JPH10237672A - ダイヤモンド被覆鉄鋼材料およびその製造法 - Google Patents
ダイヤモンド被覆鉄鋼材料およびその製造法Info
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- JPH10237672A JPH10237672A JP4624897A JP4624897A JPH10237672A JP H10237672 A JPH10237672 A JP H10237672A JP 4624897 A JP4624897 A JP 4624897A JP 4624897 A JP4624897 A JP 4624897A JP H10237672 A JPH10237672 A JP H10237672A
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- Japan
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- diamond
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- steel material
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄鋼材料表面へダイヤモンド膜を形成する
際、基材への炭素の拡散や黒鉛の生成を抑制し、表面に
結晶性の良いダイヤモンド膜を形成する。 【解決手段】 本発明は、鉄鋼材料の表面にＣｒ層が施
され、そのＣｒ層の表面に不働態皮膜層が形成され、さ
らにその不働態被覆層の表面にダイヤモンド膜が形成さ
れたことを特徴とするダイヤモンド被覆鉄鋼材料であ
り、厚さが０．２nm〜２０nmで、Ｃｒ以外の主たる含有
元素が酸素であり、酸素含有量が２０〜５０wt％である
不働態皮膜層と、厚さが０．１μｍ〜５０μｍであるＣ
ｒ層が施されていることが好ましい。また、ダイヤモン
ド膜が、ダイヤモンドに対する無定形炭素のラマンスペ
クトルのピーク高さ比が、１．０以下であると、結晶性
が良く特性に優れた皮膜となる。上記ダイヤモンド被覆
鉄鋼材料の製造には、不働態皮膜層を、硝酸中にＣｒ層
を３０分以上３０時間以内浸漬して形成し、達成でき
る。
際、基材への炭素の拡散や黒鉛の生成を抑制し、表面に
結晶性の良いダイヤモンド膜を形成する。 【解決手段】 本発明は、鉄鋼材料の表面にＣｒ層が施
され、そのＣｒ層の表面に不働態皮膜層が形成され、さ
らにその不働態被覆層の表面にダイヤモンド膜が形成さ
れたことを特徴とするダイヤモンド被覆鉄鋼材料であ
り、厚さが０．２nm〜２０nmで、Ｃｒ以外の主たる含有
元素が酸素であり、酸素含有量が２０〜５０wt％である
不働態皮膜層と、厚さが０．１μｍ〜５０μｍであるＣ
ｒ層が施されていることが好ましい。また、ダイヤモン
ド膜が、ダイヤモンドに対する無定形炭素のラマンスペ
クトルのピーク高さ比が、１．０以下であると、結晶性
が良く特性に優れた皮膜となる。上記ダイヤモンド被覆
鉄鋼材料の製造には、不働態皮膜層を、硝酸中にＣｒ層
を３０分以上３０時間以内浸漬して形成し、達成でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭素鋼やステン
レス鋼といった鉄鋼材料を基材としたダイヤモンド被覆
材料とその製造法に関する。機械的かつ化学的な耐久性
を向上させるために、硬質膜の被覆が試行されている
が、安価で多用されている鉄鋼材料に、ダイヤモンド膜
が形成できれば、その適用範囲は一般の機械工具や摺動
部材に大きく広がる。
レス鋼といった鉄鋼材料を基材としたダイヤモンド被覆
材料とその製造法に関する。機械的かつ化学的な耐久性
を向上させるために、硬質膜の被覆が試行されている
が、安価で多用されている鉄鋼材料に、ダイヤモンド膜
が形成できれば、その適用範囲は一般の機械工具や摺動
部材に大きく広がる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤ法を用いたダイ
ヤモンド薄膜の合成は、Ｓｉ基板上の合成の報告（S. M
atsumotoほか、J. of Mater. Sci., 17, 3106, (1982))
を契機に多数の研究が行われている。成膜対象の基板は
Ｓｉを中心に、金属、酸化物、窒化物、炭化物など幅広
く検討されている。
ヤモンド薄膜の合成は、Ｓｉ基板上の合成の報告（S. M
atsumotoほか、J. of Mater. Sci., 17, 3106, (1982))
を契機に多数の研究が行われている。成膜対象の基板は
Ｓｉを中心に、金属、酸化物、窒化物、炭化物など幅広
く検討されている。
【０００３】その中で、特に、鉄鋼材料へは、鉄中への
炭素の拡散、黒鉛の生成（陳ほか、表面技術、40, 665,
(1990) ; P. S. Weiserほか、J. Appl. Phys., 68, 64
01,(1990)) などが問題となり、ダイヤモンド薄膜を形
成することが困難であった。炭素鋼をガス軟窒化や浸炭
しただけでは、ダイヤモンドの結晶性が悪く、無定形炭
素や粉末状黒鉛が形成する（田中ほか、表面技術、47,
611, (1996) 。前処理としてＣＶＤ法でＴｉＮ被覆した
場合には、結晶性の良いダイヤモンド被膜が形成される
が、基板との密着力が弱く剥離しやすい上に、処理工程
が増え、製造コストも高くなり実用的ではなかった。
炭素の拡散、黒鉛の生成（陳ほか、表面技術、40, 665,
(1990) ; P. S. Weiserほか、J. Appl. Phys., 68, 64
01,(1990)) などが問題となり、ダイヤモンド薄膜を形
成することが困難であった。炭素鋼をガス軟窒化や浸炭
しただけでは、ダイヤモンドの結晶性が悪く、無定形炭
素や粉末状黒鉛が形成する（田中ほか、表面技術、47,
611, (1996) 。前処理としてＣＶＤ法でＴｉＮ被覆した
場合には、結晶性の良いダイヤモンド被膜が形成される
が、基板との密着力が弱く剥離しやすい上に、処理工程
が増え、製造コストも高くなり実用的ではなかった。
【０００４】この発明は、鉄鋼材料表面へダイヤモンド
膜を形成する際、基材への炭素の拡散や黒鉛の生成を抑
制し、表面に結晶性の良いダイヤモンド膜を形成する方
法を提供するものである。
膜を形成する際、基材への炭素の拡散や黒鉛の生成を抑
制し、表面に結晶性の良いダイヤモンド膜を形成する方
法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄鋼材料の表
面にＣｒ層が施され、そのＣｒ層の表面に不働態皮膜層
が形成され、さらにその不働態皮膜層の表面にダイヤモ
ンド膜が形成されたことを特徴とするダイヤモンド被覆
鉄鋼材料であり、厚さが０．２nm〜２０nmで、Ｃｒ以外
の主たる含有元素が酸素であり、酸素含有量が２０〜５
０wt％である不働態皮膜層と、厚さが０．１μｍ〜５０
μｍであるＣｒ層が施されていることが好ましい。
面にＣｒ層が施され、そのＣｒ層の表面に不働態皮膜層
が形成され、さらにその不働態皮膜層の表面にダイヤモ
ンド膜が形成されたことを特徴とするダイヤモンド被覆
鉄鋼材料であり、厚さが０．２nm〜２０nmで、Ｃｒ以外
の主たる含有元素が酸素であり、酸素含有量が２０〜５
０wt％である不働態皮膜層と、厚さが０．１μｍ〜５０
μｍであるＣｒ層が施されていることが好ましい。
【０００６】また、ダイヤモンド膜が、ダイヤモンドに
対する無定形炭素のラマンスペクトルのピーク高さ比
が、１．０以下であると、結晶性が良く特性に優れた皮
膜となる。上記ダイヤモンド被覆鉄鋼材料の製造は、不
働態皮膜層を、硝酸中にＣｒ層を３０分以上３０時間以
内浸漬して形成し、達成できる。
対する無定形炭素のラマンスペクトルのピーク高さ比
が、１．０以下であると、結晶性が良く特性に優れた皮
膜となる。上記ダイヤモンド被覆鉄鋼材料の製造は、不
働態皮膜層を、硝酸中にＣｒ層を３０分以上３０時間以
内浸漬して形成し、達成できる。
【０００７】基板となる鉄鋼材料としては、炭素鋼をは
じめ、耐食性が必要な場合にはステンレス鋼といったよ
うに用途に応じた材料が選択できる。鉄鋼材料基板はＣ
ｒ層が施された後、＃３２０程度のエメリー研磨紙で表
面に凹凸をつけると、ダイヤモンド膜の形成が効果的に
行われる。Ｃｒ層は、ＰＶＤやＣＶＤといった気相を使
った成膜法で被覆しても良いが、メッキ法が簡易であ
る。
じめ、耐食性が必要な場合にはステンレス鋼といったよ
うに用途に応じた材料が選択できる。鉄鋼材料基板はＣ
ｒ層が施された後、＃３２０程度のエメリー研磨紙で表
面に凹凸をつけると、ダイヤモンド膜の形成が効果的に
行われる。Ｃｒ層は、ＰＶＤやＣＶＤといった気相を使
った成膜法で被覆しても良いが、メッキ法が簡易であ
る。
【０００８】不働態皮膜層の形成に、Ｃｒ層が施された
鉄鋼材料を硝酸に浸漬させると効果的である。硝酸は、
体積で３０％以上含むものを使用し、浸漬時間は、３０
分以上３０時間以内が好ましい。３０時間以上浸漬して
も効果は変わらない。硝酸に浸漬後、微粒のダイヤモン
ドを含むアルコール中で超音波洗浄すると基材表面に微
細なスクラッチが生じ、ダイヤモンド膜生成に効果的で
あることが知られているが、この手法を利用してダイヤ
モンド形成をおこなってもよい。ダイヤモンドの形成
は、プラズマＣＶＤ法（田中ほか、表面技術、47, 611,
(1996））が有効である。
鉄鋼材料を硝酸に浸漬させると効果的である。硝酸は、
体積で３０％以上含むものを使用し、浸漬時間は、３０
分以上３０時間以内が好ましい。３０時間以上浸漬して
も効果は変わらない。硝酸に浸漬後、微粒のダイヤモン
ドを含むアルコール中で超音波洗浄すると基材表面に微
細なスクラッチが生じ、ダイヤモンド膜生成に効果的で
あることが知られているが、この手法を利用してダイヤ
モンド形成をおこなってもよい。ダイヤモンドの形成
は、プラズマＣＶＤ法（田中ほか、表面技術、47, 611,
(1996））が有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】結晶性の良いダイヤモンド膜の形
成を可能にするには、不働態皮膜層の上にダイヤモンド
を形成することが好ましい。硝酸に接触したＣｒ層の表
面は、不働態化し、たとえばＣｒ2 Ｏ3 ，ＣｒＯＯＨあ
るいはＣｒ（ＯＨ）3 といった不働態皮膜層が効果的か
つ容易に形成できる。酸素含有量が２０〜５０wt％であ
る不働態皮膜層は、この上にダイヤモンド膜が形成され
る際、成膜面（基材表面）への炭素の拡散、黒鉛の生
成、炭化物の生成を抑制し、基材表面に結晶性の良いダ
イヤモンド膜形成を効果的にする。不働態皮膜層は、厚
さが０．２nm〜２０nmで効果があり、２０nmより厚くし
ても効果は同じである。厚くすることは、処理時間をの
ばし、皮膜剥離の原因にもなるため好ましくない。Ｃｒ
層は、表面が硝酸と反応して不働態皮膜層が形成される
基材としてだけでなく、不働態皮膜層と鉄鋼基材との接
合強度保持に重要で、厚さ０．１μｍ〜５０μｍである
ことが好ましい。
成を可能にするには、不働態皮膜層の上にダイヤモンド
を形成することが好ましい。硝酸に接触したＣｒ層の表
面は、不働態化し、たとえばＣｒ2 Ｏ3 ，ＣｒＯＯＨあ
るいはＣｒ（ＯＨ）3 といった不働態皮膜層が効果的か
つ容易に形成できる。酸素含有量が２０〜５０wt％であ
る不働態皮膜層は、この上にダイヤモンド膜が形成され
る際、成膜面（基材表面）への炭素の拡散、黒鉛の生
成、炭化物の生成を抑制し、基材表面に結晶性の良いダ
イヤモンド膜形成を効果的にする。不働態皮膜層は、厚
さが０．２nm〜２０nmで効果があり、２０nmより厚くし
ても効果は同じである。厚くすることは、処理時間をの
ばし、皮膜剥離の原因にもなるため好ましくない。Ｃｒ
層は、表面が硝酸と反応して不働態皮膜層が形成される
基材としてだけでなく、不働態皮膜層と鉄鋼基材との接
合強度保持に重要で、厚さ０．１μｍ〜５０μｍである
ことが好ましい。
【００１０】
【実施例】基板の処理条件を表１に、ダイヤモンド膜の
形成条件を表２に示す。基材をバフ研磨後、必要に応じ
てＣｒメッキし、＃３２０のエメリー研磨紙で表面を研
磨し、硝酸に浸漬した。その後、スクラッチ処理を行
い、ダイヤモンドの成膜を行った。
形成条件を表２に示す。基材をバフ研磨後、必要に応じ
てＣｒメッキし、＃３２０のエメリー研磨紙で表面を研
磨し、硝酸に浸漬した。その後、スクラッチ処理を行
い、ダイヤモンドの成膜を行った。
【００１１】Ｃｒメッキは、標準的にサージェント浴を
使用。無水クロム酸２５０ｇ／ｌ、硫酸２．５ｇ／ｌの
溶液で、メッキ温度は約４５℃、電流密度２０〜２５Ａ
／dm 2 で行った。メッキ速度は、約１μｍ／min であ
る。スクラッチ処理は、外径５〜１０μｍのダイヤモン
ドパウダー１ｇを２０ccのエチルアルコールに懸濁さ
せ、超音波洗浄機中で３０分処理した。
使用。無水クロム酸２５０ｇ／ｌ、硫酸２．５ｇ／ｌの
溶液で、メッキ温度は約４５℃、電流密度２０〜２５Ａ
／dm 2 で行った。メッキ速度は、約１μｍ／min であ
る。スクラッチ処理は、外径５〜１０μｍのダイヤモン
ドパウダー１ｇを２０ccのエチルアルコールに懸濁さ
せ、超音波洗浄機中で３０分処理した。
【００１２】その後、アセトンで洗浄し、プラズマＣＶ
Ｄ装置内でダイヤモンドを形成した。表１に示すよう
に、ダイヤモンド膜の形成に、硝酸によるＣｒ層の処理
が重要であることがわかる。不働態皮膜層の組成と厚さ
は、オージェによる分析を行った。皮膜は基板一面に形
成された場合は、膜形成○とした。結晶性は、ラマンス
ペクトルによる評価（田中ほか、表面技術、47, 611,
(1996))を行い、ダイヤモンドに対する無定形炭素のピ
ーク高さ比を測定した。不働態皮膜層の形成で、Ｃｒメ
ッキした基板上に、ダイヤモンドが膜状に形成されるこ
とを確認した。実施例１では、径数μｍのダイヤモンド
が緻密に形成され、ペン先等で擦っても剥離は見られず
優れた密着性を示した。
Ｄ装置内でダイヤモンドを形成した。表１に示すよう
に、ダイヤモンド膜の形成に、硝酸によるＣｒ層の処理
が重要であることがわかる。不働態皮膜層の組成と厚さ
は、オージェによる分析を行った。皮膜は基板一面に形
成された場合は、膜形成○とした。結晶性は、ラマンス
ペクトルによる評価（田中ほか、表面技術、47, 611,
(1996))を行い、ダイヤモンドに対する無定形炭素のピ
ーク高さ比を測定した。不働態皮膜層の形成で、Ｃｒメ
ッキした基板上に、ダイヤモンドが膜状に形成されるこ
とを確認した。実施例１では、径数μｍのダイヤモンド
が緻密に形成され、ペン先等で擦っても剥離は見られず
優れた密着性を示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】安価で多用されている鉄鋼材料に、結晶
性の良いダイヤモンド膜が容易に形成できる。
性の良いダイヤモンド膜が容易に形成できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 元紀 神奈川県川崎市中原区井田３丁目35番１号 新日本製鐵株式会社技術開発本部内
Claims (5)
- 【請求項１】 鉄鋼材料の表面にＣｒ層が施され、その
Ｃｒ層の表面に不働態皮膜層が形成され、さらにその不
働態皮膜層の表面にダイヤモンド膜が形成されたことを
特徴とするダイヤモンド被覆鉄鋼材料。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド膜は、ダイヤモンドに
対する無定形炭素のラマンスペクトルのピーク高さ比が
１．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のダ
イヤモンド被覆鉄鋼材料。 - 【請求項３】 前記不働態皮膜層は、厚さ０．２nm〜２
０nmであり、Ｃｒ以外の主たる含有元素が酸素であり、
酸素含有量が２０〜５０wt％であることを特徴とする請
求項１または２に記載のダイヤモンド被覆鉄鋼材料。 - 【請求項４】 前記Ｃｒ層は、厚さ０．１μｍ〜５０μ
ｍであることを特徴とする請求項１から３までのいずれ
か１項に記載のダイヤモンド被覆鉄鋼材料。 - 【請求項５】 請求項１に記載の不働態皮膜層を、硝酸
中にＣｒ層を３０分以上３０時間以内浸漬して形成する
ことを特徴とするダイヤモンド被覆鉄鋼材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4624897A JPH10237672A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ダイヤモンド被覆鉄鋼材料およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4624897A JPH10237672A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ダイヤモンド被覆鉄鋼材料およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10237672A true JPH10237672A (ja) | 1998-09-08 |
Family
ID=12741865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4624897A Withdrawn JPH10237672A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ダイヤモンド被覆鉄鋼材料およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10237672A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006137332A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Mie Tlo Co., Ltd. | ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法 |
| JP2014109034A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 構造部材の表面処理方法 |
| US9482343B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-11-01 | Hyundai Motor Company | Piston ring for engine |
| CN107849701A (zh) * | 2015-07-10 | 2018-03-27 | Posco公司 | 经显色处理的基板及用于其的显色处理方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP4624897A patent/JPH10237672A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006137332A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Mie Tlo Co., Ltd. | ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法 |
| US9482343B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-11-01 | Hyundai Motor Company | Piston ring for engine |
| JP2014109034A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 構造部材の表面処理方法 |
| CN107849701A (zh) * | 2015-07-10 | 2018-03-27 | Posco公司 | 经显色处理的基板及用于其的显色处理方法 |
| JP2018524481A (ja) * | 2015-07-10 | 2018-08-30 | ポスコＰｏｓｃｏ | 発色処理された基板及びこのための発色処理方法 |
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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: 20040511 |