JP2002371352A

JP2002371352A - バナジウム系被膜の成膜方法

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Publication number: JP2002371352A
Application number: JP2001182363A
Authority: JP
Inventors: Minoru Shinoda; 稔篠田; Kiyohiko Watabe; 清彦渡部
Original assignee: Yuken Industry Co Ltd; Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Industry Co Ltd; Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP3909658B2

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼の焼き戻し温度より低い成膜温度でも溶融塩
拡散法によるのと同等の硬度とともに、実用密着性およ
び靱性を備えたバナジウム系被膜を形成可能なバナジウ
ム系被膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】ＶＮ膜１４、ＶＣＮ膜１６及びＶＣ膜１８
のいずれか一層又は二層以上からなるバナジウム系被膜
をイオンプレーティングにより無機基材１２の表面に反
応成膜させる方法。バナジウムを蒸発源とし、注入ガス
を窒素ガス及び／又は炭化水素ガスとして注入ガス量・
ガス比を膜種・膜厚に対応させて調節維持することによ
り、バナジウム系被膜の各層をそれぞれ反応成膜させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明はＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜のい
ずれか一層又は二層以上からなるバナジウム系被膜を無
機基材の表面に成膜する方法に関する。特に、鍛造やプ
レス成形等の金属塑性加工用金型に好適な被膜の形成方
法に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、プレス成形等の金型は、基材が一般
に鋼製であるため、耐摩耗性等の耐久性を維持するため
に、硬質皮膜処理をする必要がある。

【０００３】そして、硬質皮膜処理のひとつとして炭化
バナジウム（ＶＣ）膜処理がある。そして、ＶＣ膜の形
成方法は、熱反応析出拡散法（ＴＲＤ法：Thermal Reac
tiveDeposition and Diffusion）が主流であった（特開
昭４９−１１８６３７号・特公昭５４−７６１０号・特
公昭５６−１８６７０号公報等参照）。

【０００４】しかし、上記ＴＲＤ法の場合、浴温を８０
０〜１２００℃（前記公報参照）とする必要があり、作
業環境、省エネルギー、生産性等の見地から望ましくな
かった。すなわち、作業環境が高温となり、浴温を維持
するためのエネルギーが必要となるとともに、被膜処理
後の製品の冷却にも時間を要した。

【０００５】また、母材（基材）が鋼である金型の場
合、鋼の焼き戻し温度（通常、５５０〜６５０℃：「半
導体・金属材料用語辞典」工業調査会、１９９９参照）
よりはるかに高い温度に母材がさらされる。このため、
金属塑性加工用金型のような高い寸法精度が要求される
鋼製品の場合不適であった。

【０００６】

【発明の開示】本発明は、上記にかんがみて、鋼の焼き
戻し温度より低い成膜温度でも溶融塩拡散法によるのと
同等の硬度とともに、実用密着性および靱性を備えたバ
ナジウム系被膜を形成可能なバナジウム系被膜の形成方
法を提供することを目的（課題）とする。

【０００７】上記課題を解決するために、鋭意開発に努
力をする過程で、従来、硬度の低いバナジウム系被膜し
か実用的な密着性や靱性が得られないとされていたイオ
ンプレーティングにより鋼材等の表面に反応成膜させる
場合において、注入ガス量／ガス比を膜種・膜厚に対応
させて調節・維持することにより上課題を解決できるこ
とを見出して、下記構成のバナジウム系被膜の形成方法
に想到した。

【０００８】ＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜のいずれか一
層又は二層以上からなるバナジウム系被膜をイオンプレ
ーティングにより無機基材の表面に反応成膜させる方法
であって、バナジウムを蒸発源とし、注入ガスを窒素ガ
ス及び／又は炭化水素ガスとして注入ガス量・ガス比を
膜種・膜厚に対応させて調節維持することにより、前記
バナジウム系被膜の各層をそれぞれ反応成膜させること
を特徴とする。

【０００９】上記の如く、ガス注入量ないしガス比を調
節することにより、成膜組成を無機基材に対して密着性
の良好な（通常硬度が低い）組成から耐摩耗性の良好な
（通常硬度が高い）組成へと段階的にないし連続的に変
化させることができる。そして、イオンプレーティング
の成膜温度（基板温度）は、通常５５０℃が上限であ
る。

【００１０】特に、バナジウム系被膜を、基材側から順
に配されたＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜からなる複合被
膜とすることが、上記目的を達成し易い。

【００１１】硬度が、ＶＮ：ＨＶ２０００、ＶＣＮ：Ｈ
Ｖ２５００、ＶＣ：ＨＶ３５００と順に高くなってお
り、成膜組成を無機基材に対して密着性の良好な（通常
硬度が低い）組成から耐摩耗性の良好な（通常硬度が高
い）組成へと段階的にないし連続的に変化させることが
できるためである。

【００１２】さらに、各層の反応成膜工程間の移行に際
して、注入ガス量・ガス比を段階的又は連続的に変化さ
せて各傾斜組成の層間結合層を反応成膜させることが望
ましい。各層間の組成変化の落差（ギャップ）が縮小さ
れて、熱衝撃や機械的衝撃を受けた場合の層間剥離がよ
り発生し難くなるためである。

【００１３】さらに、無機基材として鋼材を用いた場
合、成膜時の基板温度を４００〜５００℃に調節するこ
とが望ましい。

【００１４】強靭鋼材の焼き戻し温度が、前述の如く、
通常、約５５０〜６５０℃であるため、温度バラツキを
考慮した場合、５００℃以下が望ましく、逆に４００℃
未満であると、各成膜の密着性を得難くなる。

【００１５】上記イオンプレーティングによりバナジウ
ム系被膜を反応成膜させたバナジウム系被膜処理無機製
品は、下記構成のものとなる。

【００１６】ＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜のいずれか一
層又は二層以上からなるバナジウム系被膜を無機基材の
表面に備えた無機製品において、バナジウム系被膜が、
成膜組成を無機基材に対して密着性の良好な組成から耐
摩耗性の良好な組成へと段階的にないし連続的に変化し
ていることを特徴とする。

【００１７】そして、上記構成において、バナジウム系
被膜が、基材側から順に配されたＶＮ膜、ＶＣＮ膜及び
ＶＣ膜からなる複合被膜とし、さらには、該複合被膜の
各層間に、傾斜組成の層間結合層を介在させる。

【００１８】そして、複合被膜の最外層硬度をビッカー
ス硬度：ＨＶ３０００以上とすることが耐摩耗性の見地
から望ましく、当該硬度は、膜厚比を、ＶＮ膜／ＶＣＮ
膜／ＶＣ膜＝０．５／０．５／９〜３／３／４とし、合
計膜厚２〜５０μｍとすることにより得易くなる。

【００１９】また、無機基材としては、通常、強靭鋼材
を使用し、製品としては機械的衝撃や熱衝撃をさらされ
易く、寸法精度も要求される金属塑性加工用金型に適用
すると、本発明の効果がさらに顕著となる。

【００２０】なお、特開平９−７１８５６号公報に、バ
ナジウム系被膜（ＶＣ＋４０％Ｎｉ）をＡＩＰ法により
形成する技術が記載されているが、本発明の如く、硬度
の高い（ＨＶ２０００以上、望ましくはＨＶ３０００以
上）バナジウム系被膜を予定していない。

【００２１】

【発明を実施するための最良の形態】以下、本発明を実
施形態に基づいて、詳細に説明をする。本明細書で、化
学式ＶＮ、ＶＣＮ、ＶＣは、それぞれ窒化バナジウム
（立方晶系）、炭窒化バナジウム（同）、炭化バナジウ
ム（同）を意味する。

【００２２】また、「ＨＶ」は、JIS Z 2244に準じて測
定したビッカース硬さを意味する。

【００２３】図１は、本発明の一実施形態のバナジウム
系被膜処理無機製品の部分断面図であり、基本的には、
鋼材製の基材１２の表面に基材１２側から順に配された
ＶＮ膜１４、ＶＣＮ膜１６、ＶＣ膜１８からなる複合被
膜（バナジウム系被膜）を備えた無機製品である。

