[发明专利]活塞环及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备耐磨损性优异的硬质碳膜的活塞环及其制造方法。

背景技术

用于内燃机的活塞环近年来越发在高温且高压的恶劣环境下使用，而要求耐磨损性、初期磨合性及低摩擦性等进一步的提高。对于这样的要求，例如专利文献1中提案有具备具有低摩擦和耐磨损性的碳系覆盖膜的活塞环。具体而言，提案有如下的活塞环，具有将硬度不同的两种层层叠两层以上的层叠覆盖膜，该两种层的硬度差为500～1700HV，硬度高的层的厚度与硬度低的层的厚度相同或比这厚度更厚，覆盖膜整体的厚度为5.0μm以上。此时，低硬度层通过溅射成膜，高硬度层通过离子镀成膜。

另外，专利文献2中提案有如下的活塞环，具有与活塞环基材的密合性优异、高硬度且耐磨损性优异的非晶质硬质碳覆盖膜。具体而言，提案有如下的活塞环，其由第一非晶质硬质碳层和第二非晶质硬质碳层构成，第一非晶质硬质碳层形成于活塞环基材的表面，几乎不含有氢而实际上仅由碳构成，第二非晶质硬质碳层形成于第一非晶质硬质碳层的表面且实际上仅由碳构成，从截面观察时，第一非晶质硬质碳层的透射电子显微镜图像比第二非晶质硬质碳层的透射电子显微镜图像明亮。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2012－202522号公报

专利文献2：(日本)特开2007－169698号公报

发明所要解决的课题

但是，专利文献1的技术中，是将硬度不同的层利用不同的成膜方法交替重复层叠的多层结构，成膜复杂。另外，若硬度高的层的厚度为5～90nm，则未必能将高硬度的层维持在最表面，因此，难以维持耐磨损性。另外，专利文献2的技术中，虽然对透射电子显微镜下的亮度与密度的关系和密合性 进行有记载，但未充分研究是否为高硬度且耐磨损性优异的非晶质硬质碳层。

发明内容

本发明是为了解决所述课题而创立的，其目的在于，提供一种活塞环及其制造方法，该活塞环具有成膜容易且耐磨损性优异的硬质碳膜。

用于解决课题的方案

(1)用于解决上述课题的本发明的活塞环的特征在于，具有形成于活塞环基材的至少外周滑动面上的硬质碳膜，所述硬质碳膜通过使电子能量损失谱法(EELS)与透射电子显微镜(TEM)组合的TEM－EELS光谱法测量的sp²成分比为40％以上且80％以下的范围内，且氢含量为0.1原子％以上且5原子％以下的范围内，显现于表面的大颗粒(macro particle)量以面积比例计为0.1％以上且10％以下的范围内。

根据本发明，形成于活塞环基材的至少外周滑动面上的硬质碳膜中，显现于其表面的大颗粒量以面积比例计为0.1％以上且10％以下的范围内，因此，其表面的凹凸变小。其结果，不需要作为最终加工进行的例如磨光或抛光加工等的表面平滑化处理，能提供低成本的活塞环。另外，硬质碳膜由于通过TEM－EELS光谱法测量的sp²成分比为40％以上且80％以下的范围内，因此，可提供耐磨损性优异的活塞环。

本发明的活塞环中，所述硬质碳膜形成于在低速成膜条件下形成于所述活塞环基材侧的厚度0.05μm以上且0.5μm以下的范围内的硬质碳基底膜上。

根据本发明，在硬质碳膜的活塞环基材侧形成有在低速成膜条件下形成的厚度0.05μm以上且0.5μm以下的范围内的硬质碳基底膜，因此，该硬质碳基底膜抑制核形成，并且还抑制核生长。其结果，形成于该硬质碳基底膜上的硬质碳膜能抑制大颗粒的增加，形成表面凹凸较小的平滑的膜，因此，能提高耐磨损性。

本发明的活塞环中，优选所述硬质碳基底膜以形成所述硬质碳膜时的电弧电流值的80％以下的电弧电流值形成。

根据本发明，硬质碳基底膜以形成硬质碳膜时的电弧电流值的80％以下的电弧电流值形成，因此，不会引起因急剧的电弧电流的增加而产生的核形成或核生长，还能抑制密合不良。

本发明的活塞环中，所述硬质碳膜也可以是在一定的成膜条件下形成的 单层膜或在多个成膜条件下形成的纳米层叠膜。

本发明的活塞环中，也可以在所述活塞环基材上形成钛或铬的基底膜。