JP2006265646A - Sliding member - Google Patents
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Description
本発明は、摺動部材に関し、特に摺動面相当部にＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が形成された摺動部材に関する。 The present invention relates to a sliding member, and more particularly to a sliding member in which a Cr-B-Ti-N alloy film is formed on a portion corresponding to a sliding surface.
従来より、エンジン部品、各種機械部品の摺動部には、摺動特性に優れた皮膜を施した摺動材料が使用されている。ピストンリング等の摺動部材の摺動面には、耐久性を改善するため耐摩耗性等の摺動特性の向上を目的とした硬質クロムめっき、窒化処理、ＰＶＤ（物理蒸着）法で形成された窒化クロム（Ｃｒ−Ｎ）及び窒化チタン（Ｔｉ−Ｎ）等の表面処理が施されている。このうち、Ｃｒ−Ｎ系の皮膜においては、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜やＣｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が知られており、両皮膜とも摺動特性を向上させることを目的としている。具体的に、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜は、ＰＶＤ法の１つであるイオンプレーティング法によるものが知られており、Ｃｒ−Ｎ系の皮膜にＢを添加することにより、耐剥離性（靭性）、耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させた皮膜である（例えば、特許文献１参照）。Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜は、ＰＶＤ法の１つであるイオンプレーティング法によるものが知られており、Ｃｒ−Ｎ系の皮膜にＴｉを添加することにより、耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させた皮膜である（例えば、特許文献２参照）。これらの合金皮膜は、ＰＶＤ法の１つであるイオンプレーティング法によって成膜されたものであり、ピストンリングの他、一部の機械部品やエンジン部品等にも利用されるものである。
近年、環境対策等の観点から内燃機関の高出力化の要求が高まってきている。これに伴いピストンリング等の摺動部品が使用される環境が更に苛酷になってきている。このため、従来の合金皮膜であっても摺動特性が十分とはいえない状況となっており、さらに摺動特性の優れた合金皮膜が形成された摺動部材の開発が要求されている。 In recent years, there has been an increasing demand for higher output of internal combustion engines from the viewpoint of environmental measures and the like. As a result, the environment in which sliding parts such as piston rings are used has become more severe. For this reason, even if it is the conventional alloy film, it cannot be said that a sliding characteristic is enough, and also development of the sliding member in which the alloy film excellent in the sliding characteristic was formed is requested | required.
そこで本発明は、耐摩耗性、耐スカッフ性等の各摺動特性に優れたＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が形成された摺動部材を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the sliding member in which the Cr-B-Ti-N alloy membrane | film | coat excellent in each sliding characteristics, such as abrasion resistance and scuff resistance, was formed.
上記目的を達成するために、本発明は、母材の摺動面相当部に物理蒸着法によって形成されるＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が被覆された摺動部材であって、該Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜は、Ｂを０．０５〜１０．０質量％、Ｔｉを５．０〜４０．０質量％、Ｎを１０．０〜３０．０質量％含有し、残部がＣｒからなる摺動部材を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a sliding member in which a Cr-B-Ti-N alloy film formed by physical vapor deposition is coated on a portion corresponding to a sliding surface of a base material, -B-Ti-N alloy film contains 0.05 to 10.0% by mass of B, 5.0 to 40.0% by mass of Ti, 10.0 to 30.0% by mass of N, and the balance A sliding member made of Cr is provided.
ここで、該母材の少なくとも摺動面相当部に窒化層が形成され、該窒化層上にＣｒ−Ｂ
−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が被覆されていることが好ましい。
Here, a nitride layer is formed on at least a portion corresponding to the sliding surface of the base material, and Cr—B is formed on the nitride layer.
-Ti-N alloy film is preferably coated.
また、本発明においては、上述のＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が被覆された摺動部材が、ピストンリングであることが好ましい。 In the present invention, the sliding member coated with the Cr—B—Ti—N alloy film is preferably a piston ring.
請求項１記載の摺動部材又は請求項３記載のピストンリングは、その摺動面相当部がＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜からなり、Ｂを０．０５〜１０．０質量％、Ｔｉを５．０〜４０．０質量％、Ｎを１０．０〜３０．０質量％含有し、残部がＣｒからなる。かかる構成によれば、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れたＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が形成された摺動部材又はピストンリングを提供することができる。 The sliding member according to claim 1 or the piston ring according to claim 3 has a sliding surface equivalent portion made of a Cr—B—Ti—N alloy film, wherein B is 0.05 to 10.0 mass%, Ti In an amount of 5.0 to 40.0 mass%, N in an amount of 10.0 to 30.0 mass%, and the balance being Cr. According to such a configuration, it is possible to provide a sliding member or a piston ring on which a Cr—B—Ti—N alloy film excellent in wear resistance and scuff resistance is formed.
また、Ｃｒ−Ｎ系の皮膜にＢ及びＴｉを混合することにより、Ｃｒ−Ｂ−Ｎの耐摩耗性及び靭性に優れ、さらに、Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎの耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れた皮膜が得られる。この皮膜が形成された摺動部材及びピストンリングは、Ｂ量、Ｔｉ量を極端に増やすことなく、Ｂ量とＴｉ量を特定することにより、従来の皮膜よりも耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させた皮膜を得ることができる。 In addition, by mixing B and Ti into a Cr-N-based film, Cr-BN has excellent wear resistance and toughness, and Cr-Ti-N has excellent wear resistance and scuff resistance. A film is obtained. The sliding member and piston ring on which this film is formed have higher wear resistance and scuff resistance than conventional films by specifying the B amount and Ti amount without extremely increasing the B amount and Ti amount. An improved film can be obtained.
請求項２記載の摺動部材によれば、母材の少なくとも摺動面相当部に窒化層が形成され、該窒化層上にＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜が被覆されているので、摺動部材又はピストンリング全体の強度を向上させることができ、耐折損性が良好となる。またピストンリングの外周摺動面に直交する上下面に窒化層を形成すれば、ピストンリング自体の摩耗を防止することができる。 According to the sliding member of the second aspect, the nitride layer is formed at least on the portion corresponding to the sliding surface of the base material, and the nitride layer is covered with the Cr—B—Ti—N alloy film. The strength of the entire moving member or piston ring can be improved, and the breakage resistance is improved. Further, if the nitride layers are formed on the upper and lower surfaces orthogonal to the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the wear of the piston ring itself can be prevented.
本発明の摺動部材をピストンリングに適用した実施の形態ついて図１を参照して説明する。図１は、ピストンリング１のその円周方向に直交する断面図を示している。 An embodiment in which the sliding member of the present invention is applied to a piston ring will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the piston ring 1 perpendicular to its circumferential direction.
ピストンリング１は、母材２と、窒化層３と、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４とから構成されている。母材２は、通常、Ｆｅ系の合金、Ａｌ系の合金又はＴｉ系の合金である。窒化層３は、公知の窒化処理によって母材２の表面層に窒素を拡散させることにより形成され、硬質である。窒化層３を形成することにより、ピストンリング１全体の強度を向上させることができ、耐折損性が良好となる。またピストンリング１の外周摺動面に直交する上面５及び下面６に窒化層３を形成することにより、ピストンリング１自体の摩耗を防止することができる。
The piston ring 1 includes a
Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４は、ＰＶＤ（物理的蒸着）法によって窒化層３の外周摺動面（摺動面相当部）に被覆されている。ＰＶＤ法としては、イオンプレーティング法、真空蒸着法、分子線蒸着（ＭＢＥ）法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等があり、本実施の形態においては、イオンプレーティング法の一つであるアークイオンプレーティング法を用いている。アークイオンプレーティング法は蒸気のイオン化率が高く、ち密で密着性に優れた皮膜を得ることができる。Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４は、Ｃｒ−Ｂ合金ターゲットとＴｉターゲットとを互いに対向するようにセットし、窒素ガス雰囲気中で、アーク電流を流しＣｒ、Ｂ及びＴｉをイオン化させ、窒化層３を備えた母材２を回転させることにより、窒化層３の外周摺動面に形成される。なお、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４は、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ合金ターゲットをセットし、窒素ガス雰囲気中で、アーク電流を流してＣｒ、Ｂ及びＴｉをイオン化させ、窒化層３を備えた母材２を回転させることにより、窒化層３の外周摺動面に形成させてもよい。
The Cr—B—Ti—N alloy film 4 is coated on the outer peripheral sliding surface (sliding surface equivalent portion) of the nitride layer 3 by a PVD (physical vapor deposition) method. As the PVD method, there are an ion plating method, a vacuum evaporation method, a molecular beam evaporation (MBE) method, an ion beam evaporation method, a sputtering method, and the like. In this embodiment, an arc that is one of the ion plating methods. An ion plating method is used. The arc ion plating method has a high vapor ionization rate, and can obtain a dense and excellent coating film. The Cr—B—Ti—N alloy film 4 is set by setting a Cr—B alloy target and a Ti target so as to face each other, and flowing an arc current in a nitrogen gas atmosphere to ionize Cr, B, and Ti, and then nitriding By rotating the
このとき、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４の膜厚は、１〜７０μｍが好ましい。また、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４のビッカース硬さは１４００ＨＶ０．０５〜２０００ＨＶ０．０５であり、より好ましくは１５００ＨＶ０．０５〜１９００ＨＶ０．０５である。 At this time, the film thickness of the Cr—B—Ti—N alloy film 4 is preferably 1 to 70 μm. Moreover, the Vickers hardness of the Cr-B-Ti-N alloy film 4 is 1400HV0.05-2000HV0.05, More preferably, it is 1500HV0.05-1900HV0.05.
Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４は、Ｂを０．０５〜１０．０質量％、Ｔｉを５．０〜４０．０質量％、Ｎを１０．０〜３０．０質量％含有し、残部がＣｒである。Ｂが０．０５質量％未満の場合には、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４の耐剥離性、耐摩耗性、耐スカッフ性が向上せず、１０．０質量％を超えるとＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４の耐剥離性が低下するとともにターゲット材が脆くなり、割れ易くなる。Ｂは、より好ましくは０．２０〜６．０質量％皮膜４に含有される。 The Cr-B-Ti-N alloy film 4 contains 0.05 to 10.0% by mass of B, 5.0 to 40.0% by mass of Ti, and 10.0 to 30.0% by mass of N, The balance is Cr. When B is less than 0.05% by mass, the peel resistance, wear resistance, and scuff resistance of the Cr—B—Ti—N alloy film 4 are not improved, and when it exceeds 10.0% by mass, Cr— While the peel resistance of the B—Ti—N alloy film 4 is lowered, the target material becomes brittle and easily breaks. B is more preferably contained in the coating 4 of 0.20 to 6.0% by mass.
Ｔｉが５．０質量％未満の場合には、従来の皮膜よりも優れたＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４の耐摩耗性、耐スカッフ性が得にくく、４０．０質量％を超えると耐相手攻撃性が上がるとともに、組織が緻密になるため、脆化し欠け等が発生する恐れがある。Ｔｉは、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％皮膜４に含有される。Ｎが１０．０質量％未満の場合には、従来の皮膜よりも優れたＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜の耐摩耗性が得にくく、３０．０質量％を超えると耐摩耗性が悪くなる。Ｎは、より好ましくは１５．０〜２５．０質量％皮膜４に含有される。よって、Ｂ、Ｔｉ及びＮを上述の質量％で含有することにより、耐摩耗性、耐スカッフ性、耐剥離性を向上させた合金皮膜を得ることができる。 When Ti is less than 5.0% by mass, it is difficult to obtain the wear resistance and scuff resistance of the Cr—B—Ti—N alloy film 4 superior to the conventional film, and when it exceeds 40.0% by mass. As the opponent attack resistance increases, the structure becomes dense, which may cause embrittlement and chipping. Ti is more preferably contained in the film 4 at 10.0 to 35.0% by mass. When N is less than 10.0% by mass, it is difficult to obtain the wear resistance of the Cr—B—Ti—N alloy film superior to that of the conventional film, and when it exceeds 30.0% by mass, the wear resistance is poor. Become. N is more preferably contained in the film 4 of 15.0 to 25.0% by mass. Therefore, by containing B, Ti and N in the above-described mass%, an alloy film with improved wear resistance, scuff resistance and peel resistance can be obtained.
図１においては、ピストンリング１の母材２に窒化層３を形成し、ピストンリング１の外側摺動面にＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４を形成した例を示しているが、本発明におけるピストンリング１の形態はこれに限定されない。具体的に、図２に示すピストンリング１０１のように、窒化層を形成せずに母材２の外周摺動面に直接Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４を形成することができる。また、図３に示すピストンリング２０１のように、母材２に窒化層３を形成した後にピストンリング１の外周摺動面側の窒化層３を研削して、母材２の外周摺動面に直接Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４を形成することができる。
FIG. 1 shows an example in which the nitride layer 3 is formed on the
また、本実施の形態において摺動部材をピストンリングに適用したが、これに限られずカムシャフト、シリンダライナ、自動車部品及びコンプレッサ部品であっても良い。またＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４は、イオンプレーティング法により形成したが、上述した他の物理蒸着法を用いても良い。 In this embodiment, the sliding member is applied to the piston ring. However, the present invention is not limited to this, and a camshaft, a cylinder liner, an automobile part, and a compressor part may be used. The Cr—B—Ti—N alloy film 4 is formed by the ion plating method, but other physical vapor deposition methods described above may be used.
本実施の形態によるＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４の効果を試す性能試験を行った。表１に示す実施例１−１０、従来例１−６、及び比較例１−６の組成を有するＣｒ−Ｎ系合金について、耐摩耗性および耐スカッフ性の試験を行った。実施例１−１０は、本実施の形態の範囲内の量のＢ、Ｔｉ及びＮを含有するＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金である。従来例１−３はＣｒ−Ｂ−Ｎ合金、従来例４−７はＣｒ−Ｔｉ−Ｎ合金である。更に比較例１−６は本実施の形態の範囲外の量のＢ、Ｔｉ又はＮの少なくとも一つを含有するＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金である。表１に示す各組成は、母材に形成された皮膜の合金組成である。 A performance test was conducted to test the effect of the Cr—B—Ti—N alloy film 4 according to the present embodiment. The Cr—N alloys having the compositions of Example 1-10, Conventional Example 1-6, and Comparative Example 1-6 shown in Table 1 were tested for wear resistance and scuff resistance. Example 1-10 is a Cr—B—Ti—N alloy containing B, Ti and N in amounts within the scope of the present embodiment. Conventional Example 1-3 is a Cr—B—N alloy, and Conventional Example 4-7 is a Cr—Ti—N alloy. Further, Comparative Example 1-6 is a Cr—B—Ti—N alloy containing at least one of B, Ti or N in an amount outside the range of the present embodiment. Each composition shown in Table 1 is an alloy composition of a film formed on the base material.
実施例１−１０のＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜の形成方法について説明する。まず、上記の窒化層が形成された試料をアークイオンプレーティング装置のチャンバ（真空容器）内に取り付け、その後チャンバ内を５×１０−３Ｔｏｒｒまで真空引きを行った。次にチャンバ内に内蔵されたヒータにより、試料表面に付着あるいは吸着しているガスを放出させた。次に試料を挟んで互いに対向するように配置されたＣｒ−Ｂ合金ターゲットとＴｉターゲットとの表面にアーク放電を発生させ、Ｃｒ、Ｂ及びＴｉのイオンを放出させた。 A method for forming the Cr—B—Ti—N alloy film of Example 1-10 will be described. First, the sample on which the nitride layer was formed was mounted in a chamber (vacuum vessel) of an arc ion plating apparatus, and then the inside of the chamber was evacuated to 5 × 10 −3 Torr. Next, the gas adhering to or adsorbing to the sample surface was released by a heater built in the chamber. Next, arc discharge was generated on the surfaces of the Cr—B alloy target and the Ti target arranged to face each other with the sample interposed therebetween, and ions of Cr, B, and Ti were released.
次に、試料に−８００Ｖを印加して試料表面をスパッタクリーニング（イオンボンバード）した。その後、アーク放電が発生しているチャンバ中に窒素ガスを導入し、試料を回転させかつ試料に−１０Ｖのバイアス電圧を印加して試料表面にＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜を形成した。皮膜組成の変化については、Ｃｒ−Ｂ合金ターゲットの組成を変えること、または、Ｃｒ−Ｂ合金ターゲットとＴｉターゲットのアーク電流の大きさを変えることにより、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜中のＢ及びＴｉの含有量を変化させることができる。これにより表１の実施例１−１０に示す量のＢ、Ｔｉ及びＮを含有するＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜を形成し、テストピース（図４に示すテストピース１１に相当する）を作製した。
Next, -800 V was applied to the sample, and the sample surface was sputter cleaned (ion bombardment). Thereafter, nitrogen gas was introduced into the chamber in which arc discharge occurred, the sample was rotated, and a bias voltage of −10 V was applied to the sample to form a Cr—B—Ti—N alloy film on the sample surface. Regarding the change of the film composition, the composition of the Cr-B-Ti-N alloy film is changed by changing the composition of the Cr-B alloy target or by changing the magnitude of the arc current of the Cr-B alloy target and the Ti target. The contents of B and Ti can be changed. Thus, a Cr—B—Ti—N alloy film containing B, Ti and N in the amounts shown in Example 1-10 of Table 1 was formed, and a test piece (corresponding to the
次に従来例１−３のＣｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜の形成方法について説明する。まず、上記の窒化層が形成された試料をアークイオンプレーティング装置のチャンバ内に取り付け、その後チャンバ内を５×１０−３Ｔｏｒｒまで真空引きした。次にチャンバ内に内蔵されたヒータにより、試料表面に付着あるいは吸着しているガスを放出させた。次にＣｒ−Ｂ合金ターゲットとの表面にアーク放電を発生させ、Ｃｒ及びＢのイオンを放出させた。 Next, a method for forming the Cr—B—N alloy film of Conventional Example 1-3 will be described. First, the sample on which the nitride layer was formed was mounted in a chamber of an arc ion plating apparatus, and then the inside of the chamber was evacuated to 5 × 10 −3 Torr. Next, the gas adhering to or adsorbing to the sample surface was released by a heater built in the chamber. Next, arc discharge was generated on the surface of the Cr—B alloy target, and Cr and B ions were released.
次に、試料に−８００Ｖを印加して試料表面をスパッタクリーニング（イオンボンバード）した。その後、アーク放電が発生しているチャンバ中に窒素ガスを導入し、試料を回転させかつ試料に−１０Ｖのバイアス電圧を印加して試料表面にＣｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜を形成した。皮膜組成の変化については、Ｃｒ−Ｂ合金ターゲットの組成を変えること、または、アーク電流の大きさを変えることにより、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜中のＢの含有量を変化させることができる。これにより、表１の従来例１−３に示す量のＢ及びＮを含有するＣｒ−Ｂ−Ｎ合金皮膜を形成し、テストピース（図４に示すテストピース１１に相当する）を作製した。
Next, -800 V was applied to the sample, and the sample surface was sputter cleaned (ion bombardment). Thereafter, nitrogen gas was introduced into the chamber in which arc discharge occurred, the sample was rotated, and a bias voltage of −10 V was applied to the sample to form a Cr—B—N alloy film on the sample surface. Regarding the change of the coating composition, the content of B in the Cr—B—N alloy coating can be changed by changing the composition of the Cr—B alloy target or changing the magnitude of the arc current. As a result, a Cr—B—N alloy film containing B and N in the amounts shown in Conventional Example 1-3 in Table 1 was formed, and a test piece (corresponding to
次に従来例４−７のＣｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜の形成方法について説明する。まず、上記の窒化層が形成された試料をアークイオンプレーティング装置のチャンバ内に取り付け、その後チャンバ内を５×１０−３Ｔｏｒｒまで真空引きした。次にチャンバ内に内蔵されたヒータにより、試料表面に付着あるいは吸着しているガスを放出させた。次にＣｒ−Ｔｉ合金ターゲットとの表面にアーク放電を発生させ、Ｃｒ及びＴｉのイオンを放出させた。 Next, a method for forming a Cr—Ti—N alloy film of Conventional Example 4-7 will be described. First, the sample on which the nitride layer was formed was mounted in a chamber of an arc ion plating apparatus, and then the inside of the chamber was evacuated to 5 × 10 −3 Torr. Next, the gas adhering to or adsorbing to the sample surface was released by a heater built in the chamber. Next, arc discharge was generated on the surface of the Cr—Ti alloy target, and ions of Cr and Ti were released.
