JPH02221364A - 非酸化物セラミックスコーティング材料 - Google Patents
非酸化物セラミックスコーティング材料Info
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- JPH02221364A JPH02221364A JP1040154A JP4015489A JPH02221364A JP H02221364 A JPH02221364 A JP H02221364A JP 1040154 A JP1040154 A JP 1040154A JP 4015489 A JP4015489 A JP 4015489A JP H02221364 A JPH02221364 A JP H02221364A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はセラミックス材料、サーメット材料、超硬会合
材料および金属材料の母材表面に、非酸化物セラミック
スをコーティングすることにより、耐食性、耐摩耗性を
向上させた非酸化物セラミックスコーティング材料に関
する。
材料および金属材料の母材表面に、非酸化物セラミック
スをコーティングすることにより、耐食性、耐摩耗性を
向上させた非酸化物セラミックスコーティング材料に関
する。
［従来の技術］
従来、炭化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ホウ素、炭化
アルミニウム、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、
炭化ハフニ゛ウム、炭化クロム、炭化バナジウムの炭化
物セラミックスや、窒化ケイ素、窒化チクニウム、窒化
ホウ素、窒化、アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化
タングステン、′＠化八へニウム、窒化りロム、′？！
化バナジウムの窒化物セラミックスや、ホウ化チタニウ
ム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化ク
ロム、ホウ化タングスデンのホウ化物セラミックスやカ
ーボン専の非酸化物セラミックスは一般的に加ｉ［［５
００ｇ程度のビッカース硬度が２０００ ｋｇｆ／ｃａ
”以上で硬度が高く、また、高温での耐酸化′性や、溶
融金属に対する耐食性が高い特徴があるので、金属、超
硬合金、サーメット、セラミックス材料へ溶射法、塗装
法、？Ｍ合メツキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの種々の
方法でコーティングされている。
アルミニウム、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、
炭化ハフニ゛ウム、炭化クロム、炭化バナジウムの炭化
物セラミックスや、窒化ケイ素、窒化チクニウム、窒化
ホウ素、窒化、アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化
タングステン、′＠化八へニウム、窒化りロム、′？！
化バナジウムの窒化物セラミックスや、ホウ化チタニウ
ム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化ク
ロム、ホウ化タングスデンのホウ化物セラミックスやカ
ーボン専の非酸化物セラミックスは一般的に加ｉ［［５
００ｇ程度のビッカース硬度が２０００ ｋｇｆ／ｃａ
”以上で硬度が高く、また、高温での耐酸化′性や、溶
融金属に対する耐食性が高い特徴があるので、金属、超
硬合金、サーメット、セラミックス材料へ溶射法、塗装
法、？Ｍ合メツキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの種々の
方法でコーティングされている。
溶射法−ｔ？！装法、複合メツキ法では緻密なセラミッ
クスをコーティングすることが困難であり、また密着性
も不十分である。
クスをコーティングすることが困難であり、また密着性
も不十分である。
ＰＶＤ法は緻密で密着性も優れた膜をコーティングする
ことができるが、合成温度が低いために多くのセラミッ
クス材料では非晶質になりその特性を十分発揮できてい
ない。
ことができるが、合成温度が低いために多くのセラミッ
クス材料では非晶質になりその特性を十分発揮できてい
ない。
ＣＶＤ法はコーテイング膜は緻密で、母材との化学反応
を起こし密着強度も強いが、結晶質のコーティングを行
なうためには、−数的には１０００℃以上のコーティン
グ温度を必要とする。コーティング温度が高いと母材と
の熱膨張率の違いから膜に亀裂（クラック）が入ったり
、剥離が起ってしまうものである。
を起こし密着強度も強いが、結晶質のコーティングを行
なうためには、−数的には１０００℃以上のコーティン
グ温度を必要とする。コーティング温度が高いと母材と
の熱膨張率の違いから膜に亀裂（クラック）が入ったり
、剥離が起ってしまうものである。
［発明が解決しようとする課題］
本発明は上記実情に鑑み種々研究した結果、発明したも
のであり、特性的に優れ、緻密な結晶質の非酸化物セラ
ミックス膜をセラミックス材料、サーメット材料、超硬
合金材料および金属材料の表面にコーティングするもの
に関する。
のであり、特性的に優れ、緻密な結晶質の非酸化物セラ
ミックス膜をセラミックス材料、サーメット材料、超硬
合金材料および金属材料の表面にコーティングするもの
に関する。
［課題を解決するための手段〕
本発明はセラミックス材料、サーメット材料、超硬合金
材料および金属材料の母材表面に、初め１２００℃以下
のコーティング温度で、ＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法で、
炭化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ホウ素、炭化アルミ
ニウム、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化ハ
フニウム、炭化クロム、炭化バナジウムの炭化物セラミ
ックスや、窒化ケイ素、窒化チタニウム、窒化ホウ素。
材料および金属材料の母材表面に、初め１２００℃以下
のコーティング温度で、ＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法で、
炭化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ホウ素、炭化アルミ
ニウム、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化ハ
フニウム、炭化クロム、炭化バナジウムの炭化物セラミ
ックスや、窒化ケイ素、窒化チタニウム、窒化ホウ素。
窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化タングステ
ン、窒化八ツニウム、窒化クロム、窒化バナジウムの窒
化物セラミックスや、ホウ化チタニウム、ホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化ハフニウム９ホウ化クロム、ホウ化タン
グステンのホウ化物セラミックスおよびカーボン等のう
ち１種あるいは２種以上の混合組成からなる非酸化物セ
ラミックスを、０．３μｍ以上の厚みでコーティングし
た後、合成温度あるいは原料組成、もしくはその両方を
連続的あるいは断続的に変更させて傾斜構造（結晶層の
量と非晶質層の量とが傾斜状に形成される状態をいう）
を製造し、析出層を非晶質から結晶質へ変化させること
で、母材との剥がれやクラックの発生を防止できる。こ
のように傾斜構造であるので、母材と接触する部分は非
晶質で表面は結晶質になる。また表面層が結晶質である
ので耐食性や耐摩耗性が向上した膜を形成する。
ン、窒化八ツニウム、窒化クロム、窒化バナジウムの窒
化物セラミックスや、ホウ化チタニウム、ホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化ハフニウム９ホウ化クロム、ホウ化タン
グステンのホウ化物セラミックスおよびカーボン等のう
ち１種あるいは２種以上の混合組成からなる非酸化物セ
ラミックスを、０．３μｍ以上の厚みでコーティングし
た後、合成温度あるいは原料組成、もしくはその両方を
連続的あるいは断続的に変更させて傾斜構造（結晶層の
量と非晶質層の量とが傾斜状に形成される状態をいう）
を製造し、析出層を非晶質から結晶質へ変化させること
で、母材との剥がれやクラックの発生を防止できる。こ
のように傾斜構造であるので、母材と接触する部分は非
晶質で表面は結晶質になる。また表面層が結晶質である
ので耐食性や耐摩耗性が向上した膜を形成する。
特に途中でコーティング温度を上げると初めに母材にコ
ーティングされた膜が適当な熱処理をうけた結果となり
、母材との密着性がよくなる効果がある。
ーティングされた膜が適当な熱処理をうけた結果となり
、母材との密着性がよくなる効果がある。
熱ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法も同様の効果があ
る。非晶質コーティング層の厚みが０゜３μｍ以上が好
ましく、また結晶質コーティング層の厚みは全コーティ
ング層の５０％以上が好ましい。
る。非晶質コーティング層の厚みが０゜３μｍ以上が好
ましく、また結晶質コーティング層の厚みは全コーティ
ング層の５０％以上が好ましい。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例１
Ｔ ｉ Ｃ−Ｔ ｉ Ｎ−ＷＣ−Ｎ ｉ −Ｇ ｏ系の
サーメット母材へ硬度と耐酸化特性の優れたＳｉＣをコ
ーティングした。
サーメット母材へ硬度と耐酸化特性の優れたＳｉＣをコ
ーティングした。
まず始めに、５００℃で１０分間０．５μｍの非晶質Ｔ
ｉ Ｃ１ｋＣＶＤ法でコーティングした後、２時間かけ
てコーティング温度を５００℃から１１００℃へ変化さ
せながら同時に原料ガス、ＴｉＣｌ ｓとＣ１，からＳ
ｉＨ４とＣＨ，へ徐々に切替えた。
ｉ Ｃ１ｋＣＶＤ法でコーティングした後、２時間かけ
てコーティング温度を５００℃から１１００℃へ変化さ
せながら同時に原料ガス、ＴｉＣｌ ｓとＣ１，からＳ
ｉＨ４とＣＨ，へ徐々に切替えた。
表面の層はβ−３ｉＣの結晶層となり、全膜厚・は１０
μｍとなった０曲げ強度はｌ ５００ＭＰａｂ’ら１２
００ＭＰａへ若干低下したが、空気中での耐酸化温度は
８００℃から１２００℃へ上がった。また表面のビッカ
ース硬度も１２００ｋｇｆ／■がから１８００ｋｇｆ／
ａｓ”へ増加した。
μｍとなった０曲げ強度はｌ ５００ＭＰａｂ’ら１２
００ＭＰａへ若干低下したが、空気中での耐酸化温度は
８００℃から１２００℃へ上がった。また表面のビッカ
ース硬度も１２００ｋｇｆ／■がから１８００ｋｇｆ／
ａｓ”へ増加した。
比較のため、始めから１１００℃でＳｉＣをコーティン
グした場合は、ＳｉＣ膜に多くのクラックが発生し、一
部膜が剥離した０強度も６００ＭＰａまで低下し、耐酸
化温度の向上もほとんどなかった。
グした場合は、ＳｉＣ膜に多くのクラックが発生し、一
部膜が剥離した０強度も６００ＭＰａまで低下し、耐酸
化温度の向上もほとんどなかった。
実施例２
反応焼結した５ｉ−３ｉＣ焼結体母材の表面にＳｉＣを
コーティングした。
コーティングした。
まず始めに、１１５０℃で２０分間２μｍの非晶質５ｉ
ｓＮｎをＣＶＤ法でコーティングした後３時間かけてコ
ーティング温度を１２５０℃へ上昇させながら同時に原
料ガスを５ｉＣ１４とＮＨ，からＳ ｉ Ｃ１４とＣ，
Ｈ，へ徐々に切替え、１２５０℃で２時間コーティング
を続けた。
ｓＮｎをＣＶＤ法でコーティングした後３時間かけてコ
ーティング温度を１２５０℃へ上昇させながら同時に原
料ガスを５ｉＣ１４とＮＨ，からＳ ｉ Ｃ１４とＣ，
Ｈ，へ徐々に切替え、１２５０℃で２時間コーティング
を続けた。
表面層はβ−３ｉＣの結晶層となり、全膜厚は約３０μ
ｍとなった。
ｍとなった。
本発明でコーティングした材料の曲げ強度は２００ＭＰ
ａでコーティング前と変化はなく、空気中での耐酸化温
度は１０００℃から１３００℃へ上がった。
ａでコーティング前と変化はなく、空気中での耐酸化温
度は１０００℃から１３００℃へ上がった。
１０００℃と室温の間での熱サイクル試験（空気雰囲気
中で１０００℃で１時間放置後、２５℃の部屋に取り出
し、室温迄冷却後、フッ素酸水溶液で表面の酸化膜を取
り除くという試験）を１０回行なった後でも、本発明で
は特性の劣化はなかったが未コーテイング品では強度が
１７０ＭＰａまで低下した。
中で１０００℃で１時間放置後、２５℃の部屋に取り出
し、室温迄冷却後、フッ素酸水溶液で表面の酸化膜を取
り除くという試験）を１０回行なった後でも、本発明で
は特性の劣化はなかったが未コーテイング品では強度が
１７０ＭＰａまで低下した。
比較のため、初めから１３００℃でＳｉＣをコーティン
グした場合は、５ｔｃｌ！ｇにクラックの発生は観察さ
れなかったが、コーテイング膜と母材との熱歪のため、
強度がｌ ００ＭＰａまで低下した。さらに一部では５
ｔｃｌｌｉの剥がれも発生した実施例３ ステンレス鋼に表面硬度を向上させるため、ＶＣをコー
ティングした。
グした場合は、５ｔｃｌ！ｇにクラックの発生は観察さ
れなかったが、コーテイング膜と母材との熱歪のため、
強度がｌ ００ＭＰａまで低下した。さらに一部では５
ｔｃｌｌｉの剥がれも発生した実施例３ ステンレス鋼に表面硬度を向上させるため、ＶＣをコー
ティングした。
まず初めに、４００℃で１０分間０．５μｍの非晶質Ｖ
ＣをプラズマＣＶＤ法でコーティングした後、２時間か
けてコーティング温度を８００℃へ上昇させた０表面の
層はＶＣの結晶層となり、全膜厚は１０μｍとなった。
ＣをプラズマＣＶＤ法でコーティングした後、２時間か
けてコーティング温度を８００℃へ上昇させた０表面の
層はＶＣの結晶層となり、全膜厚は１０μｍとなった。
この場合にも初めから温度を８００℃で行なうとＶＣに
剥がれやクラックが発生した。
剥がれやクラックが発生した。
また、低温だけのコーティングでは膜とステンレス鋼の
密着性が悪く、容易に膜が剥がれてしまった。
密着性が悪く、容易に膜が剥がれてしまった。
実施例４
Ｗ Ｃ−Ｃｏ系の超硬合金の切削チップに耐摩耗性を上
げるため、ＴｉＣ，Ｔ１Ｎｉ合膜をコーティングした。
げるため、ＴｉＣ，Ｔ１Ｎｉ合膜をコーティングした。
まず初めに５００℃で２０分間ＩＬＬｍの非晶質ＴｉＮ
をプラズマＣＶＤ法でコーティングした後２時間かけて
コーティング温度をｔｏｏｏ℃へ上昇させると同時に、
原料ガスをＴ ｉ Ｃｌ ａ−とＮＨ５から、新たにＣ
Ｈ，を加え徐々にＣＨ，をＮＨ、と等量になるまで増加
させた。
をプラズマＣＶＤ法でコーティングした後２時間かけて
コーティング温度をｔｏｏｏ℃へ上昇させると同時に、
原料ガスをＴ ｉ Ｃｌ ａ−とＮＨ５から、新たにＣ
Ｈ，を加え徐々にＣＨ，をＮＨ、と等量になるまで増加
させた。
表面の層はＴ１ＣＮの結晶層となり、全膜厚は６μｍと
なった。
なった。
全てを結晶質のＴ１ＣＮをコーティングした場合にくら
べ、チップへのコーティングの不良率および使用中の不
良率（コーテイング膜のクラックや使用中の剥がれ）が
２％から１％へ低下した。
べ、チップへのコーティングの不良率および使用中の不
良率（コーテイング膜のクラックや使用中の剥がれ）が
２％から１％へ低下した。
実施例５
反応焼結した窒化ケイ素の表面に耐酸化性を向上させる
ため、ａ ５ｉｓＮｎをコーティングした。
ため、ａ ５ｉｓＮｎをコーティングした。
初めに、１０００℃で３０分間ＳｉＣ１ｍＨ＊とＮ Ｈ
ｓから２μｍの非晶質のＳｉｓＮｍを熱ＣＶＤ法でコー
ティングした後、２時間かけてコーティング温度を１３
００℃へ−り昇させた。
ｓから２μｍの非晶質のＳｉｓＮｍを熱ＣＶＤ法でコー
ティングした後、２時間かけてコーティング温度を１３
００℃へ−り昇させた。
さらに°、この温度で、２時間コーティングを続け、全
コーティング膜厚な３０μｍとした。
コーティング膜厚な３０μｍとした。
未コーティングの反応焼結窒化ケイ素は、７００℃付近
から空気酸化が始まり１０００℃以上の空気中での使用
は困難であった。しかしながら本発明のコーティングを
したことで、１２００℃付近まで殆ど空気酸化は起こら
なかった。
から空気酸化が始まり１０００℃以上の空気中での使用
は困難であった。しかしながら本発明のコーティングを
したことで、１２００℃付近まで殆ど空気酸化は起こら
なかった。
初めから１３００℃のコーティングを行なうとすると、
母材が５ｉＣ１＊Ｈｘにより腐食を受は表面が荒れ、ま
た、コーテイング膜も剥がれてしまった。
母材が５ｉＣ１＊Ｈｘにより腐食を受は表面が荒れ、ま
た、コーテイング膜も剥がれてしまった。
ｉ ｏｏｏ℃の低温コーティングのみで、非晶質の５ｉ
ｓＮｎのみをコーティングした場合には、９００〜ｔ
ｏｏｏ℃付近から空気酸化が始まり本発明より耐酸化性
が劣る。
ｓＮｎのみをコーティングした場合には、９００〜ｔ
ｏｏｏ℃付近から空気酸化が始まり本発明より耐酸化性
が劣る。
［発明の効果］
本発明は結晶層と非晶質層とが傾斜構造である非酸化物
セラミックスをセラミックス材料、サーメット材料、超
硬合金材料および金属材料などの母材にコーティングし
たもので、母材との接触する側は非晶質であって、母材
と化学反応を起こし密着強度は強く、また表面側は結晶
質であるので、特性的に優れた緻密な非酸化物セラミッ
クスのコーティングができ、クラック（亀裂）が入るこ
とがなく、剥離が起こらないものである。
セラミックスをセラミックス材料、サーメット材料、超
硬合金材料および金属材料などの母材にコーティングし
たもので、母材との接触する側は非晶質であって、母材
と化学反応を起こし密着強度は強く、また表面側は結晶
質であるので、特性的に優れた緻密な非酸化物セラミッ
クスのコーティングができ、クラック（亀裂）が入るこ
とがなく、剥離が起こらないものである。
このように、結晶層と非晶質層の傾斜構造であり、セラ
ミックスコーティング層の気孔率が１％以下の緻密なも
のである。
ミックスコーティング層の気孔率が１％以下の緻密なも
のである。
Claims (1)
- セラミックス材料、サーメット材料、超硬合金材料およ
び金属材料の母材表面に、非酸化物セラミックスコーテ
ィングしたもので、非酸化物セラミックスコーティング
膜の最外表面が結晶質の非酸化物セラミックスコーティ
ングであり、母材との接触する部分が非晶質の非酸化物
セラミックスコーティングで、非晶質層と結晶質層が傾
斜構造である非酸化物セラミックスコーティング材料
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040154A JPH02221364A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 非酸化物セラミックスコーティング材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040154A JPH02221364A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 非酸化物セラミックスコーティング材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221364A true JPH02221364A (ja) | 1990-09-04 |
Family
ID=12572848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1040154A Pending JPH02221364A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 非酸化物セラミックスコーティング材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02221364A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05339702A (ja) * | 1991-09-13 | 1993-12-21 | Takeshi Masumoto | 傾斜機能薄膜 |
| WO1998010120A1 (de) * | 1996-09-03 | 1998-03-12 | Balzers Aktiengesellschaft | Verschleissschutz-beschichtetes werkstück |
| JP2006150461A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| CN115231953A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-25 | 燕山大学 | 一种硬质合金基体陶瓷复合材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5969851U (ja) * | 1982-10-28 | 1984-05-11 | トヨタ自動車株式会社 | 硬質砥石付エンドミル |
| JPS62290504A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-17 | 日研ツール株式会社 | コンクリ−ト構造物への穿孔方法 |
-
1989
- 1989-02-22 JP JP1040154A patent/JPH02221364A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5969851U (ja) * | 1982-10-28 | 1984-05-11 | トヨタ自動車株式会社 | 硬質砥石付エンドミル |
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| JP2006150461A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| CN115231953A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-25 | 燕山大学 | 一种硬质合金基体陶瓷复合材料及其制备方法 |
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