JP2011068940A - 硬質膜の成膜方法および硬質膜 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部材の摺動面に成膜する場合などにおいても十分な耐摩耗性を有するＤＬＣ膜およびその成膜方法を提供する。
【解決手段】基材２の表面に形成された中間層３と表面層４とからなる硬質膜１の成膜方法であって、該成膜方法は、基材２上に金属系材料を主体とする中間層３を形成する中間層形成工程と、中間層３の上にＤＬＣを主体とする表面層４を形成する表面層形成工程とを有し、中間層形成工程および表面層形成工程において、中間層３および表面層４は、スパッタリングガスとしてＡｒガスを用いたＵＢＭＳ装置を使用し、上記表面層形成工程は、上記装置内の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、基材２に印加するバイアス電圧が７０〜４００Ｖである条件下で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、中間層３上に堆積させてＤＬＣを主体とする表面層４を形成する工程である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車部品や各種成形金型などの鉄系基材および超硬材基材の機械部品の耐摩耗性向上に寄与する硬質膜およびその製造法に関するものである。より詳細には、優れた耐摩耗性を有するダイヤモンドライクカーボン硬質膜を基材表面に密着性を高めてコーティングすることで、部品の耐摩耗性を向上させるものである。

硬質カーボン膜は、一般にダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）と呼ばれている硬質膜である。硬質カーボンはその他にも、硬質非晶質炭素、無定形炭素、硬質無定形型炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素など、様々な呼称があるが、これらの用語は明確に区別されていない。

このような用語が用いられるＤＬＣの本質は、構造的にはダイヤモンドとグラファイトが混ざり合った両者の中間構造を有するものである。ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドと同等に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学安定性などに優れることから、例えば、金型・工具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、摺動部材、磁気・光学部品などの保護膜として利用されつつある。こうしたＤＬＣ膜を形成する方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの物理的蒸着（以下、ＰＶＤと記す）法、および化学的蒸着（以下、ＣＶＤと記す）法などが採用されている。

例えば、アークイオンプレーティングのフィルタードアーク法では、アーク放電部の陰極から発生するドロップレットと呼ばれる陰極材料粒子を除去できる機構を取り付け、表面に凹凸の少ないＤＬＣ膜が知られている（特許文献１参照）。アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング（以下、ＵＢＭＳと記す）法でＤＬＣ膜を形成することで、密着性に優れるＤＬＣ膜が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００７−０４６１４４号公報 特開２００２−２５６４１５号公報

しかしながら、特許文献１のフィルタードアーク法の場合、電磁気的空間フィルターを使用するため、装置が非常に高価であり、また、十分な除去効果を維持させる場合には大型化する必要がある。また、イオン化された炭素原子の直進性が強いため、成膜領域が限定されるので、大型部品や小型品を多数個処理するのには適していない。特許文献１の技術では、表面平滑性に優れたＤＬＣ膜を得ることに主眼が置かれており、得られたＤＬＣ膜の耐摩耗性に関しては言及されていない。また、特許文献２のＵＢＭＳ法の場合、基材に対するＤＬＣ膜の密着性を向上することに主眼が置かれており、得られたＤＬＣ膜の耐摩耗性については言及されていない。

このように、特許文献１や特許文献２に記載された従来のＤＬＣ膜は、表面平滑性や基材との密着性の向上を目的としており、摺動部材の摺動面に成膜する場合などにおける十分な耐摩耗性を付与することができていない。また、耐摩耗性の指標として、ＤＬＣ膜の硬さも明確に示されていない。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、摺動部材の摺動面に成膜する場合などにおいても十分な耐摩耗性を有するＤＬＣ膜およびその成膜方法を提供することを目的とする。

本発明の硬質膜の成膜方法は、基材の表面に形成された中間層と表面層とからなる硬質膜の成膜方法であって、該成膜方法は、上記基材上に金属系材料を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、この中間層の上にＤＬＣを主体とする表面層を形成する表面層形成工程とを有し、上記中間層形成工程および上記表面層形成工程において、上記中間層および上記表面層は、スパッタリングガスとしてアルゴン(以下、Ａｒと記す）ガスを用いたＵＢＭＳ装置を使用し、上記表面層形成工程は、上記装置内の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、上記基材に印加するバイアス電圧が７０〜４００Ｖである条件下で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、上記中間層上に堆積させて上記ＤＬＣを主体とする表面層を形成する工程であることを特徴とする。

なお、基材に対するバイアスの電位は、アース電位に対してマイナスとなるように印加しており、バイアス電圧４００Ｖとは、アース電位に対して基材のバイアス電位が−４００Ｖであることを示す。

また、この成膜方法は下記の物性を有する硬質膜を成膜するための方法であることを特徴とする。上記硬質膜は、表面粗さＲａ：０．０１μｍ以下、ビッカース硬度Ｈｖ：７８０であるＳＵＪ２焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧０．５ＧＰａの荷重を印加して接触させ、０．０５ｍ／ｓの回転速度で３０分間、上記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）未満であり、かつ、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が２５〜４５ＧＰａであることを特徴とする。

上記表面層形成工程において、上記基材に印加するバイアス電圧を連続的または段階的に上昇させながら上記ダイヤモンドライクカーボンを主体とする表面層を形成することを特徴とする。

上記表面層形成工程における炭素供給源として、黒鉛ターゲットを用いることを特徴とする。また、上記表面層形成工程における炭素供給源として、上記黒鉛ターゲットと、炭素水素系ガスとを併用することを特徴とする。また、上記炭化水素系ガスが、メタンガスであることを特徴とする。また、上記Ａｒガスの上記装置内への導入量１００に対する上記炭化水素系ガスの導入量の割合が、１以上、５以下であることを特徴とする。

上記基材が、超硬合金材料または鉄系材料からなることを特徴とする。また、上記中間層形成工程の前に、上記鉄系材料からなる上記基材の中間層形成表面に窒化処理を施す工程を有することを特徴とする。また、上記窒化処理がプラズマ窒化処理であることを特徴とする。また、上記窒化処理後の上記基材における中間層形成表面の硬さが、ビッカース硬さでＨｖ１０００以上であることを特徴とする。

上記中間層形成工程において、少なくともクロム(以下、Ｃｒと記す）またはタングステン(以下、Ｗと記す）を含む金属系材料を用いて上記中間層を形成することを特徴とする。

本発明の硬質膜は、上記成膜方法により成膜されることを特徴とする。また、上記硬質膜は、摺動部材の摺動面に使用されるものであることを特徴とする。

本発明の硬質膜の成膜方法は、基材の表面に形成された中間層と表面層とからなる硬質膜の成膜方法であって、基材上に金属系材料を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、この中間層の上にＤＬＣを主体とする表面層を形成する表面層形成工程とを有し、中間層および表面層は、スパッタリングガスとしてＡｒガスを用いたＵＢＭＳ装置を使用し、表面層形成工程は、装置内の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、基材に印加するバイアス電圧が７０〜４００Ｖである条件下で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、中間層上に堆積させてＤＬＣを主体とする表面層を形成する工程であるので、耐摩耗性に優れた硬質膜を成膜することができる。

本発明の硬質膜は、上記成膜方法により成膜されるので、耐摩耗性に優れる。具体的には、この硬質膜は、表面粗さＲａ：０．０１μｍ以下、ビッカース硬度Ｈｖ：７８０であるＳＵＪ２焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧０．５ＧＰａの荷重を印加して接触させ、０．０５ｍ／ｓの回転速度で３０分間、相手材を回転させたときの比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）未満であり、かつ、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が２５〜４５ＧＰａである。このため、本発明の硬質膜は、摺動部材の摺動面に好適に使用することができる。

本発明の硬質膜の構成を示す断面図である。 摩擦試験機を示す図である。 ナノインデンタを用いた押し込み硬さの測定結果の一例（実施例３）を示す図である。 ＵＢＭＳ法の成膜原理を示す模式図である。 ＡＩＰ機能を備えたＵＢＭＳ装置の模式図である。

本発明における硬質膜を図面に基づいて説明する。図１は本発明の成膜方法により得られる硬質膜の構成の一例を示す断面図である。図１に示すように、硬質膜１は、基材２の表面に形成された中間層３と表面層４とからなる。硬質膜１の物性としては、表面粗さＲａ：０．０１μｍ以下、ビッカース硬度Ｈｖ：７８０であるＳＵＪ２焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧０．５ＧＰａの荷重を印加して接触させ、０．０５ｍ／ｓの回転速度で３０分間、上記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）未満であり、かつ、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が２５〜４５ＧＰａであることが好ましい。また、硬質膜１の動摩擦係数は０．４以下であることが好ましい。

本発明の成膜方法は、このような物性の硬質膜１を得るための成膜方法であり、（１）基材２上に金属系材料を主体とする中間層３を形成する中間層形成工程と、（２）この中間層３の上に所定条件でＤＬＣを主体とする表面層４を形成する表面層形成工程とを有する。

中間層形成工程および表面層形成工程において、中間層３および表面層４の形成は、スパッタリングガスとしてＡｒガスを用いたＵＢＭＳ装置を使用してなされる。ＵＢＭＳ装置を用いたＵＢＭＳ法の成膜原理を図４に示す模式図を用いて説明する。図４に示すように、丸形ターゲット１５の中心部と周辺部で異なる磁気特性を有する内側磁石１４ａ、外側磁石１４ｂが配置され、ターゲット１５付近で高密度プラズマ１９を形成しつつ、上記磁石１４ａ、１４ｂにより発生する磁力線１６の一部１６ａがバイアス電源１１に接続された基材１２近傍まで達するようにしたものである。この磁力線１６ａに沿ってスパッタリング時に発生したＡｒプラズマが基材１２付近まで拡散する効果が得られる。このようなＵＢＭＳ法により、基材１２付近まで達する磁力線１６ａに沿ってＡｒイオン１７および電子が、通常のスパッタリングに比べてイオン化されたターゲット１８をより多く基材１２に到達させるイオンアシスト効果によって、緻密な膜（層）１３を成膜できる。中間層形成工程および表面層形成工程では、中間層および表面層それぞれに応じたターゲット１５を用いる。

（１）中間層形成工程について説明する。
この工程は、基材上に金属系材料を主体とする中間層を形成する工程である。金属系材料としては、基材２との密着性を増すため、基材２に超硬合金材料または鉄系材料を用いる場合には、該基材２と相性のよい、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔｉから選択される１種類以上の金属を含むことが好ましい。より好ましいのはＣｒおよびＷである。

中間層形成工程において、図１に示すように、中間層３は、金属層３ａと、金属−炭素層３ｂとを含む層で構成することが好ましい。例えば、基材２の表面にＣｒを主体とする金属層３ａを形成し、その上にＷ−炭素層３ｂを形成する。図１では中間層３として２層構造を例示したが、必要に応じて、１層または３層以上の数の層からなるものであってもよい。

また、金属−炭素層３ｂは、表面層４との密着性をさらに高めるため、表面層４側へ炭素の組成比を増加させる組成傾斜層とすることが好ましい。この組成傾斜層は、ターゲットである金属および黒鉛に印加するスパッタ電力を調整することで、金属−炭素の組成を傾斜させて形成することができる。

基材２の材質は、特に限定されず、例えば、超硬合金材料または鉄系材料を用いることができる。超硬合金材料としては、機械的特性が最も優れるＷＣ−Ｃｏ系合金の他に、切削工具として、耐酸化性を向上させた、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金などを挙げることができる。鉄系材料としては、炭素工具鋼、高速度工具鋼、合金工具鋼、ステンレス鋼、軸受鋼、快削鋼などを挙げることができる。本発明では、安価な鉄系材料を基材に用いた場合でも、その表面に硬質膜を成膜することができる。

基材２として鉄系材料を使用する場合、基材２と中間層３との密着性を高めるために、中間層形成工程の前に該基材の中間層形成表面に窒化処理を施す工程を組み入れることが好ましい。窒化処理としては、基材表面に密着性を妨げる酸化層が生じ難いプラズマ窒化処理を施すことが好ましい。また、表面に窒化層を形成された基材２はビッカース硬さでＨｖ１０００以上とすることが、中間層３との密着性を向上させるために好ましい。

（２）表面層形成工程について説明する。
この工程は、中間層の上に所定条件でＤＬＣを主体とする表面層を形成する工程である。具体的には、ＵＢＭＳ装置内（チャンバー内）の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、基材２に印加するバイアス電圧が７０〜４００Ｖである条件で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、中間層３上に堆積させてＤＬＣを主体とする表面層４を形成する工程である。ＵＢＭＳ装置内の真空度、および基材に印加するバイアス電圧のいずれかが、上記範囲外であると、硬質膜において上述の物性を得ることができない。ＵＢＭＳ装置内の真空度は、０．２５〜０．８２Ｐａであることがより好ましい。また、基材に印加するバイアス電圧は１００〜４００Ｖであることがより好ましい。

表面層４は、ＤＬＣを主体とする層であるため、成膜時の炭素供給源として黒鉛ターゲットを使用する。また、炭素供給源として、上記黒鉛ターゲットと、炭素水素系ガスとを併用することにより、中間層に対する表面層の密着性を向上させることができる。炭素水素系ガスとしては、メタンガス、アセチレンガス、ベンゼン等で特に指定されないが、コストおよび取り扱い性の点からメタンガスが好ましい。

炭素供給源として、黒鉛ターゲットと炭素水素系ガスとを併用する場合、炭化水素系ガスの導入量の割合が、アルゴンガスのＵＢＭＳ装置内（成膜チャンバー内）への導入量１００に対して、１以上、５以下であることが好ましい。この範囲とすることで、密着性を向上させつつ、硬質膜の硬さを維持でき、比摩耗量の低減が可能となる。なお、スパッタリングガスであるＡｒガスの導入量は、例えば、５０〜２００ｍｌ／ｍｉｎである。

表面層形成工程において、表面層は、中間層（図１では、金属−炭素層３ｂ）との密着性を向上させるために、中間層側から最表層側へ、徐々に硬度を上げていき、中間層と表面層の急激な硬度差をなくすことが好ましい。具体的には、表面層を、ＵＢＭＳ法において黒鉛ターゲットを用い、基材に対するバイアス電圧を連続的または段階的に上昇させながら成膜することで得られるＤＬＣ傾斜層とする。このＤＬＣ傾斜層の硬度が連続的または段階的に上昇するのは、ＤＬＣ構造におけるグラファイト構造（ｓｐ^２）とダイヤモンド構造（ｓｐ^３）との構成比率が、バイアス電圧の上昇により後者に偏っていくためである。

本発明の硬質膜は、中間層と表面層とからなる複層の膜厚の合計が０．５〜３．０μｍとすることが好ましい。膜厚の合計が０．５μｍ未満であれば、耐摩耗性および機械的強度に劣り、３．０μｍをこえると剥離し易くなるので好ましくない。

各実施例および比較例に用いた基材、ＵＢＭＳ装置、スパッタリングガスおよび中間層形成条件は以下のとおりである。
（１）基材材質：ＳＵＳ４４０Ｃまたは超硬合金
（２）基材寸法；鏡面（Ｒａ＝０．００５μｍ程度の）３０ｍｍ角、厚さ５ｍｍ
（３）ＵＢＭＳ装置：神戸製鋼所製；ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置
（４）スパッタリングガス：Ａｒガス
（５）中間層形成条件
Ｃｒ層：５×１０^−３Ｐａ程度まで真空引きし、ヒータで基材をベーキングして、Ａｒプラズマにて基材表面をエッチング後、ＵＢＭＳ法にてＣｒ層を形成した。
ＷＣ−Ｃ層：５×１０^−３Ｐａ程度まで真空引きし、ヒータで基材をベーキングして、Ａｒプラズマにて基材表面（または上記Ｃｒ層表面）をエッチング後、ＷＣと黒鉛に印加するスパッタ電力を調整し、ＷＣとＣの組成比を傾斜させた。

ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置の概要を図５に示す。図５はアークイオンプレーティング（以下、ＡＩＰと記す）機能を備えたＵＢＭＳ装置の模式図である。図５に示すように、ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置は、円盤２１上に配置された基材２２に対し、真空アーク放電を利用して、ＡＩＰ蒸発源材料２０を瞬間的に蒸気化・イオン化し、これを基材２２上に堆積させて被膜を成膜するＡＩＰ機能と、スパッタ蒸発源材料（ターゲット）２３、２４を非平衡な磁場により、基材２２近傍のプラズマ密度を上げてイオンアシスト効果を増大することによって、基材上に堆積する被膜の特性を制御できるＵＢＭＳ機能を備える装置である。この装置により、基材上に、ＡＩＰ被膜および複数のＵＢＭＳ被膜（組成傾斜を含む）を任意に組合わせた複合被膜を成膜することができる。

実施例１〜実施例４、実施例６〜実施例１１、比較例１、比較例３〜比較例６
表１に示す基材をアセトンで超音波洗浄した後、乾燥した。乾燥後、基材をＵＢＭＳ／ＡＩＰ複合装置（ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置：神戸製鋼所製）に取り付けた後、上述の中間層形成条件にて表１に示すＣｒ層および／またはＷＣ−Ｃ層を形成した。その上に表１に示す成膜条件にて表面層であるＤＬＣ膜を成膜し、硬質膜を有する試験片を得た。なお、表１における「真空度」は上記装置における成膜チャンバー内の真空度である。得られた試験片を以下に示す摩耗試験、硬度試験および膜厚試験に供し、比摩耗量、動摩擦係数、押し込み硬さおよび膜厚を測定した。結果を表１に併記する。

＜摩擦試験＞
得られた試験片を、図２に示す摩擦試験機用いて摩擦試験を行なった。図２（ａ）は正面図を、図２（ｂ）は側面図を、それぞれ表す。表面粗さＲａが０．０１μｍ以下であり、ビッカース硬度Ｈｖが７８０であるＳＵＪ２焼入れ鋼を相手材７として回転軸５に取り付け、試験片６をアーム部８に固定して所定の荷重９を図面上方から印加して、ヘルツの最大接触面圧０．５ＧＰａ、室温（２５℃）下、０．０５ｍ／ｓの回転速度で３０分間、試験片６と相手材７との間に潤滑剤を介在させることなく、相手材７を回転させたときに、相手材７と試験片６との間に発生する摩擦力をロードセル１０により検出する。比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３/（Ｎ・ｍ）未満の場合、耐摩耗性に優れると評価して「○」印を、１５０×１０^−１０ｍｍ^３/（Ｎ・ｍ）以上、３００×１０^−１０ｍｍ^３/（Ｎ・ｍ）以下の場合、耐摩耗性に劣ると評価して「△」印を、３００×１０^−１０ｍｍ^３/（Ｎ・ｍ）をこえる場合、耐摩耗性に著しく劣ると評価して「×」印を、それぞれ記録する。また、動摩擦係数を記録する。

＜硬度試験＞
得られた試験片の押し込み硬さをアジレントテクノロジー社製：ナノインデンタ（Ｇ２００）を用いて測定した。測定結果を表１に併記する。なお、測定値は表面粗さの影響を受けない深さ（硬さが安定している箇所）の平均値を示しており、各試験片１０箇所ずつ測定している。例えば、図３に示す測定例（実施例３）の場合、深さ０．１２μｍの位置硬さが安定しているため、この深さの硬さ２３ＧＰａを採用する。

＜膜厚試験＞
得られた試験片の膜厚を表面形状・表面粗さ測定器（テーラーホブソン社製：フォーム・タリサーフＰＧＩ８３０）を用いて測定した。膜厚は成膜部の一部にマスキングを施し、非成膜部と成膜部の段差から膜厚を求めた。

実施例５および比較例２
日本電子工業社製：ラジカル窒化装置を用いて表１に示すプラズマ窒素処理が施された基材（ビッカース硬さＨｖ１０００）をアセトンで超音波洗浄した後、乾燥した。乾燥後、基材をＵＢＭＳ／ＡＩＰ複合装置（ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置：神戸製鋼所製）に取り付けた後、上述の中間層形成条件にて表１に示すＣｒ層およびＷＣ−Ｃ層を形成した。その上に表１に示す成膜条件にて表面層であるＤＬＣ膜を成膜し、硬質膜を有する試験片を得た。得られた試験片を以下に示す摩耗試験、硬度試験および膜厚試験に供し、比摩耗量、動摩擦係数、押し込み硬さおよび膜厚を測定した。結果を表１に併記する。

表１に示すように実施例１〜実施例１１は、所定の条件下で成膜したため、比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３/（Ｎ・ｍ）未満であり、押し込み硬さの平均値と標準偏差の合計値が２５ＧＰａ以上で耐摩耗性に優れるＤＬＣ膜を得ることができた。

これに対して、比較例１は、押し込み硬さの平均値と標準偏差の合計値が１９．７ＧＰａで下限値２５ＧＰａ未満であり、耐摩耗性が劣っていた。比較例２は、押し込み硬さの平均値と標準偏差の合計値が２３ＧＰａで下限値２５ＧＰａ未満であり、耐摩耗性が劣っていた。比較例３は、中間層に金属層を設けていないため、密着性が不十分であった。比較例４は、Ａｒプラズマを発生させることができず成膜できなかった。比較例５は、バイアス電圧が低いため、押し込み硬さの平均値と標準偏差の合計値が２４．５ＧＰａで下限値２５ＧＰａ未満であり、耐摩耗性が劣っていた。比較例６は、メタンガス導入割合が多いため、硬度が低く、耐摩耗性が劣っていた。

本発明の硬質膜の成膜方法は、高硬度で、耐摩耗性に優れる硬質膜を成膜することができるので、耐摩耗性が要求される軸受などの機械部品の摺動面に硬質膜を成膜する際に好適に利用できる。

１ 硬質膜
２ 基材
３ 中間層
３ａ 金属層
３ｂ 金属−炭素層
４ 表面層
５ 回転軸
６ 試験片
７ 相手材
８ アーム部
９ 荷重
１０ ロードセル
１１ バイアス電源
１２ 基材
１３ 膜（層）
１４ａ 内側磁石
１４ｂ 外側磁石
１５ ターゲット
１６ 磁力線
１６ａ 基材まで達する磁力線
１７ Ａｒイオン
１８ イオン化されたターゲット
１９ 高密度プラズマ
２０ ＡＩＰ蒸発源材料
２１ 円盤
２２ 基材
２３、２４ スパッタ蒸発源材料（ターゲット）

Claims (14)

1. 基材の表面に形成された中間層と表面層とからなる硬質膜の成膜方法であって、
   該成膜方法は、前記基材上に金属系材料を主体とする中間層を形成する中間層形成工程と、この中間層の上にダイヤモンドライクカーボンを主体とする表面層を形成する表面層形成工程とを有し、
   前記中間層形成工程および前記表面層形成工程において、前記中間層および前記表面層は、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いたアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング装置を使用し、
   前記表面層形成工程は、前記装置内の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、前記基材に印加するバイアス電圧が７０〜４００Ｖである条件下で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、前記中間層上に堆積させて前記ダイヤモンドライクカーボンを主体とする表面層を形成する工程であることを特徴とする成膜方法。
2. 前記硬質膜は、表面粗さＲａ：０．０１μｍ以下、ビッカース硬度Ｈｖ：７８０であるＳＵＪ２焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧０．５ＧＰａの荷重を印加して接触させ、０．０５ｍ／ｓの回転速度で３０分間、前記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が１５０×１０^−１０ｍｍ^３／（Ｎ・ｍ）未満であり、かつ、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が２５〜４５ＧＰａであることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
3. 前記表面層形成工程において、前記基材に印加するバイアス電圧を連続的または段階的に上昇させながら前記ダイヤモンドライクカーボンを主体とする表面層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の成膜方法。
4. 前記表面層形成工程における炭素供給源として、黒鉛ターゲットを用いることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の成膜方法。
5. 前記表面層形成工程における炭素供給源として、前記黒鉛ターゲットと、炭素水素系ガスとを併用することを特徴とする請求項４記載の成膜方法。
6. 前記炭化水素系ガスが、メタンガスであることを特徴とする請求項５記載の成膜方法。
7. 前記アルゴンガスの前記装置内への導入量１００に対する前記炭化水素系ガスの導入量の割合が、１以上、５以下であることを特徴とする請求項５または請求項６記載の成膜方法。
8. 前記基材が、超硬合金材料または鉄系材料からなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の成膜方法。
9. 前記中間層形成工程の前に、前記鉄系材料からなる前記基材の中間層形成表面に窒化処理を施す工程を有することを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
10. 前記窒化処理が、プラズマ窒化処理であることを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
11. 前記窒化処理後の前記基材における中間層形成表面の硬さが、ビッカース硬さでＨｖ１０００以上であることを特徴とする請求項９または請求項１０記載の成膜方法。
12. 前記中間層形成工程において、少なくともクロムまたはタングステンを含む金属系材料を用いて前記中間層を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項記載の成膜方法。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか一項記載の成膜方法により成膜されることを特徴とする硬質膜。
14. 前記硬質膜は、摺動部材の摺動面に使用されるものであることを特徴とする請求項１３記載の硬質膜。

Images