JPH07145436A

JPH07145436A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH07145436A
Application number: JP14872794A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Unno; 泰明海野; Hidenori Kita; 英紀北; Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、低摩擦係数を有するＡｌ合金等の
金属複合材から成る摺動部材を提供することである。【構成】この摺動部材は、Ａｌ合金等の金属１の母相
中に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の
元素の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物の粒子３を分散
させ、低摩擦係数にして耐摩耗性を向上させる。また、
金属１の表面２にＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物層を形成する
と、摩擦係数を更に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属の母相中に化合
物粒子あるいはウィスカーを分散させた摺動部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン用摺動部材として鉄系材
料が用いられている。また、Ａｌ等の合金中にセラミッ
クスの粒子、繊維、ウィスカー或いは炭素繊維、ウィス
カーを分散させて複合化したものが知られている。鉄系
材料は、厳しい摺動条件下において、凝着、移着を起こ
し、摩耗が進行する。また、従来のセラミックスを分散
させた金属基複合材は、耐摩耗材料として用いられてお
り、低い摩擦係数は期待できない。

【０００３】また、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄中に窒化硼素
ＢＮ等の固体潤滑材を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。或いは、焼結助剤として、Ｆｅ₃Ｏ₄等の鉄
Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄は、例え
ば、特開昭５８−６４２６８号公報、特開昭５９−８８
３７４号公報、特開昭６１−７２６８５号公報等に開示
されている。その他、ＳｉにＡｌ₂Ｏ₃，Ｙ₂Ｏ₃等の
酸化物を添加して、主として、高強度化を図る反応焼結
する方法は、例えば、特開昭５９−１５２２７１号公
報、特開昭５９−２０７８７５号公報、特開昭５９−２
０７８７６号公報に開示されている。

【０００４】また、複合摺動部材として、Ａｌ等の合金
にセラミックスを種々の方法で複合化し、例えば、セラ
ミックプリフォームを作製した後、含浸等により金属と
セラミックスを複合化させたものが知られている。そし
て、金属基体にセラミックスを被覆する場合に、溶射等
が一般的に実用化されている。また、Ａｌ合金等の金属
を母相として、主にその耐摩耗性を向上させるために、
ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミッ
クス粒子、ウィスカーあるいは長繊維を強化層として含
有させた材料は、一部実用化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記複
合摺動部材は、セラミックスを主に耐摩耗性材料として
機能させており、摩擦係数μの低下を意図するものでは
なく、あるいは摩擦係数μを大幅に低下させることを意
図したものではない。また、上記のように、Ａｌ合金等
の金属にセラミックス粒子、ウィスカーを配した摺動部
材では、摺動部材自体の耐摩耗性は金属基体に比較して
向上しているものの、オイル吸着性が優れているという
ものではなく、一概に摩擦係数μは低いというものでは
ない。更に、摺動条件の厳しい場所では、摺動部材の表
面の油膜が切れ、スティック等のトラブルが生じること
になる。

【０００６】そこで、本出願人は、上記の課題を解決す
るため、低摩擦セラミックスを開発して先に出願した
（特願平５−９５０４８号）。該低摩擦セラミックス
は、Ｓｉ₃Ｎ₄又はＳｉＣのＳｉを主成分とする母相中
にＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄等のＦｅの酸化物を
分散させ、大気中において表面からやや内部にかけて酸
化させ、化合物として存在していたＦｅ−Ｓｉ系の化合
物をオイルとの吸着性に優れたＦｅ−Ｏ系の酸化物に変
化させることによって低摩擦化したものである。

【０００７】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、金属を母相とし、該母相中にＦｅ−Ｏ等の
４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の元素
の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィ
スカーを分散させることによって、オイル吸着性に優れ
た表面から油膜が途切れ難く、低摩擦係数を有する金属
基摺動部材即ち摺動部材を提供することである。

【０００８】この発明の別の目的は、金属を母相とし、
該母相中にヤング率が２００ＧＰａ以上のセラミックス
が分散し、少なくとも表面にＦｅの化合物が存在するこ
とによって、引っ張り強度をアップし、低摩擦係数とな
り、摩耗を低減できる摺動部材を提供することである。

【０００９】

【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、金属を母相とし、該母相中に４ａ族、５ａ
族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の元素の酸化物、炭
化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィスカーが分散
していることを特徴とする摺動部材に関する。

