JP2008255447A

JP2008255447A - 硬質膜の剥離方法

Info

Publication number: JP2008255447A
Application number: JP2007101185A
Authority: JP
Inventors: Katsuzo Okada; 勝蔵岡田; Kazuyoshi Ishida; 和義石田
Original assignee: OKAYA ICHI; University of Yamanashi NUC
Current assignee: OKAYA ICHI; University of Yamanashi NUC
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、下地素材を損傷することなく被覆被膜のみを剥離することができる硬質膜の剥離方法を提供する。
【解決手段】金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆被膜のみを剥離するようにしたことを特徴とする硬質膜の剥離方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気めっき法、無電解めっき法などで作成されためっき膜を効率よく剥離するための硬質膜の剥離方法に関するものである。

電気めっき法、無電解めっき法などで作成されためっき膜の剥離方法には、
（１）化学的または電気化学的に溶解除去する方法、
（２）機械的に削り取る方法、
（３）イオンエッチングによる方法
等がある。
（１）の化学的または電気化学的に剥がす場合、めっきの種類と素地によって剥離液や作業条件が大きく異なってくるため、素材およびめっきの種類が分かっていないと正常にめっきを剥がすことができない。
（２）は、切削や研削による除去加工であるが、加工時の応力・摩擦熱の影響により、表面変質層が生じることや、軽荷重低速切削加工では膨大な加工時間を要する。
（３）も長い加工時間を要する。

近年、ドライコーティングの発達により、切削工具として使用される炭素工具鋼、合金工具鋼、ダイス鋼、高速度鋼などに硬質、耐摩耗性、耐食性、耐熱性を付加するため、TiCやTiNなどの硬質被膜を工具表面に施している。しかし、一度、これらの硬質被膜で下地を覆うと、下地と強固に結合するために、上述の（１）や（２）の手法では剥離できず、また、（３）では長時間加工を要するため、下地を廃棄しなくてはならない。
特にありません。

そこで本発明者等は、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜の剥離において、下地素材を損傷することなく、被覆膜のみを剥離できる加工法について鋭意研究した結果、フェムト秒レーザ（フェムト秒領域［出力パルスの時間幅が(10^-15オーダ)］の超短光パルスレーザ）を照射することにより、前記被覆膜が確実に剥離できることを見出したのである。

すなわちこの発明は、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを所定時間もしくは必要な回数分焦点移動して順次照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離することができる硬質膜の剥離方法を提供しようとするものである。

そのため、本発明に係る硬質膜の剥離方法は、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離するようにしたことを特徴とする硬質膜の剥離方法。

また本発明に係る硬質膜の剥離方法は、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを硬質被膜の剥離に必要な回数分焦点移動して順次照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離するようにしたことをも特徴とするものである。

本発明に係る硬質膜の剥離方法は、前記フェムト秒レーザの照射エネルギーを、0.5〜４μJ／pulseの範囲としたことをも特徴とするものである。

この発明によれば、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を、フェムト秒レーザを照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離することができる硬質膜の剥離方法を提供することが可能となった。
またこの発明によれば、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離することができ、極めて簡便な方法により下地が再利用できるようになった。

以下この発明の硬質膜の剥離方法の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は本発明の硬質膜の剥離方法の１実施例を示す説明図、図２は加工・未加工部のＳＥＭ像とＥＤＡＸによる面分析（定性分析）の結果を示す顕微鏡写真、図３はＥＤＡＸによる点分析（定性分析）の結果を示すグラフである。

