(57)【要約】【課題】摩擦を低減するとともに、その状態を長時間維持することが可能な摺動部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】鋼からなる基材１と、基材１の表面に形成される金属層２と、を備え、基材１の表層部には、直径が０．０１μｍ〜２．０ｍｍであり、Ｃｕを含む金属粒子１ａが５０．０個／ｃｍ２以上の個数密度で分散する分散層１ｂが存在し、分散層１ｂの厚さは、２０．０〜２０００μｍであり、金属粒子１ａは、純Ｃｕおよび／またはＣｕ合金であり、金属層２は、純ＣｕまたはＣｕ合金であり、かつ、厚さが５．０ｎｍ以上であり、純Ｃｕは、質量％で、９５％以上のＣｕを含み、Ｃｕ合金は、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上である、摺動部材１０。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼からなる基材と、該基材の表面に形成される金属層と、を備え、
前記基材の表層部には、直径が０．０１μｍ〜２．０ｍｍであり、Ｃｕを含む金属粒子が５０．０個／ｃｍ２以上の個数密度で分散する分散層が存在し、
前記分散層の厚さは、２０．０〜２０００μｍであり、
前記金属粒子は、純Ｃｕおよび／またはＣｕ合金であり、
前記金属層は、純ＣｕまたはＣｕ合金であり、かつ、厚さが５．０ｎｍ以上であり、
前記純Ｃｕは、質量％で、９５％以上のＣｕを含み、
前記Ｃｕ合金は、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上である、
摺動部材。
【請求項２】
前記Ｃｕ合金の化学組成が下記（ｉ）式を満足する、
請求項１に記載の摺動部材。
（Ｚｎ＋Ｓｎ）／（１００−Ｃｕ）≧０．５      ・・・（ｉ）
但し、上記式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない場合は０を代入する。
【請求項３】
前記金属層は、基材側から順に第１層および第２層を含み、
前記第１層の厚さが５．０〜１００ｎｍである、
請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記基材の肉厚中央部におけるＣｕ、ＺｎおよびＳｎの含有量が、いずれも質量％で、０．０１％以下である、
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の摺動部材を製造する方法であって、
鋼からなる基材の表面を４００〜１０００℃の温度範囲まで加熱する、加熱工程と、
加熱された前記表面に対して、Ｃｕを含む金属微粒子をピーニングする、ピーニング工程と、を備える、
摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記金属微粒子の平均粒径が３０〜５００μｍである、
請求項５に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項７】
前記金属微粒子は、鋼からなる微粒子の表面が、純ＣｕまたはＣｕ合金によって被覆されており、
前記Ｃｕ合金は、質量％で８０％以上のＣｕを含み、残部の５０％以上をＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種の合計が占める、
請求項５または請求項６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程において、高周波誘導加熱によって前記表面を加熱する、
請求項５から請求項７までのいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
自動車のクランクシャフト等で使用される摺動部材には、耐摩耗性に加えて、低燃費化の観点から優れた摺動特性が要求されており、特に部材表面における摩擦の低減が求められている。
【０００３】
通常の鉄鋼材料において、無潤滑油環境（ドライ環境）または潤滑油環境下で摺動させる場合に焼き付きが問題になる場合が多い。そのため、様々な手法で焼き付きを防ぐための対策が採られる。例えば、ドライ環境ではＤＬＣ成膜またはＰＴＦＥ系のフッ素樹脂によるコーティングによる対策が採られる。
【０００４】
また、特許文献１では、高速回転、高荷重下で使用されても、摺動部材自身および相手シャフト材の摩耗がともに少ない耐久性、信頼性に優れた摺動部材が開示されている。さらに、特許文献２では、耐焼付性と耐摩耗性に優れた摺動部品用めっき皮膜並びにそのめっき皮膜で被覆された摺動用部品が開示されている。
【０００５】
そして、特許文献３では、安価な固体潤滑膜を用いても固体潤滑膜と部材との密着力が低下せず、長時間にわたって低摩擦係数が得られ、しかも高い耐摩耗性が保持できる固体潤滑膜付き部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３２５６９７号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０６３４２６号
【特許文献３】特開２０００−１７８７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、鋼材部品または鋼材表面への焼き付き現象は、摺動時に発生する磨耗粉に由来する等の物理的要因の他、高温かつ高圧環境下で摺動界面にて発生する化学的要因（例えば、摺動相手材の移着または凝着など化学反応に起因すると思われる異種材の発生）に支配される。すなわち、物理的または化学的要因が複雑に入り組んだ結果、焼き付き現象が発生する。
【０００８】
上述のＤＬＣ成膜を鋼材部品表面へ施した場合、良好な表面性状は得られる。しかし、摺動時の高温高圧環境では、不測の熱衝撃および応力集中が懸念される。ＤＬＣ成膜は、かかる環境に十分抗すると言えないのが現状である。また、上述のフッ素樹脂コーティングは利便性が高く、低コストの表面処理方法であるものの、フッ素樹脂の内部に形成されるピンホールが原因と思われる早期腐食劣化の他、高温環境下では毒性のある危険ガスが発生し易い等の環境的懸念がある。このように、上述の方法では、鋼材表面の焼き付き現象を十分に抑制し、良好な摺動性能を維持するのには限界がある。
【０００９】
また、特許文献１および２では、基材の表面にめっきによる皮膜を形成しているため、皮膜の厚さが数μｍ以上と厚い。そのため、皮膜が摺動時に剥離するおそれがある。そのため、皮膜の持続性に問題がある。
【００１０】
特許文献３に記載の固体潤滑膜付き部材によれば、固体潤滑膜と部材との密着性が低下しないため、長時間にわたって低摩擦係数が得られ、しかも高い耐摩耗性が保持できるとされている。しかし、表面の固体潤滑膜が摩耗した場合、凹みに堆積している固体潤滑膜が掘り起こされ、染み出すとされているが、その際に露出した基材が相手材と接触する可能性があるため、摺動特性が維持できない可能性が考えられる。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決し、摩擦を低減するとともに、その状態を長時間維持することが可能な摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の摺動部材およびその製造方法を要旨とする。
【００１３】
（１）鋼からなる基材と、該基材の表面に形成される金属層と、を備え、
前記基材の表層部には、直径が０．０１μｍ〜２．０ｍｍであり、Ｃｕを含む金属粒子が５０．０個／ｃｍ２以上の個数密度で分散する分散層が存在し、
前記分散層の厚さは、２０．０〜２０００μｍであり、
前記金属粒子は、純Ｃｕおよび／またはＣｕ合金であり、
前記金属層は、純ＣｕまたはＣｕ合金であり、かつ、厚さが５．０ｎｍ以上であり、
前記純Ｃｕは、質量％で、９５％以上のＣｕを含み、
前記Ｃｕ合金は、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上である、
摺動部材。
【００１４】
（２）前記Ｃｕ合金の化学組成が下記（ｉ）式を満足する、
上記（１）に記載の摺動部材。
（Ｚｎ＋Ｓｎ）／（１００−Ｃｕ）≧０．５      ・・・（ｉ）
但し、上記式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない場合は０を代入する。
【００１５】
（３）前記金属層は、基材側から順に第１層および第２層を含み、
前記第１層の厚さが５．０〜１００ｎｍである、
上記（１）または（２）に記載の摺動部材。
【００１６】
（４）前記基材の肉厚中央部におけるＣｕ、ＺｎおよびＳｎの含有量が、いずれも質量％で、０．０１％以下である、
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の摺動部材。
【００１７】
（５）上記（１）から（４）までのいずれかに記載の摺動部材を製造する方法であって、
鋼からなる基材の表面を４００〜１０００℃の温度範囲まで加熱する、加熱工程と、
加熱された前記表面に対して、Ｃｕを含む金属微粒子をピーニングする、ピーニング工程と、を備える、
摺動部材の製造方法。
【００１８】
（６）前記金属微粒子の平均粒径が３０〜５００μｍである、
上記（５）に記載の摺動部材の製造方法。
【００１９】
（７）前記金属微粒子は、鋼からなる微粒子の表面が、純ＣｕまたはＣｕ合金によって被覆されており、
前記純Ｃｕは、質量％で、９５％以上のＣｕを含み、
前記Ｃｕ合金は、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上である、
上記（５）または（６）に記載の摺動部材の製造方法。
【００２０】
（８）前記加熱工程において、高周波誘導加熱によって前記表面を加熱する、
上記（５）から（７）までのいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、摺動特性に優れ、かつその状態が長時間持続する摺動部材を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る摺動部材の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る摺動部材の概略構成を示す図である。図１を参照して、本発明の一実施形態に係る摺動部材１０は、基材１および金属層２を備える。金属層２は基材１の表面に形成され、その厚さは５．０ｎｍ以上である。なお、図１に示す構成においては、金属層２は、基材１側から順に、第１層２ａおよび第２層２ｂを含んでいるが、第２層２ｂは形成されていなくてもよい。
【００２４】
金属層２は、純ＣｕまたはＣｕ合金である。本発明において、純Ｃｕとは純度が９５％以上のものを指すものとする。すなわち、純Ｃｕは、質量％で、９５％以上のＣｕを含む。また、上記Ｃｕ合金は、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上である。
【００２５】
さらに、上記Ｃｕ合金の化学組成は下記（ｉ）式を満足することが好ましい。すなわち、上記Ｃｕ合金は、Ｃｕ以外の残部の半分以上（５０％以上）をＺｎおよび／またはＳｎが占めることが好ましい。
（Ｚｎ＋Ｓｎ）／（１００−Ｃｕ）≧０．５      ・・・（ｉ）
但し、上記式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない場合は０を代入する。
【００２６】
なお、第１層２ａおよび第２層２ｂは、それぞれが、純ＣｕまたはＣｕ合金であるが、化学組成は同一であってもよいし、相違していてもよい。後述するが、両者は成因が異なっており、その境界は明瞭に観察することができる。
【００２７】
Ｃｕは軟質（モース硬度で３．０）な金属である。そのため、基材１の表面に軟質な金属層２が形成されていることによって、金属層２が潤滑皮膜としての役割を果たす。その結果、摺動相手となる部材（「相手部材」ともいう。）との摩擦が低減し、基材１の摺動特性を向上させることが可能となる。また、金属層２が純Ｃｕの場合だけでなく、上述した化学組成を有するＣｕ合金である場合には、摺動特性が向上することが分かった。
【００２８】
金属層２の厚さが５．０ｎｍ未満では摺動特性の向上効果が不十分となる。一方、上限については特に制限する必要はないが、その厚さが過剰であると却って摺動特性が劣化するおそれがある。そのため、金属層２の厚さは１０００μｍ以下とすることが好ましい。また、上述のように、金属層２が第１層２ａおよび第２層２ｂを含む場合においては、第１層２ａの厚さは５．０〜１００ｎｍであるのが好ましい。第１層２ａの厚さが５．０ｎｍ未満では摺動特性の向上効果が不十分となるおそれがあり、一方、１００ｎｍを超えると、摺動相手となる部材との接触抵抗が上昇し、摺動特性が劣化するおそれがあるためである。
【００２９】
上述のように、第２層２ｂは形成されなくてもよいが、形成される場合には、その厚さが過剰であると却って摺動特性が劣化するおそれがある。そのため、第２層２ｂの厚さは１０００μｍ以下とすることが好ましい。一方、下限は特に制限はないが、第２層２ｂによる摩擦の低減効果を得たい場合には、例えば、３．０μｍ以上とすることができる。
【００３０】
また、基材１の表層部には、Ｃｕを含む金属粒子１ａが分散する分散層１ｂが存在する。なお、本発明において、分散層１ｂとは、直径（円相当径）が０．０１μｍ〜２．０ｍｍである金属粒子１ａが５０．０個／ｃｍ２以上の個数密度で分散する層を指すものとする。なお、金属粒子１ａは、純Ｃｕおよび／またはＣｕ合金である。また、分散層１ｂの厚さは２０．０〜２０００μｍである。
【００３１】
金属粒子１ａは全てが同一成分である必要はない。例えば、全ての金属粒子が純ＣｕまたはＣｕ合金であってもよいし、純Ｃｕからなる金属粒子、およびＣｕ合金からなる金属粒子が別々に分散していてもよい。その場合は、純Ｃｕからなる金属粒子、およびＣｕ合金からなる金属粒子の合計個数密度が５０．０個／ｃｍ２以上で分散する層を分散層１ｂとする。
【００３２】
潤滑皮膜として機能する金属層２は、相手部材との摺動により消耗する。しかしながら、分散層１ｂからＣｕまたはさらにＺｎおよび／またはＳｎが基材の表面へと拡散することにより、金属層２のうちの第１層２ａ部分が再生され、長時間にわたって維持されるようになる。Ｃｕ、ＺｎおよびＳｎは常温環境下においても、速やかに基材１の表面に拡散する特性を有する。
【００３３】
分散層１ｂ中における金属粒子１ａの直径が０．０１μｍ未満では、第１層２ａの再生に寄与しにくい。一方、２．０ｍｍを超えると、個数密度を５０．０個／ｃｍ２以上とすることが困難となる。
【００３４】
また、分散層１ｂの厚さが２０．０μｍ未満では、供給できるＣｕの量が少なく、第１層２ａを長時間維持することが難しくなる。一方、厚さが２０００μｍを超えると、基材１の表層部における機械特性が劣化するおそれがある。そのため、分散層１ｂの厚さは２０．０〜２０００μｍとする。
【００３５】
基材１は鋼からなる。鋼としては、例えば、フェライト鋼、オーステナイト鋼、マルテンサイト鋼、または二相以上の組織を有する鋼等を用いることができる。また、組織中の析出物等の分散・固溶状態についても制限はない。
【００３６】
なお、Ｃｕ、ＺｎおよびＳｎは、表面に偏析しやすいだけでなく、結晶粒界にも偏析しやすい傾向がある。そのため、これらの元素が基材１中に多量に含有されると、基材１の結晶粒界に偏析し、脆性破壊および粒界腐食などが生じる原因となる。そのため、これらの元素が多量に含まれる領域は、基材１の表層部のみに限定することが好ましい。すなわち、基材１の肉厚中央部においては、Ｃｕ、ＺｎおよびＳｎの含有量は、いずれも質量％で、０．０１％以下であることが好ましい。本発明において、肉厚中央部とは、基材の板厚１／２部を意味する。
【００３７】
上記の構造を有する摺動部材１０を製造する方法について、特に制限はないが、例えば、以下に示す方法により製造することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態に係る摺動部材１０の製造方法は、鋼からなる基材１の表面を４００〜１０００℃の温度範囲まで加熱する、加熱工程と、加熱された基材１の表面に対して、Ｃｕを含む金属微粒子１１をピーニングする、ピーニング工程と、を備える。
【００３９】
図２は、本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法を説明するための概念図である。図２を参照して、高温に加熱した基材１の表面に対して、金属微粒子１１をピーニングすることにより、基材１の内部に純Ｃｕおよび／またはＣｕ合金からなる金属粒子１ａを物理的に分散させることができる。そして、その結果、基材１の表層部に分散層１ｂが形成され、基材１の表面に第１層２ａが形成される。また、ピーニング時間に応じて、第１層２ａの表面にはさらに第２層２ｂが形成される。すなわち、第１層２ａは分散層１ｂからのＣｕ等の拡散により形成され、第２層２ｂはピーニング粒子からのＣｕ等の直接の転着により形成される。
【００４０】
基材１の表面温度が４００℃未満では、基材１が十分に軟化せず、ピーニングによる表層部の変形および折り畳み効果が不十分となり、上述の規定を満足する分散層１ｂを形成することが難しくなる。一方、表面温度が１０００℃を超えると、金属微粒子１１が表面に衝突するのと同時に溶融して表面を覆い、ピーニング効果が得られず、上記と同様に、上述の規定を満足する分散層１ｂを形成することが難しくなる。また、表面温度が高すぎる場合、形成された分散層１ｂからＣｕが直ちに表面偏析してしまい、分散層１ｂが消滅してしまうおそれがある。
【００４１】
基材１の表面の加熱方法については特に制限はなく、例えば、高周波誘導加熱を採用することができる。
【００４２】
また、金属微粒子１１の大きさについて、特に制限は設けないが、Ｃｕの内部への拡散効果を十分に発揮するためには、平均粒径が３０〜５００μｍであることが好ましい。
【００４３】
Ｃｕは軟質であることから、純Ｃｕ等をピーニングしても、基材の内部まで拡散させることは困難である。そのため、例えば、鋼からなる微粒子の表面が純ＣｕまたはＣｕ合金によって被覆されている粒子を、ピーニング用の金属微粒子１１として用いることが好ましい。この場合においても、上記Ｃｕ合金としては、Ｃｕと、ＺｎおよびＳｎから選択される１種または２種とを含み、質量％で、Ｃｕ含有量が８０％以上であり、かつＣｕ、ＺｎおよびＳｎの合計含有量が９０％以上であるものを用いることが好ましい。
【００４４】
例えば、鋼球と純ＣｕまたはＣｕ合金の粒子をボールミル内で混合させることによって、鋼球の表面を純ＣｕまたはＣｕ合金によって被覆することができる。また、表面に純Ｃｕが被覆した鋼球、および表面にＣｕ合金が被覆した鋼球を別々に用意したうえで、混合して使用してもよい。さらに、鋼球の表面への純ＣｕまたはＣｕ合金の被覆は、電解もしくは無電解の粉末めっき、または各種蒸着によって行ってもよい。
【００４５】
ピーニング時間についても特に制限はないが、１０〜３００秒とすることが好ましい。ピーニング時間が１０秒未満では、分散層の形成が不十分となるおそれがある。一方、ピーニング時間が３００秒を超えると、金属層２の第２層２ｂの厚さが過剰になるだけでなく、第２層２ｂの表面の酸化が進み、潤滑性が低下するおそれがある。
【００４６】
また、同様に、第２層２ｂの酸化を防止する観点から、ピーニング工程は窒素雰囲気等の不活性ガス中で行うことが好ましく、金属微粒子１１も不活性ガスによって吹き付けることが好ましい。これにより、金属微粒子１１自体の酸化も防止することが可能となる。
【００４７】
なお、基材１の鋳込み段階でＣｕを添加したとしても、二層に分離し、基材１中にＣｕを含む金属粒子１ａを分散させることは容易ではない。上述の方法によって摺動部材１０を製造することで、基材１の表層部のみに金属粒子１ａを分散させることができるため、基材の機械特性を劣化させることなく、部材の摺動特性を向上させることが可能となる。
【００４８】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４９】
試験材には４品種のＪＩＳ規格相当品を用いた。すなわち、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１（２００９）に規定されている機械構造用炭素鋼のＳ４５Ｃ鋼（０．４２Ｃ−０．２０Ｓｉ−０．７０Ｍｎ−０．０１Ｓ−０．１０Ｃｒ）、ＪＩＳ  Ｇ  ５１１１（１９９１）に規定されている構造用高張力炭素鋼のＳＣＭｎ３鋼（０．３８Ｃ−０．５３Ｓｉ−１．５０Ｍｎ−０．０１Ｐ−０．０１Ｓ）、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５３（２０１６）に規定されている機械構造用炭素鋼のＳＣＭ４３５鋼（０．３５Ｃ−０．２０Ｓｉ−０．７５Ｍｎ−０．１０Ｎｉ−１．００Ｃｒ−０．２０Ｍｏ）、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４（２００６）に規定されている合金工具鋼鋼材のＳＫＤ１１鋼（１．５０Ｃ−０．２０Ｓｉ−０．４０Ｍｎ−０．０１Ｐ−０．０１Ｓ−１２．０Ｃｒ−１．００Ｍｏ−０．３０Ｖ）である。
【００５０】
Ｓ４５Ｃ鋼については、焼入れ材（８７０℃から水冷）および焼鈍し材（８１０℃から炉冷）の２種類を、ＳＣＭｎ３鋼については、焼入れ焼戻し材（１０００℃から油焼入れ後、４００℃で焼戻し）を用いた。また、ＳＣＭ４３５鋼は焼入れ焼戻し材（９００℃から油焼入れ後、６００℃で焼戻し）を、ＳＫＤ１１鋼は焼入れ焼戻し材（焼入れ：１０３０℃から空冷、低温焼戻し：１８０℃から空冷）を用いた。試験材は、機械加工によりディスク形状（直径１５ｍｍ×厚さ４ｍｍ）とした後、後述する被膜処理面については、さらに鏡面に仕上げた。
【００５１】
続いて、高周波電源、加熱用高周波誘導加熱（以下、「ＩＨ」という。）コイルおよび出力制御盤を微粒子ピーニング（以下、「ＦＰＰ」という。）装置と組み合わせた装置を用いて、試験材に対して被膜処理を行った。すなわち、本実施例で用いる装置は、金属微粒子投射用ノズル（内径６ｍｍ）を有するＦＰＰ装置の内部に、円筒状のＩＨコイル（内径４０ｍｍ、巻き数４、幅３５ｍｍ）を備えている。
【００５２】
耐火レンガの上に設置した試験材をＩＨコイルの内側に設置することで、非接触により試験材を加熱した。そして、試験材の表面を表１に示す温度まで１秒以内で加熱し、その温度で保持しながら、当該表面に対してＦＰＰ処理を施した。そして、金属微粒子の噴射を止め、ノズル先端から供給される圧縮気体で急冷した。なお、この処理は窒素雰囲気制御下で実施した。
【００５３】
粒子投射の供給量は２．０ｇ／秒、噴射圧力は０．５４ＭＰａ、噴射間距離は１００ｍｍとし、表１に示す時間噴射した。噴射に供した金属微粒子には、鋼球にＳｎを被覆したものを用いた。具体的には、平均粒径が１００μｍの鋼球（１．００Ｃ−０．５０Ｓｉ−０．６Ｍｎ、Ｈｖ８００）と、純Ｃｕ粒子（直径１００μｍ、純度９９．９９％）、Ｃｕ−Ｚｎ合金粒子（中心径１００μｍ、Ｃｕ８０％、Ｚｎ２０％）、Ｃｕ−Ｓｎ合金粒子（中心径１００μｍ、Ｃｕ８０％、Ｓｎ２０％）、またはＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粒子（中心径１００μｍ、Ｃｕ８０％、Ｚｎ１０％、Ｓｎ１０％）のいずれかとをボールミル内で３００ｒｐｍにて２時間混合することによって、鋼球に純ＣｕまたはＣｕ合金を約１０μｍの厚みで被覆した。
【００５４】
なお、試験Ｎｏ．１４の試験材については、ＦＰＰ処理は行わなかった。また、試験Ｎｏ．１５の試験材については、ＦＰＰ処理の代わりにＣｕめっきを施した。
【００５５】
試験Ｎｏ．１〜１３の各試験材について、まず表面構造の解析を行った。具体的には、断面観察用の小型試験片を切り出し、断面を鏡面研磨した後、膜厚は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、組成はＳＥＭに付随しているエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）で元素分析した。
【００５６】
また、基材の表層部に存在する分散層の厚さは、事前に軟質な金属層を研磨で除去した上、表面からバフ研磨で少しずつ削り込んでは表面に存在する直径が０．０１μｍ〜２．０ｍｍの金属粒子の個数を数えることを繰り返し、削り込み深さと個数密度との関係を求めることによって決定した。なお、分散層の厚さは、表面から、金属粒子の個数密度が５０．０個／ｃｍ２を下回る深さまでの距離とした。すなわち、分散層には、表面に平行な面で切断した場合、０．０１μｍ〜２．０ｍｍの金属粒子が５０．０個／ｃｍ２以上存在する。
【００５７】
なお、金属粒子および第２層の化学組成は、ピーニングに用いた微粒子とほぼ同じとなった。一方、微粒子にＣｕ合金を用いた場合においては、第１層の化学組成は、微粒子の化学組成よりＺｎおよび／またはＳｎの濃度が低くなり、相対的にＣｕ濃度が高くなる結果となった。これは、分散層からのＣｕ、ＺｎおよびＳｎの拡散速度の違いによるものと考えられる。
【００５８】
続いて、ボールオンディスク方式の摩擦試験（ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）により、摩擦特性の評価を行った。ボールは市販の直径６ｍｍのＳＵＪ２球を用い、荷重１０Ｎ、摩擦速度１０ｍｍ／秒、摩擦時間６０分、潤滑剤なしの条件で摩擦試験を実施した。摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。そして、「初期摩擦係数」として摩擦開始から１分間の平均摩擦係数を計測するとともに、低摩擦の持続性として摩擦係数が０．３を超えるまでの摩擦時間を評価した。本発明においては、初期摩擦が０．２０以下でかつ低摩擦の持続性が１５分以上であった場合に、摺動特性に優れると判断した。
【００５９】
それらの結果を表１にまとめて示す。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
表１の結果を参照して、本発明の規定を満足する試験Ｎｏ．１〜１１では、初期摩擦が０．２０以下でかつ低摩擦の持続性が１５分以上となり、摺動特性が優れる結果となった。これに対して、ＦＰＰ処理時の表面温度が低すぎる試験Ｎｏ．１２では、基材中に分散層が形成されず、低摩擦の持続性が劣る結果となった。また、表面温度が高すぎる試験Ｎｏ．１３では、金属層が酸化され酸化物となったため、摩擦特性が劣る結果となった。さらに、ＦＰＰ処理を実施しなかった試験Ｎｏ．１４では、初期摩耗係数が劣る結果となった。そして、表面にＣｕめっきを施した試験Ｎｏ．１５では、基材中に分散層が存在しないため、低摩擦の持続性が劣る結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明によれば、摺動特性に優れ、かつその状態が長時間持続する摺動部材を得ることが可能である。したがって、本発明に係る摺動部材は、自動車、船舶等の輸送機械、一般産業機械等に使用される摺動部材として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１．基材
１ａ．金属粒子
１ｂ．分散層
２．金属層
２ａ．第１層
２ｂ．第２層
１０．摺動部材
１１．金属微粒子
【図１】
2020056077.tif 000004
【図２】
2020056077.tif 000005