KR102285657B1

KR102285657B1 - 미끄럼 이동 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102285657B1
Application number: KR1020207011085A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 이자와
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2021-08-05
Also published as: KR20180030918A; EP3333283A1; JPWO2017022505A1; MX2018001341A; MY193663A; CA2994633C; KR20200043522A; CN107849699A; EP3333283A4; EP3333283B1; US20180223902A1; RU2682361C1; US10364844B2; CA2994633A1; BR112018002318B1; CN114016015A; JP6519962B2; BR112018002318A2; WO2017022505A1

Abstract

미끄럼 이동 부재는, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이, 석출 경화계 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어진다. 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 상기 미끄럼 이동 부재의 제조 방법이며, 비용융 상태이고, 또한 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말, 또는 당해 제1 분말 및 당해 제1 분말보다 경질인 제2 분말을 포함하는 혼합 분말을, 상기 기재 상에 분사하여, 상기 피막층을 당해 기재 상에 형성하는 공정을 포함한다.

Description

미끄럼 이동 부재 및 그 제조 방법 {SLIDING MEMBER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 미끄럼 이동 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 우수한 고온 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 미끄럼 이동 부재는, 예를 들어 고온 환경하에서 사용되는 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 적용하는 것이 적합하다. 구체적으로는, 실린더 헤드 및 밸브 시트에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부, 엔진 밸브에 있어서의 밸브 페이스나 엔진 밸브에 있어서의 밸브 가이드와의 미끄럼 이동 부위, 베어링 기구의 베어링 메탈에 적용하는 것이 적합하다.

종래, 특허문헌 1은 냉간에서 가공 유기 변태를 발생시킴으로써 기재의 표면에 경질 피막을 형성하는 것을 가능하게 한 경질 피막의 형성 방법을 개시하고 있다. 그리고, 이 경질 피막의 형성 방법은, 기재의 표면에 고상 상태의 금속 분말을 압축성 기체를 매체로 하여 분사하여 경질의 금속 피막을 형성하는 경질 피막의 형성 방법이며, 당해 금속 분말은 가공 유기 변태가 발생하는 금속 재료로 구성되어 있고, 당해 금속 분말을 당해 가공 유기 변태가 발생하는 고속으로 당해 기재에 부딪침으로써, 당해 금속 분말을 편평하게 소성 변형시키면서 당해 기재의 표면에 몇 겹이나 퇴적시키고, 또한 퇴적된 당해 금속 분말에 당해 가공 유기 변태를 발생시켜 당해 기재에 부딪치기 전의 당해 금속 분말보다 높은 경도의 금속 피막을 당해 기재의 표면에 형성하는 것을 특징으로 한다.

일본 특허 제5202024호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 경질 피막은, 고온 내마모성이 불충분하다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술이 갖는 과제에 비추어 이루어진 것이다. 그리고, 본 발명은, 우수한 고온 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법 및 미끄럼 이동 부재를 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 피막층을 기재 상에 형성함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 미끄럼 이동 부재는, 기재와, 당해 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 당해 피막층이, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 것이다.

또한, 본 발명의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 상기 본 발명의 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 것이다.

또한, 본 발명의 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 기재와, 당해 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 당해 피막층이, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체, 또는 당해 복수의 제1 입자 및 당해 제1 입자보다 경질인 복수의 제2 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 미끄럼 이동 부재의 제조 방법이다. 이 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 비용융 상태이고, 또한 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말, 또는 당해 제1 분말 및 당해 제1 분말보다 경질인 제2 분말을 포함하는 혼합 분말을, 상기 기재 상에 분사하여, 상기 피막층을 당해 기재 상에 형성하는 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 우수한 고온 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법 및 미끄럼 이동 부재를 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 III선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 IV선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 VII선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다.
도 8은 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 내연 기관의 베어링 기구를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 마모 시험 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 11은 실시예 4의 미끄럼 이동 부재에 있어서의 단면 주사형 전자 현미경(SEM) 상이다.
도 12는 실시예 4의 미끄럼 이동 부재에 있어서의 에너지 분산형 X선(EDX) 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재, 내연 기관의 미끄럼 이동 부재, 실린더 헤드, 밸브 시트, 엔진 밸브, 내연 기관의 베어링 기구, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

(제1 실시 형태)

먼저, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에서 인용하는 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있고, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(1)는, 기재(10)와, 기재(10) 상에 형성된 피막층(20)을 구비한 것이다. 그리고, 이 피막층(20)은, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자(23)를 포함하는 입자 집합체(21)로 이루어진다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 기재(10)가 소성 변형부(10a)를 갖고, 피막층(20)이 소성 변형부(20a)를 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서, 석출 경화형 구리 합금이라 함은, 석출 경화된 후의 구리 합금만을 의미하는 것이 아니라, 석출 경화되기 전의 구리 합금을 포함하는 것을 의미한다. 그리고, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자에 있어서, 모든 제1 입자가 석출 경화된 후의 구리 합금으로 이루어지는 입자인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자에 있어서, 일부의 제1 입자가 석출 경화된 후의 구리 합금으로 이루어지는 입자이고, 잔부의 제1 입자가 석출 경화되기 전의 구리 합금으로 이루어지는 입자여도 된다. 또한, 예를 들어 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자에 있어서, 모든 제1 입자가 석출 경화되기 전의 구리 합금으로 이루어지는 입자여도 된다. 또한, 석출 경화형 구리 합금은, 입자 분산 강화형 구리 합금이라고 불리는 경우도 있다.

상술한 바와 같이, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성은 반드시 필요한 것은 아니지만, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다.

현 시점에 있어서는, 이하와 같은 이유 중 적어도 하나에 의해, 그 효과가 얻어졌다고 생각되고 있다.

상세하게는 후술하지만, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말을 기재 상에 분사하면, 제1 분말이 기재에 충돌하였을 때, 예를 들어 기재가 그 표면에 기재와 피막층의 밀착성을 저해하는 산화 피막을 갖는 경우에, 그 산화 피막이 제거되어, 피막층과의 밀착성이 우수한 신생 계면이 기재에 노출 형성되기 때문이라고 생각된다.

또한, 예를 들어 제1 분말이 기재나 기재에 부착된 제1 입자에 충돌하였을 때, 그 운동 에너지의 일부가 열에너지로 변환되어, 기재와 제1 분말 사이나 제1 분말과 제1 입자 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산이 진행되기 때문이라고도 생각된다.

또한, 예를 들어 제1 분말이 기재에 충돌하였을 때, 제1 분말이 기재에 깊이 박힘에 따른 앵커 효과에 의해, 바꾸어 말하면, 기재에 편평한 오목부로 이루어지는 소성 변형부가 형성됨으로써, 기재와 피막층의 밀착성이 향상되기 때문이라고도 생각된다.

또한, 예를 들어 제1 분말이 기재나 기재에 부착된 제1 입자에 충돌하였을 때, 제1 분말이나 제1 입자가 편평 형상으로 됨으로써, 바꾸어 말하면, 피막층에 편평 형상의 제1 입자가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부가 형성됨으로써, 제1 입자와 제1 입자 사이에 있어서의 간극이 적어져, 입자 집합체에 있어서의 제1 입자끼리의 밀착성이 향상되기 때문이라고도 생각된다.

또한, 예를 들어 제1 분말이 기재나 기재에 부착된 제1 입자에 충돌하였을 때, 기재에 편평한 오목부가 형성되는 과정이나, 제1 분말이나 제1 입자가 편평 형상으로 되는 과정에 있어서, 바꾸어 말하면, 기재나 피막층에 소성 변형부가 형성되는 과정에 있어서, 소성 변형에 의한 발열에 의해, 기재와 제1 분말 사이나 제1 분말과 제1 입자 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산이 진행되기 때문이라고도 생각된다.

단, 상기한 이유 이외의 이유에 의해 상술한 바와 같은 효과가 얻어졌다고 해도, 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

여기서, 각 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

상기 기재(10)로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상세하게는 후술하는 미끄럼 이동 부재의 제조 방법, 즉, 피막층의 형성 방법에 적용할 수 있는 금속인 것이 바람직하다. 물론, 미끄럼 이동 부재가 적용되는 고온 환경하에서 사용 가능한 것으로 하는 것은 물론이다.

금속으로서는, 예를 들어 종래 공지의 알루미늄이나 철, 티타늄, 구리 등의 합금을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 알루미늄 합금으로서는, 예를 들어 일본 공업 규격으로 규정되어 있는 AC2A, AC8A, ADC12 등을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 철 합금으로서는, 예를 들어 일본 공업 규격으로 규정되어 있는 SUS304, 철계 소결 합금 등을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 구리 합금으로서는, 예를 들어 베릴륨 구리나 구리 합금계 소결 합금 등을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피막층(20)으로서는, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다.

*예를 들어, 피막층의 두께는 적용되는 부위의 온도나 미끄럼 이동 환경에 따라 적절하게 조정하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 0.05 내지 5.0㎜로 하는 것이 바람직하고, 0.1 내지 2.0㎜로 하는 것이 보다 바람직하다. 0.05㎜ 미만이면 피막층 자체의 강성이 부족하기 때문에, 특히 기재 강도가 낮은 경우에 소성 변형을 일으키는 경우가 있다. 또한, 10㎜ 초과이면, 성막 시에 발생하는 잔류 응력과 계면 밀착력의 관계에 의해 피막의 박리가 발생할 가능성이 있다.

예를 들어, 피막층의 기공률이 크면 강도가 부족하여, 고온 내마모성을 저하시킬 가능성이 있다고 하는 관점에서, 피막층의 기공률은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 그리고, 보다 우수한 열전도성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 할 수 있다고 하는 관점에서, 피막층의 단면에 있어서의 기공률은 3면적％ 이하인 것이 바람직하고, 특히 0면적％인 것이 바람직하다. 또한, 현 시점에 있어서는, 기공률을 0.1면적％까지 저감시키는 것이 가능하게 되어 있기 때문에, 고온 내마모성이나 열전도성, 나아가 생산성 등의 관점에서, 0.1 내지 3면적％로 하는 것이 바람직하다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다. 또한, 피막층의 단면에 있어서의 기공률은, 예를 들어 피막층에 있어서의 단면의 주사형 전자 현미경(SEM) 상 등의 관찰 및 단면 주사형 전자 현미경(SEM) 상의 2치화 등의 화상 처리에 의해 산출할 수 있다.

또한, 석출 경화형 구리 합금으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 니켈 및 규소를 포함하는 석출 경화형 구리 합금, 바꾸어 말하면, 이른바 콜슨 합금이라고 불리는 것을 적용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 크롬을 포함하는 석출 경화형 구리 합금, 바꾸어 말하면, 이른바 크롬 구리라고 불리는 것이나, 지르코늄을 포함하는 석출 경화형 구리 합금, 바꾸어 말하면, 이른바 지르코늄 구리라고 불리는 것을 적용할 수도 있다. 또한, 예를 들어 니켈, 규소 및 크롬을 포함하는 석출 경화형 구리 합금, 니켈, 규소 및 지르코늄을 포함하는 석출 경화형 구리 합금, 니켈, 규소, 크롬 및 지르코늄을 포함하는 석출 경화형 합금, 크롬 및 지르코늄을 포함하는 석출 경화형 구리 합금 등을 적용할 수도 있다.

예를 들어, 니켈 및 규소를 포함하는 석출 경화형 구리 합금에 있어서는, 보다 우수한 열전도성을 갖는 것으로 될 수 있다고 하는 관점에서, 니켈의 함유량이 1 내지 21질량％인 것이 바람직하고, 규소의 함유량이 0.2 내지 8질량％인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 크롬을 포함하는 석출 경화형 구리 합금에 있어서는, 보다 우수한 열전도성을 갖는 것으로 될 수 있다고 하는 관점에서, 크롬의 함유량이 0.02 내지 1질량％인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 니켈 및 규소를 포함하는 석출 경화형 구리 합금에 있어서는, 규화니켈(Ni₂Si)을 석출시킨다고 하는 관점에서, 니켈과 규소의 함유량의 비(Ni:Si)가 질량비로 3.5 내지 4.5:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다. 또한, 상기한 석출 경화형 구리 합금에, 다른 원소를 첨가해도 되는 것은 물론이다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그것들과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 III선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 또한, 도 4는, 도 2에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 IV선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(2)는, 입자 집합체(21)가, 복수의 제1 입자(24) 중 적어도 일부의 내부 또는 표면(24a)에 적어도 하나의 석출 상(25)을 포함하는 구성이, 상기한 제1 실시 형태와 상이하다. 또한, 도 2 내지 도 4에 있어서는, 복수의 제1 입자의 내부 및 표면(24a) 중 한쪽 또는 양쪽에 석출 상(25)을 포함하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 제1 입자(24)에 있어서의 석출 경화형 구리 합금은, 첨가 원소로서, 니켈 및 규소를 포함하는 것이다. 이 경우, 석출 상은, 대표적으로는, 규화니켈(Ni₂Si)로 이루어지는 것이다. 또한, 도시하지 않지만, 복수의 제1 입자의 일부의 내부 및 표면 중 한쪽 또는 양쪽에 석출 상을 포함하는 경우도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지고, 입자 집합체가 복수의 제1 입자 중 적어도 일부의 내부 및 표면 중 한쪽 또는 양쪽에 적어도 하나의 석출 상을 포함하는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성은 반드시 필요한 것은 아니지만, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다.

현 시점에 있어서는, 이하와 같은 이유에 의해, 그 효과가 얻어졌다고 생각한다.

상세하게는 후술하지만, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말을 기재 상에 분사하면, 예를 들어 제1 분말이 기재나 기재에 부착된 제1 입자에 충돌하였을 때, 그 운동 에너지의 일부가 열에너지로 변환되어, 제1 분말 및 제1 입자 중 적어도 한쪽의 석출 경화형 구리 합금에 있어서의 석출 경화가 촉진되기 때문이라고 생각된다.

(제3 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그것들과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 5는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(3)는, 기재(10)와 피막층(20) 사이의 전체에 걸쳐 형성된 소정의 중간층(30)을 구비한 구성이, 상기한 제2 실시 형태와 상이하다. 여기서, 소정의 중간층(30)은, 확산층 혹은 금속간 화합물층 또는 확산층 및 금속간 화합물층을 포함하는 것이다. 또한, 중간층이 확산층을 포함하는 것인 경우에는, 중간층이 확산층인 경우를 포함한다. 또한, 중간층이 금속간 화합물층을 포함하는 것인 경우에는, 중간층이 금속간 화합물층인 경우를 포함한다.

상술한 바와 같이, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층과, 기재와 피막층 사이의 적어도 일부에 형성된 확산층 및 금속간 화합물층 중 적어도 한쪽을 포함하는 중간층을 구비하고, 피막층이 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성은 반드시 필요한 것은 아니지만, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 기재와 피막층 사이의 전체에 걸쳐 확산층 및 금속간 화합물층 중 적어도 한쪽을 포함하는 중간층이 형성되어 있는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다.

상세하게는 후술하지만, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말을 기재 상에 분사하면, 예를 들어 제1 분말이 기재에 충돌하였을 때, 그 운동 에너지의 일부가 열에너지로 변환되어, 기재와 제1 분말 및 제1 입자 중 적어도 한쪽과의 사이에서 각각에 포함되는 성분 원소의 확산이 일어나, 기재와 피막층 사이에 확산층 및 금속간 화합물층 중 적어도 한쪽을 포함하는 중간층이 형성되기 때문이라고 생각된다.

여기서, 상기 중간층(30)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 중간층은, 확산층 혹은 금속간 화합물층 또는 확산층 및 금속간 화합물층을 포함하는 것이다. 확산층으로서는, 조성에 대해 경사 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 그러나, 확산층은, 조성에 대해 경사 구조를 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 금속간 화합물층을 포함하는 중간층으로서는, 금속간 화합물층이 조성에 관하여 경사 구조를 갖는 확산층 사이에 끼인 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 중간층은, 예를 들어 기재에 포함되는 성분 원소와 제1 입자에 포함되는 성분 원소로 구성되어 있다. 구체적으로는, 기재로서 알루미늄 합금을 적용한 경우에는, 알루미늄과 구리를 포함하는 합금으로 이루어지는 중간층이 형성된다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 기재로서, 스테인리스강(SUS)을 적용한 경우에는, 스테인리스강(SUS)의 성분 원소와 구리를 포함하는 합금으로 이루어지는 중간층이 형성된다.

(제4 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그것들과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 6은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7은 도 6에 나타낸 미끄럼 이동 부재의 VII선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(4)는, 입자 집합체(21)가 철 기합금 입자, 코발트 기합금 입자, 크롬 기합금 입자, 니켈 기합금 입자, 몰리브덴 기합금 입자 등의 합금 입자로 이루어지거나, 또는 세라믹스 입자로 이루어지는 복수의 제2 입자(27)를 포함하는 구성이, 상기한 제3 실시 형태와 상이하다. 또한, 제2 입자(27)의 내부에는 석출 상(25)이 포함되지 않는 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지고, 입자 집합체가, 철 기합금 입자, 코발트 기합금 입자, 크롬 기합금 입자, 니켈 기합금 입자, 몰리브덴 기합금 입자 등의 합금 입자로 이루어지거나, 또는 세라믹스 입자로 이루어지는 복수의 제2 입자를 포함하는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성은 반드시 필요한 것은 아니지만, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 입자 집합체가, 제1 입자의 표면에 적어도 하나의 소정의 석출 상을 포함하는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 기재와 피막층 사이의 적어도 일부에 중간층이 형성되어 있는 구성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 함으로써, 보다 우수한 고온 내마모성을 갖는 것으로 할 수 있다.

현 시점에 있어서는, 이하와 같은 이유 중 적어도 하나에 의해, 그 효과가 얻어졌다고 생각한다.

상세하게는 후술하지만, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말이나 제2 분말을 기재 상에 분사하면, 제2 분말이 기재에 충돌하였을 때, 예를 들어 기재가 그 표면에 기재와 피막층의 밀착성을 저해하는 산화 피막을 갖는 경우에, 그 산화 피막이 제거되어, 피막층과의 밀착성이 우수한 신생 계면이 기재에 노출 형성되기 때문이라고도 생각된다. 이러한 현상은, 제2 분말을 구성하는 입자가 제1 분말을 구성하는 입자보다 단단한 경질 입자인 경우에, 특히 일어나기 쉽다.

