JPS6033389A - 摺動材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、摺動材料に関するものである。

アルミニウム系金属材料は焼付しやずいために摺動性が
良好とはいえない。従って従来、該材料の耐焼付性を向
上させるために該材料の表面にアルマイト処理を施し、
酸化アルミニウムからなるアルマイト層を形成さ「るこ
とが多い。しかし該アルマイト層は、通常、ビッカース
硬度（以下ＨＶという）で２００〜５００程度の硬さを
有するにすぎないく一般的にはアルマイト層の表面部の
硬度が下がる傾向にある）。従って該アルマイト処理を
施したアルミニウム系金属材料を摺動材料として使用す
るには、耐摩耗性が不十分である。

本発明は、上記問題点を解決するものであり、耐摩耗性
の優れたアルミニウム系摺動材料を提供することを目的
とする。

即ち、本発明の摺動材料は、少なくとも一部の表面が摺
動面となる摺動材料において、母材は、アルミニウムま
たはアルミニウム合金であり、上記摺動面の少なくとも
一部は、上記母材表面に形成されたアルマイト層がレー
ザビーム（電子ビームおよびその他の高密度エネルギー
粒子も含む。）の照射により変質硬化した、ビッカース
硬度で６００以上の硬化酸化アルミニウム層の表面で形
成されていることを特徴とするものである。

本発明の母材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金
である。即ち、該母材は、アルマイト処理を施して該母
材の表面にアルマイト層を形成することができるもので
あればよい。該母材に用いられるアルミニウム合金には
、アルミニウムーケイ素系、アルミニウムー銅系、アル
ミニウムー銅−マグネシウム系、アルミニウムーマンガ
ン系、アルミニウムーマグネシウム系、アルミニウムー
マグネシウム−ケイ素系等を用いることができる。

即ち該母材材料は、摺動条件に合わせ神々選択すること
ができる。なお母材としては鋳造品、鍛造品、機械加工
品のいかんを問わない。

少なくとも一部の表面が摺動面となる摺動材料における
、該摺動面の少なくとも一部は、上記母材表面に形成さ
れたアルマイト層がレーザビームの照射により変質硬化
した、ｔ−１ｖ６００以上の硬化酸化アルミニウム層の
表面で形成されている。

該摺動材料は、その少なくとも一部の表面が摺動面とへ
れば足り、その全表面が１習動面とならなくてもよい。

また、上記硬化酸化アルミニウム層は、摺動面の少なく
とも一部に形成されていればよい。即ち該硬化酸化アル
ミニウム層は、摺動面の全面に形成されていてもよく、
または摺動面の一部に線状等に形成されていてもよい。

換言ずれば摺動面の一部は、未硬化のアルマイト層の表
面で形成されていてもよい。線状に形成する場合には、
リング状、放射状、直線状等の一定の模様を、摺動方向
と平行に、または交わる方向に形成するのが好ましい。

またアルマイト層の全部が上記硬化酸化アルミニウム層
である必要はなく、アルマイ１〜層の表面部（上部）の
みが、上記硬化酸化アルミニウム層であればよい。

上記硬化酸化アルミニウム層は、硬化酸化アルミニウム
により構成され、該酸化アルミニウムは未硬化の、非晶
質の酸化アルミニウムを瞬間的に高温に加熱することに
より変質硬化させたもので−ある。そしＣ該硬化酸化ア
ルミニウム層の４１１Ｉ造は、第６図の該層のＸ線回折
図に示されるにうに、主としてα−アルミナの結晶によ
り構成される。なお該層には、他に少量のε−アルミナ
その他の物も含まれる。即ち該硬化酸化アルミニウム層
は、主に非晶質の酸化アルミニウムの結晶化により生じ
たα−アルミナから成るものである。従って該硬化酸化
アルミニウム層は、未硬化のアルマイト層よりも硬く、
該硬化酸化アルミニウム居の硬度はト１ｖ　６００以上
である。

該讐化酸化アルミニウム層の厚さは、特に限定されない
が、アルマイト層の厚さの１／２程度とするのが好まし
い。

さらに上記硬化酸化アルミニウム層は、その表面に多数
の溝または凹部をもつことができる。該層または凹部の
形状、疎密の程度および深さは、特に限定されないが、
それらは主にアルマイト層の形成条件およびレーザビー
ムの照射条件により異なる。一般には、変質硬化の程度
の大きな条件下にＪ３いては、該層は密に生成し溝が交
差して多角形の連続した模様を生じ、変質硬化の程度の
小さな条件下においては、該層は、疎になり、四部が多
くなる。硫酸法により形成されたアルマイト層を変質硬
化させた場合、それににり生じる溝の形状は、四角形が
連続ジる傾向が強くなる。一方シュ１り酸洗により形成
されたアルマイト層を変質硬化させた場合、それにより
生じる溝の形状は、種々の多角形が複雑に連続し、硫酸
法によるものにりも溝は密に存在する。また溝又は四部
の深さは、上記変質硬化の程度の大きな条件においては
、より深くなる。

上記溝および四部に潤滑剤を保持さμ゛ることができる
。該潤滑剤には、スピンドル油、ギヤー油、タービン油
、エンジン油、二塩基酸１ステル、リン酸１ステル等の
液体潤滑剤、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、
グラフｊ・イト、酸化１１）、窒化ホ・り素、フッ素樹
脂、鉛、インジウム、錫等の固体潤滑剤のうち少なくと
も１つを用いることができる。

上記硬化酸化アルミニウム４層の形成方法を以下に説明
する。

第一工程は、アルミニウムまたはアルミニウム合金母材
を陽極酸化して該母材表面にアルマイト層を形成させる
ものである。該陽極酸化の方法としては、硫酸法、シュ
ウ酸洗およびその他の有機酸法（たとえばクエン酸、ス
ルファミン酸、マロン酸）、混酸法（硫酸０．５％、シ
ュウ酸５％）等があり、各法により層の特性が異なるの
で、目的に応じて適当な方法が選択される。上記方法に
より形成されたアルマイト層の硬度はｌ−ｌＶ２Ｏ０〜
５００程度である。

第二工程は、第一工程により形成されたアルマイト層の
表面にレーザビームを照射してＨｖ６００以上の硬化酸
化アルミニウム層を形成さけるものである。即ち硬化さ
せたい部位の上記アルマイト層を、レーザビームを用い
て、１０００℃以上に加熱することにより、上記アルマ
イト層を変質硬化させるのである。レーザビームの照射
条件は、例えば、レーザパワー密度Ｉ　ＫＷ／ｍｍ２　
、照射ビーム径４１１１１１、移動速度０．５〜４　、
０ｍ　／ｎ＋ｉｎである。

硬化酸化アルミニウム層を摺動向にリング状又は放射状
を描く様に形成する場合には、レーザビームを、摺動向
にリング状又は放射状に照射すればにい。また、レーザ
ビームの吸収を良好にするため、表面に黒鉛や水ガラス
を塗布プることもでさる。

なお場合によっては、レーザビームにかえて電子ビーム
やその他の高密度エネルギー粒子を照射することもでき
る。

硫酸法、シュウ酸洗等により形成されるアルマイ］・層
の硬度は、ＨＶ　２００〜５００程度であるのに比べ、
本発明の摺動材料の摺動向の少なくとも一部を形成する
硬化酸化アルミニウム層は主にα−アルミノ−で構成さ
れるので、該層の硬度は、６００以上であり極めて大き
い。なお該硬度は８００以上も可能である。従って本発
明のＩｉ！肋材料は耐摩耗性に優れる。

また本発明の摺動材料は、その摺動向の全部又は一部を
硬化酸化アルミニウム層とし、他部は未硬化のアルマイ
ト層とづることができる。従って該摺動材料は、従来有
している耐腐食性の機能がほとんど損われることなく耐
摩耗性が向上マーる。

また未硬化のアルマイト層の上部に連続して同質の酸化
アルミニウムの硬化層が存在するので両層の接着性は極
めて良い。従って該硬化酸化アルミニウムがはく脱され
ることがほとんどないので本発明の摺動材料の摺動機能
は優れる。

さらに本発明の摺動材料の母材表面には、多数の溝また
は凹部を有するので、該層または凹部内に潤滑剤を保持
させることができる。従って該摺動材料は、潤滑油が一
時的に供給されないような条件で運転された場合におい
ても油膜の形成がよいので、すべり特性が向上し、極め
て耐摩耗性に優れる。

以下、試験例により本発明を説明する。

試験例１ （１）硫酸法による、以下の酸化処理条件によりアルミ
ニウム合金（ＪＩｓ規格品？ｆｔ’６０６１’）にアル
マイト加工を施した。アルマイト層は、３５μｍｎであ
った−このアルマイト層断面の上部半分の断面部硬度は
、トＩＶ３７０．３’７０．’３’５１．３０２、’３
１１（平均値３４１）であった。硬度測定方法は、いわ
ゆるごッカース硬さ試験法を用い、圧子の押し込み荷重
は２５（ｌとした。そして測定点はアルマイト層断面の
上半分の中間部のうちの２点とした。

酸化処理条件 浴組成：　ｌ−１２８Ｏ４１２ｗｔ％水溶液浴温度：３
℃　電流密度：　２．３Ａ／ｄｍ’（２）上記母材表面
に形成されたアルマイト層をレーザ発振機（マルチモー
ド）を用いて、以下の条件により変質硬化さけた。

レーザビーム照射条祥 レーデパワー：　１　ＫＷ。

照射ビーム径＝４おにび８１１＋１１１、移動速度０．
５．１．２．４ｎ＋７ｎ＋ｉｎ。

上記により変質硬化させた硬化酸化アルミニウム層の断
面部硬度を測定し、その結果を第１表および第１図に示
す。なお第１図にお番ノるＡ線はアルマイト方法が硫酸
法であってビーム径が４１ＩＩＩｌｌの場合の結果を、
Ｂ線は同方法が硫酸法であってビーム径が８Ｉ１１１１
の場合の結果を、Ｃ線はアルマイ１〜方法がシュウ酸洗
であってビーム径が４ｍｍの場合の結果を、Ｄ点は同方
法がシュウ酸洗であってビーム径が８ｍｍの場合の結果
を示す。硬度測定方法は、上記（１）と同様にして行な
った。また上記硬化酸化アルミニウム層の表面電子顕微
鏡写真図を第２図および第３図に、その断面顕微鎖写真
図を第５図に承り。なお第２図および第５図は移動速度
が０　、５　ｍ　／ｍｉｎ　、第３図はそれがΔ、Ｏｍ
／１ｎの場合のものである。

第１表および第１図によれば、レーザビーム径が４ｍｍ
の場合には移動速度が０．５〜４．０＋ｎ　／１ｎであ
ればいずれの場合の硬化酸化アルミニウム層の硬度もＨ
Ｖ７００以上である。特に移動速度が０．５および１　
、０ｍ／ｍｉｎの場合の該硬度は大きく、１−ＩＶ８０
０以上もある。なお母材部近くのアルマイト層の硬度は
、あまり上昇しなかった。また第２図および第３図の写
真によれば、移動速度が０．５ａ３よひ４．　Ｑｍ　／
ｍｉｎのいづ“れの場合も、硬化酸化アルミニウム層の
表面には多くの溝が生じている。なお第３図の写真に示
Ｊように移動速度が４．０ｍ　／ｍｉｎの場合には、そ
れが０．５ｎ＋／ｍｉｎの場合と比べ嵩の生成が少なく
四部が多く生成している。第５図の写真中の白色部分が
アルミニウム合金の母材であり、その上部の黒色層が硬
化酸化アルミニウム層を含んだアルマ−（ト層である。

該アルマイト層の断面には溝の断面が写し出されている
。該層の深さはアルマイト層の半分程度のものが多い。

また渦の深さは表面図でもわかるように移動速度が０．
５ｍ／ｍｉｎの方が４　、０ｍ　／ｍｉｒ＋の場合より
も大きい。

レーザビーム径８ｍｍの場合には、移動速度が０゜５、
ｌ　、　Ｑｍ　／ｍｉｎであっても、それらの場合の硬
化酸化アルミニウム、層の硬度は、第１表および第１図
に示すようにレーザビーム径／Ｉｍｍの場合と比べ小さ
い。なお該硬度は、変質硬化前の未硬化層と比べると大
きい。また、その表面には、溝が十分に生成Ｖずに、浅
い凹地が生じているにずぎない。

上記硬化酸化アルミニウム層の４ｒ４ＮをＸ線回折によ
り検討し、その結果を第６図に示した。第６図に示され
た該硬化酸化アルミニウム層は、試験例１（１）の条件
により形成されたアルマイト層に、ビーム径４ＩＩＩ１
１１、移動速度０．５ｒｎ　／ｍｉｎにお−かてレーザ
ビーム照射して形成されたものである。

伯のレーザビーム照射条件は上記のものと同じである。

第６図に３５いて、回折線（イ）はα−アルミナのもの
、回折ｍ（ロ）はアルミニウム合金系地部ＬＪＩＳ規格
品番６０６１）のもの、回折線（ハ）はε−アルミナと
思われるものと同一の−ｂのである。

なお上記α−アルミナは市販の純物質である素材を用い
た。そしてＸ線の回折条件は以下である。

Ｘ線の回折条件 ターゲット：銅、加速電圧＋４０ＫＶ、電流ニア０ｍ１
ｌｌＡ（純物質のみ５０ｍ＋ｎＡ　）　、Ｘ線照１ｔｆ
ｉｉｆｆｉ　：０．５ｘ１．０１）、テｙブ幅’　０．
０２ｄｅｇ　、プリヒツトタイム：０．２ｓｅｃ。

第６図の結果によれば、上記硬化酸化アルミニウム層は
主にα−アルミナで構成され、他に少■のε−アルミナ
その他の物で構成されている。そして未硬化のアルマイ
ト層の場合は、そのＸ線回折線はほとんど認められない
が、上記硬化酸化アルミニウム層の場合は多くのＸ線回
折線を示した。

従って上記硬化酸化アルミニウム層は、主に非晶質の酸
化アルミニウムの結晶化により生じたα−ノフルミナか
らなるものである。

試験例２ （１）シュウ酸洗による、以下の酸化処理条件にＪ、リ
アルミニウム合金（ＪＩＳ規格品６０６１）にアルマイ
ト加工を施した。アルマイト層は約３５μｍであった。

このアルマイト層断面の上部半分の断面部硬度は、ＨＶ
３２２．３ｏ６．３１１．３２２．３０６（平均値３１
３）であった。硬度測定方法は試験例１（１）の方法と
同じである。

酸化処理条件 浴組成：シュウ酸３％　浴温度：１０℃電流密度：２゜
３Ａ／ｄｎ＋２ （２）上記（１）により母材表面に形成されたアルマイ
ト層を、試験例１（２〉に記載されたレーザビーム照射
条件と同一の条件にて変質硬化させた。そして該変質硬
化された硬化酸化アルミニウム層の硬度を測定し、その
結果を第２表および第１図に示す。また移動速度がＱ、
５ｍ／ｍｉｎの場合における上記硬化酸化アルミニウム
層の表面電子顕微鏡写真図を第４図に示す。

第２表および第１図の結果によれは、レーリ“ビーム径
が４１１１１１１の場合は硬化酸化アルミニウム層のト
１ｖ硬度が６００以上となり、レーザビーム径が３１１
１ｎ＋の場合（ただし移動速度は４．０ｍ　／ｌｌ１ｉ
ｎである）は、硬化酸化アルミニウム層の硬度は十分に
上昇しない。また第４図の結果によれば、硬化酸化アル
ミニウム層の表面には多数の溝が形成されている。以上
の結果はアルマイト方法が硫酸法の場合とほぼ同じであ
り、上部硬化酸化アルミニウム層の断面形状も硫酸法の
場合とほぼ同じである。

なお第４図に示された溝の形状は種々の多角形が連続し
た模様を形成し、その溝し密に生成している点が硫酸法
の場合と相違している。

（３）以上の実験例１および実験例２の結果にＪ：れば
、硫酸法およびシュウ酸洗により形成されたアルマイ１
〜層を、上記のレーザビーム照射条件により主にα−ア
ルミナからなる酸化アルミニウム層に変質硬化させるこ
とにより、従来の２〜３１８の硬度を有する硬化酸化フ
ルミニラム層を形成１Ｊることができる。従ってこの硬
化酸化アルミニウム層を有するアルミニウム合金を摺動
材料としＣ使用すると、該摺動材料の耐摩耗性が向上す
る。

このとき繊維に対する摺動にＪ３　Ｌノる耐摩耗性も向
上するため、紡績機械等における糸を案内するためのい
わゆる糸道等への適用も好ましいものとなる。また硬化
酸化アルミニウム層には溝または凹地が生じるので、こ
こに潤滑剤を保持さけることによりざらに該摺動材料の
耐摩耗性が向上する。

第１表　硬化酸化アルミニウム層の断面部硬度（アルマ
イト方法：硫酸法）第２表　硬化酸化アルミニウム層の
断面部硬度（アルマイト法：シュウ酸洗）

【図面の簡単な説明】

第１図は硬化処理条件と硬化酸化アルミニウム層の断面
部硬度との関係を表わした図、第２図〜第４図は硬化酸
化アルミニウム層の表面の電子顕微鏡写真図、第５図は
硬化酸化アルミニウム層の中ｉ面の顕微鏡写真図、第６
図は硬化酸化アルミニウム層のＸ線回折図である。 特許出願人　株式会社り田自動織ｌ幾製作所代理人　弁
理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　修 同　弁理士　丸山明夫 第２図 、・；　、　゛

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部の表面が摺動向となる摺動材料に
   おいて、 母材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、
   上記摺動面の少なくとも一部は、上記母材表面に形成さ
   れたアルマイト層がレーザビームの照射により変質硬化
   した、ビッカース硬度で６００以上の硬化酸化アルミニ
   ウム層の表面で形成されていることを特徴とする摺動材
   料。
2. （２）摺動面は、母材表面に形成された、未硬化のアル
   マイト層を含む特許請求の範囲第１項記載の摺動材料。
3. （３）硬化酸化アルミニウム層は、表面に多数の溝また
   は凹部をもつ特許請求の範囲第１項記載の摺動材料。
4. （４）少なくとも溝または凹部には、潤滑剤が保持され
   ている特許請求の範囲第３項記載の摺動材料。