JP3451672B2 - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- sliding
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，基体表面に皮膜
を有する摺動部材に関する。
を有する摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 中に窒化硼
素ＢＮ等の固体潤滑材を分散させて摩擦係数を低減する
ものは，例えば，特開昭５９−３０７６９号公報に開示
されている。また，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄
Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は，例え
ば，特開昭５８−６４２６８号公報，特開昭５９−８８
３７４号公報，特開昭６１−７２６８５号公報等に開示
されている。
素ＢＮ等の固体潤滑材を分散させて摩擦係数を低減する
ものは，例えば，特開昭５９−３０７６９号公報に開示
されている。また，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄
Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は，例え
ば，特開昭５８−６４２６８号公報，特開昭５９−８８
３７４号公報，特開昭６１−７２６８５号公報等に開示
されている。
【０００３】また，摺動部材として，母材の表面にＴｉ
Ｎ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミックコーティングを
行い，耐摩耗性を向上させるものは知られている。ま
た，複合摺動部材として，Ａｌ等の合金にセラミックス
を種々の方法で複合化し，例えば，セラミックプリフォ
ームを作製した後，含浸等により金属とセラミックスを
複合化させたものが知られている。そして，金属基体に
セラミックスを被覆する場合に，溶射等が一般的に実用
化されている。
Ｎ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミックコーティングを
行い，耐摩耗性を向上させるものは知られている。ま
た，複合摺動部材として，Ａｌ等の合金にセラミックス
を種々の方法で複合化し，例えば，セラミックプリフォ
ームを作製した後，含浸等により金属とセラミックスを
複合化させたものが知られている。そして，金属基体に
セラミックスを被覆する場合に，溶射等が一般的に実用
化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，母材の
表面にセラミックコーティングを施した摺動部材は，セ
ラミックスが金属に比較して一般に潤滑油の吸着性が劣
っており，そのため耐摩耗性が優れるが，摩擦係数が大
きくなるという性質を有している。また，上記複合摺動
部材は，セラミックスを主に耐摩耗性材料として機能さ
せており，摩擦係数μの低下を意図するものではなく，
あるいは摩擦係数μを大幅に低下させることを意図した
ものではない。また，上記のように，Ａｌ合金等の金属
にセラミックス粒子，ウィスカーを配した摺動部材で
は，摺動部材自体の耐摩耗性は金属基体に比較して向上
しているものの，オイル吸着性が優れているというもの
ではなく，一概に摩擦係数μは低いというものではな
い。更に，摺動条件の厳しい場所では，摺動部材の表面
の油膜が切れ，スティック等のトラブルが生じることに
なる。
表面にセラミックコーティングを施した摺動部材は，セ
ラミックスが金属に比較して一般に潤滑油の吸着性が劣
っており，そのため耐摩耗性が優れるが，摩擦係数が大
きくなるという性質を有している。また，上記複合摺動
部材は，セラミックスを主に耐摩耗性材料として機能さ
せており，摩擦係数μの低下を意図するものではなく，
あるいは摩擦係数μを大幅に低下させることを意図した
ものではない。また，上記のように，Ａｌ合金等の金属
にセラミックス粒子，ウィスカーを配した摺動部材で
は，摺動部材自体の耐摩耗性は金属基体に比較して向上
しているものの，オイル吸着性が優れているというもの
ではなく，一概に摩擦係数μは低いというものではな
い。更に，摺動条件の厳しい場所では，摺動部材の表面
の油膜が切れ，スティック等のトラブルが生じることに
なる。
【０００５】そこで，本出願人は，上記の課題を解決す
るため，低摩擦セラミックスを開発して先に出願した
〔特願平５−９５０４８号（特開平６−２３４５６４号
公報）〕。該低摩擦セラミックスは，Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳ
ｉＣのＳｉを主成分とする母相中にＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅの酸化物を分散させ，大気
中において表面からやや内部にかけて酸化させ，化合物
として存在していたＦｅ−Ｓｉ系の化合物をオイルとの
吸着性に優れたＦｅ−Ｏ系の酸化物に変化させることに
よって低摩擦化したものである。
るため，低摩擦セラミックスを開発して先に出願した
〔特願平５−９５０４８号（特開平６−２３４５６４号
公報）〕。該低摩擦セラミックスは，Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳ
ｉＣのＳｉを主成分とする母相中にＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅの酸化物を分散させ，大気
