JPH01100259A - 高硬度及び／または摩擦の少ない層の製造方法 - Google Patents
高硬度及び／または摩擦の少ない層の製造方法Info
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- JPH01100259A JPH01100259A JP63210598A JP21059888A JPH01100259A JP H01100259 A JPH01100259 A JP H01100259A JP 63210598 A JP63210598 A JP 63210598A JP 21059888 A JP21059888 A JP 21059888A JP H01100259 A JPH01100259 A JP H01100259A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
-
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
伎五分！
本発明は、高硬度及び／または摩擦の少ない層、特にマ
イクロ拡散またはナノ拡散したカーバイド・炭素層をベ
ースとした層の製造方法であって、ある一定の電気ポテ
ンシャルにあるターゲット材を真空中でターゲットプラ
ズマに転換させ、該ターゲットプラズマを、ターゲット
材よりも高い電気ポテンシャルにある基体へ到達させて
層を形成させる方法に関するものである。
イクロ拡散またはナノ拡散したカーバイド・炭素層をベ
ースとした層の製造方法であって、ある一定の電気ポテ
ンシャルにあるターゲット材を真空中でターゲットプラ
ズマに転換させ、該ターゲットプラズマを、ターゲット
材よりも高い電気ポテンシャルにある基体へ到達させて
層を形成させる方法に関するものである。
災米五亙
この種の層の製造、特に炭素を十分に含んだカーバイド
複合化合物の製造は、今日では公知のＰＶＤ方法（マグ
ネトロンスパッター）を適用して行なわれる。このＰＶ
Ｄ方法においては、高真空排気鐘内で金属をアルゴンイ
オン照射により粉砕する。アセチレンのような炭素を含
んだガスを添加することによって金属は負のポテンシャ
ルにある基体の表面で反応して金属カーバイドになり。
複合化合物の製造は、今日では公知のＰＶＤ方法（マグ
ネトロンスパッター）を適用して行なわれる。このＰＶ
Ｄ方法においては、高真空排気鐘内で金属をアルゴンイ
オン照射により粉砕する。アセチレンのような炭素を含
んだガスを添加することによって金属は負のポテンシャ
ルにある基体の表面で反応して金属カーバイドになり。
或いはアセチレンが適当に高圧である場合にはいわゆる
金属炭素になる。ここで基体とは被覆されるべき工作物
である。
金属炭素になる。ここで基体とは被覆されるべき工作物
である。
しかし蕾頭で述べた種類の層を無制限数再生産するため
には、即ち被覆されるべき工作物がすべて同じ性質を常
に有しているようにするためには、炭化水素がプラズマ
状態で高イオン化されていることが必要である。
には、即ち被覆されるべき工作物がすべて同じ性質を常
に有しているようにするためには、炭化水素がプラズマ
状態で高イオン化されていることが必要である。
公知のＰＶＤ方法の欠点は、ＰＶＤ金属粉砕技術におけ
る粉砕金属粒子の荷電割合が１乃至５％にすぎないこと
である。
る粉砕金属粒子の荷電割合が１乃至５％にすぎないこと
である。
堕
本発明の目的は、常に同じ性質を有し且つ公知の方法に
従って製造された層に比べて物理学的にも化学的にも優
れた性質の層を製造することができ、且つ公知の方法に
比べて簡単な手段によって実施可能であるような方法を
提供することである。
従って製造された層に比べて物理学的にも化学的にも優
れた性質の層を製造することができ、且つ公知の方法に
比べて簡単な手段によって実施可能であるような方法を
提供することである。
構成及び効果
本発明は、上記目的を達成するため、ターゲット材を金
属から形成させ、該金属をアーク放電により蒸発させて
金属プラズマを形成させ、金属のプラズマへの転換をイ
オン化された炭素のガス相で行なうことを特徴とするも
のである。
属から形成させ、該金属をアーク放電により蒸発させて
金属プラズマを形成させ、金属のプラズマへの転換をイ
オン化された炭素のガス相で行なうことを特徴とするも
のである。
本発明による方法の利点は、公知の方法においでは金属
をごくわずかしか蒸発させることができないのに対し１
本発明による方法では金属の９０％までがガス相でイオ
ン化されることである。さらにアーク放電により蒸発さ
れる金属のイオン化割合が高いことにより、伝導性の金
属カーバイド・炭素層の成長のうえで好都合な条件が得
られる。
をごくわずかしか蒸発させることができないのに対し１
本発明による方法では金属の９０％までがガス相でイオ
ン化されることである。さらにアーク放電により蒸発さ
れる金属のイオン化割合が高いことにより、伝導性の金
属カーバイド・炭素層の成長のうえで好都合な条件が得
られる。
ドイツ特許出願Ｐ３７１２２０５．３から、高硬度のダ
イアモンド状及び／または摩擦の少ない層を製造する方
法が知られているが、この公知の方法は、ターゲット材
として、ダイアモンド状の層の形成のために固形のター
ゲット材の形態にある炭素が使用される。
イアモンド状及び／または摩擦の少ない層を製造する方
法が知られているが、この公知の方法は、ターゲット材
として、ダイアモンド状の層の形成のために固形のター
ゲット材の形態にある炭素が使用される。
本発明の有利な実施例によれば、ターゲット材よりも高
いポテンシャルにある電極装置にて炭素がグロー放電に
よりイオン化される。他の場所で炭素をイオン化させ真
空中にもたらすこともできるが、真空中でグロー放電に
より炭素をイオン化し、イオン化度を簡単に調整するよ
うにするのが有利である。このようにすると本発明を簡
単に実施することができる。
いポテンシャルにある電極装置にて炭素がグロー放電に
よりイオン化される。他の場所で炭素をイオン化させ真
空中にもたらすこともできるが、真空中でグロー放電に
より炭素をイオン化し、イオン化度を簡単に調整するよ
うにするのが有利である。このようにすると本発明を簡
単に実施することができる。
炭素をイオン化させるため、本発明の他の有利な実施例
によれば、メタン、プロパン、アセチレン、ブタジェン
のような炭化水素が使用される。
によれば、メタン、プロパン、アセチレン、ブタジェン
のような炭化水素が使用される。
ここでは説明しないが、他の炭化水素ガスも炭素をイオ
ン化させるために適している。
ン化させるために適している。
層のなかに微小滴が形成される（特にガス層が高い場合
に生じる）ことを阻止するため、真空中に或いは炭素に
非反応性のガスを付与するのが有利である。このガスは
有利にはアルゴンである。
に生じる）ことを阻止するため、真空中に或いは炭素に
非反応性のガスを付与するのが有利である。このガスは
有利にはアルゴンである。
本発明の他の有利な実施例によれば、本発明による方法
を実施する際炭化水素は１０−゛乃至１０−１の圧力を
有している。しかし特定の性質を備えさせるべき特定の
層に対しては、炭化水素ガスの圧力を特定の最適な値に
選定することができる。
を実施する際炭化水素は１０−゛乃至１０−１の圧力を
有している。しかし特定の性質を備えさせるべき特定の
層に対しては、炭化水素ガスの圧力を特定の最適な値に
選定することができる。
ターゲット材としては不反応性の金属が適しており、こ
の金属はチタン、ジルコン、ハフニウム。
の金属はチタン、ジルコン、ハフニウム。
バナジウム、モリブデン、または他の任意の金属である
。
。
一方ターゲット材を形成する金属は、形成されるべき層
の種類に応じて鉄金属であることもできる。鉄金属とし
てはニッケル、鉄、またはコバルトを使用することがで
きる。
の種類に応じて鉄金属であることもできる。鉄金属とし
てはニッケル、鉄、またはコバルトを使用することがで
きる。
特定の層に対しては、ターゲット材を形成する金属が鉄
金属の合金であるのが有利である。
金属の合金であるのが有利である。
最後に本発明の他の有利な実施例によれば、基体の電圧
を所定どおりに変化させることによって層の炭素含有量
を調整することができる。
を所定どおりに変化させることによって層の炭素含有量
を調整することができる。
本発明による方法によれば多重層をも製造することがで
き、この場合側々の層は異なる金属或いは合金から構成
される。
き、この場合側々の層は異なる金属或いは合金から構成
される。
本発明による方法は、ポンプ装置により真空を生じさせ
ることにより通常の排気鐘内で実施することができる。
ることにより通常の排気鐘内で実施することができる。
ガス導入口を介して任意の炭化水素、例えばメタン、プ
ロパン、アセチレン、またはブタジェンを導入すること
ができる。
ロパン、アセチレン、またはブタジェンを導入すること
ができる。
大胤叢
金属ターゲット材から成るターゲットはチタン、ジルコ
ン、ハフニウム、バナジウム、モリブデン、またはタン
グステン等の不反応性の金属から成り、適当な電源に接
続されている。同様に１例えば被覆されるべき工作物を
形成している基体電極も電源に接続されている。基体（
被覆されるべき工作物）の電気ポテンシャルは、ターゲ
ット材の電気ポテンシャルよりも低い。アーク放電源か
らターゲット材にアーク放電が付与される。アーク放電
の形成によりターゲットの金属が゛蒸発し″、その結果
金属は金属プラズマとしてガス相に転移する。その結果
″蒸発した″金属は９０％までがガス相で荷電され、即
ちイオン化される。
ン、ハフニウム、バナジウム、モリブデン、またはタン
グステン等の不反応性の金属から成り、適当な電源に接
続されている。同様に１例えば被覆されるべき工作物を
形成している基体電極も電源に接続されている。基体（
被覆されるべき工作物）の電気ポテンシャルは、ターゲ
ット材の電気ポテンシャルよりも低い。アーク放電源か
らターゲット材にアーク放電が付与される。アーク放電
の形成によりターゲットの金属が゛蒸発し″、その結果
金属は金属プラズマとしてガス相に転移する。その結果
″蒸発した″金属は９０％までがガス相で荷電され、即
ちイオン化される。
基体電極の領域では排気鐘に対して負のポテンシャルで
あるため周電極の間にグロー放電過程が生じる。このグ
ロー放電過程により、メタン、プロパン、アセチレン、
ブタジェン、または他の炭化水素ガスである炭化水素ガ
スがイオン化される。
あるため周電極の間にグロー放電過程が生じる。このグ
ロー放電過程により、メタン、プロパン、アセチレン、
ブタジェン、または他の炭化水素ガスである炭化水素ガ
スがイオン化される。
アーク放電によって生じた金属プラズマの金属イオンは
炭素イオンと衝突し、その結果炭素イオンのエネルギー
が高くなり、炭素は高硬度の構造を得る。
炭素イオンと衝突し、その結果炭素イオンのエネルギー
が高くなり、炭素は高硬度の構造を得る。
アーク放電によって“蒸発した”金属イオンは基体（工
作物）の方向ヘトリフトし、基体の表面で炭化水素の炭
素と反応してマイクロ拡散した２相層になる。この２相
層はカーバイドと遊虐炭素（マイクロ拡散した混合気）
から成る。これによって生じる層は非常に硬く、摩擦が
少ない。
作物）の方向ヘトリフトし、基体の表面で炭化水素の炭
素と反応してマイクロ拡散した２相層になる。この２相
層はカーバイドと遊虐炭素（マイクロ拡散した混合気）
から成る。これによって生じる層は非常に硬く、摩擦が
少ない。
本発明による方法は高真空の排気鐘内で、しかも炭化水
素ガスの圧力を１０−５乃至１０−’ｍｂａｒにして行
なわれる。この場合炭化水素ガスは非反応性のガス、例
えばアルゴンによって希薄にされる。
素ガスの圧力を１０−５乃至１０−’ｍｂａｒにして行
なわれる。この場合炭化水素ガスは非反応性のガス、例
えばアルゴンによって希薄にされる。
９゛〜
反応性ガスを供給し、このときのガスの圧力が例えば２
・１０−”ｍｂａｒであると、層に微小滴が形成される
のを阻止することができる。この場合非反応性のガスの
圧力は例えば４・１０″″３ｍｂａｒであるのが有利で
ある。
・１０−”ｍｂａｒであると、層に微小滴が形成される
のを阻止することができる。この場合非反応性のガスの
圧力は例えば４・１０″″３ｍｂａｒであるのが有利で
ある。
本発明による方法によれば、制御可能なアーク放電の強
さを増減させることにより異なる性質をもった層を製造
することができる。例えば硬い金属カーバイド層から、
金属含有量がわずかに５乃至１０％の摩擦の少ない金属
炭化水素層までを生じさせることができ、即ち非常に摩
擦の少ない性質と非常に硬い性質との間にある層を生じ
させることができる。さらに基体の電圧を所定どおりに
変化させることによって層の炭素含有量を調整すること
ができ、この炭素含有量は例えば排気鐘の壁に対して電
圧が一５０Ｖであるときかなり増大させることができる
。
さを増減させることにより異なる性質をもった層を製造
することができる。例えば硬い金属カーバイド層から、
金属含有量がわずかに５乃至１０％の摩擦の少ない金属
炭化水素層までを生じさせることができ、即ち非常に摩
擦の少ない性質と非常に硬い性質との間にある層を生じ
させることができる。さらに基体の電圧を所定どおりに
変化させることによって層の炭素含有量を調整すること
ができ、この炭素含有量は例えば排気鐘の壁に対して電
圧が一５０Ｖであるときかなり増大させることができる
。
本発明による方法によれば、同じ基体上に、物理学的性
質が異なる複数の層を上述した方法で重ねて形成させる
こともできる。
質が異なる複数の層を上述した方法で重ねて形成させる
こともできる。
る電極装置の電極にて炭素をグロー放電過程によりイオ
ン化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
ン化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
（２）炭素をイオン化させるためメタン、プロパン、ア
セチレン、ブタジェンのような炭化水素を使用すること
を特徴とする請求項１または上記第１項に記載の方法。
セチレン、ブタジェンのような炭化水素を使用すること
を特徴とする請求項１または上記第１項に記載の方法。
（３）炭化水素ガスが１０−５乃至１０ ′ｍｂａｒの
圧力を有していることを特徴とする。上記第１項または
第２項に記載の方法。
圧力を有していることを特徴とする。上記第１項または
第２項に記載の方法。
（４）真空中に非反応性ガスを付与することを特徴とす
る請求項１または上記第１項から第３項までのいずれか
１つに記載の方法。
る請求項１または上記第１項から第３項までのいずれか
１つに記載の方法。
（５）非反応性ガスがアルゴンであることを特徴とする
。上記第４項に記載の方法。
。上記第４項に記載の方法。
（６）ターゲット材を形成する金属が不反応性金属であ
ることを特徴とする請求項１または上記第１項から第５
項までのいずれか１つに記載の方法。
ることを特徴とする請求項１または上記第１項から第５
項までのいずれか１つに記載の方法。
（７）不反応性金属がチタン、ジルコン、ハフニウム、
バナジウム、モリブデン、またはタングステンであるこ
とを特徴とする。上記第６項に記載の方法。
バナジウム、モリブデン、またはタングステンであるこ
とを特徴とする。上記第６項に記載の方法。
（８）ターゲット材を形成する金属が鉄金属であること
を特徴とする請求項】または上記第１項から第５項まで
のいずれか１つに記載の方法。
を特徴とする請求項】または上記第１項から第５項まで
のいずれか１つに記載の方法。
（９）鉄金属が鉄、ニッケル、またはコバルトであるこ
とを特徴とする、上記第８項に記載の方法。
とを特徴とする、上記第８項に記載の方法。
（１０）ターゲット材を形成している金属が鉄金属の合
金であることを特徴とする、上記第８項または第９項に
記載の方法。
金であることを特徴とする、上記第８項または第９項に
記載の方法。
（１１）基体の電圧を変化させることにより層の炭素含
有量を調整可能であることを特徴とする請求項１または
上記第１項から第１０項までのいずれか１つに記載の方
法。
有量を調整可能であることを特徴とする請求項１または
上記第１項から第１０項までのいずれか１つに記載の方
法。
Claims (1)
- （１）高硬度及び／または摩擦の少ない層の製造方法で
あって、ある一定の電気ポテンシャルにあるターゲット
材を真空中でターゲットプラズマに転換させ、該ターゲ
ットプラズマを、ターゲット材よりも高い電気ポテンシ
ャルにある基体へ到達させて層を形成させる方法におい
て、ターゲット材を金属から形成させ、該金属をアーク
放電により蒸発させて金属プラズマを形成させ、金属の
プラズマへの転換をイオン化された炭素のガス相で行な
うことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873728420 DE3728420A1 (de) | 1987-08-26 | 1987-08-26 | Verfahren zur herstellung von schichten mit hochharten und/oder reibarmen eigenschaften |
| DE3728420.7 | 1987-08-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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