滑动系统技术方案

本发明专利技术目的是提供借助氮化铬膜和润滑油的新组合可显著降低滑动部分上的摩擦系数的滑动系统。本发明专利技术滑动系统包含：具有可相对移动，同时彼此面对的滑动表面的一对滑动元件；和可插入彼此面对的滑动表面之间的润滑油。滑动表面中的至少一个作为氮化铬膜涂覆表面形成，且润滑油包含具有Mo三核化学结构的油溶性钼化合物。当氮化铬膜整体为100原子％(简称为“％”)时，氮化铬膜包含40-65％Cr和35-55％N，且氮化铬膜具有15-60％的相对表面积，其中相对表面积为在使用X射线衍射分析时所得(111)平面与(200)平面的表面积比。润滑油优选以润滑油整体的5-800ppm的质量含量包含油溶性钼化合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滑动系统，其借助氮化铬膜和润滑油的组合可显著降低作用于滑 动表面之间的摩擦系数和滑动阻力等，所述润滑油包含具有特殊化学结构的油溶性钼化合 物。 专利技术背景 各种机器具有在彼此滑动地接触时相对移动的滑动元件。在具有该类滑动元件的 系统（在本说明书中称为"滑动系统"，例如滑动机器）中，作用于滑动部分上的阻力（滑动 阻力）可因此被降低以增强性能并降低操作所需能量。该滑动阻力降低通常通过降低作用 于滑动表面之间的摩擦系数实现。 作用于滑动表面之间的摩擦系数取决于各滑动表面的表面条件和滑动表面之间 的润滑状态而不同。因此，为降低摩擦系数，可想到改进滑动表面并改进在滑动表面之间提 供的润滑剂（润滑油）。已知各类对滑动表面的表面改进，其中通常进行改进使得滑动表面 各自用非晶碳膜（所谓的类金刚石碳（DLC)膜）形成，其可降低摩擦并具有优异的抗磨性。 润滑剂也根据滑动机器的类型、使用环境和其它因素以各种方式改进，但在许多情况下，改 进可通过配混入具有降低摩擦的作用的添加剂而实现。关于以上的描述在例如以下专利文 献（PTL)中找到。 JP2011-252073A JP2004-339486A (EP1462508B1) 专利 No. 3728740 (JP8-296030A)
技术实现思路
PTL 1提出将润滑剂与含H(20%)DLC膜组合，其中润滑剂包含具有在预定范围内 的氮/钼（N/Mo)质量比的有机钼化合物作为包含Mo双核的二硫代氨基甲酸钼（MoDTC)(熟 知的发动机油添加剂）的替代物。 PTL 2提出普通DLC膜和润滑剂的组合，其中DLC膜不含金属元素和其它添加剂 元素，且润滑剂通过将550ppm (作为Mo的量）的二硫代氨基甲酸钼加入基油中而得到。然 而，PTL 2仅描述了该组合可降低摩擦系数，PTL 2中没有披露机制等。此外，通过该组合得 到的摩擦系数为至多约0. 1，因此，摩擦系数的降低可能是不充分的。 PTL 3描述了向内燃机的活塞环的外圆周滑动表面提供CrN型氮化铬和Cr2N型氮 化铬的混合物的离子镀膜，其中CrN和Cr 2N的晶体取向比因此被最佳化以改进活塞环的抗 磨性、抗磨损能力和其它性能。然而，PTL3仅描述了使用普通发动机油作为润滑剂进行抗 磨性试验和其它试验，PTL3中没有描述以上膜影响滑动表面之间的摩擦系数的影响等，也 没有给出相应启示。 本专利技术鉴于这种情况产生，且本专利技术的目的是，提供与现有技术相比可至少显著 降低滑动表面之间的摩擦系数的滑动系统，通过滑动膜和润滑油的新组合实现。 作为实现以上目的的深入研究以及重复试验和误差的结果，本专利技术的专利技术人发现 特殊氮化铬膜和包含具有特殊化学结构的油溶性钼化合物的润滑油的新组合可显著地降 低滑动表面之间的摩擦系数。此外，还发现该优异的低摩擦性能可与抗磨性同时满足。随 着该成就的发展，本专利技术的专利技术人完成如下文所述的本专利技术。 《滑动系统》 (1)本专利技术滑动系统包含：具有可相对移动，同时彼此面对的滑动表面的一对滑 动元件；和可插入彼此面对的滑动表面之间的润滑油。滑动系统具有如下特征。滑动表面 中的至少一个包含氮化铬膜涂覆表面。润滑油包含具有钼（M〇)三核化学结构的油溶性钼 化合物。当氮化铬膜整体为100原子％ (简称为" ％ 时，氮化铬膜包含40-65%铬（Cr) 和35-55 %氮（N)。氮化铬膜具有15-60 %的相对表面积。相对表面积为在使用X射线衍射 分析时所得（111)平面与（200)平面的表面积比。 (2)因此将涂有特殊氮化铬膜的滑动表面和包含具有特殊化学结构的油溶性钼化 合物的润滑油相结合，容许得到可显著降低滑动表面之间的摩擦系数的滑动系统。具体而 言，可发展低摩擦性能使得摩擦系数在一个实施方案中为0. 07或更小，在另一实施方案中 0.06或更小，在又一实施方案中0.05或更小。因此，根据本专利技术滑动系统，滑动阻力和摩擦 损失可显著降低，容许例如各种机器的运动性能和能量节约方面相当大的改进。 此外，除低摩擦性能外，本专利技术氮化铬膜可显示出优异的抗磨性。例如，与仅由钢 材料形成的滑动表面的摩擦深度相比，氮化铬膜的滑动表面在一个实施方案中可具有1/4 或更小，在另一实施方案中1/5或更小的摩擦深度，摩擦深度为抗磨性的指示。因此，本发 明滑动系统特别适于在从边界润滑（摩擦）条件至混合润滑（摩擦）条件的严苛条件下长 时间操作的机器，例如驱动系统中的机器。因此，当用于驱动系统装置如发动机和变速器 时，本专利技术可贡献于燃料消耗量的降低和其它益处。 (3)尽管本专利技术特殊氮化铬膜和特殊润滑剂的组合发展优异的低摩擦性能和其它 有利性能的机制并不是确定的，但在深入研究以后，本专利技术专利技术人在本专利技术情况下认为如 下。 当操作本专利技术滑动系统（尤其是滑动机器）时，促进了包含在润滑油中且包含Mo 三核（其也可称为"Mo-三核化合物"或者简称为"Mo-三核"）的油溶性钼化合物在氮化铬 膜的滑动表面上的吸附反应。这容许滑动表面容易吸附与Mo-三核为竞争性吸附关系的其 它添加剂或其组成元素（例如Mo和S)。这显示出导致较大量（大厚度）的不同于Mo-三 核的M 〇S2结构硫化钼化合物吸附在氮化铬膜的涂覆表面（滑动表面）上。已知MoS 2结构 硫化钼化合物具有层状结构并显示出低剪切性能。这显示出甚至在多种操作情况（包括边 界摩擦）下容许氮化铬膜的滑动表面上的摩擦系数显著降低。 因此优选的是，在操作本专利技术滑动系统时，Mo和S存在于氮化铬膜的滑动表面上， 且S与Mo的原子数之比在使用X射线光电子能谱（XPS)分析时，在一个实施方案中为2或 更大，在另一实施方案中为4或更大，在另一实施方案中为5或更大。还优选的是，当通过 XPS检测的量整体为100原子％时，Mo的检测量在一个实施方案中为0. 04原子％或更多， 在另一实施方案中为〇. 06原子％或更多。 本专利技术氮化铬膜通常比滑动元件的基础材料（例如钢材料）更硬，并且不太可能 转移和粘附在配对滑动元件的滑动表面上。因此，本专利技术滑动系统在上述润滑油的存在下 显示出高抗磨性，并且可长时间稳定地得到优异的低摩擦性能。 (4)本专利技术Mo-三核在其结合在末端的官能团、分子量和其它性能方面不受限，条 件是Mo-三核具有M 〇3S7或M〇3Ss中的至少一种（特别是M〇3S 7)的分子结构骨架。仅作为参 考，图6举例说明了 M〇3S7硫化钼化合物的一个实例，在图中R表示烃基。 本专利技术Mo-三核可反应以吸附在滑动表面上，由此在滑动表面上形成具有化学结 构如Mo 3S7、Mo3Ss和Mo2S 6的硫化钼化合物。该类硫化钼化合物还具有与二硫化钼（MoS2)类 似的结构，并且基于层状结构可显示出在滑动表面之间的低剪切性能以贡献于摩擦系数的 降低。 (5)本专利技术氮化铬膜主要包含Cr和N，但可进一步包含掺杂元素（例如0)和不抑 制低摩擦性能或改进低摩擦性能的其它元素作为附加元素。氮化铬膜中的Cr和N主要作 为CrN存在，但其一部分可以为Cr2N (-氮化二铬）或者其它合适的形式。结合上文，优选 的是，当氮化铬膜整体为100原子％ (简称为" ％ 时，本专利技术氮化铬膜在一个实施方案中 包含40-65% Cr和35-55% 本文档来自技高网...

【技术保护点】
滑动系统，其包含：具有可相对移动，同时彼此面对的滑动表面的一对滑动元件；和可插入彼此面对的滑动表面之间的润滑油，其中滑动表面中的至少一个包含氮化铬膜涂覆表面；其中润滑油包含具有Mo三核化学结构的油溶性钼化合物，其中当氮化铬膜整体为100原子％(简称为“％”)时，氮化铬膜包含40‑65％Cr和35‑55％N，且氮化铬膜具有15‑60％的相对表面积，其中相对表面积为在使用X射线衍射分析时所得(111)平面与(200)平面的表面积比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：森广行，远山护，奥山胜，林圭二，池田直也，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP