[发明专利]活塞环及其制造方法

说明书

提供一种具有成膜容易且密合性与耐磨损性优异的硬质碳膜的活塞环以及其制造方法。通过如下活塞环，解决了所述课题：具有形成于活塞环基材(1)的至少外周滑动面(11)上的硬质碳膜(50)，该硬质碳膜(50)是由多个层构成的层叠膜，具有层叠间距为3nm以上50nm以下的范围内的上层(5)、层叠间距比上层(5)小的中间层(4)、以及层叠间距为与上层(5)相同的范围内且比中间层(4)大的下层(3)。能够构成为，通过使透射式电子显微镜(TEM)与电子能量损失谱法(EELS)组合的TEM－EELS光谱法测定该硬质碳膜50的sp²成分比为35％以上且80％以下的范围内，氢含量为0.1原子％以上且5原子％以下的范围内。

技术领域

本发明涉及具备密合性与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

使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。对于活塞环，要求耐磨损性、初期磨合性、以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中提出有具备具有低摩擦与耐磨损性的碳系覆盖膜的活塞环。具体而言，提出有如下的活塞环，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，硬度高的层具有与硬度低的层的厚度相同或者为这厚度以上的厚度，覆盖膜整体的厚度为5.0μm以上。此时，低硬度层通过溅射而成膜，高硬度层通过离子镀而成膜。

另外，在专利文献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，该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，该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式电子显微镜图像比第二非晶质硬质碳层的透射式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

发明内容

发明将要解决的课题

然而，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构造，成膜复杂。另外，若硬度高的层的厚度为5nm～90nm，则未必能够维持高硬度的层，因此，难以维持耐磨损性。另外，专利文献2的技术中，虽然对透射式电子显微镜下的亮度与密度的关系和密合性进行了记载，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。

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

用于解决课题的手段

用于解决所述课题的本发明的活塞环具有形成于活塞环基材的至少外周滑动面上的硬质碳膜。其特征在于，所述硬质碳膜是由多个层构成的层叠膜，从所述活塞环基材侧起，具有层叠间距为3nm以上且50nm以下的范围内的下层、层叠间距比所述下层小的中间层、以及层叠间距为与所述下层相同的范围内且比所述中间层大的上层。

根据该发明，硬质碳膜为由多个层构成的层叠膜，并具有层叠间距为所述范围内的上层、中间层以及下层，因此能够通过其上层提高膜韧性。另外，由于在上层与下层之间具有层叠间距比它们更小的中间层，因此能够通过各层相互的界面作用提高密合性。其结果，能够形成具有密合性与耐磨损性优异的硬质碳膜的活塞环。

在本发明的活塞环中，能够构成为，通过使透射式电子显微镜(TEM)与电子能量损失谱法(EELS)组合的TEM－EELS光谱法测定所述硬质碳膜的sp²成分比为35％以上且80％以下的范围内，氢含量为0.1原子％以上且5原子％以下的范围内。根据该发明，能够提供耐磨损性优异的活塞环。