【００２４】上記において、基材１２側から順にＶＮ膜
１４、ＶＣＮ膜１６、ＶＣ膜１８と配すると、前述の如
く、その順に硬度が高くなり、基材、特に鋼材製基材
（通常、ＨＶ６００〜９００）との硬度差を小さくする
ことができる。したがって、表面硬度が高くても基材と
の密着性を確保し易くなる。そして、ＶＣ膜１８は、前
述の如く、ＨＶ３５００であり、耐摩耗性確保の要因
（パラメータ：径数）となる表面硬度を確保しやすい。
なお、さらに耐摩耗性の向上が要求される場合は、耐摩
耗性の他の要因である摩擦係数（動摩擦係数：JIS K 71
25）を低減させることが望ましい。その動摩擦係数
（μ）は、０．３以下、望ましくは，０．２以下とす
る。当該摩擦係数は、後述の如く、炭化水素（炭素供給
源）の量を増大させることにより容易に得ることができ
る。

【００２５】本実施形態では、必然的ではないが、さら
に、複合被膜の各層間、すなわちＶＮ膜１４／ＶＣＮ膜
１６間およびＶＣＮ膜１６／ＶＣ膜１８間に、傾斜組成
の第一・第二層間結合層２０、２２を介在させてある。

【００２６】これらの層間結合層２０、２２の存在によ
り、各層間の硬度差がさらに縮まり、結果的に機械的衝
撃や熱衝撃による層間剥離が発生し難くなり、結果的に
バナジウム系被膜の靱性が増大する、すなわち、耐久性
が増大する。

【００２７】より具体的には、各膜層の膜厚比を、ＶＮ
膜１４／ＶＣＮ膜１６／ＶＣ膜１８＝０．５／０．５／
９〜３／３／４、望ましくは、１／１／８〜２．５／
２．５／５、最も望ましくは、約２／２／６とし、合計
膜厚２〜５０μｍ、望ましくは３〜１０μm、最も望ま
しくは約６μｍとする。

【００２８】当該ＶＣ膜のＶＮ膜またはＶＣＮ膜に対す
る膜厚比が大きすぎると、ＶＣ膜の膜厚が特に１０μｍ
を越えるような場合、膜の圧縮応力が増大するために、
ＶＣ膜が自己破壊若しくは下層（ＶＣＮ膜）との層間剥
離が発生し易い。また、膜靱性が低くなるため、鍛造時
の衝撃により、ＶＣ膜に亀裂が発生し易くなる。

【００２９】逆にＶＣ膜のＶＮ膜またはＶＣＮ膜に対す
る膜厚比が小さすぎると、被膜全体の硬度がＨＶ３３０
０以下となって、耐摩耗性を得難くなる。

【００３０】また、複合被膜の合計膜厚が小さすぎる
と、所要の表面硬さ（耐摩耗性）を得難く、逆に大きす
ぎると、バナジウム系被膜の基材からの層剥離が発生し
易くなる。また、膜靱性が低下するためプレス・鍛造時
の衝撃により被膜に亀裂が発生し易くなる。

【００３１】また、層間結合層２０、２２の層厚（膜
厚）は、バナジウム系被膜の構成層であるＶＮ膜、ＶＣ
Ｎ膜、ＶＣ膜に比べて、格段に薄いものである。層間結
合の作用を奏すれば、可及的に薄い方が望ましく、通
常、ＶＮ膜、ＶＣＮ膜の０．５／１０〜３／１０、望ま
しくは、１／１０〜２／１０、最も望ましくは約１．５
／１０とする。設定理由は、下記の如くであると推定さ
れる。

【００３２】基材と被膜との硬度格差による剥離を抑制
するために三層構造とするだけで充分と考えられる。ま
た、層間結合層が無くても被膜層間の硬度格差はＨＶ１
０００以内であるため、使用目的に対して上記設定以上
の厚さは必要ないと考えられる。

