JPH1192822A - 表面改質方法 - Google Patents

表面改質方法

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JPH1192822A
JPH1192822A JP25643997A JP25643997A JPH1192822A JP H1192822 A JPH1192822 A JP H1192822A JP 25643997 A JP25643997 A JP 25643997A JP 25643997 A JP25643997 A JP 25643997A JP H1192822 A JPH1192822 A JP H1192822A
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JP
Japan
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sliding
liquid
sliding surface
rubbed
allowing
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Pending
Application number
JP25643997A
Other languages
English (en)
Inventor
Masamitsu Taguchi
真実 田口
Shoichi Nakajima
昌一 中島
Hiroshi Takayasu
博 高安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH1192822A publication Critical patent/JPH1192822A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】表面に合金相、及び固体潤滑膜を形成すること
で摩耗を軽減し、また、“なじみ”による初期摩耗とエ
ネルギー損失を軽減する表面改質法を提供する。 【解決手段】本発明は、雰囲気或いは、雰囲気中の物質
を巻き込みながら、材料を摩擦させることで表面に合金
相、及び固体潤滑膜を形成するとともに、雰囲気或いは
雰囲気中の物質、及び摩擦させる材料の組み合わせで多
種にわたる表面相を形成する方法にある。摩擦により得
られた摺動面であるため、“なじみ”による初期摩耗と
エネルギー損失を大幅に軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な表面改質方法
にあり、特にすべり軸受,ベアリング、及びシャフト,
転がり軸受等の摺動材料の表面の改質法に関する。
【0002】
【従来の技術】耐摩耗性を向上させるための手段として
は、一般に材料自体又は表面相を硬化させることが有効
である。一般には熱処理や添加元素を入れることで材料
を硬化させている。表面だけを硬化させる方法としては
窒化及び浸炭等がある。その他、成膜の技術としてはC
VD,PVD,メッキ等がある。
【0003】これらの技術は、耐摩耗性向上のため、盛
んに用いられているものであるが、一般にコスト高にな
る。また、いずれの方法で作製した摺動材も、摺動初期
の“なじみ”の段階で自身及び相手材にかなりの摩耗が
発生すると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に、摺動初期では
“なじみ”と呼ばれる摩擦係数が高い状態から低い状態
へ連続的に移る現象がみられる。これは、表面が平滑化
または化学的に安定化される過程で起こるもので、かな
りの摩耗を伴うと考えられている。摺動面から摺動面が
平滑化及び、化学的に安定されていれば“なじみ”はな
くなり、摩耗とそれに伴うエネルギー損失はかなり軽減
できると考えられる。
【0005】本発明が解決しようとしている課題は低コ
ストで表面処理を行い、“なじみ”による初期摩耗とエ
ネルギー損失を軽減し、過酷な摺動条件下でも自身及び
相手材の摩耗を軽減する摺動材を作製することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、摩擦する時に
発生するエネルギーを利用し、表面を硬質化或いは固体
潤滑膜を形成することで摩耗を軽減する表面改質方法に
ある。
【0007】本発明は、摩擦により耐摩耗性を有する表
面を得るものであり、摺動材の“なじみ”に伴う初期摩
耗とエネルギー損失を軽減できる。
【0008】材料同士が摩擦すれば摩擦熱が発生する。
特に、微視的に見れば摩擦熱が発生するのは表面の凸部
同士が衝突する部分であり、衝突した凸部から発生した
熱が拡散し材料全体の温度を上昇させることになる。衝
突直後の凸部の温度は、かなりの高温になっていると考
えられる。衝突直後の凸部に発生する温度は一般に閃光
温度と呼ばれている。
【0009】本発明では、凸部同士の衝突するエネルギ
ー、又は衝突により発生する閃光温度(熱)を利用し、
摺動面に合金層を形成しようとするものである。生成さ
れる合金層は摺動材と雰囲気中に存在する粉末により決
定される。合金層の厚さや機械的性質は、凸部同士の衝
突エネルギーや、それにより発生する閃光温度に影響を
受ける。衝突エネルギーや閃光温度は、摩擦する時の押
付荷重,摺動速度,摺動材の表面粗さに影響されるの
で、押付荷重,摺動速度,摺動材の表面粗さは、凸部の
衝突時に合金化に必要なエネルギーを生み出すように調
整されていなければならない。
【0010】本発明で形成された合金層は摩擦により得
られたものであり、既に摺動面は平滑化されているの
で、一般の材料に見られる“なじみ”は殆どない。又、
合金層を形成する際に用いる雰囲気を実機と同様のもの
にすれば、実機の雰囲気中でも化学的に安定な合金層が
得られる。
【0011】さらに、作製した合金層の摩耗をより軽減
するためには摺動面に固体潤滑膜を形成させることが有
効である。本発明では、雰囲気中の固体潤滑材の微粉末
を摺動部で“すりつぶす”ことにより固体潤滑膜を形成
するものである。
【0012】さらに、実機に用いる潤滑油中に固体潤滑
材となり得る微粉末を分散させれば、潤滑膜は一旦剥離
しても雰囲気から固体潤滑材が供給されるので剥離した
箇所が再び摺動される時に新たな膜が形成される。剥離
した潤滑膜は再び雰囲気中に戻るので、固体潤滑材が消
耗されることはない。但し、時間の経過に関係なく液中
に粒子を均一に分散させる場合は液の粘度,比重,分散
させる粒子の比重,粒径等を適当に調整し、さらに潤滑
油に界面活性剤等を添加する必要がある。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例1)摺動面の焼入れには2軸独立制御ころがり
試験機を用いた。試料はφ40のリングで、JIS規格
FC250相当材である。試験は大気中で行った。摩擦
による焼入れの概念図を図1に示す。リングの回転速さ
は主軸を2000rpm ,従軸を500rpmとした。試験
前のリングの平均表面粗さは0.2μmである。リング
の押付荷重は50kgfである。以上の条件で約10分間
試験機を稼動させた後、摺動面に注水した。
【0014】実験後に試験片の断面を観察した結果、表
面から約1000μmがマルテンサイトになっていた。
【0015】また、雰囲気を水にして主軸を3000rp
m,従軸を500rpmにし同様に10分間実験を行ったと
ころ、表面から約100μmがマルテンサイトとなって
いた。
【0016】(実施例2)合金層の形成には2軸独立制
御ころがり試験機を用いた。試料はφ40のリングで、
JIS規格SUJ2相当材である。雰囲気は大気中で、
一定の分量の粉末を摺動面に連続的に落下させた。合金
層形成の概念図を図2に示す。Mn粉末は粒径1μm以
下のものを用いた。リングの回転速さは主軸を2000
rpm ,従軸を500rpm とした。試験前のリングの平均
表面粗さは1μmである。リングの押付荷重は200kg
fである。以上の条件で約30分間試験機を稼動させ
た。
【0017】実験後、摺動面を分析したところSUJ2
素材に含まれるMnよりも多量のMnが深さ方向に約5
0μmまで検出された。尚、真空中或いはN2 雰囲気,
Ar雰囲気,O2 雰囲気等、他の気体雰囲気中でも同様
の実験によって合金層を形成できる。
【0018】雰囲気をMn粉末を分散させたエステル油
にして、主軸を4000rpm ,従軸を500rpm にし同
様に1時間実験を行った。実験後、摺動面を分析したと
ころSUJ2素材に含まれるMnよりも多量のMnが深
さ方向に約20μmまで検出された。尚、他の液体雰囲
気中でも同様の実験によって合金層を形成できる。図2
(c),(d)及び(e)の順に合金層形成過程を示すも
のである。
【0019】(実施例3)実施例1で合金層を形成させ
たリングを、同じく2軸独立制御ころがり試験機にセッ
トし、雰囲気は大気中で、一定量のMoS2 粉末を摺動
面に連続的に落下させた。固体潤滑膜形成の概念図を図
3に示す。MoS2 粉末は粒径1μm以下のものを用い
た。リングの回転速さは主軸を2000rpm ,従軸を5
00rpm とした。以上の条件で約10分間試験機を稼動
させた。
【0020】実験後のリングの摺動面はMoS2 の膜で
覆われていた。尚、真空中或いはN2 雰囲気,Ar雰囲
気,O2 雰囲気等、他の気体雰囲気中でも同様の実験に
よって固体潤滑膜を形成できる。
【0021】雰囲気をMoS2 粉末を分散させたエステ
ル油にして、主軸を3000rpm ,従軸を500rpm に
し同様に30分間実験を行ったところ、摺動面はMoS
2 の膜で覆われていた。尚、他の液体雰囲気中でも同様
の実験によって固体潤滑膜を形成できる。図3(c)及
び(d)の順はその過程を示すものである。
【0022】(実施例4)本発明により表面に合金層を
形成し(雰囲気:N2 用いた粉末:Si,Mn,M
o)、その後、本発明により焼入し(雰囲気:水中)、
更に本発明により固体潤滑膜を形成(雰囲気:N2
いた粉末:MoS2 )したJIS規格SUJ2相当材の
円筒ころを用い、転がり軸受を作製した。尚、ハウジン
グにも同様の処理を施している。この軸受を軸受Aとす
る。また、比較として通常の方法で焼入れしたJIS規
格SUJ2相当材の円筒ころを用いて転がり軸受を作製
した。尚、ハウジングにも同様の処理を施している。こ
の軸受を軸受Bとする。本発明の円筒ころを用いて作製
した転がり軸受の概略図を図4に示す。軸受Aの潤滑油
には粒径1μm以下のMoS2の粉末を5vol%分散させ
たエステル油を用いた。但し、軸受Aの潤滑油にはMo
2 の粉末の沈降を防ぐため界面活性剤を添加してあ
る。軸受Bの潤滑油には何も添加してないエステル油を
用いた。軸受A,B共にシャフトにはJIS規格SCM
440相当材を用いて約1000rpm で寿命試験を行っ
た。軸受の寿命は8個ある円筒ころのどれか、又はハウ
ジングにピッティング或いはフレーキングが認められた
時とする。転がり軸受寿命試験結果を図5に示す。本発
明による軸受Aは、軸受Bの7倍から8倍の寿命となっ
ている。 (実施例5)本発明により表面に合金層を形成し(雰囲
気:N2 用いた粉末:Cu,Mn,Ni,Cr,
V)、その後、本発明により焼入し(雰囲気:水中)、
更に本発明により固体潤滑膜を形成(雰囲気:N2
いた粉末:MoS2 )したJIS規格FC250相当材
のローラをローラAとする。また比較として通常の方法
で焼入れしたJIS規格FC250相当材のローラをロ
ーラBとする。双方のローラに先端を半円状に加工した
JIS規格SKH51相当材の板材を押付け摩擦係数の
経時変化を測定した。双方共にローラの回転数は500
rpm 、押付荷重は50kgfであり鉱油を滴下しながら試
験を行った。その実験方法の概略図を図6,摩擦係数の
経時変化を図7,ローラ摩耗量を表1に示す。ローラA
は試験開始から終了までほぼ一定した摩擦係数をとって
いるのに対し、ローラBには“なじみ”がみられる。摩
擦係数では、ローラAはローラBの2/3程度になって
いる。摩耗量では、ローラAはローラBの1/10以下
になっている。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、材料同士を摩擦するこ
とでその表面に焼入層および合金層を形成することがで
き、同様な方法で固体潤滑膜を形成することもできる。
本発明の表面処理は摩擦によるものであるので、得られ
た摺動材では“なじみ”による初期摩耗が殆どない。ま
た、主な操作は摩擦だけなので生産工数を低減できる。
本発明の表面処理により転がり摩擦、及びすべり摩擦に
おける摩耗を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】摩擦による焼入れ方法の概念図。
【図2】摩擦による合金層形成の概念図。
【図3】摩擦による固体潤滑膜形成の概念図。
【図4】本発明のベアリングを組み込んだ、転がり軸受
の概略図。
【図5】軸受の寿命試験結果を示す線図。
【図6】ローラの摩擦摩耗試験の概略図。
【図7】ローラの摩擦摩耗試験の摩擦係数の経時変化を
示す線図。
【符号の説明】
A,B,C…拡大部分。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質の摺動面に液体を注入し摺動面を焼入れする表
    面改質方法。
  2. 【請求項2】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質を、液体中で摩擦させることにより摺動面を焼
    入れする表面改質方法。
  3. 【請求項3】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質の摺動面に金属粉末を注入し摺動面に合金層を
    形成する表面改質方法。
  4. 【請求項4】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質を、金属粉末を分散させた液体中で摩擦させる
    ことにより摺動面に合金層を形成する表面改質方法。
  5. 【請求項5】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質の摺動面に、MoS2 ,グラファイト,W
    2 ,CFx ,PbO,CaF2,BaF2,B23,B
    N,Pb,Sn,In,Au,Agの粉末を少なくとも
    1種類を摺動面に注入し固体潤滑膜を形成する表面改質
    方法。
  6. 【請求項6】少なくとも1つが回転運動している2つ以
    上の物質を、MoS2 ,グラファイト,WS2 ,C
    x ,PbO,CaF2,BaF2,B23,BN,P
    b,Sn,In,Au,Agの粉末を少なくとも1種類
    分散させた液体中で摩擦させることにより摺動面に固体
    潤滑膜を形成する表面改質方法。
JP25643997A 1997-09-22 1997-09-22 表面改質方法 Pending JPH1192822A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002276653A (ja) * 2001-03-16 2002-09-25 Citizen Watch Co Ltd すべりスライド及びその製造方法
WO2007102280A1 (ja) * 2006-03-08 2007-09-13 Osaka University 変態を起こす金属の表面硬化処理方法
US10704111B2 (en) 2015-11-02 2020-07-07 Applied Nano Surfaces Sweden Ab Solid lubricant-coated steel articles, method and apparatus for manufacturing thereof and quenching oil used in the manufacturing

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