滑動系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種滑動系統(tǒng)，其借助氮化鉻膜和潤滑油的組合可顯著降低作用于滑 動表面之間的摩擦系數(shù)和滑動阻力等，所述潤滑油包含具有特殊化學結構的油溶性鉬化合 物。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 各種機器具有在彼此滑動地接觸時相對移動的滑動元件。在具有該類滑動元件的 系統(tǒng)（在本說明書中稱為"滑動系統(tǒng)"，例如滑動機器）中，作用于滑動部分上的阻力（滑動 阻力）可因此被降低以增強性能并降低操作所需能量。該滑動阻力降低通常通過降低作用 于滑動表面之間的摩擦系數(shù)實現(xiàn)。
[0004] 作用于滑動表面之間的摩擦系數(shù)取決于各滑動表面的表面條件和滑動表面之間 的潤滑狀態(tài)而不同。因此，為降低摩擦系數(shù)，可想到改進滑動表面并改進在滑動表面之間提 供的潤滑劑（潤滑油）。已知各類對滑動表面的表面改進，其中通常進行改進使得滑動表面 各自用非晶碳膜（所謂的類金剛石碳（DLC)膜）形成，其可降低摩擦并具有優(yōu)異的抗磨性。 潤滑劑也根據(jù)滑動機器的類型、使用環(huán)境和其它因素以各種方式改進，但在許多情況下，改 進可通過配混入具有降低摩擦的作用的添加劑而實現(xiàn)。關于以上的描述在例如以下專利文 獻（PTL)中找到。
[0005] [引用目錄]
[0006] [專利文獻]
[0007] [PTL 1]
[0008] JP2011-252073A
[0009] [PTL 2]
[0010] JP2004-339486A (EP1462508B1)
[0011] [PTL 3]
[0012] 專利 No. 3728740 (JP8-296030A)

【發(fā)明內容】

[0013] [技術問題]
[0014] PTL 1提出將潤滑劑與含H(20%)DLC膜組合，其中潤滑劑包含具有在預定范圍內 的氮/鉬（N/Mo)質量比的有機鉬化合物作為包含Mo雙核的二硫代氨基甲酸鉬（MoDTC)(熟 知的發(fā)動機油添加劑）的替代物。
[0015] PTL 2提出普通DLC膜和潤滑劑的組合，其中DLC膜不含金屬元素和其它添加劑 元素，且潤滑劑通過將550ppm (作為Mo的量）的二硫代氨基甲酸鉬加入基油中而得到。然 而，PTL 2僅描述了該組合可降低摩擦系數(shù)，PTL 2中沒有披露機制等。此外，通過該組合得 到的摩擦系數(shù)為至多約0. 1，因此，摩擦系數(shù)的降低可能是不充分的。
[0016] PTL 3描述了向內燃機的活塞環(huán)的外圓周滑動表面提供CrN型氮化鉻和Cr2N型氮 化鉻的混合物的離子鍍膜，其中CrN和Cr 2N的晶體取向比因此被最佳化以改進活塞環(huán)的抗 磨性、抗磨損能力和其它性能。然而，PTL3僅描述了使用普通發(fā)動機油作為潤滑劑進行抗 磨性試驗和其它試驗，PTL3中沒有描述以上膜影響滑動表面之間的摩擦系數(shù)的影響等，也 沒有給出相應啟示。
[0017] 本發(fā)明鑒于這種情況產生，且本發(fā)明的目的是，提供與現(xiàn)有技術相比可至少顯著 降低滑動表面之間的摩擦系數(shù)的滑動系統(tǒng)，通過滑動膜和潤滑油的新組合實現(xiàn)。
[0018] [解決問題的方法]
[0019] 作為實現(xiàn)以上目的的深入研究以及重復試驗和誤差的結果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn) 特殊氮化鉻膜和包含具有特殊化學結構的油溶性鉬化合物的潤滑油的新組合可顯著地降 低滑動表面之間的摩擦系數(shù)。此外，還發(fā)現(xiàn)該優(yōu)異的低摩擦性能可與抗磨性同時滿足。隨 著該成就的發(fā)展，本發(fā)明的發(fā)明人完成如下文所述的本發(fā)明。
[0020] 《滑動系統(tǒng)》
[0021] (1)本發(fā)明滑動系統(tǒng)包含：具有可相對移動，同時彼此面對的滑動表面的一對滑 動元件；和可插入彼此面對的滑動表面之間的潤滑油?；瑒酉到y(tǒng)具有如下特征?；瑒颖砻?中的至少一個包含氮化鉻膜涂覆表面。潤滑油包含具有鉬（M〇)三核化學結構的油溶性鉬 化合物。當?shù)t膜整體為100原子％ (簡稱為" ％ 時，氮化鉻膜包含40-65%鉻（Cr) 和35-55 %氮（N)。氮化鉻膜具有15-60 %的相對表面積。相對表面積為在使用X射線衍射 分析時所得（111)平面與（200)平面的表面積比。
[0022] (2)因此將涂有特殊氮化鉻膜的滑動表面和包含具有特殊化學結構的油溶性鉬化 合物的潤滑油相結合，容許得到可顯著降低滑動表面之間的摩擦系數(shù)的滑動系統(tǒng)。具體而 言，可發(fā)展低摩擦性能使得摩擦系數(shù)在一個實施方案中為0. 07或更小，在另一實施方案中 0.06或更小，在又一實施方案中0.05或更小。因此，根據(jù)本發(fā)明滑動系統(tǒng)，滑動阻力和摩擦 損失可顯著降低，容許例如各種機器的運動性能和能量節(jié)約方面相當大的改進。
[0023] 此外，除低摩擦性能外，本發(fā)明氮化鉻膜可顯示出優(yōu)異的抗磨性。例如，與僅由鋼 材料形成的滑動表面的摩擦深度相比，氮化鉻膜的滑動表面在一個實施方案中可具有1/4 或更小，在另一實施方案中1/5或更小的摩擦深度，摩擦深度為抗磨性的指示。因此，本發(fā) 明滑動系統(tǒng)特別適于在從邊界潤滑（摩擦）條件至混合潤滑（摩擦）條件的嚴苛條件下長 時間操作的機器，例如驅動系統(tǒng)中的機器。因此，當用于驅動系統(tǒng)裝置如發(fā)動機和變速器 時，本發(fā)明可貢獻于燃料消耗量的降低和其它益處。
[0024] (3)盡管本發(fā)明特殊氮化鉻膜和特殊潤滑劑的組合發(fā)展優(yōu)異的低摩擦性能和其它 有利性能的機制并不是確定的，但在深入研究以后，本發(fā)明發(fā)明人在本發(fā)明情況下認為如 下。
[0025] 當操作本發(fā)明滑動系統(tǒng)（尤其是滑動機器）時，促進了包含在潤滑油中且包含Mo 三核（其也可稱為"Mo-三核化合物"或者簡稱為"Mo-三核"）的油溶性鉬化合物在氮化鉻 膜的滑動表面上的吸附反應。這容許滑動表面容易吸附與Mo-三核為競爭性吸附關系的其 它添加劑或其組成元素（例如Mo和S)。這顯示出導致較大量（大厚度）的不同于Mo-三 核的M 〇S2結構硫化鉬化合物吸附在氮化鉻膜的涂覆表面（滑動表面）上。已知MoS 2結構 硫化鉬化合物具有層狀結構并顯示出低剪切性能。這顯示出甚至在多種操作情況（包括邊 界摩擦）下容許氮化鉻膜的滑動表面上的摩擦系數(shù)顯著降低。
[0026] 因此優(yōu)選的是，在操作本發(fā)明滑動系統(tǒng)時，Mo和S存在于氮化鉻膜的滑動表面上， 且S與Mo的原子數(shù)之比在使用X射線光電子能譜（XPS)分析時，在一個實施方案中為2或 更大，在另一實施方案中為4或更大，在另一實施方案中為5或更大。還優(yōu)選的是，當通過 XPS檢測的量整體為100原子％時，Mo的檢測量在一個實施方案中為0. 04原子％或更多， 在另一實施方案中為〇. 06原子％或更多。
[0027] 本發(fā)明氮化鉻膜通常比滑動元件的基礎材料（例如鋼材料）更硬，并且不太可能 轉移和粘附在配對滑動元件的滑動表面上。因此，本發(fā)明滑動系統(tǒng)在上述潤滑油的存在下 顯示出高抗磨性，并且可長時間穩(wěn)定地得到優(yōu)異的低摩擦性能。
[0028] (4)本發(fā)明Mo-三核在其結合在末端的官能團、分子量和其它性能方面不受限，條 件是Mo-三核具有M 〇3S7或M〇3Ss中的至少一種（特別是M〇3S 7)的分子結構骨架。僅作為參 考，圖6舉例說明了 M〇3S7硫化鉬化合物的一個實例，在圖中R表示烴基。
[0029] 本發(fā)明Mo-三核可反應以吸附在滑動表面上，由此在滑動表面上形成具有化學結 構如Mo 3S7、Mo3Ss和Mo2S 6的硫化鉬化合物。該類硫化鉬化合物還具有與二硫化鉬（MoS2)類 似的結構，并且基于層狀結構可顯示出在滑動表面之間的低剪切性能以貢獻于摩擦系數(shù)的 降低。
[0030] (5)本發(fā)明氮化鉻膜主要包含Cr和N，但可進一步包含摻雜元素（例如0)和不抑 制低摩擦性能或改進低摩擦性能的其它元素作為附加元素。氮化鉻膜中的Cr和N主要作 為CrN存在，但其一部分可以為Cr2N (-氮化二鉻）或者其它合適的形式。結合上文，優(yōu)選 的是，當?shù)t膜整體為100原子％ (簡稱為" ％ 時，本發(fā)明氮化鉻膜在一個實施方案中 包含40-65% Cr和35-55% N，在另一實施方案中45-62% Cr和38-50% N。例如，當?shù)?鉻膜包含摻雜元素如0時，優(yōu)選的是氮化鉻膜在一個實施方案中包含2-15% 0,在另一實施 方案中7-13% 0。該膜組成可使用電子電子探針微量分析儀（ΕΡΜΑ)描述。
[0031] 本發(fā)明氮化鉻膜在具有特殊晶體結構時可容易地發(fā)展低摩擦性能。為此，優(yōu)選的 是本發(fā)明氮化鉻膜在一個實施方案中具有15-60%，在另一實施方案中20-45 %的相對表 面積，其中相對表面積為（111)平面與（200)平面的表面積比。所述平面的表面積比（相 對表面積）可通過圖像分析基于使用X射線衍射得到的圖計算。
[0032] 《其它》
[0033] (1)如本發(fā)明中所提及的"滑動系統(tǒng)"是足夠的，條件是它包含滑動元件和潤滑油， 并且不僅可以為作為機