【００３３】ここでは、強靭鋼材を使用するのは、金属
塑性加工用金型の如く、機械的衝撃、熱衝撃を受け易い
金属塑性加工用金型等の金属製品（無機製品）を予定し
ているためである。

【００３４】鋼材としては、高速度鋼、ダイス鋼、粉末
ハイス鋼、セミハイス鋼等のＦｅ基合金（強靭鋼材）を
好適に使用できる。基材としては、５５０℃以上の耐熱
性を有すれば、Ｆｅ基合金に限られず、Ｔｉ基合金、銅
基合金、サーメットさらにはセラミックス等が使用可能
である。ただし、Ｆｅ基合金、特に、強靭鋼以外は、焼
き戻しによる寸法歪が発生しないため、本発明の効果の
全てを享受できない。

【００３５】上記Ｆｅ基合金の具体例としては、ＳＫＨ
５１、ＳＫＨ５５、ＳＫＨ５７等の高速度鋼、ＳＫＤ１
１、ＳＫＤ６１等の冷間・熱間ダイス鋼、さらには、Ｈ
ＡＰ１０、ＨＡＰ４０等の粉末ハイス鋼（日立金属社
製）、ＹＸＲ３、ＹＸＲ７、ＹＸＲ３３等のセミハイス
鋼（同社製）等を挙げることができる。

【００３６】次に、上記実施形態の無機製品の製造方
法、すなわち、バナジウム被膜の成膜方法について説明
をする。

【００３７】本実施形態では、図２に示すようなイオン
プレーティング装置、通常、アークイオンプレーティン
グ（ＡＩＰ）装置を用いて行う。ＡＩＰ法は、バナジウ
ムを蒸発源とし、反応ガスを窒素ガス及び／又は炭化水
素ガスとして注入ガス量・ガス比を膜種・膜厚に対応さ
せて調節維持することにより、ＶＮ膜、ＶＣＮ膜、ＶＣ
膜を高純度で基材上に反応成膜させることが容易なため
である。当然、多陰極熱電子照射法、高周波励起法、ホ
ロカソードディスチャージ法、クラスタ法、活性化反応
蒸着法、等他のタイプのイオンプレーティング法も可能
である。

【００３８】イオンプレーティング装置は、チャンバー
２４内に、バナジウム金属を保持する蒸発源保持部（ポ
ット部）２５と、バイアス電圧源２６と接続された被処
理物（基材）２８を載置する回転テーブル３０を備えて
いる。さらに、チャンバー２４は、チャンバー内を所定
真空度に維持する排気ポンプと接続される排気口３２
と、反応ガス（窒素及び／又はメタン）を導入する反応
ガス導入口３４とを備えるとともに、チャンバー２４内
を所定温度に維持するとともに基材（基板）２８も所定
温度に維持するヒータ３６を備えている。

【００３９】そして、ＡＩＰ法により反応成膜する場合
を例に採り説明する。

【００４０】蒸発源とするバナジウム（Ｖ）は、通常、
ツウナインからスリーナインの純度のものを使用する。
また、バナジウムと反応する元素である窒素及び炭素の
供給源であるガスは、前者は窒素ガス（Ｎ₂）、後者と
してメタン（ＣＨ₄）、エタン、エチレン、アセチレン
等の炭化水素ガスを使用可能である。炭化水素ガスとし
ては、未反応性ガスが装置や基材表面を汚染するため、
煤の発生し難い、メタンが望ましい。そして、それらの
純度は、それぞれ、スリーナインからシックスナインと
する。

【００４１】そして、ＡＩＰ法による成膜条件は、表１
の通りとする。

【００４２】

【表１】

【００４３】上記条件項目の着眼点について以下にそれ
ぞれ説明する。

【００４４】真空度：真空度が高すぎる（絶対圧が低
い）と、反応ガス量が少ない状態となり、成膜速度が遅
くなり生産性が低下し、また、成膜された被膜が、金属
成分過多の組成になってしまったり、粒子が粗くて空隙
の多いもの（結晶核の生成が遅くなるためと推定され
る。）になりやすい。

【００４５】逆に真空度が低すぎる（絶対圧が高い）
と、反応ガス量が過剰となり、反応に使用されずに充分
に活性化されていないガスが、成長被膜面で吸着インヒ
ビタ（抑制剤）として作用するおそれがある。

【００４６】特に、金型に本発明を適用して耐摩耗性の
向上を期待する場合、表面膜（ＶＣ膜）は、膜硬度とと
もに滑り性も要求され、そのような場合には、潤滑剤と
して作用するＣ（カーボン）が膜中に含有させることが
望ましい。しかし、Ｃ含有率が過剰になると膜硬度が低
下して、やはり耐摩耗性が低下する。そのようなバラン
スが採れる真空度は、約２５〜３５mtorr（33.3〜46.6
Ｐａ）、望ましくは約３０mtorr（39.9Ｐａ）、メタン
ガス量で、約４００〜６００mL/min、望ましくは約５０
０mL/minとする。

【００４７】アーク電流：電流値が低すぎると成膜速
度が遅くなり、逆に高過ぎると、装置の安全性の見地か
ら望ましくない。

【００４８】バイアス電圧：一般的に、バイアス電圧
が高いほど成膜速度が遅くなるため、生産性を考慮して
適当な範囲で設定する。供給ガスが窒素（Ｎ₂）の場
合、バイアス電圧の窒化物成膜結晶にほとんど影響はな
く５０〜４００Ｖ、望ましくは、５０〜２００Ｖの範囲
で適宜設定できる。ＣＨ₄等の炭化水素の場合、バイア
ス電圧が低いと、ＶＣの結晶性が低くなって、炭化物成
膜の耐摩耗性が得難くなる。このため、窒素と同様、５
０〜４００Ｖの範囲でも可能であるが、生産性と結晶性
とのバランスから、約１００〜２００Ｖが望ましく、さ
らに望ましくは約１５０Ｖとする。

【００４９】基板温度：温度が高いほど成膜速度が速
くて望ましいが、省エネルギー及び基材の耐熱性の見地
から、基材が鋼の場合、焼き戻しによる寸法歪が発生し
ない温度以下、通常３５０〜５５０℃、望ましくは４０
０〜５００℃とする。なお、基材がセラミックスの如
く、熱歪が発生しない場合は、イオンプレーティングの
最高温度５５０℃前後で行ってもよい。

【００５０】また、各層間に層間結合層を形成する場合
におけるガス流量及び着膜時間の一例を表２に示す。表
２において、Ｘはバナジウム充填量および膜厚により異
なるが、例えば、充填量８００ｇで合計膜厚３〜１０μ
ｍの場合、Ｘ＝３００〜１０００秒とする。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２の各層間結合層のガス量及び圧力は、
瞬時にその量及び圧力になるわけでなく、通常、着膜時
間の中間時間、例えば４０〜５０秒後にその圧力に連続
的に上昇して、その後設定値を維持するものである。そ
の点は、ＶＣＮ膜、ＶＣ膜でも同様である。

【００５３】なお、上記では、バナジウム系被膜とし
て、ＶＮ膜／ＶＣＮ膜／ＶＣ膜の複合被膜を例にとって
説明したが、ＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜の各単層膜で
も、さらには、ＶＮ膜／ＶＣＮ膜、ＶＣＮ膜／ＶＣ膜、
ＶＮ膜／ＶＣ膜の各複合膜についても同様にして成膜で
きる。鋼を基材とし、複合膜とする場合は、原則的には
硬度の低い方を基材側とし、各層間には、層間結合層を
形成するようにすることが望ましい。

【００５４】したがって、本発明の成膜方法は、一番硬
度の低いＶＮ膜でも硬度はＨＶ２０００であり、望まし
くはＨＶ３０００以上の硬度のバナジウム系被膜を容易
に鋼等の基材上に密着性良好に成膜できる。

【００５５】また、本発明のバナジウム系被膜の成膜方
法は、金属塑性加工用金型ばかりでなく、耐摩耗性が要
求されるあらゆる無機製品、例えば、シリンダライナ
ー、バルブリフター、スプロケット、ギヤ、プーリー、
車軸等の輸送機関関連部材、機械部品、治具等に適用で
きるものである。

【００５６】

【試験例】次に、本発明の効果を確認するために実施例
１・２・３および比較例１・２について行った試験例を
説明する。

【００５７】なお、イオンプレーティング装置は、神戸
製鋼社製「ＡＩＰ４０２４型」を用い、Ｖは純度スリー
ナインのもの８００ｇを充填し、Ｎ₂は純度ファイブナ
イン、ＣＨ₄は純度スリーナインのものをそれぞれ使用
した。

【００５８】実施例１：表２において、Ｘ＝６００ｓと
してバナジウム系被膜を基材である金型のプレス面に合
計膜厚約6μｍのバナジウム系被膜（ＶＮ膜／ＶＣＮ膜
／ＶＣ膜）を成膜した。また、基材は冷間ダイス鋼（Ｓ
ＫＤ１１：ＨＶ６５０、ＨＲＣ58.0靱性評価と同じ）製
のプレス加工用金型（図３：１５０ｍｍφ×７０mmｔ）
とした。

【００５９】実施例２：実施例１において、設定圧力を
２０mtorr（26.6Ｐａ）としたものである。他の条件
は、実施例１と同じ。

【００６０】実施例３：実施例１において、Ｘ＝３００
０ｓとして膜厚約6μｍの単層ＶＣ膜を成膜した。他の
条件は、実施例１と同じ。

【００６１】比較例１・２は、下記に準じて、熱ＣＶＤ
法及びＴＲＤ法に基づいて、膜厚それぞれ約6μｍの単
層ＶＣ膜及び単層ＴｉＣ膜を、実施例１と同じ基材（Ｓ
ＫＤ１１製プレス成形用金型）上に成膜（成膜温度：約
１０００℃）した。

【００６２】そして、上記で得た各実施例及び比較例の
金型について、下記項目の試験を行った。

【００６３】（１）耐久性評価試験実施例１及び比較例１について、ワーク材（SUS、３mm
ｔ）を用いて、不良品が発生するまでの型寿命（摩耗に
よる成形不良）の成形個数を評価した。

【００６４】実施例１の型寿命は６万個であったのに対
し、比較例１は約４万個であった。

【００６５】なお、このとき型の寸法歪を測定したが、
実施例１は最大でも±４０μmであったのに対し、比較
例は平均数１００μｍであった。

【００６６】（２）摩擦係数評価／結果実施例１・２について、JIS K 7125に準じて、動摩擦係
数を測定した。結果は、実施例１：0.197、実施例２：
0.287で、メタンガス量が多い方が、動摩擦係数が低い
ことが分かる。

【００６７】（３）膜靱性評価／結果実施例「スクラッチテスター」（スイス、CSEM社製商品
名）を用いて、下記方法／条件で評価した。

【００６８】方法…ダイヤモンド圧子（１２０°円錐
形）を被膜に押し付けながら(スクラッチしながら）、
連続的に荷重を０〜１００Nまで増大させていき、被膜
にチッピングや剥離等の破壊現象が発生する。通常は、
破壊現象発生時を、臨界荷重値として評価するが、膜靱
性はチッピング開始荷重で評価することが信頼性がある
ため、チッピング開始荷重で評価した。ここで「チッピ
ング」とは、被膜の欠け（欠落）のことである。スクラ
ッチテストを行った場合、圧子荷重の増加に伴い、被膜
はスクラッチ（掻き傷）→チッピング→剥離の順で破壊
されることが多い。

【００６９】条件…圧子移動距離：１０ｍｍ、同移動速
度：１０ｍｍ／min、同加重速度：1.67N／ｓ結果は、実施例１：６０N、実施例２：４５N、比較例
２：３０Nであり、本発明の各実施例、特に複合被膜の
実施例１は、靱性（耐チッピング性）が格段に高いこと
が分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるバナジウム系複合被膜の一例を
示すモデル図

【図２】本発明に使用するイオンプレーティング装置の
一例を示す概略モデル図

【図３】試験例に使用する基材であるダイス鋼製金型の
モデル斜視図

【符号の説明】

１２基材１４ＶＮ膜１６ＶＣＮ膜１８ＶＣ膜２０第一層間結合層２２第二層間結合層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E050 JA01 JB09 JD03 JD04 4K029 BA54 BA55 BA58 BB02 BC00 BC02 BD05 CA04 EA01 EA05 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜のいずれか
一層又は二層以上からなるバナジウム系被膜をイオンプ
レーティングにより無機基材の表面に反応成膜させる方
法であって、バナジウムを蒸発源とし、注入ガスを窒素ガス及び／又
は炭化水素ガスとして注入ガス量・ガス比を膜種・膜厚
に対応させて調節維持することにより、前記バナジウム
系被膜の各層をそれぞれ反応成膜させることを特徴とす
るバナジウム系被膜の成膜方法。
【請求項２】前記バナジウム系被膜が、基材側から順
に配されたＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜からなる複合被
膜であることを特徴とする請求項１記載のバナジウム系
被膜の成膜方法。
【請求項３】前記各層の反応成膜工程間の移行に際し
て、注入ガス量・ガス比を段階的又は連続的に変化させ
て各傾斜組成の層間結合層を反応成膜させることを特徴
とする請求項１又は２記載のバナジウム系被膜の成膜方
法。
【請求項４】前記無機基材として鋼材を使用するとと
もに、成膜時の基板温度を４００〜５００℃に調節して
行うことを特徴とする請求項３記載のバナジウム系被膜
の成膜方法。
【請求項５】前記無機基材として鋼材を使用するとと
もに、成膜時の基板温度を４００〜５００℃に調節して
行うことを特徴とする請求項１又は２記載のバナジウム
系被膜の成膜方法。
【請求項６】ＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜のいずれか
一層又は二層以上からなるバナジウム系被膜を無機基材
の表面に備えた無機製品において、前記バナジウム系被膜が、成膜組成を無機基材に対して
密着性の良好な組成から耐摩耗性の良好な組成へと段階
的にないし連続的に変化していることを特徴とするバナ
ジウム系皮膜処理無機製品。
【請求項７】前記バナジウム系被膜が、基材側から順
に配されたＶＮ膜、ＶＣＮ膜及びＶＣ膜からなる複合被
膜であることを特徴とする請求項６記載のバナジウム系
皮膜処理無機製品。
【請求項８】前記複合被膜の各層間に、さらに、傾斜
組成の層間結合層が介在していることを特徴とする請求
項７記載のバナジウム系被膜処理無機製品。
【請求項９】前記複合被膜の最外層硬度がビッカース
硬度：ＨＶ３０００以上であることを特徴とする請求項
７又は８記載のバナジウム系被膜処理無機製品。
【請求項１０】前記複合被膜において、膜厚比が、Ｖ
Ｎ膜／ＶＣＮ膜／ＶＣ膜＝０．５／０．５／９〜３／３
／４であり、合計膜厚２〜５０μｍであることを特徴と
する請求項９記載のバナジウム系被膜処理無機製品。
【請求項１１】前記無機基材が鋼材であることを特徴
とする請求項１０記載のバナジウム系被膜処理無機製
品。
【請求項１２】前記無機基材が鋼材であることを特徴
とする請求項９記載のバナジウム系皮膜処理無機製品。
【請求項１３】適用製品が金属塑性加工用金型である
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載のバナジウム
系被膜処理無機製品。
【請求項１４】ＶＣ膜が炭素粒子（カーボン粒子）を
含有することを特徴とする請求項１０、１１、１２又は
１３記載のバナジウム系被膜処理無機製品。