(57)【要約】【課題】アルミニウム系基材に対して、良好に密着したダイヤモンドライクカーボン層を有する金属構造体を提供する。【解決手段】アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材と、前記基材上に設けられた、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層と、前記第１の中間層上に設けられた、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層と、前記第２の中間層上に設けられた、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ダイヤモンドライクカーボン層とを備える金属構造体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材と、
前記基材上に設けられた、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層と、
前記第１の中間層上に設けられた、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層と、
前記第２の中間層上に設けられた、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ダイヤモンドライクカーボン層と、
を備える金属構造体。
【請求項２】
前記第１の中間層は、実質的にクロムからなる請求項１に記載の金属構造体。
【請求項３】
前記水素含有ダイヤモンドライクカーボン層は、
前記第２の中間層上に設けられた第１の水素化非晶質炭素層と、
前記第１の水素化非晶質炭素層上に設けられた、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度が高い第２の水素化非晶質炭素層と、
前記第２の水素化非晶質炭素層上に設けられた、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度が高く、かつ前記第２の水素化非晶質炭素層よりも密度が低い第３の水素化非晶質炭素層と、
を備える請求項１又は２に記載の金属構造体。
【請求項４】
前記水素含有ダイヤモンドライクカーボン層は、
前記第２の中間層上に設けられた第１の水素化非晶質炭素層と、
前記第１の水素化非晶質炭素層上に設けられた、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度が高い第２の水素化非晶質炭素層と、
前記第２の水素化非晶質炭素層上に設けられた、ケイ素を含有する水素化非晶質炭素層と、
を備える請求項１又は２に記載の金属構造体。
【請求項５】
前記ケイ素を含有する水素化非晶質炭素層のＳｉ含有量が、１〜２０原子％である請求項４に記載の金属構造体。
【請求項６】
前記基材における前記第１の中間層が設けられる側の表面のＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３の規定に準拠して測定される算術平均粗さＲａが、０．５μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属構造体。
【請求項７】
摺動部材に用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属構造体。
【請求項８】
アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材上に、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層を設ける工程と、
前記第１の中間層上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層を設ける工程と、
前記第２の中間層上に、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ダイヤモンドライクカーボン層を設ける工程と、
を含む金属構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の中間層を非平衡マグネトロンスパッタリング法により成膜する請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記水素含有ダイヤモンドライクカーボン層を設ける工程を、プラズマイオン注入・成膜法により行う請求項８又は９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記水素含有ダイヤモンドライクカーボン層を設ける工程は、
前記第２の中間層上に、第１の水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
前記第１の水素化非晶質炭素層上に、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度を高くした第２の水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
前記第２の水素化非晶質炭素層上に、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度を高くし、かつ前記第２の水素化非晶質炭素層よりも密度を低くした第３の水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
を含む請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記水素含有ダイヤモンドライクカーボン層を設ける工程は、
前記第２の中間層上に、第１の水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
前記第１の水素化非晶質炭素層上に、前記第１の水素化非晶質炭素層よりも炭素濃度を高くした第２の水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
前記第２の水素化非晶質炭素層上に、ケイ素を含有する水素化非晶質炭素層を設ける工程と、
を含む請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の水素化非晶質炭素層を、メタンガスを原料に使用して成膜し、
前記第２の水素化非晶質炭素層を、アセチレンガスを原料に使用して成膜する請求項１１又は１２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属構造体及び金属構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と記載することがある。）膜は、ダイヤモンド構造とグラファイト構造が混在した非晶質膜である。ＤＬＣ膜は、一般的に、硬度が高く、耐摩耗性、熱伝導性、及び化学的安定性等に優れ、また、低い摩擦係数を有するなどの特性を有するため、例えば、摺動部材、耐摩耗性機械部品、磁気・光学部品、切削工具類、及び金型等の表面層として、広く利用されている。
【０００３】
