DE112016000541T5 - Film auf basis von amorphem kohlenwasserstoff und gleitelement und gleitsystem mit dem film - Google Patents

Film auf basis von amorphem kohlenwasserstoff und gleitelement und gleitsystem mit dem film Download PDF

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Takahisa Kato
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Abstract

Eine reibungsarme Beschichtung 5 enthält: eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zeigt; eine Carbonylgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 zeigt; eine aromatische Komponente (C7H7 +), die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt; und eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente (C9H7 +), die in dem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff und ein Gleitelement und ein Gleitsystem mit dem Film.
  • Stand der Technik
  • Es ist vorgeschlagen worden, zur Verringerung der Reibung eines Gleitsystems auf eine Gleitfläche eines Gleitelements einen festen Schmiermittelfilm aufzubringen. Als ein derartiger fester Schmiermittelfilm ist beispielsweise ein Film aus DLC (Diamond Like Carbon, diamantähnlicher Kohlenstoff) bekannt. Die folgende Patentliteratur 1 offenbart einen reibungsarmen Gleitmechanismus, durch den eine Reibungsminderungsmittelzusammensetzung, die eine sauerstoffhaltige organische Verbindung oder eine Fettaminverbindung enthält, einer Gleitfläche, die einen DLC-Film umfasst, zugeführt wird.
  • Außerdem offenbart die folgende Patentliteratur 2 eine reibungsarme Schmierungsanordnung mit einem ersten Element mit einer ersten Gleitfläche und einem zweiten Element mit einer zweiten Gleitfläche. Die erste Gleitfläche hat chemische Affinität zu O-H-Gruppen. Die zweite Gleitfläche weist eine Gleitfläche mit O-H-Endgruppen auf. Zwischen der ersten und der zweiten Gleitfläche wird eine sauerstoffhaltige organische Verbindung (flüssiges Schmiermittel) so zugeführt, dass zwischen der ersten und der zweiten Gleitfläche ein Tribofilm mit Wasserstoff als Endgruppe gebildet werden kann.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentliteratur 1: JP-A-2005-98495
    • Patentliteratur 2: JP-A-2012-92351
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
  • In dem in Patentliteratur 1 offenbarten reibungsarmen Gleitmechanismus und der in Patentliteratur 2 offenbarten reibungsarmen Schmierungsanordnung soll ein Reibungskoeffizient eines gleitenden Teils verringert werden.
  • In Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 erfolgt das Gleiten jedoch in einem Zustand (Flüssigschmierung), in dem einer Gleitfläche ein flüssiges Schmiermittel zugeführt wird. Das heißt, in Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 kann die Verringerung der Reibung nicht unter Bedingungen (Trockenschmierung) bereitgestellt werden, bei denen nicht zusätzlich ein Schmiermittel wie ein flüssiges Schmiermittel verwendet wird.
  • Es wird gefordert, den Reibungskoeffizienten der Gleitfläche (des gleitenden Teils) ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel zu verringern. Des Weiteren ist es auch erwünscht, den Reibungskoeffizienten der Gleitfläche weiter zu verringern, um die Effizienz des Gleitsystems weiter zu erhöhen.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Films auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff, der einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist außerdem die Bereitstellung eines Gleitelements, das zur Verringerung eines Reibungskoeffizienten einer Gleitfläche ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel befähigt ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ferner die Bereitstellung eines Gleitsystems, das zur Verringerung einer zwischen einer Gleitfläche und einer Gleitgegenfläche erzeugten Reibungskraft ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel und dadurch zur Verringerung des Reibungsverlusts in großem Maßstab in der Lage ist.
  • Mittel zur Lösung der Aufgabe
  • Eine erste Ausgestaltung der Erfindung stellt einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff (5) bereit, umfassend eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zeigt, und eine aromatische Komponente (C7H7 +), die in einem durch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt, und/oder eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente (C9H7 +), die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt.
  • Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung stellt einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff gemäß der oben aufgeführten ersten Ausgestaltung bereit, der ferner eine Carbonylgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 zeigt, umfasst.
  • Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung stellt einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff gemäß der oben aufgeführten ersten oder zweiten Ausgestaltung bereit, der sowohl die aromatische Komponente als auch die auf einem kondensierten Ring basierende Komponente umfasst.
  • Eine vierte Ausgestaltung der Erfindung stellt einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff gemäß einer der oben aufgeführten ersten bis dritten Ausgestaltungen bereit, wobei die durchschnittliche Dicke 2 nm bis 1000 nm beträgt.
  • Eine fünfte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Gleitelement mit einer Gleitfläche (6) mit einer ersten Beschichtung (5) und ein Gleitelement (2), das aus Metall und/oder Keramik ausgebildet ist, bereit, wobei die erste Beschichtung einen Film (5) auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff gemäß einer der oben aufgeführten ersten bis vierten Ausgestaltungen umfasst.
  • Eine sechste Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Gleitelement gemäß der oben aufgeführten fünften Ausgestaltung bereit, wobei das Gleitelement aus ZrO2 ausgebildet ist.
  • Eine siebte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Gleitsystem (1) mit einem Gleitelement (2) gemäß der oben aufgeführten fünften oder sechsten Ausgestaltung und einem Gleitgegenelement (3) mit einer Gleitgegenfläche (7), die gegen die Gleitfläche gleitet, und mit einer zweiten Beschichtung (9) aus einem Film auf Basis von amorphem Kohlenstoff, wobei die zweite Beschichtung einen Youngschen Elastizitätsmodul von 200 GPa bis 250 GPa aufweist.
  • Eine achte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Gleitsystem gemäß der oben aufgeführten siebten Ausgestaltung bereit, wobei die zweite Beschichtung in einer äußersten Fläche davon eine Hydroxylgruppe umfasst, wobei die Hydroxylgruppe in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak in einem Bereich von 3000 cm–1 bis 4,000 cm–1 zeigt.
  • Im Übrigen bezeichnen in diesem Artikel numerische Zeichen usw. in Klammern entsprechende Aufbauelemente usw. in Ausführungsformen, die später beschrieben werden. Dies soll aber nicht bedeuten, dass die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt sein sollte.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung zeigt ein Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff, umfassend eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zeigt, und eine aromatische Komponente, die in einem durch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt, und/oder eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente, die in einem durch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt, einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Das heißt, es ist möglich, einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff bereitzustellen, der einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
  • Außerdem wird eine erste Beschichtung, die den Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff enthält, in einer Gleitfläche eines Gleitelements, das aus Metall und/oder Keramik ausgebildet ist, bereitgestellt, so dass es möglich ist, einen Reibungskoeffizienten der Gleitfläche ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel zu verringern.
  • Da der Reibungskoeffizient der Gleitfläche verringert werden kann, kann ferner eine zwischen der Gleitfläche und einer Gleitgegenfläche erzeugte Reibungskraft ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel verringert werden. Somit kann Reibungsverlust in großem Maßstab verringert werden (das Reibungsdrehmoment kann verringert werden). Demgemäß ist es möglich, die Größe und das Gewicht eines Gleitsystems zu verringern, und es ist möglich, die Zuverlässigkeit des Gleitsystems zu verbessern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Hauptteil eines Gleitsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Filmherstellungsapparatur zur Verwendung bei der Herstellung einer in einem Gleitelement umfassten reibungsarmen Beschichtung zeigt.
  • Die 3A und 3B sind Schnittansichten, die einen Gleitvorgang zwischen dem Gleitelement und einem Gleitgegenelement zeigen.
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausgestaltung eines ersten Reibungstestgeräts zeigt.
  • Die 5A und 5B sind eine Ansicht und eine Tabelle zur Erklärung von Plattentestteilen zur Verwendung bei dem ersten und zweiten Reibungstest.
  • 6 ist eine schematische Teilansicht, die eine Ausgestaltung eines zweiten Reibungstestgeräts zeigt.
  • Die 7A und 7B sind Diagramme, die eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem Reibungskoeffizienten bei dem ersten Reibungstest zeigen.
  • Die 8A und 8B sind Diagramme, die eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem Reibungskoeffizienten bei dem zweiten Reibungstest zeigen.
  • 9 ist eine Tabelle zur Erklärung einer oberen Schicht eines bei dem dritten und vierten Reibungstest zu messenden Plattentestteils.
  • Die 10A und 10B sind Tabellen zur Erklärung von Testbedingungen des dritten und vierten Reibungstests.
  • 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem Reibungskoeffizienten bei dem dritten Reibungstest zeigt.
  • 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem Reibungskoeffizienten bei dem vierten Reibungstest zeigt.
  • Die 13A und 13B sind eine Abbildung und ein Diagramm, die einen Oberflächenzustand einer externen Oberfläche (eines Gleitbereichs davon) eines Stifttestteils nach dem ersten Reibungstest zeigen.
  • Die 14A und 14B sind eine Abbildung und ein Diagramm, die einen Oberflächenzustand einer externen Oberfläche (eines Gleitbereichs davon) eines Stifttestteils nach dem zweiten Reibungstest zeigen.
  • 15 ist eine Abbildung einer lichtmikroskopischen Aufnahme, die eine externe Oberfläche (einen Gleitbereich davon) eines Stifttestteils nach dem dritten Reibungstest zeigt.
  • 16 ist eine Abbildung einer lichtmikroskopischen Aufnahme, die eine externe Oberfläche (einen Gleitbereich davon) eines Stifttestteils nach dem vierten Reibungstest zeigt.
  • 17 ist ein Diagramm, das ein Infrarot-Absorptionsspektrum des ersten und zweiten Gleitprodukts nach einer Mikroskop-Transmissionsmethode zeigt.
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Infrarot-Absorptionsspektrum des dritten und vierten Gleitprodukts nach einer Mikroskop-Transmissionsmethode zeigt.
  • 19 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des ersten Gleitprodukts zeigt.
  • 20 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des zweiten Gleitprodukts zeigt.
  • 21 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des dritten Gleitprodukts zeigt.
  • 22 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C2H5 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • 23 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C9H7 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • 24 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C7H7 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • 25 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des ersten Gleitprodukts zeigt.
  • 26 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des zweiten Gleitprodukts zeigt.
  • 27 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C7H5O2 – zur Negativionen-Gesamtintensität im ersten und zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • 28 ist ein Diagramm (Teil 1), das ein durch Totalreflexionsabsorptionsspektroskopie (mikroskopische ATR-Spektroskopie) erhaltenes Infrarot-Absorptionsspektrum eines PLC-Films nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 29 ist ein Diagramm (Teil 2), das das durch mikroskopische ATR-Spektroskopie erhaltene Infrarot-Absorptionsspektrum des PLC-Films nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 30 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum eines PLC-Films (eines Gleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt.
  • 31 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt.
  • 32 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum eines PLC-Films (eines Gleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 33 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 34 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum eines PLC-Films (eines Gleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt.
  • 35 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt.
  • 36 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum eines PLC-Films (eines Gleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 37 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • Ausführungsart der Erfindung
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Hauptteil eines Gleitsystems 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Gleitsystem 1 umfasst ein Gleitelement 2 und ein Gleitgegenelement 3, bei dem es sich um ein auf das Gleitelement 2 abgestimmtes Material handelt. Das Gleitelement 2 ist so vorgesehen, dass das Gleitelement 2 relativ zum Gleitgegenelement 3 gleiten kann. Was das Gleitelement 2 und das Gleitgegenelement 3 angeht, so kann nur das Gleitelement 2 gegenüber dem stillstehenden Gleitgegenelement 3 gleiten (bewegt werden) oder nur das Gleitgegenelement 3 gegenüber dem stillstehenden Gleitelement 2 gleiten (bewegt werden). Alternativ dazu können sowohl das Gleitelement 2 als auch das Gleitgegenelement 3 bewegt werden, damit das Gleitelement 2 relativ zum Gleitgegenelement 3 gleiten kann.
  • Das Gleitelement 2 umfasst ein erstes Substrat 4 mit einer Oberfläche (untere Oberfläche in 1) und einer reibungsarmen Beschichtung (einem Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff, einer ersten Beschichtung) 5, mit der mindestens ein Teil der Oberfläche des ersten Substrats 4 bedeckt ist. Das erste Substrat 4 ist aus Oxidkeramik (Keramik) oder Metall ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Oxidkeramik ZrO2 (genauer yttriumstabilisiertes Zirconiumdioxid (YSZ)). Das ZrO2 kann gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Beispielsweise umfasst das Metall Palladium (Pd) und/oder SUJ2 (kohlenstoffreiches chromhaltiges Stahlmaterial). Die Oxidkeramik und das Metall haben katalytische Eigenschaften und sind in der Lage, unter Wasserstoffatmosphärenumgebung Wasserstoffmoleküle zu dissoziieren und zu adsorbieren und dadurch aktiven Wasserstoff (H+) zu erzeugen.
  • Bei der reibungsarmen Beschichtung 5 handelt es sich um einen Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff. Die reibungsarme Beschichtung 5 enthält eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe (wie eine Alkylgruppe), eine Carbonylgruppe (-C(=O)-), eine aromatische Komponente (C7H7 +) und eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente (C9H7 +). Die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe zeigt in einem Infrarot-Absorptionsspektrum (Mikroskop-Transmissionsmethode) einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1. Die Carbonylgruppe zeigt in einem Infrarot-Absorptionsspektrum (Mikroskop-Transmissionsmethode) einen Peak im Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1. Die aromatische Komponente (C7H7 +) zeigt in einem durch TOF-SIMS (Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie) erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1. Die auf einem kondensierten Ring basierende Komponente (C9H7 +) zeigt in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2. Die reibungsarme Beschichtung 5 fungiert als Gleitfläche 6, die gegenüber einer Gleitgegenfläche 7 des Gleitgegenelements 3 gleitet.
  • Die Filmdicke (durchschnittliche Dicke) der reibungsarmen Beschichtung 5 beträgt 2 nm bis 1000 nm. Die Filmdicke beträgt weiter bevorzugt 2 nm bis 500 nm.
  • Das Gleitgegenelement 3 umfasst ein zweites Substrat 8 mit einer Oberfläche (obere Oberfläche in 1) und einen Film aus PLC (Polymer-Like Carbon, polymerähnlichem Kohlenstoff) 9, mit dem mindestens ein Teil der Oberfläche des zweiten Substrats 8 bedeckt ist. Das zweite Substrat 8 ist aus einem Stahlmaterial wie Werkzeugstahl, unlegiertem Stahl, nichtrostendem Stahl, Chrom-Molybdän-Stahl oder kohlenstoffreichem chromhaltigem Stahl ausgebildet.
  • Bei dem PLC-Film 9 handelt es sich um einen Film auf Basis von amorphem Kohlenstoff, der als Hauptkomponente kurzkettige Moleküle auf Polyacetylen-Basis enthält. Der PLC-Film 9 ist eine durch ein Ionisationsdampfabscheidungsverfahren mit daran angelegter geringer Vorspannung oder hoher Vorspannung unter einer Atmosphärenumgebung von auf Kohlenwasserstoff basierendem Gas (wie Toluol (C7H8)) gebildete Beschichtung. Der PLC-Film 9 hat einen Youngschen Elastizitätsmodul von 200 GPa bis 250 GPa. Die äußerste Fläche des PLC-Films 9 zeigt in einem Infrarot-Absorptionsspektrum (Mikroskop-Transmissionsmethode) einen Peak im Bereich von 3000 cm–1 bis 4,000 cm–1. Wenn ein Film auf Basis von amorphem Kohlenstoff mit einer daran angelegten hohen Vorspannung hergestellt wird, können Wasserstoff und/oder Sauerstoff zu dem Film auf Basis von amorphem Kohlenstoff hinzugefügt werden. Der PLC-Film 9 fungiert als Gleitgegenfläche 7, die die Gleitfläche 6 des Gleitelements 2 gleitend kontaktiert. Bei der Gleitfläche 6 und der Gleitgegenfläche 7 kann es sich um flache Oberflächen, wie in 1 gezeigt, oder um sphärische Oberflächen oder andere Oberflächen handeln.
  • Einer Gleitgrenzfläche zwischen der Gleitfläche 6 und der Gleitgegenfläche 7 (das heißt zwischen der reibungsarmen Beschichtung 5 und dem PLC-Film 9) wird kein Schmiermittel wie flüssiges Schmiermittel zugeführt. Das heißt, dass in dem Gleitsystem 1 der Gleitvorgang unter ungeschmierten Bedingungen durchgeführt wird.
  • Beispiele für das Gleitsystem 1 können ein Lager, eine Dichtung, ein Schwungrad, eine Schere, eine Tauchkolbenpumpe, ein künstliches Gelenk usw. umfassen. Außerdem können Beispiele für das Lager ein Kugellager, ein Rollenlager wie ein Kegelrollenlager, ein Lager mit Separatoren, ein Gleitlager usw. umfassen.
  • Bei Verwendung eines Kugellagers als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine Innenfläche eines Käfigs umfassen und die Gleitfläche 6 Außenflächen von Kugeln aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen. Bei Verwendung eines Kugellagers vom Außenringführungstyp, bei dem ein Außendurchmesser eines Käfigs durch einen inneren Umfang eines äußeren Rings geführt wird, oder eines Kugellagers vom Innenringführungstyp, bei dem ein Innendurchmesser eines Käfigs durch einen äußeren Umfang eines inneren Rings geführt wird, kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine geführte Oberfläche des Käfigs umfassen und die Gleitfläche 6 eine Führungsoberfläche des inneren oder äußeren Rings, der den Käfig führt und aus Oxidkeramik (wie ZrO2), Metall (wie SUJ2 oder Palladium) oder dergleichen besteht, umfassen.
  • Bei Verwendung eines Kegelrollenlagers als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, die Endfläche eines Flanschs umfassen und die Gleitfläche 6 eine äußere Umfangsfläche einer Rolle umfassen. Alternativ dazu kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, die äußere Umfangsfläche der Rolle umfassen und die Gleitfläche 6 die Endfläche eines Flanschs aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung eines Lagers mit Separatoren als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, die Separatoren umfassen und die Gleitfläche 6 Außenflächen von Kugeln aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung eines Gleitlagers als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine innere Umfangsfläche des Gleitlagers umfassen und die Gleitfläche 6 eine äußere Umfangsfläche eines Schafts aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung einer Dichtung als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine äußere Umfangsfläche eines Schafts umfassen und die Gleitfläche 6 eine Dichtungsfläche der Dichtung aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung einer Schere als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine Klingenfläche einer der Klingen umfassen und die Gleitfläche 6 eine Klingenfläche der anderen Klinge aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung einer Tauchkolbenpumpe als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine Außenfläche eines Kolbens (Tauchkolbens) umfassen und die Gleitfläche 6 eine feststehende Nockenplatte aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • Bei Verwendung eines künstlichen Gelenks als Gleitsystem 1 kann die Gleitgegenfläche 7, wo der PLC-Film 9 angeordnet ist, eine aufnahmeseitige Kontaktfläche umfassen und die Gleitfläche 6 eine knochenseitige Kontaktfläche aus Oxidkeramik (wie ZrO2) oder Metall (wie SUJ2 oder Palladium) umfassen.
  • In dem oben beschriebenen Gleitsystem 1 ist die Gleitfläche 6 in einem Element vorgesehen und die Gleitgegenfläche 7 in dem anderen Element vorgesehen. Die Gleitfläche 6 kann jedoch in dem anderen Element vorgesehen sein, und die Gleitgegenfläche 7 kann in dem einen Element vorgesehen sein.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Filmherstellungsapparatur 11, die bei der Herstellung einer in dem Gleitelement 2 enthaltenen reibungsarmen Beschichtung 5 verwendet wird, zeigt. Die Filmherstellungsapparatur 11 weist eine kastenartige Kammer 12 mit einem Innenraum auf. Das Gleitelement 2 und das Gleitgegenelement 3 werden im Innenraum 10 der Kammer 12 empfangen. Die Filmherstellungsapparatur 11 umfasst ferner einen Haltesockel 13, der im Innenraum 10 der Kammer 12 vorgesehen ist. In 2 handelt es sich bei dem Haltesockel 13 um einen Haltesockel zum Halten des Gleitgegenelements 3, und der Haltesockel 13 ist im Innenraum 10 der Kammer 12 fest angeordnet. Das im Innenraum 10 der Kammer 12 getragene Gleitgegenelement 3 ist auf dem Haltesockel 13 angebracht und wird durch den Haltesockel 3 gehalten. Das Gleitelement 2 ist auf dem Gleitgegenelement 3 angebracht.
  • Zum Gleiten der Gleitfläche 6 des Gleitelements 2 relativ zur Gleitgegenfläche 7 des Gleitgegenelements 3 umfasst die Filmherstellungsapparatur 11 einen Treibmechanismus 14 zum Treiben (Bewegen) des Gleitelements 2 und einen Lastaufbringungsmechanismus 15 zum Aufbringen einer Drucklast auf das Gleitelement 2, um das Gleitelement 2 gegen das Gleitgegenelement 3 zu drücken. Bei dem Treibmechanismus 14 handelt es sich beispielsweise um einen Mechanismus mit einem Motor. Außerdem umfasst die Filmherstellungsapparatur 11 eine Steuereinheit 16 zur Steuerung des Betriebs jeder in der Filmherstellungsapparatur 11 vorgesehenen Vorrichtung und zum Öffnen/Schließen jedes in der Filmherstellungsapparatur 11 vorgesehenen Ventils. Bei dem Treibmechanismus 14 handelt es sich beispielsweise um eine Direktbewegungsvorrichtung, die durch eine Kombination eines Motors und einer Kugelumlaufspindel arrangiert ist. Bei dem Lastaufbringungsmechanismus 15 handelt es sich beispielsweise um ein Gewicht.
  • Eine Abgasleitung 17 zum Ausleiten von Gas aus dem Innenraum 10 der Kammer 12 ist in einem unteren Teil der Kammer 12 vorgesehen. Wenngleich 2 eine Ausgestaltung zeigt, in der die Abgasleitung 17 im unteren Teil der Kammer 12 vorgesehen ist, kann die Abgasleitung 17 auch in einer anderen Position als dem unteren Teil in der Kammer 12 vorgesehen sein.
  • Wenngleich die Beschreibung in 2 auf der Annahme basiert, dass der Treibmechanismus 14 und der Lastaufbringungsmechanismus 15 vorgesehen sind, müssen der Treibmechanismus 14 und der Lastaufbringungsmechanismus 15 nicht vorgesehen sein, solange das Gleitelement 2 und das Gleitgegenelement 3 so konfiguriert sind, dass sie in einem Zustand gegeneinander gleiten können, in dem eine Last zwischen dem Gleitelement 2 und dem Gleitgegenelement 3 aufgebracht wird.
  • Außerdem ist ein Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 vorgesehen, das eine Wand (beispielsweise eine Seitenwand 18) der Kammer 12 durchdringt. An das Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 sind ein Wasserstoffgasrohr 20, ein Alkoholrohr 22, ein Wasserrohr 23 und ein Stickstoffgasrohr 33 angeschlossen. Dem Wasserstoffgasrohr 20 wird Wasserstoffgas (H2) aus einer Wasserstoffgasvorratsquelle zugeführt. Dem Alkoholrohr 22 wird Alkohol als Beispiel für eine Substanz auf Kohlenwasserstoffbasis aus einem Alkoholgefäß 37 zugeführt. Dem Wasserrohr 23 wird Wasser aus einem Wassergefäß 38 zugeführt. Dem Stickstoffgasrohr 33 wird Stickstoffgas (N2) aus einer Stickstoffgasvorratsquelle zugeführt. In dem Wasserstoffgasrohr 20 sind ein Wasserstoffgasventil 24 zum Öffnen/Schließen des Wasserstoffgasrohrs 20 und ein Wasserstoffgas-Durchflussregelventil 25 zum Verändern des Öffnungsgrads des Wasserstoffgasrohrs 20 angeordnet. In dem Alkoholrohr 22 sind ein Alkoholventil 28 zum Öffnen/Schließen des Alkoholrohrs 22 und ein Alkohol-Durchflussregelventil 29 zum Verändern des Öffnungsgrads des Alkoholrohrs 22 angeordnet. In dem Wasserrohr 23 sind ein Wasserventil 30 zum Öffnen/Schließen des Wasserrohrs 23 und ein Wasser-Durchflussregelventil 31 zum Verändern des Öffnungsgrads des Wasserrohrs 23 angeordnet. In dem Stickstoffgasrohr 33 sind ein Stickstoffgasventil 34 zum Öffnen/Schließen des Stickstoffgasrohrs 33 und ein Stickstoffgas-Durchflussregelventil 35 zum Verändern des Öffnungsgrads des Stickstoffgasrohrs 33 angeordnet. Als Alkohol in dem Alkoholgefäß 37 liegen flüssiger Alkohol, aus dem flüssigen Alkohol verdampfter gasförmiger Alkohol und Trägergas vor. Die Temperatur des Alkoholgefäßes 37 ist auf 20°C ± 5°C eingestellt. Gasförmiger Alkohol aus dem Alkoholgefäß 37 und Trägergas aus dem Außenstrom strömen in das Alkoholrohr 22. Als Wasser in dem Wassergefäß 38 liegen flüssiges Wasser und aus dem flüssigen Wasser verdampfter gasförmiger Wasserdampf vor. Die Temperatur des Wassergefäßes 38 ist auf 20°C ± 5°C eingestellt. Gasförmiger Wasserdampf aus dem Wassergefäß 38 und Trägergas aus dem Außenstrom strömen in das Wasserrohr 23.
  • Der dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 zugeführte Alkohol umfasst Methanol (CH3OH), Ethanol (C2H5OH), 1-Propanol (CH3CH2CH2OH) und/oder 2-Propanol (CH3CH(OH)CH3).
  • Wenn das Wasserstoffgasventil 24 in einem Zustand geöffnet wird, in dem das Wasserstoffgasrohr 20 auf einen großen Öffnungsgrad eingestellt worden ist, wird dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 eine große Wasserstoffdurchflussrate aus dem Wasserstoffgasrohr 20 zugeführt. Wenn das Alkoholventil 28 und/oder das Wasserventil 30 dabei geöffnet werden, werden dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 eine kleine Durchflussrate von Alkoholgas und Wasserstoffgas (H2) als Trägergas von außen und/oder eine kleine Durchflussrate von Wasserdampf und Wasserstoffgas (H2) als Trägergas von außen zugeführt und beim Strömen durch das Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 in ausreichendem Maße mit der großen Durchflussrate von Wasserstoffgas (H2) gemischt (bewegt). Infolge dieses Mischens wird spezielles Wasserstoffgas (Gas, das Wasserstoff und Alkohol (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) und/oder Wasser (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) enthält) erzeugt. Der Alkohol und/oder das Wasser sind in dem erzeugten speziellen Wasserstoffgas verdampft worden. Das erzeugte spezielle Wasserstoffgas wird aus einer Einlassöffnung 32 am Frontende des Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 in den Innenraum 10 der Kammer 12 eingetragen. So wird eine spezielle Wasserstoffgasatmosphäre als Atmosphäre des Innenraums 10 erhalten. Im Übrigen enthält die spezielle Wasserstoffgasatmosphäre keinen Sauerstoff.
  • Wenn das Stickstoffgasventil 34 in einem Zustand geöffnet wird, in dem das Stickstoffgasrohr 33 auf einen großen Öffnungsgrad eingestellt worden ist, wird dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 eine große Stickstoffdurchflussrate aus dem Stickstoffgasrohr 33 zugeführt. Wenn das Alkoholventil 28 und/oder das Wasserventil 30 dabei geöffnet werden, werden dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 eine kleine Durchflussrate von Alkoholgas und Stickstoffgas (N2) als Trägergas von außen und/oder eine kleine Durchflussrate von Wasserdampf und Stickstoffgas (N2) als Trägergas von außen zugeführt und beim Strömen durch das Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 in ausreichendem Maße mit der großen Durchflussrate von Stickstoffgas (N2) gemischt (bewegt). Infolge dieses Mischens wird spezielles Stickstoffgas (Gas, das Stickstoff und Alkohol (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) und/oder Wasser (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) enthält) erzeugt. Der Alkohol und/oder das Wasser sind in dem erzeugten speziellen Stickstoffgas verdampft worden. Das erzeugte spezielle Stickstoffgas wird in den Innenraum 10 der Kammer 12 eingetragen. So wird eine spezielle Stickstoffgasatmosphäre als Atmosphäre des Innenraums 10 erhalten. Im Übrigen enthält die spezielle Stickstoffgasatmosphäre keinen Sauerstoff.
  • Wenn das Alkoholventil 28 und/oder das Wasserventil 30 in einem Zustand geöffnet werden, in dem das Wasserstoffgasventil 24 und das Stickstoffgasventil 34 geöffnet worden sind, wird spezielles Stickstoff/Wasserstoff-Gas (Gas, das Stickstoff und Wasserstoff und Alkohol (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) und/oder Wasser (hydroxylgruppenhaltige Verbindung) enthält) erzeugt. Das erzeugte spezielle Stickstoff/Wasserstoff-Gas wird in den Innenraum 10 der Kammer 12 eingetragen. So wird eine spezielle Stickstoff/Wasserstoff-Gasatmosphäre als Atmosphäre des Innenraums 10 erhalten. Im Übrigen enthält die spezielle Stickstoff/Wasserstoff-Gasatmosphäre keinen Sauerstoff.
  • Die 3A und 3B sind Schnittansichten, die einen Gleitvorgang zwischen dem Gleitelement 2 und dem Gleitgegenelement 3 zeigen. Ein Herstellungsbeispiel, bei dem die reibungsarme Beschichtung 5 durch Verwendung der Filmherstellungsapparatur 11 auf der Gleitfläche 6 des Gleitelements 2 ausgebildet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Bei Bedarf wird auf die 3A und 3B Bezug genommen.
  • Zur Herstellung (Bildung) der reibungsarmen Beschichtung 5 durch Verwendung der Filmherstellungsapparatur 11 werden das Gleitelement 2 und das Gleitgegenelement 3 in den Innenraum 10 der Kammer 12 eingebracht. Das eingebrachte Gleitgegenelement 3 wird mit der Gegengleitfläche 7 nach oben auf dem Haltesockel 13 angebracht. Andererseits wird das eingebrachte Gleitelement 2 mit der Gleitfläche 6 nach unten auf dem Gleitgegenelement 3 angebracht. Im Übrigen wird die reibungsarme Beschichtung 5 nicht zu dem Zeitpunkt auf der Gleitfläche 6 des Gleitelements 2 gebildet, zu dem das Gleitelement 2 in den Innenraum 10 eingetragen wird. Das heißt, die Gleitfläche 6 ist aus Oxidkeramik oder Metall ausgebildet.
  • Nach dem Eintragen des Gleitelements 2 und des Gleitgegenelements 3 in den Innenraum 10 der Kammer 12 öffnet die Steuereinheit 16 das Wasserstoffgasventil 24 und/oder das Stickstoffgasventil 34 und das Alkoholventil 28 und/oder das Wasserventil 30 zur Zuführung von Behandlungsgas aus der Einlassöffnung 32 des Behandlungsgaseinleitungsrohrs 19 zum Innenraum 10 der Kammer 12 (Zuführungsschritt). Beispielsweise sei angenommen, dass das Behandlungsgas spezielles Wasserstoffgas enthält und dem Wasserstoffgas in dem speziellen Wasserstoffgas eine sehr kleine Menge gasförmiger Alkohol und eine sehr kleine Menge gasförmiger Wasserdampf zugesetzt wird. Neben dem Wasserstoffgas enthält das spezielle Wasserstoffgas gasförmigen Alkohol und gasförmigen Wasserdampf, beispielsweise in einem Volumenverhältnis [Alkohol/(Alkohol + Wasser)] von 4 bis 44%. Das Volumenverhältnis ist ein Verhältnis einer Durchflussrate von den gasförmigen Alkohol enthaltendem Trägergas in dem Alkoholgefäß 37 zu einem Gesamtwert der Strömungsrate des den gasförmigen Alkohol enthaltenden Trägergases in dem Flüssigalkoholgefäß 37 und einer Durchflussrate von das gasförmige Wasser enthaltendem Trägergas in dem Wassergefäß 38.
  • Das der Kammer 12 zugeführte Behandlungsgas breitet sich über den gesamten Innenraum 10 der Kammer 12 aus. Somit wird die Atmosphäre (Luft) im Innenraum 10 der Kammer 12 durch eine das Behandlungsgas enthaltene Atmosphäre ersetzt. Im Übrigen ist in dem Behandlungsgas kein Sauerstoff enthalten.
  • Nach dem Füllen des Innenraums 10 der Kammer 12 mit der Atmosphäre des Behandlungsgases (in dem Zustand, in dem die Atmosphäre des Behandlungsgases im Innenraum 10 erhalten worden ist) steuert die Steuereinheit 16, die eine kontinuierliche Zufuhr des Behandlungsgases erlaubt, den Treibmechanismus 14, um mit dem Gleiten (Gleitschritt) der Gleitfläche 6 (Gleitelement 2) gegenüber der Gleitgegenfläche 7 (Gleitgegenelement 3) zu beginnen, wobei eine Drucklast von der Gleitfläche 6 auf die Gleitgegenfläche 7 aufgebracht wird, wie in 3A gezeigt. Die zwischen der Gleitfläche 6 und der Gleitgegenfläche 7 während des Gleitens erzeugte Hertzsche Pressung aufgrund der aufgebrachten Drucklast ist nicht kleiner als 1,0 GPa. Weiter bevorzugt beträgt die Hertzsche Pressung 1,3 Ga bis 2,4 GPa.
  • Nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums (beispielsweise 30 Minuten) ab dem Beginn des Gleitens der Gleitfläche 6 werden das Alkoholventil 28 und das Wasserventil 30 geschlossen, um die Zufuhr des Alkohols und des Wassers zum Innenraum 10 zu beenden.
  • Mit der gegenüber der Gleitgegenfläche 7 gleitenden Gleitfläche 6 wird aufgrund der katalytischen Wirkung der Gleitfläche 6 (ZrO2 oder dergleichen) die reibungsarme Beschichtung 5 als Ergebnis des Gleitens der Gleitfläche 6 gegenüber der Gleitgegenfläche 7 auf der Gleitfläche 6 gebildet. Die reibungsarme Beschichtung 5 zeigt einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten in der Größenordnung von 10–4 (unter 0,001). Aufgrund der auf der Gleitfläche 6 des Gleitelements 2 bereitgestellten reibungsarmen Beschichtung 5 kann ein Reibungsausblendungszustand (friction fade out, im Folgenden als „FFO“ bezeichnet) erzeugt werden, der einen Reibungskoeffizienten in der Größenordnung von 10–4 zeigt. Mit anderen Worten nimmt als Ergebnis des Gleitens der Gleitfläche 6 gegenüber der Gleitgegenfläche 7 der Reibungskoeffizient gemäß der Reibung allmählich ab, so dass FFO erzeugt werden kann.
  • Bei der reibungsarmen Beschichtung 5 handelt es sich um einen transparenten Film, der die gleiche Härte wie der PLC-Film 9 aufweist und Interferenzstreifen zeigt. In der Oberfläche und innerhalb der reibungsarmen Beschichtung 5 werden Blasen erzeugt.
  • Nach Auffassung des vorliegenden Erfinders et. al ist ein Mechanismus zur Bildung der reibungsarmen Beschichtung 5 (die FFO erzeugt) wie folgt.
  • Das heißt, mit dem Gleiten (Reibung) der Gleitfläche 6 wird die äußerste Fläche des PLC-Films 9 infolge der Reibung zu einem Abriebpulver gemacht und auf die Gleitfläche 6 übertragen. Das heißt, auf der Gleitfläche 6 wird ein von dem PLC-Film 9 übertragener Transferfilm gebildet. Gemäß dem Fortschritt des Gleitens reiben der PLC-Film 9 und der Transferfilm gegeneinander.
  • Metall (wie SUJ2 oder Palladium) oder Oxidkeramik (ZrO2), das bzw. die die Gleitfläche 6 bildet, hat katalytische Eigenschaften und ist in der Lage, Wasserstoffmoleküle zu dissoziieren und adsorbieren und dadurch aktiven Wasserstoff zu erzeugen. Daher kann aufgrund der katalytischen Wirkung der Gleitfläche 6 aktiver Wasserstoff an der Gleitgrenzfläche als Ergebnis des Gleitens der Gleitfläche 6 gegenüber dem PLC-Film 9 bereitgestellt werden.
  • Der in der Atmosphäre des Innenraums 10 enthaltene Alkohol wird durch die saure katalytische Wirkung des aktiven Wasserstoffs in der Gleitfläche 6 hydrogecrackt, so dass flüchtiges Gas auf dem Transferfilm gebildet werden kann. Es wird daher angenommen, dass in der Reibungsfläche (Gleitgrenzfläche) des Transferfilms eine Gasmolekülschicht des flüchtigen Gases gebildet wird. Die Gasmolekülschicht hat eine Dicke, die einigen Molekülen entspricht. Es wird daher angenommen, dass FFO aufgrund von Einzelmolekülgasschmierung des flüchtigen Gases erzeugt werden kann. Das heißt, die reibungsarme Beschichtung 5 wird auf der Basis des die Schicht aus flüchtigem Gas enthaltenden Transferfilms gebildet.
  • Außerdem wird in der Ausführungsform dann, wenn ein vorbestimmter Zeitraum nach dem Beginn des Gleitens der Gleitfläche 6 verstrichen ist, die Zufuhr von Alkohol und Wasser beendet. Somit kann Feuchtigkeit (Wasser) aus der Atmosphäre des Innenraums 10 eliminiert werden. Feuchtigkeit (Wasser) kann als Katalysatorgift wirken und dadurch die katalytische Wirkung von Oxidkeramik (ZrO2) oder Metall (SUJ oder Palladium) abschwächen. Somit kann bei Eliminierung von Feuchtigkeit (Wasser) die katalytische Wirkung der Oxidkeramik bzw. des Metalls stabilisiert werden.
  • Nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Beginn des Gleitens der Gleitfläche 6 schließt die Steuereinheit 16 die offenen Ventile (das Wasserstoffgasventil 24, das Alkoholventil 28, das Wasserventil 30, das Stickstoffgasventil 34 usw.), um das Eintragen des Behandlungsgases aus dem Behandlungsgaseinleitungsrohr 19 zu beenden. Danach trägt die Steuereinheit 16 das Gleitelement 2 und das Gleitgegenelement 3 aus dem Innenraum 10 der Kammer 12 aus.
  • Bei Verwendung von Methanol als Alkohol ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis einer Durchflussrate von gasförmiges Methanol enthaltendem Trägergas in dem Alkoholgefäß 37 zu einer Summe der Durchflussrate des das gasförmige Methanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 und einer Durchflussrate von gasförmigen Wasserdampf enthaltendem Trägergas in dem Wassergefäß 38 6% bis 15% beträgt. FFO kann selbst dann erzeugt werden, wenn das Verhältnis der Durchflussrate des das gasförmige Methanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 zu der Summe der Durchflussrate des das gasförmige Methanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 und der Durchflussrate des den gasförmigen Wasserdampf enthaltenden Trägergases in dem Wassergefäß 38 einen anderen Wert aufweist (was 100% einschließen kann).
  • Bei Verwendung von Ethanol als Alkohol ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis einer Durchflussrate von gasförmiges Ethanol enthaltendem Trägergas in dem Alkoholgefäß 37 zu einer Summe der Durchflussrate des das gasförmige Ethanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 und einer Durchflussrate von gasförmigen Wasserdampf enthaltendem Trägergas in dem Wassergefäß 38 6% bis 30% beträgt. FFO kann selbst dann erzeugt werden, wenn das Verhältnis der Durchflussrate des das gasförmige Ethanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 zu der Summe der Durchflussrate des das gasförmige Ethanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 und der Durchflussrate des den gasförmigen Wasserdampf enthaltenden Trägergases in dem Wassergefäß 38 einen anderen Wert aufweist (was 100% einschließen kann). FFO kann jedoch in einem stabilen Zustand und über einen langen Zeitraum insbesondere dann erzeugt werden, wenn das Verhältnis der Durchflussrate des das gasförmige Ethanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 zu der Summe der Durchflussrate des das gasförmige Ethanol enthaltenden Trägergases in dem Alkoholgefäß 37 und der Durchflussrate des den gasförmigen Wasserdampf enthaltenden Trägergases in dem Wassergefäß 38 15% bis 25% beträgt.
  • Als Nächstes werden die durch Verwendung eines ersten Reibungstestgeräts 41 durchgeführten ersten bis vierten Reibungstests beschrieben.
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausgestaltung des ersten Reibungstestgeräts 41 zeigt. 5A ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Oberfläche jedes der in dem ersten und zweiten Reibungstest zu messenden Plattentestteile 42 zeigt. 5B ist eine Tabelle, die physikalische Eigenschaften und ein Filmherstellungsverfahren eines in der Oberfläche des Plattentestteils 42 gebildeten zweischichtigen Films 43 zeigt.
  • Als erstes Reibungstestgerät 41 wurde ein in 4 gezeigtes hin- und hergehendes Gleitreibungstestgerät vom Stift-Platte-Typ verwendet. Als zu testendes Stifttestteil 44 wurde eine einer Wärmebehandlung bei 200°C in der Atmosphäre über einen Zeitraum von 24 Stunden unterworfene Kugel aus ZrO2 (YSZ) mit einem Durchmesser von 4,8 mm verwendet. Auf das zu testende Stifttestteil 44 wurde ein Gewicht 71 gestellt, und das Gewicht des Gewichts 71 wurde so verändert, dass eine auf das zu testende Stifttestteil 44 aufgebrachte Last verändert werden konnte.
  • Das erste Reibungstestgerät 41 ist beispielsweise mit einer zylindrischen Kammer 45 versehen, und das Stifttestteil 44 wird in der Kammer 45 aufgenommen. Die Kammer 45 umfasst einen Acryl-Kammerkörper 46 mit einer zylindrischen Form mit Boden und eine Acryl-Abdeckung 47, die die Oberseite des Kammerkörpers 46 schließt. In der Abdeckung 47 ist eine lange Öffnung 48 in einer Gleitrichtung des Stifttestteils 44 ausgebildet, und das Stifttestteil 44 wird in der Öffnung 48 angeordnet. In einem Bodenteil der Kammer 45 ist ein Haltesockel 49 zum Halten des Plattentestteils 42 angeordnet. Es ist ein Gaseinleitungsrohr 51 vorgesehen, das eine Umfangswand 50 des Kammerkörpers 46 durchdringt. Mit dem Gaseinleitungsrohr 51 sind eine erste Leitung 52 und eine zweite Leitung 53 verbunden. Über die erste Leitung 52 wird Wasserstoffgas zugeführt, und über die zweite Leitung 53 wird gasförmigen Alkohol und gasförmigen Wasserdampf enthaltendes Wasserstoffgas zugeführt. In der ersten Leitung 52 sind ein erstes Ventil 54, ein erstes Durchflussregelventil 55 und ein erster Durchflussmesser 56 angeordnet. Die erste Leitung 52 wird durch das erste Ventil 54 geöffnet/geschlossen. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases in der ersten Leitung 52 wird durch das erste Durchflussregelventil 55 geregelt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases in der ersten Leitung 52 wird durch den ersten Durchflussmesser 56 ermittelt. In der zweiten Leitung 53 sind ein zweites Ventil 57, ein zweites Durchflussregelventil 58, ein zweiter Durchflussmesser 59 und ein Alkohol/Wasser-Gefäß 60 angeordnet. Die zweite Leitung 53 wird durch das zweite Ventil 57 geöffnet/geschlossen. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases in der zweiten Leitung 53 wird durch das zweite Durchflussregelventil 58 geregelt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases in der zweiten Leitung 53 wird durch den zweiten Durchflussmesser 59 ermittelt. Alkohol und Wasser werden in dem Alkohol/Wasser-Gefäß 60 aufbewahrt. Die Temperatur des Alkohol/Wasser-Gefäßes 60 ist auf 20°C ± 5°C eingestellt. In dem Alkohol/Wasser-Gefäß 60 liegen Alkohol und Wasser als Lösung von flüssigem Alkohol und flüssigem Wasser und aus der Lösung verdampfter gasförmiger Alkohol und gasförmiger Wasserdampf vor. Wenn das zweite Ventil 57 geöffnet wird, strömt Wasserstoffgas durch die zweite Leitung 53, und das Wasserstoffgas wird dem Alkohol/Wasser-Gefäß 60 zugeführt. Wenn das Wasserstoffgas in dem Alkohol/Wasser-Gefäß 60, in dem Alkohol und Wasser aufbewahrt werden, zirkuliert, werden gasförmiger Alkohol und gasförmiger Wasserdampf durch das Wasserstoffgas befördert und erreichen somit das Gaseinleitungsrohr 51. Wenn das zweite Ventil 57 geöffnet wird und das erste Ventil 54 geöffnet wird, wird dann das den gasförmigen Alkohol und den gasförmigen Wasserdampf enthaltende Wasserstoffgas über das Gaseinleitungsrohr 51 der Kammer 45 zugeführt. Die Kammer 45 wird so bereitgestellt, dass die Atmosphäre in der Kammer 45 gesteuert werden kann.
  • Wie in 5A gezeigt, wurde in dem Plattentestteil 42 ein Siliciumsubstrat 61 mit dem in seiner Oberfläche gebildeten zweischichtigen Film 43 verwendet. Bei dem zweischichtigen Film 43 handelte es sich um einen harten Film auf Kohlenstoffbasis mit einer zweischichtigen Struktur. Auf der Unterschichtseite des zweischichtigen Films 43 befand sich ein Si-DLC-Film 62. Auf der Oberschichtseite des zweischichtigen Films 43 befand sich ein Film 63 aus PLC (Polymer Like Carbon, polymerähnlicher Kohlenstoff). Der Si-DLC-Film 62 wurde durch ein Ionisationsdampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren) unter Verwendung von Ausgangsgas, in dem Toluol und Trimethylsilan (Si(CH3)4) in einer Gasdurchflussrate von 2:3 gemischt waren, gebildet. Der PLC-Film 63 wurde durch ein Ionisationsdampfabscheidungsverfahren gebildet, bei dem nur Toluol als Ausgangsgas verwendet wurde. Eine Vorspannung für die Bildung des PLC-Films wurde auf –0,4 kV eingestellt (niedrige Vorspannung).
  • 5B zeigt den Abscheidungsdruck (Pa) während der Filmbildung, die Vorspannung (kV) während der Filmbildung, die Behandlungstemperatur (K) während der Filmbildung, die Filmdicke (nm), die Feineindruckhärte (GPa), den Youngschen Elastizitätsmodul (GPa), die Position des G-Peaks (cm–1) in einem Raman-Spektrum, die Halbwertsbreite des G-Peaks (FWHM(G), cm–1) im Raman-Spektrum, das Intensitätsverhältnis (I(D)/I(G)) zwischen D-Peak und G-Peak im Raman-Spektrum und die geschätzte Wasserstoffkonzentration (At.-%) in dem Si-DLC-Film 62 und dem PLC-Film 63.
  • 6 ist eine schematische Teilansicht, die eine Ausgestaltung des zweiten Reibungstestgeräts 141 zeigt. Teile, die dem zweiten Reibungstestgerät 141 und dem ersten Reibungstestgerät 41 gemein sind, sind auf die gleiche Weise wie in 4 angegeben und werden hier nicht beschrieben. Das heißt, die Ausgestaltung der Kammer 45 im zweiten Reibungstestgerät 141, die Ausgestaltung des Stifttestteils 44 usw. entsprechen denjenigen im ersten Reibungstestgerät 41 ohne spezielle Beschreibung. Das zweite Reibungstestgerät 141 unterscheidet sich von dem ersten Reibungstestgerät 41 hauptsächlich am Punkt seines Gaszuführungssystems.
  • Ein Gaseinleitungsrohr 51 des Gaszuführungssystems umfasst eine dritte Leitung 101, eine vierte Leitung 102 und eine fünfte Leitung 103. Durch die dritte Leitung 101 wird Stickstoffgas zugeführt. Durch die vierte Leitung 102 wird Wasserstoffgas als Trägergas, das gasförmigen Alkohol und gasförmigen Wasserdampf enthält, zugeführt. Durch die fünfte Leitung 103 wird Wasserstoffgas als Trägergas, das gasförmigen Alkohol, aber keinen gasförmigen Wasserdampf enthält, zugeführt.
  • In der dritten Leitung 101 sind ein drittes Ventil 105, ein drittes Durchflussregelventil 106 und ein dritter Durchflussmesser 107 angeordnet. Die dritte Leitung 101 wird durch das dritte Ventil 105 geöffnet/geschlossen. Die Durchflussrate von Stickstoffgas in der dritten Leitung 101 wird durch das dritte Durchflussregelventil 106 geregelt. Die Durchflussrate von Stickstoffgas in der dritten Leitung 101 wird durch den dritten Durchflussmesser 107 ermittelt.
  • In der vierten Leitung 102 sind ein viertes Ventil 108, ein viertes Durchflussregelventil 109, ein vierter Durchflussmesser 110 und ein Alkohol/Wasser-Gefäß 111 angeordnet. Die vierte Leitung 102 wird durch das vierte Ventil 108 geöffnet/geschlossen. Die Durchflussrate von Wasserstoffgas in der vierten Leitung 102 wird durch das vierte Durchflussregelventil 109 geregelt. Die Durchflussrate von Wasserstoffgas in der vierten Leitung 102 wird durch den vierten Durchflussmesser 110 ermittelt. In dem Alkohol/Wasser-Gefäß 111 liegen gasförmiger Alkohol und gasförmiger Wasserdampf vor. Die Temperatur in dem Alkohol/Wasser-Gefäß 111 ist auf 20°C ± 5°C eingestellt. In dem Alkohol/Wasser-Gefäß 111 liegen Alkohol und Wasser als Lösung von flüssigem Alkohol und flüssigem Wasser und aus der Lösung verdampfter gasförmiger Alkohol und gasförmiger Wasserdampf vor. In dem Alkohol/Wasser-Gefäß 111 sind flüssiger Alkohol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 3:10 gemischt. In durch die vierte Leitung 102 strömendem Behandlungsgas enthaltenes „Ethanol und Wasser“ enthält aus der Lösung, in der flüssiges Ethanol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 3:10 gemischt sind, verdampftes gasförmiges Ethanol und aus der Lösung, in der flüssiges Ethanol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 3:10 gemischt sind, verdampften gasförmigen Wasserdampf, wobei 3 das Volumen des noch nicht gemischten flüssigen Ethanols alleine angibt und 10 das Volumen des noch nicht gemischten flüssigen Wassers alleine angibt. Das so erhaltene Behandlungsgas kann im Folgenden als „Wasserstoffgas (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthält,“ bezeichnet werden. Alternativ dazu können in dem Alkohol/Wasser-Gefäß 111 flüssiger Alkohol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:4 gemischt sein. In dem durch die vierte Leitung 102 strömendem Behandlungsgas enthaltenes „Ethanol und Wasser“ enthält aus der Lösung, in der flüssiges Ethanol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:4 gemischt sind, verdampftes gasförmiges Ethanol und aus der Lösung, in der flüssiges Ethanol und flüssiges Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:4 gemischt sind, verdampften gasförmigen Wasserdampf, wobei 1 das Volumen des noch nicht gemischten flüssigen Ethanols alleine angibt und 4 das Volumen des noch nicht gemischten flüssigen Wassers alleine angibt. Das so erhaltene Behandlungsgas kann im Folgenden als „Wasserstoffgas (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthält,“ bezeichnet werden.
  • In der fünften Leitung 103 sind ein fünftes Ventil 112, ein fünftes Durchflussregelventil 113, ein fünfter Durchflussmesser 114 und ein Alkoholgefäß 115 angeordnet. Die fünfte Leitung 103 wird durch das fünfte Ventil 112 geöffnet/geschlossen. Die Durchflussrate von Wasserstoffgas in der fünften Leitung 103 wird durch das fünfte Durchflussregelventil 113 geregelt. Die Durchflussrate von Wasserstoffgas in der fünften Leitung 103 wird durch den fünften Durchflussmesser 114 ermittelt. In dem Alkoholgefäß 115, in dem nur flüssiger Alkohol (Ethanol) aufbewahrt wird, liegt gasförmiger Alkohol vor. Das Alkoholgefäß 115 enthält kein Wasser, aber Feuchtigkeit, die nicht aus Ethanol eliminiert werden kann. Demgemäß enthält durch die fünfte Leitung 103 strömendes Behandlungsgas praktisch kein Wasser, aber gasförmiges Ethanol. Das so erhaltene Behandlungsgas kann im Folgenden als „Wasserstoffgas (100%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 100 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthält,“ bezeichnet werden.
  • Beim Umschalten des dritten Ventils 105 zwischen Öffnen und Schließen kann Stickstoff als Hauptstrom zwischen Zuführung und Zuführungsstopp umgeschaltet werden. Außerdem kann dann, wenn das vierte und/oder das fünfte Ventil 108 und 112 geöffnet ist bzw. sind, das Komponentenverhältnis zwischen in der Atmosphäre in der Kammer 45 enthaltendem Alkohol und Wasser gesteuert werden. Wenn die Öffnungsgrade der Durchflussregelventile 109 und 113 zusätzlich zur Öffnung der Ventile 108 und 112 eingestellt werden, kann das Komponentenverhältnis zwischen in der Atmosphäre in der Kammer 45 enthaltendem Alkohol und Wasser genauer gesteuert werden.
  • Nun werden der erste und zweite Reibungstest beschrieben.
  • Das Plattentestteil 42 wurde so in das erste Reibungstestgerät 41 eingesetzt, dass die Oberfläche, auf der der zweischichtige Film 43 ausgebildet war, als zu testende Oberfläche verwendet werden konnte. Der folgende erste und zweite Reibungstest (bis zu 28.200-mal wiederholte Hochlasttests) wurden zur Untersuchung eines Erzeugungszustands von FFO durchgeführt, wobei die Größe einer auf die Oberfläche des Plattentestteils 42 durch das Stifttestteil 44 aufgebrachten Last schrittweise um Einheiten von 1,96 N in einem Bereich von 19,6 N bis 58,8 N unter Testbedingungen mit einer Reibungsgeschwindigkeit von 8,0 mm/s, einer Reibungslänge von 4,0 mm und einer Durchflussrate von der Kammer 45 zugeführtem Gas von etwa 2,0 bis 2,5 (Liter/Minute) und ohne Schmierung erhöht wurde.
  • <Erster Reibungstest>
  • Bei dem ersten Reibungstest war die Zufuhr von Wasserstoffgas (Alkohol und Wasser enthaltendem Wasserstoffgas) aus der zweiten Leitung 53 gestoppt. Das heißt, nur das Wasserstoffgas wurde als Zufuhrgas zur Kammer 45 verwendet. Die Temperatur in der Kammer 45 wurde auf 20°C ± 5°C eingestellt, und die Feuchtigkeit in der Kammer 45 wurde auf 0,1 bis 0,3% RF geregelt. Wie durch die gestrichelte Linie in 4 gezeigt, wurde in einem unteren Teil der Kammer 45 ein Gefäß 72 mit Boden aus Polyethylenterephthalat (PET) angeordnet, und in dem Gefäß 72 mit Boden wurde wasserhaltiges Abfalltuch aufbewahrt. Das Gefäß 72 mit Boden wurde über ein Klebeband 73 (wie ein doppelseitiges Klebeband), dessen klebende Oberflächen mit Acrylester als Klebstoff beschichtet worden waren, auf dem unteren Teil der Kammer 45 fixiert. Somit enthielt die Atmosphäre in der Kammer 45 aus dem Acrylester durch Hydrolyse erhaltenes Ethanol.
  • <Zweiter Reibungstest>
  • Die Temperatur in der Kammer 45 wurde auf 20°C ± 5°C eingestellt. Als Zufuhrgas zur Kammer 45 wurde Alkohol und Wasser enthaltendes Wasserstoffgas verwendet. Was das Mischungsverhältnis des Alkohols angeht, so betrug die Vol.-%-Konzentration von noch nicht gemischtem flüssigem Alkohol zum Gesamtvolumen des Volumens des noch nicht gemischten flüssigen Alkohols und des Volumens von noch nicht gemischtem flüssigem Wasser 6,3 bis 1,7%.
  • 7A ist ein Diagramm, das eine aufgebrachte Last bei dem ersten Reibungstest zeigt, und 7B ist ein Diagramm, das einen gemessenen Wert eines Reibungskoeffizienten bei dem ersten Reibungstest zeigt.
  • Beim ersten Reibungstest war der Wert des Reibungskoeffizienten unter der Bedingung, dass die aufgebrachte Last 19,6 N bis 25,5 N betrug, vergleichsweise hoch (0,01 bis 0,03). Als die aufgebrachte Last 27,4 N erreichte, wurde FFO (Friction-Fade-Out-Zustand) mit einem Reibungskoeffizienten der Größenordnung von 10–4 erzeugt. Der Reibungskoeffizient während des FFO zeigte einen Wert unter 3 × 10–4. Selbst bei weiterer Erhöhung der Last danach wurde der Erzeugungszustand von FFO jedoch nicht stabilisiert, sondern es ergab sich eine wiederholte Zunahme und Abnahme des Reibungskoeffizienten. Unter der Bedingung, dass die aufgebrachte Last 58,8 N betrug, wurde FFO vergleichsweise stabil erzeugt.
  • Die Tatsache, dass ein FFO unter 10–4 in einem Zustand ohne flüssiges Schmiermittel erzeugt wird, kann als ein abnormales Phänomen betrachtet werden.
  • 8A ist ein Diagramm, das eine aufgebrachte Last bei dem zweiten Reibungstest zeigt, und 8B ist ein Diagramm, das einen gemessenen Wert eines Reibungskoeffizienten bei dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • Bei dem zweiten Reibungstest wurde unter der Bedingung, dass die aufgebrachte Last nicht weniger als 47,1 N betrug, FFO erzeugt. Der Reibungskoeffizient betrug zu dieser Zeit etwa 0,0002. Bei dem zweiten Reibungstest wurde eine Tendenz zur Erzeugung eines stabilen FFO-Phänomens im Vergleich zum ersten Reibungstest beobachtet. Außerdem wurde bei dem zweiten Reibungstest eine Tendenz zur allmählichen Abnahme des Reibungskoeffizienten mit Zunahme der aufgebrachten Last beobachtet, die vom Fall des ersten Reibungstests etwas verschieden war.
  • Als Nächstes werden der dritte und vierte Reibungstest beschrieben. 9 ist eine Tabelle zur Erklärung einer oberen Schicht des bei dem dritten und vierten Reibungstest zu messenden Plattentestteils 42. Die 10A und 10B sind Tabellen zur Erklärung von Testbedingungen des dritten und vierten Reibungstests.
  • Jedes bei dem dritten und vierten Reibungstest zu messende Plattentestteil 42 weist auf seiner Vorderflächenseite einen zweischichtigen Film 43 auf. Der zweischichtige Film 43 besteht aus einem harten Film auf Kohlenstoffbasis mit einer zweischichtigen Struktur. Bei dem dritten und vierten Reibungstest hat von dem zweischichtigen Film 43 ein eine untere Schicht bildender Si-DLC-Film eine äquivalente Konfiguration wie der Si-DLC-Film 62 (siehe 5A). Dagegen wird von dem zweischichtigen Film 43 ein eine obere Schicht (Oberflächenschicht) bildender Film 163 aus PLC (Polymer Like Carbon) auf eine Weise hergestellt, die sich zum Teil von derjenigen des PLC-Films 63 (siehe 5A) unterscheidet.
  • Die Herstellungsweise des PLC-Films 163 unterscheidet sich von der Herstellungsweise des PLC-Films 63 hauptsächlich an dem Punkt, dass als Vorspannung bei einem Ioninisierungsdampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren) eine hohe Vorspannung (–4,0 kV) verwendet wird. Der auf derartige Weise bereitgestellte PLC-Film 163 ist ein PLC-Film (mit hoher Vorspannung abgeschiedener PLC), der im Vergleich mit dem PLC-Film 63 eine vergleichsweise große Menge einer Graphitkomponente umfasst. Bei dieser Ausführungsform wird auch Wasserstoff zu dem Film hinzugefügt (hydrierter, mit hoher Vorspannung abgeschiedener PLC).
  • Das Plattentestteil 42 wurde so in das zweite Reibungstestgerät 141 eingesetzt, dass die Oberfläche, auf der der zweischichtige Film 43 ausgebildet war, als zu testende Oberfläche verwendet werden konnte. Der dritte und vierte Reibungstest (bis zu 28.200-mal wiederholte Hochlasttests) wurden zur Untersuchung eines Erzeugungszustands von FFO durchgeführt, wobei die Größe einer auf die Oberfläche des Plattentestteils 42 durch das Stifttestteil 44 aufgebrachten Last schrittweise um Einheiten von 1,96 N in einem Bereich von 19,6 N bis 63,7 N unter Testbedingungen mit einer Reibungsgeschwindigkeit von 8,0 mm/s und einer Reibungslänge von 4,0 mm und ohne Schmierung erhöht wurde.
  • Die 10A und 10B sind Tabellen zur Erklärung von Testbedingungen des dritten und vierten Reibungstests.
  • Bei dem dritten und vierten Reibungstest wurde ohne Unterscheidung einer Anfahrumgebung zwischen dem Beginn des Tests und der Erzeugung von FFO und einer FFO-Umgebung nach der Erzeugung von FFO der Kammer 45 jeweils Stickstoffgas mit einer hohen Durchflussrate (5,0 slm) als Hauptstrom zugeführt. Die Temperatur in der Kammer 45 wurde auf 20°C ± 5°C eingestellt.
  • In der Anfahrumgebung bei dem dritten Reibungstest wurden als Unterströme in die Kammer 45 Wasserstoffgas (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer mittleren Durchflussrate (180 sccm) und Wasserstoffgas (100%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 100 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer sehr niedrigen Durchflussrate (5 sccm) zugeführt.
  • Außerdem wurde in der FFO-Umgebung, in der bei dem dritten Reibungstest FFO erzeugt wurde, die Atmosphäre in der Kammer 45 auf eine niedrigere Ethanolkonzentration und Wasserkonzentration als in der Anfahrumgebung eingestellt. Eine Methode zur Einstellung der Ethanolkonzentration und der Wasserkonzentration auf einen niedrigen Wert ist zur Erzeugung von FFO effektiv. Im Einzelnen wurden als Unterströme in die Kammer 45 Wasserstoffgas (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer niedrigen Durchflussrate und Wasserstoffgas (100%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 100 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer sehr niedrigen Durchflussrate zugeführt. Im Einzelnen wurde die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, zu Beginn der Zuführung auf 40 sccm eingestellt und dann auf 20 sccm verringert. Andererseits wurde die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (100%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 100 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, zu Beginn der Zuführung auf 5 sccm eingestellt und dann auf 1 sccm verringert.
  • In der Anfahrumgebung bei dem vierten Reibungstest wurde als Unterstrom in die Kammer 45 Wasserstoffgas (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer mittleren Durchflussrate (180 sccm) zugeführt.
  • Außerdem wurde in der FFO-Umgebung bei dem vierten Reibungstest als Unterstrom in die Kammer 45 Wasserstoffgas (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, mit einer niedrigen Durchflussrate zugeführt. Im Einzelnen wurde die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (20%@), das aus der Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, zu Beginn der Zuführung auf 40 sccm eingestellt und dann auf 30 sccm verringert.
  • 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem gemessenen Wert eines Reibungskoeffizienten bei dem dritten Reibungstest zeigt.
  • Bei dem dritten Reibungstest wurde, wie in 11 gezeigt, die Last schrittweise auf 63,7 N erhöht und nach Erreichen von 63,7 N bei 63,7 N gehalten. Zu und nach dem Zeitpunkt (Gleitzahl etwa 4700-mal), als die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, von 60 sccm auf 40 sccm verringert wurde, fiel der Reibungskoeffizient plötzlich ab, und FFO wurde erzeugt. Zu und nach dem Zeitpunkt (Gleitzahl etwa 5300-mal), als die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, auf 30 sccm verringert wurde, wurde stabiler FFO mit dem Reibungskoeffizienten von nicht mehr als 1 × 10–4 erzeugt. Der Wert des Reibungskoeffizienten von nicht mehr als 1 × 10–4 war ein Rauschniveau (1 mN) im Reibungskraftmesssystem. Danach wurde die Erzeugung von FFO über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten, als die Gleitzahl etwa 9600-mal betrug. Die FFO-Erzeugungszeit betrug etwa 49 Minuten. Im Übrigen wurde die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (23%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 23 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, zu dem Zeitpunkt, als die Gleitzahl etwa 5300-mal betrug, auf 30 sccm und zu dem Zeitpunkt, als die Gleitzeit etwa 9300-mal betrug, auf 20 sccm verringert.
  • 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer aufgebrachten Last und einem gemessenen Wert eines Reibungskoeffizienten bei dem vierten Reibungstest zeigt.
  • Bei dem vierten Reibungstest wurde, wie in 12 gezeigt, die Last schrittweise auf 63,7 N erhöht und nach Erreichen von 63,7 N bei 63,7 N gehalten. Zu und nach dem Zeitpunkt (Gleitzahl etwa 5200-mal), als die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, von 60 sccm auf 40 sccm verringert wurde, fiel der Reibungskoeffizient plötzlich ab, und FFO wurde erzeugt. Zu und nach dem Zeitpunkt (Gleitzahl etwa 5700-mal), als die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, auf 30 sccm verringert wurde, wurde der Reibungskoeffizient verringert. Nach Fortsetzung der Erzeugung von FFO über einen Zeitraum von etwa 10 Minuten wurde der Reibungstest beendet. Während der Erzeugung von FFO wurde einige Male eine vorübergehende Zunahme des Reibungskoeffizienten beobachtet. Der Reibungskoeffizient während der Erzeugung von FFO war jedoch im Allgemeinen zu und nach dem Zeitpunkt (Gleitzahl etwa 5700-mal), als die Zuführungsdurchflussrate des Wasserstoffgases (20%@), das aus einer Lösung mit einer Ethanolkonzentration von 20 Vol.-% erzeugtes Ethanol enthielt, auf 30 sccm verringert wurde, bei 2 × 10–4 stabil.
  • <Messung des Oberflächenzustands>
  • Der Oberflächenzustand der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 nach Beendigung des ersten bis vierten Reibungstests wurde mit einer Formmessmaschine vom Weißlichtinterferenztyp (NewView 5022 von Zygo Corporation) gemessen.
  • Die 13 sind eine Abbildung und ein Diagramm, die den Oberflächenzustand der externen Oberfläche (eines Gleitbereichs davon) des Stifttestteils 44 nach dem ersten Reibungstest zeigen. Die 14 sind eine Abbildung und ein Diagramm, die den Oberflächenzustand der externen Oberfläche (eines Gleitbereichs davon) des Stifttestteils 44 nach dem zweiten Reibungstest zeigen. 13A und 14A sind jeweils eine Abbildung einer lichtmikroskopischen Aufnahme der externen Oberfläche des Stifttestteils 44. 13B zeigt eine Verteilung der Oberflächenhöhe in der externen Oberfläche des entlang der Linie XIIIB-XIIIB in 13A geschnittenen Stifttestteils 44. 14B zeigt eine Verteilung der Oberflächenhöhe in der externen Oberfläche des entlang der Linie XIVB-XIVB in 14A geschnittenen Stifttestteils 44. 15 ist eine Abbildung einer lichtmikroskopischen Aufnahme, die die externe Oberfläche (einen Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 nach dem dritten Reibungstest zeigt. 16 ist eine Abbildung einer lichtmikroskopischen Aufnahme, die die externe Oberfläche (einen Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 nach dem vierten Reibungstest zeigt.
