JP2014500402A5

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Publication number: JP2014500402A5
Application number: JP2013543138A
Authority: JP
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2030-12-08

Description

例示的な実施形態が上記に説明されているが、これらの実施形態が、本発明のすべての可能性がある形態を説明することは意図されていない。むしろ、本明細書に使用した言葉は、限定ではなく、説明の言葉であり、様々な変更を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行うことができる。さらに、様々な実施中の実施形態の特徴を組み合わせることによって、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１．炭化水素に曝される基板上に被膜を形成する方法であって、
チャンバー内に基板を準備する工程と、
物理気相堆積（ＰＶＤ）によって基板上に膜を堆積させる工程であって、前記膜は、バルク層および外側終端層を含む、工程と、
前記終端層の前記堆積を軽減する工程と、
前記膜から前記終端層を除去し、前記基板上に堆積された、残っているバルク層を残す工程と、
を含み、前記基板が、耐久性添加剤、摩擦調整剤、および自然に存在する化合物の少なくとも１つを有する環境内で炭化水素に曝されるとき、耐久性のあるトライボロジー層が前記バルク層の外側表面上に形成されることによって、低摩擦および抗摩耗特性を有する被膜が創製される、方法。
２．前記チャンバー内に、少なくとも１種の軟質金属および少なくとも１種の硬質金属を含有する少なくとも１つの陰極を準備する工程をさらに含む、上記１に記載の方法。
３．前記少なくとも１つの軟質金属が、銅、ニッケル、インジウム、スズ、ガリウム、ビスマス、銀、金、白金、鉛、パラジウム、アンチモン、および亜鉛から本質的になる群から選択される、上記２に記載の方法。
４．前記少なくとも１つの硬質金属が、モリブデン、クロム、チタン、バナジウム、タングステン、ニオブ、ハフニウム（halfnium）、ジルコニウム、鉄、アルミニウム、ケイ素、およびイットリウムから本質的になる群から選択される、上記２に記載の方法。
５．７０〜９７重量％のモリブデンおよび３〜３０重量％の銅を含む陰極を前記チャンバー内に準備する工程をさらに含む、上記１に記載の方法。
６．前記チャンバー内に不活性ガスを供給する工程と、
前記チャンバーに反応ガスを供給する工程と
をさらに含む、上記１に記載の方法。
７．前記不活性ガスがアルゴンを含み、前記反応ガスが窒素を含む、上記６に記載の方法。
８．約６０〜７０％のアルゴンと約３０〜４０％の窒素のガス比をもたらす工程をさらに含む、上記７に記載の方法。
９．対向面に前記耐久性のあるトライボロジー層（tribolgical layer）の一部を転写する工程をさらに含む、上記１に記載の方法。
１０．ＰＶＤがマグネトロンスパッタリングプロセスを含む、上記１に記載の方法。
１１．前記基板に−７５〜−２００Ｖのバイアス電圧を印加し、前記陰極に−１００〜−１０００Ｖの電圧を印加する工程をさらに含む、上記１０に記載の方法。
１２．前記マグネトロンスパッタリングプロセスが１００〜５００℃の温度で実施される、上記１０に記載の方法。
１３．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、前記チャンバー内の容積と比べて、前記基板の全大きさを小さくすることをさらに含む、上記１に記載の方法。
１４．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、前記チャンバー内の容積と比べて、基板支持機構の全大きさを小さくすることをさらに含む、上記１に記載方法。
１５．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、堆積エネルギーを増大させるために、陰極に備えられたスイッチング電源を利用することをさらに含む、上記１に記載の方法。
１６．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、堆積エネルギーを増大させるために、陰極に備えられたパルス電源を利用することをさらに含む、上記１に記載の方法。
１７．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、堆積エネルギーを増大させるために、堆積の間のバルク被膜のイオン化を増大させることをさらに含む、上記１に記載の方法。
１８．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、より小さい粒度を有するより高密度なバルク被膜を形成するために、堆積の間のバルク被膜のイオン化を増大させることをさらに含む、上記１に記載の方法。
１９．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、前記陰極の密度を増大させることをさらに含む、上記１に記載の方法。
２０．前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、前記堆積プロセスの間に別個に加熱することをさらに含む、上記１に記載の方法。
２１．前記終端層を除去する工程が、１００〜４００ｎｍの厚さを有する前記膜の前記終端層を研磨することをさらに含む、上記１に記載の方法。
２２．研磨することが、０．１〜５μｍの粒径を有するダイヤモンドペーストが上に配置された表面カバーを有する部材を回転させることをさらに含む、上記１９に記載の方法。
２３．研磨することが、０．１〜５μｍの粒径を有する布地表面カバーを有する部材を回転させることをさらに含む、上記１９に記載の方法。
２４．前記終端層を除去する工程が、１００〜４００ｎｍの厚さを有する前記膜の前記終端層を化学的にストリッピングすることをさらに含む、上記１に記載の方法。
２５．基板上に堆積された硬質、耐摩耗性バルク被膜であって、
５〜１００ｎｍの粒度を有する硬質モリブデン−窒化物と、
前記モリブデン−窒化物結晶粒を囲繞する境界膜中に分布した銅と
を含み、少なくとも２，０００ビッカース（ＨＶ）の硬度を有し、周囲環境内の添加剤、調整剤、および自然に存在する化合物の少なくとも１つを捕捉、濃縮し、これらと化学結合することができることによって、前記バルク被膜と対向面の間に連続補充効果のあるトライボロジー層を形成する、バルク被膜。
２６．前記トライボロジー層が、前記形成されたトライボロジー層の耐久性および保存を低減することなく、炭化水素に添加されるのに必要とされる添加剤および調整剤の大きな低減を可能にする、上記２５に記載のバルク被膜。
２７．前記モリブデン−窒化物が、ＭｏＮ、Ｍｏ ₂ Ｎ、およびＭｏの少なくとも１種を含む、上記２５に記載のバルク被膜。
２８．前記バルク被膜および前記トライボロジー層が共同で、０．０１〜０．０８の摩擦係数を有する被膜を形成する、上記２５に記載のバルク被膜。
２９．５０〜９９．７重量％のモリブデン−窒化物および０．１〜５０重量％の銅をさらに含む、上記２５に記載のバルク被膜。
３０．０．３〜５．０μｍの厚さを有する、上記２５に記載のバルク被膜。
３１．前記添加剤が、低圧添加剤および極圧添加剤を含めた摩耗防止剤を含む、上記２５に記載のバルク被膜。
３２．前記添加剤が摩擦調整剤を含む、上記２５に記載のバルク被膜。
３３．前記トライボロジー層の化学結合が、強いイオン結合および共有結合の少なくとも１つをさらに含む、上記２５に記載のバルク被膜。
３４．基板表面を有するボディと、
前記基板表面上に堆積され、５０〜９９．７重量％のモリブデン−窒化物および０．１〜５０重量％の銅から構成され、少なくとも２，０００ビッカース（ＨＶ）の硬度を有するバルク被膜と、
前記バルク被膜と隣接対向面との間で形成され、前記バルク被膜と、周囲環境内の添加剤、調整剤、および自然に存在する化合物の少なくとも１つとの間で化学的に結合することによって形成され、連続的補充に適応されているトライボロジー層と
を含む物品。

Claims

炭化水素に曝される基板上に被膜を形成する方法であって、
チャンバー内に基板を準備する工程と、
物理気相堆積（ＰＶＤ）によって基板上に膜を堆積させる工程であって、前記膜は、バルク層および外側終端層を含む、工程と、
前記終端層の前記堆積を軽減する工程と、
前記膜から前記終端層を除去し、前記基板上に堆積された、残っているバルク層を残す工程と、
を含み、前記基板が、耐久性添加剤、摩擦調整剤、および自然に存在する化合物の少なくとも１つを有する環境内で炭化水素に曝されるとき、耐久性のあるトライボロジー層が前記バルク層の外側表面上に形成されることによって、低摩擦および抗摩耗特性を有する被膜が創製される、方法。
前記チャンバー内に、少なくとも１種の軟質金属および少なくとも１種の硬質金属を含有する少なくとも１つの陰極を準備する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの軟質金属が、銅、ニッケル、インジウム、スズ、ガリウム、ビスマス、銀、金、白金、鉛、パラジウム、アンチモン、および亜鉛から本質的になる群から選択される、請求項２に記載の方法。
前記少なくとも１つの硬質金属が、モリブデン、クロム、チタン、バナジウム、タングステン、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、鉄、アルミニウム、ケイ素、およびイットリウムから本質的になる群から選択される、請求項２に記載の方法。
７０〜９７重量％のモリブデンおよび３〜３０重量％の銅を含む陰極を前記チャンバー内に準備する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記チャンバー内に不活性ガスを供給する工程と、
前記チャンバーに反応ガスを供給する工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記不活性ガスがアルゴンを含み、前記反応ガスが窒素を含み、約６０〜７０％のアルゴンと約３０〜４０％の窒素のガス比をもたらす工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
対向面に前記耐久性のあるトライボロジー層の一部を転写する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
ＰＶＤが１００〜５００℃の温度で実施されるマグネトロンスパッタリングプロセスを含み、基板に−７５〜−２００Ｖのバイアス電圧を印加し、陰極に−１００〜−１０００Ｖの電圧を印加する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、前記チャンバー内の容積と比べて、前記基板の全大きさを小さくすること、及び前記チャンバー内の容積と比べて、基板支持機構の全大きさを小さくすることの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、堆積エネルギーを増大させるために、陰極に備えられたスイッチング電源及びパルス電源の少なくとも１つを利用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、堆積エネルギーを増大させること及びより小さい粒度を有するより高密度なバルク被膜を形成することの少なくとも１つのために、堆積の間のバルク被膜のイオン化を増大させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層の前記堆積を軽減する工程が、陰極の密度を増大させること及び前記堆積プロセスの間に別個に加熱することの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層を除去する工程が、１００〜４００ｎｍの厚さを有する前記膜の前記終端層を研磨することをさらに含み、前記終端層を研磨することが、０．１〜５μｍの粒径を有するダイヤモンドペーストが上に配置された表面カバーを有する部材を回転させること及び０．１〜５μｍの粒径を有する布地表面カバーを有する部材を回転させることの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記終端層を除去する工程が、１００〜４００ｎｍの厚さを有する前記膜の前記終端層を化学的にストリッピングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。