JP6944019B2 - Sliding members and plain bearings - Google Patents

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Description

本発明は、摺動面にて相手材が摺動する摺動部材およびすべり軸受に関する。 The present invention relates to a sliding member and a slide bearing in which a mating material slides on a sliding surface.

軟質金属であるSnにCuを添加した錫基オーバーレイが知られている(特許文献1、参照。)。特許文献1において、Snに強化元素としてのCuを添加することにより、耐摩耗性や耐疲労性の向上が図られている。 A tin-based overlay in which Cu is added to Sn, which is a soft metal, is known (see Patent Document 1). In Patent Document 1, by adding Cu as a reinforcing element to Sn, wear resistance and fatigue resistance are improved.

特開2002−310158号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-310158

しかしながら、特許文献1の錫基オーバーレイの使用時等において熱負荷がかかった場合、耐疲労性が低下するという問題があった。特許文献1の錫基オーバーレイに熱負荷がかかると、SnとCuとによって硬質の金属間化合物が形成される。すると、硬質の金属間化合物と軟質のSnとの間において硬度差が大きく異なる界面が形成され、当該界面にて疲労クラックが発生しやすくなる。さらに、疲労クラックが金属間化合物とSnとの界面を進展することにより、耐疲労性が低下してしまう。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、耐疲労性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
However, there is a problem that fatigue resistance is lowered when a heat load is applied when the tin overlay of Patent Document 1 is used. When a heat load is applied to the tin overlay of Patent Document 1, a hard intermetallic compound is formed by Sn and Cu. Then, an interface having a significantly different hardness difference is formed between the hard intermetallic compound and the soft Sn, and fatigue cracks are likely to occur at the interface. Further, the fatigue cracks propagate at the interface between the intermetallic compound and Sn, so that the fatigue resistance is lowered.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving fatigue resistance.

前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材およびすべり軸受は、基層と中間層と被覆層とが順に積層された摺動部材であって、被覆層は、第1金属元素としてのSnと、第1金属元素よりも硬質であり、かつ、当該第1金属元素と金属間化合物を形成する第2金属元素としてのCuと、0.015wt%以上、かつ、0.100wt%以下のCと、不可避不純物と、からなることを特徴とし、基層は、Snと、Biと、Cuと、からなる。 In order to achieve the above object, the sliding member and the sliding bearing of the present invention are sliding members in which a base layer, an intermediate layer and a coating layer are laminated in this order, and the coating layer is Sn as a first metal element. Cu as a second metal element that is harder than the first metal element and forms an intermetal compound with the first metal element, and C of 0.015 wt% or more and 0.100 wt% or less. The base layer is composed of Sn, Bi, and Cu.

前記の構成において、熱負荷がかかった際に、第1金属元素であるSnと第2金属元素であるCuとによって金属間化合物が形成されても、適度な量のCが拡散障壁となって金属間化合物が粗大化する可能性を低減できる。従って、軟質のSnと硬質の金属間化合物との界面を小規模な大きさに留めることができる。そのため、軟質のSnと硬質の金属間化合物との界面において疲労クラックが発生しても、当該疲労クラックが大きく進展する可能性を低減でき、耐疲労性を向上させることができる。また、前記の構成において、中間層は、基層に含まれる元素が被覆層に拡散することを抑制できる。 In the above configuration, even if an intermetallic compound is formed by Sn which is the first metal element and Cu which is the second metal element when a heat load is applied, an appropriate amount of C serves as a diffusion barrier. The possibility of coarsening of the intermetallic compound can be reduced. Therefore, the interface between the soft Sn and the hard intermetallic compound can be kept in a small size. Therefore, even if fatigue cracks occur at the interface between the soft Sn and the hard intermetallic compound, the possibility that the fatigue cracks will greatly develop can be reduced and the fatigue resistance can be improved. Further, in the above configuration, the intermediate layer can suppress the diffusion of the elements contained in the base layer into the coating layer.

