[发明专利]滑动部件

说明书

本发明涉及一种耐摩性和耐烧结性都优越的滑动部件及其制造方法，这种滑动部件具有以CrN为主要成分、含有Cr₂N而组成的氮化铬系保护膜。

以前，如汽车发动机零件、各种机械零件等滑动部分都使用借助于表面处理形成有优越滑动特性的保护膜的滑动零件。以前进行表面处理的方法有氮化处理、镀铬处理、钼喷镀等方法。

但是，近年来，随着滑动零件的使用条件高速化和高载荷化，对零件滑动特性的要求也就越来越高，产生用以前的表面处理不能适应的情况，希望研制出有更优越的耐摩性能和耐烧结性的保护膜。

针对这种要求，提出一种用最新近的PVD(Physical VaporDeposition)方法，在滑动零件的滑动面上覆盖上金属氮化物或金属碳化物等构成的保护膜的方法。

TiN、TiC、CrN等的PVD保护膜显示出优越的耐摩性能和耐烧结性能，尤其是氮化钛和氮化铬等，因能在实际地应用而引人注目，已用在一部分机械零件和发动机零件上。

但是现在，使用条件更加苛刻了，产生了即使利用这些氮化钛、氮化铬，滑动特性也不能充分满足的状况。特别是在滑动运动上叠加了沿滑动面法线方向的振动运动，产生接触面离开的情况下，或者在滑动运动过程中，法线方向的载荷发生变动的情况下，在这些滑动条件相当苛刻的使用条件下，以用离子镀形成的氮化铬保护膜为主要的硬质保护膜中都会发生碎片状剥离，使滑动材料的寿命缩短。在使用温度高、接触载荷大、滑动部分里难以形成润滑油膜等润滑条件相当差的使用条件下，同样也观察到硬质保护膜的碎片状剥离。因此，希望开发出一种覆盖着比现有的表面处理有更优越的耐剥离性的陶瓷涂层保护膜的滑动部件。

本发明的目的是提供一种覆盖着在苛刻的使用条件下也不发生碎片状剥离、同时有优越的耐摩性、耐烧结性的保护膜的滑动部件及其制造方法。

本发明人对上述的问题作了精心的研究，结果发现用PVD方法将铬和氮气混合成气相、并使其与基材接触，使基材的表面上形成以CrN为主要成分、含有Cr₂N的氮化铬系的保护膜，这时，通过使保护膜的破断面结晶形成从基材表面向保护膜表面延伸的柱状形态、而且把保护膜的空位率限定在1.5～20％，就能得到不易发生碎片状剥离，而且有优越的耐摩性和耐烧结性的滑动部件，从而完成本发明。

即，本发明的滑动部件是在基材上覆盖着至少以CrN为主要成分、含有Cr₂N而组成的氮化铬系化合物的滑动部件，其特征在于上述保护膜的破断面结晶具有从基材表面向保护膜表面延伸的柱状形态，而且保护膜具有受限制的空位率。

覆盖保护膜的基材可根据用途不同，从铁系材料、铝系材料和钛系材料中进行适当的选择。下面详细说明的PVD方法和CVD(Chemical Vapor Deposition)等方法相比，类似于低温处理，但由于没能避免由蒸镀现象引起的热量输入，可能的话，最好把有耐热性的铁系材料和钛系材料做为基材使用。

本发明的滑动部件中的保护膜由至少是以CrN为主要成分、含有Cr₂N而组成的氮化铬系化合物构成，而且保护膜破断面的结晶有从基材表面向保护膜表面延伸的柱状形态。所以，破断面有柱状结晶的保护膜被认为难以发生由点状腐蚀引起的碎片状剥离。

另外，氮化铬系的保护膜，当致密性增高时保护膜就变脆，就容易发生碎片状剥离。CrN的理论密度是6.14g/cm³，但为了防止剥离，必须把保护膜空位率做成1.5％以上。另一方面，当保护膜空位率过高时，硬度会下降、耐摩性会降低。因此，必需把保护膜空位率的上限定为20％。通过测定制得的保护膜的密度并取成与理论密度之比，能容易地计算空位率。

保护膜的硬度受保护膜结晶形态、保护膜空位率、结晶取向的影响。本发明保护膜的硬度用HmV从表面测定，约是600～1000程度。

此外，在氮化铬系的保护膜中，为了进一步提高耐剥离性，使(111)面平行于滑动面的方位取向，这样有更好的效果。

保护膜的厚度是1～80μm，最好是35～50μm。当保护膜的厚度不满1μm时，因摩损而使保护膜的寿命较短。另一方面，当保护膜的厚度超过50μm时，保护膜会剥离，在保护膜上产生龟裂，从而使其与基材的粘合力降低。将保护膜做成比必要的尺寸还厚，这在经济上是不合算的。

在本发明中用PVD方法使铬和氮气混合的气相与基材接触。PVD方法是形成保护膜的一种技术，基本上可分成蒸镀、阴极真空喷镀、离子镀等三类方法。