專利名稱：滑動部件的制造方法、滑動部件和滑動部件母材的制作方法
技術領域：
本發明涉及滑動部件的制造方法，更具體地說，涉及在金屬襯鋼板上依次疊層 滑動軸承合金層和Bi系貼面層而成的滑動部件的制造方法。本發明進一步涉及具有新型 疊層結構的滑動部件及其母材。
背景技術：
以滑動軸承為代表的滑動部件具有在金屬襯鋼板上疊層由銅合金或鋁合金構 成、被稱為內襯的軸承合金層，以及由軟質金屬構成的貼面層的結構。所述滑動軸承 中，通常是通過電鍍，在滑動軸承合金層上被覆用作親和層的貼面層軟質金屬，如專利 文獻1:日本特許第3463809號公報的
圖1所示，軸承部件整體浸泡在電鍍液中，通過電 解析出，在滑動軸承合金層上被覆Pb系貼面層。以往的貼面層通常使用Pb系合金，但Pb是污染環境的物質，因此提出用Bi置 換Pb的Bi系貼面層。例如根據專利文獻2:日本特開2004-308883號公報，提出了上述疊層結構的滑 動部件，滑動軸承合金使用Cu或Al系合金，貼面層使用(202)面的取向系數為30%以 上、且通過PR電解法進行取向控制、使其與其它面相比顯示最大值的Bi或鍍Bi合金。根據專利文獻3:日本特許第3693256號公報，在由鋼板形成的金屬襯上形成 Cu或Al合金的滑動軸承合金層，然后通過PR電解電鍍形成Bi-Cu系貼面層。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特許第3463809號公報專利文獻2 日本特開2004-308883號公報專利文獻3:日本特許第3693256號公報專利文獻4:日本特許第2525538號公報專利文獻5 日本特開2005-264197號公報
發明內容
如上所述，在通過電鍍來被覆由軟質金屬構成的貼面層時，將滑動軸承母材全 體浸泡在含有離子化的軟質金屬的電鍍液中。這里，通過電鍍被覆Pb系貼面層時，即使金屬襯鋼板是電的良導體，Pb系貼面 層也不置換、析出，其原因是由于Pb與Fe的電位差小。另一方面，通過電鍍被覆Bi系貼面層時，本發明人發現了以下現象。即，電鍍 液 中的Bi離子在電化學上比金屬襯鋼板的Fe高級，因此與暴露在電鍍液中的金屬襯背面 的Fe置換，在金屬襯背面析出。置換并析出的Bi脆，另外由金屬襯鋼板溶解的Fe離子 在金屬襯背面再次電解、析出，形成脆的被膜。經過上述過程，暫時在金屬襯背面形成 了鍍Bi的被膜，但是該鍍Bi的被膜或Fe離子的再析出被膜輕易地從金屬襯上脫落，因此最終金屬襯鋼板背面并不存在Bi系合金，通過精密觀察，可知金屬襯背面由于全面腐蝕 而呈現表面粗糙(微小凹凸)。金屬襯鋼板背面為發動機軸承時，與連桿的大端部或小端 部沖撞并且滑動，因此如上所述，金屬襯鋼板背面有腐蝕產生的表面粗糙(微小凹凸)， 這可能引起發動機軸承等的疲勞破損等。因此，本發明的目的在于提供在以金屬襯鋼板、Cu系或Al系滑動軸承合金 層、和Bi系貼面層為基本結構的滑動軸承中，即使進行Bi系貼面層的電鍍也不會導致由 于金屬襯背面的原因而出現的滑動不良。本發明提供以下發明。(1)滑動部件的 制造方法，該滑動部件的制造方法是將滑動軸承合金層結合至金 屬襯鋼板的表面，然后通過電鍍在上述滑動軸承合金層(也可稱為“內襯”)上被覆Bi 系貼面層而成，其特征在于在上述Bi系貼面層電鍍之前的階段，在上述金屬襯鋼板的 背面形成由在電化學上比Bi高級的金屬(以下簡稱為“貴金屬”)、在電化學上比Bi低 級且表面鈍化的金屬(以下簡稱為“賤金屬”)、或者樹脂構成的第1保護層，上述第1 保護層由賤金屬構成時，使與該金屬襯鋼板的相反側的表面鈍化。(2) (1)的滑動部件的制造方法，其特征在于在金屬襯鋼板的表面形成由貴金 屬或賤金屬構成的第2保護層。(3) (2)的滑動部件的制造方法，其中，第1保護層和第2保護層由相同材質構 成。(4)滑動部件母材，該母材是在金屬襯鋼板的背面形成由在電化學上比Bi高級 的金屬(以下簡稱為“貴金屬”)、在電化學上比Bi低級且表面鈍化的金屬(以下簡稱 為“賤金屬”)，或者樹脂構成的第1保護層，進一步在上述金屬襯鋼板的表面側結合上 述滑動軸承合金層，并且上述第1保護層為賤金屬時，與該金屬襯鋼板相反側的表面發 生鈍化，作為在滑動軸承合金層上被覆電鍍Bi系貼面層的母材使用。(5) (4)的滑動部件的母材，其特征在于在金屬襯鋼板與滑動軸承合金層之間 具有由貴金屬或賤金屬構成的第2保護層。(6)滑動部件，其特征在于，該滑動部件含有金屬襯鋼板、與上述金屬襯鋼板 的表面側結合的滑動軸承合金層、通過電鍍被覆在上述滑動軸承合金表面的Bi系貼面層 和在上述金屬襯鋼板的背面形成的由貴金屬、賤金屬、或樹脂構成的第1保護層，通過 (1)-(3)中任一項所述的方法制造，構成Bi系貼面層的物質不在上述第1保護層上置換、 析出。(7) (6)的滑動部件，其特征在于在金屬襯鋼板和滑動軸承合金層之間具有由 貴金屬或賤金屬構成的第2保護層。以下，詳細說明本發明。首先，對本發明(1)_(7)中的共通事項進行說明。以金屬襯鋼板、Cu系或Al 系滑動軸承合金層以及Bi系貼面層為基本結構的滑動軸承本身是公知的。其中，金屬襯 鋼板通常是SPCC等的軟鋼板，特別的是可以使用專利文獻3:日本特許第2525538號公 報所述的含碳量比較高的高強度金屬襯或專利文獻5 日本特開2005-264179號公報所述 的添加氮的金屬襯等。Cu系滑動軸承合金通常含有1-15%質量Sn作為青銅的基本成分，根據需要含有1-15%質量的Pb、Bi等的親和性成分，還進一步含有Ni、Ag、Al、Sb等作為強化成分 的1-5%質量，1-15%質量的In作為耐腐蝕性成分。Cu系滑動軸承合金通過將銅合金粉 末散布在金屬襯鋼板上，在650-1000°C的溫度下、在氫氣、氫與氮的混合氣體等的還原 性氣氛中燒結來形成內襯形態。Cu的標準電極電位(以標準氫電極為0V，下同)是Cu = +0.337V。不過， Bi = Bi3++3e_的反應所顯示的標準電極電位(25°C )為+0.22V，因此，Cu比Bi在電化學 上高級。應予 說明，Cu系滑動軸承合金的標準電極電位以上述值為基準進行變動。接著，Al系滑動軸承合金通常含有1-35%質量的Sn、Pb等軟質成分，進一步 根據需要含有1-8%質量的Si作為耐磨損性提高成分，0-3%質量的Cu、Mg、Cr、Fe、 Zr, Mn、V等作為強化成分。Al系滑動軸承合金通過將壓延板與金屬襯壓接來形成內 襯形態。Al系滑動軸承合金的標準電極電位是以Al = Al3++3e_的反應的-1.66V為基準。 因此，在電化學上Bi比Al高級。另一方面，Cr、Ni、Al比Bi低級，但在形成鍍層之后放置在室溫下則發生鈍 化，形成Cr203、NiO、A1203。這樣的在電化學上的賤金屬在金屬襯鋼板側的至少表面 形成鈍化的狀態，則在電鍍Bi系貼面層時，該鈍化表面不會發生Bi的置換、析出。Bi系貼面層可以使用含有20%質量以下的純Bi和合金成分的Bi合金。Bi合金 的合金成分有在專利文獻3中所公知的Cu。而且，與Bi硬度程度相同的In、Zn、Ag等 也基本上保持Bi的親合性，因此可以使用。接著，對本發明(1)的制造方法進行說明。在本發明中，依次進行以下的公知的步驟通過壓延或燒結，使滑動軸承合金 層結合至金屬襯鋼板的表面，然后通過電鍍在滑動軸承合金層上被覆Bi系貼面層。本發明的特征在于在上述步驟中，在Bi系貼面層電鍍之前的階段，在金屬襯 鋼板的至少背面形成由電化學上比Bi高級的金屬(即“貴金屬”)、比Bi低級且鈍化的 金屬(即“賤金屬”)、或樹脂被膜的任意一種構成的保護層。在以往的Pb系貼面層中，在貼面層的電鍍中，不會在Fe系金屬襯上析出Pb，不 會特別發生問題，但是在Bi系貼面層的電鍍中，會發生如本說明書中的發明內容第3段 所述的現象。本發明人發現為了不發生這樣的問題，必須設置以往的滑動軸承結構所 沒有的保護層。即，如果保護層的金屬比Bi系貼面層的Bi低級，則只要保護層不形成 鈍態，Bi (合金)就會置換保護層，析出到保護層上。而如果在金屬襯的背面形成賤金 屬鈍化所得的物質或樹脂被膜，則在該鈍態形成面上不會發生Bi (合金)的置換、析出。 不過此時，工件(滑動部件母材)與電極的接觸位置必須避開鈍態膜或樹脂被膜的形成位 置。本發明的⑵的方法，(5)的滑動部件母材和(7)的滑動部件的特征在于除上 述第1保護層之外，在金屬襯鋼板的表面側形成由賤金屬或貴金屬構成的第2保護層， 使用所述滑動部件母材，然后進行Bi系貼面層的電鍍。如果第1和第2保護層為同一物 質，則可以同時形成兩層(上述(3)的方法)。應予說明，如果第2保護層為賤金屬，則 存在于其表面的鈍態膜存在于內襯下，因此，在電鍍Bi系貼面層時，將電極安裝在滑動 部件母材上的方法是復雜的。即，將滑動部件由兩側用夾子夾住的方式進行的電極安裝存在發生導電不良的危險。因此，優選在Bi系貼面層電鍍之前，通過酸洗等除去第2保 護層表面的鈍態層。應予說明，第2保護層含有Ni、Cr,內襯為銅合金時，則鈍態層被 還原性燒結氣氛還原而消失。 本發明的作為覆蓋電鍍Bi系貼面層的母材使用的滑動部件母材(4)的特征在 于在金屬襯鋼板的背面形成由貴金屬、賤金屬或樹脂構成的保護層，進一步將上述滑 動軸承合金結合至金屬襯鋼板的表面側，并且上述保護層為賤金屬時，該金屬襯側的表 面發生鈍化。即，母材整體作為陰極體浸泡在電鍍液中時，軸承合金層的表面與保護層 的表面與電鍍液接觸，Bi系貼面層只被覆于軸承合金層的表面。與此相對，在以往的滑 動部件中，在Bi系貼面層電鍍中，Bi在金屬襯的背面析出，然后剝離，因此結果導致金 屬襯鋼板表面粗糙。本發明的滑動部件(6)具有金屬襯鋼板、與金屬襯鋼板表面側結合的滑動軸承 合金層、通過電鍍覆蓋在滑動軸承合金表面的Bi系貼面層，在這一點上與以往的滑動部 件相同，但是，由于含有在金屬襯鋼板的背面形成的、由貴金屬、賤金屬或樹脂構成的 第1保護層，并由上述(1)_(3)中任一項所述的方法制造，因此具有構成Bi系貼面層的 物質不會在第1保護層上置換、析出的特征。因此，即使在電鍍Bi系貼面層之后、在有 保護層附著的狀態下組裝到機器上也不會有任何問題。另外，第1保護層為氧化物或樹 脂時，幾乎沒有電鍍液導致的侵蝕。發明效果本發明在通過電鍍將Bi系貼面層被覆在滑動軸承上時，可以防止金屬襯鋼板的 腐蝕、表面粗糙，因此可以防止金屬襯鋼板與配對材料反復接觸時的破壞、疲勞等。附圖簡述圖1是由本發明的一個實施方案形成的滑動軸承的剖面圖，圖解在金屬襯鋼板 的兩面設置貴金屬層或氧化物層的方法。圖2是由本發明的一個實施方案形成的滑動軸承的剖面圖，圖解在金屬襯鋼板 的背面設置貴金屬層或氧化物層的方法。圖3是由本發明另一實施方案形成的滑動軸承的剖面圖，圖解在金屬襯鋼板的 背面設置樹脂被膜的方法。
具體實施例方式在按照圖1-3所示的本發明的方法制造的滑動部件的剖面圖中，參照符號1是金 屬襯鋼板(以下稱為“金屬襯”)，Ia是金屬襯的表面，即內襯側的表面，Ib是背面，即 與內襯相反側的面，2是貴金屬層，3是滑動軸承合金層(以下稱為“內襯”)，10是Bi 系貼面層。在圖1中，在將內襯3結合至金屬襯1的表面Ia之前，在金屬襯1的表面Ia 和背面Ib兩者上電鍍貴金屬層2a和2b，通過濺射、壓合等被覆優選0.2-10 μ m、更優選 0.5-3 μ m的厚度。然后將內襯3被覆于金屬襯表面Ia側的貴金屬層2a。在該階段得到 滑動部件的母材12。最后，將滑動部件的母材12與陰極連接，全面浸泡在電鍍液中，由此通過電鍍 來被覆Bi系貼面層10。Bi系貼面層10的Bi比貴金屬層2的金屬低級，因此不會發生 高級金屬層2b與Bi(合金)的置換、析出。S卩，貴金屬層2b被電鍍液輕微腐蝕，但是不電沉積Bi(合金)。應予說明，貴金屬層2a不參與金屬襯背面的防腐蝕，但是存在于 內襯3和金屬襯表面(Ia)之間，具有提高內襯3與金屬襯1的密合性的作用。Bi電鍍的優選條件如下。鏈烷磺酸70g/LBi 離子10g/LpH約 0溫度25 °C電流密度2A/dm2時間20分鐘圖2中，內襯3直接結合至金屬襯1的表 面la。之后或者之前，在金屬襯1的 背面Ib電鍍貴金屬層2b，通過濺射、壓合等進行被覆。在該階段得到滑動部件的母材 12。然后將滑動部件的母材12與陰極連接，整體浸泡在電鍍液中，由此通過電鍍被覆Bi 系貼面層10。貼面層的Bi比貴金屬層2的金屬低級，因此不會發生貴金屬層2與Bi (合 金)的置換、析出。即，Bi(合金)不會電沉積在貴金屬層2上。Al、Ti、Cr、Ni等元素是比Bi系貼面層的Bi低級的金屬，表面變化為A1203、 TiO2> Cr203、NiO等，發生鈍化，因此Bi (合金)不會在表面電沉積，可以將這些賤金屬 代替貴金屬層2使用。通過Al、Ti等的蒸鍍或Cr、Ni等的蒸鍍或電鍍等，在所需的面 上形成這些賤金屬的層，接著進行鈍化處理。關于鈍化處理，為Al時，可通過陽極氧化 處理進行，為Cr、Ti、Ni時，可各自通過加熱處理等公知的表面處理進行。其中，這些 金屬通過在室溫下放置數日，形成所謂的自然氧化膜，發生鈍化，因此無需人工處理。這些氧化物是電不良導體，因此在與金屬襯相反側的面2b上不會發生與Bi(合 金)的置換、析出，其中，已知上述氧化物為Fe-Cr等不銹鋼或Al系材料等的鈍態被膜 成分，可帶來穩定的保護效果。圖3中，將內襯3結合至金屬襯1的表面la，在之后或者之前，在上述金屬襯1 的背面Ib粘接樹脂層4，至優選1-500 μ m,更優選2_10 μ m的厚度。可通過將作為樹 脂的環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂等涂布后燒結來形成樹脂層4。在該階段得到滑 動部件的母材12。然后將滑動部件的母材12與陰極連接，整體浸泡在電鍍液中，由此 通過電鍍被覆Bi系貼面層10。樹脂是電不良導體，因此不會發生樹脂層4與Bi(合金) 的置換、析出。即，Bi(合金)不會在樹脂層4上電沉積。接著，通過實驗例更詳細地說明本發明。比較例使用厚度1.3mm的SPCC鋼板作為金屬襯1(圖1)，不被覆貴金屬層2a、2b，將 作為內襯3的厚度0.2mm的Cu合金層(組成Cu-5% Sn)結合至作為金屬襯1表面側 (Ia)的面。然后，將如上所述制造的母材12與陰極連接，整體浸泡在上述組成的Bi電 鍍浴中，在上述電流密度條件下電鍍7 μ m厚度的Bi系貼面層10。電鍍后，觀察金屬襯 背面側(Ib)的面，可見表面粗糙。該金屬襯背面(Ib)側的粗糙度Rz為25 μ m。實施例1在圖1中，使用厚度1.3mm的SPCC鋼板作為金屬襯1，使用厚度0.2mm的Cu 合金(組成Cu-5% Sn)作為內襯3。首先在氰浴、電流密度2A/dm2條件下，通過電鍍在金屬襯1的兩側被覆Cu作為貴金屬層2a、2b，至厚度2μιη，然后進行水洗、干燥， 接著在作為金屬襯1的表面側(Ib)的面上結合內襯3。然后將如上所述制造的母材12與 陰極連接，整體浸泡在上述Bi電鍍浴中，在上述電流密度條件下電鍍7μιη厚度的Bi系 貼面層10。電鍍后，觀察金屬襯背面側Ib的面，與電鍍狀態的表面幾乎沒有變化，未見 表面粗糙或Bi的電沉積。實施例2在圖2中，通過電鍍被覆與圖1相同的金屬襯1、內襯3以及貴金屬層2和Bi系 貼面層10。其中，貴金屬層2只被覆在金屬襯1的背面lb。電鍍后觀察金屬襯背面側 的貴金屬層2b的表面，與電鍍狀態的表面幾乎沒有變化，未見表面粗糙或Bi的電沉積。實施例3
在圖2中，形成與圖1同樣的金屬襯1、內襯3。然后通過電鍍在不同的試驗材 料上被覆Cr和Ni層2，放置在室溫下，表面2’鈍化，形成Cr2O3和NiO。然后通過電 鍍被覆Bi系貼面層10。電鍍Bi系貼面層10之后，觀察金屬襯背面側的Cr2O3層和NiO 層2’的表面，與電鍍后接著在室溫下放置狀態的表面幾乎沒有不同，未見表面粗糙或Bi 的電沉積。實施例4在圖1所示的層結構中，形成與圖1同樣的金屬襯1、內襯3和Bi系貼面層10。 其中，通過(電鍍)，在不同的試驗材料上、在金屬襯1的兩側被覆Cr或Ni層2，以此 代替貴金屬層2a、2b，金屬襯側的Cr或Ni層2b放置在室溫下，其表面鈍化，形成Cr2O3 和NiO。另一方面，對于內襯側的Cr或Ni層2a，在通過燒結形成內襯3時的氣氛是還 原性的，因此Cr2O3被還原為Cr，NiO被還原為Ni。電鍍Bi系貼面層10后，觀察金屬 襯背面側的Cr2O3層和NiO層2b’的表面，與電鍍后接著放置室溫下的狀態的表面幾乎 沒有變化，未見表面粗糙或Bi的電沉積。實施例5在圖3中，形成與圖1同樣的金屬襯1、內襯3以及環氧樹脂層4和Bi系貼面層 10。環氧樹脂被膜4通過涂布來涂布為厚度3 μ m，然后在100°c下燒結。形成Bi系貼 面層10后，觀察環氧樹脂層4的表面，與涂布后的狀態幾乎沒有變化，未見表面粗糙或 Bi的電沉積。產業實用性如以上說明，本發明可以防止在制造實施了 Bi系貼面層的滑動軸承時以往無法 避免的金屬襯鋼板的性能劣化，因此產業上的貢獻很大。
權利要求
1.滑動部件的制造方法，該滑動部件的制造方法是將滑動軸承合金層結合至金屬襯 鋼板的表面，然后通過電鍍在上述滑動軸承合金層上被覆Bi系貼面層而成，其特征在 于在上述扭系貼面層電鍍之前的階段，在上述金屬襯鋼板的背面形成由在電化學上比 扭高級的金屬(以下簡稱為“貴金屬”)、在電化學上比扭低級且表面鈍化的金屬(以 下簡稱為“賤金屬”)、或者樹脂構成的第1保護層，上述第1保護層由賤金屬構成時， 使其與該金屬襯鋼板的相反側的表面鈍化。
2.權利要求1的滑動部件的制造方法，其特征在于在金屬襯鋼板的表面側形成由 貴金屬或賤金屬構成的第2保護層。
3.權利要求2的滑動部件的制造方法，其中，第1保護層和第2保護層由相同材質構成。
4.滑動部件的母材，該母材是在金屬襯鋼板的背面形成由在電化學上比扭高級的金 屬(以下簡稱為“貴金屬”)、在電化學上比扭低級且表面鈍化的金屬(以下簡稱為“賤 金屬”)、或者樹脂構成的第1保護層，進一步在上述金屬襯鋼板的表面側結合上述滑 動軸承合金層，并且，上述第1保護層為賤金屬時，其與該金屬襯相反側的表面發生鈍 化，作為被覆電鍍扭系貼面層的母材使用。
5.權利要求4的滑動部件的母材，其特征在于在金屬襯鋼板與滑動軸承合金層之 間具有由貴金屬或賤金屬構成的第2保護層。
6.滑動部件，其特征在于，該滑動部件含有金屬襯鋼板、與上述金屬襯鋼板的表面 側結合的滑動軸承合金層、通過電鍍被覆在上述滑動軸承合金層表面的:Bi系貼面層和在 上述金屬襯鋼板的背面形成的曲貴金屬、賤金屬、或樹脂構成的第1保護層，通過權利 要求1-3中任一項所述的方法制造，構成扭系貼面層的物質不會在上述第1保護層上置 換析出。
7.權利要求6的滑動部件，其特征在于在金屬襯鋼板和滑動軸承合金層之間具有 由貴金屬或賤金屬構成的第2保護層。
全文摘要
本發明涉及在金屬襯鋼板(1)的表面結合滑動軸承合金層(3)，然后通過電鍍，在滑動軸承合金層(3)上被覆Bi系貼面層(10)的方法，該方法中，電鍍時，Bi不會在金屬襯鋼板(1)上置換、析出。所述方法是在Bi系貼面層(10)電鍍之前的階段，在金屬襯鋼板(1)的至少背面形成比Bi系貼面層(10)電化學上高級的金屬(2)、在電化學上比Bi系貼面層低級且鈍化的金屬(2)或者樹脂被膜(4)。
文檔編號F16C33/12GK102027163SQ20098011741
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月14日 優先權日2008年5月15日
發明者和田仁志, 富川貴志, 須賀茂幸 申請人:大豐工業株式會社