to use, the surface of the multilayer sliding material is preliminarily cut to expose the porous sintered layer made of a copper alloy on the surface to be the sliding surface. In some cases, it may be used as a sliding member after it has been brought into contact. However, the multi-layer sliding materials of Patent Documents 4 to 6 do not have good wear resistance because the strength of the porous sintered layer made of a copper alloy is not sufficient. Furthermore, without providing a copper plating layer as in Patent Documents 4 to 6 on the surface of the steel back metal, simply spraying and sintering carbon steel powder on the surface of the steel back metal to form a porous sintered layer, It has been found that the sliding material obtained by impregnating and coating the porous sintered layer with the resin composition has weak bonding at the interface between the resin composition of the sliding layer and the porous sintered layer.

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、耐食性及び耐摩耗性が高く、且つ、摺動層の樹脂組成物と多孔質焼結層との接合が強い摺動部材を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is high corrosion resistance and wear resistance, and strong bonding between the resin composition of the sliding layer and the porous sintered layer. The object is to provide a sliding member.

上記した目的を達成するために、請求項1に係る発明においては、裏金層と摺動層とからなり、前記摺動層は、前記裏金層の表面に形成された多孔質焼結層と該多孔質焼結層の空孔部及び表面に含浸被覆された樹脂組成物とからなる摺動部材において、前記多孔質焼結層は、断面視において前記裏金層の表面に複数個積層された粒状の鋼相と、前記粒状の鋼相どうし及び前記粒状の鋼相と前記裏金層とをつなぐバインダとして機能するNi−P合金相と、からなり、前記粒状の鋼相は、炭素の含有量が0.8〜1.3質量%の炭素鋼であるとともに、組織がフェライト相と、パーライト相とセメンタイト相との混合相と、からなり、前記断面視において複数個積層された粒状の鋼相のうち、前記多孔質焼結層の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の組織中の前記フェライト相の平均面積率が10%以下である一方、前記多孔質焼結層の前記裏金層との界面側に配置された界面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の組織中の前記フェライト相の平均面積率が20%以上であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, the invention comprises a backing metal layer and a sliding layer, and the sliding layer comprises a porous sintered layer formed on the surface of the backing metal layer, and the sliding layer. In the sliding member comprising the pore portion of the porous sintered layer and the resin composition impregnated and coated on the surface, the porous sintered layer is a plurality of particles laminated on the surface of the back metal layer in a sectional view. And a Ni-P alloy phase functioning as a binder connecting the granular steel phases and the granular steel phases and the back metal layer, and the granular steel phases have a carbon content. The carbon steel is 0.8 to 1.3% by mass, and the structure is composed of a ferrite phase and a mixed phase of a pearlite phase and a cementite phase. Among them, the sliding surface side arranged on the sliding surface side of the porous sintered layer In the phase grain group, the average area ratio of the ferrite phase in the structure of the granular steel phase is 10% or less, while the interface side steel disposed on the interface side of the porous sintered layer with the back metal layer. In the phase grain group, the average area ratio of the ferrite phase in the structure of the granular steel phase is 20% or more.

請求項2に係る発明においては、請求項1記載の摺動部材において、前記粒状の鋼相の平均粒径は、45〜180μmであることを特徴とする。   In the invention which concerns on Claim 2, the average particle diameter of the said granular steel phase is 45-180 micrometers in the sliding member of Claim 1, It is characterized by the above-mentioned.

請求項3に係る発明においては、請求項1又は請求項2記載の摺動部材において、前記粒状の鋼相の表面には、前記Ni−P合金相のNi成分が拡散していることを特徴とする。   In the invention according to claim 3, in the sliding member according to claim 1 or 2, the Ni component of the Ni-P alloy phase is diffused on the surface of the granular steel phase. And

請求項4に係る発明においては、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の摺動部材において、前記界面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の表面における前記フェライト相の面積率が50%以上であるものが、前記粒状の鋼相の全体に対する体積割合で50%以上であることを特徴とする。   In the invention which concerns on Claim 4, in the sliding member in any one of Claim 1 thru | or 3, in the said interface side steel phase grain group, the area ratio of the said ferrite phase in the surface of the said granular steel phase Is 50% or more as a volume ratio with respect to the whole of the granular steel phase.

請求項5に係る発明においては、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の摺動部材において、前記Ni−P合金相の組成は、9〜13質量%のPと残部Niおよび不可避不純物からなることを特徴とする。   In the invention which concerns on Claim 5, in the sliding member in any one of Claim 1 thru | or 4, the composition of the said Ni-P alloy phase is 9-13 mass% P, remainder Ni, and an unavoidable impurity It is characterized by comprising.

請求項6に係る発明においては、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の摺動部材において、前記Ni−P合金相の組成は、9〜13質量%のP、及び選択成分として1〜4質量%のB、1〜12質量%のSi、1〜12質量%のCr、1〜3質量%のFe、0.5〜5質量%のSn、0.5〜5質量%のCuから選択される1種以上を含有し、残部Niおよび不可避不純物からなることを特徴とする。   In the invention which concerns on Claim 6, in the sliding member in any one of Claim 1 thru | or 4, the composition of the said Ni-P alloy phase is 9-13 mass% P, and is 1 as a selective component. ~ 4 mass% B, 1-12 mass% Si, 1-12 mass% Cr, 1-3 mass% Fe, 0.5-5 mass% Sn, 0.5-5 mass% Cu It contains at least one selected from the group consisting of the remaining Ni and inevitable impurities.

請求項7に係る発明においては、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の摺動部材において、前記多孔質焼結層における前記Ni−P合金相の割合は、前記多孔質焼結層の100質量部に対して前記Ni−P合金相が5〜30質量部であることを特徴とする。   In the invention which concerns on Claim 7, in the sliding member in any one of Claims 1 thru | or 6, the ratio of the said Ni-P alloy phase in the said porous sintered layer is the said porous sintered layer. The Ni-P alloy phase is 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass.

請求項1に係る発明においては、摺動層を構成する多孔質焼結層は、断面視において裏金層の表面に複数個積層された粒状の鋼相と、粒状の鋼相どうし及び粒状の鋼相と裏金層とをつなぐバインダとして機能するNi−P合金相と、からなり、有機酸や硫黄成分に対する耐食性が高い。また、鋼相は、炭素の含有量が0.8〜1.3質量%の炭素鋼であるとともに、組織がフェライト相と、パーライト相とセメンタイト相の混合相と、からなるが、炭素の含有量が0.8質量%未満の炭素鋼を用いる場合には、多孔質焼結層の強度が低く、摺動部材の耐摩耗性が不十分となる。一方、炭素の含有量が1.3質量%を超える炭素鋼を用いる場合には、後述する界面側鋼相粒群の鋼相の組織中のフェライト相の平均面積率が20%未満になりやすい。   In the invention according to claim 1, the porous sintered layer constituting the sliding layer includes a plurality of granular steel phases laminated on the surface of the back metal layer in a cross-sectional view, granular steel phases, and granular steel. It consists of a Ni-P alloy phase that functions as a binder that connects the phase and the back metal layer, and has high corrosion resistance to organic acids and sulfur components. The steel phase is a carbon steel having a carbon content of 0.8 to 1.3% by mass, and the structure is composed of a ferrite phase and a mixed phase of a pearlite phase and a cementite phase. When carbon steel having an amount of less than 0.8% by mass is used, the strength of the porous sintered layer is low, and the wear resistance of the sliding member becomes insufficient. On the other hand, when a carbon steel having a carbon content exceeding 1.3% by mass is used, the average area ratio of the ferrite phase in the steel phase structure of the interface-side steel phase grain group described later tends to be less than 20%. .

また、断面視において複数個積層された粒状の鋼相のうち、多孔質焼結層の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群では、粒状の鋼相の組織中のフェライト相の平均面積率が10%以下であることで、多孔質焼結層の耐摩耗性が高くなる。詳しくは、摺動部材が使用され、多孔質焼結層の表面に被覆した樹脂組成物が摩耗した場合には、摺動面に摺動面側鋼相粒群の粒状の鋼相が露出するようになるが、摺動面側鋼相粒群の粒状の鋼相は、組織中のフェライト相の平均面積率が10%以下であり、硬い鋼相であることから、摺動層の耐摩耗性が高くなる。なお、摺動面側鋼相粒群の粒状の鋼相の組織中のフェライト相の平均面積率が10%を超えると、摺動層の耐摩耗性を高める効果が低下する。一方、多孔質焼結層の裏金層との界面側に配置された界面側鋼相粒群では、粒状の鋼相の組織中のフェライト相の平均面積率が20%以上であることで、摺動層の樹脂組成物と界面側鋼相粒群の鋼相との界面での熱膨張量の差が小さく、その界面でのせん断が起き難くなり、摺動層の樹脂組成物と粒状の鋼相との接合を強くすることができ、同時に、Ni−P合金相と界面側鋼相粒群の鋼相との界面でのせん断が起き難くなり、多孔質焼結層の強度を高めることができる。   Moreover, among the granular steel phases laminated in cross-section, the sliding surface side steel phase grain group arranged on the sliding surface side of the porous sintered layer has a ferrite in the structure of the granular steel phase. When the average area ratio of the phase is 10% or less, the wear resistance of the porous sintered layer is increased. Specifically, when a sliding member is used and the resin composition coated on the surface of the porous sintered layer is worn, the granular steel phase of the sliding surface side steel phase grain group is exposed on the sliding surface. However, since the granular steel phase of the sliding surface side steel phase grain group is a hard steel phase with an average area ratio of the ferrite phase in the structure being 10% or less, the wear resistance of the sliding layer Increases nature. In addition, when the average area ratio of the ferrite phase in the structure of the granular steel phase of the sliding surface side steel phase grain group exceeds 10%, the effect of increasing the wear resistance of the sliding layer is lowered. On the other hand, in the interface-side steel phase grain group arranged on the interface side with the back metal layer of the porous sintered layer, the average area ratio of the ferrite phase in the structure of the granular steel phase is 20% or more. The difference in thermal expansion at the interface between the resin composition of the dynamic layer and the steel phase of the interface-side steel phase grain group is small, making it difficult for shear to occur at the interface, and the resin composition of the sliding layer and the granular steel It is possible to increase the strength of the porous sintered layer because it is difficult to cause shearing at the interface between the Ni-P alloy phase and the steel phase of the interface-side steel phase grain group. it can.

