DE112011102311B4

DE112011102311B4 - Gleitlager

Info

Publication number: DE112011102311B4
Application number: DE112011102311.1T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Inami; Koji Zushi; Yukihiko Kagohara
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP5453533B2; US9034466B2; GB201302333D0; JPWO2012005326A1; KR20130021462A; GB2500465A; GB2500465B; KR101436109B1; US20130108198A1; WO2012005326A1; DE112011102311T5

Abstract

Gleitelement, umfassend:eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht (2), die harte Partikel (2b) enthält; undeine DLC-Schicht (3), welche über die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht (2) geschichtet ist; wobeizumindest einige der harten Partikel (2b), die in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht (2) enthalten sind, auf einer DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind,A≥0,5×T gilt,wobei A in % einen Flächenprozentanteil der harten Partikel (2b), welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, repräsentiert, und wobeiH≤10000/T, H≤650, 3≤T≤15 gilt,wobei H in HV eine Härte der DLC-Schicht (3) repräsentiert, und T in µm eine Dicke der DLC-Schicht (3) repräsentiert.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitelement, welches mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht über einer Lagerlegierungsschicht versehen ist.
HINTERGRUND
Ein Gleitelement wie ein Gleitlager, welches mit einer Lagerlegierungsschicht versehen ist, die Al-Legierung oder Cu-Legierung umfasst, zeigt relativ gutes Anfangs-Formanpassungsvermögen und herausragende Ermüdungsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit. Ein solches Gleitelement wird in Lagern für Hochleistungsmotoren verwendet, zum Beispiel in Automobil- und Industriemaschinen im Allgemeinen. Ein Gleitelement mit weiter verbesserten Lagereigenschaften mit Verbesserung hinsichtlich Motorleistungsfähigkeit wird erwünscht.
Ein Gleitelement mit verbesserten Lagereigenschaften, nämlich Formanpassungsvermögen und Verschleißbeständigkeit ist in JP 2001-165167 A offenbart. Das offenbarte Gleitelement hat eine Lagerlegierungsschicht, umfassend Al-Legierung oder Cu-Legierung, welche ringförmige Vorsprünge aufweist, die auf ihr ausgebildet sind. Das Gleitelement weist ferner eine diamantartige Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche der ringförmigen Vorsprünge auf. Das Dokument lehrt, dass die Formanpassungsfähigkeit des offenbarten Gleitelements verbessert wird, weil die ringförmigen Vorsprünge plastischer Deformation empfänglich sind, wenn sie der durch das Gegenelement ausgeübten Last unterzogen werden. Das Dokument lehrt ferner, dass das offenbarte Gleitelement gute Verschleißbeständigkeit wegen der diamantartigen Kohlenstoffschicht zeigt, die auf der Oberfläche der Lagerlegierungsschicht vorgesehen ist.
Zusätzlich zur Verbesserung hinsichtlich des Formanpassungsvermögens und der Verschleißbeständigkeit stellt sich ein reduzierter Reibungskoeffizient als eine weitere erwünschte Verbesserung von Lagereigenschaften heraus.
US 2005 / 0 242 156 A1 bezieht sich auf eine DLC-Schicht, welche 2 µm dick ist und eine Härte von mehr als 9 GPa, vorzugsweise größer als 20 GPa, ist. Dies entspricht einer Härte von mehr als 900 HV und vorzugsweise mehr als 2000 HV. Im Übrigen beschreibt Druckschrift 1 eine Deckschicht, welche auf Kupfer oder Kupferlegierung abgelagert ist, und eine Tragschicht und eine Leitschicht umfasst.
US 2005 / 0 021 353 A1 bezieht sich auf ein Kupferlegierungs-Gleitmaterial.
US 2005 / 0 161 625 A1 bezieht sich auf ein weiteres Kupferlegierungs-Gleitmaterial.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
ZU ÜBERWINDENDE PROBLEME
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem vorstehend beschriebenen Hintergrund und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitelement mit reduziertem Reibungskoeffizient bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Gleitelement mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
MITTEL ZUR ÜBERWINDUNG DES PROBLEMS
In der vorliegenden Erfindung enthält ein Gleitelement eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht, enthaltend harte Partikel, und eine DLC-Schicht, die über die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht geschichtet ist, wobei zumindest einige der harten Partikel, die in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht enthalten sind, auf einer DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind bzw. freiliegen.
Die Lagerlegierungsschicht ist Cu-basiert und enthält harte Partikel und erforderlichenfalls andere Komponenten. Einige der harten Partikel innerhalb der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht sind auf der DLC- (Diamond-Like Carbon = diamantartiger Kohlenstoff) Oberflächenseite exponiert. Es ist zu beachten, dass die zu der Oberfläche in der DLC-Schichtseite exponierten harten Partikel harte Partikel bezeichnen, welche nicht durch die Cu-Matrix bedeckt sind. Somit enthalten die Harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, die harten Partikel, welche zu der DLC-Schichtseite hin aus der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht herausragen. Die harten Partikel, welche auf der DLC-Schichtseite exponiert sind, können durch Einstellungen in dem Prozentsatz (Gewichts-%) der harten Partikel, die in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht enthalten sind und dem Partikeldurchmesser der harten Partikel erhalten werden.
Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht kann über einer Metallstütze vorgesehen werden, die beispielsweise aus Eisen hergestellt ist. Ferner kann eine Verbindungsschicht zwischen der Metallstütze und der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht vorgesehen werden, um die Verbindungsfähigkeit der Metallstütze und der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht zu verbessern. Die Verbindungsschicht umfasst in diesem Fall vorzugsweise eine Cu-Plattierungsschicht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die harten Partikel zumindest eine Art von Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Borid, Silizid, Oxid, Nitrid, Carbid und intermetallischer Verbindung, und der Partikeldurchmesser der harten Partikel beträgt durchschnittlich von 0,5 bis 20 µm.
Ein Borid umfasst vorzugsweise NiB, Ni₃B, CrB, ZrB₂, CoB, TiB₂, VB₂, TaB₂, WB, MoB, Fe-B-System oder dergleichen. Ein Silizid umfasst vorzugsweise TiSi₂, WSi₂, MoSi₂, TaSi₂, CrSi₂, Fe-Si-System, Mn-Si-System oder dergleichen. Ein Oxid umfasst vorzugsweise SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, WO, MoO₃, Mn-O-System, Fe-O-System, V-O-System oder dergleichen. Ein Nitrid umfasst vorzugsweise Si₂N₄, TiN, ZrN, TaN, VN, AIN, C-BN, Cr₂N oder dergleichen. Ein Carbid umfasst vorzugsweise WC, W₂C, SiC, B₄C, TiC, TaC, VC, ZrC, Mo₂C oder dergleichen. Eine intermetallische Verbindung umfasst vorzugsweise Ni-Sn-System, Fe-W-System, Fe-Mo-System, Fe-Mn-System, Fe-Cr-System, Fe-Al-System, Cr-Al-System, V-Al-System, Ti-Al-System, W-Al-System oder dergleichen.
Harte Partikel können ferner andere Arten von Materialien umfassen, wie Ni-basierte autogene Legierung (Ni-B-Si-System), Co-basierte autogene Legierung (Co-Mo-Si-B-System), C, W oder Mo.
Ferner sind die harten Partikel umfassend Metallsilizide und Metallcarbide besonders zu bevorzugen.
Vorsehen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der harten Partikel auf 0,5 µm oder größer vereinfacht das Exponieren der harten Partikel auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Vorsehen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der harten Partikel auf 20 µm oder weniger vereinfacht die Verteilung der harten Partikel innerhalb der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Somit wird der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel dahingehend konfiguriert, in einem Bereich von 0,5 bis 20 µm zu liegen. Somit wird es einer relativ größeren Menge von den harten Partikeln ermöglicht, auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert zu werden, selbst wenn der Prozentanteil in der Menge der harten Partikel innerhalb der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht relativ geringer ist. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser liegt vorzugsweise zwischen 1 bis 10 µm. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel beispielsweise durch das Fischer-Verfahren gemessen.
Auf dem Markt erhältliche Fertig-Hartpartikel, bei welchen die Partikeldurchmesser vor-eingerichtet sind, können verwendet werden.
Die primäre Komponente der DLC-Schicht ist ein amorphes Material, welche Wasserstoffcarbid (hydrogen carbide) oder ein Allotrop von Kohlenstoff umfasst. Die DLC-Schicht ist über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht durch Plasmaunterstützte chemische Dampfablagerung (plasma enhanced chemical vapor deposition) (CVD), physikalische Dampfablagerung (physical vapor deposition) (PVD) oder dergleichen ausgebildet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleitet die DLC-Schicht bezüglich des Gegenelements auf der Oberfläche in bzw. auf der gegenüberliegenden Seite der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Nachfolgend wird die Oberfläche der DLC-Schicht in bzw. auf der gegenüberliegenden Seite der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, welche bezüglich des Gegenelements gleitet, als „die Gleitoberfläche der DLC-Schicht“ bezeichnet.
Die Form der Gleitoberfläche der DLC-Schicht wird durch Steuern bzw. Kontrollieren der Geschwindigkeit der DLC-Schichtausbildung oder Steuern bzw. Kontrollieren der Verteilung der harten Partikel, welche sich auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht befinden, gesteuert bzw. kontrolliert. Die DLC-Schicht wächst in der Richtung ihrer Dicke von den harten Partikeln, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind. Somit gibt die DLC-Schicht, welche von den harten Partikeln gewachsen ist, die auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, die planare Form bzw. Planarform der exponierten harten Partikel wieder. Das heißt, Abschnitte der Gleitschicht der DLC-Schicht, welche den aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponierten harten Partikeln entsprechen, resultieren in einem Vorsprung, welcher im Vergleich zu anderen Abschnitten hervorspringend ist. Kohlenstoff, welcher die DLC-Schicht bildet, bildet eine stärkere Verbindung mit den harten Partikeln, umfassend eine Gruppe von Elementen ähnlich zu Kohlenstoff wie Boriden, Siliziden, Oxiden, Nitriden, Carbiden und intermetallischen Verbindungen, verglichen mit Cu, welches die primäre Komponente der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht ist. Kohlenstoff, welcher die DLC-Schicht bildet, zeigt insbesondere hohe Bindungskraft mit harten Partikeln, umfassend Carbide und Silizide, welche Kongenere bzw. Artverwandte wie Kohlenstoff und Silizium enthalten. Somit dienen die harten Partikel, welche aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert werden, als ein Medium zur Begründung einer stärkeren Bindung zwischen der DLC-Schicht und der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Ferner erhöht das Ausmaß bzw. die Menge von Vorsprüngen, die auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht beobachtet werden, sich mit der Erhöhung des Ausmaßes bzw. der Menge von Vorsprüngen der harten Partikel, welche zu der DLC-Schichtseite aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht herausragen.
Die Vorsprünge, welche auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildet sind, um so den Planarformen der harten Partikel zu entsprechen, sind empfänglich, Last von dem Gegenelement zu empfangen. Somit entwickelt sich leicht Reibungswärme auf den Vorsprüngen, wenn die auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildeten Vorsprünge in Gleitkontakt mit dem Gegenelement stehen. Die Reibungswärme erleichtert Graphitisierung der Vorsprünge, welche auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildet sind und somit die Erweichung bzw. Enthärtung der Vorsprünge, wodurch der Widerstand gegenüber Scherkräften reduziert wird. Deshalb bewirkt auf die DLC-Schicht ausgeübte Scherkraft, wenn diese mit dem Gegenelement gleitet, dass die DLC-Schicht glatt bzw. gleitend wird, was bedeutet, dass der Reibungskoeffizient der DLC-Schicht reduziert wird.
Die Vorsprünge, welche die Planarformen der harten Partikel wiedergeben, werden auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildet, wenn die DLC-Schicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausgebildet wird, welche nachfolgend als eine erste Ausbildungsgeschwindigkeit bezeichnet wird.
Die Gleitoberfläche der DLC-Schicht kann relativ flach durch Kontrollieren der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht oder Kontrollieren der Verteilung der harten Partikel geformt werden, welche aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert werden. Die Gleitoberfläche der DLC-Schicht ermöglicht, wenn sie relativ flach geformt ist, dass die Last des Gegenelements auf die gesamte Gleitoberfläche der DLC-Schicht verteilt wird. Die DLC-Schicht und die harten Partikel sind härter als Al, welches als die Matrix der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht dient. Daher deformiert sich die DLC-Schicht, welche auf den harten Partikeln ausgebildet ist, die aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, nicht leicht, wenn Last auf die Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgeübt wird.
Dahingegen deformiert sich die DLC-Schicht, welche auf Cu, welches als die Matrix der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht dient, wo die harten Partikel nicht exponiert sind, leicht in Richtung zu der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht mit der Deformation von Cu, wenn Last von der Gleitoberflächenseite der DLC-Schicht ausgeübt wird.
Im Ergebnis neigt die Last, welche durch das Gegenelement ausgeübt wird, dazu, sich auf der DLC-Schicht zu konzentrieren, welche auf den exponierten harten Partikein angeordnet ist, selbst wenn die Last gleichmäßig auf die Gleitoberfläche der flachen DLC-Schicht verteilt ist. Ferner entwickelt sich, weil die DLC-Schicht, die auf den harten Partikeln ausgebildet ist, welche aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, und das Gegenelement dazu neigen, in Gleitkontakt zu treten, leicht Reibungswärme an der Kontaktstelle. Die Reibungswärme erleichtert Graphitisierung und somit Erweichung bzw. Enthärtung der DLC-Schicht, welche auf den harten Partikeln ausgebildet ist, wodurch der Widerstand gegenüber Scherkraft reduziert wird. Deshalb macht Scherkraft, die auf die DLC-Schicht ausgeübt wird, wenn dieses mit dem Gegenelement gleitet, die DLC-Schicht glatt bzw. gleitfähig, was bedeutet, dass der Reibungskoeffizient der DLC-Schicht reduziert wird.
Die Gleitoberfläche der DLC-Schicht wird relativ flach, wenn die DLC-Schicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausgebildet wird, welche nachfolgend als eine zweite Ausbildungsgeschwindigkeit bezeichnet wird.
Ferner kann, wie in 5 gezeigt ist, die DLC-Schicht, die auf den harten Partikeln ausgebildet ist, welche aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, dünner gemacht werden als die DLC-Schicht, welche mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird durch Kontrollieren der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht oder Kontrollieren der Verteilung der harten Partikel, die aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert werden. Im Ergebnis kann die DLC-Schicht, die auf den harten Partikeln, welche aus der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, dünner gemacht werden als andere Abschnitte der DLC-Schicht. Dies resultiert in der Ausbildung von Ausnehmungen bzw. Ausbuchtungen in den Abschnitten der Gleitoberfläche der DLC-Schicht, welche den exponierten harten Partikeln entsprechen. Schmieröl zum Schmieren des Gleitabschnitts füllt die somit ausgebildete Ausbuchtung. Dies erleichtert die Schmierung zwischen dem Gleitelement und dem Gegenelement und macht das Gleitelement weniger reibungsempfänglich. Im Ergebnis kann auch die Anforderung zur Verbesserung hinsichtlich der Fressbeständigkeit erzielt werden.
Die Gleitoberfläche der DLC-Schicht kann mit Ausbuchtungen versehen werden durch Ausbilden der DLC-Schicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit, welche als eine dritte Ausbildungsgeschwindigkeit bezeichnet wird.
In dem Gleitelement eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind die harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, voneinander durch einen durchschnittlichen Abstand in einem Bereich von 3 bis 50 µm beabstandet.
Vorsehen des durchschnittlichen Abstands zwischen den exponierten harten Partikein auf 50 µm oder weniger unterdrückt bzw. vermeidet spärliche Verteilung der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind. Somit ist es einfacher, dass die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht und die DLC-Schicht hohe Bindungskraft zwischen ihnen ausüben. Dies resultiert in verbesserter Fressbeständigkeit. Vorsehen des Durchschnittsabstandes zwischen den exponierten harten Partikeln auf 3 µm oder größer bewirkt, dass die Anzahl von Vorsprüngen, welche auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildet werden, und dass die Größe der Ausbuchtungen, welche auf der Gleitoberfläche ausgebildet werden, geeigneter bzw. günstiger hinsichtlich der Ölfilmausbildung werden. Dies unterdrückt Reißen des Ölfilms und stellt hervorragende Fressbeständigkeit bereit. Kontrollieren des Durchschnittsabstandes zwischen den harten Partikeln sichert die Bindungskraft zwischen der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, sowie die Fressbeständigkeit. Der Durchschnittsabstand liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 45 µm.
In dem Gleitelement von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt der Flächenprozentanteil der harten Partikel, welcher auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, bezüglich der Gesamtfläche der DLC-schichtseitigen Oberfläche, in einem Bereich von 0,1 bis 14 %.
Die Gesamtfläche der harten Partikel entspricht der Projektionsfläche der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, mit anderen Worten, der Summe der Fläche, welche durch die Planarform der harten Partikel belegt ist. Somit ist der Flächenprozentanteil der Prozentanteil welchen die Gesamtfläche der exponierten harten Partikel innerhalb der Gesamtfläche der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht belegt. Ferner bezeichnet der Flächenprozentanteil der harten Partikel, der in dieser Beschreibung bzw. Spezifikation genannt wird, die Summe der Projektionsfläche von jedem harten Partikel, welcher sich auf der Einheitsfläche der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht befindet.
Wenn der Flächenprozentanteil der harten Partikel 0,1 % oder größer ist, vergrößern die harten Partikel ihren Beitrag zu der Ausbildung der DLC-Schicht. Somit wird es einfacher, Vorsprünge und Ausbuchtungen in der Gleitoberfläche der DLC-Schicht durch die Kontrolle der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht auszubilden. Ferner wird, wenn der Flächenprozentanteil 0,1 % oder größer ist, die Kontaktfläche zwischen der DLC-Schicht und den harten Partikeln zuverlässig sichergestellt, um relativ größere zwischen der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht ausgeübte Bindungskraft sicherzustellen. Durch Kontrollieren des Flächenprozentanteils, wie vorstehend beschrieben, wird Ablösung bzw. Delamination der DLC-Schicht zuverlässiger unterdrückt, um dadurch die Fressbeständigkeit zu verbessern. Wenn dahingegen der Flächenprozentanteil 14 % oder weniger ist, wird es einfacher, Überdimensionierung von Vorsprüngen und Ausbuchtungen in der Gleitschicht der DLC-Schicht zu vermeiden, dies unabhängig von der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht. Somit ist Vorsehen des Flächenprozentanteils auf 14 % oder weniger hinsichtlich der Ölfilmausbildung vorteilhaft. Es ist ferner bevorzugt, den Flächenprozentanteil auf 14 % oder weniger hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit vorzusehen. Infolge der vorstehend beschriebenen Gründe kann die Verschleißbeständigkeit und die Fressbeständigkeit durch Kontrollieren des Flächenprozentanteils verbessert werden. Der bevorzugte Bereich des Flächenprozentanteils ist 2 bis 10 %.
Die Gesamtfläche der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, kann durch Modifizieren des Partikeldurchmessers der harten Partikel kontrolliert werden.
Die Analyse des Flächenprozentanteils der harten Partikel wird durch Erfassung von Bildern der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht mit einem Mikroskop und Eingeben der erfassten Bilder durch eine Bildanalyseanlage gemacht. Hierdurch wird jeder harte Partikel, der sich innerhalb des Beobachtungsfelds von beispielsweise 0,0125 mm² befindet, extrahiert und die Fläche für jeden der extrahierten harten Partikel berechnet. Der Flächenprozentanteil wird auf der Grundlage des Verhältnisses der Fläche des beobachteten Feldes zu der Summe der Fläche der harten Partikel berechnet. Der Flächenprozentanteil, den die Gesamtfläche der harten Partikel, die sich innerhalb des Beobachtungsfeldes befinden, innerhalb der Fläche des Beobachtungsfeldes belegt, ist gleich dem Flächenprozentanteil, den die Gesamtfläche der harten Partikel, die auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht innerhalb der Fläche der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht belegt. Der Flächenprozentanteil kann dahingehend konfiguriert sein, in bestimmten Orten in Abhängigkeit von der Verwendung zu variieren.
Beim Erhalten des Partikeldurchmessers der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, wird die Fläche von jedem harten Partikel, der sich innerhalb des 0,0125 mm² Beobachtungsfeldes befindet, gemessen. Dann wird ein imaginärer Kreis gezogen, welcher eine Fläche identisch zu der gemessenen Fläche des harten Partikels ist, und der Durchmesser des imaginären Kreises wird in den Partikeldurchmesser umgewandelt.
In dem Gleitelement von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gilt A≥ 0,5 × T, wobei A % den Flächenprozentanteil der harten Partikel repräsentiert, die auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, und T in µm die Dicke der DLC-Schicht repräsentiert.
Der Flächenprozentanteil A % der harten Partikel und die Dicke T in µm der DLC-Schicht beeinflussen die Reibung, welche bei der Gleitbewegung erzeugt wird. Genauer wird es einfacher, Schergleiten (shear slips) innerhalb der DLC-Schicht zu bewirken, wenn eine DLC-Schicht mit einem bestimmten Hart-Partikel-Flächenprozentanteil dünner wird oder wenn der Flächenprozentanteil der harten Partikel größer wird in einer DLC-Schicht mit einer bestimmten Dicke, wodurch die Reduzierung des Reibungskoeffizienten vereinfacht wird. Der Flächenprozentanteil A % der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, und die Dicke T in µm der DLC-Schicht stehen in der vorstehend beschriebenen Weise in Wechselbeziehung.
In dem Gleitelement eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gilt H ≤ 10000/T, wobei H HV die Härte der DLC-Schicht und T in µm die Dicke der DLC-Schicht repräsentieren.
Der Einfluss der harten Partikel beim Bewirken des vorstehend beschriebenen Unterschieds in der Härte der DLC-Schicht wird größer, wenn H ≤ 10000/T, wobei H HV die Härte der DLC-Schicht repräsentiert und T in µm die Dicke der DLC-Schicht repräsentiert. Wenn die Härte relativ zu der Dicke der DLC-Schicht in dem vorstehend beschriebenen Bereich kontrolliert wird, wird es einfacher, die Graphitisierung von der außerordentlich verschleißbeständigen Gleitoberfläche der DLC-Schicht wirksam zu vereinfachen, dies basierend auf dem Vorliegen/Nicht-Vorliegen der harten Partikel. Die kontrollierte Korrelation zwischen der Härte und der Dicke der DLC-Schicht erzielt sowohl Reduzierung hinsichtlich des Reibungskoeffizienten wie auch Verbesserung hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit.
In dem Gleitelement von einem Ausführungsbeispiel erfüllt die DLC-Schicht H ≤ 6000, und T ≤ 15, Dies bedeutet, dass die Härte H der DLC-Schicht H ≤ 6000 HV und die Dicke T der DLC-Schicht T ≤ 15 µm ist.
Wenn die Dicke der DLC-Schicht gleich oder geringer als 15 µm ist, wird es einfacher, auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht Konvexen und Konkaven auszubilden, welche die harten Partikel wiedergeben, die von der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind. Die vorstehend beschriebene Dicke der DLC-Schicht wird durch Kontrollieren der Dauer von Verfahren wie Plasma-unterstützten CVD und PVD erhalten, welche beim Ausbilden der DLC-Schicht angewandt werden.
Ferner kann, wenn die Härte H der DLC-Schicht gleich oder geringer als 6000 HV ist, die Aggression bzw. der Angriff der DLC-Schicht auf das Gegenelement einfach unterdrückt werden, während hinreichende Verschleißbeständigkeit erzielt wird. Die Härte der DLC-Schicht kann modifiziert werden durch Einstellungen des Anteils von Additiv-Elementen wie Wasserstoff, Si, Ti und W in der DLC-Schicht, und des Verhältnisses von Hybrid-Orbital (sp²/sp³) in der DLC-Schicht.
In dem Gleitelement von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Härte der DLC-Schicht das 1,1-fache oder mehr der Härte der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und das 0,9-fache oder weniger der Härte des Gegenelements, mit welchem die DLC-Schicht gleitet.
Wenn die Härte der DLC-Schicht das 1,1-fache oder mehr der Härte der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht ist, übt die DLC-Schicht ihre Verschleißbeständigkeit wirksamer aus. Andererseits kann, wenn die Härte der DLC-Schicht das 0,9-fache oder weniger der Härte des Gegenelements ist, mit welchem es gleitet, der Verschleiß des Gegenelements zuverlässiger unterdrückt werden. Somit reduziert das Spezifizieren der Härte der DLC-Schicht in der vorstehend beschriebenen Weise den Verschleiß von sowohl der DLC-Schicht wie auch dem Gegenelement.
Zwischen der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht kann eine Zwischenschicht vorgesehen werden, um die Verbindung zwischen diesen zu verbessern. Die Zwischenschicht umfasst vorzugsweise Metall wie Si, Ti, Cr und W oder Carbide und Nitride. Die Zwischenschicht kann in ihrer Zusammensetzung in der Dickenrichtung variieren. Zum Beispiel kann, wenn die Zwischenschicht ein Si-C-System oder ein Ti-C-System ist, die Konzentration von Si oder Ti so ausgeführt sein, in der Cu-basierten Lagerlegierungsschichtseite relativ höher zu sein, wohingegen die Konzentration von C dahingehend ausgeführt sein kann, in der DLC-Schichtseite relativ höher zu sein.
Figurenliste

[1] Eine Querschnittsansicht, welche schematisch ein Gleitelement von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] Eine transversale Draufsicht, welche schematisch eine Gleitoberfläche einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht eines Gleitelements eines Ausführungsbeispiels zeigt.
[3] Eine Querschnittsansicht, welche schematisch ein Gleitelement zeigt, in welchem eine DLC-Schicht mit einer ersten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird.
[4] Eine Querschnittsansicht, welche schematisch ein Gleitelement zeigt, in welchem die DLC-Schicht mit einer zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird.
[5] Eine Querschnittsansicht, welche schematisch ein Gleitelement zeigt, in welchem die DLC-Schicht mit einer dritten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird.
[6A und 6B] Ein Diagramm, welches BEISPIELE und VERGLEICHSBEISPIELE eines Gleitelements von einem Ausführungsbeispiel spezifiziert.
[7] Ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Härte und der Dicke der DLC-Schicht zeigt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Das Gleitelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in 1 dargestellt. Das in 1 gezeigte Gleitelement 1 ist mit einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 und einer DLC-Schicht 3 versehen. Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht 2 ist über einer nicht gezeigten Metallstütze vorgesehen. Die DLC-Schicht 3 ist über einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht 2 eine Cu-Matrix 2a und harte Partikel 2b. Mit anderen Worten, enthält die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht 2 harte Partikel 2b innerhalb der Cu-Matrix 2a. Harte Partikel 2b, die in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 enthalten sind, sind zumindest teilweise auf der DLC-schicht(3)seitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 exponiert. In diesem Zusammenhang bezeichnet „exponiert“ zu sein, entweder den Zustand, in welchem harten Partikel 2b sich auf einer mit der DLC-schicht(3)seitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 koinzidierenden bzw. übereinstimmenden Ebene befinden, oder den Zustand, in welchem harten Partikel 2b zu der DLC-Schicht 3 aus der Oberfläche herausragen.
Wenn die DLC-Schicht 3 mit der ersten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, wird die DLC-Schicht 3 wie in 3 gezeigt geformt. Das heißt, die Gleitoberfläche der DLC-Schicht 3 bildet Vorsprünge 4 aus, welche die Formen von harten Partikeln 2b wiedergeben, die auf der DLC-schicht(3)seitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 exponiert sind.
Wenn die DLC-Schicht 3 mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, wird die DLC-Schicht 3 wie in 4 gezeigt geformt. Das heißt, die Gleitoberfläche der DLC-Schicht 3 bildet eine planare Oberfläche 3a unabhängig von den Formen von harten Partikeln 2b aus, welche auf der DLC-schicht(3)seitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 exponiert sind.
Wenn die DLC-Schicht 3 mit der dritten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, wird die DLC-Schicht 3 wie in 5 gezeigt geformt. Das heißt, die Gleitoberfläche der DLC-Schicht 3 bildet Ausbuchtungen 5 aus, welche die Formen von harten Partikeln 2b wiedergeben, die auf der DLC-schicht(3)seitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 2 exponiert sind.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gleitelements des vorliegenden Ausführungsbeispiels gegeben.
Zunächst wird Cu-Pulver mit harten Partikeln gemischt, welche einen auf eine vorbestimmte Größe vor-eingerichteten Partikeldurchmesser haben, sowie mit anderen Pulverkomponenten bei einem vorbestimmten Massen-Prozentsatz. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen harte Partikel Mo₂C. Das Cu-Pulver kann durch Cu-Legierungspulver ersetzt werden, welches Cu-Sn-Ni-Legierung und Cu-Sn-Ni-Zn-Legierung umfasst. Ferner können zwei oder mehr Typen von harten Partikeln gemischt werden.
Als nächstes wird das Pulvergemisch von Cu-Pulver und harten Partikeln auf einem Streifen einer Stahlplatte verteilt, welche 1,3 mm dick ist. Der Streifen aus Stahlplatte entspricht einer Metallstütze und weist eine Cu-Plattierung auf, welche auf ihr zuvor vorgesehen wurde. Als nächstes wird die Stahlplatte, auf welcher das Pulver verteilt wurde, für ungefähr 15 Minuten in einer reduzierenden Atmosphäre von 800 bis 950 °C erhitzt. Die Stahlplatte, auf welcher das Pulver verteilt wurde, wird einem anfänglichen Sintern unterzogen, um eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht mit dem Cu-Pulver und den harten Partikeln auszubilden. Dann wird die Stahlplatte, auf welcher die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht ausgebildet ist, zur Verdichtung wiederholt gewalzt und gesintert. Dies bildet die Stahlplatte mit der auf ihr ausgebildeten Cu-basierten Lagerlegierungsschicht in ein Bimetall um, welches ungefähr 1,6 mm dick ist und in welcher die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht ungefähr 0,4 mm dick ist. Das erhaltene Bimetall wurde in einer halbzylindrischen Form ausgebildet.
Das in einer halbzylindrischen Form ausgebildete Bimetall bildet ferner eine DLC-Schicht darauf aus, indem seine innere Umfangsoberfläche mit gewöhnlichem Plasma-unterstützten CVD oder -PVD behandelt wurde.
Proben eines Gleitelements wurden in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt und hinsichtlich deren Reibungskoeffizient untersucht.
Genauer können BEISPIELE, die durch das Herstellungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels erhalten werden, die DLC-Schicht bei verschiedenen gesteuerten Geschwindigkeiten ausbilden. Wenn die DLC-Schicht mit der ersten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, können Vorsprünge auf den Gleitoberflächen der DLC-Schicht ausgebildet werden. Wenn die DLC-Schicht mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, kann eine relativ flache bzw. glatte Gleitoberfläche erhalten werden. Wenn die DLC-Schicht mit der dritten Ausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet wird, können Ausbuchtungen auf der Gleitoberfläche der DLC-Schicht ausgebildet werden. Unter den BEISPIELEN, die in 6 gezeigt sind, bildet BEISPIEL 1 die DLC-Schicht mit der ersten Ausbildungsgeschwindigkeit, wie in 3 gezeigt ist. BEISPIEL 2 bildet die DLC-Schicht mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit, wie in 4 gezeigt ist. BEISPIEL 3 bildet die DLC-Schicht mit der dritten Ausbildungsgeschwindigkeit, wie in 5 gezeigt ist. Ferner bilden BEISPIELE 4 bis 24 und VERGLEICHSBEISPIEL 1 jeweils die DLC-Schicht mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit. Das VERGLEICHSBEISPIEL 1, welches zum Vergleich in der Untersuchung verwendet wird, enthält kein Si in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Das VERGLEICHSBEISPIEL 2 ist nicht mit einer DLC-Schicht versehen. Nachfolgend wird eine Beschreibung von BEISPIELEN und VERGLEICHSBEISPIELEN auf der Grundlage von 6 gegeben.
(Betreffend die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht)
Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht von BEISPIELEN 1 bis 24 und VERGLEICHSBEISPIELEN 1 und 2 sind alle auf Cu-basierter Kupferlegierung ausgebildet, welche 6 Massen-% Sn, 3 Massen-% Ni und 5 Massen-% Bi enthalten.
(Betreffend die Komponente von harten Partikeln)
In BEISPIELEN 1 bis 3 und VERGLEICHSBEISPIEL 2 umfassen die harten Partikel Al₂O₃. In BEISPIELEN 4, 6, 7 und 10 bis 24 umfassen die harten Partikel Mo₂C. In BEISPIELEN 5, 8 und 9 umfassen die harten Partikel TiSi₂. Unterschiedlich ausgedrückt umfassen, mit der Ausnahme von BEISPIELEN 1 bis 3 und VERGLEICHSBEISPIEL 2, die harten Partikel der BEISPIELE Silizide von Metall oder Carbide von Metall.
(Betreffend den durchschnittlichen Partikeldurchmesser von harten Partikeln)
In BEISPIELEN 1 bis 8, 10 bis 24 und VERGLEICHSBEISPIEL 2 liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel, welche auf der DLC-Schichtseite der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, in einem Bereich von 0,5 bis 20 µm. In BEISPIEL 9 ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel auf 25 µm konfiguriert.
(Betreffend den durchschnittlichen Abstand zwischen den harten Partikeln)
In BEISPIELEN 1 bis 6, 8, 10 bis 12 und 14 bis 24 liegt der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, in einem Bereich von 3 bis 50 µm. Dahingegen ist in BEISPIEL 7 der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln auf 80 µm konfiguriert; in BEISPIEL 9 ist der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln auf 90 µm konfiguriert; und in BEISPIEL 13 ist der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln auf 55 µm konfiguriert.
(Betreffend den Flächenprozentanteil von harten Partikeln)
In BEISPIELEN 1 bis 6, 8, 10, 12, 14, 15 und 17 bis 24 liegt der Flächenprozentanteil der harten Partikel in einem Bereich von 0,1 bis 14 %. Dahingegen ist in BEISPIEL 7 der Flächenprozentanteil der harten Partikel auf 0,08 % konfiguriert; in BEISPIEL 9 ist der Flächenprozentanteil der harten Partikel auf 0,07 % konfiguriert; in BEISPIELEN 11 und 13 ist der Flächenprozentanteil der harten Partikel auf 0,09 % konfiguriert und in BEISPIEL 16 ist der Flächenprozentanteil der harten Partikel auf 0,05 % konfiguriert. Der Flächenprozentanteil der harten Partikel in den vorstehenden BEISPIELEN ist geringer als 0,1 %.
(Betreffend das Verhältnis zwischen Härte und Dicke der DLC-Schicht)
In BEISPIELEN 1 bis 24 erfüllt das Verhältnis zwischen der Härte (H) und der Dicke (T) von DLC (alle) H ≤ 10000/T. Die Härte H und die Dicke T der DLC-Schicht verhalten sich zueinander wie in 7 gezeigt. BEISPIELE 1 bis 24 sind in dem schraffierten Bereich aufgetragen, welcher sich näher dem Ursprung von der von H ≤ / 0000/T abgeleiteten Kurve befindet.
(Verhältnis zwischen dem Flächenprozentsatz von harten Partikeln und Dicke der DLC-Schicht)
In BEISPIELEN 1 bis 6, 8, 10, 12, 15 und 17 bis 24 erfüllen der Flächenprozentsatz A % der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, und die Dicke T der DLC-Schicht A ≥ 0,5 × T. Dahingegen gilt A < 0,5 × T in BEISPIELEN 7, 9, 11, 13, 14 und 16.
(Betreffend den Adhäsionstest)
BEISPIELE 1 bis 24 und VERGLEICHSBEISPIEL 1 in 6 wurden für die Anhaftung bzw. Adhäsion der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht getestet. Die Adhäsion der DLC-Schicht wurde durch Ablösen der DLC-Schicht durch Ausübung von Delaminationslast getestet. Genauer wurde die DLC-Schicht kontinuierlicher Delaminationslast in einem Bereich zwischen 0 (N) bis 300 (N) unterzogen. Der Abstand der Bewegung während der Ausübung der Delaminationslast ist auf 10 mm konfiguriert. Die Delaminationslast wird durch ein sphärisches Element gegeben und ist aus Chromstahl (SUJ-2) hergestellt, welches 3 mm im Durchmesser misst. Ferner wurde beim Ausüben der Delaminationslast 10 (µ Liter) Schmiermittel zwischen dem Gleitelement und dem sphärischen Element zugeführt.
Die Delaminationslast, in welcher Delamination in der DLC-Schicht von jeder Probe beobachtet wurde, ist in 6 gezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Delaminationslast in BEISPIELEN 1 bis 24 gleich oder größer als 110 (N) waren. Dahingegen zeigt das VERGLEICHSBEISPIEL 1 eine Delaminationslast von 100 (N). Es kann aus dem vorstehenden verstanden werden, dass in den BEISPIELEN 1 bis 24 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, in welchem die harten Partikel auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, die DLC-Schicht hoch-adhäsiv ist, dies im Vergleich zu VERGLEICHSBEISPIELEN 1 und 2, welche keine harten Partikel enthalten. Mit anderen Worten, ist es klar, dass die harten Partikel, die auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, ein beitragender Faktor bei der Verbesserung der Verbindung zwischen der DLC-Schicht und der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht sind.
Unter Bezugnahme auf BEISPIELE 2, 4 und 5 wird eine Untersuchung darüber durchgeführt, wie die Komponenten der harten Partikel die Delaminationslast beeinflussen. Bezugnehmend auf 6 zeigt BEISPIEL 4, in welchem die harten Partikel Mo₂C umfassen, welches ein Metallcarbid ist, und BEISPIEL 5, in welchem die harten Partikel TiSi₂ umfassen, welches ein Metallsilizid ist, verbesserte Delaminationslast im Vergleich zu BEISPIEL 1, in welchem die harten Partikel Al₂O₃ umfassen, welches ein Metalloxid ist. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass harte Partikel, wenn sie aus einem Metallcarbid oder einem Metallsilizid hergestellt sind, ihren Beitrag zu der Verbindung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht erhöhen.
Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass die Delaminationslast, mit anderen Worten, der Beitrag der harten Partikel auf die Verbindung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht erhöht wird, wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel 20 µm oder weniger ist. Zum Beispiel wird, im Vergleich zu BEISPIEL 9, in welchem der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel 20 µm übersteigt, die Delaminationslast verbessert in bzw. gegenüber anderen BEISPIELEN mit annähernden Bedingungen. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind vorzugsweise 20 µm oder weniger ist.
Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse zeigen ferner an, dass der Beitrag der harten Partikel auf die Verbindung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht erhöht wird, wenn der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln 50 µm oder weniger ist. Zum Beispiel wird, im Vergleich mit BEISPIELEN 7, 9 und 13, in welchen der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln 50 µm übersteigt, die Delaminationslast verbessert gegenüber anderen BEISPIELEN mit annähernden Bedingungen. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass der durchschnittliche Abstand zwischen den harten Partikeln, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, vorzugsweise 50 µm oder weniger ist.
Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse zeigen ferner an, dass der Beitrag der harten Partikel auf die Verbindung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht erhöht wird, wenn der Flächenprozentanteil A der harten Partikel 0,1 % oder größer ist. Zum Beispiel wird, im Vergleich zu BEISPIELEN 7, 9, 11, 13 und 16, in welchen der Flächenprozentanteil der harten Partikel niedriger als 0,1 % ist, die Delaminationslast verbessert gegenüber anderen BEISPIELEN mit annähernden Bedingungen. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass der Flächenprozentanteil der harten Partikel, welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht exponiert sind, vorzugsweise 0,1 % oder größer ist.
(Betreffend den Fresstest)
BEISPIELE 1 bis 24 und VERGLEICHSBEISPIELE 1 und 2 wurden für deren Fressbeständigkeit getestet. Auf der Grundlage des Standpunkts, dass Fressbeständigkeit durch Reduzieren von Reibung verbessert werden kann, wurde die Reduzierung des Reibungskoeffizienten untersucht. Die Fressbeständigkeit wurde unter den folgenden Bedingungen getestet. Die getestete Probe wurde mit der Geschwindigkeit von 2 m/s relativ zu der Gegenwelle gedreht und einer Testlast von 1 MPa/5 min unterzogen. Das Schmieröl, welches auf die Probe aufgetragen wurde, war SAE#30, welches in einer Menge von 20 ml/min bei der Temperatur von 60 °C zugeführt wurde. Die Gegenwelle wurde aus Kohlenstoffstahl (S55C) hergestellt, welches eine Härte von 600 HV aufwies. Ferner wurde in BEISPIEL 23 eine Gegenwelle umfassend einen abgeschreckten bzw. vergüteten Kohlenstoffstahl (S55C), verwendet, wohingegen in BEISPIELEN 21 und 24 eine Gegenwelle, umfassend einen Kohlenstoffstahl (S55C), mit einer DLC-Beschichtung verwendet wurde.
Die spezifische Last (MPa), in welcher Fressen in der Probe beobachtet wurde, ist in 6 gezeigt. Auftreten von Fressen wurde in den Proben angenommen, wenn die Temperatur der Oberfläche auf der Rückseite, das heißt, der der Gleitoberfläche gegenüberliegenden Seite bzw. entgegengesetzten Seite, 250 °C überstieg, oder wenn die Reibungskraft, die zwischen der Probe und der Gegenwelle erzeugt wurde, 50 N überstieg. Gemäß 6 war die spezifische Last, in welcher Fressen in BEISPIELEN 1 bis 24 beobachtet wurde, gleich oder größer als 19 MPa. Dahingegen war die spezifische Last, in welcher Fressen in VERGLEICHSBEISPIELEN 1 und 2 beobachtet wurde, gleich oder geringer als 11 MPa. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass BEISPIELE 1 bis 24, in welchen die DLC-Schicht über der DLC-schichtseitigen Oberfläche der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht ausgebildet wurde, auf welcher die harten Partikel exponiert waren, relativ größere spezifische Fresslast zeigten, mit anderen Worten, höhere Fressbeständigkeit, was wiederum ein Anzeichen von relativ kleinem Reibungskoeffizienten ist. Insbesondere wurden in BEISPIELEN 1 bis 6, 8, 10, 12, 15 und 17 bis 24 die Dicke T und der Flächenprozentanteil A der DLC-Schicht auf einen spezifischen Bereich hin kontrolliert. Somit wurde verbesserte Fressbeständigkeit in BEISPIELEN 1 bis 6, 8, 10, 12, 15 und 17 bis 24 im Vergleich zu BEISPIELEN beobachtet, welche unter annähernden Bedingungen ausgebildet wurden.
In den BEISPIELEN 1 bis 20, 22 und VERGLEICHSBEISPIELEN 1 und 2, die in 6 gezeigt sind, wurden die Gegenwelle, welche mit den Proben gleiten, aus Kohlenstoffstahl (S55C) hergestellt, und weisen einen Gleitabschnitt auf, welcher eine Härte von 600 HV zeigt. Dahingegen hatte in BEISPIELEN 21 und 24 die Gegenwelle eine DLC-Schicht, welche über die Gleitoberfläche des Kohlenstoffstahls (S55C) geschichtet war. In BEISPIEL 21 misst die Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle 5000 HV. In BEISPIEL 24 misst die Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle 2000 HV. Ferner umfasst in BEISPIEL 23 die Gegenwelle abgeschreckten bzw. vergüteten Kohlenstoffstahl (S55C) und die Härte des Gleitabschnitts misst 700 HV. Ferner misst in BEISPIEL 20 die Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle 600 HV, während die Härte der DLC-Schicht 500 HV maß. In BEISPIEL 22 maß die Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle 600 HV, während die Härte der DLC-Schicht 110 HV maß. BEISPIELE 20 bis 24, in welchen die Härte der DLC-Schicht dahingehend konfiguriert wurde, das 0,9-fache oder weniger der Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle zu sein, zeigte Verbesserung hinsichtlich spezifischer Fresslast. Mit anderen Worten, erzeugten BEISPIELE 20 bis 24, in welchen die Härte der DLC-Schicht dahingehend konfiguriert wurde, das 0,9-fache oder weniger der Härte des Gleitabschnitts der Gegenwelle zu sein, weniger Abrasionspulver bzw. -staub im Vergleich zu BEISPIELEN, welche diese Härtebedingung nicht erfüllen, und zeigten verbesserte spezifische Fresslast.
(Wirkung der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht)
BEISPIELE 1, 2 und 3, die in 6 gezeigt sind, bilden die DLC-Schicht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus. Genauer bildet BEISPIEL 1 die DLC-Schicht, die in 3 gezeigt ist, mit der ersten Ausbildungsgeschwindigkeit aus, BEISPIEL 2 bildet die DLC-Schicht, die in 4 gezeigt ist, mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit aus, und BEISPIEL 3 bildet die DLC-Schicht, die in 5 gezeigt ist, mit der dritten Ausbildungsgeschwindigkeit aus. Ferner haben BEISPIELE 1 bis 3 identische Eigenschaften wie Cu-Legierungskomponente, Hartpartikel-Komponente, durchschnittlichen Partikeldurchmesser von harten Partikeln und durchschnittlichen Abstand zwischen harten Partikeln. Dennoch unterscheiden sich BEISPIELE 1 bis 3 nicht signifikant hinsichtlich Delaminationslast und spezifischer Fresslast. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass der Einfluss der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht auf die Delaminationslast und die spezifische Fresslast klein ist. Da der Einfluss der Ausbildungsgeschwindigkeit der DLC-Schicht auf die Eigenschaften des Gleitelements klein ist, sind BEISPIELE 4 bis 22 und VERGLEICHSBEISPIEL 1 dahingehend konfiguriert, die DLC-Schicht mit der zweiten Ausbildungsgeschwindigkeit auszubilden.
Durch Ausbilden der DLC-Schicht auf der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht ermöglichen BEISPIELE 1 bis 24, die vorstehend beschrieben sind, Reduzierung der Reibung, beim Gleiten mit der Gegenwelle. BEISPEIELE 1 bis 24 zeigten relativ höhere Bindungskraft zwischen der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der DLC-Schicht im Vergleich zu VERGLEICHSBEISPIELEN 1 und 2, wodurch die Fressbeständigkeit verbessert und die Reibung gleichzeitig reduziert werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann nach Modifikationen innerhalb des Bereichs seines Sinnes ausgeführt werden. Obwohl dies nicht beschrieben ist, kann jede seiner Komponenten unvermeidbare Fremdstoffe bzw. Verunreinigungen enthalten.

Claims

Gleitelement, umfassend: eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht (2), die harte Partikel (2b) enthält; und eine DLC-Schicht (3), welche über die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht (2) geschichtet ist; wobei zumindest einige der harten Partikel (2b), die in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht (2) enthalten sind, auf einer DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, $A \geq 0,5 \times T gilt,$
wobei A in % einen Flächenprozentanteil der harten Partikel (2b), welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, repräsentiert, und wobei $H \leq 10000 /T, H \leq 650, 3 \leq T \leq 15 gilt,$
wobei H in HV eine Härte der DLC-Schicht (3) repräsentiert, und T in µm eine Dicke der DLC-Schicht (3) repräsentiert.
Gleitelement nach Anspruch 1, wobei die harten Partikel (2b) zumindest eine Art von Verbindung umfassen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Borid, Silizid, Oxid, Nitrid, Carbid und intermetallischer Verbindung, und wobei der Partikeldurchmesser der harten Partikel (2b) im Durchschnitt von 0,5 bis 20 µm beträgt.
Gleitelement nach Anspruch 2, wobei die harten Partikel (2b) ein Metallsilizid oder ein Metallcarbid umfassen.
Gleitelement nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die harten Partikel (2b), welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, voneinander durch einen durchschnittlichen Abstand in einem Bereich von 3 bis 50 µm beabstandet sind.
Gleitelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die harten Partikel (2b), welche auf der DLC-schichtseitigen Oberfläche exponiert sind, einen Flächenprozentanteil in einem Bereich von 0,1 % bis 14 % belegen.
Gleitelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Härte der DLC-Schicht (3) das 1,1-fache oder mehr einer Härte der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht (2) und das 0,9-fache oder weniger als eine Härte eines Gegenelements beträgt, mit welchem die DLC-Schicht (3) gleitet.