JP2013104107A - 硬質皮膜被覆部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クロムターゲットを使用する処理装置の真空処理室内においてアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気中でスパッタリングすることによって母材上に厚さ1〜30μmの窒素含有クロム皮膜を形成した後、カーボンターゲットを使用する処理装置の真空処理室内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して、アルゴンガスと窒素ガスの全圧に対する窒素ガスの分圧の比が0.23以上、好ましくは0.37以上の雰囲気中において、バイアス電圧−250V以下、好ましくは−280V以下でスパッタリングして、窒素含有クロム皮膜上にカーボン皮膜を形成する。
【選択図】図1
Description
まず、ターゲット22としてクロムターゲットを使用する処理装置10の真空処理室12内に母材20を配置し、真空ポンプ14を作動させて真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して真空処理室12内をスパッタリング雰囲気にする。なお、必要に応じて、スパッタリングを行う前にイオンボンバード処理を行って、母材20の表面を活性化しておくのが好ましい。
まず、ターゲット22としてクロムターゲットを使用する処理装置10の真空処理室12内に母材20を配置し、真空ポンプ14を作動させて真空処理室12内の真空排気を行った後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をスパッタリング雰囲気にする。なお、必要に応じて、スパッタリングを行う前にアルゴンガス雰囲気中でイオンボンバード処理を行って、母材20の表面をアルゴンイオンで活性化しておくのが好ましい。
このように母材20を窒素含有クロム皮膜IまたはIIで被覆した後、クロムターゲット22としてカーボンターゲットを使用する処理装置10の真空処理室12内に母材20を配置し、真空ポンプ14を作動させて真空処理室12内を真空排気して減圧した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して、真空処理室12内をアルゴンガスと窒素ガスの全圧(好ましくは1.0×10−3〜3×10−3torr)に対する窒素ガスの分圧の比が0.23以上、好ましくは0.37以上のスパッタリング雰囲気にする。
合金鋼からなる母材20としてJIS SCM415(クロモリ鋼(Cr−Mo鋼))からなる母材を(直径30mm×厚さ5mmの大きさに)切り出して用意し、900℃で2時間浸炭した後に850℃から油焼入れして、表面の硬度(ロックウェル硬さ)を59〜61HRCに調整し、表面粗さを1.6Sにした。
スパッタリング処理時間を長くして窒素含有クロム皮膜の厚さを15μmにした以外は、実施例1と同様の方法により作製した硬質皮膜被覆部材について、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の欠陥を調べたところ、孔の数は1個未満であり、表面の欠陥は少なかった。また、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の硬さを測定したところ、Hv1000であった。さらに、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の密着性を評価したところ、スクラッチ試験では、100Nまでカーボン皮膜のチッピングや割れも剥離も見られず、密着強度が高かった。また、ロックウエル圧痕試験では、ひびが僅かに生じていたが剥離は見られなかった。
カーボン皮膜を形成する際の窒素ガスの流量を10sccmとして、アルゴンガスと窒素ガスの全圧に対する窒素ガスの分圧の比を0.233とし、バイアス電圧をそれぞれ−200V(比較例1)、−250V(実施例3)、−300V(実施例4)、−400V(実施例5)、−500V(実施例6)、−600V(実施例7)にした以外は、実施例1と同様の方法により作製した硬質皮膜被覆部材について、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の欠陥を調べたところ、比較例1では孔の数が7個で表面の欠陥が多く、実施例3および5では孔の数が1個で表面の欠陥が少なく、実施例4では孔の数が1個未満で表面の欠陥が最も少なかった。また、実施例4の硬質皮膜被覆部材についてカーボン皮膜をGDSで分析したところ、実施例1より少ないが、カーボン皮膜中に窒素を含むことが確認された。
カーボン皮膜を形成する際の窒素ガスの流量をそれぞれ0sccm(比較例2)、20sccm(実施例8)、30sccm(実施例9)として、アルゴンガスと窒素ガスの全圧に対する窒素ガスの分圧の比をそれぞれ0(比較例2)、0.377(実施例8)、0.476(実施例9)とした以外は、実施例4と同様の方法により作製した硬質皮膜被覆部材について、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の欠陥を調べたところ、いずれも孔の数が1個で、表面の欠陥が少なかった。また、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の硬さを測定したところ、それぞれHv1530(比較例2)、Hv1370(実施例8)、Hv970(実施例9)であった。
バイアス電圧を−400Vにした以外は、実施例2と同様の方法により作製した硬質皮膜被覆部材について、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の欠陥を調べたところ、孔の数は1個未満であり、表面の欠陥は少なかった。また、実施例1と同様の方法により、カーボン皮膜の表面の硬さを測定したところ、Hv890であった。さらに、実施例3と同様にボールオンディスク試験機により摺動試験を行った後の硬質皮膜被覆部材について、SEM写真から摺動痕の幅を求めたところ、130μmであった。
12 真空処理室
14 真空ポンプ
16 回転テーブル
18 治具
20 母材
22 ターゲット
24 スパッタ電源
26 イオンボンバードおよびバイアス電源
28 ガス導入パイプ
Claims (7)
- 母材上に窒素含有クロム皮膜を形成した後、カーボンターゲットを使用する処理装置の真空処理室内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して、アルゴンガスと窒素ガスの全圧に対する窒素ガスの分圧の比が0.23以上の雰囲気中において、バイアス電圧−250V以下でスパッタリングして、窒素含有クロム皮膜上にカーボン皮膜を形成することを特徴とする、硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記アルゴンガスと窒素ガスの全圧に対する窒素ガスの分圧の比が0.37以上であることを特徴とする、請求項1に記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記バイアス電圧が−280V以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記カーボン皮膜の厚さが3μm以上であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記窒素含有クロム皮膜の厚さが1〜30μmであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記窒素含有クロム皮膜が、クロムターゲットを使用する処理装置の真空処理室内においてアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気中でスパッタリングすることによって形成されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 母材上に窒素含有クロム皮膜を介してカーボン皮膜が形成された硬質皮膜被覆部材において、カーボン皮膜の表面の100μm四方の範囲内における直径3μm以上の孔の数が3個以下であることを特徴とする、硬質皮膜被覆部材。
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