JP6523283B2 - 優れた滑り特性と適切な硬度を有する窒化モリブデン - Google Patents
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Description
先行技術において、部品を被覆するために窒化モリブデン層または窒化モリブデン系層を使用することは周知である。
上記文献の教示によると、滑り要素を、アークPVDによって堆積させた窒化モリブデン層で被覆し、その後、被覆された面を研磨することが、好都合である。
本発明の目的は、窒化モリブデン層およびその作製方法を提供することであり、この窒化モリブデン層は、滑り特性が極めて良好であり、同時に、「妥当な」被膜硬度として、好ましくは2600HV以上3700HV以下の被膜硬度を有する。
本発明の目的は、請求項1に記載の被膜、請求項13に記載の被覆方法、および、請求項15に記載の被覆表面の後処理のためのブラッシングプロセスを提供することにより、達成される。
特定の用途では、被膜が1つ以上のMo−N系硬質材料被膜のみを含むことが好都合である場合があることがわかっている。しかしながら、硬質材料層系は、たとえば接着層または支持層、またはその他の種類の層として機能し得る、他の材料の層も含み得る。
本発明のさらに他の好ましい実施形態に従い、Mo−N系硬質材料層の表面を、その後、ブラッシングプロセスによって処理する。
好ましくは、本発明に従う被膜の少なくともMo−N系層を、真空被覆チャンバ内で、少なくとも主として窒素ガスを含む雰囲気における、少なくとも主としてモリブデンを含む少なくとも1つのターゲットのアーク蒸発により、基板表面上に堆積させ、Mo−N系硬質材料層の堆積時間の少なくとも大部分の間、被覆温度を300℃よりも低く保つ。
・0x:処理せず
・1xw:弱いブラッシング処理を1回
・2xw:弱いブラッシング処理を2回
・3xw:弱いブラッシング処理を3回
・4xw:弱いブラッシング処理を4回
・1xn:強力なブラッシング処理を1回
・4xn:強力なブラッシング処理を4回
本発明の枠組みの中において、窒化モリブデンのガンマ相(γ−Mo2N)の形成に言及するとき、これは、むしろ、窒化モリブデンの立方相の形成として理解されるべきである、すなわち、ガンマ相もしくはゼータ相の形成、または、ガンマおよびゼータである2つの立方相の混合相の形成として、理解されるべきである。
XRD装置
・銅アノード
・発電機電圧:40kV
・発電機電流:30mA
・1または0.2mmのスリット(0.2mmのスリットは実施例2のみであったが、その理由は、1mmのスリットを用いて測定すると信号が飽和したからである)
測定プログラム シータ2シータ(T2T)
・T2Tの範囲:20〜80°
・増分:0.02°
・時間/ステップ:1秒
測定プログラム 微小角入射(glancing incidence)(GI)
・入射角:2°
・T2Tの範囲:20〜80°
・増分:0.02°
・時間/ステップ:1秒
これらの実施例および解析において、高速度鋼1.2842 90MnCrV8およびさまざまな高速度鋼製のすべり要素、ならびに標準ピストンピン(被覆後にブラッシングされたピストンピン表面に対する実験用)からの試験片を、Oerlikon Balzers Coating AG社の設備において被覆した。すべての実施例において、モリブデンターゲットを、アークPVDにより、窒素雰囲気において蒸発させた。プロセス圧力としての窒素圧力を、被覆チャンバ内の窒素ガスの流量を制御することによって一定に保った。バイアス電圧を被覆対象の基板に印加した。同一のアーク被覆ソースおよびアーク電流値を、すべてのプロセスに用いた。被覆温度、窒素圧力、およびバイアス電圧のみを、図1の情報に従い変化させた。
本発明に従うと、−10V〜−150Vのバイアス電圧を使用するのが好ましい。
先に述べたように、本発明により作製したMo−N層は、窒化モリブデンのデルタ相の特徴的な六方構造を示す。同時に、本発明に従い作製した層は、2600HVと3700HVの間のビッカーズ硬度、または、26〜27GPaと37〜38GPaの間の押込み硬度HITを示す。
Claims (15)
- 少なくとも1つのMo−N系硬質材料層を備えた被膜であって、前記Mo−N系硬質材料層は少なくとも主として窒化モリブデンの六方相δ−MoNを含み、
シータ2シータで得たXRD回折パターンにおける2つのピークの強度比(δ−MoN220)/(δ−MoN200)が3以上であることを特徴とする、被膜。 - 前記Mo−N系硬質材料層が本質的に窒化モリブデンからなることを特徴とする、請求項1に記載の被膜。
- 前記2つのピークの強度比(δ−MoN220)/(δ−MoN200)が10以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の被膜。
- 前記2つのピークの強度比(δ−MoN220)/(δ−MoN200)が30以上であることを特徴とする、請求項3に記載の被膜。
- 前記Mo−N系硬質材料層が、2600HVと3700HVの間のビッカーズ硬度、または、27〜38GPaのHIT硬度を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の被膜。
- 前記HIT硬度が、28GPaよりも大きく38GPa未満または37GPa未満であることを特徴とする、請求項5に記載の被膜。
- 前記MoN−系硬質材料層が、−1GPaと−9GPaの間の範囲に含まれる残留圧縮応力を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被膜。
- 前記残留圧縮応力が、−2GPaと−8GPaの間の範囲に含まれることを特徴とする、請求項7に記載の被膜。
- 前記Mo−N系硬質材料層が、300GPaと500GPaの間、好ましくは330GPaと470GPaの間、より好ましくは350GPaと450GPaの間の弾性率を有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の被膜。
- 前記Mo−N系硬質材料層が前記被膜の最外層として堆積させられており、前記層の表面の少なくとも1つの領域が、条件Rpkx<Rvkxを満たす表面粗さを有し、好ましくは、表面パラメータRpkx<0.3μmを有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の被膜。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の被膜を有する、基板、好ましくは工具または部品、より好ましくは滑り部材。
- 前記基板の表面と前記Mo−N系硬質材料層との間に、好ましくは窒化クロムを含むまたは窒化クロムからなる、少なくとも1つの中間層があることを特徴とする、請求項11に記載の被覆された基板。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の被膜を堆積させる方法であって、少なくとも前記Mo−N系硬質材料層を、アークPVDプロセスによって、被覆対象である基板の表面上に堆積させ、少なくとも主としてモリブデンを含む少なくとも1つのターゲット、好ましくはモリブデンのターゲットを、少なくとも主として窒素ガスを含有する雰囲気においてアーク蒸発させ、前記Mo−N系硬質材料層の堆積時間のうちの少なくとも大部分の間、300℃未満、好ましくは280℃未満、より好ましくは200℃±50℃である被覆温度を使用することを特徴とする、方法。
- 少なくとも、前記窒化モリブデン層の堆積時間の大部分の間、好ましくは、前記窒化モリブデン層の全堆積時間の間、負のバイアス電圧を、被覆対象である基板上に印加することを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 請求項10に記載の被膜を作製する方法であって、前記最外層であるMo−N系硬質材料層における予め定められた表面粗さRpkx<Rvkxが、ブラッシングプロセスを用いることによって得られ、前記ブラッシングプロセスを、好ましくはアークPVD法によって先に堆積させたMo−N系硬質材料層の後処理のために用いる、方法。
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