JPS6164887A - 耐摩耗性摺動部材 - Google Patents

耐摩耗性摺動部材

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JPS6164887A
JPS6164887A JP18430984A JP18430984A JPS6164887A JP S6164887 A JPS6164887 A JP S6164887A JP 18430984 A JP18430984 A JP 18430984A JP 18430984 A JP18430984 A JP 18430984A JP S6164887 A JPS6164887 A JP S6164887A
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plating
ceramic
ceramics
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正佳 臼井
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、エンジン部品、パルプ、シール・リング、軸
受等の高速運動する摺動部に使用されるチャンネル型や
ビンポイント型のポーラスクロムメツ中を施行した摺動
部材の耐摩耗性、耐焼つき性を改良した耐久性にすぐれ
た耐摩耗性摺動部材に関するものである。
〔従来の技術及び問題点〕
従来、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等各種エ
ンジンのシリンダライナー、ピストンリング、ピストン
リング、パルプ、パルプガイド等の摺動部は、金属基材
に硬質クロムメッキを施行した摺動部材が主として用い
られている。
しかしながら、最近、自動車、船舶、その他の各種産業
車の高速化や高負荷化、さらに燃料の低質化等に伴ない
硬質クロムメッキの異常摩耗や焼つき等の問題がおこっ
て来ており、これら性能の改善が要望されている。
一方、金属基体にセラミックス又は金属とセラミックス
の複合材を溶射コーティングし、セラミックスの耐熱性
や耐摩耗性といった特性を摺動部に適用する方法が多く
提案され、実用化の検討がされている。
この溶射コーティングは、金属基材への接着が機械的結
合であるためコーティング皮膜と基材との結合強度が比
較的弱く、強振動下や熱サイクルの下での使用に対し、
剥離損傷並びにコーティング皮膜の均一な厚さ及び平滑
さ等の調整のため研摩仕上げを行なう必要がるシ、コス
ト高となる等といった問題があった。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明者は、
これらの問題を解決し、耐摩耗性、耐焼つき性にすぐれ
た摺動部材を得べく多くの研究を重ねた結果、金属基体
に施したポーラスクロムメッキの中に無数に存在する微
細な溝やビット部のような微細凹部に、セラミックスを
充填することによって目的を達し得ることを見出して本
発明をなしたものである。すなわち、本発明は、金属基
体表面に被覆されたポーラスクロムメッキに形成されて
いる微細凹部にCr2O3セラミックス又は3102、
A7203、SiC,Si3N4、LiF 、 CaF
zのうちから選ばれた少なくとも1種類の化合物とCr
abs との複合セラミックスが充填されて摺動面が硬
質クロム面とセラミックス面とから形成されている耐摩
耗性摺動部材である。本発明において使用する金属基体
としては、鉄基金属であって、たとえば、ねずみ鋳鉄、
球状黒鉛鋳鉄、炭素鋼などがあげられる。
これら金属基体表面に施行するポーラスクロムメッキは
、一般に従来から各種エンジン類等の摺動部材に実用さ
れている方法によって所定の多孔率を有するチャンネル
型、ビンポイント型あるいはインターメジエート型とし
て製造市販されておシ容易に得ることができる。
次に、ポーラスクロムメッキのRMfi凹部に充填する
セラミックスのうちCr2O3セラミック源は、Cr2
O3100重量部を水65重量部に溶解し、水によって
比重1.65〜1.7に:ara製したH2Cr 04
濃水溶液を使用する。又、SiO2、ZrO□、AAf
203、SiC,Si3N4、LiF、 CaF2のう
ちから選ばれた少なくとも1種類の化合物とCr2O3
との複合セラミック源は、各セラミック源はいずれも、
粒度が10μm以下、好ましくは平均粒径が3μm以下
にした粉末が好ましく、ZrO2は、安定化処理した安
定化ZrO2、Al1203はα−kJzo3であるこ
とが好ましく、Cr2031”l:前述のような濃水溶
液に調製して用いるものであって、この濃水溶液と前記
各セラミック粉末とをスラリー状として使用する。
このようなセラミック源を用いポーラスクロムメッキの
微細凹部にセラミックスを形成させるためには、Cr2
03m水溶液単独又はこれとセラミック源粉末とからな
るスラリーを施行するものであって、まず、金属部材の
前処理としてクロムメッキ面以外の表面部にセラミック
源が付着しないよつに有機質塗料又はテープ等でマスク
しておいて、前記濃水溶液又はスラリー中に浸漬し、メ
ッキ面のチャンネル溝及びビットなど微細凹部にセラミ
ック源を充填する。この充填は、常圧で施行し得るが、
0.1〜1 mmHgの減圧、又は、2〜4 K97c
m”の加圧のもとて5〜10分間保持することが好まし
く、常圧に戻して5〜IO分後に部材を取出す。ついで
、この処理物を加〜ω℃において十分に乾燥し、加熱炉
において7〜10°C/分の昇温速度で温度をめげ、3
70〜500℃において、:う0〜60分間加熱処理を
行ない冷却後、メッキ面に付着したセラミック膜をパフ
研磨して除去する。
この処理によって、H2CrO4が分解して生成する極
微細なCr2O5の結合作用によF)Crz○3粒子相
互、又は、前記セラミック源粉末の粒子とCr2O3粒
子とからなる複合セラミックスとして硬化体を形成し、
これがメッキの微細凹部の内面さらに金属基体とに強固
に結合するものである。
次に、メッキの微細凹部に充填したセラミックスの組織
を強化するために)(2CrO4濃水溶液による処理を
行なうことが好ましい。すなわちH2CrO4濃水溶液
を刷毛塗)又は前記と同様な浸漬等によって、セラミッ
クスの気孔部に含浸し、乾燥後、加熱する処理を行なう
。しかして、この処理は、少なくとも1回以上、好まし
くは4〜10回反復して行なうことが望ましく、これに
よシセラミックスの強化と緻密化を行ない得るものであ
り、セラミックスとメ。ツキ又はこれらと金属基体とが
同時に結合強化されるものである。この処理は、前記の
セラミックス充填処理と同様な灸件で行ない、メッキ表
面に付着した付着物は、1〜2回の処理ごとにパフ研磨
して除去することが好ましい。このH2CrO4濃水溶
液による反復処理の回数は、メッキ面の微細凹部に形成
されたセラミックスの硬度や機密性に関連するものであ
るが、この反復回数が比較的少ない、たとえば3〜4回
においては、気孔が若干残留しており、これは潤滑油の
保持には好都合である。又、CaFzやLiF2 を含
有させたセラミックスで処理回数の多いたとえば9〜1
0回施行することによってセラミックスは緻密質となり
、硬度が増大し得るものである。
このようにして緻密であシ硬度の高いセラミック層を形
成させ得て、高温度領域で無祠滑剤のもとにおいても低
摩擦係数の耐摩耗性摺動部材を得ることができる。
ナオ、ポーラスクロムメッキの多孔率は、その大小にか
かわらず耐熱、耐摩、耐荷重性のすぐれた性能を前記の
処理によって賦与し得るのではあるが、15〜50%で
あることが好ましく、気孔率が30%以上のように大き
い場合には、チャンネルの巾や長さ及び閑さやビットの
穴径等が大きいのでスラリー状セラミック原料を使用し
て施行することが好ましく、H2cro4水溶液による
セラミック部、メッキ部及び基体金属間相互の結合強化
の処理回数を少なくし得るものである。
〔発明の効果〕
硬質クロムメッキが常温付近においてに一般に用いられ
る金属材料のうちで摩擦係数が最小のものであり、耐摩
耗性がもつともすぐれているものであり、一方、Cr2
O3又はCr2O3を含有するセラミックスが比較的高
い温度において摩擦係数が小さく、又、耐荷重性、付焼
つき性がすぐれ、とぐに、これらセラミック成分にCa
F2やLiF等を含有させたものは一段と高い温度の耐
摩耗性摺動部材とし得るものであるが、本発明の#摩耗
性摺動部材は、金属基部材にポーラスクロムメッキを施
し、メッキに形成されている微細凹部にCr2O3セラ
ミックス又はCr2O3を含有する混合セラミックスを
充填するようにして形成したものであるから、硬質クロ
ム及びセラミックスといった異質の材料が相互に強靭に
結合しているとともに金属基体との結合をも強化てれて
おり、このような被覆が金属基体表面に形成されている
ことによって、低温度から高温度まで広い温度領域に亘
9耐荷重性、耐摩性、付焼つき性にすぐれた摺動面とし
得、しかもこれが比較的低い熱処理温度と簡易な処理工
程とによって容易に得られ、かつ、複雑な形状をした部
品や精密な部品としても容易に得られるなどすぐれた効
果が認められる。
次に、本発明の英施例を述べる。
実施例】 (1)  H2CrO=濃水浴液の調製CrC+alO
O重量部を水65重量部に溶解し、比重約1.7のH2
CrO4濃水溶液を調製した。
(2)金属基体 (イ) ファレツクス摩擦摩耗試旅用円筒形ビン及び■
ブロック ねずみ鋳鉄(FC−25)を用い、6.51φ×40間
の円筒形ビンとV溝を有する1対のブロック(90°)
V uj; 12 vmφ溝深さ3.7%)に、多孔率
5〜30%のチャンネル型ポーラスクロムメッキを施し
て調製した。
(O)大越弐M擦摩耗試験用円板 鋳鉄(F”C−35)を用い、24叫φ×6胴の円板に
、多孔率5〜30係のチャンネル型ポーラスクロムメツ
ギを施して調製した。
(3)セラミックスの形成 (2)−(イ)、(ロ)で調製したポーラスクロムメッ
キした金属基体を(11で調製したH2CrO4濃水溶
液中に浸漬し、Q、lmmHgの減圧下において5分間
保持し、常圧に戻してさらに7分間静置してメッキの溝
及びビット内に溶液を充填する。ついで約45°Cで4
0分間乾燥した後、電気炉を用いて8℃/分の速度で温
度を上げ460℃において加分間熱処理を行った。この
処理によシメツキ面には薄いCr2O3皮膜が付着する
ので、これをパフ研磨して除去した。
ついで、メッキの溝及びビット内に形成されたCrzO
sセラミックスの気孔部に82CrOa濃水溶液を含浸
させるため、前記と同様にしてH2Cr04d水浴液を
含浸−乾燥−加熱する処理を4回反復処理し、最後に摺
動部面をパフ仕上げして円筒形ビン及び円板を製作し次
(4)  摩擦摩耗試験 (イ) ファレツクス試験機による試験(3)によって
製作したH筒形ビンの両側面に回転軸に対して直角にV
溝を有する一対のブロック(900のV溝、12mm1
’、深さ3.7rIrm)を両側から荷重をかけて押付
けて滑シ摩擦を測定する。すなわち、試料の温度を30
0℃に保持し、荷重はラチェット歯車の回転によって2
0にり17分の割合で増加するようにし、エステル系潤
滑油を潤滑油として用い、荷重を変えて摩擦係数を求め
た。
この結果は次表に示すようであるが、300℃のような
比較的高い温度においても耐荷重性(付焼つき性)が非
常にすぐれていることが認められた。
(ロ)大越式試験 (3)によって製作した円板を回転させ、この円板に、
固定し念相手材を押し付けて滑シ摩擦を測定するもので
ある。すなわち、相手材として鋳鉄(FCD )の円筒
ビン(4消φ)を用い、押付は最大荷重2.5Kzf(
面圧20 Kf f /an2)、潤滑油としてシリコ
ーン油を用い4.0m/分で滴下給油した。なお、摩擦
部の速度は3m/分とした。結果を次表に示す。
以上の結果から、不発明品は、従来の硬質クロムメッキ
だけのものに較べ一段とすぐれたit摩耗性摺動部材で
あることが認められた。
実施例2 (1)  セラミックスラリ−の調製 いずれも粒径6μm以下の平均粒径約1μmの微粉末と
したCrzOs 、安定化Zr(h、α−Aip、Os
、CaFzを用い、Cr20z 40重量部、安定化Z
rO210重金部、α−k120s 10 N k部、
CaFz 10重片部を実施例1−(1)と同様にして
調製したH2CrO4濃水溶液25重量部及び純水30
重量部とに配合し、アルミナ質ボールミルを用い、40
時間粉砕混合してスラリーを調製した。
(2)金属基体の調製 ポーラスクロムメッキの多孔率を約45チとした以外は
、実施例1−(21−←)及び(ロ)と同様にして円筒
形ビンV溝を有する1対のブロック及び円板を調製した
(3)  セラミックスの形成 実施例1−(3)と同様にしてメッキの微細凹部へのス
ラリーの充填−乾燥−加熱処理を行ないセラミックスを
形成させ、さらに、同様にしてH2Cr O4濃水溶液
処理t−7回繰返し行ない、パフ研M圧上げを行なって
セラミックスを形成した。
(4)  摩擦摩耗試験 実施例1−(4)と同様にして7アレツクス試験機によ
る耐荷重性を調べ、大越式試験機による耐摩耗性を測定
した。これらの結果を次表に示す。
これらの結果から、広い温度範囲に亘シ耐摩耗性、耐荷
重性にすぐれていることが認められた。
比較例1 実施例1−(2)−(イ)及び(ロ)と同様に多孔率1
5〜20係の硬質クロムメッキ処理をしただけの金属部
材を使用して実施例1−(41−(ロ)と同様にして摩
擦摩耗試験を行なった。結果を次表に示す。
比較例2 実施例2−(21−(イ)及び(ロ)と同様に多孔率6
〜30係の硬質クロムメッキをしただけの金属部材を使
用し、実施例1−(41−(ロ)と同様にして摩擦摩耗
試験を行なった。結果を次表に示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)金属基体表面に被覆されたポーラスクロムメッキに
    形成されている微細凹部にCr_2O_3セラミックス
    又はSiO_2、ZrO_2、Al_2O_3、SiC
    、Si_3N_4、LIF、CaF_2のうちから選ば
    れた少なくとも1種類の化合物とCr_2O_3との複
    合セラミックスが充填されて摺動面が硬質クロム面とセ
    ラミック面とから形成されてなることを特徴とする耐摩
    耗性摺動部材。
JP18430984A 1984-09-03 1984-09-03 耐摩耗性摺動部材 Granted JPS6164887A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0489930U (ja) * 1990-09-20 1992-08-05
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US8993119B2 (en) 2006-04-19 2015-03-31 Ropal Europe Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate

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JPS643951B2 (ja) 1989-01-24

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