皮膜密着性に優れた被覆部材およびその製造方法
【課題】 皮膜密着性に優れた表面被覆部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 母材の表面に物理蒸着によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜とからなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たす皮膜密着性に優れた被覆部材である。１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５であることが好ましい。
【解決手段】 母材の表面に物理蒸着によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜とからなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たす皮膜密着性に優れた被覆部材である。１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品や金型等に適用される皮膜密着性に優れた硬質皮膜を有する被覆部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種金属からなる自動車部品や金型などへの表面処理は、硬質皮膜としてクロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜などが用いられてきた。近年、これらの皮膜に換えて摺動特性と耐摩耗特性に優れているダイヤモンドライクカーボン皮膜の適用が提案されるようになってきた。しかし、ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、クロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜よりも皮膜密着性が乏しいため、そのダイヤモンドライクカーボン自体が持つ優れた摺動特性が十分に発揮されていないという問題があった。
【０００３】
この問題に対して、特許文献１には、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を向上させる手法として、母材表面にチタンを含む層と、ダイヤモンドライクカーボンの最表層とを有する皮膜構造でなり、母材表面のチタン層と最表層との間に、チタンおよび炭化チタンの少なくとも一種と、ダイヤモンドライクカーボンとの比率を連続的に変化させた混合傾斜皮膜を形成した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３７５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記する、混合傾斜皮膜の上にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成する硬質皮膜構造は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜を単層で形成するよりも密着性が改善され、優れた摺動特性と耐摩耗特性を兼ね備える。
しかし、本発明者の検討によると、クロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜に比べてはその密着性は十分ではない場合もあり、密着性の改善に余地があった。そこで本発明は、上記の課題に鑑み、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を大きく改善した被覆部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を改善するために詳細な検討を重ねた。その結果、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間に、チタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成するとともに、その混合傾斜皮膜中の被覆条件を見直すことで、チタンと炭素の存在形態が適正化され、密着性が飛躍的に改善できることを突きとめた。
【０００７】
すなわち本発明は、母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜からなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たす皮膜密着性に優れた摺動部材である。
【０００８】
更には、１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５の関係を満たすことが好ましい。また、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることが好ましい。
【０００９】
上述した本発明の被覆部材の製造方法には、物理蒸着法によって、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材の温度を室温以上２５０℃以下に維持して母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成し、該混合傾斜皮膜の形成工程の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させないか、もしくは、増加率を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とし、次いで炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することが好ましい。更には、母材の温度を室温以上２３０℃以下に維持することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりもダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性に優れた被覆部材を提供できるため、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の本来有する優れた摺動特性や耐摩耗特性を有効に利用することができ、被覆部材として利用される自動車部品や金型の特性改善に有効な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例での混合傾斜皮膜の被覆工程における、炭素ターゲットへの投入電力チャートを示す。
【図２】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図３】実施例の本発明例部材Ｎｏ．２について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図４】実施例の従来例部材Ｎｏ．７について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図５】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、スクラッチ荷重４０Ｎと６０Ｎ地点でのスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【図６】実施例の従来例部材Ｎｏ．７について、スクラッチ荷重４０Ｎと６０Ｎ地点でのスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【図７】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、その皮膜密着性の評価試験結果（ロックウェル圧痕周辺の状態）の顕微鏡写真を示す。
【図８】実施例の比較例部品Ｎｏ．１０について、その皮膜密着性の評価試験結果（ロックウェル圧痕周辺の状態）の顕微鏡写真を示す。
【図９】実施例で用いた、ロックウェル硬さ試験機を応用した密着性評価試験の、剥離発生状況の評価基準を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の最大の特徴は、母材上に被覆されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記述する）皮膜と、母材との間には、該ＤＬＣ皮膜側に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を被覆した上では、その混合傾斜皮膜の被覆条件を見直すことで、その混合傾斜皮膜中のチタンと炭素の濃度比率および炭素の結合状態を改善し、皮膜密着性を飛躍的に向上させた点にある。
【００１３】
ＤＬＣ皮膜は、炭素または炭素と水素から成る皮膜組成であるため、混合傾斜皮膜を適用しない場合、母材との親和性が低く、密着性が乏しくなる。そのため、母材側からＤＬＣ皮膜に向かって、チタン成分含有量を減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を設けることで密着性の改善が図られる。そして、この混合傾斜皮膜とその上に被覆される金属元素等を含有しない単層からなるＤＬＣ皮膜との密着性を向上するためには、ＤＬＣ皮膜と混合傾斜皮膜中の炭素が同じＤＬＣ構造を取るのが好ましい。しかし、実質炭素からなるＤＬＣ構造にその炭素以外の、例えばＤＬＣを形成しない余剰な炭素が含まれると、そのＤＬＣ結合状態は不安定となる。
そこで、ＤＬＣ皮膜と混合傾斜皮膜との密着性を改善するには、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンを斬減させていることに加えて、混合傾斜皮膜内においてＤＬＣを形成しない余剰な炭素こそを低減する必要がある。
なお、上記の混合傾斜皮膜において母材との密着性を確保する上では、母材側のチタン濃度が十分に高いことが好ましい。そのため、母材直上には母材密着性に優れた炭素を含まないチタンのみの成分組成からなる皮膜を被覆することがより好ましいものとなる。
【００１４】
本発明者は検討により、密着性に優れた具体的な皮膜形態が、膜厚方向のグロー放電発光分光分析（以下、ＧＤ−ＯＥＳと記述する）によるチタンと炭素のピーク強度で特定できることを突きとめた。つまり、母材からＤＬＣ皮膜に向かってチタン含有量を減少させた混合傾斜皮膜において、その前段でのチタン濃度と、その後段での炭素濃度およびＤＬＣ結合状態とがＧＤ−ＯＥＳの結果に反映されるため、この値を制御することで皮膜密着性に優れた硬質皮膜を得ることができたのである。以下、詳しく説明する。
【００１５】
ＧＤ−ＯＥＳは、グロー放電領域のカソードスパッタリングを用いて、硬質皮膜を表面から順次スパッタリングし、スパッタされた皮膜構成原子のＡｒプラズマ中における発光を分光測定する手法であり、膜厚に対する該含有元素の同定が可能である。また、皮膜表面をスパッタリングして行うため、皮膜組成の結合状態により発光強度が左右される。そして、混合傾斜皮膜中の炭素のうち、その結合構造がＤＬＣではない炭化物やフリーカーボンであるものは結合状態が不安定であるため、スパッタリングされやすく、炭素の発光強度が大きくなる。
よって、ＧＤ−ＯＥＳによる混合傾斜皮膜中の発光強度の内、その前段に現れるチタンの最大発光強度ピークと、その後段に現れる炭素の最大発光強度ピークを調節することで、混合傾斜皮膜のチタンと炭素の濃度分布および結合状態を制御することができる。
しかし、最大発光強度ピークは、形状や測定条件等の影響を受け易いため、同一の試料であってもその値が変動する場合があり、各々の最大発光強度ピークの値で皮膜特性を定量的に管理することは困難である。しかし、個々のピーク強度の値は変動するにしても、相対強度は実質変化しない。
そこで、本発明者は、ＧＤ−ＯＥＳにおいて、測定条件等の影響は受けない相対強度、つまり、混合傾斜皮膜での炭素の最大発光強度ピークと、チタンの最大発光強度ピークの比で管理することで、測定条件等の影響を受けずに皮膜特性を定量的に把握できることを見出した。そして、その値を所定の範囲に制御することにより、混合傾斜皮膜と母材およびＤＬＣ皮膜との密着性を改善できることを見出し、密着性の優れた表面被覆部品を発明するに至った。
【００１６】
具体的には、本発明においては、混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たすようにする。より好ましくは、１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５とする。
ここで、チタンは発光強度が低い元素種である。そのために便宜上チタンの最大強度を１０倍した値を用いた。
Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が２．０以上の場合には、ＤＬＣを構成していない炭素含有量が多すぎるため、混合傾斜皮膜中の後段で安定なＤＬＣ構造が少なく、すなわち、ＤＬＣ皮膜との密着性が低下する。あるいは、前段のチタン含有量が少なくなるか、前段に余剰な炭素が多くなるかして母材との密着性が低下する。
Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が１．２以下の場合には、混合傾斜皮膜の前段でチタン量を富化したとしても（炭素を含まないチタン領域を形成したとしても）、皮膜中のＤＬＣを構成する炭素量自体が不足するため、密着性が低くなる。
【００１７】
本発明のチタンと炭素の最適な混合傾斜皮膜を形成することにより、ＤＬＣ皮膜の密着性は飛躍的に向上し、その最表層に皮膜硬さＨＶ４０００にも達するＤＬＣ皮膜を被覆した場合にも、十分な密着性が確保できる。
摺動部材として本発明の被覆部材を適用した場合、高面圧の条件にて摺動する環境である場合には、コーティング被覆する仕事面に摩耗が進行し易い。よって、ＤＬＣ皮膜が有する優れた摺動特性と、高面圧の使用環境にて耐摩耗性を向上させるために、摺動部材に被覆するＤＬＣ皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることが好ましい。より好ましくはＨＶ２０００〜４０００である。
【００１８】
本発明の硬質皮膜はスパッタリング法やアークイオンプレーティング法による物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆できる。
そして、そのうち、混合傾斜皮膜の被覆工程においては、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成する。この時、母材の温度を２５０℃以下に保持することが必要である。なお、母材は室温未満に冷却する必要はない。母材の温度が高いと、他の条件を変えても、本発明で規定するピーク強度比は得られず、密着性は改善されない。この原因は母材の温度を２５０℃以下に保持するのは、それよりも高温だとＤＬＣ構造が崩れ密着性が低下するためと考えられる。より好ましくは２３０℃以下に保持する。母材の温度は、ターゲットへの投入電力等で調整することができる。一定の成膜レートを確保するために、２１０℃以上で成膜することが好ましい。
【００１９】
更に、本発明では、母材の温度を２５０℃以下に保持した上では、混合傾斜皮膜の被覆工程の後段における炭素ターゲットへの電力の投入方法が極めて重要となる。
つまり、混合傾斜皮膜の後段では、炭素ターゲットへの投入電力を増加させずに一定に保持する。チタンターゲットへの投入電力を減少させていく一方で炭素ターゲットへの投入電力を増加させないのは、余剰な炭素が含有されることを抑制して、後段での混合傾斜皮膜とＤＬＣ皮膜の炭素結合状態を安定にし、皮膜の密着性を改善するためである。
【００２０】
あるいは、混合傾斜皮膜の後段で炭素ターゲットへの投入電力を上げる場合でも、余剰な炭素を含有させないために、炭素ターゲットへの投入電力を急激に上昇させないことが必要である。後段での炭素ターゲットへの電力の増加量が急激になると、混合傾斜皮膜の後段で余剰な炭素が含有され過ぎて、ＤＬＣ皮膜との密着性が低下する。そのため、混合傾斜皮膜の形成の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力の増加量を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とする。
【００２１】
また、混合傾斜皮膜の前段でも、余剰な炭素が含有されて母材との密着性が低下しないように、炭素ターゲットへの投入電力を急激に上昇させないことが好ましい。そのため、チタンターゲットへの投入電力を減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力の増加量を０．２５ｋＷ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００２２】
本発明においては、炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することができる。
また、混合傾斜皮膜の形成工程の前段においては、その開始時において炭素ターゲットを作動させずにチタン金属のみからなる領域を被覆することが好ましい。
本発明においては、混合傾斜皮膜の形成工程の前段とは、炭素ターゲットへの電力投入開始時から混合傾斜皮膜の被覆完了までに要する総時間の半分より前の被覆工程を示す。混合傾斜皮膜の形成工程の後段とは、その半分よりも後の被覆工程を示す。
【００２３】
本発明に供する母材は、その材質について特段に定めるものではないが、例えば冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼および超硬合金等が使用できる。特には工具鋼が好ましい。これについては、ＪＩＳ等による規格金属種（鋼種）を含め、従来摺動部品への使用が可能な鋼種として提案されてきた改良鋼種も適用できる。
【実施例】
【００２４】
［試料作製］
表面処理を行う母材として、硬さ６４ＨＲＣに調整したＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の円盤状試験片（直径２０ｍｍ×厚み５ｍｍ）を準備した。これらの試験片平面を鏡面機械研磨した後、アルカリ超音波洗浄を行った。上記のように作製した母材を、チャンバ容積が１．４ｍ３（処理品の挿入空間は０．３ｍ３）のスパッタリング装置内に設置して、温度３００℃、圧力１×１０−３Ｐａの真空中で加熱脱ガスを十分行った後、３００℃の温度において、母材へ印加するＢｉａｓ電圧を−３００Ｖにして、２．０Ｐａの圧力でアルゴンガスプラズマによるボンバード処理を１０分間行った。
【００２５】
そして、母材を同チャンバ内に維持した状態のままで、チタンターゲットと炭素ターゲットを用いた非平衡マグネトロンスパッタリング法により、試料Ｎｏ．１〜１２の硬質皮膜のコーティングを行った。
混合傾斜皮膜の被覆工程では、最初にチタンターゲットのみに２分間の電力印加をして、チタン金属のみでなる領域を形成した。なお、その際にはチタンターゲットへ投入する電力は試料Ｎｏ．８では１０ｋＷとした以外では、５ｋＷとした。そしてチタンターゲットへの投入電力は漸減させる一方で、炭素ターゲットを稼動させ、その投入電力を漸増させて、チタンと炭素の混合傾斜皮膜を被覆した。
なお、チタンターゲットへの投入電力は、炭素ターゲットに電力投入を開始すると同時に漸減させていき、混合傾斜皮膜の被覆終了時に投入電力が０になるようにした。
【００２６】
続いて、炭素ターゲットへの投入電力について説明する。図１には混合傾斜皮膜の被覆工程における、炭素ターゲットへの投入電力チャートを示す。
試料Ｎｏ．１、４、５、１０、１１は、混合傾斜皮膜の被覆開始から４５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して４５分間被覆した。
試料Ｎｏ．３は、混合傾斜皮膜の被覆開始から１５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して１５分間被覆した。
試料Ｎｏ．６は、混合傾斜皮膜の被覆開始から３０分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して３０分間被覆した。
試料Ｎｏ．９は、混合傾斜皮膜の被覆開始から４５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから１５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を１５ｋＷと一定に保持して４５分間被覆した。
試料Ｎｏ．２、７、８、１２は、その後段においても炭素ターゲットへの投入電力を増加させて被覆した。
また、表１にはその一連の混合傾斜皮膜被覆時の母材に印加したＢｉａｓ電圧と母材の温度を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
そして、混合傾斜皮膜の被覆後は、炭素ターゲットのみ稼動させ、各試料の最表層に皮膜硬さ約ＨＶ３０００を有するＤＬＣ皮膜を被覆し、総皮膜厚さが２．０μｍになるように調節した。
【００２９】
（１）ＧＤ−ＯＥＳ
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面から母材にかけてＧＤ−ＯＥＳによる構造分析を行った。分析には、スパッタリング用ガスとしてＡｒを用いて、圧力６００Ｐａ、出力３５Ｗ、モジュール６Ｖ、フェーズ４Ｖ、アノード径４ｍｍにて行った。そして、その分析結果から、チタン量が検出される領域で定義される混合傾斜皮膜において、それぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとし、Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の比率を算出した。試料Ｎｏ．１、２、７のＧＤ−ＯＥＳ分析結果を図２〜４に示す。
【００３０】
（２）スクラッチ皮膜密着性評価
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面（ＤＬＣ皮膜）に対し、スクラッチ試験機（ＣＳＭ製ＲＳＴ）でＣスケールのダイヤモンド圧子を用いて、測定荷重９９．２５Ｎ／ｍｉｎ、１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で１２０Ｎまでの試験を行った。そして、スクラッチ痕から発生するクラックを確認し、クラック発生初期の臨界荷重値を評価した。図５、６にその測定加重が４０Ｎ及び６０Ｎの時の試料Ｎｏ．１、７のスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【００３１】
（３）皮膜密着性の評価
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面（ＤＬＣ皮膜）に対し、ロックウェル硬さ試験機（ミツトヨ製ＡＲ−１０）でＣスケールのダイヤモンド圧子を用いて圧痕を付けた。そして、その圧痕部位を光学顕微鏡にて観察することで皮膜の密着性を評価した。圧痕の周辺に発生する剥離状況は図９に示す基準で評価し、皮膜密着性の優劣（優：Ａ←→劣：Ｆ）を調査した。図７、８に試料Ｎｏ．１、１０のロックウェル圧痕周辺の顕微鏡写真を示す。
【００３２】
表２にＧＤ−ＯＥＳの分析結果とスクラッチ皮膜密着性およびロックウェル圧痕による密着性の評価結果を示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
本発明の部材である試料Ｎｏ．１〜６は、ロックウェル圧痕試験での剥離はほとんど無く、皮膜への負荷が大きいスクラッチ試験では、４０Ｎよりも高い良好な密着性を示し、混合傾斜皮膜層のＩｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が１．３６〜１．９１であった。
中でも、母材の温度を２３０℃以下とし、混合傾斜皮膜の形成工程の後段において、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させずに一定に保持して作製した試料Ｎｏ．１、３、６は、ロックウェル圧痕による剥離は全く無く、かつスクラッチ密着性も６０Ｎ以上と、密着性が極めて優れた。
従来例である試料Ｎｏ．７、１２は、その混合傾斜皮膜の形成工程の前段においては、母材との密着性に優れるチタン領域を形成しているにもかかわらず、その直後には炭素ターゲットの投入電力を急激に増加しているため（図４においてチタン最大ピークが低いのはこのためである）、負荷が大きいスクラッチ密着性の臨界荷重値は本発明の部材より低く、Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が本発明よりも高くなった。
比較例である試料Ｎｏ．８〜１１は、本発明の部材より密着性が低下しており、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の範囲を外れていた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の被覆部材は、自動車部品や金型等に適用することができる。例えば自動車部品の場合、バルブリフターやニードル、パワーステアリング用のベーン、またはプランジャーへの適用が考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品や金型等に適用される皮膜密着性に優れた硬質皮膜を有する被覆部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種金属からなる自動車部品や金型などへの表面処理は、硬質皮膜としてクロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜などが用いられてきた。近年、これらの皮膜に換えて摺動特性と耐摩耗特性に優れているダイヤモンドライクカーボン皮膜の適用が提案されるようになってきた。しかし、ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、クロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜よりも皮膜密着性が乏しいため、そのダイヤモンドライクカーボン自体が持つ優れた摺動特性が十分に発揮されていないという問題があった。
【０００３】
この問題に対して、特許文献１には、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を向上させる手法として、母材表面にチタンを含む層と、ダイヤモンドライクカーボンの最表層とを有する皮膜構造でなり、母材表面のチタン層と最表層との間に、チタンおよび炭化チタンの少なくとも一種と、ダイヤモンドライクカーボンとの比率を連続的に変化させた混合傾斜皮膜を形成した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３７５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記する、混合傾斜皮膜の上にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成する硬質皮膜構造は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜を単層で形成するよりも密着性が改善され、優れた摺動特性と耐摩耗特性を兼ね備える。
しかし、本発明者の検討によると、クロム系窒化物膜やチタン系窒化物膜に比べてはその密着性は十分ではない場合もあり、密着性の改善に余地があった。そこで本発明は、上記の課題に鑑み、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を大きく改善した被覆部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性を改善するために詳細な検討を重ねた。その結果、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間に、チタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成するとともに、その混合傾斜皮膜中の被覆条件を見直すことで、チタンと炭素の存在形態が適正化され、密着性が飛躍的に改善できることを突きとめた。
【０００７】
すなわち本発明は、母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜からなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たす皮膜密着性に優れた摺動部材である。
【０００８】
更には、１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５の関係を満たすことが好ましい。また、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることが好ましい。
【０００９】
上述した本発明の被覆部材の製造方法には、物理蒸着法によって、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材の温度を室温以上２５０℃以下に維持して母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成し、該混合傾斜皮膜の形成工程の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させないか、もしくは、増加率を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とし、次いで炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することが好ましい。更には、母材の温度を室温以上２３０℃以下に維持することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりもダイヤモンドライクカーボン皮膜の密着性に優れた被覆部材を提供できるため、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の本来有する優れた摺動特性や耐摩耗特性を有効に利用することができ、被覆部材として利用される自動車部品や金型の特性改善に有効な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例での混合傾斜皮膜の被覆工程における、炭素ターゲットへの投入電力チャートを示す。
【図２】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図３】実施例の本発明例部材Ｎｏ．２について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図４】実施例の従来例部材Ｎｏ．７について、その硬質皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示す。
【図５】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、スクラッチ荷重４０Ｎと６０Ｎ地点でのスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【図６】実施例の従来例部材Ｎｏ．７について、スクラッチ荷重４０Ｎと６０Ｎ地点でのスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【図７】実施例の本発明例部材Ｎｏ．１について、その皮膜密着性の評価試験結果（ロックウェル圧痕周辺の状態）の顕微鏡写真を示す。
【図８】実施例の比較例部品Ｎｏ．１０について、その皮膜密着性の評価試験結果（ロックウェル圧痕周辺の状態）の顕微鏡写真を示す。
【図９】実施例で用いた、ロックウェル硬さ試験機を応用した密着性評価試験の、剥離発生状況の評価基準を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の最大の特徴は、母材上に被覆されたダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記述する）皮膜と、母材との間には、該ＤＬＣ皮膜側に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を被覆した上では、その混合傾斜皮膜の被覆条件を見直すことで、その混合傾斜皮膜中のチタンと炭素の濃度比率および炭素の結合状態を改善し、皮膜密着性を飛躍的に向上させた点にある。
【００１３】
ＤＬＣ皮膜は、炭素または炭素と水素から成る皮膜組成であるため、混合傾斜皮膜を適用しない場合、母材との親和性が低く、密着性が乏しくなる。そのため、母材側からＤＬＣ皮膜に向かって、チタン成分含有量を減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を設けることで密着性の改善が図られる。そして、この混合傾斜皮膜とその上に被覆される金属元素等を含有しない単層からなるＤＬＣ皮膜との密着性を向上するためには、ＤＬＣ皮膜と混合傾斜皮膜中の炭素が同じＤＬＣ構造を取るのが好ましい。しかし、実質炭素からなるＤＬＣ構造にその炭素以外の、例えばＤＬＣを形成しない余剰な炭素が含まれると、そのＤＬＣ結合状態は不安定となる。
そこで、ＤＬＣ皮膜と混合傾斜皮膜との密着性を改善するには、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンを斬減させていることに加えて、混合傾斜皮膜内においてＤＬＣを形成しない余剰な炭素こそを低減する必要がある。
