低摩擦覆膜的制造方法和滑动方法

IPC分类号 : C23C16/26,C10M103/02,F16C19/00,F16C33/12,F16C33/24,F16C33/64

申请号

CN201680008163.1

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专利摘要

在1.0GPa以上的赫兹接触应力下，在含有包含微量的醇和水的氢气的气氛环境中，使使用金属(SUJ2、钯等)或氧化物陶瓷(ZrO2)形成的滑动面6与包含PLC膜9的被滑动面7接触而滑动，所述PLC膜9为通过在施加低偏压的同时进行电离沉积法形成的覆膜。因此，可以在滑动面6上形成稳定地显现10‑4数量级(低于0.001)的显著低的摩擦系数的低摩擦覆膜5。

权利要求

1.一种低摩擦覆膜的制造方法，其包括：

将空间中的气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的置换步骤，其中在所述空间中配置有由金属或陶瓷形成的滑动面和包含非晶态碳基膜的被滑动面；和

在已将含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛设置在所述空间中的状态下，使所述滑动面因1.0GPa以上的赫兹接触应力而与所述被滑动面接触而相对滑动的滑动步骤，其中通过所述滑动步骤在所述滑动面上形成所述低摩擦覆膜。

2.根据权利要求1所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述含羟基化合物包含烃类物质。

3.根据权利要求2所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述烃类物质包含醇。

4.根据权利要求3所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述醇包含甲醇。

5.根据权利要求4所述的低摩擦覆膜的制造方法，

其中所述含羟基化合物还包含水，并且

其中所述气氛包含从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为6％至15％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

6.根据权利要求3所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述醇包含乙醇。

7.根据权利要求6所述的低摩擦覆膜的制造方法，

其中所述含羟基化合物还包含水，并且

其中所述气氛包含从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为6％至30％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

8.根据权利要求7所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述气氛包含从其中所述液态乙醇对所述液态乙醇和所述液态水的体积％浓度为15％至25％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

9.根据权利要求3所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述醇包含1-丙醇。

10.根据权利要求3所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述醇包含2-丙醇。

11.根据权利要求3、4、6、9和10中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中

所述含羟基化合物为从含有100％比率的所述醇的溶液产生的气态醇。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述含羟基化合物包含水。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述赫兹接触应力为1.3GPa至2.4GPa。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述非晶态碳基膜包含短链聚炔烃类分子作为主要成分。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述非晶态碳基膜包含在烃类气体的气氛环境下通过施加偏压的电离气相沉积法形成的覆膜。

16.根据权利要求15所述的低摩擦覆膜的制造方法，

其中所述非晶态碳基膜包含在烃类气体的气氛环境下通过施加高偏压的电离气相沉积法形成的覆膜，并且

其中在所述非晶态碳基膜中添加有氢与氧中的至少一者。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

所述滑动构件由ZrO₂形成。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其还包括：

将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应步骤；和

在开始所述滑动步骤后，停止将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应停止步骤。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的低摩擦覆膜的制造方法，其还包括：

交替地重复将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应状态和停止将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应停止状态的步骤，该步骤与所述滑动步骤并行进行。

20.一种滑动方法，其包括：

将空间中的气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的置换步骤，其中在所述空间中配置有由金属或陶瓷形成的滑动面和被滑动面；和在已将所述空间中的所述气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的状态下，使所述滑动面因1.0GPa以上的赫兹接触应力而与所述被滑动面接触而相对滑动的滑动步骤。

21.根据权利要求4所述的低摩擦覆膜的制造方法，

其中所述含羟基化合物还包含水，

其中所述甲醇因第一载气而以气态流动，

其中所述水因第二载气而以气态流动，并且

其中包含所述气态甲醇的所述第一载气的流量对包含所述气态甲醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为6％至15％。

22.根据权利要求6所述的低摩擦覆膜的制造方法，

其中所述含羟基化合物还包含水，

其中所述乙醇因第一载气而以气态流动，

其中所述水因第二载气而以气态流动，并且

其中包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量对包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为6％至30％。

23.根据权利要求22所述的低摩擦覆膜的制造方法，其中，

包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量对包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为15％至25％。

说明书

技术领域

本发明涉及制造低摩擦覆膜的低摩擦覆膜的制造方法，和使滑动面与非晶态碳基膜接触而滑动的滑动方法。

背景技术

为了减少滑动系统的摩擦，已经提出将固体润滑膜配置在滑动构件的滑动面上。例如，已知DLC(类金刚石碳)膜是这样的固体润滑膜。以下专利文献1公开了一种低摩擦滑动机构，通过该机构使含有含氧有机化合物或脂肪族胺化合物的低摩擦剂组合物供应到包含DLC膜的滑动面。

此外，以下专利文献2公开了一种低摩擦润滑组件，其包含具有第一滑动面的第一构件和具有第二滑动面的第二构件。第一滑动面对O-H基具有化学亲和力。第二滑动面是最外侧具有OH基的滑动面。在第一滑动面与第二滑动面之间供应含氧有机化合物(液体润滑剂)，从而可以在第一滑动面与第二滑动面之间形成最外侧具有氢基的摩擦膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-98495号公报

专利文献2：日本特开2012-92351号公报

发明内容

本发明要解决的问题

在专利文献1中所公开的低摩擦滑动机构和专利文献2中所公开的低摩擦润滑组件中，意图降低滑动部的摩擦系数。

然而，在专利文献1和专利文献2中，在于滑动面上供应有液体润滑剂的状态(流体润滑)下进行滑动。也就是说，在专利文献1和专利文献2中，在不另外使用诸如液体润滑剂的润滑剂的条件(干式润滑)下不能提供低摩擦化。

人们要求在不使用任何其它润滑剂的情况下降低滑动面(滑动部)的摩擦系数。另外，期望在滑动面中稳定地产生低摩擦系数的状态。

因此，本发明的目的在于提供制造稳定地提供低摩擦系数的低摩擦覆膜的低摩擦覆膜的制造方法、和能够稳定地实现在低摩擦系数的状态下滑动的滑动方法。

解决问题的手段

本发明的第一方式提供低摩擦覆膜(5)的制造方法，其包括：将空间(10)中的气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的置换步骤，其中在所述空间(10)中配置有由金属或陶瓷形成的滑动面(6)、包含非晶态碳基膜(9)且配置在空间(10)中的被滑动面(7)；和在已将含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛设置在所述空间中的状态下，使滑动面因1.0GPa以上的赫兹接触应力而与所述被滑动面接触而相对滑动的滑动步骤；其中：通过所述滑动步骤在所述滑动面上形成所述低摩擦覆膜。

顺便说明的是，括号中的数字等表示后述实施方式中的相应组成元素等。毫无疑问，这并不意味着本发明应该限于这些实施方式。同样的情形可以适用于以下方式。

本发明的第二方式提供根据第一方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物包含烃类物质。

本发明的第三方式提供根据第二方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述烃类物质包含醇。

本发明的第四方式提供根据第三方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述醇包含甲醇(CH₃OH)。

本发明的第五方式提供根据第四方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物还包含水，并且所述气氛包含从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为6％至15％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。顺便说明的是，“液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度”表示尚未混合的单独的液态甲醇的体积相对于尚未混合的液态甲醇的体积和尚未混合的单独的液态水的体积的总值。同样地，“液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度”表示尚未混合的单独的液态乙醇的体积相对于尚未混合的液态乙醇的体积和尚未混合的单独的液态水的体积的总值。以相同的方式，“液态醇对液态醇和液态水的体积％浓度”表示尚未混合的单独的液态醇的体积相对于尚未混合的液态醇的体积和尚未混合的单独的液态水的体积的总值。以相同的方式，“液态1-丙醇对液态1-丙醇和液态水的体积％浓度”表示尚未混合的单独的液态1-丙醇的体积相对于尚未混合的液态1-丙醇的体积和尚未混合的单独的液态水的体积的总值。以相同的方式，“液态2-丙醇对液态2-丙醇和液态水的体积％浓度”表示尚未混合的单独的液态2-丙醇的体积相对于尚未混合的液态2-丙醇的体积和尚未混合的单独的液态水的体积的总值。

本发明的第六方式提供根据第三方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述醇包含乙醇(C₂H₅OH)。

本发明的第七方式提供根据第六方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物还包含水，并且所述气氛包含从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为6％至30％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

本发明的第八方式提供根据第七方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述气氛包含从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为15％至25％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

本发明的第九方式提供根据第三方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述醇包含1-丙醇(CH₃CH₂CH₂OH)。

本发明的第十方式提供根据第三方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述醇包含2-丙醇(CH₃CH(OH)CH₃)。

本发明的第十一方式提供根据第三、第四、第六、第九和第十方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物为从含有100％比率的所述醇的溶液产生的气态醇。

本发明的第十二方式提供根据第一至第十方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物包含水。

本发明的第十三方式提供根据第一至第十二方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述赫兹接触应力为1.3GPa至2.4GPa。

本发明的第十四方式提供根据第一至第十三方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述非晶态碳基膜包含短链聚炔烃类分子作为主要成分。

本发明的第十五方式提供根据第一至第十四方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述非晶态碳基膜包含在烃类气体的气氛环境下通过施加偏压的电离气相沉积法形成的覆膜。

本发明的第十六方式提供根据第十五方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述非晶态碳基膜包含在烃类气体的气氛环境下通过施加高偏压的电离气相沉积法形成的覆膜，并且在非晶态碳基膜中添加有氢与氧中的至少一者。

本发明的第十七方式提供根据第一至第十六方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述滑动构件由ZrO₂形成。

本发明的第十八方式提供根据第一至第十七方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其还包括：将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应步骤，和在开始所述滑动步骤后，停止将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应停止步骤。

本发明的第十九方式提供根据第一至第十八方式中任一项的低摩擦覆膜的制造方法，其还包括：交替地重复将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应状态和停止将所述含羟基化合物供应到所述空间中的供应停止状态的步骤，该步骤与所述滑动步骤并行进行。

本发明的第二十方式提供滑动方法，其包括：将空间(10)中的气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的置换步骤，其中在所述空间(10)中配置有由金属或陶瓷形成的滑动面(6)和配置在空间(10)中的被滑动面(7)；和在已将所述空间中的所述气氛置换为含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛的状态下，使滑动面因1.0GPa以上的赫兹接触应力而与所述被滑动面接触而相对滑动的滑动步骤。

本发明的第二十一方式提供根据第四方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物还包含水，所述甲醇因第一载气而以气态流动，所述水因第二载气而以气态流动，并且包含所述气态甲醇的所述第一载气的流量对包含所述气态甲醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为6％至15％。

本发明的第二十二方式提供根据第六方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中所述含羟基化合物还包含水，所述乙醇因第一载气而以气态流动，所述水因第二载气而以气态流动，并且包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量对包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为6％至30％。

本发明的第二十三方式提供根据第二十二方式的低摩擦覆膜的制造方法，其中包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量对包含所述气态乙醇的所述第一载气的流量和包含所述气态水的所述第二载气的流量的总和的比率为15％至25％。

本发明的有益效果

根据本发明，在含有含羟基化合物和氢气与氮气中的至少一者的气氛环境下，使由金属或陶瓷形成的滑动面因1.0GPa以上的赫兹接触应力而与被滑动面接触而滑动。以这种方式，可以在滑动面上形成稳定地提供低摩擦系数的低摩擦覆膜。换句话说，可以实现稳定地以低摩擦系数状态滑动。

附图说明

图1为显示通过根据本发明的一个实施方式的低摩擦覆膜的制造方法获得的滑动系统的主要部分的放大的剖面图。

图2为显示其中进行根据本发明的一个实施方式的低摩擦覆膜的制造方法的膜制造装置的构造的示意图。

图3A和3B为显示滑动构件与被滑动构件之间的滑动操作的剖面图。

图4为显示第一摩擦试验仪的构造的示意剖面图。

图5A和5B为用于说明第一至第十三摩擦试验中作为测量对象的板试验片的图和表格。

图6为显示第一摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图7为显示第二摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图8为显示第三摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图9为显示第四摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图10为显示第五摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图11为显示第六摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图12为显示第七摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图13为显示第八摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图14为显示第九摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图15为显示第十摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图16为显示第十一摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图17为显示第十二摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图18为显示第十三摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图19A和19B为第十摩擦试验结束后的销试验片的外表面和板试验片的PLC膜表面的光学显微镜照片影像。

图20A和20B为第十一摩擦试验结束后的销试验片的外表面和板试验片的PLC膜表面的光学显微镜照片影像。

图21A和21B为第十二摩擦试验结束后的销试验片的外表面和板试验片的PLC膜表面的光学显微镜照片影像。

图22A和22B为第十三摩擦试验结束后的销试验片的外表面和板试验片的PLC膜表面的光学显微镜照片影像。

图23为显示第二摩擦试验仪的构造的示意剖面图。

图24为用于说明第十四至第二十摩擦试验中作为测量对象的板试验片的上层的表格。

图25为用于说明第十四摩擦试验中的试验条件的表格。

图26为显示第十四摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图27A和27B为用于说明第十五和第十六摩擦试验中的试验条件的表格。

图28为显示第十五摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图29为显示第十六摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图30A和30B为用于说明第十七摩擦试验中的试验条件的表格。

图31为显示第十七摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图32为用于说明第十八、第十九和第二十摩擦试验中的试验条件的表格。

图33为显示第十八摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图34为显示第十九摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

图35为显示第二十摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

具体实施方式

下文将参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1为显示通过本发明的实施方式的低摩擦覆膜的制造方法获得的滑动系统1的主要部分的放大的剖面图。滑动系统1包含滑动构件2；和被滑动构件3，其为滑动构件2的配偶材料。滑动构件2被设置为使得滑动构件2可以相对于被滑动构件3滑动。关于滑动构件2和被滑动构件3，可以仅使滑动构件2与静止不动的被滑动构件3接触而滑动(移动)，或可以仅使被滑动构件3与静止不动的滑动构件2接触而滑动(移动)。或者，可以滑动构件2与被滑动构件3两者都移动从而使滑动构件2相对于被滑动构件3滑动。

滑动构件2包含具有表面(图1中的下表面)的第一基材4和用来覆盖第一基材4的表面的至少一部分的低摩擦覆膜5。第一基材4由氧化物陶瓷(陶瓷)或金属形成。例如，氧化物陶瓷包含ZrO₂(更具体来说，钇稳定的二氧化锆(YSZ))。可以对ZrO₂进行热处理或不进行热处理。例如，所述金属包含钯(Pd)和SUJ2(高碳铬轴承钢)中的至少一者。所述氧化物陶瓷和金属具有能够在氢气气氛环境下解离和吸附氢气分子并由此产生活性氢(H⁺)的催化特性。

低摩擦覆膜5为非晶态烃基膜。低摩擦覆膜5含有脂族烃基(如烷基)、羰基(-C(＝O)-)、芳族成分(C₇H₇⁺)以及稠环类成分(C₉H₇⁺)。脂族烃基在红外吸收光谱(显微透射法)中的2900cm^-1至3000cm^-1的区域中显示峰。羰基在红外吸收光谱(显微透射法)中的1650cm^-1至1800cm^-1的区域中显示峰。芳族成分(C₇H₇⁺)在通过TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱法)获得的正离子谱图中的91.1的质量处显示峰。稠环类成分(C₉H₇⁺)在通过TOF-SIMS获得的正离子谱图中的115.2的质量处显示峰。低摩擦覆膜5充当与被滑动构件3的被滑动面7接触而滑动的滑动面6。

低摩擦覆膜5的膜厚度(平均厚度)为2nm至1000nm。膜厚度更优选为2nm至500nm。

被滑动构件3包含具有表面(图1中的上表面)的第二基材8和用来覆盖第二基材8的表面的至少一部分的PLC(类聚合物碳)膜(非晶态碳基膜)9。第二基材8由诸如工具钢、碳钢、不锈钢、铬钼钢或高碳铬轴承钢的钢材料形成。

PLC膜9为非晶态碳基膜，其含有短链聚炔烃类分子作为主要成分。PLC膜9为在烃类气体(如甲苯(C₇H₈))的气氛环境下、在施加低偏压或高偏压的同时通过电离气相沉积法形成的覆膜。PLC膜9的杨氏模量为200GPa至250GPa。PLC膜9的最外表面在红外吸收光谱(显微透射法)中的3000cm^-1至4000cm^-1的区域中显示峰。当在施加有高偏压的情况下制造非晶态碳基膜时，可以向该非晶态碳基膜中添加氢和氧中的至少一者。PLC膜9充当可以与滑动构件2的滑动面6滑动接触的被滑动面7。滑动面6和被滑动面7可以为图1所示的平坦表面，或可以为球形表面或其它表面。

未向滑动面6与被滑动面7之间的滑动界面(也就是说，低摩擦覆膜5与PLC膜9之间)供应诸如液体润滑剂的润滑剂。也就是说，在滑动系统1中，在非润滑条件下进行滑动操作。

滑动系统1的实例可以包含轴承、密封件、飞轮、剪刀、柱塞泵、人造关节等。此外，轴承的实例可以包含球轴承、滚柱轴承如锥形滚柱轴承、具有分离器的轴承(セパレータ付軸受)、滑动轴承等。

当使用球轴承作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含保持器的内表面，并且滑动面6可以包含用氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的球的外表面。当使用保持器的外径由外圈的内周引导的外圈引导型球轴承或保持器的内径由内圈的外周引导的内圈引导型球轴承时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含保持器的被引导表面，并且滑动面6可以包含引导保持器并且由氧化物陶瓷(如ZrO₂)、金属(如SUJ2或钯)等制成的内圈或外圈的引导表面。

当使用锥形滚柱轴承作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含凸缘的端面，并且滑动面6可以包含滚柱的外周面。或者，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含滚柱的外周面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的凸缘的端面。

当使用具有分离器的轴承作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含分离器，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的球的外表面。

当使用滑动轴承作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含滑动轴承的内周面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的轴的外周面。

当使用密封件作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含轴的外周面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的密封件的密封面。

当使用剪刀作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含一个刀刃的刃面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的另一个刀刃的刃面。

当使用柱塞泵作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含活塞(柱塞)的外表面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的固定凸轮板(斜板)。

当使用人造关节作为滑动系统1时，配置有PLC膜9的被滑动面7可以包含接收侧接触表面，并且滑动面6可以包含由氧化物陶瓷(如ZrO₂)或金属(如SUJ2或钯)制成的骨侧的接触表面。

在上述滑动系统1中，滑动面6被设置在一个构件中，并且被滑动面7被设置在另一个构件中。然而，滑动面6可以被设置在所述另一个构件中，并且被滑动面7可以被设置在所述一个构件中。

图2为显示其中进行根据本发明的一个实施方式的低摩擦覆膜的制造方法的膜制造装置11的构造的示意图。膜制造装置11具有包含内部空间的盒状腔室12。在腔室12的内部空间(空间)10中容纳滑动构件2和被滑动构件3。膜制造装置11还包含设置在腔室12的内部空间10中的支承基座(保持台)13。在图2中，支承基座13为用于支承被滑动构件3的支承基座，并且支承基座13被固定地配置在腔室12的内部空间10中。运送到腔室12的内部空间10中的被滑动构件3安装在支承基座13上，并且用支承基座13支承。滑动构件2安装在被滑动构件3上。

为了使滑动构件2的滑动面6相对于被滑动构件3的被滑动面7滑动，膜制造装置11包含用于驱动(移动)滑动构件2的驱动机构14和用于向滑动构件2施加挤压载荷以使被滑动构件3挤压滑动构件2的载荷施加机构15。驱动机构14例如为包含电动机的机构。此外，膜制造装置11包含用于控制设置在膜制造装置11中的各装置的操作和打开/关闭设置在膜制造装置11中的各阀的控制单元16。驱动机构14例如为用电动机与滚珠螺杆的组合布置成的直动装置(直動装置)。载荷施加机构15例如为砝码等。

在腔室12的底部设置有用于从腔室12的内部空间10引出气体的排气管道17。尽管图2显示了排气管道17被设置在腔室12的底部的构造，但排气管道17可以被设置在除腔室12中的底部以外的另外的位置。

尽管在图2中在假设设置驱动机构14和载荷施加机构15的情况下进行了说明，但并非必须设置驱动机构14和载荷施加机构15，只要滑动构件2和被滑动构件3被配置成在滑动构件2与被滑动构件3之间施加有载荷的状态下彼此接触而滑动即可。

此外，设置穿过腔室12的壁(例如侧壁18)的处理气体引入管19。将氢气管20、醇管22、水管23和氮气管33与处理气体引入管19连接。从氢气供应源向氢气管20供应氢气(H₂)。从醇容器37向醇管22供应作为烃类物质的实例的醇。从水容器38向水管23供应水。从氮气供应源向氮气管33供应氮气(N₂)。将用于打开/关闭氢气管20的氢气阀24和用于改变氢气管20的开度的氢气流量调节阀25置于氢气管20中。将用于打开/关闭醇管22的醇阀28和用于改变醇管22的开度的醇流量调节阀29置于醇管22中。将用于打开/关闭水管23的水阀30和用于改变水管23的开度的水流量调节阀31置于水管23中。将用于打开/关闭氮气管33的氮气阀34和用于改变氮气管33的开度的氮气流量调节阀35置于氮气管33中。液态醇、从液态醇蒸发的气态醇和载气作为醇存在于醇容器37中。醇容器37的温度被设定在20℃±5℃。从醇容器37供应的气态醇和从外部供应的载气流入醇管22中。液态水、从液态水蒸发的气态水蒸气和载气作为水存在于水容器38中。水容器38的温度被设定在20℃±5℃。从水容器38供应的气态水蒸气和从外部供应的载气流入水管23中。

供应到处理气体引入管19中的醇包含甲醇(CH₃OH)、乙醇(C₂H₅OH)、1-丙醇(CH₃CH₂CH₂OH)和2-丙醇(CH₃CH(OH)CH₃)中的至少一者。

当在氢气管20已被设定成具有大开度的状态下打开氢气阀24时，从氢气管20向处理气体引入管19供应大流量的氢气。当在这种情况下打开醇阀28和/或水阀30时，小流量的醇气体和从外部供应的作为载气的氢气(H₂)和/或小流量的水蒸气和从外部供应的作为载气的氢气(H₂)被供应到处理气体引入管19中，并且在流过处理气体引入管19时与大流量的氢气(H₂)充分混合(搅拌)。通过此混合，产生了特殊的氢气(含有氢气以及醇(含羟基的化合物)和/或水(含羟基的化合物)的气体)。在所产生的特殊的氢气中醇和/或水已被气化。将所产生的特殊的氢气从处理气体引入管19的前端形成的入口32引入腔室12的内部空间10中。由此，获得特殊的氢气气氛作为内部空间10的气氛。顺便说明的是，特殊的氢气气氛不含氧气。

当在氮气管33已被设定成具有大开度的状态下打开氮气阀34时，从氮气管33向处理气体引入管19供应大流量的氮气。当在这种情况下打开醇阀28和/或水阀30时，小流量的醇气体和从外部供应的作为载气的氮气(N₂)和/或小流量的水蒸气和从外部供应的作为载气的氮气(N₂)被供应到处理气体引入管19中，并且在流过处理气体引入管19时与大流量的氮气(N₂)充分混合(搅拌)。通过此混合，产生了特殊的氮气(含有氮气以及醇(含羟基的化合物)和/或水(含羟基的化合物)的气体)。在所产生的特殊的氮气中醇和/或水已被气化。将所产生的特殊的氮气引入腔室12的内部空间10中。由此，获得特殊的氮气气氛作为内部空间10的气氛。顺便说明的是，特殊的氮气气氛不含氧气。

当在已经打开氢气阀24和氮气阀34的状态下打开醇阀28和/或水阀30时，产生了特殊的氮气/氢气气体(含有氮气和氢气、以及醇(含羟基的化合物)和/或水(含羟基的化合物)的气体)。将所产生的特殊的氮气/氢气气体引入腔室12的内部空间10中。由此，获得特殊的氮气/氢气气体气氛作为内部空间10的气氛。顺便说明的是，特殊的氮气/氢气气体气氛不含氧气。

图3A和3B为显示滑动构件2与被滑动构件3之间的滑动操作的剖面图。下文将参考图2对制造例进行说明，在所述制造例中通过使用膜制造装置11在滑动构件2的滑动面6上形成低摩擦覆膜5。将根据需要参考图3A和3B。

为了通过使用膜制造装置11制造(形成)低摩擦覆膜5，将滑动构件2和被滑动构件3运送到腔室12的内部空间10中。将运送进来的被滑动构件3以被滑动面7向上的方式安装在支承基座13上。另一方面，将运送进来的滑动构件2以滑动面6向下的方式安装在被滑动构件3上。顺便说明的是，在将滑动构件2运送到内部空间10中时，滑动构件2的滑动面6上未形成低摩擦覆膜5。也就是说，滑动面6由氧化物陶瓷或金属形成。

在将滑动构件2和被滑动构件3运送到腔室12的内部空间10中后，控制单元16打开氢气阀24和/或氮气阀34以及醇阀28和/或水阀30以从处理气体引入管19的入口32向腔室12的内部空间10供应处理气体(供应步骤)。例如，假设处理气体含有特殊的氢气，并且在该特殊的氢气中微量的气态醇和微量的气态水蒸气各自添加到氢气中。除氢气以外，特殊的氢气还以例如4％至44％的体积比[醇/(醇+水)]含有气态醇和气态水蒸气。该体积比为醇容器37中包含气态醇的载气的流量与醇容器37中包含气态醇的载气的流量和水容器38中包含气态水的载气的流量的总值的比率。

供应到腔室12中的处理气体遍布腔室12的内部空间10。由此，将腔室12的内部空间10中的气氛(空气)置换为含有处理气体的气氛(置换步骤)。顺便说明的是，处理气体中不含氧气。

在腔室12的内部空间10充满处理气体的气氛后(在内部空间10中已经获得处理气体的气氛的状态下)，允许连续供应处理气体的控制单元16控制驱动机构14在如图3A所示从滑动面6向被滑动面7施加挤压载荷的同时使滑动面6(滑动构件2)开始与被滑动面7(被滑动构件3)接触而滑动(滑动步骤)。在滑动期间，由于所施加的挤压载荷而在滑动面6与被滑动面7之间产生的赫兹接触应力为1.0GPa以上。更优选地，赫兹接触应力为1.3Ga至2.4GPa。

当从滑动面6开始滑动起经过了预定的时间(例如30分钟)时，控制单元16关闭醇阀28和水阀30以停止向内部空间10供应醇和水(供应停止步骤)。

随着滑动面6与被滑动面7接触而滑动，由于滑动面6(ZrO₂等)的催化作用，通过使滑动面6与被滑动面7接触而滑动而在滑动面6上形成低摩擦覆膜5。低摩擦覆膜5显示数量级为10^-4(低于0.001)的极低的摩擦系数。通过在滑动构件2的滑动面6上设置低摩擦覆膜5，可以产生显示数量级为10^-4的摩擦系数的摩擦渐失状态(friction-fade-out state)(下文中称为“FFO”)。换句话说，由于滑动面6与被滑动面7的接触滑动，摩擦系数随着摩擦逐渐降低，从而可以产生FFO。

低摩擦覆膜5对应于后述的FPF-2。低摩擦覆膜5为硬度相当于PLC膜9并且显示干涉条纹的透明膜。在低摩擦覆膜5的表面和内部产生鼓泡(气泡)。

本发明人等注意到如下的形成低摩擦覆膜5(产生FFO)的机理。

也就是说，随着滑动面6的滑动(摩擦)，PLC膜9的最外表面由于摩擦而形成研磨粉并且转移到滑动面6上。也就是说，在滑动面6上形成从PLC膜9转移来的转移膜。随着滑动的进行，PLC膜9和转移膜彼此摩擦。

形成滑动面6的金属(如SUJ2或钯)或氧化物陶瓷(ZrO₂)具有能够解离和吸附氢气分子并由此产生活性氢的催化特性。因此，由于滑动面6的催化作用，可以通过使滑动面6与PLC膜9接触而滑动而在滑动界面中提供活性氢。

通过滑动面6的活性氢的酸催化作用使内部空间10的气氛中含有的醇加氢裂化，使得可以在转移膜上形成挥发性气体。因此，据认为在转移膜的摩擦表面(滑动界面)中形成挥发性气体的气体分子层。该气体分子层的厚度相当于数个分子。因此，据认为FFO可以由于该挥发性气体层的单分子水平气体润滑而产生。也就是说，基于包含挥发性气体层的转移膜形成低摩擦覆膜5。

此外，在该实施方式中，当从滑动面6开始滑动起经过了预定的时间时，停止供应醇和水。由此，可以从内部空间10的气氛去除水分(水)。水分(水)可以引起催化剂中毒从而减弱氧化物陶瓷(ZrO₂)或金属(SUJ或钯)的催化作用。因此，当去除水分(水)时，可以使氧化物陶瓷或金属的催化作用稳定。

下文将对产生FFO的机理进行更具体的说明。

当滑动面6中的活性氢接触PLC膜9的具有C＝C键的C₂H_x至C₄H_x片段时，活性氢催化还原C＝C键部分的π键，从而产生面向滑动界面的两个C-H键(顺式加成反应)。因为使平面性高的C＝C键变成了C-C键(σ键)，所以片段的变形自由度增加，使得可以在摩擦界面中形成挥发性气体层。

此外，C-H键的氢原子之间的排斥力(对范德华力的排斥力)也可以视为产生FFO的因素。可以通过摩擦而容易地挥发的C-C键片段的形成也可以视为产生FFO的因素。

当从滑动面6开始滑动起经过了预定的时间时，控制单元16将打开的阀(氢气阀24、醇阀28、水阀30、氮气阀34等)关闭以停止从处理气体引入管19引入处理气体。之后，控制单元16将滑动构件2和被滑动构件3从腔室12的内部空间10运送出。

当使用甲醇作为醇时，醇容器37中包含气态甲醇的载气的流量与醇容器37中包含气态甲醇的载气的流量和水容器38中包含气态水蒸气的载气的流量的总和的比率优选为6％至15％。即使醇容器37中包含气态甲醇的载气的流量与醇容器37中包含气态甲醇的载气的流量和水容器38中包含气态水蒸气的载气的流量的总和的比率为另外的值(其可以包含100％)，也可以产生FFO。

当使用乙醇作为醇时，醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量与醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量和水容器38中包含气态水蒸气的载气的流量的总和的比率优选为6％至30％。即使醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量与醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量和水容器38中包含气态水蒸气的载气的流量的总和的比率为另外的值(其可以包含100％)，也可以产生FFO。然而，特别是在醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量与醇容器37中包含气态乙醇的载气的流量和水容器38中包含气态水蒸气的载气的流量的总和的比率为15％至25％时，FFO可以在稳定状态下产生并且持续长的时间。

接着对通过使用第一摩擦试验仪41进行的第一至第十三摩擦试验进行说明。

图4为显示第一摩擦试验仪41的构造的示意剖面图。图5A为显示第一至第十三摩擦试验中作为测量对象的各板试验片42的表面的放大的剖面图。图5B为显示第一至第十三摩擦试验中使用的、板试验片42的表面形成的两层膜43的物理特性和膜制造方法的表格。

使用图4中示出的销盘(pin-on-plate)型往复滑动摩擦试验仪作为第一摩擦试验仪41。使用直径为4.8mm并且在200℃下在大气中进行了热处理24小时或者在400℃下在氢气气氛中进行了3小时处理的ZrO₂(YSZ)球作为作为测量对象的销试验片44。将砝码71放置在作为测量对象的销试验片44上，并且改变砝码71的重量使得可以改变施加到销试验片44上的载荷。

第一摩擦试验仪41例如设置有圆筒状腔室45，并且在腔室45中容纳销试验片44。腔室45包含有底的圆筒状的丙烯酸类树脂制腔体46，和封闭腔体46的顶部的丙烯酸类树脂制盖47。在盖47中形成在销试验片44的滑动方向上长的长开口48，并且将销试验片44置于开口48中。将用于支承板试验片42的支承基座49配置在腔室45的底部。设置穿过腔体46的周壁50的气体引入管51。将第一管线52和第二管线53与气体引入管51连接。氢气通过第一管线52进行供应，并且含有气态醇和气态水蒸气的氢气通过第二管线53进行供应。将第一阀54、第一流量调节阀55和第一流量计56置于第一管线52中。通过第一阀54打开/关闭第一管线52。通过第一流量调节阀55调节第一管线52中氢气的流量。通过第一流量计56检测第一管线52中氢气的流量。将第二阀57、第二流量调节阀58、第二流量计59和醇/水容器60置于第二管线53中。通过第二阀57打开/关闭第二管线53。通过第二流量调节阀58调节第二管线53中氢气的流量。通过第二流量计59检测第二管线53中氢气的流量。将醇和水储存在醇/水容器60中。醇/水容器60的温度被设定在20℃±5℃。在醇/水容器60中，醇和水以液态醇和水的溶液以及从该溶液蒸发的气态醇和气态水蒸气的形式存在。当打开第二阀57时，氢气流过第二管线53，并且氢气被供应到醇/水容器60。当氢气在储存有醇和水的醇/水容器60内流通时，气态醇和气态水蒸气被氢气输送，从而到达气体引入管51。接着，当打开第二阀57并且打开第一阀54时，含有气态醇和气态水蒸气的氢气通过气体引入管51被供应到腔室45中。以可以控制腔室45中的气氛的方式设置腔室45。

如图5A所示，将表面形成有两层膜43的硅基板61用于板试验片42。两层膜43为具有两层结构的硬质碳基膜。Si-DLC膜62在两层膜43的下层侧。PLC(类聚合物碳)膜63在两层膜43的上层侧。Si-DLC膜62通过电离气相沉积法(PVD法)使用其中甲苯与三甲基硅烷(Si(CH₃)₄)以气体流量比2:3的比例混合而成的原料气体形成。通过电离气相沉积法仅使用甲苯作为原料气体来形成PLC膜63。形成PLC膜的偏压被设定在-0.4kV(低偏压)。

图5B显示Si-DLC膜62和PLC膜63各自的成膜期间的沉积压力(Pa)、成膜期间的偏压(kV)、成膜期间的处理温度(K)、膜厚度(nm)、微细压痕硬度(GPa)、杨氏模量(GPa)、拉曼光谱中的G峰位置(cm^-1)、拉曼光谱中的G峰半值宽度(FWHM(G)，cm^-1)、拉曼光谱中D峰与G峰之间的强度比(I(D)/I(G))以及估算的氢气浓度(原子％)。

以形成两层膜43的表面可以用作试验面的方式将板试验片42设置在第一摩擦试验仪41中。在摩擦速度为8.0mm/s、摩擦行程(摩擦ストローク)为4.0mm、供应到腔室45的气体的流量为约2.0(升/分钟)至6.2(升/分钟)并且无润滑的试验条件下，在19.6N至58.8N的范围内以1.96N的单位逐步增加通过销试验片44施加到板试验片42的表面上的载荷的大小的同时，进行以下第一至第十三摩擦试验(重复高达28200次的高载荷试验)以研究FFO的产生状态。

首先，将对第一至第四摩擦试验进行说明。腔室45内的温度被设定在20℃±5℃。在第一至第四摩擦试验中，使用甲醇作为醇，并且改变处理气体(在这种情况下为含有醇和水的特殊的氢气。同样的情形也可以适用于以下情况)中含有的甲醇的浓度。

在第一至第四摩擦试验中，第一管线52中的气体流量被设定为8(升/分钟)，并且第二管线53中的气体流量被设定为200sccm。使氢气流过第一管线52。使氢气作为载气流过第二管线53。

此外，在第一至第四摩擦试验中，使用浮子式流量计作为用于检测第二管线53中的气体流量的第二流量计59。第二流量计59的检测下限为200sccm。因此，基于第二流量计59而被反馈控制的第二管线53中的气体流量不能被控制为固定流量。因此，在第一至第四摩擦试验中的各个试验中，假设第二管线53中的气体流量在试验开始后逐渐降低。

<第一摩擦试验>

将20cc水和1cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为4.8％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

<第二摩擦试验>

将10cc水和1cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为9.1％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

<第三摩擦试验>

将10cc水和2cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为16.7％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

<第四摩擦试验>

将10cc水和10cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为50％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

图6至图9为显示第一至第四摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。在第一摩擦试验中，如图6所示，在任何施加的载荷的条件下，摩擦系数均为0.01以上，并且不产生FFO(摩擦渐失状态)。

在第二摩擦试验中，如图7所示，载荷一达到约50N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。在产生FFO时，摩擦系数为5×10^-4至7×10^-4。之后，即使增加载荷时，还是持续地产生FFO。即使在载荷达到58.8N并且保持恒定的高载荷时，还是持续并且稳定地产生FFO。在持续产生FFO 70分钟后，结束第二摩擦试验。

在第三摩擦试验中，如图8所示，在任何施加的载荷的条件下，摩擦系数均为0.01以上，并且不产生FFO。

在第四摩擦试验中，如图9所示，在任何施加的载荷的条件下，摩擦系数均为0.01以上，并且不产生FFO。

从第一到第四摩擦试验，在使用甲醇作为醇的情况下，了解到在含有醇和水的特殊的氢气含有从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为6％至15％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气时容易产生FFO，并且在液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为约9％时特别容易产生FFO。

接着，将对第五至第九摩擦试验进行说明。腔室45内的温度被设定在20℃±5℃。在第五至第九摩擦试验中，使用乙醇作为醇，并且改变特殊的氢气中含有的乙醇的浓度。

在第五至第九摩擦试验中，第一管线52中的气体流量被设定为8(升/分钟)，并且第二管线53中的气体流量被设定为200sccm。

此外，在第五至第九摩擦试验中，使用浮子式流量计作为用于检测第二管线53中的气体流量的第二流量计59。第二流量计59的检测下限为200sccm。因此，基于第二流量计59而被反馈控制的第二管线53中的气体流量不能被控制为固定流量。因此，在第五至第九摩擦试验中的各个试验中，假设第二管线53中的气体流量在试验开始后逐渐降低。

<第五摩擦试验>

将10cc水和1cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为9.1％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

<第六摩擦试验>

将10cc水和2cc乙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为16.7％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

<第七摩擦试验>

将10cc水和3cc乙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为23.1％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

<第八摩擦试验>

将10cc水和5cc乙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为33.3％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

<第九摩擦试验>

将10cc水和10cc乙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为50％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气。

图10至图14为显示第五至第九摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

在第五摩擦试验中，如图10所示，载荷一达到约27N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。在产生FFO时，摩擦系数为约5×10^-4。之后，随着载荷增加，摩擦系数平缓地降低。摩擦系数一达到10^-5的数量级，摩擦系数便在10^-4的数量级与10^-5的数量级之间重复突然的增加和降低。在载荷达到42N时，摩擦系数增加到约8×10^-2，并且结束第五摩擦试验。

在第六摩擦试验中，如图11所示，载荷一达到约50N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。之后，即使在载荷增加时，还是持续地产生并且保持FFO。在载荷达到58.8N后保持恒定的高载荷时，摩擦系数降低到10^-5的数量级。之后，因为观察到摩擦系数平缓增加的不稳定状态，所以逐步降低载荷。然而，不能消除摩擦系数的不稳定性。之后，摩擦系数增加到0.02，并且结束第六摩擦试验。

在第七摩擦试验中，如图12所示，载荷一达到约40N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。之后，摩擦系数在10^-3的数量级与10^-5的数量级之间重复大幅的增加和降低。当载荷达到约50N时，大幅的增加和降低消失，并且摩擦系数稳定在10^-5的数量级。在载荷达到58.8N后保持恒定的高载荷时，摩擦系数稳定地保持在10^-5的数量级下。也就是说，在第七摩擦试验中，FFO产生期间的摩擦系数具有极小值。

在从载荷达到58.8N起经过了25分钟时，摩擦系数增加到10^-4的数量级。因此，含有乙醇和水的氢气的量增加。由此，摩擦系数再次降低到10^-5的数量级。

关于摩擦系数的这一增加，据认为滑动面6(参见图1等)上形成的低摩擦覆膜(等同于图1中的低摩擦覆膜5)由于滑动而剥离，并且推测乙醇和水在滑动面6(滑动界面)中耗尽，使得不能在滑动面6上再产生低摩擦覆膜5。据认为当乙醇和水的供应量增加时，促进在滑动面6上再产生低摩擦覆膜5，并且摩擦系数再次降低至10^-5的数量级。

在从载荷达到58.8N起经过了90分钟后，摩擦系数突然增加，并且结束第七摩擦试验。

在第八摩擦试验中，如图13所示，在任何施加的载荷的条件下，摩擦系数均为0.01以上，并且不产生FFO。

在第九摩擦试验中，如图14所示，载荷一达到约45N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。在产生FFO时，摩擦系数低至约1×10^-4。随着载荷增加，摩擦系数增加，并且达到10^-3的数量级。在载荷达到58.8N后，保持恒定的高载荷。结果，摩擦系数降低并且再次产生FFO。之后，摩擦系数突然增加，并且结束第九摩擦试验。

从第五到第九摩擦试验，在使用乙醇作为醇的情况下了解到，在特殊的氢气包含从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为约6％至约30％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气时容易产生FFO，并且在特殊的氢气包含从其中液态乙醇对液态乙醇和液态水的体积％浓度为约15％至约25％的水溶液产生的气态乙醇和气态水蒸气时特别容易产生FFO。还了解到，当浓度在此范围内时可以获得耐载荷性。

此外，从第七摩擦试验了解到，为了产生FFO，有必要向滑动面6和被滑动面7供应“乙醇和水”。因此，为了保持所产生的FFO，了解到有必要一直向滑动面6和被滑动面7持续供应醇和水。

接着，将对第十至第十三摩擦试验进行说明。腔室45内的温度被设定在20℃±5℃。在第十至第十三摩擦试验中，分别将甲醇、乙醇、1-丙醇和2-丙醇设定为特殊的氢气中含有的醇的种类。

此外，在第十至第十三摩擦试验中，使用质量流量计(由Fujikin Incorporated制造的TM39)作为用于检测第二管线53中的气体流量的第二流量计59。

在第十至第十三摩擦试验中，在各试验开始至500次的摩擦次数期间(试运行步骤)，将第一管线52中的气体流量设定为6(升/分钟)，并且将第二管线53中的气体流量设定为200sccm。在500次的摩擦次数结束至试验结束期间，将第一管线52中的气体流量保持在6(升/分钟)，并且将第二管线53中的气体流量设定为100sccm。在这种情况下，在500次的摩擦次数之前与之后之间，从中产生特殊的氢气中含有的气态醇和气态水蒸气的水溶液中的液态醇对液态醇和液态水的体积％浓度未变化。

<第十摩擦试验>

将10cc水和3cc甲醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45中的特殊的氢气包含从其中液态甲醇对液态甲醇和液态水的体积％浓度为23.1％的水溶液产生的气态甲醇和气态水蒸气。

<第十一摩擦试验>

<第十二摩擦试验>

将10cc水和3cc 1-丙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态1-丙醇对液态1-丙醇和液态水的体积％浓度为23.1％的水溶液产生的气态1-丙醇和气态水蒸气。

<第十三摩擦试验>

将10cc水和3cc 2-丙醇置于醇/水容器60中。也就是说，供应到腔室45的特殊的氢气含有从其中液态2-丙醇对液态2-丙醇和液态水的体积％浓度为23.1％的水溶液产生的气态2-丙醇和气态水蒸气。

图15至图18为显示第十至第十三摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

在第十摩擦试验中，如图15所示，在载荷为19.6N的条件下产生了一次FFO。然而，该FFO立即消失。之后，增加载荷。载荷一达到33.3N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。之后，即使增加载荷时，还是持续地产生并且保持FFO。载荷一达到56.8N，便观察到摩擦系数突然增加，并且结束第十摩擦试验。

在第十一摩擦试验中，如图16所示，载荷一达到35.3N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。之后，即使增加载荷时，还是持续地产生并且保持FFO。观察到载荷一达到63.7N，便摩擦系数突然增加，并且结束第十一摩擦试验。产生15分钟的FFO。

在第十二摩擦试验中，如图17所示，载荷一达到35.3N，摩擦系数便突然降低，并且产生FFO。之后，即使增加载荷时，还是持续地产生并且保持FFO。观察到载荷一达到63.7N，便摩擦系数突然增加，并且结束第十二摩擦试验。产生15分钟的FFO。

在第十三摩擦试验中，如图18所示，在载荷为19.6N的条件下产生了一次FFO。然而，该FFO立即消失。之后，增加载荷。载荷一达到23.5N便产生FFO。在载荷达到23.5N时FFO消失。之后，增加载荷。载荷一达到31.4N，便再次产生FFO。之后，即使增加载荷时，还是持续地产生并且保持FFO。观察到载荷一达到63.7N，便摩擦系数突然增加，并且结束第十三摩擦试验。在31.4N至63.7N的载荷范围内，产生20分钟的FFO。

从第十到第十三摩擦试验了解到，如果使用甲醇、乙醇、1-丙醇和2-丙醇各自作为醇，则可以产生FFO。

此外，随着醇中的烃的分子量(亦即碳数)增加，可以更稳定地产生FFO(甲醇<乙醇<1-丙醇＝2-丙醇)。

此外，相较于1-丙醇，在2-丙醇(其为1-丙醇的异构体)中更稳定地产生FFO。可以认为分子结构中OH基的存在也影响FFO产生的稳定性。

在上述第一至第十三摩擦试验中，在第二、第五至第七和第九至第十三摩擦试验中观察到FFO的产生。将参考图3B对由此产生FFO的状态进行说明。

当使滑动面6与被滑动面7接触而滑动时，由于由ZrO₂等制成的滑动面6的催化作用，在滑动面6上形成相对厚的摩擦聚合物膜(下文中称为“FPF”)。将滑动初期(与试运行初期相同)的FPF定义为“FPF-1”。FPF-1的摩擦系数的数量级为10^-1。FPF-1为黑色膜，其为比PLC膜9软的膜。在含有醇和水的氢气气氛下形成FPF-1。

当挤压载荷增加时，被滑动面7的最大赫兹接触应力也增加。当挤压载荷超过预定值时，FPF发生质变。将此FPF定义为“FPF-2”。FPF-2(相当于“低摩擦覆膜5”)是显示干涉条纹并且硬度相当于PLC膜9的硬度的透明膜。在FPF-2的表面和FPF-2内部形成了鼓泡(气泡)。从第一到第十三方式，使FPF-1变成FPF-2的载荷推测为约12N。当载荷为12N时，最大赫兹接触应力为1.3GPa。据认为当最大赫兹接触应力达到约1.0GPa时，可能开始FPF-1向FPF-2的质变。在最大赫兹接触应力低于1GPa时的滑动期间，不能产生稳定的FFO。顺便说明的是，当载荷为60N时最大赫兹接触应力为2.4GPa。

图19至图22为在第十至第十三摩擦试验各自终止后的销试验片44的外表面和板试验片42的表面上的PLC膜9的表面的光学显微镜照片影像。图19A、20A、21A和22A显示PLC膜9表面的光学显微镜照片影像，并且图19B、20B、21B和22B显示板试验片42表面的光学显微镜照片影像。

从图19到图22了解到，当使用不同种类的醇时，在销试验片44的外表面上形成不同种类的膜。

此外，当使用1-丙醇作为醇时，如图21A所示在销试验片44的外表面中观察到鼓泡(气泡)的产生。由此，可以估计在销试验片44的外表面的滑动界面附近存在挥发性物质(挥发性气体)。

接着，对使用第二摩擦试验仪141进行的第十四至第二十摩擦试验进行说明。腔室45内的温度被设定在20℃±5℃。

图23为显示第二摩擦试验仪141的构造的示意剖面图。第二摩擦试验仪141与第一摩擦试验仪41之间共同的部分以与图4中相同的方式提及，并且省略其说明。也就是说，在不进行特殊说明的情况下，第二摩擦试验仪141中的腔室45的构造、销试验片44的构造等与第一摩擦试验仪41中的等同。第二摩擦试验仪141与第一摩擦试验仪41的不同点主要在于其供气系统。

供气系统的气体引入管51包含第一管线52、第三管线101、第四管线102、第五管线103以及第六管线104。通过第一管线52供应氢气。通过第三管线101供应氮气。通过第四管线102供应含有气态醇和气态水蒸气的作为载气的氢气。通过第五管线103供应含有气态醇但不含气态水蒸气的作为载气的氢气。通过第六管线104供应含有气态水蒸气(以蒸馏水为基础)但不含气态醇的作为载气的氢气。

将第三阀105、第三流量调节阀106和第三流量计107置于第三管线101中。通过第三阀105打开/关闭第三管线101。通过第三流量调节阀106调节第三管线101中的氮气的流量。通过第三流量计107检测第三管线101中的氮气的流量。

将第四阀108、第四流量调节阀109、第四流量计110和醇/水容器111置于第四管线102中。通过第四阀108打开/关闭第四管线102。通过第四流量调节阀109调节第四管线102中的氢气的流量。通过第四流量计110检测第四管线102中的氢气的流量。气态醇和气态水蒸气存在于醇/水容器111中。醇/水容器111中的温度被设定在20℃±5℃。在醇/水容器111中，醇和水以液态醇和液态水的溶液以及从该溶液蒸发的气态醇和气态水蒸气的形式存在。在醇/水容器111中，液态醇和液态水以3:10的体积比混合。流过第四管线102的处理气体中包含的“乙醇和水”含有从其中液态乙醇和液态水以3:10的体积比混合的溶液蒸发的气态乙醇和气态水蒸气，其中3表示尚未混合的单独的液态乙醇的体积，并且10表示尚未混合的单独的液态水的体积。这样获得的处理气体在下文中可以称为“含有从23体积％乙醇浓度的水溶液产生的乙醇的氢气(23％@)”。

将第五阀112、第五流量调节阀113、第五流量计114和醇容器115置于第五管线103中。通过第五阀112打开/关闭第五管线103。通过第五流量调节阀113调节第五管线103中的氢气的流量。通过第五流量计114检测第五管线103中的氢气的流量。气态醇存在于仅储存液态醇(乙醇)的醇容器115中。除了不能从乙醇去除的水分以外，醇容器115不含水。因此，除了含有气态乙醇以外，流过第五管线103的处理气体基本上不含水。这样获得的处理气体在下文中可以称为“含有从100体积％乙醇浓度的溶液产生的乙醇的氢气(100％@)”。

将第六阀116、第六流量调节阀117、第六流量计118和水容器119置于第六管线104中。通过第六阀116打开/关闭第六管线104。通过第六流量调节阀117调节第六管线104中的氢气的流量。通过第六流量计118检测第六管线104中的氢气的流量。气态水蒸气存在于仅储存液态水(蒸馏水)的水容器119中。水容器119不含醇。因此，流过第六管线104的处理气体不含乙醇但含有气态水蒸气。这样获得的处理气体在下文中可以称为“含有水的氢气”。

当选择性地切换第一阀54和第三阀105时，腔室45内的气氛的主要成分可以在氢气与氮气之间切换。此外，当打开第四至第六阀108、112和116中的至少一个时，可以控制腔室45内的气氛中含有的醇与水之间的成分比。除了打开阀108、112和116以外，还可以通过调节流量调节阀109、113和117的开度而更精细地控制腔室45内的气氛中含有的醇与水之间的成分比。

图24为用于说明第十四至第二十摩擦试验中作为测量对象的板试验片的上层的表格。

作为测量对象的各板试验片42在其前表面侧具有两层膜43。两层膜43由具有如参考图5A所述的两层结构的硬质碳基膜制成。在第十五至第二十摩擦试验中，在两层膜43中，形成下层的Si-DLC膜具有与Si-DLC膜62(参见图5A)等同的构造。另一方面，在两层膜43中，形成上层(表面层)的PLC(类聚合物碳)膜163以部分不同于PLC膜63(参见图5A)的方式制造。

PLC膜163的制造方式与PLC膜63的制造方式的不同点主要在于使用高偏压(-4.0kV)作为电离气相沉积法(PVD法)中的偏压。

在第十四至第二十摩擦试验中，准备三种膜即第一PLC膜163A、第二PLC膜163B和第三PLC膜163C作为PLC膜。第一PLC膜163A中无添加物(仅“PLC”)。向第二PLC膜163B添加氢(H-PLC)。向第三PLC膜163C添加氧(O-PLC)。以图26中显示的制造方式制造这些膜。

以形成两层膜43的表面可以用作试验面的方式将板试验片42设置在第二摩擦试验仪141中。在摩擦速度为8.0mm/s、摩擦行程为4.0mm并且无润滑的试验条件下，在19.6N至63.7N的范围内以1.96N的单位逐步增加通过销试验片44施加到板试验片42的表面上的载荷的大小的同时，进行第十四至第二十摩擦试验(重复高达28200次的高载荷试验)以研究FFO的产生状态。

在第十四至第二十摩擦试验中，在第十四至第十七摩擦试验中的各个试验中，供应到腔室45中的处理气体的种类和/或其流量在开始试验与产生FFO之间的试运行环境与FFO产生后的FFO环境之间变化。

<第十四摩擦试验>

图25为用于说明第十四摩擦试验中的试验条件的表格。

如图25所示，在第十四摩擦试验中的试运行环境中，将氮气作为主流以高流量(5slm)供应到腔室45中，并且作为支流以中等流量(180sccm)供应含有从23体积％乙醇浓度的水溶液产生的乙醇的氢气(23％@)。在FFO环境中，将氮气作为主流以高流量(5slm)供应到腔室45中，并且作为支流以低流量供应含有从23体积％乙醇浓度的水溶液产生的乙醇的氢气(23％@)，同时作为支流以微小流量供应含有从100体积％乙醇浓度的溶液产生的乙醇的氢气(100％@)。具体来说，在供应开始时，将含有从富含水分的23体积％乙醇浓度的水溶液产生的乙醇的氢气(23％@)的供应流量设定在80sccm，然后逐渐降至17sccm。另一方面，在供应开始时，将含有从100体积％乙醇浓度的溶液产生的乙醇的氢气(100％@)的供应流量设定在0.1sccm，然后逐渐增至0.3sccm。也就是说，在产生FFO的FFO环境中，控制腔室45内的气氛中的醇浓度和水分浓度比试运行环境的低。以这种方式将醇浓度和水分浓度控制得低的方法对于容易地产生FFO是有效的。顺便说明的是，在第十四摩擦试验中，使用第二PLC膜163B(H-PLC)作为板试验片42(参见图5A)。然而，可以使用等同于第一至第十三摩擦试验各自中使用的板试验片的板试验片。

图26为显示第十四摩擦试验中施加的载荷与摩擦系数的测定值之间的关系的图。

在第十四摩擦试验中，如图26所示，以9.8N的单位将载荷从9.8N逐步增加，并且在达到63.7N后将载荷保持在63.7N下。当在从载荷达到63.7N起经过了一段时间时将醇浓度和水分浓度控制得低时，摩擦系数突然降低，并且产生FFO。之后，即使在载荷保持在63.7N下时，还是持续地产生并且保持FFO。FFO产生期间的摩擦系数为1×10^-4以下。FFO的产生时间为四小时以上。在FFO环境的前半段(前半段约两小时)中，重复地观察到摩擦系数瞬间增加。当水分浓度控制得较低时，在FFO环境的后半段(后半段约两小时)产生并且稳定地保持FFO。

从第十四摩擦试验了解到，当使用氮气作为主流时，即当腔室45中的气氛具有氮气作为其主要成分时，产生FFO，并且此时的摩擦系数非常低，同时FFO的产生状态也是良好的。

<第十五和第十六摩擦试验>

图27A和图27B为用于说明第十五和第十六摩擦试验中的试验条件的表格。

如图27A和图27B所示，在第十五和第十六摩擦试验中的试运行环境中，将氢气作为主流以高流量(4.3slm)供应到腔室45中，并且作为支流以低流量供应含有水的氢气。在FFO环境中，将氢气作为主流以高流量(4.3slm)供应到腔室45中。

第十五摩擦试验与第十六摩擦试验之间存在如下不同点。也就是说，在试运行环境中，在第十五摩擦试验中，在试验开始时，将含有水的氢气的供应流量设定在40(sccm)，然后逐渐降至0(sccm)，而在第十六摩擦试验中，将含有水的氢气的供应流量保持在40(sccm)下。另一方面，在FFO环境中，在第

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