[發明專利]滑動部件及其制備方法

無效

• 申請號: 96112101.7
• 申請日: 1996-07-25
• 公開（公告）號: CN1068638C
• 公開（公告）日: 2001-07-18
• 發明（設計）人: 小室壽朗
• 申請（專利權）人: 株式會社理研
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳大建

本發明涉及一種滑動部件及其制備方法，該滑動部件具有優異的耐磨性生和抗咬住性，該滑動部件具有CrN和Cr₂N作為主要成份的氮化鉻膜。

已經發現，表面帶有由表面處理形成的具有優異滑動特性的膜的滑動部件可以用作彼此之間相互滑動的部件，例如汽車發動機部件及各種機械部件。迄今為止所用的表面處理方法包括滲氮、鍍鉻和鉬火焰噴涂。

目前，使用滑動部件的條件日愈惡劣，這就要求部件具有改善的滑動特性。已經出現了用常規表面處理不再能滿足需要的情況，因此，這就非常需要具有顯著耐磨性和抗咬住性的膜。

在致力于滿足這種需要中，目前已經提出用PVD(物理汽相沉積)的金屬氮化物或金屬碳化物膜鍍覆在滑動部件的滑動表面上。

PVD膜，例如氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)和氮化鉻(CrN)具有優異的耐磨性和抗咬住性。其中，實際上氮化鈦和氮化鉻已成為用作實用膜的注意焦點，并且這種膜已用在某些機械和發動機部件上。

然而，使用這些部件的條件變得日益苛刻，現有技術的情況是甚至氮化鈦和氮化鉻也不再具有滿意的滑動性能。當滑動運動伴隨垂直于該滑動表面的振動運動時，會導致相接觸的表面分離開，或者當滑動運動過程中在垂直方向的載荷變化時，則會遇到特別惡劣的滑動條件。在這種苛刻條件下，由離子鍍制得的氮化鉻為典型的硬質膜會碎落或剝落，因而縮短了該滑動部件的使用壽命。甚至在嚴格潤滑條件下也能觀察到硬質膜的類似的碎落和剝落，這是由于溫度升高和接觸載荷的增加使得很難在滑動部分形成潤滑膜。因此，需要用陶瓷涂層覆蓋的滑動部件，該涂層應具有優于用常規表面處理得到的涂層的抗碎落性和抗剝落性。

因此，本發明的目的是提供一種鍍覆有氮化鉻膜的滑動部件，該膜具有的抗咬住性和耐磨性，其中該鍍覆膜甚至在惡劣的使用條件下不會碎落或剝落。

本發明的另一目的是提供一種制備這種滑動部件的方法。

本發明人已進行了徹底的研究，以解決上述問題，并已完成了本發明，發現用PVD方法通過使鉻和氮的混合氣相與基體接觸以在該基體表面形成復合膜，可以制得具有優異耐磨性和抗咬合性的滑動部件，并且它不易碎落或剝落，該復合膜的主相是CrN和Cr₂N，其中金屬鉻的組織彌散是分散的，同時分散的金屬鉻組織的尺寸被調整為0.2-5μm，面積比為1-20％，這表明了金屬鉻組織占膜總面積的百分數。

進而言之，本發明的滑動部件的特征是形成氮化鉻復合膜，該膜的主要成份是CrN和Cr₂N，其中的金屬鉻組織是分散的，在膜形成時確定了該金屬鉻組織的尺寸和面積比。

由于軟性金屬鉻組織均勻地分散在氮化鉻膜中，本發明的滑動部件上的膜具有韌性，這優于僅由高硬度氮化鉻組成的膜的韌性。

為了形成其中金屬鉻組織分散在氮化鉻組織中的膜，使用帶有多個源的離子鍍方法以蒸發金屬鉻。通過調節反應氣體的分壓并確定被處理工作與每個金屬鉻蒸發源間的距離，則可控制蒸發的鉻與反應氣體間的反應速度以形成所需要的膜。通過調節反應氮氣的分壓、金屬鉻蒸發源與處理工件間的距離以及弧電流比，可以調整金屬鉻組織在膜中的數量和尺寸以及氮化鉻的組成。

將金屬鉻組織的尺寸限定為0.2-5μm，其面積比限定為1-20％。如果金屬鉻組織的尺寸小于0.2μm，或面積比小于1％，則金屬鉻組織的效果不顯著并且觀察不到抗碎落性和抗剝落性有何改善。還有，如果金屬鉻組織的尺寸大于5μm，則金屬鉻組織會局部地暴露在表面上而其耐磨損性劣于僅由氮化鉻組成的組織的耐磨損性。如果面積比大于20％，則膜的硬度降低，并且耐磨損性和耐磨性變得比僅由氮化鉻組成的組織的更差。

膜的總厚度優選地為1-80μm，特別是20-60μm。如果膜厚小于1μm，則膜的壽命由于磨損而變短。如果膜的總厚度大于60μm，則膜剝落或碎裂，并且降低與基體的粘結性。出于經濟原因，不希望使膜的厚度大于所必需的厚度。

依據具體的應用，有該膜涂覆的基體選鐵材、鋁材或鈦材。下面詳述的PVD方法類似于在低于如CVD(化學汽相沉積)方法所用溫度之溫度下進行的典型處理。然而，由于蒸發現象使吸熱是不可避免的，因此，如果可能，優選耐熱的鐵或鈦材作為基體。