JPS6199672A - 被加工物の表面処理方法 - Google Patents

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、スパッタリングによって被加工物の冶金学的
塗装、表面合金、表面熱処理、または表面エツチングの
ような被加工物表面処理の方法に関するものである。

被加工物へ表面被覆を施す公知の方法は真空アーク蒸着
技法に基いている。この公知の技法では、真空環境内で
二本の電導性電極間に放電が生ぜられ、電流の伝導は、
アーク自身の作用により電極の表面に生ぜられた電極材
料のイオン化及び中性種から本来成っているプラズマに
よっている。現在公知の方法は一般に低振幅、典型的に
は１乃至３００アンペアの直流の印加に基き、比較的に
均質な塗装を得るために被加工物または基体は線源ない
し陰極から比較的に遠く置かれているような幾何学配置
を用いている。そうした配置の結果、低い沈積速度にな
り、又従って、アーク化の持続時間は普通に全く長く、
典型的には、可成シの深さ、例えば少くとも数ミクロン
の塗装を生ずるために分ないし時間である。こうした事
情下では、被加工物表面の加熱は制限されており、熱拡
散の長さは被加工物の厚みに比して普通大きい。この過
剰の熱は被加工物支持を通しての伝導により、支持体内
での強制滌体冷却付きまたは無しで普通取除かれる。

本発明の目的は、公知の真空アーク沈積技法に勝る利点
を有する、被加物表面処理用の新しい方法を提案するに
ある。

本発明の広汎な面によれば、被加工物表面処理用の方法
として提案されたものは、一つ以上の短期持続電気パル
スを印加して、各パルスごとに、高振幅短持続の放電を
被加工物と陰極とが減圧雰囲気にある間に陽極として役
立っている被加物と陰極として役立っている他の材料と
の間に生ずることを特徴としている。

成るべくは、被加工物と陰極とは、被加工物に平行にそ
こを通る平面内の陰極の最小寸法よりも少いギャップに
よってお互いから間をあけて置かれている。

かくして、本発明の新規な方法は従来の真空アーク沈積
技法とは若干の点で異っている：（１）公知の技法は一
般に低振幅の直流で運転するが、本発明の新規な技法は
高振幅の、短持続パルスで運転し、成るべくは各パルス
は、手振幅間全波（ＨＡＦＷ　）持続０５乃至１００ｍ
５で印加し、放電は実用的大きさにした陰極で、少くと
も３．１０６アンペア毎平方米、例えば、５００〜２０
００アンペアの電流密度を有する。（２）更に、従来の
真空操作技法では、基板が発生源から比較的遠く置かれ
ている幾何学的位置を使っているが、本発明に於ては、
基板ないし被加工物は成るべく線源または陰極に比較的
近接して置かれ、例えば、そこから、陰極の最小寸法よ
りも少いギャップだけ間をあけていて、例えば、直径が
少くとも１０ｍの陰極を使用する時、ギャップは８票以
下、成るべくは１から４調造であるべきでおる。（３）
加つるに、アークパルスの短い持続時間のせいで、被加
工物に渡される全エネルギーは比較的に低く在シ得、熱
拡散の長さも被加工物厚みよりも可成りに少くされうる
。

本発明の若干の実施例を、例として下記しておる。記述
した実施例の若干に於ては、陰極の材料は被加工物への
表面塗装として応用され、被加工物の表面は放電によシ
陰極材料の熔融点以上ではあるが被加工物材料の溶融点
ようも低く加熱されている。別の記述実施例では、陰極
の材料が被加工物へ表面塗装として印刷され、被加工物
の表面は放電によシ、被加工物と陰極塗装との相互拡散
またそれによシ接着を促進するに充分に加熱される。更
に又別の記述実施例では、陰極の材料が表面塗装として
被加工物に加えられ、被加工物の表面は放電によって陰
極材料と被加工物材料との熔融点以上に加熱され、それ
により被加工物表面上に二つの材料の合金を生ずる。な
お更に別の記述実施例では、被加工物の表面は放電によ
り、それの固体相変換温度を超えて加熱され、それから
、被加工物材料のかさ中への自然固体伝導によシ迅速に
冷却しうるようにされ、それにより被加工物の表面に近
い区域を急冷して、準安定結晶購造を肪導する。

アークパルスの短い持続時間が熱拡散の長さを被加工物
の厚みよりも可成）に少くなることを許すから、相変換
は被加工物へ非常に近接した区域に限られることができ
、他方、母体の温度上昇もごく小さく出来る。

本発明を、以下に記述された若干の例に対して、付図を
参照して説明する。

下に発表する例に記されている本発明の特殊の実施例を
論する前に、本発明自身とそれによって達成可能な利点
とは、図の第１図を先ず参照することによってと、本発
明の方法に含まれると信ぜられる作用の機構の以下の論
論とにより一層良く理解されるものと信ぜられる。

第１図に略図的に示される如く、約ＩＫＡの電流での真
空アークでは、陰極と陽極との間の伝導性、媒体は陰極
表面に、または、その近くにらる、陰極スポットとして
知られる、多数の微小区域により生ぜられるプラズマで
ちる。存在する陰極スポットの数は、陰極材料に依存す
る比例常数で電流に比例している。高蒸気圧材料は毎ス
ポット当り比較的に低い電流を有する傾向（例えば、ｃ
ｄに対しては１０〜２０Ａ）であり、他方、一層耐火性
材料は毎スポット当りよシ高電流を持つ傾向になる（例
えば、ＭＯに対しては１５０〜２００　Ａ　）、各陰極
スポットは一般に陰極表面から外へ指向されるプラズマ
ジェットを発する。プラズマジェットは一般に高度にイ
オン化されていて高速凹で流れる。プラズマジェットを
特徴づけるパラメーターは材料にかか　“りている。−
例として、Ｃｎ真空アーク陰極スポットジェットは実用
上全部イオン化された流れを特徴として；イオンの平均
イオン結合度は１．８５で；平均イオン速度は１０６ｍ
／ｓであり；イオン電流（陰極より外へ出される）は全
スポット電流の約８％である。

陰極表面から若干の距離では、陰極スポットの密度に従
って、個々のジェットは没入して準均質プラズマ流領域
を形成し、一般的流れ方向は陰極から離れる方向になっ
ている。第１図に描かれた最も簡単な場合には、もしも
アーク陽極が陰極に近接して置かれていると、それがこ
のプラズマ流を中断する、そして材料の組合せに従って
、プラズマの成る部分は陽極餞面上にＭ果し得、そこで
はこの場合、陽極は塗装用基体としての役目をする。材
料組合せの若干の選択に対しては、基板に射突するエネ
ルギーの強いイオンは基板から中性原子の放出を惹起す
る、１スパツタリングとして公知の操作である。

