JPS5983767A - 鉄鋼の表面処理方法 - Google Patents

鉄鋼の表面処理方法

Info

Publication number
JPS5983767A
JPS5983767A JP19414482A JP19414482A JPS5983767A JP S5983767 A JPS5983767 A JP S5983767A JP 19414482 A JP19414482 A JP 19414482A JP 19414482 A JP19414482 A JP 19414482A JP S5983767 A JPS5983767 A JP S5983767A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sputtering
atmosphere
workpiece
target
spattering
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.)
Pending
Application number
JP19414482A
Other languages
English (en)
Inventor
Mizuo Edamura
枝村 瑞郎
Shunji Takamoto
高本 俊二
Kyoji Kajikawa
梶川 享志
Koji Okamoto
康治 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP19414482A priority Critical patent/JPS5983767A/ja
Publication of JPS5983767A publication Critical patent/JPS5983767A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄鋼の表面処理方法に関するものである。
従来、鉄鋼の表面硬度及び耐摩耗性を向上せしめる手段
として、(alモリブデン、タングステン等の高融点金
属を溶射する方法、(bl硬質クロームメッキ等の電気
メッキによる方法、(C)浸炭焼入れ法、浸炭窒化法、
ガス軟窒化法、塩浴窒化法、イオン窒化法等の表面硬化
熱処理法、(d)J−、記表面硬化熱処理を行なった後
、Mo 、 W 、 Cr 、 Ti 、 Ni 。
TiC、TiN等をイオンブレーティング法、スパッタ
リング法等により被覆する二重コーティング処理法等が
行なわれている。上記(a]の方法によるときは、後加
工が面倒であり、かつ密着性が悪(使用中剥離するおそ
れがあると共に均一な被覆を行なうには問題がある。ま
たfb)の方法によるときは、同様に高負荷部品として
用いる場合には剥離を生じ易く、また廃液処理」−の問
題もある。上記(C)の方法は比較的安価で多量生産に
適し一般に行なわれているが、充分な耐久性を得るには
なお問題がある。これに対し上記(diの方法は、耐摩
耗性については前記各方法に比して優れているが、第1
層の硬化層を形成した後、次の硬化層を形成せしめる間
に表面が酸化し、或は空気またはガスが浸透するため被
覆層間の密着性に問題かある。
また、傳産化を目的としてイオン窒化処理とスパッタリ
ング処理とを同一真空炉内で連続的に行なわしめること
か提案されている(例えば特開昭6.2−//♂ソ/号
公報参照)か、この方法は通常Arガス等不活性ガスの
雰囲気で行なわれ、被スパツタリング材としては高硬度
材料、例えはTiN 。
TiC等が用いられるが、高価であり、ターゲットとし
ての加工か困N1であるなど工業的に問題かある。
不発り]はかかる点に鑑みてなされたもので、N2又は
C3H8等の反応性ガスと化合して窒化物あるいは炭化
物を形成する材料を被スパツタリング材とし、スパッタ
リング装置において先ずN2あるいはN2と他の不活性
ガス混合雰囲気中でスパッタリングと逆方向に電圧を印
加して逆スパツタリング処理を行ない、次いでN2、あ
るいはC3H8等の反応性ガス雰囲気中あるいはそれら
の反応性ガスと他の不活性ガス混合雰囲気中でスパッタ
リング処理を行うことにより被処理物表面に被スパツタ
リング材の窒化物または炭化物を密着性が良好に被覆せ
しめ、鉄鋼の表面硬度及び耐芹耗性を高めることを目的
とするものである。
以下、本発明を実施例について図面に基づいて説明する
実施例/ 本例は第1図乃至第5図に示す。第1図に示すようにス
パッタリング処理炉1は、炉体2の中心部に中空状のタ
ーゲットろが設けられ、該ターゲット6は、被スパツタ
リング材(例えばTi )を以て構成され、または被ス
パツタリング材が外周に被着されてなるもので、更に該
ターゲット6を取かこみ、かつ同心状に被処理物4を支
持せしめるための支持枠5が収納され、放電を安定させ
るためのターゲット6と被処理物4との間の電界に直交
して磁界を与えるように、ターゲット3内には永久磁石
6が、また炉体2の外周には電磁コイル7がそれぞれ配
備されている。該スパッタリング処理炉1には真空ポン
プ8と雰囲気ガス供給用ボンベ群9が接続され、ターゲ
ット6と支持枠5とば、印加電極を切換える転極機11
に連結され、これらスパッタリング処理炉フキ、真空ポ
ンプ8と、ボンベ群?および転極機11とを主体として
スパッタリング装置12が構成されている。なお、10
は直流電源である。
また、−ヒ記炉体2およびターゲラ!・6は、冷却水に
より必要に応じ冷却されている。
次に被処理物4として5s41材を、また被スパツタリ
ンゲイぢとして純Tiを使用して処理する要頭を説明す
る。
まず、通常のスパッタリングとは逆に、被処理物4を陰
極に、ターゲット6を陽極に接続して直流電圧を印加し
逆スパツタリングを行なう。このときの処理条件の一例
は、 雰囲気 N2:H2=/:/ (但し流量比) 炉内圧力  6TO1jr 処理時間  76分 次いでターゲット3および被処理物4に対する印加電極
を転極してターゲ71・3は陰極に、被処理物は陽極に
接続して直流電流を印加しスパッタリング処理を行なう
。この場合の処理条件の一例は次の通りである。
雰囲気 1す2:82=、2:/ (但し流量比) 炉内圧力 j X / OTorr 中心磁場 、200エルステツド 処理時間 7.20分 これによって得られた断面ミクロ組織を第5図1に示す
。但し図は6%ナイタール腐蝕によるものである。その
X線回折図形を第2図に示す。但しこのX線回折は、C
oKα線を使用し、電圧、30KV、電流20 、、、
Aで行ったものである。このX線回折図形と断面ミクロ
組織から明らかなように、第5図における厚さ約jμの
表面層2oはTiN組織であり、その下部に形成された
厚さ約Jμの中間層21はγ’−Fe4N4Jl織であ
ることが確認される。この表面層及び中間層は、第5図
から明らかな如く密着されており、これは逆スパツタリ
ング処理により表面が活性化され、真空を維持したまま
次のスパッタリング処理を行なったためと、逆スパツタ
リング処理および次のスパッタリング処理により被処理
物表面は加熱されており、従って該被処理物に浸透した
窒素原子の一部が熱拡散反応により表面層とγ’−Fe
4N化合物層界面で相互拡散するためと考えられる。な
お、中間のγ’−Fe4N層から内部のフェライト組織
内には、γ’−Fe4Nの針状晶22が存在する窒素拡
散層26が形成されている。
その硬さ分布を第3図に示す。但し図は表面からの各深
さ位置におけるマイクロビッカース硬度を示したもので
ある。この硬さ分布からでも、表面層20は高硬度のT
iN層が形成され、その内部の中間層21はγ’−Fe
4N層であり、更にその内部には窒素拡散層22が形成
され母料より硬さが上昇していることがわかる。
第り図は、本発明方法によって処理された被処理材と、
従来のイオン窒化処理によるもの並びに未処理材料との
摩耗試験結果を示す。但し母材は何れも5s41材であ
り、試験機は大越式迅速摩耗試験機を使用し、相手材料
として5C1i1415浸炭材を使用し、摩擦距離、2
0θm、最終荷重は27Kg、乾式にて行なった結果で
あり、本発明方法によるときは、摩耗がきわめて少ない
ことが判明する。
実施例! 本実施例は、被処理物表面にγ’−Fe4N層を形成す
ることな(、該γ’−Fe4Nの拡散層の上に直接Ti
N層を形成せしめるようにしたもので、その処理要領を
次に示す。
(a)被処理物 S/j;C (bl  被スパッタリング利 純T1(C)  逆ス
パツタリング処理条件 雰囲気 N2:N2−、/ : 3 (但し流量比) 炉内圧力 / Torr 処理時間 720分 (dl  スパッタリンク処理条件 雰囲気 N2: N2−.2 : / 炉内圧力 、3VX/θ  Torr 中心磁場 、200エルステ、ド 時  間   20分 これによって得られた断面組織を第乙図に示す。
この場合は、前記実施例/と異なりγ’、−Fe4N層
がみられず、フェライト組織内にγ’−Fe4Nの針状
晶25が拡散されて形成された窒素拡散層26」二に直
接TiNよりなる表面層27か被着されている。
しかしこの場合においても逆スパツタリング処理とスパ
ッタリンク処理とを真空中において連続して行なうこと
により、逆スパツタリングによる窒素原子の浸透と共に
被処理物の表面を清浄化し、同時に活性化が計られるた
めスパッタリングによりTiNは密着され、更に上記被
処理物の窒素拡散層26は、逆スパツタリングにより加
熱されており、従って引続きスパッタリング処理を行な
うとき−、窒素原子は熱拡散反応によって表面層と窒素
拡散層界面を相互拡散し密着性を良好ならしめることが
できる。
実施例3 本実施例は、被処理材としてSKD 61 (合金工具
鋼)を使用した場合であって、処理条件は、逆スパツタ
リング処理、スパッタリング処理とも前記実施例2と同
様である。
この場合は、第7図に示す如くγ’−Fe4Nは針状と
しては認められず、該γ’−Fe、lNが拡散された窒
素拡散層29は、芯部28に比べて黒くエツチングされ
、その」二にTiNよりなる表面層ろ0が形成されてい
る。このようにγ’−Fe4Nが光学顕微鏡で針状とし
て認められないのは、上記合金工具鋼の他に構造用低合
金鋼、窒化鋼、高速度鋼においても同様である。しかし
この場合においても実施例/、−7で示した理由により
同様に密着性は良好である。
なお、上記各実施例は、窒素雰囲気中においてスパッタ
リング処理を行なった例を示したが、必ずしも窒素雰囲
気のみとは限らず、例えばC3H8の雰囲気においてス
パッタリング処理を行ない、表面層として被スパツタリ
ング材の炭化物(例えばTコC、WC、5iC)を形成
せしめてもよく、あるいは、N2とC3H8との混合ガ
ス雰囲気においてスパッタリング処理を行なうことによ
り、被スパッタリング拐の窒化物と炭化物とが混合され
た表面層を得ることができる。
なお、逆スパツタリングは」二重したように被処理物の
清浄化、活性化および窒化を目的として行なうため、そ
の条件として雰囲気ガス圧力、組成、放電電圧ならひに
放電電流を適切に選択する必要がある。
以北の如(本発明によるときは、窒素雰囲気中の逆スパ
ツタリング処理と、反応性ガス雰囲気中のスパッタリン
グ処理とを同一炉内で真空を維持しつつ連続して行なわ
しめるようにしたから、逆スパツタリング処理により清
浄かつ活性化された被処理物表面に被スパツタリング材
と雰囲気ガスとの化合物層か形成される故、両者の密着
が良好であり、かつ被処理物中には窒素が浸透され、該
窒素の一部は熱拡散反応により相互拡散される故、密着
性は一層良好である。また被処理物は窒化されているの
で高硬度となり、剪断変形に対し強度を有し、従って表
面の上記化合物層は該被処理材の表面強度に補強されて
耐摩耗性、耐疲労性、耐熱性等を増加せしめることがで
きる。更にまた、ターゲットとしての被スパツタリング
材は、高硬度の窒素化合物、炭素化合物等の化合物を使
用する必要かな(、該化合物の基材金属を以て構成され
るから、調達並ひに加工が容易で、かつ比較的安価に入
手することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施態様を例示し、第1図乃至第5図は
実施例/に関し、第1図はスパッタリング装置の概略説
明図、第2図は被覆層の組成を示すχ線回折図形、第3
図は表面からの深さ方向の硬度分布を示すグラフ、第7
図は摩耗試験結果を示すグラフ、第5図は断面の金属組
織を示す顕微鏡写真、また第2図および第7図は、それ
ぞれ実施例!、実施例3の断面の金属組織を示す顕微鏡
写真である。 1・・・・・・スパッタリング処理炉、3・・・・・・
ターゲット、4・・・・・・被処理物、12・・・・・
・スパッタリング装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉄鋼材料よりなる被処理物と窒化物あるいは炭化
    物を形成するTi 、 Ta 、 Cr 、 Zr 、
     Si等の被スパッタリング利とをイオンスパックリン
    グ装置内に配置し、まずN2あるいはN2と不活性ガス
    混合雰囲気中で、被処理物を陰極、被スパツタリング材
    を陽極として直流電圧を印加する逆スパツタリング処理
    を行ない、次いて真空状態を維持し、かつ被処理物と被
    スパツタリング材に対し、すみやかに被処理物を陽極、
    被スパツタリング材を陰極に転極して直流電圧を印加し
    、所定圧力のN2、あるいは0388等反応性ガス雰囲
    気中あるいはそれらの反応性ガスと他の不活性ガス混合
    雰囲気中でスパッタリングを行ない、被処理物に被スパ
    ツタリング材と雰囲気ガスとの化合物を被覆することを
    特徴とする鉄鋼の表面処理方法。
JP19414482A 1982-11-04 1982-11-04 鉄鋼の表面処理方法 Pending JPS5983767A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19414482A JPS5983767A (ja) 1982-11-04 1982-11-04 鉄鋼の表面処理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19414482A JPS5983767A (ja) 1982-11-04 1982-11-04 鉄鋼の表面処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5983767A true JPS5983767A (ja) 1984-05-15

Family

ID=16319641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19414482A Pending JPS5983767A (ja) 1982-11-04 1982-11-04 鉄鋼の表面処理方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5983767A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6017065A (ja) * 1983-07-06 1985-01-28 Seikosha Co Ltd スパツタリングによる鉄鋼への窒化チタン膜形成方法
EP0583736A1 (en) * 1992-08-14 1994-02-23 Hughes Aircraft Company Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials
GB2402403A (en) * 2003-06-04 2004-12-08 Winsky Technologies Ltd A method of forming a nanocomposite coating

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6017065A (ja) * 1983-07-06 1985-01-28 Seikosha Co Ltd スパツタリングによる鉄鋼への窒化チタン膜形成方法
EP0583736A1 (en) * 1992-08-14 1994-02-23 Hughes Aircraft Company Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials
US5346600A (en) * 1992-08-14 1994-09-13 Hughes Aircraft Company Plasma-enhanced magnetron-sputtered deposition of materials
GB2402403A (en) * 2003-06-04 2004-12-08 Winsky Technologies Ltd A method of forming a nanocomposite coating
GB2402403B (en) * 2003-06-04 2005-06-08 Winsky Technology Ltd A method of forming a nanocomposite coating
US7001675B2 (en) 2003-06-04 2006-02-21 Winsky Technology Ltd. Method of forming a nanocomposite coating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3341846B2 (ja) イオン窒化〜セラミックスコーティング連続処理方法
JP5403816B2 (ja) Dlc膜被覆部材およびその製造方法
JPS62120471A (ja) ピストンリング
EP1518002A1 (en) Surface modified stainless steel
US3765954A (en) Surface-hardened titanium and titanium alloys and method of processing same
JPS6169968A (ja) 鋼マトリツクス及びその製造方法
US4704168A (en) Ion-beam nitriding of steels
JP3390776B2 (ja) アルミニウムの拡散希釈を利用した鋼の表面改質方法
JPS5983767A (ja) 鉄鋼の表面処理方法
US3868277A (en) Method of producing a steel product having an oxidation-resistant coating
CN109735796B (zh) 一种抑制高铬高钴渗碳钢网状碳化物组织并提高渗碳速度的渗碳方法
JPH0770735A (ja) 加工物表面の耐摩耗性の向上方法及びこれにより処理された加工物
JP3064908B2 (ja) 浸炭硬化時計部材もしくは装飾品類およびそれらの製法
CN114686799A (zh) 金属氮化、氧化然后还原的表面处理方法
JPH07208520A (ja) セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法
JPH10330906A (ja) オーステナイト系ステンレス製品の製法
JPS5983761A (ja) 耐摩耗性鉄鋼製品
JPH05179420A (ja) 耐摩耗性に優れたアルミニウム材およびその製造方法
JPH0426751A (ja) オーステナイト系ステンレス鋼の表面改質処理法
JPH07300665A (ja) 金属基材のホウ素拡散浸透層・ホウ素膜形成方法
WO2002053793A1 (en) Duplex process of diffusion forming of hard carbide layers on metallic materials
Kobayashi et al. Alloying of stacked tin and nickel surface films on iron substrate and its limitation
JPS61231158A (ja) 多層処理耐摩用治工具
Kempster The principles and applications of chemical vapour deposition
US3926688A (en) Method of manufacturing a flat steel product having an oxidation-resistant coating