滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置製造方法

2023-06-01 16:55:26

滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供抑制疲勞裂紋的進展、進而壽命長的滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置。滑動構件(10)具備裡襯金屬層和由以Sn為主的合金形成且層疊於裡襯金屬層的軸承合金層(11)。軸承合金層(11)包括由Sn形成的Sn母相(21)、和異形金屬間化合物相(22)。異形金屬間化合物相(22)分散在Sn母相(21)中。異形金屬間化合物相(22)中，當將截面中的作為周圍的長度的周長記作Lc、將截面中的外接圓的直徑記作D時，D為80μm以上、且Lc/D為350％以上。
【專利說明】滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置。
【背景技術】
[0002]以往，軸承裝置中所用的滑動構件不使用有可能招致環境汙染的Pb、As或Cd，且要求更長的使用壽命。專利文獻I中，提出了在作為所謂的Sn基白合金的Sn-Sb-Cu中添加Co、Mn、Sc、Ge等金屬元素及稀土類元素的方案。由此，專利文獻I中，Sn基白合金的Sn母相中析出的Cu-Sn及Sn-Sb等金屬間化合物相的微細化和倒角得到促進。其結果是，專利文獻I中實現了由Sn基白合金形成的合金層的強度的提高。
[0003]可是，如果對滑動構件施加反覆的負荷，則由於疲勞而產生裂紋，該疲勞裂紋自相對於對象構件滑動的滑動面向裡襯金屬層側進展到Sn基的Sn母相。此時，Sn母相和Sn-Sb化合物相的交界部分的強度低，所以會有疲勞裂紋容易經過該交界部分而進一步發展的問題。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利特表2011-513592號公報
【發明內容】

[0007]發明所要解決的技術問題
[0008]於是，本發明的目的在於提供抑制疲勞裂紋的進展、進而壽命長的滑動構件及使用該滑動構件的軸承裝置。
[0009]解決技術問題所採用的技術方案
[0010]為了解決上述問題，本實施方式的滑動構件具備裡襯金屬層和由以Sn為主的合金形成且層疊於上述裡襯金屬層的軸承合金層。所述軸承合金層包含由Sn形成的Sn母相和異形金屬間化合物相，其中該異形金屬間化合物相分散於上述Sn母相中，當將截面中的作為周圍的長度的周長記作Lc、將截面中的外接圓的直徑記作D時，D為80 μπι以上、Lc/D為350%以上。
[0011]滑動構件的軸承合金層在Sn母相中包含異形金屬間化合物相。Sn母相可以是Sb、Bi等固溶於Sn而成的相。作為該異形金屬間化合物相，在與自裡襯金屬層向滑動面的方向平行的觀察截面中，外接圓的直徑D為80 μ m以上，並且該異形金屬間化合物相的周長Lc與外接圓的直徑D的比例、即Lc/D為350%以上。換言之，異形金屬間化合物相具有相對於其尺寸充分長的周長Lc。這意味著異形金屬間化合物相與Sn母相的交界部分呈現比以往的金屬間化合物相更複雜的凹凸形狀。由此，異形金屬間化合物相表示與圓形狀、方形狀或針形狀等形狀的通常的金屬間化合物相相比，具有規定的尺寸且呈現歪斜形狀的金屬間化合物相。
[0012]如上所述，在軸承合金層的表面、即與對象構件的滑動面上產生的疲勞裂紋在裡襯金屬層側向軸承合金層內進展。特別是Sn母相中析出有金屬間化合物相時，Sn母相與金屬間化合物相的交界部分的強度低，所以疲勞裂紋容易經過該交界部分而進展。相對於此，如本實施方式所述，通過將金屬間化合物相達到規定的尺寸並製成歪斜的形狀，使得Sn母相與異形金屬間化合物相的交界部分的形狀變得複雜並且形成足夠的總長，可抑制疲勞裂紋的進展。即、這是因為本實施方式中，在軸承合金層中疲勞裂紋進展的路徑與通常的金屬間化合物相的情況相比變得複雜並且變長。若詳細描述，則是因為本實施方式中Sn母相與異形金屬間化合物相的交界部分中的疲勞裂紋不容易貫通。因此，疲勞裂紋自軸承合金層的滑動面到裡襯金屬層為止所需的時間被延長。因此，可抑制疲勞裂紋的進展，且可提供壽命長的滑動構件。不存在異形金屬間化合物相而是存在金屬間化合物相時也無妨。
[0013]此外，本實施方式中，所述異形金屬間化合物相的上述外接圓的直徑D的平均值是100 μ m以上300 μ m以下。
[0014]上述截面中，如果外接圓的直徑D的平均值達到1OOym以上，則因異形金屬間化合物相而複雜化了的疲勞裂紋的路徑相對於軸承合金層的厚度也整體形成更優選的長度。另一方面，異形金屬間化合物相比Sn母相更硬。因此，如果考慮對對象構件的攻擊性，則較好是外接圓的直徑D的平均值為300 μm以下。因此，通過使用外接圓的直徑D來規定異形金屬間化合物相的尺寸，可以抑制疲勞裂紋的進展，且使壽命延長。
[0015]還有，本實施方式中，上述異形金屬間化合物相的總數中的50%以上是兩種以上的金屬間化合物相的集合體；當將構成上述異形金屬間化合物相的η(η>2)種金屬間化合物相分別記作第一金屬間化合物相~第η金屬間化合物相時，構成作為集合體的上述異形金屬間化合物相的上述金屬間化合物相中，第k金屬間化合物相(2 < k < η)比第k-Ι金屬間化合物相小，且上述第k金屬間化合物相比上述第k-Ι金屬間化合物相硬，第二金屬間化合物相與第一金屬間化合物相鄰接。
