JPS607035B2 - Bearings for internal combustion engines and their manufacturing method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主に銅（Ｃｕ）系およびアルミニウム（ＡＩ
）系のすべり軸受の表面に、電気メッキ法により二層ま
たは三層軸受の複合形式として用いる軸受表面層（以上
オーバレィという）の合金に関するものであり、特願昭
５３一８３３３５（袴開昭５５−１１１４４号）の改良
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention mainly applies to copper (Cu) and aluminum (AI)
) type bearing surface layer (hereinafter referred to as overlay) used as a composite type of two-layer or three-layer bearing by electroplating, and is patent application No. 53-183335 (Hakama Kaisho 55). -11144).

従釆すべり軸受は銅合金粉末を焼縞法により炭素鋼板の
表面に接合したり、或はアルミニウムースズ、アルミニ
ウム−カドミウムーシリコン等の圧延板を炭素鋼板の表
面に圧延により接合し、プレス成型、切削加工を施し、
半割或は円筒状にし、これら鋼合金或はアルミニウム合
金（以下ライニングという）表面に鉛（Ｐｂ）系合金或
はスズ（Ｓｎ）系合金を電気メッキ法または鏡着法によ
りオーバレイを施している。オーバレィの初期の目的は
、軸受のなじみ性の向上貝０ち藤およびすべり軸受の組
み込まれるハウジングの加工精度および組付時のミスア
ラィメントを吸収する性質を附加することにあり、更に
潤滑油中に混入する桂砂・鉄粉等の異物をオーバレィ中
に埋収させ、藤および軸受を保護することにあった。Secondary sliding bearings are made by bonding copper alloy powder to the surface of a carbon steel plate using the baking striping method, or by bonding rolled plates of aluminum-tin, aluminum-cadmium silicon, etc. to the surface of a carbon steel plate by rolling, and then press forming. , subjected to cutting processing,
The steel alloy or aluminum alloy (hereinafter referred to as lining) is made into a half or cylindrical shape, and a lead (Pb) alloy or tin (Sn) alloy is overlaid on the surface by electroplating or mirror deposition. . The initial purpose of the overlay was to improve the conformability of the bearing, to improve the machining accuracy of the housing in which the plain bearing is incorporated, and to add properties to absorb misalignment during assembly. The purpose was to protect the rattan and the bearings by burying foreign substances such as cinnabar sand and iron powder mixed into the overlay in the overlay.

