JPS6122026B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6122026B2 JPS6122026B2 JP10359978A JP10359978A JPS6122026B2 JP S6122026 B2 JPS6122026 B2 JP S6122026B2 JP 10359978 A JP10359978 A JP 10359978A JP 10359978 A JP10359978 A JP 10359978A JP S6122026 B2 JPS6122026 B2 JP S6122026B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- discharge
- glow
- container
- frequency
- processed
- 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.)
- Expired
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
本発明は低圧ガス雰囲気中でのグロー放電によ
り生じたイオン衝撃によつて鉄鋼や非鉄金属（チ
タニウムやジルコニウム等）の表面処理を行うた
めの装置に関する。 第１図は、従来のイオン処理装置の概略を示す
もので、１は気密容器である。この気密容器には
バルブ２及び３を夫々介して真空ポンプ４及びガ
スタンク５が接続されており、内部を所定圧力ま
で排気できると共に所望ガス雰囲気に保持でき
る。６は被処理物で、導電性をもつ保持台７に支
えられており、この保持台は容器１と絶縁して外
部に取り出され、整流回路８の負側に接続され
る。又、整流回路の正側は容器１と共にアースさ
れている。該整流回路に制御回路９及び昇圧トラ
ンス１０を介して三相交流が入力されている。こ
の様な装置において、容器内を0.1〜20Torr程度
の所望ガス雰囲気となし、被処理物６と容器１間
に放電電圧を印加せしめれば、被処理物６を包囲
してグロー放電が生じ、それによつて得られるイ
オンの衝撃により被処理物表面は加熱され処理が
施こされるわけである。 所が、従来のこの様な装置においては小孔や小
間隙等複雑形状物の内面処理や、表面に処理を妨
げる不動態層（例えば不活性な酸化被膜）を有す
るステンレス鋼等の複雑形状物の処理が非常に困
難であるという問題を有している。第２図はステ
ンレス鋼をイオン窒化したときのグロー放電の状
態及び窒化状態を示してある。 図中、６は被処理物、１１はグロー領域、１２
は窒化領域である。 この場合、グロー放電のガスイオンによるスパ
ツタリングは電界分布に対して垂直に働き、ガス
圧力が3Torr程度ではグロー厚さが1.5mmあるた
め、ガスイオン流の密度に粗密が生じ、場所的に
スパツタリングのされ方が異つてくる。その結
果、図から明瞭な如く、角部Ａは平担部Ｂに比べ
窒化されやすく、又角溝部Ｃやｕ溝底部Ｄは不動
態層をスパツタリングで除去しきれず、イオン窒
化が殆んどなされていない。而して、斯かる点を
改善するためにはグロー厚さを狭くし、グロー放
電を被処理物６にできるだけ沿わせる必要があ
る。 ここで、問題となる陰極グロー厚さ（陰極暗部
厚さ）ｄは次式で与えられる。 ｄ＝Ａ／Ｐ ここで、Ａはガスの種類、陰極材質等によつて
定まる定数、Ｐは容器１内の圧力である。この式
よりガス圧Ｐを高くすれば陰極グローの厚さはそ
れに応じて薄くなるが、局所的にアーク放電に移
行したり、被処理物をグロー放電で完全且つ均一
に覆うことが難かしくなり、被処理物に損傷を与
えたり、処理ムラが生ずることになる。 一方、下表は各ガス圧における異常グローを維
持させるに必要な電流密度と陰極グロー厚さの数
値を示す。
り生じたイオン衝撃によつて鉄鋼や非鉄金属（チ
タニウムやジルコニウム等）の表面処理を行うた
めの装置に関する。 第１図は、従来のイオン処理装置の概略を示す
もので、１は気密容器である。この気密容器には
バルブ２及び３を夫々介して真空ポンプ４及びガ
スタンク５が接続されており、内部を所定圧力ま
で排気できると共に所望ガス雰囲気に保持でき
る。６は被処理物で、導電性をもつ保持台７に支
えられており、この保持台は容器１と絶縁して外
部に取り出され、整流回路８の負側に接続され
る。又、整流回路の正側は容器１と共にアースさ
れている。該整流回路に制御回路９及び昇圧トラ
ンス１０を介して三相交流が入力されている。こ
の様な装置において、容器内を0.1〜20Torr程度
の所望ガス雰囲気となし、被処理物６と容器１間
に放電電圧を印加せしめれば、被処理物６を包囲
してグロー放電が生じ、それによつて得られるイ
オンの衝撃により被処理物表面は加熱され処理が
施こされるわけである。 所が、従来のこの様な装置においては小孔や小
間隙等複雑形状物の内面処理や、表面に処理を妨
げる不動態層（例えば不活性な酸化被膜）を有す
るステンレス鋼等の複雑形状物の処理が非常に困
難であるという問題を有している。第２図はステ
ンレス鋼をイオン窒化したときのグロー放電の状
態及び窒化状態を示してある。 図中、６は被処理物、１１はグロー領域、１２
は窒化領域である。 この場合、グロー放電のガスイオンによるスパ
ツタリングは電界分布に対して垂直に働き、ガス
圧力が3Torr程度ではグロー厚さが1.5mmあるた
め、ガスイオン流の密度に粗密が生じ、場所的に
スパツタリングのされ方が異つてくる。その結
果、図から明瞭な如く、角部Ａは平担部Ｂに比べ
窒化されやすく、又角溝部Ｃやｕ溝底部Ｄは不動
態層をスパツタリングで除去しきれず、イオン窒
化が殆んどなされていない。而して、斯かる点を
