特開 2024-134949 摺動部材およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134949

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】摺動部材およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 13/00 20060101AFI20240927BHJP

   C23C 24/10 20060101ALI20240927BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20240927BHJP

   C22C 1/04 20230101ALI20240927BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240927BHJP

   B22D 13/02 20060101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

C22C13/00

C23C24/10 B

B22F3/105

C22C1/04 E

C22F1/00 614

C22F1/00 621

C22F1/00 681

C22F1/00 691B

C22F1/00 692

C22F1/00 630C

C22F1/00 631A

C22F1/00 630G

B22D13/02 501A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045417

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】591001282

【氏名又は名称】大同メタル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 慎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 耕輔

(72)【発明者】

【氏名】浅羽 凌

【テーマコード（参考）】

4K018

4K044

【Ｆターム（参考）】

4K018AA40

4K018BA20

4K018BD09

4K018CA41

4K018KA02

4K044AA02

4K044BA01

4K044BA10

4K044BB01

4K044BC01

4K044BC05

4K044CA24

4K044CA25

4K044CA27

4K044CA29

4K044CA41

4K044CA42

(57)【要約】

【課題】環境負荷の大きな物質を排除しつつ、Ｓｎ合金層と裏金層との接着力、および耐疲労性が高い摺動部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１、Ｆｅ基の裏金層１２と、を備える。Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との界面２１における任意の観察断面２０において、界面２１の全長に対するＳｎ合金層１１に含まれるＳｎ合金母相１３と裏金層１２とが接触する全長は、３０％以上である。観察断面２０において、Ｓｎ合金層１１の総面積に対する金属間化合物１４の面積の総和は、４０％以上、７０％以下である。Ｓｎ合金層１１の断面から任意に同一の面積となる複数の視野を抽出したとき、複数の視野のうち、金属間化合物１４の面積割合が最大となる第一視野の面積割合Ａ％と、金属間化合物１４の面積割合が最小となる第二視野の面積割合Ｂ％との差Ｄ＝Ａ－Ｂは、２０％以内である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｎ合金母相、および前記Ｓｎ合金母相に分散するＳｎ基の金属間化合物を含むＳｎ合金層と、
少なくとも一方の端面側に前記Ｓｎ合金層が設けられているＦｅ基の裏金層と、
を備える摺動部材であって、
前記Ｓｎ合金層と前記裏金層との界面における任意の観察断面において、前記界面の全長に対する前記Ｓｎ合金層に含まれるＳｎ合金母相と前記裏金層とが接触する全長は、３０％以上であり、
前記観察断面において、前記Ｓｎ合金層の総面積に対する前記金属間化合物の面積の総和は、４０％以上、７０％以下であり、
前記Ｓｎ合金層の断面から任意に同一の面積となる複数の視野を抽出したとき、複数の前記視野のうち、前記金属間化合物の面積割合が最大となる第一視野の面積割合Ａ％と、前記金属間化合物の面積割合が最小となる第二視野の面積割合Ｂ％との差Ｄ＝Ａ－Ｂは、２０％以内である、
摺動部材。

【請求項2】

前記Ｓｎ合金層において厚さ方向へ前記界面から前記裏金層と反対側へ３％以内の領域を観察領域と設定したとき、
前記観察領域における前記Ｓｎ合金層の総面積に対する前記金属間化合物の面積の総和は、５％以上、６０％以下である、
請求項１記載の摺動部材。

【請求項3】

前記Ｓｎ合金層に含まれるＳｎおよび前記裏金層に含まれるＦｅを由来として前記金属間化合物を構成しないＦｅ－Ｓｎ化合物をさらに含み、
前記Ｆｅ－Ｓｎ化合物は、
前記界面から前記Ｓｎ基合金方向へ立ち上がるとともに、短軸および４０μｍ以下の長軸を有する針状に生成し、
隣り合う別のＦｅ－Ｓｎ化合物との間において、前記界面と反対側の頂点間の距離が０．５μｍ以上である、
請求項１記載の摺動部材。

