JPS61243180A - 被覆鋼の製造法 - Google Patents
被覆鋼の製造法Info
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- JPS61243180A JPS61243180A JP8485285A JP8485285A JPS61243180A JP S61243180 A JPS61243180 A JP S61243180A JP 8485285 A JP8485285 A JP 8485285A JP 8485285 A JP8485285 A JP 8485285A JP S61243180 A JPS61243180 A JP S61243180A
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- plasma
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は高硬度物質被覆鋼、特にバイト及びカッター等
の切削工具、金型及び線引きダイス等の耐摩工具、軸受
、及びカム等の摺動部品、または時計ケース等の装飾品
等の耐摩耗性、耐熱性または耐食性を向上させることを
目的として、当該工具または部品等の表面に周期律表Ｎ
ａ＋ Ｖａ、 Ｖｌａｌ遺族金属、Ｓ Ｌ ＡＱ＋ Ｂ
からなる群より選んだ１８１１又は２！以上の元素とＢ
、 Ｃ，Ｎ、 ０からなる群より選んだ１種又は２種以
上の元素との化合物の１種又は２１１以上をＩＮもしく
はそれ以上被覆した製品の製造法に関する。
の切削工具、金型及び線引きダイス等の耐摩工具、軸受
、及びカム等の摺動部品、または時計ケース等の装飾品
等の耐摩耗性、耐熱性または耐食性を向上させることを
目的として、当該工具または部品等の表面に周期律表Ｎ
ａ＋ Ｖａ、 Ｖｌａｌ遺族金属、Ｓ Ｌ ＡＱ＋ Ｂ
からなる群より選んだ１８１１又は２！以上の元素とＢ
、 Ｃ，Ｎ、 ０からなる群より選んだ１種又は２種以
上の元素との化合物の１種又は２１１以上をＩＮもしく
はそれ以上被覆した製品の製造法に関する。
［発明が解決しようとする問題点コ
従来工具または部品等にＴｉＣやＴｉＮ等を被覆し、耐
摩耗性、耐熱性または耐食性の向上を計ることが行なわ
れている。その手段としてはＣＶＤ法とＰＶＤ法が代表
的であるが、 ＣＶＤ法では被覆処理温度が通常ｔｏｏ
ｏ℃と高いため、母材の鋼が焼鈍されてしまい、被覆後
に焼入れ、焼戻しを行なう必要があった。そのため、被
覆膜に亀裂を生じたり、ハクリしたり、寸法が変化する
ことがあり、安定した精度の良い製品を製造することは
困難であった。またＣＶＤ法は反応の際に母材の脱炭現
象を生じる場合があり、このような場合には母材の性能
を損うことなく被Ｍ１膜を形成することは極めて困難で
あった。これに対してＰＶＤ法では、ｇｏ。
摩耗性、耐熱性または耐食性の向上を計ることが行なわ
れている。その手段としてはＣＶＤ法とＰＶＤ法が代表
的であるが、 ＣＶＤ法では被覆処理温度が通常ｔｏｏ
ｏ℃と高いため、母材の鋼が焼鈍されてしまい、被覆後
に焼入れ、焼戻しを行なう必要があった。そのため、被
覆膜に亀裂を生じたり、ハクリしたり、寸法が変化する
ことがあり、安定した精度の良い製品を製造することは
困難であった。またＣＶＤ法は反応の際に母材の脱炭現
象を生じる場合があり、このような場合には母材の性能
を損うことなく被Ｍ１膜を形成することは極めて困難で
あった。これに対してＰＶＤ法では、ｇｏ。
℃以下の低い温度でも被覆膜の形成が可能であるため母
材が焼鈍されることもなく、また母材の脱炭現象も生じ
ないため、上述のＣＶＤ法の問題は解決された。また種
々の改良により、低温で被覆しても母材と被覆膜は十分
な接着強度が得られるため、被覆鋼の製造法としてはＰ
ＶＤ法が中心的位置を占めるようになった。しかしなが
ら一方、 ＰＶＤ法では、ＣＶＤ法と比較して、設備コ
ストガ高価な上に高真空下で被覆処理をするため被覆に
方向性があり、つき回わりが悪いため、回転機構を必要
とし、ＣＶＤ法に比較して生産性は著しく低く、処理費
用は高価まものにならざるを得なかった。また被覆膜の
つき回りが悪いため複雑形状の部材には被覆処理が困難
であった。
材が焼鈍されることもなく、また母材の脱炭現象も生じ
ないため、上述のＣＶＤ法の問題は解決された。また種
々の改良により、低温で被覆しても母材と被覆膜は十分
な接着強度が得られるため、被覆鋼の製造法としてはＰ
ＶＤ法が中心的位置を占めるようになった。しかしなが
ら一方、 ＰＶＤ法では、ＣＶＤ法と比較して、設備コ
ストガ高価な上に高真空下で被覆処理をするため被覆に
方向性があり、つき回わりが悪いため、回転機構を必要
とし、ＣＶＤ法に比較して生産性は著しく低く、処理費
用は高価まものにならざるを得なかった。また被覆膜の
つき回りが悪いため複雑形状の部材には被覆処理が困難
であった。
本発明は処理費用がＰＶＤ法に比べて極めて安価な被覆
鋼を提供するものであり、また複雑形状を有する被覆銅
部材を提供するものである。
鋼を提供するものであり、また複雑形状を有する被覆銅
部材を提供するものである。
［発明の開示］
本発明者らはＣＶＤの特徴である被覆膜のつき回わりが
良いという利点を具備し、かつ被覆処理温度の低下が可
能である被覆法としてプラズマＣＶＤ法に着目した。そ
して被覆処理温度を低下させる手段を検討した結果、被
Ｍ１膜はプラズマ形成空間に投入される電力で規定され
るプラズマ強度と被覆処理温度がある一定の範囲になけ
れば成膜しないことを知見した。しかしながらこのプラ
ズマＣＶＤにおいても被覆処理温度が低ければ当然被覆
膜と母材との密着力は低下してしまい切削工具や、耐摩
被覆部材として使用するためには、接着強度の増大が望
まれていた。本研究者らは、プラズマＣＶＤ法で低温で
被覆し、かつ接着強度低下させない方法を鋭意検討した
ところ以下の驚くべき知見を得た。即ちプラズマＣＶＤ
法においてプラズマ励起源として高周波電源と直流電源
を併用し、直流電源により鋼母材を負電位に保持し、か
つプラズマ形成空間に投入する高周波電力密度が０ 、
０１ ｗ／Ｃ■）以上ｓ １．ＯＷ／ｃ■１以下であり
、直流電圧の絶対値がｌ５ＯＯＶ以下であり、ガス雰囲
気の圧力を０．０５Ｔｏｒｒ以上５ Ｔｏｒｒ以下に規
定することにより、その理由の詳細は不明であるが、被
覆鋼工具や被覆鋼耐摩部材として著しい性能の向上が得
られることを新規に見い出した。
良いという利点を具備し、かつ被覆処理温度の低下が可
能である被覆法としてプラズマＣＶＤ法に着目した。そ
して被覆処理温度を低下させる手段を検討した結果、被
Ｍ１膜はプラズマ形成空間に投入される電力で規定され
るプラズマ強度と被覆処理温度がある一定の範囲になけ
れば成膜しないことを知見した。しかしながらこのプラ
ズマＣＶＤにおいても被覆処理温度が低ければ当然被覆
膜と母材との密着力は低下してしまい切削工具や、耐摩
被覆部材として使用するためには、接着強度の増大が望
まれていた。本研究者らは、プラズマＣＶＤ法で低温で
被覆し、かつ接着強度低下させない方法を鋭意検討した
ところ以下の驚くべき知見を得た。即ちプラズマＣＶＤ
法においてプラズマ励起源として高周波電源と直流電源
を併用し、直流電源により鋼母材を負電位に保持し、か
つプラズマ形成空間に投入する高周波電力密度が０ 、
０１ ｗ／Ｃ■）以上ｓ １．ＯＷ／ｃ■１以下であり
、直流電圧の絶対値がｌ５ＯＯＶ以下であり、ガス雰囲
気の圧力を０．０５Ｔｏｒｒ以上５ Ｔｏｒｒ以下に規
定することにより、その理由の詳細は不明であるが、被
覆鋼工具や被覆鋼耐摩部材として著しい性能の向上が得
られることを新規に見い出した。
以下限定理由について詳しく述べる
（１）プラズマ励起源に高周波電源を用いるのは次の理
由による。
由による。
被覆膜の原料ガスやキャリヤーガスの放電によりプラズ
マを形成する際に直流電源による励起よりも高周波、特
にＲＦ波、マイクロ波電源によるプラズマ励起の方が化
学的活性種が生じやすく、かつ広範囲のガス雰囲気圧力
や電源出力、種々の電極構造に対しても安定したプラズ
マの形成、維持が可能であるため、高周波によるプラズ
マ励起は必須である。
マを形成する際に直流電源による励起よりも高周波、特
にＲＦ波、マイクロ波電源によるプラズマ励起の方が化
学的活性種が生じやすく、かつ広範囲のガス雰囲気圧力
や電源出力、種々の電極構造に対しても安定したプラズ
マの形成、維持が可能であるため、高周波によるプラズ
マ励起は必須である。
（２）鋼母材を負電位に保持することは次の理由による
。
。
高周波励起による原料ガスやキャリヤーガスの放電でプ
ラズマが形成され、イオン化あるいは活性化された原料
ガスは母材表面で化学反応により硬質反覆膜を形成する
。この際母材を直流電源により負電位に保つことによっ
て、反応に関与する正イオンを優先的に母材表面に引き
寄せるためである。
ラズマが形成され、イオン化あるいは活性化された原料
