变速器中的低摩擦滑动件及用于该滑动件的变速器油的制作方法

专利名称：变速器中的低摩擦滑动件及用于该滑动件的变速器油的制作方法
对相关申请的交叉引用本申请有下列相关申请美国专利申请序列号09/545,181，它基于1999年4月9日申请的日本专利申请平-11-102205；10/468,713，它是以2001年4月17日申请的日本专利申请2001-117680为基础的PCT申请JP02/10057的指定国(美国)申请号；10/355,099，它基于2002年2月22日申请的日本专利申请2002-45576；10/682,559，它基于2002年10月16日申请的日本专利申请2002-302205；以及10/692,853，它基于2002年10月16日申请的日本专利申请2002-322322。
背景技术：
本发明涉及变速器中的低摩擦滑动件的改进，而且更具体地涉及适合用于连续可变变速器中和自动变速器中的低摩擦滑动件，以及用于该低摩擦滑动件的变速器油组合物。
诸如全球变暖和臭氧层破坏的全球环境问题正变得突出起来。由于据说全球变暖主要受CO2排放的影响，CO2排放的减少，尤其是CO2排放标准的设定已经变成各国关切的一个大事。减少CO2排放的挑战之一是改善燃料效率或燃料经济性，该燃料效率或燃料经济性依赖于滑动件及用于该滑动件的变速器油的性能。可以理解，滑动件和变速器油在燃料经济性的改善中起着主要的作用。
要求滑动件即使在摩擦磨损环境与变速器中的其它滑动位相比更严重的滑动位中，其耐磨损性也是很好的。近来，多种硬薄膜的应用正在发展中。通常，硬碳薄膜被期望作为用于滑动件的低摩擦材料，因为与诸如氮化钛(TiN)或氮化铬(CrN)的耐磨损硬镀层材料相比，硬碳薄膜在空气中和在润滑油的存在下具有低摩擦系数。
另外，有以下方法改善与润滑油有关的燃料经济性(1)降低润滑油的粘度，从而降低液动润滑区的粘性阻力和发动机中的搅动阻力；和(2)在润滑油中加入适当的摩擦改进剂和其它添加剂，以减少在混合润滑和边界润滑条件下的摩擦损失。
这些关于与润滑油有关的摩擦特性的方法是在日本摩擦学会议1999.5，东京，会议论文集第11-12页，KANO等，以及在世界摩擦学会议2001.9，维也纳，会议论文集第342页，KANO等中讨论的。
发明概述但是还显示出，在空气下具有优良低摩擦特性的普通硬碳薄膜，在润滑油存在下的减摩效果并非必然地高，而且，即使在普通硬碳薄膜上涂敷一种含有已知的有机钼化合物的润滑油(组合物)，这样的硬碳薄膜也不能充分地显现减摩效果。
因此，本发明的一个目的是提供一种变速器中的改良低摩擦滑动件，以及一种用于该滑动件的改良的变速器油组合物，由此常规工艺中遇到的问题就能被有效克服。
本发明的另一个目的是提供一种变速器中的改良低摩擦滑动件，以及用于该滑动件的一种改良的变速器油组合物，通过该变速器油组合物，滑动件具有非常优越的低摩擦特性，且耐磨损性优越，同时在长时间内稳定地表现出低摩擦特性。
本发明的一个方面在于一种变速器中的低摩擦滑动件，该滑动件是在变速器油组合物存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个。该低摩擦滑动件包括一个具有滑动区的基体材料。一硬碳薄膜涂覆在基体材料滑动区的滑动面上。该硬碳薄膜含有不超过20原子％的氢。这里，变速器油组合物含有有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种。
本发明的另一个方面在于一种用于变速器中低摩擦滑动件的变速器油组合物，该滑动件是在该变速器油组合物存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个。低摩擦滑动件包括一个具有滑动区的基体材料，和涂覆在基体材料滑动区的滑动面上的硬碳薄膜。该硬碳薄膜含有不超过20原子％的氢。该变速器油组合物含有有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种。
附图概述

图1是作为根据本发明的低摩擦滑动件的一个实施方案用于连续可变变速器中的齿轮的一个齿的局部剖视图；以及图2是作为根据本发明的低摩擦滑动件的另一个实施方案用于自动变速器中的齿轮的一个齿的局部剖视图。
发明详述下面详细讨论本发明。在下面的描述中，除非另有说明，所有的百分比(％)均为质量百分比。
第一实施方案下面将讨论根据本发明的变速器中的低摩擦滑动件的第一实施方案。
在连续可变变速器(CVT)中的低摩擦滑动件是在连续可变变速器油或被称为“CVTF(组合物)”的流体(组合物)存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个。低摩擦滑动件包括一个由例如渗碳SCM420不锈钢形成的基体材料。该SCM材料是根据JIS(日本工业标准)G 4105。基体材料有一个滑动区，滑动区的滑动面上涂覆有硬碳薄膜。连续可变变速器油(可称为“润滑油”)含有有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种作为无灰摩擦改进剂。由于这一连续可变变速器油，滑动件的至少一个滑动面上被硬碳薄膜涂覆，因此滑动件能以较常规技术非常低的摩擦而彼此滑动接触。低摩擦滑动件的实例是连续变速器中的齿轮、旋转轴、轴承部件等。图1示出用于连续可变变速器的齿轮的一个齿10的一部分。该齿轮齿10包括基体材料12，该基体材料具有被硬碳薄膜14涂覆的滑动面。
硬碳薄膜是由例如DLC(类金刚石碳)材料形成的，该材料主要由碳原子和无定形构成。该DLC材料在碳原子间的成键方式上有金刚石结构(SP3键)和/或石墨结构(SP2键)。更具体地，该硬碳(DLC)薄膜是由由碳组成的不含氢无定形碳(α-C)，含氢无定形碳(α-C:H)，或含有钛(Ti)或钼(Mo)金属元素作为其一部分的金属碳化物或金属碳(MeC)形成的。
随着硬碳薄膜中氢含量的增加，摩擦系数增大。因此在本发明中必须的是，硬碳薄膜中氢含量的上限为20原子％。为充分降低滑动时润滑油中的摩擦系数并得到稳定的滑动特性，硬碳薄膜中的氢含量优选不超过10原子％，更优选不超过0.5原子％。
具有如此低的氢含量的硬碳薄膜是通过基本上不使用氢和/或含氢化合物的PVD方法得到的，例如溅射法或离子镀方法。这种情况下，优选在烘烤反应器和用于支撑基体材料的工具，以及充分清洗基体材料的表面以减少硬碳薄膜中的氢含量，和在薄膜形成操作中使用不含氢的气体时，进行硬碳薄膜的薄膜形成操作。
硬碳薄膜形成在基体材料的表面上。由于硬碳薄膜的薄膜厚度相当小，基体材料在硬碳薄膜形成之前的表面粗糙度极大地影响着形成于基体材料表面上的硬碳薄膜的表面粗糙度。因此，在基体材料没有被硬碳薄膜涂覆之前，基体材料的表面粗糙度(中心线平均粗糙度)Ra优选不大于0.1μm。如果基体材料的薄膜粗糙度超过0.1μm，由硬碳薄膜的表面粗糙度造成的凸起部分增加了对相对组件的局部Hertz’s接触压，从而诱导了硬碳薄膜中裂缝的形成。表面粗糙度Ra在JIS(日本工业标准)B 0601(:2001)中解释为Ra75。
硬碳薄膜优选具有在10g载荷应用下所测量的、范围在1000～3500之间的表面硬度或显微维氏硬度(Hv)，以及范围在0.3～2.0μm之间的厚度。如果硬碳薄膜的表面硬度和厚度超出了上述范围，则在表面硬度(Hv)小于1000且厚度小于0.3μm时将发生硬碳薄膜的磨损，在表面硬度(Hv)超过3500且厚度超过2.0μm时将倾向于发生硬碳薄膜的剥离。
在连续可变变速器中的低摩擦滑动件用作连续可变变速器的滑动件是特别有效的，该连续可变变速器具有各自的滑动表面，这些表面在可接触滑动面之间提供的连续可变变速器油存在下，与由铁基材料或铝合金形成的相对组件的滑动面滑动接触。本发明中的连续可变变速器是指变速操作为连续模式的变速器。该连续可变变速器的一个典型实例具有这样的机制固定和活动的滑车轮(组成一个滑车)安装在各驱动器和驱动轴上，一个金属带放置在滑车轮中间，从而该金属带在固定在驱动器和驱动轴上的两个滑轮上传递。因此，来自发动机的能量通过金属带从驱动轴的滑轮传到驱动轴的滑轮上，从而连续地进行车辆的变速操作。
接下来将讨论用于连续可变变速器的连续可变变速器油或润滑油。
该连续可变变速器油或润滑油(组合物)优选包括一种基础油，和有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种作为无灰摩擦改进剂。可以注意到，在润滑油存在下，被硬碳薄膜涂覆的滑动表面处将表现出非常优秀的低摩擦特性。
基础油不受特别的限制，它可以是任何通常用于润滑油的基础油(化合物或多种化合物)，例如矿物油，合成油，油脂(化合物)，或矿物油、合成油、油脂的任何组合。
矿物油的具体实例包括链烷烃基基础油或环烷烃基基础油，以及正链烷烃，它们是通过用常压或减压蒸馏从石油中提取润滑油馏分，然后用下述处理中的至少一种净化得到的润滑油馏分从而制备的溶剂脱沥青、溶剂萃取、加氢分解、溶剂脱蜡、加氢精制、硫酸处理、白土精制等，这些处理可以适当的结合使用。通常利用加氢精制或溶剂精制来精制所得润滑油。另外，优选使用通过采用高度加氢分解方法而精制润滑油所得到的矿物油，该精制方法能够极大地减少芳香族组分，以及由用于异构化GTL(气体至液体)蜡的方法所生产的矿物油。
合成油的具体实例包括聚α烯烃(例如1-辛烯低聚物、1-癸烯低聚物、和乙烯-丙烯低聚物)，聚α烯烃的氢化物，异丁烯低聚物，异丁烯低聚物的氢化物，异链烷烃，烷基苯，烷基萘，二酯(例如戊二酸二(十三烷基)酯，己二酸二辛酯，己二酸二异癸酯，己二酸二(十三烷基)酯，和癸二酸二辛酯)，多元醇酯(例如辛酸三羟甲基丙烷酯；壬酸三羟甲基丙烷酯；三羟甲基丙烷酯，例如异硬脂酸三羟甲基丙烷酯；季戊四醇酯，例如己酸季戊四醇-2-乙基酯，壬酸季戊四醇酯)，聚亚氧烷基乙二醇，二烷基二苯基醚，以及聚苯醚。在这些合成油化合物中，优选的是诸如1-丁烯低聚物和1-癸烯低聚物的聚α烯烃及其氢化物。
作为用于连续可变变速器的润滑油中的基础油，上述矿物油和合成油(化合物)可以单独使用，或以任意两种或多种的混合物形式使用，不存在对混合物比例的限制。
基础油的硫含量没有特殊的限制。硫含量优选不超过0.2％，更优选不超过0.1％，最优选不超过0.05％。另外，优选采用通过加氢精制的矿物油，或者合成油作为基础油，因为这样的油具有不超过0.005％的硫含量，或者基本上不含硫(不超过5ppm)。
基础油中的芳香族含量也不受特别的限制。基础油的芳香族含量优选为15％或更低，更优选为10％或更低，最优选为5％或更低，这是为了使用于汽车手动变速器的润滑油长时间保持它的低摩擦特性。当芳香族含量超过15％时，基础油在氧化稳定性方面不良地恶化。
这里，芳香族含量定义为根据ASTM D2549“用洗脱色谱法分离高沸点油的典型芳香族和非芳香族馏分的标准测试方法”所确定的芳香族馏分的量。
基础油的运动粘度不受特别的限制。当润滑油是用于连续可变变速器的润滑油时，基础油在100℃下测量的运动粘度优选为2mm2/s或更高，更优选为3mm2/s或更高，且同时优选为20mm2/s或更低，更优选10mm2/s或更低，更加优选8mm2/s或更低。当100℃下的运动粘度低于2mm2/s时，润滑油能提供足够的抗磨损性且汽化特性较差。当运动浓度超过20mm2/s时，润滑油难以表现出低摩擦特性且汽化特性退化，这是不希望发生的。关于本发明，可以自由选择至少两种基础油混合形成一种混合物，在该混合物中，单个基础油的运动粘度可以超出上述范围，只要混合物在100℃下的运动粘度落在上述优选范围中即可。
基础油的粘度指数不受特别的限制，当润滑油用于连续可变变速器时，该粘度指数优选为80或更高，更优选100或更高，最优选120或更高。增加基础油的粘度指数能够为用于手动变速器的润滑油提供优越的低温粘度特性和燃料经济性。
有机含氧化合物优选为选自由一元或多元醇、羧酸、醚、酯和它们的衍生物组成的组的至少一种化合物，其含量优选基于润滑油总量的0.05～3.0％。
下面说明醇的实例。
1.1一元醇；1.2二元醇；1.3三元或更多元的醇；1.4选自上述1～3的醇的烯化氧加合物；1.5选自上述1.1～1.4的一种或多种的混合物。
一元醇在分子中具有一个羟基，包括例如具有1～40个碳原子的一元烷基醇(其中烷基可为直链或支链)，例如甲醇，乙醇，丙醇(1-丙醇，2-丙醇)，丁醇(1-丁醇，2-丁醇，2-甲基-1-丙醇，2-甲基-2-丙醇)，戊醇(1-戊醇，2-戊醇，3-戊醇，2-甲基-1-丁醇，3-甲基-1-丁醇，3-甲基-2-丁醇，2-甲基-2-丁醇，2，2-二甲基-1-丙醇)，己醇(1-己醇，2-己醇，3-己醇，2-甲基-1-戊醇，2-甲基-2-戊醇，2-甲基-3-戊醇，3-甲基-1-戊醇，3-甲基-2-戊醇，3-甲基-3-戊醇，4-甲基-1-戊醇，4-甲基-2-戊醇，2，3-二甲基-1-丁醇，2，3-二甲基-2-丁醇，3，3-二甲基-1-丁醇，3，3-二甲基-2-丁醇，2-乙基-1-丁醇，2，2-二甲基丁醇)，庚醇(1-庚醇，2-庚醇，3-庚醇，2-甲基-1-己醇，2-甲基-2-己醇，2-甲基-3-己醇，5-甲基-2-己醇，3-乙基-3-戊醇，2，2-二甲基-3-戊醇，2，3-二甲基-3-戊醇，2，4-二甲基-3-戊醇，4，4-二甲基-2-戊醇，3-甲基-1-己醇、4-甲基-1-己醇、5-甲基-1-己醇、2-乙基戊醇)，辛醇(1-辛醇，2-辛醇，3-辛醇，4-甲基-3-庚醇、6-甲基-2-庚醇、2-乙基-1-己醇、2-丙基-1-戊醇、2，4，4-三甲基-1-戊醇、3，5-二甲基-1-己醇、2-甲基-1-庚醇、2，2-二甲基-1-己醇)，壬醇(1-壬醇、2-壬醇、3，5，5-三甲基-1-己醇、2，6-二甲基-4-庚醇、3-乙基-2，2-二甲基-3-戊醇、5-甲基辛醇等)，癸醇(1-癸醇，2-癸醇，4-癸醇，3，7-二甲基-1-辛醇，2，4，6-三甲基庚醇等)，十一醇，十二醇，十三醇，十四醇，十五醇，十六醇，十七醇，十八醇(硬脂醇等)，十九醇，二十醇，二十一醇，二十三醇，二十四醇；具有2～40个碳原子的一元烯醇(其中烯基基团可为直链或支链，且双键可在任何适当位置)例如乙烯醇，丙烯醇，丁烯醇，己烯醇，辛烯醇，癸烯醇，十二烯醇，十八烯醇(油醇等)；具有3～40个碳原子的一元(烷基)环烷基醇(其中烷基基团可为直链或支链，且烷基和羟基基团可在任何适当位置)，例如环戊醇，环己醇，环庚醇，环辛醇，甲基环戊醇，甲基环己醇，二甲基环己醇，乙基环己醇，丙基环己醇，丁基环己醇，二甲基环己醇，环戊基甲醇，环己基乙醇(1-环己基乙醇，2-环己基乙醇等)，环己基甲醇，环己基丙醇(3-环己基丙醇等)，环己基丁醇(4-环己基丁醇等)，丁基环己醇，3，3，5，5-四甲基环己醇；(烷基)芳香基醇(其中烷基可为直链或支链，且烷基和羟基基团可在任何适当位置)例如酚，甲基苯酚(邻甲酚，间甲酚，对甲酚)，甲氧甲酚，乙基苯酚，丁基苯酚，丁基甲基苯酚(3-甲基-6-叔丁基苯酚等)，二甲基苯酚，二乙基苯酚，二丁基苯酚(2，6-二叔丁基苯酚，2，4-二叔丁基苯酚等)，二丁基甲基苯酚(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚等)，二丁基乙基苯酚(2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚等)，三丁基苯酚(2，4，6-三叔丁基苯酚等)，萘酚(α-萘酚、β-萘酚等)，二丁基萘酚(2，4-二叔丁基-α-萘酚等)，6-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯胺基)-2，4-对(硫代辛基)-1，3，5-三嗪，和它们的混合物。
其中，更优选的是具有12～18个碳原子的直链或支链的烷基或烯基醇，例如油醇和硬脂醇，因为它们可以更有效地降低涂覆有硬碳薄膜的滑动件与其它任何材料形成的滑动面之间的摩擦，而且它们挥发性差，因此即使在高温下也能显示出它们的减摩效果。
二醇具体地在分子中具有两个羟基基团，包括例如具有2～40个碳原子的烷基或烯基二醇(其中烷基或烯基可以是直链或支链，烯基的双键可在任何适当位置，且羟基也可在任何适当位置)，例如乙二醇，一缩二乙二醇，聚乙二醇，丙二醇，一缩二丙二醇，聚丙二醇，新戊二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1，2-丁二醇，2-甲基-1，3-丙二醇，1，5-戊二醇，1，6-己二醇，2-乙基-2-甲基-1，3-丙二醇，2-甲基-2，4-戊二醇，1，7-庚二醇，2-甲基-2-丙-1，3-丙二醇，2，2-二乙基-1，3-丙二醇，1，8-辛二醇，1，9-壬二醇，2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇，1，10-癸二醇，1，11-十一烷二醇，1，12-十二烷二醇，1，13-十三烷二醇，1，14-十四烷二醇，1，15-十五烷二醇，1，16-十六烷二醇，1，17-十七烷二醇，1，18-十八烷二醇，1，19-十九烷二醇，1，20-二十烷二醇；(烷基)环烷二醇(其中烷基可以直链或支链，烷基和羟基可在任何适当位置)，例如环己二醇，甲基环己二醇；具有2～40个碳原子的二元(烷基)芳香醇(其中烷基可以直链或支链，烷基和羟基可在任何适当位置)，例如苯二酚(邻苯二酚等)，甲基苯二酚，乙基苯二酚，丁基苯二酚(对叔丁基邻苯二酚等)，二丁基苯二酚(4，6-二叔丁基间苯二酚等)，4，4’-硫代对(3-甲基-6-叔丁基苯酚)，4，4’-亚丁基对(3-甲基-6-叔丁基苯酚)，2，2’-亚甲基对(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2，2’-硫代对(4，6-二叔丁基间苯二酚)，2，2’-亚甲基对(4-乙基-6-叔丁基苯酚)，4，4’-亚甲基对(2，6-二叔丁基苯酚)，2，2’-(3，5-二叔丁基-4-羟基)丙烷，4，4’-环亚己基对(2，6-二叔丁基苯酚)；对叔丁基苯酚/甲醛的冷凝物，对叔丁基苯酚/乙醛的冷凝物；以及它们的混合物。
其中，优选的是乙二醇，丙二醇，新戊二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，新戊二醇，1，6-己二醇，2-甲基-2，4-戊二醇，2-乙基-2-甲基-1，3-丙二醇，1，7-庚二醇，1，8-辛二醇，1，9-壬二醇，1，10-癸二醇，1，11-十一烷二醇，1，12-十二烷二醇，因为它们可以更有效地降低在涂覆有硬碳薄膜的滑动件与任何其它材料的滑动面之间的摩擦。另外，具有至少300，优选400的分子量的高分子量位阻醇，例如2，6-二叔丁基-4-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)苯酚也是优选的，因为它们即使在高温下(例如在内燃机的滑动条件下)也很难挥发且高度耐热，而且它们能够很好地表现出它们的减摩效果并赋予润滑油优越的抗氧化稳定性。
三元或更多元的多元醇是指那些具有三个或更多个羟基的。通常使用三元醇至十元醇，优选三元醇至六元醇。这些组分的实例是三甲醇烷，例如甘油、三甲醇乙烷、三甲醇丙烷、三甲醇丁烷，以及赤藓醇，季戊四醇，1，2，4-丁三醇，1，3，5-戊三醇，1，2，6-己三醇，1，2，3，4-丁四醇，山梨醇，福寿草醇，阿糖醇，木糖醇，甘露醇，以及它们的聚合物或冷凝物(例如，诸如双甘油、三甘油、四甘油的甘油二聚物至八聚物，诸如双三甲醇丙烷的三甲醇丙烷二聚物至八聚物，诸如双季戊四醇的季戊四醇二聚物至八聚物，脱水山梨糖醇，诸如山梨醇/甘油冷凝物的冷凝物(包括分子内冷凝物，分子间冷凝物以及自冷凝物))。
诸如木糖、阿拉伯糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖、纤维二糖、甘露糖、异麦芽糖、海藻糖和蔗糖的糖类也是适用的。
其中，更加优选的是三至六元醇，例如甘油、三甲醇烷(例如三甲醇乙烷，三甲醇丙烷，三甲醇丁烷)、季戊四醇、1，2，4-丁三醇，1，3，5-戊三醇，1，2，6-己三醇，1，2，3，4-丁四醇，山梨醇，脱水山梨糖醇、山梨醇/甘油冷凝物、福寿草醇、阿糖醇、木糖醇、甘露醇，以及它们的混合物；而且，更加优选的是甘油、三甲醇乙烷、三甲醇丙烷、季戊四醇、脱水山梨糖醇，以及它们的混合物。尤其优选的是氧含量至少为20％，优选为至少30％，更优选至少40％的多元醇。高于六元醇的多元醇将大大增加变速器油的粘性。
上述组分1.4包括选自1.1～1.3的醇类的烯化氧加合物。具体地，它们是通过在醇类中加入具有2～6个碳原子、优选2～4个碳原子的烯化氧或其聚合物或共聚物，从而使醇的羟基羟醚化或羟酯化而制备的。具有2～6个碳原子的烯化氧包括环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷(α-环氧丁烷)、2，3-环氧丁烷(β-环氧丁烷)、1，2-环氧-1-甲基丙烷、1，2-环氧庚烷、1，2-环氧己烷。其中，优选的是环氧乙烷，环氧丙烷和环氧丁烷，因为它们减摩更有效；更加优选的是环氧乙烷和环氧丙烷。
当使用这里的两种或更多种不同类型的烯化氧时，氧化烯聚合的方式不受特别的限制，基团可被无规聚合或嵌段聚合。当将烯化氧加到具有2～6个碳原子的多元醇中时，可以加给多元醇的所有羟基，也可以加给一部分羟基。
下面说明羧酸的实例。
2.1脂肪族一元羧酸(脂肪酸)。
2.2脂肪族多元羧酸。
2.3碳环羧酸。
2.4杂环羧酸。
2.5选自上述2.1～2.4的两种或多种的混合物。
脂肪族羧酸(脂肪酸)是指分子间具有一个羧基的，包括例如具有1～40个碳原子的饱和脂肪族一元羧酸(其中，饱和脂肪族结构可以是直链或支链)，例如甲酸、乙酸(醋酸)、丙酸、丁酸(酪酸、异丁酸等)、戊酸(缬草酸、异戊酸、新戊酸等)、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸(月桂酸)、十三酸、十四酸(豆蔻酸)、十五酸、十六酸(棕榈酸)、十七酸、十八酸(硬脂酸)、十九酸、二十酸、二十一酸、二十二酸、二十三酸、二十四酸、二十五酸、二十六酸、二十七酸、二十八酸、二十九酸、三十酸；以及，具有1～40个碳原子的不饱和脂肪族一元羧酸(其中，不饱和脂肪族结构可以是直链或支链，且不饱和键可在任何理想位置)，例如丙烯酸、丙炔酸、丁烯酸(甲基丙烯酸、巴豆酸、异巴豆酸等)、戊烯酸、己烯酸、庚烯酸、辛烯酸、壬烯酸、癸烯酸、十一烯酸、十二烯酸、十三烯酸、十四烯酸、十五烯酸、十六烯酸、十七烯酸、十八烯酸(油酸)、十九烯酸、二十烯酸、二十一烯酸、二十二烯酸、二十三烯酸、二十四烯酸、二十五烯酸、二十六烯酸、二十七烯酸、二十八烯酸、二十九烯酸、三十烯酸。
脂肪族多元羧酸包括具有2～40个碳原子的饱和或不饱和脂肪族二元羧酸(其中，饱和脂肪族或不饱和脂肪族结构可为直链或支链，且不饱和键可在任何理想位置)，例如乙二酸(草酸)、丙二酸、丁二酸(琥珀酸、甲基丙二酸等)、戊二酸(戊二酸、乙基丙二酸等)、己二酸(肥酸等)、庚二酸、辛二酸(软木酸等)、壬二酸(杜鹃花酸等)、癸二酸、丙烯二酸、丁烯二酸(马来酸、富马酸等)、戊烯二酸(柠康酸、中康酸等)、己烯二酸、庚烯二酸、辛烯二酸、壬烯二酸、癸烯二酸；饱和或不饱和三羧酸(其中，饱和脂肪族或不饱和脂肪族结构可为直链或支链，且不饱和键可在任何理想位置)，例如丙烯三酸、丁烯三酸、戊烯三酸、己烯三酸、庚烯三酸、辛烯三酸、壬烯三酸、癸烯三酸；以及，饱和或不饱和四元羧酸(其中饱和脂肪族或不饱和脂肪族可为直链或支链，且不饱和键可在任何理想位置)。
碳环羧酸是指在碳环中具有一个或多个羧基，包括例如，具有3～40个碳原子的环烷基一元、二元、三元或四元羧酸(其中，烷基或烯基(如果存在的话)可为直链或支链，双键(如果存在)可在任何理想位置，且取代基的位置没有限定)，例如环己烷一元酸、甲基环己烷一元酸、乙基环己烷一元酸、丙基环己烷一元酸、丁基环己烷一元酸、戊基环己烷一元酸、己基环己烷一元酸、庚基环己烷一元酸、辛基环己烷一元酸、环庚烷一元酸、环辛烷一元酸、三甲基环戊烷二元酸(樟脑酸等)；具有7～40个碳原子的芳香族一元酸，例如苯羧酸(苯甲酸)、甲基苯羧酸(甲苯甲酸等)、乙基苯羧酸、丙基苯羧酸、苯二羧酸(邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸等)、苯三羧酸(1，2，4-苯三酸等)、苯四羧酸(均苯四酸等)，萘羧酸(萘甲酸等)；具有7～40个碳原子的芳基一元、二元、三元或四元羧酸(其中，烷基或烯基(如果存在作为取代基的话)可为直链或支链，双键(如果有的话)可在任何理想位置，且取代基的数量和位置没有限定)，例如苯基丙炔酸(氢化阿托酸)，苯基丙烯酸(阿托酸、肉桂酸等)，水杨酸，具有1～30个碳原子、含一个或多个烷基的烷基水杨酸。
杂环羧酸是指那些分子中有一个或多个羧基的，包括例如那些具有5～40个碳原子的，例如呋喃羧酸、硫代苯羧酸、吡啶羧酸(烟碱酸、异烟碱酸等)。
下面说明醚的实例。
3.1饱和或不饱和脂肪族醚。
3.2芳族醚。
3.3环醚。
3.4选自上述3.1～3.3中的两种或更多种的混合物。
脂肪族一元醚具体是指具有1～40个碳原子的饱和或不饱和的脂肪族醚(其中，饱和或不饱和脂肪族结构可为直链或支链，且不饱和键可在任何理想位置)，例如二甲醚、二乙醚、二正丙醚，二异丙醚，二丁醚，二异丁醚，二正戊醚，二异戊醚，二己醚，二庚醚，二辛醚，二壬醚，二癸醚，二(十一烷基)醚，二(十二烷基)醚，二(十三烷基)醚，二(十四烷基)醚，二(十五烷基)醚，二(十六烷基)醚，二(十七烷基)醚，二(十八烷基)醚，二(十九烷基)醚，二(二十烷基)醚，甲基乙基醚，甲基正丙基醚，甲基异丙基醚，甲基异丁基醚，甲基叔丁基醚，甲基正戊基醚，甲基异戊基醚，乙基正丙基醚，乙基异丙基醚，乙基异丁基醚，乙基叔丁基醚，乙基正戊基醚，乙基异戊基醚，乙烯醚，二烯丙基醚，甲基乙烯基醚，甲基烯丙基醚，乙基乙烯基醚，乙基烯丙基醚。
具体地，芳族醚包括例如苯甲醚，苯乙醚，二苯醚，二苄醚，苯基苄基醚，α-萘基醚，β-萘醚，聚苯醚，全氟醚；并且，它们可以具有一个饱和或不饱和的基团(其中，饱和或不饱和基团可为直链或支链，不饱和键可位于任何理想位置，且取代基的数量和位置没有限定)。优选地，它们在工作条件下、特别是在室温下为液体。
具体地，环醚是那些具有2～40个碳原子的，包括例如环氧乙烷，环氧丙烷，氧杂环丁烷，四氢呋喃，四氢吡喃，二噁烷，缩水甘油醚；而且，它们具有一个饱和或不饱和基团，一个碳环，或者一个含有饱和或不饱和脂肪族的碳环(其中，饱和或不饱和基团可为直链或支链，不饱和键可在任何理想位置，且取代基的数目和位置没有限定)。
下面说明酯的实例。
4.1脂肪族一元羧酸(脂肪酸)的酯。
4.2脂肪族多元羧酸的酯。
4.3碳环羧酸的酯。
4.4杂环羧酸的酯。
4.5醇或酯的烯化氧加合物。
4.6选自上述4.1～4.5的任何组分的混合物。
上述4.1～4.5的酯可以是其中羟基和羧基全部酯化的全酯，或是其中部分的羟基或羧基仍保持原样的偏酯。
上述4.1的组分是选自上述脂肪族一元羧酸(脂肪酸)与一种或多种选自上述一元、二元、三元或更多元的多元醇的酯，它包括一种无灰脂肪酸酯摩擦改进剂。该无灰脂肪酸酯摩擦改进剂是一个具有6～30个、优选8～24个、更优选10～20个碳原子的直链或支链烷基的脂肪酸酯，它包括具有上述烷基的脂肪酸与脂肪族一元醇、或脂肪族多元醇的酯。这里所说的脂肪酸是脂肪族一元羧酸。具体地，优选的酯的实例是甘油一油酸酯，甘油二油酸酯，脱水山梨醇一油酸酯，脱水山梨醇二油酸酯，及其类似物。
除无灰脂肪酸酯摩擦改进剂外，组分4.1包括具有1～5个碳原子、或者31～40个碳原子的含直链或支链烷基的脂肪酸酯。它们的实例是具有上述烷基的脂肪酸与脂肪族一元醇或脂肪族多元醇的酯。
上述之中，100℃下的运动粘度在1～100mm2/sec之间的那些可用作润滑油的基础油，且通常与上述脂肪酸酯摩擦改进剂区别开。它们的实例是多元醇酯，例如由具有3～40个、优选4～18个、更优选4～12个碳原子的三元或更高的多元醇，尤其是具有新戊基结构的多元醇，与一种或多种选自上述具有1～40个、优选4～18个、更优选6～12个碳原子的一元羧酸的单酯或混合酯，以及它们与加入其中的烯化氧的加合物，例如三羟甲基丙烷辛酸酯，三羟甲基丙烷壬酸酯，季戊四醇2-乙基己酸酯，季戊四醇壬酸酯。它们可以是其中羟基和羧基全部酯化的全酯，或是其中部分羟基或羧基仍保持原样的偏酯。但是，它们优选为全酯。酯的羟基值通常最多为100mgKOH/g，优选最多为50mgKOH/g，更优选最多为10mgKOH/g。
优选地，润滑油的基础油在100℃下的运动粘度在2～60mm2/sec之间，更优选在3～50mm2/sec之间。
组分4.2是一种或多种选自上述脂肪族多元酸与一种或多种选自上述一元、二元、三元或更多元的多元醇的酯。它的优选实例是选自具有2～40个、优选4～18个、更优选6～12个碳原子的二元羧酸的一种或多种多元羧酸，与一种或多种选自具有4～40个、优选4～18个、更优选6～14个碳原子的一元醇的酯，例如马来酸二丁酯，谷氨酸双十三烷基酯，己二酸双2-乙基己基酯，己二酸二异癸基酯，己二酸双十三烷基酯，癸二酸双2-乙基己基酯，以及这些酯(例如马来酸二丁酯)与具有4～16个碳原子的聚α-烯烃的共聚物；以及α-烯烃加合物与醋酸酐及其类似物、和具有1～40个碳原子的醇的酯。上述化合物中，那些在100℃下运动粘度在1～100mm2/sec之间的可以用作润滑油的基础油。
组分4.3是一种或多种选自上述碳环羧酸与一种或多种选自上述一元、二元、三元或更高的多元醇的酯。它的优选实例是芳族羧酸酯，例如邻苯二甲酸酯，苯三酸酯，均苯四酸酯，水杨酸酯。上述酯中，那些在100℃下运动粘度在1～100mm2/sec之间的可以用作润滑油的基础油。
组分4.4是一种或多种选自上述杂环羧酸与一种或多种选自上述一元、二元、三元或更高的多元醇的酯。这些酯中，那些在100℃下运动粘度在1～100mm2/sec之间的可以用作润滑油的基础油。
组分4.5包括通过在一种或多种选自上述一元、二元、三元或更高的多元醇中加入一种烯化氧、然后酯化所制备的酯，以及通过在选自上述组分4.1～4.4的酯中加入烯化氧而制备的加合物。该化合物中，那些在100℃下运动粘度在1～100mm2/sec之间的可以用作润滑油的基础油。
上述有机含氧化合物的衍生物具体地包括，例如那些通过硫化一种选自上述醇、羧酸、酯和醚而制备的；那些通过卤化(氟化、氯化)它而制备的；它与酸，例如硫酸、硝酸、硼酸、磷酸、或者它们的酯或金属盐的反应产物；以及，它与金属、含金属化合物或胺化合物的反应产物。
其中，优选的是选自醇和羧酸和它们的衍生物中的一种或多种与胺化合物的反应产物(例如曼尼希反应产物、酰化产物、酰胺)。
这里所说的胺化合物包括氨、一元胺、二元胺和多元胺。更具体地，它们的实例是氨；含1～30个碳原子、具有烷基基团的烷基胺(其中，烷基基团可为直链或支链)，例如甲胺，乙胺，丙胺，丁胺，戊胺，己胺，庚胺，辛胺，壬胺，癸胺，十一烷胺，十二烷胺，十三烷胺，十四烷胺，十五烷胺，十六烷胺，十七烷胺，十八烷胺，硬脂胺，二甲胺，二乙胺，二丙胺，二丁胺，二戊胺，二己胺，二庚胺，二辛胺，二壬胺，二癸胺，双十一烷胺，双十二烷胺，双十三烷胺，双十四烷胺，双十五烷胺，双十六烷胺，双十七烷胺，双十八烷胺，甲基乙基胺，甲基丙基胺，甲基丁基胺，乙基丙基胺，乙基丁基胺，以及丙基丁基胺；含2～30个碳原子、具有烯基基团的烯基胺(其中，烯基可为直链或支链)，例如乙烯胺，丙烯胺，丁烯胺，辛烯胺，以及十八碳烯胺；含1～30个碳原子、具有链烷醇基团的链烷醇胺(其中，链烷醇基团可为直链或支链)，例如甲醇胺，乙醇胺，丙醇胺，丁醇胺，戊醇胺，己醇胺，庚醇胺，辛醇胺，壬醇胺，甲醇乙醇胺，甲醇丙醇胺，甲醇丁醇胺，乙醇丙醇胺，乙醇丁醇胺，以及丙醇丁醇胺；含1～30个碳原子、具有烯属烃基基团的烯属烃基二胺，例如亚甲基二胺，亚乙基二胺，亚丙基二胺，以及亚丁基二胺；多元胺，例如二亚乙基三胺，三亚乙基四胺，四亚乙基五胺，五亚乙基六胺；衍生自上述一元胺、二元胺或多元胺、且进一步包括一个具有8～20个碳原子的烷基或烯基基团的衍生物，例如十一烷基二乙胺，十一烷基二乙醇胺，十二烷基丙醇胺，十八烷基二乙醇胺，十八烷基丙邻二胺，十八酰基四乙烯五胺；杂环化合物，例如N-羟乙基油基咪唑啉(N-hydroxyethyloleylimidazoline)；这些化合物的烯化氧加合物，以及它们的混合物。
在那些含氮化合物中，优选的是具有一个10～20个碳原子的烷基或烯基基团(它们可为直链或支链)的脂肪族胺，例如癸胺，十二烷基胺，十三烷基胺，十七烷基胺，十八烷基胺(octadecylamine)，十八烯胺和十八胺(stearylamine)。
含氧有机化合物的衍生物中，优选的是具有8～20个碳原子的碳酰胺，例如油酰胺。
脂肪族胺化合物的实例是每个都含有C6～C30、优选C8～C24、更优选C10～C20直链或支链的烃链或基团的脂族胺化合物。当烷烃链中的碳原子数不在6～30范围内时，润滑油就有可能不能产生预期的充分减摩效果。
C6～C30直链或支链烃链的具体实例包括烷基，例如己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基、二十四烷基、二十五烷基、二十六烷基、二十七烷基、二十八烷基、二十九烷基、三十烷基；以及烯基，例如十六碳烯基、十七碳烯基、十八碳烯基、十九碳烯基、二十碳烯基、二十一碳烯基、二十二碳烯基、二十三碳烯基、二十四碳烯基、二十五碳烯基、二十六碳烯基、二十七碳烯基、二十八碳烯基、二十九碳烯基、三十碳烯基。上述烷基和烯基包括所有可能的异构体。另外，烯基的位置自由。
脂族胺化合物可以脂肪族一元胺及其烯化氧加合物、脂肪族多元胺、咪唑啉化合物、及其衍生物为例。上述脂族胺的具体实例包括脂族胺化合物，例如十二胺，十二烷基二乙基胺，十二烷基二乙醇胺，十二烷基二丙醇胺，十六胺，十八烷基胺，十八烷基四乙烯基五胺，十八胺，油基丙邻二胺，油基二乙醇胺，以及N-羟乙基油烯基咪唑炔(N-hydroxyethyloleylimidazolyne)；上述脂族胺(C6～C28烷基或烯基胺)与烯化氧的加合物，例如N，N-聚氧化亚烷基-N-烷基胺；以及由上述脂族胺与C2～C30一元羧酸(例如脂肪酸)或C2～C30多元羧酸(例如乙二酸，邻苯二甲酸，苯三酸和均苯四酸)反应以中和或酰胺化全部或部分残余氨基和/或亚氨基从而制备的酸改性化合物。关于本发明，N，N-二聚氧化亚乙基-N-油胺是优选使用的。
用于手动变速器的润滑油组合物中所含脂族胺化合物的量(含量)没有特殊限制，优选基于润滑油总量的0.05～3.0％，更优选0.1～2.0％，最优选为0.5～1.4％。当脂肪酸酯摩擦改进剂和/或脂肪族胺摩擦改进剂的含量低于0.05％时，就有可能润滑油不能产生足够的减摩效果。当脂肪酸酯摩擦改进剂和/或脂肪族胺摩擦改进剂的含量超过3.0％时，润滑油产生足够的减摩效果，但是在储存稳定性和兼容性方面不理想地恶化从而导致沉淀。
另外，用于本发明的连续可变变速器油或用于连续可变变速器的变速器油优选包括作为无灰分散剂的聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物。本发明适用的聚丁烯基琥珀酰亚胺的具体实例包括下述通式(1)和(2)表示的化合物 在结构式(1)和(2)中，n是1～5之间的整数，优选为2～4以获得良好的清洁效果。另外，PIB表示衍生自聚丁烯的聚丁烯基。聚丁烯可以在氟化硼或氯化铝催化剂存在下、以聚丁烯能得到900～3500、优选为1000～2000数均分子量的方式聚合高纯度的异丁烯或者1-丁烯与异丁烯的混合物而制备得到。当聚丁烯的数均分子量小于900时，就有可能不能得到足够清洁效果。当聚丁烯的数均分子量超过3500时，聚丁烯在低温流动性方面可能不理想地恶化。在聚丁烯基琥珀酰亚胺的生产中，聚丁烯可以在通过任何适当处理(例如吸附法或清洗法)而除去痕量氟和氯残留的精制之后使用，这些痕量氟和氯残留是由上述聚丁烯生产催化剂所导致的。氟和氯的残留量优选控制在50ppm或更低，更优选10ppm或更低，最优选1ppm或更低。
聚丁烯琥珀酰亚胺的生产不受特别的限制。例如，聚丁烯基琥珀酰亚胺可以通过使上述聚丁烯的氯化物、或者已除去氟氯残留的聚丁烯在100～200℃下与马来酸酐反应以生成聚丁烯基琥珀酸酯，然后使得到的聚丁烯基琥珀酸酯与多元胺(例如二亚乙基三胺，三亚乙基四胺，四亚乙基五胺，五亚乙基六胺)反应来制得。
聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物可以以硼改性和酸改性的化合物为例，它们是通过使结构式(1)和(2)的聚丁烯基琥珀酰亚胺与硼化合物或含氧有机物反应以中和或酰胺化残余氨基和/或亚氨基而制备的。其中，含硼聚丁烯基琥珀酰亚胺，尤其是含硼二(聚丁烯基)琥珀酰亚胺是优选使用的。
上述硼化合物可以是硼酸、硼酸盐或硼酸酯。硼酸的具体实例包括原硼酸、偏硼酸和对硼酸。硼酸盐的具体实例包括铵盐，例如偏硼酸铵、四硼酸铵、五硼酸铵和八硼酸铵。硼酸酯的具体实例包括硼酸和烷基醇(优选C1～C6烷基醇)的酯，例如硼酸一甲酯、硼酸二甲酯、硼酸三甲酯、硼酸一乙酯、硼酸二乙酯、硼酸三乙酯、硼酸一丁酯、硼酸二丁酯、硼酸三丁酯。这里，硼和氮在含硼聚丁烯基琥珀酰亚胺中的含量比(B/N)以质量计通常为0.1～3，优选为0.2～1。
上述含氧化合物以下述为例C1～C30一元羧酸，例如甲酸、乙酸、乙醇酸、丙酸、乳酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十七酸、硬脂酸、油酸、十九酸和二十酸；C2～C30二元羧酸，例如乙二酸、邻苯二甲酸、苯三酸和均苯四酸，及其酸酐和酯；C2～C6烯化氧；以及羟基(聚)氧化亚烷基碳酸酯。
加入到润滑油中的聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物的量不受特别的限制，优选基于变速器油的总质量为0.1～15％，更优选1.0～12％。当聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物的量低于0.1％时，就有可能不能得到足够的清洁效果。当聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物的量超过15％时，不经济。另外，这么大的聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物的量易于导致反乳化能力的恶化。
如上面所讨论的，关于本发明，润滑油可以在用于诸如DLC的硬碳薄膜的滑动面与相对组件之间的情况下显示出非常好的低摩擦特性。为了提高用于连续可变变速器的润滑油(组合物)所需的性能，润滑油可含其它添加剂，如金属清洁剂，抗氧化剂，粘度指数改进剂，除上述脂肪酸酯摩擦改进剂和/或脂族胺摩擦改进剂之外的其它摩擦改进剂，除上述聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物之外的其它无灰分散剂，抗磨损剂或极压(extreme-pressure)添加剂(试剂)，防锈剂，非离子型表面活性剂，反乳化剂，金属减活化剂，和/或当用于内燃机时的消泡剂。这些添加剂可以单独或者以两种或多种混合物的形式使用，以满足所需的变速器油性能。
金属清洁剂可以是润滑油通常所用的任何金属清洁剂化合物。用于与本发明相关的金属清洁剂的具体实例包括碱金属或碱土金属的磺酸盐、酚盐和水杨酸盐；及其两种或多种的混合物。碱金属的实例包括钠(Na)和钾(K)，碱土金属的实例包括钙(Ca)和镁(Mg)。与本发明相关，磺酸钠和钙、苯酚钠和钙、以及水杨酸钠和钙是适用的。金属清洁剂的总碱值和量可以根据所需润滑油的性能进行选择。金属清洁剂的总碱值根据ISO 3771“碱值的测定-高氯酸电位滴定法”用高氯酸测量，通常为0～500mgKOH/g，优选150～400mgKOH/g。金属清洁剂的量通常为基于润滑油总质量的0.1～10％。
抗氧化剂可以是通常用于润滑油的任何抗氧化剂。与本发明相关适用的抗氧化剂包括酚型抗氧化剂，例如4，4’-亚甲基对(2，6-二叔丁基苯酚)-和十八烷基-3-(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐；氨基型抗氧化剂，例如苯基-α-萘胺、烷基苯基-α-萘胺和烷基二苯胺；及其两种或多种的混合物。抗氧化剂的量通常为基于润滑油总质量的0.01～5％。
粘度指数改进剂可以下述为例非分散型粘度指数改进剂，例如选自基丙烯酸以及共聚物的氢化物的一种或多种单体；以及分散型粘度指数改进剂，例如甲基丙烯酸酯的共聚物(包括氮化合物)。也可以使用乙烯和α-烯烃的共聚物(例如丙烯、1-丁烯和1-戊烯)及其氢化物，聚异丁烯及其氢化物，苯乙烯和二烯烃的加氢共聚物，苯乙烯和马来酸酐和聚烷基苯乙烯的共聚物作为粘度指数改进剂。
粘度指数改进剂的分子量需要根据剪切稳定性进行选择。例如，粘度指数改进剂的数均分子量，对分散型或非分散型聚甲基丙烯酸酯而言优选在5,000～1,000,000之间，更优选在100,000～800,000之间；对聚异丁烯及其氢化物而言在800～5,000之间；对乙烯/α-烯烃共聚物及其氢化物而言在800～300,000之间，优选在10,000～200,000之间。上述粘度指数改进化合物可以单独或者以两种或多种混合物的形式使用。粘度指数改进剂的量优选基于润滑油总质量为0.1～40.0％。
除上述脂族胺化合物之外的摩擦改进剂可以以诸如硼酸酯、更高的醇和脂肪族醚的无灰摩擦改进剂、以及诸如二硫代磷酸钼、二硫代碳酸钼和二硫化钼的金属摩擦改进剂为例。
除上述聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物之外的无灰分散剂可以举例如每个都具有900～3,500数均分子量的聚丁烯基的聚丁烯基苯胺和聚丁烯胺，具有低于900的数均分子量的聚丁烯基琥珀酰亚胺及其衍生物。
抗摩擦剂或极压添加剂可以举例如二硫化物，硫化脂肪和油，烯烃硫化物，具有一～三个C2～C20烷烃基团的磷酸酯，硫代磷酸酯，亚磷酸酯，硫代亚磷酸酯，以及这些酯的胺盐。
防锈剂可以举例如烷基苯磺酸酯，二壬基萘，烯基琥珀酸的酯及多元醇的酯。
非离子型表面活性剂和反乳化剂可以举例如非离子型聚烯基乙二醇表面活性剂，例如聚氧乙烯基烷基醚，聚氧化乙烯基烷基苯基醚，以及聚氧化乙烯基烷基萘基醚。
金属减活性剂可以举例如咪唑啉化合物，嘧啶衍生物，噻唑和苯并三唑。消泡剂可以举例如硅氧烷，氟硅氧烷和氟烷基醚。
除脂肪酸酯摩擦改进剂和/或脂族胺摩擦改进剂之外的摩擦改进剂、除聚丁烯基琥珀酰亚胺和/或其衍生物之外的无灰分散剂、抗磨损剂或极压添加剂、防锈剂和反乳化剂中的每一种通常占润滑油总质量的0.01～5％，且金属减失活剂以基于润滑油总质量的0.0005～1％被包含在内。
实验1参考下面的实施例和对比实施例更具体地描述本发明，但实施例和对比实施例并非为了限制本发明的范围。用渗碳SCM420不锈钢作为基体材料。它被形成为块和环，其尺寸是由Falex公司为LFW-1试验而限定的(参见下面提到的“LFW-1试验条件”)。
块SCM420不锈钢的滑块是渗碳的且在低温下回火，而且它们的滑动面用包装带(wrapping tape)抛光和磨光以使表面粗糙度Ra为0.03μm。如此处理后的滑块的表面任选地经PVD或CVD处理以涂覆上一层镀敷材料，从而在它的上面形成一层厚度为1.1μm的镀层(硬碳薄膜)，然后再用包装带抛光和磨光，使表面粗糙度Ra为0.03μm。
环SCM420不锈钢的环是渗碳的且在低温下回火，而且它们的滑动面用包装带抛光和磨光以使表面粗糙度Ra为0.04μm。如此制备的块和环的细节总结在后附表1中。制备一种石蜡基矿物油(100℃下的运动粘度为4.3mm2/sec)作为基础油。在其中适当添加脂肪酸酯、脂肪族胺、酰胺或醇摩擦改进剂、以及CVTF包装添加剂和聚甲基丙烯酸酯，以制备CVTF组合物。如在实施例1-1～1-11以及对比实施例1-1和1-2中那样，得到的CVTF组合物与上述滑动区联用。这些实施例和对比实施例的细节表示在后附表2中。
表2中，脂肪酸酯是甘油一酯；商业产品CVTF是Nissan genuine油“NS-2”，该CVTF包括一种摩擦改进剂；且CVTF包装添加剂含有清洁分散剂、抗氧化剂、抗磨损剂、防锈剂、倾点下降剂、消泡剂及其类似物的混合物(但不含摩擦改进剂)。根据ASTM D2714规定的LFW-1测试方法，在下面提到的测试条件下测试试样。由各试样在试验开始后60分钟内的摩擦力计算其摩擦系数。得到的结果表示在表4中。LFW-1测试条件测试设备Falex环-块(Block-on-Ring)摩擦和磨损试验机，Falex公司生产；试样块(Falex型H-60)环(Falex型S-10)滑动速度0.26米/秒负载222.5N；油温110℃；且测试时间60分钟。
由表2可以理解，联合使用摩擦改进剂和DLC(α-C)带来了比仅用DLC(α-C:H)或没有镀层的情况更大的减摩效果。现在可以相信，实施例3-6在减摩效果方面是最好的。
如上面所描述，在这一实施方案中，一定量的连续可变变速器油组合物存在于涂覆有硬碳薄膜的滑动件与由任何材料形成的相对组件之间的位置上。因此，本实施方案提供了一种在连续可变变速器中的低摩擦滑动件，它的优点是良好耐磨损性，为其提供了无极变速器油组合物。
第二个实施方案将讨论根据本发明的变速器中的低摩擦滑动件的第二个实施方案。
在自动变速器中的低摩擦滑动件是至少一个在连续可变变速器油或可被称作“ATF(组合物)”的流体(组合物)存在下彼此滑动接触的滑动件。该低摩擦滑动件具有一个滑动区，该滑动区的滑动面涂敷有硬碳薄膜。自动变速器油(润滑油)含有有机氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种作为无灰摩擦改进剂。依靠自动变速器油，滑动件的至少一个滑动面被硬碳薄膜涂覆，且因此滑动件可以用远低于常规技术的摩擦彼此滑动接触。低摩擦滑动件的实例是连续可变变速器中的齿轮、旋转轴、轴承的部件及其类似物。图2表示用于自动变速器中的一个齿轮的一个齿10A的一个部分。齿轮齿10A包括滑动面上被硬碳薄膜14A涂覆的基体材料12A。
硬碳薄膜是由例如主要由碳原子和无定形组成的DLC(类金刚石碳)材料所形成。该DLC材料在碳间成键方式上有金刚石(SP3成键)结构和/或石墨(SP2成键)结构。更具体地，硬碳薄膜是由由碳组成的不含氢无定形碳(α-C)、含氢无定形碳(α-C:H)、或者含有金属元素钛(Ti)或钼(Mo)作为其一部分的金属碳化物或金属碳(MeC)形成的。
随着硬碳薄膜中的氢含量增加，摩擦系数增加。因此在本发明中必须的是，硬碳薄膜中的氢含量上限为20原子％。为了充分降低润滑油在滑动中的摩擦系数并得到稳定的滑动特性，硬碳薄膜中的氢含量优选不超过10原子％，更优选不超过0.5原子％。
具有如此低的氢含量的硬碳薄膜是通过基本上不使用氢和/或含氢化合物的PVD方法得到的，例如溅射法或离子镀方法。这种情况下，优选在烘烤反应器和用于支撑基体材料的工具，及充分清洗基体材料的表面以减少硬碳薄膜中的氢含量，以及在薄膜形成操作中使用不含氢的气体时，进行硬碳薄膜的薄膜形成操作。
硬碳薄膜形成在基体材料的表面上。由于硬碳薄膜的薄膜厚度相当小，硬碳薄膜形成前的基体材料表面粗糙度极大地影响着形成于基体材料表面上的硬碳薄膜的表面粗糙度。因此，在基体材料没有被硬碳薄膜涂覆之前，基体材料的表面粗糙度(中心线平均粗糙度)Ra优选不大于0.1μm。如果基体材料的薄膜粗糙度超过0.1μm，由硬碳薄膜的表面粗糙度造成的凸起部分增加了对相对组件的局部Hertz’s接触压，从而诱导了硬碳薄膜中裂缝的形成。表面粗糙度Ra在JIS(日本工业标准)B 0601(:2001)中解释为Ra75。
硬碳薄膜优选具有在10g载荷应用下测量的、范围在1000～3500之间的表面硬度或显微维氏硬度(Hv)，以及范围在0.3～2.0μm之间的厚度。如果硬碳薄膜的表面硬度和厚度超出了上述范围，则在薄膜硬度(Hv)小于1000且厚度小于0.3μm时将发生硬碳薄膜的磨损，在表面硬度(Hv)超过3500且厚度超过2.0μm时将倾向于发生硬碳薄膜的剥离。
本实施方案的低摩擦滑动件用作自动变速器中的滑动件尤其有效，该自动变速器的滑动件具有各自的滑动表面，这些表面在可接触滑动面之间提供的自动变速器油的存在下，与由铁基材料或铝合金形成的相对组件的滑动面之间滑动接触。本实施方案的自动变速器油不包括连续可变变速器，因此意味着得到了速度改变操作非连续或步进式的变速器。
下面，将讨论用于连续可变变速器的自动变速器油。
该自动变速器变速器油优选含有一种基础油，以及有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种作为无灰摩擦改进剂。必须指出的是，在滑动表面被硬碳薄膜涂覆处存在变速器油时，能得到非常优越的低摩擦特性。
自动变速器油的基础油、有机含氧化合物和脂族胺化合物与第一实施方案连续可变变速器油中所用的相同。另外，本实施方案中的自动变速器油可以含有除连续可变变速器油所用的基础油、有机含氧化合物、脂肪族胺化合物之外的其它组分。
实验2参考下面的实施例和对比实施例更具体地描述本发明，但实施例和对比实施例并非为了限制本发明的范围。用渗碳SCM420不锈钢作为基体材料。它被形成为块和环，其尺寸是由Falex公司为LFW-1试验而限定的(参见下面提到的“LFW-1试验条件”)。
块SCM420不锈钢的滑块是渗碳的且在低温下回火，而且它们的滑动面用包装带抛光和磨光以使表面粗糙度Ra为0.03μm。如此处理后的滑块的表面任选地经PVD或CVD处理以涂覆一层镀敷材料，从而在它的上面形成一层厚度为1.1μm的镀层(硬碳薄膜)，然后再用包装带抛光和磨光，使表面粗糙度Ra为0.03μm。
环SCM420不锈钢的环是渗碳的且在低温下回火，而且它们的滑动面用包装带抛光和磨光以使表面粗糙度Ra为0.04μm。如此制备的滑块和环的细节总结在后附表3中。制备一种石蜡基矿物油(100℃下的运动粘度为4.3mm2/sec)作为基础油。在其中适当添加脂肪酸酯、脂肪族胺、酰胺或醇摩擦改进剂、以及ATF包装添加剂和聚甲基丙烯酸酯，以制备ATF组合物。如在实施例2-1～2-11以及对比实施例2-1和2-2中那样，得到的ATF组合物与上述滑动区联用。这些实施例和对比实施例的细节表示在后附表4中。
表4中，脂肪酸酯是甘油一酯；商业产品ATF是Nissan genuine油“Matic-J”，该ATF包括一种摩擦改进剂；且ATF包装添加剂含有一种摩擦改进剂。根据ASTM D2714规定的LFW-1测试，在下面提到的测试条件下测试试样。由各试样(块)在试验开始后60分钟内的摩擦力计算其摩擦系数。得到的结果表示在表4中。LFW-1测试条件测试设备Falex环-块摩擦和磨损试验机，Falex公司生产；试样块(Falex型H-60)环(Falex型S-10)；滑动速度0.26m/sec；
负载222.5N；油温110℃；且测试时间60分钟。
由表4可以理解，联合使用摩擦改进剂和DLC(α-C)带来了比仅用DLC(α-C:H)或没有镀层的情况更大的减摩效果。现在可以相信，实施例2-6在减摩效果方面是最好的。
如上所述，在这一实施方案中，一定量的连续可变变速器油组合物存在于涂覆有硬碳薄膜的滑动件与由任何材料形成的相对组件之间的位置上。因此，本实施方案提供了一种在连续可变变速器中的低摩擦滑动件，其优点是它的摩擦非常低而且稳定，它具有良好的耐磨损性，并为其提供了自动变速器油组合物。
虽然在实施方案中硬碳薄膜(例如钻石类碳薄膜)描述成用PVD工艺制备，很显然硬碳薄膜也可用CVD工艺制备。
日本专利申请P2003-208366(2003年8月22日申请)，P2003-208368(2003年8月22日申请)，P2004-230038(2004年8月6日申请)和P2004-230039(2004年8月6日申请)的全部内容通过参考而包括在此。
尽管上面通过参考本发明的某些实施方案和实例而描述了本发明，但是，本发明并非限制到上述实施方案和实例上。根据上述教导，本领域技术人员将想到上述实施方案和实例的修改和变异。本发明的范围参考下面的权利要求进行限定。
表1
注HRC表示洛氏硬度(C Scale)
表2
表3
注HRC表示洛氏硬度(C-Scale)
表权利要求
1.一种变速器中的低摩擦滑动件，该滑动件是在变速器油组合物存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个，该低摩擦滑动件包括具有滑动区的基体材料；和涂覆在基体材料滑动区的滑动面上的硬碳薄膜，该硬碳薄膜含有不超过20原子％的氢，其中，变速器油组合物包括有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种。
2.如权利要求1所述的低摩擦滑动件，其中变速器是一种连续可变变速器，而且变速器油组合物是一种连续可变变速器油组合物。
3.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜含有不超过10原子％的氢。
4.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜含有不超过0.5原子％的氢。
5.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中，在基体材料被硬碳薄膜涂覆以前，基体材料的滑动区具有不大于0.1μ的表面粗糙度(Ra)。
6.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜具有以10g载荷下测量的显微维氏硬度计范围在1000～3500之间的表面硬度(Hv)，以及范围在0.3～2.0μm之间的厚度。
7.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中有机含氧化合物是选自由至少一种一元醇、至少一种多元醇、至少一种羧酸、至少一种醚、至少一种一元醇的衍生物、至少一种多元醇的衍生物、至少一种羧酸的衍生物、至少一种醚的衍生物以及至少一种酯的衍生物组成的组中的至少一种化合物，该有机含氧化合物以基于连续可变变速器油组合物总量的0.05～3.0％的量而被包含在内。
8.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中连续可变变速器油组合物含有包括6～30个碳原子的烃链的脂族胺化合物，其含量基于连续可变变速器油组合物的总质量为0.05～3.0质量％。
9.如权利要求2所述的低摩擦滑动件，其中连续可变变速器油组合物包括聚丁烯基琥珀酰亚胺和聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物中的至少一种。
10.如权利要求9所述的低摩擦滑动件，其中，聚丁烯基琥珀酰亚胺和聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物中的至少一种是以基于连续可变变速器油组合物总质量的0.1～15质量％的量而被包含在内。
11.如权利要求1所述的低摩擦滑动件，其中变速器是一种自动变速器，而变速器油组合物是一种自动变速器油组合物。
12.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜含有不超过10原子％的氢。
13.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜含有不超过0.5原子％的氢。
14.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中，在基体材料被硬碳薄膜涂覆以前，基体材料的滑动区具有不大于0.1μ的表面粗糙度(Ra)。
15.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中硬碳薄膜具有以10g载荷下测量的显微维氏硬度计范围在1000～3500之间的表面硬度(Hv)，以及范围在0.3～2.0μm之间的厚度。
16.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中有机含氧化合物是至少一种选自由至少一种一元醇、至少一种多元醇、至少一种羧酸、至少一种醚、至少一种一元醇的衍生物、至少一种多元醇的衍生物、至少一种羧酸的衍生物、至少一种醚的衍生物以及至少一种酯的衍生物组成的组的化合物，该有机含氧化合物以基于自动变速器油组合物总量0.05～3.0％的量而被包含在内。
17.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中连续可变变速器油组合物含有包括6～30个碳原子的烃链的脂族胺化合物，其含量基于自动变速器油组合物的总质量为0.05～3.0质量％。
18.如权利要求11所述的低摩擦滑动件，其中自动变速器油组合物包括聚丁烯基琥珀酰亚胺和聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物中的至少一种。
19.如权利要求18所述的低摩擦滑动件，其中所述的聚丁烯基琥珀酰亚胺和聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物中的至少一种以基于自动变速器油组合物总质量的0.1～15质量％的量而被包含在内。
20.一种用于变速器中的低摩擦滑动件的变速器油组合物，该滑动件是在变速器油组合物存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个，该低摩擦滑动件包括一个具有滑动区的基体材料，以及涂覆在该基体材料滑动区的滑动面上的硬碳薄膜，该硬碳薄膜含有不超过20原子％的氢，该变速器油组合物包括有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种。
全文摘要
变速器中的低摩擦滑动件是在变速器油组合物存在下彼此滑动接触的滑动件中的至少一个。该低摩擦滑动件包括一个具有滑动区的基体材料。一硬碳薄膜涂覆在该基体材料滑动区的滑动面上。该硬碳薄膜含有不超过20原子％的氢。该变速器油组合物包括有机含氧化合物和脂族胺化合物中的至少一种。
文档编号C10M133/06GK1597888SQ20041006415
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月20日 优先权日2003年8月22日
发明者石川贵朗, 中村清隆, 加纳真, 上野贵文 申请人:日产自动车株式会社