JPH05331694A - 機械構造用複合めっき非鉄金属材 - Google Patents
機械構造用複合めっき非鉄金属材Info
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- JPH05331694A JPH05331694A JP16690692A JP16690692A JPH05331694A JP H05331694 A JPH05331694 A JP H05331694A JP 16690692 A JP16690692 A JP 16690692A JP 16690692 A JP16690692 A JP 16690692A JP H05331694 A JPH05331694 A JP H05331694A
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- plated
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性、耐焼付き性、潤滑性等に優れ、摺
動部や転動部を有する機械構造用部品として有用な、耐
摩耗性に優れた非鉄金属系の複合めっき金属材を提供使
用とするものである。、 【構成】 Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Z
n,Snよりなる金属の1種以上、もしくはこれらの金
属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき材を基体と
し、該めっき基体中に、特定の硬質化粒子と潤滑性粒子
を分散させることによって、めっき層表面の摩擦係数を
低減すると共に潤滑性を与え、摺動、転動部材としての
寿命延長を図る。
動部や転動部を有する機械構造用部品として有用な、耐
摩耗性に優れた非鉄金属系の複合めっき金属材を提供使
用とするものである。、 【構成】 Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Z
n,Snよりなる金属の1種以上、もしくはこれらの金
属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき材を基体と
し、該めっき基体中に、特定の硬質化粒子と潤滑性粒子
を分散させることによって、めっき層表面の摩擦係数を
低減すると共に潤滑性を与え、摺動、転動部材としての
寿命延長を図る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性、耐焼付き
性、潤滑性、耐食性に優れ、摺動部や転動部を有する機
械構造用部品材料として有用な複合めっき非鉄金属材に
関し、この非鉄金属材は、例えば自動車等のエンジンバ
ルブ、ピストンリング、シリンダー、コイルスプリン
グ、リテーナーあるいは各種ベアリングと接触する軸
材、更にはギヤ等の動力伝達系部材との接触部品等の素
材として活用できる。
性、潤滑性、耐食性に優れ、摺動部や転動部を有する機
械構造用部品材料として有用な複合めっき非鉄金属材に
関し、この非鉄金属材は、例えば自動車等のエンジンバ
ルブ、ピストンリング、シリンダー、コイルスプリン
グ、リテーナーあるいは各種ベアリングと接触する軸
材、更にはギヤ等の動力伝達系部材との接触部品等の素
材として活用できる。
【0002】
【従来の技術】各種金型や機械部品等の摩耗部には、従
来から機械構造用炭素鋼、ニッケルクロムモリブデン
鋼、クロムモリブデン鋼等に浸炭処理、焼入れ・焼戻し
処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等を施した耐摩耗性鋼
材が汎用されており、これらにより耐摩耗性に対する要
求は一応満たされている。しかしこれらの耐摩耗性鋼材
は比重が大きいため、各種車両(自転車、自動車等)や
航空機等の軽量化の動向にそぐわない。そこで軽量化の
動きに適した金属材としてTi合金、Al合金、Mg合
金等の非鉄金属材が再び注目さている。
来から機械構造用炭素鋼、ニッケルクロムモリブデン
鋼、クロムモリブデン鋼等に浸炭処理、焼入れ・焼戻し
処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等を施した耐摩耗性鋼
材が汎用されており、これらにより耐摩耗性に対する要
求は一応満たされている。しかしこれらの耐摩耗性鋼材
は比重が大きいため、各種車両(自転車、自動車等)や
航空機等の軽量化の動向にそぐわない。そこで軽量化の
動きに適した金属材としてTi合金、Al合金、Mg合
金等の非鉄金属材が再び注目さている。
【0003】Ti合金、Al合金、Mg合金等は、耐食
性や高温比強度に優れたものであるところから、これま
でにも各種化学工業用および航空、宇宙輸送機等の各種
構造部材として広く使用さてきた。近年、自動車を始め
とする各種輸送機に対する高級化の要求が高まり、快適
走行、安全走行等の機能アップが指向されるにつれて付
属的な各種機能部品はますます多くなる傾向があり、そ
れに伴って車体重量の増加の問題が生じている。しかも
車体軽量化による燃費低減あるいは排ガス低減に対する
要求が一段と高まっており、これらの課題を併せて解決
する為に、これまでの鉄鋼材料に代わってTi合金、A
l合金、Mg合金等の非鉄系の金属材を利用しようとす
る動きが急速に高まっている。
性や高温比強度に優れたものであるところから、これま
でにも各種化学工業用および航空、宇宙輸送機等の各種
構造部材として広く使用さてきた。近年、自動車を始め
とする各種輸送機に対する高級化の要求が高まり、快適
走行、安全走行等の機能アップが指向されるにつれて付
属的な各種機能部品はますます多くなる傾向があり、そ
れに伴って車体重量の増加の問題が生じている。しかも
車体軽量化による燃費低減あるいは排ガス低減に対する
要求が一段と高まっており、これらの課題を併せて解決
する為に、これまでの鉄鋼材料に代わってTi合金、A
l合金、Mg合金等の非鉄系の金属材を利用しようとす
る動きが急速に高まっている。
【0004】しかしながらこれらの非鉄金属材は、その
ままでは耐焼付き性や耐摩耗性に欠けるため実用性を欠
く。そこで機械の摺動部材や軸材として使用しようとす
る場合は、電気めっき、無電解めっき、気相めっき、ガ
ス窒化、溶射等の表面処理によって耐摩耗性を高める方
法が試みられている。このうち電気めっきや無電解めっ
き等のめっき法は、最も手軽な表面処理法として多くの
研究が進められている。
ままでは耐焼付き性や耐摩耗性に欠けるため実用性を欠
く。そこで機械の摺動部材や軸材として使用しようとす
る場合は、電気めっき、無電解めっき、気相めっき、ガ
ス窒化、溶射等の表面処理によって耐摩耗性を高める方
法が試みられている。このうち電気めっきや無電解めっ
き等のめっき法は、最も手軽な表面処理法として多くの
研究が進められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらTi合
金、Al合金、Mg合金等の表面には強固な酸化皮膜が
形成されているため、金属イオン含有水溶液を用いる電
気めっき法や無電解めっき法では満足のいく密着性が得
られ難い。
金、Al合金、Mg合金等の表面には強固な酸化皮膜が
形成されているため、金属イオン含有水溶液を用いる電
気めっき法や無電解めっき法では満足のいく密着性が得
られ難い。
【0006】また気相めっき法やガス窒化処理法では、
通常5μm程度の厚さの硬質皮膜しか得られず、高面圧
下の摺動摩擦や転動摩擦に耐えることができない。更に
溶射皮膜は概して強度が乏しいため、高面圧の転動摩耗
に耐えきれず、いずれの表面処理法でも上記の様な非鉄
金属部材に十分な耐摩耗性を付与することはできない。
通常5μm程度の厚さの硬質皮膜しか得られず、高面圧
下の摺動摩擦や転動摩擦に耐えることができない。更に
溶射皮膜は概して強度が乏しいため、高面圧の転動摩耗
に耐えきれず、いずれの表面処理法でも上記の様な非鉄
金属部材に十分な耐摩耗性を付与することはできない。
【0007】たとえば軸材におけるボールベアリングや
ニードルベアリングとの接触部は、点接触あるいは線接
触となるため、接触部には100Kgf/mm2 程度の最大接
触応力がかかり、表面から数10〜数100μm程度の
深さ位置で最大剪断応力が生じる。そしてこの応力が繰
り返し負荷されることによって、材料に疲労破壊が発生
しフレーキングを引き起こすので、WCやTiN等のセ
ラミックス硬質材料の様に一般に高耐摩耗性材料として
汎用されている硬質材料であっても、耐転動摩耗性に劣
るものは適用できない。
ニードルベアリングとの接触部は、点接触あるいは線接
触となるため、接触部には100Kgf/mm2 程度の最大接
触応力がかかり、表面から数10〜数100μm程度の
深さ位置で最大剪断応力が生じる。そしてこの応力が繰
り返し負荷されることによって、材料に疲労破壊が発生
しフレーキングを引き起こすので、WCやTiN等のセ
ラミックス硬質材料の様に一般に高耐摩耗性材料として
汎用されている硬質材料であっても、耐転動摩耗性に劣
るものは適用できない。
【0008】一方、摺動摩耗部の耐摩耗性を高める方法
としては、溶射、無電解Ni−Pめっき、分散めっき、
CVD、PVD等によって硬質皮膜を形成する方法が知
られており、接触応力が比較的小さな摺動部に対しては
実用化されている。しかしながら、高面圧を受ける摺動
部に適用すると短時間の使用で前述の様なフレーキング
を引き起こすので、自動車部品の様に非常に大きな面圧
が繰り返して負荷される摺動摩耗部材としては実用性を
欠く。
としては、溶射、無電解Ni−Pめっき、分散めっき、
CVD、PVD等によって硬質皮膜を形成する方法が知
られており、接触応力が比較的小さな摺動部に対しては
実用化されている。しかしながら、高面圧を受ける摺動
部に適用すると短時間の使用で前述の様なフレーキング
を引き起こすので、自動車部品の様に非常に大きな面圧
が繰り返して負荷される摺動摩耗部材としては実用性を
欠く。
【0009】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、前述の様な機械構造部品
の軽量化の動向に適合し、且つ高面圧下の摺動・転動摩
耗にも十分に耐えることのできる耐摩耗性に優れた機械
構造用複合めっき非鉄金属材を提供しようとするもので
ある。
たものであって、その目的は、前述の様な機械構造部品
の軽量化の動向に適合し、且つ高面圧下の摺動・転動摩
耗にも十分に耐えることのできる耐摩耗性に優れた機械
構造用複合めっき非鉄金属材を提供しようとするもので
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の機械構造用複合めっき非鉄金属材の構
成は、Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Z
nよりなる群から選択される金属の1種以上、若しくは
これらの金属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき
材を基体とし、該めっき基体中にSiC,Al2 O3 ,
Si3 N4 ,WC,TiC,TiNよりなる群から選択
される硬質化粒子の1種以上と、BN,MoS2 ,炭化
弗素,グラファイト、雲母よりなる群から選択される潤
滑性粒子の1種以上とが分散してなる複合めっき層を、
非鉄金属材の表面に形成したものであるところに要旨が
存在する。
のできた本発明の機械構造用複合めっき非鉄金属材の構
成は、Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Z
nよりなる群から選択される金属の1種以上、若しくは
これらの金属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき
材を基体とし、該めっき基体中にSiC,Al2 O3 ,
Si3 N4 ,WC,TiC,TiNよりなる群から選択
される硬質化粒子の1種以上と、BN,MoS2 ,炭化
弗素,グラファイト、雲母よりなる群から選択される潤
滑性粒子の1種以上とが分散してなる複合めっき層を、
非鉄金属材の表面に形成したものであるところに要旨が
存在する。
【0011】また、非鉄金属材の表面に、まずNi,F
e,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Znよりなる群か
ら選択される金属の1種以上、若しくはこれらの金属と
P,B,Wの1種以上とからなるめっき層を形成し、更
にその上に硬質化粒子や潤滑性粒子が分散された上記構
成の複合めっき層を形成したものは、一層優れた耐摩耗
性を発揮する。
e,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Znよりなる群か
ら選択される金属の1種以上、若しくはこれらの金属と
P,B,Wの1種以上とからなるめっき層を形成し、更
にその上に硬質化粒子や潤滑性粒子が分散された上記構
成の複合めっき層を形成したものは、一層優れた耐摩耗
性を発揮する。
【0012】ここで、めっき基体中に分散される硬質化
粒子や潤滑性粒子の平均粒径は0.01〜50μmの範
囲が好ましく、またその含有量は複合めっき層内に占め
る比率で1〜30体積%の範囲が好ましい。また本発明
では、めっき基体中に複合添加される硬質化粒子及び潤
滑性粒子によって表層部の耐摩耗性を高めるものである
から、これらの含有率はめっき層の表層側に行くにつれ
て高濃度となる様な濃度勾配を有するものが好ましい。
更に、該複合めっき層の非鉄金属材との密着性を一段と
高めるため、表面粗度がRa:0.5μm以上、PPI
50:130以上の非鉄金属材の表面に当該めっき層が形
成されたものが好ましい。
粒子や潤滑性粒子の平均粒径は0.01〜50μmの範
囲が好ましく、またその含有量は複合めっき層内に占め
る比率で1〜30体積%の範囲が好ましい。また本発明
では、めっき基体中に複合添加される硬質化粒子及び潤
滑性粒子によって表層部の耐摩耗性を高めるものである
から、これらの含有率はめっき層の表層側に行くにつれ
て高濃度となる様な濃度勾配を有するものが好ましい。
更に、該複合めっき層の非鉄金属材との密着性を一段と
高めるため、表面粗度がRa:0.5μm以上、PPI
50:130以上の非鉄金属材の表面に当該めっき層が形
成されたものが好ましい。
【0013】
【作用】各種の機械構造用摺動・転動部材の寿命を支配
する要因としては、凝集摩耗、摺動摩耗、焼き付き、あ
るいは繰り返し受ける転動応力による疲労破壊(フレー
キング)があり、これらの要因を解消して高面圧下の耐
摩耗性を高めるには、表層部の構成素材を硬質のものと
すると共に優れた潤滑性を与える必要がある。
する要因としては、凝集摩耗、摺動摩耗、焼き付き、あ
るいは繰り返し受ける転動応力による疲労破壊(フレー
キング)があり、これらの要因を解消して高面圧下の耐
摩耗性を高めるには、表層部の構成素材を硬質のものと
すると共に優れた潤滑性を与える必要がある。
【0014】本発明ではこうした要求を持たす為の手段
として、非鉄金属材の表面に、Ni,Fe,Co,C
u,Cr,Mn,Sn,Znよりなる群から選択される
金属の1種以上、若しくはこれらの金属とP,B,Wの
1種以上とからなるめっき材を基体とし、該めっき基体
中に後述する様な硬質化粒子と潤滑性粒子が分散した複
合めっき層を形成したものである。
として、非鉄金属材の表面に、Ni,Fe,Co,C
u,Cr,Mn,Sn,Znよりなる群から選択される
金属の1種以上、若しくはこれらの金属とP,B,Wの
1種以上とからなるめっき材を基体とし、該めっき基体
中に後述する様な硬質化粒子と潤滑性粒子が分散した複
合めっき層を形成したものである。
【0015】ここでP,B,Wから選ばれる固溶硬化元
素の作用効果を有効に発揮させるための好ましい含有率
は、前記主めっき金属に対して0.5〜7.0重量%、
より好ましくは1.0〜3.5重量%の範囲である。
素の作用効果を有効に発揮させるための好ましい含有率
は、前記主めっき金属に対して0.5〜7.0重量%、
より好ましくは1.0〜3.5重量%の範囲である。
【0016】本発明で用いられる硬質化粒子は、めっき
基体を硬質化して表面の摩耗係数を低減させる効果を有
するものであり、SiC,Al2 O3 ,Si3 N4 ,W
C,TiC,TiNよりなる群から選択される微粒子が
単独で、もしくは2種以上が組み合わせて使用される。
また潤滑性粒子としては、摺動・転動等の外力により徐
々に劈開などを起こして摩耗面に微細な固形潤滑剤を提
供する作用を有するものとしてBN,MoS2 ,炭化弗
素,グラファイト、雲母よりなる群から選択される微粒
子が使用され、これらも必要により2種以上を併用する
ことができる。
基体を硬質化して表面の摩耗係数を低減させる効果を有
するものであり、SiC,Al2 O3 ,Si3 N4 ,W
C,TiC,TiNよりなる群から選択される微粒子が
単独で、もしくは2種以上が組み合わせて使用される。
また潤滑性粒子としては、摺動・転動等の外力により徐
々に劈開などを起こして摩耗面に微細な固形潤滑剤を提
供する作用を有するものとしてBN,MoS2 ,炭化弗
素,グラファイト、雲母よりなる群から選択される微粒
子が使用され、これらも必要により2種以上を併用する
ことができる。
【0017】またこれらの硬質化粒子および潤滑性粒子
は、前記めっき基体の靱性や耐疲労特性を阻害すること
なく摩擦係数低減効果および潤滑効果を有効に発揮させ
るため、いずれも平均粒子径が0.01〜50μm、よ
り好ましくは0.1〜30μmの範囲のものを使用する
のがよく、またその含有量は複合めっき層全体中に占め
る比率で1〜30体積%、より好ましくは5〜15体積
%の範囲とするのがよい。このうち硬質化粒子の好まし
い含有率は0.1〜15体積%、潤滑性粒子の好ましい
含有率は0.1〜5体積%である。
は、前記めっき基体の靱性や耐疲労特性を阻害すること
なく摩擦係数低減効果および潤滑効果を有効に発揮させ
るため、いずれも平均粒子径が0.01〜50μm、よ
り好ましくは0.1〜30μmの範囲のものを使用する
のがよく、またその含有量は複合めっき層全体中に占め
る比率で1〜30体積%、より好ましくは5〜15体積
%の範囲とするのがよい。このうち硬質化粒子の好まし
い含有率は0.1〜15体積%、潤滑性粒子の好ましい
含有率は0.1〜5体積%である。
【0018】尚これらの硬質化粒子および潤滑性粒子
は、前述の如く複合めっき層の摩擦係数低減と潤滑性向
上を目的として添加・分散されるものであり、それらの
効果はめっき層の表面で最も効果的に発揮されるので、
それら粒子は複合めっき層内における表層側に行くにつ
れて高濃度となる様な分散量の濃度分布をつけることに
より、これら粒子の効果を一層効果的に発揮させること
ができる。また複合めっき層における下方側を硬質化粒
子リッチとし、表層側を潤滑性粒子リッチとすれば、固
形潤滑剤としての供給が更に安定して行なわれることに
なり、耐摩耗性を一段と高めることができるので好まし
い。
は、前述の如く複合めっき層の摩擦係数低減と潤滑性向
上を目的として添加・分散されるものであり、それらの
効果はめっき層の表面で最も効果的に発揮されるので、
それら粒子は複合めっき層内における表層側に行くにつ
れて高濃度となる様な分散量の濃度分布をつけることに
より、これら粒子の効果を一層効果的に発揮させること
ができる。また複合めっき層における下方側を硬質化粒
子リッチとし、表層側を潤滑性粒子リッチとすれば、固
形潤滑剤としての供給が更に安定して行なわれることに
なり、耐摩耗性を一段と高めることができるので好まし
い。
【0019】また本発明では、非鉄金属材の表面にまず
Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Znより
なる群から選択される金属の1種以上、若しくはこれら
の金属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき層を下
地層として形成し、、更にそのうえに硬質化粒子と潤滑
性粒子が分散された前述の複合めっき層を形成すれば、
該下地めっき層によって複合めっき層と非鉄金属材との
密着性が高められるばかりでなく、該下地めっき層が高
靭性、高疲労特性の支持層としての作用を発揮し、軸材
や軸受け材等としての寿命を一層効果的に高めることが
できる。
Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,Sn,Znより
なる群から選択される金属の1種以上、若しくはこれら
の金属とP,B,Wの1種以上とからなるめっき層を下
地層として形成し、、更にそのうえに硬質化粒子と潤滑
性粒子が分散された前述の複合めっき層を形成すれば、
該下地めっき層によって複合めっき層と非鉄金属材との
密着性が高められるばかりでなく、該下地めっき層が高
靭性、高疲労特性の支持層としての作用を発揮し、軸材
や軸受け材等としての寿命を一層効果的に高めることが
できる。
【0020】本発明で使用する非鉄金属材は、前述の如
く鋼材に代わるものとして単位重量当たりの強度特性に
おいて鋼材よりも優れた性能を示す金属材を意図するも
のであり、最も一般的なのはTi,Al,Mgあるいは
それらを主成分とする合金であるが、複合めっき層によ
る前述の耐摩耗性改善効果は母材の如何を問わず有効に
発揮されるので、非鉄金属材の種類はどの様なものであ
ってもよい。
く鋼材に代わるものとして単位重量当たりの強度特性に
おいて鋼材よりも優れた性能を示す金属材を意図するも
のであり、最も一般的なのはTi,Al,Mgあるいは
それらを主成分とする合金であるが、複合めっき層によ
る前述の耐摩耗性改善効果は母材の如何を問わず有効に
発揮されるので、非鉄金属材の種類はどの様なものであ
ってもよい。
【0021】また非鉄金属材と複合めっき層の間に高靭
性、高疲労特性の下地めっき層を介在させることによっ
て延命効果が高められることは先に述べた通りである
が、該下地めっき層若しくは複合めっき層の非鉄金属材
表面に対する接合強度を高めるため、当該非鉄金属材表
面を各種薬剤によるエッチング、若しくはショットブラ
ストやサンドブラスト等によって粗面化し、アンカー効
果あるいは接合有効面積拡大効果によってめっき層との
接合力を高めることは、本発明を実施する際の好ましい
態様の一つである。
性、高疲労特性の下地めっき層を介在させることによっ
て延命効果が高められることは先に述べた通りである
が、該下地めっき層若しくは複合めっき層の非鉄金属材
表面に対する接合強度を高めるため、当該非鉄金属材表
面を各種薬剤によるエッチング、若しくはショットブラ
ストやサンドブラスト等によって粗面化し、アンカー効
果あるいは接合有効面積拡大効果によってめっき層との
接合力を高めることは、本発明を実施する際の好ましい
態様の一つである。
【0022】こうした効果を有効に発揮させるための好
ましい表面粗度は、Raで0.5μm以上、PPI50で
130以上である。但し表面粗度が大き過ぎると、凹凸
を埋めて表面を平滑化するのにめっき層を極端に厚くし
なければならなくなるので、Raで10μm程度以下、
PPI50で500程度以下に抑えることが望まれる。こ
こでPPI(Peaks Per Inch) とは、
接触式表面粗さ計の抽出線(測定値)の平均線から正負
方向に一定の基準レベルHを設け、負の基準レベルを超
えた後、正の規準レベルを超えた時を1山と計算し1イ
ンチ当たりの山数を表示するものであり、PPI50:1
30とは、規準レベルを50μmとしたときの1インチ
当たりの山数が130であるものを意味する。
ましい表面粗度は、Raで0.5μm以上、PPI50で
130以上である。但し表面粗度が大き過ぎると、凹凸
を埋めて表面を平滑化するのにめっき層を極端に厚くし
なければならなくなるので、Raで10μm程度以下、
PPI50で500程度以下に抑えることが望まれる。こ
こでPPI(Peaks Per Inch) とは、
接触式表面粗さ計の抽出線(測定値)の平均線から正負
方向に一定の基準レベルHを設け、負の基準レベルを超
えた後、正の規準レベルを超えた時を1山と計算し1イ
ンチ当たりの山数を表示するものであり、PPI50:1
30とは、規準レベルを50μmとしたときの1インチ
当たりの山数が130であるものを意味する。
【0023】複合めっき層或は下地めっき層と複合めっ
き層のトータル厚みは、非鉄金属材の表面粗度によって
も変わってくるので一律に決めることはできないが、耐
摩耗性を有効に発揮させるには1μ以上、より好ましく
は10μ程度以上にするのがよい。また優れ耐転動摩耗
性を得る上では、該めっき厚さを50μm以上にするこ
とが望まれる。めっき厚さの上限は特に限定されない
が、めっき効率や経済性等を総合的に考えると500μ
m程度以下、より一般的には200μm程度以下に抑え
るのがよい。
き層のトータル厚みは、非鉄金属材の表面粗度によって
も変わってくるので一律に決めることはできないが、耐
摩耗性を有効に発揮させるには1μ以上、より好ましく
は10μ程度以上にするのがよい。また優れ耐転動摩耗
性を得る上では、該めっき厚さを50μm以上にするこ
とが望まれる。めっき厚さの上限は特に限定されない
