JP2002285318A - セラミックス被覆金属物品の製造方法 - Google Patents
セラミックス被覆金属物品の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミックス被覆金属物品の製造方法とし
て、金属物品の表面部も含めて、窒素、炭素又はその両
者の含有比率が漸次変化する傾斜組成構造を簡単に得る
ことができるものを提供する。 【解決手段】 金属物品の表面上に、浸炭窒化可能な金
属の窒化物、炭化物又は浸炭窒化物の単層又は複層から
なるセラミックス被膜を形成した後、プラズマ窒化処
理、プラズマ浸炭処理又はプラズマ浸炭窒化処理をし
て、窒素、炭素又はその両者をセラミックス被膜の内部
及び金属物品の表面部に拡散浸透する。
て、金属物品の表面部も含めて、窒素、炭素又はその両
者の含有比率が漸次変化する傾斜組成構造を簡単に得る
ことができるものを提供する。 【解決手段】 金属物品の表面上に、浸炭窒化可能な金
属の窒化物、炭化物又は浸炭窒化物の単層又は複層から
なるセラミックス被膜を形成した後、プラズマ窒化処
理、プラズマ浸炭処理又はプラズマ浸炭窒化処理をし
て、窒素、炭素又はその両者をセラミックス被膜の内部
及び金属物品の表面部に拡散浸透する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、耐摩耗性や耐熱
性などの寿命関連特性をアップするために、表面上に浸
炭窒化性金属（Ｔｉ、Ｃｒなど）の窒化物（ＴｉＮ、Ｃ
ｒＮなど）又は炭化物（ＴｉＣ、ＣｒＣなど）或いは浸
炭窒化物（炭窒化物）（ＴｉＣＮなど）の単層又は複層
からなるセラミックス被覆を施す工具、金型、機械部品
などの金属物品（部材）の製造方法に関するものであ
る。
性などの寿命関連特性をアップするために、表面上に浸
炭窒化性金属（Ｔｉ、Ｃｒなど）の窒化物（ＴｉＮ、Ｃ
ｒＮなど）又は炭化物（ＴｉＣ、ＣｒＣなど）或いは浸
炭窒化物（炭窒化物）（ＴｉＣＮなど）の単層又は複層
からなるセラミックス被覆を施す工具、金型、機械部品
などの金属物品（部材）の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来においては、この種のセラミックス
被覆の金属物品は、特に物理的蒸着法（イオンプレーテ
ィング法、真空蒸着法、スパッタリング法など）や化学
的蒸着法（プラズマＣＶＤ法）によって、金属物品の表
面上に直接セラミックス被膜を形成することにより製造
されている。
被覆の金属物品は、特に物理的蒸着法（イオンプレーテ
ィング法、真空蒸着法、スパッタリング法など）や化学
的蒸着法（プラズマＣＶＤ法）によって、金属物品の表
面上に直接セラミックス被膜を形成することにより製造
されている。
【０００３】しかしこのようにして製造した金属物品に
おけるセラミックス被膜には、特に金属物品（母材）と
の界面部における脆弱な白層の生成を含めた金属物品と
の密着性の問題や結晶構造の不安定性（化学量論組成か
らのずれ）の問題が指摘されている。
おけるセラミックス被膜には、特に金属物品（母材）と
の界面部における脆弱な白層の生成を含めた金属物品と
の密着性の問題や結晶構造の不安定性（化学量論組成か
らのずれ）の問題が指摘されている。
【０００４】このような問題の解消策の一つとして、セ
ラミックス被膜を、外側から内側に向かって、窒素又は
炭素或いはその両者の含有比率が漸減する傾斜組成にす
ることが有効とされ、このためにセラミックス被膜の形
成過程において、不活性ガス（アルゴンガスなど）と活
性ガス（窒素含有ガス、炭素含有ガスなど）の分圧を順
次変化させることが提案されているが、このガス圧力を
変化させながらの成膜操作は極めて煩雑で、時間がかか
るとともに、組成変化も不連続になり易いことから、一
般化するに至っていない。
ラミックス被膜を、外側から内側に向かって、窒素又は
炭素或いはその両者の含有比率が漸減する傾斜組成にす
ることが有効とされ、このためにセラミックス被膜の形
成過程において、不活性ガス（アルゴンガスなど）と活
性ガス（窒素含有ガス、炭素含有ガスなど）の分圧を順
次変化させることが提案されているが、このガス圧力を
変化させながらの成膜操作は極めて煩雑で、時間がかか
るとともに、組成変化も不連続になり易いことから、一
般化するに至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな状況に鑑み、特にセラミックス被膜のみでなく金属
物品の表面部も含めて、窒素又は炭素或いはその両者の
含有比率が連続的に漸次変化する傾斜組成を得ることが
できる能率的で安価な方法を提供することを課題として
いる。
うな状況に鑑み、特にセラミックス被膜のみでなく金属
物品の表面部も含めて、窒素又は炭素或いはその両者の
含有比率が連続的に漸次変化する傾斜組成を得ることが
