專利名稱：滑動部件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機的氣門閥類部件，凸輪從動件和搖臂等滑動構件，特別是由將金屬母材和陶瓷滑動構件接合起來的結構組成、用于挺桿時發(fā)揮其效用的滑動部件及其制造方法。
以前是從滑動面的耐磨損性好和滑動阻力小的觀點來選擇滑動部件，作為滑動部件，利用特性優(yōu)良的單一材料，或者制作使用它的接合體而實用化起來。
近年，具有優(yōu)良滑動特性的陶瓷引起重視，尤其是出現(xiàn)了使陶瓷與金屬材料接合，以便使陶瓷處于條件苛刻的滑動部位的實用例。
例如，相應于發(fā)動機的高功率化和廢氣法規(guī)，發(fā)動機用挺桿中在滑動部位往往有將滑動特性優(yōu)良的氮化硅陶瓷接合起來的部件。
另一方面，在這種滑動部件中，滑動部位中除了使用陶瓷以外的滑動部分要求滑動特性，或者整個部件往往也要求滑動特性，為了提高金屬材料的滑動特性，施以硬化處理。
因此，在先的特開平2-55809號公報和特開平2-199073號公報、特開平4-2672號公報中，公開了利用在金屬和陶瓷加熱接合時的加熱和冷卻進行金屬部分的硬化處理。
然而，利用上述加熱接合的硬化處理中，與普通鋼的硬化處理中所用的加熱硬化處理相比其加熱溫度不同，往往得不到滑動特性所需要的硬度，而且冷卻方法也特殊，適合進行這種處理的金屬材料受到限制，因而存在成本高的問題。
鑒于上述先有技術的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種進一步提高實用性的滑動部件及其制造方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的滑動部件及制造方法中，其滑動部件的特征在于，它是基體為鋼制的，其滑動面內(nèi)，形成至少一處滑動面的構件與上述基體加熱接合在一起的滑動部件，鋼制基體在接合前施以加熱硬化處理；滑動部件制造方法的特征在于，接合時鋼制基體的溫度比該鋼加熱硬化處理的溫度要低。
本發(fā)明滑動部件的構成要素是，加熱接合前進行過加熱硬化處理的鋼制滑動部件基體至少是一處以上的滑動面，該滑動面的至少一處通過加熱接合安裝在基體上。
接合前的滑動部件基體，通過加熱硬化處理而使其表面硬化，而且，接合時鋼部分的溫度，比鋼加熱硬化處理溫度要低，因此，被接合的鋼的硬度大致保持加熱硬化處理時的硬度。因此本發(fā)明滑動部件的滑動特性，與上述加熱接合時進行硬化處理的先有技術材料相比較，有大幅度的提高。
接合后的鋼基體的硬度，按HRC標度為45以上。HRC不足45時，磨損大，耐久性差，得不到足夠的滑動特性。接合前的鋼基體硬度，隨著加熱接合，硬度有一些降低，因此希望HRC標度為50以上。
滑動部件基體的材質(zhì)是鋼，只要是經(jīng)過加熱硬化處理后能達到HRC為50以上即可，對鋼的種類沒有特殊的限定，但從強度、材料和加工成本方面考慮，最好是作為機械結構用鋼而廣泛使用的碳素鋼和添加Ni，Cr，Mo合金元素的合金鋼。
鋼基體和構成滑動面的構件，其接合面積希望兩者的界面面積為50％以上，不足上述面積時，會加大對接合部分的荷重使之超過接合部分的破壞荷重，導致滑動面構件剝離的可能性增大。
與滑動部件基體加熱接合并形成滑動面的構件，最好是由氮化硅類陶瓷組成，其室溫下的強度及夏氏沖擊值各自為130Kg/mm2以上、15KJ/m2以上。
在這種情況下，由于將陶瓷的強度規(guī)定在(130Kg/mm2以上，因而能耐加熱接合時因鋼和陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同而在內(nèi)部產(chǎn)生的拉伸熱應力，能很容易地防止裂紋產(chǎn)生。
如果考慮實際使用狀態(tài)，例如，如圖2所示，在發(fā)動機用閥的驅(qū)動系中，往往有來自金屬制凸輪的沖擊荷重的作用，為了防止此時陶瓷破損，希望夏氏沖擊值規(guī)定為15J/m2以上。
接合時的鋼溫度，為抑制接合時的加熱而引起的鋼的回火軟化，最好盡可能地低于鋼的加熱硬化處理溫度。例如，如果是亞共析鋼，則加熱硬化處理時的適當加熱溫度為800℃左右，該溫度是加熱時僅呈奧氐體相的AC3或AC1變態(tài)點以上30～50℃，因此接合時鋼部分的溫度最好是盡可能比800℃低的低溫。作為接合方法，只要其接合溫度符合上述條件就行，可以利用釬焊或擴散接合等公知方法。
被加熱接合的構件是陶瓷時，用釬焊進行接合，但釬焊材料，最好使用接合溫度比鋼的加熱硬化處理溫度低的釬焊材料。例如，如果使用Al合金釬焊，其接合溫度為580℃左右，可以進行比加熱硬化處理溫度低得多的低溫接合。
