滑动构件、其制造方法及包覆膜技术

本发明专利技术的课题是提供具有示出恒定且稳定的抗削性和耐磨损性、并且耐剥离性(密合性)优异的包覆膜的滑动构件、及该包覆膜。其解决方法是滑动构件(10)，其在基材(11)上的滑动面(16)上具有包覆膜(1)，在通过明视野TEM图像观察包覆膜(1)的剖面时，包含相对地由黑色表示的黑色硬质碳层(B)和相对地由白色表示的白色硬质碳层(W)的重复单元在厚度方向(Y)上层叠，且具有1μm～50μm的范围内的合计厚度，在相邻的黑色硬质碳层B和白色硬质碳层(W)中，白色硬质碳层(W)的硬度比黑色硬质碳层(B)高，白色硬质碳层(W)的[sp2/(sp2+sp3)]比比黑色硬质碳层(B)大。层(B)大。层(B)大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】滑动构件、其制造方法及包覆膜


[0001]本专利技术涉及滑动构件、其制造方法及包覆膜。更详细而言，本专利技术涉及具有示出恒定且稳定的抗削性和耐磨损性、并且耐剥离性(密合性)优异的滑动构件、其制造方法及包覆膜。

技术介绍

[0002]近年，在各种工业领域、特别是汽车领域中，在发动机基材、其它机械基材等需要滑动性的滑动构件中，作为用于其表面的包覆膜，广泛进行着关于硬质碳层的研究。硬质碳层通常被称作类金刚石碳(DLC)层、无定形碳层、i
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碳层、金刚石状碳层等各种各样的名称。这样的硬质碳层在结构上被分类为非晶质。
[0003]认为硬质碳层中混合存在有像在金刚石晶体中可见的单键和像在石墨晶体中可见的双键。该硬质碳层除了具有像金刚石晶体那样的高硬度、高耐磨损性及优异的化学稳定性等以外，还具有像石墨晶体那样的低硬度、高润滑性及优异的对象适应性等。另外，该硬质碳层为非晶质，因此，平坦性优异，也具有与对象材料直接接触时的低摩擦性(即小的摩擦系数)、优异的对象适应性。
[0004]对于滑动构件的滑动面而言，抗削性(耐缺损性)和耐磨损性是重要的特性。然而，该抗削性(耐缺损性)与耐磨损性存在相互折衷选择的关系，因此，难以设置满足这些特性的包覆膜。作为解决的方法，研究了设置低硬度化的硬质碳层、或设置混合存在有低硬度的硬质碳与高硬度的硬质碳的层，从而兼顾抗削性和耐磨损性。
[0005]然而，关于兼顾抗削性和耐磨损性，现状是还不能说是充分的。尽管除了抗削性、耐磨损性以外，还对特别是设置于活塞环等施加高负荷的滑动构件的包覆膜要求低摩擦性、耐剥离性，但是这些特性的改善还不能说是充分的。针对这样的问题，近年提出了各种技术。
[0006]例如，在专利文献1中，提出了一种技术，其为PVD法，却可以将耐久性优异的厚膜的硬质碳层成膜，并且可以在兼顾成膜的硬质碳层的抗削性和耐磨损性的同时，改善低摩擦性和耐剥离性。该技术涉及一种包覆于基材的表面的包覆膜，通过明视野TEM图像观察其剖面时，相对地由白色表示的白色硬质碳层、与由黑色表示的黑色硬质碳层在厚度方向上交替层叠且具有超过1μm且为50μm以下的总膜厚，上述白色硬质碳层具有在厚度方向上呈扇状成长的区域。
[0007]另外，专利文献2中提出了一种具有示出恒定且稳定的抗削性和耐磨损性、并且耐剥离性(密合性)优异的包覆膜的滑动构件、及该包覆膜。该技术涉及一种滑动构件，其在滑动面上具有由硬质碳层形成的包覆膜，通过明视野TEM图像观察上述包覆膜的剖面时，包含相对地由黑色表示的黑色硬质碳层和相对地由白色表示的白色硬质碳层的重复单元在厚度方向上层叠，且具有1μm～50μm的范围内的厚度，上述包覆膜具有设置于基材侧的倾斜区域和设置于表面侧的均质区域，在该倾斜区域，上述重复单元中的上述白色硬质碳层的厚度在厚度方向上逐渐变大，在均质区域，上述重复单元中的上述白色硬质碳层的厚度在厚
度方向上相同或大致相同，上述倾斜区域具有在厚度方向上以V字形或放射状成长的形态，上述均质区域不具有在厚度方向上以V字形或放射状成长的形态。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：WO2017/104822A1
[0011]专利文献2：WO2018/235750A1

技术实现思路

[0012]专利技术所要解决的问题
[0013]本专利技术的目的在于，提供示出恒定且稳定的抗削性和耐磨损性、并且耐剥离性(密合性)优异的新的滑动构件、其制造方法及包覆膜。
[0014]解决问题的方法
[0015](1)本专利技术的滑动构件在基材上的滑动面具有包覆膜，通过明视野TEM图像观察上述包覆膜的剖面时，包含相对地由黑色表示的黑色硬质碳层和相对地由白色表示的白色硬质碳层的重复单元在厚度方向上层叠，且具有1μm～50μm的范围内的合计厚度，在相邻的上述黑色硬质碳层和上述白色硬质碳层中，上述白色硬质碳层的硬度比上述黑色硬质碳层高，上述白色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比比上述黑色硬质碳层大。
[0016]与现有的技术同样，相对为黑色的硬质碳层为高密度且[sp2/(sp2+sp3)]比小，强度优异。相对为白色的硬质碳层为低密度且[sp2/(sp2+sp3)]比大，低摩擦性和抗削性优异。然而，本专利技术与现有技术相比，在相邻的黑色硬质碳层和白色硬质碳层中，白色硬质碳层的硬度比黑色硬质碳层高，白色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比比黑色硬质碳层大。通过将作为这些硬质碳层的层叠体的包覆膜设置于滑动面，能够基于性质不同的硬质碳层的层叠效果而制成抗削性和耐磨损性及耐剥离性(密合性)优异的滑动构件。
[0017]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层的厚度T1与上述白色硬质碳层的厚度T2之比(T1/T2)在1/10～1.5/1的范围内。根据本专利技术，可以任意地控制重复单元的厚度比(T1/T2)而使其在包覆膜的厚度方向上恒定或变化。
[0018]在本专利技术的滑动构件中，上述重复单元的厚度为0.2～2μm的范围内。根据本专利技术，可以任意地控制各个重复单元的厚度而设为上述范围内。
[0019]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层的维氏硬度为700～1600HV的范围内，上述白色硬质碳层的维氏硬度比相邻的上述黑色硬质碳层的维氏硬度高、且为1200～2200HV的范围内。
[0020]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比为0.05～0.75的范围内，上述白色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比比上述黑色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比大、且为0.20～0.80的范围内。
[0021]在本专利技术的滑动构件中，通过明视野TEM图像观察剖面时，可以在上述基材或设置于该基材上的基底膜、与上述包覆膜之间设置有硬质碳基底膜。
[0022]在本专利技术的滑动构件中，通过明视野TEM图像观察剖面时，可以在上述包覆膜上设置有硬质碳表面膜。
[0023]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比在上述包覆膜的
厚度方向上从上述基材侧向表面位置逐渐增加。
[0024]在本专利技术的滑动构件中，上述白色硬质碳层具有微细的条纹状。
[0025]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层具有微细的条纹状。
[0026]在本专利技术的滑动构件中，上述黑色硬质碳层和上述白色硬质碳层在各自的正下方具有通过轰击处理形成的碳层。
[0027]在本专利技术的滑动构件中，上述滑动构件为活塞环。
[0028](2)本专利技术的滑动构件的制造方法在基材上的滑动面上具有包覆膜，通过明视野TEM图像观察上述包覆膜的剖面时，包含相对地由黑色表示的黑色硬质碳层和相对地由白色表示的白色硬质碳层的重复单元在厚度方向上层叠，且具有1μm～50μm的范围内的合计厚度，上述黑色硬质碳层在引起温度上升的偏压下成膜，上述白色硬质碳层在不引起温度上升的偏压下成膜。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种滑动构件，其在基材上的滑动面上具有包覆膜，通过明视野TEM图像观察所述包覆膜的剖面时，包含相对地由黑色表示的黑色硬质碳层和相对地由白色表示的白色硬质碳层的重复单元在厚度方向上层叠，且具有1μm～50μm的范围内的合计厚度，在相邻的所述黑色硬质碳层和所述白色硬质碳层中，所述白色硬质碳层的硬度比所述黑色硬质碳层高，所述白色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比大于所述黑色硬质碳层。2.根据权利要求1所述的滑动构件，其中，所述黑色硬质碳层的厚度T1与所述白色硬质碳层的厚度T2之比(T1/T2)为1/10～1.5/1的范围内。3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其中，所述重复单元的厚度为0.2～2μm的范围内。4.根据权利要求1～3中任一项所述的滑动构件，其中，所述黑色硬质碳层的维氏硬度为700～1600HV的范围内，所述白色硬质碳层的维氏硬度为1200～2200HV的范围内、且高于相邻的所述黑色硬质碳层的维氏硬度。5.根据权利要求1～4中任一项所述的滑动构件，其中，所述黑色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比为0.05～0.75的范围内，所述白色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比为0.20～0.80的范围内、且大于所述黑色硬质碳层的[sp2/(sp2+sp3)]比。6.根据权利要求1～5中任一项所述的滑动构件，其中，通过明视野TEM图像观察剖面时，在所述基材或设置于该基材上的基底膜与所述包覆膜之间设置有硬质碳基底膜。7.根据权利要求1～6中任一项所述的滑动构件，其中，通过明视野...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈崎孝弘，杉浦宏幸，
申请(专利权)人：日本活塞环株式会社，
类型：发明
国别省市：