しかし最近の内燃機関では、機械加工精度の向上と潤滑
油中の異物を除去する炉過器の改良により、前述した問
題は解消する方向にあるが、新らたに内燃機関の高出力
化に伴うオーバレィの疲労はくりおよび潤滑油の交換時
期の延長に伴うオーバレィの腐食摩耗が発生するように
なってきている。オーバレィが疲労はくり、或は腐食す
ることにより短時間で損傷を受け、消失するとＣｕ系或
はＡＩ系のライニングが露出しライニングの損傷を早め
ることになり軸受の寿命は低下することになる。本発明
はかかる問題を解消すべ〈、Ｃｕ系および山系のラィニ
ングの表面に施されるオーバレィ合金を提供せんとした
もので、Ｓｎ５〜１２％アンチモン（Ｓｂ）０．０１〜
３．０％残部Ｐｂよりなる合金にインジウム（ｌｎ）０
．０５〜３．０％（この場合の３．０％は３．０％未満
を示す以下同じ）またはタリウム（ｍ）０．０５〜３．
０％（この場合の３．０％は３．０％未満を示す。以下
同じ）或はｌｎおよびＴＩの両金属をそれぞれ０．０５
〜３．０％（この場合の３．０％は３．０％未満を示す
。以下同じ）含有させたものである。（％はすべて重量
％を示す）。かつ、これら元素または合金による電気メ
ッキを行っても空孔が生じないメッキ層を得ることにあ
る。更に、このオーバレィの厚さを５〜２０山肌になる
ように電気メッキ法により施したものである。本発明に
於いて、各成分元素を上述の範囲に限定したのは、Ｐｂ
、Ｓｎ、ｌｎおよびｍは軸受のなじみ性を附加する元素
であるが、Ｓｎ、ｌｎおよびＴＩはＰｂ‘こ比し高価で
あり、尚本発明の成分範囲で十分に性能を満足するから
である。更にＳｎ、ｌｎおよびＴＩは潤滑油が高温で使
用された時に生成する低分子の有機酸による腐食を防止
する目的では本発明の成分範囲で十分であるからである
。尚、Ｓｎ、ｌｎ、ＴＩは同様の目的を持つが、その元
素の特性上使い分ける必要があり、単一元素を含有させ
るだけでは充分でない。すなわち、オーバレイ中Ｓｎの
みでは内燃機関で使用されたときラィニング拡散する速
度がｌｎ、ＴＩおよびＳｂよりも大であり、有機酸性油
中の耐食性を長期間維持することは困難であるが」Ｓｎ
はＳｂおよびｌｎと共存すると、金属間化合物を形成し
、単体で存在するよりも安定して存在することになる。
また、ｍはｌｎに比して融点も高くオーバレィ中では単
独でも安定して存在するが、価格が他のＳｎ、ｌｎおよ
びＳｂに比し高価であるので他の元素と合金化し使用す
ることが望ましい。Ｓｂは、表面層合金中ではＳｎとＳ
ｂ−Ｓｎの金属間化合物を形成し、オーバレィ層の耐摩
耗性を向上させるとともに酸性油中での耐腐食性を向上
させるに十分な範囲である。更に、本発明でメッキ厚さ
を５〜２０山肌に限定したのは後述するようにオーバレ
ィの疲労強さおよび摩耗量はメッキ厚さが増加するにつ
れ低下するからであり、高負荷にて使用された時、一定
時間使用された後のラィニング表面に残存しているオー
バレィ厚さは第１図の如く約５〜１０〃肌であり２０仏
の以上のオーバレィでは高負荷の条件下で疲労はくりを
伴った摩耗量も多く安定した性能を維持しないだけでな
く、摩耗による軸と軸受のクリアランスの増加により打
音の発生要因となり、使用に耐えなくなるからである。
この傾向は、本件発明のオーバレィ合金の如くＰｂの融
点をより低下させるようなＳｕ、ｌｎを多量に存在させ
ると、上記のような傾向が顕著に現われる。次にオーバ
レィ合金中の空孔の問題について今少し詳細に述べると
、一般的にオーバレィの性能は、その使用される金属お
よび金属の組み合わせによる点と他にはそのオーバレィ
の構造に左右されることが多い。つまり電気メッキ法に
よるオーバレィ法は、その電流密度、格組成等によりオ
ーバレィ中に空孔が出来やすく、この空孔は軸受性能に
大きな影響を及ぼす。すなわち、空孔が存在するため耐
荷重性の低下、空孔を核として生じやすいワレ、ヒビ等
によるハクリあるいは空孔に侵入した腐食性液体による
内部腐食から生じるハクリ等による耐摩耗性の低下等が
あって、オーバレィ中の空孔をなくすることは性能によ
い結果をもたらす。尚、特に上記空孔をなくするために
は、単に前記オーバレィ合金組成を電気メッキするだけ
では得られず特殊な製造方法を用いる必要がある。すな
わちライニング表面上に重量でＳｎｌｏ％以下、Ｓｂ３
．２％以下、および残部が本質的にＰｂよりなる合金を
第一の層として、電気メッキを施し次に第一の層上にｌ
ｎ、Ｔ１、Ｓｎあるいはこれら各元素の合金を数層に渡
り電気メッキを施し、その後に固相−固相の金属間相互
拡散が生じる温度で焼鈍し、最終的にオーバレィ組成が
重量でＳｎ５〜１２％、Ｓｂｏ．０１〜３．０％、ｌｎ
および（または）ＴＩＯ．０５〜３．０％および残部が
本質的にＰｂよりなることを特徴とした内燃機関用軸受
の製造方法を用いる。ここで先願である特許顔昭５３−
８３３３５と本件の王なる違いを明らかにすると先願で
はｌｎおよび（または）ｍ量が３〜１０％であったのを
本発明では０．０５〜３％にしたことにある。However, with recent internal combustion engines, the above-mentioned problems are on the verge of being solved due to improvements in machining precision and improvements in the filter that removes foreign substances from the lubricating oil. Fatigue peeling of the overlay and corrosive wear of the overlay are occurring as the lubricating oil replacement interval is extended. The overlay is damaged in a short time due to fatigue peeling or corrosion, and when it disappears, the Cu-based or AI-based lining is exposed, which accelerates damage to the lining and shortens the life of the bearing. The present invention aims to solve this problem by providing an overlay alloy that can be applied to the surface of Cu-based and mountain-based linings, and includes Sn5-12% antimony (Sb) 0.01-12%.
Indium (ln) 0 in an alloy consisting of 3.0% balance Pb
．． 05 to 3.0% (3.0% in this case means less than 3.0%) or thallium (m) 0.05 to 3.0%.
0% (3.0% in this case means less than 3.0%. The same applies hereinafter) or 0.05% each of both ln and TI metals.
~3.0% (3.0% in this case indicates less than 3.0%; the same applies hereinafter). (All percentages are by weight). Another object of the present invention is to obtain a plated layer that does not generate pores even when electroplated with these elements or alloys. Furthermore, this overlay is applied by electroplating so that it has a thickness of 5 to 20 peaks. In the present invention, each component element is limited to the above range because Pb
