JPS5824501B2 - タングステンカ−バイド被膜層の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性、耐食性にすぐれ、かつ靭性にすぐれ
た硬質膜を工具、機械部品、装飾品の基体の表面に化学
反応によって形成する方法に関するものである。

化学蒸着法によって種々の硬質物質を被覆する技術は、
工具材料、機械部品、装飾品へ応用されている。

被覆物質としては炭化チタン、窒化チタン、アルミナそ
の他がよく知られている。

またタングステンおよびタングステンの低級炭化物（Ｗ
２Ｃ２Ｗ３Ｃ）の表面被覆は公知となっているが、タン
グステンモノカーバイド（ＷＣ）を被覆層として形成す
る技術は成功していない。

本発明は、被覆層としてすぐれているＷＣを主体とする
、すなわち５０重量ヂ以上がＷＣである被膜層を工業的
に形成しうる反応条件を解明したことに基ずくものであ
って、反応ガス組成がタングステンハロゲン化物、炭化
水素、水素および不活性ガスよりなり、その割合は、タ
ングステンハロゲン化物量に対する水素量の比がモル比
で２以下、タングステンハロゲン化物量に対する炭化水
素量の比が炭素数でメタン換算してモル比Ｏ１５〜５．
０１不活性ガス量が全ガス量の５０〜９９％であって、
基体の加熱温度を８５０°Ｃ〜１２５０℃、反応容器内
圧力を０．００１〜２．０気圧とすることを特徴とする
ＷＣを５０重通チ以上含有する緻密で結晶性のよいタン
グステンカーバイド被覆層を形成する製造方法に関する
ものである。

この際、水素は必ずしも原料として装入する必要はなく
、反応炉内の炭化水素の分解により発生する水素を利用
してもよい。

タングステンハロゲン化物と水素および炭化水素の高温
における反応は次の３式で示される。

炭化水素はメタンを例とする。

ＷＸ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＸ （１
）１ ＷＸ６＋２Ｈ２＋−ＨＣＨ４→−ＨＷ２Ｃ＋６ＨＸ
（２）ＷＸ６＋Ｈ２−＋−ＣＨ４→ＷＣ＋６ＨＸ
（３）ＷＸ６は水素により容易に還元され、（
１）反応は５００℃以上でおこる。

Ｗ２Ｃの形成は５００ ’Ｃ以上で気相反応によって生
じる。

（３）の反応はより高温でおこり、ガス中の炭化水素量
を多くすると（２）式に優先して生じる。

しかし炭化水素量を多くしすぎると遊離炭素を生じる。

すなわち、ＷＣ生成反応の遂行は、（１）反応が低温で
生じることを防く工夫、および（３）の反応がおこる範
囲に炭化水素の濃度を調整する条件の採用が必要であり
、さらに、反応容器に挿入する基体表面全体に均一に被
覆する工夫が必要である。

（１）式のＷＮ２の低温における還元反応を抑制するに
は反応ガス中の水素を非常に少くすることが必要である
。

すなわちＷＮ２量に対して水素量をモル比で２以下に調
整する必要がある。

モル比を２以上にすると所定の反応温度以下でＷＮ２が
Ｗに還元され、（３）式の反応が生起しなくなる。

炭化水素の量はタングステンハロゲン化物に対してモル
比で０．５〜５．０にするのがもつともよい範囲である
。

ここで炭化水素量とは炭素数、すなわち、メタン量とし
て換算したものである。

炭化水素はガス量が調整しやすく、かつ適切な反応性を
持っている物質ならばいずれでもよいが、ベンゼン、ト
ルエン、メタン、プロパン、ブタンなどが使用できる。

炭化水素量がタングステンハロゲン化物に対してモル比
０．５より小さいとＷＣの生成よりもＷ２Ｃが優先して
生成し、また５、０をこえると（３）の反応に必要以上
の炭素の供給がありかつ余分な炭素は遊離炭素となるの
で好しくない。

つぎに不活性ガスは混合ガス全量に対して５０ヂ〜９９
チ使用する。

不活性ガスは反応に寄与しないが、反応ガスのキャリヤ
ーガスとして本発明においてはとくに重要である。

混合ガス中の水素および炭化水素の量に制限があるため
、反応時の流速を高くシ、充填した基体の全表面に均一
なコーティングをするため不活性ガスを全ガス量の５０
％〜９９係の範囲にすることが必要である。

反応温度は８５０°Ｃ〜１２５０℃がよく、８５０℃よ
り低い温度では十分な蒸着速度が得られないだけでなく
、生成物は炭素含有量が少なく、ＷＣとしての生成物が
少なくなる。

