JPH07101789A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- JPH07101789A JPH07101789A JP26545693A JP26545693A JPH07101789A JP H07101789 A JPH07101789 A JP H07101789A JP 26545693 A JP26545693 A JP 26545693A JP 26545693 A JP26545693 A JP 26545693A JP H07101789 A JPH07101789 A JP H07101789A
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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硬質皮膜２が形成さ
れ、しかも該皮膜２上に皮膜２を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層５が
形成されている。
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硬質皮膜２が形成さ
れ、しかも該皮膜２上に皮膜２を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層５が
形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基体表面上に皮膜を
有する摺動部材に関する。
有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
に優れる元素を打ち込んで表面改質層を形成し、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
に優れる元素を打ち込んで表面改質層を形成し、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が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に前記皮膜を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層が形
成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が形成さ
れ、しかも前記皮膜上に前記皮膜を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層が形
成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、前記表面改
質層が前記皮膜を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，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。
質層が前記皮膜を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，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。
【０００９】また、この摺動部材において、前記表面改
質層が前記皮膜を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１
種以上の元素、及びＡｒ，Ｎ，Ｃの少なくとも１種以上
の元素と０族の元素から構成されているものである。
質層が前記皮膜を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１
種以上の元素、及びＡｒ，Ｎ，Ｃの少なくとも１種以上
の元素と０族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、前記表面改
質層中の０族の元素が前記皮膜から表面に向かって濃度
勾配が大きくなっているものである。
質層中の０族の元素が前記皮膜から表面に向かって濃度
勾配が大きくなっているものである。
【００１１】
【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４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素及びＳ
ｉ又はＡｌの炭化物、窒化物又は硼化物を母相し且つＨ
ｖ８００以上の硬度を有する皮膜が形成され、しかも前
記皮膜上に前記皮膜を構成する元素と４ａ族、５ａ族、
６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の元素の少なく
とも１種以上の元素を含む表面改質層が形成されている
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、前記表面改質層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
物を前記皮膜にイオンビームによるスパッタ等で注入す
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４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素及びＳ
ｉ又はＡｌの炭化物、窒化物又は硼化物を母相し且つＨ
ｖ８００以上の硬度を有する皮膜が形成され、しかも前
記皮膜上に前記皮膜を構成する元素と４ａ族、５ａ族、
６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の元素の少なく
とも１種以上の元素を含む表面改質層が形成されている
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、前記表面改質層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
物を前記皮膜にイオンビームによるスパッタ等で注入す
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。
【００１２】
【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族又は６ａ族の元素のうち少なくとも１種以上
の元素及びＳｉ又はＡｌの炭化物、窒化物又は硼化物の
うち少なくとも１種以上を母相とする皮膜２が形成され
ており、しかも皮膜２上に皮膜２を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層５が
形成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族又は６ａ族の元素のうち少なくとも１種以上
の元素及びＳｉ又はＡｌの炭化物、窒化物又は硼化物の
うち少なくとも１種以上を母相とする皮膜２が形成され
ており、しかも皮膜２上に皮膜２を構成する元素と４ａ
族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族の
元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層５が
形成されているものである。
【００１３】この摺動部材において、表面改質層５は、
皮膜２を構成する元素とＦｅ，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。更に、表面改質
層５は、皮膜２を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１
種以上の元素、及びＡｒ，Ｎ，Ｃの少なくとも１種以上
の元素と０族の元素から構成されているものである。更
に、表面改質層５中の０族の元素は、図２に示すよう
に、皮膜２から表面改質層５の表面７に向かって濃度勾
配が大きくなっているものである。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ＴｉＮ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改質層５の表面７
からのイオンの注入深さ（μｍ）に対するＴｉ，Ｏ，Ｆ
ｅの組成比が示されている。
皮膜２を構成する元素とＦｅ，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。更に、表面改質
層５は、皮膜２を構成する元素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１
種以上の元素、及びＡｒ，Ｎ，Ｃの少なくとも１種以上
の元素と０族の元素から構成されているものである。更
に、表面改質層５中の０族の元素は、図２に示すよう
に、皮膜２から表面改質層５の表面７に向かって濃度勾
配が大きくなっているものである。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ＴｉＮ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改質層５の表面７
からのイオンの注入深さ（μｍ）に対するＴｉ，Ｏ，Ｆ
ｅの組成比が示されている。
【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のコーティングした硬化膜即ち
皮膜２の上に、最初にＡｒ＋（ここで、“＋”はプラス
イオンを表し、以下、アルゴンプラスイオンをＡｒ＋で
表示する）のイオンビームによってスパッタされ、次い
でＯ＋（ここで“＋”はプラスイオンを表し、以下、酸
素プラスイオンをＯ＋で表示する）のイオンビームによ
ってスパッタリングされたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上
の元素をＡｒ＋のイオンビームをアシストとして注入即
ち打ち込んだ。
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のコーティングした硬化膜即ち
皮膜２の上に、最初にＡｒ＋（ここで、“＋”はプラス
イオンを表し、以下、アルゴンプラスイオンをＡｒ＋で
表示する）のイオンビームによってスパッタされ、次い
でＯ＋（ここで“＋”はプラスイオンを表し、以下、酸
素プラスイオンをＯ＋で表示する）のイオンビームによ
ってスパッタリングされたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上
の元素をＡｒ＋のイオンビームをアシストとして注入即
ち打ち込んだ。
【００１６】図１において、表面改質層５における符号
３で示す黒塗り粒子はスパッタされたイオンを示し、ま
た、符号４で示す白丸の粒子はアシストイオンを示して
いる。また、表面改質層５におけるその他の部分は皮膜
２に含まれる元素を有した母相を示している。
３で示す黒塗り粒子はスパッタされたイオンを示し、ま
た、符号４で示す白丸の粒子はアシストイオンを示して
いる。また、表面改質層５におけるその他の部分は皮膜
２に含まれる元素を有した母相を示している。
【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と表面改質層５
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 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１、表２、表３及び表４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と表面改質層５
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 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１、表２、表３及び表４に示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【００１８】表１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
比摩耗量も示されている。表２は、皮膜２即ち硬化膜が
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摩耗量を示
しており、Ｓｉ3 Ｎ4ピンについての比摩耗量も示され
ている。また、表３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試験片に
ついての摩擦係数と摩耗量を示しており、鋳鉄ピンにつ
いての比摩耗量も示されている。表４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
た場合の試験片についての摩擦係数と摩耗量を示してお
り、鋳鉄ピンについての比摩耗量も示されている。
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
比摩耗量も示されている。表２は、皮膜２即ち硬化膜が
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摩耗量を示
しており、Ｓｉ3 Ｎ4ピンについての比摩耗量も示され
ている。また、表３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試験片に
ついての摩擦係数と摩耗量を示しており、鋳鉄ピンにつ
いての比摩耗量も示されている。表４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
た場合の試験片についての摩擦係数と摩耗量を示してお
り、鋳鉄ピンについての比摩耗量も示されている。
【００１９】各試験片に対する摺動試験を行った結果を
示す表１、表２、表３及び表４を考慮すると、表１及び
表２から分かるように、基体１に皮膜２の表面硬化膜を
コーティングし且つイオン注入を行って表面改質層５を
形成した摺動試験片は、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３及
び表４から分かるように、基体１に皮膜２の表面硬化膜
をコーティングし且つイオン注入を行って表面改質層５
を形成した摺動試験片は、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、比摩耗量は大
幅に小さくなっていることが分かる。
示す表１、表２、表３及び表４を考慮すると、表１及び
表２から分かるように、基体１に皮膜２の表面硬化膜を
コーティングし且つイオン注入を行って表面改質層５を
形成した摺動試験片は、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３及
び表４から分かるように、基体１に皮膜２の表面硬化膜
をコーティングし且つイオン注入を行って表面改質層５
を形成した摺動試験片は、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、比摩耗量は大
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
例を説明する。この実施例では、摺動部材を作製する実
施例１におけるアシストイオンとしてのＡｒ＋のイオン
ビームの代わりにＮ＋（ここで、“＋”はプラスイオン
を表し、以下、窒素プラスイオンをＮ＋で表示する）を
使用し、最初にＮ＋のイオンビームによってスパッタさ
れ、次いでＯ＋のイオンビームによってスパッタされた
Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素をＮ＋のイオンビ
ームをアシストとして注入即ち打ち込んだ。アシストイ
オンをＮ＋→Ｏ＋とした場合にも、実施例１と同様の傾
向が見られた。
例を説明する。この実施例では、摺動部材を作製する実
施例１におけるアシストイオンとしてのＡｒ＋のイオン
ビームの代わりにＮ＋（ここで、“＋”はプラスイオン
を表し、以下、窒素プラスイオンをＮ＋で表示する）を
使用し、最初にＮ＋のイオンビームによってスパッタさ
れ、次いでＯ＋のイオンビームによってスパッタされた
Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｐ
ｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素をＮ＋のイオンビ
ームをアシストとして注入即ち打ち込んだ。アシストイ
オンをＮ＋→Ｏ＋とした場合にも、実施例１と同様の傾
向が見られた。
【００２１】次に、この発明による摺動部材の更に別の
実施例を説明する。この実施例では、摺動部材を作製す
る実施例１におけるアシストイオンとしてのＡｒ＋のイ
オンビームの代わりにＣ＋（ここで、“＋”はプラスイ
オンを表し、以下、炭素プラスイオンをＣ＋で表示す
る）を使用し、最初にＣ＋のイオンビームによってスパ
ッタされ、次いでＯ＋のイオンビームによってスパッタ
されたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，
Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素をＣ＋のイ
オンビームをアシストとして注入即ち打ち込んだ。アシ
ストイオンをＣ＋→Ｏ＋とした場合にも、実施例１と同
様の傾向が見られた。
実施例を説明する。この実施例では、摺動部材を作製す
る実施例１におけるアシストイオンとしてのＡｒ＋のイ
オンビームの代わりにＣ＋（ここで、“＋”はプラスイ
オンを表し、以下、炭素プラスイオンをＣ＋で表示す
る）を使用し、最初にＣ＋のイオンビームによってスパ
ッタされ、次いでＯ＋のイオンビームによってスパッタ
されたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，
Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素をＣ＋のイ
オンビームをアシストとして注入即ち打ち込んだ。アシ
ストイオンをＣ＋→Ｏ＋とした場合にも、実施例１と同
様の傾向が見られた。
【００２２】また、この発明による摺動部材を作製する
において、実施例１における基体１として金型用鋼材
（例えば、ＳＫＤ１１）上にＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ
4 ，ＷＣをコーティングを行う代わりに、皮膜２とし
て、Ｈｖ８００以上の硬度を有するＡｌ2 Ｏ3 、ＴｉＢ
2 をコーティングした摺動試験片に上記元素を打ち込ん
だものについても同様な傾向が見られた。
において、実施例１における基体１として金型用鋼材
（例えば、ＳＫＤ１１）上にＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ
4 ，ＷＣをコーティングを行う代わりに、皮膜２とし
て、Ｈｖ８００以上の硬度を有するＡｌ2 Ｏ3 、ＴｉＢ
2 をコーティングした摺動試験片に上記元素を打ち込ん
だものについても同様な傾向が見られた。
【００２３】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、且つ摩耗量を低減する
ことが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，Ｍ
ｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素のイオ
ンを注入した表面改質層５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、且つ摩耗量を低減する
ことが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，Ｍ
ｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素のイオ
ンを注入した表面改質層５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。
【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と表面改質層５との元素分析を行った
ところ、図２に示すように、皮膜２と表面改質層５との
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。そして、皮膜２のＯ
濃度に比較して、表面改質層５のＯ濃度が高い濃度勾配
を示していることが分かる。
で得られた皮膜２と表面改質層５との元素分析を行った
ところ、図２に示すように、皮膜２と表面改質層５との
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。そして、皮膜２のＯ
濃度に比較して、表面改質層５のＯ濃度が高い濃度勾配
を示していることが分かる。
【００２５】
【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族又は６ａ族の元素及びＳｉ又はＡ
ｌの炭化物、窒化物又は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前記皮膜を構成する元素と４
ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族
の元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層が
形成されているので、前記皮膜が硬質皮膜となって耐摩
耗性を向上させ、また、前記表面改質層が潤滑油の吸着
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族の元素のイオ
ンは前記皮膜に打ち込ま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族又は６ａ族の元素及びＳｉ又はＡ
ｌの炭化物、窒化物又は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前記皮膜を構成する元素と４
ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族
の元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層が
形成されているので、前記皮膜が硬質皮膜となって耐摩
耗性を向上させ、また、前記表面改質層が潤滑油の吸着
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族の元素のイオ
ンは前記皮膜に打ち込ま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】この発明による摺動部材の一実施例を誇張して
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】この摺動部材についてのオージェ電子分光によ
るＦｅ−Ｏ膜とＴｉＮ膜のプロフィールを示すグラフで
ある。
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 スパッタされたイオン ４ アシストイオン ５ 表面改質層 ６ 基体の表面 ７ 摺動部材の表面
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１０Ｍ 103:00 Ｚ 103:04 103:06） Ｚ Ｃ１０Ｎ 10:00 40:02 50:08
Claims (4)
- 【請求項１】 基体表面に、Ｈｖ８００以上の硬度を有
し且つ４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素及びＳｉ又はＡ
ｌの炭化物、窒化物又は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前記皮膜を構成する元素と４
ａ族、５ａ族、６ａ族、７ａ族、８族、１ｂ族、２ｂ族
の元素の少なくとも１種以上の元素を含む表面改質層が
形成されていることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項２】 前記表面改質層が前記皮膜を構成する元
素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，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３】 前記表面改質層が前記皮膜を構成する元
素とＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｗ，
Ｐｂ，Ａｇの少なくとも１種以上の元素、及びＡｒ，
Ｎ，Ｃの少なくとも１種以上の元素と０族の元素から構
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】 前記表面改質層中の０族の元素が前記皮
膜から表面に向かって濃度勾配が大きくなっていること
を特徴とする請求項３に記載の摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545693A JP3451671B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545693A JP3451671B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07101789A true JPH07101789A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3451671B2 JP3451671B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=17417424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26545693A Expired - Lifetime JP3451671B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451671B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9061479B2 (en) | 2011-11-15 | 2015-06-23 | Hyundai Motor Company | Coating layer with low-friction for vehicle component and method for producing the same |
| JP2015218335A (ja) * | 2014-05-13 | 2015-12-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 窒化物皮膜およびその製造方法 |
| JP2019112693A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社デンソー | 摺動部材およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP26545693A patent/JP3451671B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9061479B2 (en) | 2011-11-15 | 2015-06-23 | Hyundai Motor Company | Coating layer with low-friction for vehicle component and method for producing the same |
| JP2015218335A (ja) * | 2014-05-13 | 2015-12-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 窒化物皮膜およびその製造方法 |
| JP2019112693A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社デンソー | 摺動部材およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3451671B2 (ja) | 2003-09-29 |
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