, Sn, ln, and m are elements that add conformability to the bearing, but Sn, ln, and TI are more expensive than Pb', and the performance is sufficiently satisfied within the component range of the present invention. . Furthermore, Sn, In and TI are sufficient within the range of the present invention for the purpose of preventing corrosion due to low molecular organic acids generated when lubricating oil is used at high temperatures. Incidentally, although Sn, ln, and TI have the same purpose, it is necessary to use them depending on the characteristics of the elements, and it is not sufficient to contain only a single element. That is, when only Sn in the overlay is used in an internal combustion engine, the rate of lining diffusion is greater than that of ln, TI, and Sb, and it is difficult to maintain corrosion resistance in organic acid oil for a long period of time.
When it coexists with Sb and ln, it forms an intermetallic compound and exists more stably than when it exists alone.
In addition, m has a higher melting point than ln and exists stably alone in the overlay, but it is more expensive than other elements Sn, ln, and Sb, so it cannot be used by alloying with other elements. desirable. Sb is combined with Sn and S in the surface layer alloy.
The range is sufficient to form an intermetallic compound of b-Sn, improve the wear resistance of the overlay layer, and improve the corrosion resistance in acidic oil. Furthermore, the reason why the plating thickness is limited to 5 to 20 peaks in the present invention is that the fatigue strength and wear amount of the overlay decrease as the plating thickness increases, as will be described later. The thickness of the overlay remaining on the lining surface after being used for a certain period of time is approximately 5 to 10 mm as shown in Figure 1, and overlays of 20 mm or more will not peel off due to fatigue under high load conditions. This is because not only does the bearing suffer from a large amount of wear, making it difficult to maintain stable performance, but also the increased clearance between the shaft and bearing due to the wear causes hammering noise, making it unusable.
This tendency becomes more noticeable when a large amount of Su or In, which further lowers the melting point of Pb, is present, as in the overlay alloy of the present invention. Next, to discuss the issue of vacancies in overlay alloys in a little more detail, the performance of overlays generally depends on the metals and combinations of metals used, and also on the structure of the overlay. There are many. In other words, in the overlay method using electroplating, pores are likely to be formed in the overlay due to the current density, casing composition, etc., and these pores have a large effect on bearing performance. In other words, there is a decrease in load bearing capacity due to the presence of pores, and a decrease in wear resistance due to cracks, cracks, etc. that tend to occur with the pores as cores, or peeling due to internal corrosion caused by corrosive liquid that has entered the pores. Therefore, eliminating voids in the overlay has good performance results. In particular, in order to eliminate the above-mentioned pores, it is necessary to use a special manufacturing method, which cannot be achieved simply by electroplating the above-mentioned overlay alloy composition. That is, on the lining surface, Snlo% or less by weight, Sb3
．． 2% or less, with the balance consisting essentially of Pb as a first layer, and then electroplating on the first layer.
Several layers of n, T1, Sn, or alloys of these elements are electroplated, and then annealed at a temperature that causes solid-solid metal interdiffusion, resulting in an overlay composition of Sn5 to Sn5 by weight. 12%, Sbo. 01-3.0%, ln
and/or TIO. A method for producing a bearing for an internal combustion engine is used, characterized in that the bearing is made of Pb in an amount of 0.05 to 3.0% and the remainder is essentially Pb. Here, the patent face which is the earlier application is 1973-
The main difference between 83335 and the present case is that the ln and/or m content was 3 to 10% in the previous application, but it was 0.05 to 3% in the present invention.

