[發明專利]硬碳膜和硬碳膜滑動構件

無效

• 申請號: 200710097630.5
• 申請日: 2007-04-24
• 公開（公告）號: CN101089222A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 岡本裕介;保田芳輝;山內武
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及低摩擦系數優異的硬碳膜，更特別地涉及適于用在潤滑油如機油和變速器油中的低摩擦硬碳膜。

背景技術

硬碳膜是由無定形碳或碳氫化物(carbon?hydride)形成且也被稱為a-C:H(無定形碳或氫化無定形碳)、i-C(i-碳)和DLC(類金剛石碳)的膜。這種硬碳膜可以通過氣相合成法如等離子體CVD(化學氣相沉積)法或離子束沉積法形成。在等離子體CVD法中，通過由等離子體分解碳氫化合物氣體形成硬碳膜，在離子束沉積法中，使用碳或碳氫化合物離子形成硬碳膜。用這種方法形成的硬碳膜非常堅硬，且具有光滑的表面和優異的抗磨損性質。另外，由于硬碳膜的固體潤滑性質，膜的摩擦系數低，賦予該膜優異的滑動性質。為了更具體地解釋，在不存在潤滑油時普通鋼材的光滑表面的摩擦系數為0.5至1.0，然而在同樣條件下硬碳膜的摩擦系數約為0.1。

利用如此優異的性質，硬碳膜已被用于加工工具如切削工具(例如，鉆片和拋光/研磨工具)、塑料加工的模具、和用于不存在潤滑油時的滑動構件(例如，閥栓和輸帶輥)。另一方面，在用于內燃機的和在潤滑油中可滑動移動的機械部件中，考慮到能源消耗和環境的擔憂，希望盡可能地降低機械損耗。為滿足這些要求，已經研究了將硬碳膜應用于暴露于嚴苛條件和具有大摩擦損耗的位置。更具體地，已經進行幾種嘗試以通過將硬碳膜應用于滑動構件和控制硬碳膜的組成及其表面狀態來降低不但在不存在潤滑油時而且在存在潤滑油時的摩擦系數。

例如，日本專利申請特開No.2003-247060(以下，“專利文件1”)公開向這種硬碳膜中加入至少一種選自由IVa、Va和Via族元素和Si組成的組中的元素的方法。通過這種方法，與不含有這些元素的膜相比，此硬碳膜的摩擦系數降低。日本專利申請特開No.2004-099963(以下，“專利文件2”)公開向這種硬碳膜提供Ag簇的方法。除此之外，日本專利申請特開No.2004-115826(以下，“專利文件3”)公開通過向這種硬碳膜添加適當的金屬元素和進一步控制膜中氧含量的技術。當使用這種滑動構件時，存在另一個技術問題，其中自然要求應該降低相對材料的摩擦。為滿足這種要求，在日本專利申請特開No.2003-027214(以下，“專利文件4”)公開的方法中，由相對軟的含氫的碳膜形成滑動構件的表面層并將V、Cr、Zr、Nb、Ta、Mo、W、Pd、Pt、Ti、Al、Pb及Si元素的任意一種添加到該含氫的碳膜中以降低摩擦。

發明內容

然而，在專利文件1中，用空轉試驗(motoring?test)(盡管摩擦系數依賴于測量方法而可能不同)測量的摩擦系數為0.06。希望進一步降低摩擦系數。在專利文件2中，摩擦系數值最小為0.04。因為此處該摩擦系數是用往復運動試驗測量的，不能將該摩擦系數值簡單地與其它的摩擦系數值相比。然而，也希望進一步降低摩擦系數。專利文件2有另一問題，因為必需將Ag簇提供在硬碳膜上同時控制其尺寸和數目，因而該工藝的控制復雜。

在專利文件3中，不但必須控制金屬元素的含量而且必須控制氧含量。因此希望更加簡單的工藝。在專利文件3有另一個問題，其中，由于必須將極限壓力添加劑如二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)添加到潤滑油中，因此，硬碳膜僅用于有限類型的潤滑油中。在具有用于抑制相對構件磨損設備的專利文件4中，潤滑油中，含有氫的硬碳膜的摩擦系數通常高于基本不含氫的碳膜(例如，見日本專利申請特開No.2000-297373)。即使加入特定的金屬元素以克服含氫碳膜的摩擦系數的缺點，摩擦系數降低效果也可能限于一定水平。

已經實現本發明以解決上述問題，本發明的目的是提供進一步降低了摩擦系數、用簡單的工藝制造的并有效地用于多種類型的潤滑油中的硬碳膜。基本不含氫的本發明的硬碳膜也涉及抑制相對構件的摩擦。

本發明人著眼于達到上述目的，已經進行廣泛的研究。本發明人已經研究了多種硬碳膜和成膜方法，還有將金屬元素作為添加劑組分加入硬碳膜的摻雜方法。結果，他們已經發現摻雜鈷和鎳對于相對材料的低磨損性質和抗磨損性質具有良好的效果。他們進一步對用于盡可能得到這些性質的摻雜劑的適當添加量和硬碳膜的組成進行研究，基于這些研究完成本發明。

更具體地，本發明基于前面的發現已得到且涉及具有以大于1.4原子％至小于39原子％的總量含有鈷(Co)和鎳(Ni)的至少一種為特征的硬碳膜。該膜可以適當地用于汽車機油和變速器油的潤滑油。