なお、上記の混合傾斜皮膜において母材との密着性を確保する上では、母材側のチタン濃度が十分に高いことが好ましい。そのため、母材直上には母材密着性に優れた炭素を含まないチタンのみの成分組成からなる皮膜を被覆することがより好ましいものとなる。
【００１４】
本発明者は検討により、密着性に優れた具体的な皮膜形態が、膜厚方向のグロー放電発光分光分析（以下、ＧＤ−ＯＥＳと記述する）によるチタンと炭素のピーク強度で特定できることを突きとめた。つまり、母材からＤＬＣ皮膜に向かってチタン含有量を減少させた混合傾斜皮膜において、その前段でのチタン濃度と、その後段での炭素濃度およびＤＬＣ結合状態とがＧＤ−ＯＥＳの結果に反映されるため、この値を制御することで皮膜密着性に優れた硬質皮膜を得ることができたのである。以下、詳しく説明する。
【００１５】
ＧＤ−ＯＥＳは、グロー放電領域のカソードスパッタリングを用いて、硬質皮膜を表面から順次スパッタリングし、スパッタされた皮膜構成原子のＡｒプラズマ中における発光を分光測定する手法であり、膜厚に対する該含有元素の同定が可能である。また、皮膜表面をスパッタリングして行うため、皮膜組成の結合状態により発光強度が左右される。そして、混合傾斜皮膜中の炭素のうち、その結合構造がＤＬＣではない炭化物やフリーカーボンであるものは結合状態が不安定であるため、スパッタリングされやすく、炭素の発光強度が大きくなる。
よって、ＧＤ−ＯＥＳによる混合傾斜皮膜中の発光強度の内、その前段に現れるチタンの最大発光強度ピークと、その後段に現れる炭素の最大発光強度ピークを調節することで、混合傾斜皮膜のチタンと炭素の濃度分布および結合状態を制御することができる。
しかし、最大発光強度ピークは、形状や測定条件等の影響を受け易いため、同一の試料であってもその値が変動する場合があり、各々の最大発光強度ピークの値で皮膜特性を定量的に管理することは困難である。しかし、個々のピーク強度の値は変動するにしても、相対強度は実質変化しない。
そこで、本発明者は、ＧＤ−ＯＥＳにおいて、測定条件等の影響は受けない相対強度、つまり、混合傾斜皮膜での炭素の最大発光強度ピークと、チタンの最大発光強度ピークの比で管理することで、測定条件等の影響を受けずに皮膜特性を定量的に把握できることを見出した。そして、その値を所定の範囲に制御することにより、混合傾斜皮膜と母材およびＤＬＣ皮膜との密着性を改善できることを見出し、密着性の優れた表面被覆部品を発明するに至った。
【００１６】
具体的には、本発明においては、混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たすようにする。より好ましくは、１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５とする。
ここで、チタンは発光強度が低い元素種である。そのために便宜上チタンの最大強度を１０倍した値を用いた。
Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が２．０以上の場合には、ＤＬＣを構成していない炭素含有量が多すぎるため、混合傾斜皮膜中の後段で安定なＤＬＣ構造が少なく、すなわち、ＤＬＣ皮膜との密着性が低下する。あるいは、前段のチタン含有量が少なくなるか、前段に余剰な炭素が多くなるかして母材との密着性が低下する。
Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が１．２以下の場合には、混合傾斜皮膜の前段でチタン量を富化したとしても（炭素を含まないチタン領域を形成したとしても）、皮膜中のＤＬＣを構成する炭素量自体が不足するため、密着性が低くなる。
【００１７】
本発明のチタンと炭素の最適な混合傾斜皮膜を形成することにより、ＤＬＣ皮膜の密着性は飛躍的に向上し、その最表層に皮膜硬さＨＶ４０００にも達するＤＬＣ皮膜を被覆した場合にも、十分な密着性が確保できる。
摺動部材として本発明の被覆部材を適用した場合、高面圧の条件にて摺動する環境である場合には、コーティング被覆する仕事面に摩耗が進行し易い。よって、ＤＬＣ皮膜が有する優れた摺動特性と、高面圧の使用環境にて耐摩耗性を向上させるために、摺動部材に被覆するＤＬＣ皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることが好ましい。より好ましくはＨＶ２０００〜４０００である。
【００１８】
本発明の硬質皮膜はスパッタリング法やアークイオンプレーティング法による物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆できる。
そして、そのうち、混合傾斜皮膜の被覆工程においては、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成する。この時、母材の温度を２５０℃以下に保持することが必要である。なお、母材は室温未満に冷却する必要はない。母材の温度が高いと、他の条件を変えても、本発明で規定するピーク強度比は得られず、密着性は改善されない。この原因は母材の温度を２５０℃以下に保持するのは、それよりも高温だとＤＬＣ構造が崩れ密着性が低下するためと考えられる。より好ましくは２３０℃以下に保持する。母材の温度は、ターゲットへの投入電力等で調整することができる。一定の成膜レートを確保するために、２１０℃以上で成膜することが好ましい。
【００１９】
更に、本発明では、母材の温度を２５０℃以下に保持した上では、混合傾斜皮膜の被覆工程の後段における炭素ターゲットへの電力の投入方法が極めて重要となる。
つまり、混合傾斜皮膜の後段では、炭素ターゲットへの投入電力を増加させずに一定に保持する。チタンターゲットへの投入電力を減少させていく一方で炭素ターゲットへの投入電力を増加させないのは、余剰な炭素が含有されることを抑制して、後段での混合傾斜皮膜とＤＬＣ皮膜の炭素結合状態を安定にし、皮膜の密着性を改善するためである。
【００２０】
あるいは、混合傾斜皮膜の後段で炭素ターゲットへの投入電力を上げる場合でも、余剰な炭素を含有させないために、炭素ターゲットへの投入電力を急激に上昇させないことが必要である。後段での炭素ターゲットへの電力の増加量が急激になると、混合傾斜皮膜の後段で余剰な炭素が含有され過ぎて、ＤＬＣ皮膜との密着性が低下する。そのため、混合傾斜皮膜の形成の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力の増加量を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とする。
【００２１】
