滑动部件、离合器片及其制造方法

滑动部件、离合器片及其制造方法
【专利摘要】本发明提供滑动部件、离合器片及其制造方法，该滑动部件具备：母材部（110），其由钢材构成；氮扩散层（120），其以10～50μm的厚度形成于母材部（110）的表面侧；氮化合物层（130），其以10～50μm的厚度形成于氮扩散层（120）的表面侧且成为最外表面，通过进行以下工序来形成氮化合物层（130）以及氮扩散层（120），所述工序为：第一加热工序，在570～660℃的氨环境中对由钢材构成的材料进行加热处理；第二加热工序，接着第一加热工序而在660～690℃中比第一加热工序的温度高的温度的非氧化环境并且非氨环境中对材料进行加热处理；油冷工序，接着第二加热工序而以60～80℃的油温进行油冷。
【专利说明】滑动部件、离合器片及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及滑动部件、离合器片及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在日本特开平11-287258以及日本特开2006-138485中记载有在电磁离合器装置的离合器片的制造中应用渗氮氧化防蚀(注册商标)法。渗氮氧化防蚀法通过以下方式进行，即:进行将铁制的基材在氮气环境中以500?700°C加热I?2小时的气体软氮化处理，接着，在氧环境中以高温进行短时间氧化处理，最后，在水-油的乳状液中快速冷却。由此，氮化合物层和氮扩散层分别形成为20?40 μ m左右的厚度,氧化被膜形成为0.5?1.5 μ m左右的厚度。
[0003]其中，离合器片等滑动部件的表面需要确保高平坦度。但是，根据上述制造方法，由于在水-油的乳状液中快速冷却，因此冷却速度加快，有可能使材料变形。此外由于冷却液含水，因此存在表面锈蚀的问题。
[0004]另一方面，了解到在长时间使用应用了渗氮氧化防蚀法的离合器片的情况下，使用前与长时间使用后的传递扭矩的变化率被抑制得较小。考虑这是由于离合器片的表面粗糙度被抑制得较小，由此即使表面发生了磨损，离合器片彼此的接触面积也没有大的变化。

【发明内容】

[0005]本发明提供的滑动部件、离合器片及其制造方法，抑制冷却引起的材料变形并且在表面不发生锈蚀，且在长时间使用的情况下能够抑制表面粗糙度的变化。
[0006]为了解决上述课题，本发明人们经过反复锐意的研究，通过在冷却液中不使用水，来增大冷却前后的温度差，并且不使氮化温度过度高温，由此想到了本发明。本发明能够作为滑动部件来把握，另外也可以作为滑动部件的一个方式的电磁离合器的离合器片来把握，还可以作为它们的制造方法来把握。
[0007](滑动部件)
[0008]本发明的第一方式的滑动部件，具备:母材部(110)，其由钢材构成；氮扩散层(120)，其以10?50 μ m的厚度形成于母材部(110)的表面侧；以及氮化合物层(130)，其以10?50 μ m的厚度形成于氮扩散层(120)的表面侧且成为最外表面，通过进行以下工序来形成氮化合物层(130)以及氮扩散层(120)，所述工序为:第一加热工序，在570?660°C的氨环境中对由钢材构成的材料进行加热处理；第二加热工序，接着第一加热工序而在660?690°C中比第一加热工序的温度高的温度的非氧化环境并且非氨环境中对材料进行加热处理；油冷工序，接着第二加热工序而以60?80°C的油温进行油冷。
[0009](滑动部件的制造方法)
[0010]本发明的第二方式的滑动部件的制造方法，该滑动部件具备:母材部(110)，其由钢材构成；氮扩散层(120)，其以10?50μπι的厚度形成于母材部(110)的表面侧；以及氮化合物层(130)，其以10?50 μ m的厚度形成于氮扩散层(120)的表面侧且成为最外表面，所述滑动部件的制造方法通过进行以下工序来形成氮化合物层(130)以及氮扩散层
(120)，所述工序为:第一加热工序，在570?660°C的氨环境中对由钢材构成的材料进行加热处理；第二加热工序，接着第一加热工序而在660?690°C中比第一加热工序的温度高的温度的非氧化环境并且非氨环境中对材料进行加热处理；油冷工序，接着第二加热工序而以60?80°C的油温进行油冷。
[0011]根据本发明的第一以及第二方式，由于加热工序后的冷却为油冷，因此冷却液使用油而不使用水。由此能够抑制在滑动部件的表面发生锈蚀。油冷所使用的油由于其材料本身的性质比水冷所使用的水的冷却速度小。另外，与含有水的冷却液相比，通过采用油冷能够使温度升高。因此油冷的冷却速度与含水的冷却液的冷却速度相比能够减慢。其结果能够使加热前与冷却后的滑动部件的表面的变形变化量(平坦度)减小。
[0012]其中，在第一加热工序中在氨环境下进行加热处理。即，在第一加热工序对材料进行氮化。该第一加热工序的温度为570?660°C。通过以570°C以上的温度进行加热，由此能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50 μ m。
[0013]此外，与以高于660°C的温度进行氮化的情况相比，通过以该温度进行氮化能够减小加热处理后的滑动部件的表面粗糙度。通过减小加热处理后的滑动部件的表面粗糙度，最终能够使冷却后的滑动部件的表面粗糙度减小。因此即使在长时间使用的情况下，也能够抑制表面粗糙度的变化。
[0014]但是，通过将氮化时的第一加热温度设为570?660°C，由此在从该温度起进行油冷的情况下，如上所述由于油冷温度为60?80°C、与水冷相比为高温，因此导致冷却的温度差变小。因此接着氮化的第一加热工序，使环境温度升温至660?690°C，之后进行油冷。即，油冷是以660?690°C为开始温度来进行，能够确保足够的温度差。
[0015]由此，即使将油冷工序的油温设为60°C以上，通过使油冷工序之前的第二加热工序的环境温度设为比Fe-N的Al变态点亦即590°C充分高的温度660°C以上，从而能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50 μ m。
[0016]另外，通过使第二加热工序的环境温度为660°C以上，油温为80°C以下，从而能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50 μ m。因此能够提高表面侧的硬度。其结果能够使耐磨性良好。然而，通过使氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为IOym以上，由此能够充分地确保滑动部件的表面侧的硬度，并且即使表面产生了磨损，也能够减小表面侧硬度的变动。
[0017]另外，通过使油冷工序的油温为60°C以上，能够充分地抑制作为以往课题的材料变形。此外，通过使第二加热工序的环境温度为690°C以下，由此能够抑制氮化合物层的扩散(消失)，能够确保较高的硬度。
[0018]在第一方式中，第一加热工序的环境温度为590°C以上即可。油冷工序在非氧化环境中进行油冷即可。进而接着油冷工序，通过进行回火工序来形成氮化合物层以及氮扩散层即可，其中回火工序一边对材料的表面侧加压一边以250?400°C的温度进行回火处理。
[0019]由于将第一加热工序、即氮化时的环境温度设为Fe-N的Al变态点亦即590°C以上，从而能够确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50μπι。
[0020]在油冷工序中在非氧化环境中进行油冷。即，如渗氮氧化防蚀法那样，在加热工序后不积极地进行氧化处理。即，在滑动部件的表面难以形成氧化被膜。由此能够提高表面的平坦度。在油冷工序后通过进行一边对滑动部件(材料)的表面侧加压一边进行回火处理，从而能够消除内部变形，并且进一步提高平坦度。
[0021]在第一方式中，第二加热工序的加热处理的时间设定为比第一加热工序中以570?660°C的加热处理的时间短。另外，在从第一加热工序的加热温度升温至第二加热工序的加热温度期间，为氨环境即可。另外，在第一加热工序之前在500?550°C的环境温度时为氨环境，且升温至第一加热工序的加热温度即可。
[0022]在第二加热工序中，以660?690°C加热处理的时间越长，则氮化合物层的扩散(消失)越扩大。因此通过缩短第二加热工序中以该温度进行处理的时间，就能够抑制氮化合物层的扩散，从而确保硬度。另一方面，由于第一加热工序是进行氮化处理的工序，因此需要充分地确保以570?660°C加热处理的时间。因此通过将第二加热工序中以660?690°C加热处理的时间设定为比第一加热工序中以570?660°C加热处理的时间短，就能够同时满足上述要求。
[0023]通过将氨环境的加热处理从第一加热工序的环境温度升温至第二加热工序的环境温度，从而能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度，并且能够减小表面粗糙度。
[0024]由于从环境温度为550°C以下时开始成为氨环境，因此能够抑制氮化不均匀，即氮化的差异。一般情况下，环境温度越低则氮化效率越低，环境温度越高则氮化效率越高。即，由于从氮化效率低的状态开始成为氨环境，因此在达到氮化效率升高的环境温度时，能够使环境整体成为氨环境。其结果能够抑制氮化不均匀。另外，在从环境温度低于500°C的温度时开始成为氨环境的情况下也产生氮化不均匀。因此通过将开始供给氨气的温度设为500°C以上，从而能够抑制氮化不均匀。
[0025]在第一方式中，在上述第一加热工序之前，在300?450°C的氧化环境中对上述材料进行氧化处理即可。另外，在上述氧化处理之前对上述材料进行热压处理即可，热压处理是以600?700°C的温度对上述材料施加5N以上的加压力。
[0026]通过在第一加热工序之间进行氧化处理，能够使材料容易氮化。另外，通过在氧化处理之前进行热压处理，由此能够减小材料变形，并能够除去材料内部的残留应力。
[0027](离合器片)
[0028]本发明的第三方式的离合器片是构成电磁离合器的离合器片，使用第一方式的滑动部件。
[0029](离合器片的制造方法)
[0030]本发明的第四方式的离合器片的制造方法是构成电磁离合器的离合器片的制造方法，采用第二方式的滑动部件的制造方法.[0031]根据本发明的第三以及第四方式的离合器片，能够发挥上述的滑动部件的效果。其中，氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为50μπι以下。假设比50μπι厚，则由于导磁率降低，因此离合器片的磁通密度降低，从而离合器片之间的摩擦接合力降低。因此设为50 μ m以下。
[0032]并且，根据本发明的第三以及第四方式的离合器片，即使长时间使用也能够减小表面粗糙度的变化率。其结果即使由于长时间使用离合器片而表面产生了磨损，离合器片彼此的接触面积也不会发生较大变化。因此能够将使用前与长时间使用后的传递扭矩的变化率抑制得较小。[0033]另外，在进行回火工序的情况下，能够使氮化合物层以及氮扩散层所包含的作为非磁性的残留奥氏体变态为磁性的马氏体。由此能够提高离合器片的导磁率以及硬度。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]以下，通过参照附图对本发明的实施方式进行详细描述，本发明的上述以及其它部件、特征及优点会变得更加清楚，其中，对相同的元素标注相同的附图标记。
[0035]图1表示本发明的实施方式的滑动部件或离合器片的表面构造。
[0036]图2是表示图1所示的滑动部件或离合器片的第一制造方法的流程图。(实施例O
[0037]图3是图2的S2?S5的热处理工序图的一个例子。(实施例1、2)
[0038]图4是图2的S2?S5的热处理工序图的另一个例子。(实施例3)
[0039]图5是表示图1所示的滑动部件或离合器片的第二制造方法的流程
[0040]图。(实施例2、3)
[0041]图6是表示比较例I的制造方法的流程图。
[0042]图7是图6的S23?S25的热处理工序图。
[0043]图8是表示比较例2的制造方法的流程图。
[0044]图9是图8的S33?S34的热处理工序图。
[0045]图10是表示比较例3的制造方法的流程图。
[0046]图11是图10的S43?S45的热处理工序图。
[0047]图12是实施例1的剖面组织的显微镜照片。
[0048]图13是实施例2的剖面组织的显微镜照片。
[0049]图14是实施例3的剖面组织的显微镜照片。
[0050]图15是比较例I的剖面组织的显微镜照片。
[0051]图16是比较例2的剖面组织的显微镜照片。
[0052]图17是比较例3的剖面组织的显微镜照片。
[0053]图18是表示硬度相对于距离对象部件的表面的深度的曲线图。
[0054]图19是表示加热前与冷却后的变形变化量的曲线图。
[0055]图20是表示表面粗糙度的曲线图。
[0056]图21是实施例1的表面的显微镜照片。
[0057]图22是比较例3的表面的显微镜照片。
[0058]图23是表示实机耐久摩擦试验前后的传递扭矩的变化率的曲线图。
[0059]图24是应用了本实施方式的离合器片的驱动力传递装置的轴向剖
[0060]视图。
[0061]图25是从图24的外片的轴向观察的图。图中的环状线表示槽。
[0062]图26是从图24的内片的轴向观察的图。图中的交叉线表示槽。
【具体实施方式】
[0063](滑动部件或离合器片的说明)
[0064]参照附图对本发明的滑动部件或离合器片进行说明。参照图1对滑动部件或离合器片的表面构造进行说明。滑动部件或离合器片是对由碳钢等钢材构成的材料的表面实施氮化处理而形成的。此外，作为该滑动部件的例子，除了构成电磁离合器装置的离合器片之夕卜，还可例举出LSD离合器的铁系离合器片、制动垫等。
[0065]如图1所示，该滑动部件具备:由钢材构成的母材部110 ;以10?50 μ m的厚度形成于母材部110的表面侧的氮扩散层120 ;以10?50 μ m的厚度形成于氮气扩散层120的表面侧并成为最外表面的氮化合物层130。材料使用含碳量0.10?0.20%的钢材。一般情况下，越是低碳钢越廉价，但表面不易高硬度化。但是根据本发明，例如即使是S15C等低碳钢，如后述那样，也能够实现表面的高硬度化。而且母材部110与材料相同。
[0066]氮扩散层120固溶有氮。氮化合物层130具备位于母材部110侧的致密层131、和位于最外表面侧的白层132。与白层132相比，致密层131由于氮浓度低、孔少，因此为硬度高的部分。
[0067](制造方法)
[0068]接下来，对滑动部件或离合器片的表面的热处理方法(制造方法)进行说明。其中，作为滑动部件等的制造方法，应用两种制造方法。以下分别进行说明。
[0069]首先，参照图2?图4对第一制造方法进行说明。其中，图3以及图4是分别表示第一制造方法的一个例子的工序图。对材料进行氧化处理(SI)。该氧化处理是在氮化处理前进行的处理。通过进行氧化处理，使材料容易氮化。氧化处理在300?450°C的氧化环境中进行I?2小时。
[0070]接下来，在570?660°C的氨环境中对材料进行加热处理(第一加热工序S2)。具体而言，如图3所示那样进行。首先，将材料保持于容积I?3m3的处理室。此时处理室内的环境温度为500°C以下。然后处理室内的环境温度开始升温而成为570?660°C。
[0071]在图3工序图的情况下，若环境温度达到500?550°C，则使处理室内处于氨环境。在图3中，作为氨环境的开始温度设为520°C。然后例如，对处理室内以O?5m3/Hr供给氮气(N2)，以3?7m3/Hr供给氨气(NH3),并且以0.1?0.6m3/Hr供给二氧化氮气体(CO2)。此夕卜，在氨环境中也可以不供给氮气。
[0072]然后，若环境温度达到570?660°C，则在30分钟?2小时期间将环境温度保持为570?660°C的恒定温度。此时，材料被氮化。第一加热工序中的恒定温度，在图3中为640°C，在图4中为570°C。此外如图3所示，优选为将第一加热工序中的恒定的环境温度设为比作为Fe-N的Al变态点的590°C高的温度即可。
[0073]作为其他例子，对于第一加热工序，也能够如图4的工序图所示那样进行。处理室内的环境温度从500°C以下的状态开始升温至570?660°C。在升温期间，以5m3/Hr供给氮气。然后若环境温度达到570?660°C，则将氮气环境的状态保持5?30分钟。
[0074]接着,为了成为氨环境，而以O?5m3/Hr供给氮气，以3?7m3/Hr供给氨气，并且以0.1?0.6m3/Hr供给二氧化碳气体。将作为570?660°C的氨环境的状态保持30分钟?2小时。此时材料被氮化。另外在该期间可以不供给氨气。
[0075]接着，回到图2继续进行说明。接着第一加热工序，在660?690°C的非氧化环境且非氨环境中对材料进行加热处理(第二加热工序S3)。具体而言，如图3或图4所示，从第一加热工序中的570?660°C的恒定温度的状态升温至作为第二加热工序的660?690°C的环境温度。在升温期间为氨环境。[0076]而且，若环境温度升温至660?690°C，则停止氨气以及二氧化碳气体的供给，成为氮环境。在氮环境下并不被氮化。而且是非氨环境并且非氧化环境，将环境气温度设为660?690°C的恒定温度，保持5分钟?I小时。该第二加热工序的处理时间只要是能够以660?690°C的恒定温度使材料的温度均匀化的时间就足够。第二加热工序的恒定温度在图3以及图4中为680°C。
[0077]接着，回到图2继续进行说明。接着第二加热工序，以60?80°C的油温进行油冷(油冷工序)。具体而言，在氮气环境中将材料浸入60?80°C的油温的淬火油。此时材料未被氧化。油冷工序中的油温在图3以及图4中为70°C。
[0078]在油冷工序中若材料的温度达到油冷工序的油温时，则接下来一边对材料的表面侧加压、一边将材料放入氮气环境下250?400°C的炉温的加热炉,进行I?5小时的回火处理(回火工序)。也将该回火处理称作压力回火。通过以上处理，如图1所示，在材料的表面形成氮化合物层130以及氮扩散层120。
[0079]接下来，参照图5对第二制造方法进行说明。对于第二制造方法而言，作为第一制造方法的氧化处理的前工序，对材料进行热压处理(S11)。热压处理是以600?700°C的温度对材料施加5N以上的加压力。通过热压处理能够减小材料变形，从而除去材料内部的残留应力。热压处理之后，与第一实施方式相同，进行氧化处理(S12)—第一加热(S13)—第二加热(S14)—油冷(S15)—压力回火(S16)。
[0080](比较实验)
[0081]接下来，对通过本实施方式的制造方法得到的部件的硬度、冷却后的变形变化量(平坦度)、部件的表面粗糙度、以及用于离合器片的情况下实机耐久摩擦试验前后的传递扭矩的变化量进行评价。
[0082](实施例1)
[0083]本实施方式的实施例1为应用图2所示的第一制造方法，并且应用图3所示的加热工序的情况。在实施例1中，作为材料使用S15C，处理室的容积为2m3，在第一加热工序中，以5m3/Hr供给氨气，以0.3m3/Hr供给二氧化碳气体。另外,在第一加热工序以及第二加热工序中，以5m3/Hr供给氮气。油冷工序所使用的冷却油(淬火油)，使用作为石蜡系基础油的相当于JISl种2号的真空热处理用的高性能高速淬火油(动粘度:16±2.5mm2/S(40°C)、引火点(COC):178°C、冷却性能特性温度:620°C、商品名:特殊淬火油V.1700S (日本润滑脂株式会社制))。油冷工序后，以310°C进行3小时的压力回火。
[0084](实施例2)
[0085]本实施方式的实施例2为应用图5所示的第二制造方法，并且应用图3所示的加热工序的情况。实施例2除了对实施例1增加进行热压热理以外，与实施例1相同。
[0086](实施例3)
[0087]本实施方式的实施例3为应用图5所示的第二制造方法，并且应用图4所示的加热工序的情况。另外氨气、二氧化碳气体的供给量、油冷工序等与实施例1相同。
[0088](比较例I)
[0089]比较例I是应用了渗氮氧化防蚀法的情况，且为应用了图6所示的流程图以及图7所示的加热工序的情况。该情况下的材料使用与实施例1?3相同的S15C。具体而言，进行热压处理(S21)—氧化处理(S22) — 640°C加热处理(S23) — 50?60°C的水-乳状液冷却(S24)—压力回火(S25)。
[0090]在S23的加热处理以后，如以下方式进行。向容积2m3的处理室以5.5m3/Hr供给氮气，以5.5m3/Hr供给氨气。处理室的室温虽然暂时降温，但是从转变为升温时开始以
0.48m3/Hr供给二氧化碳气体。将处理室的室温升温到640°C。升温到640°C完毕之后，维持I小时30分钟(加热工序)。
[0091]在加热工序之后，向大气开放使材料氧化。之后以50?60°C的水-油乳状液进行冷却(冷却工序)。在冷却工序之后，一边对材料的表面侧加压、一边将材料放入310°C炉温的加热炉，进行3.0小时的回火处理(回火工序)。然后结束处理。
[0092](比较例2)
[0093]比较例2是实施了气体软氮化处理后的情况，且为应用了图8所示的流程图以及图9所示的加热工序的情况。该情况下的材料使用与实施例1?3相同的S15C。具体而言，进行热压处理(S31)—氧化处理(S32) — 580°C的加热处理(S33) — 251:氮气冷却(334)。
[0094]在S33的加热处理以后，如以下方式进行。将容积2m3的处理室升温至580°C。该温度是比Fe-N的Al变态点亦即590°C低的低温。并且，在升温结束后，以3m3/Hr供给氮气，以8m3/Hr供给氨气，并且以0.3m3/Hr供给二氧化碳，且维持I小时20分钟(加热工序)。在加热工序之后，在25°C氮气环境中进行材料的冷却(冷却工序)。然后结束处理。
[0095](比较例3)
[0096]比较例3是实施了高温氮化处理的情况，并应用了图10所示的流程图以及图11所示的加热工序的情况。该情况下的材料使用与实施例1?3相同的S15C。具体而言，进行热压处理(S41)—氧化处理(S42) — 680°C的加热处理(S43) — 70°C油冷(S44)—压力回火(S45)。
[0097]S43的加热处理以后，如以下方式进行。将容积2m3的处理室升温至680°C。在升温中途以5m3/Hr供给氮气。在升温结束后维持30分钟。之后为氨环境。在氨环境下，停止供给氮气并以5m3/Hr供给氨气,并且以0.3m3/Hr供给二氧化碳气体,且维持50分钟。之后，油冷工序15以及压力回火与实施例1同样地进行。
[0098](剖面组织的显微镜照片)
[0099]各自表面侧的剖面组织的显微镜照片如图12?图17所示。在本实施方式的实施例I中，如图12所示，仅在最外表面形成有氮化合物层中的白层，在比其深的一侧形成有氮化合物层中的致密层。氮化合物层的厚度约为20 μ m。另外在氮化合物层更深一侧形成有氮扩散层。氮扩散层的厚度约为25 μ m。
[0100]另外，在实施例2中，如图13所示，仅在最外表面形成白层，通过在比白层深的位置形成致密层而形成有约17 μ m厚度的氮化合物层，在更深的位置形成有约23 μ m厚度的氮扩散层。
[0101]另外，在实施例3中，如图14所示仅在最外表面形成有白层，通过在比白层深的位置形成致密层而形成有约15 μ m厚度的氮化合物层，在更深的位置形成有22 μ m厚度的氮扩散层。
[0102]在比较例I中，如图15所示，仅在最外表面形成氧化被膜层，在比其深的位置形成约25 μ m厚度的氮化合物层，在更深的位置形成有约17 μ m厚度的氮扩散层。
[0103]在比较例2中，如图16所示，在最外表面形成有15 μ m的氮化合物层。在该情况下氮扩散层几乎没有形成。即，在比氮化合物层更深的一侧为母材。
[0104]在比较例3中，如图17所示仅在最外表面形成白层，在比白层深的位置形成致密层，由此形成有约25 μ m厚度的氮化合物层，在更深的位置形成有约25 μ m厚度的氮扩散层。
[0105](硬度)
[0106]参照图18对硬度MHV (25g)相对于距离表面的深度进行说明。在实施例1~3以及比较例1、3中，最大硬度超过1000MHV。而且在实施例1、2以及比较例1、3中，在距离表面达到深度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，通过距离表面达到深度25μπι附近所形成的氮化合物层而获得高硬度。另外，通过使氮扩散层形成得较深，由此能够使硬度高的部分变厚。
[0107]另外，在实施例3中，距离表面达到深度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。这考虑是由于氮化合物层以及氮扩散层与上述相比变薄。
[0108]另外，在比较例2的气体软氮化处理中，虽然最大硬度超过700MHV，但700MHV以上的高硬度部分，为距离表面达到深度6 μ m附近。并且在距离表面的深度10 μ m附近，降低至300MHV左右，在距离表面的深度15 μ m附近大致为与母材的硬度相同的程度。如图16所示，与形成有氮化合物层的深度对应。
[0109](加热冷却工序前后的变形变化量(平坦度))
[0110]接下来，参照图19对冷却工序后的变形量(平坦度)相对于加热工序前的变形量(平坦度)的变化量进行说明。在实施例2、3以及比较例2、3中，变形变化量为0.0Imm左右。在实施例1中，变形变化量为0.08mm。另外在比较例I中为0.27mm。比较例I的变形变化量大考虑是由于冷却液的温度低于50~60°C,因此冷却速度快。
[0111](表面粗糙度)
[0112]接下来，对于各个试验结果，参照图20对制造后的离合器片的表面粗糙度Rz (十分平均粗糙度(J1SB0601:1994))进行说明。实施例1~3以及比较例1、2为1.0^111左右，比较例3为2.9 μ m。
[0113](表面的显微镜照片)
[0114]其中，图21以及图22表示实施例1与比较例3的离合器片的表面的显微镜照片。根据图21以及图22可知，实施例1以及比较例3都存在多个小突起。此外，图21的实施例I的突起的直径小于图22的比较例3的突起的直径。与比较例3相比，在实施例1中考虑由于氮化时的温度低，因此抑制氮化时表面的突起的生长。
[0115]而且，如图20所示实施例1的表面粗糙度Rz小于比较例3的表面粗糙度Rz，如图21以及图22所示，考虑存在实施例1的突起的直径比比较例3的直径小的关系。
[0116](实机耐久摩擦试验)
[0117] 对各个部件进行了实机耐久摩擦试验。在该试验中，应用了构成驱动力传递装置的电磁离合器。具体而言，对构成该电磁离合器并且具有多个同心圆的环状槽的外导向离合器片44b (图24，图25所示)实施上述实施例1~3以及比较例I~3的各表面处理。作为外导向离合器片44b的配对方材料，具有多个交叉的槽的内导向离合器片44a (图24、图26所示)涂覆有类金刚石碳(DLC)膜。试验条件以电磁离合器部的表面压力0.2MPa、滑动速度0.02m/S、流体耦合(动粘度40°c、23mm2/s)润滑下、耦合表面温度90?100°C、耐久时间480h连续滑动、380W的能量为基础，进行了耐久试验。
[0118]而且，对摩擦试验后的传递扭矩相对于摩擦试验前的离合器片44a、44b之间的传递扭矩的变化率进行了测定。其中，通过进行上述摩擦试验，各片44a、44b的表面磨损，两者的接触面积发生变化。由此在摩擦试验后，与试验前相比，两者间的传递扭矩增大。并且在摩擦试验前后传递扭矩的变化率越小，则评价为耐久性能越高。
[0119]如图23所示，比较例I的变化率最小，为4%左右。其次，实施例1、2的变化率为5%左右，实施例3的变化率为8%左右。比较例2的变化率为12%左右，比较例3的变化率为10%左右。
[0120](总结)
[0121]根据实施例1?3，将第二加热工序(图2的S3、图5的S14)后的冷却作为油冷，因此冷却液使用油而不使用水。由此能够抑制在滑动部件的表面发生锈蚀。与水冷所使用的水相比，油冷所使用的油因其材料本身的性质而冷却速度较小。另外，与含有水的冷却液相比，通过进行油冷能够使温度升高。因此油冷的冷却速度与含水的冷却液的冷却速度相比能够变慢。其结果能够减小加热前与冷却后的滑动部件的表面的变形变化量(平坦度)。
[0122]其中，在第一加热工序(图2的S2、图5的S13)中，在氨环境下进行加热处理。SP，在第一加热工序中材料被氮化。该第一加热工序的温度为570?660°C。通过以570°C以上的温度进行加热，由此能够可靠地确保氮化合物层130以及氮扩散层120的厚度分别为10 ?50 μ m0
[0123]特别是，通过将第一加热工序的环境温度设为Fe-N的Al变态点亦即590°C以上，由此从图12?图14可知，能够确保氮化合物层130以及氮扩散层120的厚度分别为10?50 μ m0
[0124]并且，通过在该温度进行氮化，如图20所示，与在比660°C高的温度进行氮化的情况相比，能够减小加热处理后的滑动部件的表面粗糙度。通过减小加热处理后的滑动部件的表面粗糙度，最终能够使冷却后的滑动部件的表面粗糙度变小。因此即使在长时间使用的情况下，也能够抑制表面粗糙度的变化。其结果，在应用于离合器片的情况下，即使表面磨损，离合器片彼此的接触面积也不会变化太大。因此能够将使用前与长时间使用后的传递扭矩的变化率减小。
[0125]但是，由于将氮化时的加热温度(第一加热工序的温度)设为570?660°C，因此在从该温度进行了油冷的情况下，如上所述与水冷相比由于油冷温度为60?80°C这样的高温，因而冷却的温度差减小。因此，接着氮化的第一加热工序，将环境温度升温至660?6900C (第二加热工序)，之后进行油冷。即，油冷将660?690°C作为开始温度来进行，能够确保充分的温度差。
[0126]由此，即使油冷工序(图2的S4、图5的S15)的油温为60°C以上，通过使油冷工序之前的第二加热工序的环境温度为比Fe-N的Al变态点亦即590°C足够高的660°C以上，能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50 μ m。
[0127]另外，通过使第二加热工序的环境温度为660°C以上，使油温为80°C以下，从而能够可靠地确保氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10?50 μ m。因此能够使表面侧的硬度增高。其结果，能够使耐摩擦性变得良好。然而，通过使氮化合物层以及氮扩散层的厚度分别为10 μ m以上，从而能够充分确保滑动部件的表面的硬度，并且即使表面产生了磨损也能够减小表面侧的硬度的变动。
[0128]另外，通过使油冷工序的油温为60°C以上，如图19所示，能够充分地抑制作为以往课题的材料变形。此外，通过使第二加热工序的环境温度为690°C以下，从而能够抑制氮化合物层的扩散(消失)，能够提高表面侧的硬度。
[0129]另外，在实施例1?3的油冷工序中在非氧化环境中进行油冷。即，如比较例I的渗氮氧化防蚀法那样，在加热工序后不积极地进行氧化处理。即，难以在滑动部件的表面形成氧化被膜。即使如此，在实施例1?3中也能够使表面的平坦度升高。
[0130]另外，通过在油冷工序后进行压力回火处理(图2的S5、图5的S16)，能够除去内部变形并且能够进一步提高平坦度。此外，通过进行压力回火处理，能够使氮化合物层130以及氮扩散层120所包含的非磁性的奥氏体变态为磁性的马氏体。由此能够提高离合器片的导磁率以及硬度。
[0131]另外，实施例1、2—方与实施例3相比，氮化合物层130较厚。由此认为在第二加热工序中，以660?690°C加热的处理时间越长，则氮化合物层的扩散(消失)越放大。因此通过使第二加热工序在该温度的处理时间缩短，能够抑制氮化合物层130的扩散，能够确保硬度。另一方面，由于第一加热工序是进行氮化处理的工序，因此需要充分确保以570?660°C加热的处理时间。因此如实施例1、2那样，通过将第二加热工序的以660?690°C加热的处理时间设定为比第一加热工序的以570?660°C的加热处理时间短，从而能够同时满足上述条件。
[0132]另外，在实施例1?3中，使氨环境温度的加热处理从第一加热工序的环境温度升温至第二加热工序的环境温度。由此能够可靠地确保氮化合物层130以及氮扩散层120的厚度，并且能够减小表面粗糙度。此外，也可以在从第一加热工序的环境温度开始升温时，停止供给氨气。
[0133]此外，在实施例1、2中，在环境温度为500?550°C时，使处理室为氨环境。这样，通过从环境温度为550°C以下时为氨环境，从而能够抑制氮化不均匀，即氮化的差异。一般情况下，环境温度越低则氮化效率越低，环境温度越高则氮化效率越高。即，通过从氮化效率低的状态开始成为氨环境，由此在达到氮化效率升高的环境温度时，能够使环境整体成为氨环境。其结果，能够抑制氮化不均匀。另外，即使在从环境温度低于500°C的温度时开始成为氨环境的情况下，也产生氮化不均匀。因此通过将开始供给氨气的温度设为500°C以上，从而能够抑制氮化不均匀。
[0134]然而，如上所述，将氮化合物层130以及氮扩散层120的厚度分别设为50 μ m以下。假设比50 μ m厚，则由于导磁率降低，因此离合器片的磁通密度降低，离合器片之间的摩擦接合力降低。因此为50 μ m以下。
[0135](应用了电磁离合器装置的驱动力传递装置)
[0136]接下来，参照图24对应用了上述电磁离合器装置的离合器片的驱动力传递装置I进行说明。驱动力传递装置1，例如用于在4轮驱动车中根据车辆的行驶状态而向传递驱动力的辅助驱动轮侧传递的驱动力传递系统。更详细地说，在4轮驱动车中，驱动力传递装置1，例如连结于传递发动机的驱动力的传动轴与后差速器之间。驱动力传递装置I 一边改变传递比例一边将从传动轴传递的驱动力传递至后差速器。该驱动力传递装置1，例如在产生前轮与后轮的旋转差的情况下发挥作用，以便降低旋转差。
[0137]驱动力传递装置I由所谓的电子控制联轴器构成。如图24所示，该驱动力传递装置I具备:作为外侧旋转部件的外壳10、作为内侧旋转部件的内轴20、主离合器30、构成导向离合器机构的电磁离合器装置40、以及凸轮机构50。
[0138]外壳10在圆筒形状的孔盖(未图示)的内周侧，能够旋转地支承于该孔盖，该外壳10整体形成为圆筒形状，且由配置于车辆前侧的前外壳11和配置于车辆后侧的后外壳12形成。
[0139]前外壳11例如由以铝为主要成分的非磁性材料的铝合金形成，且形成为有底筒状，前外壳11的圆筒部的外周面经由轴承而能够旋转地支承于孔盖的内周面。此外前外壳11的底部与传动轴(未图示)的车辆后端侧连结。即，配置为前外壳11的有底筒状的开口侧朝向车辆后侧。而且，在如外壳11的内周面中的轴向中央部，形成有雌花键I la，在该内周面的开口附近形成有阴螺纹。
[0140]后外壳12形成为圆环状，且与前外壳11 一体地配置在前外壳11的开口侧的径向内侧。在后外壳12的车辆后方侧遍及整周而形成有环状槽。在该后外壳12的环状槽底的一部分具备作为非磁性材料的例如由不锈钢形成的环状部件12a。后外壳12中环状部件12a以外的部位由为了形成磁电路而以作为磁性材料的铁为主要成分的材料(以下，称作“铁系材料”)形成。在后外壳12的外周面形成有阳螺纹，该阳螺纹被螺纹紧固于前外壳的11的阴螺纹。此外，通过将前外壳11的阴螺纹紧固于后外壳的阳螺纹，将前外壳11的开口侧端面抵接于后外壳的阶梯部的端面，由此将前外壳11和后外壳12固定。
[0141]内轴20形成为在外周面的轴向中央部具备雄花键20a的轴状。该内轴20液密地贯通后外壳12的中央的贯通孔，并在外壳10内能够相对旋转地配置于同轴上。而且，内轴20在相对于前外壳11以及后外壳12而限制了轴向位置的状态下，经由轴承而能够旋转地支承于前外壳11以及后外壳12。此外，内轴20的车辆后端侧(图24的右侧)与差速器齿轮(未图示)连结。此外，在由外壳10和内轴20液密地划分的空间内，以规定的填充率填充有润滑油。
[0142]主离合器30在外壳10与内轴20之间传递扭矩。该主离合器30是由铁系材料形成的湿式多板式5的摩擦离合器。主离合器30配置在前外壳11的圆筒部内周面与内轴20的外周面之间。主离合器30配置在前外壳11的底部与后外壳12的车辆前方端面之间。该主离合器30由内主离合器片32和外主离合器片31构成，且沿轴向交替配置。内主离合器片32在内周侧形成有雌花键32a，并与内轴20的雄花键20a嵌合。外主离合器片31在外周侧形成有雄花键31a，并与前外壳11的雌花键Ila嵌合。
[0143]电磁离合器装置40借助磁力使电枢43靠近磁轭41侧，由此使导向离合器44彼此接合。即，电磁离合器装置40将外壳10的扭矩传递到构成凸轮机构50的支承凸轮部件51。该电磁离合器装置40由磁轭41、电磁线圈42、电枢43、导向离合器44构成。
[0144]磁轭41形成为环状，以相对于后外壳12能够旋转的方式经由缝隙收容于后外壳12的环状槽。磁轭41固定于孔盖。另外，磁轭41的内周侧经由轴承而能够旋转地支承于后外壳12。电磁线圈42通过卷绕卷线而形成为圆环状，并固定于磁轭41。
[0145]电枢43由铁系材料形成。形成为在外周侧具备雄花键的圆环状。电枢43配置在主离合器30与后外壳12的轴向之间。而且，电枢43的外周侧与前外壳11的雌花键Ila嵌合。若向电磁线圈42供给电流,贝U电枢43以被拉向磁轭41侧的方式发挥作用。
[0146]导向离合器44在外壳10与支承凸轮部件51之间传递扭矩。该导向离合器44由铁系材料形成。导向离合器44配置在前外壳11的圆筒部内周面与支承凸轮部件51的外周面之间。并且，导向离合器44配置在电枢43与后外壳12的车辆前方端面之间。该导向离合器44由内导向离合器片44a (图4、图26所示)和外导向离合器片44b (图24、图5所示的)构成，且沿轴向交替地配置。内导向离合器片44a在内周侧形成有雌花键，并与支承凸轮部件51的雄花键嵌合。外导向离合器片44b在外周侧形成有雄花键，且与前外壳11的雌花键Ila嵌合。
[0147]而且，若向电磁线圈42供给电流，则如图24的箭头所示，形成有经过磁轭41、后外壳12的外周侧、导向离合器44、电枢43、导向离合器44、后外壳12的内周侧以及磁轭41的磁电路。这样，电枢43被拉向磁轭41侦彳，且内导向离合器片44a与外导向离合器片44b摩擦接合。然后，将外壳10的扭矩传递至支承凸轮部件51。另一方面，若切断向电磁线圈42的电流供给，则对电枢43的吸引力消失，从而内导向离合器片44a与外导向离合器片44b的摩擦接合被解除。
[0148]凸轮机构50设置在主离合器30与导向离合器44之间，将基于经由导向离合器44传递的外壳10与内轴20的旋转差的扭矩，变换为轴向的按压力并按压主离合器30。该凸轮机构50由支承凸轮部件51、移动凸轮部件525以及凸轮从动件53构成。
[0149]支承凸轮部件51形成为在外周侧具备雄花键的圆环状。在该支承凸轮部件51的车辆前方端面形成有凸轮槽。支承凸轮部件51经由缝隙相对于内轴20的外周面设置，且经由推力轴承60支承于后外壳12的车辆前方端面。因此支承凸轮部件51的车辆后方端面，经由垫片61而与推力轴承60的滚道板抵接。即，支承凸轮部件51设置为能够相对于内轴20以及后外壳12旋转，且相对于轴向被限制。此外，支承凸轮部件51的雄花键与内导向离合器片44a的雌花键嵌合。
[0150]移动凸轮部件52的大部分由铁系材料形成，且形成为内周侧具备雌花键的圆环状。移动凸轮部件52配置在支承凸轮部件51的车辆前方。在移动凸轮部件52的车辆后方端面以相对于支承凸轮部件51的凸轮槽而沿轴向对置的方式形成有凸轮槽。移动凸轮部件52的雌花键与内轴20的雄花键20a嵌合。因此移动凸轮部件52与内轴20 —起旋转。此外，成为移动凸轮部件52的车辆前方端面能够与配置于主离合器30的车辆最后方的内主离合器片32抵接的状态。若移动凸轮部件52向车辆前方移动,则对该内主离合器片32向车辆前方按压。
[0151]凸轮从动件53由球状构成，夹装于支承凸轮部件51与移动凸轮部件52相互对置的凸轮槽。即，借助凸轮从动件53以及各自的凸轮槽的作用，在支承凸轮部件51与移动凸轮部件52产生旋转差时，移动凸轮部件52沿轴向而向相对于支承凸轮部件51远离(车辆前方)的方向移动。支承凸轮部件51与移动凸轮部件52的扭转角度越大，则移动凸轮部件52相对于支承凸轮部件51的轴向分离量越大。
[0152](驱动力传递装置的基本的动作)
[0153]接下来，对由上述结构构成的驱动力传递装置I的基本的动作进行说明。对外壳10与内轴20产生旋转差的情况进行说明。若向电磁离合器装置40的电磁线圈42供给电流，则形成有以电磁线圈42为基点在磁轭41、后外壳12、电枢43循环的环状的磁电路。[0154]这样，通过形成磁电路，电枢43被拉向磁轭41侧、即轴向后方。其结果，电枢43按压导向离合器44，使内导向离合器片44a与外导向离合器片44b摩擦接合。于是外壳10的旋转扭矩经由导向离合器44而向支承凸轮部件51传递，从而支承凸轮部件51旋转。
[0155]其中，由于移动凸轮部件52与内轴20花键嵌合，因而与内轴20—起旋转。因此支承凸轮部件51与移动凸轮部件52产生旋转差。于是借助凸轮从动件53以及各自的凸轮槽的作用，移动凸轮部件52沿轴向(车辆前侧)相对于支承凸轮部件51移动。移动凸轮部件52将主离合器30向车辆前侧按压。
[0156]其结果，内主离合器片32与外主离合器片31相互抵接而成为摩擦接合状态。于是，与外壳10的旋转扭矩经由主离合器30而传递至内轴20。于是，能够降低外壳10与内轴20的旋转差。此外，通过控制向电磁线圈42供给的电流量，从而能够控制主离合器30的摩擦接合力。即，通过控制向电磁线圈42供给的电流量，从而能够控制在外壳10与内轴20之间传递的扭矩。
【权利要求】
1.一种滑动部件，其特征在于，具备: 母材部(110)，其由钢材构成； 氮扩散层(120)，其以10~50 μ m的厚度形成于所述母材部(110)的表面侧；以及 氮化合物层(130)，其以10~50 μ m的厚度形成于所述氮扩散层(120)的表面侧且成为最外表面， 通过进行以下工序来形成所述氮化合物层(130)以及所述氮扩散层(120)，所述工序为:第一加热工序，在570~660°C的氨环境中对由钢材构成的材料进行加热处理；第二加热工序，接着所述第一加热工序而在660~690°C中比所述第一加热工序的温度高的温度的非氧化环境并且非氨环境中对所述材料进行加热处理；油冷工序，接着所述第二加热工序而以60~80°C的油温进行油冷。
2.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于， 所述第一加热工序的环境温度为590°C以上。
3.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 所述油冷工序在非氧化环境中进行油冷。
4.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 通过再接着所述油冷工序而进行回火工序来形成所述氮化合物层(130)以及所述氮扩散层(120)，所述回火工序一边对所述材料的表面侧加压一边以250~400°C的温度进行回火处理。
5.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 所述第二加热工序的加热处理的时间被设定为比所述第一加热工序的以570~660°C加热处理的时间短。
6.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 在从所述第一加热工序的加热温度升温至所述第二加热工序的加热温度期间为氨环境。
7.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 在所述第一加热工序之前在500~550°C的环境温度时为氨环境，并升温至所述第一加热工序的加热温度。
8.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于， 在所述第一加热工序之前，在300~450°C的氧化环境中对所述材料进行氧化处理。
9.根据权利要求8的滑动部件，其特征在于， 在所述氧化处理之前对所述材料进行热压处理，该热压处理是在600~70(TC的温度下对所述材料施加5N以上加压力的处理。
10.一种离合器片，是构成电磁离合器的离合器片，其特征在于， 使用权利要求1或2的滑动部件。
11.一种滑动部件的制造方法，其特征在于， 所述滑动部件具备:母材部(110)，其由钢材构成；氮扩散层(120)，其以10~50μπι的厚度形成于所述母材部(110)的表面侧；以及氮化合物层(130),其以10~50 μ m的厚度形成于所述氮扩散层(120)的表面侧且成为最外表面， 所述滑动部件的制造方法通过进行以下工序来形成所述氮化合物层(130)以及所述氮扩散层(120),所述工序为:第一加热工序,在570~660°C的氨环境中对由钢材构成的材料进行加热处理；第二加热工序，接着所述第一加热工序而在660~690°C中比所述第一加热工序的温度高的温度的非氧化环境并且非氨环境中对所述材料进行加热处理；油冷工序，接着所述第二加热工序而以60~80°C的油温进行油冷。
12.—种离合器片的制造方法，是构成电磁离合器的离合器片的制造方法，其特征在于， 采用权利要求11的滑动 部件的制造方法。
【文档编号】C23C8/24GK103925306SQ201410018490
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】安藤宽之, 安藤淳二, 津田拓也, 高桥修一, 服部清幸, 福岛和广, 难波友幸, 白柳洋 申请人:株式会社捷太格特, 株式会社Cnk