CN111148858B - 滑动部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供低摩擦且韧性优异的内燃装置用活塞环等的滑动部件。本发明涉及一种滑动部件，其具有下述构成而解决所述问题：在滑动面(11)上包覆有Cr‑B‑Ti‑V‑(Mn、Mo)‑N类的合金皮膜(2)的活塞环等的滑动部件(10)，所述滑动部件(10)包含Mn及Mo的一者或两者，所述Mn与所述Mo的含量的合计在2质量％以下的范围内。优选B含量在0.1质量％以上1.5质量％以下的范围内，V含量在0.05质量％以上1质量％以下的范围内，Ti含量在0.05质量％以上1.5质量％以下的范围内。

Description

滑动部件
技术领域
本发明涉及低摩擦且韧性优异的内燃装置用活塞环等的滑动部件。
背景技术
近年，伴随作为内燃装置的车辆发动机等的轻量化和高输出化，在严峻的滑动条件下使用的滑动部件，特别是在内燃装置中使用的活塞环中，由于在高温并且高压的严峻的环境下使用，因此要求进一步提高耐磨耗性等。例如，活塞环的外周滑动面在气缸套的内周面上滑动接触，因此，要求特别优异的耐磨耗性，可使用镀铬皮膜、氮化层或通过PVD法而形成的硬质皮膜等。并且，为了应对所述的要求，可以在活塞环的外周滑动面、上下面上形成镀铬皮膜、氮化处理皮膜、通过PVD法而制备的氮化铬(CrN、Cr2N)、氮化钛(TiN)等的硬质皮膜等。
但是，伴随近年内燃装置的轻量化、高输出化，活塞环在更严峻的条件下使用。因此，期望韧性及耐磨耗性优异的滑动部件。特别是在可使用醇燃料而行驶的醇燃料车、可使用汽油、甲醇、乙醇等的2种以上的燃料而行驶的灵活燃料车(flexible-fuel vehicle：FFV、dual-fuel vehicle)的内燃装置中使用的活塞环，存在发生耐磨耗性皮膜的裂缝、剥离的风险，因此，期望更高的韧性和耐磨耗性。耐磨耗性皮膜的裂缝、剥离因下述化学反应而产生：由燃料中包含的醇产生大量的水分与在活塞环的外周滑动面上形成的耐磨耗性皮膜之间的化学反应。
对于这样的需求，例如，专利文献1中提出了一种滑动部件，其包覆有提高了滑动特性，特别是耐剥离性的硬质皮膜。就该技术而言，通过电弧离子镀而将硬质皮膜包覆在活塞环的外周面上，并且该硬质皮膜由CrN型的氮化铬制成，结晶的晶格常数在0.4145～0.4200nm的范围，Cr的含量为30～49原子％。
此外，专利文献2中提出了一种滑动部件，其包覆有耐磨耗性、耐刮擦性及不会增加对象材料的磨耗的特性(对象攻击性)优异的皮膜。就该技术而言，在滑动部件的外周面上包覆有Cr-V-B-N合金皮膜，并且该Cr-V-B-N合金皮膜通过物理蒸镀法，特别是离子镀法、真空蒸镀法或溅射法而形成，并且V含量为0.1～30重量％及B含量为0.05～20重量％。
此外，专利文献3中提出了滑动部件，其由耐磨耗性及耐刮擦性优异的Cr-B-Ti-N合金皮膜而形成。就该技术而言，涉及由主要材料、氮化层、Cr-B-Ti-N合金皮膜构成的活塞环，该Cr-B-Ti-N合金皮膜通过PVD(物理蒸镀)法而包覆在氮化层的外周滑动面(滑动面相当部)，其中，以0.05～10.0质量％含有B，以5.0～40.0质量％含有Ti，以10.0～30.0质量％含有N，并且余部为Cr。
此外，专利文献4提出了具有更高的耐磨耗性、耐裂缝性及耐剥离性的活塞环。就该技术而言，涉及在滑动面上包覆有Cr-B-V-N类的合金皮膜的活塞环，其中，B含量在0.1质量％以上1.5质量％以下的范围内，V含量在0.05质量％以上1质量％以下的范围内，[B含量/V含量]在大于1且30以下的范围内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-335878号公报
专利文献2：日本特开2000-1767号公报
专利文献3：日本特开2006-265646号公报
专利文献4：WO2016/002810
发明内容
发明所解决的技术问题
然而，在所述专利文献1～3的情况下，不能充分满足近年要求的高耐磨耗性。此外，在专利文献4的情况下，例如，在使用醇燃料或含醇燃料的内燃装置中可以优选使用，比以往的耐磨耗性皮膜更能够抑制裂缝、剥离的发生，但是在伴随近年的内燃装置的进一步轻量化、高输出化的严峻的条件下，需要进一步提高特性。
