-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement mit einer Beschichtung,
welche durch eine Zwischenschicht auf ein Grundmaterial aufgetragen
ist, und insbesondere betrifft sie ein Gleitelement, welches eine
Zwischenschicht, welche aus Bi (Bismut) oder einer Bi-Legierung
besteht, umfasst.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Als
ein Gleitelement, wie z. B. ein Gleitlager, welches in einer Kurbelwelle
oder einer Pleuelstange eines Motors eines Automobils verwendet
wird, wird oft ein Lager verwendet, welches eine Lagerlegierung
aus einer Cu-(Kupfer-)Legierung oder einer Al-(Aluminium-)Legierung
umfasst, welche auf die Oberfläche
eines Rückstahls
aufgetragen ist. Das Lager weist eine Beschichtung auf, welche auf
die Oberfläche
der Lagerlegierung (Grundmaterial) durch eine Zwischenschicht mittels
Elektroplattieren aufgebracht worden ist. Die Beschichtung ist für den Zweck
vorhanden, Lagereigenschaften, wie z. B. ein Formanpassungsvermögen mit
einem Gegenmaterial weiter zu verbessern, und die Zwischenschicht
ist vorhanden, um eine Bindungsfestigkeit zwischen der Lagerlegierung
und der Beschichtung zu verbessern.
-
Herkömmlicherweise
ist eine Legierung, welche Pb (Blei) und Sn (Zinn) als Hauptkomponenten
enthält,
als ein Metall, aus welchem die Beschichtung zusammengesetzt ist,
verwendet worden. Unter diesen ist Pb (Blei) eine die Umwelt kontaminierende
Substanz, so dass ein Pb-freies Material angestrebt worden ist.
Es wird vorgeschlagen, Bi als sein substituierendes Material zu
verwenden, welches ähnlich
wie Pb einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Bi in seinem natürlichen
Zustand kann jedoch nicht als ein Material verwendet werden, um
eine Beschichtung auszubilden, bei welcher eine Dauerfestigkeit
und ein Formanpassungsvermögen
erforderlich sind, da es hart und zerbrechlich ist. Um die Eigenschaften
der Härte und
der Zerbrechlichkeit von Bi zu verbessern, sind verschiedene Arten
von Verbesserungen vorgenommen worden (zum Beispiel siehe
JP-A-11-50296 ,
JP-A-2003-156049 oder
JP-A-2004-308883 ).
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Bei
einem aktuellen Motor eines Automobils ist die Leistung weiter gesteigert
worden, und es ist eine hohe Dauerfestigkeit im Bezug auf ein Lager
erforderlich. In der
JP-A-11-50296 sind
jedoch eine metallographische Struktur einer Beschichtung und eine
Zwischenschicht nicht betrachtet worden. Ein Material, welches in
der Zwischenschicht einzusetzen ist, wird nicht genau untersucht,
so dass einige Materialien, welche darin eingesetzt werden, eine
zerbrechliche intermetallische Verbindung mit dem Bi der Beschichtung
ausbilden können.
Wenn die zerbrechliche intermetallische Verbindung zwischen der
Zwischenschicht und der Beschichtung ausgebildet wird, verschlechtert
sich eine Bindungsfestigkeit der Beschichtung und folglich verschlechtert sich
eine Dauerfestigkeit. Darüber
hinaus kann sich eine Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt
in der Beschichtung ausbilden. In solch einem Fall verschlechtert
sich auch eine Antihafteigenschaft.
-
Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um obige Probleme zu lösen, und
ihre Aufgabe ist, eine Bindungsfestigkeit einer Beschichtung und
folglich eine Dauerfestigkeit bei einem Gleitelement zu verbessern, bei
welchem die Beschichtung aus Bi oder einer Bi-Legierung besteht,
welche durch eine Zwischenschicht auf ein Grundmaterial aufgebracht
ist.
-
Eine
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden beschrieben.
-
Erstens
ist die vorliegende Erfindung, wie sie durch ein Gleitelement nach
Anspruch 1 definiert ist, derart entworfen worden, dass eine Dauerfestigkeit
verbes sert wird, indem eine Bindungsfestigkeit einer Beschichtung
an einem Grundmaterial verbessert wird und eine Kornform einer Beschichtung
gesteuert wird. Die Bindungsfestigkeit wird erzielt, indem eine
Korngröße einer
Zwischenschicht gesteuert wird und gleichzeitig ein Korngrößenwachstum
der Beschichtung gesteuert wird, um so die Körnung in der Beschichtung in
einer Form auszubilden, welche zum Tragen einer Last geeignet ist,
das heißt
eine säulenförmige Körnung, welche in
einer Dickenrichtung der Beschichtung länglich ist.
-
Zweitens
ist die vorliegende Erfindung derart entworfen worden, dass eine
kristalline Ausrichtung von Bi und von einer Bi-Legierung in einer
Deckschicht gesteuert wird, um eine Antihafteigenschaft und ein
Formanpassungsvermögen
gleichzeitig mit einer Verbesserung der Dauerfestigkeit zu verbessern.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Lagerhälfte, welche eine erfindungsgemäße Ausführungsform
darstellt;
-
2 ist
eine schematische Darstellung, welche eine metallographische Struktur
in jeder Schicht darstellt;
-
3 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Bereiches III in 2; und
-
4 ist
eine schematische Darstellung, welche eine Körnung einer Beschichtung darstellt.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
(1) Dauerfestigkeit
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Gleitelement bereit, welches derart
ausgestaltet ist, dass es eine Beschichtung mit einer Gleitoberfläche aufweist,
welche auf ein Grundmaterial durch eine Zwischenschicht aufgebracht
ist, um die Dauerfestigkeit zu verbessern, wobei die Zwischenschicht
aus einem bleifreien Metall und die Zwischenschicht aus Bi oder
einer bleifreien Bi-Legierung ausgebildet ist, und wobei die Körnung der Zwischenschicht
von der Seite des Grundmaterials zu der Seite der Beschichtung allmählich groß wird und
die Körnung
in der Beschichtung die säulenförmige Körnung ausbildet,
welche entlang einer Dickenrichtung der Beschichtung länglich ist.
-
Die
Konfiguration wird im Folgenden beschrieben.
-
Körnung der Zwischenschicht
-
Um
die Dauerfestigkeit einer Beschichtung zu verbessern, muss die Beschichtung
erstens eine hohe Bindungsfestigkeit zu einem Grundmaterial aufweisen
und darf kaum von dem Grundmaterial weg brechen.
-
Ein
Elektroplattierungsverfahren und ein PVD-Verfahren („Physical
Vapor Deposition” (physikalische Dampfauftragung))
sind als ein Metall auftragendes Verfahren im Allgemeinen bekannt,
welche in der Lage sind, für
eine hohe Bindungsfestigkeit zu sorgen, und diese Verfahren werden
eingesetzt, um die Beschichtung auf ein Gleitlager eines Motors
eines Automobils aufzutragen.
-
Wenn
durch ein Elektroplattierungsverfahren oder ein PVD-Verfahren eine
Metallschicht aufgetragen wird, ist im Allgemeinen eine Korngröße eines
aufgetragenen Metalls oder insbesondere ein Korndurchmesser in einer
imaginären
Ebene parallel zu der Auftragungsgrenzfläche (im Allgemeinen eine Ebene
parallel zu einer Gleitoberfläche)
vorzugsweise nahezu gleich zu demjenigen eines Metalls eines Substrats.
Wenn es einen großen
Unterschied zwischen beiden Korngrößen gibt, kann die Bindungsfestigkeit
der Metallschicht nicht verbessert werden.
-
In
einem Gleitelement, wie z. B. einem Gleitlager eines Motors eines
Automobils, wird die Körnung
der Lagerlegierungsschicht jedoch verfeinert, da die Lagerlegierungsschicht
in einem Bohrprozess oder ähnlichem bezüglich ihrer
Oberfläche
nachbearbeitet wird, bevor eine Beschichtung aufgebracht wird, und
weist aufgrund der Bearbeitung ihrer Oberfläche eine große Körnung auf.
Andererseits ist Bi, welches als ein Material für die Beschichtung bei der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, in einer Form einer großen Körnung aufgetragen,
was eine Eigenart eines Metalls mit einem niedrigen Schmelzpunkt
ist. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Beschichtung, welche
aus Bi oder einer Bi-Legierung ausgebildet ist, derart zu steuern,
dass sie nahezu die gleiche Korngröße wie die Oberfläche der
Lagerlegierung aufweist.
-
Darüber hinaus
weist Bi eine trigonale Kristallstruktur auf, welche sich von derjenigen
der Lagerlegierung, wie z. B. einer Cu-Legierung und einer Al-Legierung
unterscheidet, welche als das Grundmaterial des Gleitlagers des
Motors eines Automobils eingesetzt wird, so dass, sogar wenn solch
ein Bi direkt auf die Lagerlegierungsschicht mittels eines Elektroplattierungsverfahrens
oder eines PVD-Verfahrens
aufgetragen wird, die Beschichtung keine hohe Bindungsfestigkeit
und keine hohe Dauerfestigkeit aufweist.
-
Aus
diesem Grund ist bei dem erfindungsgemäßen Gleitelement eine Zwischenschicht
zwischen einem Grundmaterial und einer Beschichtung angeordnet,
wobei dessen Korngröße von einer
Seite des Grundmaterials zu einer Seite der Beschichtung größer wird.
Zum Beispiel weist ein Gleitlager eines Motors eines Au tomobils
eine Struktur auf, wie es in 1 dargestellt
ist, und umfasst eine Lagerlegierungsschicht 2, welche
aus einer Cu-Legierung oder einer Al-Legierung, die auf einen Rückstahl 1 aufgetragen
ist, ausgebildet ist, und die Beschichtung 4, welche auf
die Oberfläche
der Lagerlegierungsschicht 2 durch die Zwischenschicht 3 aufgetragen
ist. Wenn die vorliegende Erfindung bei solch einem Gleitlager angewendet
wird, ist die Körnung der
Zwischenschicht 3 auf der Seite der Lagerlegierungsschicht,
mit anderen Worten auf der Seite des Grundmaterials 2,
klein und wird allmählich
auf der Seite der Beschichtung 4 größer, wie es in 2 dargestellt
ist. Dadurch ist die Korngröße der Zwischenschicht 3 in
der Nähe
einer Grenzfläche
bezüglich
des Grundmaterials 2 nicht sehr unterschiedlich von derjenigen
des Grundmaterials 2 in der Nähe der Grenzfläche 8 bezüglich der Zwischenschicht 3 und
gleichzeitig ist die Korngröße der Zwischenschicht 3 in
der Nähe
einer Grenzfläche
bezüglich
der Beschichtung 4 nicht sehr unterschiedlich von derjenigen
der Beschichtung 4 in der Nähe der Grenzfläche 10 bezüglich der
Zwischenschicht 3, was die Bindungsfestigkeit der Zwischenschicht 3 zu
dem Grundmaterial 2 und auch die Bindungsfestigkeit der
Beschichtung 4 zu der Zwischenschicht 3 verbessert.
-
Dementsprechend
bricht die Zwischenschicht 3 kaum von dem Grundmaterial 2 weg,
und die Beschichtung 4 bricht kaum von der Zwischenschicht 3 weg.
Daher wird die Dauerfestigkeit der gesamten Schicht bestehend aus
der Zwischenschicht 3 und der Beschichtung 4 verbessert.
In der folgenden Beschreibung wird die gesamte Schicht, welche die
Zwischenschicht und die Beschichtung enthält, als eine Deckschicht bezeichnet.
-
Wie
vorab beschrieben ist, beeinflusst eine Korngröße eine Bindungsfestigkeit
zwischen einem Grundmaterial 2 und einer Zwischenschicht 3 und
zwischen einer Zwischenschicht 3 und einer Beschichtung 4.
Dann weist die Körnung
in der Zwischenschicht 3 in der Nähe einer Grenzfläche bezüglich der
Beschichtung 4 einen Durchmesser in einer imaginären Ebene
parallel zu einer Gleitoberfläche 6 auf, welcher
vorzugsweise durchschnittlich nicht kleiner als das Zweifache von
demjenigen der Zwischenschicht 3 in einer imaginären Ebene parallel
zu einer Gleitoberfläche 6 in
der Nähe
einer Grenzfläche
bezüglich
des Grundmaterials 2 ist.
-
Wenn
der Korndurchmesser der Zwischenschicht 3 auf der Seite
der Beschichtung 4 derart gesteuert wird, dass er in dem
vorab genannten Umfang unterschiedlich zu demjenigen auf der Seite
des Grundmaterials 2 ist, werden die Korngrößen zwischen
dem Grundmaterial 2 und der Zwischenschicht 3 und
zwischen der Zwischenschicht 3 und der Beschichtung 4 kontinuierlicher,
was die Bindungsfestigkeit jeder Grenzschicht (bei den Grenzflächen) mehr
verbessert und daher die Dauerfestigkeit einer Deckschicht verbessert.
-
Sogar
wenn der Durchmesser der Körnung
einer Zwischenschicht 3 auf der Seite der Beschichtung 4 derart
gesteuert würde,
dass er einen geringeren Unterschied zu demjenigen der großen Körnung der
Beschichtung 4 aufweist, neigt jedoch die Beschichtung 4,
wenn ein Metall, welches die Zwischenschicht 3 ausbildet,
und ein Metall, welches die Beschichtung 4 ausbildet, eine
intermetallische Verbindung ausbilden, dazu, von der Zwischenschicht 3 weg
zu brechen, da die intermetallische Verbindung zerbrechlich ist,
was die Dauerfestigkeit einer Deckschicht mindert. Aus diesem Grund
wird die Zwischenschicht vorzugsweise aus solch einem Metall ausgebildet,
damit keine intermetallische Verbindung mit Bi erzeugt wird, zum
Beispiel aus einem einzigen elementaren Metall wie Ag (Silber),
Cu (Kupfer) und Co (Kobalt).
