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JP2001011556A - Sliding member - Google Patents

Sliding member

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Publication number
JP2001011556A
JP2001011556A JP17858399A JP17858399A JP2001011556A JP 2001011556 A JP2001011556 A JP 2001011556A JP 17858399 A JP17858399 A JP 17858399A JP 17858399 A JP17858399 A JP 17858399A JP 2001011556 A JP2001011556 A JP 2001011556A
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JP
Japan
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aluminum alloy
sliding
composite plating
sliding member
dispersed
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JP17858399A
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Japanese (ja)
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Manabu Shinada
田 ▼学▲ 品
Yutaka Mabuchi
渕 豊 馬
Masahiko Shioda
田 正 彦 塩
Masahiko Katsu
雅 彦 勝
Satoshi Murata
田 聡 村
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Riken Corp
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Riken Corp
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Riken Corp, Nissan Motor Co Ltd filed Critical Riken Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F2007/009Hypereutectic aluminum, e.g. aluminum alloys with high SI content
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/04Phosphor

Landscapes

  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム合金部材およびこれと摺動する
相手部材とについて双方での耐摩耗性と耐焼き付き性に
優れた摺動部材を提供する。 【解決手段】 重量%で、Si:14.5〜16.5
%、Cu:3.0〜4.0%、Mg:0.55〜0.9
0%、Mn:0.40〜0.60%、Cr:0.05〜
0.30%、Ti:0.05〜0.15%、P:0.0
3〜0.05%、Fe:0.7〜1.2%、Zn:1.
0%以下、Ni:0.3%以下、Sn:0.3%以下を
含み、残部Alおよび不純物の成分組成を有し、平均粒
径3〜10μmの初晶SiおよびAl−Si−Fe−M
n−Cr系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム
合金部材と、Ni,P,Coからなるめっきマトリクス
に六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも1種
からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材と
を組み合わせた摺動部材とした。
(57) [Problem] To provide a sliding member excellent in wear resistance and seizure resistance in both an aluminum alloy member and a partner member sliding with the aluminum alloy member. SOLUTION: In weight%, Si: 14.5 to 16.5.
%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.9
0%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to
0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.0
3-0.05%, Fe: 0.7-1.2%, Zn: 1.
0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, primary component Si and Al-Si-Fe- having an average particle diameter of 3 to 10 µm, having a balance of Al and impurities. M
An aluminum alloy member in which an n-Cr based intermetallic compound is crystallized, and a particle dispersion composite plating including a plating matrix composed of Ni, P, and Co and including dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride. A sliding member combined with a mating member was used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、微細な初晶Siお
よびAl−Si−Fe−Mn−Cr系の金属間化合物が
晶出しているアルミニウム合金部材と、Ni,P,Co
からなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化
珪素のうち少なくとも1種からなる分散粒子を含む粒子
分散複合めっき相手部材とを組み合わせた摺動部材とす
ることにより、双方の摺動部材の耐摩耗性および摺動時
の耐焼き付き性を向上した摺動部材に関するものであ
る。
The present invention relates to an aluminum alloy member in which fine primary crystal Si and an Al—Si—Fe—Mn—Cr intermetallic compound are crystallized, and an Ni, P, Co
Wear resistance of both sliding members by combining a plating matrix composed of a hexagonal boron nitride and a particle-dispersed composite plating mating member containing dispersed particles composed of at least one of silicon nitride and silicon nitride. And a sliding member having improved seizure resistance during sliding.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃費の向上や運動性能の向上のため、自
動車部品の軽量化が継続的に進められているが、その一
つの方策として、材料置換による軽量化を挙げることが
でき、特に、従来の鉄からそれよりも比重の小さいアル
ミニウム等の軽金属への材料置換が盛んに行われてい
る。
2. Description of the Related Art In order to improve fuel efficiency and exercise performance, weight reduction of automobile parts has been continuously promoted. One of the measures is to reduce weight by replacing materials. Material replacement from conventional iron to light metal, such as aluminum, having a lower specific gravity is actively performed.

【0003】自動車用内燃機関において、既にアルミニ
ウム合金製のシリンダブロックが普及しているが、耐摩
耗性や耐焼き付き性が要求されるシリンダボアについて
は、鋳鉄ボアを用いるのが一般的である。しかしなが
ら、より一層の部品軽量化のため、一部、ボア材自体を
シリンダ材と異なる成分のアルミニウム合金とするか、
また、シリンダブロック材をそのまま用いるケースも散
見される様になってきた。
[0003] Cylinder blocks made of aluminum alloys have already become widespread in automobile internal combustion engines. However, cast iron bores are generally used for cylinder bores requiring wear resistance and seizure resistance. However, in order to further reduce the weight of parts, in some cases, the bore material itself is made of an aluminum alloy with a component different from that of the cylinder material,
In addition, there have been cases where the cylinder block material is used as it is.

【0004】通常、シリンダボアの材質を鋳鉄からアル
ミニウム合金に置き換える場合、アルミニウム合金上に
めっきや溶射等の表面処理を行うか、初晶Siや分散強
化粒子を含む組織とすることで、ボア表面の耐摩耗性や
耐焼き付き性を向上する方策が採られている。
[0004] Normally, when replacing the material of the cylinder bore from cast iron to an aluminum alloy, a surface treatment such as plating or thermal spraying is performed on the aluminum alloy or a structure containing primary crystal Si and dispersion strengthened particles is used. Measures have been taken to improve wear resistance and seizure resistance.

【0005】これに関連する特許公報として、アルミニ
ウム合金と粒子分散複合めっきとの組み合わせとした摺
動部材を開示した特公平3−37028号公報や特開平
9−42447号公報等がある。
Japanese Patent Publication Nos. 3-37028 and 9-42447, which disclose a sliding member in which a combination of an aluminum alloy and a particle-dispersed composite plating are disclosed, are related patent publications.

【0006】このうち、前者の特公平3−37028号
公報では、過共晶Al−Si合金製シリンダと窒化珪素
粒子を分散させたNi−P系またはNi−P−Co系複
合めっきとの組み合わせに関する規定を行っている。
Among them, Japanese Patent Publication No. 3-37028 discloses a combination of a hypereutectic Al-Si alloy cylinder and a Ni-P or Ni-P-Co composite plating in which silicon nitride particles are dispersed. Regulations.

【0007】また、後者の特開平9−42447号公報
では、Si量が7〜30重量%からなるアルミニウム合
金と窒化硼素等の分散材を含むNi−P系複合めっきと
の組み合わせに関する規定を行っている。
The latter Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-42447 specifies a combination of an aluminum alloy having a Si content of 7 to 30% by weight and a Ni-P composite plating containing a dispersing material such as boron nitride. ing.

【0008】これらの公報によれば、上述のアルミニウ
ム合金に対し、相手材としてNi,Pを主とした粒子分
散複合めっきを施した摺動部材を用いることで、双方の
摩耗を抑制できるとしている。
According to these publications, wear of both aluminum alloys can be suppressed by using a sliding member in which a particle-dispersed composite plating mainly composed of Ni and P is used as a mating material. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公報は、広範囲なアルミニウム合金の規定を行ってい
る点に関し、公報の中で詳述される実施例において、前
者の特公平3−37028号公報の場合では、A390
合金の評価を行っている点で重力鋳造または低圧鋳造に
よるアルミニウム合金と考えられ、A390合金は含有
Si量が多いことから初晶Siの粒径およびSiの含有
量は本発明によるものと大きく異なる。
However, these publications relate to the specification of a wide range of aluminum alloys, and in the embodiments described in the publications, Japanese Patent Publication No. 3-37028 discloses the former. In the case of A390
It is considered to be an aluminum alloy by gravity casting or low pressure casting in that the alloy is evaluated. Since the A390 alloy has a large content of Si, the grain size of primary crystal Si and the content of Si are significantly different from those according to the present invention. .

【0010】アルミニウム合金中に含有されるSi量
は、摩耗特性に大きく関与する初晶Siの量に対応し、
摩耗特性や焼き付き特性に大きな影響を及ぼす。同様
に、後者の特開平9−42447号公報においても、こ
こでの実施例は18重量%Siのアルミニウム合金であ
り、初晶Siの量が本発明によるものと異なり、このた
め、摩耗特性に大きく関与する初晶Siの晶出量も異な
る。
[0010] The amount of Si contained in the aluminum alloy corresponds to the amount of primary crystal Si which greatly affects the wear characteristics.
It has a significant effect on wear and seizure characteristics. Similarly, in the latter JP-A-9-42447, the example here is an aluminum alloy of 18% by weight of Si, and the amount of primary crystal Si is different from that according to the present invention. The crystallization amount of primary Si which greatly contributes also differs.

【0011】ダイカスト高圧鋳造法により初晶Siを3
〜10μmまで微細化したアルミニウム合金を用いたシ
リンダボアとピストンリングとの組み合わせについて、
特に、初晶Siの状態を含めた表面性状と相手材の表面
処理とに着目した発明はこれまでに例が無い。
[0013] Primary crystal Si is added by die casting high pressure casting method.
Combination of cylinder bore and piston ring using aluminum alloy refined to 10 μm,
In particular, there has been no example of an invention that focuses on the surface properties including the state of the primary crystal Si and the surface treatment of the counterpart material.

【0012】本発明が解決しようとする課題は、被削性
向上のためSiの含有量を抑えた成分とし、かつ、生産
性の高いダイカスト工法により製造されるアルミニウム
合金部材と、これと摺動する相手部材とについて双方で
の耐摩耗性と耐焼き付き性を改善することにある。
An object to be solved by the present invention is to provide an aluminum alloy member produced by a die-casting method which has a low Si content for improving machinability and which has high productivity. Another object of the present invention is to improve the abrasion resistance and seizure resistance of both members.

【0013】[0013]

【発明の目的】本発明は上述した課題にかんがみてなさ
れたものであって、相互に摺動する部材において耐摩耗
性に優れていると共に耐焼き付き性がより一層改善され
た摺動部材を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a sliding member having excellent wear resistance and further improved seizure resistance in mutually sliding members. It is intended to be.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる摺動部材
は、請求項1に記載しているように、重量%で、Si:
14.5〜16.5%、Cu:3.0〜4.0%、M
g:0.55〜0.90%、Mn:0.40〜0.60
%、Cr:0.05〜0.30%、Ti:0.05〜
0.15%、P:0.03〜0.05%、Fe:0.7
〜1.2%、Zn:1.0%以下、Ni:0.3%以
下、Sn:0.3%以下を含み、残部Alおよび不純物
の成分組成を有し、平均粒径3〜10μmの初晶Siお
よびAl−Si−Fe−Mn−Cr系の金属間化合物が
晶出しているアルミニウム合金部材と、Ni,P,Co
からなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼素および窒化
珪素のうち少なくとも1種からなる分散粒子を含む粒子
分散複合めっき相手部材とを組み合わせたものとしたこ
とを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sliding member comprising:
14.5 to 16.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, M
g: 0.55 to 0.90%, Mn: 0.40 to 0.60
%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.05 to
0.15%, P: 0.03 to 0.05%, Fe: 0.7
1.21.2%, Zn: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, the composition of the balance of Al and impurities, and the average particle size of 3 to 10 μm. An aluminum alloy member in which primary crystal Si and an Al-Si-Fe-Mn-Cr-based intermetallic compound are crystallized, and Ni, P, Co
And a particle-dispersed composite plating mating member containing dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride.

【0015】そして、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項2に記載しているように、アルミニウム合金
部材は、機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研磨により
アルミニウム合金部材表面から初晶Siが0.3〜1.
5μm突出しかつまた表面粗さがRa:0.1〜0.5
μmであるものとすることができる。
Further, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 2, the aluminum alloy member is firstly crystallized from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing. Si is 0.3-1.
Raised 5 μm and surface roughness Ra: 0.1 to 0.5
μm.

【0016】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項3に記載しているように、アルミニウム合金
部材に対し、摺動方向と垂直方向において、加工目の加
工傷の交差角が25〜55°となるクロスハッチ加工目
をもちかつまた摺動方向で計測した表面粗さがRa:
0.1〜0.5μmであるものとすることができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 3, the crossing angle of the processing flaw of the processing of the aluminum alloy member in the direction perpendicular to the sliding direction is 25. Ra has a cross-hatched stitch of ~ 55 ° and the surface roughness measured in the sliding direction is Ra:
It can be 0.1 to 0.5 μm.

【0017】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項4に記載しているように、粒子分散複合めっ
き相手部材のマトリクス組成が、P:0.2〜10%、
Co:10〜40%を含み、残部Niおよび不純物から
なるものとすることができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 4, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating counterpart member is P: 0.2 to 10%,
Co: 10 to 40%, with the balance being Ni and impurities.

【0018】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項5に記載しているように、粒子分散複合めっ
き相手部材について、基材が炭素鋼,鋳鉄,ステンレス
鋼のいずれかであるものとすることができる。
[0018] Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 5, the mating member for particle-dispersed composite plating, wherein the base material is any one of carbon steel, cast iron and stainless steel. It can be.

【0019】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項6に記載しているように、粒子分散複合めっ
き相手部材について、分散粒子の平均粒径が0.5〜1
0μmとなる六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少な
くとも1種からなる分散粒子を含んでいるものとするこ
とができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, the average particle size of the dispersed particles is 0.5 to 1 with respect to the particle-dispersed composite plating counterpart member.
It may contain dispersed particles of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride having a thickness of 0 μm.

【0020】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項7に記載しているように、粒子分散複合めっ
き相手部材について、固体潤滑材である六方晶窒化硼素
からなる分散粒子を5〜10面積%分散しているものと
することができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 7, with respect to the particle-dispersed composite plating mating member, 5 to 5 particles dispersed in hexagonal boron nitride as a solid lubricant are used. 10% by area can be dispersed.

【0021】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項8に記載しているように、粒子分散複合めっ
き相手部材について、高強度材である窒化珪素からなる
分散粒子を5〜30面積%分散しているものとすること
ができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, the particle-dispersed composite plating counterpart member is provided with a dispersed particle made of silicon nitride, which is a high-strength material, in an area of 5 to 30 areas. % Dispersion.

【0022】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項9に記載しているように、アルミニウム合金
部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合め
っき相手部材がピストントップリングおよびセカンドリ
ングである組み合わせとすることができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 9, the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring. Can be used.

【0023】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項10に記載しているように、アルミニウム合
金部材が内燃機関のシリンダボアであり、粒子分散複合
めっき相手部材がオイルリングである組み合わせとする
ことができる。
[0023] Similarly, in the sliding member according to the present invention, the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersed composite plating mating member is an oil ring. can do.

【0024】同じく、本発明に係わる摺動部材において
は、請求項11に記載しているように、粒子分散複合め
っき相手部材がピストントップリング,セカンドリング
またはオイルリングであり、粒子分散複合めっきの上
に、二硫化モリブデン,グラファイト,三酸化アンチモ
ン,ポリテトラフルオロエチレンのうちから選ばれる1
種以上の粒子を含む樹脂をマトリクスとした焼成膜が成
膜されているものとすることができる。
Similarly, in the sliding member according to the present invention, as described in claim 11, the partner member for particle-dispersed composite plating is a piston top ring, a second ring, or an oil ring. Above, one selected from molybdenum disulfide, graphite, antimony trioxide, and polytetrafluoroethylene
A fired film having a matrix containing a resin containing at least one kind of particles can be formed.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】過共晶アルミニウム合金と表面処
理の組み合わせとなる従来の発明では、アルミニウム合
金の成分組成を広範囲に設定する場合が多く、アルミニ
ウム合金の摩耗特性において重要な因子となる鋳造等の
製造方法や、表面の仕上げ方法に関する規定を含んだ例
は非常に少ない。例えば、前述した従来技術の発明にお
ける実施例によれば、重力鋳造や低圧鋳造によるもの、
または、Si含有量が本発明に比べ多い組成のアルミニ
ウム合金での効果を示すに留まり、必ずしも広範囲なア
ルミニウム合金を対象として発明の有効性を示すもので
はない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the conventional invention which is a combination of a hypereutectic aluminum alloy and a surface treatment, the composition of the aluminum alloy is often set in a wide range, and the casting is an important factor in the wear characteristics of the aluminum alloy. There are very few examples that include provisions on manufacturing methods such as the above and surface finishing methods. For example, according to the embodiment of the prior art invention described above, gravity casting or low pressure casting,
Alternatively, the effect of the present invention is exhibited only in an aluminum alloy having a composition in which the Si content is higher than that of the present invention, and does not necessarily indicate the effectiveness of the invention for a wide range of aluminum alloys.

【0026】本発明では、ダイカスト工法のような高圧
鋳造で得られる微小粒径の初晶Siに着目し、アルミニ
ウム合金の表面性状,相手部材の成分および分散材の種
類、さらには摺動条件等を考慮したものであって、従来
の発明ではこれまでのところこのような考慮はなされて
いない。さらに、本発明者らの広範囲におよぶ様々な材
料組合せの実験結果によれば、ダイカスト工法によるア
ルミニウム合金の摩耗や焼き付き性については、単に、
従来の特許公報に記載された発明に従った複合めっき系
の表面処理をした相手部材との組み合わせとしても、必
ずしも期待通りの摩耗低減効果や耐焼き付き性改善効果
の得られない場合もあることがわかっている。
In the present invention, attention is paid to primary crystal Si having a small particle size obtained by high-pressure casting such as a die-casting method, and the surface properties of an aluminum alloy, the components of a mating member, the type of a dispersing material, the sliding conditions, etc. In the conventional invention, such a consideration has not been made so far. Furthermore, according to the experimental results of various materials combinations over a wide range of the present inventors, the wear and seizure of the aluminum alloy by the die-casting method are simply described as follows.
Even in combination with a mating member that has been subjected to a composite plating surface treatment according to the invention described in the conventional patent publication, it may not always be possible to obtain the expected wear reduction effect or anti-seizure improvement effect. know.

【0027】本発明で用いられるアルミニウム合金は、
含有するSi量が14.5〜16.5重量%であり、ダ
イカスト工法により、初晶Siが画像処理の条件にもよ
るが面積比で平均4〜6面積%晶出し、この時初晶Si
の平均粒径は3〜10μmとなる微細な結晶が得られ
る。これは、前出の従来技術等で過共晶アルミニウム合
金として引用されるA390合金に比べSi量が少ない
為、溶湯温度の低下等により鋳造性が大幅に改善され、
また、初晶Si量が大幅に減少する為、加工時の被削性
は著しく向上する。しかしながら、初晶Siの硬さはH
v1000を大きく超え、アルミニウム合金の耐摩耗性
向上に有効な強化粒子でもあるため、本発明で規定する
アルミニウム合金では、幾つかの他の元素を添加するこ
とで金属間化合物を析出させ、初晶Si量の不足分を補
完する構成としている。
The aluminum alloy used in the present invention is:
The amount of Si contained is 14.5 to 16.5% by weight, and the primary crystal Si is crystallized by the die casting method in an average of 4 to 6 area% by area ratio depending on the image processing conditions.
The fine crystals having an average particle size of 3 to 10 μm are obtained. This is because the amount of Si is smaller than that of the A390 alloy referred to as the hypereutectic aluminum alloy in the above-mentioned prior art, etc., so that the castability is greatly improved due to a decrease in the temperature of the molten metal,
Further, since the amount of primary crystal Si is greatly reduced, the machinability during processing is significantly improved. However, the hardness of primary crystal Si is H
Since it is also a strengthening particle that greatly exceeds v1000 and is effective in improving the wear resistance of the aluminum alloy, in the aluminum alloy defined in the present invention, an intermetallic compound is precipitated by adding some other elements to form a primary crystal. The configuration is such that the shortage of the amount of Si is complemented.

