JPH0215183A - Surface reforming method and surface reforming device - Google Patents

Surface reforming method and surface reforming device

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JPH0215183A
JPH0215183A JP16262388A JP16262388A JPH0215183A JP H0215183 A JPH0215183 A JP H0215183A JP 16262388 A JP16262388 A JP 16262388A JP 16262388 A JP16262388 A JP 16262388A JP H0215183 A JPH0215183 A JP H0215183A
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particle irradiation
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健一 夏井
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大畠 耕吉
Tadashi Sato
忠 佐藤
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Abstract

PURPOSE:To allow adequate reforming and reinforcing of only the part of a large-sized structure by constituting a large-sized sample so as to constitute a part of a vacuum vessel and irradiating the sample surface on the vessel side with charge particles. CONSTITUTION:The part to be worked of the large-sized structure 12 is supported by a sealing device 13 having a flexible structure in such a manner as to be exposed to an atmosphere 3 in the vessel so that the entire part in the vacuum vessel 1 is kept hermetic. A charge particle irradiation device 4 or an electron beam irradiation device is mounted in the vacuum vessel 1. Gas is introduced from a gas introducing port 19 into the vessel and a DC voltage is impressed between a filament 5 and the vessel 1 to form gaseous plasma. The metal 10 in a crucible 9 is evaporated. A voltage is impressed between drawing-out electrodes 7-1 and 7-2 and the positive charge ions are drawn out of the plasma into the atmosphere 3. The surface of the structure 12 is then irradiated with these ions. TiN, etc., are deposited on the partial surface of the structure 12 with the good adhesive property in such a manner.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、荷電粒子を照射することによって、試料表面
の性質を変える表面改質装置に係り、特に、大型構造物
の表面を部分的に改質するために用いて好適な表面改質
装置および表面改質方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a surface modification device that changes the properties of a sample surface by irradiating charged particles with the surface of a large structure. The present invention relates to a surface modification device and a surface modification method suitable for use in surface modification.

[従来の技術] 荷電粒子を照射することにより、試料の表面の性質を変
える表面改質装置に関する従来技術として、例えば、ジ
ャーナル オブ バキューム サイエンス アンド テ
クノロジー、A4−(3)。
[Prior Art] As a prior art related to a surface modification device that changes the properties of the surface of a sample by irradiating charged particles, for example, Journal of Vacuum Science and Technology, A4-(3).

(1,986年)、第784頁〜第787頁(J ou
rnal  ofVacuum  Sc〕−ence 
 &   Technology  A4(3)。
(1,986), pp. 784-787 (Jou
rnal of Vacuum Sc〕-ence
& Technology A4 (3).

(1986) 、pp784〜787)等に記載された
技術が知られている。この従来技術は、イオン源からの
荷電粒子と電子ビーム蒸発装置から蒸発した金属ガスに
よって、容器内に配置した試料表面に、蒸発金属と荷電
粒子との化合物による膜を形成するものである。
(1986), pp. 784-787) and the like are known. In this conventional technique, a film of a compound of evaporated metal and charged particles is formed on the surface of a sample placed in a container using charged particles from an ion source and metal gas evaporated from an electron beam evaporator.

[発明が解決しようとする課題] 前記従来技術は、試料が小さく試料に真空容器内に収納
できる場合には、その試料に荷電粒子ビ11を照射して
、試料の表面改質を行うことかできるが、試料が大きく
、真空容器に収納できない場合には、その試料の表面改
質をt5うことがてきないものであった。
[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned prior art proposes that when the sample is small and can be stored in a vacuum container, the surface of the sample is modified by irradiating the sample with charged particles B11. However, if the sample is too large to be stored in a vacuum container, the surface modification of the sample cannot be carried out at t5.

一般に、荷電粒子を照射するためには、荷電粒子の飛行
領域、すなわち、前述の従来技術における真空容器の内
部は、その圧力が10−3〜10−5ゴ゛Orrの真空
状態である必要かあり、真空IJI気できない状態では
、荷電粒子照射を用いて表面改質を行う方法は採用する
ことができないと考えられていた。そのため、試料は、
真空容器の中に納められるものという考え方が一般的で
あった。
Generally, in order to irradiate charged particles, the flight region of the charged particles, that is, the inside of the vacuum container in the prior art described above, needs to be in a vacuum state with a pressure of 10-3 to 10-5 GoOrr. It was thought that a method of surface modification using charged particle irradiation could not be adopted in a state where vacuum IJI was not possible. Therefore, the sample
The general idea was that it could be stored in a vacuum container.

例えば、水力発電機用水車は、土砂を含んだ高速の水流
にさらされるため、その水車の羽根の上流側先端部近傍
のみか摩耗してしまうという問題があり、これを解決す
るため、現在は、溶射9部分焼入れ、溶融などの方法で
部分的な表面硬化を実施して耐摩耗性の向上を図ってい
る。
For example, water turbines for hydroelectric generators are exposed to high-speed water flows containing sediment, so there is a problem in which only the upstream tips of the turbine blades wear out. , thermal spraying, 9-part quenching, melting, and other methods to partially harden the surface to improve wear resistance.

前述のような用途に荷電粒子照射による表面改質、前述
の例では、耐摩耗性の向上への表面改質を行うことがで
きれば非常に有効である。しかし、従来、大型構造物の
一部分に荷電粒子照射を実施する方法は知られていなか
った。
It would be very effective to perform surface modification by charged particle irradiation for the above-mentioned applications, and in the above-mentioned example, it would be very effective to perform surface modification to improve wear resistance. However, conventionally, there has been no known method for irradiating a portion of a large structure with charged particles.

本発明の目的は、大型構造物のように全体を真空容器内
に格納することか困難な対象物についてその一部分に荷
電粒子、あるいは電子ビームの照射を可能にし、その表
面改質を行うことを可能にした表面改質装置および表面
改質方法を提供することにある。
The purpose of the present invention is to make it possible to irradiate a portion of an object such as a large structure with charged particles or an electron beam to modify the surface of the object, which is difficult to store entirely in a vacuum container. The object of the present invention is to provide a surface modification device and a surface modification method that make it possible.

[課題を解決するだめの手段] 本発明によれば、前記目的は、表面改質を行うへき大型
試料自身が真空容器の一部となるように、試料自身の改
質すべき表面と表面改質装置の真空容器との間で真空封
止を保持し、真空容器側の試料表面に荷電粒子を照射可
能にすることにより達成される。
[Means for Solving the Problem] According to the present invention, the object is to separate the surface of the sample itself to be modified and the surface modification so that the large sample itself becomes a part of the vacuum vessel. This is achieved by maintaining a vacuum seal between the device and the vacuum container, and making it possible to irradiate the sample surface on the vacuum container side with charged particles.

[作用] 表面改質の対象物である試料の−・部と、表面改質装置
の真空容器とで構成された気密容器部分は、真空排気装
置により排気される。表面改質装置の真空容器側に備え
られる荷電粒子照射装置は、真空排気された容器内で、
対象物表面に荷電粒子を照射し、対象物表面の性質を変
化させることかできる。
[Function] The airtight container portion, which is composed of the sample to be surface modified and the vacuum container of the surface modification device, is evacuated by a vacuum evacuation device. The charged particle irradiation device installed on the vacuum container side of the surface modification device performs irradiation inside the evacuated container.
By irradiating the surface of an object with charged particles, it is possible to change the properties of the object's surface.

これにより、大型構造物に対しても、部分的な表面改質
を施すことが可能となる。
This makes it possible to perform partial surface modification even on large structures.

[実施例] 以下、本発明による表面改質装置及び表面改質方法の実
施例を図面により詳細に説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the surface modification apparatus and surface modification method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す断面図であ
る。第1図において、1は真空容器、2は真空排気装置
、3は容器内雰囲気、4は荷電粒子照射装置、5はフィ
ラメント、6は荷電粒子照射装置の容器、7は引出し、
電極、7−1はプラズマ室側電極、7−2は真空容器側
電極、8は永久磁石群、9はるつぼ、10は金属、11
−は金属粒子、1−2は大型構造物、13は真空シール
装置、1.4,1.6はシール部、15はフレキシブル
構造体、17は真空容器の端面、19はガス導入L1で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a vacuum container, 2 is a vacuum evacuation device, 3 is an atmosphere inside the container, 4 is a charged particle irradiation device, 5 is a filament, 6 is a container of the charged particle irradiation device, 7 is a drawer,
Electrodes, 7-1 is an electrode on the plasma chamber side, 7-2 is an electrode on the vacuum vessel side, 8 is a permanent magnet group, 9 is a crucible, 10 is a metal, 11
- is a metal particle, 1-2 is a large structure, 13 is a vacuum sealing device, 1.4, 1.6 is a sealing part, 15 is a flexible structure, 17 is an end face of a vacuum container, 19 is a gas introduction L1 .

第1図に示す本発明の第1−の実施例は、真空排気装置
2と荷電粒子照射装置4とが取り付けられた真空容器1
及びこの真空容器1の端面17と液加]二物である大型
構造物12との間を真空シールする真空シール装置」3
とにより構成される。
A first embodiment of the present invention shown in FIG.
and a vacuum sealing device for vacuum sealing between the end surface 17 of the vacuum container 1 and the large structure 12 which is the liquid container.
It is composed of

真、空容器1は、真空排気装置2に接続され、その容器
内雰囲気3が10−”I’orr程度まで排気される。
The vacuum, empty container 1 is connected to a vacuum evacuation device 2, and the atmosphere 3 inside the container is evacuated to about 10-''I'orr.

荷電粒子照射装置4は、フィラメント5、フィラメント
5に対して陽極となる容器6により構成され、荷電粒子
照射装置4の容器6内にプラズマを生成する。容器6と
真空容器上との間には引出し電極7が設けられている。
The charged particle irradiation device 4 includes a filament 5 and a container 6 that serves as an anode for the filament 5, and generates plasma in the container 6 of the charged particle irradiation device 4. An extraction electrode 7 is provided between the container 6 and the top of the vacuum container.

この引出し電極7は、プラズマ室側電極7−1、真空容
器側電極7−2の2枚のメツシュ状電極により構成され
ており、電極7−1に対して電極7−2を負の電位とな
るような電圧が印加され、これにより、容器6内のプラ
ズマから正電荷イオンを真空容器1側に引出す。荷電粒
子照射装置4の容器6の外周には、永久磁石群8が磁極
の向きが放射方向となるよう、かつ、隣り合う極性が交
互に変化するように配置されている。真空容器1内には
、例えば、チタン等の金属が入れられたるつは9が置か
れており、金属]−〇は、電子ビー11によって加熱さ
れ金属粒子1.1となって蒸発し、真空容器T内に拡散
する。
This extraction electrode 7 is composed of two mesh-like electrodes, an electrode 7-1 on the plasma chamber side and an electrode 7-2 on the vacuum vessel side, and the electrode 7-2 has a negative potential with respect to the electrode 7-1. A voltage is applied such that positively charged ions are extracted from the plasma in the container 6 to the vacuum container 1 side. On the outer periphery of the container 6 of the charged particle irradiation device 4, a permanent magnet group 8 is arranged so that the magnetic poles are oriented in the radiation direction and the adjacent polarities alternate. Inside the vacuum container 1, a crucible 9 containing a metal such as titanium is placed, and the metal]-〇 is heated by the electronic beam 11 and evaporated into metal particles 1.1, Diffusion into container T.

被加工物である大型構造物12は、例えば、図示の場合
のようにタービン翼等であってよく、その先端部分等の
液加]二部のみが容器内雰囲気3にさらされるように、
フレキシブル構造の真空シール装置13によって支持さ
れ、大型構造物12の−・部を内面に有する真空容器1
の内部全体が気密に保持される。真空シール装置13は
、試料(被加工物)となる大型構造物12の表面に沿う
形のシール部14と、大型構造物12と真空容器」との
間をある程度の自由度をもって連結するためのフレキシ
ブル構造体15、例えば、ベローズ構造の部材と、真空
容器1の端面17と気密結合させるためのシール部16
とにより構成される。
The large-scale structure 12 that is the workpiece may be, for example, a turbine blade as shown in the figure, and the large-scale structure 12 may be a turbine blade or the like as shown in the figure.
A vacuum container 1 supported by a vacuum sealing device 13 having a flexible structure and having a - section of a large structure 12 on its inner surface.
The entire interior is kept airtight. The vacuum seal device 13 includes a seal portion 14 shaped along the surface of a large structure 12 serving as a sample (workpiece), and a seal portion 14 for connecting the large structure 12 and the vacuum container with a certain degree of freedom. A seal portion 16 for airtightly coupling the flexible structure 15, for example, a bellows structure member, to the end surface 17 of the vacuum container 1.
It is composed of

前述のように構成された本発明による表面改質装置によ
って、大型構造物12の一部分、図に示す太い実線で示
した部分18を、耐摩耗性の高い性質に変える場合の方
法を以下に説明する。
A method for changing a portion of the large structure 12, the portion 18 indicated by the thick solid line in the figure, to a property with high wear resistance using the surface modification device of the present invention configured as described above will be described below. do.

ます、大型構造物12と真空容器1を気密に連結し、真
空損気装置2により容器内雰囲気を10−6’rorr
pj度まで充分に排気する。その後、ガス導入[119
から窒素ガスを導入し、容器内圧力10−3〜’J O
−” Torrの状態て、フィラメント5に電流を流す
と同時に、フィラメント5と容器6との間に1ffE流
電圧を印加することにより、フイラメンl−5から発4
Pする熱電子を加速し、容器6内に窒素ガスプラズマを
生成させる。他方、るつぼ9内の金属10であるチタン
等を蒸発させ、容器内雰囲気3内にチタン蒸気を発生さ
せる。この状態で、引出し電極7の2枚の電極7−1.
7/−2間に、10KV〜20KV程度の電圧を印加す
ると、荷電粒子照射装W4の容器6内に生成しているプ
ラズマから正電荷イオンが、真空容器1の容器内雰囲気
3内に引出され、大型構造物↑2の表面を照射する。こ
のとき、正電荷イオンすなわち窒素イオンは、容器内雰
囲気3内にある金属粒子11ずなわちチタン粒子と結合
し、窒化チタンとなり、この窒化チタンが、大型構造物
12の表面に密着性よく堆積する。
First, the large structure 12 and the vacuum container 1 are airtightly connected, and the atmosphere inside the container is reduced to 10-6'rorr by the vacuum gas loss device 2.
Thoroughly exhaust the air to pj degrees. After that, gas introduction [119
Nitrogen gas is introduced from
-''Torr state, by applying a current to the filament 5 and at the same time applying a voltage of 1ffE between the filament 5 and the container 6, the current is emitted from the filament l-5.
Thermionic electrons of P are accelerated to generate nitrogen gas plasma in the container 6. On the other hand, the metal 10 in the crucible 9, such as titanium, is evaporated to generate titanium vapor in the atmosphere 3 inside the container. In this state, the two electrodes 7-1.
When a voltage of about 10KV to 20KV is applied between 7/-2, positively charged ions are extracted from the plasma generated in the container 6 of the charged particle irradiation device W4 into the atmosphere 3 inside the vacuum container 1. , irradiates the surface of large structure ↑2. At this time, the positively charged ions, that is, the nitrogen ions combine with the metal particles 11, that is, the titanium particles, in the atmosphere 3 inside the container to form titanium nitride, and this titanium nitride is deposited on the surface of the large structure 12 with good adhesion. do.

前述した本発明の第1の実施例によれば、加工対象とな
る大型構造物全体を真空容器内に入れる必要がないので
、表面改質装置は小型のものでよく、また、大型構造物
を固定した状態で、構造物の所要の部分のみの表面改質
を行うことが可能となる。
According to the first embodiment of the present invention described above, it is not necessary to put the entire large structure to be processed into a vacuum container, so the surface modification device can be small-sized, and the large structure can be processed easily. It becomes possible to perform surface modification on only the required portions of the structure in a fixed state.

また、本発明の第1の実施例による表inj改質装置を
用いる方法は、金属の蒸着とイオンの照射を同時に実施
しているので、加工の対象となる大型構造物の温度を」
ユげることなく、大型構造物の表面に充分密着性のよい
膜を形成することができるので、すでに熱処理等のプロ
セスを経た構造体についても、構造体の状態を変化させ
ることなく加工を実施することができ、この加工によっ
て、熱応力等が発生することもない。すなわち、前述の
本発明の第1の実施例によれば、大型構造体として機械
加工、熱処理等が完了し、組立てられている状態のもの
であっても、その構造体の表面改質を行うことが可能と
なる。
In addition, in the method using the surface inj reforming apparatus according to the first embodiment of the present invention, metal vapor deposition and ion irradiation are performed simultaneously, so the temperature of the large structure to be processed can be reduced.
It is possible to form a film with sufficient adhesion on the surface of a large structure without fading, so even structures that have already undergone processes such as heat treatment can be processed without changing the state of the structure. This process does not generate thermal stress or the like. That is, according to the first embodiment of the present invention described above, even if the large structure has undergone machining, heat treatment, etc. and is assembled, the surface of the structure can be modified. becomes possible.

第2図は本発明の第2の実施例の構成を示す断面図であ
る。第2図において、21は平面状の大型構造体、22
は第2の荷電粒子照射装置、23は表面改質部であり、
他の符号は第1図の場合と同一である。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 21 is a large planar structure, 22
is a second charged particle irradiation device, 23 is a surface modification part,
Other symbols are the same as in FIG. 1.

第2図に示す本発明の第2の実施例は、加工対象とする
大型構造物が平面である場合に本発明を適用した例であ
り、第1図に示すと同様な荷電粒子照射装置4と、第1
の荷電粒子照射装置4とは別に第2の荷電粒子照射装置
22とを備え、第1の荷電粒子照射装置4とは異なる種
類の荷電粒子を照射可能としている。また、この実施例
では、大型構造物21を平面構造としているので、第1
の実施例のようなフレキシブル構造の真空シール装置が
不要となり、本発明による表面改質装置は、単に、大型
構造物12の平面上の表面改質を実施する部分に置かれ
た状態で使用され、その間の真空シールは、公知の○リ
ング等により行うことが可能である。
A second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is an example in which the present invention is applied when a large structure to be processed is a flat surface, and a charged particle irradiation device 4 similar to that shown in FIG. and the first
A second charged particle irradiation device 22 is provided separately from the charged particle irradiation device 4 , and is capable of irradiating charged particles of a different type from that of the first charged particle irradiation device 4 . Further, in this embodiment, since the large structure 21 has a planar structure, the first
There is no need for a vacuum sealing device with a flexible structure as in the embodiment, and the surface modification device according to the present invention can be used simply by being placed on the flat surface of the large structure 12 where the surface modification is to be performed. , vacuum sealing between them can be performed using a well-known O ring or the like.

真空容器1は、平面上の大型構造体21の一部を利用し
て容器内雰囲気3を構成しており、真空排気装置2によ
って排気される。第1の荷電粒子照射装置4は、第1図
に示すものと同一の構造を有しており、第2図にはその
詳細を省略して図示していない。この第1の荷電粒子照
射装置4は、窒素イオン等の常温で気体である物質のイ
オンを照射する。他方、第2の荷電粒子照射装置22は
、金属イオン等の常温で固体の物質のイオンを照射1] するために用いられる。金属イオン照射装置としては、
たとえば、シン ソリッド フィルムダ(Thjn  
5olid  Fi]ms)第9巻(1982)、第1
頁〜第9頁に記載されたクラスターイオンビーム発生装
置等を用いることができる。
The vacuum container 1 uses a part of a large planar structure 21 to form a container internal atmosphere 3, which is evacuated by a vacuum evacuation device 2. The first charged particle irradiation device 4 has the same structure as that shown in FIG. 1, and its details are omitted and not shown in FIG. This first charged particle irradiation device 4 irradiates with ions of a substance that is a gas at room temperature, such as nitrogen ions. On the other hand, the second charged particle irradiation device 22 is used to irradiate ions of a substance that is solid at room temperature, such as metal ions. As a metal ion irradiation device,
For example, Thjn
5solid Fi]ms) Volume 9 (1982), No. 1
The cluster ion beam generator described on pages 9 to 9 can be used.

第2図に示す本発明の第2の実施例を用いる大型構造物
21に対する表面改質は、次のようにして実施される。
Surface modification of a large structure 21 using the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is carried out as follows.

真空容器」を真空封止状態として大型構造体21に取り
付け、真空排気装置2で容器内雰囲気3を10−’To
rrまで排気する。その後、ガス導入口19から、例え
ば、窒素ガスを導入し、容器6内でガスをプラズマに生
成し、引出し電極7により窒素イオンを容器内雰囲気中
に引出し、大型構造物21の容器内雰囲気3に面した部
分に、この窒素イオンをイオンビームとして照射する。
The "vacuum container" is sealed in a vacuum state and attached to the large structure 21, and the atmosphere 3 inside the container is heated to 10-'To
Exhaust to rr. Thereafter, for example, nitrogen gas is introduced from the gas inlet 19 to generate plasma in the container 6 , and the extraction electrode 7 extracts nitrogen ions into the atmosphere inside the container. This nitrogen ion is irradiated as an ion beam onto the part facing the area.

また、前述と同時に、第2の荷電粒子照射装置22から
、例えば、チタンや硼素等をイオン化して、比較的低い
電圧(数100V〜数KV)で容器内雰囲気中に引出し
、大型構造物21にイオンビームとして照射する。これ
により、大型構造物2]の所定部分の表面改質部23に
、窒化チタンあるいは窒化硼素等の膜が形成される。
At the same time as described above, for example, titanium, boron, etc. are ionized from the second charged particle irradiation device 22 and drawn out into the atmosphere inside the container at a relatively low voltage (several 100 V to several KV), and the large structure 21 is irradiated with an ion beam. As a result, a film of titanium nitride, boron nitride, or the like is formed on the surface modified portion 23 of a predetermined portion of the large structure 2].

前述において、荷電粒子照射装置4から荷電粒子を引出
すときの加速電圧あるいは荷電粒子照射装置22から照
射されるイオン量等を制御することにより、大型構造物
12の表面改質部23に形成される膜の接着強度、結晶
構造、配向性等を制御することが可能である。これによ
り、大型構造物の一部分に硬度や耐蝕性、耐摩耗性に優
れた特性を有する膜を形成することができる。
In the above description, by controlling the accelerating voltage when extracting charged particles from the charged particle irradiation device 4 or the amount of ions irradiated from the charged particle irradiation device 22, the particles are formed on the surface modified portion 23 of the large structure 12. It is possible to control the adhesive strength, crystal structure, orientation, etc. of the film. As a result, a film having excellent hardness, corrosion resistance, and wear resistance can be formed on a portion of a large structure.

前述した本発明の第2の実施例は、加工対象となる大型
構造物が平面上の場合であり、第1図に示した第1の実
施例のようなフレキシブル構造の真空シール装置を不要
とすることができ、また、真空容器1を大型構造物21
の」二面上で、真空シール状態を保持したまま走行でき
るようにすることが可能であり、大型構造物21−の表
面改質部分23を連続的に延長することが可能となる。
The second embodiment of the present invention described above is a case where the large structure to be processed is on a flat surface, and there is no need for a vacuum sealing device with a flexible structure like the first embodiment shown in FIG. Also, the vacuum container 1 can be used as a large structure 21.
It is possible to run on both sides of the large structure 21- while maintaining a vacuum-sealed state, and it is possible to continuously extend the surface-modified portion 23 of the large structure 21-.

従って、本発明によれば、大面積を有する平面上の犬型
構造物の広い面についても表面改質を施すことができる
Therefore, according to the present invention, it is possible to perform surface modification on a wide surface of a planar dog-shaped structure having a large area.

第3図は本発明の第3の実施例の構成を示す断面図であ
る。第3図においで、31は大型構造物、33は第3の
荷電粒子照射装置、34は表面改質部であり、他の符号
は第1図の場合と同一である。
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, 31 is a large structure, 33 is a third charged particle irradiation device, 34 is a surface modification section, and other symbols are the same as in FIG. 1.

第3図に示す本発明の第3の実施例は、荷電粒子照射装
置を3個設けた例であり、第2図に示した本発明の第2
の実施例に対して、被加工物の表面改質の過程で、第1
の荷電粒子照射装置4とは異なる加速エネルギーの荷電
粒子、正イオンビー11に限らず、電子ビーム等をも照
射可能としたものである。この本発明の第3の実施例は
、真空容器1、真空排気装置2、大型構造物31、フレ
キシブル構造の真空シール装置43、第1の荷電粒子照
射装置4、第2の荷電粒子照射装置22、第3の荷電粒
子照射装置33によって構成され、大型構造物31の一
部に表面改質部34を形成するものである。
The third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is an example in which three charged particle irradiation devices are provided, and the second embodiment of the present invention shown in FIG.
For example, in the process of surface modification of the workpiece, the first
The charged particle irradiation device 4 can irradiate not only charged particles with an acceleration energy different from that of the charged particle irradiation device 4, such as positive ion beams 11, but also electron beams and the like. The third embodiment of the present invention includes a vacuum container 1, a vacuum evacuation device 2, a large structure 31, a flexible vacuum seal device 43, a first charged particle irradiation device 4, and a second charged particle irradiation device 22. , a third charged particle irradiation device 33, and forms a surface modification portion 34 in a part of the large structure 31.

この第3の実施例において、第1の荷電粒子照射装置4
は、窒素あるいは酸素等のイオンビームを比較的高エネ
ルギー(IOKV〜50KV程度)で照射し、この照射
中、第2の荷電粒子照射装置22は、チタンや硼素等の
イオンビームを比較的低いエネルギー(数100V〜数
KV程度)で照射し、大型構造物31の所定の部分に表
面改質部34を形成する。この方法は、第2図により説
明した方法と同一である。そして、この実施例における
第3の荷電粒子照射装置33は、大型構造物31の表面
改質部34に、電子ビームあるいはアルゴン等の不活性
ガスのイオンビームを照射する。
In this third embodiment, the first charged particle irradiation device 4
irradiates an ion beam of nitrogen or oxygen with relatively high energy (about IOKV to 50KV), and during this irradiation, the second charged particle irradiation device 22 irradiates an ion beam of titanium, boron, etc. with relatively low energy. (approximately several hundred volts to several kilovolts) to form a surface modified portion 34 in a predetermined portion of the large structure 31. This method is the same as that described with reference to FIG. The third charged particle irradiation device 33 in this embodiment irradiates the surface modification portion 34 of the large structure 31 with an electron beam or an ion beam of an inert gas such as argon.

この第3の荷電粒子照射装置33により照射される荷電
粒子のビームは、大型構造物34の表面に形成される表
面改質部34の性質を変えるために利用することができ
る。例えば、このビームは、熱的作用を行うことができ
、第]の荷電粒子照射装置4からの高エネルギー粒子に
よって、大型構造物34の表面改質部に発生した応力を
緩和することができる。また、このビームは、第1、第
2の荷電粒子照射装置からの正イオン照射による大型構
造物31表面への正電荷の残留を中和して、残留正電荷
を無くすことができる。一般に、大型構造物表面等への
正電荷の残留は、腐食の要因となるので、第3の荷電粒
子照射装置33より、電子ビームを照射すれば、表面を
中性化して、耐腐食性を向上させることができる。
The charged particle beam irradiated by the third charged particle irradiation device 33 can be used to change the properties of the surface modification portion 34 formed on the surface of the large structure 34. For example, this beam can perform a thermal effect, and the stress generated in the surface modification portion of the large structure 34 can be alleviated by the high-energy particles from the second charged particle irradiation device 4. Further, this beam can neutralize residual positive charges on the surface of the large structure 31 due to positive ion irradiation from the first and second charged particle irradiation devices, thereby eliminating residual positive charges. Generally, residual positive charges on the surface of large structures are a cause of corrosion, so if the electron beam is irradiated from the third charged particle irradiation device 33, the surface will be neutralized and corrosion resistance will be improved. can be improved.

前述の本発明の第3の実施例によれば、大型構造物の一
部に、例えば、窒化チタン、窒化硼素等の耐摩耗性に優
れ、さらに、耐腐食性に優れた緻密な膜による残留応力
による歪のない表面改質部34を形成することができる
According to the third embodiment of the present invention described above, a part of a large structure is coated with a dense film made of titanium nitride, boron nitride, etc., which has excellent wear resistance, and also has excellent corrosion resistance. It is possible to form a surface modified portion 34 that is free from stress-induced distortion.

この本発明の第3の実施例においては、第3の荷電粒子
照射装置33を用いて、対象物である大型構造物の表面
改質部に電子ビームを照射し、表面の活性度を低下させ
、耐蝕性を向上させるようにしているが、第1図、第2
図に示す本発明の第1、第2の実施例においても、大型
構造物に表面改質部形成後、第1の荷電粒子照射装置4
の引出し電極7の2つの電極7−1.7−2に印加する
電圧を逆極性とすることにより、荷電粒子照射装]6 置の容器6内に生成されたプラズマから電子を引出して
、同様な作用を行わせることができる。
In the third embodiment of the present invention, the third charged particle irradiation device 33 is used to irradiate the surface-modified portion of the target large structure with an electron beam to reduce the activity of the surface. , the corrosion resistance is improved, but the
Also in the first and second embodiments of the present invention shown in the figures, after forming the surface modified portion on the large structure, the first charged particle irradiation device 4
By setting the voltages applied to the two electrodes 7-1 and 7-2 of the extraction electrode 7 of the charged particle irradiation device to have opposite polarities, electrons can be extracted from the plasma generated in the container 6 of the charged particle irradiation device. It is possible to perform various actions.

第4図は本発明の第4の実施例の構成を示す断面図であ
る。第4図において、42は電子源、43は電子加速電
極、44は電子収束電極、45は偏向電極であり、他の
符号は第3図の場合と同一である。
FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, 42 is an electron source, 43 is an electron accelerating electrode, 44 is an electron focusing electrode, and 45 is a deflection electrode, and the other symbols are the same as in FIG. 3.

この本発明の第4の実施例は、真空容器]−内に電子源
42と、電子源42からの電子を制御するための電極4
3〜45を設け、電子ビームにより大型構造物31の表
面改質を行うものである。
This fourth embodiment of the present invention includes an electron source 42 in a vacuum vessel and an electrode 4 for controlling electrons from the electron source 42.
3 to 45 are provided to modify the surface of the large structure 31 with an electron beam.

この実施例において、真空排気装置2が容器内雰囲気3
を充分に低い圧力まで排気すると、電子源42により発
生した電子は、電極4.3.44により加速、収束され
てビーム状に形成され、偏向電極45に印加する電圧を
制御することにより、大型構造物34の表面の所定の範
囲内を走査する。
In this embodiment, the vacuum evacuation device 2
When the electron source 42 is evacuated to a sufficiently low pressure, the electrons generated by the electron source 42 are accelerated and focused by the electrode 4.3.44 to form a beam, and by controlling the voltage applied to the deflection electrode 45, a large A predetermined range of the surface of the structure 34 is scanned.

収束した電子ビームを照射することにより、大型構造物
の表面改質部34は、加熱、溶融され、大型構造物の表
面近傍の特性が変質する。
By irradiating the focused electron beam, the surface modified portion 34 of the large structure is heated and melted, and the characteristics near the surface of the large structure are altered.

前述の本発明の第4の実施例は、真空容器1内に電子源
と、該電子源からの電子を制御する電極を備えるのめで
あるので、真空容器1を小型にできるという効果を有す
る。特に、所要の表面改質部の面積が小さい場合に有効
である。また、真空排気装置2をプラグイン方式に構成
し、フレキシブル構造の真空装置]−3を、ゴム状の弾
性体で構成し、大型構造体に押し付ける程度で真空シー
ルが確保できる形状とすれば、ハンディな小型な表面改
質装置を提供することが可能となる。また、前述した本
発明の第3.第4の実施例において、大型構造物31の
表面の凹凸が少ない場合には、真空容器1内を真空状態
に保持したまま、真空容器1を大型構造物の表面1−で
移動させることが可能である。
The fourth embodiment of the present invention described above has an effect that the vacuum container 1 can be made smaller because the vacuum container 1 is provided with an electron source and an electrode for controlling the electrons from the electron source. This is particularly effective when the area of the required surface modification portion is small. Furthermore, if the vacuum evacuation device 2 is configured as a plug-in type, and the flexible structure vacuum device]-3 is configured with a rubber-like elastic body and has a shape that can ensure a vacuum seal by pressing it against a large structure, It becomes possible to provide a small and handy surface modification device. Further, the third aspect of the present invention described above. In the fourth embodiment, when the surface of the large structure 31 has few irregularities, it is possible to move the vacuum container 1 on the surface 1- of the large structure while maintaining the inside of the vacuum container 1 in a vacuum state. It is.

[発明の効果] 以」−説明したように、本発明によれば、大型構造物に
対して、荷電粒子を照射する方法により、その一部の表
面の性質を改善することができるので、大型構造物の耐
摩耗性や耐蝕性を要求される部分のみを改質2強化する
ことが可能となる。。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the surface properties of a part of a large structure can be improved by the method of irradiating the large structure with charged particles. It becomes possible to perform modification 2 to strengthen only the parts of the structure that require wear resistance and corrosion resistance. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図、第3図及び第4図はそれぞれ本発明の
第1.第2.第3及び第4の実施例の構成を示す断面図
である。 1  真空容器、2  真空排気装置、3・容器内雰囲
気、4,22.33  ・荷電粒子照射装置、5 ・ 
フィラメント、6 ・ 荷電粒子照射装置の容器、7・
・引出し電極、7−1− プラズマ室側電極、7−2 
 真空容器側電極、8・永久磁石群、9・ るつぼ、1
0・ ・金属、11金属粒子、12,21,31   
大型構造物、]3 ・・真空シール装置、14.16 
−シール部、15・ フレキシフル構造体、17−真空
容器の端面、18,23.34   表面改質部、19
  ガス導入1」、42  電子源、43電子加速電極
、44−電子収束電極、45偏向電極。
FIGS. 1, 2, 3 and 4 respectively represent the first embodiment of the present invention. Second. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configurations of third and fourth embodiments. 1 Vacuum container, 2 Vacuum exhaust device, 3・Atmosphere inside the container, 4,22.33・Charged particle irradiation device, 5・
Filament, 6. Container for charged particle irradiation device, 7.
・Extraction electrode, 7-1- Plasma chamber side electrode, 7-2
Vacuum vessel side electrode, 8. Permanent magnet group, 9. Crucible, 1
0. ・Metal, 11 Metal particles, 12, 21, 31
Large structures, ]3 ・・Vacuum sealing equipment, 14.16
- Seal part, 15 - Flexible structure, 17 - End face of vacuum container, 18, 23.34 Surface modification part, 19
Gas introduction 1'', 42 electron source, 43 electron accelerating electrode, 44 electron focusing electrode, 45 deflection electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空排気装置により大気圧より低い圧力に封止可能
な真空容器と、該真空容器に取り付けられた少なくとも
1個の荷電粒子照射装置または電子ビーム照射装置とを
備え、前記真空容器内の試料表面に荷電粒子または電子
ビームを照射する表面改質装置において、前記試料が前
記真空容器の一部となるように構成したことを特徴とす
る表面改質装置。 2、前記試料と前記真空容器との間が、試料表面に沿う
シール部と、真空容器に対するシール部と、前記両シー
ル部間を接合する可撓性部材とにより構成されるフレキ
シブル構造の真空シール装置で結合されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の表面改質装置。 3、前記試料と前記真空容器との間が、前記フレキシブ
ル構造の真空シール装置を用いることなく結合されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の表面改質装
置。 4、前記真空容器は、その内部が真空状態に保持された
ままで、前記試料の面上を移動可能であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の
表面改質装置。 5、前記真空容器内に少なくとも1個の蒸発装置を備え
、前記荷電粒子照射装置からの荷電粒子の照射と、前記
蒸発装置からの物質の蒸発とを同時に行うことを特徴と
する前記特許請求の範囲第1項ないし第4項のうち1項
記載の表面改質装置。 6、前記荷電粒子照射装置が複数個備えられる場合、そ
れぞれの荷電粒子照射装置は、種類の異なる荷電粒子を
照射することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
第5項のうち1項記載の表面改質装置。 7、前記荷電粒子照射装置は、荷電粒子引出し用の電極
を備え、該電極に印加する電圧の極性を変えることによ
り、電子ビームの照射が可能であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項ないし第6項のうち1項記載の表面
改質装置。 8、機械加工、熱処理等を完了し、組立てられた状態の
大型構造物に対し、荷電粒子照射、電子ビーム照射、あ
るいはその双方を実施することにより、前記大型構造物
の表面を改質することを特徴とする表面改質方法。
[Claims] 1. A vacuum container that can be sealed to a pressure lower than atmospheric pressure by a vacuum evacuation device, and at least one charged particle irradiation device or electron beam irradiation device attached to the vacuum container, A surface modification device for irradiating a surface of a sample in the vacuum container with charged particles or an electron beam, wherein the surface modification device is configured such that the sample becomes a part of the vacuum container. 2. A vacuum seal having a flexible structure between the sample and the vacuum container, consisting of a seal portion along the sample surface, a seal portion for the vacuum container, and a flexible member joining both the seal portions. The surface modification device according to claim 1, characterized in that the surface modification device is coupled with the device. 3. The surface modification apparatus according to claim 2, wherein the sample and the vacuum container are connected without using the flexible vacuum sealing device. 4. The vacuum container according to claim 1, 2, or 3 is characterized in that the vacuum container is movable over the surface of the sample while its interior is maintained in a vacuum state. Surface modification equipment. 5. At least one evaporator is provided in the vacuum container, and irradiation of charged particles from the charged particle irradiation device and evaporation of a substance from the evaporation device are performed simultaneously. The surface modification device according to one of the first to fourth items. 6. When a plurality of charged particle irradiation devices are provided, each of the charged particle irradiation devices irradiates different types of charged particles. The surface modification device described. 7. Claim 1, wherein the charged particle irradiation device is equipped with an electrode for extracting charged particles, and is capable of irradiating an electron beam by changing the polarity of the voltage applied to the electrode. The surface modification device according to item 1 of items 6 to 6. 8. After machining, heat treatment, etc. have been completed, modifying the surface of the large structure by subjecting the assembled large structure to charged particle irradiation, electron beam irradiation, or both. A surface modification method characterized by:
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