JPH07286696A - 高硬度金属皮膜 - Google Patents
高硬度金属皮膜Info
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- JPH07286696A JPH07286696A JP10332294A JP10332294A JPH07286696A JP H07286696 A JPH07286696 A JP H07286696A JP 10332294 A JP10332294 A JP 10332294A JP 10332294 A JP10332294 A JP 10332294A JP H07286696 A JPH07286696 A JP H07286696A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高硬度で、且つ耐焼付き性の優れた金属皮膜
を提供する。 【構成】 金属皮膜４は、金属結晶の集合体より構成さ
れ、皮膜表面４ａにおける六角錐状金属結晶６の面積率
ＡがＡ≧４０％であり、また集合体におけるＣ含有量が
Ｃ≧０．０３重量％である。皮膜表面４ａは、多数の六
角錐状金属結晶６の存在により入組んだ様相を呈するの
で良好な保油性を有し、またＣ含有に伴う高硬度化によ
り各六角錐状金属結晶６の摩耗が抑制されるので前記保
油性が維持される。
を提供する。 【構成】 金属皮膜４は、金属結晶の集合体より構成さ
れ、皮膜表面４ａにおける六角錐状金属結晶６の面積率
ＡがＡ≧４０％であり、また集合体におけるＣ含有量が
Ｃ≧０．０３重量％である。皮膜表面４ａは、多数の六
角錐状金属結晶６の存在により入組んだ様相を呈するの
で良好な保油性を有し、またＣ含有に伴う高硬度化によ
り各六角錐状金属結晶６の摩耗が抑制されるので前記保
油性が維持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高硬度金属皮膜、特に、
金属結晶の集合体より構成され、高い硬さを有する金属
皮膜に関する。
金属結晶の集合体より構成され、高い硬さを有する金属
皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種金属皮膜としては、例えば
内燃機関用ピストンピンにおいて、鋼製母材の外周面
に、耐摩耗性の向上を狙って設けられるＦｅメッキ層が
知られている。
内燃機関用ピストンピンにおいて、鋼製母材の外周面
に、耐摩耗性の向上を狙って設けられるＦｅメッキ層が
知られている。
【０００３】しかしながら、内燃機関が高速、且つ高出
力化の傾向にある現在の状況下では、従来の金属皮膜は
その摺動面が比較的平滑であることに起因してオイル保
持性、つまり保油性が十分でなく、耐焼付き性が乏しい
という問題があった。
力化の傾向にある現在の状況下では、従来の金属皮膜は
その摺動面が比較的平滑であることに起因してオイル保
持性、つまり保油性が十分でなく、耐焼付き性が乏しい
という問題があった。
【０００４】そこで、本出願人は、先に、金属皮膜とし
てその摺動面に多数の角錐状金属結晶を有するものを開
発した（例えば、特願平４−３５１３３３号明細書およ
び図面参照）。
てその摺動面に多数の角錐状金属結晶を有するものを開
発した（例えば、特願平４−３５１３３３号明細書およ
び図面参照）。
【０００５】このように構成すると、相隣る両金属結晶
は相互に食込んだ状態を呈し、したがって摺動面は、多
数の微細な山部と、それら山部の間に形成された多数の
微細な谷部と、山部相互の食込みに因る多数の微細な沢
部とからなる入組んだ様相を呈するので、金属皮膜の保
油性が良好となる。これにより金属皮膜の耐焼付き性の
向上が図られる。
は相互に食込んだ状態を呈し、したがって摺動面は、多
数の微細な山部と、それら山部の間に形成された多数の
微細な谷部と、山部相互の食込みに因る多数の微細な沢
部とからなる入組んだ様相を呈するので、金属皮膜の保
油性が良好となる。これにより金属皮膜の耐焼付き性の
向上が図られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記金属皮
膜について種々検討を加えたところ、その金属皮膜は硬
さが比較的低く、したがって、より苛酷な摺動環境に対
応するためには、金属皮膜の硬さを高め、その摺動環境
における各角錐状金属結晶の摩耗を抑制して金属皮膜に
良好な保油性を維持させることが必要である、というこ
とが判明した。
膜について種々検討を加えたところ、その金属皮膜は硬
さが比較的低く、したがって、より苛酷な摺動環境に対
応するためには、金属皮膜の硬さを高め、その摺動環境
における各角錐状金属結晶の摩耗を抑制して金属皮膜に
良好な保油性を維持させることが必要である、というこ
とが判明した。
【０００７】本発明は前記要望を満足することのできる
前記高硬度金属皮膜を提供することを目的とする。
前記高硬度金属皮膜を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高硬度金属
皮膜は、金属結晶の集合体より構成され、皮膜表面にお
ける角錐状金属結晶の面積率ＡがＡ≧４０％であり、ま
た前記集合体におけるＣ含有量がＣ≧０．０３重量％で
あることを特徴とする。
皮膜は、金属結晶の集合体より構成され、皮膜表面にお
ける角錐状金属結晶の面積率ＡがＡ≧４０％であり、ま
た前記集合体におけるＣ含有量がＣ≧０．０３重量％で
あることを特徴とする。
【０００９】
【作用】角錐状金属結晶の面積率Ａを前記のように設定
すると、相隣る両角錐状金属結晶は相互に食込んだ状態
を呈し、したがって皮膜表面は、多数の微細な山部と、
それら山部の間に形成された多数の微細な谷部と、山部
相互の食込みに因る多数の微細な沢部とからなる入組ん
だ様相を呈する。
すると、相隣る両角錐状金属結晶は相互に食込んだ状態
を呈し、したがって皮膜表面は、多数の微細な山部と、
それら山部の間に形成された多数の微細な谷部と、山部
相互の食込みに因る多数の微細な沢部とからなる入組ん
だ様相を呈する。
【００１０】また集合体におけるＣ含有量を前記のよう
に設定すると、金属皮膜の硬さを大幅に高めることが可
能である。
に設定すると、金属皮膜の硬さを大幅に高めることが可
能である。
【００１１】このような金属皮膜を摺動面構成体として
用いると、苛酷な摺動環境においても角錐状金属結晶の
摩耗が抑制されるので、潤滑下においては、摺動面構成
体の良好な保油性が維持され、一方、無潤滑下において
は、無数の微細な角錐状金属結晶により摺動荷重の分散
が図られる。これにより摺動面構成体は、潤滑下および
無潤滑下において、優れた耐焼付き性を発揮する。
用いると、苛酷な摺動環境においても角錐状金属結晶の
摩耗が抑制されるので、潤滑下においては、摺動面構成
体の良好な保油性が維持され、一方、無潤滑下において
は、無数の微細な角錐状金属結晶により摺動荷重の分散
が図られる。これにより摺動面構成体は、潤滑下および
無潤滑下において、優れた耐焼付き性を発揮する。
【００１２】また前記金属皮膜をボルト座面に形成し
て、その硬質の角錐状金属結晶を対向部材表面に食付か
せ、これによりボルトの緩み止めを行うことも可能であ
る。
て、その硬質の角錐状金属結晶を対向部材表面に食付か
せ、これによりボルトの緩み止めを行うことも可能であ
る。
【００１３】なお、角錐状金属結晶の面積率ＡがＡ＜４
０％では皮膜表面が単純化傾向となるので望ましくな
い。またＣ含有量がＣ＜０．０３重量％では金属皮膜の
硬さ向上度合が低くなる。一方、Ｃ含有量の上限値はＣ
＝０．８重量％であることが望ましく、Ｃ＞０．８重量
％では、皮膜表面において金属結晶を角錐状に形成する
ことが難しくなる。
０％では皮膜表面が単純化傾向となるので望ましくな
い。またＣ含有量がＣ＜０．０３重量％では金属皮膜の
硬さ向上度合が低くなる。一方、Ｃ含有量の上限値はＣ
＝０．８重量％であることが望ましく、Ｃ＞０．８重量
％では、皮膜表面において金属結晶を角錐状に形成する
ことが難しくなる。
【００１４】
〔実施例１〕図１において、内燃機関用ピストンピン１
は鋼よりなるパイプ状母材２を有し、その母材２の外周
面３に、メッキ処理により層状摺動面構成体（金属皮
膜）４が形成される。
は鋼よりなるパイプ状母材２を有し、その母材２の外周
面３に、メッキ処理により層状摺動面構成体（金属皮
膜）４が形成される。
【００１５】図２に示すように、摺動面構成体４は、実
施例では体心立方構造（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶の
集合体より構成され、また集合体におけるＣ含有量はＣ
≧０．０３重量％に設定される。その集合体は、図３に
示すように、母材２より柱状に成長し、且つミラー指数
で（ｈｈｈ）面を、摺動面（皮膜表面）４ａ側に向けた
多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５、または母材２より
柱状に成長し、且つミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動
面４ａ側に向けた多数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の
少なくとも一方を有する。
施例では体心立方構造（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶の
集合体より構成され、また集合体におけるＣ含有量はＣ
≧０．０３重量％に設定される。その集合体は、図３に
示すように、母材２より柱状に成長し、且つミラー指数
で（ｈｈｈ）面を、摺動面（皮膜表面）４ａ側に向けた
多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５、または母材２より
柱状に成長し、且つミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動
面４ａ側に向けた多数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の
少なくとも一方を有する。
【００１６】前記のようにｂｃｃ構造を持つ金属結晶の
集合体がミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向
けた多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５を有する場合、
それら（ｈｈｈ）配向性金属結晶５の先端部を、図４に
示すように摺動面４ａにおいて六角錐状金属結晶６、ま
たは図５に示すように三角錐状金属結晶７にすることが
できる。六角錐状金属結晶６は、三角錐状金属結晶７に
比べて平均粒径が小さく、且つ粒径も略均一である。
（ｈｈｈ）配向性金属結晶５において、粒径と高さとの
間には相関関係があり、したがって粒径が略均一であ
る、ということは高さも略等しいということである。
集合体がミラー指数で（ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向
けた多数の（ｈｈｈ）配向性金属結晶５を有する場合、
それら（ｈｈｈ）配向性金属結晶５の先端部を、図４に
示すように摺動面４ａにおいて六角錐状金属結晶６、ま
たは図５に示すように三角錐状金属結晶７にすることが
できる。六角錐状金属結晶６は、三角錐状金属結晶７に
比べて平均粒径が小さく、且つ粒径も略均一である。
（ｈｈｈ）配向性金属結晶５において、粒径と高さとの
間には相関関係があり、したがって粒径が略均一であ
る、ということは高さも略等しいということである。
【００１７】またｂｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体が
ミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた多
数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶を有する場合、それら
（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の先端部を小角錐状金属結
晶にすることができる。
ミラー指数で（２ｈｈｈ）面を摺動面４ａ側に向けた多
数の（２ｈｈｈ）配向性金属結晶を有する場合、それら
（２ｈｈｈ）配向性金属結晶の先端部を小角錐状金属結
晶にすることができる。
【００１８】六、三角錐状金属結晶６，７および小角錐
状金属結晶といった角錐状金属結晶の、摺動面４ａにお
ける面積率ＡはＡ≧４０％に設定される。
状金属結晶といった角錐状金属結晶の、摺動面４ａにお
ける面積率ＡはＡ≧４０％に設定される。
【００１９】このように面積率Ａを設定すると、例え
ば、図４に示すように六角錐状金属結晶６において、相
隣るものは相互に食込んだ状態となる。これにより摺動
面４ａは、三角錐状金属結晶７より形成される場合に比
べて表面積を拡大され、また多数の極微細な山部８と、
それら山部８の間に形成された多数の極微細な谷部９
と、山部８相互の食込みに因る多数の極微細な沢部１０
とからなる非常に入組んだ様相を呈する。
ば、図４に示すように六角錐状金属結晶６において、相
隣るものは相互に食込んだ状態となる。これにより摺動
面４ａは、三角錐状金属結晶７より形成される場合に比
べて表面積を拡大され、また多数の極微細な山部８と、
それら山部８の間に形成された多数の極微細な谷部９
と、山部８相互の食込みに因る多数の極微細な沢部１０
とからなる非常に入組んだ様相を呈する。
【００２０】また集合体におけるＣ含有量を前記のよう
に設定すると、摺動面構成体４の硬さを大幅に高めるこ
とが可能である。
に設定すると、摺動面構成体４の硬さを大幅に高めるこ
とが可能である。
【００２１】このような摺動面構成体４の場合、苛酷な
摺動環境においても各六角錐状金属結晶６の摩耗が抑制
されるので、潤滑下においては、摺動面構成体４の良好
な保油性が維持され、一方、無潤滑下においては、無数
の極微細な六角錐状金属結晶６により摺動荷重の分散が
図られる。これにより摺動面構成体４は、潤滑下および
無潤滑下において、優れた耐焼付き性を発揮する。
摺動環境においても各六角錐状金属結晶６の摩耗が抑制
されるので、潤滑下においては、摺動面構成体４の良好
な保油性が維持され、一方、無潤滑下においては、無数
の極微細な六角錐状金属結晶６により摺動荷重の分散が
図られる。これにより摺動面構成体４は、潤滑下および
無潤滑下において、優れた耐焼付き性を発揮する。
【００２２】さらに六角錐状金属結晶６の均一微細化に
伴い、局部的な高面圧化を回避すると共に摺動荷重の微
細分化を達成することができ、これにより摺動面構成体
４は、潤滑下では勿論のこと、無潤滑下においても優れ
た耐摩耗性を発揮する。
伴い、局部的な高面圧化を回避すると共に摺動荷重の微
細分化を達成することができ、これにより摺動面構成体
４は、潤滑下では勿論のこと、無潤滑下においても優れ
た耐摩耗性を発揮する。
【００２３】図６に示すように、摺動面４ａに沿う仮想
面１１に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六、三角錐状金属
結晶６，７の傾きとなって現われるので、摺動面構成体
４の保油性および耐摩耗性に影響を与える。そこで、
（ｈｈｈ）面が仮想面１１に対してなす傾き角θは０°
≦θ≦１５°に設定される。この場合、（ｈｈｈ）面の
傾き方向については限定されない。傾き角θがθ＞１５
°になると、摺動面構成体４の保油性および耐摩耗性が
低下する。この傾き角θは（２ｈｈｈ）面についても同
じである。
面１１に対する（ｈｈｈ）面の傾きは六、三角錐状金属
結晶６，７の傾きとなって現われるので、摺動面構成体
４の保油性および耐摩耗性に影響を与える。そこで、
（ｈｈｈ）面が仮想面１１に対してなす傾き角θは０°
≦θ≦１５°に設定される。この場合、（ｈｈｈ）面の
傾き方向については限定されない。傾き角θがθ＞１５
°になると、摺動面構成体４の保油性および耐摩耗性が
低下する。この傾き角θは（２ｈｈｈ）面についても同
じである。
【００２４】ｂｃｃ構造を持つ金属結晶としては、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の単体ま
たは合金の結晶を挙げることができる。
ｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の単体ま
たは合金の結晶を挙げることができる。
【００２５】摺動面構成体４を形成するためのメッキ処
理において、電気Ｆｅメッキ処理を行う場合のメッキ浴
条件は、表１の通りである。
理において、電気Ｆｅメッキ処理を行う場合のメッキ浴
条件は、表１の通りである。
【００２６】
【表１】 Ｃ含有添加剤としては、Ｃを含み、且つ水溶性であるも
のが用いられ、例えばサッカリン、ゼラチン、アスコル
ビン酸等が該当する。
のが用いられ、例えばサッカリン、ゼラチン、アスコル
ビン酸等が該当する。
【００２７】通電法としては、主としてパルス電流法が
適用される。パルス電流法においては、図７に示すよう
に、メッキ用電源の電流Ｉは、その電流Ｉが最小電流Ｉ
minから立上って最大電流Ｉmax に至り、次いで最小電
流Ｉmin へ下降するごとく、時間Ｔの経過に伴いパルス
波形を描くように制御される。
適用される。パルス電流法においては、図７に示すよう
に、メッキ用電源の電流Ｉは、その電流Ｉが最小電流Ｉ
minから立上って最大電流Ｉmax に至り、次いで最小電
流Ｉmin へ下降するごとく、時間Ｔの経過に伴いパルス
波形を描くように制御される。
【００２８】そして、電流Ｉの立上り開始時から下降開
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧２Ａ／dm2 に、また平均電流密度Ｃ
ＤｍはＣＤｍ≧１Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧２Ａ／dm2 に、また平均電流密度Ｃ
ＤｍはＣＤｍ≧１Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
【００２９】このようなパルス電流法を適用すると、メ
ッキ浴内において電流が流れたり、流れなかったりする
ことに起因して陰極近傍のイオン濃度が均一化され、こ
れにより摺動面構成体４の組成を安定化させることがで
きる。
ッキ浴内において電流が流れたり、流れなかったりする
ことに起因して陰極近傍のイオン濃度が均一化され、こ
れにより摺動面構成体４の組成を安定化させることがで
きる。
【００３０】前記電気Ｆｅメッキ処理において、メッキ
浴条件および通電条件を変えることによって（ｈｈｈ）
配向性Ｆｅ結晶または（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶の析
出、その存在量等を制御する。また摺動面構成体４にお
けるＣ含有量は極めて少ないので、その量を正確に制御
すると共に均一に分散させるため、電気Ｆｅメッキ処理
中、メッキ浴と同一組成および同一温度に調整された補
充液を陽、陰極間に所定の供給量にて供給する。これを
行わない場合には、メッキ浴におけるＣ含有添加剤濃度
にばらつきが生じるため、摺動面構成体４におけるＣ含
有量の制御が困難となる。
浴条件および通電条件を変えることによって（ｈｈｈ）
配向性Ｆｅ結晶または（２ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶の析
出、その存在量等を制御する。また摺動面構成体４にお
けるＣ含有量は極めて少ないので、その量を正確に制御
すると共に均一に分散させるため、電気Ｆｅメッキ処理
中、メッキ浴と同一組成および同一温度に調整された補
充液を陽、陰極間に所定の供給量にて供給する。これを
行わない場合には、メッキ浴におけるＣ含有添加剤濃度
にばらつきが生じるため、摺動面構成体４におけるＣ含
有量の制御が困難となる。
【００３１】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
に、例えば気相メッキ法であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ス
パッタ法、イオンプレーティング等を挙げることができ
る。スパッタ法によりＷ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。ＣＶＤ法によりＷメッキを行う場合の条件は、
例えば原材料 ＷＦ6、ガス流量 ２〜１５cc／min 、
チャンバ内圧力 ５０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜
６００℃、ＡｒＦエキシマレーザの平均出力 ５〜４０
Ｗである。
に、例えば気相メッキ法であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ス
パッタ法、イオンプレーティング等を挙げることができ
る。スパッタ法によりＷ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。ＣＶＤ法によりＷメッキを行う場合の条件は、
例えば原材料 ＷＦ6、ガス流量 ２〜１５cc／min 、
チャンバ内圧力 ５０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜
６００℃、ＡｒＦエキシマレーザの平均出力 ５〜４０
Ｗである。
【００３２】以下、具体例について説明する。
【００３３】鋼（ＪＩＳ ＳＣＭ４２０）よりなるパイ
プ状母材２の外周面３に、電気Ｆｅメッキ処理を施すこ
とによりＦｅ結晶の集合体より構成された厚さ１５μｍ
の摺動面構成体４を形成して複数の内燃機関用ピストン
ピン１を製造した。
プ状母材２の外周面３に、電気Ｆｅメッキ処理を施すこ
とによりＦｅ結晶の集合体より構成された厚さ１５μｍ
の摺動面構成体４を形成して複数の内燃機関用ピストン
ピン１を製造した。
【００３４】摺動面構成体の各例において、表２は例１
〜４の、表３は例５〜８の、表４は例９〜１２の電気Ｆ
ｅメッキ処理条件を示す。なお、メッキ処理時間は、例
１〜１２における厚さを前記のように１５μｍに設定す
べく、５〜６０分間の範囲内で種々変化させた。また前
記補充液の供給量は０．５リットル／min に設定され
た。
〜４の、表３は例５〜８の、表４は例９〜１２の電気Ｆ
ｅメッキ処理条件を示す。なお、メッキ処理時間は、例
１〜１２における厚さを前記のように１５μｍに設定す
べく、５〜６０分間の範囲内で種々変化させた。また前
記補充液の供給量は０．５リットル／min に設定され
た。
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】 表５は、例１〜４、表６は例５〜８、表７は例９〜１２
に関する摺動面の結晶形態、摺動面における三、六角錐
状Ｆｅ結晶の面積率Ａおよび粒径、各配向性Ｆｅ結晶の
存在率Ｓ、Ｃ含有量ならびに摺動面構成体断面における
硬さをそれぞれ示す。
に関する摺動面の結晶形態、摺動面における三、六角錐
状Ｆｅ結晶の面積率Ａおよび粒径、各配向性Ｆｅ結晶の
存在率Ｓ、Ｃ含有量ならびに摺動面構成体断面における
硬さをそれぞれ示す。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】 三、六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａは、摺動面の面積を
