JPH0693420A - 摺動材料およびその製造方法 - Google Patents
摺動材料およびその製造方法Info
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- JPH0693420A JPH0693420A JP27080692A JP27080692A JPH0693420A JP H0693420 A JPH0693420 A JP H0693420A JP 27080692 A JP27080692 A JP 27080692A JP 27080692 A JP27080692 A JP 27080692A JP H0693420 A JPH0693420 A JP H0693420A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタン、窒素および酸素からなる皮膜と基体
との密着性を向上させ、摺動特性に優れた摺動材料を提
供する。 【構成】 チタン、窒素および酸素の組成からなる皮膜
が基体に被覆された摺動材料において、皮膜が厚み方向
の実質的に全体で基体表面から皮膜表面に向かって酸素
原子％比が不連続的あるいは連続的に増加している摺動
材料。
との密着性を向上させ、摺動特性に優れた摺動材料を提
供する。 【構成】 チタン、窒素および酸素の組成からなる皮膜
が基体に被覆された摺動材料において、皮膜が厚み方向
の実質的に全体で基体表面から皮膜表面に向かって酸素
原子％比が不連続的あるいは連続的に増加している摺動
材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械部品等の摺動部に
硬質皮膜を有する摺動材料およびその摺動材料の製造方
法に関するものであり、更に詳しく述べるならば内燃機
関、動弁部品などの各種機械部品の摺動部に使用される
摺動材料とその製造方法に関するものである。これら各
種機器の高回転化や高出力化により機械部品などの摺動
部は益々過酷な条件下での耐摩耗性、耐焼付性等の摺動
特性の改善が期待されており、本発明はかかる要請に応
えるものである。
硬質皮膜を有する摺動材料およびその摺動材料の製造方
法に関するものであり、更に詳しく述べるならば内燃機
関、動弁部品などの各種機械部品の摺動部に使用される
摺動材料とその製造方法に関するものである。これら各
種機器の高回転化や高出力化により機械部品などの摺動
部は益々過酷な条件下での耐摩耗性、耐焼付性等の摺動
特性の改善が期待されており、本発明はかかる要請に応
えるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より主に鉄系摺動材料の摺動特性改
善策として行われている表面処理として、硬質クロムめ
っきによる耐摩耗性の改善、窒化またはモリブデン溶射
による耐焼付性の向上などが挙げられる。しかしながら
これらの方法では摺動材料に必要な十分な摺動特性が得
られないので、最近物理的蒸着（ＰＶＤ）法あるいは化
学的気相析出（ＣＶＤ）法によりＴｉ−Ｎ系硬質皮膜を
作製する方法が検討されている。
善策として行われている表面処理として、硬質クロムめ
っきによる耐摩耗性の改善、窒化またはモリブデン溶射
による耐焼付性の向上などが挙げられる。しかしながら
これらの方法では摺動材料に必要な十分な摺動特性が得
られないので、最近物理的蒸着（ＰＶＤ）法あるいは化
学的気相析出（ＣＶＤ）法によりＴｉ−Ｎ系硬質皮膜を
作製する方法が検討されている。
【０００３】しかしながら、Ｔｉ−Ｎ系皮膜は切削工具
として使用実績はあるが、機械部品等の摺動部材として
利用する場合には皮膜硬さが高すぎて相手材を摩耗させ
てしまう欠点がある。
として使用実績はあるが、機械部品等の摺動部材として
利用する場合には皮膜硬さが高すぎて相手材を摩耗させ
てしまう欠点がある。
【０００４】また、Ｔｉ−Ｎ系皮膜での摩耗により粗く
なった相手材表面が今度はＴｉ−Ｎ系皮膜をアブレーシ
ブ摩耗させ、両者の間の摺動条件を悪化させて遂には焼
き付きが発生しやすくなる。また皮膜硬さが高すぎるた
めに、Ｔｉ−Ｎ系皮膜と接する相手材との「初期なじ
み」が悪い欠点がある。ここで「初期なじみ」とは、摺
動部材の表面において摺動開始後の短時間内に摺動接触
する表面が微小かつ平滑に摩耗することにより接触面圧
を低減させて、潤滑油膜切れを起こし難くし、その結果
摩耗や焼付の発生を防ぐことである。
なった相手材表面が今度はＴｉ−Ｎ系皮膜をアブレーシ
ブ摩耗させ、両者の間の摺動条件を悪化させて遂には焼
き付きが発生しやすくなる。また皮膜硬さが高すぎるた
めに、Ｔｉ−Ｎ系皮膜と接する相手材との「初期なじ
み」が悪い欠点がある。ここで「初期なじみ」とは、摺
動部材の表面において摺動開始後の短時間内に摺動接触