使用Ag-Ti，Ag-Cu-Ti等接合溫度比鋼的加熱硬化處理溫度高的釬焊材料時，最好是在鋼部分的溫度比釬焊材料部分的溫度低，以使鋼部分的溫度比加熱硬化處理溫度低的低溫狀態(tài)下進行接合。
具體說，最好是利用高頻加熱或微波加熱、激光加熱等僅對釬焊材料部分進行加熱的方法，或利用通電加熱和放電等離子體加熱等使陶瓷部分達到高溫、使鋼部分達到低溫的傾斜溫度加熱法。此外，還希望釬焊氣氛是非氧化氣氛(真空、Ar、N2、H2等)。
以下簡單說明附圖。


圖1是采用本發(fā)明的挺桿的說明圖。
圖2是挺桿使用狀態(tài)的說明圖。
圖3是將滑動構件與鋼制基體接合的方法的說明圖。
圖中符號說明如下。
1 滑動面，2 滑動面，3 挺桿基體，4 凸輪，5 推桿部件，A滑動構件，6 發(fā)熱用碳模，7 氮化硅，8 釬焊材料，9 鋼基體，10 熱電偶，11 熱電偶。
以下通過實施例具體說明本發(fā)明。
實施例1圖1示出按照本發(fā)明作為滑動部件的例子而制成的挺桿。該挺桿從圖2示出的實際使用狀態(tài)可清楚地看出，滑動面1以及推桿接觸面2的滑動條件特別苛刻，按照本發(fā)明通過釬焊接合氮化硅制滑動構件A以便形成滑動面1，推桿接觸面2部分的鋼大致保持加熱硬化處理時的硬度。圖2中的4表示凸輪，5表示推桿部件。氮化硅制滑動部件A按下述方法制作。
在市售的氮化硅粉末中添加作為燒結助劑的5重量％的Y2O3，2重量％的Al2O3，在乙醇中用球磨機混合48小時。干燥后，將所得混合粉末進行擠壓、CIP后，在2個大氣壓的氮氣氣氛中進行1650℃、1小時的HIP處理。
從所得燒結體上切下直徑為30mm，厚1mm的原材料，將成為滑動面的平面部分加工成平面度為10μm，表面粗糙度為0.3μm以下(十點平均粗糙度)。表1示出所得燒結體的機械特性。
表 1機械特性彎曲強度 135(kg/mm2)夏氏沖擊值 15.2(KJ/m2)挺桿基體3使用機械合金鉻鋼SCr440(JIS G4104)，加工后，加熱到850℃，然后在油中進行加熱硬化處理，然后通過厚度為100μm的鋁合金釬焊材料(JIS BA4145)，利用通常的電阻加熱爐在真空中570℃下保持30分鐘的方法，對滑動構件A和挺桿基體3進行釬焊。
作為比較例，將不進行加熱硬化處理的SCr 440用作基體3，按與上述同樣的方法進行與滑動構件的接合。
以上制得的接合挺桿，測定滑動面2的硬度后，組裝到市售的OHV方式的柴油機中，用劣化油按發(fā)動機旋轉數(shù)1000rpm進行2000小時耐久試驗，測定滑動面2的磨損量。
表2中示出接合前后的滑動面2的硬度以及磨損量的結果。但磨損的判定是將不足10μm的情況規(guī)定為“無磨損”，10μm以上的情況規(guī)定為“有磨損”。
如表2所示，進行過加熱硬化處理的實施例，即NO.1～NO.3，接合前后的硬化劣化少，與作為未進行過加熱硬化處理的比較例即NO.4～NO.6相比較，其硬度以及耐磨損性都優(yōu)良。
與NO.1同樣，選擇NO.2，3中所示的加熱硬化鋼材及釬焊材料，在各接合溫度下于真空中進行釬焊，然后進行評價。作為比較例，采用未進行過加熱硬化處理的鋼材，實施NO.5和NO.6。各例都顯示出，還是實施例中的硬度和耐磨損性優(yōu)良。
表2<
注)*表示比較例實施例2將與實施例1同樣的氮化硅用于滑動構件A挺桿基體3采用機械合金鋼鉻鋼SCr420(JIS G4104)，加工后加熱至800℃，然后于油中進行加熱硬化處理，其后通過厚度為100μm的鋁合金釬焊材料(JIS BA4145)將滑動構件和挺桿基體3接合在一起，如圖3所示，接合面位置在發(fā)熱用碳模6的內(nèi)部，滑動面2的部分被安置成在發(fā)熱用碳模的外部露出。將這種碳模6設置在可進行機械加壓和通過脈沖電流進行急速加熱的爐內(nèi)，在真空度為103Torr狀態(tài)下，外加“通一斷”的比例為12∶2的脈沖電流5000A，利用放電等離子法在3分鐘內(nèi)使熱電偶10的接合面溫度升至620℃，保持5分鐘，5分鐘內(nèi)冷卻至室溫，進行釬焊。NO.7此時的熱電偶11在滑動面部位的溫度上升至最高為550℃。
作為NO.10，將與NO.7同樣的材料配置在普通的電阻加熱爐中，加熱至620℃進行釬焊。此時，接合面和滑動面2一起都加熱至620℃。
對以上制得的接合挺桿的滑動面2進行接合前后的硬度評價，作為實施例的NO.7，接合前后的HRC僅降低至60→55，而作為比較例的NO.11時降低至60→48，因此NO.7顯示出良好的滑動特性。
與NO.7相同，選擇NO.8、NO.9、NO.10中所示的加熱硬化處理鋼材及釬焊材料，利用通電加熱、高頻或激光僅加熱接合面，進行釬焊。此時的滑動面溫度比接合面的溫度低100℃左右。作為比較例的NO.11、NO.12利用通常的電阻加熱進行釬焊。如表3所示，作為實施例，顯示出硬度高，滑動部件的滑動特性良好。
表3
實施例3制作顯示下表4中特性的氮化硅滑動構件A，實施例和比較例都各自制作10個，每個構件都按與實施例1相同的方法與SCr 440進行釬焊接合。
使用實施例的氮化硅時，10個樣品都可以獲得良好的接合體；而使用比較例的氮化硅時，由于不耐因加熱接合時鋼和陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同而導致在陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生的拉伸熱應力，在10個接合體內(nèi)有5個氮化硅部位產(chǎn)生裂紋。對制得的接合挺桿內(nèi)，用透射X射線調(diào)查氮化硅中不產(chǎn)生裂紋的物件(實施例10個，比較例5個)的接合界面的結構，結果發(fā)現(xiàn)，實施例的接合體的接合面積為接合界面面積的75～100％。另一方面，比較例卻為30～48％。
然后將這些接合挺桿(實施例10個，比較例5個)，組裝到市售的OHV式柴油機中，使用劣化油按發(fā)動機旋轉數(shù)1000rpn進行2000小時耐久試驗。其結果，實施例情況下的接合體，10個都很良好；而比較例的情況下，5個接合體內(nèi)，有2個的氮化硅部位由于金屬制凸輪的沖擊荷重而被破壞，其余3個的氮化硅也從鋼基體上剝離下來。
表4
表5
<p>以上說明可得知，本發(fā)明通過在接合滑動部件中，使用與鋼制基體接合前進行過加熱硬化處理的鋼這種簡單構成，而具有顯著改善滑動特性的效果。因此，適于用作汽車發(fā)動機的氣門閥類部件、凸輪從動件和搖臂等的滑動構件以及它們的制造方法。
權利要求
1.滑動部件，其特征在于，它是一種基體是鋼制的，在其滑動面內(nèi)形成至少一處滑動面的構件，與上述基體加熱接合而成的滑動部件，鋼制基體在加熱接合前進行過加熱硬化處理。
2.權利要求1所述的滑動部件，其中對鋼制基體進行加熱硬化使其在加熱接合前的硬度HRC為50以上。
3.權利要求1或2所述的滑動部件，其中，對鋼制基體進行加熱硬化，使其在加熱接合后的硬度HRC為45以上。
4.權利要求1、2或3所述的滑動部件，其中，接合面積為形成滑動面的構件與鋼基體之間界面面積的50％以上。
5.權利要求1～4中任何一項所述的滑動部件，其中，與基體加熱接合而形成滑動面的構件是由氮化硅類陶瓷組成，其室溫下的強度及夏氏沖擊值，各自為130kg/mm2以上、15KJ/mm2以上。
6.權利要求1～5中任何一項所述的滑動部件，其中，形成滑動面的構件和鋼基體是用Al或Al合金釬焊材料接合起來。
7.權利要求1所述滑動部件的制造方法，其特征在于，在比鋼制基體進行加熱硬化處理時的溫度更低的溫度下，對加熱硬化處理過的鋼制滑動部件基體和形成滑動面的構件進行加熱接合。
8.權利要求7所述的滑動部件的制造方法，其中，加熱接合時接合部位的溫度比鋼制基體的溫度高。
9.權利要求7或8所述的滑動部件的制造方法，其中，形成滑動面的構件和鋼基體是用Al或Al合金釬焊接合起來。
10.權利要求7～9中任一項所述的滑動部件的制造方法，其中，加熱時使用放電等離子加熱法。
11.權利要求7～9中任一項所述的滑動部件的制造方法，其中，加熱時使用通電加熱法。
12.權利要求7～9中任一項所述的滑動部件的制造方法，其中，加熱時使用高頻加熱法。
13.權利要求7～9中任一項所述的滑動部件的制造方法，其中，加熱時使用激光加熱法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滑動部件，它具有能滿足挺桿、搖臂等發(fā)動機部件和軸承等為首的要求耐磨損性的許多滑動面。該滑動部件的構成是，基體(3)是鋼制的，其滑動面內(nèi)，形成至少一處滑動面(1)的構件A，例如Si
文檔編號F01L1/18GK1136340SQ95190953
公開日1996年11月20日 申請日期1995年12月25日 優(yōu)先權日1994年12月28日
發(fā)明者松浦尚, 山川晃 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社