JPH0426731A - オーバレイ合金 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の例えばコンロッド、主軸受などのオ
ーバレイつき滑り軸受ならびにオーバレイつきスラスト
ワッシャ等の摺動部材に使用されるオーバレイ合金に関
するものである。

（従来の技術） 特開昭５９−２０５４４２号公報において本出願人は、
Ｓｎ２〜２０％（百分率は特に断らない限り重量％であ
る）、Ｉｎ１０％を超え１５％以下、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｂｉ
、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃａ、およびＢａの１種以上０．０１〜
５％を含有し、残部不可避的不純物およびＰｂからなる
オーバレイ合金を提案した。この合金は、Ｓｎによりの
耐食性と耐摩耗性を改善し、Ｉ’ｎによりなじみ性を改
善しかつＳｎのＮｉバリヤ層への拡散を抑制することに
より耐食性を改善し、Ｃｕなどにより耐摩耗性を改善し
たことを特徴とすると説明されている。

また、特開昭６１−９９６４８号公報において本出願人
は、Ｓｎ２〜２０％、Ｉｎ０．０５〜１５％以下、Ｃｕ
ｂ、０１〜０．０５％を含有し、残部不可避的不純物お
よびＰｂからなるオーバレイ合金を提案した。この合金
組成の特徴を前掲特開昭５９−２０５４４２号のものと
比較すると、Ｃｕ含有量が低いところにあるが、低Ｃｕ
量の作用については、メツキ組織が均質になりまたＳｎ
のＣｕによる捕捉が適切になって耐食性と耐疲労性が良
好になることであると、説明されている。

（発明が解決しようとする課題） 前掲特開昭５９−２５０４１０号および特開昭６１−９
９６４．８号公報でも述べられているオーバレイ合金は
従来のオーバレイ合金に比べ耐摩耗性等の軸受性能の向
上を図ったのであるが、近年の内燃機関の高性能化、高
寿命化に伴い特に耐食性、耐疲労性の点で一層の向上が
望まれる。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るオーバレイ合金は、Ｓｎ２〜２０重量％、
Ｉｎ１５％を超え２５％以下、Ｃｕ１’３ｊ、Ｍｎ、Ｎ
ｊ、ＣａおよびＢａの１挿置」二〇、０１〜５％を含有
し、残部不可避的不純物およびＰｂからなることを特徴
とする。

本発明のオーバレイ合金の組成上の最大の特徴はＩｎ（
インジウム）を１５％を超え２５％以下と多量に含有し
ているところにある。以下多量のインジウム含有による
合金特性の変化を説明する。

■結晶粒界の改質 Ｐｂ−８％５ｎ−１０％Ｉｎ−３％Ｃｕ系低Ｉｎオーバ
レイおよびＰｂ−８％５ｎ−１８％Ｉｎ−３％Ｃｕ系高
Ｉｎオーバレイを電気メツキ後１５５℃で４０分インジ
ウムの拡散焼鈍した後の表面の顕微鏡組織写真（倍率２
０００倍）をそれぞれ第２図および第１図に示す。第２
図ではメツキ金属粒子の粒界が明らかに認められるが、
第１図ではメツキ金属が溶解して凝固した組織が作られ
、めっき金属の結晶粒界が不明瞭になっている。この結
果第１図の組織では第２図の組織と比較して粒界からの
破断や粒界での疲労が少なくなるので、耐疲労性が高め
られる。

■耐食性 潤滑油中のオーバレイ（Ｓｎ含有量＝ １０％、Ｃｕ含有量＝３．５％、Ｉｎ含有量＝６．１０
．１５．１８％）の耐食性を以下の条件で調査した。

試験エンジン：２．４℃ガソリンエンジン回転数：　４
０００ｒｐｍ　（全負荷）油温度：１３０℃ 油交換時間：１００時間毎 相手軸：　５５５Ｃ焼入１表面粗さ：０．３μｍＲｚオ
ーバレイを施したコンロッド軸受を使用し、試験後のオ
ーバレイの重量変化を測定した試験結果を第３図に示す
。

第３図において横軸は累積試験時間、縦軸は摩耗による
重量減である。同図よりＩｎ含有量が高くなると耐食性
が向上し、特に１０％以上で耐食性が顕著に向上するこ
とが分かる。

■耐疲労性 下記： Ｐｂ−１０％５ｎ−５，５％Ｉｎ−３，５％ＣｕＰｂ−
１３％５ｎ−５，５％Ｉｎ−３゜５％ＣｕＰｂ−１０％
５ｎ−１６％Ｉｎ−３，５％ＣｕＰｂ−１３％５ｎ−１
８％Ｉｎ−３，５％Ｃｕオーバレイにつき疲労試験を行
った。試験条件は以下のとおりであった。

試験機：２０トン動荷重試験機 荷重：　８００ｋｇ／ｃｔｎ２ 回転数二３０００′ｒｐｍ 潤滑油：　７．５Ｗ−３０ 潤滑温度、１２０℃ 相手軸：　５５５Ｇ焼入：表面粗さ：０．３７ｔｍＲｚ
試験結果を第４図に示す。第４図より繰返し数が多（な
るとＩｎ含有量が１６％、１８％と高いオーバレイの耐
疲労性が良好になることが分かる。

さらに、上記とは別の試験機により高回転下における耐
疲労性の評価を行った。

供試材組成：　Ｐｂ−１０％５ｎ−３，５％Ｃｕ−Ｉｎ
（Ｉｎ含有量は第５図に示す） 試験機：回転荷重試験機 荷重：　４４１ｋｇ／ｃｍ２ 回転数：　８０００ｒｐｍ 潤滑油：　７．５Ｗ−３０ 潤滑温度＝１２０℃ 相手軸：５５５Ｃ，表面粗さ：０．３７ｚｍＲｚ試験時
間：１２０分 オーバレイの疲労面積を第５図に示す。第５図よりＩｎ
含有量を増加して行くと疲労面積が少な（なるが、２０
％を超えると僅かに疲労面積が増大する傾向が認められ
る。

■５ｎ−Ｎｉ化合物層の厚み Ｃｕ系、Ａｌ系の軸受台金層上にＮｉ、　Ｃｕ、　Ｆｅ
、　ＣｒＳをめっきし、さらにＰｂ−３ｎ系オーバレイ
を施した場合、５ｎ−Ｎｊ、　５ｎ−Ｃｕ等の化合物層
を形成する。以下、５ｎ−Ｎｉ化合物の例を説明する。

５ｎ−Ｎｉ化合物とはオーバレイ中のＳｎがＮｉバリヤ
メツキ中に拡散して、そのＮｉと結合してできる金属間
化合物の層である。１５５℃で１５時間加熱後の５ｎ−
Ｎｉ化合物層の厚みと、ＩｎおよびＳｎ含有量の関係を
第６図の３元グラフに示す。第６図よりＩｎ約１０％、
Ｓｎ約１５％において５ｎ−Ｎｉ化合物層の厚みが最大
になり、Ｉｎ含有量の増大、Ｓｎ含有量の減少とともに
５ｎ−Ｎｉ化合物層が薄くなることが分かる。したがっ
て、本発明においてはＩｎ含有量を１５％超として５ｎ
−Ｎｉ化合物層の成長を抑えた。この結果オーバレイ中
のＳｎの欠乏が抑制され、優れた耐食性を確保すること
ができる。

以上、■、■、■、■の実験結果に基づいて本発明のオ
ーバレイ合金ではＩｎ含有量を１５％超に限定した。と
ころで特開昭６１−９９６４８号公報における、Ｉｎ含
有量が１５％を超えるとオーバレイ層が柔らかくなり、
耐摩耗性、耐キャビテーションエロージヨン性が低下す
るとの記載からはＩｎ含有量を１５％超とすることによ
りオーバレイの性能低下が予想される。しかしながら、
最近の内燃機関は給油量の増大（油が層流になる）や軸
の粗さ精度の向上（流体潤滑になる）等を前提として設
計されているので、実際の内燃機関では使用中に軸受温
度の上昇が抑えられ、Ｉｎ含有量が多（オーバレイが柔
らかいにもかかわらず、予想された性能低下は２５％ま
では起こらなかった。

なお本発明の上記した試験の条件においては相手軸粗さ
を高精度仕上としかつ潤滑油供給量も多くして最近の内
燃機関の使用条件を試験条件に反映している。

続いてＩｎ以外の成分の限定理由を説明する。

Ｓｎの含有量が２％未満では耐食性および耐摩耗性向上
に効果がなく、２０％を超えると高温硬さが低下し、耐
摩耗性の低下を招く。好ましいＳｎの含有量は５〜１０
％である。

Ｃｕ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣａおよびＢａの含有量が０
．０１％未満では耐摩耗性向上の効果がなく、５％をこ
えると硬さ上昇のためになじみ性低下し、さらにオーバ
レイが緻密でなくなるので、これらの成分の含有量（２
種以上添加の場合は合計■）を５％以下に限定した。好
ましい含有量は２〜３％である。

続いて本発明のオーバレイ製造前処理として行うＮｉメ
ツキ方法およびオーバレイの製造方法の具体例を説明す
る。

Ｎｉメツキ まず、裏金に圧接された軸受台金層（ライニング層）を
トリクレン蒸気で洗浄し、続いて電解脱脂を行う。電解
脱脂の条件例は：アルカリ濃度６０ｇ／ρのアルカリ性
脱脂液でＰＲ電解（被処理材＋側６　Ａ　／　ｄ　ｍ　
２．１５秒、被処理材−側５Ａ／ｄｍ２．５秒：合計２
分４０秒）である。その後酸洗を室温で行う。酸洗条件
例は：浴成分ＨＣｌ−４０　ｇ／１２．クエン酸４０ｇ
／ρ、温度は室温、浸漬時間９０秒である。続いてＮｉ
バリヤメツキを厚み１〜３μｍに行う。Ｎｉバリヤメツ
キの条件例は：浴成分Ｎ　Ｌ　Ｓ　Ｏａ　　２４５　ｇ
　／　ｊ２　。

Ｎ　Ｉ　Ｃ１２４５ｇ　／ρ、Ｈ３ＢＯｓ　−４５ｇ／
ρ、電流密度−４Ａ／ｄｍ２．浴温度−６０℃、メツキ
時間−１〜４分である。

なお、このＮｉメツキは必ずしも必要ではな（、Ｎｉに
代えてＣｕなどの公知の金属のメツキを施すこと、ある
いはＮｉ等のメツキを省略して合金層に直接本発明のオ
ーバレイ合金を施すことができる。

オーバレイメツキ （１）Ｐｂ−５ｎ−Ｃｕ３元メツキ浴成分Ｐｂ（ＢＦ４
）２−１８０　ｇ＃２　（Ｐｂ”″として）Ｓｎ（ＢＦ
イ）ｚ　−１１ｇ／ρ（Ｓｎ２＋とじて）ＨＢＦ、　　
　−１２０ｇ／ｆｆ ぞラチン　　　　　−　　　　　１　　ｇ／ｆ２ハイド
ロキノン　　−２ｇ／ｆ２ Ｃ１ｌ（ＢＦ４）２−　　３　ｇ　／　（２（Ｃｕ”と
して）電流密度−３，５Ａ／ｄｍ２ 浴温度　−２８°Ｃ めっき時間−６分（厚み約８μｍ） １２分（厚み約１６μｍ） １８分（厚み約２４μｍ） （２）インジウムメツキ （１）のＰ　ｂ　−Ｓ　ｎ　−Ｃｕ　３元メツキを行っ
た後に行う。

浴成分 スルフアミノ酸インジウム　　　　　　　　１　３　０
　　ｇ／１２スルファミノ酸　　　　　　　　　　　　
　　　２６　ｇ／βスルファミン酸ソータ　　　　　　
　　　　１５０ｇ／　Ｉ２ブドウ　糖　　　　　　　　
　　　　　　　　　　８ｇ／ρトリエタノールアミン　
　　　　　　　　　　２．５ｇ／　ρ塩（ＮａＣ１）　
　　　　　　４５　ｇ　／ρ電流密度−１，５Ａ／ｄｍ
２ 浴温度　−３０℃ めっき時間−５分（厚み約８μｍ） １０分（厚み約１６μｍ） １５分（厚み約２４　Ｉｉ　ｍ　） （３）拡散焼鈍 １４０〜２００°Ｃで３０へ−１，２０分間（大気中）
行う。

以上の（１）〜（３）の結果Ｐｂ−８％５ｎ−３％Ｃｕ
−１８％Ｉｎのオーバレイが得られる。

以上メツキによる方法を説明したが、スパッタリングな
どの物理的方法によりオーバレイをライニング状に施す
ことも可能である。

（作用） Ｉｎを１５％超と多量に添加することにより低融点のＰ
ｂ−３ｎ−Ｉｎ３元共品の発生量が多くなる。メツキに
より金属は粒子状に析出しているが、Ｉｎ拡散のための
加熱により粒子どうしの合体が起こる。この際Ｉｎ含有
量が１５％超と多いとメツキ状態の粒子状組織の粒界が
極めて弱くなる。すなわち、メツキの粒子はほとんど消
滅し新たな組織は発生する；通常の鋳造合金や塑性加工
合金で普通に認められる鮮明な結晶粒界は認められず連
続・−様な組織となる；粒界のようなものが認められて
も一つ一つの粒は粗大になるなどの特長がある。この結
果、粒界からの破断や疲労が少な（なる。

一方、Ｉｎを１５％超と多量に添加することによりオー
バレイの融点が低下することによる性能低下の懸念があ
るが、軸受背面温度を低く保つように潤滑条件を工夫す
る；軸の粗さを高精度にするなどの対策の一つ以上を採
用すると融点低下に伴う欠点は完全に防止することがで
きる。

軸受台金層とオーバレイ合金層の間にＮｉを介在させた
場合、ＳｎとＮｉの拡散は５ｎ−Ｎｉ化合物を作る反応
拡散である。Ｉｎを１５％超と多量に添加することによ
りＩｎはＳｎとＮｉの反応を抑制し、軸受使用中の拡散
により形成される脆い化合物層の厚みを非常に少なくす
るとともにオーバレイ中のでＳｎの欠乏もほとんど起こ
らないようにする。

以下、実施例により本発明をさらに説明する。

（実施例） 裏金鋼板（ＳＰＣＣ）上に２３％Ｐｂ、３．５％Ｓｎ、
残部Ｃｕの組成を有するライニングを焼結し、Ｎｉメツ
キを施し、その上に表１に組成を示すオーバレイをメツ
キした。耐食性試験は前述の方法で３５０時間行い、ま
た耐疲労性試験は前述の方法で行った結果を表１に示す
。

Ｃ以下余白） （発明の効果） 以上説明したように、本発明のオーバレイは長時間潤滑
油が無交換で使用されるような条件下での性能の耐久性
に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰｂ−８％５ｎ−１８％Ｉｎ−３％Ｃｕ系高Ｉ
ｎオーバレイ表面の金属顕微鏡組織写真、 第２図はＰｂ−８％５ｎ−１０％Ｉｎ−３％Ｃｕ系低Ｉ
ｎオーバレイ表面の粒子の状態を示す金属顕微鏡組織写
真、 第３図は耐食性の試験結果を示すグラフ、第４図および
第５図は疲労試験の結果を示すグラフである。 第６図はＳｎ、Ｉｎ含有量５ｎ−Ｎｉ化合物層の関係を
示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量百分率で、Ｓｎ２〜２０重量％、Ｉｎ１５％を
   超え２５％以下、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃａおよび
   Ｂａの１種以上０．０１〜５％を含有し、残部不可避的
   不純物およびＰｂからなることを特徴とするオーバレイ
   合金。