JP7493202B2

JP7493202B2 - Sliding component with coating and method for forming coating

Info

Publication number: JP7493202B2
Application number: JP2020145828A
Authority: JP
Inventors: 晃信山下; 初彦宇佐美
Original assignee: IHI Corp; Meijo University
Current assignee: IHI Corp; Meijo University
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2024-05-31
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: JP2022040897A

Description

特許法第３０条第２項適用令和１年１１月１３日日本機械学会第２７回機械材料・材料加工技術講演会（Ｍ＆Ｐ２０１９）論文集において発表令和１年１１月２１日－２２日フェニックス・プラザ（福井市）で開催された日本機械学会第２７回機械材料・材料加工技術講演会において発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act November 13, 2019 Presented at the 27th Mechanical Materials and Materials Processing Technology Conference (M&P2019) of the Japan Society of Mechanical Engineers November 21-22, 2019 Presented at the 27th Mechanical Materials and Materials Processing Technology Conference of the Japan Society of Mechanical Engineers held at Phoenix Plaza (Fukui City)

本開示は、被膜を備える摺動部品及び被膜の形成方法に関する。 This disclosure relates to a sliding part having a coating and a method for forming the coating.

自動車用エンジン部品や航空機用エンジン部品等の機械部品には、軸受等の摺動部品が用いられている。このような摺動部品は、摩擦特性を高めるために、相手材との摺動面に低摩擦材料等を被覆することが行われている。特許文献１には、摺動部表面にめっき膜を成膜し、その最表面に分散したダイヤモンド微粒子を共析させることにより、摺動抵抗の低い摺動面を形成することが示されている。 Sliding parts such as bearings are used in machine parts such as automobile engine parts and aircraft engine parts. In order to improve the friction characteristics of such sliding parts, the sliding surfaces that slide with the mating material are coated with a low-friction material. Patent Document 1 shows that a sliding surface with low sliding resistance is formed by forming a plating film on the sliding part surface and co-depositing diamond particles dispersed on the outermost surface.

特開２０１７－１７２０３０号公報JP 2017-172030 A

ところで、軸受等の摺動部品の摩擦特性を向上させるために、摺動部品の摺動面の全面に硬質膜を被覆し、更に硬質膜の全面に低摩耗性薄膜を被覆することが行われている。しかし、相手材との摺動により低摩耗性薄膜が摩耗した場合には、摺動抵抗が上昇する可能性がある。 In order to improve the friction characteristics of sliding parts such as bearings, the entire sliding surface of the sliding part is coated with a hard film, and the entire hard film is then coated with a low-wear thin film. However, if the low-wear thin film is worn away by sliding against the counter material, there is a possibility that the sliding resistance will increase.

そこで本開示の目的は、摩擦特性の良い、被膜を備える摺動部品及び被膜の形成方法を提供することである。 Therefore, the objective of this disclosure is to provide a sliding part with a coating that has good friction characteristics and a method for forming the coating.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記被膜は、前記摺動部品の摺動面に設けられる被膜本体を備え、前記被膜本体は、前記摺動部品の摺動面に立設して形成されており、お互いに隙間を設けて配置される複数の凸部と、前記凸部の間の隙間に充填されて形成される充填部と、を有し、前記凸部及び前記充填部の一方が硬質材で形成されており、他方が、前記硬質材より硬さが小さい軟質材で形成されており、前記凸部は、前記軟質材で形成されており、前記充填部は、前記硬質材で形成されている、被膜を備え、前記凸部は、前記凸部の表面側に設けられる第一層と、前記第一層と前記摺動部品との間に設けられる第二層と、を有し、前記第一層は、前記第二層よりも硬さが小さい、被膜を備える。 In a sliding component with a coating according to the present disclosure, the coating comprises a coating body provided on a sliding surface of the sliding component, the coating body being formed in an upright position on the sliding surface of the sliding component and having a plurality of convex portions arranged with gaps between them and a filling portion formed by filling the gaps between the convex portions, one of the convex portions and the filling portion being formed of a hard material and the other being formed of a soft material having a hardness less than that of the hard material, the convex portions being formed of the soft material, and the filling portion being formed of the hard material, and the convex portions having a first layer provided on a surface side of the convex portions and a second layer provided between the first layer and the sliding component, the first layer having a hardness less than that of the second layer.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記被膜本体は、前記凸部と前記充填部とが格子状に形成されており、前記摺動部品の摺動方向に対して、前記凸部と前記充填部とが交互に位置していてもよい。 In a sliding part provided with the coating according to the present disclosure, the coating body may have the protruding portions and the filling portions formed in a lattice pattern, and the protruding portions and the filling portions may be positioned alternately in the sliding direction of the sliding part.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記凸部の軟質材はＺｎであり、前記充填部の硬質材はＣｕ－Ｓｎ合金であってもよい。 In a sliding component having the coating according to the present disclosure, the soft material of the protruding portion may be Zn, and the hard material of the filling portion may be a Cu-Sn alloy.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記凸部は、前記第一層がＳｎで形成されると共に、前記第二層がＺｎで形成されており、前記充填部の硬質材は、Ｃｕ－Ｓｎ合金であってもよい。 In the sliding component having the coating according to the present disclosure, the first layer of the protruding portion is formed of Sn and the second layer is formed of Zn, and the hard material of the filling portion may be a Cu-Sn alloy.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記被膜は、前記被膜本体の表面に設けられる表面層を有していてもよい。 In a sliding component having a coating according to the present disclosure, the coating may have a surface layer provided on the surface of the coating body.

本開示に係る被膜を備える摺動部品において、前記摺動部品は、軸受であってもよい。 In the sliding part having the coating according to the present disclosure, the sliding part may be a bearing.

本開示に係る被膜の形成方法は、摺動部品の摺動面にお互いに隙間を設けて立設させて、第一材料で複数の凸状体を形成する凸状体形成工程と、前記凸状体の間の隙間に第二材料を充填して充填体を形成する充填体形成工程と、前記凸状体及び前記充填体を形成した摺動部品を熱処理して、前記凸状体及び前記充填体の一方を硬質材で形成し、他方を前記硬質材より硬さが小さい軟質材で形成する熱処理工程と、を備える。 The method for forming a coating according to the present disclosure includes a convex body forming step of forming a plurality of convex bodies from a first material by setting the convex bodies on the sliding surface of a sliding component with gaps between them, a filler forming step of filling the gaps between the convex bodies with a second material to form a filler, and a heat treatment step of heat treating the sliding component on which the convex bodies and the filler bodies have been formed, to form one of the convex bodies and the filler bodies from a hard material and the other from a soft material that is less hard than the hard material.

本開示に係る被膜の形成方法において、前記充填体形成工程は、前記凸状体の間の隙間に前記第二材料を充填すると共に、前記凸状体の表面に前記第二材料を被覆して前記充填体を形成してもよい。 In the coating forming method according to the present disclosure, the filler forming process may include filling the gaps between the convex bodies with the second material and coating the surfaces of the convex bodies with the second material to form the filler.

本開示に係る被膜の形成方法において、前記摺動部品は、Ｃｕ合金で形成されており、前記第一材料は、Ｚｎであり、前記第二材料は、Ｓｎであり、前記熱処理工程は、熱処理温度が１８０℃以上３５０℃以下であってもよい。 In the coating forming method according to the present disclosure, the sliding part may be formed of a Cu alloy, the first material may be Zn, the second material may be Sn, and the heat treatment process may be performed at a heat treatment temperature of 180°C or higher and 350°C or lower.

上記構成によれば、被膜を備える摺動部品の摩擦特性を向上させることが可能となる。 The above configuration makes it possible to improve the friction characteristics of sliding parts equipped with a coating.

本開示の実施形態において、被膜を備える摺動部品の構成を示す図である。1A to 1C are diagrams showing the configuration of a sliding component provided with a coating in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸部のみが複数の層で形成されている被膜の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a coating in which only the protrusions are formed of a plurality of layers in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、被膜本体の表面に表面層を有する被膜の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a coating having a surface layer on the surface of a coating body in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、被膜の形成方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a method for forming a coating in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸状体形成工程を説明するための図である。10A to 10C are diagrams for explaining a convex body forming step in the embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、充填体形成工程を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a filling body forming step in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸状体の間の隙間に第二材料を充填すると共に、凸状体の表面に第二材料を被覆して充填体を形成した構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration in which gaps between convex bodies are filled with a second material and the surfaces of the convex bodies are coated with the second material to form fillers in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸部がＺｎで形成され、充填部がＳｎで形成された被膜の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a coating in which a protruding portion is formed of Zn and a filling portion is formed of Sn in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸部がＺｎで形成され、充填部がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a coating in which a protruding portion is formed of Zn and a filling portion is formed of a Cu—Sn alloy in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、凸部の第一層がＳｎで形成され、第二層がＺｎで形成され、充填部がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a coating in an embodiment of the present disclosure, in which a first layer of a protruding portion is formed of Sn, a second layer is formed of Zn, and a filling portion is formed of a Cu—Sn alloy. 本開示の実施形態において、凸部がＺｎで形成され、充填部がＣｕ－Ｓｎ合金で形成され、表面層がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a coating in an embodiment of the present disclosure, in which a protruding portion is formed of Zn, a filling portion is formed of a Cu—Sn alloy, and a surface layer is formed of a Cu—Sn alloy. 本開示の実施形態において、実施例１から５の試験片の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configurations of test pieces according to Examples 1 to 5 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、比較例１の試験片の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a test piece of Comparative Example 1 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、摩擦摩耗特性評価結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of evaluation of friction and wear characteristics in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、摩擦摩耗特性評価結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of evaluation of friction and wear characteristics in an embodiment of the present disclosure.

以下に本開示の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、被膜を備える摺動部品１０の構成を示す図であり、図１（ａ）は、被膜を備える摺動部品１０の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ方向の断面図である。被膜を備える摺動部品１０は、摺動部品１２と、摺動部品１２の摺動面１２ａに設けられる被膜１４と、を備えている。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a sliding part 10 having a coating, FIG. 1(a) is a cross-sectional view of the sliding part 10 having a coating, and FIG. 1(b) is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 1(a). The sliding part 10 having a coating includes a sliding part 12 and a coating 14 provided on a sliding surface 12a of the sliding part 12.

摺動部品１２は、例えば、自動車用のエンジン部品や航空機用エンジン部品等の機械部品に用いられる摺動部品である。より具体的には、摺動部品１２は、例えば、航空機用エンジンの燃料ポンプ部品の軸受、自動車用過給機の軸受、滑り軸受の摺動部等とすることができる。摺動部品１２は、レシプロエンジンのクランクメタル、ピストンピン、ピストンスカート等とすることも可能である。摺動部品１２の構成材料は、特に限定されないが、Ｃｕ（銅）合金等の金属材料で形成することが可能である。摺動部品１２がＣｕ合金で形成されている場合には、摺動部品１２は、青銅や黄銅等のＣｕ合金で形成することができる。 The sliding part 12 is a sliding part used in mechanical parts such as engine parts for automobiles and engine parts for aircraft. More specifically, the sliding part 12 can be, for example, a bearing of a fuel pump part of an aircraft engine, a bearing of a turbocharger for an automobile, a sliding part of a plain bearing, etc. The sliding part 12 can also be a crank metal, a piston pin, a piston skirt, etc. of a reciprocating engine. The constituent material of the sliding part 12 is not particularly limited, but it can be formed from a metal material such as a Cu (copper) alloy. When the sliding part 12 is formed from a Cu alloy, the sliding part 12 can be formed from a Cu alloy such as bronze or brass.

被膜１４は、摺動部品１２の摺動面１２ａに設けられる被膜本体１６を備えている。被膜本体１６は、複数の凸部１８と、充填部２０とを有している。被膜本体１６は、複数の凸部１８と充填部２０とが一体的に形成されている。 The coating 14 has a coating body 16 that is provided on the sliding surface 12a of the sliding component 12. The coating body 16 has a plurality of protrusions 18 and a filling portion 20. The coating body 16 has the plurality of protrusions 18 and the filling portion 20 integrally formed therewith.

複数の凸部１８は、摺動部品１２の摺動面１２ａに立設して形成されており、お互いに隙間を設けて配置されている。凸部１８は、摺動部品１２の摺動面１２ａから被膜本体１６の表面まで形成されている。凸部１８は、摺動部品１２の摺動面１２ａに対して略垂直に設けることができる。凸部１８の形状は、特に限定されないが、角柱状（三角柱状、四角柱状等）、円柱状等の柱状とすることができる。凸部１８の幅は、例えば、５００μｍとするとよい。凸部１８の高さは、例えば、５μｍ未満（好ましくは０．１～１μｍ）とするとよい。凸部１８と凸部１８との間の隙間は、例えば、５０μｍから１００μｍとすることができる。 The multiple protrusions 18 are formed upright on the sliding surface 12a of the sliding part 12, and are arranged with gaps between them. The protrusions 18 are formed from the sliding surface 12a of the sliding part 12 to the surface of the coating body 16. The protrusions 18 can be provided approximately perpendicular to the sliding surface 12a of the sliding part 12. The shape of the protrusions 18 is not particularly limited, but can be a columnar shape such as a prismatic column (triangular column, square column, etc.) or a cylindrical column. The width of the protrusions 18 may be, for example, 500 μm. The height of the protrusions 18 may be, for example, less than 5 μm (preferably 0.1 to 1 μm). The gap between the protrusions 18 can be, for example, 50 μm to 100 μm.

充填部２０は、複数の凸部１８の隙間に充填されて形成されている。充填部２０は、摺動部品１２の摺動面１２ａから被膜本体１６の表面まで形成されている。充填部２０は、複数の凸部１８の間に隙間なく充填されているとよい。充填部２０の高さは、凸部１８の高さと同じにすることができる。 The filling portion 20 is formed by filling the gaps between the multiple protrusions 18. The filling portion 20 is formed from the sliding surface 12a of the sliding component 12 to the surface of the coating body 16. It is preferable that the filling portion 20 is filled without any gaps between the multiple protrusions 18. The height of the filling portion 20 can be the same as the height of the protrusions 18.

被膜本体１６は、凸部１８と充填部２０とが格子状に形成されており、摺動部品１２の摺動方向に対して、凸部１８と充填部２０とが交互に位置している構成することができる。被膜本体１６が格子状である場合には、凸部１８はセグメントを構成し、充填部２０は格子を構成することができる。被膜本体１６を格子状に構成することにより、摺動部品１２の摺動方向に対して、凸部１８と充填部２０とが交互に位置するようにすることができるので、後述するように被膜１４の摩擦特性を良好にして耐摩耗性をより向上させることが可能となる。被膜本体１６は、凸部１８と充填部２０とを正格子状や千鳥格子状等に配列させて格子状に構成することが可能である。 The coating body 16 can be configured such that the convex portions 18 and the filling portions 20 are formed in a lattice pattern, and the convex portions 18 and the filling portions 20 are alternately positioned in the sliding direction of the sliding part 12. When the coating body 16 is lattice-shaped, the convex portions 18 can form segments, and the filling portions 20 can form a lattice. By configuring the coating body 16 in a lattice pattern, the convex portions 18 and the filling portions 20 can be alternately positioned in the sliding direction of the sliding part 12, so that it is possible to improve the friction characteristics of the coating 14 and further improve the wear resistance, as described below. The coating body 16 can be configured in a lattice pattern by arranging the convex portions 18 and the filling portions 20 in a regular lattice pattern, a houndstooth pattern, or the like.

凸部１８及び充填部２０の一方は、硬質材で形成されており、他方は、硬質材よりも硬さが小さい軟質材で形成されている。このように凸部１８及び充填部２０は、異なる硬さで形成されており、一方が他方よりも硬さが大きく、他方が一方よりも硬さが小さくなるように形成されている。凸部１８が硬質材で形成されている場合には、充填部２０は軟質材で形成される。凸部１８が軟質材で形成されている場合には、充填部２０は硬質材で形成される。 One of the protrusion 18 and the filling portion 20 is formed from a hard material, and the other is formed from a soft material that is less hard than the hard material. In this way, the protrusion 18 and the filling portion 20 are formed with different hardnesses, one being harder than the other and the other being less hard than the other. When the protrusion 18 is formed from a hard material, the filling portion 20 is formed from a soft material. When the protrusion 18 is formed from a soft material, the filling portion 20 is formed from a hard material.

凸部１８及び充填部２０において、硬質材で形成されている一方は、主に、摺動時に荷重を支持する機能を有しており、軟質材で形成されている他方は、主に、すべりを高める機能を有している。なお、凸部１８及び充填部２０の硬さについては、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ等の硬さで対比可能である。凸部１８及び充填部２０の硬さは、例えば、摺動部品１２の使用環境での硬さとすることができる。 One of the protrusions 18 and the filling portion 20, which is made of a hard material, mainly functions to support the load during sliding, while the other, which is made of a soft material, mainly functions to enhance sliding. The hardness of the protrusions 18 and the filling portion 20 can be compared in terms of hardness such as Vickers hardness, Brinell hardness, and Rockwell hardness. The hardness of the protrusions 18 and the filling portion 20 can be, for example, the hardness in the environment in which the sliding part 12 is used.

凸部１８及び充填部２０は、異なる硬さで形成されているので、凸部１８及び充填部２０の剛性（ヤング率）も異なっている。被膜本体１６の表面に硬さと剛性といった機械的性質の異なる薄膜層が複合的に存在することにより、摺動時に低摩耗を継続的に維持することができる。例えば、凸部１８が硬質材で形成されており、充填部２０が軟質材で形成されている場合には、摺動時に充填部２０の軟質材が凸部１８の表面に供給されるので、摩擦係数を低減することができる。この理由は、硬質材の上に、軟質材のようなせん断抵抗の低い材料が薄膜状に存在すると低摩耗を発現するからである。そして、摺動時に被膜本体１６の表面が徐々に摩耗した場合でも、被膜本体１６の表面に硬質材と軟質材とが複合的に継続して存在することにより、摺動時に低摩耗を継続的に維持することができる。更に、剛性が低い層が接触荷重負荷に伴い変形し凹部を形成することで、弾性流体潤滑機構を発現し、油剤の供給源として機能することで、低摩擦を維持する。 The protrusions 18 and the filling portion 20 are formed with different hardnesses, so the rigidity (Young's modulus) of the protrusions 18 and the filling portion 20 are also different. The presence of a composite thin film layer with different mechanical properties, such as hardness and rigidity, on the surface of the coating body 16 allows low wear to be continuously maintained during sliding. For example, if the protrusions 18 are formed of a hard material and the filling portion 20 is formed of a soft material, the soft material of the filling portion 20 is supplied to the surface of the protrusions 18 during sliding, so the friction coefficient can be reduced. The reason for this is that low wear is achieved when a material with low shear resistance, such as a soft material, exists in a thin film form on a hard material. And even if the surface of the coating body 16 gradually wears away during sliding, the continuous composite presence of a hard material and a soft material on the surface of the coating body 16 allows low wear to be continuously maintained during sliding. Furthermore, the layer with low rigidity deforms with the contact load and forms a recess, thereby realizing an elastic fluid lubrication mechanism and functioning as a source of oil, thereby maintaining low friction.

更に、被膜本体１６の表面に硬質材と軟質材とが複合的に存在することにより、相手材との凝着部の面積増加を抑制し、さらに油剤を巻き込んだ状態とすることで、摩擦特性が良好になり、耐摩耗性を向上することができる。被膜本体１６が格子状に構成されている場合には、摺動部品１２の摺動方向に対して、凸部１８の面と、充填部２０の面とが交互に位置するようにすることができるので、相手材との凝着部の引き延ばしをせん断し易くなり、摩擦特性が更に良好になることで耐摩耗性をより向上させることができる。また、油剤の巻き込みは、エンジン油等の潤滑油を用いた潤滑下では、軟質材の弾性変形に起因した形状変化による弾性流体潤滑効果が発現することで、摩擦特性が良好になり、耐摩耗性が向上する。 Furthermore, the presence of a hard material and a soft material in combination on the surface of the coating body 16 suppresses an increase in the area of adhesion with the mating material, and by further entraining the oil, the friction characteristics are improved and the wear resistance can be improved. When the coating body 16 is configured in a lattice shape, the faces of the protrusions 18 and the faces of the filling parts 20 can be arranged alternately in the sliding direction of the sliding part 12, making it easier to shear the stretching of the adhesion with the mating material, and the friction characteristics are further improved, thereby further improving the wear resistance. In addition, the entrainment of the oil, when lubricated with a lubricating oil such as engine oil, produces an elastohydrodynamic lubrication effect due to the shape change caused by the elastic deformation of the soft material, improving the friction characteristics and improving the wear resistance.

凸部１８及び充填部２０を形成するための硬質材や軟質材は、特に限定されないが、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ（銀）等の金属材料や、ＳｎＳ（硫化錫）等の金属硫化物を用いることができる。凸部１８が硬質材で形成されており、充填部２０が軟質材で形成される場合には、例えば、凸部１８をＺｎで形成し、充填部２０をＳｎで形成することができる。凸部１８が軟質材で形成されており、充填部２０が硬質材で形成される場合には、例えば、凸部１８をＺｎで形成し、充填部２０をＣｕ－Ｓｎ合金で形成してもよいし、凸部１８をＳｎで形成し、充填部２０をＣｕ－Ｓｎ合金で形成してもよい。なお、これらはあくまでも例示であり、凸部１８及び充填部２０を形成するための硬質材や軟質材の組み合わせは、これらの組み合わせに限定されない。 The hard and soft materials for forming the protrusions 18 and the filling portion 20 are not particularly limited, but may be metal materials such as Cu, Zn, Sn, Ag (silver), or metal sulfides such as SnS (tin sulfide). When the protrusions 18 are made of a hard material and the filling portion 20 is made of a soft material, for example, the protrusions 18 may be made of Zn and the filling portion 20 may be made of Sn. When the protrusions 18 are made of a soft material and the filling portion 20 is made of a hard material, for example, the protrusions 18 may be made of Zn and the filling portion 20 may be made of a Cu-Sn alloy, or the protrusions 18 may be made of Sn and the filling portion 20 may be made of a Cu-Sn alloy. Note that these are merely examples, and the combinations of hard and soft materials for forming the protrusions 18 and the filling portion 20 are not limited to these combinations.

被膜本体１６は、凸部１８及び充填部２０の少なくとも一方が複数の層で形成されていてもよい。より詳細には、凸部１８のみが複数の層で形成されていてもよいし、充填部２０のみが複数の層で形成されていてもよい。また、凸部１８及び充填部２０の両方が、複数の層で形成されていてもよい。 In the coating body 16, at least one of the protruding portion 18 and the filling portion 20 may be formed from multiple layers. More specifically, only the protruding portion 18 may be formed from multiple layers, or only the filling portion 20 may be formed from multiple layers. In addition, both the protruding portion 18 and the filling portion 20 may be formed from multiple layers.

例として、凸部１８のみが複数の層で形成されている被膜１４について説明する。図２は、凸部１８のみが複数の層で形成されている被膜１４の構成を示す図である。図２では、凸部１８は、２層で構成されている。凸部１８は、凸部１８の表面側に設けられる第一層１８ａと、第一層１８ａと摺動部品１２との間に設けられる第二層１８ｂと、を有している。凸部１８における第一層１８ａを第二層１８ｂより軟質にすることにより、凸部１８の表面をより低摩擦にすることができる。また、第二層１８ｂが第一層１８ａと摺動部品１２との間の相互拡散反応を抑制する材料で形成されている場合には、第二層１８ｂは、拡散バリア層として機能することができる。 As an example, a coating 14 in which only the protrusions 18 are formed of multiple layers will be described. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the coating 14 in which only the protrusions 18 are formed of multiple layers. In FIG. 2, the protrusions 18 are composed of two layers. The protrusions 18 have a first layer 18a provided on the surface side of the protrusions 18, and a second layer 18b provided between the first layer 18a and the sliding part 12. By making the first layer 18a in the protrusions 18 softer than the second layer 18b, the surface of the protrusions 18 can be made to have lower friction. In addition, when the second layer 18b is formed of a material that suppresses the interdiffusion reaction between the first layer 18a and the sliding part 12, the second layer 18b can function as a diffusion barrier layer.

例えば、凸部１８の第一層１８ａがＳｎ、第二層１８ｂがＺｎ、充填部２０がＣｕ－Ｓｎ合金で形成されている被膜１４の場合には、凸部１８における第一層１８ａが第二層１８ｂより軟質であるので、凸部１８の表面をより低摩擦にすることができる。また、摺動部品１２がＣｕ合金で形成されている場合には、ＺｎはＳｎとＣｕとの相互拡散を抑制するので、第二層１８ｂは、第一層１８ａのＳｎと摺動部品１２のＣｕとの拡散を抑制する拡散バリア層としての機能も有している。 For example, in the case of a coating 14 in which the first layer 18a of the protrusion 18 is made of Sn, the second layer 18b is made of Zn, and the filling portion 20 is made of a Cu-Sn alloy, the first layer 18a of the protrusion 18 is softer than the second layer 18b, so that the surface of the protrusion 18 can have lower friction. In addition, in the case in which the sliding part 12 is made of a Cu alloy, Zn suppresses the mutual diffusion of Sn and Cu, so the second layer 18b also functions as a diffusion barrier layer that suppresses the diffusion of Sn in the first layer 18a and Cu in the sliding part 12.

被膜１４は、被膜本体１６の表面に設けられる表面層を有していてもよい。図３は、被膜本体１６の表面に表面層２２を有する被膜１４の構成を示す図である。表面層２２は、低摩擦材料で形成するとよい。これにより、摺動初期において、被膜１４の表面が低摩擦化されて摩擦特性が良好になり、耐摩耗性を向上させることができる。表面層２２は、凸部１８または充填部２０と同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。なお、図３では、表面層２２が充填部２０と同じ材料で形成されている場合を示している。表面層２２を凸部１８または充填部２０と同じ材料で形成することにより、表面層２２と被膜本体１６との密着性を向上させることができる。例えば、凸部１８がＺｎで形成され、充填部２０がＳｎで形成されている場合には、表面層２２をＳｎで形成することができる。また、凸部１８がＺｎで形成され、充填部２０がＣｕ－Ｓｎ合金で形成されている場合には、表面層２２をＣｕ－Ｓｎ合金で形成することができる。 The coating 14 may have a surface layer provided on the surface of the coating body 16. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the coating 14 having a surface layer 22 on the surface of the coating body 16. The surface layer 22 may be formed of a low-friction material. As a result, in the initial stage of sliding, the surface of the coating 14 has low friction, the friction characteristics are improved, and the wear resistance can be improved. The surface layer 22 may be formed of the same material as the protrusions 18 or the filling portion 20, or may be formed of a different material. Note that FIG. 3 shows a case where the surface layer 22 is formed of the same material as the filling portion 20. By forming the surface layer 22 from the same material as the protrusions 18 or the filling portion 20, the adhesion between the surface layer 22 and the coating body 16 can be improved. For example, when the protrusions 18 are formed of Zn and the filling portion 20 is formed of Sn, the surface layer 22 can be formed of Sn. Furthermore, if the protruding portion 18 is made of Zn and the filling portion 20 is made of a Cu-Sn alloy, the surface layer 22 can be made of a Cu-Sn alloy.

表面層２２は、凸部１８が軟質材で形成されている場合には凸部１８と同じ軟質材で形成し、充填部２０が軟質材で形成されている場合には充填部２０と同じ軟質材で形成するとよい。例えば、凸部１８が硬質材で形成され、充填部２０が軟質材で形成されており、表面層２２が充填部２０と同じ軟質材で形成されている場合には、凸部１８の表面に軟質材が設けられているので、凸部１８の表面がより低摩擦化され、摩擦特性が良好になり、被膜１４の耐摩耗性を向上させることができる。表面層２２の厚みは、例えば、０．１μｍから１μｍとすることができる。なお、勿論、被膜１４は、表面層２２を設けずに、被膜本体１６のみで構成されていてもよい。 When the protrusions 18 are made of a soft material, the surface layer 22 is preferably made of the same soft material as the protrusions 18, and when the filling portion 20 is made of a soft material, the surface layer 22 is preferably made of the same soft material as the filling portion 20. For example, when the protrusions 18 are made of a hard material, the filling portion 20 is made of a soft material, and the surface layer 22 is made of the same soft material as the filling portion 20, the surface of the protrusions 18 is provided with a soft material, so that the surface of the protrusions 18 has lower friction, the friction characteristics are improved, and the wear resistance of the coating 14 can be improved. The thickness of the surface layer 22 can be, for example, 0.1 μm to 1 μm. Of course, the coating 14 may be composed of only the coating body 16 without providing the surface layer 22.

次に、被膜１４の形成方法について説明する。図４は、被膜１４の形成方法を示すフローチャートである。被膜１４の形成方法は、凸状体形成工程（Ｓ１０）と、充填体形成工程（Ｓ１２）と、熱処理工程（Ｓ１４）と、を備えている。 Next, the method for forming the coating 14 will be described. FIG. 4 is a flow chart showing the method for forming the coating 14. The method for forming the coating 14 includes a convex body forming process (S10), a filling body forming process (S12), and a heat treatment process (S14).

凸状体形成工程（Ｓ１０）は、摺動部品１２の摺動面１２ａにお互いに隙間を設けて複数の凸状体を第一材料で形成する工程である。図５は、凸状体形成工程（Ｓ１０）を説明するための図である。複数の凸状体３０は、摺動部品１２の摺動面１２ａにお互いに隙間を設けて第一材料で形成される。凸状体３０をお互いに隙間を設けて形成するためには、網目状のマスキングを用いるとよい。このようなマスキングには、例えば、幅２００μｍのマスク材を５００μｍ間隔で格子状に配置したものを用いることができる。また、摺動部品１２の摺動面１２ａは、凸状体３０を形成する前に、表面の凹凸を均すために研磨等の処理を行ってもよい。 The convex body forming step (S10) is a step of forming a plurality of convex bodies from a first material with gaps between them on the sliding surface 12a of the sliding part 12. FIG. 5 is a diagram for explaining the convex body forming step (S10). A plurality of convex bodies 30 are formed from a first material with gaps between them on the sliding surface 12a of the sliding part 12. In order to form the convex bodies 30 with gaps between them, it is preferable to use a mesh masking. For such masking, for example, a mask material with a width of 200 μm arranged in a lattice shape at intervals of 500 μm can be used. In addition, the sliding surface 12a of the sliding part 12 may be subjected to a process such as polishing to smooth out the unevenness of the surface before forming the convex bodies 30.

複数の凸状体３０は、例えば、摺動部品１２の摺動面１２ａに網目状のマスキングをした後に、第一材料を成膜することにより形成することが可能である。第一材料は、特に限定されないが、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ（銀）等の金属材料や、ＳｎＳ（硫化錫）等の金属硫化物を用いることができる。第一材料の成膜方法には、ショットブラスト、ショットピーニング、めっき、物理蒸着法（真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等）、化学蒸着法等の一般的な成膜方法を用いることが可能である。例えば、第一材料をショットブラストやショットピーニングで成膜する場合には、平均粒径が７５μｍから１５０μｍの第一材料粒子を用いるとよい。なお、第一材料が摺動部品１２の構成材料と同じ材料である場合には、摺動部品１２の摺動面１２ａを機械加工やエッチィング等して凸状体３０を形成してもよい。このようにして凸状体３０は、例えば、正格子状や千鳥格子状等に形成される。 The plurality of convex bodies 30 can be formed, for example, by forming a film of the first material after applying a mesh-like mask to the sliding surface 12a of the sliding part 12. The first material is not particularly limited, but metal materials such as Cu, Zn, Sn, Ag (silver) and metal sulfides such as SnS (tin sulfide) can be used. The film of the first material can be formed by general film formation methods such as shot blasting, shot peening, plating, physical vapor deposition (vacuum deposition, sputtering, ion plating, etc.), and chemical vapor deposition. For example, when the first material is formed by shot blasting or shot peening, it is preferable to use first material particles with an average particle size of 75 μm to 150 μm. In addition, when the first material is the same material as the constituent material of the sliding part 12, the convex bodies 30 may be formed by machining or etching the sliding surface 12a of the sliding part 12. In this way, the convex bodies 30 are formed, for example, in a regular lattice shape or a houndstooth lattice shape.

充填体形成工程（Ｓ１２）は、凸状体３０の間の隙間に第二材料を充填して充填体を形成する工程である。図６は、充填体形成工程（Ｓ１２）を説明するための図である。充填体３２は、複数の凸状体３０の間の隙間に第二材料を充填して形成する。例えば、充填体３２は、凸状体３０が設けられた摺動面１２ａに、第二材料を成膜することにより形成することが可能である。第二材料には、第一材料と異なる材料が用いられる。第二材料は、特に限定されないが、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ（銀）等の金属材料や、ＳｎＳ（硫化錫）等の金属硫化物を用いることができる。第二材料の成膜方法は、第一材料の成膜方法と同様に、ショットブラストやショットピーニング等で行うことが可能である。第二材料をショットブラストやショットピーニングで成膜する場合には、平均粒径が５０μｍから１００μｍの第二材料粒子を用いるとよい。また、第二材料の成膜後に凸状体３０の表面を露出させるために、凸状体３０の表面を予めマスキングして成膜してもよいし、成膜後に研磨等してもよい。 The filler formation process (S12) is a process of filling the gaps between the convex bodies 30 with a second material to form a filler. FIG. 6 is a diagram for explaining the filler formation process (S12). The filler 32 is formed by filling the gaps between the multiple convex bodies 30 with the second material. For example, the filler 32 can be formed by forming a film of the second material on the sliding surface 12a on which the convex bodies 30 are provided. A material different from the first material is used for the second material. The second material is not particularly limited, but metal materials such as Cu, Zn, Sn, Ag (silver) and metal sulfides such as SnS (tin sulfide) can be used. The film formation method of the second material can be performed by shot blasting, shot peening, etc., similar to the film formation method of the first material. When forming a film of the second material by shot blasting or shot peening, it is preferable to use second material particles with an average particle size of 50 μm to 100 μm. In addition, in order to expose the surface of the convex body 30 after the film of the second material is formed, the surface of the convex body 30 may be masked beforehand and then the film may be formed, or may be polished after the film is formed.

熱処理工程（Ｓ１４）は、凸状体３０及び充填体３２を形成した摺動部品１２を熱処理して、凸状体３０及び充填体３２の一方を硬質材で形成し、他方を硬質材より硬さが小さい軟質材で形成する工程である。凸状体３０及び充填体３２を熱処理して、凸状体３０及び充填体３２の一方を硬質材で形成し、他方を硬質材より硬さが小さい軟質材で形成する。熱処理することにより、凸状体３０と充填体３２との密着性を高めることができる。 The heat treatment step (S14) is a step in which the sliding part 12 on which the convex body 30 and the filler 32 are formed is heat treated to form one of the convex body 30 and the filler 32 from a hard material and the other from a soft material that is less hard than the hard material. The convex body 30 and the filler 32 are heat treated to form one of the convex body 30 and the filler 32 from a hard material and the other from a soft material that is less hard than the hard material. By performing the heat treatment, the adhesion between the convex body 30 and the filler 32 can be increased.

熱処理条件（熱処理温度、熱処理時間等）を変えることにより、被膜１４の構成を変えることが可能となる。例えば、第一材料、第二材料及び摺動部品１２の構成材料が相互拡散反応を生じない熱処理条件の場合には、凸状体３０が熱処理されて第一材料の凸部１８が形成され、充填体３２が熱処理されて第二材料の充填部２０が形成される。凸部１８を充填部２０より硬質にする場合には、第一材料には、第二材料よりも硬さが大きい硬質材を用いればよい。充填部２０を凸部１８より硬質にする場合には、第二材料には、第一材料よりも硬さが大きい硬質材を用いればよい。 By changing the heat treatment conditions (heat treatment temperature, heat treatment time, etc.), it is possible to change the configuration of the coating 14. For example, in the case of heat treatment conditions in which the first material, the second material, and the constituent materials of the sliding part 12 do not undergo an interdiffusion reaction, the convex body 30 is heat treated to form the convex portion 18 of the first material, and the filling body 32 is heat treated to form the filling portion 20 of the second material. If the convex portion 18 is to be harder than the filling portion 20, a hard material having a harder property than the second material may be used for the first material. If the filling portion 20 is to be harder than the convex portion 18, a hard material having a harder property than the first material may be used for the second material.

また、第一材料と摺動部品１２の構成材料との相互拡散反応や、第二材料と摺動部品１２の構成材料との相互拡散反応が生じる熱処理条件の場合には、凸部１８や充填部２０をこれらの相互拡散反応で生成する化合物で形成することができる。例えば、第一材料、第二材料及び摺動部品１２の構成材料が金属材料である場合において、凸部１８を充填部２０より硬質にする場合には、熱処理により凸状体３０の第一材料と、摺動部品１２の構成材料とを相互拡散反応させることにより合金化させて凸部１８を形成し、凸部１８を充填部２０より硬質にすればよい。充填部２０を凸部１８より硬質にする場合には、充填体３２の第二材料と、摺動部品１２の構成材料とを相互拡散反応させることにより合金化させて充填部２０を形成し、充填部２０を凸部１８より硬質にすればよい。 In addition, in the case of heat treatment conditions that cause an interdiffusion reaction between the first material and the constituent material of the sliding part 12, or an interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12, the convex part 18 and the filling part 20 can be formed of a compound generated by these interdiffusion reactions. For example, when the first material, the second material, and the constituent material of the sliding part 12 are metal materials, in order to make the convex part 18 harder than the filling part 20, the first material of the convex body 30 and the constituent material of the sliding part 12 are alloyed by interdiffusion reaction by heat treatment to form the convex part 18, and the convex part 18 is made harder than the filling part 20. In the case of making the filling part 20 harder than the convex part 18, the second material of the filling body 32 and the constituent material of the sliding part 12 are alloyed by interdiffusion reaction to form the filling part 20, and the filling part 20 is made harder than the convex part 18.

また、充填体形成工程（Ｓ１２）において、凸状体３０の間の隙間に第二材料を充填すると共に、凸状体３０の表面に第二材料を被覆して充填体３２を形成してもよい。図７は、凸状体３０の間の隙間に第二材料を充填すると共に、凸状体３０の表面に第二材料を被覆して充填体３２を形成した構成を示す図である。 In addition, in the filler formation step (S12), the gaps between the convex bodies 30 may be filled with the second material, and the surfaces of the convex bodies 30 may be coated with the second material to form the filler 32. FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which the gaps between the convex bodies 30 are filled with the second material, and the surfaces of the convex bodies 30 are coated with the second material to form the filler 32.

第一材料、第二材料及び摺動部品１２の構成材料が相互拡散反応を生じない熱処理条件で熱処理する場合には、凸部１８が第一材料で形成され、充填部２０が第二材料で形成される。そして、被膜本体１６の表面に、第二材料からなる表面層２２が形成される。 When the first material, the second material, and the constituent material of the sliding part 12 are heat-treated under heat treatment conditions that do not cause an interdiffusion reaction, the protrusions 18 are formed from the first material, and the filling parts 20 are formed from the second material. Then, a surface layer 22 made of the second material is formed on the surface of the coating body 16.

第二材料と摺動部品１２の構成材料との相互拡散反応が生じるが、凸状体３０の表面の第二材料まで摺動部品１２の構成材料が拡散しないような相互拡散反応の進行が比較的遅い熱処理条件で熱処理する場合には、凸部１８は、凸部１８の表面側が第二材料からなる第一層１８ａで形成され、第一層１８ａと摺動部品１２との間が第一材料からなる第二層１８ｂで形成される。そして、充填部２０が、第二材料と摺動部品１２の構成材料とが相互拡散反応した化合物で形成される。このような場合には、凸部１８を複数の層で形成することができる。 When heat treatment is performed under conditions where the interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12 proceeds relatively slowly and the constituent material of the sliding part 12 does not diffuse to the second material on the surface of the convex body 30, the surface side of the convex part 18 is formed of a first layer 18a made of the second material, and the area between the first layer 18a and the sliding part 12 is formed of a second layer 18b made of the first material. The filling part 20 is then formed of a compound resulting from the interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12. In such a case, the convex part 18 can be formed of multiple layers.

熱処理条件として、第二材料と摺動部品１２の構成材料との相互拡散反応が生じるが、凸状体３０の表面の第二材料まで摺動部品１２の構成材料が拡散するような相互拡散反応の進行が比較的速い熱処理条件で熱処理する場合には、凸部１８が第一材料で形成され、充填部２０が第二材料と摺動部品１２の構成材料とが相互拡散反応した化合物で形成される。そして、被膜本体１６の表面に、第二材料と摺動部品１２の構成材料とが相互拡散反応した化合物からなる表面層２２が形成される。 When heat treatment is performed under conditions in which an interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12 occurs and the interdiffusion reaction progresses relatively quickly, such that the constituent material of the sliding part 12 diffuses to the second material on the surface of the convex body 30, the convex portion 18 is formed of the first material, and the filling portion 20 is formed of a compound resulting from the interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12. Then, a surface layer 22 consisting of a compound resulting from the interdiffusion reaction between the second material and the constituent material of the sliding part 12 is formed on the surface of the coating body 16.

次に、上記の被膜１４の形成方法における具体例として、第一材料がＺｎ、第二材料がＳｎ、摺動部品１２の構成材料がＣｕ合金である場合について説明する。この場合には、熱処理条件である熱処理温度を１８０℃以上３５０℃以下の範囲で変えることにより、異なる被膜１４が形成される。例えば、摺動部品１２が軸受である場合には、軸受の用途等に応じて熱処理条件を変更することで異なる被膜１４を形成可能なので生産性等が向上する。なお、以下の具体例において、硬さの大小関係は、Ｓｎ＜Ｚｎ＜Ｃｕ－Ｓｎ合金の関係にある。 Next, as a specific example of the method for forming the coating 14, a case will be described in which the first material is Zn, the second material is Sn, and the constituent material of the sliding part 12 is a Cu alloy. In this case, different coatings 14 are formed by changing the heat treatment temperature, which is a heat treatment condition, in the range of 180°C to 350°C. For example, if the sliding part 12 is a bearing, different coatings 14 can be formed by changing the heat treatment conditions depending on the application of the bearing, thereby improving productivity. Note that in the following specific example, the relationship of magnitude of hardness is Sn<Zn<Cu-Sn alloy.

図８は、凸部１８がＺｎで形成され、充填部２０がＳｎで形成された被膜１４の構成を示す図である。Ｚｎ、Ｓｎ及びＣｕが殆ど相互拡散反応しない熱処理条件で熱処理する場合には、凸状体３０が熱処理されてＺｎの凸部１８が形成され、充填体３２が熱処理されてＳｎの充填部２０が形成される。このような熱処理条件は、例えば、熱処理温度が１８０℃、熱処理時間が３時間である。更に、充填体３２が凸状体３０の表面を覆うように形成されている場合には、被膜本体１６の表面にＳｎの表面層２２が形成される。 Figure 8 is a diagram showing the configuration of the coating 14 in which the protrusions 18 are made of Zn and the filling portion 20 is made of Sn. When heat treatment is performed under heat treatment conditions that cause little interdiffusion reaction between Zn, Sn, and Cu, the protrusions 30 are heat treated to form the protrusions 18 of Zn, and the filling portion 32 is heat treated to form the filling portion 20 of Sn. Such heat treatment conditions are, for example, a heat treatment temperature of 180°C and a heat treatment time of 3 hours. Furthermore, when the filling portion 32 is formed so as to cover the surface of the protrusions 30, a surface layer 22 of Sn is formed on the surface of the coating body 16.

図９は、凸部１８がＺｎで形成され、充填部２０がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜１４の構成を示す図である。ＺｎとＣｕとが殆ど相互拡散反応せず、ＳｎとＣｕとが相互拡散反応する熱処理条件で熱処理する場合には、凸状体３０が熱処理されてＺｎの凸部１８が形成され、充填体３２が熱処理されてＳｎとＣｕとが相互拡散反応してＣｕ－Ｓｎ合金の充填部２０が形成される。このような熱処理条件は、例えば、熱処理温度が２００℃から３５０℃、熱処理時間が３時間である。 Figure 9 is a diagram showing the configuration of the coating 14 in which the protrusions 18 are formed of Zn and the filling portion 20 is formed of a Cu-Sn alloy. When heat treatment is performed under heat treatment conditions in which Zn and Cu hardly undergo an interdiffusion reaction but Sn and Cu undergo an interdiffusion reaction, the protrusions 30 are heat treated to form the Zn protrusions 18, and the filling portion 32 is heat treated to cause an interdiffusion reaction between Sn and Cu to form the Cu-Sn alloy filling portion 20. Such heat treatment conditions are, for example, a heat treatment temperature of 200°C to 350°C and a heat treatment time of 3 hours.

図１０は、凸部１８の第一層１８ａがＳｎで形成され、第二層１８ｂがＺｎで形成され、充填部２０がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜１４の構成を示す図である。充填体３２が凸状体３０の表面を覆うように形成されている場合において、ＳｎとＣｕとが相互拡散反応の進行が比較的遅い熱処理条件で熱処理する場合には、摺動部品１２に含まれるＣｕが凸状体３０の表面に位置する充填体３２まで周りこんで拡散しない。このため、凸部１８として、凸部１８の表面側にＳｎの第一層１８ａが形成され、第一層１８ａと摺動部品１２との間にＺｎの第二層１８ｂが形成される。そして、充填体３２が熱処理されてＳｎとＣｕとが相互拡散反応してＣｕ－Ｓｎ合金の充填部２０が形成される。このような熱処理条件は、例えば、熱処理温度が２２５℃から２４０℃、熱処理時間が３時間である。なお、Ｓｎ―Ｚｎ系の相互溶解度は非常に小さいので、凸部１８において第一層１８ａと摺動部品１２との間にＺｎの第二層１８ｂを中間層として介在させることで、第一層１８ａのＳｎと摺動部品１２のＣｕとの化合物の形成が抑制される。 Figure 10 is a diagram showing the configuration of the coating 14 in which the first layer 18a of the protrusion 18 is formed of Sn, the second layer 18b is formed of Zn, and the filling portion 20 is formed of a Cu-Sn alloy. When the filling body 32 is formed to cover the surface of the protrusion 30, and heat treatment is performed under heat treatment conditions in which the interdiffusion reaction between Sn and Cu proceeds relatively slowly, the Cu contained in the sliding part 12 does not diffuse around to the filling body 32 located on the surface of the protrusion 30. For this reason, the first layer 18a of Sn is formed on the surface side of the protrusion 18 as the protrusion 18, and the second layer 18b of Zn is formed between the first layer 18a and the sliding part 12. Then, the filling body 32 is heat treated, and the Sn and Cu undergo an interdiffusion reaction to form the filling portion 20 of the Cu-Sn alloy. Such heat treatment conditions are, for example, a heat treatment temperature of 225°C to 240°C and a heat treatment time of 3 hours. In addition, since the mutual solubility of the Sn-Zn system is very small, by interposing the second Zn layer 18b as an intermediate layer between the first layer 18a and the sliding part 12 in the protrusion 18, the formation of a compound between the Sn of the first layer 18a and the Cu of the sliding part 12 is suppressed.

図１１は、凸部１８がＺｎで形成され、充填部２０がＣｕ－Ｓｎ合金で形成され、表面層２２がＣｕ－Ｓｎ合金で形成された被膜１４の構成を示す図である。充填体３２が凸状体３０の表面を覆うように形成されている場合において、ＳｎとＣｕ合金とが相互拡散反応の進行が比較的速い熱処理条件で熱処理する場合には、摺動部品１２に含まれるＣｕが凸状体３０の上面の充填体３２まで周りこんで拡散する。このため、凸状体３０が熱処理されてＺｎの凸部１８が形成され、充填体３２が熱処理されてＳｎとＣｕとが反応してＣｕ－Ｓｎ合金の充填部２０が形成される。そして、被膜本体１６の表面にＣｕ－Ｓｎ合金の表面層２２が形成される。このような熱処理条件は、例えば、熱処理温度が３００℃から３５０℃、熱処理時間が３時間である。 Figure 11 is a diagram showing the configuration of the coating 14 in which the protrusions 18 are formed of Zn, the filling portion 20 is formed of a Cu-Sn alloy, and the surface layer 22 is formed of a Cu-Sn alloy. When the filling body 32 is formed to cover the surface of the protrusion 30, and heat treatment is performed under heat treatment conditions in which the interdiffusion reaction between Sn and the Cu alloy proceeds relatively quickly, the Cu contained in the sliding part 12 diffuses around to the filling body 32 on the upper surface of the protrusion 30. Therefore, the protrusions 18 of Zn are formed by heat treatment of the protrusion 30, and the filling body 32 is heat treated to react with Sn and Cu to form the filling portion 20 of the Cu-Sn alloy. Then, the surface layer 22 of the Cu-Sn alloy is formed on the surface of the coating body 16. Such heat treatment conditions are, for example, a heat treatment temperature of 300°C to 350°C and a heat treatment time of 3 hours.

上記構成の被膜を備える摺動部品によれば、被膜は、摺動部品の摺動面に設けられる被膜本体を備え、被膜本体は、摺動部品の摺動面に立設して形成されており、お互いに隙間を設けて配置される複数の凸部と、凸部の間の隙間に充填されて形成される充填部と、を有し、凸部及び充填部の一方が硬質材で形成されており、他方が、硬質材より硬さが小さい軟質材で形成されている。これにより、被膜本体の表面に硬質材と軟質材とが複合的に存在するので、摺動時に低摩耗を継続的に維持して摩擦特性を向上させることができる。 According to the sliding part equipped with the coating of the above configuration, the coating comprises a coating body provided on the sliding surface of the sliding part, and the coating body is formed upright on the sliding surface of the sliding part, and has a plurality of protrusions arranged with gaps between them, and a filling part formed by filling the gaps between the protrusions, one of the protrusions and the filling part being formed from a hard material, and the other being formed from a soft material that is less hard than the hard material. As a result, a hard material and a soft material are present in a composite manner on the surface of the coating body, so that low wear can be continuously maintained during sliding, and friction characteristics can be improved.

上記構成の被膜を備える摺動部品によれば、摺動面の全面に硬質膜を被覆し、更に硬質膜の全面に低摩耗性薄膜を被覆したものと比べて、摺動を続けた場合の摺動抵抗の上昇を抑制できる。また、上記構成の被膜を備える摺動部品によれば、摺動抵抗の上昇を抑制できたことにより、摩擦特性が良好になり、耐摩耗性を向上できる。 A sliding part having the coating of the above configuration can suppress the increase in sliding resistance during continued sliding, compared to a sliding part in which the entire sliding surface is coated with a hard film and the entire hard film is further coated with a low-wear thin film. Furthermore, a sliding part having the coating of the above configuration can suppress the increase in sliding resistance, thereby improving friction characteristics and wear resistance.

上記構成の被膜の形成方法によれば、摺動部品の摺動面にお互いに隙間を設けて立設させて、第一材料で複数の凸状体を形成する凸状体形成工程と、凸状体の間の隙間に第二材料を充填して充填体を形成する充填体形成工程と、凸状体及び充填体を形成した摺動部品を熱処理して、凸状体及び充填体の一方を硬質材で形成し、他方を硬質材より硬さが小さい軟質材で形成する熱処理工程と、を備えている。これにより、摺動耗性を向上させた被膜を形成可能となる。 The coating forming method of the above configuration includes a convex body forming step in which the convex bodies are erected on the sliding surface of the sliding part with gaps between them and formed with a first material, a filler forming step in which the gaps between the convex bodies are filled with a second material to form a filler, and a heat treatment step in which the sliding part on which the convex bodies and filler bodies have been formed is heat treated to form one of the convex bodies and the filler body with a hard material and the other with a soft material that is less hard than the hard material. This makes it possible to form a coating with improved sliding wear resistance.

被膜の摩耗特性について評価した。 The wear characteristics of the coating were evaluated.

（試験片）
まず、実施例１から５の試験片について説明する。試験片の形状は、リング状とした。試験片の寸法は、外径４４ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み７ｍｍとした。図１２は、実施例１から５の試験片の構成を示す図であり、図１２（ａ）は、実施例１の試験片の構成を示す図であり、図１２（ｂ）は、実施例２から３の試験片の構成を示す図であり、図１２（ｃ）は、実施例４から５の試験片の構成を示す図である。実施例１から５の試験片は、基材は同じであり、被膜の構成が相違している。基材は、青銅からなるＣｕ合金で形成した。 (Test pieces)
First, the test pieces of Examples 1 to 5 will be described. The shape of the test piece was a ring shape. The dimensions of the test piece were an outer diameter of 44 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 7 mm. FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the test piece of Examples 1 to 5, FIG. 12(a) is a diagram showing the configuration of the test piece of Example 1, FIG. 12(b) is a diagram showing the configuration of the test piece of Examples 2 to 3, and FIG. 12(c) is a diagram showing the configuration of the test piece of Examples 4 to 5. The test pieces of Examples 1 to 5 have the same substrate and different coating configurations. The substrate was formed of a Cu alloy made of bronze.

実施例１の試験片の被膜は、図１２（ａ）に示すように、凸部をＺｎで形成し、充填部をＳｎで形成した。そして、凸部及び充填部（被膜本体）の表面に表面層をＳｎで形成した。 As shown in FIG. 12(a), the coating of the test piece in Example 1 had the protruding portion formed of Zn and the filling portion formed of Sn. A surface layer was then formed of Sn on the surfaces of the protruding portion and the filling portion (the coating body).

実施例２、３の試験片の被膜は、図１２（ｂ）に示すように、充填部をＣｕ－Ｓｎ合金で形成した。凸部は、凸部の表面側の第一層をＳｎで形成し、第一層と基材との間の第二層をＺｎで形成した。実施例２、３の試験片の被膜では、凸部及び充填部（被膜本体）の表面に表面層を形成していない。 As shown in Figure 12 (b), the coating of the test pieces in Examples 2 and 3 had the filling portion formed of a Cu-Sn alloy. The first layer on the surface side of the convex portion was formed of Sn, and the second layer between the first layer and the substrate was formed of Zn. In the coating of the test pieces in Examples 2 and 3, no surface layer was formed on the surface of the convex portion and the filling portion (main body of the coating).

実施例４、５の試験片の被膜は、図１２（ｃ）に示すように、凸部をＺｎで形成し、充填部をＣｕ－Ｓｎ合金で形成した。そして、凸部及び充填部（被膜本体）の表面に表面層をＣｕ－Ｓｎ合金で形成した。 As shown in Figure 12 (c), the coating of the test pieces in Examples 4 and 5 had the protruding parts formed of Zn and the filling parts formed of a Cu-Sn alloy. A surface layer was then formed on the surfaces of the protruding parts and the filling parts (the coating body) with a Cu-Sn alloy.

次に、実施例１から５の試験片の作製方法について説明する。各試験片の作製方法については、熱処理温度が相違しており、その他の構成については同じとした。 Next, the method for preparing the test pieces in Examples 1 to 5 will be described. The heat treatment temperature differed between the test pieces, but the other configurations were the same.

基材は、被膜を形成する一端面を鏡面仕上げした。基材表面に網目状のマスキングをした。マスキングは、基材表面に、幅２００μｍのマスク材を５００μｍ間隔で格子状に配置した。マスキングした基材表面に、Ｚｎ粒子をショットブラストして成膜した。Ｚｎ粒子の平均粒径は、１００μｍとした。マスキングを取り外し、基材表面に凸状体を格子状に形成した。凸状体の厚みは、約１μｍから５μｍとした。 One end surface of the substrate on which the coating was to be formed was mirror-finished. A mesh-like masking was applied to the substrate surface. For the masking, masking material 200 μm wide was arranged in a grid pattern at intervals of 500 μm on the substrate surface. Zn particles were shot blasted onto the masked substrate surface to form a film. The average particle size of the Zn particles was 100 μm. The masking was removed, and convex bodies were formed in a grid pattern on the substrate surface. The thickness of the convex bodies was approximately 1 μm to 5 μm.

次に、凸状体を形成した基材に、Ｓｎ粒子をショットブラストして成膜した。Ｓｎ粒子の平均粒径は、７０μｍとした。これにより、凸状体の隙間をＳｎ粒子で充填させながら、凸状体の表面をＳｎ粒子で覆うようにして充填体を形成した。充填体の厚みは、約１μｍから５μｍとした。 Next, Sn particles were shot blasted onto the base material on which the convex bodies were formed to form a film. The average particle size of the Sn particles was 70 μm. In this way, the gaps in the convex bodies were filled with Sn particles, while the surfaces of the convex bodies were covered with Sn particles to form a filler. The thickness of the filler was approximately 1 μm to 5 μm.

凸状体及び充填体を形成した基材を熱処理した。熱処理温度は、実施例１が１８０℃、実施例２が２２５℃、実施例３が２４０℃、実施例４が３００℃、実施例５が３５０℃とした。熱処理時間は、いずれも３時間とした。熱処理雰囲気は、大気雰囲気とした。 The substrate on which the convex bodies and the filling bodies were formed was heat-treated. The heat treatment temperature was 180°C for Example 1, 225°C for Example 2, 240°C for Example 3, 300°C for Example 4, and 350°C for Example 5. The heat treatment time was 3 hours for all cases. The heat treatment atmosphere was air.

実施例１では、凸状体が熱処理されてＺｎの凸部が形成された。また、凸状体の間に充填された充填体が熱処理されてＳｎの充填部が形成された。そして、表面側の充填体が熱処理されてＳｎの表面層が形成された。 In Example 1, the convex bodies were heat-treated to form convex portions of Zn. The filler filled between the convex bodies was heat-treated to form filled portions of Sn. The filler on the surface side was then heat-treated to form a surface layer of Sn.

実施例２，３では、凸状体と、凸状体の表面に位置する充填体とが熱処理されて２層からなる凸部が形成された。より詳細には、凸部は、凸部の表面側にＳｎの第一層が形成され、第一層と基材との間にＺｎの第二層が形成された。また、凸状体の間に充填された充填体と、基材に含まれるＣｕとが相互拡散反応することにより、Ｃｕ－Ｓｎ合金からなる充填部が形成された。 In Examples 2 and 3, the convex body and the filling material located on the surface of the convex body were heat-treated to form a two-layered convex portion. More specifically, a first layer of Sn was formed on the surface side of the convex body, and a second layer of Zn was formed between the first layer and the substrate. In addition, an interdiffusion reaction occurred between the filling material filled between the convex bodies and Cu contained in the substrate, forming a filling portion made of a Cu-Sn alloy.

実施例４，５では、凸状体が熱処理されてＺｎの凸部が形成された。また、凸状体の間に充填された充填体及び表面側の充填体と、基材に含まれるＣｕとが相互拡散反応することにより、Ｃｕ－Ｓｎ合金からなる充填部及び表面層が形成された。 In Examples 4 and 5, the convex bodies were heat-treated to form Zn convexities. In addition, the filler filled between the convex bodies and the filler on the surface side reacted with the Cu contained in the base material through mutual diffusion to form a filler and a surface layer made of a Cu-Sn alloy.

次に、比較例１の試験片について説明する。図１３は、比較例１の試験片の構成を示す図である。比較例１の試験片は、基材と、基材表面の全面に被覆されるＺｎ層と、Ｚｎ層の表面の全面に被覆されるＳｎ層とから構成されている。基材は、実施例１から５の試験片と同様の基材を用いた。 Next, the test specimen of Comparative Example 1 will be described. FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the test specimen of Comparative Example 1. The test specimen of Comparative Example 1 is composed of a substrate, a Zn layer covering the entire surface of the substrate, and a Sn layer covering the entire surface of the Zn layer. The substrate used was the same as the substrate used for the test specimens of Examples 1 to 5.

次に、比較例１の試験片の作製方法について説明する。基材は、被膜を形成する一端面を鏡面仕上げした。基材表面に、Ｚｎ粒子をショットブラストして成膜した。Ｚｎ粒子の平均粒径は、１００μｍとした。Ｚｎ層の厚みは、約１μｍから５μｍとした。次に、Ｚｎ層を形成した基材の表面に、Ｓｎ粒子をショットブラストして成膜した。Ｓｎ粒子の平均粒径は、７０μｍとした。これにより、Ｚｎ層を覆うようにしてＳｎ層を形成した。Ｓｎ層の厚みは、約１μｍから５μｍとした。Ｚｎ層及びＳｎ層を形成した基材を熱処理した。熱処理温度は、１８０℃とした。熱処理時間は、３時間とした。熱処理雰囲気は、大気雰囲気とした。 Next, the method of preparing the test piece of Comparative Example 1 will be described. One end surface of the substrate on which the coating is to be formed was mirror-finished. Zn particles were shot-blasted onto the substrate surface to form a film. The average particle size of the Zn particles was set to 100 μm. The thickness of the Zn layer was set to approximately 1 μm to 5 μm. Next, Sn particles were shot-blasted onto the substrate surface on which the Zn layer was formed to form a film. The average particle size of the Sn particles was set to 70 μm. In this way, a Sn layer was formed so as to cover the Zn layer. The thickness of the Sn layer was set to approximately 1 μm to 5 μm. The substrate on which the Zn layer and Sn layer were formed was heat-treated. The heat treatment temperature was set to 180° C. The heat treatment time was set to 3 hours. The heat treatment atmosphere was air.

（摩擦摩耗特性）
各試験片について、摩擦摩耗特性を評価した。摩擦摩耗特性は、３個の球体を相手材とした３ボールオンディスク型装置で摩擦係数を測定して評価した。球体には、各試験片との接触面が直径２．５ｍｍの平面となるように研磨された直径６．３５ｍｍのクロム軸受鋼ＳＵＪ２の球体を用いた。試験条件は、負荷荷重３００Ｎ、試験速度０．５ｍ／ｓ、試験距離１０００ｍとした。潤滑油には、自動車用エンジン油を用いた。 (Friction and wear characteristics)
The friction and wear characteristics of each test piece were evaluated. The friction and wear characteristics were evaluated by measuring the friction coefficient using a three-ball-on-disk type device with three spheres as mating materials. The spheres used were chrome bearing steel SUJ2 spheres with a diameter of 6.35 mm, polished so that the contact surface with each test piece was a flat surface with a diameter of 2.5 mm. The test conditions were a load of 300 N, a test speed of 0.5 m/s, and a test distance of 1000 m. Automotive engine oil was used as the lubricant.

図１４は、摩擦摩耗特性評価結果を示すグラフである。図１４では、縦軸に摩擦係数を取り、横軸にすべり距離を取り、実施例１から５の摩擦係数を示している。実施例１から５の試験片は、いずれも小さい摩擦係数を有しており、摩擦特性が良好であり、耐摩耗特性に優れていることがわかった。実施例１から５の摩擦係数は、約０．１以下であった。実施例２，３の摩擦係数は、実施例１、４、５の摩擦係数より小さくなった。この結果から、実施例２、３の試験片は、実施例１、４、５の試験片よりも摩擦特性が良好であり、耐摩耗特性に優れていることが明らかとなった。 Figure 14 is a graph showing the results of the friction and wear characteristic evaluation. In Figure 14, the friction coefficient is plotted on the vertical axis and the sliding distance is plotted on the horizontal axis, showing the friction coefficients of Examples 1 to 5. It was found that all of the test pieces of Examples 1 to 5 had small friction coefficients, good friction characteristics, and excellent wear resistance characteristics. The friction coefficients of Examples 1 to 5 were approximately 0.1 or less. The friction coefficients of Examples 2 and 3 were smaller than those of Examples 1, 4, and 5. From these results, it was clear that the test pieces of Examples 2 and 3 had better friction characteristics and excellent wear resistance characteristics than the test pieces of Examples 1, 4, and 5.

次に、実施例３及び比較例１の試験片について摩擦摩耗特性を評価して比較を行った。摩擦摩耗特性は、上記と同様に３ボールオンディスク型装置で摩擦係数を測定して評価した。試験条件は、負荷荷重３００Ｎ、試験速度０．５ｍ／ｓ、試験距離１０００ｍとした。潤滑油には、自動車用エンジン油を用いた。図１５は、摩擦摩耗特性評価結果を示すグラフである。図１５では、縦軸に摩擦係数を取り、横軸にすべり距離を取り、実施例３、比較例１の摩擦係数を示している。実施例３は、比較例１より摩擦係数が小さくなった。比較例１では、摩擦係数が約０．１以上であり、すべり距離が４００ｍ以上では摩擦係数が急激に上昇した。これに対して実施例３では、摩擦係数が０．１より小さくなり、すべり距離が４００ｍ以上でも摩擦係数は略一定であった。この結果から、実施例３の試験片は、比較例１の試験片よりも摩擦特性が良好であり、耐摩耗特性に優れていることがわかった。 Next, the friction and wear characteristics of the test pieces of Example 3 and Comparative Example 1 were evaluated and compared. The friction and wear characteristics were evaluated by measuring the friction coefficient using a 3-ball-on-disk type device in the same manner as above. The test conditions were a load of 300 N, a test speed of 0.5 m/s, and a test distance of 1000 m. Automotive engine oil was used as the lubricant. Figure 15 is a graph showing the friction and wear characteristics evaluation results. In Figure 15, the friction coefficient is taken on the vertical axis and the sliding distance is taken on the horizontal axis, and the friction coefficients of Example 3 and Comparative Example 1 are shown. The friction coefficient of Example 3 was smaller than that of Comparative Example 1. In Comparative Example 1, the friction coefficient was about 0.1 or more, and the friction coefficient rose sharply when the sliding distance was 400 m or more. In contrast, the friction coefficient of Example 3 was smaller than 0.1, and the friction coefficient was approximately constant even when the sliding distance was 400 m or more. From this result, it was found that the test piece of Example 3 had better friction characteristics and superior wear resistance characteristics than the test piece of Comparative Example 1.

１０被膜を備える摺動部品
１２摺動部品
１４被膜
１６被膜本体
１８凸部
２０充填部
２２表面層
３０凸状体
３２充填体 REFERENCE SIGNS LIST 10 Sliding part with coating 12 Sliding part 14 Coating 16 Coating body 18 Convex part 20 Filling part 22 Surface layer 30 Convex body 32 Filling body

Claims

A sliding component provided with a coating,
The coating includes a coating body provided on a sliding surface of the sliding component,
The coating body is
A plurality of protrusions formed in an upright position on the sliding surface of the sliding component and arranged with gaps between each other;
A filling portion formed by filling the gap between the protruding portions;
having
A sliding component having a coating , wherein one of the protruding portion and the filling portion is formed of a hard material, and the other is formed of a soft material having a lower hardness than the hard material,
the protruding portion is formed of the soft material, and the filling portion is formed of the hard material,
The convex portion has a first layer provided on a surface side of the convex portion, and a second layer provided between the first layer and the sliding component, the first layer having a hardness lower than that of the second layer.

A sliding component provided with the coating film according to claim 1,
a coating body in which the protruding portions and the filling portions are formed in a lattice pattern, and the protruding portions and the filling portions are positioned alternately with respect to a sliding direction of the sliding part.

A sliding component provided with the coating film according to claim 1 ,
The soft material of the protruding portion is Zn, and the hard material of the filling portion is a Cu-Sn alloy.

A sliding component provided with the coating film according to claim 1 ,
The first layer of the protrusion is made of Sn and the second layer is made of Zn,
The hard material of the filling portion is a Cu-Sn alloy.

A sliding part provided with the coating film according to any one of claims 1 to 4 ,
A sliding component provided with a coating, wherein the coating has a surface layer provided on a surface of the coating body.

A sliding part provided with the coating film according to any one of claims 1 to 5 ,
The sliding part is a bearing.

A method for forming a coating, comprising the steps of:
a convex-shaped body forming step of forming a plurality of convex-shaped bodies from a first material by providing gaps between the convex-shaped bodies and erecting the convex-shaped bodies on a sliding surface of a sliding component;
a filler forming step of filling the gaps between the convex bodies with a second material to form a filler;
a heat treatment process in which the sliding component having the convex body and the filler formed thereon is heat treated to form one of the convex body and the filler from a hard material and the other from a soft material having a lower hardness than the hard material;
A method for forming a coating comprising:

A method for forming a coating according to claim 7 , comprising the steps of:
The filler forming step is a method of forming a coating, in which the second material is filled into gaps between the convex bodies and the second material is coated on the surfaces of the convex bodies to form the filler.

A method for forming a coating according to claim 7 or 8 , comprising the steps of:
The sliding part is formed of a Cu alloy,
the first material is Zn;
the second material is Sn;
The method for forming a coating, wherein the heat treatment step is performed at a heat treatment temperature of 180° C. or higher and 350° C. or lower.