JP2010084193A - 硬質皮膜被覆部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1上に下地層2としてクロム皮膜が形成され、この下地層2上に200nm以下の略同一の厚さの応力緩和層3としてのクロム皮膜と硬質層4としての窒素含有クロム皮膜が交互に配置されるように複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜が形成されている。下地層2と応力緩和層3と硬質層4は、クロムターゲットを使用してスパッタリングする装置の処理室内で連続的に形成され、下地層2および応力緩和層3を形成する際には、処理室内をアルゴンガス雰囲気にし、硬質層4を形成する際には、処理室内をアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気にする。
【選択図】図1
Description
まず、処理装置10のターゲット22としてクロムターゲットを使用し、真空ポンプ14を作動させて真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガス雰囲気にして、イオンボンバード処理を行って、基材20の表面を活性化する。
次に、アルゴンガスの導入を一旦停止し、真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガス雰囲気にする。その後、ターゲット22にスパッタ電源24の所定の電圧を印加して、ターゲット22の近傍にグロー放電(低温プラズマ)を生じさせる。これにより、放電領域内のアルゴンガスがイオン化してターゲット22に高速で衝突し、この衝突によってターゲット22からクロム原子が叩き出され、このクロム原子が基材20の表面に叩き付けられて、基材20の表面に下地層としてのクロム皮膜が形成される。
次に、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガス雰囲気にする。その後、ターゲット22にスパッタ電源24の所定の電圧を印加して、ターゲット22の近傍にグロー放電(低温プラズマ)を生じさせる。これにより、放電領域内のアルゴンガスがイオン化してターゲット22に高速で衝突し、この衝突によってターゲット22からクロム原子が叩き出され、このクロム原子が基材20上の下地層の表面に叩き付けられて、基材20上の下地層の表面に応力緩和層としてのクロム皮膜が形成される。
次に、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガスと窒素ガスの雰囲気にする。その後、ターゲット22にスパッタ電源24の所定の電圧を印加して、ターゲット22の近傍にグロー放電(低温プラズマ)を生じさせる。これにより、放電領域内のアルゴンガスがイオン化してターゲット22に高速で衝突し、この衝突によってターゲット22からクロム原子が叩き出され、このクロム原子が真空処理室12内の雰囲気中の窒素原子とともに基材20上のクロム皮膜の表面に叩き付けられて、基材20上のクロム皮膜の表面に窒素を含有するクロム皮膜(硬質層)が形成される。
ダイス鋼SKD11に浸炭焼入れ焼き戻しを施した後に鏡面研磨した基材を用意した。この基材をクロムターゲットを使用する処理装置(DCマグネトロンスパッタリング装置)の真空処理室に入れて、到達真空度5×10−4Pa以下に真空排気した後、真空処理室内が圧力5×10−1Paのアルゴンガス雰囲気になるように制御してアルゴンガスを真空処理室内に導入し、1000V×2Aでイオンボンバード処理を約180分間施して、基材の表面を活性化した。
クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を成膜するためのスパッタリング時間をそれぞれ60秒間にして、それぞれ厚さ約80nmのクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を60層ずつ(合計120層、全膜厚9.6μm)形成した以外は、実施例1と同様の方法によりクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を交互に形成して硬質皮膜被覆部材を得た。
クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を成膜するためのスパッタリング時間をそれぞれ30秒間にして、それぞれ厚さ約40nmのクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を120層ずつ(合計240層、全膜厚9.6μm)形成した以外は、実施例1と同様の方法によりクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を交互に形成して硬質皮膜被覆部材を得た。
クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を成膜するためのスパッタリング時間をそれぞれ15秒間にして、それぞれ厚さ20nmのクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を240層ずつ(合計480層、全膜厚9.6μm)形成した以外は、実施例1と同様の方法によりクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を交互に形成して硬質皮膜被覆部材を得た。
ダイス鋼SCM415に浸炭焼入れ焼き戻しを施した後に鏡面研磨した基材を用意し、真空処理室内に導入するアルゴンガスの分圧を0.062Pa、窒素ガスの分圧を0.017Paとし、クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を成膜するために、投入電力を3kW、バイアス電圧を−60Vとして、スパッタリングをそれぞれ180秒間行って、それぞれ厚さ1000nmのクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を10層ずつ(合計20層、全膜厚20μm)形成した以外は、実施例1と同様の方法によりクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を交互に形成して硬質皮膜被覆部材を得た。
クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を交互に形成(多層膜を形成)する代わりに、窒素含有クロム皮膜を成膜するためのスパッタリング時間を7200秒間にして、10μmの窒素含有クロム皮膜を形成(単層膜を形成)した以外は、実施例1と同様の方法により硬質皮膜被覆部材を得た。
2 下地層(クロム皮膜)
3 応力緩和層(クロム皮膜)
4 硬質層(窒素含有クロム皮膜)
10 処理装置
12 真空処理室
14 真空ポンプ
16 回転テーブル
18 治具
20 基材
22 ターゲット
24 スパッタ電源
26 イオンボンバードおよびバイアス電源
28 ガス導入パイプ
Claims (10)
- 基材上にクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜が交互に配置されるように複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜が形成されていることを特徴とする、硬質皮膜被覆部材。
- 前記基材上に下地層としてクロム皮膜が形成され、この下地層上に前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の硬質皮膜被覆部材。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜の各々の厚さが略同一であることを特徴とする、請求項1または2に記載の硬質皮膜被覆部材。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜の各々の厚さが200nm以下であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材。
- 基材上にクロム皮膜と窒素含有クロム皮膜が交互に配置されるように複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜を形成することを特徴とする、硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜を形成する前に、前記基材上に下地層としてクロム皮膜を形成し、この下地層上に前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜を形成することを特徴とする、請求項5に記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜が、クロムターゲットを使用してスパッタリングする装置の処理室内で連続的に形成され、前記複数のクロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガス雰囲気にし、前記複数の窒素含有クロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気にすることを特徴とする、請求項5に記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記下地層と前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜が、クロムターゲットを使用してスパッタリングする装置の処理室内で連続的に形成され、前記下地層および前記複数のクロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガス雰囲気にし、前記複数の窒素含有クロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気にすることを特徴とする、請求項6に記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜の各々の厚さが略同一であることを特徴とする、請求項5乃至8のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
- 前記複数のクロム皮膜と前記複数の窒素含有クロム皮膜の各々の厚さが200nm以下であることを特徴とする、請求項5乃至9のいずれかに記載の硬質皮膜被覆部材の製造方法。
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