JPH111763A - 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法 - Google Patents
硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法Info
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- JPH111763A JPH111763A JP9166562A JP16656297A JPH111763A JP H111763 A JPH111763 A JP H111763A JP 9166562 A JP9166562 A JP 9166562A JP 16656297 A JP16656297 A JP 16656297A JP H111763 A JPH111763 A JP H111763A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 摺動特性、特に耐焼付性を向上させる。
【解決手段】 ピストンリング１の外周面にアークイオ
ンプレーティングによって硬質皮膜２を被覆する。硬質
皮膜２はＣｒＮおよびＭｏ2 Ｎの結晶構造中に〔Ｏ〕を
固溶し、重量比でＣｒ４０〜７８％、Ｍｏ３〜３５％、
Ｏ３〜２０％、残Ｎからなっており、各結晶粒径が１μ
ｍ未満である。皮膜２の硬さはビッカース硬さで１６０
０〜２５００、膜厚は１〜６０μｍが好適である。な
お、上記において、〔Ｏ〕に代えて、〔Ｃ〕を０．５〜
８重量％固溶させてもよい。あるいは、〔Ｏ〕を３〜２
０重量％、〔Ｃ〕を０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕
の合計が２５重量％以下の割合で、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の両
方を固溶させてもよい。
ンプレーティングによって硬質皮膜２を被覆する。硬質
皮膜２はＣｒＮおよびＭｏ2 Ｎの結晶構造中に〔Ｏ〕を
固溶し、重量比でＣｒ４０〜７８％、Ｍｏ３〜３５％、
Ｏ３〜２０％、残Ｎからなっており、各結晶粒径が１μ
ｍ未満である。皮膜２の硬さはビッカース硬さで１６０
０〜２５００、膜厚は１〜６０μｍが好適である。な
お、上記において、〔Ｏ〕に代えて、〔Ｃ〕を０．５〜
８重量％固溶させてもよい。あるいは、〔Ｏ〕を３〜２
０重量％、〔Ｃ〕を０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕
の合計が２５重量％以下の割合で、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の両
方を固溶させてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摺動特性特に耐焼
付性を改良した硬質被覆材に関し、例えば内燃機関用ピ
ストンリング等の摺動部材の摺動面に施して有効なもの
である。
付性を改良した硬質被覆材に関し、例えば内燃機関用ピ
ストンリング等の摺動部材の摺動面に施して有効なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの高出力化や排ガス規制
対応に伴って、ピストンリングの使用環境がますます苛
酷になっている。その対策としてＰＶＤ法を利用したＴ
ｉＮ皮膜、ＣｒＮ皮膜、あるいはＣｒＮの結晶構造中に
〔Ｏ〕を固溶した硬質皮膜（特開平６−２６５０２３
号）やＣｒＮの結晶構造中に〔Ｃ〕を固溶した硬質皮膜
（特開平６−３００１３０号）が提案されている。ま
た、更には、耐摩耗性の優れる窒化クロム（Ｃｒ
X ＮY ）と窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）とからなる複
合皮膜（特開平８−１９９３３７号）が提案されてい
る。更には、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎ−Ｏ系皮膜が提案されてい
る（特開平６−３４６０７７号）。なお、この公報には
単に皮膜の金属元素の組成比とガス元素の組成比が規定
されているだけで、皮膜の結晶構造は特定されていな
い。
対応に伴って、ピストンリングの使用環境がますます苛
酷になっている。その対策としてＰＶＤ法を利用したＴ
ｉＮ皮膜、ＣｒＮ皮膜、あるいはＣｒＮの結晶構造中に
〔Ｏ〕を固溶した硬質皮膜（特開平６−２６５０２３
号）やＣｒＮの結晶構造中に〔Ｃ〕を固溶した硬質皮膜
（特開平６−３００１３０号）が提案されている。ま
た、更には、耐摩耗性の優れる窒化クロム（Ｃｒ
X ＮY ）と窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）とからなる複
合皮膜（特開平８−１９９３３７号）が提案されてい
る。更には、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｎ−Ｏ系皮膜が提案されてい
る（特開平６−３４６０７７号）。なお、この公報には
単に皮膜の金属元素の組成比とガス元素の組成比が規定
されているだけで、皮膜の結晶構造は特定されていな
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、苛酷な
エンジン条件下にあっては、未だに耐焼付性が劣る問題
がある。
エンジン条件下にあっては、未だに耐焼付性が劣る問題
がある。
【０００４】本発明の目的は、摺動特性特に耐焼付性を
向上させることにある。
向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の硬質被覆材は、
ＣｒＮの結晶構造とＭｏ2 Ｎの結晶構造とが混在してお
り、それらの結晶構造中に〔Ｏ〕が３〜２０重量％の割
合で固溶されており、ビッカース硬さが１６００〜２５
００の範囲にあり、各結晶粒径が１μｍ未満である。こ
の硬質被覆材の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３
〜３５重量％、Ｏ３〜２０重量％、残Ｎからなってい
る。
ＣｒＮの結晶構造とＭｏ2 Ｎの結晶構造とが混在してお
り、それらの結晶構造中に〔Ｏ〕が３〜２０重量％の割
合で固溶されており、ビッカース硬さが１６００〜２５
００の範囲にあり、各結晶粒径が１μｍ未満である。こ
の硬質被覆材の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３
〜３５重量％、Ｏ３〜２０重量％、残Ｎからなってい
る。
【０００６】本発明の硬質被覆材は、上記では〔Ｏ〕を
固溶させたが、〔Ｏ〕に代えて、〔Ｃ〕を０．５〜８重
量％の割合で固溶させるようにしてもよい。硬さと各結
晶粒径の構成は上記と同じである。この硬質被覆材の組
成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｃ
０．５〜８重量％、残Ｎからなっている。
固溶させたが、〔Ｏ〕に代えて、〔Ｃ〕を０．５〜８重
量％の割合で固溶させるようにしてもよい。硬さと各結
晶粒径の構成は上記と同じである。この硬質被覆材の組
成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｃ
０．５〜８重量％、残Ｎからなっている。
【０００７】更には、本発明の硬質被覆材は、〔Ｏ〕と
〔Ｃ〕の両方を固溶させてもよい。その場合、〔Ｏ〕は
３〜２０重量％、〔Ｃ〕は０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と
〔Ｃ〕の合計は２５重量％以下の割合で固溶させる。硬
さと各結晶粒径の構成は上記と同じである。この硬質被
覆材の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重
量％、Ｏ３〜２０重量％、Ｃ０．５〜８重量％、ＯとＣ
の合計は２５重量％以下、残Ｎからなっている。
〔Ｃ〕の両方を固溶させてもよい。その場合、〔Ｏ〕は
３〜２０重量％、〔Ｃ〕は０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と
〔Ｃ〕の合計は２５重量％以下の割合で固溶させる。硬
さと各結晶粒径の構成は上記と同じである。この硬質被
覆材の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重
量％、Ｏ３〜２０重量％、Ｃ０．５〜８重量％、ＯとＣ
の合計は２５重量％以下、残Ｎからなっている。
【０００８】本発明の摺動部材は、上記硬質被覆材から
なる硬質皮膜が少なくとも摺動面に被覆されているもの
であり、例えば上記硬質被覆材からなる硬質皮膜が被覆
されたピストンリングは苛酷な条件下においても充分な
耐焼付性および耐摩耗性を有する。硬質被覆材の被覆は
イオンプレーティングにより行うことができる。
なる硬質皮膜が少なくとも摺動面に被覆されているもの
であり、例えば上記硬質被覆材からなる硬質皮膜が被覆
されたピストンリングは苛酷な条件下においても充分な
耐焼付性および耐摩耗性を有する。硬質被覆材の被覆は
イオンプレーティングにより行うことができる。
【０００９】Ｃｒの含有量が４０重量％未満あるいは７
８重量％を越えると、耐焼付性が低くなる。また、Ｍｏ
の含有量が３重量％未満あるいは３５重量％を越える
と、耐焼付性が低くなる。
８重量％を越えると、耐焼付性が低くなる。また、Ｍｏ
の含有量が３重量％未満あるいは３５重量％を越える
と、耐焼付性が低くなる。
【００１０】なお、Ｃｒの含有量の上限は７０重量％が
より好ましい。Ｍｏの含有量の下限は８重量％がより好
ましい。
より好ましい。Ｍｏの含有量の下限は８重量％がより好
ましい。
【００１１】ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの各結晶構造中に固溶さ
れる〔Ｏ〕の含有量が３重量％未満あるいは２０重量％
を越えると、耐焼付性が低くなる。ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの
各結晶構造中に固溶される〔Ｃ〕の含有量が０．５重量
％未満あるいは８重量％を越えると、耐焼付性が低くな
る。ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの各結晶構造中に固溶される
〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の合計が２５重量％を越えると、耐焼付
性が低くなる。
れる〔Ｏ〕の含有量が３重量％未満あるいは２０重量％
を越えると、耐焼付性が低くなる。ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの
各結晶構造中に固溶される〔Ｃ〕の含有量が０．５重量
％未満あるいは８重量％を越えると、耐焼付性が低くな
る。ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの各結晶構造中に固溶される
〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の合計が２５重量％を越えると、耐焼付
性が低くなる。
【００１２】なお、〔Ｏ〕の含有量は下限が４重量％、
上限は１５重量％がより好ましい。〔Ｃ〕の含有量は下
限が１重量％、上限は５重量％がより好ましい。〔Ｏ〕
と〔Ｃ〕の合計の含有量は２０重量％以下がより好まし
い。
上限は１５重量％がより好ましい。〔Ｃ〕の含有量は下
限が１重量％、上限は５重量％がより好ましい。〔Ｏ〕
と〔Ｃ〕の合計の含有量は２０重量％以下がより好まし
い。
【００１３】硬さはＨＶ１６００未満では耐摩耗性が低
くなり、ＨＶ２５００を越えると耐焼付性が低くなる。
なお、硬さは下限がＨＶ１６５０、上限はＨＶ２３００
がより好ましい。
くなり、ＨＶ２５００を越えると耐焼付性が低くなる。
なお、硬さは下限がＨＶ１６５０、上限はＨＶ２３００
がより好ましい。
【００１４】結晶粒径が１μｍ以上であると、摺動部の
耐脱落性および皮膜の密着性が劣る。結晶粒径は０．１
μｍ未満がより好ましい。
耐脱落性および皮膜の密着性が劣る。結晶粒径は０．１
μｍ未満がより好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
ピストンリングの一部分を示す縦断面図である。本実施
形態におけるピストンリング１は鋼、鋳鉄、チタンある
いはチタン合金等で形成されている矩形断面リングであ
る。
ピストンリングの一部分を示す縦断面図である。本実施
形態におけるピストンリング１は鋼、鋳鉄、チタンある
いはチタン合金等で形成されている矩形断面リングであ
る。
【００１６】ピストンリング１の外周面にはアークイオ
ンプレーティングによって硬質皮膜２が被覆されてい
る。硬質皮膜２はＣｒＮの結晶構造とＭｏ2 Ｎの結晶構
造とが混在しており、それらの結晶構造中に〔Ｏ〕が３
〜２０重量％の割合で固溶されており、各結晶粒径は１
μｍ未満である。硬質皮膜２の組成は、Ｃｒ４０〜７８
重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｏ３〜２０重量％、残Ｎ
からなっている。硬質皮膜２の硬さはビッカース硬さで
１６００〜２５００の範囲にあり、膜厚は１〜６０μｍ
が好適である。
ンプレーティングによって硬質皮膜２が被覆されてい
る。硬質皮膜２はＣｒＮの結晶構造とＭｏ2 Ｎの結晶構
造とが混在しており、それらの結晶構造中に〔Ｏ〕が３
〜２０重量％の割合で固溶されており、各結晶粒径は１
μｍ未満である。硬質皮膜２の組成は、Ｃｒ４０〜７８
重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｏ３〜２０重量％、残Ｎ
からなっている。硬質皮膜２の硬さはビッカース硬さで
１６００〜２５００の範囲にあり、膜厚は１〜６０μｍ
が好適である。
【００１７】なお、上記では、硬質皮膜２は〔Ｏ〕を固
溶しているが、〔Ｏ〕に代えて〔Ｃ〕を０．５〜８重量
％の割合で固溶させてもよい。この場合の硬質皮膜２の
組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、
Ｃ０．５〜８重量％、残Ｎからなる。硬質皮膜２の他の
構成は上記〔Ｏ〕を固溶している場合と同じである。
溶しているが、〔Ｏ〕に代えて〔Ｃ〕を０．５〜８重量
％の割合で固溶させてもよい。この場合の硬質皮膜２の
組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、
Ｃ０．５〜８重量％、残Ｎからなる。硬質皮膜２の他の
構成は上記〔Ｏ〕を固溶している場合と同じである。
【００１８】また、硬質皮膜２は、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の両
方を固溶させてもよい。その場合、〔Ｏ〕は３〜２０重
量％、〔Ｃ〕は０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の合
計は２５重量％以下の割合で固溶させる。この場合の硬
質皮膜２の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３
５重量％、Ｏ３〜２０重量％、Ｃ０．５〜８重量％、Ｏ
とＣの合計は２５重量％以下、残Ｎからなる。硬質皮膜
２の他の構成は上記〔Ｏ〕のみを固溶している場合と同
じである。
方を固溶させてもよい。その場合、〔Ｏ〕は３〜２０重
量％、〔Ｃ〕は０．５〜８重量％、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕の合
計は２５重量％以下の割合で固溶させる。この場合の硬
質皮膜２の組成は、Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３
５重量％、Ｏ３〜２０重量％、Ｃ０．５〜８重量％、Ｏ
とＣの合計は２５重量％以下、残Ｎからなる。硬質皮膜
２の他の構成は上記〔Ｏ〕のみを固溶している場合と同
じである。
【００１９】アークイオンプレーティング法はイオンプ
レーティングの一つで、真空アーク放電を利用して、陰
極の皮膜材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング
物の表面に皮膜を形成するものである。このアークイオ
ンプレーティング法は蒸気のイオン化率が高く、緻密で
密着性に優れた皮膜が得られる特長がある。
レーティングの一つで、真空アーク放電を利用して、陰
極の皮膜材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング
物の表面に皮膜を形成するものである。このアークイオ
ンプレーティング法は蒸気のイオン化率が高く、緻密で
密着性に優れた皮膜が得られる特長がある。
【００２０】図２に基づいて、アークイオンプレーティ
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ１０内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極１１と、皮膜が形
成される被コーティング物１２が設置されている。陰極
１１は真空チャンバ１０の外側に設置されているアーク
供給源１３に接続されており、アーク供給源１３には図
示外の陽極が接続されている。被コーティング物１２に
はバイアス電圧供給源１４によって負のバイアス電圧が
印加されるように構成されている。真空チャンバ１０に
はプロセスガスの供給源に接続されているガス入口１５
と、ポンプに接続されている排気口１６とが設けられて
いる。
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ１０内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極１１と、皮膜が形
成される被コーティング物１２が設置されている。陰極
１１は真空チャンバ１０の外側に設置されているアーク
供給源１３に接続されており、アーク供給源１３には図
示外の陽極が接続されている。被コーティング物１２に
はバイアス電圧供給源１４によって負のバイアス電圧が
印加されるように構成されている。真空チャンバ１０に
はプロセスガスの供給源に接続されているガス入口１５
と、ポンプに接続されている排気口１６とが設けられて
いる。
【００２１】したがって、真空チャンバ１０内におい
て、陰極１１と陽極との間でアーク放電が起こされる
と、アークは陰極１１の表面上にアークスポットを形成
し、陰極１１の表面上をランダムにかつ高速に移動す
る。アークスポットに集中するアーク電流（数十〜数百
Ａ）のエネルギーにより、陰極１１の材料は瞬時に蒸発
すると同時に金属イオン１７となり、真空中に飛び出
す。一方、バイアス電圧が被コーティング物１２に印加
されることにより、金属イオン１７は加速され、反応ガ
ス分子１８とともに被コーティング物１２の表面に密着
し、緻密な皮膜が生成される。
て、陰極１１と陽極との間でアーク放電が起こされる
と、アークは陰極１１の表面上にアークスポットを形成
し、陰極１１の表面上をランダムにかつ高速に移動す
る。アークスポットに集中するアーク電流（数十〜数百
Ａ）のエネルギーにより、陰極１１の材料は瞬時に蒸発
すると同時に金属イオン１７となり、真空中に飛び出
す。一方、バイアス電圧が被コーティング物１２に印加
されることにより、金属イオン１７は加速され、反応ガ
ス分子１８とともに被コーティング物１２の表面に密着
し、緻密な皮膜が生成される。
【００２２】本実施形態においては、上記アークイオン
プレーティング装置において、真空チャンバ１０内にＣ
ｒ金属からなる陰極、Ｍｏ金属からなる陰極、およびＣ
ｒ−Ｍｏ合金からなる陰極のうちの少なくとも２つの陰
極が設置されており（図は２つの陰極を有するものを示
してあり、例えば第１陰極にＣｒ金属、第２陰極にＣｒ
−Ｍｏ合金が使用される。）、プロセスガスとして窒素
源にＮ2 ガス、酸素源にＯ2 ガスが使用されることによ
り、被コーティング物１２としてのピストンリングに、
ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの各結晶構造中に〔Ｏ〕が固溶された
硬質皮膜を被覆することができる。なお、各陰極１１に
おけるアーク電流の大きさは独立して調節できるように
構成されている。
プレーティング装置において、真空チャンバ１０内にＣ
ｒ金属からなる陰極、Ｍｏ金属からなる陰極、およびＣ
ｒ−Ｍｏ合金からなる陰極のうちの少なくとも２つの陰
極が設置されており（図は２つの陰極を有するものを示
してあり、例えば第１陰極にＣｒ金属、第２陰極にＣｒ
−Ｍｏ合金が使用される。）、プロセスガスとして窒素
源にＮ2 ガス、酸素源にＯ2 ガスが使用されることによ
り、被コーティング物１２としてのピストンリングに、
ＣｒＮとＭｏ2 Ｎの各結晶構造中に〔Ｏ〕が固溶された
硬質皮膜を被覆することができる。なお、各陰極１１に
おけるアーク電流の大きさは独立して調節できるように
構成されている。
【００２３】上記において、ＣｒとＭｏの成分量の調整
は、陰極がＣｒ金属、Ｍｏ金属、Ｃｒ−Ｍｏ合金におけ
る各アーク電流と成膜スピード（陰極の蒸発量）の関係
から、各陰極におけるアーク電流の大きさを調整するこ
とによって行える。または、Ｃｒ−Ｍｏ合金のＣｒとＭ
ｏの比率を変えることによっても行える。
は、陰極がＣｒ金属、Ｍｏ金属、Ｃｒ−Ｍｏ合金におけ
る各アーク電流と成膜スピード（陰極の蒸発量）の関係
から、各陰極におけるアーク電流の大きさを調整するこ
とによって行える。または、Ｃｒ−Ｍｏ合金のＣｒとＭ
ｏの比率を変えることによっても行える。
【００２４】なお、〔Ｏ〕に代えて〔Ｃ〕を固溶した硬
質皮膜を被覆する場合は、上記プロセスガスのＯ2 ガス
を、炭素源としてのＣＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガスあるいは
Ｃ2Ｈ2 ガスに変えることにより行うことができる。
質皮膜を被覆する場合は、上記プロセスガスのＯ2 ガス
を、炭素源としてのＣＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガスあるいは
Ｃ2Ｈ2 ガスに変えることにより行うことができる。
【００２５】また、〔Ｏ〕と〔Ｃ〕を固溶した硬質皮膜
を被覆する場合は、上記〔Ｏ〕を固溶させるプロセスガ
スに更に炭素源としてのＣＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガスある
いはＣ2 Ｈ2 ガスを加えることにより行うことができ
る。
を被覆する場合は、上記〔Ｏ〕を固溶させるプロセスガ
スに更に炭素源としてのＣＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガスある
いはＣ2 Ｈ2 ガスを加えることにより行うことができ
る。
【００２６】〔Ｏ〕の濃度のコントロールは、イオンプ
レーティングの際の酸素源の分圧をコントロールするこ
とによって行うことができる。酸素源の分圧を高くする
と濃度は上昇する。同様に、〔Ｃ〕の濃度のコントロー
ルは、イオンプレーティングの際の炭素源の分圧をコン
トロールすることによって行うことができる。炭素源の
分圧を高くすると濃度は上昇する。
レーティングの際の酸素源の分圧をコントロールするこ
とによって行うことができる。酸素源の分圧を高くする
と濃度は上昇する。同様に、〔Ｃ〕の濃度のコントロー
ルは、イオンプレーティングの際の炭素源の分圧をコン
トロールすることによって行うことができる。炭素源の
分圧を高くすると濃度は上昇する。
【００２７】皮膜硬度のコントロールはバイアス電圧を
コントロールすることによって行うことができる。バイ
アス電圧を高くすると、硬度は上昇する。
コントロールすることによって行うことができる。バイ
アス電圧を高くすると、硬度は上昇する。
【００２８】上記硬質皮膜２の耐摩耗性を評価するため
に、往復動摩擦試験機を使用して耐摩耗性試験を行っ
た。
に、往復動摩擦試験機を使用して耐摩耗性試験を行っ
た。
【００２９】（１）往復動摩擦試験機 図３に往復動摩擦試験機の構成を示す。ピン状の上試験
片２０は固定ブロック２１により保持され、上方から油
圧シリンダ２２により下向きの荷重が加えられて、下試
験片２３に押接される。矩形の平盤形状の下試験片２３
は可動ブロック２４により保持され、クランク機構２５
により往復動させられる。２６はロードセルである。
片２０は固定ブロック２１により保持され、上方から油
圧シリンダ２２により下向きの荷重が加えられて、下試
験片２３に押接される。矩形の平盤形状の下試験片２３
は可動ブロック２４により保持され、クランク機構２５
により往復動させられる。２６はロードセルである。
【００３０】（２）試験片 上試験片２０：１７Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼
からなる直径φ８ｍｍ×長さ２５ｍｍの丸棒の一端にＲ
１８ｍｍの球面加工を施し、その球面上に表１および表
２に示す硬質皮膜を施したもの。 下試験片２３：長さ７０ｍｍ×幅１７ｍｍ×高さ１４ｍ
ｍの平板で材質は鋳鉄材（ＦＣ２５０）
からなる直径φ８ｍｍ×長さ２５ｍｍの丸棒の一端にＲ
１８ｍｍの球面加工を施し、その球面上に表１および表
２に示す硬質皮膜を施したもの。 下試験片２３：長さ７０ｍｍ×幅１７ｍｍ×高さ１４ｍ
ｍの平板で材質は鋳鉄材（ＦＣ２５０）
【００３１】（３）試験条件 ならし：５０Ｎ×１００ｃｐｍ×５ｍｉｎ 本試験：３００Ｎ×６００ｃｐｍ×６０ｍｉｎ 潤滑油：軽油相当粘度油
【００３２】（４）試験結果 試験結果を表３に示す。表３に示されているように、比
較例１と比べ、比較例１０は上下試験片とも摩耗が多
く、比較例１２〜１６は上試験片の摩耗が多い。これに
対して、実施例１〜８は上下試験片とも摩耗が少ない。
較例１と比べ、比較例１０は上下試験片とも摩耗が多
く、比較例１２〜１６は上試験片の摩耗が多い。これに
対して、実施例１〜８は上下試験片とも摩耗が少ない。
【００３３】 比較例１〜１６における金属元素の組成比Ｍｏ／（Ｃｒ
＋Ｍｏ）〔原子％〕は２１．３，６７．８，２．０，１
２．３，３．７，１．５，３２．２，１８．９，１．
４，１５．３，３２．７，１４．３，１２．８，１７．
７，２１．３，２５．１である。比較例９〜１６におけ
るガス元素の組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）〔原子％〕は８．
１，４９．２，２４．４，３０．５，２４．８，３８．
５，２８．０，４２．２である。各結晶粒径は０．１μ
ｍ未満である。
＋Ｍｏ）〔原子％〕は２１．３，６７．８，２．０，１
２．３，３．７，１．５，３２．２，１８．９，１．
４，１５．３，３２．７，１４．３，１２．８，１７．
７，２１．３，２５．１である。比較例９〜１６におけ
るガス元素の組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）〔原子％〕は８．
１，４９．２，２４．４，３０．５，２４．８，３８．
５，２８．０，４２．２である。各結晶粒径は０．１μ
ｍ未満である。
【００３４】 実施例１〜８における金属元素の組成比Ｍｏ／（Ｃｒ＋
Ｍｏ）〔原子％〕は３２．２，２１．３，３．４，２．
０，１４．４，１６．１，２０．６，７．８である。実
施例４，５におけるガス元素の組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）
〔原子％〕は１４．１，４５．５である。各結晶粒径は
０．１μｍ未満である。
Ｍｏ）〔原子％〕は３２．２，２１．３，３．４，２．
０，１４．４，１６．１，２０．６，７．８である。実
施例４，５におけるガス元素の組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）
〔原子％〕は１４．１，４５．５である。各結晶粒径は
０．１μｍ未満である。
【００３５】 摩耗試験結果における摩耗比は、比較例および実施例と
も比較例１の摩耗量を１としたときの比である。
も比較例１の摩耗量を１としたときの比である。
【００３６】次に、硬質皮膜２の耐焼付性を評価するた
めに、高面圧焼付試験機を使用して皮膜の耐焼付性試験
を行った。
めに、高面圧焼付試験機を使用して皮膜の耐焼付性試験
を行った。
【００３７】（１）高面圧焼付試験機 図４に高面圧焼付試験機の構成を示す。ステータ３０は
ロータ３１側の面に円形状の凹部を備えており、この凹
部にディスク３２（鋳鉄材：ＦＣ２５０）が固定されて
いる。ディスク３２はロータ３１側に突出しており、ロ
ータ３１側の表面は垂直な平坦面をなしている。ディス
ク３２の中心部には油孔３３がステータ３０の軸方向に
形成されており、この油孔３３に連通する細長い油孔３
４がステータ３０に斜めに形成されている。これらの油
孔３３，３４を通じて、ステータ３０のディスク３２と
後述するピン３５との接触部に潤滑油が供給される。
ロータ３１側の面に円形状の凹部を備えており、この凹
部にディスク３２（鋳鉄材：ＦＣ２５０）が固定されて
いる。ディスク３２はロータ３１側に突出しており、ロ
ータ３１側の表面は垂直な平坦面をなしている。ディス
ク３２の中心部には油孔３３がステータ３０の軸方向に
形成されており、この油孔３３に連通する細長い油孔３
４がステータ３０に斜めに形成されている。これらの油
孔３３，３４を通じて、ステータ３０のディスク３２と
後述するピン３５との接触部に潤滑油が供給される。
【００３８】ロータ３１は水平軸を中心に回転し、ステ
ータ３０側の面に円形状の凹部が形成されており、この
凹部に円盤形状のピンホルダ３６がロータ３１に同心状
に固定されている。ピンホルダ３６のステータ３０側の
面には、同一円上に等間隔をおいて４つの凹部が形成さ
れており、これらの凹部にそれぞれ試験片としてのピン
３５（φ８ｍｍ）が挿入されて固定されている。各ピン
３５はピンホルダ３６の表面からステータ３０側に水平
に突出されている。
ータ３０側の面に円形状の凹部が形成されており、この
凹部に円盤形状のピンホルダ３６がロータ３１に同心状
に固定されている。ピンホルダ３６のステータ３０側の
面には、同一円上に等間隔をおいて４つの凹部が形成さ
れており、これらの凹部にそれぞれ試験片としてのピン
３５（φ８ｍｍ）が挿入されて固定されている。各ピン
３５はピンホルダ３６の表面からステータ３０側に水平
に突出されている。
【００３９】各ピン３５の突出端面には表１および表２
に示す硬質皮膜が形成されており、この端面がステータ
３０のディスク３２面に接触している。
に示す硬質皮膜が形成されており、この端面がステータ
３０のディスク３２面に接触している。
【００４０】したがって、ステータ３０に荷重Ｐをかけ
てディスク３２をピン３５に押接し、ピン３５とディス
ク３２の接触部分に油孔３３，３４を通じて潤滑油を供
給しながらロータ３１を回転させる。
てディスク３２をピン３５に押接し、ピン３５とディス
ク３２の接触部分に油孔３３，３４を通じて潤滑油を供
給しながらロータ３１を回転させる。
【００４１】このロータ３１の摺動速度を一定にして、
荷重Ｐを変動していったとき、ピン３５が焼き付いたと
きの焼付発生荷重を測定した。
荷重Ｐを変動していったとき、ピン３５が焼き付いたと
きの焼付発生荷重を測定した。
【００４２】（２）試験条件 潤滑油 ：１０Ｗ ディーゼルエンジンオイル 油温 ：８０℃ 荷重（Ｐ）：初期１９６Ｎから３分間隔で９８Ｎずつス
テップアップ 摺動速度 ：８ｍ／ｓ 一定 温度 ：室温
テップアップ 摺動速度 ：８ｍ／ｓ 一定 温度 ：室温
【００４３】（３）試験結果 試験結果を表４に示す。比較例は摩耗試験結果が良好な
ものについて行った。表４に示されているように、実施
例１〜８は比較例１〜９および比較例１１より耐焼付性
が優れている。
ものについて行った。表４に示されているように、実施
例１〜８は比較例１〜９および比較例１１より耐焼付性
が優れている。
【００４４】 比較例は表１と表４に示す番号が対応しており、同じ番
号のものは同じ皮膜であり、実施例は表２と表４に示す
番号が対応しており、同じ番号のものは同じ皮膜であ
る。焼付試験結果における焼付面圧比は、比較例および
実施例とも比較例１の焼付面圧を１としたときの比であ
る。
号のものは同じ皮膜であり、実施例は表２と表４に示す
番号が対応しており、同じ番号のものは同じ皮膜であ
る。焼付試験結果における焼付面圧比は、比較例および
実施例とも比較例１の焼付面圧を１としたときの比であ
る。
【００４５】次に、実機試験結果について説明する。表
１および表２に示す硬質皮膜を外周面に被覆したトップ
リングを、φ９３ｍｍの直列４気筒４サイクルディーゼ
ルエンジンに組み込み、全負荷の条件で３００時間の耐
久試験を行った。
１および表２に示す硬質皮膜を外周面に被覆したトップ
リングを、φ９３ｍｍの直列４気筒４サイクルディーゼ
ルエンジンに組み込み、全負荷の条件で３００時間の耐
久試験を行った。
【００４６】試験結果を表５に示す。表５に示されてい
るように、比較例１は焼付が発生したが、実施例１〜８
は焼付が発生しなかった。
るように、比較例１は焼付が発生したが、実施例１〜８
は焼付が発生しなかった。
【００４７】 比較例は表１と表５に示す番号が対応しており、同じ番
号のものは同じ皮膜であり、実施例は表２と表５に示す
番号が対応しており、同じ番号のものは同じ皮膜であ
る。
号のものは同じ皮膜であり、実施例は表２と表５に示す
番号が対応しており、同じ番号のものは同じ皮膜であ
る。
【００４８】以上のように、実施例の硬質皮膜は、耐摩
耗性が優れるとともに、耐焼付性が特に優れている。
耗性が優れるとともに、耐焼付性が特に優れている。
【００４９】なお、上記実施形態では、ピストンリング
１の外周面に硬質皮膜２を被覆した例を示したが、ピス
トンリングの外周面と上下面とに硬質皮膜を被覆しても
よいし、さらには、ピストンリングの外周面と上下面と
内周面とに硬質皮膜を被覆するようにしてもよい。
１の外周面に硬質皮膜２を被覆した例を示したが、ピス
トンリングの外周面と上下面とに硬質皮膜を被覆しても
よいし、さらには、ピストンリングの外周面と上下面と
内周面とに硬質皮膜を被覆するようにしてもよい。
【００５０】また、上記実施形態ではピストンリングに
硬質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピストン
リングに被覆するに限らず、他の摺動部材、例えば内燃
機関の動弁系部品であるタペットやカム等の少なくとも
摺動面に被覆すれば有効である。
硬質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピストン
リングに被覆するに限らず、他の摺動部材、例えば内燃
機関の動弁系部品であるタペットやカム等の少なくとも
摺動面に被覆すれば有効である。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の硬質被覆
材は耐摩耗性に優れるとともに、耐焼付性が特に優れて
いる。したがって、この硬質被覆材を摺動部材例えばピ
ストンリングに被覆することによって、苛酷な条件下に
おいても充分な耐久性を具備させることができる。
材は耐摩耗性に優れるとともに、耐焼付性が特に優れて
いる。したがって、この硬質被覆材を摺動部材例えばピ
ストンリングに被覆することによって、苛酷な条件下に
おいても充分な耐久性を具備させることができる。
【図１】本発明の一実施形態であるピストンリングの一
部分を示す縦断面図である。
部分を示す縦断面図である。
【図２】アークイオンプレーティング装置の構成を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】往復動摩擦試験機の構成を示す図である。
【図４】高面圧焼付試験機の構成を示す縦断面図であ
る。
る。
１ ピストンリング ２ 硬質皮膜 １０ 真空チャンバ １１ 陰極 １２ 被コーティング物 １３ アーク供給源 １４ バイアス電圧供給源 １５ ガス入口 １６ 排気口 １７ 金属イオン １８ 反応ガス分子 ２０ 上試験片 ２１ 固定ブロック ２２ 油圧シリンダ ２３ 下試験片 ２４ 可動ブロック ２５ クランク機構 ２６ ロードセル ３０ ステータ ３１ ロータ ３２ ディスク ３３，３４ 油孔 ３５ ピン ３６ ピンホルダ
Claims (7)
- 【請求項１】 ＣｒＮおよびＭｏ2 Ｎの結晶構造中に
〔Ｏ〕が固溶されている硬質被覆材であって、Ｃｒ４０
〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｏ３〜２０重量
％、残Ｎからなっており、ビッカース硬さが１６００〜
２５００、各結晶粒径が１μｍ未満であることを特徴と
する硬質被覆材。 - 【請求項２】 ＣｒＮおよびＭｏ2 Ｎの結晶構造中に
〔Ｃ〕が固溶されている硬質被覆材であって、Ｃｒ４０
〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｃ０．５〜８重量
％、残Ｎからなっており、ビッカース硬さが１６００〜
２５００、各結晶粒径が１μｍ未満であることを特徴と
する硬質被覆材。 - 【請求項３】 ＣｒＮおよびＭｏ2 Ｎの結晶構造中に
〔Ｏ〕と〔Ｃ〕が固溶されている硬質被覆材であって、
Ｃｒ４０〜７８重量％、Ｍｏ３〜３５重量％、Ｏ３〜２
０重量％、Ｃ０．５〜８重量％、ＯとＣの合計は２５重
量％以下、残Ｎからなっており、ビッカース硬さが１６
００〜２５００、各結晶粒径が１μｍ未満であることを
特徴とする硬質被覆材。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の硬質被
覆材からなる硬質皮膜が少なくとも摺動面に被覆されて
いることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項５】 前記硬質皮膜が被覆されている部材がピ
ストンリングであることを特徴とする請求項４記載の摺
動部材。 - 【請求項６】 前記硬質皮膜の厚さが１〜６０μｍの範
囲にあることを特徴とする請求項４または５記載の摺動
部材。 - 【請求項７】 請求項１〜３のいずれかに記載の硬質被
覆材をイオンプレーティングにより少なくとも摺動面に
被覆することを特徴とする摺動部材の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16656297A JP3439949B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法 |
| US09/090,927 US6060182A (en) | 1997-06-09 | 1998-06-05 | Hard coating material, sliding member covered with hard coating material and manufacturing method thereof |
| EP98304576A EP0884400B1 (en) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | Hard coating material, sliding member covered with hard coating material, and manufacturing method thereof |
| DE69800317T DE69800317T2 (de) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | Material für Hartstoffüberzüge, damit beschichtetes Gleitelement, und Herstellungsverfahren dazu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16656297A JP3439949B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH111763A true JPH111763A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3439949B2 JP3439949B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=15833572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16656297A Expired - Fee Related JP3439949B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6060182A (ja) |
| EP (1) | EP0884400B1 (ja) |
| JP (1) | JP3439949B2 (ja) |
| DE (1) | DE69800317T2 (ja) |
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