中において表面からやや内部にかけて酸化させ，化合物
として存在していたＦｅ−Ｓｉ系の化合物をオイルとの
吸着性に優れたＦｅ−Ｏ系の酸化物に変化させることに
よって低摩擦化したものである。
【０００６】この発明の目的は，上記の課題を解決する
ことであり，硬質の基体表面にセラミックコーティング
等の硬質皮膜を形成し，更に硬質皮膜上に潤滑油の吸着
に優れる元素の酸化物層からなる表面皮膜を形成し，摩
擦係数及び摩耗量を低減した摺動部材を提供することで
ある。
ことであり，硬質の基体表面にセラミックコーティング
等の硬質皮膜を形成し，更に硬質皮膜上に潤滑油の吸着
に優れる元素の酸化物層からなる表面皮膜を形成し，摩
擦係数及び摩耗量を低減した摺動部材を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は，基体表面
に，Ｈｖ８００以上の硬度を有し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又はＷの元素及びＳ
ｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物のいずれかを母相と
する皮膜が形成され，しかも前記皮膜上にＣｕ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇに属する１種
以上の元素を含む表面皮膜がコーティングされ，前記表
面皮膜は，Ｆｅ，前記Ｆｅの化合物である酸化物，珪化
物，窒化物，炭化物及びそれらの内２種以上の複合物を
含んでいることを特徴とする摺動部材に関する。
に，Ｈｖ８００以上の硬度を有し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又はＷの元素及びＳ
ｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物のいずれかを母相と
する皮膜が形成され，しかも前記皮膜上にＣｕ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇに属する１種
以上の元素を含む表面皮膜がコーティングされ，前記表
面皮膜は，Ｆｅ，前記Ｆｅの化合物である酸化物，珪化
物，窒化物，炭化物及びそれらの内２種以上の複合物を
含んでいることを特徴とする摺動部材に関する。
【０００８】また，この発明は，基体表面に，Ｈｖ８０
０以上の硬度を有し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化
物，窒化物，硼化物のいずれかを母相とする皮膜が形成
され，しかも前記皮膜上にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ
ｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇに属する１種以上の元素を含
む表面皮膜がコーティングされ，前記表面皮膜は，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの
少なくとも１種以上の元素の酸化物を含んでいることを
特徴とする摺動部材に関する。
０以上の硬度を有し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化
物，窒化物，硼化物のいずれかを母相とする皮膜が形成
され，しかも前記皮膜上にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ
ｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇに属する１種以上の元素を含
む表面皮膜がコーティングされ，前記表面皮膜は，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの
少なくとも１種以上の元素の酸化物を含んでいることを
特徴とする摺動部材に関する。
【０００９】また，この摺動部材において，前記皮膜と
前記表面皮膜との境界層は，前記皮膜を構成する元素と
前記表面皮膜を構成する元素との混合層から形成されて
いるものである。
前記表面皮膜との境界層は，前記皮膜を構成する元素と
前記表面皮膜を構成する元素との混合層から形成されて
いるものである。
【００１０】また，この摺動部材において，前記表面皮
膜及び前記混合層は前記皮膜に比較してＯ濃度が高いも
のである。
膜及び前記混合層は前記皮膜に比較してＯ濃度が高いも
のである。
【００１１】この発明による摺動部材は，上記のように
構成されているので，前記皮膜は硬質であり耐摩耗性を
向上させることができ，また，前記表面皮膜は潤滑油の
吸着性に優れ，摩擦係数及び摩耗量を低減できる。即
ち，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，
Ａｇの元素は吸着性に優れているので，該元素の化合物
を前記皮膜上にイオンプレーティング等でコーティング
することによって，表面の油膜が切れ難くなり，その結
果，優れた耐摩耗性を発揮し，低い摩擦係数を示すこと
になる。
構成されているので，前記皮膜は硬質であり耐摩耗性を
向上させることができ，また，前記表面皮膜は潤滑油の
吸着性に優れ，摩擦係数及び摩耗量を低減できる。即
ち，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，
Ａｇの元素は吸着性に優れているので，該元素の化合物
を前記皮膜上にイオンプレーティング等でコーティング
することによって，表面の油膜が切れ難くなり，その結
果，優れた耐摩耗性を発揮し，低い摩擦係数を示すこと
になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による摺動部材の実施例を説明する。この摺動部材は，
図１に示すように，金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）
等の基体１の表面６上に，Ｈｖ８００以上の硬度を有し
且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又
はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物の
いずれかを母相とする皮膜２が形成され，しかも皮膜２
の表面５にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，
Ｐｂ，Ａｇに属する一種以上の元素を含む表面皮膜３が
コーティングされているものである。
による摺動部材の実施例を説明する。この摺動部材は，
図１に示すように，金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）
等の基体１の表面６上に，Ｈｖ８００以上の硬度を有し
且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ又
はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物の
いずれかを母相とする皮膜２が形成され，しかも皮膜２
の表面５にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，
Ｐｂ，Ａｇに属する一種以上の元素を含む表面皮膜３が
コーティングされているものである。
【００１３】この摺動部材において，表面皮膜２は，Ｆ
ｅ，Ｆｅ酸化物，Ｆｅ珪化物，Ｆｅ窒化物，Ｆｅ炭化物
及びそれらの内２種以上の複合物から構成されているも
のである。また，表面皮膜２は，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上
の元素を含んでいるものである。特に，この摺動部材で
は，皮膜２と表面皮膜３との境界層は，皮膜２を構成す
る元素と表面皮膜３を構成する元素との混合層４から形
成されているものである。また，表面皮膜３及び混合層
４は，図２に示すように，皮膜２に比較してＯ濃度が高
いものである。図２はこの摺動部材についてのオージェ
（Ａｕｇｅｒ）電子分光によるＦｅ−Ｏ膜とＴｉＮ膜の
プロフィールを示すグラフである。図２には，この摺動
部材における表面皮膜３の表面７からのイオンの注入深
さ（μｍ）に対するＴｉ，Ｏ，Ｆｅの組成比（％）が示
されている。
ｅ，Ｆｅ酸化物，Ｆｅ珪化物，Ｆｅ窒化物，Ｆｅ炭化物
及びそれらの内２種以上の複合物から構成されているも
のである。また，表面皮膜２は，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上
の元素を含んでいるものである。特に，この摺動部材で
は，皮膜２と表面皮膜３との境界層は，皮膜２を構成す
る元素と表面皮膜３を構成する元素との混合層４から形
成されているものである。また，表面皮膜３及び混合層
４は，図２に示すように，皮膜２に比較してＯ濃度が高
いものである。図２はこの摺動部材についてのオージェ
（Ａｕｇｅｒ）電子分光によるＦｅ−Ｏ膜とＴｉＮ膜の
プロフィールを示すグラフである。図２には，この摺動
部材における表面皮膜３の表面７からのイオンの注入深
さ（μｍ）に対するＴｉ，Ｏ，Ｆｅの組成比（％）が示
されている。
【００１４】この発明による摺動部材の一実施例を図１
を参照して実施例１として説明する。図１はこの発明に
よる摺動部材を誇張して示す説明図である。 〔実施例１〕 この摺動部材を作製するには，まず，硬質の基体１とし
て金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用し，該金型
用鋼材を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方体形状の試
験片即ち基体１を作製した。この金型用鋼材の基体１の
表面６にイオンプレーティングあるいはＣＶＤ（化学蒸
着）によってＨｖ８００以上の硬度を有する硬質皮膜２
となるＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＷＣをコーティン
グして各種の摺動試験片を作製した。更に，これらの摺
動試験片におけるコーティングした硬化膜即ち皮膜２の
表面５に，雰囲気ガス（Ｏ2 ，Ｎ2 ，ＣＨ4 ）を用いた
スパッタリングによりＦｅの酸化物，窒化物，炭化物の
膜をコーティングした。更に，イオンプレーティングに
よってＦｅ膜，Ｆｅ−Ｓｉ膜のコーティングも行った。
即ち，これらのコーティング即ち皮膜２へのコーティン
グによって，皮膜２上に境界層４と表面皮膜３とが形成
される。
を参照して実施例１として説明する。図１はこの発明に
よる摺動部材を誇張して示す説明図である。 〔実施例１〕 この摺動部材を作製するには，まず，硬質の基体１とし
て金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用し，該金型
用鋼材を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方体形状の試
験片即ち基体１を作製した。この金型用鋼材の基体１の
表面６にイオンプレーティングあるいはＣＶＤ（化学蒸
着）によってＨｖ８００以上の硬度を有する硬質皮膜２
となるＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＷＣをコーティン
グして各種の摺動試験片を作製した。更に，これらの摺
動試験片におけるコーティングした硬化膜即ち皮膜２の
表面５に，雰囲気ガス（Ｏ2 ，Ｎ2 ，ＣＨ4 ）を用いた
スパッタリングによりＦｅの酸化物，窒化物，炭化物の
膜をコーティングした。更に，イオンプレーティングに
よってＦｅ膜，Ｆｅ−Ｓｉ膜のコーティングも行った。
即ち，これらのコーティング即ち皮膜２へのコーティン
グによって，皮膜２上に境界層４と表面皮膜３とが形成
される。
【００１５】一方，摺動試験の相手材として，鋳鉄から
作製された鋳鉄ピンと，相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ
4 焼結体から作製されたＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した。鋳
鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4 ピンの各端面は曲率半径９ｍｍの球
面であり，それらのサイズはφ８×２３ｍｍにそれぞれ
形成されている。往復動摺動試験機において，試験片の
面（即ち直方体形状の基体１上に皮膜２，境界層４及び
表面皮膜３を有する面）に対して鋳鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4
ピンをほぼ垂直になるようにセットし，荷重１ｋｇｆ，
温度１５０℃，摺動速度０．５ｍ／ｓの条件で摺動試験
を行い，摩擦係数μ及び試験片，鋳鉄ピン及びＳｉ3 Ｎ
4 ピンの摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を測定し
た。それらの結果を，表１及び表２に示す。
作製された鋳鉄ピンと，相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ
4 焼結体から作製されたＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した。鋳
鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4 ピンの各端面は曲率半径９ｍｍの球
面であり，それらのサイズはφ８×２３ｍｍにそれぞれ
形成されている。往復動摺動試験機において，試験片の
面（即ち直方体形状の基体１上に皮膜２，境界層４及び
表面皮膜３を有する面）に対して鋳鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4
ピンをほぼ垂直になるようにセットし，荷重１ｋｇｆ，
温度１５０℃，摺動速度０．５ｍ／ｓの条件で摺動試験
を行い，摩擦係数μ及び試験片，鋳鉄ピン及びＳｉ3 Ｎ
4 ピンの摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を測定し
た。それらの結果を，表１及び表２に示す。
【表１】
【表２】
【００１６】表１は，皮膜２即ち硬化膜がＴｉＮ，Ｔｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを
使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比摩耗
量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3
Ｎ4 ピンについての比摩耗量も示している。表２は，皮
膜２即ち硬化膜がＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びＷＣ
であり，且つ鋳鉄ピンを使用した場合の摺動試験片につ
いての摩擦係数と比摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・
ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピンについての比摩耗量
も示している。
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを
使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比摩耗
量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3
Ｎ4 ピンについての比摩耗量も示している。表２は，皮
膜２即ち硬化膜がＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びＷＣ
であり，且つ鋳鉄ピンを使用した場合の摺動試験片につ
いての摩擦係数と比摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・
ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピンについての比摩耗量
も示している。
【００１７】各摺動試験片に対する摺動試験を行った結
果を示す表１及び表２を考慮すると，表１から分かるよ
うに，基体１に表面硬化膜をコーティングした皮膜２及
び皮膜２にＦｅ及びその化合物をコーティングした境界
層４及び表面皮膜３を有する摺動試験片は，基体１に皮
膜２の表面硬化膜のみをコーティングしたものに比較し
て，摩擦係数及び比摩耗量は小さくなっていることが分
かる。特に，表２から分かるように，基体１に表面硬化
膜をコーティングした皮膜２及び皮膜２にＦｅ及びその
化合物をコーティングした境界層４及び表面皮膜３を有
する摺動試験片は，基体１に皮膜２の表面硬化膜のみを
コーティングしたものに比較して，比摩耗量が大幅に小
さくなっていることが分かる。
果を示す表１及び表２を考慮すると，表１から分かるよ
うに，基体１に表面硬化膜をコーティングした皮膜２及
び皮膜２にＦｅ及びその化合物をコーティングした境界
層４及び表面皮膜３を有する摺動試験片は，基体１に皮
膜２の表面硬化膜のみをコーティングしたものに比較し
て，摩擦係数及び比摩耗量は小さくなっていることが分
かる。特に，表２から分かるように，基体１に表面硬化
膜をコーティングした皮膜２及び皮膜２にＦｅ及びその
化合物をコーティングした境界層４及び表面皮膜３を有
する摺動試験片は，基体１に皮膜２の表面硬化膜のみを
コーティングしたものに比較して，比摩耗量が大幅に小
さくなっていることが分かる。
【００１８】次に，この発明による摺動部材の別の実施
例を実施例２として説明する。この実施例１の摺動部材
は，実施例１のものと構造上は同一のものであるので，
実施例１と同様に図１を参照して説明する。 〔実施例２〕 この摺動部材を作製するには，硬質の基体１として金型
用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用し，該金型用鋼材
を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方体形状の試験片即
ち基体１を作製した。この金型用鋼材の基体１の表面６
にイオンプレーティング及びＣＶＤ（化学蒸着）によっ
てＨｖ８００以上の硬度を有する硬質皮膜２となるＴｉ
Ｎ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＷＣをコーティングして各種
の摺動試験片を作製した。更に，これらの摺動試験片に
おけるコーティングした硬化膜即ち皮膜２の表面５に，
雰囲気ガス（Ｏ2 ）を用いたイオンプレーティング及び
スパッタリングによりＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの酸化物の膜をコーティングし
た。即ち，皮膜２へのコーティングによって，皮膜２上
に境界層４と表面皮膜３とが形成される。
例を実施例２として説明する。この実施例１の摺動部材
は，実施例１のものと構造上は同一のものであるので，
実施例１と同様に図１を参照して説明する。 〔実施例２〕 この摺動部材を作製するには，硬質の基体１として金型
用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用し，該金型用鋼材
を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方体形状の試験片即
ち基体１を作製した。この金型用鋼材の基体１の表面６
にイオンプレーティング及びＣＶＤ（化学蒸着）によっ
てＨｖ８００以上の硬度を有する硬質皮膜２となるＴｉ
Ｎ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＷＣをコーティングして各種
の摺動試験片を作製した。更に，これらの摺動試験片に
おけるコーティングした硬化膜即ち皮膜２の表面５に，
雰囲気ガス（Ｏ2 ）を用いたイオンプレーティング及び
スパッタリングによりＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの酸化物の膜をコーティングし
た。即ち，皮膜２へのコーティングによって，皮膜２上
に境界層４と表面皮膜３とが形成される。
【００１９】一方，摺動試験の相手材として，鋳鉄から
作製された鋳鉄ピンと，相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ
4 焼結体から作製されたＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した。鋳
鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4 ピンの各端面は曲率半径９ｍｍの球
面であり，それらのサイズはφ８×２３ｍｍにそれぞれ
形成されている。往復動摺動試験機において，試験片の
面（即ち直方体形状の基体１上に皮膜２，境界層４及び
表面皮膜３５を有する面）に対して鋳鉄ピンとＳｉ3 Ｎ
4 ピンをほぼ垂直になるようにセットし，荷重１ｋｇ
ｆ，温度１５０℃，摺動速度０．５ｍ／ｓの条件で摺動
試験を行い，摩擦係数μ，及び試験片，鋳鉄ピン及びＳ
ｉ3 Ｎ4 ピンの摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3／Ｎ・ｍ）を
測定した。それらの結果を，表３，表４，表５及び表６
に示す。
作製された鋳鉄ピンと，相対密度９９％以上のＳｉ3 Ｎ
4 焼結体から作製されたＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した。鋳
鉄ピンとＳｉ3 Ｎ4 ピンの各端面は曲率半径９ｍｍの球
面であり，それらのサイズはφ８×２３ｍｍにそれぞれ
形成されている。往復動摺動試験機において，試験片の
面（即ち直方体形状の基体１上に皮膜２，境界層４及び
表面皮膜３５を有する面）に対して鋳鉄ピンとＳｉ3 Ｎ
4 ピンをほぼ垂直になるようにセットし，荷重１ｋｇ
ｆ，温度１５０℃，摺動速度０．５ｍ／ｓの条件で摺動
試験を行い，摩擦係数μ，及び試験片，鋳鉄ピン及びＳ
ｉ3 Ｎ4 ピンの摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3／Ｎ・ｍ）を
測定した。それらの結果を，表３，表４，表５及び表６
に示す。
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【００２０】表３は，皮膜２即ち硬化膜がＴｉＮ及びＴ
ｉＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した場合の摺動
試験片についての摩擦係数と比摩耗量（×１０- 6 ｍｍ
3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピンについての
比摩耗量も示している。表４は，皮膜２即ち硬化膜がＳ
ｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用し
た場合の摺動試験片についての摩擦係数と比摩耗量（×
１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピ
ンについての比摩耗量も示している。また，表５は，皮
膜２即ち硬化膜がＴｉＮ及びＴｉＣであり，且つ鋳鉄ピ
ンを使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比
摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，鋳
鉄ピンについての比摩耗量も示している。表６は，皮膜
２即ち硬化膜がＳｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つ鋳鉄ピ
ンを使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比
摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，鋳
鉄ピンについての比摩耗量も示している。
ｉＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用した場合の摺動
試験片についての摩擦係数と比摩耗量（×１０- 6 ｍｍ
3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピンについての
比摩耗量も示している。表４は，皮膜２即ち硬化膜がＳ
ｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つＳｉ3 Ｎ4 ピンを使用し
た場合の摺動試験片についての摩擦係数と比摩耗量（×
１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，Ｓｉ3 Ｎ4 ピ
ンについての比摩耗量も示している。また，表５は，皮
膜２即ち硬化膜がＴｉＮ及びＴｉＣであり，且つ鋳鉄ピ
ンを使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比
摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，鋳
鉄ピンについての比摩耗量も示している。表６は，皮膜
２即ち硬化膜がＳｉ3 Ｎ4 及びＷＣであり，且つ鋳鉄ピ
ンを使用した場合の摺動試験片についての摩擦係数と比
摩耗量（×１０- 6 ｍｍ3 ／Ｎ・ｍ）を示しており，鋳
鉄ピンについての比摩耗量も示している。
【００２１】各摺動試験片に対する摺動試験を行った結
果を示す表３〜表６を考慮すると，表３及び表４から分
かるように，基体１に表面硬化膜をコーティングした皮
膜２及び皮膜２に上記酸化物をコーティングした境界層
４及び表面皮膜３を有する摺動試験片は，基体１に皮膜
２の表面硬化膜のみをコーティングしたものに比較し
て，摩擦係数及び比摩耗量は小さくなっていることが分
かる。特に，表５及び表６から分かるように，基体１に
表面硬化膜をコーティングした皮膜２及び皮膜２に上記
酸化物をコーティングした境界層４及び表面皮膜３を有
する摺動試験片は，基体１に皮膜２の表面硬化膜のみを
コーティングしたものに比較して，比摩耗量が大幅に小
さくなっていることが分かる。
果を示す表３〜表６を考慮すると，表３及び表４から分
かるように，基体１に表面硬化膜をコーティングした皮
膜２及び皮膜２に上記酸化物をコーティングした境界層
４及び表面皮膜３を有する摺動試験片は，基体１に皮膜
２の表面硬化膜のみをコーティングしたものに比較し
て，摩擦係数及び比摩耗量は小さくなっていることが分
かる。特に，表５及び表６から分かるように，基体１に
表面硬化膜をコーティングした皮膜２及び皮膜２に上記
酸化物をコーティングした境界層４及び表面皮膜３を有
する摺動試験片は，基体１に皮膜２の表面硬化膜のみを
コーティングしたものに比較して，比摩耗量が大幅に小
さくなっていることが分かる。
【００２２】また，この摺動部材について，上記実施例
で得られた皮膜２の元素分析を行ったところ，図２に示
すように，皮膜２と表面皮膜３との間にはそれぞれの元
素から成る混合層即ち境界層４が形成されていることが
分かった。皮膜２のＯ濃度に比較して，境界層４及び表
面皮膜３のＯ濃度が高いことが分かる。
で得られた皮膜２の元素分析を行ったところ，図２に示
すように，皮膜２と表面皮膜３との間にはそれぞれの元
素から成る混合層即ち境界層４が形成されていることが
分かった。皮膜２のＯ濃度に比較して，境界層４及び表
面皮膜３のＯ濃度が高いことが分かる。
【００２３】また，この発明による摺動部材の更に別の
実施例を説明する。この実施例は，上記実施例と同様に
基体として金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用
し，該金型用鋼材を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方
体形状の試験片即ち基体を作製した。この金型用鋼材の
基体の表面に，上記実施例と同様のＨｖ８００以上の硬
度を有する皮膜としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＢ2 をコーティ
ングし，該皮膜上に表面皮膜３をコーティングした摺動
部材を作製し，それらの摺動部材について，上記実施例
と同様に摺動試験を行った。その結果は，上記実施例と
同様な摩擦係数μの低減と比摩耗量の低減が認められ
た。
実施例を説明する。この実施例は，上記実施例と同様に
基体として金型用鋼材（例えば，ＳＫＤ１１）を使用
し，該金型用鋼材を大きさ１６×１０×７０ｍｍの直方
体形状の試験片即ち基体を作製した。この金型用鋼材の
基体の表面に，上記実施例と同様のＨｖ８００以上の硬
度を有する皮膜としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＢ2 をコーティ
ングし，該皮膜上に表面皮膜３をコーティングした摺動
部材を作製し，それらの摺動部材について，上記実施例
と同様に摺動試験を行った。その結果は，上記実施例と
同様な摩擦係数μの低減と比摩耗量の低減が認められ
た。
【００２４】この発明による摺動部材では，上記のこと
より，皮膜２はＨｖ８００以上の硬度を有するものであ
れば，その皮膜２に潤滑油を吸着する表面改質層５が存
在すれば，低摩擦係数μを示し，且つ摩耗量を低減でき
ることが分かる。即ち，この摺動部材については，硬質
の金属又はセラミックスから成る基体１の表面６に，耐
摩耗性を目的とするセラミックコーティング等の硬質皮
膜を形成し，その硬質皮膜の表面に潤滑油の吸着に優れ
るＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素から成る化合物を
コーティングして表面皮膜３を形成することにより，摩
擦係数μを低減し，摩耗量も低減することができるもの
である。
より，皮膜２はＨｖ８００以上の硬度を有するものであ
れば，その皮膜２に潤滑油を吸着する表面改質層５が存
在すれば，低摩擦係数μを示し，且つ摩耗量を低減でき
ることが分かる。即ち，この摺動部材については，硬質
の金属又はセラミックスから成る基体１の表面６に，耐
摩耗性を目的とするセラミックコーティング等の硬質皮
膜を形成し，その硬質皮膜の表面に潤滑油の吸着に優れ
るＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素から成る化合物を
コーティングして表面皮膜３を形成することにより，摩
擦係数μを低減し，摩耗量も低減することができるもの
である。
【００２５】
【発明の効果】この発明による摺動部材は，上記のよう
に構成されているので，前記皮膜が硬質皮膜となって耐
摩耗性を向上させ，また，前記表面皮膜が潤滑油の吸着
性を発揮し，摩擦係数を低減すると共に，摩耗量を低減
させることができ，摺動部材として適用して極めて好ま
しいものである。しかも，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ
ｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの元素を含む前記表面皮膜
は，Ｆｅ化合物及びＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍ
ｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素を含む
酸化物層を形成し，その表面皮膜が前記皮膜にコーティ
ングされて吸着性に優れた膜として機能し，油膜の途切
れ難い低摩擦化を確保でき，耐摩耗性に富んだ安定した
ものとなり，摺動部に使用してもスティック等のトラブ
ルが発生することがない。
に構成されているので，前記皮膜が硬質皮膜となって耐
摩耗性を向上させ，また，前記表面皮膜が潤滑油の吸着
性を発揮し，摩擦係数を低減すると共に，摩耗量を低減
させることができ，摺動部材として適用して極めて好ま
しいものである。しかも，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ
ｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの元素を含む前記表面皮膜
は，Ｆｅ化合物及びＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍ
ｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素を含む
酸化物層を形成し，その表面皮膜が前記皮膜にコーティ
ングされて吸着性に優れた膜として機能し，油膜の途切
れ難い低摩擦化を確保でき，耐摩耗性に富んだ安定した
ものとなり，摺動部に使用してもスティック等のトラブ
ルが発生することがない。
【図１】この発明によるセラミックス摺動部材の一実施
例を誇張して示す構造図である。
例を誇張して示す構造図である。
【図２】この摺動部材についてのオージェ（Ａｕｇｅ
ｒ）電子分光によるＦｅ−Ｏ膜とＴｉＮ膜のプロフィー
ルを示すグラフである。
ｒ）電子分光によるＦｅ−Ｏ膜とＴｉＮ膜のプロフィー
ルを示すグラフである。
１ 基体
２ 皮膜
３ 表面皮膜
４ 境界層
５ 皮膜の表面
６ 基体の表面
７ 表面皮膜の表面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02
10:06 10:06
10:08 10:08
10:10 10:10
10:12 10:12
10:14 10:14
10:16 10:16
20:00 20:00 Ｚ
30:06 30:06
40:02 40:02
50:08 50:08
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C10M 103/00 - 103/06
C10N 10:00 - 10:16
C10N 20:00
C10N 30:06
C10N 40:02
C10N 50:08
C23C 14/06 - 14/20
C23C 16/30 - 16/42
Claims (4)
- 【請求項１】 基体表面に，Ｈｖ８００以上の硬度を有
し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ
又はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物
のいずれかを母相とする皮膜が形成され，しかも前記皮
膜上にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇに属する１種以上の元素を含む表面皮膜がコー
ティングされ，前記表面皮膜は，Ｆｅ，前記Ｆｅの化合
物である酸化物，珪化物，窒化物，炭化物及びそれらの
内２種以上の複合物を含んでいることを特徴とする摺動
部材。 - 【請求項２】 基体表面に，Ｈｖ８００以上の硬度を有
し且つＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ
又はＷの元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物，窒化物，硼化物
のいずれかを母相とする皮膜が形成され，しかも前記皮
膜上にＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇに属する１種以上の元素を含む表面皮膜がコー
ティングされ，前記表面皮膜は，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上
の元素の酸化物を含んでいることを特徴とする摺動部
材。 - 【請求項３】 前記皮膜と前記表面皮膜との境界層は，
前記皮膜を構成する元素と前記表面皮膜を構成する元素
との混合層から形成されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の摺動部材。 - 【請求項４】 前記表面皮膜及び前記混合層は前記皮膜
に比較してＯ濃度が高いことを特徴とする請求項１又は
２に記載の摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545793A JP3451672B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545793A JP3451672B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07102270A JPH07102270A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3451672B2 true JP3451672B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=17417438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26545793A Expired - Lifetime JP3451672B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451672B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6364072B1 (en) * | 1997-04-28 | 2002-04-02 | Alliedsignal Bremsbelag Gmbh | Sintered material for a magnetic track brake |
| JPH11320184A (ja) * | 1998-05-08 | 1999-11-24 | Smc Corp | リニアアクチュエータ |
| EP1074698B1 (en) * | 1999-08-03 | 2012-02-29 | General Electric Company | A gas turbine comprising coated coolant supply tubes |
| EP3085812B1 (en) * | 2013-12-16 | 2018-08-08 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Sliding member |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP26545793A patent/JP3451672B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07102270A (ja) | 1995-04-18 |
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