JPH07102270A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- JPH07102270A JPH07102270A JP26545793A JP26545793A JPH07102270A JP H07102270 A JPH07102270 A JP H07102270A JP 26545793 A JP26545793 A JP 26545793A JP 26545793 A JP26545793 A JP 26545793A JP H07102270 A JPH07102270 A JP H07102270A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、低摩擦係数で摩耗量を低減した表
面改質層と皮膜とを有する摺動部材を提供することであ
る。 【構成】 この摺動部材は、基体１の表面６に、４ａ
族、５ａ族又は６ａ族の元素及びＳｉ又はＡｌの炭化
物、窒化物又は硼化物を母相とする皮膜２が形成され、
しかも該皮膜２上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族及び２ｂの元素少なくとも１種以上の元素
を含む表面皮膜３が形成されている。皮膜２は硬質で耐
摩耗性を向上させ、表面皮膜３は摩擦係数及び摩耗量を
低減する機能を果たす。
面改質層と皮膜とを有する摺動部材を提供することであ
る。 【構成】 この摺動部材は、基体１の表面６に、４ａ
族、５ａ族又は６ａ族の元素及びＳｉ又はＡｌの炭化
物、窒化物又は硼化物を母相とする皮膜２が形成され、
しかも該皮膜２上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、
８族、１ｂ族及び２ｂの元素少なくとも１種以上の元素
を含む表面皮膜３が形成されている。皮膜２は硬質で耐
摩耗性を向上させ、表面皮膜３は摩擦係数及び摩耗量を
低減する機能を果たす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基体表面に皮膜を有
する摺動部材に関する。
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）。該低摩擦セラミックス
は、Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣのＳｉを主成分とする母相中
にＦｅＯ，Ｆｅ2 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）。該低摩擦セラミックス
は、Ｓｉ3 Ｎ4 又はＳｉＣのＳｉを主成分とする母相中
にＦｅＯ，Ｆｅ2 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、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有し
且つ４ａ族、５ａ族、６ａ族に属する元素及びＳｉ，Ａ
ｌの炭化物、窒化物、硼化物を母相とする皮膜が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ
族、８族、１ｂ族、２ｂ族に属する１種以上の元素を含
む表面皮膜がコーティングされていることを特徴とする
摺動部材に関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有し
且つ４ａ族、５ａ族、６ａ族に属する元素及びＳｉ，Ａ
ｌの炭化物、窒化物、硼化物を母相とする皮膜が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ
族、８族、１ｂ族、２ｂ族に属する１種以上の元素を含
む表面皮膜がコーティングされていることを特徴とする
摺動部材に関する。
【０００８】また、この摺動部材において、前記表面皮
膜は、Ｆｅ、その酸化物、珪化物、窒化物、炭化物及び
それらの内２種以上の複合物から構成されているもので
ある。
膜は、Ｆｅ、その酸化物、珪化物、窒化物、炭化物及び
それらの内２種以上の複合物から構成されているもので
ある。
【０００９】また、この摺動部材において、前記表面皮
膜は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素から構成されてい
るものである。
膜は、Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素から構成されてい
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。
【００１１】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。
【００１２】
【作用】この発明による摺動部材は、上記のように構成
されており、次のように作用する。即ち、この摺動部材
は、基体表面にＨｖ８００以上の硬度を有し且つ４ａ
族、５ａ族、６ａ族の元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物、窒
化物、硼化物を母相とする皮膜が形成され、しかも前記
皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ
族、２ｂ族に属する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、４ａ族〜２ｂ族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。
されており、次のように作用する。即ち、この摺動部材
は、基体表面にＨｖ８００以上の硬度を有し且つ４ａ
族、５ａ族、６ａ族の元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物、窒
化物、硼化物を母相とする皮膜が形成され、しかも前記
皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ
族、２ｂ族に属する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、４ａ族〜２ｂ族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。
【００１３】
【実施例】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４ａ
族、５ａ族、６ａ族の元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物、窒
化物、硼化物を母相とする皮膜２が形成され、しかも皮
膜２の表面５に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８
族、１ｂ族、２ｂ族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。
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４ａ
族、５ａ族、６ａ族の元素及びＳｉ，Ａｌの炭化物、窒
化物、硼化物を母相とする皮膜２が形成され、しかも皮
膜２の表面５に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８
族、１ｂ族、２ｂ族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。
【００１４】ここで、４ａ族の元素はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
であり、５ａ族の元素はＶ，Ｎｂ，Ｔａであり、６ａ族
の元素はＣｒ，Ｍｏ，Ｗであり、７ａ族の元素はＭｎ，
Ｔｃ，Ｒｅであり、８族の元素はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔである。また、１ｂ
族の元素はＣｕ，Ａｇ，Ａｕであり、２ｂ族の元素はＺ
ｎ，Ｃｄ，Ｈｇである。
であり、５ａ族の元素はＶ，Ｎｂ，Ｔａであり、６ａ族
の元素はＣｒ，Ｍｏ，Ｗであり、７ａ族の元素はＭｎ，
Ｔｃ，Ｒｅであり、８族の元素はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔである。また、１ｂ
族の元素はＣｕ，Ａｇ，Ａｕであり、２ｂ族の元素はＺ
ｎ，Ｃｄ，Ｈｇである。
【００１５】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
の元素から構成されているものである。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Ｔｉ
Ｎ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
の元素から構成されているものである。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Ｔｉ
Ｎ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。
【００１６】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Ｃ
ＶＤ（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 ，Ｃ
Ｈ4 ）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Ｃ
ＶＤ（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 ，Ｃ
Ｈ4 ）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。
【００１７】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】
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】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 ）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 ）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。
【００２１】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】
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】
【発明の効果】この発明による摺動部材は、上記のよう
に構成されており、次のような効果を有する。即ち、こ
の発明は、基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有し且
つ４ａ族、５ａ族、６ａ族に属する元素及びＳｉ，Ａｌ
の炭化物、窒化物、硼化物を母相とする皮膜が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ
族、８族、１ｂ族、２ｂ族に属する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、４ａ族〜
２ｂ族の元素を含む前記表面皮膜はＦｅ化合物及びＣ
ｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，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。
に構成されており、次のような効果を有する。即ち、こ
の発明は、基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有し且
つ４ａ族、５ａ族、６ａ族に属する元素及びＳｉ，Ａｌ
の炭化物、窒化物、硼化物を母相とする皮膜が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ
族、８族、１ｂ族、２ｂ族に属する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、４ａ族〜
２ｂ族の元素を含む前記表面皮膜はＦｅ化合物及びＣ
ｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，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.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｄ 69/00 Ｍ // Ｃ１０Ｎ 10:08 10:10 10:12 10:14 10:16 20:00 20:06 30:06 40:02 50:02 70:00
Claims (5)
- 【請求項１】 基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有
し且つ４ａ族、５ａ族、６ａ族に属する元素及びＳｉ，
Ａｌの炭化物、窒化物、硼化物を母相とする皮膜が形成
され、しかも前記皮膜上に４ａ族、５ａ族、６ａ族、７
ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族に属する１種以上の元素を
含む表面皮膜がコーティングされていることを特徴とす
る摺動部材。 - 【請求項２】 前記表面皮膜は、Ｆｅ、その酸化物、珪
化物、窒化物、炭化物及びそれらの内２種以上の複合物
から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
摺動部材。 - 【請求項３】 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
の元素から構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の摺動部材。 - 【請求項４】 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に記載の摺動部材。 - 【請求項５】 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 true JPH07102270A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3451672B2 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) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1178882A (ja) * | 1997-04-28 | 1999-03-23 | Alliedsignal Bremsbelag Gmbh | 磁気レールブレーキ用焼結材料 |
| JPH11320184A (ja) * | 1998-05-08 | 1999-11-24 | Smc Corp | リニアアクチュエータ |
| JP2001073702A (ja) * | 1999-08-03 | 2001-03-21 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンの熱媒体供給部品の潤滑システム |
| WO2015093463A1 (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | アイシン精機株式会社 | 摺動部材 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP26545793A patent/JP3451672B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1178882A (ja) * | 1997-04-28 | 1999-03-23 | Alliedsignal Bremsbelag Gmbh | 磁気レールブレーキ用焼結材料 |
| JP4518580B2 (ja) * | 1997-04-28 | 2010-08-04 | ハネウェル・ブレムスベラーグ・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | 磁気レールブレーキ用焼結材料 |
| JPH11320184A (ja) * | 1998-05-08 | 1999-11-24 | Smc Corp | リニアアクチュエータ |
| JP2001073702A (ja) * | 1999-08-03 | 2001-03-21 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンの熱媒体供給部品の潤滑システム |
| WO2015093463A1 (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | アイシン精機株式会社 | 摺動部材 |
| JPWO2015093463A1 (ja) * | 2013-12-16 | 2017-03-16 | アイシン精機株式会社 | 摺動部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3451672B2 (ja) | 2003-09-29 |
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