JP7014554B2

JP7014554B2 - 摺動部材

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Publication number: JP7014554B2
Application number: JP2017184112A
Authority: JP
Inventors: 哲藤田; 晃茂植田
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: JP2019059972A; EP3460095B1; EP3460095A1

Description

本発明は、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を有する摺動部材に関する。

カーエアコン用コンプレッサ等は、シリンダ等の相手材と、該相手材と摺動する摺動面を有するベーン等の摺動部材を有しており、軽量化を目的として、相手材と摺動部材にはアルミニウム合金が用いられることが多い。ところが、摺動面ではアルミニウム合金同士が直接摺動し、摺動部材と相手材との間で摩耗や焼付きが生じるという問題がある。この対策として、摺動部材の表面にめっき皮膜を被覆することによって、アルミニウム合金同士が直接摺動するのを回避している。

例えば、カーエアコン用のロータリー型コンプレッサ用ベーンにおいては、アルミニウム合金の基材の表面にＮｉめっき皮膜を被覆することによって、アルミニウム合金同士が直接摺動するのを回避している。Ｎｉめっき皮膜としては、例えば、Ｐを含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる無電解Ｎｉ－Ｐめっき皮膜や、Ｂを含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる無電解Ｎｉ－Ｂめっき皮膜や、Ｐ及びＢを含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる無電解Ｎｉ－Ｐ－Ｂめっき皮膜や、Ｐ、Ｃｏ、及びＷを含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる無電解Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏ－Ｗめっき皮膜などが挙げられる。

無電解Ｎｉ－Ｐめっき処理は、一般にめっき浴が安定しているので、高速での皮膜形成に適しており、工業的にも広く利用されている。特許文献１では、Ｐ含有量が８～１０％の無電解Ｎｉ－Ｐめっき皮膜をベーンの外表面やシリンダブロックの内周面に形成した後、熱処理によって皮膜の硬度をＨＶ７００～８００に高めることが提案されている。

また、無電解Ｎｉ－Ｂめっき処理によれば、無電解Ｎｉ－Ｐめっき処理に比べて高い硬度を有する皮膜を得ることができることが知られている。特許文献２では、熱処理を施さなくともＨＶ８５０以上のビッカース硬度を有する無電解Ｎｉ－Ｂめっき皮膜が提案されている。また、特許文献３では、基材の硬度に影響を与えない温度域での熱処理によってＨＶ８００以上の硬度が得られる無電解Ｎｉ－Ｐ－Ｂめっき皮膜が提案されている。

また、特許文献４では、室温（２５℃）から高温（２００～４００℃）の温度域で高い硬度を示す無電解Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏ－Ｗめっき皮膜が提案されている。特許文献４では、Ｎｉ－Ｐめっき皮膜に対して、Ｃｏを１質量％以上５０質量％以下の範囲で添加することで高温硬度の向上を図るとともに、Ｗを１質量％以上２０質量％以下の範囲で添加することで高温硬度に悪影響を与えることなく、室温硬度を向上させることができることが報告されている。

特開昭６４－３２０８７号公報特開２０１５－３０８８５号公報特開平８－１５８０５８号公報特開２００７－１６２０６９号公報

特許文献１では、熱処理を施す前のＮｉ－Ｐめっき皮膜の硬度はＨＶ５５０程度であり、実用的に要求されるＨＶ６５０～８５０の硬度を得るには２００℃以上の高温域での熱処理が必要となる。しかし、このような高温域での熱処理は、基材として熱処理硬化型アルミニウム合金や樹脂を用いる場合、基材の強度を低下させてしまう。そのため、実際のカーエアコン用のロータリー型コンプレッサ用ベーンにおける皮膜には高温域での熱処理が施されておらず、皮膜の硬度はＨＶ５５０程度にしか到達していないのが現状である。このように皮膜の硬度が低いと、ベーンとして十分な耐摩耗性が得られない。

また、特許文献２では、熱処理を施さなくともＨＶ８５０以上の高い硬度を有する無電解Ｎｉ－Ｂめっき皮膜が得られ、特許文献３では、基材の硬度を著しく低下させることのない温度域での熱処理によってＨＶ８００以上の高い硬度を有する無電解Ｎｉ－Ｐ－Ｂめっき皮膜が得られるが、特許文献２、３のようにＢを含むめっき処理には以下のような問題がある。すなわち、Ｂを含むめっき処理では、還元剤としてホウ水素化ナトリウムやジエチルアミンボランやジメチルアミンボランなどのホウ素化合物を含むめっき液が用いられる。これらのホウ素化合物は、取扱いが難しく、めっき液に添加すると安定性を損なう。例えば、ホウ水素化ナトリウムは、酸性水溶液中で加水分解し、ＢＨ_４ ^－とＮｉ_２ ^＋が結合して難溶性塩が生じるため、強アルカリ液にしか適用できない。また、ジエチルアミンボランは水に難溶性の物質である。また、ジメチルアミンボランは、ｐＨ５以下の低ｐＨ環境では加水分解反応による自己分解を起こすので、めっき皮膜の形成に関与しない還元剤の消費が生じてしまう。このように、Ｂを含むめっき処理では、還元剤の取扱いが難しいので、めっき液の管理が困難となる。また、還元剤の分解に伴って、摺動部材の表面以外でもＮｉが析出し、このＮｉがめっき液中を漂って摺動部材の表面に付着すると、その表面には凸部が形成され、粗さ不良が発生してしまうので、所望の表面粗さを有する摺動部材を安定的に得ることができない。

また、特許文献４では、摺動特性に優れた摺動部材を得るべく、Ｎｉ－Ｐめっき皮膜に対してＣｏとＷを添加することで、皮膜の硬度を高めているものの、カーエアコン用のロータリー型コンプレッサ用ベーンのように、局所的な荷重が加わる高負荷環境下で使用される摺動部材にこの皮膜を適用することを想定すると、摺動部材の耐摩耗性をさらに向上させることが求められる。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、Ｂを含まないめっき皮膜によって耐摩耗性をさらに向上させた摺動部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討したところ、摺動部材の弾性率が低いと、摺動部材が相手材に押し付けられた際に摺動部材の変形が大きくなるため、相手材との摺動面積が大きくなり、結果として摺動部材の摩耗量が増えることから、高い弾性率を有する皮膜を被覆した摺動部材は高い耐摩耗性を有するのではないかという着想を得た。そして、本発明者らは、高い弾性率を有する皮膜を開発すべく鋭意検討した結果、低Ｐ型のＮｉめっき皮膜に所定量のＣｏを添加すると弾性率が高くなることを知見した。そして、この皮膜で基材の表面を被覆した摺動部材を作製したところ、摺動部材の耐摩耗性が向上することを確認し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）基材と、前記基材の上に形成されたＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜と、を有する摺動部材であって、
前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、Ｃｏを３．４質量％以上１０．０質量％未満、Ｐを０．０５質量％以上５．０質量％以下含有し、かつ残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする摺動部材。

（２）前記基材がアルミニウム又はアルミニウム合金である、上記（１）に記載の摺動部材。

（３）前記基材は、遷移金属元素を含有するＡｌ－Ｓｉ系合金であり、かつロックウェル硬度がＨＲＢ８０以上である、上記（１）に記載の摺動部材。

（４）前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の弾性率が８０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下である、上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の摺動部材。

（５）前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜のビッカース硬度がＨＶ６５０以上ＨＶ８５０以下である、上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の摺動部材。

（６）前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の厚さが３μｍ以上３０μｍ以下である、上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の摺動部材。

（７）前記基材と前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜との間に、厚さが１μｍ以上５μｍ以下の中間層をさらに有する、上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の摺動部材。

（８）前記摺動部材がコンプレッサ用ベーンである、上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の摺動部材。

（９）前記摺動部材が内燃機関の動弁機構のバルブリテーナーである、上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の摺動部材。

本発明によれば、Ｂを含まないめっき皮膜によって耐摩耗性をさらに向上させた摺動部材を得ることができる。

各発明例および比較例について、（Ａ）は、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜におけるＣｏ含有量と擬弾性率との関係を示し、（Ｂ）は、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜におけるＣｏ含有量とビッカース硬度との関係を示し、（Ｃ）は、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜におけるＣｏ含有量と摩耗深さとの関係を示すグラフである。（Ａ）は、摩擦摩耗試験に用いた２ピン式のテストピースの模式図であり、（Ｂ）は、擬弾性率および硬度の測定に用いる、テストピースから切り出したサンプル片の模式図であり、（Ｃ）は、該テストピースを用いた２ピン式のピンオンディスク試験機の模式図である。

以下、本発明の摺動部材の一実施形態を説明する。本実施形態の摺動部材は、基材と、該基材の上に形成されたＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜と、を有する。

本実施形態における基材は、純アルミニウム、アルミニウム合金、アルミ複合材料、マグネシウム合金や樹脂などの軽量材であれば、その合金系や材質は特に限定されない。アルミニウム合金としては、例えば、２０００系、４０００系、６０００系、７０００系などのアルミニウム系合金や、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１４、Ａ３９０などの高Ｓｉアルミニウム合金が挙げられる。アルミ複合材料としては、原料粉末のアトマイズ粉末に窒化珪素やアルミナなどのセラミックス粒子を混合させることにより、複合化したものが挙げられる。また、カーエアコン用のロータリー型コンプレッサにおける摺動部材のように、１５０℃程度の高温環境下、かつ高負荷の摺動環境下で作動する摺動部材や、内燃機関の動弁機構に用いられる摺動部材のように、高温高面圧での摺動環境下で作動する摺動部材には、公知の急冷凝固アルミニウム合金を基材として用いることが好ましい。急冷凝固アルミニウム合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ等の遷移金属元素や多量のＳｉを含有するため、高い強度を有し、かつ熱負荷にも強いという特性を有する。この急冷凝固アルミニウム合金は、公知の急冷凝固法を用いて作製することができる。すなわち、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ等の遷移金属元素や多量のＳｉを含有するＡｌ－Ｓｉ系合金溶湯をエアアトマイズ法などのアトマイズ法により急冷凝固して得た粉末を圧縮成形して圧粉体とし、この圧粉体を熱間押出し法により固化させて押出材とした後に、この押出材に溶体化処理および時効処理を施すことによって、ロックウェル硬度がＨＲＢ８０以上に調整されたＡｌ－Ｓｉ系合金の基材を作製することができる。

本実施形態におけるＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、Ｃｏを３．４質量％以上１０．０質量％未満の範囲で含有する。Ｃｏ含有量が３．４質量％未満または１０．０質量％以上となると、皮膜の弾性率が低く、摺動部材として十分な耐摩耗性が得られない。このように本実施形態では、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜中のＣｏ含有量を３．４質量％以上１０．０質量％未満にすることが重要である。すなわち、摺動部材の耐摩耗性を向上させるには、従来のように皮膜の硬度を高めるだけでは不十分であり、皮膜の弾性率も高めることが重要である。そして、皮膜中のＣｏ含有量を上記範囲に調整すると皮膜の弾性率が高くなることに起因して、摺動部材の耐摩耗性が向上するので、優れた摺動特性を有する摺動部材が得られるのである。なお、皮膜の弾性率をさらに高めるには、Ｃｏ含有量を４．６質量％以上８．２質量％以下とすることが好ましく、さらに５．５質量％以上７．３質量％以下とすることがより好ましい。

本実施形態におけるＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、Ｐを０．０５質量％以上５．０質量％以下の範囲で含有する。Ｐ含有量が０．０５質量％未満となると、めっき液中の還元剤の量が不足するため、めっき処理が困難になる。また、Ｐ含有量が５質量％を超えると、皮膜の結晶性が非晶質となって硬度が著しく低下し、摺動部材として十分な耐摩耗性が得られなかったり、基材としてＡｌ－Ｓｉ系合金を用いる場合には、合金中の初晶Ｓｉの影響により、皮膜に異常摩耗が発生したりする。

本実施形態におけるＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜における残部は、Ｎｉ及び不可避的不純物からなる。このように本実施形態では、皮膜中にＢが含まれない。そのため、めっき液中の還元剤にもＢが含まれないので、めっき液の管理が容易となり、また摺動部材の製造時にその表面に粗さ不良が発生しにくく、所望の表面粗さを有する摺動部材を安定的に得ることができる。なお、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜には、硬質粒子を分散させることができる。

以下では、本実施形態の摺動部材におけるＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の特性を説明する。

本実施形態において、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の弾性率は、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき被膜中のＣｏ含有量を３．４質量％以上１０．０質量％未満にしたことによって、８０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下、あるいは８０ＧＰａ以上１２０ＧＰａ以下とすることができる。皮膜の弾性率を８０ＧＰａ以上とすることによって、摺動部材として十分な耐摩耗性を得ることができる。なお、詳細は後述するが、本明細書における「弾性率」は、公知のナノインデンテーション法を用いて測定される擬弾性率を意味する。

本実施形態のＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜のビッカース硬度は、ＨＶ６５０以上ＨＶ８５０以下である。ビッカース硬度がＨＶ６５０以上であれば、摺動部材として十分な耐摩耗性を得ることができ、ＨＶ８５０以下であれば皮膜が脆くならず、基材から剥離するおそれもない。なお、本実施形態のＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、低Ｐ型のＮｉ－Ｐめっきをベースとするため、２００℃以上のような高温域での熱処理を施さなくとも、めっきのままで実用的に要求されるＨＶ６５０以上ＨＶ８５０以下という硬度を有する。

本実施形態において、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。３μｍ以上であれば、摺動部材を長期間使用しても基材が露出するおそれがなく、３０μｍ以下であれば、めっき処理において皮膜の析出時間を抑制することができるので、生産性が悪化するおそれがないからである。

続いて、本実施形態の摺動部材の作製方法を、無電解Ｎｉめっき処理によりＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を作製する場合を例として説明する。なお、本発明におけるＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、上記の組成を満足するものであれば、無電解Ｎｉめっき処理により作製されるものに限定されず、公知の電解Ｎｉめっき処理により作製されるものでもよい。

本実施形態の摺動部材は、基材の上に無電解Ｎｉめっき処理によりＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を形成することで作製することができる。無電解Ｎｉめっき処理によれば、カーエアコン用のロータリー型コンプレッサ用ベーンや、内燃機関の動弁機構のバルブリテーナーのように基材が複雑な形状を有する場合であっても、均一な膜厚を有する皮膜を形成することができる。本実施形態における無電解Ｎｉめっき処理は、皮膜におけるＣｏ含有量が３．４質量％以上１０．０質量％未満、Ｐ含有量が０．０５質量％以上５．０質量％以下、かつ残部がＮｉ及び不可避的不純物となるように、めっき液におけるＣｏ濃度、Ｐ濃度、及びＮｉ濃度を公知の方法で適宜調整することによって行うことができる。なお、めっき処理の処理時間は、皮膜の厚さが３μｍ以上３０μｍ以下となるように適宜調整することができ、具体的には２０分～３時間とすることが好ましい。

また、皮膜の密着性を向上させる観点から、前処理として公知のダブルジンケート処理を行った後に、上記無電解Ｎｉめっき処理を行うことが好ましい。ダブルジンケート処理では、脱脂処理、アルカリエッチング処理、混酸処理、亜鉛置換処理、硝酸処理、再亜鉛置換処理をこの順で行う。なお、亜鉛は、その後の無電解Ｎｉめっき処理によりＮｉに置換されるので、皮膜に残存しない。

このようにして、本実施形態の摺動部材を作製することができる。

本実施形態の摺動部材は、例えばコンプレッサが備える摺動部材として使用することができ、特にカーエアコン用コンプレッサのベーンのように摺動面が曲率を有する摺動部材として有用であり、ベーンの耐摩耗性がさらに向上する。

また、本実施形態の摺動部材は、内燃機関が備える摺動部材としても使用することができ、特に、内燃機関の動弁機構のバルブリテーナーのように複雑な形状を有する摺動部材として有用である。ここで、内燃機関の動弁機構は、バルブスプリングと、該バルブスプリングと摺動する摺動面を有するバルブリテーナーとを備える。そして、一般に、アルミニウムが用いられるバルブリテーナーには、表面に硬質アルマイト処理が施されており、その表面硬度はＨＶ３００程度となっている。一方で、バルブスプリングには、表面にチッカ処理が施された鉄系材料が用いられており、その表面硬度はＨＶ１０００程度となっている。そのため、バルブスプリングとバルブリテーナーとが摺動すると、表面硬度の低いバルブリテーナーのほうが摩耗するという状況が発生してしまう。特に、スポーツ二輪の分野では、エンジンの高回転化に対する要求が高く、バルブスプリングの表面硬度が今後も高まる傾向にあり、この状況が顕在化することが考えられる。このような状況において、本実施形態の摺動部材をバルブリテーナーとして使用すれば、バルブリテーナーの耐摩耗性がさらに向上する。

但し、本実施形態の摺動部材は、摺動部分を有する機械部品であれば、カーエアコン用コンプレッサのベーンや内燃機関の動弁機構のバルブリテーナーに限定されない。

以上、本実施形態を例にして、本発明の摺動部材を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲において適宜変更を加えることができる。

基材にめっき処理を施す際に、Ｃｏを含むめっき液が基材に含まれる元素により汚染されるのを抑制するために、基材とＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜との間に中間層を設けてもよい。中間層としては、例えば公知の無電解または電解Ｎｉめっき処理により作製される安価なＮｉ－Ｐめっき皮膜を適宜選択することができる。なお、中間層の厚さは１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。

基材がアルミニウム合金のように熱処理可能なものである場合には、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を形成した摺動部材に公知の熱処理を施すことによって、皮膜中の結晶成長を促進させて、皮膜の硬度をＨＶ７００～１０００に高めることもできる。熱処理の雰囲気は、作業性およびコスト等を考慮し、空気、不活性ガス、還元性ガス等から任意に選択することができる。熱処理の温度は、基材の耐熱性および要求される皮膜の硬度を考慮する必要があり、１５０℃～４００℃の範囲とすることが好ましい。基材を熱処理硬化型アルミニウム合金とする場合、熱処理の温度は、基材の強度を著しく低下させないように１５０℃～２００℃の範囲とすることが好ましい。熱処理の時間は、熱処理の温度、所望の硬度、基材の耐熱性および生産性を考慮して適宜決定することができ、３０分以上２時間以下とすることが好ましい。このような熱処理は、例えばシリコーンオイル浴に摺動部材を浸漬することによって行うことができる。

（発明例１～７及び比較例１～３）
発明例１～７および比較例１～３として、以下に説明する方法で、基材の上に無電解Ｎｉめっき処理によりＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜が形成された２ピン式のテストピースをそれぞれ３つずつ得た。まず、遷移金属元素を含有するＡｌ－Ｓｉ系合金溶湯を、エアアトマイズ法により急冷凝固して得た粉末を冷間静水圧プレスで圧縮成形して圧粉体とし、これを熱間押出し法により固化させて押出材とした。この押出材に対して、溶体化処理および時効処理（Ｔ６）を施して、硬度をＨＲＢ９５に調整して、図２（Ａ）に示す２ピン式のテストピース（基材）を得た。ここで、テストピースの表面粗さは、Ｒａ＝０．１３～０．１６μｍとした。なお、テストピースには、Ｒ２０ｍｍの曲率を有する曲面が形成されている。

続いて、前処理として、テストピースにダブルジンケート処理を施した。すなわち、アルカリ脱脂剤（ＵＡ－６８：上村工業（株）製）を用いてテストピースの表面に付着した油分を除去した後に、アルカリエッチング剤（ＡＺ－１０２：上村工業（株）製）を用いてテストピースの酸化皮膜を除去し、さらに酸化皮膜を除去する際に生じたスマット（Ａｌ（ＯＨ）_３等）をジスマット剤（ＡＺ－２０１：上村工業（株）製）及び硝酸水溶液（ＳＧ＝１．３８）を含有する水溶液を用いて除去した。その後、テストピースを亜鉛置換液（ＬＥＡ－１０：上村工業（株）製）に浸漬し、テストピースの表面に亜鉛皮膜を形成した後に、テストピースを硝酸水溶液（ＳＧ＝１．３８）に浸漬して、この亜鉛皮膜を除去した。その後、テストピースを上記亜鉛置換液に再度浸漬して、テストピースの表面に亜鉛皮膜を形成した。

続いて、前処理後のテストピースを９０℃の中Ｐ型のＮｉ－Ｐ系のめっき液（ＫＴＹ－３標準液：上村工業（株）製）に浸漬することで、無電解Ｎｉめっき処理によって、テストピースの表面に厚さが２μｍで、Ｐ含有量が１０質量％のＮｉ－Ｐめっき皮膜を中間層として形成した。続いて、中間層を形成した後のテストピースを、皮膜の成分組成が表１の組成となるように公知の方法でＮｉ濃度、Ｐ濃度、及びＣｏ濃度を調整しためっき液に浸漬することで、中間層の上に厚さが２０μｍのＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を形成した。なお、表１の各元素の含有量は、得られたＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜を蛍光Ｘ線分析法により測定することで得られたものである。また、前処理および無電解Ｎｉめっき処理の各工程間において、テストピースの表面は十分に水洗されており、薬液の混合は生じていない。

（比較例４）
比較例４として、上記と同様の方法で前処理したテストピースを、皮膜の成分組成が表１に示す組成となるように公知の方法でＮｉ濃度およびＰ濃度を調整しためっき液に浸漬することで、無電解Ｎｉめっき処理によって、厚さが２２μｍのＮｉ－Ｐめっき皮膜を形成した。

（比較例５）
比較例５として、上記と同様の方法で中間層を形成したテストピースを、皮膜の成分組成が表１の組成となるように公知の方法でＮｉ濃度、Ｐ濃度、及びＢ濃度を調整しためっき液に浸漬することで、無電解Ｎｉめっき処理によって、厚さが２０μｍのＮｉ－Ｐ－Ｂめっき皮膜を形成した。

（評価方法）
各発明例および比較例において、皮膜の擬弾性率および硬度を測定し、またテストピースの耐摩耗性を評価した。

＜擬弾性率の測定＞
各発明例および比較例において、Ｎｉめっき皮膜の擬弾性率をナノインデンテーション法にて測定した。すなわち、ダイナミック微小硬度測定装置（ＤＵＨ－２１１：島津製作所製）を用いて、ステージの上に載置したテストピースに三角錐型のダイヤモンド圧子（稜間角１１５°）を押し込むことで得られた「荷重－変位曲線」から擬弾性率を算出した。なお、荷重は４９０ｍＮとし、負荷速度は３５．０ｍＮ／ｓとし、負荷保持時間は１０ｓとし、除荷保持時間は５ｓとした。また、ダイヤモンド圧子の弾性率は１．１４ＧＰａであり、ポアソン比は０．０７であった。また、上記の算出において、テストピースのポアソン比は０．３３６とした。測定結果を表１及び図１（Ａ）に示す。なお、図２（Ｂ）に示すように、テストピースを長手方向に垂直な平面で切断してサンプル片を得た後に、このサンプル片を樹脂に埋めて、その断面を鏡面研磨してから、上記測定を行った。

＜硬度の測定＞
各発明例および比較例において、Ｎｉめっき皮膜の硬度をビッカース硬度計（ＨＭ－２２０Ｄ：ミツトヨ製）にて測定した。測定条件は、荷重を５０ｇｆとし、負荷保持時間を３０ｓとした。測定結果を表１及び図１（Ｂ）に示す。なお、図２（Ｂ）に示すように、テストピースを長手方向に垂直な平面で切断してサンプル片を得た後に、このサンプル片を樹脂に埋めて、その断面を鏡面研磨してから、上記測定を行った。

＜耐摩耗性の評価＞
各発明例および比較例に対して、図２（Ｃ）に示す２ピン式のピンオンディスク試験機を用いて耐摩耗性を評価した。具体的には、６ｍ／ｓで回転するディスクに、テストピースのＲ２０ｍｍ面を荷重７００Ｎで３０分間押し付けた後、テストピースのＲ２０ｍｍ面の摩耗深さを測定して、耐摩耗性を評価した。評価結果を表１及び図１（Ｃ）に示す。摩耗深さが小さいほど、耐摩耗性が優れていると判断することができる。なお、図２（Ｃ）に示すディスクは、１４％ＳｉのＡ３９０材を使用しており、表面粗さはＲｚ＝２．０μｍである。また、試験中、テストピースとディスクとの接触面には滴下ノズル（不図示）より公知の冷凍機油を５ｍｌ／ｍｉｎで滴下した。

（評価結果の説明）
表１及び図１（Ｂ）に示すように、皮膜中のＣｏ含有量は硬度には影響を及ぼさず、発明例１～７及び比較例１～３のいずれもビッカース硬度はＨＶ６８０～６８５程度でほぼ一定であった。ところが、Ｃｏ含有量が３．４質量％未満の比較例１，２，４とＣｏ含有量が１０．０質量％以上の比較例３では、擬弾性率が８０ＧＰａを下回っていたので、摩耗深さが３．０μｍ以上となっており、良好な耐摩耗性が得られなかった。一方で、Ｃｏ含有量が３．４質量％以上１０．０質量％未満の発明例１～７では、擬弾性率が８０ＧＰａ以上となったので、摩耗深さを３．０μｍ未満に抑えることができ、Ｃｏ含有量が５．５質量％以上７．３質量％以下の発明例３～５では、擬弾性率が１００ＧＰａ以上となっていたので、摩耗深さを２．５μｍ以下に抑えることができ、より顕著に耐摩耗性が向上した。このことから、摺動部材の摺動特性、具体的には耐摩耗性を向上させるには、皮膜の硬度に着目しただけでは不十分であり、皮膜の弾性率にも着目することが重要であることがわかる。なお、一般に硬度が高く耐摩耗性に優れるとされるＢを含む比較例５でも、表１に示すように摩耗深さは３．０μｍとなっており、発明例１～７より耐摩耗性が劣っていた。これは、比較例５では、Ｐ系還元剤とＢ系還元剤の２種類の還元剤を使用するので、Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜に比べて、皮膜中の不可避的不純物の種類が多くなり、これが耐摩耗性に影響を与えているものと推察される。

本発明によれば、Ｂを含まないめっき皮膜によって耐摩耗性をさらに向上させた摺動部材を得ることができる。当該摺動部材は、コンプレッサ部品のベーン、ローター、及びシリンダや、動力伝達部品の変速クラッチ、オートマチック変速装置及び歯車、エンジン部品のピストンリング、ピストンロッド、カムシャフト、バルブリテーナー及びバルブ、軸受部品の球面ベアリング、工具類などに適用することができる。

Claims

基材と、前記基材の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成されたＮｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜と、を有する摺動部材であって、
前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜は、Ｃｏを３．４質量％以上１０．０質量％未満、Ｐを０．０５質量％以上５．０質量％以下含有し、かつ残部がＮｉ及び不可避的不純物からなり、
前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の弾性率が８０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下であり、
前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜のビッカース硬度がＨＶ６５０以上ＨＶ８５０以下であることを特徴とする摺動部材。
前記基材がアルミニウム又はアルミニウム合金である、請求項１に記載の摺動部材。
前記基材は、遷移金属元素を含有するＡｌ－Ｓｉ系合金であり、かつロックウェル硬度がＨＲＢ８０以上である、請求項１に記載の摺動部材。
前記Ｎｉ－Ｐ－Ｃｏめっき皮膜の厚さが３μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の摺動部材。
前記中間層は、厚さが１μｍ以上５μｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の摺動部材。
前記中間層は、Ｎｉ－Ｐめっき皮膜である、請求項１～５のいずれか一項に記載の摺動部材。
前記摺動部材がコンプレッサ用ベーンである、請求項１～６のいずれか一項に記載の摺動部材。
前記摺動部材が内燃機関の動弁機構のバルブリテーナーである、請求項１～６のいずれか一項に記載の摺動部材。