(57)【要約】【課題】圧縮流体の圧力変動が発生する部分における、キャビテーションの崩壊に対する耐壊食性を向上させる。【解決手段】Ｃｒ元素を含む合金鋼からなる基材を備えた流体圧縮機械において、圧縮される流体の圧力変動が発生する部分の前記基材上に積層膜を備え、前記積層膜は、Ｃｒ元素とＴｉ元素とＮ元素とを含み、前記基材側から前記積層膜の表面側に向かってＣｒ元素の濃度が減少し、前記基材側から前記積層膜の表面側に向かってＴｉ元素とＮ元素の濃度が増加する。【選択図】  図５
2015081556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ元素を含む合金鋼からなる基材を備えた流体圧縮機械において、
圧縮される流体の圧力変動が発生する部分の前記基材上に積層膜を備え、
前記積層膜は、Ｃｒ元素とＴｉ元素とＮ元素とを含み、前記基材側から前記積層膜の表面側に向かってＣｒ元素の濃度が減少し、前記基材側から前記積層膜の表面側に向かってＴｉ元素とＮ元素の濃度が増加することを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項２】
請求項１において、前記積層膜は、Ｃｒ元素を含まずＴｉ元素とＮ元素とを含む硬質層を最表面に備えることを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記積層膜の表面に存在する欠陥が直径１．５μｍ未満であることを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記積層膜の表面に存在する直径１．５μｍ以上の欠陥の面積率が０．２５％以下であることを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項５】
請求項２において、前記硬質層の厚さが０．５μｍ以下であることを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項６】
請求項２において、前記硬質層の表面硬度が２０ＧＰａ以上であることを特徴とする流体圧縮機械。
【請求項７】
請求項１において、前記流体圧縮機械が自動車用高圧燃料ポンプであることを特徴とする流体圧縮機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧縮機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自動車用高圧燃料ポンプ内の吐出弁やリリーフ弁のような、圧縮された燃料の圧力が時間とともに変化する箇所の部品では、耐摩耗性や耐壊食性を考慮してＪＩＳ  ＳＵＳ４４０ＣやＪＩＳ  ＳＵＳ４２０Ｊ２のような硬質な材料が使用されてきた。欧州における自動車のＣＯ2排出量規制強化を受け、近年、燃料圧力の昇圧化およびアルコール含有燃料の使用が求められている。それに伴い、燃料の圧力が時間とともに変化する箇所の燃料ポンプ構成部品はますます厳しい環境に曝されることで、燃料ポンプ内で発生するキャビテーションによって、これらの部品を構成する基材の壊食が発生し、その結果、燃料ポンプの性能を損なうという問題がある。
【０００３】
一般的に、材料表面の高硬度化によって材料の耐壊食性が向上すると言われている。そこで、ＪＩＳ  ＳＵＳ４４０Ｃの基材表面にアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭ法）により約４０ＧＰａ相当の硬質なダイヤモンドライクカーボン膜を形成し、超音波によるキャビテーション壊食試験を実施した。その結果、直径約３０μｍの剥離が数多く発生し、ダイヤモンドライクカーボン膜は耐壊食性に乏しいことが判った。
【０００４】
特許文献１には、基材表面上に形成されたセラミック硬質皮膜表面のドロップレット（マイクロパーティクル）密度が１０００個／ｍｍ2以内であり、かつ平均粒径が１μｍ以下のドロップレットの密度が５５０個／ｍｍ2以内であることを特徴とする回転機械用の部品により耐ドレンエロージョン性を向上させることが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、基材上に形成された金属窒化物膜の最表面に炭素が固溶されたアルミナ層を設ける耐摩耗性皮膜により耐摩耗性を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５９５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２６３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、最表面層と基材との間に中間層としてＣｒ膜、Ｔｉ膜、ＣｒＮ膜、ＴｉＮ膜を形成することも提案されている。しかし、このように基材上に多層膜を形成すると、圧力変動が大きい環境ではキャビテーション崩壊の衝撃力により、各層（膜）間の界面を起点にして皮膜が剥離するという課題がある。