또한, 예를 들어 제2 분말이 기재에 충돌하였을 때, 제2 분말이 기재에 깊이 박힘에 따른 앵커 효과에 의해, 바꾸어 말하면, 기재에 편평한 오목부로 이루어지는 소성 변형부가 형성됨으로써, 기재와 피막층의 밀착성이 향상되기 때문이라고도 생각된다. 이러한 현상은, 제2 분말을 구성하는 입자가 제1 분말을 구성하는 입자보다 단단한 경질 입자인 경우에, 특히 일어나기 쉽다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제1 분말을 구성하는 입자보다 단단한 입자로 구성되는 제2 분말을 사용한 경우에는, 그들의 경계면에 있어서의 제1 입자(24)의 표면(24a) 근방(도 7 참조. 여기서, 제1 입자의 표면 근방이라 함은, 예를 들어 도면 중 화살표 X로 나타낸 바와 같이 표면(24a)으로부터 내부를 향해 1㎛ 정도까지의 영역임)에 있어서 석출 상(25)이 석출되기 쉽다. 이것은, 제1 분말이 제2 입자에 충돌하였을 때, 그 운동 에너지의 일부가 열에너지로 변환되거나, 제1 분말의 일부가 소성 변형부를 형성하거나 하는 과정에서 발생하는 열에 의해, 제1 입자의 석출 경화형 구리 합금의 일부에 있어서의 석출 경화가 보다 촉진되기 때문이라고 생각된다.

*여기서, 상기 제2 입자(27)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 제2 입자로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기재보다 경질인 것이 바람직하고, 석출 경화형 구리 합금보다 경질인 것이 바람직하다. 또한, 제2 입자로서는, 예를 들어 철 기합금 입자, 코발트 기합금 입자, 크롬 기합금 입자, 니켈 기합금 입자, 몰리브덴 기합금 입자 등의 합금 입자나 세라믹스 입자를 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 입자는, 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 적절하게 조합하여 사용할 수 있다.

철 기합금으로서는, 예를 들어 일본 공업 규격으로 규정되어 있는 SUS440C 등을 들 수 있다. 또한, 코발트 기합금으로서는, 예를 들어 TRIBALOY(등록 상표) T-400, T-800 등을 들 수 있다. 또한, 크롬 기합금으로서는, 예를 들어 페로크롬 등을 들 수 있다. 또한, 니켈 기합금으로서는, 예를 들어 TRIBALOY(등록 상표) T-700 등을 들 수 있다. 또한, 몰리브덴 기합금으로서는, 예를 들어 페로몰리브덴 등을 들 수 있다. 또한, 세라믹스로서는, 예를 들어 WC/Co, Al₂O₃ 등을 들 수 있다. 그 중에서, 고온 내마모성이 우수한 코발트 기합금을 적용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, TRIBALOY(등록 상표) T-400, T-800 등을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 피막층의 단면에 있어서의 제2 입자의 비율은, 고온 내마모성 및 열전도성을 보다 우수한 것으로 한다고 하는 관점에서는, 1 내지 50면적％로 하는 것이 바람직하고, 1 내지 25면적％로 하는 것이 보다 바람직하고, 1 내지 18면적％로 하는 것이 더욱 바람직하고, 5 내지 18면적％로 하는 것이 특히 바람직하다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다. 또한, 단면에서 관찰하여, 산출한 면적％를 체적％로 바꾸어 읽는 것이 가능하고, 체적％를 각 입자의 밀도로 환산함으로써 중량％로 바꾸어 읽는 것이 가능한 것은 물론이다.

또한, 상술한 바와 같이, 고온 내마모성 및 열전도성을 보다 우수한 것으로 한다고 하는 관점에서는, 피막층의 단면에 있어서의 제2 입자의 비율은, 1 내지 50면적％로 하는 것이 바람직하지만, 높은 열전도성이 반드시 필요한 것은 아닌 한편, 우수한 내마모성이 필요한 경우에는, 피막층의 단면에 있어서의 제2 입자의 비율은, 50 내지 99면적％로 해도 상관없다. 또한, 제1 입자 및 제2 입자 이외의 제3 입자를 포함하고 있어도 된다.

(제5 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 내연 기관의 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그것들과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 8은, 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 보다 구체적으로는, 엔진 밸브를 포함하는 이동 밸브 기구를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 캠 로브(40)가 회전하면, 밸브 리프터(41)가 밸브 스프링(42)을 압축하면서 밀어 내려지는 동시에, 엔진 밸브(43)가 스템 시일(44)을 갖는 밸브 가이드(45)에 안내되어 밀어 내려지고, 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착좌부(46A)로부터 엔진 밸브(43)가 이격되어, 배기 포트(47)와 도시하지 않은 연소실이 연통된다(엔진 밸브의 개방 상태). 그 후, 캠 로브(40)가 더 회전하면, 밸브 스프링(42)의 반발력에 의해, 밸브 리프터(41), 리테이너(48) 및 코터(49)와 함께 엔진 밸브(43)가 밀어 올려지고, 착좌부(46A)에 엔진 밸브(43)가 접촉하여 배기 포트(47)와 도시하지 않은 연소실을 차단한다(엔진 밸브의 폐쇄 상태). 이러한 엔진 밸브(43) 개폐를 캠 로브(40)의 회전과 동기하여 행한다. 그리고, 이와 같이 엔진 밸브(43)의 밸브 스템(43A)은 실린더 헤드(46)측으로 압입된 밸브 가이드(45) 내를 통해, 오일 윤활되면서 조립되어 있다. 또한, 도시하지 않은 연소실의 개폐 밸브 부분에 닿는 엔진 밸브(43)의 밸브 페이스(43B)는 동작 시에 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착좌부(46A)와 접촉 또는 비접촉 상태로 된다. 또한, 도 8에 있어서는, 배기 포트(47)측을 나타냈지만, 본 발명의 미끄럼 이동 부재는, 도시하지 않은 흡기 포트측에 적용할 수도 있다.

그리고, 실린더 헤드 및 엔진 밸브의 미끄럼 이동 부위인 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부(46A)의 미끄럼 이동면(46a)에, 상술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3, 4)가 적용되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 본 발명의 미끄럼 이동 부재를 기재인 실린더 헤드 상에 적용함으로써, 배기 포트나 흡기 포트의 형상 자유화나 엔진 밸브의 직경 확대를 도모하는 것이 가능해져, 연비나 출력, 토크 등을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 예를 들어, 도시하지 않지만, 밸브 스템의 미끄럼 이동면 및 상대재인 밸브 가이드의 미끄럼 이동면 중 한쪽 혹은 양쪽에, 및/또는 밸브 스템축 단부의 미끄럼 이동면, 밸브 페이스의 미끄럼 이동면 및 압입형 밸브 시트의 미끄럼 이동면으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1개소에, 상술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재를 적용할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다.

즉, 본 실시 형태의 실린더 헤드는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 엔진 밸브의 착좌부에 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 다른 실린더 헤드는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 갖는 밸브 시트를 구비한 실린더 헤드이며, 당해 미끄럼 이동 부재를 당해 밸브 시트의 엔진 밸브의 착좌부에 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 밸브 시트는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 엔진 밸브의 착좌부에 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 엔진 밸브는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 밸브 페이스에 갖는 것이면 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 다른 엔진 밸브는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 밸브 가이드와의 미끄럼 이동 부위에 갖는 것이면 바람직하다.

(제6 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그들과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 9는 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 내연 기관의 베어링 기구를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 보다 구체적으로는, 커넥팅 로드의 미끄럼 이동 부재인 베어링 메탈을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 도시하지 않은 크랭크측의 대단부(60A)는 상하로 이분되어 있다. 그리고, 대단부(60A)에는, 크랭크 핀(61)을 수용하기 위한 이분된 베어링 메탈(62)이 배치되어 있다.

그리고, 베어링 메탈(62)로서, 그 미끄럼 이동면(62a)에, 상술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3, 4)가 적용되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다.

또한, 예를 들어, 도시하지 않지만, 커넥팅 로드의 도시하지 않은 피스톤측의 소단부에 있어서의 피스톤 핀을 수용하기 위한 이분된 베어링 메탈의 미끄럼 이동면에, 상술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재를 적용할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 우수한 고온 내마모성을 갖게 된다. 또한, 제1 입자로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하고 있기 때문에, 높은 열전도성을 확보할 수 있다고 하는 이점도 있다.

즉, 본 실시 형태의 내연 기관의 베어링 기구는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 것이면 바람직하다.

(제7 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 본 발명의 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 상술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재를 제조하는 방법이다. 이 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 비용융 상태이고, 또한 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말, 또는 제1 분말 및 당해 제1 분말보다 경질인 제2 분말을 포함하는 혼합 분말을, 기재 상에 분사하여, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체, 또는 복수의 제1 입자 및 제1 입자보다 경질인 복수의 제2 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 피막층을 기재 상에 형성하는 공정을 포함한다.

상술한 바와 같이, 비용융 상태로서 첨가 원소를 석출시키지 않고, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말, 또는 제1 분말 및 제1 분말보다 경질인 제2 분말을 포함하는 혼합 분말을, 기재 상에, 바람직하게는 제1 분말 또는 제1 분말 및 제2 분말이 기재 상에 분사되어, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽에 소성 변형부를 형성하는 속도로 분사하여, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체, 또는 복수의 제1 입자 및 복수의 제2 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 피막층을 기재 상에 형성함으로써, 바꾸어 말하면 키네틱 스프레이, 콜드 스프레이, 웜 스프레이 등이라고 불리는 방법에 의해 피막층을 형성함으로써, 고온 내마모성이 우수한 피막층을 효율적으로 형성할 수 있다. 단, 본 발명의 미끄럼 이동 부재는, 이러한 제조 방법에 의해 제조된 것에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 보다 구체적인 제조 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

상기 원료로서 사용하는 제1 분말로서는, 비용융 상태이고, 또한 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제1 분말은, 예를 들어 과포화 고용체 상태인 것이 바람직하다. 과포화 고용체 상태임으로써 큰 연성을 갖기 때문에, 바꾸어 말하면 변형능을 갖기 때문에, 피막층을 효율적으로 형성할 수 있어, 성막성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 과포화 고용체 상태인 분말로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 아토마이즈법 등에 의해 급랭 응고시켜 얻어지는 분말을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 분말이 기재 등에 충돌하였을 때, 그 충격에 의한 가압, 및 그 편평화에 의한 기재 등과의 변형 속도의 차에 의해 발생하는 마찰열에 의해, 미세한 경질 상(석출 상)이 형성된다. 그 결과, 피막층의 강도가 높아진다.

또한, 원료로서는, 제1 분말에, 철 기합금 분말, 코발트 기합금 분말, 크롬 기합금 분말, 니켈 기합금 분말, 몰리브덴 기합금 분말 등으로 이루어지는 합금 분말이나 세라믹스 분말을 포함하는 제2 분말을 더 첨가해도 된다. 제2 분말은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 또는 2종 이상을 적절하게 혼합하여 사용해도 된다.

또한, 원료로서 사용하는 제1 분말이나 제2 분말의 평균 입자 직경은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 5 내지 40㎛로 하는 것이 바람직하고, 20 내지 40㎛로 하는 것이 보다 바람직하다. 평균 입자 직경을 5㎛ 미만으로 하면, 유동성이 낮아서 분말 공급 불량이 되는 경우가 있다. 또한, 평균 입자 직경을 50㎛ 초과로 하면, 성막 시의 입자 속도가 부족하여 성막 불량이 되는 경우가 있다. 또한, 「평균 입자 직경」으로서는, 예를 들어 화상 해석식 입자 직경 분포 측정 장치를 사용하여 측정·산출한, 개수 기준의 평균 입자 직경(d50)을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 평균 입자 직경을 측정·산출할 때의 「입자 직경」으로서는, 예를 들어 관찰되는 분말(관찰면)의 윤곽선 상의 임의의 2점간의 거리의 최대의 거리를 채용할 수 있다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 관찰되는 분말(관찰면)의 원 상당 직경을 채용할 수도 있다. 또한, 레이저 회절·산란식 입자 직경 분포 측정 장치를 사용하여 측정·산출한, 개수 기준의 평균 입자 직경(d50)을 사용해도 된다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다.

또한, 분말을 분사하는 속도는, 바람직하게는 제1 분말이 기재 상에 분사되어, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽에 소성 변형부를 형성하는 고속인 것이 바람직하지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 분말 속도를 300 내지 1200m/s로 하는 것이 바람직하고, 500 내지 1000m/s로 하는 것이 보다 바람직하고, 600 내지 800m/s로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 분말을 분사하기 위해 공급하는 작동 가스의 압력을 2 내지 5㎫로 하는 것이 바람직하고, 3.5 내지 5㎫로 하는 것이 보다 바람직하다. 2㎫ 미만으로 하면, 분말 속도가 얻어지지 않고, 기공률이 커지는 경우가 있다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다.

또한, 작동 가스의 온도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 400 내지 800℃로 하는 것이 바람직하고, 600 내지 800℃로 하는 것이 보다 바람직하다. 작동 가스의 온도를 400℃ 미만으로 하면, 기공률이 커져, 내마모성이 낮아지는 경우가 있다. 또한, 작동 가스의 온도를 800℃ 초과로 하면, 노즐 막힘을 일으키는 경우가 있다. 단, 이러한 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 작용 효과를 발현할 수 있는 것이면, 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다.

또한, 작동 가스의 종류로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 질소, 헬륨 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 복수 종을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 연료 가스와 질소를 혼합하여 사용해도 된다.

또한, 피막층을 형성한 후, 예를 들어 250 내지 500℃에서 0.5 내지 4시간 시효 처리 내지 템퍼링을 해도 된다. 이에 의해, 고온 내마모성이나 열전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 시효 처리 내지 템퍼링은, 예를 들어 엔진 조립 후의 검사에 있어서의 시운전 시의 연소실로부터의 수열을 이용하는 것도 가능하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

먼저, 원료로서, 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말)만을 준비하였다.

한편, 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부의 가공 완료 상태에서, 목표 피막층 두께 0.2㎜를 상정하여, 알루미늄 기재(일본 공업 규격 H 4040 A5056)의 전가공을 행하여, 전가공된 알루미늄 기재를 준비하였다.

이어서, 회전 테이블에 준비한 알루미늄 기재를 장착하고, 회전 테이블을 회전시키면서, 준비한 합금 분말을, 준비한 알루미늄 기재 상에, 고압형 콜드 스프레이 장치(플라스마 기껜 고교 가부시끼가이샤 제조, PCS-1000, 작동 가스: 종류; 질소, 온도; 600℃, 입자 속도; 680 내지 720m/s, 압력; 4㎫)를 사용하여 분사하여, 피막층 두께 0.4 내지 0.5㎜의 피막층을 기재 상에 형성하였다.

그런 뒤, 기계 가공에 의해, 실제의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부의 형상으로 마무리하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다. 또한, 피막층 두께는, 0.2㎜이다.

(실시예 2)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-니켈-규소-바나듐-크롬 합금 분말(조성: Cu-14Ni-3Si-2V-2.2Cr-1.4Fe-1.2Al, 아토마이즈 분말)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(실시예 3)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 및 코발트 기합금 분말(케나 메탈 스텔라이트사 제조, TRIBALOY(등록 상표) T-400)로 이루어지고, 이들을 Cu-2.9Ni-0.7Si:TRIBALOY＝95:5(질량비)의 비율로 포함하는 혼합 분말을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(실시예 4)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 및 코발트 기합금 분말(케나 메탈 스텔라이트사 제조, TRIBALOY(등록 상표) T-400)로 이루어지고, 이들을 Cu-2.9Ni-0.7Si:TRIBALOY＝85:15(질량비)의 비율로 포함하는 혼합 분말을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(비교예 1)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 스테인리스강 분말(일본 공업 규격 SUS316L)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(비교예 2)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-철-망간 합금 분말(조성: Cu-4Fe-4Mn)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(비교예 3)

*상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-니켈 합금 분말(조성: Cu-30Ni)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(비교예 4)

상기 구리-니켈-규소 합금 분말(조성: Cu-2.9Ni-0.7Si, 아토마이즈 분말) 대신, 구리-주석 합금 분말(조성: Cu-30Sn)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 반복하였다. 그러나, 피막층의 형성이 곤란하였다. 상기 각 예의 사양의 일부를 표 1에 나타낸다. 또한, 각 예의 피막층의 단면에 있어서의 제1 입자나 제2 입자의 비율이나 기공률은, 피막층에 있어서의 단면의 주사형 전자 현미경(SEM) 상 등의 관찰 및 단면 주사형 전자 현미경(SEM) 상의 2치화 등의 화상 처리를 복수 회 행함으로써 산출하였다. 또한, 각 예의 제1 입자에 있어서의 석출 상은, 피막층에 있어서의 단면의 투과형 전자 현미경(TEM) 상 등의 관찰 및 에너지 분산형 X선(EDX) 분석에 의해 특정하였다. 또한, 각 예에 있어서의 미끄럼 이동 부재의 단면에 있어서의 중간층의 유무나 소성 변형부의 유무는, 피막층에 있어서의 단면의 주사형 전자 현미경(SEM) 상 등의 관찰 및 에너지 분산형 X선(EDX) 분석에 의해 특정하였다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 3의 어느 경우든, 기재 및 피막층에 소성 변형부가 관찰되었다.

[성능 평가]

상기 얻어진 각 예의 미끄럼 이동 부재 등을 사용하여, 하기의 각종 성능을 평가하였다.

(고온 내마모성)

도 7은 마모 시험 장치의 개략을 나타내는 단면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 밸브 스프링(42), 엔진 밸브(43), 스템 시일(44), 밸브 가이드(45), 실린더 헤드(46, 46'), 코터(49) 등의 실제의 엔진 부품을 사용하여, 엔진의 이동 밸브 기구와 유사한 마모 시험 장치를 구축하였다. 또한, 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착좌부(46A)로서는, 상기 각 예에 있어서 얻어진 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3, 4)를 적용하였다. 또한, 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3, 4)는, 기재(10) 상에 형성된 소정의 피막층(20)을 구비하고 있다. 또한, 도면 중의 엔진 밸브(43)는, 개방 상태를 나타내고 있고, 엔진 밸브(43)는, 도시하지 않은 편심 캠에 의해 도면 중 화살표 Y로 나타낸 상하 방향으로 진동하여, 엔진 밸브(43)의 개폐를 반복한다. 또한, 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착좌부(46A)의 미끄럼 이동면(46a)은, 가스 버너(B)의 화염(F)에 의해 고온 환경하로 되어 있다. 또한, 착좌부(46A)는, 온도계(T)에 의해 온도가 계측되고 있다. 또한, 실린더 헤드(46) 내에는 냉각수(W)가 순환하고 있다.

