JPH01212765A - タングステンカーバイトのコーティング部材およびその製造方法 - Google Patents

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） 本発明はタングステンカーバイト層を有する耐摩耗性物
品およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、耐摩耗性を有する金属部品の製造方法としては、
化学蒸着（Ｃ：ＶＤ）により金属母材の表面にタングス
テンカーバイトの被膜層を形成する方法が知られている
。また、タングステンカーバイトの被膜層の金属母材へ
の付着力を向上させる方法として金属母材の表面に無電
解ニッケル法によるリン化ニッケルの中間膜層を導入し
、タングステンカーバイトの被膜層を付着させるという
方法が開示されている（例えば特公昭５２−８９５８３
号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかし、金属母材としてアルミニウムを用いた場合、ア
ルミニウムの熱膨張係数はタングステンカーバイトおよ
びリン化ニッケルの熱膨張係数に比べて大きいため、タ
ングステンカーバイトの被膜層を形成した後に金属部品
を冷却する際、タングステンカーバイト層にクラックが
生じて短期間の間にタングステンカーバイト層が剥離し
てしまうという課題があった。そのため、本発明者はク
ラックの発生を制御し、クラック部分に含浸潤滑剤を含
浸させることにより耐摩耗性の向上を図ることを考えた
。

（課題を解決するための手段） 本発明の上記課題を解決するための手段は、物品の素材
としてのアルミニウム製基材の表面にニッケル系メッキ
層が形成され、そのニッケル系メッキ層の表面に１釧当
り５乃至２０個の割れを有するタングステンカーバイト
層が形成されたことを特徴とするタングステンカーバイ
トのコーティング部材と物品の素材としてのアルミニウ
ム製基材の表面に５乃至２５μｍの厚さのニッケル系メ
ッキ層を形成し、そのニッケル系メッキ層の上に雰囲気
温度３００乃至５００℃で５乃至１５μｍの厚さのタン
グステンカーバイト層を化学蒸着して、そのタングステ
ンカーバイト層に１釧当り５乃至２０個の割れを生じさ
せることを特徴とするタングステンカーバイトのコーテ
ィング部Ｈの製造方法である。

（作用） 第１発明に係るタングステンカーバイトのコーティング
部材は１唾当り５乃至２０個の割れを有するタングステ
ンカーバイト層を形成したことにより、該コーティング
部材はタングステンカーバイト層の割れ部分にＭ　ｏ　
Ｓ　２、テフロン等の含浸潤滑剤を含浸させると潤滑効
果を生じ、タングステンカーバイト層の剥離を防止する
。

第２発明に係るタングステンカーバイトのコーティング
部材の製造方法はアルミニウム製基材の表面に５乃至２
５μｍの厚さに形成したニッケル系メッキ層の上に雰囲
気温度３００乃至５００℃で５乃至１５μｍの厚さのタ
ングステンカーバイト層を化学蒸着することにより、タ
ングステンカーバイト層は化学蒸着後の自然冷却による
冷却工程においてアルミニウム製基材との熱膨張係数の
差によってタングステンカーバイト層の１ｃｍ当りに５
乃至２０個の割れを生じる。

（実施例） 以下１図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

本発明は第１図および第２図に示すようにアルミニウム
製基材２の表面にリン化ニッケルその他ニッケル系メッ
キ層３を形成し、そのニッケル系メッキ層３の表面にＩ
ａｍ当り５乃至２０個の割れ５を有するタングステンカ
ーバイト層４を形成したタングステンカーバイトのコー
ティング部材１とその製造方法に関するものである。

まず、製造方法について説明する。

金属基材であるアルミニウム２はコーティング層３，４
を形成した後の表面粗さに影響を及ぼさないように所望
の表面粗さに研磨加工しておく。

吹に、上記アルミニウム基材２に５乃至２５μｍの厚さ
のニッケル系メッキ層３を形成する。その形成方法は広
く実用化されている無電解メッキによってニッケルリン
メッキ層を形成する。なお、ニッケルリンメッキ層に代
えてニッケル単体のメッキ層或いはＮ１−Ｂメッキ層を
形成してもよい。

