WO2011096524A1 - 摺動部材 - Google Patents

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WO2011096524A1
WO2011096524A1 PCT/JP2011/052397 JP2011052397W WO2011096524A1 WO 2011096524 A1 WO2011096524 A1 WO 2011096524A1 JP 2011052397 W JP2011052397 W JP 2011052397W WO 2011096524 A1 WO2011096524 A1 WO 2011096524A1
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WO
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based particles
layer
alloy
particles
overlay layer
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PCT/JP2011/052397
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French (fr)
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啓之 朝倉
聡 高柳
幹人 安井
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大同メタル工業株式会社
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Publication date
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Priority to GB1213852.5A priority patent/GB2492673A/en
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D7/10Bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/54Electroplating: Baths therefor from solutions of metals not provided for in groups C25D3/04 - C25D3/50
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/20Alloys based on aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/30Alloys based on one of tin, lead, antimony, bismuth, indium, e.g. materials for providing sliding surfaces
    • F16C2204/36Alloys based on bismuth

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member having an overlay layer containing Bi-based particles made of Bi or Bi alloy.
  • the base of a sliding bearing used for an internal combustion engine such as an automobile among sliding members is composed of a back metal layer made of, for example, steel and a bearing alloy layer made of Cu alloy or Al alloy provided on the back metal layer. Has been. On this base, an overlay layer is usually provided in order to improve bearing characteristics such as fatigue resistance and non-seizure properties.
  • the overlay layer is conventionally formed of a soft Pb alloy.
  • Bi has been proposed to use Bi as an alternative material for Pb, which has a large environmental load. Since Bi has a brittle nature, in general, the fatigue resistance and non-seizure property of a slide bearing having an overlay layer formed of Bi is the fatigue resistance of a slide bearing having an overlay layer formed of a Pb alloy and There is a problem that it is inferior to non-seizure property.
  • Patent Document 1 Bi or Bi alloy crystal grains forming an overlay layer are formed into columnar crystals.
  • the columnar crystal referred to in Patent Document 1 is a crystal structure grown in a substantially vertical direction from the surface of the base, in other words, a crystal grain that is long in the thickness direction of the overlay layer.
  • the load of a counterpart shaft that is a sliding counterpart such as a crankshaft is supported by crystal grains oriented in the longitudinal direction of Bi or Bi alloy to improve the fatigue resistance of the overlay layer.
  • Patent Document 1 a dense uneven surface is formed on the sliding surface of the overlay layer by protrusions on the sliding surface side of the Bi crystal particles, and a lubricant is held in the recessed portion of the sliding surface to The non-seizure property of the layer is improved.
  • the connecting rods are thinned to reduce the weight in order to improve fuel efficiency.
  • the connecting rod is easily deformed due to a decrease in rigidity. Therefore, the slide bearing provided on the connecting rod is also easily deformed, and fatigue is easily generated in the slide bearing by repeatedly performing this deformation.
  • the lubricating oil film tends to break due to the load of the counterpart shaft. As a result, there is a problem that the mating shaft easily comes into contact with the sliding surface of the slide bearing without passing through the lubricating oil, thereby causing seizure.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a sliding member having an overlay layer containing Bi-based particles made of Bi or a Bi alloy and having excellent fatigue resistance and non-seizure properties. That is.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies focusing on the shape of Bi-based particles in an overlay layer containing Bi-based particles made of Bi or Bi alloy. As a result, the present inventors classified the Bi-based particles contained in the overlay layer into three according to the shape, and the proportion of the Bi-based particles classified into the three in the overlay layer falls within a predetermined range. As a result, it was recognized that a sliding member having excellent fatigue resistance and non-seizure properties can be obtained. Based on this recognition, the present inventors have created the following invention.
  • the sliding member according to the present invention has a base and an overlay layer provided on the base and including Bi-based particles made of Bi or Bi alloy.
  • the major axis of the Bi-based particles contained in the overlay layer is X
  • the minor axis perpendicular to the major axis X at the midpoint position of the major axis X is Y.
  • X ⁇ Y is the aspect ratio Z
  • the Bi-based particles are the first Bi-based particles satisfying Z ⁇ 2, the second Bi-based particles satisfying 2 ⁇ Z ⁇ 3, and the third Bi satisfying 3 ⁇ Z. It is classified into any one of the base particles.
  • the ratio of the number of particles occupied by the first Bi-based particles to the total number of Bi-based particles is a%
  • the ratio of the number of particles occupied by the second Bi-based particles is b%.
  • a ⁇ b is d
  • a ⁇ c is e
  • a ⁇ 30, 0.5 ⁇ d ⁇ 6.0, and 0 .5 ⁇ e ⁇ 6.0 is satisfied.
  • the “base” in the present invention means a portion that supports the overlay layer as a part of the sliding member.
  • the back metal layer, the bearing alloy layer, and the intermediate layer are It is.
  • the back metal layer and the bearing alloy layer are the base.
  • the overlay layer is provided directly on the back metal layer, the back metal layer is the base.
  • the bearing alloy layer is an Al-based bearing alloy layer, a Cu-based bearing alloy layer, or a bearing alloy layer formed of other metals.
  • the overlay layer contains Bi-based particles. Bi-based particles are crystal particles made of Bi or Bi alloy. Examples of the Bi alloy include a Bi—Cu alloy, a Bi—Sn alloy, and a Bi—Sn—Cu alloy.
  • the back metal layer, the bearing alloy layer, the intermediate layer, and the overlay layer may contain components other than the above components, and contain unavoidable impurities.
  • the cross-section of the overlay layer can be observed with a transmission electron microscope, scanning electron microscope, FIB / SIM (Focus Ion Beam / scanning ion microscope), EBSP (electron backscatter analysis image method), or other methods that can observe crystal particles. Done.
  • the observation field is 5 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m, and the measurement magnification in this case is preferably 25,000 times.
  • the “thickness direction” in the present invention means a direction perpendicular to the surface of the base portion when the surface on the overlay layer side is regarded as a horizontal plane among the surfaces of the base portion.
  • the Bi-based particles contained in the overlay layer are classified into three according to the shape. Specifically, the major axis of the Bi-based particles contained in the overlay layer is X, the minor axis is Y, X ⁇ Y is the aspect ratio Z, and the Bi-based particles are Z ⁇ 2 as shown in FIG.
  • the long axis X is a straight line when a straight line is drawn at the maximum length of the Bi-based particles.
  • the short axis Y is a straight line when a straight line perpendicular to the long axis X is drawn at the midpoint of the long axis X.
  • the long axis X and the short axis Y are obtained by observing the cross section of the overlay layer with the electron microscope or the like and actually measuring the dimensions of the Bi-based particles.
  • the “aspect ratio” is a value obtained by dividing the major axis X by the minor axis Y as described above. For example, if the particle is a sphere, the major axis X and the minor axis Y have the same length, and the aspect ratio Z is 1. In the present invention, when the Bi-based particles are classified into the above three shapes, the first Bi-based particles have a shape closest to the sphere.
  • the ratio of the number of particles occupied by the first Bi-based particles to the total number of Bi-based particles is a%
  • the ratio of the number of particles occupied by the second Bi-based particles is b%
  • a ⁇ b is the aspect ratio d
  • a ⁇ c is the aspect ratio e
  • the size of the Bi-based particles is adjusted so that 0.5 ⁇ e ⁇ 6.0.
  • the total number of Bi-based particles is the total of the number of first Bi-based particles, the number of second Bi-based particles, and the number of third Bi-based particles.
  • the number of particles of Bi-based particles (first Bi-based particles, second Bi-based particles, and third Bi-based particles) can be determined by observing the cross section of the overlay layer with the above-mentioned electron microscope, etc. Obtained by counting.
  • the ratio “a ⁇ 30” of the number of particles occupied by the first Bi-based particles indicates that the ratio of the number of particles occupied by the first Bi-based particles is 30% or more with respect to the total number of particles of the Bi-based particles. ing.
  • the load of the counterpart member is applied to the sliding surface of the overlay layer, this load is supported by the Bi-based particles.
  • the first Bi-based particles are easily deformed in the downward direction and the left-right direction by the applied load. Therefore, the vicinity of the surface where the load is applied is easily deformed on the sliding surface of the overlay layer, thereby improving the conformability of the sliding member.
  • the overlay layer of the sliding member can easily disperse the load from the mating member, and the influence when the mating member hits the overlay layer locally can be reduced.
  • the ratio of the aspect ratio “0.5 ⁇ d ⁇ 6.0” is that the number of particles is such that the first Bi-based particles are within the range of 0.5 to 6.0 times the second Bi-based particles. Is shown. Since the second Bi-based particle has an aspect ratio Z larger than that of the first Bi-based particle, the second Bi-based particle has an elongated shape as compared with the first Bi-based particle. When the second Bi-based particles are distributed in the overlay layer, the probability that the direction of the major axis X of the second Bi-based particles is along the thickness direction in the overlay layer is also increased.
  • the load of the counterpart member when the load of the counterpart member is applied to the sliding surface of the overlay layer, the load is supported by the surface on the sliding surface side of the second Bi-based particles (hereinafter, the surface on the sliding surface side is referred to as the upper end surface). It becomes easy to be done. Therefore, when a load is applied from the upper end surface of the second Bi base particle toward the base in the thickness direction of the base, a compressive force acts on the second Bi base particle in the longitudinal direction. However, since the second Bi-based particles have a high strength in the longitudinal direction, they are not easily deformed in the longitudinal direction.
  • the aspect ratio ratio “0.5 ⁇ e ⁇ 6.0” indicates that the first Bi-based particle is 0.5 to 6.0 times the third Bi-based particle in the number of particles. Since the third Bi-based particles have an aspect ratio Z larger than that of the second Bi-based particles, the third Bi-based particles have an elongated shape as compared with the second Bi-based particles. The third Bi-based particles also produce the same action as the second Bi-based particles. In particular, since the third Bi-based particles have an elongated shape than the second Bi-based particles, they are more difficult to deform in the longitudinal direction than the second Bi-based particles.
  • the sliding member which is one Embodiment of this invention satisfy
  • the sliding member according to one embodiment of the present invention has a base having a back metal layer, a bearing alloy layer provided on the back metal layer, and an intermediate layer provided on the bearing alloy layer, and the intermediate layer is , Ni, Ni alloy, Ag, Ag alloy, Co, Co alloy, Cu, or Cu alloy.
  • the Ni alloy includes a Ni—Sn alloy.
  • the overlay layer is provided on the base portion having the back metal layer, the bearing alloy layer provided on the back metal layer, and the intermediate layer provided on the bearing alloy layer.
  • an intermediate layer as an adhesive layer between the bearing alloy layer and the overlay layer, it is possible to prevent the overlay layer from peeling off from the base as much as possible.
  • the intermediate layer made of Ni or the like easily adheres firmly to the bearing alloy layer and the overlay layer. Thereby, it can prevent effectively that an overlay layer peels from a base.
  • the present inventors are able to generate Bi while producing a minute density of current density on the surface of the base. It was also confirmed that the shape of the Bi-based particles contained in the overlay layer can be changed by performing electroplating. That is, the present inventors supply micro / nano bubbles, which are minute bubbles, to the surface of the base when Bi electroplating is performed to provide an overlay layer on the base, and the current density is minute and dense on the surface of the base. It was confirmed that the first Bi-based particles, the second Bi-based particles, and the third Bi-based particles can be distributed in the overlay layer by generating
  • the micro / nano bubble generation method includes an ejector type, a cavitation type, a swivel type, a pressure dissolution type, an ultrasonic use type, and a fine hole type.
  • the micro / nano bubbles preferably have a diameter of 500 nm to 1000 nm. When the diameter of the micro / nano bubbles is 1000 nm or less, a minute density of current density is likely to occur on the surface of the base, and Bi-based particles having different shapes can be easily generated.
  • the method for controlling the shape of the Bi-based particles is not limited to the above.
  • the carbon content in the overlay layer is preferably 0.2% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or less.
  • the overlay layer 13 becomes brittle as the amount of carbon increases, and the fatigue resistance of the overlay layer tends to decrease. It was confirmed.
  • the inventors have confirmed through tests that the maximum surface pressure at which fatigue does not increase increases as the amount of carbon in the overlay layer decreases.
  • a sliding member having a carbon content of 0.2% by mass in the overlay layer has a maximum surface pressure of 5 to 10 MPa without fatigue as compared with a sliding member having a carbon content of 0.2% by mass in the overlay layer.
  • the present inventors have confirmed that the cost is high.
  • the amount of carbon in the overlay layer is proportional to the amount of additive in the Bi electroplating solution.
  • the additive is an essential material for improving the stability of the coating such as uniform electrodeposition of the overlay layer.
  • the present inventors for example, adopt the micro / nano bubble method in Bi electroplating, thereby reducing the amount of additive compared to the conventional method to the base.
  • the present inventors provide a sliding member comprising a base and an overlay layer that is provided on the base and includes Bi-based particles formed of Bi or Bi alloy, in terms of improving the fatigue resistance of the sliding member. From the above, it was confirmed by a test that the crystal orientation of the overlay layer is preferably such that the (012) plane orientation index is 14% or less in terms of Miller index. According to this test, the smaller the (012) plane orientation index of the overlay layer, the higher the maximum surface pressure at which fatigue does not occur.
  • the overlay layer in which the orientation index of the (012) plane is 14% or less supplies micro / nano bubbles, which are microbubbles, to the plating solution when Bi electroplating is performed, and the supply amount is constant for a certain period of time. It is obtained by changing every time. Specifically, by supplying micro / nano bubbles in Bi electroplating solution at 50 mL to 10 L / min every 5 to 60 seconds while changing the supply amount, the orientation index of the (012) plane of the overlay layer is 14 % Or less. Note that an overlay layer having an orientation index of (012) plane of 14% or less may be obtained by a method other than the method using micro / nano bubbles.
  • Sectional drawing which shows typically the sliding member which is one Embodiment of this invention.
  • the figure which shows the major axis X and the minor axis Y of Bi base particle contained in an overlay layer.
  • a sliding member 11 shown in FIG. 1 includes a base portion 12 and an overlay layer 13 provided on the base portion 12.
  • the “base” in the present invention is a portion of the sliding member that supports the overlay layer 13.
  • a bearing alloy layer 12b is provided on the back metal layer 12a and an intermediate layer 12c as an adhesive layer is provided between the bearing alloy layer 12b and the overlay layer 13, the back metal layer 12a, Three layers of the bearing alloy layer 12 b and the intermediate layer 12 c are the base portion 12.
  • the bearing alloy layer 12b is provided on the back metal layer 12a and the overlay layer 13 is provided on the bearing alloy layer 12b, the two layers of the back metal layer 12a and the bearing alloy layer 12b are the base portion 12. Further, when the overlay layer 13 is provided directly on the back metal layer 12 a, the back metal layer 12 a is the base 12.
  • the bearing alloy layer 12b is formed of an Al-based bearing alloy layer, a Cu-based bearing alloy layer, or other metals.
  • the overlay layer 13 includes Bi-based particles 14.
  • the Bi-based particles 14 are crystal particles made of Bi or Bi alloy. Examples of the Bi alloy include a Bi—Cu alloy, a Bi—Sn alloy, and a Bi—Sn—Cu alloy.
  • the back metal layer 12a, the bearing alloy layer 12b, the intermediate layer 12c, and the overlay layer 13 may contain components other than the above components, and contain unavoidable impurities.
  • FIG. 2 schematically shows the Bi-based particles 14 in a cross section obtained by cutting the overlay layer 13 along the thickness direction.
  • the “thickness direction” here means a direction perpendicular to the surface of the base 12 when the surface on the overlay layer 13 side of the surface of the base 12 is regarded as a horizontal surface.
  • the Bi-based particles 14 included in the overlay layer 13 are classified into three according to the shape. Specifically, as shown in FIG. 2, the major axis of the Bi-based particles 14 included in the overlay layer 13 is X, the minor axis is Y, and X ⁇ Y is the aspect ratio Z. As shown in FIG. 1, any one of the first Bi-based particles 14 a with Z ⁇ 2 and the second Bi-based particles 14 b with 2 ⁇ Z ⁇ 3, and the third Bi-based particles 14 c with 3 ⁇ Z. Classification. As shown in FIG. 2, the long axis X indicates a straight line when a straight line is drawn in the maximum length portion of the Bi base particle 14.
  • the short axis Y indicates the straight line when a straight line perpendicular to the long axis X is drawn at the midpoint of the long axis X.
  • the long axis X and the short axis Y are obtained by observing the cross section of the overlay layer 13 with an electron microscope or the like and actually measuring the dimensions of the Bi base particles 14.
  • the “aspect ratio” in the present invention is a value obtained by dividing the major axis X by the minor axis Y. For example, if the particle is a sphere, the major axis X and the minor axis Y have the same length, and the aspect ratio Z is 1. In the present invention, when the Bi-based particles 14 are classified into the three shapes, the first Bi-based particles 14a have a shape closest to a sphere.
  • the ratio of the number of particles occupied by the first Bi-based particles 14a to the total number of particles of the Bi-based particles 14 is a%
  • the ratio of the number of particles occupied by the second Bi-based particles 14b is b%.
  • a ⁇ b is the aspect ratio d
  • a ⁇ c is the aspect ratio e
  • the size of the Bi-based particles 14 is adjusted so that d ⁇ 6.0 and 0.5 ⁇ e ⁇ 6.0.
  • the “total number of Bi-based particles 14” is the sum of the number of first Bi-based particles 14a, the number of second Bi-based particles 14b, and the number of third Bi-based particles 14c.
  • the number of particles of the Bi-based particles 14 is determined by observing the cross section of the overlay layer 13 with the above-described electron microscope or the like. Is obtained by actually counting the number of.
  • a ⁇ 30 in the present invention indicates that the ratio of the number of particles occupied by the first Bi-based particles 14 a to the total number of particles of the Bi-based particles 14 is 30% or more.
  • 0.5 ⁇ d ⁇ 6.0 means that in terms of the number of particles, the first Bi-based particle 14a is in the range of 0.5 to 6.0 times the second Bi-based particle 14b. It is shown that.
  • the second Bi-based particle 14b has an aspect ratio Z larger than that of the first Bi-based particle 14a, and thus has a shape that is longer than that of the first Bi-based particle 14a.
  • the load is a surface on the sliding surface side of the second Bi base particle 14b (hereinafter, the surface on the sliding surface side is referred to as an upper end surface). ). Therefore, when a load is applied from the upper end surface of the second Bi base particle 14b toward the base 12 in the thickness direction of the base 12, a compressive force acts on the second Bi base particle 14b in the longitudinal direction. become. However, the second Bi-based particles 14b are not easily deformed in the longitudinal direction because of their high strength in the longitudinal direction.
  • 0.5 ⁇ e ⁇ 6.0 means that in terms of the number of particles, the first Bi-based particle 14a is in the range of 0.5 to 6.0 times the third Bi-based particle 14c. It is shown that.
  • the third Bi base particle 14c has an aspect ratio Z larger than that of the second Bi base particle 14b, and thus has a shape that is longer than that of the second Bi base particle 14b.
  • the third Bi-based particle 14c also has the same effect as the second Bi-based particle 14b. In particular, since the third Bi-based particle 14c has an elongated shape than the second Bi-based particle 14b, it is more difficult to deform in the longitudinal direction than the second Bi-based particle 14b.
  • the base 12 having the back metal layer 12a, the bearing alloy layer 12b provided on the back metal layer 12a, and the intermediate layer 12a provided on the bearing alloy layer 12b. It can be applied to the sliding member 11 provided with the overlay layer 13 thereon.
  • the bearing alloy layer 12b in the base 12, the effect of the bearing characteristics of the bearing alloy layer 12b can be obtained.
  • the intermediate layer 12 c as an adhesive layer between the bearing alloy layer 12 b and the overlay layer 13, it is possible to prevent the overlay layer 13 from being peeled off from the base portion 12 as much as possible.
  • the intermediate layer 13 c includes any one of Ni, Ni alloy, Ag, Ag alloy, Co, Co alloy, Cu, and Cu alloy, and easily adheres firmly to the bearing alloy layer 12 b and the overlay layer 13. Thereby, it is possible to further prevent the overlay layer 13 from being peeled off from the base portion 12.
  • the present inventors provide a minute density of current density on the surface of the base 12. It has been found that the shape of the Bi-based particles 14 contained in the overlay layer 13 can be changed by performing Bi electroplating while producing them. That is, the present inventors supply micro / nano bubbles, which are minute bubbles, to the surface of the base 12 when Bi electroplating is performed to provide the overlay layer 13 on the base 12, and current is applied to the surface of the base 12. It has been found that the first Bi-based particles 14 a, the second Bi-based particles 14 b, and the third Bi-based particles 14 c can be distributed in the overlay layer 13 by generating minute density of the density.