【0028】すなわち、本発明で用いるアルミニウム合
金では、重量%で、Si:14.5〜16.5%、C
u:3.0〜4.0%、Mg:0.55〜0.90%、
Mn:0.40〜0.60%、Cr:0.05〜0.3
0%、Ti:0.05〜0.15%、P:0.03〜
0.05%、Fe:0.7〜1.2%、Zn:1.0%
以下、Ni:0.3%以下、Sn:0.3%以下を含
み、残部Alおよび不純物の成分組成を有し、平均粒径
3〜10μmの初晶SiおよびAl−Si−Fe−Mn
−Cr系の金属間化合物が晶出しているものとした。
That is, in the aluminum alloy used in the present invention, Si: 14.5 to 16.5% by weight, C:
u: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.90%,
Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.3
0%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.03 to
0.05%, Fe: 0.7-1.2%, Zn: 1.0%
Hereafter, primary crystal Si and Al—Si—Fe—Mn containing 0.3% or less of Ni and 0.3% or less of Sn, having a balance of Al and impurities, and having an average particle size of 3 to 10 μm.
-It was assumed that a Cr-based intermetallic compound was crystallized.

【0029】このような成分組成を持つダイカスト工法
によるアルミニウム合金(部材)に対し、摺動面での初
晶Siの突出状態,表面粗さ,加工目について、さらに
それらに応じた相手摺動部材の材質,表面処理である複
合分散めっきの成分,分散粒子の材質,形状および分散
量を規定することにより、双方の摩耗量を著しく低減
し、かつ、耐焼き付き性を大幅に向上することが本発明
の目的である。
With respect to the aluminum alloy (member) formed by the die-casting method having such a component composition, the protruding state of primary crystal Si on the sliding surface, the surface roughness, and the processing pattern, and the mating sliding member corresponding thereto. By defining the material of the surface treatment, the components of the composite dispersion plating, which is the surface treatment, and the material, shape and amount of dispersion of the dispersed particles, it is possible to significantly reduce the amount of wear of both and significantly improve the seizure resistance. It is an object of the invention.

【0030】アルミニウム合金の組織,初晶Siの量,
初晶Siの突出状態,加工目,表面粗さ,相手部材の表
面処理材等をさまざまに組み合わせた広範囲な摩擦試験
を実施することで、摩耗や焼き付き性に及ぼす重要な因
子として、従来の技術では言及されていない幾つかの要
因があることが判明し、さらにこれらの組合せにより摺
動の相手部材に必要とされる特性が異なることが様々の
実験により明らかとなった。
The structure of the aluminum alloy, the amount of primary crystal Si,
By conducting a wide range of friction tests combining various conditions such as the protruding state of primary crystal Si, the texture, the surface roughness, and the surface treatment material of the mating member, the conventional technology is regarded as an important factor affecting wear and seizure. It has been found that there are some factors that are not mentioned above, and various experiments have revealed that the characteristics required for the sliding partner differ depending on the combination of these factors.

【0031】すなわち、本発明に係わる摺動部材は、重
量%で、Si:14.5〜16.5%、Cu:3.0〜
4.0%、Mg:0.55〜0.90%、Mn:0.4
0〜0.60%、Cr:0.05〜0.30%、Ti:
0.05〜0.15%、P:0.03〜0.05%、F
e:0.7〜1.2%、Zn:1.0%以下、Ni:
0.3%以下、Sn:0.3%以下を含み、残部Alお
よび不純物の成分組成を有し、平均粒径3〜10μmの
初晶SiおよびAl−Si−Fe−Mn−Cr系の金属
間化合物が晶出しているアルミニウム合金部材と、N
i,P,Coからなるめっきマトリクスに六方晶窒化硼
素および窒化珪素のうち少なくとも1種からなる分散粒
子を含む粒子分散複合めっき相手部材とを組み合わせた
ことを特徴とするものであって、アルミニウム合金の成
分組成と組織について、また、この相手部材として組み
合わせとなる粒子分散複合めっきの成分組成や、分散材
の種類について規定を行ったものである。
That is, in the sliding member according to the present invention, Si: 14.5 to 16.5% and Cu: 3.0 to 3.0% by weight.
4.0%, Mg: 0.55 to 0.90%, Mn: 0.4
0 to 0.60%, Cr: 0.05 to 0.30%, Ti:
0.05 to 0.15%, P: 0.03 to 0.05%, F
e: 0.7 to 1.2%, Zn: 1.0% or less, Ni:
Primary crystal Si and Al-Si-Fe-Mn-Cr-based metal containing 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, having a balance of Al and impurities, and having an average particle size of 3 to 10 m. Aluminum alloy member in which intermetallic compound is crystallized, and N
An aluminum alloy, wherein a plating matrix composed of i, P, and Co is combined with a particle-dispersed composite plating counterpart member containing dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride. In addition, the composition and composition of the above-mentioned components, the component composition of the particle-dispersed composite plating to be combined as the mating member, and the type of the dispersing material are specified.

【0032】ここで規定するアルミニウム合金は、Si
量を14.5〜16.5%として適度に抑え、かつ、そ
の代わりにAl−Si−Fe−Mn−Cr系の金属間化
合物を晶出するよう合金成分を添加することで、従来の
過共晶合金の被削性を大幅に改善しつつ耐摩耗性を同等
に抑えたダイカスト工法による合金である。この合金の
特徴は、A390等の過共晶合金に比べ初晶Siの晶出
量は少なく、また、粒径も小さいこともあり、これに適
した相手部材が必要である。
The aluminum alloy specified here is Si
The amount is appropriately controlled as 14.5 to 16.5%, and instead, an alloy component is added so as to crystallize an Al-Si-Fe-Mn-Cr-based intermetallic compound. This is a die-cast alloy that has significantly reduced the machinability of the eutectic alloy and at the same time reduced wear resistance. The feature of this alloy is that the crystallization amount of primary crystal Si is smaller than that of a hypereutectic alloy such as A390 and the grain size is also small, so that a mating member suitable for this is necessary.

【0033】本発明で規定したアルミニウム合金は硬質
な初晶Siを含むため、相手部材には耐摩耗性が要求さ
れることとなる。そこで、めっき硬さを著しく向上する
効果のある窒化珪素粒子や、摺動部での摩擦力低減に有
効な六方晶窒化硼素粒子を分散材として含むことを規定
している。また、耐熱性向上に効果があるCoを含んだ
Ni−P−Coをめっきのマトリクスとして規定してい
る。これは熱による耐摩耗性の悪化を抑制する効果が認
められたためである。
Since the aluminum alloy specified in the present invention contains hard primary crystal Si, the mating member is required to have wear resistance. Therefore, it is specified that silicon nitride particles having an effect of remarkably improving plating hardness and hexagonal boron nitride particles effective for reducing a frictional force at a sliding portion are included as a dispersing material. Further, Ni-P-Co containing Co, which is effective for improving heat resistance, is defined as a plating matrix. This is because the effect of suppressing deterioration of wear resistance due to heat was recognized.

【0034】本発明による摺動部材において、アルミニ
ウム合金部材は、機械研磨、電解研磨、化学研磨等の研
磨によりアルミニウム合金部材表面から初晶Siが0.
3〜1.5μm突出しかつまた表面粗さがRa:0.1
〜0.5μmであるものとすることが適宜望ましく、ア
ルミニウム合金の耐摩耗性を向上させるため、摺動面に
露出している初晶Siのみを機械研磨、電解研磨、化学
研磨等の研磨によりα相を主体とするものを表面から突
出させることも望ましい。
In the sliding member according to the present invention, the aluminum alloy member contains 0.1% primary crystal Si from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing.
Protrudes 3 to 1.5 μm and has a surface roughness Ra: 0.1
0.50.5 μm as appropriate. In order to improve the wear resistance of the aluminum alloy, only the primary crystal Si exposed on the sliding surface is subjected to mechanical polishing, electrolytic polishing, chemical polishing, or other polishing. It is also desirable that a substance mainly composed of the α-phase is projected from the surface.

【0035】これによれば、突出した初晶Si粒子間で
の油の保持作用により潤滑状態を良好にする効果と、硬
質粒子である初晶Siが摺動面に発生する荷重を優先的
に分担することで合金全体の摩耗量抑制が可能となる。
そして、初晶Siの突出高さはアルミニウム合金に晶出
する初晶Siの粒径によって決定され、突出量が低いと
効果が少なく、高すぎると摺動面から脱落し易くなって
アブレシッブ摩耗の原因となる。本発明で用いるアルミ
ニウム合金の初晶Siの平均粒径は3から10μmであ
るため、最大でも最小平均粒径の半分以下となる1.5
μm以下とするのがよく、最小で0.3μm以上の突出
量とすることが望ましい。そして、表面粗さは突出量か
ら一義的に決まり、前述の初晶Siの突出高さの範囲と
した場合に0.1〜0.5μmとなる。
According to this, the lubricating state is improved by the action of retaining oil between the protruding primary crystal Si particles, and the load generated by the primary crystal Si as hard particles on the sliding surface is preferentially reduced. By sharing, the wear amount of the entire alloy can be suppressed.
The protruding height of the primary crystal Si is determined by the grain size of the primary crystal Si crystallized in the aluminum alloy. If the protruding amount is low, the effect is small, and if it is too high, it tends to fall off the sliding surface and abrasive wear is reduced. Cause. Since the average grain size of primary crystal Si of the aluminum alloy used in the present invention is 3 to 10 μm, the maximum grain size is 1.5 times or less of the minimum average grain size.
μm or less, and it is desirable that the projection amount be at least 0.3 μm or more. The surface roughness is uniquely determined from the protrusion amount, and is 0.1 to 0.5 μm in the range of the protrusion height of the primary crystal Si described above.

【0036】またこの際に、本発明で用いるアルミニウ
ム合金で耐摩耗性を確保するもう一つの重要因子である
金属間化合物については、初晶Siと同様に、マトリク
スであるアルミニウムのα相よりも硬いため、表面から
突出した状態となる。ただし、初晶Siで突出量の規定
を行えば、金属間化合物の突出状態も一義的に決まるた
め、ここでは金属間化合物の突出量の高さを独自に規定
する必要は無い。
At this time, the intermetallic compound, which is another important factor for securing the wear resistance of the aluminum alloy used in the present invention, is, like the primary crystal Si, smaller than the α phase of aluminum as the matrix. Because it is hard, it is in a state protruding from the surface. However, if the protrusion amount is defined by the primary crystal Si, the protruding state of the intermetallic compound is uniquely determined. Therefore, it is not necessary to independently define the height of the protrusion amount of the intermetallic compound.

【0037】本発明による摺動部材では、アルミニウム
合金部材に対し、摺動方向と垂直方向において、加工目
の加工傷の交差角が25〜55°となるクロスハッチ加
工目をもちかつまた摺動方向で計測した表面粗さがR
a:0.1〜0.5μmであるものとすることができ
る。すなわち、アルミニウム合金の耐摩耗性を向上させ
る別の方法として、ここで述べたような従来のエンジン
の鋳鉄製ボアで実績のあるクロスハッチ加工がある。そ
して、摺動面の加工目の方向が摺動方向に対しある角度
を持って交差するので、摺動面での加工溝による油保持
効果を得ることができ、潤滑油の供給量が少ない部位に
用いた場合での摩耗量の低減に有効である。ここで規定
したクロスハッチ加工の交差角は従来の鋳鉄ボアの実測
値にアルミニウム合金シリンダボアの実験結果を考慮し
て修正した値であり、その交差角は25〜55°とする
のが好ましく、また、表面粗さは油保持量と初期摩耗を
抑えることを考慮して0.1〜0.5μmとするのが適
当である。
In the sliding member according to the present invention, the aluminum alloy member is provided with a cross hatch stitch where the crossing angle of the processing scratch is 25 to 55 ° in the direction perpendicular to the sliding direction and also in the sliding direction. The surface roughness measured in the direction is R
a: It can be 0.1 to 0.5 μm. That is, as another method for improving the wear resistance of an aluminum alloy, there is a cross hatching process which has been used in a conventional cast iron bore of an engine as described herein. And since the direction of the processing line on the sliding surface intersects the sliding direction at a certain angle, it is possible to obtain an oil retaining effect by the processing groove on the sliding surface, and to supply a small amount of lubricating oil. It is effective in reducing the amount of wear when used for The cross angle of the cross hatching defined here is a value obtained by modifying the actual measurement value of the conventional cast iron bore in consideration of the experimental result of the aluminum alloy cylinder bore, and the cross angle is preferably 25 to 55 °, and The surface roughness is suitably set to 0.1 to 0.5 μm in consideration of the amount of retained oil and the suppression of initial wear.

【0038】本発明による摺動部材において、粒子分散
複合めっき相手部材のマトリクス組成が、P:0.2〜
10%、Co:10〜40%を含み、残部Niおよび不
純物からなるものとすることができるが、この場合のP
は熱処理によりめっきの硬さを挙げる効果がある。そし
て、P量が0.2%未満では熱硬化処理の効果が得られ
ない傾向となり、10%超過では硬度は増すもののかえ
って脆くなり、耐摩耗性悪化の原因となる。また、Co
は合金基地の耐熱性,耐食性の改善および圧縮疲労強度
の向上に有効であるが、10%未満では上記効果が顕著
に得られない傾向となり、40%を超えても顕著な変化
はないので、Co量は10〜40%とするのが良い。
In the sliding member according to the present invention, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating partner member is P: 0.2 to
10%, Co: 10 to 40%, and the balance can be made of Ni and impurities.
Has the effect of increasing the hardness of the plating by heat treatment. If the P content is less than 0.2%, the effect of the thermosetting treatment tends not to be obtained. If the P content exceeds 10%, the hardness increases but the material becomes brittle rather than deteriorates the wear resistance. Also, Co
Is effective in improving the heat resistance, corrosion resistance and compressive fatigue strength of the alloy matrix, but if it is less than 10%, the above effect tends not to be remarkably obtained, and if it exceeds 40%, there is no significant change. The amount of Co is preferably set to 10 to 40%.

【0039】本発明による摺動部材において、粒子分散
複合めっき相手部材はその基材を炭素鋼,鋳鉄,ステン
レス鋼のいずれかであるものとすることも望ましく、摺
動部で発生する面圧にもよるが、基材がある程度の硬さ
をもたないと、めっきが母材の変形に追従せずに剥離
し、めっき側の摩耗増大とこの脱落粉によるアブレッシ
ブ摩耗に繋がる可能性がある。
In the sliding member according to the present invention, it is preferable that the base material of the particle-dispersed composite plating counterpart material is any one of carbon steel, cast iron and stainless steel. However, if the base material does not have a certain degree of hardness, the plating may peel off without following the deformation of the base material, which may lead to increased wear on the plating side and abrasive wear due to the falling powder.

【0040】本発明による摺動部材において、粒子分散
複合めっき相手部材に含まれる分散粒子の平均粒径は
0.5〜10μmとなる六方晶窒化硼素や窒化珪素から
なるものとすることができる。このめっき中に分散する
粒子の粒径には最適値があり、それぞれ摩擦特性や摩耗
特性により決定される。そして、六方晶窒化硼素は固体
潤滑材であり、この効果を得るために0.5μm以上と
ある程度粒径が大きくないと、結晶中の滑り機構が発現
せず、摩擦係数を低減する効果が得られない。また、1
0μmを超えるとめっき全体の硬度低下に繋がり、めっ
きの耐摩耗性を悪化させてしまうこともありうる。一
方、窒化珪素は硬さがHvで2000前後と高く、粒子
が0.5μm未満ではめっき全体の硬さを増大する効果
が得られなかったり脱落し易くなったりし、アブレッシ
ブ摩耗の原因となることもありうる。また、10μmを
超えると相手攻撃性が強くなり、アルミニウム合金の耐
摩耗性が低下する傾向となる。
In the sliding member according to the present invention, the dispersed particles contained in the particle-dispersed composite plating partner member may be made of hexagonal boron nitride or silicon nitride having an average particle size of 0.5 to 10 μm. The particle size of the particles dispersed during plating has an optimum value, which is determined by the friction characteristics and the wear characteristics, respectively. Hexagonal boron nitride is a solid lubricant. To obtain this effect, unless the particle size is as large as 0.5 μm or more to some extent, the slip mechanism in the crystal does not appear and the effect of reducing the friction coefficient is obtained. I can't. Also, 1
When the thickness exceeds 0 μm, the hardness of the entire plating is reduced, and the wear resistance of the plating may be deteriorated. On the other hand, the hardness of silicon nitride is as high as about 2000 in Hv, and if the particle size is less than 0.5 μm, the effect of increasing the hardness of the entire plating cannot be obtained or it is easy to fall off, which causes abrasive wear. It is possible. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the aggressiveness to the other party becomes strong, and the wear resistance of the aluminum alloy tends to decrease.

【0041】本発明による摺動部材において、粒子分散
複合めっき相手部材に含まれる六方晶窒化硼素のめっき
中への分散量は5〜10面積%とするのが良く、上記窒
化珪素の場合と同様に、5面積%では固体潤滑材として
の効果が得がたく、10面積%超過ではめっき全体の硬
度低下に繋がる傾向となる。
In the sliding member according to the present invention, the hexagonal boron nitride contained in the particle-dispersed composite plating counterpart is preferably dispersed in the plating in an amount of 5 to 10 area%, as in the case of silicon nitride. On the other hand, if the area is 5% by area, the effect as a solid lubricant is hardly obtained, and if it exceeds 10% by area, the hardness of the entire plating tends to decrease.

【0042】本発明による摺動部材において、粒子分散
複合めっき相手部材に含まれる窒化珪素のめっき中への
分散量は5〜30面積%とするのが良く、5面積%未満
ではめっき硬さへの影響が得られない傾向となり、30
面積%超過では相手攻撃性が強くなるためアルミニウム
合金部材の摩耗を増大させてしまう傾向となる。
In the sliding member according to the present invention, the amount of silicon nitride contained in the particle-dispersed composite plating counterpart in the plating is preferably 5 to 30% by area. Tends to be unable to obtain the effect of
If the area% is exceeded, the aggressiveness of the opponent becomes stronger, so that the abrasion of the aluminum alloy member tends to increase.

【0043】本発明による摺動部材では、アルミニウム
合金中の初晶Siを突出する仕上げ加工を施したアルミ
ニウム合金部材とその相手部材についての組み合わせと
部品適用にていては種々の態様を考えることができる。
そして、ダイカスト工法によるアルミニウム合金では、
キーとなる初晶Si粒子が低圧鋳造材等に比べて小さい
ため、摺動中に突出した初晶Siの粒子をいかにして脱
落させないかがアルミニウム合金の耐摩耗性を確保する
上で重要である。そこで、この点に着目しさまざまな表
面処理を試みてきた結果、固体潤滑材である六方晶窒化
硼素(hBN)を分散させたNi−P−Coめっきとす
ることで著しい効果が得られた。この原因としては、固
体潤滑材をめっき中に含むことにより、摺動時にアルミ
ニウム合金中の初晶Siと相手部材のめっき表面の突起
とが干渉した際に生じる固体接触部でのせん断力が固体
潤滑材を含むことで大幅に軽減され、摺動面の突出した
初晶Siの脱落を抑止しているためと考えられる。そし
て、接触点でのせん断力の低下は相手部材のめっきの摩
耗抑制にも有効である。
In the sliding member according to the present invention, it is possible to consider various aspects in the combination and application of the aluminum alloy member subjected to the finish processing for protruding primary crystal Si in the aluminum alloy and the counterpart member. it can.
And in the aluminum alloy by the die casting method,
Since the primary Si particles that are key are smaller than those of low-pressure cast materials, it is important to ensure that the primary Si particles that protrude during sliding do not fall off in order to ensure the wear resistance of the aluminum alloy. is there. Therefore, as a result of focusing on this point and trying various surface treatments, a remarkable effect was obtained by Ni-P-Co plating in which hexagonal boron nitride (hBN) as a solid lubricant was dispersed. The reason for this is that the inclusion of a solid lubricant in the plating causes the shear force at the solid contact portion generated when primary crystal Si in the aluminum alloy and projections on the plating surface of the mating member interfere with each other during sliding. This is probably because the inclusion of the lubricant greatly reduced the amount of primary crystal Si that protruded from the sliding surface. The reduction in the shearing force at the contact point is also effective in suppressing the wear of the plating of the mating member.

