JPH03117779A - 摺動用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） この発明は、二つの部材が互いに当接して相対的に摺動
する場合の摺動用部材として利用するのに適し、常温か
ら２５０℃程度の高温までの耐摩耗性が良好であって摩
耗量が少なく、耐久性に優れた摺動用部材に関するもの
である。 （従来の技術） 従来、二つの部材が互いに当接して相対的に摺動する場
合の摺動用部材としては各種の組み合わせからなるもの
があり、例えば、少なくとも一方の部材が鉄鋼材料から
なるものである場合や、銅合金材料からなるものである
場合や、アルミニウム合金材料からなるものである場合
など、各種のものがある。 これらのうち一方の部材がアルミニウム合金材料からな
るものである場合には、例えば、アルミニウム合金材料
からなる部材の摺動面部を研磨加工した後、ＮａＯＨと
Ｈ２Ｏ２と水との混合液でエツチングしてシリコン粒子
を浮き出させ、次いで水洗いしたあと摺動面部に露出し
たシリコン粒子の表面部分にＨＮＯ３と水との混合液で
エツチングしてシリコン粒子の表面を溶解させて平滑に
したもの（特開昭５９−１０７０８１号公報）や、アル
ミニウム合金の摺動面部を特定の砥石で研磨したもの（
特開昭６１−２３０８７１号公報、特開昭６２−２４９
６９号公報）や、アルミニウム合金をマトリックスとす
る繊維複合材料からなる摺動用部材の表面にショツトブ
ラスト仕上げを施すことにより表面のアルミニウム合金
を選択的に除去して珪素粒子や繊維を表面から突出させ
、突出した珪素粒子またはｍ維の間の表面に四部を形成
し、次いで表面に機械的研磨を施したもの（特開昭６３
−２０７５２８号公報）などがあり、従来の研削加工に
より初晶Ｓｉを突出させた摺動用部材の摺動面部として
は、第３図に示すような表面金属組織を有するものがあ
った。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のアルミニウム合金より
なる摺動用部材にあっては、耐摩耗性に寄与する初晶Ｓ
ｉを表面から突出させることで、１１摩耗性の向上をは
かるようにしているが、相手材によってはアルミニウム
合金との摺動によって前記相手材の摩耗量が多くなるこ
とがあり、この相手材の摩耗によってアルミニウム合金
の摩耗も増大することがあるという課題を有していた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、互いに当接して相対的に摺動する第一の部材
と第二の部材を有し前記第一の部材の少なくとも前記第
二の部材に対する摺動面部がアルミニウム合金よりなる
摺動用部材において、前記第一の部材および第二の部材
の両方共の摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れているもの
とした摺動用部材を提供することを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） この発明は、互いに当接して相対的に摺動する第一の部
材と第二の部材を有する摺動用部材において、前記第一
の部材の少なくとも前記第二の部材に対する摺動面部は
過共晶Ａｎ−３ｔ合金において耐摩耗性に寄与する初晶
Ｓｉが表面割れおよび脱落を起こすことなく円弧状をな
していると共にＡ文基地のエツチングにより前記円弧状
の初晶Ｓｉが１〜６μｍの範囲で突出しており、前記第
二の部材の少なくとも前記第一の部材に対する摺動面部
は複合分散めっき処理が施されている構成としたことを
特徴としており、このような摺動用部材の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。 この発明に係わる摺動用部材において、第一の部材の少
なくとも第二の部材に対する摺動面部は、過共晶Ａｎ−
３ｉ合金において耐摩耗性の向上に寄与する初晶Ｓｉが
表面割れおよび脱落を起こすことなく円弧状をなしてい
るものとなっているが、このような初晶Ｓｉが円弧状を
なすものとするに際しては１弾性紙石を用いて研削加工
を行うことによってなすことができる。 この際の弾性砥石としては、酸化物、炭化物。 窒化物、ダイヤモンド、砂鉄、金属粒などの各種粒子の
うちから選択された混合粒子からなる砥粒が可撓性エポ
キシ樹脂やウレタン樹脂などからなる可撓性樹脂によっ
て適度に弾性的に保持されたものが用いられる。 このような弾性砥石を用いた研削加工を行うことによっ
て、比較的やわらかいアルミニウム合金基地が研削され
ると共に比較的かたい初品Ｓｉが円弧状をなすように研
磨される。 また、この第一の部材の摺動面部にはＡｎ基地に対する
エツチングが施されることによって、前記円弧状をなす
初晶ＳｉがＡｎ基地表面から１〜６ｐｍの範囲で突出す
るものとなるようにしている。 この場合のエツチングに際しては、アルカリまたは酸性
のエツチング液が用いられ、より具体的には、水酸化ナ
トリウム等のアルカリ性エツチング液や、リン酸、硫酸
、硝酸、塩酸等の酸性エツチング液が用いられ、これら
のエツチング液を用いて電解および化学研磨を行うこと
により、円弧状をなす初晶Ｓｉを１〜６ＪＬｍ、より好
ましくは４〜６ＪＬｍの範囲で摺動面部において突出さ
せている。 このように、表面に突出する初晶Ｓｉが円弧状をなして
いるものとすることによって、角部がないため、相手材
である第二の部材との間で生じる剪断力や衝撃力による
初晶Ｓｉの欠落は生じがたいものとなる。また、潤滑油
膜厚さの薄い摩擦条件下において初晶Ｓｉの突出高さが
大きいと潤滑油膜の破断が起こりやすくなり、第二の部
材との間で金属接触を生じやすくなるが、高硬度で変形
抵抗の大きい初品Ｓｉの表面が円弧状をなしているもの
とすることによって、第二の部材との接触面積を小さく
することができるようになり、これにより油膜破断によ
る第二の部材との間での焼き付きが少なくなって、摩擦
力は小さくなり、初晶Ｓｉの割れや脱落が生じにくいも
のとなる。 このことは、油膜厚さの薄くなる、すなわち潤滑油粘度
の低くなる常温から２５０℃の高温雰囲気での耐摩耗性
の向上に大きく寄与するものとなる。 しかしながら、初晶Ｓｉの突出高さがｌＩＬｍよりも小
さいと、突出高さが不十分であるため、とくに常温から
２５０℃程度の範囲の高温雰囲気において十分な耐摩耗
性を得ることができず、より十分な耐摩耗性を得るため
には突出高さを４ＪＬｍ以上とすることがとくに望まし
い。 他方、突出高さが６μｍよりも大きくなると、突出高さ
が大きすぎるためにわずかな摩擦力によっても突出した
初晶Ｓｉが折れてしまいやすくなるため好ましくない。 さらに、高温雰囲気での摺動においては、ＡｆＬ基地の
弾性変形域がせまくなり、突出した初晶ＳｉがＡｕ基地
中に埋まろうとする傾向となるが、初晶Ｓｉの突出高さ
が１〜６ＪＬｍあれば完全には埋まらず、突出した初晶
Ｓｉによる耐摩耗性向上の作用が維持され、保油性も十
分なものとなることがらＡｕ基地の摩耗はおこりにくい
。 このように、第一の部材はその少なくとも摺動面部を構
成する過共品ＡＪＩ−３ｉ合金において初晶Ｓｉが円弧
状をなしていると共にＡ交基地のエツチングにより前記
円弧状の初晶Ｓｉが１〜６ｐｍの範囲で突出しているも
のとなっていることから、常温において従来の摺動用部
材と同様に優れた耐摩耗性を示すだけでなく、２５０℃
程度の高温雰囲気においても良好なる耐摩耗性を示し、
常温から２５０℃程度の範囲での高温雰囲気において優
れた＃摩耗性を発揮するものとなっている。この場合、
温度が２５０℃を超える高温雰囲気においては、Ａｌｌ
基地の軟化が生じてくることとなり、突出していた初晶
ＳｉがＡｆＬ基地中に埋まりやすくなって、Ａｕ基地そ
れ自体の摩耗が生じやすくなる。さらに、このＡ文基地
は軟化が生じやすくなるため、摺動時に塑性流動を起こ
しやすくなり、第二の部材に凝着して耐摩耗性を悪化さ
せることとなる。 次に、この発明に係わる摺動用部材において、前記第一
の部材の相手材である第二の部材は、その少なくとも第
一の部材に対する摺動面部は複合分散めっき処理が施さ
れているものである。 この場合の第二の部材に施される複合分散めっきとして
は、例えば、 ■Ｎ１−Ｐ−３ｉ３Ｎ、（電解めっき）Ｎｉめっき中に
、Ｐを４．０〜６．５重量％含有すると共に、平均粒径
０．６〜０　、８　ＪＬｍのＳｉ３Ｎ４の粉末を１０〜
３０面積％分散させたものを使用する電解めっき。 ■Ｎ１−Ｐ−Ｃｏ−Ｓｉ３　Ｎ４　　（電解めっき） 上記■の成分中にさらにＣｏを１５〜３５重量％含有さ
せたものを使用する電解めっき。 が用いられる。 このような電解めっきにおいて、Ｐは熱硬化処理により
Ｎｉ２Ｐ合金相を形成して、めっき層の耐摩耗性を向上
させる作用を有し、Ｃｏは高温雰囲気下でのめっき層の
耐摩耗性および耐熱性をさらに向上させる作用を有して
いる。 このような電解めっきにおいて、めっき厚さは４０〜２
００　）Ｌｍ　、めっき層の硬さは８００〜１０１００
ＯＨ程度とするのがとくに望ましい。 また、Ｓｉ３Ｎ４の分散度が１０〜３０面積％とするの
が望ましいのは、１０体積％よりも少ないとめっき層自
身の耐摩耗性が低下する傾向となり、３０面積％よりも
多いと相手材である第一の部材の耐摩耗性を低下させる
傾向となるためである。 そして、この第二の部材の素材としては、めっき可能な
導電性材料、例えば、鋳鉄、炭素鋼、ばネ鋼、ステンレ
ス鋼、アルミニウム合金等が用いられる。 （発明の作用） この発明に係わる摺動用部材では、第一の部材の少なく
とも第二の部材に対する摺動面部は過共晶Ａｌ−３ｔ合
金において耐摩耗性の向上に寄与する初晶Ｓｉが円弧状
をなしていると共にＡｌｌ基地のエツチングにより前記
円弧状の初晶Ｓｉが１〜６ＩＬｍの範囲で突出しており
、第二の部材の少なくとも第一の部材に対する摺動面部
は複合分散めっき処理が施されているものとなっている
から、互いに当接して相対的に摺動する第一の部材およ
び第二の部材の両方共が摩耗量の少ないものとなってお
り、耐摩耗性に優れたものとなって耐久性が大きく向上
したものとなる。 （実施例） この実施例では、第一の部材がディスクであり、第二の
部材がビンである場合を例にとって示す。 第一の部材であるディスクは、＃摩耗性に優れたＡｎ−
Ｓｉ合金として広く使用されているＡＡ規格−Ａ３９０
合金を素材とするものであり、この合金の金型鋳造材を
所定のディスクの粗材形状に切削加工し、第二の部材で
あるビンとの摺動面部を多泡質のＧＣ砥石を用いて平面
研削（中仕上げ〕し、さらに弾性砥石によって摺動面部
の仕上げを行った。 この結果、摺動面部における耐摩耗性の初晶Ｓｉは円弧
状をなすものとなっている。 次に、ＮａＯＨ水溶液により摺動面部のＡ文基地をエツ
チングし、前記円弧状をなす初晶Ｓｆが基地表面から４
ｐｍ突出した摺動表面部を有するディスク（Ｎｏ、　　
１）　、および円弧状をなす初晶Ｓｉが基地表面から６
４ｍ突出した摺動面部を有するディスク（Ｎｏ、　２）
を第一の部材として作製した。なお、この初晶Ｓｉが６
μｍ突出した摺動面部の表面金属組織を第４図に示す。 また、第二の部材としては、ＪＩＳＳＫ５よりなるビン
粗材の表面に、Ｎ１−Ｐ−Ｇｏ−Ｓｉ３Ｎ４の複合分散
めっき処理を施したビン（Ｎｏ、　　１）を用いた。こ
の場合、Ｐの添加量が５重量％、ＣＯの添加量が２０重
量％、Ｓｉ３Ｎ４の分散量が３０面積％であるめっき材
を用いて電解めっきを行い、めっき層の厚さが５０　Ｊ
Ｌｍ　。 めっき層の硬さが９００ＨｍＶであるめっき層を有する
ビン（Ｎｏ、　　ｌ）を作製した。 さらに、比較のためにディスクとしては、前記と同じく
＃摩耗性に優れたＡ３９０合金を素材とし、所定のディ
スク形状に切削加工したのち、摺動面部を砥石によって
研磨することにより初晶Ｓｉ表面を平滑にしたのち、Ｎ
ａＯＨ水溶液でエツチングすることにより初晶Ｓｉを基
地表面から４μｍ突出させた摺動表面部を有するディス
ク（Ｎｏ、　３）と、研削加工により初晶Ｓｉを割らず
にＡｎ基地より０．６１Ｌｍ程度突出させた摺動表面部
を有するディスク（Ｎｏ、　４）とを作製した。 また、比較のための第二の部材としては、ＪＩＳ　　Ｓ
Ｋ５よりなるビン粗材の表面に硬質クロムめっき処理を
施したビン（Ｎｏ、　２）を用いた。この場合、硬質ク
ロムめっき層の厚さが２００ｐｍ、硬さが７５０ＨｍＶ
であるビンを作製した。 次いで、第１表に示す各ディスク（Ｎｏ、　１〜４）お
よびビン（Ｎｏ、　　１　、２）の組み合わせとして、
それぞれを第２図に示すビン−ディスク型の摩擦試験機
に取り付け、第２表に示す条件で摩擦（摩耗）試験を行
った。このときに使用したピン−ディスク型の摩擦試験
機は、第２図に示すように、ディスク１を矢印Ａ方向に
回転させると同時にビン２を矢印Ｂ方向に押圧して接触
荷重を加えながら摩擦させるものである。 この結果を第１表および第１図に示す。 第１表および第１図に示すように、この発明に係わる第
一の部材と第二の部材との組み合わせである実施例１，
２の場合には、ディスクの温度が２５０℃と高温である
にもかかわらす、第一の部材であるディスク（Ｎｏ、　
　１　、２）および第二の部材であるピン（Ｎｏ、　　
１）の両方共が各々の摺動面部における摩耗量がかなり
少ないものとなっており、常温のみならず高温雰囲気で
の耐久性に著しくすぐれたものとなっていることが認め
られた。 これに対して、初晶Ｓｉ表面が平滑であるディスク（Ｎ
ｏ、　３）と複合分散めっきを施したピン（Ｎｏ、１）
との組み合わせである比較例１の場合には、ディスクお
よびピンの摩耗量が実施例１゜２の場合に比べて増加し
ており、また初晶Ｓｉをわずかに突出させたディスク（
Ｎｏ、　４）と複合分散めっきを施したピン（Ｎｏ、　
　１）との組み合わせである比較例２の場合には、ディ
スクおよびピンの摩耗量が比較例１の場合よりもさらに
多くなっていることが認められた。 さらに、この発明を満足するるディスク（Ｎｏ。 １．２）と硬質クロムめっきを施したピン（Ｎｏ。 ２）との組み合わせである比較例３．４の場合には、ピ
ンの摩耗量が実施例１，２の場合に比べてかなり多くな
っており、それにつれてディスク（Ｎｏ、　　１　、２
）の摩耗量が実施例１．２に比べて多くなっており、さ
らに比較例のディスク（ＮＯ０３，４）と硬質クロムめ
っきを施したピン（Ｎｏ。 ２）との組み合わせである比較例５．６の場合には、ピ
ンの摩耗量がさらに多くなっていると共にディスクの摩
耗量もより多くなっていることが認められた。 さらに、この発明に係わる摺動用部材のうち、第一の部
材の構成をアルミニウム合金製のシリンタブロックのボ
ア部分に適用する場合を考えると、摺動面部において突
出した初晶Ｓｉの相手材との摺動による摩耗のほかに、
燃焼ガス中に含まれるＨＣ文（濃度０．０２重量％程度
）およびＨＮＯ３（濃度０．００５重量％程度）による
酸性摩擦雰囲気中でのＡ文基地の腐食による摩耗を生じ
ることがあり、従来の場合には時折異常摩耗となって現
われることがあったが、この発明に従う第一の部材の構
成を採用した場合には、突出した初晶Ｓｉの単位時間あ
たりの摩擦摩耗量とＡｕ基地の単位時間あたりの腐食摩
耗量とは同程度（いずれも、０．０７給ｍ　／　Ｈｒ程
度）であるため、摺動時間にかかわらず初晶Ｓｉの突出
高さは摺動前と同じになっていることから、長時間の摺
動後においても腐食摩耗による著しい耐摩耗性の劣化は
生じず、したがって長時間の摺動であっても優れた耐摩
耗性を示すものであった。

【発明の効果】

この発明に係わる摺動用部材は、摺動用部材を構成する
第一の部材の摺動面部は過共晶Ａ文−３ｉ合金において
耐摩耗性に寄与する初晶Ｓｉが表面割れおよび脱落を起
こすことなく円弧状をなしていると共にＡｕ基地のエツ
チングにより前記円弧状の初晶Ｓｉが１〜６μｍの範囲
で突出しており、同じく摺動用部材を構成する第二の部
材の摺動用面部は複合分散めっき処理が施されている構
成としたものであるから、第一の部材と第二の部材の両
方共が摺動時における摩耗量の著しく少ないものとなり
、一方の部材の摩耗による他方の部材への摩耗をなくす
ることが可能であって、特定した第一の部材と第２の部
材との組み合わせにより相互に自己および相手材の摩耗
量を少ないものにすることが可能であり、耐久性に優れ
た摺動用部材であるという著しく優れた効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温摩擦試験を行った結果を示すグラフ、第２
図はピン−ディスク型摩擦試験の概要を示す説明図、第
３図は従来の研削加工により初晶Ｓｉを突出させた摺動
面部を拡大して示す表面金属組織拡大写真（４００倍）
、第４図はこの発明の実施例における円弧状の初晶Ｓｉ
が６ＪＬｍ突出した摺動面部を拡大して示す表面金属組
織拡大写真（４００倍）である。 １・・・第一の部材（ディスク）、 ２・・・第二の部材（ビン〕。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに当接して相対的に摺動する第一の部材と第
   二の部材を有する摺動用部材において、前記第一の部材
   の少なくとも前記第二の部材に対する摺動面部は過共晶
   Ａｌ−Ｓｉ合金において耐摩耗性に寄与する初晶Ｓｉが
   表面割れおよび脱落を起こすことなく円弧状をなしてい
   ると共にＡｌ基地のエッチングにより前記初晶Ｓｉが１
   〜６μｍの範囲で突出しており、前記第二の部材の少な
   くとも前記第一の部材に対する摺動面部は複合分散めっ
   き処理が施されていることを特徴とする摺動用部材。