JP2000319784A - Sliding component and its production - Google Patents

Sliding component and its production

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JP2000319784A
JP2000319784A JP11127144A JP12714499A JP2000319784A JP 2000319784 A JP2000319784 A JP 2000319784A JP 11127144 A JP11127144 A JP 11127144A JP 12714499 A JP12714499 A JP 12714499A JP 2000319784 A JP2000319784 A JP 2000319784A
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JP
Japan
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carbon
gas containing
base material
film
diamond
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JP11127144A
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Japanese (ja)
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Masaki Moronuki
正樹 諸貫
Akira Abe
晃 阿部
Satoshi Kadoya
聡 角屋
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To impart high adhesion to a sliding component by forming a diamondlike carbon film on a carbon ion impregnated layer formed on the surface of a metallic base material by plasma gas contg. carbon and silicon. SOLUTION: A carbon ion impregnated layer 2 is formed on the surface of a metallic base material 1 by ionizing gas contg. carbon, and thereafter, a diamondlike carbon film 3 is formed by using plasma gas contg. carbon and silicon to obtain a sliding component. In the carbon ion impregnated layer 2 formed in this way, the carbon atoms have a concn. distribution in which it is high in the vicinity of the surface and gradually reduces in the depth direction. The diamondlike carbon film 3 is a carbon film from he viewpoint of the chemical compsn., is therefore compositionally and structurally similar to the carbon ion impregnated layer 2 and is thus good in adhesion. Moreover, an Si-C bond is easy to be formed in the film 3 formed in this way, and such Si-C has the action of increasing the adhesion in the surface of the base material by the chemical bonding strength thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ダイヤモンドラ
イクカーボン膜を形成した摺動部品及びその製造方法に
関する。より詳しく述べるならば、本発明は、ピストン
リグ、シム、バルブリフター、ピストン、クランクシャ
フト、コンロッドあるいはディーゼルエンジン用噴射ポ
ンププランジャーなどの摺動部品及びその製造方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding component having a diamond-like carbon film formed thereon and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a sliding component such as a piston rig, shim, valve lifter, piston, crankshaft, connecting rod, or injection pump plunger for a diesel engine, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素を含むガスのプラズマを利用したダ
イヤモンドライクカーボン膜の形成はWeissmantelらに
よる"Structure and Properties of Qusasi-Amorphous
Films Prepared by Ion Beam Techniques", Thin Solid
Films, 72, p19-31(1980)で公知である。
2. Description of the Related Art The formation of a diamond-like carbon film using a plasma of a gas containing carbon is described in "Structure and Properties of Qusasi-Amorphous" by Weissmantel et al.
Films Prepared by Ion Beam Techniques ", Thin Solid
Films, 72, p19-31 (1980).

【0003】このようなダイヤモンドライクカーボン膜
は各種のPVD,CVDの方式により形成することができ、各
種材料に対して摩擦係数が低いと言う特徴があるが、母
材との密着性が悪いと言う問題がある。
[0003] Such a diamond-like carbon film can be formed by various PVD and CVD methods, and is characterized by having a low coefficient of friction with respect to various materials. There is a problem to say.

【0004】特開平7−90553号では硬質カーボン膜形成
後あるいは硬質カーボン膜を形成中にイオン注入により
母材との界面に混合層を形成し剥離を防止する方法が示
されている。この方法では、硬質カーボン膜形成後ある
いは形成と同時にイオン注入を行って母材と硬質カーボ
ン膜との界面部分に炭素原子と注入原子との混合層が形
成されるので、製造された部品は、窒素などの注入原子
と炭素原子の混合層を有する母材上に硬質カーボン膜が
形成されたものである。また、イオン注入の際の加速電
圧として内部までの十分なイオン注入を考慮して50ke
V以上が良いとしている。しかしながら、このような高
い加速電圧でイオン注入を行うためには特殊で高価なイ
オン注入装置が必要であること、また、イオンビームの
投射面積が小さいため大量処理が困難であるといった問
題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-90553 discloses a method of forming a mixed layer at an interface with a base material by ion implantation after forming a hard carbon film or during formation of a hard carbon film to prevent peeling. In this method, a mixed layer of carbon atoms and implanted atoms is formed at the interface between the base material and the hard carbon film by performing ion implantation after or simultaneously with the formation of the hard carbon film. A hard carbon film is formed on a base material having a mixed layer of implanted atoms such as nitrogen and carbon atoms. In addition, the acceleration voltage at the time of ion implantation is 50 ke in consideration of sufficient ion implantation to the inside.
It is said that V or more is good. However, in order to perform ion implantation at such a high accelerating voltage, there is a problem that a special and expensive ion implantation apparatus is required, and it is difficult to perform a large amount of processing due to a small ion beam projection area.

【0005】高電圧パルスによるプラズマ・ソース・イ
オン注入法(PSII法)については米国特許第4,764,
394号及び第5,458,927号がある。このPSII法によれ
ば20kVかそれ以上の負の高電圧パルスをターゲット
に印加することにより全方向からイオンが注入され、タ
ーゲット材料の表面硬度、耐摩耗性が改善されることが
開示されている。
A plasma source ion implantation method using a high voltage pulse (PSII method) is disclosed in US Pat. No. 4,764,
There are 394 and 5,458,927. According to the PSII method, it is disclosed that ions are implanted from all directions by applying a negative high voltage pulse of 20 kV or more to the target, and the surface hardness and wear resistance of the target material are improved. .

【0006】しかしながら、このPSII法ではイオン
注入層を安価な装置で比較的容易に形成することは可能
であるが、パルスのデューティ比が低いため、成膜速度
が遅く1ミクロン程度の膜厚を得るためには長時間を要
すると言う問題がある。
However, this PSII method makes it possible to form an ion-implanted layer relatively easily with an inexpensive apparatus. However, since the pulse duty ratio is low, the film formation rate is slow and a film thickness of about 1 micron is required. There is a problem that it takes a long time to obtain.

【0007】本出願人は、特願平11−57085号により珪
素を含むガスによるダイヤモンドライクカーボン膜で混
合成分層の組成を層厚さ方向で連続的に変化させて膜の
密着性を改善する方法を提案したが、さらに密着性を改
善する方法につき研究を行った。
According to Japanese Patent Application No. 11-57085, the applicant of the present invention improves the adhesion of a diamond-like carbon film made of a gas containing silicon by continuously changing the composition of the mixed component layer in the layer thickness direction. Although a method was proposed, research was conducted on a method for further improving the adhesion.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来の
技術では困難であった高い密着性を有するダイヤモンド
ライクカーボン膜を形成した摺動部品及びその製造方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sliding component having a diamond-like carbon film having high adhesion, which has been difficult with the prior art, and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決すべくなされたものであって、表面にカーボンイオン
注入層を有する金属母材と、カーボンイオン注入層上に
炭素と珪素を含むプラズマガスより形成されたダイヤモ
ンドライクカーボン膜とからなることを特徴とする摺動
部品を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and comprises a metal base material having a carbon ion implanted layer on the surface, and carbon and silicon on the carbon ion implanted layer. Another object of the present invention is to provide a sliding component comprising a diamond-like carbon film formed from a plasma gas.

【0010】本発明による摺動部品の製造方法は金属母
材表面に、炭素を含むガスをイオン化させ、カーボンイ
オン注入層を形成させた後、炭素及び珪素を含むガスに
よるプラズマガスを用いてダイヤモンドライクカーボン
膜をカーボンイオン注入層上に形成することを特徴とす
る。
In the method for manufacturing a sliding component according to the present invention, a gas containing carbon is ionized on the surface of a metal base material to form a carbon ion-implanted layer, and then diamond is formed using a plasma gas containing a gas containing carbon and silicon. It is characterized in that a like carbon film is formed on a carbon ion implantation layer.

【0011】[0011]

【作用】母材の表面に炭素を含むガスをイオン化して、
注入したカーボンイオン注入層では炭素原子は、表面付
近では高濃度であり、深さ方向で次第に減少する濃度分
布となる。ダイヤモンドライクカーボン膜は化学的組成
的には炭素膜であるため、カーボンイオン注入層とは組
成的・構造的に似通っているため密着性が良い。
[Action] The gas containing carbon is ionized on the surface of the base material,
In the implanted carbon ion implanted layer, the carbon atoms have a high concentration near the surface and a concentration distribution that gradually decreases in the depth direction. Since the diamond-like carbon film is a carbon film in terms of chemical composition, the diamond-like carbon film is similar in composition and structure to the carbon ion implanted layer, and therefore has good adhesion.

【0012】また、珪素及び炭素を含んだプラズマガス
から生成されるダイヤモンドライクカーボン膜は膜中に
Si−C結合を形成しやすい。このようなSi−Cはそ
の化学的結合力により母材表面で密着性を上げる作用が
ある。
Further, a diamond-like carbon film generated from a plasma gas containing silicon and carbon easily forms a Si—C bond in the film. Such Si-C has the effect of increasing the adhesion on the surface of the base material by its chemical bonding force.

【0013】したがって、あらかじめ金属母材表面にカ
ーボンイオン注入層を形成しておき、その上に炭素及び
珪素を含むプラズマガスを用いてダイヤモンドライクカ
ーボン膜を形成すると、炭素リッチな注入層の上に界面
でSi−C結合が多く形成されたダイヤモンドライクカ
ーボン膜が形成されるので密着性が向上する。
Therefore, if a carbon ion implanted layer is previously formed on the surface of the metal base material and a diamond-like carbon film is formed thereon using a plasma gas containing carbon and silicon, the carbon-rich implanted layer can be formed on the carbon-rich implanted layer. Since a diamond-like carbon film in which many Si-C bonds are formed at the interface is formed, the adhesion is improved.

【0014】また、炭素を含んだガスを使用したPSI
I法により負の高電圧パルスを用いて母材表面にカーボ
ンイオン注入層を形成した後にRFプラズマCVD法に
より炭素、珪素を含むガスによるプラズマからダイヤモ
ンドライクカーボン膜を形成する方法により摩擦係数が
小さく、密着性の良い摺動部品を容易に製造することが
できる。
Further, PSI using a gas containing carbon
After forming a carbon ion-implanted layer on the surface of the base material using a negative high-voltage pulse according to the method I, a coefficient of friction is reduced by forming a diamond-like carbon film from a plasma using a gas containing carbon and silicon by an RF plasma CVD method. In addition, a sliding part having good adhesion can be easily manufactured.

【0015】より好ましい方法としては、炭素を含むガ
スをイオン化させる方法が高電圧パルス法、特に負の高
電圧パルスによるものでピーク電圧15kV以上30kV以
下、デューティ比1%以下、立ち上がり時間5μsec以下
とする。従来のプラズマ・ソース・イオン注入法では2
0kVかそれ以上の負の高電圧パルスにより表面が改善
されることが開示されているが、本発明法では15kV
程度でも十分に効果が得られる。デューティ比1%以
下、立ち上がり時間5μsec以下の波形では高速で基板
周辺部にプラズマシースが生成され、この結果、高エネ
ルギーのカーボンイオンが設定された周波数で繰り返し
基板表面に注入されるため効率良く注入層を形成するこ
とができる。
As a more preferable method, a method of ionizing a gas containing carbon is a high voltage pulse method, particularly a method using a negative high voltage pulse, which has a peak voltage of 15 kV to 30 kV, a duty ratio of 1% or less, and a rise time of 5 μsec or less. I do. The conventional plasma source ion implantation method requires 2
Although it is disclosed that a negative high voltage pulse of 0 kV or more improves the surface, the method of the present invention uses 15 kV.
The effect can be sufficiently obtained even in the degree. With a waveform with a duty ratio of 1% or less and a rise time of 5 μsec or less, a plasma sheath is generated at a high speed around the substrate, and as a result, high-energy carbon ions are repeatedly implanted at a set frequency onto the substrate surface, so that the implantation is efficient. Layers can be formed.

【0016】カーボンイオン注入処理とダイヤモンドラ
イクカーボン膜の形成を別々の装置で行うことができる
が、同一装置内で二つの処理を行えば、より生産性良く
摺動部品の製造を行うことが可能である。
Although the carbon ion implantation process and the formation of the diamond-like carbon film can be performed by different devices, if two processes are performed in the same device, it is possible to manufacture sliding parts with higher productivity. It is.

【0017】また、炭素、珪素を含むガスとしてテトラ
メチルシランを使用することが出来るが、類似の構造を
持つテトラエチルシランなども使用することができる。
さらに珪素以外でもTi,Cr,Wなどカーバイドを形
成しやすい元素と炭素の両方を含む原料ガスを使用して
も、Tiなどとカーボンイオン注入層のCとの強固な結
合が期待できる。
As a gas containing carbon and silicon, tetramethylsilane can be used, but tetraethylsilane having a similar structure can also be used.
Furthermore, even if a source gas containing both carbon and an element that easily forms a carbide such as Ti, Cr and W other than silicon is used, a strong bond between Ti and the like and C of the carbon ion implanted layer can be expected.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照として本発明をより具体的
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明による摺動部品の一部を拡大
したものであり、鉄系材料、アルミニウム系材料などの
金属母材1の表面にカーボンイオン注入層2が形成されて
いる。カーボンイオン注入層2は最高炭素濃度
(Cmax )が1017個/cm-3程度であることが好まし
い.。また、カーボンイオン注入層2は最高炭素濃度(C
max )を示す深さが250〜500Åであることが好ましい。
FIG. 1 is an enlarged view of a part of a sliding component according to the present invention. A carbon ion implanted layer 2 is formed on a surface of a metal base material 1 such as an iron-based material or an aluminum-based material. The carbon ion implanted layer 2 preferably has a maximum carbon concentration (C max ) of about 10 17 / cm -3. The carbon ion implanted layer 2 has the highest carbon concentration (C
max ) is preferably between 250 and 500 °.

【0020】カーボンイオン注入層2上に炭素と珪素を
含むプラズマガスを用いてダイヤモンドライクカーボン
膜3が形成される。この厚さは部品の用途により定めら
れ、特に制限はない。
A diamond-like carbon film 3 is formed on carbon ion implanted layer 2 using a plasma gas containing carbon and silicon. This thickness is determined by the use of the component and is not particularly limited.

【0021】図2は本発明による摺動部品を製造するの
に用いられる装置であって、プラズマ・ソース・イオン
注入法によりカーボンイオン注入層を形成するためのも
のである。真空ポンプ8を備えた真空チャンバー4内に
はアンテナ5と金属母材からなる基板7を保持するため
の基板ホルダ−6が設けられている。クリーニング時に
はアンテナ5にRF電源9から13.56MHzの高周波電
力が加えられる。基板ホルダー6には高圧パルス電源1
0から負の高電圧パルスが印加される。
FIG. 2 shows an apparatus used for manufacturing a sliding component according to the present invention, which is used to form a carbon ion-implanted layer by a plasma source ion implantation method. A substrate holder 6 for holding an antenna 5 and a substrate 7 made of a metal base material is provided in a vacuum chamber 4 provided with a vacuum pump 8. At the time of cleaning, RF power of 13.56 MHz is applied to the antenna 5 from the RF power supply 9. The substrate holder 6 has a high-voltage pulse power supply 1
A zero to negative high voltage pulse is applied.

【0022】炭化水素などの炭素を含むガスを真空チャ
ンバーに設けられたガス導入口11から所定流量導入し
て真空チャンバー内を所定の圧力に調整した後、基板7
を保持した基板ホルダー6に負の高電圧パルスを印加す
ると、基板及び基板ホルダーの周囲にプラズマシースが
形成され、このシースに発生する静電的なポテンシャル
差によりプラズマ中のカーボンイオンが加速され、高エ
ネルギーで基板表面に衝突しカーボンイオンが注入され
る。このようにして母材表面にカーボンイオン注入層が
形成される。
After a gas containing carbon such as hydrocarbons is introduced at a predetermined flow rate from a gas inlet 11 provided in the vacuum chamber to adjust the inside of the vacuum chamber to a predetermined pressure, the substrate 7
When a negative high voltage pulse is applied to the substrate holder 6 holding the substrate, a plasma sheath is formed around the substrate and the substrate holder, and carbon ions in the plasma are accelerated by an electrostatic potential difference generated in the sheath, It collides with the substrate surface with high energy and carbon ions are implanted. Thus, a carbon ion implanted layer is formed on the surface of the base material.

【0023】図3は本発明による摺動部品を製造するの
に用いられる装置であって、基本的には容量結合型RF
プラズマCVD装置であり、カーボンイオン注入層2上
にテトラメチルシランなどの炭素と珪素を含むガスによ
るプラズマを用いてダイヤモンドライクカーボン膜3を
形成する。真空ポンプ12及びガス導入口13を備えた
真空チャンバー14内に上部電極15、下部電極16が
設けられ、下部電極16にはRF電源17から13.56M
Hzの高周波電力が連続的に印加される。真空チャンバ
ー14内にガス導入口13より所定流量導入された炭素
及び珪素を含むガスにより決まる所定の圧力下で、上部
電極15を接地して、下部電極16に高周波電力を加え
ると上部電極−下部電極間にプラズマが励起される。こ
のような装置を使用すると基板7上に約1時間程度で1
ミクロン程度の膜厚のダイヤモンドライクカーボン膜を
比較的高速に形成することができる。
FIG. 3 shows an apparatus used for manufacturing a sliding component according to the present invention.
This is a plasma CVD apparatus, and a diamond-like carbon film 3 is formed on the carbon ion implanted layer 2 by using plasma of a gas containing carbon and silicon such as tetramethylsilane. An upper electrode 15 and a lower electrode 16 are provided in a vacuum chamber 14 having a vacuum pump 12 and a gas inlet 13.
Hz high frequency power is continuously applied. When the upper electrode 15 is grounded and a high-frequency power is applied to the lower electrode 16 under a predetermined pressure determined by a gas containing carbon and silicon introduced at a predetermined flow rate from the gas inlet 13 into the vacuum chamber 14, the upper electrode Plasma is excited between the electrodes. When such an apparatus is used, it takes about one hour on the substrate 7 for one hour.
A diamond-like carbon film having a thickness of about a micron can be formed at a relatively high speed.

【0024】したがって、以上述べたような方法によ
り、図2に示したPSII装置により母材表面にカーボ
ンイオン注入層を形成した後、図3に示したRFプラズ
マCVD装置によりダイヤモンドライクカーボン膜を形
成すると、各種摺動部品が製造可能となる。
Therefore, after a carbon ion implanted layer is formed on the surface of the base material by the PSII apparatus shown in FIG. 2 by the method described above, a diamond-like carbon film is formed by the RF plasma CVD apparatus shown in FIG. Then, various sliding parts can be manufactured.

【0025】以下この発明の具体的な実施例について比
較例とともに説明する。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.

【0026】図2に示した装置を用いて母材(SKH5
1)表面にカーボンイオン注入層を形成する。原料ガス
の炭素を含むガスはメタンガスを使用した。あらかじめ
洗浄されたSKH51基板を真空チャンバー4内の基板
ホルダー6にセットし、真空ポンプ8により真空チャン
バー4を排気する。
Using the apparatus shown in FIG. 2, the base material (SKH5
1) Form a carbon ion implanted layer on the surface. Methane gas was used as the source gas containing carbon. The SKH51 substrate that has been washed in advance is set on the substrate holder 6 in the vacuum chamber 4, and the vacuum pump 8 is evacuated by the vacuum pump 8.

【0027】次にアルゴンガスを真空チャンバー4内に
導入し圧力を約20mtorrに調節し、RF電源9からア
ンテナ5に高周波電力を印加する。こうすることにより
真空チャンバー4内にアルゴンプラズマが発生する。こ
の状態で基板ホルダー6に高圧パルス電源から高電圧パ
ルスを印加すると、アルゴンイオンが基板表面に高エネ
ルギーで衝突するため、基板表面のクリーニングを行う
ことができる。
Next, an argon gas is introduced into the vacuum chamber 4, the pressure is adjusted to about 20 mtorr, and high frequency power is applied to the antenna 5 from the RF power supply 9. Thus, argon plasma is generated in the vacuum chamber 4. When a high voltage pulse is applied to the substrate holder 6 from the high voltage pulse power supply in this state, the substrate surface can be cleaned because argon ions collide with the substrate surface with high energy.

【0028】そして所定流量に設定したメタンガスをガ
ス導入口より真空チャンバー4内に導入してチャンバー
内の圧力を約2mtorrに設定し、この状態で基板ホルダ
ー6に高圧パルス電源から高電圧パルスを印加する。こ
のときの高電圧パルスの条件はピーク電圧は15,2
0,30kV、繰り返し周波数は100,500,10
00Hzとした。図4は繰り返し周波数100Hz、ピ
ーク電圧20kVの時の高電圧パルス波形を示したもの
である。
Then, methane gas set at a predetermined flow rate is introduced into the vacuum chamber 4 from the gas inlet and the pressure in the chamber is set to about 2 mtorr. In this state, a high voltage pulse is applied to the substrate holder 6 from a high voltage pulse power supply. I do. The condition of the high voltage pulse at this time is that the peak voltage is 15,2.
0,30 kV, repetition frequency 100,500,10
00 Hz. FIG. 4 shows a high voltage pulse waveform at a repetition frequency of 100 Hz and a peak voltage of 20 kV.

【0029】母材表面にカーボンイオン注入処理を行っ
た後、図3に示した装置を用いてカーボンイオン注入層
上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する。炭素及
び珪素を含むガスとしてテトラメチルシランを用いた。
テトラメチルシランを用いると珪素を含んだダイヤンド
ライクカーボン膜が形成される。基板7を下部電極16
上にセットし、真空ポンプ12により真空チャンバー1
4内を排気する。所定の到達真空度まで一度真空引きし
た後、真空チャンバー14内にガス導入口よりアルゴン
ガスを導入する。この状態でRF電源より下部電極16
にRF電力を印加すると、上下電極間にアルゴンガスプ
ラズマが発生し、基板7表面をクリーニングする。
After performing a carbon ion implantation process on the surface of the base material, a diamond-like carbon film is formed on the carbon ion implantation layer using the apparatus shown in FIG. Tetramethylsilane was used as a gas containing carbon and silicon.
When tetramethylsilane is used, a diamond-like carbon film containing silicon is formed. Substrate 7 is connected to lower electrode 16
Set on top and vacuum pump 1 by vacuum pump 12
The inside of 4 is exhausted. After evacuating once to a predetermined ultimate vacuum degree, an argon gas is introduced into the vacuum chamber 14 from a gas inlet. In this state, the lower electrode 16 is
When RF power is applied to the substrate 7, argon gas plasma is generated between the upper and lower electrodes to clean the surface of the substrate 7.

【0030】クリーニング処理後、所定流量に設定した
テトラメチルシランを導入してダイヤモンドライクカー
ボン膜を形成する。
After the cleaning process, tetramethylsilane set at a predetermined flow rate is introduced to form a diamond-like carbon film.

【0031】このようにして形成されたダイヤモンドド
ライクカーボン膜についてスクラッチ試験による密着性
の評価、摩擦摩耗試験(ボール・オン・ディスク式、無
潤滑条件)による評価を行った。表1はこれらの試験に
よる評価結果をまとめたものである。比較のためカーボ
ンイオン注入処理を行わずに基板上に直接ダイヤモンド
ライクカーボン膜を形成したものを用意した。スクラッ
チ試験では皮膜剥離に対する臨界荷重値摩擦摩耗試験で
は摩擦係数を求めた。
The diamond-like carbon film thus formed was evaluated for adhesion by a scratch test and by a friction and wear test (ball-on-disk type, non-lubricated condition). Table 1 summarizes the evaluation results of these tests. For comparison, one prepared by directly forming a diamond-like carbon film on the substrate without performing the carbon ion implantation treatment was prepared. In the scratch test, the critical load value for film peeling was determined in the friction wear test.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】これらの結果からカーボンイオン注入処理
を行った供試材は注入処理を行わない場合に比べて、い
ずれも臨界荷重値は高く、良好な密着性を示している。
また繰り返し周波数による影響はピーク電圧15kVで
は周波数の高いほうが臨界荷重値が高くなる傾向がある
が、20、30kVでは差が見られない。
From these results, the test material subjected to the carbon ion implantation treatment has a higher critical load value and shows good adhesion as compared with the case where the implantation treatment is not performed.
The influence of the repetition frequency tends to increase the critical load value as the frequency increases at a peak voltage of 15 kV, but no difference is observed at 20, 30 kV.

【0034】またこのようにして成膜した膜の摩擦係数
はいずれの場合も0.2程度と小さく、摺動部品として
好適である。
The coefficient of friction of the film formed in this way is as small as about 0.2 in each case, and is suitable for a sliding part.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、上述のように、イオン
注入層形成とRFプラズマCVD法によるダイヤモンド
ライクカーボン膜を組み合わせることにより、従来のも
のに比べて母材との密着性に優れ、摩擦係数の低い摺動
部品を提供することができる。このような摺動部品を使
用することにより摺動部の摩擦によるエネルギー損失を
低減できるので、例えば自動車のエンジン部品などに適
用した場合には燃費低減やそれに伴う排出ガスの低減な
どの効果が期待できる。
According to the present invention, as described above, by combining the ion-implanted layer formation and the diamond-like carbon film by the RF plasma CVD method, the adhesion to the base material is improved as compared with the conventional one, A sliding component having a low coefficient of friction can be provided. By using such a sliding part, energy loss due to friction of the sliding part can be reduced. For example, when applied to an automobile engine part, effects such as a reduction in fuel consumption and a reduction in exhaust gas are expected. it can.

【0036】そして、本発明の方法によれば、イオン注
入装置では特別なイオン加速器を必要としないため、安
価に装置を構成することができ、注入面積も大きく取れ
るので大量処理が可能であり、さらには立体形状の側面
へのイオン注入も可能であるなどの利点があるために、
摺動部品の製造が容易になる。
According to the method of the present invention, a special ion accelerator is not required in the ion implantation apparatus, so that the apparatus can be constructed at a low cost, and the implantation area can be increased, so that a large amount of processing can be performed. In addition, because there are advantages such as ion implantation into the side surface of the three-dimensional shape,
Manufacture of sliding parts becomes easy.

【0037】また、ダイヤモンドライクカーボン膜の生
成はRFプラズマCVD法を適用するため、プラズマ・
ソース・イオン注入法よりも成膜速度が速いというメリ
ットがある。
In addition, since the diamond-like carbon film is formed by applying the RF plasma CVD method,
There is an advantage that the film formation rate is faster than the source ion implantation method.

【0038】本実施例ではカーボンイオン注入処理とダ
イヤモンドライクカーボン膜の形成を別々の装置で行っ
たが、同一装置内で2つの処理を行えば、より生産性良
く摺動部品の製造を行うことが可能である。
In this embodiment, the carbon ion implantation process and the formation of the diamond-like carbon film are performed by different devices. However, if two processes are performed in the same device, it is possible to manufacture sliding parts with higher productivity. Is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例を示す摺動部品表面の断面拡
大図である
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a sliding component surface showing an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明による摺動部品を製造するためのイオ
ン注入装置の概略構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ion implantation apparatus for manufacturing a sliding component according to the present invention.

【図3】 本発明による摺動部品を製造するためのRF
プラズマCVD装置の概略構成を示す図である。
FIG. 3 shows an RF for producing a sliding part according to the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a plasma CVD apparatus.

【図4】 本発明による摺動部品を製造するためのイオ
ン注入装置で使われる高電圧パルス波形の一例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a high-voltage pulse waveform used in an ion implantation apparatus for manufacturing a sliding component according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.金属母材 2.カーボンイオン注入層 3.ダイヤモンドライクカーボン膜 4.真空チャンバー 5.アンテナ 6.基板ホルダー 7.基板 8.真空ポンプ 9.RF電源 10.高圧パルス電源 11.ガス導入口 12.真空ポンプ 13.ガス導入口 14.真空チャンバー 15.上部電極 16.下部電極 17.RF電源 1. Metal base material 2. 2. Carbon ion implanted layer 3. Diamond-like carbon film Vacuum chamber 5. Antenna 6. Substrate holder 7. Substrate 8. Vacuum pump 9. RF power supply 10. High voltage pulse power supply 11. Gas inlet 12. Vacuum pump 13. Gas inlet 14. Vacuum chamber 15. Upper electrode 16. Lower electrode 17. RF power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C30B 29/04 C30B 29/04 Q 4K044 R F16J 9/26 F16J 9/26 C (72)発明者 角屋 聡 埼玉県熊谷市末広4−14−1 株式会社リ ケン熊谷事業所内 Fターム(参考) 3J044 AA18 BB27 BB35 BB40 CB02 CB40 DA09 DA10 DA14 DA16 4G077 AA03 BA03 DB09 DB16 EE08 TA04 TB05 TB07 TC01 TK02 4K028 BA03 BA21 4K029 AA02 BA34 BD04 CA10 EA09 4K030 AA06 BA28 CA02 FA01 JA11 JA17 LA23 4K044 AA01 BA18 BB03 BB17 CA12 CA14 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C30B 29/04 C30B 29/04 Q 4K044 R F16J 9/26 F16J 9/26 C (72) Inventor Satoshi Tsunoya 4-14-1 Suehiro, Kumagaya-shi, Saitama F-term in Riken Kumagaya Office (reference) 3J044 AA18 BB27 BB35 BB40 CB02 CB40 DA09 DA10 DA14 DA16 4G077 AA03 BA03 DB09 DB16 EE08 TA04 TB05 TB07 TC01 TK02 4K028 BA03 BA21 4K0A A BD04 CA10 EA09 4K030 AA06 BA28 CA02 FA01 JA11 JA17 LA23 4K044 AA01 BA18 BB03 BB17 CA12 CA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面にカーボンイオン注入層を有する金
属母材と、前記カーボンイオン注入層上に、炭素と珪素
を含むプラズマガスより形成されたダイヤモンドライク
カーボン膜とからなることを特徴とする摺動部品。
1. A sliding member comprising: a metal base material having a carbon ion implantation layer on the surface; and a diamond-like carbon film formed on the carbon ion implantation layer by a plasma gas containing carbon and silicon. Moving parts.
【請求項2】 金属母材表面に、炭素を含むガスをイオ
ン化させ、カーボンイオン注入層を形成させ、その後炭
素及び珪素を含むプラズマガスを用いてダイヤモンドラ
イクカーボン膜を形成することを特徴とする摺動部品の
製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein a gas containing carbon is ionized on the surface of the metal base material to form a carbon ion-implanted layer, and then a diamond-like carbon film is formed using a plasma gas containing carbon and silicon. Manufacturing method of sliding parts.
【請求項3】 前記炭素を含むガスがメタンであること
を特徴とする請求項2記載の摺動部品の製造方法。
3. The method for manufacturing a sliding component according to claim 2, wherein the gas containing carbon is methane.
【請求項4】 前記炭素及び珪素を含むガスがテトラメ
チルシランであることを特徴とする請求項2又は3記載
の摺動部品の製造方法。
4. The method according to claim 2, wherein the gas containing carbon and silicon is tetramethylsilane.
【請求項5】 前記炭素を含むガスをイオン化させる方
法が負の高電圧パルスによるものでピーク電圧15kV以
上30kV以下、デューティ比1%以下、立ち上がり時間
5μsec以下であることを特徴とする請求項2から4ま
での何れか1項記載の摺動部品の製造方法。
5. The method of ionizing a gas containing carbon according to a negative high voltage pulse, wherein a peak voltage is 15 kV or more and 30 kV or less, a duty ratio is 1% or less, and a rise time is 5 μsec or less. 5. The method for manufacturing a sliding component according to any one of claims 1 to 4.
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