WO2018142218A1 - 動部材及び内燃機関の摺動部材 - Google Patents

動部材及び内燃機関の摺動部材 Download PDF

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steel
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伊澤　佳典
馬渕　豊
淳一 荒井
クリスチァン グランテ
エロディ ボネイ
カロリーナ スペクト
ジーンマーリー マルハイレ
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日産自動車株式会社
ルノー エス、ア、エス
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    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/01—Absolute values

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member and a sliding member of an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses a method of forming a hard film that enables a hard film to be formed on the surface of a substrate by causing a work-induced transformation in the cold.
  • This hard film forming method is a hard film forming method in which a solid metal powder is sprayed onto the surface of a substrate using a compressible gas as a medium to form a hard metal film.
  • the metal powder is composed of a metal material that causes processing-induced transformation, and the metal powder is flattened by plastic deformation by striking the metal powder against the substrate at a high speed that causes the processing-induced transformation.
  • the metal powder is deposited on the surface of the base material several times, and the work-induced transformation is caused in the deposited metal powder.
  • this forming method is characterized in that a metal film having a hardness higher than that of the metal powder before being struck against the substrate is formed on the surface of the substrate.
  • An object of the present invention is to provide a sliding member having excellent wear resistance and a sliding member for an internal combustion engine.
  • the inventors of the present invention made extensive studies to achieve the above object. As a result, a coating layer having a steel part derived from a plurality of austenitic stainless steel particles and a copper part derived from a plurality of copper particles or copper alloy particles and bonded to each other via an interface is formed on the substrate. As a result, the inventors have found that the above object can be achieved, and have completed the present invention.
  • a sliding member having excellent wear resistance and a sliding member for an internal combustion engine can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion surrounded by line II of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion surrounded by line III of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by line IV of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by a V line of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion surrounded by a VI line of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion surrounded by the line VIII of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion surrounded by line IX of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion surrounded by X-rays of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to another embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member of an internal combustion engine having the sliding member at a sliding portion of the internal combustion engine.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a bearing mechanism of an internal combustion engine having a sliding member on a bearing metal of the bearing mechanism of the internal combustion engine.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the wear test apparatus.
  • FIG. 15 is a cross-sectional transmission electron microscope (TEM) image of the sliding member of Test Example 2.
  • FIG. 16 is a graph showing the results of energy dispersive X-ray (EDX) analysis in the sliding member of Test Example 2.
  • TEM transmission electron microscope
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion surrounded by line II of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion surrounded by line III of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by line IV of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by a V line of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion surrounded by the VI line of the sliding member shown in FIG.
  • the sliding member 1 of the present embodiment includes a base material 10 and a coating layer 20 formed on the base material 10.
  • the coating layer 20 has a steel part 21 derived from a plurality of austenitic stainless steel particles and a copper part 23 derived from a plurality of copper particles or copper alloy particles, and these parts (for example, steel parts) 21, 21, steel part 21, copper part 23, and copper part 23).
  • the coating layer 20 may have pores 20c.
  • the base material 10 may have a plastically deformed portion 10b formed of a flat concave portion.
  • the base material does not have a plastically deformed portion formed of a flat concave portion is included in the scope of the present invention.
  • the coating layer 20 has a plastic deformation portion 20a having a structure in which a flat steel portion 21 and a copper portion 23 are deposited. It may be. Although not shown, it goes without saying that the case where the coating layer does not have a plastic deformation part having a structure in which a flat steel part or copper part is deposited is included in the scope of the present invention.
  • the coating layer 20 includes a plastic deformation portion 20b formed of a steel portion 21 and a copper portion 23 in which a flat concave portion is formed, and a flat shape. You may have the plastic deformation part 20a which has the structure where the steel part 21 and the copper part 23 were deposited.
  • the coating layer does not have a plastic deformation part made of a steel part or a copper part in which a flat concave part is formed, but has a plastic deformation part having a structure in which a flat steel part or a copper part is deposited. Needless to say, this is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the base material 10 is at least one layer 11 of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface with the coating layer 20. You may have. Although not shown, it goes without saying that the case where the substrate does not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface with the coating layer is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the steel part 21 and the copper part 23 is at least a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface with the base material 10.
  • One layer 22, 24 may be provided.
  • At least a part of the steel part 21 has at least one layer 22 of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface between the steel parts 21 and 21. You may have. Although not shown, it goes without saying that the case where the steel part does not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface between the steel parts is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the steel part 21 or the copper part 23 is formed of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface between the steel part 21 and the copper part 23. At least one of the layers 22 and 24 may be provided. In addition, although not illustrated, it is needless to say that the case where the steel part and the copper part do not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface between the steel part and the copper part is included in the scope of the present invention. .
  • At least a part of the copper part 23 has at least one layer 24 of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface between the copper parts 23, 23. You may have. Although not shown, it goes without saying that the case where the copper part does not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface between the copper parts is included in the scope of the present invention.
  • the sliding member of the present embodiment includes a base material and a coating layer formed on the base material, and the coating layer is derived from a plurality of austenitic stainless steel particles, and a plurality of steel portions. Since it is a sliding member having a copper part derived from copper particles or copper alloy particles, and the parts are bonded via an interface, the steel part derived from a plurality of austenitic stainless steel particles of a single material Compared with a sliding member having a coating layer made of only, it has excellent wear resistance.
  • At least one of the base material and the coating layer has a plastic deformation portion. Thereby, more excellent wear resistance can be realized.
  • At least one part selected from the group consisting of a base material, a steel part, and a copper part has at least one of a diffusion layer and an intermetallic compound layer.
  • steel particles that are raw materials used in the manufacturing method of the sliding member
  • copper particles or copper alloy particles hereinafter also referred to as “copper particles”. This is probably because the steel particles or the steel particles and the base material are bound together by relatively soft copper particles.
  • the steel part and the copper particles are anchored by the base part, the steel part and the copper part adhering to the base material, the steel part, It is also considered that the adhesion between the copper part and the base material is improved. In other words, it is considered that the adhesiveness between the steel part, the copper part and the like and the base material is improved by forming the plastically deformed part.
  • the diffusion layer and the intermetallic compound layer on a part of the base material or the coating layer, the steel part, between the copper part and the base material, the steel part, It is also considered that adhesion between parts such as a copper part is improved.
  • the steel particles and copper particles when steel particles and copper particles are sprayed onto the base material, the steel particles and copper particles generate heat when they collide with the base material, the steel part or the copper part attached to the base material, and undergo plastic deformation. As a result, welding and atomic diffusion proceed. It is also considered that these improve the adhesion between the steel part, the copper part, etc. and the base material, or between the steel part, the copper part, etc. In other words, by forming at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer on a part of the base material or the coating layer, the steel part, between the copper part and the base material, the steel part, It is also considered that adhesion between parts such as a copper part is improved.
  • the substrate is not particularly limited, but is preferably a metal that can be applied to a method for manufacturing a sliding member described later, that is, a method for forming a coating layer. Needless to say, it is preferable that the base material be usable in a high-temperature environment to which the sliding member is applied when the sliding member is used as a sliding member of an internal combustion engine.
  • the aluminum alloy for example, AC2A, AC8A, ADC12, etc. defined in Japanese Industrial Standard are preferably applied.
  • an iron alloy it is preferable to apply SUS304, an iron-type sintered alloy, etc. which are prescribed
  • a copper alloy it is preferable to apply beryllium copper, a copper alloy system sintered alloy, etc., for example.
  • the coating layer is not particularly limited with respect to its porosity.
  • the porosity of the coating layer is preferably as small as possible from the viewpoint that if the porosity of the coating layer is high, the strength is insufficient and the wear resistance may be reduced.
  • the porosity in the cross section of the coating layer is preferably 3 area% or less, more preferably 1 area% or less, In particular, 0 area% is preferable. At this time, since the porosity can be reduced to 0.1% by area, from the viewpoint that excellent wear resistance and productivity can be improved in a well-balanced manner. It is preferably 1 to 3 area%.
  • the porosity in the cross section of the coating layer is obtained by, for example, observing a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image of the cross-section of the coating layer, and image processing such as binarization of the cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image. Can be calculated.
  • SEM cross-sectional scanning electron microscope
  • the thickness of the coating layer is not particularly limited. That is, the thickness of the coating layer may be appropriately adjusted depending on the temperature of the portion to be applied and the sliding environment.
  • the thickness is preferably 0.05 to 5.0 mm, and preferably 0.1 to 2.0 mm. Is more preferable. If the thickness is less than 0.05 mm, the rigidity of the coating layer itself is insufficient, and plastic deformation may occur particularly when the substrate strength is low. If it exceeds 10 mm, the coating layer may be peeled off due to the relationship between the residual stress generated during film formation and the interfacial adhesion.
  • the austenitic stainless steel contained in the steel part is not particularly limited as long as it is a stainless steel having an austenitic phase.
  • the copper or copper alloy contained in the copper part is not particularly limited as long as it is pure copper or an alloy containing 50% by mass or more of copper.
  • pure copper or white copper can be applied. Thereby, it is possible to realize excellent wear resistance.
  • the diffusion layer and the intermetallic compound layer is either the diffusion layer or the intermetallic compound layer, or both of the diffusion layer and the intermetallic compound layer. including.
  • a diffused layer what has a gradient structure about a composition can be mentioned as a suitable example.
  • the diffusion layer is not limited to one having a gradient structure with respect to the composition.
  • a material including an intermetallic compound layer a material having a structure in which the intermetallic compound layer is sandwiched between diffusion layers having a gradient structure can be given as a preferred example. .
  • Layers such as a diffusion layer and an intermetallic compound layer are composed of component elements contained in a base material, a steel part, a copper part, and the like, for example.
  • a layer made of an alloy containing aluminum and copper may be formed.
  • the present invention is not limited to this.
  • a layer made of an alloy containing aluminum and component elements of austenitic stainless steel may be formed.
  • a layer made of an alloy containing austenitic stainless steel and copper component elements may be formed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion surrounded by line VIII of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion surrounded by the line IX of the sliding member shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion surrounded by X-rays of the sliding member shown in FIG.
  • the sliding member 2 of the present embodiment is such that the coating layer 20 has hard particle portions 25 derived from a plurality of hard particles harder than the steel portion 21. This is different from the sliding member of the first embodiment.
  • the base material 10 may have a plastic deformation portion 10b formed of a substantially hemispherical concave portion.
  • a plastic deformation portion 10b formed of a substantially hemispherical concave portion.
  • the coating layer 20 is a plastic deformation portion 20b composed of a steel portion 21 and a copper portion 23 formed with a substantially hemispherical recess
  • the plastic deformation part 20a which has a structure where the spherical hard particle part 25 was deposited.
  • the plastic deformation portion having a structure in which spherical hard particle portions are deposited without having a plastic deformation portion made of a steel portion or a copper portion in which the coating layer forms a substantially hemispherical concave portion. Needless to say, the case of not having it is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the substrate 10 has at least one layer 11 of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface with the hard particle portion 25. You may do it. Although not shown, it goes without saying that the case where the base material does not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface with the hard particle portion is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the hard particle portion 25 has at least one layer 26 of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface with the substrate 10. You may do it. Although not shown, it goes without saying that the case where the hard particle portion does not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface with the base material is included in the scope of the present invention.
  • At least a part of the steel part 21 or the hard particle part 25 has a diffusion layer and an intermetallic compound at the interface between the steel part 21 and the hard particle part 25. At least one of the layers 22 and 26 may be included. Although not shown, the case where the steel part and the hard particle part do not have at least one of a diffusion layer and an intermetallic compound layer at the interface between the steel part and the hard particle part is included in the scope of the present invention. Needless to say.
  • At least a part of the copper part 23 or the hard particle part 25 has a diffusion layer and an intermetallic compound at the interface between the copper part 23 and the hard particle part 25. At least one of the layers 24 and 26 may be included. Although not shown, the case where the copper part and the hard particle part do not have at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer at the interface between the copper part and the hard particle part is included in the scope of the present invention. Needless to say.
  • the sliding member of the present embodiment includes a base material and a coating layer formed on the base material, and the coating layer is derived from a plurality of austenitic stainless steel particles, and a plurality of steel portions.
  • At least one of the base material and the coating layer has a plastic deformation portion. Thereby, more excellent wear resistance can be realized.
  • At least one part selected from the group consisting of a base material, a steel part, a copper part, and a hard particle part has at least one of a diffusion layer and an intermetallic compound layer. preferable. Thereby, more excellent wear resistance can be realized.
  • the adhesion between the substrate and the coating layer on the surface of the substrate is improved.
  • the oxide film is removed and a new interface having excellent adhesion with the coating layer is exposed on the substrate.
  • the steel particles, copper particles and hard particles are applied to the base material, the steel part, the copper part and the hard particle part attached to the base material.
  • the anchor effect by the penetration improves the adhesion between the steel part, copper part, hard particle part and the like and the base material.
  • the adhesion between the steel part, the copper part, the hard particle part, and the like and the base material is improved by forming the plastically deformed part.
  • the diffusion layer and the intermetallic compound layer when at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer is formed on a part of the base material or the coating layer, the steel part, the copper part, the hard particle part, etc. It is also considered that adhesion between parts such as a steel part, a copper part, and a hard particle part is improved.
  • the hard particle part is not particularly limited as long as it is harder than the steel part.
  • hard particles alloy particles, ceramic particles, or a mixture of these at an arbitrary ratio can be applied.
  • the hard particle portion is preferably harder than the base material.
  • the alloy particles it is preferable to apply iron-based alloy particles, cobalt-based alloy particles, chromium-based alloy particles, nickel-based alloy particles or molybdenum-based alloy particles, or a mixture thereof in an arbitrary ratio. .
  • the hardness of the steel part and the hard particle part can be determined by using, as an index, the Vickers hardness measured and calculated in accordance with, for example, the Vickers hardness test (JIS Z 2244) defined by Japanese Industrial Standards. Good.
  • the Vickers hardness for example, a calculated average value obtained by measuring about 3 to 30 places and at least about 3 to 5 places for the steel part and the hard particle part in the coating layer is applied.
  • observation of a scanning electron microscope (SEM) image or transmission electron microscope (TEM) image of the coating layer as necessary And energy dispersive X-ray (EDX) analysis.
  • iron-based alloy a hard iron-based alloy such as Fe-28Cr-16Ni-4.5Mo-1.5Si-1.75C can be given.
  • cobalt base alloy hard cobalt base silicide alloys, such as TRIBALOY (trademark) T-400, and hard cobalt base carbide alloys, such as Stellite (trademark) 6, can be mentioned, for example.
  • nickel-based alloy a hard nickel-based alloy such as Ni700 (registered trademark) (Ni-32Mo-16Cr-3.1Si) can be given.
  • the ratio of the hard particle portion in the cross section of the coating layer is 1 to 50 areas from the viewpoint of wear resistance, and if necessary, more excellent thermal conductivity. %, Preferably 10 to 50 area%, more preferably 10 to 40 area%. However, it is not limited to such a range, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present invention can be exhibited.
  • the ratio of the hard particle part in the cross section of a coating layer is images, such as observation of the scanning electron microscope (SEM) image of the cross section in a coating layer, etc., and binarization of a cross sectional scanning electron microscope (SEM) image, for example It can be calculated by processing. Obviously, the area% calculated by observing the cross section can be read as volume%, and it is needless to say that the volume% can be read as weight% by converting the volume% by the density of each particle.
  • the ratio of the hard particle portion in the cross section of the coating layer is preferably 1 to 50 area%, In the case where high thermal conductivity is not necessarily required but excellent wear resistance is required, the ratio of the hard particle portion in the cross section of the coating layer may be 50 to 99 area%.
  • the diffusion layer and the intermetallic compound layer is either the diffusion layer or the intermetallic compound layer, or both of the diffusion layer and the intermetallic compound layer. including.
  • a diffused layer what has a gradient structure about a composition can be mentioned as a suitable example.
  • the diffusion layer is not limited to one having a gradient structure with respect to the composition.
  • a material including an intermetallic compound layer a material having a structure in which the intermetallic compound layer is sandwiched between diffusion layers having a gradient structure can be given as a preferred example. .
  • Layers such as a diffusion layer and an intermetallic compound layer, are comprised by the component element contained in a base material, a copper part, a hard particle part, etc., for example.
  • a layer made of an alloy containing aluminum and copper may be formed.
  • the present invention is not limited to this.
  • a layer made of an alloy containing aluminum and component elements of the hard particle portion may be formed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member according to another embodiment.
  • the sliding member 3 of the present embodiment has a coating layer 20 derived from a steel part 21 derived from a plurality of austenitic stainless steel particles and a plurality of hard particles harder than the steel part 21. It is different from the sliding member of said 1st or 2nd embodiment that it has the hard particle part 25 of this, and does not contain the copper part 23.
  • the film layer 20 tends to have the pore 20c.
  • the sliding member of this embodiment includes a base material and a coating layer formed on the base material, and the coating layer is derived from a steel portion derived from a plurality of austenitic stainless steel particles, and the steel portion. Also derived from multiple austenitic stainless steel particles of a single material, because it is a sliding member that has hard particle parts derived from multiple hard particles that are also hard and the parts are bonded together via an interface Compared to a sliding member having a coating layer made of only the steel part, it has excellent wear resistance. In addition, the direction where it has a steel part and a copper part can implement
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a sliding member of an internal combustion engine having the sliding member at a sliding portion of the internal combustion engine. More specifically, it is a cross-sectional view schematically showing a valve mechanism including an engine valve.
  • a valve mechanism including an engine valve.
  • FIG. 12 when the cam lobe 40 rotates, the valve lifter 41 is pushed down while compressing the valve spring 42, and at the same time, the engine valve 43 is guided and pushed down by the valve guide 45 having the stem seal 44, and the cylinder head 46.
  • the engine valve 43 is separated from the seating portion 46A of the engine valve 43 at this time, and the exhaust port 47 and a combustion chamber (not shown) communicate with each other (engine valve is open).
  • valve face 43B of the engine valve 43 corresponding to the opening / closing valve portion of the combustion chamber (not shown) is in contact or non-contact with the seating portion 46A of the engine valve 43 in the cylinder head 46 during operation.
  • FIG. 12 shows the exhaust port 47 side, the sliding member of the present invention can also be applied to an intake port side (not shown).
  • Sliding members (1, 2, 3) in other forms are applied.
  • grains of a single material it has the outstanding abrasion resistance.
  • the sliding member of the present invention to the cylinder head, it is possible to eliminate the press-fitting type valve seat. As a result, the exhaust ports and intake ports can be freely shaped and the diameter of the engine valve can be increased, and the fuel consumption, output, torque, etc. of the engine can be improved.
  • a member can also be applied.
  • the cylinder head of the present embodiment has the sliding member of the above-described embodiment in the seat portion of the engine valve.
  • another cylinder head of the present embodiment is a cylinder head including the valve seat having the sliding member of the above-described embodiment, and the sliding member may be provided on a seating portion of the engine valve of the valve seat.
  • the valve seat of this embodiment has the sliding member of the said embodiment in the seating part of an engine valve.
  • the engine valve of the present embodiment preferably has the sliding member of the above embodiment on the valve face.
  • the other engine valve of this embodiment has the sliding member of the said embodiment in a sliding site
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a bearing mechanism of an internal combustion engine having a sliding member on a bearing metal of the bearing mechanism of the internal combustion engine. More specifically, it is a cross-sectional view schematically showing a bearing metal that is a sliding member of a connecting rod. As shown in FIG. 13, a large end 60A on the crank side (not shown) of the connecting rod 60 is divided into two vertically. A bearing metal 62 divided into two parts for receiving the crankpin 61 is disposed at the large end 60A.
  • the sliding member having the above-described coating layer formed on the sliding surface 62a for example, the sliding member (1, 2, 3) in the first to other embodiments described above.
  • grains of a single material it has the outstanding abrasion resistance.
  • a sliding member in which the above-described coating layer is formed on the sliding surface of the bearing metal divided into two to receive the piston pin at the small end of the connecting rod on the piston side (not shown)
  • the sliding members in the first to other embodiments described above can also be applied.
  • grains of a single material it has the outstanding abrasion resistance.
  • the bearing mechanism of the internal combustion engine of the present embodiment preferably has the sliding member of the above embodiment on the bearing metal of the bearing mechanism of the internal combustion engine. It is also possible to form a film directly on the sliding surface on the large end side of the connecting rod (direct formation without using metal). It is also possible to form a film directly on the sliding surface on the small end side of the connecting rod (direct formation without using metal).
  • the sliding member of the internal combustion engine of this embodiment can also be applied to a piston ring or a piston. That is, it is preferable to apply the coating layer to the surface of the piston ring. Further, it is preferable to apply the coating layer to the inner surface of the ring groove of the piston. Furthermore, in the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable that the coating layer is applied to the inner surface of the cylinder bore (can be used as an alternative to a cylinder liner or an alternative to bore spraying). Further, in the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the metal of the journal of the crankshaft.
  • the coating layer is directly formed on the metal portion of the crankshaft journal (the coating layer is formed directly without using metal). In the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the metal surface of the camshaft journal. Further, in the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable that the coating layer is directly formed on the metal portion of the camshaft journal (the coating layer is formed directly without using metal). In the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the cam lobe surface of the camshaft.
  • the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment applies the coating layer to the piston and piston pin metal. Moreover, it is preferable that the sliding member of the internal combustion engine of this embodiment forms a film layer directly in the metal part of a piston and a piston pin. Furthermore, it is preferable that the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment applies the coating layer to the surface of the piston skirt. In the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the crown surface of the valve lifter. Furthermore, in the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the side surface of the valve lifter.
  • the coating layer is applied to a sliding surface of the cylinder head with the lifter valve lifter. Further, in the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, the coating layer is formed on the surface of the sprocket teeth (for example, on the aluminum sintered alloy sprocket instead of the iron sintered alloy sprocket). It is preferable to apply to. In the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to apply the coating layer to the pin of the chain. Furthermore, the sliding member of the internal combustion engine of the present embodiment preferably applies the coating layer to the chain plate.
  • the coating layer is formed on the surface of the tooth of the gear other than the internal combustion engine (in this case, for example, the steel gear is formed into an aluminum alloy, and the aluminum alloy is formed on the aluminum alloy. It is preferable to apply it to a film layer.
  • the engine other than the internal combustion engine include an automobile differential gear, an automobile generator, and an automobile generator.
  • the sliding member in the first to other embodiments described above is preferably applied to all sliding bearings (slide bearings in a broad sense that is not a rolling bearing).
  • the manufacturing method of a sliding member is equipped with the base material in embodiment mentioned above, and the coating layer formed on the base material, for example, and a coating layer is a steel part and a copper part, or a steel part, a copper part, and a hard particle.
  • a coating layer is a steel part and a copper part, or a steel part, a copper part, and a hard particle.
  • the coating layer having excellent wear resistance can be efficiently formed by spraying the mixture in a non-molten state onto the substrate to form a predetermined coating layer on the substrate. it can.
  • the coating layer having excellent wear resistance can be efficiently formed by forming the coating layer by a method called kinetic spray, cold spray, warm spray or the like.
  • the sliding member of the present invention is not limited to those manufactured by such a manufacturing method.
  • the mixture when the mixture is sprayed onto the base material, it is preferable to spray the mixture onto the base material at a speed at which a plastic deformation portion is formed on at least one of the base material and the coating layer. Thereby, the coating layer which was more excellent in abrasion resistance can be formed efficiently.
  • the speed at which the mixture is sprayed is not limited to the above.
  • the particle speed is preferably 300 to 1200 m / s, more preferably 500 to 1000 m / s, and still more preferably 600 to 800 m / s.
  • the pressure of the working gas supplied for spraying the particles is preferably 2 to 5 MPa, and more preferably 3.5 to 5 MPa. If the pressure of the working gas is less than 2 MPa, the particle velocity may not be obtained and the porosity may increase. However, it is not limited to such a range, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present invention can be exhibited.
  • the temperature of the working gas is not particularly limited, but is preferably 400 to 800 ° C., and more preferably 600 to 800 ° C., for example.
  • the temperature of the working gas is less than 400 ° C., the porosity may increase and the wear resistance may decrease. Further, if the temperature of the working gas exceeds 800 ° C., nozzle clogging may occur.
  • it is not limited to such a range, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present invention can be exhibited.
  • the type of working gas is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen and helium. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of multiple types. Further, a mixture of fuel gas and nitrogen may be used.
  • aging treatment or tempering may be performed at 250 to 500 ° C. for 0.5 to 4 hours. Thereby, abrasion resistance can be improved. Further, this aging treatment or tempering can be performed, for example, by using heat received from the combustion chamber during a test operation in an inspection after the assembly of the engine.
  • the steel particles used as the raw material are not particularly limited, but are preferably in a non-molten state and made of the austenitic stainless steel described above.
  • the particles in a supersaturated solid solution state are not particularly limited. For example, it is preferable to apply rapidly solidified particles obtained by rapid solidification by an atomizing method or the like.
  • the copper particles used as the raw material are not particularly limited, but are in a non-molten state and made of the above-described pure copper or an alloy containing 50% by mass or more of copper. preferable.
  • the hard particles used as the raw material are not particularly limited, but are preferably in a non-molten state and harder than the steel particles.
  • the particle size (sieve size) of the steel particles, copper particles and hard particles used as the raw material is not particularly limited, but is preferably 45 ⁇ m or less. And it is although it does not specifically limit as a particle size (sieve size) of a steel particle, It is preferable that it is 11 micrometers or more.
  • the particle size (sieve size) of the hard particles is not particularly limited, but is preferably 11 ⁇ m or more.
  • copper particles (Cu, gas atomized particles, particle size (sieve size) -45 ( ⁇ m)) were prepared as copper particles as a raw material.
  • the aluminum base material Japanese Industrial Standard H 4040 A5056
  • H 4040 A5056 Japanese Industrial Standard H 4040 A5056
  • CCT Kinetics 4000, working gas: type; nitrogen, temperature; 650 ° C., pressure; 3.5 MPa
  • the thickness of the coating layer is 0.2 mm (the same applies hereinafter).
  • Test Example 2 (Test Example 2 to Test Example 4) As shown in Table 1, the same operations as in Test Example 1 were repeated except that the specifications of steel particles, copper particles, and hard particles and the film formation conditions were changed, and sliding members of each example were obtained.
  • Test Example 5 to Test Example 7, Comparative Example 1
  • Table 2 the same operation as in Test Example 1 was repeated except that the specifications of steel particles, copper particles, and hard particles and the film forming conditions were changed to obtain sliding members of respective examples.
  • the Vickers hardness of the steel part, the copper part and the hard particle part in the coating layer of each example conforms to the Vickers hardness test (JIS Z 2244) defined in Japanese Industrial Standards. Measured and calculated. In addition, in order to obtain
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • EDX energy dispersive X-ray
  • the presence or absence of at least one of a diffusion layer and an intermetallic compound layer in the base material, steel part, copper part, and hard particle part of the sliding member of each example is a transmission electron microscope (TEM) image of the cross section of the sliding member. And observation and energy dispersive X-ray (EDX) analysis. Furthermore, the presence or absence of a plastically deformed portion in the cross section of the sliding member in each example was specified by observation of a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image and the like, and energy dispersive X-ray (EDX) analysis. In any of Test Examples 1 to 7, at least one of the diffusion layer and the intermetallic compound layer was observed, and plastic deformation portions were observed in the base material and the coating layer. In Tables 1 and 2, Tribaloy T-400 and Stellite 6 are manufactured by Kennametal Stellite, and Ni700 is manufactured by Sandvik.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the wear test apparatus. As shown in FIG. 14, it is similar to the valve mechanism of an engine using actual engine parts such as a valve spring 42, an engine valve 43, a stem seal 44, a valve guide 45, a cylinder head 46, 46 ', and a cotter 49.
  • a wear test device was constructed.
  • the sliding member (1, 2, 3) obtained in each of the above examples was applied as the seating portion 46A of the engine valve 43 in the cylinder head 46.
  • the sliding member (1, 2, 3) includes a predetermined coating layer 20 formed on the substrate 10.
  • the engine valve 43 in the drawing shows an open state, and the engine valve 43 is vibrated in the vertical direction indicated by the arrow Y in the drawing by an eccentric cam (not shown), and the opening and closing of the engine valve 43 is repeated.
  • the sliding surface 46a of the seating portion 46A of the engine valve 43 in the cylinder head 46 is brought into a high temperature environment by the flame F of the gas burner B.
  • the temperature of the seating portion 46A is measured by a thermometer T.
  • cooling water W circulates in the cylinder head 46.
  • the amount of wear was measured and calculated using the wear test apparatus described above under the following test conditions. Specifically, the shape of the engine valve seating part (valve seat) and the valve face of the engine valve in the cylinder head before and after the test is acquired using a shape measuring device, and the wear amount at four locations is measured. An average value was calculated and used as the amount of wear. The obtained results are also shown in Tables 1 to 3.
  • Test Example 1 to Test Example 6 belonging to the scope of the present invention have less wear compared to Comparative Example 1 outside the present invention and have excellent wear resistance even at high temperatures. I understand. In addition, it can be seen that Test Example 7 is less in comparison with Comparative Example 1 and has excellent wear resistance even at high temperatures. Further, it can be seen that Test Examples 2 to 6 have excellent wear resistance and opponent attack.
  • the sliding member having excellent wear resistance as in Test Example 1 to Test Example 6 was obtained because it had the above-mentioned predetermined steel part and copper part, and the parts were bonded via an interface. This is thought to be because the coating layer was formed on the substrate.
  • the sliding member having excellent wear resistance and opponent attack as in Test Example 2 to Test Example 6 was obtained by having the above-mentioned predetermined steel part, copper part and hard particle part, This is probably because a coating layer in which the parts are bonded via an interface is formed on the substrate.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional transmission electron near the boundary surface between the base material and the coating layer of the sliding member of Test Example 2, specifically, near the boundary surface between the base material 10 and the copper portion 23 in the coating layer. It is a microscope (TEM) image.
  • FIG. 16 is a graph showing the results of energy dispersive X-ray (EDX) analysis (line analysis) in the line segment Z shown in FIG. Note that the position 1 shown in FIG. 15 and the position 1 shown in FIG. 16 indicate the same position.
  • EDX energy dispersive X-ray
  • the reason why the sliding member having excellent wear resistance as in Test Example 1 to Test Example 6 was obtained may be that at least one of the base material and the coating layer further has a plastic deformation portion.
  • the sliding members having excellent wear resistance as in Test Examples 1 to 6 were obtained because the hard particle portion was made of hard particles such as iron-based alloy, cobalt-based alloy, and nickel-based alloy. It is also considered to be.
  • the sliding member having excellent wear resistance as in Test Examples 1 to 6 was obtained at least selected from the group consisting of a base material, a steel part, a copper part, and a hard particle part. It is also considered that at least a part of one kind has at least one of a diffusion layer and an intermetallic compound layer.
  • the sliding member having excellent wear resistance as in Test Example 1 to Test Example 6 was obtained because the above-described mixture in the non-molten state in the above-described sliding member manufacturing method was obtained. It is also considered that it includes a step of spraying onto the material to form a coating layer on the substrate.
  • the sliding members having excellent wear resistance as in Test Examples 1 to 6 were obtained because the mixed powder was mixed with the base material and the coating layer when the above-mentioned mixture was sprayed onto the base material. It is also considered that the substrate was sprayed at a speed at which a plastically deformed portion was formed on at least one of the above.
  • each of the above-described forms and test examples are not limited to each form or test example.
  • the details of the specifications of steel particles, copper particles, hard particles, and film formation conditions The details can be changed, or the components of each form and each test example can be combined other than each form and each test example described above.

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Abstract

摺動部.材は、基材と、基材上に形成された被膜層とを備える。被膜層は、複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の錮部とを有し、部同士が界面を介して結合している。

Description

摺動部材及び内燃機関の摺動部材
　本発明は、摺動部材及び内燃機関の摺動部材に関する。
　従来、特許文献１は、冷間で加工誘起変態を生じさせることにより基材の表面に硬質皮膜を形成することを可能とした硬質皮膜の形成方法を開示している。そして、この硬質皮膜の形成方法は、基材の表面に固相状態の金属粉末を圧縮性の気体を媒体として吹き付けて硬質の金属皮膜を形成する硬質皮膜の形成方法である。この形成方法において、該金属粉末は加工誘起変態が生じる金属材料で構成されており、該金属粉末を該加工誘起変態が生じる高速で該基材に叩きつけることにより、該金属粉末を扁平に塑性変形させながら該基材の表面に幾重にも堆積させ且つ堆積した該金属粉末に該加工誘起変態を生じさせる。これにより、この形成方法は、該基材に叩きつける前の該金属粉末より高い硬さの金属皮膜を該基材の表面に形成することを特徴とする。
日本国特許第５２０２０２４号
　しかしながら、特許文献１に記載された硬質皮膜は、耐摩耗性が不十分であるという問題点があった。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、優れた耐摩耗性を有する摺動部材及び内燃機関の摺動部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の銅部とを有し、部同士が界面を介して結合した被膜層を基材上に形成することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明によれば、優れた耐摩耗性を有する摺動部材及び内燃機関の摺動部材を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示した摺動部材のＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。 図３は、図１に示した摺動部材のＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。 図４は、図１に示した摺動部材のＩＶ線で囲んだ部分の拡大図である。 図５は、図１に示した摺動部材のＶ線で囲んだ部分の拡大図である。 図６は、図１に示した摺動部材のＶＩ線で囲んだ部分の拡大図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。 図８は、図７に示した摺動部材のＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。 図９は、図７に示した摺動部材のＩＸ線で囲んだ部分の拡大図である。 図１０は、図７に示した摺動部材のＸ線で囲んだ部分の拡大図である。 図１１は、その他の形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。 図１２は、摺動部材を内燃機関の摺動部位に有する内燃機関の摺動部材を模式的に示す断面図である。 図１３は、摺動部材を内燃機関の軸受機構の軸受メタルに有する内燃機関の軸受機構を模式的に示す断面図である。 図１４は、摩耗試験装置の概略を示す断面図である。 図１５は、試験例２の摺動部材における断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。 図１６は、試験例２の摺動部材におけるエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析の結果を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態に係る摺動部材及び内燃機関の摺動部材について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態に係る摺動部材について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示した摺動部材のＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。さらに、図３は、図１に示した摺動部材のＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。また、図４は、図１に示した摺動部材のＩＶ線で囲んだ部分の拡大図である。さらに、図５は、図１に示した摺動部材のＶ線で囲んだ部分の拡大図である。また、図６は、図１に示した摺動部材のＶＩ線で囲んだ部分の拡大図である。
　図１~図６に示すように、本実施形態の摺動部材１は、基材１０と、基材１０上に形成された被膜層２０とを備える。そして、被膜層２０は、複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部２１と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の銅部２３とを有し、これらの部同士（例えば、鋼部２１，２１同士、鋼部２１と銅部２３、銅部２３同士である。）が界面を介している。なお、特に限定されるものではないが、被膜層２０は、気孔２０ｃを有していてもよい。
　そして、特に限定されるものではないが、図２及び図３に示すように、基材１０が、扁平な凹部からなる塑性変形部１０ｂを有していてもよい。なお、図示しないが、基材が扁平な凹部からなる塑性変形部を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　また、特に限定されるものではないが、図２~図６に示すように、被膜層２０が、扁平形状の鋼部２１や銅部２３が堆積された構造を有する塑性変形部２０ａを有していてもよい。なお、図示しないが、被膜層が扁平形状の鋼部や銅部が堆積された構造を有する塑性変形部を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　さらに、特に限定されるものではないが、図４~図６に示すように、被膜層２０が、扁平な凹部を形成した鋼部２１や銅部２３からなる塑性変形部２０ｂと、扁平形状の鋼部２１や銅部２３が堆積された構造を有する塑性変形部２０ａとを有していてもよい。なお、図示しないが、被膜層が扁平な凹部を形成した鋼部や銅部からなる塑性変形部を有さず、扁平形状の鋼部や銅部が堆積された構造を有する塑性変形部を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　そして、特に限定されるものではないが、図２及び図３に示すように、基材１０の少なくとも一部が、被膜層２０との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層１１を有していてもよい。なお、図示しないが、基材が被膜層との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　また、特に限定されるものではないが、図２及び図３に示すように、鋼部２１、銅部２３の少なくとも一部が、基材１０との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２２，２４を有していてもよい。なお、図示しないが、鋼部及び銅部が基材との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　さらに、特に限定されるものではないが、図４に示すように、鋼部２１の少なくとも一部が、鋼部２１，２１同士の界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２２を有していてもよい。なお、図示しないが、鋼部が鋼部同士の界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　そして、特に限定されるものではないが、図５に示すように、鋼部２１又は銅部２３の少なくとも一部が、鋼部２１と銅部２３との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２２，２４を有していてもよい。なお、図示しないが、鋼部及び銅部が鋼部と銅部との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　また、特に限定されるものではないが、図６に示すように、銅部２３の少なくとも一部が、銅部２３，２３同士の界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２４を有していてもよい。なお、図示しないが、銅部が銅部同士の界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　上述のように、本実施形態の摺動部材は、基材と、基材上に形成された被膜層とを備え、被膜層が複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の銅部とを有し、部同士が界面を介して結合している摺動部材であるので、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。
　また、摺動部材においては、基材及び被膜層の少なくとも一方が塑性変形部を有することが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性を実現することができる。
　さらに、摺動部材においては、基材、鋼部及び銅部からなる群より選ばれた少なくとも１種の少なくとも一部が、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方を有することが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性を実現することができる。
　現時点においては、以下のような理由の少なくとも１つにより、上述の効果が得られていると考えている。
　例えば、摺動部材の製造方法で用いる原料であるオーステナイト系ステンレス鋼粒子（以下「鋼粒子」ということがある。）とともに、銅粒子又は銅合金粒子（以下「銅粒子」ということがある。）を基材上に吹き付けたときに、相対的に軟質な銅粒子によって、鋼粒子同士や鋼粒子と基材とが結着するためと考えられる。
　そして、例えば、鋼粒子及び銅粒子を基材上に吹き付けたときに、鋼粒子や銅粒子が基材や、基材に付着した鋼部や銅部にめり込むことによるアンカー効果によって、鋼部、銅部などと基材との密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、塑性変形部が形成されることによって、鋼部、銅部などと基材との密着性が向上するためとも考えられる。
　また、例えば、鋼粒子及び銅粒子を基材上に吹き付けたときに、その運動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、鋼粒子及び銅粒子などと基材との間における溶着や原子拡散が進行する。また、鋼粒子、銅粒子などと基材に付着した鋼部、銅部などとの間における溶着や原子拡散も進行することがある。これらによって、鋼部、銅部などと基材との間や、鋼部、銅部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、基材や被膜層の一部に、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方が形成されることにより、鋼部、銅部などと基材との間や、鋼部、銅部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。
　さらに、例えば、鋼粒子及び銅粒子を基材上に吹き付けたときに、鋼粒子や銅粒子が基材や、基材に付着した鋼部や銅部に衝突して塑性変形する際に発熱して、溶着や原子拡散が進行する。これらによって、鋼部、銅部などと基材との間や、鋼部、銅部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、基材や被膜層の一部に、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方が形成されることにより、鋼部、銅部などと基材との間や、鋼部、銅部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。
　但し、上記の理由以外の理由により上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　なお、本発明において、「部同士が界面を介して結合している」とは、部間において、溶着、原子拡散、めり込み（進入）、塑性変形部形成のうちの少なくとも１つが生じていることを意味する。
　ここで、各構成要素についてさらに詳細に説明する。
　上記基材としては、特に限定されるものではないが、詳しくは後述する摺動部材の製造方法、つまり、被膜層の形成方法に適用し得る金属が好ましい。また、基材は、摺動部材が内燃機関の摺動部材として用いられた場合において、摺動部材が適用される高温環境下で使用可能であるものであることが好ましいことは言うまでもない。
　そして、金属としては、例えば、従来公知のアルミニウムや鉄、チタン、銅などの合金を適用することが好ましい。
　また、アルミニウム合金としては、例えば、日本工業規格で規定されているＡＣ２Ａ、ＡＣ８Ａ、ＡＤＣ１２などを適用することが好ましい。さらに、鉄合金としては、例えば、日本工業規格で規定されているＳＵＳ３０４、鉄系焼結合金などを適用することが好ましい。また、銅合金としては、例えば、ベリリウム銅や銅合金系焼結合金などを適用することが好ましい。
　また、上記被膜層としては、その気孔率に関して、特に限定されるものではない。例えば、被膜層の気孔率が大きいと強度が不足し、耐摩耗性を低下させる可能性があるという観点からは、被膜層の気孔率は可能な限り小さいことが好ましい。そして、高い熱伝導性を有する摺動部材とすることができるという観点からは、被膜層の断面における気孔率は３面積％以下であることが好ましく、１面積％以下であることがより好ましく、特に０面積％であることが好ましい。なお、現時点においては、気孔率を０．１面積％まで低減することが可能となっているため、優れた耐摩耗性や生産性の向上などをバランス良く実現し得るという観点からは、０．１~３面積％とすることが好ましい。但し、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の効果を発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。また、被膜層の断面における気孔率は、例えば、被膜層における断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像などの観察、及び断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像の２値化などの画像処理によって、算出することができる。
　さらに、上記被膜層としては、その厚みに関して、特に限定されるものではない。つまり、被膜層の厚みは適用される部位の温度や摺動環境により適宜調整すればよいが、例えば、０．０５~５．０ｍｍとすることが好ましく、０．１~２．０ｍｍとすることがより好ましい。０．０５ｍｍ未満であると、被膜層自体の剛性が不足するため、特に基材強度が低い場合に塑性変形を起こすことがある。また、１０ｍｍ超であると、成膜時に発生する残留応力と界面密着力の関係により被膜層の剥離が生じる可能性がある。
　また、上記鋼部に含まれるオーステナイト系ステンレス鋼としては、オーステナイト相を有するステンレス鋼であれば、特に限定されるものではない。例えば、日本工業規格で規定されているＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４Ｌなどを適用することが好ましい。これにより、優れた耐摩耗性を実現することができる。
　さらに、上記銅部に含まれる銅又は銅合金としては、純銅、又は銅を５０質量％以上含有する合金であれば、特に限定されるものではない。例えば、純銅や白銅などを適用することができる。これにより、優れた耐摩耗性を実現することができる。
　また、特に限定されるものではないが、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層は、拡散層及び金属間化合物層のいずれか一方であるか、又は拡散層及び金属間化合物層の双方を含む。拡散層としては、組成について傾斜構造を有するものを好適例として挙げることができる。しかしながら、拡散層は、組成について傾斜構造を有するものに限定されるものではない。また、特に限定されるものではないが、金属間化合物層を含むものとしては、金属間化合物層が組成について傾斜構造を有する拡散層で挟まれた構造を有するものを好適例として挙げることができる。拡散層や金属間化合物層などの層は、例えば、基材、鋼部、銅部などに含まれる成分元素で構成されている。具体的には、基材としてアルミニウム合金を適用した場合には、アルミニウムと銅を含む合金からなる層が形成されることがある。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、基材としてアルミニウム合金を適用した場合でも、アルミニウムとオーステナイト系ステンレス鋼の成分元素とを含む合金からなる層が形成されることがある。さらに、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼と銅の成分元素を含む合金からなる層が形成されることがある。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る摺動部材について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。また、図８は、図７に示した摺動部材のＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大図である。さらに、図９は、図７に示した摺動部材のＩＸ線で囲んだ部分の拡大図である。また、図１０は、図７に示した摺動部材のＸ線で囲んだ部分の拡大図である。
　図７~図１０に示すように、本実施形態の摺動部材２は、被膜層２０が、鋼部２１よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部２５を有することが、上記の第１の実施形態の摺動部材と相違している。
　そして、特に限定されるものではないが、図７及び図８に示すように、基材１０が、略半球形形状の凹部からなる塑性変形部１０ｂを有していてもよい。なお、図示しないが、基材が略半球形形状の凹部からなる塑性変形部を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　また、特に限定されるものではないが、図８~図１０に示すように、被膜層２０が、球形形状の硬質粒子部２５が堆積された構造を有する塑性変形部２０ａを有していてもよい。なお、図示しないが、被膜層が球形形状の硬質粒子部が堆積された構造を有する塑性変形部２０ａを有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　さらに、特に限定されるものではないが、図９及び図１０に示すように、被膜層２０が、略半球形形状の凹部を形成した鋼部２１や銅部２３からなる塑性変形部２０ｂと、球形形状の硬質粒子部２５が堆積された構造を有する塑性変形部２０ａとを有していてもよい。なお、図示しないが、被膜層が略半球形形状の凹部を形成した鋼部や銅部からなる塑性変形部を有さず、球形形状の硬質粒子部が堆積された構造を有する塑性変形部を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　そして、特に限定されるものではないが、図８に示すように、基材１０の少なくとも一部が、硬質粒子部２５との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層１１を有していてもよい。なお、図示しないが、基材が硬質粒子部との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　また、特に限定されるものではないが、図８に示すように、硬質粒子部２５の少なくとも一部が、基材１０との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２６を有していてもよい。なお、図示しないが、硬質粒子部が基材との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　さらに、特に限定されるものではないが、図９に示すように、鋼部２１又は硬質粒子部２５の少なくとも一部が、鋼部２１と硬質粒子部２５との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２２，２６を有していてもよい。なお、図示しないが、鋼部及び硬質粒子部が鋼部と硬質粒子部との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　さらに、特に限定されるものではないが、図１０に示すように、銅部２３又は硬質粒子部２５の少なくとも一部が、銅部２３と硬質粒子部２５との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層２４，２６を有していてもよい。なお、図示しないが、銅部及び硬質粒子部が銅部と硬質粒子部との界面に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層を有しない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　上述のように、本実施形態の摺動部材は、基材と、基材上に形成された被膜層とを備え、被膜層が複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の銅部と、鋼部よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部とを有し、部同士が界面を介して結合している摺動部材であるので、より優れた耐摩耗性を実現することができる。
　また、摺動部材においては、基材及び被膜層の少なくとも一方が塑性変形部を有することが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性を実現することができる。
　さらに、摺動部材においては、基材、鋼部、銅部及び硬質粒子部からなる群より選ばれた少なくとも１種の少なくとも一部が、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方を有することが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性を実現することができる。
　現時点においては、以下のような理由の少なくとも１つにより、上述の効果が得られていると考えている。
　例えば、摺動部材の製造方法で用いる原料である上述の鋼粒子とともに、銅粒子及び鋼粒子よりも硬質である硬質粒子を基材上に吹き付けたときに、相対的に軟質な銅部によって、鋼部同士、鋼部と硬質粒子部、硬質粒子部同士、さらには、鋼部、硬質粒子部などと基材とが結着するためと考えられる。
　さらに、例えば、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子を基材上に吹き付けたときに、特に相対的に硬質な硬質粒子によって、例えば、基材がその表面に基材と被膜層との密着性を阻害する酸化被膜を有する場合には、その酸化被膜が除去され、被膜層との密着性に優れた新生界面が基材に露出形成されるためと考えられる。
　そして、例えば、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子を基材上に吹き付けたときに、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子が基材や、基材に付着した鋼部、銅部及び硬質粒子部にめり込むことによるアンカー効果によって、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、塑性変形部が形成されることによって、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との密着性が向上するためとも考えられる。
　また、例えば、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子を基材上に吹き付けたときに、その運動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、鋼粒子、銅粒子、硬質粒子などと基材との間における溶着や原子拡散が進行する。また、鋼粒子、銅粒子、硬質粒子などと基材に付着した鋼部、銅部、硬質粒子部などとの間における溶着や原子拡散も進行することがある。これらによって、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との間や、鋼部、銅部、硬質粒子部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、基材や被膜層の一部に、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方が形成されることにより、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との間や、鋼部、銅部、硬質粒子部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。
　さらに、例えば、鋼粒子、銅粒子、硬質粒子などを基材上に吹き付けたときに、鋼粒子、銅粒子、硬質粒子などが基材や、基材に付着した鋼部、銅部、硬質粒子部などに衝突して塑性変形する際に発熱して、溶着や原子拡散が進行する。これらによって、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との間や、鋼部、銅部、硬質粒子部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。なお、換言すれば、基材や被膜層の一部に、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方が形成されることにより、鋼部、銅部、硬質粒子部などと基材との間や、鋼部、銅部、硬質粒子部などの部間における密着性が向上するためとも考えられる。
　但し、上記の理由以外の理由により上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
　ここで、各構成要素についてさらに詳細に説明する。
　上記硬質粒子部としては、鋼部よりも硬質であれば、特に限定されるものではない。例えば、硬質粒子としては、合金粒子若しくはセラミックス粒子又はこれらを任意の割合で混合したものを適用することができる。また、特に限定されるものではないが、例えば、硬質粒子部は、基材よりも硬質であることが好ましい。さらに、例えば、合金粒子としては、鉄基合金粒子、コバルト基合金粒子、クロム基合金粒子、ニッケル基合金粒子若しくはモリブデン基合金粒子、又はこれらを任意の割合で混合したものを適用することが好ましい。
　なお、鋼部や硬質粒子部などの硬さは、例えば、日本工業規格で規定されているビッカース硬さ試験（ＪＩＳ　Ｚ　２２４４）に準拠して測定・算出されるビッカース硬さを指標とすればよい。また、このビッカース硬さとしては、例えば、被膜層における鋼部や硬質粒子部については３~３０箇所程度、少なくとも３~５箇所程度について測定して得られる算出平均値を適用する。さらに、鋼部や硬質粒子部などのビッカース硬さを測定・算出する際には、必要に応じて、被膜層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像などの観察、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析などを組み合わせればよい。
　また、上記鉄基合金の具体例としては、Ｆｅ−２８Ｃｒ−１６Ｎｉ−４．５Ｍｏ−１．５Ｓｉ−１．７５Ｃなどの硬質鉄基合金を挙げることができる。さらに、コバルト基合金の具体例としては、例えば、ＴＲＩＢＡＬＯＹ（登録商標）Ｔ−４００などの硬質コバルト基珪化物合金や、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６などの硬質コバルト基炭化物合金を挙げることができる。また、ニッケル基合金の具体例としては、Ｎｉ７００（登録商標）（Ｎｉ−３２Ｍｏ−１６Ｃｒ−３．１Ｓｉ）などの硬質ニッケル基合金を挙げることができる。
　また、特に限定されるものではないが、被膜層の断面における硬質粒子部の割合は、耐摩耗性、必要に応じて熱伝導性をより優れたものとするという観点からは、１~５０面積％とすることが好ましく、１０~５０面積％とすることがより好ましく、１０~４０面積％とすることがさらに好ましい。但し、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の効果を発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。なお、被膜層の断面における硬質粒子部の割合は、例えば、被膜層における断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像などの観察、及び断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像の２値化などの画像処理によって、算出することができる。また、断面で観察し、算出した面積％を体積％に読み替えることが可能であり、体積％を各粒子の密度で換算することにより重量％に読み替えることが可能であることは言うまでもない。
　なお、上述のように、耐摩耗性及び熱伝導性をより優れたものとするという観点からは、被膜層の断面における硬質粒子部の割合は、１~５０面積％とすることが好ましいが、高い熱伝導性が必ずしも必要でない一方で、優れた耐摩耗性が必要である場合には、被膜層の断面における硬質粒子部の割合は、５０~９９面積％としても構わない。
　また、特に限定されるものではないが、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の層は、拡散層及び金属間化合物層のいずれか一方であるか、又は拡散層及び金属間化合物層の双方を含む。拡散層としては、組成について傾斜構造を有するものを好適例として挙げることができる。しかしながら、拡散層は、組成について傾斜構造を有するものに限定されるものではない。また、特に限定されるものではないが、金属間化合物層を含むものとしては、金属間化合物層が組成について傾斜構造を有する拡散層で挟まれた構造を有するものを好適例として挙げることができる。拡散層や金属間化合物層などの層は、例えば、基材、銅部、硬質粒子部などに含まれる成分元素で構成されている。具体的には、基材としてアルミニウム合金を適用した場合には、アルミニウムと銅を含む合金からなる層が形成されることがある。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、基材としてアルミニウム合金を適用した場合でも、アルミニウムと硬質粒子部の成分元素とを含む合金からなる層が形成されることがある。
（その他の形態）
　次に、その他の形態に係る摺動部材について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
　図１１は、その他の形態に係る摺動部材を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、本形態の摺動部材３は、被膜層２０が、複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部２１と、鋼部２１よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部２５とを有し、銅部２３を含まないことが、上記の第１又は第２の実施形態の摺動部材と相違している。なお、第１又は第２の実施形態の摺動部材と比較して、被膜層２０が、気孔２０ｃを有しやすい。
　上述のように、本形態の摺動部材は、基材と、基材上に形成された被膜層とを備え、被膜層が複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、鋼部よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部とを有し、部同士が界面を介して結合している摺動部材であるので、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。なお、鋼部と銅部とを有する場合の方が鋼部と硬質粒子部とを有する場合より、優れた耐摩耗性を実現することができる。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る摺動部材、つまり、上述した摺動部材を摺動部位に有する摺動部材について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、摺動部材として、内燃機関の摺動部材を例に挙げて詳細に説明するが、特に限定されるものではない。また、被膜層の表面側を摺動面とすることは言うまでもない。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
　図１２は、摺動部材を内燃機関の摺動部位に有する内燃機関の摺動部材を模式的に示す断面図である。より具体的には、エンジンバルブを含む動弁機構を模式的に示す断面図である。図１２に示すように、カムロブ４０が回転すると、バルブリフタ４１がバルブスプリング４２を圧縮しつつ押し下げられると同時に、エンジンバルブ４３がステムシール４４を有するバルブガイド４５に案内されて押し下げられ、シリンダヘッド４６におけるエンジンバルブ４３の着座部４６Ａからエンジンバルブ４３が離間して、排気ポート４７と図示しない燃焼室とが連通する（エンジンバルブの開き状態）。その後、カムロブ４０がさらに回転すると、バルブスプリング４２の反発力により、バルブリフタ４１、リテーナ４８及びコッタ４９とともにエンジンバルブ４３が押し上げられ、着座部４６Ａにエンジンバルブ４３が接触して排気ポート４７と図示しない燃焼室とを遮断する（エンジンバルブの閉じ状態）。このようなエンジンバルブ４３開閉をカムロブ４０の回転と同期して行う。そして、このようにエンジンバルブ４３のバルブステム４３Ａはシリンダヘッド４６側に圧入されたバルブガイド４５の中を通って、オイル潤滑されながら組み込まれている。また、図示しない燃焼室の開閉弁部分にあたるエンジンバルブ４３のバルブフェース４３Ｂは動作時にシリンダヘッド４６におけるエンジンバルブ４３の着座部４６Ａと接触又は非接触状態となる。なお、図１２においては、排気ポート４７側を示したが、本発明の摺動部材は、図示しない吸気ポート側に適用することもできる。
　そして、シリンダヘッド及びエンジンバルブの摺動部位であるシリンダヘッドにおけるエンジンバルブの着座部４６Ａの摺動面４６ａに、上述した被膜層が形成された摺動部材、例えば、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材（１，２，３）が適用されている。これにより、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。また、本発明の摺動部材をシリンダヘッドに適用することにより、圧入型のバルブシートをなくすことが可能となる。その結果、排気ポートや吸気ポートの形状自由化やエンジンバルブの径拡大を図ることが可能となり、エンジンの燃費や出力、トルクなどを向上させることが可能となる。
　また、例えば、図示しないが、バルブステムの摺動面及び相手材であるバルブガイドの摺動面の一方若しくは双方に、並びに／又は、バルブステム軸端の摺動面、バルブフェースの摺動面及び圧入型のバルブシートの摺動面からなる群より選ばれた少なくとも１ヶ所に、上述した被膜層が形成された摺動部材、例えば、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材を適用することもできる。これにより、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。
　つまり、本実施形態のシリンダヘッドは、上記実施形態の摺動部材をエンジンバルブの着座部に有することが好ましい。また、本実施形態の他のシリンダヘッドは、上記実施形態の摺動部材を有するバルブシートを備えたシリンダヘッドであって、該摺動部材を該バルブシートのエンジンバルブの着座部に有することが好ましい。さらに、本実施形態のバルブシートは、上記実施形態の摺動部材をエンジンバルブの着座部に有することが好ましい。また、本実施形態のエンジンバルブは、上記実施形態の摺動部材をバルブフェースに有することが好ましい。さらに、本実施形態の他のエンジンバルブは、上記実施形態の摺動部材をバルブガイドとの摺動部位に有することが好ましい。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態に係る摺動部材について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、被膜層の表面側を摺動面とすることは言うまでもない。また、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
　図１３は、摺動部材を内燃機関の軸受機構の軸受メタルに有する内燃機関の軸受機構を模式的に示す断面図である。より具体的には、コンロッドの摺動部材である軸受メタルを模式的に示す断面図である。図１３に示すように、コンロッド６０の図示しないクランク側の大端部６０Ａは上下に２分割されている。そして、大端部６０Ａには、クランクピン６１を受けるための２分割された軸受メタル６２が配設されている。
　そして、軸受メタル６２として、その摺動面６２ａに、上述した被膜層が形成された摺動部材、例えば、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材（１，２，３）が適用されている。これにより、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。
　また、例えば、図示しないが、コンロッドの図示しないピストン側の小端部におけるピストンピンを受けるための２分割された軸受メタルの摺動面に、上述した被膜層が形成された摺動部材、例えば、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材を適用することもできる。これにより、単一材料の複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部のみからなる被膜層を有する摺動部材と比較して、優れた耐摩耗性を有する。
　つまり、本実施形態の内燃機関の軸受機構は、上記実施形態の摺動部材を内燃機関の軸受機構の軸受メタルに有することが好ましい。なお、コンロッドの大端側の摺動面に直接成膜（メタルを使わずに直接形成）することもできる。また、コンロッドの小端側の摺動面に直接成膜（メタルを使わずに直接形成）することもできる。
　なお、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、ピストンリングやピストンに適用することもできる。つまり、被膜層をピストンリングの表面に適用することが好ましい。また、被膜層をピストンのリング溝内面に適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をシリンダボア内面（シリンダライナーの代替や、ボア溶射の代替とすることができる。）に適用することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をクランクシャフトのジャーナルのメタルに適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をクランクシャフトのジャーナルのメタルの部位に直接成膜（メタルを使わずに被膜層を直接形成する。）することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をカムシャフトのジャーナルのメタルの表面に適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をカムシャフトのジャーナルのメタルの部位に直接成膜（メタルを使わずに被膜層を直接形成する。）することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をカムシャフトのカムロブ表面に適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をピストンとピストンピンのメタルに適用することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をピストンとピストンピンのメタルの部位に直接成膜することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をピストンスカートの表面に適用することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をバルブリフタの冠面に適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をバルブリフタの側面に適用することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をシリンダヘッドにおけるリフターボアのバルブリフタとの摺動面に適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をスプロケットの歯の表面（このとき、例えば、鉄焼結合金のスプロケットの代わりにアルミニウム焼結合金のスプロケット上に被膜層を形成する。）に適用することが好ましい。また、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をチェーンのピンに適用することが好ましい。さらに、本実施形態の内燃機関の摺動部材は、被膜層をチェーンプレートに適用することが好ましい。
　また、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材は、被膜層を内燃機関以外の歯車の歯の表面（このとき、例えば、鋼の歯車をアルミニウム合金化し、このアルミニウム合金上に被膜層を形成する。）に適用することが好ましい。ここで、内燃機関以外とは、例えば、自動車のデファレンシャルギアや、自動車の発電機、自動車以外の発電機などを挙げることができる。さらに、上述した第１の実施形態~その他の形態における摺動部材は、すべり軸受け全般（転がり軸受ではない広義の意味でのすべり軸受けである。）に適用することが好ましい。
　次に、摺動部材の製造方法について詳細に説明する。摺動部材の製造方法は、例えば、上述した実施形態における基材と、基材上に形成された被膜層とを備え、被膜層が鋼部及び銅部、又は鋼部、銅部及び硬質粒子部を有し、部同士が界面を介して結合している摺動部材を製造する方法である。この摺動部材の製造方法は、上述した鋼粒子及び銅粒子を含む混合物、又は、上述した鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子を含む混合物を、非溶融の状態で基材上に吹き付けて、基材上に被膜層を形成する工程を含む。
　上述のように、非溶融の状態とした混合物を、基材上に吹き付けて、基材上に所定の被膜層を形成することにより、耐摩耗性に優れた被膜層を効率良く形成することができる。換言すれば、キネティックスプレー、コールドスプレー、ウォームスプレーなどと呼ばれる方法により被膜層を形成することにより、耐摩耗性に優れた被膜層を効率良く形成することができる。但し、本発明の摺動部材は、このような製造方法により製造されたものに限定されるものではない。
　ここで、より具体的な製造方法についてさらに詳細に説明する。
　上述したように、混合物を基材上に吹き付ける際には、混合物を、基材及び被膜層の少なくとも一方に塑性変形部を形成する速度で、基材に吹き付けることが好ましい。これにより、より耐摩耗性に優れた被膜層を効率良く形成することができる。
　しかしながら、混合物を吹き付ける速度は、上述のものに限定されるものではない。例えば、粒子速度を３００~１２００ｍ／ｓとすることが好ましく、５００~１０００ｍ／ｓとすることがより好ましく、６００~８００ｍ／ｓとすることがさらに好ましい。また、粒子を吹き付けるために供給する作動ガスの圧力を２~５ＭＰａとすることが好ましく、３．５~５ＭＰａとすることがより好ましい。作動ガスの圧力を２ＭＰａ未満とすると、粒子速度が得られず、気孔率が大きくなることがある。但し、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の効果を発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。
　また、作動ガスの温度は、特に限定されるものではないが、例えば、４００~８００℃とすることが好ましく、６００~８００℃とすることがより好ましい。作動ガスの温度を４００℃未満とすると、気孔率が大きくなり、耐摩耗性が低くなることがある。また、作動ガスの温度を８００℃超とすると、ノズル詰まりを起こすことがある。但し、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の効果を発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。
　さらに、作動ガスの種類としては、特に限定されるものではないが、例えば、窒素、ヘリウムなどを挙げることができる。これらは、１種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、燃料ガスと窒素とを混合して用いてもよい。
　また、被膜層を形成した後、例えば、２５０~５００℃で０．５~４時間時効処理ないし焼き戻しをしてもよい。これにより、耐摩耗性を向上させることができる。また、この時効処理ないし焼き戻しは、例えば、エンジン組立後の検査における試運転の際の燃焼室からの受熱を利用して行うことも可能である。
　さらに、上記原料として用いる鋼粒子としては、特に限定されるものではないが、非溶融の状態であり、かつ、上述したオーステナイト系ステンレス鋼からなるものであることが好ましい。なお、過飽和固溶体の状態であることが好ましい。過飽和固溶体の状態であることにより、大きい延性を有する、換言すれば、変形能を有するため、被膜層を効率よく形成することができ、成膜性を向上させることができる。ここで、過飽和固溶体の状態である粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、アトマイズ法などにより急冷凝固させて得られる急冷凝固粒子を適用することが好ましい。
　また、上記原料として用いる銅粒子としては、特に限定されるものではないが、非溶融の状態であり、かつ、上述した純銅、又は銅を５０質量％以上含有する合金からなるものであることが好ましい。
　さらに、上記原料として用いる硬質粒子としては、特に限定されるものではないが、非溶融の状態であり、鋼粒子よりも硬質であることが好ましい。
　また、上記原料として用いる鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子の粒度（篩サイズ）としては、特に限定されるものではないが、４５μｍ以下であることが好ましい。そして、鋼粒子の粒度（篩サイズ）としては、特に限定されるものではないが、１１μｍ以上であることが好ましい。また、硬質粒子の粒度（篩サイズ）としては、特に限定されるものではないが、１１μｍ以上であることが好ましい。
　以下、本発明を試験例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら試験例に限定されるものではない。
（試験例１）
　まず、原料としての鋼粒子として、オーステナイト系ステンレス鋼粒子（ＳＵＳ３１６Ｌ、ガスアトマイズ粒子、粒度（篩サイズ）−４５／＋１１（μｍ））を用意した。
　また、原料としての銅粒子として、銅粒子（Ｃｕ、ガスアトマイズ粒子、粒度（篩サイズ）−４５（μｍ））を用意した。
　一方、シリンダヘッドにおけるエンジンバルブの着座部の加工完了状態で、狙い被膜層厚み０．２ｍｍを想定して、アルミニウム基材（日本工業規格　Ｈ　４０４０　Ａ５０５６）の前加工を行って、前加工されたアルミニウム基材を用意した。
　次いで、回転テーブルに用意したアルミニウム基材を装着し、回転テーブルを回転させながら、用意した鋼粒子と銅粒子との混合物（鋼粒子：銅粒子：硬質粒子＝９０：１０：０（質量比））を、用意したアルミニウム基材上に、高圧型コールドスプレー装置（ＣＧＴ社製、Ｋｉｎｅｔｉｋｓ４０００、作動ガス：種類；窒素、温度；６５０℃、圧力；３．５ＭＰａ）を用いて吹き付けて、被膜層厚み０．４~０．５ｍｍの被膜層を基材上に形成した。
　しかる後、機械加工により、実際のシリンダヘッドにおけるエンジンバルブの着座部の形状に仕上げて、本例の摺動部材を得た。なお、被膜層厚みは、０．２ｍｍである（以下、同様である。）。
（試験例２~試験例４）
　表１に示すように、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子の仕様や成膜条件を変えたこと以外は、試験例１と同様の操作を繰り返して、各例の摺動部材を得た。
（試験例５~試験例７、比較例１）
　表２に示すように、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子の仕様や成膜条件を変えたこと以外は、試験例１と同様の操作を繰り返して、各例の摺動部材を得た。
（比較例２~比較例６）
　表３に示すように、鋼粒子、銅粒子及び硬質粒子の仕様や成膜条件を変えたこと以外は、試験例１と同様の操作を繰り返して、各例の摺動部材を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　ここで、表１~表３において、各例の被膜層における鋼部、銅部及び硬質粒子部のビッカース硬さは、日本工業規格で規定されているビッカース硬さ試験（ＪＩＳ　Ｚ　２２４４）に準拠して測定・算出した。なお、算術平均値を求めるために測定数を１０箇所とした。また、測定位置を定めるに当たって、被膜層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像などの観察、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析の結果などを利用した。また、各例の摺動部材の基材や鋼部、銅部、硬質粒子部における拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方の有無は、摺動部材の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像などの観察、及びエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析によって特定した。さらに、各例の摺動部材の断面における塑性変形部の有無は、断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像などの観察、及びエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析によって特定した。なお、試験例１~試験例７のいずれにおいても、拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方が観察され、基材及び被膜層に塑性変形部が観察された。また、表１及び表２におけるＴｒｉｂａｌｏｙ　Ｔ−４００、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ６は、ケナメタルステライト社製のものであり、Ｎｉ７００は、Ｓａｎｄｖｉｋ社製のものである。
［性能評価］
　上記各例の摺動部材用いて、下記の各種性能を評価した。
（摩耗評価（耐摩耗性及び相手攻撃性））
　図１４は摩耗試験装置の概略を示す断面図である。図１４に示すように、バルブスプリング４２、エンジンバルブ４３、ステムシール４４、バルブガイド４５、シリンダヘッド４６、４６’、コッタ４９等の実際のエンジンの部品を用いて、エンジンの動弁機構に似た摩耗試験装置を構築した。なお、シリンダヘッド４６におけるエンジンバルブ４３の着座部４６Ａとしては、上記各例において得られた摺動部材（１，２，３）を適用した。また、摺動部材（１，２，３）は、基材１０上に形成された所定の被膜層２０を備えている。さらに、図中のエンジンバルブ４３は、開き状態を示しており、エンジンバルブ４３は、図示しない偏心カムにより図中矢印Ｙで示す上下方向に振動して、エンジンバルブ４３の開閉を繰り返す。なお、シリンダヘッド４６におけるエンジンバルブ４３の着座部４６Ａの摺動面４６ａは、ガスバーナＢの火炎Ｆにより高温環境下とされている。また、着座部４６Ａは、温度計Ｔにより温度が計測されている。さらに、シリンダヘッド４６内には冷却水Ｗが循環している。
　上述した摩耗試験装置を用い、下記の試験条件下、摩耗量を測定、算出した。具体的には、形状測定装置を用いて試験前と試験後のシリンダヘッドにおけるエンジンバルブの着座部（バルブシート）及びエンジンバルブのバルブフェースの形状を取得し、４カ所の摩耗量を測定し、平均値を算出して、これを摩耗量とした。得られた結果を表１~表３に併記する。
＜試験条件＞
・温度：３００℃（排気ポート側のシリンダヘッドにおけるエンジンバルブの着座部を想定した。）
・入力回数：５４００００回
　表１~表３より、本発明の範囲に属する試験例１~試験例６は、本発明外の比較例１と比較して、摩耗量が少なく、高温においても優れた耐摩耗性を有することが分かる。また、試験例７も比較例１と比較例して、摩耗量が少なく、高温においても優れた耐摩耗性を有することが分かる。さらに、試験例２~試験例６は、優れた耐摩耗性及び相手攻撃性を有することが分かる。
　また、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、上述した所定の鋼部及び銅部を有し、部同士が界面を介して結合している被膜層を基材上に形成したためと考えられる。
　さらに、試験例２~試験例６のような優れた耐摩耗性及び相手攻撃性を有する摺動部材が得られたのは、上述した所定の鋼部、銅部及び硬質粒子部を有し、部同士が界面を介して結合している被膜層を基材上に形成したためと考えられる。
　また、図１５は、試験例２の摺動部材の基材と被膜層との境界面付近、具体的には、基材１０と被膜層における銅部２３との境界面付近における断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。また、図１６は、試験例２の摺動部材の図１５に示す線分Ｚにおけるエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析（線分析）の結果を示すグラフである。なお、図１５に示す位置１と図１６に示す位置１とは同じ位置を示している。
　図１５及び図１６より、α部分における銅とアルミニウムとの比が、おおよそＣｕ：Ａｌ＝９：４（原子比）であることから、Ｃｕ９Ａｌ４の金属間化合物層が形成されていると考えられる。また、図１５及び図１６より、β部分における銅とアルミニウムとの比が、おおよそＣｕ：Ａｌ＝１：２（原子比）であることから、ＣｕＡｌ２の金属間化合物層が形成されていると考えられる。なお、α部分やβ部分を含む各領域においては、ＨＡＡＤＦ像において、コントラストが均一な領域が観察できた。
　また、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、さらに基材及び被膜層の少なくとも一方が、塑性変形部を有するためとも考えられる。
　さらに、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、硬質粒子部が、鉄基合金、コバルト基合金、ニッケル基合金などの硬質粒子からなるためとも考えられる。
　また、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、さらに基材、鋼部、銅部及び硬質粒子部からなる群より選ばれた少なくとも１種の少なくとも一部が拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方を有するためとも考えられる。
　さらに、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、上述した摺動部材の製造方法において、上述した混合物を、非溶融の状態で基材上に吹き付けて、基材上に被膜層を形成する工程を含むためとも考えられる。
　また、試験例１~試験例６のような優れた耐摩耗性を有する摺動部材が得られたのは、上述した混合物を基材上に吹き付ける際に、混合粉末を、基材及び被膜層の少なくとも一方に塑性変形部を形成する速度で、基材に吹き付けたためとも考えられる。
　さらに、試験例２、試験例７、比較例１、比較例２、比較例４~比較例６における付着率及び被膜層品質の結果から、本発明の範囲に属する試験例１~試験例６においては、割れや膜剥がれが発生し難い被膜層を効率良く形成できることが分かる。
　以上、本発明を若干の実施形態及び試験例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
　例えば、上述した各形態や各試験例に記載した構成要素は、形態毎や試験例毎に限定されるものではなく、例えば、鋼粒子、銅粒子、硬質粒子の仕様の細部や成膜条件の細部を変更したり、各形態や各試験例の構成要素を上述した各形態や各試験例以外の組み合わせにしたりすることができる。
　１，２，３　摺動部材
１０　基材
１０ｂ　塑性変形部
１１　拡散層及び／又は金属間化合物層
２０　被膜層
２０ａ，２０ｂ　塑性変形部
２０ｃ　気孔
２１　鋼部
２２　拡散層及び／又は金属間化合物層
２３　銅部
２４　拡散層及び／又は金属間化合物層
２５　硬質粒子部
２６　拡散層及び／又は金属間化合物層
４０　カムロブ
４１　バルブリフタ
４２　バルブスプリング
４３　エンジンバルブ
４３Ａ　バルブステム
４３ａ　摺動面
４３Ｂ　バルブフェース
４３ｂ　摺動面
４４　ステムシール
４５　バルブガイド
４５ａ　摺動面
４６，４６’　シリンダヘッド
４６Ａ　着座部
４６ａ　摺動面
４７　排気ポート
４８　リテーナ
４９　コッタ
６０　コンロッド
６０Ａ　大端部
６１　クランクピン
６２　軸受メタル
６２ａ　摺動面
　Ｂ　ガスバーナ
　Ｆ　火炎
　Ｔ　温度計
　Ｗ　冷却水

Claims (7)

  1. 　基材と、
    　上記基材上に形成された被膜層と、を備える摺動部材であって、
    　上記被膜層が、複数のオーステナイト系ステンレス鋼粒子に由来の鋼部と、複数の銅粒子又は銅合金粒子に由来の銅部とを有し、該部同士が界面を介して結合している
    ことを特徴とする摺動部材。
  2. 　上記被膜層が、上記鋼部よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　上記基材及び上記被膜層の少なくとも一方が、塑性変形部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部材。
  4. 　上記被膜層が、上記鋼部よりも硬質である複数の硬質粒子に由来の硬質粒子部を有し、
    　上記硬質粒子が、鉄基合金粒子、コバルト基合金粒子、クロム基合金粒子、ニッケル基合金粒子、モリブデン基合金粒子及びセラミックス粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種の硬質粒子からなる
    ことを特徴とする請求項１~３のいずれか１つの項に記載の摺動部材。
  5. 　上記基材、上記鋼部、上記銅部、及び上記硬質粒子部からなる群より選ばれた少なくとも１種の少なくとも一部に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項２又は４に記載の摺動部材。
  6. 　上記基材、上記鋼部及び上記銅部からなる群より選ばれた少なくとも１種の少なくとも一部に拡散層及び金属間化合物層の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の摺動部材。
  7. 　請求項１~６のいずれか１つの項に記載の摺動部材を内燃機関の摺動部位に有することを特徴とする内燃機関の摺動部材。
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