內(nèi)燃機(jī)用氣缸體及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)及其制造方法。在內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)中，在缸膛(12)的內(nèi)壁形成有SiC中間膜(20)和DLC膜(22)。在將SiC中間膜(20)的膜厚設(shè)為T1、將DLC膜(22)的膜厚設(shè)為T2時，下述的式(1)～式(3)成立。需要說明的是，優(yōu)選0.2μm≤T1≤1μm、7μm≤T1+T2≤13μmT1≥0.2μm…(1)T1<T2…(2)T1+T2≥7μm…(3)。
【專利說明】
內(nèi)燃機(jī)用氣缸體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用氣缸體及其制造方法，該內(nèi)燃機(jī)用氣缸體構(gòu)成作為汽車行駛驅(qū)動力產(chǎn)生源的內(nèi)燃機(jī)，形成有活塞發(fā)生滑動的缸膛。
【背景技術(shù)】
[0002]作為汽車行駛驅(qū)動力的內(nèi)燃機(jī)包括形成有缸膛的氣缸體而構(gòu)成。這種氣缸體通常由鋁合金的熔融金屬經(jīng)鑄造加工來進(jìn)行制作。
[0003]通常，構(gòu)成氣缸體的鋁合金的耐磨性并不太大。因此，在缸膛內(nèi)配置由耐磨性優(yōu)異的Al-Si合金構(gòu)成的氣缸套(cylinder liner)(也稱為“氣缸套(cylinder sleeve)”)，使活塞在該氣缸套內(nèi)滑動。與此相對，最近提出了下述方案:使活塞在實施了表現(xiàn)出耐磨性和潤滑性的表面處理的缸膛的內(nèi)壁滑動。例如，在日本特開2006-220018號公報中公開了下述技術(shù):形成由鐵系金屬材料構(gòu)成的噴鍍皮膜后，進(jìn)行使缸膛的內(nèi)表面浸漬潤滑劑的處理。
[0004]另外，基于日本專利第3555844號公報、日本專利第4973971號公報的記載，還考慮在缸膛的內(nèi)壁形成潤滑性和耐磨性優(yōu)異的類金剛石碳(DLC)膜。需要說明的是，在日本專利第4973971號公報中，為了避免DLC膜從作為成膜對象的基材上剝離，推薦在DLC膜的成膜之前，對基材的表面實施鍍鉻處理、氮化鉻處理或氮化處理等預(yù)處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在適用日本專利第3555844號公報所記載的技術(shù)時，實際使用上需要規(guī)定DLC膜中的氫含量、氮含量和氧含量，進(jìn)而規(guī)定該DLC膜的表面粗糙度。另外，在日本專利第4973971號公報所記載的技術(shù)中，在DLC膜的內(nèi)部和最表面部需要變化氫原子濃度，為了實現(xiàn)該變化，在成膜時必須進(jìn)行減少氣氛中含有的氫量的操作。
[0006]如上所述，在對滑動部件形成DLC膜的現(xiàn)有技術(shù)中，需要對該DLC膜中含有的成分的濃度、或其濃度分布進(jìn)行控制，因此存在必須進(jìn)行煩雜的管理的不良情況。
[0007]而且，如上所述，DLC膜對于金屬的接合力小，即便實施如日本專利第4973971號公報中記載的預(yù)處理，也擔(dān)心DLC膜會發(fā)生剝離。
[0008]本發(fā)明的主要目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體，其能夠消除對形成于缸膛的內(nèi)壁的DLC膜發(fā)生剝離的擔(dān)憂。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體的制造方法，其不進(jìn)行煩雜的管理就能夠在缸膛的內(nèi)壁形成DLC膜。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體，該內(nèi)燃機(jī)用氣缸體由鋁合金構(gòu)成，缸膛的內(nèi)壁被類金剛石碳膜所被覆，
[0011]在上述內(nèi)壁與上述類金剛石碳膜之間形成有SiC中間膜，
[0012]在將上述SiC中間膜的膜厚設(shè)為Tl、將上述類金剛石碳膜的膜厚設(shè)為T2時，下述的式(I)?式(3)成立。
[0013]Tl 彡 0.2μπι...(1)
[0014]Τ1〈Τ2...(2)
[0015]Τ1+Τ2 彡 7μπι...(3)
[0016]另外，根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體的制造方法，其為由鋁合金構(gòu)成、且缸膛的內(nèi)壁被類金剛石碳膜所被覆的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體的制造方法，
[0017]該制造方法具有下述工序:
[0018]將上述內(nèi)燃機(jī)用氣缸體作為陰極，將堵塞上述缸膛的第I堵塞部件和第2堵塞部件作為陽極，向上述缸膛內(nèi)供給SiC源氣體，由此利用等離子體化學(xué)氣相沉積法在上述內(nèi)壁上將SiC中間膜成膜的工序;和
[0019]停止上述SiC源氣體的供給，并且向形成有上述SiC中間膜的上述缸膛內(nèi)供給類金剛石碳源氣體，由此利用等離子體化學(xué)氣相沉積法在上述SiC中間膜上將類金剛石碳膜成膜的工序，
[0020]使上述SiC中間膜和上述類金剛石碳膜的成膜時的等離子體化氣體的溫度為130°C?190°C的范圍內(nèi)，并且，
[0021]進(jìn)行在將上述SiC中間膜的膜厚設(shè)為Tl、將上述類金剛石碳膜的膜厚設(shè)為T2時下述的式(I)?式(3)成立的成膜。
[0022]Tl彡0.2μπι...(1)
[0023]Τ1〈Τ2...(2)
[0024]Τ1+Τ2 彡 7μπι...(3)
[0025]通過使SiC中間膜的膜厚Tl為0.2μπι以上，該SiC中間膜與作為基底的缸膛的內(nèi)壁(鋁合金)牢固地接合。因此，類金剛石碳(DLC)膜被牢固地保持，難以剝離。除此以外，通過使總膜厚Τ1+Τ2為7μπι以上，SiC中間膜與DLC膜的層積膜難以產(chǎn)生裂紋。
[0026]S卩，通過滿足上述條件，能夠形成難以剝離、且難以產(chǎn)生裂紋的DLC膜。而且，該情況下，不需要對DLC膜中含有的成分的濃度、或其濃度分布進(jìn)行控制。因此，在成膜的過程中也不需要進(jìn)行煩雜的管理。
[0027]在具備該氣缸體的內(nèi)燃機(jī)中，由于形成于缸膛的內(nèi)壁的DLC膜的存在，可長時間維持潤滑性和耐磨性。因此，氣缸內(nèi)的摩擦損失降低，因而內(nèi)燃機(jī)的油耗特性等良好。
[0028]需要說明的是，SiC中間膜的起始原料通常價格高。因此，若使SiC中間膜的膜厚Tl過大，則成本升高。為了避免該情況，Tl優(yōu)選為Ιμπι以下。另外，若使層積膜的總膜厚Τ1+Τ2過大，則容易產(chǎn)生側(cè)向裂紋(side (^010。因此，總膜厚11+了2優(yōu)選為134111以下?？傊瑑?yōu)選0.2μπι 彡 Τ1<1μπι、7μπι 彡 T1+T2 彡 13μπι。!！更優(yōu)選為 0.4μπι 以上。
[0029]總膜厚Τ1+Τ2的進(jìn)一步優(yōu)選的范圍為9μπι彡Τ1+Τ2彡13μπι。該情況下，可以使成膜溫度為比較低的溫度，因而能夠避免氣缸體(鋁合金)產(chǎn)生熱應(yīng)變等。
[0030]DLC膜優(yōu)選基于納米壓痕法的硬度為6GPa?14GPa、進(jìn)一步優(yōu)選為8GPa?lOGPa。由此，能夠消除對與DLC膜滑動接觸的活塞裙產(chǎn)生磨損的擔(dān)憂，同時容易避免DLC膜產(chǎn)生裂紋等。
[0031]對于活塞來說，在燃燒室壓縮燃料的關(guān)系上，接近燃燒室的上死點側(cè)的滑動阻力(摩擦阻力)增大。因此，在活塞的上死點側(cè)，優(yōu)選將DLC膜的膜厚設(shè)定得比下死點側(cè)大。這是因為，由此能夠增大上死點側(cè)的潤滑性，降低摩擦阻力。另外，還可將熱管理最佳化，因而內(nèi)燃機(jī)的油耗特性進(jìn)一步提高。
[0032]并且，在SiC中間膜的成膜前、或DLC膜的成膜前中的至少任一時期，優(yōu)選利用等離子體化氧氣進(jìn)行等離子體蝕刻。由此，成膜對象得到凈化，因而能夠避免異物混入SiC中間膜或DLC膜。
[0033]此外，SiC中間膜和類金剛石碳膜的成膜時的等離子體化氣體的溫度進(jìn)一步優(yōu)選為 150。。?170。。。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明的實施方式的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體的示意性縱截面?zhèn)纫晥D。
[0035]圖2是形成于圖1的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體的缸膛的內(nèi)壁的截面圖。
[0036]圖3是用于形成SiC中間膜和類金剛石碳(DLC)膜的成膜裝置的系統(tǒng)圖。
[0037]圖4是示出對形成有SiC膜的鋁合金樣品片進(jìn)行洛氏壓痕試驗時的SiC膜的膜厚與基底的露出面積的關(guān)系的圖。
[0038]圖5是示出對于鋁合金樣品片使各膜厚一定而形成SiC中間膜和DLC膜時的成膜溫度與劃痕試驗中的Lcl值的關(guān)系的圖。
[0039]圖6是示出對于鋁合金樣品片使SiC中間膜的膜厚一定而形成各種膜厚的DLC膜時的成膜溫度與劃痕試驗中的Lcl值的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0040]下面，舉出優(yōu)選實施方式并參照附圖對本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0041]圖1是本實施方式的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(下文中也簡記為“氣缸體”)10的示意性縱截面?zhèn)纫晥D。該情況下，氣缸體10是多個缸膛12并列而形成的多氣缸型的氣缸體，但在圖1中僅示出了其中的一個。
[0042]該氣缸體10是由鋁合金設(shè)置的鑄造品，是未圖示的活塞在各缸膛12的內(nèi)部滑動的所謂無襯套型氣缸體。需要說明的是，活塞通過連桿(未圖示)與收納于曲軸箱14內(nèi)的曲軸(未圖示)連接。因此，活塞伴隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而在缸膛12內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。另外，在缸膛12的附近形成導(dǎo)入冷卻水的水套16。上述構(gòu)成是公知的，因此省去詳細(xì)的說明。
[0043 ]圖2是缸膛12的內(nèi)壁的截面圖。如該圖2所示，在缸膛12的內(nèi)壁依次層積有S i C中間膜20、類金剛石碳(DLC)膜22。需要說明的是，圖2中的箭頭X方向、Y方向與圖1中的箭頭X方向、Y方向?qū)?yīng)。
[0044]SiC中間膜20與缸膛12的內(nèi)壁(S卩，鋁合金)和DLC膜22這兩者良好地接合，由此防止DLC膜22發(fā)生剝離。
[0045]此處，在將SiC中間膜20的膜厚設(shè)為Tl、將DLC膜22的膜厚設(shè)為T2時，SiC中間膜20和DLC膜22按照在Tl和T2之間下述的式(I)?(3)成立的方式進(jìn)行成膜。需要說明的是，理由如后所述。
[0046]Tl彡0.2μπι...(1)
[0047]Τ1〈Τ2...(2)
[0048]Τ1+Τ2 彡 7μπι...(3)
[0049]Tl只要為0.2μπι以上且小于Τ2即可，沒有特別限定，但由于作為SiC中間膜20的起始原料的三甲基硅烷價格昂貴，因而若膜厚增大則會引起成本升高。為了避免該情況，Tl優(yōu)選為Ιμ??以下。
[0050]另外，SiC中間膜20與DLC膜22的總膜厚、S卩Τ1+Τ2優(yōu)選為9μπι以上且13μπι以下。
[0051 ]若DLC膜22的硬度過大，則韌性減小，同時會擔(dān)心與DLC膜22滑動接觸的活塞裙產(chǎn)生磨損。另一方面，若硬度過小則剛下減小，因而具有容易產(chǎn)生裂紋等的傾向。為了避免該情況，DLC膜22優(yōu)選利用納米壓痕法(也稱為“超微壓痕硬度試驗”)求出的硬度為6GPa?14GPa。需要說明的是，進(jìn)一步優(yōu)選為8GPa?I OGPa。
[0052]為了使SiC中間膜20和DLC膜22成膜，構(gòu)成圖3中作為系統(tǒng)圖示出的成膜裝置30，進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積(等離子體CVD)法。此處，成膜裝置30具有與氣缸體10連接并對缸膛12進(jìn)行密封的供給系統(tǒng)32和排出系統(tǒng)34、以及控制系統(tǒng)36。其中的供給系統(tǒng)32包括:第I氣罐38、第2氣罐40、第3氣罐42和第4氣罐44、以及與這些氣罐38、40、42、44連接的第I供給管46、第2供給管48、第3供給管50和第4供給管52。
[0053]第I氣罐38中填充有氧氣(O2)。另外，第2氣罐40、第3氣罐42各自為氬氣(Ar)、Si(CH3 )3 (三甲基硅烷)氣體的供給源，第4氣罐44為C2H2 (乙炔)的供給源。
[0054]對于第I供給管46，從上游側(cè)依次安裝有第I閥54、第I質(zhì)量流量控制器(MFC)56、第2閥58 ο同樣地，對于第2供給管48，從上游側(cè)依次安裝有第3閥60、第2MFC62、第4閥64，對于第3供給管50，從上游側(cè)依次安裝有第5閥66、第3MFC68、第6閥70。此外，對于第4供給管52，從上游側(cè)依次安裝有第7閥72、第4MFC74、第8閥76。
[0055]第丨供給管46、第2供給管48、第3供給管50和第4供給管52收斂于一根集合管78中。集合管78安裝有第9閥80。
[0056]集合管78通過堵塞缸膛12的一端的第I堵塞部件82而與缸膛12連接。當(dāng)然，在氣缸體10與第I堵塞部件82之間進(jìn)行了特定的密封。
[0057]一方的排出系統(tǒng)34具有通過第2堵塞部件84與缸膛12連接的一根排氣管86。在排氣管86設(shè)有控制閥88、伺服栗90和真空栗92。另外，和第I堵塞部件82與氣缸體10之間同樣地，在氣缸體10與第2堵塞部件84之間也進(jìn)行特定的密封。
[0058]控制系統(tǒng)36包括:控制裝置(例如，計算機(jī))94;被該控制裝置94所控制的偏置電源96、壓力控制器98?？刂蒲b置94還對上述第I閥54?第9閥80、上述伺服栗90和上述真空栗92的動作進(jìn)行控制。即，通過該控制，第I閥54?第9閥80個別地進(jìn)行開關(guān)，而且伺服栗90和上述真空栗92通電或斷電。
[0059]偏置電源96通過導(dǎo)線100與氣缸體10的外表面進(jìn)行電連接。通過偏置電源96，對氣缸體10賦予負(fù)偏壓。即，氣缸體10作為陰極發(fā)揮作用。另一方面，在第I堵塞部件82和第2堵塞部件84各自設(shè)有接地(earth)的陽極102。
[0060]壓力控制器98基于來自與排氣管86接地的未圖示的壓力傳感器的信息，對控制閥88的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過該開度調(diào)節(jié)，排氣管86內(nèi)、進(jìn)而缸膛12內(nèi)的壓力得到控制。
[0061]對于SiC中間膜20和DLC膜22來說，使用上述的成膜裝置30如下進(jìn)行成膜。關(guān)于這點，利用與本實施方式的氣缸體10的制造方法的關(guān)系進(jìn)行說明。
[0062]首先，控制裝置94將伺服栗90和真空栗92通電，同時以特定的開度將控制閥88開放。與此相伴，從排氣管86、第2堵塞部件84、缸膛12、第I堵塞部件82和集合管78內(nèi)進(jìn)行排氣。
[0063]此外，控制裝置94將設(shè)于第I供給管46的第I閥54和第2閥58、設(shè)于集合管78的第9閥80開放。由此，開始從第I氣罐38的氧氣供給。氧氣的流量由第1MFC56進(jìn)行控制。
[0064]與氧氣的供給開始同時或在其前后，在控制裝置94的控制作用下將偏置電源96通電，其結(jié)果，對氣缸體10施加負(fù)偏壓。另一方面，在第I堵塞部件82設(shè)有接地的陽極102。因此，第I堵塞部件82作為陰極發(fā)揮作用，在該第I堵塞部件82內(nèi)氧氣被等離子體化而生成等離子體化氧氣。在進(jìn)行等離子體化時，賦予特定的能量，因而等離子體化氧氣的溫度高于氧Ho
[0065]利用如此形成高溫的等離子體化氧氣，第I堵塞部件82的內(nèi)部、和缸膛12的內(nèi)壁得到凈化。即，進(jìn)行所謂的等離子體蝕刻。在第2堵塞部件84也設(shè)有接地的陽極102，因而第2堵塞部件84內(nèi)也同樣地得到凈化。凈化所需要的時間還取決于缸膛12的容積，最大的情況下，開始氧氣流通后30秒左右也足夠。
[0066]經(jīng)過特定時間后，在控制裝置94的控制作用下，第I閥54和第2閥58被堵塞。之后立即開放第3閥60、第4閥64、第5閥66和第6閥70，從第2氣罐40、第3氣罐42分別供給氬氣、三甲基硅烷氣體。氬氣、三甲基硅烷氣體的各流量通過第2MFC62、第3MFC68進(jìn)行控制。
[0067]在施加負(fù)偏壓而作為陰極發(fā)揮功能的氣缸體10和設(shè)于第I堵塞部件82并接地的陽極102的作用下，氬氣被等離子體化。同樣地，三甲基硅烷氣體也被等離子體化，生成等離子體化氬氣和等離子體化三甲基硅烷氣體。這些等離子體化氬氣和等離子體化三甲基硅烷氣體的溫度被控制為130 °C?190 °C的范圍內(nèi)、優(yōu)選為150 °C。需要說明的是，該溫度控制通過調(diào)節(jié)對氣缸體1施加的電壓、或利用加熱器來進(jìn)行。
[0068]由于等離子體化三甲基硅烷氣體為活性，且存在活性的等離子體化氬氣，因而以三甲基硅烷為起源而生成活性的SiC13SiC通過電氣作用被作為陰極的氣缸體10吸引并附著。該現(xiàn)象依次繼續(xù)，從而形成SiC中間膜20。
[0069]此處，對形成有SiC膜的鋁合金樣品片進(jìn)行了洛氏壓痕試驗，將結(jié)果以與SiC膜的膜厚的關(guān)系的形式示于圖4。需要說明的是，選擇金剛石作為壓頭，賦予負(fù)荷為6.25kg。并且，對壓痕進(jìn)行觀察，在SiC膜發(fā)生剝離而露出基底(鋁合金)時，計算出其露出面積。
[0070]圖4示出了對SiC膜的膜厚進(jìn)行了各種變更時的試驗結(jié)果、即基底的露出面積?；椎穆冻雒娣e越小，則意味著SiC膜與基底的接合(密合)越牢固。
[0071 ]由該圖4可知，SiC膜小于0.2μπι時，露出面積有時會變大;與此相對，SiC膜為0.2μπι以上時，露出面積最大為100ym2以下，規(guī)模小且穩(wěn)定。由于這樣的理由，SiC中間膜20的膜厚Tl(參照圖2)設(shè)定為0.2μπι以上、進(jìn)一步優(yōu)選為0.4μπι以上。只要SiC中間膜20的膜厚Tl為
0.2μπι以上且低于DLC膜22的膜厚Τ2的大小就沒有特別限制，但如上所述作為SiC膜的起始原料的二甲基娃燒價格尚，因而為了避免成本升尚，優(yōu)選為Iwn以下。
[0072]需要說明的是，關(guān)于SiC中間膜20的膜厚Tl是否到達(dá)0.2μπι，可以基于預(yù)成膜試驗來進(jìn)行判斷。即，在同一條件下進(jìn)行預(yù)成膜試驗，求出成膜時間與SiC中間膜20的膜厚Tl的關(guān)系。并且，在將SiC中間膜20成膜時，在預(yù)成膜試驗中，在達(dá)到了膜厚Tl到達(dá)0.2μπι的成膜時間時，判斷SiC中間膜20的膜厚Tl到達(dá)了0.2μπι。
[0073]對于控制裝置94，若經(jīng)過特定的時間，則判斷“SiC中間膜20的成膜結(jié)束”。然后，關(guān)閉第3閥60、第4閥64、第5閥66和第6閥70，將第I閥54和第2閥58再開放。由此，特別是第I堵塞部件82內(nèi)和第2堵塞部件84內(nèi)的殘留三甲基硅烷氣體、作為反應(yīng)殘渣的烴等被等離子體化氧氣所捕捉。即，通過等離子體蝕刻進(jìn)行凈化。
[0074]之后，控制裝置94將第I閥54和第2閥58堵塞，之后立即將第3閥60、第4閥64、第7閥72和第8閥76開放。其結(jié)果，由第2氣罐40、第4氣罐44分別供給氬氣、乙炔氣體。氬氣的流量如上所述被第2MFC62所控制，另一方面，乙炔氣體的流量被第4MFC74所控制。
[0075]氬氣和乙炔氣體與上述同樣地被等離子體化，生成等離子體化氬氣和等離子體化乙炔氣體。這些等離子體化氬氣和等離子體化乙炔氣體的溫度也被控制為130°C?190 °C的范圍內(nèi)、優(yōu)選為150°C。
[0076]由于等離子體化乙炔氣體為活性，且存在活性的等離子體化氬氣，因而以乙炔為起源而生成活性的碳。碳通過電氣作用被氣缸體10吸引，并附著堆積。由此形成DLC膜22。
[0077]此處，將對鋁合金樣品片形成SiC中間膜20和DLC膜22時的等離子體化氣體的溫度(成膜溫度)與公知的劃痕試驗中的Lcl值的關(guān)系示于圖5。需要說明的是，SiC中間膜20的膜厚Tl設(shè)定為0.5μπι，SiC中間膜20與DLC膜22的總膜厚T1+T2設(shè)定為ΙΟμπι。即，在該劃痕試驗中僅成膜溫度不同。
[0078]由圖5可知，成膜溫度越高則Lcl值越大，換言之，DLC膜22的致密性越大。
[0079]另外，在圖6中示出使成膜溫度為130°C、150°C、170°C、190°C時的總膜厚TI +Τ2與Lcl值的關(guān)系。需要說明的是，該情況下也將各樣品片中的SiC中間膜20的膜厚Tl設(shè)定為0.5
μ??ο
[0080]由該圖6可知，成膜溫度越高，越可得到即使總膜厚Τ1+Τ2小、也致密且強(qiáng)度高的DLC膜22。例如，在成膜溫度為190°C的情況下，即便總膜厚Τ1+Τ2為7μπι左右，也顯示出足夠大的Lcl值。
[0081]此處，氣缸體10由鋁合金構(gòu)成。眾所周知，鋁合金的熔點低，因此若過度提高成膜溫度，則氣缸體10會產(chǎn)生熱應(yīng)變。在190°C的情況下不會產(chǎn)生熱應(yīng)變，但為了更確實地避免熱應(yīng)變，優(yōu)選在低于190 0C的溫度下進(jìn)行成膜。例如，即便在170 °C或150 V等進(jìn)行成膜，通過使總膜厚T1+T2為8μπι?9μπι左右，也可得到顯示出與在190°C進(jìn)行成膜且總膜厚T1+T2為7μπι的層積膜相同程度的Lcl值的層積膜。
[0082]由圖6可知，即便成膜溫度低，通過增大總膜厚Τ1+Τ2，也可得到顯示出相同程度的Lc I值的層積膜。但是，若總膜厚T1+Τ2超過13μπι，則DLC膜22容易產(chǎn)生側(cè)向裂紋。認(rèn)為其理由在于，隨著層積膜的膜厚增大，膜中的應(yīng)力增大，同時SiC中間膜20的膜厚Tl相對減小，因而該SiC中間膜20的韌性降低。
[0083]若使成膜溫度過低，則為了得到顯示出足夠大的Lcl值的層積膜，需要使總膜厚Tl+Τ2超過13μπι。該情況下，如上所述由于容易產(chǎn)生側(cè)向裂紋，因而難以維持潤滑性等。另外，為了形成這樣的厚膜，必須延長成膜時間，因而乙炔氣體等起始原料的消耗量增多，經(jīng)濟(jì)上不利。
[0084]基于上述理由，優(yōu)選使成膜溫度為150°C?170°C左右，使總膜厚Τ1+Τ2為7μπι?13μm的范圍內(nèi)。當(dāng)然，使DLC膜22的膜厚T2大于SiC中間膜20的膜厚Tl。
[0085]對于控制裝置94，若經(jīng)過特定的時間，則判斷“DLC膜22的成膜結(jié)束”，關(guān)閉第3閥60、第4閥64、第7閥72和第8閥76。由此，SiC中間膜20和DLC膜22在缸膛12的內(nèi)壁的成膜結(jié)束。
[0086]進(jìn)而關(guān)閉第9閥80、控制閥88，伺服栗90和真空栗92被斷電(停止)，同時來自偏置電源96的偏壓施加停止。
[0087]需要說明的是，關(guān)于DLC膜22的膜厚T2是否到達(dá)特定的厚度(例如，7.5μπι?9μπι)，與SiC中間膜20同樣地可以基于預(yù)成膜試驗的結(jié)果來進(jìn)行判斷。在SiC中間膜20和DLC膜22的成膜的過程中，通過調(diào)節(jié)控制閥88的開度而將缸膛12內(nèi)的壓力保持大致一定。
[0088]如上得到的DLC膜22的基于納米壓痕法的硬度為6GPa?14GPa的范圍內(nèi)。
[0089]為了對其它氣缸體10的缸膛12的內(nèi)壁進(jìn)行SiC中間膜20和DLC膜22的成膜，將第I堵塞部件82和第2堵塞部件84安裝至該其它氣缸體10，對缸膛12進(jìn)行堵塞。之后，在控制裝置94的控制作用下，與上述同樣地先進(jìn)行等離子體蝕刻。
[0090]S卩，控制裝置94之后將第I閥54和第2閥58開放。由此，第I堵塞部件82內(nèi)和第2堵塞部件84內(nèi)的殘留乙炔氣體、作為反應(yīng)殘渣的碳等被等離子體化氧氣所捕捉，進(jìn)行凈化。
[0091]之后，進(jìn)行SiC中間膜20的成膜。第I堵塞部件82和第2堵塞部件84的內(nèi)部如上所述通過等離子體蝕刻而被凈化。因此，能夠避免在該成膜時異物混入、即污染。
[0092]需要說明的是，關(guān)于DLC膜22的膜厚T2，與活塞的下死點側(cè)相比，優(yōu)選在滑動阻力大的上死點側(cè)、即接近燃燒室的一側(cè)大。這樣，燃燒室的熱管理被最佳化。因此，內(nèi)燃機(jī)的油耗特性提尚。
[0093]為了進(jìn)行這樣的成膜，只要增大作為活塞的上死點側(cè)的部位的成膜速度即可。為此，例如利用加熱器對氣缸體10的氣缸蓋側(cè)端部進(jìn)行加熱等即可。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)，該內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)由鋁合金構(gòu)成，缸膛(12)的內(nèi)壁被類金剛石碳膜(22)所被覆， 該內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(1)的特征在于， 在所述內(nèi)壁與所述類金剛石碳膜(22)之間形成有SiC中間膜(20)， 在將所述SiC中間膜(20)的膜厚設(shè)為Tl、將所述類金剛石碳膜(22)的膜厚設(shè)為T2時，下述的式(I)?式(3)成立，Tl 彡 0.2μπι...(1)Τ1〈Τ2...(2)Τ1+Τ2 彡 7μπι...(3)02.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(1)，其特征在于，0.2μπι彡TI彡Ιμπι、7μπι彡TI +Τ2彡13μηι成立。3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)，其特征在于，9μπι彡Τ1+Τ2彡13μπι成立。4.如權(quán)利要求1?3中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)，其特征在于，所述類金剛石碳膜(22)的基于納米壓痕法的硬度為6GPa?14GPa。5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)，其特征在于，所述類金剛石碳膜(22)的基于納米壓痕法的硬度為8GPa?lOGPa。6.如權(quán)利要求1?5中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)，其特征在于，在活塞的上死點側(cè)，類金剛石碳膜(22)的膜厚設(shè)定得比活塞的下死點側(cè)大。7.—種內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(1)的制造方法，其為由鋁合金構(gòu)成、且缸膛(I 2)的內(nèi)壁被類金剛石碳膜(22)所被覆的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)的制造方法， 該制造方法的特征在于，具有下述工序: 將所述內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)作為陰極，將堵塞所述缸膛(12)的第I堵塞部件(82)和第2堵塞部件(84)作為陽極，向所述缸膛(12)內(nèi)供給SiC源氣體，由此利用等離子體化學(xué)氣相沉積法在所述內(nèi)壁上將SiC中間膜(20)成膜的工序;和 停止所述SiC源氣體的供給，并且向形成有所述SiC中間膜(20)的所述缸膛(12)內(nèi)供給類金剛石碳源氣體，由此利用等離子體化學(xué)氣相沉積法在所述SiC中間膜(20)上將類金剛石碳膜(22)成膜的工序， 使所述SiC中間膜(20)和所述類金剛石碳膜(22)的成膜時的等離子體化氣體的溫度為130°C?190°C的范圍內(nèi)，并且， 進(jìn)行在將所述SiC中間膜(20)的膜厚設(shè)為Tl、將所述類金剛石碳膜(22)的膜厚設(shè)為T2時下述的式(I)?式(3)成立的成膜，Tl 彡 0.2μπι...(1)Τ1〈Τ2...(2)Τ1+Τ2 彡 7μπι...(3)08.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)的制造方法，其特征在于，在所述SiC中間膜(20)的成膜前、或所述類金剛石碳膜(22)的成膜前中的至少任一時期，利用等離子體化氧氣進(jìn)行等離子體蝕刻。9.如權(quán)利要求7或8所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)的制造方法，其特征在于，進(jìn)行0.2μπι^Tl 彡 1μπι、7μπι<Τ1+Τ2 彡 13μπι 成立的成膜。10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)的制造方法，其特征在于，進(jìn)行9μπι<τ? +Τ2彡13μπι成立的成膜。11.如權(quán)利要求7?10中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)用氣缸體(10)的制造方法，其特征在于，使所述SiC中間膜(20)和所述類金剛石碳膜(22)的成膜時的等離子體化氣體的溫度為150°C?170°C的范圍內(nèi)。
【文檔編號】C23C16/42GK106062348SQ201580011627
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年3月3日 公開號201580011627.X, CN 106062348 A, CN 106062348A, CN 201580011627, CN-A-106062348, CN106062348 A, CN106062348A, CN201580011627, CN201580011627.X, PCT/2015/56243, PCT/JP/15/056243, PCT/JP/15/56243, PCT/JP/2015/056243, PCT/JP/2015/56243, PCT/JP15/056243, PCT/JP15/56243, PCT/JP15056243, PCT/JP1556243, PCT/JP2015/056243, PCT/JP2015/56243, PCT/JP2015056243, PCT/JP201556243
【發(fā)明人】小林幸司, 神志那薰, 吉本信彥, 船津純矢
【申請人】本田技研工業(yè)株式會社