WO2001048267A1

WO2001048267A1 - Element coulissant

Info

Publication number: WO2001048267A1
Application number: PCT/JP2000/009235
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Takamura; Takao Omiya; Motonobu Onoda
Original assignee: Nippon Piston Ring Co., Ltd.
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2001-07-05
Also published as: US20020197504A1; EP1253220A4; KR20020013531A; KR100444566B1; EP1253220A1

Description

明細書摺動部材技術分野

本発明は、摺動面に複数の硬質 C rめっき層が積層された摺動部材に関するものである。特に、内燃機関用のピストンリングに好ましく適用される摺動部材に関するものである。背景技術

近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴い、ピストンリング等の摺動部材に要求される品質が高度になってきている。従来、内燃機関用ピストンリング等の摺動部材には、その耐久性を改善する手段として、摺動面に硬質 C rめつき処理ゃ窒化処理などの耐摩耗性表面処理が施されている。これらの表面処理のうちで特に窒化処理は、優れた耐摩耗特性を示すことから、過酷な運転条件の下で使用されるピストンリング等の摺動部材の表面処理として注目され、広く実用に供されている。

しかし、そうした窒化処理は耐摩耗特性に優れている反面、耐焼付性 (耐スカツフィング性）に関しては必ずしも充分であると言えず、過酷な運転条件での使用に際しての異常摩耗を発生することがあり、改善が望まれていた。また、従来の硬質クロムめつき層（以下、硬質 C rめつき層とする場合がある。）は、窒化処理に比べて多少耐焼付性（耐ス力ッフイング性）が良いものの、耐摩耗性においては充分であるとは言えず、過酷な運転条件での使用に際しての改善が望まれていた。

こうした点については、従来の硬質 C r めっき層に潤滑油溜まりとして機能する微細な凹部を表面に形成したポーラスクロムめつきが、耐焼付性と耐摩耗性を改善するために検討され、一部実用化されている。しかしながら、従来のポーラスクロムめつきは表面にのみ凹部が存在し、摺動特性改善に効果的な凹部はめつき層内部には存在していない。したがって、研削加工等を加えたり摺動面が摩耗していくと、めっき層表面の凹部が存在しないソリッド部分が現れ、耐焼付性ゃ耐摩耗性が低下する不具合がある。

発明の開示

本発明は、上記問題点に鑑みて成し遂げられたものであり、研削加工等を加えたり摺動面の摩耗が進行しても表面の凹部が消滅せず、耐焼付性と耐摩耗性を良好に保つことが可能であり、かつ従来のボーラスクロムめっき層が形成された摺動部材よりも耐焼付性、耐摩耗性および強度の各特性が良好な摺動部材を提供することを主目的とするものである。本発明は、上記目的を達成するために、請求の範囲第 1項に記載するように、摺動面に複数の硬質 C rめっき層が積層された積層硬質 C rめつき層を有し、各硬質 C rめっき層の表面には微小亀裂が形成され、さらに各硬質 C rめつき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成する摺動部材において、上記積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率が 0 . 5〜 4 . 5 %であることを特徴とする摺動部材を提供する

本発明においては、このように表面に微小亀裂が形成された複数の硬質 C r めっき層が積層され、かつ各層内の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成しているので、摩耗が進行して微小亀裂が消失しても、すぐに表面に他の微小亀裂が現れる。したがって、研削加工等を加えたり長期間使用しても、表面には常に潤滑油溜まりとして機能する微小亀裂が存在しているので、耐焼付性と耐摩耗性に問題が生じることがない。また、この積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率が 0 . 5 〜 4 . 5 %であるので、耐焼付性、耐摩耗性および強度の各特性を満足する摺動部材とすることができる。

上記請求の範囲第 1項に記載の摺動部材においては、請求の範囲第 2 項に記載するように、上記硬質 C rめっき層の表面における空孔率が 0 . 5 〜 3 0 %であり、且つ上記表面の微小亀裂の数が 5 0 〜 1 2 0 0本 / 1 0 m mの範囲内であることが好ましい。

この発明によれば、空孔率および微小亀裂の数を上記範囲内とすることにより、上述した断面における空孔率と同様に、耐焼付性、耐摩耗性および強度の各特性を満足する積層硬質 C rめっき層とすることができる。また、多数の微小亀裂が硬質クロムめつき層の表面に形成されているので、耐焼付性と耐摩耗性の問題が生じない。

上記の請求の範囲第 1項または第 2項に記載の摺動部材においては、請求の範囲第 3項に記載するように、上記の硬質クロムめつき層の一層当たりの膜厚が、 0 . 1 〜 6 0 mの範囲内であることが好ましい。

この発明において、 0 . l x mより薄い場合は、必要な肉厚の積層硬質 C rめっき層を得るために、多数の硬質 C r めつき層を積層させる必要があり、コスト的に問題が生じる可能性がある。また、 6 0 mより厚い膜厚の場合は、微小亀裂が摩耗により消失した後、次の層の微小亀裂が現れるまでの厚みが厚くなりすぎるため、その間に耐焼付性ゃ耐摩耗性の問題が生じる可能性がある。

また、本発明は、上記目的を達成するために、請求の範囲第 4項に記載するように、摺動面に複数の硬質 C rめっき層が積層された積層硬質 C rめっき層を有し、各硬質 C rめっき層の表面には微小亀裂が形成され、さらに各硬質 C r めっき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成する摺動部材において、上記積層硬質 C r めっき層の表面における空孔率が 0. 5〜 5. 0 %であり、かつ前記表面の微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 Z l 0 mmの範囲内であることを特徴とする摺動部材を提供する。

本発明においては、このように表面に微小亀裂が形成された複数の硬質 C rめっき層が積層され、かつ各層内の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成しているので、摩耗が進行して微小亀裂が消失しても、すぐに表面に他の微小亀裂が現れる。したがって、研削加工等を加えたり長期間使用しても、表面には常に潤滑油溜まりとして機能する微小亀裂が存在しているので、耐焼付性と耐摩耗性に問題が生じることがない。また、各硬質 C rめっき層の表面の微小亀裂に基づく表面の空孔率が 0. 5〜 5. 0 %であり、かつ前記微小亀裂の数が 5 0〜： L 2 0 0 本 Z l 0 mmの範囲内であることから、本発明における硬質 C rめっき層の表面の亀裂は、微小亀裂が多数形成されていることがわかる。このように多数の微小亀裂が硬質 C rめっき層の表面に形成されているので、微小亀裂に基づいた表面の空孔率が 0. 5〜 5. 0 %と比較的低い割合であるにもかかわらず、耐焼付性と耐摩耗性に問題が生じない。また、表面における空孔率がこのように低い割合であり、かつ亀裂が微小であることから、耐剥離性等の硬質 C rめっき層の強度に関する特性が飛躍的に向上する。こうした特徴を有する本発明は、自動車用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的薄肉となる用途の場合に、特に好ましく適用される。

本発明においては、請求の範囲第 5項に記載するように、請求の範囲第 4項に記載された摺動部材において、上記の硬質クロムめつき層の一層当たりの膜厚が、 0. 1〜 6 0 mの範囲内であることが好ましい。

この発明において、 0. より薄い場合は、必要な肉厚の積層硬質 C rめっき層を得るために、多数の硬質 C rめっき層を積層させる必要があり、コスト的に問題が生じる可能性がある。また、 6 0 / より厚い膜厚の場合は、微小亀裂が摩耗により消失した後、次の層の微小亀裂が現れるまでの厚みが厚くなりすぎるため、その間に耐焼付性ゃ耐摩耗性の問題が生じる可能性がある。図面の簡単な説明

第 1 図は、各硬質 C rめっき層の表面に形成された微小亀裂の一例を示す表面写真である。

第 2 図は、 R z 3 X mの母材表面に積層された硬質 C rめっき層の積層状態の一例を示す断面写真である。

第 3図は、 R z 2 0 mの母材表面に積層された硬質 C rめっき層の積層状態の一例を示す断面写真である。

第 4図は、 N P R式衝撃試験装置（特公昭 3 6 - 1 9 0 4 6号公報記載のめっき密着度の定量的試験装置）の改良試験機を示す概略説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の摺動部材について、詳しく説明する。

本発明の摺動部材における第 1 の特徴は、摺動面に複数の硬質 C rめつき層が積層された積層硬質 C rめっき層を有し、各硬質 C r めっき層の表面には微小亀裂が形成され、各硬質 C rめつき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を有する点にある。

本発明の摺動部材は、第 1 図に示すように、表面に微小亀裂を有する硬質 C rめっき層を積層してなるものである。したがって、例えば硬質 C r めっき層を一層のみ摺動面に有する摺動部材の場合には、摩耗により短期間で微小亀裂のほとんどが消失してしまうので、耐焼付性ゃ耐摩耗性が低下してしまうといった問題が生じることとなる。しかしながら、本発明においては、このような微小亀裂をその表面に有した複数の硬質 C rめっき層を積層することにより、表面の微小亀裂の部分が摩耗や加工によって消失しても、次の層の表面における微小亀裂（成膜方向に独立した微小な空洞を構成するもの。）が現れるようにして、長期間にわたり良好な耐焼付性と耐摩耗性を維持することができるという効果を有する。

本発明においては、この硬質 C rめっき層の一層当たりの膜厚は、 0 . 1 〜 6 0 X mの範囲内とするのが好ましい。この場合において、自動車用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的薄肉となる用途の場合には、硬質 C r めっき層の一層当たりの膜厚を 0 . 1 〜 1 5 ΓΠの範囲内とするのが好ましく、 2 〜 1 5 111の範囲内とするのがより好ましい。また、舶用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的厚肉となる用途の場合には、硬質 C r めっき層の一層当たりの膜厚を 1 5〜 6 0 ； a mの範囲内とするのが好ましく、 1 5〜 4 0 mの範囲内とするのがより好ましい。硬質 C r めっき層の一層当たりの膜厚が上記範囲より薄い場合は、所定の肉厚の積層硬質 C rめっき層を形成するにあたって、多数の層を積層する必要があることから、コスト面で問題となる可能性があると共に、各層が薄い場合は各層の強度面での問題が生じる可能性があるから好ましくない。一方、上記範囲より膜厚が厚い場合は、微小亀裂のほとんどが摩耗の進行により消失してから、次の層表面の微小亀裂が現れるまでに、時間がかかるため、この間に耐焼付性の問題が生じる可能性があるため好ましくない。

なお、本発明においては母材の表面部分が平面であることが好ましいが、母材表面にある程度の微小な凹凸があり、その上に所定の数の硬質 C r めつき層が積層された後、ラッピング等により平滑化されたものであってもよい。このように母材表面に微小な凹凸があれば、各層の硬質 C r めっき層にも凹凸が生じ、摩耗が進行した際に微小亀裂が一気に消失する可能性が少なくなり、耐焼付性を向上させる場合があるからである。また、第 2図及び第 3図に示すように、後述の方法で積層される本発明に係る硬質 C rめっき層は、そのめつき条件によっても異なる力その厚さ方向のほぼ全域に微小な空洞が形成されることが観察されていたことから、微小な空洞の存在しないソリッド部分が現れにくい。そのため、母材表面が R z (十点平均粗さ） 0 . 3 〜 2 0 mの範囲内の凹凸からなるものであっても好ましく適用できる。この場合において、自動車用のピストンリング等のように、積層硬質 C r めっき層全体の厚さが比較的薄肉となる用途の場合には、母材表面の R zが 0 . 3 〜 3 . 0 の範囲内であることがより好ましい。また、舶用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的厚肉となる用途の場合には、母材表面の R zが 1 〜 2 0 i mの範囲内であることがより好ましい。

本発明の摺動部材における積層硬質 C rめっき層の積層数は、必要な硬質 C r めっき層の膜厚を、各層の膜厚で割った数であり、摺動部材の使用状況等によって適宜選定されるものである。一般的な積層数としては、 5層から 3 0層程度であり、好ましくは 8 〜 2 0層程度である。積層数が上記範囲より多い場合は、硬質 C rめっきを行うのに時間と手間がかかるため、コスト的に問題が生じる可能性があり、また積層数が上記範囲より少ない場合は、一般的には各層の膜厚が厚くなることが予想されるため、上述したように耐焼付性が低下するという可能性がある。本発明の摺動部材における第 2の特徴は、積層硬質 C r めっき層の断面における空孔率が 0 . 5 〜 4 . 5 %の範囲内にある点である。通常、摺動面に用いられるポーラスクロムめつき層において、その耐焼付性ゃ耐摩耗性の問題を無視した場合、耐剥離性等のポーラスクロムめっき層自体の強度に関係する特性面から、表面に存在する亀裂等の凹部は少なければ少ないほどよい。特に舶用の摺動部材等のように使用条件が厳しい場合は、特に強度に関係する特性が重要となる。しかしながら、耐焼付性ゃ耐摩耗性の問題が無視できない場合には、ボーラスクロムめっき層の微小亀裂を少なくすると耐焼付性ゃ耐摩耗性が低下するという大きな問題が生じる。したがって、このポーラスクロムめつき層中の微小亀裂の数は、強度、耐焼付性及び耐摩耗性の各特性を満足させるための重要な因子となる。本発明は、この硬質 C rめっき層中の微小亀裂の数を、積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率により評価したものであり、積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率が、 0. 5〜 4. 5 %の範囲内である場合に、特に上述した強度面の特性、耐焼付性及び耐摩耗性を良好に保つことができることを見いだしたものである。

このように、本発明における積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率は、 0. 5〜 4. 5 %の範囲内である必要があり、断面における空孔率が 0. 5 %未満の場合は耐焼付性ゃ耐摩耗性に劣り、断面における空孔率が 4. 5 %を越える場合は強度が低下し、欠けや割れが発生してしまう。

ここで、本発明でいう積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率（ポーラス度ともいう。）とは、断面にまず耐水研磨紙を用いた研磨を、 # 1 8 0、 # 2 4 0、 # 3 2 0、 # 6 0 0、 # 8 0 0、 # 1 0 0 0の順で行い、次いで粒度 1 X m以下のアルミナでバフ研磨を 2 0秒行い、最後に粒度 0. a m以下のアルミナでパフ研磨を 7秒行った後の断面を、画像解析装置により解析して求めたものとする。

このように定義したのは、積層硬質 C rめっき層の断面の空孔率を測定する際に、試料の研磨の条件、時間等によりかなり空孔率の数値が変化することが実験的に明らかとなり、この研磨の条件を一定とする必要が生じたためである。本発明における積層硬質 C rめっき層の断面の空孔率とは、いずれも、上記定義の通り研磨した後の空孔率を示すものである。

さらに、本発明においては、積層硬質 C rめっき層の表面における空孔率が、 0. 5〜 3 0 %の範囲内であり、且つ前記の表面における微小亀裂の数が、 5 0〜 1 2 0 0本 Z l 0 mmの範囲内であることが好ましい。

表面の空孔率が 0. 5 %未満では耐焼付性ゃ耐摩耗性が劣り、表面における空孔率が 3 0 %を越える場合は強度が低下し欠けや割れが発生してしまう。この場合において、自動車用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的薄肉となる用途の場合には、空孔率が 0. 5〜 5. 0 %の範囲内であることが好ましく、 2. 0〜4 . 5 %の範囲内であることがより好ましい。また、舶用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめっき層全体の厚さが比較的厚肉となる用途の場合には、空孔率が 5〜 3 0 %の範囲内であることが好ましく、 1 0〜 2 0 %の範囲内であることがより好ましい。また、表面における微小亀裂の数を上記の範囲内とすることによって、多数の微小亀裂が硬質クロムめつき層上に形成されているので、耐焼付性と耐摩耗性の問題が生じない。

なお、上述の場合において、形成された微小亀裂の幅は、表面の空孔率が 0. 5〜 3 0 %で微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 0 mmの場合に 0. 4 2〜 2. 5 x mであり、表面の空孔率が 0. 5〜 5. 0 %で微小亀裂の数が 5 0〜； L 2 0 0本/ 0 mmの場合に 0. 4 2〜 1. 0 ,' mであり、表面の空孔率が 5. 0〜 3 0 %で微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 Z l 0 m mの場合に 1 . 0 〜 2 . 5 ΓΤΙである。

本発明の摺動部材において、特に、自動車用のピストンリング等のように、積層硬質 C rめつき層全体の厚さが比較的薄肉となる用途に適用される摺動部材においては、上述したように、断面における空孔率を明確に特定しなくても、表面の微小亀裂に基づいた表面の空孔率（表面面積比率ともいう。）と微小亀裂の数とを特定することによって本発明の目的を達成することも可能である。すなわち、請求の範囲第 4項に記載のように、各硬質 C r めっき層の表面に形成された微小亀裂に基づく表面の空孔率が 0 . 5 〜 5 . 0 %であり、かつ前記微小亀裂の数が 5 0 〜 1 2 0 0本 Z l 0 m mの範囲内とすることにより目的を達成することができる。

