(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗性の表面を生成する方法であって、
−コーティングされる基材をコーティングチャンバに投入する工程と、
−前記コーティングチャンバから空気を吸い出し、アセチレン及びアルゴンを含むプロセスガスを導入する工程と、
−低電圧アーク放電を用いて、プラズマを生成する工程と、
−前記コーティングされる基材に、基板バイアスを加える工程と、
を含み、
ＤＬＣ層を堆積するために、最初に高い基板バイアスを加え、ＤＬＣ傾斜層のその後のコーティングのために、連続的に、及び／又は複数の小さい段階的な低減で前記基板バイアスを減少すること、及び
前記基板バイアスの減少と同時に、低電圧放電電流を連続的に増加し、前記基板バイアスの減少と同時に起こるプラズマ密度の減少を相殺することを特徴とする耐摩耗性の表面を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚い導入層のある耐摩耗層を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動面をもつ複数部品において、摺動する一方の要素が最初に少なくとも部分的に導入層を摩滅させ、したがってそれ自身の形状に適合するような、複数部品の表層としての導入層を有する硬質面に大きな要望がある。
【０００３】
ＤＬＣ層を摺動層として用いること、そしてこれらを軟質層で覆い、この軟質層が導入層として機能することが知られている。しかし、この点について、他の層材料に切り替えなくてはならないことは不利である。これは、コーティング設備と実行すべきコーティング手順に高い要求が課せられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、軟質な導入層をもつ硬質表面コーティングを生成する方法を開示することであり、硬質コーティングと軟質な導入層の層材料は、それらの化学元素及び濃度に関して本質的に同じである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これは、密度が減少し、したがって硬さが減少する傾斜層がＤＬＣ層に生成されることで達成される。傾斜層の十分な厚さで、効果的な導入層が生成される。
【０００６】
ここで、傾斜層の低い、減少する密度により、層の全体的な硬さの低下が生じるのは明らかである。好ましい実施形態では、層の全体的な硬さが少なくとも１５ＧＰａとなるように、傾斜が実装される。
【０００７】
少なくとも１０ＧＰａの硬度を有するＤＬＣ層は、本発明の別の好ましい実施形態によれば、少なくとも１５００ＨＶ又は１５ＧＰａ、好ましくは少なくとも１８ＧＰａ、更に好ましくは少なくとも２０ＧＰａの硬さを有する。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、傾斜層の厚さの範囲内で、６００ＨＶ又は６ＧＰａ未満、好ましくは少なくとも８ＧＰａの硬さの領域はない。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、ＤＬＣ層の厚みは少なくとも０．５μｍである。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、傾斜層の厚みは少なくとも３００ｎｍである。
【００１１】
本発明に係るコーティングは、例えば、プラズマ支援ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセス又はそれら２つを組み合わせた手段によって、生成される。
【００１２】
層を生成する本発明の好ましい実施形態は、プラズマ支援ＣＶＤと粉状プロセスの組み合わせを含む。
【００１３】
本発明に係るコーティングは、特に以下の有利な点を有する。
【００１４】
ＤＬＣ層は、耐摩耗性を保証するのに十分な硬い状態を維持している。
【００１５】
粗さの増加した基材において、基材材料の複数のピーク間にある領域が保護されるため、傾斜層の耐摩耗性を増加するのも可能である。
【００１６】
傾斜層の生成は、ＤＬＣ層を生成する従来のプロセスに基づくことができる。付加的な設備又は付加的なガスは必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、基準と比較した、様々なＤＬＣ試料の水素濃度を示す。
【図２】図２は、摩耗に関して、傾斜のあるＤＬＣ試料と傾斜のないＤＬＣ試料の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を、プロセスの詳細な説明と共に実施例を用いて説明する。
【００１９】
基材は、プラズマ支援ＣＶＤ法により、真空チャンバ内で生成した。アセチレンとアルゴンの組み合わせが、プロセスガスとして用いられる。プロセスガスは、チャンバ内でプラズマによりイオン化され、プラズマは、低電圧アーク放電によって生成された。また、コーティングプロセスの間、基板バイアスが基材に印加された。
【００２０】
ＤＬＣ層を堆積するために、基板バイアスを９００Ｖの一定値に維持した。ＤＬＣコーティングは８０分掛かった。傾斜層を堆積するために、基板バイアスを９００Ｖから５０Ｖへ連続的に減少した。４０分経過後に、５０Ｖの基板バイアスに達した。全体のコーティングプロセスの間、基板バイアスを除いてその他のコーティングパラメータは、一定値に維持した。しかし、基板バイアスの減少と共に生じる基板電流の減少を相殺するために、低電圧アーク放電電流は連続的に増加する。基板バイアスの連続的な減少は、層密度の連続的な減少を生成し、他方で層硬さの減少を生じた。
【００２１】
その結果、傾斜層は０．７μｍの厚さとなった。全組織（ＤＬＣ層及び傾斜層）の押込み硬さ（Ｆｉｓｃｈｅｒｓｃｏｐｅ（登録商標）にて１０ｍＮの負荷で測定）は、１８ＧＰａであった。層組織は、優れた耐摩耗性を示した。
【００２２】
水素原子濃度の深さプロファイル（［Ｈ］）が、２ＭｅＶ  Ｈｅ  ＥＲＤＡ（弾性反跳検出分析）を用いて、２つのＤＬＣ試料について決定された：一つは傾斜があり、一つは傾斜がない。データを計算するために、９．５ａｔ％（原子パーセント）の水素をもつ基準（ｍｉｃａ）を参考として測定し、ＤＬＣ層と基準内のアルファ粒子のエネルギー損失（制動力）がＳＲＩＭプログラム（ｗｗｗ．ｓｒｉｍ．ｏｒｇ／）で決定された。傾斜のないＤＬＣ層のコーティングは、９００Ｖの一定の基板バイアスで行ない、８０分を要した（層厚さ〜１μｍ）。ＤＬＣ層を傾斜してコートするために、基板バイアスを９００Ｖから５０Ｖへ連続的に減少した。この工程は８０分を要し、１．５μｍの傾斜層厚さとなった。その結果は、図１に描画している。この方法は、約３５０ｎｍの深さまでの測定を可能にする。その表面は分析結果において、右側（０）と左側に向けて増加する深さ目盛りにて描画される。その結果は、水素原子の濃度が傾斜表面に向けて増加していることを示している。しかし、傾斜のないＤＬＣ試料においては、水素原子の濃度は一定のままである。
【００２３】
傾斜層をもつＤＬＣの摩擦を、ピンオンディスク試験（ｐｉｎ−ｏｎ−ｄｉｓｋ  ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ、  ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を用いて検査し、ＤＬＣ（傾斜層なし）と比較した。基材は両試験で同じ（研磨鋼板）とした。試験は空気中、温度２２℃、相対湿度４３％で行った。それら試料は、直径３ｍｍの１００Ｃｒ６製の鋼球で摩耗した。鋼球は、静止摩擦の相手として役目を果たし、コーティングされた試料は鋼球（直径３ｍｍ、速さ３０ｃｍ／ｓ）の下に置かれた。３０Ｎの荷重を球に掛けた。最初の５０ｍと、６０００ｍ後の代表的な摩擦係数が、図１（ａ）、（ｂ）における両コーティングに対して描画されている。傾斜層をもつＤＬＣの摩擦係数が、特に始動段階において、ＤＬＣ単独の摩擦係数よりも著しく小さいことは明らかである。試験後の摩耗された表面の調査でも、概してＤＬＣ単独よりも傾斜層があるＤＬＣにおいて、層と相手部品の著しく少ない摩耗を示している。（コーティング面の摩耗路の幅  ２６０μｍ対４５０μｍ、球の摩耗領域の直径  ３００μｍ対６００μｍ）
【００２４】
加えて、特定用途の最初の実地試験では、傾斜層があるＤＬＣのより良い導入の挙動を首尾良く実証した。
【図１】
0006415456.tif 000002
【図２】
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