JP2005068387A - 水中耐剥離性に優れた炭素系二層膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の炭素膜の表面に、該第1の炭素膜より柔らかい膜を成膜する炭素系二層膜の製造方法。前記柔らかい膜は、Si、Ti、Cr、Ni、または、Coを混入させた炭素膜、あるいは、前記柔らかい膜が、前記第1の炭素膜に比べ、質量あたり、多くの水素を含む炭素膜とすることで形成できる。この方法により製造された炭素系二重膜は水中で使用される機械部品用固体潤滑膜として使用できる。
【選択図】 なし
Description
すなわち、本発明は、
(1)第1の炭素膜の表面に、該第1の炭素膜より柔らかい膜を成膜することを特徴とする炭素系二層膜の製造方法、
(2)前記柔らかい膜がSi、Ti、Cr、Ni、または、Coを混入させた炭素膜であることを特徴とする(1)項記載の炭素系二層膜の製造方法、
(3)前記柔らかい膜が、前記第1の炭素膜に比べ、水素含有率が高い炭素膜であることを特徴とする(1)項記載の炭素系二層膜の製造方法、
(4)前記第1の炭素膜が鉄系基板上に形成されたものであること特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の炭素系二層膜の製造方法、
(5)(1)〜(4)のいずれか1項に記載の方法により製造された炭素系二重膜、
(6)固体潤滑膜である(5)項記載の炭素系二重膜、及び、
(7)水中で使用される機械部品用であることを特徴とする(6)項記載の炭素系二重膜を提供するものである。
また、本発明の製造方法により製造された炭素系二層膜は、これまで炭素膜が密着しにくいとされてきた基板に対して高密着性膜となる。また、炭素系二層膜は水中での耐剥離性・耐摩耗性が向上し、この膜を固体潤滑膜として使用することにより、水圧駆動機械や水中での摺動機構の寿命や効率を向上することができる。
さらに、本発明によれば、中間層を用いていないので、多くの基材への応用が可能となり、また、環境への悪影響が抑えられる。
第1の炭素膜は、好ましくはダイアモンドライクカーボン(DLC)膜である。第1の炭素膜の厚さは、好ましくは0.5μm〜5μm、さらに好ましくは1μm〜2μmである。
第1の炭素膜の製造方法は、従来用いられている炭素膜の製造方法のいずれかを用いて行うことができる。
本発明において、柔らかい膜は、例えば、異元素を混入させた炭素膜、または、第1の炭素膜に比べ、水素含有率が高い炭素膜とすることにより、形成することができる。
柔らかい膜の厚さは、好ましくは0.05μm〜0.5μm、さらに好ましくは0.1μm〜0.2μmである。
柔らかい膜が、第1の炭素膜に比べ、水素含有率が高い炭素膜の場合、柔らかい膜中の水素の含有率は、好ましくは35〜60atom%、さらに好ましくは40〜50atom%である。柔らかい膜の水素含有率を第1の炭素膜における水素含有率より高くするためには、例えば、水素含有量の多いメタンガスもしくはメタンガスと水素の混合ガスをCVDガスとして用いること、または、基板バイアスの電圧を小さくすることにより成膜すればよい。
基板としてSUS440Cを用い、トルエンを原料ガスとして、熱電子励起CVD法により、2.5時間かけて成膜し、厚さ1.24μmの第1の炭素膜を得た。用いた成膜装置の概略図を図1に示す。1は電源、2は基板、3はガス導入口、4はアノード、5はフィラメントである。このとき、基板2には電源1から−3kVのパルスバイアスを印加した。パルスバイアスは1kHzでduty比(バイアスのかかっている時間とかかっていないときの時間の比)を10%とした。成膜温度は成膜中に自然に上昇し成膜終了時には約130℃となった。
その後、原料ガスにヘキサメチルジシロキサンをトルエンに同量混ぜたガスをガス導入口3から矢印に示すように導入し、さらに0.5時間成膜を行った。形成されたシリコン含有の炭素膜の厚みは0.16ミクロンであった。この膜のシリコン含有量は7.3atom%であった。表面には炭素及び酸素原子がX線光電子分光法(XPS)により検出された。さらに、赤外分光法により水素原子の存在が予測された。
得られた炭素系二層膜の構造を図2に断面図で示す。鉄系基板8上に形成された、第1の炭素膜7の表面に、柔らかいシリコン含有炭素膜6が成膜されている。
さらに特筆するべき点は、摩擦試験の相手材に対するダメージが極めて低いことである。9.4Nの摩擦に対し、摩耗量は3.2x10-9 mm3 /mNである。DLC膜のみの場合、膜がダメージを受けているため、4.3x10-7 mm3 /mNであった。
また、原料ガスの違いによる膜の性質の違いをヘキサメチルジシロキサンのかわりにテトラメチルシランガスを用いた実験により確認した。同様に、シリコン含有膜を表層につけた二層膜は水中での耐剥離特性の向上に寄与した。
2 基板
3 ガス導入口
4 アノード
5 フィラメント
6 シリコン含有炭素膜
7 ダイヤモンドライクカーボン膜(第1の炭素膜)
8 鉄系基板
Claims (7)
- 第1の炭素膜の表面に、該第1の炭素膜より柔らかい膜を成膜することを特徴とする炭素系二層膜の製造方法。
- 前記柔らかい膜がSi、Ti、Cr、Ni、または、Coを混入させた炭素膜であることを特徴とする請求項1記載の炭素系二層膜の製造方法。
- 前記柔らかい膜が、前記第1の炭素膜に比べ、水素含有率が高い炭素膜であることを特徴とする請求項1記載の炭素系二層膜の製造方法。
- 前記第1の炭素膜が鉄系基板上に形成されたものであること特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素系二層膜の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により製造された炭素系二重膜。
- 固体潤滑膜である請求項5記載の炭素系二重膜。
- 前記固体潤滑膜が水中で使用される機械部品用であることを特徴とする請求項6記載の炭素系二重膜。
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