JPH05148649A - 膜形成方法 - Google Patents

膜形成方法

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Publication number
JPH05148649A
JPH05148649A JP33625691A JP33625691A JPH05148649A JP H05148649 A JPH05148649 A JP H05148649A JP 33625691 A JP33625691 A JP 33625691A JP 33625691 A JP33625691 A JP 33625691A JP H05148649 A JPH05148649 A JP H05148649A
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JP
Japan
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base material
film
layer
ion
hard
Prior art date
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Pending
Application number
JP33625691A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Suzuki
泰雄 鈴木
Koji Okamoto
康治 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP33625691A priority Critical patent/JPH05148649A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 母材の表面に厚膜を形成する場合に、当該厚
膜の母材に対する密着強度を向上させることができる膜
形成方法を提供する。 【構成】 母材の表面に厚膜4を形成する際に、当該厚
膜4の形成に先立って、母材2に、当該厚膜4を構成す
る金属のイオン6を注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば掘削工具、配
管等の母材の表面に厚膜を形成する膜形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】掘削工具の耐摩耗性や切削性能を向上さ
せたり、化学プラント等の配管の耐食性を向上させる等
の目的で、その母材の表面に膜を形成する(コーティン
グする)ことが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記膜は、厚膜にする
ほど寿命が長くなるが、そのようにすると、膜と母材間
の機械的、熱的ストレスが非常に大きくなり、膜が母材
から剥離しやすくなるという問題が生じる。
【0004】膜の密着強度を向上させるために、膜形成
と同時または形成後に、アルゴン等の不活性ガスイオン
を注入して、膜と母材との界面付近に両者の構成物質か
ら成る混合層を形成することが従来から試みられている
が、上記混合層はせいぜい数百Å程度しかなく、従って
薄膜をコーティングする場合は良いとしても、厚膜(例
えば数十〜数百μm程度)をコーティングする場合は、
上に乗る膜があまりにも厚いので、密着強度が不十分で
あるという問題がある。
【0005】そこでこの発明は、母材の表面に厚膜を形
成する場合に、当該厚膜の母材に対する密着強度を向上
させることができる膜形成方法を提供することを主たる
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の膜形成方法は、母材の表面に厚膜を形成
する際に、当該厚膜の形成に先立って、母材に、当該厚
膜を構成する金属のイオンを注入することを特徴とす
る。
【0007】その場合、母材中の金属イオンの注入量
を、母材の表面に近い所ほど多くなるように傾斜させて
も良い。また、金属イオンの注入と併せて、母材に炭素
イオンを注入しても良い。
【0008】
【作用】母材に上記のような金属イオンを注入すれば、
母材の表面付近のヤング率や熱膨張係数等の物理定数
が、その上に形成される厚膜のそれと近似したものにな
る。その結果、膜と母材間の機械的、熱的ストレスが緩
和され、母材に対する膜の密着強度が向上する。
【0009】また、金属イオンの注入量を上記のように
傾斜させると、母材と膜間の上記のような物理定数がよ
り滑らかにつながるので、膜の密着強度がより向上す
る。
【0010】また、金属イオン注入に伴って、母材によ
ってはそれから炭素が抜けて母材が脆弱化する恐れがあ
るが、その場合は炭素イオン注入を併用することによっ
てそれを防止することができる。
【0011】
【実施例】この発明に係る膜形成方法の一例を図1を参
照して説明すると、まず所要の母材2を用意し(同図
A)、その表面に、後でコーティングしようとする厚膜
4を構成する金属のイオン6をまず注入する(同図
B)。それによって、母材2の表面付近にイオン注入層
8が形成される。そしてその後、この母材2の表面に所
要の厚膜4を形成(コーティング)する(同図C)。
【0012】母材2は、例えば超硬合金、高速度鋼、ス
テンレス鋼等から成る。その形状は任意である。
【0013】厚膜4は、例えばTiN、TiC、TiCN
等から成る単層膜でも良いし、これらを組み合わせた多
層膜でも良い。またこの厚膜4の厚さは必要に応じて決
めれば良いが、例えば数十〜数百μm程度である。
【0014】金属イオン6は、厚膜4が上記例の場合
は、チタンイオンである。イオン注入層8の深さDは、
この金属イオン6のエネルギーによって調整することが
できるが、例えば数千Å〜1μm程度にする。
【0015】このイオン注入層8における金属イオン6
の注入量を、例えば図2に示すように、母材2の表面に
近い所ほど多くなるように傾斜させても良い。これは、
金属イオン6のエネルギー(即ち注入深さ)と注入量を
例えば同図中に破線で示すように変化させることによっ
て実現することができる。
【0016】また、図1Bに示すように、金属イオン6
の注入と併せて、母材2に炭素イオン7を注入しても良
い。但し、この炭素イオン7の注入は、金属イオン6の
注入前でも、金属イオン6の注入と同時でも、あるいは
金属イオン6の注入後でも良い。
【0017】上記のような膜形成は、具体的には、例え
ば図3に示すような装置を用いて行うことができる。
【0018】この装置を説明すると、図示しない真空排
気装置によって真空排気される真空容器10内に、回転
式のホルダ12が設けられており、その側面に所要の母
材2を取り付ける。このホルダ12には適当な(例えば
−200V〜−400V程度の)負のバイアス電圧が印
加される。またこの真空容器10内には、ガス導入口2
2から所要のガス24を導入することができる。
【0019】真空容器10の壁面には、ホルダ12を囲
むように、複数のイオン源14〜16およびアーク式蒸
発源18が取り付けられている。イオン源14は、例え
ば低エネルギーのイオン源であり、例えば数KeV以下
のエネルギーの金属イオン6を射出することができる。
イオン源15は、例えば高エネルギーのイオン源であ
り、例えば数KeV〜数十KeV程度のエネルギーの金
属イオン6を射出することができる。イオン源16は例
えば数KeV〜数十KeV程度のエネルギーの炭素イオ
ン7を射出することができる。
【0020】アーク式蒸発源18は、所要の金属から成
るカソードをアーク放電によって局部的に溶解させて金
属粒子20を蒸発させることができる。この金属粒子2
0には、アーク放電を用いているため、中性粒子の他に
イオン化された粒子がかなりの割合で含まれており、そ
れによって良質の膜を形成することができる。
【0021】上記のような装置を用いて、母材2の表面
に前述した厚膜4の一例としてTiN膜を形成する場合
を説明すると次のとおりである。
【0022】必要数の母材2をホルダ12に取り付け、
真空容器10内を真空排気後、ホルダ12を回転させな
がら、まず、イオン源14および15から金属イオン6
としてチタンイオンを引き出してこれを母材2に注入す
る。これによって母材2の表面付近に前述したイオン注
入層8が形成される。このとき、両イオン源14、15
から引き出すチタンイオンのエネルギーおよびビーム電
流を調整して、例えば図2に示したような傾斜した注入
量分布が得られるようにしても良い。また必要に応じ
て、チタンイオンの注入と併せて、イオン源16から炭
素イオン7を引き出して母材2に注入しても良い。
【0023】次に、真空容器10内にガス導入口22か
らガス24として窒素ガスを導入しながら、アーク式蒸
発源18から金属粒子20としてチタンを蒸発させる。
これによって、チタンと雰囲気中の窒素とが反応して、
上記母材2の表面にTiN膜が形成される。この膜形成
を所要時間行うことによって、厚膜4として、所要の膜
厚のTiN膜を形成することができる。
【0024】上記のような方法によれば、厚膜4の母材
2に対する密着強度は、従来の不活性ガスイオン注入に
よって混合層を形成する方法に比べて数倍は向上する。
【0025】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような金属イオンの注入により、母材の表面付近の物理
定数がその上に形成される厚膜のそれと近似したものに
なり、その結果、膜と母材間の機械的、熱的ストレスが
緩和され、母材に対する膜の密着強度が向上する。
【0026】また、金属イオンの注入量を前記のように
傾斜させると、母材と膜間の物理定数がより滑らかにつ
ながるので、膜の密着強度がより向上する。
【0027】また、炭素イオン注入を併用すると、金属
イオン注入に伴う母材の脱炭による脆化を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る膜形成方法の一例を示す工程
図である。
【図2】 母材の表面付近を拡大して示す図である。
【図3】 この発明の膜形成方法を実施する装置の一例
を示す横断面図である。
【符号の説明】
2 母材 4 厚膜 6 金属イオン 7 炭素イオン 8 イオン注入層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材の表面に厚膜を形成する際に、当該
    厚膜の形成に先立って、母材に、当該厚膜を構成する金
    属のイオンを注入することを特徴とする膜形成方法。
  2. 【請求項2】 前記母材中の前記金属イオンの注入量
    を、母材の表面に近い所ほど多くなるように傾斜させる
    請求項1記載の膜形成方法。
  3. 【請求項3】 前記金属イオンの注入と併せて、前記母
    材に炭素イオンを注入する請求項1または2記載の膜形
    成方法。
JP33625691A 1991-11-25 1991-11-25 膜形成方法 Pending JPH05148649A (ja)

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JP33625691A JPH05148649A (ja) 1991-11-25 1991-11-25 膜形成方法

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JPH05148649A true JPH05148649A (ja) 1993-06-15

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222177A (ja) * 1995-02-15 1996-08-30 Nissin Electric Co Ltd 金属イオン注入装置
US6797335B1 (en) * 1999-08-16 2004-09-28 Paderov Anatol Y Nikolaevich Method for deposition of wear-resistant coatings and for increasing the lifespan of parts

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222177A (ja) * 1995-02-15 1996-08-30 Nissin Electric Co Ltd 金属イオン注入装置
US6797335B1 (en) * 1999-08-16 2004-09-28 Paderov Anatol Y Nikolaevich Method for deposition of wear-resistant coatings and for increasing the lifespan of parts

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