JPH03207854A - 被覆の製造法およびこの方法で被覆した工作物 - Google Patents
被覆の製造法およびこの方法で被覆した工作物Info
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Abstract
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Description
覆の製造法、およびこの方法で被覆した特許請求の範囲
第10項の上位概念による工作物に間する. 工作物(基体)に酸化物、窒化物および炭化物からなる
セラミック皮膜を塗布することが、CH− P 366
4163により公知である。この公知の方法では、真空
室で低圧アークを用いて坩堝から酸化物生成体または窒
化物生成体を窒素または酸素雰囲気において蒸発させる
.工作物を保持具に絶縁保持する.設備の運転中維持さ
れる気体放電のために、工作物を付けた保持具は蒸気が
凝縮する間に負の電位に帯電する。その結果、活性蒸気
および残留気体(プラズマ)から工作物にイオンが照射
される. 窒化ホウ素セラミック皮膜を塗布する他の方法は、K,
イナガワ他「気体活性化ノズルを用いた活性反応ガスに
よる立体窒化ホウ素皮膜の作成」(J.Vac.Sci
.Technot.A.5(4)、1987年778月
、2696〜2700ページ)により公知である.気体
送入口に正の電圧を印加して、セラミック皮膜の製造に
用いる反応ガスを活性化する。さらに、10メガヘルツ
領域の交流電圧を工作物に印加して、送入された気体の
イオンを工作物に照射せしめる。
性基体のいずれにも塗布できるが、付着性に難がある。
して十分遮蔽しなければならない。また、工作物の形状
、大きさおよび数によって変化する整合インピーダンス
を、手間のかかる方法で、交流電圧を発生する発電機の
整合インピーダンスに調節しなければならない。
な被覆を得ることである。その際、この被覆は基体に塗
布した表層に対する分離層の働きをし、基体はこの分離
層によって腐食性環境においても使用できる。
範囲第1項に、工作物に関しては特許請求の範囲第10
項に記載の特徴によって解決される。
有利な実施例を、特許請求の範囲第11項から第16項
には発明による工作物の有利な実施例を記載する。
基づいし詳細に説明する。次に、工作物を有機材料の切
断工具または分離工具およびロール体として利用するた
めの被覆の製造について説明する. 第1図に示す装飾皮膜7は、基体3の表面上の非導電性
セラミック材料からなる分離層9の上に位置する。以下
に説明する方法によって塗布された分離層9はX線無定
形である.すなわち、X線を照射すると、分離層9のX
線源と反対側において、照射中心に最大照射を有する概
ねガウス強度分布のみを示す。遠隔ゾーン(デバイ・シ
ェラー・ディアグラム)は認められない。X線無定形被
覆は、低い被覆温度によって作られる。低い被覆温度は
、以下に説明する方法において用いる電力を結晶が生成
しない程度に低く押さえることによって得られる。
2〜5μmの非導電性セラミック材料からなる。セラ短
ツク材料とは、固相においてセラミックであることが知
られている化合物を意味する。
素S i s N aおよび酸化ケイ素S i O z
を包含する。
備の例を概念的に示す。蒸着設備は、真空源20を有す
る真空室19と、開口部25を介して真空室19と連通
している熱陰極22を有する熱陰極室21を具備する。
の壁に対して電気的に絶縁されている。熱陰極22は電
源27から給電される。開口部25の下方で、真空室1
9の床29の上に、窒化物生成体としてケイ素31を入
れた冷却式坩堝30を配置する。ケイ素31は襠動自在
な遮蔽板33で隠蔽できる。真空室19には、縦軸中心
に回転自在な6個の導電性支持台35を配置し、そのう
ち4個の支持台を第4図に示す.これらの支持台におい
て、被覆せらるべき鋼製基体3を各々1個の保持具36
で保持する。
置され、この回転板を介して相互に電気的に結合してい
る.回転板37は真空室19の床29および壁に対して
電気的に絶縁されている。保持具36に保持された基体
3は、第3図に概念的に示す遮蔽板34によって坩堝3
0内のケイ素31に対して隠蔽できる。
通した気体送入管39が接続している。
、概念図で示すように、ほぼ平行な垂直磁界を発生する
磁気コイルが各々1個ある。
閉器46を介して、他方の極を接地した調節自在な電圧
源48と接続している。
個の装置49を配置し、そのうち3個を第4図に示す。
グ50の内部にはこのリングから絶縁されて、電源53
の負の極と接続した金からなる目標物体51が位置する
。電源53の正の極は、真空室19の壁およびリング5
oと接続している。熱陰極22と坩堝30は、導線を介
して電流源27および32と接続している。
持具36に固定し、ケイ素31を坩堝3oに入れる。真
空室19を閉じ、減圧し、被覆せらるべき物体3の表面
をDB − OS3406953もしくはC}I −
PS658545に記載された方法で低圧アーク52で
加熱し、CH − PS631743に記載された方法
で清浄する。その間、遮蔽板33は坩堝3o内のケイ素
31を隠蔽している。
てケイ素31を露出させる。遮蔽板34はケイ素が融解
する際の被覆を防ぐために、第3図に示すように基体3
の前方で閉じる。低圧アーク52はアーク電圧90Vと
電流60Aで燃焼する。融点に達すると電圧は70Vに
降下し、電流はケイ素3lの電気的伝導度が温度に連れ
て増大するため200Aに上昇する。
電圧70Vにおいて20O Aに維持される。
一部イオン化する。
送入管39を通して窒素を送入する。窒素は低圧アーク
52によって一部イオン化する。
化した窒素と一部イオン化したケイ素は基体3の表面上
でSisN−に化合し、この表面に付着する。この工程
中も基体3は回転している。
、窒素の分圧は3・104である。支持台35には、パ
ルス直流電圧が10lJI1の周期で印加される。この
工程の開始時に、電圧′s48はパルス占有率80%で
負のパルスを発生する。すなわち、負のパルスのパルス
幅は周M10μmにおいて8μ厘である。8μ驕に続く
2μ屠で支持台35は電圧源48を介して設置される。
により小さい負の値に減少し、最終的には−10Vとな
る。
31は遮蔽され、低圧アーク52と電圧源32が遮断さ
れ、開閉器46が開き、窒素送入が中断される。電源5
3が投入され、それによって基体51の金によるスバッ
タ加工が開始する。
200Aに達すると、電源53は遮断される.真空室1
9は空気を充満した後に開き、装飾的に被覆された物体
1を取り出す。
黒色皮膜用のTiOCNもスバッタできる。
低圧アーク52を用いたイオンめっきによって葎着する
こともできる。この場合、ケイ素およびその他の材料、
たとえば金色窒化チタン皮膜を作或するためにチタンを
入れた(図示しない)坩堝を使用する。蒸発してはなら
ない坩堝内の材料は、その都度遮蔽板33で隠蔽する。
有色金属酸化物に酸化する。
および銀皮膜、またはDE − PS3728B36に
記載されているように、主としてIVb群(チタン、ジ
ルコン、ハフニウム)およびvb群(バナジウム、ニオ
ブ、タンタル)またはVlb(クロム、モリブデン、タ
ングステン)の元素の窒化物からなる金色複合被覆を使
用する。しかし、被覆工程で金を沈着せしめた硬質層を
用いることもできる。
酸化物のみを使用することも可能である。硬質層は、主
として周期系IVb,Vbまたはvtb族の元素または
ケイ素の窒化物、炭化物、オキシ窒化物、ホウ化物また
はそれらの混合物からなる。
もできる。
きを行い、装飾皮膜7として混合皮膜を形或することも
できる。
て黒色装飾皮膜を作或するために、アーク放電を用いた
PVD法により、チタンを炭素を放出する反応性雰囲気
(例:アセチレン)において蒸発させる。その際、蒸発
工程の進行に連れてiCマトリックスを作るための炭素
を放出する気体の分圧は上昇する。
スパッタリング)、プラズマ蒸発または陰極アーク蒸着
によって気相に移行せしめることができる。
in.またはSi,O,N.も使用できる, Sin.
またはSi.OyN.からなるセラミック分離層9は、
上記の方法と類似の方法で塗布できる。Si.O,Nオ
からなるセラミック皮膜9の場合、アルゴンを分圧3・
10−2で、酸素を分圧1・10−2で、窒素を分圧3
・10−2で加工できる。分離層は、アルミニウムの酸
化物および/または窒化物、TVb族(チタン、ジルコ
ン、ハフニウム)およびVb族(バナジウム、ニオブ、
タンタル)または■b(クロム、モリブデン、タングス
テン)の元素の酸化物またはこれらの物質の混合物、あ
るいはこれらの物質のとケイ素の酸化物、窒化物または
オキシ窒化物との混合物からなることもできる. 電圧源48の導線47と接続されていない極を接地する
代わりに、坩堝30または低圧アーク52の陽極電位に
接続できる.パルス波高−200 Vを10Vに変更す
る代わりに、パルス幅を縮小できる。パルス幅とパルス
波高のいずれとも変更することも可能である。
、真空室19に対して絶縁されている。
な電圧源48と接続している。
の他の場所に独立管(図示せず)を使用することもでき
る. 遮蔽板33は電気的絶縁材料から製造するか、または真
空室19および坩堝30に対して絶縁して保持されてい
る。しかしまた、遮蔽板33は電気抵抗の高い材料から
製造するか、または高抵抗材料皮膜で被覆するか、また
は真空室19と高抵抗に接続し、安全上の理由からも帯
電を十分回避することができる。
順次気相に移行せしめる場合、遮蔽板33のかわりに相
互に、かつ、真空室工9に対して電気的に絶縁された交
換坩堝と呼ぶ複数の坩堝を使用できる。これらの坩堝は
必要に応じ、電源32の1つの極とアーク放電の電極と
して接続される。
アーク放電および被覆率にとって有利な場所に移動せし
めることもできる。
に示すように、基体3bの表面直上にニッケルからなる
膜厚2μ鋤の電気めっき皮膜16がある.電気めっき皮
膜16を基体3bの表面に、該基体の製造および表面清
浄後に塗布し、後の加工および輸送中に酸化するのを防
ぐ。この電気めっき皮膜16の上にセラミック分離層9
に対応するセラ稟ツク分離層9bが、セラξツク分離層
9bの上に装飾皮膜7に対応する装飾皮膜7bがある. この場合、被覆は上記の方法と類似の仕方で行われるが
、ここでは基体3の表面ではなく、基体に付着した電気
めっき皮膜16を清浄する。
層は耐食性を著しく高める。この結果は、従来PVD法
によって塗布された皮膜では耐食性にとって有害な「ビ
ンホール」が認められるため驚嘆に値する。
があるため、基体に強い衝撃を加えると分離層9に亀裂
が入ることがある。しかし、これらの亀裂は装飾皮膜7
に覆われているため目に見えない。したがって、装飾的
な外観は損なわれない。
変化が発生する場合は、基体3に装飾皮11l7に類似
の装飾皮膜およびセラミック分離層9に類似のセラξツ
ク分離層に加えて、セラミック分離層の下に追加皮膜を
塗布する。使用する材料の熱膨張率は、基体3とセラミ
ック分離層のそれぞれの熱膨張率の中間にある。装飾皮
膜はセラミック皮膜より薄いため、装飾皮膜の熱膨張率
は考慮しない。
i s N aからなるセラミ・冫ク皮膜および鋼St
37からなる基体3において、たとえば厚さ0.5μm
のSiO−からなる熱的分離層を塗布する。
は同一の蒸着設備において塗布される。
し、やはりケイ素を低圧アークによって蒸発させる。そ
れによって、基体3の表面にはS i O tが沈着す
る。酸素分圧4・10−”Pa 、アルゴン分圧3・1
0−”Pa 、および低圧アーク52の電圧65Vと電
流160Aで加工する。膜厚が0.5μmに達したら酸
素送入を停止して窒素を送入し、前述の方法により低圧
アークの上記のデータで加工を続行する。坩堝35には
やはり周期約10μsのパルス直流電圧を印加する。そ
の際、この工程の始めには電圧源48がパルス幅8μs
および振幅−200 Vの負のパルスを発生し、S i
O !およびSisN4の被覆工程の終わりには−1
0Vの負のパルスを発生し、それぞれ後続の2μsに
おいて支持台35を接地する。
素とIVb、vb、■b族の金属との化合物または炭化
ケイ素またはこれらの物質の混合物によって形成される
硬質層を塗布する場合、これによって被覆された工作物
は有機材料の切断および/または分離の工具または器具
として非常に適している。これらの工具は特に加硫用型
、プラスチック射出威形用金型、肉切り包丁として、お
よび消毒剤および滅菌工程に対して優れた抵抗性も有す
る外科医療器具として用いられる.このように被覆され
た物体は、人体の移植組織としても極めて適している。
した工作物をロール体として利用できる。
くとも1種類の金属材料の統計的に分散せしめた粒子と
、統計的直径が0. 8μm以下および融点がマトリッ
クス材料より低い少なくとも1種類の金属材料粒子との
混合物からなる。これらの材料粒子は固相においてマト
リックス材料にほぼ不溶である。マトリックスにおいて
不溶の材料粒子は、主としてスズ、鉛、インジウムまた
は亜鉛からなる。マトリックスを形成する材料は、主と
してアルミニウム、クロム、ニッケル、マグネシウムま
たは銅の合金である。さらに、滑り皮膜として金属カル
コゲン化合物(例:ニセレン化ニオブ、二流化モリブデ
ン、二流化タングステン)を用いることができる。滑り
皮膜は、厚さが分離層9の2〜10倍であり、特に陰極
スパッタリング法によって塗布される。分離層9により
卓越した防食性能が得られるため、発明によって被覆し
たロール体においては防食のためにオイルまたはグリス
を使用する必要はない。ロール体に要求される高い面圧
力は、発明によるロール体によって与えられる。
縁材料からなる場合、基体の保持具36に印加されるパ
ルス直流電圧のパルス持続時間は減少し、または相応に
高い周波数(たとえば13MHz )の交流電圧で代用
できる。
パルス直流電圧で加工するため、サイクル時間の変化に
よってイオンが工作物に照射される時間を調節および最
適調整できる。エネルギーもイオンが「吸引」される時
間によって調節できる。
設備はより簡単に構威できる.なぜならば、公知の交流
電圧と異なり、工作物に対してパルス直流電圧の供給を
遮蔽する必要がないからである。パルス直流電圧を用い
る場合は、給電の整合インピーダンスの厄介な最調整も
省略できる。
の数によって変化する整合インピーダンスを給電ケーブ
ルの特性インピーダンスに調整して、エネルギー放射を
防ぎ、工作物においてできるだけ高い振幅値を得、交流
電圧源に過大な負荷をかけないようにしなければならな
い。
被覆の概念的断面図41屯 第2図は、装飾皮膜、セラミック分離層および電気めっ
き皮膜からなる被覆の概念的断面図主涜t; 第3図は、蒸着設備の一概念的断面図tたた1・・・工
作物、 3・・・基体、7・・・表層、
9・・・分離層、19・・・真空室、 31・・・酸化物生成体または窒化物生成体、33・・
・遮蔽板、 36・・・保持具、52・・・ア
ーク放電。
Claims (16)
- 1. 第1工程で酸化物生成体および/または窒化物生
成体(31)を気相に移行せしめ、少なくとも一部イオ
ン化せしめ、第2工程で窒素および/または酸素を送入
し、少なくとも一部イオン化せしめ、次いで、基体(3
)の表面に酸化物生成体もしくは窒化物生成体(31)
と窒素および/または酸素の化合物からなる皮膜(9)
を沈着せしめる、真空室(19)に対して絶縁して保持
された工作物(1)の基体(3)の表面に非導電性セラ
ミック材料を被覆する方法において、少なくとも第2工
程でパルス直流電圧を基体(3)および/または該基体
の保持具(36)に印加することを特徴とする方法。 - 2. パルス直流電圧のパルス占有率を20〜90%、
なるべくは60〜90%に調節することを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の方法。 - 3. パルス直流電圧の周期を数ミクロ秒、なるべくは
約10ミクロ秒に調節することを特徴とする特許請求の
範囲第1項または第2項に記載の方法。 - 4. 高い負の電圧値で開始するパルス直流電圧のパル
ス波高を低い負の値に変化せしめ、パルスの間に基体(
3)および/または該基体の保持具(36)を接地し、
あるいはまだ気相に移行していない酸化物生成体もしく
は窒化物生成体(31)の電位またはアーク放電(52
)の陽極電位に印加して、酸化物生成体もしくは窒化物
生成体(31)を気相に移行せしめることを特徴とする
特許請求の範囲第1項から第3項のいずれか一つに記載
の方法。 - 5. 酸化物および/または窒化物(31)および窒素
および/または酸素の化合物からなる沈着層を分離層(
9)として作成し、第3工程で該分離層上に表層(7)
を沈着せしめることを特徴とする特許請求の範囲第1項
から第4項までのいずれか一つに記載の方法。 - 6. 酸化物生成体および/または窒化物生成体(31
)を気相に移行せしめ、少なくとも一部イオン化せしめ
、および窒素および/または酸素を少なくとも一部イオ
ン化せしめるためにアーク放電(52)を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第1項から第5項のいずれか
一つに記載の方法。 - 7. 酸化物生成体もしくは窒化物生成体(31)およ
び第3工程で気相に移行する表層(7)を形成する材料
を、アーク放電(52)のための電極として接続した区
分された坩堝の凹部に入れ、第2工程中は表層(7)を
形成する材料を、第3工程中は酸化物生成体もしくは窒
化物生成体(31)を遮蔽板(33)で覆い、第2工程
では酸化物生成体もしくは窒化物生成体(31)のみを
、第3工程では前記材料のみをアーク放電(52)によ
り気相に移行せしめることを特徴とする特許請求の範囲
第5項または第6項に記載の方法。 - 8. 酸化物生成体もしくは窒化物生成体(31)およ
び第3工程で気相に移行する表層(7)を形成する材料
を交換坩堝に入れ、第2工程では酸化物生成体もしくは
窒化物生成体(31)をいれた交換坩堝を、第3工程で
は表層(7)を形成する材料を入れた交換坩堝をアーク
放電(52)の電極として接続し、第2工程では酸化物
生成体もしくは窒化物生成体のみを、第3工程では前記
材料のみをアーク放電(52)により気相に移行せしめ
ることを特徴とする特許請求の範囲第5項または第6項
に記載の方法。 - 9. アーク放電に低圧アーク(52)を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第6項から第8項までのいず
れか一つに記載の方法。 - 10. 表層(7)と工作物(1)の基体(3)の表面
の間に位置する分離層(9)が非導電性セラミック材料
からなることを特徴とする特許請求の範囲第5項から第
9項までのいずれか一つに記載の工作物。 - 11. 分離層(9)がX線無定形であり、特に主とし
てケイ素の酸化物、窒化物またはオキシ窒化物からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の工作
物。 - 12. 分離層(9)の膜厚が約0.2〜5μmである
ことを特徴とする特許請求の範囲第10項または第11
項に記載の工作物。 - 13. 分離層(9)が工作物(1)の基体(3)の直
上に位置し、表層(7)が分離層(9)の直上に位置す
ることを特徴とする特許請求の範囲第10項から第12
項までのいずれか一つに記載の工作物。 - 14. 表層が装飾皮膜(7)をなし、分離層(9)の
膜厚が約0.2〜1μmである、特に工作物が体汗およ
び/または海水と接触する場合に使用する特許請求の範
囲第13項に記載の工作物。 - 15. 表層(7)が硬質層をなし、分離層(9)の膜
厚が約0.2〜5μmである、有機材料の切断工具また
は分離工具として使用される特許請求の範囲第10項か
ら第13項までのいずれか一つに記載の工作物。 - 16. 摩擦および摩耗を低減する表層(7)を有し、
分離層(9)の膜厚が約0.2〜3μmである、特にロ
ール体として使用される特許請求の範囲第10項から第
13項までのいずれか一つに記載の工作物。
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