裏金層の表面に摺動層を形成した摺動部材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the sliding member which formed the sliding layer in the surface of the back metal layer. 摺動面側鋼相粒群の粒状の鋼相の組織を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure | tissue of the granular steel phase of a sliding surface side steel phase grain group. 界面側鋼相粒群の粒状の鋼相の組織を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure | tissue of the granular steel phase of an interface side steel phase grain group. 別実施形態の界面側鋼相粒群の粒状の鋼相の組織を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure | tissue of the granular steel phase of the interface side steel phase grain group of another embodiment. 別実施形態の摺動層を形成した摺動部材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the sliding member in which the sliding layer of another embodiment was formed. 裏金層の表面に粉末散布した状態の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the state which spread | dispersed the powder on the surface of the back metal layer. 従来の摺動部材を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional sliding member.

本実施形態に係る摺動部材1について、図1乃至図3を参照して説明する。図1は、裏金層2の表面にNi−P合金相7と粒状の鋼相6とからなる多孔質焼結層4と樹脂組成物5とからなる摺動層3を形成した摺動部材1の断面を示す模式図である。図2は、摺動面側鋼相粒群6UGの粒状の鋼相6Uの組織を示す拡大図である。図3は、界面側鋼相粒群6LGの粒状の鋼相6Lの組織を示す拡大図である。   A sliding member 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 shows a sliding member 1 in which a sliding layer 3 composed of a porous sintered layer 4 composed of a Ni—P alloy phase 7 and a granular steel phase 6 and a resin composition 5 is formed on the surface of a backing metal layer 2. It is a schematic diagram which shows the cross section. FIG. 2 is an enlarged view showing the structure of the granular steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG. FIG. 3 is an enlarged view showing the structure of the granular steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG.

図1に示すように、摺動部材1は、裏金層2と摺動層3とからなり、摺動層3は、裏金層2上に形成された多孔質焼結層4と該多孔質焼結層の空孔部および表面に含浸被覆された樹脂組成物5とからなる。また、多孔質焼結層4は、粒状の鋼相6とNi−P合金相7とからなる。この粒状の鋼相6は、摺動部材1の摺動面に対して垂直方向の断面視において、裏金層2の表面に複数個(図1では2個)積層されている。また、Ni−P合金相7は、鋼相6の粒どうし、あるいは、鋼相6の粒と裏金層2の表面とをつなぐバインダとして機能し、鋼相6の粒どうし、あるいは、鋼相6の粒と裏金層2の表面とは、Ni−P合金相7を介して接合している。なお、鋼相6の粒どうし、あるいは、鋼相6の粒と裏金層2の表面とは、直接、接触、あるいは、焼結により接合している部分が形成されていてもよい。また、鋼相6の粒は、表面の一部がNi−P合金相7により覆われていない部分が形成されているが、鋼相6の粒の表面の全てがNi−P合金相7により覆われていてもよい。ただし、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された鋼相6Uは、粒の表面のうち摺動面側の表面がNi−P合金相7により覆われないようにすることが好ましい。また、多孔質焼結層4は、樹脂組成物5を含浸させるための空孔を有し、その空孔率は10〜60%である。より好ましくは、空孔率は20〜40%である。   As shown in FIG. 1, the sliding member 1 includes a backing metal layer 2 and a sliding layer 3, and the sliding layer 3 includes a porous sintered layer 4 formed on the backing metal layer 2 and the porous firing layer. And a resin composition 5 impregnated and coated on the surface of the pores of the binder layer. The porous sintered layer 4 includes a granular steel phase 6 and a Ni—P alloy phase 7. A plurality (two in FIG. 1) of the granular steel phases 6 are laminated on the surface of the back metal layer 2 in a cross-sectional view perpendicular to the sliding surface of the sliding member 1. The Ni-P alloy phase 7 functions as a binder that connects the grains of the steel phase 6 or the grains of the steel phase 6 and the surface of the back metal layer 2, and the grains of the steel phase 6 or the steel phase 6 The grains and the surface of the back metal layer 2 are bonded via the Ni-P alloy phase 7. The grains of the steel phase 6 or the grains of the steel phase 6 and the surface of the back metal layer 2 may be formed with a portion that is directly contacted or joined by sintering. Moreover, although the part of the surface of the grain of the steel phase 6 is not covered with the Ni—P alloy phase 7, all the surface of the grain of the steel phase 6 is made of the Ni—P alloy phase 7. It may be covered. However, it is preferable that the steel phase 6U disposed on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 does not cover the surface on the sliding surface side of the grain surface with the Ni-P alloy phase 7. . The porous sintered layer 4 has pores for impregnating the resin composition 5, and the porosity is 10 to 60%. More preferably, the porosity is 20 to 40%.

粒状の鋼相6の組成は、炭素成分を0.8質量%〜1.3質量%含有する炭素鋼であり、一般市販されるアトマイズ法による粒状の過共析鋼を用いることができる。このような炭素鋼を用いることで、有機酸や硫黄成分に対する耐食性は、従来の銅合金を用いるよりも優れている。なお、粒状の鋼相6の組成は、前記炭素成分を含有し、さらに、1.3質量%以下のSi、1.3質量%以下のMn、0.05質量%以下のP、0.05質量%以下のSのいずれか1種以上を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる組成であってもよい。また、鋼相6の組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と、からなるが、微細な析出物(走査電子顕微鏡を用い1000倍で組織観察を行っても検出できない析出物相)を含むことは許容される。また、粒状の鋼相6は、その表面(Ni−P合金相7との界面となる表面)に、Ni−P合金相7の成分との反応相が形成されていてもよい。そして、このような粒状の鋼相6とNi−P合金相7とから多孔質焼結層4が構成されていることで、有機酸や硫黄成分に対する耐食性に優れている。   The composition of the granular steel phase 6 is a carbon steel containing 0.8% by mass to 1.3% by mass of a carbon component, and a granular hypereutectoid steel obtained by an atomization method that is commercially available can be used. By using such carbon steel, the corrosion resistance to organic acids and sulfur components is superior to that of using conventional copper alloys. In addition, the composition of the granular steel phase 6 contains the carbon component, and further 1.3 wt% or less of Si, 1.3 wt% or less of Mn, 0.05 wt% or less of P, 0.05 The composition may contain any one or more of S of less than or equal to mass% and consist of the remaining Fe and inevitable impurities. Further, the structure of the steel phase 6 is composed of a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase, but it is detected even if fine precipitates (observation of the structure at 1000 times using a scanning electron microscope) Including a non-precipitate precipitate phase). In addition, the granular steel phase 6 may have a reaction phase with a component of the Ni—P alloy phase 7 formed on the surface thereof (the surface serving as an interface with the Ni—P alloy phase 7). And since the porous sintered layer 4 is comprised from such a granular steel phase 6 and the Ni-P alloy phase 7, it is excellent in the corrosion resistance with respect to an organic acid or a sulfur component.

また、粒状の鋼相6の組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と、からなるが、摺動部材1の断面視において裏金層2上に複数個積層された鋼相6のうち、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、組織中のフェライト相9の平均面積率が10%以下となっており、一方、多孔質焼結層4の裏金層2との界面側に配置された界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lは、組織中のフェライト相9の平均面積率が20%以上となっている。なお、摺動部材1の摺動面に対して垂直方向の断面視において、多孔質焼結層4の表面側(摺動部材1の摺動面側の多孔質焼結層4の表面であって、図1において上側)に配置された複数の鋼相6のうち、鋼相6の粒の表面が、最も上側に位置している鋼相6の粒の表面(摺動面に最も近い表面の頂部)を基準点Pとし、この基準点Pを通り摺動面に対して平行な仮想線(図1の破線で示す線)を多孔質焼結層4の表面Fとする。上記した摺動面側鋼相粒群6UGは、多孔質焼結層4の粒状の鋼相6のうち、多孔質焼結層の表面Fから裏金層2の界面側に向かって鋼相6の粒の平均粒径の値の半分に相当する深さD1の範囲内に鋼相6の断面の少なくとも一部が含まれる鋼相6Uの集まりである。また、界面側鋼相粒群6LGは、多孔質焼結層4の粒状の鋼相6のうち、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uより裏金層2との界面側に配置された鋼相6Lの集まりであって、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uを除く鋼相6Lの集まりである。   The structure of the granular steel phase 6 is composed of a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase, and a plurality of layers are laminated on the back metal layer 2 in a sectional view of the sliding member 1. Among the steel phases 6, the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG arranged on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 has an average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure of 10% or less. On the other hand, in the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG arranged on the interface side of the porous sintered layer 4 with the back metal layer 2, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is 20 % Or more. Note that, in a cross-sectional view perpendicular to the sliding surface of the sliding member 1, the surface side of the porous sintered layer 4 (the surface of the porous sintered layer 4 on the sliding surface side of the sliding member 1). Among the plurality of steel phases 6 arranged on the upper side in FIG. 1, the surface of the grain of the steel phase 6 is the surface of the grain of the steel phase 6 located on the uppermost side (the surface closest to the sliding surface). ) Is defined as a reference point P, and a virtual line (line indicated by a broken line in FIG. 1) passing through the reference point P and parallel to the sliding surface is defined as a surface F of the porous sintered layer 4. The sliding surface side steel phase grain group 6UG described above includes the steel phase 6 of the granular steel phase 6 of the porous sintered layer 4 from the surface F of the porous sintered layer toward the interface side of the back metal layer 2. This is a group of steel phases 6U in which at least a part of the cross section of the steel phase 6 is included in the range of the depth D1 corresponding to half of the value of the average grain size of the grains. The interface-side steel phase grain group 6LG is arranged on the interface side with the back metal layer 2 from the steel phase 6U of the sliding surface-side steel phase grain group 6UG in the granular steel phase 6 of the porous sintered layer 4. This is a group of steel phases 6L excluding the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG.

なお、多孔質焼結層4における粒状の鋼相6は、平均粒径が45〜180μmであればよい。このような平均粒径の鋼相6を用いることで、多孔質焼結層4には、樹脂組成物5を含浸させるために好適な空孔が形成される。鋼相6の平均粒径が45μm未満であると、多孔質焼結層4に形成される各空孔部のサイズが小さくなり、樹脂組成物5を含浸させ難くなる。一方、鋼相6の平均粒径が180μmを超えると、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの組織中のフェライト相9の割合が少なくなる場合がある。   In addition, the granular steel phase 6 in the porous sintered layer 4 should just have an average particle diameter of 45-180 micrometers. By using the steel phase 6 having such an average particle diameter, pores suitable for impregnating the resin composition 5 are formed in the porous sintered layer 4. When the average particle size of the steel phase 6 is less than 45 μm, the size of each hole formed in the porous sintered layer 4 becomes small, and it becomes difficult to impregnate the resin composition 5. On the other hand, when the average particle diameter of the steel phase 6 exceeds 180 μm, the ratio of the ferrite phase 9 in the structure of the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG may decrease.

Ni−P合金相7の組成は、9〜13質量%のPと残部Niおよび不可避不純物からなる。このNi−P合金相7の組成は、Ni−P合金の融点が低くなる組成範囲である。なお、Ni−P合金相7の組成は、10〜12質量%のPと残部Niおよび不可避不純物からなることがより望ましい。裏金層2上に多孔質焼結層4を焼結するときの昇温過程では、後述するが、多孔質焼結層4のNi−P合金相7成分の全てを液相化させて、Ni成分を鋼相6の表面に拡散させる。このNi成分の鋼相6の表面への拡散は、鋼相6の組織中のフェライト相9の形成に関係している。また、Ni−P合金相7の組成において、Pの含有量が9質量%未満、あるいは13質量%を超えると、Ni−P合金の融点が高くなる。これにより、焼結時、Ni−P合金の液相の発生量が減少し、Ni成分が鋼相6の表面に拡散し難くなり、鋼相6の組織中にフェライト相9が形成され難くなる。   The composition of the Ni-P alloy phase 7 consists of 9 to 13% by mass of P, the balance Ni and unavoidable impurities. The composition of the Ni—P alloy phase 7 is a composition range in which the melting point of the Ni—P alloy is lowered. The composition of the Ni-P alloy phase 7 is more preferably composed of 10 to 12% by mass of P, the remaining Ni and inevitable impurities. In the temperature raising process when the porous sintered layer 4 is sintered on the back metal layer 2, as will be described later, all of the seven components of the Ni-P alloy phase of the porous sintered layer 4 are made into a liquid phase, and Ni The components are diffused on the surface of the steel phase 6. The diffusion of the Ni component to the surface of the steel phase 6 is related to the formation of the ferrite phase 9 in the structure of the steel phase 6. Further, in the composition of the Ni—P alloy phase 7, when the P content is less than 9 mass% or exceeds 13 mass%, the melting point of the Ni—P alloy becomes high. As a result, the amount of the liquid phase of the Ni—P alloy is reduced during sintering, the Ni component is less likely to diffuse to the surface of the steel phase 6, and the ferrite phase 9 is less likely to be formed in the structure of the steel phase 6. .

なお、Ni−P合金相7は、前記組成に、さらに、選択成分として1〜4質量%のB、1〜12質量%のSi、1〜12質量%のCr、1〜3質量%のFe、0.5〜5質量%のSn、0.5〜5質量%のCuから選択される1種以上を含有させて、Ni−P合金相7の強度を調整してもよい。このように、Ni−P合金相7は、これらの選択成分を含有しても、鋼相6の組織中のフェライト相9の形成には影響しない。なお、選択成分の中でCu成分をNi−P合金相7に含有させる場合、Ni−P合金相7の耐食性に影響を及ぼさないようにするため、その含有量は5質量%以下にする必要がある。また、これら選択成分を含有するNi−P合金相7は、Ni素地部が必須成分であるP及び選択成分であるB、Si、Cr、Fe、Sn、Cuを固溶した形態の組織が好ましいが、Ni素地部が含有成分による2次相(析出物、晶出物)を含んだ形態の組織であってもよい。   In addition, the Ni-P alloy phase 7 is further added to the above composition as an optional component of 1 to 4% by mass of B, 1 to 12% by mass of Si, 1 to 12% by mass of Cr, and 1 to 3% by mass of Fe. The strength of the Ni-P alloy phase 7 may be adjusted by adding one or more selected from 0.5 to 5% by mass of Sn and 0.5 to 5% by mass of Cu. Thus, even if the Ni-P alloy phase 7 contains these selective components, it does not affect the formation of the ferrite phase 9 in the structure of the steel phase 6. In addition, in order to prevent the corrosion resistance of the Ni-P alloy phase 7 from being affected when the Cu component is included in the Ni-P alloy phase 7 among the selected components, the content needs to be 5% by mass or less. There is. Further, the Ni—P alloy phase 7 containing these selective components preferably has a structure in which the Ni base portion is a solid solution with P as an essential component and B, Si, Cr, Fe, Sn, and Cu as selective components. However, the Ni base portion may have a structure including a secondary phase (precipitate and crystallized product) due to the contained component.

多孔質焼結層4におけるNi−P合金相7の割合は、多孔質焼結層4の100質量部に対してNi−P合金相7が5〜30質量部であり、より好ましくは、10〜20質量部である。このNi−P合金相7の割合は、鋼相6の粒どうし、あるいは、鋼相6の粒と裏金層2の表面とを結びつけるバインダとなる形態の多孔質焼結層4を形成するために好適な範囲である。Ni−P合金相7の割合が5質量部未満であると、多孔質焼結層4の強度や、多孔質焼結層4と裏金層2との接合が不十分となる。一方、Ni−P合金相7の割合が30質量部を超えると、焼結時、空孔となるべき部分がNi−P合金の液相で充填されてしまうので、多孔質焼結層4の空孔率が小さくなりすぎるようになり、また、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uの組織中のフェライト相9の割合が多くなってしまう。   The ratio of the Ni—P alloy phase 7 in the porous sintered layer 4 is 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the porous sintered layer 4, more preferably 10 ˜20 parts by mass. The ratio of the Ni—P alloy phase 7 is used to form the porous sintered layer 4 in a form that serves as a binder for connecting the grains of the steel phase 6 or the grains of the steel phase 6 and the surface of the back metal layer 2. It is a suitable range. When the proportion of the Ni-P alloy phase 7 is less than 5 parts by mass, the strength of the porous sintered layer 4 and the bonding between the porous sintered layer 4 and the back metal layer 2 are insufficient. On the other hand, when the proportion of the Ni-P alloy phase 7 exceeds 30 parts by mass, the portion to be vacant during the sintering is filled with the liquid phase of the Ni-P alloy. The porosity becomes too small, and the ratio of the ferrite phase 9 in the structure of the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG increases.

樹脂組成物5は、多孔質焼結層4の空孔部および表面に含浸被覆される。図2及び図3に示すように、樹脂組成物5は、多孔質焼結層4の粒状の鋼相6の表面、あるいは、Ni−P合金相7の表面と接している。樹脂組成物5としては、一般的な摺動用の樹脂組成物を用いることができる。具体的には、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、 ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、エポキシ、フェノール、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイドのいずれか一種以上の樹脂に、さらに、固体潤滑剤としてグラファイト、グラフェン、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリオレフィン、窒化ホウ素、二硫化錫のいずれか一種以上を含む樹脂組成物を用いることができる。また、樹脂組成物5には、さらに充填剤として、粒状、あるいは、繊維状の金属、金属化合物、セラミック、無機化合物、有機化合物のいずれか一種以上を含有させることができる。なお、樹脂組成物5を構成する樹脂、固体潤滑剤、充填剤は、ここで例示したものに限定されない。   The resin composition 5 is impregnated and coated on the pores and the surface of the porous sintered layer 4. As shown in FIGS. 2 and 3, the resin composition 5 is in contact with the surface of the granular steel phase 6 of the porous sintered layer 4 or the surface of the Ni—P alloy phase 7. As the resin composition 5, a general sliding resin composition can be used. Specifically, any one or more of fluororesin, polyetheretherketone, polyamide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, epoxy, phenol, polyacetal, polyethylene, polypropylene, polyolefin, polyphenylene sulfide, and solid As the lubricant, a resin composition containing any one or more of graphite, graphene, graphite fluoride, molybdenum disulfide, fluororesin, polyethylene, polyolefin, boron nitride, and tin disulfide can be used. Further, the resin composition 5 may further contain one or more of granular or fibrous metals, metal compounds, ceramics, inorganic compounds, and organic compounds as fillers. In addition, the resin, the solid lubricant, and the filler constituting the resin composition 5 are not limited to those exemplified here.

図2に示すように、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uの組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と、からなり、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、組織中のフェライト相9の平均面積率が10%以下となっている。また、図2に示すように、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、粒の表面のうち摺動面側の表面がNi−P合金相7により覆われていないが、該摺動面側の表面付近では、組織中のフェライト相9が特に少なくなっている。一方、鋼相6Uは、粒の表面のうち裏金層2側の表面がバインダであるNi−P合金相7と接するが、裏金層2側の表面付近では、組織中のフェライト相9が多くなっている。   As shown in FIG. 2, the structure of the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG is composed of a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase. In the steel phase 6U of the grain group 6UG, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is 10% or less. Further, as shown in FIG. 2, the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG is not covered with the Ni-P alloy phase 7 in the surface of the sliding surface side of the grain surface. Near the surface on the sliding surface side, the ferrite phase 9 in the structure is particularly small. On the other hand, the steel phase 6U is in contact with the Ni-P alloy phase 7 which is the binder on the back metal layer 2 side of the grain surface, but the ferrite phase 9 in the structure increases in the vicinity of the surface on the back metal layer 2 side. ing.

