JPH01139751A - セラミックス硬質膜被覆方法 - Google Patents

セラミックス硬質膜被覆方法

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JPH01139751A
JPH01139751A JP29862887A JP29862887A JPH01139751A JP H01139751 A JPH01139751 A JP H01139751A JP 29862887 A JP29862887 A JP 29862887A JP 29862887 A JP29862887 A JP 29862887A JP H01139751 A JPH01139751 A JP H01139751A
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hard
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Yusuke Tanaka
裕介 田中
Yasuyuki Yamada
保之 山田
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Kobe Steel Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、工具や金型等の基体表面にセラミックス硬質
膜を被覆する方法に関し、詳細には基体との密着性に優
れ、且つ緻密な膜質の硬質膜を基体表面に被覆する方法
に関するものである。
[従来の技術] 高速度工具鋼や超硬合金でできた切削工具の表面に:T
 i N、 T i C,A I 20.などの硬質膜
を被覆して耐摩耗性を向上させる技術が提案され、切削
工具の性能を飛躍的に向上させている。上記硬質膜被覆
方法としてはCVD法やPVD法があり、このうちCV
D法は基体温度が高いため基体に対する膜の密着性がよ
く、3次元形状のものにもむら無く硬質膜を被覆するこ
とができるという点で優れているが、反面高温条件下で
は基体金属が強度劣化を起こしたり、被覆層と基体の間
に脆い脱炭層が生じるという欠点があり、殊に500〜
600℃で強度劣化を生じることの多い高速度工具鋼に
対しては適用が困難である。
そこでCVD法よりも低温で処理することのできるpv
D?去殊にイオンブレーティング法が(1目されている
が、基体との密着性の点ではCVD法に及ばずイオンブ
レーティング法における解決課題の一つとなっている。
[発明が解決しようとする問題点コ イオンブレーティング法は蒸発物質イオン並ひに反応性
ガスイオンを基体表面上に衝突させて蒸発物質あるいは
その化合物を堆積させる方法であり、加熱蒸発手段やイ
オン化手段の違いによって種々の方法が提案されている
例えばアーク蒸着式イオンブレーティング法は、第3図
に示す様にガス導入口9から反応性ガスを導入すると共
に負電圧を印加した蒸発源2aと正電圧トリガー3との
間にアークを発生させ、マイナスのバイアス電圧を負荷
した基体W上に硬質膜を被覆形成するものであり、該ア
ーク蒸着法においては基体と硬質膜の密着性を高める為
に硬質膜被覆に先立ち金属ボンバードメントによるスパ
ッタクリーニングを行なって基体表面の不純物を除去し
、その後アーク蒸着によって硬質膜を形成している。
しかるに上記方法では、金属ボンバードメントによって
大きな洗浄効果を得ることができるので基体に対する被
覆膜の付着力については十分なものが得られるが、形成
された被膜中に1〜5μm程度の大きな粒子が混在して
おり、被膜の緻密さに欠けると共にピンホールを発生し
易く結局耐摩耗性にも劣るものとなっている。
その他、イオンブレーティング法としては直流グロー法
、高周波励起法5多陰極法、ホロカソード(以下HCD
という)放電法、或は更にこれらの組合せ法が種々提案
されているが、密着性に関していえば金属ボンバードメ
ントによりスパッタクリーニングを行なった後アーク蒸
着して膜形成するアーク蒸着法が最も優れており、前記
いずれの方法もこれに勝るものではない。
尚本出願人はアーク蒸着法により被覆した後、さらに溶
