JPS62218549A - 装飾用の黒い固有色を有する高耐摩耗性の硬質物質層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、装飾用の黒い固有色を有する高耐摩耗性の硬
質物質層に関する。この種の層は装飾の目的で特に用い
られる。例としては、時計用ケースおよび腕用バンド　
、消費商品の構成要素および自動車用バンパーが公知で
ある。必要とされる硬度に相応して、例えば切断装置お
よび成形用装置の場合には摩耗および腐食を減らす為に
用いることができる。

公知の技術の解決手段の特徴は以下の通りである。

他の公知の解決法の他に例えば電気的方法、最近には特
に物理的な析出法、例えばスパッターおよびイオンメイ
ッキが実施されている。ヨーロッパ特許第１３０，７５
４号明細書には、装飾的な炭素層および方法が開示され
ている。これによると、炭素のターゲットをスパッタリ
ングすることによって、固有色が黒色である無秩序な炭
素層が析出される。追加的に保護層、例えばポリメタン
層を塗布することも指定されている。

これらの層は、しかしながら公知のように不十分な接合
強度、硬度および耐蝕性しか有していない。更に、金属
基体の場合には、層の析出の間に望ましくない縁部の増
炭現象があり得る。

機能的な目的の為にこの種の層を用いることは、全く排
除されている。

被覆材料の接合強度を改善する為に、例えば特公昭５７
−２００．５５７号明細書（ＪＰ−５７−２００５５７
）からは、表層と基体との間に適当な中間層を設けるこ
とが公知である。実施例においては、チタン−中間層お
よび炭化チタン表層とが記載されている。Ｔｉｃ−表層
は無煙炭の灰色の固有色を有している。純粋な黒色を得
ることができない。

ヨーロッパ特許第８７．８３６号明細書は、炭素と金属
との混合物より成る、化学的又は物理的な析出法で設け
られた滑剤層が提案されており、この場合には明らかに
炭化物は形成されない。

用いる金属は接着性化中間層としても用いられる。これ
らの層は、鋼鉄に対して特に良好な滑性を有している。

この層の硬度は硬質物質層に比較して比較的に僅かであ
る。固有色に関しては記載が全くない。

上記の各解決法はそれぞれ特異な部分的な解決法であり
、機能的な課題と同時に装飾的な課題を解決する“黒色
の硬質物質層”を見出していない。

本発明の目的は、装飾的な黒色で且つ高耐摩耗性の硬質
物質層、特に低い析出温度を必要とする基体物質の為の
該硬質物質層を提供することである。

本発明の課題は、プラズマに基づく塗装法の使用下に、
黒色の硬質物質層として中間層および、外圧力および剪
断力によって破損されることのない表層を有している層
系を開発することにある。

この課題は本発明によって、きれいにした基体の上に周
期率表のＩＶａ　、Ｖａ−族の元素より成る自体公知の
接着性化層が析出されており、その上に同じ元素の窒化
物層をそして次に該元素の炭化物層が設けられている層
系によって解決される。この組合せは接着性化中間層の
機能を有しそして本来の“硬質物質”一層の構成の機能
を有している。中間層の上に直接的に、中間層を形成す
る元素の炭化物の結晶が入り込んでいる硬い炭素マトリ
ックスを表層として塗布する。

本発明の目的および課題に相応して、層析出をプラズマ
に基づく層析出法によって充分に実施する。これによっ
て析出温度を低く保持することができ（５００℃より低
い）そしてイオンの影響下でのみ、“硬質”炭素マトリ
ックスを製造することが可能である。

説明する為に、層系を以下の通りに詳細に記載する。中
間層第一成分、即ち周期率表のＩＶａ、Ｖａ族の元素（
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブおよびタンタル）の層を塗布することによって、殆ど
の金属製基体への良好な接着が得られ、そして同時に公
知のように対拡散バリアが、場合によっては基体材料か
ら拡散する又は構成すべき層から拡散する成分の為の対
拡散バリアを形成する。先ず第一にこの目的の為にチタ
ンを用いるのが有効である。何故ならば、チタンによっ
て、他の層の構成に続く良好な窒化物および炭化物も形
成されるからである。

これらの金属元素層の厚さは、５０〜５００ｎｍであり
そしてこれは先ず第一に元素それ自体および基体の材料
によって決められる。

異物質層の形成、例えば酸化物の発生を可能とすること
なしに、元素層を形成した直後に、中間層の第一成分を
構成する元素の窒化物から成る最初の硬質物質層を形成
する。この層は、異なる熱膨張係数によって層の系の内
部に生じ得る応力と言う課題を有している。これによっ
て構造が、その高い硬度および熱的安定性によって知ら
れている一最初の中間層を形成する元素より成る□比較
的に厚い炭化物層を形成することが、比較的に高い基体
温度を用いることによってしか排除することができなか
った中間層の硬度の問題を生じることなしに、可能であ
る。中間層形成する元素および、層系に入れる物質の種
類に依存して必要とされる層の厚さは、窒化物層につい
ては１００〜１　、５００ｎｍでありそして炭化物層に
ついては２００〜３０００ｎｍである。

炭化物層の高い硬度は、窒化物層によって安定化された
複合体に高い耐摩耗性を保証する。

基体あるいは接着性の対拡散バリアに直接的に塗布され
る炭化物層に比べて、接着強度が非常に高くそして、機
械的な負荷で剥落する恐れもなしに層の厚さを増すこと
が許容される。

この中間層系□対拡散バリアおよび接着性化一応力調整
用硬質物質層−を形成した後に直接的な処理法で表層を
析出させる。本発明の本質は、炭素の析出の際に炭化物
結晶が層構成物質全体を基準としてとして５〜３０重量
％の割合で入り込むことである。炭化物の結晶子の大き
さを１〜１５ｎｍの範囲に調整しそして炭素マトリック
ス中のそれの分布が充分に均一であることである。硬質
炭素の入り込みを引き起こすイオンの作用が重要であり
、このような場合しばしば“ダイアモンド様炭素”又は
”　ｉｃ一層”と呼ばれる。

層の使用目的および用いる元素に決定的に左右される層
の発達は、炭素マトリックス中に炭化物結晶が形成され
るのを放棄することなしに、徐々に増加する炭素含有量
を有する表層を形成することを内容としている。

本発明の層あるいは層系は表層の特別な炭化物−炭素組
成物によって生じる装飾用の黒い固有色を有している。

この組成並びに中間層を形成する元素に依存して、層系
の機械的な性質を失うことなしに真っ黒乃至灰色の色段
階を現実化することができる。

提起した上記の解決法の実際的な長所は、装飾用の黒い
固有色を硬質物質層の高い耐摩耗性と組み合わせたこと
にある。

物理的な蒸着法（ＰＶＤ−法）を用いた場合には比較的
に低い析出温度という特別な長所が得られ且つ基体に損
傷を生ぜしめないので、か＼る蒸着法が特に有利である
ことが判っている。

高い摩耗負荷の掛かる装置、例えば剪断装置および成形
装置の為に本発明の層系を用いる場合には、炭素が非常
に良好な滑り特性を有するという特に有利な効果を表層
が有している。著しい機械的な圧力負荷を吸収する窒化
物−炭化物−硬質物質層の“支持”基体の上において硬
質の炭素層が摩擦値を著しく低下せしめる。摩耗、例え
ば装置の摩耗の増加につれて、本発明の層系は、単一層
の公知の硬質物質層に比較して、炭化物結晶を含有する
硬質炭素層が摩耗した後に更に炭化物層および後で窒化
物層も硬質物質層として作用するという別の長所も有し
ている。

〔実施例〕

本発明を以下の二つの実施例によって更に詳細に説明す
る。

８一 実施例１ニ ステンレス製（例えばＸ１０ＣｒＮｉ　１８　・１０）
の腕時計ケースに耐摩耗性の装飾様黒色層を設ける。

以下の層を物理的蒸着法によりアーク放電蒸着器によっ
て析出させる： Ｔｉ　　　　　　　　８０ｎｍ ＴｉＮｘ　　　　　　１０１０００ ｎ　４Ｃ）＋　　　　　　３００ｎｍ ｉＣ−ＴｉＣｘ　　　　２０００ｎｍ 全工程の間にチタンの蒸発を中断することなく且つ反応
成分の窒素および炭素だけをガス流の変動によって変え
る。異物質層、特に酸素含有層は方法の条件により避け
る。表層はＴ１ＣｘをｉＣ−マトリックス中に約１０重
量％の割合で含有しておりそして真っ黒な固有色を実現
する。この層は耐摩耗性であり、合成溶接に対して安定
しておりそして衝撃および衝突の如き負荷を受けた場合
でも剥落する傾向を有していない。硬度（ＨＶｏ、　ｏ
ｘ　）は３．８００ｋｐｍｍ−”である。鋼鉄に対する
摩擦係数μは０．０２３である。

実施例２： 繊維強化した層状プレス成形体より成る導電性板状物の
場合の螺旋状穿孔手段への負荷は高く、硬い金属を用い
ることではこれに、不満足にしか対抗できず、該手段の
耐久時間は僅かである。特に穿孔手段と導電性板材料と
の間の高い摩擦力にて、可塑性材料が穿孔手段に付着す
るので、粗く且つきたない穿孔外観を生ぜしめる。この
種の穿孔手段を硬質金属基体に直接的に塗布されたｉＣ
一層にて摩耗に対して保護するという従来技術の実験で
は、接着性の問題が解決されていない為に、失敗してい
る。この欠点を排除する為に、以下の層系を設ける：Ｔ
ｉ　　　　　　　　８０ｎ＋１１ ＴｉＮｘ　　　　　　１０００ｎ１ ０００ｎ　　　　　　１０００ｎｍ ｉＣ１０００ｎ　　　　　５００ｎｍ この様に析出した層の硬度（ＨＶｓ。）は４，５００ｋ
ｐＩＩｌｌＩｌ−２である。摩擦係数は鋼鉄に対して０
．０２０が測定される。ＴｊＣｘ一層からの１ｃ−Ｔｉ
Ｃｘ一層の剥落を避ける為に、ｉｃの割合を徐々に増加
させて加工する。その結果３００ｎｍの層厚さの内部に
炭素含有量の傾斜が生じる。最も外側のまだ２０００ｍ
の厚さ層は２５重量％のＴ１Ｃｘおよび７５重量％のｉ
ｃの均一な混合比を有している。螺旋状穿孔手段の耐久
時間を著しく増加させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）中間層と表層より成る装飾用の黒い固有色を有する
   高耐摩耗性の硬質物質層において、中間層として周期率
   表のIVａ、Ｖａ−族の元素より成る第一層が析出されて
   おり、その上に上記元素の窒化物層がそして次に同じ元
   素の炭化物層が設けられておりそして表層として中間層
   の炭化物の結晶が入り込んだ硬質炭素層（ｉＣ）が設け
   られていることを特徴とする、上記硬質物質層。 ２）表層が中間層の炭化物層から出発して少なくとも一
   部分が増加した割合で炭素を有する特許請求の範囲第１
   項記載の硬質物質。 ３）少なくとも表層の上側層が層全構成物質の約５〜３
   ０重量％の割合で炭化物を含有する特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の硬質物質層。 ４）IVａ、Ｖａ−族の元素に付いての層厚は５〜１００
   ｎｍであり、窒化物層が２００〜１，５００ｎｍ、でそ
   して炭化物層が２００〜３，０００ｎｍでそして表層が
   １００〜２，０００である特許請求の範囲第１項記載の
   硬質物質層。 ５）IVａ、Ｖａ−族の元素としてチタンが用いられてい
   る特許請求の範囲第１項記載の硬質物質層。