【請求項4】

前記金属間化合物は、断面が方形状の方形粒子を含み、
前記方形粒子は、隣り合う他の方形粒子との間の中心間の距離が１０μｍ以上である、
請求項１記載の摺動部材。

【請求項5】

前記Ｓｎ合金層は、ビッカース硬度が３８ＨＶ以上である、
請求項１記載の摺動部材。

【請求項6】

前記Ｓｎ合金層は、
Ｓｂを３．０～１２ｍａｓｓ％、
Ｃｕを４．０～１８ｍａｓｓ％、
残部が不可避的不純物を含むＳｎである、
請求項１記載の摺動部材。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項記載の摺動部材の製造方法であって、
前記裏金層の一方の端面に、レーザ光を照射する照射工程と、
前記照射工程で照射された前記レーザ光の焦点に、前記Ｓｎ合金層を形成する合金材料を投入する投入工程と、
前記投入工程で投入された前記合金材料を、照射された前記レーザ光によって前記裏金層の表面で溶融して、溶融によって形成される前記合金材料を前記裏金層と接合して、前記裏金層に前記Ｓｎ合金層を肉盛りする合金層形成工程と、
を含む、
摺動部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、摺動部材およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

摺動部材は、例えばＦｅ基の裏金層の表面にＳｎ基のＳｎ合金層を備えている。相手部材と摺動するＳｎ合金は、耐疲労性を向上するために、例えばＣｕやＳｂなどのようにＳｎ合金層の母相となるＳｎとの間に金属間化合物を生成する元素が添加される。一方、ＣｕやＳｂの過剰な添加は、裏金層との界面付近に脆弱なＣｕ_５Ｓｎなどの偏析を招く。そのため、ＣｕやＳｂの過剰な添加は、裏金層とＳｎ合金層との間の接着力の低下を招く。そこで、特許文献１の場合、Ｃｕの添加量は１～３ｍａｓｓ％未満に設定している。これにより、特許文献１では、金属間化合物であるＣｕ_５Ｓｎ_６およびＳｂＳｎの微細化が図られ、Ｃｕ_５Ｓｎ_６の偏析の低減が図られている。その結果、特許文献１では、摺動部材の耐疲労性の向上、および裏金層とＳｎ合金層との間の接着性の向上が図られている。

【0003】

しかしながら、特許文献１は、Ｓｎ合金層における金属間化合物の微細化を図りつつ偏析を低減するために、ＣｄやＢｅの添加が必要である。これらＣｄやＢｅは、環境に与える影響を考慮すると、使用を控えることが望ましいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭５０－１６８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、環境負荷の大きな物質を排除しつつ、Ｓｎ合金層と裏金層との接着力、および耐疲労性が高い摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本実施形態の摺動部材は、Ｓｎ合金母相、および前記Ｓｎ合金母相に分散するＳｎ基の金属間化合物を含むＳｎ合金層と、少なくとも一方の端面に前記Ｓｎ合金層が設けられているＦｅ基の裏金層と、を備える。
前記Ｓｎ合金層と前記裏金層との界面における任意の観察断面において、前記界面の全長に対する前記Ｓｎ合金層に含まれるＳｎ合金母相と前記裏金層とが接触する全長は、３０％以上であり、前記観察断面において、前記Ｓｎ合金層の総面積に対する前記金属間化合物の面積の総和は、４０％以上、７０％以下であり、前記Ｓｎ合金層の断面から任意に同一の面積となる複数の視野を抽出したとき、複数の前記視野のうち、前記金属間化合物の面積割合が最大となる第一視野の面積割合Ａ％と、前記金属間化合物の面積割合が最小となる第二視野の面積割合Ｂ％との差Ｄ＝Ａ－Ｂは、２０％以内である。

【0007】

発明者らは、Ｓｎ合金層と裏金層との界面におけるＳｎ合金層のＳｎ合金母相と裏金層との接触状態、およびＳｎ合金層に含まれる金属間化合物の分散状態がＳｎ合金層と裏金層との接着力に影響を及ぼすことを見出した。本実施形態では、上記のようにＳｎ合金母相と裏金層との接触状態、および金属間化合物の分散状態を特定することにより、Ｓｎ合金層の耐疲労性を損なうことなく、Ｓｎ合金層と裏金層との間の接着力が確保される。また、本実施形態では、ＣｄやＢｅなどの環境へ影響を与える物質の添加は不要である。したがって、環境負荷の大きな物質を排除しつつ、Ｓｎ合金層と裏金層との接着力、および耐疲労性を高めることができる。

【0008】

また、本実施形態の摺動部材の製造方法は、照射工程、投入工程および合金層形成工程を含む。照射工程は、裏金層の一方の端面に、レーザ光を照射する。投入工程は、前記照射工程で照射された前記レーザ光の焦点に、Ｓｎ合金層を形成する合金材料を投入する。合金層形成工程は、前記投入工程で投入された前記合金材料を、照射された前記レーザ光によって前記裏金層の表面で溶融して、溶融によって形成される前記合金材料を前記裏金層と接合して、前記裏金層に前記Ｓｎ合金層を肉盛りする。

【0009】

このように本実施形態は、いわゆるレーザクラッドによって裏金層の表面にＳｎ合金層が肉盛される。これにより、Ｓｎ合金層と裏金層との界面においてＳｎ合金母相に分散する金属間化合物の生成が制御される。したがって、環境負荷の大きな物質を排除しつつ、Ｓｎ合金層と裏金層との接着力、および耐疲労性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による摺動部材を示す模式的な断面図

【図2】一実施形態による摺動部材のＳｎ合金層の組織を示す模式図

【図3】一実施形態による摺動部材の観察断面を示す模式的な断面図

【図4】一実施形態による摺動部材の観察断面を示す模式的な断面図

【図5】一実施形態による摺動部材の観察断面を示す模式的な断面図

【図6】一実施形態による摺動部材のＳｎ合金層を示す模式的な断面図

【図7】レーザクラッドを用いる一実施形態による摺動部材の製造を説明するための模式図

【図8】遠心鋳造を用いる一実施形態による摺動部材の製造を説明するための模式図

【図9】一実施形態による摺動部材に用いる材料の組成を示す概略図

【図10】一実施形態による摺動部材の製造に用いるレーザクラッドの条件を示す概略図

【図11】一実施形態による摺動部材の実施例の試験結果を示す概略図

【図12】摺動部材の比較例の試験結果を示す概略図

【図13】一実施形態による摺動部材の実施例の試験結果を示す概略図

【図14】一実施形態による摺動部材の実施例の試験結果を示す概略図

【図15】一実施形態による摺動部材の実施例の試験結果を示す概略図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、摺動部材の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１および裏金層１２を備えている。Ｓｎ合金層１１は、Ｓｎ基の合金で形成され、図２に示すようにＳｎ合金母相１３および金属間化合物１４を含んでいる。Ｓｎ合金母相１３は、Ｓｎ合金層１１を構成するＳｎ合金で形成されている母相である。金属間化合物１４は、Ｓｎ合金層１１を構成する各種元素の化合物として粒子状に形成されており、Ｓｎ合金母相１３に分散している。裏金層１２は、例えば鋼や炭素鋼などのように、Ｆｅを主とするＦｅ基の合金で形成されている。Ｓｎ合金層１１は、裏金層１２と反対側に、図示しない相手部材と摺動する摺動面１５を形成する。なお、摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１の裏金層１２と反対側の端面つまり表面に、例えばオーバレイ層などの他の層を有していてもよい。例えば、摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１の摺動面１５側に図示しない中間層およびオーバレイ層を有していてもよい。Ｓｎ合金層１１は、ビッカース硬度が３８ＨＶ以上である。このように、Ｓｎ合金層１１の硬度を高めることにより、摺動部材１０は耐疲労性を高めることができる。

【0012】

Ｓｎ合金層１１は、Ｓｂを３．０～１２ｍａｓｓ％、およびＣｕを４．０～１８ｍａｓｓ％を含み、残部が不可避的不純物を含むＳｎで形成されている。また、Ｓｎ合金層１１は、これらとともに、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｂａから選択される１種以上の金属を含んでいてもよい。Ｓｎ合金層１１は、Ｂｉを最大で５．０ｍａｓｓ％、Ａｇを最大で１０ｍａｓｓ％、Ｚｎを最大で１０ｍａｓｓ％、Ｃｒを最大で０．５ｍａｓｓ％、Ｂａを最大で０．５ｍａｓｓ％含むことができる。これらにより、Ｓｎ合金層１１は、Ｓｎ合金母相１３に、例えばＳｎ－Ｓｂ、Ｓｎ－Ａｇ、Ｓｎ－Ｃｕなどの各種化合物を、金属間化合物１４として含んでいる。金属間化合物１４は、例示したような２元素による化合物に限らず、３元素以上の化合物であってもよい。なお、Ｓｎ合金層１１に含まれるＳｎ、および裏金層１２に含まれるＦｅを由来とする例えばＦｅ－Ｓｎ化合物は、本実施形態における金属間化合物に含まれない。

【0013】

この摺動部材１０は、図１および図３に示すように任意の観察断面２０が設定される。観察断面２０は、摺動部材１０の厚さ方向へ切断した断面において、例えば数μｍ×数μｍ程度から数ｍｍ×数ｍｍ程度の任意の範囲で設定する。この観察断面２０において、厚さ方向はＹ方向、厚さに垂直な方向はＸ方向とする。観察断面２０においてＳｎ合金層１１と裏金層１２との界面２１は、Ｘ方向へ伸びている。この観察断面２０のＸ方向の全長、つまりＸ１とＸ２との間の距離は、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との界面２１の全長Ｌに一致する。一方、Ｓｎ合金層１１は、金属間化合物１４を含んでいる。そのため、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間は、Ｓｎ合金層１１のＳｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する部分と、金属間化合物１４と裏金層１２とが接する部分とが存在する。Ｘ方向において、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する部分の長さは、Ｌｘｎとする。ｎは、自然数である。このとき、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する部分の長さの総和Ｌｘは、Ｌｘ＝Ｌｘ１＋Ｌｘ２＋Ｌｘ３＋・・・＋Ｌｘｎである。Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する部分の長さＬｘｎは、観察断面２０を撮影した画像の画像解析によって測定している。以下、説明の簡単のため、図３に示すｎ＝４を例に説明する。

【0014】

図３に示す例の場合、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する部分の長さの総和Ｌｘは、Ｌｘ＝Ｌｘ１＋Ｌｘ２＋Ｌｘ３＋Ｌｘ４である。本実施形態では、界面２１の全長Ｌに対するＳｎ合金母相１３と裏金層１２とが接触する全長である総和Ｌｘは、３０％以上である。つまり、接触割合Ｌｘ／Ｌは、Ｌｘ／Ｌ×１００≧３０（％）である。このように、本実施形態の場合、摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との界面２１において、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接している部分は、界面２１の全長Ｌの３０％以上となっている。Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力は、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接している部分において確保される。本実施形態の摺動部材の場合、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とは、界面２１において全長Ｌの３０％以上の領域で接している。これにより、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間には、接着力を確保するための十分な全長が確保されている。

【0015】

また、本実施形態の摺動部材１０では、任意の観察断面２０において、Ｓｎ合金層１１の総面積に対する金属間化合物１４の面積の総和は、４０％以上、７０％以下である。すなわち、観察断面２０におけるＳｎ合金層１１の総面積Ｓに対し、この観察断面２０に含まれる金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍである比Ｓｍ／Ｓは、４０％≦Ｓｍ／Ｓ×１００≦７０％である。金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍは、長さＬｘｎと同様に観察断面２０を撮影した画像の画像解析によって測定している。金属間化合物１４は、Ｓｎ合金層１１における面積の割合である比Ｓｍ／Ｓ数が増加するほど、摺動部材１０の耐疲労性の向上に寄与する。一方、Ｓｎ合金層１１における金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓが過大になると、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する長さの総和Ｌｘが減少し、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力が低下する。摺動部材１０は、比Ｓｍ／Ｓを、４０％≦Ｓｍ／Ｓ×１００≦７０％の範囲にすることにより、耐疲労性の向上と、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力の向上とを両立することができる。

【0016】

さらに、本実施形態の摺動部材１０では、観察断面２０は、図４に示すように同一の面積となる複数の視野が任意に抽出される。図４に示す例の場合、観察断面２０は、３つの視野３１、視野３２、視野３３が抽出される。このとき、複数の視野３１、視野３２、視野３３のうち、含まれる金属間化合物１４の面積割合が最大となる視野は、第一視野とする。そして、この第一視野における金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓは、面積割合Ａ％とする。同様に、複数の視野３１、視野３２、視野３３のうち、含まれる金属間化合物１４の面積割合が最小となる視野は、第二視野とする。そして、この第二視野における金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓは、面積割合Ｂ％とする。本実施形態の摺動部材１０は、この面積割合Ａと面積割合Ｂとの差ＤであるＤ＝Ａ－Ｂは、２０％以内である。すなわち、差Ｄは、Ｄ≦２０％である。

【0017】

これは、観察断面２０から抽出される複数の視野３１、視野３２、視野３３のうち、金属間化合物１４の割合が最大となる第一視野と最小となる第二視野との間において、Ｓｎ合金層１１に含まれる金属間化合物１４の面積割合、つまり比Ｓｍ／Ｓは大差無いことを示している。つまり、金属間化合物１４は、Ｓｎ合金層１１の全体にほぼ均一に分散しており、偏析していないことを示している。このように、Ｓｎ合金層１１に金属間化合物１４が偏析することなく分散することにより、Ｓｎ合金層１１は全体として硬度の差が小さくなる。その結果、摺動部材１０の耐疲労性を向上することができる。なお、観察断面２０から抽出される視野の数は、例示した３つに限らず、２つまたは４つ以上であってもよい。

【0018】

上記に加え、本実施形態の摺動部材１０では、図４に示すようにＳｎ合金層１１において厚さ方向へ裏金層１２との界面２１から裏金層１２と反対側へ３％以内の領域に観察領域４１を設定している。すなわち、観察領域４１は、Ｓｎ合金層１１の厚さ方向において、界面２１から摺動面１５側へＳｎ合金層１１の厚さの３％の範囲に設定されている。上述した視野３１、視野３２、視野３３のうちの視野３３は、図４における観察領域４１に設定されている。この観察領域４１において、Ｓｎ合金層１１の総面積Ｓに対する金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍである比Ｓｍ／Ｓは、５％以上、６０％以下である。すなわち、観察領域４１におけるＳｎ合金層１１の総面積Ｓに対し、この観察領域４１における金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍの比Ｓｍ／Ｓは、５％≦Ｓｍ／Ｓ×１００≦６０％である。金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍは、上述と同様に観察領域４１を撮影した画像の画像解析によって測定している。この観察領域４１は、Ｓｎ合金層１１のうち裏金層１２に近い界面２１付近の領域である。Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力を考慮すると、Ｓｎ合金層１１のうち界面２１に近い領域は、金属間化合物１４の偏析が好ましくない。観察領域４１における金属間化合物１４の面積の比Ｓｍ／Ｓを、５％≦Ｓｍ／Ｓ×１００≦６０％に設定することにより、界面２１の全長Ｌに対するＳｎ合金母相１３と裏金層１２とが接する長さの総和Ｌｘの割合、つまり接触割合Ｌｘ／Ｌは増加する。したがって、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力を確保することができる。この場合、観察領域４１における金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓが、５％≦Ｓｍ／Ｓ×１００≦５０％であると、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力はより向上する。

【0019】

本実施形態の摺動部材１０は、図５に示すようにＦｅ－Ｓｎ化合物５１をさらに含んでいる。Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、Ｓｎ合金層１１に含まれるＳｎ、および裏金層１２に含まれるＦｅを由来とする化合物である。このＦｅ－Ｓｎ化合物５１は、上述のように本実施形態の金属間化合物１４を構成しない。Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、裏金層１２にＳｎ合金層１１を積層するとき、界面２１の付近からＳｎ合金層１１側に生成する。Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、長軸５２を有する針状、柱状または棒状に、界面２１からＳｎ合金層１１側へ立ち上がって生成する。そのため、Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１の長軸５２は、界面２１と概ね垂直な方向へ伸びている。Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１の長軸５２は、４０μｍ以下である。

【0020】

Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、上述のように界面２１からＳｎ合金層１１方向へ立ち上がって生成している。そして、Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、隣り合う別のＦｅ－Ｓｎ化合物５１との間において、界面２１と反対側の端部の頂点５３と頂点５３との間の距離Ｚが０．５μｍ以上である。このように、Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、隣り合う別のＦｅ－Ｓｎ化合物５１との間に十分な距離が確保されている。Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１は、界面２１付近に生成し、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力に影響する。つまり、Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１が界面２１において疎らに生成することにより、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力は向上する。隣り合うＦｅ－Ｓｎ化合物５１の頂点５３の間の距離を０．５μｍ以上に設定することにより、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力は十分に確保される。また、生成するＦｅ－Ｓｎ化合物は、裏金層１２に加える熱を低減することにより、長軸５２が４０μｍ以下となる。そのため、生成するＦｅ－Ｓｎ化合物の全長が短くなり、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力を向上することができる。

【0021】

摺動部材１０のＳｎ合金層１１に含まれる金属間化合物１４は、観察断面２０における断面が方形状の方形粒子６１を含んでいる。方形粒子６１とは、例えば立方体、直方体などのように３次元の各軸方向へ十分な全長を有する方体形状の粒子である。本実施形態では、Ｓｎ合金層１１に含まれる金属間化合物１４のうち方形粒子６１は、隣り合う方形粒子６１との中心間の距離が１０μｍ以上である。金属間化合物１４は、上述のようにＳｎ合金層１１に均一に分散し、偏析していないことが耐疲労性の向上に好ましい。方形粒子６１の中心間の距離が１０μｍ以上であれば、金属間化合物１４はＳｎ合金層１１に適度に分散し偏析していないことを示している。このように方形粒子６１の中心間に十分な距離が確保されると、Ｓｎ合金層１１は全体として硬度の差が小さくなる。その結果、摺動合金の耐疲労性を向上することができる。また、方形粒子６１は、外径を３０μｍ以下とすることが好ましい。このように方形粒子６１の外径を３０μｍ以下とすることにより、Ｓｎ合金層１１は硬度を確実に確保することができる。

【0022】

Ｓｎ合金層１１に含まれるＳｂの添加量は、１２ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。これにより、急加熱および急冷を行なう製造方法を用いるとき、Ｓｎ合金層１１における金属間化合物１４の偏析を低減することができる。また、Ｓｎ合金層１１に含まれるＣｕの添加量は、１８ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。これにより、急加熱および急冷を行なう製造方法を用いるとき、Ｓｎ合金層１１における金属間化合物１４の偏析を低減することができる。Ｓｎ合金層１１に含まれるＢｉは、Ｓｎ合金層１１の強度の向上に寄与する。一方、Ｂｉは、添加量が過大になると、裏金層１２との接着性の低下を招く。そこで、Ｓｎ合金層１１に含まれるＢｉの添加量は、５ｍａｓｓ％以下に設定することにより、強度の向上を図りつつ、接着性の向上も図ることができる。Ｓｎ合金層１１に含まれるＡｇおよびＺｎは、１０ｍａｓｓ％以下の添加量とすることにより、金属間化合物１４の偏析を低減しつつ、裏金層１２との接着性の向上を図ることができる。Ｓｎ合金層１１に含まれるＣｒおよびＢａは、生成する金属間化合物１４の微細化に寄与することから、０．５ｍａｓｓ％以下の添加が好ましい。

【0023】

次に、摺動部材１０の製造方法について説明する。
摺動部材１０は、レーザクラッドまたは遠心鋳造によって製造される。
レーザクラッドを用いる場合、レーザクラッド装置は、図７に示すように裏金層１２となる基材７１にレーザ光を７２照射する。基材７１にレーザ光７２を照射することにより、基材７１は溶融して溶融池７３を形成する。レーザクラッド装置は、この基材７１の溶融によって生成した溶融池７３にＳｎ合金層１１となる材料７４を提供する。Ｓｎ合金層１１となる材料７４は、Ｓｎ合金母相１３となるＳｎを中心に、金属間化合物１４を生成する各種の元素が添加された粉末である。このように、レーザ光７２が照射された基材７１の溶融池７３に材料７４を提供することにより、Ｓｎ合金層１１は基材７１の表面に肉盛状に溶接される。溶接されたＳｎ合金層１１を冷却することにより、裏金層１２にＳｎ合金層１１が積層された摺動部材１０が製造される。

【0024】

また、遠心鋳造を用いる場合、図８に示すように裏金層１２となる基材８１は円筒形に形成される。この場合、基材８１は、円筒形に限らず、円周方向へ２分割した半割状、または３つ以上に分割した円弧環状などの形状であってもよい。遠心鋳造を行なうとき、Ｓｎ合金層１１となる材料は、例えば６００℃以上に加熱され、溶融される。溶融された材料は、回転する基材８１の内周側へ流し込まれる。このとき、基材８１は、材料が供給される側と反対の外周側から冷却される。これにより、流し込まれた材料は、基材８１の内周側に積層された状態で硬化する。その結果、裏金層１２にＳｎ合金層１１が積層された摺動部材が製造される。

【0025】

レーザクラッドを用いる場合、Ｓｎ合金層１１に含まれるＳｎ合金母相１３および金属間化合物１４の生成は、例えばレーザ光７２の出力および材料７４の供給速度などの条件を変更することにより制御される。また、遠心鋳造を用いる場合、Ｓｎ合金層１１に含まれるＳｎ合金母相１３および金属間化合物１４の生成は、材料の温度、材料の供給速度、基材８１の回転速度、または基材８１の冷却速度などの条件を変更することにより制御される。

【0026】

以下、本実施形態の摺動部材１０の実施例を説明する。
（材料組成）
摺動部材１０の実施例および比較例は、図９に示すような組成の材料を用いた。具体的には、実施例および比較例は、図９に示す組成１～組成４のいずれかの材料を用いた。組成１～組成４は、いずれもＳｎ基の合金を形成し、添加元素として、Ｓｂ、Ｃｕを必須で含んでいる。また、そして、組成１～組成４は、添加元素として、Ａｇ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｒのうちいずれか１種以上を含んでいる。

【0027】

（レーザクラッド）
レーザクラッドを用いた実施例の製造について説明する。摺動部材１０の実施例は、図１０に示すような条件のレーザクラッド装置を用いてＳｎ合金層１１を形成した。裏金層１２となる基材７１は、板状の「Ｓ２３５ＪＲ＋Ｃ ＥＮ１０２７７」を用いた。レーザクラッドによって形成されるＳｎ合金層１１は、肉盛の厚さを３ｍｍに設定した。Ｓｎ合金層１１が溶接された基材７１は、室温で冷却した。レーザクラッド装置で用いるレーザ光７２の出力などの条件、およびＳｎ合金層１１となる材料７４の供給速度は、図１１～図１５に示している。

【0028】

（遠心鋳造）
遠心鋳造を用いた実施例の製造について説明する。裏金層１２となる基材８１は、レーザクラッドと同様の材料を筒状に形成した。鋳込み厚さは５ｍｍに設定し、基材８１の肉厚は６ｍｍに設定した。基材８１は、酸化防止のために純Ｓｎによって表面を覆うとともに、Ｓｎの溶融液中で３００℃～４００℃に予熱した。

【0029】

Ｓｎ合金層１１となる材料は、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｓｂおよびその他の添加元素を予め設定された組成で配合し、大気中で溶融した。溶融したＳｎ基の合金の溶湯は、大気中で５００℃～６００℃に保持し、予熱された基材８１に供給した。基材８１は、溶湯を供給した後、裏面から水で冷却した。急速冷却を行なう場合、冷却条件は、水の流量を２４００リットル／ｍｉｎ～２８００リットル／ｍｉｎで１３秒間とした。一方、通常冷却を行なう場合、冷却条件は、水の流量を１２００リットル／ｍｉｎ～１６００リットル／ｍｉｎで２０秒間とした。

【0030】

（実施例の評価）
形成された摺動部材１０の実施例および比較例は、図１１～図１５に示すようにＳｎ合金層１１の硬度で耐疲労性を評価するとともに、チャルマー試験でＳｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力を評価した。耐疲労性の評価は、形成したＳｎ合金層１１のビッカース硬度が３８ＨＶ以上を合格「○」とし、３８ＨＶ未満を不合格「×」とした。また、接着力の評価は、チャルマー試験の結果が７５ＭＰａ以上を合格「○」とし、７５ＭＰａ未満を不合格「×」とした。図１１～図１５に示す製造方法において、「レーザ」はレーザクラッドによるＳｎ合金層の形成を示し、「鋳造（急冷）」は急速冷却をともなう鋳造を示し、「鋳造」は急速冷却をともなわない通常の鋳造を示している。

【0031】

また、図１１～図１５における「Ｓｍ／Ｓ」の欄は、図４に示すような観察断面２０において、裏金層１２から最も遠い位置から順に「視野１」、「視野２」および「視野３」としている。そして、このうち「視野３」は、裏金層１２に最も近い観察領域４１に含まれている。また、これら「視野１」、「視野２」および「視野３」のうち、金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓが最大となる視野は第一視野に相当し、金属間化合物１４の比Ｓｍ／Ｓが最小となる視野は第二視野に相当する。そして、差Ｄは、第一視野の面積割合Ａと第二視野の面積割合Ｂとから算出している。さらに、これら「視野１」、「視野２」および「視野３」で算出した面積割合の平均値は、観察断面２０におけるＳｎ合金層１１の総面積Ｓに対する金属間化合物１４の面積の総和Ｓｍの比Ｓｍ／Ｓとしている。

【0032】

これら図１１、図１３～図１５に示す実施例によると、Ｓｎ合金層１１における差Ｄおよび接触割合Ｌｘ／Ｌを満たす実施例１～実施例１７は、硬度およびチャルマー試験の結果がいずれも合格「○」である。これに対し、図１２に示す比較例１、比較例３、比較例４および比較例６は、いずれも差Ｄを満たすものの、接触割合Ｌｘ／Ｌを満たしていない。接触割合Ｌｘ／Ｌは、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力に影響する。接触割合Ｌｘ／Ｌが３０％未満となる比較例１～比較例４および比較例６は、各実施例と比較して接着力が低下することがわかる。また、比較例２は、差Ｄを満たしておらず、チャルマー試験が不合格「×」である。これは、差Ｄを満たしていない比較例２の場合、金属間化合物１４の偏析が生じているためである。比較例５は、差ＤおよびＬｘ／Ｌを満たしているものの、硬度が不合格「×」である。これは、鋳造によって製造される比較例５の場合、Ｓｎ合金層１１における金属間化合物１４の微細化が不十分となり、Ｓｎ合金層１１の強度が低下するためである。

【0033】

図１３に示す実施例７～実施例１０によると、Ｓｎ合金層１１に設定した観察領域４１に含まれる視野３における比Ｓｍ／Ｓは、５％以上、６０％以下が好ましく、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力の向上に寄与することがわかる。すなわち、比Ｓｍ／Ｓが「５０％」の実施例８、比Ｓｍ／Ｓが「１９％」の実施例９、および比Ｓｍ／Ｓが「６０％」の実施例１０は、実施例７と比較して、チャルマー試験の結果が向上している。

【0034】

図１４に示す実施例１１～実施例１３によると、Ｓｎ合金層１１に含まれるＦｅ－Ｓｎ化合物５１の長軸５２の長さおよび頂点５３間の距離は、それぞれ４０μｍ以下、０．５μｍ以上が好ましく、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力の向上に寄与することがわかる。すなわち、Ｆｅ－Ｓｎ化合物５１の長軸５２の長さおよび頂点５３間の距離を満たす実施例１１および実施例１２は、これらを満たさない実施例１３と比較して、チャルマー試験の結果が向上している。

【0035】

図１５に示す実施例１４～実施例１７によると、Ｓｎ合金層１１に含まれる方形粒子６１の中心間距離は、１０μｍ以上が好ましく、Ｓｎ合金層１１の硬度の向上に寄与することがわかる。すなわち、方形粒子６１の中心間距離は、１０μｍ以上となる実施例１４、実施例１６および実施例１７は、Ｓｎ合金層１１の硬度の結果が向上している。

【0036】

以上説明したように、本実施形態の摺動部材１０は、Ｓｎ合金母相１３と裏金層１２との接触状態、およびＳｎ合金層１１に含まれる金属間化合物１４の分散状態を特定することにより、Ｓｎ合金層１１の耐疲労性を損なうことなく、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力が確保される。また、本実施形態では、ＣｄやＢｅなどの環境へ影響を与える物質の添加は不要である。したがって、環境負荷の大きな物質を排除しつつ、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との接着力、および耐疲労性を高めることができる。

【0037】

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、摺動部材１０は、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間に中間層を有していてもよい。この場合、中間層は、ＳｎまたはＳｎ合金めっき層などであることが好ましい。Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間に、このような中間層を設けることにより、Ｓｎ合金層１１と裏金層１２との間の接着力のさらなる向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0038】

図面中、１０は摺動部材、１１はＳｎ合金層、１２は裏金層、１３はＳｎ合金母相、１４は金属間化合物、２０は観察断面、２１は界面、４１は観察領域、５１はＦｅ－Ｓｎ化合物、５２は長軸、５３は頂点、６１は方形粒子を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】