專利名稱：滾動(dòng)滑動(dòng)件及滾動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潤(rùn)滑性能優(yōu)良的滾動(dòng)滑動(dòng)件以及帶有這種滾動(dòng)滑動(dòng)件的滾動(dòng)裝置，尤其涉及在作用有較大的接觸應(yīng)力的情況下、能適用于無油情況或微油潤(rùn)滑情況的滾動(dòng)滑動(dòng)件和滾動(dòng)裝置。該滾動(dòng)滑動(dòng)件主要包括用于機(jī)床或類似機(jī)械中的滾動(dòng)軸承、適用于汽車引擎部件的滾動(dòng)件，用于真空吸塵器的無油軸承，以及線性導(dǎo)向機(jī)械部件，例如線性導(dǎo)向器或滾珠絲杠。
背景技術(shù)：
在如加工中心或高速車床的機(jī)床中，滾動(dòng)軸承，如滾珠軸承或滾柱軸承被用作支承轉(zhuǎn)軸的軸承。這類滾動(dòng)軸承包括內(nèi)環(huán)、外環(huán)、多個(gè)滾動(dòng)元件以及保持架。內(nèi)環(huán)安裝在被支承的主軸如轉(zhuǎn)軸上，而外環(huán)設(shè)置在內(nèi)環(huán)的外周表面內(nèi)。這些滾動(dòng)件位于內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，且在內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)軸一起相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)件滾動(dòng)，同時(shí)其表面與內(nèi)環(huán)的外周面和外環(huán)的內(nèi)周面接觸。保持架保持滾動(dòng)件并沿著內(nèi)環(huán)和外環(huán)的圓周方向旋轉(zhuǎn)。因此，在這種滾動(dòng)軸承中，會(huì)在內(nèi)外環(huán)和滾動(dòng)件之間的接觸部分產(chǎn)生摩擦熱，并且會(huì)造成咬合，因此通過在軸承內(nèi)部填充潤(rùn)滑劑，例如油脂或類似物而進(jìn)行潤(rùn)滑酯潤(rùn)滑，或者采用例如一種油氣進(jìn)行微油潤(rùn)滑，因此可以防止這種情況發(fā)生。
不過，油氣潤(rùn)滑會(huì)在高速旋轉(zhuǎn)的軸承的內(nèi)部產(chǎn)生一種氣簾。這種氣簾將妨礙潤(rùn)滑劑進(jìn)入內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾動(dòng)表面，這樣帶來潤(rùn)滑劑供給不足的問題。潤(rùn)滑酯潤(rùn)滑僅僅對(duì)軸承潤(rùn)滑有用，但是油脂具有較大的攪動(dòng)阻力，且在高速旋轉(zhuǎn)條件下其摩擦熱的發(fā)熱量較大，這會(huì)引起導(dǎo)致咬合的問題。
此外，當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，潤(rùn)滑劑由于離心力而散開，產(chǎn)生易于造成潤(rùn)滑不足的邊界潤(rùn)滑問題。在這種情況下，不僅在軸承環(huán)的滾道表面和滾動(dòng)件之間的接觸部分上出現(xiàn)同樣的問題，而且在保持架的外徑和外環(huán)的內(nèi)徑之間，以及保持架的內(nèi)徑和內(nèi)環(huán)的外徑之間的接觸部分上也產(chǎn)生相同的問題。
而且，最近，機(jī)床都強(qiáng)調(diào)要求主軸高速旋轉(zhuǎn)，以便提高加工效率，并且，根據(jù)這種情況，滾子軸承的旋轉(zhuǎn)速度已經(jīng)得到提高。與此同時(shí)，要求軸承降低產(chǎn)生的熱量以便提高加工精度。
通常，當(dāng)向心推力球軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在滾動(dòng)件(滾珠)和滾道表面之間的接觸部分處，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生較大滑動(dòng)。而且在滾珠和滾道表面之間的接觸表面處的壓力，由于作用在內(nèi)環(huán)或滾珠上的離心力而增加，內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的溫差造成軸承內(nèi)部空間降低。接觸部分處的滑動(dòng)或接觸表面處的壓力的增加，導(dǎo)致溫度的上升或者由于熱量的產(chǎn)生而咬合，并進(jìn)一步產(chǎn)生各種麻煩，例如造成提前過度磨損。
作為抑制這些麻煩的方法，在實(shí)踐中可以通過減小滾珠的直徑或采用重量較輕的陶瓷，使離心力所產(chǎn)生的表面壓力的增加程度得到減輕。JP-A-62-24025公開了一種方法，使得內(nèi)環(huán)材料的線性熱膨脹系數(shù)小于外環(huán)材料的線性膨脹系數(shù)，以便控制軸承內(nèi)部的空間的變化。
JP-A-2000-145749以及JP-A-11-270564公開了一些方法，使得軸承的內(nèi)部元件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以便使軸承獲得極高的速度，較高的剛性以及產(chǎn)生的熱量較低。
如果在機(jī)床的主軸上采用這種加工過的滾柱軸承，運(yùn)轉(zhuǎn)可達(dá)到大約3500000DmN值(其中Dm滾動(dòng)件的節(jié)圓直徑mm，而N旋轉(zhuǎn)速度min-1)所顯示的可獲得旋轉(zhuǎn)速度。
不過，滾柱軸承的旋轉(zhuǎn)速度增加的趨勢(shì)是越來越高，采用上述技術(shù)，很難實(shí)現(xiàn)在較高的速度下產(chǎn)生較低的熱量。
特別的是，機(jī)床軸承的目的是為了減小力矩和產(chǎn)生的熱量，并在微油潤(rùn)滑條件下起作用，該微油潤(rùn)滑例如為油脂潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑或直接噴射微油潤(rùn)滑。也就是說，可以在高速旋轉(zhuǎn)條件下采用微量潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑。因此，在DmN值超過2000000時(shí)的較高旋轉(zhuǎn)速度下，在滾珠和滾道表面之間的接觸部分處的油膜破裂，并且滾珠和滾道表面易于彼此接觸，從而造成易于產(chǎn)生的象咬合或磨損的這樣損壞的問題。特別是與油氣潤(rùn)滑或油霧潤(rùn)滑相比，由于油脂潤(rùn)滑難以形成油膜，因此容許的旋轉(zhuǎn)速度較低。
另一方面，在滾動(dòng)滑動(dòng)件例如軸承或線性導(dǎo)向件在無油條件如真空、干凈空氣、高或低溫度下起作用時(shí)，潤(rùn)滑方式成為一個(gè)問題。
通常，在真空或潔凈的環(huán)境下，已經(jīng)采用了固態(tài)潤(rùn)滑劑如Au、Ag、Pb軟金屬，MoS2以及PTFE(聚四氟乙烯)進(jìn)行潤(rùn)滑。而且，在無油條件下，可以在內(nèi)外環(huán)的滾道表面或滾動(dòng)件的表面上形成如CrN或TiN一樣的硬膜，以便提高磨損阻力和防止咬合阻力。
然而，固態(tài)潤(rùn)滑劑的問題在于固態(tài)潤(rùn)滑劑自身的磨損較大，因?yàn)楣虘B(tài)潤(rùn)滑劑是自我犧牲。當(dāng)采用傳統(tǒng)的硬膜時(shí)，由于在潤(rùn)滑特性方面所顯示的問題會(huì)極大地縮短壽命。
為了解決這些問題，可以采用這樣一種技術(shù)，即在一種金屬上形成一層象碳一樣的金剛石膜(以下稱之為DLC)，該DLC具有較低的摩擦，且具有優(yōu)良的耐磨損性以及抗咬合性。
該DLC的表面硬度與金剛石相同，由于其摩擦系數(shù)小于0.2，與二氧化鉬或含氟樹脂相似，因此其滑動(dòng)阻力較小。所以DLC已經(jīng)被采用作為一種新型潤(rùn)滑材料。
例如，在磁盤裝置中，如果在磁性元件或磁盤的表面形成一層幾十埃的DLC薄膜，那么就會(huì)提高磁性元件和磁盤之間的潤(rùn)滑性能，從而對(duì)磁盤的表面起保護(hù)作用。
另一方面，由于其特有的表面特性，人們已經(jīng)注意到可以將DLC用作滾動(dòng)滑動(dòng)件的一種新型潤(rùn)滑材料，并且近來已經(jīng)采用DLC使得軸承具有這種潤(rùn)滑性能。
例如，JP-W-11-14512公開了一種滾動(dòng)軸承，該軸承在軸承環(huán)的滾道表面或滾動(dòng)件的表面上形成有一種含有金屬的DLC膜。在這種滾動(dòng)軸承中，接觸應(yīng)力由于DLC膜而得到緩和。
此外，還公開了一種滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)裝置，該軸承在軸承環(huán)的滾道表面或滾動(dòng)件的表面上通過CVD、等離子CVD、離子束成形工藝或離子化汽相沉積方法形成有DLC膜(例如，在JP-A-9-144764，JP-A-2000-136828，JP-A-9-2000-205277，JP-A-2000-205279以及JP-A-2000-205280中)。
但是，在象上述傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承一樣的滾動(dòng)裝置中，接觸表面是點(diǎn)接觸或線接觸，其接觸面積比較小，且由于作用在滾道環(huán)的滾道表面或滾動(dòng)件表面上的接觸應(yīng)力較大，滾道環(huán)的滾道表面或DLC膜可能由于受到交變應(yīng)力或剪切阻力而破裂。
由于會(huì)產(chǎn)生這樣的損壞的原因，可以假設(shè)以下三點(diǎn)
第一點(diǎn)，DLC層的特性使其在有應(yīng)力作用時(shí)很難變形。DLC比較硬且具有較高的彈性，并且當(dāng)其覆蓋在一種彈性模數(shù)較小的金屬材料例如不銹鋼或軸承鋼上時(shí)，DLC也不能隨著底材的變形而變形，因?yàn)閮烧叩膹椥阅?shù)不同，因此，DLC膜可能會(huì)斷裂。
第二點(diǎn)，盡管據(jù)稱DLC具有潤(rùn)滑特性，但是與油脂或潤(rùn)滑油相比，這種特性也比較差，且DLC的抗剪切性能也比較弱。
第三點(diǎn)，為了提高銅和DLC膜之間的粘合性而插入的金屬中間層的脆變問題。也就是說，由于構(gòu)成金屬中間層的金屬和構(gòu)成DLC膜的碳結(jié)合，形成具有脆度的金屬碳化物，金屬中間層變脆，且DLC膜易于破裂。在金屬中間層由一種金屬構(gòu)成的情況下，金屬碳化物的脆度較大，因此其也易于成為斷裂因素。
此外，通常在對(duì)于軸承不適宜的蒸汽潤(rùn)滑劑的的環(huán)境下的潤(rùn)滑，或者用于一種制冷媒體中的滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的潤(rùn)滑，已經(jīng)采用了象氟基油脂或含氟樹脂化合物一樣的固體潤(rùn)滑劑。
例如，在已知的用于信息機(jī)械裝置的潤(rùn)滑技術(shù)，是將滾動(dòng)件通過對(duì)含氟聚醚或由具有官能團(tuán)的含氟聚合物制成的含氟聚烷基聚合物進(jìn)行加熱，而干粘在在金屬表面上(例如，JP-A-10-326468以及JP-A-10-326469)。
在這些公開文獻(xiàn)中所描述的方法中，滾動(dòng)件浸在全氟聚醚(PFPE)或其一種衍生物的稀釋液體中，并粘在帶有PFPE或其衍生物的金屬表面上，并在200℃或較低的溫度下進(jìn)行加熱而干粘。
還有一種已知的方法是將帶有象官能團(tuán)一樣的異氰酸酯基的含氟衍生物，粘到滾動(dòng)件或滑動(dòng)件的表面并進(jìn)行加熱產(chǎn)生硬化反應(yīng)。
另一方面，向用于制冷媒體如壓縮機(jī)滾動(dòng)件和滑動(dòng)件或發(fā)動(dòng)機(jī)部件，或用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的滑動(dòng)件提供充足的潤(rùn)滑劑比較困難，形成邊界潤(rùn)滑且經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生咬合。順便提一句，采用這種微量潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑其潤(rùn)滑劑的攪動(dòng)阻力較小，且是一種在減少機(jī)床主軸軸承中熱量的產(chǎn)生方面非常有用的潤(rùn)滑技術(shù)，但是這很難控制潤(rùn)滑劑的量，并且特別是在軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣簾(氣簾會(huì)阻礙潤(rùn)滑劑進(jìn)入滾動(dòng)表面)，并形成邊界潤(rùn)滑和經(jīng)常造成咬合。
當(dāng)提供充足的潤(rùn)滑劑有困難時(shí)，還有一種已知的方法是，通過在滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的表面上形成一種由陶瓷、金屬以及合金合成的材料制成的膜，可以延長(zhǎng)軸承的壽命。例如這種方法公開在JP-A-9-133138中。此外，該公開文獻(xiàn)披露了一種技術(shù)，即在滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的表面上形成一層象碳一樣的金剛石(DLC)層，該DLC具有與滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的基材良好的粘合性，從而賦予滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的表面一種潤(rùn)滑特性。
在軸承的滾動(dòng)件和滑動(dòng)件中，接觸部件的表面上的壓力較高，且在接觸部分產(chǎn)生滑動(dòng)。通常，當(dāng)由潤(rùn)滑劑形成油膜并形成液體潤(rùn)滑時(shí)，就可以避免金屬與金屬之間的接觸。但是，液體潤(rùn)滑劑的問題是由于潤(rùn)滑劑存在攪動(dòng)阻力，旋轉(zhuǎn)力矩或滑動(dòng)阻力比較大。因此，在采用上述固體潤(rùn)滑劑的方法中也會(huì)存在相似的問題。
由于含氟的油脂與金屬之間的易粘性較低且形成油膜的能力較差，容易形成邊界潤(rùn)滑。因此采用含氟油脂的滾動(dòng)件和滑動(dòng)件就有一個(gè)涉及壽命的問題。特別的是，采用象含氟化合物一樣的固體潤(rùn)滑劑，在初始階段對(duì)提高適應(yīng)性比較有用，但是不適于進(jìn)行長(zhǎng)期潤(rùn)滑，其用途也限于具有非常輕的載重載荷的滑動(dòng)件中。
在JP-A-10-326468和JP-A-10-326469中描述的技術(shù)，由于接觸表面壓力和滾動(dòng)接觸一樣高的條件下難以形成液體潤(rùn)滑膜，因此易于形成邊界潤(rùn)滑，并易于造成咬合和磨損。特別是，當(dāng)金屬表面上覆蓋一層化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬氧化物時(shí)，存在的問題就是含氟聚合物的官能團(tuán)較少與金屬結(jié)合，含氟聚合物與金屬表面的粘合力就會(huì)顯著地降低。
下面將對(duì)涉及上述潤(rùn)滑方法的問題進(jìn)行闡述，該方法用于在滾動(dòng)件和滑動(dòng)件的表面上形成一種由陶瓷、金屬以及合金合成的材料制成的薄膜，具體而言，是參考帶有合金鋼軸承環(huán)和陶瓷質(zhì)滾珠的軸承進(jìn)行闡述。
如果由化合物如TiN或CrN制成的薄膜形成于軸承環(huán)的滾道表面上，就會(huì)增加滾道表面的磨損阻力。但是，盡管這種化合物與合金鋼具有較大的親和性，但是這種化合物的硬度比構(gòu)成軸承環(huán)的合金鋼要硬，因此，在邊界潤(rùn)滑條件下滾動(dòng)件被損壞且預(yù)加載荷會(huì)消失。而且，由于由上述化合物構(gòu)成的表面的滑動(dòng)阻力較大，因此難以防止咬合。
另一個(gè)實(shí)例采用了較硬的碳來替代上述化合物。這種較硬的碳的硬度等于或高于如TiN的化合物，且其特征在于表面的動(dòng)摩擦系數(shù)比較小。但是，由于其與金屬表面的粘附性比較弱，因此通常在由W、Ti、Si或Cr制成的中間層上形成較硬的碳層，以便增加與作為基材的金屬之間的粘附性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是為了解決上述問題并提供一種滾動(dòng)軸承，該軸承能夠起到適當(dāng)?shù)淖饔枚粫?huì)造成咬合，即使在易于產(chǎn)生邊界潤(rùn)滑的環(huán)境下。
而且，本發(fā)明的第二目的是提供一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，該滾動(dòng)滑動(dòng)件能夠在用于較大接觸應(yīng)力時(shí)長(zhǎng)期保證DLC薄膜的這種優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，而不會(huì)造成DLC薄膜的剝落。
此外，本發(fā)明的第三目的是提供一種用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，該軸承當(dāng)然能夠提供較低的力矩且降低熱量的產(chǎn)生，并且能夠在高速旋轉(zhuǎn)條件下防止咬合和防止磨損。
而且，本發(fā)明的第四目的是提供一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，以便在有較大接觸應(yīng)力作用的條件下或無油條件下起到適當(dāng)?shù)淖饔茫⑻峁┮环N帶有這種滾動(dòng)滑動(dòng)件的具有優(yōu)良潤(rùn)滑特性的滾動(dòng)裝置。
此外，本發(fā)明的第五目的是提供一種帶有具有較高粘附性的DLC薄膜的滾動(dòng)滑動(dòng)件，且該滾動(dòng)滑動(dòng)件在用于較大接觸應(yīng)力條件下，能夠長(zhǎng)期保證DLC薄膜具有這種優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，而不會(huì)造成DLC薄膜的剝落。
而且本發(fā)明的第六目的是提供一種滾動(dòng)件，該滾動(dòng)件即使在形成邊界潤(rùn)滑的條件下也很難由于金屬與金屬間的接觸而造成磨損或腐蝕，并且在邊界潤(rùn)滑條件下也具有優(yōu)良的防咬合性能。
此外，本發(fā)明的第七目的是提供一種滾動(dòng)滑動(dòng)件和一種滾動(dòng)裝置，該滾動(dòng)裝置能夠在有較大接觸應(yīng)力的條件下或無油條件下，起到適當(dāng)?shù)淖饔谩?br> 為了實(shí)現(xiàn)第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所提供的一種滾動(dòng)軸承包括安裝在一根軸上并支承該軸的內(nèi)環(huán)；設(shè)置在內(nèi)環(huán)的外周的外環(huán)；多個(gè)滾動(dòng)件，這些滾動(dòng)件滾動(dòng)同時(shí)其表面與外環(huán)的內(nèi)周表面和內(nèi)環(huán)的外周表面接觸；以及支撐滾動(dòng)件的保持架，
其中在第一組和第二組中的至少一組上形成一層減小滑動(dòng)阻力的薄膜，所述第一組為保持架的外周表面或外環(huán)的內(nèi)周表面，所述第二組為保持架的內(nèi)周表面或內(nèi)環(huán)的外周表面。
采用這種結(jié)構(gòu)，在外環(huán)和保持架之間和/或內(nèi)環(huán)和保持架之間的滑動(dòng)部分產(chǎn)生的滑動(dòng)阻力(摩擦阻力)，由于存在減小滑動(dòng)阻力的薄膜而降低，因此就能夠避免由于摩擦熱導(dǎo)致的咬合，且滾動(dòng)軸承就能起到適當(dāng)?shù)淖饔枚粫?huì)導(dǎo)致咬合，即使在易于產(chǎn)生邊界潤(rùn)滑的環(huán)境下。
在此，減小滑動(dòng)阻力的薄膜是一層能夠減小在外環(huán)和保持架之間和/或內(nèi)環(huán)和保持架之間的滑動(dòng)部分處的滑動(dòng)阻力的薄膜，具體而言，這種滑動(dòng)阻力的減小能通過在例如保持架的外周表面上形成一層硬質(zhì)碳膜(象碳一樣的金剛石膜)，或一層含氟的樹脂涂敷薄膜來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，保持架最好采用一種耐熱樹脂制成，該耐熱樹脂例如聚醚酮醚(PEEK，其線性熱膨脹系數(shù)為45×10-6/℃)、聚苯撐硫(PPS，其線性熱膨脹系數(shù)為28×10-6/℃)、熱塑性聚酰亞胺樹脂、苯酚樹脂、聚酰胺66(尼龍，其線性熱膨脹系數(shù)為28×10-6/℃)，或者為一種比重小于3的輕金屬(例如，鎂合金)。如果保持架由耐熱樹脂、比重低于3的輕金屬或鈦合金制成，那么與由例如軸承鋼制成的保持架相比，就能夠防止保持架受到由摩擦熱產(chǎn)生的熱損壞，且與此同時(shí)，能夠在外周表面上形成象硬質(zhì)碳薄膜(這在后面將稱之為“DLC薄膜”)一樣的具有良好的減小滑動(dòng)阻力的 薄膜。
而且，如果保持架由象鎂合金一樣的輕金屬制成，與由鑄鐵或銅合金制成的保持架相比，那么其重量就能減輕且其強(qiáng)度就能得到提高。
構(gòu)成保持架的材料采用復(fù)合材料就足夠了，該復(fù)合材料包括如PEEK一樣的耐熱樹脂以及如玻璃纖維或碳纖維一樣的加強(qiáng)纖維，如果采用這些復(fù)合材料就能夠增加保持架的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)在保持架的外周表面上形成DLC薄膜時(shí)，可以預(yù)先在保持架的外周表面和DLC薄膜之間形成一層由Ti或Si制成的中間層，由此能夠在保持架的外周表面上理想地形成該DLC薄膜。
如果DLC薄膜的厚度超過10μm，其內(nèi)部應(yīng)力就會(huì)增加，且由于產(chǎn)生自毀作用而導(dǎo)致減小滑動(dòng)阻力的功能下降，且如果薄膜的厚度小于0.5μm，那么保持架的表面就會(huì)部分暴露，其減小滑動(dòng)阻力的功能也會(huì)下降。由于這些原因，DLC薄膜的厚度在0.5-10μm之內(nèi)的范圍內(nèi)比較理想，優(yōu)選為1-5μm。從薄膜的成形時(shí)間或氣體壓力的控制方面來考慮，該厚度在1-3μm比較理想。
由于如果含氟樹脂涂敷薄膜的厚度超過30μm時(shí)，在薄膜厚度方面會(huì)易于產(chǎn)生不均勻，而如果厚度小于2μm時(shí)減小滑動(dòng)阻力的效果又會(huì)顯著降低，因此其厚度在2-30μm的范圍內(nèi)比較理想，最好在5-20μm之間。
在保持架的外周表面上形成DLC薄膜，可以根據(jù)等離子CVD(化學(xué)蒸汽沉積)、非平衡濺射工藝、真空弧光放電PVD(物理氣相沉積)、離子束成形工藝、或離子化蒸汽沉積來進(jìn)行，且DLC薄膜可以通過以碳基氣體(乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、或苯)或石墨為目標(biāo)而形成在保持架的外周表面上。
當(dāng)實(shí)際中在保持架的外周表面上形成含氟樹脂涂敷薄膜時(shí)，提出了一種進(jìn)行表面預(yù)處理的工藝，該工藝通過在保持架的外周表面上進(jìn)行例如噴丸處理或采用噴丸滾筒，利用一種噴槍，采用一種如聚酰胺-酰亞胺或環(huán)氧樹脂的熱固性樹脂粘合劑，在其上形成一種四氟乙烯和二硫化鉬涂敷層，并焙干涂敷層。
二硫化鉬和四氟乙烯可以獨(dú)立使用。在進(jìn)行表面預(yù)處理后覆蓋上一層如Ag、Sn的金屬固體潤(rùn)滑劑層，對(duì)提高防咬合性比較有用。
作為粘合劑的合成樹脂不僅可以含有聚酰胺-酰亞胺，還可以含有如環(huán)氧樹脂的熱固性樹脂。可以在外環(huán)和內(nèi)環(huán)中的至少其中一個(gè)的保持架導(dǎo)向表面表面上而非保持架上，通過焙干用于減小摩擦的固體潤(rùn)滑劑來進(jìn)行表面處理。
為了實(shí)現(xiàn)第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所提供的滾動(dòng)滑動(dòng)件包括在其外表面上具有滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；在與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面的相對(duì)面具有滾道表面的外側(cè)元件，且該元件位于內(nèi)側(cè)元件的外部；以及可滾動(dòng)地位于兩滾道之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中，至少有一個(gè)表面基材是由鋼材制成的，且在鋼質(zhì)基材表面上形成有象碳一樣的金剛石薄膜，以及其中，象碳一樣的金剛石薄膜至少含有一種中間層，該中間層具有金屬元素和碳層，且等量彈性模數(shù)為80-240Gpa，塑性變形硬度為8-37Gpa。
而且滾動(dòng)滑動(dòng)件可以包括位于中間層和碳層之間的含有碳元素的復(fù)合層。
此外，在上述滾動(dòng)滑動(dòng)件中，復(fù)合層可為傾斜層，該傾斜層的成分從中間層向碳層連續(xù)改變。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，所提供的滾動(dòng)滑動(dòng)件包括在其外表面上具有滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；在與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面的相對(duì)面具有滾道表面的外側(cè)元件，且該元件位于內(nèi)側(cè)元件的外部；以及可滾動(dòng)地位于兩滾道表面之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中，至少有一個(gè)的表面基材是由鋼材制成的，且在鋼質(zhì)基材表面上形成有象碳一樣的金剛石薄膜，以及其中，象碳一樣的金剛石薄膜具有一種含有金屬元素的中間層、含有碳元素的復(fù)合層、以及碳層，其中，復(fù)合層為傾斜層，該傾斜層的成分從中間層到碳層連續(xù)改變，以及其中象碳一樣的金剛石薄膜的塑性變形硬度為8-37Gpa。
在普通的滾動(dòng)滑動(dòng)件中，形成于軸承鋼或不銹鋼質(zhì)表面上的DLC薄膜，由于滾動(dòng)件和滾道表面之間的接觸應(yīng)力而破裂，作為破裂的因素有兩點(diǎn)，“DLC薄膜不能跟隨基材的變形而變形”以及“中間層和碳層的物理特性(線性熱膨脹系數(shù))有差別”。
造成前者“DLC薄膜不能跟隨基材的變形而變形”的原因是，因?yàn)榛牡牡刃椥阅?shù)小于DLC薄膜的，使得基材在加載應(yīng)力時(shí)會(huì)先于DLC薄膜的變形而變形，從而使得DLC破裂。
因此，與基材相比，有必要使得DLC薄膜的塑性變形硬度較高，而等效彈性模數(shù)較低。因此，由于DLC薄膜自身易于隨著基材變形，因此可以提高強(qiáng)度直到應(yīng)力值達(dá)到塑性變形的范圍，且DLC薄膜克服交變應(yīng)力的斷裂強(qiáng)度變強(qiáng)。
至于后者，由于中間層和碳層的物理特性有差別，因此中間層和碳層之間的交界處易于剝離，但是，如果使得中間層的成分的比例向碳層成分的比例連續(xù)地改變，并形成一個(gè)位于中間層和碳層之間的傾斜層(復(fù)合層)，就有可能制造出這樣一種DLC薄膜，該薄膜在由于摩擦磨損產(chǎn)生的溫度變化造成的膨脹和收縮方面比較強(qiáng)，且在機(jī)械強(qiáng)度方面比較高。
在此，中間層中的金屬元素并不象在鋼質(zhì)基材中所含的元素那樣受到特殊的限制，且合成元素的原子半徑也不受限制，例如采了Cr、W、Ti、Si、Ni、Fe或Co。其中，在基材為不銹鋼或軸承鋼的情況下，采用Cr或Ni用作中間層比較理想，并根據(jù)鋼的成分，選擇Si、W或Co也比較合適。
作為形成DLC薄膜的工藝，列舉了非平衡濺射工藝、脈沖激光弧沉積工藝、等離子CVD(化學(xué)蒸汽沉積)，比較理想的的是非平衡濺射工藝，該工藝易于獨(dú)立地控制等效彈性模數(shù)和塑性變形硬度。
為了實(shí)現(xiàn)第三個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，包括具有外滾道表面的內(nèi)環(huán)；具有內(nèi)滾道表面的外環(huán)；多個(gè)滾動(dòng)件，這些滾動(dòng)件位于內(nèi)外環(huán)之間；以及支撐著上述滾動(dòng)件的保持架，其中，內(nèi)環(huán)的外滾道表面、外環(huán)的內(nèi)滾道表面、滾動(dòng)件和保持架中至少有一個(gè)在其基材表面由鋼材形成，且在該基材表面上形成有一層象碳一樣的金剛石薄膜，其中，象碳一樣的金鋼石薄膜具有含金屬元素的中間層、含碳元素的復(fù)合層、以及碳層。
其中，復(fù)合層為傾斜層，該傾斜層的成分從中間層到碳層連續(xù)改變，以及象碳一樣的金剛石薄膜的塑性變形硬度為8-35Gpa。
而且，根據(jù)第四方面的滾動(dòng)軸承，象碳一樣的金剛石薄膜的等效彈性模數(shù)可以設(shè)置在80-280Gpa之間。此外，象碳一樣的金剛石薄膜的厚度可為0.1-5μm。而且，滾動(dòng)軸承可以在一種微油潤(rùn)滑環(huán)境下起作用，該微油潤(rùn)滑環(huán)境例如為油脂潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑或直接噴射微油潤(rùn)滑。
而且，在第四方面的滾動(dòng)軸承中，滾動(dòng)件的胚體材料由陶瓷制成。外環(huán)和/或內(nèi)環(huán)的基材可以由用于做耐熱軸承的鋼材制成。此外滾動(dòng)軸承起到機(jī)床主軸的作用。
另外，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第四目的，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，該滾動(dòng)滑動(dòng)件適于相對(duì)于相對(duì)元件產(chǎn)生滾動(dòng)接觸或滑動(dòng)接觸，該滾動(dòng)滑動(dòng)件包括由鋼材制成的基材；以及在與相對(duì)元件相接觸的接觸表面上形成的具有潤(rùn)滑特性的象碳一樣的金剛石層，該象碳一樣的金剛石層包括由Cr、W、Ti、Si、Ni和Fe中的兩種或多種金屬構(gòu)成的金屬層；由金屬和碳制成的復(fù)合層；以及由碳制成的碳層，其中，象碳一樣的金剛石層按下列次序排列從表面?zhèn)乳_始為，碳層，復(fù)合層和金屬層。
這種滾動(dòng)滑動(dòng)件使得復(fù)合層和金屬層夾在作為基材的鋼材和碳層之間，使得具有優(yōu)良潤(rùn)滑特性的象碳一樣的金剛石(DLC層)與作為基材的鋼材之間的粘附性比較高。
特別的是，如果復(fù)合層的結(jié)構(gòu)為從金屬層側(cè)向碳層側(cè)碳的比例逐漸增加，使得粘附性更為優(yōu)秀。
而且，由于復(fù)合層是由碳和Cr、W、Ti、Si、Ni和Fe中的兩種或多種金屬構(gòu)成，由金屬和碳構(gòu)成的金屬碳化物的脆性要比由一種金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層的脆性小。因此，由于復(fù)合層的脆性小，因此，DLC薄膜即使在有交變應(yīng)力或剪切應(yīng)力加載時(shí)也很少破裂。
比較好的是，確定DLC薄膜的等效彈性模數(shù)，使之設(shè)定為80-240Gpa，最好是100-240GPa。采用這種結(jié)構(gòu)，DLC的等效彈性模數(shù)比作為基材的鋼材的等效彈性模數(shù)要小，因此在有交變應(yīng)力作用時(shí)DLC薄膜會(huì)變形。所以，DLC薄膜會(huì)隨著基材而變形，且很難產(chǎn)生DLC薄膜破裂的情況。
如果DLC的等效彈性模數(shù)大于240Gpa時(shí)，DLC的等效彈性模數(shù)大于鋼材的等效彈性模數(shù)，DLC在作用有交變應(yīng)力時(shí)很難隨著基材而變形，且DLC薄膜易于產(chǎn)生破裂。另一方面，若DLC的等效彈性模數(shù)小于80Gpa時(shí)，DLC薄膜的硬度較低且易于產(chǎn)生磨損。
采用非平衡磁控管濺射工藝通過濺射方式形成DLC薄膜比較好。與CVD、等離子CVD、離子束成形工藝或離子化蒸汽沉積工藝相比，這種物理薄膜成形工藝對(duì)于構(gòu)成象滾動(dòng)裝置一樣的其上作用有較大接觸應(yīng)力的單元的部件比較合適。
因此，由于根據(jù)第五方面的滾動(dòng)滑動(dòng)件的潤(rùn)滑薄膜(DLC薄膜)，即使在作用有較大接觸應(yīng)力時(shí)也很少破裂，因此適于在構(gòu)成其上作用有較大接觸應(yīng)力的單元上采用(如滾動(dòng)裝置)。此外，由于具有優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，因此能夠在無油條件下適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，且其較少產(chǎn)生磨損和熱量，并具有克服交變應(yīng)力的較強(qiáng)能力和壽命。
本發(fā)明的滾動(dòng)裝置具有一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件在其外表面上具有滾道表面；外部元件，該外部元件在其內(nèi)表面上具有滾道表面，并設(shè)置在內(nèi)部元件的外側(cè)，該滾道表面與所述內(nèi)部元件的滾道表面相對(duì)；以及一些滾動(dòng)元件，這些滾動(dòng)元件可旋轉(zhuǎn)地位于兩個(gè)滾道表面之間，其中，在內(nèi)部元件、外部元件以及滾動(dòng)元件中，至少有其中一個(gè)是通過本發(fā)明的第五方面中所提出的滾動(dòng)滑動(dòng)件來實(shí)現(xiàn)的。
采用這種結(jié)構(gòu)，構(gòu)成滾動(dòng)裝置的滾動(dòng)滑動(dòng)元件上的DLC薄膜，在較大接觸應(yīng)力作用下也難以破裂，即使其在作用有較大接觸應(yīng)力的條件下或在無油條件下也會(huì)有較長(zhǎng)的壽命。
附帶一句，作為本發(fā)明的滾動(dòng)裝置，有滾動(dòng)軸承、線性導(dǎo)向裝置、滾珠絲杠或定向作用軸承。
該內(nèi)部元件在在下列情況下分別為在作為滾動(dòng)裝置的滾動(dòng)軸承中為內(nèi)環(huán)、在線性導(dǎo)向軸承中為導(dǎo)軌、在滾珠絲杠中為絲杠軸以及在定向作用軸承中為主軸。該外部元件在下列情況下分別為在作為滾動(dòng)裝置的滾動(dòng)軸承中為外環(huán)、在線性導(dǎo)向軸承中為滑動(dòng)器、在滾珠絲杠中為螺母以及在定向作用軸承中為外圓筒。
本發(fā)明中的滾動(dòng)件也可以用作滑動(dòng)件，且該滑動(dòng)件在此可以表示為具有防滑性能的表面上進(jìn)行滑動(dòng)的元件，以及在圓筒面、球面以及平面上進(jìn)行接觸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。也可以用于構(gòu)成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪和凸輪從動(dòng)件、燃料噴射裝置、摩擦盤、離合器部件以及軸承的保持架。
而且，為了實(shí)現(xiàn)第五目的，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，所提供的滾動(dòng)滑動(dòng)件包括在其外表面上具有一滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；
具有一內(nèi)表面的外側(cè)元件，該外側(cè)元件具有一個(gè)與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面相對(duì)的滾道表面，且該外側(cè)元件位于該內(nèi)側(cè)元件的外側(cè)；以及多個(gè)可旋轉(zhuǎn)地位于這兩個(gè)滾道表面之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中至少有一個(gè)其表面的基材是由鋼材制成的，且在該基材表面上形成有一層向碳一樣的金剛石薄膜，以及其中鋼質(zhì)基材的表面包括占體積百分比為0％-6％的殘留奧氏體，其硬度為Hv600-740。
在第六方面的滾動(dòng)滑動(dòng)件中，向碳一樣的金剛石薄膜采用非平衡磁控管濺射方式形成。
因此，當(dāng)存在于基材表面中形成有DLC薄膜的殘余奧氏體較小時(shí)，即使形成DLC薄膜的溫度較高，將要分解出的殘余奧氏體的量會(huì)受到限制，從而固定所需的尺寸穩(wěn)定性并增加所形成的DLC的粘附性。
將殘余奧式體的體積百分比確定為0-6％的原因是，因?yàn)榕c殘余奧式體的體積百分比大于6％的情況相比，如果限制在該范圍內(nèi)，就傳統(tǒng)的DLC處理而言，該尺寸比較穩(wěn)定，且DLC薄膜的壽命會(huì)得到進(jìn)一步延長(zhǎng)(見圖29)。
也就是說，將殘余奧式體的體積百分比確定為0-6％的原因是，如果該百分比大于6％，尺寸變化量會(huì)大于預(yù)定的變化量，且會(huì)導(dǎo)致DLC薄膜的粘附性或軸承的精度降低。殘余奧式體的體積百分比最好為0％，但是硬度必須為Hv600或更高。
當(dāng)基材表面的硬度較低時(shí)，就會(huì)對(duì)所形成的DLC薄膜的粘附性產(chǎn)生負(fù)面影響，但是本發(fā)明保證基材表面有充分的硬度，其為Hv600-740，使得所形成的DLC和基材之間具有粘附性。
在此，表面硬度的下限為Hv600，是因?yàn)榻?jīng)證明，在硬度大于Hv600時(shí)，可以保證獲得理想的粘附性。表面硬度越高，粘附性越好，但是如果在使得表面硬度會(huì)超過Hv740的溫度下實(shí)施熱處理，殘余奧氏體的體積百分比就可能超過6％，因此，將上限設(shè)定為Hv740，以確保就現(xiàn)有DLC處理工藝而言的尺寸安全。
順帶說一句，現(xiàn)在已經(jīng)證明，如果硬度小于Hv600，DLC就易于從基材上剝落下來。
形成的DLC薄膜包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni、Mo、V、Al、Mn、Nb以及Fe中的一種或幾種金屬構(gòu)成的金屬層，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層，這些層從DLC薄膜表面開始按碳層、復(fù)合層、金屬層的順序排列。因此，復(fù)合層和金屬層夾在作為基材的鋼材和作為表面的碳層之間，使得具有優(yōu)良滑動(dòng)性能的DLC薄膜表面與作為基材的軸承鋼之間具有較高的粘附性。
特別的是，如果復(fù)合層的含碳比例從金屬層這一側(cè)向碳層這一側(cè)逐漸增加，那么粘附性會(huì)更優(yōu)秀。也就是說，由于中間層和碳層的物理特性不同，中間層和碳層之間的交界面易于剝離，但是如果中間層的成分相對(duì)于碳層的成分連續(xù)變化，從而在中間層和碳層之間形成一個(gè)傾斜的層(復(fù)合層)，就能夠使得這種DLC薄膜在由于摩擦磨損而產(chǎn)生的溫度變化而造成的膨脹和收縮方面有較強(qiáng)的性能，且在機(jī)械強(qiáng)度方面更高。
如果復(fù)合層由Cr、W、Ti、Si、Ni、Mo、V、Al、Mn、Nb以及Fe中的兩種或幾種金屬以及碳構(gòu)成，由金屬和碳形成的金屬碳化物的脆度，要小于由金屬和碳組成的復(fù)合層的脆度。也就是說，由于復(fù)合層的脆度可以控制的比較小，因此，即使加載有交變應(yīng)力或剪切力的情況下DLC薄膜也很少破裂。在此，作為中間層的金屬成分，沒有作出特別的限制，只要鋼質(zhì)基材中元素或原子半徑相同就可以，且可以將Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe作為中間層的金屬元素。如果基材為不銹鋼或軸承鋼，采用Cr和Ni比較理想，且根據(jù)所含鋼的成分不同，可以適當(dāng)?shù)剡x擇Si、W、Co。
如果DLC薄膜采用非平衡磁控管濺射工藝(以下稱之為“UBMS”工藝)形成，該工藝溫度相對(duì)低到150-250℃，由于薄膜熱處理而導(dǎo)致的殘余奧氏體的分解可以得到控制，并且可以改善所形成的DLC薄膜的粘附性。
就DLC薄膜的厚度而言，如果金屬層-復(fù)合層-碳層的整體厚度范圍在0.2-5μm，這對(duì)滾動(dòng)滑動(dòng)件比較有用。
為了將基材表面內(nèi)的殘余奧氏體的體積百分比控制在6％或更低，可以通過在200℃的高溫或200℃以上但在280℃以下的溫度下對(duì)鋼進(jìn)行回火來實(shí)現(xiàn)。
而且，為了實(shí)現(xiàn)第六目的，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，所提供的滾動(dòng)滑動(dòng)件包括基材；以及位于基材表面上具有潤(rùn)滑特性的潤(rùn)滑層，其中，潤(rùn)滑層具有象碳一樣的金剛石層和氟化合物層，該氟化合物層位于最上面的表面上，以及其中象碳一樣的金剛石層包括一層金屬層，該金屬層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種金屬制成，一層由金屬和碳制成的復(fù)合層，以及一層由碳制成的碳層。
而且，根據(jù)本發(fā)明第七方面的滾動(dòng)滑動(dòng)件可以這樣形成，即復(fù)合層中的含碳比例從金屬層側(cè)向碳層側(cè)逐漸增加。
此外，碳一樣的金剛石的等效彈性模數(shù)可以設(shè)置為80-240Gpa。
此外，碳一樣的金剛石可以采用非平衡磁控管濺射工藝形成。
上述碳一樣的金剛石層在滑動(dòng)性方面的性能非常優(yōu)秀，且其硬度與金剛石相等。氟化合物層具有賦予潤(rùn)滑性能的優(yōu)秀效果。因此，由于碳一樣的金剛石層和氟化合物層的協(xié)同作用，使得旋轉(zhuǎn)力矩和滑動(dòng)阻力較小，即使在滾動(dòng)件的表面進(jìn)入邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，由于不存在金屬與金屬之間的接觸，也能防止產(chǎn)生磨損和腐蝕。
碳一樣的金剛石層含有作為主要元素的碳，且可以含有作為其它材料的金屬或非金屬元素。通過微針入度計(jì)(由Fisher公司制造)測(cè)量得出其硬度為15Gpa或更高，其厚度最好為0.8-8μm，優(yōu)選為1-5μm。
如果碳一樣的金剛石層的硬度為15Gpa或更高，即使?jié)櫥瑢酉?，使得碳一樣的金剛石層和金屬制成的相?duì)元件彼此接觸，碳一樣的金剛石層也很少磨損。如果硬度小于15Gpa，其就會(huì)由于相對(duì)元件的研磨而磨損。
而且，如果碳一樣的金剛石層的厚度超出上述范圍，就會(huì)造成咬合和產(chǎn)生自毀。
通過薄膜成形工藝?yán)鐬R射工藝、等離子CVD工藝或離子噴鍍工藝，采用烴基氣體、燒結(jié)碳或石墨作為碳的等離子源或氣流源，在金屬表面形成碳一樣的金剛石層。
碳一樣的金剛石層包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種或幾種金屬構(gòu)成的金屬層，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層，這三層從中心部分開始按金屬層、復(fù)合層、碳層的順序排列。
作為構(gòu)成氟化合物層的一種物質(zhì)，采用了一種含有全氟烷基團(tuán)的化合物。
碳一樣的金剛石層賦予了滾動(dòng)件表面優(yōu)良的滑動(dòng)性，且滾動(dòng)表面很少破裂，因此在邊界潤(rùn)滑條件下能夠避免金屬與金屬之間的直接接觸，并且能防止咬合和磨損產(chǎn)生。由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的一種金屬構(gòu)成的金屬層與作為基材的金屬具有較高的親和性，使得和基材之間的粘附性得到提高。
為了形成含有金屬和碳的合成薄膜，如果金屬(鈦為最好)和碳的化學(xué)計(jì)量比可以通過薄膜成形工藝進(jìn)行控制，那么等效彈性模數(shù)為80-240Gpa的表面的物理特性，可以通過與碳一樣的金剛石層結(jié)合在一起獲得。在該合成中得到控制的化合物層非常適于作為碳一樣的金剛石層的復(fù)合層。
由于復(fù)合層由金屬和碳制成，在薄膜成形時(shí)將象氮一樣的氣體元素引入與金屬元素反應(yīng)，就足以產(chǎn)生金屬與氣體元素的化合物。
上述等效彈性模數(shù)難以直接測(cè)量，因?yàn)樵摫∧ぽ^薄，且該等效彈性模數(shù)采用楊氏比例來表示，該楊氏比例通過計(jì)算微針入度計(jì)的壓頭被插入時(shí)產(chǎn)生的凹坑的深度、以及彈性變形量而獲得。由象鈦一樣的金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層的等效彈性模數(shù)的特性可以通過薄膜成形條件得到改變。例如，如果化合物層通過濺射工藝形成，那么鈦化合物層的特性就可以通過改變待加工材料的溫度、氮?dú)獾牧魍炕蛱幚頃r(shí)間來改變。
復(fù)合層可以通過離子噴鍍工藝或?yàn)R射工藝形成，且濺射工藝較為理想，因?yàn)楸砻嫖锢硖匦钥梢酝ㄟ^鈦層和碳層獨(dú)立控制。
在不存在潤(rùn)滑劑的條件下，如果動(dòng)摩擦系數(shù)為0.2或更小時(shí)，碳一樣的金剛石層能夠產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，并且碳一樣的金剛石層的硬度等于或大于上述復(fù)合層的硬度。
碳一樣的金剛石層可以通過濺射工藝、離子噴鍍工藝或CVD工藝形成，采用一種能夠更多地降低表面上滑動(dòng)阻力的工藝比較好。
對(duì)復(fù)合層和碳一樣的金剛石層的厚度不必進(jìn)行特別限定，但是為了延緩滾動(dòng)件中疲勞破壞的進(jìn)程，比較好的是使復(fù)合層的厚度為0.1-5μm，碳一樣的金剛石層的厚度為0.8-8μm(最好為1-5μm)。
根據(jù)本發(fā)明的滾動(dòng)裝置包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件在其外表面上具有滾道表面；一外部元件，該外部元件在其內(nèi)表面上具有與內(nèi)部元件的滾道表面相對(duì)的滾道表面，且該外部元件位于該內(nèi)部元件的外側(cè)；以及一些滾動(dòng)件，這些滾動(dòng)件可轉(zhuǎn)動(dòng)地位于這兩個(gè)滾道之間，其特征在于內(nèi)部元件、外部元件以及滾動(dòng)件中至少有一個(gè)元件將被作為第七方面中所提出的滾動(dòng)滑動(dòng)件。
為了實(shí)現(xiàn)第七目的，根據(jù)本發(fā)明的第八方面，所提供的滾動(dòng)滑動(dòng)件適于與相對(duì)元件產(chǎn)生滾動(dòng)接觸或滑動(dòng)接觸，該滾動(dòng)滑動(dòng)元件包括由鋼制成的基材；在與相對(duì)元件的接觸表面上形成的碳一樣的金剛石層，且該碳一樣的金剛石層具有潤(rùn)滑特性，該碳一樣的金剛石層包括一層由至少一種金屬制成的金屬層；一層具有金屬和碳的第一復(fù)合層；一層由碳制成的碳層；一層含有氟化合物和碳的第二復(fù)合層；以及位于最上表面上的含氟復(fù)合層。
在此，Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe可用作金屬層的金屬元素，在這些元素中，可以根據(jù)基材的種類適當(dāng)?shù)剡x擇兩種或多種，優(yōu)選的是Cr和W這兩種。
構(gòu)成碳一樣金剛石層(DLC層)的各層最好從表面?zhèn)认蚧陌凑蘸鷱?fù)合層、第二復(fù)合層、碳層、第一復(fù)合層、金屬層的順序排列。
根據(jù)這樣，DLC層布置在帶有含氟化合物層的最上面表面上，由此能夠形成這種優(yōu)秀的DLC層，該DLC層具有較強(qiáng)的抗剪切性能，且極大地增加了潤(rùn)滑性能。此外，第一復(fù)合層和金屬層夾在作為基材的鋼材和碳層之間，使得具有優(yōu)良潤(rùn)滑特性的DLC層和作為基材的鋼材之間的粘附性比較高。
由此，能夠形成具有潤(rùn)滑薄膜的DLC層以及最上面的潤(rùn)滑層，該潤(rùn)滑薄膜即使在有較大接觸應(yīng)力時(shí)也很少受到損壞，使得該DLC層可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用到構(gòu)成這種承受有較大接觸應(yīng)力的裝置(例如，滾動(dòng)裝置)的元件上。
而且，由于具有優(yōu)秀的潤(rùn)滑性能，DLC層能夠在無油條件下適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，且很少產(chǎn)生磨損或?qū)е聼崃康漠a(chǎn)生，抗交變應(yīng)力的能力較強(qiáng)，具有較長(zhǎng)的壽命。
特別的是，如果第一復(fù)合層中的碳的比例從金屬層一側(cè)向碳層一側(cè)逐漸增加，則DLC層和基材鋼之間的粘附性能夠變的更加優(yōu)秀。如果第二復(fù)合層中的碳的比例從碳層一側(cè)向含氟復(fù)合層一側(cè)逐漸增加，則含氟復(fù)合層的粘附性能夠變的更加優(yōu)秀。
比較好的是，將碳一樣的金剛石層的等效彈性模數(shù)設(shè)定為80-240Gpa。
由此，由于DLC的等效彈性模數(shù)小于基材鋼的彈性模數(shù)，因此當(dāng)作用有交變應(yīng)力時(shí)DLC層能產(chǎn)生變形。結(jié)果，DLC層隨著基材的變形而變形，且DLC層不易破裂。
如果DLC的等效彈性模數(shù)大于240Gpa，那么DLC薄膜的等效彈性模數(shù)就大于鋼材，當(dāng)作用交變應(yīng)力時(shí)，DLC薄膜就難以隨著基材的變形而變形，且易于導(dǎo)致DLC薄膜的破裂。另一方面，如果DLC的等效彈性模數(shù)小于80Gpa，那么DLC薄膜的硬度較低，易于產(chǎn)生磨損。
而且，采用非平衡磁控管工藝通過濺射方式形成DLC薄膜比較好。
UBMS裝置上安裝有一些將被用來進(jìn)行濺射的目標(biāo)物，由于各個(gè)目標(biāo)物的濺射電源獨(dú)立受控，由此，可以隨意控制各個(gè)元件的濺射效率，該UBMS裝置適于薄膜成形。
例如，在形成第一復(fù)合層和碳層的過程中，在降低金屬目標(biāo)物濺射源(DC源)的功率的同時(shí)，碳目標(biāo)物的濺射源(DC源)的功率增加(此時(shí)，向滾動(dòng)滑動(dòng)件供給一個(gè)負(fù)偏壓)。
在形成含氟化合物層和第二復(fù)合層的過程中，在降低碳目標(biāo)物濺射源(DC源)的功率的同時(shí)，采用對(duì)氟化乙烯樹脂作為賦予例如導(dǎo)電性的目標(biāo)物可以增加濺射源(DC源)的功率(此時(shí)，向滾動(dòng)滑動(dòng)件供給一個(gè)負(fù)偏壓)。
與CVD、等離子CVD、離子束成形工藝或離子化蒸汽沉積相比，這種物理薄膜成形工藝比較適于構(gòu)成其上作用有較大接觸應(yīng)力的單元如滾動(dòng)裝置的部件。該工藝是用于在改變傾斜組份的同時(shí)制造多層結(jié)構(gòu)的最合適的技術(shù)。
通過控制待處理材料的偏壓，可以通過離子輔助效應(yīng)控制薄膜的厚度，且彈性模數(shù)也可以得到控制。因此能夠獲得一種較低彈性和較大表面硬度的物理特性。
根據(jù)目標(biāo)物的種類，還能夠生產(chǎn)出具有最佳厚度、硬度以及彈性的功能復(fù)合層，該復(fù)合層由金屬、碳以及潤(rùn)滑樹脂制成。


圖1是將本發(fā)明應(yīng)用到滾珠軸承上的第一實(shí)施例的視圖；圖2是將本發(fā)明應(yīng)用到滾柱軸承上的第二實(shí)施例的視圖；圖3是用來對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行咬合測(cè)試的測(cè)試裝置；圖4是形成于保持架外周表面上的DLC薄膜厚度和外環(huán)的溫度之間的關(guān)系的圖表；圖5是形成于保持架外周表面上的含氟樹脂涂敷薄膜厚度和外環(huán)的溫度之間的關(guān)系的圖表；圖6是本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的推力疲勞試驗(yàn)機(jī)的示意圖；圖7是DLC薄膜的等效彈性模數(shù)、塑性變形硬度以及疲勞強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表；圖8是壓痕負(fù)載和壓痕深度之間關(guān)系的圖表；圖9是DLC薄膜硬度和碳、鉻以及離子的比例之間關(guān)系的圖表；圖10是復(fù)合層的比例和交變應(yīng)力量之間關(guān)系的圖表；圖11是用作進(jìn)行軸承旋轉(zhuǎn)測(cè)試的軸承的示意圖；圖12是用作進(jìn)行軸承旋轉(zhuǎn)測(cè)試的軸承的示意圖；圖13是DLC薄膜的剖視圖；圖14是解釋作為本發(fā)明的第五實(shí)施例的向心推力球軸承的剖視圖；圖15是等效彈性模數(shù)、塑性變形硬度以及疲勞強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表；圖16是解釋作為本發(fā)明的第六實(shí)施例的圓柱滾柱軸承的剖視圖；圖17是對(duì)比例以及實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)上升溫度之間關(guān)系的圖表；圖18是對(duì)比實(shí)施例以及實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)上升溫度之間關(guān)系的圖表；圖19是對(duì)比例以及實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)上升溫度之間關(guān)系的圖表；圖20是對(duì)比例以及實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)的上升溫度之間關(guān)系的圖表；
圖21是對(duì)比例以及實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)上升溫度之間關(guān)系的圖表；圖22是對(duì)比例以及該實(shí)例中主軸的旋轉(zhuǎn)速度和外環(huán)上升溫度之間關(guān)系的圖表；圖23是作為本發(fā)明的滾動(dòng)裝置的一個(gè)實(shí)施例的止推滾珠軸承結(jié)構(gòu)縱向剖視圖；圖24是圖23中的部件A的局部放大的剖視圖；圖25是分析形成DLC層的元素的測(cè)試圖表；圖26是用作復(fù)合層的金屬種類和數(shù)目以及持續(xù)時(shí)間之間的相互關(guān)系的圖表；圖27是DLC層的等效彈性模數(shù)和壽命之間的相互關(guān)系的圖表；圖28是本發(fā)明的第八實(shí)施例的滾動(dòng)軸承視圖；圖29是覆有DLC的軸承的殘余奧氏體量和耐久壽命之間的關(guān)系的圖表；圖30是本發(fā)明第九實(shí)施例的深溝滾珠軸承的縱向剖視圖；圖31是氟化合物的稀釋率和旋轉(zhuǎn)力矩之間的關(guān)系的圖表；圖32A和32B所示的是解釋非平衡濺射裝置的示意圖；圖33是形成有薄膜的滾珠的球形度和板的傾斜角之間關(guān)系的圖表；圖34是解釋在形成薄膜時(shí)用于旋轉(zhuǎn)滾珠的旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖35是形成有薄膜的滾珠的球形度和偏心率之間關(guān)系的圖表；圖36是本發(fā)明第十實(shí)施例的深溝滾珠軸承的縱向剖視圖；圖37是金屬化合物的厚度和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖38是DLC層的厚度和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖39是DLC層的等效彈性模數(shù)和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖40是解釋本發(fā)明的第十一實(shí)施例的如滾動(dòng)裝置的深溝滾珠軸承的縱向剖視圖；圖41是圖40中的X部分的局部放大剖視圖；圖42是一種波動(dòng)疲勞測(cè)試機(jī)的剖視圖；圖43是一種推力軸承疲勞測(cè)試機(jī)的剖視圖；圖44是DLC層的等效彈性模數(shù)與軸承的旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)(壽命)之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1所示的是將本發(fā)明應(yīng)用到滾珠軸承上的一個(gè)實(shí)施例，如該圖中所示，所實(shí)施的滾珠軸承10包括內(nèi)環(huán)11，該內(nèi)環(huán)安裝在主軸上，由此支承該主軸；位于該內(nèi)環(huán)11的外周面上的外環(huán)12；多個(gè)滾珠13，這些滾珠以其表面與外環(huán)12的內(nèi)周表面和內(nèi)環(huán)11的外周表面滾動(dòng)接觸；以及保持架14，該保持架沿著內(nèi)環(huán)11和外環(huán)12的周邊以均勻的間隔支承著這些滾珠。
在這些結(jié)構(gòu)元件中，內(nèi)環(huán)11、外環(huán)12、以及滾珠13由金屬制成，例如軸承鋼(線性熱膨脹系數(shù)為12.5×10-6/℃)或不銹鋼(滾珠13可以由象氮化硅一樣的陶瓷制成)，同時(shí)保持架14由象聚醚酮醚(PEEK)、聚苯撐硫(PPS)、熱塑性聚酰亞胺樹脂、苯酚樹脂、聚酰胺或尼龍一樣的耐熱樹脂制成。保持架14在外周表面上具有DLC薄膜15，該薄膜能減小滑動(dòng)阻力。該DLC薄膜1 5通過例如等離子CVD(化學(xué)蒸汽沉積)、非平衡濺射工藝、真空弧光放電PVD(物理氣相沉積)、離子束成形工藝、或離子化蒸汽沉積方式形成在外周表面上。其厚度為0.5-10μm，1-5μm比較好，1-3μm更好。此外，DLC薄膜15在20mN的壓痕負(fù)載下的表面硬度為Hv800-3000，且摩擦系數(shù)小于0.2。
在這樣構(gòu)成的滾珠軸承10中，由于保持架14的外周表面上形成有DLC薄膜，因此相對(duì)于保持架14的外周表面上沒有DLC薄膜的滾珠軸承，在外環(huán)1 2和保持架14之間的滑動(dòng)部分上產(chǎn)生的滑動(dòng)阻力(摩擦阻力)得到降低，即使在易于形成邊界潤(rùn)滑的環(huán)境下滾珠軸承也能夠起到適當(dāng)?shù)淖饔枚粫?huì)造成咬合，且可以增加防咬合能力。
保持架14可以由象PEEK或PPS這樣的耐熱材料制成，比重要小于由例如軸承鋼制成保持架的比重，該保持架14可以避免由于離心力造成的熱損壞，同時(shí)由于保持架14的外周表面上形成有良好的DLC薄膜15，因此這種效果變得更顯著。
順便提一句，在上述實(shí)施例中，DLC薄膜15形成于保持架14的外周表面上以便增加防咬合性能，且也可以通過在外環(huán)12的內(nèi)周表面上形成DLC薄膜1 5來獲得相同的效果，而且，如果在保持架14的內(nèi)周表面上或在內(nèi)環(huán)11的外周表面上形成DLC薄膜，能夠更進(jìn)一步增加防咬合性能。形成DLC薄膜的位置并不限于保持架14的外周表面，還可以在保持架14的邊緣表面、袋狀表面上，或者在內(nèi)周表面上。
在上述實(shí)施例中，保持架14由象PEEK或PPS這樣的耐熱材料制成，構(gòu)成保持架的材料采用復(fù)合材料就足夠了，該復(fù)合材料包括如PEEK一樣的耐熱樹脂以及如玻璃纖維或碳纖維一樣的加強(qiáng)纖維，如果采用這些復(fù)合材料就能夠提高保持架的機(jī)械強(qiáng)度。此外，如果在由比重低于3的輕金屬(如鎂合金)制成的保持架14的外周表面上形成DLC薄膜15，那么也能獲得象上述實(shí)施例一樣相同的效果。
當(dāng)在保持架14的外周表面上形成DLC薄膜時(shí)，可以在保持架14的外周表面和DLC薄膜15之間形成一層由Ti或Si制成的中間層。通過在保持架14的外周表面和DLC薄膜15之間形成由Ti或Si制成的中間層，就能夠在保持架14的外周表面上形成理想的DLC薄膜15。
下面將參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行解釋。
圖2所示的是將本發(fā)明應(yīng)用到滾柱軸承上的一個(gè)實(shí)施例，如圖中所示，實(shí)施的滾柱軸承20包括內(nèi)環(huán)21，該內(nèi)環(huán)安裝在主軸上，由此支承該主軸；位于該內(nèi)環(huán)21的外周面上的外環(huán)22；多個(gè)滾柱23，這些滾柱以其表面與外環(huán)22的內(nèi)周表面和內(nèi)環(huán)21的外周表面接觸；以及保持架24，該保持架沿著內(nèi)環(huán)11和外環(huán)12的周邊以均勻的間隔支承著這些滾珠。
在這些結(jié)構(gòu)元件中，內(nèi)環(huán)21、外環(huán)22、以及滾珠23由金屬制成，例如軸承鋼或不銹鋼(滾珠23可以由象氮化硅一樣的陶瓷制成)，同時(shí)保持架24由比重低于3的輕金屬(如鎂合金)制成。該保持架24在外周表面上具有象減小滑動(dòng)阻力薄膜一樣的含氟樹脂涂敷薄膜25。該含氟樹脂涂敷薄膜25通過這樣形成，即在保持架24的外周表面上進(jìn)行噴丸硬化表面預(yù)處理，隨后在其上形成一層四氟乙烯(PTFE)和二硫化鉬涂層，同時(shí)采用象聚酰胺-酰亞胺或環(huán)氧樹脂一樣的耐熱樹脂作為粘合劑，并在大約200-250℃的溫度下對(duì)涂層進(jìn)行加熱，使得薄膜的厚度為2-30μm，最好為5-20μm。
在這樣構(gòu)成的滾柱軸承20中，由于保持架24的外周表面上形成有含氟樹脂涂敷薄膜25，因此相對(duì)于保持架24的外周表面上沒有含氟樹脂涂敷薄膜的滾柱軸承，在外環(huán)22和保持架24之間的滑動(dòng)部分上產(chǎn)生的滑動(dòng)阻力(摩擦阻力)得到降低，即使在易于形成邊界潤(rùn)滑的環(huán)境下滾柱軸承也能夠起到適當(dāng)?shù)淖饔枚粫?huì)造成咬合，且可以增加防咬合能力。
而且，由于保持架24由比重低于3的輕金屬制成，其重量得到減輕，其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力相對(duì)于由鑄鐵或銅合金制成的保持架也能得到減小。
順便提一句，在上述實(shí)施例中，含氟樹脂涂敷薄膜25形成于保持架24的外周表面上以便增加防咬合性能，也可以通過在外環(huán)22的內(nèi)周表面上形成含氟樹脂涂敷薄膜25來獲得相同的效果，而且，如果在保持架24的內(nèi)周表面上或在內(nèi)環(huán)21的外周表面上形成含氟樹脂涂敷薄膜25，能夠更進(jìn)一步增加防咬合性能。形成含氟樹脂涂敷薄膜25的位置并不限于保持架24的外周表面，還可以在保持架24的邊緣表面、袋狀表面上，或者還可以在其內(nèi)周表面上。
在上述實(shí)施例中，保持架24由比重低于3的輕金屬制成，也可以由象PEEK或PPS這樣的耐熱樹脂制成。當(dāng)在保持架24的外周表面上形成含氟樹脂涂敷薄膜25時(shí)，在保持架24的外周表面和含氟樹脂涂敷薄膜25之間噴涂一層象Ag或Sn一樣的金屬固體潤(rùn)滑劑層。通過在保持架24的外周表面和含氟樹脂涂敷薄膜25之間形成一層象Ag或Sn一樣的金屬固體潤(rùn)滑劑層，就能夠進(jìn)一步增加防咬合性能。
在圖1所示的滾珠軸承中，針對(duì)是否在保持架14的外周表面上形成有DLC薄膜這種減小滑動(dòng)阻力薄膜情況下的防咬合性能，采用圖3中的測(cè)試機(jī)在內(nèi)徑為65mm外徑為120mm寬度為23mm的向心推力球軸承上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果列在表1和2中。表1表示的是在以下條件下測(cè)試所得的結(jié)果油氣潤(rùn)滑(0.08cc/12min，錠子油)，常壓預(yù)加負(fù)載147N，以及轉(zhuǎn)速15000rpm；而表2表示的是在以下條件下測(cè)試所得的結(jié)果油脂潤(rùn)滑(Isoflex NBU15)，常壓以及預(yù)加負(fù)載196N，以及轉(zhuǎn)速12000rpm。圖3中的標(biāo)記31指的是作為測(cè)試樣品的向心推力球軸承，標(biāo)記32為轉(zhuǎn)軸，33為皮帶輪，而34為熱電偶。
表1

表2

在表1和2中，例1采用滾珠軸承其保持架14的外周表面上形成有1μm厚的DLC薄膜，該保持架由聚醚酮醚(PEEK)制成。在PEEK中合成有30％的碳纖維以便提高保持架的強(qiáng)度。保持架的外周表面是必不可少的位置，由于該實(shí)施例沒有采用掩飾處理，DLC薄膜形成在邊緣表面、袋狀表面、或者內(nèi)周表面上。該DLC薄膜采用高真空電弧放電PVD裝置形成，該裝置由DIARC公司(芬蘭)制造。薄膜形成工藝并沒有進(jìn)行特殊限制，且可以根據(jù)不同情況，采用例如一種能夠在絕緣材料上形成DLC薄膜的帶有脈沖源的熱陰極等離子CVD裝置。在這些通過高真空電弧放電PVD裝置形成有DLC薄膜的例子中，采用針入計(jì)施以20mN的壓痕負(fù)載進(jìn)行測(cè)量所得的表面硬度為2600Hv，而在熱陰極等離子CVD裝置情況下表面硬度為2200Hv。
在該實(shí)例中，內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)件都由軸承鋼制成，也可以采用如SUS440C的不銹鋼來制造內(nèi)環(huán)和外環(huán)，采用如氮化硅的陶瓷來制造滾動(dòng)件。
例2所采用滾珠軸承在其由鎂合金制成的保持架14的外周表面上采用等離子CVD形成有3μm厚的DLC薄膜。通過PVD工藝形成有一層大約0.4μm厚的Ti和Si中間層，且采用離子氣體將甲烷氣體變成一種等離子體而進(jìn)行化學(xué)蒸汽沉積。通過針入計(jì)進(jìn)行測(cè)量所得的表面硬度為2100Hv。
例3所采用的滾珠軸承在其由PEEK制成的保持架14的外周表面上形成有10μm厚的含氟樹脂涂敷薄膜。通過噴丸硬化工藝預(yù)先對(duì)PEEK保持架14的表面進(jìn)行粗糙化處理，加熱到70℃，并在均勻旋轉(zhuǎn)保持架的同時(shí)通過噴槍在保持架14的外周表面上形成一層如聚酰胺-酰亞胺粘合劑的氟化乙烯涂敷薄膜，并在220℃下加熱1小時(shí)以便形成10μm厚的燒結(jié)薄膜。
例4所采用的滾珠軸承在其由鎂合金制成的保持架14的外周表面上形成有15μm厚的含氟樹脂涂敷薄膜。通過噴丸硬化工藝預(yù)先對(duì)鎂合金保持架14的表面進(jìn)行粗糙化處理，加熱到70℃，并在均勻旋轉(zhuǎn)保持架的同時(shí)，采用噴槍通過使聚酰胺-酰亞胺做成粘合劑在保持架的外周表面上形成一層氟化乙烯涂敷薄膜，并在220℃下加熱1.5小時(shí)以便形成15μm厚的燒結(jié)薄膜。
對(duì)比例1是一種通常的滾珠軸承的例子，其中保持架14由PEEK制成，而對(duì)比例2是一種通常的滾珠軸承的例子，其中保持架14由鎂合金制成。
如表1和2中所示，將在保持架14的外周表面上形成有減小滑動(dòng)阻力DLC薄膜的情況(例1-4)，和沒有形成減小滑動(dòng)阻力薄膜情況(對(duì)比例1和2)進(jìn)行比較，外環(huán)12的溫度沒有上升那么多。與對(duì)比例1和2相比，造成咬合的極限旋轉(zhuǎn)速度上升了大約10-20％。因此，與在其上沒有形成DLC薄膜情況相比，由于在保持架14的外周表面上形成有減小滑動(dòng)阻力薄膜的DLC薄膜，軸承的旋轉(zhuǎn)速度極限會(huì)上升，因此可以試圖提高防咬合性能。
在圖2所示的滾柱軸承中，針對(duì)是否在保持架24的外周表面上形成有DLC薄膜這種減小滑動(dòng)阻力薄膜情況下的防咬合性能，采用標(biāo)記為N1014的圓柱滾柱軸承(內(nèi)徑為70mm外徑為110mm寬度為20mm)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果列在表3和4中。對(duì)圖3中的測(cè)試機(jī)進(jìn)行重新改造以便適于高速旋轉(zhuǎn)。表3表示的是在以下條件下測(cè)試所得的結(jié)果油氣潤(rùn)滑(0.08cc/12min，錠子油)，常壓預(yù)加負(fù)載147N，以及轉(zhuǎn)速25000rpm；而表4表示的是在以下條件下測(cè)試所得的結(jié)果油脂潤(rùn)滑(Isoflex NBU15)，常壓預(yù)加負(fù)載196N，以及轉(zhuǎn)速15000rpm。
表3

表4

在表3和4中，例5所采用的滾柱軸承其保持架24的外周表面上形成有1μm厚的DLC薄膜，該保持架由聚醚酮醚(PEEK)制成。例6所采用的滾柱軸承其保持架24的外周表面上形成有3μm厚的DLC薄膜，該保持架由鎂合金制成。例7所采用滾柱軸承在其由PEEK制成的保持架24的外周表面上形成有10μm厚的含氟樹脂涂敷薄膜。例8所采用的滾柱軸承在其由鎂合金制成的保持架24的外周表面上形成有15μm厚的含氟樹脂涂敷薄膜。對(duì)比例3是一種通常的滾柱軸承的例子，其中保持架24由PEEK制成，而對(duì)比例4是一種通常的滾柱軸承的例子，其中保持架24由鎂合金制成。
如表3和4所示，將在保持架24的外周表面上形成有減小滑動(dòng)阻力薄膜的DLC薄膜的情況(例5-8)，和其上沒有形成減小滑動(dòng)阻力薄膜情況(對(duì)比例3和4)進(jìn)行比較，外環(huán)22的溫度沒有上升那么多。與對(duì)比例3和4相比，造成咬合的極限旋轉(zhuǎn)速度上升了大約10-20％。因此，與在其上沒有形成DLC薄膜情況相比，由于在保持架24的外周表面上形成有減小滑動(dòng)阻力薄膜的DLC薄膜，軸承的旋轉(zhuǎn)速度極限會(huì)上升，因此可以試圖提高防咬合性能。
圖4所示的是在改變形成于例2中的保持架外周表面上的DLC薄膜厚度的同時(shí)，薄膜厚度和外環(huán)的上升溫度之間的關(guān)系的圖表。如該圖中所示，如果DLC薄膜的厚度大于10μm，其內(nèi)應(yīng)力就會(huì)增加并產(chǎn)生自我損壞，且外環(huán)的溫度會(huì)迅速上升。如果其厚度小于0.5μm，那么保持架的金屬表面就會(huì)部分暴露出來，使得DLC薄膜在邊界潤(rùn)滑條件下的減小滑動(dòng)阻力的功能下降，且外環(huán)的溫度會(huì)迅速上升。因此形成于保持架外周表面上的DLC薄膜的厚度位于0.5-10μm的范圍內(nèi)比較理想，最好為1-5μm。從薄膜形成的時(shí)間或氣壓的控制方面看，該厚度為1-3μm比較理想。
圖5所示的是在改變形成于例3中的保持架外周表面上的含氟樹脂涂敷薄膜厚度的同時(shí)，薄膜厚度和外環(huán)的上升溫度之間的關(guān)系的圖表。如該圖中所示，如果含氟樹脂涂敷薄膜的厚度薄于2μm，就會(huì)使得含氟樹脂涂敷薄膜的減小滑動(dòng)阻力的功能顯著下降，且外環(huán)的溫度會(huì)迅速上升。如果其厚度厚于30μm，那么提高性能的效果就會(huì)較小，且在薄膜厚度方面易于產(chǎn)生不均勻性。因此，形成于保持架外周表面上的含氟樹脂涂敷薄膜的厚度位于2-30μm的范圍內(nèi)比較理想，最好為5-20μm。
按照上面的解釋，本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的滾動(dòng)軸承在其保持架外周表面上或在其外環(huán)的內(nèi)周表面上，和/或在其保持架內(nèi)周表面上或在其內(nèi)環(huán)的外周表面上，形成有減小滑動(dòng)阻力的薄膜，由此在其外環(huán)和保持架之間和/或內(nèi)環(huán)和保持架之間的滑動(dòng)部分處產(chǎn)生的滑動(dòng)阻力，由于存在減小滑動(dòng)阻力的薄膜而得到降低，因此能避免由于摩擦熱而產(chǎn)生的咬合，且滾動(dòng)軸承能夠起到適當(dāng)?shù)淖饔们壹词乖谝子诋a(chǎn)生邊界潤(rùn)滑的環(huán)境下也不會(huì)造成咬合。
下面，將參考圖6-13給出第三實(shí)施例的說明。
首先，參考圖6中所示的推力疲勞試驗(yàn)機(jī)，對(duì)DLC薄膜的滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行解釋。
