(57)【要約】  本発明は、合金に関し、特に軸受被膜用合金であって、マトリクス（２）を構成する元素と、少なくとも1つの軟質相（３）および／または硬質相（５）を構成する元素とから成り、軟質相元素および／または硬質相元素がマトリクス元素と固溶体または化合物を形成する。軟質相（３）および／または硬質相（５）がマトリクス（２）中に分散しており、上記の固溶体または化合物がマトリクス（２）と軟質相（３）および／または硬質相（５）との境界領域（４）においてのみ形成される。
2007507605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス（２）と、少なくとも１つの軟質相（３）及び/または硬質相（５）とを構成する各元素からなり、軟質相元素（３）及び/または硬質相元素（５）がマトリクス元素と共に固溶体または化合物を構成する、特に軸受被膜のための合金であって、軟質相（３）及び/または硬質相（５）がマトリクス（２）中に分散しており、軟質相（３）及び/または硬質相（５）とマトリクス（２）との相境界（４）の領域においてのみ固溶体または化合物が形成されることを特徴とする合金。
【請求項２】
分散する軟質相（３）及び/または硬質相（５）の平均粒度が１μm〜１００μm、好ましくは５μm〜２０μmであることを特徴とする請求項１に記載の合金。
【請求項３】
固溶体または化合物が形成される相境界（４）の領域が０．１μm〜３μm、好ましくは０．５μm〜２．５μmの厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の合金。
【請求項４】
マトリクス元素がアルミニウム、クロム、銅、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ケイ素、錫、チタン、タングステン及び亜鉛を含む元素群から形成され、軟質相元素とは異なることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項５】
マトリクス元素の割合が少なくとも５５wt％、特に少なくとも６５wt％であることを特徴とする請求項４に記載の合金。
【請求項６】
軟質相（３）が銀、アルミニウム、金、ビスマス、炭素（黒鉛）、カルシウム、銅、インジウム、マグネシウム、鉛、パラジウム、プラチナ、スカンジウム、錫、イットリウム、亜鉛及びランタノイド系元素を含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成され、軟質相元素がマトリクス元素とは異なることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項７】
軟質相（３）がＭｏＳ2、ＰＴＦＥ、シリコーン、硫酸バリウムを含む群、及びこれらの混合物から形成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項８】
軟質相の割合が１０wt％〜４５wt％、特に１５wt％〜３５wt％であることを特徴とする請求項６または７に記載の合金。
【請求項９】
硬質相（５）がホウ素、炭素（ダイヤモンド）、コバルト、ハフニウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスミウム、レニウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、タンタル、タングステン、及びジルコニウムを含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成され、硬質相元素がマトリクス元素とは異なることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項１０】
硬質相（５）がＺｎＳ2、ＢＮ、ＷＳ2、例えばＳｉＣ、ＷＣ、Ｂ4Ｃのような炭化物、例えばＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3のような酸化物、及びこれらの混合物から形成されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項１１】
硬質相の割合が３wt％〜２５wt％、特に、５wt％〜２０wt％であることを特徴とする請求項９または１０に記載の合金。
【請求項１２】
合金から成る軸受被膜、特にすべり軸受レース被膜であって、合金が請求項１から１１までのいずれか１項に記載のように形成されていることを特徴とする軸受被膜。
【請求項１３】
特にすべり軸受またはレースのための、例えば、鋼製支持層のような、少なくとも１つの第１境界層（８）及びこれと対向する第２境界層（９）から成る複合材であって、第１境界層（８）が請求項１２に記載の軸受被膜によって形成されていることを特徴とする複合材。
【請求項１４】
第１境界層（８）と第２境界層(９)の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の複合材。
【請求項１５】
特にすべり軸受またはレースのための少なくとも１つの第１境界層（８）及びこれと対向する第２境界層（９）から成る複合材の製法であって、第１境界層（８）として、低温ガス吹付け法によって請求項１から１０までのいずれか１項に記載の合金を製造することを特徴とする方法。
【請求項１６】
第２境界層を例えば鋼から成る支持層によって形成し、これに第１境界層（８）を吹付けることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１境界層（８）と第２境界層(９)の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成し、これを第２境界層（９）に吹付けることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
プロセス・ガスとして、ヘリウム、アルゴン、窒素、及びこれらの混合物を含む群から選択されたガスを使用することを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６０％〜９５％の範囲から選択することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６５％〜９０％、好ましくは７０％〜８５％の範囲から選択することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の９５％〜１３０％の範囲から選択することを特徴とする請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
使用されるそれぞれの合金元素またはそれぞれの相に固有の低温ガス吹付けシステムを使用することを特徴とする請求項１５から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
吹付け用原料粒子が３μm〜７０μm、好ましくは５μm〜５５μmの範囲の粒度を有することを特徴とする請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
すべり軸受の被膜の製造を目的とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の合金の利用。
【請求項２５】
レース被膜の製造を目的とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の合金の利用。
【請求項２６】
直接被覆された、摺動に耐える部品、例えば、ブシュの製造を目的とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の合金の利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は合金、特に、マトリクスと、少なくとも１つの軟質相及び/または硬質相とを構成する各元素からなり、軟質相元素及び/または硬質相元素がマトリクス元素と共に固溶体または化合物を構成する軸受被膜のための合金、軸受被膜、特に前記合金から成るすべり軸受レース被膜、少なくとも第１の境界層及びこれと対向する第２の境界層から成る、例えば、特にすべり軸受または軸受レースのための鋼製支持層のような化合物、前記化合物の製法、すべり軸受または軸受レースの被膜、または直接被覆された耐摺動材の製造を目的とする前記合金の利用に係わる。
【背景技術】
【０００２】
特に自動車産業においても見られる技術的な進歩によって、多様な観点から、例えば、すべり軸受、軸受レース、摺動ブシュのような摺動部材に対する需要が高まっている。摺動部材もしくはその摺動面被膜は、製造の過程で生ずる対向摺動部材の誤差、及び使用に伴う摩耗に適切に順応できるように充分軟質であることが要求される一方、高い回転数及び振動もしくは高い機械的負荷に対して優れた耐久性及び負荷能力を発揮するに充分な高い硬さと堅牢性を備えていることが要求される。従って、このような摺動被膜及びすべり軸受の達成可能な特性は常に妥協的な解決の所産である。優れたならし性能及び優れた非常時作動特性に重点を置けば、シャフトもしくは軸受に作用する力はすべて軟質の摺動被膜を介して伝達されるから、多くの場合、摺動被膜自体は機械的に殆ど耐えることができず、摺動被膜自体が短時間で摩耗することになる。さりとて、このような摩耗に耐える部材を組み込むと、被膜の順応力が犠牲になる。
【０００３】
例えば、国際公開第９７/２２７２５Ａ号公報及びドイツ特許出願公開第３９０６４０２Ｃ２号明細書に開示されているような従来のメタリコン法で形成された被膜においては、材料のマトリクスを形成する元素に、軟質相を形成する元素、例えば、鉛、錫、亜鉛またはビスマスを加えて合金化することにより、被膜が種々の形で起こる摩耗に対して順応性と埋封性を発揮するように上記互いに矛盾する特性プロフィールを組合わせることを意図している。堅牢性と負荷能力を高めるため、例えば、金属間化合物または混晶のような硬質相を形成する元素から合金を構成する。それぞれの元素の含有率に応じて、優れた埋封性及び優れた非常時作動特性に重点が置かれるか、または優れた負荷能力に重点が置かれることになる。
【０００４】
例えば、鉛のような軟質相形成元素を介して高い耐摩耗性を有する、例えば、銅系材料から成る摺動元素も公知である。この場合、銅と鉛は混合しないか、もしくは混合し難く、ミシビリティギャップを形成して、鉛析出物として銅マトリクス中に分散して存在し、この材料の優れた耐摩耗性の要因となる。
【０００５】
摺動面のための溶射被膜はドイツ特許出願公開第１９８０９７２１Ａ１明細書から公知であり、耐摩耗性を高めるためのこの被膜は金属底層よりも高い硬さを有する。被膜材として、特に、Ｎｉ-、Ｃｏ-、Ｆｅ-系のマスター・アロイ、サーメットまたは超硬合金が挙げられている。
【０００６】
欧州特許出願公開第０９１１４２５号明細書は基層を被覆するための低温（冷間）ガス吹付け法を開示している。プロセス・ガスとして、特に、窒素、アルゴン、ネオン、キセノンまたは炭酸ガスを挙げている。いずれの場合にも、好適な温度、圧力、粒子速度を選択することによって被膜の品質が高められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は優れたならし性能と共に高い耐摩耗性をも有する摺動部材のための合金および摺動被膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は軟質相及び/または硬質相がマトリクス中に分散して存在し、マトリクスと軟質相及び/または硬質相の相公開領域においてのみ、固溶体または化合物が生成される頭書の合金、この合金から形成される摺動被膜、本発明の摺動被膜によって形成される第１境界層を含む複合材料、及び低温吹付け法により、第１境界層として、本発明の合金を製造する方法によって、それぞれ独自に達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の利点として、公知のメタリコン法や他の溶射法では実現できない摺動部材のための合金もしくは摺動被膜を提供できる。原料粉末の粒子を融解しないから、従来の製法もしくは溶融法の枠内では、所要の特性、例えば、高い耐摩耗性または高い負荷能力及び優れたならし特性を示すことがない組合せで合金元素を含む摺動被膜を提供することができる。従来の製法もしくは溶融法がこれを実現できないのは、これらの元素が、例えば、軟質相としてではなく混晶または化合物の形態で存在するからである。選択された組成で、対応の相図または状態図に従ってメタリコン法加工されて混晶または金属間化合物の形態で安定した相または混合相を形成する、即ち、非偏析性の合金もしくは合金元素組合せを、本発明は準偏析性合金系として製造することができる。本発明の合金は固溶体または化合物が相境界域のみに形成されるから、軟質相も硬質相も実質的には分散状態で存在するという長所を示す。従って、鋳造または焼結などの処理でマトリクスと共に混晶として存在することになり、その結果、急速に硬さを増し、軟質相として利用できなくなる筈の元素をも軟質相として、従って、軸受の非常時作動特性の確保に寄与させることができる。また、特に有益な成果として、本来の組成に含まれる硬質粒子もしくは硬質相を材料中に分散した状態で存在させることによって、被膜の耐摩耗性を高め、在来方法で製造される軸受のように、例えば、金属間化合物相の形成を介してマトリクスまたはその他の元素と反応するのを防ぐことができる。さらに他の利点として、作動中特に負荷が作用する摺動被膜の領域に局所的な温度上昇が起こって被膜が熱処理されるような状態となり、その結果、この領域に緩慢な相変化が現れ、合金が熱力学的平衡に近づく。この領域において、材料の硬化が起こる。従って、この高負荷領域では摺動被膜が硬化して耐久性を増すのに対して、熱的にこれほどの負荷を受けない領域では被膜が依然として軟質のままであり、従って、耐摩耗性という条件を満たすに充分な埋封性を維持する。摺動被膜はそれぞれの負荷状態に確実に順応する。総合的な結果として、非常時作動特性だけでなく負荷能力及び耐摩耗性をも改善することができる。さらにまた、低温ガス吹付け法による合金形成の利点として、マトリクス材料に作用する温度負荷は極めて軽微であるから、本発明の合金及び摺動被膜は、マトリクス材料の、例えば、機械特性を変化させることなく吹付けすることができる。また、他の溶射方法と比較して、より高品質、高密度の被膜を形成することができるから、個々の用途に応じて最適の被膜密度を選択することができる。温度が低いから、酸化物含有率が極めて低い被膜が得られ、被膜の種々の特性に望ましい影響を与える。さらにまた、扱い易く且つ被膜効果の高い合金もしくは被膜を簡単に且つ低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
分布する軟質相及び/または硬質相の平均粒度が１μm〜１００μm、好ましくは５μm〜２０μmである構成では、個々の用途に最適な分布相平均粒度が必ず存在するから、作用効果を確保するに充分な最小粒度と共に、機械的強度を損なわない最大粒度も存在することになる。
【００１１】
従って、固溶体または化合物が形成される相境界領域が０．１μm〜３μm、好ましくは０．５μm〜２．５μmの平均厚さを有するように設定すれば、合金中にマトリクスと共に固溶体または化合物を形成しなかった充分大きい粒子が存在することで軟質相では優れた非常時作動特性が確保される一方、硬質相では高い耐摩耗性が維持されることになる。
【００１２】
マトリクス元素がアルミニウム、クロム、銅、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ケイ素、錫、チタン、タングステン及び亜鉛を含む元素群から形成され、軟質相元素とは異なるように構成すれば、耐温度性や基本的な強度のような合金特性を個々の使用目的や用途に順応させることができ、加えて、或る程度の範囲内で軸受の価格形成に反映させることができるという利点がある。
【００１３】
マトリクス元素の割合が少なくとも５５wt％、特に少なくとも６５wt％となるように構成すれば、摺動被膜に高い機械的安定性を付与し、軟質相及び/または硬質相をマトリクス中に最適条件で埋封できるという利点がある。
【００１４】
軟質相が銀、アルミニウム、金、ビスマス、炭素（黒鉛）、カルシウム、銅、インジウム、マグネシウム、鉛、パラジウム、プラチナ、スカンジウム、錫、イットリウム、亜鉛及びランタノイド系元素を含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成され、軟質相元素がマトリクス元素とは異なるように構成することができる。このように構成することにより、合金もしくは摺動被膜の耐摩耗性を、種々の軟質相の種々の特性、特に硬さによって用途に最適条件に順応させることができ、さらに、耐温度性、特にマトリクス元素との関連における拡散係数及び拡散勾配に関して、使用目的に応じた最適の選択を行うことができる。
【００１５】
軟質相がＭｏＳ2、ＰＴＦＥ、シリコーン、硫酸バリウムを含む群、及びこれらの混合物から形成される実施形態においては、例えば、グリースまたはオイルを全く、または殆ど併用せずに軸受部材を使用できる。
【００１６】
軟質相の割合を１０wt％〜４５wt％、特に１５wt％〜３５wt％とした構成では、軸受の埋封性及び非常時作動特性を個々の用途にそれぞれ調整できるという利点が得られる。
【００１７】
硬質相をホウ素、炭素（ダイヤモンド）、コバルト、ハフニウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスミウム、レニウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、タンタル、タングステン、及びジルコニウムを含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成し、硬質相元素としてマトリクス元素とは異なる元素を選択することが好ましい。なぜなら、このように構成することによって、強度、耐摩耗性及び耐温度性に関する合金の特性を広い範囲で個々の用途に順応させることができる。
【００１８】
硬質相をＺｎＳ2、ＢＮ、ＷＳ2、例えばＳｉＣ、ＷＣ、Ｂ4Ｃのような炭化物、例えばＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3のような酸化物、及びこれらの混合物から形成する実施形態では、極めて高い粒子硬さ、従って極めて高い耐摩耗性を達成できるという利点がある。
【００１９】
硬質相の割合が３wt％〜２５wt％、特に、５wt％〜２０wt％である構成では、耐摩耗性を最適化することができる。
【００２０】
第１境界層（８）と第２境界層(９)の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成するように複合材を構成することにより、第２境界層として種々の基層を使用し、摺動被膜にこれとは異なるマトリクス元素を使用する場合でも、両層の間に最適な接着もしくは拡散抑止手段を形成することができるという利点が得られる。
【００２１】
第２境界層を、例えば、鋼製支持層によって形成し、これに第１境界層を吹付ける方法の実施形態により、軸受に作用する機械的力を支持層によって吸収もしくは逸らすことができるから、例えば、軸受の強度を一段と高めるか、もしくは耐用寿命を延ばすことができる。
【００２２】
第１境界層と第２境界層の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成し、これを第２境界層に吹付けることが好ましい。このようにすれば、一貫したプロセスにおいて、もしくは同じ設備構造を利用して、支持層を操作することなく、先ず拡散抑止層または付着層を吹付け、次いでこれに本発明の合金を吹付ければよいからである。
【００２３】
プロセスガスとして、ヘリウム、アルゴン、窒素、及びこれらの混合物を含む群から選択されたガスを使用することにより、高い吹付け速度及び原料粉末の酸化軽減を達成することができる。
【００２４】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６０％〜９５％の範囲から選択することにより、高度の接着効果もしくは結合に関する高い被膜品質を達成できるという利点が得られる。
【００２５】
ガス温度を融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６５％〜９０％、好ましくは７０％〜８５％の範囲から選択する実施態様では、粉末の酸化を軽減して酸化物含有率の低い被膜を達成することができる。
【００２６】
さらに他の実施形態では、ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の９５％〜１３０％の範囲から選択することができる。このように選択すれば、粒子速度の上昇とこれによって改善される粒子結合の改善によって被膜品質がさらに高められ、ガス噴流の滞留時間が極めて短いから、粒子の完全溶融が防止されるからである。
【００２７】
使用されるそれぞれの合金元素またはそれぞれの相に固有の低温ガス吹付けシステムを使用することにより、それぞれの元素の吹付けパラメータが最善の態様で最適化して最適の被膜品質を達成することができる。
【００２８】
吹付け用の原料粉末の粒度を３μm〜７０μm、好ましくは５μm〜５５μmとすることにより、摺動被膜の機械特性を広い範囲で必要に順応させることができる。
【００２９】
本発明は滑り軸受または軸受レースまたは直接被覆された耐摺動部品の摺動被膜の形成を目的とする合金の利用をも含む。
【００３０】
理解を深めるため、添付の図面を参照して本発明の詳細を以下に説明する。
【００３１】
いずれの図も簡略化して示している。
【００３２】
以下に説明する幾つかの実施態様において、同様の部分には同様の符号もしくは同様の部分符号を付してあり、明細書全体に含まれるそれぞれの開示内容も同様の符号もしくは同様の部分符号を付した部分に転用することができる。明細書中に特定されている位置、例えば、上下左右などは直接的な記述及び該当の図面の通りであり、位置変更の場合には新しい位置へ移行させればよい。また、図示、説明する種々の実施形態からの個別の特徴または特徴の組合せはそれ自体が独立した発明に値するまたは発明による解決を意味する。
【００３３】
図１は本発明の合金から成る摺動被膜の簡略化した組織図１である。
【００３４】
マトリクス合金元素もしくはマトリクス２から成る粒子と軟質相３の粒子が図示されている。低温ガス吹付け法によって形成された摺動被膜もしくは合金は合金元素から成り、その合金元素の組合せは熱力学的平衡状態において非偏析合金系を形成する。
【００３５】
既に明らかなように、図１において、個々の粒子のサイズもしは粒子間のサイズ比は縮尺を無視して概略的に図示しているだけである。
【００３６】
例えば、銅によって形成されるマトリクス２もしくはマトリクス元素と、錫によって形成され、摺動被膜に優れた耐摩耗性を付与する軟質相３もしくは軟質相元素とで銅-錫摺動被膜を形成することができる。
【００３７】
７５wt％の銅及び２５wt％の錫という組成を仮定する対応の相図に照らして（但し、摺動被膜の特性改善に寄与する可能性がある補足の合金元素は簡略化のためここでは考察しない）、この濃度では元素銅が元素錫と共に金属間化合物相を形成するか、もしくは錫がα‐銅相中に溶解して混晶を形成する。
【００３８】
従って、合金もしくは図1に略示する組織は銅-マトリクス２と錫-軟質相３とからではなく、銅を主成分とするα混晶とＣｕ‐Ｓｎ金属間化合物相とから成る。この材料は軟質相が欠けているから摺動被膜としての使用には向かない。
【００３９】
本発明の合金は低温ガス吹付け法で形成されるから、この非偏析合金系においても摺動被膜として好ましい錫軟質相３を形成することができる。従って、これらの元素がＣｕ、Ｓｎの組み合わせでも所要の耐摩耗性を達成することができ、これらの元素が合金の状態において摺動被膜のために発揮するすべての利点、摺動被膜としてのすべての長所、例えば、高い有用性、妥当な原料コスト、簡単な加工、優れた機械特性を活用することができる。
【００４０】
尚、ここに述べる銅-錫合金系はその他の多様な非偏析合金系の1例として挙げただけであり、本発明の保護範囲を制限するものではない。当業者ならば本発明の教示内容に基づき、その他の元素組合せから所定の範囲内で合金を製造することができ、このような組成も本発明の保護範囲に包含される。
【００４１】
マトリクス２と軟質相３との間の金属間化合物層もしくは混晶の形成はマトリクス２と軟質相３との相境界４の狭い領域においてのみ起こる。この場合、軟質相３の組成は初期組成のままである。相境界４における化合物形成は当然のことながら拡散律速に従って起こる。
【００４２】
図１を参照して軟質相３に関して述べたことは硬質相５についても同様であり、対応の相図に従って、通常なら合金に関与する他の元素と共に混晶または金属間化合物を形成する合金元素が硬質相５を形成するか、もしくは初期組成をそのまま維持する。従って、これらの元素は耐摩耗性を高める作用を完全に発揮し、この耐摩耗性が、例えば、混晶形成によって部分的に失われたり、もしくは些かなりとも低下したりすることがない。
【００４３】
硬質相５はマトリクス２中に分散する態様で存在し、粒子内部ではその初期組成がそのまま維持され、マトリクス２及び/または軟質相３との相境界４の領域においてのみ化合物が形成される。
【００４４】
本発明は２成分系に限らず、３成分系または多成分系にも適用できる。特に、軟質系３及び/または硬質相５が既に単-または多成分系から形成されていることがあり得るからである。
【００４５】
尚、“非偏析”とはこの場合、例えばメタリコン法で製造する場合に、マトリクス２を形成する元素が軟質相３及び／または硬質相５と共に非偏析合金系を形成することを意味する。
【００４６】
軟質相を形成する元素の添加次第で摺動被膜を最適化することができる。即ち、個々の用途に応じて、所要の非常時作動特性だけでなく、比較的高い機械強度をも有する延性を有する元素の混合物を製造して添加することによって最適化することができる。
【００４７】
例えば、軟質相３はMoS2、PTFE、シリコーン、硫酸バリウム、及びこれらの混合物を含む群からも形成することができ、これにより、場合によっては乾燥摩擦状態での走行をも可能にする優れた摺動特性及び非常時作動特性を実現することができる。従って、潤滑油が乏しい状態または皆無の状態での作動も可能である。さらにまた、このような摺動被膜はメンテナンス負担が軽減されるのが特徴である。
【００４８】
本発明の摺動被膜は、電気メッキ法によって形成することによって粒子強度を高め、機械特性を改善することもできる。
【００４９】
図２は滑り軸受半殻体の形態で摺動部材６に配置された本発明の摺動被膜を示す。
【００５０】
本発明の合金もしくは摺動被膜は融点が低い方の元素の融点以下の温度で低温ガス吹付け法によって製造することができる。但し、ガス噴流中における粒子の滞留時間が短いから、粒子が完全に融解することはなく、従って、ガス温度はこの融点より高くてもよい。この時発生する吹付け粒子の運動エネルギーの作用下に、摺動部材６の支持層としても機能する基層７に粒子が衝突することで高密度の構造もしくは高密度の被膜が形成される。但し、そのためには、粒子はそれぞれの材料に固有の速度を超えねばならない。
【００５１】
このため、例えば、中細ノズルでガスを超音速まで加速する。被膜材料もしくは個々の相の材料はこのノズルの前方で粉末の状態でガス噴流中に注入され、基層7に向かって加速される。
【００５２】
このような低温ガス吹付けシステムの基本構造は公知であり、例えば、欧州特許第０４８４５３３Ｂ１号明細書または国際公開第０１/００３３１Ａ２号公報を参照されたい。
【００５３】
基層７は、例えば、軸受に高度の機械的安定性を付与する鋼層によって形成することができる。但し、原理的には、所要の機械的、熱的安定性を満たすことができるなら、その他の材料、特に鋼または軽金属合金でもよい。
【００５４】
低温吹付けでは温度が比較的低いから、基層に作用する熱負荷も小さく、例えば、温度の高い他の高温吹付け法には不向きな、耐熱性の低い材料でも基層７として使用することができる。従って、滑り軸受の製造に際して、強度または耐食性などのような個々の必要条件を考慮することができる。
【００５５】
ガス流速を、従って、粒子速度を高めて、特に密度、均質性または付着力のような被膜特性を改善するため、ガス噴流を加熱することも可能である。
【００５６】
図２に滑り軸受半殻体の形態で示すように、本発明の合金は第２境界層９もしくは基層に第１境界層８を吹付けることによって形成することができる。但し、基層９もしくは第２境界層は必ずしも半殻体によって形成しなくてもよく、低温吹付けシステムもしくはノズルを適当に構成することによって完全殻体を基層７もしくは第２境界層９として使用し、低温吹付けシステムのノズルに対して基層７を適当に相対移動させることによって第１境界層８を吹付けることも可能である。
【００５７】
本発明では、第１境界層８と第２境界層９の間に(図２には示していないが）拡散抑止層または付着層として補足的な層を吹付けることができる。即ち、これにより、摺動被膜における第２境界層９に対する第１境界層８の付着度の改善または第１及び第２境界層８，９間における拡散を防止する一方、殆ど装備を換えることなく、同じ装置で多層滑り軸受を製造することができるからである。
【００５８】
ガス噴流中で粒子が融解しないから、酸化物含有率が極めて低い被膜を形成することができるか、もしくは被膜の酸素含有率が被膜形成の原料となる粉末中のそれぞれの粒子の酸素含有率より高くはならない。
【００５９】
低温吹付けに使用される装置を最適化する際には、例えば、マトリクス２及び軟質相３及び/または硬質相５の形成に、それぞれに使用される材料にとって最適な吹付けパラメータ、例えば、圧力、温度または粒子速度に設定された固有の吹付けシステムを使用することが好ましい。
【００６０】
このようにすることで、特に、基層に対する粒子の付着を改善して被膜の品質を改善することができる。ほかに用途に応じた最適化の鍵として、吹付け距離、原料粒子のサイズ、使用するプロセス・ガス、及びノズル形状が挙げられる。
【００６１】
プロセス・ガスとしては、窒素、アルゴン、ネオン、キセノンまたはヘリウムまたはこれらの混合物を使用することができる。
【００６２】
図３は作動時に負荷を受ける領域における摺動被膜の硬さ変化を示す。
【００６３】
マトリクス２中に軟質相３もしくは硬質相５が初期組成のまま存在すること、もしくは層境界４の領域においてのみ化合物形成が起こることによって、摺動被膜もしくは摺動部材６は順応性、異物粒子に対する埋封性、優れた非常時作動特性、及び高い負荷能力に関して特に有益な特性を達成する。
【００６４】
摺動部材６の作動中、当然のことながら、高い負荷がかかる摺動被膜の領域には、機械的負荷が余りかからない領域よりも高い温度が局所的に発生する。それぞれの元素の拡散係数は基本的に温度に著しく左右されるから、この領域において拡散が増大して摺動被膜の組織が平衡状態に接近もしくは平衡相に向かって構造変化する。
【００６５】
特に相境界４の領域において、高い機械的負荷のためこの領域に発生する高温によってマトリクス２と軟質相３及び/または硬質相５との間に混晶または金属間化合物が形成される可能性がある。その結果、この高負荷領域において摺動被膜の硬さが増大し、この高負荷領域が抵抗性を備えることになる。
【００６６】
結果として、対向摺動面及び必要作動条件による所与の負荷状態に、摺動被膜もしくは摺動部材６が好ましい態様で順応する。
【００６７】
このような硬さ上昇の推移を略示する図３において、Ｘ軸は作動時間を、Ｙ軸は負荷を受ける被膜の領域の硬さをそれぞれ示す。この硬さ上昇の推移は曲線を描く場合があり、必ずしも線形ではない。
【００６８】
作動中、時間の経過と共に一種の平衡状態となり、以後目立った高度上昇は現れない。
【実施例】
【００６９】
本発明の合金の実施態様をＣｕＳｎ１５合金の製造を例に取って説明する。
【００７０】
原料粉末として、粒度が約５〜２５μmの球形銅粒子と粒度が約４５μmまでの球形錫粒子を使用する。プロセス・ガスとして、窒素を使用する。ガスの温度は２００℃である。原料粉末をノズルの前方で適正な成分比でガス噴流に注入し、３０mmの吹付け距離から２５バールのガス圧で基層に向かって加速させる。結果として基層上に、密度が高く、しっかり付着した、同時に銅マトリクスから成る酸化物含有率が低く且つ錫粒子が分散している被膜が形成されることによって優れた耐摩耗性が達成される。
【００７１】
以上に述べた実施例は合金及び摺動部材６の可能な実施態様を示すものであり、ここで留意すべき点として、本発明は特定の図示実施態様に限定されず、個々の実施態様の多様な組合せも可能であり、これらの組合せは本発明による技術的教示内容に基づいて当業者が案出できるものである。従って、図面に沿って説明した実施態様の個々の細部を組み合わせることによって可能な実施態様も本発明の範囲に包含される。
【００７２】
尚、摺動被膜及び摺動部材６もしくはその構成部分の構造をわかり易く説明するため、縮尺を無視及び/または拡大及び/または縮小して図示した。
【００７３】
本発明のそれぞれ独自の解決手段の根底をなす課題は本明細書から明らかである。
【００７４】
特に図１、２及び３に示すそれぞれの実施例は本発明のそれぞれ独自の解決手段を示すものである。これらそれぞれの課題とするところ、及びその解決手段は図面に基づいて詳細に説明した通りである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図1は本発明の合金から成る摺動被膜の簡略化された組織図である。
【図２】図２は滑り軸受半殻体の形態で示す軸受部材における本発明の摺動被膜の配置を示す。
【図３】図３は作動時に負荷が作用する領域における摺動被膜の硬さ変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１    組織図
２    マトリクス
３    軟質相
４    相境界
５    硬質相
６    摺動部材
７    基層
８    境界層
９    境界層
【図１】
2007507605.tif 000003
【図２】
2007507605.tif 000004
【図３】
2007507605.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月20日(2006.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス（２）と、少なくとも１つの軟質相（３）及び/または硬質相（５）とを構成する各元素からなり、軟質相元素（３）及び/または硬質相元素（５）がマトリクス元素と共に固溶体または化合物を構成する、特に軸受被膜のための合金であって、軟質相（３）及び/または硬質相（５）がマトリクス（２）中に分散しており、軟質相（３）及び/または硬質相（５）とマトリクス（２）との相境界（４）の領域においてのみ固溶体または化合物が形成されることを特徴とする合金。
【請求項２】
分散する軟質相（３）及び/または硬質相（５）の平均粒度が１μm〜１００μmであることを特徴とする請求項１に記載の合金。
【請求項３】
固溶体または化合物が形成される相境界（４）の領域が０．１μm〜３μmの厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の合金。
【請求項４】
マトリクス元素がアルミニウム、クロム、銅、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ケイ素、錫、チタン、タングステン及び亜鉛を含む元素群から形成され、軟質相元素とは異なることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項５】
マトリクス元素の割合が少なくとも５５wt％であることを特徴とする請求項４に記載の合金。
【請求項６】
軟質相（３）が銀、アルミニウム、金、ビスマス、炭素（黒鉛）、カルシウム、銅、インジウム、マグネシウム、鉛、パラジウム、プラチナ、スカンジウム、錫、イットリウム、亜鉛及びランタノイド系元素を含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成され、軟質相元素がマトリクス元素とは異なることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項７】
軟質相（３）がＭｏＳ2、ＰＴＦＥ、シリコーン、硫酸バリウムを含む群、及びこれらの混合物から形成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項８】
軟質相の割合が１０wt％〜４５wt％であることを特徴とする請求項６または７に記載の合金。
【請求項９】
硬質相（５）がホウ素、炭素（ダイヤモンド）、コバルト、ハフニウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスミウム、レニウム、ロジウム、ルテニウム、ケイ素、タンタル、タングステン、及びジルコニウムを含む元素群のうちの少なくとも１つの元素から形成され、硬質相元素がマトリクス元素とは異なることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項１０】
硬質相（５）がＺｎＳ2、ＢＮ、ＷＳ2、例えばＳｉＣ、ＷＣ、Ｂ4Ｃのような炭化物、例えばＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3のような酸化物、及びこれらの混合物から形成されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の合金。
【請求項１１】
硬質相の割合が３wt％〜２５wt％であることを特徴とする請求項９または１０に記載の合金。
【請求項１２】
合金から成る軸受被膜、特にすべり軸受レース被膜であって、合金が請求項１から１１までのいずれか１項に記載のように形成されていることを特徴とする軸受被膜。
【請求項１３】
特にすべり軸受またはレースのための、例えば、鋼製支持層のような、少なくとも１つの第１境界層（８）及びこれと対向する第２境界層（９）から成る複合材であって、第１境界層（８）が請求項１２に記載の軸受被膜によって形成されていることを特徴とする複合材。
【請求項１４】
第１境界層（８）と第２境界層(９)の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の複合材。
【請求項１５】
特にすべり軸受またはレースのための少なくとも１つの第１境界層（８）及びこれと対向する第２境界層（９）から成る複合材の製法であって、第１境界層（８）として、低温ガス吹付け法によって請求項１から１０までのいずれか１項に記載の合金を製造することを特徴とする方法。
【請求項１６】
第２境界層を例えば鋼から成る支持層によって形成し、これに第１境界層（８）を吹付けることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第１境界層（８）と第２境界層(９)の間に拡散抑止手段または付着層として別の層を形成し、これを第２境界層（９）に吹付けることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
プロセス・ガスとして、ヘリウム、アルゴン、窒素、及びこれらの混合物を含む群から選択されたガスを使用することを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６０％〜９５％の範囲から選択することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の６５％〜９０％の範囲から選択することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ガス温度を、融解温度が最も低い合金元素の融解温度の９５％〜１３０％の範囲から選択することを特徴とする請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
使用されるそれぞれの合金元素またはそれぞれの相に固有の低温ガス吹付けシステムを使用することを特徴とする請求項１５から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
吹付け用原料粒子が３μm〜７０μmの範囲の粒度を有することを特徴とする請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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2007507605.tif 000007
2007507605.tif 000008
2007507605.tif 000009
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