JP2009155721A - 摺動性に優れる硬質皮膜とその硬質皮膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】化学式MxBaCbNcで示される硬質皮膜であって、Mは、4A族、5A族、6A族の元素、及びSi、Alから選択される少なくとも1種の金属元素であり、0≦a≦0.2、0≦c≦0.2、0<x−a−c、x−a−c<b≦0.9、0.05≦x<0.5、x+a+b+c=1の各式を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
メタン分圧(Pa)>0.163+1.44×アーク電流密度(A/cm2)
という数式で表すことができる。この数式を満たすことで、硬質皮膜中のCの原子比を、BとNが添加されていない場合のより好ましいCの原子比である0.7以上とすることができる。尚、V等、同等のアーク電流で、Tiと蒸発量が等価なターゲット2に関してもこの数式を適用することができる。
金属元素Mよりなる金属ターゲット、或いは金属元素MとBよりなる複合ターゲットを用いて、図1に示すようなカソード放電型のアークイオンプレーティング装置により表1に原子比を示す各組成の皮膜を基材表面に形成した。この実施例1では、まず、皮膜の組成を確認すると共に皮膜の硬度を測定するために、基材として表面を鏡面研磨した超硬合金を使用し、その表面に表1に示す各組成の皮膜を形成した。また、摺動試験用として、SKD11基板(硬度HRC60)を基材として、その基材の表面に密着性を向上させるために3μm厚のCrN層を形成した後、その表面に表1に示す各組成の皮膜を形成した。
ベーン :SKD61鋼(HRC50)、3.5×5mm、長さ20mm、先端半径10R
ディスク:SKD11鋼(HRC60)+コーティング
摺動速度:0.2m/秒
荷重 :500N
摺動距離:500m
試験温度:25℃(加熱なし)、及び400℃
金属元素MとしてTiを用いて金属ターゲットとし、実施例1と同様、図1に示すようなカソード放電型のアークイオンプレーティング装置により、アーク電流、メタン(CH4)分圧を、表2に示すように種々変化させ、基材として表面を鏡面研磨した超硬合金を使用し、その表面に硬質皮膜を形成した。尚、使用したアーク蒸発源、即ち使用蒸発源は、図2に示す使用蒸発源A、図3に示す使用蒸発源B、図4に示す使用蒸発源Cの3種である。成膜時の基材電圧は200Vである。
メタン分圧(Pa)=0.163+1.44×アーク電流密度(A/cm2)
という図5に表示した斜線よりも上の領域とすれば良いことが分かる。
メタン分圧(Pa)>0.163+1.44×アーク電流密度(A/cm2)を満たせば、Tiと反応していない遊離C成分が必ず生じることができるように、皮膜中のC含有量を好適な原子比0.7以上とすることができる。
金属元素MをWとし、ターゲットとしてWCからなるW0.5C0.5ターゲット(ホットプレス品φ100mm)を用いて、図1に示すようなカソード放電型のアークイオンプレーティング装置で、基材の表面にWを含有する硬質皮膜を形成した。
実施例3と同様に金属元素MをWとし、ターゲットとしてWCからなるW0.5C0.5ターゲット(直径は10インチ)を用いて、スパッタリング法によって、全圧力0.6Paで、メタン−窒素雰囲気中において、基材の表面にWを含有する硬質皮膜を形成した。
実施例3と同様に、W0.5C0.5ターゲット(ホットプレス品φ100mm)を用いて、図1に示すようなカソード放電型のアークイオンプレーティング装置で、基材の表面にWを含有する硬質皮膜を形成した。
W0.5C0.5ターゲット(ホットプレス品φ100mm)或いはWターゲットを用いて、図1に示すようなカソード放電型のアークイオンプレーティング装置で、基材の表面にWを含有する硬質皮膜の形成を行う試験を実施した。
2…ターゲット
2a…蒸発面
3…基材
4…磁力線
5…アーク蒸発源
6…排気口
7…ガス供給口
8…真空容器
9…基材ステージ
10…バイアス電源
11…アーク電源
12…フィラメント加熱用交流電源
13…フィラメント型イオン源
14…放電用直流電源
15…ヒータ
16…アース
17…磁石
e…電子
Claims (7)
- 化学式MxBaCbNcで示される硬質皮膜であって、
Mは、4A族、5A族、6A族の元素、及びSi、Alから選択される少なくとも1種の金属元素であり、
0≦a≦0.2、
0≦c≦0.2、
0<x−a−c、
x−a−c<b≦0.9、
0.05≦x<0.5、
x+a+b+c=1
の各式を満たすことを特徴とする摺動性に優れる硬質皮膜。
但し、x、a、b、cは、夫々M、B、C、Nの原子比を示す。 - aとcの原子比が共に0である場合、
0.1≦x≦0.4
を満たすことを特徴とする請求項1記載の摺動性に優れる硬質皮膜。 - MはWであり、
0≦a≦0.12、
0.5<b≦0.8、
0.01≦c<0.15、
0.2≦x<0.5、
の各式を満たすことを特徴とする請求項1記載の摺動性に優れる硬質皮膜。 - 結晶構造がδ−WNとWC1−xの混合物を含むことを特徴とする請求項3記載の摺動性に優れる硬質皮膜。
- 請求項1または2記載の硬質皮膜を基材の表面に成膜する硬質皮膜の形成方法であって、
金属元素Mよりなる金属ターゲット、或いは金属元素MとBよりなる複合ターゲットを用いて、Arと炭化水素ガス、或いはArと炭化水素ガスと窒素の混合雰囲気中で、カソード放電型のアークイオンプレーティング装置により、前記ターゲットの蒸発面に略直交して前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成した状態で、前記硬質皮膜を前記基材の表面に成膜することを特徴とする硬質皮膜の形成方法。 - 金属元素MがTi或いはVであって、炭化水素ガスがメタン(CH4)ガスである場合、成膜時のメタン分圧とアーク電流密度の関係が、
メタン分圧(Pa)>0.163+1.44×アーク電流密度(A/cm2)
を満たすことを特徴とする請求項5記載の硬質皮膜の形成方法。 - 請求項3または4記載の硬質皮膜を基材の表面に成膜する硬質皮膜の形成方法であって、
WCからなるターゲットを用いて、C含有ガスと窒素を含む混合雰囲気中で、カソード放電型のアークイオンプレーティング装置により、前記ターゲットの蒸発面に略直交して前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成した状態で、前記硬質皮膜を前記基材の表面に成膜することを特徴とする硬質皮膜の形成方法。
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