したがって結晶性がわるく、硬度が低い。

また１２５０°Ｃ以上の高温ではＷＣの粒成長が著しく
、微細な組織の被覆を得られない。

反応容器の圧力はｏ、ｏｏｉ〜２．０気圧がよく、ｏ、
ｏｏｉ気圧以下では反応ガスの導入が困難となり、２．
０気圧以上の加圧では反応は常圧に比べてむしろ抑制さ
れる。

本発明の条件を採用して製造される被膜は緻密で結晶性
にすぐれ、その構成はＷ２ＣとＷＣの混合物であって、
５０重量係以上のＷＣを含んでいる。

さらに条件を厳選すればＷＣ単独の被膜層の形成も可能
である。

被膜層中のＷＣは５０％以上でなければならず、５０係
未満では、被膜層のもつすぐれた耐摩耗性が低下する。

基体は用途により種々な材料を選ぶことができる。

工具鋼、高速度鋼、超硬質合金、サーメット工具材料、
セラミツ久ス工具材料の表面に被覆して穴加工、旋削、
転削の刃先寿命を延長するために有効である。

他の公知の被覆層と組み合せることもできる。

その他の基体として高融点金属、鋼製部品、装飾部品が
あり、ベアリングの軸受、ミシンの部品、時計側、食器
などの表面の被膜の製造法として適している。

以下実施の態様を実施例において説明する。

実施例 １ 基体として、ｗｃ ｓ ｏ％、Ｃｏ １０％、ＴｉＣ８
係、ＴａＣ２％（重量％、ＩＳＯ規格Ｐ３０グレード）
よりなる超硬質合金を用いこれを耐熱合金製反応容器内
で１０００℃に加熱し ＷＣ７６０，５モル係 ＣＨ４０，７モル％ Ｈ２０，７モル係 Ａ ｒ ９７．２モル％の割合に混
合された反応ガスを４１７ｍ１ｎの流速で送り込んで１
時間反応させた。

残留ガスを除去した後冷却して取り出したチップ表面は
平均５μのＷＣで被覆された。

被覆層のＷＣの平均粒径は約０．８μであり、ボアのな
い健全な組織であった。

実施例 ２ 基体としてＭｏ棒を用いてこれを耐熱合金製反応容器内
で１１００℃に加熱し ＷＣｌ６ ０．４モル係 ＣＨ４１，６モル％ Ａ ｒ ９８モル％の割合に混合
された反応ガスを約４１７ｍ１ｙｔの流速で送り込んで
２時間反応させた。

残留ガスを除去した後冷却して取り出した基体表面は平
均約８μのＷＣで被覆された。

被覆層はＸ線回折およびＸＭＡの結果ＷＣ層からなるこ
とが確認された。

被覆層のＷＣ平均粒径は約１μである。

実施例 ３ 基体としてバイスドリルＮ５ＫＨ−４７φ５間を用い、
これを実施例１と同一条件でＷＣ被覆した。

Ｘ線回折によると非常に少ない量のＷ２Ｃと多い量のＷ
Ｃから被膜層が形成されていた。

被覆処理後、１２００℃に真空中で再加熱し、空冷し、
５５０℃で加熱処理して、バイスの硬度を６３ＨＲＣに
調整した。

このバイスドリルはＳＳ４１鋼板の穴あけ加工において
、被覆前のドリルに比べて高速加工作業ができた。

実施例 ４ 充施例１と同一基体を用い、これを耐熱合金製反応容器
内で９００℃に加熱し Ｗ（１６０，７モル係 ＣＨ４１，４ｔｔ Ｈ：２１．０ ／／ Ａｒ ９６．９ ｔｔの割合に混
合された反応ガスを４１３７ｍ１ｙｔの流速で送り込ん
で１時間反応させた。

冷却して取り出したチップ表面は平均７μのＷＣおよび
Ｗ２Ｃで被覆された。

Ｘ線回折により定量分析を行なった結果、被覆層は約８
０重量係のＷＣおよび約２０重量％のＷ２Ｃから成るこ
とが確認された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基体表面に、タングステンカーバイドの被膜層を化
   学蒸着法で形成するに際し、反応ガス組成がタングステ
   ンハロゲン化物、炭化水素、水素および不活性ガスより
   なり、その割合は、タングステンハロゲン化物量に対す
   る水素量の比がモル比で２以下、タングステンハロゲン
   化物量に対する炭化水素量の比が炭素数でメタン換算し
   てモル比０．５〜５，０、不活性ガス量が全ガス量の５
   ０〜９９係であって、基体の加熱温度を８５０℃〜１２
   ５０℃、反応容器内圧力を０．００１〜２．０気圧とす
   ることを特徴とするタングステンモノカーバイドを５０
   重量％以上含有する緻密で結晶性のよいタングステンカ
   ーバイド被膜層の製造方法。