DLC包覆部件

摘要

DLC包覆部件(100)包括：基材(200)、覆盖基材(200)的表面的中间层(300)、以及覆盖中间层(300)的表面的DLC膜(400)。中间层(300)具有五层构造，具备：第一中间层(301)、第二中间层(302)、第三中间层(303)、第四中间层(304)、第五中间层(305)。五层的层(301～305)均由添加有Si的DLC构成。在层(301～305)中，第一中间层(301)的Si浓度最高，其次高的是第五中间层(305)的Si浓度。并且，第二、第三以及第四中间层(302、303、304)的Si浓度比第一以及第五中间层(301、305)的Si浓度低。

权利要求

1.一种DLC覆膜部件，

该DLC覆膜部件利用DLC膜包覆基材的表面的至少一部分，所述DLC覆膜部件的特征在于，

包括：

基材；

利用直流脉冲等离子CVD法形成的中间层，该中间层覆盖所述基材，以及利用直流脉冲等离子CVD法形成的DLC膜，该DLC膜覆盖所述中间层，所述中间层具有层叠三层以上的由添加有规定元素的DLC构成的层而得到的层叠结构，所述中间层包括从所述基材侧开始依次形成的第一层、第二层以及第三层，所述第一层以及所述第三层这两者的添加元素浓度比所述第二层的添加元素浓度高，或者比所述第二层的添加元素浓度低，所述规定元素为硅。

2.根据权利要求1所记载的DLC覆膜部件，其特征在于，所述第二层的含氢量比所述第一层以及所述第三层这两者的含氢量多，或者比所述第一层以及所述第三层这两者的含氢量少。

说明书

DLC包覆部件

技术领域

[0001] 本发明涉及基材的至少一部分被DLC膜包覆的DLC包覆部件。

背景技术

[0002] 为了降低汽车的耗油量，要求降低搭载于汽车的各种滑动部件的滑动阻力。因此，存在如下情况：利用具有低摩擦性以及耐磨性(高硬度性)的DLC(Diamond Like Carbon，类碳金刚石)膜包覆作为滑动部件的基础的基材表面的至少一部分(参照日本特开2000-71103号公报)。

[0003] DLC膜相对于基材的附着力弱。因此，希望提高DLC膜相对于基材的附着力。

[0004] 为了提高DLC膜的附着力，如日本特开2000-71103号公报所示，提出了如下方案：在基材与DLC膜之间形成由SiC等单层膜构成的中间层。

[0005] 但是，即使在基材和DLC膜之间形成有像日本特开2000-71103号公报那样的由单层膜构成的中间层，也无法充分地得到高附着力。

[0006] 并且，作为用于提高DLC膜的附着力的其他方法，考虑在形成DLC膜之前进行渗氮处理、渗碳处理(例如等离子渗氮、等离子渗碳)从而在基材的表层形成渗氮层、渗碳层。

[0007] 但是，为了得到高附着力需要形成足够的渗氮层、渗碳层，为此，需要在高温环境下进行渗氮处理、渗碳处理。因此，基材的材料选择的范围变窄。因此，为了确保基材的材料选择的范围，并且提高DLC膜相对于基材的附着力，需要在基材和DLC膜之间形成适当的中间层。

发明内容

[0008] 本发明的目的之一在于，在基材和DLC膜之间形成新型的中间层，由此提供DLC膜相对于基材的附着力高的包覆部件。

[0009] 本发明的一个实施方式的DLC覆膜部件的结构上的特征在于，利用DLC膜包覆基材的表面的至少一部分，其中，上述DLC覆膜部件包括：基材、覆盖上述基材的中间层、以及覆盖上述中间层的DLC膜，上述中间层具有层叠3层以上的由添加有规定元素的DLC构成的层而得到的层叠结构，上述中间层包括从上述基材侧开始依次形成的第一层、第二层、以及第三层，上述第一层以及上述第三层这两者的添加元素浓度比上述第二层的添加元素浓度高，或者比上述第二层的添加元素浓度低。

[0010] 根据以下的参照附图对实施方式的说明能够进一步清楚本发明的上述的和进一步的特征以及优点，图中，相同的标号用于表示相同的部件。

附图说明

[0011] 图1是本发明的一个实施方式所涉及的DLC包覆部件的表层部分的剖视图。

[0012] 图2是示意性地示出在图1所示的DLC膜以及中间层的形成中使用的CVD装置的结构的图。

[0013] 图3是示意性地示出在本发明的其他实施方式所涉及的DLC包覆部件的中间层中的Si浓度的分布的图表。

[0014] 图4是示意性地示出在图3所示的DLC包覆部件的中间层中的H浓度的分布的图表。

具体实施方式

[0015] 图1是本发明的一个实施方式所涉及的DLC包覆部件的表层部分的剖面的示意图。

[0016] 参照图1，DLC包覆部件100例如用作滑动部件、装饰品。作为滑动部件，例如能够列举摩擦离合器的离合片(Clutch Plate)、转向装置的蜗轮(在齿面形成DLC膜)、轴承的内外圈(在滚道面形成DLC膜)或者保持架、以及传动轴(Propeller Shaft)(在驱动轴、外花键部以及/或者内花键部形成DLC膜)。

[0017] DLC包覆部件100包括：基材200、覆盖基材200的表面的中间层300、以及覆盖中间层300的表面的DLC膜400。中间层300以及DLC膜400分别是膜厚为几微米～几十微米左右的薄膜。

[0018] DLC膜400的表面形成DLC包覆部件100的最表面的至少一部分。在DLC包覆部件100被用作滑动部件的情况下，DLC膜400的表面作为与其他部件滑动的滑动面发挥功能。在DLC包覆部件100被用作滑动部件的情况下，基材200的材质为例如工具钢、碳素钢、不锈钢、铬钼钢以及不锈钢中的任意一种。

[0019] 中间层300具有五层构造，具备：覆盖基材200的表面的第一中间层(第一层)301、覆盖第一中间层301的表面的第二中间层302、覆盖第二中间层302的表面的第三中间层303、覆盖第三中间层(第二层)303的表面的第四中间层、以及覆盖第四中间层304的表面的第五中间层(第三层)305。这些层301～301均由添加了Si(硅。规定元素)的DLC构成。

[0020] 中间层300以及DLC膜400利用例如直流脉冲等离子CVD(Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition)法形成。在直流脉冲等离子CVD中，对基材200断续地施加电压。因此，与对基材200持续施加电压的直流等离子CVD法相比较，能够抑制与基材200的温度上升相关的异常放电的发生。由此，中间层300以及DLC膜400在基材200的温度保持在低温(例如，300℃以下)的状态下形成。因此，与利用直流等离子CVD法形成中间层300以及DLC膜400的情况相比较，基材200的材料选择的范围广。

[0021] 层301～305所含的Si的浓度(以下称为“Si浓度”)互不相同。在5层的层301～305中，第一中间层301的Si浓度最高，其次，第五中间层305的Si浓度高。并且，第二、第三以及第四中间层302、303、304的Si浓度比第一以及第五中间层301、305的Si浓度低。另外，第一中间层301的Si浓度(Si/(Si+C))例如为约25～30at.％。

[0022] 层301～305的DLC所含的H(氢)的浓度(以下称为“H浓度”)互不相同。在5层的层301～305中，第三中间层301的H浓度最高，其次，第四中间层304以及第五中间层305的H浓度相同。第四中间层304以及第五中间层305之后H浓度最高的是第一中间层301，第二中间层302的H浓度最低。另外，第一中间层301的H浓度(H/(H+C))例如为约25～30at.％。

[0023] 各个层301～305的Si浓度、H浓度、硬度以及厚度分别在表1中示出。在表1中，以第一中间层301的值(浓度、硬度以及厚度)为基准(作为1)来记载。并且，Si浓度以及H浓度表示摩尔份数的比。此外，在该表1中，所谓“p～q(p、q分别是规定的值)”表示超过p、不满q的规定的值。因此，第二中间层302的Si浓度为“0.7～0.9”的记载表示该层302的Si浓度为超过0.7、且不满0.9的规定的值。

[0024] 表1

[0025]

[0026] 图2是示意性地示出在中间层300以及DLC膜400的形成中使用的CVD装置1的结构的图。

[0027] CVD装置1具备：处理室3，该处理室3由间隔壁2包围；基座5，该基座5在处理室3内保持基材200；气体导入管6，该气体导入管6用于将成分气体(包括原料气体)导入处理室3内；排气系统7，该排气系统7用于对处理室3内进行排气而使其成为真空状态；以及电源8，该电源8产生用于使导入处理室3内的气体等离子化的直流脉冲电压。

[0028] 基座5具备：呈水平姿态的支承板9、和沿铅垂方向延伸且对支承板9进行支承的支承轴10。在该实施方式中，作为基座5采用在上下方向排列三个支承板9配置成的三段式基座5。基座5整体使用铜等导电材料形成。在基座5连接有电源8的负极。基材200载置在支承板9上。

[0029] 并且，处理室3的间隔壁2使用不锈钢等导电材料形成。在间隔壁2连接有电源8的正极。并且，间隔壁2接地。间隔壁2与基座5由绝缘部件11绝缘。因此，间隔壁2保持接地电位。当电源8接通而产生直流脉冲电压时，在间隔壁2与基座5之间产生电位差。

[0030] 气体导入管6在处理室3内的基座5的上方沿水平方向延伸。在气体导入管6的与基座5对置的部分，形成有沿气体导入管6的长度方向排列的多个气体排出孔12。通过从气体排出孔12排出原料气体，由此原料气体被导入处理室3内。

[0031] 在气体导入管6中，作为成分气体供给有原料气体以及运载气体。作为原料气体，供给甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、苯(C6H6)、甲苯(C7H8)等烃类气体、以及四甲基硅烷气体(Si(CH3)4)、硅氧烷等有机硅化合物气体、以及氢气(H2)等。作为运载气体，供给氩气(Ar)等。在气体导入管6连接有多个分支导入管(未图示)，这些分支导入管用于从各个成分气体的供给源(储气瓶、收纳液体的容器等)将各个成分气体引导至处理室3。在各个分支导入管设置有用于调节来自各个供给源的成分气体的流量的流量调节阀(未图示)等。在供给源中的收纳液体的容器中，根据需要设置有用于加热液体的加热机构(未图示)。

[0032] 排气系统7具备：与处理室3连通的第一排气管13以及第二排气管14、第一开关阀15、第二开关阀16、第三开关阀19、第一泵17以及第二泵18。

[0033] 在第一排气管13的中途，从处理室3侧开始依次夹装有第一开关阀15以及第一泵17。作为第一泵17例如采用油密封式旋转真空泵(Rotary Pump)、隔膜真空泵等低真空泵。油密封式旋转真空泵是变容式真空泵，谋求利用油减少转子、定子以及滑动翼板等部件之间的气密空间以及无效空间。作为在第一泵17中采用的油密封式旋转真空泵，可列举出旋片式真空泵、摆动活塞式真空泵。

[0034] 第二排气管14的末端与第一排气管13的位于第一开关阀15与第一泵17之间的位置连接。在第二排气管14的中途，从处理室3侧开始依次夹装有第二开关阀16、第二泵18、以及第三开关阀19。作为第二泵18，采用例如涡轮分子泵、油扩散泵等高真空泵。

[0035] 处理室3内的气体由第一泵17以及第二泵18从处理室3排出。在形成中间层300或者DLC膜400时，在将基材200载置于支承板9上之后的状态下对处理室3内进行排气，并且将原料气体持续地导入处理室3内，将处理室3内维持在规定的低压(例如100Pa～400Pa左右)，同时接通电源8，使间隔壁2与基座5之间产生电位差，由此在处理室3内产生等离子。通过该等离子的产生，在处理室3内由原料气体生成离子、自由基，并且该离子、自由基基于电位差而吸附于基座5侧即基材200的表面。DLC在基材200的表面堆积，由此形成中间层300、DLC层400。在本实施方式中，在形成中间层300时，烃类气体、有机硅化合物气体以及氢气等供给至气体导入管6，在形成DLC膜400时，将烃类气体、氢气供给至导入管6。由此，能够形成添加有Si的中间层300，并且能够形成仅由DLC构成的DLC膜400。

[0036] 在形成多个层301～305时，通过改变供给至气体导入管6的所有原料气体中的有机硅化合物气体的流量比例，能够使各个层301～305的Si浓度达到所期望的值。并且，在形成多个层301～305时，通过改变烃类气体、氢气的流量比，能够使各个层301～305的H浓度达到所期望的值。具体地说，形成第一中间层301时的成分气体中的元素组成比(摩尔比)例如为C∶H∶Si∶Ar＝17.7∶67.2∶0.9∶14.2。形成第二中间层302时的成分气体中的元素组成比(摩尔比)例如为C∶H∶Si∶Ar＝15.5∶58.9∶0.7∶24.9。并且，形成第三中间层303时的成分气体中的元素组成比(摩尔比)例如为C∶H∶Si∶Ar＝13.7∶63.4∶0.7∶22.2。形成第四中间层304时的成分气体中的元素组成比(摩尔比)例如为C∶H∶Si∶Ar＝15.5∶71.3∶0.7∶12.5。形成第五中间层305时的成分气体中的元素组成比(摩尔比)例如为C∶H∶Si∶Ar＝16.5∶69.4∶0.8∶13.3。

[0037] 中间层300、DLC膜400例如不仅能够使用直流脉冲等离子CVD法形成，也可以使用其他等离子CVD法(直流等离子CVD法、高频等离子CVD法)形成。

[0038] 此外，也能够使用离子束溅射法、DC(直流)溅射法、RF(高频)溅射法、磁控溅射法来形成中间层300、DLC膜400。

[0039] 接下来，对实施例以及比较例进行说明。

[0040] 实施例

[0041] 在高速工具钢(SKH4)制的基板上形成图1所示的中间层300，并且在中间层300上形成图1所示的DLC膜400，由此形成DLC包覆部件。中间层300以及DLC膜400的形成使用图2所示的CVD装置1，利用直流脉冲等离子CVD法来进行。

[0042] 比较例1

[0043] 在高速工具钢(SKH4)制的基板上，直接形成图1所示的DLC膜400，由此形成DLC包覆部件。DLC膜400的形成使用图2所示的CVD装置1，利用直流脉冲等离子CVD法来进行。

[0044] 比较例2

[0045] 在高速工具钢(SKH4)制的基板上，形成由倾斜膜构成的中间层，并且，在该中间层上形成图1所示的DLC膜400，由此形成DLC包覆部件。该中间层以及DLC膜的形成使用图2所示的CVD装置1，利用直流脉冲等离子CVD法来进行。

[0046] 对于由该倾斜膜构成的中间层，随着靠近DLC400，该中间层的组成连续且缓慢地变化。

[0047] 对该实施例以及比较例1、2的DLC包覆部件的DLC膜进行剥离试验。该剥离试验是在日本机械学会基准JSME S010(1996)中规定的划痕硬度试验。对实施例以及比较例1、2的DLC包覆部件进行的剥离试验的结果在图2中示出。

[0048] 表2

[0049]附着力(N)
比较例1 无中间层 9.6
比较例2 倾斜中间层 18.0
实施例 5层构造中间层 27.6

[0050] 实施例的DLC膜(DLC膜400)的剥离载荷(表1所示的“附着力”也称为“临界剥离载荷”)为27.6N。比较例1、2的DLC膜的剥离载荷分别为9.6N、18.0N。由此，可知在实施例的DLC包覆部件中，DLC膜与基板之间的附着力非常优秀。

[0051] 通过以上记载，根据本实施方式，中间层300具有叠层构造。并且，中间层300所包括的各个层301～305由添加有Si的DLC构成。此外，第三中间层303被Si浓度比该第三中间层303的Si浓度高的第一中间层301以及第五中间层305夹持。

[0052] 如果对DLC添加Si，则DLC中的共价键的数量减少，因此该DLC比较柔软。进而，随着提高DLC中的Si浓度，DLC变柔软。

[0053] 由于各个层301～305由添加有Si的DLC构成，因此能够得到比较柔软的中间层300。如果中间层300柔软，则能够利用该中间层300吸收DLC膜400中的内部应力。由此，能够提高DLC膜400相对于基材200的附着力。

[0054] 由于中间层300是五层构造，因此，即使假设在中间层300的局部产生裂纹的情况下，也能够抑制该裂纹的成长。因此，能够得到耐裂性优秀的中间层300。

[0055] 但是，如果构成中间层300的所有层301～305都柔软，则中间层300的刚性降低，担心DLC膜400的附着性反而恶化。

[0056] 对此，由于在本实施方式所涉及的DLC包覆部件100中，第三中间层303被Si浓度比该第三中间层303的Si浓度高的第一中间层301以及第五中间层305夹持，因此能够防止中间层300整体的刚性降低。由此，能够保持中间层300整体的刚性，并且能够提高DLC膜400相对于基材200的附着力。

[0057] 第三中间层303的H浓度(含氢量)比第一中间层301以及第五中间层305这两者的H浓度(含氢量)多。随着DLC中的H浓度的上升，该DLC变柔软。因此，能够利用中间层300进一步吸收DLC膜400中的内部应力，由此，能够进一步提高DLC膜400相对于基材200的附着力。

[0058] 图3是示意性地示出本发明的其他实施方式所涉及的DLC包覆部件1的中间层300中的Si浓度的分布的图表。图4是示意性地示出该DLC包覆部件1的中间层300中的H浓度的分布的图表。

[0059] 对于该图3以及图4所示的实施方式，中间层300的各个层301～305的Si浓度以及H浓度与图1所示的实施方式不同。

[0060] 如图3所示，第一中间层301的Si浓度比邻接的第二中间层302的Si浓度高。并且，第三中间层303的Si浓度比两侧邻接的第二中间层302以及第四中间层304各自的Si浓度高。此外，第五中间层305的Si浓度比邻接的第四中间层304的Si浓度高。换而言之，Si浓度比较高的层301、303、305与Si浓度较低的层302、304以交替的方式层叠配置。进而，对于第一、第三以及第五中间层301、303、305来说，随着从基材200的表面离开而Si浓度降低，并且，对于第二以及第四中间层302、304来说，随着从基材200的表面离开而Si浓度降低。

[0061] 如图4所示，第一中间层301的H浓度比邻接的第二中间层302的H浓度高。并且，第三中间层303的H浓度比两侧邻接的第二中间层302以及第四中间层304各自的H浓度高。此外，第五中间层305的H浓度比邻接的第四中间层304的H浓度高。换而言之，H浓度比较高的层301、302、303与H浓度比较低的层302、304以交替的方式层叠配置。进而，对于第一、第三以及第五中间层301、303、305来说，随着从基材200的表面离开而H浓度降低，并且，对于第二以及第四中间层302、304来说，随着从基材200的表面离开而H浓度降低。

[0062] 在该情况下，作为第一层、第二层以及第三层的组合，能够列举第一、第二以及第三中间层301、302、303的组合，第二、第三以及第四中间层302、303、304的组合，以及第三、第四以及第五中间层303、304、305的组合。

[0063] 以上，虽然对本发明的两个实施方式进行了说明，但本发明也能够使用其他实施方式来加以实施。

[0064] 在第一实施方式中，也可以是第二～第四中间层302～304中的任意一个的Si浓度均比第一以及第五中间层301、305的Si浓度高。

[0065] 并且，在第一实施方式中，虽然以第二膜为第三中间层303的情况进行了说明，但如果第二膜为第二中间层302，则也可以认为第二膜的H浓度比第一以及第五中间层301、305的H浓度低。

[0066] 在各个实施方式中，虽然列举了五层结构的中间层300来进行说明，但中间层也可以是三层或者四层，也可以是六层以上。

[0067] 并且，在中间层300的与基材200的表面的边界部分，也可以形成有随着从基材200的表面离开而其组成连续且缓慢地变化的倾斜膜。

[0068] 例如，作为DLC膜400，虽然举例示出了不添加任何其他元素的DLC膜，但是也可以添加Fe(铁)、Si、Co(钴)以及Ti(钛)中至少一种元素。

[0069] 另外，也能够在权利要求书所记载的事项的范围内施加各种设计变更。