상술한 마모 시험 장치를 사용하여, 하기의 시험 조건하에서, 마모량을 측정, 산출하였다. 구체적으로는, 형상 측정 장치를 사용하여 시험 전과 시험 후의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부의 형상을 취득하고, 4개소의 마모량을 측정하고, 평균값을 산출하여, 이것을 마모량으로 하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

<시험 조건>

·온도: 300℃(배기 포트측의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착좌부를 상정하였다.)

·입력 횟수: 540000회

(열전도성)

상기 얻어진 각 예의 미끄럼 이동 부재를 사용하여, 레이저 플래시법에 의해, 각 예의 미끄럼 이동 부재의 열전도율을 계측·산출하여, 열전도성을 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다(단, 비교예 2 및 3은 측정하지 않았음).

(성막성)

상기 각 예의 피막층과 마찬가지의 형성 조건에서, 상기 각 예의 분말을, 평판형의 알루미늄 기재 상에, 일정 시간 분사하여, 분말 공급량과 미부착 분말량을 계측하고, 부착률을 산출하여, 성막성을 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

표 1 및 표 2로부터, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1 내지 4는, 본 발명 외의 비교예 1 내지 3과 비교하여, 20 내지 70％ 정도 마모량이 적어, 우수한 고온 내마모성을 가짐을 알 수 있다.

이것은, 비용융 상태이고, 또한 과포화 고용체 상태인 아토마이즈 분말로 이루어지는 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말을, 기재 상에 고속으로 분사하여, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 피막층을 기재 상에 형성하였기 때문이라고 생각된다. 또한, 첨가 원소로서, 니켈 및 규소를 포함하는 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하였기 때문이라고도 생각된다. 또한, 입자 집합체가, 제1 입자의 표면에 규화니켈(Ni₂Si)로 이루어지는 석출 상을 포함하기 때문이라고도 생각된다. 또한, 기재 및 피막층의 양쪽이, 소성 변형부를 갖기 때문이라고도 생각된다. 또한, 피막층의 기공률이, 3면적％ 이하이기 때문이라고도 생각된다. 또한, 기재와 피막층 사이의 적어도 일부에 형성된 중간층을 구비하였기 때문이라고도 생각된다.

또한, 30W/m·K 이상의 열전도율을 가지면, 높은 열전도성을 갖는 것이라고 해석되기 때문에, 표 1 및 표 2로부터, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1, 3, 4는, 열전도율이 높아, 높은 열전도성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 이것은, 제1 분말로서 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 것을 적용하였기 때문이라고 생각된다. 또한, 피막층의 기공률이, 3면적％ 이하이기 때문이라고도 생각된다. 또한, 실시예 2는 열전도율이 특별히 높은 것은 아니지만, 압입하여 사용하는 미끄럼 이동 부재와 비교하여, 박막화할 수 있기 때문에, 전열성은 높다고 할 수 있다.

또한, 표 1 및 표 2로부터, 제2 분말을 첨가하지 않은 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1, 2는, 본 발명 외의 비교예 1 내지 3과 비교하여, 우수한 고온 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재를 동등 내지 높은 부착율로 효율적으로 제작할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명 외의 비교예 4는, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1 내지 4나, 본 발명 외의 비교예 1 내지 3과 비교하여, 피막층의 형성이 곤란함을 알 수 있다.

또한, 표 1 및 표 2로부터, 코발트 기합금 분말로 이루어지는 제2 분말을 첨가한 실시예 3 및 4는, 본 발명 외의 비교예 1 내지 3과 비교하여, 40 내지 70％ 정도 마모량이 적고, 또한 첨가하지 않은 실시예 1보다 마모량이 한층 더 적어, 보다 우수한 고온 내마모성을 가짐을 알 수 있다.

이것은, 비용융 상태이고, 또한 과포화 고용체 상태인 아토마이즈 분말로 이루어지는 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말과 코발트 기합금 분말로 이루어지는 제2 분말을, 기재 상에 고속으로 분사하여, 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자와 코발트 기합금 입자로 이루어지는 복수의 제2 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지는 피막층을 기재 상에 형성하였기 때문이라고 생각된다.

또한, 표 1 및 표 2로부터, 코발트 기합금 분말로 이루어지는 제2 분말의 첨가량을 보다 많게 한 실시예 4는, 실시예 3과 비교하여, 우수한 고온 내마모성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 실시예 4는, 실시예 3과 비교하여, 열전도율이 약간 낮아지지만, 높은 열전도성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 현 시점에 있어서는, 고온 내마모성 및 열전도성이 우수하고, 또한 부착율이 높기 때문에 저비용으로 생산할 수 있다고 하는 관점에서는 실시예 3이 가장 바람직하다고 생각된다. 또한, 고온 내마모성의 관점에서는 실시예 4가 가장 바람직하다고 생각된다.

또한, 도 11은, 실시예 4의 미끄럼 이동 부재의 기재(10)와 피막층(20)의 경계면 부근에 있어서의 단면 주사형 전자 현미경(SEM) 상이다. 또한, 도 12는 실시예 4의 미끄럼 이동 부재의 도 11에 나타낸 선분 Z에 있어서의 에너지 분산형 X선(EDX) 분석(선 분석)의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 11에 나타낸 위치 P와 도 12에 나타낸 위치 P는 동일한 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 12에 있어서, 도 11에 나타낸 선분 Z의 기재(20)측 단부의 위치를 0.0㎛의 위치로 하고, 선분 Z의 피막층(20)측 단부의 위치를 2.0㎛의 위치로 하고 있다.

도 11 및 도 12로부터, 미끄럼 이동 부재는, 알루미늄 합금의 기재(10)와, 기재(10) 상에 형성된 구리 합금의 피막층(20)을 구비하고 있고, 기재(10)와 피막층(20) 사이에 중간층이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 중간층은, 약 0.75 내지 1.31㎛의 위치에 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 확산층은, 약 0.75 내지 0.96㎛의 위치와 약 1.23 내지 1.31㎛ 위치에 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 확산층은, 조성에 대해 경사 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 또한, 약 0.96 내지 1.23㎛의 위치에 있어서는, 알루미늄과 마그네슘과 구리의 비가, Al:Mg:Cu＝2:1:1(원자비) 정도이고, 금속간 화합물층이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 기재와 피막층 사이에, 확산층 및 금속간 화합물층 중 적어도 한쪽을 포함하는 중간층을 구비하기 때문에, 우수한 고온 내마모성이나 열전도성을 갖는다고도 생각된다. 또한, 조성에 관하여 경사 구조를 갖는 확산층을 포함하는 중간층을 구비하기 때문에, 우수한 고온 내마모성이나 열전도성을 갖는다고도 생각된다. 또한, 금속간 화합물층이 조성에 관하여 경사 구조를 갖는 확산층 사이에 끼인 구조를 갖는 중간층을 구비하기 때문에, 우수한 고온 내마모성이나 열전도성을 갖는다고도 생각된다.

이상, 본 발명을 약간의 실시 형태 및 실시예에 의해 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어, 상술한 각 실시 형태나 각 실시예에 기재된 구성은, 실시 형태마다나 실시예마다 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 분말이나 제2 분말의 종류나 비율 등의 구성이나 성막 조건을 변경하거나, 각 실시 형태나 각 실시예의 구성을 상술한 각 실시 형태나 각 실시예 이외의 조합으로 하거나 할 수 있다.

1, 2, 3, 4 : 미끄럼 이동 부재
10 : 기재
10a : 소성 변형부
20 : 피막층
20a : 소성 변형부
21 : 입자 집합체
23, 24 : 제1 입자
24a : 표면
25 : 석출 상
27 : 제2 입자
30 : 중간층
40 : 캠 로브
41 : 밸브 리프터
42 : 밸브 스프링
43 : 엔진 밸브
43A : 밸브 스템
43a : 미끄럼 이동면
43B : 밸브 페이스
43b : 미끄럼 이동면
44 : 스템 시일
45 : 밸브 가이드
45a : 미끄럼 이동면
46, 46' : 실린더 헤드
46A : 착좌부
46a : 미끄럼 이동면
47 : 배기 포트
48 : 리테이너
49 : 코터
60 : 커넥팅 로드
60A : 대단부
61 : 크랭크 핀
62 : 베어링 메탈
62a : 미끄럼 이동면
B : 가스 버너
F : 화염
T : 온도계
W : 냉각수

Claims

기재와,
상기 기재 상에 형성된 피막층과,
상기 기재와 상기 피막층 사이의 적어도 일부에 형성된 금속간 화합물층을 적어도 포함하는 중간층을 구비하고,
상기 피막층이 석출상을 포함하는 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지고,
상기 금속간 화합물층이 상기 기재에 포함되는 성분 원소와 상기 제1 입자에 포함되는 성분 원소로 구성되어 있고,
상기 석출 경화형 구리 합금이 첨가 원소로서 니켈 및 규소를 포함하고,
상기 입자 집합체가 상기 복수의 제1 입자 중 적어도 일부의 내부 및/또는 표면이 규화니켈로 이루어지는 적어도 하나의 석출 상을 포함하고,
상기 석출 경화형 구리 합금에 있어서의 니켈과 규소의 함유량의 비(Ni:Si)가 질량비로 3.5~4.5:1인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서,
상기 기재 및 상기 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피막층의 단면에 있어서의 기공률이 3면적% 이하인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 입자 집합체가 철 기합금 입자, 코발트 기합금 입자, 크롬 기합금 입자, 니켈 기합금 입자 및 몰리브덴 기합금 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 합금 입자로 이루어지는 복수의 제2 입자, 및/또는 세라믹스 입자로 이루어지는 복수의 제2 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
제1항 또는 제2항에 기재된 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
기재와,
상기 기재 상에 형성된 피막층과,
상기 기재와 상기 피막층 사이의 적어도 일부에 형성된 금속간 화합물층을 적어도 포함하는 중간층을 구비하고,
상기 피막층이 석출상을 포함하는 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 복수의 제1 입자를 포함하는 입자 집합체, 또는 당해 복수의 제1 입자 및 당해 제1 입자보다 경질인 복수의 제2 입자를 포함하는 입자 집합체로 이루어지고,
상기 금속간 화합물층이 상기 기재에 포함되는 성분 원소와 상기 제1 입자에 포함되는 성분 원소로 구성되어 있고,
상기 석출 경화형 구리 합금이 첨가 원소로서 니켈 및 규소를 포함하고,
상기 입자 집합체가 상기 복수의 제1 입자 중 적어도 일부의 내부 및/또는 표면이 규화니켈로 이루어지는 적어도 하나의 석출 상을 포함하고,
상기 석출 경화형 구리 합금에 있어서의 니켈과 규소의 함유량의 비(Ni:Si)가 질량비로 3.5~4.5:1인
미끄럼 이동 부재의 제조 방법이며,
비용융 상태이고, 또한 석출 경화형 구리 합금으로 이루어지는 제1 분말, 또는 당해 제1 분말 및 당해 제1 분말보다 경질인 제2 분말을 포함하는 혼합 분말을, 상기 기재 상에 분사하여, 상기 피막층을 당해 기재 상에 형성하는 공정을 포함하고,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말을 상기 기재 상에 분사할 때, 당해 제1 분말 또는 당해 혼합 분말을, 당해 기재 상에, 당해 제1 분말이 당해 기재 상에 분사되어, 당해 기재 및 상기 피막층 중 적어도 한쪽에 소성 변형부를 형성하는 속도로 분사하는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 분말이 과포화 고용체 상태인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말이 급랭 응고 분말인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말의 분사 속도가 300~1200 m/s인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말의 분사 속도가 500~1000 m/s인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말의 분사 속도가 600~800 m/s인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말의 분사 시에 사용하는 작동 가스의 온도가 400~800℃인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분말 또는 상기 혼합 분말의 분사 시에 사용하는 작동 가스의 온도가 600~800℃인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법.