JP2012082477A - Dlc被覆部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】DLC被覆部材100は、基材200と、基材200の表面を覆う中間層300と、中間層300の表面を覆うDLC膜400とを含む。中間層300は、第1中間層301と、第2中間層302と、第3中間層303と、第4中間層304と、第5中間層305とを備え、5層構造を有している。5層の層301〜305は、いずれもSiが添加されたDLCからなる。層301〜305の中では、第1中間層301のSi濃度が最も高く、次いで第5中間層305のSi濃度が高い。また、第2、第3および第4中間層302,303,304のSi濃度は、第1および第5中間層301,305のSi濃度よりも低い。
【選択図】図1
Description
DLC膜は、基材に対する密着力が弱い。そのため、基材に対するDLC膜の密着力を向上させることが望まれている。
また、DLC膜の密着力を向上させるための他の手法として、DLC膜を形成する前に窒化処理や浸炭処理(たとえば、プラズマ窒化やプラズマ浸炭)を行って基材の表層に窒化層や浸炭層を形成することも考えられる。
そこで、本発明の目的は、新規な中間層を基材とDLC膜との間に形成し、これにより、基材に対するDLC膜の密着力が高い被覆部材を提供することである。
この構成によれば、中間層は積層構造を有している。また、中間層に含まれる各層は、所定の元素が添加されたDLCからなる。さらに、中間層に含まれるある層(第2層)が、当該中間層よりも添加元素濃度が高いかあるいは低い2つの層(第1層および第3層)に挟まれている。
所定の元素が添加されたDLCから中間層がなるので、比較的柔らかい中間層を得ることができる。基材とDLC膜との間の密着は、通常、DLC膜内に生じる内部応力によって阻害されるが、中間層が柔らかいと、その中間層によりDLC膜中の内部応力を吸収することができる。これにより、基材に対するDLC膜の密着力を高めることができる。
しかしながら、中間層の全ての層が柔らかいと、中間層の剛性が低下し、DLC膜の密着性が却って悪くなるおそれがある。
また、請求項2に記載のように、前記第2層の含有水素量が、前記第1層および前記第3層の双方の含有水素量よりも多いか、あるいは前記第1層および前記第3層の双方の含有水素量よりも少ないものであってもよい。
DLC膜400の表面は、DLC被覆部材100の最表面の少なくとも一部を形成している。DLC被覆部材100が摺動部材として用いられる場合、DLC膜400の表面は、他の部材に摺動する摺動面として機能する。DLC被覆部材100が摺動部材として用いられる場合、基材200の材質は、たとえば、工具鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼およびステンレス鋼のいずれかである。
CVD装置1は、隔壁2で取り囲まれた処理室3と、処理室3内で基材200を保持する基台5と、処理室3内に成分ガス(原料ガスを含む。)を導入するためのガス導入管6と、処理室3内を真空排気するための排気系7と、処理室3内に導入されたガスをプラズマ化させるための直流パルス電圧を発生させる電源8とを備えている。
ガス導入管6には、成分ガスとして原料ガスおよびキャリアガスが供給される。原料ガスとしては、メタン(CH4)やアセチレン(C2H2)、ベンゼン(C6H6)、トルエン(C7H8)などの炭化水素系ガス、テトラメチルシランガス(Si(CH3)4)やシロキサンなどの有機ケイ素化合物ガス、および水素ガス(H2)などが供給されるようになっている。キャリアガスとしては、アルゴン(Ar)などが供給されるようになっている。ガス導入管6には、各成分ガスの供給源(ガスボンベや液体を収容する容器等)からそれぞれの成分ガスを処理室3に導くための複数の分岐導入管(図示せず)が接続されている。各分岐導入管には、各供給源からの成分ガスの流量を調節するための流量調節バルブ(図示せず)等が設けられている。また供給源のうち液体を収容する容器には、必要に応じて、液体を加熱するための加熱手段(図示せず)が設けられている。
第1排気管13の途中部には、第1開閉バルブ15および第1ポンプ17が、処理室3側からこの順で介装されている。第1ポンプ17としては、たとえば油回転真空ポンプ(ロータリポンプ)やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用される。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第1ポンプ17として採用される油回転真空ポンプとしては、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプが挙げられる。
さらに、イオンビームスパッタ法や、DC(直流)スパッタ法、RF(高周波)スパッタ法、マグネトロンスパッタ法を用いて、中間層300やDLC膜400を形成することもできる。
<実施例>
高速度工具鋼(SKH4)製の基板上に、図1に示す中間層300を形成するとともに、中間層300上に、図1に示すDLC膜400を形成して、DLC被覆部材を形成した。中間層300およびDLC膜400の形成は、図2に示すCVD装置1を用いて、直流パルスプラズマCVD法により行った。
<比較例1>
高速度工具鋼(SKH4)製の基板上に、直接、図1に示すDLC膜400を形成して、DLC被覆部材を形成した。DLC膜400の形成は、図2に示すCVD装置1を用いて、直流パルスプラズマCVD法により行った。
<比較例2>
高速度工具鋼(SKH4)製の基板上に、傾斜膜からなる中間層を形成するとともに、その中間層上に、図1に示すDLC膜400を形成して、DLC被覆部材を形成した。その中間層およびDLC膜400の形成は、図2に示すCVD装置1を用いて、直流パルスプラズマCVD法により行った。
これら実施例および比較例1,2のDLC被覆部材のDLC膜に対して剥離試験を行った。この剥離試験は、日本機械学会基準JSME S010(1996)において規定されたスクラッチ試験である。実施例および比較例1,2のDLC被覆部材に対する剥離試験の結果を表2に示す。
以上によりこの実施形態によれば、中間層300は積層構造を有している。また、中間層300に含まれる各層301〜305は、Siが添加されたDLCからなる。さらに、第3中間層303が、その第3中間層303よりもSi濃度の高い第1中間層301および第5中間層305に挟まれている。
Siが添加されたDLCによって各層301〜305が構成されているので、比較的柔らかい中間層300を得ることができる。中間層300が柔らかいと、その中間層300によりDLC膜400中の内部応力を吸収することができる。これにより、基材200に対するDLC膜400の密着力を高めることができる。
しかしながら、中間層300を構成する全ての層301〜305が柔らかいと、中間層300の剛性が低下し、DLC膜400の密着性が却って悪くなるおそれがある。
この図3および図4に示す実施形態は、中間層300の各層301〜305のSi濃度およびH濃度が、図1および図2に示す実施形態と相違している。
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態を用いて実施することもできる。
また、第1実施形態において、第2膜を第3中間層303として説明したが、第2膜を第2中間層302とすると、第2膜のH濃度は、第1および第5中間層301,305のH濃度よりも低い、と言うこともできる。
また、中間層300における基材200の表面との境界部分に、基材200の表面から離れるに従って連続的かつ緩やかに組成が変化する傾斜膜を形成してもよい。
また、たとえば、DLC膜400として他の元素を何も添加していないものを例示したが、Fe(鉄)、Si、Co(コバルト)およびTi(チタン)のうち少なくとも1つの元素が添加されていてもよい。
Claims (2)
- 基材の表面の少なくとも一部をDLC膜で被覆されたDLC被膜部材であって、
基材と、
前記基材を覆う中間層と、
前記中間層を覆うDLC膜とを含み、
前記中間層は、所定の元素が添加されたDLCからなる層を3層以上積層した積層構造を有しており、
前記中間層は、前記基材側からこの順で形成された第1層、第2層および第3層を含み、
前記第1層および前記第3層の双方の添加元素濃度が、前記第2層の添加元素濃度よりも高いか、あるいは前記第2層の添加元素濃度よりも低い、DLC被膜部材。 - 前記第2層の含有水素量が、前記第1層および前記第3層の双方の含有水素量よりも多いか、あるいは前記第1層および前記第3層の双方の含有水素量よりも少ない、請求項1記載のDLC被膜部材。
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