JPH07238331A

JPH07238331A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH07238331A
Application number: JP6028415A
Authority: JP
Inventors: Koji Saito; 浩二斉藤; Hirobumi Michioka; 博文道岡; Yoshio Fuwa; 良雄不破
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性に優れ相手材料への攻撃性の少ない
粒子分散型複合材料からなる摺動部。【構成】金属マトリックス、例えばアルミニウム合金
（ＡＣ８Ａ）中に硬質粒子、例えばＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、
ＮｂＣ、ＴａＣ等が分散された金属基複合材料におい
て、前記硬質粒子表面にマトリックスと硬質粒子の中間
の硬度を有する材料、例えばＭｉ−Ｐめっき、Ｎｉ−Ｂ
めっき、Ｆｅスパッタリング、Ｃｕスパッタリング等を
被覆した。この被覆材料によって硬質粒子部での応力集
中が緩和され、硬質粒子が金属マトリックスからの脱落
が防止できる。その結果、摺動部材の耐摩耗性が向上す
ると共に、相手材の摩耗量の少なくすることができる。
特に、ＣｕまたはＮｉを被覆材料として被覆した場合、
金属マトリックスであるＡｌとの間で金属間化合物が形
成され、硬質粒子の脱落防止性がさらに向上し、耐摩耗
性および相手攻撃性がさらに改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分散した硬質粒子の脱落
がなく、耐摩耗性に優れ、かつ相手材料に対する攻撃性
の少ない、粒子分散型金属基複合材料からなる摺動部材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属基複合材料からなる摺動部材とし
て、比較的硬度が低くかつ軽量で耐摩耗性を向上させた
ものとしては、Ａｌ基金属複合材料が知られている。例
えば、Ａｌ基金属複合材料をピストンリング溝材料に適
用した例として、特開昭５８−９３８３５、特開昭５８
−９３８３６、特開昭５８−９３８３８号公報等があ
り、いずれもアルミナ−シリカ繊維４０〜５５％を強化
材とし、ＡｌまたはＭｇをマトリックス金属とする複合
材料で構成されており、相手材料のピストン材料には、
硬質Ｃｒめっき、鋳鉄＋リュブライト処理、Ｈｖ２５０
以上の鋼を用いている。

【０００３】また、特開昭５８−９３８４３号公報の繊
維強化型金属基複合材料の発明では、強化繊維の表面に
鉛、亜鉛、錫、銅のごとき減摩物質を蒸着し、自らも耐
摩耗性を向上し、且つ相手材に対する摩擦摩耗特性に優
れた繊維強化型金属基複合材料を得ている。

【０００４】また、繊維強化型金属基複合材料を形成す
る際、鋳造時のＡｌまたはＭｇ溶湯とセラミックス繊維
とのなじみ性を向上させることを目的として、セラミッ
クス繊維表面にＴｉＮコーティングを施した先願があ
る。この技術では、セラミックス繊維の硬さ（ＨＶ１５
００）とＴｉＮコーティング（セラミックス皮膜）の硬
さ（Ｈｖ１５００〜２０００）は、ほぼ等しいか、むし
ろＴｉＮコーティングの方が硬い。

【０００５】一方、最近の燃焼改善を目的としたエンジ
ン燃焼温度向上や、近年のピストンリング張力増大傾向
によりシリンダボアとの摺動で摩耗が増大するため、ピ
ストンリング材料の硬度向上により、リング溝の摩耗が
増大している。この対策として、リング溝ＭＭＣ上にア
ルマイト処理を実施した例（特開昭５３−８８２６２号
公報）や、ＭＭＣに対してＭＭＣ繊維よりさらに硬度の
高いセラミックス粒子（硬質粒子）を添加する方法が容
易に類推できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、粒子分
散型金属基複合材料において、単純に硬質粒子を分散さ
せた場合、マトリックスとなる基材との硬度差が非常に
大きく、このため硬質粒子部で応力集中が生じ、基材と
の界面で剥離が生じ、硬質粒子の脱落が生じ易くなる。
脱落した硬質粒子は、排出されない場合、研磨粉として
作用するため、摺動部材の摩耗が大きくなる。

【０００７】この現象は、例えば、１）硬質粒子としてセラミックス粒子を添加した鍛造材
料２）硬質粒子としてセラミックス粒子を添加した焼結材
料３）硬質粒子として金属粉および樹脂繊維を添加した樹
脂コート材料および樹脂成形体４）硬質粒子としてセラミックス粒子を添加しためっき
層で発生する。セラミックス系粒子を単純に添加した場合
には、基材との密着強度は低い。これは硬質粒子と金属
と冶金的に結合していないためである。

【０００８】本発明は硬質粒子を基材に分散した粒子分
散強化型金属基複合材料の摺動部材の前記のごとき問題
点を解決するためになされたものであって、摺動部材自
体も硬質粒子の脱落がなく耐摩耗性に優れると共に相手
材料に対する摩耗性の少ない摺動部材を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者等は金属基複合材
料に分散した硬質粒子が摺動部材として使用中に基材か
ら脱落する原因が、マトリックスとなる基材とセラミッ
クス硬質粒子の硬度に著しい差があることが原因である
ことに鑑み、セラミックス硬質粒子をより硬度の低い材
料で被覆することを着想した。この着想に基づきセラミ
ックス硬質粒子を被覆する材料等についてさらに研究を
重ね、硬質粒子表面にマトリックスと硬質粒子の中間の
硬度を有する材料を被覆することにより本発明を完成し
た。

【００１０】本発明の請求項１の摺動部材は、金属マト
リックス中に硬質粒子が分散された金属基複合材料にお
いて、前記硬質粒子表面にマトリックスと硬質粒子の中
間の硬度を有する材料が被覆されていることを要旨とす
る。また、本発明の請求項２の摺動部材は、請求項１の
摺動部材において、金属基複合材料は鋳物材料であるこ
とを要旨とする。

【００１１】本発明の請求項３の摺動部材は、請求項１
の摺動部材において、金属基複合材料はめっきにより形
成されたものであることを要旨とする。また、本発明の
請求項４の摺動部材は、請求項１乃至請求項３の摺動部
材において、硬質粒子に被覆される中間硬度の材料は被
覆が２層以上施されていることを要旨とし、本発明の請
求項５の摺動部材は、請求項１乃至請求項４の摺動部材
において、硬質粒子に被覆される中間硬度の材料は金属
マトリックスとの間で金属間化合物を生成していること
を要旨とする。

【００１２】金属マトリックス中に分散される硬質粒子
は金属でもセラミックスでもいずれでも良い。金属粉で
あれば例えばＡｌ粉、ステンレス鋼粉等を用いることが
でき、セラミックス粉であれば例えば、ＳｉＣ、Ｎｂ
Ｃ、ＴａＣ等の炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ、ＴｉＮ等の
窒化物、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂等の酸化物を用いることが
できる。

【００１３】金属マトリックスに添加する硬質粒子の割
合は５〜３０容量％とすることが好ましい。添加量が５
％未満では充分な耐摩耗性が得られず、添加量が３０％
を越えると相手材（ピストンリング）に対する攻撃性が
大きく、本件発明をピストンに使用した場合、ブローバ
イの増加、オイル消耗の悪化が認められるからである。

【００１４】さらに、金属マトリックスに添加する硬質
粒子の粒度は１〜５μｍとすることが好ましい。硬質粒
子の粒径が１μｍ未満であると充分な耐摩耗性が得られ
ず、５μｍを越えると相手材料に対する攻撃性が大きく
なり、この時に生じた摩耗粉により、摩耗量が増大する
からである。

【００１５】硬質粒子表面にマトリックスと硬質粒子の
中間の硬度を有する材料を被覆する方法は、真空蒸着、
スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ法、
プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、スプレー法等のＣＶＤ
法、電着法または無電解めっき等の化学めっき法等を用
いることができる。また、被覆する材料としては、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎ等の金属単体およびその合
金、ＮｉＰ、ＮｉＢ等のＮｉ化合物のほか、ＣｒＮ、Ａ
ｌＮ等のＰＶＤ法またはＣＶＤ法によるセラミック薄膜
も含まれる。

【００１６】硬質粒子表面に被覆する被覆層の厚さは３
５μｍ以下とすることが好ましい。被覆層の厚さが３５
μｍを越えると、金属基複合材料を成形する際に割れが
発生する場合があるからである。また、被覆層と基材と
の間で金属間化合物を生成させる場合は、初期皮膜とし
て少なくとも１５μｍの厚さが必要である。１５μｍ以
下では殆どの皮膜部が金属間化合物を作ってしまう場合
があるために、応力緩和の役割を果たさなくなるからで
ある。

【００１７】

【作用】摺動部材の金属マトリックス中に分散した硬質
粒子表面にマトリックスと硬質粒子の中間の硬度を有す
る材料を被覆したので、この被覆材料によって硬質粒子
部での応力集中が緩和され、硬質粒子が金属マトリック
スからの脱落が防止できる。その結果、摺動部材の耐摩
耗性が向上すると共に、相手材の摩耗量の少なくするこ
とができる。また、被覆材料と金属マトリックスとの間
で金属間化合物を形成させると、硬質粒子の脱落防止性
はさらに向上する。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を比較例および従来例と比較
しつつ説明し、本発明の効果を明らかにする。（実施例１）表１の実施例１−１〜１−５に示すよう
に、硬質粒子として表１に示す粒径のＳｉＣ粒子（硬度
Ｈｖ３０００）、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子（硬度Ｈｖ２５００）、
ＮｂＣ粒子（硬度Ｈｖ２０００）、ＴａＣ粒子（硬度Ｈ
ｖ１８００）に、被覆材料として表１に示すＮｉ−Ｐめ
っき（硬度Ｈｖ４００）、Ｎｉ−Ｂめっき（硬度Ｈｖ８
００）、Ｆｅスパッタリング（硬度Ｈｖ３００）、Ｃｕ
スパッタリング（硬度Ｈｖ２５０）を、表１に示す被覆
膜厚で被覆し、この硬質粒子を基材であるＪＩＳアルミ
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）溶湯に表１に示す添加量を分散
添加して、試験片を作製した。なお、比較のために、比
較例１−６、１−７として、被覆材料を被覆しなかった
表１に示す粒径の硬質粒子ＳｉＣ粒子とＴａＣ粒子を、
表１に示す添加量を添加して、基材であるＪＩＳアルミ
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）溶湯に表１に示す添加量を分散
添加して、試験片を作製した。

【００１９】（実施例２）表１の実施例２−１〜２−４
に示すように、硬質粒子として表１に示す粒径のＳｉＣ
粒子（硬度Ｈｖ３０００）、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子（硬度Ｈｖ２
５００）、ＮｂＣ粒子（硬度Ｈｖ２０００）、ＴａＣ粒
子（硬度Ｈｖ１８００）に、被覆材料として表１に示す
Ｎｉ−Ｐめっき（硬度Ｈｖ４００）、Ｎｉ−Ｂめっき
（硬度Ｈｖ８００）、Ｆｅスパッタリング（硬度Ｈｖ３
００）を表１に示す被覆膜厚で被覆した。この硬質粒子
を基材となるＡｌ−１５％ＳｉおよびＣｕ粉末に表１に
示す添加量を混合し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ焼結体（Ｈｖ１
５０）を作製した。なお、比較のために、比較例２−
５、２−６として、被覆材料を被覆しなかった表１に示
す粒径の硬質粒子ＳｉＣ粒子とＳｉ₃Ｎ₄粒子を、基材と
なるＡｌ−１５％ＳｉおよびＣｕ粉末に表１に示す添加
量を混合し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ焼結体（Ｈｖ１５０）を
作製した。

【００２０】

【表１】

【００２１】（実施例３）表２の３−１〜３−１２に示
すように、硬質粒子として表２に示す粒径のＳｉＣ粒子
（硬度Ｈｖ３０００）を用意し、ＰＶＤ処理によりＣｒ
Ｎ（硬度Ｈｖ２０００）およびＡｌＮ（硬度Ｈｖ１２０
０）を順次表２に示す膜厚で被覆した。次に基材として
アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）からなる試験片に、この
硬質粒子を表２に示す割合で混合したＮｉ−Ｐめっき
（実施例３−１、３−２、硬度Ｈｖ４００）、Ｎｉ−Ｂ
めっき（実施例３−５、３−６、硬度Ｈｖ８００）およ
びＣｒめっき（実施例３−９、３−１０、硬度Ｈｖ８０
０）を施した。なお、比較のために同じ基材としてアル
ミニウム合金（ＡＣ８Ａ）からなる試験片に、被覆を施
さなかった表２に示す粒度のＳｉＣ粒子を表２に示す割
合で混合したＮｉ−Ｐめっき（比較例３−３、３−
４）、Ｎｉ−Ｂめっき（比較例３−７、３−８）、Ｃｒ
めっき（比較例３−１１、３−１２）を施した。

【００２２】（実施例４）表２の４−１〜４−３に示す
ように、硬質粒子として表２に示す粒径のＡｌ粉を用意
し、表２に示す被覆膜厚のＳｎめっきを施した。次に基
材としてアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）からなる試験片
に、このＡｌ粉を表２に示す割合で混合した樹脂コーテ
ィング（ポリアミドイミド樹脂）を施した。なお、比較
例４−３はＡｌ粉にＳｎめっきを施さなかったものであ
る。

【００２３】

【表２】

【００２４】（耐摩耗性の評価）以上の実施例に対して
摩耗試験を行い、耐摩耗性について評価した。先ず、大
きさが１６×６×１０ｍｍであり、その一つの面（１６
×６）を試験面とする試験片を作製した。この時、実施
例３および４については、上記形状の試験片をＡＣ８Ａ
にて作製し、該当面に対して試験を行った。試験に際し
ては、比較のために、硬質粒子を被覆しないでそのまま
添加した場合、および全く添加しない場合も併せて供試
した。

【００２５】摩耗試験の相手材料は、外径３５ｍｍ、幅
１０ｍｍの球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７０）製の円筒試験片
の組み合わせて摩耗試験を実施した。この時の試験条件
を次に示す。実施例１〜３実施例４試験雰囲気温度１５０℃ １００℃ 潤滑有り（キャッスルモータオイル５Ｗ−３０）同左押付力６０ｋｇｆ３ｋｇｆ回転数１６０ｒｐｍ２０ｒｐｍ試験時間６０分３０分試験機ＬＦＷ−１摩耗試験機同左試験結果は表１および表２に併せて示した。また、硬質
粒子を全く添加しない場合については表３に示した。

【００２６】

【表３】

【００２７】表１の実施例１から明らかなように、比較
例１−６および１−７の摩耗量は硬質粒子を添加したに
もかかわらず、被覆層がなかったので、１１５〜５５μ
ｍであって、特にＴａＣを被覆せずに添加した場合は、
かえって表３に示したＡＣ８Ａよりも耐摩耗性が劣る。
これは、上述したように、高面圧によりＴａＣが摺動面
より脱落し、研磨材の役目を果たすからである。また、
このときの相手材ＦＣＤ７０の摩耗量も極端に増大す
る。これに対して本発明の実施例１−１〜１−５は、中
間硬度の材料を被覆したため、摩耗量が３０〜４２μｍ
であって、本発明の効果が確認された。

【００２８】実施例２についても、表１から明らかなよ
うに、中間硬度の材料を被覆しなかった比較例２−５お
よび２−６は摩耗量が７０〜７９μｍであるのに対し
て、本発明の実施例２−１〜２−４は摩耗量が３０〜４
９μｍであって、実施例１と同様に本発明の効果が確認
された。また、被覆材料としてＮｉ−Ｂを被覆した実施
例２−１、２−２と被覆材料としてＦｅスパッタリング
を施した実施例２−３、２−４とを比較すると、Ｆｅス
パッタリングを施した場合の方が、耐摩耗性は良好であ
る。これはＦｅ元素が基材のＡｌと金属間化合物を生成
するため、脱落に対して有利になるからである。この様
に硬質粒子の最外層に基材と金属間化合物を生成する元
素を配置させることにより、さらに耐摩耗性の向上が可
能であることが判明した。

【００２９】さらに、この場合、製形後に硬質粒子と基
材の間の中間硬さ部を残存させるためには、初期皮膜と
して１５μｍ以上の膜厚が必要である。１５μｍ以下で
は殆どの皮膜が金属間化合物を作ってしまうため、応力
集中の緩和の役割を果たさなくなる。このため、金属間
化合物部で割れ、亀裂の発生が見られ、耐摩耗性も悪く
なる傾向が認められる。

【００３０】実施例３については、表２から明らかなよ
うに、被覆材料なしで単に硬質粒子のみを配合してＮｉ
−Ｐめっきを施した比較例３−３、３−４の摩耗量は４
０〜４６μｍであって、表３の単純にＮｉ−Ｐめっきを
施したものの摩耗量４２μｍと比較して、同等かそれ以
下の耐摩耗性であった。これに対して本発明の実施例３
−１および３−２は摩耗量が１９〜２５μｍであって、
本発明の効果が確認された。

【００３１】Ｎｉ−Ｂめっきを施した実施例３について
は、表２から明らかなように、被覆材料なしで単に硬質
粒子のみを配合してＮｉ−Ｂめっきを施した比較例３−
７、３−８の摩耗量は３５〜４０μｍであって、表３の
単純にＮｉ−Ｂめっきを施したものの摩耗量３０μｍと
比較して、耐摩耗性が劣った。これに対して本発明の実
施例３−５および３−６はＣｒＮおよびＡｌＮを被覆し
たので、摩耗量が１８〜２０μｍであって、本発明の効
果が確認された。

【００３２】Ｃｒめっきを施した実施例３については、
表２から明らかなように、被覆材料なしで単に硬質粒子
のみを配合してＣｒめっきを施した比較例３−１１、３
−１２の摩耗量は３０〜３２μｍであって、表３の単純
にＣｒめっきを施したものの摩耗量３５μｍと比較し
て、耐摩耗性の向上が僅かであった。これに対して本発
明の実施例３−９および３−１０はＣｒＮおよびＡｌＮ
を被覆したので、摩耗量が２０μｍであって、本発明の
効果が確認された。

【００３３】樹脂コーティングを施した実施例４につい
ては、表２から明らかなように、被覆材料なしで単に硬
質粒子のみを配合して樹脂コーティングを施した比較例
４−３の摩耗量は１５μｍであって、表３の単純に樹脂
コーティングを施したものの摩耗量２５μｍと比較し
て、僅かに耐摩耗性の向上が見られた。これに対して本
発明の実施例４−１および４−２は硬質粒子にＳｎめっ
きを被覆したので、摩耗量が５〜６μｍであって、耐摩
耗性が向上し、本発明の効果が確認された。

【００３４】（実施例５）次に、エンジン用ピストンと
ピストンリングとの組み合わせに対し、適用された本発
明による部材の組み合わせの具体的実施例について説明
する。ピストントップリング溝材料の本発明の実施例と
して、繊維系３μｍのアルミナシリカ繊維（５５％Ａｌ
₂Ｏ₃、４５％ＳｉＯ₂）を嵩密度０．１６ｇ／ｃｍ³にて
無作為に配合した繊維成形体にＳｉＣ粒子（１〜１０μ
ｍ、Ｈｖ２５００）およびＳｉ₃Ｎ₄粒子（１〜１０μ
ｍ、Ｈｖ２５００）にＣｕスパッタリング（Ｈｖ２５
０）を３０μｍの被覆を施し、それぞれ１０ｖｏｌ％添
加したアルミニウム合金ＡＣ８Ａをマトリックスとする
２種類の複合材料として作製した。また、比較材として
前記と同じ繊維成形体に前記と同じ硬質粒子にＣｕスパ
ッタリングを施さないものを同量添加したアルミニウム
合金ＡＣ８Ａをマトリックスとする２種類の複合材料と
してピストントップリング溝材料を作製した。

【００３５】得られたピストントップリング溝材料とピ
ストンリングを組み合わせ実機摩耗量試験を行った。試
験条件は下記に示す通りである。使用エンジン：４気筒４サイクルディーゼルエン
ジンシリンダボア径：９０ｍｍストローク：８６ｍｍ圧縮比：２１．５排気量：２１８８ｃｃシリンダ材質：ねずみ鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣ２５）使用燃料：軽油エンジン回転数：５２００ｒｐｍエンジン負荷：フルロード試験時間：５００時間

【００３６】図１に本発明例および比較例の実機摩耗量
を示す。図１に示したように、硬質粒子にＣｕスパッタ
リングを施さなかった比較例は、いずれも硬質粒子の脱
落によりリング溝下面の摩耗量が４０〜４７μｍと大き
くなっており、これに伴って相手材であるピストンリン
グ下面の摩耗量も２５〜３５μｍと大きかった。これに
対して本発明の実施例は、硬質粒子の表面に中間硬度の
Ｃｕスパッタリング層を被覆し、かつ、このスパッタリ
ング層の一部がマトリックス相のＡｌとＣｕ−Ａｌの金
属間化合物を形成したため、リング溝下面の摩耗量が９
〜１１μｍと大幅に減少し、ピストンリング下面の摩耗
量も７〜８μｍと大幅に減少し、本発明の摺動部材が耐
摩耗性に優れると共に、相手材料に対する攻撃性の少な
いことが判明した。

【００３７】（実施例６）図２のセラミックス硬質粒子
の断面図に示すように、表４に示す粒度のセラミックス
粒子（ＳｉＣ；Ｈｖ３０００、Ｓｉ₃Ｎ₄；Ｈｖ２５０
０、Ａｌ₂Ｏ₃；Ｈｖ２０００）に、第１被覆層として表
４に示す膜厚の無電解Ｎｉ−Ｂめっき層および第２被覆
層として表４に示す膜厚の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を施
した。

【００３８】なお、第１被覆層の無電解Ｎｉ−Ｂめっき
は、膜厚２μｍ未満では安定的なめっき層の成長が達成
できず、５μｍを越えるとコスト高となり実際的でな
い。一方、第２被覆層の無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、膜厚
５μｍ未満では安定的なめっき層の成長が達成できず、
またセラミックス粒子の被覆後の径が４０μｍを越える
と、複合材料の成形時に、割れ等が生じるので、第２被
覆層の厚さは３０μｍ以下とすることが好ましい。

【００３９】次いで、得られた被覆セラミックス粒子を
吸引成形し、外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍ、高さ１５
ｍｍの寸法を有し、被覆セラミックス粒子が均一に分散
された体積率１０〜３０％のＡｌ基粒子形成体を形成し
た。次いで、このＡｌ基粒子形成体を４００℃に予熱し
た後、主型内に７５０℃のアルミニウム合金（ＡＣ８
Ａ、融点５３５℃）の溶湯を注湯し、１ｔｏｎ／ｃｍ²
の加圧を行って、成形体中に溶湯を浸透させ完全に凝固
するまで保持した。次いで、Ｔ７処理および機械加工に
よりピストンを形成した。

【００４０】得られたピストンの耐摩耗性について、実
機評価を行った。なお、比較例としてこの実機評価の中
に未被覆のセラミックス粒子も同様に添加したものにつ
いても、同じ条件で併せて評価した。実機評価条件を下
記に示す。使用エンジン；４気筒４サイクル、ディーゼルエンジンボア径：９０ｍｍ、排気量：２１８８ｃｃストローク長：８６ｍｍ、シリンダ材質：ねずみ鋳鉄ＦＣ２５圧縮比；２１．５条件燃料：軽油エンジン回転数：５２００ｒｐｍエンジン負荷：フルロード試験時間：５００時間実機評価の結果は表４に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】表４に示したように、セラミックス硬質粒
子に被覆を施さなかった比較例７〜９はＳｉＣおよびＳ
ｉ₃Ｎ₄粒子が脱落し、研磨材の役割を果たし、リング溝
下面の摩耗量が３０〜４５μｍ、リング下面摩耗量が２
０〜３２μｍと大きくなっている。比較例１０は被覆膜
厚が３５μｍ以上となったので、成形時に割れを発生し
たので、実機試験が不能であった。比較例１１〜１４は
セラミックス硬質粒子の粒径が１０μｍと大きかったの
で、ピストンリングに対する相手攻撃性が大きくなり、
この時生じた摩耗粉により、リング溝下面およびリング
下面共に摩耗量が増大している。

【００４３】これに対して本発明の実施例１〜６は、セ
ラミックス硬質粒子の粒径が１〜５μｍであり、第１被
覆層のＮｉ−Ｂめっき厚さが２〜５μｍ、第２被覆層の
Ｎｉ−Ｂめっきの厚さが５〜３０μｍであったので、硬
質粒子部での応力集中が緩和され、硬質粒子が金属マト
リックスからの脱落が防止されたため、リング溝下面摩
耗量が１０〜１５μｍ、リング下面摩耗量が３〜６μｍ
であって、本発明の摺動部材は耐摩耗性に優れると共
に、相手材料に対する攻撃性の少ないことが確認され
た。なお、本実施例において、第２被覆層の上にさらに
ＣｕまたはＮｉの被覆を施すと、基材との間に金属間化
合物が形成されるため、セラミックス粒子と基材との密
着性はさらに向上する。

【００４４】

【発明の効果】本発明の摺動部材は以上詳述したよう
に、金属マトリックス中に硬質粒子が分散された金属基
複合材料において、前記硬質粒子表面にマトリックスと
硬質粒子の中間の硬度を有する材料が被覆されているこ
とを特徴とするものであって、この被覆材料によって硬
質粒子部での応力集中が緩和され、硬質粒子が金属マト
リックスからの脱落が防止できる。その結果、摺動部材
の耐摩耗性が向上すると共に、相手材の摩耗量の少なく
することができる。特に、被覆材料と金属マトリックス
との間で金属間化合物を形成させると、硬質粒子の脱落
防止性がさらに向上し、耐摩耗性および相手攻撃性がさ
らに改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実機試験におけるリング溝下面およびピストン
リング下面の本発明の実施例と比較例の摩耗量を示す図
である。

【図２】本発明の実施例であるセラミックス硬質粒子の
断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属マトリックス中に硬質粒子が分散さ
れた金属基複合材料において、前記硬質粒子表面にマト
リックスと硬質粒子の中間の硬度を有する材料が被覆さ
れていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記金属基複合材料は鋳物材料であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】前記金属基複合材料はめっきにより形成
されたものであることを特徴とする請求項１に記載の摺
動部材。
【請求項４】前記硬質粒子に被覆される中間硬度の材
料は被覆が２層以上施されていることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】前記硬質粒子に被覆される中間硬度の材
料は金属マトリックスとの間で金属間化合物を生成して
いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載の摺動部材。