JPH01119683A

JPH01119683A - 固体潤滑被膜処理方法

Info

Publication number: JPH01119683A
Application number: JP27540887A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kumakiri; 熊切　康雄; Toshihiko Aikawa; 俊彦相川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-05-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、軸受部品等の金属基材の表面に固体潤滑機能
を付与するための固体潤滑被膜処理方法に関する。

従来の技術金属基材の表面に二硫化モリブデンあるいは二硫化タン
グステン等の固体潤滑被膜処理を施すにあたっては、基
材の表面に脱脂あるいは脱錆等の前処理を施した上で固
体潤滑被膜処理を施すのが一般的である（例えば、松永
正久、津谷裕子「固体潤滑ハンドブックＪ、（１９７８
年）、幸書房。

Ｐ２４８）。また、上記の固体潤滑被膜処理方法に類似
した表面処理方法としてスパッタリング法。

イオンブレーティング法があるが、いずれの場合。

にも基材表面を調整する前処理を必要とする点で基本的
に上記の固体潤滑被膜処理方法と同じと理解することが
できる。

発明が解決しようとする問題点上記のような従来の固体潤滑被膜処理方法においては、
基材表面上に直接固体潤滑被膜を形成していることから
、基材自体が軟質金属もしくは軟質金属を含む複合材料
の場合にこれを例えば軸受部品の摺動部に用いると、相
手側部材との接触力によって基材表面が変形し、相手部
材との凝着摩耗を起こすことがある。その結果、軸受部
品の寿命が著しく短いものとなり、特に宇宙空間で使用
されるマスト構造体のように保守点検が困難な設備に適
用することができなくなる。

本発明は以上のような点に鑑み、固体潤滑機能を長寿的
に維持できる被膜処理方法を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するための手段本発明においては、第１図に示すように、金属基材１上
に固体潤滑被膜２を形成するにあたり、基材１表面に基
材１よりも高硬度の中間層３を予め形成し、その上に重
ねて固体潤滑被膜２を形成することを特徴としている。

金属基材１としてはＨ，Ｃスケールで６０以下のもの、
もしくはこれと同等の硬度ををする金属を含む複合材料
を用いるものとし、また中間層３としては基材材質の炭
化物、窒化物、酸化物、硼化物およびそれらの混合物の
いずれか一つを含む金属、または基材材質の固溶限界以
上に炭素、窒素、酸素、硼素のうちの少な（ともいずれ
か一つを含む金属を用いる。さらに中間層３の材質とし
ては、遷移金属の硫化物、セレン化物、酸化物のうちの
少な（とも一つを含むものを用い、より好ましくは二硫
化モリブデンおよび二硫化タングステンのうち少なくと
も一つを含むものを用いる。

この場合、基材ｌと中間層３の間ならびに中間層３と固
体潤滑被膜２の間の少なくともいずれか一方に両層間の
密着性を向上させるために結合層４を介在させることも
できる。この結合層４は両層と親和性をもつものがよく
、例えば固体潤滑被膜２として二硫化モリブデンや二硫
化タングステンを用いた場合にはモリブデンやタングス
テンを結合層４として用いることになる。

中間層３の成形方法としてはＣＶＤ法、イオンブレーテ
ィング法のほかＰＶＤ法、溶射法、窒化法、浸炭法、イ
オン注入法等があるが、各方法に応じて付着条件を変え
たり後加工を施したりして膜厚の調整を行う。すなわち
、ＣＶＤ法やＰＶＤ法では０．０１〜２０μで、より好
ましくは０．１〜２０μ、溶射法では０．１〜５００μ
で、より好ましくは１〜２０μの厚さの中間層３が必要
である。また、窒化法や浸炭法では処理後に後加工を施
し、窒化もしくは浸炭層が０．１〜２００μ、より望ま
しくは１〜５０μであるような中間層３が必要である。

一方、イオン注入法では膜厚で規定することが難しいが
、注入原子の最大濃度位置が０．０１〜１０μで、より
好ましくは０．０５〜０．５μの中間層３が必要である
。上述したいくつかの方法のうちイオン注入以外の方法
では基材１と中間層３との境界が比較的明確であるため
、両者の密着性を向上させるために上記の結合層３の採
用と併せて、または単独で基材１の表面に拡散処理等の
熱処理を施すのが望ましい。もちろん、上記の中間層と
しては二層以上もしくは連続層とすることもできる。

作用上記のように予め中間層３を形成しておくことにより、
中間層３自体が基材ｌの炭化物、窒化物。

硼化物、酸化物もしくは炭素、窒素、硼素、酸素を大量
に含んでいるために、仮に最表層の潤滑被膜２の一部も
しくは大部分が破壊しても相手部材との直接的な接触と
は摩擦摩耗形態が異なるので凝着を起こしにくく、摩擦
係数の急激な立ち上がりを防止する。

実施例Ｉ（ＲＣスケールで４０以下の硬度をもつ５ＵＳ４０５
およびＴｉ−６ＡＱ、−４Ｖ合金を材料とする直径５０
１．厚さｌＱｍｘの円板状の試料ｓ１〜Ｓ４（第２図）
について片面を鏡面研磨するとともに、基材表面の洗浄
・脱脂を行い、第１表に示すように試料８１〜Ｓ３につ
いてはその表面に結合層４として窒素イオンを注入した
。この窒素イオン注入の加速電圧は４０ＫＶで、ｌＸ１
０’ａｔｍ／ｃｓ’のイオンを注入した。また、試料Ｓ
４については、ＣＶＤ法により表面に０．５μｍのＴｉ
Ｃ層を形成した。その上で、試料Ｓｔ、　　Ｓ２．　　
Ｓ４については中間層３としてモリブデンを、試料Ｓ３
についてはタングステンをそれぞれ０．１μの膜厚でＰ
ＶＤ法により付着させた。

そして、試料Ｓｔ、Ｓ２．Ｓ４には中間層３の上に二硫
化モリブデンおよびバインダ成分を含む固体潤滑被膜剤
２をスプレーして乾燥・焼き付は処理するとともに、試
料Ｓ３には二硫化タングステンおよびバインダ成分を含
む固体潤滑被膜剤２を上記と同様の方法で焼き付は処理
した。上記のいずれの場合にも固体潤滑被膜２の膜厚は
１０μであった。

さらに比較例として、試料Ｓ５．Ｓ６．Ｓ７には基材表
面上に上記と同様の方法により直接固体潤滑被膜処理を
施した。

次に上記の試料８１〜Ｓ７を第３図に示すように絵本式
摩擦試験機に取り付け、下方の直径１０■の３個の鋳鉄
（ＦＣＤ７０）製ボール５に対して大気圧下で１０＆９
ｆの垂直荷重を負荷として与えて５００ｒｐｍで回転さ
せた。試験中は摩擦係数を常時モニターし、摩擦係数の
急激な変化（特に急上昇ピーク値）を検知して試験機を
停止させ、それまでの累積時間を寿命として記録した。

その結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように中間層３を形成した場合には
、中間層３を形成しなかった場合と比べて４倍以上の寿
命をもつことが明らかとなった。

また摩擦係数の特性曲線上での立ち上がり方も異なって
おり、本実施例の試料８１〜Ｓ４では摩擦係数が小刻み
に変化する期間を経てから摩擦係数が急激に大きくなっ
て寿命切れとなるが、比較例の試料８５〜Ｓ７では寿命
切れとなる前兆は顕著に表れず、突然摩擦係数の急激な
立ち上がりが発生する。これは本実施例の方が凝着摩耗
を起こしにくいことの表れでもあり、固体潤滑被膜処理
を適用する機器の機能および性能上の要求の観点からも
本実施例のような摩擦特性を有するものの方が望ましく
、この点においても本発明の効果が認められる。

第　　１　　表第２表発明の効果以上のように本発明の固体潤滑被膜処理方法においては
、金属基材上に固体潤滑被膜を形成するにあたり、基材
表面に基材よりも高硬度の中間層を予め形成し、その上
に重ねて固体潤滑被膜を形成するようにしたため、基材
と相手部材との凝着を防止して潤滑機能を長寿的に維持
できる。

また、中間層として特に基材材質の炭化物、窒化物、酸
化物、硼化物等を用いた場合には、これらの物質が防錆
・防蝕性にすぐれているので、凝着の起こりやすい真空
中においても基材を外部環境から保護し、固体潤滑被膜
の基材からの剥離を防止することになり、とりわけ地上
３０ｋｒｘ以上の地球大気圏外の宇宙空間での使用にも
十分に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体潤滑被膜処理を施した基材の断面
図、第２図は上記の処理を施した試料の斜視図、第３図
は上記試料の摩擦試験の概略説明図である。１・・・金属基材、２・・・固体潤滑被膜、３・・・中
間層、４・・・結合層。外２名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属基材上に固体潤滑被膜を形成するにあたり、
基材表面に基材よりも高硬度の中間層を予め形成し、そ
の上に重ねて固体潤滑被膜を形成することを特徴とする
固体潤滑被膜処理方法。