滑動部件、離合器片及其制造方法

滑動部件、離合器片及其制造方法
【專利摘要】本發明提供滑動部件、離合器片及其制造方法，該滑動部件具備：母材部（110），其由鋼材構成；氮擴散層（120），其以10～50μm的厚度形成于母材部（110）的表面側；氮化合物層（130），其以10～50μm的厚度形成于氮擴散層（120）的表面側且成為最外表面，通過進行以下工序來形成氮化合物層（130）以及氮擴散層（120），所述工序為：第一加熱工序，在570～660℃的氨環境中對由鋼材構成的材料進行加熱處理；第二加熱工序，接著第一加熱工序而在660～690℃中比第一加熱工序的溫度高的溫度的非氧化環境并且非氨環境中對材料進行加熱處理；油冷工序，接著第二加熱工序而以60～80℃的油溫進行油冷。
【專利說明】滑動部件、離合器片及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及滑動部件、離合器片及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在日本特開平11-287258以及日本特開2006-138485中記載有在電磁離合器裝置的離合器片的制造中應用滲氮氧化防蝕(注冊商標)法。滲氮氧化防蝕法通過以下方式進行，即:進行將鐵制的基材在氮氣環境中以500?700°C加熱I?2小時的氣體軟氮化處理，接著，在氧環境中以高溫進行短時間氧化處理，最后，在水-油的乳狀液中快速冷卻。由此，氮化合物層和氮擴散層分別形成為20?40 μ m左右的厚度,氧化被膜形成為0.5?1.5 μ m左右的厚度。
[0003]其中，離合器片等滑動部件的表面需要確保高平坦度。但是，根據上述制造方法，由于在水-油的乳狀液中快速冷卻，因此冷卻速度加快，有可能使材料變形。此外由于冷卻液含水，因此存在表面銹蝕的問題。
[0004]另一方面，了解到在長時間使用應用了滲氮氧化防蝕法的離合器片的情況下，使用前與長時間使用后的傳遞扭矩的變化率被抑制得較小。考慮這是由于離合器片的表面粗糙度被抑制得較小，由此即使表面發生了磨損，離合器片彼此的接觸面積也沒有大的變化。

【發明內容】

[0005]本發明提供的滑動部件、離合器片及其制造方法，抑制冷卻引起的材料變形并且在表面不發生銹蝕，且在長時間使用的情況下能夠抑制表面粗糙度的變化。
[0006]為了解決上述課題，本發明人們經過反復銳意的研究，通過在冷卻液中不使用水，來增大冷卻前后的溫度差，并且不使氮化溫度過度高溫，由此想到了本發明。本發明能夠作為滑動部件來把握，另外也可以作為滑動部件的一個方式的電磁離合器的離合器片來把握，還可以作為它們的制造方法來把握。
[0007](滑動部件)
[0008]本發明的第一方式的滑動部件，具備:母材部(110)，其由鋼材構成；氮擴散層(120)，其以10?50 μ m的厚度形成于母材部(110)的表面側；以及氮化合物層(130)，其以10?50 μ m的厚度形成于氮擴散層(120)的表面側且成為最外表面，通過進行以下工序來形成氮化合物層(130)以及氮擴散層(120)，所述工序為:第一加熱工序，在570?660°C的氨環境中對由鋼材構成的材料進行加熱處理；第二加熱工序，接著第一加熱工序而在660?690°C中比第一加熱工序的溫度高的溫度的非氧化環境并且非氨環境中對材料進行加熱處理；油冷工序，接著第二加熱工序而以60?80°C的油溫進行油冷。
[0009](滑動部件的制造方法)
[0010]本發明的第二方式的滑動部件的制造方法，該滑動部件具備:母材部(110)，其由鋼材構成；氮擴散層(120)，其以10?50μπι的厚度形成于母材部(110)的表面側；以及氮化合物層(130)，其以10?50 μ m的厚度形成于氮擴散層(120)的表面側且成為最外表面，所述滑動部件的制造方法通過進行以下工序來形成氮化合物層(130)以及氮擴散層
(120)，所述工序為:第一加熱工序，在570?660°C的氨環境中對由鋼材構成的材料進行加熱處理；第二加熱工序，接著第一加熱工序而在660?690°C中比第一加熱工序的溫度高的溫度的非氧化環境并且非氨環境中對材料進行加熱處理；油冷工序，接著第二加熱工序而以60?80°C的油溫進行油冷。
[0011]根據本發明的第一以及第二方式，由于加熱工序后的冷卻為油冷，因此冷卻液使用油而不使用水。由此能夠抑制在滑動部件的表面發生銹蝕。油冷所使用的油由于其材料本身的性質比水冷所使用的水的冷卻速度小。另外，與含有水的冷卻液相比，通過采用油冷能夠使溫度升高。因此油冷的冷卻速度與含水的冷卻液的冷卻速度相比能夠減慢。其結果能夠使加熱前與冷卻后的滑動部件的表面的變形變化量(平坦度)減小。
[0012]其中，在第一加熱工序中在氨環境下進行加熱處理。即，在第一加熱工序對材料進行氮化。該第一加熱工序的溫度為570?660°C。通過以570°C以上的溫度進行加熱，由此能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50 μ m。
[0013]此外，與以高于660°C的溫度進行氮化的情況相比，通過以該溫度進行氮化能夠減小加熱處理后的滑動部件的表面粗糙度。通過減小加熱處理后的滑動部件的表面粗糙度，最終能夠使冷卻后的滑動部件的表面粗糙度減小。因此即使在長時間使用的情況下，也能夠抑制表面粗糙度的變化。
[0014]但是，通過將氮化時的第一加熱溫度設為570?660°C，由此在從該溫度起進行油冷的情況下，如上所述由于油冷溫度為60?80°C、與水冷相比為高溫，因此導致冷卻的溫度差變小。因此接著氮化的第一加熱工序，使環境溫度升溫至660?690°C，之后進行油冷。即，油冷是以660?690°C為開始溫度來進行，能夠確保足夠的溫度差。
[0015]由此，即使將油冷工序的油溫設為60°C以上，通過使油冷工序之前的第二加熱工序的環境溫度設為比Fe-N的Al變態點亦即590°C充分高的溫度660°C以上，從而能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50 μ m。
[0016]另外，通過使第二加熱工序的環境溫度為660°C以上，油溫為80°C以下，從而能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50 μ m。因此能夠提高表面側的硬度。其結果能夠使耐磨性良好。然而，通過使氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為IOym以上，由此能夠充分地確保滑動部件的表面側的硬度，并且即使表面產生了磨損，也能夠減小表面側硬度的變動。
[0017]另外，通過使油冷工序的油溫為60°C以上，能夠充分地抑制作為以往課題的材料變形。此外，通過使第二加熱工序的環境溫度為690°C以下，由此能夠抑制氮化合物層的擴散(消失)，能夠確保較高的硬度。
[0018]在第一方式中，第一加熱工序的環境溫度為590°C以上即可。油冷工序在非氧化環境中進行油冷即可。進而接著油冷工序，通過進行回火工序來形成氮化合物層以及氮擴散層即可，其中回火工序一邊對材料的表面側加壓一邊以250?400°C的溫度進行回火處理。
[0019]由于將第一加熱工序、即氮化時的環境溫度設為Fe-N的Al變態點亦即590°C以上，從而能夠確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50μπι。
[0020]在油冷工序中在非氧化環境中進行油冷。即，如滲氮氧化防蝕法那樣，在加熱工序后不積極地進行氧化處理。即，在滑動部件的表面難以形成氧化被膜。由此能夠提高表面的平坦度。在油冷工序后通過進行一邊對滑動部件(材料)的表面側加壓一邊進行回火處理，從而能夠消除內部變形，并且進一步提高平坦度。
[0021]在第一方式中，第二加熱工序的加熱處理的時間設定為比第一加熱工序中以570?660°C的加熱處理的時間短。另外，在從第一加熱工序的加熱溫度升溫至第二加熱工序的加熱溫度期間，為氨環境即可。另外，在第一加熱工序之前在500?550°C的環境溫度時為氨環境，且升溫至第一加熱工序的加熱溫度即可。
[0022]在第二加熱工序中，以660?690°C加熱處理的時間越長，則氮化合物層的擴散(消失)越擴大。因此通過縮短第二加熱工序中以該溫度進行處理的時間，就能夠抑制氮化合物層的擴散，從而確保硬度。另一方面，由于第一加熱工序是進行氮化處理的工序，因此需要充分地確保以570?660°C加熱處理的時間。因此通過將第二加熱工序中以660?690°C加熱處理的時間設定為比第一加熱工序中以570?660°C加熱處理的時間短，就能夠同時滿足上述要求。
[0023]通過將氨環境的加熱處理從第一加熱工序的環境溫度升溫至第二加熱工序的環境溫度，從而能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度，并且能夠減小表面粗糙度。
[0024]由于從環境溫度為550°C以下時開始成為氨環境，因此能夠抑制氮化不均勻，即氮化的差異。一般情況下，環境溫度越低則氮化效率越低，環境溫度越高則氮化效率越高。即，由于從氮化效率低的狀態開始成為氨環境，因此在達到氮化效率升高的環境溫度時，能夠使環境整體成為氨環境。其結果能夠抑制氮化不均勻。另外，在從環境溫度低于500°C的溫度時開始成為氨環境的情況下也產生氮化不均勻。因此通過將開始供給氨氣的溫度設為500°C以上，從而能夠抑制氮化不均勻。
[0025]在第一方式中，在上述第一加熱工序之前，在300?450°C的氧化環境中對上述材料進行氧化處理即可。另外，在上述氧化處理之前對上述材料進行熱壓處理即可，熱壓處理是以600?700°C的溫度對上述材料施加5N以上的加壓力。
[0026]通過在第一加熱工序之間進行氧化處理，能夠使材料容易氮化。另外，通過在氧化處理之前進行熱壓處理，由此能夠減小材料變形，并能夠除去材料內部的殘留應力。
[0027](離合器片)
[0028]本發明的第三方式的離合器片是構成電磁離合器的離合器片，使用第一方式的滑動部件。
[0029](離合器片的制造方法)
[0030]本發明的第四方式的離合器片的制造方法是構成電磁離合器的離合器片的制造方法，采用第二方式的滑動部件的制造方法.[0031]根據本發明的第三以及第四方式的離合器片，能夠發揮上述的滑動部件的效果。其中，氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為50μπι以下。假設比50μπι厚，則由于導磁率降低，因此離合器片的磁通密度降低，從而離合器片之間的摩擦接合力降低。因此設為50 μ m以下。
[0032]并且，根據本發明的第三以及第四方式的離合器片，即使長時間使用也能夠減小表面粗糙度的變化率。其結果即使由于長時間使用離合器片而表面產生了磨損，離合器片彼此的接觸面積也不會發生較大變化。因此能夠將使用前與長時間使用后的傳遞扭矩的變化率抑制得較小。[0033]另外，在進行回火工序的情況下，能夠使氮化合物層以及氮擴散層所包含的作為非磁性的殘留奧氏體變態為磁性的馬氏體。由此能夠提高離合器片的導磁率以及硬度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]以下，通過參照附圖對本發明的實施方式進行詳細描述，本發明的上述以及其它部件、特征及優點會變得更加清楚，其中，對相同的元素標注相同的附圖標記。
[0035]圖1表示本發明的實施方式的滑動部件或離合器片的表面構造。
[0036]圖2是表示圖1所示的滑動部件或離合器片的第一制造方法的流程圖。(實施例O
[0037]圖3是圖2的S2?S5的熱處理工序圖的一個例子。(實施例1、2)
[0038]圖4是圖2的S2?S5的熱處理工序圖的另一個例子。(實施例3)
[0039]圖5是表示圖1所示的滑動部件或離合器片的第二制造方法的流程
[0040]圖。(實施例2、3)
[0041]圖6是表示比較例I的制造方法的流程圖。
[0042]圖7是圖6的S23?S25的熱處理工序圖。
[0043]圖8是表示比較例2的制造方法的流程圖。
[0044]圖9是圖8的S33?S34的熱處理工序圖。
[0045]圖10是表示比較例3的制造方法的流程圖。
[0046]圖11是圖10的S43?S45的熱處理工序圖。
[0047]圖12是實施例1的剖面組織的顯微鏡照片。
[0048]圖13是實施例2的剖面組織的顯微鏡照片。
[0049]圖14是實施例3的剖面組織的顯微鏡照片。
[0050]圖15是比較例I的剖面組織的顯微鏡照片。
[0051]圖16是比較例2的剖面組織的顯微鏡照片。
[0052]圖17是比較例3的剖面組織的顯微鏡照片。
[0053]圖18是表示硬度相對于距離對象部件的表面的深度的曲線圖。
[0054]圖19是表示加熱前與冷卻后的變形變化量的曲線圖。
[0055]圖20是表示表面粗糙度的曲線圖。
[0056]圖21是實施例1的表面的顯微鏡照片。
[0057]圖22是比較例3的表面的顯微鏡照片。
[0058]圖23是表示實機耐久摩擦試驗前后的傳遞扭矩的變化率的曲線圖。
[0059]圖24是應用了本實施方式的離合器片的驅動力傳遞裝置的軸向剖
[0060]視圖。
[0061]圖25是從圖24的外片的軸向觀察的圖。圖中的環狀線表示槽。
[0062]圖26是從圖24的內片的軸向觀察的圖。圖中的交叉線表示槽。
【具體實施方式】
[0063](滑動部件或離合器片的說明)
[0064]參照附圖對本發明的滑動部件或離合器片進行說明。參照圖1對滑動部件或離合器片的表面構造進行說明。滑動部件或離合器片是對由碳鋼等鋼材構成的材料的表面實施氮化處理而形成的。此外，作為該滑動部件的例子，除了構成電磁離合器裝置的離合器片之夕卜，還可例舉出LSD離合器的鐵系離合器片、制動墊等。
[0065]如圖1所示，該滑動部件具備:由鋼材構成的母材部110 ;以10?50 μ m的厚度形成于母材部110的表面側的氮擴散層120 ;以10?50 μ m的厚度形成于氮氣擴散層120的表面側并成為最外表面的氮化合物層130。材料使用含碳量0.10?0.20%的鋼材。一般情況下，越是低碳鋼越廉價，但表面不易高硬度化。但是根據本發明，例如即使是S15C等低碳鋼，如后述那樣，也能夠實現表面的高硬度化。而且母材部110與材料相同。
[0066]氮擴散層120固溶有氮。氮化合物層130具備位于母材部110側的致密層131、和位于最外表面側的白層132。與白層132相比，致密層131由于氮濃度低、孔少，因此為硬度高的部分。
[0067](制造方法)
[0068]接下來，對滑動部件或離合器片的表面的熱處理方法(制造方法)進行說明。其中，作為滑動部件等的制造方法，應用兩種制造方法。以下分別進行說明。
[0069]首先，參照圖2?圖4對第一制造方法進行說明。其中，圖3以及圖4是分別表示第一制造方法的一個例子的工序圖。對材料進行氧化處理(SI)。該氧化處理是在氮化處理前進行的處理。通過進行氧化處理，使材料容易氮化。氧化處理在300?450°C的氧化環境中進行I?2小時。
[0070]接下來，在570?660°C的氨環境中對材料進行加熱處理(第一加熱工序S2)。具體而言，如圖3所示那樣進行。首先，將材料保持于容積I?3m3的處理室。此時處理室內的環境溫度為500°C以下。然后處理室內的環境溫度開始升溫而成為570?660°C。
[0071]在圖3工序圖的情況下，若環境溫度達到500?550°C，則使處理室內處于氨環境。在圖3中，作為氨環境的開始溫度設為520°C。然后例如，對處理室內以O?5m3/Hr供給氮氣(N2)，以3?7m3/Hr供給氨氣(NH3),并且以0.1?0.6m3/Hr供給二氧化氮氣體(CO2)。此夕卜，在氨環境中也可以不供給氮氣。
[0072]然后，若環境溫度達到570?660°C，則在30分鐘?2小時期間將環境溫度保持為570?660°C的恒定溫度。此時，材料被氮化。第一加熱工序中的恒定溫度，在圖3中為640°C，在圖4中為570°C。此外如圖3所示，優選為將第一加熱工序中的恒定的環境溫度設為比作為Fe-N的Al變態點的590°C高的溫度即可。
[0073]作為其他例子，對于第一加熱工序，也能夠如圖4的工序圖所示那樣進行。處理室內的環境溫度從500°C以下的狀態開始升溫至570?660°C。在升溫期間，以5m3/Hr供給氮氣。然后若環境溫度達到570?660°C，則將氮氣環境的狀態保持5?30分鐘。
[0074]接著,為了成為氨環境，而以O?5m3/Hr供給氮氣，以3?7m3/Hr供給氨氣，并且以0.1?0.6m3/Hr供給二氧化碳氣體。將作為570?660°C的氨環境的狀態保持30分鐘?2小時。此時材料被氮化。另外在該期間可以不供給氨氣。
[0075]接著，回到圖2繼續進行說明。接著第一加熱工序，在660?690°C的非氧化環境且非氨環境中對材料進行加熱處理(第二加熱工序S3)。具體而言，如圖3或圖4所示，從第一加熱工序中的570?660°C的恒定溫度的狀態升溫至作為第二加熱工序的660?690°C的環境溫度。在升溫期間為氨環境。[0076]而且，若環境溫度升溫至660?690°C，則停止氨氣以及二氧化碳氣體的供給，成為氮環境。在氮環境下并不被氮化。而且是非氨環境并且非氧化環境，將環境氣溫度設為660?690°C的恒定溫度，保持5分鐘?I小時。該第二加熱工序的處理時間只要是能夠以660?690°C的恒定溫度使材料的溫度均勻化的時間就足夠。第二加熱工序的恒定溫度在圖3以及圖4中為680°C。
[0077]接著，回到圖2繼續進行說明。接著第二加熱工序，以60?80°C的油溫進行油冷(油冷工序)。具體而言，在氮氣環境中將材料浸入60?80°C的油溫的淬火油。此時材料未被氧化。油冷工序中的油溫在圖3以及圖4中為70°C。
[0078]在油冷工序中若材料的溫度達到油冷工序的油溫時，則接下來一邊對材料的表面側加壓、一邊將材料放入氮氣環境下250?400°C的爐溫的加熱爐,進行I?5小時的回火處理(回火工序)。也將該回火處理稱作壓力回火。通過以上處理，如圖1所示，在材料的表面形成氮化合物層130以及氮擴散層120。
[0079]接下來，參照圖5對第二制造方法進行說明。對于第二制造方法而言，作為第一制造方法的氧化處理的前工序，對材料進行熱壓處理(S11)。熱壓處理是以600?700°C的溫度對材料施加5N以上的加壓力。通過熱壓處理能夠減小材料變形，從而除去材料內部的殘留應力。熱壓處理之后，與第一實施方式相同，進行氧化處理(S12)—第一加熱(S13)—第二加熱(S14)—油冷(S15)—壓力回火(S16)。
[0080](比較實驗)
[0081]接下來，對通過本實施方式的制造方法得到的部件的硬度、冷卻后的變形變化量(平坦度)、部件的表面粗糙度、以及用于離合器片的情況下實機耐久摩擦試驗前后的傳遞扭矩的變化量進行評價。
[0082](實施例1)
[0083]本實施方式的實施例1為應用圖2所示的第一制造方法，并且應用圖3所示的加熱工序的情況。在實施例1中，作為材料使用S15C，處理室的容積為2m3，在第一加熱工序中，以5m3/Hr供給氨氣，以0.3m3/Hr供給二氧化碳氣體。另外,在第一加熱工序以及第二加熱工序中，以5m3/Hr供給氮氣。油冷工序所使用的冷卻油(淬火油)，使用作為石蠟系基礎油的相當于JISl種2號的真空熱處理用的高性能高速淬火油(動粘度:16±2.5mm2/S(40°C)、引火點(COC):178°C、冷卻性能特性溫度:620°C、商品名:特殊淬火油V.1700S (日本潤滑脂株式會社制))。油冷工序后，以310°C進行3小時的壓力回火。
[0084](實施例2)
[0085]本實施方式的實施例2為應用圖5所示的第二制造方法，并且應用圖3所示的加熱工序的情況。實施例2除了對實施例1增加進行熱壓熱理以外，與實施例1相同。
[0086](實施例3)
[0087]本實施方式的實施例3為應用圖5所示的第二制造方法，并且應用圖4所示的加熱工序的情況。另外氨氣、二氧化碳氣體的供給量、油冷工序等與實施例1相同。
[0088](比較例I)
[0089]比較例I是應用了滲氮氧化防蝕法的情況，且為應用了圖6所示的流程圖以及圖7所示的加熱工序的情況。該情況下的材料使用與實施例1?3相同的S15C。具體而言，進行熱壓處理(S21)—氧化處理(S22) — 640°C加熱處理(S23) — 50?60°C的水-乳狀液冷卻(S24)—壓力回火(S25)。
[0090]在S23的加熱處理以后，如以下方式進行。向容積2m3的處理室以5.5m3/Hr供給氮氣，以5.5m3/Hr供給氨氣。處理室的室溫雖然暫時降溫，但是從轉變為升溫時開始以
0.48m3/Hr供給二氧化碳氣體。將處理室的室溫升溫到640°C。升溫到640°C完畢之后，維持I小時30分鐘(加熱工序)。
[0091]在加熱工序之后，向大氣開放使材料氧化。之后以50?60°C的水-油乳狀液進行冷卻(冷卻工序)。在冷卻工序之后，一邊對材料的表面側加壓、一邊將材料放入310°C爐溫的加熱爐，進行3.0小時的回火處理(回火工序)。然后結束處理。
[0092](比較例2)
[0093]比較例2是實施了氣體軟氮化處理后的情況，且為應用了圖8所示的流程圖以及圖9所示的加熱工序的情況。該情況下的材料使用與實施例1?3相同的S15C。具體而言，進行熱壓處理(S31)—氧化處理(S32) — 580°C的加熱處理(S33) — 251:氮氣冷卻(334)。
[0094]在S33的加熱處理以后，如以下方式進行。將容積2m3的處理室升溫至580°C。該溫度是比Fe-N的Al變態點亦即590°C低的低溫。并且，在升溫結束后，以3m3/Hr供給氮氣，以8m3/Hr供給氨氣，并且以0.3m3/Hr供給二氧化碳，且維持I小時20分鐘(加熱工序)。在加熱工序之后，在25°C氮氣環境中進行材料的冷卻(冷卻工序)。然后結束處理。
[0095](比較例3)
[0096]比較例3是實施了高溫氮化處理的情況，并應用了圖10所示的流程圖以及圖11所示的加熱工序的情況。該情況下的材料使用與實施例1?3相同的S15C。具體而言，進行熱壓處理(S41)—氧化處理(S42) — 680°C的加熱處理(S43) — 70°C油冷(S44)—壓力回火(S45)。
[0097]S43的加熱處理以后，如以下方式進行。將容積2m3的處理室升溫至680°C。在升溫中途以5m3/Hr供給氮氣。在升溫結束后維持30分鐘。之后為氨環境。在氨環境下，停止供給氮氣并以5m3/Hr供給氨氣,并且以0.3m3/Hr供給二氧化碳氣體,且維持50分鐘。之后，油冷工序15以及壓力回火與實施例1同樣地進行。
[0098](剖面組織的顯微鏡照片)
[0099]各自表面側的剖面組織的顯微鏡照片如圖12?圖17所示。在本實施方式的實施例I中，如圖12所示，僅在最外表面形成有氮化合物層中的白層，在比其深的一側形成有氮化合物層中的致密層。氮化合物層的厚度約為20 μ m。另外在氮化合物層更深一側形成有氮擴散層。氮擴散層的厚度約為25 μ m。
[0100]另外，在實施例2中，如圖13所示，僅在最外表面形成白層，通過在比白層深的位置形成致密層而形成有約17 μ m厚度的氮化合物層，在更深的位置形成有約23 μ m厚度的氮擴散層。
[0101]另外，在實施例3中，如圖14所示僅在最外表面形成有白層，通過在比白層深的位置形成致密層而形成有約15 μ m厚度的氮化合物層，在更深的位置形成有22 μ m厚度的氮擴散層。
[0102]在比較例I中，如圖15所示，僅在最外表面形成氧化被膜層，在比其深的位置形成約25 μ m厚度的氮化合物層，在更深的位置形成有約17 μ m厚度的氮擴散層。
[0103]在比較例2中，如圖16所示，在最外表面形成有15 μ m的氮化合物層。在該情況下氮擴散層幾乎沒有形成。即，在比氮化合物層更深的一側為母材。
[0104]在比較例3中，如圖17所示僅在最外表面形成白層，在比白層深的位置形成致密層，由此形成有約25 μ m厚度的氮化合物層，在更深的位置形成有約25 μ m厚度的氮擴散層。
[0105](硬度)
[0106]參照圖18對硬度MHV (25g)相對于距離表面的深度進行說明。在實施例1~3以及比較例1、3中，最大硬度超過1000MHV。而且在實施例1、2以及比較例1、3中，在距離表面達到深度30 μ m附近具有800MHV以上的高硬度，到深度50 μ m附近的硬度也比母材的硬度高。即，通過距離表面達到深度25μπι附近所形成的氮化合物層而獲得高硬度。另外，通過使氮擴散層形成得較深，由此能夠使硬度高的部分變厚。
[0107]另外，在實施例3中，距離表面達到深度25 μ m附近具有800MHV以上的高硬度，到深度40 μ m附近的硬度也比母材的硬度高。這考慮是由于氮化合物層以及氮擴散層與上述相比變薄。
[0108]另外，在比較例2的氣體軟氮化處理中，雖然最大硬度超過700MHV，但700MHV以上的高硬度部分，為距離表面達到深度6 μ m附近。并且在距離表面的深度10 μ m附近，降低至300MHV左右，在距離表面的深度15 μ m附近大致為與母材的硬度相同的程度。如圖16所示，與形成有氮化合物層的深度對應。
[0109](加熱冷卻工序前后的變形變化量(平坦度))
[0110]接下來，參照圖19對冷卻工序后的變形量(平坦度)相對于加熱工序前的變形量(平坦度)的變化量進行說明。在實施例2、3以及比較例2、3中，變形變化量為0.0Imm左右。在實施例1中，變形變化量為0.08mm。另外在比較例I中為0.27mm。比較例I的變形變化量大考慮是由于冷卻液的溫度低于50~60°C,因此冷卻速度快。
[0111](表面粗糙度)
[0112]接下來，對于各個試驗結果，參照圖20對制造后的離合器片的表面粗糙度Rz (十分平均粗糙度(J1SB0601:1994))進行說明。實施例1~3以及比較例1、2為1.0^111左右，比較例3為2.9 μ m。
[0113](表面的顯微鏡照片)
[0114]其中，圖21以及圖22表示實施例1與比較例3的離合器片的表面的顯微鏡照片。根據圖21以及圖22可知，實施例1以及比較例3都存在多個小突起。此外，圖21的實施例I的突起的直徑小于圖22的比較例3的突起的直徑。與比較例3相比，在實施例1中考慮由于氮化時的溫度低，因此抑制氮化時表面的突起的生長。
[0115]而且，如圖20所示實施例1的表面粗糙度Rz小于比較例3的表面粗糙度Rz，如圖21以及圖22所示，考慮存在實施例1的突起的直徑比比較例3的直徑小的關系。
[0116](實機耐久摩擦試驗)
[0117] 對各個部件進行了實機耐久摩擦試驗。在該試驗中，應用了構成驅動力傳遞裝置的電磁離合器。具體而言，對構成該電磁離合器并且具有多個同心圓的環狀槽的外導向離合器片44b (圖24，圖25所示)實施上述實施例1~3以及比較例I~3的各表面處理。作為外導向離合器片44b的配對方材料，具有多個交叉的槽的內導向離合器片44a (圖24、圖26所示)涂覆有類金剛石碳(DLC)膜。試驗條件以電磁離合器部的表面壓力0.2MPa、滑動速度0.02m/S、流體耦合(動粘度40°c、23mm2/s)潤滑下、耦合表面溫度90?100°C、耐久時間480h連續滑動、380W的能量為基礎，進行了耐久試驗。
[0118]而且，對摩擦試驗后的傳遞扭矩相對于摩擦試驗前的離合器片44a、44b之間的傳遞扭矩的變化率進行了測定。其中，通過進行上述摩擦試驗，各片44a、44b的表面磨損，兩者的接觸面積發生變化。由此在摩擦試驗后，與試驗前相比，兩者間的傳遞扭矩增大。并且在摩擦試驗前后傳遞扭矩的變化率越小，則評價為耐久性能越高。
[0119]如圖23所示，比較例I的變化率最小，為4%左右。其次，實施例1、2的變化率為5%左右，實施例3的變化率為8%左右。比較例2的變化率為12%左右，比較例3的變化率為10%左右。
[0120](總結)
[0121]根據實施例1?3，將第二加熱工序(圖2的S3、圖5的S14)后的冷卻作為油冷，因此冷卻液使用油而不使用水。由此能夠抑制在滑動部件的表面發生銹蝕。與水冷所使用的水相比，油冷所使用的油因其材料本身的性質而冷卻速度較小。另外，與含有水的冷卻液相比，通過進行油冷能夠使溫度升高。因此油冷的冷卻速度與含水的冷卻液的冷卻速度相比能夠變慢。其結果能夠減小加熱前與冷卻后的滑動部件的表面的變形變化量(平坦度)。
[0122]其中，在第一加熱工序(圖2的S2、圖5的S13)中，在氨環境下進行加熱處理。SP，在第一加熱工序中材料被氮化。該第一加熱工序的溫度為570?660°C。通過以570°C以上的溫度進行加熱，由此能夠可靠地確保氮化合物層130以及氮擴散層120的厚度分別為10 ?50 μ m0
[0123]特別是，通過將第一加熱工序的環境溫度設為Fe-N的Al變態點亦即590°C以上，由此從圖12?圖14可知，能夠確保氮化合物層130以及氮擴散層120的厚度分別為10?50 μ m0
[0124]并且，通過在該溫度進行氮化，如圖20所示，與在比660°C高的溫度進行氮化的情況相比，能夠減小加熱處理后的滑動部件的表面粗糙度。通過減小加熱處理后的滑動部件的表面粗糙度，最終能夠使冷卻后的滑動部件的表面粗糙度變小。因此即使在長時間使用的情況下，也能夠抑制表面粗糙度的變化。其結果，在應用于離合器片的情況下，即使表面磨損，離合器片彼此的接觸面積也不會變化太大。因此能夠將使用前與長時間使用后的傳遞扭矩的變化率減小。
[0125]但是，由于將氮化時的加熱溫度(第一加熱工序的溫度)設為570?660°C，因此在從該溫度進行了油冷的情況下，如上所述與水冷相比由于油冷溫度為60?80°C這樣的高溫，因而冷卻的溫度差減小。因此，接著氮化的第一加熱工序，將環境溫度升溫至660?6900C (第二加熱工序)，之后進行油冷。即，油冷將660?690°C作為開始溫度來進行，能夠確保充分的溫度差。
[0126]由此，即使油冷工序(圖2的S4、圖5的S15)的油溫為60°C以上，通過使油冷工序之前的第二加熱工序的環境溫度為比Fe-N的Al變態點亦即590°C足夠高的660°C以上，能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50 μ m。
[0127]另外，通過使第二加熱工序的環境溫度為660°C以上，使油溫為80°C以下，從而能夠可靠地確保氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10?50 μ m。因此能夠使表面側的硬度增高。其結果，能夠使耐摩擦性變得良好。然而，通過使氮化合物層以及氮擴散層的厚度分別為10 μ m以上，從而能夠充分確保滑動部件的表面的硬度，并且即使表面產生了磨損也能夠減小表面側的硬度的變動。
[0128]另外，通過使油冷工序的油溫為60°C以上，如圖19所示，能夠充分地抑制作為以往課題的材料變形。此外，通過使第二加熱工序的環境溫度為690°C以下，從而能夠抑制氮化合物層的擴散(消失)，能夠提高表面側的硬度。
[0129]另外，在實施例1?3的油冷工序中在非氧化環境中進行油冷。即，如比較例I的滲氮氧化防蝕法那樣，在加熱工序后不積極地進行氧化處理。即，難以在滑動部件的表面形成氧化被膜。即使如此，在實施例1?3中也能夠使表面的平坦度升高。
[0130]另外，通過在油冷工序后進行壓力回火處理(圖2的S5、圖5的S16)，能夠除去內部變形并且能夠進一步提高平坦度。此外，通過進行壓力回火處理，能夠使氮化合物層130以及氮擴散層120所包含的非磁性的奧氏體變態為磁性的馬氏體。由此能夠提高離合器片的導磁率以及硬度。
[0131]另外，實施例1、2—方與實施例3相比，氮化合物層130較厚。由此認為在第二加熱工序中，以660?690°C加熱的處理時間越長，則氮化合物層的擴散(消失)越放大。因此通過使第二加熱工序在該溫度的處理時間縮短，能夠抑制氮化合物層130的擴散，能夠確保硬度。另一方面，由于第一加熱工序是進行氮化處理的工序，因此需要充分確保以570?660°C加熱的處理時間。因此如實施例1、2那樣，通過將第二加熱工序的以660?690°C加熱的處理時間設定為比第一加熱工序的以570?660°C的加熱處理時間短，從而能夠同時滿足上述條件。
[0132]另外，在實施例1?3中，使氨環境溫度的加熱處理從第一加熱工序的環境溫度升溫至第二加熱工序的環境溫度。由此能夠可靠地確保氮化合物層130以及氮擴散層120的厚度，并且能夠減小表面粗糙度。此外，也可以在從第一加熱工序的環境溫度開始升溫時，停止供給氨氣。
[0133]此外，在實施例1、2中，在環境溫度為500?550°C時，使處理室為氨環境。這樣，通過從環境溫度為550°C以下時為氨環境，從而能夠抑制氮化不均勻，即氮化的差異。一般情況下，環境溫度越低則氮化效率越低，環境溫度越高則氮化效率越高。即，通過從氮化效率低的狀態開始成為氨環境，由此在達到氮化效率升高的環境溫度時，能夠使環境整體成為氨環境。其結果，能夠抑制氮化不均勻。另外，即使在從環境溫度低于500°C的溫度時開始成為氨環境的情況下，也產生氮化不均勻。因此通過將開始供給氨氣的溫度設為500°C以上，從而能夠抑制氮化不均勻。
[0134]然而，如上所述，將氮化合物層130以及氮擴散層120的厚度分別設為50 μ m以下。假設比50 μ m厚，則由于導磁率降低，因此離合器片的磁通密度降低，離合器片之間的摩擦接合力降低。因此為50 μ m以下。
[0135](應用了電磁離合器裝置的驅動力傳遞裝置)
[0136]接下來，參照圖24對應用了上述電磁離合器裝置的離合器片的驅動力傳遞裝置I進行說明。驅動力傳遞裝置1，例如用于在4輪驅動車中根據車輛的行駛狀態而向傳遞驅動力的輔助驅動輪側傳遞的驅動力傳遞系統。更詳細地說，在4輪驅動車中，驅動力傳遞裝置1，例如連結于傳遞發動機的驅動力的傳動軸與后差速器之間。驅動力傳遞裝置I 一邊改變傳遞比例一邊將從傳動軸傳遞的驅動力傳遞至后差速器。該驅動力傳遞裝置1，例如在產生前輪與后輪的旋轉差的情況下發揮作用，以便降低旋轉差。
[0137]驅動力傳遞裝置I由所謂的電子控制聯軸器構成。如圖24所示，該驅動力傳遞裝置I具備:作為外側旋轉部件的外殼10、作為內側旋轉部件的內軸20、主離合器30、構成導向離合器機構的電磁離合器裝置40、以及凸輪機構50。
[0138]外殼10在圓筒形狀的孔蓋(未圖示)的內周側，能夠旋轉地支承于該孔蓋，該外殼10整體形成為圓筒形狀，且由配置于車輛前側的前外殼11和配置于車輛后側的后外殼12形成。
[0139]前外殼11例如由以鋁為主要成分的非磁性材料的鋁合金形成，且形成為有底筒狀，前外殼11的圓筒部的外周面經由軸承而能夠旋轉地支承于孔蓋的內周面。此外前外殼11的底部與傳動軸(未圖示)的車輛后端側連結。即，配置為前外殼11的有底筒狀的開口側朝向車輛后側。而且，在如外殼11的內周面中的軸向中央部，形成有雌花鍵I la，在該內周面的開口附近形成有陰螺紋。
[0140]后外殼12形成為圓環狀，且與前外殼11 一體地配置在前外殼11的開口側的徑向內側。在后外殼12的車輛后方側遍及整周而形成有環狀槽。在該后外殼12的環狀槽底的一部分具備作為非磁性材料的例如由不銹鋼形成的環狀部件12a。后外殼12中環狀部件12a以外的部位由為了形成磁電路而以作為磁性材料的鐵為主要成分的材料(以下，稱作“鐵系材料”)形成。在后外殼12的外周面形成有陽螺紋，該陽螺紋被螺紋緊固于前外殼的11的陰螺紋。此外，通過將前外殼11的陰螺紋緊固于后外殼的陽螺紋，將前外殼11的開口側端面抵接于后外殼的階梯部的端面，由此將前外殼11和后外殼12固定。
[0141]內軸20形成為在外周面的軸向中央部具備雄花鍵20a的軸狀。該內軸20液密地貫通后外殼12的中央的貫通孔，并在外殼10內能夠相對旋轉地配置于同軸上。而且，內軸20在相對于前外殼11以及后外殼12而限制了軸向位置的狀態下，經由軸承而能夠旋轉地支承于前外殼11以及后外殼12。此外，內軸20的車輛后端側(圖24的右側)與差速器齒輪(未圖示)連結。此外，在由外殼10和內軸20液密地劃分的空間內，以規定的填充率填充有潤滑油。
[0142]主離合器30在外殼10與內軸20之間傳遞扭矩。該主離合器30是由鐵系材料形成的濕式多板式5的摩擦離合器。主離合器30配置在前外殼11的圓筒部內周面與內軸20的外周面之間。主離合器30配置在前外殼11的底部與后外殼12的車輛前方端面之間。該主離合器30由內主離合器片32和外主離合器片31構成，且沿軸向交替配置。內主離合器片32在內周側形成有雌花鍵32a，并與內軸20的雄花鍵20a嵌合。外主離合器片31在外周側形成有雄花鍵31a，并與前外殼11的雌花鍵Ila嵌合。
[0143]電磁離合器裝置40借助磁力使電樞43靠近磁軛41側，由此使導向離合器44彼此接合。即，電磁離合器裝置40將外殼10的扭矩傳遞到構成凸輪機構50的支承凸輪部件51。該電磁離合器裝置40由磁軛41、電磁線圈42、電樞43、導向離合器44構成。
[0144]磁軛41形成為環狀，以相對于后外殼12能夠旋轉的方式經由縫隙收容于后外殼12的環狀槽。磁軛41固定于孔蓋。另外，磁軛41的內周側經由軸承而能夠旋轉地支承于后外殼12。電磁線圈42通過卷繞卷線而形成為圓環狀，并固定于磁軛41。
[0145]電樞43由鐵系材料形成。形成為在外周側具備雄花鍵的圓環狀。電樞43配置在主離合器30與后外殼12的軸向之間。而且，電樞43的外周側與前外殼11的雌花鍵Ila嵌合。若向電磁線圈42供給電流,貝U電樞43以被拉向磁軛41側的方式發揮作用。
[0146]導向離合器44在外殼10與支承凸輪部件51之間傳遞扭矩。該導向離合器44由鐵系材料形成。導向離合器44配置在前外殼11的圓筒部內周面與支承凸輪部件51的外周面之間。并且，導向離合器44配置在電樞43與后外殼12的車輛前方端面之間。該導向離合器44由內導向離合器片44a (圖4、圖26所示)和外導向離合器片44b (圖24、圖5所示的)構成，且沿軸向交替地配置。內導向離合器片44a在內周側形成有雌花鍵，并與支承凸輪部件51的雄花鍵嵌合。外導向離合器片44b在外周側形成有雄花鍵，且與前外殼11的雌花鍵Ila嵌合。
[0147]而且，若向電磁線圈42供給電流，則如圖24的箭頭所示，形成有經過磁軛41、后外殼12的外周側、導向離合器44、電樞43、導向離合器44、后外殼12的內周側以及磁軛41的磁電路。這樣，電樞43被拉向磁軛41偵彳，且內導向離合器片44a與外導向離合器片44b摩擦接合。然后，將外殼10的扭矩傳遞至支承凸輪部件51。另一方面，若切斷向電磁線圈42的電流供給，則對電樞43的吸引力消失，從而內導向離合器片44a與外導向離合器片44b的摩擦接合被解除。
[0148]凸輪機構50設置在主離合器30與導向離合器44之間，將基于經由導向離合器44傳遞的外殼10與內軸20的旋轉差的扭矩，變換為軸向的按壓力并按壓主離合器30。該凸輪機構50由支承凸輪部件51、移動凸輪部件525以及凸輪從動件53構成。
[0149]支承凸輪部件51形成為在外周側具備雄花鍵的圓環狀。在該支承凸輪部件51的車輛前方端面形成有凸輪槽。支承凸輪部件51經由縫隙相對于內軸20的外周面設置，且經由推力軸承60支承于后外殼12的車輛前方端面。因此支承凸輪部件51的車輛后方端面，經由墊片61而與推力軸承60的滾道板抵接。即，支承凸輪部件51設置為能夠相對于內軸20以及后外殼12旋轉，且相對于軸向被限制。此外，支承凸輪部件51的雄花鍵與內導向離合器片44a的雌花鍵嵌合。
[0150]移動凸輪部件52的大部分由鐵系材料形成，且形成為內周側具備雌花鍵的圓環狀。移動凸輪部件52配置在支承凸輪部件51的車輛前方。在移動凸輪部件52的車輛后方端面以相對于支承凸輪部件51的凸輪槽而沿軸向對置的方式形成有凸輪槽。移動凸輪部件52的雌花鍵與內軸20的雄花鍵20a嵌合。因此移動凸輪部件52與內軸20 —起旋轉。此外，成為移動凸輪部件52的車輛前方端面能夠與配置于主離合器30的車輛最后方的內主離合器片32抵接的狀態。若移動凸輪部件52向車輛前方移動,則對該內主離合器片32向車輛前方按壓。
[0151]凸輪從動件53由球狀構成，夾裝于支承凸輪部件51與移動凸輪部件52相互對置的凸輪槽。即，借助凸輪從動件53以及各自的凸輪槽的作用，在支承凸輪部件51與移動凸輪部件52產生旋轉差時，移動凸輪部件52沿軸向而向相對于支承凸輪部件51遠離(車輛前方)的方向移動。支承凸輪部件51與移動凸輪部件52的扭轉角度越大，則移動凸輪部件52相對于支承凸輪部件51的軸向分離量越大。
[0152](驅動力傳遞裝置的基本的動作)
[0153]接下來，對由上述結構構成的驅動力傳遞裝置I的基本的動作進行說明。對外殼10與內軸20產生旋轉差的情況進行說明。若向電磁離合器裝置40的電磁線圈42供給電流，則形成有以電磁線圈42為基點在磁軛41、后外殼12、電樞43循環的環狀的磁電路。[0154]這樣，通過形成磁電路，電樞43被拉向磁軛41側、即軸向后方。其結果，電樞43按壓導向離合器44，使內導向離合器片44a與外導向離合器片44b摩擦接合。于是外殼10的旋轉扭矩經由導向離合器44而向支承凸輪部件51傳遞，從而支承凸輪部件51旋轉。
[0155]其中，由于移動凸輪部件52與內軸20花鍵嵌合，因而與內軸20—起旋轉。因此支承凸輪部件51與移動凸輪部件52產生旋轉差。于是借助凸輪從動件53以及各自的凸輪槽的作用，移動凸輪部件52沿軸向(車輛前側)相對于支承凸輪部件51移動。移動凸輪部件52將主離合器30向車輛前側按壓。
[0156]其結果，內主離合器片32與外主離合器片31相互抵接而成為摩擦接合狀態。于是，與外殼10的旋轉扭矩經由主離合器30而傳遞至內軸20。于是，能夠降低外殼10與內軸20的旋轉差。此外，通過控制向電磁線圈42供給的電流量，從而能夠控制主離合器30的摩擦接合力。即，通過控制向電磁線圈42供給的電流量，從而能夠控制在外殼10與內軸20之間傳遞的扭矩。
【權利要求】
1.一種滑動部件，其特征在于，具備: 母材部(110)，其由鋼材構成； 氮擴散層(120)，其以10~50 μ m的厚度形成于所述母材部(110)的表面側；以及 氮化合物層(130)，其以10~50 μ m的厚度形成于所述氮擴散層(120)的表面側且成為最外表面， 通過進行以下工序來形成所述氮化合物層(130)以及所述氮擴散層(120)，所述工序為:第一加熱工序，在570~660°C的氨環境中對由鋼材構成的材料進行加熱處理；第二加熱工序，接著所述第一加熱工序而在660~690°C中比所述第一加熱工序的溫度高的溫度的非氧化環境并且非氨環境中對所述材料進行加熱處理；油冷工序，接著所述第二加熱工序而以60~80°C的油溫進行油冷。
2.根據權利要求1所述的滑動部件，其特征在于， 所述第一加熱工序的環境溫度為590°C以上。
3.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 所述油冷工序在非氧化環境中進行油冷。
4.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 通過再接著所述油冷工序而進行回火工序來形成所述氮化合物層(130)以及所述氮擴散層(120)，所述回火工序一邊對所述材料的表面側加壓一邊以250~400°C的溫度進行回火處理。
5.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 所述第二加熱工序的加熱處理的時間被設定為比所述第一加熱工序的以570~660°C加熱處理的時間短。
6.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 在從所述第一加熱工序的加熱溫度升溫至所述第二加熱工序的加熱溫度期間為氨環境。
7.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 在所述第一加熱工序之前在500~550°C的環境溫度時為氨環境，并升溫至所述第一加熱工序的加熱溫度。
8.根據權利要求1或2所述的滑動部件，其特征在于， 在所述第一加熱工序之前，在300~450°C的氧化環境中對所述材料進行氧化處理。
9.根據權利要求8的滑動部件，其特征在于， 在所述氧化處理之前對所述材料進行熱壓處理，該熱壓處理是在600~70(TC的溫度下對所述材料施加5N以上加壓力的處理。
10.一種離合器片，是構成電磁離合器的離合器片，其特征在于， 使用權利要求1或2的滑動部件。
11.一種滑動部件的制造方法，其特征在于， 所述滑動部件具備:母材部(110)，其由鋼材構成；氮擴散層(120)，其以10~50μπι的厚度形成于所述母材部(110)的表面側；以及氮化合物層(130),其以10~50 μ m的厚度形成于所述氮擴散層(120)的表面側且成為最外表面， 所述滑動部件的制造方法通過進行以下工序來形成所述氮化合物層(130)以及所述氮擴散層(120),所述工序為:第一加熱工序,在570~660°C的氨環境中對由鋼材構成的材料進行加熱處理；第二加熱工序，接著所述第一加熱工序而在660~690°C中比所述第一加熱工序的溫度高的溫度的非氧化環境并且非氨環境中對所述材料進行加熱處理；油冷工序，接著所述第二加熱工序而以60~80°C的油溫進行油冷。
12.—種離合器片的制造方法，是構成電磁離合器的離合器片的制造方法，其特征在于， 采用權利要求11的滑動 部件的制造方法。
【文檔編號】C23C8/24GK103925306SQ201410018490
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2013年1月15日
【發明者】安藤寬之, 安藤淳二, 津田拓也, 高橋修一, 服部清幸, 福島和廣, 難波友幸, 白柳洋 申請人:株式會社捷太格特, 株式會社Cnk