JPH04128366A - 濃度傾斜合金被膜の形成方法 - Google Patents
濃度傾斜合金被膜の形成方法Info
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- JPH04128366A JPH04128366A JP24634990A JP24634990A JPH04128366A JP H04128366 A JPH04128366 A JP H04128366A JP 24634990 A JP24634990 A JP 24634990A JP 24634990 A JP24634990 A JP 24634990A JP H04128366 A JPH04128366 A JP H04128366A
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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。
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、鋼材などの金属材料の表面に耐食性、耐熱性
など優れた特性を持つ合金被膜を成膜し、その際、成膜
時のバイアス電圧で膜中の金属濃度を連続的に変化させ
た濃度傾斜合金被膜の形成方法に関するものである。
など優れた特性を持つ合金被膜を成膜し、その際、成膜
時のバイアス電圧で膜中の金属濃度を連続的に変化させ
た濃度傾斜合金被膜の形成方法に関するものである。
［従来の技術］
鋼材などの金属の表面に、合金被膜を被覆しようという
試みは、溶射法を使って実用化されており、例えばター
ビンブレードなどに被覆されているタングステンカーバ
イド合金やＴｉ−Ａｆ！合金などがある。しかしながら
、上記の方法では被膜の緻密さや基材との熱膨張係数の
差に起因した剥離等の問題から被膜作製後に封孔処理や
密着性を増すために基材との間に接合層を入れる必要が
ある。
試みは、溶射法を使って実用化されており、例えばター
ビンブレードなどに被覆されているタングステンカーバ
イド合金やＴｉ−Ａｆ！合金などがある。しかしながら
、上記の方法では被膜の緻密さや基材との熱膨張係数の
差に起因した剥離等の問題から被膜作製後に封孔処理や
密着性を増すために基材との間に接合層を入れる必要が
ある。
こうした基材と被膜との接合をスムースに行うために近
年、傾斜機能構造の被膜が研究されているが、溶射法で
は緻密な被膜を作製することが難しく、かつ正確な傾斜
構造のコントロールが難しい。例えばＴｉ−Ａｎ！合金
では、表面から徐々にＡＩの濃度を減らした合金膜を作
製しようという試みがあるが、連続的にＡ１の濃度を変
えるための原料の供給方法が難しく、またＡｎの分散性
も良くない。
年、傾斜機能構造の被膜が研究されているが、溶射法で
は緻密な被膜を作製することが難しく、かつ正確な傾斜
構造のコントロールが難しい。例えばＴｉ−Ａｎ！合金
では、表面から徐々にＡＩの濃度を減らした合金膜を作
製しようという試みがあるが、連続的にＡ１の濃度を変
えるための原料の供給方法が難しく、またＡｎの分散性
も良くない。
［発明が解決しようとする課題］
そこで本発明の目的は上記問題点を解消するために、合
金被膜を十分な密着力を維持して形成することのでき、
かつ濃度傾斜を分散性良く行うことのできる合金被膜の
形成方法を提供することにある。
金被膜を十分な密着力を維持して形成することのでき、
かつ濃度傾斜を分散性良く行うことのできる合金被膜の
形成方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため本発明は、真空アーク放電型イ
オンプレーティング法により、合金をそのまま蒸発源と
して用い、鋼材などの金属材料の表面に被膜を形成し、
かつ成膜時のバイアス電圧により膜中の金属濃度を傾斜
変化させて濃度傾斜膜を形成する点に特徴がある。
オンプレーティング法により、合金をそのまま蒸発源と
して用い、鋼材などの金属材料の表面に被膜を形成し、
かつ成膜時のバイアス電圧により膜中の金属濃度を傾斜
変化させて濃度傾斜膜を形成する点に特徴がある。
［作 用］
該被膜の原料として用いられる合金は、被膜に対し要求
される特性により自由に選択が可能である。例えば耐熱
性・耐食性に優れたＴｉ−Ａｆ金合金挙げられる。
される特性により自由に選択が可能である。例えば耐熱
性・耐食性に優れたＴｉ−Ａｆ金合金挙げられる。
また、用いられる基材としては、導電性の金属材料であ
れば特に差し支えなく使用できるが例えば３１５Ｃなど
の肌焼鋼、３４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵＰ １０など
のバネ鋼、５ＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭＩなどの窒
化銅、５ＫＤ６などの熱間加工用工具鋼、５ＫＤＩＩな
どの冷間加工用工具鋼、５ＫＨ５１などの高速度鋼、ス
テンレス綱などの鋼材が挙げられる。
れば特に差し支えなく使用できるが例えば３１５Ｃなど
の肌焼鋼、３４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵＰ １０など
のバネ鋼、５ＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭＩなどの窒
化銅、５ＫＤ６などの熱間加工用工具鋼、５ＫＤＩＩな
どの冷間加工用工具鋼、５ＫＨ５１などの高速度鋼、ス
テンレス綱などの鋼材が挙げられる。
本発明で製造される被膜は、蒸着法、スパッタリング法
、イオンプレーティング法などの公知の方法を用いても
成膜できるが、強固な付着力を要求される被膜に対して
は、イオンプレーティング法が良く、特に複数成分系の
合金膜を作製する際、工業的にも比較的容易に成膜する
ためには、真空アーク放電型イオンプレーティング法が
最も望ましい。
、イオンプレーティング法などの公知の方法を用いても
成膜できるが、強固な付着力を要求される被膜に対して
は、イオンプレーティング法が良く、特に複数成分系の
合金膜を作製する際、工業的にも比較的容易に成膜する
ためには、真空アーク放電型イオンプレーティング法が
最も望ましい。
その理由としては、公知の抵抗加熱方式や電子銃加熱方
式などのイオンプレーティング法では、合金を蒸発させ
る際、溶融金属のプールができ、そのため多成分合金で
は、各成分元素ごとの融点に基づいて蒸発が起こるため
合金組成の制御が困難である。また、合金を成分原料ご
とにルツボに入れ、それぞれ独立して蒸発を行うことも
可能ではあるがこのような複数の蒸発源を用いることは
、装置のコストを上昇させ、かつ各蒸発源の蒸発量の制
御を繁雑にするため不都合である。
式などのイオンプレーティング法では、合金を蒸発させ
る際、溶融金属のプールができ、そのため多成分合金で
は、各成分元素ごとの融点に基づいて蒸発が起こるため
合金組成の制御が困難である。また、合金を成分原料ご
とにルツボに入れ、それぞれ独立して蒸発を行うことも
可能ではあるがこのような複数の蒸発源を用いることは
、装置のコストを上昇させ、かつ各蒸発源の蒸発量の制
御を繁雑にするため不都合である。
これに対し真空アーク放電型イオンプレーティング法に
よる成膜方法は、（１）金属を蒸発させる工程、（２）
蒸発した金属をイオン化する工程、（３）イオン化した
金属を加速する工程よりなるが、工程（１）及び（２）
は、蒸発源の表面にアーク放電を起こさせ、その高エネ
ルギーのアークにより固相から溶融状態を経ずに直接蒸
発、イオン化をさせることにより行う、このため、合金
の各成分元素蒸発量の差が比較的少なくて済み、かつ単
一の蒸発源として合金をそのまま用いることができるの
は、生産管理上非常に有効である。また、工程（２）で
は公知のグロー放電や高周波放電などを併用しても構わ
ない。
よる成膜方法は、（１）金属を蒸発させる工程、（２）
蒸発した金属をイオン化する工程、（３）イオン化した
金属を加速する工程よりなるが、工程（１）及び（２）
は、蒸発源の表面にアーク放電を起こさせ、その高エネ
ルギーのアークにより固相から溶融状態を経ずに直接蒸
発、イオン化をさせることにより行う、このため、合金
の各成分元素蒸発量の差が比較的少なくて済み、かつ単
一の蒸発源として合金をそのまま用いることができるの
は、生産管理上非常に有効である。また、工程（２）で
は公知のグロー放電や高周波放電などを併用しても構わ
ない。
工程（３）では、基板である金属材料に負のバイアス電
圧を印加し、金属イオンを基板に向は加速する。通常は
、５００■以下の負のバイアス電圧を印加するが、場合
によっては、ＯＶであっても差支えない、但し、この場
合、成膜速度が低下する傾向が見られる。
圧を印加し、金属イオンを基板に向は加速する。通常は
、５００■以下の負のバイアス電圧を印加するが、場合
によっては、ＯＶであっても差支えない、但し、この場
合、成膜速度が低下する傾向が見られる。
また、本発明ではバイアス電圧により膜中の金属濃度を
制御するため、Ｏｖから５００Ｖまで成膜中に変化させ
て成膜を行う。
制御するため、Ｏｖから５００Ｖまで成膜中に変化させ
て成膜を行う。
なお、本出願人の研究によれば、バイアス電圧によって
膜中の金属濃度が変化するのは、成膜時に入射するイオ
ンによる逆スパッター効果により、いったん成膜された
金属原子が叩き出されるがらである。この逆スパンター
効果は、印加されるバイアス電圧が高いほど顕著で、ス
パッターされ昌さも金属の種Ｗ４により大きく異なる。
膜中の金属濃度が変化するのは、成膜時に入射するイオ
ンによる逆スパッター効果により、いったん成膜された
金属原子が叩き出されるがらである。この逆スパンター
効果は、印加されるバイアス電圧が高いほど顕著で、ス
パッターされ昌さも金属の種Ｗ４により大きく異なる。
ちなみにＴｉと、１１では、ＡｌＯ方が２〜２．５倍の
スパッター率であり、バイアス電圧が高くなるほどＡ！
の濃度が少なくなる。
スパッター率であり、バイアス電圧が高くなるほどＡ！
の濃度が少なくなる。
［実施例コ
実施例として１５ｍｍ角、厚み２閣のＳ Ｕ Ｓ ３０
４基板を有機溶剤で洗浄し、真空アーク放電型イオンプ
レーティング装置を取り付けた。
４基板を有機溶剤で洗浄し、真空アーク放電型イオンプ
レーティング装置を取り付けた。
蒸発源としてはＡｎの濃度が５０原子％のＴｉ−Ａ１合
金を該装置用に円板状に加工したターゲットを作製し、
装置に取り付けた。
金を該装置用に円板状に加工したターゲットを作製し、
装置に取り付けた。
まず真空度をＩ Ｘ １０５Ｔｏｒｒ以下とした後、真
空アーク放電によるターゲットからのイオン衝撃により
、基板の洗浄、加熱を行った。次に放電を安定にさせる
不活性ガスとして、Ａｒガスを導入して、装置内圧力を
３０ｍＴｏｒｒとした。
空アーク放電によるターゲットからのイオン衝撃により
、基板の洗浄、加熱を行った。次に放電を安定にさせる
不活性ガスとして、Ａｒガスを導入して、装置内圧力を
３０ｍＴｏｒｒとした。
Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットに９０Ａの電流を流し、真空
アーク放電でＴｉおよびＡＩｌイオンを放出させて、ま
ずバイアス電圧を一４００ｖ印加して、基板上にＴｉ−
Ａｆ合金膜を１０分間成膜した。次にバイアス電圧を一
３００■にして１０分間成膜し、以下−２００Ｖ、−１
００Ｖと順に小さくしてゆき、最後にバイアス電圧を印
加せずに１０分間成膜を行った。
アーク放電でＴｉおよびＡＩｌイオンを放出させて、ま
ずバイアス電圧を一４００ｖ印加して、基板上にＴｉ−
Ａｆ合金膜を１０分間成膜した。次にバイアス電圧を一
３００■にして１０分間成膜し、以下−２００Ｖ、−１
００Ｖと順に小さくしてゆき、最後にバイアス電圧を印
加せずに１０分間成膜を行った。
該被膜試料をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により膜表面
からの深さ方向のＡｌの濃度測定をした結果、第１表に
示したように、各バイアス電圧に対応する部分のＡｎの
濃度は表面より４５原子％から３７原子％まで変化して
いることがわかった。
からの深さ方向のＡｌの濃度測定をした結果、第１表に
示したように、各バイアス電圧に対応する部分のＡｎの
濃度は表面より４５原子％から３７原子％まで変化して
いることがわかった。
また、ＪＩＳＨ−８６６３（アルミニウム溶射製品試験
方法）に準じて、直径４０閣の鋼球的２８０ｇを４５度
に傾斜して置いた被膜サンプルへ、１ｍの高さから落下
させ、この被膜の基板に対する密着度を測定した。その
結果、剥離はみられず、へこみのみ観察された。
方法）に準じて、直径４０閣の鋼球的２８０ｇを４５度
に傾斜して置いた被膜サンプルへ、１ｍの高さから落下
させ、この被膜の基板に対する密着度を測定した。その
結果、剥離はみられず、へこみのみ観察された。
また被膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観
察したところ、非常に緻密な被膜が得られた。
察したところ、非常に緻密な被膜が得られた。
第 １ 表
［発明の効果コ
本発明の方法を行うことにより、金属材料の表面の耐食
性、耐熱性など優れた特性を持つ合金被膜を十分な密着
度を維持して形成することができる。また、本発明の方
法は成膜時に基板に印加するバイアス電圧を変化させる
ことにより、容易に膜中の金属の濃度を変化させる事が
できるため、大量生産にも適しており、 これらの効果は極めて 大である。
性、耐熱性など優れた特性を持つ合金被膜を十分な密着
度を維持して形成することができる。また、本発明の方
法は成膜時に基板に印加するバイアス電圧を変化させる
ことにより、容易に膜中の金属の濃度を変化させる事が
できるため、大量生産にも適しており、 これらの効果は極めて 大である。
Claims (1)
- Ｔｉ−Ａｌ合金を蒸発源とし、真空アーク放電型イオ
ンプレーティング法により、金属材料の表面に合金被膜
を形成し、その際、基板に印加するバイアス電圧を変化
させることにより、膜中の金属の濃度を傾斜変化させる
ことを特徴とする濃度傾斜合金被膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24634990A JPH04128366A (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 濃度傾斜合金被膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24634990A JPH04128366A (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 濃度傾斜合金被膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04128366A true JPH04128366A (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=17147239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24634990A Pending JPH04128366A (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 濃度傾斜合金被膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04128366A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008231560A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Toyota Motor Corp | 皮膜の成膜方法、及び皮膜形成部材 |
| CN107304469A (zh) * | 2016-04-23 | 2017-10-31 | 广东祖戈卫浴科技有限公司 | 一种不锈钢表面加硬处理技术 |
-
1990
- 1990-09-18 JP JP24634990A patent/JPH04128366A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008231560A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Toyota Motor Corp | 皮膜の成膜方法、及び皮膜形成部材 |
| CN107304469A (zh) * | 2016-04-23 | 2017-10-31 | 广东祖戈卫浴科技有限公司 | 一种不锈钢表面加硬处理技术 |
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