硬质被膜层及其形成方法技术

提供在晶体质中不具有裂纹且兼具高硬度和优异的耐磨性的硬质被膜层及其形成方法。覆盖基材（２）的晶体质的硬质被膜层（３）是利用ＰＶＤ法形成的，并且，该硬质被膜层以Ｓｉ和Ｃ为必要成分，以元素Ｍ［选自３Ａ族元素、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、Ｂ、Ａｌ及Ｒｕ中的１种以上的元素］和Ｎ为选择成分，具有ＳｉｘＣ１－ｘ－ｙ－ｚＮｙＭｚ（０．４≤ｘ≤０．６、０≤ｙ≤０．１、０≤ｚ≤０．２）的组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于要求具有优异的耐磨性的用途、例如切削工具或滑动部件等的硬 质被膜层及其形成方法。
技术介绍
SiC(碳化硅)在块状(7^ ” )的陶瓷中具有40GI^以上的高硬度，且抗氧化性和 耐磨性优异，因此，被期待用于切削工具等方面的应用(例如，参考专利文献1、非专利文献 1)。在专利文献1中，利用RF磁控溅射法等方法从SiC烧结体激发离子群(cluster ion), 并通过使产生的离子群堆积于基材，从而在基材表面形成SiC膜层。另外，在非专利文献1 中记载了通过磁控溅射离子镀法形成SiC膜层的内容。专利文献1 日本特开2007-90483号公报(段落、、实施例1、2等)非专利文献1 :Knotek等，“Amorphous SiC PVD Coatings”，Diamond and Related Materials,2(1993)，pp528_530但是，由于专利文献1和非专利文献1中公开的SiC膜层为非晶质，其硬度和耐磨 性不充分。在非专利文献1中记载了通过在高温对非晶质SiC膜层进行热处理，将其结晶 化的内容。但非专利文献1中记载了 如果使SiC膜层结晶化，则会存在在SiC膜层中产生 裂纹等问题。而具有这样的裂纹的SiC膜层是不能提供于实际应用的。
技术实现思路
本专利技术是借鉴了上述情况而完成的，其目的在于提供不产生裂纹、并兼具高硬度 和优异的耐磨性的。专利技术人对上述技术课题进行了认真研究后发现，通过控制PVD法的成膜条件，可 以不产生裂纹地成膜晶体质的SiC膜，从而完成了本专利技术。予以说明，本专利技术中的所谓“晶 体质”是指使用CuK α射线进行X射线衍射(XRD)时在衍射角34 36°处观察到的SiC峰 的半幅值为3°以下的物质，这并不限于实质上能够看作SiC晶体的情况，还包含存在SiC 晶体和非晶质SiC而形成复合组织的情况。即，本专利技术的第一专利技术的硬质被膜层是通过PVD法形成的并覆盖规定的基材的硬 质被膜层，其以Si和C为必要成分，以元素M 和N为选择成分，具有SixCmNyMzO). 4≤χ≤0. 6、 O≤ y≤ 0.1,0≤ z ≤ 0.2)的组成，对所述硬质被膜层使用CuKa射线进行X射线衍射时 在衍射角34 36°观察到的SiC峰的半幅值为3°以下。这样，通过使覆盖基材的硬质被膜层成为晶体质的SiC被膜层，能够显著提高硬 质被膜层的硬度，得到优异的耐磨性。通过在硬质被膜层中添加所述规定范围内的量的N， 可以在保持硬质被膜层的硬度的同时，能够仅减小硬质被膜层的杨氏模量。从而增加硬质 被膜层被施加外部应力时的弹性变量，抑制在硬质被膜层中发生破损等情况。另外，由于元 素M与非金属元素的C、N牢固结合，因此，能够通过将元素M以所述规定范围内的量添加于硬质被膜层来提高硬质被膜层的硬度。本专利技术的第二专利技术的硬质被膜层是根据在第一专利技术的硬质被膜层，其中 SiXmzNyMz的晶体结构属于立方晶系。通过这种构成，能够进一步提高硬质被膜层的硬度。本专利技术的第三专利技术的硬质被膜层中，该硬质被膜层是通过PVD法形成的，并且具 有至少1层的第1被膜层与至少1层的第2被膜层交替层叠的结构，所述第1被膜层形成于 规定的基材表面而覆盖所述基材，所述第1被膜层含有氮化物、碳氮化物或碳化物，该氮化 物、碳氮化物或碳化物含有选自4A族元素、5A族元素和6A族元素中的1种以上的元素作为 必要成分，并含有选自3A族元素、Si、Al和B中的1种以上的元素作为选择成分，所述第2 被膜层以Si和C为必要成分，以元素M和N为选择成分，并具有SixCh_y_zNyMz(0. 4彡χ彡0. 6、 O^ y^ 0.1,0^ ζ ^0.2)的组成，对所述硬质被膜层利用CuKa射线进行X射线衍射时 在衍射角34 36°观察到的SiC峰的半幅值为3°以下。相比于第2被膜层，构成第1被膜层的化合物具有对基材的更优异的密接性。因 此，可以通过成为这样的构成来提高基材与硬质被膜层之间的密接性。另外，由于第1被膜 层比通常用于切削工具的高强度合金或高速钢的硬度更高，将本专利技术的硬质被膜层应用于 切削工具的情况下，通过具有第1被膜层而应对外力的基材的变形减少。从而，抑制硬质被 膜层整体的破损或剥离，得到优异的耐久性。进而，使硬质被膜层成为分别具有2层以上的 第1被膜层和第2被膜层的多层结构时，通过在硬质被膜层的内部引入界面结构来提高硬 质被膜层整体的硬度。本专利技术的第四专利技术和第五专利技术是上述第一专利技术和第二专利技术的硬质被膜层的形成 方法，也是构成上述第三专利技术的硬质被膜层的第2被膜层的形成方法。即、本专利技术的第四专利技术的硬质被膜层的形成方法是在规定的基材表面形成硬质被 膜层的形成方法，所述硬质被膜层具有SixC1^zNyMzW组成，其中，M为选自3Α族元素、4Α 族元素、5Α族元素、6Α族元素、B、Al和Ru中的1种以上的元素，并满足0. 4彡χ彡0. 6、 O^y ^0.1,0^ ζ^Ο. 2，对上述硬质被膜层利用CuKa射线进行X射线衍射时在衍射角 34 36°观察到的SiC峰的半幅值为3°以下，在上述方法中，将所述基材保持在400 800°C的规定温度，并且向所述基材施加-30 -300V的规定偏压并保持，通过PVD法，在所 述基材的表面成膜上述硬质被膜层。根据上述方法，由于将基材保持于规定温度且施加了规定偏压来进行利用PVD法 的成膜，因此，能够形成不产生裂纹、具有高硬度的晶体质的硬质被膜层。本专利技术的第五专利技术是作为PVD法使用磁控溅射法，从而能够显著地得到抑制裂纹 产生且具有高硬度的晶体质的硬质被膜层的形成效果。本专利技术的第六专利技术是构成上述第三专利技术的硬质被膜层的第1被膜层的形成方法。 即，本专利技术的第六专利技术的硬质被膜层的形成方法中，在所述硬质被膜层的成膜之前，形成含 有氮化物、碳氮化物或碳化物的另一硬质被膜层，所述氮化物、碳氮化物或碳化物含有选自 4A族元素、5A族元素和6A族元素中的1种以上的元素为必要成分，以及选自3A族元素、Si、 Al和B中的1种以上的元素为选择成分。在此，所谓“另一硬质被膜层”」相当于所述第1 被膜层。根据上述方法，能够形成与基材的密接性优异的另一硬质被膜层(第1被膜层)。本专利技术的第七专利技术为根据上述第六专利技术的硬质被膜层的形成方法，其中，多次交 替进行另一硬质被膜层的成膜和上述硬质被膜层的成膜。根据上述方法，在硬质被膜层的内部引入了多个界面结构，因此可以得到进一步 提高硬度的硬质被膜层。根据第一专利技术和第二专利技术的硬质被膜层，由于在基材形成了没有产生裂纹、具有 高硬度的SiC被膜层，因此得到了优异的耐磨性。根据第三专利技术的硬质被膜层，通过在基材 表面形成第1被膜层，在该第1被膜层上形成具有高硬度的SiC被膜层作为第2被膜层，从 而得到了密接性优异的硬质被膜层。另外，通过具有将第1被膜层和第2被膜层分别层叠 2层以上的结构，能够进一步提高硬质被膜层整体的硬度。根据第四、五专利技术的硬质被膜层的形成方法，能够形成不产生裂纹、具有高硬度和 优异的耐磨性的晶体质的硬质被膜层。根据第六专利技术的硬质被膜层的形成方法，通过在形 成第1被膜层之前形成另一硬质被膜层，能够形成与基材的密接性优异的硬质被膜层。根 据第七专利技术的硬质被膜层的形成方法，通过成为分别具有多个硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质被膜层，其特征在于，　　所述硬质被膜层是通过ＰＶＤ法形成的且覆盖规定的基材，　　所述硬质被膜层以Ｓｉ和Ｃ为必要成分，以元素Ｍ和Ｎ为选择成分，具有Ｓｉ↓［ｘ］Ｃ↓［１－ｘ－ｙ－ｚ］Ｎ↓［ｙ］Ｍ↓［ｚ］的组成，其中，Ｍ为选自３Ａ族元素、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、Ｂ、Ａｌ和Ｒｕ中的１种以上的元素，０．４≤ｘ≤０．６、０≤ｙ≤０．１、０≤ｚ≤０．２，　　对所述硬质被膜层利用ＣｕＫα射线进行Ｘ射线衍射时在衍射角３４～３６°观察到的ＳｉＣ峰的半幅值为３°以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，AA莱尤斯，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，伊斯卡有限公司，
类型：发明
国别省市：JP