できる能率的で安価な方法を提供することを課題として
いる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、上記
の課題は、第一には、金属物品の表面上に、浸炭窒化可
能な金属の窒化物又は炭化物或いは浸炭窒化物の単層又
は複層からなるセラッミス被膜を形成した後、減圧下に
おけるプラズマを介した窒化（プラズマ窒化）又は浸炭
（プラズマ浸炭）或いは浸炭窒化（プラズマ浸炭窒化）
処理をして、窒素又は炭素或いは窒素と炭素をセラミッ
クス被膜の内部及び金属物品の表面部に拡散浸透するこ
とを特徴とする、セラミックス被覆金属物品の製造方法
によって解決し、第二には、金属物品の表面上に、浸炭
窒化可能な金属層（金属被膜）を介して、浸炭窒化性金
属の窒化物又は炭化物或いは浸炭窒化物からなるセラミ
ックス被膜を形成した後、減圧下におけるプラズマを介
した窒化又は浸炭或いは浸炭窒化処理をして、窒素又は
炭素或いは窒素と炭素をセラミックス被膜の内部及び浸
炭窒化性の金属層の内部並びに金属物品の表面部に拡散
浸透することを特徴とする、セラミックス被覆金属物品
の製造方法によって解決する。
の課題は、第一には、金属物品の表面上に、浸炭窒化可
能な金属の窒化物又は炭化物或いは浸炭窒化物の単層又
は複層からなるセラッミス被膜を形成した後、減圧下に
おけるプラズマを介した窒化（プラズマ窒化）又は浸炭
（プラズマ浸炭）或いは浸炭窒化（プラズマ浸炭窒化）
処理をして、窒素又は炭素或いは窒素と炭素をセラミッ
クス被膜の内部及び金属物品の表面部に拡散浸透するこ
とを特徴とする、セラミックス被覆金属物品の製造方法
によって解決し、第二には、金属物品の表面上に、浸炭
窒化可能な金属層（金属被膜）を介して、浸炭窒化性金
属の窒化物又は炭化物或いは浸炭窒化物からなるセラミ
ックス被膜を形成した後、減圧下におけるプラズマを介
した窒化又は浸炭或いは浸炭窒化処理をして、窒素又は
炭素或いは窒素と炭素をセラミックス被膜の内部及び浸
炭窒化性の金属層の内部並びに金属物品の表面部に拡散
浸透することを特徴とする、セラミックス被覆金属物品
の製造方法によって解決する。
【０００７】この発明の製造方法は、要約すれば、金属
物品に対する直接又は金属層を介した間接的なセラミッ
クス被膜の形成後に、プラズマを介した窒化等の処理に
よる窒素又は炭素或いはその両者のセラミックス被膜と
金属物品或いは金属層とセラミックス被膜及び金属物品
に対する拡散浸透を行うことを特長とするもので、この
プラズマを介した窒素等の拡散浸透によれば、プラズマ
の高エネルギーの点から、金属物品の表面部の深部まで
迅速に行われ、かつ窒素又は炭素或いは両者の比率が内
方に向かって連続的に漸減する傾斜組成になるという形
で行われる。
物品に対する直接又は金属層を介した間接的なセラミッ
クス被膜の形成後に、プラズマを介した窒化等の処理に
よる窒素又は炭素或いはその両者のセラミックス被膜と
金属物品或いは金属層とセラミックス被膜及び金属物品
に対する拡散浸透を行うことを特長とするもので、この
プラズマを介した窒素等の拡散浸透によれば、プラズマ
の高エネルギーの点から、金属物品の表面部の深部まで
迅速に行われ、かつ窒素又は炭素或いは両者の比率が内
方に向かって連続的に漸減する傾斜組成になるという形
で行われる。
【０００８】
【発明の実施の形態】この発明の第一の製造方法におけ
るセラミックス被膜の形成及び第二の製造方法における
金属層とセラミックス被膜の形成は、物理的蒸着法や化
学的蒸着法などで行うことができる。
るセラミックス被膜の形成及び第二の製造方法における
金属層とセラミックス被膜の形成は、物理的蒸着法や化
学的蒸着法などで行うことができる。
【０００９】例えば物理的蒸着法の典型例であるアーク
放電式イオンプレーティング法により第一の製造方法に
おける成膜を行う場合には、金属物品を収容した真空容
器内において、活性ガスとしての窒素含有ガス又は炭素
含有ガス或いはこれらの混合ガスを導入しながら、真空
アーク放電によりカソードとしての被膜形成用金属を蒸
発させてイオン化して、ガスとイオン化金属を反応させ
る一方、金属物品に負のバイアス電圧を印加して、その
表面にガスとイオン化金属の反応物である金属の窒化
物、炭化物或いは浸炭窒化物からなるセラミックス被膜
を蒸着する。なおこの操作は、例えば真空容器内の圧力
１．０×１０−２Ｔｏｒｒ、アーク放電電流６０〜９０
Ａ、バイアス電圧−２００Ｖで、２０分間（単層被膜の
場合）或いは１〜２．５分間／層の時間（複層被膜の場
合）行うことができる。
放電式イオンプレーティング法により第一の製造方法に
おける成膜を行う場合には、金属物品を収容した真空容
器内において、活性ガスとしての窒素含有ガス又は炭素
含有ガス或いはこれらの混合ガスを導入しながら、真空
アーク放電によりカソードとしての被膜形成用金属を蒸
発させてイオン化して、ガスとイオン化金属を反応させ
る一方、金属物品に負のバイアス電圧を印加して、その
表面にガスとイオン化金属の反応物である金属の窒化
物、炭化物或いは浸炭窒化物からなるセラミックス被膜
を蒸着する。なおこの操作は、例えば真空容器内の圧力
１．０×１０−２Ｔｏｒｒ、アーク放電電流６０〜９０
Ａ、バイアス電圧−２００Ｖで、２０分間（単層被膜の
場合）或いは１〜２．５分間／層の時間（複層被膜の場
合）行うことができる。
【００１０】又第二の製造方法における成膜を行う際に
は、上記の操作の前に、活性ガスは導入せず、アルゴン
ガスなどの不活性ガスのみの導入操作で金属層を形成す
る。
は、上記の操作の前に、活性ガスは導入せず、アルゴン
ガスなどの不活性ガスのみの導入操作で金属層を形成す
る。
【００１１】この発明の第一と第二の製造方法における
プラズマ窒化又はプラズマ浸炭或いはプラズマ浸炭窒化
処理は、上記の成膜工程に連続して或いは成膜工程に連
続せずに、周知のアーク放電式、高周波放電式、マイク
ロ波放電式等のプラズマ発生手段などを用いて行うこと
ができる。
プラズマ窒化又はプラズマ浸炭或いはプラズマ浸炭窒化
処理は、上記の成膜工程に連続して或いは成膜工程に連
続せずに、周知のアーク放電式、高周波放電式、マイク
ロ波放電式等のプラズマ発生手段などを用いて行うこと
ができる。
【００１２】ここで例えばアーク放電方式を用いて行う
場合には、真空容器内において、活性ガスを導入しなが
ら、プラズマ発生手段を介して、セラミックス被覆金属
物品に直流電圧を印加して、活性ガスをプラズマ化し、
その高エネルギーによりセラミック被覆金属物品を加熱
すると同時に、イオン化した活性ガスの窒素、炭素或い
はこの両者を、セラミックス被覆金属物品の表面に接触
させて、拡散浸透させることにより、窒化、浸炭、浸炭
窒化処理を行う。なおこの操作は、例えば真空容器内の
圧力（全ガス圧力）０．４〜２０Ｔｏｏｒ、金属物品の
印加電圧０〜８００Ｖ、その加熱温度４００〜５２０℃
で、１０〜３０分間行うことができる。
場合には、真空容器内において、活性ガスを導入しなが
ら、プラズマ発生手段を介して、セラミックス被覆金属
物品に直流電圧を印加して、活性ガスをプラズマ化し、
その高エネルギーによりセラミック被覆金属物品を加熱
すると同時に、イオン化した活性ガスの窒素、炭素或い
はこの両者を、セラミックス被覆金属物品の表面に接触
させて、拡散浸透させることにより、窒化、浸炭、浸炭
窒化処理を行う。なおこの操作は、例えば真空容器内の
圧力（全ガス圧力）０．４〜２０Ｔｏｏｒ、金属物品の
印加電圧０〜８００Ｖ、その加熱温度４００〜５２０℃
で、１０〜３０分間行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下金属素材と金属製品に関する実施例を、
プラズマ処理を行わない場合と比較しながら説明する。
プラズマ処理を行わない場合と比較しながら説明する。
【００１４】実施例１ ６個の工具鋼（ＳＫＨ５１）製円盤状試験片（直径３０
ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の表面に、窒素ガスを用いるアーク
放電式イオンプレーティング法（器内圧力１．０×１０
−２Ｔｏｒｒ、アーク放電電流９０Ａ、バイアス電圧−
２００Ｖ、処理時間３０分）によって、それぞれ２μ厚
のＴｉＮ被膜を形成した後、半数（３個）の試験片につ
いて、水素ガス４：窒素ガス０．５、アルゴンガス１の
混合ガスを用いるアーク放電式プラズマ発生手段による
プラズマ窒化処理（器内圧力４Ｔｏｒｒ、印加電圧−５
００Ｖ、加熱温度４５０℃、処理時間１５分）を行っ
た。
ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の表面に、窒素ガスを用いるアーク
放電式イオンプレーティング法（器内圧力１．０×１０
−２Ｔｏｒｒ、アーク放電電流９０Ａ、バイアス電圧−
２００Ｖ、処理時間３０分）によって、それぞれ２μ厚
のＴｉＮ被膜を形成した後、半数（３個）の試験片につ
いて、水素ガス４：窒素ガス０．５、アルゴンガス１の
混合ガスを用いるアーク放電式プラズマ発生手段による
プラズマ窒化処理（器内圧力４Ｔｏｒｒ、印加電圧−５
００Ｖ、加熱温度４５０℃、処理時間１５分）を行っ
た。
【００１５】これらのプラズマ窒化処理分と非プラズマ
窒化処理分について、表面のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）を測定したところ、前者と後者の平均値は、２８
００と２５５０で、約１０％の硬度アップが認められ
た。
窒化処理分について、表面のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）を測定したところ、前者と後者の平均値は、２８
００と２５５０で、約１０％の硬度アップが認められ
た。