[0016]由此，本實施方式中的異形金屬間化合物相的總數的50%以上是η種金屬間化合物相的集合體。作為該金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相由兩種以上的金屬間化合物相構成，形成一體的形態。上述截面中的測定中，將構成異形金屬間化合物相的第k金屬間化合物相(2≤k≤η)設定成比第k-Ι金屬間化合物相小且硬。而且，由η種金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相的第一金屬間化合物相與第二金屬間化合物相彼此鄰接。金屬間化合物相根據所組合的金屬元素不同而晶粒的形狀和硬度不同。因此，通過由多個金屬間化合物相的集合體構成異形金屬間化合物相，使得異形金屬間化合物相的形狀更加複雜化，將Sn母相與異形金屬間化合物相的交界部分的總長進一步延長。因此，通過將這樣的異形金屬間化合物相控制在其總數的50%以上，可容易地抑制疲勞裂紋的進展，使壽命進一步延長。此外，通過組合硬度和尺寸不同的η種金屬間化合物相來構成異形金屬間化合物相，可容易地控制異形金屬間化合物相的形狀及與Sn母相的交界部分的總長。因此，能容易地滿足軸承合金層所要求的性能。其餘的異形金屬間化合物相即使由一種金屬間化合物相形成也無妨。
[0017]本實施方式中是具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相的滑動構件，其特徵是，當將構成該異形金屬間化合物相的n(n ^ 2)種金屬間化合物相分別記作第一金屬間化合物相~第η金屬間化合物相時，構成作為集合體的上述異形金屬間化合物相的上述金屬間化合物相中，第k金屬間化合物相(2 < k < η)比第k-Ι金屬間化合物相小，且上述第k金屬間化合物相比上述第k-Ι金屬間化合物相硬，上述異形金屬間化合物相的總數的75 %以上具有第二金屬間化合物相，該第二金屬間化合物相的周圍的總長的50%以上形成與上述Sn母相的交界。
[0018]由此，本實施方式中的滑動構件具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相。作為該集合體的異形金屬間化合物相由兩種以上的金屬間化合物相構成，形成一體的形態。將構成這樣的異形金屬間化合物相的第k金屬間化合物相(2 ^ k ^ η)設定成比第k-Ι金屬間化合物相小且硬。該異形金屬間化合物相的總數的75%以上具有如下所述的第二金屬間化合物相。該第二金屬間化合物相在上述截面中的測定中，周圍的總長的50%以上形成與Sn母相的交界，其餘部分形成與構成異形金屬間化合物相的其他金屬間化合物相的交界。因此，該第二金屬間化合物相的一部分處於陷於構成異形金屬間化合物相的其他金屬間化合物相的狀態，作為一半以上的長度的餘部處於朝Sn母相側突出的狀態。其結果是，具有該第二金屬間化合物相的異形金屬間化合物相的周長很長且呈複雜的外形。因此，通過具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相，且進行控制以使其75%以上具有一個以上的上述的第二金屬間化合物相，可以更可靠地抑制疲勞裂紋的進展，使壽命進一步延長。異形金屬間化合物相較好是具有三個以上的第二金屬間化合物相，更好是具有六個以上。
[0019]本實施方式中，上述軸承合金層包含8.0~14.0質量％的Sb、l.0~10.0質量％的Ag，有時也包含不可避免的雜質，餘部由Sn形成，上述異形金屬間化合物相在上述軸承合金層的上述截面中所佔的面積率是5~20%。[0020]由此，通過規定構成軸承合金層的成分，可促進異形金屬間化合物相的形成。更好是添加9.5~12.0質量％的Sb。更好是添加4.0~7.5質量％的Ag。更好是添加2.0~10.0質量％的Cu。更好是添加0.5~3.0質量的Ni。此外，軸承合金層中的異形金屬間化合物相的總面積率對軸承合金層的疲勞壽命有貢獻。如果使異形金屬間化合物相所佔的面積率為5%以上，則由異形金屬間化合物相產生的疲勞裂紋的進展阻礙效果增大。另一方面，通過使異形金屬間化合物相的面積率為20%以下，在軸承合金層的韌性方面是有利的，可期待長壽命。因此，採用上述組成的情況下，將異形金屬間化合物相的面積率設定為軸承合金層的5~20%。
[0021]本實施方式中，所述異形金屬間化合物相中，作為第一金屬間化合物相包含Sn-Sb相，及作為第二金屬間化合物相包含Sn-Ag相。
[0022]由此，可促進形成對阻礙疲勞裂紋的進展有效的形狀的異形金屬間化合物相。
[0023]本實施方式中，在上述軸承合金層的上述裡襯金屬層的相反側的端面還可以具備覆蓋上述軸承合金層的覆蓋層。
[0024]此外，本實施方式的滑動構件優選用於作為對象構件的具備軸的軸承裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示一個實施方式的滑動構件的觀察截面的示意圖。
[0026]圖2是將圖1的II部分放大後的示意圖。
[0027]圖3是表示一個實施方式的滑動構件中，由一種金屬間化合物相的集合體構成的異形金屬間化合物相的觀察截面的示意圖。[0028]圖4是表示一個實施方式的滑動構件中，由兩種金屬間化合物相的集合體構成的異形金屬間化合物相的觀察截面的示意圖。
[0029]圖5是表示一個實施方式的滑動構件中，由一種金屬間化合物相的集合體構成的異形金屬間化合物相的作用下的疲勞裂紋的進展路徑的示意圖。
[0030]圖6是表示現有的滑動構件中的疲勞裂紋的進展路徑的示意圖。
[0031]圖7是表示一個實施方式的滑動構件中，由兩種金屬間化合物相的集合體構成的異形金屬間化合物相的作用下的疲勞裂紋的進展路徑的示意圖。
[0032]圖8是表示疲勞試驗的試驗條件的簡圖。
[0033]圖9是表示試驗片的試驗時間與背面溫度的關係的簡圖。
[0034]圖10是表示實施方式中的滑動構件的試驗結果的簡圖。
[0035]圖11是表示實施方式中的滑動構件的試驗結果的簡圖。
[0036]符號的說明
[0037]附圖中，10表不滑動構件，11表不軸承合金層，12表不裡襯金屬層，21表不Sn母相,22表不異形金屬間化合物相,31、32、33表不金屬間化合物相,41表不第一金屬間化合物相，42表不第二金屬間化合物相。
【具體實施方式】
[0038]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】滑動構件的實施方式。
[0039]圖1示出滑動構件10。滑動構件10具備軸承合金層11和裡襯金屬層12。在軸承合金層11和裡襯金屬層12之間可以設置中間層13。此外，在軸承合金層11的滑動面14、即裡襯金屬層12的相反側的端面可以設置覆蓋軸承合金層11的覆蓋層(未圖示)。裡襯金屬層12可利用例如鋼等成形為平板狀、半圓筒狀或圓筒狀。滑動構件10可被用作例如內燃機的軸承。
[0040]軸承合金層11由以Sn為主成分的Sn合金形成。軸承合金層11含有一種或兩種以上的Sb、Cu、Ag、Ni等添加元素,餘部為Sn。軸承合金層11可以含有不可避免的雜質。軸承合金層11中可添加Zr、T1、Cr等。這些添加元素促進核生成。即、通過添加這些微量的添加元素，金屬間化合物在相互接近的位置生成核並成長，容易形成集合體。此外，例如Ag、Zn、Bi等添加元素與Sn形成共晶組織。即、通過添加這些添加元素，形成共晶組織，由於其形成可抑制附近的金屬間化合物僅在容易成長的方向上成長。這種情況下，金屬間化合物相容易形成為歪斜的形狀。該軸承合金層11如上所述在裡襯金屬層12的相反側的端面形成滑動面14。具備軸承合金層11的滑動構件10在該滑動面14相對於未圖示的對象構件、即例如由鋼或鑄鐵形成的軸構件等滑動。
[0041]該軸承合金層11如圖2所示包括Sn母相21和異形金屬間化合物相22。Sn母相21是構成軸承合金層11的Sn基體。異形金屬間化合物相22分散在該Sn母相21中。異形金屬間化合物相22可在作為軸承合金層11的任意截面的觀察截面中觀察到。該觀察截面是權利要求書中的截面，是如圖1及圖2所示與自裡襯金屬層12向軸承合金層11的方向相平行的面。本說明書中，異形金屬間化合物相22是指，金屬間化合物相中，將觀察截面中的作為周圍的長度的周長記作Lc、將該觀察截面中的外接圓的直徑記作D時，D為80 μ m以上、且Lc/D為350%以上的金屬間化合物相。由此,異形金屬間化合物相22具有相對於其尺寸充分長的周長Lc，該周長Lc比外接圓的圓周長很多。因此，異形金屬間化合物相22與Sn母相21的交界呈現出比以往更複雜的凹凸形狀。即、異形金屬間化合物相22是指與由通常的金屬間化合物的晶粒形成的相的形狀即圓形狀、方形狀或針形狀等相比，呈歪斜的形狀。此外，異形金屬間化合物相22按照外接圓的直徑D達到80 μ m以上的條件來設定尺寸。還有，異形金屬間化合物相22以在軸承合金層11的上述觀察截面中的面積率計，理想的是含有5~20%。
[0042]軸承合金層11含有一種以上的金屬間化合物相。接著，異形金屬間化合物相22在軸承合金層11中含有金屬間化合物相時，異形金屬間化合物相22作為這些金屬間化合物相的集合體而構成在製造上是理想的。例如，由一種金屬間化合物相構成異形金屬間化合物相22的情況下，如圖3所示，異形金屬間化合物相22由同一種類的金屬間化合物相31構成，形成一體的集合體。圖3中，異形金屬間化合物相22可設定假想的外接圓35。該外接圓35的直徑是上述的直徑D。此外，由兩種金屬間化合物相構成異形金屬間化合物相的情況下，如圖4所示，異形金屬間化合物相22由兩種金屬間化合物相32、33構成，形成一體的集合體。圖4中，異形金屬間化合物相22可設定假想的外接圓35。該外接圓35的直徑是上述的直徑D。
[0043]由三種以上的金屬間化合物相構成的情況下，異形金屬間化合物相22也與一種或兩種一樣，形成金屬間化合物相的一體的集合體。關於軸承合金層11，根據添加元素的種類不同，構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相也不同。此外，軸承合金層11中包含由兩種金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22的情況下，軸承合金層11中也可以混合存在由兩種金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22和由一種金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22。同樣地，軸承合金層11中包含由三種以上的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22的情況下，軸承合金層11中也可以混合存在由三種以上的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相和由少於三種的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相。
[0044]由兩種以上的金屬間化合物相構成異形金屬間化合物相22時，將觀察截面中的截面積大的金屬間化合物相設置得比觀察截面中的截面積小的金屬間化合物相柔軟。具體而言，異形金屬間化合物相22是兩種以上的金屬間化合物相的集合體的情況下，構成該異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相成為第一金屬間化合物相~第η金屬間化合物相(η ≥2)。此時,第一金屬間化合物相在構成作為集合體的異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相中，觀察截面中的面積最大、且最柔軟。而且，該第一金屬間化合物相的下一個大且柔軟的金屬間化合物相是第二金屬間化合物相。即、η種金屬間化合物相中，第k金屬間化合物相(2≤k≤η)比第k-Ι金屬間化合物相小、且比第k-Ι金屬間化合物相硬。而且，該情況下，理想的是第二金屬間化合物相與第一金屬間化合物相鄰接。
[0045]此外，在具有由兩種以上的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22的滑動構件中，可使異形金屬間化合物相22的總數中的50%以上為兩種以上的金屬間化合物相的集合體。即、例如異形金屬間化合物相22的總數中的55%是兩種以上的金屬間化合物相的集合體的情況下，餘部45%由一種金屬間化合物相的集合體或一個金屬間化合物相構成。更好是異形金屬間化合物相的總數中的60 %以上是兩種以上的金屬間化合物相的集合體。[0046]此外，如圖4所示，當著眼於異形金屬間化合物相22是由兩種的第一金屬間化合物相41和第二金屬間化合物相42構成時，作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的總數中的75%以上、且第二金屬間化合物相42的周圍的總長的50 %以上與Sn母相接觸。該情況下，上述第二金屬間化合物相42在觀察截面中的周圍的總長的50%以上形成與Sn母相21的交界，餘部形成與第一金屬間化合物相41的交界。SP、觀察截面中，當將上述第二金屬間化合物相42的周圍的總長記作Ct、將第二金屬間化合物相42與Sn母相的交界部分的總長記作Bt時，Bt/Ct為50%以上。由此，第二金屬間化合物相42的一部分與第一金屬間化合物相41接觸並陷入其中，並且作為50%以上的長度的餘部與Sn母相鄰接。由此，由第一金屬間化合物相41和第二金屬間化合物相42構成的異形金屬間化合物相22呈周長長且複雜的外形。
[0047]同樣地，當著眼於具有由三種以上的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22的滑動構件時，作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的總數的75%以上具有第二金屬間化合物相，該第二金屬間化合物相的周圍的總長的50%以上形成與Sn母相的交界。由此，當具有由兩種或三種以上的金屬間化合物相構成的異形金屬間化合物相22時，作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的總數的75%以上具有第二金屬間化合物相，該第二金屬間化合物相的周圍的總長的50%以上形成與Sn母相的交界。即、觀察截面中，當將軸承合金層11中所含的、作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的總數記作Mt，將包含第二金屬間化合物相的異形金屬間化合物相22的數量記作m，其中該第二金屬間化合物相的周圍的總長的50%以上形成與Sn母相的交界時，m/Mt≥75%。
[0048]接著，對本實施方式的滑動構件10的阻礙疲勞裂紋的進展的作用進行說明。
[0049]首先，如圖5所示，對由一種金屬間化合物相的集合體形成的異形金屬間化合物相阻礙疲勞裂紋的進展的作用進行說明。另外，圖4至圖6中示出的例子的情況下，圖的上方是滑動面14，圖的下方是裡襯金屬層12。
[0050]將圖5所示的上側作為滑動面14時，以粗實線表示的疲勞裂紋50由於疲勞自滑動面14向裡襯金屬層12側、沿板厚方向在軸承合金層11中進展。可認為自滑動面14在Sn母相21中進展的疲勞裂紋50如果到達異形金屬間化合物相22，則會沿著Sn母相21與異形金屬間化合物相22的交界而進展。如圖6所示的以往的滑動構件的情況下，金屬間化合物相51具有單純的截面形狀，所以在Sn母相21中進展的疲勞裂紋50沿著Sn母相21與金屬間化合物相51的交界而進展，容易到達裡襯金屬層12側。相對於此，如圖5所示的本實施方式的情況下，自滑動面14在Sn母相21中進展的疲勞裂紋50沿著形狀複雜且具有足夠的總長的異形金屬間化合物相22與Sn母相21的交界艱難地前進。因此，疲勞裂紋50進展的路徑不僅變得複雜，總長也變長。其結果是，在Sn母相21中進展的疲勞裂紋50由於軸承合金層11中所含的異形金屬間化合物相22而進展被阻礙。由此，可認為疲勞裂紋50自軸承合金層11的滑動面14到裡襯金屬層12為止所需的時間被延長。
[0051]接著，以圖7示出的由兩種金屬間化合物相的集合體形成的異形金屬間化合物相22為例，對異形金屬間化合物相22阻礙疲勞裂紋的進展的作用進行說明。
[0052]通過由兩種金屬間化合物相32、33的集合體形成異形金屬間化合物相22,使異形金屬間化合物相22與Sn母相21的交界部分的形狀比一種的情況更容易複雜化。這是因為可以選擇形狀及容易成長的方向不同的多種金屬間化合物，並將它們組合。因此，自滑動面14在Sn母相21中進展的疲勞裂紋50如果到達異形金屬間化合物相22，則沿著更複雜的路徑艱難地前進，阻礙向裡襯金屬層12側的進展。由此，可認為疲勞裂紋50自軸承合金層11的滑動面14到裡襯金屬層12為止所需的時間被進一步延長。
[0053]接著，對上述構成的滑動構件10的製造步驟進行說明。
[0054]軸承合金層11形成於裡襯金屬層12的表面。此時，在裡襯金屬層12和軸承合金層11之間可形成中間層13。軸承合金層11通過使用離心鑄造法、在裡襯金屬層12的表面通過鑄造而形成。對於軸承合金層11，通過從背面對裡襯金屬層12進行水冷，來控制鑄造時的冷卻溫度。具體而言，將經預熱的裡襯金屬層12設置於未圖示的鑄造機，一邊使鑄造機和裡襯金屬層12旋轉一邊鑄造軸承合金層11。此時，通過調整裡襯金屬層12的預熱溫度、熔融的軸承合金層11的溫度、鑄造時的溫度、鑄造時的軸承合金層11的供給量及冷卻水的水量等，控制鑄造時的軸承合金層11的冷卻速度。
[0055]例如，使軸承合金層11中析出一種金屬間化合物相31的情況下，較好是微量添加Zr、T1、Cr這樣的促進金屬間化合物相的核的生成的添加元素。通過如上所述加入添加元素，金屬間化合物相在相互接近的位置生成核而成長，所以呈容易形成由金屬間化合物相31的集合體形成的異形金屬間化合物相22的成分狀態。通過在添加了添加元素的狀態下急冷至金屬間化合物相31結晶的溫度範圍，Sn母相21中生成大量的核。接著，通過在核生成的溫度範圍內緩慢冷卻，促進由金屬間化合物相31的集合體構成的異形金屬間化合物相21的生成。此外，例如軸承合金層11中析出作為兩種金屬間化合物相的第一金屬間化合物相41和第二金屬間化合物相42時，較好是在第一金屬間化合物相41和第二金屬間化合物相42同時結晶及成長的溫度範圍內進行急冷。由此，在第一金屬間化合物相41成長至所需的尺寸的同時，第二金屬間化合物相42以與該第一金屬間化合物相41接觸的狀態析出。對於鑄造後的軸承合金層11，用所需的倍率的光學顯微鏡觀察任意的觀察截面的蝕刻組織，測定異形金屬間化合物相22的外接圓35的直徑D、周長Lc等。
[0056]接著，使用實施例1?實施例21、及比較例I?比較例2對滑動構件的作用及效果進行說明。
[0057](軸承壽命評價試驗)
[0058]對於實施例1?實施例21及比較例I?比較例2，檢驗在圖8示出的試驗條件下到燒結為止的壽命。該軸承壽命評價試驗中，進行後述的疲勞試驗和耐久試驗。實施例1?實施例21及比較例I?比較例2的滑動構件10的試驗片均具有軸承合金層11和裡襯金屬層12，且成形為半圓筒形狀。這些試驗片中，分別將內徑設定為80mm、軸方向的長度設定為30mm、整體的壁厚設定為3mm、軸承合金層的厚度設定為1.0mm。
[0059]疲勞試驗和耐久試驗中，作為對象構件的軸構件的材質是S55C，將轉速設定為3000rpm。將潤滑油的給油壓力設定為0.5MPa，將潤滑油的溫度設定為80°C。在耐久試驗之前，進行探索發生疲勞裂紋的面壓的疲勞試驗。該探索麵壓的疲勞試驗採用20小時的動態負荷試驗。將探索到的發生疲勞裂紋的面壓作為耐久試驗中的設定面壓。該設定面壓與材料硬度的比幾乎沒有變化。因此，可製成設定面壓對壽命實質上沒有影響的試驗片。探索到設定面壓後，對各試驗片在設定面壓下實施耐久試驗。
[0060]耐久試驗中，試驗片的背面溫度、即裡襯金屬層12的溫度如示意地表示的圖9所示，由於疲勞裂紋的發生而產生了較小的峰。橫軸t表示時間，縱軸T表示背面溫度。圖9中，參照符號52表示由疲勞裂紋的發生引起的峰。此外，圖9中，參照符號54表示自疲勞裂紋發生到燒結為止的時間。疲勞裂紋產生後，試驗片的背面溫度慢慢升高。本實施方式的耐久試驗中,若試驗片的背面溫度超過200°C則判定為燒結。由此，本試驗中將自疲勞裂紋的發生到燒結為止的試驗時間作為軸承壽命進行評價。
[0061 ](異形金屬間化合物相的影響)
[0062]首先，檢驗軸承合金層11中的異形金屬間化合物相22的有無的影響。如圖10所示，實施例1及實施例2均包含外接圓的直徑D為80 μ m以上的異形金屬間化合物相22，該異形金屬間化合物相22的外接圓35的直徑D與周長Lc的比為350%以上。與此相對，比較例I中雖含有外接圓的直徑D為80μπι以上的金屬間化合物相，但外接圓35的直徑D與周長Lc的比小於350%。因此，比較例I中不包含本實施方式中定義的異形金屬間化合物相22。此外，比較例2不包含80 μ m以上的金屬間化合物相。
[0063]將這些實施例1和實施例2與比較例I和比較例2進行比較可知，發生疲勞裂紋的面壓雖沒有顯著的差別，但自疲勞裂紋發生到燒結為止的時間、即軸承壽命產生了較大的差別。認為其理由是，由於異形金屬間化合物相22分散在軸承合金層11中，所以如上所述疲勞裂紋的進展在異形金屬間化合物相22中受到阻礙。由此可知，在具備裡襯金屬層、和層疊在該裡襯金屬層上的由以Sn為主要成分的合金形成的軸承合金層的滑動構件中，異形金屬間化合物相22的外接圓的直徑D為80 μ m以上、且Lc/D為350%以上對於使滑動構件的壽命變長而言是必需的。
[0064]將實施例1和實施例2比較時可知在以下方面不同:實施例1中作為軸承合金層11的組成包含Sb，而實施例2中作為軸承合金層11的組成包含Cu。S卩、實施例1中構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物是Sn-Sb，而實施例2中構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物是Sn-Cu。
[0065](異形金屬間化合物相的詳細的影響)
[0066]接著，如圖11所示，對異形金屬間化合物相22的詳細的影響進行了檢驗。具體而言，檢驗了下述參數的影響:構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相的種類；作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的個數比例；作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22中，第二金屬間化合物相42與Sn母相的交界長相對於第二金屬間化合物相42的總長的比例為50%以上的異形金屬間化合物相22的個數比例；軸承合金層中異形金屬間化合物相22所佔的面積率。
[0067]實施例1?實施例7的任一個中，作為異形金屬間化合物相22含有Sn-Sb、或Sn-Cu中的任一種。與此相對，實施例8?實施例10及實施例14中，作為構成異形金屬間化合物相22的第一金屬間化合物相41含有Sn-Sb，作為第二金屬間化合物相42含有Sn_Ag。同樣地，實施例11中，作為第一金屬間化合物相41含有Sn-Cu，作為第二金屬間化合物相42含有Sn-Ni。實施例12中，作為第一金屬間化合物相41含有Sn_Sb，作為第二金屬間化合物相42含有Sn-Cu。實施例13中，作為第一金屬間化合物相41含有Sn_Sb，作為第二金屬間化合物相42含有Sn-Ni。
[0068]此外，實施例15?實施例17的任一個中含有後述的三種金屬間化合物相作為異形金屬間化合物相22，實施例18?實施例21中含有後述的四種金屬間化合物相作為異形金屬間化合物相22。具體而言，實施例15中，作為第一金屬間化合物相含有Sn-Sb，作為第二金屬間化合物相含有Sn-Ag，作為第三金屬間化合物相含有Sn-Cu。實施例16中，作為第一金屬間化合物相含有Sn-Sb，作為第二金屬間化合物相含有Sn-Cu，作為第三金屬間化合物相含有Sn-Ni。實施例17中，作為第一金屬間化合物相含有Sn-Sb，作為第二金屬間化合物相含有Sn-Ag，作為第三金屬間化合物相含有Sn-Ni。實施例18?實施例21的任一個中，作為第一金屬間化合物相含有Sn-Sb，作為第二金屬間化合物相含有Sn-Ag，作為第三金屬間化合物相含有Sn-Cu，作為第四金屬間化合物相含有Sn-Ni。另外，Sn-Sb、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni的代表性的硬度依次約為100HV、200HV、300HV、500HV。
[0069]如上所述，根據實施例1?實施例21，可知如果構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相的種類增加，則有壽命延長的傾向。可認為其原因是，如果構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相的種類增加，則如由圖5和圖7的對比可知，與其種類少時相t匕，異形金屬間化合物相22的形狀更複雜。如果異形金屬間化合物相22的形狀複雜化，則疲勞裂紋進展的路徑複雜化，其路徑被延長。因此，可認為基於異形金屬間化合物相22的疲勞裂紋的進展被有效地阻礙。此外，如果構成異形金屬間化合物相22的金屬間化合物相的種類增加，則存在軸承合金層11的硬度也變大的傾向。
[0070]此外，異形金屬間化合物相22的外接圓35的直徑D如圖11的實施例1?實施例21所示。具體來講，實施例1中，觀察視野中的異形金屬間化合物相22的Lc/D是3.7?
4.2(以百分率計370?420% )且平均值為4.0，D的平均值是95 (μ m)。此外，實施例21中，Lc/D是3.6?4.1 (以百分率計360?410% )且平均值為3.9，D的平均值是240 ( μ m)，Mt/M是0.76(以百分率計76% )，m/Mt是0.80(以百分率計80% )，S是20(% )。另外，對於M、Mt、m、S在後文中說明。
[0071]由圖11可知，外接圓35的直徑D越大，則壽命傾向于越長。由此可認為，異形金屬間化合物相22的外接圓的直徑D為80 μ m以上對壽命的延長而言是必需的。可認為其原因是，如果外接圓35的直徑D小於80 μ m,即使基於異形金屬間化合物相22而使疲勞裂紋的路徑複雜化，也因為該路徑整體較短而難以阻礙疲勞裂紋的進展。特別是，基於實施例3?實施例21可知，為了提高壽命，較好是Lc/D為350%以上、且外接圓35的直徑D的平均值為100 μ m?300 μ m。因此，較好是將異形金屬間化合物相22的外接圓35的直徑D設定為100 μ m以上300 μ m以下。
[0072]軸承合金層11中含有兩種以上的金屬間化合物相時，可製成含有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相的軸承合金層。這裡，通過實施例8?實施例21，對於具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22時，作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的個數Mt與異形金屬間化合物相22的總數M的比例對壽命的影響進行了檢驗。由此可知，觀察截面中，作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的個數與軸承合金層11中所含的異形金屬間化合物相22的總數的比例越大，則壽命越長。例如，將實施例8與實施例9比較，外接圓35的直徑D等不存在大的差異，相對於此，軸承壽命產生了差異。由此可知，作為兩種以上的屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相22的個數與異形金屬間化合物相22的總數的比例(Mt/M)較好是0.5以上(以百分率計50%以上)。認為其理由是，雖然同樣地具有兩種以上的金屬間化合物相的集合體、即異形金屬間化合物相22，但是其個數比例高的一方的疲勞裂紋進展的路徑變長的概率高。
[0073]基於實施例8?實施例21，對後述的含第二金屬間化合物相42的異形金屬間化合物相22的個數與作為兩種以上的金屬間化合物的集合體的異形金屬間化合物相22的總數的比例進行了檢驗。即、觀察截面中，當將軸承合金層11中所含的、作為兩種以上的金屬間化合物的集合體的異形金屬間化合物相22的總數記作Mt，將包含後述的第二金屬間化合物42的異形金屬間化合物相22的數量記作m時，對於m/Mt對壽命的影響進行了檢驗。異形金屬間化合物相22如圖4所示由兩種金屬間化合物相構成時，異形金屬間化合物相22具有第二金屬間化合物相42。關於該第二金屬間化合物相42，可使其與Sn母相的交界長Bt相對於其總長Ct的比例Bt/Ct的百分率為50%以上。根據這些實施例可知，異形金屬間化合物相22含有這樣的第二金屬間化合物相42的比例越高、即在作為兩種以上的金屬間化合物的集合體的異形金屬間化合物相22中，具有Bt/Ct為50%以上的第二金屬間化合物相42的異形金屬間化合物相的比例越高，則滑動構件10的壽命越有提高的傾向。特別好是以百分率計m/Mt在0.75以上(以百分率計75%以上)。可認為其原因是，Bt/Ct為50%以上的第二金屬間化合物相42如圖4所示自第一金屬間化合物相41向Sn母相21側大幅突出。由於像這樣第二金屬間化合物相42向Sn母相21側大幅突出，所以異形金屬間化合物相22的形狀更加複雜化，與Sn母相21的交界部分的總長增大。其結果是，不僅疲勞裂紋的路徑向滑動面14側折返而複雜化，並且其路徑也被延長。可認為通過增多這樣的異形金屬間化合物相22，疲勞裂紋進展時的路徑容易變長，可進一步提高軸承壽命。由三種以上的金屬間化合物相構成異形金屬間化合物相22的情況也同樣。因此，可認為疲勞裂紋的進展被高效地阻礙。
[0074]基於實施例1?實施例21，檢驗了異形金屬間化合物相22的面積率對壽命的影響。根據這些實施例可知，觀察截面中，如果軸承合金層11中所含的異形金屬間化合物相22的面積率增大，則存在壽命提高的傾向。這是因為，如果異形金屬間化合物相22的面積率增大，則在疲勞裂紋進展的延長線上異形金屬間化合物相22存在的概率增加。其結果是，可認為軸承合金層11中的疲勞裂紋的進展容易被異形金屬間化合物相22阻礙。如果將異形金屬間化合物相22所佔的面積率S(% )控制在5%以上，則滑動構件10的壽命顯著地提高。
[0075]此外，本申請發明人發現，進行軸承合金層的組織控制以使「(Lc/D)的平均值XD的平均值」達到400以上，對軸承壽命的提高而言是理想的。接著，特別是在具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相的情況下，發現進行軸承合金層的組織控制以使「(Lc/D)的平均值XD的平均值X (Mt/M) X (m/Mt) XS」達到800以上對軸承壽命的提高而言是理想的，更理想的是達到2500以上。例如，實施例14中是
5.4X210X0.54X0.77X6 N 2830，與實施例13的2020相比軸承壽命更優異。
[0076]軸承合金層11上具備覆蓋層時，也表現出與上述同樣的傾向。
[0077]同時具備上述的滑動構件10和作為對象構件的軸構件的軸承裝置適於長期的使用。
[0078]以上說明的本發明不局限於上述實施方式，在不脫離其技術思想的範圍內可以用於各種實施方式。
【權利要求】
1.一種滑動構件，具備裡襯金屬層和由以Sn為主的合金形成且層疊於所述裡襯金屬層的軸承合金層，其特徵在於， 所述軸承合金層包括由Sn形成的Sn母相和異形金屬間化合物相， 所述異形金屬間化合物相分散於所述Sn母相中，當將截面中的作為周圍的長度的周長記作Lc、將截面中的外接圓的直徑記作D時，D為80 μπι以上、且Lc/D為350%以上。
2.如權利要求1所述的滑動構件，其特徵在於，所述異形金屬間化合物相的所述外接圓的直徑D的平均值是100 μ m以上300 μ m以下。
3.如權利要求1或2所述的滑動構件，其特徵在於，所述異形金屬間化合物相的總數中的50%以上是兩種以上的金屬間化合物相的集合體； 當將構成所述異形金屬間化合物相的n(n≥ 2)種金屬間化合物相分別記作第一金屬間化合物相~第η金屬間化合物相時， 構成作為集合體的所述異形金屬間化合物相的所述金屬間化合物相中，第k金屬間化合物相(2≤k≤n)比第k-1金屬間化合物相小，且所述第k金屬間化合物相比所述第k-1金屬間化合物相硬，第二金屬間化合物相與第一金屬間化合物相鄰接。
4.如權利要求1~3中任一項所述的滑動構件，其為具有作為兩種以上的金屬間化合物相的集合體的異形金屬間化合物相的滑動構件，其特徵在於，當將構成該異形金屬間化合物相的n(n≥ 2)種金屬間化合物相分別記作第一金屬間化合物相~第η金屬間化合物相時， 構成作為集合體的所述異形金屬間化合物相的所述金屬間化合物相中，第k金屬間化合物相(2≤k≤n)比第k-1金屬間化合物相小，且所述第k金屬間化合物相比所述第k-1金屬間化合物相硬，所述異形金屬間化合物相的總數的75%以上具有第二金屬間化合物相，該第二金屬間化合物相的周圍的總長的50%以上形成與所述Sn母相的交界。
5.如權利要求1~4中任一項所述的滑動構件，其特徵在於，所述軸承合金層包含8.0~14.0質量％的Sb、l.0~10.0質量餘部由Sn形成,所述異形金屬間化合物相在所述軸承合金層的所述截面中所佔的面積率是5~20%。
6.如權利要求1~5中任一項所述的滑動構件，其特徵在於，所述異形金屬間化合物相中，作為第一金屬間化合物相含有Sn-Sb相、及作為第二金屬間化合物相含有Sn-Ag相。
7.如權利要求1~6中任一項所述的滑動構件，其特徵在於，在所述軸承合金層的所述裡襯金屬層的相反側的端面，還具備覆蓋所述軸承合金層的覆蓋層。
8.一種軸承裝置，其特徵在於，具備權利要求1~7中任一項所述的滑動構件。
【文檔編號】F16C33/12GK103912584SQ201310681976
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】戶田和昭, 慄本覺, 久保田寬隆, 長崎忠利 申請人:大同金屬工業株式會社