[發(fā)明專利]非晶質(zhì)碳系硬質(zhì)多層膜和表面上具有該膜的硬質(zhì)表面部件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710085469.X
• 申請日: 2007-03-07
• 公開（公告）號: CN101062602A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 山本兼司;松門克浩
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B9/00;C23C14/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 陳平

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有硬質(zhì)涂層的部件(硬質(zhì)表面部件)，比如機器的滑 移件和切削工具。

背景技術

非晶質(zhì)碳膜被稱為硬質(zhì)涂層。非晶質(zhì)碳具有介于彼此混合在一起的金 剛石和石墨碳之間的中間結(jié)構(gòu)，并且可以被稱作硬質(zhì)非晶質(zhì)碳、無定型碳、 硬質(zhì)無定型碳、i-碳或類金剛石碳(DLC)。由于非晶質(zhì)碳(下文中，有時被 稱作DLC)具有如金剛石那樣的高硬度，并且具有優(yōu)異的耐磨性、固體潤 滑能力，熱傳導性和化學穩(wěn)定性，因此，它被用于各種元件比如滑移件、 模具、切削工具、耐磨損機器零件、磨料以及磁/光元件用的保護膜。具體 地，在實踐上是通過利用非晶質(zhì)碳(DLC)的性質(zhì)比如化學惰性以及對有色 金屬的較低反應性，而使該非晶質(zhì)碳(DLC)用于鋁或銅材料用的切削工具 的涂層。然而，另一方面，非晶質(zhì)碳(DLC)膜的優(yōu)異化學穩(wěn)定性意味著該 膜對各種基材的粘合性低。

為了改善非晶質(zhì)碳(DLC)膜與基材之間的粘合性，有人提出在非晶質(zhì) 碳(DLC)膜與基材之間形成中間層(日本專利公開H8-74032(權(quán)利要求書和 第0007段)、日本專利公開2003-171758(權(quán)利要求書)等)。在日本專利公 開H8-74032(權(quán)利要求書和第0007段)中，當將碳在基材上蒸發(fā)時，使惰 性氣體輻照在基材上，由此形成含有基材材料(金屬或陶瓷)以及碳的混合 層(金屬碳化物層或陶瓷碳化物層)，然后再形成非晶質(zhì)碳(DLC)膜。日本專 利公開2003-171758(權(quán)利要求書)提出了一種具有4-層結(jié)構(gòu)的中間層，在該 中間層中，形成作為第一層的Cr/Al金屬層，然后形成作為第二層的Cr/Al 與W/Ta/Mo/Nb的混合金屬層，再形成作為第三層的W/Ta/Mo/Nb金屬層， 然后形成作為第四層的W/Ta/Mo/Nb碳化物層。在JP-A-8-74032(權(quán)利要求 書和第0007段)和JP-A-2003-171758(權(quán)利要求書)中的兩種碳化物層示出 了介于基材與非晶質(zhì)碳(DLC)膜之間的中間組成，其中粘附力是通過連續(xù) 改變從基材到非晶質(zhì)碳(DLC)膜的組成而得以改善的。

發(fā)明內(nèi)容

然而，在碳化物中間層中，非晶質(zhì)碳化物(例如，WC、TaC或MoC) 有時候在300至400℃的高溫下生長形成晶體，并且沉析在中間層內(nèi)，并 且在這種作為起始點的沉析部分可能發(fā)生分離。

理想的是，提供一種在高溫下具有優(yōu)異粘合性的非晶質(zhì)碳(DLC)膜。

此外，理想的是，提供一種在高負荷區(qū)域內(nèi)具有優(yōu)異粘合性的非晶質(zhì) 碳(DLC)膜。

作為深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當將氮化物或碳-氮化物用于中 間層時，即使在高溫下或在高負荷區(qū)域內(nèi)，非晶質(zhì)碳(DLC)膜的粘合性也 能夠得到改善，因而，完成了本發(fā)明的實施方案。

即，根據(jù)本發(fā)明實施方案的非晶質(zhì)碳系硬質(zhì)多層膜，其包含在基材側(cè) 形成的基底層、在表面?zhèn)刃纬傻谋砻鎸右约霸诨讓优c表面層之間形成的 組成變化層，被歸納為：

所述基底層包含下式(1)所示的元素M的氮化物或碳-氮化物，

所述表面層包含含有50原子％或更高的C的非晶質(zhì)碳膜，以及

所述組成變化層是從基底層到非晶質(zhì)碳膜，元素M和氮減少而碳增加 的層：

M_1-x-yC_xN_y...(1)，

(其中，M是選自元素周期表中的4A族元素、5A族元素、6A族元素、 Al和Si中的至少一種元素，而式中的x和y表示原子比，并且x為0.5 或更小，y為0.03或更大，且1-x-y大于0)。

元素M包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al和Si，并且優(yōu)選 包括W、Mo和Ta。當元素M為W、Mo或Ta時，建議使基底層具有α-W 結(jié)構(gòu)、α-Mo結(jié)構(gòu)或TaN結(jié)構(gòu)。

可以在基材和基底層之間，形成由包括選自元素周期表的4A族元素、 5A族元素、6A族元素、Al和Si中的一種元素的元素層。

本發(fā)明的實施方案包括基材以及在該基材表面上形成有非晶質(zhì)碳系硬 質(zhì)多層膜的硬質(zhì)表面部件。

根據(jù)本發(fā)明的實施方案，由于中間層是由含氮化物或碳-氮化物的基底 層以及其組成從基底層起到非晶質(zhì)碳(DLC)膜變化的層形成的，因此即使 在高溫下以及在高負荷區(qū)域內(nèi)，基材與非晶質(zhì)碳(DLC)膜之間的粘合性也 能夠得以改善。

附圖說明