[发明专利]硬质多层膜成型体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬质多层膜成型体及其制造方法，其中，上述硬质多层膜成型体在汽车零件、各种成型模具等的铁系基材及超硬材基材的机械零件中，以对该基材显示良好的密合性，同时具有优异的耐磨损性的类金刚石碳膜作为表面层。

背景技术

硬质碳膜为一般被称为类金刚石碳(以下，记为DLC。另外，将以DLC为主体的膜/层也称为DLC膜/层。)的硬质膜。硬质碳另外还有硬质非晶碳、无定形碳、硬质无定形型碳、i-碳、金刚石状碳等各种呼称，但这些术语没有被明确区别。

使用这样的术语的DLC的本质，结构上具有混合了金刚石和石墨的两者的中间结构。与金刚石同样，硬度高、耐磨损性、固体润滑性、导热性、化学稳定性等优异。因此，例如，正在作为模具·工具类、耐磨损性机械零件、研磨材料、滑动部件、磁·光学零件等的保护膜而被利用。作为形成这样的DLC膜的方法，可以采用溅射法、离子镀敷法等的物理蒸镀(以下，记为PVD)法、及化学蒸镀(以下，记为CVD)法等。例如已知用电弧离子镀敷的过滤电弧法(フイルタ一ドア一ク法)得到的DLC膜(参照专利文献1)。

通常，DLC膜在膜形成时产生极大的内部应力，另外具有高硬度及杨氏模量，但另一方面变形能极小，因此具有与基材的密合性弱、容易剥离等的缺陷。作为改良与基材的密合性的手段，可以举出以下2种方法：(1)控制膜应力的方法；(2)在基材和碳膜之间设置中间层的方法。但是，在这些技术中，实际情况是，存在以下所述的问题，期望得到改善。上述的方法，从基本上将基材和DLC膜以持有具有在组织及机械特性中两者的中间的层的层作为上浆层而结合的方面考虑，作为该中间层采用含有硬质的脆性材料的层。但是，在由于通过上述PVD法、CVD法而成膜了的DLC膜中的巨大的内部应力而形成特别是达数μm的厚膜的情况或形成了金刚石成分多、硬度超过40GPa这样的硬膜的情况下，密合性不良的问题是显著的。

对于该问题，已知有将划痕试验中显示50N以上的密合性的DLC膜作为最表面层的DLC硬质多层膜成型体(参照专利文献2)。该技术涉及DLC硬质多层膜成型体，其形成为2层结构，所述2层结构以DLC膜作为最表面层，作为基材和最表面层之间的中间层包含最表面层侧的第2层，所述最表面层侧的第2层包含含有选自W、Ta、Mo及Nb的1种以上的金属元素和碳的非晶质层。而且，在具有这样的膜结构的DLC硬质多层膜成型体中，显示DLC膜对WC-Co等的超硬合金制基材的良好的密合性。但是，在该技术中也存在以下所示的需要解决的问题。

上述技术基本上假定为将WC-Co基材等的超硬合金作为基材使用的情况。因此，在将上述WC-Co系超硬合金及Si、Al₂O₃等的绝缘材料作为基材使用的情况下，上述中间层可以确保与基材的良好的密合性。但是，在将高速度工具钢这样的铁系材料作为基材使用的情况下，存上述中间层与基材的亲合性未必良好、中间层与基材之间密合性变差、DLC膜容易剥离这样的问题。另外，没有进行耐磨损性优异的最上层DLC膜的成膜条件的最优化，有改善的余地。

对该密合性的改良技术而言，作为在低硬度的铁系材料的基材上密合性良好地被覆DLC膜的技术，已知有即使比较厚地形成也发挥优异的密合性的技术(参照专利文献3)。该技术将以DLC为主体的膜作为最表面层，进一步含有中间层及基材，该基材由铁系材料构成，同时，将上述中间层形成为下述(1)～(4)的4层结构：

(1)由Cr及/或Al的金属层构成的第1层；

(2)由Cr及/或Al的金属和选自W、Ta、Mo及Nb的1种以上的金属的混合层构成的第2层；

(3)由选自W、Ta、Mo及Nb的1种以上的金属层构成的第3层；

(4)由含有选自W、Ta、Mo及Nb的1种以上金属和碳的非晶质层构成的第4层。

在专利文献3中进一步记载有以下的主旨。上述第2层优选构成为具有Cr及/或Al的含量朝向最表面层侧分级或连续减少的倾斜层。另外，上述第4层优选构成为具有选自W、Ta、Mo、Nb中的1种以上金属的含量朝向最表面层侧分级或连续减少的倾斜组成。另外，同样，也可以代替作为上述第2层、上述第3层及第4层的成分的选自W、Ta、Mo及Nb中的1种以上金属，使用以WC为主成分的化合物。

另外，为了形成密合性优异的DLC膜，还提案有利用非平衡磁控溅射(以下，记为UBMS)来形成2层结构的硬质多层膜的成膜方法(参照专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007-046144号公报