JPH0344439A - アルミニューム基材上の軸受材料製減摩性薄層を有する摺動軸受部材用の薄層材料 - Google Patents

アルミニューム基材上の軸受材料製減摩性薄層を有する摺動軸受部材用の薄層材料

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JPH0344439A
JPH0344439A JP2047356A JP4735690A JPH0344439A JP H0344439 A JPH0344439 A JP H0344439A JP 2047356 A JP2047356 A JP 2047356A JP 4735690 A JP4735690 A JP 4735690A JP H0344439 A JPH0344439 A JP H0344439A
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layer
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ペーテル・ノイハウス
Albert Roth
アルベルト・ロート
Michael Steeg
ミヒャエル・ステーク
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Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
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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〕 この発明は、アルミニューム基材上にある金属性保護層
とこの保護層に付けた軸受材料の減摩性薄層とで形成さ
れた摺動軸受部材、例えばラジアル軸受あるいはアキシ
アル軸受用の薄層材料に関する。この場合、軸受材料は
１〜３ｗｔ％、主として１．５〜２．５ｗｔ％ニッケル
、０．５〜２．５ｗｔ％、主として１〜２ｗｔ％マンガ
ン及び０．０２〜１．５ｗｔ％、主として０．３〜０．
８ｗｔ％銅及び通常許容される不純物のアルミニューム
を含むアルミニューム合金である。この軸受材料中に含
まれるニッケル帯マンガンから戒る硬い粒子あるいはニ
ッケル含有及び／又はマンガン含有硬い粒子は大体粒径
が≦５μｍの範囲にあり、粒径が≦５μｍで５個より少
なく大抵高々１個の硬い粒子が、一辺が０．１ｍｍの立
方体中に存在する。
〔従来の技術〕
この種の薄層材料は、西独特許第３６４０３２８号明細
書により公知であるが、この様な軸受材料で作製される
減摩層の動的負荷安定性が向上しているのに関連して著
しい軸受材料特性を示す。しかしながら、実際には軸受
部材を有する機械、特に内燃機関の出力の上昇、支承す
る回転軸の回転数の上昇、可動部品の重量の低減、摺動
する部品間の許容誤差の低減、それによるより少ない油
の容量及び潤滑被膜の厚さの減少によって運転条件が益
々困難になっている。従って、高負荷軸受は混合摩擦領
域で長期間動作する。
西独特許Ｗ　１２７１号明細書（１９５１年９月２７日
に公開された）から、０．６〜１０％の銅と０．５〜８
％の鉛を含有し、鉛を全部ないしは部分的にビズマス又
は錫に置換できるアル【ニューム合金が知られている。
これ等の公知の合金では、アルミニューム母材中にニッ
ケルとマンガンの基材に関する硬い物質の粒子の形成が
欠けているので、この様な硬い粒子が母材中に分散して
いる錫又は鉛と有利な協働作用を行わない。
〔発明の課題〕
それ故、この発明の課題は、冒頭に述べた軸受部材の薄
層材料を非常特性及び減摩特性の現状の品質を越えて、
高い動的負荷特性の外に、改善された摩擦特性に関して
高度な要求を満たすように改良することにある。特に、
この改良された特性は支承される回転軸の回転数が上昇
しても実現すべきである。
〔課題を解決する手段〕
上記の課題は、この発明により、軸受材料を形成するア
ルミニューム合金が、０．５〜２０−１％、主として５
〜１５−ｔ％の錫添加物を有し、アルミニューム・ニッ
ケル・マンガン・銅合金から成る母材とこの母材中に分
散した析出物としての錫を有する分散合金であり、その
場合、硬い粒子が母材合金の重量で約２０〜３０％の量
であって、アルミニューム・ニッケル・マンガン・銅の
混合結晶の粒界に主として集まり、部分的には母材と錫
析出物の間の結合領域にも集中している薄層材料によっ
て解決されている。
〔作用・効果〕
母材中に分散した軟金属相（錫又は鉛）と、母材中に存
在する硬い粒子と、 ＡｌＮｉＭｎ母材中の銅添加物と、 の協働作用により、特に効果的に、この発明にょる薄層
材料で作製した軸受部材の疲労しない回転は６，５００
〜７，０００　ｒ、ｐ、ｍの回転数までに達する。
この協働作用に対して、一方で硬い粒子と銅添加物によ
って非常に向上したアルミニューム母材の動作安定性と
硬度が、また他方で母材中に分散させた錫又は鉛の成分
が決定的であることが判る。
更に、錫又は鉛を添加することは、減摩層の滑り特性を
本質的に改善することになる。このことは、特に錫を５
〜１５　ｗｔ％の程度で添加する場合に当てはまる。こ
の場合には、アルミニューム合金がアルミニューム錫分
散合金の特性を保有する。更に、銅、ニッケル及びマン
ガンを添加すると混合結晶の硬化が改善され、三相及び
四相ないしは混合結晶が生じることによって、及びアル
ミニュームに対する錫添加物又は鉛添加物、あるいはア
ルごニューム母材に対する錫相又は鉛相の結合が向上し
て硬化が改善される。その理由は、アルミニューム中に
も鍋中にも、特に銅が溶解するからである。その場合、
特に錫添加物が５〜１０−ｔ％の値の好ましい場合では
、つまりアルミニュウーム錫分散合金を形成する場合、
ニッケルとマンガンが錫を用いても混合結晶及び金属間
結合を形成できることが特に重要である。こうして、ア
ルミニューム母材に非常に微細に分布した硬粒子を含み
、錫に対するニッケル及び錫に対するマンガンの親和力
によって、アルミニューム母材と錫相間の結合に対して
著しく改善されたアルミニューム錫合金が提供される。
他の利点としては、錫を添加したこの発明によるＡｌＮ
ｉＭｎＣｕ合金は、加工処理中に熱処理温度又は熱処理
サイクルを適当に選択して個々の場合の選択と必要性に
よる硬度の高い値を目指して制御できる可能をもたらす
。この制御可能性は、理解できる限りでは、混合結晶の
過飽和と析出物の大きさ及び量を制御することに基づく
。
錫を添加することは、改善された摺動特性に加えて軸受
材料の改善された非常動作特性をもたらす。その場合、
銅の添加は合金添加物の上記機能複合作用で目的とする
特性に対する安定剤としても働く。
この発明の態様では、軸受材料を形成するアルミニュー
ム合金は、錫添加の代わりに、１ｗＬ％〜１０−％、主
として１〜５ｗｔ％の鉛添加物を保有している。鉛を添
加することによって、錫の添加に関連して説明したよう
なことに比較できる利点が得られる。それ故、この発明
による薄層材料は、個々の場合で必要ないしは目的に合
ったものとして生じたとき、錫の添加の代わりに鉛添加
物を選択して変更できる。
この発明の特に有利な他の構成では、アルミニューム・
軟金属分散合金で形成される減摩層と支持層、特に鋼製
の支持層との間に、純アルミニューム又は軟金属を含ま
ないアルミニューム合金から成る結合層が配設しである
。減摩層と支持層、特に鋼鉄製裏打ち材との間の結合が
大幅に改善される。
〔実施例〕
この発明の実施例を以下に図面に基づきより詳しく説明
する。
第１図に示す棒グラフには、２００時間にわたるアルミ
ニューム母材上の軸受材料から成る減摩層付の薄層材料
の負荷動特性が表示しである。負荷動特性は、１５０°
Ｃでアンダーウッド試験の残留負荷曲線から測定されて
いる。比較に置いた薄層材料は鋼鉄から成る支持材料と
減摩層とを有する。
前記Ｎ＄ｉ摩層は支持層の上に純アルミニューム製の箔
を中間に置き、鋳造アルミニュームから圧延板の被覆に
よって装着されている。
第１図の棒グラフに比較にされた薄層材料は、以下のよ
うである。即ち、 Ａ：　　＠鉄／＾ｌＮｉ２Ｍｎ１ Ａｌ：　鋼鉄／　ＡｌＮｉ２Ｍｎ１＋銅添加物（０，５
ｗｔ％）Ｂ：　　鋼鉄／Ａｌ／八ｌＮｉ２Ｍｎ１ｃｕｏ
、５錫添加物（１０−ｔ％） 第１図の棒グラフ（部分Ａ）が示すように、鋼鉄製の支
持層とＡｌＮｉ２Ｍｎ１製の減摩層を有する薄層材料を
用いて約６０　Ｎ／ｍｍ２の動的負荷特性を達成できる
。アルミニューム合金に更に、例えば０．５ｗｔ％の銅
添加物を有すると、動的負荷特性は６０〜７ＯＮ／ｌ１
１ｍ２、例えば約６５　Ｎ／ｍｍ”の値に高めることが
できる（部分ＡＩ）。棒グラフの部分Ｂが示すように、
０．５ｗｔ％の銅添加物と１０　ｉｖｔ％の錫添加物を
保有するアルミニューム合金を用いると、アルミニュー
ム・錫分散合金にはＡｌＮｉ２ＭｎＣｕＯ，５母材と分
散した錫粒子があるにもかかわらず、０．５　ｗｔ％の
銅添加物を有するアルミニューム合金ＡｌＮｉ２Ｍｎ１
を用いたい時と同じ動的負荷特性が得られる。
しかしながら、第１図の棒グラフの表示は不完全である
。何故なら、動的負荷特性は約４　、００Ｏｒ、ｐ、ｍ
の回転軸の支承への動作条件に相当するアンダーウッド
試験から測定されるからである。第２図の棒グラフが示
すように、動的負荷特性を一定に維持する場合、故障の
ない運転を達成できる軸受ジャーナル又は軸受に設置さ
れた回転軸の回転数は、減摩層の軸受材料として利用さ
れるアル稟ニューム合金の組成に非常に依存する。第２
図から、検査した合金Ｂが合金ＡとＡＩに比べて優れて
いることを明確に理解できる。合金Ｂの減摩層を用いる
と６．５０Ｏｒ、ｐ、ｍ以上の回転数を故障なしに運転
できる。更に、合金Ｂは第１図及び第２図の棒グラフか
ら簡単には理解できない他の改良された軸受材料の特性
を有する。この場合、特に食い込みに対して改善された
安定性、改善された溶接安定性、改善された（摩擦の少
ない）摺動特性及び改善された非常運転特性が大切であ
る。その場合、繋ぎ層又は挿入層が最早不要である。
第３〜６図には、軸受シェル、即ち軸受の二分割部品か
ら合成される軸受の薄層材料の応用が示しである。
第３図に斜視図にして示しす軸受シェル１０を第４図に
再掲した部分断面では、鋼鉄製の金属支持本体１１が装
着しである。この支持本体１１上には、結合層１３を中
間配設して厚さ０．２　ｍｍ〜０．５　ｍｍの減摩層１
２が被覆しである。結合層１３は図示した実施例にあっ
ては純アルミニューム箔で構成されている。しかし、析
出した軟金属相の存在しないアルミニューム合金製の結
合層も考えられる。減摩層１２は図示した実施例で上に
述べた合金、つまり１０　ｗｔ％の錫添加物を有する八
ｌＮｉ２Ｍｎ１ｃｕＯ，５で形成されている。薄層材料
又は軸受シェル１０の全体は、主として電気メツキで被
覆した錫又は錫鉛合金の保護層で取り巻かれている。こ
の場合、減摩層１２の表面で殆ど目視できないが、特に
支持本体１１のところで有効な防食層を呈する薄い被膜
１４が大切である。
第５図に示すように、１０　ｗｔ％のＳｎ添加物を有す
るＡｌＮｉ２Ｍｎ１Ｃｕ０．５は、析出している錫粒子
２３がＡｌＮｉ２Ｍｎ１Ｃｕ０．５の結晶化した母材２
０中で黒く見える分散合金を形成している。これ等の析
出した錫粒子２３が＾ｌＮｉ２Ｍｎ１Ｃｕ０．５母材２
０の中に埋め込まれているでいることは、第６図の走査
電子顕微鏡写真で明確に識別できる。その場合、この写
真で母材２０のＡｌＮｉ２Ｍｎ１Ｃｕ０．５の結晶２１
のところ、特に粒界のところに硬い粒子２２も識別でき
、析出した錫粒子２３に対して母材結晶２１の第６図で
明るく見える結合領域で、銅、ニッケル及びマンガン量
が多い混合結晶領域が増加していると有利である。その
場合、これ等の析出した錫粒子も前記結合領域２４に隣
接する領域でニッケル、錫及び銅の含有物を保有してい
てもよい。これ等の含有物は混合結晶又は金属間化合物
の様式で存在していもよい。ニッケルとマンガンに対す
る錫の親和力によって、母材結晶２１の結合領域２４に
対する錫相の改善された結合が生じる。それ故、上記領
域２４で母材結晶２１と錫粒子２３間の改善された結合
が生じる。
第４図中で明白な、特に支持槽１１で防食層として働く
錫合金又は錫鉛合金製の薄膜１４は、摺動面として使用
される減摩層１２の自由表面で第一固体潤滑材のように
動作時に作用し、場合によっては、錫が減摩層１２に主
に拡散しない限り、アルミニューム合金又はアルミニュ
ーム分散合金製の減摩Ｎ１２の表面の凹凸を均一にさせ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図、動的負荷特性の棒グラフ。 第２図、故障のない運転で達成できる回転軸の回転数の
棒グラフ。 第３図、摺動軸受の二分割形状にしたこの発明による薄
層材料の斜視図。 第４図、第３図の線分ＩＶ　−ＩＶに対応する部分断面
図。 第５図、第４図の線分■−■の拡大断面図。 第６図、第５図の切断部ＶＩ−Ｖ［の走査電子顕微鏡写
真。 図中引用記号： １０・・・摺動軸受シェル、 １１・・・支持本体、 １２・・・ｍ摩層、 １３・・・結合層、 １４・・・薄膜又は防食層、 ２０・・・母材、 ２１　・・・ＡｌＮｉ２Ｍｎ１Ｃｕ０．５結晶、２２・
・・硬い粒子、 ２３・・・錫粒子、 ２４・・・結合領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、軸受材料は１〜３ｗｔ％、主として１．５〜２．５
    ｗｔ％ニッケル、０．５〜２．５ｗｔ％、主として１〜
    ２ｗｔ％マンガン及び０．０２〜１．５ｗｔ％、主とし
    て０．３〜０．８ｗｔ％銅及び通常許容される不純物の
    アルミニュームを含むアルミニューム合金である、この
    軸受材料中に含まれるニッケル帯マンガンから成る硬い
    粒子あるいはニッケル含有及び／又はマンガン含有硬い
    粒子は大体粒径が≦５μｍの範囲にあり、粒径が≦５μ
    ｍで５個より少なく、大抵高々１個の硬い粒子が、一辺
    ０．１ｍｍの立方体中に存在し、アルミニューム基材上
    にある金属性保護層とこの保護層に付けた軸受材料の減
    摩性薄層とで形成された摺動軸受部材、例えばラジアル
    軸受あるいはアキシアル軸受用の薄層材料において、 軸受材料を形成するアルミニューム合金は、０．５〜２
    ０ｗｔ％、主として５〜１５ｗｔ％の錫添加物を有し、
    アルミニューム・ニッケル・マンガン・銅合金から成る
    母材（２０）とこの母材（２０）中に分散した析出物（
    ２３）としての錫を有する分散合金であり、その場合、
    硬い粒子が母材合金の重量で約２０〜３０％の量であっ
    て、アルミニューム・ニッケル・マンガン・銅の混合結
    晶（２１）の粒界に主として集まり、部分的には母材（
    ２０）と錫析出物（２３）の間の結合領域（２４）にも
    集中していることを特徴とする薄層材料。 ２、軸受材料を形成するアルミニューム合金は錫添加物
    の代わりに、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、主として１〜５ｗ
    ｔ％の鉛添加物を保有し、この合金は母材（２０）中に
    析出物として分散していることを特徴とする請求項１記
    載の薄層材料。 ３、アルミニューム合金から形成された減摩層（１２）
    と支持層（１１）、特に鋼鉄製の支持層の間には、純ア
    ルミニューム製又は析出した錫粒子と析出した鉛粒子の
    存在しないアルミンニューム合金製の結合層（１３）が
    あることを特徴とする請求項１又は２記載の薄層材料。
JP2047356A 1989-03-01 1990-03-01 アルミニューム基材上の軸受材料製減摩性薄層を有する摺動軸受部材用の薄層材料 Pending JPH0344439A (ja)

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