專利名稱：滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件，其為用于原動(dòng)機(jī)或動(dòng)力傳遞裝置等中的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件，涉及如下組合而成的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件:在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件上設(shè)置含有氫的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜，隔著潤(rùn)滑劑，設(shè)置在上述一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件(相手部材)進(jìn)行滑動(dòng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于原動(dòng)機(jī)或動(dòng)力傳遞裝置等中所用的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件，出于對(duì)相互滑動(dòng)的部件的保護(hù)或通過(guò)改善油耗來(lái)保護(hù)地球環(huán)境的目的，積極進(jìn)行了用于降低摩擦的研究，提出了多種方法。作為其中的一個(gè)方法，提出了使非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(也被稱為類金剛石碳膜(DLC膜)。)或石墨(graphite)與二硫化鑰(MoS2)共存的提案。需要說(shuō)明的是，MoS2為層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在受到高負(fù)荷時(shí)會(huì)向一定方向滑動(dòng)，因而作為可得到優(yōu)異潤(rùn)滑效果的物質(zhì)而為人所知。在作為該方法的一 例的專利文獻(xiàn)I中，記載了使用非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(在專利文獻(xiàn)I中記載為非晶態(tài)碳覆膜)與規(guī)定量以上的MoS2的情況，該非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中，無(wú)定形結(jié)構(gòu)與石墨結(jié)構(gòu)的比例(強(qiáng)度比)被限定在特定范圍中。此外，作為其它方法，為了抑制氧化鑰中的化學(xué)反應(yīng)，提出了下述的提案:在非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜或潤(rùn)滑劑中添加特定成分、限定對(duì)象部件的材質(zhì)、追加特殊機(jī)構(gòu)。例如，在專利文獻(xiàn)2中記載了將硫、鎂、鈦或鈣成分添加到非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(在專利文獻(xiàn)2中記載為非晶態(tài)碳覆膜)中的情況。另外，例如在專利文獻(xiàn)3中記載了將二硫代磷酸銅(Cu-DTP)添加到潤(rùn)滑劑中的情況；在專利文獻(xiàn)4中記載了對(duì)設(shè)置在對(duì)象部件上的陶瓷被膜進(jìn)行限定的情況；在專利文獻(xiàn)5中記載了追加特殊的冷卻機(jī)構(gòu)的情況。進(jìn)一步地，作為其它方法，提出了使用非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與潤(rùn)滑劑的提案，該非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中，氫的含量被限制得較低。在作為該方法的一例的專利文獻(xiàn)6中，記載了使用下述非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(在專利文獻(xiàn)6中記載為硬質(zhì)碳薄膜)的情況，該非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中，設(shè)定含氫量為25質(zhì)量％以下、更優(yōu)選為5質(zhì)量％以下、進(jìn)一步優(yōu)選為0.5質(zhì)量％以下、更進(jìn)一步優(yōu)選不含氫?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2007-99947號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-195903號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2008-255160號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2009-114311號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2009-79138號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2005-2888號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，在專利文獻(xiàn)I中具有下述問(wèn)題:關(guān)于基于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)生成物的存在比例或其機(jī)理，具體情況不清楚的方面很多；關(guān)于得到低摩擦特性，還有進(jìn)一步改良的余地；此外，關(guān)于可能會(huì)生成的氧化鑰會(huì)促進(jìn)非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的化學(xué)磨損、可能會(huì)致使摩擦特性變差的方面，沒(méi)有任何考慮。