JPH02173265A

JPH02173265A - 鉄―炭化物系複合皮膜の形成法

Info

Publication number: JPH02173265A
Application number: JP32773088A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishida; 章石田; Atsushi Takei; 厚武井; Haruo Doi; 土肥　春夫
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-07-04
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH0623427B2

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）この発明は、鉄−炭化物系複合皮膜の形成法に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、耐蝕性、耐卆
耗性に優れた秩−炭化物系複合皮膜を簡単な操作で皮膜
することのできる新しい鉄炭化物系複合皮膜の形成法に
関するものである。

（従来の技術とその課題）鉄鋼材料は、構造材料としてこれまでに幅広い分野で用
いられてきており、これを使用する際に、耐摩耗性が要
求される場合ら少なくない。

鉄鋼材料に耐牽耗性を付与するために、従来より、形成
法が行われてきている。また、最近、イオン注入法によ
る鉄鋼材料の耐牽耗性の改善も試みられてもいる。

しかしながら、従来の形成法においては、高温での表面
処理に加えて、表面処理後に熱処理を行う必要があり、
これによって、鉄鋼材料に変形または割れが発生するの
が避けられなかった０、ｔた、イオン注入法においても
、鉄鋼材料へのセラミッり成分の注入深さや注入量には
制限があり、所望の耐摩耗性を実現するのは極めて困難
であった。

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、
従来法の鉄鋼材料への耐摩耗性付与の欠点を解消し、耐
蝕性、耐摩耗性に優れた跣−炭化物系複合皮膜を簡単な
操作で被覆することのできる新しい鉄鋼材料用等の鉄−
炭化物系複合皮膜の形成法を提供することを目的とし、
ている。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するなめに、炭化物を形
成しやすい元素とｅ（Ｆｅ）との混合蒸気に炭化水素含
有ガスを混合し、プラズマ化学反応により基板上に鉄−
炭化物系の複合皮膜を被覆することを特徴とする鉄−炭
化物系複合皮膜の形成法を提供する。

この発明においては、炭化物を形成しやすい元素として
、好ましくは第■ａ族、第Ｖ’ａ族または第Ｖｌ　ａ族
に属する元素、あるいはＳｉもしくはＢから適宜なしの
を選択する。これらの元素は、容易に炭化物を形成し、
またこれらの元素からなる炭化物は、高い硬度を有し、
しかも金属との相性にも優れているという性質を有して
もいる。

鉄（Ｆｅ）は、これに対し、炭化物を形成し難く、特に
下地が鉄鋼材料の場合には、脆い中間ノーなどを下地表
面に形成する心配はなく、また鉄鋼材料とも馴染みやす
い。

これらの炭化物を形成しやすい元素と鉄（Ｆｅ）との混
合蒸気を形成するには、第１Ｖ　ａ族、第Ｖａ族または
第Ｖｉａ族に属する金属あるいは半金属としての性質を
も有するＳｔまたはＢと鉄（Ｆｅ）とを、各々、別々に
蒸発させて混合蒸気とするか、または第ＪＶ　ａ族、第
Ｖａ族または第■ａ族に属する金属あるいはＳｉもしく
はＢと鉄（Ｆ　（！　）との合金を蒸発させることで混
合蒸気としてもよい。

このうような金属、半金属あるいは合金は、加熱または
電子ビーム照射などにより溶融蒸発させることができる
。

また、この混合蒸気に混合する炭化水素ガスとしては、
発生させるプラズマ内で炭素と水素に分解することがで
きるものを任意に採用することができる。好適には、そ
の分解が容易で、かつ安価で購入することのできるアセ
チレン、メタン等の低級炭化水素を例示することができ
る。この炭化水素ガスを導入する時のガス分圧は、グロ
ー放電が発生しやすい約１０−’Ｔｏｒｒ程度とするの
が好ましい。この炭化水素ガスにキャリアガスとして、
アルゴン、窒素等の不活性ガスを添加混合することもで
きる。

プラズマ化学反応を進行させるプラズマの形成方法につ
いては、特に制限はなく、直流バイアス方式によるプラ
ズマ形成、高周波励起方式によるプラズマ形成などの適
宜な方式を用いることができる。直流バイアス方式の場
合、プローブ電極に印加する電圧は、正の３０〜１５０
Ｖ程度とする。