する表面が微小かつ平滑に摩耗することにより接触面圧
を低減させて、潤滑油膜切れを起こし難くし、その結果
摩耗や焼付の発生を防ぐことである。
【０００５】Ｔｉ−Ｎ系皮膜は初期なじみが悪いことに
より、摺動初期において摩耗や焼き付き現象を起こし易
いという摺動特性の問題点に加えてＴｉ−Ｎ系皮膜には
製造上の問題がある。一般に硬質の薄い皮膜を被覆した
後には、初期なじみを良好にしかつ相手材の過度の摩耗
を招かないようにポリシング等で皮膜の摺動面を平滑化
する必要があるが、皮膜硬さが高いために平滑化が困難
である。したがってこのポリシング加工には長時間を要
し、しかも一様な仕上取り代にならず、膜厚が不均一に
なり部分的には皮膜を無くしてしまい、不良品となる率
が高い。
より、摺動初期において摩耗や焼き付き現象を起こし易
いという摺動特性の問題点に加えてＴｉ−Ｎ系皮膜には
製造上の問題がある。一般に硬質の薄い皮膜を被覆した
後には、初期なじみを良好にしかつ相手材の過度の摩耗
を招かないようにポリシング等で皮膜の摺動面を平滑化
する必要があるが、皮膜硬さが高いために平滑化が困難
である。したがってこのポリシング加工には長時間を要
し、しかも一様な仕上取り代にならず、膜厚が不均一に
なり部分的には皮膜を無くしてしまい、不良品となる率
が高い。
【０００６】上記した摺動上及び製造上の問題点の対策
として本出願人は特願平４−２１５７５４号にて酸素を
導入したＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜を提案した。このＴｉ−Ｎ
−Ｏ系皮膜は、Ｔｉ−Ｎ系皮膜よりも皮膜硬さが低いの
で相手材を摩耗させることが少なく、初期なじみが良好
であり、しかも基体に被覆した時に耐摩耗性および耐焼
付性が良好な摺動材料が得られる。
として本出願人は特願平４−２１５７５４号にて酸素を
導入したＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜を提案した。このＴｉ−Ｎ
−Ｏ系皮膜は、Ｔｉ−Ｎ系皮膜よりも皮膜硬さが低いの
で相手材を摩耗させることが少なく、初期なじみが良好
であり、しかも基体に被覆した時に耐摩耗性および耐焼
付性が良好な摺動材料が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの特
性がさらに優れたチタン、窒素および酸素からなる皮膜
であって、皮膜と基体との密着性を向上させた皮膜で被
覆した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。
性がさらに優れたチタン、窒素および酸素からなる皮膜
であって、皮膜と基体との密着性を向上させた皮膜で被
覆した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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、機械部品等の
摺動部に、耐摩耗性および耐焼付性等の摺動特性に優れ
且つ初期なじみが良好であるＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜を被覆
するが、基体表面から皮膜表面に向かって皮膜組成を変
化させることにより、上記課題を解決するものである。
すなわち、本発明に係わる摺動材料は、基体表面に被覆
されたチタン、窒素および酸素からなるＴｉ−Ｎ−Ｏ系
皮膜の厚み方向の実質的に全体において酸素原子％比が
基体表面から皮膜表面に向かって不連続的にあるいは連
続的に増していることを特徴とする。
摺動部に、耐摩耗性および耐焼付性等の摺動特性に優れ
且つ初期なじみが良好であるＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜を被覆
するが、基体表面から皮膜表面に向かって皮膜組成を変
化させることにより、上記課題を解決するものである。
すなわち、本発明に係わる摺動材料は、基体表面に被覆
されたチタン、窒素および酸素からなるＴｉ−Ｎ−Ｏ系
皮膜の厚み方向の実質的に全体において酸素原子％比が
基体表面から皮膜表面に向かって不連続的にあるいは連
続的に増していることを特徴とする。
【０００９】基体としては、鉄系、アルミニウム系、チ
タン系等の材料を使用することができる。皮膜組成を上
述のように変化させた皮膜（以下「傾斜皮膜」と言う）
は厚みが１〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
傾斜皮膜においては基体側の酸素が少なく、好ましくは
０％であり、皮膜表面側の酸素が多いことが重要であ
り、酸素濃度は不連続的あるいは連続的に増大（例えば
階段状、鋸刃状変化）していても支障はない。また傾斜
皮膜は厚みの全体で上記の酸素濃度変化を示しているこ
とが好ましいが、かかる変化が厚み方向で実質的に全部
で起こっていると低酸素濃度のＴｉ−Ｎ−Ｏと高酸素濃
度のＴｉ−Ｎ−Ｏのそれぞれの物性による摺動性能や密
着性が得られるものである。
タン系等の材料を使用することができる。皮膜組成を上
述のように変化させた皮膜（以下「傾斜皮膜」と言う）
は厚みが１〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
傾斜皮膜においては基体側の酸素が少なく、好ましくは
０％であり、皮膜表面側の酸素が多いことが重要であ
り、酸素濃度は不連続的あるいは連続的に増大（例えば
階段状、鋸刃状変化）していても支障はない。また傾斜
皮膜は厚みの全体で上記の酸素濃度変化を示しているこ
とが好ましいが、かかる変化が厚み方向で実質的に全部
で起こっていると低酸素濃度のＴｉ−Ｎ−Ｏと高酸素濃
度のＴｉ−Ｎ−Ｏのそれぞれの物性による摺動性能や密
着性が得られるものである。
【００１０】傾斜皮膜は、蒸着、スパッタ、イオンプレ
ーティングなどにより、チタンの蒸気と窒素および酸素
を混合した気相と基体を接触させることにより皮膜を基
体に被覆するＰＶＤ法において、成膜初期から成膜終了
に至る期間で導入する酸素量を不連続的あるいは連続的
に増加させる方法により形成することができる。イオン
プレーティングは陰極イオンプレーティングが好ましい
が、これに限定されず改訂５版金属便覧第９０３頁に例
示されているような各種方式を使用することができる。
ーティングなどにより、チタンの蒸気と窒素および酸素
を混合した気相と基体を接触させることにより皮膜を基
体に被覆するＰＶＤ法において、成膜初期から成膜終了
に至る期間で導入する酸素量を不連続的あるいは連続的
に増加させる方法により形成することができる。イオン
プレーティングは陰極イオンプレーティングが好ましい
が、これに限定されず改訂５版金属便覧第９０３頁に例
示されているような各種方式を使用することができる。
【００１１】
【作用】チタンは窒素及び酸素と安定した硬質物質を作
る。特に窒素はチタンの硬度を著しく高める。その量が
少な過ぎても多過ぎても皮膜の硬さが低下し、皮膜の耐
摩耗性が低下するので、ビッカース硬さが１０００未満
とならないように、窒素含有量を定めることが好まし
い。酸素は窒素と共存すると、皮膜の硬度を下げ、ポリ
シングを容易にしかつ相手材の摩耗や初期なじみなどの
摺動特性を改良しさらに皮膜色調を暗色（非金属色）に
する。酸素の量は微量でも摺動特性向上に有効ではある
が少な過ぎると色調変化の作用が十分に発揮されないか
ら、色調の変化が検出できるように酸素を添加する必要
がある。一方酸素の量が多過ぎると皮膜の硬さが低くな
りすぎるので、ビッカース硬さで１０００以下とならな
いように酸素量を定めることが好ましい。また皮膜の硬
さがビッカース硬さで２０００を超えると相手材の摩耗
が多くなるので、酸素添加量はこの硬さ以下となるよう
にすることが好ましい。上記したチタン、窒素および酸
素の比率は原子％比でＴｉ：Ｎ：Ｏ＝ｌ：０．９〜０．
３：０．３〜１．０の範囲であることが好ましい。
る。特に窒素はチタンの硬度を著しく高める。その量が
少な過ぎても多過ぎても皮膜の硬さが低下し、皮膜の耐
摩耗性が低下するので、ビッカース硬さが１０００未満
とならないように、窒素含有量を定めることが好まし
い。酸素は窒素と共存すると、皮膜の硬度を下げ、ポリ
シングを容易にしかつ相手材の摩耗や初期なじみなどの
摺動特性を改良しさらに皮膜色調を暗色（非金属色）に
する。酸素の量は微量でも摺動特性向上に有効ではある
が少な過ぎると色調変化の作用が十分に発揮されないか
ら、色調の変化が検出できるように酸素を添加する必要
がある。一方酸素の量が多過ぎると皮膜の硬さが低くな
りすぎるので、ビッカース硬さで１０００以下とならな
いように酸素量を定めることが好ましい。また皮膜の硬
さがビッカース硬さで２０００を超えると相手材の摩耗
が多くなるので、酸素添加量はこの硬さ以下となるよう
にすることが好ましい。上記したチタン、窒素および酸
素の比率は原子％比でＴｉ：Ｎ：Ｏ＝ｌ：０．９〜０．
３：０．３〜１．０の範囲であることが好ましい。
【００１２】以下傾斜皮膜における酸素量変化の作用を
より具体的に説明する。図１に、窒素ガス流量に対する
酸素ガス流量の比を０から０．３まで０．０３ずつ十段
階に変化させて成膜したＴｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜のＥＰ
ＭＡによるライン分析結果を示す。図の右部にｓｕｂと
示された位置が基体表面を示すが、基体表面から皮膜表
面に向かって酸素量が増加していることが確認された。
また、酸素量の増加にともなってチタンおよび窒素の相
対量は減少していることも示されている。この図からＴ
ｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜における基体表面から皮膜表面に
向かう酸素原子％比の増加とこれに伴う皮膜組成の変化
の状況が明らかである。
より具体的に説明する。図１に、窒素ガス流量に対する
酸素ガス流量の比を０から０．３まで０．０３ずつ十段
階に変化させて成膜したＴｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜のＥＰ
ＭＡによるライン分析結果を示す。図の右部にｓｕｂと
示された位置が基体表面を示すが、基体表面から皮膜表
面に向かって酸素量が増加していることが確認された。
また、酸素量の増加にともなってチタンおよび窒素の相
対量は減少していることも示されている。この図からＴ
ｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜における基体表面から皮膜表面に
向かう酸素原子％比の増加とこれに伴う皮膜組成の変化
の状況が明らかである。
【００１３】表１に図１で示した皮膜の表面粗さおよび
皮膜硬さを示す。比較のため、窒素ガス流量に対する酸
素ガス流量の比を、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜の最表面と
同等にし、成膜中の流量比を変化させず作製したＴｉ−
Ｎ−Ｏ系皮膜についても示した。
皮膜硬さを示す。比較のため、窒素ガス流量に対する酸
素ガス流量の比を、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜の最表面と
同等にし、成膜中の流量比を変化させず作製したＴｉ−
Ｎ−Ｏ系皮膜についても示した。
【００１４】 表１ ガス流量比 表面粗さ μm 皮膜硬さ Lc N2：O2 Ra Rmax Rz HmV0.050 N Ti-N-O系皮膜 1 : 0.3 0.26 3.71 2.66 1414 32 Ti-N-O系傾斜皮膜 1 : 0 → 0.3 0.35 5.80 3.82 1701 60
【００１５】Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ
系皮膜より表面粗さが粗くなっている。また、Ｔｉ−Ｎ
−Ｏ系傾斜皮膜は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも皮膜硬さ
は高くなっている。この皮膜硬さの向上については、Ｔ
ｉ−Ｎ−Ｏ化合物は酸素原子％比が大きくなるにしたが
って硬さが低下することに起因すると考える。すなわ
ち、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は、最表面層ではＴｉ−Ｎ
−Ｏ系皮膜と同程度の皮膜硬さであっても、皮膜内部に
向かうにしたがって酸素原子％比が小さくなることから
硬さが高くなり、皮膜全体が荷重に対して変形する量と
して測定された皮膜硬さはＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも高
くなって現れていると思われる。また表中のＬｃは、皮
膜と基体との密着性を評価する手法の一つであるスクラ
ッチ試験より求めた臨界応力値（ニュートン単位）を示
す。Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜のＬｃ値は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ
系皮膜のそれの約２倍という極めて大きい値を示してお
り、皮膜中の酸素原子％比を基体表面から皮膜表面に向
かって段階的に増加させることにより、基体と皮膜との
密着性が著しく向上している。
系皮膜より表面粗さが粗くなっている。また、Ｔｉ−Ｎ
−Ｏ系傾斜皮膜は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも皮膜硬さ
は高くなっている。この皮膜硬さの向上については、Ｔ
ｉ−Ｎ−Ｏ化合物は酸素原子％比が大きくなるにしたが
って硬さが低下することに起因すると考える。すなわ
ち、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は、最表面層ではＴｉ−Ｎ
−Ｏ系皮膜と同程度の皮膜硬さであっても、皮膜内部に
向かうにしたがって酸素原子％比が小さくなることから
硬さが高くなり、皮膜全体が荷重に対して変形する量と
して測定された皮膜硬さはＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも高
くなって現れていると思われる。また表中のＬｃは、皮
膜と基体との密着性を評価する手法の一つであるスクラ
ッチ試験より求めた臨界応力値（ニュートン単位）を示
す。Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜のＬｃ値は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ
系皮膜のそれの約２倍という極めて大きい値を示してお
り、皮膜中の酸素原子％比を基体表面から皮膜表面に向
かって段階的に増加させることにより、基体と皮膜との
密着性が著しく向上している。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。本実施例で使用した皮膜形成の基体は高クロム鋼
（ＪＩＳ規格ＳＵＪ−２）である。基体は予めフロン液
中で超音波洗浄を行い、以下に説明する手順で鏡面仕上
げされた基体表面に陰極アークプラズマ式イオンプレー
ティングにより、基体表面から皮膜表面に向かって酸素
原子％比を段階的に増加させて、皮膜組成を変化させた
Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜を形成した。
る。本実施例で使用した皮膜形成の基体は高クロム鋼
（ＪＩＳ規格ＳＵＪ−２）である。基体は予めフロン液
中で超音波洗浄を行い、以下に説明する手順で鏡面仕上
げされた基体表面に陰極アークプラズマ式イオンプレー
ティングにより、基体表面から皮膜表面に向かって酸素
原子％比を段階的に増加させて、皮膜組成を変化させた
Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜を形成した。
【００１７】基体を超音波洗浄した後、イオンプレーテ
ィング装置の真空容器（チャンバ）内に取り付け、続い
てチャンバ内圧力が１．３×１０-3Ｐａ（パスカル）と
なるまで真空引きを行った。この真空度が達成された時
点から、チャンバ内に内蔵されているヒーターにより基
体を３００〜６００℃まで加熱して、基体表面に付着あ
るいは吸着しているガス成分を放出させ、その後２００
℃まで冷却した。チャンバ内圧力が４×１０-3Ｐａ以下
となった時点で、陰極としたＴｉタ−ゲットの表面でア
ーク放電を発生させ、Ｔｉの大部分がイオン化された状
態でターゲット表面から飛出させた。この時基体を取り
付けた治具には−７００〜−１０００Ｖのバイアス電圧
を印加しておき、タ−ゲットから飛出しイオン化したＴ
ｉを基体と治具の表面に吸引し、さらにこれらのイオン
を高速で被処理面に衝突させた。
ィング装置の真空容器（チャンバ）内に取り付け、続い
てチャンバ内圧力が１．３×１０-3Ｐａ（パスカル）と
なるまで真空引きを行った。この真空度が達成された時
点から、チャンバ内に内蔵されているヒーターにより基
体を３００〜６００℃まで加熱して、基体表面に付着あ
るいは吸着しているガス成分を放出させ、その後２００
℃まで冷却した。チャンバ内圧力が４×１０-3Ｐａ以下
となった時点で、陰極としたＴｉタ−ゲットの表面でア
ーク放電を発生させ、Ｔｉの大部分がイオン化された状
態でターゲット表面から飛出させた。この時基体を取り
付けた治具には−７００〜−１０００Ｖのバイアス電圧
を印加しておき、タ−ゲットから飛出しイオン化したＴ
ｉを基体と治具の表面に吸引し、さらにこれらのイオン
を高速で被処理面に衝突させた。
【００１８】このようなイオン化した金属の衝突により
被処理面の酸化物などを削るいわゆるスパッタクリーニ
ングにより表面の活性化処理を行った。また、アーク放
電発生と同時に少量の窒素ガスをチャンバ内に導入する
ことにより一部のイオン化したＴｉは、窒素ガスと結合
し基体表面にＴｉ−Ｎ系皮膜となって析出される。その
後、さらに窒素ガス流量を増やし１．３Ｐａ程度の圧力
とし、−１０〜−１００Ｖのバイアス電圧を印加して基
体表面にＴｉ−Ｎ系皮膜を形成させた後、５分毎に酸素
導入量を一定量ずつ増加させ、皮膜中の酸素原子％比を
基体表面から皮膜表面に向かって増加させたＴｉ−Ｎ−
Ｏ系傾斜皮膜を作製した。所定の酸素原子％比の膜とな
るまで成膜後、チャンバ内温度が１５０℃以下になるま
で冷却してから、膜被覆された基体をチャンバ外に取り
出した。比較のため従来より行われてきた酸素導入量を
変化させないＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜についても同様に作製
した。
被処理面の酸化物などを削るいわゆるスパッタクリーニ
ングにより表面の活性化処理を行った。また、アーク放
電発生と同時に少量の窒素ガスをチャンバ内に導入する
ことにより一部のイオン化したＴｉは、窒素ガスと結合
し基体表面にＴｉ−Ｎ系皮膜となって析出される。その
後、さらに窒素ガス流量を増やし１．３Ｐａ程度の圧力
とし、−１０〜−１００Ｖのバイアス電圧を印加して基
体表面にＴｉ−Ｎ系皮膜を形成させた後、５分毎に酸素
導入量を一定量ずつ増加させ、皮膜中の酸素原子％比を
基体表面から皮膜表面に向かって増加させたＴｉ−Ｎ−
Ｏ系傾斜皮膜を作製した。所定の酸素原子％比の膜とな
るまで成膜後、チャンバ内温度が１５０℃以下になるま
で冷却してから、膜被覆された基体をチャンバ外に取り
出した。比較のため従来より行われてきた酸素導入量を
変化させないＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜についても同様に作製
した。
【００１９】これらの供試材を用いてねずみ鋳鉄（ＦＣ
２５）を相手材としてピンオンディスク型摩擦試験機に
よりスカッフ試験を行い、各皮膜の初期なじみ性及び耐
焼付性を評価した。スカッフ試験条件は以下の通りであ
った。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量４
ｃｃ／ｓｅｃ 摩擦速度：８ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：初期２ＭＰａから１ＭＰａごとに焼付（スカ
ッフ）に至るまで増加させた。 摩擦時間：各荷重で１８０ｓｅｃ保持
２５）を相手材としてピンオンディスク型摩擦試験機に
よりスカッフ試験を行い、各皮膜の初期なじみ性及び耐
焼付性を評価した。スカッフ試験条件は以下の通りであ
った。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量４
ｃｃ／ｓｅｃ 摩擦速度：８ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：初期２ＭＰａから１ＭＰａごとに焼付（スカ
ッフ）に至るまで増加させた。 摩擦時間：各荷重で１８０ｓｅｃ保持
【００２０】上記方法により得られた結果を図２に示
す。酸素導入しないＴｉ−Ｎ系皮膜では２７ＭＰａ程度
のスカッフ値を示したが、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜では
３２ＭＰａのスカッフ値を示し、傾斜皮膜では耐焼付性
は向上することがわかった。本実施例では酸素原子比％
を変化させたことによりＴｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は基体
との密着性が向上し、その剥離に起因する焼き付きが起
こらなくなったものと考えられる。
す。酸素導入しないＴｉ−Ｎ系皮膜では２７ＭＰａ程度
のスカッフ値を示したが、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜では
３２ＭＰａのスカッフ値を示し、傾斜皮膜では耐焼付性
は向上することがわかった。本実施例では酸素原子比％
を変化させたことによりＴｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は基体
との密着性が向上し、その剥離に起因する焼き付きが起
こらなくなったものと考えられる。
【００２１】またピン−ドラム式摩耗試験機を用い、ド
ラムをねずみ鋳鉄（ＦＣ２５）としまたピンをイオンプ
レーティング皮膜を被覆した上記供試材として３回摩耗
試験を行った。摩耗試験条件は以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量８
ｃｃ／ｓｅｃ ドラム回転速度：５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：１．５ＭＰａ 試験時間：３０ｋｓｅｃ
ラムをねずみ鋳鉄（ＦＣ２５）としまたピンをイオンプ
レーティング皮膜を被覆した上記供試材として３回摩耗
試験を行った。摩耗試験条件は以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量８
ｃｃ／ｓｅｃ ドラム回転速度：５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：１．５ＭＰａ 試験時間：３０ｋｓｅｃ
【００２２】皮膜を被覆したピンの摩耗量とドラムの摩
耗量をそれぞれ摩耗したピン接触面のドラム回転方向の
幅、ドラムの摩耗深さより求め図３に示す。図３に示さ
れたピンの摩耗量は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜に対してＴｉ
−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れ
ていることがわかる。一方、ドラムの摩耗量はＴｉ−Ｎ
−Ｏ系傾斜皮膜の場合には少ない。
耗量をそれぞれ摩耗したピン接触面のドラム回転方向の
幅、ドラムの摩耗深さより求め図３に示す。図３に示さ
れたピンの摩耗量は、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜に対してＴｉ
−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜は摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れ
ていることがわかる。一方、ドラムの摩耗量はＴｉ−Ｎ
−Ｏ系傾斜皮膜の場合には少ない。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、摺動材料の摺動面に被覆
されるＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜において、基体表面から皮膜
表面に向かって酸素原子％比を不連続的あるいは連続的
に増加させることにより、酸素原子％比を変化させない
Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも基体との密着性に優れ、耐摩
耗性、かつ相手材を摩耗させない性質および耐焼付性等
の摺動特性に優れた摺動材料が得られる。
されるＴｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜において、基体表面から皮膜
表面に向かって酸素原子％比を不連続的あるいは連続的
に増加させることにより、酸素原子％比を変化させない
Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系皮膜よりも基体との密着性に優れ、耐摩
耗性、かつ相手材を摩耗させない性質および耐焼付性等
の摺動特性に優れた摺動材料が得られる。
【図１】 Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系傾斜皮膜のＥＰＭＡ分析結果
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 焼付試験結果を示す図である。
【図３】 摩耗試験結果を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 チタン、窒素および酸素の組成からなる
皮膜が基体に被覆された摺動材料において、前記皮膜が
厚み方向の実質的に全体で基体表面から皮膜表面に向か
って酸素原子％比が不連続的あるいは連続的に増加して
いることを特徴とする摺動材料。 - 【請求項２】 基体に被覆された前記チタン、窒素およ
び酸素の組成からなる皮膜のビッカース硬さが１０００
以上２０００以下であることを特徴とする請求項１記載
の摺動材料。 - 【請求項３】 チタンの蒸気と窒素および酸素を混合し
た気相と基体を接触させることにより皮膜を基体に被覆
するＰＶＤ法において、成膜初期から成膜終了に至る期
間で導入する酸素量を不連続的あるいは連続的に増加さ
せることを特徴とする請求項１または２記載の摺動材料
の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27080692A JPH0693420A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 摺動材料およびその製造方法 |
| JP28954892A JPH10227360A (ja) | 1992-09-16 | 1992-10-02 | 摺動材料及びピストンリングならびに摺動材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27080692A JPH0693420A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 摺動材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693420A true JPH0693420A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=17491282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27080692A Pending JPH0693420A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 摺動材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693420A (ja) |
-
1992
- 1992-09-16 JP JP27080692A patent/JPH0693420A/ja active Pending
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