特許 7362067 合金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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-06

(45)【発行日】2023-10-17

(54)【発明の名称】合金材およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 26/00 20060101AFI20231010BHJP

   C25D 3/66 20060101ALI20231010BHJP

   C25D 11/34 20060101ALI20231010BHJP

【ＦＩ】

C23C26/00 B

C25D3/66

C25D11/34 301

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019177889

(22)【出願日】2019-09-27

(65)【公開番号】P2020143361

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2022-08-09

(31)【優先権主張番号】P 2019038203

(32)【優先日】2019-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504409543

【氏名又は名称】国立大学法人秋田大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】福本 倫久

(72)【発明者】

【氏名】原 基

(72)【発明者】

【氏名】土井 教史

(72)【発明者】

【氏名】土岐 隆太郎

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－１１８１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１７１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２９６０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１４４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３１３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２３２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３７５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ ２４／００ － ３０／００

Ｃ２５Ｄ ３／６６

Ｃ２５Ｄ １１／３４

Ｆ１６Ｃ １７／００ － １７／２６

Ｆ１６Ｃ ３３／００ － ３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｆｅを含む合金からなる基材の表面の少なくとも一部に、厚さが１．０μｍ～２．０ｍｍの多孔質層を有する合金材であって、前記多孔質層の空隙率が２５～９０％であり、
前記多孔質層には、前記基材に含まれる元素の全てが含まれ、
前記多孔質層には、Ｆｅより卑な金属元素とＦｅとの合金が含まれており、
前記金属元素の、前記多孔質層中の含有量は、前記基材中の含有量より、１．０～３０．０質量％高い、
合金材。

【請求項2】

前記Ｆｅより卑な金属元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上である、
請求項１に記載の合金材。

【請求項3】

前記多孔質層の空隙の平均長さが１．０～１１．０μｍである、
請求項１または請求項２に記載の合金材。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれかに記載の合金材の製造方法であって、
（ａ）Ｆｅを含む合金からなる基材および対極を、Ｆｅより卑な金属元素を含む溶融塩中に浸漬する工程と、
（ｂ）前記基材および前記対極との間に電位差を生じさせて、前記基材の表面に前記Ｆｅより卑な金属元素が電析する電圧を印加する工程と、
（ｃ）前記基材および前記対極との間に電位差を生じさせて、前記基材の表面に電析した前記Ｆｅより卑な金属元素が溶解する電圧を印加する工程と、を備える、
合金材の製造方法。

【請求項5】

前記Ｆｅより卑な金属元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上である、
請求項４に記載の合金材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、合金材およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車のクランクシャフト等で使用される摺動部材には、耐摩耗性および耐焼付き性に加えて、低燃費化の観点から優れた摺動特性が要求されている。そのため、特に摺動部材として用いられる合金材の表面における摩擦の低減が求められている。

【0003】

これまでに、材料の摺動特性を改善する方法として、材料表面に多孔質層を設ける技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ライニング層を形成する多孔質金属焼結層内に密度の高い部分と密度の低い部分を設けた摺動部材が開示されている。さらに、特許文献２には、軸受け等の摺動部分を有する金属部品の材料として好適な多孔質層を有する金属材料が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－５４１０８号公報

【文献】特開２００１－１６５１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、焼結層を材料表面に形成する必要があるため、材料形状の自由度が低いという問題がある。また、潤滑油の使用が前提となっており、ドライ環境での使用に課題が残されている。

【0006】

また、特許文献２では、金属材料の表面を腐食させることで多孔質層としていることから、機械的特性が劣化するため、耐摩耗性の点で改善の余地が残されている。

【0007】

本発明は上記の問題を解決し、摩擦を低減するとともに、耐摩耗性および耐焼付き性に優れる合金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】

【0008】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の摺動部材およびその製造方法を要旨とする。

【0009】

（１）Ｆｅを含む合金からなる基材の表面の少なくとも一部に、厚さが１．０μｍ～２．０ｍｍの多孔質層を有する合金材であって、
前記多孔質層の空隙率が２５～９０％であり、
前記多孔質層には、前記基材に含まれる元素の全てが含まれる、
合金材。

【0010】

（２）前記多孔質層には、Ｆｅより卑な金属元素とＦｅとの合金が含まれており、
前記金属元素の、前記多孔質層中の含有量は、前記基材中の含有量より、１．０～３０．０質量％高い、
上記（１）に記載の合金材。

【0011】

（３）前記Ｆｅより卑な金属元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上である、
上記（２）に記載の合金材。

【0012】

（４）前記多孔質層の空隙の平均長さが１．０～１１．０μｍである、
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の合金材。

【0013】

（５）（ａ）Ｆｅを含む合金からなる基材および対極を、Ｆｅより卑な金属元素を含む溶融塩中に浸漬する工程と、
（ｂ）前記基材および前記対極との間に電位差を生じさせて、前記基材の表面に前記Ｆｅより卑な金属元素が電析する電圧を印加する工程と、
（ｃ）前記基材および前記対極との間に電位差を生じさせて、前記基材の表面に電析した前記Ｆｅより卑な金属元素が溶解する電圧を印加する工程と、を備える、
合金材の製造方法。

【0014】

（６）前記Ｆｅより卑な金属元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上である、
上記（５）に記載の合金材の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、摺動特性に優れ、かつ耐摩耗性に優れる合金材を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の合金材の断面写真の一例を示した図である。

【図2】本発明の合金材の表面の写真の一例を示した図である。

【図3】本発明の合金材の表面の写真に対して白黒２値化処理を行った画像の一例を示した図である。

【図4】本発明の合金材の表面の写真に対して白黒２値化処理を行った後に縦横に５μｍピッチの線を引いた画像の一例を示した図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る合金材の製造方法を説明するための概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、本発明の合金材の断面写真の一例を示した図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る合金材１０は、基材１および多孔質層２を備える。基材１は、Ｆｅを含む合金からなり、低合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などを含む。

【0018】

また、多孔質層２は、基材１の表面の少なくとも一部に形成されており、厚さが１．０μｍ～２．０ｍｍである。合金材１０を摺動部材として使用する場合には、多孔質層２が形成されている部分を摺動部分とする。多孔質層２の厚さが１．０μｍ未満では、すぐに消耗してしまい摺動特性が持続しない。一方、厚さが２．０ｍｍを超えると、多孔質層２が脆くなり摺動特性が低下するだけでなく、合金材１０の寸法精度が悪化する。

【0019】

潤滑油を用いないドライ環境での使用においても良好な摺動特性を発揮するためには、多孔質層２の厚さは、５．０μｍ以上であるのが好ましく、１０．０μｍ以上であるのがより好ましい。一方、合金材１０の寸法精度の向上のためには、多孔質層２の厚さは１．０ｍｍ以下であるのが好ましく、５００μｍ以下であるのがより好ましい。

【0020】

また、多孔質層２の空隙率は２５～９０％である。空隙率が２５％未満では、摩擦係数の低減が不十分となる。一方、空隙率が９０％を超えると、多孔質層２が脆くなりかえって摺動特性が低下する。空隙率は３０％以上であるのが好ましく、３５％以上であるのがより好ましい。また、空隙率は８０％以下であるのが好ましく、７０％以下であるのがより好ましく、６０％以下であるのがさらに好ましい。

【0021】

以上のように、本発明に係る合金材１０は、基材１の表面に多孔質層２を有することにより、合金材１０を摺動部材として使用する場合に、摺動相手となる部材（以下、「相手部材」ともいう。）との接触面積が減少し、摩擦係数の低減効果が得られる。加えて、空隙部分から摩擦の際に生じる熱が放出されるため、焼付きを防止する効果が得られるものと推測される。

【0022】

空隙の大きさについては特に制限はないが、小さすぎると相手部材との接触面積を十分に減少させることができない場合がある。一方、大きすぎると多孔質層２が脆くなりかえって摺動特性が低下するおそれがある。そのため、多孔質層２の空隙の平均長さは１．０～１１．０μｍとすることが好ましい。