【0044】これらの組み合わせのエンジン部品での適
用として、耐摩耗性,耐焼き付き性の必要とされるアル
ミニウム合金のシリンダボアと、粒子分散複合めっきを
施したピストントップリングおよびセカンドリングとす
ることができる。ここでの摺動は、アルミニウム合金シ
リンダボア側での上死点摩耗が問題となり、相手攻撃性
が少なく、かつまた、自身の耐摩耗性もある程度持ちあ
わせた相手材が必要となる。
As an application of these combinations to an engine part, a cylinder bore of an aluminum alloy which is required to have abrasion resistance and seizure resistance, and a piston top ring and a second ring which are subjected to particle dispersion composite plating can be provided. . The sliding here involves a problem of wear at the top dead center on the aluminum alloy cylinder bore side, and requires a mating material that has low mating aggressiveness and also has some wear resistance.

【0045】摺動条件は、最大面圧が20MPa以下と
アルミニウム合金の塑性変形領域より低く、また、潤滑
油量が少ない点や摺動速度が大きい範囲で変動する点
で、前述の初晶Siをいかにして保持するかに着目した
改善が有効と考えられる。このため、表面のアルミニウ
ム合金製シリンダボアとの組み合わせでは、固体潤滑材
として六方晶窒化硼素を分散した粒子分散複合めっきを
施したピストントップリングおよびセカンドリングを相
手部材とすることで、本発明の効果が得られる。
The sliding conditions are as follows: the maximum surface pressure is 20 MPa or less, which is lower than the plastic deformation range of the aluminum alloy, and the lubricating oil amount is small and the sliding speed fluctuates in a large range. It is thought that improvement focusing on how to maintain the value is effective. For this reason, in combination with the aluminum alloy cylinder bore on the surface, the piston top ring and the second ring, which have been subjected to particle dispersion composite plating in which hexagonal boron nitride is dispersed as a solid lubricant, are used as mating members, and the effect of the present invention is achieved. Is obtained.

【0046】また、表面をクロスハッチ加工したアルミ
ニウム合金部材とその相手部材との組み合わせとした場
合において、クロスハッチ加工したときには、加工溝に
保持される潤滑油によりアルミニウム合金の耐摩耗性は
大幅に改善される。一方、表層の初晶Siは加工時に破
砕する割合が高く、初期の耐摩耗性に関して初晶Siの
役割はそれほど大きくないと考えられる。むしろ、初期
の摺動でアルミニウム合金の表面に残留した初晶Siの
破砕粉が脱落する場合があるので、相手部材にも耐摩耗
性が要求される。そして、固体潤滑材である六方晶窒化
硼素を分散した粒子分散複合めっきは、硬度は低いもの
の摺動部で発生する摩擦係数が低くなるためトップリン
グやセカンドリングでの負荷に対しては十分な耐摩耗性
を示す。また、硬質粒子である窒化珪素を分散した粒子
分散複合めっきの場合、硬度が大きく向上するためより
すぐれた耐摩耗性を示す。さらにまた、アルミニウム合
金がクロスハッチ加工されたものであると、潤滑油の保
持効果がさらに期待できることから窒化珪素による相手
攻撃性もある程度吸収される。ただし、さらに硬度の高
い炭化珪素を分散した粒子分散複合めっきでは、自身の
耐摩耗性には優れるものの粒子の形状が鋭利であるた
め、クロスハッチ加工による効果だけでは吸収できず、
アルミニウム合金側が大きく摩耗することもありうる。
このため、クロスハッチ加工目をもつアルミニウム合金
シリンダボアとの組み合わせでは六方晶窒化硼素および
/または窒化珪素を分散した粒子分散複合めっきのピス
トントップリングおよびセカンドリングを相手部材とす
ることで、本発明の効果が得られる。
In addition, when a cross-hatched aluminum alloy member is used in combination with its mating member, when the cross-hatching is performed, the wear resistance of the aluminum alloy is greatly reduced by the lubricating oil held in the processing grooves. Be improved. On the other hand, the primary crystal Si in the surface layer has a high rate of crushing during processing, and it is considered that the role of the primary crystal Si in the initial wear resistance is not so large. Rather, since the crushed powder of primary crystal Si remaining on the surface of the aluminum alloy may fall off during the initial sliding, the mating member is also required to have wear resistance. The particle-dispersed composite plating in which hexagonal boron nitride, which is a solid lubricant, is dispersed, has a low hardness but has a low coefficient of friction generated in a sliding portion, so that it is sufficient for a load on a top ring or a second ring. Shows wear resistance. In the case of the particle-dispersed composite plating in which silicon nitride, which is hard particles, is dispersed, the hardness is greatly improved, so that more excellent wear resistance is exhibited. Furthermore, when the aluminum alloy is cross-hatched, the effect of retaining the lubricating oil can be further expected, so that the aggression by silicon nitride is absorbed to some extent. However, in the particle-dispersed composite plating in which silicon carbide having a higher hardness is dispersed, the particles have excellent wear resistance, but the shape of the particles is sharp.
The aluminum alloy side may be significantly worn.
For this reason, in combination with an aluminum alloy cylinder bore having a cross hatched portion, a piston top ring and a second ring of particle-dispersed composite plating in which hexagonal boron nitride and / or silicon nitride are dispersed are used as mating members. The effect is obtained.

【0047】さらにまた、初晶Siを突出する仕上げ加
工を施したアルミニウ合金、または、表面をクロスハッ
チ加工としたアルミニウム合金をシリンダボアとし、相
手部材となるオイルリングは窒化珪素を分散した粒子分
散複合めっきとしたものとする組み合わせもある。オイ
ルリングの摩耗形態を綿密に調査した結果、ピストント
ップリングやセカンドリングの摩耗の傾向が異なること
が実験により明らかになった。一般に、シリンダボアの
摩耗はトップリングの上死点近辺が最も多く、次にセカ
ンドリングの折り返し点となり、オイルリングの折り返
し点が最も少ない。これは、温度や爆発時の面圧が低
く、また、潤滑油量が潤沢であることによる。
Further, a cylinder bore is formed of an aluminum alloy subjected to a finish processing for protruding primary crystal Si or an aluminum alloy having a surface cross-hatched, and an oil ring serving as a mating member is made of a particle-dispersed composite in which silicon nitride is dispersed. There is also a combination of plating. As a result of a close examination of the wear mode of the oil ring, it was clarified by experiments that the tendency of wear of the piston top ring and the second ring was different. Generally, the wear of the cylinder bore is greatest near the top dead center of the top ring, followed by the return point of the second ring, and the least return point of the oil ring. This is because the temperature and the surface pressure at the time of explosion are low, and the amount of lubricating oil is abundant.

【0048】一方、オイルリングは他のリングに比べ最
も張力が大きく、また、シリンダボアと接するのはオイ
ルリングを構成する上下2枚のレール側面であり、ここ
での曲率はピストンリングの中で最も小さいため、爆発
時を除く全工程において接点での面圧が最も高い。実際
に、過共晶アルミニウム合金をシリンダボアとして用い
たエンジン耐久試験においてもこの傾向が大きく現れ、
オイルリングの摩耗が最も多いことが確認されている。
On the other hand, the oil ring has the highest tension as compared with the other rings, and the cylinder bore is in contact with the two upper and lower rail side surfaces constituting the oil ring, and the curvature here is the largest among the piston rings. Due to its small size, the surface pressure at the contact point is the highest in all processes except the time of the explosion. In fact, even in engine endurance tests using a hypereutectic aluminum alloy as a cylinder bore, this tendency appears greatly,
It has been confirmed that the oil ring wears the most.

【0049】したがって、硬さの低い六方晶窒化硼素を
分散した粒子分散複合めっきでは耐摩耗性が不十分であ
り、硬さの高い窒化珪素を分散した粒子分散複合めっき
を施したオイルリングが適している。また、窒化珪素を
分散した粒子分散複合めっきを用いた場合においては、
シリンダボア表面の形態によらずシリンダボア,オイル
リングともに摩耗量が問題とならないレベルとなること
を実験で検証している。
Therefore, the wear resistance of the particle-dispersed composite plating in which hexagonal boron nitride having a low hardness is dispersed is insufficient, and an oil ring provided with the particle-dispersed composite plating in which silicon nitride having a high hardness is dispersed is suitable. ing. In the case of using a particle-dispersed composite plating in which silicon nitride is dispersed,
Experiments have verified that the amount of wear on both the cylinder bore and the oil ring is at a level that does not matter regardless of the shape of the cylinder bore surface.

【0050】本発明で規定するアルミニウム合金部材で
あるシリンダボアと摺動する相手部材であるピストンリ
ングおよびオイルリングにおいて、リング側の粒子分散
複合めっきの上に、シリンダボアとの摺動における耐摩
耗性,耐焼き付き性を向上する二硫化モリブデン等の固
体潤滑材を含む樹脂焼成膜を塗布することも適宜望まし
い。本発明によるアルミニウム合金部材との摺動におい
て、耐焼き付き性や耐摩耗性に影響する最も重要な因子
はアルミニウム合金中の初晶Siである。固体潤滑材を
含む焼成膜は、加工時に破砕されながら表面に残留した
初晶Si粒子が摺動初期に脱落して発生する脱落粉や、
突出しすぎた初晶Si粒子の相手攻撃性を抑制する点、
また、リングとボアでの均一な当たりだしを促進し、片
当たりによる2次的な初晶Siの脱落粉の発生を抑える
のに有効である。そして、このような効果を得るための
固体潤滑材としては、二硫化モリブデンのほか、グラフ
ァイト(黒鉛),三酸化アンチモン,ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)等が挙げられる。
In the piston ring and the oil ring which are mating members sliding with the cylinder bore which is the aluminum alloy member specified in the present invention, abrasion resistance in sliding with the cylinder bore is provided on the ring side particle dispersion composite plating. It is also desirable to apply a resin fired film containing a solid lubricant such as molybdenum disulfide for improving seizure resistance. In sliding with the aluminum alloy member according to the present invention, the most important factor affecting seizure resistance and wear resistance is primary crystal Si in the aluminum alloy. The fired film containing the solid lubricant, falling off powder generated by the primary crystal Si particles remaining on the surface while being crushed during processing and falling off at the beginning of sliding,
The point of suppressing the aggressiveness of the primary crystal Si particles that have protruded too much,
Further, it is effective to promote uniform start-up in the ring and the bore, and to suppress generation of secondary falling off of primary crystal Si due to one-sided contact. Examples of the solid lubricant for obtaining such an effect include molybdenum disulfide, graphite (graphite), antimony trioxide, polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like.

【0051】以上、本発明で規定するアルミニウム合金
部材およびこれと摺動する相手部材との組み合わせにつ
いて説明したが、本発明によるアルミニウム合金部材
は、従来の特許公報で見られるA390等の耐摩耗性ア
ルミニウム合金に比べSi含有量が少なく、被削性の向
上が可能であると共に、ダイカスト工法によることがで
きるため生産性の向上も可能となり、低コストなものに
することができ、したがって、低コストで耐摩耗性,耐
焼き付き性に優れた摺動部材とすることが可能である。
Although the combination of the aluminum alloy member specified by the present invention and the mating member sliding with the aluminum alloy member has been described above, the aluminum alloy member according to the present invention has a wear resistance such as A390 which is found in a conventional patent publication. Compared with aluminum alloys, the Si content is lower, the machinability can be improved, and the productivity can be improved due to the die-casting method, and the cost can be reduced. Thus, a sliding member having excellent wear resistance and seizure resistance can be obtained.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明による摺動部材では、請求項1に
記載しているように、重量%で、Si:14.5〜1
6.5%、Cu:3.0〜4.0%、Mg:0.55〜
0.90%、Mn:0.40〜0.60%、Cr:0.
05〜0.30%、Ti:0.05〜0.15%、P:
0.03〜0.05%、Fe:0.7〜1.2%、Z
n:1.0%以下、Ni:0.3%以下、Sn:0.3
%以下を含み、残部Alおよび不純物の成分組成を有
し、平均粒径3〜10μmの初晶SiおよびAl−Si
−Fe−Mn−Cr系の金属間化合物が晶出しているア
ルミニウム合金部材と、Ni,P,Coからなるめっき
マトリクスに六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少な
くとも1種からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき
相手部材とを組み合わせたものとしたから、Si含有量
が抑制されているため被削性が良好であると共にダイカ
スト工法の適用が可能であり、耐摩耗性に優れ耐焼き付
き性にも優れた摺動部材を提供することが可能であると
いう著大なる効果がもたらされる。
According to the sliding member of the present invention, as described in claim 1, Si: 14.5 to 1% by weight.
6.5%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55
0.90%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.
05 to 0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P:
0.03 to 0.05%, Fe: 0.7 to 1.2%, Z
n: 1.0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3
% Of primary crystal Si and Al-Si having a balance of Al and impurities, and having an average particle size of 3 to 10 μm.
-Aluminum alloy member in which an Fe-Mn-Cr-based intermetallic compound is crystallized, and particles containing dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride in a plating matrix composed of Ni, P, and Co Since it is combined with the dispersed composite plating counterpart, the Si content is suppressed, so the machinability is good and the die casting method can be applied, and it has excellent wear resistance and excellent seizure resistance A remarkable effect that an excellent sliding member can be provided is brought about.

【0053】そして、請求項2に記載しているように、
アルミニウム合金部材は、機械研磨、電解研磨、化学研
磨等の研磨によりアルミニウム合金部材表面から初晶S
iが0.3〜1.5μm突出しかつまた表面粗さがR
a:0.1〜0.5μmであるものとすることによっ
て、突出した初晶Si粒子間での油の保持作用により潤
滑状態を良好に維持することが可能であり、摺動面に発
生する荷重を初晶Siにより優先的に分担することによ
り耐摩耗性を良好なものとすることが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。
And, as described in claim 2,
The aluminum alloy member is subjected to primary crystal S from the surface of the aluminum alloy member by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing.
i protrudes 0.3 to 1.5 μm and the surface roughness is R
a: When the thickness is 0.1 to 0.5 μm, the lubricating state can be favorably maintained by the oil retaining action between the protruding primary crystal Si particles, and the lubrication state is generated on the sliding surface. By giving the load preferentially to the primary crystal Si, a remarkably excellent effect is obtained in that the wear resistance can be improved.

【0054】また、請求項3に記載しているように、ア
ルミニウム合金部材に対し、摺動方向と垂直方向におい
て、加工目の加工傷の交差角が25〜55°となるクロ
スハッチ加工目をもちかつまた摺動方向で計測した表面
粗さがRa:0.1〜0.5μmであるものとすること
によって、摺動面での加工溝による油保持効果を得るこ
とが可能であり、潤滑油量が少ないときでも耐摩耗性を
良好なものとすることが可能であるという著大なる効果
がもたらされる。
Further, as described in claim 3, the cross-hatched stitch where the crossing angle of the cut of the cut is 25 to 55 ° in the direction perpendicular to the sliding direction with respect to the aluminum alloy member. When the surface roughness measured in the sliding direction is Ra: 0.1 to 0.5 μm, it is possible to obtain an oil retaining effect by the processed grooves on the sliding surface, A remarkable effect that it is possible to improve the wear resistance even when the amount of oil is small is provided.

【0055】さらにまた、請求項4に記載しているよう
に、粒子分散複合めっき相手部材のマトリクス組成が、
P:0.2〜10%、Co:10〜40%を含み、残部
Niおよび不純物からなるものとすることによって、相
手部材の耐熱性,耐食性,耐摩耗性を良好なものにする
ことが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
Still further, as described in claim 4, the matrix composition of the particle-dispersed composite plating partner member is as follows:
By containing 0.2 to 10% of P and 10 to 40% of Co and the balance of Ni and impurities, it is possible to improve the heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance of the mating member. Is a great effect.

【0056】さらにまた、請求項5に記載しているよう
に、粒子分散複合めっき相手部材について、基材が炭素
鋼,鋳鉄,ステンレス鋼のいずれかであるものとするこ
とによって、相手部材の硬さを確保して基材の変形に対
してめっきが十分に追従するものとすることができ、基
材の変形によるめっき層の剥離を防止することが可能で
あるという著大なる効果がもたらされる。
Further, as set forth in claim 5, the base material of the particle-dispersed composite plating counterpart member is selected from the group consisting of carbon steel, cast iron, and stainless steel, thereby hardening the counterpart member. And the plating can sufficiently follow the deformation of the base material, and a great effect that it is possible to prevent the peeling of the plating layer due to the deformation of the base material is brought about. .

【0057】さらにまた、請求項6に記載しているよう
に、粒子分散複合めっき相手部材について、分散粒子の
平均粒径が0.5〜10μmとなる六方晶窒化硼素およ
び窒化珪素のうち少なくとも1種からなる分散粒子を含
んでいるものとすることによって、自身の耐摩耗性が良
好であると共に相手材に対する攻撃性が小さい耐摩耗性
に優れた摺動部材を提供することが可能であるという著
大なる効果がもたらされる。
Further, as set forth in claim 6, at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride having an average particle size of dispersed particles of 0.5 to 10 μm is provided for the particle-dispersed composite plating counterpart member. By including the dispersed particles consisting of seeds, it is possible to provide a sliding member that has good wear resistance of itself and low aggression to a counterpart material and has excellent wear resistance. Significant effects are brought about.

【0058】さらにまた、請求項7に記載しているよう
に、粒子分散複合めっき相手部材について、固体潤滑材
である六方晶窒化硼素からなる分散粒子を5〜10面積
%分散しているものとすることによって、自己の潤滑性
に優れ、アルミニウム合金部材に対する攻撃性の小さい
複合めっき相手部材とすることが可能であるという著大
なる効果がもたらされる。
Further, as described in claim 7, the particle-dispersed composite plating counterpart member is characterized in that dispersed particles composed of hexagonal boron nitride, which is a solid lubricant, are dispersed by 5 to 10% by area. By doing so, a remarkable effect is obtained that a composite plating counterpart member having excellent self-lubricating properties and low aggression to the aluminum alloy member can be obtained.

【0059】さらにまた、請求項8に記載しているよう
に、粒子分散複合めっき相手部材について、高強度材で
ある窒化珪素からなる分散粒子を5〜30面積%分散し
ているものとすることによって、適度の硬さを有する耐
摩耗性に優れた複合めっき相手部材とすることが可能で
あるという著大なる効果がもたらされる。
Further, as set forth in claim 8, in the particle-dispersed composite plating counterpart member, dispersed particles composed of silicon nitride, which is a high-strength material, are dispersed by 5 to 30 area%. Thereby, a remarkable effect that a composite plating counterpart member having appropriate hardness and excellent abrasion resistance can be obtained can be obtained.

【0060】さらにまた、請求項9に記載しているよう
に、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボアで
あり、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリ
ングおよびセカンドリングである組み合わせとすること
によって、耐摩耗性および耐焼き付き性に優れた内燃機
関のシリンダとピストンリングの組み合わせとすること
が可能であるという著大なる効果がもたらされる。
Further, as described in the ninth aspect, the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring. A remarkable effect is obtained that a combination of a cylinder and a piston ring of an internal combustion engine having excellent wear resistance and seizure resistance can be used.

【0061】さらにまた、請求項10に記載しているよ
うに、アルミニウム合金部材が内燃機関のシリンダボア
であり、粒子分散複合めっき相手部材がオイルリングで
ある組み合わせとすることによって、耐摩耗性および耐
焼き付き性に優れた内燃機関のシリンダとオイルリング
の組み合わせとすることが可能であるという著大なる効
果がもたらされる。
Still further, the wear resistance and the wear resistance can be improved by using a combination in which the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine and the counterpart member of the particle-dispersed composite plating is an oil ring. A remarkable effect is obtained that a combination of a cylinder and an oil ring of an internal combustion engine having excellent seizure can be used.

【0062】さらにまた、請求項11に記載しているよ
うに、粒子分散複合めっき相手部材がピストントップリ
ング,セカンドリングまたはオイルリングであり、粒子
分散複合めっきの上に、二硫化モリブデン,グラファイ
ト,三酸化アンチモン,ポリテトラフルオロエチレンの
うちから選ばれる1種以上の粒子を含む樹脂をマトリク
スとした焼成膜が成膜されているものとすることによっ
て、ピストンリングやオイルリングのシリンダボアとの
摺動面における耐摩耗性および耐焼き付き性をさらに向
上したものとすることが可能であるという著大なる効果
がもたらされる。
Still further, as another aspect of the present invention, the partner member for particle-dispersed composite plating is a piston top ring, a second ring, or an oil ring, and molybdenum disulfide, graphite, Sliding of the piston ring or oil ring with the cylinder bore by forming a fired film with a matrix containing a resin containing at least one particle selected from antimony trioxide and polytetrafluoroethylene. A remarkable effect that it is possible to further improve the wear resistance and the seizure resistance of the surface is provided.

【0063】[0063]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこのような実施例のみに限定されないことはい
うまでもない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
It goes without saying that the present invention is not limited to only such an embodiment.

【0064】本発明による摺動部材の特性を評価するに
あたり、アルミニウム合金部材の表面仕上げ,相手部材
の表面処理,粒子分散複合めっきの場合は分散粒子の種
類,量,粒径等について、それぞれ異なる複数の試験片
を試作し、単体での基礎摩耗試験により評価を行った。
In evaluating the characteristics of the sliding member according to the present invention, the surface finish of the aluminum alloy member, the surface treatment of the mating member, and the type, amount, particle size, etc. of the dispersed particles differ in the case of particle-dispersed composite plating. A plurality of test pieces were prototyped and evaluated by a basic wear test alone.

【0065】本発明による効果は、摩耗量の低減と耐焼
き付き性の向上であるので、評価に際してはリング/プ
レート型の単体摩耗試験装置を用い、一定荷重下での摩
耗量を計測する摩耗試験と、連続的に荷重を上昇させて
摩擦係数が不安定または急増した点を計測するスカッフ
試験を行った。これらの評価方法は実際のエンジンを使
った評価と比較的相関の取れている方法である。また、
プレート試験片には本発明で規定する成分で且つ初晶S
iの平均粒径が4〜6μmとなるダイカスト合金を用い
た。さらにまた、相手部材としてのリングには炭素鋼
と、比較材としてアルミニウム材を用いた。潤滑油は市
販のエンジンオイル5W30SGを用いた。試験した組
み合わせの詳細を表1に示す。
The effect of the present invention is to reduce the amount of wear and improve the seizure resistance. Therefore, in the evaluation, a wear test for measuring the amount of wear under a constant load by using a ring / plate type single wear test device. And a scuff test to measure the point where the friction coefficient was unstable or suddenly increased by continuously increasing the load. These evaluation methods are relatively correlated with the evaluation using the actual engine. Also,
The plate specimen contains the primary crystal S
A die-cast alloy having an average particle size of 4 to 6 μm was used. Furthermore, carbon steel was used for the ring as the mating member, and aluminum was used as the comparative material. As the lubricating oil, a commercially available engine oil 5W30SG was used. Details of the combinations tested are shown in Table 1.

【0066】[0066]

【表1】 摩耗試験およびスカッフ試験の条件について説明する。
この試験はすべて新品の試験片および潤滑油を用いて行
った。このときの試験条件を以下に示す。
[Table 1] The conditions of the wear test and the scuff test will be described.
All the tests were performed using new test pieces and lubricating oil. The test conditions at this time are shown below.

【0067】 (1)往復動単体摩耗試験 押しつけ荷重 :30kg 接触状態 :面接触 リング外径/内径:26/20mm 平均滑り速度 :0.2m/s 潤滑油温 :20℃(室温) 潤滑油種 :市販エンジン油,5W30SG規格 潤滑方法 :バスタブ式 試験時間 :20分 (2)往復動単体スカッフ試験 押しつけ荷重 :10kgf/minで増加 平均滑り速度 :0.2m/s 試験時の温度 :20℃(室温) 潤滑油種 :市販エンジン油,5W30SG規格 潤滑方法 :試験前にリング試験片摺動部に塗布のみ さらに、実際のエンジンを用いた耐久試験を行い、本発
明で規定したシリンダボアやピストンリングについて評
価を行った。エンジン耐久試験の条件を以下に示す。こ
のときの試験の組み合わせはエンジンの4気筒をそれぞ
れ違う組み合わせとし、ボア面の初晶Siを突出させた
シリンダブロックとボア面をクロスハッチ加工したシリ
ンダブロック2台を用いて2度の試験を行った。各組み
合わせを表2に示す。
(1) Reciprocating single wear test Pressing load: 30 kg Contact state: surface contact Ring outer diameter / inner diameter: 26/20 mm Average sliding speed: 0.2 m / s Lubricating oil temperature: 20 ° C. (room temperature) Lubricating oil type : Commercial engine oil, 5W30SG standard Lubrication method: Bathtub type Test time: 20 minutes (2) Reciprocating single scuff test Pressing load: Increase at 10 kgf / min Average sliding speed: 0.2 m / s Temperature at test: 20 ° C ( Lubricating oil type: Commercial engine oil, 5W30SG standard Lubrication method: Apply only to the sliding part of the ring test piece before the test. In addition, a durability test using an actual engine was performed, and the cylinder bore and piston ring specified in the present invention were tested. An evaluation was performed. The conditions of the engine durability test are shown below. At this time, the combination of the tests was different for each of the four cylinders of the engine, and two tests were performed using a cylinder block having primary crystal Si protruding on the bore surface and two cylinder blocks having a cross-hatched bore surface. Was. Table 2 shows each combination.

【0068】[0068]

【表2】 (3)エンジン耐久試験 エンジン :直列4気筒,排気量1300cc 耐久条件 :6000rpm一定で100時間 潤滑油温 :110℃ 潤滑油種 :市販エンジン油,5W30SG規格 以下、試験結果について簡単に説明し、(1)および
(2)の単体による摩耗試験およびスカッフ試験の結果
については実施例および比較例に分類して表1に示し、
(3)のエンジン耐久試験結果を図1および図2に示
す。
[Table 2] (3) Engine endurance test Engine: In-line 4-cylinder, displacement 1300cc Endurance conditions: 100 hours at 6000 rpm constant Lubricating oil temperature: 110 ° C Lubricating oil type: Commercial engine oil, 5W30SG standard The test results are briefly described below. Table 1 shows the results of the wear test and the scuff test using the simple substance of 1) and (2), classified into Examples and Comparative Examples.
FIGS. 1 and 2 show the results of the engine durability test of (3).

【0069】リング/プレート式による単体試験の結果
について以下簡単に説明する。
The results of the ring / plate type unit test will be briefly described below.

【0070】表1に示す実施例1から実施例6はいずれ
も本発明で規定する条件を満たすものであり、これらに
従えば、リング側およびプレート側の摩耗量を抑え、ま
た、高いスカッフ発生面圧が得られ、アルミニウム合金
部材とその相手部材の耐摩耗性および耐焼き付き性を向
上することが確認できた。
Examples 1 to 6 shown in Table 1 satisfy the conditions specified in the present invention. According to these, the amount of wear on the ring side and the plate side is suppressed, and high scuffing is generated. Surface pressure was obtained, and it was confirmed that the abrasion resistance and seizure resistance of the aluminum alloy member and its mating member were improved.

【0071】比較例1から比較例8は本発明で規定する
条件から外れた項目があり、リングまたはプレート側の
摩耗量が多いか、あるいは、スカッフ発生面圧が実施例
に比べて低い値を示した。
In Comparative Examples 1 to 8, there are some items that deviate from the conditions specified in the present invention, and the amount of wear on the ring or plate side is large, or the scuffing surface pressure is lower than that of the Example. Indicated.

【0072】このうち、比較例1はアルミニウム合金部
材の初晶Siの突出量が2.3μmと大きいため、リン
グ側への相手攻撃性による摩耗が多く、また、初晶Si
の突出量が大きすぎるため粒子が脱落しやすくなり、脱
落粒子によるアブレッシブ摩耗でリングおよびプレート
双方の摩耗量が増大したものと考えられる。
Of these, in Comparative Example 1, since the primary crystal Si projection of the aluminum alloy member was as large as 2.3 μm, abrasion due to aggression to the ring side was large, and the primary crystal Si
It is probable that the particles tended to fall off due to the excessively large protrusion amount, and that the abrasive wear of the dropped particles increased the wear of both the ring and the plate.

【0073】また、比較例2は基材がアルミニウムであ
るため、試験開始早々にリング側のめっき層がリング自
体の弾性変形に追従できず剥離し、アブレシッブ摩耗と
なり、異常摩耗したものと考えられる。
In Comparative Example 2, since the base material was aluminum, the plating layer on the ring side could not follow the elastic deformation of the ring itself immediately after the start of the test, and peeled off, resulting in abrasive wear and abnormal wear. .

【0074】さらに、比較例3はプレート側の初晶Si
がほとんど突出していないため、保油性が悪化し、スカ
ッフ荷重が低かったものと考えられる。
Further, in Comparative Example 3, primary crystal Si on the plate side was used.
It is considered that the oil retention was deteriorated and the scuffing load was low because of little protrusion.

【0075】さらにまた、比較例4はリングの表面処理
がCrめっきであり、硬さがNi−P−Coめっき比べ
低いことから、リング側の摩耗量が多くなったものと考
えられる。
Furthermore, in Comparative Example 4, since the surface treatment of the ring was Cr plating, and the hardness was lower than that of Ni-P-Co plating, it is considered that the amount of wear on the ring side was increased.

【0076】さらにまた、比較例5はリングの表面処理
を窒化処理としたものであり、窒化処理により表面硬さ
はHv1000を優に超え、これはNi−P−Coの約
Hv800〜950に比べてずっと高いためリング側の
相手攻撃性が強く、プレート側の摩耗量が多くなり、摩
耗粉等の影響でスカッフ発生面圧が低くなったものと考
えられる。
Furthermore, in Comparative Example 5, the surface treatment of the ring was performed by nitriding. The surface hardness of the ring greatly exceeded Hv 1000, which was higher than that of Ni-P-Co, which was about Hv 800 to 950. It is probable that the aggressiveness on the ring side was strong, the amount of wear on the plate side increased, and the scuffing surface pressure decreased due to the effects of abrasion powder and the like.

【0077】さらにまた、比較例6はクロスハッチ加工
の粗さがRa0.05μmとかなり小さく、プレート合
金側の保油性が低いことにより摩耗が悪化したものと考
えられる。
Further, in Comparative Example 6, it is considered that the roughness of the cross hatching was as small as Ra 0.05 μm, and the wear was deteriorated due to the low oil retaining property on the plate alloy side.

【0078】さらにまた、比較例7はクロスハッチ加工
による表面粗さがRa1.2μmと大きく、表面粗さが
粗いためリング側への相手攻撃性が強く、また、表面粗
さが粗すぎるためプレート表面の初晶Siの破砕率が非
常に高いことからこれが摺動初期に脱落し、アブレッシ
ブ摩耗を引き起こしたものと考えられる。
Further, in Comparative Example 7, the surface roughness by cross-hatch processing was as large as Ra 1.2 μm, and the surface roughness was large, so that the opponent aggression to the ring side was strong. Since the crushing rate of the primary crystal Si on the surface is very high, it is considered that the primary Si fell off in the initial stage of sliding and caused abrasive wear.

【0079】さらにまた、比較例8は硬質粒子である炭
化珪素(SiC)をリング側のめっきに分散したもの
で、炭化珪素による相手攻撃性が強いことからプレート
の摩耗量が大きくなったものと考えられる。
Further, in Comparative Example 8, silicon carbide (SiC), which is hard particles, was dispersed in plating on the ring side. Conceivable.

【0080】さらにまた、エンジン耐久試験を100時
間行い、試験後にシリンダボアとピストンリングの摩耗
量を計測した結果を図1および図2に示す。表2に示す
試験番号1から8の組み合わせにおいて、本発明で規定
する条件を満たす組み合わせの場合はシリンダボアおよ
びピストンリングの摩耗量が共に低いレベルとなってい
る。
Further, the engine durability test was performed for 100 hours, and the results of measuring the wear of the cylinder bore and the piston ring after the test are shown in FIGS. 1 and 2. In the combinations of Test Nos. 1 to 8 shown in Table 2, when the combination satisfies the conditions specified in the present invention, the wear amounts of the cylinder bore and the piston ring are both at low levels.

【0081】このような試験結果により、本発明に従え
ば、被削性および生産性に優れたアルミニウム合金部材
と相手部材とについて、耐摩耗性および耐焼き付き性の
優れた組み合わせを得ることができ、これを具体的に適
用したシリンダボアとピストンリングとの組み合わせを
得ることができることが確認された。
From the above test results, according to the present invention, a combination excellent in wear resistance and seizure resistance can be obtained for an aluminum alloy member excellent in machinability and productivity and a mating member. It has been confirmed that a combination of a cylinder bore and a piston ring to which this is specifically applied can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エンジン耐久評価結果のうち、トップリング摩
耗量およびボア摩耗量を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a top ring wear amount and a bore wear amount among engine durability evaluation results.

【図2】エンジン耐久評価結果のうち、オイルリング摩
耗量を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an oil ring wear amount among engine durability evaluation results.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16J 1/01 F16J 1/01 (72)発明者 馬 渕 豊 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 塩 田 正 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 勝 雅 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 村 田 聡 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G024 AA22 FA06 GA06 GA10 GA18 HA00 HA02 HA03 HA07 HA13 3J044 AA02 AA08 BA04 BA10 BB14 BB15 BB26 BB27 BB31 BB37 BC06 BC11 DA09 4K020 AA22 AA27 AC06 BB27 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) F16J 1/01 F16J 1/01 (72) Inventor Yutaka Mabuchi Yutaka 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Inside (72) Inventor Masahiko Shiota 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Masahiko Katsu 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72 ) Inventor Satoshi Murata 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 3G024 AA22 FA06 GA06 GA10 GA18 HA00 HA02 HA03 HA07 HA13 3J044 AA02 AA08 BA04 BA10 BB14 BB15 BB26 BB27 BB31 BB37 BC06 BC11 4K020 AA22 AA27 AC06 BB27

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、Si:14.5〜16.5
%、Cu:3.0〜4.0%、Mg:0.55〜0.9
0%、Mn:0.40〜0.60%、Cr:0.05〜
0.30%、Ti:0.05〜0.15%、P:0.0
3〜0.05%、Fe:0.7〜1.2%、Zn:1.
0%以下、Ni:0.3%以下、Sn:0.3%以下を
含み、残部Alおよび不純物の成分組成を有し、平均粒
径3〜10μmの初晶SiおよびAl−Si−Fe−M
n−Cr系の金属間化合物が晶出しているアルミニウム
合金部材と、Ni,P,Coからなるめっきマトリクス
に六方晶窒化硼素および窒化珪素のうち少なくとも1種
からなる分散粒子を含む粒子分散複合めっき相手部材と
を組み合わせたことを特徴とする摺動部材。
1. Si: 14.5 to 16.5% by weight
%, Cu: 3.0 to 4.0%, Mg: 0.55 to 0.9
0%, Mn: 0.40 to 0.60%, Cr: 0.05 to
0.30%, Ti: 0.05 to 0.15%, P: 0.0
3-0.05%, Fe: 0.7-1.2%, Zn: 1.
0% or less, Ni: 0.3% or less, Sn: 0.3% or less, primary component Si and Al-Si-Fe- having an average particle diameter of 3 to 10 µm, having a balance of Al and impurities. M
An aluminum alloy member in which an n-Cr based intermetallic compound is crystallized, and a particle dispersion composite plating including a plating matrix composed of Ni, P, and Co and including dispersed particles composed of at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride. A sliding member comprising a combination with a mating member.
【請求項2】 アルミニウム合金部材は、機械研磨、電
解研磨、化学研磨等の研磨によりアルミニウム合金部材
表面から初晶Siが0.3〜1.5μm突出しかつまた
表面粗さがRa:0.1〜0.5μmであることを特徴
とする請求項1に記載の摺動部材。
2. The aluminum alloy member has primary crystal Si projected from the surface of the aluminum alloy member by 0.3 to 1.5 μm by polishing such as mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing, and has a surface roughness of Ra: 0.1. The sliding member according to claim 1, wherein the thickness is 0.5 μm.
【請求項3】 アルミニウム合金部材に対し、摺動方向
と垂直方向において、加工目の加工傷の交差角が25〜
55°となるクロスハッチ加工目をもちかつまた摺動方
向で計測した表面粗さがRa:0.1〜0.5μmであ
ることを特徴とする請求項1または2に記載の摺動部
材。
3. A crossing angle of a processing flaw of a processing edge of the aluminum alloy member in a direction perpendicular to a sliding direction is 25 to 3.
The sliding member according to claim 1, wherein the sliding member has a cross hatch stitch of 55 ° and has a surface roughness Ra: 0.1 to 0.5 μm measured in the sliding direction.
【請求項4】 粒子分散複合めっき相手部材のマトリク
ス組成が、P:0.2〜10%、Co:10〜40%を
含み、残部Niおよび不純物からなることを特徴とする
請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動部材。
4. The particle-dispersed composite plating mating member has a matrix composition containing P: 0.2 to 10% and Co: 10 to 40%, the balance being Ni and impurities. The sliding member according to any one of the above.
【請求項5】 粒子分散複合めっき相手部材について、
基材が炭素鋼,鋳鉄,ステンレス鋼のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の摺
動部材。
5. A particle dispersion composite plating partner member,
The sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the base material is any one of carbon steel, cast iron, and stainless steel.
【請求項6】 粒子分散複合めっき相手部材について、
分散粒子の平均粒径が0.5〜10μmとなる六方晶窒
化硼素および窒化珪素のうち少なくとも1種からなる分
散粒子を含んでいることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれかに記載の摺動部材。
6. A particle dispersion composite plating partner member,
6. A method according to claim 1, wherein the dispersion particles include at least one of hexagonal boron nitride and silicon nitride having an average particle diameter of 0.5 to 10 [mu] m.
The sliding member according to any one of the above.
【請求項7】 粒子分散複合めっき相手部材について、
固体潤滑材である六方晶窒化硼素からなる分散粒子を5
〜10面積%分散していることを特徴とする請求項1な
いし6のいずれかに記載の摺動部材。
7. A particle dispersion composite plating partner member,
Dispersed particles consisting of hexagonal boron nitride as a solid lubricant
The sliding member according to any one of claims 1 to 6, wherein the sliding member is dispersed by 10 to 10 area%.
【請求項8】 粒子分散複合めっき相手部材について、
高強度材である窒化珪素からなる分散粒子を5〜30面
積%分散していることを特徴とする請求項1ないし7の
いずれかに記載の摺動部材。
8. The particle dispersion composite plating partner member,
The sliding member according to any one of claims 1 to 7, wherein dispersed particles composed of silicon nitride, which is a high-strength material, are dispersed in 5 to 30 area%.
【請求項9】 アルミニウム合金部材が内燃機関のシリ
ンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がピスト
ントップリングおよびセカンドリングである組み合わせ
としたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに
記載の摺動部材。
9. A combination according to claim 1, wherein the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is a piston top ring and a second ring. Sliding member.
【請求項10】 アルミニウム合金部材が内燃機関のシ
リンダボアであり、粒子分散複合めっき相手部材がオイ
ルリングである組み合わせとしたことを特徴とする請求
項1ないし8のいずれかに記載の摺動部材。
10. A sliding member according to claim 1, wherein the aluminum alloy member is a cylinder bore of an internal combustion engine, and the particle dispersion composite plating counterpart member is an oil ring.
【請求項11】 粒子分散複合めっき相手部材がピスト
ントップリング,セカンドリングまたはオイルリングで
あり、粒子分散複合めっきの上に、二硫化モリブデン,
グラファイト,三酸化アンチモン,ポリテトラフルオロ
エチレンのうちから選ばれる1種以上の粒子を含む樹脂
をマトリクスとした焼成膜が成膜されていることを特徴
とする請求項1ないし10のいずれかに記載の摺動部
材。
11. A particle dispersion composite plating counterpart is a piston top ring, a second ring or an oil ring, and molybdenum disulfide,
11. A fired film having a matrix containing a resin containing at least one particle selected from graphite, antimony trioxide, and polytetrafluoroethylene is formed. Sliding member.
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JP2017223191A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine
CN114054747A (en) * 2022-01-11 2022-02-18 爱柯迪股份有限公司 Boron nitride powder composite doped stainless steel piston ring for engine and preparation method thereof

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