【０００８】
特許文献２では、基材と金属窒化物膜との間に形成された中間層が、ＣｒおよびＴｉの組成を傾斜させた層を含むことが提案されている。しかし、この組成傾斜は皮膜と部材とが摺動接触する場合の耐摩耗性には有効であるが、キャビテーション崩壊の衝撃力に対しては、各層間の界面を起点にして皮膜が剥離するという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、圧縮流体の圧力変動が発生する部分における、キャビテーションの崩壊に対する耐壊食性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧縮流体の圧力変動が発生する部分における、キャビテーションの崩壊に対する耐壊食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１を示す耐壊食表面処理材料の断面構造である。
【図２】実施例１を示す耐壊食表面処理材料表面の薄膜Ｘ線回折プロファイルである。
【図３】実施例１を示す耐壊食表面処理材料表面の光学顕微鏡写真である。
【図４】実施例１を示す耐壊食表面処理材料表面における欠陥の直径のヒストグラムである。
【図５】実施例２を示す耐壊食表面処理材料の断面構造である。
【図６】実施例２を示す耐壊食表面処理材料表面の光学顕微鏡写真である。
【図７】実施例２を示す耐壊食表面処理材料表面における欠陥の直径のヒストグラムである。
【図８】比較例１を示す耐壊食表面処理材料の断面構造である。
【図９】比較例１を示す耐壊食表面処理材料表面の光学顕微鏡写真である。
【図１０】比較例1を示す耐壊食表面処理材料表面における欠陥の直径のヒストグラムである。
【図１１】比較例２を示す耐壊食表面処理材料の断面構造である。
【図１２】比較例２を示す耐壊食表面処理材料表面の光学顕微鏡写真である。
【図１３】比較例２を示す耐壊食表面処理材料表面における欠陥の直径のヒストグラムである。
【図１４】実施例および比較例の結果のまとめを示す図である。
【図１５】Ｃｒ元素傾斜層の定義を示す図である。
【図１６】Ｔｉ元素傾斜層およびＮ元素傾斜層の定義を示す図である。
【図１７】キャビテーション壊食試験装置の原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分に耐壊食表面処理材料を備えることにより、長期にわたり信頼性の高い流体圧縮機械を提供することができる。
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではない。本実施形態で示す耐壊食表面処理材料は、各種流体圧縮機械において流体の圧力変動によるキャビテーションが発生する箇所に適用可能である。
【００１５】
本実施形態において、耐壊食表面処理材料１とは、Ｃｒ元素を含む合金鋼からなる基材２上に積層膜５を形成したものである。積層膜５とは、基材２側から積層膜５の表面に向かって、Ｃｒ元素が減少し、Ｔｉ元素およびＮ元素が増加する中間層３を少なくとも形成する。キャビテーションの崩壊による衝撃力は、機械表面の面内に一様に加わる力ではなく、面内に点状に分散した局所的な力として働く。局所的に衝撃力が加わる場所と加わらない場所が混在すると、衝撃力が加わった場所に穴が開くように膜が剥離する。膜に穴が多数形成されるほど凹凸（角）が多くなり、その部分にも衝撃力が集中して加わることで、壊食が更に進行する。このような壊食が生じ易い部分に、Cr元素を含む基板２から最表面にかけて連続的にCr元素が減少し、連続的にTi元素およびN元素が増加する膜を備える。これにより、局所的な衝撃力に強くなり穴が開きにくくなるため、圧力変動によるキャビテーションの崩壊に対して耐壊食性が向上する。
【００１６】
中間層３の上面に、Ｔｉ元素およびＮ元素を含む硬質層４を形成し、中間層３と硬質層４とを併せた積層膜５とすると、最表面の硬度を高くすることができ、積層膜５全体の耐壊食性を向上させることができるので好ましい。
【００１７】
図１は、積層膜５が中間層３のみの場合の耐壊食表面処理材料の断面構造を示し、図５は、積層膜５が中間層３と硬質層４の場合の耐壊食表面処理材料の断面構造を示す。
【００１８】
基材２は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子であるＣｒ元素を含む合金鋼であることが好ましい。
【００１９】
中間層３は前記のとおり元素濃度の傾斜がなされている層であるが、元素濃度の傾斜状態をオージェ電子分光分析によって確認することができる。具体的には、表１に示した測定条件で耐壊食表面処理材料１の断面の元素濃度のライン分析を行う。その際の指定元素（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎ）の濃度の合計を１００％とする。