为了解决所述问题而完成了本发明，本发明的目的是提供低摩擦且韧性优异的内燃装置用活塞环等的滑动部件。
解决问题的技术手段
本发明的滑动部件，其是滑动面上包覆有Cr-B-Ti-V-(Mn、Mo)-N类的合金皮膜的滑动部件，所述滑动部件包含Mn及Mo的一者或两者，所述Mn与所述Mo的含量的合计在2质量％以下的范围内。
在本发明的滑动部件中，B含量在0.1质量％以上1.5质量％以下的范围内，V含量在0.05质量％以上1质量％以下的范围内，Ti含量在0.05质量％以上1.5质量％以下的范围内。
在本发明的滑动部件中，N含量在30质量％以上40质量％以下的范围内，余部为Cr及不可避免的杂质。
在本发明的滑动部件中，所述合金皮膜由设置在基材侧上的第1合金皮膜和设置在该第1合金皮膜上的第2合金皮膜而构成。
在本发明的滑动部件中，所述合金皮膜上还设置有硬质碳膜。
在本发明的滑动部件中，作为所述合金皮膜的衬底层，设置有氮化处理层或金属衬底层。
优选本发明的滑动部件为内燃装置用活塞环。
发明效果
根据本发明而提供在伴随近年的内燃装置的进一步轻量化、高输出化的严峻的条件下可以优选使用，并且低摩擦且韧性优异的内燃装置用活塞环等的滑动部件。
附图说明
[图1]是表示作为本发明的滑动部件的内燃装置用活塞环的示例的示意性截面图。
[图2]是表示作为本发明的滑动部件的内燃装置用活塞环的其他示例的示意性截面图。
[图3]是斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的说明图。
[图4]是对斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)进行了测定的摩擦仪的说明图。
[图5]是阿姆斯勒(Amsler)型磨耗试验方法的说明图。
[图6]是在韧性的评价中使用的划痕试验机的构成原理图。
[图7]是比较例1～5的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)。
[图8]是比较例6、7的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图9]是实施例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图10]是实施例4～6的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图11]是实施例7、8的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图12]是实施例9、10的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图13]是实施例11的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图14]是比较例8～10的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)与比较例1～3的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的比较。
[图15]是在醇环境下的低负载摩擦磨耗试验方法的说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的滑动部件参照附图进行说明。以下所示的实施的方式是本发明的一个实例，本发明的技术的范围不限于以下的实施的方式。需要说明的是，在下文中，由于使用内燃装置用活塞环作为滑动部件而进行说明，因此，将滑动部件称为活塞环而进行说明。
如图1及图2所示，本发明的滑动部件是滑动面11上包覆有Cr-B-Ti-V-(Mn、Mo)-N类的合金皮膜3的活塞环10(10A、10B)等。并且，该合金皮膜3包含Mn及Mo的一者或两者，所述Mn与所述Mo的含量的合计在2质量％以下的范围内。
根据该活塞环10，由于其合金皮膜3低摩擦且韧性优异，因此，可以提供在伴随近年的内燃装置的进一步轻量化、高输出化的严峻的条件下可以优选使用，并且不易发生凝结，不易发生裂缝、剥离的活塞环等的滑动部件。这样的活塞环10可以用作各种的活塞环，特别是可以优选用作顶环、油环的侧轨等。
以下，对于滑动部件的构成要素，以内燃装置用活塞环为例进行说明。
(基材)
作为基材1，可举出作为活塞环10的基材而使用的各种物质，没有特别限定。例如，可以使用各种的钢材、不锈钢材、铸造材料、铸钢材料等。其中，例如可优选举出：马氏体类不锈钢、作为弹簧钢的铬锰钢(JIS SUP9材料、ISO 55Cr3材料、AISI 5155材料)、铬钒钢(JIS SUP10材料、ISO 51CrV4材料、AISI 6150材料)、硅铬钢(JIS SWOSC-V材料、DIN17223/2-90)、10Cr钢等。基材1也可以称为主要材料。
基材1可以根据需要进行前处理。作为前处理，可举出进行表面研磨而对表面粗糙度进行调整的处理。该表面粗糙度的调整例如可以例举用金刚石研磨颗粒对基材1的表面进行抛光加工而表面研磨的方法等。
(衬底层)
合金皮膜3的衬底层2可以根据需要设置在基材1上。作为衬底层2，可举出：金属衬底层(参照图1(B))、氮化处理层(未图示)等。这些衬底层2可以根据其种类而设置在任意位置。例如，使衬底层2仅形成在活塞环10与气缸套(未图示)接触而滑动的外周滑动面11上，也可以形成在其它的表面上，例如活塞环10的上表面12上、下表面13上，还可以根据需要形成在内周面14上。
就氮化处理层而言，例如，在使用不锈钢作为基材1的情况下，在其不锈钢的表面上使氮扩散浸炭，形成硬质的氮化层作为衬底层。氮化处理层优选用作活塞环的衬底层。需要说明的是，氮化处理可以通过以往公知的方法而进行。氮化处理层的厚度没有特别限定，优选在10μm以上且50μm以下的范围内。
作为金属衬底层，可举出钛或铬等的金属层。钛或铬等的衬底金属层可以通过各种成膜手段而形成，例如，可以使用真空蒸镀法、溅射法、离子镀法等的成膜手段。金属衬底层的厚度没有特别限定，优选在0.1μm以上且2μm以下的范围内。
(合金皮膜)
如图1及图2所示，合金皮膜3设置在基材1上，或在基材1上设置有衬底层2的情况下而设置在衬底层2上。该合金皮膜3低摩擦且韧性优异，并且优选至少设置在活塞环10的外周滑动面11上。就活塞环10的外周滑动面11而言，在活塞滑动时，由于与作为对象材料的气缸套接触，因此至少在外周滑动面11上设置有合金皮膜3。通过将该合金皮膜3至少设置在外周滑动面11上，而成为低摩擦且韧性优异的物质，变得不易发生凝结，也不易发生裂缝、剥离。此外，由于韧性优异，因此，活塞环即使在特别高负荷状态下，也可以成为不易发生裂缝、剥离，并且耐磨耗性、耐裂缝性及耐剥离性优异的活塞环。合金皮膜3可以形成在作为外周滑动面11以外的面的上表面12上、下表面13上，还可以根据需要形成在内周面14上。
合金皮膜3为Cr-B-V-Ti-(Mn、Mo)-N类的合金皮膜。Cr-B-Ti-V-(Mn、Mo)-N类的合金皮膜3是指，5元类的Cr-B-V-Ti-N合金皮膜还包含Mn及Mo的一者或两者的6元类或7元类的合金皮膜。因此，可以是5元类的Cr-B-V-Ti-N合金皮膜仅包含Mn的物质，可以是仅包含Mo的物质，也可以是包含Mn和Mo两者的物质。需要说明的是，不可避免的杂质可以在不损害该合金皮膜3的效果的范围内包含在合金中。
在合金皮膜3中，Mn和Mo的含量的合计在2质量％以下的范围内。如后述的实施例所示，本发明人发现，在合金皮膜3包含Mn及Mo的一者或两者的情况下，在将Mn和Mo的含量的合计设为2质量％以下的范围内的情况下，得到低摩擦且韧性优异的合金皮膜3。Mn在以提高合金皮膜3的韧性和耐磨耗性的方式起作用的同时，以提高斯特里贝克曲线(StribeckCurve)中的从混合润滑区域至流体润滑区域的摩擦系数的方式而起作用。Mo在以提高高温下的强度和硬度的方式而起作用的同时，以提高斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)中的边界润滑区域的摩擦系数的方式而起作用。
