JPS63101518A - すべり軸受材の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は内燃機関用のすべり軸受などに用いられるすべ
り軸受材の製造方法に関する。さらに詳しくは、中間層
を介してオーバレイ層を協えたアルミニウム合金軸受材
の製造方法の改良に関するものである。

［従来の技術〕 従来自動車などの内燃機関には、アルミニウム合金製の
すべり軸受材が多用されている。そして近年、自動車内
燃機関の高性能化に伴い、高速回転、高荷重に耐え得る
すべり軸受材が要望されている。さらに、エンジンのメ
ンテナンスフリーの要求から、良好な潤滑性と耐食性と
を併せもつ高性能なすべり軸受材が要望されている。

上記のような高性能のすべり軸受材として、アルミニウ
ム軸受合金の表面に鉛を主成分とするオーバレイ層をも
つすべり軸受材が知られている。

しかしこのオーバレイ層を有するアルミニウム軸受材に
おいては、オーバレイ層からアルミニウム軸受合金への
金属元素の拡散が生じ、性能を長期間維持することは困
難であることがわかっている。

そこでこの不具合を防止あるいは抑制するために、従来
、第１図に示すようにオーバレイ層４とアルミニウム合
金層２との間にニッケル合金などの中間層３を介在させ
、オーバレイ層４からアルミニウム合金層２への金属元
素の拡散を防止したすべり軸受材が知られている。

上記した中間層およびオーバレイ層をもつアルミニウム
軸受材を製造するには、まず炭素鋼などの基材に所定の
アルミニウム合金層を熱圧着などにより形成する。次に
アルミニウム合金層表面に湿式メッキ法にて中間層を形
成し、続いて中間層表面にオーバレイ層を湿式メッキ法
にて形成していＬ　（１ ［発明が解決しようとする問題点］ アルミニウム合金層にニッケルなどの中間層を直接湿式
メッキ法にて形成しようとすると、アルミニウム合金の
酸化膜により、アルミニウム合金と中間層間の密着強度
が低下する、などの問題が生ずる。従って従来は、まず
水酸化ナトリウム等でアルカリ浸蝕した後アルミニウム
合金層表面に亜鉛による置換メッキを施し、その後ニッ
ケルストライクメッキなどで中間層を被着させている。

しかしながらこのように湿式メッキ法により各層を形成
して得られる軸受材は、各層間の密着強度がメッキ液の
濃度、温度、または不純物などの影響を受けて低下し、
軸受性能の安定性、再現性に劣る場合があるという欠点
があった。

また亜鉛置換メッキを施す場合には、クロム酸を含有す
る廃液の処理が必要であり、コスト的にも不利であった
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、各層間
の密着強度に優れたアルミニウム合金軸受材を再規性良
く安定して製造することができ、かつコスト的にも有利
なすべり軸受材の！！造方法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のすべり軸受材の＃Ｒ造方法は、基材表面に形成
されたアルミニウム合金層の表面に中間層を形成する第
１工程と、 該中間層表面に鉛を主成分とするオーバレイ層を形成す
る第２工程と、よりなるすべり軸受材の製造方法におい
て、 該第１工程は物理的薄膜形成法により行なうことを特徴
とする。

基材には炭素鋼などが用いられ、アルミニウム合金層と
基材との結合は従来と同様に熱圧着などにより行なうこ
とができる。なお、アルミニウム合金層の材料としては
、ＳＡＥ規格のＮｏ、７８０　（ＡＩ−６，５８ｎ−１
，５Ｓｉ−１，０Ｃｕ）、Ｎｏ、７８２　（△ｌ−３．
０Ｃｄ−１．Ｏ８１−１，０Ｃｕ）などの合金、または
アルミニウムを主成分とし、錫、鉛、！１県、銅、イン
ジウム、ビスマス、カドミウム、マグネシウム、マンガ
ンなどの添加元素を１〜４０重量％含有する合金など、
従来と同様のものを用いることができる。

第１工程ではアルミニウム合金層表面に中間層が被着さ
れる。本発明の最大の特徴は、この第１工程を物理的薄
膜形成法により行なうところにある。物理的薄膜形成法
には、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンブレーテ
ィング法、イオンビーム蒸着法、イオンビームスパッタ
法などがあり、このいずれも利用することができる。そ
して物理的薄膜形成法で中間層を被着することにより、
湿式メッキ法の場合の各種不具合を解消し、密着強度に
優れた中間層を形成するようにしたものである。

中間層の組成としては、従来と同様に、ニッケル、コバ
ルト、クロム、チタン、および鉄の１種または２種以上
を含有する金属または合金とすることが望ましい。この
ような中間層は鉛を主成分とするオーバーレイ層との相
性がよく、オーバーレイ層との密着強度が一層向上する
。

また、中間層の厚さは５００〜２００００人の範囲とす
るのが良い。５００人より簿いと膜の均一性を雑持する
のが困難であり、大気と接触した時に膜中にガスが混入
して耐疲労性に劣るようになる場合がある。また２００
００人より厚くなると膜中の内部応力が増大し、アルミ
ニウム合金層と中間層との界面から剥離する場合がある
。

アルミニウム合金層表面には、一般に酸化被膜が形成さ
れている。また各種不純物が吸着している場合が多い。

これらは密着強酊に対して悪彰費を及ぼすものであり、
第１工程の前に除去する清浄工程を行なうことが望まし
い。例えば脱脂をもかねたトリクレン洗浄、アセトン超
音波洗浄などを行なうことができる。また必要に応じて
機械的に研磨して酸化被膜などを除去し、その後有機溶
剤に↓る洗浄を行なってもよい。

また、上記洗浄を行なっても、アルミニウム合金層表面
には水酸化物などの吸着層が存在する可能性がある。そ
こで清浄工程としてアルミニウム合金層を真空中で加熱
し、吸Ｍ層を除去するのが望ましい。通常１０″″６７
ｏｒｒ以下の減圧度とされ、１００〜３００℃の加熱温
度が適当である。

１００℃以下では水分が蒸発せず、３００℃以上になる
とアルミニウム合金層に変質が生じる場合がある。

なお、アルミニウム合金層と中間層との密着強度を向上
させ、かつ不純物を除去するために、清浄工程としてア
ルミニウム合金層表面をエツチングすることも好ましい
。例えばアルゴンガス、キセノンガスなどの不活性ガス
のプラズマまたはイオンビームでエツチングする方法が
ある。

上記清浄工程は洗浄、研磨などを除いて真空中で行なわ
れる。また前記第１工程も真空中で行なわれる。従って
本発明の製造方法では、清浄工程と第１工程とは連続し
て行なうことができる。このようにすれば清浄工程後不
純物がアルミニウム合金層表面に吸着するような不具合
が確実に防止され、清浄なアルミニウム合金層表面に中
間層を形成することができる。従ってアルミニウム合金
層と中間層との密着性が一層向上する。

第２工程は上記により形成された中間層表面にオーバレ
イ層を形成する工程である。このオーバレイ層の材質と
しては、潤滑性、耐摩耗性を向上させるために、通常鉛
を主成分とし、錫、インジウム、タリウムの少なくとも
一種を３〜３０重恐％含有する合金が利用される。また
オーバレイ層の硬度を上げるために、１〜３重量％の銅
、または０．０５〜１．０！Ｉｍ％のアンチモンを含有
していてもよい。

第２工程は従来と同様に湿式メッキ法により被着形成す
ることができる。しかしながら、中間層表面に不純物が
吸着し、中間層とオーバレイ層との密着強度が損われる
場合がある。そこで第２工程は、中間層表面にオーバレ
イ層の一部を構成する第１オーバレイ層を物理的ＷＩＩ
Ｉ！形成法に形成形成する予備形成工程と、上記により
形成された薄膜表面に湿式メッキ法によりオーバレイ層
の残部である第２オーバレイ層を形成する本形成工程と
、の２つの工程に分けて行なうのが望ましい。このよう
にすれば予備成形工程は第１工程と連続して真空中で行
なうことができ、得られる第１オーバレイ層と中間層と
が密着性に優れる。そして第１オーバレイ層と、第２オ
ーバレイ層との材質を同一または類似のものとすれば、
第２オーバレイ層のメッキは容易に行なうことができ、
かつ第１オーバレイ層と第２オーバレイ層との密着強度
は極めて高くなる。なお、予備形成工程は第１工程と同
様の方法で行なうことができる。また第１オーバレイ層
と第２オーバレイ層の材質は、上記理由により同一とす
るのが望ましい。

オーバレイ層の膜厚は、２〜３０μｍとするのがよい。

２μｍより薄くなるとオーバレイ層の摩耗、腐蝕が早期
に生じ、軸受としての耐疲労性が悪くなる。また３０゛
μｍより厚くなっても性能の向上はさほど望めず、コス
ト面で不利となる。なお、第２工程を予備形成工程と本
形成工程とに分けて行なう場合は、予備形成工程では１
００〜２００００人の範囲の第１オーバレイ層を形成し
、本形成工程で残部の第２オーバレイ層を形成して、全
体で上記膜厚となるようにするのが良い。第１オーバレ
イ層の厚さが１００人より薄いと中間層表面を均一に被
覆することが困難となり、密着性に劣る場合がある。ま
た２００００大より厚くなると内部応力が高くなり、中
間層とオーバレイ層との界面から剥離する場合がある。

［発明の作用および効果〕 本発明の製造方法では、中間層を形成する第１工程が物
理的薄膜形成法を利用して行なわれる。

従って従来の湿式メッキ法で中間層を被着形成する方法
に比べ、メッキ液の状態、不純物の影響などによる密着
強度の低下を回避することができる。

そして中間層の空孔の発生も防止され、軸受としての耐
疲労性が向上する。またクロム酸などを含む廃液の処理
も必要ないので、コスト面で有利である。

さらにアルミニウム合金層の清浄工程と中間層を形成す
る第１工程とを真空中で連続的に行なうことができる。

従ってアルミニウム合金層と中間層との間に不純物が介
在するのが確実に防止゛され、密着強度Ｊ３よび′Ｍ耐
疲労性一層向上する。

また第２工程を予備形成工程と本形成工捏とに分け、予
備形成工程を物理的薄膜形成法により行なえば、中間層
表面とオーバレイ層との間にも不純物が介在するのが防
止され、密着強度および耐疲労性がさらに向上づる。

すなわち本発明のすべり軸受材の製造方法によれば、密
着強度が高く、耐疲労性に優れたづ“べり軸受材を安定
して低コス１−で製造することができる。

［実施例１ 以下実施例により具体的に説明する。

〈実施例１） （１）清浄工程 第１図にも示すように、炭素鋼（ＳＰＣＧ）＆１表面に
熱圧着された厚さＱ、３ｍｍのアルミニウム合金層２　
（ＳＡＥ規格Ｎｏ、７８０相当）をもつ軸受素材に、ト
リクレン煮沸洗浄およびアセトン超音波洗浄を施し、乾
燥後高周波スパッタリング装置内に配置して５Ｘ１０−
６Ｔｏｒｒまで真空排気した。そしてその状態で軸受素
材全体を１５０℃に加熱して１時開保持し、吸着物を離
脱させた。

冷却侵アルゴンガスを上記装置内に導入して減圧度を５
ｘｌＯ−３Ｔｏｒｒとし、１３．５６Ｍト１　ｚの高周
波電力を印加してアルゴンプラズマを発生させ、１００
Ｗの投入電力で３０分間アルミニウム合金層２表面のス
パッタエツチングを実施した。

（２）第１工程 スパッタエツチングに連続し、ターゲットにニッケルを
配置して４００Ｖの直流電圧を印加し、アルゴンプラズ
マを発生させた。そして４００Ｗの投入電力で２０分間
スパッタリングを行ない、アルミニウム合金層２表面に
ニッケルからなる中間層３を５０００人の厚さで被着形
成した。

（３）第２工程 中間層３をもつ軸受素材を大気中に取出し、３０分以内
に、湿式メッキ法（ホウフッ化鉛とホウフッ化錫のメッ
キ浴中（２７℃）で、２．２△／ｄｍ２の電流密度で４
６０秒間のＰｂ−８ｎメツキを施した後、スルファミン
酸インジウムのメッキ浴中（２７℃）で、２．２　Ａ　
ｄ　ｍ　２Ｑ）　電流密度で６０秒間のｉｎメッキを施
した。） によりＰｂ−８ｎ−１ｎ合金からなるオーバレイ層４を
被着形成した。なＪ３、このオーバレイ層４の組成はＰ
ｂ−１０％３ｎ−５％Ｉｎであり、厚さは５μｍであっ
た。

（４）試験 上記により１ｑられたずべり軸受材について以下の条件
で耐疲労試験を行なった。また同時に摩耗量も測定した
。それぞれの結果を第４図Ｊりよび第５図に示す。

試験条件 試験機・・・往復動荷重試験機 回転数・・・２００ｒｌ）ｍ 面圧・＝　３００　＋　４０　ｋ　ａ　／　ｃ　ｍ　’
潤滑油・・・５ＡＥ１０Ｗ−３０ 給油温度・・・１１０±５℃ 軸材質・・・８５５Ｇ焼入（ト（ｖ＝５００〜６０軸あ
らさ・・・Ｏ５４〜０．６μｍＲｚ（実施例２） 第１工程までは実施例１と全く同様にしてアルミニウム
合金層２表面にニッケル中間層３を形成した。

次に真空状態を維持したまま、Ｐｂ−３ｎ合金をターゲ
ットとして、第２図に示すように、直流スパッタリング
法により第１オーバレイ層５を被管形成した。この第１
オーバレイ層５の組成はＰｂ−１０％５ｒｒｒあり、厚
さは５０００Ａであった。

続いて第１オーバレイ層５をもつ軸受素材を大気中に取
出し、３０分以内にＰｂ−３ｎ−１ｎ合金からなる第２
７１−バレイ層６を実施例１と同様の湿式メッキ法によ
り、第１オーバレイ層５表面に被着形成した。１ｑられ
た第２オーバレイ層６の組成はＰｋ）−１０％５ｎ−５
％ｌｎであり、厚さは５μｍであった。

得られたすべり軸受材は実施例１と同様の試験に供され
、結果を第４図および第５図に示ず。

（従来例） 実施例１と同様のアルミニウム合金層２をトリクレン煮
沸洗浄し、続いて水酸化ナトリウムにてアルカリ浸蝕し
た後、亜鉛ｆｆｆｆ換メッキメツキびニッケルストライ
クメッキを施して、第３図にも示すようにニッケル中間
１ｉｊ７を被着形成した。この中間層７の厚さは２μｍ
であった。

続いてＰｂ−３ｎ−１ｎ合金からなるオーバレイ層８を
実施例１と同様の湿式メッキ法により、中間層７表面に
被着形成した。１１１られたオーバレイ層８の組成はＰ
ｂ−１０％５ｎ−５％【ｎであり、厚さは５μｍであっ
た。

得られたすべり軸受材は実施例１と同様の試験に供され
、結果を第４図および第５図に示す。

（評価） 第４図および第５図より明らかに、本発明の製造方法に
より得られた実施例品は、従来の製造方法により１！７
られた従来品に比べて、耐疲労性に優れ、かつ摩耗量も
少ない。これは、アルミニウム合金層の清浄工程および
第１工程を真空中で連続して行なったため、不純物の影
響が少なく、アルミニウム合金層と中間層との密着強度
が向上した効果によるものであることが明らかである。

また実施例１よりも実施例２の製造方法による軸受材の
方が、耐疲労性および摩耗量の結果に優れている。これ
は第１工程と第１オーバレイ層を形成する予備形成工程
とを真空中で連続して行なったために、中間層とオーバ
レイ層との密着強度が向、トした効果によるものである
ことが明らかである。

なお従来例のすべり軸受材の疲労は、メッキ浴中の有機
添加剤の巻き込み、またはマトリックスエッヂング残査
によると考えられる空孔からの疲労発生であり、湿式メ
ッキ特有の疲労であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一実施例により得られたす
べり軸受材の説明断面図である。第２図は本発明の製造
方法の第２の実施例により得られたすべり軸受材の説明
断面図である。第３図は従来の製造方法により得られた
すべり軸受材の説明断面図である。第４図は疲労が発生
するまでの時間を示す棒グラフである。第５図は試験時
間と摩耗量の関係を示す折線グラフである。 １・・・基材　　　　　　２・・・アルミニウム合金層
３．７・・・中間層　　　　４．８・・・オーバレイ層
５・・・第１オーバレイ層　６・・・第２オーバレイ層
特許出願人　　株式会社豊田中央研究所向　　　　大豊
工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材表面に形成されたアルミニウム合金層の表面
   に中間層を形成する第１工程と、 該中間層表面に鉛を主成分とするオーバレイ層を形成す
   る第２工程と、よりなるすべり軸受材の製造方法におい
   て、 該第１工程は物理的薄膜形成法により行なうことを特徴
   とするすべり軸受材の製造方法。
2. （２）第２工程は、中間層表面にオーバレイ層の一部を
   構成する第１オーバレイ層を物理的薄膜形成法により形
   成する予備形成工程と、 該第１オーバレイ層表面に湿式メッキ法によりオーバレ
   イ層の残部である第２オーバレイ層を形成する本形成工
   程と、からなる特許請求の範囲第１項記載のすべり軸受
   材の製造方法。
3. （３）第１工程の前に真空中でアルミニウム合金層表面
   を清浄にする清浄工程を行ない、該第１工程は真空状態
   を維持したまま該清浄工程と連続して行なう特許請求の
   範囲第１項記載のすべり軸受材の製造方法。
4. （４）中間層はニッケル、コバルト、クロム、チタン、
   および鉄の１種または２種以上を含有する金属または合
   金である特許請求の範囲第１項記載のすべり軸受材の製
   造方法。