WO2019078052A1 - 摺動部材およびピストンリング - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sliding member having a hard carbon film which achieves both high peel resistance and high abrasion resistance, and a piston ring made of the sliding member.
- the present invention even when the thickness is 3 ⁇ m or more, it is possible to obtain a sliding member having a hard carbon film in which high peel resistance and high abrasion resistance are compatible. Further, according to the present invention, a piston ring composed of the sliding member can be obtained.
- HIT it is preferable to make HIT into 15 GPa or more and 50 GPa or less. If it is 15 GPa or more, sufficient strength can be obtained. Moreover, if it is 50 GPa or less, there is no possibility that the film exhibits brittle characteristics, and a film excellent in abrasion resistance can be obtained.
- HM is preferably 6 GPa or more and 20 GPa or less. If it is 6 GPa or more, the compactness can be increased, and thus a film excellent in peel resistance can be obtained. If the thickness is 20 GPa or less, there is no risk of the film peeling even if the film thickness is increased.
- indentation hardness (HIT)” and “martens hardness (HM)” in the present specification are based on the nano-indentation hardness test method defined in the international standard ISO14577. Specifically, a diamond indenter whose tip shape is a regular triangular pyramid (Berkobitch type) is pressed into the surface of the film, and the load applied to the indenter and the displacement of the indenter are continuously acquired at that time to obtain a "load-displacement curve". . After that, the indentation hardness (HIT) and the Martens hardness (HM) are determined based on the calculation method described in ISO14577.
- An intermediate layer of one or more materials selected from nitrides may be provided.
- the thickness of the intermediate layer is preferably 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less, and more preferably 0.02 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less. If it is 0.01 ⁇ m or more, the adhesion of the hard carbon film can be enhanced, and if it is 0.6 ⁇ m or less, the intermediate layer is less likely to cause plastic flow during sliding, and the hard carbon film is less likely to peel off. is there.
- the intermediate layer can be formed on the substrate, for example, by suitably using any or known PVD (physical vapor deposition) method.
- sliding member 100 sliding member 10 base 12 hard carbon film (DLC film) 12A Sliding surface 200 Piston ring 20 Outer peripheral surface 22 Inner peripheral surface 24A, 24B Upper and lower surfaces 30 Drum 32 Test piece
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Abstract
厚さを3μm以上としても、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させた硬質炭素皮膜を有する摺動部材を提供する。 本発明の摺動部材100は、基材10と、基材10の上に形成された、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上の硬質炭素皮膜12と、を有し、硬質炭素皮膜12のマルテンス硬さをHMとし、インデンテーション硬さをHITとして、HM/HITが0.40以上であることを特徴とする。
Description
本発明は、高い耐剥離性と高い耐摩耗性を両立させた硬質炭素皮膜を有する摺動部材、および当該摺動部材からなるピストンリングに関する。
ピストンリングなどの摺動部材では、基材にダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond Like Carbon)皮膜といった硬質炭素皮膜を被覆することによって、硬度と耐摩耗性を高めることが一般的に行われている。
特許文献1には、高硬度で耐摩耗性に優れたDLC皮膜を有する摺動部材を提供することを目的の一つとして、基材と、該基材の上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された厚さが0.5~5μmで、水素含有量が5原子%以下、好ましくは2原子%以下のDLC皮膜と、を有する摺動部材が記載されている。特許文献1では、皮膜のインデンテーション硬さを20~70GPaにすることが好ましく、皮膜の欠けや剥離を抑制するために、皮膜のヤング率を60GPa以上にすることが好ましいとしている。
特許文献2には、耐摩耗性に富んだDLC皮膜を有する摺動部材を提供することを目的の一つとして、基材と、該基材の上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された厚さが0.15~6.0μmのDLC皮膜と、を有する摺動部材が記載されている。特許文献2には、皮膜のヤング率が180GPaを超えると皮膜の割れや剥離が発生しやすくなり、皮膜のヤング率が50GPa未満であると摺動時の耐荷重性が低下することが記載されており、また皮膜の表面硬度を20~140GPaにすることが好ましいと記載されている。
特許文献1,2では、高硬度で耐摩耗性に優れるDLC皮膜を得るべく、応力が加わった時の歪みを考慮したヤング率や、塑性変形を考慮したインデンテーション硬さを所定の範囲に調整している。ところが、耐久性の観点から皮膜が厚膜化する傾向にある近年、ヤング率やインデンテーション硬さのそれぞれに着目したのみでは、皮膜を3μm以上としたときに、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させるという点において改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑み、厚さを3μm以上としても、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させた硬質炭素皮膜を有する摺動部材を提供することを目的とする。また、本発明は、当該摺動部材からなるピストンリングを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、皮膜の水素含有量を3原子%以下に抑制するのに有効なイオンプレーティング法を用いて、厚さが3μm以上の硬質炭素皮膜を基材上に形成する実験を行った。その結果、緻密性が高い皮膜ほど耐剥離性と耐摩耗性が高くなっていることが判明した。この実験結果に基づき、皮膜の耐摩耗性を高めるには、緻密性と相関がある弾性変形を考慮したマルテンス硬さに着目することが重要であるのではないかという着想を得た。そして、さらなる検討を進めたところ、マルテンス硬さ(HM)とインデンテーション硬さ(HIT)の比(HM/HIT)を0.40以上とすることで、耐剥離性と耐摩耗性に優れる皮膜が得られることを知見した。
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)基材と、該基材の上に形成された、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上の硬質炭素皮膜と、を有する摺動部材であって、
前記硬質炭素皮膜のマルテンス硬さをHMとし、インデンテーション硬さをHITとして、HM/HITが0.40以上であることを特徴とする摺動部材。
(1)基材と、該基材の上に形成された、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上の硬質炭素皮膜と、を有する摺動部材であって、
前記硬質炭素皮膜のマルテンス硬さをHMとし、インデンテーション硬さをHITとして、HM/HITが0.40以上であることを特徴とする摺動部材。
(2)前記HITは、15GPa以上50GPa以下である、上記(1)に記載の摺動部材。
(3)前記硬質炭素皮膜の膜厚は、5μm以上である、上記(1)又は(2)に記載の摺動部材。
(4)前記硬質炭素皮膜の表面粗さRaが0.12μm以下である、上記(1)~(3)のいずれか一つに記載の摺動部材。
(5)前記基材と前記硬質炭素皮膜との間に、Cr、Ti、Co、V、Mo、及びW、並びにそれらの炭化物、窒化物、及び炭窒化物から選択された一つ以上の材料からなる中間層を有する、上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の摺動部材。
(6)上記(1)~(5)のいずれか一つに記載の摺動部材からなるピストンリング。
本発明によれば、厚さを3μm以上としても、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させた硬質炭素皮膜を有する摺動部材を得ることができる。また、本発明によれば、当該摺動部材からなるピストンリングを得ることができる。
以下、図1,2を参照して、本発明の摺動部材およびピストンリングの一実施形態を説明する。
(摺動部材)
図1を参照して、本実施形態による摺動部材100は、基材10と、基材10の上に形成された硬質炭素皮膜12と、を有する。
図1を参照して、本実施形態による摺動部材100は、基材10と、基材10の上に形成された硬質炭素皮膜12と、を有する。
[基材]
本実施形態における基材10は、摺動部材として必要な強度を有するものであれば特に限定されないが、例えば鉄、鋳鉄、超硬合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金など導電性を有する材料が挙げられる。さらに、基材10に対して、窒化クロムや窒化チタンなど金属窒化物、金属炭窒化物、金属炭化物などの硬質皮膜やめっき処理、鉄系材料の場合は焼入焼戻しなどの硬化処理、窒化処理を施してもよい。例えば、ピストンリングには、従来から適用されているマルテンサイト系ステンレス鋼、バネ鋼、炭素鋼などを用いることが好ましい。
本実施形態における基材10は、摺動部材として必要な強度を有するものであれば特に限定されないが、例えば鉄、鋳鉄、超硬合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金など導電性を有する材料が挙げられる。さらに、基材10に対して、窒化クロムや窒化チタンなど金属窒化物、金属炭窒化物、金属炭化物などの硬質皮膜やめっき処理、鉄系材料の場合は焼入焼戻しなどの硬化処理、窒化処理を施してもよい。例えば、ピストンリングには、従来から適用されているマルテンサイト系ステンレス鋼、バネ鋼、炭素鋼などを用いることが好ましい。
[硬質炭素皮膜]
本実施形態における硬質炭素皮膜12は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond Like Carbon)皮膜12である。
本実施形態における硬質炭素皮膜12は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond Like Carbon)皮膜12である。
DLC皮膜12の水素含有量は3原子%以下である。水素含有量が3原子%を超えると、十分な硬度と耐摩耗性が得られないからである。水素含有量は、HFS(Hydrogen Forward Scattering)法などを用いて測定することができる。
DLC皮膜の厚さは3μm以上である。厚さが3μm未満であると、十分な耐久性が得られないからある。DLC皮膜の厚さは5μm以上であることがより好ましい。なお、DLC皮膜の厚さは、厚くなるほど長時間の成膜時間を要するので、生産性の観点から30μm以下とすることが好ましい。皮膜の厚さは、皮膜の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)にて観察することによって求めることができる。
DLC皮膜12のマルテンス硬さをHMとし、インデンテーション硬さをHITとしたとき、これらの比であるHM/HITは0.40以上である。本実施形態では、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上のDLC皮膜において、HM/HITが0.40以上であることが重要である。以下では、その技術的意義を述べる。
本発明者らは、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上のDLC皮膜において、緻密性が高い皮膜ほど耐剥離性と耐摩耗性が高くなっているという既述の実験結果に基づいて、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させるためには、緻密性と強い相関があると考えられる弾性変形を考慮したマルテンス硬さに着目することが重要であるとの着想を得た。すなわち、インデンテーション硬さ(HIT)は、ビッカース硬さなどと同様な塑性変形に基づく硬さ(塑性硬さ)の指標であり、皮膜自体の引張り強度(皮膜強度)と相関があると考えられる。一方で、マルテンス硬さ(HM)は、弾性変形も考慮した弾塑性変形に基づく硬さ(弾塑性硬さ)であり、皮膜の剛性や皮膜内部の圧縮残留応力の影響を大きく受ける。ここで、緻密性が高いほど、剛性や圧縮残留応力は高くなる傾向にある。そして、皮膜の耐摩耗性は、基本的には塑性硬さを高くすることが重要であるが、塑性硬さが過剰に高いと脆性的な特性を示すようになりやすく、極微小なクラックを基点として摩耗量が多くなりやすい。また、皮膜の剥離は、皮膜自体の弾塑性変形によって発生したクラックを基点として発生する。摺動環境が応力一定の作用系か歪み一定の作用系かによって、皮膜の最適な剛性領域は変わり、一般的な摺動環境では、応力一定の作用系が多いので、皮膜の剛性が高いほうがクラックの発生を抑制することができ、耐剥離性に優れることが多い。以上のように、摺動部材として良好な特性を発揮するためには、皮膜の剛性や残留応力と強い相関があると考えられる緻密性の指標としてのマルテンス硬さ(HM)と、皮膜の強度と相関がある塑性硬さの指標としてのインデンテーション硬さ(HIT)とのバランスが重要であることを知見した。なお、インデンテーション硬さ(HIT)も、皮膜の剛性や残留応力と強い相関がある緻密性の影響を多少は受けるが、その影響はマルテンス硬さ(HM)に対する影響ほど大きくない。そこで、これらを実験的に検討した結果、HM/HITを0.40以上とすることにより、高い耐剥離性と高い耐摩耗性を両立させた皮膜が得られることが分かった。HM/HITを0.40以上0.55以下とするとより好ましい。
なお、HITは、15GPa以上50GPa以下とすることが好ましい。15GPa以上であれば、十分な強度を得ることができる。また、50GPa以下であれば、皮膜が脆性的な特性を示すおそれもなく、耐摩耗性に優れた皮膜が得られる。また、HMは、6GPa以上20GPa以下とすることが好ましい。6GPa以上であれば、緻密性を高くすることができるので、耐剥離性に優れた皮膜が得られる。20GPa以下であれば、膜厚を厚くしても皮膜が剥離するおそれもない。
本明細書における「インデンテーション硬さ(HIT)」および「マルテンス硬さ(HM)」は、国際規格ISO14577に規定されているナノインデンテーション硬さ試験法に基づくものである。具体的には、先端形状が正三角錐(バーコビッチ型)のダイヤモンド圧子を皮膜の表面に押し込み、その際に圧子にかかる荷重と圧子の変位を連続的に取得し、「荷重-変位曲線」を得る。その後、ISO14577に記載の算出法に基づき、インデンテーション硬さ(HIT)とマルテンス硬さ(HM)を求める。なお、皮膜下地の基材の影響を避けるためダイヤモンド圧子の最大押し込み深さを膜厚の1/10以下となるように押し込み荷重を設定する。また、試験の前処理として、試験箇所に対して鏡面研磨を施すことにより試験値のばらつきを押さえる。
このような特性を有するDLC皮膜12は、例えばカーボンターゲットを用いた真空アーク放電によるイオンプレーティング法によって、基材10の上に形成することができる。以下では、DLC皮膜12の形成方法を説明する。
一般的に、イオンプレーティング法では、1×10-1Pa以下の真空雰囲気において、真空アーク放電を利用してカーボンカソードを蒸発させて、イオン化させることにより、負のバイアス電圧を印加した基材10の表面にイオン化したカーボンを堆積させる。これにより、基材10の上にDLC皮膜12が形成される。イオンプレーティング法によれば、メタンなどの水素を含む炭化物を原料として用いる化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法とは異なり、原料に水素が含まれないので、皮膜の水素含有量を3原子%以下に抑制することができる。なお、イオンプレーティング法は、蒸発時にイオン化しないカーボンを磁気フィルターによってトラップ除去するいわゆるFCVA法(Filtered Cathodic Vacuum Arc)も含む。ここで、HM/HITの値は磁気フィルターの有無には依存しない。
本実施形態では、HM/HITを0.40以上とすることが重要であり、これはバイアス電圧とアーク放電電流を以下の範囲から調整することによって実現することができる。バイアス電圧は-50V以上0V以下とする。バイアス電圧が-50V未満であると、HITの増加量に対してHMの増加量が小さくなる傾向を示し、HM/HITが0.40未満になってしまう。また、アーク放電電流は50A以上200A以下とする。50A未満の場合、緻密なDLC皮膜を形成することができないので、HITの増加量に対してHMの増加量が小さくなり、HM/HITが0.40未満になってしまう。アーク放電電流を200A以下とし、かつ適切な放電休止を実施することにより基材温度の上昇を防ぐことで、DLC皮膜の硬度が低下するおそれもなく、HITを15GPa以上、HMを6GPa以上にすることができる。ここで、バイアス電圧が-50V以上0V以下を満たし、かつアーク放電電流が50A以上200A以下を満たす範囲では、バイアス電圧の絶対値を増加させるとHM/HITが減少し、アーク放電電流を増加させるとHM/HITが増加する。なお、基材の温度は100℃以上230℃以下とすることが好ましい。
DLC皮膜12の厚さは、アーク放電時間によって制御することができる。
以上、本実施形態を例にして、本発明の摺動部材を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲において適宜変更を加えることができる。
例えば、基材に対する硬質炭素皮膜の密着性を高めるために、基材と硬質炭素皮膜との間に、Cr、Ti、Co、V、Mo、及びW、並びにそれらの炭化物、窒化物、及び炭窒化物から選択された一つ以上の材料からなる中間層を設けてもよい。中間層の厚さは、0.01μm以上0.6μm以下であることが好ましく、0.02μm以上0.5μm以下であることがより好ましい。0.01μm以上であれば、硬質炭素皮膜の密着性を高めることができ、0.6μm以下であれば、摺動時に中間層が塑性流動を起こしにくく、硬質炭素皮膜が剥離しにくくなるからである。中間層は、例えば、任意または公知のPVD(physical vapor deposition)法を好適に用いることによって基材上に形成することができる。
また、摺動時に相手材の摩耗量をより抑制する観点から、DLC皮膜12の表面粗さRaを0.12μm以下とすることが好ましい。このような表面粗さは、DLC皮膜の表面に対して、任意または公知のラッピング加工を施すことで実現することができる。なお、本明細書における「表面粗さRa」とは、JIS B 0601(2001)に規定の算術平均粗さRaを意味する。
(ピストンリング)
図2を参照して、本発明の一実施形態によるピストンリング200は、上記の摺動部材100からなるものであり、その外周面20が図1に示すDLC皮膜の表面12Aとなる。ピストンリング200は、摺動面となる外周面20が高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させたDLC皮膜の表面12Aとなっているので、高負荷の摺動環境下でも耐剥離性と耐摩耗性に優れる。なお、ピストンリングの内周面22および上下面24A,24Bは、図1に示す構造とする必要はない。
図2を参照して、本発明の一実施形態によるピストンリング200は、上記の摺動部材100からなるものであり、その外周面20が図1に示すDLC皮膜の表面12Aとなる。ピストンリング200は、摺動面となる外周面20が高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させたDLC皮膜の表面12Aとなっているので、高負荷の摺動環境下でも耐剥離性と耐摩耗性に優れる。なお、ピストンリングの内周面22および上下面24A,24Bは、図1に示す構造とする必要はない。
本発明の一実施形態による摺動部材100は、ピストンリング以外にも、例えば自動車などの内燃機関の動弁部品であるバルブリフター及びシム、内燃機関の部品であるピストンピン、コンプレッサー並びに油圧ポンプ用のベーンなどにも適用することができる。
各発明例および比較例について、図2に示すピストンリングの外周面が表1に示すDLC皮膜の表面となるように、以下の条件でピストンリングを作製した。
各発明例および比較例において、公知のPVD法を用いて、呼称径90mm、厚さ2.9mm、幅1.2mmの寸法からなるシリコンクロム鋼の基材上にクロムからなる厚さ0.4μmの中間層を形成した。次に、1×10-1Pa以下の真空雰囲気にて、カーボンターゲットを用いた真空アーク放電によるイオンプレーティング法を用いて、バイアス電圧、アーク放電電流、及びアーク放電時間を既述の範囲から適宜調整することによって、表1に示すDLC皮膜を中間層の上に形成した。ただし、比較例4についてのみ、炭化水素ガスを導入しながらカーボンスパッタ法によるDLC成膜を実施した。
(評価方法および評価結果の説明)
各発明例および比較例において、DLC皮膜の厚さ、表面粗さ、HM、及びHITを既述の方法により得た。ナノインデンテーション硬さ試験機はエリオニクス社製ENT-1100aを用いた。また、HMとHITの試験値を用いてHM/HITを算出した。なお、HMとHITの試験では、発明例1~6,8及び比較例1~4は押し込み荷重を50mNとし、発明例7及び比較例5は押し込み荷重を6mNとすることによって、ダイヤモンド圧子の最大押し込み深さを膜厚の1/10以下になるようにした。
各発明例および比較例において、DLC皮膜の厚さ、表面粗さ、HM、及びHITを既述の方法により得た。ナノインデンテーション硬さ試験機はエリオニクス社製ENT-1100aを用いた。また、HMとHITの試験値を用いてHM/HITを算出した。なお、HMとHITの試験では、発明例1~6,8及び比較例1~4は押し込み荷重を50mNとし、発明例7及び比較例5は押し込み荷重を6mNとすることによって、ダイヤモンド圧子の最大押し込み深さを膜厚の1/10以下になるようにした。
また、各発明例および比較例において、以下の方法によりDLC皮膜の水素含有量を評価した。DLC皮膜の水素含有量の評価は、平坦または曲率半径が十分に大きく測定上平面とみなせる領域に形成されたDLC皮膜に対しては、RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry)/HFS(Hydrogen Forward Spectrometry)によって評価することができる。これに対して、ピストンリングの外周面など平坦でない領域に形成されたDLC皮膜に対しては、RBS/HFとSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)を組み合わせることによって評価する。RBS/HFSは公知の皮膜組成の分析方法であるが、平坦でない面の分析には適用できないので、以下のようにしてRBS/HFSとSIMSを組み合わせる。
まず、平坦な面を有する基準試料として、鏡面研磨した平坦な試験片(焼入処理を施したSKH51ディスク、φ25×厚さ5mm、硬さHRC60~63)に、基準値の測定対象となるDLC皮膜を既述の方法で形成する。次に、これらの水素含有量をRBS/HFSで評価する。一方、各発明例および比較例のDLC皮膜をSIMSで分析し、水素の二次イオン強度を測定する。なお、SIMS分析は、ピストンリングの外周面のように平坦でない面に形成された皮膜でも行うことができる。次に、基準試料と同一の皮膜について、RBS/HFSによって得られた水素含有量(単位:原子%)と、SIMSによって得られた水素の二次イオン強度の比率との関係を示す実験式(計量線)を求める。このようにすることで、実際のピストンリングの外周面について測定したSIMSの水素の二次イオン強度から、水素含有量を算出することができる。なお、SIMSによる二次イオン強度の値は、少なくとも皮膜表面から20nm以上の深さ、且つ50nm四方の範囲において観測された水素の二次イオン強度の平均値を採用する。このようにして算出したDLC皮膜の水素含有量を表1に示す。なお、表1に示す「3原子%以下」とは、実際の分析値はすべて1原子%以下であったが、測定誤差を考慮して「3原子%以下」と表記したものである。
また、各発明例および比較例において、以下の方法により耐摩耗性と耐剥離性を評価した。すなわち、実機試験の剥離や摩耗を迅速に再現することができる評価としてすべり疲労試験を行った。図3に試験機の概略を示す。すべり疲労試験では、回転するドラム30と摺動する試験片32に繰り返し荷重を加えることで、比較的短時間で皮膜の耐剥離性と耐摩耗性を確認することができる。ここで、試験片32は、各発明例および比較例におけるピストンリングの外周面の一部が当該すべり疲労試験における摺動面となるように、各ピストンリングを切断して得たものである。試験前後の試験片32の摺動面の摩耗深さを測定することにより、耐摩耗性を評価した。また、光学顕微鏡で試験片32の摺動面における剥離の有無を観察することにより、耐剥離性を評価した。評価結果を表1に示す。なお、試験条件は次のとおりとした。
荷重:20~196N、サインカーブ50Hz
相手材(ドラム):直径80mmのSUJ2材
摺動速度:正転逆転パターン運転(±7m/s)、速度±7m/sで20s保持
加速度:0.23m/s2
潤滑剤:無添加モーターオイル、0.1cc/min
温度:ドラム表面温度80℃
試験時間:1時間
荷重:20~196N、サインカーブ50Hz
相手材(ドラム):直径80mmのSUJ2材
摺動速度:正転逆転パターン運転(±7m/s)、速度±7m/sで20s保持
加速度:0.23m/s2
潤滑剤:無添加モーターオイル、0.1cc/min
温度:ドラム表面温度80℃
試験時間:1時間
DLC皮膜の水素含有量が本発明の範囲を満足しない比較例4、及び皮膜厚さが本発明の範囲を満足しない比較例5は、摩耗深さが深く耐摩耗性に劣っていた。特に、これらはDLC皮膜と中間層が摩滅し、基材の一部が摩耗した。また、比較例1~3は、DLC皮膜の水素含有量および厚さのいずれもが本発明の範囲を満足していても、HM/HITが0.40未満であったため、発明例1~8に比べて摩耗深さが深く耐摩耗性に劣っていた。また、比較例1~3と比較例5は摺動部に微小剥離が確認された。さらに、DCL皮膜の水素含有量、厚さがほぼ同じである発明例2と比較例1を比較すると、HM/HITが0.40以上の発明例2のほうが0.40未満の比較例1に比べて、摩耗深さを顕著に抑制することができ、かつ剥離は発生していなかった。同様に、DCL皮膜の水素含有量、厚さがほぼ同じである発明例3と比較例3とを比較すると、HM/HITが0.40以上の発明例3では、摩耗深さを顕著に抑制することができ、かつ剥離も発生していなかったのに対して、0.40未満の比較例3では、DLC皮膜が摩滅し、基材の一部が露出しており、かつ皮膜の残存部には微小剥離が存在していた。
本発明によれば、厚さを3μm以上としても、高い耐剥離性と高い耐摩耗性とを両立させた硬質炭素皮膜を有する摺動部材を得ることができる。また、本発明によれば、当該摺動部材を備えるピストンリングを得ることができる。
100 摺動部材
10 基材
12 硬質炭素皮膜(DLC皮膜)
12A 摺動面
200 ピストンリング
20 外周面
22 内周面
24A,24B 上下面
30 ドラム
32 試験片
10 基材
12 硬質炭素皮膜(DLC皮膜)
12A 摺動面
200 ピストンリング
20 外周面
22 内周面
24A,24B 上下面
30 ドラム
32 試験片
Claims (6)
- 基材と、該基材の上に形成された、水素含有量が3原子%以下および厚さが3μm以上の硬質炭素皮膜と、を有する摺動部材であって、
前記硬質炭素皮膜のマルテンス硬さをHMとし、インデンテーション硬さをHITとして、HM/HITが0.40以上であることを特徴とする摺動部材。 - 前記HITは、15GPa以上50GPa以下である、請求項1に記載の摺動部材。
- 前記硬質炭素皮膜の厚さは、5μm以上である、請求項1又は2に記載の摺動部材。
- 前記硬質炭素皮膜の表面粗さRaが0.12μm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 前記基材と前記硬質炭素皮膜との間に、Cr、Ti、Co、V、Mo、及びW、並びにそれらの炭化物、窒化物、及び炭窒化物から選択された一つ以上の材料からなる中間層を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の摺動部材からなるピストンリング。
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