低摩擦滑动机构及其用途制造技术

低摩擦滑动机构包括具有可彼此相对滑动的各自滑动表面的一对滑动构件和施加于各自滑动表面的离子液体。滑动表面的至少一面具有类金刚石碳材料、金刚石材料或其组合的涂层。该离子液体由阳离子和阴离子组分组成并在室温下以液体或凝胶的形式存在。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低摩擦滑动机构及其用途。
技术介绍
近年来，已将更多的关注给予“离子液体”。离子液体指的是由阳离子和阴离子组成并在室温下以液体形式存在的有机盐，其也称为“室温熔融盐”、“离子液体”、“离子流体”、“离子油”等。已知离子液体表现出不同于普通有机溶剂性质的性质。例如，尽管普通有机溶剂由于它们的蒸气压而显示挥发性和可燃性，但离子液体具有低的可忽略的蒸气压并显示不挥发性和热稳定性。另外，离子液体是化学和电化学稳定的。
技术实现思路
尝试将离子液体作为润滑剂施加到滑动构件，因而从离子液体的优良性质中受益，如在非专利文献1中所报道。特别地，非专利文献1提出当降低离子液体的粘度以用作润滑剂时，离子液体具有使粘度损失最小化和确保高耐热性和长期稳定性的潜力。 Functional Materials，“Application of IonicLiquids to Tribology”，Hideto Kamimura，Ichiro Minami andMasayuki Mori，No.11，vol.24(2004)，63” 然而，对于离子液体和滑动构件的材料组合并没有进行研究。 因此，本专利技术的目的是提供其中将离子液体和滑动机构以适当的材料组合而使用的低摩擦滑动机构。 作为广泛研究的结果，已发现组合使用离子液体和类金刚石碳和/或金刚石材料产生显著的摩擦降低效果，以致获得很低的摩擦系数。本专利技术基于该发现。 根据本专利技术的第一方面，提供低摩擦滑动机构，其包含一对滑动构件，其具有可彼此相对滑动的各自的滑动表面，滑动表面的至少一面具有类金刚石碳材料、金刚石材料或其组合的涂层；离子液体施加于各自的滑动表面，该离子液体由阳离子和阴离子组分组成并在室温下以液体或凝胶形式存在。 根据本专利技术的第二方面，提供利用上述低摩擦滑动机构的机动车内燃机。 根据本专利技术的第三方面，提供利用上述低摩擦滑动机构的机动车变速箱。 从下面的描述中也可以获知本专利技术的其它目的和特征。 附图说明 图1是摩擦试验单元的示意图。 图2是示出根据本专利技术和根据在先技术的摩擦试验结果的图。 具体实施例方式 下面将详细描述本专利技术。在下面的描述中，所有百分比(％)以质量计，除非另有规定。 根据本专利技术一个示例性实施方案的低摩擦滑动机构包括具有可彼此相对滑动的滑动表面的滑动构件和施加到各自滑动表面的润滑剂，其特征在于该滑动表面的至少一面具有类金刚石碳(DLC)材料、金刚石材料或其组合的薄涂层；和该润滑剂是由阳离子和阴离子组成并在室温下以液体或凝胶形式存在的离子液体或其离子导电性组合物。 优选地，DLC材料和金刚石材料具有sp3/sp2的碳比例为2以上。如果sp3/sp2的碳比例小于2，DLC材料和金刚石材料硬度太低以致不能获得足够的摩擦降低效果。当sp3/sp2的碳比例为2以上，DLC材料和金刚石材料能够确保足够的硬度，促进阳离子、阴离子或添加剂组分在涂层上的吸附，因而引起摩擦系数大量地降低。 DLC材料优选具有氢含量为3原子％以下，更优选1原子％以下，进一步更优选0.5原子％以下。如果氢含量超过3原子％，可能DLC材料不能保证阳离子、阴离子或添加剂组分在该涂层上的适当吸附，因而不能获得足够的摩擦降低效果。随着DLC材料的氢含量降低，DLC材料能够促进阳离子、阴离子或添加剂组分在该涂层上的吸附以大量降低摩擦系数。 在此，存在两种DLC涂层方法一种是物理气相沉积(PVD)如电弧离子电镀，另一种是化学气相沉积(CVD)。在CVD法中，将CH气体如甲烷用作起始材料，以致所得DLC涂层通常含有约10原子％的氢。而在PVD法中，与其形成对比，将石墨用作起始材料，以致所得DLC涂层几乎不含氢。由于该原因，DLC涂层通过PVD法形成比通过CVD法形成很可能有助于更低的摩擦系数。 金刚石材料优选具有晶粒尺寸为20nm以下，更优选10nm以下，进一步更优选1nm以下的纳米晶结构。当与通过PVD法形成的DLC涂层比较时，金刚石涂层的硬度更高并且其能够产生更大的摩擦降低效果。然而普通金刚石具有几微米的大晶粒尺寸并趋于在滑动期间由于这样的大晶粒尺寸而破坏其相对材料。如果晶粒尺寸超过20nm，金刚石材料的相对材料破坏性如此强大以致磨损可能发生。当晶粒尺寸为20nm以下时，金刚石材料能够限制它的相对材料破坏性以防止磨损。 此外，滑动构件的DLC和/或金刚石材料涂层优选具有表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra为0.02μm以下，更优选0.01μm以下，进一步更优选0.0005μm以下，以防止由于涂层材料的相对材料破坏性而发生在相对构件中的磨损。为了防止相对构件磨损并保持摩擦降低效果，滑动构件的DLC和/或金刚石涂层也优选具有优选为-0.5以下的负的表面偏斜度(skewness)Rsk。表面粗糙度Ra和表面偏斜度Rsk在此处各自定义为粗糙度分布的纵坐标绝对值的算术平均数和粗糙度分布对称性的参数，与JIS B0601一致。 另一方面，将离子液体单独用作润滑剂或与包括但不限于极性材料的一种添加剂或多种添加剂组合用作润滑剂。极性材料是由于在分子中正电荷(原子核)和负电荷(电子)之间的极化而自发具有永久偶极的物质。这样的极性使得离子液体在滑动构件上易于吸附以降低摩擦。 也优选离子液体的全部或部分阳离子组分是分子阳离子，离子液体的全部或部分阴离子组分是分子阴离子。 进一步优选离子液体含有室温熔融盐或由室温熔融盐组成，该室温熔融盐在室温(环境温度)下熔融并稳定，显示高极性和比热而即使在高温条件下不蒸发。室温熔融盐的阳离子和阴离子组分未必为，但优选为分子阳离子和阴离子。 作为分子阳离子可以使用咪唑鎓(imidazolium)衍生物阳离子(单取代的咪唑鎓衍生物阳离子、双取代的咪唑鎓衍生物阳离子和三取代的咪唑鎓衍生物阳离子)、吡啶鎓衍生物阳离子、吡咯烷鎓(pyrrolidinium)衍生物阳离子和铵衍生物阳离子。这些分子阳离子可以单独使用或其两种或多种组合使用。 单取代的咪唑鎓衍生物阳离子的实例是由如下通式(1)表示的那些 其中R11表示单价有机基团，优选单价烃基，更优选具有1至20个碳原子的烷基或芳烷基。 R11的具体实例是甲基和丁基。 双取代的咪唑鎓衍生物阳离子的实例是由如下通式(2)表示的那些 其中R21和R22可以相同或不同并各自表示单价有机基团，优选单价烃基，更优选具有1至20个碳原子的烷基或芳烷基。 R21和R22的具体实例是甲基和丁基。这些基团可以以任何组合使用。乙基、戊基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、苯偶酰和γ-苯基丙基也可用作R21和R22。例如，下列组合是可以的(a)R21是甲基，R22是甲基、乙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、苯偶酰和γ-苯基丙基；和(b)R21是乙基，R22＝丁基。 三取代的咪唑鎓衍生物阳离子的实例是由如下通式(3)表示的那些 其中R31、R32和R33可以相同或不同并各自表示单价有机基团，优选单价烃基，更优选具有1至20个碳原子的烷基或芳烷基。 R31、R32和R33的具体实例是甲基和丁基。这些基团可以以任何组合使用。乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低摩擦滑动机构，其包括：一对滑动构件，其具有可彼此相对滑动的各自的滑动表面，该滑动表面的至少一面具有类金刚石碳材料、金刚石材料或其组合的涂层；和离子液体，其施加于滑动表面，该离子液体由阳离子和阴离子组分组成并在室温下以液体或凝胶形式存在。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：南部俊和，保田芳辉，上野贵文，坂根时夫，竹川寿弘，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]