WO1992001872A1 - Plain bearing material - Google Patents

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WO1992001872A1
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Souzi Kamiya
Kenichiro Futamura
Yoshio Kumada
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Taiho Kogyo Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding bearing material, and more particularly to an aluminum alloy bearing material with a resin coating used for a sliding bearing of an automobile engine.
  • Plain bearings in which a soft alloy, Pb-based overlay alloy, is applied to the surface of kermet are widely used as automotive bearings.
  • bearing materials coated with resin are also known.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-144224 filed by the applicant discloses that irregularities are formed on the surface of a back metal made of an iron-based, copper-based, or aluminum-based metal, and molybdenum disulfide is formed in the recess.
  • a sliding member in which a solid lubricant such as tungsten disulfide, graphite, or the like is bonded with a phenol resin, a polyamide resin, or the like.
  • Alzil alloys are shown as specific examples of aluminum-based metals.
  • a metal material having sufficient strength specifically, carbon steel (SPCC) or aluminum alloy (0 ⁇ ; L 0% S n, 0 to 5% I n, 0 to 5% Pb and one or more of 0 to 3% of 11% or Mg, 10% as an optional component It contains one or more of the following Cr, Si, Mn, Sb, Fe, and Ni as alloying elements), with or without a manganese phosphate film or a nitrocarburized film.
  • SPCC carbon steel
  • Al alloy 0 ⁇ ; L 0% S n, 0 to 5% I n, 0 to 5% Pb and one or more of 0 to 3% of 11% or Mg, 10% as an optional component It contains one or more of the following Cr, Si, Mn, Sb, Fe, and Ni as alloying elements), with or without a manganese phosphate film or a nitrocarburized film.
  • the conventional kermet with an overlay has satisfactory performance for such high-performance engine bearings, it has a satisfactory performance, but it is subject to the corrosive medium generated by the deterioration of the lubricating oil. There is a problem that the overlay is easily affected.
  • the conformability of the overlay is mainly due to the effect of plastic deformation of the soft metal during the early stage of operation and the adaptation to the shaft, and the effect of the soft metal being worn and adapting to the shaft is considered to be small.
  • plastic deformation has limitations imposed by the plastic deformation characteristics of the overlay.Under recent operating conditions of the engine and machining accuracy of the engine parts, the plastic deformation is not uniform due to local contact between the overlay and the shaft. The problem of seizure is likely to occur. In other words, since the plastic deformation of a soft metal of the same valley has a maximum deformation of 50-80% even in a mechanical test under static conditions, one-sided deformation equivalent to the upper limit of deformation is considered to be plastic deformation. Less absorbed.
  • an object of the present invention is to improve seizure resistance and fatigue resistance by improving the conformability of an aluminum-based bearing alloy.
  • the sliding bearing material according to the present invention is characterized in that a coating layer composed of 90 to 55 double halo solid lubricant and 10 to 45 weight percent polyimide binder is provided on the surface of an aluminum bearing alloy. It is characterized by being formed.
  • the aluminum-based bearing alloy is defined as Cr, Si, Mn, Sb, Sr, Fe, N of 10% or less (percentages are by weight unless otherwise specified). i, Mo, Ti, W, Zr, V, Cu, Mg, Zn, etc. and one or more of 20% or less of Sn, Pb, In, T1, Bi It is a bearing alloy containing more than one kind. Since these alloys have high strength and high fatigue strength, they are particularly suitably used as linings of bearings requiring fatigue resistance.
  • the plastic resin binder in the coating layer formed on the lining combines with the solid lubricant and is scraped off by the shaft, exerts a running-in effect due to wear, and is extremely resistant to corrosion. It has stable properties. Resin in general has some of these properties, but if the resin does not have a certain level of heat resistance and abrasion resistance, the coating layer will be excessively worn, and these properties are excellent. Use resin. Fuunol resins are not used because they do not have excellent properties under high-speed sliding conditions.
  • Polyimide resins include aromatic polyimides, polyetherimides or aromatic polyamideimides, or diisocyanate-modified, DAPI-modified, DONA-modified, BPDA-modified, and sulfone-modified resins. Varnish or the like can be used. If the amount of the polyimide resin-based binder is less than 10%, the bonding force is insufficient, resulting in increased wear.On the other hand, if the amount exceeds 45%, the coefficient of friction is increased and seizure tends to occur. , Its amount ranges from 10 to 45% ' . . . Four '
  • the amount of the polyimide resin-based binder is preferably 20 to 30%.
  • Solid lubricants M o S 2, BN, WS 2, it is that you use the graph eye Bok like. These solid lubricants have the effect of lowering and stabilizing the coefficient of friction. In order to sufficiently exert these effects, it is preferable to use solid lubricants having an average particle size of 2 microns or less, particularly 1 Atm or less. If the amount of the solid lubricant is less than 55%, the friction characteristics are not excellent, and seizure is liable to occur. On the other hand, if the amount is more than 90%, the adhesion becomes insufficient and the wear increases. The amount of solid lubricant should be in the range of 5 to 90%. Preferably it is 70 to 80%.
  • the resin coating layer can be two or more layers having different compositions of the polyimide resin and the lubricant or solid lubricant. Two or more coating layers can be layers with different colors. In the case of such sliding bearing materials having a coating layer with different colors, the location, depth, number, cause, etc. of one-sided bearings are investigated and specified at the stage of trial production of the bearing engine, and the obtained information is used as the bearing material. Provides feedback on shaft design.
  • the amount of the friction modifier is less than 1%, the friction modifier has no effect on the wear resistance, and when it exceeds 20%, the mating material is worn.
  • a friction adjusting agent having an average particle diameter of 2 ⁇ m or less.
  • an alkaline solution such as caustic soda
  • the lining is made by a combination of alkaline etching and pickling after degreasing.
  • the surface of the lining may be roughened, or irregularities may be formed on the lining surface by boring or the like.
  • a chemical conversion coating made of 0.1 to 5 ⁇ m thick zinc phosphate or zinc calcium phosphate may be applied to the lining surface when necessary.
  • a combination of a base treatment such as boring and a chemical conversion treatment results in a coating layer with extremely high adhesion.
  • a base treatment such as boring and a chemical conversion treatment results in a coating layer with extremely high adhesion.
  • a base treatment such as boring and a chemical conversion treatment results in a coating layer with extremely high adhesion.
  • a fixed lubricant etc. diluted with an appropriate diluent, and a polyimide resin are applied on the lining by spraying, and then 150 to 300. Dry and bake at C.
  • methods such as tumbling, dipping, and brushing are possible.
  • the thickness of the coating layer is preferably between 1 and 25 ⁇ m, more preferably between l and 8 xm.
  • the bearing material of the present invention exhibits superior fatigue resistance and seizure resistance under a one-sided condition compared to conventional materials consisting only of a lining.
  • the surface of the conventional material was observed after the test, it was found that the one-sided surface was largely flowed, the surface was roughened, and traces of partial melting were observed. It was confirmed that r was not effective against seizure caused by one-sided contact.
  • the coating material of the present invention which is softer than these hard materials, conforms well to the protruding shape of the shaft, which causes one-sided contact.
  • the coating layer was used, it did not contain Cr and Si but contained only Sn, Cu and Pb.
  • the A1 alloy was used as the lining, the conformability was good, but a fatigue crack occurred in the part where the util- ized layer disappeared, resulting in poor fatigue resistance.
  • FIG. 1 is a sectional view of a sliding bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of a plain bearing according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a back metal made of SPCC with a thickness of 1.2 mm
  • 2 is an aluminum-based bearing alloy with a thickness of 0.3 mm (A1-12Sn-1.8Pb-1.0C u-3.0 S i-0.3 Cr)
  • 3 is (surface treated by Al force leaching and pickling, roughness Rz 4.5 um)
  • 4 is close contact
  • the layer (a zinc phosphate layer having a thickness of lixm), 5 is a coating layer, and 6 is a soft metal phase such as Sn or Pb.
  • test conditions were as follows.
  • a concave shaft (a S 50 C quenched material with 5 Atm convex portions formed at both ends with respect to the shaft center) is pressed against the bearing test material at a surface pressure of 300 kg / cm 2 . Rotate at 800 rpm. Use SAE 10 W 30 as lubricating oil.
  • Table 2 shows the results of an investigation of bearing performance based on the presence / absence and type of base treatment and adhesion layer. From this, it is understood that the performance is further improved by performing the base treatment and the formation of the adhesion layer.
  • the present invention enhances the conformability of the aluminum-based bearing alloy, and therefore can provide a bearing with higher performance as an automotive bearing.
  • the machining accuracy of the shaft and bearing remains the same, and it is possible to provide a bearing with excellent performance that does not lead to seizure or fatigue even when one-sided contact may occur.

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Description

' ' 曰月 糸田
. すべ り軸受材料
〔技術分野]
本発明はすべり軸受材料に関するものであり、 特に、 自動 車用エンジンのすべり軸受に使用される樹脂コ一ティ ング付 きアルミニウム合金軸受材料に関するものである。
〔背景技術〗
ケルメ ツ 卜の表面に軟質合金である P b系オーバレイ合金 をめつ き したすべり軸受は自動車用軸受と して広く使用され ている。
一方、 樹脂コーティ ングされた軸受材料も公知である。 出 願人の出願に係る特開昭 6 0 - 1 4 2 4号公報は、 鉄系、 銅 系、 アル ミ ニ ウム系金属からなる裏金の表面に凹凸を形成 し、 その凹部に二硫化モリブデン、 二硫化タングステン、 グ ラフ ァイ 卜などの固体潤滑剤をフヱノール樹脂、 ボ リ アミ ド イ ミ ド樹脂などによ り結合させた摺動部材を提案する。 アル ミニゥム系金属の具体例と してはアルジル合金が示されてい る。
また固定潤滑剤からなる被覆を有する軸受も公知である。 本出願人の出願に係る特開昭 5 8 - 8 1 2 2 0号によれ ば 、 十分 な 強度 を も つ金属素材 、 具体的 に は炭素鋼 ( S P C C ) やアル ミ ニ ウ ム合金 （ 0〜 ； L 0 % S n , 0〜 5 % I n , 0〜5 % P bの 1種以上と、 0〜 3 %のじ 11ぉょ びノまたは M g、 任意成分と して 1 0 %以下の C r , S i , M n , S b， F e， N i の 1種以上を合金元素と して含有す る） 、 に燐酸マンガン皮膜あるいは軟窒化皮膜を施しあるい は施さずに、 固体潤滑剤皮膜を形成したスラス ト軸受が提案 されて る： '
近年自動車のエンジンは高出力及び高回転による高性能化 が著しい。
従来のオーバレイ付きケルメ ッ トはこのような高性能ェン ジン軸受用 と してなじみ性は満足すべき性能を有する もの の、 潤滑油が劣化するこ とによ り発生する腐食性媒体によ り オーバレイが侵されやすいという問題がある。
さ らになじみ性対策と してアルミニウム合金にオーバレイ を施すこ と も検討されているが、 オーバレイの耐食性不足の 問題が発生する。
さらに、 オーバレイを施す時はライニング （軸受合金） の 上に C u， N i などの密着性が優れた金属からなる中間層を 形成するが、 中間層はそれ自体摩擦特性が悪く焼付きに対し て好ま し く ない。
さらにオーバレイのなじみ性は運転初期においては軟質金 属が塑性変形して軸になじむ作用が主であり、 軟質金属が摩 耗して軸になじむ作用は少ないど考えられる。 しかしなが ら、 塑性変形にはオーバレイの塑性変形特性によ り課せられ る限界があり、 近年のエンジンの運転状況及びエンジン部品 の加工精度の下では、 オーバレイ と軸との局部接触による片 当 り による焼付き問題が起こ りやすい。 すなわち、 ォ一バレ ィの軟質金属の塑性変形は静的条件下の機械試験でも 5 0 - 8 0 %の変形度が上限であるので、 上限変形度と同等程度の 片当 り は塑性変形によ り吸収されない。
〔発明の開示]
したがって、 本発明はアルミニウム系軸受合金のなじみ性 を改良するこ とによって耐焼付性及び耐疲労性を高めるこ と を目的とする。 本発明に係るすべり軸受材料は、 アルミニウム系軸受合金 の表面に、 固体潤滑剤 9 0〜 5 5重暈％及びポリ ィ ミ ド系バ イ ンター 1 0〜4 5重量％からなるコーティ ング層を形成し たこ とを特徴とする。
以下本発明の構成を詳しく説明する。
本発明においてアル ミ ニ ウ ム系軸受合金 と は、 1 0 % (百分率は以下特に断らない限り重量％である） 以下の Cr， S i ， M n , S b , S r , F e , N i , M o， T i ， W, Z r , V , C u , M g , Z nなどと、 2 0 %以下の S n， P b， I n , T 1 , B iの 1種又は 2種以上を含有する軸受 合金である。 これらの合金は高強度と と もに高疲労強度を有 するので、 耐疲労性が必要とされる軸受のライニングと して 特に好適に使用される。
ライニング上に形成されるコーティ ング層のボリイ ミ ド樹 脂バイ ンダは固体潤滑剤を結合すると と もに、 軸によ り削り 取られ、 摩耗によるなじみ作用を発揮し、 さらに腐食に対し て極めて安定な性質を有する。 樹脂一般はこのような性質を 多少なり とももっているが、 樹脂がある程度以上の耐熱性と 耐摩耗性をもっていないと、 コーティ ング層が過度に摩耗し てしまうので、 これらの性質が優れたボリイ ミ ド樹脂を使用 する。 フユノール樹脂は高速摺動条件下での特性に優れない ので、 これらの樹脂は使用 しない。 ボリ イ ミ ド樹脂と して は、 芳香族ポリイ ミ ド、 ポリエーテルィ ミ ドまたは芳香族ポ リ アミ ドイ ミ ド、 あるいはこれらのジイ ソシァネー ト変性、 D A P I変性、 D O N A変性、 B P D A変性、 スルホン変性 樹脂のワニスなどを使用するこ とができる。 ポリイ ミ ド樹脂 系バイ ンダの量が 1 0 %未満であると結合力が不足して摩耗 が大き く な り、 一方 4 5 %を超えると摩擦係数が高く なり焼 付きが起こ りやすく なるので、 その量は 1 0〜 4 5 %の範囲 ' . . . 4 '
内 と する。 ポ リ イ ミ ド樹脂系バイ ンダの量は好ま し く は 2 0〜 3 0 %である。
固体潤滑剤は、 M o S 2 ， B N , W S 2 , グラフアイ 卜等 を使用するこ とができる。 これらの固体潤滑剤は摩擦係数を 低く かつ安定にする作用を有する。 これらの作用を十分に発 揮するために、 固体潤滑剤は平均粒径が 2 ミクロン以下、 特 に 1 At m以下の微粒のものを使用するこ とが好ましい。 固体 潤滑剤の量が 5 5 %未満であると摩擦特性が優れず、 焼付き が起こ りやすく 、 一方 9 0 %を超えると、 密着力が不足して 摩耗が大き く なる。 固体潤滑剤の量は 5〜 9 0 %の範囲内と する。 好ましく は 7 0〜8 0 %である。
樹脂コーティ ング層は、 ボリ イ ミ ド系樹脂及びノ又は固体 潤滑剤の組成が異なる二層以上の層とするこ とができる。 二 層以上のコーティ ング層は色彩が異なる層とするこ とができ る。 このような色彩が異なるコーティ ング層を有するすべり 軸受材料は、 片当 りの場所、 深さ、 数、 原因などを軸受ゃェ ンジン試作の段階で調査 · 特定し、 得られた情報を軸受ゃ軸 の設計にフ ィ ー ドバックするこ とができる。
摩擦調整剤の量が 1 %未満であると耐摩耗性に対する摩擦 調整剤の効果がなく 、 2 0 %を超える と相手材を摩耗させ る。
な お 、 上記固体潤滑剤の 1 一 2 0 % を C r 0 3 ， F e 3 0 4 , P b O， W S 2 , Ζ η Ο , C d 0 , A 1 0 3 , S i 0 ζ , S i C , S i a Ν 4 等の摩擦調整剤に置き換えるこ と もできる。 これらの摩擦調整剤は、 固体潤滑剤だけの添加 である とコーティ ング層の摩耗が大きすぎる場合に添加され る。
このよ うな摩擦調整作用を十分に発揮させるためには平均 粒径が 2 μ m以下の摩擦調整剤を使用するこ とが好ましい。 以下、 コーティ ング層の形成方法を説明する。 被処理物で あるアルミニウム軸受合金をすベり軸受形状のライニングに 加工した後、 苛性ソ一ダなどのアル力 リ液中において脱脂処 理し、 続いて水洗及び湯洗を行い表面に付着したアル力 リ を 除去する。 コーティ ング層の密着性を高く する必要がある 時、 特にライニングを軸受使用中に広い面積で露出させるこ とが望ま し く ないときは、 脱脂後アルカ リエッチングと酸洗 の組み合わせによ り ライニングの表面を粗すか、 あるいはボ —リ ング等によ り ライニング表面に凹凸を形成してもよい。 さ らに密着性を高める.必要がある時は、 ライニング表面に厚 み 0 . 1 〜 5 μ mの燐酸亜鉛又は燐酸亜鉛カルシウムからな る化成処理皮膜を施してもよい。 ボーリ ングなどの下地処理 と化成処理を組み合せると極めて密着性が高いコーティ ング 層が得られる。 次いで湯洗後、 温風乾燥し、 適当な希釈剤で 希釈した固定潤滑剤などとボリ イ ミ ド系樹脂をスプレーでラ ィニング上に塗布し、 1 5 0〜 3 0 0。Cで乾燥 · 焼成する。 スプレー法の他にタ ンブリ ング法、 浸漬法、 はけ塗などの方 法が可能である。 コーティ ング層の厚みは 1〜 2 5 μ mであ るこ とが好ま し く 、 よ り好まし く は l 〜 8 x mである。
本発明の軸受材料はライニングのみからなる従来材に比較 して片当 り条件下で優れた耐疲労性及び耐焼付性を発揮す る。 従来材の表面を試験後観察したと ころ、 片当り した表面 は大き く流動して表面が荒れ、 部分的に溶融した跡が認めら れたためアルミニウム合金を強化する硬質物である S i ， C r などは片当り に起因する焼付に対しては有効でないこ と が確認された。 一方これら硬質物よ り も柔らかい本発明の コーティ ング材は片当り をもたらす軸の凸形状に良く なじん でいるこ とが確認された。 また、 コーティ ング層を使用した が C r , S i を含有せず S n , C u , P bのみを含有する A 1 合金をライニングと して使用したと ころ、 なじみ性は良 好であつたがユーティ ング層が消滅した部分で疲労クラ ッ ク が起こ り、 耐疲労性が不良となった。 〖図面の簡単な説明]
第 1 図は本発明の実施例のすべり軸受の断面図である。
〔発明を実施する最良の形態〕
第 1 図に本発明実施例のすべ り軸受の断面を摸式的に示 す。 1 は厚さ 1 . 2 m mの S P C Cよ りなる裏金、 2は厚さ 0 . 3 m mのアル ミ ニウ ム系軸受合金 （ A 1 ― 1 2 S n - 1 . 8 P b - 1 . 0 C u - 3. 0 S i - 0. 3 C r ) 、 3は (アル力 リ エ ツ チングおよび酸洗によ り下地処理された表 面、 粗さ R z 4. 5 u m ) 、 4は密着層 （厚さ l ix mの燐酸 亜鉛層） 、 5はコーティ ング層、 6は S n , P bなどの軟質 金属相である。
表 1 に示す各種すベり軸受材料の耐疲労性及び耐焼付性及 び耐摩耗性を試験した。 また従来材と してコーティ ング層を 設けないライニングのみの軸受材料の性能も試験した。
試験条件は以下のとおりであった。
疲労試験
軸受供試材に中凹型の軸 （軸中心に対して 5 At mの凸部が 両端に形成されている S 5 0 C焼き入れ材） を面圧 3 0 0 K g / c m 2 で押し付け、 回転数 8 0 0 r p mで回転させ る。 潤滑油と しては S A E 1 0 W 3 0を使用する。
焼付性試験
軸受供試材とハウジングの間に 1 0 jLi m x 3 m m X 1 0 m m の シ ム を入れ て 中高 に し た 軸受供試材を 丸棒軸 ( S 5 0 C焼き入れ材） と接触させ、 回転数 1 5 0 0 r p m で回転させ、 荷重を 1 0分毎に 5 0 K g Z c m 2 増加させ る。 潤滑油と しては S A E 1 0 W 3 0を使用する。
摩 gt験
以上のように片当りが生じている条件で軸受材料の性能を 試験した。
結果を表 1 に示す。
Figure imgf000010_0001
注 1 CrOs =2， Fe3 04， PbO, ZnO, CdO, Al: 03 , S i 02 , S i C,
S is N4各 1%
注 2 Al -11 Sn-1. 8Pb- 1. OCu-3. OSi - 0. 3Cr
注 3 A 1 - 11 Sn- 1. &Pb - 1. OCu-3. OSi—0. 3Cr
注 4 Pb-10Sn-2Cu
注 5 Cr 03 =5, Pb0 = 4, Al2 03 =1 表 1 よ り 、 本発明のすべり軸受は従来のォ一バレなしある いはオーバ レイ付きアル ミ系軸受合金と比較して性能が優れ ているこ とが分かる。
続いて、 下地処理及び密着層の有無 · 種類による軸受性能 の調査を行った結果を表 2 に示す。 これよ り、 下地処理及び 密着層の成膜を行う こ とによ り性能が一層向上するこ とが分 かる。
0
Figure imgf000012_0001
[産業上の利用可能性〕
以上説明した'ように本発明はアルミニウ ム系軸受合金のな じみ性を髙めるものであるために、 自動車用軸受と して一層 性能の優れた軸受を提供するこ とができる。
さらに軸や軸受の加工精度が現状のままであり、 片当りが 起こるこ とがあっても焼付きや疲労に至らない性能が優れた 軸受を提供するこ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . アルミニウム系軸受合金 （ 2 ) の表面に、 固体潤滑剤 9 0〜 5 5重量％及びポ リ イ ミ ド樹脂系バイ ンダ 1 0〜 4 5重量％からなるコーティ ング層 （ 5 ) を形成したこ とを 特徴とするすべり軸受材料。
2. 固体潤滑剤の 1〜2 0重量％を摩擦調整剤で置換した こ とを特徴とする請求の範囲第 1項記載のすべり軸受材料。
3. ポリ イ ミ ド系バイ ンダの量が 2 0〜 3 0重量％である 請求の範囲第 1又は 2項記載のすべり軸受材料。
4. アルミ ニウ ム系軸受合金 （ 2 ) の表面に化成処理層 ( 4 ) を形成し、 その上に前記コーティ ング層 （ 5 ) を形成 した請求の範囲第 1又は 2項記載のすべり軸受材料。
5. 固体潤滑剤の 1〜2 0重量％を摩擦調整剤で置換した こ とを特徴とする請求の範囲第 4項記載のすべり軸受材料。
6. コーティ ング層 （ 5 ) の厚みが 1〜2 5 μ πιである請 求の範囲第 1項記載のすべり軸受材料。
7. 固体潤滑剤の 1〜2 0重量％を摩擦調整剤で置換した こ とを特徴とする請求の範囲第 6項記載のすべり軸受材料。
8. アル-ミニゥム系軸受合金 （ 2 ) の表面に化成処理層 ( 4 ) を形成し、 その上に前記コーティ ング層 （ 5 ) を形成 した請求の範囲第 7項記載のすべり軸受材料。
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