JP2913015B2 - Surface coating method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は基材表面の被覆方法
に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、
レーザアブレーション現象を利用して、金属や非金属の
表面に密着性のよいアモルファス合金被膜を効率よく形
成させる基材表面の被覆方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for coating a substrate surface. More specifically, the present invention
The present invention relates to a method for coating a surface of a base material for efficiently forming an amorphous alloy film having good adhesion on a metal or nonmetal surface by utilizing a laser ablation phenomenon.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、金属や合金などの金属材料やケイ
素のような非金属材料を各種機械部品や電子部品などに
用いる場合、耐食性、耐候性などの物性を付与するため
に、その表面に被覆を形成させることが通常行われてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, when a metal material such as a metal or an alloy or a non-metal material such as silicon is used for various mechanical parts and electronic parts, the surface of the metal is imparted with physical properties such as corrosion resistance and weather resistance. It is common practice to form a coating.
【０００３】この表面被覆法の代表的なものは、金属系
材料の表面に異種金属やセラミックスなど所望の特性を
有する被膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法などにより形成させる方法である。し
かしながら、セラミックス被膜は、金属系材料との熱的
特性や機械的特性の違いから、密着性が不十分であるた
め、剥離や、き裂が発生したりするという欠点がある。
一方、金属系材料との密着性及び靱性に優れ、耐食性を
大幅に向上させる被膜としてアモルファス合金被膜が知
られているが、パイプ内面などの複雑形状部材について
は被覆しにくいという欠点を有している。A typical example of this surface coating method is a method of forming a film having desired characteristics such as dissimilar metals and ceramics on the surface of a metal material by a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or the like. is there. However, the ceramic film has a defect that peeling and cracking occur due to insufficient adhesion due to differences in thermal and mechanical properties with the metal-based material.
On the other hand, amorphous alloy coatings are known as coatings that have excellent adhesion and toughness with metallic materials and greatly improve corrosion resistance, but have the drawback that it is difficult to coat complex-shaped members such as pipe inner surfaces. I have.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の基材の表面被覆方法のもつ欠点を克服し、耐食
性、耐候性などを付与するために、パイプ内面などの複
雑形状部材に対しても適用可能な、密着性のよいアモル
ファス合金被膜を形成しうる基材表面の被覆方法を提供
することを目的としてなされたものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention overcomes the drawbacks of the conventional method of coating the surface of a substrate and imparts corrosion resistance, weather resistance, and the like to a complex-shaped member such as an inner surface of a pipe. An object of the present invention is to provide a method of coating a substrate surface which can form an amorphous alloy film having good adhesion and which can be applied to the method.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基材表面
に密着性のよいアモルファス合金被膜を形成させる被覆
方法について鋭意研究を重ねた結果、ミラーやレンズな
どの光学部品により自由に伝送できるエキシマレーザを
熱源とし、このエキシマレーザを所定蒸着用ターゲット
物質に照射し、レーザアブレーション現象を利用して、
基材表面にアモルファス合金被膜を蒸着することによ
り、前記目的を達成しうることを見出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies on a coating method for forming an amorphous alloy film having good adhesion on the surface of a base material, and as a result, have been able to freely transmit the film through optical components such as mirrors and lenses. Using an excimer laser that can be used as a heat source, irradiating this excimer laser to a target material for vapor deposition and utilizing the laser ablation phenomenon,
It has been found that the above object can be achieved by vapor-depositing an amorphous alloy film on the surface of the base material, and the present invention has been completed based on this finding.
【０００６】すなわち、本発明は、真空帯域内におい
て、アモルファス組成の混合金属粉末焼結体から成る蒸
着用ターゲット物質の少なくとも１種にエキシマレーザ
を照射してアブレーションすることにより、基材表面に
アモルファス合金被膜を形成させることを特徴とする表
面被覆方法を提供するものである。That is, according to the present invention, in a vacuum zone, at least one kind of vapor deposition target material comprising a mixed metal powder sintered body having an amorphous composition is irradiated with an excimer laser to perform ablation, whereby an amorphous material is formed on the surface of the base material. An object of the present invention is to provide a surface coating method characterized by forming an alloy coating.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本発明方法により被覆される基材
の材料については特に制限はなく、通常の蒸着法により
被覆されるもの例えば鉄、ニッケル、アルミニウムなど
の金属材料、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金
などの合金、ケイ素などの非金属材料などを用いること
ができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The material of a substrate coated by the method of the present invention is not particularly limited, and those coated by a usual vapor deposition method, for example, metal materials such as iron, nickel, aluminum, stainless steel, carbon steel , An alloy such as an aluminum alloy, and a nonmetallic material such as silicon can be used.
【０００８】これらの基体は、蒸着処理を施す前に、予
め表面酸化物膜を、エキシマレーザ照射やアルゴンイオ
ンビーム照射などにより、除去しておくことが、密着性
に優れるアモルファス合金被膜が得られる点から有利で
ある。Before the substrate is subjected to a vapor deposition treatment, the surface oxide film is removed in advance by excimer laser irradiation, argon ion beam irradiation, or the like, whereby an amorphous alloy film having excellent adhesion can be obtained. It is advantageous from the point of view.
【０００９】本発明方法においては、真空帯域内におい
て、蒸着用ターゲット物質にエキシマレーザを照射して
アブレーションする。In the method of the present invention, an ablation is performed by irradiating an excimer laser to a target material for vapor deposition in a vacuum zone.
【００１０】この際、蒸着用ターゲット物質としては、
アモルファス組成の混合金属粉末焼結体から成るものを
用いる。また、組成の異なる複数のターゲット物質を用
い、同時にアブレーションして均一なアモルファス合金
を蒸着させてもよい。At this time, the target material for vapor deposition includes:
A material made of a mixed metal powder sintered body having an amorphous composition is used. Alternatively, a plurality of target materials having different compositions may be used, and a uniform amorphous alloy may be vapor-deposited by simultaneous ablation.
【００１１】また、ターゲット物質は、レーザアブレー
ションにより基材表面にアモルファス合金被膜が形成さ
れるように選べばよい。このアモルファス合金被膜とし
ては、特に制限はなく、例えばＴａ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃ
ｒ系、Ｔｉ−Ｃｕ系、Ｚｒ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｃ
ｏ−Ｃｒ系などアモルファス合金から成る被膜を挙げる
ことができる。The target material may be selected so that an amorphous alloy film is formed on the substrate surface by laser ablation. The amorphous alloy film is not particularly limited, and is, for example, a Ta-Ni-based, Ni-C
r-based, Ti-Cu-based, Zr-Cu-based, Fe-Cr-based, C
A film made of an amorphous alloy such as an o-Cr-based material can be given.
【００１２】本発明方法においては、ターゲットに照射
するエキシマレーザとしては、例えばＡｒＦ、ＫｒＦ、
ＸｅＦ、ＸｅＣｌなどが用いられる。In the method of the present invention, as the excimer laser for irradiating the target, for example, ArF, KrF,
XeF, XeCl, or the like is used.
【００１３】次に、添付図面に従って本発明方法を説明
する。図１は本発明方法を実施するのに好適な蒸着装置
の例を示す略解断面図であって、内部を真空に保持する
ための排気口２を有する密閉容器１内には、エキシマレ
ーザビーム３を基材８に照射するための凹面鏡５、エキ
シマレーザビーム３を集光するためのレンズ６、エキシ
マレーザが照射されるターゲット物質７が設置されてい
る。なお、４は石英ウインドーである。Next, the method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a vapor deposition apparatus suitable for carrying out the method of the present invention. An excimer laser beam 3 A concave mirror 5 for irradiating the substrate 8 with the light, a lens 6 for condensing the excimer laser beam 3, and a target material 7 to be irradiated with the excimer laser are provided. 4 is a quartz window.
【００１４】まず、密閉容器１内に基材８を装着したの
ち、排気口２で密閉容器内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒ
ｒ程度まで排気後、エキシマレーザビーム３を凹面鏡５
により基材８に照射して、表面酸化膜を除去する。次い
で、エキシマレーザビーム３をレンズ６で集光してター
ゲット物質７に照射して、ターゲット物質７を蒸発さ
せ、基材８に蒸着させる。First, after mounting the base material 8 in the closed container 1, the degree of vacuum in the closed container is set to 5 × 10 -6 Torr by the exhaust port 2.
After evacuation to about r, the excimer laser beam 3 is
To irradiate the base material 8 to remove the surface oxide film. Next, the excimer laser beam 3 is condensed by the lens 6 and irradiated on the target material 7 to evaporate the target material 7 and deposit it on the base material 8.
【００１５】このようにして、基材表面に、アモルファ
ス合金から成る膜厚０．１〜１０μｍ程度の蒸着膜が密
着性よく形成される。In this manner, a vapor-deposited film made of an amorphous alloy and having a thickness of about 0.1 to 10 μm is formed on the surface of the base material with good adhesion.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明方法によれば、パイプ内面などの
複雑形状部材の基材表面に、耐食性、耐候性などに優れ
るアモルファス合金被膜を密着性よく形成することがで
きる。このような表面が改質された基材は、例えば機械
部品や電子部品などの材料として好適に用いられる。According to the method of the present invention, an amorphous alloy film having excellent corrosion resistance, weather resistance and the like can be formed with good adhesion on the surface of a base material of a complicated-shaped member such as the inner surface of a pipe. Such a surface-modified base material is suitably used as a material for, for example, a mechanical component or an electronic component.
【００１７】[0017]
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明は、これらの例によってなんら限定され
るものではない。Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００１８】実施例１ 図１に示す装置を用いて、蒸着膜を形成した。まず、密
閉容器１内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気
したのち、ＫｒＦエキシマレーザを焦点距離１５ｃｍの
凹面鏡５で平均エネルギー密度を１パルス当り８０ｋＪ
／ｍ2に絞り、１００パルスをシリコン基板８に照射
し、表面酸化膜の除去処理を行った。次いで、ＫｒＦエ
キシマレーザを溶融石英レンズ６で平均エネルギー密度
を１パルス当り２００及び２８０ｋＪ／ｍ2に絞り、毎
秒１０Ｈｚの繰り返し数で、タンタル、ニッケル又はこ
れらの混合金属粉末焼結体から成るターゲット物質７に
照射し、約３０ｍｍ離れたシリコン基板８の表面に、厚
さ約０．５μｍのタンタル、ニッケル又はタンタル‐ニ
ッケル合金被膜を蒸着、形成させた。Example 1 A deposition film was formed using the apparatus shown in FIG. First, after evacuating the degree of vacuum in the sealed container 1 to about 5 × 10 −6 Torr, the KrF excimer laser was irradiated with a concave mirror 5 having a focal length of 15 cm to an average energy density of 80 kJ per pulse.
/ M 2 and the silicon substrate 8 was irradiated with 100 pulses to remove the surface oxide film. Next, a KrF excimer laser is focused on the fused silica lens 6 to reduce the average energy density to 200 and 280 kJ / m 2 per pulse, and at a repetition rate of 10 Hz per second, a target material made of tantalum, nickel or a mixed metal powder sintered body thereof. Then, a tantalum, nickel or tantalum-nickel alloy film having a thickness of about 0.5 μm was deposited and formed on the surface of the silicon substrate 8 at a distance of about 30 mm.
【００１９】このようにして形成された被膜のＸ線回折
結果を図２に示す。なお、ターゲット物質の組成は、純
Ｔａ、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ、Ｔａ‐６０原子％Ｎｉ、
Ｔａ‐８０原子％Ｎｉ及び、純Ｎｉの５種類とした。FIG. 2 shows the results of X-ray diffraction of the coating thus formed. The composition of the target material is pure Ta, Ta-40 at% Ni, Ta-60 at% Ni,
Five types of Ta-80 atomic% Ni and pure Ni were used.
【００２０】図２から分かるように、純Ｔａ及び純Ｎｉ
ターゲットで成膜した膜は結晶化しているのに対し、Ｔ
ａ‐Ｎｉ粉末の混合ターゲットで成膜した膜はブロード
なＸ線回折パターンを示し、アモルファス化している。
すなわち、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ〜Ｔａ‐８０原子％Ｎ
ｉの広い組成範囲でアモルファス化が可能である。As can be seen from FIG. 2, pure Ta and pure Ni
While the film formed on the target is crystallized, T
The film formed with the mixed target of the a-Ni powder shows a broad X-ray diffraction pattern and is amorphous.
That is, Ta-40 atomic% Ni to Ta-80 atomic% N
Amorphization is possible in a wide composition range of i.
【００２１】図３に、前記図２のＸ線回折パターンの最
強ピークの半価幅から見積もった微結晶サイズと組成と
の関係をグラフで示す。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the crystallite size and the composition estimated from the half width of the strongest peak in the X-ray diffraction pattern shown in FIG.
【００２２】図３から分かるように、Ｘ線回折パターン
から見積もった合金膜の微結晶サイズは、純金属の７ｎ
ｍ（Ｔａ）及び１５ｎｍ（Ｎｉ）に比べてかなり小さ
く、１．２〜１．９ｎｍである。この値は液体金属のそ
れに相当するため、合金膜はアモルファスであるとみな
される。なお、図３中に、スプラッシュ‐クエンチング
法（通常の急冷法）で作成した薄片の微結晶サイズを黒
正方形印で示した。レーザアブレーション法により、通
常の急冷法よりも大きな冷却速度でアモルファス合金化
できることが分かる。As can be seen from FIG. 3, the crystallite size of the alloy film estimated from the X-ray diffraction pattern is 7n of pure metal.
It is considerably smaller than m (Ta) and 15 nm (Ni), that is, 1.2 to 1.9 nm. Since this value corresponds to that of liquid metal, the alloy film is considered to be amorphous. In FIG. 3, the size of microcrystals of the flakes prepared by the splash-quenching method (ordinary quenching method) is indicated by black square marks. It can be seen that the laser ablation method enables amorphous alloying at a higher cooling rate than the normal quenching method.
【００２３】図４に、ターゲット物質の組成と被膜の組
成との関係をグラフで示す。レーザフルエンスが小さい
場合には、沸点の低いＮｉが優先的にアブレーションさ
れ、ターゲットに比べてＮｉリッチの合金膜が形成され
る。レーザフルエンスを、沸点の高いＴａも十分にアブ
レーションされるほど大きくすることにより、ターゲッ
トとほぼ同一組成の被膜が得られる。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the composition of the target material and the composition of the coating. When the laser fluence is small, Ni having a low boiling point is preferentially ablated, and a Ni-rich alloy film is formed as compared with the target. By increasing the laser fluence so that Ta having a high boiling point can be sufficiently ablated, a film having substantially the same composition as the target can be obtained.
【図１】 本発明方法を好適に実施するための装置の１
例の略解断面図。FIG. 1 shows an apparatus for suitably implementing the method of the present invention.
Schematic sectional view of an example.
【図２】 実施例１で形成された被膜のＸ線回折パター
ン。FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of a film formed in Example 1.
【図３】 図２のＸ線回折パターンの最強ピークの半価
幅から見積もった微結晶サイズと組成との関係を示すグ
ラフ。3 is a graph showing the relationship between the crystallite size and the composition estimated from the half width of the strongest peak in the X-ray diffraction pattern in FIG.
【図４】 実施例１で形成された被膜の組成とターゲッ
ト物質の組成との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the composition of a film formed in Example 1 and the composition of a target substance.
１ 密閉容器 ２ 排気口 ３ エキシマレーザビーム ４ 石英ウインドー ５ 凹面鏡 ６ 集光レンズ ７ ターゲット物質 ８ 基材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Closed container 2 Exhaust port 3 Excimer laser beam 4 Quartz window 5 Concave mirror 6 Condensing lens 7 Target material 8 Base material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝村 宗英 香川県高松市林町2217番14 工業技術院 四国工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−270364（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Munehide Katsumura, Inventor 22217-14 Hayashi-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Pref. Shikoku Institute of Industrial Technology (56) References JP-A-61-270364 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58
Claims (3)
の混合金属粉末焼結体から成る蒸着用ターゲット物質の
少なくとも１種にエキシマレーザを照射してアブレーシ
ョンすることにより、基材表面にアモルファス合金被膜
を形成させることを特徴とする表面被覆方法。An amorphous alloy film is formed on the surface of a base material by irradiating at least one kind of a target material for vapor deposition comprising an amorphous mixed metal powder sintered body with an excimer laser in a vacuum zone. A method for coating a surface, characterized in that:
２種以上である請求項１記載の表面被覆方法。2. The surface coating method according to claim 1, wherein the target materials for vapor deposition are two or more kinds having different compositions.
Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｃｕ系、Ｚｒ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃ
ｒ系又はＣｏ−Ｃｒ系のアモルファス合金被膜である請
求項１又は２記載の表面被覆方法。3. The amorphous alloy film is a Ta—Ni-based film,
Ni-Cr, Ti-Cu, Zr-Cu, Fe-C
The surface coating method according to claim 1, wherein the surface coating method is an r-based or Co—Cr-based amorphous alloy coating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7119196A JP2913015B2 (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Surface coating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7119196A JP2913015B2 (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Surface coating method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09241832A JPH09241832A (en) | 1997-09-16 |
| JP2913015B2 true JP2913015B2 (en) | 1999-06-28 |
Family
ID=13453538
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP7119196A Expired - Lifetime JP2913015B2 (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Surface coating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2913015B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210210220A1 (en) * | 2016-06-10 | 2021-07-08 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium-coated silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel application |
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|---|---|---|---|---|
| SG10201806896UA (en) * | 2018-08-14 | 2020-03-30 | Attometal Tech Pte Ltd | Amorphous inner-surface coated pipe and method for preparing the same |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP7119196A patent/JP2913015B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210210220A1 (en) * | 2016-06-10 | 2021-07-08 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium-coated silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel application |
| US11862351B2 (en) * | 2016-06-10 | 2024-01-02 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium-coated silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel application |
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|---|---|
| JPH09241832A (en) | 1997-09-16 |
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