JP2000290781A - 金属摺動部品用表面処理液及び金属摺動部品用表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属合金鋼の摺動部品に初期なじみ性、耐摩
耗性、耐焼付性、潤滑性及び密着性に優れた非晶質系の
化成膜を形成する表面処理液及び表面処理法を提供する
こと。 【解決手段】 金属摺動部品表面にリン酸タングステ
ン、２価の金属類を主基材として、塩素酸ナトリウム、
次亜塩素酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウムを主酸化剤
とする。又酸化補助剤として硝酸ナトリウム、硝酸ニッ
ケル、亜硝酸ナトリウム、ブロム酸ナトリウムを含有す
る。また、必要に応じてはモリブデン酸イオン、フッ化
物イオン、銅イオンを含有する表面処理液に接触させ非
晶質系の化成被膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属摺動部品の表
面処理液及び表面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属摺動部品は、鉄、ステンレススチー
ル、アルミ合金鋼、銅合金鋼等などにより加工されて形
成され、摺動性を向上するように表面処理がなされてい
るものがあった。例えば、自動車エンジン用のバルブシ
ムや軸受け部等の金属摺動部品表面には、耐スカッフィ
ング性を向上させるために、従来よりリン酸マンガン系
などの結晶性の化成皮膜により被覆されているものがあ
った。この、金属摺動部品表面上における結晶性の化成
皮膜は、耐防触性や、初期なじみ性の点では有効であっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、従来の金属摺動部品表面上における結晶性皮膜、例
えば、特殊鋼等摺動部品表面の化成被膜は、被膜厚み５
μｍ〜１２μｍのリン酸マンガン系の被膜では、表面粗
さがＲｚ値２.５μｍ〜２.８μｍと大きく、そのため摩
擦抵抗が大きく高負荷重時において焼付き性や耐摩耗性
に問題があった。

【０００４】また、リン酸マンガン系被膜では溶解性鉄
分の上昇が大きく亜硝酸ナトリウム等の酸化促進剤によ
って不溶解性の鉄分となってスラッジが生じ、金属摺動
部品表面に余分な白い粉として付着させることとなり、
薬液コントロールが容易でなく、また薬剤の寿命が短く
なるためコスト面でも有利ではないという問題があっ
た。

【０００５】さらに、金属摺動部品の表面の摩擦抵抗を
減少させるために金属摺動部品の素材表面の表面粗さを
Ｒｚ値０.４μｍ〜０.６μｍ程度まで減少させ、非晶質
系のリン酸鉄系のニッケル、モリブデン等を含む厚み
０.８μｍ〜１.２μｍの複合酸化被膜を採用し、表面粗
さがＲｚ値０.６μｍ〜０.８μｍ程度の化成皮膜が得ら
れるようになったが、この化成被膜によっても、金属摺
動部品に対して優れた耐摩擦性、耐摩耗性、潤滑性を有
する化成皮膜としては十分な平滑性ではなかったという
問題があった。

【０００６】この発明は上記課題を解決するものであ
り、金属摺動部品の表面粗さを粗くすることなく容易且
つ安価に金属摺動面の初期なじみ性、潤滑性、耐摩耗性
のよい被膜の化成が可能な表面処理液及びそれを用いる
処理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】

【０００７】本発明者は、上記課題を解決するため、金
属摺動部品表面の表面粗さをＲａ値０.０１μｍ〜０.０
３μｍ程度まで小さくし、表面を粗すことなく表面粗さ
がＲａ値０.０１μｍ〜０.０３μｍ程度の化成被膜を形
成するべく種々の組成の化成処理液を調製し、耐摩擦
性、耐摩耗性、耐焼付き性が良好で処理被膜の摺動性能
の高い化成被膜形成の金属摺動部品用表面処理液及び処
理方法を検討した。なお、表面粗さの測定には、株式会
社ミツトヨ製表面粗さ測定機サーフテストＳＶ４０２を
使用した（以下の測定において同じ）。

【０００８】従来からのリン酸マンガン系の化成皮膜で
は防錆性などに優れるが、金属摺動部品の表面皮膜にお
いては、皮膜厚さを厚くすると表面粗さが粗くなりスカ
ッフィング性や摩擦性を悪化させると発明者は考えた。
ここでスカッフィングとは、相対滑り運動部分において
各種要因により局部的に固体接触状態となり摩擦熱の発
生により溶着、固着しその部分がむしり取られる現象を
いう。そこで、発明者は、金属摺動部品表面の表面粗さ
がＲａ値０.０１μｍ〜０.０３μｍ、Ｒｚ値０.１μｍ
〜０.３μｍ程度に小さい金属摺動部品表面に、リン酸
モリブデン系の皮膜処理液によって処理をしてみたが、
この場合、皮膜外観（色彩）についても安定化に乏し
く、鉄分が上昇しスラッジの析出量も多く、又表面粗さ
もＲａ値０.０５μｍ〜０.０８μｍに上昇したため、課
題は解決できなかった。さらに、酸化剤として塩素酸ナ
トリウムを添加し、処理時間を短縮してリン酸モリブデ
ンによる膜厚の薄い化成被膜を試みたが、被膜の安定性
に欠け十分な結果が得られなかった。

【０００９】そこで、発明者は、従来の金属表面をリン
酸等によりエッチングをしてここに金属の結晶からなる
被膜を形成する方法によれば、膜厚が厚く化成皮膜の表
面粗さも粗くなると考え、従来にはなかった発想で、膜
厚が薄く且つ安定した膜が形成できるように種々の手段
を実験し、以下の発明をもって上記課題を解決すること
に成功した。以下、本発明を説明する。

【００１０】最初の発明は、第１リン酸タングステンか
らなるタングステン金属の溶液を主体とし、主酸化剤と
して塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、過塩素
酸ナトリウムの少なくとも一つを含む塩素酸塩類を含有
させた金属摺動部品用表面処理液及びこの金属摺動部品
用表面処理液を用いた処理方法である。

【００１１】本発明は、従来のマンガン系やモリブデン
系の金属塩を排除し代替薬剤として第１リン酸タングス
テンからなるタングステン金属の溶液を主体とすること
で、マンガン系やモリブデン系の金属塩等を主体とする
ことによるスカッフィング性の低下などの不都合を排除
するものである。

【００１２】ここで、第１リン酸タングステンは、処理
液の溶質中に５重量％以上含むものがよく、望ましく
は、４１重量％乃至５１重量％、特に望ましくは４６重
量％程度含むものである。また、他の２価の金属である
モリブデン、ブロム、ニッケル、銅等の他の２価の金属
塩を含まないか、含んだ場合でも、第１リン酸タングス
テンを越えない範囲で１０重量％以下、特にモリブデン
酸ナトリウム、モリブデン酸アンモニウム、ブロム酸ナ
トリウム、硝酸ニッケルでは溶質の１０重量％以下、硫
酸銅では溶質の５重量％以下であることが望ましい。こ
のように、第１リン酸タングステン以外の金属塩を制限
することで、タングステン系の被膜が安定して被膜形成
される。

【００１３】また、塩素酸ナトリウムであれば、処理液
中０.００３重量％〜０.９重量％程度含むものが望まし
く、さらに望ましくは処理液中０.０１５重量％〜０.０
６重量％程度含むものが望ましい。尚、次亜塩素酸ナト
リウム又は過塩素酸ナトリウムを用いた場合は、塩素酸
ナトリウムに準じて、その酸化力から換算した量に調整
して用いる。

【００１４】この金属摺動部品用表面処理液を用いて例
えば建浴処理をすることで、塩素酸塩の強力な酸化力の
ため短時間で処理が行われ、その結果金属表面が過剰に
エッチングされて溶解性鉄分が上昇することを抑止する
とともに、表面を粗くすることがない。 また、スラッ
ジの発生も少なく、表面の外観を損ねることもない。さ
らに、非晶質の皮膜が形成されることから、極めて薄く
緻密な皮膜が形成される。そして、耐熱性が３００℃か
ら４８０℃になり、摩擦係数も０.０５〜０.０９にな
る。

【００１５】その結果、安定した皮膜外観を持ち、化成
被膜形成時間に従来１０分程度かかっていたのが４０〜
６０秒に極端に短縮し、化成皮膜を金属摺動部品表面上
に極端に薄く、例えば、被膜が形成される金属摺動部品
の表面粗さがＲａ値０.０２μｍ〜０.０３μｍであれ
ば、この表面粗さを粗くすることなく、皮膜の表面粗さ
がＲａ値０.０２μｍ〜０.０３μｍである緻密な非晶質
の平滑な皮膜を形成することに成功した。特に、耐熱性
が向上し且つ、摩擦係数が下がることで耐スカッフィン
グ性が著しく高まっており、タッチオイリングなしの無
潤滑の状態でも極めて高い耐スカッフィング性を示す。
また、摩擦係数が下がることで、焼き付き性や耐摩耗性
についても良好な結果となり、さらに摺動抵抗が下がる
ことで、省エネルギの面からも摺動部品として好ましい
ものとなった。その上、長期間に亘って使用した場合
に、化成皮膜が摩耗して金属摺動部品の表面が現れて
も、化成皮膜を形成するときのエッチングにより表面粗
さが粗くなっているようなことがなく、金属摺動部品の
表面が現れた場合でも急激に摩擦係数が上昇するような
こともなくなる。

【００１６】しかも、塩素酸ナトリウム等の強力な酸化
力により溶解性鉄を瞬時に不溶性の鉄に変換するため、
溶解性鉄分の発生を抑止しつつ皮膜形成を完結する。そ
のため、処理液の劣化は殆どなく処理液の寿命を約３ヶ
月から１２ヶ月と著しく延命させることができた。

【００１７】次の発明は、前処理としての化成皮膜処理
工程前の脱脂工程において、リン酸チタンを脱脂処理液
に混入することで、脱脂工程においてリン酸チタンの極
めて薄い膜を形成し、上記方法にて化成処理を施す処理
方法でである。この処理方法により処理したところ、金
属摺動部品表面のリン酸チタンの膜により化成皮膜処理
におけるエッチング反応を弱くし、金属摺動部品表面の
表面粗さを粗くすることがなくなった。

【００１８】なお、脱脂工程後に、水洗後単独の工程と
して表面調整工程を行い、このときにリン酸チタンを用
いてリン酸チタンの膜を形成して、さらに水洗してもよ
いが、上記のように脱脂工程で合わせておこなうこと
で、表面調整工程と水洗工程の合わせて２工程が省略で
き、生産効率がよい。

【００１９】リン酸チタンの膜を形成することで、金属
摺動部品表面の水濡性が大きく改善され、かつ、表面の
リン酸チタンを核として化成皮膜の形成が進行するた
め、量産設備において適用しても、皮膜化成時間が８〜
１５分掛かっていたのが、２〜３分と著しく短縮され
た。

【００２０】また、その上被膜の安定性も向上し皮膜外
観も改善され、金属表面の皮膜表面粗さがＲａ値０.０
３〜０.０４μｍに、皮膜剥離後の表面粗さもＲａ値０.
０４μｍ〜０.０６μｍと改善された。

【００２１】さらに次の発明は、上述のリン酸タングス
テンを主体とする金属摺動部品表面処理液に酸化補助剤
として、ブロム酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、亜硝酸
ナトリウム、硝酸ニッケル、若しくは硝酸銅のうちの少
なくとも１つを含有するようにして調製した金属摺動部
品用表面処理液及びこの金属摺動部品用表面処理液を用
いた処理方法である。

【００２２】この金属摺動部品用表面処理液を用いた処
理方法によれば、化成皮膜が迅速に形成された。これ
は、主酸化剤である塩素酸塩は強力な酸化剤であるが、
遊離した塩素イオンが還元剤として働く緩衝作用が生じ
酸化力が低下することがあり、この緩衝作用からくる処
理の進行の停滞を、これらの酸化補助剤により酸化力を
低下させることなく処理を進行させることができるため
である。

【００２３】そのため、迅速に処理を進行させることが
でき、過度のエッチングにより金属摺動部品表面の表面
粗さを粗くすることなく平滑な表面を得られるととも
に、溶解性鉄を瞬時に不溶性の鉄に変換するため、溶解
性鉄分の発生を抑止することができた。

【００２４】また、次の発明は、前述の金属摺動部品用
表面処理液に珪フッ化水素酸、珪フッ化亜鉛、フッ化水
素酸、硼フッ化亜鉛のうちの少なくとも１つをさらに含
有させた金属摺動部品用表面処理液である。

【００２５】Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｉ合金鋼に対しては、リン
酸及び塩素酸ナトリウムなどによってはエッチング反応
が生じないが、この金属摺動部品用表面処理液では珪フ
ッ化水素酸、珪フッ化亜鉛、フッ化水素酸、硼フッ化亜
鉛を配合することでフッ化物イオンの介在により有効に
エッチングが行われるため、これらの合金鋼に対しても
非晶質系の薄い化成被膜を形成することができる。この
珪フッ化水素酸、珪フッ化亜鉛、フッ化水素酸、硼フッ
化亜鉛は、例えば前述の金属摺動部品用表面処理液の
０.１（重量％）程度添加される。

【００２６】また、次の発明は、金属摺動部品の表面に
化成被膜を形成する工程の後に、金属摺動部品を、四フ
ッ化エチレン樹脂又は変性シリカ系セラミックスを含む
コンパウンドと、メディアとともにバレルにより混合攪
拌し、前記化成皮膜処理を形成する工程で形成された化
成皮膜に、さらに四フッ化エチレン樹脂又は変性シリカ
系セラミックスを被覆する工程を行う金属摺動部品用表
面処理方法である。

【００２７】この処理方法によれば、化成皮膜処理を形
成する工程で形成された化成皮膜に摩擦係数の極めて小
さい四フッ化エチレン樹脂又は変性シリカ系セラミック
スが付着するため、例えば、金属摺動部品の表面の摩擦
係数が０.１程度から０.０６〜０.０８程度に著しく低
下し、特に初期なじみ性が極めて良くなるため、機械を
組み付けた直後の無潤滑の状態でも、タッチオイリング
なしに摺動させてもスカッフィングを生じることがな
い。なお、四フッ化エチレン樹脂は、形状が微粉末状
で、その粒径は０.２μｍ〜０.３μｍで、望ましくは、
０.２μｍである。又は変性シリカ系セラミックスは、
液状の媒体に分散させたもので、その粒径は０.８μｍ
〜１.２μｍで、望ましくは０.６μｍである。

【００２８】また、次の発明は、上記金属摺動部品の表
面に化成被膜を形成する工程が、バレル研磨中に行われ
る金属摺動部品用表面処理方法である。

【００２９】この処理方法によれば、金属摺動部品を別
途建浴することなく、バレル研磨中に化成被膜を形成す
るため、化成処理にかかる工程が著しく省略され生産性
が高いものとなる。

