PSII（プラズマソースイオン注入）法による硬質皮膜製作の現状と金型への応用

摘要

DLC（ダイヤモンドライクカーボン）は各種硬質薄膜のなかでも，高硬度による優れた耐摩耗性と低い摩擦係数（低μ）を特徴とするトライボコーティング膜（トライボロジー特性にすぐれた硬質薄膜）と位置付けることができる．炭化水素原料（ベンゼン·アセチレン等）をプラズマ中でイオン化，励起して成膜するイオン化蒸着法やプラズマ化学的気相合成法(CVD)法による水素を含有したアモルファスカーボン(a-C:H)であるDLCが一般的である．DLCの摩擦係数は多くの金属，セラミックに対して大気中で0.1～0.3の低い摩擦係数を示す．なかでも，アルミニウムや鉛合金等の軟質で凝着を起こしやすい材料に対しても摩擦係数が低く耐凝着性に優れている．これらの特性をDLCコーティングすることで金型に付加し，付加価値の高い商品と成すことが可能である．イオン化蒸着やプラズマCVDによる水素含有DLCの硬さは25～50GPaであり，圧縮残留応力も大きいため最大膜厚も2μm以下に制限される．主たる用途は，製缶や半導体リードフレーム加工におけるアルミニウムやはhだめっき等の軟質金属の金型表面への凝着防止等であり，通常には耐凝着·耐摩耗用途では実用膜厚は1μm前後である．相手材との接触面圧が高くなると，母材の弾塑性変形に伴って界面に働く応力が密着力を上回って剥離を生ずるため，塑性加工金型やガラス成形金型では，母材には変形を生じにくく熱膨張係数も小さい超硬合金やセラミック等の高硬度材料が使用されるととが多い．鋼やアルミニウム等のより硬さが低く熱膨張係数の大きい母材では，膜厚を薄くして剥離の危険を抑える必要があった．こうしたDLC膜の大きな圧縮残留応力による欠点を克服するため，新たに考案された負パルスバイアスイオンビーム法を用いて成膜することで高付着の厚膜DLC（2μm以上）の生成が可能となり，DLCの特徴である低摩擦係数や耐凝着性を維持し，耐摩耗性を向上することができる．また特筆点として，負パルスバイアスイオンビーム法を用いると複雑形状の金型に対し，直流バイアス法式より均一なコーティングが可能になったことである．