JPS61270370A - 表面処理方法 - Google Patents

表面処理方法

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JPS61270370A
JPS61270370A JP60112053A JP11205385A JPS61270370A JP S61270370 A JPS61270370 A JP S61270370A JP 60112053 A JP60112053 A JP 60112053A JP 11205385 A JP11205385 A JP 11205385A JP S61270370 A JPS61270370 A JP S61270370A
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JP
Japan
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substrate
ion
ions
treated
surface treatment
Prior art date
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Pending
Application number
JP60112053A
Other languages
English (en)
Inventor
Motohisa Hirano
平野 元久
Shojiro Miyake
正二郎 三宅
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は基板表面の潤滑性、耐摩耗性および耐久寿命
を高めるための表面処理方法に関する。
〈従来の技術〉 摺動部品の潤滑性%耐摩耗性を高めるためにはこちら部
品の表面の潤滑性、耐摩耗性を高める必要がある。特に
宇宙空間や真空中で使用する機器の摺動部品の潤滑性、
耐摩耗性セよび耐久性に対しては高い信頼性が要求され
る。
宇宙空間や真空中等の特殊環境下で摺動部品の潤滑性金
得るためには、一般には液体の使用は望ましくなく1通
常は eD  Au、Ag%Mo51.ボリテ) ラ@ 7 
a −7L/ @エチレン(以下[PTFgJ  とい
う。)等の固体潤滑材料を真空蒸着、スパッタ蒸着。
イオンブレーティング尋の手段によって薄膜形成する方
法。
■ 加熱、あるいはイオン照射等によシ窒化、硼素等の
表面処理元素を拡散させて摺動部品の部材面に表面処理
贋金形成させる方法。
Oまた、これまでに炭素鋼、銅等にC,B。
N等の元素をイオン注入した検討がなされ、低摩擦、低
摩耗等(こ関し効果のあることが報告さnている。
く発BAが解決しようとする問題点〉 しかし、上述した■の方法は薄膜形成した部品表面が部
品の基材面と薄膜層間に明確な境界ができ、摺動時ある
いは高温環境下で膜はく離をおこしやすくなる不具合が
あった。
また、@の方法は熱平衡的に生成する組成の物質しかで
きないので、摺動部品の表面層を形成するに適する表面
処理元素の選択範囲は自ずから限定される。
また、C,B、Nなどの元素のイオンを注入するOの方
法は、所望の元素イオンを注入するため注入装置に質量
分析器を敗り付けなければならなかった。そして、この
ような質量分析器を設けるための処理コストが高く、か
つ得られるビーム電流値も低いので非能率的であった。
この発明は以上述べたような摺動部品、更に一般的に基
板の潤滑性、耐摩耗性、耐久性を高めるための従来の表
面処理方法における不具合をなくするためになさnたも
のであって、基板に対する処理層の密着性が高く、かつ
潤滑性、耐摩耗性、耐久性に優nた基板の表面処理方法
を提供しようとするものである。
く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するためのこの発明の表面処理方法は、
炭化水素、フッ化水素、フッ化硼素およびフッ化炭化水
素のうちから選択した一種をイオン源物質としてイオン
化する工程と。
上記イオン化工程によ)生成したイオン源物質を構成す
る原子および分子のイオンを表面処理基板に加速注入す
る工程から成ることを特徴とするものである。
また、この発明は表面処理基板に注入するイオン源物質
を構成する原子および分子のイオンのうち1分子イオン
のみを注入することにより行ってもよい、 く作   用〉 炭化水素、フッ化炭素、フッ化硼素およびフッ化炭化水
素をイオン化して得らnるC+、p”、B”、cx*”
、cH2”、cH:、  、・、 、 CF” 、cF
; 。
CF、 、  ・・噛、 BP 、BF、 、・・拳な
どの原子イオンおよび分子イオンはいずれも潤滑性に富
むから、こちらイオンを注入した処理層も潤滑性が向上
し、摩擦係数も小さめから耐摩耗性も高く、耐久寿命も
向上するようになる。
しかも、加速度を調節することにより基板内lこ注入さ
nるイオンの深さを自由に調節できるので、目的ζこ応
し、処理、嘗の厚さを自由にコントロールできる。
く実 施 例〉 以下、実施例および比較例に基づいて本発明の内容を具
体的に説明する。
実施例1 第1図はイオン化装RASイオンビーム加速器Bを用い
て、基板1−1にイオン注入することによシ表面処理す
る方法を例示したものである。
第1図のイオン化装置Aはイオン源物質入口3を有し9
図示外の電源から送給さ几る電力によってイオン源物質
5を加熱イオン化する加熱器4からなっておシ。
イオンビーム加速器Bは加熱器4の内側に配設したりベ
ラ6と、加熱器4の入口3と反対側に配役さn図示外の
電子電流安定電源から電力を供給さnる熱フィラメント
7、熱フィラメント7と反対側にイオンビーム出口8を
設け1図示外のイオン加速高圧電源によシイオンビーム
を加速する加速装置9へおよび出射スリット10からな
っている。
基板1ゴはコレクタスリット11を介してイオンビーム
加速器Bから加速放出されたイオンビームを注入するよ
うに表面処理をイオンビーム加速器B側に向けて保持さ
れる。本実施例での基板は長さ35■X幅10mX高さ
5、の5US440Cステンレス鋼(JIS規格)を使
用した。
また1本実施例では、イオン源物質としてフレオンガス
(CF4ガス)(数μHz )をio−’Torr @
度の圧力に調節してイオン化装置内に送り込まれる。こ
のイオン化装置内は分子間の衝突を防ぐため、高真空(
10〜1OTorr)になりている。
そして送シ込まれた試料はイオン化装置内において熱フ
ィラメントから対極に向けて流れている電子流と衝突し
イオン化され、リベラー電極6(プラスの電圧が加えら
れている)でスリットlOの方へ押しやられた上30K
eVのイオン加速電圧で加速される。イオンビームは細
い出射スリット10を通って装置を出てから、コレクタ
スリット11を通って表面処理基板1−1に注入される
イオン化装置内においてフレオンガス(CF4Eから生
成する原子イオンおよび分子イオンはC、F %CF 
、CF、 、CF、があるが、これらはイオンビーム加
速器Bによって加速され全イオンが基板H内にI X 
10  Ion / cd 〜3 X10” ion 
/−程度注入さnる。基板1−1の斜線部分がイオン注
入領域である。
実施例2 第2図は実施例1で使用したイオン化装置A、イオンビ
ーム加速器Bの他に磁場内のアナライザー〇を用いて、
基板Hにイオン注入することにより基板の表面を処理す
る方法を示す図である。
このアナライザーCは数1000ガウス程度の磁場内に
おかれた90’型分析管であって。
磁場がイオン粒子の運動量による分散を行なうので、第
2図の装置を用いると磁場の掃引によって所定の)tの
イオン(ただし、mはイオンの原子質量単位、Zは電荷
数)が次々にコレクタースリット11を通シ、基板ニー
2 (5US440Cステンレス鋼板、長さ35mX幅
10m、高さ5聴)に注入した。
実施例2Iこおいて使用するイオン源物質としてフレオ
ンガスを用いると共に、イオン化装置によシ生成したご
、 F+、 CF” 、 CFz・CF−イオン中から
、アナライザー 〇によシ取シ出したCFイオン13を
基板1−2に加速エネルギー30 KeVで、lXl0
  son/−注入した。
性能試験: つぎに、実施例1および2により得られた処理済基板1
−1.1−2上のイオン注入層と未注入層の摩擦特性の
試験結果について説明する。
この摩擦特性試験は処理済基板1−1、I−2のイオン
注入側表面を第3図に示す球圧子工4(,5US440
Cスチール鋼製、荷重49N(500gt))を、摺動
速度1.7 ””/sで繰シ返し往復摺動したときの摩
擦係数の変化を調べた。
その結果を第4図に示す。
第4区の・印は処理済基板1−1の全イオン注入層、○
印は処理済基板1−2のCF+イオン注入層表面の摺動
回数対摩擦係数の変化を示し、X印は処理済基板1−1
上の未注入層、Δ印は処理済基板1−2上の未注入層表
面の摺動回数対摩擦係数の変化を示す。第4図の特性曲
線から未注入層の摩擦係数は摺動回数の増加に伴い摩擦
係数は増大し、最大0.85にも達する。こnに対し、
イオン注入層の摩擦係数は摺動回数が増加しても殆んど
増大せず、6:xs以下である。
また、このようにして摩擦試験した基板表面の摩擦条痕
を観察すると未注入層面には球王子との凝着部が観察さ
れ表面は粗いが、イオン注入層面では損傷が小さく、摩
耗も小さいことが判った。
実施例1および実施例21こおいては5US4400ス
テンレス鋼板にそれぞnc 、F 。
CF 、 CFz 、 CFsイオンの全イオンおよび
単独のCFイオンを注入したときの表面処理について示
したが、Ti、Al 等他の材料からなる基板を用いて
も同様の効果がある。
さらに、イオン源物質として、フレオンガスを使用した
場合について例示したが、炭化水素の他、フッ化炭素、
フッ化惰素、フッ化炭化水素を用いイオン化にょシ生成
したCH。
CH,、OH,、−、、: BF”、BF2”、 BF
l” 、、@。
などの分子イオンや、さらにはC、F 、B・0などの
原子イオンビームも潤滑性向上の効果がある。
特に、実施例2においては1分子イオン注入の効果を示
すため1代表例としてCF+イオンのみを注入したとき
の表面処理効果を示すため、質量分析器によりCF+イ
オンを取シ出し基板に注入する例を示したが、上述した
ように、 CF、 、CF、 、・・・などの分子イオ
ンや。
C、F 、・・・イオンなどの原子イオンビーム潤滑効
果を有するから1分子イオンと共に原子イオンを注入し
てもよいし、原子イオンのみ又は分子イオンのみを注入
してもよく、イオン化装置によシ生成したイオンを表面
処理基板に加速注入すわばよいことが判る。
しかし、イオン注入量が低すぎるときは効果が低く、高
いときはイオン注入による歪みなどが生じ、基板の性質
に変化が現われるので好ましくない。最も適するイオン
注入量はI X 10  Ion / 7〜3 X 1
0  ton/−の範囲である。
〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、この発明の利点とする
ところを挙げると次のようになる。
■ 炭化水素、フッ化水素、フッ化硼素、フッ化炭化水
素等の潤滑性を有しかつ耐摩耗性を有するイオン源物質
の原子および分子イオンの全イオンを表面処理すべき基
板面に加速注入するから、高いイオンビームが大電流化
し、従来のC,B、Nなど原子イオンのみを注入する方
法に比べて処理能率が高い。
■ この発明は従来のB、CSNなどの原子イオン注入
する方法に比べ、特定の種類の原子イオンのみを選別し
て注入するものでないから、質量分析器が不要とな夛、
処理コストが安くなる。
■ 従来の薄膜形成法のように、基板上に被膜を堆積形
成する方法と異なシ、基材面内にイオン注入による処理
層を形成するから、摺動摩擦、温度変化によシ処理層が
はく離するようなことがない。
■ 特に、真空中や宇宙空間など特殊環境の下で苛酷な
条件で使用する軸受、歯車、ねじ等の部品の表面処理に
適用すると、摩擦抵抗が少なく、#摩耗性、耐久寿命に
優れた信頼性の高い部品を提供できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の表面処理方法の一実施例に使用する装
置の使用状態を示す説明図、第2図は本発明の他の実施
に使用する装置の使用状態を示す説明図、第3図は基板
上のイオン注入部と未注入部の摩擦特性試験の要領を示
す断面図。 第4図は表面処理済基板上のイオン注入層と未注入層の
摺動回数対摩擦係数の測定結果を示す特性図である。 図 面 中、 1−1.1−2・・・表面処理すべき基板、A−・・イ
オン化装置。 B−・イオンビーム加速器。 (’ assアナライザー、 5・lイオン源物質。 6・e・リペラ、 7・・・加熱スイラメント。 10・・・出射スリット、 11・−・ユリメータ。 13−・拳イオンビーム。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化水素、フッ化炭素、フッ化硼素およびフッ化
    炭化水素のうちから選択した一種をイオン源物質として
    イオン化する工程と、 上記イオン化工程によつて生成したイオン 源物質を構成する原子および分子の全イオンを表面処理
    基板に加速注入する工程から成ることを特徴とする表面
    処理方法。
  2. (2)表面処理基板に注入するイオン源物質を構成する
    原子および分子のイオンのうち、分子イオンを注入する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の表面
    処理方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01205072A (ja) * 1988-02-09 1989-08-17 Haamonitsuku Drive Syst:Kk 無潤滑歯面を製造する方法
EP0548788A2 (en) * 1991-12-23 1993-06-30 Comisiòn Nacional de Energia Atòmica Procedure for forming, on a solid substrate, a film with properties similar to those of diamonds, the solid bodies so coated and the self-sustained film so obtained
US5525392A (en) * 1992-12-10 1996-06-11 International Business Machines Corporation Magnetic recording medium having a fluorinated polymeric protective layer formed by an ion beam

Cited By (4)

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EP0548788A2 (en) * 1991-12-23 1993-06-30 Comisiòn Nacional de Energia Atòmica Procedure for forming, on a solid substrate, a film with properties similar to those of diamonds, the solid bodies so coated and the self-sustained film so obtained
US5547714A (en) * 1991-12-23 1996-08-20 Comision Nacional De Energia Atomica Ion beam deposition of diamond-like carbon films
US5525392A (en) * 1992-12-10 1996-06-11 International Business Machines Corporation Magnetic recording medium having a fluorinated polymeric protective layer formed by an ion beam

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