CN112189062A - 耐磨损性涂膜、耐磨损性构件及耐磨损性涂膜的制造方法以及滑动机构 - Google Patents

耐磨损性涂膜、耐磨损性构件及耐磨损性涂膜的制造方法以及滑动机构 Download PDF

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北条将史
中村孝司
川胁拓哉
中村绫佑
寺下光彦
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Imperial Ion Co ltd
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Abstract

本发明提供一种即使反复磨损也能长期维持优异的耐磨损性的耐磨损性涂膜及其制造方法、以及耐磨损性构件。本发明的耐磨损性涂膜10具备镀层11、多个块状部2及涂层13。镀层11及涂层13依次层叠，多个块状部2各自由一个颗粒12和/或颗粒12的集合体形成。多个块状部2由镀层11保持且以较之镀层11更突出的方式设置。涂层13以覆盖镀层11表面的方式形成，块状部2形成有平坦部18且该平坦部18被配置成与所述涂层13表面齐平。

Description

耐磨损性涂膜、耐磨损性构件及耐磨损性涂膜的制造方法以 及滑动机构
技术领域
本发明涉及一种耐磨损性涂膜、耐磨损性构件及耐磨损性涂膜的制造方法以及滑动机构。
背景技术
以往，需要对各种机械零件、工具、模具等构件赋予优异的耐磨损性，并研究了各种技术。特别是近年来，通过用镀敷等方法在构件表面形成耐磨损性优异的涂膜来提高各种构件的耐磨损性。
例如，专利文献1中提出了一种使用含有二硫化钼的复合镀液在待镀构件上形成涂膜从而提高耐磨损性的技术。此外，专利文献2中，通过在滑动构件上形成含有聚四氟乙烯(PTFE)和Ni的涂膜来提高耐磨损性，谋求维持滑动性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-332454号公报
专利文献2：日本特开2015-092009号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，以往的具有耐磨损性的涂膜虽然确实可提高各种构件的耐磨损性，但是若长期反复磨损，则会导致涂膜被磨削或涂膜发生劣化等现象不断进展，耐久性差的问题。近年来，关于各种构件的耐磨损性，谋求一种即使反复磨损也能够长期维持优异的耐磨损性的耐磨损性涂膜，然而现有技术在耐久性方面存在问题，需要进一步改进。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使反复磨损也能长期维持优异的耐磨损性的耐磨损性涂膜及其制造方法、以及耐磨损性构件。
解决技术问题的技术手段
本申请的发明人为了实现上述目的反复进行了认真研究，结果发现通过使耐磨损性涂膜中含有含颗粒的块状部且在该块状部上形成平坦部，可以实现上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明例如包含以下项所述的主题。
项1.一种耐磨损性涂膜，其具备镀层、多个块状部及涂层，
所述镀层及所述涂层依次层叠，
所述多个块状部各自由一个颗粒和/或颗粒的集合体形成，
所述多个块状部由所述镀层保持且以较之所述镀层更突出的方式设置，
所述涂层以覆盖所述镀层表面的方式形成，
所述块状部形成有平坦部且该平坦部被配置成与所述涂层表面齐平。
项2.根据项1所述的耐磨损性涂膜，其中，所述多个块状部各自空开规定的间隔进行配置。
项3.根据项1或2所述的耐磨损性涂膜，其中，所述颗粒含有选自由金刚石颗粒、碳颗粒、聚四氟乙烯颗粒及二硫化钼颗粒组成的组中的一种以上。
项4.根据项1～3中任一项所述的耐磨损性涂膜，其中，所述涂层含有选自由铬、银、聚四氟乙烯-镍复合体、镍、镍-磷、锡及铜组成的组中的至少一种。
项5.一种耐磨损性构件，其具备项1～4中任一项所述的耐磨损性涂膜与基材，
所述基材被所述耐磨损性涂膜覆盖，
所述耐磨损性涂膜的所述镀层侧固定在所述基材上。
项6.一种耐磨损性涂膜的制造方法，其为项1～4中任一项所述的耐磨损性涂膜的制造方法，其依次具备：
在基材上设置用于配置所述块状部的孔的工序；
将所述块状部配置于所述孔中的工序；
进行第一镀敷处理而形成所述镀层的工序；及
在所述镀层上进行第二镀敷处理而形成所述涂层的工序。
项7.一种滑动机构，其为具备第一滑动构件和第二滑动构件的滑动机构，其中，
所述第一滑动构件为项5所述的耐磨损性构件。
项8.根据项7所述的滑动机构，其中，所述第二滑动构件的滑动面被硬质金属层覆盖，且所述硬质金属层的表面上形成有多个槽。
项9.根据项8所述的滑动机构，其中，所述槽的深度为5～50μm。
项10.根据项8或9所述的滑动机构，其中，所述硬质金属层含有铬。
发明效果
本发明的耐磨损性涂膜的耐磨损性优异，特别是即使反复磨损也能长期维持优异的耐磨损性。
附图说明
图1的(a)为示出具备本发明的耐磨损性涂膜的耐磨损性构件的一个实例的截面图，(b)为示出具备本发明的耐磨损性涂膜的耐磨损性构件的另一个实例的截面图。
图2为示出具备本发明的耐磨损性涂膜的耐磨损性构件的一个实例的俯视图。
图3为示出形成在耐磨损性涂膜上的块状部的纵倾程度(ピッチ傾斜)的示意图。
图4为对本发明的耐磨损性涂膜的制造方法的一个实例进行说明的示意图。
图5为实施例1中得到的耐磨损性构件的基于显微镜观察的平面照片。
图6示出了耐磨损性试验的结果，(a)示出了磨损深度的测定结果，(b)示出了摩擦系数的测定结果。
图7为对实施例2～5中得到的滑动机构中的第一滑动构件的概要进行说明的示意图，(a)示出了实施例2及4的第一滑动构件，(b)示出了实施例3及5的第一滑动构件。
图8示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在油环境下的摩擦磨损试验结果。
图9示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在干燥环境下的摩擦磨损试验结果。
图10示出了实施例4、5及比较例4、5的滑动机构在油环境下的摩擦磨损试验结果。
图11示出了实施例4、5及比较例4、5的滑动机构在干燥环境下的摩擦磨损试验结果。
图12的(a)为实施例3的在干燥条件下进行试验后的第二滑动构件表面的放大SEM图像，(b)示出了(a)的图像中的碳元素的面扫描图。
图13示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在载荷为150N、转速为300rpm的条件下于油环境下进行的最久长达60小时的摩擦磨损试验的结果。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
1.耐磨损性涂膜
图1的(a)、(b)为示出具备本实施方式的耐磨损性涂膜10的耐磨损性构件30的一个实例的截面的示意图。该耐磨损性构件30具备耐磨损性涂膜10和基材20。
本实施方式的耐磨损性涂膜10具备镀层11、多个块状部2及涂层13，镀层11及涂层13依次层叠。
如图1所示，在本实施方式的耐磨损性涂膜10中，所述多个块状部2各自由一个颗粒12和/或颗粒12的集合体形成，所述多个块状部2由所述镀层11保持且以较之所述镀层11更突出的方式设置。所述涂层13以覆盖所述镀层11表面的方式形成，所述块状部2形成有平坦部18且该平坦部18被配置成与所述涂层表面齐平。
(镀层)
在本实施方式的耐磨损性涂膜10中，镀层11为通过镀敷处理而形成的层。镀层11为以例如电镀、化学镀等方法形成的层。
镀层11为耐磨损性涂膜10中具有保持多个颗粒12的作用的层。以不遮盖颗粒12的方式设置镀层11。
作为镀层11，可列举出各种金属的镀层。形成镀层11的金属没有特别限定。作为金属的具体实例，可列举出镍、镍-磷复合体、锌、钴、锡、铜及银等。镍-磷复合体可以是镍与磷的混合物，也可以是合金。
形成镀层11的金属可以仅为一种或两种以上。此外，形成镀层11的金属也可以是合金。或者，形成镀层11的金属还可以是氧化物、氮化物、硫化物等。进一步，除了金属以外，镀层11还可以以其他元素(例如磷、硼等非金属元素)为构成元素，或者镀层11可以用其他元素(例如磷、硼等非金属元素)代替金属作为构成元素。
镀层11也可以为其他例如以Ni等金属镀层为基底并组合氟树脂(PTFE)、云母、氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二氧化硅(SiO2)等而成的复合镀层。
作为镀层11的实例，可列举出利用化学镀处理形成的硬质镀镍层(化学镀镍层)、化学镀镍-磷复合层。当镀层11为化学镀镍-磷复合层时，因共析的磷的效果而可提高镀层11的硬度和耐腐蚀性。硬质镀镍层表示例如Hv200～550(优选310～500)的镀镍层。此外，作为镀层11的实例，可列举出添加糖精、丁二醇等添加剂并通过电镀形成的硬质镍层。将硬质镀镍层用作镀层11时，例如可通过使镀层11中含有公知的光亮剂，形成Hv300～550的硬质涂膜。
镀层11的厚度没有特别限定，可设为能够固定颗粒12的厚度。例如，镀层11的厚度可以为0.1μm～1mm，更优选为1～100μm，特别优选为1～10μm。
镀层11可以具有层叠结构。例如，可将镀层11制成具有暂时固定块状部2的第一层和更牢固地固定颗粒的第二层的层叠结构。第一层例如可以为1～10μm。第二层例如可以为后述的块状部2的平均直径的1/4～3/4。另外，块状部2的直径是指将块状部2视为球体时的直径。块状部2的直径是指从通过显微镜得到的直接观察图像中随机选择10个块状部2，测量它们的等效圆直径并进行算术平均而得到的值。
镀层11具有层叠结构时，可将第一层设为通过电镀形成的层，将第二层设为通过化学镀形成的层。此时，例如可以将第二层配置在涂层13侧，此外，也可以将第一层配置在涂层13侧。
镀层11的形成方法没有特别限定，例如可以用公知的各种方法形成镀层11。作为镀层11的形成方法的具体实例，例如可以使用电镀、化学镀、熔融镀、气相镀等。镀敷处理方法可以为连续式、间歇式中的任意一种。
(块状部)
在本实施方式的耐磨损性涂膜10中，设置有多个块状部2，各个块状部2以较之镀层11的表面更向上方突出的方式设置。块状部2是可在耐磨损性涂膜10的厚度方向上发挥支柱般的效果的结构，可具有使耐磨损性涂膜10的耐磨损性长期持续的功能。