【００３０】また、次の発明は、金属摺動部品の表面に
化成被膜を形成する工程が、スプレー法により行われる
金属摺動部品用表面処理方法である。

【００３１】この処理方法であれば、上述の金属摺動部
品の表面に化成被膜を形成する工程が、スプレー法によ
り行なうこともでき、インラインでスプレーすることで
生産効率を上げることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態を実施
例により説明する。

【００３３】（実施例１）実施例１は、建浴により化成
皮膜を形成する場合の金属摺動部品用表面処理液及びそ
の処理の方法である。

【００３４】金属摺動部品用表面処理液の原液生成用の
溶質の組成の１例を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１に示すような溶質を、第１リン酸タン
グステン水和物４６ｇ／ｌを主体として、主酸化剤に塩
素酸ナトリウム水和物１２ｇ／ｌ、酸化補助剤として硝
酸ナトリウム水和物１７ｇ／ｌ、ブロム酸ナトリウム水
和物１２ｇ／ｌ、また、被膜の核となる誘導剤金属塩と
して硝酸ニッケル水和物１３ｇ／ｌになるように水を溶
媒として溶解して原液とする。そして、この原液をさら
に６重量％の濃度になるように水を溶媒として希釈して
処理液として使用する。

【００３７】上記のように金属摺動部品用表面処理液を
調製することで、全酸度１６〜２０ポイント、遊離酸度
０.５〜０.９ポイントに設定された金属摺動部品用表面
処理液が得られるので、これを温度７０±５℃の範囲に
保温して使用する。

【００３８】以下、実施例１の処理の手順を説明する。
ここでは、処理の対象としてＪＩＳ特殊鉄鋼ＳＣＭ−４
１５プレス成形自動車用摺動部品に熱処理加工を施し、
表面硬化した金属摺動部品を例とする。

【００３９】まず、最初の工程では、研磨処理をするた
め、新東ブレータ工業株式会社製ＳＫＣ型高速バレルを
用い、メディアとコンパウンドと共に研磨する。ここで
金属摺動部品の表面粗さがＲａ値０.０２μｍ〜０.０３
μｍになる。

【００４０】次の工程では、金属摺動部品をバスケット
トレー等により、例えば、オルソ珪酸ナトリウム７ｋ
ｇ、メタ珪酸ナトリウム５ｋｇ、ＡＢＳナトリウム酸３
ｋｇ、チタンリン酸ナトリウム５ｋｇからなる薬剤を４
０ｇ／ｌになるように水で希釈して使用する有限会社サ
ーフェイス・テックス製の弱アルカリ系脱脂剤＃Ｃ−７
５Ｄを使用し、リン酸チタンを１０ｇ／ｌ程度添加し
て、５０℃〜７０℃で５〜１０分浸漬して脱脂する。

【００４１】次の工程では、清水にて常温で１分間水洗
する。

【００４２】次の工程では、前述の金属摺動部品用表面
処理液を６５℃〜７５℃に加温して、ここに３０秒から
６０秒浸漬して、リン酸タングステンの被膜を形成す
る。

【００４３】次の工程では、清水にて常温で１分間水洗
する。

【００４４】次の工程では、清水にて７５℃〜８５℃で
２分間湯洗する。

【００４５】次の工程では、１２０℃〜１３０℃で１０
分間熱風乾燥処理をする。

【００４６】以上の工程で、処理が完了する。

【００４７】処理液に金属素材を接触させることにより
遊離リン酸に頼る比較的強いエッチングを伴う反応皮膜
形成法をエッチング反応の緩慢な特徴を持った本処理液
による皮膜形成方法を採用することにより、薄く、緻密
で密着性の高い皮膜（皮膜厚さ０.４〜０.８μｍ、皮膜
表面表面粗さＲａ値０.０２μｍ〜０.０３μｍ）を金属
摺動部品表面に形成する

【００４８】（実施例２）実施例２では、実施例１の第
１リン酸タングステンの被膜を形成する工程、及び水洗
・乾燥の工程後に、バレルにメディアとして新東ブレー
ター株式会社のＢ−２０、敷島チップトン株式会社のＰ
Ｓ−５と、コンパウンド薬品として四フッ化エチレン樹
脂又は変性シリカ系セラミックスとを金属摺動部品と共
に入れてドライ処理により処理を行う工程である。ドラ
イ処理の場合には、およそ５〜８分処理を行う。

【００４９】ここでは、四フッ化エチレン樹脂は、ダイ
キン工業株式会社のルブロン（登録商標）ＬＤ−１００
Ｅを用い、その粒径は、０.２μｍである。又配合量
は、およそ５０ｇ／ｌ程度である。変性シリカ系セラミ
ックスを用いる場合は、株式会社トウペ製ポーセリン
（登録商標）＃２００などが好適に用いられる。

【００５０】コンパウンド薬品として四フッ化エチレン
樹脂をドライ方式にてメディアと共に機械的に擦り合わ
せることにより、金属摺動部品表面に表面粗さを粗くす
ることなく、それでいて著しく摩擦係数が０.０６〜０.
０８に減少した金属摺動部品表面を得ることができた。

【００５１】尚、処理はドライ処理を例に説明をした
が、ウエット処理により行うこともできる。

【００５２】（実施例３）実施例３では、バレル研磨を
荒仕上研磨、仕上研磨、精密研磨の３段階に分け、精密
研磨の工程中に金属摺動部品用表面処理液を使用するこ
とにより、精密研磨工程中において金属摺動部品表面に
薄く緻密且つ強固な密着性の高い皮膜を常温から８０℃
の温度範囲にて短時間（２〜３分）にインライン中に化
成皮膜を形成する処理工程を特徴とするでものである。

【００５３】ここで、荒仕上研磨工程とは、機械切削の
荒い筋状の突起を研磨することを主目的とするもので、
メディアはアグレッシブなメディアを使用する。例え
ば、三角形や竿状の突起部分を有するメディアと、丸み
を帯びた形状のメディアを用いる。また、コンパウンド
も酸エッチングタイプや、コロイド状の薬品を使用す
る。具体的には、蓚酸、第１リン酸ナトリウム、過酸化
水素、硫酸等を使用する。又、バレルには流動式のバレ
ルを使用する。

【００５４】仕上研磨とは、荒仕上研磨により研磨され
たものをさらに研磨するため、新たに深い傷が付かない
ように研磨する。そのためメディアには、球状のものを
使用し、コンパウンドもワーク間又はメディア間の接触
を緩衝する潤滑性を保持した薬剤を使用する。具体的に
は、ボラックス、界面活性剤、第４リン酸ナトリウム、
ＡＢＳナトリウム等を使用する。なお、従来では金属摺
動部品用表面処理については仕上研磨にて終了するのが
普通であった。

【００５５】精密研磨とは、主に振動式のバレルを用
い、さらに平滑な面を得ることを目的とする。そのため
メディアは、大・中・小と最低３種類を使用する。コン
パウンドも滑性と防錆性をも考慮し、振動の強弱等にも
配慮して処理をする。具体的には、ピロリン酸ナトリウ
ム、カルボキシルメチルセルロース、ＡＢＳナトリウム
等を使用する。

【００５６】本実施例において最初の荒仕上研磨の工程
では、バレルに流動研磨方式のバレルである新東ブレー
ター株式会社製ＥＶＦ型ロールフローを用い、メディア
とコンパウンドとともに研磨する。メディアは、新東ブ
レーター株式会社製ＰＳ−８、ＰＳ−５を用い、コンパ
ウンドは、新東ブレーター株式会社製ラスターオールを
使用して、およそ２０分間研磨した後、蓚酸を加えて１
０分間処理をする。この荒仕上研磨の工程が終了する
と、表面粗さが、Ｒｚ値０.８μｍ〜１.０μｍ程度にな
る。

【００５７】次の仕上研磨の工程では、この例では、バ
レルに新東ブレータ株式会社製ＳＫＣ型高速バレルを用
い、メディアには、新東ブレーター株式会社製ＰＳ−
８、ＰＳ−５を用い、コンパウンドは、新東ブレーター
株式会社製ラスターオールを使用して、およそ２０分間
処理を行う。この仕上研磨で、表面粗さＲｚ０.３μｍ
〜０．４μｍ程度になる。

【００５８】さらに、次の精密研磨の工程では、回転式
のバレルに代えて新東ブレーター株式会社製のＶＦ型振
動バレルを使用する。メディアはＰＳ−５、Ｂ−６等を
用いコンパウンドは、ラスターオールにＣ．Ｍ．Ｃ含有
アルカリ防錆タイプを使用して、およそ２０分間研磨す
る。

【００５９】次の工程では、精密仕上研磨の工程の状態
から、金属摺動部品用表面処理液をバレル中に投入し、
常温で攪拌して、リン酸タングステンの被膜を形成す
る。

【００６０】次の工程では、清水にて常温で１分間水洗
する。

【００６１】次の工程では、清水にて８０℃〜９０℃で
２分間湯洗する。

【００６２】次の工程では、１２０℃〜１３０℃で１０
分間熱風乾燥処理をする。

【００６３】以上の工程で、処理が完了する。

【００６４】（実施例４）実施例４は、実施例１又は実
施例２の工程において、建浴工程を、インライン上でシ
ャワースプレーにより金属摺動部品用表面処理液を金属
摺動部品に噴霧する工程に代えたものである。

【００６５】（実験例）下記に実験例を比較例と共に挙
げる。

【００６６】実験例及び比較例において、供試材として
特殊鉄鋼ＳＣＭ−４１５プレス成形自動車用摺動部品に
熱処理加工を施し、表面硬化した金属摺動部品を試験片
とした。

【００６７】ＳＭＣ−４１５金属摺動部材をバレル研磨
処理において予め表面の表面粗さをＲａ０.０１μｍ〜
０.０３μｍに調整された部材を、オルソ珪酸ナトリウ
ム７ｋｇ、メタ珪酸ナトリウム５ｋｇ、ＡＢＳナトリウ
ム酸３ｋｇ、チタンリン酸ナトリウム５ｋｇからなる薬
剤を４０ｇ／ｌになるように水で希釈して使用する有限
会社サーフェイス・テックス製の弱アルカリ系脱脂剤＃
Ｃ−７５Ｄを使用し、７５℃において５分間脱脂し、水
洗後皮膜生成処理を施し水洗後、１２０℃の熱風で８分
間熱風乾燥した。

【００６８】実験１に使用する金属摺動部品用表面処理
液は、前掲の表１に示す実施例１で用いた金属摺動部品
用表面処理液を用いた。また、以下に示す表２は、比較
例として用いた、塩素酸塩及び第１リン酸タングステン
を含まないモリブデン酸ナトリウム水和物を主剤とする
処理液の溶質の組成を示す。なお以下の実験において、
表２に示す組成の処理液を「モリブデン系処理液」とい
う。

【００６９】

【表２】

【００７０】以下に示す、表３は、他の比較例として従
来の塩素酸塩及び第１リン酸タングステンを含まない亜
鉛マンガン系の処理液の溶質の組成を示す。なお以下の
実験において、表３に示す組成の処理液を「カルシウム
マンガン系処理液」という。

【００７１】

【表３】

【００７２】（実験例１）実験例１は、リン酸タングス
テン及び塩素酸塩を主体とする表１に示す実施例１の金
属摺動部品用表面処理液と、表２に示す無塩素酸塩系の
組成の処理液及び表３に示す他の組成の処理液による処
理を比較した。

【００７３】この結果、表３に示すカルシウムマンガン
系処理液を用いた場合は、表面粗さＲｚ値０．６μｍ〜
０.８μｍとやや改善され、被膜厚みも０．８μｍ〜１.
２μｍと改善されたが、未だ不十分なものであった。

【００７４】表２に示すモリブデン系処理液で処理した
場合、供試材の化成被膜は、被膜厚み５μｍ〜１２μｍ
の被膜となり、表面粗さがＲｚ値２.５μｍ〜２.８μｍ
と大きく摩擦抵抗が大きく、摩擦抵抗が大きく高負荷重
時において焼付き性や耐摩耗性に問題があった。

【００７５】また、スラッジが比較的多く生じ、金属摺
動部品表面に余分な白い粉として付着した。

【００７６】一方、実施例１における、金属摺動部品用
表面処理液では、塩素酸塩の強力な酸化力のため短時間
で処理が行われ、その結果金属表面のエッチング量が少
なく表面を粗くすることがなかった。その結果、安定し
た皮膜外観を持ち、化成被膜形成時間に従来１０分程度
かかっていたのが４０〜６０秒に極端に短縮し、化成皮
膜を金属摺動部品表面上に極端に薄く、表面粗さをＲａ
値０.０２μｍ〜０.０３μｍにして、緻密な非晶質の平
滑な皮膜を形成された。

【００７７】また、実施例１の金属摺動部品用表面処理
液では、塩素酸塩の強力な酸化力のため短時間で処理が
行われ、金属表面のエッチング量が少なく溶解性鉄分の
上昇が抑止され、スラッジの発生も少なく、表面の外観
を損ねることもなかった。

【００７８】なお、耐熱性が３００℃から４８０℃にな
り、摩擦係数も０.０５〜０.０９になった。そのため、
耐熱性が向上し且つ、摩擦係数が下がることで耐スカッ
フィング性が著しく高まっており、タッチオイリングな
しの無潤滑の状態でも極めて高い耐スカッフィング性を
示した。また、摩擦係数が下がることで、焼き付き性や
耐摩耗性についても良好な結果となった。

【００７９】また、実施例１の金属摺動部品用表面処理
液の塩素酸ナトリウムに代えて、次亜塩素酸ナトリウ
ム、あるいは過塩素酸ナトリウムを使用したところ、い
ずれも実施例１の金属摺動部品用表面処理液と同等の結
果を示すことが分かった。

【００８０】（実験例２）実験例２は、実施例１の金属
摺動部品用表面処理液について、酸化補助剤としてブロ
ム酸ナトリウムを含有した場合と含有しなかった場合に
ついて比較した。

【００８１】この結果、ブロム酸ナトリウムを含有する
表１に示す金属摺動部品用表面処理液では、良好な皮膜
が形成されたが、酸化補助剤としてブロム酸ナトリウム
を含まない場合は、皮膜形成能力が低下することが分か
った。

【００８２】なお、ブロム酸ナトリウムに代替して、硝
酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ニッケル、若し
くは硝酸銅においても同等の効果を示すことが分かっ
た。

【００８３】（実験例３）実験例３は、実施例１の金属
摺動部品用表面処理液について、さらに珪フッ化水素酸
を金属摺動部品用表面処理液の０.１重量％添加した場
合と、これを添加しなかった場合について比較をした。

【００８４】この結果、珪フッ化水素酸を添加しなかっ
た実施例１の金属摺動部品用表面処理液では、アルミニ
ウム、亜鉛、銅，又はチタン合金等の金属に対しては、
極端にエッチング力が不足するため、皮膜反応置換析出
が殆ど発生しないか、また発生しても密着力が弱かっ
た。一方、珪フッ化水素酸を添加した場合には、アルミ
ニウム、亜鉛、銅、又はチタン合金等の金属に対して、
エッチングが行われ、皮膜反応置換析出が発生し、その
密着力も強くなった。

【００８５】なお、珪フッ化亜鉛、フッ化水素酸、硼フ
ッ化亜鉛を添加した場合も、同等の効果があることが分
かった。

【００８６】（実験例４）実験例４は、実施例１の処理
において、脱脂工程で前述の有限会社サーフェイステッ
クス製の弱アルカリ系脱脂剤＃Ｃ−７５Ｄに、リン酸チ
タンを１０ｇ／ｌ程度添加して、５０℃〜７０℃で５〜
１０分浸漬して脱脂した場合と、リン酸チタンを添加し
なかった場合を比較した。

【００８７】この結果、リン酸チタンを添加して処理を
行った場合には、リン酸チタンを添加しないで処理を行
った場合に比較して、皮膜化成工程において皮膜のムラ
が生じにくくなったこと、皮膜形成の速度が速くなった
こと、皮膜の粗さが粗くなくなり平滑になったことにお
いて差が生じた。これは、表面粗さがＲａ値０.０１μ
ｍ〜０.０３μｍ付近の鏡面においては、水ハジキ現象
を起こすため、脱脂工程で若干皮膜をのせることによ
り、水ハジキ現象を解消できるものと推察される。

【００８８】（実験例５）実験例５は、四フッ化エチレ
ンにより処理を行った場合と行わなかった場合を比較し
た。金属摺動部品の表面に化成被膜を形成する工程の後
に、金属摺動部品を、微粉末状でその粒径が０.２μｍ
である四フッ化エチレン樹脂からなるコンパウンドと、
メディアとともにバレルにより混合攪拌し、前記化成皮
膜処理を形成する工程で形成された化成皮膜に、さらに
被覆する工程を行った。

【００８９】この結果、この処理を行った場合は、化成
皮膜処理を形成する工程で形成された化成皮膜に摩擦係
数の極めて小さい四フッ化エチレン樹脂が付着するた
め、例えば、金属摺動部品の表面の摩擦係数が処理を行
わなかった場合の０.１程度から０.０６〜０.０７程度
に著しく低下し、特に初期なじみ性が極めて良くなっ
た。そのため、機械を組み付けた直後の無潤滑の状態で
もタッチオイリングなしに摺動させてもスカッフィング
を生じることがなかった。

【００９０】なお、四フッ化エチレン樹脂に替えて液状
の媒体に分散させた粒径が０.６μｍの変性シリカ系セ
ラミックスを用いて同様の処理をした場合も、同様の効
果があった。

【００９１】以上、実施の形態に基づき本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良
変更が可能であることは容易に推察できるものである。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１に係る発明の金属摺動部品用表面処理剤によれ
ば、この金属摺動部品用表面処理剤を用いて処理するこ
とで、塩素酸塩の強力な酸化力のため短時間で処理が行
われるという効果がある。そのため、金属表面のエッチ
ング量が少なく金属摺動部品表面を粗くすることがな
く、平滑な表面を得ることができる。

【００９３】また、金属表面のエッチング量が少ないこ
とから、溶解性鉄分の上昇を抑止するという効果があ
る。そのため、スラッジの発生も少なく、表面の外観を
損ねることもない。

【００９４】そして、リン酸タングステンの非晶質の極
めて薄く緻密な皮膜が形成されるという効果がある。ま
た、耐熱性が高く、摩擦抵抗が低くなるため、耐スカッ
フィング性が高くなるという効果がある。また、摩擦係
数が下がることで、焼き付き性や耐摩耗性についても良
好になり、さらに摺動抵抗が下がることで、省エネルギ
の面からも摺動部品として好ましいものとなるという効
果がある。

【００９５】しかも、塩素酸ナトリウム等の強力な酸化
力により溶解性鉄を瞬時に不溶性の鉄に変換するため、
溶解性鉄分の発生を抑止しつつ皮膜形成を完結するた
め、処理液の劣化が殆どないという効果もある。

【００９６】請求項２に係る発明の金属摺動部品用表面
処理剤によれば、この金属摺動部品用表面処理剤を用い
て処理することで、化成処理皮膜が迅速に形成されると
いう効果がある。そのため、さらに、過度のエッチング
により金属摺動部品表面の表面粗さを粗くすることなく
平滑な表面を得られるとともに、溶解性鉄を瞬時に不溶
性の鉄に変換するため、溶解性鉄分の発生を抑止するこ
とができるという効果もある。

【００９７】請求項３に係る発明の金属摺動部品表面処
理剤によれば、この金属摺動部品用表面処理剤を用いて
処理することで、リン酸及び塩素酸ナトリウムなどによ
ってはエッチング反応が生じない或いは生じ難いＡｌ，
Ｚｎ，Ｃｕ，Ｔｉ合金鋼に対しても、珪フッ化水素酸、
珪フッ化亜鉛、フッ化水素酸、硼フッ化亜鉛を配合する
ことでフッ化物イオンの介在により有効にエッチングが
行われるため、これらの合金鋼に対しても非晶質系の薄
い化成被膜を形成することができるという効果がある。

【００９８】請求項４に係る発明の金属摺動部品用表面
処理方法では、塩素酸塩の強力な酸化力のため短時間で
処理が行われるという効果がある。そのため、金属表面
のエッチング量が少なく金属摺動部品表面を粗くするこ
とがなく、平滑な表面を得ることができる。

【００９９】また、金属表面のエッチング量が少ないこ
とから、溶解性鉄分の上昇を抑止するという効果があ
る。そのため、スラッジの発生も少なく、表面の外観を
損ねることもない。

【０１００】そして、リン酸タングステンの非晶質の極
めて薄く緻密な皮膜が形成されるという効果がある。ま
た、耐熱性が高く、摩擦抵抗が低くなるため、耐スカッ
フィング性が高くなるという効果がある。また、摩擦係
数が下がることで、焼き付き性や耐摩耗性についても良
好になり、さらに摺動抵抗が下がることで、省エネルギ
の面からも摺動部品として好ましいものとなるという効
果がある。

【０１０１】しかも、塩素酸ナトリウム等の強力な酸化
力により溶解性鉄を瞬時に不溶性の鉄に変換するため、
溶解性鉄分の発生を抑止しつつ皮膜形成を完結するた
め、処理液の劣化が殆どないという効果もある。

【０１０２】請求項５に係る発明の金属摺動部品用表面
処理方法では、金属摺動部品表面のリン酸チタンの膜に
より化成皮膜処理におけるエッチング反応を弱くし、金
属摺動部品表面の表面粗さを粗くすることがないという
効果がある。また、水濡性を改善することで化成皮膜の
形成時間が短縮されるという効果もある。

【０１０３】請求項６に係る発明の金属摺動部品用表面
処理方法では、化成皮膜処理を形成する工程で形成され
た化成皮膜に摩擦係数の極めて小さい四フッ化エチレン
樹脂又は変性シリカ系セラミックスが付着するため、金
属摺動部品の表面の摩擦抵抗が著しく低下し、特に初期
なじみ性が極めて良くなるため、耐スカッフィング性が
高くなるという効果がある。

【０１０４】請求項７に係る発明の金属摺動部品用表面
処理方法では、金属摺動部品を別途建浴することなく、
バレル研磨中に化成被膜を形成するため、化成処理にか
かる工程が著しく省略され生産性が高いものとなるとい
う効果がある。

【０１０５】請求項８に係る発明の金属摺動部品用表面
処理方法では、上述の金属摺動部品の表面に化成被膜を
形成する工程が、スプレー法により行なうこともでき、
インラインで、スプレーすることで 生産効率を上げる
ことができるという効果がある。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１リン酸タングステン溶液を主体とす
   る基剤と、 主酸化剤として、塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリ
   ウム、過塩素酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含
   有することを特徴とする金属摺動部品用表面処理液。
2. 【請求項２】 酸化補助剤として、ブロム酸ナトリウ
   ム、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ニッケ
   ル、若しくは硝酸銅のうちの少なくとも１つをさらに含
   有することを特徴とする請求項１に記載の金属摺動部品
   用表面処理液。
3. 【請求項３】 珪フッ化水素酸、珪フッ化亜鉛、フッ化
   水素酸、硼フッ化亜鉛のうちの少なくとも１つをさらに
   含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
   の金属摺動部品用表面処理液。
4. 【請求項４】 リン酸第１タングステンを主体とした溶
   液に、 主酸化剤として、塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリ
   ウム、過塩素酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含
   有する金属摺動部品用表面処理液を用いて金属摺動部品
   の表面に化成被膜を形成する工程を行うことを特徴とす
   る金属摺動部品用表面処理方法。
5. 【請求項５】 前記金属摺動部品の表面に化成被膜を形
   成する工程の前に、 リン酸チタンを含有する処理液を用いて予めチタンの膜
   を形成する工程を前処理として行うことを特徴とする請
   求項４に記載の金属摺動部品用表面処理方法。
6. 【請求項６】 前記金属摺動部品の表面に化成被膜を形
   成する工程の後に、 前記金属摺動部品を、四フッ化エチレン樹脂又は変性シ
   リカ系セラミックスを含むコンパウンドと、メディアと
   ともにバレルにより混合攪拌し、前記化成皮膜を形成す
   る工程で形成された化成皮膜に、さらに四フッ化エチレ
   ン樹脂又は変性シリカ系セラミックスを被覆する工程を
   行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の金
   属摺動部品用表面処理方法。
7. 【請求項７】 前記金属摺動部品の表面に化成被膜を形
   成する工程が、バレル研磨中に行われることを特徴とす
   る請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の金属摺動部
   品用表面処理方法。
8. 【請求項８】 前記金属摺動部品の表面に化成被膜を形
   成する工程が、スプレー法により行われることを特徴と
   する請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の金属摺動
   部品用表面処理方法。