需要说明的是，斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)是指用于说明进行相对运动的2个表面之间中的润滑状态的曲线，作为润滑油粘度η、滑动速度V、负载F之间的关系(η×V/F)的函数，对摩擦系数进行测定，由图3所示的关系表示。如图3所示，2个表面之间的摩擦状态可以划分为3个区域。(I)的流体润滑区域是润滑油介在2个表面之间并完全分离两者而进行润滑的区域，(III)的边界润滑区域是，润滑油膜非常薄，并且摩擦现象不能根据润滑油的粘性进行说明的区域并且润滑油的表面化学的性质变得重要的区域，(II)的混合润滑区域是流体润滑和边界润滑混在一起的区域。在(I)的流体润滑区域中，由于润滑状态下没有固体彼此的接触，因此基本上没有磨耗，摩擦系数为较小的值，当温度的上升导致的润滑油粘度降低、滑动速度降低或负载增加时，介在2个表面之间的润滑油的油膜厚度变薄且摩擦系数变小。在(II)的混合润滑区域中，当油膜厚度变为一定程度薄时流体润滑状态达到界限而使得一部分表面彼此接触。此外，当负载增加、速度降低且因温度的上升而使得润滑油粘度降低时，油膜变得越来越薄，相较于(II)的混合润滑区域状态，表面彼此的接触面积更广，摩擦系数增加，而成为(III)的边界润滑区域。
在仅包含Mn的情况下，Mn的含量为2质量％以下，在仅包含Mo的情况下，Mo的含量为2质量％以下，在包含Mn和Mo两者的情况下，其合计为2质量％以下。通过使Mn和Mo的含量的合计在该范围内，而能够使合金皮膜3成为低摩擦且韧性优异的物质。为了成为低摩擦且韧性更优异的物质，更优选，Mn和Mo的优选的含量的合计为2质量％以下，更优选的含量的合计为1质量％以下。需要说明的是，Mn和Mo的含量的合计的下限没有特别限定，可以为0.1质量％左右。
在合金皮膜3中，对于Mn和Mo以外的B、V及Ti，以使B含量在0.1质量％以上1.5质量％以下的范围内，V含量在0.05质量％以上1质量％以下的范围内，Ti含量在0.05质量％以上1.5质量％以下的范围内的方式而构成。B固溶在Cr-N中，具有使结晶细微化的效果。并且，包含B的合金皮膜，韧性增加且耐磨耗性提高。V形成细微的氮化物，并在提高韧性的同时具有提高耐热性的效果。含有V的合金皮膜能够提高润滑差的环境下的耐久性。Ti以形成细微的氮化物并使质地强化的方式而起作用。在含有Ti的合金皮膜适用于使用例如醇燃料或含醇燃料的发动机中使用的活塞环的情况下，更能发挥效果。作为其理由，可以考虑：例如在乙醇燃料的情况下，醇与Ti或TiN发生化学反应，而从合金皮膜3的表面溶出，与水分发生反应而形成TiO2，该TiO2与醇发生反应而生成金属醇盐，并发生缩聚而在合金皮膜3的表面形成凝胶状的聚氧基钛(Polyoxytitanium)以保护表面。
B含量的更优选的范围在0.2质量％以上1.0质量％以下的范围内，进一步优选的范围在0.2质量％以上0.5质量％以下的范围内。此外，V含量的更优选的范围在0.1质量％以上0.5质量％以下的范围内，Ti的更优选的范围在0.1质量％以上0.5质量％以下的范围内。通过使B和V以优选的范围而包含，能够表现出更高的耐磨耗性。此外，通过使Ti以优选的范围而包含，而有助于合金皮膜中皮膜的基底强化，并在醇燃料或含醇燃料情况下因化学变化而在表面上形成聚氧基钛，能够进一步提高耐磨耗性。
构成合金皮膜3的N含量优选在30质量％以上40质量％以下的范围内。
合金皮膜3的组成通过使用了辉光放电发射光谱装置(Glow discharge op ticalemission spectrometry：GD-OES法)的元素分析而进行。该GD-OES法是通过在Ar辉光放电区域内对导电性、非导电性膜进行高频溅射，并使溅射得到的原子在Ar等离子体内中的发光线连续地分光，而对薄膜的深度方向的元素分布进行测定的方法。在后述的实施例中使用株式会社堀场制作所制的Marcus型高频辉光放电发光表面分析装置(rf-GD-OES)。就此时的测定而言，通过常规溅射(在氩气氛围中)，测定范围设为：直径4mm，将样品切成7mm见方后，包埋入铟中(埋入)，并进行基于GD-OES法的深度分析。
就合金皮膜3的形成而言，通常，通过PVD(物理蒸镀)法而形成在活塞环10的至少外周滑动面11上。作为PVD法，可举出：离子镀法、真空蒸镀法、溅射法等。
如图2A所示，这样成膜而成的合金皮膜3可以由设置在基材侧上的第1合金皮膜(也称为中间皮膜)3a和设置在该第1合金皮膜上的第2合金皮膜(也称为致密皮膜)3b而构成。尤其，优选活塞环的基材侧的中间皮膜3a比表面侧(滑动面侧)的致密皮膜3b更多孔。该中间皮膜3a以缓和表面侧的合金皮膜3和基材或衬底层之间的应力的方式起作用，具有能够提高致密皮膜3b的密合力并抑制致密皮膜3b的裂缝、剥离这样的优点。基材侧的多孔的中间皮膜3a的组成与表面侧的致密皮膜3b的组成相同，可以通过调整成膜条件而形成。这样的中间皮膜3a可以在厚度方向上具有一定的组成，也可以在厚度方向上改变组成，其厚度没有特别限定，例如在0.01μm以上20μm的范围内，优选在5μm前后(3μm以上8μm以下)。
可以以满足下述的杨氏模量的关系式的方式而表示使所述作用奏效的中间皮膜3a、致密皮膜3b以及基材1的关系。通过满足该关系，而能够使集中在合金皮膜3和基材1的界面上的应力分散在皮膜整体，能够得到优异的韧性。
[致密皮膜的杨氏模量+基材的杨氏模量]/[2×1.08]
≦[中间皮膜的杨氏模量]
≦[致密皮膜的杨氏模量+基材的杨氏模量]/[2×0.92]
需要说明的是，基材侧的多孔的中间皮膜3a和表面侧的致密皮膜3b通过使用了截面抛光机(CP)的图像解析而能够容易地进行解析。例如，可以改变偏置电压和氮气压力来控制它们。尽管没有特别限定，但作为一个实例，可以将腔室内的氮气压力保持在6Pa，分别在形成多孔的中间皮膜3a的情况下将偏置电压设为0V～-7V，在形成致密皮膜3b的情况下将氮气压力设为4.5Pa，并将偏置电压设为-7V～-30V来形成。
所形成的合金皮膜3的厚度，没有特别限定，优选在3μm以上50μm以下的范围内，更优选在10μm以上35μm以下的范围内。合金皮膜3的表面侧的致密皮膜3b的硬度以维氏硬度(JIS B 7725，ISO 6507)HV(0.05)计优选在1400以上2000以下的范围内，更优选在1600以上1800以下的范围内。此外，基材侧的中间皮膜3a的硬度以HV(0.05)计优选在800以上1600以下的范围内，更优选在1200以上1500以下的范围内。意味着，维氏硬度可以使用微型维氏硬度试验机(株式会社FUTURE-TECH制)等而进行测定，“HV(0.05)”表示50gf负载时的维氏硬度。
(其它)
可以根据需要在合金皮膜3上设置其他皮膜。作为这样的皮膜，例如可举出如图2(B)所示的无氢的金刚石碳(硬质碳膜4)等。这样的硬质碳膜4能够提高对于对象材料的适应性，故为优选的。
(适用燃料)
由于本发明的活塞环10表示出高耐磨耗性，因此，不仅可以优选安装在使用通常的汽油燃料的发动机中，而且可以优选安装在使用醇燃料或含醇燃料的发动机中。在使用醇燃料或含醇燃料的灵活燃料车中，在发动机内的筒内压变得更高等的严酷的条件下，在使以往的耐磨耗性皮膜成膜而得到的活塞环的情况下，存在产生烧痕，或者韧性不足而发生耐磨耗性皮膜的裂缝、剥离的风险，但本发明的活塞环10实现下述效果：不仅可以优选适用于例如使用通常的汽油燃料的内燃装置，并且可以优选适用于使用醇燃料或含醇燃料的内燃装置等中，相较于以往的耐磨耗性皮膜而低摩擦且韧性优异，能够抑制裂缝、剥离的发生。
实施例
以下，对本发明的滑动部件，可举出活塞环的实施例、比较例以及以往例来进行更详细说明。
[实施例1～13及比较例1～10]
作为基材1，使用包含C：1.00质量％，Si：0.25质量％，Mn：0.3质量％，Cr：1.5质量％，P：0.02质量％，S：0.02质量％，余部：铁及不可避免的杂质的、与JIS规格中SUJ2材料相当的活塞环基材。基材1预先在有机溶剂液中进行超声波清洗。
接下来，在基材1上使合金皮膜成膜。就成膜而言，使用电弧离子镀装置，使用为了在成膜后得到预定的合金皮膜组成而进行了组成调整的目标，并在其表面发生电弧放电。此外，在发生了电弧放电的腔室中导入氮气的同时，根据需要导入给定量的不活泼气体(此处为氩气)，并施加0～-30V的偏置电压，以使实施例1～13及比较例1～10的合金皮膜3成为厚度20μm的方式来形成。此处得到的合金皮膜3由基材侧的多孔的中间皮膜3a和表面侧的致密皮膜3b而构成，就成膜而言，将腔室内的氮气压力保持在6Pa，基材侧的多孔的中间皮膜3a将偏置电压设为0V而进行厚度5μm的成膜，表面侧的致密皮膜3b将氮气压力设为4.5Pa，并将平均偏置电压设为-16V而进行厚度20μm的成膜。表1中表示的组成为合金皮膜3中致密皮膜3b的组成。需要说明的是，中间皮膜3a的组成尽管没有记载在表1中，但是由于与致密皮膜3b的组成一致或几乎一致而被省略。
[表1]
Figure BDA0002430905800000101
※)表中的“-”意味着不包含该元素
[实施例1’～13’及比较例3’～10’]
所述实施例1～13及比较例3～10中，不将中间皮膜3a成膜而仅由厚度20μm的致密皮膜3b构成合金皮膜3。除此之外设为同样的方式。
[特性评价]
对特性进行后述各种试验，将其结果表示在表2中。在表2中示出“合金皮膜的组成(质量％)”、将比较例1的磨耗量设为1时的“磨耗比”、“皮膜硬度(维氏硬度)”、相对于比较例1的皮膜硬度的“硬度比”、“划痕比”、将硬度比与划痕比相乘而得到的“韧性评价值”。需要说明的是，在磨耗比小于1的情况下，表示耐磨耗性高于比较例1。
[表2]
Figure BDA0002430905800000111
(磨耗试验)
就表2所示的磨耗比而言，使用图5所示的阿姆斯勒(Amsler)型磨耗试验机30，将在与所述实施例1～13及比较例1～10中得到的活塞环相同条件下得到的测定样品31(长7mm，宽8mm，高5mm)设为固定片，对象材料32(旋转片)使用圆圈状(外径40mm，内径16mm，厚度10mm)的物质，使测定样品31与对象材料32相接触，负荷负载P来进行。就使用了各测定样品31的摩擦系数试验条件而言，在润滑油33：机油(运动粘度在100℃下为1.01，在40℃下为2.2)，油温：室温，转速：200rpm，负载：588N，试验时间：3小时的条件下，将硼铸铁作为对象材料32来进行。将来自滴加管34的油滴加速度设为0.04mL/min。需要说明的是，包含硼铸铁的对象材料32在研磨加工成给定形状后，改变砂轮的细度而依次进行表面研磨，并以使得最终算数平均粗糙度Ra变为0.02～0.04μmRz(基于JIS B0601(2001))的方式进行调整。
将试验结果作为磨耗比而表示在表2中。磨耗比表示为将比较例1的磨耗量设为1时的比。就本发明的组成范围内的合金皮膜(实施例1～13)而言，磨耗比均小于1而显示出高耐磨耗性，在进一步优选的实施例4～6的情况下，磨耗比在0.30～0.32的范围。
(划痕试验)
在划痕试验中，求出发生皮膜剥离的极限负载，并对表示剥离耐性的划痕比(耐剥离负载比)进行评价。划痕试验是对形成有皮膜的滑动面平行(水平)施加的力的试验方法，并使用图4所示的划痕试验装置20(ANTON PAAR公司制，型名：REVETEST SCRATCH TESTERRST3)来实施。图4所示的划痕试验装置20是用于将压头21从放置于工作台22上的样品23(13mm×13mm×厚度5mm)上进行按压，在该状态下移动样品23，在此时使用AE(声发射(Acoustic Emission))检测器24而进行检测的装置。此处，在负载负荷速度：100N/min，工作台速度：10mm/min，AE灵敏度：1.2，压头尖端：R0.2mm，试验负载：0～100N，试验距离：5mm，试验片材质：SKH51的条件下进行测定。就评价而言，将检测基于划痕试验的AE发生时的负载设为剥离负载(划痕负载)。
就划痕比(耐剥离负载比)而言，将实施例1～13及比较例2～10的划痕负载表示为相对于比较例1的划痕负载的相对比，并将结果表示在表2中。此外，将实施例1’～13’及比较例3’～10’的划痕负载表示为相对于比较例1的划痕负载的相对比，并将结果表示在表3中。划痕比越大于1则划痕负载越大、耐剥离性越高。如表2及表3所示，实施例1～13及实施例1’～13’的耐剥离性优异，实施例4～6、12、13及实施例4’～6’、12’、13’的耐剥离性特别优异。包含中间皮膜3a和致密皮膜3b的合金皮膜3，与仅包含致密皮膜3b的合金皮膜3相比，前者(包含中间皮膜3a和致密皮膜3b的合金皮膜3)划痕比较高。该结果表明，通过将中间皮膜3a作为致密皮膜3b的下层进行设置，可提高耐剥离性。
