JPH0583636B2 - - Google Patents
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- JPH0583636B2 JPH0583636B2 JP59052687A JP5268784A JPH0583636B2 JP H0583636 B2 JPH0583636 B2 JP H0583636B2 JP 59052687 A JP59052687 A JP 59052687A JP 5268784 A JP5268784 A JP 5268784A JP H0583636 B2 JPH0583636 B2 JP H0583636B2
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- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
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- C23C18/32—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
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Description
〔発明の対象〕
本発明は、エンジンに使用されるピストン等の
摺動部材の表面に、複合メツキ被膜を形成した、
複合メツキの摺動面の耐摩耗性行な焼付性の改良
に関するものである。 〔従来技術〕 摺動面の複合メツキ層に関するものとして、 (1) 特開昭55−154600号「複合メツキ摺動面」及
び (2) 特開昭57−71812号「分散性に優れた高純度
炭化珪素微粉末と、……複合メツキ方法」の公
報があり、前記(1)については表面に微細な凹凸
を形成した素地に、固体潤滑剤を含有した複合
メツキを施し、素地表面に凹凸面を有する複合
メツキ被膜層を形成した、メツキ摺動面の記載
があり、また、前記(2)については、分散性に優
れた高純度炭化珪素微粉末を使用した複合メツ
キ方法についての説明が行われている。またニ
ツケル−リンのメツキ被膜の硬化方法としてリ
ン濃度が5〜12%のメツキを行つた製品を炉内
で270〜400℃程度に加熱し、その温度を0.5〜
4時間程度保持する方法がある。 〔従来技術の問題点及びその技術的分析〕 この前記、メツキ摺動面及び複合メツキ方法に
おいて、 前記(1)の複合メツキ皮膜層を形成した、メツキ
皮膜中に固体潤滑剤である、ボロンナイトライド
を複合材として分散し、摺動面の潤滑性を高めて
いるが、その反面、耐摩耗性及び耐焼付性が劣る
という欠点があり、また、前記(2)の炭化珪素微粉
末を使用した複合メツキ層は平均粒子径が1μ以
下の炭化珪素微粒子をニツケル浴中に分散させる
複合メツキ方法で、分散した炭化珪素微粒子によ
り、耐摩耗性は著しく向上するが、その反面摺動
面の潤滑性が悪く、摺動面の皮膜より剥離した炭
化珪素が研磨材となり相手部材を摩耗させる場合
もある。 また、前記リン濃度が5〜12%のメツキ皮膜硬
化法は、摺動部材がAlまたはAl合金の場合には
皮膜硬化のために加熱処理により、素材の強度低
下及び寸法変化が生ずるという欠点がある。 〔技術的課題〕 そこで、本発明は複合メツキ被膜を素材表面に
形成する場合に、耐摩耗性と共に摺動面の潤滑性
も良好な複合メツキ被膜を形成し、熱処理するこ
となく被膜を硬化することを、その技術的課題と
するものである。 〔技術的手段及び作用〕 上記技術的課題を解決するために特許請求の範
囲第1項の発明において講じた技術的手段(以
下、第1の技術的手段と称する。)は、無電解リ
ン−ニツケル合金メツキにより摺動部材の表面に
形成され、高硬度で耐摩耗性に優れる平均粒径
0.1〜1μの炭化珪素(SiC)微粒子と、軟質で潤滑
性に優れる平均粒径1〜10μのボロンナイトライ
ド(BN)微粒子とを含有し、炭化珪素(SiC)
微粒子の結晶構造を立方晶系としたことである。 ここで、高硬度で耐摩耗性に優れるものとして
は、炭化珪素の他に炭化チタン(TiC)、炭化タ
ングステン(WC)、炭化ホウ素(BC4)、窒化チ
タン(TiN)、酸化アルミ(Al2O3)等がある。
又、軟質で潤滑性に優れるものとしては、ボロン
ナイトライドの他に二硫化モリブデン(MOS2)、
テフロン等がある。 上記技術的課題を解決するために特許請求の範
囲第2項の発明において講じた技術的手段(以
下、第2の技術的手段と称する。)は、無電解リ
ン−ニツケル合金メツキのリン濃度を0.5〜5%
としたことである。 上記第1の技術的手段は、以下の如く作用を有
する。 (1) 炭化珪素の耐摩耗性と、ボロンナイトライド
の潤滑性を有し、前記素材の摺動面は高い荷重
でも焼付が生ずることがない。 (2) 立方晶形の炭化珪素を使用した場合には、前
記立方晶の微粒子は平均粒径が0.1〜数μで、
かつ六方晶形に比較して粒子の角が少なく、か
つ球形に近い粒子が多いために、摩耗量は僅か
に増加するが、相手材の摩耗量は、六方晶形炭
化珪素を使用したものに対して、約1/2となる。 (3) 上記第2の技術的手段によれば、無電解リン
−ニツケル合金メツキのリン濃度を0.5〜5%
にしたので、熱処理を行わずに被膜を硬化させ
ても硬度が確保される(mHV700程度)。即
ち、第2図に示されるように、リン濃度が5%
以上(5〜12%)であると、熱処理を行わずに
硬化した被膜の硬度はmHV600程度になり、
0.5%未満であると、mHV500程度と不充分で
ある。 〔本発明によつて生じる特有の効果〕 本発明は、次の特有の効果を生じる。すなわ
ち、 (1) 炭化珪素の微粒子の平均粒径が0.1〜1.0μの
ものを使用することにより、相手材の摩耗が極
めて少なくなる、すなわち、平均粒径1μ以上
の場合は相手材の摩耗を促進し、平均粒径0.1μ
以下の場合は摺動面の耐摩性向上が見られな
い。またBNの粒径を10μ以上とすると被膜が
もろくなり耐摩耗性は低下する。 (2) アルミ合金材シリンダと、アルミ合金材ピス
トンとの摺動において、ピストン側に本実施例
の複合メツキを行なうことによりスカツフイン
グ(シリンダー側のかじり及びピストン側のス
リキズ)の発生が50%減少する。 (3) 被膜硬化のために熱処理を無くしたことによ
り、従来皮膜の硬化処理後に寸法調整のための
切削、研磨等の後加工を廃止することができ
る。 〔実施例〕 以下、上記技術的手段の一具体例を示す実施例
について説明する。 実施例 1 Alよりなるテストピース(6.35×10.1×15.6mm、
5×30×30mm)に、BN(潤滑性粒子)とSiC(耐
摩耗性粒子)を分散材として含んだ複合メツキを
行い、摺動面を形成した。 ・ 浴組成 ・ 硫酸ニツケル…… 25g/ ・ 次亜リン酸…… 25g/ ・ プロピオン酸ソーダ…… 3g/ ・ 潤滑材…… 1ml/ ・ SiC(平均粒径0.45μ)…… 2g/ ・ N…… 2g/ ・ メツキ条件 浴温……86±1℃、PH……5.0±0.2 上記メツキ条件で処理を行つた摺動面を、鈴木
式及びLFW−No.1試験機にて、耐焼付性、耐摩
耗性の潤滑性の評価を行い、前記BNのみの場合
及びSiCのみの場合の複合メツキとの比較を第1
表に示す。
摺動部材の表面に、複合メツキ被膜を形成した、
複合メツキの摺動面の耐摩耗性行な焼付性の改良
に関するものである。 〔従来技術〕 摺動面の複合メツキ層に関するものとして、 (1) 特開昭55−154600号「複合メツキ摺動面」及
び (2) 特開昭57−71812号「分散性に優れた高純度
炭化珪素微粉末と、……複合メツキ方法」の公
報があり、前記(1)については表面に微細な凹凸
を形成した素地に、固体潤滑剤を含有した複合
メツキを施し、素地表面に凹凸面を有する複合
メツキ被膜層を形成した、メツキ摺動面の記載
があり、また、前記(2)については、分散性に優
れた高純度炭化珪素微粉末を使用した複合メツ
キ方法についての説明が行われている。またニ
ツケル−リンのメツキ被膜の硬化方法としてリ
ン濃度が5〜12%のメツキを行つた製品を炉内
で270〜400℃程度に加熱し、その温度を0.5〜
4時間程度保持する方法がある。 〔従来技術の問題点及びその技術的分析〕 この前記、メツキ摺動面及び複合メツキ方法に
おいて、 前記(1)の複合メツキ皮膜層を形成した、メツキ
皮膜中に固体潤滑剤である、ボロンナイトライド
を複合材として分散し、摺動面の潤滑性を高めて
いるが、その反面、耐摩耗性及び耐焼付性が劣る
という欠点があり、また、前記(2)の炭化珪素微粉
末を使用した複合メツキ層は平均粒子径が1μ以
下の炭化珪素微粒子をニツケル浴中に分散させる
複合メツキ方法で、分散した炭化珪素微粒子によ
り、耐摩耗性は著しく向上するが、その反面摺動
面の潤滑性が悪く、摺動面の皮膜より剥離した炭
化珪素が研磨材となり相手部材を摩耗させる場合
もある。 また、前記リン濃度が5〜12%のメツキ皮膜硬
化法は、摺動部材がAlまたはAl合金の場合には
皮膜硬化のために加熱処理により、素材の強度低
下及び寸法変化が生ずるという欠点がある。 〔技術的課題〕 そこで、本発明は複合メツキ被膜を素材表面に
形成する場合に、耐摩耗性と共に摺動面の潤滑性
も良好な複合メツキ被膜を形成し、熱処理するこ
となく被膜を硬化することを、その技術的課題と
するものである。 〔技術的手段及び作用〕 上記技術的課題を解決するために特許請求の範
囲第1項の発明において講じた技術的手段(以
下、第1の技術的手段と称する。)は、無電解リ
ン−ニツケル合金メツキにより摺動部材の表面に
形成され、高硬度で耐摩耗性に優れる平均粒径
0.1〜1μの炭化珪素(SiC)微粒子と、軟質で潤滑
性に優れる平均粒径1〜10μのボロンナイトライ
ド(BN)微粒子とを含有し、炭化珪素(SiC)
微粒子の結晶構造を立方晶系としたことである。 ここで、高硬度で耐摩耗性に優れるものとして
は、炭化珪素の他に炭化チタン(TiC)、炭化タ
ングステン(WC)、炭化ホウ素(BC4)、窒化チ
タン(TiN)、酸化アルミ(Al2O3)等がある。
又、軟質で潤滑性に優れるものとしては、ボロン
ナイトライドの他に二硫化モリブデン(MOS2)、
テフロン等がある。 上記技術的課題を解決するために特許請求の範
囲第2項の発明において講じた技術的手段(以
下、第2の技術的手段と称する。)は、無電解リ
ン−ニツケル合金メツキのリン濃度を0.5〜5%
としたことである。 上記第1の技術的手段は、以下の如く作用を有
する。 (1) 炭化珪素の耐摩耗性と、ボロンナイトライド
の潤滑性を有し、前記素材の摺動面は高い荷重
でも焼付が生ずることがない。 (2) 立方晶形の炭化珪素を使用した場合には、前
記立方晶の微粒子は平均粒径が0.1〜数μで、
かつ六方晶形に比較して粒子の角が少なく、か
つ球形に近い粒子が多いために、摩耗量は僅か
に増加するが、相手材の摩耗量は、六方晶形炭
化珪素を使用したものに対して、約1/2となる。 (3) 上記第2の技術的手段によれば、無電解リン
−ニツケル合金メツキのリン濃度を0.5〜5%
にしたので、熱処理を行わずに被膜を硬化させ
ても硬度が確保される(mHV700程度)。即
ち、第2図に示されるように、リン濃度が5%
以上(5〜12%)であると、熱処理を行わずに
硬化した被膜の硬度はmHV600程度になり、
0.5%未満であると、mHV500程度と不充分で
ある。 〔本発明によつて生じる特有の効果〕 本発明は、次の特有の効果を生じる。すなわ
ち、 (1) 炭化珪素の微粒子の平均粒径が0.1〜1.0μの
ものを使用することにより、相手材の摩耗が極
めて少なくなる、すなわち、平均粒径1μ以上
の場合は相手材の摩耗を促進し、平均粒径0.1μ
以下の場合は摺動面の耐摩性向上が見られな
い。またBNの粒径を10μ以上とすると被膜が
もろくなり耐摩耗性は低下する。 (2) アルミ合金材シリンダと、アルミ合金材ピス
トンとの摺動において、ピストン側に本実施例
の複合メツキを行なうことによりスカツフイン
グ(シリンダー側のかじり及びピストン側のス
リキズ)の発生が50%減少する。 (3) 被膜硬化のために熱処理を無くしたことによ
り、従来皮膜の硬化処理後に寸法調整のための
切削、研磨等の後加工を廃止することができ
る。 〔実施例〕 以下、上記技術的手段の一具体例を示す実施例
について説明する。 実施例 1 Alよりなるテストピース(6.35×10.1×15.6mm、
5×30×30mm)に、BN(潤滑性粒子)とSiC(耐
摩耗性粒子)を分散材として含んだ複合メツキを
行い、摺動面を形成した。 ・ 浴組成 ・ 硫酸ニツケル…… 25g/ ・ 次亜リン酸…… 25g/ ・ プロピオン酸ソーダ…… 3g/ ・ 潤滑材…… 1ml/ ・ SiC(平均粒径0.45μ)…… 2g/ ・ N…… 2g/ ・ メツキ条件 浴温……86±1℃、PH……5.0±0.2 上記メツキ条件で処理を行つた摺動面を、鈴木
式及びLFW−No.1試験機にて、耐焼付性、耐摩
耗性の潤滑性の評価を行い、前記BNのみの場合
及びSiCのみの場合の複合メツキとの比較を第1
表に示す。
【表】
(注) 焼付荷重、皮膜摩耗巾は相対評価
耐摩耗性はSiC粒子を共析することにより、油
滑性を損なうことなしに向上できる。 実施例 2 実施例1の場合と同一条件でSiCの結晶形状六
方晶と立方晶の場合について第2表に示す。
耐摩耗性はSiC粒子を共析することにより、油
滑性を損なうことなしに向上できる。 実施例 2 実施例1の場合と同一条件でSiCの結晶形状六
方晶と立方晶の場合について第2表に示す。
【表】
(注) 相対評価
平均粒径0.45μの立方晶のSiCを使用することに
より、メツキ皮膜の耐摩耗性と相手材の摩耗性の
相反する性質を向上させることができた。 実施例 3 4サイクルエンジンピストン(Al合金材)に
下記条件にて処理を行い、高シリコン材(17%
Si)のライナーを使用したエンジンにて実機評価
を行つた。 ・ 浴組成 ・ 塩化ニツケル…… 12g/ ・ 次亜リン酸…… 4g/ ・ グリシン…… 15g/ ・ SiC(立方晶 平均粒径)0.45μ…… 2g/ ・ BN…… 2g/ ・ツキ条件 浴温……90±1℃、PH……6.0±1 上記メツキ条件にて皮膜中のリン濃度が1.2〜
1.5%、皮膜硬度700mHVの無電解複合メツキ皮
膜が得られた。 本実施例にもとづく表面処理を行つたピストン
について、実機100時間運転後も焼付き及びスカ
ツフイングの発生は見られなかつた。 同様に従来よりのリン濃度7%の複合メツキを
行つた場合は、焼付及びスカツフイングが発生し
た。次に第1図に前記方法による摺動面の拡大図
を示すもので、1はAl合金素材(摺動部材)、2
はリン−ニツケル合金メツキ被膜(複合メツキ被
膜)で、3はBN微粒子、4はSiC微粒子である。 第2図は、ニツケル−リン合金メツキ皮膜の皮
膜硬度の変化を示すもので、Hは硬さ、Tは熱処
理温度を表わし、Aはリン濃度0.5〜5%、Bは
リン濃度5〜12%、Cはリン濃度0%のHとTと
の関係グラフである。
平均粒径0.45μの立方晶のSiCを使用することに
より、メツキ皮膜の耐摩耗性と相手材の摩耗性の
相反する性質を向上させることができた。 実施例 3 4サイクルエンジンピストン(Al合金材)に
下記条件にて処理を行い、高シリコン材(17%
Si)のライナーを使用したエンジンにて実機評価
を行つた。 ・ 浴組成 ・ 塩化ニツケル…… 12g/ ・ 次亜リン酸…… 4g/ ・ グリシン…… 15g/ ・ SiC(立方晶 平均粒径)0.45μ…… 2g/ ・ BN…… 2g/ ・ツキ条件 浴温……90±1℃、PH……6.0±1 上記メツキ条件にて皮膜中のリン濃度が1.2〜
1.5%、皮膜硬度700mHVの無電解複合メツキ皮
膜が得られた。 本実施例にもとづく表面処理を行つたピストン
について、実機100時間運転後も焼付き及びスカ
ツフイングの発生は見られなかつた。 同様に従来よりのリン濃度7%の複合メツキを
行つた場合は、焼付及びスカツフイングが発生し
た。次に第1図に前記方法による摺動面の拡大図
を示すもので、1はAl合金素材(摺動部材)、2
はリン−ニツケル合金メツキ被膜(複合メツキ被
膜)で、3はBN微粒子、4はSiC微粒子である。 第2図は、ニツケル−リン合金メツキ皮膜の皮
膜硬度の変化を示すもので、Hは硬さ、Tは熱処
理温度を表わし、Aはリン濃度0.5〜5%、Bは
リン濃度5〜12%、Cはリン濃度0%のHとTと
の関係グラフである。
第1図は本実施例の断面図であり、第2図はニ
ツケル−リン合金メツキ皮膜の皮膜硬度と熱処理
温度との関係を示すグラフである。 1……素材(摺動部材)、2……リン−ニツケ
ル合金メツキ被膜(複合メツキ被膜)、3……
BN微粒子、4……炭化珪素微粒子。
ツケル−リン合金メツキ皮膜の皮膜硬度と熱処理
温度との関係を示すグラフである。 1……素材(摺動部材)、2……リン−ニツケ
ル合金メツキ被膜(複合メツキ被膜)、3……
BN微粒子、4……炭化珪素微粒子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 無電解リン−ニツケル合金メツキにより摺動
部材の表面に形成され、平均粒径0.1〜1μの炭化
珪素(SiC)微粒子と、平均粒径1〜10μのボロ
ンナイトライド(BN)微粒子とを含有し、前記
炭化珪素(SiC)微粒子の結晶構造が立方晶系で
あることを特徴とする複合メツキ被膜。 2 前記無電解リン−ニツケル合金メツキのリン
濃度が0.5〜5%であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に示す複合メツキ被膜。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59052687A JPS60197880A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | 複合メッキ被膜 |
| DE3503859A DE3503859C2 (de) | 1984-03-19 | 1985-02-05 | Verbundbeschichtete Gleitfläche eines verschiebbaren Bauteils |
| US06/706,334 US4666786A (en) | 1984-03-19 | 1985-02-27 | Sliding surface of composite nickel-plated sliding member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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