次に、上記メッキ層３をコーティングしたアルミニウム
基材２に５乃至１５μｍの厚さのタングステンカーバイ
ト層４を形成する。その形成方法は雰囲気温度３００〜
５００℃の低温化学蒸着法によって行なう。第３図は上
記低温化学蒸着法によってタングステンカーバイト層４
を形成するための化学蒸着（ＣＶＤ）装置１０の全体構
成を示すもので、気相化学反応炉としてのレトルト１１
と、レトルト１１内の空気を吸引して約１０〜２００Ｔ
ｏｒｒに減圧する吸引系１２とレトルト１１内へ混合ガ
スを供給するガス供給系１３としｌ・シト１１内の混合
ガスを排出するガス排出系１４とを具備している。

レトルト１１は、有底円筒状の断熱容器１１ａの内周部
にワーク加熱用の誘導コイルｌｌｂを設け、該誘導コイ
ルｌｌｂから所定間隔をあけて有底円筒状の金属製し）
・ルト本体ｌｉｅを配設し、上部にカバープレートｌｉ
ｄを装着したもので、レトルト本体１１ｃにはガス供給
管１３ｈ、ガス排出管１．４　ａ、吸引管１２ａを導入
している。

吸引系１２はレトルト１１に導入した吸引管１２ａの延
長部に真空ポンプ１．２　ｂを接続したもので、レトル
ト本体１１ｃ内を１０〜２００ＴＯｒｒの範囲の所定の
圧力に減圧できるようになっている。

ガス供給系１３は六弗化タングステン（以下、ＷＦ６と
いう）供給源１３ａとベンゼン併給源１３ｂと水素ガス
供給源１３ｃを備なえている。ＷＦ６供給源１３ａから
供給される液体ＷＦ６はポンプ１３ｄによって加熱器１
３ｅへ圧送され、該加熱器１３ｅで加熱することによっ
てガス化し、Ａｒガスをキャリアガス１３ｆとしてＷＦ
６　／Ａｒの混合ガスを供給する。ベンゼン供給源１３
ｂは上記ＷＦ６供給源１３ａと同様にＡｒガスをキャリ
アガス１３Ｆとし、該キャリアガス１３ｆをベンゼン供
給源１．３　ｂである浴槽内でバブリングさせることに
よってＣ６）（ｅ／Ａｒの混合ガスを供給する。

上記ＷＦ６　／Ａｒ、Ｃ６Ｈ６／Ａｒの混合ガスは水素
ガス供給源１３　ｃからのＨ２ガスと共にガス混合器１
３ｇ内で撹拌混合され、ガス供給管１３ｈを通じてレト
ルト本体１１ｃ内へ供給される。

ガス排出系１４はレトルト本体１１．　ｃ内で反応した
ガスを排出するもので、上記ガス供給管１３ｈから導入
される試料ガスを排出しないようにガス供給管１３ｈと
対向した位置にガス排出管１４ａを導入している。この
排出管１４ａの延長部には永遠ポンプ１４ｂとガス精製
器１４ｃとを介設している。

上記化学蒸着装置１０による化学蒸着方法は、まず、レ
トルト本体１１ｃ内にニッケル系メッキ層３をコーティ
ングしたアルミニウム基材２をセットし、真空ポンプ１
２ｂを作動させてレトルト本体１１ｃ内を減圧後、ガス
供給管１３ｈからキャリアガス１３ＦであるＡｒガスの
みを導入してレトルト本体１１ｃ内を不活性雰囲気に置
換する。

この操作を数回くり返した後、誘導コイルｌｌｂに通電
してレトルト本体１１ｃ内を３００乃至５００℃に加熱
し、ニッケル系メッキ層３を硬化させる。その後、再び
真空ポンプ１２ｂを作動させてレトルト本体１１ｃ内を
約１００Ｔｏｒｒに減圧する。そして、ガス供給系１３
で所定モル濃度に混合したＷＦ６　／Ｃ６Ｈ６／Ｈ２／
Ａｒガスをガス供給管１３ｈを通して導入するとともに
ガス排出系１４の永遠ポンプ１４ｂを作動させてレトル
ト本体１１ｃ内の混合ガスを少量ずつ排出し、レトルト
本体１１ｃ内に混合ガスの流れを形成する。この状態で
混合ガスの供給および排出を所定時間行なうと処理時間
に応じて５乃至１５μｍのタングステンカーバイト層４
を形成することができる。

こうしてタングステンカーバイト層４を形成したコーテ
ィング部材１は、レトルト本体１１ｃ内で自然冷却する
と、基材であるアルミニウム２の熱膨張係数が大きいた
めにタングステンカーバイト層４の表面に１０当り５乃
至２０個の割れ５が生ずる。

上記方法においてタングステンカーバイト層４に生ずる
割れ５の数はニッケル系メッキ層３の厚さ、タングステ
ンカーバイト層４の厚さ、レトルト本体１１ｃ内の雰囲
気温度によって調節される。

く第１実験例〉 アルミニウム基材の表面に５μｍの厚さのニッケルリン
メッキ層を形成し、そのアルミニウム基材にレトルト本
体内の雰囲気温度４００℃で１０μｍの厚さのタングス
テンカーバイト層を形成後、レトルト本体内で自然冷却
させて得られたタングステンカーバイト層の１ｍ当りの
割れ発生数を調べた。ニッケルリンメッキ層の厚さをｔ
ｏ、１５゜２０．２５．３０μｍと変化させて同様の操
作を行ない第４図にグラフで示すような結果が得られた
。この結果からレトルト本体内の雰囲気温度４００℃、
タングステンカーバイト層１０μｍではニッケルリンメ
ッキ層を５〜２５μｍの厚さに形成すればタングステン
カーバイト層１ｃｍ当りに５乃至２０個の割れを有する
タングステンカーバイト層のコーティング部材が得られ
るということがわかった。

く第２実験例〉 アルミニウム基材の表面に１０μｍの厚さの二ッケルリ
ンメッキ層を形成したアルミニウム基材を用意し、その
アルミニウム基材にレトルト本体内の雰囲気温度４００
’Ｃで５μｍの厚さのタングステンカーバイト層を形成
後、レトルト本体内で自然冷却させて得られたタングス
テンカーバイト層の１帥当りの割れ発生数を調べた。タ
ングステンカーバイト層の厚さを１０．１５，２０，２
５゜３０μｍと変化させて同様の操作を行ない第５図に
グラフで示すような結果が得られた。この結果からレト
ルト本体内の雰囲気温度４００’Ｃ、ニッケルリンメッ
キ層１０μｍではタングステンカーバイト層を５〜１５
μｍの厚さに形成すればタングステンカーバイト層１＋
ａｎ当りに５乃至２０個の割れを有するタングステンカ
ーバイト層のコーティング部材が得られるということが
わかった。

く第３実験例〉 アルミニウム基材の表面に１０μｍの厚さのニッケルリ
ンメッキ層を形成し、そのアルミニウム基材にレトルト
本体内の雰囲気温度３００℃で１０μｍの厚さのタング
ステンカーバイト層を形成後、レトルト本体内で自然冷
却させて得られたタングステンカーバイト層の１０当り
の割れ発生数を調べた。レトルト本体内の雰囲気温度を
３５０゜４００．４５０．．５００℃と変化させて同様
の操作を行ない第６図にグラフで示すような結果が得ら
れた。この結果からニッケルリンメッキ層１０μｍ、タ
ングステンカーバイト層１０μｍでは反応可能最低温度
である３００”Ｃからアルミニウム基材で行なえる反応
可能最高温度である５００℃の範囲であればタングステ
ンカーバイト層１ｃｍ当りに５乃至２０個の割れを有す
るタングステンカーバイト層のコーティング部材が得ら
れるということがわかった。

く第４実験例〉 上記第１実験例ないし第３実験例において、割れの数を
左右する媒介変数の最適値として得られた雰囲気温度３
００〜５００　’Ｃ、ニッケルリンメッキ層５〜２５μ
叱タングステンカーバイト層５〜１５μｍの各媒介変数
は、該媒介変数の範囲内で各々の値を組合わせてコーテ
ィング部材を形成した結果、いずれの場合であってもタ
ングステンカーバイト層の表面には１ｃｍ当り５乃至２
０個の割れを有するタングステンカーバイトのコーティ
ング部材を得ることができた。

次に、上記製造方法によって製造されるタングステンカ
ーバイトのコーティング部材ｌについて説明する。

第１図および第２図に示すようにコーティング部材１は
アルミニウム基材２の表面に５乃至２５μｍの厚さのニ
ッケルリンメッキ層３を形成しており、このニッケルリ
ンメッキ層３の表面には５乃至１５μｍの厚さのタング
ステンカーバイト層４を形成している。

上記ニッケルリンメッキ層３は金属基材であるアルミニ
ウム２とタングステンカーバイト層４の中間層として導
入されて付着力の強化を図るとともに、メッキ後の状態
ではビッカース硬さＨｖ１００〜３００程度の比較的軟
かいものであるがタングステンカーバイト層４の形成時
に３００〜５ｏｏ℃で硬化処理されてＨｖ７ｏｏ〜１１
００程度に硬化する。また、ニッケルリンメッキ層３の
熱膨張係数がアルミニウム２とタングステンカーバイト
層４の中間なのでタングステンカーバイト層４に発生す
る割れ５の発生を緩和している。

なお、上記ニッケルリンメッキ層３の代わりにニッケル
単体のメッキ層あるいはＮ１−Ｂメッキ層を形成してい
もよい。

上記タングステンカーバイト層４はビッカース硬さＨｖ
２０００〜２５００と極めて硬く耐摩耗性に優れている
。そして、タングステンカーバイト層４の表面には亀甲
状の割れ５を形成している。

この割れ５は１ｃｒｎの直線距離に５乃至２０本の割れ
５が横切るように形成されており、この割れ５にＭｏＳ
２、テフロン、グラファイト等の潤滑剤６を含浸させる
ことにより耐摩耗性の向上を図っている。また、この割
れ５の深さは基材であるアルミニウム２とコーティング
層であるニッケルリンメッキ層３およびタングステンカ
ーバイト層４の熱膨張係数の差によって生じさせるので
、割れ５の大半はアルミニウム２と最も熱膨張係数の差
が大きいタングステンカーバイト層４に形成されるが、
一部分はニッケルリンメッキ層３まで及ぶ。

〈第５実験例〉 ＩＣ部品供給用のアルミニウム製のシュータ−の表面に
ニッケルリンメッキ層を形成し、そのニッケルリンメッ
キ層の表面に１■当り５乃至２０個の割れを有する本発
明のタングステンカーバイト層を形成したシュータ−を
用意し、該シュータ−の表面に含浸潤滑剤としてＭｏＳ
２を含浸させて使用し、タングステンカーバイト層が剥
離するまでの耐久試験を行なった。比較するものとして
、１ｃｍ当り４以下の割れを有するタングステンカーバ
イト層を形成したシュータ−と１訓当り２１以上の割れ
を有するタングステンカーバイト層を形成したシュータ
−と全く割れを生じないタングステンカーバイト層を形
成したシュータ−とアルミニウム製シュータ−の表面を
アルマイト処理したシュータ−を各々用意し、割れを有
するタングステンカーバイト層を形成したシュータ−に
は含浸潤滑剤としてＭｏＳ２を含浸させて使用し、タン
グステンカーバイト層およびアルマイト処理による酸化
アルミニウム層が剥離するまでの耐久試験を行なって第
７図にグラフで示すような結果を得た。

この結果から本発明のタングステンカーバイト層を形成
したシュータ−は全く割れを生じないタングステンカー
バイト層を形成したシュータ−に比して３〜４倍、アル
マイト処理のシュータ−に比して約１０倍の耐久性があ
ることが確認できた。

また、１ｃｍ当り４以下の割れを有するタングステンカ
ーバイト層を形成したシュータ−と比較した場合は約１
，８倍、１ｃｍ当り２１以上の割れを有するタングステ
ンカーバイト層を形成したシュータ−と比較した場合は
約３〜４倍の耐久性があることが確認できた。このこと
から、１ａ′１１当り５乃至２０個の割れを有するタン
グステンカーバイト層は割れを有することによってコー
ティング層の剥離を招くことなく含浸潤滑剤の含浸によ
って良好な潤滑効果を生じ耐摩耗性を有するコーティン
グ層として最適であることがわかった。

（発明の効果） 第１発明に係るタングステンカーバイトのコーティング
部材は含浸潤滑剤（ＭｏＳ２、テフロン、黒鉛等）の含
浸が良好で、かつタングステンカーバイト層の剥離が少
ない高潤滑性のタングステンカーバイト層が得られる。

第２発明に係るタングステンカーバイトのコーティング
部材の製造方法はニッケル系メッキ層の厚さとタングス
テンカーバイト層の厚さと雰囲気温度の調節によって冷
却工程で発生するタングステンカーバイト層の割れの数
を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の図面を示し、第１図はタングステンカー
バイトのコーティング部材を示す斜視図、第２図は第１
図の○印で示す部分の拡大図、第３図はタングステンカ
ーバイト層を形成するための化学蒸着装置の全体構成を
示す概略図、第４図は第１実験例に係るニッケルリンメ
ッキ層の厚さと割れ発生数の関係を示すグラフ、第５図
は第２実験例に係るタングステンカーバイト層の厚さと
割れ発生数の関係を示すグラフ、第６図は第３実験例に
係るレトルト本体内の雰囲気温度と割れ発生数の関係を
示すグラフ、第７図は第５実験例に係る各コーティング
層を形成したシュータ−のコーティング層が剥離するま
での耐久日数を比較するグラフである。 １・・・・・・タングステンカーバイトのコーティング
部材、２・・・・・・アルミニウム、３・・・・・・ニ
ッケル系メッキ層、４・・・・・タングステンカーバイ
ト層、５・・・・・・割れ。 第１図 第２圀 ５　　１０　　１５　　２０　　２５　　３ＯＮｉ−ｐ
メッキ厚ユＯ１ｍ）→ 第４図 Ｗ２Ｃコーテイング友勇吏厚’−（ｐｍ）→第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物品の素材としてのアルミニウム製基材の表面に
   ニッケル系メッキ層が形成され、そのニッケル系メッキ
   層の表面に１ｃｍ当り５乃至２０個の割れを有するタン
   グステンカーバイト層が形成されたことを特徴とするタ
   ングステンカーバイトのコーティング部材。（２）物品
   の素材としてのアルミニウム製基材の表面に５乃至２５
   μｍの厚さのニッケル系メッキ層を形成し、そのニッケ
   ル系メッキ層の上に雰囲気温度３００乃至５００℃で５
   乃至１５μｍの厚さのタングステンカーバイト層を化学
   蒸着して、そのタングステンカーバイト層に１ｃｍ当り
   ５乃至２０個の割れを生じさせることを特徴とするタン
   グステンカーバイトのコーティング部材の製造方法。