KR20190099456A - 미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재 - Google Patents

Abstract

미끄럼 이동 부재는, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비한다. 피막층은, 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있다.

Description

미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재

본 발명은 미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재에 관한 것이다.

종래, 특허문헌 1은, 냉간에서 가공 유기 변태를 생기게 함으로써 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 매체로서 분사하여 경질 금속 피막을 형성하는, 경질 피막의 형성 방법이다. 이 형성 방법에 있어서, 해당 금속 분말은, 가공 유기 변태가 생기는 금속 재료로 구성되어 있으며, 해당 금속 분말을, 해당 가공 유기 변태가 생기는 고속으로 해당 기재에 부딪히게 함으로써, 해당 금속 분말을 편평하게 소성 변형시키면서 해당 기재의 표면에 몇 겹으로도 퇴적시키고, 또한 퇴적된 해당 금속 분말에 해당 가공 유기 변태를 생기게 한다. 이것에 의하여 이 형성 방법은, 해당 기재에 부딪히게 하기 전의 해당 금속 분말보다 높은 경도의 금속 피막을 해당 기재의 표면에 형성하는 것을 특징으로 한다.

일본 특허 제5202024호

그러나 특허문헌 1에 기재된 경질 피막은, 내마모성이 불충분하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 그리고 본 발명은, 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합한 피막층을 기재 상에 형성함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 의하면, 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅱ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅲ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅳ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅴ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅵ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅷ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 9는 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅸ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 10은 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅹ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 11은 그 외의 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 12는 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 13은 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 내연 기관의 베어링 기구를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 14는 마모 시험 장치의 개략을 도시하는 단면도이다.
도 15는 시험예 2의 미끄럼 이동 부재에 있어서의 단면 투과형 전자 현미경(TEM)상이다.
도 16은 시험예 2의 미끄럼 이동 부재에 있어서의 에너지 분산형 X선(EDX) 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재, 및 내연 기관의 미끄럼 이동 부재에 대하여 상세히 설명한다.

(제1 실시 형태)

먼저, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 이하의 각 실시 형태에서 인용하는 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또한 도 2는, 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅱ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 3은, 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅲ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 4는, 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅳ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 5는, 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅴ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 6은, 도 1에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅵ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(1)는, 기재(10)와, 기재(10) 상에 형성된 피막층(20)을 구비한다. 그리고 피막층(20)은, 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부(21)와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부(23)를 갖고, 이들 부끼리(예를 들어 강부(21, 21)끼리, 강부(21)와 구리부(23), 구리부(23)끼리임)가 계면을 개재하고 있다. 또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 피막층(20)은 기공(20c)을 갖고 있어도 된다.

그리고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 기재(10)가, 편평한 오목부를 포함하는 소성 변형부(10b)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 기재가, 편평한 오목부를 포함하는 소성 변형부를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 피막층(20)이, 편평 형상의 강부(21)나 구리부(23)가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부(20a)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 피막층이, 편평 형상의 강부나 구리부가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 피막층(20)이, 편평한 오목부를 형성한 강부(21)나 구리부(23)를 포함하는 소성 변형부(20b)와, 편평 형상의 강부(21)나 구리부(23)가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부(20a)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 피막층이, 편평한 오목부를 형성한 강부나 구리부를 포함하는 소성 변형부를 갖지 않고, 편평 형상의 강부나 구리부가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

그리고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 기재(10)의 적어도 일부가 피막층(20)과의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(11)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 기재가 피막층과의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 강부(21), 구리부(23)의 적어도 일부가 기재(10)와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(22, 24)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 강부 및 구리부가 기재와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 강부(21)의 적어도 일부가 강부(21, 21)끼리의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(22)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 강부가 강부끼리의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

그리고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 강부(21) 또는 구리부(23)의 적어도 일부가 강부(21)와 구리부(23)의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(22, 24)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 강부 및 구리부가 강부와 구리부의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 구리부(23)의 적어도 일부가 구리부(23, 23)끼리의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(24)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 구리부가 구리부끼리의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재는, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 미끄럼 이동 부재이므로, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다.

또한 미끄럼 이동 부재에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

또한, 미끄럼 이동 부재에 있어서는, 기재, 강부 및 구리부로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 적어도 일부가, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽을 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

현시점에 있어서는, 이하와 같은 이유 중 적어도 하나에 의하여 전술한 효과가 얻어지고 있는 것으로 생각하고 있다.

예를 들어 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에서 이용하는 원료인 오스테나이트계 스테인리스강 입자(이하, 「강 입자」라 하는 경우가 있음)와 함께, 구리 입자 또는 구리 합금 입자(이하, 「구리 입자」라 하는 경우가 있음)를 기재 상에 분사하였을 때에, 상대적으로 연질인 구리 입자에 의하여 강 입자끼리나 강 입자와 기재가 결착되기 때문인 것으로 생각된다.

그리고, 예를 들어 강 입자 및 구리 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 강 입자나 구리 입자가, 기재나, 기재에 부착된 강부나 구리부에 깊숙이 박히는 것에 의한 앵커 효과에 의하여 강부, 구리부 등과 기재의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 소성 변형부가 형성됨으로써 강부, 구리부 등과 기재의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 예를 들어 강 입자 및 구리 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 그 운동 에너지의 일부가 열 에너지로 변환되어 강 입자 및 구리 입자 등과 기재 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산이 진행된다. 또한 강 입자, 구리 입자 등과, 기재에 부착된 강부, 구리부 등의 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산도 진행되는 경우가 있다. 이들에 의하여, 강부, 구리부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 기재나 피막층의 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽이 형성됨으로써, 강부, 구리부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 예를 들어 강 입자 및 구리 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 강 입자나 구리 입자가, 기재나, 기재에 부착된 강부나 구리부에 충돌하여 소성 변형될 시에 발열하여 용착이나 원자 확산이 진행된다. 이들에 의하여, 강부, 구리부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 기재나 피막층의 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽이 형성됨으로써, 강부, 구리부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

단, 상기 이유 이외의 이유에 의하여 전술한 바와 같은 효과가 얻어지고 있었다고 하더라도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 본 발명에 있어서 「부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있다」는 것은, 부 간에 있어서 용착, 원자 확산, 깊숙이 박히기(진입), 소성 변형부 형성 중 적어도 하나가 생기고 있음을 의미한다.

여기서, 각 구성 요소에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 기재로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상세하게는, 후술하는 미끄럼 이동 부재의 제조 방법, 즉, 피막층의 형성 방법에 적용할 수 있는 금속이 바람직하다. 또한 기재는, 미끄럼 이동 부재가 내연 기관의 미끄럼 이동 부재로서 이용된 경우에 있어서, 미끄럼 이동 부재가 적용되는 고온 환경 하에서 사용 가능한 것임이 바람직한 것은 물론이다.

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

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

또한 상기 피막층으로서는, 그 기공률에 관하여 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 피막층의 기공률이 크면 강도가 부족하여 내마모성을 저하시킬 가능성이 있다는 관점에서는, 피막층의 기공률은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 그리고 높은 열전도성을 갖는 미끄럼 이동 부재로 할 수 있다는 관점에서는, 피막층의 단면에 있어서의 기공률은 3면적% 이하인 것이 바람직하고, 1면적% 이하인 것이 보다 바람직하고, 특히 0면적%인 것이 바람직하다. 또한 현시점에 있어서는, 기공률을 0.1면적%까지 저감시키는 것이 가능해져 있기 때문에, 우수한 내마모성이나 생산성의 향상 등을 균형 있게 실현할 수 있다는 관점에서는 0.1 내지 3면적%로 하는 것이 바람직하다. 단, 이와 같은 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 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 의하여 산출할 수 있다.

또한, 상기 피막층으로서는, 그 두께에 관하여 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 피막층의 두께는, 적용되는 부위의 온도나 미끄럼 이동 환경에 따라 적절히 조정하면 되지만, 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 의하여 피막층의 박리가 생길 가능성이 있다.

또한 상기 강부에 포함되는 오스테나이트계 스테인리스강으로서는, 오스테나이트 상을 갖는 스테인리스강이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 일본 공업 규격에 규정되어 있는 SUS316L이나 SUS304L 등을 적용하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 구리부에 포함되는 구리 또는 구리 합금으로서는, 순동, 또는 구리를 50질량% 이상 함유하는 합금이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 순동이나 백동 등을 적용할 수 있다. 이것에 의하여 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층은, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 어느 한쪽이나, 또는 확산층 및 금속 간 화합물층의 양쪽을 포함한다. 확산층으로서는, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 그러나 확산층은, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 금속 간 화합물층을 포함하는 것으로서는, 금속 간 화합물층이, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 확산층 사이에 끼인 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 확산층이나 금속 간 화합물층 등의 층은, 예를 들어 기재, 강부, 구리부 등에 포함되는 성분 원소로 구성되어 있다. 구체적으로는, 기재로서 알루미늄 합금을 적용한 경우에는, 알루미늄과 구리를 포함하는 합금을 포함하는 층이 형성되는 일이 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 기재로서 알루미늄 합금을 적용한 경우에도, 알루미늄과 오스테나이트계 스테인리스강의 성분 원소를 포함하는 합금을 포함하는 층이 형성되는 일이 있다. 또한, 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스강과 구리의 성분 원소를 포함하는 합금을 포함하는 층이 형성되는 경우가 있다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 상기 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그들과 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또한 도 8은, 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅷ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 9는, 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅸ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 또한 도 10은, 도 7에 도시한 미끄럼 이동 부재의 Ⅹ선으로 둘러싼 부분의 확대도이다.

도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(2)는, 피막층(20)이, 강부(21)보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부(25)를 갖는 것이 상기 제1 실시 형태의 미끄럼 이동 부재와 상이하다.

그리고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 기재(10)가, 대략 반구형 형상의 오목부를 포함하는 소성 변형부(10b)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 기재가, 대략 반구형 형상의 오목부를 포함하는 소성 변형부를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 피막층(20)이, 구형 형상의 경질 입자부(25)가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부(20a)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 피막층이, 구형 형상의 경질 입자부가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부(20a)를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 피막층(20)이, 대략 반구형 형상의 오목부를 형성한 강부(21)나 구리부(23)를 포함하는 소성 변형부(20b)와, 구형 형상의 경질 입자부(25)가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부(20a)를 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 피막층이, 대략 반구형 형상의 오목부를 형성한 강부나 구리부를 포함하는 소성 변형부를 갖지 않고, 구형 형상의 경질 입자부가 퇴적된 구조를 갖는 소성 변형부를 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

그리고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 기재(10)의 적어도 일부가 경질 입자부(25)와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(11)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 기재가 경질 입자부와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 경질 입자부(25)의 적어도 일부가 기재(10)와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(26)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 경질 입자부가 기재와의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 9에 도시한 바와 같이, 강부(21) 또는 경질 입자부(25)의 적어도 일부가 강부(21)와 경질 입자부(25)의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(22, 26)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 강부 및 경질 입자부가 강부와 경질 입자부의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 10에 도시한 바와 같이, 구리부(23) 또는 경질 입자부(25)의 적어도 일부가 구리부(23)과 경질 입자부(25)의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층(24, 26)을 갖고 있어도 된다. 또한 도시하지는 않지만, 구리부 및 경질 입자부가 구리부와 경질 입자부의 계면에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층을 갖지 않는 경우가 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재는, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부와, 강부보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 미끄럼 이동 부재이므로, 보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

또한 미끄럼 이동 부재에 있어서는, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

또한, 미끄럼 이동 부재에 있어서는, 기재, 강부, 구리부 및 경질 입자부로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 적어도 일부가, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽을 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

현시점에 있어서는, 이하와 같은 이유 중 적어도 하나에 의하여 전술한 효과가 얻어지고 있는 것으로 생각하고 있다.

예를 들어 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에서 이용하는 원료인 전술한 강 입자와 함께, 구리 입자 및 강 입자보다도 경질인 경질 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 상대적으로 연질인 구리부에 의하여 강부끼리, 강부와 경질 입자부, 경질 입자부끼리, 나아가 강부, 경질 입자부 등과 기재가 결착되기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 예를 들어 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 특히 상대적으로 경질인 경질 입자에 의하여, 예를 들어 기재가 그 표면에, 기재와 피막층의 밀착성을 저해하는 산화 피막을 갖는 경우에는, 그 산화 피막이 제거되어, 피막층과의 밀착성이 우수한 신생 계면이 기재에 노출 형성되기 때문인 것으로 생각된다.

그리고, 예를 들어 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자가, 기재나, 기재에 부착된 강부, 구리부 및 경질 입자부에 깊숙이 박히는 것에 의한 앵커 효과에 의하여 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 소성 변형부가 형성됨으로써 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 예를 들어 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자를 기재 상에 분사하였을 때에, 그 운동 에너지의 일부가 열 에너지로 변환되어 강 입자, 구리 입자, 경질 입자 등과 기재 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산이 진행된다. 또한 강 입자, 구리 입자, 경질 입자 등과, 기재에 부착된 강부, 구리부, 경질 입자부 등의 사이에 있어서의 용착이나 원자 확산도 진행되는 경우가 있다. 이들에 의하여, 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부, 경질 입자부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 기재나 피막층의 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽이 형성됨으로써, 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부, 경질 입자부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 예를 들어 강 입자, 구리 입자, 경질 입자 등을 기재 상에 분사하였을 때에, 강 입자, 구리 입자, 경질 입자 등이 기재나, 기재에 부착된 강부, 구리부, 경질 입자부 등에 충돌하여 소성 변형될 시에 발열하여 용착이나 원자 확산이 진행된다. 이들에 의하여, 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부, 경질 입자부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다. 또한 달리 말하면, 기재나 피막층의 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽이 형성됨으로써, 강부, 구리부, 경질 입자부 등과 기재 사이나, 강부, 구리부, 경질 입자부 등의 부 간에 있어서의 밀착성이 향상되기 때문인 것으로도 생각된다.

단, 상기 이유 이외의 이유에 의하여 전술한 바와 같은 효과가 얻어지고 있었다고 하더라도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.

여기서, 각 구성 요소에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 경질 입자부로서는, 강부보다도 경질이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 경질 입자로서는, 합금 입자 혹은 세라믹스 입자, 또는 이들을 임의의 비율로 혼합한 것을 적용할 수 있다. 또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 경질 입자부는 기재보다도 경질인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 합금 입자로서는, 철기 합금 입자, 코발트기 합금 입자, 크롬기 합금 입자, 니켈기 합금 입자, 혹은 몰리브덴기 합금 입자, 또는 이들을 임의의 비율로 혼합한 것을 적용하는 것이 바람직하다.

또한 강부나 경질 입자부 등의 경도는, 예를 들어 일본 공업 규격에 규정되어 있는 비커스 경도 시험(JIS Z 2244)에 준거하여 측정·산출되는 비커스 경도를 지표로 하면 된다. 또한 이 비커스 경도로서는, 예를 들어 피막층에 있어서의 강부나 경질 입자부에 대해서는 3 내지 30개소 정도, 적어도 3 내지 5개소 정도에 대하여 측정하여 얻어지는 산출 평균값을 적용한다. 또한, 강부나 경질 입자부 등의 비커스 경도를 측정·산출할 시에는, 필요에 따라 피막층의 주사형 전자 현미경(SEM)상이나 투과형 전자 현미경(TEM)상 등의 관찰, 에너지 분산형 X선(EDX) 분석 등을 조합하면 된다.

또한 상기 철기 합금의 구체예로서는 Fe-28Cr-16Ni-4.5Mo-1.5Si-1.75C 등의 경질 철기 합금을 들 수 있다. 또한 코발트기 합금의 구체예로서는, 예를 들어 트리발로이(TRIBALOY)(등록 상표) T-400 등의 경질 코발트기 규화물 합금이나 스텔라이트(Stellite)(등록 상표) 6 등의 경질 코발트기 탄화물 합금을 들 수 있다. 또한 니켈기 합금의 구체예로서는 Ni700(등록 상표)(Ni-32Mo-16Cr-3.1Si) 등의 경질 니켈기 합금을 들 수 있다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 피막층의 단면에 있어서의 경질 입자부의 비율은, 내마모성, 필요에 따라 열전도성을 보다 우수한 것으로 한다는 관점에서는 1 내지 50면적%로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 50면적%로 하는 것이 보다 바람직하고, 10 내지 40면적%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 이와 같은 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 발현할 수 있는 것이면 이 범위를 벗어나 있어도 되는 것은 물론이다. 또한 피막층의 단면에 있어서의 경질 입자부의 비율은, 예를 들어 피막층에 있어서의 단면의 주사형 전자 현미경(SEM)상 등의 관찰, 및 단면 주사형 전자 현미경(SEM)상의 2치화 등의 화상 처리에 의하여 산출할 수 있다. 또한 단면에서 관찰하여 산출한 면적%를 체적%로 바꿔 읽는 것이 가능하고, 체적%를 각 입자의 밀도로 환산함으로써 중량%로 바꿔 읽는 것이 가능한 것은 물론이다.

또한 전술한 바와 같이, 내마모성 및 열전도성을 보다 우수한 것으로 한다는 관점에서는, 피막층의 단면에 있어서의 경질 입자부의 비율은 1 내지 50면적%로 하는 것이 바람직하지만, 높은 열전도성이 반드시 필요하지는 않는 한편, 우수한 내마모성이 필요한 경우에는, 피막층의 단면에 있어서의 경질 입자부의 비율은 50 내지 99면적%로 하더라도 상관없다.

또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽 층은, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 어느 한쪽이나, 또는 확산층 및 금속 간 화합물층의 양쪽을 포함한다. 확산층으로서는, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 그러나 확산층은, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 금속 간 화합물층을 포함하는 것으로서는, 금속 간 화합물층이, 조성에 대하여 경사 구조를 갖는 확산층 사이에 끼인 구조를 갖는 것을 적합예로서 들 수 있다. 확산층이나 금속 간 화합물층 등의 층은, 예를 들어 기재, 구리부, 경질 입자부 등에 포함되는 성분 원소로 구성되어 있다. 구체적으로는, 기재로서 알루미늄 합금을 적용한 경우에는, 알루미늄과 구리를 포함하는 합금을 포함하는 층이 형성되는 일이 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 기재로서 알루미늄 합금을 적용한 경우에도, 알루미늄과 경질 입자부의 성분 원소를 포함하는 합금을 포함하는 층이 형성되는 일이 있다.

(그 외의 형태)

다음으로, 그 외의 형태에 따른 미끄럼 이동 부재에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 상기 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그들과 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 11은, 그 외의 형태에 따른 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 본 형태의 미끄럼 이동 부재(3)는, 피막층(20)이, 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부(21)와, 강부(21)보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부(25)를 갖고, 구리부(23)를 포함하지 않는 것이 상기 제1 또는 제2 실시 형태의 미끄럼 이동 부재와 상이하다. 또한 제1 또는 제2 실시 형태의 미끄럼 이동 부재와 비교하여 피막층(20)이 기공(20c)을 갖기 쉽다.

전술한 바와 같이, 본 형태의 미끄럼 이동 부재는, 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 강부보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 미끄럼 이동 부재이므로, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다. 또한 강부와 구리부를 갖는 경우 쪽이, 강부와 경질 입자부를 갖는 경우보다 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

(제3 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재, 즉, 전술한 미끄럼 이동 부재를 미끄럼 이동 부위에 갖는 미끄럼 이동 부재에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 미끄럼 이동 부재로서 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 예로 들어 상세히 설명하지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한 피막층의 표면측을 미끄럼 이동면으로 하는 것은 물론이다. 또한 상기 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그들과 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 12는, 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 내연 기관의 미끄럼 이동 부재를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 보다 구체적으로는, 엔진 밸브를 포함하는 이동 밸브 기구를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 캠 로브(40)가 회전하면, 밸브 리프터(41)가 밸브 스프링(42)을 압축하면서 밀어내려짐과 동시에, 엔진 밸브(43)가 스템 시일(44)을 갖는 밸브 가이드(45)에 안내되어 밀어내려지고, 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착석부(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 의하여 밸브 리프터(41), 리테이너(48) 및 코터(49)와 함께 엔진 밸브(43)가 밀어올려지고, 착석부(46A)에 엔진 밸브(43)가 접촉하여, 배기 포트(47)와 도시하지 않은 연소실을 차단한다(엔진 밸브의 폐쇄 상태). 이와 같은 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) 중을 통과하여 오일 윤활되면서 내장되어 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 착석부(46A)와 접촉 또는 비접촉 상태로 된다. 또한 도 12에 있어서는 배기 포트(47)측을 도시하였지만, 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 착석부(46A)의 미끄럼 이동면(46a)에, 전술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3)가 적용되어 있다. 이것에 의하여, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다. 또한 본 발명의 미끄럼 이동 부재를 실린더 헤드에 적용함으로써 압입형 밸브 시트를 없애는 것이 가능해진다. 그 결과, 배기 포트나 흡기 포트의 형상 자유화나 엔진 밸브의 직경 확대를 도모하는 것이 가능해져, 엔진의 연비나 출력, 토크 등을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 예를 들어, 도시하지는 않지만, 밸브 스템의 미끄럼 이동면 및 상대재인 밸브 가이드의 미끄럼 이동면의 한쪽 혹은 양쪽에, 및/또는 밸브 스템 축 단의 미끄럼 이동면, 밸브 페이스의 미끄럼 이동면, 및 압입형 밸브 시트의 미끄럼 이동면으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1개소에, 전술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재를 적용할 수도 있다. 이것에 의하여, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다.

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

(제4 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 미끄럼 이동 부재에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한 피막층의 표면측을 미끄럼 이동면으로 하는 것은 물론이다. 또한 상기 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동등한 것에 대해서는, 그들과 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 13은, 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 내연 기관의 베어링 기구를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 보다 구체적으로는, 커넥팅 로드의 미끄럼 이동 부재인 베어링 메탈을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 도시하지 않은 크랭크측의 대단부(60A)는 상하로 2분할되어 있다. 그리고 대단부(60A)에는, 크랭크 핀(61)을 수용하기 위한, 2분할된 베어링 메탈(62)이 배치되어 있다.

그리고 베어링 메탈(62)로서, 그 미끄럼 이동면(62a)에, 전술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3)가 적용되어 있다. 이것에 의하여, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다.

또한, 예를 들어, 도시하지는 않지만, 커넥팅 로드의 도시하지 않은 피스톤측의 소단부에 있어서의 피스톤 핀을 수용하기 위한, 2분할된 베어링 메탈의 미끄럼 이동면에, 전술한 피막층이 형성된 미끄럼 이동 부재, 예를 들어 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재를 적용할 수도 있다. 이것에 의하여, 단일 재료의 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부만으로 이루어지는 피막층을 갖는 미끄럼 이동 부재와 비교하여 우수한 내마모성을 갖는다.

즉, 본 실시 형태의 내연 기관 베어링 기구는, 상기 실시 형태의 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 베어링 기구의 베어링 메탈에 갖는 것이 바람직하다. 또한 커넥팅 로드의 대단측의 미끄럼 이동면에 직접 성막(메탈을 사용하지 않고 직접 형성)할 수도 있다. 또한 커넥팅 로드의 소단측의 미끄럼 이동면에 직접 성막(메탈을 사용하지 않고 직접 형성)할 수도 있다.

또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는 피스톤 링이나 피스톤에 적용할 수도 있다. 즉, 피막층을 피스톤 링의 표면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 피막층을 피스톤의 링 홈 내면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 실린더 보어 내면(실린더 라이너의 대체나 보어 용사의 대체로 할 수 있음)에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 크랭크 샤프트의 저널의 메탈에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 크랭크 샤프트의 저널의 메탈의 부위에 직접 성막(메탈을 사용하지 않고 피막층을 직접 형성함)하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 캠 샤프트의 저널의 메탈의 표면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 캠 샤프트의 저널의 메탈의 부위에 직접 성막(메탈을 사용하지 않고 피막층을 직접 형성함)하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 캠 샤프트의 캠 로브 표면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 피스톤과 피스톤 핀의 메탈에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 피스톤과 피스톤 핀의 메탈의 부위에 직접 성막하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 피스톤 스커트의 표면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 밸브 리프터의 크라운 면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 밸브 리프터의 측면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을, 실린더 헤드에 있어서의 리프터 보어의 밸브 리프터와의 미끄럼 이동면에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 스프로킷의 이의 표면(이때, 예를 들어 철 소결 합금의 스프로킷 대신 알루미늄 소결 합금의 스프로킷 상에 피막층을 형성함)에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 체인의 핀에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시 형태의 내연 기관의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 체인 플레이트에 적용하는 것이 바람직하다.

또한 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재는, 피막층을 내연 기관 이외의 기어의 이의 표면(이때, 예를 들어 강의 기어를 알루미늄 합금화하고 이 알루미늄 합금 상에 피막층을 형성함)에 적용하는 것이 바람직하다. 여기서, 내연 기관 이외란, 예를 들어 자동차의 디퍼런셜 기어나, 자동차의 발전기, 자동차 이외의 발전기 등을 들 수 있다. 또한 전술한 제1 실시 형태 내지 그 외의 형태에 있어서의 미끄럼 이동 부재는, 미끄럼 베어링 전반(구름 베어링이 아닌 광의의 의미에서의 미끄럼 베어링임)에 적용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 예를 들어 전술한 실시 형태에 있어서의 기재와, 기재 상에 형성된 피막층을 구비하고, 피막층이 강부 및 구리부, 또는 강부, 구리부 및 경질 입자부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 미끄럼 이동 부재를 제조하는 방법이다. 이 미끄럼 이동 부재의 제조 방법은, 전술한 강 입자 및 구리 입자를 포함하는 혼합물, 또는 전술한 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자를 포함하는 혼합물을 비용융 상태에서 기재 상에 분사하여 기재 상에 피막층을 형성하는 공정을 포함한다.

전술한 바와 같이, 비용융 상태로 한 혼합물을 기재 상에 분사하여 기재 상에 소정의 피막층을 형성함으로써, 내마모성이 우수한 피막층을 효율적으로 형성할 수 있다. 달리 말하면, 키네틱 스프레이, 콜드 스프레이, 웜 스프레이 등이라 칭해지는 방법에 의하여 피막층을 형성함으로써, 내마모성이 우수한 피막층을 효율적으로 형성할 수 있다. 단, 본 발명의 미끄럼 이동 부재는, 이와 같은 제조 방법에 의하여 제조된 것에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 보다 구체적인 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 혼합물을 기재 상에 분사할 시에는 혼합물을, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽에 소성 변형부를 형성하는 속도로 기재에 분사하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 보다 내마모성이 우수한 피막층을 효율적으로 형성할 수 있다.

그러나 혼합물을 분사하는 속도는 전술한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 입자 속도를 300 내지 1200㎧로 하는 것이 바람직하고, 500 내지 1000㎧로 하는 것이 보다 바람직하고, 600 내지 800㎧로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 입자를 분사하기 위하여 공급하는 작동 가스의 압력을 2 내지 5㎫로 하는 것이 바람직하고, 3.5 내지 5㎫로 하는 것이 보다 바람직하다. 작동 가스의 압력을 2㎫ 미만으로 하면, 입자 속도가 얻어지지 않아 기공률이 커지는 경우가 있다. 단, 이와 같은 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 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, 이와 같은 범위에 전혀 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 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 이용해도 되고, 복수 종을 조합하여 이용해도 된다. 또한 연료 가스와 질소를 혼합하여 이용해도 된다.

또한 피막층을 형성한 후, 예를 들어 250 내지 500℃에서 0.5 내지 4시간 시효 처리 내지 템퍼링을 행해도 된다. 이것에 의하여 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한 이 시효 처리 내지 템퍼링은, 예를 들어 엔진 조립 후의 검사에 있어서의 시운전 시의 연소실로부터의 수열을 이용하여 행하는 것도 가능하다.

또한, 상기 원료로서 이용하는 강 입자로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용융 상태이고, 또한 전술한 오스테나이트계 스테인리스강을 포함하는 것임이 바람직하다. 또한 과포화 고용체 상태인 것이 바람직하다. 과포화 고용체의 상태임으로써 큰 연성을 가지며, 달리 말하면, 변형능을 갖기 때문에 피막층을 효율적으로 형성할 수 있어 성막성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 과포화 고용체 상태인 입자로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 아토마이즈법 등에 의하여 급랭 응고시켜 얻어지는 급랭 응고 입자를 적용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 원료로서 이용하는 구리 입자로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용융 상태이고, 또한 전술한 순동, 또는 구리를 50질량% 이상 함유하는 합금을 포함하는 것임이 바람직하다.

또한, 상기 원료로서 이용하는 경질 입자로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용융 상태이고, 강 입자보다도 경질인 것이 바람직하다.

또한 상기 원료로서 이용하는 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자의 입도(체 사이즈)로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 45㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그리고 강 입자의 입도(체 사이즈)로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 11㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한 경질 입자의 입도(체 사이즈)로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 11㎛ 이상인 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 시험예에 의하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 시험예에 한정되는 것은 아니다.

(시험예 1)

먼저, 원료로서의 강 입자로서 오스테나이트계 스테인리스강 입자(SUS316L, 가스 아토마이즈 입자, 입도(체 사이즈)-45/+11(㎛))를 준비하였다.

또한 원료로서의 구리 입자로서 구리 입자(Cu, 가스 아토마이즈 입자, 입도(체 사이즈)-45(㎛))를 준비하였다.

한편, 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착석부의 가공 완료 상태에서 목표 피막층 두께 0.2㎜를 상정하고 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 강 입자와 구리 입자의 혼합물(강 입자:구리 입자:경질 입자=90:10:0(질량비))을, 준비한 알루미늄 기재 상에 고압형 콜드 스프레이 장치(CGT사 제조, 키네틱스(Kinetiks) 4000, 작동 가스: 종류;질소, 온도;650℃, 압력;3.5㎫)를 이용하여 분사하여, 피막층 두께 0.4 내지 0.5㎜의 피막층을 기재 상에 형성하였다.

그런 후, 기계 가공에 의하여 실제의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착석부의 형상으로 마무리하여, 본 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다. 또한 피막층 두께는 0.2㎜이다(이하, 마찬가지임).

(시험예 2 내지 시험예 4)

표 1에 나타낸 바와 같이 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자의 사양이나 성막 조건을 바꾼 것 이외에는 시험예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 각 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(시험예 5 내지 시험예 7, 비교예 1)

표 2에 나타낸 바와 같이 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자의 사양이나 성막 조건을 바꾼 것 이외에는 시험예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 각 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

(비교예 2 내지 비교예 6)

표 3에 나타낸 바와 같이 강 입자, 구리 입자 및 경질 입자의 사양이나 성막 조건을 바꾼 것 이외에는 시험예 1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 각 예의 미끄럼 이동 부재를 얻었다.

여기서, 표 1 내지 표 3에 있어서, 각 예의 피막층에 있어서의 강부, 구리부 및 경질 입자부의 비커스 경도는, 일본 공업 규격에 규정되어 있는 비커스 경도 시험(JIS Z 2244)에 준거하여 측정·산출하였다. 또한 산술 평균값을 구하기 위하여 측정수를 10개소로 하였다. 또한 측정 위치를 정하는 데 있어서, 피막층의 주사형 전자 현미경(SEM)상이나 투과형 전자 현미경(TEM)상 등의 관찰, 에너지 분산형 X선(EDX) 분석의 결과 등을 이용하였다. 또한 각 예의 미끄럼 이동 부재의 기재나 강부, 구리부, 경질 입자부에 있어서의 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽의 유무는, 미끄럼 이동 부재의 단면 투과형 전자 현미경(TEM)상 등의 관찰, 및 에너지 분산형 X선(EDX) 분석에 의하여 특정하였다. 또한, 각 예의 미끄럼 이동 부재의 단면에 있어서의 소성 변형부의 유무는, 단면의 주사형 전자 현미경(SEM)상 등의 관찰, 및 에너지 분산형 X선(EDX) 분석에 의하여 특정하였다. 또한 시험예 1 내지 시험예 7 중 어느 것에 있어서도, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽이 관찰되고 기재 및 피막층에 소성 변형부가 관찰되었다. 또한 표 1 및 표 2에 있어서의 트리발로이(Tribaloy) T-400, 스텔라이트(Stellite) 6은 케나메탈 스텔라이트사 제조의 것이고, Ni700은 샌드빅(Sandvik)사 제조의 것이다.

[성능 평가]

상기 각 예의 미끄럼 이동 부재를 이용하여 하기 각종 성능을 평가하였다.

(마모 평가(내마모성 및 상대 공격성))

도 14는, 마모 시험 장치의 개략을 도시하는 단면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 밸브 스프링(42), 엔진 밸브(43), 스템 시일(44), 밸브 가이드(45), 실린더 헤드(46, 46'), 코터(49) 등의 실제의 엔진 부품을 이용하여, 엔진의 이동 밸브 기구와 흡사한 마모 시험 장치를 구축하였다. 또한 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착석부(46A)로서는, 상기 각 예에 있어서 얻어진 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3)를 적용하였다. 또한 미끄럼 이동 부재(1, 2, 3)는, 기재(10) 상에 형성된 소정의 피막층(20)을 구비하고 있다. 또한 도면 중의 엔진 밸브(43)는 개방 상태를 나타내고 있으며, 엔진 밸브(43)는 도시하지 않은 편심 캠에 의하여, 도면 중 화살표 Y로 나타내는 상하 방향으로 진동하여 엔진 밸브(43)의 개폐를 반복한다. 또한 실린더 헤드(46)에 있어서의 엔진 밸브(43)의 착석부(46A)의 미끄럼 이동면(46a)은 가스 버너 B의 화염 F에 의하여 고온 환경 하로 되어 있다. 또한 착석부(46A)는 온도계 T에 의하여 온도가 계측되고 있다. 또한, 실린더 헤드(46) 내에는 냉각수 W가 순환하고 있다.

전술한 마모 시험 장치를 이용하여 하기 시험 조건 하에서, 마모량을 측정, 산출하였다. 구체적으로는, 형상 측정 장치를 이용하여 시험 전과 시험 후의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착석부(밸브 시트) 및 엔진 밸브의 밸브 페이스의 형상을 취득하고, 4개소의 마모량을 측정하고 평균값을 산출하여 이를 마모량으로 하였다. 얻어진 결과를 표 1 내지 표 3에 병기한다.

<시험 조건>

·온도: 300℃(배기 포트측의 실린더 헤드에 있어서의 엔진 밸브의 착석부를 상정하였음)

·입력 횟수: 540000회

표 1 내지 표 3으로부터, 본 발명의 범위에 속하는 시험예 1 내지 시험예 6은, 본 발명 외인 비교예 1과 비교하여 마모량이 적어 고온에서도 우수한 내마모성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한 시험예 7도, 비교예 1과 비교하여 마모량이 적어 고온에서도 우수한 내마모성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한 시험예 2 내지 시험예 6은, 우수한 내마모성 및 상대 공격성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

또한 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 전술한 소정의 강부 및 구리부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 피막층을 기재 상에 형성하였기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 시험예 2 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성 및 상대 공격성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 전술한 소정의 강부, 구리부 및 경질 입자부를 갖고, 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 피막층을 기재 상에 형성하였기 때문인 것으로 생각된다.

또한 도 15는, 시험예 2의 미끄럼 이동 부재의 기재와 피막층의 경계면 부근, 구체적으로는, 기재(10)와, 피막층에 있어서의 구리부(23)의 경계면 부근에 있어서의 단면 투과형 전자 현미경(TEM)상이다. 또한 도 16은, 시험예 2의 미끄럼 이동 부재의, 도 15에 도시하는 선분 Z에 있어서의 에너지 분산형 X선(EDX) 분석(선 분석)의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한 도 15에 도시하는 위치 1과 도 16에 나타내는 위치 1은 동일한 위치를 나타내고 있다.

도 15 및 도 16으로부터, α 부분에 있어서의 구리와 알루미늄의 비가 대략 Cu:Al=9:4(원자비)인 점에서 Cu₉Al₄의 금속 간 화합물층이 형성되어 있을 것으로 생각된다. 또한 도 15 및 도 16으로부터, β 부분에 있어서의 구리와 알루미늄의 비가 대략 Cu:Al=1:2(원자비)인 점에서 CuAl₂의 금속 간 화합물층이 형성되어 있을 것으로 생각된다. 또한 α 부분이나 β 부분을 포함하는 각 영역에 있어서는, HAADF상에 있어서 콘트라스트가 균일한 영역을 관찰할 수 있었다.

또한 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 또한 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖기 때문인 것으로도 생각된다.

또한 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 경질 입자부가, 철기 합금, 코발트기 합금, 니켈기 합금 등의 경질 입자를 포함하기 때문인 것으로도 생각된다.

또한 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 또한 기재, 강부, 구리부 및 경질 입자부로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 적어도 일부가 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽을 갖기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 전술한 미끄럼 이동 부재의 제조 방법에 있어서, 전술한 혼합물을 비용융 상태에서 기재 상에 분사하여 기재 상에 피막층을 형성하는 공정을 포함하기 때문인 것으로도 생각된다.

또한 시험예 1 내지 시험예 6과 같은 우수한 내마모성을 갖는 미끄럼 이동 부재가 얻어진 것은, 전술한 혼합물을 기재 상에 분사할 시에 혼합 분말을, 기재 및 피막층 중 적어도 한쪽에 소성 변형부를 형성하는 속도로 기재에 분사하였기 때문인 것으로도 생각된다.

또한, 시험예 2, 시험예 7, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 4 내지 비교예 6에 있어서의 부착률 및 피막층 품질의 결과로부터, 본 발명의 범위에 속하는 시험예 1 내지 시험예 6에 있어서는, 균열이나 막 박리가 발생하기 어려운 피막층을 효율적으로 형성할 수 있음을 알 수 있다.

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

예를 들어 전술한 각 형태나 각 시험예에 기재한 구성 요소는 형태별이나 시험예별로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 강 입자, 구리 입자, 경질 입자의 사양의 세부나 성막 조건의 세부를 변경하거나, 각 형태나 각 시험예의 구성 요소를 전술한 각 형태나 각 시험예 이외의 조합으로 하거나 할 수 있다.

1, 2, 3: 미끄럼 이동 부재
10: 기재
10b: 소성 변형부
11: 확산층 및/또는 금속 간 화합물층
20: 피막층
20a, 20b: 소성 변형부
20c: 기공
21: 강부
22: 확산층 및/또는 금속 간 화합물층
23: 구리부
24: 확산층 및/또는 금속 간 화합물층
25: 경질 입자부
26: 확산층 및/또는 금속 간 화합물층
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: 착석부
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 (7)

1. 기재와,
   상기 기재 상에 형성된 피막층을 구비하는 미끄럼 이동 부재이며,
   상기 피막층이, 복수의 오스테나이트계 스테인리스강 입자에서 유래되는 강부와, 복수의 구리 입자 또는 구리 합금 입자에서 유래되는 구리부를 갖고, 해당 부끼리가 계면을 통하여 결합되어 있는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피막층이, 상기 강부보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부를 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 기재 및 상기 피막층 중 적어도 한쪽이 소성 변형부를 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피막층이, 상기 강부보다도 경질인 복수의 경질 입자에서 유래되는 경질 입자부를 갖고,
   상기 경질 입자가, 철기 합금 입자, 코발트기 합금 입자, 크롬기 합금 입자, 니켈기 합금 입자, 몰리브덴기 합금 입자 및 세라믹스 입자로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 경질 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 기재, 상기 강부, 상기 구리부 및 상기 경질 입자부로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 적어도 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽을 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 기재, 상기 강부 및 상기 구리부로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 적어도 일부에, 확산층 및 금속 간 화합물층 중 적어도 한쪽을 갖는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 미끄럼 이동 부재를 내연 기관의 미끄럼 이동 부위에 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 미끄럼 이동 부재.

Images