JP2006002016A - 耐摩耗摺動用被膜及び同被膜形成部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物理蒸着法で基材または基材と被膜から放出されるガスを利用して基材表面に直径が50μm以下の被膜表面に通じる微細気孔を、0.1 〜20%の面積率で有する被膜を形成することで、潤滑油剤の保持力が高く、高い耐摩耗性と耐焼き付き性を持つ耐摩耗摺動用被膜を得た。又、微細気孔を有する耐摩耗摺動用被膜の気孔内に潤滑剤を浸入させることで、無潤滑環境下でも高い耐久性を持つ耐摩耗摺動用被膜形成部材を得た。
【選択図】図1
Description
本発明の別の課題は、前記多数の微細孔に液体または固体の潤滑剤を浸入させ劣潤滑あるいは無潤滑環境下にても耐久する耐摩耗摺動用被膜形成部材を提供することにある。
さらに好ましくは、前記耐摩耗摺動用セラミック被膜を形成する基材が、その表面にめっき膜、プラズマ溶射膜、物理蒸着膜、化学蒸着膜等の公知の手段で被膜が形成されていてもよい。
図1(a)のものは、物理蒸着法で通常の処理温度より少なくとも 150℃以上低い温度で多孔質のセラミックス被膜を第1の所定の厚さまで被覆し、その後徐々に基材温度あるいは処理温度を該通常の処理温度まで上昇させた後、該通常の処理温度で処理した通常の表層被膜を第2の所定の厚さまで形成することにより、基材あるいは基材と被膜から放出されるガスを利用して、基材上に直接膜の表面まで通じる気孔を持つ膜を生成させた。基材からのガス放出は、基材表面および基材内部に吸着あるいは浸入したガスが基材温度の上昇とともに放出されることによるもので、このようなガスを連続的に放出させつつ被覆処理を行うことで、被膜中に気孔が維持され、結果的に表面へ抜ける微細な孔が多数形成されることになる。しかしながら、セラミックス膜被覆工程に入る前の基材のガス出しが不十分であると、被膜の密着性が低下する原因ともなり得るので、基材からのガス放出のみの期待して形成する被膜は比較的容易に高い密着性を得られる被膜に限られる。このような被膜は例えばCrNのように内部応力が比較的低いセラミックス膜が相当する。
多数の微細気孔の径は大小様々であり、小さいものは被膜形成途中で消滅するものもある。そこで、どのような微細孔の形態が適当であるかを判断するため、セラミックスの微細孔を形成したTiN膜を用いて摩擦試験を行い、その範囲を調査した。その結果、平均直径が 0.1〜50μm(1μm以下は気孔としての認識が難しいので概数として示した)の幅広い範囲で潤滑油塗布、MoS2 またはhBN含浸の効果が顕著に現れ、ボールオンディスク摩擦試験で低摩擦が長時間にわたって実現された。このとき、孔の面積率が概算で 0.1%でも効果が十分であった。孔が微細であれば面積比が増大するほど潤滑剤の保持効果が高くなり好都合であるが、その効果は約10%で飽和し、面積比30%以上では膜の密着性が低下し剥離することから、実用上は約20%が上限となる。
図3に実施例2の方法により形成した多数の微細孔を有する本発明のCrN被膜表面のレーザ顕微鏡写真を示す。本被膜の下層から上層までの合計の膜厚は 3.5μmであった。また、これらの微細孔のうち、写真から気孔として下層から表面まで通じていると思われる孔の平均径と、表面積に対する孔の面積比を求めたところ、平均直径が約15μm、面積比が約 3.9%であった。
〔本発明の最良の実施形態の効果〕
さらに好ましくは、前記耐摩耗摺動用セラミック被膜を形成する基材が、その表面にめっき膜、プラズマ溶射膜、物理蒸着膜、化学蒸着膜等の公知の手段で被膜が形成されていてもよい。
2・・・・ 基材表面
3・・・・ ガス成分の多い被膜
4・・・・ セラミックス被膜
5・・・・ 表層
6・・・・ 気孔
Claims (6)
- 物理蒸着法で基材あるいは基材と被膜から放出されるガスを利用して、基材または被膜内部から被膜の表面に通じる微細気孔を有する多孔質のセラミックス被膜を被覆し、前記被膜内に直径が50μm以下の被膜表面に通じる微細気孔を、0.1 〜20%の面積率で有することを特徴とする耐摩耗摺動用被膜。
- 物理蒸着法で通常の処理温度より少なくとも 150℃以上低い温度で多孔質のセラミックス被膜を第1の所定の厚さまで被覆し、その後徐々に基材温度あるいは処理温度を前記通常の処理温度まで上昇させた後、前記通常の処理温度で処理した通常の表層被膜を第2の所定の厚さまで形成することにより、基材あるいは基材と被膜から放出されるガスを利用して気孔を多くした請求項1記載の耐摩耗摺動用被膜。
- 物理蒸着法で前記基材に近い部分の被膜をガス成分の多い被膜を通常の処理温度より少なくとも 150℃以上低い温度で第3の所定の厚さまで形成し、徐々に基材温度あるいは処理温度を前記通常の処理温度まで上昇させた後、前記通常の処理温度で処理した通常の表層被膜を第4の所定の厚さまで形成することにより、基材からのガス放出が少ない場合でも、基材あるいは基材と被膜から放出されるガスを利用して気孔を多くした請求項1記載の耐摩耗摺動用被膜。
- 前記耐摩耗摺動用被膜の気孔内に潤滑剤を浸入させたことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載の耐摩耗摺動用被膜形成部材。
- 前記セラミックス被膜は、周期律表の4a、5a、6a族の金属元素およびB,Al,Siの1種以上から成る炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、酸窒化物および炭酸窒化物の単層または多層からなる被膜を含むことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載の耐摩耗摺動用被膜。
- 前記耐摩耗摺動用セラミック被膜を形成する基材が、その表面にめっき膜、プラズマ溶射膜、物理蒸着膜、化学蒸着膜等の公知の手段で被膜が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の耐摩耗摺動用被膜形成部材。
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