JPH03238183A - Ａｌ系合金軸受材ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＡｌ系合金軸受材ならびにその製造方法に係り
、詳しくは、少なくとも３　ｎを含有するＡｌ系合金軸
受層と中間密着層と裏金層とを具えたＡｌｌ系合金軸受
材からなり、特に軸受材の耐疲労性を向上させたＡｌｌ
系合金軸受材ならびにその製造方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 膜内にＡβ系合金軸受は、Ｓｎを含有するＡβ系合金を
用いた軸受相同とこの軸受材間に鋼板等からなる裏金層
とを圧接して形成された軸受が用いられている。このＡ
Ｉ系合金軸受に用いられるＡｌ系合金軸受板材の基本成
分は、３　、５〜．３５％Ｓｎ、１〜４．５％Ｓｉ、０
．５〜３％Ｃｕ、０．２〜２％Ｐｂのものから構成され
、所望によりこれら成分の他に、ＮＭｌｌ、ＣＩ”、ｓ
ｂ、−１−１等を含有するように構成されたものであっ
て、通常、Ｓｎ含有Ａｌ系合金軸受材料と呼ばれている
。

上記のＳｎ含有／ｌ系合金軸受材はＡｌ系合金軸受板材
と裏金鋼板とを圧接する際に、この軸受板材を圧延する
圧延工程とこれら材料の密胃性を高める表面荒し工程を
経て一体化したものがら構成されている。ところが、Ａ
ｌ系合金軸受板材の表面部は５ｎｆＡｌより極めて軟質
であるため引き伸ばされ、配合Ｓｎの濃度より異状に高
；震度となる。そのため、密着力が必然的に弱くなる一
方、軸受材の金属疲労によりヒビ割れを生じ、そのＡｌ
系合金面がら密着界面に達し、急速に密着界面や密着園
内に起り、Ａｌ系合金が剥離し焼付を生ずるという問題
があった。

しかし、近年、自動車等の内燃機関は小型化、省燃費、
高出力のものとなり、これに伴って軸受にかがる荷重が
増加すると共に潤滑油の温度が上昇し、軸受の使用条件
は苛酷化の一途をたどっている。このため、従来例のＡ
Ａ系軸受の表面にはオーバレイメツキ等によりＰｂ−８
ｎ系等の表面部を形成するようにしているが、この＊造
の軸受では潤滑面の高温化により疲労や焼付現象にみま
われ、上記の苛酷な使用条件に耐えられなくなっている
。そこで最近はオーバ（３） レイメツキ等によって表面部が形成されない軸受が要求
されるようになった。

しかしながら、この種の軸受でも上記の苛酷な使用条件
ではＡｌ系合金軸受材は金属疲労破壊を生じ、焼付トラ
ブル等が発生し、必すしも安定した性能を発揮できない
のが現状である。

このような問題を解決する方法としてより耐疲労性を具
えたＡｌ系合金軸受材、例えば、特開昭６１−１５３２
５５号公報、特開昭６１２１３３６号公報、特開昭６２
−６３６３５号公報、特開昭６２−２１８５３８号公報
等に記載のものが提案されているが、これらの方法では
高出力、高負荷運転等における合金軸受と回転軸とは完
全に油膜を介した理想的な潤滑状態が必ず存在するとは
限らず、特に高温で局部的な接触という異常状態におい
て金属疲労が生じるという問題があり、十分なものとは
云えない。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題の解決を目的とし、具体的には、少な
くともＳｎを含有するＡＸ系合金軸（４） 受闇と中間密着層と裏金層とからなるＡｌ系合金軸受材
の疲労剥ｍ態様が／ｌ系合金軸受閣内にとどまり、裏金
層に及ばないように構成したものからなる／ｌ系合金軸
受材ならびにその製造方法を提案することを目的とする
。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明は少なくともＳｎを含有するＡｌ系合
金軸受図上中間密着層と裏金層とからなるＡｌ系合金軸
受材において、Ａｌ系合金軸受図と中間密＠園の接合界
面のＳｎ含有量がＡｌ系合金軸受園生のＳｎ含有量の５
０％以下であることを特徴とし、また、少なくとも３　
ｎを含有するＡｌ系合金軸受層と中間密着層と裏金層と
からなるＡｌ系合金軸受材を製造する際に、Ａｌ系合金
軸受層の表面をＳｎを優先して溶出する溶液に浸漬処理
した後、この軸受層と中間品＠際とを圧接することを特
徴とする。

以下、本発明の手段たる構成ならびにその作用について
回部により詳しく説明すると、次の（５） 通りである。

まず、第１図（ａｌならびに（ｂｌはそれぞれ半割すべ
り軸受を示し、＋ａ＋は斜視図、（ｂｌはｔａ）のＡ部
の拡大断面図であり、第２図は本発明を実施する際に用
いられる半割ずべり軸受の例を示す斜視図であり、第３
図（ａｌ、（Ｉ））ならびに（Ｃ１はそれぞれ第２図の
断面図を示し、（ａ）は本発明の一つの実施例のＡ−Ａ
線拡大断面図、（ｂｌならびに１１はそれぞれ従来例の
ＡＡ線拡大断面図である。

符号１は半割すべり軸受、２はＡｌ系合金軸受図１３は
中間密着層、４は裏金層を示す。

本発明のＡｌｌ系合金軸受から説明する。

まず、第１図（ａｌならびにｔｂ＋に示す符号１は半割
すべり軸受を示し、この軸受はＡｌ系合金軸受層２と中
間密着層３と裏金層４とがら構成されたもので、本発明
はＡｌ系合金軸受園２と中間密着層３との密着性を高め
、その結果、金属疲労によって軸受の合金が疲労して剥
離に至る軸受材として致命的な焼付を極力少なくしく６
） ようとするものである。

次に、軸受材の疲労剥離について説明する。

第２図、第３図ｔａ）、ｔｂｌならひにＩｃＩはＡｌ系
合金軸受材の／ｌ系軸受合金の一部が疲労剥離を起こし
た例を示したもので、Ａｌ系合金軸受層２の表面は繰返
し変動荷重を受ける。

ＡＩ系合金軸受＠２はそのたびに繰返し圧縮、曲げ応力
を受け、金属疲労によりまず表面から合金内部に向って
微少のヒビ割れが生じ、合金内部に進展する。金属疲労
は潤滑油温上昇、硬い異物の混入、軸との部分接触によ
って助長されると考えられている。合金内部まで達した
ヒビ割れは大別すると、第３図ｔａ）、（ｂｌならひに
（Ｃ１のタイプに分けることができる。ｔａ＋は本発明
のタイプのものであり、（ｂｌならひにＣ）は従来のタ
イプのものを示すものである。

従来のタイプは、金属内部に達したヒビ割れは、Ａｌ系
合金軸受爾２より材料強度の弱い部分に更に発達した事
を示しており、ｔｂ）はＡｌ系合金軸受層の強さに比し
、合金と中間密着１！ｉ３と（７） の密着強さの方が弱がった為にヒビ割れが密着界面に発
達し合金剥離に至ったものである。

ＩｃＩは裏金との密着強さが弱い為に裏金間の表面より
剥離を生じたものである。これらの中でｌａｌタイプの
ものは、特に、Ａｌ系合金軸受層２と中間密着層３との
密着性を改良したことによってヒビ割れが界面に向って
横方向に発達しにくい。その理由は疲労によるヒビ割れ
速度は合金強さに依存される為で、本作用は本発明の最
大の効果であり、剥離に至ったその状態としてＡｌｌ系
合金軸受曜全区とんど残して剥離していることが特長で
ある。

次に、上記発明品を製造する方法について説明する。

Ａｌ系合金軸受材の製造において本発明に適用される鋳
造による方法は／ｌ系合金軸受材原料を所望の配合に調
合し、溶融鋳造して合金板とし、この鋳造合金板を反則
し繰返し圧延及び１３２鈍の処理を行なって所望の厚さ
のＡｌ系合金軸受材（軸受合金片）とする。中間密着層
がＡｌ（８） がら収る場合には、相手材であるＡｌの薄片を上記の軸
受台金片とを予め圧接し、史に裏金鋼板と圧接して製造
すればよく、また、中間密着層がニッケルがら威る場合
には、裏金鋼板に予めニッケルメッキを施し、前記軸受
合金片と相手材のニッケル句裏金とを圧接して製造する
。

次に、これらを焼鈍及び巻き取りし、焼鈍された複合片
は軸受製品に加工される。なお、本発明の方法における
上記の各段階の操作手段それ自体はＡｌ系合金軸受に関
連する分野で知られているものであって、例えば、米国
特許３０９３８８５号、３１０４１３５号、３３００８
３６号、３３００８３８号等の各明細書に記載され公知
のものである。

上記工程において本発明者等が着目したところは上記従
来例では前記／ｌの薄片と軸受台金片と圧接する段階あ
るいはニッケルメッキされた裏金鋼板とＡｌ系合金の軸
受台金片を圧接する段階においてＡｌ系合金の軸受台金
片を化学エツチングするエッチングエ稈を設けることで
（９１ ある。従来方法との相違についてはまず従来例の軸受台
金片は前述のように圧延工程を経ることによりＡｌ系軸
受合金中に含有されるＳｎ粒子は圧延方向に伸びる傾向
を示し、更に相手材と圧接する場合、密着力を高める為
に軸受台金片の表面を常法のサンドプラス１−法やブラ
ッシング法によって面荒しを行ない、この時軟質なＳｎ
粒子は引き伸ばされ、最表面部はＳｎ成分の多い状態を
示すことになる。この点の差異について検証すべき軸受
台金片を粗面化処理前後のｓｎの変化について蛍光Ｘ線
分析によって調査したところ、処理前のＳｎ成分１２．
４％であったものが１９．６％になっていることがわか
った。この事は相手材と接合し、密着力を確保するＡＩ
マトリックスの面積が減少することである。

本発明の方法はこの点に着目し改良したものであって、
Ｓｎ粒子に特に作用する化学エツチングすることにより
相手材と接合するＡｌ系合金軸受材表面部を配合したＳ
ｎ成分値より少な（１０） い値、望ましくは５０％以下とし、しかも、接合界面に
おいてＡ！マトリックス中のｓｎをワンな状態にするこ
とにある。らなみに、本発明法によれば化学エツチング
処理後の前記合金表面の５ｎｆｆ１分は２．２％に減少
し、大部分の８口粒子が化学的に除去されていた。

更に、中間密着間について説明する。

中間密＠闇は鋼製の裏金商とＡｌ系合金軸受圏との密着
性を改善する園であって、前述のように薄片を使用する
場合にはアルミニウムを用いることが常法である。

このアルミニウムは、実質的に八Ｅから成る軛Ａｌを使
用することもあるが、本発明の目的を十分に達成するに
は、マトリックスを強化できる成分、例えば、銅、マン
ガン、クロム等を添加したＡｌｌが望ましい。

なお、鋼板にメツ＝Ｘ＝処理して中間密着間とする場合
、ニッケルメッキの他に鉄、コバルト、銅、銀、スズ、
亜鉛及びこれらの合金を用いることが知られている（例
えば、米国特許２６８（１１） ７５６５号、ｔＡ国特許７０８４７２号等の各明細書に
Ａｌ系合金軸受材を圧接する方法ならびに中間密着間に
ついて詳述されている。）。

以下、実施例によって本発明について説明する。

実施例 使用したＡｌ系合金軸受材は、１２％Ｓｎ、１．５％Ｐ
ｂ、０．８％ＣＩＪ、２％３ｉを含有して成る合金を鋳
造法によってインボッ１〜板を製造した。得られたイン
ゴット板を冷間圧延し、その後の焼鈍（温度２７５℃）
を繰返して、寸法厚さ６１制×幅２００　ｍｍの試料を
製造した。史に相手材との密着性を高める為に常法によ
って表＠１０〜５０Ｌ１ｍを粗面化処理を行なった。

続いて、これを化学エツチング処理し、その第１段階と
して１０％苛性ソーダｆＮａＯ口）溶液の５０℃に加温
した溶液中に約１分間浸漬し、更に第２段階として工業
用硝酸（ｌｌＮＯ９１と弗１！Ｉｔ）−ＩＦ）との割合
が３：１の混合液中に約３０秒浸漬して、その表面変質
間を選択的に表向合（１２） 金のＳｎと反応させて化学的に除去した。その後、Ａｌ
からなる中間密着間を形成する薄片を１（ｉし、この薄
片の表面をブラッシングした後、Ａｌ系合金軸受材片と
圧接し、次いで、焼鈍工程を得て粗面化した裏金鋼板に
圧接し、続いで、約２７５°Ｃの温度で焼鈍を行なって
、軸受材を製造した。この軸受材を機械加工して、第１
図に示すような半割すベリ軸受合金を作製した。

この半割すべり軸受合金を下記に示す条件で動荷重軸受
疲労試験を行なった。

なお、試験機はアンダーウッド試験機を用いた。

面　　　　　圧　　　６００　ｌａｇ　・　ｆ、’ＣＩ
２回　　転　　数　　　３５０　Ｏｒ、ｌ）、ｍ、’分
相　　手　　軸　　　　ＦＣＤ７０ アラサ０．８〜１．５８ 使用オイル　　２０Ｗ−４０ｔＳＡＥｌ油　　　　　温
　　　　１５０’Ｃ±ｉｏ”ｃこの条件で耐久テストを
行ない、焼付に至るまでの時間の長さで８ｖ価した。評
１ｄ［ｉ試料数［１１（１３） は比較例の化学処理を実施しない従来法によるものとを
共に試験機に組み入れ、各々ｎ＝５で実施した。その試
験結果は従来法によるものは平均１６２時間であったが
、本発明によるものは平均１８３時間であった。本発明
の方法による半割すべり軸受は、耐疲労性において疲労
伝播速度が遅くなり、その結果として軸受運転寿命延長
に寄与することが確認できた。

更に試験後テスト材の疲労剥離断面及び表面を金属顕微
鏡とＸ線マイクロアナライザーにて調査したＩ！ｉ乗、
本発明によるものは第３図（ａｌに示すよう断面組織に
おいてＡｌの中間謹上にＡｌ系合金軸受材を残して剥離
していた。また、その他の状態としてｎ　＝　１　、’
　５でＡｌの中間層の中間、すなわら、Ａｌの中間層を
残し、中間部分に亀裂が走り、合金剥離していた。これ
らの状態はＸ線マイクロアナライザー調査についてもそ
の状態が確認できた。一方、従来法によるものについて
は、第３図（ｂ）の状態がｎ＝４′５で出現し、Ｘ線マ
イクロアナライザーによ（１４） るＡｌｌ中間的残存が認められた。また、ｎ−１１５で
第３図ｔｅｌの状態も確認された。

て、発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明は少なくともＳｎを
含有するＡｌ系合金軸受層と中間密着間と裏金層とから
なるＡｌ系合金軸受材において、へβ系合金軸図上と中
間密着間の接合界面のＳｎ含有量がＡｌ系合金軸受層中
のＳｎ含有量の５０％以下であることを特徴とし、また
、少なくとも３１１を含有するＡｌ系合金軸受層と中間
密＠閣と裏金層とからなるＡｎ系合金軸受材を製造する
際に、Ａｌ系合金軸受層の表面をＳｎを優先して溶出す
る溶液に浸漬処理した後、この軸受層と中間密着間とを
圧接することを特徴とする。

従って、本発明は少なくともＳｎを含有するＡ／系合金
軸受材の表面をエツチング処理するようにしたため、／
ｌ系合金と中間密着間との密着界面が密着することがで
き、実質的に軸受の疲労破壊に至る寿命の延長を遠戚し
、軸受の（１５） 信頼性を向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌならびに（ｂ）はそれぞれ半割すべり軸受
を示し、（ａｌは斜視図、（ｂ）はｌａ）のＡ部の拡大
断面図、第２図は本発明を実施する際に用いられる半割
すべり軸受の一例を示す斜視図、第３図（ａ）、（ｂｌ
ならびに（Ｃ）はそれぞれ第２図の断面図を示し、（ａ
）は本発明の一つの実施例のＡ−Ａ線拡大断面図、（ｂ
ｌならびに（Ｃ１はそれぞれ従来例のＡ−Ａ線拡大断面
図である。 符号１・・・・・・半割すべり軸受 ２・・・・・・Ａｌ系合金軸受層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくともＳｎを含有するＡｌ系合金軸受層と中間
   密着層と裏金層とからなるＡｌ系合金軸受材において、
   Ａｌ系合金軸受層と中間密着層の接合界面のＳｎ含有量
   がＡｌ系合金軸受層中のＳｎ含有量の５０％以下である
   ことを特徴とするＡｌ系合金軸受材。 ２）少なくともＳｎを含有するＡｌ系合金軸受図と中間
   密着層と裏金層とからなるＡｌ系合金軸受材を製造する
   際に、前記Ａｌ系合金軸受層の表面をＳｎを優先して溶
   出する溶液に浸漬処理した後、この軸受層と前記中間密
   着層とを圧接することを特徴とするＡｌ系合金軸受材の
   製造方法。