滑动构件和活塞环制造技术

本发明专利技术提供一种滑动构件，其具有兼顾高耐磨损性和低摩擦系数并且耐脱落性优异的硬质碳膜。本发明专利技术的滑动构件(100)的特征在于，具有基材(10)和形成在基材(10)上的硬质碳膜(12)，在硬质碳膜(12)中，压痕硬度从基材侧朝向表面侧逐渐降低，进而，在硬质碳膜(12)中，在0≤T/Ttotal≤0.6中的压痕硬度分布以第一直线近似，在0.9≤T/Ttotal≤1中的压痕硬度分布以第二直线近似，第一直线与第二直线的交点(T2/Ttotal，H2)满足下述式(1)以及下述式(2)。式(1)：(H3‑H1)×T2/Ttotal+H1＜H2≤0.9×H1，式(2)：0.6≤T2/Ttotal≤0.9。

Sliding member and piston ring

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】滑动构件和活塞环
本专利技术涉及具有兼顾高耐磨损性和低摩擦系数且耐脱落性优异的硬质碳膜的滑动构件及由该滑动构件构成的活塞环。
技术介绍
在活塞环等滑动构件中，一般通过在基材上覆盖类金刚石碳(DLC：DiamondLikeCarbon)膜这样的硬质碳膜来提高硬度和耐磨损性。专利文献1的目的之一在于提供具有高硬度且耐磨损性优异的DLC膜的滑动构件，记载了一种滑动构件，其具有基材、形成于该基材上的中间层、和通过离子镀法形成在该中间层上的DLC膜。另外，优选将膜的压痕硬度设为20～70GPa。专利文献2的目的在于兼顾高耐久性和低摩擦系数，记载了一种滑动构件，其具有基材、在该基材上由通过离子镀法形成的DLC构成的下层膜、在该下层膜上由通过CVD法形成的DLC构成的上层膜，其中，下层膜的压痕硬度为20GPa以上45GPa以下，上层膜的压痕硬度为5GPa以上20GPa以下。现有技术专利文献专利文献1：日本特开2006-250348号公报；专利文献2：日本特开2009-167512号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的课题在以专利文献1中记载的方法形成的DLC膜中，由于表层的压痕硬度固定并且为20～70GPa这样的高硬度，所以耐磨损性良好，但加工性存在改善的余地。在专利文献2中，通过采用具有比下层膜柔软的上层膜的滑动构件，使上层膜作为磨合层发挥作用而改善加工性。但是，在该方法中，由于压痕硬度在上层膜和下层膜的边界不连续地变化，所以上层膜会脱落。本专利技术鉴于上述课题，其目的在于提供一种滑动构件，其具有兼顾高耐磨损性和低摩擦系数并且耐脱落性优异的硬质碳膜。另外，本专利技术的目的在于提供一种由该滑动构件构成的活塞环。并且，本专利技术的目的还在于提供一种通过提高加工性而容易在加工业中进行制造的滑动构件、以及由该滑动构件构成的活塞环。用于解决课题的方案本专利技术人在为了解决上述问题而进行研究时发现：通过使硬质碳膜的压痕硬度从基材侧向表面侧逐渐降低，并且将硬质碳膜在厚度方向上的压痕硬度分布设为规定形状，从而能够获得具有兼顾高耐磨损性和低摩擦系数并且耐脱落性优异的硬质碳膜的滑动构件。本专利技术是基于上述见解而完成的，其主旨构成如下所述。[1]一种滑动构件，其特征在于，具有：基材；硬质碳膜，其形成在该基材上，在所述硬质碳膜中，压痕硬度从所述基材侧朝向所述硬质碳膜的表面侧逐渐降低，在所述硬质碳膜中，将其膜厚设为Ttotal(μm)，将从所述基材侧起的厚度位置设为T(μm)，将0≤T/Ttotal≤0.6中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第一直线进行近似，将0.9≤T/Ttotal≤1中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第二直线进行近似，进而，将所述第一直线的T＝0μm处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H1(GPa)，将所述第一直线与所述第二直线的交点处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H2(GPa)，将该交点处的所述厚度位置设为T2(μm)，将所述第二直线的T＝Ttotal处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H3(GPa)，此时，所述H2以及所述T2满足下述式(1)以及下述式(2)，式(1)：(H3-H1)×T2/Ttotal+H1＜H2≤0.9×H1式(2)：0.6≤T2/Ttotal≤0.9。[2]根据[1]所述的滑动构件，其中，上述H2还满足下述式(3)，式(3)：H2≥0.6×H1。[3]根据上述[1]或[2]所述的滑动构件，其中，在将所述第一直线的斜率设为a，将所述第二直线的斜率设为b时，b/a还满足下述式(4)，式(4)：2≤b/a≤30。[4]根据上述[1]至[3]中任一项所述的滑动构件，其中，所述H1为30GPa以上。[5]根据上述[1]至[4]中任一项所述的滑动构件，其中，所述H3为5GPa以上且20GPa以下。[6]根据上述[1]至[5]中任一项所述的滑动构件，其中，所述Ttotal为3μm以上。[7]根据上述[1]至[6]中任一项所述的滑动构件，其中，所述硬质碳膜的表面粗糙度Ra为0.15μm以下。[8]根据上述[1]至[7]中任一项所述的滑动构件，其中，在所述基材与所述硬质碳膜之间具有中间层，该中间层由选自Cr、Ti、Co、V、Mo及W以及它们的碳化物、氮化物及碳氮化物中的一种以上的材料构成。[9]一种活塞环，其由上述[1]～[8]中任一项所述的滑动构件构成。专利技术的效果根据本专利技术，能够得到一种滑动构件，其具有兼顾高耐磨损性和低摩擦系数并且耐脱落性优异的硬质碳膜。另外，根据本专利技术，能够得到一种由该滑动构件构成的活塞环。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式的滑动构件100的示意性剖视图。图2是示出了本专利技术的一个实施方式的DLC膜12的压痕硬度相对于T/Ttotal的分布的图。图3A是对在本专利技术的一个实施方式的压痕硬度试验中通过倾斜研磨法而露出的试验面以及该试验面的试验方向进行说明的图。图3B是在本专利技术的一个实施方式的压痕硬度试验中以沿着DLC膜12的厚度方向的截面来观察该试验面和该试验方向时的图。图3C是对在本专利技术的一个实施方式的压痕硬度试验中将沿着试验方向的压痕硬度换算成DLC膜12的沿着从基材侧朝向表面侧的厚度方向的压痕硬度时的换算式中各参数的获取方法进行说明的图。图4是本专利技术的一个实施方式的活塞环200的剖视立体图。图5A是用于简易的磨料磨损试验的试验机的概要图。图5B是用于滚动滑动疲劳试验的试验机的概要图。具体实施方式以下，参照图1～4，说明本专利技术的滑动构件和活塞环的一个实施方式。(滑动构件)参照图1，本专利技术方式的滑动构件100包括基材10和形成在基材10上的硬质碳膜12。[基材]本实施方式中的基材10只要具有作为滑动构件所需要的强度即可，没有特别限定，作为基材10的材料，例如可列举出铁、铸铁、超硬合金、不锈钢、铝合金等具有导电性的材料。另外，在将基材10的材料采用铁系材料的情况下，也可以实施淬火及回火等硬化处理、氮化处理。另外，在将滑动构件100用作活塞环的情况下，优选将以往适用的马氏体系不锈钢、弹簧钢、碳钢等用作基材。[硬质碳膜]本实施方式中的硬质碳膜12是类金刚石碳(DLC：DiamondLikeCarbon)膜12。以下，参照图2说明DLC膜12的特性。图2示出了在XY平面上DLC膜12的压痕硬度分布，其中设Ttotal(μm)为DLC膜12的膜厚，设T(μm)为DLC膜12的从基材侧的厚度位置，设T/Ttotal为横轴(X轴)，设H为纵轴(Y轴)，并且本说明书中的“压痕硬度分布”是指根据国际标准ISO14577规定的纳米压痕硬度试验法通过以下试验获得的压痕硬度分布。即，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滑动构件，其特征在于，具有：/n基材；/n硬质碳膜，其形成在该基材上，/n在所述硬质碳膜中，压痕硬度从所述基材侧朝向所述硬质碳膜的表面侧逐渐降低，/n在所述硬质碳膜中，将其膜厚设为Ttotal(μm)，将从所述基材侧起的厚度位置设为T(μm)，将0≤T/Ttotal≤0.6中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第一直线进行近似，将0.9≤T/Ttotal≤1中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第二直线进行近似，/n进而，将所述第一直线的T＝0μm处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H1(Gpa)，将所述第一直线与所述第二直线的交点处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H2(Gpa)，将该交点处的所述厚度位置设为T2(μm)，将所述第二直线的T＝Ttotal处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H3(Gpa)，此时，所述H2以及所述T2满足下述式1以及下述式2，/n式1：(H3-H1)×T2/Ttotal+H1＜H2≤0.9×H1，/n式2：0.6≤T2/Ttotal≤0.9。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171227 JP 2017-2518631.一种滑动构件，其特征在于，具有：
基材；
硬质碳膜，其形成在该基材上，
在所述硬质碳膜中，压痕硬度从所述基材侧朝向所述硬质碳膜的表面侧逐渐降低，
在所述硬质碳膜中，将其膜厚设为Ttotal(μm)，将从所述基材侧起的厚度位置设为T(μm)，将0≤T/Ttotal≤0.6中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第一直线进行近似，将0.9≤T/Ttotal≤1中的压痕硬度分布以将T/Ttotal作为变量的第二直线进行近似，
进而，将所述第一直线的T＝0μm处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H1(Gpa)，将所述第一直线与所述第二直线的交点处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H2(Gpa)，将该交点处的所述厚度位置设为T2(μm)，将所述第二直线的T＝Ttotal处的所述硬质碳膜的压痕硬度设为H3(Gpa)，此时，所述H2以及所述T2满足下述式1以及下述式2，
式1：(H3-H1)×T2/Ttotal+H1＜H2≤0.9×H1，
式2：0.6≤T2/Ttotal≤0.9。


2.根据权利要求1所述的滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：龟田和也，丸山博史，石田雄一，关矢琢磨，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：日本;JP