JPH06346229A - 合金の表面保護方法及び耐フレッチング金属構造 - Google Patents

合金の表面保護方法及び耐フレッチング金属構造

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JPH06346229A
JPH06346229A JP6124819A JP12481994A JPH06346229A JP H06346229 A JPH06346229 A JP H06346229A JP 6124819 A JP6124819 A JP 6124819A JP 12481994 A JP12481994 A JP 12481994A JP H06346229 A JPH06346229 A JP H06346229A
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エフ.マシンシック マイケル
Allan A Noetzel
エイ.ノウツェル アラン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温においてもフレッチング摩耗を防止する
被膜を提供する。 【構成】 ニッケル合金、コバルト合金又はチタン合金
を、特定の銅及びアルミニウムの重量%を有する銅−ア
ルミニウム合金の被膜で被覆することによって、677
℃(1250°F)という高温においてもフレッチング
摩耗を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ニッケル合金、コバ
ルト合金及びチタン合金の高温下での耐フレッチング摩
耗性を高めるための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フレッチングとは、接触する2面間が相
対的繰り返し微小滑りを生じて摩耗する現象をいう。フ
レッチング摩耗は、相対的に静止しているように設計さ
れてはいるものの、振動のような伝達された力によっ
て、相対的に高周波で低振幅の振動が発生してしまう2
つの部材の両接触面において起こる。
【0003】各々の表面には互いに接触する多くの微細
な突起があるので、フレッチング現象によって、これら
の接合点において両者が局部的に接着しやすい。この接
着によって破断が生じ、物質移動、摩耗破片又はこれら
の両方を引き起こすこともある。
【0004】接触している金属が類似のものであるか、
又はそれらの構成元素が良い相互溶解度を有している場
合には、フレッチング摩耗の大半は接着性のものとな
る。大きな荷重及び高い周波数と同様、高温においても
この過程はたいへん促進される。
【0005】もし接触する2面が非常に摩耗して凹凸を
生じた場合には、応力集中が摩耗傷をつくり、フレッチ
ング疲労として特に知られている疲労強度の低下が起こ
り、これが部材を破壊させてしまう。フレッチング摩耗
を受ける物質の例としては、ターボファンの翼の根元、
摩擦ダンパー、ゆるやかに係合した軸のベアリング及び
駆動継手(ドライブカップリング)等が挙げられる。
【0006】従来技術において、フレッチングを防止す
るために接触する物質の表面に耐フレッチング被膜を形
成することが考案された。これらの被膜は軟かい金属フ
ィルムとして働き、基材の表面同志が接触することを防
止し、被膜内におけるせん断機構によって振動エネルギ
ーを散逸させる。
【0007】ニッケル合金、コバルト合金及びチタン合
金のための従来技術による耐フレッチング被膜は、Cu
−Ni又はCu−Ni−Inを基礎とするものであっ
た。これらの耐フィルム被膜の有効性はいろいろな文献
に示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、約53
8℃(1000°F)を越える温度においては、これら
の耐フレッチング被膜は、加速された酸化によって劣化
し、基材の表面が接触して摩耗してしまう。
【0009】さらに、従来の技術では、所望の場所に溶
射によって被膜を形成していた。この方法は溶射の照準
線(line−of−sight)の性質に由来する欠
点を有しており、溶射のような操作は、例えば薄い厚さ
の物質をそらせたりするという欠点を有している。
【0010】この発明が解決しようとする課題は、約6
77℃(1250°F)という高温まで耐フレッチング
性を有する被膜を得るためには、どのような手段を講じ
ればよいかという点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、ニッケル合
金、コバルト合金及びチタン合金から構成される群から
選択される合金の表面をフレッチング摩耗から保護する
ための方法において、実質的に約88から約96重量%
の銅、約4から約8重量%のアルミニウム及び0から約
4重量%の珪素から成る被膜によって前記表面を覆うこ
とを、解決手段としている。
【0012】更に、この発明は、ニッケルを基礎とした
合金の表面をフレッチング疲労から保護するための方法
において、実質的に約88から約96重量%の銅、約4
から約8重量%のアルミニウム及び0から約4重量%の
珪素から成る被膜によって前記表面を覆うことを、解決
手段としている。
【0013】更にまた、この発明は、フレッチングを受
ける金属構造であって、ニッケル合金、コバルト合金及
びチタン合金から構成される群から選択される基材(su
bstrate)及び該基材上の耐フレッチング被膜を含む構
造において、前記被膜が実質的に約88から約96重量
%の銅、約4から約8重量%のアルミニウム及び0から
約4重量%の珪素から成ることを、解決手段としてい
る。
【0014】
【作用】ニッケル合金、コバルト合金又はチタン合金の
表面を、本願の銅−アルミニウム合金の被膜で覆うこと
によって、約677℃(1250°F)という高温下に
おいても、接触表面の酸化及びフレッチングが防止され
る。
【0015】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面を参照し
て説明する。
【0016】本発明の方法によれば、ニッケル、コバル
ト及びチタンの力を伝導し力を受けるベアリングの表面
は、該表面の一方又は両方を銅合金の被膜で覆うことに
よって、649℃(1200°F)以下の温度又は64
9℃(1200°F)よりも高い温度において、フレッ
チング摩耗から保護される。
【0017】好適には、前記銅合金は、約92重量%の
銅及び約8重量%のアルミニウムを含む。この代わりと
して、前記銅合金は、銅、約4から8重量%のアルミニ
ウム及び約4重量%以下の珪素を含んでいてもよい。
【0018】約5重量%以下の鉄又はニッケル等の他の
元素を添加すると、約538℃(1000°F)以下の
温度においては良好な結果が得られるが、この温度より
も高い温度においては、これらの他の元素の添加によっ
て耐酸化性が低下してしまう。
【0019】前記被膜の厚みは、0.0025mm
(0.1ミル)から約0.1016mm(4.0ミル)
までの範囲内であればよく、好適には約0.0191m
m(0.75ミル)から約0.0381mm(1.5ミ
ル)までの範囲内がよい。
【0020】前記被膜は、典型的な物理的蒸着によって
形成されてもよい。陰極アーク析出は好適な方法である
が、他のイオン蒸着も適当である。
【0021】薄いニッケル又はニッケル合金製の被加工
物を本発明の被膜で覆うと、被膜で覆っていない被加工
物とはまったく異なり、少なくとも649℃(1200
°F)までの温度において、耐久性が著しく向上するこ
とが確認された。
【0022】本発明の被膜は、コンプレッサの翼の根元
のような部材において特に有用であるが、フレッチング
摩耗が問題となるブレード及び羽根のダンピングシステ
ムのニッケル又はニッケル合金の表面おいても有用であ
る。
【0023】本発明の被膜は約677℃(1250°
F)以下の温度において有益であるので、フレッチング
摩耗を防止するための乾燥フィルムの潤滑剤、銅−ニッ
ケル及び銅−ニッケル−インジウム等の合金の被膜又は
銀めっき等の従来技術と比較して、本発明の被膜は利点
を有することがわかった。
【0024】このような従来技術の被膜は、例えば近年
のジェットエンジンにおいてフレッチングが問題になっ
ている温度よりも低い温度である約538℃(1000
°F)以下の温度においてのみ有効であるという欠点を
有している。
【0025】本発明の被膜中の銅とアルミニウムが、特
に珪素の存在下において、本発明の被膜で覆われたニッ
ケルを基礎とする合金の表面がさらされる高温環境下
で、接触表面の酸化を防止することがわかった、このこ
とによって、従来の被膜では不可能であった538℃
(1000°F)を越える温度での被膜の保護的性質の
維持が本発明により可能となった。このような高い温度
においても耐酸化性が維持されるので、従来の被膜では
不可能であったニッケルを基礎とする合金の耐フレッチ
ング性の維持が本発明により可能となった。
【0026】本発明の方法によれば、重量%でNi−1
9.5Cr−13.5Co−4.2Mo−3Ti−1.
4Al−0.08Zr−0.05Cという組成からなり
AMS5544に該当するニッケルを基礎とする合金の
試験試料は、イオン蒸着によって被覆された。
【0027】この被覆は、重量%でCu−7.5Alを
含む合金を0.0318mm(1.25ミル)の厚さで
形成するために、従来の低圧不活性ガス蒸着チャンバー
において行われた。スプリングの形の前記試験試料は、
接触表面としてAMS5596の板試料を使って、板の
上にスプリングを載置した振動する摩耗試験機上で試験
された。
【0028】被覆されていないAMS5544及び62
%銅及び38%ニッケルからなる従来の耐フレッチング
被膜で被覆したAMS5544の試験用スプリングが準
備され、比較試験結果を得るために同時に試験された。
0.381mm(0.015インチ)の厚み及び1.2
7mm(0.05インチ)の接触半径を有する各々の試
料の2つのスプリングは、6.81kg(15ポンド)
の荷重でもって最大7.583MPa(1100ps
i)の接触圧力を生むように、厚さ3.175mm
(0.125インチ)の2つの被覆していない板に載置
した。
【0029】前記スプリングは鉛直面において固定さ
れ、前記板は300Hzの周波数、0.127mm
(0.005インチ)の振幅でもって電磁シェーカーに
よって振動させられた。上記全ての試料は649℃(1
200°F)の温度をつくり出す炉の中に入れられた。
【0030】2時間毎に前記スプリングと板試料の厚さ
を測定し、この試験は10時間経過するか又は破壊が起
こるまでのどちらか早い方が認められるまで続けられ
た。図1に示されるように、被覆されていない基材及び
従来の耐フレッチング性被覆と比較して、本発明の被膜
はニッケル基材のフレッチング摩耗割合を著しく低下さ
せた。Cu−8Alの耐フレッチング性被膜及びCu、
4−8Al、0−4Siの耐フレッチング性被膜で被覆
したニッケル、コバルト、チタンの基材を上記のように
試験した場合でも同様な結果が得られる。
【0031】本発明の上述の説明は当業者によってかな
りの変更及び適合がなされた場合でも、そのような変更
及び適合は本発明の特許請求の範囲に含まれるものであ
ると解釈されるべきである。
【0032】
【発明の効果】ニッケル合金、コバルト合金又はチタン
合金を本発明の銅−アルミニウム合金の被膜で被覆する
ことにより、677℃(1250°F)という高温にお
いてもフレッチング摩耗を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】被膜で覆っていないニッケル基材、従来の耐フ
レッチング被膜を有するニッケル基材及び本発明の耐フ
レッチング被膜を有するニッケル基材について行ったフ
レッチング試験の結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル エフ.マシンシック アメリカ合衆国,フロリダ,ロイヤル パ ーム ビーチ,エセックス コート 40エ イ (72)発明者 アラン エイ.ノウツェル アメリカ合衆国,フロリダ,パーム ビー チ ガーデンス,ノース 69ス ドライブ 14369

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル合金、コバルト合金及びチタン
    合金よりなる群から選択される合金の表面をフレッチン
    グ摩耗から保護するための方法であって、実質的に約8
    8から約96重量%の銅、約4から約8重量%のアルミ
    ニウム及び0から約4重量%の珪素から成る被膜によっ
    て前記表面を覆うことを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記被膜は物理的蒸着によって形成され
    ることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記被膜は約677℃の温度まで耐フレ
    ッチング性を有していることを特徴とする請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 前記被膜は約0.0191mmから約
    0.0381mmの厚さを有することを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 ニッケルをベースとする合金の表面をフ
    レッチング疲労から保護するための方法であって、実質
    的に約88から約96重量%の銅、約4から約8重量%
    のアルミニウム及び0から約4重量%の珪素から成る被
    膜によって前記表面を覆うことを含むことを特徴とする
    方法。
  6. 【請求項6】 前記被膜は物理的蒸着によって形成され
    ることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記被膜は約677℃の温度まで耐フレ
    ッチング性を有している請求項5記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記被膜は約0.0191mmから約
    0.0381mmの厚さを有することを特徴とする請求
    項5記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記被膜は実質的に約92重量%の銅及
    び約8重量%のアルミニウムから成ることを特徴とする
    請求項5記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記被膜は物理的蒸着によって形成さ
    れていることを特徴とする請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記被膜は約677℃の温度まで耐フ
    レッチング性を有することを特徴とする請求項10記載
    の方法。
  12. 【請求項12】 前記被膜は約0.0025mmから約
    0.1016mmの厚さを有することを特徴とする請求
    項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記被膜は約0.0254mmから約
    0.0381mmの厚さを有することを特徴とする請求
    項12記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記被膜は陰極アーク析出によって形
    成されることを特徴とする請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記被膜は約92.5重量%の銅及び
    約7.5重量%のアルミニウムを含むことを特徴とする
    請求項14記載の方法。
  16. 【請求項16】 フレッチングを受ける金属構造であっ
    て、ニッケル合金、コバルト合金及びチタン合金から構
    成される群から選択される基材及び該基材上に形成され
    た耐フレッチング被膜を含む構造において、前記被膜は
    実質的に約88から約96重量%の銅、約4から約8重
    量%のアルミニウム及び0から約4重量%の珪素から成
    ることを特徴とする構造。
  17. 【請求項17】 前記基材はニッケルをベースとする合
    金であることを特徴とする請求項16記載の構造。
  18. 【請求項18】 前記被膜は実質的に銅とアルミニウム
    から成ることを特徴とする請求項17記載の構造。
  19. 【請求項19】 前記被膜は実質的に約92.5重量%
    の銅及び約7.5重量%のアルミニウムから成ることを
    特徴とする請求項18記載の構造。
  20. 【請求項20】 前記被膜は約0.0254mmから約
    0.0381mmの厚さを有することを特徴とする請求
    項19記載の構造。
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US08/072,666 US5312696A (en) 1991-09-16 1993-06-07 Method for reducing fretting wear between contacting surfaces
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WO2018128067A1 (ja) 2017-01-05 2018-07-12 Jfeスチール株式会社 高強度冷延鋼板
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