ガスは母材表面で化学反応により硬質反覆膜を形成する
。この際母材を直流電源により負電位に保つことによっ
て、反応に関与する正イオンを優先的に母材表面に引き
寄せるためである。
この際鋼母材は高周波電源から隔絶縁された位置にある
場合と高周波電源の導入側と接地側のいずれかの極に接
続されている場合が考えられるがいずれの場合でも構わ
ない。
場合と高周波電源の導入側と接地側のいずれかの極に接
続されている場合が考えられるがいずれの場合でも構わ
ない。
（３）プラズマ形成空間に投入する電力密度が０．ＯＩ
Ｗ／Ｃ−５以上１．ＯＷ／Ｃ■３以下であることの理由
。
Ｗ／Ｃ−５以上１．ＯＷ／Ｃ■３以下であることの理由
。
プラズマＣＶＤ法においてプラズマの強度はガス雰囲気
、放電形式、放電電極の形状及び構造、さらにプラズマ
励起電源の出力に左右される。これらのうち励起電源の
出力を変化させることが容易でかつ広範囲にプラズマの
強度を変化させることができるため、励起電源の出力に
よってプラズマ強度を調整するのが便利である。プラズ
マの強度は装置によって、放電電極の形状や構造が異な
ると同一出力を負荷した場合でも異なるので、プラズマ
強度はプラズマ形成空間の単位体積当りに励起電源より
投入される電力で表わすことが好ましい。
、放電形式、放電電極の形状及び構造、さらにプラズマ
励起電源の出力に左右される。これらのうち励起電源の
出力を変化させることが容易でかつ広範囲にプラズマの
強度を変化させることができるため、励起電源の出力に
よってプラズマ強度を調整するのが便利である。プラズ
マの強度は装置によって、放電電極の形状や構造が異な
ると同一出力を負荷した場合でも異なるので、プラズマ
強度はプラズマ形成空間の単位体積当りに励起電源より
投入される電力で表わすことが好ましい。
電力密度が０．０１Ｗ／ｃｍ３よりも小さいと被覆膜の
成膜は不可能である。また１、Ｏｗ／Ｃｓ”よりも大き
いとイオンスパッタリング現象により被覆処理に悪影響
を及ぼし、かつかかる電力密度を投入可能であるような
大出力電源は高値となり、工業的見地から好ましくない
。
成膜は不可能である。また１、Ｏｗ／Ｃｓ”よりも大き
いとイオンスパッタリング現象により被覆処理に悪影響
を及ぼし、かつかかる電力密度を投入可能であるような
大出力電源は高値となり、工業的見地から好ましくない
。
（４）ガス雰囲気の圧力がＯ，ＯＳτｏｒｒ以上５ Ｔ
ｏｒｒ以下であることは次の通り。
ｏｒｒ以下であることは次の通り。
ガス雰囲気圧力が０ 、０５ Ｔｏｒｒよりも低いと平
均自由工程が長くなり蒸着に方向性を持つため、均一コ
ーティングという観点から好ましくない。またガス雰囲
気の圧力が５ Ｔｏｒｒよりも高いとプラズマを安定し
て維持することが難かしくなる。
均自由工程が長くなり蒸着に方向性を持つため、均一コ
ーティングという観点から好ましくない。またガス雰囲
気の圧力が５ Ｔｏｒｒよりも高いとプラズマを安定し
て維持することが難かしくなる。
（５）直流電源により鋼母材に負荷する負の電位の絶対
値がｔｓｏｏｖ以下であることは次の通り。
値がｔｓｏｏｖ以下であることは次の通り。
負の電位の絶対値がｔｓｏｏｖよりも大きいと局部的に
異常放電を生じ、安定した放電を維持できないためであ
る。
異常放電を生じ、安定した放電を維持できないためであ
る。
以下実施例により詳細に説明する。
実施例１゜
高速度鋼（材質５ＫＨ５７、ＨＲＣ：＝６５．１ ）を
型番５ＮＧＮ ４３２に加工し、この表面にＴｉＣを４
μの厚さに被覆するのに１３．５８ＭＨ２のＲＦ波電源
励起のプラズマＣＶＤ装置を用いて、かっ鋼母材を直流
電源により負電位に保持し、第１表に示した条件にて被
覆した。その結果ＴＩＣ被覆膜が得られたのは１．２．
３．５．７．８ 、及び８であった。これらの被覆チッ
プ及び比較のために用意したＴｉＣを被覆した通常のＰ
ＶＤ被覆高速度鋼のチップＡについて第２表に示す条件
で切削試験を行なった。４０分間切削後のフランク摩耗
幅はＡが０．２０ｍｍ、１がｏ、２８■■。
型番５ＮＧＮ ４３２に加工し、この表面にＴｉＣを４
μの厚さに被覆するのに１３．５８ＭＨ２のＲＦ波電源
励起のプラズマＣＶＤ装置を用いて、かっ鋼母材を直流
電源により負電位に保持し、第１表に示した条件にて被
覆した。その結果ＴＩＣ被覆膜が得られたのは１．２．
３．５．７．８ 、及び８であった。これらの被覆チッ
プ及び比較のために用意したＴｉＣを被覆した通常のＰ
ＶＤ被覆高速度鋼のチップＡについて第２表に示す条件
で切削試験を行なった。４０分間切削後のフランク摩耗
幅はＡが０．２０ｍｍ、１がｏ、２８■■。
２が０．１１ｍｍ、３がＯ，１７ｍｍ＋６が０．３２ｍ
＋７が０．２２ｍ。
＋７が０．２２ｍ。
８が０．２０−■、９が０．２８■■であり、本発明に
よるプラズマＣＶＤ被覆鋼工具はＰＶＤ被覆鋼工具に十
分匹敵する性能を有していた。
よるプラズマＣＶＤ被覆鋼工具はＰＶＤ被覆鋼工具に十
分匹敵する性能を有していた。
第 １ 表
第 ２ 表
実施例２
高速度鋼（材質５ＫＨ５７、ＨＲＣ−Ｊ５．Ｉ ）を型
番５ＮＧＮ３２に加工し、この表面にＴｉＮを３μの厚
さに被覆するのに実施例１と同じプラズマＣＶＤＨｆｆ
ｉを用いて、同様の方法で、第３表に示す条件にて被覆
した。その結果いずれの条件においてもＴｉＮ被覆膜が
得られた。これらの被覆チップ及び比較のために用意し
たＴｉＮを被覆した通常のＰＶＤ被覆高速鋼のチップＢ
について第４表に示す条件で切削試験を行なった。３０
分間切削後のフランク摩耗幅はＢがｏ、ｔｏｏ■−９■
がＯ，１２Ｇ■■、１２が０．■５龍、１３が０．１１
２讃諺、１４が０．１０１冒−，１５が０．０９３■■
、１Ｂが０．０８２■會であった。
番５ＮＧＮ３２に加工し、この表面にＴｉＮを３μの厚
さに被覆するのに実施例１と同じプラズマＣＶＤＨｆｆ
ｉを用いて、同様の方法で、第３表に示す条件にて被覆
した。その結果いずれの条件においてもＴｉＮ被覆膜が
得られた。これらの被覆チップ及び比較のために用意し
たＴｉＮを被覆した通常のＰＶＤ被覆高速鋼のチップＢ
について第４表に示す条件で切削試験を行なった。３０
分間切削後のフランク摩耗幅はＢがｏ、ｔｏｏ■−９■
がＯ，１２Ｇ■■、１２が０．■５龍、１３が０．１１
２讃諺、１４が０．１０１冒−，１５が０．０９３■■
、１Ｂが０．０８２■會であった。
第 ３ 表
第 ４ 表
実施例３
Ｓ Ｕ Ｓ ３０４ステンレス鋼を固体硼化法により、
全硬化深さ０．３ｍ■、表面硬さＨｖ ２２００に硼化
処理し、さらにパフ研磨により表面を鏡面仕上げした時
計わく部材を用意しこれに実施例１と同じプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、かつ同様の方法にてＴｉＮを！Ｏμの
厚さに被覆した。この際のガス雰囲気圧力は１．０Ｔｏ
ｒｒ ％被覆処理温度は５００℃、高周波電力密度を０
．０８ｗ／ｃｍ”、直流電圧は一８００ｖとした。ＴＥ
Ｎ被覆時計わく部材並びに比較のために同一部材を通常
のＰＶＤ法にて、ＴｉＮを被覆したものを準備し、３５
℃、１００Ｈｒの人工汗浸漬試験、及び３５℃、１００
Ｈｒの塩水噴霧試験を実施した。その結果両方の部材と
もに全く腐食は発生しなかった。
全硬化深さ０．３ｍ■、表面硬さＨｖ ２２００に硼化
処理し、さらにパフ研磨により表面を鏡面仕上げした時
計わく部材を用意しこれに実施例１と同じプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、かつ同様の方法にてＴｉＮを！Ｏμの
厚さに被覆した。この際のガス雰囲気圧力は１．０Ｔｏ
ｒｒ ％被覆処理温度は５００℃、高周波電力密度を０
．０８ｗ／ｃｍ”、直流電圧は一８００ｖとした。ＴＥ
Ｎ被覆時計わく部材並びに比較のために同一部材を通常
のＰＶＤ法にて、ＴｉＮを被覆したものを準備し、３５
℃、１００Ｈｒの人工汗浸漬試験、及び３５℃、１００
Ｈｒの塩水噴霧試験を実施した。その結果両方の部材と
もに全く腐食は発生しなかった。
実施例４
ＳＫＤＩＩ製の深絞り金型（φ１０ｍｍ Ｘ ３０ｍ５
深さ）に、実施例１と同様の方法で、大全面に、ＴｉＮ
を２μ被覆した。
深さ）に、実施例１と同様の方法で、大全面に、ＴｉＮ
を２μ被覆した。
Claims (1)
- 鋼を母材として表面に硬質物または化学的に安定な物質
をプラズマＣＶＤ法にて被覆処理するのに、プラズマ励
起源として高周波電源及び直流電源を併用し、直流電源
により鋼母材を負電位に保持し、かつプラズマ形成空間
に投入する高周波電力密度が０．０１Ｗ／ｃｍ＾３以上
１．０Ｗ／ｃｍ＾３以下であり、直流電圧の絶対値が１
５００Ｖ以下であり、ガス雰囲気の圧力が０．０５Ｔｏ
ｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする被覆鋼
の製造法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8485285A JPS61243180A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 被覆鋼の製造法 |
| US06/849,523 US4675206A (en) | 1985-04-19 | 1986-04-08 | Process for the production of a surface-coated article |
| DE8686302815T DE3664490D1 (en) | 1985-04-19 | 1986-04-15 | A process for the production of a surface-coated article |
| EP86302815A EP0199527B2 (en) | 1985-04-19 | 1986-04-15 | A process for the production of a surface-coated article |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8485285A JPS61243180A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 被覆鋼の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61243180A true JPS61243180A (ja) | 1986-10-29 |
Family
ID=13842326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8485285A Pending JPS61243180A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 被覆鋼の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61243180A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077092A (en) * | 1989-06-30 | 1991-12-31 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for deposition of zinc sulfide films |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610379A (en) * | 1979-07-04 | 1981-02-02 | Satake Eng Co Ltd | Duster for color selector |
| JPS59229479A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-22 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆超硬質焼結部材の製造法 |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP8485285A patent/JPS61243180A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5610379A (en) * | 1979-07-04 | 1981-02-02 | Satake Eng Co Ltd | Duster for color selector |
| JPS59229479A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-22 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆超硬質焼結部材の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077092A (en) * | 1989-06-30 | 1991-12-31 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for deposition of zinc sulfide films |
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