JPH07316844A - 高強度金属皮膜 - Google Patents
高強度金属皮膜Info
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- JPH07316844A JPH07316844A JP12828994A JP12828994A JPH07316844A JP H07316844 A JPH07316844 A JP H07316844A JP 12828994 A JP12828994 A JP 12828994A JP 12828994 A JP12828994 A JP 12828994A JP H07316844 A JPH07316844 A JP H07316844A
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- crystal
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度な金属皮膜を提供する。
【構成】 金属皮膜４は、母材２から成長した多数の柱
状金属結晶５，６を有する金属結晶集合体より構成され
る。金属結晶集合体はＢを含有し、そのＢ含有量はＢ≧
０．０１重量％に設定される。特定量のＢは、相隣る両
柱状金属結晶５，６の粒界８を強化し、また柱状金属結
晶５，６の微細化に寄与する。
状金属結晶５，６を有する金属結晶集合体より構成され
る。金属結晶集合体はＢを含有し、そのＢ含有量はＢ≧
０．０１重量％に設定される。特定量のＢは、相隣る両
柱状金属結晶５，６の粒界８を強化し、また柱状金属結
晶５，６の微細化に寄与する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高強度金属皮膜、特に、
母材表面から成長した多数の柱状金属結晶を有する金属
結晶集合体より構成されると共に高強度化を達成された
金属皮膜に関する。
母材表面から成長した多数の柱状金属結晶を有する金属
結晶集合体より構成されると共に高強度化を達成された
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、耐焼付
き性等の摺動特性を向上させるため、摺動部材におい
て、その母材表面にメッキ処理によって形成される摺動
面構成体が知られている。
き性等の摺動特性を向上させるため、摺動部材におい
て、その母材表面にメッキ処理によって形成される摺動
面構成体が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記金属皮膜におい
て、摺動に伴う摩擦熱を効率良く放散させるべく、その
熱伝導性を良好にするためには、金属皮膜を粒状金属結
晶の集合体より構成するよりも、多数の柱状金属結晶を
有するように構成する方が有利である。これは、各柱状
金属結晶が母材への良好な熱伝達媒体となるからであ
る。
て、摺動に伴う摩擦熱を効率良く放散させるべく、その
熱伝導性を良好にするためには、金属皮膜を粒状金属結
晶の集合体より構成するよりも、多数の柱状金属結晶を
有するように構成する方が有利である。これは、各柱状
金属結晶が母材への良好な熱伝達媒体となるからであ
る。
【０００４】しかしながら、多数の柱状金属結晶を構成
要素とする金属皮膜においては、その柱状金属結晶の成
長方向と平行に粒界が存在するため、その成長方向と交
差する方向に引張り荷重が作用した場合粒間割れを生じ
易い、という問題がある。また柱状金属結晶はその粒径
が比較的大きくなり易く、したがって金属皮膜の硬さを
十分に高めることができない、といった問題もある。
要素とする金属皮膜においては、その柱状金属結晶の成
長方向と平行に粒界が存在するため、その成長方向と交
差する方向に引張り荷重が作用した場合粒間割れを生じ
易い、という問題がある。また柱状金属結晶はその粒径
が比較的大きくなり易く、したがって金属皮膜の硬さを
十分に高めることができない、といった問題もある。
【０００５】本発明は前記に鑑み、特定の元素を含有さ
せることによって、柱状金属結晶の粒界を強化し、また
柱状金属結晶の径方向成長を抑制してその微細化を図
り、これにより高強度化を達成された前記金属皮膜を提
供することを目的とする。
せることによって、柱状金属結晶の粒界を強化し、また
柱状金属結晶の径方向成長を抑制してその微細化を図
り、これにより高強度化を達成された前記金属皮膜を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、母材から成長
した多数の柱状金属結晶を有する金属結晶集合体より構
成された金属皮膜において、前記金属結晶集合体がＢを
含有し、そのＢ含有量はＢ≧０．０１重量％に設定され
ることを特徴とする。
した多数の柱状金属結晶を有する金属結晶集合体より構
成された金属皮膜において、前記金属結晶集合体がＢを
含有し、そのＢ含有量はＢ≧０．０１重量％に設定され
ることを特徴とする。
【０００７】
【作用】金属結晶集合体に、前記のように特定量のＢ
（ホウ素）を含有させると、Ｂは相隣る両柱状金属結晶
の粒界に優先的に析出してその粒界を強化する。また前
記粒界への優先的析出により相隣る両柱状金属結晶の径
方向成長が抑制されるので、それら柱状金属結晶が微細
化され、その結果、金属皮膜の高硬度化が図られる。こ
のようにして金属皮膜の高強度化が達成される。
（ホウ素）を含有させると、Ｂは相隣る両柱状金属結晶
の粒界に優先的に析出してその粒界を強化する。また前
記粒界への優先的析出により相隣る両柱状金属結晶の径
方向成長が抑制されるので、それら柱状金属結晶が微細
化され、その結果、金属皮膜の高硬度化が図られる。こ
のようにして金属皮膜の高強度化が達成される。
