JPH0860365A - 超硬基材上の硬質カ−ボン膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬基材上に、密着性、耐スクラッチ性が良
い硬質カ−ボン膜を提案すること。 【構成】 超硬基材上に硬質カ−ボン膜を形成する際、
中間層を設け、超硬基材上に第１層として、チタンまた
は、クロム膜をＰＶＤ法により形成し、第２層としてシ
リコン膜をＰＶＤ法により形成し、第３層に硬質カ−ボ
ン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。 【効果】 チタン、シリコンの単体元素を用いた中間層
を設けることにより、超硬基材上の硬質カ−ボン膜の内
部応力が緩和され、密着性、及び耐スクラッチ性に優れ
た硬質カ−ボン膜が得られ、さらに生産性も向上し、品
質も安定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具、金型、摺動
部品等の超硬基材への耐摩耗性コ−ティング、あるいは
時計外装等の超硬基材への耐摩耗性コ−ティングに代表
される、耐摩耗性部品の分野で使用される超硬基材上の
硬質カ−ボン膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】基材がステンレスや高速度鋼等の鉄鋼材
料の場合、直接基材上に硬質カ−ボン膜を０．５〜数μ
ｍ形成すると、硬質カ−ボン膜と基材との密着性が悪い
ため、硬質カ−ボン膜に剥がれやチッピング等が発生し
やすく、硬質カ−ボン膜の応用が非常に困難であった。
この問題を解決するため、基材と硬質カ−ボン膜双方に
対して密着性の優れた中間層を基材上に設け、該中間層
上に硬質カ−ボン膜を形成する手法は、既に提案されて
いる。（特開昭６２−１１６７６７号） 一方、超硬基材、例えばタングステンカ−バイド、タン
タルカ−バイド上には、直接硬質カ−ボン膜が形成でき
ることが既知されている。しかしながら、硬質カ−ボン
膜は、１０¹⁰ｄｙｎにも及ぶ高い内部応力を持ってお
り、硬基材に対する密着力より内部応力が勝さってしま
う。したがって、使用用途によっては、超硬基材上に直
接形成された硬質カ−ボン膜にも、スクラッチや衝撃に
よってチッピングや剥がれ等が発生するという問題があ
った。硬質カ−ボン膜を厚く形成した場合は、特に発生
しやすい。この問題を解決するため、超硬基材上に中間
層を設け、該中間層上に硬質カ−ボン膜を形成する手法
も、既に提案されている。（特開昭６１−１０４０７８
号）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中間層
を介して超硬基材上に硬質カ−ボン膜を形成しようと
も、特開昭６１−１０４０７８号による手法の中間層で
は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族の金属、またはＳｉの
炭化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物、炭ほう化物
等の化合物の組成をコントロ−ルすることが難しく、中
間層を効率良く、かつ安定して形成することができなか
った。本発明の目的は、上記問題を解決し、超硬基材と
硬質カ−ボン膜の密着性を良好にすると共に、耐スクラ
ッチ性、耐衝撃性を高めることは素より、生産性が高
く、安定した品質で得られる中間層を介した、超硬基材
上の硬質カ−ボン膜を提供する事にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を達成するため
の本発明の構成は、超硬基材上にＰＶＤ法（ｐｈｙ−ｓ
ｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）に
よりチタン膜、またはクロム膜を形成して第１層とし、
該第１層の表面にゲルマニウム膜、またはシリコン膜を
ＰＶＤ法により形成して第２層とし、該第１層と第２層
とより成る中間層の表面に、硬質カ−ボン膜をプラズマ
ＣＶＤ法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐ−ｏｕｒ ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ法）により形成する事を特徴とする。ま
た、前記第１層と第２層を、同一バッチ内で連続して形
成し、前記中間層を形成すると効果的である。さらにま
た、前記中間層を、０．３〜１．０μｍの厚さとすると
良い。

【０００５】

【作用】本発明における超硬基材上の硬質カ−ボン膜
は、超硬基材と硬質カ−ボン膜との間に前記の中間層を
設ける事により、硬質カ−ボン膜の持つ１０¹⁰ｄｙｎと
いう高い内部応力を緩和し、硬質カ−ボン膜の超硬基材
に対する密着力を向上させ、耐スクラッチ性の向上、お
よびチッピングによる剥がれを防ぐ事が可能となる。

【０００６】

【実施例】以下図面により本発明の膜構成を記述する。
図１は本発明の被膜構成の断面図である。超硬基材１上
に、ＰＶＤ法を用い、チタンより成る第１層２を０．２
μｍ形成し、次に該第１層の表面にＰＶＤ法を用い、シ
リコンより成る第２層３を０．５μｍ形成する。第１層
２と第２層３が、中間層４を成す。ここで、第１層２に
は、チタン膜の他にクロム膜、第２層３には、シリコン
膜の他にゲルマニウム膜を選択しえるが、膜形成条件、
および安定性の点で第１層２にチタン膜、第２層３にシ
リコン膜の組み合わせが好ましい。また、同じく膜形成
条件、および安定性の点で、中間層４は、０．３〜１．
０μｍの厚さであることが好ましく、さらに生産性と経
済性を考慮すれば、０．５〜０．７μｍの厚さであるこ
とが最も好ましい。さらに、該第２層３の表面に、プラ
ズマＣＶＤ法により硬質カ−ボン膜の第３層５を１〜１
０μｍ形成した。第３層５の硬質カ−ボン膜の形成条件
は、下記の通りである。 《硬質カ−ボン膜》 〈形成条件〉 ガス種 ： メタンガス 成膜圧力 ： ０．１Ｔｏｒｒ 高周波電力 ： ３００Ｗ

【０００７】以上のようにして得られた本発明品と、超
硬基材上に直接硬質カ−ボン膜を形成した従来品とをス
クラッチ試験により比較した。スクラッチ試験の条件は
下記の通りである。 〈スクラッチ試験条件〉 ダイアモンド圧子 ： ５０μＲ スキャンスピ−ド ： ７５ｍｍ／ｍｉｎ 荷重 ： ２００ｇ，３００ｇ，４０
０ｇ 上記条件で、本発明品および、従来品上のダイアモンド
圧子の痕跡を観察し評価した。その結果を表１に示す。

【表１】 以上のように本発明品は、１０μｍにも達する厚い硬質
カ−ボン膜を形成しても、硬質カ−ボン膜にはチッピン
グ等発生せず、膜の剥がれも無く、超硬基材との密着が
良好な事が確認された。しかしながら、生産性と経済性
をを考えれば、第３層５の硬質カ−ボン膜は、０．５〜
３μｍの厚さであることが好ましい。

【０００８】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、チタン、またはクロムの第１層と、該第１層の表面
に、乾式メッキによるシリコン、またはゲルマニウムの
第２層とよりなる中間層を介することによって、硬質カ
−ボン膜の高い内部応力を緩和できるため、本発明の超
硬基材上の硬質カ−ボン膜は、超硬基材に対して極めて
高い密着性を得ることができる。同時に内部応力の緩和
により、耐スクラッチ性や耐衝撃性をも向上することが
できる。

【０００９】また、中間層を成す第１層と第２層を単体
元素で形成したので、中間層を化合物で形成した場合に
比べ、組成のコントロ−ルが容易であるため、生産性が
良く、かつ安定した品質の中間層を形成することができ
る。

【００１０】また、中間層を同一バッチ内で形成すれ
ば、第１層と第２層とが真空中で連続的に形成されるの
で、第１層が大気に曝されず、第１層に酸化等が起こら
ないため、第１層と第２層の密着が良くなる。したがっ
て、超硬基材と第１層、第１層と第２層、及び第２層と
硬質カ−ボン膜それぞれを密着良く形成できるため、超
硬基材上に５μｍ以上もの厚い膜厚で硬質カ−ボン膜を
形成しようとも、超硬基材に対する高い密着性、耐スク
ラッチ性、及び耐衝撃性を実現できる。さらに、中間層
を同一バッチ内で形成したので、第１層と第２層を異な
るバッチで形成する場合に比べ、生産性を向上すること
ができる。

【００１１】また、中間層を、０．３〜１．０μｍの厚
さに形成すると、中間層の膜形成条件、および安定性が
良い。さらに生産性と経済性を良くすることを考慮すれ
ば、０．５〜０．７μｍの厚さであることが最も好まし
い。

【００１２】加えて、時計外装等のように、３次元的に
凹凸がある複雑な形状の超硬基材にも、前記の中間層を
設けた事により、密着性の良い硬質カ−ボン膜を形成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の被膜構成の断面図である。

【符号の説明】

１ 超硬基材 ２ 第１層（チタン膜） ３ 第２層（シリコン膜） ４ 中間層 ５ 第３層（硬質カ−ボン膜）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タングステンカ−バイド、タンタルカ−
   バイド等の超硬材である基材上に、乾式メッキによるチ
   タン、またはクロムの第１層と、該第１層の表面に、乾
   式メッキによるシリコン、またはゲルマニウムの第２層
   とよりなる中間層と、該中間層の表面に、乾式メッキに
   よる硬質カ−ボン膜の第３層とよりなることを特徴とす
   る超硬基材上の硬質カ−ボン膜。
2. 【請求項２】 前記第１層と第２層を、同一バッチ内で
   連続して形成して得られる、前記中間層を有することを
   特徴とする請求項１記載の超硬基材上の硬質カ−ボン
   膜。
3. 【請求項３】 前記中間層が、０．３〜１．０μｍの厚
   さであることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２
   記載の超硬基材上の硬質カ−ボン膜。