滑動構件和滑動機械制造技術

提供具有大幅度降低摩擦系數和發揮優異的耐磨損性的滑動面的滑動構件。本發明專利技術的滑動構件，包含基材、和被覆基材表面而構成滑動面的滑動膜，在存在潤滑油的濕式條件下使用。本發明專利技術涉及的滑動膜是疊層膜，所述疊層膜包含在基材的表面上形成的基底層、和在基底層上的至少一部分上形成的最表層。該最表層的特征是由特定含硼非晶質碳、即特定B-DLC構成，所述特定B-DLC在將最表層整體設為100原子％時含有4～50原子％的B和5～50原子％的H。該特定B-DLC在滑動時自磨損而使滑動面平滑化，發揮優異的低摩擦性。特定B-DLC的基底層有助于滑動膜的耐磨損性提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及具有能夠同時實現大幅度的摩擦降低和耐磨損性的確保的滑動面的 滑動構件W及具備該滑動構件的滑動機械。
技術介紹
搭載于汽車上的內燃機等，包含許多滑動構件（例如凸輪和凸輪從動件、汽缸和 活塞、各種軸和軸承）。對具備該樣的滑動構件的機械（滑動機械），強烈要求使各滑動部 的摩擦系數減少，并謀求摩擦損失的降低等。 為實現該個要求，例如曾提出了在滑動面形成能謀求摩擦系數的降低的被稱為類 金剛石碳膜的非晶質碳膜（適當稱為「DLC膜」）的方案。在下述的專利文獻1~4中有與 此關聯的記載。 在先技術文獻 專利文獻1 ;日本特開2011-32429號公報 專利文獻2 ;日本特開2011-26591號公報 專利文獻3 ;日本特開2007-99949號公報 專利文獻4 ;日本特開2007-23356號公報
技術實現思路
專利文獻1~3曾提出在潤滑油中使用在滑動面形成了含有棚炬）的非晶質硬質 碳膜（適當稱為「B-DLC膜」）的低摩擦滑動構件。但是，在該些專利文獻中提出的B-DLC 膜，是氨（H)含量少的硬質的被膜。要進一步降低由硬質的B-DLC膜被覆的滑動面的摩擦 系數的話，就需要預先使被成膜的基材表面成為表面粗趟度（Ra)低于0. 1的鏡面。 專利文獻4曾提出在潤滑油中使用具有滑動面的滑動構件，所述滑動面由含有娃 儀）的非晶質硬質碳膜（適當稱為「Si-DLC膜」）被覆。另外，也提出了在形成于基材表面 的硬質的Si-DLC膜上層疊軟質的Si-DLC膜從而形成滑動面的方案。但是，那樣的滑動面 的摩擦系數尚為0. 07W上（專利文獻4的、圖9)，未必可W說摩擦系數被充分地降 低了。認為該是由于由Si-DLC膜帶來的低摩擦系數的呈現機制，依賴于在其表面生成的娃 醇基（Si-OH)的吸附水層（等）。再者，在專利文獻4中，對于形成有Si-DLC膜的基 底面的表面粗趟度、其膜厚沒有詳述。 本專利技術是鑒于該樣的狀況而完成的，其目的是提出具有滑動面的滑動構件、和具 備該滑動構件的滑動機械，所述滑動面能夠實現摩擦系數的大幅度的降低和充分的耐磨損 性的確保。 本專利技術人為解決該課題而銳意研究、反復試驗的結果，新發現了；通過在滑動面設 置由與W往不同的新的組成構成的B-DLC膜，能夠在存在潤滑油的濕式條件下得到非常低 的摩擦系數。還知道了通過在硬質的基底層上形成該B-DLC膜也能夠確保滑動面的耐磨損 性。通過使該些成果發展，從而完成了后面所敘述的本專利技術。 《滑動構件》 (1)本專利技術的滑動構件，包含基材、和被覆該基材的表面而構成滑動面的滑動膜， 在存在潤滑油的濕式條件下使用，該滑動構件的特征在于，所述滑動膜由疊層膜構成，所述 疊層膜包含在所述基材的表面上形成的基底層、和在該基底層上的至少一部分上形成的最 表層，該最表層由特定含棚非晶質碳（W下稱為「特定B-DLC」）構成，所述特定B-DLC在將 該最表層整體設為100原子％ (僅稱為「％」）時含有4~50%的棚炬）和5~50%的氨 化)。 (2)本專利技術的滑動構件具有采用疊層膜構成的滑動面，所述疊層膜是在設于基材 表面的基底層上的至少一部分上存在最表層的膜，所述最表層由較多地含有B和H的特定 B-DLC構成。由于該滑動面在存在潤滑油的濕式條件下呈現優異的低摩擦性，因此具備本發 明的滑動構件的滑動機械，在運行時所需的驅動力、和摩擦損失等大幅度地降低，能夠實現 滑動機械的性能提高和節能化。 (3)本專利技術設及的滑動面、特別是最表層能夠發揮顯著的低摩擦性的原因不一定 明確，但在現狀下可W如下考慮。本專利技術設及的特定B-DLC，由于B和H的含量多（特別是 由于H量多），因此相對地C量（特別是成為sp2雜化軌道的C量）少，比W往的B-DLC容 易磨損。因此形成于基底層上的初始的特定B-DLC膜，從滑動開始后逐漸產生磨損，與此相 應地滑動面被平滑化，其表面粗趟度變得非常小。由此，在本專利技術設及的滑動面上，通過介 在的潤滑油而穩定地產生流體潤滑，幾乎不產生與混合潤滑、邊界潤滑等相伴的固體接觸。 可W認為，在其中進一步附加了特定B-DLC自身具有的良好的滑動性，從而本專利技術設及的 滑動面在濕式條件下發揮了顯著的低摩擦性。 再者，可W認為，本專利技術設及的滑動面的平滑化通過特定B-DLC(膜）與基底層協 作并且進行磨損而產生。例如，可W認為，即使基底層的表面粗趟度W算術平均粗趟度（Ra/ JISB0601:'01)計如0. 1W上（或超過0.l)、〇. 15W上進而0.2W上那樣較大，也成為在 位于基底層表面上的微細的凹部填充有特定B-DLC的狀態，形成表面粗趟度Ra為0. 05W 下、進而為0.04W下該樣的超平滑的滑動面。順便說一下，該平滑的最表面，可W是僅由最 表層（特定B-DLC膜）形成的情況，也可W是最表層和基底層融合而形成的情況。 該樣，本專利技術設及的滑動面在滑動過程中被平滑化，因此滑動前的最表層的表面 粗趟度也可W稍大一些。該一點對于基底層或基材表面也是同樣的。但是，從謀求抑制滑 動膜的磨損的觀點出發，當然它們的表面粗趟度從滑動前開始越小越好。例如，基底層的滑 動前（成膜時）的表面粗趟度Ra優選為0. 3W下、進而優選為0. 1W下。 (4)為了本專利技術設及的疊層膜穩定地持續呈現上述的低摩擦系數，確保其耐磨損 性也很重要。例如，通過設置與最表層或特定B-DLC相比硬度或彈性模數大的耐磨損層來 作為基底層，能夠W高水平兼備滑動面的低摩擦性和高耐磨損性。該樣的基底層可W是在 基材表面直接形成的滲碳層、氮化層等硬質層，但如果是被覆基材表面的硬質膜，則能謀求 耐磨損性的進一步的提高。該樣的硬質膜由例如氮化物（&N、TiN等）、碳化物（&C等）或 硬質非晶質碳等構成。 特別是作為硬質非晶質碳，例如有組成與特定B-DLC不同的硬質的含棚非晶質碳 (硬質B-DLC)、含有娃（Si)的含娃非晶質碳（Si-DLC)、不含H或H含量少的各種非晶質碳 (無H的化C)等。由該些硬質非晶質碳構成的基底層，其表面硬度優選為20GPaW上、23GPa W上、進而25GPaW上。 再者，基底層也會有通過最表層的磨損而部分地在最表面露出的情況（參照圖 1A~圖1C)。因此，基底層不僅要耐磨損性優異，而且在低摩擦系數下滑動性越優異越好。 順便說一下，本專利技術設及的基底層，不限于一層，也可W是兩層W上。 (5)然而，本專利技術設及的滑動面，通過成為最表層的特定B-DLC膜根據對象件的形 狀（主要是外徑）磨損而被平滑化（圖1A)。因此，為了得到穩定的高滑動性（低摩擦化和 高耐磨損化），優選至少滑動開始前的最表層（特定B-DLC膜）具有充分的層厚。但是，形 成過大的層厚是不現實的，另外，由于隨著磨損的進行使滑動面之間的間隙過度地增大，因 此不優選。 根據本專利技術人的研究調查可知，為了穩定地維持高滑動性，最表層的（初始）層厚 (T1)相對于待形成最表層的基底層的基于算術平均粗趟度（Ra)的表面粗趟度巧2)的比、 即層厚比（T1/R2)優選為3~200、4~100、進而5~50。該情況下，即使在最表層最磨損 的部位（圖1A的虛線包圍的部分）進行磨損，基底層也部分地支承對象件，并在最表層充 塞了基底層的凹部的狀態下停止該磨損的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種滑動構件，包含基材、和被覆該基材的表面而構成滑動面的滑動膜，在存在潤滑油的濕式條件下使用，該滑動構件的特征在于，所述滑動膜由疊層膜構成，所述疊層膜包含在所述基材的表面上形成的基底層、和在該基底層上的至少一部分上形成的最表層，該最表層由特定含硼非晶質碳、即特定B?DLC構成，所述特定B?DLC在將該最表層整體設為100原子％時含有4～50原子％的硼(B)和5～50原子％的氫(H)，該最表層的層厚T1相對于該基底層的基于算術平均粗糙度Ra的表面粗糙度R2之比、即層厚比T1/R2為3～200。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：奧山勝，遠山護，森廣行，松井宗久，池田直也，不破良雄，新吉隆利，
申請(專利權)人：豐田自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP