JPS63172017A - カソードスパッタリングにより形成される滑り層を有する複合材料及びその製造方法 - 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〕 本発明はカソードスパッタリングにより設けられた滑り
層を有する複合材料に係り、さらに詳しくは堅固に結合
されたマトリクスを形成する少なくとも１つの金属材料
及び固形の状態でマトリクス材料に実際に溶けない少な
くとも１つの他の材料の粒子が統計的な分布で吹き付け
られている混合物からなりカソードスパッタリングによ
り゛塗布された滑り層を有する複合材料に関する。本発
明はさらにこの種の複合材料を製造する方法及びこの複
合材料を滑り軸受シェルに使用する方法に関する。

〔従来技術〕

複合材料の表面層としての滑り層は、たとえば内燃機関
の軸受シェルに使用され他の特性の他に次のような特性
を持たなければならない。すなわち軸の材料より軟く、
動的な繰返し応力に比べて強く、せん断抵抗が大きく機
械的性質が熱安定性を有し、かつ耐腐性が大きくなけれ
ばならない。

これらの要請を満たすものは特に、まとまったマトリク
スを形成することによって層に機械的な強度を与え、そ
れ自体は耐腐食性であってすずあるいは鉛に溶けないた
とえばアルミニウム、クロムあるいはニッケルなどの金
属と鉛あるいはすすからなる組成である。鉛あるいはす
すをふくむ滑り層を有するこの種の複合材料及びカソー
ドスパッタリングによるその製造方法は、ドイツ特許公
報第２８５３７２４号と第２９１４６１８号及びドイツ
公開公報第３４０４８８０号に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この種の滑り層を表面層として使用する場合には、該当
する型部分あるいは機械部分に非常に対立する要請がな
されることが多い。

滑り軸受に使用する場合には、コンロッドの面圧縮に耐
えることができるようにするために、滑り軸受の一方側
の少なくとも所定の箇所によって軸受に作用する力を十
分な寿命で周囲構造へ伝達しなければならない（支持能
力）、この場合には該当する滑り層の耐熱硬さは比較的
大きくな（ではならず、この耐熱硬さは経験によれば７
０）ＩＶＯ，ｏ０２がぎりぎりの値であって、これを下
回ってはならない。滑り軸受の他方の側においては同じ
機械部分の他の箇所ないしは滑り層に埋込み特性が要求
され、この埋込み特性というのはごみあるいは摩耗粒子
を表面へ埋込むことのできる能力である。

この種の特性によって、滑り面の損傷を緩和することが
できる。この要請を満たすためには、滑り層は硬すぎて
はならない。経験によれば、これに関しても７０ＨＶ０
．００２の硬さがぎりぎりの値であって、この値はすで
に該当する軸受をごみの侵入から保護しかつ濾過によっ
て潤滑剤をきれいに保つためには、比較的煩雑な手段を
必要とするものである。

従来技術に記載されているようなカソードスパッタリン
グによって設けられる滑り層では、この種の相反する要
請を同じ１つの機械部分あるいは型部分で満たすことは
できない。というのは、問題になっているこの滑り層は
全表面にわたって同じ特性を有するからである。

これに対して本発明は、同じ機械部分及び型部分の異な
る箇所に関する完全に相反する素材上の要請を満たすこ
とができ、特に１つの箇所における良好な埋込み特性を
他の箇所における良好な支持能力と組み合わせることの
できる、カソードスパッタリングにより設けられる滑り
層を有する複合材料を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を解決するために本発明によれば、冒頭で述
べた種類の複合材料に、次のようなずなわち、 （ａ）マトリクスに溶けない材料からなる粒子の直径が
、所定の箇所においてグラデーションを構成し、 （ｂ）前記グラデーションは、滑り層の表面に対して平
行に延び、 （ｃ）該当する滑り層の硬さのグラデーションが粒子直
径の前記グラデーションに相当する、という特徴を持た
せる構成が採用されている。

〔作　用〕

本発明は、滑り層の硬度がマトリクスに溶けない材料か
らなる粒子の大きさに関係し、高い硬度が小さい粒子直
径に相当し、より低い硬度がより大きい粒子直径に相当
する、という知識に基づいている。それ故に所定の箇所
においては高い硬度を有し、それに伴って良好な支持能
力を有し、他の箇所においてはより低い硬度を有する滑
り層を求める場合には、マトリクスに溶けない材料の粒
子の大きさを変化させなければならず、このことは滑り
層の表面に対して平行に延びる粒子径のグラデーション
を適当に形成することによって達成することができる。

前述の材料の組合せ（マトリクス：アルミニウム、クロ
ム、ニッケル、非溶質：スズ、鉛）に関しては、非溶性
の粒子直径の統計的な標準分布の平均値が、０．２−〜
１０μｍのグラデーションの範囲で変化する場合に好ま
しいことが明らかにされている。この場合に滑り層の大
きな支持能力とそれに伴って最高の硬度が要求される箇
所において、非溶性の材料からなる粒子の直径は好まし
くはｘ　＜　０．８　ｐｔａ、さらに好ましくは０．０
５＜　ｘ　＜　０．４　ｊｎｎの範囲の平均値を持つ統
計的標準分布を有する。このことは支持能力が最も大き
い箇所において非溶性の材料を含む粒子の分布が従来技
術に開示されている層に比べて約１０倍細かいというこ
とである。たとえば押出し成型のＡ　Ｉ　５ｎｚＯＣｕ
が３５１１Ｖ０．０１の硬度を有する場合には、この最
も硬い箇所において本発明になる層の硬度は最低で１８
０ＨＶ０．００２に達する（ドイツ特許公報第２８５３
７２４号第６頁を参照）。

さらに詳しくは本発明は、マトリクスに溶けない成分と
して、比較的低い温度で溶ける少なくとも１つの物質、
すす、（融点２３１．８９°Ｃ）、鉛（融点３２７．４
℃）あるいはインジウム（融点１５６．４℃）が使用さ
れるように構成することができる。しかしまた特殊な使
用に関しては、次のような他の低融点の金属及びその合
金を使用してもよい。すなわちカドミウム（融点３２０
．９℃）、ビスマス（融点２７１．３℃）、タリウム（
融点３０２℃）、亜鉛（融点４１９．５℃）、ガリウム
（融点２９．８℃）などが使用できる。本発明はさらに
、マトリクスを形成する成分にその主成分が次のような
物質つまりアルミニウム、クロム、ニッケル、マグネシ
ウム、銅である従来の滑り軸受合金が含まれている複合
材料の場合に、特に有利である。この場合には、滑り層
全体の組成が次のような組合せ、すなわちＡ　Ｉ　Ｃｕ
５ｎ　、　　Ａ　１２　ＣｕＰｂ　、　　Ａ　Ｉ　Ｃｕ
５ｎＰｂ　、　　＾ｇｓｉｓｎ。

Ａ１１ｉＰｂ　、　　ＡＡＳｉＳｎＰｂ　、　Ｃｕ５ｎ
　、　ＣｕＰｂ　、　Ｃｕ５ｎＰｂの１つを有すると特
に有利であることが明らかにされている。本発明に係る
滑り層は、好ましくは１０〜３０趨の層厚を有し、多く
の使用目的に関しては上述の範囲の半ばまで（１２〜１
６　ｔｎａ　）で十分である・その限りにおいては従来
技術で提案されている従来の２成分滑り層の最適な層厚
である１８趨は保証されていない（Ｕ、エンゲル著：　
ＳＡＥテクニカル・ペーパー・シリーズ、インターナシ
ョナル・コンブレス・アンドエクスポジション、デトロ
イト、１９８６年、第７６頁を参照）。

従来技術（ドイツ特許公報第２９１４６１８号、第５パ
ラグラフ、ドイツ特許公報第２８５３７２４号、第５バ
ラグラフ）からはさらに、体積百分率で０．１〜０．５
の酸素濃度によって該当する滑り層のいわゆる散乱固化
がもたらされることが知られている。

これに対して、驚くべきことに、本発明に係る層を形成
する場合には適当な手段によって（不活性ガス雰囲気内
で製造されたターゲットを用いて）酸素濃度は０．２重
量パーセント以下に低下されており、この本発明に係る
層は不溶性の成分が最小の粒子直径を有する箇所におい
て公知の散乱固化の滑り層に比べて機械的な特性が著し
く向上されている。したがって滑り層のマトリクス内に
約１０倍の細かさで粒子を分布させることによって、あ
る程度まで散乱酸素分子による固化と置き換えことがで
きる。

他方ではまた驚（べきことに、従来技術に開示されてい
る層とは異なって本発明に係る層は、滑り層全体におい
て約１０倍も細かい非溶性成分の分布と５倍も高い酸素
濃度とを組み合わせることによっても極めて大きな徐冷
耐性が得られることが明らかにされている。すなわち従
来の滑り層の場合には１７０℃で３００時間の熱処理に
よって著しく硬度が減少するが（ドイツ特許公報第２８
５３７２４号を参照）、本発明に係る層のこの箇所にお
ける硬度は上述のような熱処理を行っても取り立てて言
うほど減少しない。このような組合せによって非溶性成
分の約１０倍細かい分布と２．５倍の酸素濃度を有する
滑り層のこの箇所は１００ＨＶ０．００２の硬度を得ら
れる。

さらに本発明に係る層のこの箇所は従来技術に開示され
ている層に比べて、徐冷耐性に優れている。

層内の酸素濃度が高いことによって、細かく分布された
非溶性の粒子の大部分をＯ原子で被覆することができ、
それとともにこの細かく分布された粒子が粒子転移によ
って凝集して再びより大きい粒子になって、それによっ
て本発明の滑り層の好ましい特性の一部が老化により失
われる危険性を減少することができる。他の言葉で表現
すると、このように酸素濃度を高くすることによって、
滑り層の製造時の状態を時の経過において安定させるこ
とができる。本発明に係る滑り層が従来の酸素ドーピン
グ層よりも動的な交番荷重に比べて強度が向上しており
、かつこの層の機械的特性の耐熱性が向上していること
は、上述の理由によるものである。ここで、考慮しなけ
ればならないのは、非常に細かく分布されそれに伴って
全表面が大きい粒子を効果的に被覆するためにはより粗
い分布でそれに伴って全表面がより小さい同寸法の粒子
を被覆するのに比べてより多くの酸素原子が必要だとい
うことである。

コーティングしようとする型部分の具体的な機能に応じ
て、本発明の滑り層の硬さのグラデーション及びそれに
伴う硬さの異なる箇所を滑り層の全面にわたって任意の
幾何学的構成で分布させることができる。多くの使用例
において、最も硬い円形ゾーンが必要とされ、この円形
ゾーンは最も硬い箇所が円形の内側に来る円形の断面を
有する適当な硬度グラデーションを必要とする。

本発明はさらに、カソードスパッタリング法によって滑
り層が形成される前述の複合材料を製造する方法に関す
るものである。本発明のこの部分の目的は、滑り層内の
非溶性の粒子直径のグラデーション及びそれに伴って滑
り層の硬さのグラデーションを、できるだけ良好に再生
産でき、任意の幾何学的構成で、かつ粒子直径ないし表
面硬さのバリエーションの範囲をできるだけ大きくして
その範囲内で実現することである。

この目的を達成するために本発明によれば、カソードス
パッタリング工程の間にコーティングすべき基板及び形
成される滑り層目体において基板の表面に対して平行・
に延びる温度グラデーションを発生させて維持する構成
が採用されている。この種の温度グラデーションは好ま
しくは、カソードスパッタリング工程の間コーティング
しようとする基板の異なる箇所を異なる強さで冷却する
ことによって形成され、この場合に滑り層が最小の粒子
径と最大の硬さを持たなければならない箇所に最大の冷
却出力がもたらされる。コーティングしようとする基板
及び形成される滑り層の温度は、好ましくは一１０〜１
９０℃の範囲に保たれ、最小の粒子径と最大の硬さが求
められる箇所の温度は〜１０〜＋７０℃に保たれる。こ
の処置の基礎となっているのは、カソードスパッタリン
グの場合に基板温度を減少させるとマトリクスに溶けな
い粒子の平均直径が思いがけないほど大きく減少し、そ
れに伴って滑り層の該当する箇所の硬さが増大し、それ
に伴って大きな交番強度と耐食性が得られるということ
である。

このコーティング温度の減少の他に、従来技術よりもコ
ーティング速度が早＜０．２ｎ／分以上であることも本
発明において非溶性の成分が細かく分布していることに
役立っている。この関係は、処理を行うのに十分な量の
冷却水が使用できない状況において十分に利用すること
ができる。

本発明方法の実施例においては、滑り層の異なる材料す
なわちマトリクスを形成する材料とマトリクスに溶けな
い材料が同時にカソードスパッタリング法によって基台
上に設けられ、それによって本発明による非溶性成分の
細かい分布がさらに改良される。このことは好ましくは
、処理に使用されるターゲットの半分以上が、マトリク
スの主成分もマトリクスに溶けない材料も含んでいるこ
とによって達成される。所望の滑り層の組成に応じて特
に次のような組成、すなわちＡ　Ｉ　Ｃｕ５ｎ　。

ＡｌＣｕＰｂ、　　ＡｆＳｉＳｎ、　　Ａｌ５ｉＰｂ、
　　Ａｊ２ＳｉＳｎＰｂ。

Ｃｕ５ｎ　、　ＣｕＰｂ　、　Ｃｕ５ｎＰｂを有する合
金を考えることができる。

本発明方法の他゛の実施例においては、滑り層の種々の
成分が時間的に順次基台上に設けられる。

このために好ましくは滑り層の主成分、したがってたと
えば純アルミニウムと純すすからなるターゲントが使用
され、該当するコーティング装置の種々の位置において
スパッタリングが施される。

この場合に、拡散遮断層と滑り層を形成するのに同じタ
ーゲットを使用し、コーティングしようとする材料上に
２つの異なる層を順に直接形成すると、特に有利である
。本発明方法の他の実施例においては、基板の温度が変
化されて、マトリクスを形成する成分はマトリクスに溶
けない成分よりも高い温度で設けられる。このことは他
の実施例においては、滑り層のマトリクスを形成する成
分が非溶性の成分よりも時間的に早く、基板温度がより
高い状態で設けられ、コーティング工程の間に温度が低
下するようにして行われる。本発明方法の他の実施例は
、コーティングしようとする基板に印加される電圧を具
体的な使用例の事情に応じて変化させることにより構成
される。このことは好ましくは、より高い融点を有する
成分、したがって大体においてマトリクスを形成する成
分あるいは拡散遮断層の主成分が、より低い融点を有し
マトリクスに溶けない成分よりも高い電圧で設けられる
ように構成される。

酸素ドーピングに必要な酸素は、カソードスパッタリン
グ工程の間にガス状の基質の形でプラズマガスに導入す
るか、あるいはマトリクスを形成する材料に含まれる元
素の酸化物の形でカソードスパッタリング工程の前にそ
のときに使用されるターゲットあるいはそのときに使用
されるターゲットの一部に導入することができる。上述
の第一の場合にはガス状の基質としてまず第一に元素の
酸素自体あるいは空気が考えられるが、特に貯蔵されて
使用される場合には水素、炭素、窒素などの元素の酸化
物あるいはこれらの元素の組合せの酸化物も使用するこ
とができる。これらの酸素化合物のうち水蒸気とＣＯ□
はここで述べられている酸素ドーピングに関して実質的
に最も重要である。

この実施例の場合には通常は、カソードスパッタリング
によるコーティング工程の間装面の真空室内では酸素を
放出するガスの部分圧力は混合ガスの全体圧力の１〜５
０％に保たれ、この場合にこの混合気の他の成分として
好ましくはアルゴンが使用される。

他の実施例によれば、所望のドーピングに必要な酸素は
酸化物として、カソードスパッタリングの場合に使用さ
れるターゲットあるいはターゲットの一部に導入される
。それによって、ターゲットのこの酸化物含有量を介し
であるいはターゲットの電気的な出力密度を介してカソ
ードスパッタリングの間滑り層の酸素ドーピングの程度
を制御することができる。このことはまず、必要な酸素
濃度を得るためにカソードスパッタリングの前に酸素を
含む雰囲気内で該当するターゲットに真空処理と熱処理
を組合わせて施すことによって行われる。さらに他の方
法は、ターゲットを形成する場合に押出し成形法であろ
うと粉末冶金法であろうと圧縮と焼結によって、たとえ
ばＡ　Ｉ　、０３などの粉末酸化物を所望どおりに混和
することである。

マトリクスを形成する好ましい材料に応じて、まス第一
に、アルミニウム、クロム、ニッケル、マグネシウム、
銅、すす、インジウム、鉛、亜鉛などの元素の酸化物が
考えられる。

本発明による複合材料はまず、どのような種類の滑り軸
受にもうまく使用することができる。この種の滑り軸受
に使用される軸受シェルには表面層として本発明による
滑り層が次のように、すなわちこの滑り層は軸受シェル
の頂点で最小の非溶性成分平均粒子径を有し、それに伴
って最大の硬度を有し、シスター・ハーフフレムとの継
目の領域で最大の平均粒子径を有し、それに伴って最小
の硬度を持つように、設けられている。この場合に、コ
ンロッドの面圧縮を吸収するために、軸受シェルの頂点
で滑り層は１００１１Ｖ０．００２以上の硬度を持たな
ければならない。本発明に係る滑り層は、軸受荷重が８
０〜１２ＯＮ／ｍｍ”で軸受裏面の温度が１５０〜２０
０℃の場合に使用することができる。このような条件下
で本発明に係る層では７２０時間の連続負荷試験後に、
測定できる摩耗は示されていない。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の種々の実施例を詳細に説明
する。

第１図の実施例においては、スチールの裏面（基礎材料
）１上に、良好な非常走行特性を有する材料からなる支
持層２が２００〜７００趨の層厚で設けられている。こ
の支持層２について鉛と銅の化合物あるいは鉛とすすと
銅の化合物が使用される場合には、この層の硬度は５０
〜１００）ＩＶｏ、　００２に達する。この支持Ｎ２上
には、通常数趨（２〜４ｍ＋）の層厚を有する薄い拡散
遮断層がカソードスパッタリング法で設けられている。

この拡散遮断層は、滑り層のマトリクスを形成する材料
の１つあるいは多数の元素、たとえばニッケル、クロム
あるいはその合金から形成されている。この遮断層３上
に本発明の滑りＮ４がカソードスパッタリングにより設
けられている。カソードスパッタリング工程の間の温度
勾配によって粒子径の異なる非溶性成分が拡大されてＡ
とＢで示されており、ここで部分Ａは表面硬度の大きい
細かい分布部分に相当し、部分Ｂはより大きい平均粒子
径を有する部分に相当し、かつそれによって小さい表面
硬度に相当する。

第２図には、高速回転する内燃機関のラジアル滑り軸受
（クランクピン軸受）の軸受はシェルとして使用されて
いる本発明の複合材料が示されている。このような構成
においてコンロッド１１の動きが、クランクピン１２、
軸ピン１３及び２本の異なるクランク腕からなるクラン
ク軸の回転運動に変換される。分割された下方のコンロ
ッドヘッド１６と回転するクランクピン１２との間に、
本発明の複合材料からなる半円筒状の２個の軸受シェル
が挿入されており、この組合せがコンロッドボルト１７
によって固定される。それに伴って軸受シェルの滑り層
４がクランクピン１２と接触しスチール裏面１がコンロ
ッドヘッド１６上に載置される。

このような構成において、コンロッドの面圧縮を吸収す
るために軸受シェルの頂点に設けられた部分Ａは大きな
支持能力を必要とし、それ故に第１図に示すように非溶
性の部分がより細かく分布されている。これに対してシ
スターハーフシェルへ移行する部分に設けられた部分Ｂ
には、摩耗片やゴミ片を埋め込む良好な埋込み特性が要
求され、これは表面硬さを減少させ非溶性成分の分布を
より粗くすることによって得られる。それに従って両軸
受シェル内には部分ＡとＢの間に本発明に基づくそれぞ
れ２つの硬度グラデーションが設けられる。

本発明に基づく複合材料を製造するために、たとえば次
のような反応条件が維持された。

例１ リング状の密なプラズマが磁場によって直接カソードの
前に集中される公知のカソードスパッタリング装置でコ
ーティングが行われた。装置には円筒状の処理室が設け
られており、この処理室の外側にそれぞれ面積３２２．
６μｍの泉（Ｑｕｅｌｌｅ）を最大４つまで取り付ける
ことができる。コーティングしようとする基板も、１分
光たり０．２〜２４．５回転に調節可能な回転駆動装置
によって回転される支持体上に垂直に取り付けられた（
たとえばＢＡＬＺＥＲＳプロダクトインフォメーション
ＢＢ８００２４６ＰＤ／　８月１９８５及びＢＢ８００
０３９ＲＤ／　６月１９８５年を参照）。

焼結法で設けられた鉛と銅の化合物からなる２００μ厚
さの支持層を有し合金されていない工具鋼（物質番号１
μｍ、６２５、略称（８０Ｗ　２）　）から形成された
軸受シェルが、このスパッタリング装置で酸素が皆無の
状態でアルゴン内で１．２　Ｐａの圧力で８時間コーテ
ィングを施された。冷却管を別体にすることによって、
軸受シェルの頂部のみが冷却されるように配慮がなされ
た。この手段によってこの箇所の基板温度は３０℃とな
り、温度は軸受シェルの部分Ｂ方向へ向かって上昇し、
軸受シェルの両端部では１７０〜１９０℃となった。軸
受シェルの頂点におけるこの温度を維持するには、時間
及びコーティングすべき軸受シェルあたり０．００５イ
の冷却水（〜１０℃）が必要であった。

ターゲットとしては４７０ｖの電圧では純アルミニウム
＜９９．９９）が使用され、６２０ｖの電圧では５ｎＣ
ｕ５の組成のすずと銅の化合物が使用され、２０ｋＷ／
　３２２ｃｊの出力密度ないし１０．３ｋＷ／　３２２
ｃｊの出力密度で処理が行われた。基板が１分光たり１
５回転の一定回転速度で回転する場合には、約０．３１
／分であって、それに伴って処理の終わりには約１５０
−〇層厚が得られた。

このようにして得られた層は、Ａｌ　：Ｓｎ：Ｃｕの重
量比が８０：２０：１（八ｌ　５ｎ２０Ｃｕｌの組成に
基づき）であって、酸化物含量は０．２重量パーセント
より少なかった。層は軸受頂部で約０．３趨の平均粒子
径を有し、軸受シェルの端部で約５趨の平均粒子径であ
った。硬度は軸受頂部（部分Ａ）で１１３Ｈν０．００
２であり、軸受シェルの端部（部分Ｂ）で４５ＨＶ０．
００２であった。１７０℃の温度で２５０時間空気にさ
らしたところこの硬度は約９２Ｉｎ０．００２まで減少
しただけである。負荷７ＯＮ／＋＋ｎ２、軸受裏面温度
Ｔ＝１６０℃で２５０時間かけて行った軸受試験機での
テストにより、層に測定可能な摩耗が生じないことが明
らかにされた。

例２ 例１の処理条件を変化させて、まず１％時間の間ＡＩ！
Ｓｉ合金（Ａｊ２＋０．１−２％Ｓｔ）からなるターゲ
ットだけが接続され、軸受シェルは１２０’Ｃの統一温
度まで冷却された。次にすすと銅の化合物からなる他の
２つのターゲットが接続され、軸受シェルの頂部で２０
℃になり、軸受シェルの端部で８０℃まで冷えるように
冷却の調整が行われた。

その他の点では例１の条件下でコーティングが行われた
。

このコーティングにより滑り層は軸受頂部（部分Ａ）で
１３０ＨＶ　Ｏ，０２の硬さが得られ、軸受シェルの両
端（部分Ｂ）では４５ＨＶ０．０２の硬さが得られた。

例３ 例１の処理条件を変化させて、カソードスパッタリング
装置の処理室内ではアルゴン内で１．２Ｐａの圧力が維
持され、これに５．０体積パーセントの酸素が添加され
た。例１に基づいて得られた層と異なりこの条件下で得
られた層は１．８９重量パーセントの酸素含量を有する
。これに相当する硬さは、軸受頂部（部分Ａ）　テ１６
０ＨＶ０．００２ｔ？あり、’／　工／Ｌ／の端部（第
１図の部分Ｂ）では３５ＨＶ０．００２であった。軸受
試験機で試験した場合のこの層の特性は、例１で得られ
た滑り層の特性と等しい。

例４ ＣｕＰｂ２３Ｓｎ４　（鉛と銅の化合物）からなり浸漬
法で設けられた２００趨厚さの基層を有し同じ工具鋼か
らなる軸受シェルに、酸素がない状態のプラズマガス内
で例１と同じ条件でコーティングが施された。水の量は
、時間及びコーティングすべき軸受シェル当たり０．０
３５ｎ？であった。滑り層を設けるために、次のような
ターゲット及び出力密度が用いられた。すなわちＡ１１
ｚ（ｈ？Ｍｔ度を変化させて（１〜５重量パーセント）
、かつ電気出力密度を変化させて（２０〜１２０ｋｗ／
　３２２ｃｄ）すすのターゲット　（１０，３ｋＷ／　
３２２ｃｊ）と、鉛のターゲット（１１ｋＷ／　３２２
ａｄ）及びＡｌＳｉの２つのターゲットが用いられた。

そこから大体＾Ｉ　５ｉ４５Ｓｎ１５ＰｂｌＯの組成の
滑り層が生じ、この滑り層の酸素含量はスパッタリング
工程の間ターゲットの電気出力密度及び酸化物含量を変
化させることによって調整された。酸化物濃度が５％Ａ
　ｌ　２０３である２つのターゲットを使用する場合に
は、たとえば出力密度が２０ｋＷ／　３２２−であれば
層内の酸素の最終濃度は０．７重量パーセントであって
、出力密度が８０ｋＷ／　３２２ｃ＋４であれば酸素濃
度は１．３重量パーセントである。この層は軸受シェル
の頂部において０．２　ｔｒｍの平均粒子径を有し、軸
受シェルの端部では５ＩＪｍの平均粒子径を有する。そ
れに伴って層の硬さは１６５ＨＶ０．００２（部分Ａ）
と５０ＨＶ０．００２（部分Ｂ）（７）範囲内である。

例５ 例１〜４の処理条件を変化させて、滑り層を形成する前
に軸受シェルに薄い拡散遮断Ｎ（第１図：位置３）が設
けられる。このために３０℃で１２時間の間Ａｊ！Ｓｔ
合金からなる２つのターゲ−／　トのみが接続された（
２０ｋＷ／　３２２ｃ＋Ｊ）。このようにして形成され
た拡散遮断層の厚さは、約２陶であった。次に他のター
ゲットが接続されて、例１〜例４と同じ条件下でコーテ
ィングが行われた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る複合材料からなる型部分の概略
を示す斜視図、 第２図は、本発明に係る複合材料からなる軸受シェルを
有する、高速回転の内燃機関のラジアル滑り軸受（クラ
ンクピン軸受）の断面図、第３図は滑り軸受の拡大部分
側面図である。 で・・支持層、　　　　　　３・・・スチール裏面、４
・・・滑り層、　　　　　　１１・・・コンロッド、１
で・・クランクビン、　１４　、１５・・・クランク腕
、１６・・・コンロッドヘッド、 １７・・・コンロッドボルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、堅固に結合されたマトリクスを形成する少なくとも
   １つの金属材料と、 固形の状態で実際にマトリクスに溶けない少なくとも１
   つの他の金属材料と からなる統計的に分布されている粒子の混合物によって
   形成され、カソードスパッタリングにより設けられた滑
   り層を有する複合材料において、（ａ）マトリクスに溶
   けない材料からなる粒子の直径が所定の箇所においてグ
   ラデーションを有し、 （ｂ）前記グラデーションは滑り層の表面に対して平行
   に延び、 （ｃ）滑り層のグラデーションが滑り層の硬さに相当す
   る、 ことを特徴とする複合材料。 ２、非溶性粒子の直径の統計的標準分布の平均値がグラ
   デーションの領域において０．２μｍ〜１０μｍの値を
   とることとを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   複合材料。 ３、マトリクスに溶けない材料が主成分としてすず、鉛
   、インジウム亜鉛のうち少なくとも１つの元素を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項に
   記載の複合材料。 ４、マトリクスを形成する材料が、主成分がアルミニウ
   ム、クロム、ニッケル、マグネシウム、銅のうち少なく
   とも１つの元素である合金を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載
   の複合材料。 ５、非溶性の材料からなる粒子の直径が、滑り層の最大
   硬さを有する箇所において＠ｘ＠≦０．８μｍ、好まし
   くは０．０５〜０．４μｍの平均値を持つ統計的標準分
   布を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第４項までのいずれか１項に記載の複合材料。 ６、滑り層の酸素含量が０．２重量パーセント以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項の
   いずれか１項に記載の複合材料。 ７、滑り層内の酸素含量が０．５〜２．０重量パーセン
   トであることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ６項までのいずれか１項に記載の複合材料。 ８、少なくとも１つの材料とマトリクスの材料に溶けな
   い少なくとも１つの他の材料の粒子が統計的に分布して
   いる混合物からなる少なくとも１つの滑り層を有する複
   合材料をカソードスパッタリング法によって製造する方
   法において、 カソードスパッタリング工程の間、コーティングすべき
   基板内及び形成される滑り層内で、基板の表面に対して
   平行に延びる温度グラデーションが維持されることを特
   徴とする複合材料を製造する方法。 ９、温度グラデーションが、カソードスパッタリング工
   程の間コーティングすべき基板の異なる箇所を異なる強
   さで冷却することによって形成され、滑り層の最小の粒
   子径と最大の硬さを持たせようとする箇所に最大の冷却
   出力がもたらされることを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項に記載の方法。 １０、コーティングすべき基板及び形成される滑り層の
   温度が−１０〜１９０℃に保たれることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項あるいは第９項に記載の方法。 １１、コーティングすべき基板及び形成される滑り層に
   最小の粒子径と最大の硬さを持たせようとする箇所の温
   度が−１０〜７０℃に保たれることを特徴とする特許請
   求の範囲第８項あるいは第１０項に記載の方法。 １２、滑り層の種々の成分が同時に設けられることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項から第１２項までのいず
   れか１項に記載の方法。 １３、滑り層の種々の成分が時間的にずれて滑り層へ導
   入されることを特徴とする特許請求の範囲第８項から第
   １１項までのいずれか１項に記載の方法。 １４、マトリクスを形成する成分が非溶性の成分より以
   前に設けられ、コーティング工程の間基板温度が統一的
   に低下されることを特徴とする特許請求の範囲第８項〜
   第１１項及び第１３項のいずれか１項に記載の方法。 １５、必要な酸素が、カソードスパッタリングの間にガ
   ス状基質の形でプラズマに添加されることを特徴とする
   特許請求の範囲第８項から第１４項までのいずれか１項
   に記載の方法。 １６、必要な酸素が、カソードスパッタリングで用いら
   れるターゲットへ酸化物として導入されることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項から第１４項までのいずれか
   １項に記載の方法。 １７、特に大きい動的荷重がかかる滑り軸受用に、滑り
   軸受シェルに複合材料を使用する方法において、 （ａ）滑り層が、軸受シェルの頂部で非溶性成分の最も
   小さい平均粒子径を有し、それに伴って最大の硬さを有
   すること、 （ｂ）滑り層が、シスターハーフシェルへ移行する継目
   部分で、非溶性成分の最大の平均粒子径と最小の硬さを
   有する ことを特徴とする複合材料の使用方法。 １８、滑り層が、軸受シェルの頂部で６０ＨＶ０．００
   ２以上の硬さを有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１７項に記載の方法。