融蒸着法により被覆する方法を先に出願したが(特願昭
61−169183号)、この方法では表面状態の改善
という効果が得られるものの一旦生成した下地アーク蒸
着膜のピンホールを溶融蒸着膜で完全に被包しきれてい
ない。
本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、基体との密着性に優れ且つ表面構造が緻密で耐摩耗性
に優れた硬質膜を形成することのできる様な硬質膜被覆
方法を提供しようとするものである。
[問題点を解決する為の手段] しかして上記目的を達成した本発明方法は、ワーク表面
をアーク蒸着式金属ボンバードメントによりクリーニン
グした後、溶融蒸着法により表面に硬質膜を形成する点
に要旨を有するものである。
[作用] 前記したアーク蒸着法以外のイオンブレーティング法に
よって形成した被覆膜は、いずれも基体との密着性とい
う点ではアーク蒸着法により優れたものではないが、こ
れらは夫々の特長を有している。このうち溶融蒸着法の
一つであるHCD放電式イオンブレーティング法の場合
には、硬質膜被覆に先立ってArボンバードによるスパ
ッタクリーニングが行なわれるが、その洗浄効果は小さ
い為、基体と被覆膜の密着性は不安定である。しかしな
がらHCD放電自体はアーク放電に比べて安定であり、
蒸発源からの粒子蒸発状態も均質で穏やかであるので非
常に滑らかで緻密な被覆膜を得ることができる。
本発明はこうしたHCD法の特長に着目し、洗浄効果に
優れたアーク蒸着法における金属ボンバードメントクリ
ーニングと組合せることによって前記目的を達成できる
のではないかと考え、種々検討を重ねた結果、発明の完
成に到達したものである。
即ち本発明方法は、例えば第2図に示される様に真空容
器1内にTiカソード2とトリガー3等からなるアーク
発生機構並びにHCDガン4と蒸発源金属Mを収納した
ハース5等からなるHCD蒸発機構を併設し、且つこれ
らに対向して直流バイアス電源6に接続されたワークW
を配置してなる装置(アーク蒸着方式及びHCD蒸着方
式の双方を実施できる)を用いて実施されるものである
。まずアーク発生機構を用いてTiカソード2とトリガ
ー3の間にアークを発生させてTiカソード2からTi
を蒸発させ、アーク放電雰囲気下で蒸発粒子をイオン化
してワークW表面に衝突させる。この結果イオン’<L
HによってワークW表面から不純物が除去され、ワーク
W表面はクリーニングされる。こうした洗浄処理が終了
すると、アーク発生機構を停止させ、代ってHCD機構
を稼動させる。即ちArイオンの衝撃に伴ない発生した
熱電子をHCDガンより放出させてハース5中の蒸発源
Mに照射し、蒸発粒子をさらに電子との衝突によって活
性化し反応性ガスイオンと共に上記ワークW表面に蒸着
させる。こうしてワークWとの密着性に優れ、且つ膜組
織が緻密な硬質膜を被覆してなるワークを得ることがで
きる。
本発明方法の基本構成は上記の通りであるが、アーク蒸
着法によるボンバードメントにおいて衝突させられる金
属についてはTiに限定される訳ではなく他の金属であ
ってもよいが、できれば被覆しようとする膜の構成金属
をスパッタするのがよい。しかし該構成金属とは異なる
種類の金属をスパッタすることを排除するものではない
。−万民応性ガスについては、被覆膜の種類に応じてN
2,02.炭化水素ガス等を導入すればよいが、ハース
内に化合物蒸発源を用意する場合には反応性ガスの使用
は必ずしも必要ではない。又ハース内の蒸発源金属を加
熱・蒸発させる方法としてHCD法の他にARE法や熱
陰極法等を用いることができ、これらは総称して溶融蒸
着法と規定することができる。さらに蒸着前の洗浄につ
いてはTiボンバードメントにより行なえば十分である
が、Tiボンバードメントに先立ってArボンバードメ
ントを実施してもよい。
[実施例コ 第2図に例示される装置を使用して、下記手順でハイス
製ドリル表面にTiN膜の被覆を行なった。
真空容器1内を1 x 10−’Torr以下まで排気
した後、ヒーター8を用いてワークWを400〜500
℃まで加熱し、同温度で30〜90分間保持した。ヒー
ター8による加熱を停止した後、トリガー3を作動させ
てTiカソード2との間にアーク放電を発生させた。こ
のときワークWに−(600〜1000)Vのバイアス
電圧を印加し、且つワークWを回転させた。こうしてワ
ークW表面のスパッタクリーニングを30秒〜2分間続
けた後、アーク電源を停止した。次いで再びヒーター8
を作動させてワークWを400〜500℃に加熱・保持
した後、HCDガンを起動し、ハース5内のTiを溶融
した。又反応性ガスバイブ9よりN2ガスを(1〜3 
) x 10−’Torrまで導入し、さらにワークW
に−(50〜100)■のバイアス電圧を印加した。こ
うしてHCD蒸着の肇備が整うと、シャッター10を開
放してワークW上へのTiN1]i被覆を開始した。所
定時間蒸着を続けた後、HCDガンを停止し、100〜
130℃まで冷却後ワークを取り出した。
こうして得られたTiN膜被覆トリル(A) と従来の
アーク蒸着法によりTiN膜を被覆したドリル(C)及
び従来のHCD法によりTiN膜を被覆したドリル(B
)およびアーク蒸着とHCD蒸着を併用したドリル(D
)の表面状態並びに耐摩耗性を比較したところ下記の通
りであった。
表面状態については、実施例ドリル(八)と比較例ドリ
ル(B)の膜表面状態が緻密であったのに対し、比較例
ドリル(C)の膜表面には大径粒子が混在し均質性に欠
けるものであった。また比較例ドリル(D)は比較例ド
リル(C)よりは改善されているが(Δ)よりは劣るも
のであった。
一方上記ドリル(A)〜(D)を夫々使用して孔明は加
工を行なった場合のドリル摩耗性を比較したところ第1
図に示す結果が得られた。
第1図に示される様に、ドリル(B)が最も摩耗し易く
、次いでドリル(C)、ドリル(D)、ドリル(A)の
順に耐摩耗性は高い値を示した。即ちトリル(B)は前
述の如く膜表面状態は緻密であるが、素地と膜との密着
性が低く耐摩耗性は低かった。
一方ドリル(C)は素地と膜との密着性が強固であるの
でトリル(B)よりは高い耐摩耗性を示したが、前述の
如く大径粒子の混在した不均質な膜組織である為に大径
粒子の抜は落ちに始まる摩耗が進行し十分な耐摩耗性を
得ることはできなかった。そしてドリル(D)は密着性
が強固で表面状態も幾分改善されているためドリル(C
)よりも高い耐摩耗性を示したがやはり大径粒子が混在
するため十分な耐摩耗性を得ることはできなかった。こ
れらに対しドリル(A)の被覆膜は素地に対する密着性
が強固であると共に、膜組織は均質且つ緻密であり、ド
リル(B) 、 (C) 、 (D)に比へて高い耐摩
耗性を発揮した。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、基体との密着性に
優れ且つ緻密な硬質膜を基体表面に被覆することができ
る。かくして高速度鋼等からなる工具に本発明方法に従
って硬質膜を被覆することにより、従来よりも耐摩耗性
の優れた工具を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法によりTiN膜を被覆したドリル
と従来例ドリルの耐摩耗性比較グラフ、第2図は本発明
の実施に適用される硬質膜被覆装置の一例を示す模式図
、第3図はアーク蒸着法を説明する為の模式図である。 1・・・真空容器    2・・・Tiカソード3・・
・トリガー    4・・・ホロカソードガン5・・・
ハース     6・・・バイアス電源8・・・ヒータ
ー    9・・・反応性ガスバイブ10・・・シャッ
ター W・・・ワーク     M・・・蒸発源金属第2図 直流電源 排気口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ワーク表面をアーク蒸着式金属ボンバードメントによっ
    てクリーニングした後、溶融蒸着法によりセラミックス
    硬質膜を形成することを特徴とするセラミックス硬質膜
    被覆方法。
JP62298628A 1987-11-25 1987-11-25 セラミックス硬質膜被覆方法 Expired - Lifetime JPH0674497B2 (ja)

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