JP2006124806A - Hard carbon film sliding member - Google Patents

Hard carbon film sliding member Download PDF

Info

Publication number
JP2006124806A
JP2006124806A JP2004317498A JP2004317498A JP2006124806A JP 2006124806 A JP2006124806 A JP 2006124806A JP 2004317498 A JP2004317498 A JP 2004317498A JP 2004317498 A JP2004317498 A JP 2004317498A JP 2006124806 A JP2006124806 A JP 2006124806A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hard carbon
carbon film
magnesium
sliding member
atomic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004317498A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Okamoto
裕介 岡本
Yoshiteru Yasuda
芳輝 保田
Shojiro Miyake
正二郎 三宅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2004317498A priority Critical patent/JP2006124806A/en
Publication of JP2006124806A publication Critical patent/JP2006124806A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hard carbon film sliding member which can obtain a low friction coefficient even in lubricant such as engine oil and transmission oil, can be produced by a simple process, and has reduced restriction in the kinds of lubricants. <P>SOLUTION: Regarding a sliding member obtained by providing a hard carbon film at least on the sliding part with a mating member, magnesium is incorporated into the hard carbon film, and the content thereof is controlled to the range of 2 to 41 atomic%. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、低摩擦特性に優れた硬質炭素被膜を備えた摺動部材に係わり、特にエンジンオイル、トラスミッションオイル等の潤滑油中で使用するのに適した低摩擦な硬質炭素被膜摺動部材に関するものである。   The present invention relates to a sliding member provided with a hard carbon coating excellent in low friction characteristics, and in particular, a low-friction hard carbon coating sliding member suitable for use in lubricating oil such as engine oil and truss mission oil. It is about.

硬質炭素被膜は、アモルファス状の炭素あるいは水素化炭素から成る膜であって、a−C:H(アモルファスカーボンまたは水素化アモルファスカーボン)、i−C(アイカーボン)、DLC(ダイヤモンドライクカーボンまたはディーエルシー)などとも呼ばれている。   The hard carbon film is a film made of amorphous carbon or hydrogenated carbon, and includes aC: H (amorphous carbon or hydrogenated amorphous carbon), iC (eye carbon), DLC (diamond-like carbon or dee carbon). Elsie).

このような硬質炭素被膜を形成するには、炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマCVD法、あるいは炭素や炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法などの気相合成法が用いられる。この硬質炭素被膜は高硬度で表面が平滑であり耐摩耗性に優れ、さらにはその固体潤滑性から摩擦係数が低く、優れた摺動特性を有している。
例えば、通常の平滑な鋼材表面の無潤滑下での摩擦係数が0.5〜1.0であるのに対して、硬質炭素被膜においては、無潤滑下での摩擦係数が0.1程度である。
In order to form such a hard carbon film, a gas phase synthesis method such as a plasma CVD method in which a hydrocarbon gas is plasma-decomposed or an ion beam evaporation method using carbon or hydrocarbon ions is used. This hard carbon coating has a high hardness, a smooth surface, excellent wear resistance, and a low friction coefficient due to its solid lubricity, and has excellent sliding characteristics.
For example, the friction coefficient of non-lubricated surface of a normal smooth steel material is 0.5 to 1.0, whereas in the hard carbon film, the friction coefficient of non-lubricated is about 0.1. is there.

硬質炭素被膜は、上記のような優れた特性を活かし、ドリルの刃を始めとする切削工具や研削工具等の加工工具や、塑性加工用金型、バルブコックやキャプスタンローラのような無潤滑下での摺動部品等に応用されている。   Hard carbon coatings take advantage of the above-mentioned excellent characteristics, and are non-lubricated such as cutting tools such as drill blades and grinding tools, plastic working dies, valve cocks and capstan rollers. It is applied to sliding parts below.