推力疲勞試驗(yàn)機(jī)具有SUJ2制成的止推軸承101-a，該軸承內(nèi)徑為30mm，外徑為62mm，厚度為7mm，且滾道表面的彎曲部分為滾動(dòng)件直徑的52％；SUJ2制成的滾動(dòng)件101-b，該滾動(dòng)件有11個(gè)；鋼質(zhì)保持架101-c，該保持架沿著周向以均勻的間隔承載著上述滾動(dòng)件101-b；以及SUJ2制成的測(cè)試件101-d，該測(cè)試件能夠通過滾動(dòng)件加載應(yīng)力。
平板測(cè)試件(基材)101-d其表面上以下述方式形成有總厚度量為0.3-5.2μm的DLC薄膜。
即，采用由Kobe鋼鐵工程有限公司(Kobe Steel Works，Ltd.)生產(chǎn)的非平衡磁控管濺射裝置504(以下稱之為“UBMS”)，對(duì)平板測(cè)試件101-d進(jìn)行沖洗以便去掉含油量，接著通過氬等離子濺射工藝進(jìn)行15分鐘的轟擊處理，然后在平板測(cè)試件101-d的表面上采用鉻目標(biāo)物制成的含有鉻成分的中間層。
隨后，碳目標(biāo)物的濺射效率得到增加，同時(shí)向平板測(cè)試件101-d輸送一個(gè)負(fù)偏壓，該碳層形成為第二層，而DLC薄膜形成于平板測(cè)試件101-d的表面上。
DLC薄膜的等效彈性模數(shù)通過控制輸送給平板測(cè)試件101-d上的偏壓，或控制待引入的氣體的分壓力就能很容易地得到改變，且DLC薄膜的厚度可以通過控制濺射時(shí)間進(jìn)行精確地控制。
順帶說一句，此時(shí)，如果控制待引入的氣體(Ar、H2或如CH4的烴基氣體)的分壓力的種類或比例，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)和滑動(dòng)阻力能夠得到進(jìn)一步控制，因此就能夠通過引入一種混合氣體或單純氣體形成一種滿足某種目的的薄膜組合物。
就通過上述薄膜成形工藝制成的一些平板測(cè)試件101-d而言，每個(gè)DLC薄膜的等效彈性模數(shù)和塑性變形硬度都可以測(cè)出，且DLC薄膜的抵抗交變應(yīng)力的破裂強(qiáng)度，可以采用圖6中所示的推力測(cè)試機(jī)對(duì)每個(gè)平板測(cè)試件101-d進(jìn)行評(píng)估。圖7所示的是DLC薄膜的等效彈性模數(shù)、塑性變形硬度以及破裂強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表。該破裂強(qiáng)度是在加載有2Gpa的Hertz接觸應(yīng)力的條件下在交變應(yīng)力的次數(shù)達(dá)到109這一時(shí)刻時(shí)，以DLC薄膜是否存在剝離來進(jìn)行評(píng)估的。測(cè)試條件為旋轉(zhuǎn)速度6000rpm、接觸應(yīng)力2Gpa以及礦物油潤(rùn)滑。
從圖7中可以清楚地看出，DLC薄膜的塑性變形硬度為8-37Gpa，要比基材的硬度硬，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)為80-240Gpa，要比基材的小，因此能獲得較高的破裂強(qiáng)度。因此，如果在軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)以及滾動(dòng)件中的其中一個(gè)的基材上形成這種結(jié)構(gòu)的DLC薄膜，就能夠提供一種能夠確保DLC薄膜的優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，持續(xù)較長(zhǎng)的一段時(shí)間而不會(huì)在用于較大應(yīng)力時(shí)使得DLC薄膜剝離。
如果DLC薄膜的塑性變形硬度小于8Gpa，則磨損就會(huì)變大，如果DLC薄膜的塑性變形硬度超過37Gpa，就會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂。如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)小于80Gpa，DLC薄膜的表面硬度就會(huì)下降且抵抗較大接觸應(yīng)力的磨損也就易于上升，如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)超過240Gpa時(shí)，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)就會(huì)變得大于基材(鋼材)的等效彈性模數(shù)，并且由于鋼材會(huì)先于DLC薄膜隨著較大的接觸應(yīng)力變形，因此就會(huì)產(chǎn)生DLC薄膜由于受到交變應(yīng)力而破裂的問題。
DLC薄膜的塑性變形硬度和等效彈性模數(shù)可以采用由ELIONIX公司制造的微針入計(jì)來進(jìn)行測(cè)量，等效彈性模數(shù)是在壓痕為20mN的條件下根據(jù)加載-卸載曲線得出的(參照?qǐng)D8)。當(dāng)所測(cè)量薄膜的厚度小于1μm時(shí)，那么將壓痕負(fù)載適當(dāng)?shù)卦O(shè)置為0.4-20mN，并且將壓痕深度設(shè)定為至少在DLC薄膜的厚度之內(nèi)是比較理想的。
而且，當(dāng)薄膜的厚度為2μm時(shí)，可將壓痕負(fù)載適當(dāng)?shù)卦O(shè)置為0.4-50mN進(jìn)行測(cè)量。在下面的實(shí)施例，采用50mN的壓痕負(fù)載進(jìn)行測(cè)量。
另一種測(cè)量等效彈性模數(shù)的方法采用了由Fisher公司制造的微針入計(jì)。該方法沒有采用一種(微)Vichers針入計(jì)，但是比較好的是采用一種能夠利用一種電容方式進(jìn)行控制的微針入計(jì)或毫微壓頭。接著，將壓痕深度設(shè)定在DLC薄膜的厚度之內(nèi)是必要的，并且同樣采用微針入計(jì)或毫微壓頭也對(duì)等效彈性模數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以便根據(jù)加載-卸載曲線的彈性變形量得出等效彈性模數(shù)。
順便提一句，如果通過上述方法來獲得HRC60的碳鉻鋼(SUJ2)的表面上的等效彈性模數(shù)，那么所獲得的250Gpa要大于通常在手冊(cè)或類似物中介紹的210Gpa。這就是為什么上述方法由于要在微小的壓入范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量而對(duì)SUJ2的表面內(nèi)的工作硬化層有影響。
下面將對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施例進(jìn)行闡述。
該實(shí)施例的滾動(dòng)滑動(dòng)件是一個(gè)適于在由于摩擦磨損而附帶有溫度變化的環(huán)境下起作用的實(shí)例，且該實(shí)例在中間層和碳層之間沒有交界面，形成一個(gè)復(fù)合層(傾斜層)，該復(fù)合層的成分從中間層向碳層連續(xù)改變，從而提高與基材的粘附性，將DLC薄膜的塑性變形硬度設(shè)定為8-37Gpa。
下面將進(jìn)行詳細(xì)的闡述。和第三實(shí)施例一樣采用平板測(cè)試件101-d作為測(cè)試件，且DLC薄膜形成于平板測(cè)試件101-d的表面上。
在平板測(cè)試件101-d的表面上形成DLC薄膜之前，采用Ar氣在平板測(cè)試件101-d的表面上進(jìn)行轟擊處理，且中間層是在原子量級(jí)的水平上與平板測(cè)試件101-d的構(gòu)成元素一起形成的一層混合層。
在UBMS裝置上安裝有一些目標(biāo)物，中間層Cr目標(biāo)物以及碳層C目標(biāo)物的濺射電源都獨(dú)立進(jìn)行控制，由此可以連續(xù)降低形成中間層的Cr的濺射效率，同時(shí)增加C目標(biāo)物的濺射效率，因此Cr和C的復(fù)合層形成于中間層和碳層之間(見圖13)。目標(biāo)物的濺射電源是DC電源，平板測(cè)試件101-d上供應(yīng)有偏壓。該復(fù)合層是一層其C與Cr的組成比例連續(xù)變化的傾斜層。
在形成中間層后，在降低中間層的目標(biāo)物的電源功率的同時(shí)，C目標(biāo)物的DC濺射器的功率同步上升。在向平板測(cè)試件101-d輸送偏壓的同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)控制來進(jìn)行這些操作，并且能夠在中間層和碳層之間形成為C和Cr傾斜層的復(fù)合層。通過控制作為目標(biāo)物的濺射電源的DC電源，可以連續(xù)地改變Ar離子的濺射效率。
該復(fù)合層的厚度可以采用X射線光電子頻譜分析儀(以下稱之為“XPS”)測(cè)出。
這就意味著，X射線輻射到測(cè)試樣本的表面上，以便通過分析從樣本的最外表面(大約幾埃)發(fā)出的光電子的能量，來獲取測(cè)試樣本的表面上的一些元素的信息(質(zhì)量上的和確定性的)以及一種組合條件，并在采用一種高速氬離子槍濺射樣本的表面時(shí)進(jìn)一步測(cè)量樣本的表面，由此就能分析該元素在深度方向上(即在樣本的表面下)的分布狀況。
圖9所示的是DLC薄膜硬度和碳、鉻以及離子的比例之間關(guān)系的圖表。采用UBMS裝置形成的DLC薄膜復(fù)合層的厚度可以通過采用XPS獲取樣本的深度斷面輪廓來進(jìn)行測(cè)量，以元素比例方式顯示DLC薄膜中C、Cr以及離子的光電子強(qiáng)度方面的變化，以便辨識(shí)出復(fù)合層，并根據(jù)因此而獲得的蝕刻速度30nm/min和一個(gè)時(shí)間來計(jì)算復(fù)合層的厚度。
通過上述薄膜成形工藝，平板測(cè)試件101-d在表面上形成有DLC薄膜，該薄膜在中間層和碳層之間具有復(fù)合層(傾斜層)，且DLC薄膜的強(qiáng)度可以通過向其上施加交變應(yīng)力來進(jìn)行評(píng)估。測(cè)試方式采用一個(gè)加熱器從一殼體向DLC薄膜施加60-180℃的加熱循環(huán)，并且該測(cè)試方法是采用交變應(yīng)力的次數(shù)來對(duì)DLC薄膜進(jìn)行評(píng)估，該交變應(yīng)力的次數(shù)是在對(duì)具有不同線性熱膨脹系數(shù)的涂敷層施加加熱循環(huán)條件下進(jìn)行記數(shù)，直到DLC薄膜破裂為止。就交變應(yīng)力的次數(shù)而言，可以在殼體上設(shè)置一個(gè)振動(dòng)傳感器，可以檢測(cè)到振動(dòng)的增加，當(dāng)DLC薄膜破裂時(shí)就使馬達(dá)停下來，并根據(jù)停止的時(shí)間和轉(zhuǎn)數(shù)就能計(jì)算出交變應(yīng)力的次數(shù)。
圖10所示的是復(fù)合層(傾斜層)與DLC薄膜的比例和交變應(yīng)力次數(shù)之間的關(guān)系。在此，復(fù)合層對(duì)DLC薄膜的比例表示圖9中的復(fù)合層的厚度A與DLC薄膜的總厚度B之間的比例A/B。
如圖10所示，復(fù)合層的比例A/B為0.01-0.95，尤其是在0.05-0.2時(shí)比較好。因此，如果在軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)以及滾動(dòng)件中的其中一個(gè)的基材上形成這種結(jié)構(gòu)的DLC薄膜，就能夠確保DLC薄膜的優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，即使在由于摩擦磨損而附帶有溫度變化的環(huán)境下和用于較大應(yīng)力時(shí)，也能持續(xù)較長(zhǎng)的一段時(shí)間而不會(huì)剝離。
順帶一句，如果比例A/B小于0.01，復(fù)合層起的作用就很少，使得所給定加熱循環(huán)的持續(xù)時(shí)間就會(huì)下降，同時(shí)，如果比例A/B大于0.95，那么DLC薄膜的滑動(dòng)特性就會(huì)反而變壞，且摩擦系數(shù)也會(huì)上升，從而易于加快DLC薄膜自身磨損的進(jìn)程。
而且如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)設(shè)定在80-240Gpa范圍之內(nèi)，那么機(jī)械強(qiáng)度就能得到進(jìn)一步提高。
對(duì)第三和第四實(shí)施例的實(shí)際滾動(dòng)軸承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試，以便評(píng)估軸承溫度上升情況和DLC薄膜的剝離情況。
圖11所示的是一個(gè)深溝滾珠軸承，該軸承的內(nèi)徑為30mm，外徑為62mm，該軸承包括外環(huán)106-a、內(nèi)環(huán)106-b、滾動(dòng)件106-c以及保持架106-d，由高碳鉻鋼制成。在制造例9時(shí)，其中對(duì)軸承的內(nèi)環(huán)106-b的滾道表面采用UBMS裝置進(jìn)行了DLC處理(具有傾斜層)，對(duì)比例9A中的軸承的內(nèi)環(huán)106-b的滾道表面上沒有進(jìn)行DLC處理，對(duì)比例9B中的軸承的內(nèi)環(huán)106-b的滾道表面上采用等離子CVD進(jìn)行了DLC處理，至于這些各個(gè)例子而言，可以在如下條件下測(cè)量出由于熱量的產(chǎn)生而導(dǎo)致的溫度的上升，即軸向負(fù)載2.5kN，轉(zhuǎn)數(shù)12000rpm，并進(jìn)行油脂潤(rùn)滑。該結(jié)果列于表5中。
至于溫度，在軸承的外環(huán)上安裝有熱電偶，且在24小時(shí)后，在處于較高溫度的室內(nèi)可以測(cè)量到穩(wěn)定的溫度。至于等離子CVD，采用離子噴度方式在中間層鍍上一層Cr，通過高頻電源采用原材料甲烷氣體在中間層上形成等離子體，并且在向內(nèi)環(huán)106-b供應(yīng)偏壓的同時(shí)由甲烷氣體形成DLC薄膜。因此，在對(duì)比例9B中，在中間層和碳層之間存在交界面。
表5
正如表5中所清楚顯示的那樣，例9滿足了本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，其塑性變形硬度為14Gpa，等效彈性模數(shù)為130Gpa，且在中間層和碳層之間有復(fù)合層(傾斜層)。因此，由于DLC薄膜的摩擦系數(shù)小于鋼質(zhì)基材的摩擦系數(shù)，所以即使在和現(xiàn)有例子一樣的邊界潤(rùn)滑條件下其產(chǎn)生的熱量也較小，且外環(huán)溫度上升的幅度也較低。此外，由于DLC薄膜的等效彈性模數(shù)要小于鋼質(zhì)基材的值，所以DLC薄膜易于隨著應(yīng)力而變形，從而不會(huì)產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。此外，由于傾斜復(fù)合物形成象中間層和碳層之間的復(fù)合層，因此DLC薄膜的強(qiáng)度即使由于熱量的產(chǎn)生而加載有熱循環(huán)時(shí)也會(huì)較高。
對(duì)比例9A是一個(gè)沒有進(jìn)行DLC處理的軸承，因此在邊界潤(rùn)滑條件下會(huì)出現(xiàn)金屬與金屬之間的直接接觸，并且在滾動(dòng)件和滾道表面之間會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。
對(duì)比例9B的DLC薄膜等效彈性模數(shù)要大于鋼材的值，因此DLC薄膜會(huì)由于存在應(yīng)力而容易剝離，并且由于其中間層和碳層之間沒有傾斜層，DLC薄膜的強(qiáng)度就極度脆弱。因此，DLC薄膜會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)的初始階段就會(huì)剝離，并且外環(huán)溫度上升的幅度幾乎等于那些沒有經(jīng)過處理的軸承，且不能達(dá)到DLC薄膜的預(yù)期潤(rùn)滑效果。
圖12所示的是一個(gè)向心接觸球軸承，該軸承的內(nèi)徑為65mm，外徑為100mm，該軸承包括由高碳鉻鋼制成的外環(huán)107-a和內(nèi)環(huán)107-b、由氮化硅制成的滾動(dòng)件107-c以及由高碳鉻鋼制成的保持架107-d。在制造例10A時(shí)，其中對(duì)軸承的內(nèi)環(huán)107-b采用UBMS裝置進(jìn)行了DLC處理，使得其等效彈性模數(shù)為170Gpa，對(duì)比例10B中的軸承的內(nèi)環(huán)107-b進(jìn)行DLC處理，以便在中間層和碳層之間形成傾斜層，對(duì)比例10中的軸承的內(nèi)環(huán)107-b采用離子噴度進(jìn)行了DLC處理，至于這些各個(gè)例子而言，可以測(cè)量出在如下條件下外環(huán)中溫度上升的幅度，即作用在表面上的壓力2.2Gpa，每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)32000rpm，并進(jìn)行油氣(VG22)潤(rùn)滑。該結(jié)果列于表6中。
至于溫度，在軸承的外環(huán)上安裝有熱電偶，且在48小時(shí)后，在處于較高溫度的室內(nèi)可以測(cè)量到穩(wěn)定的溫度。至于離子噴鍍，在中間層鍍上一層鎢，并且在向內(nèi)環(huán)107-d供應(yīng)偏壓的同時(shí)，利用弧光放電采用原材料石墨在內(nèi)環(huán)107-d的滾道表面上形成DLC薄膜。表6 正如表6中所清楚顯示的那樣，在例10A中，盡管中間層的組合是單層的，但是，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)為210Gpa，要小于鋼材，且塑性變形硬度為20Gpa，要大于鋼材，因此，在軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)DLC薄膜不會(huì)剝離。在例10B中，盡管DLC薄膜的等效彈性模數(shù)為245Gpa，要大于鋼材的230Gpa(圖8中的毫微針入計(jì)的測(cè)量值；壓痕負(fù)載為20mN)，但是由于中間層和碳層之間的復(fù)合層是傾斜的，因此DLC薄膜不會(huì)剝離。因此，軸承受到的熱量很小，且外環(huán)的溫度上升幅度較小。
在對(duì)比例10中，由于DLC薄膜的等效彈性模數(shù)為245Gpa，要大于鋼材的230Gpa(圖8中的毫微針入計(jì)的測(cè)量值；壓痕負(fù)載為20mN)，且中間層的組合是單層的，DLC薄膜會(huì)產(chǎn)生剝離，且軸承產(chǎn)生的熱量較大。
等效彈性模數(shù)小于基材的等效彈性模數(shù)的DLC薄膜，對(duì)于象軸承這種具有較大接觸應(yīng)力的機(jī)械部件都有較高的疲勞強(qiáng)度，因此本發(fā)明的滾動(dòng)滑動(dòng)件在象邊界潤(rùn)滑一樣的面對(duì)面接觸的條件下，在要求產(chǎn)生較低熱量、抗咬合以及防磨損方面具有非常好的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例，所獲得的效果使得DLC薄膜即使在用于較大接觸應(yīng)力情況下也不會(huì)剝離，并確保DLC薄膜的這種優(yōu)良的潤(rùn)滑特性。
下面將參照?qǐng)D14-22對(duì)本發(fā)明的第五和第六實(shí)施例進(jìn)行說明。
首先，參照?qǐng)D14對(duì)象本發(fā)明的第五實(shí)施例一樣的向心推力球軸承(用于高速旋轉(zhuǎn)的滾柱軸承)進(jìn)行闡述。該向心推力球軸承210是這樣的，即有多個(gè)陶瓷制成的滾珠(滾動(dòng)件)213，借助于保持架214位于內(nèi)環(huán)211和外環(huán)212之間，該內(nèi)環(huán)211和外環(huán)212由鋼材制成，內(nèi)環(huán)211安裝在旋轉(zhuǎn)軸215上。DLC薄膜形成在內(nèi)環(huán)211的滾道表面和外環(huán)212的滾道表面上。保持架214為外環(huán)導(dǎo)向型。
如圖13所示，DLC薄膜還可以在中間層和含有如Cr、W、Ti、Si的金屬元素的碳層之間不形成交界面，并在其間形成組成成分從中間層向碳層連續(xù)變化的復(fù)合層(傾斜層)。而且，DLC薄膜的塑性變形硬度設(shè)定為8-35Gpa。
形成DLC薄膜的工藝包括非平衡濺射工藝或等離子CVD，舉例來說，采用由科比鋼鐵工程有限公司(Kobe Steel Works，Ltd.，)生產(chǎn)的非平衡磁控管濺射裝置(UBMS504)，或由Shinko Seiki有限公司制造的熱電極等離子CVD裝置來形成DLC薄膜比較好。
圖15所示的是DLC薄膜的等效彈性模數(shù)、塑性變形硬度以及疲勞強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表。該疲勞強(qiáng)度是采用止推耐久試驗(yàn)機(jī)(未示出)在加載有2Gpa的Hertz接觸應(yīng)力的條件下，在交變應(yīng)力的次數(shù)達(dá)到109時(shí)，以DLC薄膜是否存在剝離來進(jìn)行評(píng)估的。測(cè)試條件是8000min-1的轉(zhuǎn)數(shù)以及采用油脂潤(rùn)滑。
從圖15中可以清楚地看出，DLC薄膜的塑性變形硬度為8-35Gpa，高于基材的塑性變形硬度；DLC薄膜的等效彈性模數(shù)最好為80-280Gpa，要小于基材的等效彈性模數(shù)，以便獲得較高的疲勞強(qiáng)度。
如果DLC薄膜的塑性變形硬度小于8Gpa，則磨損就會(huì)變大，如果DLC薄膜的塑性變形硬度超過35Gpa，就會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂。如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)小于100Gpa，DLC薄膜的表面硬度就會(huì)下降且抵抗較大接觸應(yīng)力的磨損也就易于上升，如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)超過280Gpa時(shí)，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)就會(huì)變得大于基材(鋼材)的等效彈性模數(shù)，并且由于鋼材會(huì)先于DLC薄膜隨著較大的接觸應(yīng)力而變形，因此就產(chǎn)生DLC薄膜由于受到交變應(yīng)力而破裂的問題。
塑性變形硬度(H)與等效彈性模數(shù)(E)的比例(H/E)在0.08-0.16之間比較好，且復(fù)合層為DLC薄膜的總厚度的1-99％(5-50％更好)，DLC薄膜的最外表面的碳元素的含量為100％。
在第五實(shí)施例中，碳元素、鉻元素以及離子的比例之間的關(guān)系以及DLC薄膜厚度，與圖9中所示的第四實(shí)施的情況相同。
DLC薄膜的厚度在0.1-5μm比較好，最好為0.5-3μm。如果厚度小于0.1μm，基材表面會(huì)大量地暴露出來，且DLC薄膜的特性就降低，結(jié)果滑動(dòng)特性和防磨損的改進(jìn)效果比較小。另一方面，如果厚度大于5μm，則薄膜內(nèi)的應(yīng)力變大，以至于損壞與基材之間的粘附性。
作為其上形成有DLC薄膜的基材的滾道表面的金屬材料，也就是說，作為軸承鋼，比較合適的是，其中要存在一種材料，該材料形成有次級(jí)硬化沉淀的共晶碳化物(例如，高速鋼，半高速鋼或馬氏體基不銹鋼)；一種通過構(gòu)成元素得到提高回火穩(wěn)定性以便穩(wěn)定尺寸的材料(等同于高碳鉻鋼的材料)。前者包括例如SKD、SKH、SUS440，而后者不僅包括耐熱的特殊軸承鋼，這種鋼含有例如Si0.7-1.5wt％、Cr0.5-2.0wt％、Mo0.5-2.0wt％，還包括例如M50、M50NIL材料。
可以在用一種通用軸承鋼(SUJ2)作為滾道表面的金屬材料，在這種情況下，回火溫度確定為120-400℃，但是在180-330℃比較好，在180-260℃之間更好。如果回火溫度低于120℃，則軸承就會(huì)在DLC薄膜的形成溫度(120-130℃)下變形；如果回火溫度高于400℃，則會(huì)顯著地降低表面硬度。因此，為了使得軸承不在DLC薄膜的形成溫度(120-130℃)下變形并且使得其表面硬度為HRC50或更硬，使得回火溫度落在上述溫度范圍比較好。
作為將要在其上形成DLC薄膜的基材的表面預(yù)處理，合適的是在氮化處理、氣體氮化、離子氮化或離子注入技術(shù)之中，適當(dāng)?shù)乜刂频暮渴潜容^理想的。例如，氮化層的厚度在0.1-60μm之間比較理想，如同一個(gè)擴(kuò)散層，氮的密度為0.1-0.8％比較好，如果其密度小于0.1％，則表面部分的滑動(dòng)性能較短(short)，而另一方面，如果密度大于0.8％，則氮在表面的密度較高，基材與反應(yīng)所得的沉淀之間的粘附性就變壞。
上述結(jié)構(gòu)的DLC薄膜為什么有用的原因是，因?yàn)镈LC薄膜的表面硬度與象氮化硅這樣的用到滾動(dòng)件中的陶瓷的表面硬度相等，DLC薄膜的防咬合性能和防磨損性能，比軸承環(huán)的基材更為優(yōu)秀，且該DLC薄膜具有優(yōu)良的潤(rùn)滑特性、較低的摩擦系數(shù)以及較高的疲勞強(qiáng)度。而且通過在要求力矩特性較低和發(fā)熱性能較低的滾動(dòng)軸承上形成DLC薄膜，這些性能都得到提高。
在具有內(nèi)外軸承環(huán)且該軸承環(huán)上形成有DLC薄膜的向心推力球軸承，安裝到機(jī)床的主軸上，在象油脂潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑一樣的微油潤(rùn)滑或者在直接進(jìn)行噴射的微油潤(rùn)滑條件下使用該軸承，降低潤(rùn)滑劑的抗剪切度或抗攪動(dòng)性能并實(shí)現(xiàn)低力矩和低發(fā)熱量時(shí)，盡管油膜會(huì)在滾珠和滾道表面之間的接觸部分處破裂，且滾珠和滾道表面彼此接觸，但是能夠通過DLC薄膜自身所導(dǎo)致的較低力矩和較低的發(fā)熱量，有利地避免象咬合或磨損這種損壞的發(fā)生，并提高防咬合和抗磨損效果。
順帶一句，上述實(shí)施例采用的是在內(nèi)外環(huán)211、212的滾道表面上形成DLC薄膜的例子，但是如果有必要，在內(nèi)環(huán)211的外徑表面的整個(gè)表面上、在外環(huán)212的內(nèi)徑表面的整個(gè)表面上，或者在內(nèi)環(huán)211和外環(huán)212的其中一個(gè)上形成DLC薄膜就足夠了。
此外，在內(nèi)環(huán)211的整個(gè)表面上、在外環(huán)212的整個(gè)表面上或者保持架214上形成DLC薄膜也足夠了。此外，在鋼材制成的滾動(dòng)件213的整個(gè)表面上形成有DLC薄膜。
該實(shí)施例采用了向心推力球軸承作為用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，除此之外，可以將圖16所示的圓柱滾柱軸承用于本發(fā)明。
該圓柱滾珠軸承(用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承)220是這樣的，即有多個(gè)滾柱(滾動(dòng)件)223借助于保持架224位于內(nèi)環(huán)221和外環(huán)222之間，該內(nèi)環(huán)221和外環(huán)222由鋼材制成，內(nèi)環(huán)221安裝在旋轉(zhuǎn)軸(未示出)上。DLC薄膜形成于位于內(nèi)環(huán)221外徑表面上的滾道表面上、在環(huán)225邊緣上、和位于外環(huán)222內(nèi)徑表面上的滾道表面上、保持架的引導(dǎo)表面以及在滾柱223的整個(gè)表面上，和保持架224的外徑表面上。保持架224為外環(huán)導(dǎo)向型。
在將這種結(jié)構(gòu)的圓柱滾柱軸承安裝到機(jī)床的主軸上，在象油脂潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑一樣的微油潤(rùn)滑條件下或者在直接進(jìn)行噴射的微油潤(rùn)滑條件下使用該軸承，降低潤(rùn)滑劑的抗剪切度或抗攪動(dòng)性能，并實(shí)現(xiàn)低力矩和低發(fā)熱量，盡管油膜會(huì)在滾柱和環(huán)225的邊緣之間的接觸部分、在保持架224和外環(huán)222的引導(dǎo)表面之間的接觸部分、以及在滾柱223和滾道表面等處破裂，使得保持架224直接與滾道環(huán)接觸，但是能夠通過DLC薄膜自身所導(dǎo)致的較低力矩和較低的發(fā)熱量，而有利地避免象咬合或磨損這種損壞的發(fā)生，并和上述實(shí)施例一樣提高防咬合和抗磨損效果。其它結(jié)構(gòu)和工作效果幾乎相同，因此將其解釋省掉。
圖17-19所示的是試驗(yàn)結(jié)果，其中采用圖3所示的試驗(yàn)機(jī)測(cè)量出向心推力球軸承在油氣潤(rùn)滑條件下的溫度上升幅度(在外環(huán)中溫度的上升幅度)和咬合極限，以便證實(shí)本發(fā)明的效果。表7所示的是該測(cè)試中所用的樣本(軸承的描述)。溫度上升的幅度與整個(gè)向心推力球軸承中所產(chǎn)生的熱量一致。
表7

A內(nèi)環(huán)的薄膜厚度 B外環(huán)的薄膜厚度C塑性變形硬度D等效彈性模數(shù)E內(nèi)外環(huán)的材料F滾動(dòng)件的材料G接觸角(度)H內(nèi)徑 I外徑J滾動(dòng)件的節(jié)圓直徑K滾動(dòng)件的直徑該試驗(yàn)采用一些向心推力球軸承作為樣本，該軸承包括由SUJ2制成的內(nèi)徑為100mm的內(nèi)環(huán)，由SUJ2制成的外徑為160mm的外環(huán)，以及由Si3N4制成的陶瓷滾動(dòng)件(節(jié)圓直徑為132.5mm)。保持架為外環(huán)導(dǎo)向型。
在圖17-19所示的試驗(yàn)中，施加在向心推力球軸承上的軸向負(fù)載為1470N，采用以VG22油作為潤(rùn)滑劑的油氣潤(rùn)滑作為該向心推力球軸承的潤(rùn)滑方式。VG22為JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))K2211所定義的一種潤(rùn)滑劑。在圖17-19中的縱坐標(biāo)軸上的外環(huán)的溫度上升幅度值，表示通過安裝在外環(huán)的外徑表面上的熱電偶34，根據(jù)外環(huán)中溫度上升情況(外環(huán)中的溫度-外部空氣的溫度)測(cè)量出的外環(huán)溫度的結(jié)果。至于潤(rùn)滑條件，本發(fā)明的產(chǎn)品(實(shí)例)和普通產(chǎn)品(對(duì)比例)在試驗(yàn)中經(jīng)受了三種，即0.1cc/小時(shí)(圖17)、0.675cc/小時(shí)(圖18)以及5.4cc/小時(shí)(圖19)。
在圖17-19的例N1中，僅僅在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面上采用Kobe Steel Works有限公司制造的UBMS裝置形成有DLC薄膜。
在圖17-19的例O1中，在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面和外環(huán)滾道表面上采用Kobe Steel Works有限公司制造的UBMS裝置形成有DLC薄膜。
在圖17-19的例P1中，僅僅在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面上采用Shinko Seiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
在圖17-19的例Q1中，在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面和外環(huán)滾道表面上采用Shinko Seiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
在圖17-19中的對(duì)比例A1為形成有DLC薄膜普通向心推力球軸承。
正如在圖17-19中所看到的那樣，實(shí)例N1、O1、P1以及Q1顯示出基本相等的性能，與對(duì)比例A1相比在溫度上升幅度(外環(huán)中的溫度)方面較低而咬合極限方面較高。因此，本發(fā)明的產(chǎn)品明顯對(duì)向心推力球軸承的高速和溫度的緩慢上升有用。實(shí)例和對(duì)比例之間的差別在DmN值超過2000000的范圍內(nèi)會(huì)更明顯。
圖20所示的是在油脂潤(rùn)滑條件下測(cè)量出的向心推力球軸承的溫度上升幅度(在外環(huán)中溫度的上升幅度)和咬合極限的試驗(yàn)結(jié)果。表8所示的是該測(cè)試中所用的樣本。溫度上升的幅度與整個(gè)向心推力球軸承中所產(chǎn)生的熱量一致。
表8

A內(nèi)環(huán)的薄膜厚度B外環(huán)的薄膜厚度C塑性變形硬度 D等效彈性模數(shù)E內(nèi)外環(huán)的材料 F滾動(dòng)件的材料G接觸角(度) H內(nèi)徑I外徑J滾動(dòng)件的節(jié)圓直徑 K滾動(dòng)件的直徑該試驗(yàn)采用一些向心推力球軸承作為樣本，該軸承包括由SUJ2制成的內(nèi)徑為65mm的內(nèi)環(huán)，由SUJ2制成的外徑為100mm的外環(huán)，以及由Si3N4制成的陶瓷滾動(dòng)件(節(jié)圓直徑為81.65mm)。保持架為外環(huán)導(dǎo)向型。
在圖20所示的試驗(yàn)中，在安裝作為樣本的各個(gè)向心推力球軸承時(shí)，施加一個(gè)恒定位置預(yù)加負(fù)載的設(shè)定預(yù)加負(fù)載量(軸承在安裝時(shí)的軸向剛度98N/μm)，作為向心推力球軸承的潤(rùn)滑方式，在此采用油脂潤(rùn)滑，其中油脂為NOK Kluber公司制造的Isoflex NBU(密封量軸承空間容積的15％)。
在圖20中，外環(huán)的溫度上升幅度值表示通過安裝在外環(huán)的外徑表面上的熱電偶，根據(jù)外環(huán)中溫度上升情況(外環(huán)中的溫度-外部空氣的溫度)測(cè)量出的外環(huán)溫度的結(jié)果。
圖20中的例R1僅僅在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面上采用Kobe SteelWorks有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖20中的例S1在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面和外環(huán)滾道表面上采用Kobe Steel Works有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖20中的例T1僅僅在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面上采用ShinkoSeiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖20中的例U1在向心推力球軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面和外環(huán)滾道表面上采用Shinko Seiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖20中的對(duì)比例B1為沒有形成DLC薄膜普通向心推力球軸承。
從圖20中可以看到，與對(duì)比例B1相比，本發(fā)明的產(chǎn)品R1、S1、T1以及U1在溫度上升幅度(外環(huán)中的溫度)方面較低而咬合極限方面較高，并顯示出基本相同的性能，因此可以看出，即使只內(nèi)環(huán)滾道表面上形成DLC薄膜，本發(fā)明的產(chǎn)品也會(huì)對(duì)向心推力球軸承的高速和溫度的緩慢上升有用。
圖21所示的是在油氣潤(rùn)滑條件下測(cè)量出的圓柱滾柱軸承的溫度上升幅度(在外環(huán)中溫度的上升幅度)和咬合極限的試驗(yàn)結(jié)果。表9所示的是該測(cè)試中所用的樣本。溫度上升的幅度與整個(gè)圓柱滾柱軸承中所產(chǎn)生的熱量一致。
表9

A內(nèi)環(huán)和環(huán)的薄膜厚度 B外環(huán)的薄膜厚度C塑性變形硬度D等效彈性模數(shù)E內(nèi)外環(huán)的材料F滾動(dòng)件的材料H內(nèi)徑 I外徑 J滾動(dòng)件的節(jié)圓直徑該試驗(yàn)采用一些圓柱滾柱軸承作為樣本，該軸承包括由含有例如Si0.7-1.5wt％、Cr0.5-2.0wt％、Mo0.5-2.0wt％的耐熱的特殊軸承鋼制成的、其表面采用氮化碳預(yù)先進(jìn)行處理的內(nèi)徑為70mm的內(nèi)環(huán)，由與內(nèi)環(huán)相同的材料制成的外徑為100mm的外環(huán)，以及由與內(nèi)環(huán)相同的材料制成的滾動(dòng)件(節(jié)圓直徑為91mm)。保持架為外環(huán)導(dǎo)向型。
在圖21所示的試驗(yàn)中，可以將徑向空間調(diào)節(jié)成0μm，以便安裝作為樣本的圓柱滾柱軸承。采用以VG22油作為潤(rùn)滑劑的油氣潤(rùn)滑作為潤(rùn)滑方式。VG22為JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))K2211所定義的一種潤(rùn)滑劑。在圖21中的縱坐標(biāo)軸上的外環(huán)的溫度上升幅度值，表示通過安裝在外環(huán)的外徑表面上的熱電偶34，根據(jù)外環(huán)中溫度上升情況(外環(huán)中的溫度-外部空氣的溫度)測(cè)量出的外環(huán)溫度的結(jié)果。至于潤(rùn)滑條件，本發(fā)明的產(chǎn)品(實(shí)例)和現(xiàn)有產(chǎn)品(對(duì)比例)都經(jīng)受0.0375cc/小時(shí)的試驗(yàn)。
圖21中的例N2在圓柱滾柱軸承的環(huán)邊緣和內(nèi)環(huán)滾道表面上采用KobeSteel Works有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖21中的例O2在圓柱滾柱軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面、環(huán)邊緣以及外環(huán)滾道表面上采用Kobe Steel Works有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖21中的例P2在圓柱滾柱軸承的環(huán)邊緣和內(nèi)環(huán)滾道表面上采用ShinkoSeiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖21中的例Q2在圓柱滾柱軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面、環(huán)邊緣以及外環(huán)滾道表面上采用Shinko Seiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖21中的對(duì)比例A2為沒有形成DLC薄膜普通圓柱滾柱軸承。
從圖21中可以看到，，本發(fā)明的產(chǎn)品N2、O2、P2以及Q2顯示出基本相同的性能，并且與對(duì)比例A2相比在溫度上升幅度(外環(huán)中的溫度)方面較低，咬合極限方面較高。因此很清楚，本發(fā)明的產(chǎn)品明顯對(duì)圓柱滾柱軸承的高速和溫度的緩慢上升有用。
圖22所示的是在油脂潤(rùn)滑條件下測(cè)量出的圓柱滾柱軸承的溫度上升幅度(在外環(huán)中溫度的上升幅度)和咬合極限的試驗(yàn)結(jié)果。表10所示的是該測(cè)試中所用的樣本。溫度上升的幅度與整個(gè)圓柱滾柱軸承中所產(chǎn)生的熱量一致。
表10

A內(nèi)環(huán)和環(huán)的薄膜厚度 B外環(huán)的薄膜厚度C塑性變形硬度D等效彈性模數(shù)E內(nèi)外環(huán)的材料F滾動(dòng)件的材料H內(nèi)徑I外徑 J滾動(dòng)件的節(jié)圓直徑該試驗(yàn)采用一些圓柱滾柱軸承作為樣本，該軸承包括由含有例如Si0.7-1.5wt％、Cr0.5-2.0wt％、Mo0.5-2.0wt％的耐熱的特殊軸承鋼制成的，其表面采用氮化碳預(yù)先進(jìn)行處理的內(nèi)徑為70mm的內(nèi)環(huán)，由與內(nèi)環(huán)相同的材料制成的外徑為100mm的外環(huán)，以及由與內(nèi)環(huán)相同的材料制成制成的滾動(dòng)件(節(jié)圓直徑為91mm)。保持架為外環(huán)導(dǎo)向型。
在圖22所示的試驗(yàn)中，可以將徑向空間調(diào)節(jié)成0μm，以便安裝作為樣本的圓柱滾柱軸承。采用以VG22油作為潤(rùn)滑劑的油氣潤(rùn)滑作為潤(rùn)滑方式，其中潤(rùn)滑劑為Isoflex NBU15(密封量軸承空間容積的15％)。在圖22中的縱坐標(biāo)軸上的外環(huán)的溫度上升幅度值，表示通過安裝在外環(huán)的外徑表面上的熱電偶34，根據(jù)外環(huán)中溫度上升情況(外環(huán)中的溫度-外部空氣的溫度)測(cè)量出的外環(huán)溫度的結(jié)果。
圖22中的例R2在圓柱滾柱軸承的環(huán)邊緣和內(nèi)環(huán)滾道表面上采用KobeSteel Works有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖22中的例S2在圓柱滾柱軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面、環(huán)邊緣以及外環(huán)滾道表面上采用Kobe Steel Works有限公司制造的UBMS裝置504形成有DLC薄膜。
圖22中的例T2在圓柱滾柱軸承的環(huán)邊緣和內(nèi)環(huán)滾道表面上采用ShinkoSeiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖22中的例U2在圓柱滾柱軸承的內(nèi)環(huán)滾道表面、環(huán)邊緣以及外環(huán)滾道表面上采用Shinko Seiki有限公司制造的PIG系統(tǒng)薄膜成形裝置形成有DLC薄膜。
圖22中的對(duì)比例B2為沒有形成DLC薄膜普通圓柱滾柱軸承。
從圖22中可以看到，本發(fā)明的產(chǎn)品R2、S2、T2以及U2與對(duì)比例B2相比在溫度上升幅度(外環(huán)中的溫度)方面較低，咬合極限方面較高。因此很清楚，本發(fā)明的產(chǎn)品R2、S2、T2以及U2顯示出基本相同的性能，并且即使只內(nèi)環(huán)(內(nèi)環(huán)滾道表面以及環(huán)邊緣)上形成DLC薄膜，本發(fā)明的產(chǎn)品也會(huì)對(duì)圓柱滾柱軸承的高速和溫度的緩慢上升有用。
從上面的闡述可以看到，根據(jù)本發(fā)明的第五和第六實(shí)施例，必然能實(shí)現(xiàn)較低力矩和較低的發(fā)熱量，并獲得高速旋轉(zhuǎn)條件下的抗咬合性能和防磨損性能。
下面將參照?qǐng)D23-27對(duì)滾動(dòng)滑動(dòng)件和滾動(dòng)裝置第七實(shí)施例進(jìn)行闡述圖23中的推力滾珠軸承包括具有滾道表面301a的內(nèi)環(huán)301；具有與滾道表面301a相對(duì)的滾道表面302a的外環(huán)302；一些滾珠303，這些滾珠可轉(zhuǎn)動(dòng)地位于兩滾道表面301a和302a之間；以及保持架304，該保持架沿著軸承的周邊以均勻的間隔保持著兩滾道表面301a和302a之間的這些滾珠。
內(nèi)環(huán)301、外環(huán)302、以及滾珠303由SUJ2的鋼材制成。就內(nèi)環(huán)301和外環(huán)302的尺寸而言，內(nèi)徑為30mm，外徑為62mm，厚度為7mm，且滾道表面301a和302a的橫向剖面構(gòu)成弧形，該弧形的曲率半徑為滾珠303直徑的52％。
內(nèi)環(huán)301的滾道表面301a、外環(huán)302的滾道表面302a以及滾珠303的滾動(dòng)表面上帶有碳一樣的金剛石層(DLC)D，該DLC層D具有潤(rùn)滑特性，其等效彈性模數(shù)為100-240Gpa。如圖24所示，該DLC層D包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的一種或幾種金屬構(gòu)成的金屬層M，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層F，以及一層由碳構(gòu)成的碳層C，這三層從表面一側(cè)開始按碳層C、復(fù)合層F、金屬層M的順序排列。
下面以外環(huán)302為例對(duì)DLC薄膜的形成工藝進(jìn)行說明。
將脫油脂后的外環(huán)302安裝到Kobe Steel Works有限公司制造的非平衡磁控管濺射裝置(UBMS504)上，并采用氬等離子體通過濺射工藝進(jìn)行1 5分鐘的轟擊處理。
將鎢和鉻作為目標(biāo)物，這兩種金屬在滾道表面302a上受到濺射，從而形成金屬層M。隨后，在連續(xù)濺射這兩種金屬時(shí)，開始濺射碳，以碳作為目標(biāo)。通過這種濺射工藝，就在金屬層M上形成這兩種金屬與碳的碳化物復(fù)合層F。
逐漸降低這兩種金屬的濺射效率，并緩慢增加碳的濺射效率。結(jié)束這兩種金屬的濺射，并且僅僅進(jìn)行碳的濺射，從而在復(fù)合層F上形成碳層(DLC薄膜的整體厚度2.2μm)C。
如果通過濺射形成該薄膜，那么就能夠連續(xù)地形成DLC薄膜，并能夠使得該層的組成成分從含有兩種金屬的一層(金屬層M)向另一層(碳層C)緩慢地改變。具有這種結(jié)構(gòu)的DLC薄膜D在各個(gè)層(金屬層M、復(fù)合層F以及碳層C)之間具有非常優(yōu)良的粘附性，而且在具有優(yōu)良潤(rùn)滑特性的碳層和作為基材的鋼材之間也具有非常優(yōu)良的粘附性。
在UBMS裝置上安裝有一些目標(biāo)物，由于各個(gè)目標(biāo)物的濺射電源都獨(dú)立進(jìn)行控制，由此可以隨意地進(jìn)行控制，該UBMS裝置適用于形成薄膜。例如，在形成復(fù)合層F和碳層C的過程中，在連續(xù)降低金屬目標(biāo)物的濺射源(DC電源)的電功率的同時(shí)，增加C目標(biāo)物的濺射源(DC電源)的電功率，(此時(shí)向外環(huán)302供應(yīng)負(fù)偏壓)。
在此，將參照?qǐng)D25中的測(cè)量圖表，對(duì)采用一種輝光放電發(fā)射分析儀(Shimadzu公司制造的的GDLS-9950)對(duì)形成DLC薄膜的元素進(jìn)行分析所得到結(jié)果進(jìn)行解釋。
圖表的橫坐標(biāo)軸表示距離表面的深度，即0nm就是DLC薄膜的表面?？v坐標(biāo)軸表示各種元素在某深度位置的含量。
由于深度方向的信息可以通過采用氬氣的放電來獲得，表示各種元素含量的曲線主要位于作為基材的鋼材和DLC薄膜D之間的交界面中。由于作為基材的鋼材和DLC薄膜D之間的交界面位于8000nm的附近，從該圖表中可以得出，DLC薄膜的厚度大約為8μm，但是該方法采用放電發(fā)射對(duì)直徑為2mm的圓形部分進(jìn)行分析，因此DLC薄膜在深度方向上精確地講大約為8μm，但是DLC薄膜的實(shí)際厚度為2.2μm。
就與推力滾珠軸承結(jié)構(gòu)一樣的軸承而言，可以制備出各種測(cè)試軸承，其金屬層和復(fù)合層中可改變采用各種金屬，可以進(jìn)行疲勞試驗(yàn)以便評(píng)估DLC薄膜的滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度。在測(cè)試中，僅僅在外環(huán)的滾道表面上形成DLC薄膜，且在內(nèi)環(huán)的滾道表面之間布置有三個(gè)滾珠。將涂上0.5ml的用己烷稀釋到3％的礦物油來潤(rùn)滑外環(huán)的滾道表面。
旋轉(zhuǎn)測(cè)試條件為，軸向負(fù)載為6kN，旋轉(zhuǎn)速度為6000rpm。在內(nèi)部插入熱電偶以便測(cè)量溫度，并且，在達(dá)到200℃時(shí)，DLC薄膜破裂且基材暴露，因此將達(dá)到200℃時(shí)的時(shí)間確定為持續(xù)時(shí)間。
測(cè)試金屬的種類和測(cè)試結(jié)果都表示在圖26的曲線中。例11-15采用兩種金屬，通過離子輔助效果控制金屬碳化物的產(chǎn)生，因此持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)。特別的是，在例11中鉻和鎢組合在持續(xù)時(shí)間方面非常優(yōu)秀。其它組合例如鈦和鎢或者鈦-鉻-鎢尤其比較好。
因此，如鉻一樣具有低熔點(diǎn)的金屬和象鎢一樣具有高熔點(diǎn)的金屬進(jìn)行組合是比較理想的，由于金屬碳化物的脆度變小，如果高熔點(diǎn)的金屬多于低熔點(diǎn)的金屬，那么這種效果就會(huì)比較大。
另一方面，具有一種金屬的對(duì)比例1-3其金屬碳化物的脆度比較大，因此DLC薄膜易于遭到破壞，不能獲得足夠的持續(xù)時(shí)間。
對(duì)比例14采用兩種金屬(鈦和鉻)，并通過全陰極式離子噴鍍工藝形成金屬層薄膜，并通過等離子CVD工藝在該金屬層上形成碳層。因此，由于沒有復(fù)合層，DLC薄膜和作為基材的鋼材之間的粘附性不足，因此持續(xù)時(shí)間就比較短。
就與圖23中的推力球軸承結(jié)構(gòu)一樣的軸承而言，可以制備出各種測(cè)試軸承，其DLC薄膜的等效彈性模數(shù)可以有各種改變，可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試以便評(píng)估DLC薄膜的壽命和等效彈性模數(shù)之間的相互關(guān)系。在測(cè)試中，外環(huán)是一個(gè)沒有滾道溝槽的平面元件，而與滾珠接觸的滾道部分形成有DLC薄膜，有11個(gè)滾珠位于內(nèi)外環(huán)的滾道表面之間。
DLC薄膜采用與上述裝置相同的UMBS裝置形成，在金屬層和復(fù)合層中采用鉻和鎢這兩種金屬?？梢酝ㄟ^控制供給到外環(huán)上的偏壓或者通過控制待引入氣體的分壓力，來改變DLC薄膜的等效彈性模數(shù)。
如果控制待引入氣體(Ar、H2或如CH4一樣的烴基氣體)的種類或分壓力的比例，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)和滑動(dòng)阻力就能夠隨意地進(jìn)行控制，因此就能夠通過引入一種混合氣體或單純氣體形成一種滿足某種目的的理想DLC薄膜。
而且，可以通過控制濺射時(shí)間來精確地控制DLC薄膜的厚度。
在礦物油條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試，測(cè)試條件(軸向負(fù)載和旋轉(zhuǎn)速度)與上述測(cè)試條件相同。采用安裝到軸承支承部分上的由Endebuko公司制造的加速傳感器可以測(cè)量振動(dòng)，DLC薄膜的破裂由于振動(dòng)值的增加而檢測(cè)到。通過記錄軸承到DLC薄膜破裂為止時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)，來評(píng)估DLC薄膜的壽命。測(cè)試結(jié)果表示在圖27的曲線中。
從該曲線可以看出，如果DLC薄膜的等效彈性模數(shù)位于100-240Gpa中，則DLC薄膜的壽命就比較長(zhǎng)。
第七實(shí)施例表示的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明并不受該實(shí)例的限制。
在第七實(shí)施例中，以推力滾珠軸承為例進(jìn)行解釋，但是本發(fā)明的滾動(dòng)裝置可以用于各種滾動(dòng)軸承上，例如深溝滾珠軸承、向心推力球軸承、圓柱滾柱軸承、錐形滾柱軸承、滾針軸承、象自位滾柱軸承一樣的徑向型滾動(dòng)裝置、象推力滾柱軸承一樣的推力型滾動(dòng)裝置。
在第七實(shí)施例中，以滾動(dòng)軸承作為滾動(dòng)裝置的例子進(jìn)行解釋，但是本發(fā)明的滾動(dòng)裝置可以應(yīng)用到各種滾動(dòng)裝置上，例如，可以應(yīng)用到線性導(dǎo)向軸承、滾珠絲杠、或其它的象直接作用軸承的滾動(dòng)裝置上。
此外，DLC薄膜可以采用非平衡磁控管通過濺射方式形成，但是也可以根據(jù)脈沖激光弧光噴鍍工藝(pulse laser arc deposition process)或等離子DVC工藝進(jìn)行。濺射方式尤其合適，該濺射方式采用非平衡磁控管易于獨(dú)立控制等效彈性模數(shù)和塑性變形硬度。
如上所述，帶有由兩種或多種金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層的DLC薄膜的粘附性較為優(yōu)良且脆度較小。因此，本發(fā)明的滾動(dòng)滑動(dòng)件和滾動(dòng)裝置能夠在作用有較大接觸應(yīng)力的條件下或在無油狀態(tài)下適當(dāng)工作。
由于等效彈性模數(shù)為100-240Gpa，優(yōu)選為80-240GPa，因此DLC薄膜即使在受到交變應(yīng)力時(shí)也難以破裂。
下面進(jìn)一步參照?qǐng)D28和29對(duì)本發(fā)明的第八實(shí)施例進(jìn)行說明。
在第八實(shí)施例中，以圖28中所示的深溝滾珠軸承作為滾動(dòng)滑動(dòng)件的例子進(jìn)行說明。
在該滾動(dòng)軸承中，作為滾動(dòng)件403的滾珠位于內(nèi)環(huán)401和外環(huán)402的滾動(dòng)表面之間，該滾動(dòng)軸承還包括一個(gè)波形保持架404。
內(nèi)環(huán)401、外環(huán)402以及滾動(dòng)件403這樣處理，即以軸承鋼作為基材，在內(nèi)環(huán)401的滾動(dòng)表面和外環(huán)402的滾動(dòng)表面上形成DLC薄膜405。
構(gòu)成內(nèi)環(huán)401、外環(huán)402以及滾動(dòng)件403的基材在200℃-280℃的高溫下經(jīng)過回火處理，使得殘余奧氏體的體積百分比為6％或更低，且表面硬度在Hv600-Hv740這一范圍內(nèi)。
DLC薄膜405采用在第三和第四實(shí)施例中描述的那種非平衡磁控管濺射裝置(UBMS)形成，從基材表面這一側(cè)開始按照金屬層、復(fù)合層以及碳層的順序排列。
在上述結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)軸承中，盡管形成有DLC薄膜405，但是軸承部件的尺寸穩(wěn)定性得到提高，DLC薄膜405的粘附性得到改善，即使在承受交變應(yīng)力時(shí)也能防止其在使用的前期階段產(chǎn)生剝離。
上述軸承以在表11中所示的JIS這一欄所描述的SUJ1-5來舉例進(jìn)行說明。
表11

第八實(shí)施例以在外環(huán)402和內(nèi)環(huán)401上形成DLC薄膜405這種情況進(jìn)行舉例說明，DLC薄膜405可以形成于滾動(dòng)元件403這一側(cè)。順帶一句，在與相對(duì)元件接觸的部分上存在DLC薄膜就足夠了。
在第八實(shí)施例中，以深溝滾珠軸承為例進(jìn)行解釋，但是，本發(fā)明可以應(yīng)用列各種滾動(dòng)軸承上，例如向心推力球軸承、圓柱滾柱軸承、錐形滾柱軸承、滾針軸承、象自位滾柱軸承一樣的徑向型滾動(dòng)裝置、象推力滾柱軸承一眼的推力型滾動(dòng)裝置。
在第八實(shí)施例中，以滾動(dòng)軸承為例進(jìn)行解釋，但是本發(fā)明的滾動(dòng)滑動(dòng)件可以應(yīng)用到各種滾動(dòng)裝置上，例如，可以應(yīng)用到線性導(dǎo)向軸承、滾珠絲杠、或其它的例如直接作用軸承的滾動(dòng)裝置上。
而且以采用UBMS工藝形成DLC薄膜的情況為例進(jìn)行說明，其它薄膜成形工藝也可以，例如CVD、等離子CVD、離子束成形工藝、或離子化蒸汽沉積工藝。根據(jù)UBMS工藝，DLC薄膜的粘附性可以適當(dāng)?shù)靥岣摺?br> 在此，制造出了采用本發(fā)明第八實(shí)施例的深溝滾珠軸承的實(shí)例16-19，以及用作對(duì)比的深溝滾珠軸承的對(duì)比例16-19。
內(nèi)環(huán)401、外環(huán)402以及滾動(dòng)件403由軸承鋼SUJ2制成，該軸承鋼SUJ2由JIS規(guī)定，就實(shí)例17來說，在240℃下進(jìn)行回火獲得硬度為Hv694。
就對(duì)比例16-18而言，在60℃下進(jìn)行回火獲得硬度為Hv765。
如表11所示，實(shí)例16通過UBMS工藝在內(nèi)外環(huán)401、402上形成有DLC薄膜，該薄膜有三層，一層是由Cr和Fe制成的金屬層，一層是由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層。
而且，實(shí)例17通過離子噴鍍工藝在內(nèi)外環(huán)401、402上形成有DLC薄膜，該薄膜有三層，一層是由Cr和Fe構(gòu)成的金屬層，一層是由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層。
至于對(duì)比例16-19，如表12中所示，DLC薄膜采用等離子CVD工藝、離子噴鍍工藝、或UBMS工藝中的任何一種工藝形成。
在基材表面存在的殘余奧氏體的量也列在此。
表12

測(cè)試軸承6206表面壓力1.6Gpa每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)8000rpm環(huán)境大氣潤(rùn)滑條件礦物油，0.01(cc/10分鐘)在測(cè)試時(shí)，將熱電偶插入軸承外環(huán)的殼體內(nèi)，以溫度從靜態(tài)溫度開始上升20℃時(shí)的時(shí)間點(diǎn)來判斷軸承的壽命。該測(cè)試經(jīng)過10小時(shí)后停止。
如表12中所示，實(shí)例16-19中的每一個(gè)所達(dá)到的壽命都是對(duì)比例的兩倍。
也就是說，對(duì)比例16-18中的殘余奧氏體的量都超出了本發(fā)明范圍，因此其壽命要比實(shí)例的壽命短。
在對(duì)比例19中的殘余奧氏體的量位于本發(fā)明范圍內(nèi)，因此其壽命要長(zhǎng)于對(duì)比例16-18，但是，由于其回火溫度為320℃，基材的硬度小于Hv600，且壽命要短于本發(fā)明的實(shí)例。
由于以下原因，實(shí)例16-19的壽命比較長(zhǎng)。
這些實(shí)例在形成薄膜的過程中通過提高溫度分解了少量的殘余奧氏體，且由于沒有產(chǎn)生尺寸變化，因此DLC薄膜的粘附性較好。也就是說，通過將回火溫度確定為200℃或更高，獲得了一種特別是能夠延長(zhǎng)其上形成有DLC薄膜的軸承壽命的效果。
如果在260℃或更高溫度下進(jìn)行回火，殘余奧氏體的量會(huì)變成體積百分比為0％，但是表面硬度會(huì)下降。因此，在形成具有較大硬度的DLC薄膜時(shí)壽命依賴于基材的硬度。
按照本發(fā)明獲得的表面硬度位于Hv600-740比較好。在此所稱的表面硬度指的是DLC薄膜形成之前的表面硬度。
圖29所示的是涂有DLC的軸承的殘余奧氏體量和壽命之間的關(guān)系。
如果殘余奧式體的體積百分大于6％，由于DLC處理在軸承內(nèi)造成尺寸變化，且粘附性或軸承的精度變壞，使得耐久性變差。因此殘余奧式體量為6％體積百分比或更少比較好。
尤其是，殘余奧式體量為0％的體積百分比是合適的，表面硬度為Hv600或更高對(duì)本發(fā)明更合適。
這些條件可以通過具有在200-290℃下經(jīng)過回火的高碳鉻鋼的軸承來實(shí)現(xiàn)如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例，能夠確保DLC薄膜的優(yōu)良的潤(rùn)滑特性持續(xù)較長(zhǎng)的一段時(shí)間，即使在用于較大接觸應(yīng)力條件下DLC薄膜也不會(huì)剝離。
下面將參照?qǐng)D30-39對(duì)滾動(dòng)件的第九和第十實(shí)施例進(jìn)行說明。
第九實(shí)施例圖30所示的是作為本發(fā)明第九實(shí)施例的滾動(dòng)件的一個(gè)例子的、一種單列深溝滾珠軸承501的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。該深溝滾珠軸承501包括外環(huán)502、內(nèi)環(huán)503、一些可旋轉(zhuǎn)地位于外環(huán)502和內(nèi)環(huán)503之間的滾珠504、以及一個(gè)鋼質(zhì)非接觸密封件(Z形，未示出)。其尺寸為，內(nèi)徑8mm，外徑22mm，以及寬度7mm。
外環(huán)502、內(nèi)環(huán)503以及滾珠504由馬氏體不銹鋼(0.45C-13Cr-0.13N)制成，并在1050℃淬火30分鐘，在-80℃下低溫處理1小時(shí)，在460℃下回火2小時(shí)。滾珠504上形成有潤(rùn)滑層L，該潤(rùn)滑層L使其表面具有潤(rùn)滑特性。潤(rùn)滑層L具有氟化合物層F和象碳一樣的金剛石層C。F和C中這兩層從表面?zhèn)乳_始按氟化合物層F和碳一樣的金剛石層C的順序形成。
氟化合物層F包括氟化合物，該氟化合物含有例如全氟烷基團(tuán)和烴基團(tuán)。碳一樣的金剛石層C包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種金屬構(gòu)成的金屬層，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層，這三層從中心部分開始按金屬層、復(fù)合層、碳層的順序排列。
下面對(duì)在滾珠504的表面上形成氟化合物層F和象碳一樣的金剛石層C的方法進(jìn)行說明。
將脫油脂后的滾珠504安裝到Kobe Steel Works有限公司制造的非平衡磁控管濺射裝置(UBMS504)上，并采用氬等離子體通過濺射工藝進(jìn)行15分鐘的轟擊處理。然后在滾珠504的表面上形成由鈦制成的金屬層(中間層)作為含鈦的目標(biāo)物。
隨后，在向滾珠504輸送負(fù)偏壓的同時(shí)，增加碳目標(biāo)物的濺射效率，形成復(fù)合層和碳層，并形成碳一樣的金剛石層。采用行星球磨機(jī)，將滾珠504精加工到Ra0.004μm，并進(jìn)行沖洗和干燥。
至于薄膜成形工藝，采用非平衡磁控管通過濺射方式、脈沖激光弧光噴鍍工藝(pulse laser arc deposition process)或等離子DVC工藝形成比較好，并且在它們之間，采用非平衡磁控管的濺射方式尤其合適于滾動(dòng)滑動(dòng)件，因?yàn)樗子讵?dú)立控制等效彈性模數(shù)和塑性變形硬度。
尤其是，在基材為金屬層的情況下，如果碳一樣的金剛石層C的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成一層其內(nèi)部組成成分逐漸變化的傾斜層，就不會(huì)在其間形成交界面，由此使得碳一樣的金剛石層C和基材之間的粘附性提高。
此外，由于構(gòu)成碳一樣的金剛石層C的碳原子之間的相互結(jié)合力比較強(qiáng)，因此碳一樣的金剛石層C自身很少被磨損或損壞。而且碳一樣的金剛石層C加工得象上面所述的那樣堅(jiān)硬且表面光滑，因此滾珠504的滾動(dòng)阻力減輕，且滾動(dòng)作用變得非常光滑，而碳一樣的金剛石層C也難以被磨損。碳一樣的金剛石層C的粗糙度和硬度，可以通過調(diào)節(jié)碳一樣的金剛石層C在形成時(shí)薄膜形成環(huán)境的壓力或溫度及氣體種類或供給電壓而得到改變。
碳一樣的金剛石的等效彈性模數(shù)可以為80-240Gpa。如果等效彈性模數(shù)大于240Gpa，那么等效彈性模數(shù)就大于鋼材，且鋼材會(huì)先于碳一樣的金剛石C變形，因此，碳一樣的金剛石C由于受到交變應(yīng)力而易于破裂。如果等效彈性模數(shù)小于80Gpa，那么碳一樣的金剛石C的表面硬度就會(huì)降低，由于接觸應(yīng)力而易于產(chǎn)生磨損，碳一樣的金剛石C的功能就變壞。
構(gòu)成中間層的材料并不受到特別限制，就作為基材的鋼材中的合金元素或原子半徑幾乎等于鋼材的這樣的元素而言，可以采用例如Cr、W、Ti、Si、Ni、Fe或Co。其中，在基材為不銹鋼或軸承鋼的情況下，采用Ti、Cr或Ni用作中間層比較理想，并根據(jù)鋼的合金成分，也可以適當(dāng)?shù)剡x擇Si、W或Co。
接著，在碳一樣的金剛石層C上形成氟化合物層F。由Asahi Glass有限公司制造的Surflon SC-101(商品名)可以起到氟化合物的作用，因?yàn)樵摲衔锞哂腥榛鶊F(tuán)和烴基團(tuán)。該化合物采用一種象乙酸乙酯的溶劑進(jìn)行稀釋從而產(chǎn)生一種溶液(稀釋率為10％)，并將該溶液涂抹到滾珠504的表面并進(jìn)行熱處理，這樣就形成了氟化合物層F。特別地是，將滾珠504浸入該溶液中，并經(jīng)干燥和在250℃下進(jìn)行熱處理。經(jīng)過這樣處理后，就在滾珠504的最上表面形成氟化合物層F。
由于氟化合物與金屬之間的親和力非常低，因此其附著在金屬表面上的粘附力很弱。例如，JP-A-62-246621公開了一種在金屬表面上形成一層化合物薄膜的方法，該化合物含有全氟烷基團(tuán)，但是由于具有潤(rùn)滑特性的化合物和金屬的相關(guān)性非常弱，因此，粘附性較低，且難以賦予金屬表面充分的潤(rùn)滑特性。
但是，在第九實(shí)施例中，在滾珠504的金屬表面和氟化合物層F之間存在一層碳一樣的金剛石層C。由于氟化合物中的烴基團(tuán)與象DLC的碳具有親和力，烴基團(tuán)朝向碳一樣的金剛石層C這一側(cè)，因此其一部分被引入碳一樣的金剛石層C中。因此氟化合物層和碳一樣的金剛石層C之間的粘附性得到極大地增加。
由于氟化合物的全氟烷基團(tuán)排列在滾珠504的最上表面，因此就賦予了滾珠504的表面充分的潤(rùn)滑特性。因此，滾珠504具有優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，即使在邊界潤(rùn)滑條件下，其在耐磨損性能和耐腐蝕性能方面都非常優(yōu)秀。
下面就深溝滾珠軸承501對(duì)波動(dòng)耐久性測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行解釋。通過軸承在下述條件下反復(fù)進(jìn)行波動(dòng)運(yùn)動(dòng)后的旋轉(zhuǎn)力矩來評(píng)估其波動(dòng)耐久性。內(nèi)環(huán)在作用有49N的軸向負(fù)載的條件下以2rpm旋轉(zhuǎn)，測(cè)量在旋轉(zhuǎn)的初始階段所承受的旋轉(zhuǎn)力矩。
波動(dòng)運(yùn)動(dòng)的條件波動(dòng)頻率20Hz外環(huán)的波動(dòng)角度8°軸向負(fù)載49N反復(fù)波動(dòng)的次數(shù)5000000環(huán)境溫度室溫除了上述深溝滾珠軸承501外，可以對(duì)具有不同厚度的氟化合物層F的深溝滾珠軸承(其它結(jié)構(gòu)相同)進(jìn)行波動(dòng)耐久性測(cè)試。圖3 1中的曲線圖顯示了測(cè)試結(jié)果。氟化合物層F的厚度可以通過在氟化合物中采用乙酸乙酯進(jìn)行稀釋的比例進(jìn)行控制。稀釋比例指的是氟化合物的量對(duì)氟化合物與乙酸乙酯的總量的比例。例如，10％的稀釋比例指的是將10份的氟化合物采用90份的乙酸乙酯進(jìn)行稀釋。
從曲線圖中可以看出，如果稀釋比例為1％或更低，則在波動(dòng)測(cè)試時(shí)就易于產(chǎn)生侵蝕，造成旋轉(zhuǎn)力矩在波動(dòng)測(cè)試后變大的問題。這是因?yàn)榉衔飳覨薄膜的厚度太薄，且在波動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑縮短。因此使得稀釋比例大于1％比較好。
如果稀釋比例大于30％，旋轉(zhuǎn)力矩就會(huì)變得較好，但是易于產(chǎn)生成本上升、可加工性能變壞以及薄膜厚度不均勻。
為了穩(wěn)定耐侵蝕性能，稀釋比例為15％或更低一些比較好，為了獲得穩(wěn)定的潤(rùn)滑效果，稀釋比例為高于2％則更好。
作為對(duì)比例，在下述兩種深溝滾珠軸承上進(jìn)行相同的波動(dòng)耐久性測(cè)試。
對(duì)比例20中的深溝滾珠軸承在滾珠表面上具有碳一樣的金剛石層，其表面上沒有中間層，該對(duì)比例除了沒有形成氟化合物層和構(gòu)成外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及滾珠的材料不同外，其結(jié)構(gòu)與第九實(shí)施例中的深溝滾珠軸承相同。
對(duì)比例21中的深溝滾珠軸承在滾珠表面上具有全氟聚醚(氟化合物層)，除了沒有形成氟化合物層和構(gòu)成外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及滾珠的材料不同外，其結(jié)構(gòu)與第九實(shí)施例中的深溝滾珠軸承相同。
構(gòu)成對(duì)比例20和21的外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及滾珠的材料質(zhì)地是經(jīng)過淬火和回火后的軸承鋼(SUJ2)，其楊氏模量為220Gpa和表面硬度為7.5Gpa。
作為波動(dòng)耐久性測(cè)試結(jié)果，對(duì)比例20的深溝滾珠軸承的旋轉(zhuǎn)力矩大約為30mN·cm，而對(duì)比例21的深溝滾珠軸承的旋轉(zhuǎn)力矩大約為27mN·cm。經(jīng)確證對(duì)比例20和21的深溝滾珠軸承由于反復(fù)的波動(dòng)運(yùn)動(dòng)而在滾珠表面造成損壞。由于表面的粗糙度和磨損，因此在反復(fù)進(jìn)行波動(dòng)運(yùn)動(dòng)之前和之后旋轉(zhuǎn)力矩增加。
產(chǎn)品實(shí)例在第九實(shí)施例中，通過濺射工藝在滾珠504的表面上形成有碳一樣的金剛石層C。關(guān)于在滾珠表面上均勻地形成薄膜的工藝，將參照?qǐng)D32A和32B進(jìn)行解釋。該工藝涉及在軸承的滾珠(滾動(dòng)件)的球形表面上均勻地形成薄膜的工藝。
在使得氣體變成等離子體以便在金屬表面上形成薄膜的CVD薄膜形成工藝中，在適當(dāng)蒸汽狀物質(zhì)離子化以便在金屬表面上形成薄膜的PVD薄膜形成工藝中，現(xiàn)有的方法有，一種方法是對(duì)待加工的材料進(jìn)行處理，同時(shí)使材料繞其軸線旋轉(zhuǎn)以便提高形成薄膜時(shí)的粘附性和薄膜形成精度(JP-A-63-62875)；或者一種方法是對(duì)待加工的材料進(jìn)行處理，同時(shí)使材料自動(dòng)旋轉(zhuǎn)并使位于一空腔內(nèi)的含有待處理材料的模具公轉(zhuǎn)(JP-B-7-94711)。這些薄膜形成工藝能夠形成厚度均勻的薄膜，對(duì)工業(yè)機(jī)床比較有用。
在上述傳統(tǒng)的薄膜成形工藝中，待處理的材料通常為該工具所表示的桿形部件或環(huán)形部件，薄膜主要形成于該材料的周邊表面上。這些部件通過上述旋轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)能夠面對(duì)等離子體或離子的輻射方向，因此能夠形成厚度均勻的薄膜。
不過，在待處理材料為象滾珠一樣的用于軸承中的球形體時(shí)，就比較難以支承該材料，且非常難以形成象上述機(jī)床一樣的均勻厚度的薄膜。例如，一種方法是將一些滾珠放進(jìn)象桶一樣的金屬筐中，并在旋轉(zhuǎn)該桶的同時(shí)，由等離子體源或離子源供給形成薄膜的成分以便形成薄膜，但是滾珠的尺寸受到限制或者易于導(dǎo)致薄膜厚度的不均勻。
因此，本發(fā)明的方法解決了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問題，其目的是提供一種方法，該方法能夠在象軸承滾珠一樣的球體上形成厚度均勻的薄膜。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，該方法具有下述結(jié)構(gòu)。該方法向待處理的球形材料發(fā)射出一種薄膜形成物質(zhì)(例如，將一種由金屬生成的化合物變成等離子體或離子化氣體)以便在待處理的球形材料表面形成薄膜，接著將待處理的球形材料安裝到由非金屬材料構(gòu)成的可動(dòng)板上，并向待處理的球形材料發(fā)射物質(zhì)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)可動(dòng)板上的球形材料。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠使待處理的球形材料具有均勻的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此使整個(gè)球形材料均勻地面對(duì)薄膜形成物質(zhì)所發(fā)射的方向。因此，球形材料上形成有均勻的薄膜。處理后的材料具有優(yōu)良的球形度。
該薄膜形成方法不僅僅能應(yīng)用到象軸承滾珠一樣的球形體上，而且能應(yīng)用到其它形狀的元件上，例如軸承的外環(huán)或內(nèi)環(huán)。
下面參照附圖給出兩個(gè)在軸承滾珠上形成薄膜的實(shí)例。
參照?qǐng)D32A和32B，將給出第一產(chǎn)品實(shí)例的說明，該產(chǎn)品采用Kobe SteelWorks有限公司制造的UBMS裝置，通過濺射氬等離子體的濺射工藝，在滾珠540(樣本)的表面上形成薄膜。圖32A是UBMS裝置530的平面視圖，而圖32B是UBMS裝置530的側(cè)視圖。
UBMS裝置530上設(shè)有板541，該板上一個(gè)由SUS304制成的盤，其直徑為300mm，包括位于外周邊上高度為12mm的外壁(也就是說，是一個(gè)杯狀)。將8000枚滾珠540安裝在該板541上，每枚都由SUS440制成且直徑為2mm。另外，SUS304是一種非磁性材料。
首先，在滾珠540的表面進(jìn)行轟擊處理(干燥清潔)。接著采用鈦目標(biāo)物在其上形成一層向中間層一樣的鈦金屬層。
接著，采用氬氣在表面(中間層)上進(jìn)行轟擊處理，以便通過使?jié)L珠540的構(gòu)成元素和鈦在原子量級(jí)上進(jìn)行混合從而形成復(fù)合層。
隨后，在向滾珠540供給負(fù)偏壓的同時(shí)，增加碳目標(biāo)物的濺射效率，以便形成復(fù)合層和碳層，從而形成碳一樣的金剛石。
在這種方式中，UBMS裝置530上安裝有一些將被用來進(jìn)行濺射的目標(biāo)物532，并獨(dú)立控制Ti和C目標(biāo)物的濺射源，使得Ti的濺射效率連續(xù)降低，而C的濺射效率連續(xù)上升，由此形成具有Ti和C的復(fù)合層。通過將DC電源施加到目標(biāo)物的濺射源，氬離子的濺射效率就能夠進(jìn)行連續(xù)地變化。
該復(fù)合層為C和Ti的成分逐漸變化的傾斜層，并可以形成成分比例能夠連續(xù)改變的碳一樣的金剛石C。在形成中間層后，在降低中間層的目標(biāo)物的濺射電源的功率的同時(shí)，C目標(biāo)物的濺射電源的功率同步增加。被施加到樣本上的功率和偏壓通過計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行，因此能形成含C和Ti的中間層，該中間層為傾斜層。
在形成上述薄膜的同時(shí)，板541相對(duì)于水平方向以預(yù)定角度傾斜(以下稱之為“傾斜角”)地安裝。此時(shí)，借助于馬達(dá)以10rpm旋轉(zhuǎn)(該旋轉(zhuǎn)是以穿過板541的中心的垂線作為旋轉(zhuǎn)軸)傾斜板541的同時(shí)實(shí)施薄膜成形。板541旋轉(zhuǎn)使得滾珠540在板541上以恒定的速度旋轉(zhuǎn)，且滾珠540的所有表面都可以均勻地面對(duì)等離子體。因此能夠?qū)L珠540的所有表面上形成厚度均勻的薄膜，加工后的滾珠540的球形度比較優(yōu)秀。
而且，由于板541是傾斜安裝的，滾珠540在旋轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)烈地運(yùn)動(dòng)，滾珠540在板541上的位置移動(dòng)量較大，從而在許多滾珠540上形成厚度均勻的薄膜。
板541相對(duì)于水平方向的傾斜角在1-45°之間比較好。表示板541的傾斜角和形成有薄膜的滾珠540的球形度之間關(guān)系的曲線示于圖33中。從該圖中可以看出，如果傾斜角小于2°，板541的旋轉(zhuǎn)的離心力就不充足，且滾珠旋轉(zhuǎn)也不均勻，薄膜厚度容易不均勻。結(jié)果薄膜厚度的變化較大，因此球形度變壞。
如果傾斜角大于45°，則滾珠540覆蓋在另一個(gè)上或從板541B上墜落，從而球形度就變壞。
板541的傾斜角位于上述范圍之內(nèi)較為理想，從而能夠提供較好的球形度，盡管該球形度與滾珠540的尺寸和數(shù)量有關(guān)。
下面將參照?qǐng)D32和34給出另一個(gè)實(shí)例(第二產(chǎn)品實(shí)例)說明，該實(shí)例通過不同于上述第一產(chǎn)品實(shí)例的裝置在旋轉(zhuǎn)滾珠的同時(shí)形成厚度均勻的薄膜。
圖34是用來解釋在形成薄膜時(shí)用于旋轉(zhuǎn)滾珠540的旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
除了旋轉(zhuǎn)滾珠540的方法和機(jī)構(gòu)不同外，第二產(chǎn)品實(shí)例和第一產(chǎn)品實(shí)例幾乎相同，因此僅僅解釋不同點(diǎn)，相同點(diǎn)將省掉。在圖34中，與圖32中的那些部件相同或相似的部件賦予相同的標(biāo)號(hào)。
與第一產(chǎn)品實(shí)例中的板541和馬達(dá)不同的是，圖34中的旋轉(zhuǎn)裝置安裝在UBMS裝置530中。該旋轉(zhuǎn)裝置包括承載滾珠540的板541，使板旋轉(zhuǎn)的軸550和馬達(dá)552。軸550有一個(gè)彎U形(曲柄)部分550a，板541以其中心部分連接在該曲柄部分上。板541和軸550都是由非磁性SUS304材料構(gòu)成。
采用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)軸550在馬達(dá)552的作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)，板541作圓周運(yùn)動(dòng)，該圓的半徑為U形部分550a的凸出寬度，即軸的偏心寬度551，滾珠547在板541B上旋轉(zhuǎn)。
安裝在板541的上方大約45°的位置處的鈦目標(biāo)物(未示出)通過濺射器生成等離子體，從而形成鈦微粒并與鈦微粒和氮?dú)馄鸱磻?yīng)生成氮化鈦。氮化鈦被射向轉(zhuǎn)動(dòng)的滾珠540，從而在滾珠540的表面上形成氮化鈦薄膜。
由于滾珠540在旋轉(zhuǎn)裝置的作用下旋轉(zhuǎn)，滾珠540的所有表面都能夠面對(duì)射來的氮化鈦。因此能夠在整個(gè)滾珠540上形成厚度均勻的薄膜，加工后的滾珠540具有優(yōu)良的球形度。
對(duì)軸550的偏心寬度551和形成有薄膜的滾珠540的球形度之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果顯示在圖35中。在圖35中的曲線中橫軸上的偏心率指的是偏心寬度551與圓盤板541的半徑之間的比值。例如，偏心率10％指的是板541的半徑為100mm，而偏心寬度551為10mm。
為了使?jié)L珠547充分旋轉(zhuǎn)以便獲得厚度均勻的薄膜，偏心率最好為2-50％。如果該偏心率小于2％，滾珠547的旋轉(zhuǎn)就易于停下來，且薄膜的厚度易于不均勻。如果偏心率大于50％，則板541的圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力太大，滾珠540易于聚集在板541的外壁側(cè)面，薄膜厚度易于不均勻。
在第一和第二產(chǎn)品實(shí)例中的板541和軸550的材料理想的是采用很少被磁化的材料，非磁性材料適合于板541和軸550。尤其是，可采用奧氏體基不銹鋼，例如SUS304和SUS316。
接著，作為與第一和第二產(chǎn)品實(shí)例的對(duì)比例，將給出一個(gè)例子的說明，其中滾珠裝在金屬制成的筐(桶)中，在旋轉(zhuǎn)整個(gè)桶時(shí)，由等離子體源或離子源供應(yīng)構(gòu)成薄膜的成分，以便形成薄膜。
該對(duì)比產(chǎn)品實(shí)例除了使?jié)L珠547旋轉(zhuǎn)的方法和機(jī)構(gòu)不同外，幾乎與第一產(chǎn)品實(shí)例相同，因此僅僅解釋不同點(diǎn)，相同點(diǎn)將省掉。與圖31中的那些部件相同或相似的部件采用相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行解釋。桶上的網(wǎng)眼為1.8mm，而滾珠547的數(shù)量為3000枚。
對(duì)采用上述方法形成有薄膜的滾珠進(jìn)行球形度測(cè)量，結(jié)果為0.8μm。碳一樣的金剛石薄膜厚度不均勻，且球形度較差。
如上所述，根據(jù)上述方法(第一和第二產(chǎn)品實(shí)例)，由于在使待加工的球形材料旋轉(zhuǎn)的同時(shí)形成薄膜，因此沒有相對(duì)于薄膜形成成分的發(fā)射被遮住的部分，因此能夠形成厚度均勻的薄膜。這樣，形成薄膜后的滾珠的球形度比較好。
第十實(shí)施例圖36所示的是作為本發(fā)明第十實(shí)施例的滾動(dòng)件的一種單列深溝滾珠軸承501的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。該深溝滾珠軸承511包括外環(huán)512、內(nèi)環(huán)513、一些可旋轉(zhuǎn)地位于外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513之間的滾珠514。其尺寸為，內(nèi)徑30mm，外徑62mm，以及寬度16mm。
外環(huán)512、內(nèi)環(huán)513以及滾珠504由高碳鉻鋼(SUJ2)制成，并在830℃淬火1小時(shí)，在260℃下回火1小時(shí)。
外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513的滾道表面上有具有潤(rùn)滑特性的潤(rùn)滑層，在潤(rùn)滑層L的表面?zhèn)壬闲纬捎刑家粯拥慕饎偸瘜覥。
碳一樣的金剛石層C包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種金屬構(gòu)成的金屬層，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層，這三層從中心部分開始按金屬層、復(fù)合層、碳層的順序排列。具有潤(rùn)滑層L的滾道表面的基材的楊氏模量為220Gpa，表面硬度為7.5Gpa。以下，金屬層和復(fù)合層的結(jié)合部分將被稱之為金屬?gòu)?fù)合層T。
滾珠514由陶瓷(Si3N4)制成，也可以向外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513一樣由軸承鋼或不銹鋼構(gòu)成，并同時(shí)在該表面上形成碳一樣的金剛石層C。
下面對(duì)在外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513的滾道表面上形成象碳一樣的金剛石層C的方法進(jìn)行說明。
樣本(外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513)被置于減壓腔中。在向樣本提供偏壓的同時(shí)，通過濺射方法采用金屬目標(biāo)物(Ti較好)和氮?dú)猓跇颖镜臐L道表面上形成含有金屬氮化物(TiN)的中間層(金屬層)。根據(jù)加工時(shí)間，可以控制中間層的厚度。金屬氮化物的化學(xué)計(jì)量比和等效彈性模數(shù)可以根據(jù)氮?dú)獾姆謮毫M(jìn)行控制。形成中間層的金屬化合物并不限于TiN，采用其它金屬化合物也可以。
接著，采用氬氣對(duì)樣本的表面進(jìn)行轟擊處理，以便通過使?jié)L珠540的構(gòu)成元素和中間層在原子量級(jí)上進(jìn)行混合從而形成復(fù)合層。
隨后，在向樣本供給負(fù)偏壓的同時(shí)，增加碳目標(biāo)物的濺射效率，以便形成復(fù)合層和碳層，從而形成碳一樣的金剛石C。
因此，在連續(xù)降低構(gòu)成金屬化合物層T的濺射效率的同時(shí)，增加C的濺射效率，由此形成含有金屬的復(fù)合層和碳一樣的金剛石。
該復(fù)合層為傾斜層，其中金屬和C的成分逐漸變化，可以形成成分比例能夠連續(xù)改變的碳一樣的金剛石C。在形成中間層后，在降低中間層的目標(biāo)物的濺射源的電源功率的同時(shí)，同步增加C目標(biāo)物的濺射源的功率。施加到樣本上的功率和偏壓通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此能形成含有金屬和C的復(fù)合層，該復(fù)合層為傾斜層。
同時(shí)，通過控制目標(biāo)物的濺射源的DC源，能連續(xù)改變氬離子的濺射效率。通過使金屬濺射停止和只進(jìn)行碳濺射，可以形成碳層。這樣構(gòu)成的碳一樣的金剛石C的厚度能通過加工時(shí)間進(jìn)行控制。
在形成碳一樣的金剛石C時(shí)，可以采用和上面一樣的濺射工藝，但是如采用具有燒結(jié)碳的目標(biāo)物的離子噴度工藝的其它工藝也就足夠了。碳一樣的金剛石C可以添加一些金屬元素，例如硅、鈦或鉻。
金屬?gòu)?fù)合層T在潤(rùn)滑特性方面比較差，但是與作為樣本基材的金屬之間的粘附性比較好，該金屬?gòu)?fù)合層T夾在碳層E和金屬(樣本的基材)之間，該碳層E的潤(rùn)滑特性好而與作為樣本基材的金屬之間的粘附性較差，由此形成加強(qiáng)的多層結(jié)構(gòu)，且賦予樣本(外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513)的滾道表面良好的潤(rùn)滑特性。
金屬化合層T的厚度為0.2-5μm。如果小于0.2μm，碳一樣的金剛石層C的彈性模數(shù)和金屬的彈性模數(shù)之間的差別太大，因此碳一樣的金剛石層易于破裂。另一方面如果厚度大于5μm，金屬化合物層T的內(nèi)應(yīng)力較大而造成自毀，且這些物質(zhì)明顯地與金屬表面剝離開。
碳一樣的金剛石層C的厚度為0.8-8μm。如果小于0.8μm，則金屬化合物層T和相對(duì)元件彼此相互接觸從而易于造成咬合。另一方面，如果厚度大于8μm，碳一樣的金剛石層C的內(nèi)應(yīng)力較大而造成自毀，這些物質(zhì)會(huì)明顯地與金屬?gòu)?fù)合層剝離開。碳一樣的金剛石層C的厚度在1-5μm之間更好。
而且，碳一樣的金剛石層C的等效彈性模數(shù)可以為80-240Gpa。由此，樣本(外環(huán)512和內(nèi)環(huán)513)作為滾動(dòng)件在抗咬合性能和抗損壞方面具有令人滿意的性能。如果等效彈性模數(shù)小于80Gpa，那么硬度就會(huì)降低，易于產(chǎn)生磨損。如果等效彈性模數(shù)大于240Gpa，那么其彈性高于金屬(樣本的基材)，難以隨著金屬的彈性變形而變形，導(dǎo)致易于產(chǎn)生自損。為了更好地確保這樣的效果，使等效彈性模數(shù)位于130-200Gpa會(huì)更好。
下面將對(duì)深溝滾珠軸承511的耐久性測(cè)試結(jié)果進(jìn)行說明。該軸承在邊界潤(rùn)滑狀況下以下述條件旋轉(zhuǎn)，通過直到發(fā)生咬合為止所持續(xù)的時(shí)間來評(píng)估該耐久性測(cè)試。
(耐久性測(cè)試條件)轉(zhuǎn)速12000rpm軸向負(fù)載2000N潤(rùn)滑條件將Nippon Oil有限公司生產(chǎn)的作為錠子油的Spinox(商品名)用己烷稀釋到5％，并通過微型油缸將該0.3ml的稀釋后的Spinox注入軸承中。
環(huán)境溫度室溫在該深溝滾珠軸承511中，通過對(duì)金屬化合物層T的厚度、碳一樣的金剛石層C的厚度以及碳一樣的金剛石層C的等效彈性模數(shù)進(jìn)行各種變化來實(shí)施耐久性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果示于圖37-39的曲線圖中。
圖37所示的是金屬化合物層T的厚度和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表，圖38所示的是碳一樣的金剛石層C的厚度和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表，圖39所示的是等效彈性模數(shù)和耐久時(shí)間之間的關(guān)系的圖表，金屬化合物層T的厚度均勻地設(shè)置為2μm，而碳一樣的金剛石層C的厚度均勻地設(shè)置為2.5μm。
如圖37中所示，如果金屬化合物層T的厚度為0.2-5μm，可以獲較好的耐久特性。如果厚度小于0.2μm，則金屬化合物層T中沒有足夠的緩沖力，碳一樣的金剛石層C就會(huì)被破壞且耐久性變差。如果厚度大于5μm，金屬化合物層T就會(huì)造成自毀，且該金屬化合物層T從金屬表面上剝離下來，耐久性變差。
如圖38中所示，如果碳一樣的金剛石層C的厚度為0.8-8μm，可以獲較好的耐久特性。如果厚度小于0.8μm，則金屬化合物層T與相對(duì)元件彼此接觸從而造成咬合，耐久時(shí)間縮短。如果厚度大于8μm，碳一樣的金剛石層C會(huì)造成自毀，該碳一樣的金剛石層C從金屬化合物層T上剝離下來，耐久性變差。此外，如果碳一樣的金剛石層C的厚度為1-5μm，可以獲更好的耐久特性。
還有，如圖39中所示，碳一樣的金剛石層C的等效彈性模數(shù)為80-240Gpa比較好，但是在130-200Gpa之間更好。如果等效彈性模數(shù)小于80Gpa，則硬度降低且碳一樣的金剛石層C易于被破壞。如果等效彈性模數(shù)大于240Gpa，那么其彈性就高于金屬(樣本的基材)，難以隨著金屬的彈性變形而變形，導(dǎo)致易于產(chǎn)生自損。因此，耐久時(shí)間就會(huì)變差。
作為對(duì)比例，對(duì)下述兩種深溝滾珠軸承上進(jìn)行相似的耐久性測(cè)試。
對(duì)比例22和23中的深溝滾珠軸承在外環(huán)和內(nèi)環(huán)的滾道表面上只形成有金屬化合物層(厚度為0.05-0.1μm)，該對(duì)比例除了沒有形成碳層外，其結(jié)構(gòu)與第十實(shí)施例中的深溝滾珠軸承511相同。
根據(jù)耐久性測(cè)試結(jié)果，金屬化合物層厚度為0.05μm的對(duì)比例22的深溝滾珠軸承的耐久時(shí)間為55分鐘，而金屬化合物層厚度為0.1μm的對(duì)比例23的深溝滾珠軸承的耐久時(shí)間為70分鐘，這是不夠的。此外，經(jīng)過耐久性測(cè)試后，經(jīng)證實(shí)對(duì)比例22和23中的深溝滾珠軸承在滾道表面上產(chǎn)生剝離。
第九和第十實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的實(shí)例，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，但是本發(fā)明可以應(yīng)用到例如外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及滾珠的材質(zhì)上，應(yīng)用到構(gòu)成氟化合物層F的化合物種類以及碳一樣的金剛石層C上，應(yīng)用到形成這些層的方法上。
第九和第十實(shí)施例已經(jīng)以深溝滾珠軸承的軸承環(huán)和滾動(dòng)件作為滾動(dòng)件的例子進(jìn)行了解釋，但是，本發(fā)明也能夠應(yīng)用到構(gòu)成其它類滾動(dòng)軸承如滾柱軸承的滾動(dòng)件上，或應(yīng)用到構(gòu)成其它類滾動(dòng)裝置如滾珠絲杠或線性導(dǎo)向軸承的滾動(dòng)件上。本發(fā)明還能用作滑動(dòng)件。
根據(jù)上面已作出的解釋，本發(fā)明的滾動(dòng)件和滾動(dòng)裝置其表面上有潤(rùn)滑層，該潤(rùn)滑層具有碳一樣的金剛石層和氟化合物層，且碳一樣的金剛石層包括三層，一層由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種金屬構(gòu)成的金屬層，一層由金屬和碳構(gòu)成的復(fù)合層，以及一層由碳構(gòu)成的碳層。
而且，氟化合物層形成于最上表面，即使?jié)L動(dòng)件的表面出現(xiàn)邊界潤(rùn)滑，由于不存在金屬與金屬之間的接觸，因此能夠防止磨損和侵蝕情況的發(fā)生。
下面參照?qǐng)D40-44給出本發(fā)明的第十一實(shí)施例的說明。
如圖40所示，深溝滾珠軸承(滾動(dòng)裝置)包括，內(nèi)環(huán)601(內(nèi)側(cè)元件滾動(dòng)滑動(dòng)件)，其具有位于外周表面上的滾道表面601a；外環(huán)602(外側(cè)元件滾動(dòng)滑動(dòng)件)，其具有位于內(nèi)周表面上的與滾道表面601a相對(duì)的滾道表面602a；一些滾珠603(滾動(dòng)元件滾動(dòng)滑動(dòng)件)，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地位于兩滾道601a、602a之間；以及保持架604，該保持架沿著圓周方向等距地保持著這些滾珠603。
內(nèi)環(huán)601、外環(huán)602、以及滾珠603由SUJ2制成。該軸承的尺寸為，內(nèi)徑7.94mm，外徑12.7mm，以及寬度3.97mm.。在軸承的外環(huán)的兩端(盡管圖中未示出)安裝有一個(gè)鋼質(zhì)非接觸密封件(Z形)。
內(nèi)環(huán)601的滾道表面601 a和外環(huán)602的滾道表面602a有碳一樣的金剛石層(DLC)605，該DLC層具有潤(rùn)滑特性且其等效彈性模數(shù)為80-240Gpa。
如圖41所示，DLC層605包括五層，一層金屬層A，該層具有Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的兩種金屬；一層具有所述金屬和碳的第一復(fù)合層B；由碳制成的碳層；一層含有氟化合物和碳的第二復(fù)合層D；以及含氟復(fù)合層E。這五層從表面這一側(cè)向基材一側(cè)(滾道表面?zhèn)?按照含氟復(fù)合層、第二復(fù)合層、碳層、第一復(fù)合層、金屬層的順序排列。
在第十一實(shí)施例中，由于第一復(fù)合層B由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的兩種金屬和碳構(gòu)成，與只有一種金屬和碳的結(jié)構(gòu)相比，由金屬和碳的組合產(chǎn)生的金屬碳化物的脆度得到降低，結(jié)果，第一復(fù)合層B的脆度降低。當(dāng)然，第一復(fù)合層B也可以由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的一種金屬和碳構(gòu)成，不用說，這種實(shí)施例也落入本發(fā)明的范圍。
根據(jù)第一復(fù)合層B是由一種Cr(鉻)和碳構(gòu)成以及由Cr(鉻)和W(鎢)以及碳構(gòu)成，對(duì)在外環(huán)602的一個(gè)實(shí)例上形成DLC層的方法進(jìn)行解釋。
在第一復(fù)合層B是由一種Cr(鉻)和碳構(gòu)成的情況下，將脫油脂后的外環(huán)602安裝到Kobe Steel Works有限公司制造的非平衡磁控管濺射裝置(UBMS504)上，并采用氬等離子體通過濺射工藝在滾道表面602a上進(jìn)行15分鐘的轟擊處理。
將鉻作為目標(biāo)物，通過濺射方式在滾道表面602a上形成金屬層A。隨后，在連續(xù)濺射鉻時(shí)，以碳作為目標(biāo)開始濺射碳。通過這種濺射工藝，在金屬層A上形成含有一種金屬和碳的第一復(fù)合層B。
在逐漸降低這種金屬的濺射效率的同時(shí)，緩慢增加碳的濺射效率。結(jié)束這種金屬的濺射，并且僅僅進(jìn)行碳的濺射，從而在復(fù)合層上形成碳層C。
由此繼續(xù)，在逐漸降低碳的濺射效率的同時(shí)，緩慢增加氟化乙烯樹脂的濺射效率，從而形成含有碳和氟化合物第二復(fù)合層D。接著，結(jié)束碳的濺射，并且僅僅進(jìn)行氟化乙烯樹脂(ethylene terefluoride resin)的濺射，從而在第二復(fù)合層D上形成含氟復(fù)合層E。(整個(gè)DLC層的厚度為2.3μm)
由此，就能夠形成一層傾斜層(第一復(fù)合層B)，該層的組成成分從含有一種金屬的一層(金屬層A)向另一層(碳層C)連續(xù)而逐漸地改變。而且進(jìn)一步持續(xù)到傾斜層，就能形成碳層、含碳的第二復(fù)合層D以及含氟復(fù)合層。具有這種結(jié)構(gòu)的DLC605在各個(gè)層(金屬層A、第一復(fù)合層B、碳層C、第二復(fù)合層D以及含氟復(fù)合層E)之間具有非常優(yōu)良的粘附性和優(yōu)良的潤(rùn)滑特性。
接著，對(duì)于由Cr(鉻)和W(鎢)這兩種金屬以及碳構(gòu)成第一復(fù)合層的情況，同樣地，將脫油脂后的外環(huán)602安裝到Kobe Steel Works有限公司制造的非平衡磁控管濺射裝置(UBMS504)上，并采用氬等離子體通過濺射工藝在滾道表面602a上進(jìn)行15分鐘的轟擊處理。
將鉻和鎢作為目標(biāo)物，將這兩種金屬濺射到滾道表面602a上形成金屬層A。隨后，在連續(xù)濺射這兩種金屬時(shí)，以碳作為目標(biāo)開始濺射碳。通過這種濺射工藝，在金屬層A上形成含有這兩種金屬和碳的金屬碳化物的第一復(fù)合層B。
在逐漸降低這兩種金屬的濺射效率的同時(shí)，緩慢增加碳的濺射效率。接著結(jié)束這兩種金屬的濺射，并且僅僅進(jìn)行碳的濺射，從而在第一復(fù)合層B上形成碳層C。第二復(fù)合層D和氟化合物層E的薄膜形成方法和上述方法一樣，DLC薄膜的整體厚度為2.2μm。
采用上述方法，就能夠形成一個(gè)傾斜層(第一復(fù)合層B)，該層的組成成分從含有兩種金屬的一層(金屬層A)向另一層(碳層C)連續(xù)而逐漸地改變，碳層C連續(xù)傾斜層、含碳的第二復(fù)合層D以及氟化合物層。具有這種結(jié)構(gòu)的DLC605在各個(gè)層(金屬層A、第一復(fù)合層B、碳層C、第二復(fù)合層D以及含氟復(fù)合層E)之間具有非常優(yōu)良的粘附性和優(yōu)良的潤(rùn)滑特性。
采用一種輝光放電發(fā)射分析儀(Shimadzu公司制造的GDLS-9950)，對(duì)在第一復(fù)合層B由Cr(鉻)和W(鎢)兩種金屬構(gòu)成的情況下形成DLC薄膜的元素進(jìn)行分析，所得的結(jié)果與圖25中結(jié)果相同。
在UBMS裝置上安裝有一些用作濺射的目標(biāo)物，各個(gè)目標(biāo)物的濺射電源都獨(dú)立進(jìn)行控制，由此可以隨意地進(jìn)行控制各個(gè)元素的濺射效率。因此，該UBMS裝置適用于形成含有傾斜層的的復(fù)合層的薄膜。
例如，在形成第一復(fù)合層B和第二復(fù)合層D的過程中，在降低各個(gè)目標(biāo)物的濺射源(DC電源)的電功率的同時(shí)，同步增加其它成分的濺射源(DC電源)的功率(此時(shí)向外環(huán)602供應(yīng)負(fù)偏壓)。
采用圖42所示的是一種波動(dòng)耐久測(cè)試機(jī)，在實(shí)例24、對(duì)比例24和25的測(cè)試軸承上進(jìn)行耐久性測(cè)試。
在該波動(dòng)耐久測(cè)試機(jī)中，帶有墊片和預(yù)加載彈簧的軸向偏壓?jiǎn)卧?10，安裝在由旋轉(zhuǎn)止動(dòng)件612固定的軸611上。殼體616在下部由支承軸承614支承并與AC伺服馬達(dá)617相連，以預(yù)定角度和轉(zhuǎn)速波動(dòng)旋轉(zhuǎn)。620指的是四個(gè)測(cè)試軸承，620A為滾動(dòng)件。
在各個(gè)測(cè)試軸承620中，將外環(huán)620-1安裝在殼體616的內(nèi)徑中，同時(shí)內(nèi)環(huán)620-2套在軸611中，與軸611分隔開套621A、621B交替地堆疊起來，殼體616和外環(huán)620-1可旋轉(zhuǎn)地支承著，同時(shí)軸611和內(nèi)環(huán)620-2不可旋轉(zhuǎn)地支承著。
套621A、621B被軸向偏壓?jiǎn)卧?10的碟簧622軸向加壓，從而向測(cè)試軸承620的內(nèi)環(huán)620-2、外環(huán)620-1以及滾動(dòng)件620A施加預(yù)加負(fù)載。
在下述條件下進(jìn)行波動(dòng)耐久性測(cè)試，并測(cè)量測(cè)試軸承的旋轉(zhuǎn)力矩。在旋轉(zhuǎn)的開始的時(shí)候開始測(cè)量在力矩和力矩變動(dòng)的力矩特性。測(cè)試軸承內(nèi)徑7.94mm，外徑12.7mm，寬度3.97mm波動(dòng)頻率30Hz外環(huán)的波動(dòng)角度8°軸向負(fù)載29.4N反復(fù)波動(dòng)的次數(shù)5000000在波動(dòng)測(cè)試之前和之后確認(rèn)力矩有變動(dòng)。在測(cè)試之前旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)的力矩大約為19.6mN·cm.
在測(cè)試對(duì)比例24的軸承時(shí)，通過全陰極式離子噴鍍工藝在內(nèi)外環(huán)的滾道表面上形成鈦金屬層薄膜，并通過等離子CVD工藝在該金屬層上形成碳層。在對(duì)比例25的測(cè)試軸承中，采用UMBS裝置在內(nèi)外環(huán)的滾道表面上形成具有最上表面碳層的DLC層(不含有氟化合物層)，且實(shí)例24的測(cè)試軸承上形成有與圖41中的DLC層(第一復(fù)合層B由一種Cr(鉻)金屬和碳構(gòu)成)一樣的DLC層(最上表面含有氟化合物層)。
測(cè)試結(jié)果列于表13中表13

通過在上述測(cè)試條件下進(jìn)行波動(dòng)耐久性測(cè)試，對(duì)比例24和25的測(cè)試軸承經(jīng)證實(shí)，其滾道表面的面上存在損壞。也就是說，對(duì)比例24和25的測(cè)試軸承與軸承測(cè)試之前相比產(chǎn)生了粗糙度和磨損，在測(cè)試后力矩有不正常的上升。
伴隨有這種波動(dòng)的使用條件多見于支承信息機(jī)器的磁性讀入裝置或絲焊機(jī)的滾動(dòng)軸承中，力矩變化為不是啟動(dòng)的初始階段力矩成為了一個(gè)問題。
根據(jù)表13中的結(jié)果，在對(duì)比例24的測(cè)試軸承中，由于中間層和碳層之間包括交界面，DLC薄膜的強(qiáng)度變?nèi)酰瑵L道表面的面上被磨損，造成力矩在測(cè)試后不正常地上升(180％)。
在對(duì)比例25的測(cè)試軸承中，DLC薄膜的強(qiáng)度上升，但是由于其表面的潤(rùn)滑特性較差，滾道表面的面上被磨損，造成力矩在測(cè)試后不正常地上升(150％)。
另一方面，實(shí)例24所示的是采用UBMS制成薄膜的第十一實(shí)施例，薄膜直到形成DLC薄膜的最上表面(具有氟化乙烯(ethylene terefluoride)的氟化合物層E)為止。由于傾斜層形成有從金屬層A開始的碳層C的變化部分(第一復(fù)合層B)、從碳層C開始的氟化合物層E的變化部分(第二復(fù)合層D)，因此DLC層的薄膜強(qiáng)度得到增加。
DLC層的最上表面的氟化合物層E具有優(yōu)秀的潤(rùn)滑特性，且構(gòu)成了抵抗如侵蝕的波動(dòng)的較強(qiáng)抗磨損表面，因此在經(jīng)過測(cè)試后，力矩上升很小(103％)。
接著在配備有和圖40中的深溝滾珠軸承上的DLC層基本一樣的DLC層的推力軸承中，預(yù)制出DLC層的等效彈性模數(shù)有各種變化的測(cè)試軸承，采用圖43中所示的推力軸承的耐久性測(cè)試機(jī)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試，以便評(píng)估DLC層的等效彈性模數(shù)和耐久性之間的關(guān)系。
在該測(cè)試中，外環(huán)是一個(gè)沒有滾道溝槽的平面元件，而與滾珠接觸的滾道部分形成有DLC薄膜，有11個(gè)滾珠位于內(nèi)外環(huán)的滾道表面之間。
DLC薄膜采用與上述裝置相同的UMBS裝置形成，在金屬層和復(fù)合層中采用的金屬，例如Cr和W，對(duì)金屬種類沒有作出特別的限制，只要原子半徑與軸承基材元素的原子半徑接近就可以。
可以通過控制供給到外環(huán)上的偏壓、或者通過控制待引入氣體的分壓力來改變DLC薄膜的等效彈性模數(shù)。
如果控制待引入氣體(Ar、H2或如CH4一樣的烴基氣體)的種類或分壓力的比例，DLC薄膜的等效彈性模數(shù)和滑動(dòng)阻力就能夠隨意地進(jìn)行控制，因此能通過引入一種混合氣體或單純氣體形成一種滿足某種目的的理想DLC薄膜。
而且，可以通過控制濺射時(shí)間來精確地控制DLC薄膜的厚度。
旋轉(zhuǎn)測(cè)試條件為，推力負(fù)載為3.5kN，轉(zhuǎn)速為6000rpm，潤(rùn)滑油為全氟聚醚油。
采用安裝到軸承支承部分上的由Endebuko公司制造的加速傳感器可以測(cè)量振動(dòng)，通過振動(dòng)值的增加檢測(cè)DLC薄膜的破裂情況。通過統(tǒng)計(jì)軸承到DLC薄膜破裂為止時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)來評(píng)估DLC薄膜的耐久性。
圖44所示的是等效彈性模數(shù)和總轉(zhuǎn)數(shù)(耐久性)之間的關(guān)系的示圖。
如圖44所示，等效彈性模數(shù)在大于或等于80Gpa和小于等于240Gpa，就會(huì)發(fā)現(xiàn)DLC層的耐久性比較優(yōu)秀。如果小于80Gpa，則DLC的表面硬度較低，因此易于由于接觸應(yīng)力而產(chǎn)生磨損。
另一方面，如果等效彈性模數(shù)大于240Gpa，由于如軸承鋼的基材表面的等效彈性模數(shù)比較小，DLC層的等效彈性模數(shù)大于軸承鋼，因此基材先于DLC變形，所以薄膜在交變應(yīng)力作用下易于破裂。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，只要不脫離本發(fā)明的目的，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。
例如，在該實(shí)施例中，以深溝滾珠軸承為例進(jìn)行解釋，但是，本發(fā)明并不限于此，可以應(yīng)用到向心推力球軸承、圓柱滾柱軸承、錐形滾柱軸承、滾針軸承、如自位滾柱軸承一樣的徑向型滾動(dòng)裝置、如推力滾柱軸承一樣的推力型滾動(dòng)裝置。
在該實(shí)施例中，以滾動(dòng)軸承作為滾動(dòng)裝置的例子進(jìn)行解釋，但是，本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明的滾動(dòng)裝置可以應(yīng)用到其它滾動(dòng)裝置上，例如，直接作用軸承、滾珠絲杠、或?qū)蜉S承。
此外，DLC薄膜可以采用非平衡磁控管通過濺射方式形成，但是也可以根據(jù)脈沖激光弧光噴鍍工藝(pulse laser arc deposition process)或等離子DVC工藝進(jìn)行。濺射方式尤其適合采用非平衡磁控管，易于獨(dú)立控制等效彈性模數(shù)和塑性變形硬度。
如上所述，根據(jù)第十一實(shí)施例，碳一樣的金剛石層包括一層由至少一種金屬制成的金屬層；一層具有金屬和碳的第一復(fù)合層；由碳制成的碳層；一層含有氟化合物和碳的第二復(fù)合層D；以及位于最上表面的含氟復(fù)合層。因此，能形成具有潤(rùn)滑性薄膜的、即使在作用有較大接觸應(yīng)力時(shí)也難以破裂的DLC層，且潤(rùn)滑層位于最上表面，本發(fā)明可適于應(yīng)用到產(chǎn)生較大接觸應(yīng)力的組成單元的元件上(例如，滾動(dòng)裝置)。
另外由于具有優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，DLC層能夠在無油狀態(tài)下適當(dāng)工作，并極少造成磨損或產(chǎn)生熱量，具有較強(qiáng)的抵抗交變應(yīng)力的能力，并具有較長(zhǎng)的壽命。
盡管僅僅在此對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施例進(jìn)行了專門的描述，但是很明顯，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況對(duì)其進(jìn)行各種改型。
權(quán)利要求
1.一種滾動(dòng)軸承，包括安裝在軸上并支承該軸的內(nèi)環(huán)；設(shè)置在內(nèi)環(huán)的外周的外環(huán)；多個(gè)滾動(dòng)件，這些滾動(dòng)件滾動(dòng)同時(shí)其表面與外環(huán)的內(nèi)周表面和內(nèi)環(huán)的外周表面接觸；以及支撐滾動(dòng)件的保持架，其中，在第一組和第二組中的至少一組上形成一層減小滑動(dòng)阻力的薄膜，所述第一組為保持架的外周表面或外環(huán)的內(nèi)周表面，所述第二組為保持架的內(nèi)周表面或內(nèi)環(huán)的外周表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承，其中減小滑動(dòng)阻力的薄膜是厚度為0.5-10μm的碳一樣的金剛石薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承，其中減小滑動(dòng)阻力的薄膜是厚度為2-30μm的含氟樹脂涂敷薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承，其中保持架由耐熱樹脂、比重低于3的輕金屬或鈦合金中的一種制成，其中減小滑動(dòng)阻力的薄膜形成于保持架的外周表面上和保持架的內(nèi)周表面中的至少其中一個(gè)上。
5.一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，包括在外表面上有具有滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；在與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面的相對(duì)面有具有滾道表面的外側(cè)元件，且該元件位于內(nèi)側(cè)元件的外部；以及可滾動(dòng)地位于兩滾道表面之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中，至少有一個(gè)的表面基材是由鋼材制成的，且在鋼質(zhì)基材表面上形成有象碳一樣的金剛石薄膜，以及其中，象碳一樣的金剛石薄膜至少包括一種中間層，該中間層具有金屬元素和碳層，等效彈性模數(shù)為80-240Gpa而塑性變形硬度為8-37Gpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中還包括位于中間層和碳層之間的具有碳元素的復(fù)合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中復(fù)合層是一個(gè)其成分從中間層向碳層連續(xù)變化的傾斜層。
8.一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，包括在外表面上具有滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；在與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面的相對(duì)面有具有滾道表面的外側(cè)元件，且該元件位于內(nèi)側(cè)元件的外部；以及可滾動(dòng)地位于兩滾道表面之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中，至少有一個(gè)的表面基材是由鋼材制成的，且在鋼質(zhì)基材表面上形成有象碳一樣的金剛石薄膜，以及其中，象碳一樣的金剛石薄膜具有一種含有金屬元素的中間層、含有碳元素的復(fù)合層、以及碳層，其中，復(fù)合層為傾斜層，該傾斜層的成分從中間層到碳層連續(xù)改變，以及其中，象碳一樣的金剛石薄膜的塑性變形硬度為8-37Gpa。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中滾動(dòng)滑動(dòng)件是用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，包括具有外滾道表面并用作內(nèi)側(cè)元件的內(nèi)環(huán)；具有內(nèi)滾道表面并用作外側(cè)元件的外環(huán)；多個(gè)滾動(dòng)件，這些滾動(dòng)件位于內(nèi)外環(huán)之間；以及支撐著多個(gè)滾動(dòng)件的保持架，其中，象碳一樣的金剛石薄膜的塑性變形硬度為8-35Gpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中碳一樣的金剛石薄膜的等效彈性模數(shù)以設(shè)置在80-280Gpa之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中碳一樣的金剛石薄膜的厚度可為0.1-5μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中滾動(dòng)軸承可以在一種微油潤(rùn)滑環(huán)境下工作，該微油潤(rùn)滑環(huán)境包括油脂潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑或直接噴射微油潤(rùn)滑。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中滾動(dòng)件的胚體材料由陶瓷制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中外環(huán)和/或內(nèi)環(huán)中的至少一個(gè)的基材由耐熱軸承的鋼材制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滾動(dòng)軸承，其中用于高速旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承用作機(jī)床主軸。
16.一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，該滾動(dòng)滑動(dòng)件適于相對(duì)于相對(duì)元件產(chǎn)生滾動(dòng)接觸或滑動(dòng)接觸，該滾動(dòng)滑動(dòng)件包括由鋼材制成的基材；以及在與相對(duì)元件相接觸的接觸表面上形成的具有潤(rùn)滑特性的象碳一樣的金剛石薄膜，該象碳一樣的金剛石薄膜包括由Cr、W、Ti、Si、Ni和Fe中的兩種或多種金屬構(gòu)成的金屬層；由金屬和碳制成的復(fù)合層；以及由碳制成的碳層，其中，象碳一樣的金剛石層按下列次序排列從基材金屬表面?zhèn)乳_始為，碳層、復(fù)合層和金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中在復(fù)合層中的碳比例從金屬層一側(cè)向碳層一側(cè)逐漸增加。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石薄膜的等效彈性模數(shù)設(shè)置在80-240Gpa之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石薄膜采用非平衡磁控管濺射形成。
20.一滾動(dòng)裝置，包括在外表面上具有滾道表面的內(nèi)部元件；外部元件，該外部元件在其內(nèi)表面上具有滾道表面，并位于內(nèi)部元件的外側(cè)，該滾道表面與所述內(nèi)部元件的滾道表面相對(duì)；以及多個(gè)滾動(dòng)元件，這些滾動(dòng)元件可旋轉(zhuǎn)地位于兩個(gè)滾道表面之間，其中，在內(nèi)部元件、外部元件以及滾動(dòng)元件中至少有一個(gè)是通過權(quán)利要求16所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件形成的。
21.一種滾動(dòng)滑動(dòng)件包括在外表面上具有滾道表面的內(nèi)側(cè)元件；具有內(nèi)表面的外側(cè)元件，該外側(cè)元件具有一個(gè)與內(nèi)側(cè)元件的滾道表面相對(duì)的滾道表面，且該外側(cè)元件位于該內(nèi)側(cè)元件的外側(cè)；以及多個(gè)可旋轉(zhuǎn)地位于這兩個(gè)滾道表面之間的滾動(dòng)件，其中，在內(nèi)側(cè)元件的滾道表面、外側(cè)元件的滾道表面以及滾動(dòng)件之中，至少有一個(gè)其表面的基材是由鋼材制成的，且在該基材表面上形成有一層向碳一樣的金剛石薄膜，以及其中鋼質(zhì)基材的表面包括占體積百分比為0％-6％的殘留奧氏體，其硬度為Hv600-740。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石薄膜采用非平衡磁控管濺射形成。
23.一種滾動(dòng)滑動(dòng)件，該滾動(dòng)滑動(dòng)件適于相對(duì)于相對(duì)元件產(chǎn)生滾動(dòng)接觸或滑動(dòng)接觸，該滾動(dòng)滑動(dòng)件包括由鋼制成的基材；在與相對(duì)元件的接觸表面上形成的碳一樣的金剛石層，且該碳一樣的金剛石層具有潤(rùn)滑特性，該碳一樣的金剛石層包括由Cr、W、Ti、Si、Ni以及Fe中的至少一種金屬制成的金屬層；具有金屬和碳的第一復(fù)合層；由碳制成的碳層；以及位于最上表面上的含氟復(fù)合層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中第一復(fù)合層的碳比例從金屬層一側(cè)向碳層一側(cè)逐漸增加。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石層還包括具有氟化合物和碳的第二復(fù)合層。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中從表面?zhèn)认蚧?，碳一樣金剛石層按照含氟?fù)合層、第二復(fù)合層、碳層、第一復(fù)合層、金屬層的順序排列。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中第一復(fù)合層中的碳的比例從金屬層一側(cè)向碳層一側(cè)逐漸增加，第二復(fù)合層中的碳的比例從碳層一側(cè)向含氟復(fù)合層一側(cè)逐漸增加。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石層的等效彈性模數(shù)設(shè)定為80-240Gpa。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件，其中碳一樣的金剛石薄膜采用非平衡磁控管濺射形成。
30.一滾動(dòng)裝置，包括在外表面上具有滾道表面的內(nèi)部元件；外部元件，該外部元件在其內(nèi)表面上具有滾道表面并位于內(nèi)部元件的外側(cè)，該滾道表面與內(nèi)部元件的滾道表面相對(duì)；以及多個(gè)滾動(dòng)元件，這些滾動(dòng)元件可滾動(dòng)地位于兩個(gè)滾道表面之間，其中，在內(nèi)部元件、外部元件以及滾動(dòng)元件中至少有一個(gè)是通過權(quán)利要求23所述的滾動(dòng)滑動(dòng)件形成的。
全文摘要
一種滾動(dòng)軸承包括:安裝在一根軸上并支承該軸的內(nèi)環(huán);設(shè)置在內(nèi)環(huán)的外周的外環(huán);多個(gè)滾動(dòng)件,這些滾動(dòng)件滾動(dòng)且其表面與外環(huán)的內(nèi)周表面和內(nèi)環(huán)的外周表面接觸;以及支撐滾動(dòng)件的保持架。在第一組和第二組中的至少一組上形成一層減小滑動(dòng)阻力的薄膜,所述第一組為保持架的外周表面或外環(huán)的內(nèi)周表面,所述第二組為保持架的內(nèi)周表面或內(nèi)環(huán)的外周表面。
文檔編號(hào)F16C33/56GK1388327SQ02124540
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月29日
發(fā)明者金野大, 富塚靖史, 齋藤剛, 繩本大綱, 荒牧宏敏 申請(qǐng)人:日本精工株式會(huì)社