硬質(zhì)膜、硬質(zhì)膜形成體及滾動軸承的制作方法
【專利摘要】一種硬質(zhì)膜、硬質(zhì)膜形成體及滾動軸承，其具有高的耐磨損性，并且在耐剝離性上優(yōu)異，能長期地防止剝離。硬質(zhì)膜是由在作為基材的滾動軸承的內(nèi)環(huán)（2）的內(nèi)環(huán)軌道面（2a）上直接成膜的將Cr和WC作為主體的第一混合層（8a）、在第一混合層（8a）之上成膜的將WC和DLC作為主體的第二混合層（8b）和在第二混合層（8b）之上成膜的將DLC作為主體的表面層（8c）構(gòu)成的構(gòu)造的硬質(zhì)膜（8），第一混合層（8a）是從基材側(cè)向第二混合層（8b）側(cè)連續(xù)地或者階段性地Cr的含有率變小、WC的含有率變高的層，第二混合層（8b）是從第一混合層（8a）側(cè)向表面層（8c）側(cè)連續(xù)地或者階段性地WC的含有率變小、DLC的含有率變高的層，第二混合層（8b）中的氫含有量是10～45原子%。
【專利說明】硬質(zhì)膜、硬質(zhì)膜形成體及滾動軸承
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在滑動構(gòu)件、汽車零、成形模具等由鐵類基材、超硬材料構(gòu)成的構(gòu)件上形成的耐磨損性、耐剝離性優(yōu)異的硬質(zhì)膜及形成了該硬質(zhì)膜的硬質(zhì)膜形成體。特別是涉及在內(nèi)環(huán)軌道面、外環(huán)軌道面、滾動體表面、保持器滑動接觸面等上形成了上述硬質(zhì)膜的滾動軸承。
【背景技術】
[0002]硬質(zhì)碳膜，一般是被稱為類金剛石碳(以下記為DLC。另外，也將以DLC作為主體的膜/層稱為DLC膜/層。)的硬質(zhì)膜。硬質(zhì)碳，除此之外也有硬質(zhì)非晶體碳，無定形碳，硬質(zhì)無定形型碳，1-碳，金剛石狀碳等各種各樣的呼稱，這些用語沒有被明確地區(qū)別。
[0003]使用這樣的用語DLC的本質(zhì)，是在構(gòu)造上具有金剛石和石墨混合了的兩者的中間構(gòu)造。硬度與金剛石同等地高，在耐磨損性、固體潤滑性、熱傳導性、化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性等上優(yōu)異。因此，例如，作為模具、工具類(包含尺寸測定夾具等)、耐磨損性機械零件、研磨件、滑動構(gòu)件、磁性、光學零件等的保護膜正在被利用。作為形成這樣的DLC膜的方法，采用了濺射法、離子電鍍法等物理的蒸鍍(以下記為PVD)法、化學的蒸鍍(以下記為CVD)法、不均衡的磁控管濺射(以下記為UBMS)法等。
[0004]在具有這樣的優(yōu)異的特性的另一方面，DLC膜在膜形成時產(chǎn)生極大的內(nèi)部應力。另外，具有高的硬度及楊氏模量的反面，變形能非常小。因此，具有緊貼性弱，容易剝離等缺點。作為此緊貼性的改良技術，例如，提出了即使形成得比較厚也發(fā)揮優(yōu)異的緊貼性的技術(參照專利文獻I)。此技術是如下的技術:將以DLC為主體的膜作為最表面層，進而包含了中間層及基材，此基材由鐵類材料構(gòu)成，并且將上述中間層做成規(guī)定的4層構(gòu)造。
[0005]另外，為了實現(xiàn)緊貼性提高，提出了作為碳供給源并用地使用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，以規(guī)定的條件下的UBMS法形成DLC膜的技術(參照專利文獻2)。
[0006]作為滑動構(gòu)件的具體例，進行了相對于滾動軸承的軌道環(huán)的軌道面、滾動體的滾動面、保持器滑動接觸面等形成DLC膜的嘗試。DLC膜，因為具有上述的容易剝離等缺點，所以在滾動軸承中的上述各面上形成了 DLC膜的情況下，存在改善緊貼性的必要性。
[0007]例如，作為設置中間層來實現(xiàn)DLC膜的緊貼性改善的具體例，提出了在由鐵鋼材料形成的軌道槽、滾動體的滾動面上，按照如下的順序形成的滾動裝置:包含鉻(以下記為Cr)、鎢(以下記為W)、鈦(以下記為Ti)、硅(以下記為Si)、鎳及鐵的至少任一種元素在內(nèi)的組成的基底層；含有此基底層的構(gòu)造兀素和碳，碳的含有率在基底層的相反側(cè)大于基底層側(cè)的中間層；由氬和碳構(gòu)成，氬的含有率是0.02質(zhì)量％以上5質(zhì)量％以下的類金剛石碳層(參照專利文獻3)。另外，作為同樣地設置中間層來實現(xiàn)緊貼性改善的具體例，提出了在滾動軸承的保持器表面上形成 多層覆膜，在最表面層的覆膜和保持器之間夾設規(guī)定的硬度的中間層的保持器(參照專利文獻4)。
[0008]另外，作為由錨效果實現(xiàn)DLC膜的緊貼性改善的具體例，提出了在軌道面上通過離子沖擊處理形成高度10~lOOnm、平均寬度300nm以下的凹凸，在此軌道面上形成了 DLC膜的滾動軸承(參照專利文獻5)。
[0009]此外，提出了如下的保持器和其制造方法等:在保持器母材表面上形成經(jīng)規(guī)定的處理的硬化層，在硬化層的表面上涂覆比其高硬度的硬質(zhì)膜，在硬質(zhì)膜表面上涂覆具有固體潤滑效果的軟質(zhì)膜(參照專利文獻6及專利文獻7)。
[0010]在先技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本特開2003-171758號公報專利文獻2:日本特開2011-68941號公報
[0013]專利文獻3:日本專利第4178826號
[0014]專利文獻4:日本特開2006-300294號公報
[0015]專利文獻5:日本專利第3961739號
[0016]專利文獻6:日本特開2005-147306號公報
[0017]專利文獻7:日本特開2005-147244號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]發(fā)明所要解決的課題
[0019]但是，在使用專利文`獻I的技術的情況下，也存在由于膜構(gòu)造、成膜條件而與基材的緊貼性差，另外，因成膜后的殘留應力等而變得容易剝離的危險。如果DLC膜剝離，則不能發(fā)揮DLC膜本來的優(yōu)異的特性。特別是，在長期地受到高的接觸應力的部位形成該硬質(zhì)膜的情況下，為了使耐剝離性等提高，不僅是靜態(tài)的緊貼性、機械性的特性，疲勞特性也變得重要。在專利文獻2的技術中，實現(xiàn)了緊貼性的提高，但為了在上述的那樣的更嚴格的條件下在被使用的部位使用，希望進一步的膜構(gòu)造等的改良。
[0020]另外，在滾動軸承中對滾動體進行引導的內(nèi)外環(huán)的軌道面，其形狀不是平面而是曲面，也有主曲率和副曲率組合的形狀等的軌道面。另外，滾動體的滾動面，在圓柱滾子的情況下成為圓周面，在球的情況下成為球面。另外，保持器的滑動接觸面，是與滾動體接觸的面(保持器凹面)、與軌道環(huán)接觸的面，其形狀成為曲面。如果在以上的那樣的形狀的面上形成DLC膜，則由于其膜構(gòu)造、成膜條件，膜內(nèi)的殘留應力變大，在成膜之后存在剝離的危險。另外，在成膜之后即使不剝離，在軸承使用時，如果受到滾動接觸等負荷、沖擊力、由局部的滑動發(fā)熱引起的熱沖擊等負荷，則也存在剝離的危險。
[0021]因為如果DLC膜剝離，則在軸承構(gòu)件之間發(fā)生金屬接觸，該構(gòu)件磨損，所以磨損粉介入到滾動面上，導致軌道面損傷等。另外，在潤滑油潤滑的情況下，存在由金屬新生面的催化作用使?jié)櫥土踊龠M的情況。
[0022]專利文獻3~7的技術，是實現(xiàn)了硬質(zhì)膜的剝離防止等的技術，但為了使得到的滾動軸承的實用性提高，在將DLC膜適用于滾動軸承時的膜構(gòu)造、成膜條件上存在進一步的改善的余地。特別是，在受到高的接觸應力的軌道面、受到強的沖擊力的保持器滑動面中，為了長期地使耐剝離性提高，如上所述，不僅是靜態(tài)的緊貼性、機械性的特性，也期望依據(jù)疲勞特性的膜構(gòu)造等的改良。
[0023]本發(fā)明是為了處理這樣的問題而做出的發(fā)明，目的在于提供一種具有高的耐磨損性，并且在耐剝離性上優(yōu)異，能長期地防止剝離的硬質(zhì)膜及形成了該硬質(zhì)膜的硬質(zhì)膜形成體。另外，目的在于提供一種通過使在滾動軸承的內(nèi)外環(huán)軌道面、保持器滑動面等上形成的DLC膜的耐剝離性提高，發(fā)揮DLC膜本來的特性，在耐燒結(jié)性、耐磨損性及耐腐蝕性上優(yōu)異，能防止起因于軸承構(gòu)件之間的金屬接觸的損傷等的滾動軸承。
[0024]為了解決課題的手段
[0025]本發(fā)明的硬質(zhì)膜，一種硬質(zhì)膜，是形成在基材的表面上的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述硬質(zhì)膜是由第一混合層、第二混合層和表面層構(gòu)成的構(gòu)造的膜，該第一混合層在上述基材的表面上直接成膜，以鉻(Cr)和碳化鎢(WC)為主體；該第二混合層在該第一混合層之上成膜，以碳化鎢和類金剛石碳(DLC)為主體；該表面層在該第二混合層之上成膜，以類金剛石碳為主體，上述第一混合層是從上述基材側(cè)向上述第二混合層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第一混合層中的上述鉻的含有率變小、該第一混合層中的上述碳化鎢的含有率變高的層，上述第二混合層是從上述第一混合層側(cè)向上述表面層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第二混合層中的上述碳化鎢的含有率變小、該第二混合層中的上述類金剛石碳的含有率變高的層，上述第二混合層中的氫含有量是10~45原子％。
[0026]上述硬質(zhì)膜，其特征在于，上述硬質(zhì)膜，是將表面粗糙度Ra為0.01 μ m以下、維氏硬度Hv為780的SUJ2淬火鋼作為對方材料，施加中心的最大接觸面壓力0.5GPa的載荷地接觸，以0.05m/s的旋轉(zhuǎn)速度使上述對方材料旋轉(zhuǎn)了 30分鐘時的該硬質(zhì)膜的比磨損量不到200X10-10mm3/ (N*m)0另外，上述硬質(zhì)膜，其特征在于，其壓入硬度的平均值和標準偏差值的合計是25~45GPa。另外，上述硬質(zhì)膜，其特征在于，其劃痕硬度試驗中的臨界剝離載荷是50N以上。
[0027]上述硬質(zhì)膜，其特征在于，上述表面層是使用不均衡的磁控管濺射裝置成膜的層，該不均衡的磁控管濺射裝置作為濺射氣體使用了氬氣體，作為碳供給源并用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，在上述碳氫化合物類氣體的導入量相對于上述氬氣體的向上述裝置內(nèi)的導入量100的比例是I~5，上述裝置內(nèi)的真空度是0.2~0.8Pa，施加在上述基材上的偏壓電壓是70~150V的條件下，使從上述碳供給源產(chǎn)生的碳原子堆積在上述第二混合層上而成膜。另外，其特征在于，上述碳氫化合物類氣體是甲烷氣體。
[0028]另外，偏壓的相對于基材的電位，以相對于地電位成為負的方式施加，例如，所謂偏壓電壓150V,表不相對于地電位,基材的偏壓電位是-150V。
[0029]其特征在于，上述表面層，在與上述第二混合層的鄰接側(cè)具有緩和層部分，該緩和層部分，是使上述碳氫化合物類氣體的導入量的比例、上述裝置內(nèi)的真空度及施加在上述基材上的偏壓電壓的至少I個連續(xù)地或者階段性地變化而形成的部分。
[0030]其特征在于，上述硬質(zhì)膜的膜厚是0.5~3μπι，而且上述表面層的厚度占該硬質(zhì)膜的膜厚的比例是0.7以下。
[0031]本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體，是由基材和形成在該基材的表面上的硬質(zhì)膜構(gòu)成的硬質(zhì)膜形成體，其特征在于，上述硬質(zhì)膜是上述本發(fā)明的硬質(zhì)膜。另外，其特征在于，上述基材由超硬合金材料或者鐵類材料構(gòu)成。
[0032]本發(fā)明的滾動軸承，具備在外周具有內(nèi)環(huán)軌道面的內(nèi)環(huán)；在內(nèi)周具有外環(huán)軌道面的外環(huán)；在上述內(nèi)環(huán)軌道面與上述外環(huán)軌道面之間滾動的多個滾動體；和保持上述滾動體的保持器，其特征在于，從上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)、上述滾動體及上述保持器選出的至少一個軸承構(gòu)件由鐵類材料構(gòu)成，在作為由該鐵類材料構(gòu)成的上述軸承構(gòu)件的面且從上述內(nèi)環(huán)軌道面、上述外環(huán)軌道面、上述滾動體的滾動面及上述保持器的滑動接觸面選出的至少一個面上形成了硬質(zhì)膜，上述硬質(zhì)膜是由第一混合層、第二混合層和表面層構(gòu)成的構(gòu)造的膜，該第一混合層在上述基材的表面上直接成膜，以鉻和碳化鶴為主體；該第二混合層在該第一混合層之上成膜，以碳化鎢和類金剛石碳為主體；該表面層在該第二混合層之上成膜，以類金剛石碳為主體，上述第一混合層是從上述基材側(cè)向上述第二混合層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第一混合層中的上述鉻的含有率變小、該第一混合層中的上述碳化鎢的含有率變高的層，上述第二混合層是從上述第一混合層側(cè)向上述表面層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第二混合層中的上述碳化鎢的含有率變小、該第二混合層中的上述類金剛石碳的含有率變高的層，上述第二混合層中的氫含有量是10~45原子％。
[0033]其特征在于，上述滾動體是球,上述內(nèi)環(huán)軌道面及上述外環(huán)軌道面是對上述滾動體進行引導的圓曲面。
[0034]其特征在于，上述滾動體是球，上述保持器的滑動接觸面是作為與上述滾動體的滑動接觸面的保持該球的凹面。
[0035]其特征在于，形成上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)、上述滾動體的鐵類材料，分別是高碳鉻軸承鋼、碳鋼、工具鋼或者馬氏體類不銹鋼。另外，其特征在于，在上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)或者上述滾動體中，形成上述硬質(zhì)膜的面的硬度按維氏硬度是Hv650以上。
[0036]其特征在于，形成上述保持器的鐵類材料，是冷軋鋼板、碳鋼、鉻鋼、鉻鑰鋼、鎳鉻鑰鋼、或者奧氏體類不銹鋼。另外，其特征在于，在上述保持器中，形成上述硬質(zhì)膜的滑動接觸面的硬度按維氏硬度是Hv450以上。
[0037]其特征在于，在形成上述硬質(zhì)膜的面中，在上述硬質(zhì)膜形成前，由氮化處理形成了氮化層。特別是，其特征在于，上述氮化處理是等離子氮化處理，上述氮化處理后的表面的硬度按維氏硬度是HvlOOO以上。
[0038]其特征在于，在上述`內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)或者上述滾動體中，形成上述硬質(zhì)膜的面的表面粗糙度Ra是0.05 μ m以下。另外，其特征在于，在上述保持器中，形成上述硬質(zhì)膜的滑動接觸面的表面粗糙度Ra是0.5 μ m以下。
[0039]其特征在于，上述滾動軸承被封入了潤滑油。
[0040]發(fā)明的效果
[0041 ] 本發(fā)明的硬質(zhì)膜，如上所述，是從基材側(cè)由(I) Cr/WC的第一混合層(組成傾斜)、
(2)WC/DLC的第二混合層(組成傾斜)、(3)DLC的表面層構(gòu)成的構(gòu)造的硬質(zhì)膜。在基材上直接成膜的第一混合層，由于包含Cr，所以與鐵類材料等相性好，與Al、W等比較在緊貼性上優(yōu)異。另外，在上述構(gòu)造中，由于WC具有Cr和DLC的中間的硬度、彈性率，所以通過做成第一混合層、第二混合層都包含WC的傾斜組成，成膜后的殘留應力的集中難以產(chǎn)生。另外，由于第一混合層及第二混合層是傾斜組成，所以成為將不同的材質(zhì)物理性地結(jié)合的構(gòu)造。進而，由于第二混合層中的氫含有量是10~45原子％，所以即使在形成在受到高的接觸應力的部位等上的情況下，也能長期間地防止剝離。
[0042]本發(fā)明的硬質(zhì)膜，由于上述構(gòu)造，所以即使在形成于受到高的接觸應力的部位的情況下在耐剝離性上也優(yōu)異，能發(fā)揮DLC膜本來的特性。其結(jié)果，本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體，作為在耐磨損性、耐腐蝕性、耐損壞性等上優(yōu)異的構(gòu)件，能利用于多種用途。
[0043]本發(fā)明的滾動軸承，由于在由鐵類材料構(gòu)成的軸承構(gòu)件的面上形成了上述構(gòu)造的硬質(zhì)膜，所以在受到高的接觸應力的軌道面、滾動面，受到強的沖擊力的保持器滑動面中，能長期間地防止剝離。另外，上述構(gòu)造的硬質(zhì)膜，被形成在作為曲面的內(nèi)外環(huán)軌道面、滾動體的滾動面、不是平面的保持器滑動接觸面上同時在耐剝離性上優(yōu)異。其結(jié)果，本發(fā)明的滾動軸承，在耐燒結(jié)性、耐磨損性及耐腐蝕性上優(yōu)異，在苛酷的潤滑狀態(tài)下軌道面、保持器滑動接觸面等的損傷也少，成為長壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】[0044]圖1是表示本發(fā)明的滾動軸承的一例的剖視圖。
[0045]圖2是表示本發(fā)明的滾動軸承的另一例的剖視圖。
[0046]圖3是表示本發(fā)明的滾動軸承的另一例的剖視圖。
[0047]圖4是圖3的保持器的放大圖。
[0048]圖5是表示本發(fā)明的硬質(zhì)膜的構(gòu)造的模式剖視圖。
[0049]圖6是表示UBMS法的成膜原理的模式圖。
[0050]圖7是具備AIP功能的UBMS裝置的模式圖。
[0051 ] 圖8是表示摩擦試驗機的圖。
[0052]圖9是表示推力型滾動疲勞試驗機的圖。
[0053]圖10是表示用于軸承壽命試驗的試驗機的圖。
[0054]圖11是表示微動磨損試驗機的圖。
[0055]圖12是表示用于軸承壽命試驗的試驗機的圖。
[0056]圖13是表示⑶S分析結(jié)果的一例的圖。
[0057]圖14是圖13中的第二混合層(WC/DLC層)部分的放大圖。
[0058]圖15是表示GDS分析中的氫量輸出值和由ERDA分析測定的氫量的關系(檢量線)的圖。
【具體實施方式】
[0059]為了實施發(fā)明的方式
[0060]本發(fā)明的硬質(zhì)膜是從基材側(cè)由(l)Cr/WC的第一混合層(組成傾斜)、(2)WC/DLC的第二混合層(組成傾斜)、(3) DLC的表面層構(gòu)成的3層構(gòu)造的硬質(zhì)膜，第二混合層中的氫含有量是10~45原子％。本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體由基材和在基材的表面上形成的上述本發(fā)明的硬質(zhì)膜構(gòu)成。
[0061]下面，作為本發(fā)明的實施例，對使用了在表面上形成上述硬質(zhì)膜而成的軸承構(gòu)件的滾動軸承進行說明。此軸承構(gòu)件是本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體的一例，使用了此軸承構(gòu)件的滾動軸承是本發(fā)明的滾動軸承。
[0062]本發(fā)明的滾動軸承是從內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動體及保持器選出的至少一個軸承構(gòu)件由鐵類材料構(gòu)成的滾動軸承。形成硬質(zhì)膜的部位，(O是由鐵類材料構(gòu)成的上述軸承構(gòu)件的表面，在其中也包括，(2)是從內(nèi)環(huán)軌道面、外環(huán)軌道面、滾動體的滾動面及保持器的滑動接觸面選出的至少一個面。這些面主要是不是平面的曲面。該硬質(zhì)膜最好在由鐵類材料構(gòu)成的構(gòu)件彼此接觸的面上成膜。
[0063]基于圖1~圖4說明本發(fā)明的滾動軸承。圖1表示在內(nèi)外環(huán)軌道面上形成了硬質(zhì)膜的滾動軸承(深槽球軸承)的剖視圖，圖2表示在滾動體的滾動面上形成了硬質(zhì)膜的滾動軸承(深槽球軸承)的剖視圖，圖3表示在保持器的凹面上形成了硬質(zhì)膜的滾動軸承(深槽球軸承)的剖視圖，圖4表示圖3的保持器的放大圖。
[0064]如圖1所示，滾動軸承I具備:在外周具有內(nèi)環(huán)軌道面2a的內(nèi)環(huán)2、在內(nèi)周具有外環(huán)軌道面3a的外環(huán)3和在內(nèi)環(huán)軌道面2a與外環(huán)軌道面3a之間滾動的多個滾動體4。滾動體4由保持器5以一定間隔保持。由密封構(gòu)件6密封內(nèi)外環(huán)的軸向兩端開口部，在軸承空間內(nèi)封入了潤滑油7。作為潤滑油7，可以使用滾動軸承用的公知的潤滑油。
[0065]在圖1 (a)的滾動軸承中，在內(nèi)環(huán)2的外周面(包含內(nèi)環(huán)軌道面2a)上形成了硬質(zhì)膜8，在圖1 (b)的滾動軸承中，在外環(huán)3的內(nèi)周面(包含外環(huán)軌道面3a)上形成了硬質(zhì)膜
8。在將該硬質(zhì)膜8形成在內(nèi)外環(huán)上的情況下，只要至少形成在其軌道面上即可。因此，也可以如各圖所示的那樣形成在內(nèi)環(huán)外周面整體、外環(huán)外周面整體上，或者形成在內(nèi)外環(huán)的整體上。
[0066]另外，在圖2的滾動軸承中，在滾動體4的滾動面上形成了硬質(zhì)膜8。因為圖2的滾動軸承是深槽球軸承，所以滾動體4是球，其滾動面是球面整體。作為圖示的狀態(tài)以外的滾動軸承，在使用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承時，在將該硬質(zhì)膜8形成在該滾動體上的情況下，只要至少在滾動面(圓柱外周等)上形成即可。
[0067]如圖1及圖2所示，因為深槽球軸承的內(nèi)環(huán)軌道面2a對作為滾動體4的球進行引導，所以軸向截面是作為圓弧槽狀的圓曲面。同樣，外環(huán)軌道面3a，其軸向截面也是作為圓弧槽狀的圓曲面。此圓弧槽的曲率半徑，一般地如果將鋼球直徑作為dw，則是0.51~0.54dw左右。另外，作為圖示的狀態(tài)以外的滾動軸承，在使用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承的情況下，因為對這些軸承的滾子進行引導，所以內(nèi)環(huán)軌道面及外環(huán)軌道面至少在圓周方向成為曲面。此外，在自動調(diào)心滾子軸承等情況下，由于作為滾動體使用桶形滾子，所以內(nèi)環(huán)軌道面及外環(huán)軌道面，除了圓周方向以外，對于軸向來說也成為曲面。本發(fā)明的滾動軸承，其內(nèi)環(huán)軌道面及外環(huán)軌道面也可以是以上的任一種形狀。
[0068]作為成為硬質(zhì)膜8的成膜對象的軸承構(gòu)件的內(nèi)環(huán)2、外環(huán)3及滾動體4，由鐵類材料構(gòu)成。作為此鐵類材料，能使用一般作為軸承構(gòu)件使用的任意的鋼材等，例如，能舉出高碳鉻軸承鋼、碳鋼、工具鋼、馬氏體類不銹鋼等。
[0069]在內(nèi)環(huán)2、外環(huán)3或者滾動體4中，形成硬質(zhì)膜的面的硬度按維氏硬度最好是Hv650以上。因為做成Hv650以上，所以能減少與硬質(zhì)膜(基底層)的硬度差，使緊貼性提高。
[0070]在內(nèi)環(huán)2、外環(huán)3或者滾動體4中，形成硬質(zhì)膜的面的表面粗糙度Ra最好是0.05 μ m以下。如果表面粗糙度Ra超過0.05 μ m,則在粗糙度的突起前端難以形成硬質(zhì)膜，局部的膜厚變小。
[0071]在圖3的滾 動軸承中，在保持器5的滑動接觸面上形成了硬質(zhì)膜8。其它的軸承構(gòu)造，是與圖1所示的軸承同樣的。如圖4所示，保持器5是波型鐵板保持器，用后述的鐵類材料使沖壓成形的兩個構(gòu)件5a、5a組合地制作，形成了保持作為滾動體4的球的保持器凹部5b。保持器凹部5b的內(nèi)周面(凹面)是與滾動體4的滑動接觸面，在該凹面上形成了硬質(zhì)膜8。硬質(zhì)膜8，只要形成在從與軌道環(huán)(內(nèi)環(huán)2或者外環(huán)3)的滑動接觸面及與滾動體4的滑動接觸面選出的至少一個滑動接觸面上即可。另外，除了此保持器5的滑動接觸面以外，也可以在由圖1及圖2所示的內(nèi)環(huán)軌道面2a、外環(huán)軌道面3a、滾動體4的滾動面等上也一并地形成硬質(zhì)膜。
[0072]成為硬質(zhì)膜8的成膜對象的保持器5，由鐵類材料構(gòu)成。作為此鐵類材料，能使用一般作為保持器材料使用的任意的材料，例如，能舉出冷軋鋼板、碳鋼、鉻鋼、鉻鑰鋼、鎳鉻鑰鋼、奧氏體類不銹鋼等。
[0073]在保持器5中，形成硬質(zhì)膜8的滑動接觸面的硬度，按維氏硬度最好是Hvl90以上，更好是Ην450以上。通過做成Hv450以上，能極力減少與硬質(zhì)膜(基底層)的硬度差，使緊貼性提聞。
[0074]在保持器5中，形成硬質(zhì)膜8的滑動接觸面的表面粗糙度Ra，最好是0.5 μ m以下。如果表面粗糙度Ra超過0.5 μ m，則在粗糙度的突起前端形成的硬質(zhì)膜，因滑動時的局部的應力集中而容易剝離。另外，由于污垢難以充分地落下，所以存在形成在污垢上的硬質(zhì)膜容易剝離的情況。
[0075]在各構(gòu)件(內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動體、保持器)的形成硬質(zhì)膜的面中，最好在硬質(zhì)膜形成前，通過氮化處理形成氮化層。作為氮化處理，最好實施在基材表面上難以產(chǎn)生妨礙緊貼性的氧化層的等離子氮化處理。另外，為了使與硬質(zhì)膜(基底層)的緊貼性進一步提高，氮化處理后的表面的硬度按維氏硬度最好是HvlOOO以上。
[0076]基于圖5說明本發(fā)明的硬質(zhì)膜的構(gòu)造。圖5是表示圖1 (a)的情況下的硬質(zhì)膜8的構(gòu)造的模式剖視圖。如圖5所示，該硬質(zhì)膜8具有由(I)在作為基材的內(nèi)環(huán)2的內(nèi)環(huán)軌道面2a上直接成膜的將Cr和WC作為主體的第一混合層8a ; (2)在第一混合層8a之上成膜的將WC和DLC作為主體的第二混合層8b ;和(3)在第二混合層8b之上成膜的將DLC作為主體的表面層8c構(gòu)成的3層構(gòu)造。硬質(zhì)膜在膜內(nèi)具有殘留應力，殘留應力受膜構(gòu)造、成膜條件的影響大不相同。在本發(fā)明中，通過將硬質(zhì)膜的膜構(gòu)造做成上述的那樣的3層構(gòu)造，能避免急劇的物理特性(硬度、彈性率等)變化。
[0077]第一混合層8a是在作為基材表面的軌道面、滾動面、保持器的滑動接觸面等上直接成膜的基底層。第一混合層8a，由于`包含Cr所以與成為基材的鐵類材料制的軸承構(gòu)件的相性好，與使用W、T1、Si等的情況比較，在與基材的緊貼性上優(yōu)異。特別是在與作為軸承軌道環(huán)材料使用的高碳鉻軸承鋼的緊貼性上優(yōu)異。另外，與超硬合金材料相性也好。另外，用于第一混合層8a的WC，具有Cr和DLC的中間的硬度、彈性率，成膜后的殘留應力的集中也難以產(chǎn)生。
[0078]另外，由于第一混合層8a是從內(nèi)環(huán)2側(cè)向第二混合層Sb側(cè)Cr的含有率變小且WC的含有率變高的傾斜組成，所以在內(nèi)環(huán)2和第二混合層Sb的雙面中的緊貼性上優(yōu)異。另外，在該混合層內(nèi)，Cr和WC成為物理性地結(jié)合的構(gòu)造，能防止該混合層內(nèi)的損傷等。進而，在第二混合層8b側(cè)，由于WC含有率提高了，所以在第一混合層8a和第二混合層Sb的緊貼性上優(yōu)異。
[0079]第二混合層Sb成為夾設在基底層和表面層之間的中間層。用于第二混合層Sb的WC,如上所述，具有Cr和DLC的中間的硬度、彈性率，成膜后的殘留應力的集中也難以產(chǎn)生。由于第二混合層8b是從第一混合層8a側(cè)向表面層8c側(cè)WC的含有率變小且DLC的含有率變高的傾斜組成，所以在第一混合層8a和表面層Sc的雙面中的緊貼性上優(yōu)異。另外，在該混合層內(nèi)，成為WC和DLC物理性地結(jié)合的構(gòu)造,能防止該混合層內(nèi)的破損等。進而，在表面層8c側(cè)，由于DLC含有率提高了，所以在表面層Sc和第二混合層Sb的緊貼性上優(yōu)異。[0080]第二混合層8b是使非粘著性高的DLC由WC與第一混合層8a側(cè)以錨效果結(jié)合的層。為了在受到強的沖擊力并伴隨疲勞的或者在高面壓力下伴隨疲勞的那樣的苛酷條件下也顯現(xiàn)高的緊貼性，此層中的DLC及WC雙方的機械性的特性、疲勞特性被認為是重要的。因此，本
【發(fā)明者】們，重復實驗地進行第二混合層(WC/DLC)的成膜條件的最佳化的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過使第二混合層中的氫含有量與在一般的濺射條件下進行的情況相比極端地多，在受到強的沖擊力并伴隨疲勞的環(huán)境下、在通過滾動接觸受到高的接觸應力并伴隨疲勞的環(huán)境下，能顯著地提高剝離壽命。
[0081]第二混合層中的氫含有量做成10~45原子％。做成15~45原子％更好。在第二混合層中的氫含有量比10原子％少的情況下，由于機械性的特性充分，所以靜態(tài)的緊貼性高，但因為疲勞特性差，所以在滾動接觸下等容易剝離。另一方面，因為如果氫含有量超過45原子％，則其機械性的特性變得不充分，硬質(zhì)膜不耐沖擊力、滾動接觸的高面壓力而變形得大，在鄰接的層中應力集中，所以長壽命難以顯現(xiàn)。
[0082]在此，本發(fā)明中的“第二混合層中的氫含有量”，是由GDS分析(輝光放電發(fā)光分光分析)求出的氫含有量(原子％)。GDS分析是能調(diào)查深度方向和元素量的關系的分析，如果準備各元素的檢量線，則可以定量。氫量檢量線，使用可進行氫的絕對量測定的ERDA分析(彈性反跳粒子檢測法)來作成。另外，至于氫以外的構(gòu)成元素的檢量線用E D X分析來作成。下面表示詳細情況。
[0083]圖13表示⑶S分析結(jié)果的一例，圖14表示圖13中的第二混合層(WC/DLC層)部分的放大圖。橫軸的濺射時間表示從表面起的深度。WC/DLC層是C峰和W峰共存的范圍，將此共存范圍內(nèi)的氫峰的最大值(原子％)定義為本發(fā)明中的“第二混合層中的氫含有量”。另外，縱軸的“原子％”，從GDS分析中的氫量輸出值(V)由下述的方法算出。 [0084]GDS分析中的氫量輸 出值(V)，因為因試驗片材質(zhì)的差異而不同，所以需要對構(gòu)成了第二混合層(WC/DLC層)的DLC和WC分別作成氫量檢量線。因此，對于DLC單層膜試驗片及WC單層膜試驗片，通過在與WC/DLC層的成膜條件一致的條件下調(diào)整甲烷氣體導入量，制作了氫含有量不同的試驗片，進行了 ERDA分析和GDS分析。圖15表示GDS分析中的氫量輸出值(V)和由ERDA分析測定的氫量(原子％)的關系(檢量線)的一例?？芍狦DS分析中的氫量輸出值與氫量有直線關系。因為由上述DLC氫量檢量線求出的氫含有量和由上述WC氫量檢量線求出的氫含有量不同，所以通過取由它們雙方的檢量線求出的氫含有量的平均，能算出與任意的氫量輸出值(V)對應的氫含有量(原子％)。
[0085]表面層8c是將DLC作為主體的膜。在表面層8c中，在與第二混合層8b的鄰接側(cè)，最好具有緩和層部分8d。這是為了在第二混合層Sb和表面層Sc中在成膜條件參數(shù)(碳氫化合物類氣體導入量、真空度、偏壓電壓)不同的情況下，避免這些參數(shù)的急劇的變化，通過使該參數(shù)的至少I個連續(xù)地或者階段性地變化得到的緩和層部分。更詳細地講，將第二混合層8b的最表層形成時的成膜條件參數(shù)作為始點，將表面層Sc的最終的成膜條件參數(shù)作為終點，使各參數(shù)在此范圍內(nèi)連續(xù)地或者階段性地變化。由此，第二混合層8b和表面層Sc的急劇的物理特性(硬度、彈性率等)的差沒有了，第二混合層8b和表面層Sc的緊貼性更優(yōu)異。另外，通過使偏壓電壓連續(xù)地或者階段性地上升，DLC構(gòu)造中的石墨構(gòu)造(SP2)和金剛石構(gòu)造(SP3)的構(gòu)造比率向后者偏去，硬度進行傾斜(上升)。
[0086]硬質(zhì)膜8的膜厚(3層的合計)最好做成0.5~3.0 μ m。如果膜厚不到0.5 μ m,則具有耐磨損性及機械性的強度差的情況，如果超過3.0 μ m，則變得容易剝離。進而，最好表面層8c的厚度占該硬質(zhì)膜8的膜厚的比例是0.7以下。如果此比例超過0.7，則用于第二混合層8b中的WC和DLC的物理結(jié)合的傾斜組織容易成為不連續(xù)的組織，緊貼性劣化的可能性高。
[0087]因為將硬質(zhì)膜8做成由以上的那樣的組成的第一混合層8a、第二混合層Sb、表面層8c構(gòu)成的3層構(gòu)造，所以耐剝離性優(yōu)異。
[0088]作為硬質(zhì)膜8的物理特性，將表面粗糙度Ra為0.01ym以下、維氏硬度Hv為780的SUJ2淬火鋼作為對方材料，施加中心的最大接觸面壓力0.5GPa的載荷地接觸，以
0.05m/s的旋轉(zhuǎn)速度使上述對方材料旋轉(zhuǎn)了 30分鐘時的該硬質(zhì)膜的比磨損量最好不到200X 10-10mm3/(N.πι)。此摩擦磨損試驗的形態(tài)，因為對方材料表面粗糙度小，所以是與軸承內(nèi)的磨損形態(tài)接近的凝固磨損形態(tài)。如果在該試驗中比磨損量不到ZOOXl0.mml^N.!!!)，則在耐磨損性上優(yōu)異，能防止磨損粉的產(chǎn)生。另外，對于在軌道面、保持器滑動接觸面中產(chǎn)生的局部的滑動，在磨損降低上也有效果。
[0089]另外，壓入硬度的平均值和標準偏差值的合計最好是25~45GPa。如果是此范圍，則在硬質(zhì)的異物介入軌道面內(nèi)、保持器滑動接觸面內(nèi)的情況下產(chǎn)生的磨料磨損上也發(fā)揮出聞的效果。
[0090]另外，劃痕硬度試驗中的臨界剝離載荷最好是50N以上。劃痕硬度試驗中的臨界剝離載荷的測定方法，如后述的實施例所示的那樣。在臨界剝離載荷不到50N的情況下，在以高載荷條件使用了軸承的情況下，硬質(zhì)膜剝離的可能性高。另外，即使臨界剝離載荷是50N以上，如果不是本發(fā)明的那樣的膜構(gòu)造，則根據(jù)情況也有時容易剝離。
[0091]在本發(fā)明的滾動軸承中，通過形成以上的那樣的構(gòu)造、物理特性的硬質(zhì)膜，在軸承使用時受到滾動接觸等負荷(高的接觸應力)的情況下，在受到?jīng)_擊力、由局部的滑動發(fā)熱產(chǎn)生的熱沖擊的情況下，也能防止該膜的磨損、剝離，在苛酷的潤滑狀態(tài)下軌道面、保持器滑動接觸面等損傷也少，成為長壽命。另外，在封入了潤滑油的滾動軸承中，如果金屬新生面露出，則由催化作用促進潤滑油劣化，但在本發(fā)明的滾動軸承中，由于由硬質(zhì)膜能防止由金屬接觸產(chǎn)生的軌道面、滾動面、保持器滑動接觸面等損傷，所以也能防止此潤滑油劣化。
[0092]下面，對硬質(zhì)膜的形成方法進行說明。硬質(zhì)膜，相對于軸承構(gòu)件的成膜面而言，可以將基底層8a、混合層Sb、表面層Sc按此順序進行成膜得到。
[0093]表面層8c的形成,最好使用作為派射氣體使用了 Ar氣體的UBMS裝置來進行。用圖6所示的模式圖來說明使用了 UBMS裝置的UBMS法的成膜原理。在圖中，基材12是作為成膜對象的軸承構(gòu)件的內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動體或者保持器，但模式性地由平板表示。如圖6所示,一邊在圓形靶15的中心部和周邊部配置具有不同的磁性特性的內(nèi)側(cè)磁鐵14a、外側(cè)磁鐵14b，在靶15附近形成高密度等離子19，一邊使得由上述磁鐵14a、14b產(chǎn)生的磁力線16的一部分16a達到與偏壓電源11連接的基材12附近。能得到在濺射時沿著此磁力線16a產(chǎn)生的Ar等離子擴散到基材12附近的效果。在這樣的UBMS法中，沿著達到基材12附近的磁力線16a，Ar離子17及電子與通常的濺射相比，通過使被進行了離子化的靶18更多地到達至基材12的離子助推效果，能形成致密的膜(層)13。
[0094]表面層Sc，最好做成如下的結(jié)構(gòu):利用此裝置，作為碳供給源并用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，在使上述碳氫化合物類氣體的導入量相對于上述Ar氣體的向上述裝置內(nèi)的導入量100的比例為I~5，使上述裝置內(nèi)的真空度為0.2~0.8Pa，使施加在成為基材的軸承構(gòu)件上的偏壓電壓為70~150V的條件下，使從上述碳供給源產(chǎn)生的碳原子堆積在第二混合層8b上而成膜。下面對此合適條件進行說明。
[0095]通過作為碳供給源并用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，能使與第二混合層Sb的緊貼性提高。作為碳氫化合物類氣體，能使用甲烷氣體、乙炔氣體、苯等，不被特別地限定，但從成本及處理性的方面考慮，最好是甲烷氣體。
[0096]通過將上述碳氫化合物類氣體的導入量的比例相對于Ar氣體的向UBMS裝置內(nèi)(成膜腔內(nèi))的導入量100 (體積部)做成I~5 (體積部)，能使表面層Sc的耐磨損性等不惡化地實現(xiàn)與第二混合層8b的緊貼性的提高。
[0097]UBMS裝置內(nèi)(成膜腔內(nèi))的真空度，最好如上述的那樣是0.2~0.8Pa。更好是0.25~0.8Pa。因為如果真空度不到0.2Pa，則容器內(nèi)的Ar氣體量少，所以不產(chǎn)生Ar等離子，存在不能成膜的情況。另外，如果真空度比0.SPa高，則逆濺射現(xiàn)象容易發(fā)生，存在耐磨損性惡化的危險。
[0098]施加在成為基材的軸承構(gòu)件上的偏壓電壓最好如上述的那樣是70~150V。更好是100~150V。如果偏壓電壓不到70V，則由于不進行致密化，耐磨損性極端地惡化，所以不好。另外，如果偏壓電壓超過150V，則逆濺射現(xiàn)象容易發(fā)生，存在耐磨損性惡化的危險。另外，如果偏壓電壓過分地高，則表面層過分地硬，在軸承使用時存在容易剝離的危險。
[0099]另外，作為派射氣體的Ar氣體的導入量最好是40~150ml/min。更好是50~150ml/min。如果Ar氣體流量不到40ml/min,則不產(chǎn)生Ar等離子,存在不能成膜的情況。另外，因為如果Ar氣體流量比150ml/min多，則逆濺射現(xiàn)象容易發(fā)生，所以存在耐磨損性惡化的危險。如果Ar氣體導入量多，則在成膜腔內(nèi)Ar原子和碳原子的沖突概率增加。其結(jié)果，到達至膜表面的Ar原子數(shù)減少，由Ar原子產(chǎn)生的膜的壓固效果下降，膜的耐磨損性惡化。
`[0100]第一混合層8a及第二混合層Sb的形成，也最好使用作為上述的濺射氣體使用了Ar氣體的UBMS裝置來進行。在形成第一混合層8a時，作為靶15，并用Cr靶及WC靶。另外，在形成第二混合層8b時，使用(I) WC靶及(2)黑鉛靶及碳氫化合物類氣體。在每個層的形成時，都分別地依次更換使用的靶。
[0101]第一混合層8a，連續(xù)或者階段性地一邊提高向WC靶施加的濺射電力一邊降低向Cr靶施加的電力進行成膜。由此，做成向第二混合層8b側(cè)Cr的含有率小且WC的含有率高的傾斜組成的層。
[0102]第二混合層Sb，連續(xù)地或者階段性地一邊提高向成為碳供給源的黑鉛靶施加的濺射電力一邊降低向WC靶施加的電力進行成膜。由此，做成向表面層8c側(cè)WC的含有率小且DLC的含有率高的傾斜組成的層。
[0103]為了將第二混合層Sb中的氫含有量做成上述范圍(10~45原子％)，作為碳供給源并用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，使該碳氫化合物類氣體的導入量的比例與通常的濺射條件相比增多。例如，將碳氫化合物類氣體的導入量的比例相對于Ar氣體的向UBMS裝置內(nèi)(成膜腔內(nèi))的導入量100 (體積部)做成5~40，做成10~40 (體積部)更好。第二混合層成膜時的裝置內(nèi)的真空度、偏壓電壓等其他條件，與上述的表面層的合適的成膜條件同樣。[0104]DLC膜等硬質(zhì)膜，膜內(nèi)具有殘留應力，殘留應力受膜構(gòu)造、成膜條件、基材形狀的影響而大不相同。重復實驗的結(jié)果，判明了基材形狀的影響大。例如，存在如下的情況:在平面中剛成膜之后的既沒有剝離而在劃痕硬度試驗中的臨界剝離載荷也大的硬質(zhì)膜，在滾動軸承的內(nèi)外環(huán)軌道面、滾動軸承的保持器凹面的那樣的曲面中在剛成膜之后剝離；在成膜之后即使沒有剝離，在使用時也容易剝離。本
【發(fā)明者】們，精心研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過將形成在作為曲面的滾動軸承的內(nèi)外環(huán)軌道面、滾動體的滾動面、保持器滑動接觸面(凹面等)上的硬質(zhì)膜，如上所述，限定成由(l)Cr/WC的第一混合層(組成傾斜)、(2)WC/DLC的第二混合層(組成傾斜)、(3) DLC的表面層構(gòu)成的規(guī)定的構(gòu)造，且使第二混合層的氫含有量在規(guī)定范圍內(nèi)，在受到高的接觸應力的情況下等也能實現(xiàn)耐剝離性的大幅度的提高，防止該硬質(zhì)膜的剝離。
[0105]以上，作為本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體，以軸承構(gòu)件為例進行了說明，但不是限定于此的。作為基材的材質(zhì)，除了用于上述軸承構(gòu)件的鐵類材料之外，也能使用超硬合金材料。作為超硬合金材料，除了機械性的特性最優(yōu)異的WC-Co類合金以外，還能舉出使耐氧化性提高的WC-TiC-Co類合金、WC-TaC-Co類合金、WC-TiC-TaC-Co類合金等。
[0106]本發(fā)明的硬質(zhì)膜形成體，能在軸承構(gòu)件等滑動構(gòu)件、模具工具類、研磨件、磁性光學零件上，此外，能在要求高的耐磨損性、耐剝離性的部位中使用。另外，在其他用途的硬質(zhì)膜形成體中的基材的硬度、粗糙度，成膜條件等的合適范圍，與上述軸承構(gòu)件的情況同樣。
[0107]實施例 [0108][向平板及內(nèi)外環(huán)的成膜]
[0109]相對于規(guī)定的基材形成本發(fā)明的硬質(zhì)膜，進行了與該硬質(zhì)膜的物理特性有關的評價。另外，將同樣的硬質(zhì)膜實際上形成在滾動軸承的內(nèi)環(huán)軌道面及外環(huán)軌道面上，進行了該軸承的評價。
[0110]用于硬質(zhì)膜的評價用的基材、UBMS裝置、濺射氣體如以下的那樣。
[0111](1)基材材質(zhì):各表所示的基材
[0112](2)基材尺寸等:各表所示的表面粗糙度的圓板(Φ48ι?πιΧ Φ8mmX7mm,在平面上成膜)
[0113](3) UBMS裝置:神戶制鋼所制；UBMS202/AIP復合裝置
[0114](4)濺射氣體:Ar氣體
[0115]下面說明第一混合層(基底層)的形成條件。將成膜腔內(nèi)抽真空到5X 10_3Pa左右，由加熱器焙烘基材，在由Ar等離子蝕刻基材表面后，調(diào)整施加在Cr靶和WC靶上的濺射電力，形成了使Cr和WC的組成比傾斜的層。施加在基材上的偏壓電壓是150V。此層是從基材側(cè)向第二混合層側(cè)Cr的含有率變小且WC的含有率變高的層。另外，在做成Cr/WC以外的混合層的情況下，除了使用對應的靶以外，在相同條件下形成。
[0116]下面說明第二混合層(中間層)的形成條件。將成膜腔內(nèi)抽真空到5X IO-3Pa左右，在由Ar等離子蝕刻基材表面(或者上述基底層表面)后，一邊供給作為碳氫化合物類氣體的甲烷氣體，一邊調(diào)整施加在WC靶和黑鉛靶上的濺射電力，形成了使WC和DLC的組成比傾斜的層。施加在基材上的偏壓電壓是150V。此層是從第一混合層側(cè)向表面層側(cè)WC的含有率變小且DLC的含有率變高的層。第二混合層中的氫含有量(原子％)，通過GDS分析(輝光放電發(fā)光分光分析)由上述的方法求出了。另外，甲烷氣體導入比，如各表所示的那樣。[0117]表面層的形成條件，如各表所示的那樣。
[0118]圖7表示UBMS202/AIP復合裝置的概要。圖7是具備電弧離子電鍍(以下記為AIP)功能的UBMS裝置的模式圖。如圖7所示，UBMS202/AIP復合裝置，是具備相對于配置在圓盤22上的基材23，利用真空電弧放電，將AIP蒸發(fā)源材料21瞬間地蒸氣化、離子化，使其堆積在基材23上而形成覆膜的AIP功能，和通過將濺射蒸發(fā)源材料(靶)24由非平衡的磁場提高基材23附近的等離子密度來增大離子助推效果(參照圖6)，能控制堆積在基材上的覆膜的特性的UBMS功能的裝置。由此裝置，能在基材上形成使AIP覆膜及多個UBMS覆膜(包含組成傾斜)任意地組合的復合覆膜。在此實施例中，在作為基材的軸承構(gòu)件(內(nèi)環(huán)，外環(huán))上，作為UBMS覆膜形成了第一混合層、第二混合層、表面層。另外，外環(huán)軌道面位于外環(huán)的內(nèi)周，但通過被進行了離子化的靶繞入成膜。
[0119]實施例Al~A10、A12、比較例Al~A7、參考例Al~A9
[0120]在將表1~表3所示的基材由丙酮進行了超聲波清洗之后，進行了干燥。干燥后，將基材安裝在UBMS/AIP復合裝置上，在上述的形成條件下形成了各表所示的材質(zhì)的第一混合層及第二混合層。在其上，在各表所示的成膜條件下形成了作為表面層的DLC膜，得到了具有硬質(zhì)膜的試驗片。另外，各表中的“真空度”是上述裝置中的成膜腔內(nèi)的真空度。將得到的試驗片供給以下所示的磨損試驗、硬度試驗、膜厚試驗、劃痕硬度試驗及推力型滾動疲勞試驗(除了參考例以外)。將結(jié)果并記在各表中。另外，表1下記的I)~7)，在表2~表7中也同樣。
[0121]實施例All
[0122]日本電子工業(yè)公司制:在用游離基氮化裝置將實施了等離子氮處理的基材(維氏硬度HvlOOO)由丙酮進行了超聲波清洗之后，進行了干燥。干燥后，將基材安裝在UBMS/AIP復合裝置上，在上述的形成條件下形成了表1所示的材質(zhì)的第一混合層(Cr/WC)及第二混合層(WC/DLC)。在其上，在表1所示的成膜條件下形成作為表面層的DLC膜，得到了具有硬質(zhì)膜的試驗片。對得到的試驗片，供給與實施例Al同樣的試驗，將其結(jié)果并記在表1中。
[0123]<摩擦磨損試驗>
[0124]對得到的試驗片用圖8所示的摩擦試驗機進行了摩擦試驗。圖8(a)表示主視圖，圖8 (b)表示側(cè)視圖。將表面粗糙度Ra為0.01 μ m以下、維氏硬度Hv為780的SUJ2淬火鋼作為對方材料32安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，將試驗片31固定在臂部33上，從附圖上方施加規(guī)定的載荷34，在中心的最大接觸面壓力0.5GPa，室溫(25°C)下，在以0.05m/s的旋轉(zhuǎn)速度使?jié)櫥瑒┎粫A設在試驗片31和對方材料32之間地使對方材料32旋轉(zhuǎn)了 30分鐘時，由測力傳感器35檢測了在對方材料32和試驗片31之間產(chǎn)生的摩擦力。由此,算出了比磨損量。
[0125]<硬度試驗>
[0126]將得到的試驗片的壓入硬度用安捷倫科技公司(7 -7' > >卜f々7 口 '7'—公司)制的超納米壓痕儀(G200)進行了測定。另外，測定值表示不受表面粗糙度的影響的深度(硬度穩(wěn)定的部位)的平均值，測定了各試驗片的10個部位。
[0127]<膜厚試驗>
[0128]將得到的試驗片的硬質(zhì) 膜的膜厚用表面形狀表面粗糙度測定器(泰勒霍布森公司制，外形粗糙度檢查儀PGI830)進行了測定。對成膜部的一部分實施屏蔽，從非成膜部和成膜部的臺階求出了膜厚。[0129]<劃痕硬度試驗>
[0130]對得到的試驗片，用f ) r ”公司制的型號為 > ~f ^卜RST (大載荷劃痕儀(Revetest Scratch Tester)),進行劃痕硬度試驗,測定了臨界剝離載荷。具體地講,對得到的試驗片，由前端半徑200 μ m的金剛石壓頭，以劃痕速度10mm/min、載荷負荷速度ION/mm (連續(xù)地增加載荷)進行試驗，在試驗機畫面中進行判定，相對于畫面上的摩擦痕(摩擦方向長度375 μ m、寬度約100 μ m)，將露出的基材的面積達到50%的載荷作為臨界剝離載荷進行了測定。
[0131]<推力型滾動疲勞試驗>
[0132]對得到的試驗片(Φ48ι?πιΧ用圖9所示的試驗機,作為推力型滾動疲勞試驗，進行假想了軸承的潤滑狀態(tài)苛酷的情況下的“低λ條件”和假想了潤滑狀態(tài)良好的情況下的“高λ條件”的2條件的試驗，評價了硬質(zhì)膜的滾動疲勞特性。因為“低λ條件”成為分界潤滑，所以除了純粹的反復滾動疲勞以外，由接觸產(chǎn)生的損傷也影響。因此，要求硬質(zhì)膜的耐磨損性和緊貼性。下面表示各條件。
[0133][低λ條件]
[0134]潤滑油:VG2
[0135]λ:0.6
[0136]最大接觸面壓力:2GPa
[0137]轉(zhuǎn)速:1000r/min`
[0138]軌道直徑:Φ 20mm
[0139]滾動體:尺寸7/32”，個數(shù)3，材質(zhì)SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度0.005 μ mRa
[0140]油溫度:70°C
[0141]截止時間:無
[0142](在Illlh中負荷次數(shù)8次方)
[0143][高λ條件]
[0144]潤滑油:VG32
[0145]λ:9.2
[0146]最大接觸面壓力:3.5GPa
[0147]轉(zhuǎn)速:4500r/min
[0148]軌道直徑:Φ 20mm
[0149]滾動體:尺寸7/32”，個數(shù)3，材質(zhì)SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度0.005 μ mRa
[0150]油溫度:70°C
[0151]截止時間:300h
[0152](在247h中負荷次數(shù)8次方)
[0153]如圖9所示，試驗機是滾動體42在圓板狀的試驗片41和軌道盤(51201) 45之間滾動的結(jié)構(gòu)，試驗片41經(jīng)調(diào)心用球43支承。另外，圖中44是用于預壓的旋轉(zhuǎn)球花鍵，46是加熱器，47是熱電偶。本試驗機是即使重新安裝試驗片41滾動軌跡也不偏移的構(gòu)造。評價方法是，每試驗時間20h就卸下試驗片，通過光學顯微鏡觀察確認有無來自試驗片的硬質(zhì)膜的剝離。例如，如果在20h確認時剝離了則壽命為20h。如果在20h確認時沒有剝離，則再次安裝試驗片繼續(xù)進行試驗。將壽命時間并記在表1及表2中。另外，作為壽命判定，在低λ條件下，將壽命為1500h以上的試驗片記錄為“〇”，將不到1500h的試驗片記錄為“X”。在高λ條件下，將壽命為300h以上的試驗片記錄為“〇”，將不到300h的試驗片記錄為“ X ”。
[0154]<向軸承內(nèi)外環(huán)的成膜試驗>
[0155]在實施例、比較例的各條件下，在6206滾動軸承(深槽球軸承)的以下的內(nèi)環(huán)軌道面及外環(huán)軌道面上實際上進行成膜，確認了來自剛成膜之后的各構(gòu)件的硬質(zhì)膜的剝離。將從成膜腔取出時沒有剝離的硬質(zhì)膜記錄為“〇”，將剝離了的硬質(zhì)膜記錄為“ X ”，將結(jié)果并記在各表中。
[0156]內(nèi)環(huán):在軌道面上形成硬質(zhì)膜，材質(zhì)SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度0.03 μ mRa
[0157]外環(huán):在軌道面上形成硬質(zhì)膜，材質(zhì)SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度0.03 μ mRa
[0158]<軸承壽命試驗>
[0159]用在上述成膜試驗中形成了硬質(zhì)膜的內(nèi)外環(huán)，組裝試驗用的6206滾動軸承(深槽球軸承),用此試驗用軸承由圖10的試驗機進行了壽命試驗。如圖10所示，試驗機是一邊從負荷用線圈彈簧53經(jīng)負荷用滾珠軸承52加上載荷，一邊由一對試驗用軸承51旋轉(zhuǎn)支承由驅(qū)動皮帶輪54旋轉(zhuǎn)的軸55的試驗機。潤滑狀態(tài)假想了良好的情況。以下表示試驗條件。
[0160]內(nèi)環(huán)/外環(huán):由上述成膜試驗形成了硬質(zhì)膜的內(nèi)環(huán)及外環(huán)
[0161]滾動體:尺寸3/8”，個數(shù)9，材質(zhì)SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度0.005 μ mRa
[0162]潤滑油:VG56
[0163]λ:3 以上`
[0164]最大接觸面壓力:3.3GPa
[0165]轉(zhuǎn)速:3000r/min (內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn))
[0166]計算壽命:L1(I壽命127h
[0167]截止時間:200h
[0168]進行試驗時間20h和試驗時間200h的試驗，用光學顯微鏡觀察試驗后的軌道面，確認了來自構(gòu)件的硬質(zhì)膜的剝離的有無。例如，如果在20h試驗后剝離則壽命為20h，如果在200h試驗后剝離則壽命為200h。因此，作為壽命水準，成為20h、200h、200h以上的3個水準。將壽命時間并記在表1及表2中。另外，作為壽命判定，將壽命為200h以上的軌道面記錄為“〇”，將不到200h的軌道面記錄為“ X ”，將結(jié)果并記在各表中。
[0169][表 I]
[0170]
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)膜，是形成在基材的表面上的硬質(zhì)膜，其特征在于， 上述硬質(zhì)膜是由第一混合層、第二混合層和表面層構(gòu)成的構(gòu)造的膜，該第一混合層在上述基材的表面上直接成膜，以鉻和碳化鎢為主體；該第二混合層在該第一混合層之上成膜，以碳化鎢和類金剛石碳為主體；該表面層在該第二混合層之上成膜，以類金剛石碳為主體， 上述第一混合層是從上述基材側(cè)向上述第二混合層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第一混合層中的上述鉻的含有率變小、該第一混合層中的上述碳化鎢的含有率變高的層， 上述第二混合層是從上述第一混合層側(cè)向上述表面層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第二混合層中的上述碳化鎢的含有率變小、該第二混合層中的上述類金剛石碳的含有率變高的層， 上述第二混合層中的氫含有量是10~45原子％。
2.如權(quán)利要求1記載的硬質(zhì)膜，其特征在于， 上述硬質(zhì)膜，是將表面粗糙度Ra為0.01 μ m以下、維氏硬度Hv為780的SUJ2淬火鋼作為對方材料，施加中心的最大接觸面壓力0.5GPa的載荷地接觸，以0.05m/s的旋轉(zhuǎn)速度使上述對方材料旋轉(zhuǎn)了 30分鐘時的該硬質(zhì)膜的比磨損量不到200X 10-10mm3/ (N.m)。
3.如權(quán)利要求2記載的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述硬質(zhì)膜，其壓入硬度的平均值和標準偏差值的合計是25~45GPa。
4.如權(quán)利要求2記載的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述硬質(zhì)膜，其劃痕硬度試驗中的臨界剝離載荷是50N以上。
5.如權(quán)利要求1記載的硬質(zhì)膜，其特征在于， 上述表面層是使用不均衡的磁控管濺射裝置成膜的層，該不均衡的磁控管濺射裝置作為濺射氣體使用了氬氣體， 作為碳供給源并用黑鉛靶和碳氫化合物類氣體，在上述碳氫化合物類氣體的導入量相對于上述氬氣體的向上述裝置內(nèi)的導入量100的比例是I~5，上述裝置內(nèi)的真空度是0.2~0.8Pa，施加在上述基材上的偏壓電壓是70~150V的條件下，使從上述碳供給源產(chǎn)生的碳原子堆積在上述第二混合層上而成膜。
6.如權(quán)利要求5記載的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述表面層，在與上述第二混合層的鄰接側(cè)具有緩和層部分，該緩和層部分，是使上述碳氫化合物類氣體的導入量的比例、上述裝置內(nèi)的真空度及施加在上述基材上的偏壓電壓的至少I個連續(xù)地或者階段性地變化而形成的部分。
7.如權(quán)利要求5記載的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述碳氫化合物類氣體是甲烷氣體。
8.如權(quán)利要求1記載的硬質(zhì)膜，其特征在于，上述硬質(zhì)膜的膜厚是0.5~3 μ m，而且上述表面層的厚度占該硬質(zhì)膜的膜厚的比例是0.7以下。
9.一種硬質(zhì)膜形成體，是由基材和形成在該基材的表面上的硬質(zhì)膜構(gòu)成的硬質(zhì)膜形成體，其特征在于，上述硬質(zhì)膜是權(quán)利要求1記載的硬質(zhì)膜。
10.如權(quán)利要求9記載的硬質(zhì)膜形成體，其特征在于，上述基材由超硬合金材料或者鐵類材料構(gòu)成。
11.一種滾動軸承，具備在外周具有內(nèi)環(huán)軌道面的內(nèi)環(huán)；在內(nèi)周具有外環(huán)軌道面的外環(huán)；在上述內(nèi)環(huán)軌道面與上述外環(huán)軌道面之間滾動的多個滾動體；和保持上述滾動體的保持器，其特征在于， 從上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)、上述滾動體及上述保持器選出的至少一個軸承構(gòu)件由鐵類材料構(gòu)成， 在作為由該鐵類材料構(gòu)成的上述軸承構(gòu)件的面且從上述內(nèi)環(huán)軌道面、上述外環(huán)軌道面、上述滾動體的滾動面及上述保持器的滑動接觸面選出的至少一個面上形成了硬質(zhì)膜， 上述硬質(zhì)膜是由第一混合層、第二混合層和表面層構(gòu)成的構(gòu)造的膜，該第一混合層在上述基材的表面上直接成膜，以鉻和碳化鎢為主體；該第二混合層在該第一混合層之上成膜，以碳化鎢和類金剛石碳為主體；該表面層在該第二混合層之上成膜，以類金剛石碳為主體， 上述第一混合層是從上述基材側(cè)向上述第二混合層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第一混合層中的上述鉻的含有率變小、該第一混合層中的上述碳化鎢的含有率變高的層， 上述第二混合層是從上述第一混合層側(cè)向上述表面層側(cè)連續(xù)地或者階段性地該第二混合層中的上述碳化鎢的含有率變小、該第二混合層中的上述類金剛石碳的含有率變高的層， 上述第二混合層中的氫含有量是10~45原子％。
12.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，上述滾動體是球，上述內(nèi)環(huán)軌道面及上述外環(huán)軌道面是對上述滾動體進行引導的圓曲面。
13.如權(quán)利要 求11記載的滾動軸承，其特征在于，上述滾動體是球，上述保持器的滑動接觸面是作為與上述滾動體的滑動接觸面的保持該球的凹面。
14.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，形成上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)、上述滾動體的鐵類材料，分別是高碳鉻軸承鋼、碳鋼、工具鋼或者馬氏體類不銹鋼。
15.權(quán)利要求14記載的滾動軸承，其特征在于，在上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)或者上述滾動體中，形成上述硬質(zhì)膜的面的硬度按維氏硬度是Hv650以上。
16.權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，形成上述保持器的鐵類材料，是冷軋鋼板、碳鋼、鉻鋼、鉻鑰鋼、鎳鉻鑰鋼、或者奧氏體類不銹鋼。
17.權(quán)利要求16記載的滾動軸承，其特征在于，在上述保持器中，形成上述硬質(zhì)膜的滑動接觸面的硬度按維氏硬度是Hv450以上。
18.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，在形成上述硬質(zhì)膜的面中，在上述硬質(zhì)膜形成前，由氮化處理形成了氮化層。
19.如權(quán)利要求18記載的滾動軸承，其特征在于，上述氮化處理是等離子氮化處理，上述氮化處理后的表面的硬度按維氏硬度是HvlOOO以上。
20.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，在上述內(nèi)環(huán)、上述外環(huán)或者上述滾動體中，形成上述硬質(zhì)膜的面的表面粗糙度Ra是0.05 μ m以下。
21.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，在上述保持器中，形成上述硬質(zhì)膜的滑動接觸面的表面粗糙度Ra是0.5 μ m以下。
22.如權(quán)利要求11記載的滾動軸承，其特征在于，上述滾動軸承被封入了潤滑油。
【文檔編號】C23C14/06GK103814150SQ201280045974
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】筒井英之, 大平晃也, 中西雅樹 申請人:Ntn株式會社