が、めっき効率や経済性等を総合的に考えると500μ
m程度以下、より一般的には200μm程度以下に抑え
るのがよい。
【0024】ところでめっき層中に硬質化粒子および潤
滑性粒子を分散させる方法にも格別の制限はないが、最
も一般的な方法として例示するならば、めっき浴中に所
定量の硬質化粒子と潤滑性粒子を投入してポンプ攪拌、
インペラ攪拌、空気攪拌等によって分散しておき、該め
っき浴中で被めっき金属材を陰極として電気めっきを行
ない、該めっき工程で被めっき金属材近傍の分散粒子を
物理的にめっき層内へ混入させていく方法である。この
とき、めっき層内への分散粒子の混入量は基本的にはめ
っき浴中の分散粒子の濃度に比例するが、めっき浴の攪
拌速度やめっき浴のpH、めっき電流密度等によって若
干の影響を受けるので、これらを総合的に制御すること
によって分散粒子の混入量を調整すればよい。
滑性粒子を分散させる方法にも格別の制限はないが、最
も一般的な方法として例示するならば、めっき浴中に所
定量の硬質化粒子と潤滑性粒子を投入してポンプ攪拌、
インペラ攪拌、空気攪拌等によって分散しておき、該め
っき浴中で被めっき金属材を陰極として電気めっきを行
ない、該めっき工程で被めっき金属材近傍の分散粒子を
物理的にめっき層内へ混入させていく方法である。この
とき、めっき層内への分散粒子の混入量は基本的にはめ
っき浴中の分散粒子の濃度に比例するが、めっき浴の攪
拌速度やめっき浴のpH、めっき電流密度等によって若
干の影響を受けるので、これらを総合的に制御すること
によって分散粒子の混入量を調整すればよい。
【0025】また複合めっき層中における前記粒子の分
散量に勾配を設ける方法としては、経時的にめっき浴
中の分散粒子濃度を変化させる方法、めっき電流密度
やめっき浴pHを変化させる方法、分散粒子に電荷を
与え、もしくは電荷量を変化させる方法等を採用すれば
よい。また第1めっき浴槽に硬質化粒子のみを分散させ
ておき、第2浴層に潤滑性粒子のみを分散させておいて
連続的に電気めっきする方法を採用すれば、下層側が硬
質化粒子リッチで且つ表層側が潤滑性粒子リッチの複合
めっき層を得ることができる。
散量に勾配を設ける方法としては、経時的にめっき浴
中の分散粒子濃度を変化させる方法、めっき電流密度
やめっき浴pHを変化させる方法、分散粒子に電荷を
与え、もしくは電荷量を変化させる方法等を採用すれば
よい。また第1めっき浴槽に硬質化粒子のみを分散させ
ておき、第2浴層に潤滑性粒子のみを分散させておいて
連続的に電気めっきする方法を採用すれば、下層側が硬
質化粒子リッチで且つ表層側が潤滑性粒子リッチの複合
めっき層を得ることができる。
【0026】尚2種以上の分散粒子をめっき浴槽中に同
時に添加して電気めっきを行なう場合、粒子の特性(比
重、濡れ性、粒子径等)によってはめっき浴槽内におけ
る分散状態が不均一になることがあるので、この様な場
合はめっき浴の攪拌力を高めて均一な分散状態で電解め
っきが行なわれる様にすることが望まれる。
時に添加して電気めっきを行なう場合、粒子の特性(比
重、濡れ性、粒子径等)によってはめっき浴槽内におけ
る分散状態が不均一になることがあるので、この様な場
合はめっき浴の攪拌力を高めて均一な分散状態で電解め
っきが行なわれる様にすることが望まれる。
【0027】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、固
溶硬化元素を含む特定のめっき金属基体中に、硬質化粒
子と潤滑性粒子の両方が分散された複合めっき層を、非
鉄金属材の表面に形成することによって、高面圧下の摺
動摩耗や転動摩耗にも十分に耐える耐摩耗性を有し且つ
高靭性で耐疲労特性の優れた非鉄系の機械構造用金属材
を提供し得ることになった。
溶硬化元素を含む特定のめっき金属基体中に、硬質化粒
子と潤滑性粒子の両方が分散された複合めっき層を、非
鉄金属材の表面に形成することによって、高面圧下の摺
動摩耗や転動摩耗にも十分に耐える耐摩耗性を有し且つ
高靭性で耐疲労特性の優れた非鉄系の機械構造用金属材
を提供し得ることになった。
【0028】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではない。
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではない。
【0029】非鉄系の被めっき金属材としてTi合金,
Al合金またはMg合金を使用し、脱脂→水洗→エッチ
ング→水洗→表面活性化処理(陰極電解活性等)を行な
った後、下記の条件で電気めっきを行なうことによっ
て、耐摩耗性複合めっき材を得た。なお、各母材の表面
粗度は、エッチング工程でいずれもRa:0.5〜0.
8、PPI50:150〜190となる様に調整した。
Al合金またはMg合金を使用し、脱脂→水洗→エッチ
ング→水洗→表面活性化処理(陰極電解活性等)を行な
った後、下記の条件で電気めっきを行なうことによっ
て、耐摩耗性複合めっき材を得た。なお、各母材の表面
粗度は、エッチング工程でいずれもRa:0.5〜0.
