JPH079249B2 - すべり軸受材 - Google Patents

すべり軸受材

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JPH079249B2
JPH079249B2 JP61246222A JP24622286A JPH079249B2 JP H079249 B2 JPH079249 B2 JP H079249B2 JP 61246222 A JP61246222 A JP 61246222A JP 24622286 A JP24622286 A JP 24622286A JP H079249 B2 JPH079249 B2 JP H079249B2
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秀哉 山寺
康訓 多賀
喜生 熊田
荘司 神谷
雄司 横田
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Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は内燃機関用のすべり軸受等に用いられるすべり
軸受材に関するものである。
[従来の技術] 従来自動車等の内燃機関には、アルミニウム合金製のす
べり軸受材が多用されている。そして近年自動車内燃機
関の高性能化に伴い、高速回転、高荷重に耐え得るすべ
り軸受材が要望されている。更にエンジンオイルのメン
テナンスフリーの要求から、良好な潤滑性と耐食性とを
併せ持つ高性能なすべり軸受材が要望されている。
ところで上記のような性能を有するすべり軸受材とし
て、アルミニウム軸受合金の表面に鉛を主成分とするオ
ーバレイ層を持つすべり軸受材が知られている。しかし
このオーバレイ層を有するアルミニウム合金軸受材にお
いては、オーバレイ層からアルミニウム軸受合金への金
属元素の拡散が生じ、性能を長期間維持することは困難
であることがわかっている。そこでこの不具合を防止あ
るいは抑制するために、従来、第2図に示すようにオー
バレイ層100とアルミニウム合金層102との間にニッケル
合金等の中間層101を介在させ、オーバレイ層100からア
ルミニウム合金層102への元素の拡散を防止したすべり
軸受材が知られている。
[発明が解決しようする問題点] 上記した従来のすべり軸受材においては、中間層101と
アルミニウム合金層102との密着強度が十分に得られな
いために、高速回転、高荷重の厳しい軸受環境下で使用
すると、耐疲労性に劣るという不具合があった。
本発明者等は、アルミニウム合金層と、オーバレイ層
と、アルミニウム合金層およびオーバレイ層の間に中間
層をもつすべり軸受材において、中間層とアルミニウム
合金層の両方に対し強い結合力をもつ結合層を介在させ
ることにより、中間層とアルミニウム合金層との密着性
の向上を図ることを考えた。そして鋭意研究の結果、中
間層に含まれる元素の少なくとも一種とアルミニウム合
金層に含まれる元素の少なくとも一種とを含有する結合
層を介在させることにより、結合層と中間層および結合
層とアルミニウム合金層との密着強度が向上することを
見出した。
上記結合層は、通常、アルミニウム合金層表面に中間層
を形成した後、例えば250〜450℃の熱処理を施して、中
間層の元素とアルミニウム合金層の元素との固相−固相
拡散反応により形成することができる。
ところでアルミニウム合金層には、潤滑性の向上を図る
目的でインジウムまたは錫のどちらか一方が含有される
場合が多い。しかし、この元素は融点が低いために、上
記の熱処理を施すとこの元素は溶融してあたかも汗のよ
うにアルミニウム合金層表面に溶出し、冷却後、アルミ
ニウム合金層表面で粒状に凝結する現象が生じる。また
エンジン等を高負荷で運転した場合でも、同様の現象が
時折生じる。そのためオーバレイ層表面の平滑性が損わ
れ、高速回転、高荷重の厳しい軸受環境下で使用する場
合、耐疲労性が低下するという不具合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
中間層とアルミニウム合金層との密着強度を向上させ、
かつインジウムまたは錫の粒状凝結現象を防止し、高負
荷での使用に長期間耐え得るすべり軸受材を提供するも
のである。
[問題点を解決するための手段] 本発明のすべり軸受材は、第1図にも示すように、基材
1と、基材1表面に形成されインジウムまたは錫を含有
するアルミニウム合金層2と、アルミニウム合金層2表
面に形成された鉛を主成分とするオーバレイ層5とを有
するすべり軸受材において、 アルミニウム合金層2とオーバレイ層5との間でオーバ
