JP2012001744A - TiAlN膜およびTiAlN膜形成体 - Google Patents
TiAlN膜およびTiAlN膜形成体 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】TiAlN膜形成体1は、表面粗さが0.005〜0.010μmRaである金属製基材2の表面にTiAlN膜3を形成してなり、上記TiAlN膜3は、(1)少なくとも、押し込み硬さが30GPa以上または押し込み弾性率が500GPa以上であり、かつ、(2)該TiAlN膜3の表面粗さが0.050μmRa以下である。また、必要に応じて、金属製基材2とTiAlN膜3との間に、TiAl合金を含む所定の中間層を設けてなる。
【選択図】図1
Description
(1)金属製基材:ステンレス鋼(材質:SUS440C、硬さ:HV650、表面粗さ:0.005μmRa)
(2)アークプラズマ方式イオンプレーティング(表中では「AIP」と記す):神戸製鋼所製;UBMS202/AIP複合装置
(3)ホロカソード方式イオンプレーティング(表中では「HCD」と記す):インターフェイス社製;3元ターゲット型HCD−PCD装置
上記金属製基材をアセトンで超音波洗浄した後、乾燥した。乾燥後、該基材表面に上記装置を用いて表1に示す条件でTiAlN膜を形成し、TiAlN膜形成体を製造した。また、中間層「有り」のものは、まず、金属製基材上にTiAl合金を含む中間層としてTiAlN膜側に近づくに従いTiAlN含有量が多い組成となる傾斜組織層(厚さ0.5μm)を形成した後、この中間層上に表1に示す条件でTiAlN膜を形成した。また、窒化層「有り」のものは、膜形成前に、金属製基材に対して、日本電子工業社製のラジカル窒化装置を用いてプラズマ窒化処理を施した。得られたTiAlN膜形成体について、以下に示す硬度試験、表面粗さ試験、膜厚試験、および摩耗試験に供し、押し込み硬さ、押し込み弾性率、表面粗さRa、および比摩耗量を測定した。結果を表1に併記する。
得られた形成体の押し込み硬さおよび押し込み弾性率をアジレント社製:ナノインデンタ(G200)を用いて測定した。測定値は表面粗さの影響を受けない深さ(硬さ等が安定している箇所)の平均値を示しており、各試験片10箇所ずつ測定している。
得られた形成体の表面粗さRaをテーラーホブソン社製:フォーム・タリサーフPGI830を用いて測定した。
得られた形成体の膜厚を表面形状・表面粗さ測定器(テーラーホブソン社製:フォーム・タリサーフPGI830)を用いて測定した。膜厚は成膜部の一部にマスキングを施し、非成膜部と成膜部の段差から膜厚を求めた。
得られた形成体を、図3に示す摩擦試験機用いて摩耗試験を行なった。図3(a)は正面図を、図3(b)は側面図を、それぞれ表す。φ40mm(外周面曲率R60mm)で、表面粗さRaが0.01μmであるSUJ2焼入れ鋼を相手材6として回転軸に取り付け、形成体5をアーム部7に固定して所定の荷重8を図面上方から印加して、ヘルツの最大接触面圧0.5GPa、室温(25℃)下、0.05m/sの回転速度で3分間、形成体5と相手材6との間に潤滑剤を介在させることなく、相手材6を回転させたときに、相手材6と形成体5との間に発生する摩擦力をロードセル9により検出した。これより、比摩耗量を算出した。
2 金属製基材
3 TiAlN膜
4 中間層
5 (TiAlN膜)形成体
6 相手材
7 アーム部
8 荷重
9 ロードセル
Claims (9)
- TiAlN膜について、少なくとも、押し込み硬さが30GPa以上または押し込み弾性率が500GPa以上であり、かつ、表面粗さが0.005〜0.010μmRaの基材表面に形成した場合の該TiAlN膜の表面粗さが0.050μmRa以下であることを特徴とするTiAlN膜。
- 表面粗さが0.005〜0.010μmRaである金属製基材の表面にTiAlN膜を形成したTiAlN膜形成体であって、
前記TiAlN膜は、少なくとも、押し込み硬さが30GPa以上または押し込み弾性率が500GPa以上であり、かつ、該TiAlN膜の表面粗さが0.050μmRa以下であることを特徴とするTiAlN膜形成体。 - 前記TiAlN膜の膜厚が、0.5〜10μmであることを特徴とする請求項2記載のTiAlN膜形成体。
- 前記金属製基材と前記TiAlN膜との間に、TiAl合金を含む中間層を設けたことを特徴とする請求項2または請求項3記載のTiAlN膜形成体。
- 前記中間層が、前記TiAlN膜に近いほどTiAlN含有量の多い傾斜組織からなる層であることを特徴とする請求項4記載のTiAlN膜形成体。
- 前記金属製基材が、表面に窒化層を有することを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか一項記載のTiAlN膜形成体。
- 前記窒化層が、プラズマ窒化処理により形成された窒化層であることを特徴とする請求項6記載のTiAlN膜形成体。
- 前記窒化層を有する金属製基材の表面の硬さが、ビッカース硬さでHv1000以上であることを特徴とする請求項6または請求項7記載のTiAlN膜形成体。
- 前記TiAlN膜は、前記金属製基材に対し、アークプラズマ方式イオンプレーティングまたはホロカソード方式イオンプレーティングによる成膜処理により形成することを特徴とする請求項2ないし請求項8のいずれか一項記載のTiAlN膜形成体。
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