もしもスパンタリ／グ速度が速過ぎると、塗装は形成さ
れない。この現象は基板表面をパルスエツチングするた
めに利用される。Ｆｌ／基板へのイオン束は下記の表現
によシ推定し得る：Ｇｉ　＝　ｆＸ／（ｅＺＡ）　　　
　　　（１１ここでｌ１ｏ１”はイオンフラックス（単
位時間当シ単位面積当りイオン数）、“ｆ″はイオン電
流分数（典型的には約０．１）、“工″はアーり電流、
“ｅ＃は毎電子当シ電荷、＠Ａ＃は放電の断面積である
。電極間ギャップが陰極直径に比して小さい場合には、
Ａは陰極の面の面積として取られてもよい。もしも総て
のイオンが基体上に凝縮し、塗装を形成するならば、塗
装速度は次の表現式で計算出来る。

Ｖｃ　＝　Ｇ１ｍ１　／　ｐ　−ｆ工ｍ１／（ｅＺＡｐ
）　　（２）ここで１Ｐ＃は塗装材料の密度で、＠ｍ１
”はイオンの質量である。数値例として、陽極／基体へ
近接して装着された１２ｍ径陰極からの１ｋＡＣ！ｎア
ーク（ｆ＝ｏ、ｏ　８　、　Ｚ＝　１．８５　）から構
成される装速度は、毎秒２６ミクロンでおると計算され
る。全塗装厚み１゜はその時、式（２）を積分して計算
出来、 １ｏ−０／Ｖｃ　（ｔ）　ａｔ で、ここにＴはアーク持続時間である。

材料の流れと一諸に流れて、基体表面へのエネルギーの
流れかある。エネルギー輸送の主要機構は電子とイオン
とにより運ばれるエネルギーである。若干のより少い量
のエネルギー輸送は、プラズマ輻射と大分子フラックス
のせいで起りうる。基体表面に到着するエネルギーフラ
ックスはそれを加熱する。エネルギー流入は最初には、
低温度にちる基体内部中への熱伝導により釣合わされる
。もしも表面が＃１″ｌｉ′加熱されていると、蒸発に
よる冷却も亦、起しうる。追加的冷却は輻射と二次粒子
の発射で起りうる。

基体がアーク陽極として役立ち、均質アークを仮定する
ところの、第１図に示された単純な幾何学系の場合には
、陽極表面へのエネルギーフラックスは次の表現式で計
算しうる、 Ｓ冨ｍＶ。／Ａ（３１ ここでｖ６は次式で与えられる陽極エネルギ−７２ツク
ス電位であシ、 ｖｅ　−（１＋　ｆ）　（２ＫＴ６／　ｅ＋ＶＷ　）　
−ｆＥｌｆｌ（ｍＩＶ♂／２ｅ−１Ｖａ＋Ｖ１−ｔｖｗ
＋ｖｖ）　　　（４）ここでＴ。はプラズマ内の電子の
温ｆ、ｖ、は陽極仕事関数、ｖａは湯漬シース電位（こ
れは一般に均一な真空アークに対して負であり、数エレ
クトロンボルトに等しい）、ｖｌは原子を１′番目のイ
オン化の程度までイオン化するに要するエネルギー、■
□は蒸発エネルギー、又、ｆｌは１誉目のイオン化程度
迄イオン化されたイオンの分数である。式５中の第一項
はエネルギーフラックスの電子的成分を表し、他方、第
二項はイオン成分を表す。もしも基体の厚みが熱拡散時
間に比して大ならば、陽極表面温度は準無限同体に対す
る熱流の式の解を使用して推定しうるここでＴａ（ｔ）
は瞬間的陽極表面温度、Ｔａ（０）は最初の陽極表面温
度、ＫＪＩはジュールの常数（４，１２ジユール／Ｃａ
１）、５ｔ（ｔｌは表面での瞬間的全正味熱７ラツクス
で、第（３）式で与えられたＳ　（ｔ）に、蒸発、輻射
、スパッタリング等による冷却に対しての補正をつけた
ものから成る。これら後者の効果は、もしも初期温度が
室温に近いならば、アークの初期の相の間、無視しうる
もののようでちる。式（５）は、基体のかさ内のオーム
状加熱も、基体内の相変化も、塗装過程の間の表面での
材料の蓄積も考慮に入れていないから、近似的と考えら
るべきである。これら後者の影響は二次的重要贋のもの
と（８ぜられている。しかしながら、式（５）は、アー
クパルスの間とその後との双方の瞬間的陽極表面温度を
生ずる。等式と数値例とを検討すると、（１）ピークの
陽極表面温度は電流ピークの後で起ること、（２）陽極
表面の特性的冷却時間は加熱時間に比例していること、
が示される。第二の結論は、準安定結晶構造への変換を
行うために屡々短かくなければならぬところの急冷時間
は、陽極を短かいアークパルスで加熱することによシ短
かくなされ得るという重要な結果へと轟く。

操作パラメーター（電流パルス振幅、波形、及び持続時
間、幾何形状及び材料）の選ばれたものに従って、種々
の形の表面構造が期待しうる。もしも表面温度が再結晶
温度場″Ｆ（基体と塗装材料との双方に対し）にとどま
るならば、グラズス状態からの凝縮が起シ得、準焦定形
（即ち非常に小い結晶）が生ぜられ得る。もしも温度が
再結晶温度以上ならば、より大きい結晶構造が生ぜられ
うる。もしも温度が充分に高く、利用される材料に対し
材料拡散が認めうるほどならは、塗装と基板との間に相
互拡散層が生ぜられることが出来、それが良好な金属結
合を形成すること（ζよって接着を高め得るか、または
、もしも脆弱な金属間化合物が形成されるならば、接着
を損う。表面温度を固体相変換温度を超えるものとし、
又、迅速に冷却することは、鋼中のマルテンサイトの如
く、準安定構造の形成を誘導するのく使用できる。表面
温度を、基板かまたは塗装材料の熔融温度を超えるよう
にしく第二の材料との接触のせいで、熔融点が多分変化
することを勘定に入れて）、熔融と又それによる第二材
料の熔融材料中への溶解を惹起すことは、表面合金を生
ずるのに使用し得る。いずれにしても、本発明の技法は
、基板に到着する大粒子の包含のせい１こよる構造の修
正を生ずるのに使用出来る。

作用の機構の上記の説明は必然的に簡単で、均質なアー
クが存在するときの、第１図に示されている単純な幾何
学に関係している。上に提示した理想的な事情からの偏
倚に対しては修正が必要でおる。例えば、もしもリング
状陽極と別々の電気絶縁された基板が利用されるならば
、基板への電子流はイオン流に４しい値迄減じ、また実
質的によシ少い加熱が起ろう。第１図の簡単な幾何学で
は、より高い低流で大きな電極ギャップではアークの集
中が陽極の近辺に起る傾向があり、情勢次第では陽極ス
ポット形成へと導いて行く。自然に高められた材料およ
び／または熱の流れが期待されうる。しかしながら、こ
の現象は、アークの自己磁場と比較可能な大きさを有す
る軸方向磁場の賦課により機先を制されうる。上の説明
は最も特殊的に“純″真空アーク、即ち、ヌロ何なる背
景ガスの影響も急祝しうるようなものに関するものであ
るけれども、陰極スポットジェットは低圧アークにもま
た存在し、かくして、第３図を参照して以下に詳細に述
べる如くに゛合金化″ガスの存在に於ても、同じ原理が
修正された形で適用し得よう。

下記に発表する例に於ては、直径１２〜１４−の陰極上
に０．５から２．０　ｋＡピークの範囲の電流が使用さ
れていた。これは３Ｘ１０６から２×１０６Ａ／−の範
囲の平均陰極電流密度と言って表現するのが一層適切で
ある。幾何形状と磁場とを正しく選択（陽極の近辺への
アークの圧縮、ないし、陰極スポット形成として公知の
ものを避けるため；ζ）すると、菟流範囲は可成りに拡
げられ、例えば２００ｋＡへ、また、もしも電流密度が
指示された範Ｕを大きく越えないならば、なおも同じ原
理効果を維持すると信ぜられる。

我々の実験は０．６５から７５ｍｓ　（ＨＡＦＷ）に渉
るパルス持続時間を使用したけれども、パルス持続時間
は原理的には双方の方向に拡げられうるとイｄじられて
いる。短かい持続時間方向では、本来の制限は、陰極ス
ポットが陰極表面上に渉って分散するに要する時間であ
ろう。若干の応用で、集中した塗装ないし加熱が必要な
所では、これさえも制限ではないかも知れないけれども
。

陰極スポットの均一な分散か必要とされる場合には、ア
ーク持続時間はＤ／　（２ＶＢ２　）より大きがるべき
であシ、ここでＤは陰極直径、ｖｏＢは陰極スポットの
伝播速度である。または、陰極表面上の種々の場所に数
個の陰極スポットを点するように補助手段が設けられね
ばならない。

ａｎに対しては、ｖｏ６は典型的に１００　ｍ　／　ｓ
の桁の値を有する。かくして−例として、１２調Ｏｎ陰
極上に可成りに均一な陰極スポット分散を確実ならしめ
るためには、アーク待伏時間は６０卯よシ大きくなるだ
ろう。パルス持続時間を最小化することへの基本的制限
は、真空アークを点火するに必要な時間である。Ｉα近
の研究によれば、トリガされた真空アークは艮υ４する
のに２００ｎｅの桁の時間を必要とし、他方、過剰にス
トレスされた真空ギャップは２０ｎａの桁の時間で点火
されることが出来る。これらの場合総てに於て、留意す
べきことは、６送される材料の量、更には又、基板へ移
される熱の量はアーク持続時間に依っていることで、又
かくして、極く短かい持続時間のパルスは、非常に特殊
な事情以外では、塗装及び表面処理用に何らか有効性を
見出すことはアシ得ぬだろう。アーク持続時間をよう長
い期間に拡げることには基本的制限は無い。しかしなが
ら、基板の加熱をその表面に限定する目的を達成するに
は、アーク持続時間は、熱拡散時間に匹敵するかそれよ
り小いものであるべきであシ、熱拡散時間はτｄαＰＣ
Ｉ／Ｋ　　　　　　　（６１の如く変化し、ここでＰは
基板密度、Ｃは熱容量、１は望む熱滲透距離、ｋは熱伝
導度である。

もしもパルス持続時間が、熱拡散の長さが基板の厚さに
近づくようであるならば、熱は基板からそれの支持体を
通しての熱伝導で除かれることが出来、熱の流れは定常
状態へ近接し始める。

基板の熱的性質とその厚みとに依るところの、アーク持
続時間のこの範囲に於ては、含まれて■る過程は連続的
真空アーク塗装操作にて使用されているものと類似にな
る。−例として、１ｃ！ｎＪ％ＬのＮ１基板では、定常
状態熱流条件は約４秒後に近接されよう。

本発明の好ましい実施例 第２図は、本発明の操作を実施するに使用しうる装置の
一つの形を描いており、又、それは、下記の例の多くに
於て使用されたものである。

かくして、第２図に示されている如く、装置は、例えば
ステンレススチール製の、径１６０晴の、アーク室１０
で、アーク室の内部に近接し、視的観測用の、穴１２及
び１４を備えたものを含んでいる。室１０は、例えば、
回転式機械ポンプを後部に備えた油拡散ポンプのような
真空ポンプ１８へ連結された導管１６を径で減圧される
。以下に記される大抵の試験の間に、室１０内に生ぜら
れる真空雰囲気は４．１０”−’から２．１０−”ｒｏ
ｒｒの範囲内であった。

アーク室１０の中には、被加工物または基板２２用の装
着具２０が置かれており、後者は陽極として役立ち、他
の装着具２４はプラズマ源または陰極２６として役立っ
ている。描かれた例では、陰極２６は環状の外形で、被
加工物陰、匝２２から、ギャップ２８で分離され、その
ギャップは陰極２６の中を通る被加工物２２に平行な平
面内でのそれの最小寸法よりも小さい寸法になっている
。例えば、下記の記述例の何れに於ても、陰極は外径１
０ｍで、ギャップ２８は８ｍよシ小さく、若干の例では
ＩＩＩＩ＋であシ、他の例では４ｍである。

陰極２６は接地されて居り、陽極２２はそれの装着具２
０により、インダクタンスＬと抵抗Ｒとを経て被工作物
へ接続されているコンデンサーバンク３０から成る高電
流源へ接続されている。一般に、４８から３８４ｎ＞Ｆ
までのキャパシタンス値が、５０から２５０ボルト迄の
範囲と荷電電圧と共に使用された。２００ｍオーム迄の
抵抗体Ｒと２ｍＨまでの誘導器りか電流パルスを形付け
るのに使用された。

第２図に描かれた装置は、更に、環状陰極２６の中心内
の２ｍの孔中に置かれ、それから絶縁物３４によシ絶縁
されている円錐形のトリガ電極３２を含んでいる。トリ
ガ電極３２はトリガ回路３６によシトリガされる。トリ
ガ電極３２へ高電圧を印加すると、それを陰極から分離
している絶縁物３４（例えば、ガラス）の表面の電気破
壊を惹起し、陰極表面上に陰極スポットを形成する。ト
リガ回路内のその後の電流の流れはプラズマを生じ、そ
れが電極間ギャップ２８を満し、また、陰極２６と陽極
として役立っている被工作物２２との間の絶縁破壊と電
流の流れとを偶発的に惹起する。

以下は若干の特殊例であり、それでは本発明の方法が第
２図に描かれている装置を用いて実施されている。

１、鋼のアルミニウム化 第２図に示されている装置と、以下の操作パラメーター
とを使用して一連のＡ１塗装／表面合金化操作を行った
。径１２から１４１１ｒｎのＡ１陰極が線源として使用
され、１０１０ないし１０１０７リー切削鋼で、径２５
Ｆｌで１ｃｍを超える厚みを有するものが基板として使
用された。電極間ギャップは４講に維持された。