上述した第 2 の特徴の場合と同様に、通常、摺動面に用いられるポーラスクロムめつき層において、その耐焼付性ゃ耐摩耗性の問題を無視した場合、耐剥離性等のポーラスクロムめつき層自体の強度に関係する特性面から、表面に存在する亀裂等の凹部は少なければ少ないほどよい。しかしながら、耐焼付性と耐摩耗性が極めて重要な特性であるため、ある程度耐剥離性等のめっき層自体における強度面の低下を許容しても、硬質 C r めっき層表面に、例えば逆電処理等によりクラックを形成し、所定の空孔率（表面面積比率）となるような凹部を設けているのである請求の範囲第 4項に記載の発明においては、このような表面の凹部を微小亀裂とすることにより、通常より少ない凹部に基づいた空孔率であつても、耐焼付性と耐摩耗性に問題が生じないという新たな知見を見いだしたものであり、耐焼付性と耐摩耗性を低下させずに、耐剥離性等のめっき層自体の強度を向上させるようにしたところに大きな特徴を有するものである。このような微小亀裂としては、上述したように、各硬質 C rめっき層の表面の微小亀裂に基づく表面の空孔率が 0. 5〜 5. 0 %である場合に微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 Z l 0 mmとなる亀裂であり、さらに好ましい範囲としては、その空孔率が 2. 0〜 4. 5 %である場合に微小亀裂の数が 1 5 0〜 8 0 0本 Z l 0 mmの範囲内である。なお、この場合において、形成された微小亀裂の幅は、表面の空孔率が 0. 5〜 5. 0 %で微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本/ ^/ 1 0 mmの場合に 0. 4 2〜 1. 0 mである。

以上説明した本発明の摺動部材は、母材上に、 C rめっき浴を用いて、硬質 C rめっき工程と逆電処理等のエッチング工程とを所定の回数繰り返し行い、硬質 C rめっき層を積層することにより製造される。このように、硬質 C rめっき層上に更に硬質 C rめっき層を形成すると、めつき層間に優れた密着性を得ることができる。本発明に示される断面ないし表面における空孔率を有する硬質 C rめっき層は、このめつき工程の条件および逆電処理等のエッチング工程の条件を調整することにより得られる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。実施例

以下、実施例および比較例を示して、本発明を具体的に説明する。

(実施例 1 )

クロムめつき浴としては、 6 0 °Cの一定温度に保持されたケィフッ化浴（ C r O : 2 5 0 g / L , H 2 S O 4 ： 1. 5 g / L N a S i F ,' : 5 g /L) を用いた。まず、最初に母材表面の活性化処理として、電流密度 6 0 AZ d m²にて、逆電流処理を 3 0秒間行い（逆電処理 1 ) 、次いで電流密度 6 O Aノ d m²で正電流処理を 1 7分間行った（正電処理 1 ) 。次に、電流密度 6 0 Aノ d m ²にて、逆電流処理を 6 0秒間行つた（逆電処理 2 ) 。予め設定された必要なめっき厚さになるように、正電処理 1 と逆電処理 2 とを 1 7回繰り返し行い、本発明の摺動部材に用いる積層された硬質 C rめっき層を形成した。

得られた積層硬質 C rめっき層は、一層当たり約 1 0 m、積層硬質 C rめっき層としての厚みは約 1 7 O

であった。表面の微小亀裂に基づく表面の空孔率は約 3. 0 %であり、微小亀裂の数は約 6 0 0本 Z 1 0 mmであった。なお、このとき、断面の空孔率を測定したところ、約 3. 0 %であった。

(実施例 2 )

クロムめつき浴としては、 6 5 °Cの一定温度に保持されたケィフッ化浴（C r〇：！： 2 5 0 gZL、 H 2 S O 4 ： 1. 5 gZL、 N a S i F

1 g /L ) を用いた。まず、最初に母材表面の活性化処理として、電流密度 6 0 AZ d にて、逆電流処理を 3 0秒間行い（逆電処理 1 ) 、次いで電流密度 6 O AZ d m²で正電流処理を 1 8分間行った（正電処理 1 ) 。次に、電流密度 6 0 A Z d m ²にて、逆電流処理を 6 0秒間行つた（逆電処理 2 ) 。予め設定された必要なめっき厚さになるように、正電処理 1 と逆電処理 2 とを 1 7回繰り返し行い、本発明の摺動部材に用いる積層された硬質 C rめっき層を形成した。

