JP4696823B2 - 金属複合ダイヤモンドライクカーボン(dlc)皮膜、その形成方法、及び摺動部材 - Google Patents
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Description
(1)固体カーボンターゲットを使用した場合、ターゲット表面に突起物が生成しやすく、それがワークに付着し表面が荒れる現象が発生する。また、固体カーボンターゲットを炭素の供給源とした場合、表面の構成粒子が炭化水素ガスから供給した場合に比べ大きく、表面粗さが増加する傾向が見られる。これらのことから、従来技術のDLCは摩擦係数が高いのではないかと推定される。
(1)基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、該保護膜は、上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜からなる摺動部材。
(2)基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、(a)金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、(b)前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、(c)前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜からなる摺動部材。これにより、低摩擦DLC皮膜と基材との密着性が確保される。
(3)基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、(a)金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、(b)前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、(d)前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜と添加する炭化水素ガス量を低下して得られる金属−カーボン硬質層との交互積層層からなる摺動部材。これにより、高密着性を確保した低摩擦DLC皮膜の耐摩耗性が確保される。
(1)成膜時のバイアス電圧を制御する。
(2)成膜時に添加する炭化水素ガスの種類と量を調整する。
(3)成膜時に添加する窒素ガスの量を制御する。
アーク放電中に炭化水素ガスを添加することにより、金属複合DLCの成形の可能性を調査した。材料としては、低コストで摩擦係数も低かったTi材を用い、またガスにはアセチレンを用い、まずアーク放電の出力を固定し、アセチレン流量とバイアス電圧を変化させ皮膜を形成し、摩擦係数を調べた。図3に結果を示す。なお、摩擦係数は、図4で示す摩擦摩耗試験(ボールオンディスク)により評価した。
皮膜の密着性を向上させることを目的として、中間層にAIP法の得意とする硬質皮膜と最表面層のDLC層へつなげるための組成傾斜層を設けた。従来のDLC皮膜においては、基材直上には金属層(軟質)を配置していたが、この部分の強度が低いため、ここから剥離が発生していることが判った。そこで、基材直上に硬質層(TiN、TiC、TiCNなど)を設けることにより、この部分の強度を高めた。なお、この硬質層と最表面の低摩擦層との間は、バイアス電圧、および炭化水素ガスを傾斜させ、皮膜の応力を緩和させる傾斜層を設けることで密着性の確保を図った。
本発明では、成膜中に表面に発生する突起物を除去する工程を設けることが好ましい。AIP法の特徴として、コーティング中にマクロパーティクル(ドロップレット)が発生することが課題であり、設備面での対応やワークの前に障壁を設置するなどの提案がなされている。このような対応は、折角の高効率で成膜できる同法のメリットを損なうものである。そこで、ドロップレットを成膜後に除去することで、前述の皮膜性能が確保できることを確認した。
Claims (10)
- 固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみをアーク放電で昇華させつつ炭化水素ガスを導入し、金属及び炭化水素をイオン化して基材上に形成された金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜から、発生したマクロパーティクル(ドロプレット)を除去してなる金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜であって、前記金属ターゲットの金属元素はTiであり、前記炭化水素はアセチレンであり、前記皮膜中の炭素/金属元素の原子比が10〜40であることを特徴とする金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜。
- 摩擦係数が0.05以下であることを特徴とする請求項1に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜。
- 真空槽内のカソードに、固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみを配置し、該金属ターゲットをアーク放電で昇華させつつ金属及び炭化水素をイオン化しつつ、該真空槽内に炭化水素ガスを導入し、基材上に金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜を形成し、次いで発生したマクロパーティクル(ドロプレット)を除去してなる金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜の形成方法であって、前記金属ターゲットの金属元素はTiであり、前記炭化水素はアセチレンであることを特徴とする金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜の形成方法。
- 前記マクロパーティクル(ドロプレット)を除去する方法が、ウォータージェット、サンドペーパー、ペーパーラップ、及びエアロラップから選択される1種以上の方法であることを特徴とする請求項3に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜の形成方法。
- 基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、該保護膜は、請求項1または2に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜からなることを特徴とする摺動部材。
- 基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、(a)金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、(b)前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、(c)前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された請求項1または2に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜からなることを特徴とする摺動部材。
- 基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、(a)金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、(b)前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、(d)前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された請求項1または2に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜と添加する炭化水素ガス量を低下して得られる金属−カーボン硬質層との交互積層層からなることを特徴とする摺動部材。
- 前記(a)金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層が、2層以上であることを特徴とする請求項6または7に記載の摺動部材。
- 摩擦係数が、0.05以下であることを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載の摺動部材。
- 測定荷重5mNでのダイナミック硬さが1000〜3000の皮膜硬さを有することを特徴とする請求項5乃至9のいずれかに記載の摺動部材。
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