-
Wenn
eine Bi-Legierung für
die Beschichtung verwendet wird, sollte eine Kombination gewählt werden,
so dass ein zusätzliches
Element nicht die intermetallische Verbindung mit dem Metall der
Zwischenschicht erzeugt. Au und Cu weisen eine merklich hohe Wärmeleitfähigkeit
auf und weisen insbesondere eine herausragende Eigenschaft bezüglich einer
Diffusionswärme
auf, welche in einer Gleitflä che
bezüglich
eines Grundmaterials erzeugt wird. Co weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit
auf.
-
Körnung der Beschichtung
-
Eine
Belastung eines Gegenmaterials wird vertikal auf eine Gleitoberfläche einer
Beschichtung bei einem Gleitelement aufgebracht, und die Belastung
verursacht einen Ermüdungsfehler
in der Beschichtung.
-
Dementsprechend
ist die Beschichtung bei der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet,
dass sie eine säulenartige
Körnung
aufweist, welche sich von einer Seite der Zwischenschicht zu der
Seite der Oberfläche
der Beschichtung erstreckt, so dass die Beschichtung eine große Last
tragen kann, ohne dass der Ermüdungsfehler
darin auftritt.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung bedeutet eine säulenartige Körnung einen
zellulären
Kristallkornwachstum in einer nahrungsweise vertikalen Richtung
von der Seite der Oberfläche
einer Zwischenschicht. Wenn ein Kristall in einer Beschichtung säulenartig
ist, und die Wachstumsrichtung davon (die Hauptachsenrichtung) näherungsweise
mit der Richtung von der Zwischenschicht zu der Oberfläche der
Beschichtung übereinstimmt
(Dickenrichtung der Beschichtung), spielt das im Allgemeinen stammförmige Kristall
eine Rolle, da es eine Belastung eines Gegenmaterials in einer Längsrichtung
trägt (was
bedeutet, dass die Körnung
die Belastung des Gegenmaterials in einer Hauptachsenrichtung trägt), so
dass die Beschichtung eine hervorragende Festigkeit und Dauerfestigkeit
aufweist.
-
Die
säulenartige
Körnung
ist grob rechteckig, was ein Konzept einer Längsrichtung und einer Querrichtung
ergibt. Wie in 3 dargestellt ist, wird, wenn
eine gerade Linie derart gezogen wird, dass sie mit dem längsten Teil
der säulenartigen
Körnung übereinstimmt,
die gerade Linie derart bestimmt, dass sie eine Hauptachse ist.
Eine gerade Linie, welche senkrecht zu der Hauptachse bei dem Mittelpunkt
der Hauptachse ist, wird derart bestimmt, dass sie eine Nebenachse
ist. Ein Verhältnis
(A/B) einer Länge
A der Hauptachse zu einer Länge
B der Nebenachse wird als Seitenverhältnis bezeichnet. Dies wird
später
mit mehr Details weiter beschrieben.
-
Eine
Körnung
einer Beschichtung bildet vorzugsweise eine säulenartige Körnung aus,
welche einen Winkel zwischen einer Hauptachse und einer Dickenrichtung
der Beschichtung von durchschnittlich nicht mehr als 20 Grad ausbildet
und welche ein Seitenverhältnis
der Hauptachse zu der Nebenachse der Körnung von nicht weniger als
2 aber nicht mehr als 10 aufweist.
-
Wenn
der Winkel zwischen der Hauptachse und der Dickenrichtung der Beschichtung
nicht größer als 20
Grad ist, sogar wenn die Hauptachse nicht immer senkrecht zu der
Oberfläche
einer Beschichtung steht, trägt
die Körnung
eine Belastung des Gegenmaterials in der Richtung der Hauptachse,
was die Dauerfestigkeit verbessert.
-
Wenn
die Körnung
ein Seitenverhältnis
von nicht weniger als 2 aufweist, ist die Körnung als eine säulenartige
Körnung
ausreichend groß und
kann eine größere vertikale
Belastung in einer Richtung der Hauptachse tragen. Wenn die säulenartige
Körnung
ein Seitenverhältnis
von nicht mehr als 10 aufweist, nimmt die säulenartige Körnung kaum
eine Wirkung einer vertikalen Komponente einer Reibungskraft auf,
welche zwischen dem Lagermaterial und dem Gegenmaterial an ihrer
sich längs
erstreckenden Seitenfläche
erzeugt wird, so dass ein Ermüdungsfehler
kaum bei den Körnungsgrenzen
auftritt. Dementsprechend ist das Seitenverhältnis vorzugsweise nicht kleiner
als 2 aber nicht größer als
10.
-
Die
JP-A-50296 ermöglicht,
dass ein Material einer Beschichtung eine Legierung von Bi aufweist,
welchem Ag hinzugefügt
ist. Ag bildet jedoch eine von Bi getrenn te Phase aus und existiert
in einer Körnungsgrenze
von Bi, so dass es die Körnung
von Bi verfeinert. Daher vergrößert sich
die Körnung
von Bi kaum in eine säulenartige
Körnung.
-
Die
JP-A-2003-156045 schlägt vor,
die Dauerfestigkeit durch eine Verbesserung der Zerbrechlichkeit von
Bi zu verbessern, indem die Dichte von sich absetzenden Bi-Partikeln
in einer Beschichtung gesteuert wird. Die Beschichtung bei der Patentschrift
weist eine verbesserte Verschleißfestigkeit und Brüchigkeit
auf, da die Bi-Körnung
vergleichsweise verfeinert ist. Jedoch kann ein Gleitelement, welches
Bi mit der säulenartigen
Körnung
wie bei der vorliegenden Erfindung aufweist, eine höhere Dauerfestigkeit
erreichen. Darüber
hinaus schlägt
die
JP-A-2004-308883 vor,
eine Dauerfestigkeit und eine Antihafteigenschaft zu verbessern,
indem eine Kristallorientierung von Bi in der Beschichtung gesteuert
wird, aber selbst wenn das Verfahren, welches in der Patentschrift
offenbart ist, die Kristallorientierung steuern würde, würde sich
das Bi-Kristall nicht in die säulenartige
Körnung
vergrößern.
-
Verfahren zur Beobachtung
der Körnung
-
Um
eine Korngröße und ein
Seitenverhältnis,
wie sie oben beschrieben sind, zu berechnen, ist es notwendig, die
Körnung
zu beobachten und einen Korndurchmesser einer Hauptachse und einer
Nebenachse zu messen. Verfahren, um sie in diesem Fall zu beobachten,
werden im Folgenden beschrieben. Dabei wird hier der Fall beschrieben,
wobei ein beobachtetes Sichtfeld 5 μm × 5 μm aufweist und eine Messverstärkung nicht kleiner
als ein 25.000-faches ist.
-
(a) Beobachtung einer Körnung in
einer vertikalen Querschnittstruktur eines Gleitelements
-
Ein
vertikaler Querschnitt ist der Querschnitt einer Zwischenschicht
und einer Beschichtung, welche entlang der Dickenrichtung geschnitten
sind. Der vertikale Querschnitt von Körnungen wird beobachtet, indem ein
Transmissionselektronenmikroskop, Rasterelektronenmikroskop, FIB/SIM
(fokussiertes Ionenstrahlmikroskop/Rasterionenstrahlmikroskop),
ein EBSP-Verfahren („Electron
Backscattering Pattern"-Verfahren
oder anderen Techniken verwendet werden, welche in der Lage sind,
die Körnung
zu beobachten. 2 stellt ein schematisches Bild
der Körnungen
in dem vertikalen Querschnitt dar.
-
(b) Messung des Korndurchmessers in einer
Ebene parallel zu einer Oberfläche
der Beschichtung
-
Der
Durchmesser der Körnung
wird bestimmt, indem die Körnung
mit dem vorab beschriebenen Verfahren betrachtet wird, indem eine
Linie einer vorbestimmten Länge
an einer Position 50 nm oberhalb der oberen Oberfläche des
Grundmaterials 2 (Linie CL 1) in dem Bild gezogen wird,
wie es in 2 dargestellt ist, und indem
die Anzahl von Körnern
gezählt
wird, welche die Linie schneiden. Dies ist der Korndurchmesser in
der Ebene parallel zu der Oberfläche
der Beschichtung in der Zwischenschicht auf einer Seite des Grundmaterials.
-
Darüber hinaus
wird der Durchmesser der Körnung
bestimmt, indem eine Linie einer vorbestimmten Länge an einer Position 200 nm
unter der Bodenoberfläche
der Beschichtung 4 (Linie CL 2) in ähnlicher Weise gezogen wird,
wie es in 2 dargestellt ist, und indem
die Anzahl der Körner
gezählt
wird, welche die Linie schneiden. Dies ist der Korndurchmesser in
der Ebene parallel zu der Oberfläche
der Beschichtung in der Zwischenschicht auf einer Seite der Beschichtung.
-
Eine
obere Oberfläche
der Zwischenschicht 3 bzw. eine untere Oberfläche der
Beschichtung 4 weisen tatsächlich eine Welligkeit auf,
so dass eine imaginäre
Ebene, welche eine mittlere Höhe
der ausgebuchteten Ebene aufweist, als eine obere Oberfläche bzw.
eine untere Oberfläche
bezeichnet wird.
-
Einige
Körner
können
Zwillingskristalle umfassen. Die Zwillingskristalle umfassen Kristalle
mit derselben Gitterstruktur, aber sind bezüglich einer bestimmten definierten
Grenzebene spiegelsymmetrisch zueinander. Die Kristalle, welche
die Zwillingskristalle ausbilden, werden als ein großes Korn
berücksichtigt,
wie es in JIS-H500 definiert ist. (In 2 ist eine
Grenzlinie eines Zwillingskristalls nicht dargestellt).
-
(c) Seitenverhältnis einer säulenartigen
Körnung
-
Bei
einer Untersuchung der Körnung
mit dem vorab beschriebenen Verfahren wird eine Achse, welche mit
einem langen Teil in dem Korn übereinstimmt,
wie es in 4 dargestellt ist, als Hauptachse
des Korns angesehen, und eine gerade Linie, welche derart gezogen
ist, dass sie an einem Mittelpunkt der Hauptachse vertikal zu der
Hauptachse liegt, wird als Nebenachse angesehen. Dann werden die
Längen
der Hauptachse und der Nebenachse des Korns gemessen. Entweder die
Hauptachse oder die Nebenachse, welche sich in einem Bereich von
45 Grad links und rechts bezüglich
einer Dickenrichtung "t" einer Beschichtung
befindet, wird als Wachstumsrichtung "g" des
säulenartigen
Korns festgelegt. In 4 ist die Hauptachse die Wachstumsrichtung "g" der säulenartigen Körner der
Bezugszeichen 14 und 16, und die Nebenachse ist
die Wachstumsrichtung "g" des säulenartigen
Korns des Bezugszeichens 12.
-
Ein
Seitenverhältnis
wird entsprechend der Gleichung Seitenverhältnis =
Länge der
Hauptachse (A)/Länge
der Nebenachse (B) berechnet, wenn die Wachstumsrichtung "g" des säulenartigen Korns die Richtung
der Hauptachse ist, wie es bei den Bezugszeichen 14 und 16 in 4 dargestellt
ist, und wird entsprechend der Gleichung Seitenverhältnis =
Länge der
Nebenachse (B)/Länge
der Hauptachse (A)berechnet, wenn die Wachstumsrichtung "g" der säulenartigen Körnung die
Richtung der Nebenachse ist, wie es bei dem Bezugszeichen 12 in 4 dargestellt
ist.
-
Andere Mittel zur Verbesserung
der Dauerfestigkeit
-
Eine
Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundmaterial und der Zwischenschicht
und zwischen der Zwischenschicht und der Beschichtung kann weiter
verstärkt
werden, indem Mittel eingesetzt werden, welche im Folgenden beschrieben
werden.
-
(a) Dicke der Zwischenschicht und der
Beschichtung
-
Eine
Dicke der Zwischenschicht beeinflusst ein Kornwachstum derart, dass
es von einer Seite des Grundmaterials zu einer Seite der Beschichtung
eine Kontinuität
aufweist. Wenn die Zwischenschicht eine Dicke von nicht weniger
als 1 μm
aufweist, wächst
die Körnung
der Zwischenschicht ausreichend in einer Korngröße, welche eine angemessene
Kontinuität
mit der Beschichtung aufweist, und neigt dazu, eine ausreichende
Dauerfestigkeit aufzuweisen. Andererseits entwickelt ein Gleitelement,
wenn die Zwischenschicht eine Dicke von nicht mehr als 10 μm aufweist,
insgesamt gut ausgeglichene Lagereigenschaften.
-
Eine
Dicke der Beschichtung beeinflusst auch ein Wachstum eines Korns
in der Beschichtung in ein säulenartiges
Korn. Wenn die Beschichtung eine Dicke von nicht weniger als 2 μm aufweist,
wächst
das Korn in der Beschichtung leicht in das säulenartige Korn, um die Dauerfestigkeit
zu verbessern. Andererseits wächst das
Korn, wenn die Beschichtung eine Dicke von nicht mehr als 15 μm aufweist,
leicht zu einem säulenartigen Korn
mit einem entsprechenden Seitenverhältnis, welches die Dauerfestigkeit
verbessert. Im Hinblick auf das vorab Stehende weist die Zwischenschicht
vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 10 μm auf, und die Beschichtung weist
vorzugsweise eine Dicke von 2 bis 15 μm auf.
-
(b) Verhinderung einer Metallverschmelzung
bei der Zwischenschicht und bei der Beschichtung
-
Im
Allgemeinen weist eine Legierung einen niedrigeren Schmelzpunkt
als ein reines Metall auf. Eine Zwischenschicht und eine Beschichtung
eines Gleitelements weisen eine hervorragende Antihafteigenschaft und
Dauerfestigkeit auf, wenn sie aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt
ausgebildet sind. Das liegt daran, dass, wenn die Oberflächentemperatur
des Gleitelements den Schmelzpunkt der Deckschicht aufgrund einer
Reibungshitze mit einem Gegenmaterial erreicht, die Deckschicht
eine Fresserscheinung erfährt,
und es senkt ihre Materialfestigkeit ab und verringert ihre Dauerfestigkeit,
wenn sich die Oberflächentemperatur
dem Schmelzpunkt nähert.
Aus diesem Grund wird es vorgezogen, dass die Zwischenschicht und
die Beschichtung aus einem einzigen reinen Metall ausgebildet sind,
um die Absenkung des Schmelzpunkts der Deckschicht zu vermeiden,
um eine Antihafteigenschaft und Dauerfestigkeit der Deckschicht
zu verbessern.
-
Diesbezüglich stellt
eine Beschichtung, welche in der
JP-A-11-50296 offenbart ist, kaum ein Gleitelement
mit einer hervorragenden Dauerfestigkeit bereit, da es Sn (Zinn)
und In (Indium), welche Bi hinzugefügt sind, aufweist, was den
Schmelzpunkt der Beschichtung absenkt und es bei einer thermischen
Belastung schwächt.
Die Beschichtung neigt auch zu einer Adhäsion mit einem Gegenmaterial,
da eine feine eutektische Phase mit einem niedrigen Schmelzpunkt,
welche sich in der Beschichtung ausbildet, schmilzt, und demzufolge
wird kaum für
eine hohe Antihafteigenschaft gesorgt. Gemäß einem Phasendiagramm tritt,
wenn nicht weniger als 0,2 Gewichtprozent Sn dem Bi hinzugefügt ist,
eine eutektische Phase mit einem merklich geringen Schmelzpunkt
(einem Schmelzpunkt von 139°C)
auf.
-
(c) Übereinstimmung
von Kristallstrukturen zwischen dem Grundmaterial und der Zwischenschicht
-
Ein
Abschnitt, welcher höchstwahrscheinlich
eine schwache Bindungsfestigkeit aufweist, ist eine Grenze zwischen
dem Grundmaterial und der Zwischenschicht. Dies liegt daran, dass
die Zwischenschicht und die Beschichtung im Allgemeinen nacheinander
durch dasselbe Produktionsverfahren ausgebildet werden, und dementsprechend
neigen sie dazu, sich miteinander durch eine metallische Verbindung
zu verbinden und eine hervorragende Bindungsfestigkeit aufzuweisen.
Eine Lagerlegierung bei einem Gleitlager, welche als ein Grundmaterial
verwendet wird, wird jedoch durch Gießen und Sintern gefertigt und
wird weiter bearbeitet, so dass die Oberfläche davon fleckig und oxidiert
ist. Wenn die Zwischenschicht auf die Lagerlegierungsschicht mit
einem Elektroplattierungsverfahren oder einem PVD-Verfahren aufgebracht
wird, wird die Oberfläche
der Lagerlegierungsschicht gesäubert
und reduziert, aber das Säubern
und das Reduzieren kann unzureichend sein. Auf diese Weise gibt
es viele Faktoren, wenn die Zwischenschicht auf das Grundmaterial
aufgebracht wird, welche eine Bindungsfestigkeit zwischen ihnen
verhindert, und die Zwischenschicht kann nicht immer mit einer ausreichenden
Bindungsfestigkeit aufgebracht werden.
-
Um
die Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundmaterial und der Zwischenschicht
zu verbessern, wird ein Metall, welches die Zwischenschicht ausbildet,
ausge wählt,
so dass die Metallmatrix des Grundmaterials und die Metallmatrix
der Zwischenschicht dieselbe Kristallstruktur aufweisen können. Da
zum Beispiel ein Gleitlager eines Automobilmotors eine Lagerlegierung
einer Cu-Legierung oder einer Al-Legierung als ein Grundmaterial
verwendet, wird ein Metall, zum Beispiel Ag mit einer flächenzentrierten
kubischen Struktur, verwendet, welches dieselbe Kristallstruktur
wie Cu mit einer flächenzentrierten
kubischen Struktur oder Al mit einer flächenzentrierten kubischen Struktur
aufweist, was die Metallmatrix der Lagerlegierung ergibt. Dies liegt daran,
dass die Atome darin eine hohe Kontinuität aufweisen, wenn die Metalle
dieselbe Kristallstruktur aufweisen, unabhängig davon, ob es sich um dasselbe
Element oder verschiedene Elemente handelt, und die Zwischenschicht
kann eine hohe Bindungsfestigkeit mit dem Grundmaterial in der Schnittstelle
aufweisen.
-
(2) Verbesserung der Antihafteigenschaft
-
Die
vorliegenden Erfinder haben ein Bi-basiertes Material erfunden,
welches bezüglich
einer Antihafteigenschaft hervorragend ist, und haben seine Kristallausrichtung
bezüglich
einer Intensität
einer Röntgenbeugung
gemessen. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass ein Material mit
einer insbesondere hervorragenden Antihafteigenschaft eine Fläche mit
einem Millerindex (202) in einem Umfang von nicht weniger als 30% bezüglich eines
Ausrichtungsgrads umfasst und eine Intensität R(202) einer
Röntgenbeugung
der (202)-Fläche aufweist,
welche im Vergleich mit denjenigen von anderen Flächen maximal
ist.
-
Das
Bismut oder die Bismutlegierung mit einer solchen Kristallausrichtung
zeigten eine feine stabile Gleitoberfläche 6, auf welcher
Vorsprünge 7 in
der Form einer dreieckigen Pyramide oder einer viereckigen Pyramide
zusammenkommen, wie es in 3 dargestellt
ist, welche eine vergrößerte Darstellung
eines Teils III in 2 ist. Es wird angenommen, dass
eine solche feine stabile Oberfläche
leicht Öl
darauf hält,
wodurch ihre Ölbenetzbarkeit
und ihre Antihafteigenschaft verbessert werden.
-
Im
Hinblick auf das vorab Stehende umfasst die vorliegende Erfindung,
um eine Deckschicht bereitzustellen, welche sowohl bei der Antihafteigenschaft
als auch bei der Dauerfestigkeit hervorragend ist, als weiteres
Merkmal, dass das Bismut oder die Bismutlegierung der Deckschicht
eine Kristallform aufweist, bei welcher eine Fläche mit einem Millerindex (202)
einen Ausrichtungsgrad von nicht weniger als 30% aufweist und die Intensität R(202) der Röntgenbeugung der (202)-Fläche im Vergleich
mit denjenigen von anderen Flächen
einen maximalen Wert annimmt.
-
Nun
wird eine Erläuterung
für den
Ausrichtungsgrad gegeben. Da Bi aus einem trigonalen Kristall besteht,
wird sein Millerindex mit drei Ziffern (h, k, l) dargestellt. Bismut
oder eine Bismutlegierung bei der Erfindung zeigt eine Ausrichtung
zwischen einer völlig
zufälligen
Ausrichtung wie bei einem feinen Pulver und insbesondere eine Ausrichtung
wie bei einem Einkristall, und eine Fläche mit einem Millerindex (202)
stimmt in einer Richtung mit einer hohen Rate mit entsprechenden
Kristallflächen
des Bismuts überein.
Eine Rate, mit welcher eine solche besondere Kristallfläche in einer
Richtung übereinstimmt,
wird durch den Ausrichtungsgrad gekennzeichnet.
-
Der
Ausrichtungsgrad Ae einer bestimmten Fläche ist durch Ae
= R(h, k, l) × 100/ΣR(h, k, l) definiert,
wobei R(h, k, l) die Intensität einer
Röntgenbeugung
der entsprechenden Flächen
eines Kristalls von Bi oder seiner Legierung in einer Deckschicht
angibt.
-
R(h, k, l) im Zähler in der vorab stehenden
Formel bezeichnet die Intensität
einer Röntgenbeugung
einer Fläche,
von welcher ein Ausrichtungsgrad bestimmt wer den soll, und ΣR(h, k, l) bezeichnet die Gesamtsumme der
Intensitäten
der Röntgenbeugung
der entsprechenden Flächen.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung kann, um eine noch hervorragendere Antihafteigenschaft
bereitzustellen, die Fläche
mit dem Millerindex (202) einen Ausrichtungsgrad von nicht weniger
als 40% und eine Intensität R(012) der Röntgenbeugung bei einer Fläche mit
einem Millerindex (012) kann nicht mehr als 45% der Intensität R(202) der Röntgenbeugung der (202)-Fläche aufweisen.
-
Beispiel
-
Im
Folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein Bimetall wurde präpariert, indem
eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht auf einem Rückstahl
aufgebracht wurde, und wurde in einer halbzylindrischen oder zylindrischen
Form ausgebildet. Dann wurde die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht
mit einem Bohrverfahren bearbeitet. Anschließend wurde die Oberfläche des
halbzylindrischen oder zylindrischen Materials elektrolytisch entfettet
und gebeizt.
-
Dann
wurden sie nacheinander mit Ag-Plattierungsschritten 1 bis 3, welche
in der folgenden Tabelle 1 dargestellt sind, und einem Bi-Plattierungsschritt,
welcher in der Tabelle 2 dargestellt ist, bearbeitet, so dass eine
Zwischenschicht aus einem einzelnen elementaren Metall Ag und eine
Deckschicht aus einem einzelnen elementaren Metall Bi ausgebildet
wurden, und die Beispiele 1 bis 3, 5 und 7, welche in Tabelle 6
dargestellt sind, wurden hergestellt. Bei dem Beispiel 7 wurde eine
Bi-1 Cu-Deckschicht
ausgebildet, indem eine Plattierungslösung verwendet wurde, welche
aus Komponenten in Tabelle 2 besteht, wobei 0,5 bis 5 g/l eines
Grundkupferkarbonats hinzugefügt
wurde. Ein Gegenbeispiel 9, welches in Tabelle 6 dargestellt ist,
wurde hergestellt, indem die Ag-Plattierungsschritte 1 bis 3 in
Tabelle 1 ausgeführt
wurden und indem ein normaler Bi-Plattierungsschritt ausgeführt wurde.
-
Die
Co-Plattierungsschritte 1 bis 3, welche in der folgenden Tabelle
3 dargestellt sind, und ein Bi-Plattierungsschritt, welcher in Tabelle
2 dargestellt ist, wurden nacheinander ausgeführt, so dass eine Zwischenschicht
eines einzigen elementaren Metalls Co und eine Deckschicht eines
einzigen elementaren Metalls Bi ausgebildet wurden, und ein Beispiel
4, welches in Tabelle 6 dargestellt ist, wurde hergestellt. Darüber hinaus wurden
Cu-Plattierungsschritte 1 bis 3, welche in der folgenden Tabelle
4 dargestellt sind, und ein Bi-Plattierungsschritt, welcher in Tabelle
2 dargestellt ist, ausgeführt,
so dass eine Zwischenschicht eines einzigen elementaren Metalls
Cu und eine Deckschicht eines einzigen elementaren Metalls Bi ausgebildet
wurden, und ein Beispiel 6, welches in Tabelle 6 dargestellt ist,
wurde hergestellt. Ein Gegenbeispiel 8, welches in Tabelle 6 dargestellt
ist, wurde hergestellt, indem ein Ni-Plattierungsschritt in der
folgenden Tabelle 5 ausgeführt
wurde und indem ein Bi-Plattierungsschritt in Tabelle 2 ausgeführt wurde.
Das Beispiel 7 weist die Deckschicht auf, welche aus einer Legierung
von Bi und Cu ausgebildet ist, und das Gegenbeispiel 8 weist die
Deckschicht auf, welche aus einer Legierung von Bi und Sn ausgebildet
ist. Ziffern, welche vor Cu oder Sn stehen, stellen Anteile (Gewichtprozent)
davon dar. Tabelle 1 Zusammensetzung einer Plattierungslösung und
eine Bedingung für
jeden Ag-Plattierungsschritt
| Plattierungsbedingung | Schritt
1 der Ag-Plattierung | Schritt
2 der Ag-Plattierung | Schritt
3 der AgPlattierung |
| Katodenstromdichte (A/dm2) | 0,5 ~ 1 | 1,5
~ 3 | 0,5
~ 2 |
| | | Abnehmende
Katodenstromdichte mit einer Rate von 0,2 bis 0,7 A/(dm2 Minute)
während
des Plattierungsschrittes |
| Temperatur
(°C) des Plattierungsbades | 20
~ 30 | 20
~ 30 | 40
~ 50 |
| Zusammensetzung
der Plattierungslösung | | | |
| Silbercyanid
(g/l) | 1
~ 5 | 30
~ 60 | |
| Natriumcyanid
(g/l) | 50
~ 120 | 100
~ 200 | |
| Natriumcarbonat
(g/l) | 3
~ 10 | 10
~ 30 | |
| Dain
Silver AGM-15 | | | 70
~ 200 |
| Dain
Silver AGI | | | 330
~ 500 |
| Dain
Silver AGH | | | 25
~ 50 |
Tabelle 2 Zusammensetzung der Plattierungslösung und
Bedingung bei dem Bi-Plattierungsschritt
| Plattierungsbedingung | Schritt
1 der Bi-Plattierung |
| Stromdichte
(A/dm2) | 1
~ 6 |
| Temperatur
(°C) des
Plattierungsbades | 25
~ 40 |
| Zusammensetzung
der Plattierungslösung | |
| Wismutoxid
(g/l) | 10
~ 70 |
| Methansulfonsäure (ml/l) | 30
~ 150 |
| HS-220S
(ml/l) | 20
~ 60 |
| Sonstiges | Ein
elektrolytisches PR-Verfahren wird eingesetzt. Eine Ultravibration
wird eingesetzt. Eine Bewegung aufgrund der Strömung der Plattierungslösung wird verringert. |
Tabelle 3 Zusammensetzung der Plattierungslösung und
Bedingung für
jeden Co-Plattierungsschritt
| Plattierungsbedingung | Schritt
1 der Co-Plattierung | Schritt
2 der Co-Plattierung | Schritt
3 der Co-Plattierung |
| Katodenstromdichte (A/dm2) | 0,5 ~
2 | 3
~ 8 | 1
~ 5 |
| Abnehmende
Katodenstromdichte mit einer Rate von 0,2 bis 0,7 A/(dm2 Minute)
währenddes
Plattierungsschrittes |
| Temperatur
(°C) des Plattierungsbades | 40
~ 60 | 40
~ 60 | 40
~ 60 |
| Zusammensetzung
der Plattierungslöung | | | |
| Kobaltsulfat
(g/l) | 15
~ 50 | 270
~ 400 | |
| Kobaltchlorid
(g/l) | | | 210
~ 300 |
| Borsäure (g/l) | 5
~ 15 | 25
~ 60 | 20
~ 60 |
Tabelle 4 Zusammensetzung einer Plattierungslösung und
eine Bedingung für
jeden Cu-Plattierungsschritt
| Plattierungsbedingung | Schritt
1 der Cu-Plattierung | Schritt
2 der Cu-Plattierung | Schritt
3 der Cu-Plattierung |
| Katodenstromdichte (A/dm2) | 0,5 ~
1 | 1
~ 4 | 2
~ 5 |
| Abnehmende
Katodenstromdichte mit einer Rate von 0,2 bis 0,7 A/(dm2· Minute)
währenddes
Plattierungsschrittes |
| Temperatur
(°C) des Plattierungsbades | 40
~ 60 | 40
~ 60 | 20
~ 50 |
| Zusammensetzung
der Plattierungslösung | | | |
| Kupfercyanid
(g/l) | 1
~ 5 | 30
~ 60 | |
| Natriumcyanid
(g/l) | 2
~ 7 | 7
~ 20 | |
| Natriumcarbonat
(g/l) | 5
~ 30 | 30
~ 100 | |
| Rochellesalz
(g/l) | 5
~ 30 | 30
~ 100 | |
| Kupfersulfat
(g/l) | | | 200
~ 300 |
| Konzentrierte
Schwelfelsäure
(g/l) | | | 70
~ 120 |
Tabelle 5 Zusammensetzung der Plattierungslösung und
Bedingung bei dem Nickel-Plattierungsschritt
| Plattierungsbedingung | |
| Katodenstromdichte
(A/dm2) | 1
~ 8 |
| Temperatur
(°C) des
Plattierungsbades | 40
~ 60 |
| Zusammensetzung
der Plattierungslösung | |
| Nickelsulfat
(g/l) | 270
~ 400 |
| Nickelchlorid
(g/l) | 45
~ 80 |
| Borsäure (g/l) | 25
~ 60 |
-
-
Bei
den Ag-Plattierungsschritten 2 und 3, den Co-Plattierungsschritten
2 und 3 und den Cu-Plattierungsschritten 2 und 3 wird eine Abscheidungsrate
von Ag, Co und Cu langsam verringert, indem eine Katodenstromdichte
während
der Plattierungsschritte um eine konstante Rate verringert wird,
um das Kristallwachstum zu fördern.
Die Plattierungsabscheidungsraten bei dem Ag-Plattierungsschritt
3, dem Co-Plattierungsschritt 3 und dem Cu-Plattierungsschritt 3
sind geringer als diejenigen bei dem Ag-Plattierungsschritt 2, dem
Co-Plattierungsschritt 2 und dem Cu-Plattierungsschritt 2, wodurch ein größeres Kristall
wachsen kann.
-
Bei
dem Bi-Plattierungsschritt bei den Beispielen 1 bis 7 wird die Schicht
aus Bi oder einer Bi-Legierung entsprechend den Bedingungen in Tabelle
1 ausgebildet, wobei ein elektrolytisches PR-Verfahren („Period
Reverse Electroplating” (periodisch
entgegengesetzt verlaufendes Elektroplattieren)) eingesetzt wird,
um nicht weniger als 30% des Ausrichtungsgrads von (202)-Flächen zu
erhalten. Dabei wird die Plattierungslösung in eine Vibration (Ultravibration)
zwischen 20 und 40 Hz versetzt und dadurch eine Abscheidungsrate während des
Plattierens erhöht,
so dass die Schicht aus Bi oder der Bi-Legierung eine metallographische Struktur
mit einer säulenartigen
Körnung
erhalten kann. Darüber
hinaus wird eine Bewegung aufgrund eines Flusses der Plattierungslösung verringert,
so dass das Wachstum der säulenartigen
Körnung
weiter gefördert werden
kann.
-
Andererseits
weist ein Gegenbeispiel 9, welches durch einen normalen Bi-Plattierungsschritt
hergestellt wird (wobei kein elektrolytisches PR-Verfahren und eine
normale Bewegung der Plattierungslösung, ohne dass diese in eine
Ultravibration versetzt wird, eingesetzt wird) eine Bi-Beschichtung
ohne die säulenartigen Körnung auf.
-
Das
vorab beschriebene elektrolytische PR-Verfahren ist dasjenige, welches
periodisch einen Katodenstrom in einen Anodenstrom umschaltet, so
dass die Periode des Anodenstromes im Allgemeinen 10 bis 20% im
Bezug auf die Periode des Katodenstroms beträgt. Je länger die Periode des Anodenstromes
ist, desto gleichmäßiger ist
eine plattierte Oberfläche,
aber desto langsamer ist eine Plattierungsgeschwindigkeit. Der Ausrichtungsgrad
kann verändert
werden, indem der Anodenstrom, der Katodenstrom und ein Umschaltzyklus davon
eingestellt werden.
-
Die
Beispiele 1 bis 7 und die Gegenbeispiele 8 und 9, welche durch das
vorab beschriebene Verfahren erzielt wurden, wurden der Messung
eines mittleren Korndurchmessers "d" der
Zwischenschicht auf der Seite des Grundmaterials (in der Nähe der Grenzfläche mit
dem Grundmaterial, siehe Linie CL 1) und eines mittleren Korndurchmessers "D" von dieser auf der Seite der Beschichtung
(in der Nähe
der Grenzfläche
mit der Beschichtung, siehe Linie CL 2) unterzogen, und das Verhältnis D/d
wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Sie
wurden auch der Messung der Dicke der Zwischenschicht unterzogen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.
-
Die
Wachstumsrichtung einer säulenartigen
Körnung
in der Beschichtung wurde durch einen Winkel gemessen, welcher bezüglich der
Dickenrichtung der Beschichtung ausgebildet wird, und das mittlere
Seitenverhältnis
der säulenartigen
Körnung
wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Die
Dicke der Beschichtung und der Ausrichtungsgrad einer (202)-Fläche in der
Beschichtung wurden auch gemessen. Dann wurde bestätigt, dass
die Intensität
R(202) einer Röntgenbeugung der (202)-Fläche einen
maximalen Wert verglichen mit denjenigen von anderen Flächen aufweist,
und außerdem
wurde die Intensität
R(012) einer Röntgenbeugung der (012)-Fläche gemessen,
und ein Verhältnis
der Intensität
R(012) der Röntgenbeugung der (012)-Fläche zu der
Intensität
R(202) der Röntgenbeugung der (202)-Fläche wurde
berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.
-
Die
Beispiele 1 bis 7 und die Gegenbeispiele 8 und 9 wurden auch einem
Ermüdungstest
und einem Festfresstest unter Bedingungen, welche in den folgenden
Tabellen 7 und 8 dargestellt sind, unterzogen, und die Ergebnisse
sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 7 Bedingung eines Ermüdungstests
| Innendurchmesser
des Lagers | 50
mm |
| Breite
des Lagers | 16
mm |
| Umdrehung | 4800
rpm |
| Schmiermittelöl | VG22 |
| Wellenmaterial | S55C |
| Testzeit | 15
Stunden |
Tabelle 8 Bedingung eines Festfresstests
| Innendurchmesser
des Lagers | 53
mm |
| Breite
des Lagers | 16
mm |
| Umfangsgeschwindigkeit | 10
m/s |
| Schmiermittelöl | VG22 |
| Menge
des zugeführten Öls | 50
ml/Minute |
| Wellenmaterial | S55C |
| Testbelastung | Eine
Steigerung um 5 MPa jede 10 Minuten |
-
Wie
aus Tabelle 6 ersichtlich wird, weisen die Beispiele 1 bis 7 eine
bessere Antihafteigenschaft wie auch eine bessere Dauerfestigkeit
als die Gegenbeispiele 8 und 9 auf.
-
Ein
Verhältnis
D/d des Gegenbeispiels 8 ist 1, was bedeutet, dass eine Körnung in
einer Zwischenschicht nicht inkrementell zu einer Beschichtung größer gewachsen
ist. Die Beschichtung des Gegenbeispiels 8 neigt auch dazu, leicht
wegzubrechen, was bedeutet, dass sie keine ausreichende Bindungsfestigkeit
zu der Zwischenschicht besitzt, da Ni (Nickel) mit der Zwischenschicht
eine fragile intermetallische Verbindung mit Bi oder Sn in der Beschichtung
ausbildet. Daher weist das Gegenbeispiel 8 eine verringerte Dauerfestigkeit
auf. Darüber
hinaus neigt es zu einer Ermüdung,
da eine Phase einer Bi-Sn-Legierung mit einem merklich geringen Schmelzpunkt
von 139°C
in der Beschichtung ausgebildet wird, und insbesondere die mechanische
Festigkeit der Beschichtung verringert ist.
-
Ein
Gegenbeispiel 9 weist einen geringen Wert von D/d auf, wodurch die
Körnung
zu der Seite der Beschichtung von der Seite der Lagerlegierungsschicht
in der Zwischenschicht kleiner wird. Daher stimmt der Durchmesser
eines Korns in der Zwischenschicht nicht mit demjenigen der Lagerlegierungsschicht
oder mit demjenigen der Beschichtung überein, so dass die Zwischenschicht
eine geringe Bindungsfestigkeit mit dem Grundmaterial oder der Beschichtung
aufweist. Darüber
hinaus weist bei dem Gegenbeispiel 9 die Beschichtung keine gewachsene
säulenartige
Körnung
darin auf und kann keine Belastung in einer Richtung der Hauptachse
der säulenartigen
Körnung
tragen. Aus diesem Grund zeigt das Gegenbeispiel 9 eine geringe
Dauerfestigkeit.
-
Dagegen
ist bei den Beispielen 1 bis 7 eine Zwischenschicht aus Ag, Co oder
Cu ausgebildet, was keine intermetallische Verbindung mit Bi und
Cu ausbildet, so dass die Beschichtung stark mit der Zwischenschicht
verbunden ist und kaum von der Zwischenschicht weg bricht. Darüber hinaus
besteht die Beschichtung aus einer gewachsenen säulenartigen Körnung und
kann eine Belastung in einer Richtung der Hauptachse der Körnung tragen.
Aus diesem Grund weisen die Beispiele 1 bis 7 eine angemessene Dauerfestigkeit
auf.
-
Bei
den Beispielen 1 bis 7 ist die Bindungsfestigkeit einer Deckschicht
auch verbessert und die Körnung
in der Beschichtung wird gesteuert, um eine Dauerfestigkeit zu verbessern.
Daher können
sie sogar in einem Motor mit hohen Umdrehungszahlen äußerst stabil
gleiten und weisen eine verbesserte Antifesffresseigenschaft auf.
Unter den Beispielen 1 bis 7 halten die Beispiele 1, 3 und 5 bis
7, welche bezüglich
eines Ausrichtungsgrads eine Fläche
mit einem Miller-Index (202) in einem Umfang von nicht
weniger als 30% aufweisen, Öl
leicht zurück
und zeigen ein verbessertes Formanpassungsvermögen und dementsprechend eine
höhere
Antihafteigenschaft im Vergleich zu den Beispielen 2 und 4, welche
die (202)-Fläche
in einem Umfang von weniger als 30% aufweisen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorab beschriebene Ausführungsform,
welche in den Zeichnungen dargestellt ist, beschränkt. Sie
kann erweitert oder verändert
werden, wie es im Folgenden beschrieben wird.
-
Es
ist zugelassen, dass eine Zwischenschicht und eine Beschichtung
Pb in dem Umfang von nicht zu vermeidenden enthaltenen Verunreinigungen
enthält.
-
Die
vorliegende Erfindung kann weithin bei einem Gleitelement eingesetzt
werden, ohne auf ein Gleitlager eines Automobilmotors beschränkt zu sein.