8、PPI50:150〜190となる様に調整した。
【0030】めっき浴の基本組成は下記の通りとし、 NiSO4 ・6H2 O:120〜250(g/l) NiCl2 ・6H2 O: 40〜200(g/l) H3 BO3 : 1〜5 (g/l) H3 PO3 : 4〜20 (g/l) H3 PO4 : 30〜120(g/l) pH :0.5〜4.0
【0031】該めっき浴にFe,Co,Cr,Cu,Z
n,Mn,Sn等の金属元素を硫酸塩として適宜添加す
ると共に、前述の固溶硬化元素、硬質化粒子および潤滑
性粒子(いずれも平均粒子径は1〜50μm)を添加
し、エア攪拌によってめっき浴を攪拌しつつ、電流密
度:5〜50A/dm2 、浴温:50〜70℃で電気め
っきを行なった。この際、めっき応力低減剤としてサッ
カリン、サッカリンソーダ、ベンゼンスルホン酸ソーダ
またはパラトルエンスルホンアミドを0.1〜2.0g
/lの範囲で添加し、めっき応力が10kgf/mm2 以下に
なる様に制御した。
n,Mn,Sn等の金属元素を硫酸塩として適宜添加す
ると共に、前述の固溶硬化元素、硬質化粒子および潤滑
性粒子(いずれも平均粒子径は1〜50μm)を添加
し、エア攪拌によってめっき浴を攪拌しつつ、電流密
度:5〜50A/dm2 、浴温:50〜70℃で電気め
っきを行なった。この際、めっき応力低減剤としてサッ
カリン、サッカリンソーダ、ベンゼンスルホン酸ソーダ
またはパラトルエンスルホンアミドを0.1〜2.0g
/lの範囲で添加し、めっき応力が10kgf/mm2 以下に
なる様に制御した。
【0032】また分散粒子のめっき基体中への混入量に
濃度勾配を与える方法としては、経時的に浴中の分散粒
子の濃度を変化させる方法を採用した。即ち電解のスタ
ート時にはめっき浴中の分散粒子濃度を零とし、その後
徐々に粒子を加えていくことによってめっき浴中の分散
粒子濃度を高めて行き、最表面に近づくほど分散粒子濃
度が高くなる様にコントロールした。
濃度勾配を与える方法としては、経時的に浴中の分散粒
子の濃度を変化させる方法を採用した。即ち電解のスタ
ート時にはめっき浴中の分散粒子濃度を零とし、その後
徐々に粒子を加えていくことによってめっき浴中の分散
粒子濃度を高めて行き、最表面に近づくほど分散粒子濃
度が高くなる様にコントロールした。
【0033】得られた各複合めっき金属材について、表
面硬度を測定すると共に、下記の方法で転動摩耗試験を
行ない、表1〜4に示す結果を得た。尚表1,2は、単
層めっきの構成と試験結果を示したものであり、また表
3,4は、下層と上層の2層めっきとしたものの構成と
試験結果を示したものである。また表5には、硬質化粒
子および潤滑性粒子の一方だけを分散させた従来例のN
i基めっき材(めっき後に熱処理を加えたもの)を比較
例として示した。
面硬度を測定すると共に、下記の方法で転動摩耗試験を
行ない、表1〜4に示す結果を得た。尚表1,2は、単
層めっきの構成と試験結果を示したものであり、また表
3,4は、下層と上層の2層めっきとしたものの構成と
試験結果を示したものである。また表5には、硬質化粒
子および潤滑性粒子の一方だけを分散させた従来例のN
i基めっき材(めっき後に熱処理を加えたもの)を比較
例として示した。
【0034】(転動摩耗試験法) 試験概要図:図1(但し、1は供試非鉄金属材、2は複
合めっき部、3は回転ボール、4は軸受け、5は台座を
夫々表わす) 面圧 : 400kgf/mm2 速度 : 100rpm 潤滑 : な し 相手材 : SUS製ボ−ルベアリング 評価 : ◎ 優れている ○ やや優れている △ やや劣る × 非常に劣る
合めっき部、3は回転ボール、4は軸受け、5は台座を
夫々表わす) 面圧 : 400kgf/mm2 速度 : 100rpm 潤滑 : な し 相手材 : SUS製ボ−ルベアリング 評価 : ◎ 優れている ○ やや優れている △ やや劣る × 非常に劣る
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】
【表3】
【0038】
【表4】
【0039】
【表5】
【0040】表1〜5からも明らかである様に、本発明
の規定要件を満たす複合めっき材は、表面硬度が特に高
いわけでもないのに非常に優れた耐転動摩耗性を有して
いることが分かる。これに対しNo.37〜41は、硬
質化粒子および潤滑性粒子のいずれも分散されておらな
い比較例であり、熱処理により表面硬度を高めることは
できるが、それにより耐摩耗性はかえって悪くなる。ま
たNo.42〜49は硬質化粒子および潤滑性粒子の一
方だけを分散させたものであるが、熱処理の有無にかか
わらず耐摩耗性を充分に改善することができない。
の規定要件を満たす複合めっき材は、表面硬度が特に高
いわけでもないのに非常に優れた耐転動摩耗性を有して
いることが分かる。これに対しNo.37〜41は、硬
質化粒子および潤滑性粒子のいずれも分散されておらな
い比較例であり、熱処理により表面硬度を高めることは
できるが、それにより耐摩耗性はかえって悪くなる。ま
たNo.42〜49は硬質化粒子および潤滑性粒子の一
方だけを分散させたものであるが、熱処理の有無にかか
わらず耐摩耗性を充分に改善することができない。
【図1】転動摩耗試験法を示す説明図である。
1 供試非鉄金属材 2 複合めっき部 3 回転ボール 4 軸受け 5 台座
Claims (5)
- 【請求項1】Ni,Fe,Co,Cu,Cr,Mn,S
n,Znよりなる群から選択される金属の1種以上、若
しくはこれらの金属とP,B,Wの1種以上とからなる
めっき材を基体とし、該めっき基体中にSiC,Al2
O3 ,Si3N4 ,WC,TiC,TiNよりなる群か
ら選択される硬質化粒子の1種以上と、BN,MoS
2 ,炭化弗素,グラファイト、雲母よりなる群から選択
される潤滑性粒子の1種以上とが分散してなる複合めっ
き層を、非鉄金属材の表面に形成したものであることを
特徴とする耐摩耗性に優れた機械構造用複合めっき非鉄
金属材。 - 【請求項2】非鉄金属材の表面に、Ni,Fe,Co,
Cu,Cr,Mn,Sn,Znよりなる群から選択され
る金属の1種以上、若しくはこれらの金属とP,B,W
の1種以上とからなるめっき層が形成され、更にその上
に請求項1に記載された複合めっき層を形成したもので
あることを特徴とする耐摩耗性に優れた機械構造用複合
めっき非鉄金属材。 - 【請求項3】めっき基体中に、平均粒径が0.01〜5
0μmである硬質化粒子及び潤滑性粒子が1〜30体積
%分散している請求項1または2に記載の機械構造用複
合めっき非鉄金属材。 - 【請求項4】めっき基体中における硬質化粒子及び潤滑
性粒子の含有率が、表層側に行くにつれて高濃度となる
濃度勾配を有するものである請求項1〜3のいずれかに
記載の機械構造用複合めっき非鉄金属材。 - 【請求項5】表面粗度がRa:0.5μm以上、PPI
50:130以上である非鉄金属材の表面にめっき層が形
成されたものである請求項1〜4のいずれかに記載の機
械構造用複合めっき非鉄金属材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16690692A JPH05331694A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 機械構造用複合めっき非鉄金属材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16690692A JPH05331694A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 機械構造用複合めっき非鉄金属材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05331694A true JPH05331694A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15839835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16690692A Withdrawn JPH05331694A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 機械構造用複合めっき非鉄金属材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05331694A (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0681039A1 (en) * | 1992-11-04 | 1995-11-08 | Fuji Oozx Inc. | A titanium alloy engine valve shaft structure |
JP2007092144A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Dowa Metaltech Kk | 複合めっき材およびその製造方法 |
JP2008248294A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 潤滑性粒子を有するめっき材料、その製造方法およびそれを用いた電気・電子部品 |
CN102534732A (zh) * | 2011-12-20 | 2012-07-04 | 湖南科技大学 | 脉冲电沉积Ni-Co-P/HBN复合镀层及其制备方法 |
WO2014130451A1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-28 | Alumiplate, Inc. | Aluminum films having hardening particles |
WO2016198205A1 (de) * | 2015-06-09 | 2016-12-15 | Mahle International Gmbh | Verfahren zum beschichten eines ventils einer brennkraftmaschine |
JP2016216833A (ja) * | 2016-08-08 | 2016-12-22 | 日本化学工業株式会社 | クロムめっき物及びクロムめっき皮膜 |
JP2020029946A (ja) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | 日本製鉄株式会社 | 管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法 |
JP2021053658A (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-08 | 日本製鉄株式会社 | チタン板のプレス用金型及びチタン板のプレス成形方法 |
CN114108041A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-01 | 太仓市惠得利弹簧有限公司 | 一种弹簧表面抗氧化处理工艺 |
WO2023176450A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 株式会社プロテリアル | 複合材及び複合材の製造方法並びに金型 |
US11920703B2 (en) | 2020-02-19 | 2024-03-05 | Nippon Steel Corporation | Threaded connection for pipes and method for producing threaded connection for pipes |
-
1992
- 1992-06-01 JP JP16690692A patent/JPH05331694A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2023176450A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 株式会社プロテリアル | 複合材及び複合材の製造方法並びに金型 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |