JP4022048B2 - ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨剤、磁気・光学部品、およびプリンタヘッド等の摺動部材等において、特に耐摩耗性および表面平滑性が求められる部材の表面保護膜に適し、しかも基材としての鉄系材料に対して優れた密着性を示すダイヤモンドライクカーボン膜を表面層とする硬質多層膜形成体、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硬質カーボンは、一般にはダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と略称することがある）と呼ばれている硬質の物質である。硬質カーボンはその他にも、硬質非晶質炭素、無定型炭素、硬質無定型炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素等、様々な呼称が与えられているが、これらの用語には明確に区別されている訳ではない。
【０００３】
この様に様々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の構造を有するものであり、ダイヤモンドと同様に、硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学的安定性に優れていることから、例えば摺動部材、金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、磁気・光学部品等の各種部品の保護膜として利用されつつある。
【０００４】
こうしたＤＬＣ膜を形成する方法としては、スパッタリング法やイオンプレーティング法等の物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、および化学的蒸着法（ＣＶＤ法）等が採用されているが、通常ＤＬＣ膜は膜形成時に極めて大きな内部応力が発生し、また高い硬度とヤング率を持つ反面、変形能が極めて小さいことから、基材との密着性が弱く、剥離し易いという欠点をもっている。
【０００５】
基材との密着性を改善する技術として、これまでにも様々提案されているが、こうした技術を大別すると、（１）膜応力を制御する方法、（２）基材と炭素膜との間に中間層を設ける方法、の２つが挙げられる。しかしながら、これらの技術では、以下に示す問題があり、改善されることが望まれているのが実状である。まず上記（１）の方法では、基本的に基材と炭素膜との異種界面における密着性の不安定性は解決されていない。また上記（２）の方法においては、基本的には基材とＤＬＣ膜を、組織および機械的特性において両者の中間的な特性を持つ層をもって糊付け層として結合するという観点から、その中間層として硬質の脆性材料を含むものを採用するものであるが、前記ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって作製したＤＬＣ膜における巨大な内部応力によって、特に数μｍにおよぶ厚膜を形成した場合や、ダイヤモンド成分の多い硬度４０ＧＰａを超える様な硬い膜を形成した場合には、密着性不良の問題は顕著である。
【０００６】
本発明者らも、ＤＬＣ膜の基材との密着性を改善するという観点から、かねてより検討しており、その研究の一環として、特開２０００−１１９８４３号の様な技術を提案している。この技術では、ＤＬＣ膜を最表面層とし、基材と最表面層の間の中間層として、Ｗ，Ｔａ，ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１種以上の金属層からなる基材側の第１層と、Ｗ，Ｔａ，ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１種以上の金属元素と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層からなる２層構造としたＤＬＣ硬質多層膜成形体である。そして、こうした膜構造を有するＤＬＣ硬質多層膜成形体では、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金製基材に対するＤＬＣ膜の良好な密着性が達成されたのである。しかしながら、この技術においても解決すべき若干の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術は、基本的にＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金を基材として使用する場合を想定したものであり、上記ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金およびＳｉやＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁材を基材として用いた場合には、上記中間層は基材との良好な密着性を確保できたのであるが、高速度鋼のような鉄系材料を基材として用いた場合には、上記中間層と基材との相性が必ずしも良好であるとは限らず、中間層と基材との間で密着性が悪くなり、ＤＬＣ膜の剥離が生じやすいという問題があった。
【０００８】
また、鉄系材料を基材としてその表面に上記の様な多層膜を形成するに際して、最表面層のＤＬＣ膜の内部応力が大きいので、中間層とＤＬＣ膜との密着性が悪くなり、特に高硬度で膜厚が３μｍを超える様な厚いＤＬＣ膜では十分な密着性を確保することが困難であった。
【０００９】
更に、鉄系材料は広範囲で使用されており、超硬合金と比べて安価で靭性に優れているという有用性があり、こうした鉄系材料にＤＬＣ膜を密着性良く被覆する技術の確立が望まれているのが実状である。
【００１０】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、鉄系材料を基材として用い、この基材に対して比較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することのできるＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形成体、およびその様な硬質多層膜形成体を形成する為の有用な方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成することのできた本発明に係るＤＬＣ硬質多層膜形成体とは、ダイヤモンドライクカーボン膜を最表面層とし、更に中間層および基材を含んでなり、前記基材は高速度鋼、ステンレス鋼、合金工具鋼、炭素鋼、鍛鋼または鋳鋼のいずれかの鉄系材料からなると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属からなる基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層からなる２層構造であり、更に前記第２層と前記最表面層との間に、炭素からなる応力緩和層が形成されると共に、該応力緩和層は、最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が上昇する様に構成されたものである点に要旨を有するものである。
【００１４】
本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体においては、（１）前記第２層は、応力緩和層の第２層側界面のビッカース硬度Ｈ₄と、第２層応力緩和層側界面のビッカース硬度Ｈ₃との差ΔＨ（＝Ｈ₄−Ｈ₃）が１０００以下であること、（２）前記応力緩和層は、最表面層のビッカース硬度Ｈ₂と、応力緩和層の最表面層側界面のビッカース硬度Ｈ₅との差ΔＨ（＝Ｈ₂−Ｈ₅）が１０００以下であること、（３）前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１である、等の要件を満足することが好ましい。
【００１５】
いずれの構成を採用するにしても、基材との密着性を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材の表面部に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散した拡散層が形成されたものであることや、（ｂ）前記基材と前記第１層との間に、第１層を構成する金属元素と基材を構成する元素が混合したミキシング層が形成されたものであることが好ましい。また、前記中間層の厚み（第１層＋第２層の厚み）は、多層膜成形体全体の厚みの５〜５０％を占めるものであることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記ダイヤモンドライクカーボン膜はアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（以下、「ＵＢＭスパッタリング法」と略称することがある）によって形成することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の本発明のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、前記第２層における金属元素と炭素の組成比（即ち、第２層における硬度分布）を調整するに際しては、スパッタ法によって第２層を形成すると共に、スパッタ電力を制御する様にすれば良い。
【００１８】
更に、応力緩和層を形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、応力緩和層の硬度や密度を調整するに際しては、応力緩和層をスパッタ法によって形成すると共に、基材に印加される直流またはパルスのバイアス電圧の制御によって調整する様にすれば良い。
【００１９】
基材の表面部に拡散層を形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を１５０〜３５０℃に制御することによって、基材と第１層の間に拡散層を形成する様にすれば良い。
【００２０】
また、基材と第１層の間にミキシング層を形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する初期の段階で基材に１００〜１０００Ｖの直流またはパルスのバイアス電圧を印加することによって、基材と第１層の間にミキシング層を形成する様にすれば良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、基材として鉄系材料を用いた場合に、この基材とのＤＬＣ膜との間の良好な密着性を確保する為の中間層の構造について、様々な角度から検討した。その結果、前記中間層の構造として、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属または合金からなる基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属元素と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層からなる２層構造とすれば上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００２２】
本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体における、基材とＤＬＣ膜の密着性はその間に介在させた中間層によって保証されることになる。この中間層において、基材側の層を構成するＣｒおよび／またはＡｌの金属からなる層（第１層）は、基材となる鉄系材料と相性が良く、この鉄系材料に対しても良好な密着性を発揮するものとなる。そして、こうした基材側の層（前記第１層）を介在させることによって、基材と中間層（第１層）と密着性を確保することができる。
【００２３】
そして、中間層における最表面層側の層（前記第２層）として、脆弱な炭化物層を形成させずに、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属と炭素との非晶質層とする。ここで、非晶質層とは、透過型電子顕微鏡で結晶相を確認できないものを言う。この様に、中間第２層を微細な析出物層を内部に含まない層とすることによって、中間層自体に脆弱な部分がなくなり、内部での剥離や破壊を防ぐことができる。また基材側の第１層に対しても、格子のミスマッチ等に伴う応力の発生が緩和され、同種の金属元素を用いることによって、密着性が確保できる。更に最表面層を形成するＤＬＣ膜においても非晶質膜であるので、上記の様な金属元素と炭素の混合層からなる非晶質層との密着性も良くなる。
【００２４】
但し、前記中間第１層を構成する金属元素と第２層に含まれる金属元素は、必ずしも同一である必要はなく、一方の層に含まれる金属元素と他方の層に含まれる金属元素を異なるものとしても上記効果が発揮されるものであるが（例えば、Ｃｒ層とＡｌ／Ｃ層）、好ましくは両者の金属元素を同一にするか（例えば、Ｃｒ層とＣｒ／Ｃ層）、少なくとも一方の層に含まれる元素を他方の層で含むように（例えば、Ｃｒ／Ａｌ層とＣｒ／Ｃ層）するのが良い。
【００２５】
上記第２層においては、前記第１層側（基材側）からＤＬＣ膜側（表面層側）に向けて、金属が段階的または連続的に減少する（即ち、炭素濃度を０％から１００％に増加）様な傾斜組成とすることが好ましい。こうした膜構成を採用することによって、多層膜の機械的特性を基材側からＤＬＣ側に段階的または連続的に変化させることができ、これによってサーマルショック等による局所的な応力集中による剥離を防止することができる。但し、金属濃度（即ち、炭素濃度）が一定であっても、非晶質であれば本発明の目的が達成される。
【００２６】
また、第２層における最表面層側界面のビッカース硬度Ｈ₁は、最表面層のビッカース硬度Ｈ₂との差ΔＨ（＝|Ｈ₂−Ｈ₁|）が１０００以下である様に調整するのが良い。こうした硬度範囲を制御することによって、第２層と他の層との界面での硬度差を小さくすることができ、一層剥離しにくくなるという効果が発揮される。但し、ビッカース硬度Ｈ₁とＨ₂の関係は、どちらが大きい値となっても良く、要するに、隣接する層間の硬度差ΔＨが１０００以下となる様にすればよい（後記応力緩和層と他の層の関係においても同様である）。
【００２７】
本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体においては、前記第２層と最表面層との間に、炭素からなる応力緩和層を形成することも有効であり、この応力緩和層は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有し、最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカーボン膜に近い硬度を有する様に構成されたものであることが好ましい。また、応力緩和層における最表面側界面のビッカース硬度Ｈ₅は、最表面層のビッカース硬度Ｈ₂との差ΔＨ（＝|Ｈ₂−Ｈ₅|）が１０００以下である様に調整するのが良い
こうした応力緩和層を形成した場合においても、第２層における第１層側界面のビッカース硬度Ｈ₃は、応力緩和層の第２層側界面のビッカース硬度Ｈ₄との差ΔＨ（Ｈ₄−Ｈ₃）が１０００以下である様に調整するのが良い。また前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１である様に制御することが好ましい。
【００２８】
上記の様に応力緩和層の硬度を制御することによって、隣接する他の層との硬度差を極力小さくでき、層界面に集中する応力を小さくできて、密着性を更に向上できる。尚、応力緩和層を構成する炭素は、非結質の形態（硬度以外はＤＬＣ膜と同様）となっており、こうした形態の炭素を最表面層と中間第２層の間に介在させることによって、応力緩和層をしての機能の効果的に発揮するものとなる。
【００２９】
本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体においては、いずれの構成を採用するにしても、基材との密着性を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材の表面部に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散した拡散層を形成することや、（ｂ）前記基材と前記第１層との間に、第１層を構成する金属元素と基材を構成する元素が混合したミキシング層を形成することが好ましい。また、前記中間層の厚み（第１層と第２層の合計厚み）は、多層膜全体の厚みの５〜５０％を占めるものであることが好ましく、こうした膜比率とすることによって、ＤＬＣ多層膜表面の膜質を壊すことなく、高い密着性を得ることができる。
【００３０】
本発明において、上記中間層やＤＬＣ膜は、前記ＵＢＭスパッタリング法によって形成されるものであることが好ましい。このＵＢＭスパッタリング法の原理を、図面を用いて説明する。まず通常のスパッタリング法におけるカソード構造は、図１に示す様に、例えばフェライト磁石（またはＳｍ系希土類磁石若しくはＮｄ希土類磁石）を、丸形ターゲット中心部と周辺部で同じ磁気特性を有する磁石が配置されて、ターゲット材近傍に磁力線の閉ループが形成されると共に、基板にバイアス電圧を印加することによって、ターゲット材を構成する物質が基板上に形成されるものである。これに対して、ＵＢＭスパッタリング法におけるカソード構造では、図２に示す様に、丸形ターゲット中心部と周辺部で異なる磁気特性を有する磁石が配置され、プラズマを形成しつつより強力な磁石により発生する磁力線の一部が基板近傍まで達する様にしたものである。
【００３１】
こうしたことから、ＵＢＭスパッタリング法では、この磁力線に沿ってスパッタリング時に発生したプラズマ（例えば、Ａｒプラズマ）が基板付近まで拡散する効果が得られる。この様なＵＢＭスパッタリング法によれば、前記の様に基板付近まで達する磁力線に沿ってＡｒイオンおよび電子が、通常にスパッタリングに比べてより多く基板に到達するイオンアシスト効果によって、緻密で高硬度なＤＬＣ膜を形成することが可能となる。またこうしたＵＢＭスパッタリング法によれば、中間層においては、炭化物形成能の高いＣｒやＡｌについても炭化物を形成することなく、均一な非晶質層を形成することができる。
【００３２】
また、本発明の本発明のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層における硬度分布）を調整するに際しては、スパッタ法（好ましくは上記ＵＢＭ法）によって第２層を形成すると共に、スパッタ電力を制御する様にすれば良い。
【００３３】
図３は、ＵＢＭ法でスパッタ電力を制御して金属（Ｃｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形成したときの多層膜のＡＥＳ（オージェ電子分光法）深さ方向分析の一例を示すグラフである。尚、このとき用いた基材は高速度鋼（ＨＳＳ）であり、この基材表面にＣｒ金属層（第１層）を形成し、その上に第２層を形成し、更にＤＬＣ膜を形成したものである。尚、図３において、少量の酸素が含有している様に見えるが、これはＡＥＳ分析の際には真空容器内でスパッタリングで膜を削りながら分析するので、その分析時に酸化したためであり、分析誤差と考えられるものである。
【００３４】
この結果から明らかな様に、最表面層にＤＬＣ膜が形成されると共に、このＤＬＣ膜側で該ＤＬＣ膜の組成に連続した組成を有する第２層が、第１層になるにつれてその組成が第１層の組成に近くなる様に傾斜したものとなっていることが分かる。このようにして、前記第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層における硬度分布）を調整することができる。
【００３５】
応力緩和層を形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、応力緩和層の硬度を連続的または段階的に変化させるに際しては、基材に印加される直流またはパルスのバイアス電圧の制御によって調整する様にすれば良い。
【００３６】
基材と第１層の間に拡散層を形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を１５０〜３５０℃、好ましくは２５０〜３５０℃に制御し、第１層を構成する金属が基板へ拡散することを促進するようにすれば良い。
【００３７】
また、基材と第１層の間にミキシング層を形成したＤＬＣ硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する初期の段階で基材に１００〜１０００Ｖの直流またはパルスの高いバイアス電圧を印加することによって、基材と第１層の間にミキシング層を形成する様にすれば良い。こうしたミキシング層の形成では、プラズマＣＶＤ法やアークプラズマ蒸着法等の金属イオンを生成する方式を採用すれば、基材に金属イオンをくさび状に打ち込み、合わせて表面を活性化することができるという効果が得られる。但し、スパッタ法のように金属を殆どイオン化しない方式を採用した場合であっても、導入された希ガスのイオン等で金属を基材に押し込み、基材表面を活性化でき、基材と第１層の密着性を向上することができる。
【００３８】
尚、本発明で基材として用いる鉄系材料の種類については、高速度鋼、ステンレス鋼、合金工具鋼、炭素鋼、鍛鋼または鋳鋼のいずれかを使用することができ、これらの基材表面に密着性良く、ＤＬＣ膜を形成することができる。
【００３９】
次に実施例を挙げて本発明の構成および作用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００４０】
【実施例】
下記表１に示す膜構造の各種硬質多層膜形成体を、下記の手順で作製した。基材としては、鏡面（Ｒａ＝０．０２μｍ程度）の１２ｃｍ角、厚さ５ｍｍのＨＳＳを用い、これをアルカリ槽と純水槽にて超音波洗浄した後乾燥した。こうした処理を施した基板を、ＵＢＭスパッタ装置（「ＵＢＭＳ５０４」：神戸製鋼所製）内に取り付けた後、２×１０^-5Ｔｏｒｒ（２．６×１０^-3Ｐａ）まで真空引きし、ヒータにてベーキング、その後にＡｒプラズマにて基板表面をエッチングした。成膜法は、前記のようにＡｒプラズマによるＤＣのＵＢＭスパッタ法にて行ない、基板にはＤＣバイアス電圧を印加している。
【００４１】
第１層形成段階では、実施例３、７のみはその前段階よりヒータにて加熱を行ない、成膜開始時の基材温度を３００℃に制御して、第１層と基材間に拡散層を形成した。その他の実施例（２、４、６、８〜１０）および参考例１〜３のものについては、基材温度を２００℃に制御した。また、実施例４、８のものについては、初期段階のみをＤＣバイアス電圧を３００Ｖに制御し、第１層と基材間にミキシング層を形成した。
【００４２】
第２層の形成では、金属と炭素のタ−ゲットのスパッタ電力を調整し、金属と炭素の組成比を傾斜（この場合には１０段階）させた。第２層形成時の基材バイアスは、参考例３を除いて一定とし、参考例３のみＤＬＣ層側界面の硬度を上げるために、第２層形成中にバイアス電圧を段階的に上昇させた。また、応力緩和層の成形では、炭素ターゲットのみを一定電力でスパッタし、ＤＣバイアスを制御して層内の硬さを調整した。更に、ＤＬＣ膜（最表面層）の形成では、スパッタ電力（４ＫＷ）および基材バイアス電圧共に一定とした。
【００４３】
得られた各種硬質多層膜形成体について、スクラッチ試験とロックウェル圧痕試験（ＨＲＣ試験）によって密着性（密着強度および剥離の有無）について評価した。このときスクラッチ試験では、試料を移動ステージに固定し、ダイヤモンド圧子を用いて試料表面に負荷速度１００Ｎ／ｍｉｎで負荷をかけながら、ステージを１０ｍｍ／ｍｉｎで移動させ、スクラッチ痕を顕微鏡で観察し、膜の剥離発生荷重を測定した。また、ＨＲＣ試験では、ロックウェル硬さ試験機にて試料にダイヤモンド圧子を１５０ｋｇの荷重で打ち込み、その圧痕周囲の剥離状況を観察した。硬度測定は、各層の界面成膜条件と同じ条件にて、別に３μｍ成膜した試料を用意し、マイクロビッカース（１０ｇ）にて評価した。
【００４４】
これらの評価結果を、一括して下記表１に示す。尚、表１には、中間層を形成せずＤＬＣ膜を基材表面に直接形成した成形体（比較例１、２）についても同時に示した。
【００４５】
【表１】

【００４６】
この結果から、次のように考察できる。まず基材にＤＬＣ膜を直接形成した比較例１、２のものでは、ＤＬＣ膜の基材に対する密着力が低く、ＨＲＣ試験初期段階で剥離していた。また、時間の経過と共に、基材から膜が剥離することが確認された。
【００４７】
これに対して本発明の実施例のものでは、スクラッチ試験にて安定して４０Ｎ以上の密着強度が得られていることが分かる。また応力緩和層（実施例２〜４、６〜１０）、拡散層（実施例３、７）およびミキシング層（実施例４、８）を形成したものでは、スクラッチ試験にて５０Ｎ以上の密着強度が発揮されていることが分かる。
【００４８】
ところで、上記実施例におけるＤＬＣ膜の形成条件では、表１の結果から明らかなように、本発明の実施例のものでは、ＤＬＣ膜が高硬度であっても高い密着性を実現できていることが分かる。また、実施例９より、多層膜全体の膜厚を３μｍ程度まで厚くしても高い密着性が維持できている。実施例６と参考例２、３を比較すると、各層間の硬度差を小さくすることで、内部応力の界面への集中を避けることができ、より密着性を向上できる。
【００４９】
尚、実施例１０のものは、中間層（第１層および第２層）を構成する金属元素としてＡｌを使用したものであるが、この場合においてもＣｒを使用した場合と同様に高い密着性が発揮されていることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、鉄系材料を基材として用いた場合に、この基材に対して比較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することのできるＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形成体が実現できた。またこの硬質多層膜形成体は、耐摩耗性および表面平滑性が要求される精密金型、耐摩耗性機械部品、磁気・光学部品およびプリンターヘッド等の摺動部品の素材として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のスパッタリング法におけるカソード構造を示す概略説明図である。
【図２】ＵＢＭスパッタリング法におけるカソード構造を示す概略説明図である。
【図３】ＵＢＭ法でスパッタ電力を制御して金属（Ｃｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形成したときのＤＬＣ多層膜のＡＥＳ深さ方向分析の一例を示すグラフである。

Claims (12)

1. ダイヤモンドライクカーボン膜を最表面層とし、更に中間層および基材を含んでなり、前記基材は高速度鋼、ステンレス鋼、合金工具鋼、炭素鋼、鍛鋼または鋳鋼のいずれかの鉄系材料からなると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属からなる基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層からなる２層構造であり、更に前記第２層と前記最表面層との間に、炭素からなる応力緩和層が形成されると共に、該応力緩和層は、最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が上昇する様に構成されたものであることを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
2. 前記第２層は、応力緩和層の第２層側界面のビッカース硬度Ｈ₄と、第２層の応力緩和層側界面のビッカース硬度Ｈ₃との差ΔＨ（＝Ｈ₄−Ｈ₃）が１０００以下である請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
3. 前記応力緩和層は、最表面層のビッカース硬度Ｈ₂と、応力緩和層の最表面層側界面のビッカース硬度Ｈ₅との差ΔＨ（Ｈ₂−Ｈ₅）が１０００以下である請求項１または２に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
4. 前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１である請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
5. 前記基材の表面部に、第１層を構成する金属元素が基板に拡散した拡散層が形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
6. 前記基材と前記第１層との間に、第１層を構成する金属元素と基材を構成する元素が混合したミキシング層が形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
7. 前記中間層の厚みが、多層膜全体の厚みの５〜５０％を占めるものである請求項１〜６のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記ダイヤモンドライクカーボン膜をアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法によって形成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。
9. 請求項２に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記第２層をスパッタ法によって形成すると共に、その金属元素と炭素の組成比を、スパッタ電力の制御によって調整することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。
10. 請求項１、３または４に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、応力緩和層をスパッタ法によって形成すると共に、その硬度または密度を、基材に印加される直流またはパルスのバイアス電圧の制御によって調整することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。
11. 請求項５に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、基材に第１層を形成する段階で基材温度を１５０〜３５０℃に制御することによって、前記基材の表面部に拡散層を形成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。
12. 請求項６に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、基材に第１層を形成する初期の段階で基材に１００〜１０００Ｖの直流またはパルスのバイアス電圧を印加することによって、基材と第１層の間にミキシング層を形成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。

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