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JP2000064085A - 支持層を有する滑り軸受用複合層材料 - Google Patents

支持層を有する滑り軸受用複合層材料

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JP2000064085A
JP2000064085A JP10345952A JP34595298A JP2000064085A JP 2000064085 A JP2000064085 A JP 2000064085A JP 10345952 A JP10345952 A JP 10345952A JP 34595298 A JP34595298 A JP 34595298A JP 2000064085 A JP2000064085 A JP 2000064085A
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tin
aluminum
layer material
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ハンス−ウルリッヒ・フーネ
Dietmar Wiebach
デイートマール・ヴイーバッハ
Karl-Heinz Dr Gruenthaler
カール・ハインツ・グリユンターレル
Peter Dr Spahn
ペーター・シユパーン
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Federal Mogul Wiesbaden GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気メッキされた滑り層が銅を含むことに無
関係に比較的高い温度でも脆化を示さない複合層材料の
提供 【解決手段】 この複合層材料は、支持層、５０〜９５
重量％の銅成分を含む銅合金または６０〜９５重量％の
アルミニウム成分を含むアルミニウム合金よりなる合金
層、拡散阻止層および錫および銅を含有する鉛不含合金
よりなるメッキされた滑り層を有する滑り軸受用の複合
層材料であって、滑り層が８〜３０重量％の銅、６０〜
９７重量％の錫および０．５〜１０重量％のコバルトを
含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は、支持層、５０〜９５重量
％の銅成分を含む銅合金または６０〜９５重量％のアル
ミニウム成分を含むアルミニウム合金よりなる軸受用合
金層、拡散阻止層、および錫および銅を含有する鉛不含
合金よりなる電気メッキされた滑り層を有する滑り軸受
用の複合層材料に関する。
【０００２】鋼鉄製裏当て材(steel backing) ／鉛ブロ
ンズ／鉛−錫−銅より成る滑り層という構成の滑り複合
層材料は、高い信頼性および機械的負荷耐久性に定評が
ある。かゝる複合層材料は例えば“Ｇｌｙｃｏ Ｉｎｇ
ｅｎｉｅｕｒｂｅｒｉｃｈｔｅ １／９１”に開示され
ている。 かゝる材料群の代表例は以下の構成を有している： 鋼鉄 ＣｕＰｂ２２Ｓｎ軸受用金属 ニッケル−ダム（Ｄａｍｍ） ＰｂＳｎ１０Ｃｕ２滑り層。
【０００３】特に電気メッキ滑り層は、なかでも以下の
課題を負う多機能材料である： − 異物質粒子の埋め込み能力。 − 滑り相手物体に対する受け入れ性(Einlauf) あるい
は適合性 − 鉛ブロンズに対する防食性 − 油が不足した時の耐焼付性。
【０００４】軸受用金属も同様に、滑り層がすっかり磨
耗してしまう場合のために若干の焼付保留部を有してい
る。しかしながらこの１０年来、有効であることが実証
されて来た軸受のこの考え方（コンセプト）に、今日で
は軸受層中の鉛の含有割合が問題になってきている。鉛
を含むことは環境保護の理由から望ましくないのであ
る。
【０００５】三元滑り層の電気メッキは従来には一般に
フッ化硼素含有浴を使用して行なわれる。銅メッキはか
ゝる浴中では２重量％までしか行なうことができない
が、シアン化物含有浴中では２０重量％までの銅の析出
割合を達成することができる。この場合には、勿論、層
が極めて脆弱であり、大きな耐久性を有していないこと
が判っている。
【０００６】ドイツ特許出願公開（Ａ）第２，７２２，
１４４号明細書からは、６〜１０重量％の銅、１０〜２
０重量％の錫、残量の鉛を含む合金を複合層軸受用の軟
質金属合金として使用することが公知である。この合金
は電気メッキによって設けるのが有利であり、その際に
ニッケル中間層が拡散バリヤーとして設けられる。しか
しながら従来の電解浴を用いて製造されるこの公知の合
金は錫の分散が粗いことが判っている。
【０００７】ドイツ特許第１９，５４５，４２７．８号
明細書には、鉛−錫−銅より成る軸受層を製造するため
に、カルボン酸含有の粒子微細化剤および脂肪酸グリコ
ールエステルを含有する電気メッキ浴が開示されてい
る。これによって非常に均一に分布する微細結晶の錫メ
ッキが得られ、この場合には２〜１６重量％の銅メッキ
が得られる。
【０００８】先願のドイツ特許出願第１９，６２２，１
６６号明細書には、硬質粒子を含有する三成分層が開示
されており、マトリックス物質中に硬質粒子を全く均一
に分布させるために、軸受層のためにフッ化硼素不含の
電気めっき浴がアルキルスルホン酸の使用下に用いられ
ている。鉛含有の滑り層の他にこのアルキルスルホン酸
浴によってＳｎＣｕＮｉ、Ｓｎ、ＳｎＣｕおよびＣｕＳ
ｎより成る鉛不含の層も析出される。しかしながらこれ
らの鉛不含層では１６％までの銅含有量を達成できる
が、これらの層は機械的負荷能力および耐久性に関して
満足な性質を有していないことが判っている。
【０００９】フッ化硼素不含浴での実験で、滑り層中に
３０重量％までの銅含有量も可能であることが判った。
メッキは安定しており方法的に確実である。軸受の鋼鉄
製裏当て材の上に銅メッキを行なわないことによって別
の長所も結果として生ずる。３０％の銅、残量の錫を含
有する二成分系合金ＳｎＣｕの硬度は≧１００ＨＶであ
る。高温で長時間（１７０℃で２０００時間）保存する
と滑り層要素がニッケル拡散阻止層に拡散する傾向があ
ることが判った。このことは脆化をもたらしそしてそれ
と共に滑り層／拡散阻止層あるいは軸受用金属／拡散阻
止層の結合に悪い影響を及ぼす。
【００１０】それ故に、銅を含有することにより達成で
きる滑り層の高められた硬度という長所は従来には全く
利用できなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、電気メッキされた滑り層が銅の含有に無関係に比較
的高い温度でも脆化を示さない複合層材料を提供するこ
とである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題は、滑り層が８
〜３０重量％の銅、６０〜９７重量％の錫および０．５
〜１０重量％のコバルトを含有することによって解決さ
れる。驚くべきことにコバルトを合金への導入すること
によって、滑り層の硬度を低下させることなく、滑り層
あるいは層構造を全体として安定化することができるこ
とが判った。同時にコバルトは、錫と銅あるいはアルミ
ニウムと銅と一緒に合金化することによって滑り層の機
械的負荷（摩耗および疲労強度）耐久性を向上させる。
更に熱安定性が高められる。１０重量％までのコバルト
成分がこれらの有利な効果を達成することが実証されて
いる。
【００１３】更に多い錫含有量は更に多いコバルト含有
量と同時に有するのが有利である。何故ならば、錫の動
きがコバルト成分によってあるいは形成される結晶のた
めに有利にも低減され、それによって脆化が抑制される
からである。この関係は以下の表１に総括掲載する滑り
層の例示的組成から判る。 滑り層は追加的にビスマスおよび／または銀および／ま
たはニッケルを最高で２０重量％までの割合で含有して
もよい。更に滑り層は硬質物質粒子を含有していてもよ
く、該硬質物質粒子はＡｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ダイア
モンド、ＴｉＯ 2 またはＳｉＣが適している。これらの
硬質物質粒子は滑り層中に単独でまたは相互の組み合わ
せて含まれていても良い。拡散阻止層はニッケル、ニッ
ケル−錫、銅−ニッケル、銅−ニッケル、コバルトまた
はコバルト−ニッケルで構成されている。
【００１４】拡散阻止層は１〜３μｍの厚さのニッケル
層およびその上にメッキされた２〜１０μｍの厚さのニ
ッケル−錫層で構成されているのが有利である。別の変
法では拡散阻止層は、同様に１〜３μｍの厚さを有し、
コンバルトで造られている。コバルト−ニッケル層の場
合にも同様に１〜３μｍの厚さが有利である。コバルト
含有滑り層は、銅−アルミニウム−、銅−錫−、銅−鉛
−、銅−亜鉛−、銅−亜鉛−珪素−、銅−亜鉛−アルミ
ニウム−または銅−アルミニウム−鉄またはアルミニウ
ム−錫、アルミニウム−錫−珪素、アルミニウム−亜鉛
より成る軸受用金属層の上に電気メッキすることができ
る。軸受用金属層の特に有利な合金組成にはＣｕＰｂ２
２Ｓｎ、ＣｕＡ１ 8、ＣｕＳｎ６、ＡｌＳｎ６ＣｕＮ
ｉ、ＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｎ１０Ｎｉ２ＭｎＣｕ、
ＡｌＳｎ１５Ｓｉ３Ｃｕがある。
【００１５】軸受用金属層も鉛を含まないのが有利であ
り、結果として全体として滑り軸受の鉛不含複合層材料
が製造される。滑り層の厚さは好ましくは８〜１２μｍ
である。以下の表２に、軸受用金属および滑り層の種々
の合金組成についての、幾つかの複合層材料の硬度を示
す。
【００１６】 最初の例では滑り層は１２重量％の割合で銅を含有する
錫−銅より成る。この滑り層は、ニッケル層および錫−
ニッケル層より成る拡散阻止層の上に電気メッキされて
いる。軸受用金属はこの例ではＣｕＰｂ２２Ｓｎであ
る。この滑り層の硬度は８０ＨＶである。
【００１７】例２は例１と銅含有量が２６重量％である
点が相違している。この場合には確かに１５０ＨＶの硬
度が達成され、この滑り層は比較的高い温度において必
要な安定性を有しておらず、コバルト阻止層によって既
に明らかな改善が生じているにもかかわらず脆弱である
ことが判っている。例３でコバルトを添加することによ
って硬度は９０ＨＶと僅かしか向上しないが、層が例１
の層よりも安定していることが判る。
【００１８】例３、４、５および６は異なる拡散阻止層
および異なる軸受用金属を用いた実施例に関する。例７
は２重量％の僅かな量のコバルトを添加することによっ
ても既に不安定なＳｎＣｕ２６合金を安定にすることが
できることを示している。この場合には１５０ＨＶの硬
度は維持される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイートマール・ヴイーバッハ ドイツ連邦共和国、65195 ヴーイスバー デン、ブリユヒエルストラーセ、28 (72)発明者 カール・ハインツ・グリユンターレル ドイツ連邦共和国、61250 ウージンゲン、 モーツアルトストラーセ、６アー (72)発明者 ペーター・シユパーン ドイツ連邦共和国、64367 ミールタール、 アム・ヒンターフオルスト、８

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持層、５０〜９５重量％の銅成分を含
    む銅合金または６０〜９５重量％のアルミニウム成分を
    含むアルミニウム合金よりなる軸受用合金層、拡散阻止
    層、および錫および銅を含有する鉛不含合金よりなる電
    気メッキされた滑り層を有する滑り軸受用の複合層材料
    において、滑り層が８〜３０重量％の銅、６０〜９７重
    量％の錫および０．５〜１０重量％のコバルトを含有す
    ることを特徴とする、上記複合層材料。
  2. 【請求項２】 比較的多い錫含有量を比較的多いコバル
    ト含有量と同時に有する、請求項１に記載の複合層材
    料。
  3. 【請求項３】 滑り層がビスマスおよび／または銀およ
    び／またはニッケルを最高２０重量％の割合で含有する
    請求項１または２に記載の複合層材料。
  4. 【請求項４】 滑り層が硬質粒子としてＡｌ2 Ｏ3 およ
    び／またはＳｉ3 Ｎ 4 および／またはダイアモンドおよ
    び／またはＴｉＯ2 および／またはＳｉＣを含有してい
    る請求項１〜３のいずれか一つに記載の複合層材料。
  5. 【請求項５】 拡散阻止層がニッケルを含有する請求項
    １〜４のいずれか一つに記載の複合層材料。
  6. 【請求項６】 拡散阻止層が１〜３μｍ厚さのニッケル
    層およびその上に析出される２〜１０μｍの厚さのニッ
    ケル−錫層で構成される請求項５に記載の複合層材料。
  7. 【請求項７】 拡散阻止層が銅−ニッケルより成る請求
    項５に記載の複合層材料。
  8. 【請求項８】 拡散阻止層が１〜３μｍの厚さのコバル
    ト層より成る請求項１〜４のいずれか一つに記載の複合
    層材料。
  9. 【請求項９】 拡散阻止層が１〜３μｍの厚さのコバル
    ト−ニッケル層より成る請求項１〜４のいずれか一つに
    記載の複合層材料。
  10. 【請求項１０】 軸受用合金層が銅−アルミニウム−、
    銅−錫−、銅−鉛−、銅−亜鉛−、銅−亜鉛−珪素−、
    銅−亜鉛−アルミニウム−、銅−アルミニウム−鉄−、
    アルミニウム−錫−、アルミニウム−錫−珪素−または
    アルミニウム−亜鉛合金より成る請求項１〜９のいずれ
    か一つに記載の複合層材料。
  11. 【請求項１１】 軸受用金属層が鉛を含んでいない請求
    項１０に記載の複合層材料。
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