JPH01198464A - スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法 - Google Patents
スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法Info
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- JPH01198464A JPH01198464A JP2246188A JP2246188A JPH01198464A JP H01198464 A JPH01198464 A JP H01198464A JP 2246188 A JP2246188 A JP 2246188A JP 2246188 A JP2246188 A JP 2246188A JP H01198464 A JPH01198464 A JP H01198464A
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- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 25
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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】
［産業上の利用分野］
本発明は、スパッタリングによって鉄鋼の表面を硬化処
理する方法に関するものである。
理する方法に関するものである。
一般に窒化チタンは耐食性、耐摩耗性に優れているとこ
ろから各種工具の表面硬化処理に用いられ、また美しい
黄金色を呈するところから装飾品や時計側に金メツキの
代替としても利用されている。従来より窒化チタンの被
膜をスパッタリングによって形成する方法は知られてお
り、これは鉄鋼の表面に窒化チタンの被膜を直接形成す
る方法であった。しかしながらこの方法で形成された被
膜は、鉄鋼に対する密着性が悪く、耐摩耗性付与に要求
される十分な膜厚に形成すると容易に剥離を生じる欠点
があった。
ろから各種工具の表面硬化処理に用いられ、また美しい
黄金色を呈するところから装飾品や時計側に金メツキの
代替としても利用されている。従来より窒化チタンの被
膜をスパッタリングによって形成する方法は知られてお
り、これは鉄鋼の表面に窒化チタンの被膜を直接形成す
る方法であった。しかしながらこの方法で形成された被
膜は、鉄鋼に対する密着性が悪く、耐摩耗性付与に要求
される十分な膜厚に形成すると容易に剥離を生じる欠点
があった。
そこで本願出願人は、この欠点を改良するために先に、
鉄鋼を逆スパツタリングして鉄鋼の表面に窒化層を形成
し、その後で反応性スパッタリングによって窒化チタン
膜を形成する方法を提案している（例えば、特開昭６０
−１７０６５号公報参照）。
鉄鋼を逆スパツタリングして鉄鋼の表面に窒化層を形成
し、その後で反応性スパッタリングによって窒化チタン
膜を形成する方法を提案している（例えば、特開昭６０
−１７０６５号公報参照）。
［解決しようとする課題］
この先に提案した方法によれば、鉄鋼の内部組織から最
外層の窒化チタン波膜に至るまでの組織変化が急変する
ことなく、かつ窒化チタン被膜７′・τ窒化層に対して
なじみ易いので、密着性が向上し、ｉｌｌ Ｍしにくく
なる。しかしながら、密着性が必ずしも十分なものでな
いため、窒化チタン被膜の膜厚を１．５μｍ〜２μｍ程
度とするのが限度であり、膜厚を２μｍ以上とすると、
剥離を生じてしまい、依然として耐摩耗性付与のための
表面硬化層として十分な層厚を得ることができなかった
。
外層の窒化チタン波膜に至るまでの組織変化が急変する
ことなく、かつ窒化チタン被膜７′・τ窒化層に対して
なじみ易いので、密着性が向上し、ｉｌｌ Ｍしにくく
なる。しかしながら、密着性が必ずしも十分なものでな
いため、窒化チタン被膜の膜厚を１．５μｍ〜２μｍ程
度とするのが限度であり、膜厚を２μｍ以上とすると、
剥離を生じてしまい、依然として耐摩耗性付与のための
表面硬化層として十分な層厚を得ることができなかった
。
また母材と硬化層との熱膨張係数の差が大きいため、加
熱などによって両者間に剥離が生じてしまうという問題
があり、特にこの問題は、成型用金型などの熱サイクル
環境下において高度な耐摩耗性が要求されるものにとっ
ては極めて重大な問題となる。
熱などによって両者間に剥離が生じてしまうという問題
があり、特にこの問題は、成型用金型などの熱サイクル
環境下において高度な耐摩耗性が要求されるものにとっ
ては極めて重大な問題となる。
そこで本発明の目的は、金属窒化物を表面硬化層として
十分な層厚に形成することを可能とし、さらには加熱、
冷却などによっても剥離を生じることのないようにする
ことにある。
十分な層厚に形成することを可能とし、さらには加熱、
冷却などによっても剥離を生じることのないようにする
ことにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明においては、鉄鋼の
表面に元素周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族のうちの
いずれか１つの金属をスパッタリングにより形成し、そ
の表面に上記８族いずれか１つの金属の窒化物を反応性
スパッタリングにより形成している。
表面に元素周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族のうちの
いずれか１つの金属をスパッタリングにより形成し、そ
の表面に上記８族いずれか１つの金属の窒化物を反応性
スパッタリングにより形成している。
［作用］
ＩＶａ族、Ｖａ族、Ｖｌａ族の金属は、鉄鋼と前記８族
の金属の窒化物との相互に拡散し易く両者との密告性が
極めて高いため、当該金属からなる中間層を両者の間に
介在させることにより、表面硬化層である金属窒化物の
