[发明专利]被覆膜及其制造方法

说明书

本发明提供一种不仅充分地改善低摩擦性与耐磨损性的并存且改善耐碎片性或耐剥离性的被覆膜及其制造方法以及PVD装置。一种被覆膜，被覆在基材的表面上，且具有在通过明视场TEM图像对截面进行观察时相对地以黑白显示的硬质碳，白色的硬质碳在厚度方向上相连成网格状、黑色的硬质碳分散在网格的间隙中的网格状硬质碳层是使用PVD法而形成，在利用拉曼分光法对网格状硬质碳层进行测定时，拉曼分光光谱的D频带与G频带的波峰的面积强度比ID/IG比为1～6。本发明使用电弧式PVD法，以将基材温度维持于超过200℃且为300℃以下的方式控制偏向电压、电弧电流、加热器温度等，并且一面使基材自转和/或公转一面在基材的表面上被覆硬质碳膜。

技术领域

本发明涉及一种被覆膜及其制造方法以及物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)装置，更详细来说，本发明涉及一种作为各种滑动构件的被覆膜合适的被覆膜及其制造方法以及所述制造方法中所用的PVD装置。

背景技术

近年来，在各种产业领域、特别是汽车领域中，使硬质碳膜被覆在引擎(engine)基材或其他机械基材等需要滑动性的构件的表面上的研究正在盛行。

所述硬质碳膜通常是以类钻碳(Diamond Like Carbon，DLC)膜、非晶形碳膜、i-碳膜、钻石状碳膜等各种名称而称呼，在结构上并非结晶而被分类为非晶质。

而且，关于所述硬质碳膜，一般认为钻石结晶中可见的单键(C-C)与石墨结晶中可见的双键(C＝C)混合存在，除了具有钻石结晶那样的高硬度、高耐磨损性、优异的化学稳定性等特征以外，也兼具石墨结晶那样的低硬度、高润滑性、优异的对象适应性等特征。另外，由于为非晶质，因此平坦性优异，也兼具与对象材料直接接触时的低摩擦性、即小摩擦系数或优异的对象适应性。

这些特性视成膜条件、滑动条件、对象材料而大幅度地变动，已提出了通过控制硬质碳膜的组成、结构、表面粗糙度等而提高这些特性的技术。

另一方面，对于滑动构件来说为重要特性的低摩擦性与耐磨损性彼此处于取舍(trade-off)关系，因此难以使这些特性并存。

因此，谋求通过规定经低硬度化的硬质碳层，或规定低硬度硬质碳与高硬度硬质碳的混合存在状态，或有效利用低硬度的硬质碳，而使被覆膜的低摩擦性与耐磨损性在某种程度上并存，改善所述取舍(trade-off)关系。

然而，关于使所述低摩擦性与耐磨损性并存，现状为尚不可谓充分。另外，对于滑动构件的被覆膜，除了所述低摩擦性或耐磨损性以外还要求耐碎片性(耐缺损性)或耐剥离性，但现状为这些特性的改善也尚不可谓充分。

例如在专利文献1中示出，通过将低硬度硬质碳层与高硬度硬质碳层交替层叠，而使低摩擦性与耐磨损性并存，所述低硬度硬质碳层为以碳作为主成分的非晶结构体，且含有由平均径2nm以上构成的石墨簇(graphite cluster)，所述高硬度硬质碳层含有由平均径1nm以下构成的石墨簇，但其并存尚不充分，耐碎片性或耐剥离性也不可谓充分。

另外，专利文献2中公开了一种以碳、氢作为主成分且表面粗糙度Rmax为0.5μm以下的利用等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法所成膜的硬质碳膜，且其在X射线衍射结晶学上为非晶质结构，并且作为钻石结构及石墨结构的簇(cluster)的混合体，通过规定各簇的碳原子数而使低摩擦性与耐磨损性并存，但为了防止异常成长而减小面粗糙度，需要钻石结构与石墨结构此两种簇，各簇的原子数大至100～2000，因此即便在X射线衍射中为非晶质结构，若利用电子束衍射来分析微小区域则有时也含有结晶质，簇的尺寸大，在低摩擦性与耐磨损性并存的方面存在极限，耐碎片性或耐剥离性也不可谓充分。