(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Al-Si共晶系合金基材にSnめっきを施した、回転板式圧縮機の摺動部材において、共晶Si粒子が個数換算で60%以上脱落しており、かつ最大表面粗さ（Rz ）5.5μm以下である前記Al-Si共晶系合金基材の表面に電解 Snめっきが施されていることを特徴とする回転板式圧縮機の摺動部材。
【請求項２】
前記電解Ｓｎめっきの厚さが１〜３０μｍである請求項１記載の回転板式圧縮機の摺動部材。
【請求項３】
前記電解ＳｎめっきとＡｌ−Ｓｉ合金基材の表面の間にＺｎ，ＣｕまたはＮｉめっきからなる中間めっきが介在している請求項１又は２記載の回転板式圧縮機の摺動部材。
【請求項４】
前記中間めっきの厚さが０．１〜５μｍである請求項３記載の回転板式圧縮機の摺動部材。
【請求項５】
前記Ａｌ−Ｓｉ共晶系合金のＳｉ含有量が８〜２０ｗｔ％である請求項１から４までのいずれか１項記載の回転板式圧縮機の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転板式圧縮機の摺動部材に関するものであり、さらに詳しく述べるならば斜板式、ウェーブプレート式などの回転板式コンプレッサーに摺動部材の基材として使用されるＡｌ−Ｓｉ合金の表面構造を改善した摺動部材に関するものである。
【０００２】
斜板式コンプレッサーでは斜板の１回転に対して両頭ピストンの往復回転が１回のみであるために圧縮能率が低いという問題があると言われており、この斜板の代わりに周方向に沿ってウェーブする立体カム状プレートを使用するウェーブプレート式圧縮機が特開平７−９７９７８号にて提案されている。
【０００３】
これらの圧縮機の摺動部材としては、軽量及び耐摩耗性に特長があるＡｌ−Ｓｉ共晶系合金を基材とする斜板、ウェーブプレート及びピストンなどが使用されている。
【０００４】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｓｉ共晶系合金は通常１〜２０％程度のＳｉを含有しており、このＳｉは硬い初晶Ｓｉもしくは共晶Ｓｉとして分散しているために、相手材である通常Ｆｅ系材料製シューとの摺動面を平坦にし、かつ相手材からの荷重も受け、しかもアルミ材自体の摩耗も少なくしている。一方かかるＡｌ−Ｓｉ共晶系合金に無電解スズめっきを施すことによって、潤滑性及び初期なじみ性を良好にした斜板式圧縮機用斜板も公知である。
この無電解Ｓｎめっきの際には、本出願人は、２回のアルカリエッチング処理により表面の酸化膜を除去し、引続きスマットと称される反応生成物を硝酸−フッ酸系洗浄液にて除去した後無電解めっきを行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮機摺動部材のめっき前の表面粗さはＲｚ１０μｍ以上であり、まためっき後の粗さは、Ａｌ−Ｓｉ共晶系合金基材１（図１参照）の表面全体の凹凸によるが、特に突出したＳｉ粒子２中でも比較的粗大な初晶Ｓｉ粒子に起因していることが分かった。またＳｎめっき３の厚さは通常１０〜２０μｍであったために、めっき表面も基材表面の凹凸を再現しており、一部ではＳｉ粒子２がめっき表面から突出していた。
さらに、初晶Ｓｉ粒子より微細な共晶Ｓｉはほとんどがアルカリ液でのエッチング処理によっても残存していることが分かった。
【０００６】
図１に概念的に示す表面を有する圧縮機摺動部材が相手材と摺動すると、潤滑油の供給が十分ではなくかつ面圧が高い場合に相手材をかじる事故や焼付などが発生していた。
また、Ａｌ−Ｓｉ共晶系合金基材１が突出したＳｉ粒子２を介して相手材から受ける荷重ＰはＳｉ粒子２とＡｌ合金マトリックスの界面に伝えられ、界面で繰り返し剪断応力Ｐs が発生してＡｌマトリックスの疲労が起こる結果、Ｓｉ粒子２の保持力が弱くなり、Ｓｉ粒子２がＡｌ−Ｓｉ共晶系合金基材１から脱落するピッチングを起こしていた。
また、残存共晶Ｓｉ粒子上に被着されたＳｎめっきは摺動特性が不良であることを確認し、その原因はＳｉとＳｎの接合強度はＡｌとＳｎとの接合強度に比べて低いことにあるものと考察した。
【０００７】
したがって、本発明は回転板式圧縮機に使用され、Ｓｎめっきが施されるＡｌ−Ｓｉ共晶系合金の摺動特性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成する本発明は、Al-Si共晶系合金基材にSnめっきを施した、回転板式圧縮機の摺動部材において、共晶Si粒子が個数換算で60%以上脱落しており、微細な凹部が形成されており、かつ最大粗さ（Rz）が5.5μm以下である前記Al-Si共晶系合金基材の表面に電解Snめっきが施されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように基板表面を調整するためには、基材のアルカリエッチング液の濃度を高くしかつ処理時間は短めに、かつスマット処理酸性液の濃度を低く、処理時間は長めにすることが必要であり、具体的には前者におけるＮａＯＨ濃度は１００ｇ／Ｌ以上、時間は１０秒程度であり、後者における硝酸濃度は６００ｍＬ／Ｌ以下かつフッ酸濃度は４０ｍＬ／Ｌ以下、処理時間は１０〜２０秒が好ましい処理条件である。アルカリエッチングの温度は４５℃程度、スマット処理の温度は室温が好ましい。
【００１０】
従来スマット処理はアルカリエッチングの反応生成物であるスマットを分解するだけであると考えられていたが、本発明者の実験によるとスマット処理液の酸濃度が高いと初晶Ｓｉを溶解してしまい、溶解後の基材表面には大きい凹部が形成されることが分かった。またこの条件では共晶Ｓｉはほとんど全部脱落するが初晶Ｓｉも脱落し、その凹部が大きい粗さとなるので、摺動特性の面からは好ましくない。
したがって、スマット処理液の濃度は低くして処理時間を長くすることにより、スマットを十分に分解し、共晶Ｓｉはほとんどを溶解させるが初晶Ｓｉはある程度抑制して溶解させることができる。
【００１１】
アルカリエッチングの濃度が低くかつエッチング時間が長いと、アルミニウムマトリックスの侵食量が大きくなり、一方アルカリによる初晶及び共晶Ｓｉ自体の溶解は遅いために、粗さが大きくなり所望の表面構造が得られない。
【００１２】
本発明において、Al-Si共晶系合金基材の最大表面粗さ（Rz）を5.5μm以下とした理由は、Snめっき表面の凹凸を少なくして潤滑油が少なくかつ面圧が高い摺動条件においてもEHL（弾性流体潤滑）式での潤滑とさせ、カジリ、焼き付きを防止する。また突出高さが少なくなったSi粒子は摺動中に脱落し難く、また、Snめっきにより摺動部真実接触点を増加させ、実質面圧を減少させるため、その結果として耐摩耗性、耐疲労性が大幅に向上する。
次に、本発明において、好ましい最大表面粗さ（Rz）は1.5〜2μmである。共晶Siのほとんどを除去する理由は、残存する微細な凹部に突入するSnがAlと強固に接着されて、Snめっき皮膜の接合強度を高めるからである。なお、基材表面に存在する共晶Siは摺動特性にほとんど寄与しないので全部を除去してもよい。
さらに、残存する初晶Siには相手軸からの荷重が集中するが、この突出高さの小さい初晶Siは脱落し難いので、安定して耐荷重性及び耐摩耗性を発揮する。
最後にSnめっきを電解Snめっきにしたのは密着力が高いためである。
以上のような特長を組み合せることにより、300〜400MPaの高面圧下で弾性流体潤滑条件が安定して実現され、摺動部真実接触点を増加させることにより実質面圧を減少させることができる。その結果として摺動部材の耐摩耗性及び耐疲労性が大幅に向上する。
【００１３】
本発明において使用されるAl-Si共晶系合金基材は通常の溶製法により製造される鋳造、鍛造、圧延その他の任意の加工法ならびに焼鈍などの熱処理によるものである。また、加工後の素材を研摩、切削、アルマイトなどの各種表面処理もしくは仕上加工を施して摺動部材の形状や表面状態にすることもできるのはもちろんである。さらに、 Si以外に、公知の添加元素例えば、脱酸剤としてのP、時効析出性を付与する Mg,Cu、結晶粒微細化剤であるTi,Bなどの１種又は２種以上を添加することもできる。
前記Snめっきは2〜10μmとすることにより好ましい摺動特性が安定して得られる。Snめっきの厚さが2μm未満であると表面の凹凸が大きくなり、 10μmを超えても摺動特性は良好にはならない。より好ましい Snめっきの厚さは 2 〜10μmである。
電解Snめっきは、酸性浴を使用する一般的な方法によることができる。
【００１４】
Ａｌ−Ｓｉ共晶系合金基材とＳｎめっきの中間にＡｌとの密着性が優れたＺｎ，ＣｕまたはＮｉめっきを、好ましくは０．１〜１μｍの厚さで行うとＳｎめっきの密着性が一層高められる。なお、Ｚｎめっきは無電解めっきの一種である置換めっきにより行うことができる。これら以外の金属の中間めっきを施すことも可能であるが、高価であるかもしくは一般的でない。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
【００１５】
【実施例】
実施例１
17wt%Siを含有するAl-Si共晶系合金鍛造材（Si以外はAlと少量の不純物）の斜板用素材を切削により粗さをRz0.4μmとした後、以下の表面処理を行った。
（1）アルカリ脱脂（300sec）
（2）水洗（市水）
（3）アルカリエッチング（NaOH濃度110g/L, 50℃, 10秒）
（4）水洗（市水）
（5）スマット処理（HNO3 600mL/L, HF40mL/L, 20℃10秒）
表面処理後の最大粗さ（Rz）は1.6μmであり表面の組織状態は図2（500倍の顕微鏡写真）に示すようにやや角張った初晶Siは全部残っているが、丸みを帯びた微細な共晶Siはほとんど（概算の個数換算で60%）が脱落し、脱落により形成された微細な凹部にAl地が露出している。ここで、脱落した共晶Siの割合の算定は、残存共晶Siの平均粒径のものが処理（1）〜（5）の前に存在していたものとして、その全個数に対する脱落粒子個数を計算したものである。
【００１６】
上記表面処理後下記のいずれかのめっきを行った。
（ａ）電解Ｓｎめっき
めっき浴組成
硫酸第１錫      ４５  ｇ／Ｌ
硫酸          １００  ｇ／Ｌ
アサヒスタナー  ３０ｍＬ／Ｌ（上村工業）
温度          ４０℃
めっき厚さ  ３．５μｍ
（ｂ）Ｃｕめっき後電解Ｓｎめっき（上記（ａ）と同じ）
Ｃｕめっき後（Ｓｎめっき前）
活性化処理
濃硫酸  １００ｍＬ／Ｌ、３０℃、４０秒
Ｃｕめっき浴組成
ピロリン酸銅    １５ｇ／Ｌ
ピロリン酸カリ１２０ｇ／Ｌ
温度          ３０℃
めっき厚さ  ０．５μｍ
【００１７】
比較例１
実施例と同一の基材に下記の表面処理を施した。
（1）アルカリ脱脂（NaOH濃度  40g/L, 50℃,  300秒）
（2）水洗（市水）
（3）アルカリ脱脂（NaOH濃度  50g/L,  50℃,  30秒）
（4）水洗（市水）
（5）スマット処理（HNO3  530mL/L,  HF100g/L,  30℃35秒）
この表面処理された基材の最大表面粗さ（Rz）は1μmであり、かつ初晶Siは全部残存しかつ共晶Siもほとんど全部が残存していた。上記表面処理を施した基材自体、及び無電解めっきを施したものを供試材とした。無電解めっきは厚さが2μmとなるように行った。
【００１８】
焼付試験条件
試験機：実機テスト
回転数：１０００ｒｐｍ
潤滑条件：貧潤滑
【００１９】
疲労試験条件
荷重：３８０Ｎ
面圧：２８０ＭＰａ
【００２０】
【表１】                                              
0003916700.tif 000002
【００２１】
表１に示すように本発明によると５倍以上の耐焼付性及び耐疲労性が得られる。
なお、比較のために上記した試験条件よりは面圧が低い条件で焼付試験を行ったところ耐焼付性の差は５倍から大幅に低下した。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は特に面圧が高い回転板式圧縮機に適した摺動部材として優れた特性を発揮するものであるために、近年潤滑油の供給機構も簡単にし、その他の面でも小型化を図りながら高性能を追求した回転板式圧縮機に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面にSnめっきが施されたAl-Si系合金の摺動特性を説明する図である。
【図２】本発明に係るAl-Si系合金基材の表面の金属組織写真（500倍）である。
【符号の説明】
1  Al-Si系合金基材
2  Si粒子
3  Snめっき
P  相手軸からの荷重
Ps 剪断応力
【図１】
0003916700.tif 000003
【図２】
0003916700.tif 000004