密着性が向上する。
の金属の窒化物との相互に拡散し易く両者との密告性が
極めて高いため、当該金属からなる中間層を両者の間に
介在させることにより、表面硬化層である金属窒化物の
密着性が向上する。
また、上記８族の金属の膨脹係数が、鉄鋼と上記８族の
金属の窒化物との膨脹係数の間にあるため、当該金属か
らなる中間層が熱膨張時における鉄鋼と金属窒化物との
間の緩衝材として作用する。
金属の窒化物との膨脹係数の間にあるため、当該金属か
らなる中間層が熱膨張時における鉄鋼と金属窒化物との
間の緩衝材として作用する。
［実施例］
反応容器内にまず、Ｔｉと披理物である鉄鋼とをそれぞ
れ電極に取付け、反応槽内をＡｒガスのみの雰囲気とし
た。その後、Ｔｉをカバーで被い、鉄鋼を取付けた側の
電極を陰極とし、鉄鋼をターゲットとして高周波スパッ
タリングによる逆スパツタリングを行ない、鉄鋼表面に
スパッタエツチングを施した。
れ電極に取付け、反応槽内をＡｒガスのみの雰囲気とし
た。その後、Ｔｉをカバーで被い、鉄鋼を取付けた側の
電極を陰極とし、鉄鋼をターゲットとして高周波スパッ
タリングによる逆スパツタリングを行ない、鉄鋼表面に
スパッタエツチングを施した。
その後、Ｔｉを被っているカバーを除去し、反応槽内の
雰囲気をＡｒガスのみの雰囲気としたまま、Ｔｉを取付
けた側の電極を陰極とし、Ｔｉをターゲットとして高周
波スパッタリングを施し、鉄鋼の表面に中間層としての
Ｔｉ層を形成“した。
雰囲気をＡｒガスのみの雰囲気としたまま、Ｔｉを取付
けた側の電極を陰極とし、Ｔｉをターゲットとして高周
波スパッタリングを施し、鉄鋼の表面に中間層としての
Ｔｉ層を形成“した。
・ ついで反応槽内をＡｒガスにＮ２ガスを少量混入し
た雰囲気とし、Ｔｉをターゲットとして高周波スパッタ
リングによる反応性スパッタリングを施し、Ｔｉ層の表
面に表面硬化層としてのＴｉＮ層を形成した。このよう
にして連続的な工程により、鉄鋼の表面に中間層として
のＴｉ層および表面硬化層としてのＴｉＮ層を順次形成
した。
た雰囲気とし、Ｔｉをターゲットとして高周波スパッタ
リングによる反応性スパッタリングを施し、Ｔｉ層の表
面に表面硬化層としてのＴｉＮ層を形成した。このよう
にして連続的な工程により、鉄鋼の表面に中間層として
のＴｉ層および表面硬化層としてのＴｉＮ層を順次形成
した。
なお、各工程におけるスパッタリングの条件は以下の通
りである。
りである。
スパッタエツチング
高周波入力パワー ５００Ｗ
Ａｒガス圧 ４． ＯＸ １０−３Ｔｏｒ
ｒ到達真空度 １． ＯＸ １０−５Ｔｏ
ｒｒスパッタリング時間 ５ ｍ１ｎ Ｔｉスパツタリング 高周波人力パワー １０００Ｗ Ａｒガス圧 ４．０Ｘ１０″″３Ｔｏｒｒ到
達真空度 ５． ＯＸ １０−６Ｔｏｒｒ
ワ一ク温度 ２４０℃ スパッタリングレート ２ＧＯＡ／ｍ１ｎＴｉＮスパッ
タリング 高周波入力パワー １０００Ｗ 全ガス圧 ４． ＯＸ １０−’Ｔｏｒ
ｒ到達真空度 ５． ＯＸ １０＝Ｔｏｒ
ｒワ一ク温度 ２４０℃ スパッタリングレート ２７０人／ｍｉｎこのような方
法によって、Ｔｉ層を０．５μｍ形成し、ＴｉＮ層を７
μｍ形成したところ、表面硬化層としてのＴｉＮ層に剥
離を起すことがなく、また３００℃〜２０℃の温度サイ
クルテストに対しても十分な耐久性を示した。
ｒ到達真空度 １． ＯＸ １０−５Ｔｏ
ｒｒスパッタリング時間 ５ ｍ１ｎ Ｔｉスパツタリング 高周波人力パワー １０００Ｗ Ａｒガス圧 ４．０Ｘ１０″″３Ｔｏｒｒ到
達真空度 ５． ＯＸ １０−６Ｔｏｒｒ
ワ一ク温度 ２４０℃ スパッタリングレート ２ＧＯＡ／ｍ１ｎＴｉＮスパッ
タリング 高周波入力パワー １０００Ｗ 全ガス圧 ４． ＯＸ １０−’Ｔｏｒ
ｒ到達真空度 ５． ＯＸ １０＝Ｔｏｒ
ｒワ一ク温度 ２４０℃ スパッタリングレート ２７０人／ｍｉｎこのような方
法によって、Ｔｉ層を０．５μｍ形成し、ＴｉＮ層を７
μｍ形成したところ、表面硬化層としてのＴｉＮ層に剥
離を起すことがなく、また３００℃〜２０℃の温度サイ
クルテストに対しても十分な耐久性を示した。
比較のために、従来技術と同様にして金型材（ＮＡＫ５
５）の表面に鏡面処理を施し、その上に直接ＴｉＮ層を
形成した場合には、膜厚２μｍ以上になると常温状態で
も軽い衝撃によって剥離を生じた。
５）の表面に鏡面処理を施し、その上に直接ＴｉＮ層を
形成した場合には、膜厚２μｍ以上になると常温状態で
も軽い衝撃によって剥離を生じた。
本発明においては５μｍを目標膜厚とした硬質膜の形成
を目的としているので、これ以上の膜厚の形成は行なっ
ていないが、限界膜厚はそれ以上と推定される。
を目的としているので、これ以上の膜厚の形成は行なっ
ていないが、限界膜厚はそれ以上と推定される。
なお、本実施例では中間層としてＴｉ層を形成し、表面
硬化層としてＴｉＮ層を形成した例を示したが、中間層
と表面硬化層との組合わせはこれに限定されない。すな
わち、中間層は元素周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、■ａ族の
いずれか１つの金属からなるものであればよく、表面硬
化層は上記６族のいずれか１つの金属の窒化物からなる
ものであればよいわけであって、例えばＣｒからなる中
間層を形成し、ＴｔＮからなる表面硬化層を形成しても
よい。
硬化層としてＴｉＮ層を形成した例を示したが、中間層
と表面硬化層との組合わせはこれに限定されない。すな
わち、中間層は元素周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、■ａ族の
いずれか１つの金属からなるものであればよく、表面硬
化層は上記６族のいずれか１つの金属の窒化物からなる
ものであればよいわけであって、例えばＣｒからなる中
間層を形成し、ＴｔＮからなる表面硬化層を形成しても
よい。
［効果］
以上説明したように本発明によれば、鉄鋼の表面に元素
周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族のいずれか１つの金
属を形成し、さらにその表面に上記６族のいずれか１つ
の金属の窒化物を形成したため、金属窒化物の密着性が
向上し、金属窒化物を表面硬化層として十分な膜厚に形
成することができる。
周期表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族のいずれか１つの金
属を形成し、さらにその表面に上記６族のいずれか１つ
の金属の窒化物を形成したため、金属窒化物の密着性が
向上し、金属窒化物を表面硬化層として十分な膜厚に形
成することができる。
また上記６族の金属は、その膨脹係数が鉄鋼と上記６族
の金属の窒化物との膨脹係数の中間にあるため、当該金
属からなる中間層が熱膨張時の緩衝材として作用し、熱
サイクル環境下などにおいても表面硬化層としての金属
窒化物が剥離することがない。
の金属の窒化物との膨脹係数の中間にあるため、当該金
属からなる中間層が熱膨張時の緩衝材として作用し、熱
サイクル環境下などにおいても表面硬化層としての金属
窒化物が剥離することがない。
以 上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、鉄鋼の表面に元素周期表IVａ族、Ｖａ族、IVａ族の
うちのいずれか１つの金属をスパッタリングにより形成
し、その表面に上記各族のいずれか１つの金属の窒化物
を反応性スパッタリングにより形成することを特徴とす
るスパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法。 ２、請求項１において、金属はチタンであることを特徴
とするスパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2246188A JPH01198464A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2246188A JPH01198464A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01198464A true JPH01198464A (ja) | 1989-08-10 |
Family
ID=12083347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2246188A Pending JPH01198464A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01198464A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0598419A (ja) * | 1991-02-19 | 1993-04-20 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 表面被覆鋼製品及びその製造方法 |
| JP2008188609A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54139891A (en) * | 1978-04-24 | 1979-10-30 | Nagaoka Kk | Specific work metal material and its manufacturing method |
| JPS5625960A (en) * | 1979-08-09 | 1981-03-12 | Mitsubishi Metal Corp | Surface-coated high speed steel material for cutting tool |
| JPS61177365A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-09 | ライボルト‐ヘレーウス・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 機械部材および工具を硬物質で被覆する方法ならびにこの方法で製造した機械部材および工具 |
-
1988
- 1988-02-02 JP JP2246188A patent/JPH01198464A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54139891A (en) * | 1978-04-24 | 1979-10-30 | Nagaoka Kk | Specific work metal material and its manufacturing method |
| JPS5625960A (en) * | 1979-08-09 | 1981-03-12 | Mitsubishi Metal Corp | Surface-coated high speed steel material for cutting tool |
| JPS61177365A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-09 | ライボルト‐ヘレーウス・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 機械部材および工具を硬物質で被覆する方法ならびにこの方法で製造した機械部材および工具 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0598419A (ja) * | 1991-02-19 | 1993-04-20 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 表面被覆鋼製品及びその製造方法 |
| JP2008188609A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
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