JPH06293949A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
摺動部材及びその製造方法Info
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- JPH06293949A JPH06293949A JP5103714A JP10371493A JPH06293949A JP H06293949 A JPH06293949 A JP H06293949A JP 5103714 A JP5103714 A JP 5103714A JP 10371493 A JP10371493 A JP 10371493A JP H06293949 A JPH06293949 A JP H06293949A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、基体表面に低摩擦係数で且つ高強
度を有する複合被膜を有する摺動部材及びその製造方法
を提供する。 【構成】 本発明は、Ｓｉを含むセラミックス母相に鉄
酸化物が分散している複合被膜を基体表面に有している
摺動部材である。基体表面には複合被膜を溶射又はＣＶ
Ｄ法によって形成できる。複合被膜は低摩擦で且つ高い
強度をし、安価に製造できる。
度を有する複合被膜を有する摺動部材及びその製造方法
を提供する。 【構成】 本発明は、Ｓｉを含むセラミックス母相に鉄
酸化物が分散している複合被膜を基体表面に有している
摺動部材である。基体表面には複合被膜を溶射又はＣＶ
Ｄ法によって形成できる。複合被膜は低摩擦で且つ高い
強度をし、安価に製造できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、金属、セラミックス
等から成る基体の表面に低摩擦セラミックスから成る複
合被膜を有する摺動部材及びその製造方法に関する。
等から成る基体の表面に低摩擦セラミックスから成る複
合被膜を有する摺動部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化硼素ＢＮ
を窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 中に分散させて摩擦係数を低減
するものは、例えば、特開昭５９−３０７６９号公報に
開示されている。また、焼結助剤として、Ｆｅ3 Ｏ4 等
の鉄Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は、
例えば、特開昭５８−６４２６８号公報、特開昭５９−
８８３７４号公報、特開昭６１−７２６８５号公報等に
開示されている。更に、金属基体の表面に、溶射によっ
てＣｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 等のセラミックス被膜を形成し
た耐摩耗部品が開示されている。
を窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 中に分散させて摩擦係数を低減
するものは、例えば、特開昭５９−３０７６９号公報に
開示されている。また、焼結助剤として、Ｆｅ3 Ｏ4 等
の鉄Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は、
例えば、特開昭５８−６４２６８号公報、特開昭５９−
８８３７４号公報、特開昭６１−７２６８５号公報等に
開示されている。更に、金属基体の表面に、溶射によっ
てＣｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 等のセラミックス被膜を形成し
た耐摩耗部品が開示されている。
【０００３】ところで、従来のＣＶＤ炉には、ホット・
ウォールタイプ又はコール・ウォールタイプのものがあ
り、ＣＶＤ法によってＳｉ3 Ｎ4 層を作製するには、次
のような反応式によってＳｉ3 Ｎ4 層が生成されてい
る。 ３ＳｉＨ4 ＋４ＮＨ3 →Ｓｉ3 Ｎ4 ＋１２Ｈ2 ＳｉＨ4 →Ｓｉ＋２Ｈ2 ３ＳｉＣｌ4 ＋４ＮＨ3 →Ｓｉ3 Ｎ4 ＋１２ＨＣｌ ＳｉＣｌ4 ＋８ＮＨ3 →Ｓｉ（ＮＨ2 ）4 ＋４ＮＨ4 Ｃ
ｌ ＳｉＣｌ4 ＋６ＮＨ3 →Ｓｉ（ＮＨ）2 ＋４ＮＨ4 Ｃｌ ここで、Ｓｉ源は、ＳｉＨ4 又はＳｉＣｌ4 であり、Ｎ
源はＮＨ3 である。その他、使用されているＳｉ源は、
ＳｉＦ4 、ＳｉＢｒ4 がある。更に、ＣＶＤ法では、適
正な処理条件を与えれば、均一な層がナノメータのオー
ダの結晶サイズとして形成されるものである。
ウォールタイプ又はコール・ウォールタイプのものがあ
り、ＣＶＤ法によってＳｉ3 Ｎ4 層を作製するには、次
のような反応式によってＳｉ3 Ｎ4 層が生成されてい
る。 ３ＳｉＨ4 ＋４ＮＨ3 →Ｓｉ3 Ｎ4 ＋１２Ｈ2 ＳｉＨ4 →Ｓｉ＋２Ｈ2 ３ＳｉＣｌ4 ＋４ＮＨ3 →Ｓｉ3 Ｎ4 ＋１２ＨＣｌ ＳｉＣｌ4 ＋８ＮＨ3 →Ｓｉ（ＮＨ2 ）4 ＋４ＮＨ4 Ｃ
ｌ ＳｉＣｌ4 ＋６ＮＨ3 →Ｓｉ（ＮＨ）2 ＋４ＮＨ4 Ｃｌ ここで、Ｓｉ源は、ＳｉＨ4 又はＳｉＣｌ4 であり、Ｎ
源はＮＨ3 である。その他、使用されているＳｉ源は、
ＳｉＦ4 、ＳｉＢｒ4 がある。更に、ＣＶＤ法では、適
正な処理条件を与えれば、均一な層がナノメータのオー
ダの結晶サイズとして形成されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化ケイ素
等のセラミックスについては、エンジン部品等の摺動部
材として用いる場合に、更に低い摩擦係数を持つものが
望まれている。しかも、低摩擦材料をセラミックスのみ
で作製した場合には、高コストのものとなる。そこで、
低摩擦材料として、低コストの材料が望まれている。
等のセラミックスについては、エンジン部品等の摺動部
材として用いる場合に、更に低い摩擦係数を持つものが
望まれている。しかも、低摩擦材料をセラミックスのみ
で作製した場合には、高コストのものとなる。そこで、
低摩擦材料として、低コストの材料が望まれている。
【０００５】一般に、Ｓｉ3 Ｎ4 中に、炭化ケイ素、窒
化ホウ素或いは酸化物の粒子を分散させた場合には、結
合界面での反応性に乏しく、材料自体の強度が低下す
る。また、窒化ホウ素を複合した材料では高温中その部
分が酸化され結晶構造が変化し、摩擦係数が上昇するこ
とがある。上記公報に開示されているように、焼結助剤
として、Ｆｅ3 Ｏ4 等の金属酸化物を添加したもので
は、該添加量が少なく、また低摩擦の特性を得ることが
できない。
化ホウ素或いは酸化物の粒子を分散させた場合には、結
合界面での反応性に乏しく、材料自体の強度が低下す
る。また、窒化ホウ素を複合した材料では高温中その部
分が酸化され結晶構造が変化し、摩擦係数が上昇するこ
とがある。上記公報に開示されているように、焼結助剤
として、Ｆｅ3 Ｏ4 等の金属酸化物を添加したもので
は、該添加量が少なく、また低摩擦の特性を得ることが
できない。
【０００６】更に、セラミックスについては、境界潤滑
域においては必ずしも低摩擦特性とはならず、また、窒
化ホウ素を複合した複合材料では、６００℃以上で酸化
ホウ素となり、結晶構造が変化するため、特に、摩擦係
数μが上昇してしまうという問題がある。
域においては必ずしも低摩擦特性とはならず、また、窒
化ホウ素を複合した複合材料では、６００℃以上で酸化
ホウ素となり、結晶構造が変化するため、特に、摩擦係
数μが上昇してしまうという問題がある。
【０００７】また、Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄Ｆｅの酸化物との複
合材では、焼成時に還元反応が起こり、ＦｅＯ，Ｆｅ2
Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の形で混合段階で添加しても、焼成後
には、Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物に変化する。このような化
合物は、潤滑油との吸着性に優れているが、更に一層吸
着性を高め、低摩擦化するためには、酸化物の状態で複
合材中に残すことが望ましいものである。
合材では、焼成時に還元反応が起こり、ＦｅＯ，Ｆｅ2
Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の形で混合段階で添加しても、焼成後
には、Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物に変化する。このような化
合物は、潤滑油との吸着性に優れているが、更に一層吸
着性を高め、低摩擦化するためには、酸化物の状態で複
合材中に残すことが望ましいものである。
【０００８】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、基体の表面に、ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅ酸化物を５〜５０ｗｔ％添加し
た酸化物セラミックス又は非酸化物セラミックスの被膜
を溶射によって形成し、該被膜によって低摩擦化を達成
すると共に、低摩擦セラミックスを基体の表面のみに設
けて、基体を金属、セラミックス等の安価な材料で作製
してコストを低減できる摺動部材及びその製造方法を提
供することである。
解決することであり、基体の表面に、ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅ酸化物を５〜５０ｗｔ％添加し
た酸化物セラミックス又は非酸化物セラミックスの被膜
を溶射によって形成し、該被膜によって低摩擦化を達成
すると共に、低摩擦セラミックスを基体の表面のみに設
けて、基体を金属、セラミックス等の安価な材料で作製
してコストを低減できる摺動部材及びその製造方法を提
供することである。
【０００９】更に、この発明の別の目的は、Ｓｉ3 Ｎ4
等のセラミックス及び金属から成る広範囲の基体に形成
された均一な鉄化合物が分散した状態の窒化ケイ素及び
／又は酸窒化ケイ素の薄い複合被膜から成る摺動部材、
及びその被膜をＣＶＤ法によって基体にその場共働蒸着
複合被膜即ち蒸着複合被膜を形成する摺動部材の製造方
法を提供することであり、特に、優れた硬度と、より低
い摩擦係数を有し、耐摩耗性及び機械強度に富んだ保護
絶縁層、電気絶縁層或いは構造材に適用できる摺動部材
及びその製造方法を提供することである。
等のセラミックス及び金属から成る広範囲の基体に形成
された均一な鉄化合物が分散した状態の窒化ケイ素及び
／又は酸窒化ケイ素の薄い複合被膜から成る摺動部材、
及びその被膜をＣＶＤ法によって基体にその場共働蒸着
複合被膜即ち蒸着複合被膜を形成する摺動部材の製造方
法を提供することであり、特に、優れた硬度と、より低
い摩擦係数を有し、耐摩耗性及び機械強度に富んだ保護
絶縁層、電気絶縁層或いは構造材に適用できる摺動部材
及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、基体の表面に、Ｆｅの化合物が分散された
セラミックス被膜を有することを特徴とする摺動部材に
関する。この摺動部材において、前記セラミックスはＳ
ｉ3 Ｎ4 及びＺｒＯ2 のいずれかである。また、この摺
動部材において、前記Ｆｅの化合物のサイズが５μｍ以
下である。また、この摺動部材において、前記Ｆｅの化
合物がＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 に換算して、５
ｗｔ％〜５０ｗｔ％含まれているものである。この摺動
部材は、シリンダライナを構成して好ましいものであ
る。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、基体の表面に、Ｆｅの化合物が分散された
セラミックス被膜を有することを特徴とする摺動部材に
関する。この摺動部材において、前記セラミックスはＳ
ｉ3 Ｎ4 及びＺｒＯ2 のいずれかである。また、この摺
動部材において、前記Ｆｅの化合物のサイズが５μｍ以
下である。また、この摺動部材において、前記Ｆｅの化
合物がＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 に換算して、５
ｗｔ％〜５０ｗｔ％含まれているものである。この摺動
部材は、シリンダライナを構成して好ましいものであ
る。
【００１１】或いは、この発明は、Ｆｅの酸化物粉末と
セラミックス粉末を原料として、溶射によって基体の表
面に被膜を形成したことを特徴とする摺動部材の製造方
法に関する。
セラミックス粉末を原料として、溶射によって基体の表
面に被膜を形成したことを特徴とする摺動部材の製造方
法に関する。
【００１２】又は、この発明は、基体の表面に、ＣＶＤ
法によって蒸着された遷移金属を含んでいる結晶構造又
はアモルファス構造の窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 及び／又は
酸窒化ケイ素Ｓｉ2 ＯＮ2 から成るその場共働蒸着複合
被膜即ち蒸着複合被膜が形成されていることを特徴とす
る摺動部材の製造方法に関する。
法によって蒸着された遷移金属を含んでいる結晶構造又
はアモルファス構造の窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 及び／又は
酸窒化ケイ素Ｓｉ2 ＯＮ2 から成るその場共働蒸着複合
被膜即ち蒸着複合被膜が形成されていることを特徴とす
る摺動部材の製造方法に関する。
【００１３】また、この摺動部材の製造方法において、
前記蒸着複合被膜は母相としてのＳｉ3 Ｎ4 及び／又は
Ｓｉ2 ＯＮ2 と分散剤としての５ｗｔ％〜４０ｗｔ％の
鉄化合物とから成り、前記蒸着複合被膜は金属又はセラ
ミックスから成る基体に均一に蒸着されているものであ
る。
前記蒸着複合被膜は母相としてのＳｉ3 Ｎ4 及び／又は
Ｓｉ2 ＯＮ2 と分散剤としての５ｗｔ％〜４０ｗｔ％の
鉄化合物とから成り、前記蒸着複合被膜は金属又はセラ
ミックスから成る基体に均一に蒸着されているものであ
る。
【００１４】また、この摺動部材の製造方法において、
前記蒸着複合被膜は焼結添加物を含むことなく、Ｓｉ3
Ｎ4 及び／又はＳｉ2 ＯＮ2 の母相中に粒子サイズが１
０ｎｍ〜１μｍの鉄化合物が均一に分散しているもので
ある。
前記蒸着複合被膜は焼結添加物を含むことなく、Ｓｉ3
Ｎ4 及び／又はＳｉ2 ＯＮ2 の母相中に粒子サイズが１
０ｎｍ〜１μｍの鉄化合物が均一に分散しているもので
ある。
【００１５】また、この摺動部材の製造方法において、
前記蒸着複合被膜におけるＦｅ源は、Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）
3 ，Ｆｅ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｉ−Ｃ
Ｈ7 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ3 Ｈ7 ）3 又はＦｅ（Ｏ−
ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 から導入されるものである。
前記蒸着複合被膜におけるＦｅ源は、Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）
3 ，Ｆｅ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｉ−Ｃ
Ｈ7 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ3 Ｈ7 ）3 又はＦｅ（Ｏ−
ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 から導入されるものである。
【００１６】
【作用】この発明による摺動部材及びその製造方法は、
上記のように構成されており、次のように作用する。即
ち、この摺動部材は、基体の表面に、Ｆｅ化合物が分散
されたセラミックス被膜を有するので、Ｆｅ−Ｏから成
る化合物及びこれと母相との界面は活性点となり、オイ
ルとの吸着性にすぐれるため、その複合セラミックスが
低摩擦化となり、また、粒成長が抑制される結果、高い
強度を有するようになる。また、上記セラミックスの母
相がＺｒＯ2 等の酸化物セラミックスで構成した場合に
は、通常の大気中での焼成を可能にするが、セラミック
スの母相がＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ等の非酸化物セラミック
スである場合には、窒素Ｎ2 雰囲気における焼成時に、
還元反応が起こるため、Ｆｅ−Ｓｉの化合物に変化す
る。
上記のように構成されており、次のように作用する。即
ち、この摺動部材は、基体の表面に、Ｆｅ化合物が分散
されたセラミックス被膜を有するので、Ｆｅ−Ｏから成
る化合物及びこれと母相との界面は活性点となり、オイ
ルとの吸着性にすぐれるため、その複合セラミックスが
低摩擦化となり、また、粒成長が抑制される結果、高い
強度を有するようになる。また、上記セラミックスの母
相がＺｒＯ2 等の酸化物セラミックスで構成した場合に
は、通常の大気中での焼成を可能にするが、セラミック
スの母相がＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ等の非酸化物セラミック
スである場合には、窒素Ｎ2 雰囲気における焼成時に、
還元反応が起こるため、Ｆｅ−Ｓｉの化合物に変化す
る。
【００１７】また、この摺動部材は、ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅ化合物を添加原料としてセラミ
ックスの母相中に所定量、即ち、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％
分散させることによって、オイルとの吸着性を良好にし
て低い摩擦係数で且つ高い強度を維持したセラミックス
と鉄化合物との複合被膜を得ることができる。この複合
被膜は、基体の表面に溶射で形成することができ、或い
は基体の表面にＣＶＤ法によって蒸着させることで形成
することができる。
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅ化合物を添加原料としてセラミ
ックスの母相中に所定量、即ち、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％
分散させることによって、オイルとの吸着性を良好にし
て低い摩擦係数で且つ高い強度を維持したセラミックス
と鉄化合物との複合被膜を得ることができる。この複合
被膜は、基体の表面に溶射で形成することができ、或い
は基体の表面にＣＶＤ法によって蒸着させることで形成
することができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による摺動
部材及びその製造方法の実施例を説明する。まず、この
発明による摺動部材及びその製造方法の一実施例を実施
例１として説明する。 〔実施例１〕この摺動部材の製造方法において、まず、
Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を次の比率で配合
する。Ｓｉ3 Ｎ4 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：Ｙ2 Ｏ3 ＝９０：５：
５の比率で配合する。この総重量に対して３種類のＦｅ
の酸化物即ちＦｅＯ，Ｆｅ2Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 を所定量
加え、蒸留水、バインダと共に、ボールミルにて約２４
時間混合して混合物を作った後、該混合物をバインダレ
スでスプレードライヤによって造粒処理を行なって均一
な組成の混合粉末を作製し、該混合粉末の表面を溶射時
の分解を抑えるために、金属でメッキコート処理を行っ
た。
部材及びその製造方法の実施例を説明する。まず、この
発明による摺動部材及びその製造方法の一実施例を実施
例１として説明する。 〔実施例１〕この摺動部材の製造方法において、まず、
Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を次の比率で配合
する。Ｓｉ3 Ｎ4 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：Ｙ2 Ｏ3 ＝９０：５：
５の比率で配合する。この総重量に対して３種類のＦｅ
の酸化物即ちＦｅＯ，Ｆｅ2Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 を所定量
加え、蒸留水、バインダと共に、ボールミルにて約２４
時間混合して混合物を作った後、該混合物をバインダレ
スでスプレードライヤによって造粒処理を行なって均一
な組成の混合粉末を作製し、該混合粉末の表面を溶射時
の分解を抑えるために、金属でメッキコート処理を行っ
た。
【００１９】一方、基体として、室温から３００℃にい
たる熱膨張係数が３〜５×１０- 6／℃と小さい鋳鉄を
選定した。この鋳鉄を、１６×１０×７０ｍｍの直方体
形状に加工した。移行式アークプラズマ溶射装置を用い
て、基体の表面に上記混合粉末を溶射し、基体表面に厚
さ約５０μｍの被膜を形成した。この表面を粗さＲｚで
０．８μｍとなるように研磨し、摺動試験片即ち直方体
形状試験片を作製した。また、相手材の試験片として、
相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ4 焼結体をφ９ｍｍ、長
さ１８ｍｍ、先端の曲率半径Ｒ４５ｍｍと加工したピン
を用いた。
たる熱膨張係数が３〜５×１０- 6／℃と小さい鋳鉄を
選定した。この鋳鉄を、１６×１０×７０ｍｍの直方体
形状に加工した。移行式アークプラズマ溶射装置を用い
て、基体の表面に上記混合粉末を溶射し、基体表面に厚
さ約５０μｍの被膜を形成した。この表面を粗さＲｚで
０．８μｍとなるように研磨し、摺動試験片即ち直方体
形状試験片を作製した。また、相手材の試験片として、
相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ4 焼結体をφ９ｍｍ、長
さ１８ｍｍ、先端の曲率半径Ｒ４５ｍｍと加工したピン
を用いた。
【００２０】そこで、上記ピンを上記直方体形状試験片
の１つの面にほぼ垂直となるようにセットして、荷重
１．０ｋｇｆ、温度１５０℃、摺動速度１．０ｍ／ｓと
いう試験条件で、その摩擦係数を測定した。なお、この
時、潤滑油として、耐熱性に優れる合成オイルを使用し
ている。各種、鉄酸化物の添加量を変えた被膜を基体の
表面に溶射した試験片を用いての試験結果を図１に示
す。
の１つの面にほぼ垂直となるようにセットして、荷重
１．０ｋｇｆ、温度１５０℃、摺動速度１．０ｍ／ｓと
いう試験条件で、その摩擦係数を測定した。なお、この
時、潤滑油として、耐熱性に優れる合成オイルを使用し
ている。各種、鉄酸化物の添加量を変えた被膜を基体の
表面に溶射した試験片を用いての試験結果を図１に示
す。
【００２１】図１は、横軸に溶射した混合粉末中のＦｅ
3 Ｏ4 のセラミックスへの添加量ｗｔ％を示し、縦軸に
摩擦係数μを示している。摩擦係数μの値の高低の判断
については、溶射によりＳｉ3 Ｎ4 同士、金属（鋳鉄）
同士、或いはＳｉ3 Ｎ4 と金属の組み合わせでの上記テ
スト条件で測定を行い、この中で金属とＳｉ3 Ｎ4 との
組み合わせで最低の値となった０．１を下回るかどうか
の判断を行った。この判断基準によると、図１に示すよ
うに、摩擦係数μが０．１以下となるのは、Ｆｅ酸化物
の添加量が５〜５０ｗｔ％の時に、所望の低い摩擦係数
μを得ることができ、それ以上の添加量では摩擦係数μ
はやや上回ることが分かった。図１において、Ｆｅ3 Ｏ
4 が零の点が鉄酸化物を含んでいないＳｉ3 Ｎ4 単独を
被覆した従来の比較例の摺動部材を示している。鉄酸化
物の添加により、摩擦係数μが低下するのは、それ自身
或いはその母相との間に形成される活性点により吸着性
が向上したためであり、また、添加量を５０ｗｔ％以上
と多くした時に、摩擦係数μが低下するのは複合被膜自
身の硬さが低下していくために、複合被膜とピンとの接
触面積が増大したためと類推された。
3 Ｏ4 のセラミックスへの添加量ｗｔ％を示し、縦軸に
摩擦係数μを示している。摩擦係数μの値の高低の判断
については、溶射によりＳｉ3 Ｎ4 同士、金属（鋳鉄）
同士、或いはＳｉ3 Ｎ4 と金属の組み合わせでの上記テ
スト条件で測定を行い、この中で金属とＳｉ3 Ｎ4 との
組み合わせで最低の値となった０．１を下回るかどうか
の判断を行った。この判断基準によると、図１に示すよ
うに、摩擦係数μが０．１以下となるのは、Ｆｅ酸化物
の添加量が５〜５０ｗｔ％の時に、所望の低い摩擦係数
μを得ることができ、それ以上の添加量では摩擦係数μ
はやや上回ることが分かった。図１において、Ｆｅ3 Ｏ
4 が零の点が鉄酸化物を含んでいないＳｉ3 Ｎ4 単独を
被覆した従来の比較例の摺動部材を示している。鉄酸化
物の添加により、摩擦係数μが低下するのは、それ自身
或いはその母相との間に形成される活性点により吸着性
が向上したためであり、また、添加量を５０ｗｔ％以上
と多くした時に、摩擦係数μが低下するのは複合被膜自
身の硬さが低下していくために、複合被膜とピンとの接
触面積が増大したためと類推された。
【００２２】次に、この発明による摺動部材及びその製
造方法の別の実施例を実施例２として説明する。 〔実施例２〕上記実施例で作製したプレートを、５０×
５０×１０ｍｍのサイズのものを基体として、その基体
の表面にプラズマ溶射により、Ｆｅ3 Ｏ4 の添加量２０
％の被膜を形成し、表面研磨を行った。相手材のピンは
チル鋳鉄で作製した。これらを、ピンオンディスク試験
機に取り付けた。１５００ｒｐｍ、荷重１５ｋｇ、温度
１００℃で１２０分間回転させた後、ピンを取り外し、
その摩耗状況を観察した。比較例として、チル鋳鉄同士
の時と、或いはＦｅ3 Ｏ4 の添加していないＳｉ3 Ｎ4
を溶射して形成した被膜を有するプレートを相手材とし
た時との摩耗量を測定した。本発明の被膜を有する摺動
部材は、チル鋳鉄同士のものに比較して摩耗量は約１／
５であり、また、Ｆｅ3 Ｏ4 の添加していないＳｉ3 Ｎ
4 の被膜のものに比較して摩耗量は約２／３であり、摩
耗量は低減していることが分かった。これから考えて、
本発明の被膜を有する摺動部材は、ＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の鉄酸化物を有するため、摺動面に
油膜が形成され易いために、固体同士の直接接触の頻度
が減ったためと考えられる。
造方法の別の実施例を実施例２として説明する。 〔実施例２〕上記実施例で作製したプレートを、５０×
５０×１０ｍｍのサイズのものを基体として、その基体
の表面にプラズマ溶射により、Ｆｅ3 Ｏ4 の添加量２０
％の被膜を形成し、表面研磨を行った。相手材のピンは
チル鋳鉄で作製した。これらを、ピンオンディスク試験
機に取り付けた。１５００ｒｐｍ、荷重１５ｋｇ、温度
１００℃で１２０分間回転させた後、ピンを取り外し、
その摩耗状況を観察した。比較例として、チル鋳鉄同士
の時と、或いはＦｅ3 Ｏ4 の添加していないＳｉ3 Ｎ4
を溶射して形成した被膜を有するプレートを相手材とし
た時との摩耗量を測定した。本発明の被膜を有する摺動
部材は、チル鋳鉄同士のものに比較して摩耗量は約１／
５であり、また、Ｆｅ3 Ｏ4 の添加していないＳｉ3 Ｎ
4 の被膜のものに比較して摩耗量は約２／３であり、摩
耗量は低減していることが分かった。これから考えて、
本発明の被膜を有する摺動部材は、ＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の鉄酸化物を有するため、摺動面に
油膜が形成され易いために、固体同士の直接接触の頻度
が減ったためと考えられる。
【００２３】次に、この発明による摺動部材及びその製
造方法の更に別の実施例を実施例３として説明する。 〔実施例３〕この実施例は、実施例１のＳｉ3 Ｎ4 に換
えて部分安定化ＺｒＯ2 を使用したものであり、その他
の処理については上記実施例と製造方法である。即ち、
部分安定化ＺｒＯ2 粉末のＦｅ3 Ｏ4 の添加量を変えて
配合した混合粉末を溶射原料として、実施例１と同様の
方法で鋳鉄表面にプラズマ溶射により、基体の表面に複
合被膜を形成した。その表面を研磨した後、実施例１と
同一の往復動摺動試験機を用いて摺動試験を行った。こ
の時、ピンはチル鋳鉄製のものを使用した。その摩擦係
数を測定した結果を図２に示す。
造方法の更に別の実施例を実施例３として説明する。 〔実施例３〕この実施例は、実施例１のＳｉ3 Ｎ4 に換
えて部分安定化ＺｒＯ2 を使用したものであり、その他
の処理については上記実施例と製造方法である。即ち、
部分安定化ＺｒＯ2 粉末のＦｅ3 Ｏ4 の添加量を変えて
配合した混合粉末を溶射原料として、実施例１と同様の
方法で鋳鉄表面にプラズマ溶射により、基体の表面に複
合被膜を形成した。その表面を研磨した後、実施例１と
同一の往復動摺動試験機を用いて摺動試験を行った。こ
の時、ピンはチル鋳鉄製のものを使用した。その摩擦係
数を測定した結果を図２に示す。
【００２４】図２は、横軸に溶射した混合粉末中のＦｅ
3 Ｏ4 のセラミックスへの添加量ｗｔ％を示し、縦軸に
摩擦係数μを示している。図２から分かるように、Ｆｅ
酸化物を添加したＺｒＯ2 セラミックスの複合被膜の摺
動部材は、摩擦係数μが低いものであった。図２におい
て、Ｆｅ3 Ｏ4 が零の点が鉄酸化物を含んでいないＺｒ
Ｏ2 単独を被覆した従来の比較例の摺動部材を示してい
る。この実施例では、上記Ｓｉ3 Ｎ4 を使用した場合と
同様に、溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加量は、５〜５０
ｗｔ％の範囲のものが所望の摩擦係数μを確保できるこ
とが分かる。
3 Ｏ4 のセラミックスへの添加量ｗｔ％を示し、縦軸に
摩擦係数μを示している。図２から分かるように、Ｆｅ
酸化物を添加したＺｒＯ2 セラミックスの複合被膜の摺
動部材は、摩擦係数μが低いものであった。図２におい
て、Ｆｅ3 Ｏ4 が零の点が鉄酸化物を含んでいないＺｒ
Ｏ2 単独を被覆した従来の比較例の摺動部材を示してい
る。この実施例では、上記Ｓｉ3 Ｎ4 を使用した場合と
同様に、溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加量は、５〜５０
ｗｔ％の範囲のものが所望の摩擦係数μを確保できるこ
とが分かる。
【００２５】次に、この発明による摺動部材及びその製
造方法の他の実施例を実施例４として説明する。 〔実施例４〕この実施例は、図３に示すように、ディー
ゼルエンジン用鋳鉄製シリンダライナ１０に適用したも
のである。この実施例のシリンダライナ１０について
は、内径８０ｍｍを有するシリンダライナ本体１１の内
面１３に、実施例１と同様の工程によりＦｅ3 Ｏ4 を２
０％含むＳｉ3 Ｎ4 の複合被膜１２を形成したものであ
る。シリンダライナ本体１１の表面即ち内面１３を粗さ
Ｒｚ０．８μｍになるまで研磨した。次いで、シリンダ
ライナ本体１１の内面１３に複合被膜１２を溶射により
被覆してシリンダライナ１０を形成した。一方、相対密
度９９％以上のＳｉ3 Ｎ4 ピストンリング（図示せず）
を作製した。これらを用いて、２５００ｒｐｍでベンチ
テストを行った。比較例として、Ｆｅ3 Ｏ4 を含まない
Ｓｉ3 Ｎ4の単独被膜を形成したシリンダライナ（図示
せず）を作製した。両者を比較したところ、従来の比較
例のものは、本発明の複合被膜１２を有するシリンダラ
イナ１０を用いたものに比較してトルクで約７％低下し
ていることが分かった。
造方法の他の実施例を実施例４として説明する。 〔実施例４〕この実施例は、図３に示すように、ディー
ゼルエンジン用鋳鉄製シリンダライナ１０に適用したも
のである。この実施例のシリンダライナ１０について
は、内径８０ｍｍを有するシリンダライナ本体１１の内
面１３に、実施例１と同様の工程によりＦｅ3 Ｏ4 を２
０％含むＳｉ3 Ｎ4 の複合被膜１２を形成したものであ
る。シリンダライナ本体１１の表面即ち内面１３を粗さ
Ｒｚ０．８μｍになるまで研磨した。次いで、シリンダ
ライナ本体１１の内面１３に複合被膜１２を溶射により
被覆してシリンダライナ１０を形成した。一方、相対密
度９９％以上のＳｉ3 Ｎ4 ピストンリング（図示せず）
を作製した。これらを用いて、２５００ｒｐｍでベンチ
テストを行った。比較例として、Ｆｅ3 Ｏ4 を含まない
Ｓｉ3 Ｎ4の単独被膜を形成したシリンダライナ（図示
せず）を作製した。両者を比較したところ、従来の比較
例のものは、本発明の複合被膜１２を有するシリンダラ
イナ１０を用いたものに比較してトルクで約７％低下し
ていることが分かった。
【００２６】次に、この発明による摺動部材の製造方法
の別の実施例を説明する。この実施例による摺動部材の
製造方法は、プレート、シリンダ等の形状の焼結された
サイアロン多結晶、スチール等の材料から作製した基体
にＣＶＤ法によってその場共働蒸着複合被膜（in-situ
codeposited composite film，以下、蒸着複合被膜とい
う）を形成するものである。この摺動部材の製造方法に
おいて、基体をプレート形状のサンプルとして１６×１
０×７０ｍｍのサイズにカットし、ダイヤモンドペース
トによって０．６μｍ以下に研磨した。サイアロン及び
スチールの基体については、研磨されたサンプルを蒸着
に先立って希薄ＨＦで洗浄し、次いで脱イオン水及びア
セトンで洗浄した。サイアロンサンプルとして、処理蒸
着温度で基体から酸化不純物（焼結されたセラミックス
基体のための焼結添加剤として通常導かれる）が気化す
るのを防止するため、アモルファス保護層は、結晶窒化
ケイ素と鉄化合物との複合被膜を蒸着する前に、１３５
０℃以下の低温で形成された（図５参照）。このような
アモルファス保護層は、蒸着された複合被膜とセラミッ
クス基体との間の接合強度を高くするものである。図５
は、アモルファス母相又は結晶母相中に鉄化合物を５ｗ
ｔ％添加した材料のＣＶＤ法での蒸着温度と複合被膜密
度との関係を示すグラフである。図示のように、アモル
ファス母相と結晶母相との境界は蒸着温度１３５０℃で
ある。
の別の実施例を説明する。この実施例による摺動部材の
製造方法は、プレート、シリンダ等の形状の焼結された
サイアロン多結晶、スチール等の材料から作製した基体
にＣＶＤ法によってその場共働蒸着複合被膜（in-situ
codeposited composite film，以下、蒸着複合被膜とい
う）を形成するものである。この摺動部材の製造方法に
おいて、基体をプレート形状のサンプルとして１６×１
０×７０ｍｍのサイズにカットし、ダイヤモンドペース
トによって０．６μｍ以下に研磨した。サイアロン及び
スチールの基体については、研磨されたサンプルを蒸着
に先立って希薄ＨＦで洗浄し、次いで脱イオン水及びア
セトンで洗浄した。サイアロンサンプルとして、処理蒸
着温度で基体から酸化不純物（焼結されたセラミックス
基体のための焼結添加剤として通常導かれる）が気化す
るのを防止するため、アモルファス保護層は、結晶窒化
ケイ素と鉄化合物との複合被膜を蒸着する前に、１３５
０℃以下の低温で形成された（図５参照）。このような
アモルファス保護層は、蒸着された複合被膜とセラミッ
クス基体との間の接合強度を高くするものである。図５
は、アモルファス母相又は結晶母相中に鉄化合物を５ｗ
ｔ％添加した材料のＣＶＤ法での蒸着温度と複合被膜密
度との関係を示すグラフである。図示のように、アモル
ファス母相と結晶母相との境界は蒸着温度１３５０℃で
ある。
【００２７】この実施例で使用されるＣＶＤ法は、窒化
ケイ素と鉄との複合層を迅速な成長率にするためにホッ
トウォールタイプを用いた。図４はこの発明によるセラ
ミックス被膜を形成するためのホット・ウォールタイプ
のＣＶＤ装置を示す概略図である。ＣＶＤ装置は、図４
に示されるように、ホットウォールタイプの反応炉１で
あり、内部にヒータ５を備えており、回転試料台即ち回
転ディスク４上に基体２が載置されている。基体２は、
ガス入口３，６から２０ｍｍ離れた位置に設置され、回
転ディスク４は２０ｒｐｍの回転トルクで回転した。Ｃ
ＶＤ装置では、Ｓｉ源はＳｉＣｌ4 （純度９９，９９
％）＋Ｈ2 であり、ガス入口６から反応炉１内に導入さ
れた。また、Ｎ源はＮＨ3 （純度９９．９％）＋Ｈ2 で
あり、ガス入口３から反応炉１内に導入された。ＳｉＣ
ｌ4 ，ＮＨ3 ，Ｈ2 及びＮ2 の割合は、生成量をコント
ロールするため注意深く選定された。Ｆｅ源は、鉄トリ
メトオキサイド〔Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 ，純度９９．９
％〕であり、ガス入口３から反応炉１内に導入された。
蒸着した層の鉄複合物の量は、ＳｉＣｌ4 蒸気に対する
気化されたＦｅ（ＯＣＨ3 ）3 （鉄要素のみがカウント
されている）の比較流量によって決定した。また、Ｆｅ
源としては、Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 の他に、Ｆｅ（ＯＣ2
Ｈ5 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｉ−ＣＨ7 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｎ−
Ｃ3 Ｈ7 ）3 又はＦｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 を適用で
きる。この実施例で製造された蒸着複合被膜（その場共
働蒸着複合被膜）に含まれている鉄の公称重量は、５〜
４０ｗｔ％である。
ケイ素と鉄との複合層を迅速な成長率にするためにホッ
トウォールタイプを用いた。図４はこの発明によるセラ
ミックス被膜を形成するためのホット・ウォールタイプ
のＣＶＤ装置を示す概略図である。ＣＶＤ装置は、図４
に示されるように、ホットウォールタイプの反応炉１で
あり、内部にヒータ５を備えており、回転試料台即ち回
転ディスク４上に基体２が載置されている。基体２は、
ガス入口３，６から２０ｍｍ離れた位置に設置され、回
転ディスク４は２０ｒｐｍの回転トルクで回転した。Ｃ
ＶＤ装置では、Ｓｉ源はＳｉＣｌ4 （純度９９，９９
％）＋Ｈ2 であり、ガス入口６から反応炉１内に導入さ
れた。また、Ｎ源はＮＨ3 （純度９９．９％）＋Ｈ2 で
あり、ガス入口３から反応炉１内に導入された。ＳｉＣ
ｌ4 ，ＮＨ3 ，Ｈ2 及びＮ2 の割合は、生成量をコント
ロールするため注意深く選定された。Ｆｅ源は、鉄トリ
メトオキサイド〔Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 ，純度９９．９
％〕であり、ガス入口３から反応炉１内に導入された。
蒸着した層の鉄複合物の量は、ＳｉＣｌ4 蒸気に対する
気化されたＦｅ（ＯＣＨ3 ）3 （鉄要素のみがカウント
されている）の比較流量によって決定した。また、Ｆｅ
源としては、Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 の他に、Ｆｅ（ＯＣ2
Ｈ5 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｉ−ＣＨ7 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｎ−
Ｃ3 Ｈ7 ）3 又はＦｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 を適用で
きる。この実施例で製造された蒸着複合被膜（その場共
働蒸着複合被膜）に含まれている鉄の公称重量は、５〜
４０ｗｔ％である。
【００２８】結晶Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄化合物との複合被膜の
析出条件即ち蒸着条件は、次のとおりである。反応炉１
内はガス出口７から真空ポンプ等で吸引し、反応炉１内
の圧力は約１×１０- 2 ｔｏｒｒにまで負圧にされ、サ
イアロン基体に対する保護層は、予め決定した蒸着時間
において最初は反応温度１３５０℃で且つ圧力６０ｔｏ
ｒｒで蒸着された。次いで、結晶Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄化合物
との複合被膜の二番目の蒸着は、反応温度が１３５０℃
又は１３５０℃より高い温度で且つ反応圧力１５ｔｏｒ
ｒで行われた。典型的な温度変動は±１０℃であった。
析出条件即ち蒸着条件は、次のとおりである。反応炉１
内はガス出口７から真空ポンプ等で吸引し、反応炉１内
の圧力は約１×１０- 2 ｔｏｒｒにまで負圧にされ、サ
イアロン基体に対する保護層は、予め決定した蒸着時間
において最初は反応温度１３５０℃で且つ圧力６０ｔｏ
ｒｒで蒸着された。次いで、結晶Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄化合物
との複合被膜の二番目の蒸着は、反応温度が１３５０℃
又は１３５０℃より高い温度で且つ反応圧力１５ｔｏｒ
ｒで行われた。典型的な温度変動は±１０℃であった。
【００２９】この摺動部材の表面の複合被膜を研磨し、
その研磨された複合被膜の摩擦係数μを、平板上をピン
を前後進運動させることにより測定される摩擦テスター
で測定した。その場合、ピンは基体上に複合被膜を形成
した摺動部材で作製され、また、平板は焼結されたＳｉ
3 Ｎ4 を平らな面に形成して作製された。歪みゲージ
は、摩耗量を測定するため、片持ち梁アームに取り付け
られた。そして、ピンの複合被膜へのを押圧力は、１．
０ｋｇｆの荷重が使用され、合成オイルが潤滑油として
使用された。全ての試験は、１５０℃の温度で且つ２．
０ｍ／ｓの平均摺動速度で行われた。摩耗量は、試験中
に連続的に測定され且つ記録された。
その研磨された複合被膜の摩擦係数μを、平板上をピン
を前後進運動させることにより測定される摩擦テスター
で測定した。その場合、ピンは基体上に複合被膜を形成
した摺動部材で作製され、また、平板は焼結されたＳｉ
3 Ｎ4 を平らな面に形成して作製された。歪みゲージ
は、摩耗量を測定するため、片持ち梁アームに取り付け
られた。そして、ピンの複合被膜へのを押圧力は、１．
０ｋｇｆの荷重が使用され、合成オイルが潤滑油として
使用された。全ての試験は、１５０℃の温度で且つ２．
０ｍ／ｓの平均摺動速度で行われた。摩耗量は、試験中
に連続的に測定され且つ記録された。
【００３０】Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄化合物との複合被膜の密度
は、図５に示すように、蒸着温度が増加するに従って増
加している。複合被膜の厚さは、基体に対して上記の温
度で蒸着時間に従ってほぼ線型的に増加しており、蒸着
量はほぼ一定になっている。母相がアモルファスの場合
には、平滑な複合被膜を得ることができる。しかしなが
ら、結晶化された複合被膜とアモルファスの複合被膜
は、良好な接合強度を示し且つ純度９９．９９％であっ
た。
は、図５に示すように、蒸着温度が増加するに従って増
加している。複合被膜の厚さは、基体に対して上記の温
度で蒸着時間に従ってほぼ線型的に増加しており、蒸着
量はほぼ一定になっている。母相がアモルファスの場合
には、平滑な複合被膜を得ることができる。しかしなが
ら、結晶化された複合被膜とアモルファスの複合被膜
は、良好な接合強度を示し且つ純度９９．９９％であっ
た。
【００３１】表１は、サイアロン基体に対するＳｉ3 Ｎ
4 と鉄化合物との複合被膜についての微小硬さＫｇ／ｍ
ｍ2 と摩擦係数μを示している。また、表２は、スチー
ル基体に対するＳｉ3 Ｎ4 と鉄化合物との複合被膜につ
いての微小硬さＫｇ／ｍｍ2と摩擦係数μを示してい
る。
4 と鉄化合物との複合被膜についての微小硬さＫｇ／ｍ
ｍ2 と摩擦係数μを示している。また、表２は、スチー
ル基体に対するＳｉ3 Ｎ4 と鉄化合物との複合被膜につ
いての微小硬さＫｇ／ｍｍ2と摩擦係数μを示してい
る。
【表１】
【表２】
【００３２】この実施例で得られた複合被膜は、従来の
Ｆｅ化合物を含んでいないサイアロン基体とスチール基
体に比較して、材料として高い硬度値を維持した状態で
低い摩擦係数μを示している。アモルファス母相層の硬
さは、著しく低いが、良好な摩擦係数μを示している。
それ故、アモルファス母相の複合被膜は、低い融解温度
で基体上に付着され、低い摩擦係数μを維持した状態で
広範囲の基体が利用できる。更に、母相中に分散したＦ
ｅ化合物の複合被膜は、Ｆｅがオイルを吸着し、アモル
ファス母相においてさえ低い摩擦係数μを示している。
更に、複合被膜を保護するために、高いヤング率を有す
る結晶母相の複合被膜は、基体を損傷することなく衝撃
を低減できる。それ故に、衝撃を消滅させるため、低い
ヤング率を持つアモルファス母相の複合被膜は緩衝層を
形成し、低い剛性で且つ低い脆性特性を示す。この発明
で開発したアモルファス母相のＳｉ3 Ｎ4 と鉄化合物と
の複合被膜が有する低い摩擦係数と高い緩衝特性の利点
は、機械的衝撃を受ける耐摩耗部品に利用できる。
Ｆｅ化合物を含んでいないサイアロン基体とスチール基
体に比較して、材料として高い硬度値を維持した状態で
低い摩擦係数μを示している。アモルファス母相層の硬
さは、著しく低いが、良好な摩擦係数μを示している。
それ故、アモルファス母相の複合被膜は、低い融解温度
で基体上に付着され、低い摩擦係数μを維持した状態で
広範囲の基体が利用できる。更に、母相中に分散したＦ
ｅ化合物の複合被膜は、Ｆｅがオイルを吸着し、アモル
ファス母相においてさえ低い摩擦係数μを示している。
更に、複合被膜を保護するために、高いヤング率を有す
る結晶母相の複合被膜は、基体を損傷することなく衝撃
を低減できる。それ故に、衝撃を消滅させるため、低い
ヤング率を持つアモルファス母相の複合被膜は緩衝層を
形成し、低い剛性で且つ低い脆性特性を示す。この発明
で開発したアモルファス母相のＳｉ3 Ｎ4 と鉄化合物と
の複合被膜が有する低い摩擦係数と高い緩衝特性の利点
は、機械的衝撃を受ける耐摩耗部品に利用できる。
【００３３】図６は、この発明によるＣＶＤ法で作製し
た複合被膜と従来の被膜について、摺動距離ｍと磨耗量
ｍｍ3 との関係を示すグラフである。図６において、符
号Ａ（黒丸）はこの発明によるＣＶＤ法による複合被膜
をスチール上に形成したピンと窒化ケイ素製平板とのテ
ストを示し、また、符号Ｂ（白丸）はスチールで作製し
たピンと窒化ケイ素製平板とのテストを示している。セ
ラミックス複合被膜を有するスチール基体については、
図６の符号Ａで示すように、摩擦係数μは大きく低減さ
れると共に、摺動距離（ｍ）に対する摩耗量（ｍｍ3 ）
は大きく低減される。それ故に、この発明で開発した摺
動部材は過酷な機械的運動を要求されるシリンダライナ
等の金属摺動部品に用いて耐久性を向上させることがで
きる。
た複合被膜と従来の被膜について、摺動距離ｍと磨耗量
ｍｍ3 との関係を示すグラフである。図６において、符
号Ａ（黒丸）はこの発明によるＣＶＤ法による複合被膜
をスチール上に形成したピンと窒化ケイ素製平板とのテ
ストを示し、また、符号Ｂ（白丸）はスチールで作製し
たピンと窒化ケイ素製平板とのテストを示している。セ
ラミックス複合被膜を有するスチール基体については、
図６の符号Ａで示すように、摩擦係数μは大きく低減さ
れると共に、摺動距離（ｍ）に対する摩耗量（ｍｍ3 ）
は大きく低減される。それ故に、この発明で開発した摺
動部材は過酷な機械的運動を要求されるシリンダライナ
等の金属摺動部品に用いて耐久性を向上させることがで
きる。
【００３４】この実施例において、複合被膜の成長割合
は、鉄化合物の１０〜１０００ｎｍの粒子サイズの範囲
の相を確保することによって、複合被膜の成長割合を注
意深く制御することができる。鉄化合物の同一部材で
も、複合被膜の摩擦係数μは別の相の粒子サイズに関し
て変化している。図７は、基体上にＣＶＤ法により形成
した複合被膜を構成する鉄化合物の粒子サイズに対する
摩擦係数μの関係を示すグラフである。図７において、
白三角はサイアロン製基体に複合被膜を形成した粒子サ
イズ（ｎｍ）に対する摩擦係数μを示し、また、黒三角
はスチール製基体に複合被膜を形成した粒子サイズ（ｎ
ｍ）に対する摩擦係数μを示している。図７に示すよう
に、摩擦係数μは、均一な分散した鉄化合物の粒子サイ
ズの減少に従って低減していることが分かる。
は、鉄化合物の１０〜１０００ｎｍの粒子サイズの範囲
の相を確保することによって、複合被膜の成長割合を注
意深く制御することができる。鉄化合物の同一部材で
も、複合被膜の摩擦係数μは別の相の粒子サイズに関し
て変化している。図７は、基体上にＣＶＤ法により形成
した複合被膜を構成する鉄化合物の粒子サイズに対する
摩擦係数μの関係を示すグラフである。図７において、
白三角はサイアロン製基体に複合被膜を形成した粒子サ
イズ（ｎｍ）に対する摩擦係数μを示し、また、黒三角
はスチール製基体に複合被膜を形成した粒子サイズ（ｎ
ｍ）に対する摩擦係数μを示している。図７に示すよう
に、摩擦係数μは、均一な分散した鉄化合物の粒子サイ
ズの減少に従って低減していることが分かる。
【００３５】高い析出温度では、母相への鉄添加物が蒸
着工程で増加するに従って、結晶酸窒化ケイ素（Ｓｉ2
Ｎ2 Ｏ）の破壊は増大し、特に鉄化合物の４０ｗｔ％を
含んでいる場合には増大する。この発明による摺動部材
は、母相に鉄化合物が均一に分散しているために、硬さ
は単独Ｓｉ3 Ｎ4 より僅かに低くなっており、摩擦係数
μはサイアロン製基体にＳｉ3 Ｎ4 を被覆した被覆層及
びスチール製基体にＳｉ3 Ｎ4 を被覆した被覆層に比較
して、より低いことが分かる。従って、母相の材料に係
わらず、母相中に鉄化合物が導入されるに従って摩擦係
数μは低減できるといえる。この発明で開発された摺動
部材の製造方法は、低摩擦特性が要求される場合に、別
の部品についても適用できる。更に、この発明の摺動部
材では、母相として酸窒化ケイ素（Ｓｉ2 ＯＮ2 ）が存
在していることによって耐酸化性が増大することは、有
効な利点である。即ち、この発明による複合被膜を持つ
摺動部材は、ＣＶＤ法によって簡単に作製できる。そし
て、この複合被膜の利点は、高い硬度、低い摩擦及びた
わみ性を要求される部材として適用できることである。
着工程で増加するに従って、結晶酸窒化ケイ素（Ｓｉ2
Ｎ2 Ｏ）の破壊は増大し、特に鉄化合物の４０ｗｔ％を
含んでいる場合には増大する。この発明による摺動部材
は、母相に鉄化合物が均一に分散しているために、硬さ
は単独Ｓｉ3 Ｎ4 より僅かに低くなっており、摩擦係数
μはサイアロン製基体にＳｉ3 Ｎ4 を被覆した被覆層及
びスチール製基体にＳｉ3 Ｎ4 を被覆した被覆層に比較
して、より低いことが分かる。従って、母相の材料に係
わらず、母相中に鉄化合物が導入されるに従って摩擦係
数μは低減できるといえる。この発明で開発された摺動
部材の製造方法は、低摩擦特性が要求される場合に、別
の部品についても適用できる。更に、この発明の摺動部
材では、母相として酸窒化ケイ素（Ｓｉ2 ＯＮ2 ）が存
在していることによって耐酸化性が増大することは、有
効な利点である。即ち、この発明による複合被膜を持つ
摺動部材は、ＣＶＤ法によって簡単に作製できる。そし
て、この複合被膜の利点は、高い硬度、低い摩擦及びた
わみ性を要求される部材として適用できることである。
【００３６】
【発明の効果】この発明による摺動部材及びその製造方
法は、上記のように構成されており、次のような効果を
有する。即ち、この発明は、基体の表面に、Ｆｅ化合物
が分散されたセラミックス被膜を有するので、潤滑油と
の吸着性に優れ、低摩擦を要求される摺動部材、特にシ
リンダライナとして利用できる。また、この摺動部材の
製造方法は、鉄化合物粉末とセラミックス粉末を原料と
して、溶射又はＣＶＤ法によって、金属又はセラミック
スの基体の表面に複合被膜を形成したので、低コストで
製造することができる。
法は、上記のように構成されており、次のような効果を
有する。即ち、この発明は、基体の表面に、Ｆｅ化合物
が分散されたセラミックス被膜を有するので、潤滑油と
の吸着性に優れ、低摩擦を要求される摺動部材、特にシ
リンダライナとして利用できる。また、この摺動部材の
製造方法は、鉄化合物粉末とセラミックス粉末を原料と
して、溶射又はＣＶＤ法によって、金属又はセラミック
スの基体の表面に複合被膜を形成したので、低コストで
製造することができる。
【００３７】即ち、Ｆｅ−Ｏから成る化合物は潤滑油と
の吸着性にすぐれるため、基体上の複合被膜が低摩擦化
となり、高い強度を有するようになる。また、複合被膜
におけるセラミックスの母相がＺｒＯ2 等の酸化物セラ
ミックスで構成した場合には、通常の大気中での焼成で
も上記の構成を得ることができる。また、複合被膜にお
けるセラミックスの母相がＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ等の非酸
化物セラミックスである場合には、窒素Ｎ2 雰囲気にお
ける焼成時に、還元反応が起こるため、Ｆｅ−Ｓｉの化
合物に変化するので、焼成後に酸素を含む雰囲気中での
加熱によって、Ｆｅ−Ｓｉの化合物を少なくとも表面近
傍をＦｅ−Ｏに転化させ、上記の低摩擦で且つ高い強度
を有する組織にすることができる。
の吸着性にすぐれるため、基体上の複合被膜が低摩擦化
となり、高い強度を有するようになる。また、複合被膜
におけるセラミックスの母相がＺｒＯ2 等の酸化物セラ
ミックスで構成した場合には、通常の大気中での焼成で
も上記の構成を得ることができる。また、複合被膜にお
けるセラミックスの母相がＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ等の非酸
化物セラミックスである場合には、窒素Ｎ2 雰囲気にお
ける焼成時に、還元反応が起こるため、Ｆｅ−Ｓｉの化
合物に変化するので、焼成後に酸素を含む雰囲気中での
加熱によって、Ｆｅ−Ｓｉの化合物を少なくとも表面近
傍をＦｅ−Ｏに転化させ、上記の低摩擦で且つ高い強度
を有する組織にすることができる。
【００３８】従って、この発明による摺動部材は、従来
の窒化ケイ素等のセラミックスに比較して低い摩擦係数
を示し、しかも気孔がほとんどなく、低い摩擦係数にあ
りながら強度は無添加のものと同等であるか、或いはそ
れ以上の強度を有するセラミックスの複合被膜となり、
エンジン部品等に使用できる十分な強度を確保できる。
また、この複合被膜を持つ摺動部材は、ＦｅＯ，Ｆｅ2
Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄化合物を母相中に所定量、即
ち、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％添加させて分散させることに
よって、オイルとの吸着性を良好にして低い摩擦係数で
且つ高い強度を維持したセラミックスと鉄酸化物との複
合被膜を得ることができる。
の窒化ケイ素等のセラミックスに比較して低い摩擦係数
を示し、しかも気孔がほとんどなく、低い摩擦係数にあ
りながら強度は無添加のものと同等であるか、或いはそ
れ以上の強度を有するセラミックスの複合被膜となり、
エンジン部品等に使用できる十分な強度を確保できる。
また、この複合被膜を持つ摺動部材は、ＦｅＯ，Ｆｅ2
Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄化合物を母相中に所定量、即
ち、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％添加させて分散させることに
よって、オイルとの吸着性を良好にして低い摩擦係数で
且つ高い強度を維持したセラミックスと鉄酸化物との複
合被膜を得ることができる。
【００３９】更に、この発明による摺動部材は、金属或
いは安価なセラミックスから作製した基体上に、溶射又
はＣＶＤ法によって、セラミックス母相中に均一に鉄化
合物が分散した複合被膜を簡単に形成することができ、
摺動部材そのもののコストを低減でき、エンジン部品に
有効な低摩擦係数と高強度の材料を作製できる。しかる
に、摺動部材全体を、セラミックス母相中に均一に鉄化
合物が分散した材料のみで全て作製した場合には、高コ
ストになる。
いは安価なセラミックスから作製した基体上に、溶射又
はＣＶＤ法によって、セラミックス母相中に均一に鉄化
合物が分散した複合被膜を簡単に形成することができ、
摺動部材そのもののコストを低減でき、エンジン部品に
有効な低摩擦係数と高強度の材料を作製できる。しかる
に、摺動部材全体を、セラミックス母相中に均一に鉄化
合物が分散した材料のみで全て作製した場合には、高コ
ストになる。
【図１】この発明による摺動部材において、窒化ケイ素
とＦｅ3 Ｏ4 とから成る溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加
量に対する摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
とＦｅ3 Ｏ4 とから成る溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加
量に対する摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
【図２】この発明による摺動部材において、ＺｒＯ2 と
Ｆｅ3 Ｏ4 とから成る溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加量
に対する摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
Ｆｅ3 Ｏ4 とから成る溶射粉末中のＦｅ3 Ｏ4 の添加量
に対する摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
【図３】この発明による摺動部材において、金属製基体
と溶射された複合被膜との状態を示す概略説明図であ
る。
と溶射された複合被膜との状態を示す概略説明図であ
る。
【図４】この発明による摺動部材の製造方法に使用され
るＣＶＤ炉の一実施例を示す概略説明図である。
るＣＶＤ炉の一実施例を示す概略説明図である。
【図５】この発明による摺動部材において、アモルファ
ス母相又は結晶母相中に鉄化合物を５ｗｔ％添加した材
料のＣＶＤ法での蒸着温度と複合被膜密度との関係を示
すグラフである。
ス母相又は結晶母相中に鉄化合物を５ｗｔ％添加した材
料のＣＶＤ法での蒸着温度と複合被膜密度との関係を示
すグラフである。
【図６】この発明によるＣＶＤ法で作製した複合被膜と
従来の被膜について、摺動距離と磨耗量との関係を示す
グラフである。
従来の被膜について、摺動距離と磨耗量との関係を示す
グラフである。
【図７】ＣＶＤ法で作製した複合被膜について、鉄化合
物の粒子サイズと摩擦係数との関係を示すグラフであ
る。
物の粒子サイズと摩擦係数との関係を示すグラフであ
る。
１ 反応炉 ２ 基体 ３ ガス入口 ４ 回転ディスク ５ ヒータ ６ ガス入口 ７ ガス出口 １０ シリンダライナ １１ シリンダライナ本体 １２ 複合被膜 １３ 内面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大角 和生 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内
Claims (10)
- 【請求項１】 基体の表面に、Ｆｅの化合物が分散され
たセラミックス被膜を有することを特徴とする摺動部
材。 - 【請求項２】 前記セラミックスはＳｉ3 Ｎ4 及びＺｒ
Ｏ2 のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載
の摺動部材。 - 【請求項３】 前記Ｆｅの化合物のサイズが５μｍ以下
であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。 - 【請求項４】 前記Ｆｅの化合物がＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 に換算して、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％
含まれていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部
材。 - 【請求項５】 シリンダライナであることを特徴とする
請求項１に記載の摺動部材。 - 【請求項６】 Ｆｅの酸化物粉末とセラミックス粉末を
原料として、溶射によって基体の表面に被膜を形成した
ことを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 【請求項７】 基体の表面に、ＣＶＤ法によって蒸着さ
れた遷移金属を含んでいる結晶構造又はアモルファス構
造の窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 及び／又は酸窒化ケイ素Ｓｉ
2 ＯＮ2 から成る蒸着複合被膜を形成したことを特徴と
する摺動部材の製造方法。 - 【請求項８】 前記蒸着複合被膜は母相としてのＳｉ3
Ｎ4 及び／又はＳｉ2 ＯＮ2 と分散剤としての５ｗｔ％
〜４０ｗｔ％の鉄化合物とから成り、前記蒸着複合被膜
は金属又はセラミックスから成る基体に均一に蒸着され
ていることを特徴とする請求項７に記載の摺動部材の製
造方法。 - 【請求項９】 前記蒸着複合被膜は焼結添加物を含むこ
となく、Ｓｉ3 Ｎ4及び／又はＳｉ2 ＯＮ2 の母相中に
粒子サイズが１０ｎｍ〜１μｍの鉄化合物が均一に分散
していることを特徴とする請求項７に記載の摺動部材の
製造方法。 - 【請求項１０】 前記蒸着複合被膜におけるＦｅ源は、
Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3，Ｆｅ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ
−ｉ−ＣＨ7 ）3 ，Ｆｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ3 Ｈ7）3 又はＦ
ｅ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 から導入されることを特徴と
する請求項７に記載の摺動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103714A JPH06293949A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 摺動部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103714A JPH06293949A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 摺動部材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06293949A true JPH06293949A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=14361384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5103714A Pending JPH06293949A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 摺動部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06293949A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001192803A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-07-17 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 溶射部材及び溶射用合金粉末 |
| JP2006220018A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Nissan Motor Co Ltd | シリンダブロックのボア内面加工方法およびシリンダブロック |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP5103714A patent/JPH06293949A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001192803A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-07-17 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 溶射部材及び溶射用合金粉末 |
| JP4724915B2 (ja) * | 1999-11-02 | 2011-07-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 溶射部材 |
| JP2006220018A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Nissan Motor Co Ltd | シリンダブロックのボア内面加工方法およびシリンダブロック |
| JP4506494B2 (ja) * | 2005-02-08 | 2010-07-21 | 日産自動車株式会社 | シリンダブロックのボア内面加工方法 |
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