JP2009149955A

JP2009149955A - 摺動部材の表面構造

Info

Publication number: JP2009149955A
Application number: JP2007330363A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Sato; 秀昭佐藤; Hiroo Nomura; 博郎野村; Shinsuke Kuniji; 真輔國次; Minoru Hino; 実日野
Original assignee: MATSUYAMA GIKEN KK; Okayama Prefectural Government; Sanden Corp
Current assignee: MATSUYAMA GIKEN KK; Okayama Prefectural Government; Sanden Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】アルミニウム合金に対する硬質炭素膜層の密着力を向上させることにより、耐摩耗性を保持することのできる摺動部材の表面構造を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金１の表面に形成されたニッケル−リン層２と、ニッケル−リン層２の表面に形成されたクロム層３と、クロム層３の表面に形成された硬質炭素膜層４とを備えたので、比較的軟質の部材であるアルミニウム合金１に対する硬質炭素膜層４の密着力を向上させることができ、摺動部材の耐摩耗性を保持することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば圧縮機を構成する部材など、他の部材に対して摺動する摺動部材の表面構造に関するものである。

従来、この種の摺動部材の表面構造としては、金属基材の表面にクロム層を形成し、クロム層の表面に硬質炭素膜層を形成することにより、金属基材の耐摩耗性を向上させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−４５２８７号公報

近年、例えば圧縮機等の機器の運転効率を向上させる目的で、機器を構成する部材をアルミニウム合金から形成し、機器の軽量化を図っている。

しかし、アルミニウム合金は比較的軟質の部材であるため、アルミニウム合金製の部材の耐摩耗性を向上させるために表面にクロム層及び硬質炭素膜層を形成すると、アルミニウム合金に対するクロム層及び硬質炭素膜層の十分な密着力を確保することができず、機器の運転時にアルミニウム合金に対して硬質炭素膜層の剥離が生じるおそれがある。

本発明の目的とするところは、アルミニウム合金に対する硬質炭素膜層の密着力を向上させることにより、耐摩耗性を保持することのできる摺動部材の表面構造を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、アルミニウム合金からなる摺動部材の表面構造であって、アルミニウム合金の表面に形成されたニッケル−リン層と、ニッケル−リン層の表面に形成されたクロム層と、クロム層の表面に形成された硬質炭素膜層とを備えている。

これにより、アルミニウム合金とクロム層との間にニッケル−リン層が形成されることから、比較的軟質な部材であるアルミニウム合金に対する硬質炭素膜層の密着力が向上する。

本発明によれば、比較的軟質の部材であるアルミニウム合金に対する硬質炭素膜層の密着力を向上させることができるので、摺動部材の耐摩耗性を保持することが可能となる。

図１乃至図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１は摺動部材の要部断面図、図２はニッケル−リン層の厚さと剥離臨界荷重の関係を、リンの含有量毎に示すグラフ、図３はニッケル−リン層の質量に対するリンの含有量とニッケル−リン層の厚さをそれぞれ変更した複数種類の摺動部材に対してロックウェル硬さ試験を行ったときの硬質炭素膜の剥離の有無を示す表、図４はアルミニウム合金及び３μｍの厚さのニッケル−リン層の要部断面図、図５はアルミニウム合金及び１０μｍの厚さのニッケル−リン層の要部断面図である。

この摺動部材は、例えば、スクロール圧縮機における、固定スクロールと、固定スクロールに対して接触しながら旋回する旋回スクロールなど、摺動する面を有する部材に用いられるようになっている。

摺動部材は、アルミニウム合金１によって形成され、アルミニウム合金１の表面に形成されたニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）層２と、ニッケル−リン層２の表面に形成されたクロム（Ｃｒ）層３と、クロム層３の表面に形成された硬質炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン））層４とを備えている。

ニッケル−リン層２は、硝フッ酸洗浄後にダブルシンジケート処理されたアルミニウム合金１の表面に無電解めっきによって形成されるようになっている。

クロム層３及び硬質炭素膜層４は、スパッタリングによって、ニッケル−リン層２の表面にクロム層３が形成され、クロム層３の表面に硬質炭素膜層４が形成されるようになっている。また、クロム層３及び硬質炭素膜層４の厚さは合わせて２μｍ以上に形成され、クロム層３のみ厚さは１μｍ以上に形成されるようになっている。

以上のように構成された摺動部材において、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量とニッケル−リン層２の厚さをそれぞれ変更した複数種類の摺動部材に対してスクラッチ試験を行った。このときの試験結果を、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量が異なる摺動部材（リン含有量：３％，１０％，１２％）毎に、ニッケル−リン層２の厚さ（横軸）と剥離臨界荷重（縦軸）の関係として図２に示す。ここで、剥離臨界荷重は、スクラッチ試験によって硬質炭素膜層４が剥離したときに計測される垂直荷重（Ｎ）である。

スクラッチ試験によれば、図２に示すように、リンの含有量に拘わらず、ニッケル−リン層２が３μｍの摺動部材は、炭素工具鋼（ＳＫ）の表面に硬質炭素膜層を形成した部材の剥離臨界荷重とほぼ同一の剥離臨界荷重となった。また、ニッケル−リン層２の質量に対してリンの含有量が１０％で、ニッケル−リン層２が２０μｍの摺動部材は、焼き入れした高速度工具鋼（ＳＫＨ）の表面に硬質炭素膜層を形成した部材の剥離臨界荷重とほぼ同一の剥離臨界荷重となった。

また、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量とニッケル−リン層２の厚さをそれぞれ変更した複数種類の摺動部材に対してロックウェル硬さ試験を行い、圧痕部分における硬質炭素膜層４のクラックの有無を図３に示す。

ロックウェル硬さ試験によれば、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量が３％、且つニッケル−リン層２の厚さが１μｍ及び３μｍの摺動部材は、硬質炭素膜層４が剥離することはなかったが、圧痕部分の周辺の硬質炭素膜層４に同心円状に延びる複数のクラックが生じた。また、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量が３％、且つニッケル−リン層２の厚さが１０μｍ及び２０μｍの摺動部材は、硬質炭素膜層４が剥離することはなかったが、圧痕部分の硬質炭素膜層４に放射状に延びる複数のクラックが生じた。一方、ニッケル−リン層２の質量に対してリンの含有量が１０％及び１２％の摺動部材には、ニッケル−リン層２の厚さに拘わらず、硬質炭素膜層４が剥離することはなく、クラックも生じなかった。このことから、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量が３％の摺動部材は、リンの含有量が１０％及び１２％の摺動部材と比較して硬質炭素膜層４の密着力が低くなると考えられる。

また、ニッケル−リン層２を形成する前のアルミニウム合金１の表面には、硝フッ酸洗浄が施されるため、アルミニウム合金１に含まれるシリコン（Ｓｉ）がアルミニウム合金１の表面から脱落して凹凸が生じる。凹凸が生じたアルミニウム合金１の表面に３μｍの厚さのニッケル−リン層２を形成すると、図４に示すように、アルミニウム合金１の表面の凹凸に沿ってニッケル−リン層２が形成される。また、凹凸が生じたアルミニウム合金１の表面に１０μｍ以上の厚さのニッケル−リン層２を形成すると、図５に示すように、アルミニウム合金１の表面の凹凸に沿ってニッケル−リン層２が形成されることなく、ニッケル−リン層２の表面に平滑な面が形成される。

前記スクラッチ試験の試験結果、ロックウェル硬さ試験の試験結果及びニッケル−リン層２の表面の仕上がり状態を考慮すると、ニッケル−リン層２は、厚さが１０μｍ以上、且つ、ニッケル−リン層２の質量に対するリンの含有量が１０％以上とすることが好ましい。また、ニッケル−リン層２の厚さの上限は、形成可能な厚さの限界厚さ及びコスト面などから３０μｍ以下とすることが好ましい。

このように、本実施形態の摺動部材によれば、アルミニウム合金１の表面に形成されたニッケル−リン層２と、ニッケル−リン層２の表面に形成されたクロム層３と、クロム層３の表面に形成された硬質炭素膜層４とを備えたので、比較的軟質の部材であるアルミニウム合金１に対する硬質炭素膜層４の密着力を向上させることができ、摺動部材の耐摩耗性を保持することが可能となる。

また、ニッケル−リン層２を、１０μｍ以上の厚さに形成し、ニッケル−リン層２のリンの含有量を、ニッケル−リン層２の質量に対して１０％以上としたので、硬質炭素膜４の密着力を所定以上の強度とするとともに、ニッケル−リン層２の表面に平滑な面を形成することができ、摺動部材の耐摩耗性を更に向上させることが可能となる。

摺動部材の要部断面図ニッケル−リン層の厚さと剥離臨界荷重の関係を、リンの含有量毎に示すグラフニッケル−リン層の質量に対するリンの含有量とニッケル−リン層の厚さをそれぞれ変更した複数種類の摺動部材に対してロックウェル硬さ試験を行ったときの硬質炭素膜のクラックの有無を示す表アルミニウム合金及び３μｍの厚さのニッケル−リン層の要部断面図アルミニウム合金及び１０μｍの厚さのニッケル−リン層の要部断面図

符号の説明

１…アルミニウム合金、２…ニッケル−リン層、３…クロム層、４…硬質炭素膜層。

Claims

アルミニウム合金からなる摺動部材の表面構造であって、
アルミニウム合金の表面に形成されたニッケル−リン層と、
ニッケル−リン層の表面に形成されたクロム層と、
クロム層の表面に形成された硬質炭素膜層とを備えた
ことを特徴とする摺動部材の表面構造。
前記ニッケル−リン層を、１０μｍ以上の厚さに形成し、
ニッケル−リン層のリンの含有量を、ニッケル−リン層の質量に対して１０％以上とした
ことを特徴とする請求項１記載の摺動部材の表面構造。
前記クロム層と硬質炭素膜層を合わせた厚さを、２μｍ以上に形成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の摺動部材の表面構造。
前記クロム層の厚さを、１μｍ以上に形成した
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の摺動部材の表面構造。