フェムト秒レーザ加工装置の概略図を図1に示す。本加工装置は最大出力１Wのフェムト秒レーザ出力系１１、加工機光学系（フェムト秒レーザのパワー調整、ガイド光の生成・調整）１２、集光光学系（対物レンズ、加工ステージ、観察）１３で構成されている。
前記平均出力１W、パルス幅100フェムト秒レーザの場合には、瞬間的な最大出力は1000万kWであり、標準的な火力発電所の供給電力の10倍に相当するピーク出力を得ることが可能である。
本発明に係る硬質膜の剥離方法において使用される、前記フェムト秒レーザの照射エネルギーは、0.5〜４μJ／pulseの範囲であることが望ましい。照射エネルギーが0.5μJ／pulse以下の場合は剥離工程に時間がかかりすぎ、また４μJ／pulse以上の場合は下地に悪影響を及ぼすことが懸念される。

なお、フェムト（10^-15）秒レーザの加工形態はナノ（10^-9）秒レーザやピコ（10^-12）秒レーザのそれと大きく異なっており、レーザ照射部近傍の熱拡散が非常に少ない非熱加工が可能であるため、表面変質が極めて少ない加工ができる。

炭素工具鋼（SK3）の表面に厚さ３μmのTiN膜をCVD法により被覆した。この試料表面にフェムト秒レーザを照射して除去加工を行ったところ、表面のTiN膜だけを剥離させることが確認できた。
本実験で用いた加工条件を表１に示す。加工方法としてはxy平面に１層分の加工（約0.6μm）を行い、次に材料の中側（z軸方向）へ0.6μm焦点を移動させ、同様にxy平面加工を行う。これにより５層分の加工を試みた。
また、TiN被膜された試料のレーザ加工後、EDAXによる試料表面の元素分析（面分析、点分析）を行った。さらに、ビッカース硬さ試験によりTiN被膜の剥離状態を確認した。

図２（a）は加工・未加工部のSEM像であり、同図（b）〜（d）は（a）の領域における面分析の結果である。前記フェムト秒レーザ加工を行うことで、下地であるFeが現れ、被覆膜のTiが認められないことがわかる。

点分析の結果を図３に示す。同図（a）はTiN面、同図（b）はレーザ加工後の表面、同図（c）はTiN被覆前の下地の表面である。（a）のTiピークは（b）で極めて小さいことがわかる。なお、同図（b）のTiピークはレーザ加工後に超音波洗浄すると消失する。これより、（b）のTiはレーザ加工により生じたデブリスの表面残留に起因すると推定される。
以上の結果より、TiN被膜面にフェムト秒レーザ加工を施すことで、TiN被膜を完全に剥離できることを確認することができた。

各試料のビッカース硬さ試験の結果を表２に示す。これより、硬さ試験でもTiN被膜面にフェムト秒レーザ加工をすることで、TiN被膜が剥離され、下地と同程度になることが確認できる。

以上のように、金属表面に被膜されたTiN膜を剥離させるために、フェムト秒レーザを使用して表面加工を行った。フェムト秒レーザによる試料表面の加工後、EDAXによる元素分析、および硬さ試験を行ったところ、TiN膜の剥離を確認できた。

この発明の硬質膜の剥離方法は、金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜のみならず、下地を損傷しない限度で種々の下地や、各種硬質被膜の除去のために使用することが可能である。

本発明の硬質膜の剥離方法の１実施例を示す説明図である。加工・未加工部のＳＥＭ像とＥＤＡＸによる面分析（定性分析）の結果を示す顕微鏡写真である。ＥＤＡＸによる点分析（定性分析）の結果を示すグラフである。

符号の説明

１１フェムト秒レーザ出力系
１２加工機光学系
１３集光光学系

Claims

金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離するようにしたことを特徴とする硬質膜の剥離方法。
金属や半導体、セラミックス、プラスチックの表面に被覆したTiN、TiC、TiCN、DLCなどの硬質被膜を剥離するに際し、フェムト秒レーザを硬質被膜の剥離に必要な回数分焦点移動して順次照射することにより、下地素材を損傷することなく被覆膜のみを剥離するようにしたことを特徴とする請求項１記載の硬質膜の剥離方法。
フェムト秒レーザの照射エネルギーを、0.5〜４μJ／pulseの範囲としたことを特徴とする請求項１または２記載の硬質膜の剥離方法。