碳涂層部件及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種只需在內(nèi)部表面包覆DLC涂層即能夠?qū)崿F(xiàn)充分的低摩擦化的碳涂層部件。碳涂層部件的筒狀部件內(nèi)部滑動(dòng)部受DLC涂層包覆。DLC涂層的硬度范圍為3.0～10.0GPa，峰度Rku是27.0以下。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】碳涂層部件及其制造方法
碳涂層部件及其制造方法
本專利技術(shù)涉及碳涂層部件及其制造方法。
技術(shù)介紹
例如像內(nèi)燃機(jī)的氣缸體那樣，為了降低能量消耗等，具有其他部件相對(duì)其發(fā)生滑動(dòng)的部分的部件需要減少滑動(dòng)部分的機(jī)械損失，因此該部件的低摩擦化為人們所研究。為了實(shí)現(xiàn)其低摩擦化，已知有一種表面上設(shè)置了類金剛石碳涂層(以下有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱為DLC涂層)等碳涂層的碳涂層部件(例如參照專利文獻(xiàn)1,2)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本專利第3555844號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2：日本專利第4973971號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的課題然而，在現(xiàn)有的碳涂層部件中，僅僅在其表面包覆DLC涂層等碳涂層無法實(shí)現(xiàn)足夠的低摩擦化，存在必須對(duì)該DLC涂層中含有的氫、氮或氧的含量進(jìn)行規(guī)定、或者對(duì)所使用的潤(rùn)滑油進(jìn)行規(guī)定的問題。本專利技術(shù)的目的在于解決上述問題，從而提供一種能夠僅通過在其表面上包覆DLC涂層就能夠充分實(shí)現(xiàn)低摩擦化的碳涂層部件。用于解決課題的方式為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的碳涂層部件的特征在于由筒狀的主體和類金剛石碳涂層構(gòu)成，該類金剛石碳涂層在所述主體的內(nèi)部表面至少包覆其他部件滑動(dòng)的部分，該類金剛石碳涂層的硬度范圍為3.0～10.0GPa，該類金剛石碳涂層的峰度Rku為27.0以下，所述峰度Rku表示所述類金剛石碳涂層的表面上的每規(guī)定面積的表面粗糙度的分布。根據(jù)本專利技術(shù)的碳涂層部件,所述DLC涂層的硬度范圍為3.0～10.0GPa，且所述峰度Rku為27.0以下，由此能夠充分降低摩擦系數(shù)從而實(shí)現(xiàn)低摩擦化。所述DLC涂層的硬度不足3.0Gpa時(shí)，所述碳涂層部件的表面無法滿足所需的耐摩耗性，超過10.0Gpa時(shí)則無法實(shí)現(xiàn)所述碳涂層部件的低摩擦化。另外，所述峰度Rku超過27.0時(shí)，則無法實(shí)現(xiàn)所述碳涂層部件的低摩擦化。此外，為了進(jìn)一步降低本專利技術(shù)的碳涂層部件的摩擦系數(shù)實(shí)現(xiàn)低摩擦化，所述DLC涂層的硬度范圍優(yōu)選為8.0～10.0GPa。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低本專利技術(shù)的碳涂層部件的摩擦系數(shù)實(shí)現(xiàn)低摩擦化，所述DLC涂層的峰度Rku優(yōu)選是20.0以下，更優(yōu)選是8.0以下。另外，本專利技術(shù)的碳涂層部件的所述DLC涂層的表面粗糙度Rz優(yōu)選為2.7μm以下。由于本專利技術(shù)的碳涂層部件的所述DLC涂層具備所述范圍內(nèi)的表面粗糙度，在該DLC涂層表面上形成的凹凸的凹部?jī)?nèi)能夠保持潤(rùn)滑油。此外，在本專利技術(shù)的碳涂層部件中，所述潤(rùn)滑油在高溫時(shí)會(huì)燃燒。因此，本專利技術(shù)的碳涂層部件的所述DLC涂層的表面粗糙度Rz更優(yōu)選是2.0μm以下。本專利技術(shù)的碳涂層部件的所述DLC涂層具備所述范圍內(nèi)的表面粗糙度，因此能夠降低所述潤(rùn)滑油的消耗量。本專利技術(shù)的碳涂層部件例如能夠適用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸體。所述本專利技術(shù)的碳涂層部件的制造方法是由筒狀的主體和類金剛石碳涂層構(gòu)成的碳涂層部件的制造方法，該制造方法的特征在于，該類金剛石碳涂層在所述主體的內(nèi)部表面至少包覆其他部件滑動(dòng)的部分，該類金剛石碳涂層的硬度范圍為8.0～10.0GPa，該類金剛石碳涂層的峰度Rku為27.0以下，所述峰度Rku表示所述類金剛石碳涂層的表面上的每規(guī)定面積的表面粗糙度的分布，所述制造方法具備以下步驟：密封所述主體的兩端部，并將其內(nèi)部減壓到1～100Pa范圍的真空度的步驟；去除所述主體的內(nèi)部表面上存在的異物的步驟；以及，將所述主體的內(nèi)部維持在1～30Pa范圍的真空度，同時(shí)以500～4000sccm范圍的流量向所述主體內(nèi)部供應(yīng)乙炔氣，使該乙炔氣等離子化，從而在所述主體的內(nèi)部表面上堆積所述類金剛石碳涂層的步驟。根據(jù)本專利技術(shù)的碳涂層部件的制造方法，首先，兩端部被密封的所述主體的內(nèi)部被減壓到1～100Pa范圍的真空度。然后，在該真空度的條件下，去除所述主體的內(nèi)部表面上存在的異物。將所述主體內(nèi)部減壓到不足1Pa的真空度則需要昂貴的設(shè)備，而當(dāng)所述真空度超過100Pa時(shí)，則無法去除所述異物。接著，將經(jīng)去除了所述異物的所述主體的內(nèi)部維持在1～30Pa范圍的真空度，同時(shí)以500～4000sccm范圍的流量向所述主體內(nèi)部供應(yīng)乙炔氣，使該乙炔氣等離子化，從而在所述主體的內(nèi)部表面上堆積所述類金剛石碳涂層。通過這種方式，能夠形成硬度范圍是8.0～10.0GPa、峰度Rku范圍是27.0以下的所述DLC涂層。將所述主體內(nèi)部減壓到不足1Pa的真空度則需要昂貴的設(shè)備，而當(dāng)所述真空度超過30Pa時(shí)，則無法讓所述乙炔氣等離子體化。另外，所述乙炔氣的流量是上述范圍之外時(shí)，無法形成具有所述硬度范圍以及所述峰度Rku范圍的所述DLC涂層。此外，在本專利技術(shù)的碳涂層部件的制造方法中優(yōu)選具備下述步驟：在5～200秒的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)所述主體施加2～100A范圍的脈沖電流，由此對(duì)該主體施加偏置電壓，將乙炔氣等離子體化的步驟。當(dāng)所述脈沖電流不足2A、供應(yīng)時(shí)間不足5秒時(shí)，有可能無法讓所述乙炔氣等離子體化。另外，當(dāng)所述脈沖電流超過100A、供應(yīng)時(shí)間超過200秒時(shí)，有可能無法形成具有上述硬度范圍及峰度Rku范圍的所述DLC涂層。附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是表示本專利技術(shù)的碳涂層部件的制造方法中使用的等離子體CVD裝置的一構(gòu)成例的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2是表示本專利技術(shù)的碳涂層部件的制造方法的流程圖。圖3是表示根據(jù)挖掘摩擦理論算出摩擦系數(shù)(COF)的計(jì)算方法的示意圖。圖4是表示DLC涂層的硬度及峰度(Rku)與摩擦系數(shù)(COF)之間關(guān)系的圖表(graph)。具體實(shí)施方式接著，參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本專利技術(shù)的實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，以碳涂層部件是圖1中用長(zhǎng)度方向的截面所示的氣缸體1(cylinderblock)為例進(jìn)行說明。如圖1所示，氣缸體1為筒狀，內(nèi)部具有讓活塞(未圖示)滑動(dòng)的空洞部2。氣缸體1在潤(rùn)滑油下使用，并在空洞部2的表面上包覆DLC涂層(未圖示)。所述DLC涂層的硬度范圍為3.0～10.0GPa，其作為統(tǒng)計(jì)性數(shù)值的峰度(Rku)為27.0以下。所述峰度(Rku)表示所述表面的每規(guī)定微小面積的表面粗糙度的分布。另外，所述DLC涂層優(yōu)選其硬度范圍為8.0～10.GPa。所述峰度(Rku)優(yōu)選是20.0以下，更優(yōu)選是8.0以下。利用涂層硬度測(cè)定裝置(納米硬度計(jì)(nanoindenter))，在最大荷重5mN的測(cè)定條件下測(cè)定壓痕硬度(indentationhardness)作為所述硬度。所述峰度(Rku)是如下所述通過下式(1)表述的數(shù)值：針對(duì)所述DLC涂層表面上的規(guī)定的微小面積(例如0.4mm×0.1mm的范圍)，由方程式Z(x)的四次方的平均值除以均方根(Rq)的四次方后的數(shù)值。在JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))B0601中對(duì)所述峰度(Rku)有所規(guī)定。所述方程式Z(x)表示利用原子力顯微鏡(AFM)測(cè)定的基準(zhǔn)長(zhǎng)度的粗糙度曲線。另外，所述DLC涂層優(yōu)選其表面粗糙度Rz是2.7μm以下，更優(yōu)選是2.0μm以下。在空洞部2的表面上具備所述DLC涂層的氣缸體1可以通過如圖1所示的等離體子CVD裝置3來制造。等離子體CVD裝置3具備密封氣缸體1的空洞部2兩端的密封件4a，4b、分別裝設(shè)在密封件4a，4b上的陽極5a，5b、氣體供應(yīng)分系統(tǒng)6及工藝控制分系統(tǒng)7。密封件4a，4b還兼用作絕緣部件，將氣缸體1與陽極5a，5b分離。陽極5a，5b是棒狀電極，通過密封件4a，4b上設(shè)置的孔部(未圖示)插入于密封件4a，4b內(nèi)部。氣體供應(yīng)分系統(tǒng)6具備乙炔氣(ac本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳涂層部件，其特征在于，由筒狀的主體和類金剛石碳涂層構(gòu)成，所述類金剛石碳涂層在所述主體的內(nèi)部表面至少包覆其他部件滑動(dòng)的部分，所述類金剛石碳涂層的硬度在3.0GPa～10.0GPa的范圍，所述類金剛石碳涂層的峰度Rku為27.0以下，所述峰度Rku表示所述類金剛石碳涂層的表面的每規(guī)定面積的表面粗糙度的分布。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2013.05.31 JP 2013-1160341.一種碳涂層部件，其特征在于，由筒狀的主體和類金剛石碳涂層構(gòu)成，所述類金剛石碳涂層在所述主體的內(nèi)部表面至少包覆其他部件滑動(dòng)的部分，所述類金剛石碳涂層利用涂層硬度測(cè)定裝置在最大荷重5mN的測(cè)定條件下作為壓痕硬度測(cè)定的硬度在3.0GPa～10.0GPa的范圍，所述類金剛石碳涂層的峰度Rku為27.0以下，所述峰度Rku表示所述類金剛石碳涂層的表面的每規(guī)定面積的表面粗糙度的分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳涂層部件，其特征在于，所述類金剛石碳涂層的硬度范圍為8.0GPa～10.0GPa。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳涂層部件，其特征在于，所述類金剛石碳涂層的峰度Rku為20.0以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳涂層部件，其特征在于，所述類金剛石碳涂層的峰度Rku為8.0以下。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳涂層部件，其特征在于，所述類金剛石碳涂層的表面粗糙度Rz為2.7μm以下。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳涂層部件，其特征在于，所述類金剛石碳涂層的表面粗糙度Rz為2.0μm以下。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：小林幸司，神志那薰，吉本信彥，船津純矢，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：本田技研工業(yè)株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP