JPH08503523A - 滑り要素およびそれの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 滑り要素は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で製造された軸受金属層（２）を有し、その軸受金属層（２）はそれの側面に、該軸受金属層上に析出したアルカリ性のハロゲン不含の亜鉛、銅、ニッケルおよび鉄の非常に薄い浸漬層（３）によって軸受金属層（２）と接合された電気的にメッキされた錫層（４）を担持している。かゝる滑り要素を製造するには、シアン化物を主成分とする亜鉛、ニッケル、銅および鉄の塩を含有する高アルカリ性の浸漬浴を使用する。この浸漬処理の後に滑り要素を炭酸不含の脱イオン水で洗浄する。最初の錫メッキ段階の間に、滑り要素を浴中で２０〜２６℃の温度、２〜３アンペアー／ｄｍ²の電流密度および少なくとも１分のメッキ時間、処理する。

Description

【発明の詳細な説明】 滑り要素およびそれの製造方法 本発明は請求項１の前提としている滑り要素（sliding element）並びに請求 項９の前提としている方法に関する。 複合軸受は、殆どアルミニウム−錫−合金より成る減摩メタル層を有する鋼鉄 保護シェルを備えている。大抵の場合には、アルミニウム−錫よりも非常に小さ い硬度を有する合金より成る大抵は電気メッキされた層が軸受の滑り面に追加的 に設けられている。即ちアルミニウム−錫−減摩メタルは、ならし運転段階では 鋼鉄製軸に対して非常に限定的程度でしか適合させることができない。適合させ る方法は、実質的に可塑成形しそして滑り層を部分的に摩耗させることを本質と している。アルミニウム−錫−合金は軸にかろうじて可塑的に適合させることが でき、軸受ライナーおよび軸が幾何学的に不完全であることによって滑り面の混 合摩擦（mixed friction）状態で存在する域に、滑り面が同時的に平滑化しなか ら摩耗することがなく、堅い部分では粗面化が生じ、不利な条件のもとではそれ どころか溝が生じる。滑り面のこの様な変質によって均一な厚さの潤滑剤膜の形 成が悪影響を受けそして、ならし運転段階だけに限られる局所的な混合摩擦が残 り、結果的に比較的短い運転時間の後で既に軸受に著しい損傷が生じ得る。 柔らかい層を設けることによって軸受の適合性を改善するには、アルミニウム 合金に電気化学的にメッキする際の問題を解消しなければならない。 ドイツ特許出願公告第１，０４８，７５７号明細書からは、アルミニウム合金 と滑り面との良好な接合を達成するために、該アルミニウム合金と滑り層との間 に銀の層を設けることも公知である。しかしながらドイツ特許出願公告第１，０ ４８，７５７号明細書から公知の銀製結合層は、その下に配置される薄い亜鉛層 とアルミニウム材料製支持層に対して十分な接合状態を維持するために、最小で も２．５μmの厚さを有していなければならないという欠点を有している。更に 銀より成る公知の結合層の電気メッキは臨界的運転条件のもとで結合しており、 ドイツ特許出願公告第１，０４８，７５７号明細書から公知の銀製結合層は実地 においては満足されていない。 例えばドイツ特許出願公開第１，５３３，２１４号明細書からは、銅より成る 外側層と鉛および錫より成る内側層との間にニッケル中間層を設けることが公知 である。公知の軸受の場合には接合基盤としてのニッケルは、小さいエンジンの 場合の様に、表面硬化したジャーナルを用いて運転される場合に、久しい以前か ら実証されている。かゝる場合には、長時間の運転時間の後にも軟質外側層が局 所的にニッケル層にまで擦り減り、軸がニッケルと接触する場合には、比較的に 危険でない。これに対して、軟質のジャーナルを持つ大きなジーゼル機関の場合 には全く相違する。 公知の軸受けの場合に電気的にメッキされたニッケルは、表面硬化されていな い軸の表面硬度よりも高い硬度を有している。メッキ層の摩耗後にジャーナルが ニッケル結合基盤に達した場合には、冶金学的に非常に近似している殆ど同じ硬 さの二つの材料は互いに滑る。この不利な滑り対はジャーナルを摩耗させ、この 摩耗が進行して先ず粗面化が、次いで溝形成がはっきり認められる。 ニッケル層はそれの望ましくない高い硬度の他に、他の点で非常に不利な挙動 を示す。軸受の支配的な運転温度では、数１０００時間の運転期間の間に、ニッ ケルと錫との間に、純粋のニッケル層に比較してさらに非常に高い硬度を持つ金 属間相が生じる。滑り層の摩耗がゆっくりと行われる場合には、その間に軸は数 μmに成長した金属間相と接触し、この接触が軸の激しい摩耗を生じさせる。 アルミニウム合金の上にニッケル中間層なしに純粋な錫の層を設けることも、 アルミニウム合金と十分な接合を達成できないので、不可能である。比較的に短 い運転時間で既に錫層の剥離が生じる。それ故に、化学的方法によって錫層をア ルミニウム合金の上に直接的に設ける試みがされてきた。その際に、アルミニウ ム合金はアルカリ洗浄剤および酸性洗浄剤によって前処理する。その後に、錫浸 漬溶液に浸漬することによって後で設けられる錫層のために、予めに活性物質に よって表面を予備処理する。しかしながら中間層なしに化学的に設けられるこの 錫層は比較的に速やかに剥離する。１００℃のオイルインレット（oil inlet） 温度で既に６７００回／分の試験回転数に達する以前に、この様に錫層を設けた 軸受が脱落することが、ロッド軸受接続テストスタンドの上で確認することがで き る。 錫層を電気メッキで設ける前に浸漬浴での処理を予め行う、同様な方法がヨー ロッパ特許出願公開第２３４，７３８号明細書から公知である。この場合には金 属イオン、例えばニッケル−または銅イオンを含有していないかまたは錯塩結合 した金属を含有し且つ必ずハロゲンイオンが存在している酸性浸漬浴が使用され ている。しかしながら成分としてニッケルおよびハロゲンが存在する酸性浸漬溶 液はアルミニウムを表面腐食させる傾向がある。それ故に析出する錫層は不安定 であり、接着試験〔接着ストリップ試験（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｓｔｒｉｐ ｔｅ ｓｔｓ）〕では錫層がアルミニウム層またはアルミニウム合金層の３０%までが 部分的に剥離することが判っている。被覆した部分を１６０℃の温度で４時間の ケミカル・アブストラクト第９８巻、（１９８３）、第５４７頁、Ｎｏ．２２ ４２６０Ｗからも、Ｎｉ浸漬メッキが知られている。この場合にも同様に酸性溶 液で処理される。更にこの処理は薄い浸漬メッキ層をもたらすのでなく、ドイツ 特許出願公開第１，５３３，２１４号明細書に従うＮｉ−中間層に匹敵する真の Ｎｉ−層をもたらす。 それ故に本発明の課題は、他の金属中間層なしに軸受層の上により良好に接合 する機能的錫層を持つ滑り要素を提供することである。かゝる滑り要素の製造方 法を提供することも本発明の課題である。 この課題は請求項１に従う滑り要素にて解決される。方法の対象は請求項９で ある。 驚くべきことに、電気的に設けた錫層は、該錫層が亜鉛、銅、ニッケルおよび 鉄を含むアルカリ性浸漬析出物の上に結合されている場合に、遥かに良好に接合 することが判った。アルカリ浸漬メッキ析出物は遥かに良好に錫層を接合せしめ る穏やかな表面処理を実現する。４時間の継続時間および１６０℃のブリスター テストを実施しても、ブリスターが決して生じないことが判った。錫層の剥離は 認めることができなかった。 アルカリベースの浸漬析出物はアルミニウムとの表面反応を引き起こし、これ によって表面が、錫層が軸受金属層の上に適切に係留される様に変えられる。こ の目的のためにはたぶん、錯塩結合したアニオンが浸漬溶液中に存在しそして金 属も錯塩結合しており、その際に塩がハロゲンを有していないことが重要である 。 比較的に厚い中間層と相違して、浸漬析出層は１μm以下、好ましくは０．３ μm以下の厚さを有している。 機能的な錫層は１μm〜５μmの厚さの腐食防止層として形成されているのが有 利である。錫層は更に厚くてもよく、５μm〜５０μmの厚さを持つ単層として形 成されていてもよい。 本発明者はアルミニウム合金中に含まれる成分に関して特定の限界値を順守し た場合に滑り要素が卓越した性質を示すことが見出した。軸受金属層が錫含有合 金より成る場合には、錫の割合は２２．５％まででよい。更に錫の割合が多い場 合には、純粋の錫層と軸受金属層との結合が悪い。 鉛含有アルミニウム合金を用いる場合には、鉛の割合が２０%までであるのが 有利である。珪素含有アルミニウム合金の場合には、珪素の割合は１０%まで可 能である。 本発明の方法は、軸受金属層を設けた予備成形済み滑り要素用粗材を、軸受金 属層の表面の脱脂処理、酸洗い処理および洗浄の後に、シアン化物を主成分とす る亜鉛−、ニッケル−、銅−および鉄塩を含有する高アルカリ性アルミニウム浸 漬浴で浸漬処理し、その浸漬処理の後に滑り要素用粗材を高度に炭酸不含の水で 洗浄しそして最初の錫メッキ段階において少なくとも２０〜２６℃の浴温度、１ 〜３アンペアー／ｄｍ²の電流密度および少なくとも１分のメッキ時間を用いる 。 炭酸不含の脱イオン水を製造するためには、洗浄工程の前にイオン交換器によ って、炭酸が結合するのに適する樹脂で水を処理する。炭酸含有水は攻撃的過ぎ する場合が有利である。 浸漬浴のｐＨ値は１２〜１４、好ましくは１４である。 １０〜２０ｇ／Ｌの亜鉛、５〜１０ｇ／Ｌのニッケル、１〜２ｇ／Ｌの銅およ び少量の鉄を錯塩の状態で含有するアルミニウム浸漬浴を用いるのが有利である 。 浸漬析出処理のために、特定の電解質だけを電気メッキ法のために使用するこ とができる。例えば弗化硼酸塩浴は攻撃的過ぎ、浸漬層を崩壊することが判って いる。錫含有アルミニウム軸受合金に電気メッキ錫層を設ける場合には、錫メッ キ浴は好ましくは次の組成を有している： 錫 １８〜２２ ｇ／Ｌ 硫酸 １８０〜２２０ｇ／Ｌ 湿潤剤 ８〜１２ ｇ／Ｌおよび 結晶粒微細化剤 １８〜２２ ｇ／Ｌ この場合には純粋の錫陽極を使用する。この硫酸塩錫メッキ法は純粋のアルミニ ウム軸受金属または珪素含有アルミニウム軸受金属の場合にも使用できる。 鉛含有アルミニウム軸受合金を錫メッキする場合には、錫メッキ浴が好ましく は以下の組成を有している： 錫 １５〜３０ ｇ／Ｌ メタンスルホン酸 １２０〜１８０ｇ／Ｌ 湿潤剤 １５〜２５ ｇ／Ｌおよび 結晶粒微細化剤（芳香族ケトン） ８〜１２ ｇ／Ｌ 滑り要素用粗材を多段階前処理に付し、該粗材を硫酸／酸化クロムの混酸浴中 に何度も浸漬するのが特に有利である。 例示的な実施形態を以下に図面によって更に詳細に説明する。 図１は本発明の滑り要素の断面図でありそして 図２は種々の滑り軸受の試験を比較する棒グラフである。 図１は滑り要素の断面図を示している。鋼鉄製粗材（１）の上にアルミニウム 、珪素含有−、鉛含有−または錫含有アルミニウム合金より成る軸受金属層（２ ）が設けてある。浸漬析出の原因となる表面反応は、（３）で示した領域に特徴 がある。表面処理が関係するので、この浸漬析出部は、アルミニウム軸受合金（ ２）の上に設けられる測定可能な層ではない。従って浸漬析出部（３）と軸受金 属層（２）との間に鮮明な境界はない。こうして処理された軸受金属層（２）の 上に機能性の錫層として純粋な錫の層（４）が設けられる。 次いで方法の実施例によって錫含有アルミニウム軸受合金の上への錫層の析出 を説明する。 軸受ライナーを固定するために二重ラックを使用する。凹部の幅は７０ｍｍま での軸受径の場合に３０ｍｍである。このラックは潜在的バッフルを有しておら ず且つログエ（ｒｏｇｕｅ）カソードを有していない。この方法は次の様に進め る： − 脱脂処理： 自動脱脂装置で部材を二度脱脂する − 酸洗処理： 硫酸、弗化水素酸および酸化亜鉛より成る酸洗処理液で軸受 ライナーを１分間、浸漬処理する − 洗浄処理： − 酸洗処理： 硫酸および酸化亜鉛より成る酸洗処理液で２２秒間浸漬処理 する − 洗浄処理： 脱イオン水で２２秒洗浄する − 酸浸漬処理：硫酸／酸化クロムより成る混酸に１分間浸漬する − 洗浄処理： − 酸浸漬処理：硫酸／酸化クロムより成る混酸に２２秒間浸漬する − アルミニウム浸漬液処理：二重ラックをアルミニウム浸漬液中に２２秒間 浸漬する。薄い酸化物層が溶解されそして同時にニッケル、亜鉛および銅 より成る金属析出物が生じる。 − 洗浄処理： − 硫酸錫メッキ：錫電解質は１８〜２２ｇ／Ｌの錫、１８０〜２２０ｇ／Ｌ の硫酸、１０ｇ／Ｌの湿潤剤および２０ｇ／Ｌの結晶粒微細化剤より成る 。浴温度は２０〜２６℃である。滑り要素を２アンペアー／ｄｍ²の電流 密度のもとで硫酸性錫浴中で２分間の滞留時間のもとで錫メッキ処理する 。 − 洗浄処理： − 乾燥処理。 全ての洗浄工程は温度調整された（２４〜２６℃）炭酸不含水を用いて実施す る。 この様にして製造した滑り軸受は電気メッキ以前にブローチ削りを行い、次い でロッド連結テストスタンドで試験する。試験条件を以下の表に総括掲載する： この一連の実験で、化学的に設けた錫フラッシュ（chemical tin flash）を持 つ滑り要素が６７００回／分の実験回転数に達する以前に既に１００℃のオイル インレット温度で剥離することが判る。これは５２００回／分の試験回転数にし か達しない（Ｎｏ．Ｖ）。 電気的な錫メッキおよびニッケル中間層を持つ滑り軸受の場合には、ブローチ 削りした滑り要素（Ｎｏ．II）において既に１００℃のオイルインレット温度に て５０％より多く剥離が生じる。 本発明の滑り軸受の場合には１５０℃のオイルインレット温度ですら剥離が認 められない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ミューラー・クラウス ドイツ連邦共和国、デー‐65207 ウイー スバーデン、オーデンヴァルトブリック、 45

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アルミニウムの純粋金属層または錫、鉛または珪素を含有するアルミニウム 合金より成る軸受金属層および、該軸受金属層の表面の浸漬析出物の上にだけ結 合している、滑り面に隣接する側の、電気メッキで得た錫層より成る滑り要素に おいて、錫層（４）が、亜鉛、銅、ニッケルおよび鉄を含む非常に薄いアルカリ 性のハロゲン不含の浸漬析出物層（３）を介して軸受金属層（２）に結合されて いることを特徴とする、上記滑り要素。 ２．軸受金属層（２）が２２．５%までの錫成分を含む錫含有アルミニウム合金 である請求項１の軸受要素。 ３．軸受層（２）が２０%までの鉛成分を含む鉛含有アルミニウム合金である請 求項１の軸受要素。 ４．軸受層（２）が１０%までの珪素成分を含む珪素含有アルミニウム合金であ る請求項１の軸受要素。 ５．浸漬析出層が＜１μmの厚さを有する請求項１〜４のいずれか一つに記載の 滑り要素。 ６．浸漬析出層が０．３μm以下の厚さを有する請求項５に記載の滑り要素。 ７．錫層（４）が１μm〜５μmの厚さの腐食防止層として形成されている請求項 １〜６のいずれか一つに記載の滑り要素。 ８．錫層（４）が５μm〜５０μmの厚さの単層として形成されている請求項１〜 ６のいずれか一つに記載の滑り要素。 ９．軸受金属層を設けた予備成形済み滑り要素用粗材を、軸受金属層の表面の脱 脂処理、酸洗い処理および洗浄の後に、アルミニウム浸漬浴での相前後する処理 と電気錫メッキとの組合せに付す、請求項１〜８のいずれか一つに記載の滑り要 素を製造する方法において、シアン化物を主成分とする亜鉛、ニッケル、銅およ び鉄の塩を含有する高アルカリ性浸漬浴を使用すること、その浸漬処理の後に滑 り要素用粗材を主として炭酸不含の水で洗浄することおよび 最初の錫メッキ段階において少なくとも２０〜２６℃の浴温度、１〜３アンペア ー／ｄｍ²の電流密度および少なくとも１分のメッキ時間を用いることを特徴と する、上記方法。 １０．アルミニウム浸漬浴での処理を室温（少なくとも２０℃）で１５秒〜６０ 秒の間、実施する請求項９に記載の方法。 １１．１０〜２０ｇ／Ｌの亜鉛、５〜１０ｇ／Ｌのニッケル、１〜２ｇ／Ｌの銅 および少量の鉄を含有するアルミニウム浸漬溶液を使用し、その各成分がシアン 化物を主成分とする塩の状態で結合している、請求項９または１０に記載の方法 。 １２．純粋のアルミニウム軸受層、錫含有アルミニウム軸受合金または珪素含有 アルミニウム軸受合金を処理する際に、少なくとも最初の錫メッキ段階に以下の 組成の錫メッキ浴でメッキを行い： 錫 １８〜２２ ｇ／Ｌ 硫酸 １８０〜２２０ｇ／Ｌ 湿潤剤 ８〜１２ ｇ／Ｌおよび 結晶粒微細化剤 １８〜２２ ｇ／Ｌ その際に純粋の錫陽極を使用する、請求項９〜１１項の何れか一つに記載の方 法。 １３．最初の錫メッキ段階において鉛含有アルミニウム軸受合金を処理する際に 、錫メッキを以下の組成の錫メッキ浴で実施し： 錫 １５〜３０ ｇ／Ｌ メタンスルホン酸 １２０〜１８０ｇ／Ｌ 湿潤剤 １５〜２５ ｇ／Ｌ 結晶粒微細化剤 ８〜１２ ｇ／Ｌ その際に純粋の錫陽極を使用する、請求項９〜１１項の何れか一つに記載の方 法。 １４．洗浄水が２４〜２６℃の温度を有している請求項９〜１３のいずれか一つ に記載の方法。 １５．滑り要素粗材を多段階前処理に付し、その際に硫酸／酸化クロムより成る 混酸浴に浸漬する請求項９〜１４のいずれか一つに記載の方法。 １６．混酸浴での浸漬処理の後に炭酸不含水で洗浄する請求項１５に記載の方法 １７．浸漬浴のｐＨ値が１２〜１４である請求項９〜１６のいずれか一つに記載 の方法。