如图1的(a)、(b)所示，多个块状部2各自由一个颗粒12和/或颗粒12的集合体形成。即，可以是多个块状部2各自由一个颗粒12形成的形态(参考图1的(a))、多个块状部2各自由颗粒12的集合体形成的形态(参照图1的(b))、或具有由一个颗粒12形成的块状部2及由颗粒12的集合体形成的块状部2这两者的形态。
块状部2所含的颗粒12的种类没有特别限定。作为颗粒12，可以使用公知的材料，例如金刚石颗粒、碳颗粒、聚四氟乙烯颗粒、二硫化钼颗粒、氧化锆颗粒、CBN颗粒、氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碳化硼颗粒、其他例如抛光材料等可用作磨粒的无机材料等。其中，从更易于提高耐磨损性涂膜10的耐磨损性的角度出发，颗粒12优选含有选自由金刚石颗粒、碳颗粒、聚四氟乙烯颗粒及二硫化钼颗粒组成的组中的一种以上。颗粒12可以仅为一种，也可以为由不同的两种以上构成的颗粒。颗粒12也可以使用市售的各种颗粒。
颗粒12可以具有孔。此时，例如将耐磨损性涂膜10浸渍于油中时，由于颗粒12的孔中也渗透有油，因此可发挥保油性。
颗粒12的形状没有特别限定。从容易被镀层11保持的角度出发，优选颗粒12为非正球体，例如优选为表面具有凸部的变形的形状。
如图1的(b)所示，块状部2由颗粒12的集合体形成时，例如通过将多个颗粒12集合而形成颗粒12的集合体。用颗粒12的集合体形成块状部2时，形成集合体的颗粒12的种类与用一个颗粒形成块状部2时的颗粒12的种类相同。
颗粒12的大小没有特别限定。例如，块状部2由一个颗粒形成时，将颗粒12视为球体，具有大于镀层11的厚度的直径。具体而言，可将颗粒12视为球体，将颗粒12的平均直径设为0.5～200μm，优选为1～100μm，更优选为10～50μm。例如，当颗粒12为金刚石颗粒时，优选其平均直径为10～100μm。块状部2由一个颗粒形成时，颗粒12的平均直径相当于块状部2的平均直径。
块状部2由颗粒12的集合体形成时，可将集合体视为球体，将集合体的平均直径设为0.5～200μm，优选为1～100μm，更优选为10～50μm。可以以使集合体的大小在上述各范围内的方式适当设定形成集合体的颗粒12。例如，当颗粒12为金刚石颗粒时，其平均直径优选为10～100μm。块状部2由颗粒12的集合体形成时，集合体的平均直径相当于块状部2的平均直径。
块状部2由颗粒12的集合体形成时，优选每一个块状部2含有2～10个、更优选含有2～8个、进一步优选含有3～6个、特别优选含有3～5个颗粒12。通过使块状部2由颗粒12的集合体形成，例如即使部分颗粒12在磨损时脱落，也能抑制耐磨损性下降。
在本实施方式的耐磨损性涂膜10中，多个块状部2各自的一端由镀层11保持。
耐磨损性涂膜10中含有的块状部2的量没有特别限定。例如，当耐磨损性涂膜10中含有10～90vol％的块状部2时，可显著发挥本发明的效果。此外，在本实施方式的耐磨损性涂膜10的表面，块状部2所占的面积率例如优选为5～70％。
以局部较之镀层11的表面更突出的方式设置块状部2。例如，可使块状部2的总厚度的一半以上较之镀层11的表面突出至涂层13侧。
如后文所述，块状部2上形成有平坦部18。在本实施方式的耐磨损性涂膜10中，该平坦部18被配置成与后述涂层13表面齐平。详细情况在后述(平坦部)的项中进行说明。
(涂层)
在耐磨损性涂膜10中，涂层13为以至少覆盖镀层11表面的方式形成的层。该涂层13位于耐磨损性涂膜10的最表面，是能够对基材20等赋予耐磨损性及滑动性的层。
涂层13可以用具有耐磨损性的公知的材料来形成。作为涂层13的具体实例，可列举出用树脂、金属等各种材料形成的涂膜。
作为树脂，例如可列举出氟类树脂。作为氟类树脂，可列举出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氯三氟乙烯及四氟乙烯-乙烯共聚物等。氟类树脂例如可以是颗粒状的形状。可以含有一种或两种以上的氟类树脂。
作为金属，可列举出镍、铬、铜、锡、银、钛、铁、钼等。可以含有一种或两种以上的金属。形成涂层13的金属也可以为合金。或者，形成涂层13的金属也可以为氧化物、氮化物、硫化物等。进一步，除了金属以外，涂层13还可以以其他元素(例如磷、硼等非金属元素)为构成元素，或者涂层13可以用其他元素(例如磷、硼等非金属元素)代替金属作为构成元素。
涂层13例如也可以含有树脂和金属这两者。当涂层13含有树脂和金属这两者时，两者的混合比例没有特别限定，为了发挥所需的耐磨损性，可设为适当的混合比例。
涂层13优选含有选自由铬、银、聚四氟乙烯-镍复合体、镍、锡及铜组成的组中的至少一种。此时，更易于提高耐磨损性涂膜10的耐磨损性。作为聚四氟乙烯-镍复合体，例如可列举出含有聚四氟乙烯及镍的混合物或由聚四氟乙烯及镍构成的混合物。
涂层13可以仅由一种材料形成，也可以用由不同的两种以上构成的材料形成。
形成涂层13的方法没有特别限定。例如，可以采用公知的形成涂膜的方法。具体而言，可以通过电镀、化学镀、熔融镀、气相镀等镀敷处理法、其他的涂布、溅射等各种方法来形成涂层13。镀敷处理法可以为连续式、间歇式中的任意一种。涂层13优选通过化学镀处理形成。
本实施方式的耐磨损性涂膜10中，如后文所述，以使块状部2的平坦部18露出到面上的方式形成涂层13。
涂层13的厚度没有特别限定。例如，涂层13的厚度至少可以为1μm以上的膜厚。涂层13的厚度的上限可以根据镀层11的厚度而适当设定，例如可以调节为能够用涂层13完全覆盖颗粒12的露出部分的厚度。
(平坦部)
如图1所示，平坦部18形成在块状部2上，平坦部18被配置成与涂层13表面齐平。具体而言，用一个颗粒12形成块状部2时，在一个颗粒12上形成平坦部18，该平坦部18被配置成与涂层13表面齐平(参考图1的(a))。此外，用颗粒12的集合体形成块状部2时，在集合体上形成平坦部18，该平坦部18被配置成与涂层13表面齐平(参考图1的(b))。
此处，在本发明中，该平坦部18被配置成与涂层13表面齐平是指用SEM观察耐磨损性构件的截面，平坦部18相对于涂层13的突出高度为3μm以下，更优选为1μm以下，特别优选为0.1μm以下。
作为在块状部2上形成平坦部18的方法，没有特别限定，例如可以通过对涂层13的表面进行研磨加工等，从而与涂层13一同研磨块状部2，由此在块状部2上形成平坦部18。
通过在块状部2上形成平坦部18且将该平坦部18配置成与涂层13表面齐平，耐磨损性涂膜10的耐磨损性得到提高，能够具有优异的耐久性，并容易利用耐磨损性涂膜10防止对被磨损构件造成的损伤。此外，也可以通过对平坦部18实施倒角加工，在平坦部18的拐角处形成R。由此，易于进一步防止对被磨损构件造成的损伤。
相对于一个块状部2所占的占有面积，平坦部所占的面积优选为1～50％。此时，耐磨损性涂膜10的耐磨损性进一步得到提高，能够具有特别优异的耐久性，并容易利用耐磨损性涂膜10防止对已磨损构件造成的损伤。
(耐磨损性涂膜的其他结构及作用等)
对于本实施方式的耐磨损性涂膜10的一个形态，所述多个块状部2可以各自空开规定的间隔进行配置，也可以以不规则的间隔进行配置。即，所述多个块状部2可以规则地进行设置，也可以随机地进行设置。
规则地设置所述多个块状部2时，例如可以一边使相邻的块状部2彼此空开规定的间隔配置，一边将块状部2设置在耐磨损性涂膜10的整个面上。
图2为耐磨损性涂膜10的俯视图。但是，图2中，为了更明确地表示块状部2的配置形态，以去除了涂层13的状态示出了耐磨损性涂膜10的俯视图。另外，图2中的块状部2是用颗粒12的集合体形成的形态。
如图2所示，耐磨损性涂膜10中，可以以多个块状部2各自的间隔均为等间隔的方式配置多个块状部2。本发明的耐磨损性涂膜10中，多个块状部2各自的间隔并非必须为等间隔，也可以以规则或不规则的间隔配置多个块状部2。
等间隔地形成块状部2时，例如相邻的块状部之间的距离为10μm以上，优选为50μm以上，更优选为100μm以上。相邻的块状部2之间的距离是指相邻的块状部2中的一个块状部2与另一个块状部2之间的最短距离。相邻的块状部2之间的距离的上限没有特别限定，例如为1000μm，优选为800μm，更优选为600μm，特别优选为400μm。
如图2所示，可以将耐磨损性涂膜10的多个块状部2规则地排列并配置成岛状。另外，多个块状部2也可以配置成除岛状以外的状态，例如块状部2可以具有线状或连接成网状的形状。
当如图2所示的耐磨损性涂膜10那样，将多个块状部2各自空开规定的间隔进行配置时，磨损时施加的应力易于均匀地分布在多个块状部2的整体上，因此能够降低对耐磨损性涂膜10的负荷，耐磨损性涂膜10的耐磨损性进一步得到提高，耐久性更优异。
作为耐磨损性涂膜10的一个优选形态，优选在耐磨损性涂膜10的面上，沿着相对于耐磨损性涂膜10的滑动方向倾斜了X°的线上排列多个块状部2。其中，X优选为0～15的数，是指所谓的“纵倾程度”。
图3的(a)为示出了纵倾程度X＝0°时的块状部2的排列形态的示意图、(b)为示出了纵倾程度X＝5°时的块状部2的排列形态的示意图、图3的(c)为示出了纵倾程度X＝15°时的块状部2的排列形态的示意图。另外，在图3中，圆形表示块状部2。
当沿着相对于耐磨损性涂膜10的滑动方向倾斜了X°的线上排列有多个块状部2时，即使耐磨损性涂膜10被反复磨损，也能减小对宽度(与滑动方向垂直的方向)方向不起作用的区域。由此，可在各块状部2上均等地施加应力，不易产生槽状的磨损，耐磨损性涂膜10的耐磨损性进一步得到提高，耐久性更加优异。特别是易于进一步提高对在耐磨损性涂膜10的面上进行旋转的滑动的耐磨损性。
调节纵倾程度的方法没有特别限定，例如如后文所述，可以在于抗蚀层上形成孔时，将孔的形成位置设定在规定的部位，由此调节纵倾程度。
本发明的耐磨损性涂膜10的耐磨损性优异，特别是即使涂层13表面被反复磨损也不易发生由磨损造成的削减及剥落，可长期维持优异的耐磨损性。
可将耐磨损性涂膜10作为用于赋予耐磨损性的涂膜适宜地用于各种构件，如图1所示，能够形成耐磨损性构件30。用耐磨损性涂膜10覆盖各种构件时，以使涂层13位于表面侧的方式覆盖耐磨损性涂膜10。
通过使本发明的耐磨损性涂膜10具备耐磨损性优异的涂层13，能够赋予高耐磨损性及滑动性，特别是通过使耐磨损性涂膜10中含有多个块状部2，即使反复磨损也不会丧失耐磨损性的效果。因此，本发明的耐磨损性涂膜10在低转速至高转速的整个范围内均能够维持低摩擦系数，能够适用于各种滑动机构。
以往的耐磨损性涂膜若被持续磨损，则涂膜也会被持续削减，涂层逐渐消失且耐磨损性可能会消失，但是由于本发明的耐磨损性涂膜10具有上述结构，因此与以往相比耐磨损性的效果能够长期持续。此外，通过抛光，预先将颗粒的前端部分平坦化，增加颗粒的露出面积，从而能够抑制初始磨损量的增加。
特别是当颗粒12为金刚石颗粒时，有时会因磨损而产生来源于金刚石颗粒的碳，该产生的碳有时会进入因磨损而形成的槽内。这种进入槽内的碳具有所谓的润滑剂的效果，因此通过使碳进入槽内，可发挥一种润滑效果，耐磨损性能够进一步得到提高。由于这种碳的润滑效果，本发明的耐磨损性涂膜10即使不像以往那样使用润滑油也能发挥润滑效果，因此还具有可制成无油的结构的优点。
除了碳以外，可能来源于镀层11的二硫化钼、可能来源于涂层13的聚四氟乙烯也能发挥上述润滑效果。
2.耐磨损性构件
如图1所示，耐磨损性构件30具备耐磨损性涂膜10与基材20，所述基材20被所述耐磨损性涂膜10覆盖，所述耐磨损性涂膜10的所述镀层11侧固定在所述基材20上。
在耐磨损性构件30中，耐磨损性涂膜10与在本说明书的“1.耐磨损性构件”项中说明的结构相同，使用本实施方式的耐磨损性涂膜10。
基材20可以适用各种固体材料，其种类没有特别限制。例如，可以将金属(例如铁)、合金、树脂、陶瓷等各种材料作为基材20。树脂没有特别限定，可以广泛采用公知的光固化树脂、热塑性树脂或热固性树脂。
此外，也可以同后述的耐磨损性涂膜的制造过程中使用的基材一样，在基材20上形成抗蚀层(另外，图1中省略了抗蚀层的图示)。
基材20的形状没有特别限定。例如，基材20的形状可以列举出基板状、膜状、棒状、块状、球状、椭球状、歪曲状(歪曲状)等。此外，基材20也可以为各种机械零件、工具、模具、轴承、护套(sleeve)等。基材20的被耐磨损性涂膜10覆盖的部分可以为平坦状及非平坦状(凹凸形状、粗糙表面形状、波形等)中的任意形状。
可通过将耐磨损性涂膜10直接固定在基材20上而形成耐磨损性构件30。或者，也可以在耐磨损性涂膜10与基材20之间存在其他层而形成耐磨损性构件30。
通过使本发明的耐磨损性构件30具备耐磨损性涂膜10，即使被反复磨损也能长期维持优异的耐磨损性。
本发明的耐磨损性涂膜10及耐磨损性构件30能够适宜地使用于各种构件。作为可适用的构件，可例示出各种机械零件、工具、模具等，此外还可例示出家庭用品、工业机械、运输机械或休闲用品等中使用的各种滑动零件。
3.耐磨损性涂膜的制造方法
形成本实施方式的耐磨损性涂膜10的方法没有特别限定，只要具有上述结构，就可以通过各种方法制作耐磨损性涂膜10。以下，作为一个实例，对在基材20上形成耐磨损性涂膜10的方法进行说明。
制造耐磨损性涂膜10的方法依次包括：在基材20上设置用于配置块状部2的孔51的工序(以下，简记为“工序1”)；将块状部2配置于孔51中的工序(以下，简记为“工序2”)；进行第一镀敷处理而形成镀层11的工序(以下，简记为“工序3”)；在镀层11上进行第二镀敷处理而形成涂层13的工序(以下，简记为“工序4”)。
对于工序1中使用的基材20，可列举出与耐磨损性构件30所具备的基材20相同的基材。
如图4的(a)所示，可以在工序1中所使用的基材20上形成抗蚀层50。该抗蚀层50没有特别限定，可以广泛采用公知的抗蚀层。例如，可以采用厚度为1～40μm左右的用光固化树脂形成的涂膜作为抗蚀层50。
工序1中形成孔51的方法没有特别限定，可以广泛采用公知的方法。在基材20上形成有抗蚀层50时，例如，通过对抗蚀层50进行掩模处理，能够在抗蚀层50上以所需的大小、数量、间隔形成孔51。掩模的方法没有特别限定，可以广泛采用以曝光法在抗蚀层50上形成图案的方法等公知的掩模方法。例如，通过调节掩模的条件，能够以等间隔形成所有的孔51，此时，能够形成块状部2具有规则的排列的耐磨损性涂膜10。此外，通过调节掩模的条件，能够将上述的纵倾程度设定在所需的范围内。
图4的(b)示出了对图4的(a)所示的形成有抗蚀层50的基材20进行掩模处理后的状态。如此，通过抗蚀层50的掩模形成孔51时，以贯穿抗蚀层50的方式形成孔51，在基材20上未形成孔51。
孔51的大小没有特别限定，例如可以将孔51的俯视形状视为圆形，将其直径设为20μm以上。孔51的高度(厚度)也没有限定，例如可以设为1～40μm。
在工序2中，将块状部2配置在孔51中。
配置块状部2的方法没有特别限定。例如，通过在孔51中配置颗粒12并以该状态进行电镀，能够将颗粒12固定在基材20上，从而形成块状部2。通过该电镀处理，在颗粒12与基材20之间形成镀层。该颗粒12与基材20之间的镀层为所述第一层。
工序2中所使用的颗粒与“1.耐磨损性涂膜”项中说明的颗粒12相同。
为了将颗粒12固定于孔51中而形成的电镀涂膜(所述第一层)的种类没有特别限定，例如可列举出Hv200～500的电镀涂膜(例如Hv200～500的镀镍涂膜)。
在工序2中，使用具有比孔51的半径小的粒径的颗粒12形成块状部2时，用颗粒12的集合体形成块状部2。此外，使用具有比孔51的半径大且比其直径小的粒径的颗粒12形成块状部2时，用一个颗粒12形成块状部2。
配置块状部2后，可根据需要去除抗蚀层50。抗蚀层50的去除方法没有特别限定，可以广泛采用公知的方法。只要是在工序2之后，则可在任意的工序中进行抗蚀层50的去除。
在工序3中，进行第一镀敷处理而形成镀层11。具体而言，对于在工序2中得到的形成有块状部2的基材20，在块状部2侧的面上进行第一镀敷处理。由此，形成镀层11。可在基材20的未配置块状部2的所有部分形成镀层11。
