CN116324232A - 滑动构件 - Google Patents
滑动构件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116324232A CN116324232A CN202180066161.9A CN202180066161A CN116324232A CN 116324232 A CN116324232 A CN 116324232A CN 202180066161 A CN202180066161 A CN 202180066161A CN 116324232 A CN116324232 A CN 116324232A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sliding member
- plast
- dlc
- film
- plastic deformation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 7
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
- C23C14/0611—Diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/046—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/343—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
Abstract
本发明提供一种通过DLC覆膜被包覆的滑动构件，该滑动构件不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能抑制磨料磨耗的增大。通过外周滑动面具有在纳米压痕试验中测量的塑性变形功为特定范围的DLC覆膜的滑动构件来解决问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种主要在内燃机中使用的滑动构件。
背景技术
DLC(类金刚石碳)覆膜是对应于石墨结构的碳原子sp2键和对应于金刚石结构的碳原子sp3键混在一起的无定形结构(非晶质结构)的膜。通过调整两者的键成分比，能够形成具有各种特性的DLC覆膜。
具有优异的耐磨耗性、滑动特性的DLC覆膜被利用为滑动环境严酷的内燃机的滑动构件。作为内燃机的滑动构件，可以举出活塞环、汽缸套、凸轮轴等。
专利文献1公开了在DLC覆膜的塑性变形能Wp与弹性变形能We的比率Wp/We为0.60以上的情况下，能够降低DLC覆膜的磨耗量。
专利文献2公开了在内燃机的铝合金汽缸和在该汽缸的内周面滑动的活塞环的组合中，包覆于活塞环的外周面上的仅由氢和碳或由氢、碳和氮构成的DLC覆膜的塑性变形能Wp与弹性变形能We的比率Wp/We为0.45以下的情况下，能够长期维持汽缸内周面的平滑形状和耐磨耗性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2021－95957号公报
专利文献2：国际公开第2013/137060号
发明内容
发明所要解决的问题
关于DLC覆膜虽然进行了各种开发，但发明人等考虑到以下事实：由于内燃机的复杂的使用环境，生成有来自润滑油成分和燃料成分的碳油泥等，由于夹存有该碳油泥等，有被DLC覆膜的滑动构件的DLC覆膜的耐磨耗性不足而磨损的情况。
即，在具有以往所公开的DLC覆膜的滑动构件中，存在混入碳油泥等异物时的耐磨耗性(耐磨料磨耗性)不充分的问题。
本发明人等推定，由于在夹存有碳油泥等异物的状态下进行滑动，有时会在DLC覆膜的滑动面产生微细的裂纹，由这种裂纹的进展产生滑动面的微小破坏，从而磨耗增大。
本发明是鉴于上述问题而完成的，提供一种即使在存在有碳油泥等异物的环境下也具有耐磨耗性(耐磨料磨耗性)的滑动构件。
用于解决问题的方案
本发明者等为了解决上述问题而反复研究，结果发现：在外周滑动面具有在纳米压痕试验中测量的塑性变形功为特定范围的DLC覆膜的滑动构件能够解决上述问题，从而完成本发明。具体而言，发现通过提高在纳米压痕试验中测量的塑性变形功，DLC覆膜的韧性提高，DLC覆膜的耐磨耗性变得良好。
本发明是一种滑动构件，其是在外周滑动面具有DLC覆膜的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜通过纳米压痕试验以100mN载荷测量的塑性变形功(Wplast)为5.7nJ以上。
此外，所述DLC覆膜的总功(Wtotal)优选为18.1nJ以上，塑性变形功比例(ηplast)优选为31.3％以上，纳米压痕硬度(HIT)与塑性变形功(Wplast)的比率(HIT/Wplast)优选为5.3GPa/nJ以下。
此外，所述DLC覆膜优选实质上不含氢，优选其含有量为0.5at％以下，所述滑动构件优选为活塞环。
发明效果
根据本发明，能够提供一种通过DLC覆膜被包覆的滑动构件，该滑动构件不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能抑制磨料磨耗的增大。
附图说明
图1是示出在活塞环基材形成有具有基层的DLC覆膜的活塞环的剖面示意图。
图2是示出往复动摩擦磨耗试验的概要的示意图。
图3是在DLC覆膜表面产生的裂纹的放大图(代替附图的照片)。
图4是示出对实施例1的DLC覆膜的洛氏压痕试验结果的激光显微镜图像(代替附图的照片)。
图5是示出对比较例1的DLC覆膜的洛氏压痕试验结果的激光显微镜图像(代替附图的照片)。
具体实施方式
以下，示出具体的实施方式并进行说明，但各实施方式是作为本发明的一个例子而被示出，不一定特定权利要求所涉及的发明，此外，在实施方式中说明的全部特征，并非都是解决本发明的问题的方案所必需的。
本发明的实施方式是在外周滑动面具有DLC覆膜的滑动构件。滑动构件可以在内燃机中使用，也可以在内燃机以外使用，但特别适合用于内燃机中使用的滑动构件。
作为在内燃机中使用的滑动构件，可以举出活塞环、汽缸套、凸轮轴等，以下，作为滑动构件的典型例，使用活塞环进行说明。
滑动构件所具有的DLC覆膜通过纳米压痕试验以100mN载荷测量的塑性变形功(Wplast)为5.7nJ以上。
塑性变形功(塑性变形能)(Wplast)是在纳米压痕试验中，从覆膜表面压入的压头在覆膜的变形所耗费的功中，即使对压头卸荷，覆膜也成为保持变形的状态的塑性变形所耗费的功。此外，弹性变形功(弹性变形能)(Welast)是由于压头被卸荷而覆膜恢复原状而释放的功。塑性变形功比例(ηplast)是在覆膜表面压入异物的情况下，表征容易塑性变形的覆膜的指标。本发明人等发现，在通过纳米压痕试验以100mN载荷测量的塑性变形功(Wplast)为5.7nJ以上的情况下，在DLC覆膜不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能够抑制磨料磨耗的增大。
而且，通过所述纳米压痕试验测量的塑性变形功(Wplast)优选为6.2nJ以上。此外，塑性变形功的上限值没有特别限定，但优选为8.0nJ以下。
纳米压痕试验使用Fisher Instruments制纳米压痕测量仪，型号HM-2000，并使用维氏压头，在压入载荷为100mN，直至最大压入载荷为止的载荷时间为30s(秒)、保持时间为5s(秒)、卸荷时间为30s(秒)的条件下进行。DLC覆膜的塑性变形功和弹性变形功、纳米压痕硬度以及后述的杨氏模量使用在纳米压痕试验中得到的载荷-压入深度曲线来计算。需要说明的是，测量值是在一个活塞环的周向上在活塞环的接缝口的相反侧的位置和从接缝口分别向两侧90°的位置的共计三处的各位置上分别四个点总计十二个点的测量值的平均值。
此外，通过所述纳米压痕试验测量的、用下述算式(1)计算的总功(也称为总变形功Wtotal)优选为18.1nJ以上。此外，总功的上限值没有特别限定，但优选为23.0nJ以下。
通过满足上述范围，在DLC覆膜不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能够抑制磨料磨耗的增大，因此优选。
Wtotal ＝ Wplast + Welast (1)
而且，通过所述纳米压痕试验测量的、用下述算式(2)计算的塑性变形功比例(ηplast)优选为31.3％以上，而且，塑性变形功比例更优选为32.4％以上，进一步优选为33.0％以上。此外，塑性变形功比例的上限值没有特别限定，但优选为38.0％以下。
通过满足上述范围，在DLC覆膜不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能够抑制磨料磨耗的增大，因此优选。
ηplast ＝ (Wplast / Wtotal)×100(％) (2)
此外，通过所述纳米压痕试验测量的纳米压痕硬度(HIT)与塑性变形功(Wplast)的比率(HIT/Wplast)优选为5.3GPa/nJ以下，更优选为4.1GPa/nJ以下。纳米压痕硬度(HIT)与塑性变形功(Wplast)的比率(HIT/Wplast)的下限值没有特别限定，但优选为2.0GPa/nJ以上。
通过满足上述范围，在DLC覆膜不易产生由裂纹的进展而引起的滑动面的微小破坏，能够抑制磨料磨耗的增大，因此优选。
通过调整DLC覆膜的制造方法，能够使在上述纳米压痕试验中测量的塑性变形功为所期望的值。更具体而言，在使用过滤阴极真空电弧(FCVA：Filtered Cathodic Vacuumarc)法形成DLC覆膜的情况下，可以举出将施加的脉冲偏置电压例如设为-500V～-2500V，优选设为-700V～-2500V。此外，除此之外，通过调节DLC覆膜成膜时的基板温度、腔室的压力(真空度)、电弧电流、靶的纯度等，能够得到所期望的值。
以下，关于本发明的具体的方式，以滑动构件为活塞环的情况为例进行说明。
图1所示的活塞环10被装接在形成于活塞上的活塞环槽(未图示)中，通过活塞的往复运动在汽缸内径(未图示)的内周面滑动的同时进行往复运动。
活塞环10可以用作顶环、第二环和油环中的任一个活塞环。需要说明的是，在应用于油环的情况下，能够应用于由油环主体和线圈扩张器构成的两件式结构油环的油环主体以及由两个环段(也称为侧轨)和扩张器垫片构成的三件式结构油环的环段中的任一个。需要说明的是，在一种方式中，活塞环被装接于铝合金制活塞上，被用作针对铸铁制汽缸内径的活塞环，但活塞、汽缸的材质并不限于此。
活塞环基材11只要是以往用作活塞环基材的材质即可，对材质没有特别限定。例如，优选使用不锈钢材、弹簧钢材等，具体而言，优选使用马氏体系不锈钢、硅铬钢等。
图1的活塞环10在活塞环基材11的经平滑化处理的外周面具备包含Cr、Ti、或Si等的基层13，其上具有DLC覆膜12。通过具备基层13，能够提高DLC覆膜12与活塞环基材11的密合性。
基层13的膜厚优选为0.2μm以上且2.0μm以下。通过设定这样的膜厚，能够进一步提高DLC覆膜12与活塞环基材11的密合性。需要说明的是，也可以不具备基层13，在活塞环基材11的经平滑化处理的外周面上直接成膜DLC覆膜12。
对DLC覆膜12成膜前的活塞环基材11的外周面的平滑化处理的方法没有特别限定，但优选实施磨削处理或抛光处理等，调整表面粗糙度。需要说明的是，在活塞环基材11的外周面的表面粗糙度小的情况下，也可以不进行平滑化处理。
DLC覆膜12优选选自氢含量为0.5at％以下(实质上为无氢)的a-C和ta-C。
DLC覆膜12除去基层外膜厚优选为1μm以上。上限没有特别限定，但如果成膜过厚则恐怕会导致生产率降低、成本增加，因此优选为30μm以下，更优选为20μm以下。
DLC覆膜12除了满足在上述纳米压痕试验中测量的塑性变形功和弹性变形功的参数之外，以下对作为覆膜的优选物性进行说明。
[纳米压痕硬度]
DLC覆膜12的纳米压痕硬度可以为15.0GPa以上且30.0GPa以下，也可以是28.0GPa以下，也可以是26.0GPa以下。通常，若考虑耐磨耗性，则优选覆膜的硬度较高，但在覆膜的硬度过高的情况下，汽缸内径滑动面攻击性存在变高的倾向、以及由于DLC覆膜是形成于活塞环外周面的覆膜因此会产生在向活塞的组装作业时等的伴随变形的情况下的覆膜破坏，因此在本实施方式中优选设为不过于硬的上述范围。
[杨氏模量]
DLC覆膜12优选杨氏模量为335GPa以下，更优选为310GPa以下。若杨氏模量超过335GPa，则由碳油泥等产生的沉积物或由滑动产生的磨损粉末、粉尘等异物穿过DLC覆膜表面时，DLC覆膜的最表面层会出现脆性破坏而损耗增大。另一方面，对下限没有特别限定，但杨氏模量为120GPa以上时，不易发生膜内部的剥离。
本实施方式的硬质碳覆膜的制造方法没有特别限定。作为一个例子，可以举出使用过滤阴极真空电弧(FCVA：Filtered Cathodic Vacuum arc)法来形成覆膜的方法。FCVA法可以在单一条件下形成DLC覆膜，也可以通过使施加的脉冲偏置电压、基板温度、腔室的压力(真空度)、电弧电流、靶的纯度等发生变化，或不使脉冲偏置电压发生变化地多次成膜来形成DLC覆膜。在通过FCVA法制造DLC覆膜的情况下，施加的脉冲偏置电压比通常大，例如为-500V～-2500V，优选为-700V～-2500V，更优选为-1000V～-2500V。
[实施例]
接着，使用实施例、比较例对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，本发明并不限于以下实施例。
(实施例/比较例)
在将活塞环基材设置在装置内的状态下，将装置内真空排气减压后，加热基材。之后，对基材，通过FCVA法适当变更基板温度、脉冲偏置电压、腔室的压力(真空度)、电弧电流、靶的纯度等，得到了如表1所示的具有实施例1～7和比较例1～4的硬质碳覆膜的活塞环。
针对得到的活塞环的硬质碳覆膜，在以下条件下实施纳米压痕试验。测量值是在一个活塞环的周向上在活塞环的接缝口的相反侧的位置和从接缝口分别向两侧90°的位置的共计三处的各位置上分别四个点总计十二个点的测量值的平均值。
装置名：Fisher Instruments制纳米压痕测量仪，型号HM-2000。
压入载荷：100mN。
载荷时间：30s(秒)。
保持时间：5s(秒)。
卸荷时间：30s(秒)。
对得到的载荷-压入深度曲线进行解析，结果汇总于表1。
