(57)【要約】【課題】  潤滑油中でアルミ合金からなる相手材と摺動する非晶質硬質炭素皮膜を有する摺動部材において、自己の摩耗及び相手材の摩耗を少なくする。【解決手段】  摺動材表面に、Cr,Fi,Si又はWからなる中間層２を介して水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜３を被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油中でアルミ合金からなる部材と摺動する摺動部材において、少なくとも摺動部表面に中間層を形成し且つ前記中間層を介して水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜を被覆したことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記中間層がＣｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群から選択された１以上の元素からなることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記非晶質硬質炭素皮膜の膜厚が０.３μmから１.０μmであることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動部材がピストンリングであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の摺動部材。
【請求項５】
前記アルミ合金が亜共晶Al-Si合金又は過共晶Al-Si合金からなり、摺動部材は中間層を形成し且つ中間層を介して水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜を被覆したことを特徴とする摺動部材とアルミ合金の組み合わせ。
【請求項６】
前記アルミ合金が硬質粒子を分散した粉末アルミ合金であることを特徴とする請求項５記載の摺動部材とアルミ合金の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は潤滑油中においてアルミ合金と摺動する摺動部材、特にピストンリング、並びに摺動部材の組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全の問題により燃費の向上、エンジンの小型軽量化、排気ガス規制の対応などから自動車用エンジンは高出力化と同時にアルミ化が進んでいる。従来、自動車用多気筒エンジンでは、アルミ鋳物に鋳鉄製などのライナーを鋳込み又は嵌め込みピストンリングと摺動させるシリンダ部構造が主に用いられているが、このようなライナーを有するシリンダ部の構造はシリンダピッチを比較的大きくする必要があることからエンジンの小型軽量化には限界がある。したがって、ライナーによる寸法的制約を解消しエンジンを小型軽量化するためには、アルミ合金からなるシリンダ部にめっきなどの表面処理を施すか又はアルミ合金のシリンダ部とピストンリングを直接摺動して用いることが必要となっている。
【０００３】
モーターサイクル用、四輪レース用エンジンなどでは、高出力、シリンダ部の冷却効率向上、軽量化のニーズが非常に強く、ニカジルめっき（ＳｉＣ粒子分散複合Nｉめっき）やＳｉ３Ｎ４粒子分散Co-Ni-P系複合めっきなどをアルミ合金からなるシリンダ部に直接コーティングしたライナーレスタイプが一部で用いられているが、シリンダ部の表面処理は高コストである。
【０００４】
アルミ合金製のシリンダブロックは、一般にJIS規格のAC4B材或いはADC12材相当合金などであり、鋳造により製造され、Ａ３９０材などの過共晶アルミ合金ではシリンダブロックを低圧鋳造した後、シリンダ部のアルミマトリックスのみを電解エッチングにより選択的にエッチングして、粒径５０μｍ程度のＳｉ粒子を表面に露出させ、摺動面とする技術が実用化されている。
【０００５】
特許文献１（特許２８６０５３７号）では、Ｓｉを２３から２８ｗｔ％含有する過共晶アルミ合金のシリンダライナ内周を切削加工及びホーニング加工し、表面を化学的にエッチングして用いることが示されている。
特許文献２（特開２００３―１３１６３号）には、粉末アルミ合金により形成されたマトリックス粒子とそのマトリックス中に分散された硬質粒子とを含む粉末アルミ合金製摺動部材のシリンダと、ダイヤモンドライクカーボン皮膜を被着したピストンリングを組み合わせて用いることが開示されている。
【０００６】
特許文献３（特開２００１−２８０４９７号）には、初期なじみ性、耐スカッフ性及び耐摩耗性に優れ、直接摺動できるＳｉ含有量が７から２０ｗｔ％のアルミ合金製シリンダと外周面に、メタンなどの炭化水素ガスを原料として生成されたダイヤモンドライクカーボンからなる硬質皮膜を有するピストンリングを組み合わせることが開示されている。この硬質皮膜はＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶの群から選ばれた１又は２種以上の元素の炭化物が分散し、これら元素の含有比率が５から４０ａｔ％であり、皮膜硬度がＨｖ７００から２０００の範囲である。また摩耗試験結果ではピストンリング試験片もシリンダ試験片もほぼ同じ摩耗量比となっている。
【０００７】
特許文献４（特開２００３−２９３１３６号）には、高Ｓｉ含有アルミ合金を相手材とする水素含有量が３０から５０ａｔ％であり、珪素含有量が５ａｔ％未満であり、珪素炭化物を含有する非晶質硬質炭素皮膜が開示され、密着性を高める目的でＳｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ及びそれらの合金、炭化物からなる中間層を適用し、その上に前記の非晶質硬質炭素皮膜を形成することが開示されている。この実施例及び比較例では、加熱潤滑油中で押し付け圧力を増大させてスカッフ試験が行なわれており、その結果では一旦摩擦係数が減少し、その後増加するときにスカッフが起こっている。
【０００８】
特許文献５（特開２００４−１３７５３５号）には、水素量を適切に制御して水素含有量を０.５ａｔ％以下としたＤＬＣ皮膜を形成し、潤滑油（油温80℃）の存在下で良好な低摩擦係数の摺動部材とすることが開示されている。なお、実施例では供試された相手材は浸炭軸受鋼（SUJ2）である。
【特許文献１】特許２８６０５３７号
【特許文献２】特開２００３−１３１６３号
【特許文献３】特開２００１―２８０４９７号
【特許文献４】特開２００３−２９３１３６号
【特許文献５】特開２００４−１３７５３５号
【非特許文献１】日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集（東京2000-5）D-5
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高出力エンジンでは発熱量が大きく高温となり、冷却が不十分となると潤滑不良によるスカッフが生じやすくなるため、ライナーレス化による冷却効率向上が有効である。ライナーレス化は、シリンダピッチの短縮を可能としエンジンの小型化をはかることができる。
しかしながら、ライナーレス化のためアルミ合金製シリンダ部にＳｉＣやＳｉ３Ｎ４粒子を分散させた複合めっき皮膜を形成したものでは硬質粒子の脱落によるアブレッシブ摩耗の問題がある。また、Ｓｉ３Ｎ４粒子を分散させたCo-Ni-P系複合めっきの場合においてもめっき後の表面粗さを０.８μｍＲｚ（十点平均粗さ）以下にしないと耐摩耗性が悪いという問題があった。また、アルミ合金製シリンダ部を直接摺動面として用いる場合には、アルミ合金の鋳造性、加工性が悪い問題があり、初期の保油性を確保のためのオイル溜まりを形成するホーニング仕上げが必要である。
【００１０】
また、Ｓｉ含有量の多い過共晶アルミ合金材、例えばＡ３９０材などにおいてはＡｌを選択エッチングすることによりＳｉや金属化合物からなる粒子を表面に露出させて使用しているが、粒子の脱落による上死点部の摩耗などの問題がある。
【００１１】
本発明に関連技術分野の上記（非）特許文献の研究結果は次のように整理することができる。先ず、非晶質硬質炭素皮膜の潤滑油中の特性評価は古くは20℃などの常温中で行なわれていた（非特許文献１）が、その後の発表文献（特許文献４，５）では80〜100℃などの高温試験条件が採用されている。また、非晶質硬質炭素皮膜の摺動特性は摩擦係数で評価している研究（特許文献５、非特許文献１）が多いが、特許文献４では摩擦係数と耐スカッフ性の両方により評価が行われている。この結果、高温潤滑油中で摺動されるアルミ合金/非晶質硬質炭素皮膜摺動構造では、摺動初期に摩擦係数が低下する現象が認められた。最近の研究結果を公表する特許文献５では、浸炭鋼相手材に対して水素含有量が制御された非晶質硬質炭素皮膜は、高温潤滑油中で、低い摩擦係数を示すことが開示された。以上の結果から、相手材がアルミ合金の場合は、初期なじみ現象により摩擦係数が下がっても、その後スカッフが起こることがわかる。本発明者らはさらに研究を進めたところ、アルミ合金中のＳｉが意外にも高温潤滑油中で摺動される非晶質硬質炭素皮膜の摩耗に大きな影響を及ぼすという知見を得た。これらの知見に基いて従来技術について次のように評価した。
【００１２】
特許文献２の開示から、摺動部材において、摺動面に水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を用いたものは表面平滑性やアルミ合金との耐凝着性は優れているといえる。しかしながら、摺動条件が過酷な近年のエンジンにおいては特許文献２で提案された非晶質硬質炭素皮膜は耐凝着性も十分ではなく、耐剥離性にも問題を有している。この皮膜に密着性を高める目的で中間層を適用しても耐剥離性は十分ではない。また、この皮膜は比較的軟質であるために耐摩耗性が悪い。
【００１３】
摺動部材の摺動面に金属を含有した非晶質硬質炭素皮膜を用いたものでは、添加された金属が主として非晶質炭素のネットワーク中で金属炭化物の状態で膜中に存在するため、高面圧下での摺動時に硬質の炭化物粒子を起点として欠けや剥離を生じやすいという問題がある。特に、金属炭化物を５から４０ａｔ％程度の高濃度に含有し、皮膜硬度がＨｖ７００から２０００の範囲では耐摩耗性に問題があった。
【００１４】
摺動面に、水素含有量を０.５ａｔ％以下とした特許文献５の非晶質硬質炭素皮膜は上述のように鋼材からなる相手材に適用するものであるが、その他にも密着性や相手材摩耗に問題があった。
【００１５】
本発明は、初期なじみ性、耐スカッフ性、耐凝着性及び耐摩耗性に優れ、アルミ合金製相手材と直接摺動させることができる非晶質硬質炭素膜被覆摺動部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アルミ合金からなる部材を相手材とし潤滑油中で使用される摺動部材において、少なくとも摺動部表面に中間層を有し、且つ中間層を介して水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜を被覆したことを特徴とする摺動部材である。前記摺動部材は、内燃機関用ピストンリングなどが好適である。ここで水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜とは、ＨＦＳ（Hydrogen Forward Scattering）法による分析で、水素が検出限界以下（実質０.５at%以下）であり、炭素から構成される非晶質硬質炭素膜である。非晶質硬質炭素皮膜は膜中の水素の有無にかかわらず、炭素の結合状態はｓp3（ダイヤモンド）結合とｓｐ２（グラファイト）結合の２つが存在しているが、水素を含有している非晶質硬質炭素はｓｐ２結合が多くなる。このためｓｐ２結合によるグラファイト的性質による自己潤滑性により、相手材との凝着が少ない。一方、水素を含まない非晶質硬質炭素皮膜はＨｖ１５００から８０００程度の硬度を有し、水素を含む非晶質硬質炭素皮膜に比べ耐摩耗性に優れる。特にＨｖ２０００を超える硬度を有する非晶質硬質炭素皮膜は、面粗度を適度に調整することにより、適度な相手攻撃性を付与することができる。即ち、高硬度非晶質硬質炭素皮膜は高温潤滑油中で相手材のAl-Si合金中のＳｉにより異常摩耗せず、むしろ相手材のＡｌ−Ｓｉを平滑にする初期なじみ性に優れる。
【００１７】
本発明において少なくとも摺動部表面に形成される中間層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群から選択された１種以上の元素を含むものであり、イオンプレーティングにより主に前記元素からなる金属層もしくは合金層である。中間層の厚さは０.１から０.３μmであることが好ましい。中間層の厚さが０.３μmより厚いと、摺動時に中間層上に成膜される水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜を介して中間層に高いせん断力が作用すると中間層が塑性流動して剥離を発生しやすくなる可能性がある。０.１μm未満では密着性低下して相手材のアルミ合金の摩耗が増大する可能性がある。
【００１８】
前記中間層を介して成膜される水素を含有しない非晶質硬質炭素皮膜の膜厚は、０.３μｍから１μｍであることが好ましい。膜厚０.３μm未満では均一な皮膜が形成されず、初期摺動による摩滅などが発生する可能性がある。１μmより厚いと皮膜の内部応力により剥離の可能性があり、また中間層との相乗効果による相手材の摩耗低減が得られないため膜厚は１μm以下が好ましい。
【００１９】
相手材のアルミ合金には、亜共晶Al-Si系アルミ合金又は過共晶Al-Si系アルミ合金の鋳造材、押出材などが適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施例について示したものである。図１（ａ）はアルミ合金からなる部材を相手材とし、潤滑油中で使用される摺動部材で、基材１の表面に中間層２を介して水素を含有しない非晶質硬質炭素（以下「H-free a-Ｃ」という）皮膜３を被覆する。
中間層はＣｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群から選ばれた１以上の元素を含むものであり、スパッタリング法や真空アーク蒸発源を用いたイオンプレーティング法により膜厚０.１から０.３μｍに成膜する。中間層は、イオンプレーティングにより主に前記元素からなる金属層もしくは合金層を形成するのが好ましい。
【００２１】
H-free a-Ｃ皮膜は、ＰＶＤ法すなわち固体カーボンをカソード蒸発源とした真空アークを用いたイオンプレーティング法により膜厚０.３μｍから１μｍで形成する。このH-free a-Ｃ皮膜は、上記中間層を介してコーティングする。膜厚は１μｍ以下が好適であるが、より好ましくは０.５μｍ以下が良い。
H-free a-Ｃの硬度はＨｖ１５００〜８０００が好適であり、耐摩耗性、適度な相手攻撃性の観点からＨｖ２０００を超える硬度がより好ましい。また、H-free a-Ｃ皮膜の表面粗さは０.２μｍＲｚ（十点平均粗さ）から０.５μｍＲｚが好適である。０.２μmＲｚ未満は仕上加工に時間を要するため生産性の問題があり、０.５μｍＲｚを超えると、皮膜硬度と相まって相手攻撃性が強くなる可能性がある。０.２μｍＲｚから０.３μｍＲｚが初期なじみ性に優れるのでより好ましい。
【００２２】
図２は相手材となるシリンダ断面について示したものである。シリンダ4の材質としては下記のＳｉ含有量が９から２８ｗｔ％の亜共晶アルミ合金又は過共晶アルミ合金などが適用可能であり、これらのアルミ合金をシリンダに用いる場合には、通常はホーニング加工、エッチング処理などが実施される。
【００２３】
１）Ｓｉ９.６から１２ｗｔ％、Ｃｕ１.５から３.５ｗｔ％、不可避不純物６ｗｔ％以下、残部Ａｌからなる亜共晶アルミ合金（ＡＤＣ１２）。
２）Ｓｉ２３から２８ｗｔ％、Ｃｕ３.０から４.５ｗｔ％、Ｍｇ０.８から２.０ｗｔ％、Ｆｅ０.２５ｗｔ％以下、Ｍｎ、Ｎｉ及びＺｎ０.０１ｗｔ％以下、残部Ａｌからなる過共晶アルミ合金。
３）Ｓｉ２３から２８ｗｔ％、Ｃｕ３.０から４.５ｗｔ％、Ｍｇ０.８から２.０ｗｔ％、Ｆｅ１.０から１.４ｗｔ％、Ｎｉ１.０から５.０ｗｔ％、Ｍｎ、及びＺｎ０.０１ｗｔ％以下、残部Ａｌからなる過共晶アルミ合金。
４）Ｓｉ１４.５から１５.５ｗｔ％、Ｃｕ２.５から４.０ｗｔ％、不可避不純物６ｗｔ％以下、残部Ａｌからなる過共晶アルミ合金。
５）Ｓｉ１６から１８ｗｔ％、Ｃｕ４から５ｗｔ％、Ｍｇ０.４５から０.６５ｗｔ％、不可避不純物６ｗｔ％以下、残部Ａｌからなる過共晶アルミ合金（Ａ３９０）。
６）Ｓｉ３Ｎ４などの硬質粒子を分散した粉末アルミ合金。
【００２４】
図３（ａ）は、外周面にＣｒめっき、イオン窒化又はラジカル窒化などの下地層10と、Ｃr、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群の１以上の元素を含んだ中間層2及び前記中間層2を介してH-free a-Ｃ皮膜3が形成されたピストンリングについて示したものである。
図３（ｂ）は、全面にガス窒化層などを形成した下地層10の場合で、外周面の下地層上にＣr、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群の１以上の元素を含んだ中間層2及び前記中間層2を介してH-free a-C皮膜3が形成されたピストンリングについて示したものである。
また、図３（ｃ）は下地層10を形成せずにリング基材に直接Ｃr、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群の１以上の元素を含んだ中間層2及び前記中間層2を介してH-free a-C皮膜3を形成したピストンリングについて示したものである。
【００２５】
ピストンリングにおいては、少なくとも外周摺動面に本発明の構成の中間層と前記中間層を介してH-free a-C皮膜を形成することが必要であるが、側面、内周面或いは側面と内周面の両方についてもコーティング処理を行っても良い。
ピストンリング材としては、ＪＩＳ−ＳＷＲＳ８２Ａ、ＳＵＳ４４０Ｂ相当等の材料が好適である。また、下地層としては、Ｃｒめっき、窒化（ガス窒化、ガス軟窒化、イオン窒化、ラジカル窒化）、ＴｉＮ皮膜、ＣｒＮ皮膜などを適用することができる。
【００２６】
以下、本発明による摺動部材について密着性、摺動特性の評価を結果について述べる。
（密着性）
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１は中間層及び前記中間層上に形成した非晶質硬質炭素皮膜による密着性についてロックウェル圧痕試験（基材：ＳＫＨ５１、圧子：ロックウェルＣスケール、試験荷重：１５０ｋｇｆ）により評価した結果について示したものである。判定方法としては、圧痕周辺部の剥離の状態から判断している。
実施例１から４は、イオンプレーティング法により膜厚０.３μmのＣｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗの金属からなる中間層を成膜し、前記中間層上に真空アーク法により膜厚０.５μmのH-free a-Ｃ皮膜を形成した場合である。いずれもロックウェル圧痕周辺部で剥離の発生はなく良好な密着性を有する。
一方、比較例１は中間層を成膜せずに真空アーク法によりH-free a-C皮膜を成膜した場合であるが、圧痕周辺部に剥離が発生している。比較例２から５は、イオンプレーティング法により膜厚０.３μmのＣｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗの金属からなる中間層を成膜し、前記中間層上にプラズマＣＶＤ法により膜厚０.５μmの水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を形成したものであり、比較例６は中間層を成膜せずにプラズマＣＶＤ法により膜厚０.５μmの水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を形成したものについて示している。
中間層上に水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を形成した比較例２から５は、中間層を成膜しない比較例６に比べて剥離は少ないが圧痕周辺部に剥離が発生し、実施例１から４の中間層を有し且つH-free a-C皮膜を形成した場合に比べ密着性は著しく悪い。尚、圧痕試験に用いた実施例及び比較例は、下地層に窒化処理を行ったものを用いた。
【００２９】
（耐摩耗性）
表２はピン・オン・ディスク式摩擦摩耗試験装置による評価及びピン・オン・ディスク式スカッフ試験装置による評価に用いた実施例と比較例の組み合わせを示している。また、表３はこれらの評価試験の結果を示したものである。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
ピン・オン・ディスク式摩擦摩耗試験装置による評価に用いたピンは、材質ＳＫＨ５１材、サイズ：５ｍｍ×３.５ｍｍ×２０ｍｍ、先端Ｒ２０のものを使用し、ディスクは内燃機関シリンダ用に好適なアルミ合金材を表面粗さ０.５μmＲｚ（十点平均粗さ）に仕上げ使用し、荷重：９８.１Ｎ/ｍｍ、周速：０.５ｍ/ｓｅｃ、潤滑油：５Ｗ−３０エンジンオイル、油温：９０℃で行った。
【００３３】
実施例５から９は、ピン材に窒化処理による下地層を形成後、イオンプレーティング法により膜厚０.３μmの金属Ｃｒからなる中間層を成膜し、前記中間層上に真空アーク法により膜厚０.８μmのH-free a-Ｃ皮膜を形成したものである。ディスク材には内燃機関のシリンダ用に好適なＳｉ含有量が９から２８ｗｔ％のアルミ合金を使用した。
比較例７はピン材に窒化処理による下地層を形成後、中間層を成膜せずに真空アーク法により膜厚０.８μmのH-free a-Ｃ皮膜を形成している。
比較例８、９はピン材に窒化処理による下地層を形成後、イオンプレーティング法により膜厚０.３μmのＣｒの金属からなる中間層を成膜し、前記中間層上にスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法により水素を含有する非晶質硬質炭素皮膜を形成した。
比較例１０はピン材の材質をＳＵＳ４４０材とし窒化処理を施したものである。
比較例１１及び１２は、ＳＫＨ５１材にＣｒめっき、Ｓｉ３Ｎ４粒子を分散させたCo-Ni-P系複合めっきをそれぞれ施したものである。
【００３４】
図４はピン・オン・ディスク式摩擦摩耗試験におけるピン側、ディスク側の摩耗状況について示したものである。実施例５はピン側の摩耗は少ないが、ディスク材にＳｉ量が少なく軟質なアルミ合金を用いているためディスク側に摩耗が見られる。実施例６、７はディスク材にＳｉ量が多いアルミ合金を使用してホーニング後にエッチング処理によりＳｉ一次結晶を露出させたもので、ディスク側の摩耗は少ないがピン側の摩耗が実施例５よりもやや多い。実施例８、９はディスク材にＳｉ量１６〜１８ｗｔ％のアルミ合金を用いたもので、ピン側の摩耗が少なく且つディスク側の摩耗は殆ど見られない。これらの実施例は、ピン側及びディスク側のトータル摩耗の観点から比較例よりも良好である。
比較例７〜１２は実施例９と同じＳｉ量１６〜１８ｗｔ％のアルミ合金をディスク材としている。比較例７は、ディスク側及びピン側とも摩耗が多い。これは皮膜の密着性が悪いため試験中に皮膜が剥離したことに起因する。
比較例８はピン側に水素を含む非晶質硬質炭素皮膜（プロセス：スパッタリング、硬度Ｈｖ２０００、膜厚1μｍ）を適用したもので、ピン側の（水素を含む）非晶質硬質炭素皮膜は、Ｃｒめっき（比較例１１）及びCo-Ni-P系複合めっき（比較例１２）よりも多く摩滅しディスク側も摩耗が見られた。
比較例９はピン側に水素を含む非晶質硬質炭素皮膜（プロセス：プラズマＣＶＤ、硬度Ｈｖ１９００、膜厚５μｍ）を形成したもので、ディスク側に殆ど摩耗は見られずピン側の相手攻撃性は殆ど示さないがピン側の自己摩耗が比較的多い。
比較例１０はピン側の自己摩耗は殆ど見られないが、ディスク側の摩耗が非常に多くピン側の相手攻撃性が大きい。
比較例１１はピン側及びディスク側共に摩耗が非常に多く、ピン側の自己摩耗及び相手材攻撃性が大きい。
比較例１２のＳｉ３Ｎ４粒子分散Co-Ni-P系複合めっきではピン側及びディスク側共に比較例１０の半分程度であるが摩耗が多いレベルで、ピン側の自己摩耗及び相手材攻撃性が大きい。
【００３５】
（耐スカッフ性）
ピン・オン・ディスク式スカッフ試験による評価に用いたピンは材質ＳＫＨ５１材、サイズ５ｍｍ×３．５ｍｍ×２０ｍｍ、先端Ｒ２０のもの使用し、ディスクは内燃機関シリンダ用に好適なアルミ合金材を表面粗さ０.５μmＲｚに仕上げ使用し、荷重：１〜３０ＭＰａ、０.２ＭＰａステップ（３０ｓｅｃ保持）、周速：８ｍ/ｓｅｃ、潤滑油：５Ｗ−３０エンジンオイル、油温：９０℃で行った。
【００３６】
図５はスカッフ発生面圧についての評価結果を示した図である。
実施例６、７はディスク材のアルミ合金のＳｉ量が比較的多く、硬質な一次析出Ｓｉ粒子によりピン側のH-free a-Ｃ皮膜の摩耗が進行するため、スカッフ発生面圧が他の実施例より若干低下する傾向であるが比較例よりも良好である。実施例８、９ではＳｉ量１６〜１８ｗｔ％のアルミ合金であり、スカッフ発生面圧は高く良好である。
比較例８は水素を含む非晶質硬質炭素皮膜（プロセス：スパッタリング、硬度Ｈｖ２０００、膜厚1μｍ）、比較例９は水素を含む非晶質硬質炭素皮膜（プロセス：プラズマＣＶＤ、硬度Ｈｖ１９００、膜厚５μｍ）を適用したものである。膜厚が薄い場合には、膜が早期に摩滅するためスカッフ発生面圧は低い。膜厚の厚い比較例９では、スカッフ発生面圧は比較例８よりも高いが実施例に比べて低い。比較例１０、１１、１２の窒化、Ｃｒめっき、Ｓｉ３Ｎ４粒子分散Co-Ni-P系複合めっきの場合もスカッフ発生面圧は低くなる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による摺動部材は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗからなる群から選択された１以上の元素を含む中間層を有し且つ中間層上に水素を含まない高硬度な非晶質硬質炭素皮膜を被覆したことにより、潤滑油中でＳｉ含有した各種アルミ合金材料と用いたときに、皮膜の密着性が向上するばかりでなく、自己摩耗且つ相手攻撃性が少なく耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れ、更に相手材が摺動表面に硬質Ｓｉ粒子や金属間化合物粒子が露出したようなアルミ合金や硬質粒子を分散した粉末アルミ合金の場合においても十分な摺動特性を確保することができる。
本発明による摺動部材は、ピストンリングに好適であるほか、ベーン、シューなどのコンプレッサーに用いられる往復動圧縮機部品などにおいてもアルミ合金と摺動する部位に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を示した皮膜断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示したシリンダ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示したピストンリングの部分断面図である。
【図４】摩耗試験装置による試験結果を示したグラフである。
【図５】スカッフ試験装置による試験結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１  基材
２  中間層
３  水素含有しない硬質炭素皮膜
４  シリンダ
１０  下地層
１２  ピストンリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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