TW297055B - - Google Patents

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經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 207055 at _B7_ 五、發明説明（1 ) C產業上之利用頜域1 本發明係關於具有優越耐摩耗性、耐燒燬性，且密著 性出色的高硬度離子電鍍皮膜之滑動構件及其製造方法。 C先前之技術〕 如內燃機的活塞環或壓縮機的葉片之滑動構件的滑動 表面是要有髙的性能，因硬質鍍鉻具有優越性能而從已往 已被使用到今，然而近年來內燃機械之高出力化或排廢氣 對策、輕量化等，又從先前型式之氟利昂氣體之使用規定 等，這些滑動構件表面所受負荷是在增大起來，遂造成離 子電鍍的氮化鈦膜、碳化鈦膜、氮化鉻膜逐漸在被使用。 靠蒸鍍（PVD)法做的氮化鈦膜等是非常硬、脆， 加上由於皮膜之殘留應力高致密著性不好，若使用厚膜在 使用時就發生膜剝離情形，皮膜表面若粗糙則使對方材發 生所謂之摩耗問題。爲此如已在日本特公平4—1942. 號公報所記載，首先，依照常法製造活塞環母材由研磨等 調節<其表面粗度，在其上方使形成非常薄的氮化鈦膜。已 形成氮化鈦後的加工是原則上不施行，充其量爲改善初期 熟練而是實施研磨程度。 在如此之先前技術，是爲將基材表面之粗度靠研磨等 做加工調節，在加工時於基材表面發生變質層。其變質層 係因爲在離子電鍍製程的前處理乃是離子碰撞程度而不能 除去，所以基材表面與膜之密著性成不充分，若將皮膜之 膜厚作厚，皮膜則容易剝離，又將爲確保皮膜之密著性的〜 本紙張尺度遑用中國國家標率（CNS ) A4说格（210X297公釐） ~ 83. 3.10,000 -4 - -----------衣------訂-----^--( (請先聞讀背面之注意ί項再填寫本頁) 經濟部中央梯準局員工消费合作社印装 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 膜厚若是作薄，滑動構件之耐久性則成了不充分。 C發明所欲解浓之課顆1 本發明是解決消除已實施完氮化鈦膜或碳化鈦膜等之 離子電鍍膜的滑動構件具有之如上述的問題點。 因此，本發明之目的便在於掙供一種優越的耐久性之 滑動零件及其製造方法，以解決消除已實施完氮化鈦膜或 碳化鈦膜的滑動構件具有之如上述的問題點。 c用以解決課顆之丰段1 爲達成前述目的，本發明之滑動構件是至少也在由基 材面之粗度2 μιη〜8 之鑄鐵或鋼作成之滑動構件的 滑動面，具有離子電鍍的鉻與氮作主成分之皮膜，該皮膜 之表面粗度作成0. 8以下，膜厚作成10以上 的滑動構件，該皮膜由金靥鉻與氮化鉻作成的混合組織， 氮化鉻組織，是從皮膜內部向皮膜外部氮濃度連續地或階 段地在增加的組織，其組織亦包含是非晶形組織時候》 C作用] 根據本發明的這種滑動構件，是由將滑動構件之滑動 面施行噴砂的第一製程，被覆靠離子電鍍由鉻與氮作成之 皮膜的第二製程，及施行皮膜表面研磨等加工的第三製程 ，而做成滑動構件之製造方法。 一般而言，作爲具有耐摩耗性皮膜之滑動構件的滑動~ 本紙張尺度逋用中國國家橾率（CMS) Μ洗格（210X297公釐） 83. 3.10,000 ------鼠---If '装------訂 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 5 經濟部中央揉準局WC工消费合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（3 ) 面之形成方法，是將皮膜厚度加厚被覆加上研磨皮膜厚度 厚分，藉研磨加工表面雖認爲能夠做細表面粗度，而離子 電鍍膜是膜內部應力比電鍍皮膜高，又因皮膜硬度也高， 所以除容易剝離外更因內部應力之大小與膜的厚度同時增 大，因而在上述方法上於研磨時越發發生所謂之皮膜剝離 ，與又氮化鈦膜或碳化鈦膜是因爲鈦之蒸發速度延遲致靠 離子電鍍的膜形成速度遲緩，所以研磨厚分作厚被覆作業 在工業上講並不是所謂的良策而已不施行了。 於是，本發明，第一藉鼓風施行除去基材表面之加工 之變質層，合計將表面粗度作爲2 至8 之粗度。 表面粗度在2 y m以下者皮膜之殘留應力髙、皮膜之密著 性劣、8 以上者皮膜之殘留應力降低之效果少，在皮 膜表面做細上所需之工數及爲確保加細之膜厚則成必要， 乃是認爲效率不好緣由。由於因鼓風致基材加工變質層是 物理的能夠削除，所以可得到基材之活性面。此活性狀態 雖然不是能夠保留到離子電鍍時止的理由，而因在施行離 子€鍍製程之離子碰撞處理容易地使活性返回，所以離子 電鍍膜與基材之密著性成良好。又由於表面粗度若變成粗 糙致與離子電鍍膜之接觸面積增加之故，所以與基材之密 著性更成良好。同時，因爲皮膜之殘留應力變小，所以皮 膜之剝離是認爲在變成弱小。從如斯之情事，由於皮膜之 密著性昇高，就是在皮膜形成後予以研磨也無發生剝離情 形。在本發明上藉鼓風處理除去加工變質層，於表面粗度 已作成2 至8 //m之基材表面施行離子電鍍處理使基_ 本紙張尺度遑用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐> 83. 3.10,000 -6 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —.--Γ'^-· 訂 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印装 A7 ___ _B7_ 五、發明説明（4 ) 材表面已形成皮膜後，研磨皮膜表面將粗度調節在0. 8 以m以下。於基材表面所形成之皮膜厚度，雖是由基材表 面之粗度及皮膜表面粗度之相關聯調節上可予適宜選擇， 但爲提昇膜之耐久性至少也是在1 0 以上。在此1 〇 //m未滿之厚度者，作爲滑動構件表面則產生不能耐負荷 情形，又皮膜表面粗度若是超過0. 8#m，作爲滑動構 件則給予對方材不良影響。 第二，於本發明是將離子電鍍皮膜作爲以鉻與氮作主 成分之皮膜。作爲由鉻與氮做成皮膜之理由，是因爲鉻比 鈦具有非常高的蒸汽壓而容易蒸發，從而，離子電鍍皮膜 形成速度也快。因而，研磨厚分之膜厚過程是經濟的也無 問題。又由鉻與氧作成之皮膜因爲是優越的耐燒燬性、耐 摩耗性、耐腐蝕性，所以不僅適於作爲滑動構件之表面皮 膜，又因此氮化鈦膜或碳化鈦膜內部應力低，卓越的耐剝 離性，從膜厚可以作厚關係，所以是能夠得到卓越的耐久_ 性滑動零件之緣由。所謂鉻與氮作成之皮膜者，是由鉻、 氮化<2鉻、氮化鉻及該等之混合物作成之皮膜，包含鉻與 氮之比率由皮膜內部向皮膜外部，氮濃度連續地或階段地 在增加的皮膜，也包含皮膜組織是非晶形組織的時候。 以下表示實施例，用以具體地說明本發明。 C窗施例〕 本發明藉鼓風使表面活性的製程，靠離子電鍍形成鉻 與氮作成皮膜的製程，及靠將表面拋光等之做研磨的製程~ 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 -7 - ----------------訂------f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 _B7___ 五、發明説明（5) 而予實施》 在鼓風製程，係將砂子與空氣之混合高壓瓦斯由滑動 構件之滑動基材面吹射，除去基材面之污穢、氧化物等之 皮膜密著性的阻害物質而得基材之活性面。在此處，依靠 變更氧化鋁、碳化矽（金鋼砂））等之粉的粒度，又由變 化壓力、吹射次數，而能變更平均表面粗度。如第1表所 示，明瞭平均表面粗度在2 以下者，皮膜之殘留應力 高，平均表面粗度若在2 以上，皮膜之殘留應力則徐 徐變成衰弱，8 /zm以上者皮膜之殘留應力降低之效果少 。然而從表面粗度若是過粗，由該量皮膜之膜厚非作厚不 可及在表面硏磨上需要時間等情形，而知表面粗度是4 至6//m爲最適。 % (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 經濟部中央梂準局負工消费合作社印製 本紙張尺度逋用中國困家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 8 - 83. 3. 10,000 經濟部中央棣準局貝工消費合作社印製 2070〇5 at B7 五、發明説明（6 ) 〔第1表〕

基材表面粗度 殘留應力 皮膜膜厚 皮膜組織 約0 . 8 β m以下 1480MPa 43 β m CrN 約0. 8 β m至約 2 . 0 β m 1400MPa 4 0仁m CrN 約2 . Q // m至約 4 . 0 β m 1350MPa 46 Ai m CrN 約4. Q Μ πι至約 6 . 0 β m 1320MPa 38 u m CrN 約6. 0 M m至約 8 . 0 M m 1290MPa 4 5 u m CrN 約8. 0 // m以上 1 2 8 0MPa 4 2 β m CrN {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙张尺度逋用中國國家橾隼（CNS > A4规格（210X297公釐〉 83. 3.10,000 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（7 ) 將鋼製活塞環（外徑8 5 p X上下厚度2 /zmx輻向 厚度3 _ 1 #m)約1 〇 〇根，外周一致在上下方向堆叠 、兩側介經圓盤由螺帽壓住而作成被處理物。又同樣地將 鋼製（作完氮化）回轉壓縮機用葉片（5 Ommx 3 0 m m X 5 m m )(已在第1圖表示）約5 0個，將R滑動 面堆叠束在一塊向治具安裝而作成被處理物。 首先，由噴砂處理做完外周面活性化。砂子係使用金 剛砂之#180，在壓力490Kpa做完兩次噴砂的外 周面之表面粗度已成平均4. 3 Mm。對其施行三氯乙烷 之洗落洗淨及蒸汽脫脂，使砂子完全地已沖洗流去。當由 乾淨的壓縮空氣等若能夠除去砂子，由三氯乙烷的洗淨則 是不必要，於是本發明就是作爲公害對策也是有益之手段 〇 接著，於上列處理後之被處理物，靠熱電擴散被覆（ HCD)離子電鍍法，做完被覆由鉻與氮作成之皮膜。茲_ 佐以圖面詳述其方法。 <該環在真空裝置1內設置後，由圖中未表示之真空泵 向1 X 1 0 ―4 torr以下減壓，由加熱器3約加熱於 4 0 0°C，經過所定時間後使氬氣至約1 X 1 Ο-2 torr 止從導入口 9導入，適宜加予直流電壓使發生輝光放電而 做完由氬離子的基材表面碰撞。其次用空陰極4使發生電 子束，向水冷式坩堝5中之金屬鉻6碰撞使鉻蒸發之》尙 ，使電子束由線圈7結朿在一起。接著，使氮瓦斯至成爲 所定壓止由導入口 1 0導入，在環2之外周面已形成由鉻~ 本紙張尺度逡用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83.3. 10,000 -10 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ¥. 訂 f A7 B7 五、發明説明（8) 與氮作成的皮膜。成形膜厚是已作成2 0至6 0 。 此外，在由鉻與氮作成之非晶形組織皮膜做被覆時候 *由加熱器的加熱是達到2 0 0 °C爲止。又氮濃度由皮膜 內部向皮膜外部連續地或階段地作增大皮膜的形成之時候 ，是化費將導入氮瓦斯置所定被覆時間，連續地或階段地 藉由使增加到所定氮瓦斯分壓止能夠做被覆作業》 如以上去做，在如第2表所示的，依據各種之條件做 完被覆鉻與氮作主成分之皮膜的活塞環及葉片已作成了。 --—I — IΪ— — 11^ 表！ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 礴 訂 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 83. 3.10,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 A7B7 經濟部中央揉率局貝工消費合作杜印製 五、發明説明（9) 〔表2表〕 被覆條件 實施例 M氣 束 No. 溫度 氮氣分壓 量 電流 時間 實施例1 200°C 1.2 χ l〇-3torr 3 Occ 5 00A 200分 實施例2 40 0°C 1. 0 x l〇-3torr 3 0 cc 500A 200分 實施例3 40 0 °C 1. 2 x 1 〇-3torr 3 0 c c 5 0 0A 200分 實施例4 40 0 °C 1. 5 x 1 0~3torr 30cc 5 0 0A 2 0 0分 實施例5 蟪 40 0 °C 3. 0 X 1〇-3torr 3 0 cc 5 0 0A 2 0 0分 實施例6 40 0°C 至 3. 0 x 1 〇-3 torr止連續地 上昇 3 0 c c 500A 2 0 0分 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83.3. 10,000 -12 - 2U7055 A7 B7 五、發明説明（10) 其次，依據上列條件已作成的活塞環及葉片藉拋光研 磨使表面粗度在0. 8以下做完精工。將此等活塞環 及葉片之皮膜作完調査之結果表示在第3表。皮膜之組成 分析是用電子零件製造家協會（ΕΡΜΑ)，組織分析是 用X線解析、硬度是將皮膜斷面用微畢加斯（ Microvickers)硬度II*、膜厚是用金屬顯微鏡作完測定。 H ^^1 !- ! <—1 ^^1 雪· 一衣 HI. n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 蟪 訂 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印策 83.3. 10,000 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 13 經濟部中央揉準局負工消费合作社印裝 A7 ____B7 五、發明説明（11) 〔第3表] 實施例No . 膜厚从m 組織 組 成 硬度 皮膜 剝離 實施例1 35 ^ m 非晶質 Cr, N、不純物 1712 Hmv /πτ. 實施例2 38—卩 m Cr,Cr2N Cr,N、不純物 1518 Hmv 無 實施例3 32~* β m Cr2N Cr, N、不純物 1676 Hmv ^TTf. 實施例4 33-* β m Cr2N CrN Cr，N、不純物 1996 Hmv Arr m 實施例5 30-» β m CrN Cr，N、不純物 1896 Hmv jfnt. m 實施例6 -^- 30—仁 m 最外表面 是CrN Cr，N、不純物 1812 Hmv m 比較物1 7— M m TiN Ti,N、不純物 2400 Hmv 4trr. 撕 坎較例2 35-* p. m Cr,Cr2N Cr, N、不純物 1623 Hmv 有 (->是表示以上） ml m 1^^—· tn —1— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83.3.丨0 000 -14 - A7 B7 五、發明説明（l2) 此外，比較例1 ， 及葉片》比較例1是 研磨在約0. 18ja 脂，被覆離子電鍍的 加工。又比較例2是 主成分之皮膜。 上列，在實施例 行完評價•已被覆根 (比較例1及比較例 於第4表、第5表。 與先前品（比較例1 厚分的耐久性成爲良 膜發生著剝離，評價 可假定。 2是根據先前之方 將活塞環及葉片之 m已精工之後，用 氮化鈦膜約7以m 與比較例1同樣地 將已製作的活塞環 據先前方法作的皮 2 )也同時實施完 根據本發明的活塞 )比較也是無低劣 奸。又先前品之耐 時間若長時使對方 法所製造的活塞環 基材外周面靠拋光 三氯乙烷予洗淨脫 ，藉輕輕拋光作完 已被覆了鉻與氮作 及葉片由實機已施 膜之活塞環及葉片 評價。其結果表示 環及葉片之耐摩性 情形，因而膜厚之 久性提高品是在皮 材發生摩耗情事是 ------^---S--4、/------訂-------4 — (請先聞讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 83. 3.10,000 本纸張尺度逋用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 15 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 2Q7055五、發明説明（l3) 〔第4表〕 實機評價條件 評價機械 回轉數X負荷 時間 燃料 A7 B7 2800cc柴油機械 2500回轉X4/4 1 0 0時間 輕油 摩耗量 β m 殘存膜厚 β m 耐久性 皮膜 剝離 實施例1 3 β m 2 8 ^ m 1033hr jfrrr m 實施例2 5 β m 3 2 β m 740hr Jrrr. 實施例3 4 # m 30-^ β m 1 133hr ^fnT- m 實施例4 2仁m 2 7 ^ m 1450hr ^rrr. 實施例5 3 β m 2 6 — β in 9 6 6hr jhrr. m 實施例6 3 ^ m 33—仁 m 1 233hr ΛτΤ m 上£較例1 4 ^ m 4 — A m 2 0 0hr {nr. m 比較例2 3 ^ m 3 0 — m 1 1 OOhr 有 是表示在以上） • 1 -I- : - 1<1 I........ ^-1 I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ ! 本紙張尺度遑用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 83. 