另外，如專利文獻(xiàn)2 5所述，在非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜或潤(rùn)滑劑中添加特定成分、限定對(duì)象部件的材質(zhì)、或追加特殊機(jī)構(gòu)時(shí)，由于制造工序增加、或者制造方法、應(yīng)用范圍被限定，因而具有成本增多的問(wèn)題。另外，如專利文獻(xiàn)6所述，使用含氫量少的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜時(shí)，該非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜具有優(yōu)異的耐磨損性，但由于其制法被限定，因而具有進(jìn)行被覆的部件的材質(zhì)或形狀被限定的問(wèn)題。此外，這樣的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜潛在地具有非常高的硬度，表面傾向于變得過(guò)度粗糙。在專利文獻(xiàn)6中對(duì)這些方面完全沒(méi)有控制，因而具有下述問(wèn)題:即使與潤(rùn)滑劑一同使用，對(duì)象攻擊性(相手攻撃性)也高，作為滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件不優(yōu)選。此外，為了解決該問(wèn)題，需要在成膜后進(jìn)行研磨工序等，因而具有成本增多的問(wèn)題。本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其課題主要在于提供一種可得到良好的低摩擦特性的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件。解決課題的手段本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜為無(wú)定形(非晶態(tài))材料，因而其盡管在宏觀上非常光滑，但在微觀上存在有微細(xì)的凹凸，形狀及粗糙度為多樣的；并且，為了生成可得到良好潤(rùn)滑性的硫化鑰(MoS2),根據(jù)摩擦力或壓力等，需要一定程度的能量；通過(guò)著眼于上述 方面將非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的硬度與表面粗糙度控制在特定范圍，可以解決上述課題，從而完成了本發(fā)明。上述課題得以解決的本發(fā)明為按下述方式組合而成的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件:在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件上設(shè)置含有氫的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜，隔著添加了有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物作為添加劑的潤(rùn)滑劑，設(shè)置在上述一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件進(jìn)行滑動(dòng)；該滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的特征在于，上述非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的表面的均方根粗糙度為5nm以上25nm以下、且上述非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中的含氫量為4.5at%以上30at%以下。由此，通過(guò)將設(shè)置在一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的表面的均方根粗糙度控制在特定范圍、同時(shí)將非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中的含氫量控制在特定范圍，可使設(shè)置在一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件在隔著潤(rùn)滑劑進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦熱或壓力適當(dāng)。因此，能夠形成維持低摩擦、低磨損狀態(tài)的潤(rùn)滑形態(tài)，可得到良好的低摩擦特性。這樣的潤(rùn)滑形態(tài)可認(rèn)為是如下達(dá)成的:潤(rùn)滑劑中所含有的有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物受到摩擦熱或壓力的作用而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由潤(rùn)滑劑中生成的鑰離子(例如，Mo4+)與硫離子(S2_)積極地生成MoS2，從而抑制Μο02、Μο03之類的氧化鑰的生成，結(jié)果成為含有大量MoS2的狀態(tài)；以及，如通常所知，由于非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件的摩擦，非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的碳成分發(fā)生結(jié)構(gòu)變化而成為石墨(碳石墨)質(zhì)成分，其附著在對(duì)象部件的表面，形成良好的摩擦膜(卜’
4 AA) o需要說(shuō)明的是，摩擦膜可被看做是由于非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜或潤(rùn)滑劑的物理化學(xué)作用而在滑動(dòng)面上形成的納米級(jí)的表面膜。若形成摩擦膜，則可防止相互滑動(dòng)的部件的滑動(dòng)面的直接接觸，可維持低摩擦、低磨損狀態(tài)。即，摩擦膜或MoS2可被稱為用于得到良好的低摩擦特性的摩擦生成物。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜表面的均方根粗糙度與非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜中的含氫量控制在特定范圍，可由潤(rùn)滑劑中所含有的有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物積極地生成MoS2、同時(shí)抑制氧化鑰的生成，進(jìn)一步可在對(duì)象部件的表面形成摩擦膜，從而可提供得到了良好的低摩擦特性的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件。


圖1中，圖1 (a)為作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的一例而示出的汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的要部截面圖，圖1(b)和圖1(c)為圖1(a)的要部放大截面圖。圖2中，圖2(a)為用于說(shuō)明摩擦試驗(yàn)的模式的說(shuō)明圖，圖2 (b)為用于說(shuō)明球體材料的磨損面的說(shuō)明圖。圖3為由表3所示的內(nèi)容作圖來(lái)示出球體材料上的Mo4+的檢出量與摩擦系數(shù)的關(guān)系的圖。 圖4中，圖4 (a)為由表3所示的內(nèi)容作圖來(lái)示出DLC膜的均方根粗糙度與S27Mo4+比的關(guān)系的圖，圖4(b)為對(duì)試驗(yàn)材16的球體材料的磨損面進(jìn)行拍攝的照片，圖4(c)為對(duì)試驗(yàn)材I的球體材料的磨損面進(jìn)行拍攝的照片。

圖5為由表3所示的內(nèi)容對(duì)S2_/Mo4+比與摩擦系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行作圖而得到的圖。圖6中，圖6(a)為由表3所示的內(nèi)容對(duì)DLC膜的含氫量與Moci的檢出量的關(guān)系進(jìn)行作圖而得到的圖，圖6 (b)為對(duì)DLC膜的含氫量為4.5at%的試驗(yàn)材8的球體材料的磨損面進(jìn)行拍攝的照片。圖7為進(jìn)行作圖來(lái)示出DLC膜的含氫量與DLC膜的均方根粗糙度的關(guān)系而得到的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主旨在于，為了在設(shè)置于一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件的滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力或壓力的作用下，使由添加到潤(rùn)滑劑中的添加劑生成摩擦特性優(yōu)于MoO2與MoO3的MoS2，而將非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的表面粗糙度與含氫量控制在特定的范圍。下面適當(dāng)參照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1的(a)為作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的一例而示出的汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的要部截面圖。如圖1的(a)所示，本發(fā)明的一實(shí)施方式的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I是如下組合而成的:在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件11上設(shè)置含有氫的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(下文中稱為“DLC膜”。)2，隔著添加了有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物作為添加劑的潤(rùn)滑劑3，設(shè)置在一方部件11上的DLC膜2與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)。另外，在本發(fā)明中，使設(shè)置在滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I上的DLC膜2表面的均方根粗糙度為5nm以上25nm以下、且使DLC膜2中的含氫量為4.5at%(原子％)以上30at%以下。
作為可以使用本發(fā)明的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I的對(duì)象，可以舉出一方部件11與對(duì)象部件12隔著潤(rùn)滑劑(潤(rùn)滑油)3進(jìn)行滑動(dòng)的原動(dòng)機(jī)或動(dòng)力傳遞裝置等。作為原動(dòng)機(jī)，可以舉出例如:包含汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等內(nèi)燃機(jī)以及蒸氣機(jī)或蒸氣透平等外燃機(jī)的熱機(jī)；電動(dòng)機(jī)(電氣馬達(dá))；包括油壓缸或風(fēng)車、水車等的流體機(jī)械等。此外，作為動(dòng)力傳遞裝置，可以舉出與上述原動(dòng)機(jī)連接的變速機(jī)等。若示出具體例進(jìn)行說(shuō)明，則例如為圖1(a) 圖1(c)所示的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件1(汽車用發(fā)動(dòng)機(jī))時(shí)，上述部件11相當(dāng)于活塞環(huán)11a、對(duì)象部件12相當(dāng)于汽缸12a。此外，部件11相當(dāng)于曲軸12b與連桿13之間所用的連桿軸承l(wèi)ib、對(duì)象部件12相當(dāng)于曲軸12b。當(dāng)然，在上述示例中，不消說(shuō)可以將設(shè)有DLC膜2的部件11設(shè)為汽缸、將對(duì)象部件12設(shè)為活塞環(huán)；不消說(shuō)也可將設(shè)有DLC膜2的部件11設(shè)為曲軸、將對(duì)象部件12設(shè)為連桿軸承。本發(fā)明的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I只要像上述那樣為將部件彼此間相互滑動(dòng)的軸部件、軸承、齒輪等部件組合而成的，則也可包含任意構(gòu)件。此外，作為設(shè)有DLC膜2的部件11，此外還可舉出活塞銷、活塞環(huán)槽和活塞裙部等。對(duì)于滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件1，只要在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件11的與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)的部分上設(shè)有DLC膜2即可。通過(guò)在與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)的部分設(shè)置DLC膜2，可以提高滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I的低磨損特性。需要說(shuō)明的是，也可以在該部件11的整體上設(shè)置DLC膜2。如此，除了可提高低磨損特性外，還可謀求高硬度化、化學(xué)穩(wěn)定性的提高、表面平滑性的提聞、防粘性的提聞、耐燒結(jié)性的提聞等。因而，在將活塞環(huán)設(shè)為部件11的情況下，可以如圖1(b)所示在活塞環(huán)的外周面設(shè)置DLC膜2，也可以在活塞環(huán)的整個(gè)表面設(shè)置DLC膜2。

對(duì)于部件11和對(duì)象部件12，為了可在表面容易地吸附潤(rùn)滑劑3中所添加的添加齊U、得到良好的潤(rùn)滑性，優(yōu)選部件11和對(duì)象部件12為包括所謂普通鋼和特殊鋼的鋼鐵制造的部件，但也可以為非鐵金屬制造的部件或陶瓷制造的部件等。需要說(shuō)明的是，關(guān)于潤(rùn)滑劑3和添加劑如下文所述。作為普通鋼，可以舉出:日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中規(guī)定的一般結(jié)構(gòu)用軋制鋼材(SS材)、焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼材(SM材)、鍋爐和壓力容器用鋼材(SB材)、高壓氣體容器用鋼板和鋼帶(SG材)、熱軋鋼材和鋼帶(SPH材)、鋼管用熱軋?zhí)间撲搸?SPHT材)、汽車結(jié)構(gòu)用熱軋鋼板和鋼帶(SAPH材)、冷軋鋼板和鋼帶(SPC材)等。此外，作為特殊鋼，優(yōu)選高碳鉻軸承鋼(SUJ2材)、鉻鑰鋼鋼材(SCM材)，可以舉出機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼(S-C材)、碳工具鋼鋼材(SK材)、切削工具用合金工具鋼鋼材(SKS材)、冷作模具用合金工具鋼鋼材(SKD材)、熱作模具用合金工具鋼鋼材(SKT材)、高速工具鋼鋼材(SKH材)、碳鉻軸承鋼鋼材(SUJ材)、彈簧鋼鋼材(SUP材)、不銹鋼鋼材(SUS材)、耐熱鋼鋼材(SUH材)、恒溫壓力容器用碳鋼鋼材(SLA材)、磁心鋼或磁石鋼、鍛鋼品(SF材)、鑄鋼品(SC材)、鑄鐵品(FC材)等。作為非鐵金屬，可以舉出鋁、鎂、鈦或以選自它們中的任意一種作為主成分的合金。作為鋁或鋁合金，可以舉出JIS中規(guī)定的純Al (1000系)；Al_Cu、Al-Cu-Mg系合金(2000 系);A1-Mn、Al-Mn-Mg 系合金(3000 系);Al-S1-Cu_Mg-N1、Al-Si 系合金(4000系)；A1-Mg 系合金(5000 系)；A1-Mg-Si 系合金(6000 系);Al-Zn_Mg-Cu、Al-Zn-Mg 系合金(7000 系)；A1-Cu 合金(AClA) ;Al-Cu_Mg 合金(AClB) ;Al-Cu_Mg-Ni 合金(AC5A) ;Al_Si合金(AC3A、ADCI) ；A1-Cu-Si 合金(AC2A、AC2B) ;Al-Si_Cu 合金(AC4B、ADC10、ADC12)；Al-S1-Mg 合金(AC4C、AC4CH、ADC3) ;Al-S1-Cu_Mg-Ni 合金(AC8A、AC8B、AC8C、AC9A、AC9B、ADC14) ;A1-Mg 合金(AC7A、ADC5、ADC6)等。作為鎂或鎂合金，可以舉出JIS中規(guī)定的I 7種。作為鈦或鈦合金，可以舉出JIS中規(guī)定的I 4種。部件11和對(duì)象部件12只要根據(jù)用途從上述材料中適宜選擇來(lái)形成即可。即，部件11和對(duì)象部件12可以由從上述中選出的同種材料來(lái)形成，并且也可由不同材料來(lái)形成。此處，對(duì)象部件12中的與部件11進(jìn)行滑動(dòng)的部分的表面粗糙度只要為作為通常的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件使用的范圍即可。例如，只要進(jìn)行精加工使算術(shù)平均粗糙度(Ra)為1.6μπι左右以下、十點(diǎn)平均粗糙度(Rzjis)為6.3μπι左右以下即可。若對(duì)象部件12的表面粗糙度為上述數(shù)值以下，則可得到良好的摩擦力。需要說(shuō)明的是，算術(shù)平均粗糙度(Ra)和十點(diǎn)平均粗糙度(Rzjis)可以按照J(rèn)ISΒ0601:2001進(jìn)行測(cè)定，可通過(guò)使用依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定裝置來(lái)簡(jiǎn)便地進(jìn)行測(cè)定。如上所述，本發(fā)明中，部件11上所設(shè)置的DLC膜2表面的均方根粗糙度(Rq)設(shè)定為5nm以上25nm以下。DLC膜2表面的均方根粗糙度為該范圍時(shí)，可得到良好的摩擦力、同時(shí)對(duì)象攻擊性也不會(huì)變得過(guò)高，因而是優(yōu)選的。DLC膜2表面的均方根粗糙度若小于5nm，則表面過(guò)于光滑，從而無(wú)法得到充分的摩擦力。因而難以生成MoS2、無(wú)法得到良好的低摩擦特性。另一方面，DLC膜2表面的均方根粗糙度若大于25nm，則表面過(guò)于粗糙，因而對(duì)象攻擊性變高、對(duì)象部件12的磨損增大。需要說(shuō)明的是，DLC膜2表面的均方根粗糙度優(yōu)選設(shè)定為5.2nm以上24nm以下、更優(yōu)選設(shè)定為7.3nm以上19nm以下。此處，均方根粗糙度[nm]可以使用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)行測(cè)定，由所得到的結(jié)果按照J(rèn)IS B0601:2001進(jìn)行計(jì)算。此外，本發(fā)明中，部件11上設(shè)置的DLC膜2中的含氫量設(shè)定為4.5at%以上30at%以下。DLC膜2中的含氫量為該范圍時(shí)，DLC膜2不會(huì)過(guò)硬、并且也不會(huì)過(guò)軟，對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)為恰好的硬度，因而在DLC膜2與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，容易產(chǎn)生適度的摩擦熱與壓力。因此，潤(rùn)滑劑3中含有的有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可積極地生成MoS2。因而，容易得到維持低摩擦、低磨損狀態(tài)的潤(rùn)滑形態(tài)，可得到良好的低摩擦特性。DLC膜2中的含氫量若小于4.5at%，則通常有DLC膜2變硬的傾向、對(duì)象攻擊性增高，因而對(duì)象部件12的磨損增大。另一方面，DLC膜2中的含氫量超過(guò)30at%時(shí)，盡管DLC膜2的硬度處于較為恰好的范圍，但由于含有大量氫，因而易于產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)。特別是作為副產(chǎn)物生成的此02或MoO3會(huì)與富存的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成金屬鑰(Mo)、或者與來(lái)自DLC膜2的碳發(fā)生反應(yīng)而生成碳化鑰(Mo2C)。它們的生成意味著氫或碳作為還原劑發(fā)揮作用進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)，即DLC膜2發(fā)生了化學(xué)磨損，因而不優(yōu)選。需要說(shuō)明的是，若DLC膜2中的含 氫量為40at%以上，則對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)DLC膜2變得過(guò)軟，因而即使DLC膜2與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)，也無(wú)法產(chǎn)生適度的摩擦熱與壓力。因此，潤(rùn)滑劑3中含有的有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物不易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。其結(jié)果，變得無(wú)法得到良好的低摩擦特性。需要說(shuō)明的是，DLC膜2中的含氫量的上限優(yōu)選設(shè)定為28.8at%以下、更優(yōu)選設(shè)定為26.lat%以下、進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為18.4at%以下、更進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為17.7at%以下。此處，DLC膜2中的含氫量可通過(guò)例如拉塞福背向散射法(RutherfordBackscattering Spectrometry ；RBS)進(jìn)行測(cè)定。
DLC膜2的硬度和楊氏模量可利用依據(jù)IS014577的納米壓痕法(納米壓痕儀，t;λ y r 'y r 'y 9 進(jìn)行測(cè)定，可精度良好地計(jì)算出。這樣的DLC膜2例如可通過(guò)使用甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、苯(C6H6)或甲苯(C7H8)等烴氣體作為原料的等離子體CVD(化學(xué)氣相沉積,Chemical Vapor Deposition)來(lái)提高含氫量進(jìn)行成膜，此外，例如可通過(guò)使用固體碳作為原料的PVD (物理氣相沉積,Physical VaporDeposition)來(lái)降低含氫量進(jìn)行成膜。通過(guò)哪種方式來(lái)設(shè)置DLC膜2可根據(jù)所期望的含氫量來(lái)適宜選擇。此外，可通過(guò)對(duì)原料、壓力、成膜時(shí)間、偏壓、等離子體強(qiáng)度等成膜條件進(jìn)行各種變更，將DLC膜2中的含氫量在4.5at%以上30at%以下的范圍內(nèi)任意進(jìn)行調(diào)整。DLC膜2表面的均方根粗糙度可通過(guò)對(duì)所用的原料氣體種類、所施加的偏壓等裝置條件、成膜時(shí)間進(jìn)行組合來(lái)控制。例如，若為使用CH4、C2H2、C6H6、C7H8等作為原料氣體的等離子體CVD，則通過(guò)使壓力為0.1Pa 5Pa左右、使部件11的偏壓為400V 2000V、使等離子體輸出功率為20W 200W、使成膜時(shí)間為20min 260min等，可將DLC膜2表面的均方根粗糙度在5nm以上25nm以下的范圍內(nèi)任意進(jìn)行調(diào)整。此外，例如若為使用固體碳的PVD，則只要使壓力為10_3Pa以下、部件11的偏壓為100V左右、電弧電壓為80V左右、成膜時(shí)間為IOOmin程度，就可使DLC膜2表面的均方根粗糙度為5nm以上25nm以下的范圍。潤(rùn)滑劑3使用添加了有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物作為添加劑的潤(rùn)滑劑。在本發(fā)明中，通過(guò)在潤(rùn)滑劑3中添加這些添加劑，可以在設(shè)置于部件11上的DLC膜2與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)的摩擦力或壓力的作用下來(lái)形成維持低摩擦、低磨損狀態(tài)的潤(rùn)滑形態(tài)。對(duì)于有機(jī)鑰化合物，其通常溶入到潤(rùn)滑劑3中，在DLC膜2與對(duì)象部件12進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)的摩擦力或壓力的作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、生成MoS2,由此可作為維持低摩擦、低磨損狀態(tài)的所謂摩擦改進(jìn)劑(摩擦調(diào)整劑)發(fā)揮出功能。此外還具有提高耐磨損性、提高極壓性、提高耐氧化性的功能。作為有機(jī)鑰化合物，可以使用例如二烷基二硫代氨基甲酸鑰、二硫代磷酸鑰等。對(duì)于有機(jī)鑰化合物，可以將它們單獨(dú)或混合起來(lái)以任意添加量添加到潤(rùn)滑劑3中。含有鋅和硫的化合物具有提高低摩擦特性的功能(極壓劑)，同時(shí)還作為抗氧化齊U、防腐蝕劑等發(fā)揮出功能。作為含有鋅和硫的化合物，例如可適當(dāng)?shù)厥褂糜僧惐⒍』?-乙基己基、異十三烷基或硬脂基等烷基構(gòu)成的二烷基二硫代磷酸鋅或二烷基二硫代氨基甲酸鋅、或者它們的混合物等。含有鋅和硫的化合物可以以任意添加量添加到潤(rùn)滑劑3中。此外，作為添加劑，優(yōu)選添加磺酸Ca類、磺酸Mg類等清潔劑。通過(guò)添加清潔劑,可以防止氧化產(chǎn)物或高分子聚合物等不溶解成分的泥渣化。在潤(rùn)滑劑3中，除了上述清潔劑以外，還可以在不阻礙本發(fā)明所期望的效果的范圍內(nèi)根據(jù)目的添加下述物質(zhì)作為添加劑:酚類、胺類、硫化物等抗氧化劑；聚甲基丙烯酸酯、乙烯-丙烯聚合物、苯乙烯-丁二烯聚合物、聚烯烴系等粘度指數(shù)改進(jìn)劑；脂肪酸、脂肪酸酯、磷酸酯、二硫化鑰等摩擦調(diào)整劑；琥珀酰亞胺、琥珀酸酯、胺類等分散劑；聚甲基丙烯酸酯、烷基萘、酚類等流點(diǎn)降低劑；磷酸酯、硫化合物等極壓劑；醇、硅(二甲基硅氧烷)等消泡劑；堿土金屬的鹽、磺酸類(堿)、醇、胺類等防銹劑；二硫代磷酸鋅、鋅、S-P化合物等防腐蝕劑；酯、醇、油脂、有機(jī)酸等油性劑；使用芳香族化合物的著色劑等。對(duì)于包括上述磺酸Ca類、磺酸Mg類等清潔劑在內(nèi)的這些添加劑來(lái)說(shuō)，只要為汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)中所用的機(jī)油，就可按常規(guī)進(jìn)行添加。成為潤(rùn)滑劑3的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)油(基油)可以舉出化學(xué)合成油、礦物油、部分合成油、植物油等。潤(rùn)滑劑3可以如汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油那樣為液體狀，此外也可為添加增稠劑使粘桐性得到提聞的脂骨。根據(jù)以上說(shuō)明的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I，通過(guò)將DLC膜2表面的均方根粗糙度與DLC膜2中的含氫量控制在特定范圍，可以由潤(rùn)滑劑3中含有的有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物積極地生成MoS2、同時(shí)可抑制氧化鑰的生成。因此，滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I具有良好的低摩擦特性。此外，根據(jù)滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I，無(wú)需進(jìn)行向DLC膜2或潤(rùn)滑劑3中添加特定成分、限定對(duì)象部件12的材質(zhì)、追加特殊機(jī)構(gòu)等操作，也不需要研磨工序等。因此，滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件I能夠不增加成本且簡(jiǎn)便地得到良好的低摩擦特性。實(shí)施例接下來(lái)，對(duì)于確認(rèn)到了本發(fā)明的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的效果的實(shí)施例進(jìn)行具體說(shuō)明。[ I]本發(fā)明的觀點(diǎn)的有效性的驗(yàn)證首先，為了驗(yàn)證本 發(fā)明的觀點(diǎn)的有效性，在圓形的圓盤材料和球體材料(直徑6mm)的表面適當(dāng)設(shè)置非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜(DLC膜)，制作試驗(yàn)材I 4，進(jìn)行摩擦試驗(yàn)來(lái)測(cè)定摩擦系數(shù)。摩擦試驗(yàn)利用圖2(a)所示的球盤(*'一>才 > 于''〃 ^ ^ )摩擦磨損試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。對(duì)于試驗(yàn)條件，在下述條件下進(jìn)行:使用表I所示的潤(rùn)滑劑和添加劑；球體材料211上的負(fù)荷:5N(=1.1GPa);滑動(dòng)速度(圓盤材料212的旋轉(zhuǎn)速度):100毫米/秒；溫度:室溫(400C ) ;10000循環(huán)(50分鐘)。需要說(shuō)明的是，作為潤(rùn)滑劑使用的基礎(chǔ)油和機(jī)油的粘度為0W-20。下述表I中示出了試驗(yàn)材I 4的規(guī)格、潤(rùn)滑劑、以及利用摩擦試驗(yàn)測(cè)定出的10000循環(huán)后的摩擦系數(shù)的結(jié)果。需要說(shuō)明的是，表I中的“SUJ2材”表示高碳鉻軸承鋼，“DLC”表示在SUJ2材的表面設(shè)置了 DLC膜。表I所示的DLC通過(guò)等離子體CVD法成膜。等離子體CVD法的條件為:原料氣體:乙炔氣體(C2H2)、壓力:0.4Pa、成膜時(shí)間:90min、圓盤材料的偏壓:2000V、等離子體輸出功率:20ffo此外，表I中的機(jī)油為市售品，作為添加劑，添加作為有機(jī)鑰化合物的二硫代氨基甲酸鑰、以及作為含有鋅和硫的化合物的二烷基二硫代磷酸鋅。與此相對(duì)，基礎(chǔ)油不添加這些添加劑。需要說(shuō)明的是，在機(jī)油和基礎(chǔ)油中，含有來(lái)自礦物油的硫成分和硫化物成分、以及作為清潔劑的磺酸Ca。[表1]
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件，該滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件按下述方式組合而成: 在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件上設(shè)置了含有氫的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜，隔著潤(rùn)滑劑，設(shè)置在所述一方部件上的非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜與對(duì)象部件進(jìn)行滑動(dòng)，其中在所述潤(rùn)滑劑中添加了有機(jī)鑰化合物與含有鋅和硫的化合物作為添加劑；該滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的特征在于， 所述非晶態(tài)硬質(zhì)碳膜的表面的均方根粗糙度為5nm以上25nm以下，并且， 所述非晶態(tài)硬質(zhì) 碳膜中的含氫量為4.5at%以上30at%以下。
全文摘要
本發(fā)明提供可得到良好的低摩擦特性的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件。該滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件以下述方式組合而成在相互滑動(dòng)的部件中的一方部件(11)上設(shè)置含有氫的DLC膜(2)，隔著添加了有機(jī)鉬化合物與含有鋅和硫的化合物作為添加劑的潤(rùn)滑劑(3)，設(shè)置在一方部件(11)上的DLC膜(2)與對(duì)象部件(12)進(jìn)行滑動(dòng)；其中，設(shè)定DLC膜(2)的表面的均方根粗糙度為5nm以上25nm以下、且DLC膜(2)中的含氫量為4.5at%(原子%)以上30at%以下。
文檔編號(hào)C10N10/12GK103228817SQ20118005739
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者小森健太郎 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社