図3に示すように、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相の混合相10と、からなり、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lは、組織中のフェライト相9の平均面積率が20%以上となっている。鋼相6Lにおけるフェライト相9は、炭素成分の含有量が最大で0.02質量%と少なく、純鉄に近い組成の相である。一方、鋼相6Lにおけるパーライト相とセメンタイト相との混合相10は、フェライト相と鉄炭化物であるセメンタイト相(FeC)とが薄い板状に交互に並んで形成されるラメラ組織の相であるパーライト相と、鉄炭化物であるセメンタイト相と、が混在した相である。また、パーライト相とセメンタイト相との混合相10は、フェライト相9よりも炭素成分の量が多く、フェライト相9よりも硬い相である。そして、図3に示すように、樹脂組成物5あるいはNi−P合金相7との界面となる鋼相6Lの表面付近の組織中には、鋼相6Lの粒の中心部における組織中よりも多くのフェライト相9が形成されている。なお、本発明におけるフェライト相9は、前記したパーライト相を構成するフェライト相を含まない。また、パーライト相とセメンタイト相との混合相10は、ベイナイト相、ソルバイト相、トールースタイト相、マルテンサイト相を含んでいてもよい。 As shown in FIG. 3, the structure of the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG is composed of a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase, and the steel of the interface-side steel phase grain group 6LG. In the phase 6L, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is 20% or more. The ferrite phase 9 in the steel phase 6L is a phase having a composition close to that of pure iron, with a maximum carbon component content of 0.02% by mass. On the other hand, the mixed phase 10 of the pearlite phase and the cementite phase in the steel phase 6L is a lamellar structure phase in which the ferrite phase and the cementite phase (Fe 3 C) that is iron carbide are alternately arranged in a thin plate shape. It is a phase in which a certain pearlite phase and a cementite phase that is iron carbide are mixed. Further, the mixed phase 10 of the pearlite phase and the cementite phase has a larger amount of carbon component than the ferrite phase 9 and is a harder phase than the ferrite phase 9. As shown in FIG. 3, the structure near the surface of the steel phase 6 </ b> L serving as the interface with the resin composition 5 or the Ni—P alloy phase 7 is more than in the structure at the center of the grain of the steel phase 6 </ b> L. Many ferrite phases 9 are formed. In addition, the ferrite phase 9 in this invention does not contain the ferrite phase which comprises an above described pearlite phase. Further, the mixed phase 10 of the pearlite phase and the cementite phase may include a bainite phase, a sorbite phase, a tallostite phase, and a martensite phase.

なお、図2に示す摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uの組織、及び図3に示す界面鋼相粒群6LGの鋼相6Lの組織は、一例であり、図2や図3に示す組織には限定されない。鋼相6U及び鋼相6Lは、粒の表面の全体がNi−P合金相7により覆われた形態でもよく、また、組織中にフェライト相9が均一に分布した形態であってもよい。   The structure of the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG shown in FIG. 2 and the structure of the steel phase 6L of the interface steel phase grain group 6LG shown in FIG. 3 are examples, and FIG. 2 and FIG. It is not limited to the organization shown. The steel phase 6U and the steel phase 6L may have a form in which the entire grain surface is covered with the Ni-P alloy phase 7, or a form in which the ferrite phase 9 is uniformly distributed in the structure.

本実施形態では、電子顕微鏡を用いて摺動部材1の厚さ方向に対して平行方向に切断された複数個所(例えば、3箇所)の断面組織を倍率500倍で電子像を撮影し、その画像を一般的な画像解析手法(解析ソフト:Image−Pro Plus(Version4.5);(株)プラネトロン製)を用いて、まず、段落0021で説明した摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uと界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lとの区分けを行う。次に、同手法を用い、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uの組織中のフェライト相9の平均面積率、および、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの組織中のフェライト相9の平均面積率を測定する。   In the present embodiment, an electron image is taken at a magnification of 500 times of cross-sectional structures at a plurality of locations (for example, 3 locations) cut in a direction parallel to the thickness direction of the sliding member 1 using an electron microscope. Using a general image analysis method (analysis software: Image-Pro Plus (Version 4.5); manufactured by Planetron Co., Ltd.), first, the steel of the sliding surface side steel phase grain group 6UG described in paragraph 0021 is used. The phase 6U and the steel phase 6L of the interface side steel phase grain group 6LG are classified. Next, using the same method, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure of the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG, and the structure of the steel phase 6L of the interface side steel phase grain group 6LG The average area ratio of the ferrite phase 9 is measured.

また、多孔質焼結層4の鋼相6には、Ni−P合金相7のNi成分が拡散していることで、摺動層3の樹脂組成物5あるいはNi−P合金相7との接合を強くすることができる。多孔質焼結層4のNi−P合金相7から鋼相6に拡散したNi成分は極微量であるが、EPMA(エレクトロンプローブマイクロアナライザー)測定により確認される。また、鋼相6の組織中のNi成分は、鋼相6の表面付近のフェライト相9に固溶された形態で存在しており、樹脂組成物5あるいはNi−P合金相7との界面となる鋼相6の表面から内部へ向かって次第にNi成分の濃度が減少していることが確認できる。なお、鋼相6の組織中には、NiP(金属間化合物)の相が形成されていない。 Further, since the Ni component of the Ni—P alloy phase 7 is diffused in the steel phase 6 of the porous sintered layer 4, the resin composition 5 of the sliding layer 3 or the Ni—P alloy phase 7 is in contact with the steel phase 6. Bonding can be strengthened. The Ni component diffused from the Ni—P alloy phase 7 of the porous sintered layer 4 to the steel phase 6 is extremely small, but is confirmed by EPMA (Electron Probe Microanalyzer) measurement. Further, the Ni component in the structure of the steel phase 6 exists in the form of a solid solution in the ferrite phase 9 near the surface of the steel phase 6, and the interface with the resin composition 5 or the Ni—P alloy phase 7 It can be confirmed that the concentration of the Ni component gradually decreases from the surface of the steel phase 6 to the inside. In the structure of the steel phase 6, a Ni 3 P (intermetallic compound) phase is not formed.

図4は、別実施形態の界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの組織を示す拡大図である。この鋼相6Lは、図3に示した鋼相6Lよりも、粒の表面付近でフェライト相9が特に多く形成されている。界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lは、図4に示すように、粒の表面でのフェライト相9の面積率が50%以上であるものが、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの全体に対する体積割合で50%以上になっていることで、さらに、摺動層3の樹脂組成物5あるいはNi−P合金相7との接合を強くすることができる。   FIG. 4 is an enlarged view showing the structure of the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG of another embodiment. In this steel phase 6L, more ferrite phase 9 is formed near the surface of the grains than in the steel phase 6L shown in FIG. As shown in FIG. 4, the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG has an area ratio of 50% or more of the ferrite phase 9 on the grain surface. By being 50% or more in the volume ratio with respect to the whole 6L, joining with the resin composition 5 or the Ni-P alloy phase 7 of the sliding layer 3 can be strengthened further.

なお、鋼相6Lの粒の表面におけるフェライト相9の面積率は、直接、測定はできないが、電子顕微鏡を用いて摺動部材1の厚さ方向に対して平行方向に切断された複数個所(例えば、3箇所)の断面組織を倍率500倍で電子像を撮影し、その画像を一般的な画像解析手法(解析ソフト:Image−Pro Plus(Version4.5);(株)プラネトロン製)を用いて、画像中の各鋼相6Lの輪郭線の全長に対するフェライト相9による輪郭線の長さの割合(鋼相6Lの外周である輪郭線のうちフェライト相9に相当する部分の長さの割合)を測定することにより確認できる。次に、画像中の界面側鋼相粒群6LGの全鋼相6Lの面積の和(A1)と、粒の表面におけるフェライト相9の面積率が50%以上であった鋼相6Lの面積の和(A2)を測定し、その比(A2/A1)を算出することで、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの全体積に対して粒の表面でのフェライト相9の面積率が50%以上であった鋼相6Lの体積割合(体積率)を確認することができる。   In addition, although the area ratio of the ferrite phase 9 on the surface of the grain of the steel phase 6L cannot be directly measured, a plurality of locations (in a direction parallel to the thickness direction of the sliding member 1 using an electron microscope ( For example, an electronic image of a cross-sectional structure at three locations is taken at a magnification of 500 times, and the image is used using a general image analysis method (analysis software: Image-Pro Plus (Version 4.5); manufactured by Planetron Co., Ltd.). The ratio of the length of the contour line by the ferrite phase 9 to the total length of the contour line of each steel phase 6L in the image (the ratio of the length corresponding to the ferrite phase 9 in the contour line that is the outer periphery of the steel phase 6L) ) Can be confirmed by measuring. Next, the sum (A1) of the area of all the steel phases 6L of the interface side steel phase grain group 6LG in the image and the area of the steel phase 6L in which the area ratio of the ferrite phase 9 on the grain surface was 50% or more. By measuring the sum (A2) and calculating the ratio (A2 / A1), the area ratio of the ferrite phase 9 on the surface of the grains with respect to the total volume of the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG is The volume ratio (volume ratio) of the steel phase 6L, which was 50% or more, can be confirmed.

図5は、別実施形態の多孔質焼結層4を形成した摺動部材1の断面を示す模式図である。この多孔質焼結層4では、図5に示すように、摺動部材1の摺動面に対して垂直方向の断面視において、粒状の鋼相6が、裏金層2の表面に3個積層されており、図1に示した多孔質焼結層4よりも多くの粒状の鋼相6が、裏金層2の表面に積層されている。なお、粒状の鋼相6は、裏金層2の表面に4個以上積層されてもよい。   FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of the sliding member 1 on which the porous sintered layer 4 of another embodiment is formed. In this porous sintered layer 4, as shown in FIG. 5, three granular steel phases 6 are laminated on the surface of the back metal layer 2 in a cross-sectional view perpendicular to the sliding surface of the sliding member 1. More granular steel phases 6 than the porous sintered layer 4 shown in FIG. 1 are laminated on the surface of the back metal layer 2. Four or more granular steel phases 6 may be laminated on the surface of the back metal layer 2.

次に、従来の摺動部材11における摺動層13の樹脂組成物15と多孔質焼結層14との接合について、図7を参照して説明する。図7は、従来の裏金層12上に組織がパーライト相とセメンタイト相とからなる炭素鋼(過共析鋼)粉末を焼結し、多孔質焼結層14を形成した摺動部材11を示す模式図である。焼結後の多孔質焼結層14の組織は、パーライト相とセメンタイト相とからなる。   Next, the joining of the resin composition 15 of the sliding layer 13 and the porous sintered layer 14 in the conventional sliding member 11 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a sliding member 11 in which a porous sintered layer 14 is formed by sintering a carbon steel (hypereutectoid steel) powder whose structure is composed of a pearlite phase and a cementite phase on a conventional back metal layer 12. It is a schematic diagram. The structure of the sintered porous layer 14 after sintering consists of a pearlite phase and a cementite phase.

摺動層13の樹脂組成物15との界面となる多孔質焼結層14の表面(炭素鋼の表面)は、パーライト相とセメンタイト相からなるので、摺動層13の樹脂組成物15との接合が弱い。図7に示すように、そのような多孔質焼結層14を摺動部材11として用いた場合、局部的に摺動層13の樹脂組成物15と多孔質焼結層14との界面でせん断が起こる場合がある。これは、摺動部材11が使用される温度が上昇すると、多孔質焼結層14よりも摺動層13の樹脂組成物15の熱膨張量が大きいので、摺動層13の樹脂組成物15と多孔質焼結層14との界面でせん断応力が発生するためである。   Since the surface (the surface of the carbon steel) of the porous sintered layer 14 that serves as an interface between the sliding layer 13 and the resin composition 15 is composed of a pearlite phase and a cementite phase, Bonding is weak. As shown in FIG. 7, when such a porous sintered layer 14 is used as the sliding member 11, shearing is locally performed at the interface between the resin composition 15 of the sliding layer 13 and the porous sintered layer 14. May happen. This is because when the temperature at which the sliding member 11 is used increases, the thermal expansion amount of the resin composition 15 of the sliding layer 13 is larger than that of the porous sintered layer 14, and thus the resin composition 15 of the sliding layer 13. This is because shear stress is generated at the interface between the porous sintered layer 14 and the porous sintered layer 14.

具体的には、多孔質焼結層14におけるセメンタイト相およびパーライト相の熱膨張係数は、摺動部材11の樹脂組成物15の熱膨張係数よりも小さい。このため、摺動部材11の温度が上昇したとき、摺動層13の樹脂組成物15と多孔質焼結層14との熱膨張量の差によるせん断力で、摺動層13の樹脂組成物15と多孔質焼結層14との界面でせん断が起こり易い。これに対し、本実施形態では、摺動層3の樹脂組成物5との界面となる多孔質焼結層4の鋼相6は、図7に示した従来の摺動部材11と同じく、組織がパーライト相とセメンタイト相とからなる炭素鋼(過共析鋼)粉末を用いるが、焼結後の多孔質焼結層4の鋼相6の組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と、からなる。この鋼相6は、Ni−P合金相7をバインダとし裏金層2の表面に複数個積層されているが、多孔質焼結層4の裏金層2との界面側に配置された界面側鋼相粒群6LGでは、粒状の鋼相6Lの組織中のフェライト相9の平均面積率が20%以上となっていることで、摺動層3の樹脂組成物5と界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの界面での熱膨張量の差が小さく、その界面でのせん断が起き難くなり、摺動層3の樹脂組成物5と粒状の鋼相6Lとの接合を強くすることができる。また、Ni−P合金相7と界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lとの接合が強くなり、多孔質焼結層4の強度を高めることができる。   Specifically, the thermal expansion coefficients of the cementite phase and the pearlite phase in the porous sintered layer 14 are smaller than the thermal expansion coefficient of the resin composition 15 of the sliding member 11. For this reason, when the temperature of the sliding member 11 rises, the resin composition of the sliding layer 13 is caused by the shear force due to the difference in thermal expansion between the resin composition 15 of the sliding layer 13 and the porous sintered layer 14. Shear is likely to occur at the interface between 15 and the porous sintered layer 14. On the other hand, in the present embodiment, the steel phase 6 of the porous sintered layer 4 serving as the interface with the resin composition 5 of the sliding layer 3 has the same structure as the conventional sliding member 11 shown in FIG. Uses a carbon steel (hypereutectoid steel) powder composed of a pearlite phase and a cementite phase. The structure of the steel phase 6 of the sintered porous layer 4 after sintering is composed of a ferrite phase 9, a pearlite phase and a cementite phase. And a mixed phase 10. The steel phase 6 has a Ni-P alloy phase 7 as a binder and a plurality of layers are laminated on the surface of the back metal layer 2, but the interface side steel disposed on the interface side of the porous sintered layer 4 with the back metal layer 2. In the phase grain group 6LG, since the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure of the granular steel phase 6L is 20% or more, the resin composition 5 of the sliding layer 3 and the interface side steel phase grain group 6LG The difference in the amount of thermal expansion at the interface of the steel phase 6L is small, shearing at the interface is difficult to occur, and the bonding between the resin composition 5 of the sliding layer 3 and the granular steel phase 6L can be strengthened. . Moreover, the joining of the Ni-P alloy phase 7 and the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG becomes strong, and the strength of the porous sintered layer 4 can be increased.

なお、段落0028に記載したが、セメンタイト相は鉄炭化物(FeC)であり、パーライト相は、このセメンタイトを含むために、熱膨張係数が小さいが、フェライト相9は、炭素成分の含有量が最大で0.02質量%と少なく純鉄に近い組成の相であり、セメンタイト相やパーライト相に比べて熱膨張係数が大きく、摺動層3の樹脂組成物5との熱膨張係数の差が小さい。このため、摺動層3の樹脂組成物5との界面となる鋼相6Lの粒の表面に露出するフェライト相9の部分は、鋼相6Lの粒の表面と樹脂組成物5との界面での熱膨張量の差により発生するせん断力が低くなるので接合が強くなる。また、鋼相6Lのフェライト相9は、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と比べてNi−P合金相7との接合が強いため、多孔質焼結層4の強度が高くなる。 Although described in paragraph 0028, the cementite phase is iron carbide (Fe 3 C), and the pearlite phase contains this cementite, so the coefficient of thermal expansion is small, but the ferrite phase 9 has a carbon component content. Is a phase having a composition as small as 0.02 mass% and close to pure iron, and has a larger thermal expansion coefficient than the cementite phase and the pearlite phase, and the difference in thermal expansion coefficient from the resin composition 5 of the sliding layer 3 Is small. For this reason, the portion of the ferrite phase 9 exposed on the surface of the grain of the steel phase 6L which becomes the interface with the resin composition 5 of the sliding layer 3 is the interface between the surface of the grain of the steel phase 6L and the resin composition 5. Since the shearing force generated due to the difference in thermal expansion between the two becomes lower, the bonding becomes stronger. Moreover, since the ferrite phase 9 of the steel phase 6L is strongly bonded to the Ni—P alloy phase 7 as compared with the mixed phase 10 of the pearlite phase and the cementite phase, the strength of the porous sintered layer 4 is increased.

一方、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、組織中のフェライト相9の平均面積率が10%以下となっている。摺動部材1が使用され、多孔質焼結層4の表面に被覆した樹脂組成物5が摩耗すると、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群6UGの粒状の鋼相6Uが露出するようになるが、鋼相6Uは、組織中のフェライト相9の平均面積率が10%以下になっていることで十分な硬さを有することから、摺動部材1の摺動層3の耐摩耗性が高くなる。なお、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lは、組織中のフェライト相9の平均面積率が20%以上であるため、摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uに比べて硬さが低くなるが、摺動面に露出することはなく、摺動層3の耐摩耗性には影響しない。   On the other hand, in the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG arranged on the sliding surface side of the porous sintered layer 4, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is 10% or less. . When the sliding member 1 is used and the resin composition 5 coated on the surface of the porous sintered layer 4 is worn, the sliding surface side steel phase grain group disposed on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 The 6UG granular steel phase 6U is exposed, but the steel phase 6U has sufficient hardness because the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is 10% or less. The wear resistance of the sliding layer 3 of the moving member 1 is increased. Note that the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG has an average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure of 20% or more, and therefore is harder than the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG. However, it is not exposed to the sliding surface and does not affect the wear resistance of the sliding layer 3.

次に、本実施形態に係る摺動部材1の作製方法について説明する。まず、炭素成分を0.8〜1.3質量%含有する炭素鋼のアトマイズ粉末とNi−P合金のアトマイズ粉末との混合粉を準備する。この混合粉の準備時には、多孔質焼結層4のNi−P合金相7となる成分を、Ni−P合金の粉末の形態で含ませる必要がある。また、Ni−P合金相7に、B、Si、Cr、Fe、Sn、Cu等の選択成分を含有させる場合には、それら選択成分を含んだNi−P合金のアトマイズ粉末と炭素鋼のアトマイズ粉末との混合粉を準備する必要がある。また、Ni−P合金の粉末は、炭素鋼の粉末(鋼相6)の平均粒径に対して10〜30%の平均粒径であるものを用いる必要がある。なお、混合粉におけるNi−P合金の粉末の割合は、混合粉の100質量部に対してNi−P合金の粉末を5〜30質量部とすることが好ましい。   Next, a method for producing the sliding member 1 according to this embodiment will be described. First, a mixed powder of an atomized powder of carbon steel containing 0.8 to 1.3% by mass of a carbon component and an atomized powder of a Ni-P alloy is prepared. When preparing the mixed powder, it is necessary to include a component that becomes the Ni-P alloy phase 7 of the porous sintered layer 4 in the form of a Ni-P alloy powder. In addition, when Ni-P alloy phase 7 contains selected components such as B, Si, Cr, Fe, Sn, Cu, etc., atomized powder of Ni-P alloy containing these selected components and atomization of carbon steel It is necessary to prepare a mixed powder with the powder. In addition, it is necessary to use Ni-P alloy powder having an average particle size of 10 to 30% with respect to the average particle size of the carbon steel powder (steel phase 6). The ratio of the Ni-P alloy powder in the mixed powder is preferably 5 to 30 parts by mass of the Ni-P alloy powder with respect to 100 parts by mass of the mixed powder.

そして、室温で、準備した混合粉を裏金上に散布し、粉末散布層を形成する。図6には、粉末散布層の焼結前の状態を示す。図6に示すように、粉末散布層中では、炭素鋼の粉末6p(鋼相6)は、裏金層2の表面に複数個(図6では2個)積層されている。Ni−P合金の粉末7pは、炭素鋼の粉末6p(鋼相6)の平均粒径に対して10〜30%の平均粒径であるものを用いると、炭素鋼の粉末6p(鋼相6)どうしの間の隙間や炭素鋼の粉末6p(鋼相6)と裏金層2の表面の間の隙間に多く存在するようになり、多孔質焼結層4の表面となる粉末散布層の表面付近では、粉末散布層の内部に比べてNi―P合金の粉末7pが少なくなる。これは、混合粉を裏金層2の表面に散布している際に、粉末散布層の表面付近に散布されたNi−P合金の粉末7pが、重力や散布時の振動の影響を受けて炭素鋼の粉末6p(鋼相6)どうしの間の隙間を通り、裏金層2の表面との界面側へ向かって流動しやいように、炭素鋼の粉末6pの平均粒径とNi−P合金の粉末7pの平均粒径とを選択しているからである。   And the prepared mixed powder is spread | dispersed on a back metal at room temperature, and a powder spreading layer is formed. In FIG. 6, the state before sintering of a powder spreading layer is shown. As shown in FIG. 6, a plurality (two in FIG. 6) of carbon steel powder 6 p (steel phase 6) are laminated on the surface of the back metal layer 2 in the powder spreading layer. When the Ni-P alloy powder 7p is 10-30% of the average particle diameter of the carbon steel powder 6p (steel phase 6), the carbon steel powder 6p (steel phase 6) is used. ) The surface of the powder-spreading layer that is present in the gaps between the carbon steel powder 6p (steel phase 6) and the surface of the back metal layer 2 and becomes the surface of the porous sintered layer 4 In the vicinity, the Ni-P alloy powder 7p is smaller than the inside of the powder spray layer. This is because when the mixed powder is dispersed on the surface of the backing metal layer 2, the Ni-P alloy powder 7 p dispersed near the surface of the powder dispersion layer is affected by gravity and vibration during dispersion. The average particle size of the carbon steel powder 6p and the Ni-P alloy so that the steel powder 6p (steel phase 6) flows easily through the gap between the steel powder 6p and toward the interface with the surface of the back metal layer 2. This is because the average particle size of the powder 7p is selected.

次に、粉末散布層を加圧することなく焼結炉を用いて、930〜1000℃の還元雰囲気中で焼結する。なお、裏金層2は、従来から一般的な炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、Ni合金等の板や条を用いることができるが、これらに限定されないで他の組成の金属の裏金を用いてもよい。焼結時において、昇温途中の880℃になると、9〜13質量%のPと残部Niの組成からなるNi−P合金の粒が溶融を始める。その液相は、炭素鋼(鋼相6)の粒どうしや、炭素鋼(鋼相6)の粒と裏金層2の表面との間で流動し、裏金層2の表面上に多孔質焼結層4の形成が開始される。9〜13質量%のPと残部Ni の組成からなるNi−P合金の粒は、950℃で完全に液相となる。なお、Pの含有量範囲を少なくした10〜12質量%のPと残部Niの組成からなるNi−P合金の粒は、930℃で完全に液相となる。   Next, it sinters in a reducing atmosphere of 930-1000 degreeC using a sintering furnace, without pressurizing a powder spreading layer. The back metal layer 2 may be a plate or strip made of carbon steel, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, Ni alloy or the like, which is conventionally used, but is not limited to these and is made of a metal having another composition. A backing metal may be used. At the time of sintering, when the temperature reaches 880 ° C. during the temperature increase, Ni—P alloy grains having a composition of 9 to 13% by mass of P and the balance Ni begin to melt. The liquid phase flows between the grains of carbon steel (steel phase 6) or between the grains of carbon steel (steel phase 6) and the surface of the back metal layer 2, and is porously sintered on the surface of the back metal layer 2. Formation of layer 4 is started. The Ni—P alloy grains composed of 9 to 13% by mass of P and the balance Ni 2 are completely in a liquid phase at 950 ° C. In addition, the grain of Ni-P alloy which consists of composition of 10-12 mass% P which reduced the content range of P, and remainder Ni becomes completely a liquid phase at 930 ° C.

焼結温度は、Ni−P合金の粒が、完全に溶融する温度以上に設定されている。また、Ni−P合金の組成は、後述するが、炭素鋼(鋼相6)の組織が完全オーステナイト相となる温度(A3変態点)以上で、完全に溶融する組成になされている。   The sintering temperature is set to be equal to or higher than the temperature at which the Ni—P alloy grains are completely melted. Although the composition of the Ni-P alloy will be described later, it is a composition that completely melts at a temperature (A3 transformation point) or higher at which the structure of the carbon steel (steel phase 6) becomes a complete austenite phase.

炭素成分を0.8〜1.3質量%含有する炭素鋼の焼結前の組織は、パーライト相とセメンタイト相との混合相10とからなる組織であるが、焼結時の昇温過程で727℃(A1変態点)になると、これら組織は、オーステナイト相への変態を始め、900℃では完全にオーステナイト相からなる組織となる。このオーステナイト相は、パーライト相やセメンタイト相よりもFe原子間の隙間(距離)が大きくなるので、多孔質焼結層4におけるNi−P合金相7のNi原子が、この隙間に侵入する拡散が起こり易い状態となる。上記したように、Ni−P合金の組成は、鋼相6の組織が完全オーステナイト相となる温度(A3変態点)以上で、完全に溶融する組成になされており、焼結温度は、Ni−P合金の粒が、完全に溶融する温度以上に設定されている。これは、液相状態のNi−P合金相7中のNi原子は、固相状態のNi−P合金相7中のNi原子よりも、鋼相6の表面におけるオーステナイト相中への拡散が起こり易いからである。   The structure before the sintering of the carbon steel containing 0.8 to 1.3% by mass of the carbon component is a structure composed of the mixed phase 10 of the pearlite phase and the cementite phase. At 727 ° C. (A1 transformation point), these structures begin to transform into an austenite phase, and at 900 ° C., the structure is completely composed of an austenite phase. Since this austenite phase has a larger gap (distance) between Fe atoms than the pearlite phase and cementite phase, the diffusion of Ni atoms in the Ni-P alloy phase 7 in the porous sintered layer 4 into this gap is prevented. It is easy to happen. As described above, the composition of the Ni-P alloy is such that the steel phase 6 is completely melted at a temperature higher than the temperature at which the structure of the steel phase 6 becomes a complete austenite phase (A3 transformation point). The temperature is set to be equal to or higher than the temperature at which the P alloy grains completely melt. This is because the Ni atoms in the Ni-P alloy phase 7 in the liquid phase state diffuse into the austenite phase on the surface of the steel phase 6 rather than the Ni atoms in the Ni-P alloy phase 7 in the solid phase state. It is easy.

なお、Ni原子の拡散は、鋼相6とNi−P合金相7との接触部のみで起こるのではなく、Ni原子は、この接触部から鋼相6とNi−P合金相7とが直接、接触しない部分である鋼相6の表面(摺動層3の樹脂組成物5と接することになる鋼相6の表面)へも拡散する。   Note that the diffusion of Ni atoms does not occur only at the contact portion between the steel phase 6 and the Ni—P alloy phase 7, but the Ni atom directly passes between the steel phase 6 and the Ni—P alloy phase 7 from this contact portion. It also diffuses to the surface of the steel phase 6 that is not in contact (the surface of the steel phase 6 that will be in contact with the resin composition 5 of the sliding layer 3).

焼結時、Ni−P合金が完全に液相状態となり、且つ、鋼相6が完全オーステナイト組織の状態となることが組み合わさって、鋼相6の表面にNi原子が拡散する。このNi原子は、オーステナイト相に固溶される結果、オーステナイト相のFe原子間の隙間に固溶されていた炭素原子が、鋼相6の内部側(粒の中心部側)へ追い出されるように拡散する。なお、液相状態にあったNi原子は、鋼相6の表面におけるオーステナイト相へ拡散し、固溶されるのと同時に固相となるので、Ni原子が鋼相6の極表面付近にしか拡散しない。   When sintering, the Ni—P alloy is completely in a liquid phase state and the steel phase 6 is in a complete austenite structure state, and Ni atoms diffuse on the surface of the steel phase 6. As a result of the Ni atoms being dissolved in the austenite phase, the carbon atoms dissolved in the gaps between the Fe atoms in the austenite phase are driven out to the inside of the steel phase 6 (the center of the grain). Spread. The Ni atoms in the liquid phase state diffuse into the austenite phase on the surface of the steel phase 6 and become a solid phase at the same time as being dissolved, so that the Ni atoms diffuse only near the pole surface of the steel phase 6. do not do.

焼結後の冷却過程で727℃(A1変態点)以下になると、オーステナイト相であったが鋼相6の組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相の混合相10とからなる組織となる。鋼相6の組織中にフェライト相が現れるのは、前記したように鋼相6の組織がオーステナイト相であったときに、Ni原子が拡散して炭素原子の濃度が低くなった部位が鋼相6のオーステナイト相組織中に部分的に形成され、この炭素原子の濃度が低くなった部位のオーステナイト相が、冷却過程で727℃(A1変態点)以下になると、フェライト相とパーライト相に変態したと考える。以上の機構により、鋼相6は、炭素成分の含有量が0.8質量%〜1.3質量%である過共析鋼(通常は、パーライト相とセメンタイト相とからなる組織)を用いるが、焼結後の組織は、フェライト相9と、パーライト相とセメンタイト相との混合相10と、からなる組織となる。   When the temperature was 727 ° C. (A1 transformation point) or lower in the cooling process after sintering, the structure of the steel phase 6 was an austenite phase, but the structure consisting of a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase Become. The ferrite phase appears in the structure of the steel phase 6 because, as described above, when the structure of the steel phase 6 is the austenite phase, the Ni atom diffuses and the carbon atom concentration is lowered. When the austenite phase in the part of the austenite phase structure of No. 6 where the carbon atom concentration is low becomes 727 ° C. (A1 transformation point) or less during the cooling process, it transforms into a ferrite phase and a pearlite phase. I think. By the above mechanism, the steel phase 6 uses hypereutectoid steel (usually a structure composed of a pearlite phase and a cementite phase) having a carbon component content of 0.8 mass% to 1.3 mass%. The structure after sintering is a structure comprising a ferrite phase 9 and a mixed phase 10 of a pearlite phase and a cementite phase.

また、図6に示すように、焼結前の粉末散布層の表面側では、焼結後にNi−P合金相7となるNi−P合金の粉末7pの割合を少なくすることで、焼結中に、炭素鋼の粉末6p(鋼相6)に対するNi−P合金中のNi原子の拡散が、粉末散布層の表面側に積層された炭素鋼の粉末6p(鋼相6U)に対しては起き難くなり、粉末散布層の裏金層3との界面側に積層された炭素鋼の粉末6p(鋼相6L)に対しては起きやすくなっている。このため、焼結後の多孔質焼結層4では、断面視において複数個積層された鋼相6のうち、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、組織中のフェライト相9の平均面積率が10%以下と少なくなるのに対し、多孔質焼結層4の裏金層2との界面側に配置された界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lは、組織中のフェライト相9の平均面積率が20%以上と多くなっている。   Further, as shown in FIG. 6, on the surface side of the powder spreading layer before sintering, the ratio of Ni-P alloy powder 7p that becomes Ni-P alloy phase 7 after sintering is reduced, so that sintering is in progress. Furthermore, the diffusion of Ni atoms in the Ni-P alloy with respect to the carbon steel powder 6p (steel phase 6) occurs with respect to the carbon steel powder 6p (steel phase 6U) laminated on the surface side of the powder spreading layer. It becomes difficult to occur with respect to the carbon steel powder 6p (steel phase 6L) laminated on the interface side with the back metal layer 3 of the powder spreading layer. For this reason, in the sintered porous layer 4 after sintering, among the steel phases 6 laminated in cross-section, the sliding surface side steel phase disposed on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 The steel phase 6U of the grain group 6UG has an average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure as low as 10% or less, whereas the interface side disposed on the interface side with the back metal layer 2 of the porous sintered layer 4 In the steel phase 6L of the steel phase grain group 6LG, the average area ratio of the ferrite phase 9 in the structure is as high as 20% or more.

また、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uは、多孔質焼結層4の裏金層2との界面側に配置された界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lに比べて拡散するNi原子の量が少ないが、特に、鋼相6Uの粒の表面のうち摺動面側の表面には、Ni原子が拡散しないか、僅かに拡散する程度である。また、多孔質焼結層4の摺動面側に配置された鋼相6Uは、粒の表面のうち摺動面側の表面がNi−P合金相7により覆われないようにすることで、多孔質焼結層4の摺動面側の表面を、粒状の鋼相6Uの表面によって形成することができる。   Further, the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG disposed on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 is disposed on the interface side of the porous sintered layer 4 with the back metal layer 2. The amount of Ni atoms diffusing is smaller than that of the steel phase 6L of the interface side steel phase grain group 6LG. In particular, is the Ni atom not diffusing on the surface on the sliding surface side of the surface of the steel phase 6U grains? , To a slight extent. Further, the steel phase 6U disposed on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 is such that the surface on the sliding surface side of the grain surface is not covered with the Ni-P alloy phase 7, The surface on the sliding surface side of the porous sintered layer 4 can be formed by the surface of the granular steel phase 6U.

また、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lとして、粒の表面でのフェライト相9の面積率が50%以上であるものが、界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lの全体に対する体積割合で50%以上とする場合には、段落0040に記載した混合粉の準備にて、炭素鋼の粉末(鋼相6)として、本発明範囲の中では炭素成分が少ない炭素鋼(例えば、炭素の含有量が0.8質量%〜1.1質量%である炭素鋼の粉末)を用いたり、多孔質焼結層4におけるNi−P合金相7の割合を25〜30%質量部と多くしたり、あるいは、段落0042に記載した焼結温度や加熱時間等の調整によって、鋼相6Lの粒の表面へのNi原子が拡散する量が多くなるようにすれば、焼結後の鋼相6Lの組織中のフェライト相9の平均面積率を高くすることができる。   Further, as the steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG, the area ratio of the ferrite phase 9 on the surface of the grain is 50% or more, and the volume relative to the entire steel phase 6L of the interface-side steel phase grain group 6LG. When the ratio is 50% or more, the carbon powder (steel phase 6) in the mixed powder preparation described in paragraph 0040 is used as a carbon steel powder (steel phase 6). Carbon steel powder having a content of 0.8 to 1.1% by mass), or the proportion of the Ni-P alloy phase 7 in the porous sintered layer 4 is as large as 25 to 30% by mass. Or by adjusting the sintering temperature and heating time described in paragraph 0042 so that the amount of Ni atoms diffusing into the surface of the grains of the steel phase 6L increases, the steel phase after sintering The average area ratio of the ferrite phase 9 in the 6 L structure can be increased.

上記のように裏金層2の表面上に多孔質焼結層4が形成された部材には、予め準備された樹脂組成物5(有機溶剤にて希釈してもよい)が、多孔質焼結層4の空孔部を充填し、多孔質焼結層4の表面を被覆するように含浸される。そして、この部材は、樹脂組成物5の乾燥、焼成のための加熱が施され、裏金層2の表面上に多孔質焼結層4と樹脂組成物5とからなる摺動層3が形成される。なお、樹脂組成物5としては、段落0026に記載した樹脂組成物を用いることができる。また、本発明の摺動部材1は、予め、摺動面に切削加工や研削加工等を施して、摺動面に多孔質焼結層4の摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uを露出させることもできる。、   As described above, the resin composition 5 (which may be diluted with an organic solvent) prepared in advance is porous sintered on the member having the porous sintered layer 4 formed on the surface of the back metal layer 2. The pores of the layer 4 are filled and impregnated so as to cover the surface of the porous sintered layer 4. The member is heated for drying and firing the resin composition 5, and the sliding layer 3 composed of the porous sintered layer 4 and the resin composition 5 is formed on the surface of the backing metal layer 2. The In addition, as the resin composition 5, the resin composition described in Paragraph 0026 can be used. In addition, the sliding member 1 of the present invention has a steel phase of the sliding surface side steel phase grain group 6UG of the porous sintered layer 4 on the sliding surface by cutting or grinding the sliding surface in advance. 6U can also be exposed. ,

なお、本実施形態の鋼相6には、アトマイズ法によって製造された粒状の炭素鋼の粉末を素材として用いることが望ましい。炭素鋼のアトマイズ粉末は、結晶組織に歪(原子空孔)が導入されている。この歪は、炭素鋼の結晶組織で本来、Fe原子が存在すべき部位にFe原子が存在しない原子レベルの隙間が形成されている欠陥部である。焼結時の昇温過程で鋼相6(炭素鋼)における結晶の歪は、徐々に鋼相6の表面側へ移動して消滅するが、この歪と置き換わるようにNi―P合金相7のNi原子が、鋼相6の表面側の結晶中で歪があった部位へ拡散するようになる。一方、塊状の鋳鋼を機械粉砕した粉砕粉を用いた場合、粉砕粉は、アトマイズ粉末よりも結晶の歪が非常に少ないので、鋼相6の表面へのNi原子の拡散が起こり難い。   In addition, it is desirable to use the powder of the granular carbon steel manufactured by the atomizing method as the raw material for the steel phase 6 of this embodiment. In the atomized powder of carbon steel, strain (atomic vacancies) is introduced into the crystal structure. This strain is a defect portion in which an atomic level gap in which Fe atoms do not exist is formed in a site where Fe atoms should exist in the crystal structure of carbon steel. The crystal distortion in the steel phase 6 (carbon steel) gradually moves to the surface side of the steel phase 6 and disappears during the temperature rising process during sintering, but the Ni-P alloy phase 7 is replaced by this strain. Ni atoms diffuse into the distorted portion in the crystal on the surface side of the steel phase 6. On the other hand, when the pulverized powder obtained by mechanically pulverizing the massive cast steel is used, the pulverized powder has much less crystal distortion than the atomized powder, so that the diffusion of Ni atoms to the surface of the steel phase 6 hardly occurs.

また、本実施形態では、上記のように炭素鋼のアトマイズ粉末とNi−P合金のアトマイズ粉末との混合粉を用いたが、鋼相とNi―P合金相との成分を予め合金化したFe−Ni−P−C系合金のアトマイズ粉を用いた場合、多孔質焼結層はFe−Ni合金相の素地に、遊離セメンタイト相(FeC)やFe−P化合物相(FeP,FeP)やNi―P化合物相(NiP)が混在した組織となり、多孔質焼結層の強度が低くなる。また、Ni粉末とFe−P−C系合金粉末との混合粉を用いた場合、焼結時には、粉末組成のNi成分の一部が液相化するのみで、液相の発生量が少なく、鋼相の表面へのNi原子の拡散が殆ど起こらない。このため、鋼相の組織中にフェライト相形成されない。また、この液相はNiPを主体とするので、焼結後のNi相と鋼相との界面にNiP相(金属間化合物)が介在するように形成される。このNiP相は、硬質であるが脆く、多孔質焼結層の強度が低くなる。 In the present embodiment, as described above, the mixed powder of the atomized powder of carbon steel and the atomized powder of Ni—P alloy is used, but the Fe and alloyed in advance the components of the steel phase and the Ni—P alloy phase. When the atomized powder of -Ni-PC-based alloy is used, the porous sintered layer is formed on the basis of the Fe-Ni alloy phase, the free cementite phase (Fe 3 C) or the Fe-P compound phase (Fe 2 P, Fe 3 P) and Ni—P compound phase (Ni 3 P) are mixed, and the strength of the porous sintered layer is lowered. In addition, when using a mixed powder of Ni powder and Fe-PC-based alloy powder, only a part of the Ni component of the powder composition becomes liquid phase during sintering, and the amount of liquid phase generated is small. Almost no diffusion of Ni atoms to the surface of the steel phase occurs. For this reason, a ferrite phase is not formed in the structure of the steel phase. Further, since this liquid phase is mainly composed of Ni 3 P, it is formed so that the Ni 3 P phase (intermetallic compound) is interposed at the interface between the sintered Ni phase and the steel phase. This Ni 3 P phase is hard but brittle, and the strength of the porous sintered layer is lowered.

また、本実施形態における多孔質焼結層4のNi−P合金相7の組成としてB、Si、Cr、Fe、Sn、Cu等の選択成分を含有させる場合、前述したように、これら選択成分を含むNi−P合金のアトマイズ粉末と炭素鋼のアトマイズ粉末との混合粉を準備し、裏金上で焼結する。この実施形態とは異なり、混合粉にB、Si、Cr、Fe、Sn、Cu等の選択成分の単独の粉末、あるいは、これら選択成分どうしの合金の粉末の形態で含有させる場合、焼結後の多孔質焼結層4の粒状の鋼相6どうし、あるいは、鋼相6と裏金とを接合するバインダ部は、Ni−P合金相と、選択成分からなる相と、Ni−P合金相と選択成分の相との間に形成される反応相と、によって構成されるようになり、多孔質焼結層の強度が低くなる。特に、Sn成分は、前記混合粉に純Sn粉末、あるいは、Sn基合金の形態で含ませることは避けるべきである。純Sn、Sn基合金は融点が低く、焼結時の昇温過程における極初期の232℃程度で液相となるが、液相となったSn原子と鋼相の表面のFe原子とが反応し、Ni−P合金相と鋼相との界面にFeSn相やFeSn相(金属間化合物)が介在するように形成され、鋼相の組織中にフェライト相が形成されなくなる。さらに、このFeSn相やFeSn相は、硬質であるが脆く、Ni−P合金相と鋼相との接合が非常に弱くなる。 Further, when the selective component such as B, Si, Cr, Fe, Sn, Cu or the like is included as the composition of the Ni-P alloy phase 7 of the porous sintered layer 4 in the present embodiment, as described above, these selective components A mixed powder of an atomized powder of Ni-P alloy containing carbon and an atomized powder of carbon steel is prepared and sintered on a back metal. Unlike this embodiment, if the mixed powder is contained in the form of a single powder of a selected component such as B, Si, Cr, Fe, Sn, Cu, or a powder of an alloy of these selected components, after sintering The binder part which joins the granular steel phases 6 of the porous sintered layer 4 or the steel phase 6 and the back metal is composed of a Ni-P alloy phase, a phase composed of selected components, and a Ni-P alloy phase. It is comprised by the reaction phase formed between the phase of a selective component, and the intensity | strength of a porous sintered layer becomes low. In particular, it should be avoided that the Sn component is contained in the mixed powder in the form of pure Sn powder or Sn-based alloy. Pure Sn and Sn-based alloys have a low melting point and become a liquid phase at about 232 ° C. in the very initial stage of the temperature rising process during sintering, but the Sn atoms that have become liquid phase react with Fe atoms on the surface of the steel phase. However, the Fe 2 Sn phase or the Fe 3 Sn phase (intermetallic compound) is formed at the interface between the Ni—P alloy phase and the steel phase, and the ferrite phase is not formed in the structure of the steel phase. Furthermore, this Fe 2 Sn phase and Fe 3 Sn phase are hard but brittle, and the bonding between the Ni—P alloy phase and the steel phase becomes very weak.

また、本実施形態では、多孔質焼結層4における摺動面側鋼相粒群6UGの鋼相6Uと界面側鋼相粒群6LGの鋼相6Lとは、同じ組成の炭素鋼(過共析鋼)粉末を用いながらも、組織中のフェライト相9の割合を異なるようにしているので、摺動部材1を安価に製造することができる。これに対し、予め、炭素成分の含有量が異なり、組織中のフェライト相の割合が異なる2種類の組成の炭素鋼(亜共析鋼)粉末を、別々に、裏金層上に散布した場合には、多孔質焼結層の厚さの寸法精度が悪くなり、また、散布の工程の増加によって摺動部材が高価となる。   Further, in the present embodiment, the steel phase 6U of the sliding surface side steel phase grain group 6UG and the steel phase 6L of the interface side steel phase grain group 6LG in the porous sintered layer 4 are carbon steel having the same composition (hyperreactivity). Although the ratio of the ferrite phase 9 in the structure is made different while using powdered steel), the sliding member 1 can be manufactured at low cost. In contrast, when carbon steel (hyeposite steel) powders with two different compositions with different carbon component contents and different proportions of the ferrite phase in the structure are separately spread on the back metal layer, However, the dimensional accuracy of the thickness of the porous sintered layer is deteriorated, and the sliding member becomes expensive due to an increase in the spreading process.

1 摺動部材
2 裏金層
3 摺動層
4 多孔質焼結層
5 樹脂組成物
6 鋼相
6U 鋼相(摺動面側鋼相粒群の鋼相)
6L 鋼相(界面側鋼相粒群の鋼相)
6UG 摺動面側鋼相粒群
6LG 界面側鋼相粒群
7 Ni−P合金相
9 フェライト相
10 パーライト相とセメンタイト相との混合相
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sliding member 2 Back metal layer 3 Sliding layer 4 Porous sintered layer 5 Resin composition 6 Steel phase 6U Steel phase (steel phase of sliding surface side steel phase grain group)
6L steel phase (steel phase of interfacial steel phase grain group)
6UG Sliding surface side steel phase grain group 6LG Interface side steel phase grain group 7 Ni-P alloy phase 9 Ferrite phase 10 Mixed phase of pearlite phase and cementite phase

Claims (7)

裏金層と摺動層とからなり、前記摺動層は、前記裏金層の表面に形成された多孔質焼結層と該多孔質焼結層の空孔部及び表面に含浸被覆された樹脂組成物とからなる摺動部材において、
前記多孔質焼結層は、断面視において前記裏金層の表面に複数個積層された粒状の鋼相と、前記粒状の鋼相どうし及び前記粒状の鋼相と前記裏金層とをつなぐバインダとして機能するNi−P合金相と、からなり、
前記粒状の鋼相は、炭素の含有量が0.8〜1.3質量%の炭素鋼であるとともに、組織がフェライト相と、パーライト相とセメンタイト相との混合相と、からなり、
前記断面視において複数個積層された粒状の鋼相のうち、前記多孔質焼結層の摺動面側に配置された摺動面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の組織中の前記フェライト相の平均面積率が10%以下である一方、前記多孔質焼結層の前記裏金層との界面側に配置された界面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の組織中の前記フェライト相の平均面積率が20%以上であることを特徴とする摺動部材。
A resin composition comprising a backing metal layer and a sliding layer, wherein the sliding layer is a porous sintered layer formed on the surface of the backing metal layer, and pores and surfaces of the porous sintered layer are impregnated and coated. In a sliding member made of
The porous sintered layer functions as a binder that connects a plurality of granular steel phases stacked on the surface of the back metal layer in cross-sectional view, the granular steel phases, and the granular steel phase and the back metal layer. And a Ni-P alloy phase
The granular steel phase is a carbon steel having a carbon content of 0.8 to 1.3% by mass, and the structure is composed of a ferrite phase and a mixed phase of a pearlite phase and a cementite phase,
Among the granular steel phases stacked in the cross-sectional view, in the sliding surface side steel phase grain group arranged on the sliding surface side of the porous sintered layer, the structure of the granular steel phase While the average area ratio of the ferrite phase is 10% or less, in the interface-side steel phase grain group arranged on the interface side with the back metal layer of the porous sintered layer, in the structure of the granular steel phase A sliding member, wherein an average area ratio of the ferrite phase is 20% or more.
前記粒状の鋼相の平均粒径は、45〜180μmであることを特徴とする請求項1記載の摺動部材。   The sliding member according to claim 1, wherein an average particle diameter of the granular steel phase is 45 to 180 μm. 前記粒状の鋼相の表面には、前記Ni−P合金相のNi成分が拡散していることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の摺動部材。   The sliding member according to claim 1 or 2, wherein a Ni component of the Ni-P alloy phase is diffused on the surface of the granular steel phase. 前記界面側鋼相粒群では、前記粒状の鋼相の表面における前記フェライト相の面積率が50%以上であるものが、前記粒状の鋼相の全体に対する体積割合で50%以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の摺動部材。   In the interface-side steel phase grain group, the area ratio of the ferrite phase on the surface of the granular steel phase is 50% or more, and the volume ratio with respect to the whole of the granular steel phase is 50% or more. The sliding member according to any one of claims 1 to 3, characterized in that: 前記Ni−P合金相の組成は、9〜13質量%のPと残部Niおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の摺動部材。   5. The sliding member according to claim 1, wherein the composition of the Ni—P alloy phase comprises 9 to 13% by mass of P, the remaining Ni, and inevitable impurities. 前記Ni−P合金相の組成は、9〜13質量%のP、及び選択成分として1〜4質量%のB、1〜12質量%のSi、1〜12質量%のCr、1〜3質量%のFe、0.5〜5質量%のSn、0.5〜5質量%のCuから選択される1種以上を含有し、残部Niおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の摺動部材。   The composition of the Ni-P alloy phase is 9 to 13% by mass of P, 1 to 4% by mass of B, 1 to 12% by mass of Si, 1 to 12% by mass of Cr, and 1 to 3% by mass as selective components. 1 to 5% by weight of Fe, 0.5 to 5% by mass of Sn, and 0.5 to 5% by mass of Cu, the balance being Ni and inevitable impurities. The sliding member according to claim 4. 前記多孔質焼結層における前記Ni−P合金相の割合は、前記多孔質焼結層の100質量部に対して前記Ni−P合金相が5〜30質量部であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の摺動部材。   The ratio of the Ni-P alloy phase in the porous sintered layer is 5 to 30 parts by mass of the Ni-P alloy phase with respect to 100 parts by mass of the porous sintered layer. The sliding member according to any one of claims 1 to 6.
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