すなわち、組成量を多くするためには第１の層上にｌｎ
、ＴＩあるいはこれらの合金を数仏肌というある程度の
メッキ厚さを必要とする。しかしながらメッキ厚さを厚
くすることは厚さにバラツキを生じさせ、ひいては最終
的に均一なメッキ層を得にくく、時にこの不均一部分よ
り疲労はくりが生じることがある。そこで本件はメッキ
厚さを薄くすることにより安定したメッキ層が得られ、
最終的に０．０５〜３％であっても先願と同等の効果を
有することが明らかになった。次に、本発明の組成およ
び厚さを有するオーバレィの実施例についてより詳細に
説明する。実施例 １ 鉛青銅合金を炭素鋼板に暁結した二層複合合金材の表面
に、ニッケル層約ｌＡｗを電気メッキ法により施した後
に、第１表に示すメッキ条件で鉛−スズーアンチモン合
金を施し、更にインジウムおよびスズを表面に電気メッ
キし、温度１５０ｑｏで約１時間拡散暁鈍し、スズ、ア
ンチモン、インジウム、タリウム残り鉛よりなる第３図
に示す組成の合金３，４，５で厚さ約５〜２０〃仇のオ
ーバレイを施したすべり軸受。That is, in order to increase the composition amount, ln is added on the first layer.
, TI, or their alloys require a certain plating thickness of several layers. However, increasing the plating thickness causes variations in the thickness, which ultimately makes it difficult to obtain a uniform plating layer, and sometimes fatigue peeling may occur from these non-uniform areas. Therefore, in this case, a stable plating layer can be obtained by reducing the plating thickness.
In the end, it was revealed that even if the content is 0.05 to 3%, it has the same effect as the previous application. Examples of overlays having compositions and thicknesses of the present invention will now be described in more detail. Example 1 After applying a nickel layer of about 1Aw by electroplating on the surface of a two-layer composite alloy material in which a lead bronze alloy was deposited on a carbon steel plate, a lead-tin-antimony alloy was applied under the plating conditions shown in Table 1. The surface was further electroplated with indium and tin, and then diffused and annealed at a temperature of 150 qo for about 1 hour, and then coated with alloys 3, 4, and 5 of the composition shown in Figure 3, consisting of tin, antimony, indium, thallium, and lead. A plain bearing with an overlay of approximately 5 to 20 mm.

第１表 Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂメッキ俗・条件実施例 ２ 実施例１と同様のニッケルメッキされたラィニング表面
に、鉛ースズーアンチモン合金メッキを施した表面にタ
リウムおよびスズを表面に電気メッキで施した後、温度
約１５０ｏ０で１時間拡散暁鈍を施し、スズ、アンチモ
ン、タリウム残り鉛よりなる第３図に示す組成の合金５
，６，７で厚さ約５〜２０山肌のオーバレィを施したす
べり軸受。Table 1 Pb-Sn-Sb plating general/condition Example 2 The same nickel-plated lining surface as in Example 1 was plated with lead-tin-antimony alloy, and thallium and tin were electroplated on the surface. After the application, the alloy 5 with the composition shown in Fig. 3, consisting of tin, antimony, thallium and lead, was subjected to diffusion dulling for 1 hour at a temperature of about 150°C.
, 6, and 7 are sliding bearings with an overlay of about 5 to 20 peaks in thickness.

実施例 ３実施例１と同様にラィニング表面にニッケル
メッキを施した後、鉛ースズーアンチモンの三元合金メ
ッキを施した表面にタリウム、インジウムおよびスズを
施した後、約１５０００で１時間拡散暁鈍を施しスズ、
アンチモン、インジウム、タリウム残り鉛よりなる第３
図に示す組成の合金９，１０，１１で厚さ約５〜２０仏
ののオーバレィを施したすべり軸受。Example 3 After nickel plating was applied to the lining surface in the same manner as in Example 1, thallium, indium and tin were applied to the surface which had been subjected to ternary alloy plating of lead-tin-tin-antimony, and then diffused at about 15,000 for 1 hour. Dawn-blurred tin,
The third part is made of antimony, indium, thallium and lead.
A plain bearing made of alloys 9, 10, and 11 having the compositions shown in the figure and overlaid with a thickness of about 5 to 20 mm.

前述したように、実施例１〜３では鉛青銅ラィニング表
面にニッケルメッキを施した後に第１表に示すような条
件で鉛−スズーアンチモン三元合金メッキを施すのは、
スズおよびアンチモンがそれぞれ約１０％および３．２
％を越えて共析電着すると第５図に示すようにオーバレ
ィ内部では結晶粒が粗大化し、かつ空孔が発生し第６図
で示すようなオーバレィの内部欠陥を皆無にしたオーバ
レィ層が得られないからである。As mentioned above, in Examples 1 to 3, after applying nickel plating to the lead bronze lining surface, applying lead-tin-antimony ternary alloy plating under the conditions shown in Table 1 was as follows:
Approximately 10% and 3.2% tin and antimony, respectively.
If the eutectoid electrodeposition exceeds 5%, the crystal grains will become coarse and voids will be generated inside the overlay, as shown in Figure 5, and an overlay layer with no internal defects as shown in Figure 6 will be obtained. This is because it cannot be done.

次に上記実施例により得られた各すべり軸受について各
種実験を行った。Next, various experiments were conducted on each sliding bearing obtained in the above example.

実験 １ 倉田式動荷重試験機を用いてオーバレィの摩耗量を測定
した。Experiment 1 The wear amount of the overlay was measured using a Kurata type dynamic load tester.

（試験条件は下記第２表による）第 ２ 表上記試験結
果を第３図に示す。(Test conditions are as per Table 2 below) Table 2 The above test results are shown in Figure 3.

この図より明らかなように本件発明品は従来材に比して
摩耗量は少なく、特に図では明らかに出来ない面として
本件発明品の摩耗面は非常になめらかに摩耗しており、
いいかえればハクリ、アブレシブ摩耗のような現象は生
じていない。これに比し従来材はハクリ、アブレシブ摩
耗面が見うけられ、軸受としては致命的欠陥である現象
が生じている。実験 ２ 次にオーバレィの耐腐食性を調べる実験を行った。As is clear from this figure, the product of the present invention wears less than the conventional material, and in particular, the worn surface of the product of the present invention wears very smoothly, which cannot be clearly seen in the figure.
In other words, phenomena such as peeling and abrasive wear did not occur. In contrast, conventional materials exhibit peeling and abrasive wear, a phenomenon that is a fatal defect for bearings. Experiment 2 Next, an experiment was conducted to investigate the corrosion resistance of the overlay.

（試験条件は下記第３表による）第３表 この結果を第４図に示す。(Test conditions are according to Table 3 below) Table 3 The results are shown in FIG.

この図より明らかなように本件発明品は従来材に比して
ほとんど腐食されず良好な結果を示している。尚「本件
発明品の他の実施例である合金４，５，Ｔ，８，１０，
１１も合金３，６，９と同様な結果を得ている。以上の
如く、本発明品はオーバレイ合金とその構造に関するも
ので特に疲労はくり、腐食摩耗の問題を解決し、かつ構
造上の欠陥であるオーバレィ中の空孔をなくする製造方
法を見出した点にあり、これによって相手村の材質また
は形状に左右させることなく極めて安定なオーバレィ性
能を維持することができるものである。As is clear from this figure, the product of the present invention exhibits better results with almost no corrosion compared to the conventional material. In addition, "alloys 4, 5, T, 8, 10,
Alloy No. 11 also obtained similar results to Alloys 3, 6, and 9. As mentioned above, the present invention relates to overlay alloys and their structures, and in particular, we have found a manufacturing method that solves the problems of fatigue peeling and corrosion wear, and eliminates voids in the overlay, which are structural defects. This makes it possible to maintain extremely stable overlay performance regardless of the material or shape of the opponent.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はオーバレィの厚さについて試験前と試験後の関
係を表した図、第２図は実験１に使用した鞄形状を表し
た図。 第３図はオーバレィの摩耗量を表したグラ．フご第４図
はオーバレィの耐腐食性を表したグラフである。第５図
はオーバレィ内部空孔がある金属組織の断面図、第６図
は内部空孔が無い金属組織の断面図である。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the overlay thickness before and after the test, and Fig. 2 is a diagram showing the shape of the bag used in Experiment 1. Figure 3 is a graph showing the amount of wear on the overlay. Figure 4 is a graph showing the corrosion resistance of overlay. FIG. 5 is a sectional view of a metal structure with overlying internal pores, and FIG. 6 is a sectional view of a metal structure without internal pores. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 軸受表面に重量でＳｎ５〜１２％、Ｓｂ０．０１〜
３．０％、Ｉｎおよび（または）Ｔｌ０．０５〜３．０
％および残部が本質的にＰｂよりなる合金を電気メツキ
したことを特徴とする内燃機関の軸受。 ２ ライニング表面上に重量でＳｎ１０％以下、Ｓｂ３
．２％以下および残部が本質的にＰｂよりなる合金を第
一の層として電気メツキを施し、次に第一の層上にＩｎ
、Ｔｌ、Ｓｎあるいはこれら各元素の合金を数層に渡り
電気メツキを施し、その後に固相一固相の金属間相互拡
散が生じる温度で焼鈍し、最終的にオーバレイ組成が重
量でＳｎ５〜１２％、Ｓｂ０．０１〜３．０％、Ｉｎお
よび（または）Ｔｌ０．０５〜３．０％および残部が本
質的にＰｂよりなることを特徴とした内燃機関用軸受の
製造方法。[Claims] 1. Sn 5 to 12% by weight and Sb 0.01 to 10% by weight on the bearing surface.
3.0%, In and/or Tl0.05-3.0
1. A bearing for an internal combustion engine, characterized in that it is electroplated with an alloy consisting essentially of Pb. 2 Sn10% or less by weight on the lining surface, Sb3
．． An alloy consisting essentially of 2% Pb or less and the remainder is electroplated as a first layer, and then Indium is deposited on the first layer.
, Tl, Sn, or alloys of these elements are electroplated in several layers, and then annealed at a temperature that causes solid phase-solid phase interdiffusion, and the final overlay composition is Sn5-12 by weight. %, Sb 0.01-3.0%, In and/or Tl 0.05-3.0%, and the balance essentially consisting of Pb.