１４ｍ径Ａ１陰極での試験の一系列では、総てのパラメ
ーターは、元来ビークアーク電流に影響するところのコ
ンデンサー充電電圧を除いては、一定に保たれた。総て
の試験は約０．４Ｆの静電容量値、約２ｍＨのインダク
タンス、及び迷走部品を含んで約１５０　ｍｍ−０ｈの
直列抵抗で行われた。生ぜられた電流波形は、アーク開
始後、約３０ｍ５に、７１ｍｓの半振幅全幅（ＨＡＦＷ
　）でピークを持っていた。与えられた初期コンデンサ
ーパンク電圧での単一パルス後の線源（ΔＭｅ　）及び
基体（ΔＭａ　）のピーク″ｊＬ流及び正味質量変化は
表１中に報告されている。線源によシ失われた材料の約
１／３は基板上に堆積されることが注目されるかも知れ
ない。そのように生じられた。Ｊ１装の総ては輝かしい
斑入りの見掛けを持ち、斑入りの性質は多分、塗装中ま
たは上への巨大粒子が含有された結果である。１７５ｖ
に等しいか、それを超す電・圧■ｃでの試験では、基板
の中心部分は輝いた見掛けを有し、アークサイクルの間
に塗装がそれの熔融温度を超えたことを示している。こ
の却しい領域の拡がりは、充電電圧が増大すると増大し
た。切断したザンプルの顕微麻試験では、Ａ１塗装の熔
融及び表面合金化を示す構造を現わした。表面合金化の
領域内で行われた微小硬度測定は、形成された１造がフ
ェライトやアルミニウムよりも一屑硬いことを示した。

１０Ｆ負荷付きのＫｎｏｐｐ刻印器を使用して、表面か
ら遠い】０】Ｏ鍋へ直角なフェライト及びパーライトＣ
ＩＩ造の微小硬度は２１０及び４４９に４／−であった
が、他方、表面合金構造の選ばれた面積の微小硬度は９
１１　ｈ／’ｖｔＡであった。基板の余り中央でない区
域では、拡散層が塗装層と基体とを連結している。Ｖｔ
ての区域で、接着は良好で、即ち、針で車装を剥しとる
ことは不可能であった。

表　　１ 鋼のアルミニウム化 ｖｃ　ｆｆｌ　　工ｐ（ｋＡ）　　ΔＭｅ（ｑ）　　へ
Ｍａ（ｑ）１５０　　　　　　　−６．０　　　＋　２
．１１７５　　０．８５　　　−９．９　　　＋３．６
２００　　１．０　　　−１２．０　　　＋４．７２２
５　　１．２　　　−１４．０　　　＋５．０別の試験
では、１００　０．６５ｍ５ＨＡＦＷパルスの系列が１
４ＨｓＡｌ線源陰極と１０１０鋼基板陽極へ加えられた
。塗装材料が熔融され、基板の中心区域内に多数の０．
１から１．０ｍの球になって１＠縮したことの指唆があ
ったけれども、約１０ミクロンの塗装厚みが観測された
。塗装接着は容易く剥され得るので貧弱であった。

鋼をケース硬化する従来の方法は鋼試料を炭素粉末包装
内に置き、かまど内で長時間（典型的には何時間も）加
熱して、被加工物への炭素の拡散を惹起させ、それから
、別の抄作で焼入レジ、硬イマルテンサイト構造を形成
させる。

その操作は長たらしく、全体の被加工物の加熱とその後
の急冷とは被加工物中に機械的ねじれとひずみとを誘導
しうる。

代替として、炭素は鋼基板中へ表面合金化され、単一パ
ルス付真空アークで焼入れされることが出来る。我々は
この概念を以下のパラメーターによシ試験した。１４１
ｍ径黒鉛陰極が線源として使用され、２５■径１０１０
フリー切断鋼陽極が基板として使用された。電極は４ｍ
ギャップにより分離された。パラグラフＡに述べた第−
Ａ１試験で使用したと同じパルス回路を使用して（０，
４Ｆコンデンサー、２ｗｌ綽導器、１５０　ｍ−ｏｈｍ
直列抵抗）、充電電圧２００ｖにて、１ｋＡピーク電流
、７３　ｍｓ　ＨＡＦＷ’％（流パルスが結果として得
られる。基板を検討すると、中央部分に基板熔融が起っ
たことが示された。全体の基板が、容易に剥ぎ取ること
が出来る黒いフィルムで塗装された。基板の切断面を金
相学的検査すると、熔けた区域はマルテンサイト構造を
有し、炭素がアークの間の熔融区域中に溶解したことと
、熔融区域の迅速冷却が起ったことを示している。マル
テンサイト区域の微小硬度は２５２負荷付のＫｎＯＯｐ
刻印器を使って測り、１０５０Ｋｐ／Ｊ（大ざっばに７
０ロツクウエルＣに等価である）と測定された。表面合
金区域下には固体相変換の証拠も同じく注められること
は注目されよう。使用された引抜き１０１０フリー切断
用試料では、パーライト区域は、棒または引抜軸の方向
に走っているバンドまたはｆ　ｘ　−７１：　すって通
常組織化されている。しかしながら、表面に近接して、
バンドは拡げられた見掛けを有し、表面が近づくにつれ
幅が増大する。この効果は基板の中心部分で最も認めら
れうる。多分、これらの区域での温度はオーステナイト
化温度を越え、パーライト内の炭素が溶解され側方へ拡
散されたのであろう。急速焼入れによシ、準マルテンサ
イト構造が形成された。

炭化モリブデン−モリブデン表面合金を、第２図に描か
れた装置を使ってモリブデン基板上に合成した。前節で
記したと同じ回路パラメーターを、コンデンサー充電電
圧２００か２１５Ｖで使用した。単一アークパルス後の
、陰極及び陽極それぞれの電極重量変化ΔＭｅとΔＭａ
との測定は表■に示した。アーク用装置では、電極材料
の品質に大きく従属して、成る量の統計的変化が通常で
あることを注意すべきである。アーク電流波形は同じ回
路を使用する他のアーク（ピーク電流が約１　ｋＡ　ｊ
ＨＡＦＴが約７０ｍ５）に対して前に述べたものと類似
である。綜源は１４騙黒鉛陰極で、他方、基板は１２謳
径のＭｏ１ｊ：ｊ極であった。アーク後検査によると、
基板の中心区域が溶融していたことと、全体の基板が黒
いフィルムで塗装されたことが示された。黒いフィルム
は容易に引っ掻かれるが、剥れ落ちる傾向ではなかった
。試料断面の金相学的検査をすると、熔けた区域は、多
分ＭＯとＭｏ２０との交互のバンドが組合さった細かい
デンドライト構造を持っていたことを示した。熔融した
区域の微小硬度は、６００〜７００Ｋｆ／−（Ｋｎｏｐ
ｐ刻印器、２５２荷重）で、表面から遠いＭｏ基板内で
の３２１〜／−の微小硬度と比較される。２１５Ｖテス
トでは、明かに純ＭＯ２ｃである若干の孤立した面積は
微硬度１６９２に４／−であった。

充電電圧１７５ｖで追加テストを行った。基板熔融の印
しは無かった。基板は、周辺周りが黒で、中心が灰色の
フィルムで蔽われていた。

黒い区域は容易くひっかかれるが、他方、灰色区域はひ
つかき抵抗性であった。灰色も黒色の塗装もはがれなか
った。塗装は明かに非常に薄い（０，５ミクロン以内）
、それは、金相学的断面上で光学顕微鏡で見分けられな
かったから。

第　■　表　（炭化モリブデン合成） Ｖｃ　（ｎｌ　　　　　ΔＭＣ（ｍｆ）　　　　　へＭ
ａ　（Ｗ）１７５　　　　−１．７２　　　　−０．３
４２００　　　　−２．９３　　　　　　＋０．５１２
１５　　　　−２．１４　　　　　　＋０．８２４、銅
基体上のモリブデン塗装 第２図に示す装置と下記のパラメーターとを使ってＣｕ
基体上にモリプデ／を塗布した。？＆　ｂ！。

は１２ｍ径Ｍｏ陰極で、基板は２５ｍＣｕ陽極で６った
。電極間ギャップは１ｍであった。放電回路パラメータ
ーはＣ＝０．４Ｆ　、　Ｌ＝１．９ｍ）１．　Ｒ＝　１
５０　ｍ−ｏｈｍであった。コンデンサー充′ｃＬ電圧
２００ｖでの単一パルスは滑らかな塗装を生じ、それは
基板周辺に近く非常に薄かった。陰極は１．４９９を喪
失し、他方、陽極に０，８７■を得た。肉眼には巨大粒
子欠陥の証はなかった（Ａ１真空アーク塗装と反対に）
。

追加のテストでは、上述したのに類似の】０アークハル
スの系列を印加した。陰極は２６．２９岬減少し、他方
、陽極は１７．５８岬増えて、陽極が、陰極から発出さ
れた材料の２／３を捕捉したことを示している。金相学
的検査は滑らかな塗装が生ぜられたことを示し、これは
加工によシ基板上に残された輪郭に従っていた。塗装は
中心近くで最も厚く、約１０ミクロンの厚みを有してい
た。

同じ回路と充電電圧だが、より大きいギヤッブ（例、４
Ｗｍ）を用いても、試験を行った。大抵のアーク化が、
陰極に接続されている室壁と、陽極支持構造との間で起
り、かくして、基板表面上に塗装を生じないようになる
若干の確率があるだろうということが見出された。

下記の回路パラメーター：（！＝０．２Ｆ、Ｌ＝０、１
７　ｍＨ、Ｒ＝　９５　ｍ−ｏｈｍでのパルスノ系列を
使用しても試験を行った。０．４から２．　Ｏｋｈ迄の
ピーク電流を有し、アーク開始後５ｍｓで起り、１６ｍ
８のＨＡＦＴのパルスが生じられた。１２間径ＭＯ陰極
が線源に使用され、１４閣径Ｃｕ陽極が基板に使用され
た。一般に、滑らかで、輝しい、付着性の塗装が生じた
。詳しい金相学的検査は行わなかったけれども。

鋼上のタングステン被覆を、１４■焼結タングステン陰
極線源と、２５叫径１０１０鋼陽極基板を用いて調製し
た。回路パラメーターＣ＝０．４７　、　Ｌ＝　１．９
ｍＨ，Ｒ＝　１３０　ｍ−ｏｈｍであった。一つの特殊
テストでは、１９パルスの系列を、各パルス間に数分の
休みをつけて印加した。

全体の電荷移送は６４１クーロンであった。包装後、基
板はつや消しの灰色外観になった。塗装は３ｗｍ内径、
２１顛外径の環状区域内に１１１申した。我々は、外部
リングは小さい方の陰極から分散を欠く結果であシ、内
部リングは陰極表面内のトリガ孔の効果であると推定す
る。塗装は引っかき得るものだったが剥離したり鱗状化
したりする傾向はなかった。断面の金相学的検査は厚い
方の区域で約１０ミクロン厚でおることを示した。塗装
は元来凝集した巨大粒子から成り、多分、プラズマ凝縮
で一諸にひつついたものの如くに見えた。我々は塗装中
に存在する多数の巨大粒子は、陰極の焼結した構造の直
接的結果だろうと想像する。

６、ＭＯアーク中での鋼のスパッターエツチング前に注
記した如くに、線源と基体材料との組合せの総てが塗装
を生ずるものではない。Ｍｏｔｌ源と鋼基板との場合、
陽極基板はアーク化の間に質量を失うが、多分、エネル
ギー的なＭｏイオンによる射突によシ惹起されるスパッ
タリングのせいでちろうことを見出した。−例として、
１２間径Ｍｏ隘極線源と２５ｍ１Ｏ１０鋼基板との間に
４１１１１１１のギャップで、次の回路パラメータ（Ｃ
＝０．４Ｆ、Ｌ−２ｍＨ，Ｒ＝１３０ｍ−ｏｈｍ。

ｖｃ−１７５Ｖ　）を使って単一アークパルスを印加す
ると、正味質量損失０．２５１１７が陽極に誘起される
。これは、スパッタリングが、総て単一７０　ｍ８　Ｈ
ＡＦＴハルス内で基体表面上に汎り均質だと仮定をして
（ところが、実際には基体の中心でよりｉいことが最も
あり得そうではあるけれども）、基体表面の約６５０＾
を取除くのに等価である。この操作は他の塗装の適用に
先立って、その上に塗装する清浄な基体表面を設けるた
めに、鋼または他の基体をスパツタークＩＪ−ニングす
る効果的な方法であることが判るだろう。

７、Ｔ１及びＴｉＮの付着 第２図に描かれた装置を使用し、１４１１ＩＲ径Ｔ１陰
極、４閣ギヤツプ、陽極として連結されている２４票径
鋼被加工物及び真空室内の合金用ガスとして低圧窒素の
制御された背景ガスを追加して、ＴｉＨの塗装を調製し
た。犬験の一組では、アーク回路パラメーターは一定に
保たれた（Ｃ＝０．４７　、Ｌ＝２ｍＨ，Ｒ＝ｌ　５Ｑ
ｍ−ｏｈｚ、ＶＣ＝２００ｖ）が、他方、背景ガスの圧
力は試験ごとに増加した。０．０５　Ｔｏｒｒ以下の圧
力に対しては、’ｒｉＮ付着の印しは全く肉眼で観測さ
れなかった。しかしながら、０．ＩＴｏｒｒでは、禎カ
ロエへ勿の外ヘリはＴｉＮが塗布され、それは、それの
独自の黄金色（低圧で生ぜられるＴ１塗膜の自然白色金
属色とは対称的に）直ちに識別町１Ｔｌ１１．である。

Ｑ、　３　Ｔｏｒｒの圧力ではＴｉＮ塗装した区域の側
方拡がりは増大し、被加工物の外部２−３訓内に工員状
区域を形成する。最後に、ｌ、　ＯＴｏｒｒの圧力では
、金色のＴｉＮ塗膜が被加工物の全表面上に観測された
。

その後、１０１０，４３４０．及びＭ　４２　（高速度
）鋼の２４講径被加工物、コンデンサー充電電圧１６０
から２００ｖまでの範囲のもの。

Ｖｅ　ｒ　０．７〜１．３　Ｔｏｒｒの範囲内の窒素ガ
ス圧力１乃至３迄のアークの系列、若干の場合には予備
のＴｉｆｉ装をつけるために最初のアークを高真空度内
（２Ｘ１０”−’から２　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒまで
）で出して、種々の試！倹を行った。これらの試料の若
干のものは後に冶金学的に検討した。一般的に言って、
塗膜は均一では無かったが、むしろ、数個の同心のリン
グに区別出来、各々、それの隣りのものとは異る色調、
又は、きめによシ違ってい１こ。高い方の充電電圧に対
しては、基体の表面熔融が屡々、被加工物の中心に観測
された。塗装は熔融により惹起された責面内の不規則に
緊密に従っていた。最も厚い塗装もまた中心に観測され
、一般的に言って塗装は均質でないけれども、５ミクロ
ンまでの厚さをつけて観Ｉ１１された。研磨し、エッチ
した試料の冶金学的観測をすると、被加工物の中心には
浅い熱効果をうけた帯域が観測され、その中では迅速加
熱と、その汲の、被加工物のかさ中への熱伝導による焼
入れとが、被加工物の外部区域（典型的に０．１　ｍ　
）の硬化を惹起して居た。

ＴｉＮの高電流アーク沈積のこの方法は境在実施されて
いる他の方法に勝る１ｊ々の溶在的利点を有する：（１
）２４ミクロン毎秒までの沈積速度は、他の方法により
得られるものよりもより高い大きさの桁であって、非常
に減少された処理時間を潜在的に許すものである；（２
）処理は被加工物の選択された部分へ指向されることが
出来る；（３）塗装することと、被加工物の硬化された
外部区域を生ずることとの組合せは、成る応用に於ては
有利かも知れない。科学文献では基板の固さと塗装の接
着との間にＩよ相関関係が存在することが報告されてい
るからである。又、（４）新しい方法で使用される圧力
（約Ｉ　Ｔｏｒｒ　）は現在実用化されているアーク法
（約１０−”　Ｔｏｒｒ　）で使われているものよりも
可成りに高く、より単純な真空ポンプ用及び監視用装置
の使用を許すからである。

この発表中に梗概を述べた操作を使用するととによシ種
々の他の塗装が造り出されたが、詳しい金相学的検討は
行われなかった。線源−陰極基体−陽極組合せの若干と
アーク化条件とを第■表に列挙した。

試料番号　陰極　陽極　　　　１声　　　　ＨＡＦ’Ｗ
（ｍθ）８　　　ＭＯＡ１　　８００〜２０００　　　
１６９　　　Ｃｕ　　Ａｌ　　　５００〜２０００　　
１６／　２゜５１０　　　Ｃｕ　　Ｚｎ　　　４００〜
，１０００　　１６／　２．５１１　　　Ａｘ　　ａｕ
　　　５００〜２０００　　１６／２．５１２　　　Ａ
ｍ　　Ｚｎ　　　５００〜１０００　　１６／２．５１
３　　　Ｚｎ　　Ｏｕ　　　４００〜１５００　　１６
／２．５１４　　　　Ｚｎ　　　Ａｌ　　　　５００〜
１５００　　　１６１５　　　Ｃｄ　　Ｃｕ　　　５０
０〜２０００　　１６／２．５１６　　　ｃａ　　ｐ、
１　５００〜２０００　　１６／２．５１７　　　　Ｃ
ｄ　　　Ｚｎ　　　５００〜１０００　　　１６１Ｂ　
　　　Ｃｄ　　　鋼　　　　　１０００　　　　　　０
．６５１９　　　）Ｊｉ　　１７４　１０８０〜１２０
０　　４４〜７１２０　　　　Ｎｉ　　　Ｃｕ　　　　
　　１０００　　　　　　７０第３図は、電気放電の時
に減圧零囲気内に合金化ガスを設け、都電流に於て、組
合された陰極及びガスプラズマ流を生ずるように使用し
うるところの仕組を描いている。かくして、第３図の装
置もまた減圧雰囲気を維持するためにアーク室を含み、
それの７ランジ４０のみが示されている。真空内には陽
極として役立りでいる被加工物４２が陽極支持具４３に
交付されてＬＬかれて居り、又、陰極４６が富の外側に
匝かれたガス供給器４８からのガスを流れ５４節器４９
を経て導通ずる中空支持具４７を有して置かれている。

陰極４６も亦、中空のＭ造で、それの上部壁５１内に複
数個の開孔５０をつけて形成されていて、それを通して
ガスは、！ｋｉＭと被加工物陽極４２との間のギャップ
５２中に流入する。従って、ギャップ５２内には組合さ
れた陰極及びガスプラズマ流が生ぜられよう。

本発明の方法中に含まれている高いアークｃｉｂ流では
、陰極のイオン流は低圧ガス分子を掃き去シ、押し出す
傾向を有する。従って、ガス供給器４８からの合金化ガ
スは、高圧下に排出軸に布って、又、被加工物４２にて
望まれる化学Ｈｂ的比率と陰極イオン発生速度と両立す
るガス流速度で導入されるべきである。

例えば、被加工物陽極４２は鋼であることが出来、陰極
はチタンであることが出来、又、ガス供、Ｙ＠　５４８
からのガスは窒素でりることが出来よう。その上で、Ａ
被加工物上に窒化チタン塗装が生ぜられるだろう。

第４図は更に別の仕組で、複数（二つが示されている）
の異る材料製の陰極６１．６２を含み、認での陰極に対
して共通の陽極として役立°りている被加工物６３に対
して多岐内極プラズマを生ずるために使用しうるもので
ある。各々の陰極は異った材料製であり、第４ｂ及び４
０図にそれぞれ示される如き異った波形を有する別々の
電流源６４．６５から制御される。二つの陰極内の′電
流の比をかく連続的に変化することにより、第４ｄ図に
示されている如く級分けした塗装が被加工物陽極上に生
ぜられる。

例えば、陰極６１の材料は被加工物６３の材料と同−出
来得よう、他方、陰極６２は若干の望ましい保護的性質
を付与する材料製にすることが出来よう。一つの例とし
て、被加工物は鋼製に出来よう、陰極６１も赤銅製に出
来、又、陰極６２はアルミニウムに出来よう。

代シに、陰極６１及び６２は二つの異る材料製にして、
被加工物陽極６３上に、他の具合にしては造ることが難
しい塗装を合成するようにすることも出来よう。例えば
、一つの陰極はタングステン製でよく、他は黒鉛製であ
って、被加工物、例えば鋼の上に、タングステンカーバ
イドを生ずるようにしてもよい。

第４ａ〜４ｄ図中に描かれた技法と装置との他の可能な
応用は下記の如くである。

１、他の具合には製造が難かしい材料の合成で、炭化物
、例えば炭化硼素を含む。プラズマ状態からの急速な凝
縮のせいで、準安定結晶形が起り得ることを留意すべき
であり、かくして、この方法は超電導性合金でＮｂ、８
１のＡ１５形の如きものの製作に成功するものとなるか
も知れず、この物は理論的には仮定されているが、しか
しまだ実用的には生じられていない。

２、Ｎ分けした塗装の製造。塗装の接着を増大するため
に、最初に基板を基板材料のイオンで塗布し、それから
、アークの課程の間に基板材料で構成された陰極への電
流の減少を行い、他方、望む外部層材料の電流を徐々に
増加するのが有利であることが判るかも知れない。この
ような具合にして、塗装の物理的性質の鋭い勾配が避け
られ得る。

３、合金の個々の構成分が、陰極に製作しうる電導性材
料である場合に於ける、絶縁性塗装の製造。

４、交互に一つの材料とそれから他の物とを結合した積
層塗装の製造。

他の可能性は第３図のガス合金化技法を第４ａ〜４ｄ図
の多岐陰極技法と結合し、例えば、固体電導性材料とし
て通常見出される数元素と、ガスとして通常見出される
他の元素とから成る塗装を合成することである。特に、
機械工具摩耗保護用ＢＣＮ塗装を製作することは可成り
に興味がある。それは原理的には、黒鉛と硼素から製作
された陰極を使用し、上記の如く、窒素を合金化用ガス
として使用するものである。

第５図は、真空室７０が複数の陰極７１及び７２と、ガ
ス供給器７４から圧力調節器７５を経て入口導管７３を
介して供給される合金化用ガスとを含むようになってい
るような仕組を描いている。二つの陰極７１，７２の各
°々はそれの電流供給７６．７７によシ個別に賦勢され
ている。かくして、二つの陰極と合金化用ガスとは被加
工物陽極７９をつけたギャップ７８内に組合された材料
とガスフラックスとを生じていることが判るだろう。

一例として、陰極７１はチタン製でよく、陰極７２はバ
リウムまたはマグネシウム製であり、ガス７４は酸素で
よく、又、陽極７９は銅でよく、薄いフィルムコンデン
サー用のチタンＲ，（リウムまたはチタン酸マグネシウ
ム塗装製造用になる。

第６図はなお更に別の変形で、被加工物陽極と陰極との
間のギャップに軸方向に磁場を発生し、各電気放電の時
にプラズマ流を規準してより良好な塗装均一性を得るた
めのものを描いている。かくして、第６図の装置は、プ
ラズマ線源用の陰極を支持している真空アーク室８０゜
処理される被加工物から構成された陽極８２とを含み、
その二つはギャップ８３により分離されている。磁場コ
イル８４．１３５がアーク室８゜の外部に置かれている
（しかし、また、内部的にも出来よう）、そして、ギャ
ップ８４を軸方向に通過している磁場を生ずるように配
向されている。この磁場はプラズマ流を規準し、被加工
物陽極近くの電流の流れの半径方向圧縮を抑制し、かく
して、一層均一な熱フラツクスを確実ならしめる。第６
図に描かれた仕組に於ては、被加工物陽極８２は陰極８
１の下に置かれているので、重力が陽極の熔融した表面
を平滑化し、かくして噴火孔の形成を避けよう。

第７及び７ａ図はなお更に別の変形を描いていて、それ
は、駆動シャフトのベアリング面のような、長い円筒形
対象の限られた区域を表面処理するのに使用しうるもの
である。が＜シ゛て、第７及び７ａ図に描かれている装
置は真空雰囲気を確立するための真空室９０を含んでい
る。

真空室は長い円筒状の被加工物９１を受領するための開
孔をつけて造られていて、被加工物が陽極として役立つ
。アーク室９０は更に複数台の支持台９２を含み、複数
本の陰極９３を被加工物９１の周りに環状の列にして支
持する。成るべくは、各々の陰極は第７図に示す如くに
、個々の電流源９４を備えており、複数本の陰極の間に
等しい電流分布を確実ならしめる。絶縁された通し供給
７ランジ９５と０リング封止具９６を設けるεとによシ
、真空室９０よりも長い被加工物９１を処理することが
出来る。真空室は入口９７へ接続されたポンプ装置によ
って減圧される。

第８〜１０図は、装置の構成におけるなお更に別の変形
を描いていて、これは、熱交換チューブの内側表面、砲
身、などの如き、長い中空の円筒形被加工物の内側表面
を表面処理するのに使用しうる。

かくして、第８図に示される如く、被加工物１０１、例
えば砲身は、真空室の部分として役立つ。一つの端は適
切な真空封じ１０２と真空ボ／プと監視装置１０４への
アダプター１０４とを通し接続されている。反対の端は
、被可工物内で縦に可動な陰極装置１０７を受ける封止
された通し供給開孔１０６をつけて形成された端壁１０
５によシ閉じられている。被加工物１０１は可動な陰極
装置１０７に対してアーク陽極として役立っている。被
加工物陽極１０１と可動陰極装置１０７との間に接続さ
れた動力供給体１０８は必要とされる高電流短持続時間
パルスを発生する動力を供給する。

第９図は、第８図の装置内の陰極装置１０７用に使用し
うる一つの構造を描いている。かくて、陰極装置１０７
は電気的に伝導性の棒１１１の端部に支持されている活
性陰極１１０を含みうる。後者も亦、陰極への電気接続
しても役立ち、陽極被加工物１０１の端部にある封じ通
し開孔１０５（第８図）を通して伸び、陰極の手動操作
を容易ならしめている。棒１１１は、例えばガラスまた
はセラミックの絶縁チューブ１１２により封じられてい
て、それの長さに沿ってのアーク化を防いである。

動力供給源１０８（第８図）により電気パルスが印加さ
れると、陰極１１０上のスポット１１３と被加工物陽極
１０】との間にアーク化が起す、プラズマジェット１１
４を生ずる。後者は冶金学的塗装、表面合金、または表
面熱処理を加えるのに使用されうるか、又は、上記の如
くに、被加工物の内側の表面エツチング用に使用されう
る。

成るべくは陰極１１０の端部は絶縁用キャップによシ蔽
われて、陰極の端部かものアーク化を防ぎ、かつ、それ
により、第８及び９図に描かれている如く、陰極スポッ
トを陰極の側部へ集中するようにする。加うるに、陰極
装置１０７にはアーク点火用のトリガ１１６、もしも長
引いた連続的または高効率サイクルが使用さるべきなら
ば、陰極冷却用の液体冷却剤回路１１７、および／また
は、プラズマジェットを直接に助け、かつ、陰極スポッ
トを陰極１１０の側部の周りに回転するために陰極装置
に軸方向に磁場を生ぜしめる発生源とを設けてもよい。

第９図は陰極の軸方向に指向されたソレノイド１１８の
形をした磁場発生手段を描いているが、しかし、第５図
に描かれている如き、永久磁石または他の磁場発生手段
も使用され得るだろうことは評価されるだろう。

第１０図は更に又別の変形を描いていて、それに於ては
、陰極装置１０７′の陰極１１０′は、第３図に描かれ
た装置に対して上１こ論じた如くに、合金化ガスを陰極
スポットへ近接して導入するためにガス流回路を含んで
いる。この目的のために、陰極１１０′は中空構造で、
ガスに対して、複数の出口開孔１２０をつけて形成され
、ガスは入口１２１を通って導入される。

Ｍ８〜１０図に描かれている装置は、下記の如く掃作さ
れ得る：陰極装置１０７（又は１０７’）が被加工物１
０１内の封じ通し開孔１０５を通して挿入され、処理が
加えらるべきところの区域内にそれに縦に位置付けられ
る、そうすると、アークパルスが動力供給源１０８によ
り陰極装置と被加工物陽極１０１との間に開始される。

アークパルスの間に、陰極装置は、それを真空封じ通し
開孔１０５を通して滑らせることによシ新しい位置に動
かされ、かくして被加工物の全体の長さ、またはそれの
選択した部分が望むように処理されるようにすることが
出来る。

第８〜１０図に描かれたｈａが、ここに描かれた他の装
置も共に、金属を高電流短持続時間パルスで処理するに
特に有用であるけれども、そうした装置はまた被加工物
を直流パルスで処理するのにも使用し得るだろうことは
理解されよう。例えば、第８〜１０図に描かれた装置で
は、陰極装［１０７（または１０７’　）が被加工物の
一方の端にある間に、直流アークを開始出来るだろう、
アーク化は陰極装置が被加工物の他端へ軸方向に動かさ
れる際に連続されていて。

その点に於てアークを消すことも出来よう。

上述の好ましい実施例では充電されたコンデンサーバン
クを電流パルス源とし、セた、振幅が０．５から２．Ｏ
ｋＡ迄変比変化又、ＨＡＦＷが０．６５から７５ｍ５迄
のものを電流パルスの範囲として使用したけれども、電
流パルス発生用の他の手段も使用出来るだろうことと、
電流振幅と持続時間か変えられ得るだろうこととは理解
されよう。他の電流源としては、もしも電圧がアーク点
火用と維持用に充分ならば、ＢＣＲ位相位相制御流整流
器回路めることも出来よう。前に論じた如くに、１Ｑｎ
ａから数秒迄（またはもつと長い）のパルス持続時間及
びＩＡから数百ｋＡ迄のパルス振幅も原理上は可能であ
る。アーク電流振幅と持続時間との最良の選択は特殊終
末用途によっていよう、そして、基体及び電極の幾何学
と、材料、望まれる塗装厚み、表面温度及び熱浸透に前
照すべきでおる。高い方の電流範囲では、警戒を払うべ
きで（幾何学、軸方向磁場の印加、等）、もしも望まし
くなければ、陽極スポット形成を防ぐようにする。

更に理解されるだろうことは、第２図の実施例ではトリ
ガ電極が使用されたが、アーク開始の他の手段も使用し
てもよく、例えば、アークを陽極か補助機械的トリガ電
極で引くこと、レーザートリガすること、陽極−陰極ギ
ャップを電気的に過剰ストレスすること、また・は、ト
リガーヒユーズ線を使用することを使ってもよい。

一旦、アーク開始が起ったならば、作用の同じ機構が一
般に適用する。

例えば第２図に対して上述した実施例は、一対の平行電
極から成る単純な幾何学を利用し、陰極が線源として、
又、陽極が基体として役立っている。幾何学の種々の変
形が可能である。

基体の幾何学は終末用途によ）指図される。基体の幾何
学は、基体の均一性その他の性質に全く影響するだろう
ことは注意すべきであるが、基体幾何学には何等の基本
的制限もない。加うるに、基体のかさへ熱的により少く
連結されている基体の部分は、隣接する平らな、厚い区
域よりも高い温度へ熱せられようから、その効果は、基
体への損傷を防ぐために考慮に入れねばならない。

更に、陰極は、特殊な望む沈積又は熱流紋様を生ずるよ
うに、特に陰極が基体にごく物理的近接して装着される
場合、または、軸方向磁場が平行なプラズマ流をはげま
す為に使用される場合には、形付けされることが出来る
。

多くの他の変形、修正、及び本発明の応用を行われても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の作用の機構の説明に助けとなるダイ
ヤグラムである。 第２図は、本発明によシ構成された装置の一つの形を略
図的に描いている。 第３図は、高電流に於て、陰極及びガスプラズマの合体
した流れを生ずる為の本発明によシ１　　　　構成され
た装置の別の形を描いている。 第４ａ図は、二つ（以上の）陰極から、複数本のプラズ
マビームで、被加工物の表面に没入して、例えば、合金
または級別された塗装をその上に生ずるためのを生ずる
本発明の他の実施例を描いており、第４ｂ図及Ａｇ４ｃ
図は二つの陰極に印加される電流波形を、又、第４ｄ図
は結果として得られた沈澱物を描いている。 第５図は本発明による更に別の装置で、本発明によシ、
基板上に複数の成分材料から成る塗装を生ぜしめるもの
である。 第６図は、本発明の更なる実施例で、プラズマ流を平行
にする磁場を含んでいるものを描いている。 第７ａ図及び第７ｂ図は本発明により構成された装置の
別の形で、特に長い円筒状仮工作物処理用のものの端及
び縦断面をそれぞれ示している。 第８図乃至第１０図は、中空の１′１０長い物品の図面
の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｏ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物の表面処理の方法であつて、一個以上の短
   期継続電気パルスを印加して、各パルスごとに、高振幅
   短期継続電気放電を、陽極として役立つ該被加工物と陰
   極として役立つ他の材料との間に、該被加工物と陰極と
   が真空環境にある間に生ぜしめることを特徴とするとこ
   ろの方法。 ２、該被加工物と陰極とは、該被加工物に平行にその中
   を通る平面内での該陰極の最小寸法よりも小さい間隙に
   よりお互いから間をあけられているようになつていると
   ころの特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、該パルスの各個は、０．５乃至１００ｍｓの持続期
   間（ＨＡＦＷ）だけ印加されるようになつているところ
   の、特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４、該電気放電の各々が少くとも３．１０＾６アンペア
   毎平方米の電流密度を有しているところの、特許請求の
   範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の方法。 ５、該電気放電の各々が少くとも５００アンペアの電流
   を有するようになつているところの、特許請求の範囲第
   １〜３項の何れか一つに記載の方法。 ６、該陰極直径は少くとも１０ｍｍで、該被加工物はそ
   れから１〜８ｍｍ間をあけて置かれているようになつて
   いるところの特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか
   に記載の方法。 ７、該陰極の材料が該被加工物への表面被覆として加え
   られ、被加工物の表面は該電気放電により陰極材料の熔
   融点以上ではあるが、被加工物材料の熔融点以下に加熱
   されているようになつているところの特許請求の範囲第
   １項〜第６項の何れか一つに記載の方法。 ８、該陰極の材料が、該被加工物への表面塗装として加
   えられ、被加工物の表面は該電気放電により、該被加工
   物と該陰極塗装との相互拡散を促進し、それによりそれ
   らの間の接着を促進するに充分なように加熱されている
   ところの特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れか一つ
   に記載の方法。 ９、該陰極の材料が該被加工物への表面塗装として加え
   られ、該被加工物の表面は該電気放電によつて陰極材料
   の、及び被加工物材料の熔融点以上に加熱されていて、
   それにより被加工物の表面上で二つの材料の合金が生ぜ
   られるようになつているところの特許請求の範囲第１項
   乃至第６項迄の何れか一つに記載の方法。 １０、該被加工物の表面が該放電によつてそれの固相転
   換温度を超えて加熱され、それから、被加工物材料のか
   さ中への自然固体伝導によつて迅速に冷却しうるように
   されて、それにより被加工物の表面に近い区域を急冷し
   て準安定結晶構造を誘導するようにするところの特許請
   求の範囲第１項乃至第６項の何れか一つに記載の方法。