JPH06228750A - 表面改質方法 - Google Patents
表面改質方法Info
- Publication number
- JPH06228750A JPH06228750A JP3611793A JP3611793A JPH06228750A JP H06228750 A JPH06228750 A JP H06228750A JP 3611793 A JP3611793 A JP 3611793A JP 3611793 A JP3611793 A JP 3611793A JP H06228750 A JPH06228750 A JP H06228750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- treated
- titanium
- vacuum
- temperature
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタンイオン注入によって鉄鋼材料の表面の
耐摩耗性を改善する方法に於て、真空中に残留した炭素
含有ガスの被処理材への吸着を促進し、注入表面の炭素
の取り込み量を増加させる。 【構成】 被処理材５を試料ホルダ２に取り付け、処理
チャンバ１を真空排気後、冷却装置３を起動し、試料温
度を２００゜Ｋ以下に保ち、チタンイオン注入を行う。
チタンの注入量は１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上で
あって、かつ２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下が望ま
しい。 【効果】 被処理材を２００゜Ｋ以下に冷却すること
で、真空中に残留する炭素含有ガスの吸着が促進される
ため、注入層への炭素の取り込み量が増加し、耐摩耗性
に優れた表層を形成することができる。
耐摩耗性を改善する方法に於て、真空中に残留した炭素
含有ガスの被処理材への吸着を促進し、注入表面の炭素
の取り込み量を増加させる。 【構成】 被処理材５を試料ホルダ２に取り付け、処理
チャンバ１を真空排気後、冷却装置３を起動し、試料温
度を２００゜Ｋ以下に保ち、チタンイオン注入を行う。
チタンの注入量は１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上で
あって、かつ２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下が望ま
しい。 【効果】 被処理材を２００゜Ｋ以下に冷却すること
で、真空中に残留する炭素含有ガスの吸着が促進される
ため、注入層への炭素の取り込み量が増加し、耐摩耗性
に優れた表層を形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼材料の耐摩耗性を
向上させるための表面改質方法に関するものである。
向上させるための表面改質方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼材料にチタンイオンを注入すること
によりその表面の耐摩耗性が向上することは良く知られ
ている（例えば、I.L. Singer, Appl. Surface Sci., 1
8 (1984) p28-p62参照）。これは、鉄鋼材料にチタン注
入中に真空中の炭素含有ガスが吸着し、そのなかの炭素
が鉄鋼材料の注入表面に取り込まれることにより、鉄−
チタン−炭素系の非晶質相を形成することによる。
によりその表面の耐摩耗性が向上することは良く知られ
ている（例えば、I.L. Singer, Appl. Surface Sci., 1
8 (1984) p28-p62参照）。これは、鉄鋼材料にチタン注
入中に真空中の炭素含有ガスが吸着し、そのなかの炭素
が鉄鋼材料の注入表面に取り込まれることにより、鉄−
チタン−炭素系の非晶質相を形成することによる。
【０００３】上記方法による改質表面の特性は取り込み
炭素量に依存し、真空雰囲気からの炭素の取り込み量が
十分でないときには充分な耐摩耗性が得られなかった。
そのために、アセチレンのような炭素を含むガスを意図
的に真空中に導入し、炭素の取り込みを促進する方法が
提案されている（例えば、角谷透ら、１９９０年春期
（１０６回）日本金属学会講演概要ｐ４０２参照）。
炭素量に依存し、真空雰囲気からの炭素の取り込み量が
十分でないときには充分な耐摩耗性が得られなかった。
そのために、アセチレンのような炭素を含むガスを意図
的に真空中に導入し、炭素の取り込みを促進する方法が
提案されている（例えば、角谷透ら、１９９０年春期
（１０６回）日本金属学会講演概要ｐ４０２参照）。
【０００４】しかしながら、この方法ではガス導入系や
圧力制御機構などが必要で装置が複雑になるという欠点
があった。また、チタンイオン注入後に炭素イオンを追
加注入することによって、炭素を注入層に意図的に導入
し、表面特性を向上させることが行われているが（例え
ば、D.M. Follstaedt, J.A. Knapp and L.E. Pope, MRS
Res. Soc. Symp. Proc. vol140 p133-p146参照）、こ
の方法では処理工程が増加し、かつコストも高騰化する
という欠点があった。また、従来のイオン注入に於ては
注入温度は室温に保たれており、低温に保持するという
ことはなされていなかった。
圧力制御機構などが必要で装置が複雑になるという欠点
があった。また、チタンイオン注入後に炭素イオンを追
加注入することによって、炭素を注入層に意図的に導入
し、表面特性を向上させることが行われているが（例え
ば、D.M. Follstaedt, J.A. Knapp and L.E. Pope, MRS
Res. Soc. Symp. Proc. vol140 p133-p146参照）、こ
の方法では処理工程が増加し、かつコストも高騰化する
という欠点があった。また、従来のイオン注入に於ては
注入温度は室温に保たれており、低温に保持するという
ことはなされていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、チタ
ンイオン注入により鉄鋼材料の耐摩耗性を改善する方法
に於て、装置が複雑になることや工程が二重になること
なく、鉄鋼材料の耐摩耗性を改善する方法を提供するこ
とにある。
ンイオン注入により鉄鋼材料の耐摩耗性を改善する方法
に於て、装置が複雑になることや工程が二重になること
なく、鉄鋼材料の耐摩耗性を改善する方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の問題は、鉄鋼材料
の表面の耐摩耗性を改善するべく該鉄鋼材料にチタンイ
オンを注入する表面改質方法に於て、真空中に残留する
炭素含有ガスの被処理材への取り込みを促進するべく、
イオン注入時の被処理材の温度を２００゜Ｋ以下に保っ
た状態で前記被処理材に対するチタンイオンの注入を行
うことにより解決される。
の表面の耐摩耗性を改善するべく該鉄鋼材料にチタンイ
オンを注入する表面改質方法に於て、真空中に残留する
炭素含有ガスの被処理材への取り込みを促進するべく、
イオン注入時の被処理材の温度を２００゜Ｋ以下に保っ
た状態で前記被処理材に対するチタンイオンの注入を行
うことにより解決される。
【０００７】
【作用】被処理材の温度を低下させると、残留ガスの吸
着が促進されるために真空中の炭素含有ガスを増やすこ
となく注入時の真空中の炭素含有ガスの取り込み量が増
加する。従って、意図的なガス導入や炭素イオン注入を
行わなくても充分に被処理材中に炭素が導入できる。
着が促進されるために真空中の炭素含有ガスを増やすこ
となく注入時の真空中の炭素含有ガスの取り込み量が増
加する。従って、意図的なガス導入や炭素イオン注入を
行わなくても充分に被処理材中に炭素が導入できる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明が適用された処理装置の構成
の一例を示すブロック図である。処理チャンバ１には試
料ホルダ２、冷却装置３及びイオン源４が取り付けられ
ている。
の一例を示すブロック図である。処理チャンバ１には試
料ホルダ２、冷却装置３及びイオン源４が取り付けられ
ている。
【０００９】処理を行うには被処理材５（鉄鋼材料）を
試料ホルダ２に取り付け、処理チャンバ１を通常１×１
０-6torr以下程度まで真空排気する。次に、真空排気後
に冷却装置３を起動して被処理材を冷却する。ここで、
冷却装置３は、ヘリウムガス冷凍機及びヒータより構成
され、冷凍機及びヒータの出力を適当に調節することに
より室温（２９８゜Ｋ）以下の任意の温度に設定できる
ようになっている。被処理材５が２００゜Ｋ以下の所定
の温度に到達したところで、イオン源４を起動してチタ
ン注入を開始する。このとき、チタンイオンの注入量と
しては、１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であって、
かつ２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることが望
ましい。これは、スパッタリングにより表面のチタン濃
度が飽和するために注入量を２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2以上増やしてもあまり効果がなく、１×１０17ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2以下では表面でのチタンの濃度が低く非
晶質化しないために所望の特性が充分に得られないこと
を理由とする。
試料ホルダ２に取り付け、処理チャンバ１を通常１×１
０-6torr以下程度まで真空排気する。次に、真空排気後
に冷却装置３を起動して被処理材を冷却する。ここで、
冷却装置３は、ヘリウムガス冷凍機及びヒータより構成
され、冷凍機及びヒータの出力を適当に調節することに
より室温（２９８゜Ｋ）以下の任意の温度に設定できる
ようになっている。被処理材５が２００゜Ｋ以下の所定
の温度に到達したところで、イオン源４を起動してチタ
ン注入を開始する。このとき、チタンイオンの注入量と
しては、１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であって、
かつ２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることが望
ましい。これは、スパッタリングにより表面のチタン濃
度が飽和するために注入量を２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ2以上増やしてもあまり効果がなく、１×１０17ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ2以下では表面でのチタンの濃度が低く非
晶質化しないために所望の特性が充分に得られないこと
を理由とする。
【００１０】一方、注入温度としては２００゜Ｋ以下と
する。これは、２００゜Ｋ以上では被処理材５の温度が
十分低くないために、真空中の炭素含有ガスが十分に吸
着しないため、冷却によるガス取り込みの効果が少ない
ためである。また、チタンイオンのエネルギとしては、
５０ｋＶ以上４００ｋＶ以下が望ましい。これは、５０
ｋＶ以下であるとチタンイオンによるスパッタリングが
多くなり、表面でのチタン濃度が飽和し、十分なチタン
濃度が得られないからであり、４００ｋＶ以上であると
注入装置が大型化し、産業用プロセスとして実用的でな
いためである。
する。これは、２００゜Ｋ以上では被処理材５の温度が
十分低くないために、真空中の炭素含有ガスが十分に吸
着しないため、冷却によるガス取り込みの効果が少ない
ためである。また、チタンイオンのエネルギとしては、
５０ｋＶ以上４００ｋＶ以下が望ましい。これは、５０
ｋＶ以下であるとチタンイオンによるスパッタリングが
多くなり、表面でのチタン濃度が飽和し、十分なチタン
濃度が得られないからであり、４００ｋＶ以上であると
注入装置が大型化し、産業用プロセスとして実用的でな
いためである。
【００１１】実際に軸受け鋼（ＳＵＪ２）に基板温度を
変えてチタンイオンを注入して、そのときの炭素の取り
込み量を調べた。ここで、チタンイオンの加速エネルギ
は１４０ｋＶ、注入量は５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
であり、基板温度を室温（２９８゜Ｋ）から１５゜Ｋま
で変化させた。また、図２にグロー放電分光法で分析し
た炭素の発光強度の時間積分、即ち炭素取り込み量の注
入温度依存性を示す。注入温度が低下するのに伴い炭素
の取り込み量は増加し、２００゜Ｋ辺りを臨界的な温度
としてほぼ飽和する。
変えてチタンイオンを注入して、そのときの炭素の取り
込み量を調べた。ここで、チタンイオンの加速エネルギ
は１４０ｋＶ、注入量は５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
であり、基板温度を室温（２９８゜Ｋ）から１５゜Ｋま
で変化させた。また、図２にグロー放電分光法で分析し
た炭素の発光強度の時間積分、即ち炭素取り込み量の注
入温度依存性を示す。注入温度が低下するのに伴い炭素
の取り込み量は増加し、２００゜Ｋ辺りを臨界的な温度
としてほぼ飽和する。
【００１２】また、これらの試料を用いて直線往復摺動
試験で擦摩摩耗特性を調べた。ここで、試験条件は荷
重：１００ｇｆ、摺動速度：１０ｍｍ／秒、摺動回数：
５００回、相手ピン：ＳＵＳ４４０Ｃとした。摩耗量
は、精密粗度計で測定した摩擦痕の深さで評価した。こ
の結果を表１に示す。この表１により明らかなように、
２００゜Ｋ以上（２９８゜Ｋ、２５０゜Ｋ）にてイオン
注入した試料に比べ、２００゜Ｋ以下でイオン注入した
試料の摩耗量が著しく少なかった。
試験で擦摩摩耗特性を調べた。ここで、試験条件は荷
重：１００ｇｆ、摺動速度：１０ｍｍ／秒、摺動回数：
５００回、相手ピン：ＳＵＳ４４０Ｃとした。摩耗量
は、精密粗度計で測定した摩擦痕の深さで評価した。こ
の結果を表１に示す。この表１により明らかなように、
２００゜Ｋ以上（２９８゜Ｋ、２５０゜Ｋ）にてイオン
注入した試料に比べ、２００゜Ｋ以下でイオン注入した
試料の摩耗量が著しく少なかった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明の表面改質方法によれば、イオン注入時の被処理材の
温度を２００゜Ｋ以下に保った状態でチタンイオンの注
入を行うことにより、容易に注入時の真空中の炭素含有
ガスの取り込み量が増加し、鉄鋼材料の耐摩耗性を向上
させることができる。
明の表面改質方法によれば、イオン注入時の被処理材の
温度を２００゜Ｋ以下に保った状態でチタンイオンの注
入を行うことにより、容易に注入時の真空中の炭素含有
ガスの取り込み量が増加し、鉄鋼材料の耐摩耗性を向上
させることができる。
【図１】本発明に基づきイオン注入を行うための装置構
成の一例を示す模式的断面図である。
成の一例を示す模式的断面図である。
【図２】注入温度と炭素の取り込み量との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
１ 処理チャンバ ２ 試料ホルダ ３ 冷却装置 ４ イオン源 ５ 被処理材
Claims (1)
- 【請求項１】 鉄鋼材料の表面の耐摩耗性を改善する
べく該鉄鋼材料にチタンイオンを注入する表面改質方法
に於て、 真空中に残留する炭素含有ガスの被処理材への取り込み
を促進するべく、イオン注入時の被処理材の温度を２０
０゜Ｋ以下に保った状態で前記被処理材に対するチタン
イオンの注入を行うことを特徴とする表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3611793A JPH06228750A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3611793A JPH06228750A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06228750A true JPH06228750A (ja) | 1994-08-16 |
Family
ID=12460841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3611793A Withdrawn JPH06228750A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06228750A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0757115A1 (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pivot thrust bearing system |
| CN1041220C (zh) * | 1995-08-25 | 1998-12-16 | 北京师范大学低能核物理研究所 | 高速钢切削工具的表面处理方法 |
| CN1041221C (zh) * | 1995-08-25 | 1998-12-16 | 北京师范大学低能核物理研究所 | 精密金属运动耦合部件的表面处理方法 |
| CN102912309A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-02-06 | 天津大学 | 一种基于离子注入表面改性提高tc4钛合金抗空蚀性能的方法 |
| CN115141404A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-10-04 | 中南大学湘雅医院 | 一种敷料及其制备方法 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP3611793A patent/JPH06228750A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0757115A1 (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pivot thrust bearing system |
| CN1041220C (zh) * | 1995-08-25 | 1998-12-16 | 北京师范大学低能核物理研究所 | 高速钢切削工具的表面处理方法 |
| CN1041221C (zh) * | 1995-08-25 | 1998-12-16 | 北京师范大学低能核物理研究所 | 精密金属运动耦合部件的表面处理方法 |
| CN102912309A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-02-06 | 天津大学 | 一种基于离子注入表面改性提高tc4钛合金抗空蚀性能的方法 |
| CN115141404A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-10-04 | 中南大学湘雅医院 | 一种敷料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Was et al. | Resolution of the carbon contamination problem in ion irradiation experiments | |
| Collins et al. | Plasma immersion ion implantation of steels | |
| US5334264A (en) | Titanium plasma nitriding intensified by thermionic emission source | |
| GB2325561A (en) | Implanting desired chemical species in semiconductor substrates | |
| Baker et al. | A Study of the Chemical Bonding and Microstructure of Ion Beam‐deposited CNx Films Including an XPS C 1s Peak Simulation | |
| Pogrebnjak et al. | Certain features of high-dose and intensive implantation of Al ions in iron | |
| Singer et al. | Abrasive wear resistance of titanium-and nitrogen-implanted 52100 steel surfaces | |
| Hellgren et al. | Influence of plasma parameters on the growth and properties of magnetron sputtered CN X thin films | |
| Lu et al. | Microstructure and nanomechanical properties of nitrogenated amorphous carbon thin films synthesized by reactive radio frequency sputtering | |
| JPH06228750A (ja) | 表面改質方法 | |
| Baker et al. | Study of the Chemical Composition and Microstructure of Ion Beam‐deposited CNx Films Including an XPS C 1s Peak Simulation | |
| Collins et al. | Plasma immersion ion implantation—the role of diffusion | |
| Bull et al. | Improving the mechanical properties of steels using low energy, high temperature nitrogen ion implantation | |
| Dos Santos et al. | Surface modifications and the mechanical properties of carbon steels implanted with nitrogen | |
| Mucha et al. | Requisite parameters for optimal wear performance of nitrogen-implanted titanium and Ti6Al4V | |
| Hutchings | A review of recent developments in ion implantation for metallurgical application | |
| Parascandola et al. | Nitriding stainless steels at moderate temperature: Time-and depth-resolved characterization of the near surface composition during the nitriding process | |
| Li et al. | Surface morphology and compound layer pores of plasma nitrocarburized low carbon steel | |
| Szcancoski et al. | Mechanical and tribological properties of carbon and nitrogen consecutive ion implantation into aluminium | |
| Akhmadeev et al. | Nitriding of technical-purity titanium in hollow-cathode glow discharge | |
| Raole et al. | X-ray photoelectron spectroscopic study of plasma source nitrogen ion implantation in single crystal natural diamond | |
| JPH07138755A (ja) | 鉄鋼材料の表面改質方法 | |
| Tian et al. | Investigation of low-pressure elevated-temperature plasma immersion ion implantation of AISI 304 stainless steel | |
| JP2821903B2 (ja) | イオン注入法によるステンレス鋼の表面処理法 | |
| Jansson et al. | Wear resistant sulfur films on hard ball bearing steel studied by Auger electron spectroscopy and sputter profiling, including factor analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |