滑动性优异的硬质皮膜及该硬质皮膜的形成方法技术

提供一种耐磨耗性优异，另外难以发生烧粘等，即使长期使用滑动性仍优异的硬质皮膜，以及能够以短时间形成该滑动性优异的硬质皮膜的硬质皮膜的形成方法。是由通式Ｍ↓［ｘ］Ｂ↓［ａ］Ｃ↓［ｂ］Ｎ↓［ｃ］表示的硬质皮膜，其特征在于，Ｍ为从４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族的元素及Ｓｉ、Ａｌ中选择的至少１种金属元素，并满足如下各式：０≤ａ≤０．２，０≤ｃ≤０．２，０＜ｘ－ａ－ｃ，ｘ－ａ－ｃ＜ｂ≤０．９，０．０５≤ｘ＜０．５，ｘ＋ａ＋ｂ＋ｃ＝１。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及例如被成膜于金属成型用的金属模具和金属加工用的夹 具等的表面的滑动性优异的硬质皮膜，此外还涉及该硬质皮膜的形成方法。
技术介绍
历来，对于金属成型用的金属模具和金属加工用的夹具，利用氮化处理改善耐磨耗性、改善耐烧粘性被推进。近年来，利用PVD等的气相涂 敷来取代该氮化处理以改善耐磨耗性和耐烧粘性也得到研究。例如，在专利文献1中所记载的技术是，形成由含有Cr、 Ti、 Al、 V 的氮化物之中至少2种金属氮化物的复合氮化物构成的皮膜，从而改善滑 动性。另外，专利文献2及专利文献3中记载的技术是，形成以Ti、 V、 Cr、 Al、 Si之中选择1种以上的金属元素为主体的氮化物、碳化物、碳氮 化物的l种以上所构成的衬底层，再在该衬底层的表面，形成以Ti、 V、 Cr、 Al、 Si、 Cu为主体的最表层，或形成含有Ti、 Cr的l种以上，余量 由Mo构成的硫化物所形成的最表层，由此来改善耐磨耗性和耐烧粘性。 此外，在专利文献4中记载的技术是，在由TiN、 TiCN、 CrN等构成的高 硬度皮膜的衬底层的表面，形成由二硫化钼或以二硫化钼为主成分的化合 物构成的表面层，由此来改善耐磨耗性和耐烧粘性。另外，专利文献5是本申请人先行提出专利申请的专利技术。在该文献中公开的技术是，通过形成所谓(XcM卜e) (BaCbN卜a-b)的成分组成(M为W、 V的l种以上，X为从4A族、5A族、6A族的元素和A1、 Si、 Fe、 Co、 Ni中选择的至少l种，c、 l一c、 a、 b、 l一a—b分别表示X、 M、 B、 C、 N的原子比。)的皮膜，从而改善耐磨耗性和耐烧粘性。专利文献l所述的由含有Cr、 Ti、 Al、 V的氮化物之中至少2种金属氮化物的复合氮化物构成的皮膜虽然为高硬度，耐磨耗性优异，但是耐烧 粘性不充分，进行高面压的塑性加工等时，在严酷的环境的使用不够优良。另外，专利文献2所述的形成有以Ti、 V、 Cr、 Al、 Si之中选择l种以上 的金属元素为主体的氮化物、碳化物、碳氮化物的l种以上所构成的衬底 层，在该衬底层的表面，形成以Ti、 V、 Cr、 Al、 Si、 Cu为主体的最表层 的皮膜，与专利文献1记载的皮膜一样，虽然为高硬度，耐磨耗性优异， 但是耐烧粘性差。另外，在专利文献3、专利文献4所述的皮膜上，虽然 设有用于改善耐烧粘而形成的由硫化物构成的表面层，但是硫化物比较软 质，虽然在使用最初滑动性优异这一点确实，但会随着使用时间的流逝而 衰减，长期耐久性这一点存在问题。专利文献1特开2000—144376号公报专利文献2特开2002—307129号公报专利文献3特开2002—307128号公报专利文献4特开2000—1768号公报专利文献5特开2006 — 124818号公报
技术实现思路
本专利技术试图消除上述现有的问题而做，其课题为提供一种耐磨耗性优 异，另外难以发生烧粘等，即使长期使用滑动性仍优异的硬质皮膜，以及 能够以短时间形成该滑动性优异的硬质皮膜的硬质皮膜的形成方法。第一专利技术所述的专利技术是一种滑动性优异的硬质皮膜，是由通式 M3aCbNe表示的硬质皮膜，M为从4A族、5A族、6A族的元素及Si、 Al中选择的至少1种金属元素，并满足如下各式0《a《0.2， 0《c《0.2， 0<x—a_c， x—a—c<b《0.9， 0.05《x<0.5， x+a+b+c=l。其中，x、 a、 b、 c分别表示M、 B、 C、 N的原子比。根据第一专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，第二专利技术所述的专利技术， a和c的原子比都为O时，满足0.1《x《0.4。根据第一专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，第三专利技术所述的专利技术， M为W，并满足如下各式0《a《0.12， 0.5<b《0.8， 0.01《c<0.15， 0.2 《x<0.5。根据第三专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，第四专利技术所述的专利技术，含有结晶构造为5—WN和WCl—x的混合物。第五专利技术所述的专利技术是一种硬质皮膜的形成方法，是将第一或第二发 明所述的硬质皮膜成膜于基材的表面的硬质皮膜的形成方法，使用由金属元素M构成的金属靶，或由金属元素M和B构成的复合靶，在Ar和碳 化氢气体、或Ar和碳化氢气体及氮的混合气氛中，利用阴极放电型的电 弧离子镀装置，形成与所述靶的蒸发面大体正交并向前方散射或平行向前 的磁力线，在此状态下，将所述硬质皮膜成膜于所述基材的表面。根据第五专利技术所述的硬质皮膜的形成方法，第六专利技术所述的专利技术，金 属元素M为Ti，碳化氢气体为甲垸(CH4)气体时，成膜时的甲垸分压与 电弧电流密度的关系，满足甲烷分压(Pa) 〉0.163 + 1.44X电弧电流密度 (A/cm2)。第七专利技术所述的专利技术是一种硬质皮膜的形成方法，是将第三或第四发 明所述的硬质皮膜成膜于基材的表面的硬质皮膜的形成方法，使用由WC 构成的靶，在含有含C气体和氮的混合气氛中，利用阴极放电型的电弧离 子镀装置，形成与所述靶的蒸发面大体正交并向前方散射而平行推进的磁 力线，在此状态下，将所述硬质皮膜成膜于所述基材的表面。若利用本专利技术的第一专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，则通过形成 金属元素M的碳化物，耐磨耗性得以呈现，此外，与金属元素M难以反 应的游离C成分产生，从而能够得到低p等的优异的滑动特性。即，能够 得到耐磨耗性优异，另外难以发生烧粘等，即使长期使用滑动性仍优异的 硬质皮膜。若利用本专利技术的第二专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，则能够相对 地使皮膜中的C量增加，特别在低温区域，能够有效地使摩擦系数降低， 也能够使摩擦量降低。若利用本专利技术的第三专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，则能够得到 润滑性优异并且具有高硬度，另外耐磨耗性优异，难以发生烧粘等，即使 长期使用滑动性仍优异的硬质皮膜。若利用本专利技术的第四专利技术所述的滑动性优异的硬质皮膜，则因为滑动 性优异的WCl—x和耐磨耗性优异的5—WN在皮膜中被形成，所以能够得到滑动性和耐磨耗性的平衡优异的硬质皮膜。若利用本专利技术的第五专利技术所述的硬质皮膜的形成方法，外加使与靶的 蒸发面大体正交并向前方散射、水平推进的磁力线形成的磁场，在此状态 下，通过投入碳化氢气体，使之离子化而加入皮膜中，能够使皮膜中的碳 含有率增加，能够以短时间形成滑动性优异的硬质皮膜。若利用本专利技术的第六专利技术所述的硬质皮膜的形成方法，则必定能够产 生不会与Ti发生反应的游离C成分，如此能够使皮膜中的C含量达到适 当的原子比。若利用本专利技术的第七专利技术所述的硬质皮膜的形成方法，使用由wc构成的耙，在含有含C气体和氮的混合气氛中，运用电弧离子镀装置进行成 膜，从而能够以短时间形成稳定性良好、滑动性优异的硬质皮膜。附图说明图1是模式化地显示用于本专利技术的硬质皮膜的形成的阴极放电型的电 弧离子镀装置的一例的概略剖面图。图2是表示同一电弧离子镀装置的使用蒸发源的一例的概略剖面图。 图3是表示同一电弧离子镀装置的使用蒸发源的另一例的概略剖面图。图4是表示现有的电弧离子镀装置的使用蒸发源的概略剖面图。图5是表示金属元素M为Ti，碳化氢气体为甲烷(CH4)气体时的甲 垸分压与电弧电流密度的关系的说明图。 符号说明1…电弧离子镀装置2…靶2a…蒸发面3…基材4…本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑动性优异的硬质皮膜，其特征在于，是由通式Ｍ↓［ｘ］Ｂ↓［ａ］Ｃ↓［ｂ］Ｎ↓［ｃ］构成的硬质皮膜，　其中，Ｍ为从４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族的元素及Ｓｉ、Ａｌ中选择的至少１种的金属元素，并满足如下各式：　０≤ａ≤０．２、０≤ｃ≤０ ．２、０＜ｘ－ａ－ｃ、ｘ－ａ－ｃ＜ｂ≤０．９、０．０５≤ｘ＜０．５、ｘ＋ａ＋ｂ＋ｃ＝１，　其中，ｘ、ａ、ｂ、ｃ分别表示Ｍ、Ｂ、Ｃ、Ｎ的原子比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]