JP2009519379A - アモルファス炭素を堆積させる方法 - Google Patents
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Abstract
Description
分解したアセチレン(C2H2)を約120℃の温度で使用して、ブロードビームイオン堆積法によりスチール基材上に炭素基コーティングを堆積させた。比較例としての炭素基コーティングは、分解したメタンを約100℃で使用して、同様に堆積させた。これらのコーティングにナノインデント(超低荷重インデント)試験を行い、硬度及びインデント率を測定した。硬度及びインデント率は、ナノインデンタXP(MTS Nano Instruments Co.社)を使用して測定した。
ブロードビームイオン堆積コーティング法の有効性を示すために、Pyrowear53(Carpenter Technology社)合金を含有する様々な被験試料に、米国特許第5,482,602号明細書に教示されるブロードビームイオン堆積法によって、種々の厚さの炭化水素コーティングを堆積させた。Pyrowear53被験試料は、最初に機械的に研磨し、次に有機溶媒中で完全に脱脂した。下準備したPyrowear53被験試料を、その機能表面がブロードビームイオン銃によって発生したイオンビームに対して垂直になるようにブロードビームイオン堆積チャンバ内に導入した。堆積チャンバを約2.5×10-5トルのベース圧力にまで真空排気し、Pyrowear53被験試料を約1.0keVの加速エネルギ及び2.5mA/cm2のビーム流密度を有するAr+でイオンスパッタ洗浄した。Pyrowear53は鉄基合金であるので、付着が困難である。従って、スパッタ洗浄された被験試料に、水素添加アモルファス炭化ケイ素(a−Si:C)からなる境界層を約100nmの厚さまで堆積させた。米国特許第5,482,602号明細書には、好ましい前駆体の炭素質ガスまたは炭化水素ガスとしてメタン(CH2)が教示されているが、その明細書の公開以来行われた追加的な研究では、前駆体の炭化水素源ガスまたは炭素源ガスとしてアセチレン(エチレン、C2H2)を使用することにより、優れた特質を有する炭化水素コーティングを実現できることが報告されている。従って、Pyrowear53被験試料のケイ素または炭化ケイ素の境界層上に約700nm〜約1500nmの範囲の厚さに炭化水素コーティングを堆積させるために、炭化水素前駆体ガスとしてC2H2を使用した。炭化水素コーティング層を堆積させるための加速エネルギは450eVであり、このイオンビームのビーム流密度は2.5mA/cm2であった。上記に示したように、米国特許第5,482,602号明細書は、炭化水素コーティングを堆積させるための炭化水素前駆体源ガスとしてCH4を使用することを好ましい実施例として教示しているが、近年の応用研究によると、本発明の好ましい実施例は、前駆体源ガスとしてC2H2を使用することを含み、この結果得られるコーティングの特性は、CH4を使用して得られるコーティングの特性よりも優れていることが観測されている。
Claims (14)
- (a)接触面であって、
(i)基材と、
(ii)前記基材上の炭素基コーティング層と、
を含む接触面と、
(b)接触対向面と、
を含む相互に関連する複数の部品を有する機械システムであって、
前記接触面と前記接触対向面とが互いに少なくとも断続的に動的接触する関係にあり、前記炭素基コーティング層が、約0.5以下の摩擦係数と、原子百分率で約5%〜約25%の水素含有率と、10-5m3m-1N-1以下の磨耗率と、を有することを特徴とする、機械システム。 - 前記炭素基コーティングの硬度が約10ギガパスカル以上であることを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記接触面及び前記接触対向面の一方が動的表面であって、他方が静的表面であることを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記基材が、鉄、アルミニウム及びこれらの合金並びにケイ素からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記機械システムが、ヘリコプタのトランスミッションギアボックスであり、前記ギアボックスのオイル切れサバイバビリティ許容限界が向上していることを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記機械システムが、軸受アセンブリであることを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記接触面が、前記基材と前記炭素基コーティング層との間に付着促進中間コーティング層を有することを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 前記接触面が、約5マイクロミリメートル以下の厚さの炭素基コーティング層を有することを特徴とする請求項1に記載の機械システム。
- 基材と、
前記基材上の炭素基コーティング層と、
を含むコーテンングされた動的接触面であって、
前記炭素基コーティング層が、約0.5以下の摩擦係数と、原子百分率で約5%〜約25%の水素含有率と、10-5m3m-1N-1以下の磨耗率と、を有することを特徴とする、コーテンングされた動的接触面。 - 前記炭素基コーテンング層が、約10ギガパスカル以上の硬度を有することを特徴とする請求項11に記載の接触面。
- 前記基材と前記炭素基コーティング層との間に付着促進中間コーティング層をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の接触面。
- 各々が少なくとも1つの表面を有する複数の部品を有する機械システム内のオイル切れサバイバビリティを向上させる方法であって、
内部に少なくとも1つのブロードビームイオン銃を有する真空チャンバ内に前記複数の部品のうちの少なくとも1つを配置するステップと、
前記少なくとも1つのブロードビームイオン銃に不活性ガスを供給するステップと、
前記イオン化された不活性ガスを高い運動エネルギを有するように加速するステップと、
前記複数の部品のうちの前記少なくとも1つの部品の少なくとも1つの表面を、前記イオン化され加速された不活性ガスで洗浄するステップと、
少なくとも25重量%のアセトンを含む炭化水素ガスを前記少なくとも1つのブロードビームイオン銃に供給するステップと、
前記炭化水素ガスをイオン化するステップと、
前記イオン化された炭化水素ガスを高い運動エネルギを有するように加速するステップと、
前記イオン化され加速された炭化水素ガスを、約300°F(約149℃)またはこれより低温で、前記複数の部品のうちの前記少なくとも1つの部品の前記少なくとも1つの表面に導くステップと、
を含む方法。 - 前記炭化水素ガスが、少なくとも50重量%のアセチレンを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 各々が少なくとも1つの動的表面を有し相互に関連する複数の部品を有する機械システムにおいてオイル切れサバイバビリティを向上させる方法であって、約0.5以下の摩擦係数と、原子百分率で約5%〜約25%の水素含有率と、10-5m3m-1N-1以下の磨耗率と、を有する炭素基コーティング層を少なくとも1つの動的表面に施すことを含む方法。
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