【００１０】この摺動部材では、前記金属がＡｌ合金で
構成されている。また、前記４ａ族、５ａ族、６ａ族、
７ａ族、８族、１ｂ族の元素の酸化物は、ＦｅＯ，Ｆｅ
₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄及びそれらの組み合わせのいずれか
である。更に、前記４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族の元素の珪化物は、Ｆｅ−Ｓｉである。ま
た、前記金属の表面層が酸化物層で覆われているもので
ある。

【００１１】或いは、この発明は、金属を母相とし、該
母相中にヤング率が２００ＧＰａ以上の前記母相より高
いヤング率を有するセラミックスの粒子、繊維、ウィス
カーのうち少なくとも１種以上が分散され、少なくとも
表面にＦｅの酸化物、珪化物、硫化物のうち少なくとも
１種以上が存在していることを特徴とする摺動部材に関
する。

【００１２】また、この摺動部材において、前記金属が
Ａｌ又はＡｌ合金であるか、又は前記金属がＦｅ又はＦ
ｅ合金である。

【００１３】また、この摺動部材において、前記セラミ
ックスがＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ＷＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｚｒ
Ｏ₂のうち少なくとも１種以上である。更に、前記セラ
ミックスの分散量が２０〜９０ｖｏｌ％であり、前記Ｆ
ｅの酸化物、珪化物、硫化物の分散量が５〜７５ｖｏｌ
％である。

【００１４】また、この摺動部材において、前記表面に
ＳｉＯ₂が存在している。或いは、前記表面に固体潤滑
剤が存在しているものであり、例えば、前記固体潤滑剤
がグラファイトＣ、ＢＮ、ＭｏＳ₂のうち少なくとも１
種以上である。

【００１５】また、この摺動部材において、前記Ｆｅの
珪化物がＦｅＳｉ、ＦｅＳｉ₂、Ｆｅ₃Ｓｉ₂のうち少
なくとも１種以上である。また、前記Ｆｅの硫化物がＦ
ｅＳである。また、前記Ｆｅの酸化物がＦｅ₃Ｏ₄であ
る。

【００１６】また、この摺動部材は、摺動面を有するピ
ストン、シリンダライナ、ピストンリング、ピストンス
カート等のエンジン部品の摺動部に適用して好ましいも
のである。

【００１７】

【作用】この発明による摺動部材は、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、金属を母相とし、該母相中に４ａ族〜１ｂ族の酸化
物、炭化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィスカー
が分散しているので、オイルの吸着性に優れた分散相が
存在し、極めて低い摩擦係数を有する特性となる。即
ち、４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の
元素の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物の化合物は、吸
着性に優れているので、該化合物をＡｌ合金等の金属に
分散させると、表面の油膜が切れ難くなり、その結果、
優れた耐摩耗性を発揮し、低い摩擦係数を示すことにな
る。

【００１８】更に、この摺動部材では、Ａｌ合金等の金
属の表面層をＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物層で覆うことによっ
て、摺動部材の表面を安定にすると共に、摩擦係数を同
等に維持できるか、或いは一層低減することができる。

【００１９】或いは、この摺動部材は、金属を母相と
し、該母相中にヤング率が２００ＧＰａ以上のセラミッ
クスの粒子、繊維、ウィスカーのうち少なくとも１種以
上が分散相として存在し、少なくとも表面にＦｅの酸化
物、珪化物、硫化物のうち少なくとも１種以上が存在す
ることによって、片状黒鉛鋳鉄、ＳｉＣウィスカー強化
アルミニウムとほぼ同等の引っ張り強度を有し、オイル
吸着性に優れた表面から油膜が途切れ難く、低摩擦係数
を有し、摩耗を低減できるものである。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による摺動
部材の実施例を説明する。この摺動部材は金属基摺動部
材であり、図１に示すように、金属を母相１とし、該母
相１中に周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族（以下、４ａ族〜１ｂ族と表す）の元素の
うち少なくとも１種以上の酸化物、炭化物、窒化物、珪
化物の粒子３が分散しているものである。ここで、金属
は、Ａｌ合金である。また、４ａ族〜１ｂ族の元素の酸
化物は、ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄及びそれらの
組み合わせのいずれかである。あるいは、４ａ族〜１ｂ
族の元素の珪化物は、Ｆｅ−Ｓｉである。そして、金属
１の表面層２が酸化物層で覆われているものである。こ
の金属基摺動部材は、ピストンスカートとして適用して
好ましいものである。あるいは、この金属基摺動部材
は、図２に示すように、金属を母相１とし、該母相１中
に４ａ族〜１ｂ族の元素の酸化物、炭化物、窒化物、珪
化物のウィスカー４が分散しているものである。

【００２１】ここで、４ａ族の元素はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
であり、５ａ族の元素はＶ，Ｎｂ，Ｔａであり、６ａ族
の元素はＣｒ，Ｍｏ，Ｗであり、７ａ族の元素はＭｎ，
Ｔｃ，Ｒｅであり、８族の元素はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔである。また、１ｂ
族の元素はＣｕ，Ａｇ，Ａｕである。

【００２２】この金属基摺動部材の一実施例を実施例１
として説明する。〔実施例１〕この金属基摺動部材の作製において、ま
ず、平均粒径５μｍのＦｅ₃Ｏ₄の粒子を１０ｗｔ％を
Ａｌ−Ｓｉ合金中に分散させた材料を鋳造により作製し
た。この金属基摺動部材より１５×１０×８０ｍｍのプ
レートを切り出した。往復動試験機では、合成オイルを
潤滑油として使用した。また、摺動試験の相手材として
はＳｉ₃Ｎ₄材で作製されているφ８×２０ｍｍ（ＳＲ
１８）のピンを使用した。この金属基摺動部材につい
て、大気中で１５０℃の下で、往復動試験機を用いてそ
の摺動特性を評価した。その結果を、図３のグラフに示
す。摺動試験では、荷重を種々に変化させて試験を行っ
た。図３では、縦軸に摩擦係数μをとり、横軸にＰ＝ｌ
ｏｇ（η×Ｖ／Ｆ）をとった。パラメータＰについて、
Ｆは荷重、Ｖは速度及びηと潤滑油の粘度を示してお
り、Ｐの単位は〔×１０^{- 6}・（ｍ²／ｓ）・（ｍ／
ｓ）／ｋｇｆ〕である。更に、実施例１の金属基摺動部
材について、２時間の摺動試験の後、摩擦面の摩耗量を
測定した。

【００２３】この発明による金属基摺動部材の別の実施
例を実施例２として説明する。〔実施例２〕この実施例２における金属基摺動部材を作
製には、Ｆｅ₃Ｏ₄の粒子の代わりにウィスカーを使用
した。即ち、Ｆｅ₃Ｏ₄のウィスカーを１０ｗｔ％をＡ
ｌ−Ｓｉ合金中に分散させた材料を鋳造により作製し
た。実施例１と同様の往復動試験機を用いて、同様の試
験条件によって実施例２の金属基摺動部材の摺動試験を
行った。その結果を、図３のグラフに示す。更に、実施
例２の金属基摺動部材について、２時間の摺動試験の
後、摩擦面の摩耗量を測定した。

【００２４】また、上記実施例１及び２の金属基摺動部
材の摺動特性を知るため、比較例１として、Ａｌ合金中
にＳｉＣを分散させた金属基摺動部材を作製した。比較
例１の金属基摺動部材の摺動試験を上記実施例１及び２
と同様に行った。その結果を、図３のグラフに示す。更
に、実施例２の金属基摺動部材について、２時間の摺動
試験の後、摩擦面の摩耗量を測定した。

【００２５】図３から分かるように、実施例１の金属基
摺動部材は摩擦係数μが極めて低いことが分かった。ま
た、実施例２の金属基摺動部材は、実施例１のものより
若干摩擦係数μは高いが、極めて低いことが分かった。
これに対して、比較例１の金属基摺動部材は、実施例１
及び実施例２のものに比較して高い摩擦係数μを示して
おり、しかも比較例１の金属基摺動部材の摩擦面の摩耗
量は、実施例１及び実施例２の摩耗量の約２倍であっ
た。

【００２６】この発明による金属基摺動部材の更に別の
各種の実施例を、まとめて実施例３として説明する。〔実施例３〕この金属基摺動部材では、実施例１におけ
るＦｅ₃Ｏ₄の粒子に代えてＷ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，Ｍｏ
₂Ｏ₃，Ｃｒ₂Ｏ₃をＡｌ合金に分散させた各種の金属
基摺動部材を作製した。これらの金属基摺動部材につい
て、実施例１と同様に摺動試験を行ったところ、低い摩
擦係数μを示すことが分かった。

【００２７】更に、Ｆｅを含め、４ａ族〜１ｂ族の元素
の炭化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィスカーを
金属の母相中に分散させた各種の金属基摺動部材を作製
した。これらの金属基摺動部材について、実施例１と同
様に摺動試験を行ったところ、低い摩擦係数μを示すこ
とが分かった。

【００２８】この発明による金属基摺動部材の他の実施
例を実施例４として説明する。〔実施例４〕実施例４における金属基摺動部材は、ま
ず、実施例１で作製したプレートを大気中で４００℃で
約５時間にわたって加熱した。該プレートの表面の金属
基体の部分はＡｌ₂Ｏ₃の酸化物に変化し、Ａｌ合金の
表面層がＡｌ₂Ｏ₃の酸化物層で覆われている金属基摺
動部材が作製された。この金属基摺動部材を実施例１と
同様の摺動試験を行ったところ、実施例１の金属基摺動
部材と同等又はそれ以下の摩擦係数μであることが分か
った。

【００２９】次に、この発明による別の実施例である摺
動部材について説明する。この摺動部材は、金属を母相
とし、該母相中にヤング率が２００ＧＰａ以上の前記母
相より高いヤング率を有するセラミックスの粒子、繊
維、ウィスカーのうち少なくとも１種以上が分散され、
少なくとも表面にＦｅの酸化物、珪化物、硫化物のうち
少なくとも１種以上が存在しているものである。

【００３０】この摺動部材の製造方法の一実施例につい
て、実施例５として説明する。〔実施例５〕この摺動部材の製造方法において、Ａｌ₂
Ｏ₃粉末、Ｆｅ₃Ｏ₄粉末を体積比４：１にて混合した
混合粉末を加圧成形し、これを大気中で１３００℃にて
熱処理することにより、気孔率５０％、平均気孔径３０
μｍの多孔体を作製した。一方、Ｆｅ₃Ｏ₄とＳｉＯ₂
を体積比９：１で混合した混合粉末にエタノールを加
え、スラリーを作製した。上記多孔体に上記スラリーを
流し込み、これをＡｒ中で１３００℃にて熱処理するこ
とによりスラリー成分であるＦｅ₃Ｏ₄、ＳｉＯ₂を多
孔体成分である鉄の酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃と反応させ、気
孔率１％以下のＡｌ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄とＳｉＯ₂の複
合酸化物層を形成した。次に、この複合酸化物層下部の
多孔部を強化するために、アルミニウム合金を高圧鋳造
法にて鋳込んだ。上記のようにして作製した摺動部材を
本発明品Ａとする。

【００３１】本発明品Ａは、Ａｌ合金を母相とし、その
中にＡｌ₂Ｏ₃及びＦｅ₃Ｏ₄が分散しており、表面に
はＦｅ₃Ｏ₄：５５ｖｏｌ％、Ａｌ₂Ｏ₃：４０ｖｏｌ
％、ＳｉＯ₂：５ｖｏｌ％がそれぞれ存在する複合酸化
物層が形成されたものであった。次に、本発明品Ａをサ
イズ６５×１５×１０ｍｍで、摺動面の表面粗さＲｚ
０．４μｍ以下に加工し、摺動試験用プレートを作製し
た。また、比較材として、片状黒鉛鋳鉄とＳｉＣウィス
カーを１５ｖｏｌ％分散させたＳｉＣウィスカー強化ア
ルミニウムとを選び、これらを同様に加工し、２種の摺
動試験用プレートとした。一方、相手材として、球状黒
鉛鋳鉄を選び、これをφ８×２３ｍｍ（端面ＳＲ１８加
工）に加工し、摺動試験用ピンとした。

【００３２】本発明品Ａの上記摺動試験用プレート、比
較材の上記各摺動試験用プレート及び上記摺動試験用ピ
ンを用いて往復動型摺動試験機によって摩擦係数及び比
摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・ｍ）を測定した。この
ときの摺動条件は、平均速度０．２ｍ／ｓ、荷重１ｋｇ
ｆ、温度１５０℃とし、また、潤滑油として鉱油系潤滑
油を用いた。その結果を表１に示す。表１から分かるよ
うに、本発明品Ａは、２種の比較材に比較して摩擦係数
及び比摩耗量について優れていることが分かった。

【表１】

【００３３】また、本発明品Ａの上記摺動試験用プレー
ト、比較材の上記各摺動試験用プレートについて、引張
強度（ＭＰａ）とビッカース硬度を測定した。その結果
を表２に示す。表２から分かるように、本発明品Ａは、
２種の比較材に比較して引張強度及びビッカース硬度に
ついて優れていることが分かった。

【表２】

【００３４】また、上記３種類の試料、即ち、本発明品
Ａの上記摺動試験用プレート、比較材の上記各摺動試験
用プレートについて、潤滑油の濡れ性を測定したとこ
ろ、本発明品Ａは、片状黒鉛鋳鉄及びＳｉＣウィスカー
強化アルミニウムに比較して濡れ性に優れていることが
分かった。この理由として、本発明品Ａの潤滑油に対す
る親和性が高いことを示しているものと考えられる。

【００３５】以上の結果から考察して、本発明品Ａは、
片状黒鉛鋳鉄及びＳｉＣウィスカー強化アルミニウムと
同等の引張強度を有し、片状黒鉛鋳鉄及びＳｉＣウィス
カー強化アルミニウムに比較して低摩擦係数であり、摩
耗を低減できる優れた摺動部材を提供できることが分か
った。本発明品Ａの摩擦摩耗特性が優れている要因とし
て、まず、ヤング率の高いＡｌ₂Ｏ₃が母相に分散して
いることが考えられる。本発明品Ａは、母相にＡｌ₂Ｏ
₃が分散しているため、硬度が高くなり、また表面に凹
凸ができ難くなり、従って、表面が常に平滑に保たれて
いるため、摩擦係数が低くなり、且つ耐摩耗性に優れて
いるものであると推察される。また、本発明品Ａの摩擦
摩耗特性が優れている別の要因として、表面にＦｅ₃Ｏ
₄が存在しているためと考えられる。即ち、Ｆｅ₃Ｏ₄
はオイル吸着性に優れる物質であるので、Ｆｅ₃Ｏ₄が
表面に存在することによって、潤滑油皮膜を保持し易く
なり、従って、摺動部材間での固体接触の機会が減少
し、摩擦係数を低くし、耐摩耗性に優れている特性を有
するものと考えられる。

【００３６】次に、この摺動部材の製造方法の別の実施
例について、実施例６として説明する。〔実施例６〕この摺動部材の製造方法において、Ａｌ₂
Ｏ₃粉末、Ｆｅ粉末を混合した混合粉末を加圧成形し、
これをＡｒ中で１３００℃にて熱処理することにより、
気孔率１％以下の焼結体を作製した。この焼結体の表面
を酸素の拡散処理を行うことにより、表面のＦｅ成分を
Ｆｅ₃Ｏ₄に酸化させた。このようにして作製した複合
材は、Ｆｅを母相とし、その母相中にＡｌ₂Ｏ₃が均一
に分散しており、表面には、Ａｌ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄が
存在しているものであった。この複合材を用いて実施例
５と同様にして摩擦係数及び比摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ
³／Ｎ・ｍ）を測定した。その結果は、複合材の摩擦係
数は０．０１７であり、また、比摩耗量は０．８５×１
０^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・ｍであった。即ち、この複合材は、
実施例５と同様に、摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れて
いる特性を有するものである。

【００３７】次に、この摺動部材の製造方法の更に別の
実施例について、実施例７として説明する。〔実施例７〕この摺動部材の製造方法において、実施例
５とほぼ同様にして、Ａｌ₂Ｏ₃粉末の代わりに分散相
としてヤング率の異なる７種のセラミックスをそれぞれ
用いて、複合材を作製し、それらの摩擦係数及び比摩耗
量を測定した。７種のセラミックスは、ＷＣ粒子、Ｓｉ
Ｃウィスカー、Ａｌ₂Ｏ₃繊維、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子、Ｚｒ
Ｏ₂粒子、ムライト（Ａｌ₆Ｓｉ₂Ｏ_{1 3}）粒子及びＳ
ｉＯ₂繊維である。それらの結果を表３に示す。

【表３】

【００３８】表３から分かるように、母相中にヤング率
が２００ＧＰａ以上のセラミックスを分散させたもの
は、同等の摩擦係数及び比摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ³／
Ｎ・ｍ）を示し、上記２種の比較品、即ち、片状黒鉛鋳
鉄及びＳｉＣウィスカー強化アルミニウムに比較して、
摩擦係数が１／５以下であり、比摩耗量が１／３以下で
あった。また、分散相のセラミックスのヤング率が２０
０ＧＰａ以下となると、摩擦係数及び比摩耗量は共に増
加する傾向が見られた。分散相のセラミックスのヤング
率が２００ＧＰａ以下のものでは、摺動試験時に、表面
が変形し、凹凸が発生するために、摩擦摩耗特性が悪化
するものであると考えられる。従って、分散相のセラミ
ックスのヤング率が、２００ＧＰａ以上であることが好
ましいと考えられる。

【００３９】次に、この摺動部材の製造方法の他の実施
例について、実施例８として説明する。〔実施例８〕この摺動部材の製造方法において、実施例
５とほぼ同様にして、スラリー成分としたＦｅ₃Ｏ₄の
代わりにＦｅの珪化物、硫化物をそれぞれ用いて、表面
にそれらのＦｅ化合物が存在する複合材を作製し、それ
らの摩擦係数及び比摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・
ｍ）を測定した。Ｆｅの珪化物はＦｅＳｉ、ＦｅＳ
ｉ₂、Ｆｅ₃Ｓｉ₂であり、Ｆｅの硫化物はＦｅＳであ
る。それらの結果を表４に示す。

【表４】

【００４０】表４から分かるように、表面にＦｅ化合物
相を形成したものは、摩擦係数及び比摩耗量（×１０
^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・ｍ）は共に優れていることが分かっ
た。即ち、これらの物質が表面に存在するために、表面
に潤滑油皮膜が形成され易く、摺動部材間での固体接触
の機会が減り、上記のような結果を得ることができたも
のと考えられる。

【００４１】次に、この摺動部材の製造方法の更に他の
実施例について、実施例９として説明する。〔実施例９〕この摺動部材の製造方法については、実施
例５とほぼ同様な製造方法であり、多孔体原料の比率及
びスラリー原料の比率を変えることにより、表面に存在
するＡｌ₂Ｏ₃及びＦｅ₃Ｏ₄の比率を変えた複合材を
作製し、実施例５と同様にして摩擦係数及び比摩耗量
（×１０^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・ｍ）を測定した。その結果、
Ａｌ₂Ｏ₃が２０〜９０ｖｏｌ％、Ｆｅ₃Ｏ₄が５〜７
５ｖｏｌ％とした時に得られた複合材は、上記２種の比
較品、即ち、片状黒鉛鋳鉄及びＳｉＣウィスカー強化ア
ルミニウムに比較して、摩擦係数が１／５以下になり、
比摩耗量が１／３以下の結果を得た。Ａｌ₂Ｏ₃が２０
ｖｏｌ％以下で且つＦｅ₃Ｏ₄が７５ｖｏｌ％以上の複
合材では、比摩耗量が大きく成る結果を得た。また、Ａ
ｌ₂Ｏ₃が９０ｖｏｌ％以上で且つＦｅ₃Ｏ₄が５ｖｏ
ｌ％以下の複合材では摩擦係数が大きくなった。

【００４２】次に、この摺動部材の製造方法の別の実施
例について、実施例１０として説明する。〔実施例１０〕この摺動部材の製造方法については、実
施例５とほぼ同様な製造方法であり、スラリー中にグラ
ファイト即ちＣ、ＢＮ、ＭｏＳ₂の固体潤滑材を混合
し、複合材を作製した。これらの複合材を用いて、摩擦
係数及び比摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ³／Ｎ・ｍ）を測定
した。その時の摺動条件は、平均速度０．２ｍ／ｓ、荷
重３０ｋｇｆ、温度２００℃とし、また、潤滑油として
鉱油系潤滑油を用いた。その結果を表５に示す。

【表５】

【００４３】表５から分かるように、本発明品の上記
Ｃ、ＢＮ、ＭｏＳ₂の固体潤滑材を混合した複合材は、
過酷な摺動条件の下でも、上記の２種の比較品、即ち、
片状黒鉛鋳鉄及びＳｉＣウィスカー強化アルミニウムに
比較して、摩擦係数及び比摩耗量（×１０^{- 7}ｍｍ³／
Ｎ・ｍ）についての特性が優れていることが分かった。
これは、表面のＡｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄の作用の他に、
固体潤滑材の機能が加わったため、摩擦摩耗特性が改善
されたと考えられる。

【００４４】この発明による摺動部材は、上記のように
して作製できるものであり、低摩擦係数μでありなが
ら、強度も十分に有し、摩耗が少ないという摺動特性を
有しているので、各種のエンジン部品、ピストン、ピス
トンリング、ピストンスカート、シリンダライナ等に適
用すると好ましいものである。

【００４５】

【発明の効果】この発明による摺動部材は、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、Ａｌ合金等の金属を母相とし、該母相中に４
ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の元素の
酸化物、炭化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィス
カーが分散しているので、低摩擦化を達成することがで
き、摺動部材として適用して極めて好ましいものであ
る。しかも、４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、
１ｂ族の元素の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物は吸着
性に優れた分散剤として機能し、油膜の途切れ難い低摩
擦化を確保でき、耐摩耗性に富んだ安定したものとな
り、摺動部に使用してもスティック等のトラブルが発生
することがない。

【００４６】また、この摺動部材は、その表面を大気中
で加熱して金属基体の部分をＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物に変
化させると、摩擦係数μは更に低減させることができ、
しかも安定した摺動面を提供することができる。

【００４７】また、この発明による摺動部材は、金属を
母相とし、該母相中にヤング率が２００ＧＰａ以上のセ
ラミックスの粒子、繊維、ウィスカーのうち少なくとも
１種以上が分散相として存在し、少なくとも表面にＦｅ
の酸化物、珪化物、硫化物のうち少なくとも１種以上が
存在しているので、片状黒鉛鋳鉄、ＳｉＣウィスカー強
化アルミニウムとほぼ同等の引張強度を有していなが
ら、摩擦係数が低く、比摩耗量が小さく、摩擦摩耗特性
を大幅に改善できる。従って、この発明による摺動部材
は、ピストン、シリンダライナ等のエンジン部品等の摺
動部に適用して極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による摺動部材の一実施例を示す構造
図である。

【図２】この発明による摺動部材の別の実施例を示す構
造図である。

【図３】この発明による摺動部材のパラメータＰに対す
る摩擦係数を示すグラフである。

【符号の説明】

１母相２表面３４ａ族〜１ｂ族の元素の化合物の粒子４４ａ族〜１ｂ族の元素の化合物のウィスカー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｊ 9/26 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属を母相とし、該母相中に４ａ族、５
ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族の元素の酸化物、
炭化物、窒化物、珪化物の粒子あるいはウィスカーが分
散していることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記金属がＡｌ合金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４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族の元素の酸化物がＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆ
ｅ₃Ｏ₄及びそれらの組み合わせ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４】前記４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族の元素の珪化物がＦｅ−Ｓｉ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５】前記金属の表面層が酸化物層で覆われて
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６】金属を母相とし、該母相中にヤング率が
２００ＧＰａ以上の前記母相より高いヤング率を有する
セラミックスの粒子、繊維、ウィスカーのうち少なくと
も１種以上が分散され、少なくとも表面にＦｅの酸化
物、珪化物、硫化物のうち少なくとも１種以上が存在し
ていることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】前記金属がＡｌ又はＡｌ合金であること
を特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項８】前記金属がＦｅ又はＦｅ合金であること
を特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項９】前記セラミックスがＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｃ、ＷＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＯ₂のうち少なくとも１種
以上であることを特徴とする請求項６に記載の摺動部
材。
【請求項１０】前記セラミックスの分散量が２０〜９
０ｖｏｌ％であり、前記Ｆｅの酸化物、珪化物、硫化物
の分散量が５〜７５ｖｏｌ％であることを特徴とする請
求項６に記載の摺動部材。
【請求項１１】前記表面にＳｉＯ₂が存在しているこ
とを特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項１２】前記表面に固体潤滑剤が存在している
ことを特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項１３】前記固体潤滑剤がグラファイト、Ｂ
Ｎ、ＭｏＳ₂のうち少なくとも１種以上であることを特
徴とする請求項１２に記載の摺動部材。
【請求項１４】前記Ｆｅの珪化物がＦｅＳｉ、ＦｅＳ
ｉ₂、Ｆｅ₃Ｓｉ₂のうち少なくとも１種以上であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項１５】前記Ｆｅの硫化物がＦｅＳであること
を特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項１６】前記Ｆｅの酸化物がＦｅ₃Ｏ₄である
ことを特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項１７】ピストン、シリンダライナ、ピストン
リング、ピストンスカートの摺動部を有するエンジン部
品に適用できることを特徴とする請求項１〜１６のいず
れかの項に記載の摺動部材。