第一镀敷处理的方法没有特别限制。作为镀敷的方法，可以使用以往公知的电镀、化学镀、熔融镀、气相镀等。镀敷处理方法可以为连续式、间歇式中的任意一种。
通过第一镀敷处理，可形成各种金属的镀层。作为金属的具体实例，可列举出镍、锌、钴、锡、铜及银等。作为第一镀敷处理，例如可采用电镀和/或化学镀镍。
通过第一镀敷处理，形成所述镀层11，可更强力地保持块状部2。该镀层11可形成为具有所述第一层和通过第一镀敷处理形成的层的两层结构。通过第一镀敷处理形成的层相当于所述第二层。另外，镀层11并不限定于这样的两层结构，例如也可以仅为通过第一镀敷处理形成的层。
以使块状部2的局部较之通过第一镀敷处理形成的镀层11的表面更突出的方式，进行第一镀敷处理。例如，可以以使块状部2的总厚度中的一半以上较之镀层11的表面更突出的方式进行第一镀敷处理。
通过第一镀敷处理，多个块状部2因通过第一镀敷处理形成的镀层11而被更牢固地保持在基材20上。
工序4中，在镀层11上进行第二镀敷处理而形成涂层13。
第二镀敷处理的方法也没有特别限制。作为镀敷的方法，可以使用以往公知的电镀、化学镀、熔融镀、气相镀等。镀敷处理方法可以为连续式、间歇式中的任意一种。
从能够容易地形成涂层13的点出发，第二镀敷处理优选为化学镀处理。
第二镀敷处理例如可以使用树脂、金属等材料而进行。特别是在第二镀敷处理中，优选形成含有选自由铬、银、聚四氟乙烯-镍复合体、镍、锡及铜组成的组中的至少一种的镀层。此时，易于获得耐磨损性得到进一步提高的耐磨损性涂膜10。第二镀敷处理优选为化学镀处理。
通过第二镀敷处理，块状部2和通过第一镀敷处理形成的镀层11被涂层13覆盖。也可以以较之镀层11更突出的多个块状部2完全被涂层13覆盖的方式进行该第二镀敷处理。
在上述工序4之后，通过对涂层13进行研磨加工等来研磨涂层13，同时对块状部2进行研磨，由此可以在块状部2上形成平坦部18。由此，可形成在块状部2上形成有平坦部18且该平坦部18被配置成与涂层13表面齐平的耐磨损性涂膜10。
能够通过依次具备以上的工序1～工序4的制造方法，制造本实施方式的耐磨损性涂膜10，能够得到在基材20上形成有耐磨损性涂膜10的耐磨损性构件30。
4.滑动机构
本发明的滑动机构具备第一滑动构件和第二滑动构件。本发明的滑动机构中的所述第一滑动构件为上述的本发明的耐磨损性构件。
本发明的滑动机构中的第二滑动构件没有特别限定。具体而言，第二滑动构件只要为具备滑动面的基材，则可以广泛适用公知的滑动构件。作为第二滑动构件中的基材，可以广泛使用公知的基材，例如可以例示出与作为第一滑动构件的本发明的耐磨损性构件中的基材相同的基材。
特别优选第二滑动构件的滑动面被硬质金属层覆盖，且所述硬质金属层的表面上形成有多个槽。此时，通过摩损产生的上述润滑剂容易进入第二滑动构件的槽中，易于发挥润滑效果，因此易于提高滑动机构的滑动性，耐久性也优异。其中，所述硬质金属层优选含有铬，此时，由于碳等润滑剂特别容易进入槽，因此润滑效果进一步得到提高。可将硬质金属层中的铬的含量设为50质量％以上，优选为80质量％以上，更优选为90质量％以上，特别优选为99质量％以上。
第二滑动构件的滑动面的硬度例如以洛氏硬度计可设为55～68，优选为58～65。第二滑动构件的滑动面被硬质金属层覆盖时，其表面硬度例如以洛氏硬度计可设为50～68，优选为64～67。
形成在硬质金属层的表面上的槽的深度例如可以设为5～50μm。此时，润滑剂容易进入槽，易于体现出润滑效果。
作为进入所述槽的润滑剂的材料，例如为选自由碳、二硫化钼及聚四氟乙烯组成的组中的至少一种，其中特别优选碳。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于这些实施例的方式。
[耐磨损性构件]
(实施例1)
准备S50C作为基材，在该基材上形成厚度为10μm的抗蚀层。抗蚀层通过用涂布法将光固化树脂涂布于基材上而形成。通过用曝光法在该基材上的抗蚀层上形成图案，由此在抗蚀层上以40μm的间隔形成直径为50μm的圆柱状的孔。孔在基材上形成为岛状。
接着，将作为颗粒的20μm(平均一次粒径)的金刚石按压在基材的表面，进行电镀镍处理并通过2μm的镀镍层将金刚石固定在孔内，从而将块状部配置在孔中。块状部以金刚石颗粒的集合体形成。接着，用通常的镀敷条件进行化学镀镍处理，形成厚度为7μm的化学镀镍层(硬质镀镍层)。由此，通过镀层将块状部保持在基材20上。将该镀层形成为所述2μm的镀镍层和化学镀镍层(硬质镀镍层)的两层结构。
对如上所述地形成有镀层的基材，进行含有聚四氟乙烯(PTFE)颗粒的复合化学镀镍。由此，所有的块状部及镀层被厚度为15～20μm的涂层覆盖。接着，对涂层进行研磨加工，磨掉涂层及块状部的局部，从而在块状部上形成平坦部。以将该平坦部配置成与涂层相同齐平的方式进行研磨加工。得到加工后的构件作为耐磨损性构件。用SEM观察耐磨损性构件的截面，结果确认到平坦部相对于涂层的突出高度小于0.1μm，平坦部与涂层齐平。
(比较例1)
准备S50C作为基材，在该基材上，将作为颗粒的20μm(平均一次粒径)的金刚石按压在基材的表面，进行电镀镍处理并通过2μm的镀镍层将金刚石固定在基材上。接着，以通常的镀敷条件进行化学镀镍处理，形成厚度为7μm的化学镀镍层(硬质镀镍层)。由此，通过镀层将多个颗粒保持在基材20上。将该镀层形成为所述2μm的镀镍层和化学镀镍层(硬质镀镍层)的两层结构。
对如上所述地形成有镀层的基材进行含有聚四氟乙烯(PTFE)颗粒的复合化学镀镍。由此，所有颗粒及镀层被厚度为15～20μm的涂层覆盖，得到加工后的构件作为耐磨损性构件。
(耐磨损性试验)
以下述条件进行耐磨损性构件的耐磨损性试验
·耐磨损性试验方法：环块法
·载荷：20N
·匹配材料：铸铁(FC250)
·转速：300rpm
·磨损时间：1800sec
·温度：25℃
·相对湿度：50％
分别对各实施例及比较例中得到的耐磨损性构件进行耐磨损性试验，分别测定从开始测定至1800sec之间的磨损量(磨损深度)及摩擦系数。
图5为实施例1中得到的耐磨损性构件的基于显微镜观察的平面照片。
图6示出了耐磨损试验的结果，(a)示出了磨损深度的测定结果、(b)示出了摩擦系数的测定结果。
从图6的结果可知，实施例1中得到的耐磨损性构件的磨损量(磨损深度)及摩擦系数小于比较例1的耐磨损性构件。因此，可知实施例1的耐磨损性构件具有即使被反复摩损也能长期维持优异的耐磨损性的耐磨损性涂膜。
[滑动机构]
(实施例2)
准备S50C作为基材，在该基材上形成厚度为10μm的抗蚀层。抗蚀层通过用涂布法将光固化树脂涂布于基材上而形成。通过用曝光法在该基材上的抗蚀层上形成图案，由此在抗蚀层上以200μm的间隔形成直径为80μm的圆柱状的孔。孔在基材上形成为岛状。此外，以纵倾程度为15°的方式形成孔。
接着，将作为颗粒的30μm(平均一次粒径)的金刚石按压在基材的表面，进行电镀镍处理并通过5～10μm的镀镍层将金刚石固定在孔内，从而将块状部配置在孔中。块状部以金刚石颗粒的集合体形成。接着，以通常的镀敷条件进行化学镀镍处理，形成厚度为10～20μm的涂层。由此，所有块状部及镀层被涂层覆盖。接着，对涂层进行研磨加工，磨掉涂层及块状部的局部，从而在块状部上形成平坦部。以将该平坦部配置成与涂层齐平的方式进行研磨加工。得到加工后的构件作为第一滑动构件。用SEM观察第一滑动构件的截面，结果确认到平坦部相对于涂层的突出高度小于0.1μm，平坦部与涂层齐平。
另一方面，利用硬质镀铬在基材(FC250)的表面上形成50μm厚的硬质铬层，由此得到第二滑动构件。在该第二滑动构件的硬质铬层上，在第二滑动构件的整个长度上形成宽度为0.2～0.5μm、深度为5～50μm的微小的槽。
使用如上所述地得到的第一滑动构件和第二滑动构件形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(实施例3)
准备S50C作为基材，在该基材上形成厚度为10μm的抗蚀层。抗蚀层通过用涂布法将光固化树脂涂布于基材上而形成。通过用曝光法在该基材上的抗蚀层上形成图案，由此在抗蚀层上以200μm的间隔形成直径为120μm的圆柱状的孔。孔在基材上形成为岛状。此外，以纵倾程度为15°的方式形成孔。
接着，将作为颗粒的30μm(平均一次粒径)的金刚石按压在基材的表面，进行电镀镍处理并通过5～20μm的镀镍层将金刚石固定在孔内，从而将块状部配置在孔中。块状部以金刚石颗粒的集合体形成。接着，以通常的镀敷条件进行化学镀镍处理，形成厚度为20～40μm的涂层。由此，所有块状部及镀层被涂层覆盖。接着，对涂层进行研磨加工，磨掉涂层及块状部的局部，从而在块状部上形成平坦部。以将该平坦部配置成与涂层齐平的方式进行研磨加工。得到加工后的构件作为第一滑动构件。用SEM观察第一滑动构件的截面，结果确认到平坦部相对于涂层的突出高度小于0.1μm，平坦部与涂层齐平。
另一方面，利用硬质镀铬在基材(FC250)的表面上形成50μm厚的硬质铬层，由此得到第二滑动构件。在该第二滑动构件的硬质铬层上，在第二滑动构件的整个长度上形成宽度为0.2～0.5μm、深度为5～50μm的微小的槽。
使用如上所述地得到的第一滑动构件和第二滑动构件形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(实施例4)
除了将第二滑动构件变更为热处理至表面硬度以洛氏硬度计为55～68HRC的范围的钢材以外，用与实施例2相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(实施例5)
除了将第二滑动构件变更为热处理至表面硬度以洛氏硬度计为55～68HRC的范围的钢材以外，用与实施例3相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(比较例2)
参考日本特开2017-088978号公报的实施例1，在铝基材的滑动面上形成均匀分散有3质量％的纳米金刚石颗粒(平均一次粒径为4nm、平均二次粒径为40nm)及5质量％的聚四氟乙烯颗粒的厚度为15μm的镍-磷复合镀层，将其用作第一滑动构件，除此之外，用与实施例2相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(比较例3)
参考日本特开2008-063606号公报的实施例1，将覆盖有金刚石膜的超硬合金(WC-6％Co)基板用作第一滑动构件，除此之外，用与实施例2相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(比较例4)
除了将第二滑动构件变更为热处理至表面硬度以洛氏硬度计为55～68HRC的范围的钢材以外，用与比较例2相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
(比较例5)
除了将第二滑动构件变更为热处理至表面硬度以洛氏硬度计为55～68HRC的范围的钢材以外，用与比较例3相同的方法形成滑动机构，进行耐磨损性的评价。
以下述条件进行实施例2～5及比较例2～5的滑动机构的耐磨损性试验。
·耐磨损性试验方法：环块法
·载荷：30～180N
·转速：300rpm
·磨损时间：1800sec
·温度：25℃
·相对湿度：50％
图7为对实施例2～5中得到的滑动机构中的第一滑动构件的概要进行说明的示意图，(a)为实施例2及4的第一滑动构件，(b)为实施例3及5的第一滑动构件。在图7的(a)中，L＝200μm、D＝80μm，在图7的(b)中，L＝200μm、D＝120μm。
图8示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在油环境下的摩擦磨损试验结果。图9示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在干燥环境下的摩擦磨损试验结果。在油环境下这一条件下，预先向耐磨损性试验装置内的储油部分滴加2ml的Idemitsu Kosan Co.,Ltd.制造的“DAPHNE MECHANICOIL 32”，空转第二滑动构件，使油遍布在该构件的整个表面，使用其制成滑动机构。
根据图8、9可知，在油环境及干燥环境中的任意环境中，与比较例2、3的滑动机构相比，实施例2、3的滑动机构具有更优异的耐磨损性。
图10示出了实施例4、5及比较例4、5的滑动机构在油环境下的摩擦磨损试验结果。图11示出了实施例4、5及比较例4、5的滑动机构在干燥环境下的摩擦磨损试验结果。
根据图10、11可知，在油环境及干燥环境中的任意环境中，与比较例4、5的滑动机构相比，实施例4、5的滑动机构具有更优异的耐磨损性。
图12示出了实施例3的在干燥条件下进行试验后的第二滑动构件的放大SEM图像(图12的(a))，且示出了图12的(a)的图像中的碳元素的面扫描图(图12的(b))。根据该图12可知，可以在形成在第二滑动构件的表面上的0.2～0.5μm的微细的槽中大量配置微细的碳。该碳元素来源于金刚石颗粒，是通过摩损产生的。推测由于可将这样的碳保留在槽中，碳发挥了作为固体润滑剂的功能，因此滑动机构的润滑特性进一步得到提高。
图13示出了实施例2、3及比较例2、3的滑动机构在载荷为150N、转速为300rpm的条件下于油环境下进行的最久长达60小时的摩擦磨损试验的结果。根据该图13可知，实施例2、3的滑动机构即使进行60小时的试验，摩擦系数依然为0.05左右，未发生大的变化。另一方面，比较例2、3的初期摩擦系数超过了0.1。
附图标记说明
2：块状部；10：耐磨损性涂膜；11：镀层；12：颗粒；13：涂层；18：平坦部；20：基材；30：耐磨损性构件；51：孔。

Claims (10)

1.一种耐磨损性涂膜，其具备镀层、多个块状部及涂层，
所述镀层及所述涂层依次层叠，
所述多个块状部各自由一个颗粒和/或颗粒的集合体形成，
所述多个块状部由所述镀层保持且以较之所述镀层更突出的方式设置，
所述涂层以覆盖所述镀层表面的方式形成，
所述块状部上形成有平坦部且该平坦部被配置成与所述涂层表面齐平。
2.根据权利要求1所述的耐磨损性涂膜，其中，所述多个块状部各自空开规定的间隔进行配置。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨损性涂膜，其中，所述颗粒含有选自由金刚石颗粒、碳颗粒、聚四氟乙烯颗粒及二硫化钼颗粒组成的组中的一种以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的耐磨损性涂膜，其中，所述涂层含有选自由铬、银、聚四氟乙烯-镍复合体、镍、镍-磷、锡及铜组成的组中的至少一种。
5.一种耐磨损性构件，其具备权利要求1～4中任一项所述的耐磨损性涂膜与基材，
所述基材被所述耐磨损性涂膜覆盖，
所述耐磨损性涂膜的所述镀层侧固定在所述基材上。
6.一种耐磨损性涂膜的制造方法，其为权利要求1～4中任一项所述的耐磨损性涂膜的制造方法，其依次具备：
在基材上设置用于配置所述块状部的孔的工序；
将所述块状部配置于所述孔中的工序；
进行第一镀敷处理而形成所述镀层的工序；及
在所述镀层上进行第二镀敷处理而形成所述涂层的工序。
7.一种滑动机构，其为具备第一滑动构件和第二滑动构件的滑动机构，其中，
所述第一滑动构件为权利要求5所述的耐磨损性构件。
8.根据权利要求7所述的滑动机构，其中，所述第二滑动构件的滑动面被硬质金属层覆盖，且所述硬质金属层的表面上形成有多个槽。
9.根据权利要求8所述的滑动机构，其中，所述槽的深度为5～50μm。
10.根据权利要求8或9所述的滑动机构，其中，所述硬质金属层含有铬。
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