JPH03219098A - 摺動部材の複合メッキ皮膜 - Google Patents

摺動部材の複合メッキ皮膜

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JPH03219098A
JPH03219098A JP2049132A JP4913290A JPH03219098A JP H03219098 A JPH03219098 A JP H03219098A JP 2049132 A JP2049132 A JP 2049132A JP 4913290 A JP4913290 A JP 4913290A JP H03219098 A JPH03219098 A JP H03219098A
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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】 産業上の利用分野 本発明は、自動車、船舶、航空機、電気機械、ＯＡ機器
、工作機械、一般産業機械等ｅ使用される平軸受を含む
摺動部材の耐摩耗性摺動表面層として利用される複合メ
ッキ皮膜に関するものである。
従来技術、および発明が解決しようとする課題斯かる摺
動部材としては、鋼裏金層と、軸受用銅合金層あるいは
アルミニウム合金層と、中間層と、鉛合金表面層とから
成る積層体が知られている。該積層体における鉛合金表
面層としては、耐摩耗性および耐疲労性の向上を図るた
めに、米国特許第２．６０５，１４９号明細書、同第３
，１８０．００８号明細書、特公昭３９−２２４９８号
公報等に開示されるように、Ｐｂに対するＳｎ、Ｃｕ、
ｉｎ等の合金元素添加量を種々変えたものが知られてお
り、また実際に使用されてきた。
しかるに、最近の自動車用エンジンでは、価格低減化（
コストダウン）に対する要請から、球状黒鉛！！Ｆ鉄（
例えば、ＪＩＳ　　ＦＣＤ７０）等の鋳鉄製軸が多く使
用されている。このような場合、軸表面における黒鉛の
周辺に存在する突出部（ぼり）等により、該軸を支承す
るｉ層軸受の表面層が早期に摩耗し、中間層あるいは軸
受台金層が露出し、急速に焼付きを起す。焼付きに到ら
ない程度の表面層の摩耗においても、軸と軸受との間の
隙間（オイル・クリアランス）に変化が生じ、騒音、振
動問題が惹起される。一般に使用される鋼軸にあっても
、＾速回転、高荷重の下で使用される傾向にあり、その
ため表面層の摩耗進行が早く、同様な問題が生じている
。
本発明は、斯かる技術的ｉ＊の下に創案されたものであ
り、積層摺動部材表面層の早期摩耗を防ぐことをその目
的としている。
課題を解決するための手段およびその作用この目的は、
Ｓｎ、Ｉｎ、ｓｂ、Ｃｕから選ばれた一種または二種以
上の合金成分、無機物粒子およびＰｂを、以下の範囲 ［１］Ｓｎ、ｉｎ、３ｂ、　Ｃｕから選ばれた一種また
は二種以上　……合計２〜３０重量％■無機物粒子　　
……０．３〜２５容壷％■Ｐｂ　　　　　　……残部 で含む摺動部材の複合メッキ皮膜を提供することによっ
て達成される。
表面メッキ層は、摺動部材が自動車用内燃機関の構成部
材であれば、一般に１０〜３０μｍの厚さになされる。
この厚さは限定的なものではなく、例えば船舶用内燃８
Ｉ閏等の摺動部材のように底面圧で使用される場合には
、厚さ５０〜１００μｍの例もある。
また、表面メッキ層中にミクロン単位の無機物粒子を分
散存在させておけば、例えば摺動部材が内燃機関のクラ
ンク軸を支える主軸受である場合、機関始動時等におい
て摺動部材間に潤滑油膜が存在しない状態で、表面メッ
キ層中の相対的に硬い無機物粒子がマトリックスを保護
し、表面メッキ層の摩耗が防止される。しかも無機物粒
子には、鋳鉄製回転軸表面における黒鉛の周辺に存在す
る突出部くばり）等に対する研磨作用があり、回転軸表
面を滑らかにするため摺動部材としての軸受の早期摩耗
が効果的に防止される。
複合化粒子用無機物としては、ＢＮ、−１１Ｎ、ＡｌＮ
、ＣｕＮ等の窒化物、５ｉＣ１［１Ｃ１Ｂａ　Ｃ，Ｔ　
ａ　Ｃ等の炭化物、（ＣＦ）。、ＣａＦ　　等のぶつ化
物、Ｍ　ｏ　Ｓ　２　、Ｗ　８２等の硫化物の他、Ｂａ
ＳＯ４、Ｗ、ＭＯ等を挙げ得る。
これらの無機物粒子は粒径１５μｍ以下のものに限定さ
れる。粒径が１５μｍを超えると、メッキ層の靭性が失
われるので摩耗の原因となる。故に、無機物粒子径は最
大１５μｍ、好ましくは１０μｍ以下とする。表面メッ
キ層中に含まれる無機物粒子の量は、０．３〜２５容量
％に限定される。
無機物粒子の量が０．３容量％未満では効果が少なく、
２５容量％を超えると靭性が失われるからである。最も
好ましい聞は０．５〜２０容量％である。
表面メッキ＋Ｓｔなわち鉛合金層中のＳｎ、Ｉｎ、５ｂ
ＳＣｕから選ばれた一種または二種以上の成分の含有量
は、表面層の機械的強度および潤滑油（特に劣化油）に
対する耐蝕性向上のために必要であるか、そのｌＪ！（
または合計域）が２１壱％以下では、機械的強度が低く
且つ長期間における耐蝕性が低モし、また該含有量が３
０重量％以上では、高温における機械的強度が著しく低
下する。
したがって該含有酸は、これを２〜３０信壜％とする。
最も好ましい量は３〜２５重量％である。
本発明における摺動部材は、鋼製裏金層と、軸受用銅合
金層あるいはアルミニウム合金層と、表面層としてのメ
ッキ皮膜とから成る多層体として提供される。該メッキ
皮膜は、Ｓｎ、ｉｎ、３ｂ、Ｃｕから選ばれた一種また
は二種以上の成分の合計量が２〜３０重量％、窒化物、
炭化物、ぶつ化物、硫化物等の無機物粒子から選ばれた
一種または二種以上の成分の合計量が０．３〜２５容量
％、残部Ｐｂから成る複合メッキ皮ｓｒ：ある。表面層
であるメッキ皮膜と軸受用銅合金層またはアルミニウム
合金層との間には、中間メッキ層を設けることが推奨さ
れる。該中間メッキ層としては、Ｎ　ｉ　、Ｃｏ５Ｆｅ
、Ｃｕ、Ａｑより成る群から選ばれたいずれか一つの金
属または該金属を主成分とする合金が用いられる。Ｎｉ
、Ｇｏ、Ｆｅは、表面層としてのメツＶ皮膜中のＳｎ、
　　ｔｎあるいはｓｂが、素地合金（すなわち、軸受用
鋼合金）中に拡散してマトリックスの強度あるいは耐蝕
性が低下する現象を防ぐ作用を有しており、Ｃｕ、ＡＱ
は、（ｎとの間の拡散合金の生成が摺初特性上好ましく
、またアルミニウム合金上へのメッキにより耐焼付性の
向上を図り得るという効果も有している。
本発明による多層摺動部材では、使用時の接触面圧が低
く、しかも接触面間に潤滑油膜が全く存在しない場合で
も本発明表面層が存在すれば設計上十分使用できるなら
ば、表面層以外の一つの層を省略できる。
実施例 第１図ないし第８図は、それぞれ複合メッキ皮膜を表面
層として有する本発明例としての多層階動部材の断面図
を示している。
第１図は、Ｃｕ−Ｐｂ系、Ｃｕ−Ｐｂ−８ｎ系、Ｃｕ−
’；ｌｎ系、Ｃｕ−８ｎ系等のＣｕ合金１３の上に、Ｂ
Ｎ、Ｓ　ｉ　Ｃ１（ＣＦ）　　、ＣａＦ２、ＭＯ８２等
の無機物粒子から選ばれた一種または二種以上を含むＰ
ｂ−８ｎ、Ｐｂ−３ｎ−ｃｕ。
Ｐｂ−８ｎ−８ｂ、Ｐｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ｉｎ−８ｎ等の
Ｐｂ合金層１を設けた例を示している。
第２図は低炭素鋼、高炭素鋼、ステンレス鋼、特殊鋼等
の鋼製裏金４の上に、第１図図示のＣｕ合金層３および
Ｐｂ合金層１を積層させた部材を小している。
第３図は、第２図におけるＣｕ合金層３とＰｂ合金層１
との闇に、Ｎ　ｉ、Ｇｏ、Ｆｅ、ＡＱ、Ｃｕのいずれか
の中間メッキ層またはそれらの合金の中間メッキ層２を
設けた例を示している。
第４図は、第３図における中間メッキ層２とＣｕ合金層
３との間に、さらにメッキ層２とは異なるＮ　ｉ、Ｃｏ
、Ｆｅ、Ａｇ、ＣＵのいずれかの中間メッキ層またはそ
れらの合金の中間メッキ層２Ａを設けた例を示している
。
第５図は、Ａｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−３ｉ系、Ａｌ３ｎ系等
のＡｌ合金層５の上に、Ｐｂ合金層１を設けた例を示し
ている。
第６図は、第４図におけるＣｕ合金層３をＡｊ！合金層
５で置き換えたものに相当する例を示している。
第７図は、鋼製裏金４とＡｌ合金層５との間に接着層と
してのＣｕ、Ｎｉ、Ａｊ！またはそれらの合金のメッキ
［１６を設け、Ａｌ合金１Ｉｉ５とＰｂ合金層１との間
に中間メッキ層２を設けた例を示している。
第８図は、第６図図示例において中間メッキ層２Ａを省
くとともに、鋼製裏金４の表面に防錆目的でＳｎメッキ
またはＰｂ−８ｎメッキ７を施した例を示している。
試験例１ 鋼製裏金の片面に銅合金粉末（Ｃｕ−２３Ｐ　ｂ３．５
Ｓｎ）の焼結層を設けてバイメタルになした。該バイメ
タルに、切断→ブレス成形９槻械加工なる処理を施し、
半割円筒形軸受（以下、半割軸受と称する）を得た。得
られた半割軸受に、溶剤脱脂→電解脱脂−→酸洗いなる
前処理を施した後、軸受内面（すなわら、焼結層の表面
）に通常の硼ふつ化鉛合金メッキ浴に無機物粒子として
の窒化物（ＢＮ＞を２０〜４０　ｇ／ｊ！分散させ、浴
温２５℃で陰極電流密度３〜５　Ａ　／　ｄｒｇ２にて
電解して窒化物を共析させて、鉛合金と無機物粒子の複
合共析合金表面層を得た。各層の厚さは、表面層２０μ
ｍ１銅合金層０．３ａｇｗ、鋼製裏金層１．２踵であっ
た。無機物粒子のサイズおよび組成は、表１に示される
とおりである（試料番号１〜３）。
試験例２ 鋼製裏金の片面に銅合金粉末（ＣＬＩ−２３Ｐｂ３．５
Ｓｎ）の焼結層を設けてバイメタルになした。該バイメ
タルに、切断→ブレス成形耐機械加工なる処理を施し、
半割軸受を得た。得られた半割軸受に、溶剤脱脂→電解
脱脂→酸洗いなる前処理を施した後、軸受内面（１なわ
ち、焼結層の表面）に通常のワットＮ１メッキ浴を用い
て浴温５０℃で陰極電流密度６Ａ／ｄＩ２にて電解して
１．５μｍ厚さのＮｉ中間メッキ層を施し、さらに無機
物粒子としての窒化物（ＢＮ）を分散させた鉛合金メッ
キ浴を用い試験例１と１６１様な方法で厚さ２０μｍの
複合共析合金表面層を得た。Ｎ中間メッキ層以外の他の
層の厚さは試験例１と同じである。無機物粒子のサイズ
および組成は、表１に示されるとおりである（試料番号
４）。
試験例３ 鋼製裏金の片面に銅合金粉末（Ｃｕ−２３Ｐｂ−３，５
Ｓｎ）の焼結層を設けてバイメタルになした。該バイメ
タルに、切断→ブレス成形耐機械加工なる処理を施し、
半割軸受を得た。得られた半割軸受に、溶剤脱脂→電解
脱脂→酸洗いなる前処理を施した後、軸受内面（すなわ
ち、焼結層の表面）に通常のシアン化銀メッキ浴を用い
て浴温３０℃で陰極電流密度ＩＡ／ｄａ”にて電解して
１．５μｍ厚さのＡＧ中間メッキ層を施し、さらに無機
物粒子としての窒化物（ＯＮ）を分散させた鉛合金メッ
キ浴を用い試験例１と同様な方法で厚さ２０μｍの複合
共折合金表面緩を得た。ＡＱ中間メッキ層以外の他の層
の厚さは試験例１と同じである。無機物粒子のサイズお
よび組成は、表１に示されるとおりである（試料番号５
）。
試験例４（較　） 鋼製裏金の片面に銅合金粉末（ＣＬＩ−２３Ｐｂ３．５
Ｓｎ）の焼結層を設けてバイメタルになした。該バイメ
タルに、切断→ブレス成形耐機械加工なる処理を施し、
半割軸受を得た。得られた半割軸受に、溶剤脱脂→電解
脱脂→酸洗いなる前処理を施した優、軸受内面（すなわ
ち、焼結層の表面）に通常の硼ふっ化鉛合金メッキ浴で
電解して、表１に示される組成の厚さ２０μｍの表面層
を得た（試料番号６〜８）。（鉛合金メッキ浴中に無機
物粒子を分散させない点以外は試験例１の場合と同様で
ある） 試験例５ 鋼製重金上に軸受用アルミニウム合金薄板（Ａ！−６Ｓ
ｎ−ＩＣｕ−ＩＮ　ｉ　）を重ねチロール圧延法により
圧延して両者を一体に接合した後、温度３５０℃で４時
間の焼鈍を施し、バイメタルを得た。試験例１と同様に
、該バイメタルに対して切断→ブレス成形耐機械加工な
る処理を施し、半割軸受を（ｑだ。次いで、溶剤脱脂→
Ａｌ合金の＃Ｊ処理法である周知のアルカリエツチング
→酸洗い→亜鉛置換処理を施した後、ワットＮ１メッキ
浴を用いて浴温５０℃で陰Ｉｆｉ電流密度６　Ａ　／　
ｄ＋ａ”にて電解して２．０μｍ厚さのＮｉ中間メッキ
層を施し、さらに試験例１と同様な方法で無機物粒子と
しての炭化物（ＳｉＣ）を２０〜４０　’Ｊ／１分散さ
せた鉛合金メッキ浴を用い複合共析合金表面層を得た。
各層の厚さは、表面１１２Ｃ１ｍ、Ｎ１中間メッキ層２
．０μｍ、アルミニウム合金［１０，３履、調性裏金層
１．２麿である。無機物粒子のサイズおよび組成は、表
１に示されるとおりである（試料番号９〜１１）。
試験例６ 鋼製裏金上に軸受用アルミニウム合金１ｌｌ（Ａｊ！−
６Ｓｎ−ＩＣｕ−ＩＮｉ）を重ねてロール圧延法により
圧延して両者を一体に接合した後、温度３５０℃で４時
間の焼鈍を施し、バイメタルを得た。試験例１と同様に
、該バイメタルに対して切断→プレス成形耐機械加工な
る処理を施し、半〃１軸受を得た。次い゛Ｃ１溶剤脱脂
→Ａｆｆ１合金の前処理法である周知のアルカリエツチ
ング→酸洗い→亜鉛置換処理を施した後、Ａｌ合金−ト
に適用されるシアン化銅ストライクメッキ浴を用いて浴
１５０℃で陰極電流密度１．５Ａ／ｄｍ２にて電解して
１．５μｍ厚さのＣｕ中間メッキ層を施し、次いで試験
例５と同様な方法で２０μｍ厚さの複合共析合金表面層
を得た。Ｃｕ中間メッキ層以外の他の層の厚さは実施例
４の場合と同様である。
無機物粒子のサイズおよび組成は、表１に示されるとお
りである（試料番号１２）。
試験例７（比較例） 鋼製裏金上に軸受用アルミニウム合金薄板（Ａｊ！−６
Ｓｎ−ＩＣｕ−ＩＮ　＋　）を唄ねてロール圧延法によ
り圧延して両者を一体に接合した後、温度３５０℃で４
時間の焼鈍を施し、バイメタルを得た。試験例１と同様
に、該バイメタルに対して切断→プレス成形耐機械加工
なる処理を施し、半割軸受を得た。次いで、溶剤脱脂→
Ａｌ合金の前処理法である周知のアルカリエツチング→
酸洗い→亜鉛置換処理を施した後、ワットＮ１メッキ浴
を用いて浴温５０℃で陰極電流密度６△／ｄ１２にて電
解して２．０μｍ厚さのＮｉ中間メッキ層を施し、さら
に鉛合金メッキ浴を用いて通常の方法で電解し、表１に
示される組成の厚さ２０μｍの鉛合金層を得た（試料番
号１３〜１６）。（鉛合金メッキ浴中に無機物粒子を分
散させない点以外は試験例５の場合と同様である） 試験例８ 前記各試験例と同様な方法で各種無機物粒子を分散させ
て得た他の複合共析合金表面層をまとめて表１に示した
（試料番号１７〜３０）。
摩耗試験および焼付試験 以上の各試験例で得た試料につき、摩耗試験と焼付試験
を実施した。試験条件は表２に示すとおりであり、試験
結果を表３に示ブ。
表　　　２ ［試験結果の評価および本発明によって得られる効果１ ■　表３に示される摩耗量から判るように、表面層に無
機物粒子を０．３〜２５容泄％含むものは、含まないも
のに比して摩耗量が減少しており、無機物粒子が耐摩耗
性の向上に極めて有効である。
■　ｆｉ！１ＩｉＩｌ相手部材である試験軸に対する悪
影響は全く認められず、しかも驚くべきことに、表面層
に８ＮあるいはＳｉＣを５容祉％以上含む軸受を用いた
ものでは、試験前における試験軸の表面粗さに比して、
試験後の試験軸表面粗さの方が微細（すなわち、平滑）
になっていることが判る。換言すれば、試験用の鋳鉄軸
に対して表面層中の無機物粒子による研磨作用のあるこ
とが明らかに認められる。
■　表面層中の無機物粒子の共析量が０．３容祉％未渦
のものでは、耐摩耗性効果が劣り、また無機物粒子が２
５容量％を超えるものでは、表面層マトリックス自体の
疲労強度が低下し、部分的な疲労剥離により耐摩耗性が
劣る結果となる。
■　表３から、無機物粒子を０．３〜２５容署％含む表
面層は、いずれも焼付の生じないその最大荷重が無機物
粒子を含まない表面層のそれを上回っていることが判る
。これは、高速、高荷重下での潤滑油膜切れの状態にお
ける軸と軸受表面層どの金属接触時に無機物粒子が焼付
を防止しでいる結果に他ならない。
■　表面層中の無機物粒子の共析量が０．３容恐％未満
ではその効果が少なく、該共析量が２５容量％を超える
と、靭性を失なって疲労剥離による摺動相手部材である
軸表面粗さの増大、ひいては油膜切れが生じ、焼付けの
生じない荷重（非焼付荷重）が低下する。
■　表面層中の無機物粒子の径が１５μｍを超えると、
摺動相手部材である軸表面を粗くする機会を生じ非焼付
荷重が低下する。
■　中間メッキ層が存在するものは、それが存在しない
ものに比して常に良好な性質を示す。これは、鉛合金層
中のＳｎ、　　Ｉｎあるいはｓｂの拡散防止による摺動
特性向上の効果に他ならない。
試験線　奥 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による複合メッ
キ皮膜は、摺動部材用表面層として、極めて優れた耐摩
耗性、相手摺動部材との良好なるなじみ性、優れた耐焼
付性を示す。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第８図は、それぞれ複合メッキ皮膜を表面
層として有する本発明例としての多層摺動部材の断面図
を示す。 １・・・Ｐｂ合金層、２，２Ａ・・・中間メッキ層、３
・・・Ｃｕ合金層、４・・・鋼製裏金、５・・・Ａｌ合
金層、６・・・接着層としてのＣｕ、Ｎｉ、Ａｊ！また
はそれらの合金のメッキ層、７・・・防錆用３ｎメッキ
またはＰｂ−８ｎメッキ層。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ばれた一種または
    二種以上の合金成分、無機物粒子およびＰｂを、以下の
    範囲 ［１］Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ばれた一種または
    二種以上……合計２〜３０重量％［２］無機物粒子……
    ０．３〜２５容量％ ［３］Ｐｂ……残部 で含む摺動部材の複合メッキ皮膜。
  2. （２）前記無機物粒子の最大径が１５μｍである請求項
    １に記載された表面層としての複合メッキ皮膜。
  3. （３）鋼製裏金層と、軸受用銅合金層あるいはアルミニ
    ウム合金層と、表面層としての複合メッキ皮膜とを含み
    、 複合メッキ皮膜が下記［１］〜［３］で規定されるＳｎ
    、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ばれた一種または二種以上の
    合金成分、無機物粒子およびＰｂから成ることを特徴と
    する摺動部材。 ［１］Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ばれた一種または
    二種以上……合計２〜３０重量％、 ［２］無機物粒子……０．３〜２５容量％、 ［３］Ｐｂ……残部。
  4. （４）前記無機物粒子の最大径が１５μｍである請求項
    ３に記載された摺動部材。
  5. （５）前記表面層としてのメッキ皮膜と軸受用銅合金層
    またはアルミニウム合金層との間に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ
    、Ｃｕ、Ａｇより成る群から選ばれたいずれか一つの金
    属または該金属を主成分とする合金の中間メッキ層を有
    する請求項３または４に記載された摺動部材。
  6. （６）前記鋼製裏金層と軸受用銅合金層またはアルミニ
    ウム合金層との間に、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｌ（またはＣ
    ｕ）から成る合金、Ｎｉ合金およびＡｌ合金から成る接
    着層を有する請求項３から５までのいずれか一つの項に
    記載された摺動部材。
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