被着対象である基材とＤＬＣ膜との密着性を高めるために、ＤＬＣ膜の成膜方法や、基材とＤＬＣ膜との間に中間層を設ける層構造等に関して種々の検討がなされてきている。例えば特許文献１には、表面にカーボンイオン注入層を有する金属母材と、カーボンイオン注入層上に、炭素と珪素を含むプラズマガスより形成されたＤＬＣ膜とからなる摺動部品が開示されている。また、特許文献２には、一以上の炭化水素系ガスを用いて、パルスプラズマによる、イオン注入プロセスと成膜プロセスとを組み合わせた複合プロセスによって、基材表面にＤＬＣ膜を成膜するＤＬＣ膜の成膜方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１９７８４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまで、基材に対して高い密着性でＤＬＣ膜を形成可能であると提案されていた方法によっても、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材に対しては、要求される特性を満足できるように良好に密着するＤＬＣ膜を形成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材に対して、良好に密着したダイヤモンドライクカーボン層を有する金属構造体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材と、前記基材上に設けられた、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層と、前記第１の中間層上に設けられた、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層と、前記第２の中間層上に設けられた、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ダイヤモンドライクカーボン層と、を備える金属構造体を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材に対して、良好に密着したダイヤモンドライクカーボン層を有する金属構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の金属構造体の層構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の金属構造体の層構成の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１で作製した金属構造体について、ボールオンディスク式摩擦摩耗試験を行った際の摺動距離と摩擦係数の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
＜金属構造体＞
本発明の一実施形態の金属構造体は、基材と、基材上に設けられた第１の中間層と、第１の中間層上に設けられた第２の中間層と、第２の中間層上に設けられた、水素含有ダイヤモンドライクカーボン層と、を備える。図１及び図２は、本発明の一実施形態の金属構造体の層構成の例を模式的に示す断面図である。以下、図１及び図２に付した符号を示して、本実施形態の金属構造体１における基材２、第１の中間層４、第２の中間層６、及び水素含有ＤＬＣ層８について詳細に説明するが、本実施形態の金属構造体は、図１及び図２に例示した構造に限定されない。
【００１２】
（基材）
本実施形態の金属構造体１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材２を備える。本明細書において、「アルミニウム製」とは、純度９９％以上のアルミニウム（純アルミニウム）製であることをいう。アルミニウムとして、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４０００に記載の１０００番台のアルミニウム（１０００系アルミニウム）を用いることができる。
【００１３】
また、本明細書において、「アルミニウム合金製」とは、アルミニウムを主成分とする合金製であることをいう。アルミニウムを主成分とする合金とは、当該合金中にアルミニウム（Ａｌ）を５０質量％以上含有する合金をいう。アルミニウム合金に含有されるアルミニウム以外の金属としては、例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、クロム、亜鉛、チタン、バナジウム、ビスマス、鉛、ジルコニウム、及びニッケル等を挙げることができる。アルミニウム合金としては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金等を挙げることができる。
【００１４】
従来から、金属基材に対するＤＬＣ膜の密着性を高める種々の検討が行われてきた。しかし、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材（以下、「アルミニウム系基材」と記載することがある。）に対し、従来行われてきたＤＬＣ膜の密着性を高めるための手段を適用しても、十分な密着性が得られなかった。特に、鋳造で得られるアルミニウム系基材、すなわち、アルミニウム系鋳物基材に対して、ＤＬＣ膜を良好に密着させることは困難であった。本発明の一実施形態の金属構造体では、基材２に対し、後述する第１の中間層４、第２の中間層６、及び水素含有ＤＬＣ層８をこの順で設けることで、アルミニウム系基材２及びアルミニウム系鋳物基材に対し、ＤＬＣ層８を良好に密着させることができる。
【００１５】
基材２における第１の中間層４が設けられる側の表面は、第１の中間層４との密着性、並びに第１の中間層４及び第２の中間層６を介したＤＬＣ層８との密着性が高まる観点から、平滑であることが好ましい。具体的には、基材２における第１の中間層４が設けられる側の表面のＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３の規定に準拠して測定される算術平均粗さＲａが、０．５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下である。
【００１６】
（第１の中間層）
基材２上に設けられた第１の中間層４は、実質的にチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、又はタングステン（Ｗ）のいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の金属層である。基材２上に設けられる第１の中間層４は、実質的にＴｉ、Ｃｒ、又はＷのいずれかの純金属からなり、かつ、厚さが０．６μｍ以上であることにより、後述する第２の中間層６及びＤＬＣ層８とともに、ＤＬＣ層８の密着性を高めることが可能となる。
【００１７】
本明細書において、第１の中間層４が、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなることは、第１の中間層４において、チタン、クロム、又はタングステンの含有量が９８〜１００質量％であり、不純物が２質量％以下の割合で含まれていてもよいことを意味する。ＤＬＣ層８の密着性が高まる観点から、第１の中間層４を形成する純金属は、クロムであることがより好ましい。第１の中間層４に含まれていてもよい不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、及びＦｅ等を挙げることができる。
【００１８】
また、ＤＬＣ層８の密着性を高める観点から、第１の中間層４の厚さは、０．７μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．８μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。ＤＬＣ層８の密着性を高める観点からは、第１の中間層４の厚さの上限は特に限定されない。第１の中間層４の厚さが厚くなるほど、製造コストは高くなるため、製造コストを抑える観点からいえば、第１の中間層４の厚さは、５．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４．０μｍ以下、さらに好ましくは３．０μｍ以下である。
【００１９】
第１の中間層４は、物理蒸着層であることが好ましい。本明細書において、物理蒸着層とは、物理蒸着（ＰＶＤ）法により成膜された層であることを意味する。第１の中間層４は、物理蒸着層のうち、スパッタリング層であることがより好ましく、非平衡マグネトロンスパッタリング層であることがさらに好ましい。
【００２０】
（第２の中間層）
