(57)【要約】【課題】  金属材料を用いた摺動部材の表面に放電加工による硬質被膜を形成し、該摺動部材の相手側部材に対する攻撃性が改善された摺動部材を提供すること。【解決手段】  金属材料を用いた摺動部材の表面に、放電加工による硬質被覆層を形成し、該硬質被覆層の最表層を、放電被覆面積率を３０％以上にし、かつ表面粗度を２〜１０μｍＲｙの範囲に改質した改質被複層を有することを特徴とする摺動部材およびその製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の表面に、放電加工による硬質被膜を形成し、該硬質被膜の最表層を、放電被膜面積率を３０％以上にし、かつ表面粗度を２〜１０μｍＲｙの範囲に改質した改質被膜を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
改質被膜の表面に、さらに潤滑効果を有する化成処理被膜を有する請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
改質被膜の表面に、さらに固体潤滑系の処理被膜を有する請求項１に記載の摺動部材。
【請求項４】
改質被膜の表面に、潤滑効果を有する化成処理被膜を有し、さらにその上層部に固体潤滑系の処理被膜を有する請求項１に記載の摺動部材。
【請求項５】
金属材料の表面に、放電加工による硬質被膜を形成した後、該被膜の最表層を、該表面の放電被膜面積率を３０％以上にし、かつ表面粗度を２〜１０μｍＲｙに改質することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項６】
表面改質を、ショットなど物理的な方法、研摩加工などの機械的な方法または化学研摩などの化学的な方法で行なう請求項５に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項７】
改質された表面に、さらに潤滑効果を有する化成処理を施す請求項５または６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項８】
改質された表面に、さらに固体潤滑系の処理を施す請求項５または６に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項９】
改質された表面に、潤滑効果を有する化成処理を施し、さらにその上層部に固体潤滑系の処理を施す請求項５または６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、金属材料の表面に放電加工による硬質被膜を形成し、耐摩耗性ならびに耐焼付き性などの摩擦・摺動性能などの表面特性が改質された摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種金型、ダイス、パンチ、ドリルなどの各種部材の耐久寿命の向上を目的として、これらの部材表面に放電加工により硬質被膜を形成する方法が、既存の熱処理などと組合せて、幅広く利用されつつある（非特許文献１）。これらの放電加工による表面硬化処理を、機械部品などの高面圧がかかる摺動部材の改質に応用することも検討されているが、放電加工により形成された被膜は高硬度であるとともに、表面に微細な凹凸形状を有していることから、これらの被膜を設けた摺動部材は、摺動時に相手側部材を攻撃し、相手側部材を摩耗させたり、齧りを生じるなどの不具合を引き起こすことが判明している。
【０００３】
また、特許文献１によれば、前記の硬質被膜はその表面に微細な凹凸面が残っており、該微細な凹凸面が残ったままの硬質被膜を有する摺動部材は、そのまま使用すれば大きな摩擦を起こし、該摺動部材は破損に至る。また、上記硬質被膜は脆く剥離が起こりやすいため、ラップ加工にて鏡面仕上げと同時に除去して使用することが望ましいといわれている。よって放電加工を機械部品などの摺動部材に適用するにあたっては、上記硬質被膜自体の特性や形態などについて抜本的な改善を行い、相手側部材への攻撃性を低減させるための改善が不可欠である。
【非特許文献１】型技術２００３Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．１２
【特許文献１】特開２０００−３０１２７８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記放電加工被膜の表面凹凸による相手側部材に対する攻撃性を改善する方法として、機械的または物理的な方法、例えば、研摩加工や硬球を利用したショット加工などを用いる種々の方法が考えられ、硬質被膜の表面粗度を改善することにより、硬質被膜の表面摩擦係数を低減させることができる。しかしながら、硬質被膜が相手側部材に直に接する摺動部材においては、これらの一般的な仕上げ加工のみでは、相手側部材に対する攻撃性の完全な払拭は困難であることが判明した。
【０００５】
また、特開平６−２８００４４号公報によれば、放電加工を用いた追加２次加工を行い、その際、加工面に有毒でないガスを用い、放電被膜による表面凹凸の生成を弱め、放電加工処理表面が凹凸になりにくい、平坦化などの改善が提案されている。しかしながら、これらの再処理は生産性の低下や還元性ガスなどによるコストアップの懸案がある。
従って本発明の目的は、金属材料の表面に放電加工による硬質被膜を形成する際、該摺動部材の相手側部材に対する攻撃性が改善された摺動部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、金属材料の表面に、放電加工による硬質被膜を形成し、該硬質被膜の最表層を、放電被膜面積率を３０％以上にし、かつ表面粗度を２〜１０μｍＲｙの範囲に改質した改質被膜を有することを特徴とする摺動部材、およびその製造方法を提供する。
【０００７】
上記本発明においては、改質被膜の表面に、さらに潤滑効果を有する化成処理被膜を有すること；改質被膜の表面に、さらに固体潤滑系の処理被膜を有すること；および改質被膜の表面に、潤滑効果を有する化成処理被膜を有し、さらにその上層部に固体潤滑系の処理被膜を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属材料の表面に放電加工による硬質被膜を形成し、該被膜を改質することにより、相手側部材に対する攻撃性が改善された摺動部材が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、前記課題を解決するため、放電加工被膜の表面形態について、放電加工したままの状態、さらにはショットなどによる表面改質後の表層の形態や、研摩加工後の放電被膜の形態などについて、走査型電子顕微鏡による各種解析調査を行った。また、摺動部材の焼付き性能の評価では摩擦摩耗試験機を用いた各種実験による耐焼付き性、摩擦面の発熱状況、摩擦係数の変化など、摩擦摺動界面の繊細な種々解析実験を行い、放電加工における硬質被膜を有効に活用し、最大の課題である相手側部材に対する攻撃性を緩和させ、耐摩耗および耐焼付き性の優れた摺動部材およびその製造方法を開発した。
【００１０】
本発明の摺動部材の対象になる金属材料としては、主に鉄鋼材料（鉄系焼結合金を含む）、チタン、アルミニウムなどであり、これらの金属材料は、予め下地処理を施したものでもよい。鉄鋼材料の下地処理としては、例えば、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、軟窒化処理などの表面硬化処理ならびに焼入れ、焼き戻しなどが挙げられ、また、チタンおよびアルミニウムなどの場合には、例えば、固溶化および時効処理または無処理が挙げられる。上記金属材料からなる摺動部材の種類としては、輸送機器、産業機械、電気、工具、日用品などにおける摺動部に用いる部材であり、広義には相手部材との間でお互いに摺動される部材を意味し、具体的には往復摺動部材や回転摺動部材である。
【００１１】
本発明において、上記の如き金属材料の表面に、放電加工被膜を形成する方法としては、特開２００１−１３８１４１公報などに詳述されている通り、タングステン、コバルト、バナジウムなどの硬質被膜形成成分が含まれている粉末加圧成形体の消耗型電極を用い、炭化水素系放電加工液中にて被処理材である金属材料の表面との間にパルス放電を発生させることにより電極組成が溶解し、被処理材である金属材料の表面に無数の放電痕被膜と共に約５〜３０μｍの厚みの硬質被膜が形成される方法を用いる。
【００１２】
上記硬質被膜の最表層を解析すると、主に電極成分のタングステン、コバルトなどと被処理材との放電加工により生じた硬質なセラミックス系の被膜が生成していることが認められ、さらにその深部には電極主成分と被処理部材とが反応して生成した傾斜型組成の拡散層が数μｍの厚さにわたって存在している。次に被膜の最表層の特徴は極めて硬質で凹凸が激しく、この凹凸の基となる放電被膜の形態を解析すると、鋭角な稜線が多数重なりあった硬質被膜であることが判明した。よってこの激しい凹凸を有する状態で摺動部材として使用した場合、相手側部材を傷つけたり、相手側部材を齧ったりするなど不具合を発生し好ましくないことが考えられる。
【００１３】
次に特開平１１−３２０２７２号公報によれば、放電加工により形成された硬質被膜に潤滑性を付与する方法として、被処理材に放電加工による硬質被膜を形成した後、該硬質被膜の表面を研摩加工し、表面に穴を有する被膜の製造方法が提案されている。上記公報によれば、放電加工により形成した被膜表面は、鱗状に形成された状態で、例えば、タングステンカーバイト系の電極を用いた場合に形成される硬質被膜の硬度は、１５００ＨＶ相当の硬さであり、表面粗度は約５μｍＲｙ相当となり、これらの硬質被膜は工具や金型の用途に使用できるが、機械部品などの摺動部材には使用できないといわれている。一方、上記表面には無数の細かい穴が存在することから、この穴を利用して潤滑油だまりとし、潤滑性の向上を図る目的で該表面に細かい穴が残るように研摩加工する方法が提案されている。この効果としては、機械部品の摺動面で焼付き防止するために必要な潤滑油量が従来に比べ半減できると記載されている。
【００１４】
本発明者らは上記の記載内容を検証するため、リングオンディスク方式の摩擦摩耗試験を用い、上記硬質被膜のオイル潤滑化での表面粗度と耐焼付き性の関連を調査した。図１に試験機の構造と試験片形状ならびに装置への取付け状態を示す。ここで耐焼付き性評価は、原則として回転側のディスクとしてＪＩＳ−ＳＣＭ４２０機械構造用鋼を用い、これを有効硬化深さ約０．７ｍｍにガス浸炭焼入れしたものを用いて行なった。なお、相手側の固定されるリングは浸炭焼入れと研摩加工仕上げとした。
【００１５】
次に被処理材ディスクの摺動面に液中放電加工によるタングステンカーバイト系の硬質被膜を約２０μｍの厚さに形成した。これを用いて下記の試験片ａ〜ｃを用意した。
・試験片ａ：放電加工硬質被膜を形成したままで、表面粗度が１２μｍＲｙであり、表面改質が施されていないもの。
・試験片ｂ：被膜面をショットと研摩加工にて表面粗度を６．５μｍＲｙ仕上げたもの。
・試験片ｃ：被膜面をショットと研摩加工にて表面粗度を１．５μｍＲｙ仕上げたものの３種の試験片、および
・比較用試験片ｄ：放電加工せずに、浸炭焼入れおよび研摩仕上げ（表面粗度≒１〜２μｍＲｙ）したものの１種の試験片で、合計で４種の試験片。
【００１６】
摩擦摩耗テストに先立ち、上記試験片ａ〜ｃの表面形態を走査型電子顕微鏡にて解析し、その結果を図２（走査型電子顕微鏡写真）に示す。図２ａは、硬質被膜のままの試験片ａの表面写真であり、その表面形態は非常に凹凸が激しく、無数のボイドやミクロ亀裂が観察され、さらに放電加工時、消耗型電極材料組成の溶融反応により生成するスラグも認められる。図２ｂは、試験片ｂの表面写真であり、その被膜面をショットブラスト後、研摩加工にて表面粗度を６．５μｍＲｙに調整した面を示し、試験片ａと比較して表面のスラグなどが除去された比較的平坦な面が観察される。図２ｃは、試験片ｃの表面写真であり、特開平１１−３２０２７２号公報を想定した研摩加工表面の穴を再現したものであり、試験片ａに比べて凹凸が平坦化され、表面粗度が１．５μｍＲｙとなり、放電被膜物が所々に認められる。
【００１７】
表１に、前記各試験片ａ〜ｄの表面粗度と耐焼付き性との関係を調べた摩擦摩耗試験結果を示す。これらの結果より、表面改質されていない試験片ａは、浸炭焼入れ試験片ｄに比べて焼付き荷重が若干向上するが、摩擦係数の変動や界面の発熱が非常に大きく、相手側部材に対する攻撃性の問題があることが判明した。次に研摩加工仕上げした試験片ｂおよび試験片ｃのうち、先ず試験片ｂの摩擦係数の変動は比較的少なく、浸炭焼入れ試験片ｄとの比較でも、焼付き荷重が約１．５倍に向上した。一方、放電被膜を一部残し、表面粗度を１．５μｍＲｙ仕上げの試験片ｃの場合は、摩擦係数の変動は少ないが、焼付き荷重が浸炭焼入れのみの試験片ｄとほぼ同等であり、放電加工被膜の優位性が無いことが判明した。
【００１８】
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【００１９】
上記における各種物性の測定方法、およびそれ以降の記載における各種物性の測定方法は次の通りである。
「表面粗度の測定方法（触針式表面粗さ測定）」
ＪＩＳ  Ｂ０６５１に従う測定器を用いて測定し、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従う用語、定義および表面性状パラメーターで表示した。
「焼付き荷重の測定方法」
図１に示す摩擦摩耗試験機の試験片（リング）４と、試験片（ディスク）５との間の摩擦により生ずるトルクならびに界面の接触温度が急激に上昇した時点の焼付き荷重を意味する。
「焼付き温度の測定方法」
図１の試験片（リング）４の摺動面近傍に予め挿入した熱電対にて焼付き時の温度を測定した。
「摩擦係数の測定方法」
図１に示すトルクメーター３にて、試験片（リング）４と試験片（ディスク）５との摩擦により発生するトルクを測定し、試験機構造により決まる下記に示す摩擦係数計算式に当てはめて摩擦係数（μ）を求めた。
摩擦係数計算式：μ＝ＦＲ／Ｗｒ
（上記式中、μは摩擦係数、ＦＲはトルク値、Ｗは加圧荷重、ｒは試験片（リング）の平均半径を示す。）
【００２０】
すなわち、試験片ａは、そのままでは相手側部材に対して攻撃性が非常に強く、また、研摩加工で表面粗度を機械加工の一般的な仕上げ精度の約１μｍＲｙ相当まで研摩した試験片ｃは、被膜が本来持つ耐摩耗性の特徴を失うなど、非常に不安定な要素が介在していることが分った。従って摺動部材の改良のために放電加工を応用するにあたっては、放電加工による硬質被膜の形態、表面粗度、膜厚ならびに相手側部材との界面反応などを考慮した改善が必須である。
【００２１】
そこで、摺動部材の耐焼付き性などの表面を改質する目的で、放電加工による硬質被膜を適用する場合には、上記硬質被膜の表面形態が最も影響を及ぼすことが考えられるため、本発明者らは、放電加工による被膜面に存在する凹凸の形態制御方法を種々検討した。その結果、放電加工被膜の原点となる放電被膜の形態ならびに分布状態に焦点を絞り、先ずは放電被膜物の縁にあたる稜線を平坦かつなだらかに表面仕上げし、下地中の放電被膜面積率の最適分布形態を探究し、さらには硬質被膜の表面凹凸部に潤滑特性を有する化成処理被膜を予め均一にコーティングし、自己潤滑性ならびに摺動における潤滑油保持に利用する摺動部材およびその製法を開発した。
【００２２】
本発明において「放電被膜」とは、放電加工のパルス放電にて生ずる消耗電極成分と被処理材との反応生成物（硬質被膜形成成分）を意味し、また、「下地中の放電被膜面積率」または「放電被膜面積率」とは、摺動部材の摺動面の全面積に占める放電被膜の面積比率を意味する。
【００２３】
ここで硬質被膜面に化成処理や固体潤滑剤を直接塗布し、潤滑性を改善する方法が考えられるが、上記硬質被膜は前述の如く生地に近い所では電極成分との反応による傾斜型組成になっているが、最表面部は硬質で脆いセラミックス系被膜で構成されており、硬質被膜を形成したままの状態では化成処理膜や固体潤滑膜の密着性が悪く適用が困難である。ここで被処理基材として鉄鋼素材を用い、その表面にタングステン系の放電加工被膜を形成し、その表面に燐酸塩系の化成処理を直接施す実験を行った結果、最表層のセラミックス被膜と化成処理液との界面反応が鈍く、燐酸塩の結晶が均一に生成せず、化成処理被膜全体にスケムラが発生することが分かった。このため放電加工被膜の最上層のセラミックス系被膜をショット、研削加工、または化学研摩、さらには電解研摩などを用いて除去し、鉄リッチの最表面組成に改質する必要がある。
【００２４】
次に化成処理工程や固体潤滑処理工程における硬質被膜との密着性や硬質被膜自体の保油・保持効果を最大限に引き出すために、放電被膜の形態ならびにその分布状況を種々解析調査した。その結果、硬質被膜の表層部をショットまたは研摩などを用いて改質する際のポイントは、耐摩耗性に効果のある放電被膜をできるだけ多く残し、さらに表面粗度を最適範囲に設定することが望ましいこと判明した。
【００２５】
解析方法としてはＪＩＳ−ＳＣＲ４２０鋼材で製作した円盤試験片を用い、有効硬化深さ約１ｍｍの浸炭焼入れ後、研摩加工し、その上にタングステン系電極にて約２０μｍ厚の放電硬質被膜を形成した。次に被膜の表面粗度調整として、鉱砕粉を用いたショットピーニングにて被膜の最上層にあるセラミックス系被膜を剥離し、さらにその面を研摩加工にて表面粗度レベルを４段階に調整して試験片Ａ〜Ｄを作成した。それらの表面粗度と放電被膜面積率との関連を調査し、表２に示した結果を得た。
【００２６】
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【００２７】
これらの結果より硬質被膜の最表面をショット仕上げおよび研摩仕上げ後における表面粗度（μｍＲｙ）と、放電被膜面積率との両者にほぼ相関性があることがわかった。ここで放電加工の初期表面粗度は約１５μｍＲｙと比較的大きいため（試験片Ａ）、表面仕上げにて表面粗度を改善する場合、放電被膜がより薄くなると硬質被膜を形成している放電被膜面積比率も減少することが分かった（試験片Ｂ〜Ｄ）。一方、耐焼付き性は表１に示すごとく表面粗度との関連があることから、これら両者の関係より放電被膜面積率は３０％以上が最適と認められる。以上の如く仕上げ加工時の表面粗度を適度な範囲に調整することで、耐摩耗性や耐焼付き性に効果のある放電被膜の分布形態を最適な状態に調整することが可能となった。
【００２８】
以上の検討からして次のことが明らかになった。
１．放電加工による硬質被膜の最大の特長である耐摩耗性を維持しながら、相反する攻撃性を改善するには、硬質被膜およびその表面形態の改質を行う必要がある。
２．改質方法としてはブラスト、研摩加工、化学研摩、電解研摩など、単独もしくは複合処理にて最表層を最適な表面粗度に調整する。
３．その際のポイントは放電被膜の稜線や縁をなだらかに、かつ放電被膜面積率を３０％以上とし、かつ表面粗度を２〜１０μｍＲｙに管理することにある。
４．また、さらに次工程で放電被膜の稜線、隙間、穴部など、表面凹凸部に均一に被覆できる潤滑特性を持つ化成処理被膜や固体潤滑剤を施すことにより、高面圧での摺動に対応できる摺動部材が提供できる。
【実施例】
【００２９】
次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
〔実施例１〕
ＪＩＳ−ＳＣＭ４２０構造用鋼を用い、先に詳述した摩擦摩耗試験片用のディスク（φ５０×５ｔ）とリング（φ２３×１５ｔ）を製作し、各々９３０℃×５ｈｒの条件で浸炭処理し、８５０℃×２ｈｒの条件で拡散処理および油焼入れを行ない、その後１８０℃×２時間の条件で焼き戻しを行い、表面硬度が７３０ＨＶで、有効硬化深さが約０．７ｍｍの浸炭した下地処理を行った。次に回転側のディスクの摺動面に放電加工被膜を形成し、相手側の固定されるリングは浸炭焼入れおよび研摩仕上げを行なって表面粗度を１μｍＲｙとした。
【００３０】
上記放電加工では、タングステンカーバイト系の消耗型電極を負極に取付け、炭化水素系の加工液中にて行ない、約２０μｍ厚の硬質被膜を形成した。次に硬質被膜の表面仕上げを行なった。表面仕上げは、鉱砕粉を用いたショット加工と研摩加工の組合せにて行ない、表面粗度Ｒｙを調整し、（Ａ）１０μｍＲｙ、（Ｂ）６μｍＲｙ、（Ｃ）２μｍＲｙおよび（Ｄ）１μｍＲｙの４種の試験片を作成した。なお、比較用として（Ｅ）放電加工被膜のまま（ショット、研摩なし）、表面粗度１１μｍＲｙ、（Ｆ）浸炭焼入れおよび研摩加工仕上げ、表面粗度１．５μｍＲｙの２種の試験片も製作し、これらの試験片を用いて耐焼付き性を調査した。
【００３１】
なお、より高面圧化を目的に、上記試験片Ｂ、ＤおよびＥには、表面仕上げ後、所定の前処理を行い、燐酸マンガン系化成処理剤を用いて化成処理を行い、約１〜３μｍの膜厚の被膜で該表面を均一に被覆した。また、試験片Ｃには燐酸マンガン系化成処理剤で化成処理後、さらに二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を約１０μｍ厚に塗布し、焼き付け処理をした。
【００３２】
摩擦摩耗試験は、前述のリングオンディスク方式による摩擦摩耗試験機にて、焼付け荷重、焼付き温度、摩擦係数などを評価し、その結果を表３に示した。
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【００３３】
放電加工被膜の表面粗度の焼付き荷重に及ぼす影響は、試験片Ａ、ＢおよびＣの表面粗度２〜１０μｍＲｙが最適であり、その効果は試験片Ｆの浸炭焼入れおよび研摩したものに比較し、約１．４〜１．５倍の耐焼付き性向上が確認された。一方、試験片Ｅの放電加工のままで、表面粗度が１３μｍＲｙでは、試験片Ｆに比較して焼付き荷重は若干上がるが、摩擦係数の変動より攻撃性が強く、齧りが早期に発生する問題がある。また、試験片Ｄの放電加工および研摩仕上げで表面粗度が２μｍＲｙ未満の場合、硬質被膜が薄くなりすぎて摩擦熱などによる試験片の軟化が進行し、耐焼付き性は試験片Ｆ並みと判明した。これら一連の結果より表面仕上げ後の最適表面粗度は２〜１０μｍＲｙであると認められる。
【００３４】
次に潤滑性を有する化成処理を組み合わせ、表面粗度が５μｍＲｙである試験片［Ｂ＋化成］は、耐焼付き性が格段に向上し、その効果は試験片Ｆと比較して約２倍強に相当する。さらに二硫化モリブデン被膜を併用した試験片［Ｃ＋化成＋固体潤滑］は、焼付き荷重自体の更なる向上は少ないが、摩擦係数（μ）が非常に小さく、摺動部材には極めて有効である。なお、硬質被膜を表面粗度を１μｍＲｙに研摩し、化成処理を施した試験片［Ｄ＋化成］の場合、初期摩擦係数は低下するが、耐焼付き性能は試験片Ｆとほぼ同等で、改善効果は認められない。
【００３５】
耐焼付き性に効果が確認された化成処理方法は、被処理剤の表面粗度にマッチングした薬剤の使い分けがベターであり、表面粗度が細かい場合は薄膜型の被膜が、表面粗度が粗い場合は厚膜タイプの化成処理被膜が均一性や密着性、潤滑性などより望ましい。ここで燐酸塩被膜の他にも浸硫処理、酸化被膜なども有効である。さらに燐酸塩被膜に併用し摩擦係数の大幅低減に効果のある固体潤滑系被膜は、二硫化モリブデン以外に、グラファイト、テフロン（登録商標）などの単独あるいは複合の各種固体潤滑剤が有効であり、無潤滑下での摩擦低減や耐焼付き性向上にも有効である。なお、上記の「浸硫処理」とは、表層部の摩擦係数を低減する目的で、硫黄化合物を含む溶融塩または水溶液中にて鉄系部材を電解処理して表層に硫化鉄を形成させる処理方法であり、また、「酸化被膜処理」とは、高温スチームなどの雰囲気にて鉄系部材を処理することにより四三酸化鉄の層を形成する処理方法である。
【００３６】
〔実施例２〕
輸送機器の駆動系部品にギアを変速させるシフトホーク部材は、相手側のギアとの摩擦摩耗を防止するため、浸炭や高周波焼入れなどの各種表面硬化処理が適用され、さらに高機能を要求される条件下では、その上層に硬質クロムメッキやモリブデン系の溶射被膜が施されている。近年、地球環境問題より部品製造工程においても種々見直しが検討され、硬質メッキや溶射などの被膜は製造環境対応やコスト低減などの目的より代替手法が模索されている。ここでは、これらの用途に対し、本発明の摺動部材の製造方法の適合性を評価する目的で、図１に示した摩擦摩耗試験を用いて、硬質クロムメッキならびにモリブデン溶射との耐焼付き性について比較テストを行った。
【００３７】
摩擦摩耗試験のディスクおよびリング試験片は、ＪＩＳ−ＳＣＲ４１５鋼材を用い、表面硬度７２０ＨＶ、有効浸炭深さ≒０．５ｍｍのガス浸炭焼入れを行い、研摩仕上げしたものを基材として用いた。比較用試験片としては、この基材表面を下記の処理を施して２種類作成した。
試験片１：硬質クロムメッキ：表面硬度７６０ＨＶ、メッキ厚さ≒４０μｍ、
試験片２：モリブデン溶射：表面硬度７００ＨＶ、膜厚≒５０μｍ
【００３８】
次に本発明による試験片３は、タングステン系電極を用いた硬質被膜を前記基材表面に約２０μｍの厚みに形成し、次工程にて硬球を用いたショットピーニングを行い、最表層のスラグとセラミックス層を除去し、表面粗度を５μｍＲｙに仕上げた。さらに高性能向けとしての試験片４は、試験片３の表面に燐酸マンガン系化成処理被膜を約３μｍの厚さに、また、試験片５は、試験片３の表面に二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を約９μｍの厚さに被覆した。さらに試験片６は、試験片３の表面に燐酸マンガン系化成処理被膜を約３μｍ＋二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を約９μｍの厚さに被覆して作成した。上記の試験片について行なった一連のテスト結果を表４に示す。
【００３９】
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【００４０】
表４より、本発明の表面粗度を５μｍＲｙに調整した試験片３の焼付き荷重は１６０ｋｇであり、比較用の試験片１は１６０ｋｇ、試験片２は１５０ｋｇであり、本発明による硬質被膜厚さが約１０μｍ相当の薄膜（試験片３）にもかかわらず、厚膜の現行品（試験片１、２）とほぼ同等の耐焼付き性が確認できた。さらにこれらに燐酸マンガン系化成処理被膜または二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を単独処理、ならびに燐酸マンガン系化成処理＋二硫化モリブデン系固体潤滑塗料を複合処理した試験片４〜６は、約２２０〜２３０ｋｇと耐焼付き性の大幅な向上が確認できた。
【００４１】
次に焼付き直前までの摩擦係数の変動を調べると、放電加工被膜の表面粗度を調整した試験片３では、μ≒０．０８〜０．１０であり、試験片１のμ≒０．０７〜０．１０とほぼ同等であった。一方、本発明の試験片５および６の摩擦係数はμ≒０．０３〜０．０５であり、大幅な摩擦係数の低減が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、機械用途など摺動部材に使用する金属材料の表面に放電加工による硬質被膜を約５〜３０μｍ相当の厚さに形成し、次いでその表面をショット、研摩加工、化学研摩および電解研摩などにより硬質被膜の放電被膜面積率が３０％以上有し、表面粗度を２〜１０μｍＲｙにコントロールすることにより、従来の浸炭や高周波焼入れなどの表面硬化やＰＶＤ、ＣＶＤなどのコーティング、ならびに溶射や各種硬質メッキを施したものと比較し、耐摩耗性、耐焼付き性および密着性などが格段に優れた摺動部材が得られる。さらにより高面圧の摺動部材の用途では、これらに化成処理と固体潤滑剤の最適組合せを行い、摩擦係数の低減や潤滑特性の付与が容易であり、金型、輸送機器、産業機械、電機などの摺動部材として広範な利用価値と耐久性向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】摩擦摩耗試験機の構造を示す図。
【図２】走査型電子顕微鏡による表面形態を示す図であり、（ａ）は放電加工した被膜の状態（研摩なし）を、（ｂ）は放電加工被膜をショットおよび研摩加工で、表面粗度を７μｍＲｙに調整した表面状態を、（ｃ）は（ｂ）と同様な方法で表面粗度を１μｍＲｙに調整した表面状態を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１：加圧ハンドル
２：加圧ロードセル
３：トルクメーター
４：試験片（リング）
５：試験片（ディスク）
６：オイルバス
７：回転モーター
【図１】
2005272855.tif 000007
【図２】
2005272855.tif 000008