JP3212636B2 - Sliding material - Google Patents

Sliding material

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JP3212636B2
JP3212636B2 JP19734991A JP19734991A JP3212636B2 JP 3212636 B2 JP3212636 B2 JP 3212636B2 JP 19734991 A JP19734991 A JP 19734991A JP 19734991 A JP19734991 A JP 19734991A JP 3212636 B2 JP3212636 B2 JP 3212636B2
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寿朗 小室
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、摺動特性にすぐれた皮
膜によって被覆された摺動材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding material covered with a film having excellent sliding characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より自動車のエンジン部品、各種機
械部品などの摺動部には摺動特性にすぐれた皮膜を形成
できる表面処理を施した基材が使用されている。従来よ
り行なわれている表面処理には、窒化、クロムめっき、
モリブデン溶射などがある。しかし、近年摺動部品の使
用条件が高速度化かつ高荷重化するに伴い、部品に要求
される摺動特性はますます過酷なものとなり、従来の表
面処理では対応できない場合があり、更に優れた耐摩耗
性及び耐焼付性を有する皮膜が望まれていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a base material having been subjected to a surface treatment capable of forming a film having excellent sliding characteristics has been used for a sliding portion of an engine part of an automobile, various mechanical parts, and the like. Conventional surface treatments include nitriding, chrome plating,
Molybdenum spraying and the like. However, in recent years, as the use conditions of sliding parts have increased in speed and load, the sliding properties required of the parts have become increasingly severe, and conventional surface treatments may not be able to cope with them. There is a demand for a film having abrasion resistance and seizure resistance.

【0003】このような要請に対し、最近PVD(Phys
ical Vapor Deposition)法により摺動部材の摺動面に金
属窒化物や金属炭化物等の皮膜を被覆することが提案さ
れている。
In response to such a request, PVD (Phys.
It has been proposed to coat a sliding surface of a sliding member with a film such as a metal nitride or a metal carbide by an ical vapor deposition method.

【0004】TiC,CrN等のPVD皮膜は、優れた
耐摩耗性、耐焼付性を示しており、特に窒化チタンや窒
化クロムなどが実用化可能な皮膜として注目されてい
る。
[0004] PVD films such as TiC and CrN show excellent abrasion resistance and seizure resistance. Titanium nitride, chromium nitride, and the like are particularly attracting attention as films that can be put to practical use.

【0005】しかし、これらセラミックス皮膜は高い硬
度を有し、耐摩耗性及び耐焼付性においてクロムめっき
など従来の表面処理を凌いでいるものの、窒化チタンは
基材との密着力が低く、3μm以上の厚い皮膜をコーテ
ィングすることは容易でない。なお、窒化クロムは耐摩
耗性及び耐食性について窒化チタンよりも劣っている。
このため窒化チタンは耐摩耗性及び耐食性がすぐれてい
るものの皮膜とした場合にこれら特性が十分に発揮でき
ないという問題があった。
[0005] However, although these ceramic films have high hardness and are superior to conventional surface treatments such as chromium plating in abrasion resistance and seizure resistance, titanium nitride has low adhesion to a substrate and has a thickness of 3 μm or more. It is not easy to coat a thick film. Chromium nitride is inferior to titanium nitride in abrasion resistance and corrosion resistance.
For this reason, titanium nitride has a problem that, although it is excellent in wear resistance and corrosion resistance, these properties cannot be sufficiently exhibited when formed into a film.

【0006】セラミックス皮膜の密着性改善のため、基
板と皮膜の両者と密着性の強い異種金属皮膜をアンダー
コーティングし、またはセラミックス皮膜を形成してい
る金属元素の純金属皮膜をアンダーコーティングするこ
とが試みられている。さらに、特公昭53−19325
号のようにTi又はZrの炭化物又は窒化物の組成、す
なわちN又はC含有量を皮膜の厚み方向で変えることも
公知である。
[0006] In order to improve the adhesion of the ceramic film, it is necessary to undercoat with a dissimilar metal film having strong adhesion to both the substrate and the film, or to undercoat a pure metal film of a metal element forming the ceramic film. Attempted. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 53-19325
It is also known to change the composition of the carbide or nitride of Ti or Zr, that is, the content of N or C, in the thickness direction of the coating as in the above.

【0007】又、特開昭62−188856号にて本出
願人は窒化クロムと金属クロムの比率を変化させる皮膜
を提案した。しかしこれらの密着性向上対策は硬質皮膜
を被覆した複合硬質材料の製造工程を複雑にする。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-188856, the present applicant has proposed a film in which the ratio between chromium nitride and metallic chromium is changed. However, these measures for improving the adhesion complicate the manufacturing process of the composite hard material coated with the hard coating.

【0008】したがって、本発明は密着性に優れたクロ
ム−ニッケル−窒素系皮膜を被覆した複合硬質材料を提
供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite hard material coated with a chromium-nickel-nitrogen based coating having excellent adhesion.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】したがって、上記目的を
達成する本発明の摺動材料は、構成元素比が原子比でク
ロム:ニッケル:窒素=1:0.05〜1:0.1〜1
の範囲からなる組成を有し、かつ窒化クロムと金属ニッ
ケルが存在する皮膜を基材に被覆したことを特徴とす
る。すなわち、本発明は、基材表面に窒化クロムとニッ
ケルからなる皮膜が形成されていることを特徴とする。
Therefore, the sliding material of the present invention which achieves the above object has a composition element ratio of chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.05-1: 0.1-1 in atomic ratio.
Wherein the base material is coated with a film having chromium nitride and metallic nickel. That is, the present invention is characterized in that a film made of chromium nitride and nickel is formed on the surface of a substrate.

【0010】皮膜を構成するクロム、ニッケルおよび窒
素のうちニッケルは窒化物を形成し難い元素で、一方ク
ロムは窒化物を形成しやすい元素である。そこでクロム
とニッケルの金属元素の一方を窒化物とし、他方を金属
状態で皮膜中に複合させることができる。複合皮膜の構
成元素の組成は、クロム量を1とした場合、原子比でク
ロム:ニッケル:窒素=1:0.05〜1:0.1〜1
の範囲に限定される。クロムに対するニッケルが原子比
0.05以下では密着性や耐食性でニッケルの効果が顕
著でなく、またニッケル原子比が1を上回ると硬度が低
下し皮膜の耐摩耗性が低下する。窒素はクロムに対する
原子比が0.1以下では窒化クロムの生成が少なくなる
ので硬度が低くかつ耐摩耗性が低い。皮膜の厚みは1〜
30μmであることが好ましい。
[0010] Of the chromium, nickel and nitrogen constituting the film, nickel is an element which hardly forms nitride, while chromium is an element which easily forms nitride. Therefore, one of the chromium and nickel metal elements can be nitrided, and the other can be compounded in a metal state in the coating. When the amount of chromium is 1, the composition of the constituent elements of the composite coating is chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.05 to 1: 0.1 to 1 in atomic ratio.
Is limited to the range. When the atomic ratio of nickel to chromium is 0.05 or less, the effect of nickel on adhesion and corrosion resistance is not remarkable, and when the nickel atomic ratio exceeds 1, the hardness decreases and the abrasion resistance of the coating decreases. When the atomic ratio of nitrogen to chromium is 0.1 or less, the generation of chromium nitride is reduced, so that the hardness is low and the wear resistance is low. The thickness of the film is 1
It is preferably 30 μm.

【0011】本発明においては、PVD法によりクロ
ム、ニッケル及び窒素を混合した気相と基板を接触させ
ることにより上記した摺動材料を製造することができ
る。被覆する基材の材料は、鉄系材料、アルミ系材料、
およびチタン系材料より用途により選択される。以下詳
しく説明するPVD法は、CVD(Chemical VaporDepos
ition) 法などに比べ低温処理に類するが、蒸着現象に
よる入熱は避けられないので、できれば耐熱性のある鉄
系材料を基材として使用することが望ましい。
In the present invention, the above-mentioned sliding material can be manufactured by bringing a substrate into contact with a gas phase in which chromium, nickel and nitrogen are mixed by a PVD method. The material of the base material to be coated is iron-based material, aluminum-based material,
And titanium-based materials depending on the application. The PVD method described in detail below is based on CVD (Chemical Vapor Depos).
ition) method is similar to low-temperature treatment, but heat input due to the evaporation phenomenon is unavoidable, so it is desirable to use a heat-resistant iron-based material as a base material if possible.

【0012】本発明で用いるPVD法は、皮膜を形成す
る技術であり、基本的には蒸着、スパッタリング、イオ
ンプレーティングの三法に分類できる。クロムとニッケ
ルの混合蒸気を得る方法としては、クロム、ニッケルを
別個に蒸発させてもよいし、クロム−ニッケル合金を蒸
発させてもよい。
The PVD method used in the present invention is a technique for forming a film, and can be basically classified into three methods: vapor deposition, sputtering, and ion plating. As a method of obtaining a mixed vapor of chromium and nickel, chromium and nickel may be separately evaporated, or a chromium-nickel alloy may be evaporated.

【0013】特に、本発明では、クロム、ニッケルの蒸
発物質を窒素と反応させて窒化クロム+ニッケルの皮膜
を基板上に堆積させる反応性イオンプレーティング法が
最も好ましい。クロム及びニッケルの蒸気に窒素を混合
した気相中でプラズマを発生させると、クロムはイオン
化し、窒素イオンと化合し窒化クロムを形成する。その
結果、基板表面に窒化クロム+ニッケルの皮膜が形成さ
れる。
In particular, in the present invention, the reactive ion plating method of depositing a chromium nitride + nickel film on a substrate by reacting an evaporating substance of chromium and nickel with nitrogen is most preferable. When plasma is generated in a gas phase in which chromium and nickel vapors are mixed with nitrogen, the chromium ionizes and combines with nitrogen ions to form chromium nitride. As a result, a chromium nitride + nickel film is formed on the substrate surface.

【0014】[0014]

【作用】窒化チタンのような窒化物単一相を基板に被覆
した場合、基材と皮膜の界面で金属相からセラミックス
相に急激な変化が生じ、その間の化学組成、結晶構造お
よび線膨張係数が大きく異なるため皮膜の密着力が乏し
く、セラミックス皮膜がはく離しやすい傾向にある。こ
れに対して本発明による皮膜は、セラミックスと金属が
混合した複合相をもついわゆるサーメットを形成してい
るため、窒化物単一相のセラミック皮膜と比較し、基材
と皮膜の界面において化学組成、結晶構造や線膨張係数
などの変化が小さく、基材に対する密着性が強い。また
アンダーコーティングすることなしに、簡単な工程で密
着性の高い複合硬質材料を製造することができる。
When a substrate is coated with a nitride single phase such as titanium nitride, a sudden change occurs from the metal phase to the ceramic phase at the interface between the base material and the coating, and the chemical composition, crystal structure, and coefficient of linear expansion therebetween. , The adhesion of the film is poor, and the ceramic film tends to peel off. On the other hand, the film according to the present invention forms a so-called cermet having a composite phase in which ceramic and metal are mixed. The change in the crystal structure and the coefficient of linear expansion is small, and the adhesion to the substrate is strong. Further, a composite hard material having high adhesiveness can be manufactured by a simple process without undercoating.

【0015】更に、金属相が耐腐食性の高いニッケルで
あることから、窒化クロム皮膜の耐食性も改善される。
PVDによるセラミックス皮膜は、一般に製造直後には
圧縮応力下にあるので、摺動部品使用中に引張り力が加
わることにより皮膜にクラックが発生し、腐食発生の起
点となることがしばしばみられるが、本発明材料はサー
メット皮膜になっているためセラミックス単相に比べ、
皮膜に靭性がありクラックが生じにくく、クラック発生
によってひきおこされる腐食も抑制される。
Further, since the metal phase is nickel having high corrosion resistance, the corrosion resistance of the chromium nitride film is also improved.
Since ceramic coatings made of PVD are generally under compressive stress immediately after production, cracks are generated in the coating when a tensile force is applied during the use of sliding parts, and it is often seen that corrosion becomes a starting point. Because the material of the present invention is a cermet film,
The coating is tough and hard to crack, and the corrosion caused by the crack is suppressed.

【0016】以下実施例により本発明を詳しく説明す
る。 (実施例1)本実施例では、材質がSKD61材の基板
を使用し、その表面に窒化クロム+ニッケル皮膜を5μ
m形成させた。PVD処理は、陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティング装置を用いた。基板をフロン洗浄
し、表面に付着した汚れを取り充分清浄化して、イオン
プレーティング装置の真空チャンバー内に挿入した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. (Embodiment 1) In this embodiment, a substrate made of SKD61 material is used, and a chromium nitride + nickel film is formed on the surface thereof by 5 μm.
m was formed. For the PVD treatment, a cathode arc plasma type ion plating apparatus was used. The substrate was washed with Freon to remove dirt adhering to the surface, sufficiently cleaned, and inserted into a vacuum chamber of an ion plating apparatus.

【0017】チャンバー内圧力が1.3×10-3Paに
なるまで真空引きを行なってから、イオンプレーティン
グ装置に内蔵されているヒーターにより300〜500
℃で加熱して基板の内在ガスを放出させ、その後200
℃まで冷却した。チャンバ内圧力が4×10-3Pa以下
になった時点でクロム−ニッケルからなるターゲットを
陰極として、その表面でアーク放電を発生させクロムイ
オンとニッケルイオンを飛出させた。この際基板にはバ
イアス電圧を−700〜−900V印加しておき、陰極
より飛出した金属イオンを基板外周面に高エネルギーで
衝突させる。いわゆるポンバードクリーニングにより基
板表面の酸化物除去と活性化処理を行なった。その後バ
イアス電圧を低下させ金属イオンを基板表面に堆積させ
ながら、窒素ガスをチャンバー内に導入し、プラズマ内
を通過することにより窒素をイオン化して、1.3×1
-1〜1.6Pa程度の圧力として、バイアス電圧を−
10〜−100V印加して基板表面にイオンプレーティ
ング皮膜を形成させた。所定の膜厚形成後、真空チャン
バ内で200℃以下になるまで冷却してから、基板をチ
ャンバから取り出した。
After evacuating the chamber until the pressure in the chamber reaches 1.3 × 10 −3 Pa, the heater is built in the ion plating apparatus to 300 to 500.
C. to release the gas contained in the substrate.
Cooled to ° C. When the pressure in the chamber became 4 × 10 −3 Pa or less, a chromium-nickel target was used as a cathode, an arc discharge was generated on the surface thereof, and chromium ions and nickel ions were ejected. At this time, a bias voltage of -700 to -900 V is applied to the substrate, and metal ions ejected from the cathode collide with the outer peripheral surface of the substrate with high energy. Oxidation removal and activation treatment of the substrate surface were performed by so-called pombard cleaning. Thereafter, while lowering the bias voltage and depositing metal ions on the surface of the substrate, nitrogen gas was introduced into the chamber, and nitrogen was ionized by passing through the plasma.
The bias voltage is set to a pressure of about 0 -1 to 1.6 Pa,
An ion plating film was formed on the substrate surface by applying 10 to -100 V. After the formation of the predetermined film thickness, the substrate was cooled down to 200 ° C. or lower in the vacuum chamber, and then the substrate was taken out of the chamber.

【0018】以上のような方法で皮膜を5μm形成し
た。さらに同様の方法により、組成比を変化させたクロ
ム−ニッケル合金蒸発源を使用し、かつ窒素流量を変化
させ様々な雰囲気圧下で形成した皮膜の組成、各元素の
原子比および硬度を調べた。
A film having a thickness of 5 μm was formed by the above method. Further, in the same manner, the composition, the atomic ratio of each element, and the hardness of the films formed under various atmospheric pressures while changing the nitrogen flow rate using a chromium-nickel alloy evaporation source having a changed composition ratio were examined.

【0019】組成及び原子比は、XPS(X線光電子分
光法)によって分析した。分析にはクロム2P3、ニッ
ケル2P3、窒素1S電子の各スペクトルを用いた。各
スペクトルのエネルギー値を比較し、組成を分析した結
果、皮膜では窒素とクロムは化合して窒化クロムを形成
し、ニッケルは金属状態であることが確認された。
The composition and the atomic ratio were analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Each spectrum of chromium 2P3, nickel 2P3, and nitrogen 1S electrons was used for analysis. As a result of comparing the energy values of each spectrum and analyzing the composition, it was confirmed that in the film, nitrogen and chromium combined to form chromium nitride, and nickel was in a metallic state.

【0020】また皮膜構成元素の原子比の測定結果は表
1のようであった。表内の数字は、クロムを1とした場
合のニッケルと窒素の原子比を示す。
Table 1 shows the measurement results of the atomic ratios of the constituent elements of the film. The numbers in the table indicate the atomic ratio of nickel to nitrogen when chromium is 1.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】本発明皮膜の微小硬さ測定値を表2に示し
た。測定はマイクロビッカース硬さ計を用い、荷重は1
0g、保持時間15秒で実施した。
The measured values of microhardness of the coating of the present invention are shown in Table 2. The measurement was performed using a micro Vickers hardness tester, and the load was 1
The test was carried out at 0 g for a holding time of 15 seconds.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】以上の結果より本発明皮膜は、微小硬さが
M V1200以上で耐摩耗性は良好であることが分か
る。しかしニッケル比がクロムに対し1を越えると硬さ
は更に低下し、クロムめっき皮膜の硬さであるHM V8
00〜1000と同等となり耐摩耗性の優位性は望めな
い。それゆえニッケルのクロムに対する原子比の最大を
1までと規定した。
The above results present invention coating, wear resistance microhardness is H M V1200 or is found to be satisfactory. But the hardness the nickel ratio exceeds 1 to chromium is reduced further, H M V8 is a hardness of the chromium plating film
It is equivalent to 00 to 1000, and superiority of wear resistance cannot be expected. Therefore, the maximum atomic ratio of nickel to chromium is defined as 1.

【0025】(実施例2)本発明材料の耐焼付性を評価
した。SKD61材からなり、縦5mm×横5mm×高
さ5mmのピン状突起10(図1,2参照)を同心円上
に等間隔に三個配置した試験片5を用いて、5mm角の
正方形端面に本発明による皮膜を厚さ5μm形成した試
験片を作成して、超高圧摩耗試験機によって耐焼付性試
験を行なった。試験片の皮膜は、実施例1に記述した方
法により形成し、クロム:ニッケル:窒素=1:0.2
1:0.26なる原子比であった。
(Example 2) The seizure resistance of the material of the present invention was evaluated. Using a test piece 5 made of SKD61 material and having three pin-shaped protrusions 10 (see FIGS. 1 and 2) of 5 mm long × 5 mm wide × 5 mm high arranged at equal intervals on a concentric circle, a square end face of 5 mm square is formed. A test piece having a coating according to the present invention having a thickness of 5 μm was prepared, and a seizure resistance test was performed using an ultrahigh pressure wear tester. The coating of the test piece was formed by the method described in Example 1, and chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.2
The atomic ratio was 1: 0.26.

【0026】比較例として、試験片の5mm角の端面に
厚さ100μmのクロムめっき皮膜およびイオンプレー
ティング法により厚さ5μmの窒化チタン皮膜を形成し
た試験片を用いて同様な試験を行なった。
As a comparative example, a similar test was performed using a test piece having a 100 μm thick chromium plating film and a 5 μm thick titanium nitride film formed by an ion plating method on a 5 mm square end face of the test piece.

【0027】本試験に用いた超高圧摩耗試験機の装置と
試験条件は次の通りである。試験装置は、図1および図
1のA−A矢視断面図である図2に要部を図解的に示す
ものであって、ステータホルダ1に取外し可能に取り付
けられた直径80mm×厚さ10mmの研磨仕上げを施
した円盤2(相手材)の中央には、裏側から注油口3を
通して潤滑油が注油される。ステータホルダ1には図示
しない油圧装置によって図において右方に向けて所定圧
力で押圧力Pが作用するようにしてある。円盤2に相対
向してロータ4があり、図示しない駆動装置によって所
定速度で回転するようにしてある。ロータ4には試験片
5が表面処理層を形成した5mm角の正方形の端面を摺
動面として円盤2に対し摺動自在に取り付けてある。
The apparatus and test conditions of the ultra-high pressure wear tester used in this test are as follows. The test apparatus is schematically illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 which is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and has a diameter of 80 mm × a thickness of 10 mm detachably attached to the stator holder 1. Lubricating oil is injected through the oil inlet 3 from the back side at the center of the disk 2 (counterpart material) that has been polished. A pressing force P is applied to the stator holder 1 with a predetermined pressure toward the right in the figure by a hydraulic device (not shown). A rotor 4 is opposed to the disk 2, and is rotated at a predetermined speed by a driving device (not shown). A test piece 5 is slidably attached to the disk 2 on the rotor 4 with a 5 mm square end face having a surface treatment layer formed thereon as a sliding surface.

【0028】このような装置において、ステータホルダ
1に所定の押圧力Pをかけ、所定の面圧で円盤2と試験
片5のピン状突起10とが接触するようにしておいて、
注油口3から摺動面に所定給油速度で給油しながらロー
タ4を回転させる。一定時間毎にステータホルダ1に作
用する圧力を段階的に増加していき、ロータ4の回転に
よって試験片5と相手の円盤2との摩擦によってステー
タホルダ1に生ずるトルクTをステンレスファイバー6
を介してロードセル7に作用せしめ、その変化を動歪計
8で読取り、記録計9に記録させる。トルクTが急激に
上昇したとき焼付が発生したものとして、この時の接触
面圧をもって耐焼付特性の良否を判断する。
In such an apparatus, a predetermined pressing force P is applied to the stator holder 1 so that the disk 2 and the pin-shaped projections 10 of the test piece 5 come into contact with each other with a predetermined surface pressure.
The rotor 4 is rotated while oil is supplied from the oil inlet 3 to the sliding surface at a predetermined oil supply speed. The pressure acting on the stator holder 1 is gradually increased at regular intervals, and the torque T generated on the stator holder 1 by the friction between the test piece 5 and the counterpart disk 2 due to the rotation of the rotor 4 is changed to the stainless steel fiber 6.
, And the change is read by a dynamic strain meter 8 and recorded on a recorder 9. Assuming that the seizure occurred when the torque T sharply increased, the quality of the seizure resistance is judged based on the contact surface pressure at this time.

【0029】試験条件は次の通りである。 摩擦速度 :8m/秒 相手材 :FC25 接触面圧 :20kg/cm2 でならした後、焼付発生
まで10kg/cm2 ずつ増圧。各面圧に3分間保持。 潤滑油 :モーターオイル#30 油 温 80℃ 供給量 250cc/分
The test conditions are as follows. Friction speed: 8 m / s Counterpart material: FC25 Contact surface pressure: After leveling at 20 kg / cm 2 , increase pressure by 10 kg / cm 2 until seizure occurs. Hold at each contact pressure for 3 minutes. Lubricating oil: Motor oil # 30 Oil temperature 80 ° C Supply amount 250cc / min

【0030】試験の結果、本発明品は接触面圧327k
g/cm2 で焼付が発生したが、比較品のクロムめっき
の耐焼付面圧253kg/cm2 以上であり、窒化チタ
ン皮膜の283kg/cm2 に対しても耐焼付性が優れ
ていることが確認された。
As a result of the test, the product of the present invention has a contact surface pressure of 327 k.
g / cm 2 , but the chrome plating of the comparative product had an anti-seizure surface pressure of 253 kg / cm 2 or more, and it had excellent seizure resistance even with respect to the titanium nitride film of 283 kg / cm 2 . confirmed.

【0031】(実施例3)科研式摩耗試験機により本発
明材料の腐食摩耗試験を実施した。基板材質がSKD−
61材であり、形状は縦5mm×横5mm×長さ20m
m、長手方向の一方の先端をR6mmの曲面とした試験
片を用い、実施例1に記述した方法により、先端曲面部
に10μmの厚さで本発明皮膜を被覆した。皮膜の元素
比は、クロム:ニッケル:窒素=1:0.08:0.6
7であった。比較例として試験片先端R部に厚さ100
μmのクロムめっき、およびイオンプレーティング法に
より厚さ10μmの窒化クロム皮膜を形成した試験片を
用いて同様な試験を行なった。
(Example 3) The material of the present invention was subjected to a corrosion wear test using a Kaken abrasion tester. Substrate material is SKD-
61 materials, 5mm long × 5mm wide × 20m long
m, using a test piece with one end in the longitudinal direction having a curved surface of R6 mm, the curved surface of the end was coated with the coating of the present invention to a thickness of 10 μm by the method described in Example 1. The element ratio of the coating is chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.08: 0.6
It was 7. As a comparative example, a thickness of 100
The same test was performed using a test piece on which a 10-μm-thick chromium nitride film was formed by a chromium plating of μm and an ion plating method.

【0032】試験は、表面処理を施した試験片の先端R
部をドラム状に加工した相手材の外周部に曲面同士が線
接触するように合せ、所定荷重を加え、所定速度で回転
する。潤滑は、PH=2に調整した硫酸水溶液を接触部
に一定量滴下して行ない、酸雰囲気とした。
In the test, the tip R of the surface-treated test piece was
The curved surfaces are brought into line contact with the outer peripheral portion of the counterpart material whose portion is processed into a drum shape, a predetermined load is applied, and the drum rotates at a predetermined speed. The lubrication was performed by dropping a fixed amount of a sulfuric acid aqueous solution adjusted to PH = 2 to the contact portion to obtain an acid atmosphere.

【0033】試験条件は次の通りである。 摺動相手材 :FC25材 摩擦速度 :0.25m/秒 摩擦時間 :6時間 接触荷重 :4kg 雰囲気 :摺動部にPH=2.0に調整した硫酸水溶
液を1.5cc/分滴下。
The test conditions are as follows. Sliding partner material: FC25 material Friction speed: 0.25 m / sec Friction time: 6 hours Contact load: 4 kg Atmosphere: 1.5 cc / min of sulfuric acid aqueous solution adjusted to PH = 2.0 was dropped on the sliding part.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】比較品であるクロムめっき品に比べ、本発
明品は摩耗量が約1/50と大幅に減少し、また窒化ク
ロムをイオンプレーティングしたサンプルの摩耗量に対
しても3割程度減少している。表3より本発明皮膜は、
従来品に比べ腐食摩耗性が大幅に向上していることが明
らかである。
Compared with the chrome-plated product, which is a comparative product, the product of the present invention has a significantly reduced abrasion amount of about 1/50, and is also reduced by about 30% with respect to the abrasion amount of a sample ion-plated with chromium nitride. are doing. According to Table 3, the film of the present invention is:
It is clear that the corrosion and wear properties are significantly improved as compared with the conventional product.

【0036】(実施例4)本発明皮膜の密着性を測定し
た。密着性の測定はツイスト試験と呼ばれる方法で行な
った。この方法は外周部に皮膜を被覆したリング状試験
片の合い口部の一方を固定し、他の一方をねじって、皮
膜のはく離が生じるまでのねじり角を測定し、その皮膜
の密着性を評価する方法である。
Example 4 The adhesion of the film of the present invention was measured. The adhesion was measured by a method called a twist test. This method fixes one of the abutments of a ring-shaped test piece with a coating on the outer periphery, twists the other one, measures the torsion angle until peeling of the coating occurs, and checks the adhesion of the coating. It is a method to evaluate.

【0037】試験片は、外径φ86mm、内径φ82m
m、厚さ3mmのリング形状をしており、一箇所のみ切
断されて、合い口部を有している。材質はSKD61材
を用いた。
The test piece had an outer diameter of 86 mm and an inner diameter of 82 m.
It has a ring shape with a thickness of 3 mm and a thickness of 3 mm. The material used was SKD61.

【0038】実施例1に記載の方法で、試験片外周表面
にクロム:ニッケル:窒素=1:0.2:0.7原子比
で構成される窒化クロム+ニッケルの複合皮膜を10μ
m被覆した。比較例として、同材質、同寸法の試験片外
周にイオンプレーティングにより窒化チタンの単一相を
5μm皮膜した試験片を用いて同様の試験を行なった。
密着性試験結果を比較品のねじれ角を1とした角度の比
で表4に示した。
According to the method described in Example 1, a composite film of chromium nitride + nickel composed of chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.2: 0.7 at an atomic ratio of 10 μm was formed on the outer peripheral surface of the test piece.
m. As a comparative example, the same test was performed using a test piece in which a single phase of titanium nitride was coated on the outer periphery of a test piece having the same material and dimensions by 5 μm by ion plating.
The results of the adhesion test are shown in Table 4 in terms of the angle ratio with the twist angle of the comparative product as 1.

【0039】[0039]

【表4】 [Table 4]

【0040】一般に皮膜の膜厚が厚いほど密着性が劣る
が、本発明皮膜は、窒化チタンに比べ皮膜が厚いにもか
かわらず、はくりが生ずるまでのねじり角が大きく、密
着性が優れている。
In general, the greater the thickness of the coating, the lower the adhesion. However, the coating of the present invention has a large torsion angle until peeling occurs even though the coating is thicker than titanium nitride. I have.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上発明したころから明らかなように、
本発明は基材表面に窒化クロムとニッケルの複合皮膜を
被覆することによって、従来から使用されている被覆に
比較して、耐焼付性、耐摩耗性および皮膜の密着性に優
れており、摺動部品や切削工具などに好適な複合硬質材
料を提供することができ、またかかる複合硬質材料は簡
単な工程により製造される。
As is clear from the above invention,
The present invention, by coating a composite film of chromium nitride and nickel on the substrate surface, has superior seizure resistance, abrasion resistance, and adhesion of the film as compared with conventionally used coatings. A composite hard material suitable for moving parts, cutting tools, and the like can be provided, and such a composite hard material is manufactured by a simple process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】超高圧摩耗試験機一部破砕説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing a part of an ultra-high pressure abrasion tester.

【図2】図1のA−A矢視断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステータホルダ 2 円盤(相手材) 3 注油口 4 ロータ 5 試験片 6 ステンレスファイバー 7 ロードセル 8 動歪計 9 記録計 10 試験片のピン状突起(5mm角) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator holder 2 Disk (counterpart material) 3 Lubrication port 4 Rotor 5 Test piece 6 Stainless steel fiber 7 Load cell 8 Dynamic strain gauge 9 Recorder 10 Pin-shaped projection of test piece (5 mm square)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 構成元素比が原子比でクロム:ニッケ
ル:窒素=1:0.05〜1:0.1〜1の範囲からな
る組成を有し、かつ窒化クロムと金属ニッケルが存在す
るPVD皮膜を基材に被覆したことを特徴とする摺動材
料。
1. A PVD which has a composition ratio of chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.05-1: 0.1-1 in atomic ratio, and in which chromium nitride and metallic nickel are present. A sliding material comprising a film coated on a substrate.
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