[发明专利]非晶质碳系硬质多层膜和表面上具有该膜的硬质表面部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有硬质涂层的部件(硬质表面部件)，比如机器的滑 移件和切削工具。

背景技术

非晶质碳膜被称为硬质涂层。非晶质碳具有介于彼此混合在一起的金 刚石和石墨碳之间的中间结构，并且可以被称作硬质非晶质碳、无定型碳、 硬质无定型碳、i-碳或类金刚石碳(DLC)。由于非晶质碳(下文中，有时被 称作DLC)具有如金刚石那样的高硬度，并且具有优异的耐磨性、固体润 滑能力，热传导性和化学稳定性，因此，它被用于各种元件比如滑移件、 模具、切削工具、耐磨损机器零件、磨料以及磁/光元件用的保护膜。具体 地，在实践上是通过利用非晶质碳(DLC)的性质比如化学惰性以及对有色 金属的较低反应性，而使该非晶质碳(DLC)用于铝或铜材料用的切削工具 的涂层。然而，另一方面，非晶质碳(DLC)膜的优异化学稳定性意味着该 膜对各种基材的粘合性低。

为了改善非晶质碳(DLC)膜与基材之间的粘合性，有人提出在非晶质 碳(DLC)膜与基材之间形成中间层(日本专利公开H8-74032(权利要求书和 第0007段)、日本专利公开2003-171758(权利要求书)等)。在日本专利公 开H8-74032(权利要求书和第0007段)中，当将碳在基材上蒸发时，使惰 性气体辐照在基材上，由此形成含有基材材料(金属或陶瓷)以及碳的混合 层(金属碳化物层或陶瓷碳化物层)，然后再形成非晶质碳(DLC)膜。日本专 利公开2003-171758(权利要求书)提出了一种具有4-层结构的中间层，在该 中间层中，形成作为第一层的Cr/Al金属层，然后形成作为第二层的Cr/Al 与W/Ta/Mo/Nb的混合金属层，再形成作为第三层的W/Ta/Mo/Nb金属层， 然后形成作为第四层的W/Ta/Mo/Nb碳化物层。在JP-A-8-74032(权利要求 书和第0007段)和JP-A-2003-171758(权利要求书)中的两种碳化物层示出 了介于基材与非晶质碳(DLC)膜之间的中间组成，其中粘附力是通过连续 改变从基材到非晶质碳(DLC)膜的组成而得以改善的。

发明内容

然而，在碳化物中间层中，非晶质碳化物(例如，WC、TaC或MoC) 有时候在300至400℃的高温下生长形成晶体，并且沉析在中间层内，并 且在这种作为起始点的沉析部分可能发生分离。

理想的是，提供一种在高温下具有优异粘合性的非晶质碳(DLC)膜。

此外，理想的是，提供一种在高负荷区域内具有优异粘合性的非晶质 碳(DLC)膜。

作为深入研究的结果，本发明人发现，当将氮化物或碳-氮化物用于中 间层时，即使在高温下或在高负荷区域内，非晶质碳(DLC)膜的粘合性也 能够得到改善，因而，完成了本发明的实施方案。

即，根据本发明实施方案的非晶质碳系硬质多层膜，其包含在基材侧 形成的基底层、在表面侧形成的表面层以及在基底层与表面层之间形成的 组成变化层，被归纳为：

所述基底层包含下式(1)所示的元素M的氮化物或碳-氮化物，

所述表面层包含含有50原子％或更高的C的非晶质碳膜，以及

所述组成变化层是从基底层到非晶质碳膜，元素M和氮减少而碳增加 的层：

M_1-x-yC_xN_y...(1)，

(其中，M是选自元素周期表中的4A族元素、5A族元素、6A族元素、 Al和Si中的至少一种元素，而式中的x和y表示原子比，并且x为0.5 或更小，y为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，并且优选 包括W、Mo和Ta。当元素M为W、Mo或Ta时，建议使基底层具有α-W 结构、α-Mo结构或TaN结构。

可以在基材和基底层之间，形成由包括选自元素周期表的4A族元素、 5A族元素、6A族元素、Al和Si中的一种元素的元素层。

本发明的实施方案包括基材以及在该基材表面上形成有非晶质碳系硬 质多层膜的硬质表面部件。

根据本发明的实施方案，由于中间层是由含氮化物或碳-氮化物的基底 层以及其组成从基底层起到非晶质碳(DLC)膜变化的层形成的，因此即使 在高温下以及在高负荷区域内，基材与非晶质碳(DLC)膜之间的粘合性也 能够得以改善。

附图说明