[表3]
Figure BDA0002430905800000131
(摩擦评价)
摩擦的评价，使用ANTON PAAR公司制的球盘式摩擦磨耗试验机(摩擦仪，型号：TRB-S-AU-0000)进行。球盘式摩擦磨耗试验机40通过圆盘和球而进行试验，并以图6所示的方式配置旋转圆盘41和固定球42，从球42的上方将基于锤43的负载F施加在试验样品44上。通过使该状态下圆盘41进行旋转而使用传感器对产生的摩擦力进行测量，并除以负荷的负载而算出摩擦系数。试验条件为：线速度：1～10cm/sec，试验负载：1～10N，试验片材质：SUJ2，润滑：油中，油种类：JXTG NIPPON OIL&ENERGY株式会社制的SUPER MULPUS DX2和SUPER MULPUS DX46。
改变所述负载，并测定此时的摩擦系数。图7～图14表示实施例1～13及比较例1～10的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)。斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)是用于说明发生相对运动的2个表面之间的润滑状态的曲线，并且作为[粘度η×速度V/负载F]的函数而表示摩擦系数的结果。根据这些斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)而发现了以下内容。
根据图7～图14所示的斯特里贝克曲线(Stribeck Curve)的结果发现，通过使构成本发明的滑动部件的合金皮膜成膜，而显著地降低在边界润滑区域(III)中的摩擦系数。由于边界润滑区域(III)是最容易发生凝结的区域，因此该区域的摩擦系数低意味着不易发生凝结，减少凝结磨耗，并降低作用在皮膜表面上的基于凝结的剪切应力。通过该效果，不仅能够降低发动机运转时的摩擦系数，而且能够如后述的图15所示地抑制醇燃料环境下发生的裂缝及剥离。
此外，划痕比具有随着硬度提高而降低的倾向，认为这是因为皮膜变脆而容易发生脆性断裂。虽然不能一概而论地认为越硬越好，但是从滑动导致的磨耗、皮膜表面的损伤具有随硬度增加而改善的倾向出发，可以说在硬度高并且划痕负载高的情况下韧性较高。在表2中，作为韧性评价值，以硬度比和划痕比的乘积而进行表示。可以说韧性评价值越大则韧性越优异。如表2所示，实施例1～13中的值高达1.38～1.59，实施例4～6中的值特别优异且高达1.56～1.59。
(醇燃料环境下的裂缝·剥离试验)
图15是醇燃料环境下的低负载摩擦磨耗试验方法的说明图。该裂缝·剥离试验使用进行图15所示的方法的试验机50，将加入了30％的水的乙醇和发动机油从各个滴加管52、53同时进行滴加(1mL/min)，并将对象材料54的转速设为1000rpm而进行。对象材料54为FC250材料。形成有合金皮膜3的活塞环10的外周滑动面11设为测定样品51，并施加给定的负载F而进行。滴加的乙醇和发动机油的温度设为与室温相同程度。就试验模式而言，重复进行1秒的负载负荷(100N)和1秒的无负荷，每10分钟使用显微镜观察样品表面以确认是否产生裂缝或剥离。将结果合并表示在表2中。
从表2的结果可知，实施例1～13为约10小时以上。发现均不易发生裂缝·剥离。特别是发现，包含Mn和Mo两者的实施例4、11、12、13为16小时以上，不易发生裂缝·剥离。
需要说明的是，此处例示的实施例中，作为含量的更优选的范围(总计100％)，可以例举：B含量：0.3～0.4质量％，Ti含量：0.24～0.48质量％，V含量：0.14～0.35质量％，Mo及/或Mn含量：合计为2质量％以下，N含量：30～40质量％，余部Cr。
符号说明
1 基材
2 衬底层
2’ 氮化层
3 合金皮膜
3a 第1合金皮膜(中间皮膜)
3b 第2合金皮膜(致密皮膜)
4 硬质碳膜
10、10A、10B、10C、10D 活塞环
11 滑动面(外周滑动面)
12 上表面
13 下表面
14 内周面
20 划痕试验装置20
21 压头
22 工作台
23 样品
24 检测器
30 磨耗试验机
31 测定样品
32 对象材料
33 润滑油
34 滴加管
40 球盘式摩擦磨耗试验机
41 旋转圆盘
42 固定球
43 锤
44 试验样品
50 低负载摩擦磨耗试验
51 测定样品
52、53 滴加管
54 对象材料
P、F 负载

Claims (6)

1.一种滑动部件，其是滑动面上包覆有Cr-B-Ti-V-(Mn,Mo)-N类的合金皮膜的滑动部件，所述滑动部件包含Mn及Mo的一者或两者，B含量在0.1质量％以上且1.5质量％以下的范围内，V含量在0.05质量％以上且1质量％以下的范围内，Ti含量在0.05质量％以上且1.5质量％以下的范围内，所述Mn与所述Mo的含量的合计在0.1质量％以上且2质量％以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的滑动部件，其中，
N含量在30质量％以上且40质量％以下的范围内，余量为Cr及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其中，
所述合金皮膜由设置在基材侧上的第1合金皮膜和设置在该第1合金皮膜上的第2合金皮膜构成。
4.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其中，
所述合金皮膜上还设置有硬质碳膜。
5.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其中，
作为所述合金皮膜的衬底层，设置有氮化处理层或金属衬底层。
6.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其为内燃机用活塞环。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001335878A (ja) * 2000-05-30 2001-12-04 Teikoku Piston Ring Co Ltd 摺動部材
CN106415083A (zh) * 2014-06-30 2017-02-15 日本活塞环株式会社 活塞环

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3696406B2 (ja) 1998-06-18 2005-09-21 日本ピストンリング株式会社 摺動部材
JP3793990B2 (ja) 1999-10-29 2006-07-05 日本ピストンリング株式会社 内燃機関のシリンダライナとピストンリングの組合せ
JP4452641B2 (ja) 2005-03-24 2010-04-21 日本ピストンリング株式会社 摺動部材
JP5234926B2 (ja) 2008-04-24 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜および硬質皮膜形成用ターゲット
JP5234931B2 (ja) * 2008-06-23 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具
US10030773B2 (en) 2016-03-04 2018-07-24 Mahle International Gmbh Piston ring

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001335878A (ja) * 2000-05-30 2001-12-04 Teikoku Piston Ring Co Ltd 摺動部材
CN106415083A (zh) * 2014-06-30 2017-02-15 日本活塞环株式会社 活塞环

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