なお、Cを0.015wt%以上とすることにより金属間化合物の粗大化を抑制でき、Cを0.02wt%以上とすることがより望ましい。また、Cを0.100wt%以下とすることにより被覆層が脆くなることを抑制でき、Cを0.075wt%以下とすることがより望ましい。第2金属元素は、Snよりも硬質かつSnと金属間化合物を形成する元素であればよく、例えばAgやSbやNi等であってもよい。第2金属元素は、0.5wt%以上、かつ、10.0wt%以下であればよく、望ましくは1.0wt%以上、かつ、5.0wt%以下であってもよい。第1金属元素としてのSnは、第2金属とCと不可避不純物の残部を構成する。 By setting C to 0.015 wt% or more, coarsening of the intermetallic compound can be suppressed, and it is more desirable to set C to 0.02 wt% or more. Further, it is possible to prevent the coating layer from becoming brittle by setting C to 0.100 wt% or less, and it is more desirable to set C to 0.075 wt% or less. The second metal element may be any element that is harder than Sn and forms an intermetallic compound with Sn, and may be, for example, Ag, Sb, Ni, or the like. The second metal element may be 0.5 wt% or more and 10.0 wt% or less, and preferably 1.0 wt% or more and 5.0 wt% or less. Sn as the first metal element constitutes the second metal, C and the rest of the unavoidable impurities.

本発明の実施形態にかかる摺動部材の斜視図である。It is a perspective view of the sliding member which concerns on embodiment of this invention. 疲労試験の説明図である。It is explanatory drawing of a fatigue test. オーバーレイにおける炭素濃度と疲労損傷面積率のグラフである。It is a graph of carbon concentration and fatigue damage area ratio in overlay.

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
(1−2)計測方法:
(1−3)摺動部材の製造方法:
(2)実験結果:
(3)他の実施形態:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
(1-2) Measurement method:
(1-3) Manufacturing method of sliding member:
(2) Experimental results:
(3) Other embodiments:

(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
図1は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材1の斜視図である。摺動部材1は、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とを含む。摺動部材1は、中空状の円筒を直径方向に2等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。2個の摺動部材1を円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Aが形成される。すべり軸受Aは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸2(エンジンのクランクシャフト)を軸受けする。相手軸2の外径はすべり軸受Aの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸2の外周面と、すべり軸受Aの内周面との間に形成される隙間に潤滑油(エンジンオイル)が供給される。その際に、すべり軸受Aの内周面上を相手軸2の外周面が摺動する。
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
FIG. 1 is a perspective view of a sliding member 1 according to an embodiment of the present invention. The sliding member 1 includes a back metal 10, a lining 11, and an overlay 12. The sliding member 1 is a metal member having a semicircular shape obtained by dividing a hollow cylinder into two equal parts in the diameter direction, and has a semicircular arc shape. The slide bearing A is formed by combining the two sliding members 1 so as to form a cylinder. The slide bearing A bearings a columnar mating shaft 2 (crankshaft of an engine) at a hollow portion formed inside. The outer diameter of the mating shaft 2 is formed to be slightly smaller than the inner diameter of the slide bearing A. Lubricating oil (engine oil) is supplied to the gap formed between the outer peripheral surface of the mating shaft 2 and the inner peripheral surface of the slide bearing A. At that time, the outer peripheral surface of the mating shaft 2 slides on the inner peripheral surface of the slide bearing A.

摺動部材1は、曲率中心から遠い順に、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とが順に積層された構造を有する。従って、裏金10が摺動部材1の最外層を構成し、オーバーレイ12が摺動部材1の最内層を構成する。裏金10とライニング11とオーバーレイ12とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。裏金10の厚みは1.8mmであり、ライニング11の厚みは0.2mmであり、オーバーレイ12の厚みは10μmである。オーバーレイ12の曲率中心側の表面の半径の2倍(摺動部材1の内径)は73mmである。以下、内側とは摺動部材1の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材1の曲率中心と反対側を意味することとする。オーバーレイ12の内側の表面は、相手軸2の摺動面を構成する。 The sliding member 1 has a structure in which a back metal 10, a lining 11, and an overlay 12 are laminated in this order in order of distance from the center of curvature. Therefore, the back metal 10 constitutes the outermost layer of the sliding member 1, and the overlay 12 constitutes the innermost layer of the sliding member 1. The back metal 10, the lining 11, and the overlay 12 each have a certain thickness in the circumferential direction. The back metal 10 has a thickness of 1.8 mm, the lining 11 has a thickness of 0.2 mm, and the overlay 12 has a thickness of 10 μm. Twice the radius of the surface of the overlay 12 on the center side of the curvature (inner diameter of the sliding member 1) is 73 mm. Hereinafter, the inside means the curvature center side of the sliding member 1, and the outside means the side opposite to the curvature center of the sliding member 1. The inner surface of the overlay 12 constitutes the sliding surface of the mating shaft 2.

裏金10は、Cを0.15wt%含有し、Mnを0.06wt%含有し、残部がFeからなる鋼で形成されている。なお、裏金10は、ライニング11とオーバーレイ12とを介して相手軸2からの荷重を支持できる材料で形成されればよく、必ずしも鋼で形成されなくてもよい。 The back metal 10 is made of steel containing 0.15 wt% of C, 0.06 wt% of Mn, and the balance of Fe. The back metal 10 may be formed of a material capable of supporting the load from the mating shaft 2 via the lining 11 and the overlay 12, and may not necessarily be formed of steel.

ライニング11は、裏金10の内側に積層された層であり、本発明の基層を構成する。ライニング11は、Snを10wt%含有し、Biを8wt%含有し、残部がCuと不可避不純物とからなる。ライニング11の不可避不純物はMg,Ti,B,Pb,Cr等であり、精錬もしくはスクラップにおいて混入する不純物である。ライニング11における不可避不純物の含有量は、全体で1.0wt%以下である。 The lining 11 is a layer laminated inside the back metal 10, and constitutes the base layer of the present invention. The lining 11 contains 10 wt% of Sn, 8 wt% of Bi, and the balance is composed of Cu and unavoidable impurities. The unavoidable impurities in the lining 11 are Mg, Ti, B, Pb, Cr and the like, which are impurities mixed in refining or scrap. The content of unavoidable impurities in the lining 11 is 1.0 wt% or less as a whole.

オーバーレイ12は、ライニング11の内側の表面上に積層された層であり、本発明の被覆層を構成する。オーバーレイ12は、被覆層は、第1金属元素としてのSnと、当該第1金属元素と金属間化合物を形成する第2金属元素としてのCuと、Cと、不可避不純物と、からなる。本実施形態のオーバーレイ12において、Cuの含有量は3.0wt%であり、Cの含有量は0.05wt%であり、不可避不純物の全体の含有量は1.0wt%以下であり、残部がSnとなっている。 The overlay 12 is a layer laminated on the inner surface of the lining 11 and constitutes the coating layer of the present invention. In the overlay 12, the coating layer is composed of Sn as a first metal element, Cu and C as a second metal element forming an intermetallic compound with the first metal element, and unavoidable impurities. In the overlay 12 of the present embodiment, the Cu content is 3.0 wt%, the C content is 0.05 wt%, the total content of unavoidable impurities is 1.0 wt% or less, and the balance is It is Sn.

以上説明した摺動部材1と同様のオーバーレイ12を有する疲労試験片(コンロッドR)を作成し、その疲労損傷面積率を計測したところ、疲労損傷面積率は3.0%と良好であった。後述する疲労試験において熱負荷がかかった際に、第1金属元素と第2金属元素とによって金属間化合物が形成されても、適度な量のCが拡散障壁となって金属間化合物が粗大化する可能性を低減できる。本実施形態において、金属間化合物として、オーバーレイ12中にCu6Sn5やCu3Snが析出するが、Cが拡散障壁となってCu6Sn5やCu3Snの粗大化を抑制できる。これにより、軟質のSnと硬質の金属間化合物との界面を小規模な大きさに留めることができる。そのため、軟質のSnと硬質の金属間化合物との界面において疲労クラックが発生しても、当該疲労クラックが大きく進展する可能性を低減でき、耐疲労性を向上させることができる。 When a fatigue test piece (connecting rod R) having the same overlay 12 as the sliding member 1 described above was prepared and the fatigue damage area ratio was measured, the fatigue damage area ratio was as good as 3.0%. Even if an intermetallic compound is formed by the first metal element and the second metal element when a heat load is applied in the fatigue test described later, an appropriate amount of C acts as a diffusion barrier and the intermetallic compound becomes coarse. The possibility of doing so can be reduced. In the present embodiment, Cu 6 Sn 5 and Cu 3 Sn are precipitated in the overlay 12 as an intermetallic compound, but C serves as a diffusion barrier and can suppress the coarsening of Cu 6 Sn 5 and Cu 3 Sn. As a result, the interface between the soft Sn and the hard intermetallic compound can be kept in a small size. Therefore, even if fatigue cracks occur at the interface between the soft Sn and the hard intermetallic compound, the possibility that the fatigue cracks will greatly develop can be reduced and the fatigue resistance can be improved.

(1−2)計測方法:
なお、疲労損傷面積率は、以下の手順で計測した。まず、図2に示すように、長さ方向の両端に円柱状の貫通穴が形成されたコンロッドRを用意し、一端の貫通穴にて試験軸H(ハッチング)を軸受けさせた。なお、試験軸Hを軸受けするコンロッドRの貫通穴の内周面に摺動部材1と同様のオーバーレイ12(黒色)を形成した。試験軸Hの軸方向におけるコンロッドRの両外側において試験軸Hを軸受けし、摺動速度が6.6m/秒となるように試験軸Hを回転させた。摺動速度とは、オーバーレイ12の表面と試験軸Hとの間の相対速度である。試験軸Hとは反対側のコンロッドRの端部を、コンロッドRの長さ方向に往復移動する移動体Fに連結し、当該移動体Fの往復荷重を57MPaとした。また、コンロッドRと試験軸Hとの間には、120℃のエンジンオイルを給油した。
(1-2) Measurement method:
The fatigue damage area ratio was measured by the following procedure. First, as shown in FIG. 2, a connecting rod R having columnar through holes formed at both ends in the length direction was prepared, and a test shaft H (hatching) was supported by the through holes at one end. An overlay 12 (black) similar to that of the sliding member 1 was formed on the inner peripheral surface of the through hole of the connecting rod R bearing the test shaft H. The test shaft H was supported on both outer sides of the connecting rod R in the axial direction of the test shaft H, and the test shaft H was rotated so that the sliding speed was 6.6 m / sec. The sliding speed is the relative speed between the surface of the overlay 12 and the test shaft H. The end of the connecting rod R on the opposite side of the test shaft H was connected to the moving body F that reciprocates in the length direction of the connecting rod R, and the reciprocating load of the moving body F was 57 MPa. Further, engine oil at 120 ° C. was supplied between the connecting rod R and the test shaft H.

以上の状態を50時間にわたって継続することにより、オーバーレイ12の疲労試験を行った。そして、疲労試験後において、オーバーレイ12の内側の表面(摺動面)を、当該表面に直交する直線上の位置から当該直線を主光軸とするように撮影し、当該撮影された画像である評価画像を得た。そして、評価画像に映し出されたオーバーレイ12の表面のうち損傷した部分をビノキュラー(拡大鏡)で観察して特定し、当該損傷した部分の面積である損傷部面積を、評価画像に映し出されたオーバーレイ12の表面全体の面積で除算した値の百分率を疲労損傷面積率として計測した。 The fatigue test of the overlay 12 was performed by continuing the above state for 50 hours. Then, after the fatigue test, the inner surface (sliding surface) of the overlay 12 is photographed from a position on a straight line orthogonal to the surface so that the straight line is the main optical axis, and the photographed image. An evaluation image was obtained. Then, a damaged portion of the surface of the overlay 12 projected on the evaluation image is observed and identified with a binocular (magnifying mirror), and the damaged portion area, which is the area of the damaged portion, is the overlay projected on the evaluation image. The percentage of the value divided by the area of the entire surface of 12 was measured as the fatigue damage area ratio.

上述した実施形態において示した各数値を以下の手法によって計測した。摺動部材1の各層を構成する元素の質量は、ICP発光分光分析装置(島津社製ICPS−8100)によって計測した。ただし、オーバーレイ12における炭素濃度は、高周波誘導加熱炉燃焼赤外線吸収法(JISG1211鉄鋼用炭素量分析方法)によって計測した。 Each numerical value shown in the above-described embodiment was measured by the following method. The mass of the elements constituting each layer of the sliding member 1 was measured by an ICP emission spectrophotometer (ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation). However, the carbon concentration in the overlay 12 was measured by a high-frequency induction heating furnace combustion infrared absorption method (JISG1211 carbon content analysis method for steel).

各層の厚みは、以下の手順で計測した。まず、摺動部材1の軸方向の垂直断面をクロスセクションポリッシャ(日本電子製 IB−09010CP)で研磨した。そして、摺動部材1の断面を電子顕微鏡(日本電子製 JSM−6610A)によって7000倍の倍率で撮影することにより、観察画像(反射電子像)の画像データを得た。そして、観察画像を画像解析装置(ニレコ社製 ルーゼックス AP)によって解析することにより膜厚を計測した。 The thickness of each layer was measured by the following procedure. First, the axially vertical cross section of the sliding member 1 was polished with a cross section polisher (IB-09010CP manufactured by JEOL Ltd.). Then, the cross section of the sliding member 1 was photographed with an electron microscope (JSM-6610A manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 7000 times to obtain image data of an observation image (reflected electron image). Then, the film thickness was measured by analyzing the observed image with an image analysis device (Luzex AP manufactured by Nireco Corporation).

(1−3)摺動部材の製造方法:
まず、裏金10と同じ厚みを有する低炭素鋼の平面板を用意した。
次に、低炭素鋼で形成された平面板上に、ライニング11を構成する材料の粉末を散布する。具体的に、上述したライニング11における各成分の質量比となるように、Cuの粉末とBiの粉末とSnの粉末とを低炭素鋼の平面板上に散布した。ライニング11における各成分の質量比が満足できればよく、Cu−Bi,Cu−Sn等の合金粉末を低炭素鋼の平面板上に散布してもよい。粉末の粒径は、試験用ふるい(JIS Z8801)によって150μm以下に調整した。
(1-3) Manufacturing method of sliding member:
First, a low carbon steel flat plate having the same thickness as the back metal 10 was prepared.
Next, the powder of the material constituting the lining 11 is sprayed on the flat plate made of low carbon steel. Specifically, Cu powder, Bi powder, and Sn powder were sprayed on a flat plate of low carbon steel so as to have a mass ratio of each component in the lining 11 described above. As long as the mass ratio of each component in the lining 11 is satisfactory, alloy powders such as Cu—Bi and Cu—Sn may be sprayed on a flat plate of low carbon steel. The particle size of the powder was adjusted to 150 μm or less by a test sieve (JIS Z8801).

次に、低炭素鋼の平面板と、当該平面板上に散布した粉末とを焼結した。焼結温度を700〜1000℃に制御し、不活性雰囲気中で焼結した。焼結後、冷却した。なお、ライニング11は必ずしも焼結によって形成されなくてもよく、鋳造等によって形成されてもよい。 Next, the flat plate of low carbon steel and the powder sprayed on the flat plate were sintered. The sintering temperature was controlled to 700 to 1000 ° C., and sintering was performed in an inert atmosphere. After sintering, it was cooled. The lining 11 does not necessarily have to be formed by sintering, and may be formed by casting or the like.

冷却が完了すると、低炭素鋼の平面板上にCu合金層が形成される。このCu合金層には、冷却中に析出した軟質のBi粒子が含まれることとなる。
次に、中空状の円筒を直径方向に2等分した形状となるように、Cu合金層が形成された低炭素鋼をプレス加工した。このとき、低炭素鋼の外径が摺動部材1の外径と一致するようにプレス加工した。
When cooling is complete, a Cu alloy layer is formed on the flat plate of low carbon steel. The Cu alloy layer contains soft Bi particles precipitated during cooling.
Next, the low carbon steel on which the Cu alloy layer was formed was press-processed so that the hollow cylinder was divided into two equal parts in the diameter direction. At this time, press working was performed so that the outer diameter of the low carbon steel coincided with the outer diameter of the sliding member 1.

次に、裏金10上に形成されたCu合金層の表面を切削加工した。このとき、裏金10上に形成されたCu合金層の厚みがライニング11と同一となるように、切削量を制御した。これにより、切削加工後のCu合金層によってライニング11が形成できる。切削加工は、例えば焼結ダイヤモンドで形成された切削工具材をセットした旋盤によって行った。切削加工後のライニング11の表面は、ライニング11とオーバーレイ12との界面を構成する。 Next, the surface of the Cu alloy layer formed on the back metal 10 was cut. At this time, the cutting amount was controlled so that the thickness of the Cu alloy layer formed on the back metal 10 was the same as that of the lining 11. As a result, the lining 11 can be formed by the Cu alloy layer after cutting. The cutting process was performed by, for example, a lathe set with a cutting tool material made of sintered diamond. The surface of the lining 11 after cutting constitutes an interface between the lining 11 and the overlay 12.

次に、ライニング11の表面上にSnを電気めっきによって10μmの厚みだけ積層することにより、オーバーレイ12を形成した。電気めっきの手順は以下のとおりとした。まず、ライニング11の表面を水洗した。さらに、ライニング11の表面を酸洗することにより、ライニング11の表面から不要な酸化物を除去した。その後、ライニング11の表面を、再度、水洗した。 Next, the overlay 12 was formed by laminating Sn on the surface of the lining 11 by electroplating to a thickness of 10 μm. The procedure for electroplating was as follows. First, the surface of the lining 11 was washed with water. Further, by pickling the surface of the lining 11, unnecessary oxides were removed from the surface of the lining 11. Then, the surface of the lining 11 was washed with water again.

以上の前処理が完了すると、めっき浴に浸漬させたライニング11に電流を供給することにより電気めっきを行った。硝酸第一錫:28g/l(Sn濃度)と硫酸銅:3g/l(Cu濃度)と無機アンモニウム塩:100g/lと有機カルボン酸:80g/lとを含むめっき浴の浴組成とした。めっき浴の浴温度を、30℃とした。さらに、ライニング11に供給する電流を直流電流とし、その電流密度を2.0A/dm2とした。電気めっきの完了後に、水洗と乾燥を行った。 When the above pretreatment was completed, electroplating was performed by supplying an electric current to the lining 11 immersed in the plating bath. The bath composition of the plating bath was composed of stannous nitrate: 28 g / l (Sn concentration), copper sulfate: 3 g / l (Cu concentration), inorganic ammonium salt: 100 g / l, and organic carboxylic acid: 80 g / l. The bath temperature of the plating bath was set to 30 ° C. Further, the current supplied to the lining 11 was a direct current, and the current density was 2.0 A / dm 2 . After the electroplating was completed, it was washed with water and dried.

以上のようにして、摺動部材1を完成させると、2個の摺動部材1を円筒状に組み合わせることにより、すべり軸受Aを形成し、エンジンに取り付けた。 When the sliding member 1 was completed as described above, the sliding bearing A was formed by combining the two sliding members 1 in a cylindrical shape and attached to the engine.

(2)実験結果:
第1実施形態と同様の電気めっきにおいて、有機カルボン酸の濃度を20g/lに変更した実施例1と、有機カルボン酸の濃度を40g/lに変更した実施例2と、有機カルボン酸の濃度を80g/lにとした実施例3(第1実施形態)と、有機カルボン酸の濃度を100g/lに変更した実施例4と、有機カルボン酸の濃度を200g/lに変更した比較例1とを用意した。さらに、ホウフッ化浴(ホウフッ化錫,ホウフッ化銅)のめっき浴にて電気めっきを行った比較例2を用意した。
(2) Experimental results:
In the same electroplating as in the first embodiment, Example 1 in which the concentration of the organic carboxylic acid was changed to 20 g / l, Example 2 in which the concentration of the organic carboxylic acid was changed to 40 g / l, and the concentration of the organic carboxylic acid. Example 3 (first embodiment) in which the concentration of organic carboxylic acid was changed to 80 g / l, Example 4 in which the concentration of organic carboxylic acid was changed to 100 g / l, and Comparative Example 1 in which the concentration of organic carboxylic acid was changed to 200 g / l. And prepared. Further, Comparative Example 2 in which electroplating was performed in a plating bath of a borofluoride bath (tin borofluoride, copper borofluoride) was prepared.

Figure 0006944019
表1は、実施例1〜4と、比較例1,2におけるオーバーレイ12中の炭素濃度と疲労損傷面積率とを示す。炭素濃度と疲労損傷面積率とは、第1実施形態と同様の手法によって計測した。表1に示すように、めっき浴における有機カルボン酸の濃度を大きくことにより、オーバーレイ12中の炭素濃度を大きくすることができた。また、比較例2のように、有機物を含まないめっき浴を使用することにより、オーバーレイ12中の炭素濃度をほぼ0とすることができた。
Figure 0006944019
Table 1 shows the carbon concentration and the fatigue damage area ratio in the overlay 12 in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. The carbon concentration and the fatigue damage area ratio were measured by the same method as in the first embodiment. As shown in Table 1, the carbon concentration in the overlay 12 could be increased by increasing the concentration of the organic carboxylic acid in the plating bath. Further, by using a plating bath containing no organic matter as in Comparative Example 2, the carbon concentration in the overlay 12 could be made almost 0.

図3は、炭素濃度と疲労損傷面積率との関係を示すグラフである。同図に示すように、0.05wt%以下の炭素濃度の範囲において、炭素濃度が大きくなるほど良好な耐疲労性を示すことが分かった。炭素濃度が大きくなるほど、効果的にCu6Sn5やCu3Snの粗大化を抑制できたものと考えられる。0.05wt%よりも大きい炭素濃度の範囲において、炭素濃度が小さいほど良好な耐疲労性を示すことが分かった。炭素濃度が小さくなるほど、Cによってオーバーレイ12が脆くなることを抑制できたものと考えられる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the carbon concentration and the fatigue damage area ratio. As shown in the figure, it was found that in the carbon concentration range of 0.05 wt% or less, the higher the carbon concentration, the better the fatigue resistance. It is considered that the larger the carbon concentration, the more effectively the coarsening of Cu 6 Sn 5 and Cu 3 Sn could be suppressed. It was found that in the range of carbon concentration larger than 0.05 wt%, the smaller the carbon concentration, the better the fatigue resistance. It is considered that the smaller the carbon concentration, the more the overlay 12 could be prevented from becoming brittle due to C.

また、図3のグラフにおいて、ハッチングで示すように、Cを0.015wt%以上し、Cを0.100wt%以下とすることが望ましいことが分かった。さらに、0.02wt%以上とすることがより望ましく、0.075wt%以下とすることがより望ましい。 Further, in the graph of FIG. 3, as shown by hatching, it was found that it is desirable that C is 0.015 wt% or more and C is 0.100 wt% or less. Further, it is more desirable to set it to 0.02 wt% or more, and it is more desirable to set it to 0.075 wt% or less.

(3)他の実施形態:
第1実施形態においては、第2金属元素としてCuを採用したが、Snよりも硬質(例えばモース硬度が大きい)な他の元素(Ag,Sb,Ni,Au等)を第2金属元素として採用してもよい。また、金属間化合物が形成されるのは必ずしも摺動部材1の使用時に限られない。例えば、摺動部材1の使用前において、予め熱処理を行うことにより、金属間化合物の析出を完了させておいてもよい。この場合も、適切な量のCによって金属間化合物の粗大化を抑制することができる。
(3) Other embodiments:
In the first embodiment, Cu is adopted as the second metal element, but other elements (Ag, Sb, Ni, Au, etc.) that are harder than Sn (for example, have a higher moth hardness) are adopted as the second metal element. You may. Further, the intermetallic compound is not always formed when the sliding member 1 is used. For example, the precipitation of the intermetallic compound may be completed by performing a heat treatment in advance before using the sliding member 1. In this case as well, coarsening of the intermetallic compound can be suppressed by an appropriate amount of C.

また、ライニング11とオーバーレイ12との間に中間層が挿入されてもよい。中間層は、ライニング11の元素がオーバーレイ12に拡散することを抑制できる材料によって形成されることが望ましく、例えばNiで形成されてもよい。オーバーレイ12の炭素濃度は、必ずしも電気めっきのめっき浴における炭素濃度によって調整されなくてもよく、オーバーレイ12の形成手法も電気めっきに限られない。例えば、オーバーレイ12をスパッタリングや蒸着によって形成してもよく、スパッタリングや蒸着を行う際に炭素濃度が調整されてもよい。さらに、炭素濃度が低いオーバーレイ12を形成した後に、拡散等によって炭素濃度を増加させるようにしてもよい。 Further, an intermediate layer may be inserted between the lining 11 and the overlay 12. The intermediate layer is preferably formed of a material that can prevent the elements of the lining 11 from diffusing into the overlay 12, and may be formed of, for example, Ni. The carbon concentration of the overlay 12 does not necessarily have to be adjusted by the carbon concentration in the plating bath of electroplating, and the method of forming the overlay 12 is not limited to electroplating. For example, the overlay 12 may be formed by sputtering or thin film deposition, or the carbon concentration may be adjusted during sputtering or thin film deposition. Further, after forming the overlay 12 having a low carbon concentration, the carbon concentration may be increased by diffusion or the like.

前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Aを構成する摺動部材1を例示したが、本発明の摺動部材1によって他の用途のすべり軸受Aを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材1によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等のラジアル軸受を形成してもよい。さらに、本発明の摺動部材は、スラスト軸受であってもよく、各種ワッシャであってもよいし、カーエアコンコンプレッサ用の斜板であってもよい。また、ライニング11のマトリクスはCu合金に限られず、相手軸2の硬さに応じてマトリクスの材料が選択されればよい。また、裏金10は、必須ではなく省略されてもよい。 In the above embodiment, the sliding member 1 constituting the sliding bearing A bearing the crankshaft of the engine has been illustrated, but the sliding member 1 of the present invention may be used to form the sliding bearing A for other purposes. For example, the sliding member 1 of the present invention may be used to form a radial bearing such as a gear bush for a transmission, a piston pin bush, or a boss bush. Further, the sliding member of the present invention may be a thrust bearing, various washers, or a swash plate for a car air conditioner compressor. Further, the matrix of the lining 11 is not limited to the Cu alloy, and the material of the matrix may be selected according to the hardness of the mating shaft 2. Further, the back metal 10 is not essential and may be omitted.

1…摺動部材、2…相手軸、10…裏金、11…ライニング、12…オーバーレイ、A…軸受、F…移動体、H…試験軸、R…コンロッド 1 ... sliding member, 2 ... mating shaft, 10 ... back metal, 11 ... lining, 12 ... overlay, A ... bearing, F ... moving body, H ... test shaft, R ... connecting rod

Claims (2)

基層と中間層と被覆層とが順に積層された摺動部材であって、
前記被覆層は、
第1金属元素としてのSnと、
前記第1金属元素よりも硬質であり、かつ、当該第1金属元素と金属間化合物を形成する第2金属元素としてのCuと、
0.015wt%以上、かつ、0.02wt%未満のCと、
不可避不純物と、
からなることを特徴とし、
前記基層は、
Snと、
Biと、
Cuと、
からなることを特徴とする摺動部材。
A sliding member in which a base layer, an intermediate layer, and a coating layer are laminated in order.
The coating layer is
Sn as the first metal element and
Cu as a second metal element that is harder than the first metal element and forms an intermetallic compound with the first metal element,
0.015 wt% or more and 0. With C less than 02 wt%,
Inevitable impurities and
Characterized by consisting of
The base layer is
Sn and
Bi and
Cu and
A sliding member characterized by being composed of.
基層と中間層と被覆層とが順に積層されたすべり軸受であって、
前記被覆層は、
第1金属元素としてのSnと、
前記第1金属元素よりも硬質であり、かつ、当該第1金属元素と金属間化合物を形成する第2金属元素としてのCuと、
0.015wt%以上、かつ、0.02wt%未満のCと、
不可避不純物と、
からなることを特徴とし、
前記基層は、
Snと、
Biと、
Cuと、
からなることを特徴とするすべり軸受。
A plain bearing in which a base layer, an intermediate layer, and a coating layer are laminated in order.
The coating layer is
Sn as the first metal element and
Cu as a second metal element that is harder than the first metal element and forms an intermetallic compound with the first metal element,
0.015 wt% or more and 0. With C less than 02 wt%,
Inevitable impurities and
Characterized by consisting of
The base layer is
Sn and
Bi and
Cu and
A plain bearing characterized by consisting of.
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