CN110857460B - 滑动构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在包含Mo的润滑油环境下能够提高摩擦特性的滑动构件及其制造方法。滑动构件(10)中，滑动部(11)由金属材料构成，在滑动部(11)的表层部具有包含Ti的喷镀膜(12)，该喷镀膜(12)通过将在组成上包含Ti的金属材料作为喷镀材料进行喷镀而形成。滑动构件(10)是在包含Mo作为添加剂的润滑油环境下进行滑动的构件，因滑动而在表面露出的活性的Ti促进润滑油中包含的添加剂的分解反应，在滑动部(11)的表面形成低摩擦的包含二硫化钼的低摩擦覆膜。

Description

滑动构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及摩擦特性优异的滑动构件及其制造方法。
背景技术
在汽车的发动机所使用的滑动构件中，要求通过减少摩擦来提高燃油经济性。作为减少磨损的方法，一直以来存在各种报告。例如，非专利文献1记载了，通过在滑动部的表层部形成铁系合金喷镀覆膜，从而能实现活塞环与衬套内表面之间的摩擦的减少、气缸套的耐磨损性及发动机的燃油经济性的提高的情况。
另外，近年来，进行了向发动机油添加摩擦调整剂而实现摩擦的下降的情况。以往，作为最频繁地使用的摩擦调整剂，存在MoDTC(二硫代氨基甲酸钼或二烷基二硫代氨基甲酸钼)。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2016-117949号公报
【专利文献2】日本特开2007-191795号公报
【非专利文献】
【非专利文献1】丁侃等，“关于无衬套发动机用喷镀气缸的加工的研究”2012年度精密工学会春季大会学术讲演会讲演论文集，p249-250
【发明要解决的课题】
然而，关于包含Mo(钼)作为添加剂的摩擦调整剂的作用机理或根据材料而摩擦调整剂的效果不同的理由并未确定。例如，即使在非专利文献1记载的形成有铁系合金喷镀覆膜的滑动构件的情况下，通过向润滑油添加包含Mo的摩擦调整剂也能够降低摩擦，但是也考虑到进一步降低摩擦的材料存在的可能性而希望进一步降低摩擦的材料的开发。
需要说明的是，专利文献1记载了在基材上形成有喷镀了包含固体润滑剂、铁(Fe)、钨(W)、铬(Cr)等金属的喷镀粉末的喷镀膜的活塞环。根据专利文献1，虽然耐磨损性能够提高，但是关于摩擦的减少没有记载，具体的结构与本申请发明不同。
另外，在专利文献2记载了，在发动机机体的气缸滑动面上通过等离子体喷镀而形成包含Fe的喷镀膜，使该喷镀膜包含氧，并添加氧化钛(TiO2)等陶瓷。根据专利文献2，虽然能够减少摩擦，但是由于使用包含较多的陶瓷的喷镀材料，因此在包含Mo的润滑油环境下无法得到减少摩擦的效果，具体的结构与本申请发明不同。
发明内容
本发明基于这样的问题而作出，其目的在于提供一种在包含Mo的润滑油环境下能够提高摩擦特性的滑动构件及其制造方法。
【用于解决课题的方案】
本发明的滑动构件是在包含Mo作为添加剂的润滑油环境下进行滑动的构件，其中，滑动部由金属材料构成，在滑动部的表层部具有包含Ti的喷镀膜，该喷镀膜通过将在组成上以钛(Ti)为主成分的金属材料作为喷镀材料进行喷镀而形成。
本发明的滑动构件的制造方法是制造在包含Mo作为添加剂的润滑油环境下进行滑动的滑动构件的方法，其中，所述滑动构件的制造方法包括如下的喷镀膜形成工序：将在组成上包含Ti的金属材料作为喷镀材料向由金属材料构成的滑动部的表面喷镀，并在滑动部的表层部形成包含Ti的喷镀膜。
【发明效果】
根据本发明的滑动构件，由于在滑动部的表层部具有包含Ti的喷镀膜，因此由于滑动而在表面露出的活性的Ti促进润滑油中包含的添加剂的分解反应，在滑动部的表面能够有效地形成低摩擦的包含二硫化钼的低摩擦覆膜。由此，与以往的包含Fe的材料相比，能够减少摩擦。由此，如果使用于汽车的滑动构件，则由于摩擦的减少而能够提高燃油经济性。
另外，由于在喷镀膜存在有微细的孔，因此该孔作为积油部发挥作用，能够减少摩擦。特别是使滑动部的表面粗糙度以有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和计为3.0μm以下，因此能够进一步减少摩擦。
此外，将喷镀膜中包含的氧的存在比率设为10质量％以下，因此使Ti以活性的状态存在，由此进一步促进添加剂的分解反应，能够进一步减少摩擦。
此外，由于通过大气等离子体喷镀来形成喷镀膜，因此能够稳定且容易地形成。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的滑动构件的滑动部的表层部的结构的示意图。
图2是用于说明图1所示的滑动构件的滑动部的表层部的滑动时的作用的示意图。
图3是表示表面粗糙度与摩擦系数之间的关系的特性图。
图4是表示喷镀膜的氧量与摩擦系数之间的关系的特性图。
【标号说明】
10…滑动构件，11…滑动部，12…喷镀膜，12A…氧化覆膜，13…孔，14…低摩擦覆膜
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参照附图进行详细说明。
图1是示意性地表示本发明的一实施方式的滑动构件10的滑动部11的表层部的结构的图。图2是用于说明滑动构件10的滑动部11的表层部的滑动时的作用的图。该滑动构件10是在包含Mo作为添加剂的润滑油环境下进行滑动的构件，例如，优选使用于汽车的滑动构件，具体而言缸套。需要说明的是，包含Mo的润滑油是指添加有包含Mo作为构成元素的添加剂的润滑油，例如，是指添加有MoDTC等的有机钼作为添加剂的润滑油。这样包含Mo作为构成元素的添加剂例如作为摩擦调整剂使用。
该滑动构件10的滑动部11由金属材料构成。滑动部11是指构件彼此相互摩擦的部分。作为金属材料，例如优选列举钢或铸铁。
滑动部11在表层部具有喷镀膜12，该喷镀膜12是通过将在组成上以Ti为主成分的金属材料作为喷镀材料进行喷镀而形成的包含Ti的喷镀膜。以Ti为主成分的金属材料是指包含60质量％以上Ti的金属材料，优选包含90质量％以上Ti的金属材料。在喷镀膜12存在有微细的孔(凹坑)13，该孔13作为积油部发挥作用，由此在滑动时能够保持油膜。而且，喷镀膜12包含有生成氧化物的自由能小且容易成为钝态的Ti，因此通过Ti的作用，促进包含Mo作为向润滑油添加的MoDTC等的构成元素的添加剂的分解反应，例如图2所示，能够在表面更多地形成低摩擦的包含二硫化钼的低摩擦覆膜14。
需要说明的是，Ti对于包含Mo作为MoDTC等的构成元素的添加剂进行分解的机理如下所述地推定。首先，如图2(A)所示，在滑动部11的表面，具体而言在喷镀膜12的表面存在有Ti的氧化覆膜12A。如图2(B)所示，该氧化覆膜12A由于与滑动构件20的滑动产生的摩擦而被磨削时，喷镀膜12中存在的活性的Ti露出。如图2(C)所示，该活性的Ti从包含Mo作为MoDTC等的构成元素的添加剂中夺取氧，被夺取了氧的添加剂分解。分解后的添加剂生成低摩擦的二硫化钼(MoS2)，在喷镀膜12的表面形成包含二硫化钼的低摩擦覆膜14。
滑动部11的表面粗糙度，即喷镀膜12的表面粗糙度以有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和计而优选为3.0μm以下。这是因为能够进一步减少摩擦的缘故。而且，喷镀膜12中包含的氧的存在比率优选为10质量％以下，如果为8质量％以下则更优选。这是因为能够进一步减少摩擦的缘故。而且，作为用于得到低摩擦的方法，通常使被膜变硬的情况有效，因此氧的存在比率优选为1质量％以上，如果为2质量％以上则更优选。
该滑动构件10例如可以如下制造。首先，例如，对滑动构件10进行成型，进行热处理，进行研磨(滑动部形成工序)。接下来，例如，将在组成上包含Ti的金属材料(具体而言，包含Ti的金属粉末)作为喷镀材料向滑动部11的表面喷镀，在滑动部11的表层部形成包含Ti的喷镀膜12(喷镀膜形成工序)。在喷镀膜形成工序中，优选利用大气等离子体喷镀来形成喷镀膜12。这是因为能够稳定且容易地形成的缘故。
这样，根据本实施方式，由于在滑动部11的表层部具有包含Ti的喷镀膜12，因此由于滑动而在表面露出的活性的Ti促进润滑油中包含的添加剂的分解反应，在滑动部11的表面能够形成低摩擦的包含二硫化钼的低摩擦覆膜。由此，能够减少摩擦。因此，如果使用于汽车的滑动构件，则由于摩擦的减少而能够提高燃油经济性。
另外，由于在喷镀膜12存在微细的孔13，因此该孔13作为积油部发挥作用，能够减少摩擦。特别是将滑动部11的表面粗糙度以有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和计而设为3.0μm以下，因此能够进一步减少摩擦。
此外，将喷镀膜12中包含的氧的存在比率设为1质量％以上且10质量％以下，进而设为2质量％以上且8质量％以下，因此能够进一步减少摩擦。
此外，由于利用大气等离子体喷镀来形成喷镀膜12，因此能够稳定且容易地形成。
【实施例】
(实施例1、比较例1)
作为实施例1，准备由轴承钢(SUJ2)构成的盘状的试验片，将包含Ti的金属材料作为喷镀材料进行大气等离子体喷镀，形成了包含Ti的喷镀膜12。此时，喷镀材料准备两种金属粉末，关于各喷镀材料分别形成了各多个的喷镀膜12。喷镀材料的第一种类的金属粉末的组成为Ti100质量％，第二种类的金属粉末的组成为Ti90质量％、铝(Al)6质量％、钒(V)4质量％。在形成了各喷镀膜12之后，进行研磨，调整了各喷镀膜12的表面粗糙度。表面粗糙度由有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和表示。
关于制成的各试验片，在将基础油设为聚α烯烃(PAO8)且以Mo量计包含200ppm的MoDTC作为添加剂的润滑油中，进行了球对盘(ball-on-disk)式的摩擦试验。对方材料设为轴承钢(SUJ2)。润滑油的温度恒定为80℃，载荷为10N，滑动速度为0.5m/s，测定了稳定后的摩擦系数。
作为比较例1，准备与实施例1同样的试验片，除了将喷镀材料改变为Fe-Cr系金属材料之外，其他与实施例1同样地形成多个喷镀膜，调整了表面粗糙度。喷镀材料的金属粉末的组成为Fe98.2质量％、Cr1.8质量％。需要说明的是，比较例1的喷镀材料使用与实施例1的喷镀材料物性接近的材料，使喷镀膜的硬度成为相同程度。关于比较例1的各试验片，也与实施例1同样地测定了摩擦系数。
得到的结果在图3中示出。如图3所示，根据实施例1，与比较例1相比能够使摩擦系数下降30％～40％。而且，在实施例1中，在表面粗糙度(Rk+Rpk)为3.0μm以下的情况下，进一步减小摩擦系数，能够设为0.03以下。需要说明的是，在实施例1中使用了两种喷镀材料，但是未发现喷镀材料的组成引起的摩擦系数的差异。而且，关于进行了摩擦试验之后的试验片，利用透过型电子显微镜观察了表面的截面构造时，确认到在包含Ti的喷镀膜12的表面形成有包含二硫化钼的低摩擦覆膜14的情况。
即，如果将在组成上包含Ti的金属材料进行喷镀并形成包含Ti的喷镀膜12，则在喷镀膜12的表面能够形成低摩擦的包含二硫化钼的低摩擦覆膜14，可知能够减少摩擦。而且，如果喷镀膜12的表面粗糙度以有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和计而为3.0μm以下，则可知能够进一步减少摩擦。
(实施例2)
与实施例1同样，使用两种喷镀材料，在试验片上分别形成了喷镀膜12。此时，通过使喷镀输出以5个等级变化而使喷镀膜12中的氧量变化。对于制成的各试验片，与实施例1同样地研究了摩擦系数。能得到的结果在图4中示出。如图4所示，发现了喷镀膜12中的氧量越少则摩擦系数越减小的倾向，如果喷镀膜12中的氧量为10质量％以下，则可知摩擦系数能够小于0.04，因而优选。
以上，列举实施方式说明了本发明，但是本发明没有限定为上述实施方式，能够进行各种变形。

Claims (6)

1.一种滑动构件，在包含钼(Mo)作为添加剂的润滑油环境下进行滑动，所述滑动构件的特征在于，
滑动部由金属材料构成，在滑动部的表层部具有包含Ti的喷镀膜，该喷镀膜通过将在组成上以钛(Ti)为主成分的金属材料作为喷镀材料进行喷镀而形成，
所述喷镀膜中包含的钛的存在比率为60质量％以上，
所述喷镀膜中包含的氧的存在比率为1质量％以上且10质量％以下。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，
所述滑动部的表面粗糙度以有效负荷粗糙度(Rk)与初期磨损高度(Rpk)之和计为3.0μm以下。
3.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，
所述喷镀膜通过大气等离子体喷镀来形成。
4.根据权利要求1所述的滑动构件，其特征在于，
所述滑动构件使用于汽车。
5.一种滑动构件的制造方法，是在包含钼(Mo)作为添加剂的润滑油环境下进行滑动的滑动构件的制造方法，所述滑动构件的制造方法的特征在于，
所述滑动构件的制造方法包括如下的喷镀膜形成工序：将在组成上包含钛(Ti)的金属材料作为喷镀材料向由金属材料构成的滑动部的表面喷镀，并在滑动部的表层部形成包含Ti的喷镀膜，
所述喷镀膜中包含的钛的存在比率为60质量％以上，
所述喷镀膜中包含的氧的存在比率为1质量％以上且10质量％以下。
6.根据权利要求5所述的滑动构件的制造方法，其特征在于，
在所述喷镀膜形成工序中，通过大气等离子体喷镀来形成喷镀膜。
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