JPH0874030A - 軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜 - Google Patents
軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 軽金属支持体表面とセラミック被膜との間に
Ｎｉ−Ｐ中間層が挿入されていることを特徴とする軽金
属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜。好ましく
は、Ｎｉ−Ｐ中間層は無電解めっき法で堆積されたもの
であり、セラミック被膜はＣｒＮ膜からなり、軽金属支
持体はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるもの
である。 【効果】 耐摩耗性や耐荷性に優れ剥離し難いことか
ら、摺動部品、特に、高速で摺動される部品の材料とし
て適している。
Ｎｉ−Ｐ中間層が挿入されていることを特徴とする軽金
属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜。好ましく
は、Ｎｉ−Ｐ中間層は無電解めっき法で堆積されたもの
であり、セラミック被膜はＣｒＮ膜からなり、軽金属支
持体はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるもの
である。 【効果】 耐摩耗性や耐荷性に優れ剥離し難いことか
ら、摺動部品、特に、高速で摺動される部品の材料とし
て適している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽金属支持体表面上の
セラミック被膜に関する。より詳細には、本発明は、耐
摩耗性や耐久性に優れた軽金属支持体表面上のセラミッ
ク被膜に関する。
セラミック被膜に関する。より詳細には、本発明は、耐
摩耗性や耐久性に優れた軽金属支持体表面上のセラミッ
ク被膜に関する。
【０００２】
【従来技術】工業用ミシンの針棒、押え棒、押え抱きの
ような摺動部品を含む一般機械部品の材料としては、使
用状態における機械的性質を優れたものとするために、
従来から、種々のものが開発され、実際に使用されてい
る。
ような摺動部品を含む一般機械部品の材料としては、使
用状態における機械的性質を優れたものとするために、
従来から、種々のものが開発され、実際に使用されてい
る。
【０００３】その一つに、機械構造用炭素鋼、ニッケル
クロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、ク
ロムモリブデン鋼などの焼きがよく入り異常組織を生じ
ないハダ焼き鋼を、浸炭焼入した後に焼戻しして内部は
靭性のまま保持しつつ表面を硬化したものがある。これ
は、また、圧縮応力が残留するため疲労強度が向上する
ので摺動部だけでなく耐疲労性を要求される部分にも活
用することができるが、油漏れが生じ易いという欠点が
あった。また、窒化法も従来は被窒化材が限定されてい
たが、イオン窒化では、従来の窒化方法では窒化が非常
に困難であったＮｉ，Ｃｕ，Ａｌの中に窒化物形成元素
を添加して非鉄基の合金やＣｒ含有量の高い高合金鋼も
窒化が可能となった上に、もともと窒化は焼入による硬
化ではないので窒化したものに変形が少ないという利点
を有するので、窒化鋼は一般機械部品の材料として最近
よく活用されているが、油漏れが生じ易いという浸炭鋼
と同様な欠点があった。したがって、例えば、これらの
鋼材をミシン部品として使用した場合には、ミシンの本
縫い面部などにおいて油漏れを生じ易かった。浸炭鋼や
窒化鋼は、鋼に対して表面硬化処理を施したものである
が鋼自体の比重が大きいために機械全体の負荷が減少で
きず、その結果として、摩擦による発熱など好ましくな
い現象の発生を有意的に回避することができず、無給油
部品とすることはできなかった。
クロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、ク
ロムモリブデン鋼などの焼きがよく入り異常組織を生じ
ないハダ焼き鋼を、浸炭焼入した後に焼戻しして内部は
靭性のまま保持しつつ表面を硬化したものがある。これ
は、また、圧縮応力が残留するため疲労強度が向上する
ので摺動部だけでなく耐疲労性を要求される部分にも活
用することができるが、油漏れが生じ易いという欠点が
あった。また、窒化法も従来は被窒化材が限定されてい
たが、イオン窒化では、従来の窒化方法では窒化が非常
に困難であったＮｉ，Ｃｕ，Ａｌの中に窒化物形成元素
を添加して非鉄基の合金やＣｒ含有量の高い高合金鋼も
窒化が可能となった上に、もともと窒化は焼入による硬
化ではないので窒化したものに変形が少ないという利点
を有するので、窒化鋼は一般機械部品の材料として最近
よく活用されているが、油漏れが生じ易いという浸炭鋼
と同様な欠点があった。したがって、例えば、これらの
鋼材をミシン部品として使用した場合には、ミシンの本
縫い面部などにおいて油漏れを生じ易かった。浸炭鋼や
窒化鋼は、鋼に対して表面硬化処理を施したものである
が鋼自体の比重が大きいために機械全体の負荷が減少で
きず、その結果として、摩擦による発熱など好ましくな
い現象の発生を有意的に回避することができず、無給油
部品とすることはできなかった。
【０００４】軽量化の要請により鋼材に代わってアルミ
ニウム材やアルミニウム合金材のような軽金属材を支持
体として使用した上で、必要な耐摩耗性や耐疲労性など
を該軽金属材を表面処理することによって付加しようと
することが提案された。その一つが、アルミニウム材又
はアルミニウム合金材上に硬質陽極酸化処理を施すもの
である。かかる場合には、アルミニウムが軽いため摩擦
抵抗が小さくなるという利点を有するが、表面に形成さ
れた酸化物被膜は高応力負荷の状態で使用されると酸化
物層の剥離が発生し易いという欠点を伴っていた。一旦
膜が剥離又は摩耗により滅失すると直ちに焼付けが発生
するので上記欠点は非常に深刻な問題であった。また、
硬質処理により耐疲労性が浸炭鋼や窒化鋼に比べて低
く、繰り返し大きな荷重を受ける部分には使用すること
ができない。更に亀裂も生じ易やった。そして、酸化物
被膜の硬度もＨｖで５００〜７００程度しか得られなか
った。
ニウム材やアルミニウム合金材のような軽金属材を支持
体として使用した上で、必要な耐摩耗性や耐疲労性など
を該軽金属材を表面処理することによって付加しようと
することが提案された。その一つが、アルミニウム材又
はアルミニウム合金材上に硬質陽極酸化処理を施すもの
である。かかる場合には、アルミニウムが軽いため摩擦
抵抗が小さくなるという利点を有するが、表面に形成さ
れた酸化物被膜は高応力負荷の状態で使用されると酸化
物層の剥離が発生し易いという欠点を伴っていた。一旦
膜が剥離又は摩耗により滅失すると直ちに焼付けが発生
するので上記欠点は非常に深刻な問題であった。また、
硬質処理により耐疲労性が浸炭鋼や窒化鋼に比べて低
く、繰り返し大きな荷重を受ける部分には使用すること
ができない。更に亀裂も生じ易やった。そして、酸化物
被膜の硬度もＨｖで５００〜７００程度しか得られなか
った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の目的
は、軽量でしかも優れた耐摩耗性を有する材料を提供す
ることである。
は、軽量でしかも優れた耐摩耗性を有する材料を提供す
ることである。
【０００６】本発明の別の目的は、軽量でしかも優れた
耐疲労性を有する材料を提供することである。
耐疲労性を有する材料を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者は鋭意研
究の結果、アルミニウムやアルミニウム合金などの軽金
属を支持体としその上にセラミック被膜を施すことによ
り、軽金属の有する比重が小さいという利点とセラミッ
ク被膜が有する耐摩耗性を合わせもつ材料の開発に成功
した。
究の結果、アルミニウムやアルミニウム合金などの軽金
属を支持体としその上にセラミック被膜を施すことによ
り、軽金属の有する比重が小さいという利点とセラミッ
ク被膜が有する耐摩耗性を合わせもつ材料の開発に成功
した。
【０００８】かかる材料は、本発明は、軽金属支持体表
面とセラミック被膜との間にＮｉ−Ｐ中間層が挿入され
ていることを特徴とする軽金属支持体表面上に耐摩耗性
セラミック被膜が施されたもの材料である。
面とセラミック被膜との間にＮｉ−Ｐ中間層が挿入され
ていることを特徴とする軽金属支持体表面上に耐摩耗性
セラミック被膜が施されたもの材料である。
【０００９】軽金属とセラミックとでは硬度が非常に異
なるので、軽金属支持体上に直接セラミック被膜を施し
ても小さい剪断応力でセラミック被膜簡単に剥離してし
まうが、Ｎｉ−Ｐ中間層を軽金属支持体表面とセラミッ
ク被膜との間に挿入させることによって剥離の問題を解
決した。
なるので、軽金属支持体上に直接セラミック被膜を施し
ても小さい剪断応力でセラミック被膜簡単に剥離してし
まうが、Ｎｉ−Ｐ中間層を軽金属支持体表面とセラミッ
ク被膜との間に挿入させることによって剥離の問題を解
決した。
【００１０】Ｎｉ−Ｐ中間層は電気めっき又は無電解め
っきのいずれで堆積されたものでもよいが、無電解めっ
きで堆積されたものはピンホールがなくしかも厚さが均
一であるため好ましい。なお、無電解めっきで堆積され
たニッケルめっき層は非晶質なので４００℃以上に加熱
して結晶化して安定化させる。支持体としてアルミニウ
ム又はアルミニウム合金を使用するときにはアルミニウ
ムはその表面に再生容易な強い酸化被膜を生成するの
で、置換めっき、直接めっきなどの特殊な前処理をした
上で、Ｎｉ−Ｐ層をめっきする。
っきのいずれで堆積されたものでもよいが、無電解めっ
きで堆積されたものはピンホールがなくしかも厚さが均
一であるため好ましい。なお、無電解めっきで堆積され
たニッケルめっき層は非晶質なので４００℃以上に加熱
して結晶化して安定化させる。支持体としてアルミニウ
ム又はアルミニウム合金を使用するときにはアルミニウ
ムはその表面に再生容易な強い酸化被膜を生成するの
で、置換めっき、直接めっきなどの特殊な前処理をした
上で、Ｎｉ−Ｐ層をめっきする。
【００１１】セラミック被膜の例としてはＣｒＮ膜やＴ
ｉＮ膜が含まれるが、特に刃物に対してはＣｒＮ膜の方
が好ましい。かかるセラミック被膜の堆積にはイオンプ
レーティングなどのＰＶＤやプラズマＣＶＤなどのＣＶ
Ｄからなる気相めっき技術を利用するのが好ましく、特
にイオンプレーティングが被膜の密着性の良さ、緻密
さ、つき回りのよさから好ましい。
ｉＮ膜が含まれるが、特に刃物に対してはＣｒＮ膜の方
が好ましい。かかるセラミック被膜の堆積にはイオンプ
レーティングなどのＰＶＤやプラズマＣＶＤなどのＣＶ
Ｄからなる気相めっき技術を利用するのが好ましく、特
にイオンプレーティングが被膜の密着性の良さ、緻密
さ、つき回りのよさから好ましい。
【００１２】軽金属支持体にはアルミニウム、アルミニ
ウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金などが含ま
れるが、加工性の良さからアルミニウム材又はアルミニ
ウム合金が工業用ミシンの押え棒などの部品用材料とし
ては好ましい。
ウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金などが含ま
れるが、加工性の良さからアルミニウム材又はアルミニ
ウム合金が工業用ミシンの押え棒などの部品用材料とし
ては好ましい。
【００１３】Ｎｉ−Ｐ中間層やセラミック被膜の膜厚
は、用途や経済性などによって異なるが、一般にそれぞ
れ０．５〜５０μ、好ましくは１０〜２０μである。
は、用途や経済性などによって異なるが、一般にそれぞ
れ０．５〜５０μ、好ましくは１０〜２０μである。
【００１４】
【作用】セラミック被膜は軽金属支持体に比べて高温で
も硬度が高く耐摩耗性に優れているので、軽金属支持体
にセラミック被膜を施すと摩擦係数が小さく保たれると
共に耐摩耗性が著しく向上した。故に、無給油摺動部品
としても適した部材である。また、支持体に被膜を施し
た場合にはその密着性が問題となるが、本発明では、支
持体、Ｎｉ−Ｐ中間層及びセラミック被膜の３層構造と
なったために、表面に向かって硬度が段階的に増大し且
つ熱膨張係数が段階的に低くなるためセラミック被膜の
剥離が生じにくくなったものと考えられる。また、垂直
方向の力に対する耐荷重性も、アルミニウム材又はアル
ミニウム合金材に硬質陽極酸化処理を施したときに比べ
て著しく向上したので摺動部品だけでなく耐疲労性が要
求される部品にも活用が期待される。更に、アルミニウ
ム材などに硬質陽極酸化処理をしたときに伴われていた
亀裂の発生や耐疲労性の低下が軽減された。
も硬度が高く耐摩耗性に優れているので、軽金属支持体
にセラミック被膜を施すと摩擦係数が小さく保たれると
共に耐摩耗性が著しく向上した。故に、無給油摺動部品
としても適した部材である。また、支持体に被膜を施し
た場合にはその密着性が問題となるが、本発明では、支
持体、Ｎｉ−Ｐ中間層及びセラミック被膜の３層構造と
なったために、表面に向かって硬度が段階的に増大し且
つ熱膨張係数が段階的に低くなるためセラミック被膜の
剥離が生じにくくなったものと考えられる。また、垂直
方向の力に対する耐荷重性も、アルミニウム材又はアル
ミニウム合金材に硬質陽極酸化処理を施したときに比べ
て著しく向上したので摺動部品だけでなく耐疲労性が要
求される部品にも活用が期待される。更に、アルミニウ
ム材などに硬質陽極酸化処理をしたときに伴われていた
亀裂の発生や耐疲労性の低下が軽減された。
【００１５】なお、セラミック被膜として耐熱性、耐腐
食性に優れたＣｒＮを使用することにより、焼付け開始
時間が大幅に伸びた。
食性に優れたＣｒＮを使用することにより、焼付け開始
時間が大幅に伸びた。
【００１６】
【実施例】本発明の軽金属支持体表面とセラミック被膜
との間にＮｉ−Ｐ中間層が挿入されていることを特徴と
する耐摩耗性セラミック被膜の施された軽金属支持体と
従来技術の硬質陽極酸化処理がその上に施されたアルミ
ニウム材との耐摩耗性、摩擦係数を比較するために以下
の試験を実施した。
との間にＮｉ−Ｐ中間層が挿入されていることを特徴と
する耐摩耗性セラミック被膜の施された軽金属支持体と
従来技術の硬質陽極酸化処理がその上に施されたアルミ
ニウム材との耐摩耗性、摩擦係数を比較するために以下
の試験を実施した。
【００１７】図１に示すものは、実施例で使用した試料
であり、これは工業用ミシンの針棒の形状である。本発
明の試料は、アルミニウム材からなる支持体上に２０μ
の厚さの無電解めっきＮｉ−Ｐ中間層を介して２０μの
厚さのＣｒＮ被膜をイオンプレーティングにより施し
た。また、比較例の試料は、アルミニウム材からなる支
持体上に硬質陽極酸化処理により４０μの厚さの酸化層
を施したものを作製した。そして、それぞれの試料を図
２に示す試験装置の掴み部の間に試料を入れて、横方向
に摺動させ、焼付けが発生して動かなくなるまで摺動さ
せて、耐摩耗性及び耐剥離性を評価した。なお、試験条
件は、いずれも無給油４０００ＲＰＭ且つ速度４．６ｍ
／ｓで行った。
であり、これは工業用ミシンの針棒の形状である。本発
明の試料は、アルミニウム材からなる支持体上に２０μ
の厚さの無電解めっきＮｉ−Ｐ中間層を介して２０μの
厚さのＣｒＮ被膜をイオンプレーティングにより施し
た。また、比較例の試料は、アルミニウム材からなる支
持体上に硬質陽極酸化処理により４０μの厚さの酸化層
を施したものを作製した。そして、それぞれの試料を図
２に示す試験装置の掴み部の間に試料を入れて、横方向
に摺動させ、焼付けが発生して動かなくなるまで摺動さ
せて、耐摩耗性及び耐剥離性を評価した。なお、試験条
件は、いずれも無給油４０００ＲＰＭ且つ速度４．６ｍ
／ｓで行った。
【００１８】図３は本発明のＣｒＮ被膜を含む試料の実
験結果を示したもので、図４は硬質陽極酸化膜を含む試
料の実験結果を示したものである。図３と図４との比較
から容易にわかるように、硬質陽極酸化被膜を含む試料
の焼付け荷重は約２ｋｇｆと有意的に低かったにもかか
わらず、硬質陽極酸化被膜を含む比較例の試料は試験開
始から２０分間を経過したところで焼付けが発生した。
一方、本発明の試料は荷重が２ｋｇｆでは焼付けが２０
分間経過しても発生せず、その後荷重を６ｋｇｆ程度ま
で上げて試験開始から６時間を経過してようやく焼付け
が発生した。
験結果を示したもので、図４は硬質陽極酸化膜を含む試
料の実験結果を示したものである。図３と図４との比較
から容易にわかるように、硬質陽極酸化被膜を含む試料
の焼付け荷重は約２ｋｇｆと有意的に低かったにもかか
わらず、硬質陽極酸化被膜を含む比較例の試料は試験開
始から２０分間を経過したところで焼付けが発生した。
一方、本発明の試料は荷重が２ｋｇｆでは焼付けが２０
分間経過しても発生せず、その後荷重を６ｋｇｆ程度ま
で上げて試験開始から６時間を経過してようやく焼付け
が発生した。
【００１９】以上より、酸化被膜の耐摩耗性を考慮する
と、比較例の試料は酸化被膜が摩耗による摩滅が進行し
ないうちに酸化被膜が剥離したものと考えられる。これ
に対し、本発明の試料は、セラミック被膜及び／又はＮ
ｉ−Ｐ中間層の密着性が良好で剥離が抑制され、耐摩耗
性が高く且つ摩擦係数が小さく、結果として焼付け開始
時間が遅くなりしかも耐焼付け荷重も高くなったものと
考えられる。
と、比較例の試料は酸化被膜が摩耗による摩滅が進行し
ないうちに酸化被膜が剥離したものと考えられる。これ
に対し、本発明の試料は、セラミック被膜及び／又はＮ
ｉ−Ｐ中間層の密着性が良好で剥離が抑制され、耐摩耗
性が高く且つ摩擦係数が小さく、結果として焼付け開始
時間が遅くなりしかも耐焼付け荷重も高くなったものと
考えられる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の耐摩耗性セラミック被膜を施し
た軽金属支持体は、耐摩耗性に優れ且つ耐焼付け荷重も
大きいことから、摺動部品として無給油や高速度で使用
することも可能と考える。また、また、Ｎｉ−Ｐ中間層
を挿入することによって振動を有意的に吸収できるた
め、低振動化の面からも用途が期待される。
た軽金属支持体は、耐摩耗性に優れ且つ耐焼付け荷重も
大きいことから、摺動部品として無給油や高速度で使用
することも可能と考える。また、また、Ｎｉ−Ｐ中間層
を挿入することによって振動を有意的に吸収できるた
め、低振動化の面からも用途が期待される。
【図１】 実施例で使用した試料の形状である。
【図２】 実施例で使用した装置の断面図である。
【図３】 本発明の範囲に含まれるＣｒＮ被覆Ａｌ材の
試料の摺動試験下での焼付け時間を示す図である。
試料の摺動試験下での焼付け時間を示す図である。
【図４】 本発明の範囲に含まれない硬質陽極酸化処理
したＡｌ材の試料の摺動試験下での焼付け時間を示す図
である。
したＡｌ材の試料の摺動試験下での焼付け時間を示す図
である。
Claims (3)
- 【請求項１】 軽金属支持体表面とセラミック被膜との
間にＮｉ−Ｐ中間層が挿入されていることを特徴とする
軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜。 - 【請求項２】 Ｎｉ−Ｐ中間層は無電解めっき法で堆積
されたものである請求項１に記載の軽金属支持体表面上
の耐摩耗性セラミック被膜。 - 【請求項３】 セラミック被膜はＣｒＮ膜からなり軽金
属支持体はアルミニウム又はアルミニウム合金からなる
請求項１又は２に記載の軽金属支持体表面上の耐摩耗性
セラミック被膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20547794A JP3690828B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20547794A JP3690828B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0874030A true JPH0874030A (ja) | 1996-03-19 |
| JP3690828B2 JP3690828B2 (ja) | 2005-08-31 |
Family
ID=16507510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20547794A Expired - Fee Related JP3690828B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3690828B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019039435A (ja) * | 2018-11-19 | 2019-03-14 | 三菱重工業株式会社 | 積層部材、並びに、これを用いた羽根車、圧縮機及びエンジン |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP20547794A patent/JP3690828B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019039435A (ja) * | 2018-11-19 | 2019-03-14 | 三菱重工業株式会社 | 積層部材、並びに、これを用いた羽根車、圧縮機及びエンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3690828B2 (ja) | 2005-08-31 |
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