滑动部80a的径向的尺寸差的最大值作为磨损量。
[0121] 另外，如图6(b)中所示的那样，沿着活塞环片80的轴向，在滑动部80a的中央附近 的位置L处，进行形状测定。
[0122] (试验片(相当于汽缸套或汽缸)的磨损量）
[0123] 关于试验片50的磨损量，使用触针式粗糖度计，按照未滑动部进入测定长度的两 端的方式沿滑动方向进行粗糖度测定。此时，W未滑动部与滑动部的差的最大值作为磨损 量。
[0124] 另外，表1中所示的硬质碳皮膜及试验片的磨损量W设比较例1的磨损量为1时的 相对值表示。同样地，表2中所示的硬质碳皮膜及试验片的磨损量W设比较例11的磨损量为 1时的相对值表示。
[012引（硬质碳皮膜的摩擦系数）
[0126] 利用图5中所示的往复式磨损试验机，进行上述磨损试验，通过安装于试验片50上 的未图示的测力传感器测量活塞环片80的按压载荷和摩擦力。将活塞环片的1次的往复运 动中的最大摩擦力除W按压载荷而得到的数值作为摩擦系数a,采用试验结束前1分钟(试 验开始后9~10分钟）的摩擦系数a的平均值作为最终的摩擦系数。通常，由于1次的往复运 动中的最大摩擦力成为活塞环片的返回时，所W本方法中测定的摩擦系数可W视为静摩擦 系数。
[0127] (侧面的硬质碳皮膜的评价）
[0128] (侣粘着及磨损试验）
[0129] 使用图7中所示的侣粘着试验机，实施与第2观点对应的各实施例及比较例的侣粘 着及磨损试验。作为模仿活塞的物件，准备直径为100mm、厚度为8mm的侣合金(JIS AC8A (T6))制圆盘200。在圆盘200内插入热电偶105,同时在圆盘200的上方设置加热器103, W溫 度控制器107控制加热器103的输出功率而将圆盘200的溫度保持在240°C。另一方面，在圆 盘200的正下面配置活塞环保持构件101，在活塞环保持构件101的环状槽中安装外径为 75mm的活塞环10。
[0130] 圆盘200通过未图示的往复式机构上下反复进行往复运动，由于随着撞击与活塞 环保持构件101的上面相比突出的活塞环10的侧面IOM的硬质碳皮膜14)，活塞环10与活塞 环保持构件101-起W-定旋转速度在水平面内进行旋转运动，所W圆盘200与活塞环10进 行滑动。
[0131] 将活塞环保持构件101的旋转圆周速度在活塞环10外周设定为3.3mm/sec，将圆盘 200按压时的面压设定为IM化，将往复式机构的上下运动(撞击速度)设定为3.3Hz，没有使 用润滑油。此外，撞击次数设定为最大100万次，在途中发生侣粘着的情况设定为"X"，至撞 击次数100万次为止没有发生侣粘着的情况设定为"0"。关于侣粘着的发生的有无，将通过 设置在活塞环保持构件101的旋转机构中的未图示的旋转扭矩检测机构检测到的旋转扭矩 与没有发生侣粘着的初期状态相比增加至5倍W上时判定为发生侣粘着。
[0132] 此外，观察撞击试验结束后的滑动面(活塞环10的侧面)而评价皮膜的耐磨性(皮 膜残留度）。通过邸AX(能量分散型X射线分析），进行滑动面的成分分析巧~10处)而判定硬 质碳皮膜是否残留。在试验结束后的滑动面上残留硬质碳皮膜的情况设定为"〇"，硬质碳 皮膜的一部分通过缺口或剥离而脱落在该部分基材露出的情况设定为"A"，没有见到硬质 碳皮膜的残留(硬质碳皮膜完全磨损而消失）的情况设定为"X"。
[0133] 将所得到的结果示于表1、表2中。
[0134] [表 1]
[0138] 如由表1表明的那样，形成有含有0.5原子％ ^上且低于5原子％的胖的硬质碳皮膜 的各实施例的情况下，相对于作为对象材料的侣合金制的汽缸套的耐磨性优异，且也能够 降低对象材料的磨损。
[0139] 同样地，如由表2表明的那样，形成有含有0.5原子％ ^上且低于5原子％的胖的硬 质碳皮膜的各实施例的情况下，相对于作为对象材料的侣合金制的活塞的耐磨性优异，进 而没有发生侣粘着。另外，各实施例的情况下，由于在外周面上形成有摩擦系数为0.1 W下 的硬质碳皮膜，所W也能够降低作为对象材料的汽缸的磨损。
[0140] 另一方面，硬质碳皮膜中的W的含量为5原子％ W上的比较例1、6的情况下，与实施 例相比硬质碳皮膜的磨损量变多，耐磨性劣化。另外，比较例1、6的情况下，W仅由碳化物构 成，硬质碳皮膜的摩擦系数超过0.1。
[0141] 同样地，硬质碳皮膜中的W的含量为5原子％ W上的比较例11、16的情况下，硬质碳 皮膜的马氏体硬度变得柔软至低于3.5G化，与实施例相比硬质碳皮膜的磨损量变多，耐磨 性(皮膜残留度)劣化。另外，比较例11、16的情况下，由于在外周面上形成有摩擦系数超过 0.1的硬质碳皮膜，所W作为对象材料的汽缸的磨损量增大。
[0142] 硬质碳皮膜中的W的含量低于0.5原子％的比较例2、3的情况下，与实施例相比对 象材料的磨损量变多，耐磨性劣化。认为运是由于比较例2、3的硬质碳皮膜的马氏体硬度超 过15GPa而变硬。
[0143] 同样地，硬质碳皮膜中的W的含量低于0.5原子％的比较例12、13的情况下，与实施 例相比耐磨性劣化，进而发生侣粘着。另外，比较例12的情况下，由于侧面的硬质碳皮膜的 马氏体硬度超过IOGPa而变硬，M1/M2超过0.8,所W在硬质碳皮膜上见到缺口或剥离等。比 较例13的情况下，由于侧面的硬质碳皮膜的马氏体硬度降低，M1/M2变得低于0.3,所W耐磨 性(皮膜残留度)也劣化。此外，认为发生了侣粘着是由于硬质碳皮膜变成接近仅含有氨的 DLC皮膜(a-C:H)的组成，所W在侣粘着试验中硬质碳皮膜的一部分石墨化而消失。另外，比 较例12、13的情况下，认为由于外周面的硬质碳皮膜的马氏体硬度超过15GPa而变硬，所W 作为对象材料的汽缸的磨损量增大。
[0144] 硬质碳皮膜中的氨的含量超过40原子％的比较例4的情况下，硬质碳皮膜的马氏 体硬度变得柔软至低于5.5G化而耐磨性劣化。
[0145] 同样地，硬质碳皮膜中的氨的含量超过40原子％的比较例14的情况下，硬质碳皮 膜的马氏体硬度变得柔软至低于3.5G化而耐磨性劣化，进而发生侣粘着。
[0146] 硬质碳皮膜中的氨的含量低于10原子％的比较例5的情况下，与实施例相比硬质 碳皮膜及对象材料的磨损量变多，耐磨性劣化。同样地，硬质碳皮膜中的氨的含量低于10原 子％的比较例15的情况下，与实施例相比硬质碳皮膜的磨损量变多，耐磨性劣化，进而发生 侣粘着。另外，比较例5、15的情况下，认为摩擦系数超过0.1而变高，削去对象材料，同时W 其磨损粉还进行自磨损。
[0147] 符号说明
[0148] 2 (活塞环的）基材
[0149] 5 基底层
[0150] 7 中间层
[0151] 10 活塞环
[0152] IOa 活塞环的外周面
[0153] l〇b、10c 活塞环的侧面
[0154] 14 硬质碳皮膜
【主权项】
1. 一种活塞环，其特征在于，其是在外周面上形成有硬质碳皮膜的活塞环，其中，所述 硬质碳皮膜含有0.5原子％以上且低于5原子％的12. -种活塞环，其特征在于，其是在两个侧面中的至少一面上形成有硬质碳皮膜的活 塞环，其中，所述硬质碳皮膜含有〇. 5原子％以上且低于5原子％的13. 根据权利要求1或2所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜的摩擦系数为〇. 10以下。4. 根据权利要求1~3中任一项所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜中包含的W为碳化物和金属这两个形态。5. 根据权利要求1~4中任一项所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜含有10~40原子％的氢。6. 根据权利要求1~5中任一项所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜的厚度为〇. 5~20μηι。7. 根据权利要求1所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜的马氏体硬度为5.5~15GPa。8. 根据权利要求2所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜的马氏体硬度为3.5~lOGPa。9. 根据权利要求1所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜的碳的晶体结构的键比率为sp2键:sp3键=4:6~8:2。10. 根据权利要求2所述的活塞环，其中， 所述硬质碳皮膜也形成于所述活塞环的外周面上，将形成于所述侧面上的所述硬质碳 皮膜的马氏体硬度设为M1、形成于所述外周面上的所述硬质碳皮膜的马氏体硬度设为M2 时，M1/M2 为 0.3 ~0.8。11. 根据权利要求10所述的活塞环，其中， 形成于所述外周面上的所述硬质碳皮膜的碳的晶体结构的键比率为sp2键:sp3键=4: 6 ~8:2， 形成于所述侧面上的所述硬质碳皮膜的碳的晶体结构的键比率为sp2键:sp3键= 5:5 ~9:1〇
【专利摘要】本发明提供相对于作为对象材料的铝合金制的汽缸或汽缸套的耐磨性优异、并且也能够降低对象材料的磨损的活塞环。其是在外周面(10a)上形成有硬质碳皮膜(14)的活塞环(10)，其中，硬质碳皮膜含有0.5原子％以上且低于5原子％的W。
【IPC分类】F16J9/26, C23C14/06, F02F5/00
【公开号】CN105593503
【申请号】CN201480053721
【发明人】本多启二, 辻胜启, 诸贯正树, 关矢琢磨
【申请人】株式会社理研
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年9月1日
【公告号】WO2015045745A1