[发明专利]滑动构件和活塞环

说明书

本发明涉及滑动构件。该滑动构件包含母材和形成在母材的表面上的非晶质硬质碳膜，非晶质硬质碳膜具有sp²比随着从作为母材侧的内表面侧朝向外表面侧而增加的倾斜结构。另外，本发明涉及由上述滑动构件构成的活塞环。

技术领域

本发明涉及滑动面被覆有非晶质硬质碳膜的滑动构件，特别是用于汽车部件、机械部件等的滑动构件，作为其一例，可以列举活塞环。

背景技术

对于汽车发动机而言，要求提高燃料效率，例如，为了减少摩擦损耗，滑动面被覆了低摩擦系数的非晶质硬质碳膜的活塞环正被应用于一部分发动机。非晶质硬质碳膜也被称为DLC(diamond like carbon，类金刚石碳)膜(或者简称为硬质碳膜)。非晶质硬质碳膜中，作为碳键，混合存在有金刚石键(sp³键)和石墨键(sp²键)。非晶质硬质碳膜具有与金刚石类似的硬度、耐磨损性和化学稳定性，并且具有与石墨类似的固体润滑性和低摩擦系数，因此，适合作为滑动构件的保护膜。

专利文献1涉及具有形成在活塞环基材的至少外周滑动面上的硬质碳膜的活塞环。该硬质碳膜的特征在于，sp²成分比在40％以上且80％以下的范围内，氢含量在0.1原子％以上且5原子％以下的范围内，在表面显现的大颗粒量以面积比例计在0.1％以上且10％以下的范围内。根据专利文献1，上述构成的活塞环容易成膜，耐磨损性优良。需要说明的是，专利文献1中的“sp²成分比”表示硬质碳膜的石墨成分(sp²)相对于石墨成分(sp²)和金刚石成分(sp³)的成分比(sp²/(sp²+sp³))，利用透射电子显微镜(TEM)与电子能量损失谱法(EELS)组合而得到的TEM-EELS谱进行测定(参见专利文献1的段落[0054]-[0056])。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2015/115601号

发明内容

发明所要解决的问题

关于实质上不含氢的非晶质硬质碳膜(例如氢含量小于5原子％)，通过调整成膜条件，能够形成达到约30μm的膜厚。但是，对于sp³比高的膜而言，因成膜引起的残余应力大，成膜厚时，与母材的密合性变得不充分，容易发生剥离。另一方面，对于降低了sp³比的比较软质的膜而言，具有因高表面压力下的滑动引起的磨损、由于母材的塑性变形而容易发生剥离这样的问题。

即使如专利文献1记载的活塞环那样使硬质碳膜的sp²成分比在40～80％范围内，硬质碳膜也容易从母材(活塞环基材)剥离，在这方面存在改善的余地。即，较厚地形成sp²成分比较低的膜(较硬的膜)时，与母材的密合性变得不充分，另一方面，sp²成分比较高的膜(较软的膜)的情况下，不能充分地防止因高表面压力下的滑动引起的磨损、因母材的塑性变形引起的剥离。特别是为了使燃烧室内的热高效地逸散至气缸壁面而将未进行热硬化处理、表面改性的高热传导材料应用于母材时，具有如下倾向：由于滑动时的表面压力，产生因与母材的界面部分的变形引起的覆膜的缺损、剥离。

根据本发明人的研究，非晶质硬质碳膜具有以下两个本质上的性质，并且因这些性质导致对母材的密合性低这一点成为实用化的严重障碍。

(1)由于成膜而使内部存在大的残余应力。

(2)碳键是化学性稳定的。

本发明的目的在于提供能够充分地抑制非晶质硬质碳膜从母材剥离、并且具有足够高的耐磨损性的滑动构件和活塞环。

用于解决问题的方法