[表1]
ηplast：塑性变形功比例(％)。
Wtotal：总功(nJ)。
Wplast：塑性变形功(nJ)。
HIT/Wplast：纳米压痕硬度与塑性变形功的比率(GPa/nJ)。
接着，对实施例1、实施例3～4、实施例6～7以及比较例1的DLC覆膜进行评价。首先，通过往复动摩擦磨耗试验机进行的磨耗量测量试验按如下实施。
图2示出销盘式往复动摩擦磨耗试验的概要。首先，将马氏体系不锈刚用作公称直径86mm、滑动方向的宽度为1.2mm的活塞环基材，在其外周面将上述各实施例、比较例的DLC覆膜成膜，准备加工了外周滑动面的活塞环。从该活塞环的接缝口的相反侧的位置和从接封口分别向两侧90°的位置的共计三处的各位置切出周长20mm的活塞环构件以供测试。对切出的活塞环构件进行最终精加工，最终精加工后的活塞环构件的表面粗糙度的粗糙度曲线为平台状，最大高度Rz为1.0μm，并作为上试验片100。
下试验片110是与JIS FC250相当的材料，制作看作硬度为HRB100、碳化物析出为3％的片状石墨铸铁制汽缸内径的宽度为17mm、长度为70mm、厚度为14mm的板，通过#600砂纸进行最终表面精加工，表面粗糙度在最大高度Rz为1.2μm。
以下示出磨耗量测量试验的试验条件。在上试验片100和下试验片110的滑动面上，在试验时间1小时内，浓缩了在发动机实机运转中生成的碳油泥等的发动机润滑油0W-20供油150μL(微升)。
＜试验条件＞
·行程：50mm。
·载荷：50N。
·速度：300cycle/min。
·下试验片的温度：80℃(使用设于可动块120的下试验片加热用加热器122)。
·试验时间：60min。
磨耗量(n＝3的平均值)的测量结果示于表2。需要说明的是，表2的磨耗量是将比较例1的值设为1的相对值。
[表2]
接着，将实施例1、实施例3～4、实施例6～7以及比较例1的DLC覆膜成膜在SKD11材料板上，按如下实施洛氏压痕试验和划痕试验。结果如表3所示。需要说明的是，通过实施洛氏压痕试验和划痕试验，对裂纹的产生状况(长度、产生数量等)进行评价，可以确认裂纹越多、裂纹越长，磨耗量也越多。
此外，图3示出在实机运转中在DLC覆膜表面产生的裂纹的电子显微镜图像，图4和图5分别示出针对实施例1和比较例1的DLC覆膜的表示洛氏压痕试验结果的激光显微镜图像。
＜洛氏压痕试验＞
依据ISO26443，将顶端半径为0.2mm的金刚石压头以载荷150kgf压入DLC覆膜，用激光显微镜观察DLC覆膜表面。放大压痕的上下左右四个视野(透镜倍率为50倍)，计算在各个视野内最长的三条裂纹(从长到短的顺序)的长度的平均值。对一个样品测量三次，采用其平均值(n＝12)。结果如表3所示。
＜划痕试验＞
使用Anton Paar制划痕试验机，载荷固定在1N，以10mm/min的速度水平移动2mm。用电子显微镜观察划痕试验的结果，对裂纹的产生进行评价(n＝3)。评价基准如下，结果如表3所示。
A：划痕试验后的DLC覆膜表面没有产生裂纹。
B：划痕试验后的DLC覆膜表面产生裂纹，但其数量较少。
C：划痕试验后的DLC覆膜表面产生一定数量的裂纹。
D：划痕试验后的DLC覆膜表面产生相当多的裂纹。
[表3]
附图标记说明
10：活塞环；11：活塞环基材；12：DLC覆膜；13：基层；100：上试验片；110：下试验片；120：可动块；122：下试验片加热用加热器。
Claims (6)
1.一种滑动构件，其是在外周滑动面具有类金刚石碳覆膜即DLC覆膜的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜通过纳米压痕试验以100mN载荷测量的塑性变形功Wplast为5.7nJ以上。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜的总功Wtotal为18.1nJ以上，所述总功通过所述纳米压痕试验测量，用下述算式(1)计算，
Wtotal ＝ Wplast + Welast (1)。
3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜的塑性变形功比例ηplast为31.3％以上，所述塑性变形功比例通过所述纳米压痕试验测量，用下述算式(2)计算，
ηplast ＝ (Wplast / Wtotal)×100(％) (2)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜的通过所述纳米压痕试验测量的纳米压痕硬度HIT与塑性变形功Wplast的比率HIT/Wplast为5.3GPa/nJ以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的滑动构件，其中，
所述DLC覆膜的氢含量为0.5at％以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滑动构件，其中，
所述滑动构件为活塞环。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/036227 WO2023053380A1 (ja) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116324232A true CN116324232A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=81606819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180066161.9A Pending CN116324232A (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 滑动构件 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11867295B2 (zh) |
| EP (1) | EP4206455A4 (zh) |
| JP (2) | JP7068559B1 (zh) |
| KR (1) | KR102616390B1 (zh) |
| CN (1) | CN116324232A (zh) |
| MX (1) | MX2023003236A (zh) |
| WO (1) | WO2023053380A1 (zh) |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005326378A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Nsk Ltd | 薄膜の硬度または弾性率測定方法 |
| JP2011145190A (ja) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Mitsutoyo Corp | 硬さ試験方法、硬さ試験機、及びプログラム |
| FR2982446A1 (fr) | 2011-11-07 | 2013-05-10 | France Telecom | Procede de codage et decodage d'images, dispositif de codage et decodage et programmes d'ordinateur correspondants |
| WO2013137060A1 (ja) | 2012-03-14 | 2013-09-19 | 株式会社リケン | シリンダとピストンリングとの組合せ |
| KR20130137060A (ko) | 2012-06-06 | 2013-12-16 | 김기호 | 랭킹시스템을 이용하는 단어 또는 문장 또는 기호 소유 알고리즘. |
| JP5564099B2 (ja) | 2012-12-28 | 2014-07-30 | 株式会社リケン | シリンダとピストンリングの組合せ |
| US9863534B2 (en) | 2013-02-28 | 2018-01-09 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Hard carbon coating film |
| CN110616399B (zh) | 2013-03-29 | 2022-05-24 | 日立金属株式会社 | 覆盖工具及其制造方法 |
| EP3330579B1 (en) * | 2015-07-31 | 2019-06-19 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Piston ring and manufacturing method thereof |
| JP6533818B2 (ja) | 2017-10-20 | 2019-06-19 | 株式会社リケン | 摺動部材およびピストンリング |
| MX2020013741A (es) | 2018-06-29 | 2021-03-29 | Tpr Co Ltd | Anillo de piston. |
| JP6757769B2 (ja) | 2018-06-29 | 2020-09-23 | Ｔｐｒ株式会社 | ピストンリング |
| JP6669922B1 (ja) * | 2019-06-12 | 2020-03-18 | Ｔｐｒ株式会社 | ピストンリング |
| JP7284700B2 (ja) | 2019-12-17 | 2023-05-31 | 株式会社リケン | 摺動機構 |
-
2021
- 2021-09-30 KR KR1020237009452A patent/KR102616390B1/ko active IP Right Grant
- 2021-09-30 EP EP21957714.5A patent/EP4206455A4/en active Pending
- 2021-09-30 WO PCT/JP2021/036227 patent/WO2023053380A1/ja active Application Filing
- 2021-09-30 MX MX2023003236A patent/MX2023003236A/es unknown
- 2021-09-30 CN CN202180066161.9A patent/CN116324232A/zh active Pending
- 2021-09-30 JP JP2021559356A patent/JP7068559B1/ja not_active Ceased
- 2021-09-30 US US18/027,777 patent/US11867295B2/en active Active
-
2022
- 2022-03-14 JP JP2022039171A patent/JP2023051683A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023053380A1 (ja) | 2023-04-06 |
| US11867295B2 (en) | 2024-01-09 |
| US20230392688A1 (en) | 2023-12-07 |
| JP2023051683A (ja) | 2023-04-11 |
| MX2023003236A (es) | 2023-09-28 |
| JP7068559B1 (ja) | 2022-05-16 |
| EP4206455A4 (en) | 2024-02-21 |
| KR20230051701A (ko) | 2023-04-18 |
| EP4206455A1 (en) | 2023-07-05 |
| JPWO2023053380A1 (zh) | 2023-04-06 |
| KR102616390B1 (ko) | 2023-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5452734B2 (ja) | コーティングを有するスライド要素、特に、ピストンリング、およびスライド要素を製造するプロセス | |
| JP5030439B2 (ja) | 摺動部材 | |
| JP4503097B2 (ja) | Ｄｌｃ被覆摺動部材及びその製造方法 | |
| JP6533858B1 (ja) | 鋳鉄製シリンダライナおよび内燃機関 | |
| JP5564099B2 (ja) | シリンダとピストンリングの組合せ | |
| JP2008286354A (ja) | 摺動部材 | |
| CN111108227B (zh) | 滑动构件和活塞环 | |
| WO2015041215A1 (ja) | シリンダボアとピストンリングの組合せ | |
| JP6669922B1 (ja) | ピストンリング | |
| JP2022109981A (ja) | ピストンリング | |
| JP2018076873A5 (ja) | 内燃機関用のライナー | |
| CN116324232A (zh) | 滑动构件 | |
| CN116324233B (zh) | 滑动构件 | |
| JP2020531766A (ja) | 低摩擦コーティング膜が形成されるピストンリング及びその製造方法 | |
| JP6143916B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP4374154B2 (ja) | ピストンリング | |
| KR102658650B1 (ko) | 슬라이딩 부재 | |
| JP2006207691A (ja) | 硬質皮膜被覆摺動部材 | |
| WO2022176113A1 (ja) | 摺動被膜及び摺動部材 | |
| JP2006206960A (ja) | 硬質皮膜被覆摺動部材 | |
| JPH02134468A (ja) | ピストンリング | |
| JPH02159478A (ja) | ピストンリング |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |