JP5212416B2 - Amorphous carbon coated member - Google Patents
Amorphous carbon coated member Download PDFInfo
- Publication number
- JP5212416B2 JP5212416B2 JP2010089524A JP2010089524A JP5212416B2 JP 5212416 B2 JP5212416 B2 JP 5212416B2 JP 2010089524 A JP2010089524 A JP 2010089524A JP 2010089524 A JP2010089524 A JP 2010089524A JP 5212416 B2 JP5212416 B2 JP 5212416B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amorphous carbon
- intermediate layer
- carbon film
- substrate
- coated member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
本発明は、耐摩耗性、摺動特性および表面保護機能向上のため、機械部品、金型、切削工具、摺動部品などに用いられる、非晶質炭素被覆部材に関するものである。 The present invention relates to an amorphous carbon-coated member used for machine parts, molds, cutting tools, sliding parts and the like for improving wear resistance, sliding characteristics and surface protection functions.
非晶質炭素膜は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、カーボン硬質膜、a-C、a-C:H、i-C等とも称されている、非晶質の炭素膜または水素化炭素膜である。非晶質炭素膜は、高硬度で平面平滑性に優れ、摩擦係数が低いといった優れた特徴を有するため、耐摩耗性、低摩擦係数が要求される、機械部品、金型、切削工具、摺動部品などへの応用が期待されており、一部の製品で実用化されている。 The amorphous carbon film is an amorphous carbon film or a hydrogenated carbon film, also called diamond-like carbon (DLC), carbon hard film, a-C, a-C: H, i-C or the like. Amorphous carbon film has excellent characteristics such as high hardness, excellent planar smoothness, and low friction coefficient. Therefore, it requires mechanical properties, molds, cutting tools, slides, etc. Expected to be applied to moving parts, etc., and has been put into practical use in some products.
非晶質炭素膜の形成法としては、CH4等の炭化水素系ガスを用いたプラズマCVD法や、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空アーク蒸着法などが用いられているが、基材と膜の密着性が乏しいため、密着性を改善するさまざまな方法が報告されている。非晶質炭素膜の密着性改善のための一般的な手法として、基材と非晶質炭素膜の間に様々な中間層を形成する方法が従来から試みられており、例えば特許文献1では、基材上に気相合成法により炭化チタニウムからなる厚さ50〜l000nmの中間層を被覆した後、気相合成法により非晶質炭素膜を形成する方法が示されている。 As a method for forming an amorphous carbon film, a plasma CVD method using a hydrocarbon gas such as CH 4 , a sputter deposition method, an ion plating method, a vacuum arc deposition method, etc. are used. Various methods for improving the adhesion have been reported because the adhesion between the film and the film is poor. As a general approach for improving the adhesion of the amorphous carbon film, a method of forming a variety of intermediate layers between the substrate and the amorphous carbon film has been attempted conventionally, for example, Patent Document 1 A method of forming an amorphous carbon film by vapor phase synthesis after coating an intermediate layer made of titanium carbide with a thickness of 50 to 1000 nm on a substrate by vapor phase synthesis is shown.
また、特許文献2では、周期律表IVa、Va、VIa 族金属の炭化物、窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種を含む焼結合金上に、IVa 、Va、VIa族金属の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物、炭硼化物またはSiの炭化物、炭窒化物もしくは、これらの相互固溶体の中の少なくとも1種からなる、厚さ0.1〜10μmの中間層を形成し、その上に非晶質炭素膜を形成した構造が示されている。
Further, in
従来は中間層の厚さは50nm以上となっていたが、このような厚さの中間層の上に非晶質炭素膜を形成した場合には、非常に高い面圧下で使用される機械部品や、切削工具、金型に対しては、密着性が不充分であり、非晶質炭素被膜を応用できる分野が限られていた。 Conventionally, the thickness of the intermediate layer is 50 nm or more. However, when an amorphous carbon film is formed on the intermediate layer having such a thickness, the mechanical component used under a very high surface pressure. In addition, the adhesiveness is insufficient for cutting tools and dies, and the field to which an amorphous carbon coating can be applied has been limited.
非晶質炭素膜の密着性を改善させるため、さまざまな構造を検討した結果、以下の構造により、機械部品、切削工具、金型等に応用可能な高い密着性を有する非晶質炭素被覆部材が実現可能なことを見いだした。 As a result of examining various structures in order to improve the adhesion of the amorphous carbon film, the following structure results in an amorphous carbon coated member having high adhesion applicable to machine parts, cutting tools, dies, etc. Found that is feasible.
すなわち、非晶質炭素被覆部材の構造を、基材上に周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素およびC以外のIVb族元素の元素群から選ばれた少なくとも1つの元素、またはこの元素群から選ばれた少なくとも1つの元素の炭化物からなる中間層が形成され、この中間層上に非晶質炭素膜が形成された構造とし、中間層の厚さが0.5nm以上10nm未満とすることが、非晶質炭素被膜の基材との密着性を著しく高める効果があることを見いだした。 That is, at least one element selected from the group of elements IVa, Va, VIa, IIIb group elements and IVb group elements other than C on the substrate, or the structure of the amorphous carbon-coated member, An intermediate layer made of carbide of at least one element selected from the element group is formed, and an amorphous carbon film is formed on the intermediate layer, and the thickness of the intermediate layer is 0.5 nm or more and less than 10 nm. It has been found that there is an effect of remarkably enhancing the adhesion of the amorphous carbon coating to the substrate.
以上、説明したように本発明の構造を用いれば、基材との密着性に優れた非晶質炭素被覆部材が実現でき、機械部品、工具、金型への応用が期待できる。 As described above, if the structure of the present invention is used, an amorphous carbon-coated member having excellent adhesion to a substrate can be realized, and application to machine parts, tools, and dies can be expected.
本発明は基材との密着性に優れた非晶質炭素被覆部材膜を得るための構造として、中間層の材料、膜厚、形成方法に特徴を有する。 The present invention is characterized by the material of the intermediate layer, the film thickness, and the forming method as a structure for obtaining an amorphous carbon-coated member film having excellent adhesion to the substrate.
中間層の材料としては、周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素およびC以外のIVb族元素の元素群から選ばれた少なくとも1つの元素を用いる。これらの元素は炭素と反応して炭化物を形成するため、これらの元素からなる中間層上に非晶質炭素膜を形成することにより、中間層と非晶質炭素膜の界面でこれらの元素と炭素の結合ができ、高い密着力を得ることができる。あるいは中間層の材料として、これらの元素の炭化物を用いることもできる。これらの炭化物の中間層上に非晶質炭素膜を形成することにより、中間層と非晶質炭素膜の界面で、炭化物の炭素と非晶質炭素の炭素間の結合あるいは、中間層の周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素、C以外のIVb族元素と非晶質炭素の炭素間の結合が生じ、高い密着力が得られる。これらの炭化物は、化学量論比組成のものでも、化学量論比組成から組成がずれたものでも用いることができる。 As the material for the intermediate layer, at least one element selected from the group of elements IVa, Va, VIa, IIIb group elements and IVb group elements other than C is used. Since these elements react with carbon to form carbides, by forming an amorphous carbon film on the intermediate layer made of these elements, these elements are formed at the interface between the intermediate layer and the amorphous carbon film. Carbon can be bonded and high adhesion can be obtained. Alternatively, carbides of these elements can be used as the material for the intermediate layer. By forming an amorphous carbon film on the intermediate layer of these carbides, bonding between carbon of the carbide and amorphous carbon or the period of the intermediate layer at the interface between the intermediate layer and the amorphous carbon film. Table IVa, Va, VIa, IIIb group elements, IVb group elements other than C and carbon of amorphous carbon are produced, and high adhesion is obtained. These carbides can be used either with a stoichiometric composition or with a composition deviating from the stoichiometric composition.
これらの材料の中でも、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Siの元素群から選ばれた少なくとも1つの元素、またはこの元素群のなかから選ばれた少なくとも1つの元素の炭化物を中間層として用いることが特に望ましい。これらの元素は、特に炭化物を形成しやすい物質であるため、これらの元素、またはこれらの元素の炭化物の中間層の上に、非晶質炭素膜を形成すると、中間層と非晶質炭素膜の界面で安定で、強固な結合が生じ、非常に高い密着力が得られる。 Among these materials, at least one element selected from the element group of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, and Si, or at least one element selected from the element group It is particularly desirable to use elemental carbides as the intermediate layer. Since these elements are substances that easily form carbides, when an amorphous carbon film is formed on an intermediate layer of these elements or carbides of these elements, the intermediate layer and the amorphous carbon film are formed. A stable and strong bond is produced at the interface, and a very high adhesion can be obtained.
本発明において、中間層の厚さは0.5nm以上10nm未満が好ましい。従来の技術で用いられている中間層の厚さより薄くすることにより、従来技術では不可能な高い密着力を得ることができる。中間層の厚さが0.5nm よりも薄いと、基材の表面全体にわたり均一な厚さの連続膜を形成することが難しくなるため、中間層としての機能をはたすことができないことがあり、中間層の厚さが10nm以上の場合、基材と中間層の界面あるいは中間層と非晶質炭素膜の界面の密着力が低下し、十分な密着力が得られないことがある。中間層の厚さとしては、2nm以上7nm以下とすることがさらに望ましい。 In the present invention, the thickness of the intermediate layer is preferably 0.5 nm or more and less than 10 nm. By making it thinner than the thickness of the intermediate layer used in the prior art, it is possible to obtain a high adhesion force that is impossible with the prior art. If the thickness of the intermediate layer is less than 0.5 nm, it may be difficult to form a continuous film having a uniform thickness over the entire surface of the substrate, and thus the function as the intermediate layer may not be achieved. When the thickness of the intermediate layer is 10 nm or more, the adhesive force at the interface between the base material and the intermediate layer or the interface between the intermediate layer and the amorphous carbon film is lowered, and sufficient adhesive force may not be obtained. The thickness of the intermediate layer is more preferably 2 nm or more and 7 nm or less.
中間層の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法、イオンプレーティング法、各種CVD法など、公知の手法を用いることができる。これらの中でも、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法は原料のイオン化率が高く、イオンの基材への打ち込み効果などにより、中間層と基材との間で高い密着力が得られるため、特に望ましい。 As a method for forming the intermediate layer, known methods such as a vacuum vapor deposition method, a sputter vapor deposition method, a vacuum arc vapor deposition method, an ion plating method, and various CVD methods can be used. Among these, the ion plating method, the sputter deposition method, and the vacuum arc deposition method have a high ionization rate of the raw material, and a high adhesion force is obtained between the intermediate layer and the substrate due to the ion implantation effect on the substrate. Is particularly desirable.
基材上に中間層を形成する前に、基材表面にイオンを照射することにより、基材表面の汚れや酸化物層を除去した後に中間層を形成すると、より高い密着力が得られるためにさらに望ましい。イオン照射により基材表面のクリーニングを行う方法としては、公知の技術を使うことができる。 Before forming the intermediate layer on the base material, by irradiating the surface of the base material with ions, if the intermediate layer is formed after removing the dirt or oxide layer on the base material surface, higher adhesion can be obtained. More desirable. A well-known technique can be used as a method of cleaning the surface of the substrate by ion irradiation.
基材表面へのイオン照射の方法によっては、基材表面のエッチングによるクリーニングと中間層の形成を同時に行うことができ、このようにして形成された中間層上に形成したDLC膜は特に密着性に優れているため、さらに望ましい。 Depending on the method of ion irradiation on the substrate surface, cleaning of the substrate surface by etching and formation of the intermediate layer can be performed at the same time, and the DLC film formed on the intermediate layer thus formed is particularly adhesive. It is more desirable because of its superiority.
イオン照射は、少なくとも中間層を構成する元素のイオン存在下にて、基材に負のバイアス電圧を印可することにより行う。イオンを発生させる方法としては、公知の技術を用いることができるが、イオン化率が高く、速いエッチング速度が得られるスパッタ蒸発源か真空アーク蒸発源を用いるのが望ましい。 Ion irradiation is performed by applying a negative bias voltage to the substrate in the presence of ions of elements constituting the intermediate layer. As a method for generating ions, a known technique can be used, but it is desirable to use a sputter evaporation source or a vacuum arc evaporation source that has a high ionization rate and can obtain a high etching rate.
この場合、中間層を構成する元素をターゲットに用いる。例えば、Ti、Cr、Si等の金属を中間層に用いる場合は、これらの金属をターゲットに用いればよい。金属炭化物を中間層に用いる場合は、金属炭化物をターゲットに用いるか、金属をターゲットに用い、炭素源としてCH4等の炭化水素ガスをチャンバー内に供給するか、金属ターゲットを用いて、イオン照射時に基材表面に金属層を形成しておき、後述するように非晶質炭素形成時にこの金属層を炭化することにより、金属炭化物層を形成する。 In this case, an element constituting the intermediate layer is used as a target. For example, when metals such as Ti, Cr, and Si are used for the intermediate layer, these metals may be used for the target. When metal carbide is used for the intermediate layer, metal carbide is used for the target, metal is used for the target, and hydrocarbon gas such as CH 4 is supplied into the chamber as a carbon source, or ion irradiation is performed using the metal target. A metal carbide layer is formed by forming a metal layer on the surface of the substrate and carbonizing the metal layer during the formation of amorphous carbon as described later.
基材表面のエッチングと中間層の形成を同時に行うためには、基材に印可する負のバイアス電圧の値と雰囲気の圧力を適切に選ぶ必要がある。これらの条件はイオン照射の方法により異なるが、例えば真空アーク蒸発源を用いて行う場合には、基材に印可する負のバイアス電圧が−300V以上、−1500V以下であり、かつ雰囲気の圧力を0.133Pa以下にすればよい。 In order to perform the etching of the substrate surface and the formation of the intermediate layer at the same time, it is necessary to appropriately select the value of the negative bias voltage applied to the substrate and the pressure of the atmosphere. These conditions differ depending on the ion irradiation method. For example, when using a vacuum arc evaporation source, the negative bias voltage applied to the substrate is −300 V or more and −1500 V or less, and the pressure of the atmosphere is set. What is necessary is just to set it as 0.133 Pa or less.
非晶質炭素膜形成時、あるいは少なくとも非晶質炭素膜形成初期に高エネルギーの炭素イオンを金属中間層表面に照射することにより、金属中間層を炭化して金属炭化物の中間層を形成することも可能である。このような条件は、非晶質炭素膜の形成方法によって異なるが、真空アーク蒸着法を用いる場合は、基材に印可する負のバイアス電圧が−50V以上であり、かつ雰囲気の圧力を0.7Pa以下にすればよい。 Forming a metal carbide intermediate layer by carbonizing the metal intermediate layer by irradiating the surface of the metal intermediate layer with high-energy carbon ions at the time of forming the amorphous carbon film or at least at the initial stage of forming the amorphous carbon film. Is also possible. Such conditions vary depending on the method of forming the amorphous carbon film, but when the vacuum arc deposition method is used, the negative bias voltage applied to the substrate is −50 V or more, and the atmospheric pressure is set to 0. What is necessary is just to set it as 7 Pa or less.
イオン照射処理が基材表面をエッチングすると同時に、中間層を形成する条件となっているかどうかは、その条件でイオン照射のみを長時間行った時に基材がエッチングされており、非晶質炭素膜を形成後の試料の断面の透過電子顕微鏡による評価、あるいはX線光電子分光法やオージェ電子分光法を用いた深さ方向の組成分析により、基材と非晶質炭素膜の界面に本発明の範囲の組成と厚さを持つ中間層が形成されていることを確認すればよい。 Whether or not the ion irradiation treatment is a condition for forming the intermediate layer at the same time as etching the substrate surface, the base material is etched when only ion irradiation is performed for a long time under the conditions, and the amorphous carbon film The cross-section of the sample after forming the film is evaluated by a transmission electron microscope, or by composition analysis in the depth direction using X-ray photoelectron spectroscopy or Auger electron spectroscopy. What is necessary is just to confirm that the intermediate | middle layer which has the composition and thickness of a range is formed.
なお、本発明においては、後述するように基材上にセラミックス層が形成される場合がある。この場合の中間層の形成は、基材上のセラミックス層に上記と同様の方法を用いることによって中間層を形成させることができる。 In the present invention, a ceramic layer may be formed on the substrate as described later. In this case, the intermediate layer can be formed by using the same method as described above for the ceramic layer on the substrate.
非晶質炭素膜の形成方法としては、プラズマCVD 法や、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空アーク蒸着法など、公知のいずれの方法でも用いることができるが、これらの中でもスパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法は、機械部品、金型、切削工具などの応用に適した、耐摩耗性に優れ、高硬度の非晶質炭素膜が形成可能なため、特に望ましい。また、これらの手法は炭素原料のイオン化率が高く、また比較的低い雰囲気圧力中で被膜を形成するため、基材に到達する炭素原料のイオンのエネルギーが高いため、イオンの中間層への打ち込み効果などにより、より高い密着力の非晶質炭素膜が形成可能であるという利点もある。 As a method for forming the amorphous carbon film, any of known methods such as plasma CVD method, sputter deposition method, ion plating method, vacuum arc deposition method can be used. Among these, sputter deposition method, The vacuum arc deposition method is particularly desirable because it can form an amorphous carbon film having excellent wear resistance and high hardness suitable for applications such as machine parts, molds, and cutting tools. In addition, these methods have a high ionization rate of the carbon raw material, and because the film is formed at a relatively low atmospheric pressure, the energy of the carbon raw material ions reaching the substrate is high, so that ions are implanted into the intermediate layer. There is also an advantage that an amorphous carbon film having higher adhesion can be formed due to the effect.
本発明においては、イオン照射処理、中間層形成、非晶質炭素膜形成を同一真空槽で行うか、あるいはイオン照射処理用真空槽と中間層形成用真空槽と非晶質炭素膜形成用真空槽の間に真空搬送路を設けることにより、真空中で連続的に処理する必要がある。これは、イオン照射後の基材が中間層形成前に大気にさらされたり、中間層の表面が非晶質炭素膜形成前に大気にさらされたりすると、基材表面や中間層表面の酸化や分子の吸着による汚染が生じ、イオン照射や中間層形成の効果がなくなってしまうためである。 In the present invention, ion irradiation treatment, intermediate layer formation, and amorphous carbon film formation are performed in the same vacuum tank, or ion irradiation treatment vacuum tank, intermediate layer formation vacuum tank, and amorphous carbon film formation vacuum. By providing a vacuum conveyance path between the tanks, it is necessary to continuously process in a vacuum. This is because if the substrate after ion irradiation is exposed to the atmosphere before forming the intermediate layer, or if the surface of the intermediate layer is exposed to the atmosphere before forming the amorphous carbon film, the surface of the substrate or intermediate layer is oxidized. This is because contamination due to adsorption of molecules occurs and the effects of ion irradiation and intermediate layer formation are lost.
本発明の非晶質炭素膜はヌープ硬度(Hv)が、1200以上8000以下であることが望ましい。これより硬度が低いと耐摩耗性が低く使える用途が制限されてしまい、これより硬度が高いと被膜の内部応力が高すぎて被膜が剥離しやすくなるため望ましくない。 The amorphous carbon film of the present invention preferably has a Knoop hardness (Hv) of 1200 or more and 8000 or less. If the hardness is lower than this, the use where the wear resistance is low is limited, and if the hardness is higher than this, the internal stress of the coating is too high and the coating tends to peel off, which is not desirable.
硬度の測定は、押し込み式で行う。ダイヤモンド製のヌープ圧子を用い、荷重50g 、荷重負荷時間10秒間とし、測定点10点の平均値とする。被膜表面の凹凸が大きく圧痕の形状が見にくい時は、#8000のダイヤモンドペーストでバフ研摩を施し、圧痕形状が観察できるようにする。 Hardness is measured by a push-in method. Using a Knoop indenter made of diamond, the load is 50 g, the load time is 10 seconds, and the average value of 10 measurement points. When the unevenness of the coating surface is large and it is difficult to see the shape of the indentation, buff polishing is performed with # 8000 diamond paste so that the indentation shape can be observed.
非晶質炭素被覆の厚みは、0.05μm以上、10μm以下であることが望ましい。これより薄いと、非晶質炭素自体の低摩擦係数、高硬度といった特性が発揮できず、これよりも厚いと、被膜の表面粗さが粗くなりすぎて摩擦係数が増加したり、被膜が剥離しやすくなるため、実用には適さない。 The thickness of the amorphous carbon coating is desirably 0.05 μm or more and 10 μm or less. If it is thinner than this, the characteristics such as low friction coefficient and high hardness of amorphous carbon itself cannot be exhibited. If it is thicker than this, the surface roughness of the film becomes too rough and the friction coefficient increases or the film peels off. This is not suitable for practical use.
本発明の非晶質炭素被覆部材は、基材との高い密着力を特徴とするものであるため、その用途としては、切削工具、金型、機械部品など、9.8Mpa以上の高負荷で耐久性が要求される用途に適している。磁気記録媒体など、その負荷領域が軽荷重であるところに利用されるものではない。機械部品としては、特に内燃機関のカム、バルブリフターといった動弁系部品など、低摩擦係数、高耐久性が要求される部品に適している。 Since the amorphous carbon-coated member of the present invention is characterized by high adhesion to the base material, its application includes cutting tools, molds, mechanical parts, etc. at a high load of 9.8 Mpa or more. Suitable for applications that require durability. It is not used where the load area is a light load, such as a magnetic recording medium. The mechanical parts are particularly suitable for parts that require a low coefficient of friction and high durability, such as valve system parts such as cams and valve lifters of internal combustion engines.
本発明では、基材と中間層の間にセラミックス層を形成した構造とすることもできる。この構造は、切削工具や金型など、特に耐摩耗性が要求される用途に用いる場合に効果的である。セラミックス層としては、例えばTiN、ZrN、VN、CrN、AlN、TiAlNなどの周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素から選ばれた少なくとも1つの元素の窒化物、またはTiCなどの周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素から選ばれた少なくとも1つの元素の炭化物、またはTiCNなどの周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素から選ばれた少なくとも1つの元素の炭窒化物をもちいることができる。これらの物質は耐摩耗性に優れているため、基材と中間層の間にこれらの物質を形成した構造とすることにより、非晶質炭素膜の低摩擦係数、高耐溶着性、高耐焼付き性に加え、耐摩耗性にも優れた非晶質炭素被覆部材とすることができる。非晶質炭素膜をこれらのセラミックス層上に直接形成した場合や従来技術で述べたような中間層を用いる方法では、充分な密着力が得られないが、本発明の中間層を用いることにより、セラミックス層上においても、 非常に高い密着力を得ることが可能となる。 In this invention, it can also be set as the structure which formed the ceramic layer between the base material and the intermediate | middle layer. This structure is effective when used for applications that require wear resistance, such as cutting tools and dies. As the ceramic layer, for example, a nitride of at least one element selected from Group IVa, Va, VIa, IIIb elements of the periodic table such as TiN, ZrN, VN, CrN, AlN, TiAlN, or a periodic rule such as TiC. Carbide nitride of at least one element selected from carbides of at least one element selected from Group IVa, Va, VIa, IIIb elements, or Periodic Table IVa, Va, VIa, IIIb elements such as TiCN You can use things. Since these materials are excellent in wear resistance, a structure in which these materials are formed between the base material and the intermediate layer makes it possible to achieve a low friction coefficient, high welding resistance, and high resistance to sintering of the amorphous carbon film. In addition to adhesion, an amorphous carbon-coated member having excellent wear resistance can be obtained. When an amorphous carbon film is formed directly on these ceramic layers or with a method using an intermediate layer as described in the prior art, sufficient adhesion cannot be obtained. However, by using the intermediate layer of the present invention, Even on the ceramic layer, it is possible to obtain very high adhesion.
セラミックス層は前記した物質の中から選ばれた1つの物質からなる単層膜であってもよいし、2種類以上の物質を複数層積層した構造であってもよい。 The ceramic layer may be a single layer film made of one material selected from the materials described above, or may have a structure in which two or more types of materials are laminated.
セラミックス層に用いる物質としては、前記したものの中でも、TiAlN、ZrN、VNを用いることが、中間層との密着力が特にすぐれているため特に望ましい。セラミックス層を積層構造とする場合は、セラミックス層の最上層にこれらの物質を用いると、特に優れた密着力が得られるために望ましい。 Among the materials described above, TiAlN, ZrN, and VN are particularly preferable as the material used for the ceramic layer because of their excellent adhesion to the intermediate layer. When the ceramic layer has a laminated structure, it is preferable to use these substances for the uppermost layer of the ceramic layer because particularly excellent adhesion can be obtained.
セラミックス層の厚さは、0.2μm以上、5μm未満であることが望ましい。この範囲以下であると、耐摩耗性向上の効果がなく、この範囲以上であるとセラミックス層が基材から剥離しやすくなるため、望ましくない。セラミックス層の厚さが0.5μm以上3μm未満であればさらに望ましい。 The thickness of the ceramic layer is desirably 0.2 μm or more and less than 5 μm. If it is below this range, the effect of improving wear resistance is not obtained, and if it is above this range, the ceramic layer is easily peeled off from the substrate, which is not desirable. It is more desirable if the thickness of the ceramic layer is 0.5 μm or more and less than 3 μm.
セラミックス層の形成方法としては、プラズマCVD法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空アーク蒸着法など、公知のいずれの方法でも用いることができる。 As a method for forming the ceramic layer, any known method such as a plasma CVD method, a sputter deposition method, an ion plating method, or a vacuum arc deposition method can be used.
本発明で用いる基材の材質に関しては、どのようなものでも用いることができるが、先に述べた本発明の特徴から、セラミックス、鉄系合金、アルミニウム合金および鉄系焼結体のなかから選ばれた少なくとも1種が好適である。セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化アルミ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素などが挙げられる。鉄系合金としては、高速度鋼、ステンレス鋼、SKD などが挙げられる。アルミニウム合金としてはジュラルミンなどが挙げられる。さらに、タングステンカーバイト系金属の超硬合金、ダイヤモンド焼結体、立方晶窒化ホウ素焼結体など、用途に応じて用いることができる。 Any material can be used for the base material used in the present invention, but it is selected from ceramics, iron-based alloys, aluminum alloys and iron-based sintered bodies from the features of the present invention described above. At least one selected from the above is preferred. Examples of the ceramic include silicon nitride, aluminum nitride, alumina, zirconia, and silicon carbide. Examples of the iron-based alloy include high-speed steel, stainless steel, and SKD. Examples of the aluminum alloy include duralumin. Furthermore, tungsten carbide metal cemented carbide, diamond sintered body, cubic boron nitride sintered body and the like can be used depending on the application.
本発明の非晶質炭素被覆部材は、先に述べた本発明の特徴から、切削工具、金型、機械部品等に使用することができる。 The amorphous carbon-coated member of the present invention can be used for cutting tools, dies, machine parts, and the like because of the above-described features of the present invention.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(実施例1、参考例1)
イオン照射処理を行った基材1上に、周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素およびC以外のIVb族元素の元素群から選ばれた元素からなる中間層2を形成した後に、非晶質炭素膜3を形成し、図1に示すような非晶質炭素被覆部材を製造した。基材1には、JIS規格K10のタングステンカーバイト系超硬合金、SUS304、SCM415、SKD11を使用した。基材1は表面を清浄にするために、アセトン中で超音波洗浄を10分以上行ったのちに、真空槽内の基材ホルダに装着した。
(Example 1, Reference Example 1)
After forming the
イオン照射処理、中間層2形成、非晶質炭素膜3形成は同一成膜装置を用い、連続して行った。中間層2形成方法としては、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法を用いた。非晶質炭素膜3の成膜方法としては、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法を用いた。
Ion irradiation treatment,
イオンプレーティング装置を図2に示す。高周波コイル5に高周波電源6から高周波電力を入力することにより、ガス導入口7より導入した雰囲気ガスをプラズマ化する。フィラメント8から発生した電子ビームにより、るつぼ9中の固体原料10を加熱し、固体原料10を蒸発させる。蒸発した原料は雰囲気ガスのプラズマによりイオン化される。基材ホルダ11には直流電源12が接続されており、負のバイアスが印可できるようになっている。真空槽内は排気口13から真空排気されるようになっている。
An ion plating apparatus is shown in FIG. By inputting high frequency power from a high frequency power source 6 to the
イオンプレーティング装置でのイオン照射方法、中間層2形成方法、非晶質炭素膜3形成方法を以下に示す。固体原料10にはZrまたはHfまたはNbを用いた。基材ホルダ11に基材15をセットした後、装置内を0.002Pa以下にガス排気口13から真空排気する。雰囲気ガスとして、Arをガス導入口7より導入し、真空槽4内が0.05Paの圧力になるようにする。その後高周波コイル5に高周波電力400Wを投入し、高周波プラズマを発生させる。基板ホルダ11に−1200Vの基材バイアスを印可しておき、固体原料10を電子ビームにより蒸発させ、シャッター14を開ける。蒸発した固体原料はプラズマ中でイオン化される。基材15はガスイオンおよびZrまたはHfまたはNbのイオンの衝突により、表面の汚れや酸化物層がエッチング除去される。その後基材バイアスを−100Vまで下げ、ZrまたはHfまたはNbの中間層2を形成する。その後、真空槽4内を真空排気した後に、真空槽4内が0.07Paの圧力になるようにガス導入口7よりCH4ガスを導入する。基材ホルダ11に−500Vのバイアス電圧を印可し、高周波コイルに高周波電力400Wを投入し、非晶質炭素被膜3を形成した。
An ion irradiation method, an
スパッタ蒸着装置を図3に示す。この装置は、真空槽16内に水平円盤状の回転テーブル17を具え、この回転テーブル17に垂直に固定された基材ホルダ18を具える。基材ホルダ18を挟む対向する真空槽側壁にはスパッタ蒸発源19が設置され、各スパッタ蒸発源19は高周波電源20に接続される。スパッタ蒸発源19にはターゲット21が装着されている。また、基材ホルダ18には回転テーブル17に接続された直流電源22により所定の負のバイアス電圧を付与することができる。そして、真空槽16はガス導入口23とガス排気口24とが設けられている。
A sputter deposition apparatus is shown in FIG. This apparatus includes a horizontal disk-shaped rotary table 17 in a
スパッタ蒸発源を用いたイオン照射方法、中間層形成方法、非晶質炭素膜形成方法を以下に示す。図3に示したスパッタ蒸着装置を用い、スパッタ蒸発源19の1基をイオン照射処理と中間層2形成用に、もう1基を非晶質炭素膜3形成用に使用した。イオン照射処理用および中間層2形成用のターゲット21にはTaまたはMoまたはWまたはSiを用いた。非晶質炭素膜3形成用のターゲット21には、固体炭素を用いた。基材ホルダ18に基材25をセットした後、真空槽16内を0.002Pa以下にガス排気口24から真空排気した。Arガスをガス導入口23より導入し、真空槽16内を1Paになるようにした。その後、回転テーブル17を5rpmで回転させながら基材ホルダ18に−800Vの基材バイアスを印可するとともに、イオン照射処理用のスパッタ蒸発源19に高周波電力400Wを導入し、ターゲット21をスパッタしイオン化することにより、ガスイオンおよびターゲット元素のイオンを基材25へ衝突させ、基材1表面の汚れや酸化物層をエッチング除去した。その後、基材バイアスを−150Vに低下させて、TaまたはMoまたはWまたはSiの中間層2を形成した。その後、真空槽16内を真空排気した後に、真空槽16内が1Paの圧力になるようにガス導入口23よりCH4ガスとArガスを導入する。CH4ガスとArの分圧はそれぞれ0.3Paと0.7Paである。固体炭素ターゲットを装着したスパッタ蒸発源19に高周波電力400Wを投入し、基材ホルダ18に−100Vのバイアス電圧を印可し、回転テーブル17を5rpmで回転させながら、非晶質炭素被膜3を形成した。
An ion irradiation method, an intermediate layer forming method, and an amorphous carbon film forming method using a sputtering evaporation source are shown below. Using the sputter deposition apparatus shown in FIG. 3, one
真空アーク蒸着装置を図4に示す。この装置は、真空槽26内に水平円盤状の回転テーブル27を具え、この回転テーブル27に垂直に固定された基材ホルダ28を備える。基材ホルダ28を挾む対向する真空槽側壁にはターゲット29(真空アーク蒸発源)が設置され、各ターゲット29は直流電源30に接続される。また、基材ホルダ28には回転テーブル27に接続された直流電源31により所定の負のバイアス電圧を付与することができる。そして、真空槽26はガス導入口32とガス排気口33とが設けられている。
A vacuum arc deposition apparatus is shown in FIG. This apparatus includes a horizontal disk-shaped rotary table 27 in a
真空アーク蒸着装置でのイオン照射方法、中間層2形成方法、非晶質炭素膜3の形成方法を以下に示す。図4に示す真空アーク蒸着装置を用い、ターゲット29の1基をイオン照射処理用および中間層2形成用に、もう1基を非晶質炭素膜3形成用に使用した。イオン照射処理および中間層2形成用のターゲット29には、TiまたはVまたはCrを、非晶質炭素膜3形成用のターゲット29には、固体炭素を用いた。イオン照射処理の雰囲気としてはArをガス導入口32から導入した。基材ホルダ28に基材34をセットした後、装置内を0.002Pa以下にガス排気口33から真空排気した。そして、0.7Paまで雰囲気ガスを導入した。その後、回転テーブル27を5rpmで回転させながら、基材ホルダ28に−1200Vの基材バイアスを印可するとともに、ターゲットにアーク電流50Aを流してアーク放電を発生させ、ターゲット元素のイオンとガスイオンを基材34へ衝突させ、基材34表面の汚れや酸化物層をエッチング除去した。その後、基材バイアスを−800Vまで低下し、TiまたはVまたはCrの中間層2を形成した。その後、真空槽26内が1Paの圧力になるようにガス導入口32よりArガスを導入し、基材ホルダ28に−100Vのバイアス電圧を印可し、固体炭素ターゲットにカソード電流50Aを流してアーク放電を発生させ、回転テーブル27を5rpmで回転させながら、非晶質炭素膜3を形成した。
An ion irradiation method, an
非晶質炭素膜3の硬度測定は、ダイヤモンド製のヌープ圧子を用い、荷重50g、荷重負荷時間10秒間とし、測定値10点の平均値を採用した。被膜表面の凹凸が大きく圧痕の形状が見えにくい時は、#8000のダイヤモンドペーストでバフ研摩を施し、圧痕形状が観察できるようにした。 The hardness of the amorphous carbon film 3 was measured using a Knoop indenter made of diamond with a load of 50 g and a load loading time of 10 seconds, and an average value of 10 measured values was adopted. When the unevenness of the coating surface was large and it was difficult to see the shape of the indentation, buffing was performed with # 8000 diamond paste so that the indentation shape could be observed.
非晶質炭素膜3の密着性は、ロックウエル剥離試験および打撃試験により評価した。ロックウエル剥離試験には、ロックウエルCスケール硬度測定用のダイヤモンド圧子を用い、試験荷重150kgfで被膜表面から圧子を押し付けてできた圧痕まわりの剥離状況を光学顕微鏡で観察した。測定は各試料につき5回行った。 The adhesion of the amorphous carbon film 3 was evaluated by the Rockwell peel test and the impact test. In the Rockwell peeling test, a diamond indenter for measuring Rockwell C scale hardness was used, and the peeling state around the indentation formed by pressing the indenter from the coating surface with a test load of 150 kgf was observed with an optical microscope. The measurement was performed 5 times for each sample.
打撃試験は、試料の被膜を形成した面に対し、直径1インチのタングステンカーバイト系超硬合金製球を用い仕事量10Jで400回打撃を加え、打痕およびその周辺の剥離状況を光学顕微鏡で観察した。 In the impact test, a 1-inch diameter tungsten carbide cemented carbide ball was applied 400 times at a work load of 10 J on the surface on which the coating film of the sample was formed. Observed at.
中間層2と非晶質炭素膜3の構造と評価結果を表1にまとめる。中間層2の厚さは断面の透過電子顕微鏡像から求めた。いずれの構造においても、ロックウエル剥離試験、打撃試験ともに剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜3は基材1に対し良好な密着性を示した。
Table 1 summarizes the structure and evaluation results of the
(実施例2、参考例2)
イオン照射処理を行った基材1上に、周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素およびC以外のIVb族元素の元素群から選ばれた少なくとも一つの元素の炭化物からなる中間層2を形成した後に、非晶質炭素膜3を形成した。基材1は実施例1と同じものを使用し、実施例1と同じ洗浄を行った後に、真空槽内の基材ホルダに装着した。
(Example 2, Reference Example 2)
An
イオン照射処理、中間層形成、非晶質膜形成の方法は、実施例1と同じ手法を用いた。 The same methods as in Example 1 were used for ion irradiation treatment, intermediate layer formation, and amorphous film formation.
イオンプレーティング装置でのイオン照射方法、中間層2形成方法、非晶質炭素膜3の形成方法を以下に示す。原料10にはZrまたはHfまたはNbを用い、実施例1と同様にしてイオン照射処理を行った。その後、真空槽4内を真空排気した後、真空槽4内が0.lPaになるようにCH4ガスを導入し、基材バイアス−200V を基材ホルダ11に印可し、るつぼ9内のZrまたはHfまたはNbを蒸発させ、ZrCまたはHfCまたはNbCの中間層2を形成した。その後実施例1と同様にして中間層上に非晶質炭素膜を形成した。
An ion irradiation method, an
スパッタ蒸着装置でのイオン照射方法、中間層2形成方法、非晶質炭素膜3の形成方法を以下に示す。イオン照射用および中間層2形成用のターゲツト21にはTaまたはMoまたはWまたはSiを用いた。非晶質炭素膜3形成用のターゲット21には、固体炭素を用いた。実施例1と同様にしてイオン照射処理を行った後、真空槽16内を真空排気し、真空槽16内が1PaになるようにCH4ガスとAlガスを導入した。CH4ガスとArの分圧はそれぞれ0.3Paと0.7Paである。TaまたはMoまたはWまたはSiターゲットを装着したスパッタ蒸発源19に高周波電力400Wを投入し、基材ホルダ18に−150Vのバイアス電圧を印可し、回転テーブル17を5rpmで回転させながら、TaCまたはMoCまたはWCまたはSiCの中間層を形成した。その後、実施例1と同様にして中間層2上に非晶質炭素膜3を形成した。
The ion irradiation method, the
真空アーク蒸着装置でのイオン照射方法、中間層2形成方法、非晶質炭素膜3の形成方法を以下に示す。イオン照射用および中間層2形成用のターゲット29にはTiまたはVまたはCrを用いた。非晶質炭素膜3形成用のターゲット29には、固体炭素を用いた。実施例1と同様にしてイオン照射処理を行った後、真空槽26内を真空排気し、真空槽26内が2PaになるようにCH4ガスとArガスを導入した。CH4ガスとArの分圧はそれぞれ1Paと1Paである。回転テーブル27を5rpmで回転させながら、基板ホルダ28に−200Vの基材バイアスを印可するとともに、中間層形成用ターゲットにアーク電流50Aを流してアーク放電を発生させ、TiCまたはVCまたはCrCXの中間層を形成した。その後、実施例1と同様にして中間層2上に非晶質炭素膜3を形成した。
An ion irradiation method, an
作成した試料は実施例1と同様に、ロックウエル剥離試験および打撃試験により、非晶質炭素膜3の密着性を評価した。 The prepared samples were evaluated for adhesion of the amorphous carbon film 3 by the Rockwell peel test and the impact test in the same manner as in Example 1.
中間層2と非晶質炭素膜3の構造と評価結果を表2にまとめる。中間層2の厚さは断面の透過電子顕微鏡像から求めた。いずれの構造においても、ロックウエル剥離試験、打撃試験ともに剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜3は基材に対し良好な密着性を示した。
The structures and evaluation results of the
(比較例1)
実施例1、実施例2と同様にして、イオン照射処理を行った基材上にイオンプレーティング法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法により、NbまたはMoまたはTiまたはZrCまたはTaCまたはCrCXの中間層2を形成し、中間層2上にプラズマCVD法、スパッタ法、真空アーク蒸着法により、非晶質炭素膜3を形成した。ただし、中間層2の膜厚は本発明の範囲外とした。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1 and Example 2, an intermediate of Nb, Mo, Ti, ZrC, TaC, or CrCX is obtained by ion plating, sputtering deposition, or vacuum arc deposition on a substrate that has been subjected to ion irradiation treatment.
中間層2と非晶質炭素膜3の構造と評価結果を表3にまとめる。本発明の実施例とは異なり、ロツクウエル剥離試験、打撃試験ともに非晶質炭素被膜3の剥離が生じ、基材1に対する密着性は低かった。
Table 3 summarizes the structures and evaluation results of the
(実施例3)
エンジン部品のカムの摺動面に、実施例1−2および比較例1−2の方法で中間層2及び非晶質炭素膜3を形成し、モータリング試験を行った。カム軸回転数2500rpm、バネ荷重882Nで試験を行った結果、比較例1−2の方法で形成した非晶質炭素膜3は30分の運転で剥離が生じたが、実施例1−2の方法で形成した非晶質炭素膜3は300時間運転後でも剥離が生じなかった。
(Example 3)
The
(実施例4)
SUJ2製の軸の外周に、実施例1−4および比較例1−3の方法で中間層2及び非晶質炭素膜3を形成した。これをSUJ2製の軸受と組み合わせて使用したところ、比較例1−3の方法で形成した非晶質炭素膜3は1時間の使用で膜が剥離したが、実施例1−4の方法で形成した非晶質炭素膜3は200 時間使用後でも剥離は生じなかった。
Example 4
The
(実施例5)
SKD11製のリードフレーム曲げ加工用金型表面に、実施例2−1および比較例1−5の方法で中間層2及び非晶質炭素膜3を形成し、リードフレームの曲げ加工に使用した。比較例1−5の方法で形成した非晶質炭素膜は、5000ショットで膜の剥離によるハンダメッキの溶着が発生したが、実施例2−1の方法で形成したものは、200000ショットまでの膜の剥離によるハンダメッキの溶着は発生しなかった。
(Example 5)
An
(実施例6、参考例3)
基材35は実施例1と同じものを使用し、実施例1と同じ洗浄を行った後に、セラミックス層36を形成した。セラミックス層36は公知の真空アーク蒸着法により形成した。次いで、イオン照射処理を行い、周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族およびC以外のIVb族元素あるいはこれらの炭化物からなる中間層37を形成した後に、非晶質炭素膜38を形成し、図5に示す非晶質炭素被覆部材を製造した。
(Example 6, Reference Example 3)
The
イオン照射処理、中間層37形成、非晶質炭素膜38形成の方法は、実施例1,2と同じ手法を用いた。
The same methods as in Examples 1 and 2 were used for ion irradiation treatment,
作成した試料は実施例1、2と同様に、ロックウエル剥離試験および打撃試験により、非晶質炭素膜38の密着性を評価した。
The prepared samples were evaluated for adhesion of the
セラミックス層36、中間層37、非晶質炭素膜38の構造と評価結果を表4にまとめる。中間層37の厚さは断面の透過電子顕微鏡像から求めた。いずれの構造においても、ロックウエル剥離試験、打撃試験ともに剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜38は基材35に対し良好な密着性を示した。
Table 4 summarizes the structures and evaluation results of the
(比較例2)
実施例6と同様にして、セラミックス層36を形成した基材にイオン照射処理を行い、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法により、NbまたはMoまたはTiまたはZrCまたはTaCまたはCrCxの中間層37を形成し、中間層37上にプラズマCVD法、スパッタ法、真空アーク蒸着法により、非晶質炭素膜38を形成した。ただし、中間層37の膜厚は本発明の範囲外とした。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 6, the substrate on which the
中間層37と非晶質炭素膜38の構造と評価結果を表5にまとめる。本発明の実施例とは異なり、ロックウエル剥離試験、打撃試験ともに非晶質炭素被膜の剥離が生じ、基材35に対する密着性は低かった。
The structures and evaluation results of the
(実施例7)
ダイヤモンド焼結体がろう付けされたアルミ合金加工用スローアウエイチップに、実施例2−6および比較例1−6の方法で、中間層2及び非晶質炭素膜3を形成した。これを用いアルミ合金ADC12のフライス加工を行ったところ、比較例1−6の方法で形成した非晶質炭素膜3は1km切削後に剥離が生じていたが、実施例2−6の方法で形成した非晶質炭素膜3は40km連続切削後でも剥離が生じていなかった。
(Example 7)
An
(実施例8)
立方晶窒化ホウ素焼結体がろう付けされた焼入鋼切削加工用スローアウエイチップに、実施例2−6および比較例1−6の方法で中間層2及び非晶質炭素膜3を形成した。これを用い浸炭焼入鋼SCM415の高速連続切削を行ったところ、比較例1−6の方法で形成した非晶質炭素膜3は切削時間1分の段階で剥離が生じていたが、実施例2−6の方法で形成した非晶質炭素膜3は30分連続切削後でも剥離が生じていなかった。
(Example 8)
The
(実施例9)
基材1上にイオン照射処理を行い、基材表面のクリーニングと同時に金属の中間層2を形成した後に、非晶質炭素膜3を形成し、図1に示すような非晶質炭素被覆部材を製造した。基材1には実施例1と同様のものを用い、実施例1と同様の洗浄後に真空槽内の基材ホルダに装着した。
Example 9
After performing ion irradiation treatment on the substrate 1 and forming the metal
イオン照射処理、非晶質炭素膜3の形成は、実施例1に用いた真空アーク蒸着法を用いて行った。イオン照射処理用のターゲット29には、Ti、Cr、Zr、Vを用いた。イオン照射処理は、ガス導入口からガスを導入せずに、0.002Pa以下の到達真空度で行った。基材バイアスを−1000V、アーク電流を50Aとし、回転テーブル27を5rpmで回転させながら、イオン照射を行った。その後、実施例1と同様にして非晶質炭素膜3を形成した。
The ion irradiation treatment and the formation of the amorphous carbon film 3 were performed using the vacuum arc vapor deposition method used in Example 1. Ti, Cr, Zr, and V were used for the
作製した試料は、実施例1と同様にロックウェル剥離試験及び打撃試験により、非晶質炭素膜3の密着性を評価した。 The prepared samples were evaluated for adhesion of the amorphous carbon film 3 by the Rockwell peel test and the impact test in the same manner as in Example 1.
イオン照射処理に用いたターゲット、中間層2と非晶質炭素膜3の構造と評価結果を表6にまとめる。中間層2の厚さ及び組成は、それぞれ断面の透過電子顕微鏡像とX線光電子分光による深さ方向の組成分析から求めた。いずれの試料もイオン照射により、イオン照射に用いたターゲット材料と同じ元素からなる中間層2が形成されていることが確認された。また、同じイオン照射処理条件で1時間イオン照射のみを行ったところ、基材がエッチングされていることが確認され、イオン照射処理により基材のエッチングクリーニングと中間層の形成が同時におこっていることが確認できた。いずれの構造においても、ロックウェル剥離試験、打撃試験ともに剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜3は基材に対して良好な密着性を示した。
Table 6 summarizes the structures and evaluation results of the target,
(実施例10)
実施例6と同様にしてセラミックス層36を形成した基材に、実施例9と同様にしてイオン照射処理を行い、基材表面のクリーニングと同時に金属の中間層37を形成した後に、非晶質炭素膜38を形成し、図5に示すような非晶質炭素被覆部材を製造した。
(Example 10)
The substrate on which the
イオン照射処理に用いたターゲット、セラミックス層36、中間層37、非晶質炭素膜38の構造と評価結果を表7にまとめる。中間層37の厚さ及び組成は、それぞれ断面の透過電子顕微鏡とX線光電子分光による深さ方向の組成分析から求めた。いずれの試料もイオン照射により、イオン照射に用いたターゲット材料と同じ元素からなる中間層37が形成されていることが確認された。
Table 7 summarizes the structures and evaluation results of the target,
また、同じイオン照射条件で1時間イオン照射のみを行ったところ、セラミックス層がエッチングされていることが確認され、イオン照射処理によりセラミックス層のエッチングクリーニングと中間層の形成が同時におこっていることが確認できた。いずれの構造においても、ロックウェル剥離試験、打撃試験共に剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜38は基材に対し良好な密着性を示した。
Further, when only ion irradiation was performed for 1 hour under the same ion irradiation conditions, it was confirmed that the ceramic layer was etched, and the etching cleaning of the ceramic layer and the formation of the intermediate layer were simultaneously performed by the ion irradiation treatment. It could be confirmed. In any structure, no peeling was observed in both the Rockwell peel test and the impact test, and the
(実施例11)
実施例9と同様にして、基材1へのイオン照射処理により基材表面のクリーニングと同時に基材表面に金属層を形成した。その後、非晶質炭素膜3の形成を以下のように行うことにより、金属炭化物を中間層2とする非晶質炭素被覆部材を製造した。
(Example 11)
In the same manner as in Example 9, a metal layer was formed on the substrate surface simultaneously with the cleaning of the substrate surface by ion irradiation treatment on the substrate 1. Thereafter, the amorphous carbon film 3 was formed as follows to manufacture an amorphous carbon-coated member having a metal carbide as the
非晶質炭素膜の形成は、ガス導入口からガスを導入せずに、0.002Pa以下の到達真空度で行った。基材バイアスを−100V、アーク電流を50Aとし、回転テーブル27を5rpmで回転させながら、非晶質炭素膜3を形成した。 The amorphous carbon film was formed at an ultimate vacuum of 0.002 Pa or less without introducing gas from the gas inlet. The amorphous carbon film 3 was formed while the base bias was −100 V, the arc current was 50 A, and the rotary table 27 was rotated at 5 rpm.
作製した試料は実施例1と同様に、ロックウェル剥離試験及び打撃試験により、非晶質炭素膜3の密着性を評価した。 The prepared samples were evaluated for adhesion of the amorphous carbon film 3 by the Rockwell peel test and the impact test in the same manner as in Example 1.
イオン照射処理に用いたターゲット、中間層2と非晶質炭素膜3の構造と評価結果を表8にまとめる。中間層2の厚さ及び組成は、それぞれ断面の透過電子顕微鏡像とX線光電子分光による深さ方向の組成分析から求めた。いずれの試料もイオン照射により、イオン照射に用いたターゲット材料と同じ金属元素の炭化物の中間層2が形成されていることが確認された。また、同じイオン照射処理条件で1時間イオン照射のみを行ったところ、基材がエッチングされていることが確認され、イオン照射処理により基材のエッチングクリーニングと金属層の形成が同時に起こっていることが確認できた。いずれの構造においても、ロックウェル剥離試験及び打撃試験共に剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜3は基材に対して良好な密着性を示した。
Table 8 summarizes the structures and evaluation results of the target,
(実施例12)
実施例6と同様にしてセラミックス層36を形成した基材に、実施例11と同様にしてイオン照射処理及び非晶質炭素膜38の形成を行い、図5に示すような非晶質炭素被覆部材を製造した。
(Example 12)
An ion irradiation treatment and an
イオン照射処理に用いたターゲット、セラミックス層36、中間層37、非晶質炭素膜38の構造と評価結果を表9にまとめる。中間層37の厚さ及び組成は、それぞれ断面の透過電子顕微鏡とX線光電子分光による深さ方向の組成分析から求めた。いずれの試料もイオン照射により、イオン照射に用いたターゲット材料と同じ金属元素の炭化物の中間層37が形成されていることが確認された。
Table 9 summarizes the structures and evaluation results of the target,
また、同じイオン照射条件で1時間イオン照射のみを行ったところ、セラミックス層がエッチングされていることが確認され、イオン照射処理によりセラミックス層のエッチングクリーニングと金属層の形成が同時におこっていることが確認できた。いずれの構造においても、ロックウェル剥離試験、打撃試験共に剥離は見られず、本発明の構造を有する非晶質炭素膜38は基材に対し良好な密着性を示した。
In addition, when only ion irradiation was performed for 1 hour under the same ion irradiation conditions, it was confirmed that the ceramic layer was etched, and the etching cleaning of the ceramic layer and the formation of the metal layer were simultaneously performed by the ion irradiation treatment. It could be confirmed. In any structure, no peeling was observed in both the Rockwell peel test and the impact test, and the
1 基材
2 中間層
3 非晶質炭素膜
4 真空槽
5 高周波コイル
6 高周波電源
7 ガス導入口
8 フィラメント
9 るつぼ
10 原料
11 基材ホルダ
12 直流電源
13 ガス排気口
14 シャッター
15 基材
16 真空槽
17 回転テーブル
18 基材ホルダ
19 スパッタ蒸発源
20 高周波電源
21 ターゲット
22 直流電源
23 ガス導入口
24 ガス排気口
25 基材
26 真空槽
27 回転テーブル
28 基材ホルダ
29 ターゲット
30 直流電源
31 直流電源
32 ガス導入口
33 ガス排気口
34 基材
35 基材
36 セラミックス層
37 中間層
38 非晶質炭素膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
上記中間層が周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素、並びにC及びSi以外のIVb族元素の元素群から選ばれた少なくとも1つの元素、またはこの元素群から選ばれた少なくとも1つの元素の炭化物からなり、厚さが0.5nm以上10nm未満であり、
上記中間層が、少なくともこの中間層を構成する元素のイオン存在下にて、上記基材に印可する負のバイアス電圧が−300V以上−1500V以下であり、かつ、雰囲気の圧力が0.133Pa以下にて、基材表面をエッチングすると同時に形成されたものであり、
上記非晶質炭素膜がスパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、又は真空アーク蒸着法により形成されることを特徴とする非晶質炭素被覆部材。 An amorphous carbon coating member comprising a substrate, an intermediate layer formed thereon, and an amorphous carbon film formed thereon,
The intermediate layer is at least one element selected from the group IVa, Va, VIa, IIIb group elements of the periodic table, and an element group of group IVb elements other than C and Si, or at least one element selected from this element group It is made of elemental carbide and has a thickness of 0.5 nm or more and less than 10 nm,
The intermediate layer has a negative bias voltage applied to the base material of at least −300 V and not more than −1500 V in the presence of ions of elements constituting the intermediate layer, and the atmospheric pressure is not more than 0.133 Pa. At the same time as etching the substrate surface,
An amorphous carbon-coated member, wherein the amorphous carbon film is formed by a sputtering vapor deposition method, an ion plating method, or a vacuum arc vapor deposition method.
上記セラミックス層が、周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族元素から選ばれた少なくとも1つの元素の窒化物、炭化物又は炭窒化物からなり、
上記中間層が周期律表第IVa、Va、VIa、IIIb族、並びにC及びSi以外のIVb族元素の元素群から選ばれた少なくとも1つの元素、またはこれらのなかから選ばれた少なくとも1つの元素の炭化物からなり、中間層の厚さが0.5nm以上10nm未満であり、
上記中間層が、少なくともこの中間層を構成する元素のイオン存在下にて、上記基材に印可する負のバイアス電圧が−300V以上−1500V以下であり、かつ、雰囲気の圧力が0.133Pa以下にて、基材表面をエッチングすると同時に形成されたものであり、
上記非晶質炭素膜がスパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、又は真空アーク蒸着法により形成されることを特徴とする非晶質炭素被覆部材。 An amorphous carbon coating member comprising a substrate, a ceramic layer formed thereon, an intermediate layer formed thereon, and an amorphous carbon film formed thereon,
The ceramic layer is made of a nitride, carbide or carbonitride of at least one element selected from Group IVa, Va, VIa and IIIb elements of the Periodic Table,
The intermediate layer is at least one element selected from groups IVa, Va, VIa, IIIb of the periodic table, and group IVb elements other than C and Si, or at least one element selected from these elements The thickness of the intermediate layer is 0.5 nm or more and less than 10 nm,
The intermediate layer has a negative bias voltage applied to the base material of at least −300 V and not more than −1500 V in the presence of ions of elements constituting the intermediate layer, and the atmospheric pressure is not more than 0.133 Pa. At the same time as etching the substrate surface,
An amorphous carbon-coated member, wherein the amorphous carbon film is formed by a sputtering vapor deposition method, an ion plating method, or a vacuum arc vapor deposition method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010089524A JP5212416B2 (en) | 2000-02-25 | 2010-04-08 | Amorphous carbon coated member |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000049327 | 2000-02-25 | ||
JP2000049327 | 2000-02-25 | ||
JP2010089524A JP5212416B2 (en) | 2000-02-25 | 2010-04-08 | Amorphous carbon coated member |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001016954A Division JP4560964B2 (en) | 2000-02-25 | 2001-01-25 | Amorphous carbon coated member |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010202978A JP2010202978A (en) | 2010-09-16 |
JP5212416B2 true JP5212416B2 (en) | 2013-06-19 |
Family
ID=42964741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010089524A Expired - Lifetime JP5212416B2 (en) | 2000-02-25 | 2010-04-08 | Amorphous carbon coated member |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5212416B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2990246B1 (en) * | 2012-05-03 | 2014-05-02 | Hydromecanique & Frottement | INTERNAL COMBUSTION ENGINE SHIRT |
JP5987152B2 (en) * | 2012-09-25 | 2016-09-07 | 岡山県 | Molded product and manufacturing method thereof |
CN111850484B (en) * | 2020-07-24 | 2022-05-17 | 太原理工大学 | Device and method for preparing tough amorphous carbon-based multiphase hybrid film |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62133068A (en) * | 1985-12-03 | 1987-06-16 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Diamond coated member |
HUT69255A (en) * | 1991-04-26 | 1995-08-28 | Gillette Co | Recapped razor blades |
JP3056827B2 (en) * | 1991-05-20 | 2000-06-26 | ティーディーケイ株式会社 | Article having a diamond-like carbon protective film and method for producing the same |
JPH0657427A (en) * | 1992-08-12 | 1994-03-01 | Kobe Steel Ltd | Hard carbon film coated sintered hard alloy tool and its production |
JP2777543B2 (en) * | 1994-05-31 | 1998-07-16 | 三洋電機株式会社 | Hard carbon coated substrate and method of forming the same |
JPH10130865A (en) * | 1996-09-06 | 1998-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Substrate with hard carbon film and its forming method |
DE19751337A1 (en) * | 1997-11-19 | 1999-05-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Surface layer structure for titanium and alloys |
JP2000001768A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Nippon Coating Center Kk | Composite wear resistant hard coating film having solid lubricity and article with coating film |
JP2000008155A (en) * | 1998-06-25 | 2000-01-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Hard carbon film-coated member |
JP4560964B2 (en) * | 2000-02-25 | 2010-10-13 | 住友電気工業株式会社 | Amorphous carbon coated member |
-
2010
- 2010-04-08 JP JP2010089524A patent/JP5212416B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010202978A (en) | 2010-09-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4560964B2 (en) | Amorphous carbon coated member | |
JP6222675B2 (en) | Surface-coated cutting tool and method for manufacturing the same | |
AU2007254166B2 (en) | Wear resistant coating | |
JP3737291B2 (en) | Diamond-like carbon hard multilayer film molded body | |
KR100845372B1 (en) | Diamondlike carbon hard multilayer film formed body and method for producing the same | |
CN101463461B (en) | Method of making a coated cutting tool, and cutting tools thereof | |
JP5393108B2 (en) | Manufacturing method of hard multilayer film molded body | |
JP5424103B2 (en) | Covering mold for plastic working | |
CN108884550B (en) | Hydrogen-free carbon coating with zirconium adhesion layer | |
JP2007001007A (en) | Composite coating film for finishing hardened steel | |
JP2002144110A (en) | Surface coat boron nitride sintered body tool | |
WO2004076710A1 (en) | Amorphous carbon film, process for producing the same and amorphous carbon film-coated material | |
WO2007072658A1 (en) | Amorphous hard carbon coating | |
JP2004238736A (en) | Hard film, and hard film-coated tool | |
JP4449187B2 (en) | Thin film formation method | |
CN110691662B (en) | Coated cutting tool | |
CN111270202B (en) | Component structure double-gradient functional coating for cutting tool and preparation method thereof | |
JP3249277B2 (en) | Wear resistant coating | |
JP5212416B2 (en) | Amorphous carbon coated member | |
JP2011068941A (en) | Method for depositing hard film, and hard film | |
JP5360603B2 (en) | Method for producing amorphous carbon-coated member | |
JP2001192206A (en) | Method for manufacturing amorphous carbon-coated member | |
WO2020075356A1 (en) | Cutting tool and manufacturing method therefor | |
JP2012136775A (en) | Coated mold excellent in adhesion resistance and method for manufacturing the same | |
RU2200209C2 (en) | Coat for cutting tools |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111025 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130211 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5212416 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160308 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |