[发明专利]硬质被膜、滑动部件、滑动部件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬质被膜、滑动部件、滑动部件的制造方法。

背景技术

滑动部件的低摩擦化技术有助于内燃机的燃料费用降低及部件寿命的长期化等，因此，迄今为止已进行了积极研究。固体润滑被膜的开发、在表面形成所希望的凹凸形状的纹理技术的开发为其代表性的例子。具有在无润滑环境下固体润滑被膜显示优异的效果、另一方面，在以润滑油为媒介的环境下储存润滑油的结构的纹理技术起到有效的作用。

另外，作为综合这些技术的技术，对于润滑油的油膜厚度变化的滑动环境及油膜薄且不能忽视固体接触的润滑环境，研究了兼顾固体润滑被膜和纹理的技术，如专利文献1、2，开发了在被膜表面设置凹凸的技术。根据专利文献1，在表面上具有高台形状的被膜防止断油且在润滑油中显示低摩擦特性。根据专利文献2，具有平头凹凸形状的硬质被膜确保油的保持力且具有耐烧结性及耐磨性。

另一方面，作为固体润滑被膜的代表性材料有DLC(类金刚石碳)，作为兼顾高硬度和自润滑特性的被膜而众所周知。DLC是也称为非晶质碳、a-C(无定形碳)、a-C:H(氢化无定形碳)、i-C(i碳)、硬质碳等的被膜材料，其成膜方法有溅射、电弧离子镀等PVD方式及等离子体CVD等，但是，在原材料利用了烃气体的情况下成为含有氢的碳膜。

DLC的微观结构作为碳原子彼此之间的键合包括sp²键和sp³键两者，是不具备明确的结晶结构(不具有晶粒边界)的非晶质结构体。DLC与TiN(氮化钛)、TiAlN(氮化钛铝)及CrN(氮化铬)等结晶性的硬质被膜相比较能够兼具高硬度和高韧性，另外，由于具有来自sp²键的自润滑性能，因此摩擦系数低。但是，DLC在300℃以上的温度范围发生膜硬度的降低及表面缺陷的形成等膜质恶化，若将其耐热温度与TiN的约500℃、TiAlN的约800℃等比较，则明显较低。在摩擦面由于摩擦热而成为局部的高温状态，因此，有时DLC由于滑动条件而显著地磨损。

以提高DLC的耐磨性为目的，开发了在DLC中添加了其它元素的被膜，专利文献3记述了在润滑油中使用的部件表面含有5~25原子％的氢和4~30原子％的硼的DLC。另一方面，以确保无润滑下的低摩擦特性为目的，在专利文献1中向润滑油中配合钼添加剂，在专利文献2中向润滑油中适量配合硫、磷、锌、钙、镁、钠、钡及铜。

另外，以提高耐热性为目的，还开发了向DLC中同时添加硼及氮的被膜。根据专利文献4，形成了作为含有硼及氮的非晶质碳的B-C-N层的转动装置改善了耐烧结性和耐磨性。根据专利文献5，以40原子％以上~小于99原子％的碳及1原子％以上~小于40原子％的氢且用硼和氮在10~80％范围置换了该碳的被膜覆盖滑动面的连接夹具显示优异的耐烧结性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2002-235852号公报

专利文献2：特开平6-41721号公报

专利文献3：特开2011-26591号公报

专利文献4：特开2004-60668号公报

专利文献5：特开2005-282668号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述的任一专利文献在耐久性方面都存在问题。

本发明以保持长期且稳定的低摩擦特性为目的。

用于解决课题的手段

为实现所述目的，本发明提供一种硬质被膜，其含有硼和碳，其特征在于，在表面分别具有多个凹部和凸部，所述凹部的碳浓度比所述凸部的碳浓度高，所述凸部的硼浓度比所述凹部的硼浓度高。

另外，提供一种滑动部件的制造方法，其为在基材上设有含有硼和碳的硬质被膜的滑动部件的制造方法，其特征在于，所述硬质被膜使用非平衡磁控溅射法或高功率脉冲磁控溅射法中的至少一种制作，使用含有硅、铬、钛、钨中至少一种元素的靶、和碳化硼靶。

发明效果

根据本发明，能够保持长期且稳定的低摩擦特性。

附图说明

图1是具有槽的硬质被膜表面的凹凸的立体图和表面的硼、碳及氮的组成分布图；

图2是硬质被膜的一个实施方式的剖面图和硬质被膜的厚度方向的组成分布图；

图3是通过AFM观察实施例1-3的表面凹凸而得到的图像、剖面凹凸分布和表面的示意图；

图4是实施例1-3的表面的凹凸部分的组成分布图；

图5是摩擦磨损试验装置的剖面示意图；