JPH0559200B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 産業上の利用分野 この発明は自動車、船舶、各種電気機械、OA
機器、農業機械、工作機械、食品機械、その他一
般的産業機械の摺動部品及び平軸受などの表面層
として使用されるメツキ皮膜（オーバレイ合金）
を有する摺動部品及び平軸受の製造方法に関す
る。 (ロ) 従来の技術 従来技術として、「軸受潤滑便覧」昭和36年６
月30日 日刊工業新聞社発行、第415頁と第432頁
と第433頁には２段階の電気メツキ層によつて複
合メツキ層を設け、これを熱処理により拡散させ
て表面層用合金を作る技術が示されている。ま
た、特公昭57−9635号にPb−Sn−Sb−In表面層
用合金あるいはPb−Sn−Sb−Tl表面層用合金
を、２段階の電気メツキ及び加熱拡散によつて、
設ける技術が示されている。また特公昭39−
22498号には、鋼裏金に設けられた銅合金層を溶
融鉛インジウムで被覆し、銅を鉛インジウム層中
に拡散させて、裏金と銅−鉛合金層と鉛−インジ
ウム−銅系表面層となるから摺動材料を作る技術
が示されている。 (ハ) 発明が解決しようとする問題点 最近、自動車用内燃機関や他の一般産業機械や
急速な進歩を遂げつつあり、より高速で高荷重化
される傾向にあつて、それに使用されるすべり軸
受や摺動材は、前記従来の表面層用合金では、特
に高速高荷重下では潤滑油膜の減少で、耐摩耗性
や、耐疲労性、耐食性などからその軸受寿命が短
くなつて来たという問題点があり、また、すべり
軸受では、潤滑油中において、該すべり軸受の表
面層を浸食する、いわゆるキヤビテーシヨンエロ
ージヨンはつきものであり、この種、損傷の軽
減・防止が必要となつてきた。 従来の表面層用Pb−Sn合金、Pb−In合金およ
びPb−Sn−In合金はキヤビテーシヨンエロージ
ヨンが大きすぎて好ましくなく、せめて従来の表
面層用Pb−Sn−Cu合金程度の小なるキヤビテー
シヨンエロージヨンに軽減・防止が各種産業界か
ら強く要望されてきた。また特公昭39−22498号
に示されている製法による摺動材は、溶融鉛イン
ジウム合金を鋳造によつて銅合金層と接合し且つ
この銅合金層を鉛インジウム合金に拡散させるこ
とで鉛−インジウム−銅系表面層を作つていた。
このため特公昭39−22498号においては、融点の
高い銅を鉛インジウム合金に拡散させるために複
合材を非常に高い温度に（特公昭39−22498号の
実施例では650℃）加熱することが必要であつた。
この高い温度に加熱すると銅と鉛の温度差に起因
して銅−鉛合金層表面に凹凸（銅−鉛合金層表面
の変形）が生じ、この銅−鉛合金層表面に均一厚
さの（数μmの厚さである）表面層を得ることは
不可能であり、この結果として軸受特性のばらつ
き及び信頼性が劣る欠点があつた。 本発明者は特願昭60−109627号（特開昭61−
266544号）出願でPb−Cu−In表面層用合金ある
いはPb−Cu−In−Sn表面層用合金がこれらの問
題点を解決するのに有効であることを示したが、
この特願昭60−109627の特許請求の範囲は、Pb
−Cu−In合金の製法を規定していなかつた。ま
た (ニ) 問題点を解決するための手段 この発明の目的は、上記の高速高荷重下での平
軸受や摺動材の表面層として使用されても、水中
またはすべり軸受の潤滑油中においてキヤビテー
シヨンエロージヨンを軽減でき且つ摩耗、疲労及
び潤滑油による腐食によく耐えて使用できるPb
−Cu−InあるいはPb−Cu−In−Snメツキ皮膜
（表面層）を有する摺動部品及び平軸受の製造方
法を得ることである。 本発明の方法に関係するメツキ皮膜（表面層）
は、重量でCu0.1〜６％、In1〜10％及び残部が
Pbと不可避的不純物とから成る。本発明の方法
に関連する他の表面層用合金は、重量でCu0.1〜
６％、In1〜10％、Snが８％以下及び残部がPbと
不可避的不純物とから成る。 本発明のメツキ皮膜（表面層）を有する摺動部
品及び平軸受の製造方法は、鋼裏金付の銅−鉛合
金上に直接にあるいはNiメツキしその上にPb−
Cu合金を電気メツキし、次にこのPb−Cu合金メ
ツキ層にIn、あるいはInと更にその上にSn、ま
たはIn−Sn合金の電気メツキを施し、これら電
気メツキによつて設けられた２層または３層から
成る複合メツキ層を熱処理して複合メツキ層構成
成分相互の拡散を生じさせそれによりPb−Cu−
In表面層用合金あるいはPb−Cu−In−Sn表面層
用合金を製造することを特徴とする。 (ホ) 作用 鋼裏金付の銅−鉛合金に設けられたNiメツキ
層はメツキ皮膜（表面層）の各成分が鋼裏金付銅
−鉛合金中に拡散するのを防止するのに有効であ
る。 メツキ皮膜（表面層）を作るための(1)Pb−Cu
合金メツキ層の厚さは５〜100μmの範囲であり、
(2)In、あるいはInとSn、又はIn−Sn合金メツキ
層の厚さは１〜20μmの範囲で、前記(1)と(2)をプ
ラスしたいわゆる複合メツキ層の合計の厚さは６
〜129μmの範囲である。 この複合メツキ層の拡散熱処理は80〜180℃の
温度範囲で10分〜20時間おこなう。 (ヘ) 実施例 以下本発明の実施例について説明する。 鋼裏金付銅−鉛合金上に直接またはNiメツキ
した上に、次表のPb−Cu合金メツキ液組成と、
そのメツキ条件でPbとCuの合金メツキを施し、
次にInメツキまたはIn及びSnメツキ即ちInメツキ
し更にその上にSnメツキするか、あるいはIn−
Sn合金メツキ（従来公知公用のメツキ液、例え
ば「軸受潤滑便覧」日刊工業新聞社、昭和36年６
月30日発行第367頁〜第368頁、第432頁〜第438頁
でよい）を施し、しかる後、熱処理によつて拡散
させて合金としてなる３層または４層からなる半
円筒形の平軸受を製造した。

【表】

【表】 従来技術でのPb−Sn合金電気メツキは、メツ
キ厚を増すとメツキ表面の粗さが粗くなる。また
従来のPb−Sn−Cu合金電気メツキは、メツキの
ザラツキが発生しがちである。更にPb−Sn合金
電気メツキ及びPb−Sn−Cu合金電気メツキは添
加剤の変動で表面状態及び電着成分が変化しがち
である。従来の上記Pb−Sn合金電気メツキ及び
Pb−Sn−Cu合金電気メツキのメツキ液にはSn⁺²
が含まれ、このSn⁺²はメツキ液中の溶存酸素及
びCu⁺²などにより、電析しないSn⁺⁴にまで酸化
され、このSn⁺⁴が過剰になるとメツキ液が白濁
して分離すると共に、電着物を脆化させる恐れが
ある。またメツキ液にCu⁺²が存在するとSn⁺²か
らSn⁺⁴への変化が加速されるなど、メツキ液の
不安定になり、このSn⁺⁴を沈澱分離するか、メ
ツキ液を更新しなければメツキ作業を続けること
ができないという問題があつた。 本実施例でのメツキ処理では、メツキ液が極め
て安定なPbとCuの合金メツキ液のため、従来の
Pb−SnメツキやPb−Sn−Cuメツキに比較して、
極めて長時間の連続使用が可能であつた。またメ
ツキ治具や被処理物に付着したほこりなど及びメ
ツキ液の不純物などの活性炭濾過をしつつ連続メ
ツキが可能であつた。更に本実施例のメツキ処理
では、鏡面光沢で緻密なメツキ（表面層）が得ら
れた。例えば下地表面あらさ３〜5μ上の場合で
もレベリングが良く、メツキ完了後0.1〜0.8μ程
度の表面あらさの表面が得られた。 第１表に本発明の方法を使用して製造した各種
の軸受表面層合金の組成及び機械的性質、腐食減
量、下地合金との反応層の厚さを従来技術による
軸受表面層合金と比較して示した。第１表から明
らかなように従来の表面層合金より本発明の方法
により設けられた表面層合金は、硬度、引張強度
が高く高負荷に耐え得る。Cu5％までになると伸
びが低下して来る。従つてCu6％以上は脆くな
る。なお劣化油での腐食減量を見るとNiバリヤ
ーのない場合のPb−Sn−In合金を除き、従来合
金は下地にSn又はInが拡散し、そのため165℃×
1000Hr熱処理後試料の劣化油による腐食性が著
しい。これに対し本発明方法により設けられた表
面層合金は従来合金の約1/4〜1/6で極めて耐食性
がある。特にPb−Cu−In−Snは極めて良い。下
地合金の銅と本発明方法に使用した合金のIn及び
Snの反応層の厚さは薄く良好だが、Sn量が過剰
では反応層が厚くなる。この反応層の厚さが３ミ
クロンを越えると、次第にもろくなり疲労しやす
くなる欠点を有する。なお耐食性が上がる理由
は、第１図から判明するようにCuの添加により
下地合金へのInの拡散が減少するためと考えられ
る。Niバリヤーを表面層合金と下地合金との間
に設けた場合には腐食減量は極めて小さく耐食性
良好である。Niバリヤーがない場合でもCuを所
定量含有させることでInの表面層内への残存率が
高まり実用上使用可能な耐腐食性を得ることがで
きる。

【表】 次に鈴木式試験機による焼付試験と摩耗量につ
いて調べた。試験条件は以下のとおりであり、試
験片１の形状及び試料状態は第２図〜第４図に示
すとおりである。 軸２の材質：S450 潤滑油：SAE30＃、組付時に0.02ml塗付 軸回転数：780r.p.m 試験片：外径27.2mmφ、内径22mmφ、深さ１mm
のリング溝３を有し、下地材は鋼裏金
付Cu75％−Pb25％Ｇ銅合金で、鋼裏
金と銅合金層の合計厚さは1.5mmで電
気メツキにより厚さ10μmの表面層用
合金を設けた。 試験時間：70min. 組付時のみ１滴（0.02ml）塗布した油の潤滑状
態で焼付荷重と摩耗厚さの平均値を表２に示し
た。本発明方法に関する表面層合金は焼付荷重も
高く、摩耗厚さも小さく良好である。

【表】 次にサフアイヤ式試験機による軸受疲労試験に
より本発明の方法により設けた表面層合金の耐疲
労性について調べた。試験条件は以下のとおり。 軸材質 ：S55C、軸形53mmφ 供試軸受：鋼裏金付焼結銅−鉛合金（Cu75％
−Pb25％）上に第３表に示す各種表
面層合金を15μm厚さメツキしたコン
ロツド軸受、供試軸受外径＝56.0mm、
供試軸受肉厚＝1.5mm、供試軸受幅＝
26.0mm。 潤滑油種類と温度：SAE20＃、90℃ 回転数 ：3250r.p.m. 試験時間：20時間、 試験荷重：1330Kg／cm²

【表】 第３表から明らかな様に本発明方法に関する合
金は疲労亀裂の発生がなく良好、Pb−５％Cu−
６％In−１％Snに微少面積見られた原因は下地
合金の破壊の一部により見られたものである。 次に本発明方法に関するメツキ皮膜（表面層）
についてエンジンテストを繰返数３回で、おこな
つた。その試験条件は以下のとおり。 使用試験機：２輪車用エンジン35馬力 軸回転数：13000r.p.m 軸 径：33mm 軸 材：S50C 試験時間：10時間 潤 滑 油：SAE20＃ 潤滑油温度：145〜150℃ 試験荷重：フル荷重 供試軸受：外径36.0mm、肉厚1.5mm、幅13.8mm、
第４表に示されているメツキ皮膜（表
面層）を軸受（鋼裏金付銅−鉛焼結合
金（Cu−75％−Pb25％））にNiバリ
ヤーをメツキした後、メツキにより
15μmの厚さ設けた。 第４表に見るように本発明のメツキ皮膜（表面
層）作成方法による合金は亀裂が見られず疲労に
極めて強い事が判明した。

【表】 また、メツキ皮膜（表面層）と下地金属（Ni）
との接着強度は第５表で明らかなように、本発明
のメツキ皮膜（表面層）の製造方法のほうがすぐ
れていることがわかる。さらに本発明方法に関連
するメツキ皮膜（表面層）の性質について詳記す
るならば、第５表に示すごとく熱処理条件と接着
強度の比較データがある。この比較データは、英
国特許第2121547号および米国特許第4501154号に
示された方法により求めたもので、本発明方法に
よるメツキ皮膜（表面層）が前記従来の表面層用
合金よりも最も接着力が強く、熱処理温度による
差も少なく、また165℃×1000Hまでは、ほぼ安
定していることがわかり、これに対し、従来の表
面層用合金であるP10（Pb−10％Sn）、P9（Pb−
９％Sn−９％In）は下方にバラツイている。こ
の面からも本発明の方法によるメツキ皮膜（表面
層）（Pb−Cu−In合金とPb−Cu−In−Sn合金）
はすぐれていることがわかる。 また、表面層粗さの比較試験においては、下地
金属の表面粗さ0.5〜3μ（Ni）に対して前記従来
の表面層用合金の表面粗さは２〜7μであつたの
に対し、本発明の方法によるメツキ皮膜（表面
層）の表面粗さはそれより小さい0.6μであつた。
すなわち、従来より1/3〜1/11という表面粗さで
あるから、外観はなめらかであつた。 本発明方法では以下の１、２の利点が得られ
た。即ち、(1)メツキ液が極めて安定なPbとCuの
合金メツキ液のため、従来のPb−SnやPb−Sn−
Cuメツキに比較し連続使用がしやすい。また、
活性炭濾過をしつつ連続メツキが可能である。(2)
常に鏡面光沢で緻密なメツキが得られる。例え
ば、下地表面３〜5μの場合もレベリングが良く、
メツキ完成後、0.1〜0.8μとなり極めて良好であ
る。 ＊ P10／Ni／KS25は、鋼層＋Kelmt焼
結層＋Hiメツキ層＋Sn10％−Pbメツ
キ層から成ることを示す。即ち半円形
のKS25の内面にNiメツキし、さらに
P10メツキを施した軸受。Kelmtは
Pb25％を含む青銅。 ＊＊ P9は、In9％−Sn10％−Pb合金メツ
キ層を示す。 ＊＊＊ In5はInが5wt％であることを示す。 ＊＊＊＊ P8は、Sn8％−Cu3％−Pb合金メツキ
層を示す。 次に、各種合金材質の表面層のキヤビテーシヨ
ンテストは、次の条件で実施した。すなわち、(イ)
試料：タテ50×ヨコ50×厚さ1.5（mm）のKS25上
に1.5μmのNiメツキをし、さらに、その上に
18μmの−５％In、Pb−10％Sn、Pb−10％Sn−
９％In、Pb−10％Sn−2.5％Cu、Pb−2.5％Cu−
６％Inをメツキした。(ロ)超音波出力：19KHz、
600Wでホーン先端直径35mm即ちエネルギー密度
は19KHzで62.4W／cm²の密度である。(ハ)衝撃条
件：15〜20℃の温度の水中で試料とのクリアラン
ス0.5mmで超音波ホーンを配置し１分間試験を行
なつた。 試験結果は、表６に示すとおりである。

【表】 表６に示すようにPbのキヤビテーシヨンエロ
ージヨンを抑える効果として、Cu、Sn、Inはあ
るが、その中でもCuが著しくPbの強化にCuは極
めて有効である。 (ト) 発明の効果 本発明のメツキ皮膜（表面層）製造方法では、
Pb−Cu合金メツキ層用メツキ液が極めて安定し
ているため連続使用が可能となり、本発明の方法
を連続的におこなうことが可能となつた。また実
施例に示された結果から明らかなように摺動部品
あるいは平軸受などの表面層として優れた特性の
合金を得ることが可能となり、従来の表面層用
Pb−Sn合金、Pb−In合金およびPb−Sn−In合金
よりもキヤビテーシヨンエロージヨンが著しく軽
減されており、かつ従来の表面層用Pb−Sn−Cu
合金に遜色がない同程度のキヤビテーシヨンエロ
ージヨンに軽減され、本発明の所期の目的を達成
することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼付試験に使用された試験片の正面図
であり、第２図は第１図の−線に沿つた断面
図であり、第３図は焼付試験の試験状況を示す断
面図であり、第４図はキヤビテーシヨンエロージ
ヨンテストの状況を示す概略図である。 １は焼付試験用試験片を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 摺動部品及び平軸受などの表面層として使用
   され、重量でCu0.1〜６％、In1〜10％および残部
   がPbと不可避的不純物とから成るメツキ皮膜を
   有する摺動部品及び平軸受の製造方法であつて、 電気メツキ法によりPb−Cu合金メツキ層を設
   ける段階と、 このPb−Cu合金メツキ層に、電気メツキ法に
   よりInのメツキ層を設け、それにより２つの層か
   ら成る複合メツキ層を作る段階と、 この複合メツキ層を80〜180℃の温度範囲で熱
   処理して、複合メツキ層の構成成分を拡散させ、
   それによりメツキ皮膜を作る段階とを有する、上
   記製造方法。 ２ Pb−Cu合金メツキ層は、60〜150ｇ／の硼
   弗化鉛と、1.0〜5.0ｇ／の硼弗化銅と、20〜
   120ｇ／の硼弗化水素酸と、０〜35ｇ／の硼
   酸と、１〜６ｇ／のレゾルシン、ハイドロキノ
   ンおよびカテコールの１種又は２種以上の添加剤
   とを有するPb−Cu合金メツキ液中で、メツキ液
   の温度を15〜45℃とし、陰極電流密度を1.0〜
   6.0A／ｄm²とし、鉛から成る陽極での電流密度
   を0.5〜5.0A／ｄm²とし、メツキ液を撹拌しつつ
   電気メツキをおこなうことによつて設けられる、
   特許請求の範囲第１項による製造方法。 ３ 摺動部品及び平軸受などの表面層として使用
   され、重量でCu0.1〜６％、In1〜10％、Snが８
   ％以下及び残部がPbと不可避的不純物とから成
   るメツキ皮膜を有する摺動部品及び平軸受の製造
   方法であつて、 電気メツキ法によりPb−Cu合金メツキ層を設
   ける段階と、 電気メツキ法により、このPb−Cu合金メツキ
   層上に、In−Sn合金のメツキ層を設け、それに
   より２層からなる複合メツキ層を作る段階と、 この複合メツキ層を80〜180℃の温度範囲で熱
   処理して、複合メツキ層の構成成分を拡散し、そ
   れにより表面層用合金を作る上記製造方法。 ２ Pb−Cu合金メツキ層は、60〜150ｇ／の硼
   弗化鉛と、1.0〜5.0ｇ／の硼弗化銅と、20〜
   120ｇ／の硼弗化水素酸と、０〜35ｇ／の硼
   酸と、１〜６ｇ／のレゾルシン、ハイドロキノ
   ンおよびカテコールの１種又は２種以上の添加剤
   とを有するPb−Cu合金メツキ液中で、メツキ液
   の温度を15〜45℃とし、陰極電流密度を1.0〜
   6.0A／ｄm²とし、鉛から成る陽極での電流密度
   を0.5〜5.0A／ｄm²とし、メツキ液を撹拌しつつ
   電気メツキをおこなうことによつて設けられる、
   特許請求の範囲第３項による製造方法。