專利名稱：硬質多層膜成型體及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硬質多層膜成型體及其制造方法，其中，上述硬質多層膜成型體在汽車零件、各種成型模具等的鐵系基材及超硬材基材的機械零件中，以對該基材顯示良好的密合性，同時具有優(yōu)異的耐磨損性的類金剛石碳膜作為表面層。
背景技術：
硬質碳膜為一般被稱為類金剛石碳(以下，記為DLC。另外，將以DLC為主體的膜 /層也稱為DLC膜/層。)的硬質膜。硬質碳另外還有硬質非晶碳、無定形碳、硬質無定形型碳、i-碳、金剛石狀碳等各種呼稱，但這些術語沒有被明確區(qū)別。使用這樣的術語的DLC的本質，結構上具有混合了金剛石和石墨的兩者的中間結構。與金剛石同樣，硬度高、耐磨損性、固體潤滑性、導熱性、化學穩(wěn)定性等優(yōu)異。因此，例如， 正在作為模具 工具類、耐磨損性機械零件、研磨材料、滑動部件、磁·光學零件等的保護膜而被利用。作為形成這樣的DLC膜的方法，可以采用濺射法、離子鍍敷法等的物理蒸鍍(以下，記為PVD)法、及化學蒸鍍(以下，記為CVD)法等。例如已知用電弧離子鍍敷的過濾電弧法(7 O夕一 K 7 —夕法)得到的DLC膜(參照專利文獻1)。通常，DLC膜在膜形成時產生極大的內部應力，另外具有高硬度及楊氏模量，但另一方面變形能極小，因此具有與基材的密合性弱、容易剝離等的缺陷。作為改良與基材的密合性的手段，可以舉出以下2種方法(1)控制膜應力的方法；( 在基材和碳膜之間設置中間層的方法。但是，在這些技術中，實際情況是，存在以下所述的問題，期望得到改善。上述的方法，從基本上將基材和DLC膜以持有具有在組織及機械特性中兩者的中間的層的層作為上漿層而結合的方面考慮，作為該中間層采用含有硬質的脆性材料的層。但是，在由于通過上述PVD法、CVD法而成膜了的DLC膜中的巨大的內部應力而形成特別是達數(shù)μπι的厚膜的情況或形成了金剛石成分多、硬度超過40GI^這樣的硬膜的情況下，密合性不良的問題是顯著的。對于該問題，已知有將劃痕試驗中顯示50N以上的密合性的DLC膜作為最表面層的DLC硬質多層膜成型體(參照專利文獻2、。該技術涉及DLC硬質多層膜成型體，其形成為2層結構，所述2層結構以DLC膜作為最表面層，作為基材和最表面層之間的中間層包含最表面層側的第2層，所述最表面層側的第2層包含含有選自W、Ta、Mo及Nb的1種以上的金屬元素和碳的非晶質層。而且，在具有這樣的膜結構的DLC硬質多層膜成型體中，顯示 DLC膜對WC-Co等的超硬合金制基材的良好的密合性。但是，在該技術中也存在以下所示的需要解決的問題。上述技術基本上假定為將WC-Co基材等的超硬合金作為基材使用的情況。因此， 在將上述WC-Co系超硬合金及Si、Al2O3等的絕緣材料作為基材使用的情況下，上述中間層可以確保與基材的良好的密合性。但是，在將高速度工具鋼這樣的鐵系材料作為基材使用的情況下，存上述中間層與基材的親合性未必良好、中間層與基材之間密合性變差、DLC膜容易剝離這樣的問題。另外，沒有進行耐磨損性優(yōu)異的最上層DLC膜的成膜條件的最優(yōu)化，有改善的余地。對該密合性的改良技術而言，作為在低硬度的鐵系材料的基材上密合性良好地被覆DLC膜的技術，已知有即使比較厚地形成也發(fā)揮優(yōu)異的密合性的技術(參照專利文獻3)。 該技術將以DLC為主體的膜作為最表面層，進一步含有中間層及基材，該基材由鐵系材料構成，同時，將上述中間層形成為下述(1) 的4層結構(1)由Cr及/或Al的金屬層構成的第1層；(2)由Cr及/或Al的金屬和選自W、Ta、Mo及Nb的1種以上的金屬的混合層構成的第2層；(3)由選自W、Ta、Mo及Nb的1種以上的金屬層構成的第3層；(4)由含有選自W、Ta、Mo及Nb的1種以上金屬和碳的非晶質層構成的第4層。在專利文獻3中進一步記載有以下的主旨。上述第2層優(yōu)選構成為具有Cr及/ 或Al的含量朝向最表面層側分級或連續(xù)減少的傾斜層。另外，上述第4層優(yōu)選構成為具有選自W、Ta、Mo、Nb中的1種以上金屬的含量朝向最表面層側分級或連續(xù)減少的傾斜組成。 另外，同樣，也可以代替作為上述第2層、上述第3層及第4層的成分的選自W、Ta、Mo及Nb 中的1種以上金屬，使用以WC為主成分的化合物。另外，為了形成密合性優(yōu)異的DLC膜，還提案有利用非平衡磁控濺射(以下，記為 UBMS)來形成2層結構的硬質多層膜的成膜方法(參照專利文獻4)?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 特開2007-046144號公報專利文獻2 特開2000-119843號公報專利文獻3 特開2003-171758號公報專利文獻4 特開2002-256415號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題但是，在專利文獻1的過濾電弧法的情況下，由于使用電磁空間濾波器，因此裝置非常昂貴，另外，在維持充分的除去效果的情況下，需要大型化。另外，由于離子化了的碳原子的直線傳播性強，成膜區(qū)域受到限定，因此不適于處理多個大型零件、小型零件。另外，在專利文獻1的技術中，著眼于得到表面平滑性優(yōu)異的DLC膜，沒有提及得到的DLC膜的耐磨損性。另外，即使在使用了專利文獻2 專利文獻4的技術的情況下，在沒有將最表面層即DLC膜的結構最優(yōu)化的情況下，DLC膜和中間層之間有可能產生剝離。另外，沒有得到關于保證形成密合性良好且耐磨損性優(yōu)異的DLC膜的條件的耐磨損性的數(shù)據(jù)(例如，DLC膜的硬度等)。在上述各專利文獻中，沒有公開在滑動部件的滑動面上成膜的情況等中成膜為具有充分的耐磨損性、不產生剝離或龜裂的DLC膜的方法。進而，根據(jù)成膜條件，有在成膜表面存在許多小滴、附著粒子的情況，在使用于滑動部件等的機械零件、模具的情況下不適合。此外，在上述各專利文獻中，對于DLC膜的厚膜化方法沒有提及。本發(fā)明是為了應對這樣的問題而完成的。本發(fā)明的目的在于提供一種硬質多層膜成型體及其制造方法，所述硬質多層膜成型體具備與基材密合性優(yōu)異的中間層和耐磨損性優(yōu)異的表面層即DLC膜，即使DLC膜和中間層之間也不產生剝離、耐磨損性也優(yōu)異。用于解決課題的手段本發(fā)明的硬質多層膜成型體，是在基材的表面形成多層的膜而成的硬質多層膜成型體，其特征在于，上述多層的膜包含(1)作為該多層的表面層而形成的以DLC為主體的膜、( 在該表面層和上述基材之間形成的以金屬系材料為主體的中間層、C3)在該中間層和上述表面層之間形成的以碳(以下記為C)為主體的應力緩和層構成，上述應力緩和層為其硬度從上述中間層側向上述表面層側連續(xù)或分級上升的傾斜層。特征在于，上述表面層是僅使用石墨靶作為碳供給源、使用非平衡磁控濺射法成膜而成。特征在于，上述中間層為包含組成不同的多個層的結構，一側與上述應力緩和層鄰接的層為以作為在另一側鄰接的層的主體的金屬和C為主體的層。特征在于，上述中間層為包含與上述基材鄰接的以鎢(以下，記為W)為主體的層、 和一側與該層鄰接的同時另一側與上述應力緩和層鄰接的以C及W為主體的層的2層結構。