JP4650157B2 - 摺動部用メッキ皮膜及び同皮膜の形成方法 - Google Patents
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Description
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、幅0.1μm未満のクラックが長さ1cmあたり1500本以上3000本以下形成されており、
上記メッキ皮膜表面は、X線回折において、BCC構造Cr結晶の(211)面からの回折ピークに対する(200)面からの回折ピークの強度比が1よりも大であることを特徴とする。
上記メッキ浴がさらにMo成分を含有し、上記メッキ皮膜がCrMo合金によって形成されていることを特徴とする。
上記メッキ皮膜の表面が研削加工されていることを特徴とする。
上記幅0.1μm以上3μm以下のクラックが上記メッキ皮膜表面に占める面積の割合は3%以上20%以下であることを特徴とする。
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、
上記メッキ皮膜表面は、X線回折において、BCC構造Cr結晶の(211)面からの回折ピークに対する(200)面からの回折ピークの強度比が1よりも大であり、
さらに、研削加工又は相手材との摺動によって上記メッキ皮膜表面に極微細クラックを発生させるHCP構造の微細なCr結晶粒が上記メッキ皮膜に分散し、X線回折分析において、該Cr結晶粒の(10・0)面及び(10・3)面からの回折ピークが検出されることを特徴とする。
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、
研削加工又は相手材との摺動によって上記メッキ皮膜表面に極微細クラックを発生させるHCP構造の微細なCr結晶粒が上記メッキ皮膜に分散し、X線回折分析において、該Cr結晶粒の(10・0)面及び(10・3)面からの回折ピークが検出されることを特徴とする。
上記メッキ皮膜は内燃機関の燃焼室に臨む部材に形成され、他の部材と摺接することを特徴とする。
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出した状態になるように、上記メッキ皮膜をエッチングする逆電工程と、
上記クラックが形成されたメッキ皮膜の表面を研削加工することにより、上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm未満のクラックが長さ1cmあたり1500本以上3000本以下形成された状態にする工程とを有することを特徴とする摺動部用メッキ皮膜の形成方法である。
Cr成分、硫酸及び触媒としての有機スルフォン酸を含み、さらに必要に応じてMo成分を含むメッキ浴にワークを入れて所定温度に予熱し、数分間の逆電処理によってワーク表面を洗浄した後、数分間のストライクメッキ処理(正電処理)、数時間の本メッキ処理(正電処理)、数分間の逆電処理(クラック形成)及び仕上げ研削加工を順に行なうことによって、摺動部用メッキ皮膜を形成する。
メッキ浴における触媒(有機スルフォン酸)の添加量を変化させて鋼製ワークの表面にCrMoメッキ皮膜を形成した。すなわち、メッキ浴組成は表1の通りであり、触媒添加量を0ml/Lから30ml/Lで変化させた。触媒、すなわち、有機スルフォン酸としては、アトテック社製のHeef25−Cを用いた。メッキ条件は表2に示す通りである。表2において、「ストライク」はメッキ皮膜のワーク表面への密着力を高めるための短時間メッキであり、「A/dm2 」は電流密度、時間は処理時間を表している。メッキ皮膜厚は150μmである。また、表1のメッキ浴組成の場合、CrMo合金におけるMoの共析量は0.55%となる。
上述のCrMoメッキ浴組成(表1)において、そのモリブデン酸ナトリウム添加量を零とし、他は同じ条件でCrメッキを行なった。図9〜図12は触媒添加量が異なる各メッキ皮膜表面の顕微鏡写真である。Crメッキの場合も、CrMoメッキの場合と同じく触媒添加量が多くなるに従って微細クラックの幅が狭くなり、その本数が多くなることがわかる。
表1のメッキ浴組成において、触媒(有機スルフォン酸)添加量を零とした従来例と、触媒添加量を30ml/Lとした本発明例とについて、表2に示す条件で鋼製ワークの表面にCrMoメッキ皮膜を形成し、XRD(X線回折)測定を行なった。図13Aは従来例のX線回折チャート、図13Bは本発明例のX線回折チャート、図13Cは本発明例の研削加工後のX線回折チャートである。
図13BのX線回折チャートから明らかなように、本発明例(触媒添加量30ml/L)ではメッキ皮膜にHCP構造の結晶が認められる。図16はそのメッキ皮膜のEBSP(電子後方散乱回折像)を示す。同図によれば、大きな結晶粒から小さな結晶粒まで含まれる多結晶体になっていることがわかる。比較的大きな結晶粒はBCC構造の結晶であり、小さな黒い粒状になって現れているものがHCP構造の結晶である。このHCP構造の小さな結晶粒はBCC構造結晶の粒界に多く存在する。一方、図17は触媒添加量零の従来例に係るメッキ皮膜のEBSPであるが、本発明例と同じくBCC構造の結晶粒が認められるものの、HCP構造の結晶粒は僅かしか認められない。
上述のCrMoメッキ浴組成(表1)において触媒添加量を変えて、幅0.1μm以上3μm以下の微細クラック数を400本/cm、1000本/cm、1200本/cmとした本発明に係るCrMoメッキ皮膜、並びに触媒添加量を零とした従来法による微細クラック数100本/cmのCrMoメッキ皮膜をそれぞれワーク表面に形成した。これら微細クラック数の異なる各例について、メッキ皮膜表面を平滑に研削加工仕上げした後の二次逆電(電流密度50A/dm2 )の処理時間を変え、また、その処理時間を零として、油溜り面積の割合を変えた各供試材を準備した。油溜り面積の割合とは、メッキ皮膜表面に露出している微細クラックが該皮膜表面に占める面積の割合のことである。いずれもメッキ皮膜は、厚さが150μm、硬さがHv1000程度であり、CrMoメッキにおけるMo共析量は0.55%である。
上述のCrMoメッキ浴組成(表1)において触媒添加量を変えて微細クラック数を400本/cm、1000本/cm、1200本/cmとした本発明に係るCrMoメッキ皮膜を有する各供試材、触媒添加量を零とした上記従来法による微細クラック数100本/cmのCrMoメッキ皮膜を有する供試材、並びに上述のCrMoメッキ浴組成(表1)においてそのモリブデン酸ナトリウム添加量を零とした上記従来法によるCrメッキ皮膜を有する供試材を調製した。いずれの供試材もメッキ皮膜は厚さが150μm、硬さがHv1000程度であり、また、研削仕上げ加工後の二次逆電処理により油溜り面積割合が20%になるようにした。なお、CrMoメッキにおけるMo共析量は0.55%である。
上述のCrMoメッキ皮膜に関し、触媒添加量を変えて調製した微細クラック数400本/cm、1000本/cm、1200本/cmの各本発明例と、触媒添加量を零として調製した微細クラック数100本/cmの従来例とについて、先と同様の研削加工仕上げ後の二次逆電処理の有無及びその処理時間の調整により、油溜り面積割合及びクラック開口幅を変えた供試材を準備した。そうして、図22に示す試験器を用いた潤滑試験により、各供試材21の摩擦係数μを測定した。但し、摺動片23の周速は10m/s、荷重は1MPa、潤滑油温度は100℃とした。
本発明に係るメッキ皮膜に関し、皮膜表面の研削による仕上げ加工により、皮膜内部に存在する微細クラックを皮膜表面に所定割合以上開口させることができるとともに、HCP構造の結晶粒を起点として極微細クラックを形成することができる。この研削加工による表面粗さはRa2.0μm以下になるようにすることが好ましく、これにより、初期の油膜切れを防止することができる。一方、研削加工により皮膜表面の組織が塑性流動してクラックが潰れることがないようにする必要がある。そのためにはホーニング加工を採用し、加工条件(砥石の送り込み量、砥石回転速度、砥石材質)の調整により、メッキ皮膜表面の加工代を調整して上記塑性流動を抑え、皮膜内部のクラックを開口させるようにすればよい。
2 トロコイド面
5 アペックスシール
21 供試材
23 摺動片
24 メッキ皮膜
Claims (8)
- Cr成分を含有するメッキ浴から電解析出させて形成されたCrを含有する摺動部用メッキ皮膜であって、
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、幅0.1μm未満のクラックが長さ1cmあたり1500本以上3000本以下形成されており、
上記メッキ皮膜表面は、X線回折において、BCC構造Cr結晶の(211)面からの回折ピークに対する(200)面からの回折ピークの強度比が1よりも大であることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - 請求項1において、
上記メッキ浴がさらにMo成分を含有し、上記メッキ皮膜がCrMo合金によって形成されていることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - 請求項1又は請求項2において、
上記メッキ皮膜の表面が研削加工されていることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - 請求項3において、
上記幅0.1μm以上3μm以下のクラックが上記メッキ皮膜表面に占める面積の割合は3%以上20%以下であることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - Cr成分を含有するメッキ浴から電解析出させて形成されたCrを含有する摺動部用メッキ皮膜であって、
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、
上記メッキ皮膜表面は、X線回折において、BCC構造Cr結晶の(211)面からの回折ピークに対する(200)面からの回折ピークの強度比が1よりも大であり、
さらに、研削加工又は相手材との摺動によって上記メッキ皮膜表面に極微細クラックを発生させるHCP構造の微細なCr結晶粒が上記メッキ皮膜に分散し、X線回折分析において、該Cr結晶粒の(10・0)面及び(10・3)面からの回折ピークが検出されることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - Cr成分とMo成分とを含有するメッキ浴から電解析出させて形成されたCrMo合金の摺動部用メッキ皮膜であって、
上記メッキ浴が有機スルフォン酸を含有し、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出しているとともに、
研削加工又は相手材との摺動によって上記メッキ皮膜表面に極微細クラックを発生させるHCP構造の微細なCr結晶粒が上記メッキ皮膜に分散し、X線回折分析において、該Cr結晶粒の(10・0)面及び(10・3)面からの回折ピークが検出されることを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
上記メッキ皮膜は内燃機関の燃焼室に臨む部材に形成され、他の部材と摺接することを特徴とする摺動部用メッキ皮膜。 - Cr成分とMo成分と有機スルフォン酸とを含有するメッキ浴を用いてワークにCrMoメッキ皮膜を形成する正電工程と、
上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm以上3μm以下のクラックが長さ1cmあたり400本以上1300本以下露出した状態になるように、上記メッキ皮膜をエッチングする逆電工程と、
上記クラックが形成されたメッキ皮膜の表面を研削加工することにより、上記メッキ皮膜表面に、幅0.1μm未満のクラックが長さ1cmあたり1500本以上3000本以下形成された状態にする工程とを有することを特徴とする摺動部用メッキ皮膜の形成方法。
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