次に、試料に−８００Ｖを印加して試料表面をスパッタクリーニング（イオンボンバード）した。その後、アーク放電が発生しているチャンバ中に窒素ガスを導入し、試料を回転させかつ試料に−１０Ｖのバイアス電圧を印加して試料表面にＣｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜を形成した。皮膜組成の変化については、Ｃｒ−Ｔｉ合金ターゲットの組成を変えること、または、アーク電流の大きさを変えることにより、Ｃｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜中のＴｉの含有量を変化させることができる。これにより、表１の従来例４−７に示す量のＢ及びＮを含有するＣｒ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜を形成し、テストピース（図４に示すテストピース１１に相当する）を作製した。
Next, -800 V was applied to the sample, and the sample surface was sputter cleaned (ion bombardment). Thereafter, nitrogen gas was introduced into the chamber in which arc discharge occurred, the sample was rotated, and a bias voltage of −10 V was applied to the sample to form a Cr—Ti—N alloy film on the sample surface. Regarding the change of the film composition, the content of Ti in the Cr-Ti-N alloy film can be changed by changing the composition of the Cr-Ti alloy target or changing the magnitude of the arc current. Thus, a Cr—Ti—N alloy film containing B and N in the amounts shown in Conventional Example 4-7 in Table 1 was formed, and a test piece (corresponding to the
表１の比較例１−６に示す量のＢ、Ｔｉ及びＮを含有するＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜は、実施例１−１０のＣｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜の形成方法において、組成の異なるＣｒ−Ｂ合金ターゲット及びＴｉ合金ターゲットとを用いて形成し、テストピース（図４に示すテストピース１１に相当する）を作製した。
The Cr—B—Ti—N alloy film containing B, Ti and N in the amounts shown in Comparative Example 1-6 of Table 1 is the same as the Cr—B—Ti—N alloy film formation method of Example 1-10. A test piece (corresponding to the
次に、耐摩耗性試験及び耐スカッフ性試験について説明する。耐摩耗性試験には、図４に示すアムスラー型摩耗試験機１０を用いた。ピストンリング１に相当する上記の方法により作製した実施例１−１０、従来例１−６及び比較例１−６の合金皮膜を形成したテストピース１１（寸法７ｍｍ×８ｍｍ×５ｍｍ）を固定片とし、シリンダライナに相当する相手材１２（回転片）にはドーナツ状の（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、軸方向の厚さ１０ｍｍ）のものを用いた。
Next, the wear resistance test and the scuff resistance test will be described. For the wear resistance test, an Amsler
試験機１０の図示せぬ容器には潤滑油１３を溜め、潤滑油１３に相手材１２を部分的に浸して一定速度で回転させ、相手材１２の外周面にテストピース１１を接触させかつ荷重Ｐを負荷した。そして、一定時間経過後にテストピース１１の摩耗量を測定した。摩耗量の測定は、粗さ計による段差プロフィールで摩耗量（μｍ）を測定した。耐摩耗性試験の試験条件は以下に示すとおりである。
（試験条件）
試験機：アムスラー型摩耗試験機 相手材：ボロン鋳鉄
潤滑油：１号スピンドル油相当品 油温：８０℃
周速：１．０ｍ／ｓ 荷重：１５０ｋｇｆ
時間：７時間
耐摩耗性試験の結果を表１に示している。表１の摩耗指数は、従来例１のテストピース１１の摩耗量を１００とし、従来例１のテストピース１１の摩耗量に対する各テストピース１１の摩耗量を相対比として算出することにより求めた。従って、各テストピース１１の摩耗指数が１００より小さいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れていることを表している。一方、摩耗指数が１００よりも大きくなると、摩耗が発生しやすくなることを示している。
Lubricating oil 13 is stored in a container (not shown) of the
(Test conditions)
Testing machine: Amsler type wear testing machine Counterpart: Boron cast iron lubricating oil: No. 1 spindle oil equivalent Oil temperature: 80 ° C
Peripheral speed: 1.0 m / s Load: 150 kgf
Time: 7 hours Table 1 shows the results of the abrasion resistance test. The wear index in Table 1 was obtained by calculating the wear amount of each
次に、耐スカッフ性試験について説明する。耐スカッフ性試験は、耐摩耗性試験と同様のアムスラー型摩耗試験機１０を用いて行った。耐スカッフ性試験の試験方法は、耐摩耗性試験とほぼ同様であり、テストピース１１に負荷する荷重Ｐをスカッフが発生するまで順次増加させていく点において異なる。そして、テストピース１１がスカッフを発生する限界荷重を測定した。耐スカッフ性試験の試験条件は以下に示すとおりである。
（試験条件）
試験機：アムスラー型摩耗試験機 相手材：ボロン鋳鉄
潤滑油：１号スピンドル油相当品を塗布 周速：１．０ｍ／ｓ
耐スカッフ性試験の結果を表１に示している。表１の耐スカッフ指数は、従来例１のテストピース１１のスカッフ限界荷重を１００とし、従来例１に対する各テストピース１１のスカッフ限界荷重を相対比として算出することにより求めた。従って、各テストピース１１の耐スカッフ指数が１００より大きいほどスカッフ限界荷重が大きくなり、耐スカッフ性に優れていることを表している。一方、スカッフ指数が１００よりも小さくなると、スカッフが発生しやすくなることを示している。
Next, the scuff resistance test will be described. The scuff resistance test was performed using the Amsler
(Test conditions)
Testing machine: Amsler type wear testing machine Counterpart material: Boron cast iron lubricating oil: No. 1 spindle oil equivalent applied Peripheral speed: 1.0 m / s
The results of the scuff resistance test are shown in Table 1. The scuff resistance index in Table 1 was obtained by calculating the scuffing limit load of each
耐摩耗性試験及び耐スカッフ性試験の結果を示した表１より、従来例１−６及び比較例１−６に比べ、実施例１−６は、摩耗指数及び耐スカッフ指数において優れていることが分かる。よって、図１の窒化層３の外周摺動面に、Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜４を形成することによって、耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れたピストンリング１を提供することができる。 From Table 1 showing the results of the wear resistance test and the scuff resistance test, Example 1-6 is superior in the wear index and the scuff resistance index as compared with Conventional Example 1-6 and Comparative Example 1-6. I understand. Therefore, by forming the Cr—B—Ti—N alloy film 4 on the outer peripheral sliding surface of the nitride layer 3 of FIG. 1, the piston ring 1 having excellent wear resistance and scuff resistance can be provided. .
１、１０１、２０１ ピストンリング
２ 母材
３、２０３ 窒化層
４ Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜
５ 上面
６ 下面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該Ｃｒ−Ｂ−Ｔｉ−Ｎ合金皮膜は、Ｂを０．０５〜１０．０質量％、Ｔｉを５．０〜４０．０質量％、Ｎを１０．０〜３０．０質量％含有し、残部がＣｒからなることを特徴とする摺動部材。 A sliding member in which a Cr-B-Ti-N alloy film formed by a physical vapor deposition method is coated on a portion corresponding to a sliding surface of a base material,
The Cr—B—Ti—N alloy film contains 0.05 to 10.0% by mass of B, 5.0 to 40.0% by mass of Ti, and 10.0 to 30.0% by mass of N, A sliding member characterized in that the balance is made of Cr.
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