得られた積層硬質 C rめっき層は、一層当たり約 1 0 xm、積層硬質 C rめっき層としての厚みは約 1 7 O Aimであった。表面の微小亀裂に基づく表面の空孔率は約 0. 5 %であり、微小亀裂の数は約 5 0本 Z 1

0 mmであった。なお、このとき、断面の空孔率を測定したところ、約 0. 5 %であった。

(実施例 3 )

クロムめつき浴としては、 5 0 °Cの一定温度に保持されたケィフッ化浴（ C r 〇 _: 2 5 0 g ZL、 H ₂ S O ₄ ： 1 . 5 g ZL、 N a S i F ' 8 g X L ) を用いた。まず、最初に母材表面の活性化処理として、電流密度 6 0 AZ d m²にて、逆電流処理を 3 0秒間行い（逆電処理 1 ) 、次いで電流密度 6 O Aノ d m²で正電流処理を 1 6分間行った（正電処理 1 ) 。次に、電流密度 6 0 AZ d m²にて、逆電流処理を 6 0秒間行つた（逆電処理 2 ) 。予め設定された必要なめっき厚さになるように、正電処理 1 と逆電処理 2 とを 1 7回繰り返し行い、本発明の摺動部材に用いる積層された硬質 C rめっき層を形成した。

得られた積層硬質 C rめっき層は、一層当たり約 1 0 m、積層硬質 C r めっき層としての厚みは約 1 7 0 mであった。表面の微小亀裂に基づく表面の空孔率は約 4. 5 %であり、微小亀裂の数は約 1 2 0 0本 / 1 0 mmであった。なお、このとき、断面の空孔率を測定したところ、約 4. 5 %であった。

(実施例 4 )

クロムめつき浴としては、 5 6 °C〜 5 8 °Cに保持されためつき浴（ C r O , 2 5 6 . 7 g / L、 3価クロム： 3. 4 7 g /L、 H . S O ： 3. 0 0 g / L、鉄： 9. 2 0 g / L ) を用いた。まず、最初に電流密度 3 0 AZ d m²にて、正電流処理を 1 1 0分間行った（正電処理 1 ) 。次に、電流密度 3 0 AZ d m²にて、逆電流処理を 3分間行った（逆電処理 1 ) 。次いで、同じく電流密度 3 0 A/ d にて、正電流処理を 8 0分間行い（正電処理 2 ) 、さらに次に電流密度 3 0 AZ d こて、逆電流処理を 3分間行った（逆電処理 1 ) 。予め設定された必要なめっき厚さになるように、この正電処理 2 と逆電処理 1 とをさらに 1 1 回繰り返し行い、摺動面に積層された硬質 C rめっき層を有する摺動部材を形成した。

得られた積層硬質 C rめっき層は、第 1層が約 5 0 ^ mであり、第 2 層以降が一層当たり約 3 0 mであった。結果として得られた積層硬質 C rめっき層としての厚みは約 4 1 0 ； mであった。この積層硬質 C r めっき層の断面を上述したような方法により研磨して断面の空孔率を測定したところ、 2. 1 %であった。なお、このとき、表面の空孔率を測定したところ、約 1 5 %であった。

(比較例 1 )

クロムめつき浴としては、 5 5 °Cの一定温度に保持されたケィフッ化浴（C r 0₃ : 2 5 0 gZL、 H ₂ S O ₄ ： 2. 5 gZL、 N a S i F 8 g/L) を用いた。先ず初めに、被めつき材を陽極、錫—鉛合金からなる対極を陰極として、 6 O AZ d m²に相当する選択的一定電流を電流制御電源装置より 1分間印加し、被めつき材表面を電解溶出することにより電解研磨した。その後、陰陽極を急速反転せしめ、 6 0 AZ dm ²の選択的一定電流を電流制御電源装置により所定の厚さの硬質 C rめつき層を析出させるまで印加した。

こうして、連続的に成膜した従来の単層クロムめつき層を得た。

(比較例 2 )

クロムめつき浴としては、 5 5 °Cの一定温度に保持されたケィフッ化浴（C r O 2 5 0 gZL、 H 2 S O ₄ ： 2. 5 gZL、 N a S i F„ ： 8 g /L) を用いた。先ず初めに、被めつき材を陽極、錫—鉛合金からなる対極を陰極として、 6 0 AZ d m ²の選択的一定電流を電流制御電源装置より 1分間印加し、被めつき材表面を電解溶出することにより電解研磨した。次いで、陰陽極を急速反転せしめ、 6 0 AZ d n ^に相当する選択的一定電流を電流制御電源装置により 1 7分間印加し、所定の厚さの硬質 C rめっき層を 1層析出させた。次いで、再度陰陽極を急速反転せしめ、 6 0 A Z d m ²に相当する選択的一定電流を電流制御電源装置により 1分間印加し、析出した硬質 C rめっき層の表面を電解溶出させた。次いで、所定の厚さの C rめっき層を析出させるまで、上述の析出工程および電解溶出工程を連続的に繰り返し、最後は析出工程で終了させた。

こうして、硬質 C r めっき層が一層当たり 1 0 mの層の厚さで構成され、かつ連続する 2層間にその微小亀裂が連続することなく独立して存在する多層構造を有する従来のクロムめつき層を得た。

(比較例 3 )

クロムめつき浴としては、 5 5 °Cの一定温度に保持されたゲイフッ化浴（ C r O 2 5 0 g /L、 H S O ₄ ： 2. 5 g ZL、 N a S i F ' 8 g / L ) にセラミックス粒子（寸法： 0. 0 5〜： L . 0 m、懸濁濃度： l O O g ZL ) を加えためっき浴を用いた。めっきは、エア一レイシヨンの攪拌をしながら行った。先ず初めに、被めつき材を陽極、錫— 鉛合金からなる対極を陰極として、 6 O AZ d m²の選択的一定電流を電流制御電源装置より 1分間印加し、被めつき材表面を電解溶出することにより電解研磨した。次いで、陰陽極を急速反転せしめ、 6 0 AZ d に相当する選択的一定電流を電流制御電源装置により 1 7分間印加し、所定の厚さの硬質 C rめっき層を 1層析出させた。次いで、再度陰陽極を急速反転せしめ、 6 O AZ d m²に相当する選択的一定電流を電流制御電源装置により 1分間印加し、析出した硬質 C rめっき層の表面を電解溶出させた。次いで、所定の厚さの C rめっき層を析出させるまで、上述の析出工程および電解溶出工程を連続的に繰り返し、最後は析出工程で終了させた。

こうして、多層構造を有する C rめっき膜を構成している C r めっき層の各層において、そのクロムめつき微小亀裂中の空隙にセラミック粒子（寸法： 0 . 0 5 〜 1 . Ο ΠΊ) を保持している従来の C rめっき膜を得た。

(試験方法およびその条件）

上述のようにして得られた C rめっき層を実施例 1 〜 4および比較例 1〜 3 として、これについて摩耗試験、スカツフ試験および耐剥離性試験を行った。これらの試験条件は、下記の通りである。

1 . 摩耗試験：

試験機及び方法；ァムスラー型摩耗試験機を使用し、回転片のほぼ半分を油に浸漬し、固定片を接触させ、荷重を負荷して摩耗試験を行った。相手材； F C 2 5 (H R B 9 8 )

潤滑油；夕一ビン油（# 1 0 0 )

油温 8 0。C

周速 l mZ s e c ( 4 7 8 r p m)

8 0 k

時間 7 h r

量測定；粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（ / m) を測定した。

2 . スカツフ試験

試験機及び方法；ァムスラー型摩耗試験機を使用し、回転片に油を一定量塗布した後、スカツフ発生までの荷重を負荷させた。

相手材； F C 2 5 (H R B 9 8 )

潤滑油； 2号スピンドル油

油温；成り行き

周速； l mZ s e c ( 4 7 8 r p m)

荷重および時間；スカツフ発生まで、荷重を 5 k g Zm i nの割合で線形連続的に増加せしめ、スカツフにより焼き付き信号発生時の荷重をス力ッフ荷重とした。

3 . 耐剥離性試験

試験機； N P R式衝撃試験装置（特公昭 3 6— 1 9 0 4 6号、めっき密着度の定量的試験装置）の改良試験機（第 4図を参照）を使用した。方法；皮膜表面に、一回当たり 4 3 . 1 m J ( 4 4 k g / m m ) の衝撃エネルギーを加え、剥離発生までの回数で評価した。

剥離の有無；表面を 1 5倍に拡大して観察し、評価した。

(試験結果）

耐摩耗性は、実施例 1 の試験片の摩耗量を 1 . 0 0 としたときの他の試験片（実施例 2 〜 4および比較例 1 〜 3 ) の摩耗量を、実施例 1 の試験片に対する摩耗指数として評価した。試験結果を表 1 に示した。表 1 中、摩耗指数が 1 . 0 0より小さいものほど摩耗量が少ないことを示している。

耐焼付性は、実施例 1 の試験片の焼付発生荷重を 1 . 0 0 としたときの他の試験片（実施例 2 〜 4および比較例 1 〜 3 ) の焼付発生荷重を実施例 1 の試験片に対する耐焼付性指数として比較した。結果を表 1 に示した。表 1 中、耐焼付性指数が 1 . 0 0より大きいほど、焼付発生荷重が大きいことを示し、耐焼付性に優れることが示される。

耐剥離性は、実施例 1 の試験片を用いた場合の剥離発生回数を 1 . 0 0 としたときの他の試験片（実施例 2 〜 4および比較例 1 〜 3 ) の剥離発生回数を、実施例 1 の試験片に対する耐剥離性指数として比較した。結果を表 1 に示した。表 1 中、耐剥離性指数が 1 . 0 0よりも小さいものは、実施例 1 の試験片ょりも少ない回数で剥離が発生したことになるので、耐剥離性に劣ることになる。

表 1 から明らかなように、実施例 1 〜 4の各試験片は、上述の 3種類の試験結杲の総合評価によれば、比較例 1 3 の試験片よりも優れていることが確認された。総合評価で判断したのは、実機においては一項目でも悪い特性を持っていると、たとえ他の 2項目が優れていても不具合が発生する可能性があるからであり、そのため、最も劣っている特性をもって総合評価とした

表 1

^ ς^ςό州ννΕ (<: ,

産業上の利用可能性

上述したように、本発明の摺動部材は、摺動面に複数の硬質 C rめつき層が積層された積層硬質 C rめっき層を有し、各硬質 C rめっき層表面には微小亀裂が形成され、各硬質 C rめつき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成する摺動部材において、上記積層硬質 C r めっき層の断面における空孔率が 0 . 5 〜 4 . 5 %であるところに特徴を有する。したがって、強度面における特性、耐焼付性及び耐摩耗性の性能が良好である摺動部材を得ることができ、高出力エンジン、高温高負荷のエンジン等の使用条件が厳しい自動車用ビストンリングおよび舶用ピストンリング等に好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲

1. 摺動面に複数の硬質 C rめっき層が積層された積層硬質 C rめっき層を有し、各硬質 C rめっき層の表面には微小亀裂が形成され、さらに各硬質 C rめっき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成する摺動部材において、

前記積層硬質 C rめっき層の断面における空孔率が 0. 5〜 4. 5 % であることを特徴とする摺動部材。

2. 請求の範囲第 1項記載の摺動部材において、

前記硬質 C rめっき層の表面における空孔率が、 0. 5〜 3 0 %であり、且つ前記表面の微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 Z l 0 mmの範囲内であることを特徴とする摺動部材。

3. 請求の範囲第 1項または第 2項記載の摺動部材において、

前記硬質 C rめっき層の一層当たりの膜厚が、 0. 1〜 6 0 111であることを特徴とする摺動部材。

4. 摺動面に複数の硬質 C rめっき層が積層された積層硬質 C rめっき層を有し、各硬質 C rめっき層の表面には微小亀裂が形成され、さらに各硬質 C rめつき層の微小亀裂は成膜方向に独立した微小な空洞を形成する摺動部材において、

前記積層硬質 C rめっき層の表面における空孔率が 0. 5〜 5. 0 % であり、かつ前記表面の微小亀裂の数が 5 0〜 1 2 0 0本 / 1 0 mmの範囲内であることを特徴とする摺動部材。

5. 請求の範囲第 4項記載の摺動部材において、

前記硬質 C rめっき層の一層当たりの膜厚が、 0. l〜 6 0 // mであることを特徴とする摺動部材。