JPH05148649A - 膜形成方法 - Google Patents
膜形成方法Info
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- base material
- film
- layer
- ion
- hard
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
を示す横断面図である。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33625691A JPH05148649A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33625691A JPH05148649A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148649A true JPH05148649A (ja) | 1993-06-15 |
Family
ID=18297245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33625691A Pending JPH05148649A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05148649A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP33625691A patent/JPH05148649A/ja active Pending
Cited By (2)
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH09217168A (ja) | 金属及びセラミック基体のコーティング方法 | |
| JPH0352433B2 (ja) | ||
| Auner et al. | Effect of ion implantation on thin hard coatings | |
| JPH05148649A (ja) | 膜形成方法 | |
| US6398923B1 (en) | Multiple species sputtering method | |
| Andre et al. | Ion beam assisted growth of dense diamond-like carbon | |
| JPS6196721A (ja) | 被膜形成方法 | |
| JP2875892B2 (ja) | 立方晶窒化ほう素膜の形成方法 | |
| JP2593441B2 (ja) | 高硬度膜被覆工具材料とその製造方法 | |
| JPS6326349A (ja) | 立方晶窒化硼素被膜の形成方法 | |
| JPS5457477A (en) | Throw away tip of coated tool steel | |
| JPH0297673A (ja) | イオンビームスパッタ法 | |
| JP2006169614A (ja) | 金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ｄｌｃ）皮膜、その形成方法、及び摺動部材 | |
| JPS6224501B2 (ja) | ||
| JPH05148618A (ja) | 掘削工具 | |
| JPH03159978A (ja) | イオンミキシング法によるセラミックス表面への金属膜形成法 | |
| JPH05132754A (ja) | 炭化チタン薄膜の形成方法 | |
| JPH0751747B2 (ja) | 密着性の優れた薄膜形成方法 | |
| JPH05209262A (ja) | 膜被覆物の製造方法 | |
| JP2769404B2 (ja) | 炭素−窒素化合物膜の形成方法 | |
| JP2840335B2 (ja) | 高機能性被膜の形成方法 | |
| JPH06145952A (ja) | 膜形成用基体およびその製造方法 | |
| JPH05330956A (ja) | Ｔｉ−希土類元素−Ｎ系超硬質化合物膜およびその形成方法 | |
| JPH1068069A (ja) | 金属ホウ化物膜の形成方法 | |
| JP4868534B2 (ja) | 高融点の金属の炭化物層を析出するための方法 |