JPH0533130A - 表面改質層の作製法 - Google Patents
表面改質層の作製法Info
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- JPH0533130A JPH0533130A JP3214475A JP21447591A JPH0533130A JP H0533130 A JPH0533130 A JP H0533130A JP 3214475 A JP3214475 A JP 3214475A JP 21447591 A JP21447591 A JP 21447591A JP H0533130 A JPH0533130 A JP H0533130A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオン注入による表面改質層を厚く形成する
ことによって金属材料の耐食性及び耐摩耗性を飛躍的に
向上させる表面改質層の作製法を提供する。 【構成】 イオン注入処理を施すにあたり、金属材料表
面に0.1 A/m2以上の高電流密度で陽イオン注入を行うと
共に金属蒸着を行うことにより、基板表面に化合物薄膜
を形成すると共に該薄膜より深部側にイオン注入層を形
成する。上記陽イオンとしては、Ｂ+ イオン，Ｃ+ イオ
ン，Ｎ+ イオン，Ｏ+ イオンを用い、蒸着金属としては
Ｔｉが例示できる。
ことによって金属材料の耐食性及び耐摩耗性を飛躍的に
向上させる表面改質層の作製法を提供する。 【構成】 イオン注入処理を施すにあたり、金属材料表
面に0.1 A/m2以上の高電流密度で陽イオン注入を行うと
共に金属蒸着を行うことにより、基板表面に化合物薄膜
を形成すると共に該薄膜より深部側にイオン注入層を形
成する。上記陽イオンとしては、Ｂ+ イオン，Ｃ+ イオ
ン，Ｎ+ イオン，Ｏ+ イオンを用い、蒸着金属としては
Ｔｉが例示できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼やＴｉ等の金属材料表
面に陽イオンを注入することにより、耐食性及び耐摩耗
性を向上させる表面改質層の作製法に関するものであ
る。
面に陽イオンを注入することにより、耐食性及び耐摩耗
性を向上させる表面改質層の作製法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入処理法は、室温プロセスによ
り表面改質層を形成できる材料表面改質法として注目さ
れており、特に耐食性や耐摩耗性の向上を目的として種
々の研究が行なわれている。しかしながら実用製品への
応用例は非常に少ない。これはイオン注入による改質層
が他の表面改質技術と競合できる特性を持ち合わせてい
ないからであり、その最大の原因は改質層の浅さにあ
る。即ち例えば鋼基板にエネルギー４０KeV でＢ+ イオ
ン注入を行なった場合、イオン注入層の深さは0.2μｍ
以下程度しかなく、このためイオン注入を行っても表面
改質層の耐食性や耐摩耗性の持続性が実用材としては不
十分である。
り表面改質層を形成できる材料表面改質法として注目さ
れており、特に耐食性や耐摩耗性の向上を目的として種
々の研究が行なわれている。しかしながら実用製品への
応用例は非常に少ない。これはイオン注入による改質層
が他の表面改質技術と競合できる特性を持ち合わせてい
ないからであり、その最大の原因は改質層の浅さにあ
る。即ち例えば鋼基板にエネルギー４０KeV でＢ+ イオ
ン注入を行なった場合、イオン注入層の深さは0.2μｍ
以下程度しかなく、このためイオン注入を行っても表面
改質層の耐食性や耐摩耗性の持続性が実用材としては不
十分である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、イオン注入による表面改
質層を厚く形成することによって金属材料の耐食性及び
耐摩耗性を飛躍的に向上させる表面改質層の作製法を提
供しようとするものである。
目してなされたものであって、イオン注入による表面改
質層を厚く形成することによって金属材料の耐食性及び
耐摩耗性を飛躍的に向上させる表面改質層の作製法を提
供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明とは、イオン注入処理を施すことによって金属材料表
面に耐食性及び耐摩耗性に優れた表面改質層を形成する
方法であって、上記金属材料表面に陽イオン注入を行う
と共に金属蒸着を行うことにより、基板表面に化合物薄
膜を形成すると共に該薄膜より深部側にイオン注入層を
形成することを要旨とするものである。尚本発明は蒸着
させる金属によって限定されるものではないが、以下Ｔ
ｉを代表的に取り上げて説明する。
明とは、イオン注入処理を施すことによって金属材料表
面に耐食性及び耐摩耗性に優れた表面改質層を形成する
方法であって、上記金属材料表面に陽イオン注入を行う
と共に金属蒸着を行うことにより、基板表面に化合物薄
膜を形成すると共に該薄膜より深部側にイオン注入層を
形成することを要旨とするものである。尚本発明は蒸着
させる金属によって限定されるものではないが、以下Ｔ
ｉを代表的に取り上げて説明する。
【０００５】
【作用】イオン注入処理は基板表面に強制的に元素を添
加する技術であるが、添加量が一定量を超えると、基板
内に入りきれない過剰のイオンが基板表面に逆戻りし、
注入イオン元素のみの堆積層を表面に形成したり或はイ
オンが気相に散逸してしまい、基板内に形成されたイオ
ン注入層の厚さは0.2 μｍ程度以下である。
加する技術であるが、添加量が一定量を超えると、基板
内に入りきれない過剰のイオンが基板表面に逆戻りし、
注入イオン元素のみの堆積層を表面に形成したり或はイ
オンが気相に散逸してしまい、基板内に形成されたイオ
ン注入層の厚さは0.2 μｍ程度以下である。
【０００６】これに対して本発明の方法によれば、陽イ
オン注入を行うと同時にＴｉ蒸着を行なうので、基板内
に陽イオンが注入されると共に基板表面にチタン化合物
薄膜が形成され、高エネルギーの注入イオンの一部はチ
タン化合物薄膜に供給されるものの、大部分は膜中を容
易に透過して基板内部に供給される。
オン注入を行うと同時にＴｉ蒸着を行なうので、基板内
に陽イオンが注入されると共に基板表面にチタン化合物
薄膜が形成され、高エネルギーの注入イオンの一部はチ
タン化合物薄膜に供給されるものの、大部分は膜中を容
易に透過して基板内部に供給される。
【０００７】また注入イオンが基板表面に逆戻りする現
象は主に拡散に起因しているものであり、本発明法によ
ればチタン化合物薄膜と基板との拡散係数の差により基
板内部に供給された過剰の注入イオン原子はチタン化合
物薄膜にブロックされて表面に戻ることができず、基板
内部に拡散していくので、注入イオンの逆戻りをブロッ
クすることができる。
象は主に拡散に起因しているものであり、本発明法によ
ればチタン化合物薄膜と基板との拡散係数の差により基
板内部に供給された過剰の注入イオン原子はチタン化合
物薄膜にブロックされて表面に戻ることができず、基板
内部に拡散していくので、注入イオンの逆戻りをブロッ
クすることができる。
【０００８】この様に本発明の方法によれば、イオン注
入層の厚さを通常の厚さの１０倍以上にあたる３〜４μ
ｍ程度で形成できる。
入層の厚さを通常の厚さの１０倍以上にあたる３〜４μ
ｍ程度で形成できる。
【０００９】上記の陽イオンとしては、Ｂ+ イオン，Ｃ
+イオン，Ｎ+ イオン，Ｏ+ イオンが好ましい。
+イオン，Ｎ+ イオン，Ｏ+ イオンが好ましい。
【００１０】尚Ｔｉ蒸着速度はイオンビーム電流密度が
0.1A/m2の場合0.05 nm/sec 未満であることが好まし
く、該Ｔｉ蒸着速度が速すぎる場合には、基板表面に形
成される薄膜中にαＴｉ相が混在するため、注入イオン
原子拡散のブロック効果が十分に得られない。またＴｉ
蒸着速度が遅過ぎても十分なチタン化合物薄膜が形成さ
れないので、下限は0.01nm/secとすることが好ましい。
このようにイオンビーム電流密度と蒸着速度は適切な比
に維持することが望ましい。
0.1A/m2の場合0.05 nm/sec 未満であることが好まし
く、該Ｔｉ蒸着速度が速すぎる場合には、基板表面に形
成される薄膜中にαＴｉ相が混在するため、注入イオン
原子拡散のブロック効果が十分に得られない。またＴｉ
蒸着速度が遅過ぎても十分なチタン化合物薄膜が形成さ
れないので、下限は0.01nm/secとすることが好ましい。
このようにイオンビーム電流密度と蒸着速度は適切な比
に維持することが望ましい。
【００１１】
実施例１
炭素鋼（ＳＳ４００）を鏡面研磨したものを基板とし、
以下の２つの条件で表面処理を行なった。 (1) 表面処理１［従来技術］ Ｂ+ イオン注入処理 エネルギー：４０KeV イオンビーム電流密度：0.2A/m2 注入量：４×１０18ions/cm2 (2) 表面処理２［本発明技術］ Ｂ+ イオン注入とＴｉ蒸着の同時処理 Ｔｉ蒸着速度：0.4nm/cm2 Ｂ+ イオン注入条件は上記表面処理１と同様
以下の２つの条件で表面処理を行なった。 (1) 表面処理１［従来技術］ Ｂ+ イオン注入処理 エネルギー：４０KeV イオンビーム電流密度：0.2A/m2 注入量：４×１０18ions/cm2 (2) 表面処理２［本発明技術］ Ｂ+ イオン注入とＴｉ蒸着の同時処理 Ｔｉ蒸着速度：0.4nm/cm2 Ｂ+ イオン注入条件は上記表面処理１と同様
【００１２】上記した２つの表面処理を施した試験片に
ついてＡＥＳ分析を行い、深さ方向の組成分布を調べる
と共に、マイクロビッカース硬度計により改質層表面の
硬度を負荷荷重１０kgf で測定した。
ついてＡＥＳ分析を行い、深さ方向の組成分布を調べる
と共に、マイクロビッカース硬度計により改質層表面の
硬度を負荷荷重１０kgf で測定した。
【００１３】図１は表面処理１を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルである。Ｂ原子注入層は試験片の基板中に
0.2 μｍ程度の厚さで形成されているが、大部分のＢ原
子は基板表面に堆積しており、表面には厚さ1.3 μｍ程
度のＢ層が形成されている。この改質層により試験片の
表面硬度は１２０Hvから１９０Hvへと若干上昇した。し
かしながらＢ層単層の結合状態が悪く、硬度が高くない
ので耐摩耗性改質層としては十分な特性を有するもので
はない。
プロファイルである。Ｂ原子注入層は試験片の基板中に
0.2 μｍ程度の厚さで形成されているが、大部分のＢ原
子は基板表面に堆積しており、表面には厚さ1.3 μｍ程
度のＢ層が形成されている。この改質層により試験片の
表面硬度は１２０Hvから１９０Hvへと若干上昇した。し
かしながらＢ層単層の結合状態が悪く、硬度が高くない
ので耐摩耗性改質層としては十分な特性を有するもので
はない。
【００１４】図２は本発明に係る表面処理２を施した試
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面にはホウ
化チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＢ原
子が深く浸透していることがわかる。
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面にはホウ
化チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＢ原
子が深く浸透していることがわかる。
【００１５】該試験片の表面硬度は１２０Hvから１５０
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。これは基板中に硬度が１５００
Hvと高いＦｅ2 Ｂ層が形成されたためと考えられる。
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。これは基板中に硬度が１５００
Hvと高いＦｅ2 Ｂ層が形成されたためと考えられる。
【００１６】実施例２
Ｂ+ イオンに代えてＣ+ イオンを用いた以外は実施例１
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
【００１７】図３は表面処理１を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルである。Ｃ原子注入層は試験片の基板中に
0.2 μｍ程度の厚さで形成されているが、大部分のＣ原
子は基板表面に堆積しており、表面には厚さ1.3 μｍ程
度のＣ層が形成されている。この改質層により試験片の
表面硬度は１２０Hvから１７０Hvへと若干上昇した。し
かしながらＣ層単層の硬度が高くないので耐摩耗性改質
層としては十分な特性を有するものではない。
プロファイルである。Ｃ原子注入層は試験片の基板中に
0.2 μｍ程度の厚さで形成されているが、大部分のＣ原
子は基板表面に堆積しており、表面には厚さ1.3 μｍ程
度のＣ層が形成されている。この改質層により試験片の
表面硬度は１２０Hvから１７０Hvへと若干上昇した。し
かしながらＣ層単層の硬度が高くないので耐摩耗性改質
層としては十分な特性を有するものではない。
【００１８】図４は本発明に係る表面処理２を施した試
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には炭化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＣ原子
が深く浸透していることがわかる。
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には炭化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＣ原子
が深く浸透していることがわかる。
【００１９】該試験片の表面硬度は１２０Hvから１２０
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
【００２０】実施例３
Ｂ+ イオンに代えてＮ+ イオンを用いた以外は実施例１
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
【００２１】図５は表面処理１を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルである。Ｎ原子は試験片の基板中の0.2 μ
ｍ程度の深さまでしか注入されていない。尚Ｎ+ の場合
は気相中に散逸し、堆積層は得られない。この改質層に
より試験片の表面硬度は１２０Hvから１９０Hvへと若干
上昇したが耐摩耗性改質層としては十分な特性を有する
ものではない。
プロファイルである。Ｎ原子は試験片の基板中の0.2 μ
ｍ程度の深さまでしか注入されていない。尚Ｎ+ の場合
は気相中に散逸し、堆積層は得られない。この改質層に
より試験片の表面硬度は１２０Hvから１９０Hvへと若干
上昇したが耐摩耗性改質層としては十分な特性を有する
ものではない。
【００２２】図６は本発明に係る表面処理２を施した試
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には窒化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＮ原子
が深く浸透していることがわかる。
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には窒化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＮ原子
が深く浸透していることがわかる。
【００２３】該試験片の表面硬度は１２０Hvから１３０
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
【００２４】実施例４
Ｂ+ イオンに代えてＯ+ イオンを用いた以外は実施例１
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
と同様にして得た試験片についてＡＥＳ分析を行い、深
さ方向の組成分布を調べると共に、マイクロビッカース
硬度計により改質層表面の硬度を負荷荷重１０kgf で測
定した。
【００２５】図７は表面処理１を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルである。Ｏ原子は試験片の基板中の0.1 μ
ｍ程度の深さまでしか注入されていない。この改質層に
より試験片の表面硬度は１２０Hvから１８０Hvへと若干
上昇したが，耐摩耗性改質層としては十分な特性を有す
るものではない。
プロファイルである。Ｏ原子は試験片の基板中の0.1 μ
ｍ程度の深さまでしか注入されていない。この改質層に
より試験片の表面硬度は１２０Hvから１８０Hvへと若干
上昇したが，耐摩耗性改質層としては十分な特性を有す
るものではない。
【００２６】図８は本発明に係る表面処理２を施した試
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には酸化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＯ原子
が深く浸透していることがわかる。
験片のＡＥＳプロファイルである。試験片表面には酸化
チタン層が形成されていると共に、試験片内部にＯ原子
が深く浸透していることがわかる。
【００２７】該試験片の表面硬度は１２０Hvから１９０
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
０Hvと著しく向上し、耐摩耗性改質層としても十分な特
性を得ることができた。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、金属材料の耐食性及び耐摩耗性を飛躍的に向上させ
る表面改質層の作製法が提供できることとなった。
で、金属材料の耐食性及び耐摩耗性を飛躍的に向上させ
る表面改質層の作製法が提供できることとなった。
【図１】従来の表面処理を施した試験片のＡＥＳプロフ
ァイルを示すグラフである。
ァイルを示すグラフである。
【図２】本発明に係る表面処理を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルを示すグラフである。
プロファイルを示すグラフである。
【図３】従来の表面処理を施した試験片のＡＥＳプロフ
ァイルを示すグラフである。
ァイルを示すグラフである。
【図４】本発明に係る表面処理を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルを示すグラフである。
プロファイルを示すグラフである。
【図５】従来の表面処理を施した試験片のＡＥＳプロフ
ァイルを示すグラフである。
ァイルを示すグラフである。
【図６】本発明に係る表面処理を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルを示すグラフである。
プロファイルを示すグラフである。
【図７】従来の表面処理を施した試験片のＡＥＳプロフ
ァイルを示すグラフである。
ァイルを示すグラフである。
【図８】本発明に係る表面処理を施した試験片のＡＥＳ
プロファイルを示すグラフである。
プロファイルを示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項１】 イオン注入処理を施すことによって金属
材料表面に耐食性及び耐摩耗性に優れた表面改質層を形
成する方法であって、 上記金属材料表面に陽イオン注入を行うと共に金属蒸着
を行うことにより、基板表面に化合物薄膜を形成すると
共に該薄膜より深部側にイオン注入層を形成することを
特徴とする表面改質層の作製法。 - 【請求項２】 陽イオンがＢ+ イオンであり、蒸着金属
がＴｉであって、化合物薄膜がホウ化チタン薄膜である
請求項１記載の表面改質層の作製法。 - 【請求項３】 陽イオンがＣ+ イオンであり、蒸着金属
がＴｉであって、化合物薄膜が炭化チタン薄膜である請
求項１記載の表面改質層の作製法。 - 【請求項４】 陽イオンがＮ+ イオンであり、蒸着金属
がＴｉであって、化合物薄膜が窒化チタン薄膜である請
求項１記載の表面改質層の作製法。 - 【請求項５】 陽イオンがＯ+ イオンであり、蒸着金属
がＴｉであって、化合物薄膜が酸化チタン薄膜である請
求項１記載の表面改質層の作製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3214475A JPH0533130A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 表面改質層の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3214475A JPH0533130A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 表面改質層の作製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533130A true JPH0533130A (ja) | 1993-02-09 |
Family
ID=16656339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3214475A Pending JPH0533130A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 表面改質層の作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0533130A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5868485A (en) * | 1996-04-26 | 1999-02-09 | Seiko Epson Corporation | Projection type display device |
| US6056407A (en) * | 1996-12-18 | 2000-05-02 | Seiko Epson Corporation | Projection display device |
| US6135600A (en) * | 1997-12-01 | 2000-10-24 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| WO2006015897A1 (de) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Robert Bosch Gmbh | Druckfeder zum ansteuern eines dynamisch beanspruchten elements |
| JP2010519047A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | クーパー トゥールズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 格子構造を備える表面を有するはんだ付けチップ |
| TWI696605B (zh) * | 2014-09-26 | 2020-06-21 | 美商科慕Ｆｃ有限責任公司 | 非氟化或部分氟化之胺甲酸酯於塗層中之用途 |
-
1991
- 1991-07-30 JP JP3214475A patent/JPH0533130A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5868485A (en) * | 1996-04-26 | 1999-02-09 | Seiko Epson Corporation | Projection type display device |
| US6053616A (en) * | 1996-04-26 | 2000-04-25 | Seiko Epson Corporation | Projection type display device |
| USRE37836E1 (en) | 1996-04-26 | 2002-09-10 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| USRE38306E1 (en) | 1996-04-26 | 2003-11-11 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| US6056407A (en) * | 1996-12-18 | 2000-05-02 | Seiko Epson Corporation | Projection display device |
| US6135600A (en) * | 1997-12-01 | 2000-10-24 | Seiko Epson Corporation | Projector |
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| JP2008509352A (ja) * | 2004-08-04 | 2008-03-27 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 動的に負荷されるエレメントを制御する圧縮ばね |
| JP2010519047A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | クーパー トゥールズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 格子構造を備える表面を有するはんだ付けチップ |
| TWI696605B (zh) * | 2014-09-26 | 2020-06-21 | 美商科慕Ｆｃ有限責任公司 | 非氟化或部分氟化之胺甲酸酯於塗層中之用途 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A02 | Decision of refusal |
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