レイ層5側にはニッケル、コバルト、クロム、チタンお
よび鉄のなかから選ばれた少なくとも一種の元素から構
成された金属又は合金からなる中間層4および、 中間層4とアルミニウム合金層2との間には、インジウ
ムおよび錫のうちアルミニウム合金層2に含有されない
元素と、中間層4を構成する元素の少なくとも一種と、
アルミニウム合金層2を構成する元素のうちインジウム
および錫以外の元素の少なくとも一種とを含有する合金
または金属間化合物からなる結合層3が介在しているこ
とを特徴とする。
基材には炭素鋼等、従来用いられているものと同様の材
料を用いることができる。
アルミニウム合金層は、通常アルミニウムを主成分と
し、潤滑性の向上を図るためにインジウムまたは錫のど
ちらか一方が含有されている。その含有量は通常0.1〜4
0重量%である。また鉛、珪素、ビスマス、カドミウ
ム、クロム、銅、マグネシウム、およびマンガンの各元
素のうち少なくとも1種以上の元素を0.1〜40量%含有
することもできる。ここで鉛、珪素、ビスマス、カドミ
ウムを添加するのは軸受としての潤滑性を向上させるた
めであり、クロム、銅、マグネシウム、マンガン、珪素
を添加するのは軸受としての機械的強度を向上させるた
めである。
このアルミニウム合金層は予め上記組成に形成されたア
ルミニウム合金を上記基材に熱圧着すること等により形
成することができる。このアルミニウム合金層の厚さと
しては一般に0.1〜1mmとすることができる。
オーバレイ層は鉛を主成分とし、軸受としての潤滑性、
耐食性等の向上を図るために、従来と同様に一般に3〜
30重量%の錫、インジウム、タリウム等の元素の少なく
とも1種以上が含有されている。又、オーバレイ層の硬
度を向上させるために、0.1〜3重量%の銅または0.05
〜1.0重量%のアンチモンを含むこともできる。このオ
ーバレイ層の厚さとしては2〜30μmの範囲が適当であ
る。オーバレイ層の厚さが2μmより小さくなるとオー
バレイ層の摩耗、腐食等が早く進行し、軸受としての耐
疲労性が劣る。又、30μm以上としても性能の向上には
あまり寄与せずコスト的に不利となる。
中間層はニッケル、コバルト、クロム、チタンおよび鉄
のなかから選ばれた少なくとも一種の元素から構成され
た金属又は合金である。これらの元素は鉛を主成分とす
るオーバレイ層との相性が良く、中間層形成時にオーバ
レイ層と容易になじみ、密着力に優れているからであ
る。この中間層の厚さは500〜20000Åの範囲が望まし
い。中間層の厚さが500Åより薄くなると膜が不均一と
なり、ピンホール等の欠陥が生じ易いために、オーバレ
イ層との均一な密着力を得ることが困難となる。又、20
000Åより厚くなると膜に内部応力が発生し、剥離等の
不具合が生じる場合がある。
結合層は、インジウムおよび錫のうちアルミニウム号金
層に含有されない元素と、上記中間層の構成元素の少な
くとも1種と、上記アルミニウム合金層の構成元素のう
ちインジウムおよび錫以外の元素の少なくとも1種とを
含有する合金または金属間化合物から構成されている。
結合層の厚さは100〜5000Åの範囲が望ましい。結合層
の厚さが100Åより小さくなると均一な結合層を得るこ
とが困難となるために、中間層またはアルミニウム合金
層との充分な結合力が得られにくい。また1000Åより厚
くなると結合層の物性が硬くて脆くなり、高負荷での使
用時に結合層内で破壊が生じる場合がある。結合層内で
破壊が生じると中間層およびアルミニウム合金層との密
着性の低下が生じる。
以下に各層の形成方法を説明する。
アルミニウム合金層は、例えば予め所定組成となった合
金を所定形状に形成したものを基材表面に熱圧着するこ
とにより形成することができる。
結合層は一般に以下に示す方法で形成される。
その方法は、アルミニウム合金層表面にまずインジウム
および錫のうちアルミニウム合金層に含まれない元素か
らなる拡散層を形成する。次に拡散層表面に中間層を形
成する。なお拡散層および中間層の形成は、PVD法、CVD
法、あるいは湿式メッキ法等により形成することができ
る。
次いで全体に120〜300℃の温度範囲で熱処理を施す。こ
の熱処理により拡散層および中間層の構成元素とアルミ
ニウム合金層の構成元素との相互拡散を促進し、拡散層
の元素と、中間層の構成元素の少なくとも1種と、アル
ミニウム合金層の構成元素の少なくとも1種とを含有す
る合金または金属化合物で構成される結合層を形成す
る。なおこの場合、熱処理温度が120℃より低いと、拡
散層および中間層の元素とアルミニウム合金層の元素と
の相互拡散が起りにくくなるために、十分な厚さの結合
層を形成することができない。又、熱処理温度が300℃
より高くなると、結合層が厚くなり過ぎるという問題が
生じる。なお、拡散層は形成しないで、インジウムまた
は錫を含有する中間層を形成し、熱処理して結合層を形
成することもできる。
オーバレイ層は中間層表面に湿式メッキ法等により形成
することができる。又、オーバレイ層と中間層との密着
性を向上させるために、オーバレイ層を予め薄く中間層
表面にPVD法により形成する。その後さらに所定の厚さ
となるようにオーバレイ層を湿式メッキ法で形成するよ
うにすることも望ましい。
[発明の作用及び効果] 本発明のすべり軸受材は、中間層とアルミニウム合金層
との間に結合層を有する。この結合層は中間層の構成元
素の少なくとも1種と、アルミニウム合金層の構成元素
の少なくとも1種とを含有する合金または金属間化合物
からなる。従ってこのように構成された結合層は、中間
層およびアルミニウム合金層の両者と相性が良く結合層
形成時に良くなじみ、密着力に優れている。
錫は232℃で溶融し、インジウムは154℃で溶融する。そ
のためこれらの元素の一方がアルミニウム合金層に含有
されていると、結合層形成時の熱処理により粒状凝結現
象が生じる。
一方本発明では、結合層にはインジウムおよび錫のうち
アルミニウム合金層に含有されない元素が含有されてい
る。ところでインジウムと錫とは117℃で共晶合金を形
成することが知られている。従って熱処理時にアルミニ
ウム合金層表面に溶出したインジウムと錫のどちらか一
方は、結合層となる部分に含まれるインジウムおよび錫
のうちアルミニウム合金層に含有されない元素により12
0℃以上の温度で固溶吸収され、粒状凝結するのが防止
される。
また結合層形成時の中間層とアルミニウム合金層との元
素の相互拡散は、インジウムまたは錫を介して固相−液
相拡散反応で生じる。従って低温、短時間で結合層を形
成することができる。
従って本発明のすべり軸受材により形成されたすべり軸
受は、表面の平滑性に優れ、かつ中間層とアルミニウム
合金層との密着性に優れているために、高速回転、高荷
重の厳しい軸受環境下においても軸受としての耐疲労性
が向上する。しかも結合層を形成するには、中間層を形
成後、端に熱処理するのみで容易に行うことができ、従
来とほとんど同様に製造することができる。
[実施例] 以下実施例により具体的に説明する。
(実施例1) 第1図に本発明の1実施例のすべり軸受材の構成を示
す。このすべり軸受材は、SPCC鋼板からなる基材1と、
SAE規格No.780(Al−6.5Sn−1.5Si−1.0Cu(重量%))
からなり基材1表面に熱圧着された厚さ0.3mmのアルミ
ニウム合金層2と、アルミニウム合金層2表面に形成さ
れ、Al−Sn−In−Ni合金よりなる厚さ500Åの結合層3
と、結合層3の表面に形成され、厚さ約5000Åのニッケ
ルよりなる中間層4と、中間層4の表面に形成されPb−
10Sn−5In(重量%)からなる厚さ5μmのオーバレイ
層5とより構成されている。
以下に上記すべり軸受材を形成する方法を説明する。ま
ず基材1にアルミニウム合金層2を熱圧着する。そして
アルミニウム合金層2表面にインジウムをスパッタリン
グ法により300Åの厚さで被着形成する。続いて上記イ
ンジウム層表面にニッケル中間層4をスパッタリング法
により5000Åの厚さで形成する。
次に大気中において上記各層をもつ基材に150℃で1時
間の熱処理を施し結合層3を形成する。そして中間層4
の表面酸化層をエッチングにより除去し、湿式メッキ法
等によりオーバレイ層5を形成し本実施例のすべり軸受
材を得た。なお結合層3の同定は、X線回折とオージェ
電子分析装置による深さ方向分析により行った。第3図
にそのオージェ電子分析装置による深さ方向分析の結果
の概略図を示す。第3図より中間層4とアルミニウム合
金層2との間にAl−Sn−In−Ni合金よりなる結合層3が
形成されていることが明らかである。
次に上記により得られたすべり軸受材の密着性評価試験
および耐疲労性試験を実施した。密着性評価試験は、破
壊面の走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、優、良、
可、不可の4段階評価を行った。耐疲労性試験は以下に
示す試験条件で実施し、疲労が発生するまでの時間Tに
より評価した。
試験条件 試験機…往復動荷重試験機 回転数…2300rpm 面圧…300±300kg/cm2 潤滑油…SAE10W−30 給油温度…140±5℃ 軸材質…S55C焼入(Hv=500〜600) 軸粗さ…0.4〜0.6μmRz 試験結果を表に示す。
(実施例2〜実施例10) 中間層の材質および/または熱処理温度を変更すること
以外は実施例1と同様にし、実施例2〜実施例10のすべ
り軸受材を形成した。その形成条件および結合層の組成
を表に示す。そして実施例1と同様に密着性評価試験お
よび耐疲労性試験を行い結果を表に示す。
(比較例1) 熱処理は行わないこと以外は実施例1と同様にして比較
例1のすべり軸受材を得た。この比較例 1のすべり軸受材も実施例1と同様に密着性評価試験お
よび耐疲労性試験に供され結果を表に示す。なお第4図
に比較例1のすべり軸受材のオージェ電子分析装置によ
る深さ方向分析結果の概略図を示す。第4図より明らか
に比較例1のすべり軸受材には結合層が形成されていな
い。
(比較例2) 結合層にInを含まずに熱処理温度を300℃とすること以
外は実施例1と同様にして、比較例2のすべり軸受材を
得た。この比較例2のすべり軸受材も実施例1と同様に
密着性評価試験および耐疲労性試験に供され結果を表に
示す。なお第5図に比較例2のすべり軸受材のオージェ
電子分析装置による深さ方向分析結果の概略図を示す。
第5図より比較例2のすべり軸受材にはAl−Ni合金から
なる結合層が形成されてることがわかる。
(評価) 表より明らかに、本発明の実施例のすべり軸受材はいず
れも比較例1のすべり軸受材より密着性評価試験および
耐疲労性試験の結果からみて優れている。これは実施例
のすべり軸受材には結合層が形成されている効果による
ものであることが明らかである。
また比較例2のすべり軸受材は表面の平滑性に劣り、実
施例1と比較例2とを比較すると、耐疲労性試験の結果
に大きな差がみられる。これは実施例1のすべり軸受材
では、熱処理時にアルミニウム合金層から溶出した錫が
インジウム層内に固溶吸収され、表面の平滑性に優れて
いるためである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例のすべり軸受材の断面図であ
る。第2図は従来のすべり軸受材の断面図である。第3
図は実施例1のすべり軸受材のオージェ電子分析装置に
よる深さ方向分析結果の概略を示す線図である。第4図
は比較例1のすべり軸受材のオージェ電子分析装置によ
る深さ方向分析結果の概略を示す線図である。第5図は
比較例2のすべり軸受材のオージェ電子分析装置による
深さ方向分析結果の概略を示す線図である。 1……基材、2……アルミニウム合金層 3……結合層、4……中間層 5……オーバレイ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊田 喜生 愛知県豊田市緑ヶ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 神谷 荘司 愛知県豊田市緑ヶ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 横田 雄司 愛知県豊田市緑ヶ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−166183(JP,A) 特開 昭55−11182(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材と、該基材表面に形成されインジウム
    または錫を含有するアルミニウム合金層と、該アルミニ
    ウム合金層表面に形成された鉛を主成分とするオーバレ
    イ層とを有するすべり軸受材において、 該アルミニウム合金層と該オーバレイ層との間で該オー
    バレイ層側にはニッケル、コバルト、クロム、チタンお
    よび鉄のなかから選ばれた少なくとも一種の元素から構
    成された金属又は合金からなる中間層および、 該中間層と該アルミニウム合金層との間にはインジウム
    および錫のうち該アルミニウム合金層に含有されない元
    素と、該中間層を構成する元素の少なくとも一種と、該
    アルミニウム合金層を構成する元素のうちインジウムお
    よび錫以外の元素の少なくとも一種と、を含有する合金
    または金属間化合物からなる結合層が介在していること
    を特徴とするすべり軸受材。
  2. 【請求項2】結合層の厚さは100〜5000Åである特許請
    求の範囲第1項記載のすべり軸受材。
  3. 【請求項3】中間層の厚さは500〜20000Åである特許請
    求の範囲第1項記載のすべり軸受材。
JP61246222A 1986-10-16 1986-10-16 すべり軸受材 Expired - Lifetime JPH079249B2 (ja)

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