【００２０】
例えば、図１５に、横軸に積層膜の基材側からの距離、縦軸にＣｒ元素濃度をプロットした濃度プロファイルの一部を示す。プロファイル曲線の傾きの正負が変化する点をＡ、点Ａの近傍においてプロファイル曲線の傾きの正負が変化する点をＢとする。基材２側から積層膜５の表面側に向かってCr元素濃度が減少していく途中で、Ａ−Ｂ間のようにCr元素濃度が増加する領域が存在する場合でも、点Ａと点Ｂとの距離が１００ｎｍ以内かつ元素濃度差が５ａｔ．％未満であれば、その増加は誤差として、Ｃｒ元素濃度が減少している（傾斜している）ものと定義する。
【００２１】
また図１６に、横軸に積層膜の基材側からの距離、縦軸にＴｉ元素濃度またはＮ元素濃度をプロットした濃度プロファイルを示す。プロファイル曲線の傾きの正負が変化する点をＣ、点Ｃの近傍においてプロファイル曲線の傾きの正負が変化する点をＤとする。基材２側から積層膜５の表面側に向かってＴｉ元素濃度あるいはＮ元素濃度が増加していく途中で、Ｃ−Ｄ間のようにＴｉ元素濃度あるいはＮ元素濃度が減少する領域が存在する場合でも、点Ｃと点Ｄとの距離が１００ｎｍ以内かつ元素濃度差が５ａｔ．％未満であれば、その減少は誤差として、Ｔｉ元素濃度あるいはＮ元素濃度が増加している（傾斜している）ものと定義する。また、これらのＣｒ、Ｔｉ、Ｎは中間層３中で混在し、各々の濃度勾配が異なる。硬質層４が存在する場合は、基材２側からＣｒ、Ｔｉ、Ｎの全ての元素濃度が傾斜しなくなる領域までを中間層３と定義する。
【００２２】
中間層３における基材２側の界面には金属Ｃｒ元素からなる薄い層が存在することから、基材２に含まれるＣｒ元素と中間層３における基材２側の界面のＣｒ元素とは同一の結晶格子定数となる。そのため、基材２から中間層３に向けて同一の結晶構造が連続し易くなり、基材２上に形成した積層膜５の密着性が良好となる。
【００２３】
積層膜５(中間層３、硬質層４)はアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング（ＵＢＭ法）を用いることにより形成できる。積層膜５の形成には、一般的に、形成したい皮膜の材料を電子ビーム等で溶融させ、蒸着するイオンプレーティング法、不活性ガス雰囲気下でターゲットをスパッタリングすることによって成膜するスパッタリング法、原料ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶＤ法などが用いられる。
【００２４】
このように多種多様な積層膜５の製法の中で、イオンプレーティング法やプラズマＣＶＤ法は、処理中の温度が約５００℃と比較的高温となる。特に、基材２にマルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼を使用した場合、基材２は処理温度付近で脆化するため、これらの製法に比べ、３００℃以下での成膜が可能なスパッタリング法で積層膜５を形成することが好ましい。ＵＢＭ法は、ターゲットの背面側に配置される磁極のバランスをターゲットの中心部と周縁部とで意図的に崩し、非平衡とすることでターゲットの周縁部の磁極からの磁力線の一部を基材まで伸ばし、ターゲットの近傍に収束していたプラズマを磁力線に沿って基材の近傍まで拡散し易くするものである。これにより、積層膜５の形成中に基材２に照射されるイオン量を増やすことができ、基材２の上面側に緻密な積層膜５を形成することができる。更に、イオン照射により積層膜５の構造や膜質を制御できることを特徴とする成膜方法である。
【００２５】
中間層３は、基材２に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖ、形成開始時のＣｒ元素ターゲット投入電力、Ｔｉ元素ターゲット投入電力をそれぞれ８．５Ｗ／ｍｍ2、０Ｗ／ｍｍ2、形成中の雰囲気圧力を１．３Ｐａとした。なお、形成中の雰囲気は、形成開始時にはＡｒのみとし、Ｎ2の分圧を形成終了時にＡｒ：Ｎ2＝２：１となるまでＮ2の分圧を変化させた。
【００２６】
硬質層４はＴｉ元素、Ｎ元素を含有する層である。硬質層４は、基材２に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖ、Ｔｉ元素ターゲット投入電力を８．５Ｗ／ｍｍ2、形成中の雰囲気圧力をＡｒ：Ｎ2＝２：１の比率で１．３Ｐａとした。
【００２７】
また、積層膜５の表面硬度を、ナノインデンテーション法（ＩＳＯ１４５７７）により測定した。ナノインデンテーション法による硬度評価は、対稜角１１５度のベルコビッチ三角錐圧子を積層膜５の表面に１０秒かけて最大荷重３ｍＮまで押し込み、最大荷重で１秒間保持し、その後、１０秒間かけて除荷する条件で行った。また、積層膜５の表面硬度は、表面の任意の場所３０点を選択して測定して得られた硬度値の平均値とした。積層膜５の表面硬度は、積層膜５のキャビテーションによる壊食を抑制するため、２０ＧＰａ以上であることが好ましい。
【００２８】
さらに、積層膜５（中間層３または硬質層４）の表面の光学顕微鏡写真（視野：約４３００×３２００μｍ）を画像処理により２値化し、積層膜５の表面の欠陥の直径の分布を求めた。
【００２９】
ここで、ガソリン、アルコール、水、各種の流体が高圧下で存在し、圧力変動によりキャビテーションが発生した場合を検討する。キャビテーションは、例えば自動車用の高圧燃料ポンプに用いられるバルブ等の内部で発生する。キャビテーションの崩壊エネルギーをＵ、各種液体の表面張力をσとすると、キャビテーションが崩壊する直前のキャビテーションの直径ｄは、ｄ＝２（Ｕ／４πσ）1/2で求められる。いずれの流体雰囲気においても、ｄは約１．５μｍであることが判った。
【００３０】
積層膜５（中間層３または硬質層４）の表面の欠陥の直径≧キャビテーションの崩壊直前の直径（約１．５μｍ）の場合、崩壊直前のキャビテーションが積層膜５の欠陥内に入り込むおそれがある。欠陥は膜表面のくぼみ（凹み）であり、くぼみ内でキャビテーションが崩壊すると、くぼみの全方位にわたって崩壊時の衝撃が及ぶため、膜が内部から破壊される（壊食）おそれがある。一方、積層膜５の表面の欠陥の直径＜キャビテーションの崩壊直前の直径（≒１．５μｍ）の場合、崩壊直前のキャビテーションは積層膜５の欠陥内に入り込まないため、積層膜５を壊食しにくい。即ち、耐壊食性を向上するためには、基材表面の膜を積層方向に強固にするだけでなく、膜の表面の大きな欠陥を少なくすることで、更に膜を壊食し難くすることができる。そこで、積層膜５の欠陥の直径の分布からΦ１．５μｍ以上の欠陥部の面積率を算出した。
【００３１】
さらに、形成した積層膜５の耐壊食性については、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）  規格に準じたキャビテーション壊食試験によって評価した。図１７に、本実施形態で用いたキャビテーション壊食試験装置１１の原理図を示す。超音波発振器１２で振動子１３を発振させ、ＪＩＳ  ＳＵＳ３１６製のチップ１４に、基材２表面に積層膜５を形成した耐壊食表面処理材料１を対向させ、チップ１４の先端を試験液体１５に数ｍｍ浸しながら振動させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションの崩壊時の衝撃によって耐壊食表面処理材料１の表面に壊食を発生させた。また、本実施例では、試験液体１５に２０〜３０℃のイオン交換水を用い、チップ１４の振動周波数を１８ｋＨｚ、チップ１４の振幅を３０μｍ（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ）、試験時間を２ｈとした。
【００３２】
キャビテーション壊食試験後、積層膜５の表面（視野：１２８０×９６０μｍ）のレーザ顕微鏡像を画像処理により２値化し、積層膜５の表面の１０μｍ以上のキャビテーション壊食部の個数を数え、単位面積あたりのキャビテーション壊食の個数密度を算出した。
【００３３】
以下、実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００３４】
本実施例は、図１に示すように、基材２の上に積層膜５として中間層３を具備している耐壊食表面処理材料１である。
【００３５】
ここで、基材２には、Ｃｒ元素を１３ａｔ．％含むマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ  ４２０Ｊ２を用い、基材２の表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以下となるように仕上げた。その後、ＵＢＭ法により上記に述べた条件で積層膜５（中間層３）を膜厚０．９μｍとなるように形成した。
【００３６】
積層膜５の形成後、積層膜５表面の結晶相を薄膜Ｘ線回折により同定した。図２はそのプロファイルである。本実施例はＴｉＮ膜である硬質層４を特に備えていないが、中間層３は表面に近づくほどＣｒが減少し、ＴｉとＮが増加するため、組成はＴｉＮ膜に近づく。そのため積層膜５表面はＴｉＮ由来のピークが支配的であり、積層膜５の表面には主にＴｉＮ膜が存在することを確認した。また、積層膜５の表面の硬度を測定した結果、２３．３ＧＰａであった。
【００３７】
また、積層膜５表面を光学顕微鏡で観察した。図３はその写真である。本写真を用いて画像処理により２値化し、積層膜５表面の欠陥の直径の分布を求めた。図４は本実施例における積層膜５表面の欠陥の直径のヒストグラムである。本図より、積層膜５表面の直径１．５μｍ以上の欠陥部の面積率は０．０６％であり、欠陥部が少ないことが判った。
【００３８】
さらに、キャビテーション壊食試験装置１１を用いて、上記の条件で積層膜５の耐壊食性試験を行い、上記の方法でキャビテーション壊食部の個数密度を求めた。その結果、キャビテーション壊食部の個数密度は０．０９２個／ｍｍ2と低く、キャビテーション壊食を受けにくい材料であることが判った。
【００３９】
ＵＢＭ法では基材２の表面のクリーニング、積層膜５の形成を全て同一チャンバの中で真空を破ることなく形成温度を３００℃以下の低温に制御しながら実施することができる。この利点を活かし、本実施形態の耐壊食表面処理材料１の形成ではＵＢＭ法を使用したが、同様な利点や効果のある製法であれば、ＵＢＭ法に限定されるものではない。
【００４０】
本実施例によれば、上記のように優れた耐壊食表面処理材料１を形成できる。そのため、本実施例の耐壊食表面処理材料１を、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分を構成する基材に適用した場合、信頼性の高い流体圧縮機械を提供できる。
【実施例２】
【００４１】
本実施例は、図５に示すように、基材２の上に中間層３、中間層３の上に硬質層４を具備している耐壊食表面処理材料１である。
【００４２】
基材２に、Ｃｒ元素を１３ａｔ．％含むマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ  ４２０Ｊ２を用い、基材２の表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以下となるように仕上げた。その後、ＵＢＭ法により上記に述べた条件で中間層３を膜厚０．４μｍ、さらに硬質層４を膜厚０．５μｍとし、積層膜５の膜厚が０．９μｍとなるように形成した。
【００４３】
積層膜５の形成後、硬質層４表面の結晶相を薄膜Ｘ線回折により同定した。図示しないが、回折プロファイルよりＴｉＮ由来のピークを検出し、ＴｉＮ膜が存在することを確認した。また、硬質層４表面の硬度を測定した結果、２１．４ＧＰａであった。
【００４４】
また、硬質層４表面を光学顕微鏡で観察した。図６はその写真である。本写真を用いて画像処理により２値化し、硬質層４表面の欠陥の直径の分布を求めた。図７は本実施例における硬質層４表面の欠陥の直径のヒストグラムである。本図より、硬質層４表面の直径１．５μｍ以上の欠陥部の面積率は約０．２２％であり、欠陥部が少ないことが判った。なお、直径１．５μｍ以上の欠陥部の面積率はＴｉＮの硬質層４の厚さに依存し、硬質層４下部の中間層３の厚さには依存しなかった。
【００４５】
さらに、キャビテーション壊食試験装置１１を用いて、上記の条件で硬質層４の耐壊食性試験を行い、上記の方法でキャビテーション壊食部の個数密度を求めた。その結果、キャビテーション壊食部の個数密度は０．０９５個／ｍｍ2と低く、キャビテーション壊食を受けにくい材料であることが判った。
【００４６】
本実施例によれば、上記のように優れた耐壊食表面処理材料１を形成できる。そのため、本実施形態の耐壊食表面処理材料１を、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分を構成する基材に適用した場合、信頼性の高い流体圧縮機械を提供できる。
（比較例１）
図８は、比較例１を示す耐壊食表面処理材料１の断面図である。本図において、耐壊食表面処理材料１は、基材２の上に中間層３、中間層３の上に硬質層４を具備している。
【００４７】
基材２には、Ｃｒ元素を１３ａｔ．％含むマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ  ４２０Ｊ２を用い、基材２の表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以下となるように仕上げた。その後、ＵＢＭ法により上記に述べた条件で中間層３を膜厚０．２μｍ、さらに硬質層を膜厚０．７μｍとし、積層膜５の膜厚が０．９μｍとなるように形成した。
【００４８】
積層膜５の形成後、硬質層４表面の結晶相を薄膜Ｘ線回折により同定した。図示しないが、回折プロファイルよりＴｉＮ由来のピークを検出し、ＴｉＮ膜が存在することを確認した。また、積層膜５の表面の硬度を測定した結果、２２．０ＧＰａであった。
【００４９】
また、硬質層４表面を光学顕微鏡で観察した。図９はその写真である。本写真を用いて画像処理により２値化し、硬質層４表面の欠陥の直径の分布を求めた。図１０は比較例１における硬質層４表面の欠陥の直径のヒストグラムである。本図より、硬質層４表面の直径１．５μｍ以上の欠陥部の面積率は約１．０３％であり、欠陥部が多いことが判った。
【００５０】
さらに、上記実施例と同様に、キャビテーション壊食部の個数密度を求めた。その結果、キャビテーション壊食部の個数密度は０．１２４個／ｍｍ2と高くなり、キャビテーション壊食を受け易い材料であることが判った。
【００５１】
比較例１では、実施例のように、優れた耐壊食表面処理材料１を形成できない。そのため、比較例１の耐壊食表面処理材料１を、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分を構成する基材に適用した場合、信頼性の高い流体圧縮機械を提供できない。
（比較例２）
図１１は、比較例２を示す耐壊食表面処理材料１の断面図である。本図において、耐壊食表面処理材料１は、基材２の上に直接硬質層４を具備し、中間層を具備していない。
【００５２】
基材２には、Ｃｒ元素を１３ａｔ．％含むマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ  ４２０Ｊ２を用い、基材２の表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以下となるように仕上げた。その後、ＵＢＭ法により上記に述べた条件で硬質層４を膜厚０．９μｍとなるように形成した。
【００５３】
硬質層４の形成後、硬質層４表面の結晶相を薄膜Ｘ線回折により同定した。図示しないが、回折プロファイルよりＴｉＮ由来のピークを検出し、ＴｉＮ膜が存在することを確認した。また、硬質層４の表面硬度を測定した結果、２１．２ＧＰａであった。
【００５４】
また、硬質層４表面を光学顕微鏡で観察した。図１２はその写真である。本写真を用いて画像処理により２値化し、硬質層４表面の欠陥の直径の分布を求めた。図１３は比較例２における硬質層４表面の欠陥の直径のヒストグラムである。本図より、硬質層４表面の直径１．５μｍ以上の欠陥部の面積率は約１．８０％であり、欠陥部が多いことが判った。
【００５５】
さらに、上記実施例と同様に、キャビテーション壊食部の個数密度を求めた。その結果、キャビテーション壊食部の個数密度は０．１４３個／ｍｍ2と高くなり、キャビテーション壊食を受け易い材料であることが判った。
【００５６】
比較例２では、実施例のように、優れた耐壊食表面処理材料１を形成できない。そのため、比較例２の耐壊食表面処理材料１を、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分を構成する基材に適用した場合、信頼性の高い流体圧縮機械を提供できない。
（実施例および比較例のまとめ）
図１４に上記実施例と比較例の結果のまとめを示す。積層膜５形成後の表面（中間層３または硬質層４）の欠陥部の面積率とキャビテーション壊食試験後のキャビテーション壊食部の個数密度には相関性があることが判った。
【００５７】
基材２の上に少なくとも中間層３を備えることで、密着性が向上し層間の剥がれを防止できるので、耐壊食性を向上させることができる。また、中間層３上に硬質層４を形成すると、膜の最表面の硬度を高くすることができるので、積層膜５全体の耐壊食性を向上させることができる。更に、膜表面の欠陥が直径１．５μｍ未満であると欠陥にキャビテーションが入り込みにくいので、キャビテーション崩壊時の衝撃力を受けにくくすることができ、膜表面からの壊食の進行も防止することで、耐壊食性を向上させることができる。
【００５８】
硬質層４の膜厚と直径１．５μｍ以上の欠陥の面積率には相関があり、硬質層４の膜厚を０．５μｍ以下とすることで、上記欠陥の面積率を小さくすることができる。またこの面積率が小さいほどキャビテーション壊食部の個数密度も小さくなるので、更に耐壊食性を向上させることができる。この耐壊食表面処理材料を、流体圧縮機械内において圧縮流体の圧力変動が発生する部分を構成する基材に適用した場合、信頼性の高い流体圧縮機械を提供できる。
【００５９】
【表１】
2015081556.tif 000003
【符号の説明】
【００６０】
１…耐壊食表面処理材料、２…基材、３…中間層、４…硬質層、５…積層膜
１１…キャビテーション壊食試験装置、１２…超音波発振器、１３…振動子、
１４…チップ、１５…試験液体
【図１】
2015081556.tif 000004
【図２】
2015081556.tif 000005
【図３】
2015081556.tif 000006
【図４】
2015081556.tif 000007
【図５】
2015081556.tif 000008
【図６】
2015081556.tif 000009
【図７】
2015081556.tif 000010
【図８】
2015081556.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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