(57)【要約】  【課題】  本発明は、緩慢な条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純を取り除くことができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細なくぼみを当該合金製品の表面に形成することができる新規な合金製品摺動面の化学処理剤及びこれを用いた合金製品摺動面の処理法方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための酸性水溶液であって、この酸性水溶液には、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合したことを特徴とする合金製品摺動面の化学処理剤。  【選択図】  図１
2008223076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための酸性水溶液であって、該酸性水溶液には、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合したことを特徴とする合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項２】
酸性水溶液は、少なくともリン酸、硝酸及び硫酸を含み、当該酸性水溶液全体におけるリン酸の濃度が２０〜９０重量％、硝酸の濃度が０．５〜９．９重量％、硫酸の濃度が１〜９．９重量％である請求項１に記載の合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項３】
更に、塩酸が酸性水溶液全体に対して０．１〜９．９重量％配合されてなり、且つ硫酸と塩酸の和が１０重量％未満である請求項１又は２に記載の合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項４】
更に、有機酸、界面活性剤及び溶解促進剤から選ばれた少なくとも１種以上が酸性水溶液に加えられてなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項５】
重金属イオンが、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、アンチモンイオン、バリウムイオン、ビスマスイオン、カドミウムイオン、コバルトイオン、インジウムイオン、ニッケルイオン、モリブデンイオン、パラジウムイオン、銀イオン、金イオン、白金イオン、セレンイオン、テルルイオン、ジルコニウムイオン又はタングステンイオンから選ばれた少なくとも１種以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項６】
酸性水溶液中で重金属イオンを発生する化合物がアンモニウム塩又はハロゲン化物である請求項５に記載の合金製品摺動面の化学処理剤。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の化学処理剤を用いて、鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理することを特徴とする合金製品摺動面の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン、シリンダ、ブッシュ、クランクシャフトなどの乗物用の動力機械の部品や、ローラー、ベアリング、シャフト、コンベヤ、軸受けなどの動力機械器具等に用いられる、ステンレス鋼や炭素鋼等の鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための化学処理剤及びこれを用いた合金製品摺動面の処理法方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼や炭素鋼等の鉄を主成分とする合金は、耐食性が高く、しかも加工・溶接性に優れているため、現在、種々の分野における医療用機械・器具、機械部品又は精密機械・器具等に広く使用されている。
【０００３】
これら鉄を主成分とする合金製品のうち、例えば、ピストン、シリンダ、ブッシュ、クランクシャフトなどの乗物用の動力機械の部品や、ローラー、ベアリング、シャフト、コンベヤ、軸受けなどの動力機械器具等においては、金属表面同士が面圧を受けながら擦り合わされる「摺動面」が存在する。
【０００４】
ここで、前記摺動面に何らの手当てもしないで擦り合わせを繰り返すと、回転磨耗や粘着磨耗等が起こり、熱や変形による不具合、騒音、或いはエネルギーロスなどが生じることから、通常、前記摺動面に対しては、適宜潤滑油を注ぐことにより摩擦係数を低下させたり、金属表面にリン酸被膜処理や酸化被膜処理などの表面処理を施したりすることにより、焼き付きや表面磨耗を防止している。
【０００５】
又、セラミックス粉体や二硫化モリブデンなどの固体潤滑材を塗布することにより、異物粉体が金属表面層に埋め込まれた改質層を形成し、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上する手段も講じられている。
【０００６】
しかしながら、機械製品の高性能化、高速回転を促進するために、摺動面の耐摩耗性及び耐焼き付き性の更なる向上が望まれており、そのため、最近では、レーザー粉体ピーニングや超音波レーザー多重ピーニングなどのレーザー処理を利用して、摺動面に無数の微細なくぼみを生じさせ、そのくぼみに潤滑油溜まりを形成することにより、潤滑性や摺動性、耐摩耗性を向上する技術が開発されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３２０９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらレーザー処理によって生じた摺動面のくぼみは、その周囲（エッジ）が僅かに盛り上がった形状をしており、そのため、このようなエッジの盛り上がった形状のくぼみを設けた摺動面同士を繰り返し擦り合わせると、当該エッジの盛り上がりから削り落ちた金属屑が多く発生し、その結果、潤滑油の汚損など、種々の弊害が生じるなどの問題がある。
【０００９】
又、レーザー処理はコストが嵩む上、複雑な形状のものには対応できないといった問題もある。
【００１０】
そこで、本発明者が、このような問題を解決すべく鋭意・検討を重ねた結果、鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための酸性水溶液であって、該酸性水溶液には、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合したことを特徴とする本発明の合金製品摺動面の化学処理剤を開発するに至ったのである。
【００１１】
即ち、まず、本発明者は、鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための処理剤として、酸性水溶液を用いれば、１５〜３０℃程度の温和な反応条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純を取り除くことができるとの知見を得たのである。
【００１２】
そして、本発明者は、この酸性水溶液に対して、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合すれば、該酸性水溶液に合金製品を浸漬した際に、当該合金製品と前記重金属イオンとの関係においていわゆる「ガルバニ電池」が形成され、当該合金製品表面に存在する金属酸化物などを速やかに還元・除去することができ、その結果、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるとの知見を得たのである。
【００１３】
本発明は、前記知見に基づき完成されたものであり、緩慢な条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面に有る不純物を取り除くことができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができる新規な合金製品摺動面の化学処理剤及びこれを用いた合金製品摺動面の処理法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】
【００１４】
以上の課題を解決する手段である本発明に係る合金製品摺動面の化学処理剤（以下、「本発明処理剤」と称する。）は、鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための酸性水溶液であって、該酸性水溶液には、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合したことを特徴とする。
【００１５】
又、本発明に係る合金製品摺動面の処理方法（以下、「本発明方法」と称する。）は、前記本発明処理を用いて、鉄を主成分とする合金製品を処理することを特徴とする
以下、本発明処理剤及び本発明方法について、順に詳細に説明する。
【００１６】
本発明処理剤は、鉄を主成分とする合金製品における「摺動面」を処理するための酸性水溶液であり、例えば、ピストン、シリンダ、ブッシュ、クランクシャフトなどの乗物用の動力機械の部品や、ローラー、ベアリング、シャフト、コンベヤ、軸受けなどの動力機械器具などの、金属表面同士が面圧を受けながら擦り合わされる「摺動面」が存在する合金製品を処理することにより、該摺動面において潤滑油溜まりを形成し得る凹部を形成し、もって、潤滑性や摺動性、耐摩耗性を向上するものである。
【００１７】
ここで、本発明処理剤が好適に適用される鉄を主成分とする「合金製品」としては、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、目的に応じて、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ又はＭｏなどの成分を１ないし複数種含有させた一般的に鉄を主成分とする合金と称されるものを素材として形成されたものであれば特に制限されるものではなく、具体的には、例えばフェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、或いは炭素鋼等を素材として形成された製品が挙げられる。
【００１８】
更に詳しくは、鉄を主成分とする合金の具体例としては、例えば７４Ｆｅ−２０Ｃｒ−４．５Ａｌ−０．５Ｔｉ−０．５Ｙ2Ｏ3、２５．５Ｎｉ−１５Ｃｒ−１．３Ｍｏ−５４Ｆｅ−２．１５Ｔｉ−０．３Ｖ、５４．０Ｎｉ−１８．０Ｃｒ−３．０Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−０．５Ａｌ−５．１（Ｎｂ＋Ｔａ）又は７２．５Ｎｉ−１５．５Ｃｒ−７Ｆｅ−２．３Ｔｉ−０．９Ａｌ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）等が挙げられる。
【００１９】
そして、本発明処理剤においては、このような鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理すべく、まず、「酸性水溶液」を調整する。
【００２０】
即ち、本発明処理剤における酸性水溶液は、温和な状況下で合金製品表面に存する不動態化膜(酸化皮膜)を取り除くと共に、当該合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を取り除くものである。
【００２１】
更に詳しくは、本発明処理剤において、前記酸性水溶液が、鉄を主成分とする合金製品の表面に接触すると、当該合金製品の表面上には電位差が生じ、その結果、合金製品の表面がエッチングされる。
【００２２】
そして、合金製品が当該化学研磨剤によってエッチングされるときに発生する熱エネルギーは、平坦な部分においては放散し易い一方で、微小な凸部や微細なバリにおいては熱エネルギーがこもり易くなるため、当該部分において溶解能が増し、集中的にエッチングされることになるのである。
【００２３】
ここで、本発明処理剤においては、前記酸性水溶液として、少なくともリン酸、硝酸及び硫酸を含む酸成分系のものが好ましく、特に、当該酸性水溶液全体におけるリン酸の配合割合を、酸性水溶液全体に対して２０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％程度に調整すれば、硝酸の配合割合を酸性水溶液全体に対して０．５〜９．９重量%未満の範囲に調整すると共に、硫酸の配合割合を酸性水溶液全体に対して１〜９．９重量%未満と著しく少なくすることができるのであり、中でも硝酸と硫酸の合計量が酸性水溶液全体に対して９．９重量％以下とすることによって、本発明処理剤はいわゆる毒物及び劇物取締法の対象ではなくなり、運搬や保存について各種法的な規制を受けることなく、簡便に取り扱うことができるのである。
【００２４】
そして、本発明処理剤においては、前記のリン酸、硝酸及び硫酸を前記特定範囲の濃度に調整することによって、合金製品における研磨したい箇所を集中的にエッチングすることができるのであり、これにより、緩慢な条件下で合金製品表面に存する不動態化膜を取り除くことができる上、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を取り除くことができるのである。
【００２５】
しかしながら、合金製品の内、例えばフェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等を素材としているものに対しては、前記のリン酸、硝酸及び硫酸を特定の濃度に配合した三成分系の酸性水溶液を主成分とする本発明処理剤により、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を好適に取り除くことができるが、例えばオーステナイト系ステンレス鋼等のニッケルを含む合金を素材としている合金製品については、前記三成分系の酸性水溶液では、該合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を十分に取り除くことができない場合がある。
【００２６】
そのため、本発明処理剤においては、前記のリン酸、硝酸及び硫酸に加えて、更に「塩酸」を加えることが好ましく、このように、塩酸を加えて、四成分系の酸性水溶液とすることにより、オーステナイト系ステンレス鋼等のニッケルを含む合金を素材とする合金製品に対しても、該合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を好適に取り除くことができるのである。
【００２７】
なお、更に加える塩酸の濃度としては、酸性水溶液全体に対して０．１〜９．９重量％程度の配合割合が好ましく、塩酸の濃度が酸性水溶液全体に対して０．１重量％未満では、少なすぎて所要の効果を得ることができないのであり、一方、塩酸の濃度が、前記酸性水溶液全体に対して９．９重量％を超えると、多すぎて安全性や取扱性更に作業環境が悪化するので、いずれの場合も好ましくない。
【００２８】
更に塩酸の濃度と硫酸の濃度の合計を酸性水溶液全体に対して９．９重量％以下とすることにより、本発明処理剤につき、毒物及び劇物取締法の対象ではなくなり、運搬や保存について各種規制を受けることなく、簡易に取り扱うことができるため一層好ましい。
【００２９】
上述の如く、本発明処理剤における酸性水溶液は、リン酸、硝酸及び硫酸の三成分系のもの、若しくは更に塩酸を加えた四成分系のものが好ましいものとなるが、所望によりその他の成分、例えば、有機酸、界面活性剤或いは溶解促進剤などを適宜配合してその化学研磨速度を向上させても良い。
【００３０】
前記「有機酸」は、主として合金製品表面が過剰にエッチングされることをより一層防止するために添加されるものであり、不動態化膜が破壊された合金製品表面を速やかに保護する作用を有するものであれば特に限定されるものではないが、一般的にはカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する有機酸が好ましく、具体的には、ポリオキシモノカルボン酸、クエン酸、グリコール酸、リンゴ酸、グルコン酸、乳酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、酒石酸、シュウ酸及びコハク酸等を挙げることができる。
【００３１】
これらの有機酸の添加量としては、対象物である合金製品の素材や無機酸の組成等によって適宜決定されるものであり、特に限定されるものではないが、一般的には、前記酸性水溶液全体に対して、０．０１〜２０．０重量％程度とするのが好ましく、更に、１〜１０重量％程度とするのが一層好ましい。
【００３２】
有機酸の添加量が、酸性水溶液全体に対して０．０１重量％未満では、合金製品表面を保護する作用、効果が不十分で、所要の抑制効果が得られないため好ましくなく、一方、添加量が、酸性水溶液全体に対して２０．０重量％を超えると、効果に限界が生じ、意味が無いだけでなく、他の成分との均衡、調整が悪くなる上、不経済となるので好ましくない。
【００３３】
なお、これらの有機酸は、所望により、一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良いのである。
【００３４】
前記「界面活性剤」は、主として合金製品の細部にわたり本発明処理剤を浸透、な染ませ、均一な処理を実現させたり、光沢性を出すために添加されるものであり、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤又は非イオン界面活性剤のいずれも用いることができる。
【００３５】
具体的には、アニオン界面活性剤としては、脂肪酸塩型、アルキルベンゼンスルホン酸塩型、アルキル硫酸エステル塩型、直鎖二級スルホン酸塩型、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩型、ＰＯＥアルキル又はアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩型、及びＰＯＥアルキル又はアルキルフェニルエーテルリン酸エステル塩型等を挙げることができる。
【００３６】
一方、カチオン界面活性剤としては、アルキルピコリニウムクロライド型、アルキルトリエチルアンモニウムクロライド型及びその他の第４級アンモニウム塩型等を挙げることができる。
【００３７】
又、ノニオン界面活性剤としては、ＰＯＥアルキルフェニルエーテル型ノニオン、ＰＯＥアルキルエーテル型ノニオン、ＰＯＥポリオキシプロピレンブロックポリマー型ノニオン、ＰＯＥグリコールアルキルエステル型ノニオン、ソルビタン脂肪酸エステル型ノニオン及びショ糖脂肪酸エステル型ノニオン等を挙げることができる。
【００３８】
更に、両性界面活性剤としては、アルキルカルボキシベタイン型、アルキルアミノカルボン酸型及びアルキルイミダゾリン型等を挙げることができる。
【００３９】
加えて、非イオン界面活性剤としては、ＰＯＥアルキルエーテル、ＰＯＥアルキルフェニルエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、エチレングリコール及びグリセリン等を挙げることができる
【００４０】
これらの界面活性剤の添加量としては、対象物である合金製品の素材や無機酸の濃度等によって適宜決定されるものであり、特に制限されるものではないが、一般的には、酸性水溶液全体に対して、０．００５〜１０重量％程度が好ましく、特に、０．０５〜５重量％程度が一層好ましく、０．１〜３重量％程度が特に好ましい。
【００４１】
界面活性剤の添加量が酸性水溶液全体に対して、０．００５重量％未満では界面活性剤の添加量が少な過ぎて所要の添加効果が得られないため好ましくなく、一方、１０重量％を超えると、効果に限界が生じるので意味が無いだけでなく、廃液が発泡しその処理、調整が困難になる上、不経済となるので好ましくない。
【００４２】
なお、前記界面活性剤は、一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良いのである。
【００４３】
前記「溶解促進剤」は、主として合金製品中のニッケルの溶解を促進するものであり、具体的に例えば、チオホルムアミド、チオアセトアミド、チオプロピオンアミド、チオベンズアミド、チオニコチンアミド、チオアセトアニリド、チオベンズアニリド、チオ尿素、１，３−ジメチルチオ尿素、１，３−ジエチルチオ尿素、１−フェニル−２−チオ尿素、１，３−ジフェニル−２−チオ尿素、チオカルバジド、チオセミカルバジド、４，４−ジメチル−３−チオセミカルバジド、２−メルカプトイミダゾリン、２−チオウラシル、２−チオヒダントイン、３−チオラウゾール、２−チオウラミル、４−チオウラミル、チオペンタール、２−チオバルビツール酸、チオシアヌル酸、２−メルカプトキノリン、チオクマゾン、チオクモチアゾン、チオサッカリン又は２−メルカプトベンズイミダゾール等のチオアミド化合物を挙げることができる。
【００４４】
これら溶解促進剤の添加量としては、対象物である合金製品の素材や無機酸の濃度等によって適宜決定されるものであり、特に制限されるものではないが、一般的には、酸性水溶液全体に対して、０．００５〜５重量％程度が好ましく、特に、０．１〜３重量％程度が一層好ましい。
【００４５】
溶解促進剤の添加量が酸性水溶液全体に対して、０．００５重量％未満では溶解促進剤の添加量が少な過ぎて所要の溶解促進効果が得られないため好ましくなく、一方、５重量％を超えると、溶解促進効果に限界が生じるので意味が無いだけでなく、不経済となるので好ましくない。
【００４６】
なお、これらの溶解促進剤は、一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良いのである。
【００４７】
ここで、本発明処理剤は、前記酸性水溶液に対し、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合した点に最も大きな特徴を有する。
【００４８】
即ち、本発明処理剤においては、前記酸性水溶液に対し、更に、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合しているから、該酸性水溶液に合金製品を浸漬した際に、当該合金製品と前記重金属イオンとの関係においていわゆる「ガルバニ電池」が形成され、当該合金製品表面に存在する金属酸化物などを速やかに還元・除去することができ、その結果、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダー（数μ〜数１０μｍ程度）の微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるのである。
【００４９】
そして、合金製品の表面に形成されたエッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部は、摺動面において潤滑油溜まりを形成し得るピットとなり、潤滑性や摺動性、耐摩耗性を著しく向上することができるのである。
【００５０】
本発明処理剤で用いられる重金属イオン及び／又は金属酸化物としては、本発明処理剤に合金製品を浸漬した際に、当該合金製品との関係においていわゆる「ガルバニ電池」を形成し、当該合金製品表面に存在する金属酸化物などを速やかに還元・除去することができ、その結果、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成するものあれば、特に限定されるものではないが、特に、温度２５℃における標準電極電位が−０．１５Ｖ以上のものが好ましい。
【００５１】
具体的には、前記重金属イオンが、錫イオン、鉛イオン、銅イオン、アンチモンイオン、バリウムイオン、ビスマスイオン、カドミウムイオン、コバルトイオン、インジウムイオン、ニッケルイオン、モリブデンイオン、パラジウムイオン、銀イオン、金イオン、白金イオン、セレンイオン、テルルイオン、ジルコニウムイオン又はタングステンイオンから選ばれた少なくとも１種又はそれらの混合物を挙げることができる。
【００５２】
ところで、本発明処理剤において、酸性水溶液中で重金属イオンを発生する化合物としては、当該酸性水溶液中で重金属イオンを発生する化合物であれば特に限定されるものではないが、特に、例えばハロゲン化物等の重金属塩やアンモニウム塩、更に重金属の酸化物等が挙げられるのであり、又、この化合物は一種類のみならず二種類以上の複数種を適宜混合して添加しても良いのであり、更に、この化合物の添加量としては、対象物である合金製品の素材や無機酸の濃度更に界面活性剤の添加等によって適宜決定されるものであり、特に制限されるものではないが、一般的には、酸性水溶液全体に対して、０．００１〜７．５重量％程度が好ましく、更に、０．０５〜５重量％程度が一層好ましい。
【００５３】
本発明処理剤において、酸性水溶液中で重金属イオンを発生する化合物の添加量が酸性水溶液全体に対して、０．００１重量％未満では、少なすぎて所要の効果が得られないため好ましくなく、一方、７．５重量％を超えると、効果に限界が生じるので意味が無いだけでなく、廃液の処理、調整が困難になる上、不経済となるので好ましくない。
【００５４】
本発明方法は、前記本発明処理剤を用いて、鉄を主成分とする合金製品を処理することを特徴とする。
【００５５】
即ち、合金製品の高性能化、高速回転を促進するために、摺動面に無数の微細な凹部を生じさせ、その凹部に潤滑油溜まり(ピット)を形成することにより、潤滑性や摺動性、耐摩耗性を向上することが可能になることから、最近では、レーザー粉体ピーニングや超音波レーザー多重ピーニングなどのレーザー処理を利用して、摺動面に無数の微細な凹部を生じさせる技術が開発されているが、これらレーザー処理によって生じた摺動面の凹部は、その周囲（エッジ）が僅かながら盛り上がった形状をしており、そのため、このようなエッジの盛り上がった形状の凹部を設けた摺動面同士を繰り返し擦り合わせると、当該エッジの盛り上がりから削り落ちた金属カスが多く発生するといった問題がある。
【００５６】
又、レーザー処理はコストが嵩む上、複雑な形状のものに対応できないといった問題もある。
【００５７】
この点につき、本発明処理剤を用いて、鉄を主成分とする合金製品を処理する本発明方法は、緩慢な条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純を取り除くことができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるのである。
【００５８】
そして、このエッジの盛り上がりのない滑らかな凹部を潤滑油溜まり(ピット)とすることにより、摺動面の潤滑性や摺動性、耐摩耗性を著しく向上することが可能となるうえ、金属カスの発生も非常に少ないものとなるのである。
【００５９】
加えて、本発明方法おいては、前記本発明処理剤を用いるものであることから、特に、３０℃程度以上と加熱する必要がなく、緩慢な条件下で作業することができるのである。
【００６０】
又、本発明方法においては、鉄を主成分とする合金製品を前記本発明処理剤に浸漬させるだけのものであるから、合金製品の大きさ、形状、数量、硬さには制約がなく、しかも一度に大量の合金製品を処理することができるため、合金製品間の表面状態の仕上がりが一定のものとなるのである。
【００６１】
なお、合金製品を前記本発明処理剤に浸漬させる浸漬時間としては、本発明処理剤に配合された無機酸や重金属イオン及び又は金属酸化物の種類や組成、濃度或いは、合金製品の材質、組成、寸法、更にバリの大きさ等に応じて適宜決定されるものであり、特に限定されるものではないが、一般的には、３０秒から１時間程度の範囲から適宜選択されるものであり、場合によってはこの範囲を超える浸漬時間もとり得る。
【００６２】
又、本発明方法においては、事前に合金製品に対し前処理を施すことを制限するものではなく、本発明処理剤に浸漬する前に合金製品表面に存する油膜や汚れ等を水酸化ナトリウムや希塩酸等を用いて脱脂洗浄等を行うことにより、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリの除去処理が一層円滑に行えたり、更に鉄を主成分とする合金表面に有る不純物を取り除いたりすることができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるのである。
【発明の効果】
【００６３】
本発明は、前記構成を有し、緩慢な条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純を取り除くことができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができる新規な合金製品摺動面の化学処理剤及びこれを用いた合金製品摺動面の処理法方法である。
【００６４】
即ち、本発明処理剤は、鉄を主成分とする合金製品における摺動面を処理するための酸性水溶液であり、温和な状況下で合金製品表面に存する不動態化膜を取り除くことができるのであり、しかも、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純物を取り除くことができるのである。
【００６５】
そして、本発明処理剤においては、特に、前記酸性水溶液に対し、重金属イオン及び／又は金属酸化物を配合しているから、該酸性水溶液に合金製品を浸漬した際に、当該合金製品と前記重金属イオンとの関係においていわゆる「ガルバニ電池」が形成され、当該合金製品表面に存在する金属酸化物などを速やかに還元・除去することができるのであり、その結果、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるのである。
【００６６】
一方、本発明方法は、前記本発明処理剤を用いて、鉄を主成分とする合金製品の表面に存在する不動態化膜を除去するとともに、鉄を主成分とする合金製品における摺動面に微細なくぼみを形成することを特徴とするものであり、緩慢な条件下で合金製品表面の不動態化膜を破壊し、合金製品表面やエッジに発生した微小の凸部や微細なバリ或いは表面状態の不純を取り除くことができる上、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に形成することができるのである。
【００６７】
そして、このエッジの盛り上がりのない滑らかな凹部を潤滑油溜まり(ピット)とすることにより、摺動面の潤滑性や摺動性、耐摩耗性を著しく向上することが可能となるうえ、金属カスの発生も非常に少ないものとなるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６９】
図１は、本発明処理剤１を用いて鉄を主成分とする合金製品２を処理する状態を段階的に示す断面図である。
【００７０】
即ち、図１（ａ）に示すように、鉄を主成分とする合金製品２の表面には、不動態化膜２１が存在しているが、図１（ｂ）に示すように、この不動態化膜２１は、本発明処理剤１中の酸成分（リン酸、硝酸、硫酸等）と接触することにより、緩慢な条件下で簡単に破壊・剥離と共に溶解、除去されたり、溶解、除去されたりするのである。
【００７１】
そして、不動態化膜２１が取り除かれた合金製品２は表面が非常に反応しやすい状態になっており、従って、図１（ｃ）に示すように、合金製品２の表面金属（鉄等の金属）と本発明処理剤１中の重金属イオン１１（△）との間で電子（ｅ−）の授受に起因する酸化還元反応が発生し、当該金属表面に電気化学的に析出した重金属と表面金属（鉄等の金属）２２（○）との間に局部電池が形成され、当該表面金属（鉄等の金属）２２（○）を速やかに溶解・除去することができる結果、図１(ｄ)に示すように、周囲に盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部３を当該合金製品２の表面に形成することができるのである。
【００７２】
そして、このミクロンオーダーの微細な凹部３は、潤滑油の溜まり(ピット)となることにより、摺動面の潤滑性や摺動性、耐摩耗性を著しく向上することが可能となるうえ、金属屑の発生も非常に少ないものとなるのである。
【００７３】
一方、図２は、従来法による潤滑油の溜まり(ピット)を形成したものであり、この方法は、レーザー処理により、その表面を溶融して、くぼみ３を形成した合金製品２を模式的に示す断面図である。
【００７４】
図２に示すように、レーザー処理により形成されたくぼみ３は、その周囲が僅かながら盛り上がった形状をしており、そのため、このようなエッジの盛り上がった形状のくぼみ３を設けた摺動面同士を繰り返し擦り合わせると、当該エッジの盛り上がりから削り落ちた金属屑が多く発生し、潤滑油の汚損が生じ易くなるだけでなく、金属屑による種々の弊害が発生するのである。
【実施例１】
【００７５】
酸成分としてのリン酸３５．０重量％、硝酸３．１重量％、硫酸７．８重量％及び塩酸２．０重量％に、有機酸としての酒石酸４．０重量％及びクエン酸２．０重量％を加え、更に、界面活性剤として非イオン系界面活性剤０．５重量％、溶解促進剤としてチオ尿素０．３重量％を加え、これに更にモリブデン０．１重量％を加え、更に、水４５．２重量％を加えることにより、本発明の化学処理剤を得た。
【００７６】
＜テストピース＞
オーステナイト系ステンレス（Ｆｅ合金鋼３００番台）の鉄を主成分とする合金を選択し、これを、直径３．９５ｍｍ、長さ１７．８ｍｍ、内径１．２ｍｍのパイプ形状に加工したものをテストピースとして用いた。
なお、このテストピースには、面粗さは異なる５点間の平均でＲａ０．４１〜０．４３、Ｒｙ２．９６〜３．６６であった。
【００７７】
まず、このテストピースを前記実施例１において調整した、本発明の化学処理剤（２５℃）に浸漬したところ、浸漬後１５秒後に反応が始まり、１０分間化学処理を施した。
【００７８】
そして、その後、このテストピースを化学研磨剤から引上げ、十分に洗浄後、表面荒さ計（ミツトヨ社製  サーフテストＳＪ−３０１）を用いて表面粗さを計測したところ、その面粗さは平均でＲａ０．４５〜０．５４、Ｒｙ３．０４〜４．３６と殆ど面粗さに影響は見られず、指で触れても処理前のテストピースとの差が確認できず、過剰なエッチングが行われていないことが確認された。
【００７９】
次いで、この処理後のテストピースの表面を４０倍顕微鏡で目視確認したところ、その表面にエッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部が多数形成されていることが確認された。
【００８０】
即ち、本発明処理剤を用いて鉄を主成分とする合金製品を処理すれば、温和な状況下で合金製品表面に存する不動態化膜を取り除くことができるのであり、しかも、当該合金製品表面に存在する金属酸化物などを速やかに還元・除去することができるのであり、その結果、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該合金製品の表面に多数形成することができるのである。
【００８１】
このようにして得られた、鉄を主成分とする合金製品を試験片として用い、潤滑下におけるすべり磨耗を評価する試験として、シリンダ・オン・プレート試験機を用いて調査した。
【００８２】
＜磨耗試験＞
磨耗試験は、潤滑油中のプレート試験片に、スピンドルに固定したリング試験片の平坦部を所定の荷重で押し付けてすべり磨耗させる方式（リング・オン・プレート方式）で行なった。所定の荷重負荷には、重錘を用いた。
プレート試験片は自由に回転する軸に取り付けているために、軸側面にあるトルクレバーにより、試験機側面の剛体壁に設置されたロードセルに摩擦力が伝えられる。ロードセルで検出された摩擦力は動ひずみ計により増幅され、パソコンに記録する。また、すべり速度はリング試験片の回転速度をインバータで制御することで設定される。試験部はオイルバスで覆われ、潤滑油中に浸漬され、磨耗力は油槽から伝わる力をロードセルのひずみとして出力し、ペン型レコーダ及びパソコンに記録する。
【００８３】
＜試験条件＞
摩擦試験は、所定のすべり速度でシリンダ試験片を回転させながら荷重を負荷し、一定時間毎に荷重を増加させて行なった。試験条件は、すべり速度ｖ＝０．５６ｍ／ｓ、荷重２５、５０、１００Ｎとし、荷重をすべり距離２５ｍごとに増加させ、油温は２０℃から２６℃の範囲内とした。出力電圧は１ｓｅｃ間隔（すべり距離０.５６ｍ間隔）で測定した。
【００８４】
そして、前記試験片の場合、前記化学研磨を施すことによって、エッジの盛り上がりのないミクロンオーダーの微細な凹部を当該試験片の表面に多数形成することができる結果、同じ粗さに対し約２０％の摩擦力の低減が見られた。
【００８５】
以上のことより、化学研磨を施すことによって形成された、エッジの盛り上がりのない滑らかな凹部を潤滑油溜まり(ピット)として利用することによって、合金製品の摺動面の潤滑性や摺動性、耐摩耗性が著しく向上するのである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明処理剤を用いて鉄を主成分とする合金製品を処理する状態を段階的に示す断面図である。
【図２】図２は、レーザー処理により、その表面に凹みが形成された合金製品を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  合金製品摺動面の化学処理剤
２  合金製品
３  凹み（凹部）
【図１】
2008223076.tif 000003
【図２】
2008223076.tif 000004