改善するためにはグロー厚さを狭くし、グロー放
電を被処理物６にできるだけ沿わせる必要があ
る。 ここで、問題となる陰極グロー厚さ（陰極暗部
厚さ）ｄは次式で与えられる。 ｄ＝Ａ／Ｐ ここで、Ａはガスの種類、陰極材質等によつて
定まる定数、Ｐは容器１内の圧力である。この式
よりガス圧Ｐを高くすれば陰極グローの厚さはそ
れに応じて薄くなるが、局所的にアーク放電に移
行したり、被処理物をグロー放電で完全且つ均一
に覆うことが難かしくなり、被処理物に損傷を与
えたり、処理ムラが生ずることになる。 一方、下表は各ガス圧における異常グローを維
持させるに必要な電流密度と陰極グロー厚さの数
値を示す。
【表】
ガス比 〓 ＝ 〓
H２ 3
小孔や小間隙の内部を処理するには、陰極降下
部（グロー厚さ）が該小孔や小間隙内に存在する
必要があり、このため、グロー厚さは小孔直径や
スリツト巾の1/2以下にする必要がある。上記表
において１mm巾のスリツトにグロー放電を入れる
ためには10Torr以上のガス圧が必要となること
がわかる。このときの電力密度は15.0W／cm2
（600V×25mA／cm2）も必要となり、安定したグ
ロー放電維持が困難になる。 更にこれだけの電流密度のグロー放電を長時間
維持すれば、被処理物の温度は処理温度をはるか
に越えてしまうという問題も生ずる。 本発明は以上の欠点を全て解決し得る新規な装
置を提供するもので、50Hz〜数ＭHzのパルス状放
電電圧を印加することに特徴がある。 第３図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
第１図と同符号は同一構成物を示してある。図中
１３はインバータで整流回路８によつて整流され
た直流電圧をパルス状電圧に変換するためのもの
である。１４は周波数可変の交流（パルス）発振
器で、その出力はオン−オフ時間設定回路１５に
送られ、インバータ１３の制御信号が作られる。
１６は放電電圧検出器、１７は放電電流検出器で
あり、両信号は制御トリガ回路１８に送られ、放
電電力が一定になるよう制御回路９において、電
流制御を行つている。 この様な構成において、発振器１４から第４図
ｂに示す如きパルス信号が発生され、オン−オフ
時間設定回路１５に送られる。この設定回路はｂ
の信号の立上り及び立下り時に所定巾τのパルス
信号を発生し、インバーター１３に送り、その期
間だけ第４図ａに示す整流回路８からの直流をカ
ツトする。その結果、インバータ１３からはｄに
示すようなパルス電圧が得られ、被処理物６と気
密容器１との間に印加される。前記、発振器１４
の発振周波数及びオン−オフ時間設定回路におけ
るパルス巾τは夫々独立に又は関連して可変にさ
れている。そして、通常の処理又は複雑形状を有
しない場合には50〜100Hz程度の低周波で実効電
力を大きくして処理を行なう。これより低い周波
数を使用すると、放電停止の周期が長すぎてグロ
ー放電がアーク放電に移行するケースが多くな
り、そのアーク放電により被処理物に損傷を与え
てしまうので、上記50Hz以下の周波数は避ける必
要がある。 又、複雑な形状の物品の処理の場合には、グロ
ー放電の厚さを小さくなければならないので、上
記周波数より更に高い周波数にし、アーク放電へ
の移行を阻止する必要がある。このためには使用
周波数は数百〜数ＭHzの中周波乃至高周波とな
る。 而して、上述の如くパルス状に放電電圧を印加
すると、グロー放電が開始し、続いて種々な影響
によりアーク放電に移行しようとしても次の瞬間
には放電電圧がオフの状態になり、アーク放電の
発生、又はアーク放電の継続が阻止されることに
なる。従つて、ガス圧を高くして、高い電流密度
の放電を生起せしめても安定なグロー放電が達成
できるため、小孔や小間隙内の処理や不動態層を
もつステンレス鋼等の処理が容易に行えるように
なつた。しかも、瞬間的には高電流が流れても、
放電がパルス的であるため平均電流密度は低く、
従つてグロー厚さを薄くしても被処理物を過熱す
るようなことはなくなる。しかも、通常の処理で
は50〜100Hz程度の低周波にして実効値を高くで
き、複雑形状物の処理では数百〜数ＭHzの中周
波、高周波を使用することにより、放電時電界に
よつてイオンの捕捉が生じ、イオン化を促進する
ため、今迄はグロー放電の生じなかつた場所にも
覆うことができるようになつた。 尚、上記は本発明の例示であり、種々変更が可
能である。例えばパルス波は第４図の如き矩形波
に限られるものではなく、正弦状波や他の波形で
も良い。又、パルス状電圧を得る回路はインバー
ター１３、発振器１４、オン−オフ時間設定回路
１５に限定されるものではない。
H２ 3
小孔や小間隙の内部を処理するには、陰極降下
部（グロー厚さ）が該小孔や小間隙内に存在する
必要があり、このため、グロー厚さは小孔直径や
スリツト巾の1/2以下にする必要がある。上記表
において１mm巾のスリツトにグロー放電を入れる
ためには10Torr以上のガス圧が必要となること
がわかる。このときの電力密度は15.0W／cm2
（600V×25mA／cm2）も必要となり、安定したグ
ロー放電維持が困難になる。 更にこれだけの電流密度のグロー放電を長時間
維持すれば、被処理物の温度は処理温度をはるか
に越えてしまうという問題も生ずる。 本発明は以上の欠点を全て解決し得る新規な装
置を提供するもので、50Hz〜数ＭHzのパルス状放
電電圧を印加することに特徴がある。 第３図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
第１図と同符号は同一構成物を示してある。図中
１３はインバータで整流回路８によつて整流され
た直流電圧をパルス状電圧に変換するためのもの
である。１４は周波数可変の交流（パルス）発振
器で、その出力はオン−オフ時間設定回路１５に
送られ、インバータ１３の制御信号が作られる。
１６は放電電圧検出器、１７は放電電流検出器で
あり、両信号は制御トリガ回路１８に送られ、放
電電力が一定になるよう制御回路９において、電
流制御を行つている。 この様な構成において、発振器１４から第４図
ｂに示す如きパルス信号が発生され、オン−オフ
時間設定回路１５に送られる。この設定回路はｂ
の信号の立上り及び立下り時に所定巾τのパルス
信号を発生し、インバーター１３に送り、その期
間だけ第４図ａに示す整流回路８からの直流をカ
ツトする。その結果、インバータ１３からはｄに
示すようなパルス電圧が得られ、被処理物６と気
密容器１との間に印加される。前記、発振器１４
の発振周波数及びオン−オフ時間設定回路におけ
るパルス巾τは夫々独立に又は関連して可変にさ
れている。そして、通常の処理又は複雑形状を有
しない場合には50〜100Hz程度の低周波で実効電
力を大きくして処理を行なう。これより低い周波
数を使用すると、放電停止の周期が長すぎてグロ
ー放電がアーク放電に移行するケースが多くな
り、そのアーク放電により被処理物に損傷を与え
てしまうので、上記50Hz以下の周波数は避ける必
要がある。 又、複雑な形状の物品の処理の場合には、グロ
ー放電の厚さを小さくなければならないので、上
記周波数より更に高い周波数にし、アーク放電へ
の移行を阻止する必要がある。このためには使用
周波数は数百〜数ＭHzの中周波乃至高周波とな
る。 而して、上述の如くパルス状に放電電圧を印加
すると、グロー放電が開始し、続いて種々な影響
によりアーク放電に移行しようとしても次の瞬間
には放電電圧がオフの状態になり、アーク放電の
発生、又はアーク放電の継続が阻止されることに
なる。従つて、ガス圧を高くして、高い電流密度
の放電を生起せしめても安定なグロー放電が達成
できるため、小孔や小間隙内の処理や不動態層を
もつステンレス鋼等の処理が容易に行えるように
なつた。しかも、瞬間的には高電流が流れても、
放電がパルス的であるため平均電流密度は低く、
従つてグロー厚さを薄くしても被処理物を過熱す
るようなことはなくなる。しかも、通常の処理で
は50〜100Hz程度の低周波にして実効値を高くで
き、複雑形状物の処理では数百〜数ＭHzの中周
波、高周波を使用することにより、放電時電界に
よつてイオンの捕捉が生じ、イオン化を促進する
ため、今迄はグロー放電の生じなかつた場所にも
覆うことができるようになつた。 尚、上記は本発明の例示であり、種々変更が可
能である。例えばパルス波は第４図の如き矩形波
に限られるものではなく、正弦状波や他の波形で
も良い。又、パルス状電圧を得る回路はインバー
ター１３、発振器１４、オン−オフ時間設定回路
１５に限定されるものではない。
第１図は従来の装置を示すブロツク図、第２図
は従来装置によるイオン窒化の状態を示す図、第
３図は本発明装置の一実施例を示すブロツク図、
第４図はその動作説明図である。 １……気密容器、２及び３……バルブ、４……
真空ポンプ、５……ガスボンベ、６……被処理
物、７……保持台、８……整流回路、９……制御
回路、１０……昇圧トランス、１３……インバー
ター、１４……発振器、１５……オンーオフ時間
設定回路、１６……放電電圧検出器、１７……放
電電流検出器、１８……制御用トリガ回路。
は従来装置によるイオン窒化の状態を示す図、第
３図は本発明装置の一実施例を示すブロツク図、
第４図はその動作説明図である。 １……気密容器、２及び３……バルブ、４……
真空ポンプ、５……ガスボンベ、６……被処理
物、７……保持台、８……整流回路、９……制御
回路、１０……昇圧トランス、１３……インバー
ター、１４……発振器、１５……オンーオフ時間
設定回路、１６……放電電圧検出器、１７……放
電電流検出器、１８……制御用トリガ回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 気密容器と、この気密容器内に収容された被
処理物と、前記容器内を所定のガス雰囲気に保つ
手段と、前記容器を陽極に被処理物を陰極にして
グロー放電を生起せしめるための電源とからなる
装置において、前記容器と被処理物との間に印加
する放電電圧を50Hz〜数ＭHzの周波数をもつパル
ス波となしたことを特徴とするイオン処理装置。 ２ 前記パルス状放電電圧の周波数は可変である
特許請求の範囲１に記載のイオン処理装置。 ３ 前記パルス状放電電圧のパルス幅は可変であ
る特許請求の範囲第１又は２に記載のイオン処理
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10359978A JPS5531139A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Ion-treating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10359978A JPS5531139A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Ion-treating apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5531139A JPS5531139A (en) | 1980-03-05 |
| JPS6122026B2 true JPS6122026B2 (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=14358223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10359978A Granted JPS5531139A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Ion-treating apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5531139A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2013150639A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2015-12-14 | 株式会社東亜精機工作所 | 硬化層形成装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2351869A1 (en) * | 2002-12-20 | 2011-08-03 | COPPE/UFRJ - Coordenação dos Programas de Pós Graduação de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro | Hydrogen diffusion barrier on steel by means of a pulsed-plasma ion-nitriding process |
| DE10325410B4 (de) * | 2003-06-05 | 2005-04-14 | Forschungszentrum Rossendorf E.V. | Verfahren zur Herstellung einer nickelarmen Oberfläche auf Nitinol |
| CN111850457B (zh) * | 2020-07-29 | 2022-04-22 | 扬州大学 | 一种可控表面渗氮装置及其使用方法 |
-
1978
- 1978-08-25 JP JP10359978A patent/JPS5531139A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2013150639A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2015-12-14 | 株式会社東亜精機工作所 | 硬化層形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5531139A (en) | 1980-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5015493A (en) | Process and apparatus for coating conducting pieces using a pulsed glow discharge | |
| US5698062A (en) | Plasma treatment apparatus and method | |
| JP3424182B2 (ja) | 表面処理装置 | |
| US4194930A (en) | Ion-nitriding process | |
| KR960015721A (ko) | 플라즈마 막형성방법과 장치 및 플라즈마 처리장치 | |
| JP2000323460A5 (ja) | ||
| JPH09326383A (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
| JPS6122026B2 (ja) | ||
| KR100949472B1 (ko) | 고선택비 및 대면적고균일 플라즈마처리방법과 장치 | |
| JPH11106531A (ja) | 放電プラズマ処理装置 | |
| JPS63155728A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| KR910010753A (ko) | 전자사이클로트론 공명을 사용한 플라즈마처리방법 및 장치 | |
| US3650930A (en) | Glow discharge masking process | |
| JPH07142453A (ja) | プラズマエッチング装置 | |
| JPH0888218A (ja) | プラズマエッチング方法及びその装置 | |
| JPH07249614A (ja) | プラズマエッチング方法及びその装置 | |
| JPS62216637A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| US5328557A (en) | Plasma treatment of O-rings | |
| KR102521387B1 (ko) | 플라스마 처리 장치, 및 플라스마 처리 방법 | |
| JPH01301856A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JPS58141379A (ja) | イオン処理装置 | |
| JPS56130465A (en) | Film forming method | |
| JPH05234697A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP2652547B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| SU778981A1 (ru) | Способ электрохимической обработки |