另外，其特征在于還在于，上述中間層為包含與上述基材鄰接的以鉻(以下，記為Cr) 為主體的層、與該層鄰接的以鎢為主體的層、一側與該層鄰接的同時另一側與上述應力緩和層鄰接的以碳及鎢為主體的層的3層結構。特征在于，上述多層的膜厚的合計為0. 5 3. Ομπι。另外，特征在于，上述硬質多層膜成型體具有用洛氏硬度試驗機在利用150kg的載重的金剛石壓頭(壓子)壓入時產生的壓痕周圍不產生剝離的密合性。特征在于，上述基材由超硬合金材料或鐵系材料構成。本發(fā)明的硬質多層膜成型體的制造方法的特征在于，具有在基材上形成上述中間層的中間層形成工序、在中間層上形成上述應力緩和層的應力緩和層形成工序、在應力緩和層上形成上述表面層的表面層形成工序，上述表面層形成工序為使用UBMS法、使用石墨靶作為碳供給源來形成以DLC為主體的膜的工序，上述應力緩和層形成工序為使用UBMS 法、使偏電壓連續(xù)或分級上升來形成上述傾斜層的工序。特征在于，在上述表面層形成工序中，僅使用上述石墨靶作為碳供給源，不使用烴系氣體。特征在于，在上述應力緩和層形成工序中，使上述偏電壓分級上升情況下的步長 ” ^幅)為50V以下。另外，其特征在于，在上述表面層形成工序中，施加上述偏電壓
為250V以上來進行成膜。予以說明的是，相對于基材的偏置電位以相對于接地電位為負數(shù)的方式施加。因此，例如，所謂偏電壓250V，是表示相對于接地電位，基材的偏置電位為-250V。特征在于，在上述中間層形成工序中，使用至少含有鉻或鎢的金屬系材料來形成上述中間層。特征在于，在上述UBMS法中，使用氬氣(以下，記為Ar)作為濺射氣體。發(fā)明的效果本發(fā)明的硬質多層膜成型體，為在基材的表面上形成多層的膜而成的硬質多層膜成型體，具備與基材密合性優(yōu)異的中間層和表面層即DLC膜，由于在中間層和表面層之間具有從中間層側到表面層側硬度連續(xù)或分級上升的以C為主體的傾斜層，因此，表面層即 DLC膜的耐磨損性優(yōu)異，且DLC層最下部的應力緩和層(傾斜層)和中間層之間也不產生剝離。另外，由于上述表面層僅使用石墨靶作為碳供給源來進行成膜而成，因此成型體的表面形成氫含量被降低了的DLC膜，耐磨損性更優(yōu)異。另外，將中間層形成為包含組成不同的多個層的結構，使一側與應力緩和層鄰接的層以金屬和C為主體，所述金屬為在另一側鄰接的層的主體，由此可以提高該中間層和應力緩和層之間的密合性。另外，硬質多層膜成型體，具有用洛氏硬度試驗機在利用150kg的載重的金剛石壓頭壓入時產生的壓痕周圍不產生剝離的程度的優(yōu)異的密合性。本發(fā)明的硬質多層膜成型體的制造方法，具有中間層形成工序、應力緩和層形成工序、表面層形成工序，上述表面層形成工序為使用UBMS法、使用石墨靶作為碳供給源而形成以DLC為主體的膜的工序，上述應力緩和層形成工序為使用UBMS法、使偏電壓連續(xù)或分級上升而形成上述傾斜層的工序，因此可以在成型體表面形成耐磨損性優(yōu)異的DLC膜， 另外，可以容易地制造DLC層最下部的應力緩和層(傾斜層)和中間層之間的密合性優(yōu)異的硬質多層膜成型體。另外，在表面層形成工序中，由于僅使用上述石墨靶作為碳供給源，不使用烴系氣體，因此可以在成型體表面形成氫含量被降低了的耐磨損性更優(yōu)異的DLC 膜。另外，在上述應力緩和層形成工序中，通過將使偏電壓分級變化情況下的步長設為50V以下，可以使應力緩和層(傾斜層)的密度及硬度微細地分級變化，可以使密合性提
尚ο另外，在上述表面層形成工序中，通過施加偏電壓為最終250V以上來進行成膜， 可以提高Ar等的惰性氣體離子的輔助效果，增大與基材的碰撞能量，由此可以形成致密高硬度的耐磨損性優(yōu)異的DLC膜。


圖1是表示本發(fā)明的硬質多層膜成型體的構成的剖面圖。圖2是表示摩擦試驗機的圖。圖3是表示密合性評價基準的圖。圖4是表示UBMS法的成膜原理的示意圖。圖5是具備AIP功能的UBMS裝置的示意圖。圖6是表示偏電壓與表面的比磨損量的關系的圖。圖7是表示硬質多層膜成型體的構成的剖面圖。圖8是表示使用了納米壓痕儀的壓入硬度的測定結果的一例(參考實施例3A)的圖。圖9是表示密合性評價基準的圖。
具體實施例方式為了得到密合性和耐磨損性優(yōu)異的硬質多層膜成型體，進行了潛心研究。其結果， 發(fā)現(xiàn)，通過選定與基材的密合性優(yōu)異的中間層，且為了賦予表面層即DLC膜優(yōu)異的耐磨損性而選定成膜條件，特別是使DLC層形成時的對基材的偏電壓連續(xù)或分級地發(fā)生變化而在 DLC層最下部形成DLC的密度及硬度連續(xù)或分級變化的應力緩和層(傾斜層)，由此中間層最上部和DLC層最下部的應力緩和層(傾斜層)之間的密合性提高，可以防止剝離。本發(fā)明是基于這樣的見解而完成的?；诟綀D對本發(fā)明的硬質多層膜成型體進行說明。圖1是表示本發(fā)明的硬質多層膜成型體的構成的剖面圖。如圖1所示，本發(fā)明的硬質多層膜成型體1，在基材2的表面形成多層的膜，該多層的膜包含(1)作為表面層5而形成的、以DLC為主體的膜，(2)在表面層5和基材2之間形成的、以金屬系材料為主體的中間層3、(3)在中間層3和表面層5之間形成的應力緩和層4?；?的材質沒有特別的限定，例如可以使用超硬合金材料或鐵系材料。作為超硬合金材料，除機械特性最優(yōu)異的WC-Co系合金以外，做為切削工具，可以舉出使耐氧化性提高了的WC-TiC-Co系合金、WC-TaC-Co系合金、WC-TiC-TaC-Co系合金等。作為鐵系材料， 可以舉出碳工具鋼、高速度工具鋼、合金工具鋼、不銹鋼、軸承鋼、快削鋼等。在本發(fā)明中， 即使在將便宜的鐵系材料用于基材的情況下，也可以在其表面成膜為硬質膜。在作為基材2使用鐵系材料的情況下，為了提高基材2和中間層3的密合性，優(yōu)選在中間層的形成前在該基材的中間層形成表面實施氮化處理。作為氮化處理，優(yōu)選實施難以在基材表面產生妨礙密合性的氧化層的等離子體氮化處理。另外，使在表面形成了氮化層的基材2以維氏硬度計為HvlOOO以上，由于使與中間層3的密合性提高而優(yōu)選。另外， 在使硬質多層膜成型體的表面平滑性提高的情況下，基材2優(yōu)選使用鏡面加工了的基材。中間層3為包含組成不同的多個層的結構，在圖1中，例示有3a 3c的3層結構。 中間層以金屬系材料為主體。例如，在基材2的表面形成以Cr為主體的層3c，在其上形成以W為主體的層北，在其上形成以W及C為主體的層3a。在圖1中例示了 3層結構，但中間層3根據(jù)需要也可以包含1層、2層(參照圖7)、或4層以上的數(shù)量的層。鄰接于應力緩和層4的層3a通過以作為另一側鄰接的層北的主體的金屬和碳為主體，可以提高中間層3和應力緩和層4之間的密合性。例如，在層3a以W和C為主體的情況下，通過從以W為主體的中間層北側朝向以C為主體的應力緩和層4側，使W的含量減少，另一方面使C的含量增加(組成傾斜)，可以謀求進一步密合性的提高。應力緩和層4為以C為主體、其硬度從中間層3側向表面層5側連續(xù)或分級上升的傾斜層。具體而言，為通過在UBMS法中使用石墨靶使相對于基材的偏電壓連續(xù)或分級上升來進行成膜而得到的DLC傾斜層。硬度連續(xù)或分級上升，是因為DLC結構中的石墨結構 (SP2)與金剛石結構(SP3)的構成比率由于偏電壓的上升而偏于后者。表面層5為通過應力緩和層4的延長而形成的以DLC為主體的膜。另外，通過使結構中的氫含量降低，可以提高耐磨損性。為了形成這樣的DLC膜，例如可以使用如下方法 使用UBMS法，在用于濺射處理的原料及濺射氣體中不混入氫及含有氫的化合物。關于應力緩和層4及表面層5的成膜法，例示了使用UBMS法的情況，但只要為可以使硬度連續(xù)或分級變化的成膜法，就可以采用其它公知的成膜法。在硬質多層膜成型體1中，優(yōu)選使包含中間層3、應力緩和層4、表面層5的多層的膜厚的合計為0. 5 3. O μ m。如果膜厚的合計低于0. 5m，則耐磨損性及機械強度差，超過 3. O μ m時，容易剝離，因此不優(yōu)選。
對硬質多層膜成型體1而言，優(yōu)選其密合性為用洛氏硬度試驗機在利用150kg的載重的金剛石壓頭壓入時產生的壓痕周圍不產生剝離的程度。在此，“在壓痕周圍不產生剝離”例如是指圖3(a)所示那樣的狀態(tài)。本發(fā)明的硬質多層膜成型體的制造方法，包括以下工序(1)在基材2上形成中間層3的中間層形成工序、( 在中間層3上形成應力緩和層4的應力緩和層形成工序、(3) 在應力緩和層4上形成表面層5的表面層形成工序。(1)中間層形成工序，為在基材上形成以金屬系材料為主體的中間層的工序。作為金屬系材料，為了增加與基材2的密合性，在基材2中使用超硬合金材料或鐵系材料的情況下，優(yōu)選含有與該基材2的親合性好的選自Cr、Al、W、Ta、Mo、Nb、Si、Ti中的1種以上金屬。更優(yōu)選為Cr及W。成膜法沒有特別的限定，由于能夠連續(xù)進行以下的各層的形成，因此優(yōu)選采用UBMS法、逐次替換靶而連續(xù)成膜為中間層3、應力緩和層4、表面層5。需要說明的是，在UBMS法中，在形成組成傾斜0種)的中間層的情況下，可以使用2種靶，調整施加在各個靶上的濺射功率，由此使組成比傾斜。(2)應力緩和層形成工序，為在UBMS法中使用石墨靶、使相對于基材的偏電壓連續(xù)或分級上升而形成應力緩和層(傾斜層)4的工序。在該工序中，優(yōu)選將使偏電壓分級變化的情況下的步長設為50V以下(例如25V、50V)。通過將步長設為50V以下，可以使應力緩和層4的密度及硬度微小地分級變化、可以使密合性提高。步長超過50V時，恐怕密合性差、引起應力緩和層內的剝離等。(3)表面層形成工序，為使用UBMS法、使用固體靶的石墨靶作為碳供給源而形成以DLC為主體的膜的工序。作為濺射氣體，可以使用He、Ar、Xe等的惰性氣體。惰性氣體成分可以單獨使用，或混合2種以上使用。在該工序中優(yōu)選施加相對于基材的偏電壓為250V 以上而進行成膜。通過將偏電壓設為250V以上，Ar等的惰性氣體離子的輔助效果提高，使與基材的碰撞能量增大，由此可以形成致密高硬度的耐磨損性優(yōu)異的DLC膜(參照后述的表2及圖6)。予以說明的是，通過不使用作為氫供給源的甲烷氣體等的烴系氣體作為濺射氣體，可以提高DLC膜的耐磨損性。使用圖4所示的示意圖對使用了 UBMS裝置的UBMS法的成膜原理進行說明。如圖 4所示，在圓形靶15的中心部和周邊部配置具有不同的磁特性的內側磁鐵14a、外側磁鐵 14b，一邊在靶15附近形成高密度等離子體19，一邊由上述磁鐵14a、14b產生的磁力線16 的一部分16a到達與偏電壓電源11連接的基材12附近?？梢缘玫綖R射時產生的Ar等離子體沿該磁力線16a擴散至基材12附近的效果。通過這樣的UBMS法，Ar離子17及電子沿到達基材12附近的磁力線16a，與通常的濺射相比使離子化了的靶18更多地到達基材12， 通過上述離子輔助效果，可以成膜為致密的膜(層)13。在中間層形成工序、應力緩和層形成工序、及表面層形成工序中，使用對應各自的靶15。以下示出實施例及比較例。各實施例及比較例中使用的基材、UBMS裝置、濺射氣體、多層膜形成條件以下所示。(1)基材鏡面(Ra = 0. 005 μ m 左右)30mm 見方、厚度 5mm 的 SUS440C(2) UBMS裝置神戶制鋼所制；UBMS202/AIP復合裝置(3)濺射氣體Ar氣體(4)中間層形成條件
Cr層抽真空至5 X lO^Pa左右，用加熱器在規(guī)定的溫度下烘烤基材，用Ar等離子體將基材表面蝕刻后，用UBMS法形成Cr層。W層抽真空至5 X IO-3Pa左右，用加熱器在規(guī)定的溫度下烘烤基材，用Ar等離子體將基材表面蝕刻后，用UBMS法形成W層。W-C層調整施加在W和石墨上的濺射功率，使W和C的組成比傾斜。(5)應力緩和層(傾斜層)形成條件傾斜層以一定功率進行濺射，以以下所示的步長使DC偏電壓變化而使膜密度傾斜。偏電壓的步長將從開始到終點的達到偏電壓為止的之間，作為使其分級變化的電壓的幅度，從25V、50V、100V的3種中選擇。各步長維持時間5分鐘(6)最表面層形成條件成膜時間180分鐘將UBMS202/AIP復合裝置的概要示于圖5。圖5是具備電弧離子鍍敷(以下，記為 AIP)功能的UBMS裝置的示意圖。如圖5所示，UBMS202/AIP復合裝置，為具備以下功能的裝置相對于配置在圓盤21上的基材22，利用真空電弧放電，將AI P蒸發(fā)源材料20瞬間蒸汽化·離子化，使其堆積在基材22上而成膜為被膜的AIP功能；將濺射蒸發(fā)源材料(靶)23、 24通過非平衡的磁場，提高基材22附近的等離子體密度而增大離子輔助效果，由此可以控制堆積在基材上的被膜的特性的UBMS功能。通過該裝置，可以在基材上成膜為任意地組合了 AIP被膜及多個UBMS被膜(含組成傾斜)的復合被膜。實施例1 7、實施例18、實施例19及比較例2將用丙酮進行超聲波清洗、使其干燥了的上述基板，以上述中間層形成條件形成表1所示的中間層。接著，用上述傾斜層形成條件的25V步長形成傾斜層。最后用表1所示的DLC膜的基板偏電壓進行180分鐘成膜，形成DLC膜，得到硬質多層膜成型體的試驗片。測定得到的試驗片的膜厚，同時將該試驗片供于以下所示的洛氏壓痕試驗和摩擦試驗， 評價密合性及耐磨損性。將結果一并記于表1。〈洛氏壓痕試驗〉對將金剛石壓頭用150kg的載重壓入試驗片基材時、其壓痕周圍的剝離產生狀況進行觀察。對于觀察所得的剝離產生狀況通過圖3所示的評價標準來評價試驗片的密合性。如果剝離產生量如圖3(a)所示為輕微，則評價為密合性優(yōu)異，記錄為“A”標記，在剝離如圖3(b)所示部分產生的情況下，則評價為密合性充分，記錄為“B”標記，在果剝離如圖 3 (c)所示在整個周圍產生的情況下，則評價為密合性差，記錄為“C”標記。<摩擦試驗>將得到的試驗片使用圖2所示的摩擦試驗機進行摩擦試驗。圖2(a)表示正面圖、 圖2 (b)表示側面圖。將表面粗糙度Ra為0. 01 μ m以下、維氏硬度Hv為780的SUJ2淬火鋼作為對偶材料(相手材)7安裝于旋轉軸，將試驗片6固定于臂部8而從圖上方施加規(guī)定的載重9，在赫茲( > 7 )的最大接觸面壓0. 5GPa、室溫(25°C )下，以0. 05m/s的旋轉速度使對偶材料7旋轉了 60分鐘時，將在對偶材料7和試驗片6之間產生的摩擦力通過測力傳感器10進行檢測。由此，算出比磨損量。在比磨損量低于100 X ΙΟ,πιπι3/(N· m)的情況下，記錄為“A”標記，在比磨損量為100 X IO-1W/(N ·πι)以上、300 X IO-ltWi3/(N· m)以下的情況下，記錄為“B”標記，在比磨損量超過300 X IO-1W/ (N · m)的情況下，記錄為“C”標記。實施例8 14將用丙酮進行超聲波清洗、使其干燥了的上述基板，以上述中間層形成條件形成表1所示的中間層。接著，用上述傾斜層形成條件的50V步長形成傾斜層。最后用表1所示的DLC膜的基板偏電壓進行成膜180分鐘，形成DLC膜，得到硬質多層膜成型體的試驗片。測定得到的試驗片的膜厚，同時將該試驗片供于上述的洛氏壓痕試驗和摩擦試驗，評價密合性及耐磨損性。將結果一并記于表1。實施例15及實施例17除相對于ArlOO體積份以表1所示的比例并用甲烷氣體作為濺射氣體以外，進行與實施例1同樣的處理及評價。將結果一并記于表1。實施例16將用丙酮進行超聲波清洗、使其干燥了的上述基板，以上述中間層形成條件形成表1所示的中間層。接著，用上述傾斜層形成條件的100V步長形成傾斜層。最后用表1所示的DLC膜的基板偏電壓進行成膜180分鐘，形成DLC膜，得到硬質多層膜成型體的試驗片。測定得到的試驗片的膜厚，同時將該試驗片供于上述的洛氏壓痕試驗和摩擦試驗，評價密合性及耐磨損性。將結果一并記于表1。比較例1將用丙酮進行超聲波清洗、干燥了的上述基板，用上述中間層形成條件形成表1 所示的中間層。接著，用表1所示的DLC膜的基板偏電壓進行成膜180分鐘，形成DLC膜， 得到硬質多層膜成型體的試驗片。測定得到的試驗片的膜厚，同時將該試驗片供于上述的洛氏壓痕試驗和摩擦試驗，評價密合性及耐磨損性。將結果一并記于表1。比較例3在用丙酮進行超聲波清洗、干燥了的上述基板上，用表1所示的DLC膜的基板偏電壓進行成膜180分鐘，形成DLC膜，得到硬質多層膜成型體的試驗片。測定得到的試驗片的膜厚，同時將該試驗片供于上述的洛氏壓痕試驗和摩擦試驗，評價密合性及耐磨損性。將結果一并記于表1。[表1]
權利要求
1.一種硬質多層膜成型體，其是在基材的表面形成多層的膜而成的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述多層的膜包含(1)作為該多層的表面層而形成的、以類金剛石碳為主體的膜；( 在該表面層和所述基材之間形成的、以金屬系材料為主體的中間層；(3)在該中間層和所述表面層之間形成的以碳為主體的應力緩和層，所述應力緩和層為其硬度從所述中間層側向所述表面層側連續(xù)或分級上升的傾斜層。
2.如權利要求1所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述表面層僅使用石墨靶作為碳供給源、使用非平衡磁控濺射法進行成膜而成。
3.如權利要求1所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述中間層為包含組成不同的多個層的結構，一側與所述應力緩和層鄰接的層，是以金屬和碳為主體的層，所述金屬作為在另一側鄰接的層的主體。
4.如權利要求3所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述中間層為包含與所述基材鄰接的以鎢為主體的層、和一側與該層鄰接的同時另一側與所述應力緩和層鄰接的以碳及鎢為主體的層的2層結構。
5.如權利要求3所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述中間層為包含與所述基材鄰接的以鉻為主體的層、與該層鄰接的以鎢為主體的層、一側與該層鄰接的同時另一側與所述應力緩和層鄰接的以碳及鎢為主體的層的3層結構。
6.如權利要求1所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述多層的膜厚的合計為 0. 5 3· Ομπι。
7.如權利要求1所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述硬質多層膜成型體具有用洛氏硬度試驗機在利用150kg的載重的金剛石壓頭壓入時產生的壓痕周圍不產生剝離的密合性。
8.如權利要求1所述的硬質多層膜成型體，其特征在于，所述基材由超硬合金材料或鐵系材料構成。
9.一種硬質多層膜成型體的制造方法，其為用于制造權利要求1所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，該制造方法具有以下工序在基材上形成所述中間層的中間層形成工序、在所述中間層上形成所述應力緩和層的應力緩和層形成工序、在所述應力緩和層上形成所述表面層的表面層形成工序，所述表面層形成工序是使用非平衡磁控濺射法，使用石墨靶作為碳供給源來形成以類金剛石碳為主體的膜的工序，所述應力緩和層形成工序是使用非平衡磁控濺射法，使偏電壓連續(xù)或分級上升而形成所述傾斜層的工序。
10.如權利要求9所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，在所述表面層形成工序中，僅使用所述石墨靶作為碳供給源，不使用烴系氣體。
11.如權利要求9所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，在所述應力緩和層形成工序中，在使所述偏電壓分級上升的情況下的步長為50V以下。
12.如權利要求9所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，在所述表面層形成工序中，施加所述偏電壓為250V以上而進行成膜。
13.如權利要求9所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，在所述中間層形成工序中，使用至少含有鉻或鎢的金屬系材料來形成所述中間層。
14.如權利要求9所述的硬質多層膜成型體的制造方法，其特征在于，在所述非平衡磁控濺射法中，使用氬氣作為濺射氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硬質多層膜成型體及其制造方法，其中，上述硬質多層膜成型體具備與基材的密合性優(yōu)異的中間層和耐磨損性優(yōu)異的表面層即DLC膜，并且DLC膜和中間層之間不產生剝離，耐磨損性也優(yōu)異。上述硬質多層膜成型體為在由超硬合金材料或鐵系材料構成的基材的表面形成多層的膜而成的硬質多層膜成型體(1)，上述多層的膜包含(1)作為該多層的表面層(5)形成的以DLC為主體的膜、(2)在該表面層(5)和上述基材(2)之間形成的以金屬系材料為主體的中間層(3)、(3)在該中間層(3)和上述表面層(5)之間形成的以碳為主體的應力緩和層(4)。該應力緩和層(4)為硬度從中間層(3)側向表面層5側連續(xù)或分級上升的DLC傾斜層。
文檔編號B23B27/14GK102216487SQ20098014306
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權日2008年10月29日
發(fā)明者伊藤直子, 佐藤洋司, 大平晃也, 筒井英之 申請人:Ntn株式會社