JPH05125521A - 摺動材料及びその製造方法 - Google Patents
摺動材料及びその製造方法Info
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- JPH05125521A JPH05125521A JP31001291A JP31001291A JPH05125521A JP H05125521 A JPH05125521 A JP H05125521A JP 31001291 A JP31001291 A JP 31001291A JP 31001291 A JP31001291 A JP 31001291A JP H05125521 A JPH05125521 A JP H05125521A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 密着性に優れた窒化チタン皮膜を有する摺動
材料を提供する。 【構成】 皮膜が構成元素の原子比でチタン：ニッケ
ル：窒素＝１：０．０５〜１．２：０．２〜１．２の範
囲からなる組成を有し、かつ窒化チタンと金属ニッケル
が存在する。
材料を提供する。 【構成】 皮膜が構成元素の原子比でチタン：ニッケ
ル：窒素＝１：０．０５〜１．２：０．２〜１．２の範
囲からなる組成を有し、かつ窒化チタンと金属ニッケル
が存在する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動特性に優れた皮膜
によって被覆された摺動材料およびその製造方法に関す
る。
によって被覆された摺動材料およびその製造方法に関す
る。
【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る。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。
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る。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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような要請に対
し、最近ＰＶＤ（Physical 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などの皮
膜を被覆することが提案されている。
し、最近ＰＶＤ（Physical 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などの皮
膜を被覆することが提案されている。
【０００４】ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＣｒＮなどの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。
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。
【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により作られる皮膜を凌いでいるも
のの、窒化チタンは基材との密着力が低く、上記各種部
品用として一般に要求される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。このため窒化チタン
は耐摩耗性及び耐食性が優れているものの、皮膜とした
場合これら特性が十分に発揮できないという問題があっ
た。
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により作られる皮膜を凌いでいるも
のの、窒化チタンは基材との密着力が低く、上記各種部
品用として一般に要求される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。このため窒化チタン
は耐摩耗性及び耐食性が優れているものの、皮膜とした
場合これら特性が十分に発揮できないという問題があっ
た。
【０００６】セラミックス皮膜の密着性改善のため、基
材と皮膜の両者と密着性の強い異種金属皮膜をアンダー
コーティングすること、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。
材と皮膜の両者と密着性の強い異種金属皮膜をアンダー
コーティングすること、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。
【０００７】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。また、特開昭６２ー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の対策はこれらの皮
膜を被覆した複合硬質材料の製造工程を複雑にする。
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。また、特開昭６２ー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の対策はこれらの皮
膜を被覆した複合硬質材料の製造工程を複雑にする。