  • Nach der Beendigung des ersten und zweiten Reibungstests ist jeweils ein transparentes filmartiges Produkt an einen kreisförmigen Gleitbereich (der einer Hertzschen Kontaktfläche entspricht) der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 gebunden (darin ausgebildet). Die Dicke des nach dem ersten Reibungstest gebildeten Produkts beträgt einige nm bis etwa 150 nm. Die Dicke des nach dem zweiten Reibungstest gebildeten Produkts beträgt etwa 10 nm bis etwa 500 nm. Diese Produkte können mit einem Spatel oder dergleichen von den Oberflächen abgekratzt werden. Das heißt, die Produkte können als weicher als ein harter Film auf Kohlenstoffbasis wie ein DLC betrachtet werden.
  • Im Gleitzustand zwischen dem Stifttestteil 44 und dem PLC 63 kann davon ausgegangen werden, dass ein derartiges filmartiges Produkt auf der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 gebildet wird und das Produkt gegenüber dem PLC-Film 63 gleitet, wodurch FFO erzeugt wird. Das heißt, es kann davon ausgegangen werden, dass die Erzeugung von FFO infolge des Vorliegens des Produkts erreicht wird.
  • <Analyse des ersten bis vierten Gleitprodukts>
  • An einem Produkt auf der externen Oberfläche (einem Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 bei dem ersten Reibungstest (das im Folgenden als „erstes Gleitprodukt“ bezeichnet wird), einem Produkt auf der externen Oberfläche (einem Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 bei dem zweiten Reibungstest (das im Folgenden als „zweites Gleitprodukt“ bezeichnet wird) und einem Produkt auf der externen Oberfläche (einem Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 bei dem dritten Reibungstest (das im Folgenden als „drittes Gleitprodukt“ bezeichnet wird) wurde Infrarotspektroskopie durchgeführt. Von jedem auf einem Diamantsubstrat von der externen Oberfläche (einem Gleitbereich davon) des Stifttestteils 44 durch eine Metallsonde aufgenommenen Produkt wurde eine Messfläche von etwa 20 µm2 durch eine Mikroskop-Transmissionsmethode analysiert.
  • Außerdem wurde an dem ersten bis dritten Gleitprodukt auch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) durchgeführt. Bi+-Ionen (30 keV, 1,4 pA) als Primärionen wurden über eine Fläche von 300-µm2 mit 256×256 Pixeln durch TOF-SIMS 5 von ION-TOF Gmbh gerastert und 30-mal integriert.
  • 17 ist ein Diagramm, das ein Infrarot-Absorptionsspektrum des ersten und zweiten Gleitprodukts nach einer Mikroskop-Transmissionsmethode zeigt. Das Infrarot-Absorptionsspektrum des ersten Gleitprodukts ist im oberen Teil von 17 gezeigt, und das Infrarot-Absorptionsspektrum des zweiten Gleitprodukts ist im unteren Teil von 17 gezeigt. Außerdem ist die Menge des aufgenommenen ersten Gleitprodukts so klein, dass das Spektrum des ersten Gleitprodukts einen unklaren Teil aufweist.
  • Gemäß 17 und 18 ist im ersten bis vierten Gleitprodukt jeweils ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zu erkennen. Es wird angenommen, dass es sich hierbei um einen „C-H“-Bindungspeak handelt, der von einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe wie einer Methylengruppe (-CH3) oder einer Methylgruppe (-CH2-) stammt.
  • Bei Betrachtung einer in einem Bereich von 800 cm–1 bis 2,500 cm–1 liegenden Basislinie erscheint sowohl im ersten Gleitprodukt als auch im zweiten Gleitprodukt eine Tendenz zum Abfallen nach rechts mit zunehmender Wellenlänge. Es kann davon ausgegangen werden, dass eine derartige Tendenz der Basislinie auf eine kohlenstoffähnliche Substanz zurückzuführen ist. Aus dem Ergebnis einer zusätzlich durchgeführten Raman-Analyse wird angenommen, dass sich die kohlenstoffartige Substanz von einer amorphen Substanz auf Kohlenstoffbasis (amorphem Kohlenstoff) ableitet.
  • In dem zweiten Gleitprodukt ist ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 1720 cm–1 zu erkennen. Es wird angenommen, dass es sich bei diesem Peak um einen „-C(=O)-“-Bindungspeak handelt, der von einer Carbonylgruppe stammt. Außerdem ist im ersten Gleitprodukt das Vorliegen eines Peaks in einem Bereich in der Nähe von 1720 cm–1 zu erkennen. Es wird davon ausgegangen, dass der Grund dafür, dass der Peak des ersten Gleitprodukts unklar ist, darin besteht, dass die aufgenommene Menge des ersten Gleitprodukts klein ist.
  • Außerdem ist sowohl im ersten Gleitprodukt als auch im zweiten Gleitprodukt ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 1600 cm–1 zu erkennen. Es kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei diesem Peak entweder um einen Peak, der von einem Benzolring stammt, oder einen Peak, der von einem niederen Carboxylaten stammt, handelt.
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Infrarot-Absorptionsspektrum des dritten und vierten Gleitprodukts nach einer Mikroskop-Transmissionsmethode zeigt. Das Infrarot-Absorptionsspektrum des dritten Gleitprodukts ist im oberen Teil von 18 gezeigt, und das Infrarot-Absorptionsspektrum des vierten Gleitprodukts ist im unteren Teil von 18 gezeigt.
  • Ebenso wie bei dem ersten Gleitprodukt und dem zweiten Gleitprodukt ist im dritten und vierten Gleitprodukt jeweils ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zu erkennen. Es wird angenommen, dass es sich bei diesem Peak um einen „C-H“-Bindungspeak handelt, der von einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe wie einer Methylengruppe (-CH3) oder einer Methylgruppe (-CH2-) stammt.
  • Bei Betrachtung einer in einem Bereich von 800 cm–1 bis 2500 cm–1 liegenden Basislinie erscheint sowohl im dritten Gleitprodukt als auch im vierten Gleitprodukt eine Tendenz zum Abfallen nach rechts mit zunehmender Wellenlänge. Es kann davon ausgegangen werden, dass eine derartige Tendenz der Basislinie auf eine kohlenstoffähnliche Substanz (im Einzelnen eine amorphe Substanz auf Kohlenstoffbasis (amorphen Kohlenstoff)) zurückzuführen ist.
  • In 18 ist sowohl im dritten Gleitprodukt als auch im vierten Gleitprodukt ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 1720 cm–1 zu erkennen. Es wird angenommen, dass es sich bei diesem Peak um einen „-C(=O)-“-Bindungspeak handelt, der von einer Carbonylgruppe stammen kann. Im Übrigen ist der Peak im Bereich in der Nähe von 1720 cm–1 in 18 nicht so klar wie bei dem in 17 gezeigten zweiten Gleitprodukt.
  • Außerdem ist sowohl im dritten Gleitprodukt als auch im vierten Gleitprodukt ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 1600 cm–1 zu erkennen. Es kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei diesem Peak entweder um einen Peak, der von einem Benzolring stammt, oder einen Peak, der von Wasser stammt, handelt. Im Übrigen ist der Peak im Bereich in der Nähe von 1600 cm–1 in 18 nicht so klar wie bei dem in 17 gezeigten zweiten Gleitprodukt.
  • Das heißt, es wurde nachgewiesen, dass egal, ob entweder der PLC-Film 63 oder der PLC-Film 163, die unter voneinander verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden, als obere Schicht des Plattentestteils 42 verwendet wurde oder ob die Hauptkomponente der Reibungsatmosphäre entweder eine reduzierbare Wasserstoffatmosphäre (erster Reibungstest oder zweiter Reibungstest) oder eine inaktive Stickstoffatmosphäre (dritter Reibungstest oder vierter Reibungstest) war, auf dem Stifttestteil 44 ein Gleitprodukt mit einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe und/oder einer Carbonylgruppe gebildet wurde, so dass in dem Gleitprodukt FFO erzeugt werden konnte.
  • 19 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des ersten Gleitprodukts zeigt. 20 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des zweiten Gleitprodukts zeigt. 21 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des dritten Gleitprodukts zeigt. 22 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C2H5 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt. 23 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C9H7 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt. 24 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C7H7 + zu Zr+ in dem zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • In den Positivionenspektren des ersten und zweiten Gleitprodukts werden, wie in 19 und 20 gezeigt, Ionen wie C2H3 +, C2H5 + (Masse: 29,06), C3H7 +, C4H7 +, C7H7 + (Masse: 91,13), C9H7 + (Masse: 115,15) usw. stark nachgewiesen. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich von diesen Ionen C7H7 + von einer aromatischen Komponente ableitet. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass sich C9H7 + von einer auf einem kondensierten Ring basierenden Komponente ableitet.
  • Dagegen werden im Positivionenspektrum des dritten Gleitprodukts, wie in 21 gezeigt, Ionen wie C2H3 +, C2H5 + (Masse: 29,06), C3H7 +, C4H7 +, C7H7 + (Masse: 91,13), C9H7 + (Masse: 115,15) usw. stark nachgewiesen. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich von diesen Ionen C7H7 + von einer aromatischen Komponente ableitet. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass sich C9H7 + von einer auf einem kondensierten Ring basierenden Komponente ableitet.
  • Das heißt, es wurde nachgewiesen, dass egal, ob entweder der PLC-Film 63 oder der PLC-Film 163, die unter voneinander verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden, als obere Schicht des Plattentestteils 42 verwendet wurde oder ob die Hauptkomponente der Reibungsatmosphäre entweder eine reduzierbare Wasserstoffatmosphäre (erster Reibungstest oder zweiter Reibungstest) oder eine inaktive Stickstoffatmosphäre (dritter Reibungstest oder vierter Reibungstest) war, ein Gleitprodukt mit einer mit einer aromatischen Komponente, die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt, und eine auf einem reduzierten Ring basierende Komponente, die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt, gebildet wurde, so dass in dem Gleitprodukt FFO erzeugt werden konnte.
  • Des Weiteren wurde zur quantitativen Analyse von C2H5 +, C9H7 + und C7H7 + ein relatives Intensitätsverhältnis zwischen jedem Ion und einem aus dem Material (ZnO2) des Stifttestteils 44 stammenden Zr+-Ion für das erste und das zweite Gleitprodukt untersucht. In den 22 bis 24 sind das erste Gleitprodukt und das zweite Gleitprodukt, bei denen es sich um ein Produkt im Gleitbereich der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 handelt, im Vergleich mit einem Produkt in einem Nichtgleitbereich der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 gezeigt.
  • Aus den 22 bis 24 ist ersichtlich, dass für jedes der Ionen C2H5 +, C9H7 + und C7H7 + mehr Ionen im Gleitbereich erzeugt werden als im Nichtgleitbereich der externen Oberfläche des Stifttestteils 44.
  • 25 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des ersten Gleitprodukts zeigt. 26 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des zweiten Gleitprodukts zeigt. 27 ist ein Diagramm, das ein Sekundärionen-Intensitätsverhältnis von C7H5O2 – zur Negativionen-Gesamtintensität im ersten und zweiten Gleitprodukt zeigt.
  • In den Negativionenspektren des ersten und zweiten Gleitprodukts werden, wie in den 25 und 26 gezeigt, sehr viele Benzoesäure-Ionen C7H5O2 – (Masse: 121,12) mit einem Benzolring detektiert. Außerdem ist aus 27 ersichtlich, dass in der externen Oberfläche des Stifttestteils 44 im Gleitbereich mehr Benzoesäure-Ionen erzeugt werden als im Nichtgleitbereich.
  • Außerdem ist, wie oben unter Bezugnahme auf 17 beschrieben, sowohl im ersten Gleitprodukt als auch im zweiten Gleitprodukt ein Peak in einem Bereich in der Nähe von 1600 cm–1 zu erkennen. Bei Hinzuziehung der Ergebnisse der 25 bis 27 wird ersichtlich, dass es sich bei diesem Peak nicht um einen von einem niederen Carboxylat stammenden Peak, sondern um einen von einem Benzolring stammenden Peak handelt.
  • Im Übrigen wird, wie später beschrieben, C7H5O2 – auch an der Oberfläche des PLC-Films 63 detektiert. Es kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei C7H5O2 – um eine durch Transfer/Degeneration des PLC-Films 63 verursachte Komponente handelt.
  • <Analyse der Oberfläche des PLC-Films 63>
  • Die Oberfläche des PLC-Films 63 vor und nach dem zweiten Reibungstest wurde durch eine mikroskopische Totalreflexionsabsorptionsmethode (mikroskopische ATR-Methode) unter Verwendung eines Germaniumprismas analysiert.
  • Außerdem wurde an der Oberfläche des PLC-Films 63 nach dem ersten und zweiten Reibungstest jeweils TOF-SIMS durchgeführt. Bi+-Ionen (30 keV, 1,4 pA) als Primärionen wurden über eine Fläche von 300 µm2 mit 256×256 Pixeln durch TOF-SIMS 5 von ION-TOF Gmbh gerastert und 30-mal integriert.
  • Nun wird das Infrarot-Absorptionsspektrum des zweiten Gleitprodukts mit den Infrarot-Absorptionsspektruen des PLC-Films 63 vor und nach dem zweiten Reibungstest verglichen. Die 28 und 29 sind Diagramme, die die durch mikroskopische ATR-Spektroskopie erhaltenen Infrarot-Absorptionsspektren des PLC-Films 63 vor und nach dem zweiten Reibungstest zeigen. In jeder der 28 und 29 ist das Infrarot-Absorptionsspektrum des PLC-Films 63 nach dem zweiten Reibungstest im unteren Teil der Zeichnung gezeigt, das Infrarot-Absorptionsspektrum des PLC-Films 63 vor dem zweiten Reibungstest im mittleren Teil der Zeichnung gezeigt und ein Infrarot-Absorptionsspektrum einer Oberfläche eines Si-DLC durch Bezugnahme im oberen Teil der Zeichnung gezeigt.
  • Gemäß 29 konnten ein von einer Carbonylgruppe stammender Peak in einem Bereich in der Nähe von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 (siehe 17, als von einer Carbonylgruppe stammender Peak erachtet), der im zweiten Gleitprodukt in der Nähe von 1720 cm–1 erkannt wurde, und ein Peak in der Nähe von 1600 cm–1 (siehe 17, als von einem Benzolring stammender Peak erachtet) im Infrarot-Absorptionsspektrum der Oberfläche des PLC-Films 63 nach dem zweiten Reibungstest nicht beobachtet werden. Außerdem konnten ein Peak in der Nähe von 1720 cm–1 und ein Peak in der Nähe von 1600 cm–1 im Spektrum der Oberfläche des PLC-Films 63 vor dem Reibungstest gemäß 29 nicht beobachtet werden. Da der von einer Carbonylgruppe stammende und in einem Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 erscheinende Peak, der im zweiten Gleitprodukt gemäß 17 beobachtet wurde, und der Peak in der Nähe von 1600 cm–1 bei dem PLC-Film 63 weder vor noch nach dem zweiten Reibungstest beobachtet werden konnten. Daher wird angenommen, dass es sich bei dem zweiten Gleitprodukt nicht um ein einfach auf den PLC-Film 63 übertragenes Produkt handelte, sondern um eine aus einer übertragenen Substanz, Atmosphärengas usw. durch weitere tribochemische Reaktion neu produzierte Verbindung.
  • Außerdem wird auf einen Bereich in der Nähe von 3800 cm–1 bis 3000 cm–1 in der Oberfläche des PLC-Films 63 nach dem zweiten Reibungstest aufmerksam gemacht. Es ist zu erkennen, dass ein von einer freien O-H-Gruppe (Hydroxylgruppe) stammender Peak und ein von einer O-H-Gruppe stammender Peak vorliegen. Es kann auch davon ausgegangen werden, dass Scherkräfte durch Gleiten gegenüber der Oberfläche eines Gleitpartners verringert werden können, da die freie O-H-Gruppe, wo Moleküle sich bewegen können, in der äußersten Reibfläche vorliegt. Es ist davon auszugehen, dass das Vorliegen der freien O-H-Gruppe einer der Faktoren zur Erzeugung von FFO ist. Die freie O-H-Gruppe wird an der Oberfläche des durch Bezugnahme in den 28 und 29 gezeigten Si-DLC nicht detektiert. Daher kann festgestellt werden, dass die freie O-H-Gruppe in dem harten Film auf Kohlenstoffbasis gemeinhin nicht vorliegt.
  • 30 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Gleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt. 31 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt. 32 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Gleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt. 33 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Positivionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • 34 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Gleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt. 35 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem ersten Reibungstest zeigt. 36 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Gleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt. 37 ist ein Diagramm, das ein durch TOF-SIMS erhaltenes Negativionenspektrum des PLC-Films 63 (eines Nichtgleitbereichs davon) nach dem zweiten Reibungstest zeigt.
  • Aus den in den 30 bis 37 gezeigten Spektren ist das Vorliegen von aromatischen Komponenten (C6H5 +, C7H7 +), auf einem kondensierten Ring basierenden Komponenten (C9H7 +, C10H8 +, C12H8 +, C13H9 +), auf Kohlenstoff basierenden Komponenten (C9H–, C10H–), auf Schwefeloxid basierenden Komponenten (SO2 –, SO3 –, HSO4 –), Siliciumoxid-Ionen (Si2O5H–, Si3O7H–), und Benzoesäure-Ionen (C7H5O2 –) in der Oberfläche des PLC-Films 63 zu erkennen. Es kann davon ausgegangen werden, dass die aromatischen Komponenten, die auf einem kondensierten Ring basierenden Komponenten und die auf Kohlenstoff basierenden Komponenten aus dem PLC-Film 63 stammen.
  • In der Oberfläche des PLC-Films 63 war die Tendenz zu erkennen, dass die aromatischen Komponenten, die auf einem kondensierten Ring basierenden Komponenten, die Benzoesäure-Ionen und die auf Schwefeloxid basierenden Komponenten im Gleitbereich in größerer Menge vorkommen als im Nichtgleitbereich. Dagegen war in der Oberfläche des PLC-Films 63 kein klarer Unterschied zwischen dem Gleitbereich und dem Nichtgleitbereich zu erkennen.
  • Gemäß den obigen Ausführungen enthält die reibungsarme Beschichtung 5 gemäß der Ausführungsform eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zeigt, eine Carbonylgruppe, die im Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 zeigt, eine aromatische Komponente (C7H7 +), die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt, und eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente (C9H7 +), die in einem durch TOF-SIMS erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt. Die reibungsarme Beschichtung 5, die derartige physikalische Eigenschaften aufweist, zeigt einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten in der Größenordnung von 10–4 (weniger als 0,001). Das heißt, es ist möglich, die reibungsarme Beschichtung 5 bereitzustellen, die einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten bereitstellt.
  • Außerdem ist es möglich, den Reibungskoeffizienten der Gleitfläche 6 ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel zu verringern.
  • Da der Reibungskoeffizient der Gleitfläche 6 sehr stark verringert werden kann, kann ferner eine zwischen der Gleitfläche 6 und der Gleitgegenfläche 7 erzeugte Reibungskraft ohne Verwendung von zusätzlichem Schmiermittel verringert werden. Somit kann durch Gleiten des Gleitsystems 1 verursachter Reibungsverlust in großem Maßstab verringert werden (das Reibungsdrehmoment kann in großem Maßstab verringert werden). Demgemäß ist es möglich, die Größe und das Gewicht des Gleitsystems 1 zu verringern, und es ist möglich, die Zuverlässigkeit des Gleitsystems 1 zu verbessern.
  • Wenngleich die Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben wurde, kann die Erfindung mit einer anderen Ausführungsform ausgeführt werden.
  • Beispielsweise wurde die obige Ausführungsform zwar unter der Annahme beschrieben, dass die reibungsarme Beschichtung 5 eine Konfiguration mit einer Carbonylgruppe aufweist, aber eine reibungsarme Beschichtung kann eine Konfiguration ohne Carbonylgruppe aufweisen.
  • Außerdem kann, wenngleich die obige Ausführungsform unter der Annahme beschrieben wurde, dass die reibungsarme Beschichtung 5 eine Konfiguration mit sowohl einer aromatischen Komponente (C7H7 +) als auch einer auf einem kondensierten Ringbasierenden Komponente (C9H7 +) aufweist, die reibungsarme Beschichtung 5 eine Konfiguration mit der aromatischen Komponente (C7H7 +) und/oder der auf einem kondensierten Ringbasierenden Komponente (C9H7 +) aufweisen.
  • Ferner können innerhalb des Umfangs von in den Ansprüchen angegebenen Punkten verschiedene Änderungen des Designs vorgenommen werden.
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf einer am 29. Januar 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2015-015850 ), einer am 29. Januar 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2015-015851 ), einer am 19. Januar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2016-008236 ) und einer am 19. Januar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2016-008237 ), auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Beschreibung von Bezugszeichen
    • 1 ... Gleitsystem, 2 ... Gleitelement, 3 ... Gleitgegenelement, 5 ... reibungsarme Beschichtung (Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff, erste Beschichtung), 6 ... Gleitfläche, 7 ... Gleitgegenfläche

Claims (8)

  1. Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff, umfassend: eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 2900 cm–1 bis 3000 cm–1 zeigt; und eine aromatische Komponente, die in einem durch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 91,1 zeigt, und/oder eine auf einem kondensierten Ring basierende Komponente, die in dem durch die Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie erhaltenen Positivionenspektrum einen Peak bei einer Masse von 115,2 zeigt.
  2. Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Carbonylgruppe, die in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak im Bereich von 1650 cm–1 bis 1800 cm–1 zeigt.
  3. Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff nach Anspruch 1 oder 2, der sowohl die aromatische Komponente als auch die auf einem kondensierten Ring basierende Komponente umfasst.
  4. Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die durchschnittliche Dicke 2 nm bis 1000 nm beträgt.
  5. Gleitelement, umfassend: eine Gleitfläche, die eine erste Beschichtung umfasst, wobei das Gleitelement aus Metall und/oder Keramik ausgebildet ist und wobei die erste Beschichtung den Film auf Basis von amorphem Kohlenwasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
  6. Gleitelement nach Anspruch 5, wobei das Gleitelement aus ZrO2 ausgebildet ist.
  7. Gleitsystem, umfassend: das Gleitelement nach Anspruch 5 oder 6; und ein Gleitgegenelement mit einer Gleitgegenfläche, die gegen die Gleitfläche gleitet, und mit einer zweiten Beschichtung aus einem Film auf Basis von amorphem Kohlenstoff, wobei die zweite Beschichtung einen Youngschen Elastizitätsmodul von 200 GPa bis 250 GPa aufweist.
  8. Gleitsystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Beschichtung in einer äußersten Fläche davon eine Hydroxylgruppe umfasst, wobei die Hydroxylgruppe in einem Infrarot-Absorptionsspektrum einen Peak in einem Bereich von 3000 cm–1 bis 4000 cm–1 zeigt.
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