一方、潤滑油中で摺動する内燃機関などの機械部品においても、エネルギー消費や環境問題の面から、できるだけ機械的損失を低減したいという要望があり、摩擦損失の大きい摺動条件の厳しい部位への硬質炭素被膜の適用が検討されており、摺動部材に硬質炭素被膜を設けると共に、その組成や表面状態を制御し、無潤滑状態だけでなく潤滑油が十分に存在する条件下でも摩擦係数を下げる試みがいくつかなされている。   On the other hand, in mechanical parts such as internal combustion engines that slide in lubricating oil, there is a desire to reduce mechanical loss as much as possible from the viewpoint of energy consumption and environmental problems. In addition to providing a hard carbon coating on the sliding member and controlling its composition and surface condition, the friction coefficient is not only in a non-lubricated state but also in the presence of sufficient lubricating oil. Several attempts have been made to lower

例えば、このような硬質炭素被膜にIVa、Va、VIa族元素及びSiのうちの1種以上を添加する方法が示されており、この方法によりこれら元素を加えない場合に比べ摩擦係数が低減している(特許文献1参照)。
また、このような硬質炭素被膜にAgのクラスターを設ける方法も示されている(特許文献2参照)。
この他、このような硬質炭素被膜に適宜の金属元素を加えた上、さらに膜中の酸素の含有量を制御することで低い摩擦係数を得ている(特許文献3参照)。
特開2003−247060号公報 特開2004−099963号公報 特開2004−115826号公報
For example, a method of adding one or more of IVa, Va, VIa group elements and Si to such a hard carbon coating is shown, and this method reduces the friction coefficient compared to the case where these elements are not added. (See Patent Document 1).
In addition, a method of providing Ag clusters on such a hard carbon coating is also shown (see Patent Document 2).
In addition, a low friction coefficient is obtained by adding an appropriate metal element to such a hard carbon film and further controlling the oxygen content in the film (see Patent Document 3).
JP 2003-247060 A JP 2004-099963 A JP 2004-115826 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、測定方法の違いの影響はあるにせよ、モータリング試験での摩擦係数である0.06からは、もう一段の摩擦係数低減が望まれている。また、特許文献2に記載の方法においても、摩擦係数を往復動試験によって測定しているので、直接の比較はできないが、摩擦係数は最小で0.04であり、同様にもう一段の摩擦係数低減が望まれる。また、当該硬質炭素被膜の上に、大きさや数を制御してAgクラスターを設ける必要があることから、プロセス制御の点で煩雑な面がある。
さらに、上記特許文献3では、金属元素の含有量と、酸素の含有量の双方を制御する必要があることから、より簡便なプロセスが望まれている。また、この場合、潤滑油中にモリブデンジチオカーバメイト(MoDTC)のような極圧添加剤が必要なため、効果を発揮できる潤滑油の種類が限られるという問題があった。
However, in the method described in Patent Document 1, there is a demand for a further reduction in the friction coefficient from 0.06, which is the friction coefficient in the motoring test, despite the influence of the difference in the measurement method. Also, in the method described in Patent Document 2, since the friction coefficient is measured by a reciprocating test, a direct comparison is not possible, but the friction coefficient is 0.04 at the minimum, and similarly, another friction coefficient. Reduction is desired. Moreover, since it is necessary to provide an Ag cluster by controlling the size and number on the hard carbon film, there is a complicated aspect in terms of process control.
Furthermore, in Patent Document 3, since it is necessary to control both the content of the metal element and the content of oxygen, a simpler process is desired. Further, in this case, since an extreme pressure additive such as molybdenum dithiocarbamate (MoDTC) is required in the lubricating oil, there is a problem that the types of lubricating oil that can exert the effect are limited.

本発明は、上記の課題に鑑み、摩擦係数をさらに下げると共に、簡便なプロセスで製造することができ、効果の発揮される潤滑油の種類が限定されない硬質炭素被膜摺動部材を提供することを目的としている。   In view of the above-described problems, the present invention provides a hard carbon film sliding member that can be manufactured by a simple process and the type of lubricating oil that is effective is not limited while further reducing the friction coefficient. It is aimed.

本発明者らは、上記目的を達成すべく、硬質炭素被膜の種類や成膜方法、さらには硬質炭素被膜に添加成分として金属元素などのドーピングを施す方法などについて鋭意検討を重ねた結果、マグネシウムのドーピングが有効であることを見出すと共に、摩擦低減の効果を最大限に発揮させるために、その最適な添加量や、母材となる炭素被膜の組成について種々の知見を得て、本発明を完成するに到った。   In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have made extensive studies on the types and methods of film formation of hard carbon films, and methods for doping hard carbon films with metal elements as additive components. In order to maximize the effect of friction reduction, various knowledge about the optimum addition amount and the composition of the carbon coating as a base material was obtained, and the present invention was developed. It came to completion.

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の硬質炭素被膜摺動部材は、少なくとも相手材との摺動部位に硬質炭素被膜を備えた摺動部材の上記硬質炭素被膜中に、2原子%以上41原子%以下のマグネシウムを含有していることを特徴としており、特に自動車用のエンジンオイルやトラスミッションオイル等の潤滑油中において好適に用いることができる。   That is, the present invention is based on the above knowledge, and the hard carbon film sliding member of the present invention is included in the hard carbon film of the sliding member provided with a hard carbon film at least at a sliding portion with a counterpart material. It is characterized by containing 2 atomic% or more and 41 atomic% or less of magnesium, and can be suitably used particularly in lubricating oils such as automobile engine oil and transmission oil.

本発明によれば、少なくとも相手材との摺動部位に硬質炭素被膜を備えた硬質炭素被膜摺動部材において、硬質炭素被膜中にマグネシウムを添加し、当該マグネシウム含有量の範囲を最適化したことから、摩擦係数を大幅に低減することができ、特に自動車用のエンジン油やトランスミッション油等の潤滑油中で用いた場合にその効果を顕著に発揮することができる。   According to the present invention, in a hard carbon film sliding member having a hard carbon film at least at a sliding portion with a counterpart material, magnesium is added to the hard carbon film, and the range of the magnesium content is optimized. Therefore, the friction coefficient can be greatly reduced, and the effect can be remarkably exhibited particularly when used in lubricating oil such as engine oil and transmission oil for automobiles.

以下、本発明の硬質炭素被膜摺動部材について、さらに詳細に説明する。
本発明の硬質炭素被膜摺動部材は、上記のように2原子%以上41原子%以下のマグネシウムを含有する硬質炭素被膜を備えたものであって、これによって摩擦係数を大幅に低減することができるものであるが、当該硬質炭素被膜が低い摩擦係数を示す理由については、現時点で必ずしも明確でないものの、以下のように推測することができる。
すなわち、被膜中にマグネシウムを添加したことにより、硬質炭素被膜の表面が潤滑剤中の基剤(基油)成分や、潤滑剤に含まれる添加剤成分を吸着する能力が向上し、表面にこれら基油や添加剤から成る薄い膜が形成される。これにより面圧が高い、あるいは摺動速度が遅いような条件、いわゆる境界潤滑条件においても、形成された膜が相手材との直接接蝕を防ぐという機構によって低い摩擦係数が発現するものと考えられる。
Hereinafter, the hard carbon film sliding member of the present invention will be described in more detail.
The hard carbon film sliding member of the present invention is provided with the hard carbon film containing 2 atomic% or more and 41 atomic% or less of magnesium as described above, which can greatly reduce the friction coefficient. Although it is possible, the reason why the hard carbon film exhibits a low coefficient of friction can be estimated as follows, although it is not always clear at the present time.
That is, by adding magnesium to the coating, the surface of the hard carbon coating is improved in the ability to adsorb the base (base oil) component in the lubricant and the additive component contained in the lubricant. A thin film of base oil or additive is formed. As a result, even under conditions where the surface pressure is high or the sliding speed is low, so-called boundary lubrication conditions, it is thought that a low coefficient of friction is manifested by the mechanism in which the formed film prevents direct contact with the mating material. It is done.

このとき、硬質炭素被漠の表面から深部までの全てにマグネシウムを含有させることは必ずしも必要ではなく、摺動する表面及び、少なくとも摩耗による減りしろに相当する部分まで含有させれば十分である。   At this time, it is not always necessary to contain magnesium from the surface to the deep part of the hard carbon vat. It is sufficient to contain magnesium to the sliding surface and at least the part corresponding to the reduction due to wear.

マグネシウム添加量については、2原子%未満では上記の吸着効果が十分に発揮されない。一方、41原子%を超えると、推測ではあるが炭素原子のネットワーク構造がマグネシウム原子が存在することで乱されるために、硬質炭素被膜が本来有する低摩擦性能が損なわれることになる。   When the amount of magnesium added is less than 2 atomic%, the above adsorption effect is not sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 41 atomic%, the low friction performance inherently possessed by the hard carbon coating is impaired because the network structure of carbon atoms is disturbed by the presence of magnesium atoms.

本発明の硬質炭素被膜摺動部材は、潤滑剤を用いない条件(いわゆるドライ条件)でも用いることができるが、上記したように、潤滑剤の基剤(基油)や添加剤との吸着が摩擦係数低下の本質であることから、潤滑剤中で用いることでその効果がより一層発揮されることになる。
したがって、潤滑剤中で用いることが好ましい。また、このような潤滑剤の例としては、自動車用エンジン油やトランスミッション油を挙げることができる。
The hard carbon film sliding member of the present invention can be used even under conditions where no lubricant is used (so-called dry conditions). However, as described above, adsorption with the base (base oil) and additives of the lubricant is not possible. Since it is the essence of lowering the friction coefficient, the effect is further exhibited by using it in the lubricant.
Therefore, it is preferably used in a lubricant. Examples of such a lubricant include automobile engine oil and transmission oil.

また、このような潤滑油中で低い摩擦係数を得るためには、被膜中の水素原子の量を減らすことが好ましい。その具体的範囲としては6原子%以下、さらには1原子%以下とすることが望ましい。
なお、このような水素含有量の低い硬質炭素被膜は、例えばスパッタリング法やイオンプレーティング法など、水素や水素含有化合物を実質的に使用しないPVD法(物理気相堆積法)によって成膜することによって得ることができる。
In order to obtain a low coefficient of friction in such a lubricating oil, it is preferable to reduce the amount of hydrogen atoms in the coating. The specific range is preferably 6 atomic% or less, more preferably 1 atomic% or less.
Note that such a hard carbon film having a low hydrogen content is formed by a PVD method (physical vapor deposition method) that does not substantially use hydrogen or a hydrogen-containing compound, such as a sputtering method or an ion plating method. Can be obtained by:

以下、本発明の実施例を比較例と併せ説明する。なお、本発明の請求項を満たす形であれば必ずしも以下の実施形態によらなくてよいことは言うまでもない。   Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. Needless to say, the embodiment described below is not necessarily required as long as it satisfies the claims of the present invention.

(実施例1)
基材として浸炭鋼(日本工業規格 SCM415)から成る直径30mm、厚さ3mmの円板を準備し、その表面をRa0.020μmに超仕上げ加工したのち、マグネトロンスパッタリング法により、この基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
スパッタリングのターゲットには、グラファイトからなる半径80mmの円板を用い、当該炭素ターゲット上に、金属マグネシウムの板を置くことによって炭素のスパッタリングと同時に、硬質炭素被膜中に一定量のマグネシウムが含まれるようにした。このとき、マグネシウムの板を半径80mm、頂角7.5°の扇形形状のものとし、マグネシウム板がターゲット全体の1/48を占めるようにした。また、スパッタリングの雰囲気ガスにはアルゴンを用いた。
Example 1
A 30 mm diameter and 3 mm thick disk made of carburized steel (Japanese Industrial Standard SCM415) was prepared as a base material, and after superfinishing the surface to Ra 0.020 μm, the surface of the base material was hardened by magnetron sputtering. A carbon film was coated.
As the sputtering target, a disk made of graphite and having a radius of 80 mm is used. By placing a metal magnesium plate on the carbon target, a certain amount of magnesium is contained in the hard carbon film simultaneously with the sputtering of carbon. I made it. At this time, the magnesium plate had a sector shape with a radius of 80 mm and an apex angle of 7.5 °, and the magnesium plate occupied 1/48 of the entire target. Argon was used as the atmosphere gas for sputtering.

プロセス時間については、あらかじめマグネシウム板を用いることなく成膜レートを求め、これをマグネシウム板ありの場合に当てはめて成膜レートを推定することによって、1.0±0.3μmの膜厚になるように設定した。
プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定したところ、Ra0.016μmであった。
As for the process time, the film formation rate is obtained without using a magnesium plate in advance, and this is applied to the case with a magnesium plate to estimate the film formation rate so that the film thickness is 1.0 ± 0.3 μm. Set to.
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.016 μm.

次いで、得られた硬質炭素被膜について膜中の元素の分析を行った。
マグネシウムについては、X線光電子分光法(XPS)を用い、最表面の不純物吸着を勘案して、試料表面から3nmの位置におけるマグネシウム含有量をもって代表値とした。測定の結果、マグネシウム含有量は24原子%であった。
一方、水素原子量については、2次イオン質量分析(SIMS)を用い、試料表面から5nmの位置まで掘り取りながら測定し、深さ3nmの位置における水素含有量をもって代表値とした。その結果、水素量は0.1原子%以下であった。
Next, the element in the film was analyzed for the obtained hard carbon coating.
With respect to magnesium, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used, taking into account impurity adsorption on the outermost surface, and the magnesium content at a position of 3 nm from the sample surface was taken as a representative value. As a result of the measurement, the magnesium content was 24 atomic%.
On the other hand, the amount of hydrogen atoms was measured using a secondary ion mass spectrometry (SIMS) while digging up to a position of 5 nm from the sample surface, and the hydrogen content at a position of depth of 3 nm was taken as a representative value. As a result, the amount of hydrogen was 0.1 atomic% or less.

次に、当該試料について、ボールオンディスク法による摩擦特性の評価を行った。試験に際して、潤滑剤として自動車用エンジン油5W−30SLを用いた。
試料をこのエンジン油中で回転させ、軸受鋼(日本工業規格 SUJ2)から成る直径6mmのボールを押し当て、このボールを保持しているアームにかかるトルクを測定することにより摩擦係数を計算した。摺動痕の直径は8mm、油温は80℃とした。また、上記ボールにかけた垂直荷重は10Nである。なお、ボールは固定しており、摺動によって転がることのないようにした。摺動速度は毎秒2.6cmとした。
Next, the friction characteristics of the sample were evaluated by a ball-on-disk method. In the test, automotive engine oil 5W-30SL was used as a lubricant.
The sample was rotated in the engine oil, a 6 mm diameter ball made of bearing steel (Japanese Industrial Standard SUJ2) was pressed, and the friction coefficient was calculated by measuring the torque applied to the arm holding the ball. The diameter of the sliding mark was 8 mm, and the oil temperature was 80 ° C. Further, the vertical load applied to the ball is 10N. The ball was fixed so that it would not roll by sliding. The sliding speed was 2.6 cm per second.

摩擦係数の算出については、摺動開始直後のなじみ効果を考慮して、試験開始から5分経過した時点の測定値をもって、その材料の摩擦係数とみなした。本例の硬質炭素被膜の摩擦係数は、0.022であった。これらの結果を成膜条件と併せて、表1にまとめて示す。   Regarding the calculation of the friction coefficient, taking into account the familiar effect immediately after the start of sliding, the measured value at the time when 5 minutes had elapsed from the start of the test was regarded as the friction coefficient of the material. The friction coefficient of the hard carbon coating of this example was 0.022. These results are shown together in Table 1 together with the film forming conditions.

(実施例2)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングにより、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
スパッタリングのターゲットには、半径80mmの円板状炭素ターゲットの上に、半径80mm、頂角3.75°の扇形状の酸化マグネシウムの板を置き、酸化マグネシウムがターゲット全体の1/96を占めるようにし、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。
(Example 2)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same base material surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As a sputtering target, a fan-shaped magnesium oxide plate having a radius of 80 mm and an apex angle of 3.75 ° is placed on a disk-like carbon target having a radius of 80 mm so that the magnesium oxide occupies 1/96 of the entire target. Similarly, the process time was set so that the film thickness was 1.0 ± 0.3 μm.

プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定したところ、Ra0.018μmであった。
次いで、上記実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行った結果、それぞれ13原子%、0.1原子%以下であった。また、摩擦係数を同様に測定した結果、0.019であった。これらの結果は、表1に併せて示す。
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.018 μm.
Next, as in Example 1, the amounts of magnesium and hydrogen were quantified. As a result, they were 13 atomic% and 0.1 atomic% or less, respectively. Moreover, it was 0.019 as a result of measuring a friction coefficient similarly. These results are also shown in Table 1.

(実施例3)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングにより、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
スパッタリングのターゲットには、半径80mmの円板状炭素ターゲットの上に、半径80mm、頂角15°の扇形状の金属マグネシウムの板を置き、マグネシウムがターゲット全体の1/24を占めるようにし、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。
(Example 3)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same base material surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As a sputtering target, a fan-shaped metal magnesium plate having a radius of 80 mm and an apex angle of 15 ° is placed on a disk-like carbon target having a radius of 80 mm so that magnesium occupies 1/24 of the entire target. The process time was set to a thickness of 1.0 ± 0.3 μm.

プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定した結果、Ra0.020μmであった。
次いで、実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行うと共に、摩擦係数を同様に測定した結果、マグネシウム量は40原子%、水素量は0.1原子%以下、摩擦係数は0.023であった。これらの結果も同様に表1に併せて示す。
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.020 μm.
Subsequently, the amount of magnesium and the amount of hydrogen were determined in the same manner as in Example 1, and the friction coefficient was measured in the same manner. As a result, the magnesium amount was 40 atomic%, the hydrogen amount was 0.1 atomic% or less, and the friction coefficient was 0. 0.023. These results are also shown in Table 1.

(実施例4)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングにより、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
ターゲットとしては、半径80mmの円板状炭素ターゲットの上に、半径80mm、頂角1.875°の扇形状の金属マグネシウムの板を置き、マグネシウムがターゲット全体の1/192を占めるようにし、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。
Example 4
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same base material surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As a target, a fan-shaped metal magnesium plate having a radius of 80 mm and an apex angle of 1.875 ° is placed on a disk-shaped carbon target having a radius of 80 mm so that magnesium occupies 1/192 of the whole target, and the like. The process time was set to a thickness of 1.0 ± 0.3 μm.

プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定したところ、Ra0.020μmであった。
そして、上記実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行うと共に、摩擦係数を同様に測定した結果、マグネシウム量は2.3原子%、水素量は0.1原子%以下、摩擦係数は0.021であった。これらの結果も同様に表1に併せて示す。
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.020 μm.
Then, as in Example 1 above, the amount of magnesium and the amount of hydrogen were quantified, and the friction coefficient was measured in the same manner. As a result, the amount of magnesium was 2.3 atomic%, the amount of hydrogen was 0.1 atomic% or less, and the friction The coefficient was 0.021. These results are also shown in Table 1.

(実施例5)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングによって、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
ターゲットとしては、実施例1と同様に、金属マグネシウム板がターゲット全体の1/48を占めるようにし、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。なお、スパッタリングの雰囲気ガスには純アルゴンに替えて、アルゴンにメタンガスを90:10の割合で混合したものを用いた。
(Example 5)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same substrate surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As in the case of Example 1, the process time was set so that the metal magnesium plate occupied 1/48 of the entire target and the film thickness was 1.0 ± 0.3 μm in the same manner as in Example 1. Note that, as the atmosphere gas for sputtering, instead of pure argon, a mixture of argon and methane gas at a ratio of 90:10 was used.

プロセスの完了後、試料の表面粗さを測定したところ、Ra0.015μmであった。
次いで、上記実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行うと共に、摩擦係数を同様に測定した結果、マグネシウム量は17原子%、水素量は7原子%以下、摩擦係数は0.034であった。これらの結果も同様に表1に併せて示す。
After completion of the process, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.015 μm.
Next, as in Example 1, the amount of magnesium and the amount of hydrogen were determined, and the friction coefficient was measured in the same manner. As a result, the magnesium amount was 17 atomic%, the hydrogen amount was 7 atomic% or less, and the friction coefficient was 0. 034. These results are also shown in Table 1.

(実施例6)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングによって、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
ターゲットとしては、実施例1と同様に、金属マグネシウム板がターゲット全体の1/48を占めるようにしたものを用い、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。なお、スパッタリングの雰囲気ガスには純アルゴンに替えて、アルゴンにメタンガスを98:2の割合で混合したものを用いた。
(Example 6)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same substrate surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As in the same manner as in Example 1, a target in which the metal magnesium plate occupies 1/48 of the entire target was used, and the process time was similarly set so that the film thickness was 1.0 ± 0.3 μm. did. Note that, as the atmosphere gas for sputtering, instead of pure argon, a mixture of argon and methane gas at a ratio of 98: 2 was used.

プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定したところ、Ra0.023μmであった。
次いで、上記実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行うと共に、摩擦係数を同様に測定した結果、マグネシウム量は19原子%、水素量は1.4原子%以下、摩擦係数は0.032であった。これらの結果も同様に表1に併せて示す。
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.023 μm.
Next, as in Example 1 above, the amount of magnesium and the amount of hydrogen were determined, and the friction coefficient was measured in the same manner. As a result, the magnesium amount was 19 atomic%, the hydrogen amount was 1.4 atomic% or less, and the friction coefficient was 0.032. These results are also shown in Table 1.

(比較例1)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングにより、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。但し、当該比較例においては、炭素ターゲットの上に金属マグネシウムや酸化マグネシウムを置くことなく、1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。
(Comparative Example 1)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same base material surface by magnetron sputtering using carbon as a target. However, in the comparative example, the process time was set so that the film thickness was 1.0 ± 0.3 μm without placing metal magnesium or magnesium oxide on the carbon target.

成膜後の試料の表面粗さは、Ra0.019μmであった。また、同様にマグネシウム量、水素量の定量を行った結果、両者いずれも0.1原子%以下であった。
さらに、摩擦係数を同様に測定した結果、0.047であった。これらの結果は、表1に併せて示す。
The surface roughness of the sample after film formation was Ra 0.019 μm. Similarly, as a result of quantitative determination of the magnesium amount and the hydrogen amount, both were 0.1 atomic% or less.
Furthermore, as a result of measuring the friction coefficient in the same manner, it was 0.047. These results are also shown in Table 1.

(比較例2)
上記実施例1と同様に、炭素をターゲットとしたマグネトロンスパッタリングにより、同様の基材表面に硬質炭素被膜をコーティングした。
スパッタリングのターゲットには、半径80mmの円板状炭素ターゲットの上に、半径80mm、頂角30°の扇形状の酸化マグネシウムの板を置き、マグネシウムがターゲット全体の1/12を占めるようにし、同様に1.0±0.3μmの膜厚になるようにプロセス時間を設定した。
(Comparative Example 2)
Similar to Example 1, a hard carbon film was coated on the same base material surface by magnetron sputtering using carbon as a target.
As a sputtering target, a fan-shaped magnesium oxide plate having a radius of 80 mm and an apex angle of 30 ° is placed on a disk-like carbon target having a radius of 80 mm so that magnesium occupies 1/12 of the entire target. The process time was set to a thickness of 1.0 ± 0.3 μm.

プロセスが完了した後、試料の表面粗さを測定した結果、Ra0.024μmであった。
次いで、実施例1と同様に、マグネシウム量、水素量の定量を行うと共に、摩擦係数を同様に測定した結果、マグネシウム量は46原子%、水素量は0.1原子%以下、摩擦係数は0.039であった。これらの結果も同様に表1に併せて示す。
After the process was completed, the surface roughness of the sample was measured and found to be Ra 0.024 μm.
Subsequently, the amount of magnesium and the amount of hydrogen were determined in the same manner as in Example 1, and the friction coefficient was measured in the same manner. As a result, the magnesium amount was 46 atomic%, the hydrogen amount was 0.1 atomic% or less, and the friction coefficient was 0. .039. These results are also shown in Table 1.

Figure 2006124806
Figure 2006124806

表1の結果から明らかなように、マグネシウムを実質的に含まない、あるいは41原子%を超えて含有する比較例の硬質炭素被膜摺動部材においては、潤滑油中での摩擦係数が高いのに対し、特定範囲のマグネシウムを被膜中に含む本発明の硬質炭素被膜摺動部材においては、低い摩擦係数を示し、特に水素含有量を0.1原子%以下に低減させることによって、極めて優れた低摩擦特性を示すことが確認された。   As is apparent from the results in Table 1, the hard carbon film sliding member of the comparative example substantially not containing magnesium or containing more than 41 atomic% has a high friction coefficient in the lubricating oil. On the other hand, in the hard carbon film sliding member of the present invention containing a specific range of magnesium in the film, it exhibits a low coefficient of friction, in particular, by reducing the hydrogen content to 0.1 atomic% or less, extremely low It was confirmed to show friction characteristics.

Claims (6)

少なくとも相手材との摺動部位に硬質炭素被膜を備えた摺動部材であって、上記被膜中に2原子%以上41原子%以下のマグネシウムを含んでいることを特徴とする硬質炭素被膜摺動部材。   A sliding member provided with a hard carbon coating at least at a sliding portion with a counterpart material, wherein the coating contains magnesium in an amount of 2 atomic% or more and 41 atomic% or less. Element. 上記被膜中の水素量が6原子%以下であることを特徴とする請求項1に記載の硬質炭素被膜摺動部材。   The hard carbon film sliding member according to claim 1, wherein the amount of hydrogen in the film is 6 atomic% or less. 上記被膜中の水素量が1原子%以下であることを特徴とする請求項1に記載の硬質炭素被膜摺動部材。   The hard carbon film sliding member according to claim 1, wherein the amount of hydrogen in the film is 1 atomic% or less. 潤滑剤中で使用されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の硬質炭素被膜摺動部材。   The hard carbon film sliding member according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard carbon film sliding member is used in a lubricant. 上記潤滑剤が自動車用エンジン油であることを特徴とする請求項4に記載の硬質炭素被膜摺動部材。   The hard carbon film sliding member according to claim 4, wherein the lubricant is an engine oil for automobiles. 上記潤滑剤が自動車用トランスミッション油であることを特徴とする請求項4に記載の硬質炭素被膜摺動部材。   The hard carbon film sliding member according to claim 4, wherein the lubricant is a transmission oil for automobiles.
JP2004317498A 2004-11-01 2004-11-01 Hard carbon film sliding member Pending JP2006124806A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004317498A JP2006124806A (en) 2004-11-01 2004-11-01 Hard carbon film sliding member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004317498A JP2006124806A (en) 2004-11-01 2004-11-01 Hard carbon film sliding member

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006124806A true JP2006124806A (en) 2006-05-18

Family

ID=36719825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004317498A Pending JP2006124806A (en) 2004-11-01 2004-11-01 Hard carbon film sliding member

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006124806A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008032150A (en) * 2006-07-31 2008-02-14 Nissan Motor Co Ltd High-strength gear, transmission mechanism and manufacturing method of high-strength gear

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008032150A (en) * 2006-07-31 2008-02-14 Nissan Motor Co Ltd High-strength gear, transmission mechanism and manufacturing method of high-strength gear
US8530051B2 (en) 2006-07-31 2013-09-10 Nissan Motor Co., Ltd. High strength gear, power transmission mechanism using same, and production method for high strength gear

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7273655B2 (en) Slidably movable member and method of producing same
JP4007440B2 (en) Hard carbon film sliding member
US8202615B2 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon-type film, amorphous carbon-type lamination film, and sliding member
JP2008081522A (en) Slide member
JP2006152428A (en) Hard carbon coated sliding member
EP1503113A2 (en) Gear
JP6114730B2 (en) Sliding system
JP2004137535A (en) Hard carbon film slide member
JP4201557B2 (en) Hard carbon film sliding member
JP2006008853A (en) Hard carbon film sliding member and method for producing the same
JP4730159B2 (en) Sliding member and manufacturing method thereof
JP4135087B2 (en) Hard carbon film for sliding member and manufacturing method thereof
JP5077629B2 (en) Hard carbon coating
JP4816940B2 (en) Hard carbon coating
JP2006124806A (en) Hard carbon film sliding member
JP2009040927A (en) Sliding member
JP2007162470A (en) Hard carbon coating slide member
JP5712919B2 (en) Low friction sliding member
JP2000320674A (en) Low friction material and manufacture thereof
JP2007291430A (en) Hard carbon film
JP2007070702A (en) Hard carbon coated sliding member
JP2022071283A (en) Slide mechanism
EP2060656A2 (en) Hard carbon film and hard carbon film sliding member
JP4968619B2 (en) Hard carbon coating
JP4968620B2 (en) Hard carbon coating