JP2013151707A - Sliding member - Google Patents
Sliding member Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013151707A JP2013151707A JP2010084776A JP2010084776A JP2013151707A JP 2013151707 A JP2013151707 A JP 2013151707A JP 2010084776 A JP2010084776 A JP 2010084776A JP 2010084776 A JP2010084776 A JP 2010084776A JP 2013151707 A JP2013151707 A JP 2013151707A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- carbon
- sliding member
- diamond
- base material
- 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
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/027—Graded interfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3435—Applying energy to the substrate during sputtering
- C23C14/345—Applying energy to the substrate during sputtering using substrate bias
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/343—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2125/00—Components of actuators
- F16D2125/02—Fluid-pressure mechanisms
- F16D2125/06—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
- F16D2200/0004—Materials; Production methods therefor metallic
- F16D2200/0026—Non-ferro
- F16D2200/003—Light metals, e.g. aluminium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
- F16D2250/0038—Surface treatment
- F16D2250/0046—Coating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車のブレーキピストンなどに好適な摺動部材に関する。 The present invention relates to a sliding member suitable for, for example, a brake piston of an automobile.
ダイヤモンドライクカーボン膜(DLC膜)は、一般的に、高硬度で表面が平滑であり、耐摩擦性に優れ、その固体潤滑性から低摩擦係数で優れた低摩擦性能を有している。そして、無潤滑環境下において、通常の平滑な鋼材表面の摩擦係数が0.5以上であり、従来の表面処理材であるNi−PめっきやCrめっき、TiNコーティングやCrNコーティング等の表面の摩擦係数が約0.4である。これに対して、DLC膜の摩擦係数は約0.1である。 A diamond-like carbon film (DLC film) generally has high hardness, a smooth surface, excellent friction resistance, and excellent low friction performance with a low coefficient of friction due to its solid lubricity. In a non-lubricated environment, the friction coefficient of the surface of a normal smooth steel material is 0.5 or more, and surface friction of conventional surface treatment materials such as Ni-P plating, Cr plating, TiN coating, and CrN coating The coefficient is about 0.4. On the other hand, the coefficient of friction of the DLC film is about 0.1.
現在、これらの優れた特性を活かして、ドリル刃をはじめとする切削工具、研削工具等の加工治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環境下で使用される摺動部材等への応用が図られている。一方、エネルギー消費や環境の面から可能な限りの機械的損失の低減が望まれている内燃機関などの機械部品においては、現在、潤滑油存在下での摺動が主流となっている。 Currently, using these excellent characteristics, it is used in non-lubricated environments such as machining tools such as drill blades, grinding tools, plastic molds, valve cocks and capstan rollers. Application to sliding members and the like. On the other hand, in mechanical parts such as an internal combustion engine in which reduction of mechanical loss as much as possible is desired from the viewpoint of energy consumption and environment, sliding in the presence of lubricating oil is currently the mainstream.
また、自動車では環境への配慮から高効率化が求められ、そのため構成部品の軽量化が必要となる。自動車用摺動部品にも例えばAl合金等の軽金属合金が有効であり、軽金属合金製摺動部品の性能向上が必須である。例えば、軽金属合金製のブレーキピストン表面上に、耐摩耗性及び耐食性に優れ、ゴムシールを摩耗させにくく、ゴムシールとの摩擦係数を制御できるDLC膜を形成することができれば、高効率及び高信頼性の自動車を提供できる。 In addition, automobiles are required to be highly efficient due to environmental considerations, and therefore, it is necessary to reduce the weight of components. For example, a light metal alloy such as an Al alloy is effective for sliding parts for automobiles, and it is essential to improve the performance of sliding parts made of light metal alloys. For example, if a DLC film that is excellent in wear resistance and corrosion resistance, hardly wears a rubber seal, and can control the coefficient of friction with the rubber seal can be formed on the surface of a brake piston made of a light metal alloy, it is highly efficient and reliable. Can provide cars.
特許文献1には、ゴム状弾性体中にOH基を有する添加剤を含有する潤滑油組成物が混合され、ゴム状弾性体と摺接するインナ部材又はアウタ部材の表面に含有水素原子量が0.5at%以下の硬質炭素被膜が被覆され、インナ部材又はアウタ部材の表面粗さがRzで5μm以下であることを特徴とするゴムブッシュが開示されている。
In
特許文献2には、アルミニウム又はアルミニウム合金などの非鉄材料からなる母材の表面に窒素含有クロム被膜および炭素含有クロム被膜を順次形成し、炭素含有クロム被膜上に硬質被膜としてDLC被膜を形成する部材が開示されている。
しかし、従来、表面が酸化膜で覆われたAl合金製の自動車用ブレーキピストンを用いた場合、ブレーキオイル存在下でもゴムシールとの滑りが悪いことでロールバック(ブレーキの液圧解除時にピストンがゴムの弾性変形分により戻される現象)の量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。また、表面が平滑な硬質炭素被膜で覆われた自動車用ブレーキピストンを用いた場合、ブレーキオイル存在下でもゴムシールがピストンに吸着して滑りが悪いことでロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。 However, in the past, when an aluminum alloy brake piston made of an aluminum alloy whose surface was covered with an oxide film was used, rollback (when the hydraulic pressure of the brake was released, the piston was Since the amount of the phenomenon (returned by the elastic deformation amount) increases, there is a problem that feeling during braking is poor. In addition, when using a brake piston for automobiles with a hard carbon coating with a smooth surface, the amount of rollback increases because the rubber seal adsorbs to the piston even in the presence of brake oil and slips poorly. There was a problem that the feeling was bad.
また、自動車用ブレーキピストンに鉄鋼材を用いた場合、ピストンに硬質炭素被膜を形成することでゴムシールとの滑り量が適切となりロールバックの量を適切に制御できたとしても、重量が大きくなるため自動車全体として高効率化が困難であるという課題があった。また、表面が酸化膜で覆われたAl合金基材に鉄鋼基材用硬質炭素被膜を形成(酸化膜の上に直接ボンド層,傾斜層、及びダイヤモンドライクカーボン層を形成)した場合、酸化膜が電気絶縁層であるため、硬質炭素被膜の形成にあたりバイアス電圧を印加することができない。そのため硬質炭素被膜の基材との密着性が得られず、その結果ブレーキオイル存在下でもゴムシールとの滑りが悪いことでロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングが悪いという課題があった。 Also, when steel materials are used for the brake piston for automobiles, the amount of slippage with the rubber seal becomes appropriate by forming a hard carbon coating on the piston, and the weight increases even if the amount of rollback can be controlled appropriately. There was a problem that it was difficult to improve the efficiency of the entire automobile. In addition, when a hard carbon coating for a steel substrate is formed on an Al alloy substrate whose surface is covered with an oxide film (a bond layer, a gradient layer, and a diamond-like carbon layer are formed directly on the oxide film), the oxide film Since this is an electrical insulating layer, a bias voltage cannot be applied in forming the hard carbon film. Therefore, adhesion to the base material of the hard carbon coating is not obtained, and as a result, the amount of rollback increases due to poor sliding with the rubber seal even in the presence of brake oil, so the problem that the feeling during braking is bad there were.
本発明の目的は、環境への配慮のため軽量化が求められる自動車等産業機器の部品のうち、ゴムとの摺動部材において、耐摩耗性及び耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有するAl合金基材からなる摺動部材を提供することにある。 The object of the present invention is to provide excellent wear resistance and corrosion resistance in a sliding member with rubber among components of industrial equipment such as automobiles that are required to be light in weight for environmental considerations, and it is difficult to wear the rubber of the counterpart material. Another object of the present invention is to provide a sliding member made of an Al alloy base material having a hard carbon film capable of controlling the friction coefficient.
本発明の摺動部材は、基材に、導電層,バッファー層,ダイヤモンドライクカーボン層を順に配置した摺動部材であって、前記基材が、酸化アルミニウム層で覆われたアルミニウム合金であり、前記バッファー層が、前記基材との密着性を向上させ、基材の硬度を補う層であり、前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗度がRaで0.15μm以上0.5μm以下であることを特徴とする。 The sliding member of the present invention is a sliding member in which a conductive layer, a buffer layer, and a diamond-like carbon layer are sequentially arranged on a base material, and the base material is an aluminum alloy covered with an aluminum oxide layer, The buffer layer is a layer that improves adhesion with the base material and supplements the hardness of the base material, and the surface roughness of the diamond-like carbon layer is Ra of 0.15 μm or more and 0.5 μm or less. Features.
本発明によれば、アルミニウム合金を基材とし、耐摩耗性及び耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有する摺動部材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sliding member which has an aluminum alloy as a base material, is excellent in abrasion resistance and corrosion resistance, is hard to wear the rubber | gum of a counterpart material, and has a hard carbon film which can control a friction coefficient can be provided.
本発明は、耐摩耗性,耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる硬質炭素被膜を有する摺動部材に関する。 The present invention relates to a sliding member having a hard carbon coating that is excellent in wear resistance and corrosion resistance, hardly wears the rubber of a mating member, and can control a friction coefficient.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態で示す硬質炭素被膜は、ゴムとの潤滑環境下で使用される機械部品等の摺動部材(Al合金基材)に適用可能である。 The hard carbon film shown in the present embodiment can be applied to sliding members (Al alloy base materials) such as machine parts used in a lubricating environment with rubber.
図1に示すように、硬質炭素被膜(以下、「被膜」と呼称する)1は、基材2上に、アンバランスト・マグネトロン・スパッタリング(UBM)法を用いることにより形成できる。
As shown in FIG. 1, a hard carbon coating (hereinafter referred to as “coating”) 1 can be formed on a
UBM法とは、ターゲットの背面側に配置される磁極のバランスをターゲットの中心部と周縁部とで意図的に崩し、非平衡とすることでターゲットの周縁部の磁極からの磁力線の一部を基材まで伸ばし、ターゲットの近傍に収束していたプラズマが磁力線に沿って基材の近傍まで拡散し易くすることにより、被膜1の形成中に基材2に照射されるイオン量を増やすことができ、結果として、基材2の上面側に緻密な被膜1を形成することができることを特徴とした成膜方法である。
In the UBM method, the balance of the magnetic poles arranged on the back side of the target is intentionally broken at the center and the peripheral part of the target, and a part of the lines of magnetic force from the magnetic poles at the peripheral part of the target is made unbalanced. The amount of ions irradiated onto the
なお、詳細は実施例を用いて説明するが、本発明の摺動部材は、図1に示すように、基材2の外側に前記基材2から順に、導電層4、前記基材2との密着性を向上させ、前記基材2の硬度を補うためのバッファー層5及びダイヤモンドライクカーボン層7を形成することが好ましい。
Although the details will be described with reference to examples, the sliding member of the present invention has a conductive layer 4, the
導電層4は、アルミニウム(Al),クロム(Cr)、及びチタン(Ti)から選ばれる1種類の元素を含むことが好ましい。 The conductive layer 4 preferably contains one element selected from aluminum (Al), chromium (Cr), and titanium (Ti).
バッファー層5は、クロム窒化物及びチタン窒化物から選ばれる1種類の窒化物を含むことが好ましい。バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間には、傾斜層6を設けるとよい。
The
傾斜層6を設ける場合には、傾斜層6が、炭素及び金属の混合物又は金属の炭化物であり、前記傾斜層6に含まれる金属の含有量が、前記基材2側から外側に向かって減少し、前記傾斜層6に含まれる炭素の含有量が、前記基材2側から前記外側に向かって増加することが好ましい。前記金属は、アルミニウム、クロム及びチタンから選ばれる1種類の元素であることが好ましい。
When the
また、ここで用いられる被膜のダイヤモンドライクカーボン層7には、sp2結合炭素とsp3結合炭素とを混在することが好ましい。 The diamond-like carbon layer 7 of the coating used here preferably contains a mixture of sp 2 bonded carbon and sp 3 bonded carbon.
被膜1を形成した後、被膜1の表面のナノインデンテーション法(ISO14577)による硬度評価および摩擦試験評価を行った。
After the
ナノインデンテーション法(ISO14577)による硬度評価は、対稜角115度のベルコビッチ三角錐圧子を被膜の表面に10秒間かけて最大荷重3mNまで押し込み、最大荷重で1秒間保持し、その後、10秒間かけて除荷する条件で行った。 Hardness evaluation by the nanoindentation method (ISO14577) was performed by pressing a Belkovic triangular pyramid indenter with an opposite edge angle of 115 degrees into the surface of the coating to a maximum load of 3 mN over 10 seconds, holding the maximum load for 1 second, and then over 10 seconds. It was performed under the condition of unloading.
被膜1の表面の硬度は、ゴムとの摺動においてダイヤモンドライクカーボン層の摩耗を抑制するため10GPa以上が好ましく、ゴムの摩耗を抑制するため30GPa以下が好ましい。
The hardness of the surface of the
摩擦試験の評価装置としては、図2に示すような往復摺動試験機を用いて摩擦係数を計測した。 As a friction test evaluation apparatus, a friction coefficient was measured using a reciprocating sliding tester as shown in FIG.
この装置は、可動式のワークテーブル12が配置され、このワークテーブル12に試験片11を設置し、この試験片11の上面側に直径1/2インチの金属ボール(高炭素クロム軸受鋼鋼材,JIS SUJ2ボール)にゴムを巻いたゴムボール13を試験片11の相手材として用いる。なお、ここで金属ボールに用いる金属は、軸受に用いるような鋼からなる。また、ゴムにはエチレンプロピレンジエンゴムを用いるが、これに限定されるものではない。
In this apparatus, a movable work table 12 is arranged, a
この装置において、軸14に設置されたおもり15,16を移動し、ゴムボール13から試験片11に加わる荷重が29.4Nとなるように構成する。
In this apparatus, the
このとき、ゴムボール13は、回転したり外れたりすることがないよう、ホルダ17で固定されている。そして、ワークテーブル12をゴムボール13に対して最大滑り速度1mm/sec、ストローク10mmで駆動し、ゴムボール13と試験片11との間で発生する摩擦力をロードセルで計測し、摩擦係数を算出した。また、この試験は、ブレーキオイルを潤滑油に用いた潤滑状態で常温常湿環境下(室温:約25℃,湿度:約60%RH)において実施したが、潤滑油はこれに限定されるものではない。
At this time, the
上記の摺動部材は、一例として、自動車用ブレーキピストンに用いられることが好ましい。 As an example, the sliding member is preferably used for an automobile brake piston.
以下、実施例を説明する。 Examples will be described below.
図1は、摺動部材の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the sliding member.
本図において、摺動部材は、アルミニウム合金101の表面を酸化膜3で覆った基材2の上に、基材2側より外側に向かって、導電層4,バッファー層5,傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7で構成された被膜1を具備している。
In this figure, the sliding member is formed on the
ここで、アルミニウム合金101は、Al−Mg−Si系合金A6061−T6材で、基材2の表面粗度Raが0.15μmとなるように仕上げる。また、被膜1は、UBM法を用いて形成されている。
Here, the
具体的には、図3に示す条件(プロセス時間 vs ターゲット投入電力)で被膜1を形成する。
Specifically, the
まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにクロム(Cr)を主成分とする導電層4を形成する。 First, the conductive layer 4 containing chromium (Cr) as a main component is formed without applying a bias voltage while introducing an inert gas.
その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながら窒化クロム(CrN)を主成分とするバッファー層5を形成する。
Thereafter, an inert gas and a nitrogen gas are introduced, and a
さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層6を形成する。
Further, the
傾斜層6の形成においては、まず、クロム炭化物層(炭化クロム層)を形成し、その後、クロムターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。ここで、クロム炭化物層を構成する炭化クロムには、Cr3C2,Cr7C3,Cr23C6などの種類があるが、これらに限定されるものではない。
In the formation of the
最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層7を形成する。 Finally, an inert gas and a hydrocarbon gas are introduced, and the diamond-like carbon layer 7 is formed while applying a bias voltage.
被膜1の表面粗度Raは、被膜1の膜厚が薄い場合、成膜前の基材2の表面粗度によってほぼ決定されるが、被膜1の膜厚が厚い場合、被膜1の膜厚に比例して増加する。そこで、被膜1の表面粗度Raは成膜前の基材2の表面粗度及び被膜1の膜厚で制御する。
The surface roughness Ra of the
また、ダイヤモンドライクカーボン層7の硬度は、バイアス電圧の大きさを調整することにより制御する。 The hardness of the diamond-like carbon layer 7 is controlled by adjusting the magnitude of the bias voltage.
これにより、まず、電気絶縁的な基材2の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層5、傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7の形成が可能となる。
Thereby, first, since the surface of the electrically insulating
硬質炭素被膜は、一般に基材2等の下地が高硬度であるほど密着性が良好となる。ここで、被膜1とは、導電層4,バッファー層5,傾斜層6,ダイヤモンドライクカーボン層7を含む積層被膜を指す。
In general, the hard carbon coating has better adhesion as the base such as the
また、バッファー層5とは、本実施例のような軟質のAl合金で形成された基材2上に被膜1を形成する際、ダイヤモンドライクカーボン層7と基材2との密着性を向上させ、基材2の硬度を補うための層を指す。バッファー層5は、基材2よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、CrNを含むバッファー層5により軟質のAl合金からなる基材2の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性が良好となる。
The
また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に傾斜層6が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性をさらに向上することができる。
In addition, since the
さらに、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを被膜1で塞ぐことができるため、基材2が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
Furthermore, since the pinhole in the
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本実施例の被膜1の膜厚は1.7μm、表面粗度Raは0.19μm、硬度は23GPaであり、このときの摩擦係数は0.28であった。この摩擦係数値では、被膜1とゴムボール13との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜1の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール13の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量はごく僅かであった。
The
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性,耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a sliding member that is excellent in wear resistance and corrosion resistance, hardly wears the rubber of the counterpart material, and can control the friction coefficient. Further, when the sliding member of the present invention is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
なお、本実施例では、導電層4をCr、バッファー層5をCrN、傾斜層6をCr炭化物としたが、これらに限定されず、導電層4をTi又はAl、バッファー層5をTiN、傾斜層6をチタン炭化物としても同様の効果が得られる。さらにバッファー層5をチタン炭化物又はCr炭化物(Cr3C2,Cr7C3,Cr23C6等)で形成してもよい。
In this embodiment, the conductive layer 4 is Cr, the
本実施例におけるダイヤモンドライクカーボン層7には、グラファイトに代表される炭素結合であるsp2結合炭素とダイヤモンドに代表される炭素結合であるsp3結合炭素とが混在する。これにより、耐摩耗性,耐食性を兼備した被膜1を提供することができる。
一般に、DLC膜とは、アモルファス状の炭素又は水素化炭素で形成された膜であり、アモルファスカーボン又は水素化アモルファスカーボン(a−C:H)などとも呼ばれる。
DLC膜の形成には、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,炭素・炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法等の気相合成法、グラファイト等をアーク放電により蒸発させて成膜するイオンプレーティング法,不活性ガス雰囲気下でターゲットをスパッタリングすることによって成膜するスパッタリング法などが用いられる。
In the diamond-like carbon layer 7 in the present embodiment, sp 2 bonded carbon, which is a carbon bond typified by graphite, and sp 3 bonded carbon, which is a carbon bond typified by diamond, are mixed. Thereby, the
In general, a DLC film is a film formed of amorphous carbon or hydrogenated carbon, and is also called amorphous carbon or hydrogenated amorphous carbon (aC: H).
The DLC film is formed by vapor phase synthesis such as plasma CVD method in which hydrocarbon gas is plasma-decomposed, ion beam evaporation method using carbon / hydrocarbon ions, or graphite is evaporated by arc discharge. An ion plating method for forming a film, a sputtering method for forming a film by sputtering a target in an inert gas atmosphere, and the like are used.
本実施例において形成した被膜1は、摺動部材に耐摩耗性及び耐食性を付与し、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数の制御を可能にする。結果として、ブレーキオイル存在下で相手材のゴムが適切量滑り、さらに被膜もゴムも摩耗しないため、信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
The
本実施例では、基材2としてA6061−T6材を用いているが、時効硬化温度は約160〜180℃であるため、被膜1の形成中の温度が時効硬化温度以下とし、基材2の軟化を抑制するように温度条件を設定する必要がある。
In this example, A6061-T6 material is used as the
本発明の被膜1の形成においては、CrNを含むバッファー層5及び基材2の表面の酸化膜3が形成されている。基材2とバッファー層5との密着性を高めるために、基材2(酸化膜3)とバッファー層5との間に導電層4を形成することが好ましい。
In the formation of the
また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に形成される傾斜層6においては、まず、Cr炭化物層を形成し、その後、バッファー層5側からダイヤモンドライクカーボン層7側へ向かって、Cr濃度が連続的に減少し、かつ、C濃度が連続的に増加することが好ましい。また、傾斜層6を構成する物質であるCr炭化物をCrxCyで表した場合、xとyとの比率を少しずつ変化させることで、組成がバッファー層5側からダイヤモンドライクカーボン層7側へ向かって少しずつ変化させることが好ましい。
Further, in the
以上のように、基材2からダイヤモンドライクカーボン層7までの構造を上記のように設計することにより、密着性が良好な被膜1を提供できる。また、被膜1は、上記のような膜設計を行う上で条件を設定しやすい、スパッタリング又はイオンプレーティングにより形成されるのがよい。
As described above, the
Al−Mg−Si系合金のA6061−T6材の表面が酸化膜3で覆われた基材2上に、UBMを用いて図1に示す被膜1を形成する。また、基材2の表面粗度Raが0.25μmとなるように仕上げる。
A
具体的には、図3に示す条件(プロセス時間 vs ターゲット投入電力)で被膜1を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにCrを主成分とする導電層4を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらCrNを主成分とするバッファー層5を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層6を形成する。傾斜層6の形成においては、まず、Cr炭化物層を形成し、その後、Crターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層7を形成する。
Specifically, the
これにより、まず、電気絶縁的な基材2の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層5,傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7の形成が可能となる。
バッファー層5は、基材2よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、CrNを含むバッファー層5により軟質のAl合金からなる基材2の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性が良好となる。また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に傾斜層6が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを被膜1で塞ぐことができるため、基材2が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
Thereby, first, since the surface of the electrically insulating
The
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本実施例の被膜1の膜厚は1.7μm、表面粗度Raは0.29μm、硬度は23GPaであり、このときの摩擦係数は0.21であった。この摩擦係数値では、被膜1とゴムボール13との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜1の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール13の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。
The
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性,耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a sliding member that is excellent in wear resistance and corrosion resistance, hardly wears the rubber of the counterpart material, and can control the friction coefficient. Further, when the sliding member of the present invention is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
なお、本実施例では、導電層4をCr、バッファー層5をCrNとしたが、これらに限定されず、導電層4をAl又はTi、バッファー層5をTiNとしても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the conductive layer 4 is Cr and the
Al−Mg−Si系合金のA6061−T6材の表面が酸化膜3で覆われた基材2上に、UBMを用いて図1に示す被膜1を形成する。また、基材2の表面粗度Raが0.15μmとなるように仕上げる。
A
具体的には、図3に示す条件(プロセス時間 vs ターゲット投入電力)で被膜1を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにCrを主成分とする導電層4を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらCrNを主成分とするバッファー層5を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層6を形成する。傾斜層6の形成においては、まず、Cr炭化物層を形成し、その後、Crターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層7を形成する。
Specifically, the
これにより、まず、電気絶縁的な基材2の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層5,傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7の形成が可能となる。バッファー層5は、基材2よりも高硬度であることが好ましい。本実施例では、CrNを含むバッファー層5により軟質のAl合金からなる基材2の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性が良好となる。また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に傾斜層6が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを被膜1で塞ぐことができるため、基材2が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
Thereby, first, since the surface of the electrically insulating
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本実施例の被膜1の膜厚は8.1μm、表面粗度Raは0.50μm、硬度は30GPaであり、このときの摩擦係数は0.18であった。この摩擦係数値では、被膜1とゴムボール13との滑り量が適切となる。また、試験後の被膜1の表面に摩耗は見られなかった。ゴムボール13の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。
The
上記のように、本実施例によれば、耐摩耗性,耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御できる摺動部材を提供することができる。また、本発明の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。さらに、本実施例の摺動部材を自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量を適切に制御することができるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a sliding member that is excellent in wear resistance and corrosion resistance, hardly wears the rubber of the counterpart material, and can control the friction coefficient. Further, when the sliding member of the present invention is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
なお、本実施例では、導電層4をCr、バッファー層5をCrNとしたが、これらに限定されず、導電層4をAl又はTi、バッファー層5をTiNとしても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the conductive layer 4 is Cr and the
図4は、本発明による実施例を示す自動車用ブレーキピストンの断面図である。 FIG. 4 is a sectional view of an automobile brake piston showing an embodiment according to the present invention.
本図におけるブレーキピストンは、二輪車用のものであり、車輪と同軸で回転するディスクロータ22を2段のブレーキパッド24,26のうち内側のブレーキパッド26で左右から挟むことによりブレーキが作動し、車輪の回転が止まるものである。本図は、車輪及びディスクロータ22の回転方向に平行な方向から見た縦断面図であり、ディスクロータ22の回転方向は紙面に対して垂直な方向である。
The brake piston in this figure is for a two-wheeled vehicle, and the brake is operated by sandwiching the
本図において、シリンダボア21の内部に、ピストン23,ブレーキパッド24,26及びシール25が収納されている。シール25は、シリンダボア21とピストン23との間に設置され、シリンダボア21内部に封入されたブレーキオイル203が漏れ出さないようにしている。左右のピストン23にブレーキオイル203の圧力が加わることにより、左右のピストン23が内側に移動し、ブレーキパッド26とディスクロータ22とを接触させるようになっている。
In this figure, a
〔比較例1〕
Al−Mg−Si系合金のA6061−T6材の表面が酸化膜3で覆われた基材2上に、UBMを用いて図1に示す被膜1を形成する。また、基材2の表面粗度Raが0.02μmとなるように仕上げる。
[Comparative Example 1]
A
具体的には、図3に示す条件(プロセス時間 vs ターゲット投入電力)で被膜1を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにCrを主成分とする導電層4を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらCrNを主成分とするバッファー層5を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層6を形成する。傾斜層6の形成においては、まず、Cr炭化物層を形成し、その後、Crターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層7を形成する。
Specifically, the
これにより、まず、電気絶縁的な基材2の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層5,傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7の形成が可能となる。
バッファー層5は、基材2よりも高硬度であることが好ましい。本比較例では、CrNを含むバッファー層5により軟質のAl合金からなる基材2の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性が良好となる。また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に傾斜層6が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを被膜1で塞ぐことができるため、基材2が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
Thereby, first, since the surface of the electrically insulating
The
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本比較例の被膜1の膜厚は1.7μm、表面粗度Raは0.10μm、硬度は23GPaであり、このときの摩擦係数は0.39と高くなった。試験後の被膜1の表面に摩耗は見られなかった。一方、ゴムボール13の表面には大きな摩耗痕が見られた。
The
上記のように、本比較例の摺動部材は耐摩耗性,耐食性に優れるが、相手材のゴムを摩耗させ、更に摩擦係数を制御することができない。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができるが、自動車のブレーキピストンに適用した場合、制動時のロールバックの量が大きくなるため、制動時のフィーリングのよいブレーキを提供することができない。
As described above, the sliding member of this comparative example is excellent in wear resistance and corrosion resistance, but wears the rubber of the mating member and cannot control the friction coefficient. When the sliding member of this comparative example is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
〔比較例2〕
Al−Mg−Si系合金のA6061−T6材の表面が酸化膜3で覆われた基材2上に、UBMを用いて図1に示す被膜1を形成する。また、基材2の表面粗度Raが0.15μmとなるように仕上げる。
[Comparative Example 2]
A
具体的には、図3に示す条件(プロセス時間 vs ターゲット投入電力)で被膜1を形成する。まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加せずにCrを主成分とする導電層4を形成する。その後、不活性ガス及び窒素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらCrNを主成分とするバッファー層5を形成する。さらに、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら傾斜層6を形成する。傾斜層6の形成においては、まず、Cr炭化物層を形成し、その後、Crターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御する。最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながらダイヤモンドライクカーボン層7を形成する。
Specifically, the
これにより、まず、電気絶縁的な基材2の表面を導電性に変化させることができるため、バッファー層5,傾斜層6及びダイヤモンドライクカーボン層7の形成が可能となる。
バッファー層5は、基材2よりも高硬度であることが好ましい。本比較例では、CrNを含むバッファー層5により軟質のAl合金からなる基材2の硬度を補うことができるため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性が良好となる。また、バッファー層5とダイヤモンドライクカーボン層7との間に傾斜層6が存在するため、ダイヤモンドライクカーボン層7の密着性をさらに向上することができる。さらに、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを被膜1で塞ぐことができるため、基材2が剥き出しの場合に比べて耐食性が向上する。
Thereby, first, since the surface of the electrically insulating
The
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本比較例の被膜1の膜厚は1.8μm、表面粗度Raは0.24μm、硬度は9GPaであり、このときの摩擦係数は0.24であった。ゴムボール13の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。一方、試験後の被膜1の表面に摩耗が見られた。
The
上記のように、本比較例の摺動部材は、耐食性に優れ、相手材のゴムを摩耗させにくく、摩擦係数を制御することができるが、耐摩耗性に乏しい。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができる。しかし、自動車のブレーキピストンに適用した場合、長期の使用によりピストン上の被膜1が摩滅するため基材2が剥き出しとなり、シール25とピストン23が滑り易くなる。その結果、制動時のロールバックの量が小さくなることで制動解除時にピストンが初期の位置に戻らず、ディスクロータ22とブレーキパッド24が引き摺りを起こし、信頼性のあるブレーキを提供することができない。
As described above, the sliding member of this comparative example is excellent in corrosion resistance, hardly wears the counterpart rubber, and can control the coefficient of friction, but has poor wear resistance. When the sliding member of this comparative example is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
〔比較例3〕
Al−Mg−Si系合金のA6061−T6材の表面が酸化膜3で覆われた基材2上に被膜1を形成せずに使用する。また、基材2の表面粗度Raが0.02μmとなるように仕上げる。
[Comparative Example 3]
The surface of the A6061-T6 material of Al—Mg—Si alloy is used without forming the
これにより、基材2の表面の酸化膜3におけるピンホールを塞ぐ被膜が存在しないため、耐食性が低い。
Thereby, since there is no film which closes the pinhole in the
摩擦試験評価では、相手材のゴムボール13にエチレンプロピレンジエンゴム、潤滑油202にブレーキオイルを使用した。
In the friction test evaluation, ethylene propylene diene rubber was used for the
上記の構成で形成した本比較例において、摩擦係数は0.13と低くなった。試験後の基材2の表面には摩耗傷が見られた。ゴムボール13の表面には摩耗が見られたが、その摩耗量は僅かであった。また、ゴムボール13の表面には基材2の摩耗粉の移着が見られた。この摩擦係数値では、ゴムボール13の被膜1との滑り量が過大である。
In this comparative example formed with the above configuration, the friction coefficient was as low as 0.13. Abrasion scratches were observed on the surface of the
上記のように、本比較例の摺動部材は、相手材のゴムを摩耗させにくいが、耐摩耗性,耐食性に劣り、摩擦係数をも制御することができない。本比較例の摺動部材を自動車に適用した場合、基材2にAl合金を用いているため、自動車全体として軽量化でき、その結果、高効率な自動車を提供することができるが、自動車のブレーキピストンに適用した場合、まずブレーキピストンが摩耗し、さらに制動時のロールバックの量が小さくなることで制動解除時にピストンが初期の位置に戻らず、ディスクロータ22とブレーキパッド24が引き摺りを起こす。その結果、信頼性のあるブレーキを提供することができない。
As described above, the sliding member of this comparative example hardly wears the rubber of the mating member, but is inferior in wear resistance and corrosion resistance and cannot control the coefficient of friction. When the sliding member of this comparative example is applied to an automobile, since the Al alloy is used for the
1 硬質炭素被膜
2 基材
3 酸化膜
4 導電層
5 バッファー層
6 傾斜層
7 ダイヤモンドライクカーボン層
11 試験片
12 ワークテーブル
13 ゴムボール
14 軸
15,16 おもり
17 ホルダ
21 シリンダボア
22 ディスクロータ
23 ピストン
24 ブレーキパッド
25 シール
26 ブレーキパッド
101 アルミニウム合金
202 潤滑油
203 ブレーキオイル
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基材が、酸化アルミニウム層で覆われたアルミニウム合金であり、
前記バッファー層が、前記基材との密着性を向上させ、基材の硬度を補う層であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗度がRaで0.15μm以上0.5μm以下であることを特徴とする摺動部材。 A sliding member in which a conductive layer, a buffer layer, and a diamond-like carbon layer are sequentially arranged on a base material,
The base material is an aluminum alloy covered with an aluminum oxide layer;
The buffer layer is a layer that improves adhesion with the substrate and supplements the hardness of the substrate,
The surface roughness of the diamond-like carbon layer is 0.15 μm or more and 0.5 μm or less in terms of Ra.
前記基材にバイアス電圧を印加した状態で、前記導電層の上に前記基材との密着性を向上させ、前記基材の硬度を補うためのバッファー層を形成する工程と、
このバッファー層の上に傾斜層を形成する工程と、
この傾斜層の上に表面粗度がRaで0.15μm以上0.5μm以下であるダイヤモンドライクカーボン層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。 Forming a conductive layer by sputtering or ion plating on the surface of an aluminum alloy covered with an aluminum oxide layer; and
In a state where a bias voltage is applied to the base material, the step of improving the adhesion with the base material on the conductive layer and forming a buffer layer for supplementing the hardness of the base material;
Forming a gradient layer on the buffer layer;
Forming a diamond-like carbon layer having a surface roughness Ra of 0.15 μm or more and 0.5 μm or less on the inclined layer;
The manufacturing method of the sliding member characterized by including.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010084776A JP2013151707A (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Sliding member |
PCT/JP2011/053632 WO2011125375A1 (en) | 2010-04-01 | 2011-02-21 | Sliding member |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010084776A JP2013151707A (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Sliding member |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013151707A true JP2013151707A (en) | 2013-08-08 |
Family
ID=44762341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010084776A Pending JP2013151707A (en) | 2010-04-01 | 2010-04-01 | Sliding member |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013151707A (en) |
WO (1) | WO2011125375A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180141102A1 (en) * | 2015-04-23 | 2018-05-24 | Hitachi Metals, Ltd. | Coated metal mold and method for manufacturing same |
CN111378927A (en) * | 2020-04-20 | 2020-07-07 | 海南大学 | Hard film structure laid on elastic substrate and preparation method |
US20220050374A1 (en) * | 2020-08-17 | 2022-02-17 | Feedback Technology Corp. | Protective film with high hardness and low friction coefficient |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI513902B (en) * | 2012-06-19 | 2015-12-21 | Tai Mao Ind Corp | Structure of piston ring |
CN111621744B (en) * | 2020-03-20 | 2021-06-18 | 北京师范大学 | Cutter coating and deposition method thereof |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4511156B2 (en) * | 2002-11-22 | 2010-07-28 | 昭和電工株式会社 | Aluminum alloy manufacturing method and aluminum alloy, rod-shaped material, sliding part, forged molded product and machined molded product manufactured thereby |
JP4400603B2 (en) * | 2006-09-12 | 2010-01-20 | 株式会社日立製作所 | Member with hard carbon coating |
JP5145051B2 (en) * | 2008-01-07 | 2013-02-13 | 松山技研株式会社 | Hard film covering member and method for manufacturing the same |
-
2010
- 2010-04-01 JP JP2010084776A patent/JP2013151707A/en active Pending
-
2011
- 2011-02-21 WO PCT/JP2011/053632 patent/WO2011125375A1/en active Application Filing
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180141102A1 (en) * | 2015-04-23 | 2018-05-24 | Hitachi Metals, Ltd. | Coated metal mold and method for manufacturing same |
US11779989B2 (en) * | 2015-04-23 | 2023-10-10 | Proterial, Ltd. | Coated metal mold and method for manufacturing same |
CN111378927A (en) * | 2020-04-20 | 2020-07-07 | 海南大学 | Hard film structure laid on elastic substrate and preparation method |
US20220050374A1 (en) * | 2020-08-17 | 2022-02-17 | Feedback Technology Corp. | Protective film with high hardness and low friction coefficient |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011125375A1 (en) | 2011-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5227782B2 (en) | Sliding member | |
US7273655B2 (en) | Slidably movable member and method of producing same | |
US10895295B2 (en) | Wear resistant braking systems | |
JP2008081522A (en) | Slide member | |
Luo et al. | Study on rotational fretting wear of bonded MoS2 solid lubricant coating prepared on medium carbon steel | |
JP2013151707A (en) | Sliding member | |
JP4876464B2 (en) | Low friction sliding member | |
JP6239817B2 (en) | Manufacturing method of slide element | |
WO2011122662A1 (en) | Anti-friction bearing | |
JP2000120870A (en) | Piston ring | |
JPWO2009099226A1 (en) | DLC-coated sliding member and manufacturing method thereof | |
JP5101879B2 (en) | Sliding structure | |
Mo et al. | Tribological investigation of WC/C coating under dry sliding conditions | |
JP2022107481A (en) | Rolling bearing and wheel support device | |
WO2015163389A1 (en) | Sliding method, production method for sliding structure, sliding structure, and device | |
CN107868936B (en) | Sliding member and method for manufacturing same | |
JP2006008853A (en) | Hard carbon film sliding member and method for producing the same | |
JP4730159B2 (en) | Sliding member and manufacturing method thereof | |
WO2009050914A1 (en) | Gap base material for reducing fretting wear, and fastening structure using gap base material | |
JP2009052081A (en) | Hard carbon film | |
Alanou et al. | Effect of different surface treatments and coatings on the scuffing performance of hardened steel discs at very high sliding speeds | |
JP2017025396A (en) | Slide member, and method of manufacturing the same | |
JP2010156026A (en) | Hard carbon film, and method for forming the same | |
JP2020033622A (en) | Sliding member | |
Yu et al. | Tailoring the mechanical and high‐temperature tribological properties of Si‐DLC films by controlling the Si content |