【００１６】又被膜の密着力として、スクラッチ試験に
よる臨界荷重（ｋｇ）を測定したところ、前者と後者の
平均値は１３と８で、約６０％のアップが認められた。
よる臨界荷重（ｋｇ）を測定したところ、前者と後者の
平均値は１３と８で、約６０％のアップが認められた。
【００１７】さらに各試験片についてＸ線回折を行った
結果、プラズマ窒化処理によるＴｉＮ被膜の結晶性の改
善、化学量論組成への接近による結晶構造の安定化が確
認できた。
結果、プラズマ窒化処理によるＴｉＮ被膜の結晶性の改
善、化学量論組成への接近による結晶構造の安定化が確
認できた。
【００１８】さらに又各試験片の断面を顕微鏡で観察し
たところ、非プラズマ窒化処理分については、母材（工
具鋼）とセラミックス被膜との界面部に、若干の白層が
認められたが、プラズマ窒化処理分については全く認め
られなかった。
たところ、非プラズマ窒化処理分については、母材（工
具鋼）とセラミックス被膜との界面部に、若干の白層が
認められたが、プラズマ窒化処理分については全く認め
られなかった。
【００１９】又Ｘ線光電子分析法（ＸＰＳ）により、セ
ラミックス被膜の表面から母材までのＴｉとＮの組成比
を測定した結果、プラズマ窒化処理分については、Ｔｉ
／Ｎ原子比が１に近づき、スムースな変化を呈している
こと、すなわち母材との界面部では、窒素原子が母材の
比較的深い位置まで浸透しており、組成上も密着性が向
上していることが判明した。
ラミックス被膜の表面から母材までのＴｉとＮの組成比
を測定した結果、プラズマ窒化処理分については、Ｔｉ
／Ｎ原子比が１に近づき、スムースな変化を呈している
こと、すなわち母材との界面部では、窒素原子が母材の
比較的深い位置まで浸透しており、組成上も密着性が向
上していることが判明した。
【００２０】実施例２ 実施例１とは、アーク放電式イオンプレーティング法に
より形成する被膜が母材側に付加する０．５μ厚のＴｉ
層と１．５μ厚のＴｉＮ層との積層構造で、Ｔｉ層形成
のためにアルゴンガスにより、アーク電流９０Ａ、バイ
アス電圧−２００Ｖ、処理時間５分の処理を付加する点
と、ＴｉＮ層形成時のガスと処理時間が窒素と２５分で
ある点で異なる試験片６個について、実施例１と同様の
ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定
を行ったところ、前者の平均値が２６５０と２３００、
後者のそれが１５と１０で、実施例１に近い結果が確認
された。
より形成する被膜が母材側に付加する０．５μ厚のＴｉ
層と１．５μ厚のＴｉＮ層との積層構造で、Ｔｉ層形成
のためにアルゴンガスにより、アーク電流９０Ａ、バイ
アス電圧−２００Ｖ、処理時間５分の処理を付加する点
と、ＴｉＮ層形成時のガスと処理時間が窒素と２５分で
ある点で異なる試験片６個について、実施例１と同様の
ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定
を行ったところ、前者の平均値が２６５０と２３００、
後者のそれが１５と１０で、実施例１に近い結果が確認
された。
【００２１】実施例３ 実施例１とは、被膜が２．０μ厚のＺｒＮで、ガスがア
ルゴンと窒素及びアーク電流が７０Ａ、バイアス電圧が
−１５０Ｖである点と、プラズマ窒化処理の印加電圧が
−６００Ｖ、処理時間が２０分である点で異なる試験片
６個について、実施例１と同様のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったところ、前者
の平均値が２５００と２２００、後者のそれが１２と７
であった。
ルゴンと窒素及びアーク電流が７０Ａ、バイアス電圧が
−１５０Ｖである点と、プラズマ窒化処理の印加電圧が
−６００Ｖ、処理時間が２０分である点で異なる試験片
６個について、実施例１と同様のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったところ、前者
の平均値が２５００と２２００、後者のそれが１２と７
であった。
【００２２】実施例４ 実施例３とは、被膜が母材側に付加する０．５μ厚のＴ
ｉ層と１．５μ厚のＺｒＮ層の積層構造である点と、Ｔ
ｉ層の形成のために実施例２のそれの場合と同一の条件
を付加した点、及びＺｒＮ層形成時の処理時間が２５分
である点で異なる試験片６個について、実施例３と同様
のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測
定を行ったところ、前者の平均値が２３００と２１０
０、後者のそれが１２と８であった。
ｉ層と１．５μ厚のＺｒＮ層の積層構造である点と、Ｔ
ｉ層の形成のために実施例２のそれの場合と同一の条件
を付加した点、及びＺｒＮ層形成時の処理時間が２５分
である点で異なる試験片６個について、実施例３と同様
のヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測
定を行ったところ、前者の平均値が２３００と２１０
０、後者のそれが１２と８であった。
【００２３】実施例５ 実施例１とは、被膜が０．２μ厚のＴｉＮ層と０．２μ
のＣｒＮ層の交互積層構造（前者８層、後者７層）で、
ＴｉＮ層の形成時のガスと処理時間が窒素で２分／層、
ＣｒＮ層形成時のそれがアルゴン、窒素で２分／層であ
る点と、プラズマ窒化処理時の印加電圧が−５００Ｖで
ある点で異なる試験片６個について、実施例１と同様の
ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定
を行ったところ、前者の平均値が３３６０と３０００、
後者のそれが１５と６であった。
のＣｒＮ層の交互積層構造（前者８層、後者７層）で、
ＴｉＮ層の形成時のガスと処理時間が窒素で２分／層、
ＣｒＮ層形成時のそれがアルゴン、窒素で２分／層であ
る点と、プラズマ窒化処理時の印加電圧が−５００Ｖで
ある点で異なる試験片６個について、実施例１と同様の
ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定
を行ったところ、前者の平均値が３３６０と３０００、
後者のそれが１５と６であった。
【００２４】実施例６ 実施例５とは、被膜が母材側に付加する０．５μ厚のＴ
ｉ層と、それぞれ０．２μ厚のＴｉＮ層とＣｒＮ層の交
互積層構造（前者８層、後者７層）である点と、Ｔｉ層
の形成のために実施例２、４のそれの場合と同一の処理
条件を付加した点で異なる試験片６個について、ヌープ
硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行っ
たところ、前者の平均値が３１５０と２９００、後者の
それが１６と９であった。
ｉ層と、それぞれ０．２μ厚のＴｉＮ層とＣｒＮ層の交
互積層構造（前者８層、後者７層）である点と、Ｔｉ層
の形成のために実施例２、４のそれの場合と同一の処理
条件を付加した点で異なる試験片６個について、ヌープ
硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行っ
たところ、前者の平均値が３１５０と２９００、後者の
それが１６と９であった。
【００２５】実施例７ 実施例５とは、被膜がそれぞれ０．２μ厚のＴｉＮ層と
ＺｒＮ層の交互積層構造（前者８層、後者７層）である
点と、ＣｒＮ層に代わるＺｒＮ層の形成のために、アー
ク電流７０Ａ、バイアス電圧−１５０Ｖ、処理時間２分
／層の処理を行った点、及びプラズマ窒化処理の温度が
４５０℃である点で異なる試験片６個について、ヌープ
硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行っ
たところ、それぞれ平均値が３２００と２９５０及び１
３と９であった。
ＺｒＮ層の交互積層構造（前者８層、後者７層）である
点と、ＣｒＮ層に代わるＺｒＮ層の形成のために、アー
ク電流７０Ａ、バイアス電圧−１５０Ｖ、処理時間２分
／層の処理を行った点、及びプラズマ窒化処理の温度が
４５０℃である点で異なる試験片６個について、ヌープ
硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行っ
たところ、それぞれ平均値が３２００と２９５０及び１
３と９であった。
【００２６】実施例８ 実施例７とは、被膜が母材側に０．５μ厚のＴｉ層を付
加するとともに、そのために実施例２、４、６の場合の
それと同じ処理条件を付加した点で異なる試験片６個に
ついて、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋ
ｇ）の測定を行ったところ、平均値は３０００と２８６
０及び１６と１１であった。
加するとともに、そのために実施例２、４、６の場合の
それと同じ処理条件を付加した点で異なる試験片６個に
ついて、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋ
ｇ）の測定を行ったところ、平均値は３０００と２８６
０及び１６と１１であった。
【００２７】実施例９ 実施例１とは、アーク放電式イオンプレーティング法に
おいてメタンガスを用いる点及びプラズマ窒化処理に代
えて、水素ガス１：メタンガス１：アルゴンガス１の混
合ガスによるプラズマ浸炭処理（器内圧力４Ｔｏｒｒ、
温度４２０℃、印加電圧−５００Ｖ、処理時間４０分）
を行って、厚さが２μのＴｉＣ被膜を形成した点で異な
る試験片６個について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と
臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったところ、前者の平均値
が２５５０と２３００、後者のそれが１２と６であっ
た。
おいてメタンガスを用いる点及びプラズマ窒化処理に代
えて、水素ガス１：メタンガス１：アルゴンガス１の混
合ガスによるプラズマ浸炭処理（器内圧力４Ｔｏｒｒ、
温度４２０℃、印加電圧−５００Ｖ、処理時間４０分）
を行って、厚さが２μのＴｉＣ被膜を形成した点で異な
る試験片６個について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と
臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったところ、前者の平均値
が２５５０と２３００、後者のそれが１２と６であっ
た。
【００２８】実施例１０ 実施例９とは、ＴｉＣ被膜の形成前に、実施例２、４、
６、８と同じ条件で母材側に０．５μ厚のＴｉ層を形成
する点と、ＴｉＣ層形成時の処理時間が２５分で、その
厚さが２．５μである点で異なる試験片について、ヌー
プ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）を測定した
ところ、前者の平均値は２５５０と２４５０、後者のそ
れは１３と８であった。
６、８と同じ条件で母材側に０．５μ厚のＴｉ層を形成
する点と、ＴｉＣ層形成時の処理時間が２５分で、その
厚さが２．５μである点で異なる試験片について、ヌー
プ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）を測定した
ところ、前者の平均値は２５５０と２４５０、後者のそ
れは１３と８であった。
【００２９】実施例１１ 実施例１とは、アーク放電式イオンプレーティング法に
おいて窒素ガスとメタンガスを１：１で用いて、２μ厚
のＴｉＣＮの被膜を形成する点と、プラズマ窒化処理に
おいて温度５００℃で２０分処理した後に、実施例９、
１０と同一の浸炭処理を付加した点で異なる試験片につ
いて、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）
を測定したところ、前者の平均値は２６００と２３０
０、後者のそれは１２と８であった。
おいて窒素ガスとメタンガスを１：１で用いて、２μ厚
のＴｉＣＮの被膜を形成する点と、プラズマ窒化処理に
おいて温度５００℃で２０分処理した後に、実施例９、
１０と同一の浸炭処理を付加した点で異なる試験片につ
いて、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）
を測定したところ、前者の平均値は２６００と２３０
０、後者のそれは１２と８であった。
【００３０】実施例１２ ６個の工具鋼（ＳＫＨ５１）製のヘリカルピニオンカッ
ター（外径６０ｍｍ、刃幅２５ｍｍ、刃数４８）に、実
施例１と同じ条件のアーク放電式イオンプレーティング
法によって、２μ厚のＴｉＮ被膜を形成し、このうち半
数の３個に、実施例１の場合とは処理温度が５００℃で
処理時間が２０分の点で異なるプラズマ窒化処理を施し
た。
ター（外径６０ｍｍ、刃幅２５ｍｍ、刃数４８）に、実
施例１と同じ条件のアーク放電式イオンプレーティング
法によって、２μ厚のＴｉＮ被膜を形成し、このうち半
数の３個に、実施例１の場合とは処理温度が５００℃で
処理時間が２０分の点で異なるプラズマ窒化処理を施し
た。
【００３１】これらのヘリカルピニオンカッターのう
ち、プラズマ窒化処理分と非プラズマ窒化処理分各１個
について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋ
ｇ）を測定したところ、前者は２９００と２６００、後
者は１５と９であった。
ち、プラズマ窒化処理分と非プラズマ窒化処理分各１個
について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋ
ｇ）を測定したところ、前者は２９００と２６００、後
者は１５と９であった。
【００３２】又残余（各２個）のヘリカルピニオンカッ
ターについて、プラズマ窒化処理分については、ダクタ
イル鋳鉄（ＦＣＤ−７００）製の歯車素材（外径１００
ｍｍ、軸長４０ｍｍ）２００個について、非プラズマ窒
化処理分については同じ歯車素材１００個について、い
ずれも同じ切削条件（カッターストローク数６００回／
ｍｉｍ、同長さ２２ｍｍ、切り込み量０．６ｍｍ、同速
度０．０１ｍｍ／ストローク、円周送り速度１．２７ｍ
ｍ／ストロークなど）で、ヘリカル歯車（外径６２ｍ
ｍ、歯幅２ｍｍ、歯数４７）の切削加工を行った。
ターについて、プラズマ窒化処理分については、ダクタ
イル鋳鉄（ＦＣＤ−７００）製の歯車素材（外径１００
ｍｍ、軸長４０ｍｍ）２００個について、非プラズマ窒
化処理分については同じ歯車素材１００個について、い
ずれも同じ切削条件（カッターストローク数６００回／
ｍｉｍ、同長さ２２ｍｍ、切り込み量０．６ｍｍ、同速
度０．０１ｍｍ／ストローク、円周送り速度１．２７ｍ
ｍ／ストロークなど）で、ヘリカル歯車（外径６２ｍ
ｍ、歯幅２ｍｍ、歯数４７）の切削加工を行った。
【００３３】これらの切削加工後のヘリカルピニオンカ
ッターについて、溶着状況と変色状況の外観検査をした
ところ、プラズマ窒化処理分が非プラズマ窒化処理分よ
りも改善されていることが判明した。
ッターについて、溶着状況と変色状況の外観検査をした
ところ、プラズマ窒化処理分が非プラズマ窒化処理分よ
りも改善されていることが判明した。
【００３４】またこれらの断面組織の検査をしたとこ
ろ、非プラズマ窒化処理分は、ＴｉＮ層が相当摩耗し、
刃先形状が崩れているとともに、母材まで達するクラッ
クやＴｉＮ層に微細なクラックが認められるのに対し、
プラズマ窒化処理分は、ＴｉＮ層の摩耗量が僅少で、安
定しており、刃先形状の崩れもないことが確認された。
ろ、非プラズマ窒化処理分は、ＴｉＮ層が相当摩耗し、
刃先形状が崩れているとともに、母材まで達するクラッ
クやＴｉＮ層に微細なクラックが認められるのに対し、
プラズマ窒化処理分は、ＴｉＮ層の摩耗量が僅少で、安
定しており、刃先形状の崩れもないことが確認された。
【００３５】実施例１３ 実施例２と、プラズマ窒化処理の温度が５００℃である
点で異なるヘリカルピニオンカッター６個について、ヌ
ープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を
行ったところ、前者の平均値は２９４０と２５５０、後
者のそれは１４と８であった。
点で異なるヘリカルピニオンカッター６個について、ヌ
ープ硬さ（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を
行ったところ、前者の平均値は２９４０と２５５０、後
者のそれは１４と８であった。
【００３６】実施例１４ 実施例５とは、いずれも０．５μ厚のＴｉＮ層とＣｒＮ
層の交互積層構造（前者が３層、後者が２層）である点
と、処理時間がいずれも５分／層である点で異なるピニ
オンカッター６個について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行った結果、前者は
３０５０と２６００、後者は１６と９であった。
層の交互積層構造（前者が３層、後者が２層）である点
と、処理時間がいずれも５分／層である点で異なるピニ
オンカッター６個について、ヌープ硬さ（ｋｇ／ｍ
ｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行った結果、前者は
３０５０と２６００、後者は１６と９であった。
【００３７】実施例１５ 実施例６とは、いずれも０．５μ厚のＴｉＮ層とＣｒＮ
層の交互積層構造（前者が３層、後者が２層）である点
と、これらの層の処理時間がいずれも５分／層である点
で異なるピニオンカッター６個について、ヌープ硬さ
（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったと
ころ、前者は３０００と２６５０、後者は１５と８であ
った。
層の交互積層構造（前者が３層、後者が２層）である点
と、これらの層の処理時間がいずれも５分／層である点
で異なるピニオンカッター６個について、ヌープ硬さ
（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）の測定を行ったと
ころ、前者は３０００と２６５０、後者は１５と８であ
った。
【００３８】実施例１６ ６個の工具鋼（ＳＫＨ５１）製のホブ（外径６０ｍｍ）
に、アーク放電式イオンプレーティング法（実施例１、
１２と同じ処理条件）によって、２μ厚のＴｉＮ被膜を
形成し、このうちの３個に実施例１２の場合と同じ処理
条件のプラズマ窒化処理を施した。
に、アーク放電式イオンプレーティング法（実施例１、
１２と同じ処理条件）によって、２μ厚のＴｉＮ被膜を
形成し、このうちの３個に実施例１２の場合と同じ処理
条件のプラズマ窒化処理を施した。
【００３９】これらのホブのうち、プラズマ窒化処理分
と非プラズマ窒化処理分各１個について、ヌープ硬さ
（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）を測定したとこ
ろ、前者は３０２０と２７００、後者は１４と７であっ
た。
と非プラズマ窒化処理分各１個について、ヌープ硬さ
（ｋｇ／ｍｍ２）と臨界荷重（ｋｇ）を測定したとこ
ろ、前者は３０２０と２７００、後者は１４と７であっ
た。
【００４０】又残余（各２個）のホブのうち、プラズマ
窒化処理分については、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ−７０
０）製の丸棒状歯車素材（外径４２ｍｍ、軸長６０ｍ
ｍ）２０００個について、その他については同じ歯車素
材１０００個について、いずれも同じ切削条件（スピン
ドル回転数３５７ｒｐｍ、周速６７ｍ／ｍｉｎ、切削送
り２．５ｍｍ／刃）で、スプライン（外径４０ｍｍ、軸
長６０ｍｍ）の切削加工を行った。
窒化処理分については、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ−７０
０）製の丸棒状歯車素材（外径４２ｍｍ、軸長６０ｍ
ｍ）２０００個について、その他については同じ歯車素
材１０００個について、いずれも同じ切削条件（スピン
ドル回転数３５７ｒｐｍ、周速６７ｍ／ｍｉｎ、切削送
り２．５ｍｍ／刃）で、スプライン（外径４０ｍｍ、軸
長６０ｍｍ）の切削加工を行った。
【００４１】これらの切削加工後の各ホブについて、外
観検査と断面組織検査をしたところ、実施例１２の場合
と同様に、プラズマ窒化処理分の非プラズマ窒化処理分
に対する優良性が確認された。
観検査と断面組織検査をしたところ、実施例１２の場合
と同様に、プラズマ窒化処理分の非プラズマ窒化処理分
に対する優良性が確認された。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の方法は、セラミックス被膜の金属物品との界面部に
おける白層を解消し、結晶構造を安定化するとともに金
属物品に対する密着性を向上して、金属物品の寿命を２
倍以上延長するという極めて実用経済的な効果を奏す
る。
明の方法は、セラミックス被膜の金属物品との界面部に
おける白層を解消し、結晶構造を安定化するとともに金
属物品に対する密着性を向上して、金属物品の寿命を２
倍以上延長するという極めて実用経済的な効果を奏す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上條 榮治 滋賀県大津市瀬田大江町横谷１番地の５ 学校法人龍谷大学瀬田学舎内 (72)発明者 種岡 一男 滋賀県栗太郡栗東町東坂525番地 株式会 社カオス内 Ｆターム(参考） 4K028 BA02 BA03 BA12 4K029 AA02 BA17 BA54 BA58 BA60 BB02 BC02 BD05 CA04 DD06 GA02 4K044 AA02 AB10 BA02 BA18 BB01 BB03 BC01 BC05 BC11 CA12 CA13 CA34
Claims (2)
- 【請求項１】 金属物品の表面上に、浸炭窒化可能な金
属の窒化物又は炭化物或いは浸炭窒化物の単層又は複層
からなるセラミックス被膜を形成した後、減圧下におけ
るプラズマを介した窒化又は浸炭或いは浸炭窒化処理を
して、窒素又は炭素或いは窒素と炭素をセラミックス被
膜の内部及び金属物品の表面部に拡散浸透することを特
徴とする、セラミックス被覆金属物品の製造方法。 - 【請求項２】 金属物品の表面に、浸炭窒化可能な金属
層を介して、浸炭窒化性の金属の窒化物又は炭化物或い
は炭窒化物の単層又は複層からなるセラミックス被膜を
形成した後、減圧下におけるプラズマを介した窒化又は
浸炭或いは浸炭窒化処理をして、窒素又は炭素或いは窒
素と炭素をセラミックス被膜の内部及び浸炭窒化性の金
属層の内部並びに金属物品の表面部に拡散浸透すること
を特徴とする、セラミックス被覆金属物品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001086491A JP2002285318A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | セラミックス被覆金属物品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001086491A JP2002285318A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | セラミックス被覆金属物品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002285318A true JP2002285318A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18941860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001086491A Pending JP2002285318A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | セラミックス被覆金属物品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002285318A (ja) |
-
2001
- 2001-03-26 JP JP2001086491A patent/JP2002285318A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040210 |