【０００８】ただし、Ｂ含有量がＢ＜０．０１重量％で
は、粒界強化能および径方向成長抑制能が低くなるた
め、金属皮膜を高強度化することができない。Ｂ含有量
の上限値はＢ＝３．７重量％であることが望ましく、Ｂ
＞３．７重量％では粒界にＢ系金属間化合物が析出する
ため金属皮膜の強度が著しく低下する。
は、粒界強化能および径方向成長抑制能が低くなるた
め、金属皮膜を高強度化することができない。Ｂ含有量
の上限値はＢ＝３．７重量％であることが望ましく、Ｂ
＞３．７重量％では粒界にＢ系金属間化合物が析出する
ため金属皮膜の強度が著しく低下する。
【０００９】
【実施例】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。
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。
【００１０】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）を持つ金属結晶集
合体より構成される。金属結晶集合体はＢ（ホウ素）を
含有し、その金属結晶集合体におけるＢ含有量はＢ≧
０．０１重量％に設定される。
施例では体心立方構造（ｂｃｃ構造）を持つ金属結晶集
合体より構成される。金属結晶集合体はＢ（ホウ素）を
含有し、その金属結晶集合体におけるＢ含有量はＢ≧
０．０１重量％に設定される。
【００１１】金属結晶集合体は、この実施例では図３に
示すように、母材２の外周面３より成長した多数の二種
の柱状金属結晶５，６と多数の粒状金属結晶７とより構
成される。
示すように、母材２の外周面３より成長した多数の二種
の柱状金属結晶５，６と多数の粒状金属結晶７とより構
成される。
【００１２】金属結晶集合体に、前記のように特定量の
Ｂを含有させると、Ｂは相隣る両柱状金属結晶５，６等
の粒界８に優先的に析出してその粒界８を強化する。ま
た前記粒界８への優先的析出により相隣る両柱状金属結
晶５，６の径方向成長が抑制されるので、それら柱状金
属結晶５，６が微細化され、その結果、摺動面構成体４
の高硬度化が図られる。このようにして摺動面構成体４
の高強度化が達成される。
Ｂを含有させると、Ｂは相隣る両柱状金属結晶５，６等
の粒界８に優先的に析出してその粒界８を強化する。ま
た前記粒界８への優先的析出により相隣る両柱状金属結
晶５，６の径方向成長が抑制されるので、それら柱状金
属結晶５，６が微細化され、その結果、摺動面構成体４
の高硬度化が図られる。このようにして摺動面構成体４
の高強度化が達成される。
【００１３】摺動面構成体４の縦断面（図３参照）にお
いて、柱状金属結晶５，６、したがって柱状金属結晶全
体の面積率Ａ1 は、その摺動面構成体４の熱伝導性を良
好にすべく、Ａ1 ≧３０％（Ａ1 ＝１００％を含む）に
設定される。
いて、柱状金属結晶５，６、したがって柱状金属結晶全
体の面積率Ａ1 は、その摺動面構成体４の熱伝導性を良
好にすべく、Ａ1 ≧３０％（Ａ1 ＝１００％を含む）に
設定される。
【００１４】ｂｃｃ構造を持つ柱状金属結晶５，６に
は、ミラー指数で（ｈｈｈ）面を、摺動面４ａ側に向け
た（ｈｈｈ）配向性金属結晶、ミラー指数で（２ｈｈ
ｈ）面を摺動面４ａ側に向けた（２ｈｈｈ）配向性金属
結晶、またはミラー指数で（ｈ００）面を摺動面４ａ側
に向けた（ｈ００）配向性金属結晶の少なくとも一種が
含まれる。
は、ミラー指数で（ｈｈｈ）面を、摺動面４ａ側に向け
た（ｈｈｈ）配向性金属結晶、ミラー指数で（２ｈｈ
ｈ）面を摺動面４ａ側に向けた（２ｈｈｈ）配向性金属
結晶、またはミラー指数で（ｈ００）面を摺動面４ａ側
に向けた（ｈ００）配向性金属結晶の少なくとも一種が
含まれる。
【００１５】一種の柱状金属結晶５が（ｈｈｈ）配向性
金属結晶である場合、その先端部を、図４に示すように
摺動面４ａにおいて三角錐状金属結晶（または六角錐状
金属結晶）９に形成することができる。また他種の柱状
金属結晶６が（２ｈｈｈ）配向性金属結晶である場合、
その先端部を、図４に示すように摺動面４ａにおいて小
角錐状金属結晶１０に形成することができる。さらに柱
状金属結晶が（ｈ００）配向性金属結晶である場合、そ
の先端部を摺動面において四角錐状金属結晶に形成する
ことができる。
金属結晶である場合、その先端部を、図４に示すように
摺動面４ａにおいて三角錐状金属結晶（または六角錐状
金属結晶）９に形成することができる。また他種の柱状
金属結晶６が（２ｈｈｈ）配向性金属結晶である場合、
その先端部を、図４に示すように摺動面４ａにおいて小
角錐状金属結晶１０に形成することができる。さらに柱
状金属結晶が（ｈ００）配向性金属結晶である場合、そ
の先端部を摺動面において四角錐状金属結晶に形成する
ことができる。
【００１６】三角錐状金属結晶９等の、摺動面４ａにお
ける面積率Ａ2 はＡ2 ≧４０％（Ａ2 ＝１００％を含
む）であることが望ましい。このように面積率Ａ2 を設
定すると、例えば、図４に示すように、相隣る三角錐状
金属結晶９相互ならびに三角錐状金属結晶９および小角
錐状金属結晶１０相互がそれぞれ食込んだ状態となり、
これにより摺動面４ａは、表面積を拡大され、また多数
の微細な山部１１と、それら山部１１の間に形成された
多数の微細な谷部１２と、山部１１相互の食込みによる
多数の微細な沢部１３とからなる非常に入組んだ様相を
呈する。
ける面積率Ａ2 はＡ2 ≧４０％（Ａ2 ＝１００％を含
む）であることが望ましい。このように面積率Ａ2 を設
定すると、例えば、図４に示すように、相隣る三角錐状
金属結晶９相互ならびに三角錐状金属結晶９および小角
錐状金属結晶１０相互がそれぞれ食込んだ状態となり、
これにより摺動面４ａは、表面積を拡大され、また多数
の微細な山部１１と、それら山部１１の間に形成された
多数の微細な谷部１２と、山部１１相互の食込みによる
多数の微細な沢部１３とからなる非常に入組んだ様相を
呈する。
【００１７】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、その硬度向上効果により各三角錐
状、小角錐状金属結晶９，１０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、無数の微細な
三角錐状、小角錐状金属結晶９，１０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、その硬度向上効果により各三角錐
状、小角錐状金属結晶９，１０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、無数の微細な
三角錐状、小角錐状金属結晶９，１０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。
【００１８】さらに微細な三角錐状、小角錐状金属結晶
９，１０によって、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。
９，１０によって、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。
【００１９】図５に示すように、摺動面４ａに沿う仮想
面１４に対する（ｈｈｈ）面の傾きは柱状金属結晶５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１４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）面および（ｈ００）面について
も同じである。
面１４に対する（ｈｈｈ）面の傾きは柱状金属結晶５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１４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）面および（ｈ００）面について
も同じである。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】
【表１】 Ｂ含有添加剤としては、Ｂを含み、且つ水溶性であるも
のが用いられ、例えばホウ酸、ホウ酸アンモニウム等が
該当する。
のが用いられ、例えばホウ酸、ホウ酸アンモニウム等が
該当する。
【００２３】通電法としては、パルス電流法または直流
法が適用される。パルス電流法においては、図６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Ｉmin 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。
法が適用される。パルス電流法においては、図６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Ｉmin 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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】直流法において、陰極電流密度ＣＤはＣＤ
≦１０Ａ／dm2 に設定される。
≦１０Ａ／dm2 に設定される。
【００２７】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結晶等の析出、その存在量等を制御する。ま
た摺動面構成体４におけるＢ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Ｂ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Ｂ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結晶等の析出、その存在量等を制御する。ま
た摺動面構成体４におけるＢ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Ｂ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Ｂ含有量の制御が困難となる。
【００２８】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。
【００２９】以下、具体例について説明する。
【００３０】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２０μｍ
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２０μｍ
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。
【００３１】摺動面構成体の各例において、表２は例１
〜６の、表３は例７〜１０の、表４は例１１〜１４の、
表５は例１５〜１８の電気Ｆｅメッキ処理条件をそれぞ
れ示す。なお、メッキ処理時間は、例１〜１８における
厚さを前記のように２０μｍに設定すべく、１０〜６０
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。
〜６の、表３は例７〜１０の、表４は例１１〜１４の、
表５は例１５〜１８の電気Ｆｅメッキ処理条件をそれぞ
れ示す。なお、メッキ処理時間は、例１〜１８における
厚さを前記のように２０μｍに設定すべく、１０〜６０
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。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】 表６は例１〜６、表７は例７〜１０、表８は例１１〜１
４、表９は例１５〜１８に関する摺動面の結晶形態、各
例の縦断面における柱状Ｆｅ結晶の面積率Ａ1および粒
径、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓ、Ｂ含有量ならびに各
例の縦断面における硬さをそれぞれ示す。
４、表９は例１５〜１８に関する摺動面の結晶形態、各
例の縦断面における柱状Ｆｅ結晶の面積率Ａ1および粒
径、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓ、Ｂ含有量ならびに各
例の縦断面における硬さをそれぞれ示す。
【００３６】
【表６】
【００３７】
【表７】
【００３８】
【表８】
【００３９】
【表９】 柱状Ｆｅ結晶の面積率Ａ1 は、縦断面の面積をａ、その
縦断面において全部の柱状Ｆｅ結晶が占める面積をｂと
したとき、Ａ1 ＝（ｂ／ａ）×１００（％）として求め
られた。また柱状Ｆｅ結晶の粒径は、各例の縦断面にお
いて、柱状Ｆｅ結晶の成長方向と交差する方向、即ち、
径方向の最大長さである。Ｂ含有量の測定に当っては、
各例より１ｇの試料を採取し、各試料についてプラズマ
発光分析法（ＩＣＰ法）を適用した。例１，７，１１，
１５におけるＢ含有量は、メッキ浴中にホウ酸が添加さ
れていないことから不純物と思われる。
縦断面において全部の柱状Ｆｅ結晶が占める面積をｂと
したとき、Ａ1 ＝（ｂ／ａ）×１００（％）として求め
られた。また柱状Ｆｅ結晶の粒径は、各例の縦断面にお
いて、柱状Ｆｅ結晶の成長方向と交差する方向、即ち、
径方向の最大長さである。Ｂ含有量の測定に当っては、
各例より１ｇの試料を採取し、各試料についてプラズマ
発光分析法（ＩＣＰ法）を適用した。例１，７，１１，
１５におけるＢ含有量は、メッキ浴中にホウ酸が添加さ
れていないことから不純物と思われる。
【００４０】存在率Ｓは、例１〜１８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３
について説明すると、図７は例３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 ／ＩＡ
110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ
211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ
310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ
222 ）／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３
について説明すると、図７は例３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 ／ＩＡ
110 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ200 ＝｛（Ｉ200 ／ＩＡ
200 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ211 ＝｛（Ｉ211 ／ＩＡ
211 ）／Ｔ｝×１００、 ｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ310 ＝｛（Ｉ310 ／ＩＡ
310 ）／Ｔ｝×１００、 ｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ222 ＝｛（Ｉ222 ／ＩＡ
222 ）／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。
【００４１】図８は例３における摺動面の結晶構造を示
す顕微鏡写真であり、また図９は縦断面の結晶構造を示
す顕微鏡写真である。図８において、多数の三角錐状Ｆ
ｅ結晶、小角錐状Ｆｅ結晶および粒状Ｆｅ結晶が観察さ
れる。図９において、白色部分は柱状Ｆｅ結晶、また黒
色部分は粒状Ｆｅ結晶である。三角錐状Ｆｅ結晶は（ｈ
ｈｈ）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、また小角錐状Ｆｅ結
晶は（２ｈｈｈ）面、したがって｛２１１｝面を摺動面
側に向けた｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶である。
す顕微鏡写真であり、また図９は縦断面の結晶構造を示
す顕微鏡写真である。図８において、多数の三角錐状Ｆ
ｅ結晶、小角錐状Ｆｅ結晶および粒状Ｆｅ結晶が観察さ
れる。図９において、白色部分は柱状Ｆｅ結晶、また黒
色部分は粒状Ｆｅ結晶である。三角錐状Ｆｅ結晶は（ｈ
ｈｈ）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、また小角錐状Ｆｅ結
晶は（２ｈｈｈ）面、したがって｛２１１｝面を摺動面
側に向けた｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶である。
【００４２】図１０は、例３のＢについてオージエ電子
分光法（ＡＥＳ）による分析を行った場合の結果を示
す。分析に当っては、例３より１個の柱状Ｆｅ結晶を採
取し、その側面に高速電子線を照射して深さ方向におけ
るＢの濃度を測定する、という方法を採用した。図１０
より、柱状Ｆｅ結晶側面においてＢの濃度が高くなって
おり、したがって柱状Ｆｅ結晶の粒界にＢが優先的に析
出していることが判る。
分光法（ＡＥＳ）による分析を行った場合の結果を示
す。分析に当っては、例３より１個の柱状Ｆｅ結晶を採
取し、その側面に高速電子線を照射して深さ方向におけ
るＢの濃度を測定する、という方法を採用した。図１０
より、柱状Ｆｅ結晶側面においてＢの濃度が高くなって
おり、したがって柱状Ｆｅ結晶の粒界にＢが優先的に析
出していることが判る。
【００４３】また表６〜９から明らかなように、柱状Ｆ
ｅ結晶の面積率Ａ1 がＡ1 ≧３０％である例１〜１４に
おいて、Ｂ含有量をＢ≧０．０１重量％に設定すると、
例３，４，６，９，１０，１３，１４のごとく、柱状Ｆ
ｅ結晶の粒径が微細化されて、例３等の硬さが急激に上
昇する。
ｅ結晶の面積率Ａ1 がＡ1 ≧３０％である例１〜１４に
おいて、Ｂ含有量をＢ≧０．０１重量％に設定すると、
例３，４，６，９，１０，１３，１４のごとく、柱状Ｆ
ｅ結晶の粒径が微細化されて、例３等の硬さが急激に上
昇する。
【００４４】例１５〜１８の場合、柱状Ｆｅ結晶の面積
率Ａ1 がＡ1 ＝５％であることから柱状Ｆｅ結晶が隣接
して成長する機会が少なくなり、その結果、Ｂ析出によ
る径方向成長抑制効果が小さいためＢ含有量をＢ≧０．
０１重量％に設定しても粒径変化が殆どなく、また硬さ
向上程度も低い。
率Ａ1 がＡ1 ＝５％であることから柱状Ｆｅ結晶が隣接
して成長する機会が少なくなり、その結果、Ｂ析出によ
る径方向成長抑制効果が小さいためＢ含有量をＢ≧０．
０１重量％に設定しても粒径変化が殆どなく、また硬さ
向上程度も低い。
【００４５】次に、各例１〜１８について引張りテスト
を行ったところ、表１０の結果を得た。引張りテストに
当っては、母材より各例１〜１８を剥がし、それらに柱
状Ｆｅ結晶の成長方向と交差する方向に引張り荷重を付
与する、という方法を採用した。テストピースの寸法
は、前記交差する方向の長さ５０mm、幅４０mm、厚さ２
０μｍである。
を行ったところ、表１０の結果を得た。引張りテストに
当っては、母材より各例１〜１８を剥がし、それらに柱
状Ｆｅ結晶の成長方向と交差する方向に引張り荷重を付
与する、という方法を採用した。テストピースの寸法
は、前記交差する方向の長さ５０mm、幅４０mm、厚さ２
０μｍである。
【００４６】
【表１０】 図１１は、例１〜１８におけるＢ含有量と引張強さとの
関係をグラフ化したものである。図中、点（１）〜（１
８）は例１〜１８にそれぞれ対応する。図１１より、Ｂ
含有量をＢ≧０．０１重量％に設定すると、引張強さが
比較的急激に上昇することが判る。この場合、柱状Ｆｅ
結晶の面積率Ａ1 ≧３０％において、Ｂ含有量をＢ≧
０．０１重量％に設定すると、強度向上度合が急峻とな
る。
関係をグラフ化したものである。図中、点（１）〜（１
８）は例１〜１８にそれぞれ対応する。図１１より、Ｂ
含有量をＢ≧０．０１重量％に設定すると、引張強さが
比較的急激に上昇することが判る。この場合、柱状Ｆｅ
結晶の面積率Ａ1 ≧３０％において、Ｂ含有量をＢ≧
０．０１重量％に設定すると、強度向上度合が急峻とな
る。
【００４７】次に、例２，３，５，６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、図１２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 。
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、図１２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 。
【００４８】図１２において、例２，３を比較すると、
それらは三角錐状Ｆｅ結晶等の面積率Ａ2 が同一であっ
て、当初同等の保油性を有するが、例３はＢ含有量がＢ
≧０．０１重量％であって例２よりも硬さが高く、した
がって例３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２よりも優れた耐焼付き性
を有する。一方、例６は例５に比べて硬さは高くなって
いるが、両者は摺動面の結晶形態に起因して保油性が低
く、その結果、例５，６の耐焼付き性は例２，３に比べ
て大幅に低下する。
それらは三角錐状Ｆｅ結晶等の面積率Ａ2 が同一であっ
て、当初同等の保油性を有するが、例３はＢ含有量がＢ
≧０．０１重量％であって例２よりも硬さが高く、した
がって例３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２よりも優れた耐焼付き性
を有する。一方、例６は例５に比べて硬さは高くなって
いるが、両者は摺動面の結晶形態に起因して保油性が低
く、その結果、例５，６の耐焼付き性は例２，３に比べ
て大幅に低下する。
【００４９】なお、本発明はピストンピン１に限らず、
ピストンのスカート部等各種摺動部材に適用される。
ピストンのスカート部等各種摺動部材に適用される。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定量の
Ｂを含有させることによって、相隣る両柱状金属結晶の
粒界強化および柱状金属結晶の微細化を達成し、これに
より高強度な金属皮膜を提供することができる。
Ｂを含有させることによって、相隣る両柱状金属結晶の
粒界強化および柱状金属結晶の微細化を達成し、これに
より高強度な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】摺動面構成体の要部縦断面図である。
【図４】摺動面構成体の要部平面図である。
【図５】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６】電気メッキ用電源の出力波形図である。
【図７】摺動面構成体のＸ線回折図である。
【図８】摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図９】摺動面構成体の縦断面における結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
【図１０】スパッタリング深さとＢの相対濃度の関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図１１】Ｂ含有量と引張強さの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図１２】四例の焼付き発生荷重を示すグラフである。
２ 母材 ４ 摺動面構成体（金属皮膜） ５，６ 柱状金属結晶 ９ 三角錐状金属結晶（角錐状金属結晶） １０ 小角錐状金属結晶（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】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、５％のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を含む
水素ガスを、０．１〜５ＳＣＣＭ（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Ｂ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 ＷＦ6 、ガス流量 ２〜１
５cc／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 ５〜４０Ｗである。この場合、５％のジボランを含
む水素ガスを、１〜１０ＳＣＣＭ（cc／min ）にてチャ
ンバ内に流すことよって摺動面構成体４にＢ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、５％のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を含む
水素ガスを、０．１〜５ＳＣＣＭ（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Ｂ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 ＷＦ6 、ガス流量 ２〜１
５cc／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 ５〜４０Ｗである。この場合、５％のジボランを含
む水素ガスを、１〜１０ＳＣＣＭ（cc／min ）にてチャ
ンバ内に流すことよって摺動面構成体４にＢを含有させ
ることができる。
【手続補正２】
【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３】
【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】 母材（２）から成長した多数の柱状金属
結晶（５，６）を有する金属結晶集合体より構成された
金属皮膜において、前記金属結晶集合体はＢを含有し、
そのＢ含有量はＢ≧０．０１重量％に設定されることを
特徴とする高強度金属皮膜。 - 【請求項２】 前記柱状金属結晶（５，６）の面積率Ａ
1 がＡ1 ≧３０％である、請求項１記載の高強度金属皮
膜。 - 【請求項３】 前記柱状金属結晶（５，６）の先端部
は、角錐状金属結晶（９，１０）に形成されている、請
求項１または２記載の高強度金属皮膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12828994A JP3354284B2 (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 摺動面構成体 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP12828994A JP3354284B2 (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 摺動面構成体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07316844A true JPH07316844A (ja) | 1995-12-05 |
| JP3354284B2 JP3354284B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=14981140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12828994A Expired - Lifetime JP3354284B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-05-17 | 摺動面構成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3354284B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-17 JP JP12828994A patent/JP3354284B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3354284B2 (ja) | 2002-12-09 |
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