【０００８】一方、特開昭６４−７９３７３号によれば
密着性に優れた硬質皮膜としてＮｉ−ＴｉＣ複合皮膜が
提案されている。しかし、炭化物皮膜形成のための炭素
源としてアセチレン、メタンなどの炭化水素を使用する
ため、皮膜生成中に真空チャンバー内にすす状カーボン
が発生しやすく、チャンバーが汚れ、皮膜に付着して皮
膜に欠陥が生じる恐れがある。またチャンバーが汚れる
ため真空引き時間が延びるなど、問題が多く、窒化物系
皮膜に比べ炭化物系皮膜は工業生産には適さない。
密着性に優れた硬質皮膜としてＮｉ−ＴｉＣ複合皮膜が
提案されている。しかし、炭化物皮膜形成のための炭素
源としてアセチレン、メタンなどの炭化水素を使用する
ため、皮膜生成中に真空チャンバー内にすす状カーボン
が発生しやすく、チャンバーが汚れ、皮膜に付着して皮
膜に欠陥が生じる恐れがある。またチャンバーが汚れる
ため真空引き時間が延びるなど、問題が多く、窒化物系
皮膜に比べ炭化物系皮膜は工業生産には適さない。
【０００９】したがって、本発明は密着性に優れた窒化
チタン系皮膜を被覆した複合硬質材料からなる摺動材料
およびその製造方法を提供することを目的とする。
チタン系皮膜を被覆した複合硬質材料からなる摺動材料
およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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チ
タン：ニッケル：窒素＝１：０．０５〜１．２：０．２
〜１．２の範囲からなる組成を有し、かつ窒化チタンと
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、基材表面に窒化チタン
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。
達成する本発明の摺動材料は、構成元素比が原子比でチ
タン：ニッケル：窒素＝１：０．０５〜１．２：０．２
〜１．２の範囲からなる組成を有し、かつ窒化チタンと
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、基材表面に窒化チタン
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。
【００１１】皮膜を構成するチタン、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あり、
一方チタンは窒化物を形成しやすい元素である。そこで
チタンとニッケルの金属元素の前者を窒化物とし、後者
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、チタン量を１とした場合、原子
比でチタン：ニッケル：窒素＝１：０．０５〜１．２：
０．２〜ｌ．２の範囲に限定される。チタンに対するニ
ッケルが原子比０．０５以下では密着性においてニッケ
ルの効果が顕著でなく、また原子比が１．２を上回ると
硬度が低下し皮膜の耐摩耗性が低下する。窒素はチタン
に対する原子比が０．２以下では窒化チタンの生成が少
なくなるので硬度が低くかつ耐摩耗性が低い。またこの
原子比が１．２を上回る皮膜の硬さが高くなり過ぎ、相
手材の摩耗が増加すると共に皮膜中に占める窒化物成分
が多くなり密着性も低下する。皮膜の厚みは１〜５０μ
ｍであることが望ましい。
窒素のうちニッケルは窒化物を形成し難い元素であり、
一方チタンは窒化物を形成しやすい元素である。そこで
チタンとニッケルの金属元素の前者を窒化物とし、後者
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、チタン量を１とした場合、原子
比でチタン：ニッケル：窒素＝１：０．０５〜１．２：
０．２〜ｌ．２の範囲に限定される。チタンに対するニ
ッケルが原子比０．０５以下では密着性においてニッケ
ルの効果が顕著でなく、また原子比が１．２を上回ると
硬度が低下し皮膜の耐摩耗性が低下する。窒素はチタン
に対する原子比が０．２以下では窒化チタンの生成が少
なくなるので硬度が低くかつ耐摩耗性が低い。またこの
原子比が１．２を上回る皮膜の硬さが高くなり過ぎ、相
手材の摩耗が増加すると共に皮膜中に占める窒化物成分
が多くなり密着性も低下する。皮膜の厚みは１〜５０μ
ｍであることが望ましい。
【００１２】本発明においては、ＰＶＤ法によりチタ
ン、ニッケルおよび窒素を混合した気相と基材を接触さ
せることにより上記摺動材料を製造することができる。
被覆する基材材料は、鉄系材料、アルミニウム系材料、
および、チタン系材料より用途により選択される。基材
は板状など任意の形状であってよいが、以下主として板
状基材（すなわち基板）を例にとって説明する。
ン、ニッケルおよび窒素を混合した気相と基材を接触さ
せることにより上記摺動材料を製造することができる。
被覆する基材材料は、鉄系材料、アルミニウム系材料、
および、チタン系材料より用途により選択される。基材
は板状など任意の形状であってよいが、以下主として板
状基材（すなわち基板）を例にとって説明する。
【００１３】以下詳しく説明するＰＶＤ法は、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）法などに比べ低温処理
に類するが、ガスが基板に蒸着するときにその熱を基板
に放出することによる基板への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。
（Chemical Vapor Deposition ）法などに比べ低温処理
に類するが、ガスが基板に蒸着するときにその熱を基板
に放出することによる基板への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。
【００１４】チタン及びニッケルの蒸気に窒素を混合し
た気相中プラズマを発生させると、チタンはイオン化
し、窒素イオンと化合し窒化チタンを形成する。その結
果、基板表面に窒化チタン＋ニッケルの皮膜が形成され
る。
た気相中プラズマを発生させると、チタンはイオン化
し、窒素イオンと化合し窒化チタンを形成する。その結
果、基板表面に窒化チタン＋ニッケルの皮膜が形成され
る。
【００１５】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することができる。特
に、本発明では、チタン、ニッケルの蒸気物質を窒素と
反応させて窒化チタン＋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。
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することができる。特
に、本発明では、チタン、ニッケルの蒸気物質を窒素と
反応させて窒化チタン＋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。
【００１６】チタンとニッケルの混合蒸気を得る方法と
しては、チタン、ニッケルを個別に蒸発させてもよい
し、チタン−ニッケル合金を蒸発させてもよい。ただし
別個に蒸発させると、蒸発源および電子ビームなどの蒸
発設備が複数個必要となり、装置が複雑、大型化し、ま
た機械操作も繁雑となるので、チタン−ニッケル合金を
蒸発材として使用したほうが工業的には望ましい。
しては、チタン、ニッケルを個別に蒸発させてもよい
し、チタン−ニッケル合金を蒸発させてもよい。ただし
別個に蒸発させると、蒸発源および電子ビームなどの蒸
発設備が複数個必要となり、装置が複雑、大型化し、ま
た機械操作も繁雑となるので、チタン−ニッケル合金を
蒸発材として使用したほうが工業的には望ましい。
【００１７】また蒸発方式に関しては、ＨＣＤガンや電
子ビームなどの高エネルギービームを合金蒸発源に照射
して溶解し、蒸気を得る方法がある。図２にＨＣＤガン
による蒸発装置の例を示す。図中、１１はアルゴンガス
導入口、１２は電子銃、１３は蒸発源、１４は水冷銅る
つぼ、１５は収束コイル、１６は窒素ガス導入口、１７
は基板、１８は真空チャンバー、１９はヒーターであ
る。この装置ではニッケルとチタンは別々の蒸発源１４
から蒸発され、真空チャンバー１８内で混合される。高
エネルギービームにより蒸発させる方法では、チタンと
ニッケルの蒸気圧が異なり同時に溶解すると蒸気圧の高
いニッケルの方が最初に蒸発してしまい、ニッケルとチ
タンの組成比が安定せず皮膜組成の制御が難しい。
子ビームなどの高エネルギービームを合金蒸発源に照射
して溶解し、蒸気を得る方法がある。図２にＨＣＤガン
による蒸発装置の例を示す。図中、１１はアルゴンガス
導入口、１２は電子銃、１３は蒸発源、１４は水冷銅る
つぼ、１５は収束コイル、１６は窒素ガス導入口、１７
は基板、１８は真空チャンバー、１９はヒーターであ
る。この装置ではニッケルとチタンは別々の蒸発源１４
から蒸発され、真空チャンバー１８内で混合される。高
エネルギービームにより蒸発させる方法では、チタンと
ニッケルの蒸気圧が異なり同時に溶解すると蒸気圧の高
いニッケルの方が最初に蒸発してしまい、ニッケルとチ
タンの組成比が安定せず皮膜組成の制御が難しい。
【００１８】これに対し陰極アークプラズマ式イオンプ
レーティング方式ならびにスパッタリング方式は、合金
材料を陰極ならびにターゲットとして合金を同時に蒸発
することができるので、蒸発材の組成を皮膜に容易に転
写することができ、安定して組成を維持できる。またス
パッタリングとは、アルゴンガスをターゲットに衝突さ
せ、ターゲット粒子を叩きだしコーティングするので、
陰極アークによる高密度エネルギーをもって陰極より蒸
発粒子が飛出す陰極アークプラズマ式イオンプレーティ
ング方式に比べ、蒸着粒子のエネルギーが小さく密着力
が低い。
レーティング方式ならびにスパッタリング方式は、合金
材料を陰極ならびにターゲットとして合金を同時に蒸発
することができるので、蒸発材の組成を皮膜に容易に転
写することができ、安定して組成を維持できる。またス
パッタリングとは、アルゴンガスをターゲットに衝突さ
せ、ターゲット粒子を叩きだしコーティングするので、
陰極アークによる高密度エネルギーをもって陰極より蒸
発粒子が飛出す陰極アークプラズマ式イオンプレーティ
ング方式に比べ、蒸着粒子のエネルギーが小さく密着力
が低い。
【００１９】すなわち工業的生産を考慮すれば、本発明
材料のもっとも好ましい製造方法は、所望組成のチタン
ーニッケルの合金を陰極とする陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティング方式である。この製造方法により、
小型で簡略な装置により、所定のニッケル−窒化チタン
組成を安定して維持でき、かつ密着力も高い皮膜を容易
に形成できる。
材料のもっとも好ましい製造方法は、所望組成のチタン
ーニッケルの合金を陰極とする陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティング方式である。この製造方法により、
小型で簡略な装置により、所定のニッケル−窒化チタン
組成を安定して維持でき、かつ密着力も高い皮膜を容易
に形成できる。
【００２０】皮膜形成にあたっては、窒素ガス量を基材
より皮膜表面に向かい順次多くしたり、また複合皮膜中
の窒化チタンに対するニッケル比を基材との境界部では
高く、皮膜表面に向かって逐次低くしたりすることは、
複合皮膜の密着性を更に高めるうえで有効である。
より皮膜表面に向かい順次多くしたり、また複合皮膜中
の窒化チタンに対するニッケル比を基材との境界部では
高く、皮膜表面に向かって逐次低くしたりすることは、
複合皮膜の密着性を更に高めるうえで有効である。
【００２１】
【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、基板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剥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であるため、窒
化物単一相のセラミックス皮膜と比較し、基板と皮膜の
界面においては結晶構造や線膨張係数などの変化が小さ
く、基板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。
した場合、基板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剥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であるため、窒
化物単一相のセラミックス皮膜と比較し、基板と皮膜の
界面においては結晶構造や線膨張係数などの変化が小さ
く、基板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。
【００２２】ＰＶＤ法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、
本発明の皮膜を構成する材料はサーメットであるためセ
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引き起こされる腐食も
抑制される。
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、
本発明の皮膜を構成する材料はサーメットであるためセ
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引き起こされる腐食も
抑制される。
【００２３】以下実施例により本発明を詳しく説明す
る。
る。
【００２４】
実施例１ 本実施例では材質がＳＫＤ６１材の基板を使用し、その
表面に窒化チタン＋ニッケル皮膜を以下の工程で厚み５
μｍに形成させた。ＰＶＤ処理には、図１に概略を示す
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。
表面に窒化チタン＋ニッケル皮膜を以下の工程で厚み５
μｍに形成させた。ＰＶＤ処理には、図１に概略を示す
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。
【００２５】基板２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５内に挿入した。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８により３００〜５００℃で加熱して基板５の内在ガ
スを放出させ、その後２００℃まで冷却した。チャンバ
ー内圧力が４×１０-3Ｐａ以下になった時点で、電源４
からチタン−ニッケルからなる合金ターゲットに陰極１
となる電位をかけ、陰極１と陽極３の間の電位により前
者の表面でアーク放電を発生させて、チタンイオンとニ
ッケルイオンを合金ターゲットから飛び出させた。
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５内に挿入した。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８により３００〜５００℃で加熱して基板５の内在ガ
スを放出させ、その後２００℃まで冷却した。チャンバ
ー内圧力が４×１０-3Ｐａ以下になった時点で、電源４
からチタン−ニッケルからなる合金ターゲットに陰極１
となる電位をかけ、陰極１と陽極３の間の電位により前
者の表面でアーク放電を発生させて、チタンイオンとニ
ッケルイオンを合金ターゲットから飛び出させた。
【００２６】この際基板２には電源７からバイアス電圧
を−７００〜−９００Ｖ印加しておき、陰極１より飛び
出した金属イオンを基板表面に高エネルギーで衝突させ
る、いわゆるボ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、
窒素ガスを導入口６からチャンバー５内に導入し、金属
のプラズマ内を通過することにより窒素をイオン化する
とともに、真空チャンバー５内を１．２×１０-1〜１．
６Ｐａ程度の圧力とした。さらにバイアス電圧を−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２をチャ
ンバ５から取り出した。
を−７００〜−９００Ｖ印加しておき、陰極１より飛び
出した金属イオンを基板表面に高エネルギーで衝突させ
る、いわゆるボ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、
窒素ガスを導入口６からチャンバー５内に導入し、金属
のプラズマ内を通過することにより窒素をイオン化する
とともに、真空チャンバー５内を１．２×１０-1〜１．
６Ｐａ程度の圧力とした。さらにバイアス電圧を−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２をチャ
ンバ５から取り出した。
【００２７】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チタ
ン−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。組成および原子比は、ＸＰ
Ｓ（Ｘ線光電子分光法）によって分析した。分析にはチ
タン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、皮膜では窒素とチタンは化合して
窒化チタンを形成し、ニッケルは金属状態であることが
確認された。また皮膜構成元素の原子比の測定結果は表
１のとおりである。表内の数字は、チタンを１とした場
合のニッケルと窒素の原子比を示した。
た。さらに同様の方法により、組成比を変化させたチタ
ン−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。組成および原子比は、ＸＰ
Ｓ（Ｘ線光電子分光法）によって分析した。分析にはチ
タン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、皮膜では窒素とチタンは化合して
窒化チタンを形成し、ニッケルは金属状態であることが
確認された。また皮膜構成元素の原子比の測定結果は表
１のとおりである。表内の数字は、チタンを１とした場
合のニッケルと窒素の原子比を示した。
【００２８】
【表１】 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１０ｇ、保持時
間１５秒で実施した。
イクロビッカース硬さ計を用い、荷重は１０ｇ、保持時
間１５秒で実施した。
【００２９】
【表２】 以上の結果より本発明皮膜は、微小硬さが１１００以上
で耐摩耗性は良好であることが分かる。
で耐摩耗性は良好であることが分かる。
【００３０】実施例２ 科研式摩耗試験機により本発明材料の摩耗試験を実施し
た。基板材質がＳＫＤ−６１材で、形状は縦５×横５mm
×長さ２０mm、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にて記述した方法により、先
端の曲面部に１０μｍの厚さで本発明皮膜を被覆した。
皮膜の元素比は、チタン：ニッケル：窒素＝１：０．２
７：１．００であった。
た。基板材質がＳＫＤ−６１材で、形状は縦５×横５mm
×長さ２０mm、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にて記述した方法により、先
端の曲面部に１０μｍの厚さで本発明皮膜を被覆した。
皮膜の元素比は、チタン：ニッケル：窒素＝１：０．２
７：１．００であった。
【００３１】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３μｍの窒化チタン皮膜を形成した試験片を用
いて試験を行なった。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わせ、所定荷重を加え、所定
速度で回転する。潤滑は、モーターオイルを接触部に一
定量供給して行なった。
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３μｍの窒化チタン皮膜を形成した試験片を用
いて試験を行なった。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わせ、所定荷重を加え、所定
速度で回転する。潤滑は、モーターオイルを接触部に一
定量供給して行なった。
【００３２】試験条件は次の通りである。 摺動相手材：ＦＣ２５材 摩擦速度 ：８ｍ／秒 摩擦距離 ：１５０ｋｍ 接触荷重 ：４ｋｇ 潤滑条件 ：潤滑油 モーターオイル＃３０ 油温 ：８０℃ 供給量 ：２５０ｃｃ／分
【００３３】皮膜摩耗量および相手材摩耗量の測定結果
を表３に示した。結果は、クロムめっき皮膜の試験結果
を１００とした相対値で表した。
を表３に示した。結果は、クロムめっき皮膜の試験結果
を１００とした相対値で表した。
【００３４】
【表３】
【００３５】表３より次のことが分かる。比較例である
クロムめっき品に比べ、本発明実施例は皮膜摩耗量が約
１／１００と大幅に減少し、また窒化物を形成しないニ
ッケルを含有しているにも拘らず窒化チタンをイオンプ
レーティングした比較例の摩耗量と同程度である。また
相手材の摩耗もクロムめっき品に対して大幅に減り、し
かも窒化チタン皮膜の比較例より１５％程度減少してい
る。窒化チタンとニッケルからなる皮膜に関する本発明
実施例は、相手材を摩耗させるアタック性が窒化チタン
皮膜より低く、総合的摩耗性能において窒化チタン皮膜
よりも優れている。また表３より本発明の皮膜は、比較
例であるクロムめっきに比べ耐摩耗性が大幅に向上して
いること、および窒化チタンと比較しても同程度以上で
あることが明らかである。
クロムめっき品に比べ、本発明実施例は皮膜摩耗量が約
１／１００と大幅に減少し、また窒化物を形成しないニ
ッケルを含有しているにも拘らず窒化チタンをイオンプ
レーティングした比較例の摩耗量と同程度である。また
相手材の摩耗もクロムめっき品に対して大幅に減り、し
かも窒化チタン皮膜の比較例より１５％程度減少してい
る。窒化チタンとニッケルからなる皮膜に関する本発明
実施例は、相手材を摩耗させるアタック性が窒化チタン
皮膜より低く、総合的摩耗性能において窒化チタン皮膜
よりも優れている。また表３より本発明の皮膜は、比較
例であるクロムめっきに比べ耐摩耗性が大幅に向上して
いること、および窒化チタンと比較しても同程度以上で
あることが明らかである。
【００３６】実施例３ 本発明皮膜の密着性を評価する測定は、ツイスト試験と
呼ばれる方法により、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端部を固定し、他の一方端部を
ねじって皮膜の剥離が生ずるまでのねじり角を測定する
方法により行った。
呼ばれる方法により、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端部を固定し、他の一方端部を
ねじって皮膜の剥離が生ずるまでのねじり角を測定する
方法により行った。
【００３７】測定に供した試験片は、外径φ８６mm、内
径φ８２mm、厚さ３mmのＳＫＤ１１材のリング形状をし
ており、リングの一箇所のみ切断されたことにより形成
される合い口部を有している。
径φ８２mm、厚さ３mmのＳＫＤ１１材のリング形状をし
ており、リングの一箇所のみ切断されたことにより形成
される合い口部を有している。
【００３８】実施例１に記載の方法で、試験片外周表面
にチタン：ニッケル：窒素＝１：１．１１：０．９５原
子比で構成される窒化チタン＋ニッケルの複合皮膜を１
０μｍ被覆した。
にチタン：ニッケル：窒素＝１：１．１１：０．９５原
子比で構成される窒化チタン＋ニッケルの複合皮膜を１
０μｍ被覆した。
【００３９】比較例として、実施例と同材質かつ同寸法
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３μｍ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例のねじれ角を１とし
た角度の比で表４に示した。
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３μｍ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例のねじれ角を１とし
た角度の比で表４に示した。
【００４０】
【表４】 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、剥
離が生ずるまでのねじり角が大きく、密着性が優れてい
る。
膜は、窒化チタンに比べ皮膜が厚いにもかかわらず、剥
離が生ずるまでのねじり角が大きく、密着性が優れてい
る。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明は基材表面に窒化チタンとニッケルの複合皮膜を
被覆することによって、窒化チタン被覆に比較して皮膜
の密着性に優れており、相手材摩耗に対するアタック性
が低い複合硬質材料を提供するとともに、かかる複合硬
質材料を簡単な工程により安定して製造し得る方法を提
供できる。
本発明は基材表面に窒化チタンとニッケルの複合皮膜を
被覆することによって、窒化チタン被覆に比較して皮膜
の密着性に優れており、相手材摩耗に対するアタック性
が低い複合硬質材料を提供するとともに、かかる複合硬
質材料を簡単な工程により安定して製造し得る方法を提
供できる。
【００４２】本発明材料は、ピストンリング、カムフォ
ロアなどのエンジン部品さらにはシューディスクなどの
エアーコンプレッサー部品をはじめとする摺動部品や切
削工具などに好適である。
ロアなどのエンジン部品さらにはシューディスクなどの
エアーコンプレッサー部品をはじめとする摺動部品や切
削工具などに好適である。
【図１】陰極アークプラズマ式イオンプレーティング装
置説明図である。
置説明図である。
【図２】ＨＣＤ式イオンプレーティング装置説明図であ
る。
る。
１ 陰極 ２ 基板 ３ 陽極 ４ アーク電源 ５ 真空チャンバー ６ 窒素ガス導入口 ７ バイアス電源 ８ ヒーター １１ アルゴンガス導入口 １２ 電子銃 １３ 蒸発源 １４ 水冷銅るつぼ １５ 収束コイル １６ 窒素ガス導入口 １７ 基板 １８ 真空チャンバー １９ ヒーター
Claims (3)
- 【請求項１】 構成元素比が原子比でチタン：ニッケ
ル：窒素＝１：０．０５〜１．２：０．２〜１．２の範
囲からなる組成を有し、かつ窒化チタンと金属ニッケル
が存在する皮膜を基材に被覆したことを特徴とする摺動
材料。 - 【請求項２】 ＰＶＤ法によりチタン、ニッケル及び窒
素を混合した気相と基材を接触させることを特徴とする
摺動材料の製造方法。 - 【請求項３】 構成元素比が原子比でチタン：ニッケル
＝１：０．０５〜１．２からなる合金を蒸発源とし、陰
極アークプラズマ式イオンプレーティング方式によりチ
タンおよびニッケル原子のプラズマを陰極表面から飛び
出させ、このプラズマに窒素ガスを導入して生成したプ
ラズマと、バイアス電圧をかけた基材とを接触させるこ
とにより該基材の上に皮膜を被覆することを特徴とする
請求項２記載の摺動材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31001291A JPH05125521A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 摺動材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31001291A JPH05125521A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 摺動材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05125521A true JPH05125521A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=18000093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31001291A Pending JPH05125521A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 摺動材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05125521A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004113748A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-29 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法 |
| JP2005083339A (ja) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | 摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機 |
| CN100453835C (zh) * | 2003-06-11 | 2009-01-21 | 石川岛播磨重工业株式会社 | 转动部件、机箱、轴承、齿轮箱、转动机械、轴构造及表面处理方法 |
| WO2016055842A1 (es) * | 2014-08-15 | 2016-04-14 | Universidad Eafit | Material ternario de titanio, niquel y nitrógeno |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP31001291A patent/JPH05125521A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004113748A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-29 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法 |
| JPWO2004113748A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2006-08-03 | 石川島播磨重工業株式会社 | 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法 |
| CN100453835C (zh) * | 2003-06-11 | 2009-01-21 | 石川岛播磨重工业株式会社 | 转动部件、机箱、轴承、齿轮箱、转动机械、轴构造及表面处理方法 |
| JP2005083339A (ja) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | 摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機 |
| WO2016055842A1 (es) * | 2014-08-15 | 2016-04-14 | Universidad Eafit | Material ternario de titanio, niquel y nitrógeno |
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