Ｂ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をＣとしたとき、Ａ＝（Ｃ／Ｂ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。例１，５，９におけるＣ含有
量は、メッキ浴中にサッカリンが添加されていないこと
から不純物と思われる。
Ｂ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をＣとしたとき、Ａ＝（Ｃ／Ｂ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。例１，５，９におけるＣ含有
量は、メッキ浴中にサッカリンが添加されていないこと
から不純物と思われる。
【００４１】存在率Ｓは、例１〜１２のＸ線回折図（Ｘ
線照射方向は摺動面に対して直角方向）に基づいて次の
ような方法で求められたものである。一例として、例４
について説明すると、図８は例４のＸ線回折図であり、
各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは次式から求められた。な
お、例えば｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶とは、｛１１０｝
面を摺動面４ａ側に向けた配向性Ｆｅ結晶を意味する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ222 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ110 、Ｉ200 、Ｉ211 、Ｉ310 、Ｉ222 は各
結晶面のＸ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、また
ＩＡ110 、ＩＡ200 、ＩＡ211 、ＩＡ310 、ＩＡ222 は
ＡＳＴＭカードにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、
ＩＡ110 ＝１００、ＩＡ200 ＝２０、ＩＡ211 ＝３０、
ＩＡ310 ＝１２、ＩＡ222 ＝６である。さらにＴは、Ｔ
＝（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）＋（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ
211 ／ＩＡ211 ）＋（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）＋（Ｉ222 ／
ＩＡ222 ）である。
線照射方向は摺動面に対して直角方向）に基づいて次の
ような方法で求められたものである。一例として、例４
について説明すると、図８は例４のＸ線回折図であり、
各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは次式から求められた。な
お、例えば｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶とは、｛１１０｝
面を摺動面４ａ側に向けた配向性Ｆｅ結晶を意味する。 ｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ110 ＝｛（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ222 ）／Ｔ｝×１００ ここで、Ｉ110 、Ｉ200 、Ｉ211 、Ｉ310 、Ｉ222 は各
結晶面のＸ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、また
ＩＡ110 、ＩＡ200 、ＩＡ211 、ＩＡ310 、ＩＡ222 は
ＡＳＴＭカードにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、
ＩＡ110 ＝１００、ＩＡ200 ＝２０、ＩＡ211 ＝３０、
ＩＡ310 ＝１２、ＩＡ222 ＝６である。さらにＴは、Ｔ
＝（Ｉ110 ／ＩＡ110 ）＋（Ｉ200 ／ＩＡ200 ）＋（Ｉ
211 ／ＩＡ211 ）＋（Ｉ310 ／ＩＡ310 ）＋（Ｉ222 ／
ＩＡ222 ）である。
【００４２】図９は例４における摺動面の結晶構造を示
す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶が観察さ
れる。この場合、表５に示すように、六角錐状Ｆｅ結晶
の面積率ＡはＡ＝９０％である。この六角錐状Ｆｅ結晶
は（ｈｈｈ）面、したがって｛２２２｝面を摺動面側に
向けた｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは、表５、図８に示すよ
うに、Ｓ＝９０．３％である。
す顕微鏡写真であり、多数の六角錐状Ｆｅ結晶が観察さ
れる。この場合、表５に示すように、六角錐状Ｆｅ結晶
の面積率ＡはＡ＝９０％である。この六角錐状Ｆｅ結晶
は（ｈｈｈ）面、したがって｛２２２｝面を摺動面側に
向けた｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは、表５、図８に示すよ
うに、Ｓ＝９０．３％である。
【００４３】図１０は、例１〜４におけるＣ含有量と硬
さとの関係をグラフ化したものである。図中、点（１）
〜（４）は例１〜４にそれぞれ対応する。図１０より、
Ｃ含有量をＣ≧０．０３重量％に設定すると、硬さが急
激に上昇することが判る。これは例５〜１２についても
同様である。
さとの関係をグラフ化したものである。図中、点（１）
〜（４）は例１〜４にそれぞれ対応する。図１０より、
Ｃ含有量をＣ≧０．０３重量％に設定すると、硬さが急
激に上昇することが判る。これは例５〜１２についても
同様である。
【００４４】次に、例１〜１２を有するチップを作製
し、それらについて、潤滑下でチップオンディスク方式
による焼付きテストを行って、焼付き発生荷重を測定し
たところ、表８の結果を得た。テスト条件は次の通りで
ある。ディスクの材質 Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合金、デ
ィスクの回転速度 １５ｍ／sec 、給油量 ０．３ml／
min 、チップの摺動面の面積 １cm2 。
し、それらについて、潤滑下でチップオンディスク方式
による焼付きテストを行って、焼付き発生荷重を測定し
たところ、表８の結果を得た。テスト条件は次の通りで
ある。ディスクの材質 Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合金、デ
ィスクの回転速度 １５ｍ／sec 、給油量 ０．３ml／
min 、チップの摺動面の面積 １cm2 。
【００４５】
【表８】 図１１は、例１〜１２に関するＣ含有量および三、六角
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、焼付き発生荷重との関係を
示す。図中、点（１）〜（１２）は例１〜１２にそれぞ
れ対応する。
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、焼付き発生荷重との関係を
示す。図中、点（１）〜（１２）は例１〜１２にそれぞ
れ対応する。
【００４６】図１１において、例１〜４を比較すると、
それらは六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａが同一であって、
当初同等の保油性を有するが、例３，４はＣ含有量がＣ
≧０．０３重量％であって例１，２よりも硬さが高く、
したがって例３，４は、優れた耐摩耗性を発揮するので
その保油性が維持され、その結果、例１，２よりも優れ
た耐焼付き性を有する。これは、例７，８と例５，６に
ついても同様である。
それらは六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａが同一であって、
当初同等の保油性を有するが、例３，４はＣ含有量がＣ
≧０．０３重量％であって例１，２よりも硬さが高く、
したがって例３，４は、優れた耐摩耗性を発揮するので
その保油性が維持され、その結果、例１，２よりも優れ
た耐焼付き性を有する。これは、例７，８と例５，６に
ついても同様である。
【００４７】また前記面積率Ａは、例１〜４の方が例５
〜８よりも大幅に高く、保油性に大きな差があることか
ら、耐焼付き性は、例１〜４の方が例５〜８よりも優れ
ている。
〜８よりも大幅に高く、保油性に大きな差があることか
ら、耐焼付き性は、例１〜４の方が例５〜８よりも優れ
ている。
【００４８】例９，１０は保油性および硬さが共に低
く、また例１１，１２は硬さは高いが保油性が低く、そ
の結果、例９〜１２の耐焼付き性は大幅に低下する。
く、また例１１，１２は硬さは高いが保油性が低く、そ
の結果、例９〜１２の耐焼付き性は大幅に低下する。
【００４９】なお、前記例３，４，７，８は、鋳鉄（Ｊ
ＩＳ ＦＣ２５）よりなるカムシャフト用母材のジャー
ナル部等にも適用される。
ＩＳ ＦＣ２５）よりなるカムシャフト用母材のジャー
ナル部等にも適用される。
【００５０】〔実施例２〕実施例１における摺動面構成
体の例１〜１２にそれぞれ対応するＦｅメッキ層の例１
〜１２を鋼（ＪＩＳ ＳＣＭ４２０）よりなるディスク
の表面に前記同様の方法で形成し、それらについて、無
潤滑下でチップオンディスク方式による摺動テストを行
って、摩擦係数μを測定したところ、表９の結果を得
た。テスト条件は次の通りである。ディスクの回転速度
１ｍ／sec 、チップの材質 Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合
金、荷重 １５０Ｎ（一定）、チップの摺動面の面積
１cm2。
体の例１〜１２にそれぞれ対応するＦｅメッキ層の例１
〜１２を鋼（ＪＩＳ ＳＣＭ４２０）よりなるディスク
の表面に前記同様の方法で形成し、それらについて、無
潤滑下でチップオンディスク方式による摺動テストを行
って、摩擦係数μを測定したところ、表９の結果を得
た。テスト条件は次の通りである。ディスクの回転速度
１ｍ／sec 、チップの材質 Ａｌ−１０重量％Ｓｉ合
金、荷重 １５０Ｎ（一定）、チップの摺動面の面積
１cm2。
【００５１】
【表９】 図１２は、例１〜１２に関するＣ含有量および三，六角
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、摩擦係数μとの関係を示
す。図中、点（１）〜（１２）は例１〜１２にそれぞれ
対応する。
錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａと、摩擦係数μとの関係を示
す。図中、点（１）〜（１２）は例１〜１２にそれぞれ
対応する。
【００５２】図１２において、例１〜４を比較すると、
それらは六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａが同一であって単
位面積当りの荷重は略同等であるが、例３，４はＣ含有
量がＣ≧０．０３重量％であって例１，２よりも硬さが
高く、したがって例３，４は例１，２よりも優れた耐摩
耗性を有する。その結果、例３，４においては多数の六
角錐状Ｆｅ結晶がチップに対し食付き効果を発揮するの
で、摩擦係数μは例１，２に比べて高くなる。これは、
例７，８と例５，６についても同様である。
それらは六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａが同一であって単
位面積当りの荷重は略同等であるが、例３，４はＣ含有
量がＣ≧０．０３重量％であって例１，２よりも硬さが
高く、したがって例３，４は例１，２よりも優れた耐摩
耗性を有する。その結果、例３，４においては多数の六
角錐状Ｆｅ結晶がチップに対し食付き効果を発揮するの
で、摩擦係数μは例１，２に比べて高くなる。これは、
例７，８と例５，６についても同様である。
【００５３】また例３，４と例７，８において、前記面
積率Ａは、例３，４の方が例７，８よりも大幅に高く、
したがって前記食付き効果の大小に起因して例３，４の
方が例７，８に比べて摩擦係数μが高くなる。
積率Ａは、例３，４の方が例７，８よりも大幅に高く、
したがって前記食付き効果の大小に起因して例３，４の
方が例７，８に比べて摩擦係数μが高くなる。
【００５４】一方、例１，２および例５，６を含むＣ＜
０．０３重量％の領域では、三角錐状Ｆｅ結晶が六角錐
状Ｆｅ結晶に比べて傾きをもって形成され易い、という
ことに起因して、前記面積率Ａ＝４０％のものにおいて
は局部的な当り部分が発生するため、均等な摩耗を生じ
る前記面積率Ａ＝９０％のものよりも摩擦係数μが高く
なる傾向にある。
０．０３重量％の領域では、三角錐状Ｆｅ結晶が六角錐
状Ｆｅ結晶に比べて傾きをもって形成され易い、という
ことに起因して、前記面積率Ａ＝４０％のものにおいて
は局部的な当り部分が発生するため、均等な摩耗を生じ
る前記面積率Ａ＝９０％のものよりも摩擦係数μが高く
なる傾向にある。
【００５５】例９〜１２の場合、前記面積率ＡがＡ＜４
０％であることから、前記食付き効果が極めて小さく、
したがって硬さの上昇に伴い摩擦係数μは比例的高くな
るが、それは例３，４，７，８に比べると低い。
０％であることから、前記食付き効果が極めて小さく、
したがって硬さの上昇に伴い摩擦係数μは比例的高くな
るが、それは例３，４，７，８に比べると低い。
【００５６】例３，４，７，８は前記のように比較的大
きな食付き効果を有するので、例３等をボルト座面に形
成すると、例３等における硬質の三、六角錐状Ｆｅ結晶
を対向部材表面に食付かせることが可能であり、これに
よりボルトの緩み止めを行うことができる。
きな食付き効果を有するので、例３等をボルト座面に形
成すると、例３等における硬質の三、六角錐状Ｆｅ結晶
を対向部材表面に食付かせることが可能であり、これに
よりボルトの緩み止めを行うことができる。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た構造を具備することによって、高面圧下等のより苛酷
な摺動環境下で用いられる摺動面構成体、ボルト緩み止
め用皮膜等として最適な高硬度金属皮膜を提供すること
ができる。
た構造を具備することによって、高面圧下等のより苛酷
な摺動環境下で用いられる摺動面構成体、ボルト緩み止
め用皮膜等として最適な高硬度金属皮膜を提供すること
ができる。
【図１】ピストンピンの要部斜視図である。
【図２】体心立方構造およびその（ｈｈｈ）面、（２ｈ
ｈｈ）面を示す斜視図である。
ｈｈ）面を示す斜視図である。
【図３】図１の３−３線拡大断面図である。
【図４】図３の４矢視図である。
【図５】三角錐状金属結晶の平面図である。
【図６】体心立方構造における（ｈｈｈ）面の傾きを示
す説明図である。
す説明図である。
【図７】電気メッキ用電源の出力波形図である。
【図８】摺動面構成体のＸ線回折図である。
【図９】摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図１０】Ｃ含有量と硬さの関係を示すグラフである。
【図１１】Ｃ含有量と焼付き発生荷重の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図１２】Ｃ含有量と摩擦係数の関係を示すグラフであ
る。
る。
４ 摺動面構成体（金属皮膜） ４ａ 摺動面（皮膜表面） ６ 六角錐状金属結晶（角錐状金属結晶） ７ 三角錐状金属結晶（角錐状金属結晶）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年４月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】そして、電流Ｉの立上り開始時から下降開
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧２Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍはＣＤｍ≧１Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
始時までの通電時間をＴONとし、また先の立上り開始時
から次の立上り開始時までを１サイクルとして、そのサ
イクル時間をＴC としたとき、通電時間ＴONとサイクル
時間ＴC との比、即ち、時間比ＴON／ＴC はＴON／ＴC
≦０．４５に設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍ
ａｘはＣＤｍａｘ≧２Ａ／dm2 に、また平均陰極電流密
度ＣＤｍはＣＤｍ≧１Ａ／dm2 にそれぞれ設定される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
に、例えば気相メッキ法であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ス
パッタ法、イオンプレーティング等を挙げることができ
る。スパッタ法によりＷ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。この場合、エチレンガスを、０．１〜５ＳＣＣ
Ｍ（cc／min ）にて母材表面に吹付けることによって摺
動面構成体４にＣを含有させることができる。ＣＶＤ法
によりＷメッキを行う場合の条件は、例えば原材料 Ｗ
Ｆ6 、ガス流量２〜１５cc／min 、チャンバ内圧力 ５
０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜６００℃、ＡｒＦエ
キシマレーザの平均出力 ５〜４０Ｗである。この場
合、メタンガスを、１〜１０ＳＣＣＭ（cc／min ）にて
チャンバ内に流すことによって摺動面構成体４にＣを含
有させることができる。
に、例えば気相メッキ法であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ス
パッタ法、イオンプレーティング等を挙げることができ
る。スパッタ法によりＷ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力 ０．２〜１Ｐａ、平均Ａｒ加速電
力 直流１〜１．５ｋＷ、母材温度 １５０〜３００℃
である。この場合、エチレンガスを、０．１〜５ＳＣＣ
Ｍ（cc／min ）にて母材表面に吹付けることによって摺
動面構成体４にＣを含有させることができる。ＣＶＤ法
によりＷメッキを行う場合の条件は、例えば原材料 Ｗ
Ｆ6 、ガス流量２〜１５cc／min 、チャンバ内圧力 ５
０〜３００Ｐａ、母材温度４００〜６００℃、ＡｒＦエ
キシマレーザの平均出力 ５〜４０Ｗである。この場
合、メタンガスを、１〜１０ＳＣＣＭ（cc／min ）にて
チャンバ内に流すことによって摺動面構成体４にＣを含
有させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】
【表７】 三、六角錐状Ｆｅ結晶の面積率Ａは、摺動面の面積を
ｂ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をｃとしたとき、Ａ＝（ｃ／ｂ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。例１，５，９におけるＣ含有
量は、メッキ浴中にサッカリンが添加されていないこと
から不純物と思われる。
ｂ、その摺動面において全部の三、六角錐状Ｆｅ結晶が
占める面積をｃとしたとき、Ａ＝（ｃ／ｂ）×１００
（％）として求められた。また六角錐状Ｆｅ結晶の粒径
は、頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三
つの距離の平均値である。三角錐状Ｆｅ結晶の粒径は、
各角部から頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三
つの距離の平均値である。例１，５，９におけるＣ含有
量は、メッキ浴中にサッカリンが添加されていないこと
から不純物と思われる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】ピストンピンの要部破断斜視図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
フロントページの続き (72)発明者 広瀬 謙治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 金属結晶の集合体より構成される金属皮
膜において、皮膜表面における角錐状金属結晶の面積率
ＡがＡ≧４０％であり、また前記集合体におけるＣ含有
量がＣ≧０．０３重量％であることを特徴とする高硬度
金属皮膜。 - 【請求項２】 前記金属結晶は体心立方構造を有し、前
記角錐状金属結晶は、ミラー指数で（ｈｈｈ）面を皮膜
表面側に向けた（ｈｈｈ）配向性金属結晶、またはミラ
ー指数で（２ｈｈｈ）面を皮膜表面側に向けた（２ｈｈ
ｈ）配向性金属結晶の少なくとも一方である、請求項１
記載の高硬度金属皮膜。 - 【請求項３】 前記金属結晶はＦｅ結晶であり、前記角
錐状金属結晶は、ミラー指数で（ｈｈｈ）面を皮膜表面
側に向け、且つ六角錐状をなす（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結
晶である、請求項１または２記載の高硬度金属皮膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10332294A JP2789163B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高硬度金属皮膜 |
| US08/424,873 US5547771A (en) | 1994-04-18 | 1995-04-17 | High-hardness metal skin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10332294A JP2789163B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高硬度金属皮膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07286696A true JPH07286696A (ja) | 1995-10-31 |
| JP2789163B2 JP2789163B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=14350962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10332294A Expired - Fee Related JP2789163B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 高硬度金属皮膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789163B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-18 JP JP10332294A patent/JP2789163B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2789163B2 (ja) | 1998-08-20 |
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