上述の第１の中間層４上には第２の中間層６が設けられている。第２の中間層６は、第１の中間層４を介して、アルミニウム系基材２に設けられている。第２の中間層６は、炭化ケイ素を主体とし、厚さが０．０１〜０．５μｍである。この構成を有する第２の中間層６により、前述の第１の中間層４及び後述するＤＬＣ層８と相俟って、ＤＬＣ層８の密着性を高めることが可能となる。第２の中間層６は、実質的にＳｉＣx（Ｘ：１．０〜１．５）で表される炭化ケイ素からなることが好ましい。また、第２の中間層６は、テトラメチルシランガスを原料として形成されることが好ましい。第２の中間層６には、炭化ケイ素以外に、水素及び酸素等の不純物が含まれていてもよい。
【００２１】
第２の中間層６の厚さは、ＤＬＣ層８の密着性を高める観点から、０．０１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上、さらに好ましくは０．０５μｍ以上である。また、第２の中間層６の厚さは、０．５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．４μｍ以下である。
【００２２】
第２の中間層６は、化学蒸着層でもよく、物理蒸着層でもよい。本明細書において、化学蒸着層とは、化学蒸着（ＣＶＤ）法により成膜された層であることを意味する。第２の中間層６は、化学蒸着層であることが好ましい。
【００２３】
（水素含有ＤＬＣ層）
上述の第２の中間層６上には、水素を含有するダイヤモンドライクカーボン層（水素含有ＤＬＣ層）８が設けられている。水素含有ＤＬＣ層８は、前述の第１の中間層４及び第２の中間層６を介して、アルミニウム系基材２に設けられている。水素含有ＤＬＣ層８は、厚さ１．０〜６．０μｍに形成された、水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）の構造を有する層である。
【００２４】
水素含有ＤＬＣ層８は、図１に示すように単層で形成されていてもよいが、図２に示すように、複数の水素化非晶質炭素層（以下、「ａ−Ｃ：Ｈ層」と記載することがある。）から形成されていることが好ましい。複数のａ−Ｃ：Ｈ層を有する構成の好適な態様例として、炭素濃度の異なる複数のａ−Ｃ：Ｈ層を備える水素含有ＤＬＣ層を挙げることができる。また、アルミニウム系基材２側（第２の中間層６側）とは反対側（すなわち、表層側）に他のａ−Ｃ：Ｈ層よりも密度が低いａ−Ｃ：Ｈ層を備える水素含有ＤＬＣ層や、表層側にケイ素（Ｓｉ）がドープされたａ−Ｃ：Ｈ層を備える水素含有ＤＬＣ層等を挙げることもできる。以下、好適な水素含有ＤＬＣ層について、具体的に説明する。
【００２５】
複数のａ−Ｃ：Ｈ層を有する構成の一態様例として、図２に示すように、水素含有ＤＬＣ層８は、第２の中間層６側に、第１の水素化非晶質炭素層（第１のａ−Ｃ：Ｈ層）８１、第２の水素化非晶質炭素層（第２のａ−Ｃ：Ｈ層）８２、及び第３の水素化非晶質炭素層（第３のａ−Ｃ：Ｈ層）８３をこの順で備えることが好ましい。
【００２６】
第２の中間層６上に設けられた第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１は、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２及び第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３よりも、炭素濃度が低い層である。このような相対的に炭素濃度の低い第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１を第２の中間層（炭化ケイ素主体層）６上に設けることにより、第２の中間層６と水素含有ＤＬＣ層８との密着性を高めることができる。
【００２７】
第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に設けられた第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２は、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度が高い層である。また、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２上に設けられた第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３は、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度が高く、かつ第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２よりも密度が低い層である。第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも相対的に炭素濃度の高い、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２と、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２よりも相対的に密度の低い第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３とを設けることにより、密着性及び耐摩耗性がより良好な水素含有ＤＬＣ層８を形成することができる。
【００２８】
第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の炭素濃度及び第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の炭素濃度は、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１の炭素濃度よりも、２０〜３０％程度高いことが好ましい。また、第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の密度は、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の密度よりも、５〜１０％程度低いことが好ましい。
【００２９】
第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の炭素濃度と、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の炭素濃度との関係に特に制限はないが、製造上の観点から、同等程度とすることが好ましい。また、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１の密度と第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の密度との関係も特に制限はないが、製造上の観点から、同等程度とすることが好ましい。
【００３０】
複数のａ−Ｃ：Ｈ層を有する構成の別の一態様例として、上述の第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３を、ケイ素を含有する水素化非晶質炭素層（以下、「Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層」と記載することがある。）８４に変更した構成例を挙げることもできる。すなわち、水素含有ＤＬＣ層８は、第２の中間層６上に設けられた第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１と、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に設けられた、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度が高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２と、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２上に設けられたＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４とを備えることも好ましい。
【００３１】
第２の中間層６上に、相対的に炭素濃度の低い第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１を設けることにより、第２の中間層８２と水素含有ＤＬＣ層８との密着性を高めることができる。また、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも相対的に炭素濃度の高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２を設け、かつ、その上にＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４を設けることにより、密着性及び耐摩耗性がより良好な水素含有ＤＬＣ層８を形成することができる。さらに、金属構造体１の表層側をＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４とすることにより、表面の摩擦係数が小さい金属構造体１とすることができる。
【００３２】
Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４のＳｉ含有量は、Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４の密着力及び耐摩耗性を高める観点から、１〜２０原子％であることが好ましく、５〜１５原子％であることがより好ましい。Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４中のＳｉ含有量（原子％）は、オージェ電子分光法により測定することができる。
【００３３】
水素含有ＤＬＣ層８の厚さは、１．０〜６．０μｍであり、好ましくは１．０〜５．０μｍである。この水素含有ＤＬＣ層８の厚さは、水素含有ＤＬＣ層８が複数のａ−Ｃ：Ｈ層を備える場合、各ａ−Ｃ：Ｈ層の厚さの合計である。上述の第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１及び第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の各厚さは、０．０１〜０．５μｍであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．４μｍである。第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３及びＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４の各厚さは、０．９８〜５．０μｍであることが好ましく、より好ましくは１．０〜５．０μｍである。
【００３４】
水素含有ＤＬＣ層８は、化学蒸着層でもよく、物理蒸着層でもよく、これらを組み合わせた層でもよい。これらのうち、化学蒸着層が好ましい。水素含有ＤＬＣ層８が複数のａ−Ｃ：Ｈ層を備える場合、成膜条件を変えることにより、炭素濃度及び密度等の異なる複数のａ−Ｃ：Ｈ層を形成することが可能である。
【００３５】
本発明の一実施形態の金属構造体１における上述の各層の厚さは、金属構造体１の側面又は断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、確認し、測定することができる。また、例えば、上述の各層の水素量は、ＥＲＤＡ（Ｅｒａｓｔｉｃ  Ｒｅｃｏｉｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、シリコン量は、オージェ電子分光法により、分析し、確認することができる。
【００３６】
本発明の一実施形態の金属構造体１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の部材（基材２）が用いられる製品に広く適用することができる。そのような製品としては、例えば、電気・電子部品、自動車部品、光学部品、住居用部品、家具用部品、包装用品、工具、及び金型等を挙げることができる。金属構造体１が用いられる好適な部材としては、例えば摺動部材を挙げることができる。摺動部材としては、自動車用摺動部品、ピストン、シリンダ、空調用又は油圧コンプレッサー用摺動部品、住居用又は家具用のサッシフレーム及びサッシレール等を挙げることができる。
【００３７】
＜金属構造体の製造方法＞
本実施形態の金属構造体を製造する方法は特に限定されない。その製造方法の好適な一実施形態について、以下に説明する。
【００３８】
本発明の一実施形態の金属構造体１の製造方法は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の基材２上に、実質的にチタン、クロム、又はタングステンのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層４を設ける工程と、第１の中間層４上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層６を設ける工程と、第２の中間層６上に、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ダイヤモンドライクカーボン層（水素含有ＤＬＣ層）８を設ける工程とを含む。なお、各層の厚さは、各工程における成膜時間を調整することにより、調整することができる。
【００３９】
（第１の中間層の成膜工程）
アルミニウム系基材２上に、実質的にＴｉ、Ｃｒ、又はＷのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層４を設ける工程は、物理蒸着（ＰＶＤ）法の一種であるスパッタリング法により行うことが好ましい。例えば、スパッタ装置の真空槽内に、第１の中間層４を形成する金属材料（Ｔｉ、Ｃｒ、又はＷ）のターゲットと、被着対象であるアルミニウム系基材２を配置し、また、Ａｒガス等の不活性ガスを導入する。そして、ターゲットに負電圧を印加して不活性ガスのプラズマを発生させ、不活性ガス原子のイオンをターゲットに衝突させることにより、金属材料をスパッタすることができる。
【００４０】
第１の中間層４を設ける工程では、第１の中間層４を非平衡マグネトロンスパッタリング法（ＵＢＭＳ法）により成膜することがさらに好ましい。ＵＢＭＳ法は、スパッタカソードの磁場を意図的に非平衡にし、その非平衡磁場を用いることで、被着対象へのプラズマ照射を強化したスパッタリング方式である。第１の中間層４をＵＢＭＳ法により成膜することで、アルミニウム系基材２と第１の中間層４との密着性をより高めることができる。
【００４１】
なお、第１の中間層４を設ける工程では、第１の中間層４を成膜する前（すなわち、金属材料をスパッタする前）に、スパッタ装置の真空槽内に不活性ガスのプラズマを発生させ、イオン化した不活性ガス原子によって、アルミニウム系基材２の表面をイオンボンバードすることが好ましい。これにより、アルミニウム系基材２に第１の中間層４を形成する金属が着きやすくなる。
【００４２】
（第２の中間層の成膜工程）
第１の中間層４上に炭化ケイ素を主体とする第２の中間層６を設ける工程は、ＰＶＤ法及びＣＶＤ法のいずれでも行うことができる。これらのうち、ＣＶＤ法が好ましく、プラズマＣＶＤ法がより好ましい。
【００４３】
ＣＶＤ法によって第２の中間層６を成膜する場合、プラズマＣＶＤ法によって行うことが好ましい。プラズマＣＶＤ法では、直流、高周波、又はマイクロ波等を供給することで、原料ガスをプラズマ化して分解させ、被着対象（アルミニウム系基材２上の第１の中間層４上）に第２の中間層６を成膜することができる。原料ガスとしては、気体状の有機ケイ素化合物を用いることができる。有機ケイ素化合物とは、Ｓｉ−Ｃ結合を有する化合物であり、例えば、Ｓｉ原子にメチル基及びエチル基等の有機官能基が結合した化合物、及びＳｉ原子にＯ原子を介して有機官能基が結合した化合物等を挙げることができる。原料ガスとして使用する有機ケイ素化合物は、ガス化できれば特に限定されない。有機ケイ素化合物としては、例えば、モノメチルシラン、モノエチルシラン、ジエチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエトキシシラン、及びヘキサメチルジシロキサン等を挙げることができる。これらのうち、テトラメチルシランが好ましい。
【００４４】
（水素含有ＤＬＣ層の成膜工程）
第２の中間層６上に、水素含有ＤＬＣ層８を設ける工程は、ＰＶＤ法により行うことも可能であるし、プラズマＣＶＤ法により行うことも可能である。ＰＶＤ法では、固体カーボンを原料に使用し、固体カーボンを蒸発させて被着対象に成膜することができる。ＣＶＤ法では、炭化水素ガスを原料に使用し、チャンバー内で炭化水素ガスを分解させて被着対象に成膜することができる。炭化水素ガスとしては、例えば、メタン、エチレン、プロパン、ブタン、ヘキサン、アセチレン、ベンゼン、及びトルエン等を挙げることができる。本発明の一実施形態の製造方法では、プラズマＣＶＤ法により、水素含有ＤＬＣ層８を成膜することが好ましい。
【００４５】
水素含有ＤＬＣ層８を設ける工程は、第２の中間層６上に第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１を設ける工程と、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度を高くした第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２を設ける工程とを含むことが好ましい。さらに、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度を高くし、かつ第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２よりも密度を低くした第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３を設ける工程、又はケイ素を含有する水素化非晶質炭素層（Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層）８４を設ける工程を行うことが好ましい。
【００４６】
上述のように複数のａ−Ｃ：Ｈ層によって水素含有ＤＬＣ層８を形成する場合、成膜条件を変えることにより、炭素濃度や密度の異なる複数のａ−Ｃ：Ｈ層を形成することが可能である。例えば、炭化水素ガスを原料として使用するプラズマＣＶＤ法により、水素含有ＤＬＣ層（各ａ−Ｃ：Ｈ層）を成膜する場合、使用する炭化水素ガスの種類等を変えることにより、炭素濃度の異なる複数のａ−Ｃ：Ｈ層を形成することが可能である。また、プラズマＣＶＤ法において、プラズマの生成に直流電圧等を用いる場合、例えば、印加する電圧等を変えることにより、密度の異なる複数のａ−Ｃ：Ｈ層を形成することが可能である。
【００４７】
より具体的には、第２の中間層６上に、メタン（ＣＨ4）ガスを原料に使用して第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１を成膜し、次いで、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスを原料に使用して第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２を成膜することがより好ましい。このような方法により、第２の中間層８２上に、炭素濃度が相対的に低い第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１と、炭素濃度が相対的に高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２とをこの順で容易に成膜することができる。
【００４８】
また、第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の成膜には、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の成膜に使用した炭化水素ガスと同じ原料を用いることが好ましい。これにより、第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の炭素濃度を、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１の炭素濃度よりも高くでき、かつ、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の炭素濃度と同程度にすることができる。さらに、第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３を成膜する際のプラズマ生成条件を、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２を成膜する際のプラズマ生成条件よりも弱くすること（例えば印加電圧の絶対値を下げること等）が好ましい。これにより、第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３の密度を、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の密度よりも低くすることができる。
【００４９】
Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４を設ける工程では、炭化水素ガスに加えて、前述の有機ケイ素化合物のガスを原料として用いることにより、Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４を容易に成膜することができる。
【００５０】
本発明の一実施形態の製造方法では、プラズマＣＶＤ法の一種であるプラズマイオン注入・成膜法（ＰＢＩＩ＆Ｄ法）により、前述の第２の中間層６及び水素含有ＤＬＣ層８を設ける工程を行うことがさらに好ましい。ＰＢＩＩ＆Ｄ法によって、複雑な三次元形状のアルミニウム系基材に対しても、付き回り良く、水素含有ＤＬＣ層８を成膜することができる。
【００５１】
ＰＢＩＩ＆Ｄ法におけるプラズマの生成方法は特に限定されない。例えば、高電圧パルスを基材２に印加してプラズマを生成する方法や、高電圧パルスと高周波パルスを重畳させて基材２に印加してプラズマを生成する方法を挙げることができる。また、高電圧パルスを印加する基材２とは別に誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源等のプラズマ源を有してプラズマ生成を行う方法を挙げることもできる。本発明の一実施形態の製造方法では、高電圧パルスと高周波パルスを重畳させてアルミニウム系基材２に印加し、プラズマを生成させることが好ましい。ＰＢＩＩ＆Ｄ法によるＤＬＣ膜の成膜方法は、例えば特開２００４−３２３９７３号公報を参照することができる。
【００５２】
本発明の一実施形態の製造方法では、プラズマイオン注入・成膜装置（ＰＢＩＩ＆Ｄ装置）におけるチャンバーに、非平衡マグネトロンスパッタリング装置（ＵＢＭＳ装置）を備え付けた複合成膜装置を用いることが特に好ましい。この複合成膜装置を用いることにより、アルミニウム系基材２に対し、前述の第１の中間層４、第２の中間層６、及び水素含有ＤＬＣ層８を同じチャンバー内で一貫して成膜することが可能である。以下に、ＵＢＭＳ装置が備え付けられたＰＢＩＩ＆Ｄ装置（複合成膜装置）を用いる好適な製造方法の一例を説明する。
【００５３】
まず、ＰＢＩＩ＆Ｄ装置におけるチャンバー内でフィードスルー（試料保持器）にアルミニウム系基材２を取り付け、チャンバー内を真空状態にする。そして、チャンバー内にＡｒガス等の不活性ガスを導入してイオンボンバードメントを行い、アルミニウム系基材２の表面に付着した微細な汚れや水分の除去を行う。
【００５４】
次に、チャンバーに備え付けられたＵＢＭＳ装置を用い、チャンバー内にセットしたアルミニウム系基材２に高電圧パルスを印加し、チャンバー内にセットした金属材料（Ｔｉ、Ｃｒ、又はＷ）のターゲットをスパッタすることで、第１の中間層４を成膜する。
【００５５】
第１の中間層４が所望の厚さとなるような時間にわたって成膜した後、チャンバー内に有機ケイ素化合物のガスを導入し、第１の中間層４が設けられたアルミニウム系基材２に高電圧パルスを印加し、第１の中間層４上に炭化ケイ素主体の第２の中間層６を成膜する。
【００５６】
第２の中間層６が所望の厚さとなるような時間にわたって成膜した後、チャンバー内に炭化水素ガスを導入し、第１の中間層４及び第２の中間層６が設けられたアルミニウム系基材２に高電圧パルスを印加して、第２の中間層６上に第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１を成膜する。そして、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１よりも炭素濃度が高い層が得られるように、チャンバー内に導入する炭化水素ガスの種類を変更し、同様の手順で、第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１上に第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２を成膜する。
【００５７】
第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の成膜後、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２上に第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３又はＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４を成膜する。第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３を成膜する場合には、チャンバー内に第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の成膜に用いた炭化水素ガスを導入し、第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２の成膜条件における高電圧パルスの電圧絶対値よりも低い高電圧パルスをアルミニウム系基材２に印加する。Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４を成膜する場合には、チャンバー内に炭化水素ガス及び有機ケイ素化合物のガスを導入し、アルミニウム系基材２に高電圧パルスを印加する。
【００５８】
上述のように、ＵＢＭＳ装置が備え付けられたＰＢＩＩ＆Ｄ装置（複合成膜装置）を用いることで、前述の第１の中間層４、第２の中間層６、及び水素含有ＤＬＣ層８を同じ装置（チャンバー）内で成膜することが可能であるため、生産性を高めることができる。
【００５９】
以上詳述した本実施形態の金属構造体１は、アルミニウム系基材２上に、実質的にＴｉ、Ｃｒ、又はＷのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層４と、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層６と、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ＤＬＣ層８とをこの順で備える。そのため、アルミニウム系基材２に対して、良好に密着したＤＬＣ層８を有する金属構造体１を提供することができる。さらに、水素含有ＤＬＣ層８を、第２の中間層６側から、相対的に炭素濃度が低い第１のａ−Ｃ：Ｈ層８１と、相対的に炭素濃度が高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層８２と、相対的に炭素濃度が高く、密度が低い第３のａ−Ｃ：Ｈ層８３、又はＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層８４とを備える構成とすることで、密着性及び耐摩耗性がより良好なＤＬＣ層８を形成することができる。
【００６０】
本発明の一実施形態の金属構造体は、以下の構成をとることも可能である。
［１］Ａｌ製又はＡｌ合金製の基材と、前記基材上に設けられた、実質的にＴｉ、Ｃｒ、又はＷのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層と、前記第１の中間層上に設けられた、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層と、前記第２の中間層上に設けられた、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ＤＬＣ層と、を備える金属構造体。
［２］前記第１の中間層は、実質的にＣｒからなる前記［１］に記載の金属構造体。
［３］前記水素含有ＤＬＣ層は、前記第２の中間層上に設けられた第１のａ−Ｃ：Ｈ層と、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に設けられた、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層と、前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に設けられた、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高く、かつ前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層よりも密度が低い第３のａ−Ｃ：Ｈ層と、を備える前記［１］又は［２］に記載の金属構造体。
［４］前記水素含有ＤＬＣ層は、前記第２の中間層上に設けられた第１のａ−Ｃ：Ｈ層層と、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に設けられた、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高い第２のａ−Ｃ：Ｈ層と、前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に設けられた、Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層と、を備える前記［１］又は［２］に記載の金属構造体。
［５］前記Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層のＳｉ含有量が、１〜２０原子％、より好ましくは５〜１５原子％である前記［４］に記載の金属構造体。
［６］前記基材における前記第１の中間層が設けられる側の表面のＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３の規定に準拠して測定される算術平均粗さＲａが、０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の金属構造体。
［７］摺動部材に用いられる前記［１］〜［６］のいずれかに記載の金属構造体。
【００６１】
また、本発明の一実施形態の金属構造体の製造方法は、以下の構成をとることも可能である。
［８］Ａｌ製又はＡｌ合金製の基材上に、実質的にＴｉ、Ｃｒ、又はＷのいずれかの純金属からなる厚さ０．６μｍ以上の第１の中間層を設ける工程と、前記第１の中間層上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１〜０．５μｍの第２の中間層を設ける工程と、前記第２の中間層上に、厚さ１．０〜６．０μｍの水素含有ＤＬＣ層を設ける工程と、を含む金属構造体の製造方法。
［９］前記第１の中間層を非平衡マグネトロンスパッタリング法により成膜する前記［８］に記載の製造方法。
［１０］前記水素含有ＤＬＣ層を設ける工程を、プラズマイオン注入・成膜法により行う前記［８］又は［９］に記載の製造方法。
［１１］前記水素含有ＤＬＣ層を設ける工程は、前記第２の中間層上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度を高くした第２のａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度を高くし、かつ前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層よりも密度を低くした第３のａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、を含む前記［８］〜［１０］のいずれかに記載の製造方法。
［１２］前記水素含有ＤＬＣ層を設ける工程は、前記第２の中間層上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に、前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度を高くした第２のａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に、Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層を設ける工程と、を含む前記［８］〜［１０］のいずれかに記載の製造方法。
［１３］前記第１のａ−Ｃ：Ｈ層を、メタンガスを原料に使用して成膜し、前記第２のａ−Ｃ：Ｈ層を、アセチレンガスを原料に使用して成膜する前記［１１］又は［１２］に記載の製造方法。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の一実施形態の金属構造体について、実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
基材として、アルミニウム合金板（ＪＩＳ規格Ａ２０２４材）を用いた。この基材への中間層及び／又はＤＬＣ層の成膜には、ＰＢＩＩ＆Ｄ装置におけるチャンバーにＵＢＭＳ装置を備え付けた複合成膜装置を用いた。この装置におけるＰＢＩＩ＆Ｄ装置には、栗田製作所社製の「ＰＥＫＵＲＩＳ−ＰＢＩＩＤ−ＰＡＴ−０１型」を用いた。ＵＢＭＳ装置のスパッタガンには、Ｊ＆Ｌ Ｔｅｃｈ社製のＳＰＵＴＴＥＲ ７００×１００を用いた。
【００６４】
上記ＰＢＩＩ＆Ｄ装置は、チャンバーと、チャンバーに取り付けられたフィードスルー（試料保持器）と、フィードスルーに接続されたプラズマ発生用高周波電源及び高電圧パルス発生用電源等を備える（特開２００４−３２３９７３号公報参照）。このＰＢＩＩ＆Ｄ装置を使用する際には、チャンバー内で基材をフィードスルーに取り付け、プラズマ発生用高周波電源と高電圧パルス発生用電源とをフィードスルーを介して基材に接続する。そして、基材に対し、ＣＰＵによる制御に基づいてプラズマ発生用高周波電源から高周波パルスを印加することで基材の外形に沿ってパルスプラズマを発生させることが可能である。加えて、そのプラズマ中又はアフターグロープラズマ中に、ＣＰＵによる制御に基づいて高電圧パルス発生用電源から基材に負の高電圧パルスを印加することで、イオン注入及び成膜プロセスを行うことが可能である。
【００６５】
（実施例１）
上記ＰＢＩＩ＆Ｄ装置のフィードスルーに基材を取り付け、チャンバーに取り付けられた真空装置により、チャンバー内を１．３３×１０-3Ｐａまで真空状態にした。その後、チャンバーに取り付けられたガス供給装置により、チャンバー内にアルゴンガスを導入してイオンボンバードメントを行い、基材表面に付着した微細な汚れ及び水分を除去した。
【００６６】
（第１の中間層の成膜工程）
ＰＢＩＩ＆Ｄ装置のチャンバーに備え付けたＵＢＭＳ装置を用い、高電圧パルスを−１５ｋＶの電圧で印加し、チャンバー内に取り付けられたＣｒターゲットをスパッタし、基材上に第１の中間層を成膜した。この成膜を７５分かけて行い、実質的にＣｒからなる厚さ０．６μｍの第１の中間層を得た。
【００６７】
（第２の中間層の成膜工程）
次に、チャンバー内にテトラメチルシラン（ＴＭＳ）ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第１の中間層上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．０１μｍの第２の中間層を成膜した。
【００６８】
（ＤＬＣ層の成膜工程）
次に、チャンバー内にメタン（ＣＨ4）ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第２の中間層上に、厚さ０．１μｍの第１のａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。
その後、チャンバー内にアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高い、厚さ０．３μｍの第２のａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。
そして、チャンバー内にＣ2Ｈ2ガスを導入し、高電圧パルスを−５ｋＶの電圧で印加し、第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高く、かつ、第２のａ−Ｃ：Ｈ層よりも密度が低い、厚さ４．０μｍの第３のａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。
このようにして、基材上に、第１の中間層、第２の中間層、第１のａ−Ｃ：Ｈ層、第２のａ−Ｃ：Ｈ層、及び第３のａ−Ｃ：Ｈ層をこの順で設けた金属構造体を作製した。
【００６９】
（実施例２）
実施例２では、実施例１における第１の中間層、第２の中間層、第１のａ−Ｃ：Ｈ層、第２のａ−Ｃ：Ｈ層、及び第３のａ−Ｃ：Ｈ層の各層を成膜する時間を変更した以外は、実施例１と同様にして、金属構造体を作製した。
【００７０】
（実施例３）
実施例３では、実施例１で行ったＤＬＣ層の成膜工程を変更した以外は、実施例１と同様にして、金属構造体を得た。すなわち、実施例３では、実施例１と同様の手法により、基材上に第１の中間層を成膜した後、第１の中間層上に第２の中間層を成膜した。その後、チャンバー内にメタン（ＣＨ4）ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第２の中間層上に、厚さ０．１μｍの第１のａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。次に、チャンバー内にアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第１のａ−Ｃ：Ｈ層上に、第１のａ−Ｃ：Ｈ層よりも炭素濃度が高い、厚さ０．３μｍの第２のａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。そして、チャンバー内にＣ2Ｈ2ガス及びＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−５ｋＶの電圧で印加し、第２のａ−Ｃ：Ｈ層上に、厚さ１．０μｍのＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。
このようにして、基材上に、第１の中間層、第２の中間層、第１のａ−Ｃ：Ｈ層、第２のａ−Ｃ：Ｈ層、及びＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層をこの順で設けた金属構造体を作製した。
【００７１】
（実施例４〜６）
実施例４〜６では、実施例３における第１の中間層、第２の中間層、第１のａ−Ｃ：Ｈ層、第２のａ−Ｃ：Ｈ層、及びＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層の各層を成膜する時間を変更した以外は、実施例３と同様にして、金属構造体を作製した。
【００７２】
（実施例７）
実施例７では、第１の中間層の成膜にＷターゲットを用い、実質的にＷからなる厚さ４．５μｍの第１の中間層を成膜したこと、及び実施例３における第２の中間層、第１のａ−Ｃ：Ｈ層、第２のａ−Ｃ：Ｈ層、及びＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層の各層を成膜する時間を変更したこと以外は、実施例３と同様にして、金属構造体を作製した。
【００７３】
（実施例８）
実施例８では、第１の中間層の成膜にＴｉターゲットを用い、実質的にＴｉからなる厚さ３．０μｍの第１の中間層を成膜したこと、及び実施例２で行ったＤＬＣ層の成膜工程を変更したこと以外は、実施例２と同様にして金属構造体を作製した。実施例８では、実施例２で行ったＤＬＣ層の成膜工程を変更したことにより、ＤＬＣ層を、厚さ０．１μｍ第１のａ−Ｃ：Ｈ層と、厚さ２．０μｍの第３のａ−Ｃ：Ｈ層の２層構造とした。
【００７４】
（実施例９）
実施例９では、実施例２で行ったＤＬＣ層の成膜工程を、第３のａ−Ｃ：Ｈ層の成膜のみに変更したこと以外は、実施例２と同様にして金属構造体を作製した。
【００７５】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と比較して、第１の中間層の成膜工程を実行しなかったこと、実施例１で行った第２の中間層の成膜時間を変更したこと、及びＤＬＣ層を、実施例１で行った第３のａ−Ｃ：Ｈ層の成膜条件で行った１層のａ−Ｃ：Ｈ層のみとしたこと以外は、実施例１と同様にして、金属構造体を得た。
すなわち、比較例１では、イオンボンバードメントを行った基材に対し、チャンバー内にＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．４μｍの中間層を成膜した。次に、チャンバー内にＣ2Ｈ2ガスを導入し、高電圧パルスを−５ｋＶの電圧で印加し、中間層上に、厚さ６．０μｍのａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。このようにして、比較例１の金属構造体を作製した。
【００７６】
（比較例２）
比較例２では、実施例１における第１の中間層、第２の中間層、及びＤＬＣ層のそれぞれの成膜工程を変更した以外は、実施例１と同様にして、金属構造体を得た。具体的には、次のようにして、第１の中間層、第２の中間層、及びＤＬＣ層を成膜した。
【００７７】
比較例２における第１の中間層の成膜工程では、ＰＢＩＩ＆Ｄ装置のチャンバーに備え付けたＵＢＭＳ装置を用い、高電圧パルスを−１５ｋＶの電圧で印加し、チャンバー内に取り付けられたＷターゲットをスパッタし、基材上に第１の中間層を成膜した。この成膜を３０分かけて行い、実質的にＷからなる厚さ０．２μｍの第１の中間層を得た。
【００７８】
比較例２における第２の中間層の成膜工程では、チャンバー内にＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第１の中間層上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．００２μｍの第２の中間層を成膜した。
【００７９】
比較例２におけるＤＬＣ層の成膜工程では、チャンバー内にＣＨ4ガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第２の中間層上に、厚さ０．５μｍのａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。そして、チャンバー内にＣ2Ｈ2ガス及びＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−５ｋＶの電圧で印加し、ａ−Ｃ：Ｈ層上に、厚さ４．０μｍのＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。このようにして、比較例２の金属構造体を作製した。
【００８０】
（比較例３）
比較例３では、実施例１における第１の中間層、第２の中間層、及びＤＬＣ層のぞれぞれの成膜工程を変更した以外は、実施例１と同様にして、金属構造体を得た。具体的には、次のようにして、第１の中間層、第２の中間層、及びＤＬＣ層を成膜した。
【００８１】
比較例３における第１の中間層の成膜工程では、ＰＢＩＩ＆Ｄ装置のチャンバーに備え付けたＵＢＭＳ装置を用い、高電圧パルスを−１５ｋＶの電圧で印加し、チャンバー内に取り付けられたＴｉターゲットをスパッタし、基材上に第１の中間層を成膜した。この成膜を４５分かけて行い、実質的にＴｉからなる厚さ０．３μｍの第１の中間層を得た。
【００８２】
比較例３における第２の中間層の成膜工程では、チャンバー内にＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−２０ｋＶの電圧で印加し、第１の中間層上に、炭化ケイ素を主体とする厚さ０．８μｍの第２の中間層を成膜した。
【００８３】
比較例３におけるＤＬＣ層の成膜工程では、チャンバー内にＣ2Ｈ2ガス及びＴＭＳガスを導入し、高電圧パルスを−５ｋＶの電圧で印加し、第２の中間層上に、厚さ５．０μｍのＳｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層を成膜した。このようにして、比較例３の金属構造体を作製した。
【００８４】
（比較例４）
比較例４では、第１の中間層の成膜に窒化クロム（ＣｒＮ）ターゲットを用い、実質的にＣｒＮからなる厚さ０．６μｍの第１の中間層を成膜したこと以外は、実施例５と同様にして、金属構造体を作製した。
【００８５】
なお、上記各例で作製した金属構造体における各層の厚さは、金属構造体の断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、測定した。各金属構造体における各層の厚さを表１及び表２に示す。
【００８６】
（ＤＬＣ層の密着性評価）
ＤＬＣ層の密着性の評価には、上記各例で使用したアルミニウム合金板製の基材として、そのアルミニウム合金板を縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ３ｍｍに加工した基材を用いて、上記各例と同条件で作製した金属構造体（評価用試験片）を使用した。ＤＬＣ層の密着性の評価として、ボールオンディスク式摩擦摩耗試験を行った。この試験には、摩擦係数を測定可能なボールオンディスク式摩擦摩耗試験機（レスカ社製の製品名「ＦＰＲ−２１００型」、ボール材質：ＳＵＪ２調質材、ボール直径：３／１６インチ、負荷荷重：６００ｇ、摺動速度：０．０６ｍ／ｓ）を用いた。ここで、ＤＬＣ層の密着性の評価として、ボールオンディスク式摩擦摩耗試験を採用したのは、本試験例では、硬さが鉄鋼に比べて著しく低いアルミニウム合金を基材として用いているためである。すなわち、アルミニウム系基材では、通常のロックウェル試験やスクラッチ試験よりも、ボールオンディスク式摩擦摩耗試験の方が、ＤＬＣ層の密着耐久性を評価するのにより適しているためである。一例として、実施例１の金属構造体について、ボールオンディスク式摩擦摩耗試験を行った際の摩擦係数の変動状況を図３に示す。図３に示すように、ＤＬＣ層が剥離し、中間層又は基材が露出すると、摩擦係数の著しい上昇が認められるため、この摩擦係数の著しい上昇が生じた時点の摺動距離の長さで、密着性を評価した。その摺動距離が長いほど、密着耐久性が良いことを表す。各例の金属構造体におけるＤＬＣ層が剥離し、摩擦係数が急上昇するまでの摺動距離及び急上昇する前の定常摩擦係数を表１及び表２に示す。
【００８７】
2018059136.tif 000003
【００８８】
2018059136.tif 000004
【００８９】
実施例１〜９では、比較例１〜４に比べて、アルミニウム系基材に対して、良好に密着したＤＬＣ層を有する金属構造体を得られたことが確認された。
【符号の説明】
【００９０】
１  金属構造体
２  基材
４  第１の中間層
６  第２の中間層
８  水素含有ＤＬＣ層
８１  第１のａ−Ｃ：Ｈ層
８２  第２のａ−Ｃ：Ｈ層
８３  第３のａ−Ｃ：Ｈ層
８４  Ｓｉ含有ａ−Ｃ：Ｈ層
【図１】
2018059136.tif 000005
【図２】
2018059136.tif 000006
【図３】
2018059136.tif 000007