JPH02282465A - 摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は摺動部材、特に、自動車用エンジンにおけるク
ランクシャフトの軸受メタル等のように、摩擦係数が小
さく、優れた摺動特性が要求される鉄系の摺動部材の製
造方法に関する。

（従来の技術） 鉄系の摺動部材の摺動特性を向上させるためには、鉄系
基材の表面にＮ　ｉ　２　Ａ　１３の層を形成すると効
果的であるということは既に知られている。

そして、この理由については次のように考えることがで
きる。すなわち、Ｎｉ２Ａｌ３の結晶構造は六方晶であ
るがＣ／　ａ−約１．２であることから判断すると、鉄
系基材の表面にＮｉ２Ａｌ３の層が形成された場合に摺
動特性が向上するのは、Ｍ　ｏ　Ｓ　２タイプのような
層状すべりによるものではなく、Ｎｉ２Ａｌ３の有する
Ｈｖ−約８５０という硬さに起因しているものと考えら
れる。

従って、表面にＮ１２Ａｉ３０層が形成された摺動部材
は、潤滑油が存在する条件下で比較的軽加重のもとで使
用されることが好ましい一方、この摺動部材に優れた摺
動特性を発揮させるためには通常の硬質膜の場合と異な
って成る程度の層厚が必要である。つまり、通常の硬質
膜の場合にはＣＶＤ膜等に見られるように、数μｍのオ
ーダーでも効果が認められるが、Ｎｉ２Ａｌ３の層の場
合には効果が認められるためには１０〜数十μｍの層厚
が必要である。

このため、表面にＮｉ２Ａｌ３の層を形成する摺動部材
の製造方法においては、どのようにすると鉄系基材の表
面に厚さ１０μｍ以上のＮｉ２Ａｌ３の層を形成できる
かということが重要な問題になる。

そこで、近時、特開昭６２−１７１６７号公報に示され
るように、鉄系基材の表面にＮｉめっき層を形成した後
、この鉄系基材を、Ａ１パック剤中に埋め込んだ状態で
不活性ガス雰囲気中における５７０〜６８０℃の温度下
で加熱処理する方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） このＡｌバック処理法によると、満足できるな厚さのＮ
ｉ、２Ａ１３の層を形成することができる反面、Ａｌバ
ック剤を準備しなければならないと共に、不活性ガス雰
囲気中で加熱処理しなければならない等、その処理方法
が煩雑である。

そこで、簡易な方法によって鉄系基材の表面に前記のよ
うな厚さのＮｉ２Ａｌ３の層を形成するために、本願発
明者は、鉄系基材の表面にＮｉめっき層を形成した後、
その表面にＡｌめっき層を形成し、その後、この鉄系基
材を所定の高温度下で熱処理することによりＡｌめっき
層中のＡｌをＮｉめっき層中に拡散させて、鉄系基材の
表面にＮ　ｉ　２　Ａ　ｌ　３の化合物層を形成する方
法を考慮した。

ところが、この方法によると、鉄系基材の熱膨張係数が
約１１×１０−６であるのに対して、Ａｌの熱膨張係数
が約２１〜２６Ｘ１０’であって、両者の熱膨張係数が
大きく異なるため、熱処理時に鉄系基材の表面からＡｔ
めっき層が剥離してしまう。このため、Ａｌめっき層中
のＡｌがＮｉめっき層中に拡散しないので、鉄系基材の
表面に、均一で厚いＮｉ２Ａｌ３の化合物層を安定して
形成することができなかった。

前記に鑑みて、本発明は、表面にＮｉめっき層及びＡｌ
めっき層が形成された鉄系基材を所定の高温度で熱処理
するにも拘らず、鉄系基材の表面に均一で厚いＮｉ２Ａ
ｌ３の層を安定して形成することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するため、本発明は、表面にＮｉめっ
き層及びＡｌめっき層が形成された鉄系基材に対して、
化合物生成処理を行なう前に、予め所定の温度に保持し
てＡ１拡散処理を行うものである。

具体的に本発明の講じた解決手段は、鉄系基材の表面に
Ｎｉめっき層を形成した後、該Ｎｉめっき層の表面にＡ
ｌめっき層を形成し、その後、該鉄系基材を非酸化性雰
囲気にて２５０℃〜４７０℃の温度下に保持してＡｔ拡
散処理を行ない、その後、該鉄系基材を５００〜７５０
℃の温度下に保持することにより・化合物生成処理を行
なって、該鉄系基材の表面にＮｉ２Ａｌ３の化合物層を
形成する構成とするものである。

（作用） 前記の構成により、表面にＮｉめっき層及びＡｌめっき
層が形成された鉄系基材に対して所定温度によるＡｔ拡
散処理が行なわれるので、Ａｔめっき層中のＡｌはＮｉ
めっき層中に拡散してＮｉＡｌ３が生成され、その後の
所定温度による化合物生成処理によって、ＮｉＡｌ３中
のＡｌがＮｉめっき中に拡散してＮ１ＡＬ３がＮ　ｉ　
２　Ａ　Ｉ　３に変換する。このように、Ａｌめっき中
のＡｌから直接Ｎｉ２Ａｌ３を生成しないで、Ａ１めっ
き層が剥離しない温度下に予め保持してＮｉＡｌ３を生
成し、その後、高温下に保持してＮｉめっき層中のＮｉ
Ａｌ３をＮ　ｉ　２　Ａ　ｌ　３に変換させるので、高
温下で行われる化合物生成処理によってＡｌめっき層が
剥離してもＮ　ｉ　２　Ａ　１３の生成には影響がない
。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、鉄系基材の表面にＮｉめっきを施して例えば３０
μｍのＮｉめっき層を形成した後、さらにＡｔめっきを
施して、Ｎｉめっき層の表面にＡｌめっき層を形成する
。

この場合、Ｎｉめっき層の表面にＡｌめっき層を形成す
る理由は、めっき層の形成順序を逆にすると、後述のＡ
ｌ拡散処理工程でのＡｌの拡散速度が速いので、Ａｌめ
っき層中のＡｌの拡散によりＡｌめっき層中に多量のボ
アが発生してしまうためである。

次に、Ａｌめっき層が形成された鉄系基材を非酸化性雰
囲気、例えば真空状態若しくはＡｒガス雰囲気中にて２
５０℃〜４７０℃の温度下に保持してＡｌ拡散処理を行
なう。この処理によって、Ａｌめっき層のＡｌがＮｉめ
っき層中に拡散してＮｉＡｌ３が生成される。

この場合、非酸化性雰囲気中で加熱する理由は次の通り
である。すなわち、酸化性雰囲気では、Ａｌの酸化が急
激に進行し、Ａ１のＮｉめつき層中への拡散速度よりも
Ａｌの酸化速度の方が速くなってＡｌがＡｌ２Ｏ３に変
化してしまうので、これを防止するためである。

また、２５０℃〜４７０℃の温度下に保持する理由は、
２５０℃未満では、Ａｌの拡散速度が極めて遅いのでＡ
ｌ拡散処理に時間がかかり過ぎるためであり、４７０℃
超では、Ａｌが鉄系基材の表面から剥離し始めるためで
ある。

この場合、前記のように、表面に厚さ３０μｍのＮｉめ
っき及びＡｌめっきを施した鉄系基材を、４００℃、４
５０℃、４８０℃及び５００℃の温度下で保持してＡｌ
めっき層の剥離テストをした結果、４００℃及び４５０
℃の温度下ではまったく剥離せず、４８０℃の温度下で
は剥離した部位としない部位とが混在し、５００℃の温
度下では全面に亘って剥離した。従って、Ａｌめっき層
の剥離を確実に防止しつつ、且つ、短い時間で拡散処理
するためには４５０℃程度の温度下に保持することが好
ましい。

また、４５０℃の温度下に保持する場合の処理時間につ
いては１５分以上が好ましい。その理由は次の通りであ
る。すなわち、後述の化合物生成処理によってＮ　ｉ　
Ａ　１３はＮｉ２Ａｌ３に変換するが、この場合、厚さ
８，５μｍのＮｉＡｌ３は厚さ１０μｍのＮ　ｉ　２　
Ａ　１３に変換する。一方、４５０℃の温度下での処理
時間と、生成されるＮｉ　Ａ　Ｉ　３の厚さとの関係を
示す第１図によると、厚さ８．５μｍのＮｉＡｌ３を得
るためには０゜５　ｈ　ｒ　”’つまり約１５分が必要
である。従って、４５０℃の温度下に保持して１０μｍ
のＮｉ２Ａｌ３を得るために１５分以上の処理時間が好
ましい。

次に、表面にＮ　ｉ　Ａ　ｌ　３が生成された鉄系基材
を５００〜７５０℃の温度下で保持することにより化合
物生成処理を行なう。この処理によって、ＮｉＡｌ３中
のＡｌがＮｉめつき層中に拡散してＮ　ｉ　Ａ　ｌ　３
はＮｉ２Ａｌ３に変換するので、鉄系基材の表面にＮｉ
２Ａｌ３の化合物層が形成される。

この場合、５００〜７５０℃の温度下で保持する理由は
次のとおりである。すなわち、５００℃未満はＮ　ｉ　
Ａ　１３の安定した領域であって、ＮｉＡｌ３中のＡｌ
がＮｉめっき中に殆ど拡散せず、ＮｉＡｌ３がＮｉ２Ａ
ｌ３に変換しないためであり、７５０℃超では、Ｎ　ｉ
　Ａ　ｌ　３中のＡｌの拡散速度が速く、Ｎｉ２Ａｌ３
の代わりにＮｉＡ１が生成されてしまうためである。従
って、Ｎｉ２Ａｌ３の安定領域である５００〜７５０℃
の温度下で保持することが好ましい。

また、この化合物生成処理の時間については、７００℃
の温度下で保持する場合には４分以上が好ましい。その
理由は、７００℃の温度下における処理時間と、形成さ
れるＮｉ２Ａｌ３の厚さとの関係を示す第２図に示され
るように、厚さ１０μｍのＮ　ｉ　２　Ａ　ｌ　３を得
るためには０．２５ｈｒ１／２つまり約４分が必要なた
めである。

以下、本発明の具体例を第３図の熱処理パターン図に基
づいて説明する。

まず、５４５Ｃの鉄系基材を準備し、この鉄系基材の表
面にＮｉめっきを施して厚さ３０μｍのＮｉめっき層を
形成した後、さらにＡｌめっきを施して、Ｎｉめっき層
の表面に厚さ３０μｍのＡｌめっき層を形成した。

次に、室温から３℃／分の昇温速度で３００℃になるま
で加熱し、３００℃の温度に１２０分間保持してＡｌ拡
散処理を行なった。その後、５℃７分の昇温速度で５５
０になるまで加熱し、５５０の温度下に９０分間保持し
て化合物生成処理を行なった。

このようにして得た摺動部材の金属組織は第５図の顕微
鏡写真（倍率４００倍）に示すとおりであって、鉄系基
材１の表面にＮｉめつき層２が形成され、Ｎｉめっき層
２の表面にＮｉ２Ａｌ３の化合物層３が形成され、この
化合物層３の表面にＮｉＡｌ３よりなるＡｌリッチ層４
が薄く形成されている。なお、最表面に形成されていた
Ａｔめっき層は剥離して残存していないと共に、Ａｌリ
ッチ層４は脆いので使用時に速やかに脱落してしまうの
で特に問題はない。

以下、本発明を評価するために行なった比較例について
第４図の熱処理パターン図に基づいて説明する。

具体例と同様に、５４５Ｇの鉄系基材を準備し、この鉄
系基材の表面に厚さ３０μｍのＮｉめつき層及びＡ１め
っき層を形成した。

次に、室温から３℃／分の昇温速度で５５０℃になるま
で加熱し、５５０℃の温度下に３０分間保持して、Ａｌ
拡散処理を行わずに直ちに化合物生成処理を行なった。

このようにして得た摺動部材の金属組織は第６図の顕微
鏡写真（倍率４００倍）で示すとおりであって、鉄系基
材１の表面にＮｉめっき層２が形成され、Ｎｉめっき層
２の表面にＮｉ２Ａｌ３の化合物層３が薄く形成され、
この化合物層３の表面にＮ　ｉ　Ａ　１３よりなるＡ１
リッチ層４が薄く形成されている。

第５図及び第６図の顕微鏡写真から明らかなように、具
体例の摺動部材は比較例のものに比べて、Ｎｉ２Ａｌ３
の化合物層３が極めて厚く形成されており、化合物生成
処理の前に、所定温度でＡｌ拡散処理を行なったことに
伴う効果が示されている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明にかかる摺動部材の製造方
法によると、表面にＮｉめっき層及びＡ１めっき層が形
成された鉄系基材に対して、予め低温でＡｌ拡散処理を
行なった後、高温での化合物生成処理を行なってＮｉ２
Ａｌ３を生成するため、Ｎｉ２　Ａ１３の生成に必要な
ＡｌはＮｉＡｌ３から得られるので、高温での処理時に
Ａｌめっき層が剥離してもＮｉ２Ａｌ３の生成には影響
がない。このため、本発明によると、鉄系基材を高温で
熱処理してＮ　ｉ　２　Ａ　１３を生成させるにも拘ら
ず、均一で厚いＮｉ２Ａｌ３の化合物層を安定して形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡｌ拡散処理における処理時間とＮｉＡ１．の
厚さとの関係を示す図、第２図は化合物生成処理での処
理時間とＮｉ２Ａｌ３の厚さとの関係を示す図、第３図
は具体例における熱処理パターン図、第４図は比較例に
おける熱処理パターン図、第５図は具体例の方法によっ
て得た摺動部材の金属組織を示す顕微鏡写真、第６図は
比較例の方法によって得た摺動部材の金属組織を示す顕
微鏡写真である。 １・・・鉄系基材 ２・・・Ｎｉめっき層 ３・・・Ｎ　ｉ　２　Ａ　１３の化合物層ほか２名 らビ、］１；’ １・・・鉄系基材 ２・・・Ｎｉめっき層 ３・・・Ｎｉ２ の化合物層 時 間 第 図 時 間 第 図 時 間 （ｈ　ｒ１／り 第 図 時 間 （ｈｒ’２） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系基材の表面にＮｉめっき層を形成した後、該
   Ｎｉめっき層の表面にＡｌめっき層を形成し、その後、
   該鉄系基材を非酸化性雰囲気にて２５０℃〜４７０℃の
   温度下に保持してＡｌ拡散処理を行ない、しかる後、該
   鉄系基材を５００〜７５０℃の温度下に保持することに
   より化合物生成処理を行なって該鉄系基材の表面にＮｉ
   ＿２Ａｌ＿３の化合物層を形成することを特徴とする摺
   動部材の製造方法。