(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受合金層上にオーバレイ層を形成した摺動部材において、
前記オーバレイ層は、Ｃｕを必須元素として含み、且つＳｎ及びＩｎのうちから選択された少なくとも１種以上を選択元素として含むＢｉ合金からなり、
当該Ｂｉ合金の前記Ｃｕの含有量が０．１〜１０質量％で、前記Ｓｎ及びＩｎのうちから選択された前記選択元素の含有量が総計で０．５〜１０質量％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記オーバレイ層にＳｂを０．１〜２０質量％含むことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記オーバレイ層を構成するＢｉ合金の融点が２２５℃以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記オーバレイ層は前記軸受合金層上に中間層を介して形成され、その中間層はＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｃｏ、Ｃｏ合金のうちのいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーバレイ層をＢｉ合金により形成した摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの内燃機関に使用される軸受としては、鋼裏金層上にＣｕ合金或はＡｌ合金からなる軸受合金層をライニングしたすべり軸受が多く用いられている。この軸受では、通常、相手軸とのなじみ性を向上させるために、軸受合金層の表面に、中間層を介して或は介さずに直接オーバレイ層を形成することが行われている。
【０００３】
このオーバレイ層としては、従来、軟質のＰｂ合金が用いられ、一部にはＳｎ合金も用いられている。また、中間層としては、Ｎｉ合金、Ａｇ合金などが多く用いられている。
【０００４】
しかしながら、Ｐｂは環境汚染物質であるため、できれば使用を避けることが好ましい。そのために、種々の研究が行われてきており、その一例として、Ｐｂに代えてＢｉを用いることが提案されている。ただ、Ｂｉは硬く、なじみ性に劣るため、この問題を解決するために、ＢｉにＳｎ、Ｉｎ、Ａｇから選択した１種以上の元素を添加したＢｉ合金をオーバレイ層に用いることが考えられている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−５０２９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
オーバレイ層にＳｎ、Ｉｎ、Ａｇなどを添加したＢｉ合金を用いると、オーバレイ層中のＳｎやＩｎが中間層のＮｉ合金やＣｏ合金の中、或は特に軸受合金層がＣｕ合金である場合、そのＣｕ合金の中に拡散する。そして、中間層或は軸受合金層へのＳｎやＩｎの拡散が飽和すると、オーバレイ層とその下層である中間層或は軸受合金層との間に、ＳｎやＩｎを多量に含んだ境界層ができ、その境界層の融点が非常に低くなるため、熱疲労を起こして剥離するという現象を生じ、耐疲労性に劣るものとなってしまう。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、オーバレイ層をＢｉ合金により形成した摺動部材において、オーバレイ層の耐疲労性を損なうことなく、Ｂｉの脆いという性質を改善して良好なるなじみ性を得ることができる摺動部材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オーバレイ層を、Ｃｕを必須元素として含み、且つＳｎ及びＩｎのうちから選択された少なくとも１種以上を選択元素として含むＢｉ合金から形成し、当該Ｂｉ合金のＣｕの含有量が０．１〜１０質量％で、前記Ｓｎ及びＩｎのうちから選択された１種以上の選択元素の含有量が総計で０．５〜１０質量％であることを特徴とする。本発明において、軸受合金はＣｕ合金、Ａｌ合金のいずれであっても良い。
【０００９】
Ｂｉ‐Ｃｕ合金にＳｎ及び／又はＩｎを添加すると、Ｂｉ‐Ｃｕ合金のマトリクスの融点が低下する。この融点の低下により、通常の摺動部材の使用温度でＢｉ‐Ｃｕ合金が軟化して良好なるなじみ性を得ることができる。オーバレイ層の融点としては、２２５℃以上とすることが好ましく、２５０℃以上とすることがより好ましい。
このようにＳｎ及びＩｎはオーバレイ層の低融点化をもたらし、なじみ性を向上させるが、０．１質量％未満では、軟質化効果が得られず、なじみ性の改善効果が少ない。また、１０質量％を越えると、オーバレイ層の融点が低くなりすぎ、非焼付性に悪影響を及ぼす。
【００１０】
ＣｕはＢｉと合金を形成し、結晶組織を緻密にする。この結晶組織の緻密化によってＢｉの硬く脆いという性質が改善され、オーバレイ層の耐疲労性が向上する。また、ＣｕはＳｎ及びＩｎとの親和性が高いため、Ｓｎ及びＩｎが中間層や軸受合金中に熱拡散することを防止する。このため、オーバレイ層の経時的変化が少なく、初期の優れた摺動特性を長期に渡り保持する。
Ｃｕは、０．１質量％未満では、Ｂｉの結晶組織を緻密化し、Ｓｎ及びＩｎの拡散を防止するという上記効果が得られず、１０質量％を超えると、Ｂｉマトリクスが硬くなりすぎる。
【００１１】
更に、前記オーバレイ層にＳｂを０．１〜２０質量％添加することにより、Ｓｎ及びＩｎによるオーバレイ層の低融点化が過剰になることを防ぎ、なじみ性を維持する。Ｓｂは０．１質量％未満では、その効果がなく、２０質量％を越えると、Ｂｉマトリクスが硬くなりすぎる。
【００１２】
オーバレイ層は、軸受合金に対する接着性を高めるために、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｏ、Ｃｏ合金のうちのいずれかからなる中間層を介して形成することが好ましい。Ｃｕ、ＡｇはＢｉ原子と結合して接着性を高める、高負荷での使用によるオーバレイ層の剥がれという問題を生じ難く、その結果、接着力が強く、オーバレイ層の耐疲労性を向上させる。中間層をＮｉ、Ｃｏ及びそれらの合金から形成してもＣｕ、Ａｇ及びそれらの合金から形成したものと同等の効果が得られた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示すように、鋼板からなる裏金層１上にＣｕ合金又はＡｌ合金からなる軸受合金層２を形成し、この軸受合金層２上にオーバレイ層３を形成して下記表１の本発明試料１，２，６，７及び比較例試料２，３を得た。また、同様に鋼板からなる裏金層１上にＣｕ合金又はＡｌ合金からなる軸受合金層２を形成し、この軸受合金層２上に中間層４を形成し、この中間層４上にオーバレイ層３を形成して下記表１の本発明試料３〜５及び比較例試料１，４を得た。オーバレイ層３の厚さは、３〜１５μｍが好ましい。
【００１４】
オーバレイ層３、中間層４はいずれもめっきによって形成したものであるが、オーバレイ層のＢｉ−Ｃｕ合金を形成する際のめっき条件は次の通りである。
めっき液組成
酸化ビスマス：１０〜７０ｇ／Ｌ
塩基性炭酸銅：０．５〜５ｇ／Ｌ
メタンスルホン酸：３０〜１５０ｍｌ／Ｌ
ＨＳ−２２０Ｓ（商品名；荏原ユージライト株式会社製）：２０〜６０ｍｌ／Ｌ
めっき液温度  ２５〜４０℃
電流密度  １〜６Ａ／ｄｍ２
【００１５】
Ｂｉ−Ｃｕ合金めっきの表面粗さを減少させるには、ＰＲ電解法によるめっき（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ；周期的逆電流めっき）が有用である。このＰＲ電解法とは、陰極電流を定期的に陽極電流に切り替える方法で、一般に陰極電流時間に対して１０〜２０％程度の陽極電流時間で切り替える。陽極電流時間が長いほどレベリング効果が高いが、めっき速度が遅くなる。
【００１６】
Ｂｉ−Ｃｕ合金にＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂを添加する場合は、合金めっきも可能であるが、本発明試料はＢｉ−Ｃｕめっきを行ってから、その上にＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂの各種めっきを行い、３元、４元めっきとした。Ｓｎは硫酸錫めっき液、Ｉｎはスルファミン酸インジウムめっき液、Ｓｂは硼弗酸アンチモンめっき液によって行った。
【００１７】
【表１】
0003693256.tif 000002
【００１８】
上記の各試料について次の表２に示す条件で焼付試験を行った。また、オーバレイ層のマトリクスの融点を示差温度曲線から求めた。これら、焼付試験の結果及び融点の測定結果を上記表１中に記載した。
【００１９】
【表２】
0003693256.tif 000003
【００２０】
表１を考察する。
Ｂｉオーバレイ層にＳｎを添加することの効果は、比較例試料１と２とを対比すると理解し易い。即ち、Ｂｉの融点は約２７０℃であるところ、Ｂｉオーバレイ層にＳｎを添加した比較例試料１ではオーバレイ層の融点は低下し、Ｃｕを添加した比較例試料２では逆にオーバレイ層の融点は高くなっている。そして、融点が低下した比較例試料１は、比較例試料２に比べ、焼付かない最大面圧が大きく、非焼付性に優れている。
【００２１】
その理由は、Ｓｎの添加により融点が低下すると、本焼付試験の給油温度１００℃でオーバレイ層が軟化するため、相手軸とのなじみ性が良好となり、その結果、非焼付性が向上する。しかしながら、Ｃｕ添加では、Ｂｉの融点がかえって高くなるため、本焼付試験の給油温度１００℃ではオーバレイ層の軟化は起きず、Ｃｕを添加したことによる強度向上効果が勝る結果、なじみ性が劣るものとなり、ひいては非焼付性が低下するからである。
強度向上により耐疲労性が向上することについて、Ｃｕ添加により強度向上した比較例試料２がＢｉにＳｎを添加した比較例試料１に比べて耐疲労性に優れていることは別の実験によって確かめられている。
以上のことから、Ｃｕはオーバレイ層の強度を高めて耐疲労性を向上させ、Ｓｎはオーバレイ層の融点を低下させてなじみ性、ひいては非焼付性を向上させることが理解される。
【００２２】
上記のような効果を有するＣｕを必須元素としてＢｉに添加し、更にＳｎ及びＩｎのうちから選択された少なくとも１種以上を添加した本発明試料１〜７は、ＢｉにＣｕだけ又はＳｎだけを添加した比較例試料１，２に比べ、非焼付性に優れる。
【００２３】
また、本発明試料１〜７は、ＢｉにＣｕとＳｎとＩｎを添加させた比較例試料３、ＢｉにＣｕとＳｎを添加した比較例試料４に比べ、非焼付性に優れている。
【００２４】
これは、比較例試料３ではＳｎ、Ｉｎの含有量が総計で１８質量％、比較例試料４ではＳｎの含有量が１５質量％と多く、このためにオーバレイ層の融点が低くなりすぎて、かえって非焼付性を低下させているからと考えられる。
これに対し、本発明試料１〜７では、Ｓｎ及びＩｎの添加量が１０質量％以下であり、このため、オーバレイ層の融点の低下程度が適度となって非焼付性の向上をもたらしている。
【００２５】
また、本発明試料５は、Ｃｕを５質量％、Ｉｎを２質量％及びＳｂを６質量％添加しており、そのオーバレイ層の融点は３００℃と比較的高温となり、その非焼付特性も良好である。これは、Ｓｂの添加により、Ｉｎ添加による過剰な低融点化を防止し、更になじみ性を維持できるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す断面図
【図２】  本発明の他の実施例を示す断面図
【符号の説明】
図中、１は鋼裏金層、２は軸受合金層、３はオーバレイ層、４は中間層である。
【図１】
0003693256.tif 000004
【図２】
0003693256.tif 000005