また、混合傾斜皮膜の前段でも、余剰な炭素が含有されて母材との密着性が低下しないように、炭素ターゲットへの投入電力を急激に上昇させないことが好ましい。そのため、チタンターゲットへの投入電力を減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力の増加量を０．２５ｋＷ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００２２】
本発明においては、炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することができる。
また、混合傾斜皮膜の形成工程の前段においては、その開始時において炭素ターゲットを作動させずにチタン金属のみからなる領域を被覆することが好ましい。
本発明においては、混合傾斜皮膜の形成工程の前段とは、炭素ターゲットへの電力投入開始時から混合傾斜皮膜の被覆完了までに要する総時間の半分より前の被覆工程を示す。混合傾斜皮膜の形成工程の後段とは、その半分よりも後の被覆工程を示す。
【００２３】
本発明に供する母材は、その材質について特段に定めるものではないが、例えば冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼および超硬合金等が使用できる。特には工具鋼が好ましい。これについては、ＪＩＳ等による規格金属種（鋼種）を含め、従来摺動部品への使用が可能な鋼種として提案されてきた改良鋼種も適用できる。
【実施例】
【００２４】
［試料作製］
表面処理を行う母材として、硬さ６４ＨＲＣに調整したＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の円盤状試験片（直径２０ｍｍ×厚み５ｍｍ）を準備した。これらの試験片平面を鏡面機械研磨した後、アルカリ超音波洗浄を行った。上記のように作製した母材を、チャンバ容積が１．４ｍ３（処理品の挿入空間は０．３ｍ３）のスパッタリング装置内に設置して、温度３００℃、圧力１×１０−３Ｐａの真空中で加熱脱ガスを十分行った後、３００℃の温度において、母材へ印加するＢｉａｓ電圧を−３００Ｖにして、２．０Ｐａの圧力でアルゴンガスプラズマによるボンバード処理を１０分間行った。
【００２５】
そして、母材を同チャンバ内に維持した状態のままで、チタンターゲットと炭素ターゲットを用いた非平衡マグネトロンスパッタリング法により、試料Ｎｏ．１〜１２の硬質皮膜のコーティングを行った。
混合傾斜皮膜の被覆工程では、最初にチタンターゲットのみに２分間の電力印加をして、チタン金属のみでなる領域を形成した。なお、その際にはチタンターゲットへ投入する電力は試料Ｎｏ．８では１０ｋＷとした以外では、５ｋＷとした。そしてチタンターゲットへの投入電力は漸減させる一方で、炭素ターゲットを稼動させ、その投入電力を漸増させて、チタンと炭素の混合傾斜皮膜を被覆した。
なお、チタンターゲットへの投入電力は、炭素ターゲットに電力投入を開始すると同時に漸減させていき、混合傾斜皮膜の被覆終了時に投入電力が０になるようにした。
【００２６】
続いて、炭素ターゲットへの投入電力について説明する。図１には混合傾斜皮膜の被覆工程における、炭素ターゲットへの投入電力チャートを示す。
試料Ｎｏ．１、４、５、１０、１１は、混合傾斜皮膜の被覆開始から４５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して４５分間被覆した。
試料Ｎｏ．３は、混合傾斜皮膜の被覆開始から１５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して１５分間被覆した。
試料Ｎｏ．６は、混合傾斜皮膜の被覆開始から３０分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を５ｋＷと一定に保持して３０分間被覆した。
試料Ｎｏ．９は、混合傾斜皮膜の被覆開始から４５分間で、炭素ターゲットへの投入電力を３ｋＷから１５ｋＷに増加させ、その後、炭素の投入電力を１５ｋＷと一定に保持して４５分間被覆した。
試料Ｎｏ．２、７、８、１２は、その後段においても炭素ターゲットへの投入電力を増加させて被覆した。
また、表１にはその一連の混合傾斜皮膜被覆時の母材に印加したＢｉａｓ電圧と母材の温度を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
そして、混合傾斜皮膜の被覆後は、炭素ターゲットのみ稼動させ、各試料の最表層に皮膜硬さ約ＨＶ３０００を有するＤＬＣ皮膜を被覆し、総皮膜厚さが２．０μｍになるように調節した。
【００２９】
（１）ＧＤ−ＯＥＳ
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面から母材にかけてＧＤ−ＯＥＳによる構造分析を行った。分析には、スパッタリング用ガスとしてＡｒを用いて、圧力６００Ｐａ、出力３５Ｗ、モジュール６Ｖ、フェーズ４Ｖ、アノード径４ｍｍにて行った。そして、その分析結果から、チタン量が検出される領域で定義される混合傾斜皮膜において、それぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとし、Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の比率を算出した。試料Ｎｏ．１、２、７のＧＤ−ＯＥＳ分析結果を図２〜４に示す。
【００３０】
（２）スクラッチ皮膜密着性評価
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面（ＤＬＣ皮膜）に対し、スクラッチ試験機（ＣＳＭ製ＲＳＴ）でＣスケールのダイヤモンド圧子を用いて、測定荷重９９．２５Ｎ／ｍｉｎ、１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で１２０Ｎまでの試験を行った。そして、スクラッチ痕から発生するクラックを確認し、クラック発生初期の臨界荷重値を評価した。図５、６にその測定加重が４０Ｎ及び６０Ｎの時の試料Ｎｏ．１、７のスクラッチ痕形成後の顕微鏡写真を示す。
【００３１】
（３）皮膜密着性の評価
試料Ｎｏ．１〜１２の皮膜表面（ＤＬＣ皮膜）に対し、ロックウェル硬さ試験機（ミツトヨ製ＡＲ−１０）でＣスケールのダイヤモンド圧子を用いて圧痕を付けた。そして、その圧痕部位を光学顕微鏡にて観察することで皮膜の密着性を評価した。圧痕の周辺に発生する剥離状況は図９に示す基準で評価し、皮膜密着性の優劣（優：Ａ←→劣：Ｆ）を調査した。図７、８に試料Ｎｏ．１、１０のロックウェル圧痕周辺の顕微鏡写真を示す。
【００３２】
表２にＧＤ−ＯＥＳの分析結果とスクラッチ皮膜密着性およびロックウェル圧痕による密着性の評価結果を示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
本発明の部材である試料Ｎｏ．１〜６は、ロックウェル圧痕試験での剥離はほとんど無く、皮膜への負荷が大きいスクラッチ試験では、４０Ｎよりも高い良好な密着性を示し、混合傾斜皮膜層のＩｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が１．３６〜１．９１であった。
中でも、母材の温度を２３０℃以下とし、混合傾斜皮膜の形成工程の後段において、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させずに一定に保持して作製した試料Ｎｏ．１、３、６は、ロックウェル圧痕による剥離は全く無く、かつスクラッチ密着性も６０Ｎ以上と、密着性が極めて優れた。
従来例である試料Ｎｏ．７、１２は、その混合傾斜皮膜の形成工程の前段においては、母材との密着性に優れるチタン領域を形成しているにもかかわらず、その直後には炭素ターゲットの投入電力を急激に増加しているため（図４においてチタン最大ピークが低いのはこのためである）、負荷が大きいスクラッチ密着性の臨界荷重値は本発明の部材より低く、Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）の値が本発明よりも高くなった。
比較例である試料Ｎｏ．８〜１１は、本発明の部材より密着性が低下しており、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の範囲を外れていた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の被覆部材は、自動車部品や金型等に適用することができる。例えば自動車部品の場合、バルブリフターやニードル、パワーステアリング用のベーン、またはプランジャーへの適用が考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜とからなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たすことを特徴とする皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項２】
混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項３】
ダイヤモンドライクカーボン皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることを特徴とする請求項１ないし２に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項４】
母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜を被覆した被覆部材の製造方法であって、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材の温度を室温以上２５０℃以下に維持して母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成し、
該混合傾斜皮膜の形成工程の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させないか、もしくは、増加率を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とし、次いで炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することを特徴とする皮膜密着性に優れた被覆部材の製造方法。
【請求項５】
母材の温度を室温以上２３０℃以下に維持することを特徴とする請求項４に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材の製造方法。
【請求項１】
母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜が被覆された被覆部材であって、前記硬質皮膜は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、該ダイヤモンドライクカーボン皮膜と母材との間にあって、母材側から前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜に向かってチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜とからなり、該混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に、１．２＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜２．０の関係を満たすことを特徴とする皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項２】
混合傾斜皮膜中のチタン量と炭素量は、膜厚方向のグロー放電発光分光分析によるそれぞれの最大ピーク強度をＩＴｉ、Ｉｃとした時に１．３＜Ｉｃ／（ＩＴｉ×１０）＜１．５の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項３】
ダイヤモンドライクカーボン皮膜の硬度がＨＶ１５００〜４５００であることを特徴とする請求項１ないし２に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材。
【請求項４】
母材の表面に物理蒸着法によって硬質皮膜を被覆した被覆部材の製造方法であって、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用い、母材の温度を室温以上２５０℃以下に維持して母材側からチタンの含有量が減少していくチタンと炭素の混合傾斜皮膜を形成し、
該混合傾斜皮膜の形成工程の後段では、チタンターゲットへの投入電力は減少させていく一方で、炭素ターゲットへの投入電力は増加させないか、もしくは、増加率を０．１５ｋＷ／ｍｉｎ以下とし、次いで炭素ターゲットによりダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成することを特徴とする皮膜密着性に優れた被覆部材の製造方法。
【請求項５】
母材の温度を室温以上２３０℃以下に維持することを特徴とする請求項４に記載の皮膜密着性に優れた被覆部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２５９８２（Ｐ２０１１−２２５９８２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９８９４（Ｐ２０１１−６９８９４）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]