【0023】

なお、本発明においては、基材１と多孔質層２との境界は以下のように決定するものとする。まず、合金材１０の表面に垂直な断面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。図１に示すように、基材１と多孔質層２との境界は明瞭に観察できるが、より具体的には以下の方法で特定する。まず、断面写真を用いて、表面から深さ方向へ１μｍピッチで、深さ方向に１μｍ、表面に平行な方向に１００μｍの領域の空隙率を求める。そして、空隙率が１％を超える領域を多孔質層２として定義する。そして、基材１と多孔質層２との境界から表面までの長さの平均値を求めることで、多孔質層２の厚さを求める。

【0024】

ただし、上記の測定において、多孔質層２の厚さが１μｍ以下となった場合には、０．１μｍピッチで、深さ方向に０．１μｍ、表面に平行な方向に１００μｍの領域の空隙率を再測定するものとする。

【0025】

さらに、多孔質層２の空隙率および空隙の平均長さは、以下の方法により測定する。まず、合金材１０の表面をＳＥＭにより倍率２０００倍で反射電子像を撮影する。図２は、本発明の合金材の表面の写真の一例を示した図である。その後、図３に示すように、上記写真に対して白黒２値化処理を行う。

【0026】

具体的には、２５６階調（グレースケール）の写真を、１２８階調目を閾値として２値化し、モノクロ画像とする。そして、黒で示される領域を空隙とし、その面積率を求めることで空隙率を算出する。その後、白黒２値化処理を行った画像を用いて、図４に示すような縦横に５μｍピッチの線を引いた後、その線上の空隙の長さを測定する。得られた空隙の長さの平均値を、空隙の平均長さとする。

【0027】

また、後述するように、多孔質層２は基材１の表面を改質することにより形成される。そのため、多孔質層２には、基材１に含まれる元素の全てが含まれることとなる。

【0028】

さらに、多孔質層２には、Ｆｅより卑な金属元素とＦｅとの合金が含まれていることが好ましい。上記の合金は、相対的に基材より高い硬度を有するため、多孔質層２中に上記合金を含むことで、耐摩耗性が向上する。このような効果を得るためには、上記合金として存在するＦｅより卑な金属元素の多孔質層中の含有量は、基材中の含有量より、１．０～３０．０質量％高いことが好ましい。

【0029】

上記金属元素の基材中の含有量に対する多孔質層中の含有量の差が１．０質量％未満では、硬度の向上効果が十分には得られなく、一方、３０．０質量％を超える場合には、後述する製法においては、多孔質層２の空隙の確保が困難となる。上記含有量の差は３．０％以上であるのが好ましく、５．０％以上であるのがより好ましい。また、上記含有量の差は２５．０％以下であるのが好ましく、２０．０％以下であるのがより好ましい。

【0030】

Ｆｅより卑な金属元素としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上であることが好ましい。これらの元素は、Ｆｅとの合金を形成し、多孔質層２の硬度を向上させる効果を有するためである。

【0031】

なお、基材１および多孔質層２の化学組成の分析は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により行うことができる。具体的には、合金材１０の表面に垂直な断面を、ＥＰＭＡを用いたマッピング分析により測定する。そして、多孔質層２については、基材１との境界から表面までの測定結果の平均値を多孔質層２の化学組成とする。

【0032】

上記の構成を有する合金材１０を製造する方法について、特に制限はないが、例えば、以下に示す（ａ）～（ｃ）の工程を行うことにより製造することができる。

【0033】

本発明の一実施形態に係る合金材１０の製造方法は、（ａ）浸漬工程と、（ｂ）電析工程と、（ｃ）溶解工程と、を備える。図５は、本発明の一実施形態に係る合金材１０の製造方法を説明するための概略構成図である。図５を参照しながら、各工程について詳しく説明する。

【0034】

（ａ）浸漬工程
図５に示すように、まず、基材１および対極２０を、Ｆｅより卑な金属元素を含む溶融塩３０中に浸漬する。Ｆｅより卑な金属元素としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＴｉから選択される１種以上であることが好ましい。溶融塩３０の温度については特に制限はないが、上記のＦｅより卑な金属元素が溶融し、かつ基材が溶融しない温度を選択する。

【0035】

（ｂ）電析工程
続いて、基材１および対極２０との間に電位差を生じさせて、基材１の表面にＦｅより卑な金属元素が電析する電圧を印加する。すなわち、基材１がカソード、対極２０がアノードとなるように電圧を印加する。基材１および対極２０は電線４０ａ，４０ｂを介して外部電源４０に接続されている。対極２０の材質について特に制限はないが、例えば白金、黒鉛等を用いることができる。

【0036】

電圧の印加は、電流制御で行ってもよいし、電位制御で行ってもよい。電流制御の場合には、外部電源４０にガルバノスタットを用いることができる。一方、電位制御の場合には、図示しない参照極を対極２０とともに溶融塩３０中に浸漬し、外部電源４０にポテンショスタットを用いる。なお、参照極としては、例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌを用いることができる。

【0037】

また、電位制御を行う場合においては、基材１を作用極として参照極との間の電圧を制御する。電圧は溶融塩３０として用いる金属元素の種類に応じて選択する。電析時間についても特に制限はなく、形成したい多孔質層２の厚さに応じて適宜選択すればよく、例えば、１．５～３．６ｋｓ程度とすることが好ましい。

【0038】

さらに、電析工程は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気で電析を行うことで、溶融塩３０が水分を吸収するのを抑制することができる。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスを用いることができる。また、基材１の表面は事前に研磨しておくことが好ましい。

【0039】

本工程において、溶融塩３０中に含まれるＦｅより卑な金属元素が基材１の表面に電析し、その一部は基材１の内部に拡散し、Ｆｅとの合金を形成する。

【0040】

（ｃ）溶解工程
次に、基材１および対極２０との間に電位差を生じさせて、（ｂ）の工程で基材１の表面に電析したＦｅより卑な金属元素が溶解する電圧を印加する。すなわち、（ｂ）の工程から基材１および対極２０との間の電圧を変化させ、基材１がアノード、対極２０がカソードとなるように電圧を印加する。

【0041】

電析工程と同様に、電圧の印加は、電流制御で行ってもよいし、電位制御で行ってもよい。電位制御を行う場合においては、基材１を作用極として参照極との間の電圧を制御する。電圧は溶融塩３０として用いる金属元素の種類に応じて選択する。この際、基材１の表面が溶解しない電圧に制御することが好ましい。電析時間についても特に制限はなく、例えば、１．０～３．６ｋｓ程度とすることが好ましい。

【0042】

また、溶解工程は電析工程から連続して同一の溶融塩中で行ってもよいし、個別に異なる溶融塩中で行ってもよい。

【0043】

本工程において、基材１の表面に電析した金属元素が再び溶融塩３０中に溶解することで、基材１の内部に形成した、Ｆｅより卑な金属元素とＦｅとの合金からも、金属元素が溶解し、抜け落ちた部分が孔となり、多孔質な層が形成される。

【0044】

以下、本発明の合金材の製造方法を、基材としてステンレス鋼を用い、Ｆｅより卑な金属元素としてＡｌを用いる場合を例に、より詳しく説明する。

【0045】

Ａｌを含む溶融塩としては、例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）およびフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）の混合物を加熱して溶解させた、Ａｌ含有ＮａＣｌ－ＫＣｌ溶融塩が挙げられる。ＮａＣｌの融点は８００℃、ＫＣｌの融点は７７６℃であり、ＮａＣｌ－ＫＣｌ混合塩（混合モル比１：１）の融点は６６０℃である。そのため、溶融塩を準備する際には、ＮａＣｌ－ＫＣｌを等モル量とすることで、融点が低くなり溶解させやすくなる。

【0046】

また、Ａｌの融点も６６０℃である。そのため、ＮａＣｌ、ＫＣｌおよびＡｌＦ_３の混合物を６６０℃以上の温度まで加熱することで溶融塩とすることができる。ステンレス鋼の融点は１２５０℃程度であるため、溶融塩の温度は１２５０℃以下とする必要があり、９５０℃以下とすることが好ましい。溶融塩中のＡｌ含有量については特に制限はないが、１～５ｍｏｌ％とすることが好ましい。

【0047】

上記のＡｌを含む溶融塩中にステンレス鋼からなる基材および対極を浸漬する。上述のように、電析工程および溶解工程を電位制御で行う場合には、参照極も併せて溶融塩中に浸漬する。そして、電析工程においては、基材をカソードとして、参照極との間の電位差を－２．２～－１．３５Ｖの範囲とする。上記の電位差は、Ａｌの還元電位域である－１．８～－１．４Ｖの範囲とすることがより好ましい。また、溶解工程においては、基材をアノードとして、参照極との間の電位差を－１．３～－０．７Ｖの範囲とする。上記の電位差は、－０．９Ｖ以下とすることがより好ましい。

【0048】

次に、本発明の合金材の製造方法を、基材としてステンレス鋼を用い、Ｆｅより卑な金属元素としてＳｉを用いる場合を例に、より詳しく説明する。

【0049】

Ｓｉを含む溶融塩としては、例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）およびケイフッ化カリウム（Ｋ_２ＳｉＦ_６）の混合物を加熱して溶解させた、Ｓｉ含有ＮａＣｌ－ＫＣｌ溶融塩が挙げられる。ＮａＣｌの融点は８００℃、ＫＣｌの融点は７７６℃であり、ＮａＣｌ－ＫＣｌ混合塩（混合モル比１：１）の融点は６６０℃である。そのため、溶融塩を準備する際には、ＮａＣｌ－ＫＣｌを等モル量とすることで、融点が低くなり溶解させやすくなる。

【0050】

また、Ｓｉの融点は１４１４℃であるが、ＮａＣｌ、ＫＣｌおよびＫ_２ＳｉＦ_６の混合物を９００℃まで加熱することで十分に溶融塩とすることができる。ステンレス鋼の融点は１２５０℃程度であるため、溶融塩の温度は１２５０℃以下とする必要があり、９５０℃以下とすることが好ましい。溶融塩中のＳｉ含有量については特に制限はないが、１～１５ｍｏｌ％とすることが好ましい。

【0051】

上記のＳｉを含む溶融塩中にステンレス鋼からなる基材および対極を浸漬する。上述のように、電析工程および溶解工程を電位制御で行う場合には、参照極も併せて溶融塩中に浸漬する。そして、電析工程においては、基材をカソードとして、参照極との間の電位差を－２．２～－１．１Ｖの範囲とする。上記の電位差は、Ｓｉの還元電位域である－１．５～－１．１Ｖの範囲とすることがより好ましい。また、溶解工程においては、基材をアノードとして、参照極との間の電位差を－１．１～－０．７Ｖの範囲とする。上記の電位差は、－０．９Ｖ以下とすることがより好ましい。

【0052】

以上のように、Ｆｅより卑な金属元素としてＡｌまたはＳｉを用いる場合を例に説明を行ったが、これに限定されるものではない。

【0053】

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0054】

アルミナ坩堝に、ＮａＣｌ、ＫＣｌおよびＡｌＦ_３の混合物を入れた後、電気炉を用いて９００℃まで加熱し、溶融塩とした。ＮａＣｌおよびＫＣｌはモル比で１：１の割合で添加し、Ａｌ濃度が３．５ｍｏｌ％となるよう調整した。

【0055】

その後、溶融塩中に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる基材、管状の黒鉛からなる対極、およびＡｇ／ＡｇＣｌ（０．１）参照極を浸漬した。なお、基材の表面は、事前に＃１０００のＳｉＣ研磨紙を用いて研磨した。また、用いたステンレス鋼のＡｌ含有量は０．００１質量％以下であった。そして、上記の基材、対極および参照極を、電線を介してポテンショスタットに接続した。

【0056】

そして、参照極との間において、基材に表１に示す電圧を印加することで、溶融塩中に含まれるＡｌの電析および溶解を行い、合金材を作製した。電析時間および溶解時間はともに３．６ｋｓとし、溶融塩温度は９００℃で一定とした。なお、表１において、下線は本発明の好適な製造条件から外れることを意味する。

【0057】

【表1】

【0058】

得られた各合金材について、自動精密切断機を用いて表面に垂直な断面を切り出し、ＳＥＭにより当該断面の反射電子像を観察し、形成された多孔質層の厚さを測定した。また、各合金材の表面についても同様にＳＥＭにより反射電子像の写真を取得し、当該写真に対して白黒２値化処理を行った。そして、得られた画像から空隙率および空隙の平均長さを求めた。さらに、表面に垂直な断面について、ＥＰＭＡによるマッピング分析を行い、多孔質層中のＡｌ含有量を測定した。

【0059】

それらの結果を表２に示す。表２において、下線は本発明の規定から外れることを意味する。

【0060】

【表2】

【0061】

続いて、ボールオンディスク方式の摩擦試験（ＣＳＭ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）により、摩擦特性の評価を行った。ボールは市販の直径６ｍｍのＳＵＪ２球を用い、荷重３Ｎ、摩擦速度１０ｍｍ／秒、摩擦時間６０分とした。また、摩擦試験は、潤滑剤あり（ウェット条件）および潤滑剤なし（ドライ条件）のそれぞれの条件で実施した。

【0062】

摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。そして、「初期摩擦係数」として摩擦開始から１分間の平均摩擦係数を計測した。また、参考のため、摩擦開始から２０分後および６０分後における摩擦係数も計測した。

【0063】

また、低摩擦の耐久性として、ウェット条件では、摩擦係数が０．２０を超えるまでの持続時間を評価した。一方、ドライ条件では、摩擦係数が０．４０を超えるまでの持続時間を評価した。本実施例においては、ウェット条件では、初期摩擦が０．２０以下でかつ低摩擦の持続時間が２０分以上であった場合に、摺動特性に優れると判断した。また、ドライ条件では、初期摩擦が０．４０以下でかつ低摩擦の持続時間が２０分以上であった場合に、摺動特性に優れると判断した。

【0064】

ウェット条件およびドライ条件での結果をそれぞれ表３および４に示す。表３および４において、下線は特性が劣ることを意味する。

【0065】

【表3】

【0066】

【表4】

【0067】

表３および４に示すように、本発明の規定を満足する試験Ｎｏ．２～９では、初期摩擦係数が低く、かつ耐久性も良好であり、摺動特性が優れる結果となった。一方、試験Ｎｏ．１では、電析電位が低く、形成された多孔質層の空隙率が不十分となったため、耐久性に劣るとともに、ドライ条件での初期摩擦係数が高くなる結果となった。

【0068】

また、試験Ｎｏ．１０では、電析電位が高く、多孔質層の厚さが不十分であったため、耐久性が劣る結果となった。さらに、試験Ｎｏ．１１では、溶解電位が高く、形成された多孔質層の空隙率が不十分となったため、耐久性に劣るとともに、ドライ条件での初期摩擦係数が高くなる結果となった。

【0069】

次に、Ｆｅより卑な金属元素としてＳｉを用いる場合について、実施例によって、より具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例2】

【0070】

アルミナ坩堝に、ＮａＣｌ、ＫＣｌおよびＫ_２ＳｉＦ_６の混合物を入れた後、電気炉を用いて９００℃まで加熱し、溶融塩とした。ＮａＣｌおよびＫＣｌはモル比で１：１の割合で添加し、Ｓｉ濃度が１０ｍｏｌ％となるよう調整した。

【0071】

その後、溶融塩中に、Ｆｅ（９９．９％Ｆｅ）からなる基材、管状の黒鉛からなる対極、およびＡｇ／ＡｇＣｌ（０．１）参照極を浸漬した。なお、基材の表面は、事前に＃１０００のＳｉＣ研磨紙を用いて研磨した。また、用いた基材のＳｉ含有量は０．０１質量％以下であった。そして、上記の基材、対極および参照極を、電線を介してポテンショスタットに接続した。

【0072】

そして、参照極との間において、基材に表５に示す電圧を印加することで、溶融塩中に含まれるＳｉの電析および溶解を行い、合金材を作製した。電析時間および溶解時間はともに３．６ｋｓとし、溶融塩温度は９００℃で一定とした。なお、表５において、下線は本発明の好適な製造条件から外れることを意味する。

【0073】

【表5】

【0074】

得られた各合金材について、自動精密切断機を用いて表面に垂直な断面を切り出し、ＳＥＭにより当該断面の反射電子像を観察し、形成された多孔質層の厚さを測定した。また、各合金材の表面についても同様にＳＥＭにより反射電子像の写真を取得し、当該写真に対して白黒２値化処理を行った。そして、得られた画像から空隙率および空隙の平均長さを求めた。さらに、表面に垂直な断面について、ＥＰＭＡによるマッピング分析を行い、多孔質層中のＳｉ含有量を測定した。

【0075】

それらの結果を表６に示す。表６において、下線は本発明の規定から外れることを意味する。

【0076】

【表6】

【0077】

続いて、ボールオンディスク方式の摩擦試験（ＣＳＭ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）により、摩擦特性の評価を行った。ボールは市販の直径６ｍｍのＳＵＪ２球を用い、荷重３Ｎ、摩擦速度１０ｍｍ／秒、摩擦時間６０分とした。また、摩擦試験は、潤滑剤あり（ウェット条件）および潤滑剤なし（ドライ条件）のそれぞれの条件で実施した。

【0078】

摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。そして、「初期摩擦係数」として摩擦開始から１分間の平均摩擦係数を計測した。また、参考のため、摩擦開始から２０分後および６０分後における摩擦係数も計測した。

【0079】

また、低摩擦の耐久性として、ウェット条件では、摩擦係数が０．２０を超えるまでの持続時間を評価した。一方、ドライ条件では、摩擦係数が０．４０を超えるまでの持続時間を評価した。本実施例においては、ウェット条件では、初期摩擦が０．２０以下でかつ低摩擦の持続時間が２０分以上であった場合に、摺動特性に優れると判断した。また、ドライ条件では、初期摩擦が０．４０以下でかつ低摩擦の持続時間が２０分以上であった場合に、摺動特性に優れると判断した。

【0080】

ウェット条件およびドライ条件での結果をそれぞれ表７および８に示す。表７および８において、下線は特性が劣ることを意味する。

【0081】

【表7】

【0082】

【表8】

【0083】

表７および８に示すように、本発明の規定を満足する試験Ｎｏ．２～８では、初期摩擦係数が低く、かつ耐久性も良好であり、摺動特性が優れる結果となった。一方、試験Ｎｏ．１では、電析電位が低く、形成された多孔質層の空隙率が不十分となったため、耐久性に劣るとともに、ドライ条件での初期摩擦係数が高くなる結果となった。

【0084】

また、試験Ｎｏ．９では、電析電位が高く、多孔質層の厚さが不十分であったため、耐久性が劣る結果となった。さらに、試験Ｎｏ．１０では、溶解電位が高く、形成された多孔質層の空隙率が不十分となったため、耐久性に劣るとともに、ドライ条件での初期摩擦係数が高くなる結果となった。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本発明によれば、摺動特性に優れ、かつ耐摩耗性に優れる合金材を得ることが可能である。したがって、本発明に係る合金材は、自動車、船舶等の輸送機械、一般産業機械等に使用される摺動部材として好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0086】

１．基材
２．多孔質層
１０．合金材
２０．対極
３０．溶融塩
４０．外部電源
４０ａ，４０ｂ．電線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】