JPH0643243B2 - タングステンカーバイトの製造方法 - Google Patents

タングステンカーバイトの製造方法

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JPH0643243B2
JPH0643243B2 JP63057301A JP5730188A JPH0643243B2 JP H0643243 B2 JPH0643243 B2 JP H0643243B2 JP 63057301 A JP63057301 A JP 63057301A JP 5730188 A JP5730188 A JP 5730188A JP H0643243 B2 JPH0643243 B2 JP H0643243B2
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、機械部品、切削工具等に耐摩耗性を与え、耐
久性の大幅な向上が図れる硬質膜、特に、このうちでも
最も硬度等の物性に優れているとされているタングステ
ンカーバイト膜の製造方法に関する。
[従来技術] 従来より切削工具等への硬質膜の形成方法としては耐熱
性金属、例えば、タングステン、モリブデンあるいはチ
タン等の炭化物膜をプラズマあるいは火炎溶射により形
成する方法が知られている。
これらの方法では基材に稠密に密着させることができ
ず、所期の目的を十分に達成することは困難であった。
これに対して化学蒸着法(CVD)によれば高い密度
(ほぼ理論密度)の膜が形成でき、しかも基材に対する
密着性が極めて優れており、種々検討されている。この
うち、耐摩耗性等の物性が特に優れているタングステン
カーバイト膜のCVDによる形成方法については、6フ
ッ化タングステン、一酸化炭素および水素を400℃以
上、好ましくは600〜1000℃の範囲で化学蒸着させW
Cの形態のタングステンカーバイト膜を得る方法(米国
特許第3574672号)、あるいは、6フッ化タングステ
ン、水素およびベンゼンのような炭化水素からなるガス
状混合物を400〜1000℃の範囲で化学蒸着することによ
り、WCあるいはWCの形態のタングステンカーバイ
ト膜の形成方法(英国特許第1326769号)等が知られて
いる。
これらの方法においては、いずれも反応温度が高いた
め、基材の金属材料に好ましくない影響を与え、得られ
る硬質膜形成金属材料は精密材料等への使用が制限され
る等の問題があった。これに対して、比較的低温でのタ
ングステンカーバイト膜の形成方法が提案されており、
特公昭62-15484号には6フッ化タングステン、芳香族炭
化水素および水素からなるガス状混合物を、タングステ
ンのカーボンに対する原子比を3〜6とし、かつ反応温
度を350〜500℃の範囲とする方法が開示されている。こ
の反応において得られる膜はX線回折によりWCの形
態であることが確認されている。このWCの形態のタ
ングステンカーバイトは従来のWCあるいはWC膜と
比較して光沢や耐摩耗性等に優れ、より商品価値の高い
ものである。
しかし、この方法においても、実際に適用される反応温
度は400℃程度と、必ずしも十分に低いとはいえず、利
用分野、対象基材等の制限を受ける。また、反応圧力も
150Torr程度の減圧条件が必要であり、装置が高価なも
のとなるほか操作も煩雑であり、加えて、得られるW
C膜の光沢も十分ではなく、改善が望まれていたもので
ある。
[問題点を解決するための具体的手段] 本発明者らは、前記した従来法の問題点に鑑み、鋭意検
討の結果、適用金属基材に対して実質的にほとんど影響
を与えることのない温度範囲、すなわち300℃程度の反
応温度においても種々の物性に優れたWC膜を容易か
つ効率的に得ることのできる方法を見いだし本発明に至
った。すなわち本発明は、6フッ化タングステン、芳香
族炭化水素および水素からなる反応ガスを気相反応させ
て、タングステンカーバイトを得る方法において、6フ
ッ化タングステン、芳香族炭化水素、および水素の混合
比率をカーボンのタングステンに対する原子比で2〜1
0、水素のカーボンに対する原子比で3以上とすること
を特徴とするタングステンカーバイトの製造方法であ
る。また、特に基材上に膜を形成する方法は、6フッ化
タングステン、芳香族炭化水素および水素からなる反応
ガスを気相反応させて、タングステンカーバイトを得る
方法において、6フッ化タングステン、芳香族炭化水
素、および水素の混合比率をカーボンのタングステンに
対する原子比で2〜10、水素のカーボンに対する原子
比で3以上とし、かつ反応温度を250〜500℃とし
て基材上に化学蒸着することを特徴とするタングステン
カーバイト膜の製造方法である。
本発明方法により得られるタングステンカーバイトは
粉、膜等種々の形状が可能である。
本発明において用いるカーボン源としての芳香族炭化水
素としてはベンゼン、トルエン、キシレン等の各種の芳
香族炭化水素が挙げられるが、蒸気圧が高く供給の容易
さ等の理由からベンゼンが最も好ましい。これら芳香族
炭化水素の使用量は、この分子中のカーボンと原料6フ
ッ化タングステンのタングステンとの比(C/W;原子
比)が2〜10の範囲となるように選ばれる。芳香族炭
化水素の量がこの範囲よりも小さくなる場合には、W
C単一膜が得られにくく、タングステン(W)との混合
膜として得られ、WC単一膜と比較して光沢、耐摩耗
性等の物性が劣り、好ましくない。また、この範囲より
大きくなっても特に不都合はないが、原料の芳香族炭化
水素がむだとなるためこの範囲以下が好ましい。
本発明においては、水素の量も限定されるものである。
すなわち水素のカーボンに対する比(H/C;原子比)
が3以上であることが必要であり、これより小さい場合
には、WとWとの混合膜が得られ、好ましくない。本
発明の反応温度は特に限定的ではなく、より高温領域に
おいては粉末の形成に有利であり、より低温領域におい
ては連続膜の形成に有利である。特に、各種金属基材に
適用して硬質膜を得るようにする場合には、金属材料に
対する好ましくない影響、すなわち、軟化、歪み等を回
避し得る温度範囲でWC単一膜を形成し得る本発明方
法は極めて有益であり、250℃以上で可能である。上限
は特にないが、その目的から、500℃以下が好ましい。
本発明においては、反応圧力は特に限定的ではないが、
大気圧でも十分に反応を行うことができることは大きな
特徴である。外観上の要求が特にないような用途におい
ては、膜堆積速度も大である大気圧下での反応が好適で
ある。この場合には反応装置も特殊なものを採用する必
要はなく、操作も簡便となる。また、外観上の要求の厳
しい用途に対しては、減圧条件下で極めて良好な膜形成
が可能であり、表面光沢に優れた均質膜を得ることがで
きる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1 内径40cm、全長100cm、均一温度領域長60cmの反応器を
具備した横型流通方式のCVD装置を用い、原料ガスは
反応器の一端の1つのノズルから導入し、幅2cm、長さ
5cm、厚さ2mmのニッケル小試片を均一温度領域の中央
に設置して反応を行った。以下の実施例、比較例のいず
れも同様にして反応を行った。
6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
2.2:1:33(C/W原子比=2.7,H/C原子比=11)とした混
合ガスを大気圧下、全流量7.8/minで400℃に保たれ
反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケル小試
片を30分間コーティングした。ニッケル小試片上には、
19μmの光沢のある膜が得られ、X線回折パターンか
らWC単一膜であることを確認した。
実施例2 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
1.4:1:10(C/W原子比=4.3,H/C原子比=3.3)とした
混合ガスを大気圧下、全流量2.1/minで300℃に保た
れた反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケル
小試片を60分間コーティングした。ニッケル小試片上に
は、12μmの光沢のある膜が得られ、X線回折パターン
からWC単一膜であることを確認した。
実施例3 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
2.7:1:42(C/W原子比=2.2,H/C原子比=7.0)とした
混合ガスを大気圧下、全流量7.6/minで250℃に保た
れた反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケル
小試片を90分間コーティングした。ニッケル小試片上に
は、9μmの光沢のある膜が得られ、X線回折パターン
からWC単一膜であることを確認した。
比較例1 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
16:1:233(C/W原子比=0.38,H/C原子比=78)とした
混合ガス大気圧下、全流量7.5/minで400℃に保たれ
た反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケル小
試片を30分間コーティングした。ニッケル小試片上に
は、21μmの光沢のない膜が得られた。この膜はX線回
折パターンからWとWCの混合膜であることを確認し
た。
比較例2 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
2.9:1:8.1(C/W原子比=2.8,H/C原子比=2.7)とした
混合ガスを大気圧下、全流量1.0/minで400℃に保た
れた反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケル
小試片を60分間コーティングした。ニッケル小試片上に
は、30μmの光沢はあるが若干青みがかった膜が得られ
た。この膜はX線回折パターンからWとWCの混合膜
であることを確認した。
実施例4 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
1.7:1:31(C/W原子比=3.5,H/C原子比=10)とした混
合ガスを全圧90Torrで、全流量2.4/minで400℃に保
たれた反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッケ
ル小試片を60分間コーティングした。ニッケル小試片上
には、9μmの光沢のある膜が得られ、X線回折パター
ンからWC単一膜であることを確認した。また、得ら
れた膜は実施例1、実施例2、実施例3で得られた膜と
比較して、より均一、滑らかで光沢のある膜であった。
実施例5 反応温度を300℃とし、コーティング時間を120分間とす
る以外は実施例4と同様にして膜形成を行った結果、膜
厚8μmのWC単一膜が得られた。この膜の外観は実
施例4で得た膜と比較してほとんど差がなかった。
比較例3 6フッ化タングステン、ベンゼンおよび水素のモル比を
20:1:367(C/W原子比=0.31,H/C原子比=121)とした
混合ガスを全圧90Torrで、全流量2.4/minで400℃に
保たれた反応器に導入し、この反応器内に置かれたニッ
ケル小試片を60分間コーティングした。ニッケル小試
片上の膜の膜厚はわずか4μmであり、X線回折パター
ンからWCの単一膜であることを確認した。この膜は
部分的にザラついた個所があり、滑らかさが実施例4で
得た膜と比較してかなり劣っていた。また、光沢もかな
り劣ったものであった。
比較例4 反応温度を300℃、コーティング時間を120分間とする以
外は比較例3と同様にして膜形成を行った結果、得られ
た膜はWとWCとの混合膜であり、その膜厚は3μm
であった。
[発明の効果] 本発明によれば、タングステンカーバイトを効率よく得
ることができ、特に硬質膜の形成においては均質、滑ら
かでかつ光沢のあるWCの単一膜を得ることができ
る。また、比較的低温(250℃程度)で膜形成できるた
め基材への悪影響を回避することができ、各種精密機材
としてひろく使用できるものである。さらに本発明方法
によれば大気圧下での膜形成が可能であり、この場合に
は装置上の制約をほとんど受けず、成膜速度も大である
ため非常に工業的に有利な膜形成方法となるものであ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】6フッ化タングステン、芳香族炭化水素お
    よび水素からなる反応ガスを気相反応させて、タングス
    テンカーバイトを得る方法において、6フッ化タングス
    テン、芳香族炭化水素、および水素の混合比率をカーボ
    ンのタングステンに対する原子比で2〜10、水素のカ
    ーボンに対する原子比で3以上とすることを特徴とする
    タングステンカーバイトの製造方法。
  2. 【請求項2】6フッ化タングステン、芳香族炭化水素お
    よび水素からなる反応ガスを気相反応させて、タングス
    テンカーバイトを得る方法において、6フッ化タングス
    テン、芳香族炭化水素、および水素の混合比率をカーボ
    ンのタングステンに対する原子比で2〜10、水素のカ
    ーボンに対する原子比で3以上とし、かつ反応温度を2
    50〜500℃として基材上に化学蒸着することを特徴
    とするタングステンカーバイト膜の製造方法。
JP63057301A 1988-03-10 1988-03-10 タングステンカーバイトの製造方法 Expired - Lifetime JPH0643243B2 (ja)

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