このようにして反応ガスのイオン化を促進することは、
基板上に形成する複合被服の組繊を微細化させ、その結
果として、複合皮膜の硬度が向上することとなる。

複合皮膜形成時のコーティング温度は、高すぎると複合
皮膜の組織が粗大化し、硬度の低下の原因となるため、
６００　’Ｃ以下とするのが好上しい。

（作　用）この発明の鉄−炭化物系複合皮膜の形成法においては、
鉄鋼材料を鉄−炭化物系複合膜で被覆するという簡単な
方法で、耐蝕性および耐摩耗性を有する優れた機能的な
鉄鋼材料を製造することができる。

また、この方法により、磁性材料も取得することが可能
となる。

（実施例）以下実施例を示し、この発明についてさらに詳しく説明
する。

蒸発源として、Ｆｅ−５０％Ｔ１合金を、炭化水素ガス
として、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）を用いて以下の条件下
でイオングレーティングにより基板上に皮膜を生成させ
た。

ガ　　ス　　分　　圧：　　　４　ｘ　１　０−’Ｔｏ
ｒｒバイアス電圧：　　＋５０Ｖ（プローブ電極）、コ
ーティング温度＝４００°Ｃ生成した皮膜についてＥＰＭＡによる組成分析を行った
。生成した皮膜の組成が、Ｔｔ：Ｃ：Ｆｅ＝１９：３０：５１になっていることが
確認された。

よな、生成した皮膜をＸ線回折分析および炭素に対する
オージェ分光分析によって、その状態分析を行った。そ
の結果を第１図および第２図に示した。第１図および第
２図からも明らがなように、生成した皮膜は、鉄（Ｆｅ
）とＴＩＣを主成分とする炭化物で構成されていること
が確認された。

さらに、この複合皮膜について硬度測定を行った。ビッ
カース硬度で１２００であった。充分な硬度か確認され
た。

もちろん、以上の例によってこの発明は限定されるもの
ではない、蒸発源物質および炭化水素含有ガスの種類、
蒸着方法およびその条件、プラズマ発生方式等の細部に
ついては様々な態様が可能であることはいうまでもない
。

（発明の効果）この発明の鉄−炭化物系複合皮膜の形成法によって、極
めて簡便に鉄鋼材料に耐蝕性および耐摩粍性を付与する
ことができる。このため、鉄鋼部材の聾命を著しく長く
することができ、高耐久性の鉄鋼構造体を製造すること
ができる。また、原料粉末を必要としないことがら、金
属−セラミック複合膜を安価で、しがも簡便に製造する
ことができる。そのセラミック成分量を任意に所定の量
に制御することも可能となる。

さらにまた、鉄（Ｆｅ）が磁性を有するため、耐摩粍性
にも優れた磁性材料を簡便に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法で製造した鉄−炭化物系複合
皮膜のＸ線回折分析を示した相関図である。第２図は、この発明の方法で製造した鉄−炭化物系複合
皮膜の炭素に対するオージェ分光分析を示した相関図で
ある。神許出願人　　　科学技術庁金騙材料技術研究所長中用
龍− 第　　２図第　　１図２θ（Ｃｕにα）Ｅ（ｅＶ）（ａ）　　Ｆｅ−Ｔｉ−Ｃ（ｂ）　　グラファイト（Ｃ）　　ＴｉＣ手続補正書

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化物を形成しやすい元素と鉄（Ｆｅ）との混合
蒸気に炭化水素含有ガスを混合し、プラズマ化学反応に
より基板上に鉄−炭化物系の複合皮膜を被覆することを
特徴とする鉄−炭化物系複合皮膜の形成法。
（２）炭化物を形成しやすい元素が、第IVａ族、第Ｖａ
族または第VIａ族に属する元素、あるいはＳｉもしくは
Ｂである請求項（１）記載の鉄−炭化物系複合皮膜の形
成法。
（３）請求項（１）記載の鉄−炭化物系複合皮膜の形成
法によつて製造される鉄鋼構造材。
（４）請求項（１）記載の鉄−炭化物系複合皮膜の形成
法によって製造される磁性材料。