TWI712707B - 耐磨耗性皮膜、耐磨耗性部件及耐磨耗性皮膜之製造方法以及滑動機構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種即使經長時間反覆磨耗，能維持優異耐磨耗性之耐磨耗性皮膜、其製造方法，及耐磨耗性部件。本發明之耐磨耗性皮膜10，其特徵係其具有鍍層11、複數的塊狀部2、塗佈層13。依序積層鍍層11及塗佈層13，複數的塊狀部2，個別由一個粒子12及/或粒子12的集合體形成。複數的塊狀部2係藉由鍍層11保持，並且，突出鍍層11而設置。塗佈層13係藉由覆蓋鍍層11表面而形成，塊狀部2，係形成平坦部18且該平坦部18配置於與前述塗佈層13表面同一面上。

Description

耐磨耗性皮膜、耐磨耗性部件及耐磨耗性皮膜之製造方法以及滑動機構

本發明係關於一種耐磨耗性皮膜、耐磨耗性部件及耐磨耗性皮膜之製造方法以及滑動機構。

歷來，為了賦予各種機械零件、工具、金屬模等部件優異的耐磨耗性，而研究各種技術。特別在近年，藉由鍍覆在部件表面形成耐磨耗性優異之皮膜等方法，提升各種部件之耐磨耗性。

例如，專利文獻1提示一種技術，其係使用含有二硫化鉬之鍍覆液並於被鍍覆部件上形成皮膜，提高其耐磨耗性。此外，專利文獻2企圖於滑動部件上形成含有聚四氟乙烯(PTFE)及鎳之皮膜，使其增加耐磨耗性並維持滑動性能。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2007-332454號公報

【專利文獻2】日本特開2015-092009號公報

然而，習知具有耐磨耗性之皮膜，確實能夠使各種部件的耐磨耗性上升，但若經過長時間反覆磨耗，皮膜削減、劣化等現象緩慢地進行，造成耐久性差的問題。近年，有關各種部件的耐磨耗性，在尋求經長時間磨耗能維持優異磨耗性之耐磨耗性皮膜時，須更進一步尋求改善先前技術中耐久性之問題點。

本發明係鑑於上述所成者，目的在於提供一種即使經長時間反覆磨耗，亦能維持優異耐磨耗性之耐磨耗性皮膜、及其製造方法，以及耐磨耗性部件。

本發明者們為了達成上述之目的，大量反覆研究的結果，藉由使耐磨耗性皮膜中含有含粒子之塊狀部，並於該塊狀部形成平坦部，發現能夠達成上述目的，從而完成本發明。

亦即，本發明係包含例如以下項目記載之主題：

項目1：一種耐磨耗性皮膜，其特徵係其具有鍍層、複數個塊狀部、及塗佈層，依序積層前述鍍層以及前述塗佈層，前述複數的塊狀部，係個別由一個粒子及/或粒子的集合體所形成；前述複數的塊狀部，係藉由前述鍍層保持，並且，突出於前述鍍層而設置；前述塗佈層，係覆蓋前述鍍層表面而形成； 前述塊狀部，係形成平坦部且該平坦部配置於與前述塗佈層表面之同一面上。

項目2：如項目1所記載之耐磨耗性皮膜，其中，前述複數的塊狀部，係個別距離所既定的間隔而配置。

項目3：如項目1或2所記載之耐磨耗性皮膜，其中，前述粒子係包含選自鑽石粒子、碳粒子、聚四氟乙烯粒子及二硫化鉬粒子所成群中之1種以上。

項目4：如項目1至3中任一項所記載之耐磨耗性皮膜，其中，前述塗佈層，係包含選自鉻、銀、聚四氟乙烯-鎳複合體、鎳、鎳-磷、錫及銅所成群中之至少1種。

項目5：一種耐磨耗性部件，其特徵係其具有如項目1至4中任一項所記載之耐磨耗性皮膜、及基材；前述基材，係用前述耐磨耗性皮膜覆蓋；前述耐磨耗性皮膜，係前述鍍層側牢固附著於前述基材。

項目6：一種耐磨耗性皮膜的製造方法，其係項目1至4中任一項所記載之耐磨耗性皮膜之製造方法，其特徵係其依序具有：設置用於配置前述塊狀部於基材上之孔之步驟；配置前述塊狀部於前述孔之步驟； 進行第1鍍覆處理，形成前述鍍層之步驟；及進行第2鍍覆處理，於前述鍍層上形成前述塗佈層之步驟。

項目7：一種滑動機構，其係具有第1滑動部件及第2滑動部件，其特徵係，前述第1滑動部件，係項目5所記載之耐磨耗性部件。

項目8：如項目7所記載之滑動機構，其中，前述第2滑動部件之滑動面用硬質金屬層覆蓋，並且，於前述硬質金屬層表面形成複數的溝。

項目9：如項目8所記載之滑動機構，其中，前述溝的深度為5~50μm。

項目10：如項目8或9所記載之滑動機構，其中，前述硬質金屬層含有鉻。

本發明之耐磨耗性皮膜，係具有優異之耐磨耗性，特別是經長時間反覆磨耗亦能維持優異之耐磨耗性。

2:塊狀部

10:耐磨耗性皮膜

11:鍍層

12:粒子

13:塗佈層

18:平坦部

20:基材

30:耐磨耗性部件

50:保護層

51:孔

【圖1】(a)表示具有本發明之耐磨耗性皮膜的耐磨耗性部件的一例之斷面圖；(b)表示具有本發明之耐磨耗性皮膜的耐磨耗性部件的其他例之斷面圖。

【圖2】表示具有本發明之耐磨耗性皮膜的耐磨耗性部件的一例之平 面圖。

【圖3】表示形成於耐磨耗性皮膜之塊狀部的角度傾斜之概略圖。

【圖4】說明本發明之耐磨耗性皮膜的製造方法的一例之概略圖。

【圖5】實施例1所得到之耐磨耗性部件的顯微鏡觀察平面照片。

【圖6】表示耐摩性試驗的結果，(a)磨耗深度的測定結果；(b)摩擦係數的測定結果。

【圖7】說明實施例2~5所得到之滑動機構中，第1滑動部件的概略之代表圖，(a)表示實施例2及4的第1滑動部件，(b)表示實施例3及5的第1滑動部件。

【圖8】表示實施例2、3及比較例2、3的滑動機構於油環境下的摩擦磨耗試驗結果。

【圖9】表示實施例2、3及比較例2、3的滑動機構於乾燥環境下的摩擦磨耗試驗結果。

【圖10】表示實施例4、5及比較例4、5的滑動機構於油環境下的摩擦磨耗試驗結果。

【圖11】表示實施例4、5及比較例4、5的滑動機構於乾燥環境下的摩擦磨耗試驗結果。

【圖12】(a)實施例3於乾燥條件下試驗後之第2滑動部件表面的放大SEM影像；(b)表示(a)之影像中碳元素之映射影像。

【圖13】表示實施例2、3及比較例2、3之滑動機構，使用荷重150N、迴轉數300rpm之條件，於油環境下進行摩擦磨耗試驗結果係最長時間60小時。

以下，對本發明之實施型態進行詳細說明。

1.耐磨耗性皮膜

圖1(a)、(b)表示有關具有本實施型態之耐磨耗性皮膜10的耐磨耗性部件30的一例之斷面的概略圖，此耐磨耗性部件30係具有磨耗性皮膜10及基材20。

本實施型態之耐磨耗性皮膜10係具有鍍層11、複數的塊狀部2、塗佈層13，並依序積層鍍層11及塗佈層13。

如圖1所示，本實施型態之耐磨耗性皮膜10，其中，前述複數的塊狀部2，個別由一個粒子12及/或粒子12的集合體所形成，前述複數的塊狀部2，係藉由前述鍍層11保持，並且，突出於前述鍍層11而設置。前述塗佈層13，覆蓋前述鍍層11表面而形成，前述塊狀部2，係形成平坦部18且該平坦部18與前述塗佈層表面配置於同一面上。

(鍍層)

本實施型態之耐磨耗性皮膜10，其中，鍍層11，係藉由鍍覆處理形成之層。鍍層11，例如，藉由電鍍、無電鍍等方法形成之層。

鍍層11，於耐磨耗性皮膜10中，具有保持複數的粒子12之功能之層，鍍層11，係避免覆蓋粒子12而設置。

作為鍍層11，可列舉各種金屬鍍層。形成鍍層11之金屬，並無特別限定。作為金屬的具體例，可列舉鎳、鎳-磷複合體、鋅、鈷、錫、銅及銀等。鎳-磷複合體可為鎳及磷之混合物，亦可為合金。

形成鍍層11之金屬，可含單1種或2種以上，此外，形成鍍層11之金屬，亦可為合金。或者，形成鍍層11之金屬，亦可為氧化物、氮化物、硫化物等。進一步，鍍層11，構成元素亦可使用其他元素(例如磷、硼等非金屬元素)加入金屬或代替金屬。

作為鍍層11，亦可為其他例如，使用鎳等金屬鍍覆作為基底，組合氟樹脂(PTFE)、雲母、鋁(A₂O₃)、氮化硼(BN)、碳化矽(SiC)、二硫化鉬(MoS₂)、二硫化鎢(WS₂)、二氧化矽(SiO₂)等而成之複合鍍覆。

作為鍍層11的例子，可列舉由無電鍍處理所形成之硬質鎳鍍層(無電鎳鍍層)、無電鎳-磷複合鍍層。鍍層11為無電鎳-磷複合鍍層的情況下，藉由受到共析之磷的效果，鍍層11硬度及耐蝕性得以提升。硬質鎳鍍層，所示例如Hv200~550(較佳為310~500)之鎳鍍層。此外，作為鍍層11之例子，亦可列舉加入糖精、丁炔二醇等添加劑後藉由電鍍形成之硬質鎳層。作為鍍層11，適用硬質鎳鍍層之情況下，例如藉由使鍍層11含有習知的光澤劑，可得到Hv300~550之硬質皮膜。

鍍層11的厚度並無特別限定，可使用能固定粒子12之厚度。例如，鍍層11的厚度，可為0.1μm~1mm，更佳為1~100μm，特佳為1~10μm。

鍍層11，可具有積層構造。例如，鍍層11，可為具有臨時固定塊狀部2的第1層，及更牢固地固定粒子的第2層之積層構造。第1層，例如，可為1~10μm。第2層，例如，可為後述塊狀部2之平均直徑的1/4~3/4。又，塊狀部2之直徑，係指將塊狀部2視為球狀時的直徑。塊狀部2之直徑，藉由自顯微鏡直接觀察影像隨機地選擇10個塊狀部2， 計量出其等之當量圓直徑之算術平均值。

鍍層11具有積層構造之情況下，第1層可為以電鍍形成之層，第2層可為以無電鍍形成之層。此情況下，例如，第2層配置於塗佈層13側，此外，亦可為其相反。

鍍層11的形成方法並無特別限定，例如，可使用習知的各種方法形成鍍層11。鍍層11之形成方法之具體例，例如，可使用電鍍、無電鍍、熱浸鍍、蒸鍍等。鍍敷處理方法，連續式、批量式中任一種皆可。

(塊狀部)

本實施型態之耐磨耗性皮膜10中，設置複數的塊狀部2，塊狀部2個別突出鍍層11的表面上方而設置。塊狀部2，於耐磨耗性皮膜10之厚度方向具有如支柱的作用，並具有使耐磨耗性皮膜10得以長時間持續其耐磨耗性之功能。

如圖1(a)、(b)所示，複數的塊狀部2，個別由一個粒子12及/又粒子12的集合體所形成。換言之，複數的塊狀部2可為個別由一個粒子12所形成之型態(參照圖1(a))、複數的塊狀部2個別由粒子12的集合體所形成之型態(參照圖1(b))，或者，可為同時具有由一個粒子12所形成之塊狀部2及由粒子12之集合體所形成之塊狀部2兩者之型態。

塊狀部2含有之粒子12的種類無特別限定。作為粒子12可使用習知材料，例如可列舉鑽石粒子、碳粒子、聚四氟乙烯粒子、二硫化鉬粒子、二氧化鋯粒子、CBN粒子、氧化鋁粒子、二氧化矽粒子、碳化矽粒子、碳化硼粒子，其他，例如作為研磨材等的研磨料使用之無機材料等。此等材料中，從使耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性易於上升之觀點而 言，粒子12，較佳為含有選自鑽石粒子、碳粒子、聚四氟乙烯粒子及二硫化鉬粒子所成群中之1種以上者。粒子12，可為單1種，亦可為相異2種以上材料所組成。粒子12，亦可使用市售之各種粒子。

粒子12，亦可具有孔。此情況下，例如，將耐磨耗性皮膜10於油中含浸時，由於油亦浸透至粒子12之孔中，因此得以發揮保油性。

粒子12的形狀無特別限定。從鍍層11易於保持之觀點而言，粒子12較佳為非真球狀，例如，較佳為表面具有凸部之歪斜形狀。

如圖1(b)所示，塊狀部2由粒子12的集合體所形成之情況下，粒子12的集合體，例如，集合複數個粒子12而形成。塊狀部2由粒子12的集合體所形成之情況下，形成集合體之粒子12的種類與塊狀部2由一個粒子形成的情況相同。

粒子12的大小並無特別限定。例如，塊狀部2由一個粒子所形成之情況下，粒子12視為球狀、具有較鍍層11厚度大的直徑。具體而言，粒子12視為球狀，粒子12的平均直徑可為0.5~200μm，較佳為1~100μm，更佳為10~50μm。例如，粒子12為鑽石粒子之情況下，其平均直徑較佳為10~100μm。塊狀部2由一個粒子所形成之情況下，粒子12的平均直徑相當於塊狀部2的平均直徑。

塊狀部2由粒子12之集合體所形成之情況下，集合體視為球狀，集合體的平均直徑可為0.5~200μm，較佳為1~100μm，更佳為10~50μm。形成集合體之粒子12，可適當設定使集合體大小符合上述各範圍。例如，粒子12為鑽石粒子之情況下，其平均直徑較佳為10~100μm，塊狀部2由粒子12之集合體所形成之情況下，集合體的平均直徑相當於 塊狀部2的平均直徑。

塊狀部2由粒子12之集合體所形成之情況下，每一個塊狀部2較佳為含有2~10個粒子12，更佳為2~8個，進一步更佳為3~6個，特佳為3~5個。塊狀部2由粒子12的集合體所形成時，例如，磨耗時即使粒子12一部分脫落，仍可抑制耐磨耗性的下降。

本實施型態之耐磨耗性皮膜10之複數的塊狀部2之一端個別由鍍層11保持。

耐磨耗性皮膜10含有的塊狀部2量無特別限定。例如，耐磨耗性皮膜10之10~90vol%含有塊狀部2之情況下，本發明得以顯著地發揮效果。此外，在本實施型態之耐磨耗性皮膜10的表面，塊狀部2所占面積率，例如，較佳為5~70%。

塊狀部2，其一部份突出鍍層11表面而設置。例如，塊狀部2之全厚度的一半以上可自鍍層11表面向塗佈層13側突出。

如後述，於塊狀部2，形成平坦部18。此平坦部18，於本實施型態之耐磨耗性皮膜10，配置於與後述塗佈層13表面同一面上。詳細由後述(平坦部)項說明。

(塗佈層)

塗佈層13，於耐磨耗性皮膜10，係至少覆蓋鍍層11表面而形成之層。此塗佈層13位於耐磨耗性皮膜10的最表面，並可賦予基材20等之耐磨耗性及滑動性之層。

塗佈層13，可使用具耐磨耗性的習知之材料形成。塗佈層13的具體例，可列舉樹脂、金屬等各種材料形成之皮膜。

樹脂，例如，可列舉氟系樹脂。氟系樹脂，可列舉聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物等。氟系樹脂，例如亦可為粒子狀的形狀。氟系樹脂，可含有1種或2種以上。

金屬，可列舉鎳、鉻、銅、錫、銀、鈦、鐵、鉬等，金屬可含有1種或2種以上。形成塗佈層13之金屬，亦可為合金。或者，形成塗佈層13之金屬，可為氧化物、氮化物、硫化物等。進一步，塗佈層13，構成元素亦可使用其他元素(例如，磷、硼等非金屬元素)加入金屬或代替金屬。

塗佈層13，例如，亦可含有樹脂及金屬兩者。塗佈層13含有樹脂及金屬兩者之情況下，兩者混合之比例無特別限定，可使用適宜之混合比例，使其發揮期望之耐磨耗性。

塗佈層13，較佳為含有選自鉻、銀、聚四氟乙烯-鎳複合體、鎳、錫及銅所成群中至少1種。此情況下，耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性更容易上升。聚四氟乙烯-鎳複合體，可列舉例如含有聚四氟乙烯及鎳之混合物，或由聚四氟乙烯及鎳組成之混合物。

塗佈層13，可由1種材料所形成，亦可由相異之2種以上材料形成。

塗佈層13之形成方法並無特別限定。例如，可採用習知的皮膜形成方法。具體而言，可藉由電鍍、無電鍍、熱浸鍍、蒸鍍等鍍覆處理、其他如塗佈、濺鍍等各種方法形成塗佈層13。鍍覆處理方法，連續式、批量式中任一種皆可。塗佈層13，較佳為使用無電鍍處理而形成。

本實施型態之耐磨耗性皮膜10之塗佈層13，如後述使塊狀部2之平坦部18露出於面上而形成。

塗佈層13之厚度並無特別限定。例如，塗佈層13之厚度可至少為1μm以上之膜厚，塗佈層13之厚度上限，可因應鍍層11之厚度而適當設定，例如，可調整至塗佈層13完全覆蓋粒子12之露出部分之厚度。

(平坦部)

如圖1所示，平坦部18形成於塊狀部2，且平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上。具體而言，塊狀部2由一個粒子12所形成之情況下，於一個粒子12形成平坦部18，且該平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上(參照圖1(a))。此外，塊狀部2由粒子12的集合體形成之情況下，於集合體形成平坦部18，且該平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上(參照圖1(b))。

在此，本發明中該平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上，意指其使用SEM觀察耐磨耗性部件之斷面，平坦部18突出塗佈層13的高度為3μm以下，更佳為1μm以下，特佳為0.1μm以下。

於塊狀部2形成平坦部18之方法並無特別限定，例如，藉由進行塗佈層13之表面研削加工等，連同塗佈層13刨削塊狀部2，藉此，於塊狀部2形成平坦部18。

藉由於塊狀部2形成平坦部18，且該平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上，可使耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性上升，使其具有優異耐久性，並可易於防止因耐磨耗性皮膜10磨耗而造成部件損傷。 此外，可藉由對平坦部18施行倒角加工，於平坦部18之角落形成R。藉此，更易於防止受磨耗之部件損傷。

相對一個塊狀部2所占之占有面積，平坦部占有之面積較佳為1~50%。此情況下，耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性更上一層，特別是能得到優異之耐久性，且易於防止因耐磨耗性皮膜10磨耗而造成部件損傷。

(耐磨耗性皮膜之其他構成及作用等)

本實施型態之耐磨耗性皮膜10之一態樣，係前述複數的塊狀部2，可個別距離既定間隔而配置，亦可距離不規則間隔而配置，換言之，前述複數的塊狀部2可規則地設置，亦可隨機地設置。

前述複數的塊狀部2規則地設置之情況下，塊狀部2，例如，與相鄰之塊狀部2以一定間隔配置，並全面地設置於耐磨耗性皮膜10。

圖2為耐磨耗性皮膜10之平面圖。惟，圖2為了使塊狀部2配置情形更明確地呈現，耐磨耗性皮膜10之平面圖以去除塗佈層13之狀態表示。又，圖2之塊狀部2為由粒子12的集合體所形成之態樣。

如圖2所示，耐磨耗性皮膜10中，可將複數的塊狀部2之塊狀部2個別以等間隔而配置。本發明之耐磨耗性皮膜10中，複數的塊狀部2之個別間隔可未必為等間隔，亦可複數的塊狀部2以規則或不規則的間隔而配置。

塊狀部2為等間隔形成之情況下，例如，相鄰之塊狀部2之間距離10μm以上，較佳為50μm以上，更佳為100μm以上。相鄰之塊 狀部2之間的距離，係指相鄰之塊狀部2中，一方塊狀部2與另一方塊狀部2間最短的距離。相鄰塊狀部2之間的距離上限並無特別限定，例如，1000μm，較佳為800μm，更佳為600μm，特佳為400μm。

如圖2所示，耐磨耗性皮膜10中，複數的塊狀部2可規則地配列並配置成島狀。又，複數的塊狀部2可配置為島狀以外的狀態，例如，塊狀部2可具有線狀或網目狀相關之形狀。

如圖2所示之耐磨耗性皮膜10，複數的塊狀部2個別距離既定的間隔而配置之情況下，由於易使複數的塊狀部2全體在磨耗時所施加之應力均等，可降低對耐磨耗性皮膜10之負荷，耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性進一步增加、耐久性更優異。

耐磨耗性皮膜10之一較佳態樣，係於耐磨耗性皮膜10之面上，複數的塊狀2沿著自耐磨耗性皮膜10之滑動方向傾斜X°的線上而配列為佳。在此，X為0~15之數字，意謂著「角度傾斜」。

圖3(a)表示角度傾斜X=0°之情況下塊狀部2配列的情形、圖3(b)表示角度傾斜X=5°之清況下塊狀部2配列之情形、圖3(c)表示角度傾斜X=15°之情況下塊狀部2配列之情形之概略圖。又，圖3中塊狀部2以圓形表示。

複數的塊狀部2沿著自耐磨耗性皮膜10之滑動方向傾斜X°的線上而配列之情況下，即使被耐磨耗性皮膜10反覆磨耗，可減少對於寬方向(與滑動方向正交之方向)無作用之區域。藉此，使施予各塊狀部2之應力均等，不易產生溝狀之磨耗，耐磨耗性皮膜10之耐磨耗性進一步增加，耐久性更優異。特別是在耐磨耗性皮膜10之面上迴轉而滑動， 更易於增加其耐磨耗性。

調整角度傾斜之方法無特別限定，例如後述，於保護層形成孔，並設定其孔之形成位置於既定之處，因而可調整角度傾斜。

本發明之耐磨耗性皮膜10，耐磨耗性優異，特別為，即使對塗佈層13表面反覆磨耗，亦難以因磨耗而產生削減及剝落，可經長時間維持其優異耐磨耗性。

耐磨耗性皮膜10，作為為了賦予耐磨耗性之皮膜，可適當地對各種部件使用，如圖1所示，可形成耐磨耗性部件30。使用耐磨耗性皮膜10覆蓋各種部件之情況下，將塗佈層13置於表面側而覆蓋耐磨耗性皮膜10。

本發明之耐磨耗性皮膜10，具有優異耐磨耗性塗佈層13，可賦與高度耐磨耗性及滑動性，特別是，由於耐磨耗性皮膜10中含有複數塊狀部2，即使反覆磨耗，耐磨耗性之效果亦不易失去。因此，本發明之耐磨耗性皮膜10，從低迴轉至高迴轉之全部範圍皆可維持低摩擦係數，並適用於各種滑動機構。

習知的耐磨耗性皮膜，若持續磨耗，皮膜持續削減，接著塗佈層消失並失去耐磨耗性，但本發明之耐磨耗性皮膜10，具備前述之構成，相較習知技術可長時間持續耐磨耗性之效果。此外，將粒子的前端部分預先研磨平坦，並藉由增加粒子之露出面積，因而得以抑制初期磨耗量之增加。

特別是，粒子2為鑽石粒子之情況下，鑽石粒子由於磨耗而產生碳，其產生之碳進入因磨耗所形成之溝中。此進入溝中之碳，具有 所謂潤滑劑之效果，由於碳進入溝中，可發揮一種潤滑效果，可使耐磨耗性進一步增加。藉由如此之碳之潤滑效果，本發明之耐磨耗性皮膜10不使用如習知的潤滑油，而可發揮潤滑效果之情形，具有可為無油構成之優點。

上述潤滑效果，除了碳之外，源自鍍層11而得到之二硫化鉬，以及源自塗佈層13而得到之聚四氟乙烯亦可發揮其效果。

2.耐磨耗性部件

耐磨耗性部件30，如圖1所示，係具有耐磨耗性皮膜10及基材20，前述基材20由前述耐磨耗性皮膜10覆蓋，前述耐磨耗性皮膜10之前述鍍層11側，牢固附著於前述基材20。

耐磨耗性部件30中，耐磨耗性皮膜10與本說明書之「1.耐磨耗性皮膜」項目中構成相同，使用本實施型態之耐磨耗性皮膜10。

基材20，可適用各種固體材料，其種類無特別限制。例如，可使用金屬(例如，鐵)、合金、樹脂、陶瓷等各種材料作為基材20。樹脂，並無特別限定，可廣泛採用習知的光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、或熱硬化性樹脂。

此外，基材20，可如後述耐磨耗性皮膜製造過程中使用之基材而形成保護層。(另外，圖1中省略保護層之圖示)。

基材20之形狀無特別限定。例如，基材20的形狀，可列舉為基板狀、薄膜狀、棒狀、塊狀、球狀、橢圓球狀、歪曲狀等。此外，基材20亦可為各種機械部件、工具、模具、軸承、套管等。基材20之由耐磨耗性皮膜10覆蓋的部分，亦可為平坦狀及非平坦狀(凹凸形狀、粗面 形狀、波形狀等)中任一種形狀。

耐磨耗性部件30，係由耐磨耗性皮膜10直接牢固附著於基材20而形成。或者，耐磨耗性部件30，亦可具有其他層介於耐磨耗性部件30與基材20之間而形成。

本發明之耐磨耗性部件30，由於具有耐磨耗性皮膜10，即使經長時間反覆磨耗，亦可維持優異耐磨耗性。

本發明之耐磨耗性皮膜10及耐磨耗性部件30，可適用各種部件。作為可能適用之部件，例示各種機械部件、工具、模具等，其他，亦可例示各種滑動部件，如使用於家庭用品、產業機械、輸送機，或娛樂用品等。

3.耐磨耗性皮膜之製造方法

本實施型態之耐磨耗性皮膜10之形成方法並無特別限定，在具有前述構成之範圍內，可使用各種方法製作耐磨耗性皮膜10。以下，作為一例，說明於基材20形成耐磨耗性皮膜10之方法。

耐磨耗性皮膜10之製造方法，其依序具有：設置用於配置塊狀部2於基材20上之孔51之步驟(以下，略稱為「步驟1」)、配置塊狀部2於孔51之步驟(以下，略稱為「步驟2」)、進行第1鍍覆處理形成鍍層11之步驟(以下，略稱為「步驟3」)，以及於鍍層11上進行第2鍍覆處理形成塗佈層13之步驟(以下，略稱為「步驟4」)。

步驟1中使用之基材20，可列舉與耐磨耗性部件30具有之基材20相同的基材。

如圖4(a)所示，亦可於步驟1使用之基材20形成保護層 50。此保護層50無特別限定，可廣泛採用習知的保護層，例如，可採用厚度1~40μm左右之光硬化型樹脂所形成的皮膜作為保護層50。

步驟1中孔51之形成方法並無特別限定，可廣泛採用習知的方法。於基材20形成保護層50之情況下，例如，可藉由對保護層50進行遮蔽處理，於保護層50形成符合期望大小、數量及間隔之孔51。遮蔽的方法無特別限定，可廣泛採用習知的遮蔽方法，如於保護層50使用曝光法形成圖形等。例如，藉由調節遮蔽之條件，可等間隔形成所有的孔51，於此情況下，可形成具有規則配列塊狀部2之耐磨耗性皮膜10。此外，藉由調節遮蔽之條件，可設定前述角度傾斜於期望之範圍。

圖4(b)，表示如圖4(a)於已形成保護層50之基材20上進行遮蔽處理後之狀態。藉由如此之保護層50的遮蔽處理形成孔51之情況下，孔51貫通保護層50而形成，並且孔51不於基材20形成。

孔51之大小無特別限定，例如將孔51的平面視形狀視為圓形，其直徑可為20μm以上。孔51之高度(厚度)亦無限定，例如，可為1~40μm。

步驟2中，配置塊狀部2於孔51。

配置塊狀部2之方法並無特別限定。例如，配置粒子12於孔51，且在此狀態下進行電鍍，可使粒子12牢固附著於基材20上，並可形成塊狀部2。藉由此電鍍處理，粒子12與基材20之間形成鍍層。此粒子12與基材20間的鍍層為前述之第1層。

步驟2使用之粒子，係與「1.耐磨耗性皮膜」項目中說明之粒子12相同。

為了將粒子12牢固附著於孔51而形成之電鍍皮膜(前述第1層)之種類無特別限定，例如，可列舉Hv200~500之電鍍皮膜(例如，Hv200~500之鎳鍍皮膜)。

步驟2中，塊狀部2使用粒徑小於孔51半徑之粒子12而形成的情況下，塊狀部2由粒子12的集合體所形成。此外，塊狀部2使用粒徑大於孔51半徑且小於孔51直徑之粒子12而形成的情況下，塊狀部2由一個粒子12形成。

配置塊狀部2後，保護層50可視需求去除。保護層50的除去方法無特別限定，可廣泛採用習知的方法。除去保護層50，只要在步驟2後之後，可於任一步驟進行。

步驟3中，進行第1鍍覆處理形成鍍層11。具體而言，對步驟2中得到形成有塊狀部2之基材20，於塊狀部2側之面，進行第1鍍覆處理。藉此形成鍍層11。鍍層11可形成於基材20上無配置塊狀部2的所有部分。

第1鍍覆處理方法並無特別限制。作為鍍覆之方法，可使用過去習知的電鍍、無電鍍、熱浸鍍、蒸鍍等鍍覆處理。鍍覆處理方法，使用連續式、批量式中任一種皆可。

在第1鍍覆處理中，可形成各種金屬之鍍層。作為金屬的具體例，可列舉鎳、鋅、鈷、錫、銅及銀等。作為第1鍍覆處理，例如，可採用電鍍及/或無電鎳鍍處理。

藉由第1鍍覆處理，形成前述之鍍層11，塊狀部2得以更牢固地保持。此鍍層11，係具有前述第1層與第1鍍覆處理形成之層所形 成的2層構造。第1鍍覆處理形成之層，相當於前述第2層。又，鍍層11無限定於如此之2層構造，例如，亦可僅由第1鍍覆處理形成之層所形成。

第1鍍覆處理中，使塊狀部2的一部份突出第1鍍覆處理所形成之鍍層11表面而進行。例如，使塊狀部2全厚度之一半以上突出於鍍層11表面而進行第1鍍覆處理。

藉由第1鍍覆處理，第1鍍覆處理形成之鍍層11使複數的塊狀部2得以更牢固地保持於基材20上。

步驟4，係於鍍層11上進行第2鍍覆處理形成塗佈層13。

第2鍍覆處理方法並無特別限制。作為鍍覆之方法，可使用過去習知的電鍍、無電鍍、熱浸鍍、蒸鍍等鍍覆處理。鍍覆處理方法，使用連續式、批量式中任一種皆可。

第2鍍覆處理，以可容易形成塗佈層13而言，較佳為使用無電鍍處理。

第2鍍覆處理，例如，可使用樹脂、金屬等材料進行。特別是第2鍍覆處理，較佳為形成包含選自鉻、銀、聚四氟乙烯-鎳複合體、鎳、錫及銅所成群中之至少1種之鍍層。此情況下，易於得到耐磨耗性更提升之耐磨耗性皮膜10。第2鍍覆處理，較佳為使用無電鍍處理。

藉由第2鍍覆處理，塗佈層13覆蓋塊狀部2、及第1鍍覆處理形成之鍍層11。此第2鍍覆處理中，亦可使突出鍍層11之複數的塊狀部2完全被塗佈層13覆蓋而進行。

上述步驟4之後，藉由將塗佈層13進行研削加工等，在研削塗佈層13的同時，研削塊狀部2，從而可使平坦部18形成於塊狀部 2。藉此，於塊狀部2形成平坦部18，且該平坦部18配置於與塗佈層13表面之同一面上而形成耐磨耗性皮膜10。

依序藉由具以上步驟1~步驟4之製造方法，可製造本實施型態之耐磨耗性皮膜10，可於基材20上形成耐磨耗性皮膜10並得到耐磨耗性部件30。

4.滑動機構

本發明之滑動機構，係具有第1滑動部件及第2滑動部件。本發明之滑動機構中，前述第1滑動部件，係前述本發明之耐磨耗性部件。

本發明之滑動機構中，第2滑動部件並無特別限定。具體而言，第2滑動部件，只要是具有滑動面之基材，可廣泛採用習知的滑動部件。作為第2滑動部件之基材，可廣泛使用習知的基材，例如可例示，與第1滑動部件之本發明的耐磨耗性部件之基材相同的基材。

特別於第2滑動部件，較佳為由硬質金屬層覆蓋滑動面，且於前述硬質金屬層表面形成複數的溝。此情況下，由磨耗產生的前述潤滑劑易於進入第2滑動部件的溝、使其易於發揮潤滑效果，因此在滑動機構中，滑動性易於上升、耐久性亦優異。其中前述硬質金屬層，較佳為含有鉻，於此情況下，由於碳等潤滑劑特別容易進入溝中，使潤滑效果更加提升。於硬質金屬層之鉻含有量，可為50質量%以上，較佳為80質量%以上，更佳為90質量%以上，特佳為99質量%以上。

第2滑動部件，滑動面的硬度，例如，洛式硬度可為55~68，較佳為58~65。第2滑動部件，滑動面由硬質金屬層覆蓋之情況下之表面硬度，例如，洛式硬度可為50~68，較佳為64~67。

硬質金屬層表面形成之溝深度，例如，可為5~50μm。於此情況下，潤滑劑易於進入溝中，並易於發揮潤滑效果。

作為進入前述溝之潤滑劑的材料，例如，可選自碳、二硫化鉬及聚四氟乙烯所成群中至少1種，其中，特佳為碳。

【實施例】

以下，藉由實施例更具體地說明本發明，本發明並非限定於實施例之態樣。

(耐磨耗性部件)

(實施例1)

準備S50C作為基材，並於該基材上形成厚度10μm之保護層。保護層，係使用塗裝法於基材上塗佈光硬化型樹脂而形成。於此基材上之保護層使用曝光法形成圖形，並於保護層上以40μm的間隔形成直徑50μm的圓柱狀孔。孔於基材上形成島狀。

接著，使用20μm(平均一次粒子徑)之鑽石作為粒子壓至基材表面，進行鎳電鍍處理，藉由2μm之鎳鍍層將鑽石牢固附著於孔內，並於孔配置塊狀部。塊狀部以鑽石粒子的集合體形成。接著，使用一般的鍍覆條件，進行無電鎳鍍處理，形成厚度7μm之無電鎳鍍層(硬質鎳鍍層)。藉此，以鍍層保持基材20上之塊狀部。此鍍層，係前述2μm之鎳鍍層與無電解鎳鍍層(硬質鎳鍍層)所形成之2層構造。

如上述對形成鍍層之基材，進行含有聚四氟乙烯(PTFE)粒子之複合無電鎳鍍。藉此，所有的塊狀部及鍍層，由厚度為15~20μm之 塗佈層所覆蓋。接著，對塗佈層進行研削加工，削除塗佈層及塊狀部的一部份，於塊狀部形成平坦部。此平坦部，配置於與塗佈層同一面上而進行研削加工。藉此得到耐磨耗性部件。使用SEM觀察耐磨耗性部件之斷面的結果，確認到平坦部突出塗佈層高度未滿0.1μm，且平坦部與塗佈層於同一面上。

(比較例1)

準備S50C作為基材，並於此基材上以20μm(平均一次粒子徑)之鑽石作為粒子壓至基材表面，進行鎳電鍍處理，以2μm之鎳鍍層將鑽石牢固附著於基材上。接著，以一般鍍覆條件進行無電鎳鍍處理，形成厚度7μm之無電鎳鍍層(硬質鎳鍍層)。藉此，以鍍層保持基材上之複數的粒子。此鍍層，由前述2μm之鎳鍍層與無電解鎳鍍層(硬質鎳鍍層)所形成之2層構造。

對如上述形成鍍層之基材，進行含有聚四氟乙烯(PTFE)粒子之複合無電鎳鍍。藉此，所有的粒子及鍍層，由厚度15~20μm之塗佈層覆蓋，得到耐磨耗性部件。

(耐磨耗性試驗)

耐磨耗性部件之耐磨耗性試驗，使用以下條件進行。

‧耐磨耗性試驗方法：塊對環(Block-on-Ring)方法

‧荷重：20N

‧對象材料：鑄鐵(FC250)

‧迴轉數：300rpm

‧磨耗時間：1800sec

‧溫度：25℃

‧相對濕度：50%

對各實施例及比較例所得到之耐磨耗性部件，個別進行耐磨耗性試驗，並個別測定從開始到1800sec間之磨耗量(磨耗深度)及摩擦係數。

圖5，係以顯微鏡觀察實施例1所得到之耐磨耗性部件的平面照片。

圖6表示耐磨耗性試驗的結果，(a)表示磨耗深度之測定結果、(b)表示摩擦係數之測定結果。

由圖6的結果可知，實施例1所得到之耐磨耗性部件，其磨耗量(磨耗深度)以及摩擦係數，小於比較例1之耐磨耗性部件。因此，可知實施例1之耐磨耗性部件，具有即使經長時間反覆磨耗，亦可維持其優異耐磨耗性之耐磨耗性皮膜。

(滑動機構)

(實施例2)

準備S50C作為基材，並於該基材上形成厚度10μm之保護層。保護層，係使用塗裝法於基材上塗佈光硬化型樹脂而形成。於此基材上之保護層使用曝光法形成圖形，並於保護層上以200μm的間隔形成直徑80μm的圓柱狀孔。孔於基材上形成島狀。此外，孔以15°角度傾斜而形成。

接著，使用30μm(平均一次粒子徑)之鑽石作為粒子壓至基材表面，進行鎳電鍍處理，藉由5~10μm之鎳鍍層將鑽石牢固附著於孔內，並於孔配置塊狀部。塊狀部以鑽石粒子的集合體形成。接著，使用一般的 鍍覆條件，進行無電鎳鍍處理，形成厚度10~20μm之塗佈層。藉此，所有的塊狀部及鍍層，由塗佈層所覆蓋。接著，對塗佈層進行研削加工，削除塗佈層及塊狀部的一部份，於塊狀部形成平坦部。此平坦部，配置於與塗佈層同一面上進行研削加工。藉此得到第1滑動部件。使用SEM觀察第1滑動部件之斷面的結果，確認到平坦部突出塗佈層高度未滿0.1μm，且平坦部與塗佈層於同一面上。

另一方面，於基材(FC250)之表層藉由硬質鉻鍍形成厚度50μm之硬質鉻層，得到第2滑動部件。於此第2滑動部件之硬質鉻層，形成寬0.2~0.5μm、深5~50μm微小的溝，並遍及第2滑動部件的全長而形成。

用如上述得到之第1滑動部件及第2滑動部件形成滑動機構，進行耐磨耗性之評價。

(實施例3)

準備S50C作為基材，並於該基材上形成厚度10μm之保護層。保護層，係使用塗裝法於基材上塗佈光硬化型樹脂而形成。於此基材上之保護層使用曝光法形成圖形，並於保護層上以200μm的間隔形成直徑120μm的圓柱狀孔。孔於基材上形成島狀。此外，孔以15°角度傾斜而形成。

接著，使用30μm(平均一次粒子徑)之鑽石作為粒子壓至基材表面，進行鎳電鍍處理，藉由5~20μm之鎳鍍層將鑽石牢固附著於孔內，並於孔配置塊狀部。塊狀部以鑽石粒子的集合體形成。接著，使用一般的鍍覆條件，進行無電鎳鍍處理，形成厚度20~40μm之塗佈層。藉此，所有的塊狀部及鍍層，由塗佈層所覆蓋。接著，對塗佈層進行研削加工，削 除塗佈層及塊狀部的一部份，於塊狀部形成平坦部。此平坦部，配置於與塗佈層同一面上進行研削加工。藉此得到第1滑動部件。使用SEM觀察第1滑動部件之斷面的結果，確認到平坦部突出塗佈層高度未滿0.1μm，且平坦部與塗佈層於同一面上。

另一方面，於基材(FC250)之表層藉由硬質鉻鍍形成厚度50μm之硬質鉻層，得到第2滑動部件。於此第2滑動部件之硬質鉻層，形成寬0.2~0.5μm、深5~50μm微小的溝，並遍及第2滑動部件的全長而形成。

使用如上述得之第1滑動部件及第2滑動部件形成滑動機構，進行耐磨耗性之評價。

(實施例4)

除了將第2滑動部件變更為經熱處理後表面硬度於洛式硬度55~68HRC範圍內之鋼材以外，與實施例2以相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

(實施例5)

除了將第2滑動部件變更為經熱處理後表面硬度於洛式硬度55~68HRC範圍內之鋼材以外，與實施例3以相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

(比較例2)

除了參照日本特開2017-088978號公報之實施例1，於鋁基材之滑動面，將3質量%之奈米鑽石粒子(平均一次粒徑4nm、平均二次粒徑40nm)，及5質量%之聚四氟乙烯粒子，形成個別均一地分散之厚度15μm的鎳- 磷複合鍍覆，將其作為第1滑動部件使用以外，使用與實施例2相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

(比較例3)

除了參照日本特開2008-063606號公報之實施例1，使用覆蓋鑽石膜之超硬合金(WC-6%Co)基板作為第1滑動部件使用以外，使用與實施例2相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

(比較例4)

除了將第2滑動部件變更為經熱處理後表面硬度於洛式硬度55~68HRC範圍內之鋼材以外，使用與比較例2相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

(比較例5)

除了將第2滑動部件變更為經熱處理後表面硬度於洛式硬度55~68HRC範圍內之鋼材以外，使用與比較例3相同方法形成滑動機構，並進行耐磨耗性評價。

實施例2~5及比較例2~5的滑動機構之耐磨耗性試驗，使用以下條件進行。

‧耐磨耗性試驗方法：塊對環(Block-on-Ring)方法

‧荷重：30~180N

‧迴轉數：300rpm

‧磨耗時間：1800sec

‧溫度：25℃

‧相對濕度：50%

圖7，說明實施例2~5所得之滑動機構中，第1滑動部件的概略之代表圖，(a)表示實施例2及4的第1滑動部件，(b)表示實施例3及5的第1滑動部件。圖7(a)中，L=200μm、D=80μm，圖7(b)中，L=200μm、D=120μm。

圖8，表示實施例2、3及比較例2、3的滑動機構於油環境下的摩擦磨耗試驗結果。圖9，表示實施例2、3及比較例2、3的滑動機構於乾燥環境下的摩擦磨耗試驗結果。油環境下之條件，預先將出光公司製「DAPHNE MECHANIC OIL 32」2mL滴入耐磨耗性試驗裝置內之儲油部分，並使第2滑動部件空轉，使油接觸部件表面全體，以此製作滑動機構。

由圖8、9可知，無論於油環境下或乾燥環境下，實施例2、3之滑動機構比起比較例2、3之滑動機構，具有較優異之耐磨耗性。

圖10，表示實施例4、5及比較例4、5的滑動機構於油環境下的摩擦磨耗試驗結果。圖11，表示實施例4、5及比較例4、5的滑動機構於乾燥環境下的摩擦磨耗試驗結果。

由圖10、11可知，無論於油環境下或乾燥環境下，實施例4、5之滑動機構比起比較例4、5之滑動機構，具有較優異之耐磨耗性。

圖12，表示實施例3於乾燥條件下試驗後之第2滑動部件表面的放大SEM影像(圖12(a))；圖12(a)之影像中碳元素之映射影像(圖12(b))。由圖12可知，可於第2滑動部件表面形成之0.2~0.5μm微細的溝中，配置許多微細的碳。此碳元素源自鑽石粒子，經磨耗後產生。由此可推知，藉由碳保持於溝中，可發揮碳作為固體潤滑劑之功能，使滑動機構 的潤滑特性更加上升。

圖13，關於實施例2、3及比較例2、3之滑動機構，使用荷重150N、迴轉數300rpm之條件，於油環境下進行最久60小時之摩擦磨耗試驗的結果。由圖13可知，實施例2、3的滑動機構即使進行60小時試驗，摩擦係數變動不大，約為0.05左右。另一方面，比較例2、3於前期超過摩擦係數0.1。

2:塊狀部

10:耐磨耗性皮膜

11:鍍層

12:粒子

13:塗佈層

18:平坦部

20:基材

30:耐磨耗性部件

Claims (8)

1. 一種耐磨耗性皮膜，其特徵係其具有：鍍層、複數的塊狀部、及塗佈層；依序積層前述鍍層以及前述塗佈層；前述複數的塊狀部，係個別由一個粒子及/或粒子的集合體形成；前述複數的塊狀部，係藉由前述鍍層保持，並且，突出於前述鍍層而設置；前述塗佈層，覆蓋前述鍍層表面而形成；前述複數的塊狀部，係形成平坦部且該平坦部配置於與前述塗佈層表面之同一面上；前述粒子，係包含選自鑽石粒子、碳粒子、聚四氟乙烯粒子及二硫化鉬粒子所成群中之1種以上；前述塗佈層，係包含選自鉻、銀、聚四氟乙烯-鎳複合體、鎳、鎳-磷、錫及銅所成群中之至少1種。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之耐磨耗性皮膜，其中，前述複數的塊狀部，係個別距離所既定的間隔而配置。
3. 一種耐磨耗性部件，其特徵係其具有申請專利範圍第1或2項所記載之耐磨耗性皮膜、及基材；前述基材，係用前述耐磨耗性皮膜覆蓋；前述耐磨耗性皮膜，係前述鍍層側牢固附著於前述基材。
4. 一種耐磨耗性部件的製造方法，其係申請專利範圍第3項所記載之耐磨耗性部件之製造方法，其特徵係其依序具有：設置用於配置前述複數的塊狀部於前述基材上之孔之步驟； 配置前述複數的塊狀部於前述孔之步驟；進行第1鍍覆處理，形成前述鍍層之步驟；及進行第2鍍覆處理，於前述鍍層上形成前述塗佈層，並於研削加工前述塗佈層的同時研削前述複數的塊狀部而形成前述平坦部之步驟。
5. 一種滑動機構，其係具有第1滑動部件及第2滑動部件，其特徵係，前述第1滑動部件，係申請專利範圍第3項所記載之耐磨耗性部件。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之滑動機構，其中，前述第2滑動部件之滑動面用硬質金屬層覆蓋，並且，於前述硬質金屬層表面形成複數的溝。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之滑動機構，其中，前述溝的深度為5~50μm。
8. 如申請專利範圍第6或7項所記載之滑動機構，其中，前述硬質金屬層含有鉻。

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