滑動構(gòu)件和滑動機械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及具有能夠同時實現(xiàn)大幅度的摩擦降低和耐磨損性的確保的滑動面的 滑動構(gòu)件W及具備該滑動構(gòu)件的滑動機械。
【背景技術(shù)】
[0002] 搭載于汽車上的內(nèi)燃機等，包含許多滑動構(gòu)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(gòu)件的機械（滑動機械），強烈要求使各滑動部 的摩擦系數(shù)減少，并謀求摩擦損失的降低等。
[0003] 為實現(xiàn)該個要求，例如曾提出了在滑動面形成能謀求摩擦系數(shù)的降低的被稱為類 金剛石碳膜的非晶質(zhì)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(guān)聯(lián)的記載。
[0004] 在先技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻1 ;日本特開2011-32429號公報
[0006] 專利文獻2 ;日本特開2011-26591號公報
[0007] 專利文獻3 ;日本特開2007-99949號公報
[0008] 專利文獻4 ;日本特開2007-23356號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 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(zhì)硬質(zhì) 碳膜（適當稱為「B-DLC膜」）的低摩擦滑動構(gòu)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(zhì)的被膜。要進一步降低由硬質(zhì)的B-DLC膜被覆的滑動面的摩擦 系數(shù)的話，就需要預(yù)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。
[0010] 專利文獻4曾提出在潤滑油中使用具有滑動面的滑動構(gòu)件，所述滑動面由含有娃 儀）的非晶質(zhì)硬質(zhì)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(zhì)的Si-DLC膜上層疊軟質(zhì)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(shù)尚為0. 07W上（專利文獻4的[0072]、圖9)，未必可W說摩擦系數(shù)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(shù)的呈現(xiàn)機制，依賴于在其表面生成的娃 醇基（Si-OH)的吸附水層（[0011]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。
[0011] 本發(fā)明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(gòu)件、和具 備該滑動構(gòu)件的滑動機械，所述滑動面能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦系數(shù)的大幅度的降低和充分的耐磨損 性的確保。
[0012] 本發(fā)明人為解決該課題而銳意研究、反復(fù)試驗的結(jié)果，新發(fā)現(xiàn)了；通過在滑動面設(shè) 置由與W往不同的新的組成構(gòu)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(shù)。還知道了通過在硬質(zhì)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(fā)展，從而完成了后面所敘述的本發(fā)明。
[0013] 《滑動構(gòu)件》
[0014] (1)本發(fā)明的滑動構(gòu)件，包含基材、和被覆該基材的表面而構(gòu)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(gòu)件的特征在于，所述滑動膜由疊層膜構(gòu)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(zhì)碳（W下稱為「特定B-DLC」）構(gòu)成，所述特定B-DLC在將 該最表層整體設(shè)為100原子％ (僅稱為「％」）時含有4~50%的棚炬）和5~50%的氨 化)。
[0015] (2)本發(fā)明的滑動構(gòu)件具有采用疊層膜構(gòu)成的滑動面，所述疊層膜是在設(shè)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(gòu)成。由于該滑動面在存在潤滑油的濕式條件下呈現(xiàn)優(yōu)異的低摩擦性，因此具備本發(fā) 明的滑動構(gòu)件的滑動機械，在運行時所需的驅(qū)動力、和摩擦損失等大幅度地降低，能夠?qū)崿F(xiàn) 滑動機械的性能提高和節(jié)能化。
[0016] (3)本發(fā)明設(shè)及的滑動面、特別是最表層能夠發(fā)揮顯著的低摩擦性的原因不一定 明確，但在現(xiàn)狀下可W如下考慮。本發(fā)明設(shè)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(chǎn)生磨損，與此相 應(yīng)地滑動面被平滑化，其表面粗趟度變得非常小。由此，在本發(fā)明設(shè)及的滑動面上，通過介 在的潤滑油而穩(wěn)定地產(chǎn)生流體潤滑，幾乎不產(chǎn)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，從而本發(fā)明設(shè)及的 滑動面在濕式條件下發(fā)揮了顯著的低摩擦性。
[0017] 再者，可W認為，本發(fā)明設(shè)及的滑動面的平滑化通過特定B-DLC(膜）與基底層協(xié) 作并且進行磨損而產(chǎn)生。例如，可W認為，即使基底層的表面粗趟度W算術(shù)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(tài)，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。
[0018] 該樣，本發(fā)明設(shè)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(fā)，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(yōu)選為0. 3W下、進而優(yōu)選為0. 1W下。
[0019] (4)為了本發(fā)明設(shè)及的疊層膜穩(wěn)定地持續(xù)呈現(xiàn)上述的低摩擦系數(shù)，確保其耐磨損 性也很重要。例如，通過設(shè)置與最表層或特定B-DLC相比硬度或彈性模數(shù)大的耐磨損層來 作為基底層，能夠W高水平兼?zhèn)浠瑒用娴牡湍Σ列院透吣湍p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(zhì)層，但如果是被覆基材表面的硬質(zhì)膜，則能謀求 耐磨損性的進一步的提高。該樣的硬質(zhì)膜由例如氮化物（&N、TiN等）、碳化物（&C等）或 硬質(zhì)非晶質(zhì)碳等構(gòu)成。
[0020] 特別是作為硬質(zhì)非晶質(zhì)碳，例如有組成與特定B-DLC不同的硬質(zhì)的含棚非晶質(zhì)碳 (硬質(zhì)B-DLC)、含有娃（Si)的含娃非晶質(zhì)碳（Si-DLC)、不含H或H含量少的各種非晶質(zhì)碳 (無H的化C)等。由該些硬質(zhì)非晶質(zhì)碳構(gòu)成的基底層，其表面硬度優(yōu)選為20GPaW上、23GPa W上、進而25GPaW上。
[0021] 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(yōu)異，而且在低摩擦系數(shù)下滑動性越優(yōu)異越好。 順便說一下，本發(fā)明設(shè)及的基底層，不限于一層，也可W是兩層W上。
[0022] (5)然而，本發(fā)明設(shè)及的滑動面，通過成為最表層的特定B-DLC膜根據(jù)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(wěn)定的高滑動性（低摩擦化和 高耐磨損化），優(yōu)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(xiàn)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(yōu)選。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明人的研究調(diào)查可知，為了穩(wěn)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(shù)平均粗趟度（Ra)的表面粗趟度巧2)的比、 即層厚比（T1/R2)優(yōu)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(tài)下停止該磨損的進行。其結(jié)果，維持了平滑的最表面（滑動面） 的低摩擦化（圖1B)。相反地，在初始的最表層相對于基底層的表面粗趟度較薄的情況下 (層厚比過小的情況下），起因于基底層的表面粗趟度的凹凸出現(xiàn)在滑動面的最表面，不能 謀求最表面（滑動面）的平滑化，滑動面之間的摩擦系數(shù)不降低（圖1C)。
[0024] 再者，