3. 10,000 16 A7 B7 五、發明説明（Η) 〔第5表〕 評價壓縮機 密閉型冷媒壓縮機 冷媒 冷凍機油 回轉數 時間 1，1，1，2 聚乙烴乙二醇族 2 0 0 r p m 2 Ο 0時間 三氯乙烷 經濟部十央揉準局貝工消費合作社印製 摩耗量 β m 殘存膜厚 β m 耐久性 皮膜 剝離 實施例1 2仁m 3 0 ^ m 3200hr /rrr 撕 實施例2 3 ^ m 3 2 m 2333hr Λπ·· m 實施例3 2 β m 3 1 — β m 3300hr m 實施例4 1 β m 2 9 β m 6000hr 無 7Πλ 實施例5 1 β m 2 8 — β m 5800hr /rrr m 實施例6 2 β \Ά 3 4 一 M m 3600hr /nt- m S較例1 3 μ m 3-* β m 400hr 有 比較例2 2 // m 2 9 ^ m 3 1 OOhr 有 是表示在以上） (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4规格（210X2S»7公釐） 83. 3.10,000 17 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（is) 〔發明之效果〕 如以上，本發明之滑動構件是卓越的耐久性者，其工 業的利用價值是高的。 C圖面之簡單說明〕 〔第1圖〕 是已使用的葉片之立體概略圖。 〔第2圖〕 是離子電鍍裝置之概略圖》 (圖號說明] 1 :真空裝置 2 :環 3 :加熱器 4 :空陰電極 5 :水冷式坩堝 6 :金靥鉻 7 :結束線圈 9 :氬氣導入口 1 0 :氮氣導入口 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83.3.10,000 -18 - ------^-----(表-- (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 'IT·

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 「、申請專利範圍 附件1 ··第84103622號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國85年1 2月修正 1. —種滑動構件（2)，特徵爲： 在於由基材表面之粗度2 〜8 M m之鑄鐵或鋼所 做成之滑動構件上，至少在其滑動面上被覆利用離子電鍍 所形成的以鉻與氮作爲主成分之皮膜，並將該皮膜之表面 粗度做成0. 8#m以下，膜厚做成lOym以上。 2. 如申請專利範圍第1項之滑動構件（2)，其中 前述基材表面之粗度爲4 am〜6 » 3. 如申請專利範圍第1項或2項之滑動構件（2) ，其中前述以鉻與氮作爲主成分的皮膜係爲：由鉻與氮化 鉻所成之混合組織。 4 .如申請專利範圍第1項或2項之滑動構件（2 ) ，其中前述以鉻與氮作爲主成分之皮膜爲氮化鉻， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 .如申請專利範圍第1項或2項之滑動構件（2 ) ，其中前述以鉻與氮作爲主成分之皮膜係爲氮濃度由皮膜 內部向皮膜外部連續地或階段地增加者。 6·如申請專利範圔第3項之滑動構件（2)，其中 前述以鉻與氮作爲主成分之皮膜係爲非晶質組織者β 7. 如申請專利範圍第4項之滑動構件（2)，其中 前述以鉻與氮作爲主成分之皮膜係爲非晶質組織者β . 8. 如申請專利範圍第5項之滑動構件（2)，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） A8 Βδ C8 D8 、申請專利範圍 前述以鉻與氮作爲主成分之皮膜係爲非晶質組織者 之 項： 1 由 任係 之法 項方 8 該 至： 項爲 1 徵 第特 圍其 範， 利法 專方 請造 申製 對‘的 針} 種 2 1 ( .件 9 構 9M3 滑 及， ’ 程 程製 製二 一 第 第的 的膜 砂皮 噴的 行成 施所 面氮 動與 滑鉻 之由 }覆 2 被 ^鍍 件電 構子 動離 滑用 將利 及 的 成 組 所 程 製 三 第 的 Η 加 之 等 磨 研 做 面 表 膜 皮 將 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ 2 _