  • a sliding bearing as a sliding member is provided with a bearing alloy layer formed of a Cu alloy or an Al alloy on a back metal layer formed of steel, and an intermediate layer is provided on the bearing alloy layer as necessary. It is obtained by providing an overlay layer on the base portion configured as described above.
  • the sliding member (slide bearing) of the present invention is obtained as follows. In order to confirm the effect of the sliding member (slide bearing) of the present invention, samples shown in Table 1 (Inventive Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 in Table 1) were obtained.
  • a bimetal was manufactured by lining a Cu alloy bearing alloy layer on a steel back metal, and then the bimetal was formed into a semi-cylindrical or cylindrical shape to obtain a molded product.
  • the surface of the bearing alloy layer of this molded product was bored to finish the surface, and the surface was cleaned with electric field degreasing and acid.
  • an intermediate layer was provided on the surface of the molded product as needed, and an overlay layer was formed on this molded product (intermediate layer when the molded product was provided with an intermediate layer) by Bi electroplating.
  • the conditions for Bi electroplating are shown in Table 2.
  • Inventive Examples 1 to 7 in Bi electroplating, micro / nano bubbles are generated in a plating solution by a micro / nano bubble device (not shown), and the micro / nano bubbles are formed into a molded product (intermediate layer). ).
  • micro / nano bubbles By supplying micro / nano bubbles to the surface of the molded product (intermediate layer), a minute density of current density is generated on the surface of the molded product (intermediate layer), and the first Bi-based particles, the second Bi-based particles, and Third Bi-based particles were precipitated.
  • the apparatus for generating micro / nano bubbles an apparatus for shearing the plating solution and air by applying high pressure to the spiral flow path was used.
  • the device for generating the micro / nano bubbles was provided in the path between the filter and the plating tank in the path in which the plating solution was circulated in the order of the plating tank, the pump, the filter, and the plating tank.
  • the diameter of the micro / nano bubbles in the plating solution was measured using a Shimadzu nano particle size distribution apparatus “SALD-7100”. As a result of the measurement, 80% or more of the total number of bubbles present in the Bi electroplating solution used in the production of Examples 1 to 7 of the present invention were micro / nano bubbles having a diameter of 500 nm to 1000 nm.
  • Invention Examples 1 to 7 were obtained by the above production method.
  • Comparative Examples 1 to 5 were obtained by the same production method as Examples 1 to 7 of the present invention, except that no minute density of current density was generated on the surface of the molded product.
  • the cross section of the overlay layer 13 was observed using a scanning ion microscope.
  • the observation field is 5 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m, and the measurement magnification is 25,000 times.
  • the major axis X and the minor axis Y were measured for all Bi-based particles included in this observation field.
  • the aspect ratio Z is obtained by dividing the major axis X by the minor axis Y, and based on this aspect ratio Z, the observed Bi-based particles are classified into the first Bi-based particles, the second Bi-based particles, the third It was classified into any one of Bi-based particles, and “a”, “b”, “c”, “d”, and “e” in Table 1 were determined.
  • Each sample was subjected to a fatigue resistance test under the conditions shown in Table 3 below, and a seizure test under the conditions shown in Table 4. The results are shown in Table 1.
  • a typical example of the sliding member is a slide bearing used in an internal combustion engine such as an automobile.
  • 11 is a sliding member
  • 12 is a base
  • 12a is a back metal layer (base)
  • 12b is a bearing alloy layer (base)
  • 12c is an intermediate layer (base)
  • 13 is an overlay layer
  • 14 is Bi-based particles.

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Abstract

 BiまたはBi合金から成るBi基粒子14を含むオーバレイ層13を有する摺動部材である。Bi基粒子14の長軸をX、短軸をY、アスペクト比Z=X÷Yとする。前記Bi基粒子は、Z<2を満たす第1のBi基粒子、2≦Z<3を満たす第2のBi基粒子、3≦Zを満たす第3のBi基粒子のいずれか一種に分類される。Bi基粒子の全粒子数に対し、第1のBi基粒子の占める粒子数の割合をa%とし、第2のBi基粒子の占める粒子数の割合をb%とし、第3のBi基粒子の占める粒子数の割合をc%とし、a÷b=dとし、a÷c=eとしたとき、摺動部材は、a≧30、0.5≦d≦6.0、および、0.5≦e≦6.0を満たす。

Description

摺動部材
 本発明は、BiまたはBi合金から成るBi基粒子を含むオーバレイ層を有する摺動部材に関するものである。
 摺動部材のうち自動車などの内燃機関に使用されるすべり軸受の基部は、例えば鋼で形成される裏金層と、この裏金層上に設けたCu合金またはAl合金から成る軸受合金層とで構成されている。この基部上には、通常、耐疲労性および非焼付性などの軸受特性を向上させるために、オーバレイ層を設けている。
 オーバレイ層は、従来、軟質のPb合金で形成されている。また、近年では、環境負荷の大きいPbの代替材として、Biを用いることが提案されている。Biには脆いという性質があるため、一般に、Biで形成されるオーバレイ層を有するすべり軸受の耐疲労性および非焼付性は、Pb合金で形成されるオーバレイ層を有するすべり軸受の耐疲労性および非焼付性よりも劣るという問題がある。
 そのため、例えば特許文献1では、オーバレイ層を形成するBiまたはBi合金の結晶粒子を柱状晶にしている。特許文献1で云う柱状晶とは、基部の表面からほぼ垂直方向に成長した結晶組織、言い換えると、オーバレイ層の厚さ方向に長い結晶粒子のことである。特許文献1によれば、クランクシャフトなどの摺動相手となる相手軸の荷重を、BiまたはBi合金の、長手方向に指向する結晶粒子で支えて、オーバレイ層の耐疲労性の向上を図っている。また、特許文献1によれば、オーバレイ層の摺動面にBi結晶粒子の摺動面側の突起によって緻密な凹凸面を形成し、この摺動面の凹部に潤滑剤を保持して、オーバレイ層の非焼付性の改善を図っている。
特開2006-266445号公報
 最近の内燃機関の分野では、燃費向上のためにコンロッドなどを薄肉化して、軽量化を図っている。コンロッドを薄肉化すると、その剛性低下により、コンロッドが変形しやすくなる。そのため、コンロッドに設けるすべり軸受も変形しやすくなり、この変形が繰り返し行われることにより、すべり軸受に疲労が生じやすくなっている。
 また、燃費向上のために、粘性の低い潤滑油を使用すると、相手軸の荷重によって潤滑油の油膜が破断しやすくなる。その結果、相手軸が潤滑油を介さずにすべり軸受の摺動面に接触しやすくなり、焼付を招くという問題がある。
 したがって、従来構成よりも耐疲労性および非焼付性に優れる摺動部材が要望されている。
 本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、BiまたはBi合金から成るBi基粒子を含むオーバレイ層を有し、耐疲労性および非焼付性に優れる摺動部材を提供することである。
 本発明者らは、BiまたはBi合金から成るBi基粒子を含むオーバレイ層において、Bi基粒子の形状に着眼して鋭意試験を重ねた。その結果、本発明者らは、オーバレイ層に含まれるBi基粒子を、形状によって3つに分類し、3つに分類されるBi基粒子の各々のオーバレイ層中に占める割合を所定範囲内にすることにより、耐疲労性および非焼付性に優れる摺動部材が得られるという認識を得た。
 本発明者らは、かかる認識に基づいて、以下の発明を創案した。
 本発明に係わる摺動部材は、基部と、この基部上に設けられ、BiまたはBi合金から成るBi基粒子を含むオーバレイ層とを有する。このオーバレイ層を厚さ方向に沿って切断した断面において、オーバレイ層に含まれるBi基粒子の長軸をXとし、長軸Xの中点位置で長軸Xと直交する短軸をYとし、X÷Yをアスペクト比Zとすると、Bi基粒子は、Z<2を満たす第1のBi基粒子、2≦Z<3を満たす第2のBi基粒子、3≦Zを満たす第3のBi基粒子のうちのいずれか一種に分類される。本発明摺動部材は、Bi基粒子の全粒子数に対し、第1のBi基粒子の占める粒子数の割合をa%とし、第2のBi基粒子の占める粒子数の割合をb%とし、第3のBi基粒子の占める粒子数の割合をc%とし、a÷bをdとし、a÷cをeとすると、a≧30、0.5≦d≦6.0、および、0.5≦e≦6.0を満足する。
 本発明で云う「基部」とは、摺動部材の一部として、オーバレイ層を支持する部分を意味する。例えば、裏金層上に軸受合金層が設けられ、軸受合金層とオーバレイ層との間に接着層としての中間層が介挿されている場合は、裏金層と軸受合金層と中間層とが基部である。その他、裏金層上に軸受合金層が設けられ、軸受合金層上にオーバレイ層が設けられている場合は、裏金層および軸受合金層が基部である。また、裏金層上に直接オーバレイ層が設けられている場合は、裏金層が基部ある。
 軸受合金層は、Al基軸受合金層、Cu基軸受合金層、その他の金属で形成された軸受合金層である。オーバレイ層には、Bi基粒子が含まれている。Bi基粒子は、BiまたはBi合金から成る結晶粒子である。Bi合金としては、Bi-Cu合金、Bi-Sn合金、Bi-Sn-Cu合金などがある。
 裏金層、軸受合金層、中間層、オーバレイ層には、前記成分以外の成分が含まれていてもよく、また、不可避不純物が含まれる。
 オーバレイ層の断面の観察は、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、FIB/SIM(Focus Ion Beam/走査イオン顕微鏡)、EBSP(電子後方散乱解析像法)、または、結晶粒子を観察できるその他の手法で行われる。観察視野としては5μm×5μmであり、この場合の測定倍率としては好適には25,000倍である。
 ここで、オーバレイ層を厚さ方向に沿って切断した断面におけるBi基粒子の形状、サイズについて述べる。本発明で云う「厚さ方向」とは、基部の面のうちオーバレイ層側の面を水平面とみなした時に、この基部の面に対して垂直な方向を意味する。本発明では、オーバレイ層に含まれるBi基粒子を、形状によって3つに分類した。
 具体的には、オーバレイ層に含まれるBi基粒子の長軸をXとし、短軸をYとし、X÷Yをアスペクト比Zとして、Bi基粒子を、図1に示すように、Z<2を満たす第1のBi基粒子、2≦Z<3を満たす第2のBi基粒子、3≦Zを満たす第3のBi基粒子のいずれか一種に分類した。
 長軸Xは、図2に示すように、Bi基粒子の最大長さとなる所に直線を描いた時のその直線のことである。短軸Yは、長軸Xの中点の位置で長軸Xに対して直交する直線を描いた時のその直線のことである。長軸Xおよび短軸Yは、オーバレイ層の断面を前記電子顕微鏡などで観察し、Bi基粒子の寸法を実際に測ることにより得られる。
 本発明で云う「アスペクト比」とは、前記のとおり、長軸Xを短軸Yで割った値のことである。例えば、粒子が球であると、長軸Xと短軸Yの長さは同じであり、アスペクト比Zは1となる。本発明においてBi基粒子を前記3つの形状に分類した時、第1のBi基粒子が、球にもっとも近い形をしている。
 本発明では、Bi基粒子の全粒子数に対し、第1のBi基粒子が占める粒子数の割合をa%とし、第2のBi基粒子が占める粒子数の割合をb%とし、第3のBi基粒子が占める粒子数の割合をc%、a÷bをアスペクト比の率dとし、a÷cをアスペクト比の率eとすると、a≧30、0.5≦d≦6.0、および、0.5≦e≦6.0となるように、Bi基粒子の大きさを調整している。
 「Bi基粒子の全粒子数」は、第1のBi基粒子の数、第2のBi基粒子の数、第3のBi基粒子の数の合計である。Bi基粒子(第1のBi基粒子、第2のBi基粒子、第3のBi基粒子)の粒子数は、オーバレイ層の断面を上述の電子顕微鏡などで観察し、粒子の数を実際に数えることにより得られる。
 第1のBi基粒子が占める粒子数の割合「a≧30」は、Bi基粒子の全粒子数に対し、第1のBi基粒子が占める粒子数の割合が30%以上であることを示している。
 オーバレイ層の摺動面に相手部材の荷重が加わると、この荷重はBi基粒子によって支持される。Bi基粒子のうち第1のBi基粒子は、加えられた荷重によって下方向および左右方向に変形しやすい。そのため、オーバレイ層の摺動面において荷重が加えられた付近は変形しやすく、これにより、摺動部材のなじみ性が向上する。その結果、摺動部材のオーバレイ層は、相手部材からの荷重を分散させやすく、相手部材がオーバレイ層に局部的に当たったときの影響を低減化できる。
 アスペクト比の率「0.5≦d≦6.0」は、粒子数において、第1のBi基粒子が第2のBi基粒子の0.5倍から6.0倍の範囲内であることを示している。第2のBi基粒子は、アスペクト比Zが第1のBi基粒子よりも大きいため、第1のBi基粒子よりも細長い形状である。この第2のBi基粒子がオーバレイ層中に分布している場合、第2のBi基粒子の長軸Xの方向がオーバレイ層中の厚さ方向に沿う確率も高くなる。この場合、オーバレイ層の摺動面に相手部材の荷重が加わると、荷重は第2のBi基粒子の摺動面側の面(以下、摺動面側の面を上端面と称する)で支持されやすくなる。そのため、第2のBi基粒子の上端面から基部の厚さ方向で基部側に向かって荷重が加わると、この第2のBi基粒子には長手方向において圧縮力が作用することになる。しかし、第2のBi基粒子は、その長手方向強度が大きいため、長手方向において変形しにくい。
 アスペクト比の率「0.5≦e≦6.0」は、粒子数において、第1のBi基粒子が第3のBi基粒子の0.5~6.0倍であることを示す。第3のBi基粒子は、アスペクト比Zが第2のBi基粒子よりも大きいため、第2のBi基粒子よりも細長い形状である。この第3のBi基粒子も、第2のBi基粒子と同様の作用を生じる。特に、第3のBi基粒子は、第2のBi基粒子よりも細長い形状であるため、第2のBi基粒子よりも長手方向においていっそう変形しにくい。このように、Z<2を満たす第1のBi基粒子、2≦Z<3を満たす第2のBi基粒子、および3≦Zを満たす第3のBi基粒子のすべてを有し、かつ、a≧30%、0.5≦d≦6.0、および、0.5≦e≦6.0をすべて満たすことにより、耐疲労性および非焼付性に優れる摺動部材が得られる。
 本発明の一実施形態である摺動部材は、35≦a≦70、0.8≦d≦4.0および0.8≦e≦4.0を満たす。
 35≦a≦70、0.8≦d≦4.0、および、0.8≦e≦4.0にすれば、よりいっそう優れた耐疲労性および非焼付性を摺動部材に与えることができる。
 本発明の一実施形態である摺動部材は、基部が、裏金層と、前記裏金層上に設けた軸受合金層と、前記軸受合金層上に設けた中間層とを有し、中間層が、Ni、Ni合金、Ag、Ag合金、Co、Co合金、Cu、Cu合金のいずれかを含む。例えば、Ni合金としてはNi-Sn合金がある。
 前記実施形態では、裏金層と、裏金層上に設けた軸受合金層と、軸受合金層上に設けた中間層とを有する基部上にオーバレイ層を設けた。基部に含まれる軸受合金層を設けることにより、摺動部材は、軸受合金層の軸受特性効果を有する。また、軸受合金層とオーバレイ層との間に接着層としての中間層を設けることにより、オーバレイ層が基部から剥がれてしまうことを極力防止できる。前記Ni等から成る中間層は、軸受合金層およびオーバレイ層に、それぞれ強固に接着しやすい。これにより、オーバレイ層が基部から剥がれてしまうことを効果的に防止できる。
 ここで、本発明者らは、Bi電気めっきによってBiまたはBi合金で形成されるBi基粒子を含むオーバレイ層を基部上に設ける場合において、基部の表面に電流密度の微小粗密を生じさせながらBi電気めっきを行うことにより、オーバレイ層に含まれるBi基粒子の形状を変えることができることも、確認した。すなわち、本発明者らは、基部上にオーバレイ層を設けるためのBi電気めっきを施すときに、微小な気泡であるマイクロ・ナノバブルを基部の表面に供給し、基部の表面に電流密度の微小粗密を生じさせることにより、第1のBi基粒子、第2のBi基粒子、および、第3のBi基粒子をオーバレイ層中に分布させ得ることを確認した。
 マイクロ・ナノバブルの発生方法としては、エジェクタタイプ、キャビテーションタイプ、旋回タイプ、加圧溶解タイプ、超音波使用タイプ、微細孔タイプなどが挙げられる。マイクロ・ナノバブルは、直径500nm~1000nmであることが好ましい。マイクロ・ナノバブルの直径が1000nm以下であると、基部の表面に電流密度の微小粗密が生じやすくなり、形状の異なるBi基粒子を容易に生成することができる。なお、Bi基粒子の形状を制御する方法は前記に限定されない。
 また、耐疲労性の向上の観点から、オーバレイ層中の炭素量は、0.2質量%以下が好ましく、0.1質量%以下であることがより好ましい。本発明者らは、試験によって、オーバレイ層中のBi基粒子の粒界に炭素が存在する場合、炭素量の増大とともにオーバレイ層13が脆くなり、オーバレイ層の耐疲労性が低下する傾向のあることを確認した。そして、本発明者らは、試験によって、オーバレイ層中の炭素量が少ないほど、疲労しない最大面圧が上昇することを確認した。例えば、オーバレイ層中の炭素量が0.2質量%の摺動部材は、オーバレイ層中の炭素量が0.2質量%を超える摺動部材に比べて、疲労しない最大面圧が5~10MPa高いことを、本発明者らは確認した。
 一般に、オーバレイ層中の炭素量は、Bi電気めっき液中の添加剤量に比例する。添加剤は、オーバレイ層の均一な電着性などの被膜の安定性を向上させるために必須の材料である。本発明者らは、オーバレイ層中の炭素量を減らす方法として、例えば、Bi電気めっきにおいて、前記マイクロ・ナノバブル方式を採用することにより、添加剤量を従来に比べて少量にしても、基部に対して被膜の安定性に優れるオーバレイ層が得られることも確認した。
 本発明者らは、基部と、この基部上に設けられ、BiまたはBi合金で形成されるBi基粒子を含むオーバレイ層とを備える摺動部材において、摺動部材の耐疲労性の向上の観点から、オーバレイ層の結晶配向は、ミラー指数で(012)面の配向指数が14%以下であることが好ましいことを試験によって確認した。この試験によれば、オーバレイ層の(012)面の配向指数が少ないほど、疲労しない最大面圧は上昇した。配向指数とは、オーバレイ層のBiまたはBi合金の結晶の各面のX線回折強度をR(hkl)としたとき、配向指数=R(012)×100÷ΣR(hkl)で表される。この式において、R(012)は、(012)面のX線回折強度であり、ΣR(hkl)は、各面のX線強度の総和である。
 前記(012)面の配向指数が14%以下となるオーバレイ層は、例えば、Bi電気めっきを施すときに、めっき液中に微小気泡であるマイクロ・ナノバブルを供給するとともに、その供給量を一定時間毎に変化させることによって得られる。具体的には、Bi電気めっき液中にマイクロ・ナノバブルを5~60秒ごとに50mL~10L/分、供給量を変化させながら供給することにより、オーバレイ層の(012)面の配向指数は14%以下となった。
 なお、マイクロ・ナノバブルを用いる方法以外で、前記(012)面の配向指数が14%以下となるオーバレイ層を得てもよい。
本発明の一実施形態である摺動部材を模式的に示す断面図。 オーバレイ層に含まれるBi基粒子の長軸Xおよび短軸Yを示す図。
 図1を見ながら、本発明摺動部材の一実施形態について説明する。
 図1に示す摺動部材11は、基部12と、基部12上に設けたオーバレイ層13とを含む。本発明で云う「基部」とは、摺動部材の、オーバレイ層13を支持する部分である。例えば、図1に示すように、裏金層12a上に軸受合金層12bを設け、軸受合金層12bとオーバレイ層13との間に接着層としての中間層12cを設けた場合は、裏金層12a、軸受合金層12bおよび中間層12cの三層が基部12である。その他、裏金層12a上に軸受合金層12bを設け、軸受合金層12b上にオーバレイ層13を設けた場合は、裏金層12aおよび軸受合金層12bの二層が基部12である。また、裏金層12a上に直接オーバレイ層13を設けた場合は、裏金層12aが基部12である。
 軸受合金層12bは、Al基軸受合金層、Cu基軸受合金層、その他の金属で形成される。オーバレイ層13には、Bi基粒子14が含まれている。Bi基粒子14は、BiまたはBi合金から成る結晶粒子である。Bi合金としては、Bi-Cu合金、Bi-Sn合金、Bi-Sn-Cu合金などがある。
 裏金層12a、軸受合金層12b、中間層12c、オーバレイ層13には、前記成分以外の成分が含まれていてもよく、また、不可避不純物が含まれる。
 オーバレイ層13の断面の観察は、透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、FIB/SIM(Focus Ion Beam/走査イオン顕微鏡)、EBSP(電子後方散乱解析像法)、または、結晶粒子を観察できるその他の手法で行われる。観察視野としては5μm×5μmであり、この場合の測定倍率としては好適には25,000倍である。図2は、オーバレイ層13を厚さ方向に沿って切断した断面におけるBi基粒子14を模式的に示す。ここで云う「厚さ方向」は、基部12の面のうちオーバレイ層13側の面を水平の面とみなしたときに、この基部12の面に対して垂直方向を意味する。
 本発明では、オーバレイ層13に含まれるBi基粒子14を、形状によって3つに分類した。
 具体的には、図2に示すように、オーバレイ層13に含まれるBi基粒子14の長軸をXとし、短軸をYとし、X÷Yをアスペクト比Zとして、Bi基粒子14を、図1に示すように、Z<2の第1のBi基粒子14a、2≦Z<3の第2のBi基粒子14b、3≦Zの第3のBi基粒子14cのいずれか一つに分類している。長軸Xは、図2に示すように、Bi基粒子14の最大長さ部分に直線を描いたときのその直線を指す。短軸Yは、長軸Xの中点の位置で長軸Xに対して直交する直線を描いたときのその直線を指す。長軸Xおよび短軸Yは、オーバレイ層13の断面を電子顕微鏡等で観察し、Bi基粒子14の寸法を実際に測ることにより得られる。
 本発明における「アスペクト比」は、長軸Xを短軸Yで割った値である。例えば、粒子が球であると、長軸Xと短軸Yの長さは同じであり、アスペクト比Zは1となる。本発明においてBi基粒子14を前記3つの形状に分類したとき、第1のBi基粒子14aが、球にもっとも近い形をしている。
 本発明では、Bi基粒子14の全粒子数に対し、第1のBi基粒子14aが占める粒子数の割合をa%とし、第2のBi基粒子14bが占める粒子数の割合をb%とし、第3のBi基粒子14cが占める粒子数の割合をc%とし、a÷bをアスペクト比の率dとし、a÷cをアスペクト比の率eとすると、a≧30、0.5≦d≦6.0、および0.5≦e≦6.0となるように、Bi基粒子14の大きさを調整している。
 「Bi基粒子14の全粒子数」は、第1のBi基粒子14aの数、第2のBi基粒子14bの数、第3のBi基粒子14cの数の合計である。Bi基粒子14(第1のBi基粒子14a、第2のBi基粒子14b、第3のBi基粒子14c)の粒子数は、オーバレイ層13の断面を上述の電子顕微鏡などで観察し、粒子の数を実際に数えることにより得られる。
 本発明における「a≧30」は、Bi基粒子14の全粒子数に対し、第1のBi基粒子14aが占める粒子数の割合が30%以上であることを示している。
 オーバレイ層13の摺動面に相手部材の荷重を加えると、この荷重はBi基粒子14によって支持される。Bi基粒子14のうち第1のBi基粒子14aは、加えられた荷重によって下方向および左右方向に変形しやすい。そのため、オーバレイ層13の摺動面において、荷重が加えられた付近は変形しやすく、これにより、摺動部材11のなじみ性は向上する。その結果、摺動部材11のオーバレイ層13は、相手部材から受ける荷重を分散させやすく、相手部材がオーバレイ層13に局部的に当たったときの影響を低減化できる。
 本発明の「0.5≦d≦6.0」は、粒子数において、第1のBi基粒子14aが第2のBi基粒子14bの0.5倍から6.0倍の範囲内であることを示している。第2のBi基粒子14bは、アスペクト比Zが第1のBi基粒子14aよりも大きいため、第1のBi基粒子14aよりも細長い形状である。この第2のBi基粒子14bがオーバレイ層13中に分布している場合、第2のBi基粒子14bの長軸Xの方向がオーバレイ層13中の厚さ方向に沿う確率も高くなる。この場合、オーバレイ層13の摺動面に相手部材の荷重が加えられると、荷重は第2のBi基粒子14bの摺動面側の面(以下、摺動面側の面を上端面と称する)で受けられやすくなる。そのため、第2のBi基粒子14bの上端面から基部12の厚さ方向で基部12側に向かって荷重が加わると、この第2のBi基粒子14bには長手方向において圧縮力が作用することになる。しかし、第2のBi基粒子14bは、その長手方向強度が大きいため、長手方向において変形しにくい。
 本発明における「0.5≦e≦6.0」は、粒子数において、第1のBi基粒子14aが第3のBi基粒子14cの0.5倍から6.0倍の範囲内であることを示している。第3のBi基粒子14cは、アスペクト比Zが第2のBi基粒子14bよりも大きいため、第2のBi基粒子14bよりも細長い形状である。この第3のBi基粒子14cも、第2のBi基粒子14bと同様の作用を生じる。特に、第3のBi基粒子14cは、第2のBi基粒子14bよりも細長い形状であるため、第2のBi基粒子14bよりも長手方向において一層変形しにくい。このように、Z<2の第1のBi基粒子14a、2≦Z<3の第2のBi基粒子14b、および3≦Zの第3のBi基粒子14cのすべてを有し、かつ、a≧30%、0.5≦d≦6.0、および0.5≦e≦6.0をすべて満たすことにより、耐疲労性および非焼付性に優れる摺動部材を得ることができる。
 図1に示す例では、前記のとおり、裏金層12aと、裏金層12a上に設けられた軸受合金層12bと、軸受合金層12b上に設けられた中間層12aとを有している基部12上にオーバレイ層13を設けた摺動部材11に適用することができる。基部12中に軸受合金層12bが設けられることにより、軸受合金層12bの軸受特性の効果を得ることができる。また、軸受合金層12bとオーバレイ層13との間に接着層としての中間層12cを設けることにより、オーバレイ層13が基部12から剥がれてしまうことを極力防止することができる。中間層13cは、Ni,Ni合金、Ag、Ag合金、Co、Co合金、Cu、Cu合金のいずれかを含み、軸受合金層12bおよびオーバレイ層13に強固に接着しやすい。これにより、オーバレイ層13が基部12から剥がれてしまうことをより一層防止することができる。
 ここで、本発明者らは、Bi電気めっきによってBiまたはBi合金で形成されるBi基粒子14を含むオーバレイ層13を基部12上に設ける場合において、基部12の表面に電流密度の微小粗密を生じさせながらBi電気めっきを行うことにより、オーバレイ層13に含まれるBi基粒子14の形状を変えることができることを見出した。すなわち、本発明者らは、基部12上にオーバレイ層13を設けるためのBi電気めっきを施すときに、微小な気泡であるマイクロ・ナノバブルを基部12の表面に供給し、基部12の表面に電流密度の微小粗密を生じさせることにより、第1のBi基粒子14a、第2のBi基粒子14b、第3のBi基粒子14cをオーバレイ層13中に分布させることができることを見出した。
                   試験例
 一般に、摺動部材であるすべり軸受は、鋼で形成される裏金層にCu合金またはAl合金で形成される軸受合金層を設け、この軸受合金層上に必要に応じて中間層を設けて構成される基部上に、オーバレイ層を設けることにより得られる。
 本発明の摺動部材(すべり軸受)は、次のようにして得られる。また、本発明の摺動部材(すべり軸受)の効果を確認するために、表1中に示す試料(表1中の本発明例1~7、比較例1~5)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 まず、鋼裏金上にCu合金の軸受合金層をライニングしてバイメタルを製造し、次に、このバイメタルを半円筒状または円筒状にして成形品を得た。次に、この成形品の軸受合金層の表面にボーリング加工を施して表面を仕上げ、その表面に電界脱脂および酸によって洗浄を行った。次に、その成形品の表面に必要に応じて中間層を設け、この成形品(成形品に中間層が設けられている場合は中間層)上にBi電気めっきによってオーバレイ層を設けた。Bi電気めっきの条件を表2に示す。
 ここで、本発明である本発明例1~7は、Bi電気めっきにおいて、マイクロ・ナノバブル装置(図示省略)によってめっき液中にマイクロ・ナノバブルを発生させ、このマイクロ・ナノバブルを成形品(中間層)の表面に供給した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 成形品(中間層)の表面にマイクロ・ナノバブルの供給を行うことにより、成形品(中間層)の表面に電流密度の微小粗密が生じ、第1のBi基粒子、第2のBi基粒子および第3のBi基粒子が析出した。マイクロ・ナノバブルを発生する装置は、めっき液と空気とを螺旋状の流路に高圧をかけて剪断させる方式のものを用いた。このマイクロ・ナノバブルを発生する装置は、めっき槽、ポンプ、フィルター、めっき槽の順でめっき液が循環される経路において、フィルターとめっき槽の間の経路に設けた。
 めっき液中のマイクロ・ナノバブルの直径は、島津ナノ粒子径分布装置「SALD-7100」を用いて測定した。その測定の結果、本発明例1~7の製造で用いられたBi電気めっき液中に存在する全バブルのうち個数で80%以上は、直径500nm~1000nmのマイクロ・ナノバブルであった。
 前記製造方法によって、本発明例1~7を得た。
 比較例1~5は、成形品の表面に電流密度の微小粗密を生じさせない以外、本発明例1~7と同様の製造方法によって得た。
 表1中の「アスペクト比」の「a」、「b」、「c」の値の違いは、バブルの供給によって生じる電流密度の粗密の影響によるものである。
 表1中の「アスペクト比」の列の「a」は、Bi基粒子の全粒子数に対し、第1のBi基粒子が占める粒子数の割合を百分率で表したものである。同じく「b」は、Bi基粒子の全粒子数に対し、第2のBi基粒子が占める粒子数の割合を百分率で表したものであり、「c」は、Bi基粒子の全粒子数に対し、第3のBi基粒子が占める粒子数の割合を百分率で表したものである。表1中の「アスペクト比の率」の列において、「d」は「a」÷「b」の値であり、「e」は「a」÷「c」の値である。
 オーバレイ層13の断面は、走査イオン顕微鏡を用いて観察した。観察視野は5μm×5μmであり、測定倍率は25,000倍である。この観察視野に含まれるすべてのBi基粒子について長軸Xおよび短軸Yを測った。そして、長軸Xを短軸Yで割ってアスペクト比Zを求め、このアスペクト比Zに基づいて、観察したBi基粒子を、第1のBi基粒子、第2のBi基粒子、第3のBi基粒子のいずれか一つに分類し、表1中の「a」、「b」、「c」、「d」、「e」を求めた。
 前記各試料について次の表3に示す条件で耐疲労性試験、および表4に示す条件で焼付試験を行った。その結果を、表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 耐疲労性試験および焼付試験の結果について解析する。
 本発明例1~7と、比較例1~5との対比から、本発明例1~7は、a≧30(%)、0.5≦d≦6.0および0.5≦e≦6.0をすべて満たすため、比較例1~5よりも、耐疲労性および非焼付性のいずれも優れていることを理解できる。
 本発明例1、2と、本発明例3~7との対比から、本発明例1、2は、35≦a≦70、0.8≦d≦4.0および0.8≦e≦4.0をすべて満たすため、本発明例3~7よりも、耐疲労性および非焼付性のいずれも、より一層優れていることを理解できる。
 なお、軸受合金層とオーバレイ層との間に中間層、特にAg、Ag合金、Co、Co合金、Cu、Cu合金のいずれかからなる中間層を設けた本発明例では、更に厳しい条件で試験をしても、これらの試験後のオーバレイ層は基部から剥がれていなかった。
 摺動部材の典型例は、自動車などの内燃機関に使用されるすべり軸受である。
 図面中、11は摺動部材、12は基部、12aは裏金層(基部)、12bは軸受合金層(基部)、12cは中間層(基部)、13はオーバレイ層、14はBi基粒子を示す。

Claims (6)

  1.  基部と、
     該基部上に設けられ、BiまたはBi合金から成るBi基粒子を含むオーバレイ層とを有する摺動部材において、
     前記オーバレイ層に含まれる前記Bi基粒子の長軸をXとし、前記長軸Xの中点の位置で前記長軸Xに対して直交する短軸をYとし、X÷Yをアスペクト比Zとすると、
     前記Bi基粒子は、Z<2を満たす第1のBi基粒子、2≦Z<3を満たす第2のBi基粒子、3≦Zを満たす第3のBi基粒子のいずれか一種に分類され、
     前記Bi基粒子の全粒子数に対し、前記第1のBi基粒子の占める粒子数の割合をa%とし、前記第2のBi基粒子の占める粒子数の割合をb%とし、前記第3のBi基粒子の占める粒子数の割合をc%とし、a÷bをdとし、a÷cをeとすると、a≧30、0.5≦d≦6.0、および、0.5≦e≦6.0を満足する摺動部材。
  2.  35≦a≦70、0.8≦d≦4.0、および0.8≦e≦4.0を満たす請求項1に記載された摺動部材。
  3.  前記基部が、裏金層と、該裏金層上に設けた軸受合金層と、該軸受合金層上に設けた中間層とを含み、
     前記中間層が、Ni、Ni合金、Ag、Ag合金、Co、Co合金、Cu、およびCu合金から成る群から選ばれる材料から成る少なくとも一層を含む請求項1に記載された摺動部材。
  4.  前記基部が、裏金層と、該裏金層上に設けた軸受合金層と、該軸受合金層上に設けた中間層とを含み、
     前記中間層が、Ni、Ni合金、Ag、Ag合金、Co、Co合金、Cu、およびCu合金から成る群から選ばれる材料から成る少なくとも一層を含む請求項2に記載された摺動部材。
  5.  前記軸受合金層がAl基軸受合金から成る請求項3に記載された摺動部材。
  6.  前記軸受合金層がCu基軸受合金から成る請求項3に記載された摺動部材。
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