JP2002212707A - Ｃｒ合金ターゲット材およびその製造方法ならびに皮膜コーティング方法 - Google Patents
Ｃｒ合金ターゲット材およびその製造方法ならびに皮膜コーティング方法Info
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- JP2002212707A JP2002212707A JP2001346804A JP2001346804A JP2002212707A JP 2002212707 A JP2002212707 A JP 2002212707A JP 2001346804 A JP2001346804 A JP 2001346804A JP 2001346804 A JP2001346804 A JP 2001346804A JP 2002212707 A JP2002212707 A JP 2002212707A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 局部溶融の発生が少なく、安定した放電特性
が得られ、かつ長寿命であるＣｒ合金ターゲット材を提
供する。また、その製造方法、そして、これら技術を利
用することによる皮膜コーティング方法を提供する。 【解決手段】 ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相
が５％以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物
相が４０％以下存在するＣｒ合金ターゲット材、具体例
として、ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相が５％
以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物相が４
０％以下、残部実質的にターゲット材構成元素による固
溶相のＣｒ合金ターゲット材である。Ｓｉ：１〜４０原
子％含み、残部実質的にＣｒであることが好ましい。Ｂ
を１〜７原子％添加することも有効である。本発明のタ
ーゲット材は、アークイオンプレーティング用に好まし
く、例えば摺動部品、切削工具、金型の表面コーティン
グ用に使用できる。
が得られ、かつ長寿命であるＣｒ合金ターゲット材を提
供する。また、その製造方法、そして、これら技術を利
用することによる皮膜コーティング方法を提供する。 【解決手段】 ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相
が５％以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物
相が４０％以下存在するＣｒ合金ターゲット材、具体例
として、ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相が５％
以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物相が４
０％以下、残部実質的にターゲット材構成元素による固
溶相のＣｒ合金ターゲット材である。Ｓｉ：１〜４０原
子％含み、残部実質的にＣｒであることが好ましい。Ｂ
を１〜７原子％添加することも有効である。本発明のタ
ーゲット材は、アークイオンプレーティング用に好まし
く、例えば摺動部品、切削工具、金型の表面コーティン
グ用に使用できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空蒸着用のター
ゲット材に関するものであり、特にはアークイオンプレ
ーティング法によるコーティングの際の蒸発源として有
効なＣｒ合金ターゲット材およびその製造方法と、その
ターゲット材による皮膜コーティング方法に関するもの
である。
ゲット材に関するものであり、特にはアークイオンプレ
ーティング法によるコーティングの際の蒸発源として有
効なＣｒ合金ターゲット材およびその製造方法と、その
ターゲット材による皮膜コーティング方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】摺動部品、切削工具、金型等の表面に耐
摩耗性、耐焼付き性の向上を目的として、例えばその窒
化膜や炭窒化膜、酸窒化膜といったＣｒ系硬質皮膜が適
用されている。Ｃｒ系硬質皮膜のコーティングには、蒸
発源としてＣｒ系合金ターゲット材を使用し、前述のア
ークイオンプレーティング法を適用することが一般的で
ある。
摩耗性、耐焼付き性の向上を目的として、例えばその窒
化膜や炭窒化膜、酸窒化膜といったＣｒ系硬質皮膜が適
用されている。Ｃｒ系硬質皮膜のコーティングには、蒸
発源としてＣｒ系合金ターゲット材を使用し、前述のア
ークイオンプレーティング法を適用することが一般的で
ある。
【０００３】イオンプレーティング法の１種であるアー
クイオンプレーティング法は、減圧した反応ガス雰囲気
中において、皮膜の原料となるターゲット材をアーク放
電にて瞬時に溶解、イオン化し、負に印可した被処理材
に付着させ皮膜を形成する方法である。アークイオンプ
レーティング法は、電子銃等を用いたイオンプレーティ
ング法に比べ、蒸発金属のイオン化率が高いため、密着
力に優れた皮膜が得られることから、現在ではその適用
量が増加している。
クイオンプレーティング法は、減圧した反応ガス雰囲気
中において、皮膜の原料となるターゲット材をアーク放
電にて瞬時に溶解、イオン化し、負に印可した被処理材
に付着させ皮膜を形成する方法である。アークイオンプ
レーティング法は、電子銃等を用いたイオンプレーティ
ング法に比べ、蒸発金属のイオン化率が高いため、密着
力に優れた皮膜が得られることから、現在ではその適用
量が増加している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】成膜に使用する際、ア
ークイオンプレーティング用ターゲット材に要求される
特性は、異常放電が発生しないこと、局部的な溶融が生
じないこと、強度および靭性不足により割れ等の破損が
生じないことである。
ークイオンプレーティング用ターゲット材に要求される
特性は、異常放電が発生しないこと、局部的な溶融が生
じないこと、強度および靭性不足により割れ等の破損が
生じないことである。
【０００５】成膜中の異常放電は、ターゲット材上のア
ーク放電が度々失火する現象として認められるが、これ
により成膜が断続的となるため、得られる皮膜の厚みが
不均一になったり、皮膜の密度を部分的に低下させ、皮
膜の性能は著しく劣化する。
ーク放電が度々失火する現象として認められるが、これ
により成膜が断続的となるため、得られる皮膜の厚みが
不均一になったり、皮膜の密度を部分的に低下させ、皮
膜の性能は著しく劣化する。
【０００６】また、ターゲット材表面の局部溶融は、ド
ロップレットと呼ばれるマイクロパーティクル量の増加
や、皮膜組成を不均一にさせるため、同様に皮膜の性能
は著しく劣化する。また、異常放電と局部溶融は、ター
ゲット材の寿命を極端に低下させる原因にもなる。
ロップレットと呼ばれるマイクロパーティクル量の増加
や、皮膜組成を不均一にさせるため、同様に皮膜の性能
は著しく劣化する。また、異常放電と局部溶融は、ター
ゲット材の寿命を極端に低下させる原因にもなる。
【０００７】さらに、前述したようにアークイオンプレ
ーティング法では、アーク放電によりターゲット材表面
は溶融するほど加熱されるため、ターゲット材には大き
な熱応力が発生する。この時、強度や靭性の低いターゲ
ット材の場合ではクラックが生じ、異常放電や局部溶融
といった不具合が発生するだけでなく、場合によっては
ターゲット材が破損することがある。ターゲット材の破
損は、最悪の場合、その裏側に位置する水冷カソード部
をも破損させ、冷却水が装置内に流出するという大事故
につながる。したがって、ターゲット材の強度、靭性は
このような熱応力に耐えることが可能な値が要求され
る。
ーティング法では、アーク放電によりターゲット材表面
は溶融するほど加熱されるため、ターゲット材には大き
な熱応力が発生する。この時、強度や靭性の低いターゲ
ット材の場合ではクラックが生じ、異常放電や局部溶融
といった不具合が発生するだけでなく、場合によっては
ターゲット材が破損することがある。ターゲット材の破
損は、最悪の場合、その裏側に位置する水冷カソード部
をも破損させ、冷却水が装置内に流出するという大事故
につながる。したがって、ターゲット材の強度、靭性は
このような熱応力に耐えることが可能な値が要求され
る。
【０００８】上記不具合現象は、純Ｃｒターゲット材使
用時においては、ほとんど発生することがないものの、
添加元素としてＳｉ等をターゲット材に含有させた場
合、異常放電や局部溶融といった不具合が頻繁に発生す
る。そのため、従来はＳｉを含むＣｒ合金ターゲット材
は実験的に使用が可能であっても、工業製品としての量
産には適用できなかった。
用時においては、ほとんど発生することがないものの、
添加元素としてＳｉ等をターゲット材に含有させた場
合、異常放電や局部溶融といった不具合が頻繁に発生す
る。そのため、従来はＳｉを含むＣｒ合金ターゲット材
は実験的に使用が可能であっても、工業製品としての量
産には適用できなかった。
【０００９】本発明はこうした事情に着目してなされた
ものであって、Ｃｒ合金ターゲット材に関し、局部溶融
の発生が少なく、安定した放電特性が得られ、かつ長寿
命であるＣｒ合金ターゲット材およびその製造方法を提
供することを目的とする。そして、これら技術を利用す
ることにより、例えば摺動部品、切削工具、金型等の表
面への最適なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術とし
て、その有効な皮膜コーティング方法を確立するもので
ある。
ものであって、Ｃｒ合金ターゲット材に関し、局部溶融
の発生が少なく、安定した放電特性が得られ、かつ長寿
命であるＣｒ合金ターゲット材およびその製造方法を提
供することを目的とする。そして、これら技術を利用す
ることにより、例えば摺動部品、切削工具、金型等の表
面への最適なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術とし
て、その有効な皮膜コーティング方法を確立するもので
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Ｓｉを含む
Ｃｒ合金ターゲット材における異常放電、局部溶融の原
因について検討を行った結果、ターゲット材組織中に存
在する未反応の純Ｓｉ相、ターゲット材構成元素からな
る金属間化合物相を一定範囲内で存在させることで、異
常放電、局部溶融が抑制でき、真空蒸着法、特にアーク
イオンプレーティング用のターゲット材として安定に使
用可能となることを見いだした。
Ｃｒ合金ターゲット材における異常放電、局部溶融の原
因について検討を行った結果、ターゲット材組織中に存
在する未反応の純Ｓｉ相、ターゲット材構成元素からな
る金属間化合物相を一定範囲内で存在させることで、異
常放電、局部溶融が抑制でき、真空蒸着法、特にアーク
イオンプレーティング用のターゲット材として安定に使
用可能となることを見いだした。
【００１１】すなわち、本発明は、ターゲット材組織中
に面積率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素
による金属間化合物相が４０％以下存在するＣｒ合金タ
ーゲット材、具体例として、ターゲット材組織中に面積
率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素による
金属間化合物相が４０％以下、残部実質的にターゲット
材構成元素による固溶相のＣｒ合金ターゲット材であ
る。
に面積率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素
による金属間化合物相が４０％以下存在するＣｒ合金タ
ーゲット材、具体例として、ターゲット材組織中に面積
率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素による
金属間化合物相が４０％以下、残部実質的にターゲット
材構成元素による固溶相のＣｒ合金ターゲット材であ
る。
【００１２】本発明のＣｒ合金ターゲット材は、Ｓｉ：
１〜４０原子％含み、残部実質的にＣｒであることが好
ましい。また、皮膜の必要特性に応じて、Ｂを１〜７原
子％添加することも有効である。これらにより、本発明
のターゲット材は、アークイオンプレーティング用に好
ましく、摺動部品、切削工具、金型のいずれかの表面コ
ーティング用に使用することで、優れた耐摩耗性、耐焼
付き性を付与できる。
１〜４０原子％含み、残部実質的にＣｒであることが好
ましい。また、皮膜の必要特性に応じて、Ｂを１〜７原
子％添加することも有効である。これらにより、本発明
のターゲット材は、アークイオンプレーティング用に好
ましく、摺動部品、切削工具、金型のいずれかの表面コ
ーティング用に使用することで、優れた耐摩耗性、耐焼
付き性を付与できる。
【００１３】本発明のＣｒ合金ターゲット材の製造方法
は、Ｃｒ粉末とＴｉ粉末を所定比率に混合した混合粉末
をＨＩＰ（熱間静水圧プレス）法またはホットプレス法
のいずれかを用いて９００〜１３００℃で圧密化するこ
とである。ここで、混合粉末の比率は、Ｓｉを１〜４０
原子％、残部Ｃｒの比率とすることが望ましく、さら
に、Ｂ粉末を１〜７原子％添加することも有効である。
は、Ｃｒ粉末とＴｉ粉末を所定比率に混合した混合粉末
をＨＩＰ（熱間静水圧プレス）法またはホットプレス法
のいずれかを用いて９００〜１３００℃で圧密化するこ
とである。ここで、混合粉末の比率は、Ｓｉを１〜４０
原子％、残部Ｃｒの比率とすることが望ましく、さら
に、Ｂ粉末を１〜７原子％添加することも有効である。
【００１４】そして、これら技術を利用することによ
り、例えば摺動部品、切削工具、金型等の表面への最適
なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術として、その有効
な皮膜コーティング方法を確立した。すなわち、ターゲ
ット材を用いた皮膜コーティング方法において、面積率
で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素による金
属間化合物相が４０％以下の組織であるＣｒ合金ターゲ
ット材を使用し、アークイオンプレーティング法によっ
てコーティングすることを特徴とする皮膜コーティング
方法である。
り、例えば摺動部品、切削工具、金型等の表面への最適
なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術として、その有効
な皮膜コーティング方法を確立した。すなわち、ターゲ
ット材を用いた皮膜コーティング方法において、面積率
で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構成元素による金
属間化合物相が４０％以下の組織であるＣｒ合金ターゲ
ット材を使用し、アークイオンプレーティング法によっ
てコーティングすることを特徴とする皮膜コーティング
方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の重要な特徴は、特にアー
クイオンプレーティング法に適用して優れた成膜特性と
ターゲット材の耐久性を発揮し、摺動部品、切削工具、
金型等に優れた耐摩耗性、耐焼付き性を付与できるター
ゲット材として、Ｃｒ合金ターゲット材の組織中に存在
する純Ｓｉ相の面積率と金属間化合物相の面積率を規定
した点である。
クイオンプレーティング法に適用して優れた成膜特性と
ターゲット材の耐久性を発揮し、摺動部品、切削工具、
金型等に優れた耐摩耗性、耐焼付き性を付与できるター
ゲット材として、Ｃｒ合金ターゲット材の組織中に存在
する純Ｓｉ相の面積率と金属間化合物相の面積率を規定
した点である。
【００１６】最初に、本発明のＣｒ合金ターゲット材の
組織について説明する。純Ｓｉ相の面積率は、ターゲッ
ト表面における放電の安定性と、局部溶融の発生に大き
く影響する。純Ｓｉ相の面積率が５％を越えると使用中
にアークが度々失火し放電が極端に不安定になる。加え
て、純Ｓｉ相が優先的に溶融するため、得られる皮膜の
性能が低下するのみならず、ターゲット自体の寿命も極
端に短くなる。このため、上記現象を抑制するために純
Ｓｉ相は面積率で５％以下に規定する。より好ましくは
３％以下である。なお、本発明にいう純Ｓｉ相とは、Ｃ
ｒと反応していないＳｉ領域を意味するものである。
組織について説明する。純Ｓｉ相の面積率は、ターゲッ
ト表面における放電の安定性と、局部溶融の発生に大き
く影響する。純Ｓｉ相の面積率が５％を越えると使用中
にアークが度々失火し放電が極端に不安定になる。加え
て、純Ｓｉ相が優先的に溶融するため、得られる皮膜の
性能が低下するのみならず、ターゲット自体の寿命も極
端に短くなる。このため、上記現象を抑制するために純
Ｓｉ相は面積率で５％以下に規定する。より好ましくは
３％以下である。なお、本発明にいう純Ｓｉ相とは、Ｃ
ｒと反応していないＳｉ領域を意味するものである。
【００１７】ターゲット材を構成する元素からなる金属
間化合物相は、上記純Ｓｉ相の減少にしたがって増加す
る。本発明のＣｒ合金ターゲットにおいては、ＣｒＳｉ
２、ＣｒＳｉ、Ｃｒ３Ｓｉといった比較的脆い金属間化
合物が主体となり、これらの形成量が極端に増加する
と、特にアークイオンプレーティング用のターゲット材
としては使用できなくなる。仮に、純Ｓｉ相が本発明の
規定範囲内であっても、上記金属間化合物を主体とする
相の面積率が４０％を越えると、ターゲット材の強度、
靭性が極端に不足し、使用中にクラックや割れが発生
し、放電を不安定にする原因となる。そのため、ターゲ
ット材構成元素からなる金属間化合物相は、面積率で４
０％以下と規定した。より好ましくは、３０％以下であ
る。
間化合物相は、上記純Ｓｉ相の減少にしたがって増加す
る。本発明のＣｒ合金ターゲットにおいては、ＣｒＳｉ
２、ＣｒＳｉ、Ｃｒ３Ｓｉといった比較的脆い金属間化
合物が主体となり、これらの形成量が極端に増加する
と、特にアークイオンプレーティング用のターゲット材
としては使用できなくなる。仮に、純Ｓｉ相が本発明の
規定範囲内であっても、上記金属間化合物を主体とする
相の面積率が４０％を越えると、ターゲット材の強度、
靭性が極端に不足し、使用中にクラックや割れが発生
し、放電を不安定にする原因となる。そのため、ターゲ
ット材構成元素からなる金属間化合物相は、面積率で４
０％以下と規定した。より好ましくは、３０％以下であ
る。
【００１８】なお、本発明のＣｒ合金ターゲット材は、
目的とする異常放電や局部溶融、そしてターゲット材自
身の破損を抑制するにおいて、その組織中の純Ｓｉ相と
金属間化合物相を上記の面積率に規制すれば効果が発揮
され、これら規制される以外の相については別段の規定
を要するものではない。組織中の純Ｓｉ相と金属間化合
物相を規制する本発明の場合、残部はこれら相以外の、
実質的にターゲット材構成元素による固溶相（合金相）
で構成され、これは上記特性の低下を抑制するにおいて
も望ましい。
目的とする異常放電や局部溶融、そしてターゲット材自
身の破損を抑制するにおいて、その組織中の純Ｓｉ相と
金属間化合物相を上記の面積率に規制すれば効果が発揮
され、これら規制される以外の相については別段の規定
を要するものではない。組織中の純Ｓｉ相と金属間化合
物相を規制する本発明の場合、残部はこれら相以外の、
実質的にターゲット材構成元素による固溶相（合金相）
で構成され、これは上記特性の低下を抑制するにおいて
も望ましい。
【００１９】次に、本発明のＣｒ合金ターゲット材の組
成について説明する。Ｓｉは、例えばアークイオンプレ
ーティングのような成膜方法によって得られる硬質皮膜
の耐酸化性の向上、高硬度化に効果を示す元素である。
その添加量は１〜４０原子％であることが好ましい。１
％未満では上記効果が顕著に得られず、４０原子％を越
えて添加すると皮膜の密着力が劣化してしまう。そのた
めＳｉ添加量は１〜４０原子％が好ましい。さらに好ま
しくは２〜３０原子％である。
成について説明する。Ｓｉは、例えばアークイオンプレ
ーティングのような成膜方法によって得られる硬質皮膜
の耐酸化性の向上、高硬度化に効果を示す元素である。
その添加量は１〜４０原子％であることが好ましい。１
％未満では上記効果が顕著に得られず、４０原子％を越
えて添加すると皮膜の密着力が劣化してしまう。そのた
めＳｉ添加量は１〜４０原子％が好ましい。さらに好ま
しくは２〜３０原子％である。
【００２０】Ｂは、例えばアークイオンプレーティング
のような成膜方法によって得られる硬質皮膜の耐焼付き
性を向上させるため、必要に応じて添加が可能である。
この効果を得るには、１％以上の添加が必要であるが、
７％を超えて添加するとＣｒとＢからなる比較的脆い金
属間化合物が多量に形成されターゲット材の靭性が劣化
する。そのためＢの添加量は１〜７原子％の添加が好ま
しく、更に好ましくは３〜６原子％である。
のような成膜方法によって得られる硬質皮膜の耐焼付き
性を向上させるため、必要に応じて添加が可能である。
この効果を得るには、１％以上の添加が必要であるが、
７％を超えて添加するとＣｒとＢからなる比較的脆い金
属間化合物が多量に形成されターゲット材の靭性が劣化
する。そのためＢの添加量は１〜７原子％の添加が好ま
しく、更に好ましくは３〜６原子％である。
【００２１】本発明のＣｒ合金系ターゲット材は、スパ
ッタリングに代表されるような真空蒸着法による成膜に
用いることができるが、例えば摺動部品、切削工具、金
型といった工具皮膜に用いる際には皮膜の密着性に優れ
るといった面からアークイオンプレーティング用とする
ことが最も好ましいものである。
ッタリングに代表されるような真空蒸着法による成膜に
用いることができるが、例えば摺動部品、切削工具、金
型といった工具皮膜に用いる際には皮膜の密着性に優れ
るといった面からアークイオンプレーティング用とする
ことが最も好ましいものである。
【００２２】本発明のＣｒ合金ターゲット材を製造する
にあたっては、Ｃｒ粉末とＳｉ粉末、場合によってはＢ
粉末を所定量に混合した混合粉末を用いてＨＩＰ法また
はホットプレス法のいずれかを用いて９００〜１３００
℃で圧密化することによって製造することができる。
にあたっては、Ｃｒ粉末とＳｉ粉末、場合によってはＢ
粉末を所定量に混合した混合粉末を用いてＨＩＰ法また
はホットプレス法のいずれかを用いて９００〜１３００
℃で圧密化することによって製造することができる。
【００２３】この時、圧密化温度が９００℃未満では、
圧密化が十分でないため、ターゲット中にミクロポア等
の欠陥が多数残存してしまうことや、各元素間の反応が
不十分のため、純Ｓｉ相が面積率で５％を越えて残存し
てしまうことから，ターゲット材使用中に異常放電や局
部溶融等の不具合が発生する。逆に１３００℃を超えて
圧密化すると、ターゲット材を構成する元素からなる金
属間化合物相が、面積率で４０％を越えてしまい、ター
ゲット材が極端に脆くなり使用に耐えることができな
い。そのためＨＩＰ法あるいはホットプレス法による圧
密化の温度は９００〜１３００℃と限定する。
圧密化が十分でないため、ターゲット中にミクロポア等
の欠陥が多数残存してしまうことや、各元素間の反応が
不十分のため、純Ｓｉ相が面積率で５％を越えて残存し
てしまうことから，ターゲット材使用中に異常放電や局
部溶融等の不具合が発生する。逆に１３００℃を超えて
圧密化すると、ターゲット材を構成する元素からなる金
属間化合物相が、面積率で４０％を越えてしまい、ター
ゲット材が極端に脆くなり使用に耐えることができな
い。そのためＨＩＰ法あるいはホットプレス法による圧
密化の温度は９００〜１３００℃と限定する。
【００２４】そして、これら説明した本発明の技術を利
用することにより、例えば摺動部品、切削工具、金型等
の表面への最適なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術と
して、その有効な皮膜コーティング方法を確立した。す
なわち、ターゲット材を用いた皮膜コーティング方法に
おいて、面積率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構
成元素による金属間化合物相が４０％以下の組織である
Ｃｒ合金ターゲット材を使用し、アークイオンプレーテ
ィング法によってコーティングする皮膜コーティング方
法である。なお、本発明の皮膜コーティング方法であっ
ても、その供するターゲット材、そしてその製造方法に
ついては、本発明の条件を適用できることは言うまでも
ない。
用することにより、例えば摺動部品、切削工具、金型等
の表面への最適なＣｒ系硬質皮膜のコーティング技術と
して、その有効な皮膜コーティング方法を確立した。す
なわち、ターゲット材を用いた皮膜コーティング方法に
おいて、面積率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲット材構
成元素による金属間化合物相が４０％以下の組織である
Ｃｒ合金ターゲット材を使用し、アークイオンプレーテ
ィング法によってコーティングする皮膜コーティング方
法である。なお、本発明の皮膜コーティング方法であっ
ても、その供するターゲット材、そしてその製造方法に
ついては、本発明の条件を適用できることは言うまでも
ない。
【００２５】本発明であれば、密着性および耐摩耗性、
耐焼付き性に優れた皮膜を達成できることから、それら
必要とされる用途に広く適用することが可能である。例
えばコンプレッサー用ベーン、ピストンリングといった
摺動部品や、エンドミル、ホブ、ブローチといった切削
工具、冷間鍛造、板金プレス、温熱間鍛造を用途とする
金型等の工具類への表面皮膜に用いることで、その効果
を十分に活用できる。また、被処理材についても、本発
明の上記効果はその材質にこだわらず達成されるが、例
えば被処理材に工具鋼や超硬合金、サーメットを適用す
れば、本発明の皮膜の特性が生かされ、また、上記の用
途にも適するものである。
耐焼付き性に優れた皮膜を達成できることから、それら
必要とされる用途に広く適用することが可能である。例
えばコンプレッサー用ベーン、ピストンリングといった
摺動部品や、エンドミル、ホブ、ブローチといった切削
工具、冷間鍛造、板金プレス、温熱間鍛造を用途とする
金型等の工具類への表面皮膜に用いることで、その効果
を十分に活用できる。また、被処理材についても、本発
明の上記効果はその材質にこだわらず達成されるが、例
えば被処理材に工具鋼や超硬合金、サーメットを適用す
れば、本発明の皮膜の特性が生かされ、また、上記の用
途にも適するものである。
【００２６】工具鋼の場合、例えばＪＩＳ Ｇ ４４０
１（炭素工具鋼鋼材）やＪＩＳ Ｇ４４０３（高速度工
具鋼鋼材）、ＪＩＳ Ｇ ４４０４（合金工具鋼鋼材）
にも規定されるような、質量％で３．０％以下のＣを含
む鋼を基に適宜Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｃｏ等を選択含有
せしめた材質であるが、その指定される用途も合わせ、
摺動部品、切削工具、金型等に適用される材質を含むも
のである。特に高速度工具鋼鋼材といった、Ｃ：０．５
０〜１．８０％，Ｃｒ：３．５〜５．５％を含む鋼に適
宜Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｃｏ等を選択含有せしめた材質は、超
硬合金とともに、切削工具に好ましい。
１（炭素工具鋼鋼材）やＪＩＳ Ｇ４４０３（高速度工
具鋼鋼材）、ＪＩＳ Ｇ ４４０４（合金工具鋼鋼材）
にも規定されるような、質量％で３．０％以下のＣを含
む鋼を基に適宜Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｃｏ等を選択含有
せしめた材質であるが、その指定される用途も合わせ、
摺動部品、切削工具、金型等に適用される材質を含むも
のである。特に高速度工具鋼鋼材といった、Ｃ：０．５
０〜１．８０％，Ｃｒ：３．５〜５．５％を含む鋼に適
宜Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｃｏ等を選択含有せしめた材質は、超
硬合金とともに、切削工具に好ましい。
【００２７】
【実施例】次に実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明は下記実施例によって限定を受けるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更が可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
明は下記実施例によって限定を受けるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更が可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２８】（実施例１）Ｃｒ粉末（平均粒径７５μ
ｍ）、Ｓｉ粉末（平均粒径１５０μｍ）およびＢ粉末
（平均粒径５μｍ）を用い、表１に示すターゲット材組
成と同様の原子量比にそれぞれ調整しＶ型混合機により
混合紛を作製した後、鋼製の容器に充填しこれを表１記
載の条件にてＨＩＰ処理し圧密化した。
ｍ）、Ｓｉ粉末（平均粒径１５０μｍ）およびＢ粉末
（平均粒径５μｍ）を用い、表１に示すターゲット材組
成と同様の原子量比にそれぞれ調整しＶ型混合機により
混合紛を作製した後、鋼製の容器に充填しこれを表１記
載の条件にてＨＩＰ処理し圧密化した。
【００２９】得られた成形品より機械加工によって、組
織評価用の１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み１０ｍｍのブロッ
クサンプルと、放電特性および皮膜の密着力を調査する
目的でφ１００ｍｍ×厚み１４ｍｍ、底面はφ１０５×
厚み２ｍｍの固定用つばがついたターゲット材を削り出
した。ターゲット材の組成を表１に示す。
織評価用の１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み１０ｍｍのブロッ
クサンプルと、放電特性および皮膜の密着力を調査する
目的でφ１００ｍｍ×厚み１４ｍｍ、底面はφ１０５×
厚み２ｍｍの固定用つばがついたターゲット材を削り出
した。ターゲット材の組成を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】ブロックサンプルについては、Ｘ線マイク
ロアナライザーによりＣｒ、Ｓｉ、Ｂの面分析を行い、
純Ｓｉ相ならびにターゲット材構成元素からなる金属間
化合物相を特定し、画像解析によってそれらの面積率を
算出した。なお、純Ｓｉ相、金属間化合物相以外の部分
は、ターゲット材構成元素による固溶相であった。ここ
で、本発明のターゲット材Ｎｏ．４を観察した光学顕微
鏡組織写真を図１に示しておく。灰色の部分が金属間化
合物相、白い部分が固溶相である。なお、純Ｓｉ相は非
常に微細で少量なため、この写真から観察することはで
きなかった。
ロアナライザーによりＣｒ、Ｓｉ、Ｂの面分析を行い、
純Ｓｉ相ならびにターゲット材構成元素からなる金属間
化合物相を特定し、画像解析によってそれらの面積率を
算出した。なお、純Ｓｉ相、金属間化合物相以外の部分
は、ターゲット材構成元素による固溶相であった。ここ
で、本発明のターゲット材Ｎｏ．４を観察した光学顕微
鏡組織写真を図１に示しておく。灰色の部分が金属間化
合物相、白い部分が固溶相である。なお、純Ｓｉ相は非
常に微細で少量なため、この写真から観察することはで
きなかった。
【００３２】一方、ターゲット材はアークイオンプレー
ティング装置の水冷カソードへ装着し、実際に成膜を行
い評価した。この時、被処理材としてＳＫＨ５１（硬さ
６０ＨＲＣ）を使用し、始めに１×１０−３Ｐａまで真
空引きし、５００℃に加熱、３０分間保持した後、Ａｒ
雰囲気中１．０Ｐａの圧力にし、被処理材のＢｉａｓ電
圧：−４００Ｖで３０分間、Ａｒイオンによる被処理材
の表面の洗浄を行った後、Ｎ２雰囲気中、圧力：３．０
Ｐａ、ターゲット材のアーク電流：１００Ａ、被処理材
のＢｉａｓ電圧：−１００Ｖにて７０分の条件で窒化膜
の成膜を行った。
ティング装置の水冷カソードへ装着し、実際に成膜を行
い評価した。この時、被処理材としてＳＫＨ５１（硬さ
６０ＨＲＣ）を使用し、始めに１×１０−３Ｐａまで真
空引きし、５００℃に加熱、３０分間保持した後、Ａｒ
雰囲気中１．０Ｐａの圧力にし、被処理材のＢｉａｓ電
圧：−４００Ｖで３０分間、Ａｒイオンによる被処理材
の表面の洗浄を行った後、Ｎ２雰囲気中、圧力：３．０
Ｐａ、ターゲット材のアーク電流：１００Ａ、被処理材
のＢｉａｓ電圧：−１００Ｖにて７０分の条件で窒化膜
の成膜を行った。
【００３３】放電特性については、ターゲット材上でア
ーク放電が失火した回数を測定し、局部溶融については
成膜終了後のターゲット材表面の状態より評価した。ま
た得られた皮膜の密着力については、引っ掻き試験機を
用いて皮膜の剥離が生じた荷重で評価を行った。ターゲ
ット材組織、ターゲット材の使用状態、皮膜の評価結果
を表２に示す。
ーク放電が失火した回数を測定し、局部溶融については
成膜終了後のターゲット材表面の状態より評価した。ま
た得られた皮膜の密着力については、引っ掻き試験機を
用いて皮膜の剥離が生じた荷重で評価を行った。ターゲ
ット材組織、ターゲット材の使用状態、皮膜の評価結果
を表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】表２より明らかなように、純Ｓｉ相ならび
に金属間化合物相の面積率が本発明の範囲を外れるター
ゲット材については、７０分の成膜中に４０回以上の異
常放電が発生し、アーク放電が失火した。なお、ターゲ
ット材Ｎｏ．５５については、成膜中にアーク放電が全
く安定しないため使用不可能と判断し、実験を中止し
た。
に金属間化合物相の面積率が本発明の範囲を外れるター
ゲット材については、７０分の成膜中に４０回以上の異
常放電が発生し、アーク放電が失火した。なお、ターゲ
ット材Ｎｏ．５５については、成膜中にアーク放電が全
く安定しないため使用不可能と判断し、実験を中止し
た。
【００３６】使用後のターゲット材表面を観察したとこ
ろ、比較品であるターゲット材Ｎｏ．５１、５２につい
ては、純Ｓｉ相が優先的に溶融したと思われる痘痕状の
外観を示し、Ｎｏ．５３、５４は、ターゲット材表面で
発生したクラックにアーク放電が集中し発生したと思わ
れる局部溶融痕が認められた。このような異常放電を伴
なって成膜した皮膜は、本発明のターゲット材より得ら
れた皮膜と比較して密着力が大幅に低下し、いずれもス
クラッチ強度で５０Ｎ以下の値となった。一方、本発明
のターゲット材では、いずれも比較のターゲット材に比
べて異常放電ならびに局部溶融が大幅に抑制され、得ら
れた皮膜のスクラッチ強度も著しく優れる結果となっ
た。
ろ、比較品であるターゲット材Ｎｏ．５１、５２につい
ては、純Ｓｉ相が優先的に溶融したと思われる痘痕状の
外観を示し、Ｎｏ．５３、５４は、ターゲット材表面で
発生したクラックにアーク放電が集中し発生したと思わ
れる局部溶融痕が認められた。このような異常放電を伴
なって成膜した皮膜は、本発明のターゲット材より得ら
れた皮膜と比較して密着力が大幅に低下し、いずれもス
クラッチ強度で５０Ｎ以下の値となった。一方、本発明
のターゲット材では、いずれも比較のターゲット材に比
べて異常放電ならびに局部溶融が大幅に抑制され、得ら
れた皮膜のスクラッチ強度も著しく優れる結果となっ
た。
【００３７】（実施例２）Ｃｒ粉末（平均粒径４５μ
ｍ）、Ｓｉ粉末（平均粒径７５μｍ）およびＢ粉末（平
均粒径５μｍ）を表３に示すターゲット材組成と同様の
原子量比にそれぞれ調整し、Ｖ型混合機にて混合紛を作
製後、プレス成形機にて予備成形体を成形し、これを表
３中に示す温度にてホットプレスを用いて圧密化した。
この時のプレス圧力は、いずれも１５０ＭＰａ一定とし
た。
ｍ）、Ｓｉ粉末（平均粒径７５μｍ）およびＢ粉末（平
均粒径５μｍ）を表３に示すターゲット材組成と同様の
原子量比にそれぞれ調整し、Ｖ型混合機にて混合紛を作
製後、プレス成形機にて予備成形体を成形し、これを表
３中に示す温度にてホットプレスを用いて圧密化した。
この時のプレス圧力は、いずれも１５０ＭＰａ一定とし
た。
【００３８】得られた成形品は実施例１と同様に、加工
ならびに評価を行った。ターゲット材の組成を同様に測
定したものを表３に示す。ターゲット材組織、ターゲッ
ト材の使用状態、皮膜の評価結果を表４に示す。なお、
ターゲット材の純Ｓｉ相、金属間化合物相以外の部分
は、ターゲット材構成元素による固溶相であった。
ならびに評価を行った。ターゲット材の組成を同様に測
定したものを表３に示す。ターゲット材組織、ターゲッ
ト材の使用状態、皮膜の評価結果を表４に示す。なお、
ターゲット材の純Ｓｉ相、金属間化合物相以外の部分
は、ターゲット材構成元素による固溶相であった。
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】表４に示すごとく、純Ｓｉ相ならび金属間
化合物相の面積率が本発明の範囲にあるターゲット材Ｎ
ｏ．１１〜１４は、ターゲット材の使用状態、皮膜のス
クラッチ強度ともに良好な結果が得られた。
化合物相の面積率が本発明の範囲にあるターゲット材Ｎ
ｏ．１１〜１４は、ターゲット材の使用状態、皮膜のス
クラッチ強度ともに良好な結果が得られた。
【００４２】
【発明の効果】本発明のＣｒ合金ターゲット材は、異常
放電や局部溶融等の問題の主要因となるターゲット材組
織中の純Ｓｉ相ならびに金属間化合物相の面積率を特定
値以下に規定したことによって、アークイオンプレーテ
ィングにおいても安定した成膜が可能となり、得られる
皮膜特性についてもバラツキが少なくなるため、安定し
た性能が得られるようになる。また、異常放電、局部溶
融等の問題が解消したことによって、ターゲット材の寿
命も大幅に改善される。これにより、例えば摺動部品、
切削工具、金型等への表面皮膜のコーティングに最適な
ターゲット材として、供給が可能である。
放電や局部溶融等の問題の主要因となるターゲット材組
織中の純Ｓｉ相ならびに金属間化合物相の面積率を特定
値以下に規定したことによって、アークイオンプレーテ
ィングにおいても安定した成膜が可能となり、得られる
皮膜特性についてもバラツキが少なくなるため、安定し
た性能が得られるようになる。また、異常放電、局部溶
融等の問題が解消したことによって、ターゲット材の寿
命も大幅に改善される。これにより、例えば摺動部品、
切削工具、金型等への表面皮膜のコーティングに最適な
ターゲット材として、供給が可能である。
【図１】本発明のＣｒ合金ターゲット材の一実施例を示
す光学顕微鏡ミクロ組織写真である。
す光学顕微鏡ミクロ組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 27/06 Ｃ２２Ｃ 27/06 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ａ // Ｂ２３Ｂ 27/14 Ｂ２３Ｂ 27/14 Ａ
Claims (13)
- 【請求項１】 Ｓｉを含むＣｒ合金ターゲット材におい
て、ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相が５％以
下、ターゲット材構成元素による金属間化合物相が４０
％以下であることを特徴とするＣｒ合金ターゲット材。 - 【請求項２】 Ｓｉを含むＣｒ合金ターゲット材におい
て、ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相が５％以
下、ターゲット材構成元素による金属間化合物相が４０
％以下、残部実質的にターゲット材構成元素による固溶
相であることを特徴とするＣｒ合金ターゲット材。 - 【請求項３】 Ｓｉ：１〜４０原子％、残部実質的にＣ
ｒであることを特徴とする請求項１または２に記載のＣ
ｒ合金ターゲット材。 - 【請求項４】 Ｂを１〜７原子％を含むことを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載のＣｒ合金ターゲ
ット材。 - 【請求項５】 ターゲット材はアークイオンプレーティ
ング用であることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載のＣｒ合金ターゲット材。 - 【請求項６】 ターゲット材は摺動部品、切削工具、金
型のいずれかの表面コーティング用であることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載のＣｒ合金ター
ゲット材。 - 【請求項７】 ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相
が５％以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物
相が４０％以下であるＣｒ合金ターゲット材の製造方法
であって、Ｃｒ粉末とＳｉ粉末を所定比率に混合した混
合粉末をＨＩＰ法またはホットプレス法のいずれかを用
いて９００〜１３００℃で圧密化することを特徴とする
Ｃｒ合金ターゲット材の製造方法。 - 【請求項８】 ターゲット材組織中に面積率で純Ｓｉ相
が５％以下、ターゲット材構成元素による金属間化合物
相が４０％以下、残部実質的にターゲット材構成元素に
よる固溶相であるＣｒ合金ターゲット材の製造方法であ
って、Ｃｒ粉末とＳｉ粉末を所定比率に混合した混合粉
末をＨＩＰ法またはホットプレス法のいずれかを用いて
９００〜１３００℃で圧密化することを特徴とするＣｒ
合金ターゲット材の製造方法。 - 【請求項９】 Ｓｉを１〜４０原子％、残部Ｃｒの比率
で混合した混合粉末を使用することを特徴とする請求項
７または８に記載のＣｒ合金ターゲット材の製造方法。 - 【請求項１０】 混合粉末にＢ粉末を１〜７原子％の比
率で添加することを特徴とする請求項７ないし９のいず
れかに記載のＣｒ合金ターゲット材の製造方法。 - 【請求項１１】 ターゲット材はアークイオンプレーテ
ィング用であることを特徴とする請求項７ないし１０の
いずれかに記載のＣｒ合金ターゲット材の製造方法。 - 【請求項１２】 ターゲット材は摺動部品、切削工具、
金型のいずれかの表面コーティング用であることを特徴
とする請求項７ないし１１のいずれかに記載のＣｒ合金
ターゲット材の製造方法。 - 【請求項１３】 ターゲット材を用いた皮膜コーティン
グ方法において、面積率で純Ｓｉ相が５％以下、ターゲ
ット材構成元素による金属間化合物相が４０％以下の組
織であるＣｒ合金ターゲット材を使用し、アークイオン
プレーティング法によってコーティングすることを特徴
とする皮膜コーティング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001346804A JP3765474B2 (ja) | 2000-11-16 | 2001-11-13 | Ｃｒ合金ターゲット材およびその製造方法ならびに皮膜コーティング方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-350217 | 2000-11-16 | ||
| JP2000350217 | 2000-11-16 | ||
| JP2001346804A JP3765474B2 (ja) | 2000-11-16 | 2001-11-13 | Ｃｒ合金ターゲット材およびその製造方法ならびに皮膜コーティング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212707A true JP2002212707A (ja) | 2002-07-31 |
| JP3765474B2 JP3765474B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=26604119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001346804A Expired - Lifetime JP3765474B2 (ja) | 2000-11-16 | 2001-11-13 | Ｃｒ合金ターゲット材およびその製造方法ならびに皮膜コーティング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3765474B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008156682A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 窒化物含有ターゲット材 |
| JP2008163413A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 窒化物含有ターゲット材 |
| JP2008179853A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Hitachi Tool Engineering Ltd | ホウ化物含有ターゲット材 |
| JP2008214757A (ja) * | 2008-04-21 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 硬質被膜およびそれを用いた硬質被膜部材 |
| JP2009197334A (ja) * | 2009-05-07 | 2009-09-03 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットの製造方法、それを用いた硬質被膜の形成方法および硬質被膜被覆部材 |
| JP4593686B1 (ja) * | 2010-02-26 | 2010-12-08 | 昭和電工株式会社 | 鍛造加工用金型及びその製造方法並びに鍛造加工方法 |
| CN111058004A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-24 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种铬硅合金溅射靶材及其制备方法 |
| CN115305447A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 厦门建霖健康家居股份有限公司 | 一种塑料基材上镀光亮铬的方法 |
-
2001
- 2001-11-13 JP JP2001346804A patent/JP3765474B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009197334A (ja) * | 2009-05-07 | 2009-09-03 | Toshiba Corp | スパッタリングターゲットの製造方法、それを用いた硬質被膜の形成方法および硬質被膜被覆部材 |
| JP4593686B1 (ja) * | 2010-02-26 | 2010-12-08 | 昭和電工株式会社 | 鍛造加工用金型及びその製造方法並びに鍛造加工方法 |
| JP2011177716A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Showa Denko Kk | 鍛造加工用金型及びその製造方法並びに鍛造加工方法 |
| CN111058004A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-24 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种铬硅合金溅射靶材及其制备方法 |
| CN115305447A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 厦门建霖健康家居股份有限公司 | 一种塑料基材上镀光亮铬的方法 |
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