WO2009139440A1 - 摺動部材の製造方法、摺動部材及び摺動部材母材 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献2:特開2004-308883号公報によると、上記した積層構造の摺動部材が提案されており、すべり軸受合金としては、Cu又はAl系合金が使用され、またオーバレイ層としては、(202)面の配向指数が30%以上であり、かつ他の面と比較して最大値を示すようにPR電解法により配向制御したBi又はBiめっき合金が使用されている。
ここで、Pb系オーバレイ層を電気めっきにて被着する場合、裏金鋼板は電気良導体であるにもかかわらずPb系オーバレイ層が置換・析出しない理由は、PbとFeとの電位差が少ないからである。
解・析出して脆い皮膜を形成する。裏金背面にはこのような過程で一旦はBiめっき皮膜が形成されるが、そのBiめっき皮膜やFeイオンの再析出皮膜は裏金から簡単に脱落してしまうために、最終的に裏金鋼板背面にはBi系合金が存在しておらず、精密に観察すると、裏金背面は全面腐食により肌荒れ(微小凹凸)を呈していることが分かった。裏金鋼板背面はエンジン軸受の場合はコンロッドの大端部もしくは小端部と衝突し、かつ摺動するため、上記のように裏金鋼板背面に腐食による肌荒れ(微小凹凸)があると、エンジン軸受などの疲労破壊などを起こすおそれがある。
(1)裏金鋼板の表面にすべり軸受合金層を接合し、その後前記すべり軸受合金層(「ライニング」といわれることもある)上にBi系オーバレイ層を電気めっきにより被着してなる摺動部材の製造方法において、前記裏金鋼板の背面に、前記Bi系オーバレイ層の電気めっきより前の段階で、Biよりも電気化学的に貴な金属(以下「貴金属」と略称する)、Biよりも電気化学的に卑な金属であって、表面が不働態化する金属(以下「卑金属」と略称する)、あるいは樹脂からなる第1の保護層を形成し、前記第1の保護層が卑金属からなる場合はその裏金鋼板とは反対側表面を不働態化することを特徴とする摺動部材の製造方法。
(2)貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板の表面に形成することを特徴とする(1)記載の摺動部材の製造方法。
(3) 第1の保護層及び第2の保護層が同一の材質からなる(2)記載の摺動部材の製造方法。
(4) 裏金鋼板の背面に、Biよりも電気化学的に貴な金属(以下「貴金属」と略称する)、Biよりも電気化学的に卑な金属であって、表面が不働態化する金属(以下「卑金属」と略称する)、あるいは樹脂からなる第1の保護層を形成し、さらに前記裏金鋼板の表面側に、前記すべり軸受合金層を接合し、かつ、前記第1の保護層が卑金属である場合はその裏金鋼板とは反対側表面が不働態化されてなり、電気めっきBi系オーバレイ層をすべり軸受合金層に被着する母材として使用される摺動部材母材。
(5)貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板とすべり軸受合金層の間に有することを特徴とする(4)記載の摺動部材の母材。
(6) 裏金鋼板と、前記裏金鋼板の表面側に接合されたすべり軸受合金層と、前記すべり軸受合金の表面に電気めっきにより被着されたBi系オーバレイ層と、前記裏金鋼板の背面に形成された貴金属、卑金属、あるいは樹脂からなる第1の保護層とを含んでなり、(1)から(3)までの何れか1項記載の方法により製造され、前記第1の保護層にはBi系オーバレイ層を構成する物質が置換・析出していないことを特徴とする摺動部材。
(7)貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板とすべり軸受合金層の間に有することを特徴とする(6)記載の摺動部材。
以下、本発明を詳しく説明する。
Cuの標準電極電位(標準水素電極をOVとする。以下同じ)は:Cu=+0.337Vである。ところで、Bi=Bi3++3e-の反応が示す標準電極電位(25℃)は+0.22Vであるため、CuはBiより電気化学的に貴である。なお、Cu系すべり軸受合金の標準電極電位は上記の値を基準として変動する。
Al系すべり軸受合金の標準電極電位はAl=Al3++3e-の反応の-1.66Vを基準とする。したがって、BiはAlよりも電気化学的に貴である。
本発明においては、裏金鋼板の表面にすべり軸受合金層を圧延又は焼結により接合し、その後すべり軸受合金層上にBi系オーバレイ層を電気めっきにより被着する公知の工程を順次行う。
本発明は、上記工程の中で、裏金鋼板の少なくとも背面に、Bi系オーバレイ層の電気めっきより前の段階で、Biよりも電気化学的に貴な金属(即ち「貴金属」)、Biよりも卑な金属であって不働態化する金属(即ち「卑金属」)、あるいは樹脂皮膜のいずれか1種よりなる保護層を形成することを特徴とする。
の電気めっきを行う。第1及び第2の保護層は同一物質であると、両層を同時に形成することができる(上記(3)の方法)。なお、第2の保護層が卑金属であるとその表面に存在する不働態膜がライニングの下に存在するために、Bi系オーバレイ層を電気めっきする際に電極を摺動部材母材に取付ける方法が複雑になる。即ち、摺動部材を両側から鋏ではさみ付ける方式での電極取り付けでは通電不良となるおそれがある。したがって、第2の保護層表面の不働態層をBi系オーバレイ層電気めっき前に、酸洗いなどにより除去することが好ましい。なお、第2の保護層がNi,Crからなり、ライニングが銅合金であると、不働態層は還元性焼結雰囲気により還元され、消失する。
アルカンスルホン酸 70g/L
Biイオン 10g/L
pH 約0
温度 25℃
電流密度 2A/dm2
時間 20分
これらの酸化物は電気不良導体であるので、裏金とは反対側面2bにおいてBi(合金)との置換・析出は起こらないが、その中でも上記した酸化物はFe-Crなどのステンレス鋼や、Al系材料などの不働態皮膜成分としても知られており、安定な保護効果をもたらす。
比較例
裏金1(図1)として厚さが1.3mmのSPCC鋼板を使用し、貴金属層2a,2bを被着せずに、ライニング3として厚さが0.2mmのCu合金層(組成:Cu-5%Sn
)を、裏金1の表面側(1a)となる面に接合した。その後、上記のようにして作成した母材12を陰極に接続し、上記組成のBi電気めっき浴に全面浸漬し、上記電流密度条件でBi系オーバレイ層10を7μmの厚さにめっきした。めっき後、裏金背面側(1b)の面を観察したところ肌荒れが認められた。この裏金背面(1b)側の粗さRzは25μmであった。
図1において、裏金1として厚さが1.3mmのSPCC鋼板を使用し、ライニング3として厚さが0.2mmのCu合金(組成:Cu-5%Sn)を使用した。まず、裏金1の両側に貴金属層2a、2bとしてCuをシアン浴、電流密度2A/dm2の条件で2μmの厚さに電気めっきにより被着した後、水洗・乾燥を行い次に裏金1の表面側(1b)となる面にライニング3を接合した。その後、上記のようにして作成した母材12を陰極に接続し、上記Bi電気めっき浴に全面浸漬し、上記電流密度条件でBi系オーバレイ層10を7μmの厚さにめっきした。めっき後、裏金背面側1bの面を観察したところ、電気めっき状態の表面とほとんど変わらず、肌荒れやBiの電析は認められなかった。
図2において、図1と同じ裏金1、ライニング3及び貴金属層2及びBi系オーバレイ層10を電気めっきにより被着した。但し、貴金属層2は裏金1の背面1bにのみ被着した。めっき後、裏金背面側の貴金属層2bの表面を観察したところ、電気めっき状態の表面とほとんど変わらず、肌荒れやBiの電析は認められなかった。
図2において、図1と同じ裏金1、ライニング3を形成した。その後、別々の供試材に電気めっきによりCr及びNi層2を被着し、室温に放置したところ表面2´が不働態化してCr2O3とNiOなった。その後、Bi系オーバレイ層10を電気めっきにより被着した。Bi系オーバレイ層10のめっき後、裏金背面側のCr2O3層及びNiO層2´の表面を観察したところ、電気めっきに続く室温放置状態の表面とほとんど変わらず、肌荒れやBiの電析は認められなかった。
図1に示す層構造において、図1と同じ裏金1、ライニング3及びBi系オーバレイ層10を形成した。但し、貴金属層2a,2bの代わりに、別々の供試材にCr又はNi層2を裏金1の両側に(電気めっき)により被着し、裏金側のCr又はNi層2bは室温に放置したところ、その表面が不働態化してCr2O3とNiOなった。一方、ライニング側のCr又はNi層2aはライニング3を焼結により形成する際の雰囲気が還元性であったので、Cr2O3がCrに、NiOがNiにそれぞれ還元された。Bi系オーバレイ層10のめっき後、裏金背面側のCr2O3層及びNiO層2b´の表面を観察したところ、電気めっきに続く室温放置状態の表面とほとんど変わらず、肌荒れやBiの電析は認められなかった。
図3において、図1と同じ裏金1、ライニング3及びエポキシ樹脂層4及びBi系オーバレイ層10を形成した。エポキシ樹脂皮膜4は塗布により厚さ3μmに塗布後、100℃で焼成した。Bi系オーバレイ層10層形成後、エポキシ樹脂層4の表面を観察したところ、塗布後の状態とほとんど変わらず、肌荒れやBiの電析は認められなかった。
大きい。
Claims (7)
- 裏金鋼板の表面にすべり軸受合金層を接合し、その後前記すべり軸受合金層上にBi系オーバレイ層を電気めっきにより被着してなる摺動部材の製造方法において、前記裏金鋼板の背面に、前記Bi系オーバレイ層の電気めっきより前の段階で、Biよりも電気化学的に貴な金属(以下「貴金属」と略称する)、Biよりも電気化学的に卑な金属であって、表面が不働態化する金属(以下「卑金属」と略称する)、あるいは樹脂か
らなる第1の保護層を形成し、前記第1の保護層が卑金属からなる場合はその裏金鋼板とは反対側表面を不働態化することを特徴とする摺動部材の製造方法。 - 貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板の表面側に形成することを特徴とする請求項1記載の摺動部材の製造方法。
- 第1の保護層及び第2の保護層が同一の材質からなる請求項2記載の摺動部材の製造方法。
- 裏金鋼板の背面に、Biよりも電気化学的に貴な金属(以下「貴金属」と略称する)、Biよりも電気化学的に卑な金属であって、表面が不働態化する金属(以下「卑金属」と略称する)、あるいは樹脂からなる第1の保護層を形成し、さらに前記裏金鋼板の表面側に、前記すべり軸受合金層を接合し、かつ、前記第1の保護層が卑金属である場合はその裏金とは反対側表面が不働態化されてなり、電気めっきBi系オーバレイ層を被着する母材として使用される摺動部材の母材。
- 貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板とすべり軸受合金層の間に有することを特徴とする請求項4記載の摺動部材の母材。
- 裏金鋼板と、前記裏金鋼板の表面側に接合されたすべり軸受合金層と、前記すべり軸受合金層の表面に電気めっきにより被着されたBi系オーバレイ層と、前記裏金鋼板の背面に形成された貴金属、卑金属、あるいは樹脂からなる第1の保護層とを含んでなり、請求項1から3までの何れか1項記載の方法により製造され、前記第1の保護層にはBi系オーバレイ層を構成する物質が置換・析出していないことを特徴とする摺動部材。
- 貴金属又は卑金属からなる第2の保護層を裏金鋼板とすべり軸受合金層の間に有することを特徴とする請求項6記載の摺動部材。
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