JPH04141575A - 表面被覆アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents
表面被覆アルミニウム合金の製造方法Info
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- JPH04141575A JPH04141575A JP26162790A JP26162790A JPH04141575A JP H04141575 A JPH04141575 A JP H04141575A JP 26162790 A JP26162790 A JP 26162790A JP 26162790 A JP26162790 A JP 26162790A JP H04141575 A JPH04141575 A JP H04141575A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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、耐摩耗性、耐溶着性が要求される耐摩耗部品
用に最適な表面被覆アルミニウム合金及びその製造方法
に関する。
用に最適な表面被覆アルミニウム合金及びその製造方法
に関する。
（従来の技術）
Ａ】合金は軽重構造材料として、自動車部品を始め宇宙
航空機関連の主要構造材、または各種機械部品、金型等
に用いられている。しかし、Ａ１合金は耐摩耗性が鉄鋼
材料に比べ著しく劣るという欠点を持っている。このた
め、Ａ１合金を激しい摩耗や摩擦を受ける部材に適用す
るには限界があり、理想的にはＡ１合金を用いるべきと
ころに鉄鋼材料が用いられていることが多い、Ａ１合金
の耐摩耗性を向上させる方法としては表面硬化法が最も
有効な方法である。
航空機関連の主要構造材、または各種機械部品、金型等
に用いられている。しかし、Ａ１合金は耐摩耗性が鉄鋼
材料に比べ著しく劣るという欠点を持っている。このた
め、Ａ１合金を激しい摩耗や摩擦を受ける部材に適用す
るには限界があり、理想的にはＡ１合金を用いるべきと
ころに鉄鋼材料が用いられていることが多い、Ａ１合金
の耐摩耗性を向上させる方法としては表面硬化法が最も
有効な方法である。
Ａ１合金の表面硬化処理は硬質アルマイト処理やＮｉメ
ツキ、Ｃｒメツキ等の各種メツキ法が実用化されている
が、硬度はアルマイト処理でＨｖ３００程度であり、メ
ツキでＨｖ６００〜７００であり、膜厚はせいぜい数１
０μｍである。軽量材料であるＡ１合金の需要が大きく
なるに従い、大きな衝撃や高い面圧に対して耐久性を示
す数龍の厚さの表面硬化処理や、寸法精度を維持するた
めに数μｍの厚さで高硬度を示す処理が要求されるよう
になってきた。
ツキ、Ｃｒメツキ等の各種メツキ法が実用化されている
が、硬度はアルマイト処理でＨｖ３００程度であり、メ
ツキでＨｖ６００〜７００であり、膜厚はせいぜい数１
０μｍである。軽量材料であるＡ１合金の需要が大きく
なるに従い、大きな衝撃や高い面圧に対して耐久性を示
す数龍の厚さの表面硬化処理や、寸法精度を維持するた
めに数μｍの厚さで高硬度を示す処理が要求されるよう
になってきた。
（発明が解決しようとする課Ｍ）
金型や、機械部品などの寸法精度を要求される部品では
、Ａ１合金の持つ硬度及び強度を維持したまま、厚さ数
μｍで高硬度を示す表面処理が必要となる。Ａ１合金は
通常１２０℃から１７０℃で時効硬化処理されており、
２００℃以上になると硬度や強度が低下してしまう、Ａ
１合金製の精密部品を表面硬化処理するには２００℃以
下の低温で処理することが重要となる。これらの目的を
達成するには、セラミック硬質被膜を比較的低温で製膜
可能なイオンプレーティング法が最適であると考えられ
るが、蒸発源の輻射や、イオンの運動エネルギーで基板
温度は２００℃以上に上昇してしまう。製ＭＷＬ度を下
げる等の方法により２００℃以下で製膜することが可能
であるが、著しい膜質の低下を招き耐摩耗性が低下する
問題があった。
、Ａ１合金の持つ硬度及び強度を維持したまま、厚さ数
μｍで高硬度を示す表面処理が必要となる。Ａ１合金は
通常１２０℃から１７０℃で時効硬化処理されており、
２００℃以上になると硬度や強度が低下してしまう、Ａ
１合金製の精密部品を表面硬化処理するには２００℃以
下の低温で処理することが重要となる。これらの目的を
達成するには、セラミック硬質被膜を比較的低温で製膜
可能なイオンプレーティング法が最適であると考えられ
るが、蒸発源の輻射や、イオンの運動エネルギーで基板
温度は２００℃以上に上昇してしまう。製ＭＷＬ度を下
げる等の方法により２００℃以下で製膜することが可能
であるが、著しい膜質の低下を招き耐摩耗性が低下する
問題があった。
そこで、本発明の目的は、イオンプレーティング法を用
いて硬質被膜を２００℃以下の温度でＡ１合金に被覆し
、耐摩耗性に優れた表面被覆Ａ１合金及びその製造方法
を提供することにある。
いて硬質被膜を２００℃以下の温度でＡ１合金に被覆し
、耐摩耗性に優れた表面被覆Ａ１合金及びその製造方法
を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
前述の目的を達成するために、本発明は、ＣｒＮ単相の
析出相からなるクロムの窒化物被膜により被覆された表
面被覆アルミニウム合金を採用するものである。
析出相からなるクロムの窒化物被膜により被覆された表
面被覆アルミニウム合金を採用するものである。
また、本発明は、金属クロムを蒸発源とし、窒素ガス、
アンモニアガス跋たはこれらの混合ガスを反応ガスとし
てイオンプレーティング法により、アルミニウム合金上
に窒化物被膜を形成する方法において、上記アルミニウ
ム合金にＯ〜−５０Ｖのバイアス電圧を印加し、上記反
応ガスの圧力を１０×１０−’Ｔｏｒｒ以上にし、製膜
中の温度を２００″ｃｂ下に維持する、ことを特徴とす
る表面被膜アルミニウム合金の製造方法を採用するもの
である。
アンモニアガス跋たはこれらの混合ガスを反応ガスとし
てイオンプレーティング法により、アルミニウム合金上
に窒化物被膜を形成する方法において、上記アルミニウ
ム合金にＯ〜−５０Ｖのバイアス電圧を印加し、上記反
応ガスの圧力を１０×１０−’Ｔｏｒｒ以上にし、製膜
中の温度を２００″ｃｂ下に維持する、ことを特徴とす
る表面被膜アルミニウム合金の製造方法を採用するもの
である。
このような条件下での製造方法を用いると、基板として
のＡ１合金の硬度及び強度を維持した腋ま、ＣｒＮ単相
の析出相からなる耐摩耗性に優れた被膜を形成すること
ができる。このような被膜の膜厚は好ましくは０．２〜
２０μｍである。
のＡ１合金の硬度及び強度を維持した腋ま、ＣｒＮ単相
の析出相からなる耐摩耗性に優れた被膜を形成すること
ができる。このような被膜の膜厚は好ましくは０．２〜
２０μｍである。
（作用）
ＣｒＮは耐酸化性が大きい物質であり、これにより形成
された被膜は高温状態での酸化による脆性化及び摩耗を
防止するために優れた効果を発揮するが、酸化以外の原
因による耐摩耗の点で十分であるとは言えない、その理
由は、ＣｒＮ被膜中におけるＣｒ２ＮまたはＣｒの析出
が強度を低下させるからであり、本発明者は、Ｃｒ２Ｎ
やＣｒの析出を抑えれば極めて良好な耐摩耗性を示すこ
とを見い出したものであり、特に、Ｘ線回折測定による
Ｃｒ２ＮまたはＣｒに帰属する最大の回折強度がＣｒＮ
に帰属する最大の回折強度の５％以上になると被膜強度
か著しく低下することが判明した。このため、本発明者
は、被膜の硬度及び強度の低下を防ぎながら、Ｃｒ２Ｎ
やＣｒの析出を抑える製膜方法を達成したものであり、
製膜条件を説明すると、以下の通りである。
された被膜は高温状態での酸化による脆性化及び摩耗を
防止するために優れた効果を発揮するが、酸化以外の原
因による耐摩耗の点で十分であるとは言えない、その理
由は、ＣｒＮ被膜中におけるＣｒ２ＮまたはＣｒの析出
が強度を低下させるからであり、本発明者は、Ｃｒ２Ｎ
やＣｒの析出を抑えれば極めて良好な耐摩耗性を示すこ
とを見い出したものであり、特に、Ｘ線回折測定による
Ｃｒ２ＮまたはＣｒに帰属する最大の回折強度がＣｒＮ
に帰属する最大の回折強度の５％以上になると被膜強度
か著しく低下することが判明した。このため、本発明者
は、被膜の硬度及び強度の低下を防ぎながら、Ｃｒ２Ｎ
やＣｒの析出を抑える製膜方法を達成したものであり、
製膜条件を説明すると、以下の通りである。
反応ガスの圧力を１０Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒｆｃ？
ｌｌ及びバイアス電圧を一１００ｖ〜−８００ｖとした
場合には、ＣｒＮ被膜中にＣｒ２Ｎの析出が認められる
ようになり、この場合、ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎの混相状態
になる。また、反応ガス圧を１０×１０−’Ｔｏｒｒ未
満及びバイアス電圧を一１００Ｖ未満とした場合にはＣ
ｒが析出してＣｒＮ及びＣｒの混相状態になる。一方、
反応ガス圧を１０×１０−’Ｔｏｒｒ以上にすると、Ｃ
ｒＮ単相となり耐摩耗性は著しく向上するが、このとき
、バイアス電圧が一５０Ｖを越えると、基板温度が２０
０℃以上になる。Ａ１合金を基板として用いる場合、製
膜温度が２００℃を越えると、硬度及び強度が低下する
ため、２００℃以下にする必要がある。したがって、製
膜条件としては、以上の点を要約すると、バイアス電圧
が０〜−５０Ｖの範囲であり、反応ガス圧をｌ０×１０
−’Ｔｏｒｒ以上にしなければならない。
ｌｌ及びバイアス電圧を一１００ｖ〜−８００ｖとした
場合には、ＣｒＮ被膜中にＣｒ２Ｎの析出が認められる
ようになり、この場合、ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎの混相状態
になる。また、反応ガス圧を１０×１０−’Ｔｏｒｒ未
満及びバイアス電圧を一１００Ｖ未満とした場合にはＣ
ｒが析出してＣｒＮ及びＣｒの混相状態になる。一方、
反応ガス圧を１０×１０−’Ｔｏｒｒ以上にすると、Ｃ
ｒＮ単相となり耐摩耗性は著しく向上するが、このとき
、バイアス電圧が一５０Ｖを越えると、基板温度が２０
０℃以上になる。Ａ１合金を基板として用いる場合、製
膜温度が２００℃を越えると、硬度及び強度が低下する
ため、２００℃以下にする必要がある。したがって、製
膜条件としては、以上の点を要約すると、バイアス電圧
が０〜−５０Ｖの範囲であり、反応ガス圧をｌ０×１０
−’Ｔｏｒｒ以上にしなければならない。
膜厚は、好ましくは、０．２から２０μｍの範囲であれ
ばよい、即ち、０．２μｍ未満の膜厚では薄すぎるため
十分な耐摩耗性が確保されず、また２０μｍを越える膜
厚になるとＣｒＮ被膜内の残留圧縮応力のために割れが
発生し易くなって、やはり耐摩耗性が劣化してしまう。
ばよい、即ち、０．２μｍ未満の膜厚では薄すぎるため
十分な耐摩耗性が確保されず、また２０μｍを越える膜
厚になるとＣｒＮ被膜内の残留圧縮応力のために割れが
発生し易くなって、やはり耐摩耗性が劣化してしまう。
本発明の方法では、このような製膜条件を設定すること
により、ＣｒＮ被膜中におけるＣｒ２ＮまたはＣｒの析
出を制御することができると共に、２００℃以下で製膜
できる。したがって、本発明の方法により得られた被ｌ
ｌＡｌ合金は、Ａ１合金自体の特性を維持しながら耐摩
耗性を著しく改善している。
により、ＣｒＮ被膜中におけるＣｒ２ＮまたはＣｒの析
出を制御することができると共に、２００℃以下で製膜
できる。したがって、本発明の方法により得られた被ｌ
ｌＡｌ合金は、Ａ１合金自体の特性を維持しながら耐摩
耗性を著しく改善している。
蒸発源として金属クロムを蒸発させる方法として抵抗加
熱、電子銃等、また蒸発した金属クロムをイオン化する
方法としてアーク放電、グロー放電、高周波放電などの
いずれを使用してもよく、反応ガスとして窒素のほかに
アンモニアガスまたはこれらの混合ガスを選択選択しう
る。
熱、電子銃等、また蒸発した金属クロムをイオン化する
方法としてアーク放電、グロー放電、高周波放電などの
いずれを使用してもよく、反応ガスとして窒素のほかに
アンモニアガスまたはこれらの混合ガスを選択選択しう
る。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
え１１Ｌ
本発明の方法を実施するための装置として第１図に概略
的に示す真空アーク放電型のイオンプレーティング装置
を用いた。被覆すべき基板１４としてＪＩＳＡ７０７５
ＰのＡ１合金を用いた。このＡ１合金を有機溶剤による
洗浄後、真空反応槽１０内のターンテーブル１２上のセ
ットし、この真空反応槽内の圧力をポート２０を介して
接続した真空ポンプ（図示せず）によりｌＸｌ０−’Ｔ
。
的に示す真空アーク放電型のイオンプレーティング装置
を用いた。被覆すべき基板１４としてＪＩＳＡ７０７５
ＰのＡ１合金を用いた。このＡ１合金を有機溶剤による
洗浄後、真空反応槽１０内のターンテーブル１２上のセ
ットし、この真空反応槽内の圧力をポート２０を介して
接続した真空ポンプ（図示せず）によりｌＸｌ０−’Ｔ
。
ｒｒ以上まで真空にした後、Ｃｒイオン衝撃による洗浄
、加熱を行ってＣｒＮ被膜の形成を開始した。被膜を形
成すべき金属蒸発源１６としてＣｒを用いるが、このと
きの製膜条件は反応ガスとして窒素のみを反応ガス供給
口１８を通して導入し、その圧力を７０Ｘ１０−３Ｔｏ
ｒｒとする。上記蒸発源１６に５ＯＡの電流を流すこと
によりＣｒターゲット（蒸発源）１６から真空放電によ
りＣｒイオンを放出させ、一方、上記Ａ１合金に対して
一３０ｖのバイアス電圧を印加した。このような条件下
で、Ａ１合金表面にＣｒＮを生成させて、約２時間の製
膜反応により膜厚５μｍの被膜が得られた。製膜中、温
度は１９０℃であった。またＸ線回折測定の結果、析出
相はＣｒＮ単相であった。
、加熱を行ってＣｒＮ被膜の形成を開始した。被膜を形
成すべき金属蒸発源１６としてＣｒを用いるが、このと
きの製膜条件は反応ガスとして窒素のみを反応ガス供給
口１８を通して導入し、その圧力を７０Ｘ１０−３Ｔｏ
ｒｒとする。上記蒸発源１６に５ＯＡの電流を流すこと
によりＣｒターゲット（蒸発源）１６から真空放電によ
りＣｒイオンを放出させ、一方、上記Ａ１合金に対して
一３０ｖのバイアス電圧を印加した。このような条件下
で、Ａ１合金表面にＣｒＮを生成させて、約２時間の製
膜反応により膜厚５μｍの被膜が得られた。製膜中、温
度は１９０℃であった。またＸ線回折測定の結果、析出
相はＣｒＮ単相であった。
このように製造した被膜Ａ１合金に対して、ＡＳＴＭ
Ｄ−２７１４−６８に規定されているファレックス摩
耗試験を行った。試験条件は以下の通りであり、またそ
の結果は別紙の表１に示す通りであった。
Ｄ−２７１４−６８に規定されているファレックス摩
耗試験を行った。試験条件は以下の通りであり、またそ
の結果は別紙の表１に示す通りであった。
潤滑剤 空気中無潤滑
回転数 ６０ ｒｐｍ
荷重 ４．５ｋｇ
試験時間 １０分
材質 Ａ７０７５Ｐ
表１から明らかなように、摩耗幅は１．７＋ｕであり、
良好な結果が得られている。
良好な結果が得られている。
え支隨工
反応槽内の窒素ガスの圧力を２５Ｘ１０−３７゜ｒｒに
した以外は実施例１と同様な製膜条件で行った。製膜中
の温度は１９０℃であり、形成された被膜のＸ線回折結
果によればＣｒＮ単相の析出が認められた。得られたＡ
１合金についてファレックス摩耗試験を行ったところ、
表１に示すように、摩耗幅は１．９ｍ■であり、やはり
良好な結果が得られた。
した以外は実施例１と同様な製膜条件で行った。製膜中
の温度は１９０℃であり、形成された被膜のＸ線回折結
果によればＣｒＮ単相の析出が認められた。得られたＡ
１合金についてファレックス摩耗試験を行ったところ、
表１に示すように、摩耗幅は１．９ｍ■であり、やはり
良好な結果が得られた。
１１Ｌ
反応槽内の窒素ガスの圧力を５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、バ
イアス電圧を一２００ｖとして行った以外は実施例１と
同様な製膜条件で行った。製膜中の温度は３２０℃であ
り、形成された被膜のＸ線回折結果によればＣｒＮとＣ
ｒ２Ｎの析出が認められた。得られたＡ】合金について
ファレックス摩耗試験を行ったところ、表１に示すよう
に、摩耗幅は３．５ｍｍであり、性能は劣っていた。
イアス電圧を一２００ｖとして行った以外は実施例１と
同様な製膜条件で行った。製膜中の温度は３２０℃であ
り、形成された被膜のＸ線回折結果によればＣｒＮとＣ
ｒ２Ｎの析出が認められた。得られたＡ】合金について
ファレックス摩耗試験を行ったところ、表１に示すよう
に、摩耗幅は３．５ｍｍであり、性能は劣っていた。
ご１邑エ
バイアス電圧を一２５Ｖ、窒素ガス圧を５×１０−’Ｔ
ｏｒｒに設定した以外は実施例とまったく同様な条件で
ＣｒＮ被膜を形成した。この場合の被膜のＸ線回折測定
の結果によればＣｒＮとＣｒの析出が認められた。得ら
れたＡ１合金についてファレックス摩耗試験を行ったと
ころ、表１し示すように、摩耗幅は２．６龍であり、性
能は劣っていた。
ｏｒｒに設定した以外は実施例とまったく同様な条件で
ＣｒＮ被膜を形成した。この場合の被膜のＸ線回折測定
の結果によればＣｒＮとＣｒの析出が認められた。得ら
れたＡ１合金についてファレックス摩耗試験を行ったと
ころ、表１し示すように、摩耗幅は２．６龍であり、性
能は劣っていた。
ル豊１］−
バイアス電圧を一２００■、窒素ガス圧を３０×１ｏづ
Ｔ ｏ ｒ ｒに設定した以外は実施例１とまったく同
様な条件でＣｒＮ被膜を形成した。この場合の被膜のＸ
線回折測定の結果によればＣｒＮ単相であった。しかし
、ＰＶＤ処理前にＨｖ１７０であったＡ１合金の硬度が
Ｈｖ１４０に低下していた。得られたＡ１合金について
ファレックス摩耗試験を行ったところ、表１に示すよう
に摩耗幅は３，１龍であり、性能は劣っていた。
Ｔ ｏ ｒ ｒに設定した以外は実施例１とまったく同
様な条件でＣｒＮ被膜を形成した。この場合の被膜のＸ
線回折測定の結果によればＣｒＮ単相であった。しかし
、ＰＶＤ処理前にＨｖ１７０であったＡ１合金の硬度が
Ｈｖ１４０に低下していた。得られたＡ１合金について
ファレックス摩耗試験を行ったところ、表１に示すよう
に摩耗幅は３，１龍であり、性能は劣っていた。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば、Ａ１合金
の硬度及び強度を低下させることなく、表面処理硬化が
でき、Ａ１合金部材の耐摩耗性を大幅に改善することか
てきる。
の硬度及び強度を低下させることなく、表面処理硬化が
でき、Ａ１合金部材の耐摩耗性を大幅に改善することか
てきる。
表１゜
ファレックス摩耗試験結果
第１図は、本発明の方法を実施するための真空アーク放
電型イオンプレーティング装置の概略図である。 １０・・・反応槽、 １２・・・ターンテーブル、 １４・・・基板、 １６・・・ターゲット（蒸発源）。 −島 ■ 図
電型イオンプレーティング装置の概略図である。 １０・・・反応槽、 １２・・・ターンテーブル、 １４・・・基板、 １６・・・ターゲット（蒸発源）。 −島 ■ 図
Claims (3)
- （１）ＣｒＮ単相の析出相からなるクロムの窒化物被膜
により被覆された表面被覆アルミニウム合金。 - （２）金属クロムを蒸発源とし、窒素ガス、アンモニア
ガスまたはこれらの混合ガスを反応ガスとしてイオンプ
レーティング法により、アルミニウム合金上に窒化物被
膜を形成する方法において、上記アルミニウム合金に０
〜−５０Ｖのバイアス電圧を印加し、上記反応ガスの圧
力を１０×１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以上にし、製膜中の温
度を２００℃以下に維持する、ことを特徴とする表面被
膜アルミニウム合金の製造方法。 - （３）請求項２記載の製造方法において、被膜の膜厚を
０．２〜２０μｍとする、ことを特徴とする製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26162790A JP2904357B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 表面被覆アルミニウム合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26162790A JP2904357B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 表面被覆アルミニウム合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04141575A true JPH04141575A (ja) | 1992-05-15 |
| JP2904357B2 JP2904357B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=17364523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26162790A Expired - Lifetime JP2904357B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 表面被覆アルミニウム合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2904357B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0581303A2 (en) * | 1992-07-31 | 1994-02-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetic head having a chromium nitride protective film for use in a magnetic recording and/or reproducing apparatus and a method of manufacturing the same |
| CN103318855A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-25 | 上海大学 | 一种氮化铬的制备方法 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP26162790A patent/JP2904357B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0581303A2 (en) * | 1992-07-31 | 1994-02-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetic head having a chromium nitride protective film for use in a magnetic recording and/or reproducing apparatus and a method of manufacturing the same |
| EP0581303A3 (en) * | 1992-07-31 | 1994-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetic head having a chromium nitride protective film for use in a magnetic recording and/or reproducing apparatus and a method of manufacturing the same |
| CN103318855A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-25 | 上海大学 | 一种氮化铬的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2904357B2 (ja) | 1999-06-14 |
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