JP2014091844A - Slide member, method for manufacturing the same, and slide structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slide member which can suitably form molybdenum disulfide on the surface of an amorphous carbon coating film without using a lubricant containing an organic molybdenum compound, and a method for manufacturing the slide member.SOLUTION: A method for manufacturing a slide member includes a step for forming an amorphous carbon coating film 13 on the surface of a substrate 11. When the amorphous carbon coating film 13 is formed, arc discharge is generated on the surface of a molybdenum-containing target made of molybdenum or molybdenum disulfide by controlling an impressed voltage applied to the molybdenum-containing target. Molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are released from the molybdenum-containing target by the arc discharge to form the amorphous carbon coating film 13 in which particles 13a of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed.

Description

本発明は、基材の摺動面に非晶質炭素被膜を被覆した摺動部材、その製造方法、および摺動構造に関する。   The present invention relates to a sliding member in which an amorphous carbon film is coated on a sliding surface of a base material, a manufacturing method thereof, and a sliding structure.

近年、資源保護、環境汚染の低減、および地球の温暖化防止は、各国で注目されており、特に、自動車業界においても排ガス規制の向上が課題となっている。該課題を解決するための一手段として、低燃費化への対応技術の開発が取り組まれている。なかでも、エンジンを構成する摺動部材、または動弁系の摺動部材の摺動特性を向上させることは、エネルギー損失を減らし、自動車の低燃費化に直接的に繋がるものである。   In recent years, resource protection, reduction of environmental pollution, and prevention of global warming have attracted attention in various countries, and in particular, improvement of exhaust gas regulations has become a challenge even in the automobile industry. As one means for solving the problem, development of a technology for reducing fuel consumption has been undertaken. In particular, improving the sliding characteristics of the sliding member constituting the engine or the sliding member of the valve train reduces the energy loss and directly leads to a reduction in fuel consumption of the automobile.

例えば、このような摺動部材の耐摩耗性を向上させると共に低摩擦特性を得るために、摺動部材の摺動面にコーティングを行う技術があり、該コーティング材料として、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などの非晶質炭素材料が使用されつつある。該非晶質炭素材料により形成された被膜(非晶質炭素被膜)は、炭素を主成分とする硬質の被膜であり、低い摺動抵抗と高い耐摩耗性とを両立できる被膜である。   For example, in order to improve the wear resistance of such a sliding member and to obtain low friction characteristics, there is a technique for coating the sliding surface of the sliding member, and diamond-like carbon (DLC) is used as the coating material. Amorphous carbon materials such as are being used. The film (amorphous carbon film) formed of the amorphous carbon material is a hard film mainly composed of carbon, and can achieve both low sliding resistance and high wear resistance.

このような摺動部材の一例として、互いに摺動する一対の摺動部材のうち、一方の摺動部材に基材の表面にDLC被膜(非晶質炭素被膜)を形成した摺動部材が提案されており、該摺動部材に有機モリブデン化合物としてジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン(Mo−DTC)を含有した潤滑剤を供給する摺動構造とされている(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、Mo−DTCなどの有機モリブデン化合物により、摺動部材の摺動面に二硫化モリブデンが形成される。これにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させることができる。   As an example of such a sliding member, a sliding member in which a DLC film (amorphous carbon film) is formed on the surface of a base material on one sliding member among a pair of sliding members that slide relative to each other is proposed. The sliding member is configured to supply a lubricant containing molybdenum dialkyldithiocarbamate (Mo-DTC) as an organic molybdenum compound to the sliding member (see, for example, Patent Document 1). According to this technique, molybdenum disulfide is formed on the sliding surface of the sliding member by an organic molybdenum compound such as Mo-DTC. Thereby, the wear resistance of the sliding member can be improved.

また、別の技術としては、摺動部材の表面に、非晶質炭素被膜が形成されており、該非晶質炭素被膜に、アーク蒸着法により、WまたはMoを1〜30atm%含有させた摺動部材が提案されている(例えば特許文献2参照)。この発明によれば、WまたはMoを1〜30atm%含有させることにより、摺動部材の耐摩耗性を向上させることができる。   Further, as another technique, an amorphous carbon film is formed on the surface of the sliding member, and a slide in which W or Mo is contained in the amorphous carbon film by an arc vapor deposition method is used. A moving member has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to this invention, the wear resistance of the sliding member can be improved by containing 1 to 30 atm% of W or Mo.

特開2009−114311号公報JP 2009-114311 A 特開2011−084721号公報JP 2011-084721 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、有機モリブデン化合物は、摩擦熱により摺動部材の相手部材のFe,Crなどと反応して三酸化モリブデンを生成し、この三酸化モリブデンを起因としてDLC被膜(非晶質炭素被膜)の摩耗が促進されることがわかっている。このような結果、たとえ、二硫化モリブデンが形成されたとしても、DLC被膜が摩滅するおそれがあった。   However, in the technique described in Patent Document 1, the organomolybdenum compound reacts with frictional heat such as Fe and Cr of the mating member of the sliding member to generate molybdenum trioxide, and this DLC film is caused by this molybdenum trioxide. It has been found that (amorphous carbon coating) wear is accelerated. As a result, even if molybdenum disulfide is formed, the DLC film may be worn away.

さらに、特許文献2に記載の技術では、原子レベルでMoを非晶質炭素被膜内に含有さており、このMoと潤滑油中のSとにより二硫化モリブデンが形成されることが期待される。しかしながら、非晶質炭素被膜内に含有したMo自体は、成膜時に、その雰囲気中のわずかに残留する酸素と結びつき金属酸化物として含有されることがわかっている。これにより、たとえ、潤滑油にS成分を含有したとしても、これにより非晶質炭素被膜内のMoと潤滑油中のSとの反応による二硫化モリブデンは形成されず、摺動部材の低摩擦特性が得られない場合があった。   Furthermore, in the technique described in Patent Document 2, Mo is contained in the amorphous carbon film at the atomic level, and it is expected that molybdenum disulfide is formed by this Mo and S in the lubricating oil. However, it has been found that Mo contained in the amorphous carbon film is contained as a metal oxide in association with slight remaining oxygen in the atmosphere during film formation. Thereby, even if the lubricating oil contains an S component, molybdenum disulfide is not formed by the reaction between Mo in the amorphous carbon coating and S in the lubricating oil, and the sliding member has low friction. In some cases, characteristics could not be obtained.

本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、有機モリブデン化合物を含む潤滑剤を用いなくとも、非晶質炭素被膜の表面に、二硫化モリブデンを好適に生成することができる摺動部材およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to suitably use molybdenum disulfide on the surface of the amorphous carbon film without using a lubricant containing an organic molybdenum compound. An object of the present invention is to provide a sliding member that can be generated and a method for manufacturing the same.

前記課題を鑑みて、発明者が鋭意検討を重ねた結果、従来のアークイオンプレーティング法において、モリブデン系ターゲットとして、基材の表面に炭素と共にモリブデンを蒸着させた場合には、モリブデン系ターゲットからのイオン化したモリブデンが放出され、このモリブデン自体が酸化するところ、モリブデンターゲットに印加する電圧を従来よりも高い電圧とすることにより、ミクロンオーダのモリブデン粒子をモリブデン系ターゲットから放出することができ、これによりモリブデンを粒子の形態で非晶質炭素被膜の表面に含有させることができるとの新たな知見を得た。   In view of the above-mentioned problems, the inventors have intensively studied. As a result, in the conventional arc ion plating method, when molybdenum is vapor-deposited together with carbon on the surface of the substrate, the molybdenum-based target is used. When ionized molybdenum is released and the molybdenum itself oxidizes, by setting the voltage applied to the molybdenum target to a higher voltage than before, micron-order molybdenum particles can be released from the molybdenum-based target. As a result, a new finding was obtained that molybdenum could be contained in the surface of the amorphous carbon film in the form of particles.

本発明は、発明者らの新たな知見に基づくものであり、摺動部材の製造方法は、基材の摺動面に、非晶質炭素被膜を成膜するための工程を含む摺動部材の製造方法であって、前記非晶質炭素被膜を成膜する工程は、非晶質炭素被膜を成膜する際に、モリブデンまたは二硫化モリブデンからなるモリブデン系ターゲットの表面にアーク放電を生成することにより、モリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を放出させ、非晶質炭素被膜にモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜を成膜するものであり、前記非晶質炭素被膜を成膜する工程において、前記モリブデン系ターゲットの表面にアーク放電を発生させるために前記モリブデン系ターゲットに印加する印加電圧を調整することにより、前記非晶質炭素被膜に分散させるモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒径を調整することを特徴とする。   The present invention is based on the inventors' new knowledge, and the manufacturing method of the sliding member includes a step for forming an amorphous carbon film on the sliding surface of the substrate. The step of forming the amorphous carbon film generates an arc discharge on the surface of a molybdenum-based target made of molybdenum or molybdenum disulfide when the amorphous carbon film is formed. By releasing molybdenum particles or molybdenum disulfide particles from a molybdenum-based target, an amorphous carbon film in which molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed in an amorphous carbon film is formed. Adjusting the voltage applied to the molybdenum target in order to generate arc discharge on the surface of the molybdenum target in the step of forming the carbonaceous film. More, and adjusting the particle size of the amorphous molybdenum particles dispersed in the carbon coating or molybdenum disulfide particles.

本発明によれば、モリブデン系ターゲットに印加する印加電圧を調整することによりにより、モリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を放出しすることができるばかりでなく、非晶質炭素被膜に分散させるモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒径を調整することができる。   According to the present invention, by adjusting the applied voltage applied to the molybdenum target, not only the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles can be released from the molybdenum target, but also dispersed in the amorphous carbon coating. The particle size of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles to be adjusted can be adjusted.

このような結果、非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が分散されることになる。モリブデン系ターゲットに、モリブデンターゲットを用いた場合には、非晶質炭素被膜内のモリブデン粒子のうち酸化されていないモリブデンが、摺動時に潤滑油中の硫黄成分と反応し、流動部材の表面に二硫化モリブデンを生成することができる。   As a result, molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed in the amorphous carbon coating. When a molybdenum target is used as the molybdenum target, unoxidized molybdenum in the molybdenum particles in the amorphous carbon coating reacts with the sulfur component in the lubricating oil during sliding, and the surface of the fluid member Molybdenum disulfide can be produced.

一方、モリブデン系ターゲットに、二硫化モリブデンを用いた場合には、非晶質炭素被膜内に二硫化モリブデン粒子が分散することになるので、摺動時に、摺動部材の摺動面に二硫化モリブデンが供給され、これが固体潤滑剤として作用する。   On the other hand, when molybdenum disulfide is used for the molybdenum-based target, molybdenum disulfide particles are dispersed in the amorphous carbon coating, and therefore, when sliding, the disulfide is formed on the sliding surface of the sliding member. Molybdenum is supplied, which acts as a solid lubricant.

より好ましくは、前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子の平均粒径が0.9μm〜4.5μmの範囲となるように、前記印加電圧を調整する。この態様によれば、このような範囲の平均粒径となる前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子を含有することにより、摺動部材の摩擦係数および耐摩耗性を低減することができる。   More preferably, the applied voltage is adjusted so that the average particle diameter of the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles is in the range of 0.9 μm to 4.5 μm. According to this aspect, the friction coefficient and wear resistance of the sliding member can be reduced by containing the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles having an average particle diameter in such a range.

すなわち、平均粒径が0.9μm未満のモリブデン粒子の場合、モリブデン系ターゲットから放出時にその大半のモリブデン粒子が酸化されてしまうことになる。同様に、平均粒径が0.9μm未満の二硫化モリブデン粒子の場合、二硫化モリブデン粒子の表面のモリブデンと硫黄が分解し、結果として二硫化モリブデン粒子のモリブデンの大半が酸化されてしまうことになる。このような結果、摺動部材を摺動させた際には、摺動面に二硫化モリブデンが形成され難くなる。   That is, in the case of molybdenum particles having an average particle size of less than 0.9 μm, most of the molybdenum particles are oxidized when released from the molybdenum-based target. Similarly, in the case of molybdenum disulfide particles having an average particle size of less than 0.9 μm, molybdenum and sulfur on the surface of the molybdenum disulfide particles are decomposed, and as a result, most of the molybdenum of the molybdenum disulfide particles is oxidized. Become. As a result, when the sliding member is slid, molybdenum disulfide is hardly formed on the sliding surface.

一方、平均粒径が4.5μmを超えた場合には、摺動面の表面粗さが粗くなってしまい、相手部材を攻撃し、相手部材の摩耗が促進されるとともに、摩擦係数の低減がされ難くなるおそれがある。   On the other hand, when the average particle diameter exceeds 4.5 μm, the surface roughness of the sliding surface becomes rough, attacks the mating member, promotes wear of the mating member, and reduces the friction coefficient. There is a risk that it will be difficult.

本願では、以下に示す摺動部材をも開示する。本発明に係る摺動部材は、基材の摺動面に、非晶質炭素被膜が形成された摺動部材であって、前記非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が分散されていることを特徴とする。   In this application, the sliding member shown below is also disclosed. The sliding member according to the present invention is a sliding member in which an amorphous carbon coating is formed on a sliding surface of a substrate, and the amorphous carbon coating contains molybdenum particles or molybdenum disulfide particles. It is characterized by being distributed.

本発明によれば、上述した如く、非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子が分散されているので、摺動部材の耐摩耗性を向上させるとともに、摩擦係数を低減することができる。具体的には、非晶質炭素被膜に、モリブデン粒子が分散されている場合には、非晶質炭素被膜内のモリブデン粒子のモリブデンが、摺動時に潤滑油中の硫黄成分と反応し、流動部材の表面に二硫化モリブデンを生成することができる。一方、非晶質炭素被膜に、二硫化モリブデン粒子が分散されている場合には、摺動時に、摺動部材の摺動面に二硫化モリブデンそのもののが供給されることになり、これが固体潤滑剤として作用する。   According to the present invention, as described above, since the molybdenum particles are dispersed in the amorphous carbon coating, the wear resistance of the sliding member can be improved and the friction coefficient can be reduced. Specifically, when molybdenum particles are dispersed in the amorphous carbon coating, the molybdenum of the molybdenum particles in the amorphous carbon coating reacts with the sulfur component in the lubricating oil during sliding and flows. Molybdenum disulfide can be generated on the surface of the member. On the other hand, when molybdenum disulfide particles are dispersed in the amorphous carbon coating, molybdenum disulfide itself is supplied to the sliding surface of the sliding member during sliding, which is a solid lubricant. Acts as an agent.

より好ましい態様としては、前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子の平均粒径が0.9μm〜4.5μmの範囲にある。この態様によれば、上述した如く、このような範囲の平均粒径となる前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子を含有することにより、摺動部材の摩擦係数および耐摩耗性を低減することができる。平均粒径が0.9μm未満の場合には、摺動部材を摺動させた際に、摺動面に二硫化モリブデンが形成され難くなる。一方、平均粒径が4.5μmを超えた場合には、摺動面の表面粗さが粗くなってしまい、相手部材を攻撃し、相手部材の摩耗が促進されるとともに、摩擦係数の低減がされ難くなるおそれがある。   As a more preferred embodiment, the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles have an average particle size in the range of 0.9 μm to 4.5 μm. According to this aspect, as described above, the friction coefficient and wear resistance of the sliding member can be reduced by containing the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles having an average particle diameter in such a range. it can. When the average particle size is less than 0.9 μm, molybdenum disulfide is hardly formed on the sliding surface when the sliding member is slid. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 4.5 μm, the surface roughness of the sliding surface becomes rough, attacks the mating member, promotes wear of the mating member, and reduces the friction coefficient. There is a risk that it will be difficult.

さらに、前記摺動部材の非晶質炭素被膜に含有される粒子はモリブデン粒子である場合には、前記潤滑油には、硫黄成分が添加されていることが好ましい。具体的には、非晶質炭素被膜に、モリブデン粒子が分散されている場合には、非晶質炭素被膜内のモリブデン粒子のモリブデンが、摺動時に潤滑油中の硫黄成分と反応し、流動部材の表面に二硫化モリブデンを生成することができる。   Further, when the particles contained in the amorphous carbon film of the sliding member are molybdenum particles, it is preferable that a sulfur component is added to the lubricating oil. Specifically, when molybdenum particles are dispersed in the amorphous carbon coating, the molybdenum of the molybdenum particles in the amorphous carbon coating reacts with the sulfur component in the lubricating oil during sliding and flows. Molybdenum disulfide can be generated on the surface of the member.

本発明によれば、有機モリブデン化合物を含む潤滑剤を用いなくとも、非晶質炭素被膜の表面に、二硫化モリブデンを好適に生成することができる。   According to the present invention, molybdenum disulfide can be suitably generated on the surface of the amorphous carbon film without using a lubricant containing an organic molybdenum compound.

本発明の実施形態に係る摺動部材の製造方法を説明するための模式的概念図。The typical conceptual diagram for demonstrating the manufacturing method of the sliding member which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す製造方法により製造された摺動部材の模式的概念図。The typical conceptual diagram of the sliding member manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 実施例1〜7および比較例1〜5に係る摺動部材の成膜条件を示した表図。The table | surface which showed the film-forming conditions of the sliding member which concerns on Examples 1-7 and Comparative Examples 1-5. 実施例1〜7および比較例1〜5の摺動部材により行う摩擦摩耗試験を説明するための模式的斜視図。The typical perspective view for demonstrating the friction abrasion test done with the sliding member of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-5. 実施例1〜7および比較例1〜5に係る摺動部材の摩擦摩耗試験の結果を示した表図。The table | surface which showed the result of the friction abrasion test of the sliding member which concerns on Examples 1-7 and Comparative Examples 1-5. 実施例3、7および比較例1、2に係る摺動部材の摩擦係数を示した図。The figure which showed the friction coefficient of the sliding member which concerns on Examples 3 and 7 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例3、7および比較例1、2に係る摺動部材において、潤滑油にMo−DTCを添加した場合と、未添加の場合とにおける摩擦係数と摩耗深さの結果を示した図。The figure which showed the result of the friction coefficient in the case where Mo-DTC is added to lubricating oil, and the case where it does not add in the sliding member which concerns on Example 3, 7 and Comparative Examples 1 and 2, and the wear depth. 実施例1〜4および比較例2、3に係る摺動部材の摩擦係数の摩擦係数と粒子径(ドロップレット平均粒径)との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the friction coefficient of the friction coefficient of the sliding member which concerns on Examples 1-4, and Comparative Examples 2 and 3, and a particle diameter (droplet average particle diameter). 実施例5〜7および比較例4、5に係る摺動部材の摩擦係数の摩擦係数と粒子径(ドロップレット平均粒径)との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the friction coefficient of the sliding coefficient and the particle diameter (Droplet average particle diameter) of the sliding member which concerns on Examples 5-7 and Comparative Examples 4 and 5. FIG. 実施例3および比較例2に係る摺動部材の非晶質炭素被膜を顕微鏡観察した結果を示した写真であり、(a)は、比較例2に係る摺動部材の断面の写真、(b)は、実施例3に係る摺動部材の断面写真、(c)比較例2に係る摺動部材の表面写真、(c)実施例3に係る摺動部材の表面写真。It is the photograph which showed the result of having observed the amorphous carbon film of the sliding member which concerns on Example 3 and Comparative Example 2 under the microscope, (a) is the photograph of the cross section of the sliding member which concerns on Comparative Example 2, (b) ) Is a cross-sectional photograph of the sliding member according to Example 3, (c) a surface photograph of the sliding member according to Comparative Example 2, and (c) a surface photograph of the sliding member according to Example 3. 実施例3、7および比較例3に係る摺動部材の非晶質炭素被膜の表面のX線回折結果を示した写真と、実施例3、7の分析結果を示した図。The figure which showed the X-ray-diffraction result of the surface of the amorphous carbon film of the sliding member which concerns on Example 3, 7 and the comparative example 3, and the analysis result of Example 3,7. 摩擦摩耗試験後の実施例1、3、6および比較例3、5に係る摺動部材の表面をXPS分析した結果を示した図。The figure which showed the result of having analyzed the surface of the sliding member which concerns on Example 1, 3, 6 and Comparative Example 3, 5 after a friction abrasion test by XPS. 実施例3、6および比較例3、6に係る摺動部材の摩擦係数を動弁系試験により測定した結果を示した図。The figure which showed the result of having measured the friction coefficient of the sliding member which concerns on Examples 3 and 6 and Comparative Examples 3 and 6 by the valve operating system test.

以下、図面を参照して、本実施形態に基づき本発明を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る摺動部材の製造方法を説明するための模式的概念図であり、図2は、図1に示す製造方法により製造された摺動部材の模式的概念図である。
Hereinafter, the present invention will be described based on the present embodiment with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic conceptual diagram for explaining a manufacturing method of a sliding member according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic concept of a sliding member manufactured by the manufacturing method shown in FIG. FIG.

図1に示すように、本実施形態に係る摺動部材の製造方法に用いる成膜装置は、一般的に知られたアークイオンプレーティング装置である。ただし、従来のアークイオンプレーティング装置を用いたアークイオンプレーティング法では、アーク放電により、金属ターゲットを昇華させ、その金属をイオン化し、イオン化させた金属を基材に蒸着(付着)させる方法が一般的であるが、本実施形態では、アーク放電により金属ターゲットから金属粒子を放出させ、これを基材に付着させる点でこれまでのものとは相違する。なお、以下でアークイオンプレーティング(AIP)と表記した場合、これはアークイオンプレーティング装置を利用したことを意味し、例外的に詳述した場合を除き、上述の如きアーク放電により金属ターゲットから金属粒子を放出させ、これを基材に付着させる方法である。   As shown in FIG. 1, the film forming apparatus used in the method for manufacturing a sliding member according to the present embodiment is a generally known arc ion plating apparatus. However, in the arc ion plating method using the conventional arc ion plating apparatus, there is a method in which a metal target is sublimated by arc discharge, the metal is ionized, and the ionized metal is deposited (attached) on a substrate. Generally, this embodiment is different from the conventional ones in that metal particles are discharged from a metal target by arc discharge and attached to a substrate. In the following, when expressed as arc ion plating (AIP), this means that an arc ion plating apparatus is used, and unless otherwise specified in detail, from the metal target by arc discharge as described above. In this method, metal particles are released and adhered to a substrate.

図1に示すように、本実施形態では、まず、摺動部材の基材11の表面に、非晶質炭素被膜13を被覆する前に、中間層12を設ける。中間層12は、摺動部材10の基材11と非晶質炭素被膜13との間の密着力を高めるための層であり、ケイ素、クロム、チタンまたはタングステンなどの金属からなる。なお、基材11と非晶質炭素被膜13との密着性を確保することができるのであれば、基材11の表面に非晶質炭素被膜13を形成してもよい。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, first, the intermediate layer 12 is provided on the surface of the base member 11 of the sliding member before the amorphous carbon coating 13 is coated. The intermediate layer 12 is a layer for increasing the adhesion between the base material 11 of the sliding member 10 and the amorphous carbon coating 13, and is made of a metal such as silicon, chromium, titanium, or tungsten. Note that the amorphous carbon coating 13 may be formed on the surface of the substrate 11 as long as adhesion between the substrate 11 and the amorphous carbon coating 13 can be secured.

このようにして中間層12が形成された基材11の表面に、非晶質炭素被膜13を形成する。図1に示すアークイオンプレーティング装置は、アーク電源と、真空槽内に置かれた基材11に、負のバイアス電圧を印加するためのバイアス電源と、炭素の原料である炭化水素ガス及び窒素、アルゴン等の放電用ガス等の導入口を備えており、アーク電源には、モリブデン系ターゲットが電気的に接続されている。   In this way, an amorphous carbon film 13 is formed on the surface of the substrate 11 on which the intermediate layer 12 is formed. The arc ion plating apparatus shown in FIG. 1 includes an arc power source, a bias power source for applying a negative bias voltage to a substrate 11 placed in a vacuum chamber, and hydrocarbon gas and nitrogen as carbon materials. In addition, an inlet for discharge gas such as argon is provided, and a molybdenum target is electrically connected to the arc power source.

本実施形態では、非晶質炭素被膜13を成膜する際に、モリブデンまたは二硫化モリブデンからなるモリブデン系ターゲットの表面に、アーク電源によりモリブデン系ターゲット間に電圧を印加し、アーク放電を生成する(発生させる)。これにより、モリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を放出させる。すなわち、本実施形態では、モリブデン系ターゲットは、アーク電源のカソードとして作用し、アノードとのアーク放電によりモリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が放出されることになる。   In this embodiment, when the amorphous carbon film 13 is formed, a voltage is applied between the molybdenum targets by an arc power source on the surface of the molybdenum target made of molybdenum or molybdenum disulfide to generate arc discharge. (generate). Thereby, molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are released from the molybdenum target. That is, in this embodiment, the molybdenum target acts as a cathode of an arc power source, and molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are released from the molybdenum target by arc discharge with the anode.

より具体的には、非晶質炭素被膜を成膜する工程において、モリブデン系ターゲットの表面にアーク放電を発生させるためのモリブデン系ターゲットに印加する印加電圧(具体的にはアーク電源の電流値)を、調整部により調整することにより、非晶質炭素被膜13に分散させるモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の平均粒径を0.9μm〜4.5μmの範囲に調整する。   More specifically, in the step of forming the amorphous carbon film, the applied voltage (specifically, the current value of the arc power supply) applied to the molybdenum target for generating arc discharge on the surface of the molybdenum target. Is adjusted by the adjusting unit to adjust the average particle diameter of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles dispersed in the amorphous carbon coating 13 to a range of 0.9 μm to 4.5 μm.

本実施形態では、非晶質炭素被膜13自体のカーボンは、プラズマCVDにより蒸着させる。具体的には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を、モリブデンターゲットからアーク放電により放出する際、アセチレン等の炭化水素ガスを導入し、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の放出と共に、放電により生成される高エネルギー密度プラズマにより、カーボンをイオン化させ、基材11に負のバイアス電圧を負荷させる。これにより、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子およびカーボンのイオンを基材11に引き寄せて積層させることができる。   In the present embodiment, the carbon of the amorphous carbon coating 13 itself is deposited by plasma CVD. Specifically, when the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are discharged from the molybdenum target by arc discharge, a hydrocarbon gas such as acetylene is introduced, and the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are generated by discharge along with the discharge of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles. Carbon is ionized by the high energy density plasma, and the substrate 11 is loaded with a negative bias voltage. Thereby, molybdenum particles or molybdenum disulfide particles and carbon ions can be attracted to the base material 11 and laminated.

炭化水素ガスには、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼン等を使用することができる。また、炭化水素ガスには、アセチレンガスを使用することが好ましく、さらにアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの不活性ガスを、炭化水素系ガスに混合することが好ましい。勿論、他の条件次第では、他の炭化水素ガスを使用することができる。また、炭化水素ガスの流量は、10〜25sccm、不活性ガスを200〜500sccmにすることが好ましい。勿論、炭化水素ガスの流量は、この範囲に限定されることはない。   As the hydrocarbon gas, methane, ethylene, acetylene, benzene, or the like can be used. As the hydrocarbon gas, acetylene gas is preferably used, and an inert gas such as argon gas, helium gas, or nitrogen gas is preferably mixed with the hydrocarbon-based gas. Of course, other hydrocarbon gases can be used depending on other conditions. The flow rate of the hydrocarbon gas is preferably 10 to 25 sccm and the inert gas is preferably 200 to 500 sccm. Of course, the flow rate of the hydrocarbon gas is not limited to this range.

ここでは、非晶質炭素被膜をプラズマCVDにより成膜したが、カーボンターゲットを利用したスパッタリング法などにより成膜をしてもよく、上述した如く非晶質炭素被膜13にモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を分散させることができるのであれば、特にその製造方法は限定されるものではない。   Here, the amorphous carbon film is formed by plasma CVD. However, the amorphous carbon film may be formed by sputtering using a carbon target. As described above, the amorphous carbon film 13 is coated with molybdenum particles or molybdenum disulfide. As long as the particles can be dispersed, the production method is not particularly limited.

このようにして、図2に示すように、中間層12が形成された基材11の表面に、非晶質炭素被膜13が形成された摺動部材を得ることができる。非晶質炭素被膜13には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒子13aが分散されており、平均粒径が0.9μm〜4.5μmの範囲になる。   In this way, as shown in FIG. 2, a sliding member in which the amorphous carbon film 13 is formed on the surface of the base material 11 on which the intermediate layer 12 is formed can be obtained. In the amorphous carbon film 13, particles 13a of molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed, and the average particle size is in the range of 0.9 μm to 4.5 μm.

本実施形態によれば、調整部によりモリブデン系ターゲットに印加する印加電圧を調整することによりにより、モリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を放出しすることができるばかりでなく、非晶質炭素被膜に分散させるモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒径を調整することができる。   According to the present embodiment, by adjusting the applied voltage applied to the molybdenum target by the adjustment unit, it is possible not only to release molybdenum particles or molybdenum disulfide particles from the molybdenum target, but also amorphous. The particle diameter of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles dispersed in the carbon coating can be adjusted.

このような結果、非晶質炭素被膜13には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒子13aが分散されることになる。ここでモリブデン系ターゲットに、モリブデンターゲットを用いた場合、潤滑油として、公知のエンジンオイルなど、硫黄成分が添加された潤滑油を摺動面(非晶質炭素被膜13の表面)に供給した摺動構造とする。非晶質炭素被膜13内のモリブデン粒子のうち酸化されていないモリブデンが、摺動時に潤滑油中の硫黄成分と反応し、流動部材の表面に二硫化モリブデンを生成することができる。   As a result, molybdenum particles or molybdenum disulfide particles 13 a are dispersed in the amorphous carbon coating 13. Here, when a molybdenum target is used as the molybdenum target, a lubricating oil to which a sulfur component is added as a lubricating oil, such as a known engine oil, is supplied to the sliding surface (the surface of the amorphous carbon coating 13). Dynamic structure. Molybdenum that is not oxidized among the molybdenum particles in the amorphous carbon coating 13 reacts with the sulfur component in the lubricating oil during sliding, and molybdenum disulfide can be generated on the surface of the fluid member.

一方、モリブデン系ターゲットに、二硫化モリブデンを用いた場合には、非晶質炭素被膜13内に二硫化モリブデン粒子が分散することになるので、摺動時に、摺動部材の摺動面に二硫化モリブデンが供給され、これが固体潤滑剤として作用する。このようにして、非晶質炭素被膜に、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を含有することにより、摺動部材の摩擦係数および耐摩耗性を低減することができる。   On the other hand, when molybdenum disulfide is used for the molybdenum-based target, the molybdenum disulfide particles are dispersed in the amorphous carbon coating 13, so that the sliding surface of the sliding member is moved to the sliding surface during sliding. Molybdenum sulfide is supplied, which acts as a solid lubricant. Thus, the friction coefficient and abrasion resistance of a sliding member can be reduced by containing molybdenum particles or molybdenum disulfide particles in the amorphous carbon coating.

ここで、粒子13aの平均粒径が0.9μm未満のモリブデン粒子の場合、モリブデン系ターゲットから放出時にその大半のモリブデン粒子が酸化されてしまうことになる。同様に、粒子13aの平均粒径が0.9μm未満の二硫化モリブデン粒子の場合、二硫化モリブデン粒子の表面のモリブデンと硫黄が分解し、結果として二硫化モリブデン粒子のモリブデンの大半が酸化されてしまうことになる。このような結果、摺動部材を摺動させた際には、摺動面に二硫化モリブデンが形成され難くなる。一方、粒子13aの平均粒径が4.5μmを超えた場合には、摺動面の表面粗さが粗くなってしまい、相手部材を攻撃し、相手部材の摩耗が促進されるとともに、摩擦係数の低減がされ難くなるおそれがある。   Here, in the case of molybdenum particles having an average particle diameter of less than 0.9 μm, most of the molybdenum particles are oxidized when released from the molybdenum target. Similarly, in the case of molybdenum disulfide particles having an average particle diameter of less than 0.9 μm, the molybdenum and sulfur on the surface of the molybdenum disulfide particles are decomposed, and as a result, most of the molybdenum in the molybdenum disulfide particles is oxidized. Will end up. As a result, when the sliding member is slid, molybdenum disulfide is hardly formed on the sliding surface. On the other hand, when the average particle diameter of the particles 13a exceeds 4.5 μm, the surface roughness of the sliding surface becomes rough, attacks the mating member, promotes wear of the mating member, and increases the friction coefficient. May be difficult to reduce.

本発明に係る実施例を以下に説明する。
〔実施例1〕
基材として、6mm×15mm×厚さ10mm、表面粗さRa(JIS規格)0.03μmのステンレス鋼(JIS規格:SUS440C焼入れ)に、スパッタリングにより、中間層となるように、0.3〜0.5μmの範囲のクロム被膜を成膜した。このように中間層が形成された基材の表面に、図3に示す条件で、モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜を成膜した。具体的には、図1に示したアークイオンプレーティング装置を用いて、モリブデンターゲット(純度99.9質量%以上)を配置し、チャンバー内の真空度を2×10−3Pa、チャンバー内の温度を200℃(ヒータ温度)、成膜ガス(アセチレンガス)の流量150ml/min、アーク電源の電流値40A、バイアス電圧500Vの条件で、モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜を成膜した。
Embodiments according to the present invention will be described below.
[Example 1]
As a base material, stainless steel (JIS standard: SUS440C quenching) of 6 mm × 15 mm × thickness 10 mm, surface roughness Ra (JIS standard) 0.03 μm, 0.3 to 0 so as to be an intermediate layer by sputtering. A chromium film having a thickness of 5 μm was formed. An amorphous carbon film in which molybdenum particles were dispersed was formed on the surface of the base material on which the intermediate layer was formed under the conditions shown in FIG. Specifically, using the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1, a molybdenum target (purity of 99.9% by mass or more) is disposed, the degree of vacuum in the chamber is 2 × 10 −3 Pa, An amorphous carbon film in which molybdenum particles are dispersed was formed under the conditions of a temperature of 200 ° C. (heater temperature), a flow rate of a film forming gas (acetylene gas) of 150 ml / min, an arc power supply current value of 40 A, and a bias voltage of 500 V. .

〔実施例2〜4〕
実施例1と同じように、このように中間層が形成された基材の表面に、モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。実施例1と相違する点は、図3に示す条件で、成膜ガス(アセチレンガス)の流量、および/または、アーク電源の電流値(モリブデン系ターゲットに印加する印加電圧)を調整した点である。
[Examples 2 to 4]
As in Example 1, a sliding member was produced in which the surface of the base material on which the intermediate layer was thus formed was coated with an amorphous carbon film in which molybdenum particles were dispersed. The difference from Example 1 is that the flow rate of the film forming gas (acetylene gas) and / or the current value of the arc power source (applied voltage applied to the molybdenum target) was adjusted under the conditions shown in FIG. is there.

〔実施例5〜7〕
実施例1と同じように、このように中間層が形成された基材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。実施例5の場合、実施例1と相違する点は、モリブデンターゲットの代わりに二硫化モリブデンターゲット(純度99.9質量%以上)を用いた点であり、実施例6および7の場合、図3に示す条件で、成膜ガス(アセチレンガス)の流量、アーク電源の電流値(モリブデン系ターゲットに印加する印加電圧)を調整した点である。
[Examples 5 to 7]
In the same manner as in Example 1, a sliding member in which the surface of the base material on which the intermediate layer was thus formed was coated with an amorphous carbon film was produced. In the case of Example 5, the difference from Example 1 is that a molybdenum disulfide target (purity of 99.9% by mass or more) was used instead of the molybdenum target. In the case of Examples 6 and 7, FIG. The flow rate of the film forming gas (acetylene gas) and the current value of the arc power source (applied voltage applied to the molybdenum target) were adjusted under the conditions shown in FIG.

〔比較例1〕
実施例1と同じ中間層が形成された基材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。実施例1と相違する点は、モリブデンターゲットを用いずに、図3に示す条件で非晶質炭素被膜を成膜した点である。
[Comparative Example 1]
A sliding member in which the surface of the base material on which the same intermediate layer as that in Example 1 was formed was coated with an amorphous carbon film was produced. The difference from Example 1 is that an amorphous carbon film was formed under the conditions shown in FIG. 3 without using a molybdenum target.

〔比較例2〕
実施例1と同じ中間層が形成された基材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。実施例1と相違する点は、図3に示すように、成膜ガスに、アセチレンガスおよびアルゴンガスを混合したガス(アセチレンガス流量100ml/min、アルゴンガス流量100ml/min)を用いて、ターゲット電力2.00kW、バイアス電圧200Vにして、アンバランスドマグネトロンスパッタリング装置を用いて、モリブデンを含有した非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した点である。
[Comparative Example 2]
A sliding member in which the surface of the base material on which the same intermediate layer as that in Example 1 was formed was coated with an amorphous carbon film was produced. The difference from Example 1 is that, as shown in FIG. 3, a target gas is formed by using a gas obtained by mixing acetylene gas and argon gas (acetylene gas flow rate 100 ml / min, argon gas flow rate 100 ml / min). This is a point in which a sliding member coated with an amorphous carbon coating containing molybdenum was manufactured using an unbalanced magnetron sputtering apparatus with an electric power of 2.00 kW and a bias voltage of 200 V.

〔比較例3〕
実施例1と同じように、このように中間層が形成された基材の表面に、モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。実施例1と相違する点は、図3に示す条件で、成膜ガス(アセチレンガス)の流量100ml/min、アーク電源の電流値を従来のアークイオンプレーティング法で用いられるアーク電源の電流値(AIP電流値)30Aにした点である。
[Comparative Example 3]
As in Example 1, a sliding member was produced in which the surface of the base material on which the intermediate layer was thus formed was coated with an amorphous carbon film in which molybdenum particles were dispersed. The difference from Example 1 is that the flow rate of the deposition gas (acetylene gas) is 100 ml / min and the current value of the arc power source is the current value of the arc power source used in the conventional arc ion plating method under the conditions shown in FIG. (AIP current value) 30 A.

〔比較例4〕
比較例2と同じように、このように中間層が形成された基材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。比較例2と相違する点は、モリブデンターゲットの代わりに二硫化モリブデンターゲット(純度99.9質量%以上)を用いた点である。
[Comparative Example 4]
As in Comparative Example 2, a sliding member in which the surface of the base material on which the intermediate layer was formed in this way was coated with an amorphous carbon film was produced. The difference from Comparative Example 2 is that a molybdenum disulfide target (purity 99.9% by mass or more) was used instead of the molybdenum target.

〔比較例5〕
比較例3と同じように、このように中間層が形成された基材の表面に、非晶質炭素被膜が被覆された摺動部材を作製した。比較例3と相違する点は、モリブデンターゲットの代わりに二硫化モリブデンターゲット(純度99.9質量%以上)を用いた点である。
[Comparative Example 5]
In the same manner as in Comparative Example 3, a sliding member in which the surface of the base material on which the intermediate layer was formed in this way was coated with an amorphous carbon coating was produced. The difference from Comparative Example 3 is that a molybdenum disulfide target (purity 99.9% by mass or more) was used instead of the molybdenum target.

<摩擦摩耗試験>
図4に示すように、上に示す実施例1〜7および比較例1〜5の摺動部材に相当するブロック試験片51、リング試験片52、及び潤滑油53を組合せて、摩擦摩耗試験(ブロックオンリング試験:LFW−1試験、FALEX社製)を行った。
<Friction and wear test>
As shown in FIG. 4, a frictional wear test (in combination with a block test piece 51, a ring test piece 52, and a lubricating oil 53 corresponding to the sliding members of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 shown above. Block on-ring test: LFW-1 test, manufactured by FALEX).

具体的にはリング試験片52として、SAE4620浸炭材(φ35mm、幅8.8mm、表面粗さRa(JIS規格)0.03μm)を準備し、この一部に潤滑油53が浸かるように、湯浴槽54に潤滑油53を張り、油温を80℃に保持した状態でリング試験片52を160rpm(周速0.3m/s)で回転させて試験片表面に油膜を形成させ、リング試験片52の外周面にブロック試験片10を接触させて荷重300N(ヘルツ310MPa)を負荷しながら、30分間の連続試験を行った。そして、このときに、リング試験片52に作用する回転抵抗(摺動抵抗)を、装置に取り付けたロードセルにより検出し、摩擦係数および摺動部材の摩耗深さを測定した。この結果を図5に示す。   Specifically, a SAE 4620 carburized material (φ35 mm, width 8.8 mm, surface roughness Ra (JIS standard) 0.03 μm) is prepared as a ring test piece 52, and hot water is used so that the lubricating oil 53 is immersed in a part of this. The ring test piece 52 is rotated at 160 rpm (circumferential speed 0.3 m / s) in a state where the lubricating oil 53 is stretched on the bath 54 and the oil temperature is maintained at 80 ° C., and an oil film is formed on the surface of the test piece. The block test piece 10 was brought into contact with the outer peripheral surface of 52 and a continuous test for 30 minutes was performed while applying a load of 300 N (hertz 310 MPa). At this time, the rotational resistance (sliding resistance) acting on the ring test piece 52 was detected by a load cell attached to the apparatus, and the friction coefficient and the wear depth of the sliding member were measured. The result is shown in FIG.

なお、潤滑油としては、ベース油(SAE粘度グレード0W−20の市販エンジン油(硫黄成分が添加された潤滑油)と、これにさらにMo−DTCを添加した潤滑油を準備し、ぞれぞれの潤滑油に対して摩擦摩耗試験を行った。この結果を図5に示す。なお、図5の非Mo系添加油での低摩擦発現は、Mo−DTCを添加していない潤滑油に対して摩擦係数が0.06以下の場合に○とし、それを越えた場合には、×とした。また、図6に実施例3、7および比較例1,2に係る摺動部材の摩擦係数を示した。図7に、実施例3、7および比較例1、2に係る摺動部材において、潤滑油にMo−DTCを添加した場合と、未添加の場合とにおける摩擦係数と摩耗深さの結果を示した。   In addition, as the lubricating oil, a base oil (SAE viscosity grade 0W-20 commercial engine oil (lubricating oil to which a sulfur component is added) and a lubricating oil to which Mo-DTC is further added are prepared. A frictional wear test was conducted on these lubricating oils, and the results are shown in Fig. 5. Note that the low friction with the non-Mo-based additive oil in Fig. 5 is observed in the lubricating oil to which no Mo-DTC is added. On the other hand, when the coefficient of friction was 0.06 or less, it was marked as ◯, and when it was exceeded, it was marked as ×, and FIG. 7 shows friction coefficients and wear depths of the sliding members according to Examples 3 and 7 and Comparative Examples 1 and 2 when Mo-DTC is added to the lubricant and when it is not added. The result was shown.

<粒子の粒径の測定>
実施例1〜7および比較例2〜5のモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の平均粒径(ドロップレット粒径)を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定した。ここでは、倍率1000倍の任意一視野に対して存在するドロップレット粒径を測定し平均化したものである。なお、比較例2および比較例4の従来の条件によるアークイオンプレーティング法は、ドロップレットが生成されないような条件であるため、ドロップレット自体は、ほとんど存在しなかった。このため、非晶質炭素被膜の表面を観察しながら僅かに生成されたドロップレットを捜索し、この粒径を測定し平均粒径とした。この結果を図5の表に示す。
<Measurement of particle size>
The average particle diameter (droplet particle diameter) of the molybdenum particles or molybdenum disulfide particles of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 5 was measured using a scanning electron microscope (SEM). Here, the particle diameter of a droplet existing for an arbitrary field of view with a magnification of 1000 is measured and averaged. In addition, since the arc ion plating method under the conventional conditions of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 is a condition in which no droplet is generated, the droplet itself hardly existed. For this reason, while observing the surface of the amorphous carbon coating, the slightly generated droplets were searched, and the particle size was measured to obtain the average particle size. The results are shown in the table of FIG.

また、図8に、実施例1〜4および比較例2、3に係る摺動部材の摩擦係数の摩擦係数と粒子径(ドロップレット平均粒径)との関係を示し、図9に、実施例5〜7および比較例4、5に係る摺動部材の摩擦係数の摩擦係数と粒子径(ドロップレット平均粒径)との関係を示した。   FIG. 8 shows the relationship between the coefficient of friction of the sliding member according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3 and the particle diameter (droplet average particle diameter), and FIG. The relationship between the friction coefficient of the friction coefficient of the sliding member which concerns on 5-7 and the comparative examples 4 and 5, and a particle diameter (droplet average particle diameter) was shown.

さらに、図10は、実施例3および比較例2に係る摺動部材の非晶質炭素被膜を顕微鏡観察した結果を示した写真であり、(a)は、比較例2に係る摺動部材の断面の写真、(b)は、実施例3に係る摺動部材の断面写真、(c)比較例2に係る摺動部材の表面写真、(c)実施例3に係る摺動部材の表面写真を示した。   Further, FIG. 10 is a photograph showing the result of microscopic observation of the amorphous carbon film of the sliding member according to Example 3 and Comparative Example 2, and (a) shows the sliding member according to Comparative Example 2. Cross-sectional photograph, (b) is a cross-sectional photograph of the sliding member according to Example 3, (c) a surface photograph of the sliding member according to Comparative Example 2, and (c) a surface photograph of the sliding member according to Example 3. showed that.

<X線回折(XRD)>
実施例3、7および比較例3に係る摺動部材の非晶質炭素被膜の表面のX線回折をおこなった。図11に、実施例3、7および比較例3に係る摺動部材の非晶質炭素被膜の表面のX線回折結果を示した写真と、実施例3、7の実施例3、7の分析結果を示した。
<X-ray diffraction (XRD)>
X-ray diffraction was performed on the surfaces of the amorphous carbon coatings of the sliding members according to Examples 3 and 7 and Comparative Example 3. FIG. 11 shows photographs showing the X-ray diffraction results of the surfaces of the amorphous carbon coatings of the sliding members according to Examples 3 and 7 and Comparative Example 3, and analyzes of Examples 3 and 7 of Examples 3 and 7 Results are shown.

<X線光電子分光分析(XPS)>
摩擦摩耗試験後の実施例1、3、6および比較例3、5に係る摺動部材の表面をX線光電子分光分析(XPS)した。この結果を図12に示す。
<X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)>
The surfaces of the sliding members according to Examples 1, 3, 6 and Comparative Examples 3, 5 after the frictional wear test were subjected to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The result is shown in FIG.

<動弁系試験>
実施例3、6および比較例3、6に係る摺動部材の摩擦係数を動弁系試験により測定した。動弁系試験では、エンジン動弁系試験装置を用いた。具体的には、カムに小型エンジン用のカムを切り出したものを用いて、このカムに接触するシムとして、実施例3、6および比較例3、6に係る摺動部材を用いた。具体的には、摺動部材に相当するシムは、直径25mm、表面粗さRz(JIS規格)0.03μmのアウター式のものであり、この形状に合わせて、実施例3、6および比較例3で示した製造方法で、シムを製作した。なお、比較例6に係る摺動部材は、モリブデン鋼にリュブライト処理を施した摺動部材である。
<Valve system test>
The friction coefficients of the sliding members according to Examples 3 and 6 and Comparative Examples 3 and 6 were measured by a valve train test. In the valve system test, an engine valve system test apparatus was used. Specifically, a slide member according to Examples 3 and 6 and Comparative Examples 3 and 6 was used as a shim that contacted the cam using a small engine cam cut out. Specifically, the shim corresponding to the sliding member is an outer type having a diameter of 25 mm and a surface roughness Rz (JIS standard) of 0.03 μm. In accordance with this shape, Examples 3 and 6 and Comparative Examples A shim was manufactured by the manufacturing method shown in FIG. In addition, the sliding member which concerns on the comparative example 6 is a sliding member which performed the lube light process to the molybdenum steel.

そして、潤滑油として、Mo−DTC非含有のエンジンオイル(SAE粘度グレード0W−20の市販エンジン油(硫黄成分が添加された潤滑油)を用いて、バネ荷重400Nでカムとシムを接触させ、エンジン回転数2000rpmでカムを回転させながら摩擦係数を測定した。この結果を図13に示す。   And, as a lubricating oil, using Mo-DTC-free engine oil (SAE viscosity grade 0W-20 commercial engine oil (lubricant added with a sulfur component), the cam and shim are brought into contact with a spring load of 400 N, The friction coefficient was measured while rotating the cam at an engine speed of 2000 rpm, and the results are shown in FIG.

<結果1>
図5に示すように、実施例1〜7にかかる摺動部材は、比較例1〜6に比べて、Mo−DTCの含有の有無にかかわらず、摩擦係数が低い結果となった。また、図6に示すように、実施例3のモリブデン粒子が含有した摺動部材、実施例7の二硫化モリブデン粒子が含有した摺動部材は、比較例1および2に比べて、摩擦係数が低く、Mo−DTCが無しの潤滑油であっても、Mo−DTC含有の潤滑油と同程度の、低摩擦係数となった。
<Result 1>
As shown in FIG. 5, the sliding members according to Examples 1 to 7 had a lower coefficient of friction than Comparative Examples 1 to 6 regardless of the presence or absence of Mo-DTC. Also, as shown in FIG. 6, the sliding member containing the molybdenum particles of Example 3 and the sliding member containing the molybdenum disulfide particles of Example 7 have a friction coefficient as compared with Comparative Examples 1 and 2. Even when the lubricating oil was low and free of Mo-DTC, the coefficient of friction was as low as that of the lubricating oil containing Mo-DTC.

<結果2>
図7に示すように、実施例3のモリブデン粒子が含有した摺動部材、実施例7の二硫化モリブデン粒子が含有した摺動部材のいずれの場合も、同じ潤滑油の条件における、比較例1、
2の摺動部材に比べて、摩耗深さは小さく、摩擦係数は低くなった。また、Mo−DTC含有の潤滑油を用いた場合には、実施例3、7、比較例1、2いずれの場合も非晶質炭素被膜の摩耗量が大きくなった。
<Result 2>
As shown in FIG. 7, Comparative Example 1 under the same lubricating oil conditions was used for both the sliding member containing the molybdenum particles of Example 3 and the sliding member containing the molybdenum disulfide particles of Example 7. ,
Compared to the sliding member 2, the wear depth was small and the friction coefficient was low. In addition, when the Mo-DTC-containing lubricating oil was used, the wear amount of the amorphous carbon coating increased in any of Examples 3 and 7 and Comparative Examples 1 and 2.

<結果3>
図8および図9に示すように、モリブデン粒子が含有した実施例1〜4に係る摺動部材の摩擦係数は、比較例2および3のものよりも低く、二硫化モリブデン粒子が含有した実施例5〜7に係る摺動部材の摩擦係数は、比較例4および5のものよりも低くなった。
<Result 3>
As shown in FIGS. 8 and 9, the friction coefficient of the sliding members according to Examples 1 to 4 containing molybdenum particles is lower than that of Comparative Examples 2 and 3, and the examples containing molybdenum disulfide particles. The friction coefficients of the sliding members according to 5 to 7 were lower than those of Comparative Examples 4 and 5.

<結果4>
図10に示すように、比較例2に係る摺動部材の非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子(ドロップレット)がほとんどなく、実施例3に係る摺動部材の非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子が、分散していた。図11に示すように、比較例3の写真は、ハローが写しだされ、実施例3および7には、無数のスポットが写し出され、Mo元素に相当する箇所に強度のピークが存在した。すなわち、実施例3に係る摺動部材の場合には、非晶質炭素被膜にモリブデン粒子が分散されており、実施例7に係る摺動部材の場合には、非晶質炭素被膜に二硫化モリブデン粒子が分散されているといえる。
<Result 4>
As shown in FIG. 10, the amorphous carbon coating of the sliding member according to Comparative Example 2 has almost no molybdenum particles (droplets), and the amorphous carbon coating of the sliding member according to Example 3 Molybdenum particles were dispersed. As shown in FIG. 11, in the photograph of Comparative Example 3, halos were copied, and in Examples 3 and 7, countless spots were copied, and intensity peaks existed at locations corresponding to Mo elements. That is, in the case of the sliding member according to Example 3, molybdenum particles are dispersed in the amorphous carbon coating, and in the case of the sliding member according to Example 7, disulfide is added to the amorphous carbon coating. It can be said that the molybdenum particles are dispersed.

<結果5>
図12に示すように、実施例1、3、6に係る摺動部材の表面には、二硫化モリブデンを示す結合エネルギーにピークがり、比較例3、5には、このようなピークはなかった。
<Result 5>
As shown in FIG. 12, the surface of the sliding member according to Examples 1, 3, and 6 had a peak in the binding energy indicating molybdenum disulfide, and Comparative Examples 3 and 5 did not have such a peak. .

<結果6>
図13に示すように、実施例3および6に係る摺動部材の摩擦係数は、比較例3および6に係る摩擦係数よりも低かった。
<Result 6>
As shown in FIG. 13, the friction coefficient of the sliding members according to Examples 3 and 6 was lower than the friction coefficient according to Comparative Examples 3 and 6.

(考察)
結果1および結果4から、実施例1〜4の摺動部材には、非晶質炭素被膜にモリブデン粒子が分散していたことにより、実施例5〜7の摺動部材には、非晶質炭素被膜に二硫化モリブデン粒子が分散していたことにより、これら摺動部材の摩擦係数は、比較例1〜5のものに比べて低減されたもと考えられる。
(Discussion)
From results 1 and 4, from the sliding members of Examples 1 to 4, the molybdenum particles were dispersed in the amorphous carbon coating, so that the sliding members of Examples 5 to 7 were amorphous. It is considered that the friction coefficient of these sliding members was reduced as compared with those of Comparative Examples 1 to 5 because the molybdenum disulfide particles were dispersed in the carbon coating.

そして、結果5から、実施例1〜4の摺動部材のモリブデン粒子のモリブデンは、摺動時に、潤滑油の硫黄成分と反応して二硫化モリブデンの層が形成され、これが固体潤滑剤としての作用したことにより、摩擦係数が低減されたものといえる。そして、比較例1の場合には、モリブデン粒子は含有されておらず、比較例2の如きスパッタリングの場合には、摩擦係数を低減するに充分なモリブデン粒子が分散して非晶質炭素被膜に含有しておらず、粒径が小さいことから酸化モリブデン粒子として非晶質炭素被膜内にモリブデンが存在している可能性が高いと考えられる。また、比較例3に係る摺動部材は、従来のアークイオンプレーティング法により非晶質炭素被膜を成膜したので、非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子がなく、仮に粒子が存在したとしても、その粒子は、チャンバー内の僅かな酸素とモリブデンが反応し、モリブデンが酸化した酸化モリブデン粒子であると考えられる。   And from the result 5, the molybdenum of the molybdenum particles of the sliding members of Examples 1 to 4 reacts with the sulfur component of the lubricating oil during sliding to form a molybdenum disulfide layer, which is used as a solid lubricant. It can be said that the friction coefficient was reduced by acting. In the case of Comparative Example 1, molybdenum particles are not contained, and in the case of sputtering as in Comparative Example 2, sufficient molybdenum particles are dispersed to reduce the friction coefficient to form an amorphous carbon coating. It is considered that there is a high possibility that molybdenum is present in the amorphous carbon coating as molybdenum oxide particles because it is not contained and the particle size is small. In addition, since the sliding member according to Comparative Example 3 was formed with an amorphous carbon film by the conventional arc ion plating method, it was assumed that the amorphous carbon film had no molybdenum particles and particles were present. However, the particles are considered to be molybdenum oxide particles in which molybdenum reacts with a slight amount of oxygen in the chamber and molybdenum is oxidized.

そして、図8に示すように、非晶質炭素被膜にモリブデン粒子が存在することができる有効な平均粒径の範囲は、0.9μm以上であり、この場合には、このモリブデン粒子のモリブデンにより摺動部材の摩擦係数が低減される。また、同様に図9に示すように、非晶質炭素被膜に二硫化モリブデン粒子が存在することができる有効な平均粒径の範囲は、0.9μm以上であり、この場合には、この二硫化モリブデン粒子の二硫化モリブデン粒子により摺動部材の摩擦係数が低減される。   As shown in FIG. 8, the effective average particle diameter range in which the molybdenum particles can exist in the amorphous carbon coating is 0.9 μm or more. The coefficient of friction of the sliding member is reduced. Similarly, as shown in FIG. 9, the effective average particle size range in which the molybdenum disulfide particles can be present in the amorphous carbon coating is 0.9 μm or more. The friction coefficient of the sliding member is reduced by molybdenum disulfide particles of molybdenum sulfide particles.

さらに、結果2より、Mo−DTCを添加した潤滑油を用いた場合には、Mo−DTCは、摩擦熱により摺動部材の相手部材の鉄と反応して三酸化モリブデンを生成し、この三酸化モリブデンを起因として非晶質炭素被膜の摩耗が促進したと考えられる。そして、結果6からも明らかなように、実施例1〜7に係る摺動部材は、Mo−DTCを添加しなくても摩擦係数を低減できると考えられ、非晶質炭素被膜の摩耗も抑制することができると考えられる。   Furthermore, from the result 2, when the lubricating oil added with Mo-DTC is used, Mo-DTC reacts with the iron of the mating member of the sliding member by frictional heat to generate molybdenum trioxide. It is thought that the wear of the amorphous carbon film was promoted due to molybdenum oxide. As is clear from the result 6, the sliding members according to Examples 1 to 7 are considered to be able to reduce the friction coefficient without adding Mo-DTC, and also suppress the wear of the amorphous carbon coating. I think it can be done.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.

11:基材、12:中間層、13:非晶質炭素被膜、13a:粒子   11: substrate, 12: intermediate layer, 13: amorphous carbon coating, 13a: particles

Claims (5)

基材の摺動面に、非晶質炭素被膜を成膜するための工程を含む摺動部材の製造方法であって、
前記非晶質炭素被膜を成膜する工程は、非晶質炭素被膜を成膜する際に、モリブデンまたは二硫化モリブデンからなるモリブデン系ターゲットの表面にアーク放電を生成することにより、モリブデン系ターゲットからモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子を放出させ、非晶質炭素被膜にモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が分散した非晶質炭素被膜を成膜するものであり、
前記非晶質炭素被膜を成膜する工程において、前記モリブデン系ターゲットの表面にアーク放電を発生させるために前記モリブデン系ターゲットに印加する印加電圧を調整することにより、前記非晶質炭素被膜に分散させるモリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子の粒径を調整することを特徴とする摺動部材の製造方法。
A manufacturing method of a sliding member including a step for forming an amorphous carbon film on a sliding surface of a substrate,
The step of forming the amorphous carbon film includes the step of generating an arc discharge on the surface of a molybdenum target made of molybdenum or molybdenum disulfide when forming the amorphous carbon film. Molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are released to form an amorphous carbon film in which molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed in an amorphous carbon film.
In the step of depositing the amorphous carbon coating, the amorphous carbon coating is dispersed by adjusting an applied voltage applied to the molybdenum target in order to generate arc discharge on the surface of the molybdenum target. A method for producing a sliding member, characterized in that the particle size of molybdenum particles or molybdenum disulfide particles to be adjusted is adjusted.
前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子の平均粒径が0.9μm〜4.5μmの範囲に調整することを特徴とする請求項1に記載の摺動部材の製造方法。   2. The method for manufacturing a sliding member according to claim 1, wherein an average particle diameter of the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles is adjusted to a range of 0.9 μm to 4.5 μm. 基材の摺動面に、非晶質炭素被膜が形成された摺動部材であって、
前記非晶質炭素被膜には、モリブデン粒子または二硫化モリブデン粒子が分散されていることを特徴とする摺動部材。
A sliding member having an amorphous carbon film formed on a sliding surface of a substrate,
A sliding member characterized in that molybdenum particles or molybdenum disulfide particles are dispersed in the amorphous carbon coating.
前記モリブデン粒子または前記二硫化モリブデン粒子の平均粒径が0.9μm〜4.5μmの範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の摺動部材。   The sliding member according to claim 3, wherein an average particle diameter of the molybdenum particles or the molybdenum disulfide particles is in a range of 0.9 μm to 4.5 μm. 請求項3または4に記載の摺動部材と、該摺動部材に供給される潤滑油とを備えた摺動構造であって、
前記摺動部材の非晶質炭素被膜に含有される粒子はモリブデン粒子であり、前記潤滑油には、硫黄成分が添加されていることを特徴とする摺動構造。
A sliding structure comprising the sliding member according to claim 3 and a lubricating oil supplied to the sliding member,
Particles contained in the amorphous carbon coating of the sliding member are molybdenum particles, and a sulfur component is added to the lubricating oil.
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