JPH0694886B2 - セラミック製部材摺動面上の金属被膜潤滑層の形成方法 - Google Patents

セラミック製部材摺動面上の金属被膜潤滑層の形成方法

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JPH0694886B2 JP62155400A JP15540087A JPH0694886B2 JP H0694886 B2 JPH0694886 B2 JP H0694886B2 JP 62155400 A JP62155400 A JP 62155400A JP 15540087 A JP15540087 A JP 15540087A JP H0694886 B2 JPH0694886 B2 JP H0694886B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、セラミック製部材と金属製部材とからなる摺
動部材におけるセラミック製部材摺動面上の金属被膜潤
滑層の形成方法に関するものである。
(従来の技術) 摺動部材として耐摩耗性に優れたセラミック摺動部材が
広く使われているが、セラミック摺動部材を用いた場合
には、それに対して摺動する金属摺動部材の摩耗が一般
に大きくなる。そのため、従来金属摺動部材表面の耐摩
耗性を向上させるために、プラズマ溶射で被膜層をコー
ティングする方法や表面金属層に硬質相を含有させる方
法が取られてきた。例えば、特開昭62−13820号公報に
おいて、窒化珪素、サイアロン、部分安定化ジルコニア
又は炭化珪素に対して摺動する金属部材は、CuとLiFの
混合物の被膜層で被覆することにより耐摩耗性が優れる
ことが開示されている。
また特開昭59−9148号公報においてWCからなる硬質相を
Coからなるバインダー相で結合した超硬系焼結合金の摺
動部材が開示されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、前者のようなコーティング法では、コーティン
グ層が厚い場合にはく離が生じやすく、薄い場合には寿
命が短いという欠点があった。また、後者のような焼結
合金では、製造・加工が難点であり、コストも高い欠点
があった。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、コーティン
グ等の表面処理を施したり、また焼結合金のように硬質
相を含有させたりすることなしに、摺動面に良好な特性
の金属被膜潤滑層を得ることができるセラミック製部材
摺動面上の金属被膜潤滑層の形成方法を提供しようとす
るものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明のセラミック製部材摺動面上の金属被膜潤滑層の
形成方法は、セラミック製部材と、金属製部材とからな
る摺動部材における前記セラミック製部材摺動面上の金
属被膜潤滑層の形成方法において、窒化珪素、サイアロ
ン、部分安定化ジルコニア及び炭化珪素のなかから選ば
れたセラミック製部材と、組成が重量%で、Ti−6Al−4
V、Ti−2.5Al−13.5Si、Co−35Mo−10Si、Ni−15Cr−32
Mo−3Si、Co−20Cr−10Ni−15W−3Fe−0.1C、Ni−28Cr
−20Co−0.1C−2Ti−1Al−1Nb、Fe−0.8C−4Cr−5W−5M
o−2V、Co−32Cr−12.5W−2.4C−0.6Si−2.3Fe−2.3Ni
−0.2Mo、Co−29Cr−4W−1.1C−1.2Si−2.3Fe−2.6Ni及
びMoのなかから選ばれた金属製部材とを互いに摺動さ
せ、金属製部材の摺動面の金属をセラミック製部材に移
着させ、セラミック製部材の摺動面に金属被膜潤滑層を
形成することを特徴とするものである。
(作用) 上述した構成において、金属がセラミック摺動面へ、ま
たセラミックが金属摺動面へ相互に移着することは公知
であるが、本発明の金属摺動部材では、金属がセラミッ
ク摺動面へ十分な量移着してセラミック摺動表面に金属
被膜潤滑層を形成することを特徴とする。
ここで、金属被膜潤滑層とは、金属、金属の酸化物ある
いは金属とセラミックとの反応生成物がセラミック摺動
表面と物理吸着あるいは化学反応を起こし、セラミック
摺動面に層状に堅固に固着した物であって、その固着層
が、セラミック摺動部材の摺動面が相手金属摺動部材の
摺動面と直接接触しなくなり、金属摺動部材の摩耗が著
しく減少するに十分な厚さの層を形成している状態をい
う。実際にこの固着層が潤滑層として機能するための層
の厚さは、金属摺動部材およびセラミック摺動部材の摺
動表面の最大表面粗さよりも厚いことが好ましく、通常
の研磨面に対しては固着層として0.5μm程度以上の厚
さであることが必要である。
金属のセラミックへの移着は、一般に高温ほど顕著とな
るため、高温でより金属摺動部材が耐摩耗性に優れると
いう特徴を有する。
潤滑下での摺動においても、摺動材間の固定接触はわず
かに起こり摩耗が生ずる。このため、本発明は元来無潤
滑下で摺動特性に優れる金属摺動部材であるが油潤滑下
あるいは固体潤滑下等でも有効であることはいうまでも
ない。またコーティングした摺動部材において、コーテ
ィング層が摩耗あるいは剥離し金属母材が相手摺動材と
局部的あるいは全体に接触することが起こる場合には、
本発明の金属摺動部材はコーティング用の下地金属とし
ても有効である。
セラミック摺動部材の比摩耗量は金属摺動部材と比較す
ると小さいが、本発明の金属被膜潤滑層の形成により、
セラミック摺動部材の比摩耗量が実質的に無視できる程
度に減少する。
(実施例) 以下、実際の例について説明する。
実施例1 第1図は本発明の摺動特性を測定した試験装置の摺動形
式を説明するための模式図である。セラミックリング試
験片1は外径35mm、幅8mmのリング形状で、外周の摺動
面の平均表面粗さを0.2μmに仕上げた。金属試験片2
は16mm×10mm×6mmのブロック形状で、摺動面の平均表
面粗さを0.1〜0.2μmに仕上げた。金属試験片2には球
座3を介して図示しないてこ式の荷重負荷装置により下
向きに20Nの荷重を負荷した。摺動試験は、大気中、乾
燥状態下で、セラミックリング試験片を毎分1450回転
(周速度2.7m/s)して行った。高温での試験は、電気炉
で摺動部付近の雰囲気を加熱し、温度は摺動面から1mm
離れた金属試験片2の表面にスポット溶接した熱電対4
により測定した。室温での試験は、電気炉加熱無しの条
件で実施したが、摩擦熱の発生により熱電対4の位置で
の温度は150℃であった。
上述した試験装置を使用して以下に示す第1表に記載し
た材料中、常圧焼結窒化珪素に対して各種金属材料間
で、摺動試験を実施し、摺動中の摩擦係数および一定距
離摺動後の比摩耗量を測定した。結果を第2表に示す。
第2表より、本発明品は比摩耗量10-8mm2/N以下となる
ことがわかる。これに対し、本発明品以外の比摩耗量は
いずれも10-8mm2/N以上と大きい。
実施例2 実施例1において良好な摺動特性を示したM2鋼に対して
各種セラミックス間で、またM2鋼の摺動表面に固体潤滑
剤としてCu+PbOをプラズマプレーしたものと窒化珪素
間で、実施例1に示した摺動装置及び実験状験で摺動実
験を行った。結果を第3表に示す。どのセラミックスに
対してもM2鋼の比摩耗量は10-8mm2/N以下となった。ま
たCu+PbOを被覆したM2鋼は未処理のものより低い比摩
耗量となった。
第2図はエネルギー分散型X線分光器を用いて、本発明
品No.33の組合せで摺動後のセラミックス試験片の摺動
面のX線エネルギースペクトルを測定した結果である。
このスペクトルは入射電子のエネルギー20keV、照射面
積1μmφの条件で得た。図中aはSi元素、bはCe元
素、cはCr元素、dはFe元素、eはW元素からのX線に
対応する。このスペクトルから明らかなように、Fe,Cr,
WはM2の合金元素であり、M2がセラミックスに十分な量
移着していた。ここでSiはSi3N4中の元素、CeはSi3N4
焼結助剤としてCeO2を用いたためSi3N4の粒界相を構成
している元素である。
第3図に本発明品No.33の組合せで摺動後のセラミック
ス試験片の表面粗さプロフィルを示す。図中aは摺動し
ていない領域、bは摺動面の領域である。図から明らか
なように、摺動面bは摩耗により表面粗さが増加した
が、摺動していない面aに比べて2〜4μm程度高くな
っている領域が複数存在し、移着が生じていることを示
した。
なお第3表には移着による摺動後のセラミックス試験片
の重量増をあわせて示す。重量増が0mgの場合は摩耗量
と移着量が同じであることを意味する。
(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のセラミック製部材摺動面上の金属被膜潤滑層の形成方
法によれば、金属がセラミック摺動面に移着して金属被
膜潤滑層を形成するため、室温および特に高温で耐摩耗
性に優れた性質を得ることができる。
また従来の表面コーティング法と比較して、製造・加工
が簡便でコストも安い特徴がある。そのため本発明は各
種エンジン部材、特にシリンダライナーとピストンリン
グ、バルブとバルブシート、タペットまたはロッカーア
ーム等の部品の組合せに好適に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明において摺動特性を測定した試験装置の
摺動形式を説明するための模式図、 第2図はエネルギー分散型X線分光器により測定した本
発明品No.3の組合せで摺動後のセラミック試験片の摺動
面におけるX線エネルギースペクトルを示す図、 第3図は本発明品No.3の組合せで摺動後のセラミック試
験片の表面粗さのプロフィルを示す図である。 1…セラミックリング試験片 2…金属試験片 3…球座 4…熱電対

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック製部材と、金属製部材とからな
    る摺動部材における前記セラミック製部材摺動面上の金
    属被膜潤滑層の形成方法において、窒化珪素、サイアロ
    ン、部分安定化ジルコニア及び炭化珪素のなかから選ば
    れたセラミック製部材と、組成が重量%で、Ti−6Al−4
    V、Ti−2.5Al−13.5Si、Co−35Mo−10Si、Ni−15Cr−32
    Mo−3Si、Co−20Cr−10Ni−15W−3Fe−0.1C、Ni−28Cr
    −20Co−0.1C−2Ti−1Al−1Nb、Fe−0.8C−4Cr−5W−5M
    o−2V、Co−32Cr−12.5W−2.4C−0.6Si−2.3Fe−2.3Ni
    −0.2Mo、Co−29Cr−4W−1.1C−1.2Si−2.3Fe−2.6Ni及
    びMoのなかから選ばれた金属製部材とを互いに摺動さ
    せ、金属製部材の摺動面の金属をセラミック製部材に移
    着させ、セラミック製部材の摺動面に金属被膜潤滑層を
    形成することを特徴とするセラミック製部材摺動面上の
    金属被膜潤滑層の形成方法。
JP62155400A 1986-07-11 1987-06-24 セラミック製部材摺動面上の金属被膜潤滑層の形成方法 Expired - Lifetime JPH0694886B2 (ja)

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