JPS62103368A - Ceramic coating metal - Google Patents

Ceramic coating metal

Info

Publication number
JPS62103368A
JPS62103368A JP24433885A JP24433885A JPS62103368A JP S62103368 A JPS62103368 A JP S62103368A JP 24433885 A JP24433885 A JP 24433885A JP 24433885 A JP24433885 A JP 24433885A JP S62103368 A JPS62103368 A JP S62103368A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ceramic coating
coating layer
shaft
base material
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
JP24433885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michihiko Inaba
道彦 稲葉
Shinobu Sato
忍 佐藤
Mutsuki Yamazaki
六月 山崎
Hiroyoshi Sato
佐藤 洋悦
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP24433885A priority Critical patent/JPS62103368A/en
Publication of JPS62103368A publication Critical patent/JPS62103368A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve adhesive property of a ceramic coating layer, by interposing a compd. layer composed of nitride, carbide or oxide of element composing a metal base material between the material and ceramic coating layer. CONSTITUTION:On the surface of the metal base material 11 such as cast iron, stainless steel, one kind or more of the compd. layer 12 composed of nitride, carbide or oxide of composing element of the metal base material is formed by about 100Angstrom -5mum thickness. Next, the ceramic coating layer 13 is formed by CVD method, etc. In this time, if main nonmetallic element composing the layer 12 is made to the same element as main nonmetallic element composing the layer 13, the layers 12 and 13 can be continuously formed in the same equipment. In this way, adhesive property of the layer 13 is improved and wear resistance is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はセラミックコーティング層の密着性を改良した
セラミックコーティング金属に関し、特に圧縮機等の回
転圧縮要素に使用されるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a ceramic coated metal with improved adhesion of a ceramic coating layer, and is particularly used for rotary compression elements such as compressors.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

機械部品の耐摩耗性を向上させるために機械部品を構成
する金属基材の表面にセラミックコーティングを施し、
これにより装置の長寿命化を図ることが試みられている
In order to improve the wear resistance of mechanical parts, ceramic coating is applied to the surface of the metal base materials that make up the mechanical parts.
This is an attempt to extend the life of the device.

例えば、圧縮機を例として上述したセラミ。For example, the ceramic mentioned above using a compressor as an example.

クコ−ティング技術について説明する。まず、第2図と
参照して圧縮機の構造を説明する。第2図において、ケ
ーシング1内には図示しないモータが収容され、このモ
ータシこより回転するシャフト2がフレーム3の軸受に
軸支されてシリンダ4内を貫通し、更にその下端部はサ
ブベアリング5の軸受1=軸支されている。前記シャフ
ト2のシリンダ4内の部分はクランク部(偏心部)とな
っておシ、このクランク部とシリンダ4との間にローラ
6が嵌合され、シャフト2の回転によジローラ6は遊星
運動する。また、シリンダ4を貫通してブレード7が設
けられ、スゲリング8の付勢力によりブレード7の一端
側はロー26の外周に接触し、シリンダ4内を吸込室と
吐出室に分割している。Ail記ローラ6の遊星運動に
応じてブレード7f′i往榎運動する。
The coating technology will be explained below. First, the structure of the compressor will be explained with reference to FIG. In FIG. 2, a motor (not shown) is housed in a casing 1, and a shaft 2 rotated by the motor is supported by a bearing in a frame 3 and passes through a cylinder 4, and its lower end is connected to a sub-bearing 5. Bearing 1 = Pivotally supported. The portion of the shaft 2 inside the cylinder 4 serves as a crank portion (eccentric portion), and a roller 6 is fitted between this crank portion and the cylinder 4, and the rotation of the shaft 2 causes the gyrroller 6 to move in a planetary motion. do. Further, a blade 7 is provided passing through the cylinder 4, and one end side of the blade 7 comes into contact with the outer periphery of the row 26 due to the biasing force of the sedge ring 8, dividing the inside of the cylinder 4 into a suction chamber and a discharge chamber. In response to the planetary motion of the Ail roller 6, the blade 7f'i moves forward.

冷媒ガスはシャフト2の回転に伴うロー26の遊星運動
に応じて、吸込口から吸込まれ、圧縮され、吐出口から
吐出されるが、この摺動部の動作を円滑にするためにケ
ーシング1内には冷凍機油9が収容されている。この冷
凍機油9はシャフト2の回転により、シャフト2下端に
設けられているポンfzoに沿って吸い上げられ、摺動
部を潤滑するようになっている。
Refrigerant gas is sucked in from the suction port, compressed, and discharged from the discharge port in accordance with the planetary motion of the row 26 as the shaft 2 rotates. Refrigerating machine oil 9 is stored in the container. As the shaft 2 rotates, this refrigerating machine oil 9 is sucked up along a pump fzo provided at the lower end of the shaft 2, and lubricates the sliding parts.

上記圧縮機の摩耗はブレード7と7ヤフト2を中心とし
たものに分けられる。ブレード7はシャフト2の回転に
伴い往復運動するが、この際分割されたシリンダ4内の
2室の圧力差によシシリンダ4の貫通孔内面にこすりつ
けられブレード7、シリンダ4ともに摩耗する。また、
ブレード7はスプリング8によりその端部がコーラ6に
押付けられているため、ローラ6の外周も摩耗する。一
方、シャフト2はロー26を介してスプリング8やシリ
ンダ4内の圧力を受け、フレーム3とサブベアリング5
に押付けられて若干湾曲した形状となって高速回転する
ため、シャフト2の外面、フレーム3及びサブベアリン
グ5の内面が同様に摩耗する。
The wear of the compressor is mainly divided into blades 7 and 7 shafts 2. The blade 7 reciprocates as the shaft 2 rotates, but at this time, the pressure difference between the two chambers in the divided cylinder 4 causes it to rub against the inner surface of the through hole of the cylinder 4, causing both the blade 7 and the cylinder 4 to wear out. Also,
Since the end of the blade 7 is pressed against the coke 6 by the spring 8, the outer periphery of the roller 6 also wears out. On the other hand, the shaft 2 receives pressure from the spring 8 and the cylinder 4 via the row 26, and the frame 3 and sub-bearing 5
Since the shaft 2 rotates at high speed in a slightly curved shape, the outer surface of the shaft 2, the inner surface of the frame 3, and the sub-bearing 5 are similarly worn.

こうした摩耗全防止するために、上記の各部材を構成す
る金属基材表面にセラミックコーティングを施し、耐摩
耗住金向上させることが試みられている(例えば特開昭
57−32096、特開昭58−77192、特開昭5
9−128992、実開昭57−71785、実開昭5
7−71786、実開昭59−168591等)。これ
らの公報に記載されているセラミックコーティング層は
金属基材の表面に溶射法、化学気相蒸着法(CVD法)
、ス・やツタリング法等により形成されたものである。
In order to completely prevent such wear, attempts have been made to apply a ceramic coating to the surface of the metal base material constituting each of the above-mentioned members to improve the wear resistance of the metal (for example, JP-A-57-32096, JP-A-58- 77192, Japanese Patent Publication No. 5
9-128992, Utsukai Showa 57-71785, Utsukai Showa 5
7-71786, Utility Model Publication No. 59-168591, etc.). The ceramic coating layer described in these publications is applied to the surface of a metal base material by thermal spraying or chemical vapor deposition (CVD).
It is formed by , su..., tuttering method, etc.

しかし、これらの公報では耐摩耗性を支配する因子とな
る、セラミックコーティング層の金属基材への密着性に
ついては検討されていない。
However, these publications do not consider the adhesion of the ceramic coating layer to the metal base material, which is a factor governing wear resistance.

実際に、上記のような方法により、炭素鋼の表面にセラ
ミックコーティングを施したシャフトを用いて圧縮機と
組立てて7ヤフトを高速回転させた場合、セラミックコ
ーティング層が剥離し、容易に凝着摩耗を起こしてしま
うという欠点があった。このような問題は圧縮機の回転
圧縮要素に限らず、摺動部に設けられる各種機械部品や
切削工具等についても、セラミックコーティングを適用
した場合には同様に生じるものである。
In fact, when a shaft with a ceramic coating on the surface of carbon steel is assembled with a compressor using the method described above and the 7-yaft is rotated at high speed, the ceramic coating layer peels off and adhesive wear easily occurs. It had the disadvantage of causing Such problems occur not only in the rotary compression element of the compressor, but also in various mechanical parts, cutting tools, etc. provided on sliding parts when ceramic coating is applied.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、セラ
ミックコーティング層の密着性が良好で、耐摩耗性の向
上したセラミックコーティング金属を提供し、ひいては
装置の長寿命化を図ろうとするものである。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a ceramic coated metal with good adhesion of the ceramic coating layer and improved wear resistance, thereby extending the life of the device. be.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明のセラミックコーティング金属は、金属基材と、
該金属基材表面に形成され、金属基材の構成元素の窒化
物、炭化物又は酸化物のうち少なくとも1種からなる化
合物層と、該化合物層表面に形成されたセラミックコー
ティング層とを具備したことを特徴とするものである。
The ceramic coating metal of the present invention includes a metal base material,
A compound layer formed on the surface of the metal base material and comprising at least one kind of nitride, carbide, or oxide as a constituent element of the metal base material, and a ceramic coating layer formed on the surface of the compound layer. It is characterized by:

すなわち、第1図に示すように、金属基材1ノ表面に化
合物層12が形成され、さらにその表面にセラミックコ
ーティング層13が形成された構造となっている。
That is, as shown in FIG. 1, a compound layer 12 is formed on the surface of a metal base material 1, and a ceramic coating layer 13 is further formed on the surface thereof.

本発明において、金属基材11rr1通常鋳鉄やステン
レス鋼で作製されるが、窒化物、炭化物又は酸化物の生
成を容易にするht + Cr r ’rl lMn 
r St + B * Ta  等の元素のうち少なく
とも1種を含んでいることが望ましい。また、窒化物、
炭化物又は酸化物のうち少なくとも1種からなる化合物
層12の厚さは、100に〜5μmであることが望まし
い。また、セラミックコーティング層13の厚さは50
0λ〜30μmと幅広くとってよいが、望壕しくは2o
ooi〜10ttmT:ある。前記化合物層12とセラ
ミックコーティング層13との問うては、複合化合物層
が形成されていてもよい。
In the present invention, the metal substrate 11rr1 is usually made of cast iron or stainless steel, but it facilitates the formation of nitrides, carbides, or oxides.
It is desirable that at least one kind of elements such as rSt + B*Ta is included. Also, nitride,
The thickness of the compound layer 12 made of at least one of carbides and oxides is preferably 100 to 5 μm. Further, the thickness of the ceramic coating layer 13 is 50 mm.
The depth may be wide ranging from 0λ to 30μm, but preferably 2o
ooi~10ttmT: Yes. Regarding the compound layer 12 and the ceramic coating layer 13, a composite compound layer may be formed.

こDような構造のセラミックコーティング金属では、金
属基材11とセラミックコーティング層13との間に化
合物層12を介在させているので、セラミックコーティ
ング層13の密着性が良好となり、耐摩耗性が着しく向
上する。
In the ceramic coated metal having the structure D, since the compound layer 12 is interposed between the metal base material 11 and the ceramic coating layer 13, the adhesion of the ceramic coating layer 13 is good and the wear resistance is improved. Improve yourself.

上記のような構造を形成する方法は以下の2つの方法に
大別される。すなわち、■金属基材に窒化、炭化又は酸
化処理を施した後、化学気相蒸着装置(CVD装fir
)内に装入し、CVD法によシセラミックコーティング
層を形成する方法、■金属基材t−CVD装置内に装入
し、化合物層形成用の反応ガスとセラミックコーティン
グ層形成用の反応がスとを順次導入しJCVD法により
化合物層とセラミックコーティング層とを順次形成する
方法である。
Methods for forming the above structure can be roughly divided into the following two methods. In other words, after applying nitriding, carbonizing or oxidizing treatment to the metal base material, chemical vapor deposition equipment (CVD equipment) is used.
) and forming a ceramic coating layer by the CVD method; ■Metal substrate is charged into a t-CVD device, and a reaction gas for forming a compound layer and a reaction gas for forming a ceramic coating layer are formed. This is a method in which a compound layer and a ceramic coating layer are sequentially formed by the JCVD method by sequentially introducing a compound layer and a ceramic coating layer.

前者の方法において、窒化物層の形成方法としては通常
のガス窒化、イオン窒化、温浴窒化、炭化物層の形成方
法としてはガス浸炭、酸化物層の形成方法としては溶液
中又は高温酸化雰囲気中での処理が挙げられる。また、
特殊な方法としてイオン注入法を用いてもよい。ただし
、これらの処理は表面硬化を目的とするものではないた
め、化合物層の厚さは100X〜5μmで十分である。
In the former method, the nitride layer is formed by ordinary gas nitriding, ion nitriding, or hot bath nitriding, the carbide layer is formed by gas carburizing, and the oxide layer is formed by using a solution or in a high-temperature oxidizing atmosphere. Examples include processing. Also,
Ion implantation may be used as a special method. However, since these treatments are not intended for surface hardening, a thickness of the compound layer of 100X to 5 μm is sufficient.

その後、これらの化合物層が形成された金属基材を例え
ばCVD装置内に装入し、反応ガスを導入してCVD法
によりセラミックコーティング層を形成する。なお、セ
ラミックコーティング層の形成にはCVD法の他にも、
スバ、クリング法、イオングレーティング法、溶射法等
が利用できる。
Thereafter, the metal base material on which these compound layers have been formed is placed into, for example, a CVD apparatus, a reactive gas is introduced, and a ceramic coating layer is formed by the CVD method. In addition to the CVD method, there are other methods for forming the ceramic coating layer.
Suba, Kling method, ion grating method, thermal spraying method, etc. can be used.

後者の方法では、金属基材をCVD装置内に装入した後
、反応がスとして例えば最初にNH3(又はN2とH2
)を導入して窒化物層を形成し、史にNH3(又はN2
とH2)及びSiH4′に、導入してSi3N4層を形
成する。なお、セラミックコーティング層形成用の反応
ガスを変えることにより、5i−Nutの他に、Ti−
NPi、Ta−N層、B−N層、W−N層、Zr−N層
等のセラミックコーティング層を形成することができる
。同様に炭化物層を形成する場合には最初に炭酸がス、
メタンガス、エタンガス等を導入し、酸化物層全形成す
る場合には酸素ザス金導入した後、コーティングしよう
とする元素の水素化物、塩化物あるいは有機化合物を導
入してセラミックコーティング層乞形成する。
In the latter method, after the metal substrate is charged into the CVD apparatus, the reaction is first performed using, for example, NH3 (or N2 and H2).
) is introduced to form a nitride layer, and NH3 (or N2
and H2) and SiH4' to form a Si3N4 layer. By changing the reaction gas for forming the ceramic coating layer, in addition to 5i-Nut, Ti-
Ceramic coating layers such as NPi, Ta-N layer, B-N layer, W-N layer, Zr-N layer, etc. can be formed. Similarly, when forming a carbide layer, carbonic acid is first
When methane gas, ethane gas, etc. are introduced to form the entire oxide layer, oxygen and gold are introduced, and then a hydride, chloride, or organic compound of the element to be coated is introduced to form a ceramic coating layer.

後者の方法では、通常化合物層を構成する主要非金属元
素と、セラミックコーティング層を構成する主要非金属
元素とが同一元素となる゛。
In the latter method, the main nonmetallic element that usually constitutes the compound layer and the main nonmetallic element that constitutes the ceramic coating layer are the same element.

この方法では同一装置内で化合物層とセラミックコーテ
ィング層とを連続的に形成できるため、前者の方法より
も時間短縮が図れる等の効果がある。
Since this method allows the compound layer and the ceramic coating layer to be formed continuously in the same apparatus, it has the advantage of being more time-saving than the former method.

上記の各方法で用いられるCVD法の反応形式には多種
のものが知られているが、高温で反応が行われると金属
基材が変形するおそれもあるため、酸化反応、アンモニ
アとの反応、グラズマ励起反応、光励起反応、レーデ−
励起反応、加水分解反応を利用したものがよい。特に、
プラズマCVD法は多種の反応ガスを用いることができ
るので利用範囲が広い。
Various types of CVD reaction methods are known for use in each of the above methods. Glazma excitation reaction, photoexcitation reaction, radar
It is preferable to use an excitation reaction or a hydrolysis reaction. especially,
The plasma CVD method can be used in a wide range of applications because it can use a variety of reactive gases.

プラズマC■法を用いる場合、反応条件は目的、材料に
応じて適宜変更する。例えば、加熱温度については、鉄
を主成分とする基材の窒化を行なう場合300℃以上、
Tl ’z構成成分とするセラミックコーティング層金
形成する場合300℃以上、好ましくは500℃以上、
Stを構成成分とするセラミックコーティング層を形成
する場合300℃以下、好ましくは200〜250℃と
いうような1度条件とする。また、ガス流量については
、例えば窒化の場合にはN2 、 NH3等を500 
SCCM〜2 SLM、 Si −N層をコーティング
する場合には上記ガスにSiH4を50〜300 SC
CM混合するというように条件を変化させる。なお、プ
ラズマCVD装置は容量結合型でもよいし、誘導結合型
でもよいが、量産を目的として大きな体積で均一なプラ
ズマを得るためには容量結合型の方が望ましい。
When using the plasma C method, the reaction conditions are changed as appropriate depending on the purpose and materials. For example, the heating temperature is 300°C or higher when nitriding a base material whose main component is iron;
When forming a ceramic coating layer as a Tl'z component, the temperature is 300°C or higher, preferably 500°C or higher,
When forming a ceramic coating layer containing St as a constituent, the temperature is 300°C or less, preferably 200 to 250°C. Regarding the gas flow rate, for example, in the case of nitriding, N2, NH3, etc.
SCCM~2 SLM, when coating Si-N layer, add SiH4 to the above gas at 50~300 SC
The conditions are changed, such as mixing CM. Note that the plasma CVD apparatus may be of a capacitively coupled type or an inductively coupled type, but the capacitively coupled type is preferable in order to obtain uniform plasma in a large volume for the purpose of mass production.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples.

実施例1 本発明のセラミックコーティング金属を圧縮機のシャフ
トに適用した実施例について説明する。
Example 1 An example in which the ceramic coated metal of the present invention is applied to the shaft of a compressor will be described.

まず、ねずみ鋳鉄を所定形状に切出したシャツトラトリ
クレンで脱脂した後、ステンレス製の容器からなる容量
結合型のプラズマCVD装置内に装入し、基板上にセッ
トした。次に、メカニカルブースターポンプとロータリ
ーポンプにより装置内を10  Torr程度まで排気
した。その後、装置内壁及びシャフトに吸着されたガス
を脱がスするために、炉に油拡散ポンプあるいはクライ
オポンプを用いて10−6〜10−” Torrまで排
気し、基板加熱温度を300℃とした。
First, gray cast iron was cut into a predetermined shape and degreased with Shirtoratriclean, and then placed in a capacitively coupled plasma CVD apparatus consisting of a stainless steel container and set on a substrate. Next, the inside of the apparatus was evacuated to about 10 Torr using a mechanical booster pump and a rotary pump. Thereafter, in order to remove the gas adsorbed on the inner wall and shaft of the apparatus, the furnace was evacuated to 10-6 to 10-'' Torr using an oil diffusion pump or a cryopump, and the substrate heating temperature was set at 300°C.

つづいて、排気系をメカニカルブースター目?ンプとロ
ータリーポンプに切換え、NH3がスを1000 SC
CMO流址で導入しながら内部の圧力を約l Torr
は維持した。
Next, is the exhaust system a mechanical booster? Switch to pump and rotary pump, and increase NH3 to 1000 SC.
While introducing CMO through the flow, the internal pressure was increased to approximately 1 Torr.
was maintained.

次いで、13.56 MHzの高周波電力を1 kW印
加してプラズマを発生させ、シャフトの窒化を1時間行
なった。つづいて、SiH4ガス、!:NH,ガスとの
流量比が1ニアとなるようにSiH4がスを導入し、高
周波電力を400W印加してプラズマを発生させ、30
分間で2μmの窒化シリコン層をコーティングした。な
お、窒化の段階で取出したシャフトの表面は黒色化して
おり、窒化鉄が生成していることが推定された。
Next, 1 kW of high frequency power of 13.56 MHz was applied to generate plasma, and the shaft was nitrided for 1 hour. Next, SiH4 gas! :NH, gas was introduced so that the flow rate ratio with the gas was 1, and high frequency power of 400 W was applied to generate plasma.
A 2 μm silicon nitride layer was coated in minutes. The surface of the shaft taken out at the nitriding stage was blackened, indicating that iron nitride had been produced.

一方、比較のためにシャフト表面を窒化せず、プラズマ
CVD法により厚さ2μmの窒化シリコン層のみを形成
したもの(比較例)を作製した。
On the other hand, for comparison, a shaft surface was not nitrided and only a 2 μm thick silicon nitride layer was formed by plasma CVD (comparative example).

なお、上記2種のシャフトについて、化学分析により窒
化シリコン層の組成金製べたところ、イfレモSt、N
、〜五8という結果が得られ、化学量論比からずれてい
たが、特に犬さな問題はない。
Regarding the above two types of shafts, chemical analysis revealed that the composition of the silicon nitride layer was gold, Ifremo St, N
, ~58 was obtained, which deviated from the stoichiometric ratio, but there was no particular problem.

得られた2種のシャフトについて、その一部を切出し、
X線回折で表面の成分の同定を行なった結果を第3図(
実施例1)及び第4図(比較例)にそれぞれ示す。第3
図に示すように、実施例1のンヤフトではε−Fe2−
3N層の存在が確認された。これに対して第4図に示す
ように、比較例のシャフトでは基材のFeに起因するピ
ークのみが現われ、ε−Fe2−3N層の存在は認めら
れなかった。なお、いずれの場合にも窒化ンリフン層に
起因するピークが認められないが、これは窒化シリコン
層が非晶質あるいは微結晶となっているためである。
A part of the two types of shafts obtained was cut out,
The results of identifying surface components using X-ray diffraction are shown in Figure 3 (
Example 1) and FIG. 4 (comparative example) respectively. Third
As shown in the figure, in the Nyaft of Example 1, ε-Fe2-
The existence of a 3N layer was confirmed. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the shaft of the comparative example, only the peak caused by Fe in the base material appeared, and the presence of the ε-Fe2-3N layer was not observed. In any case, no peak due to the nitride layer is observed, but this is because the silicon nitride layer is amorphous or microcrystalline.

また、2積のシャフトの表面層についてオーノエ電子分
光分析?行ない、各元素V深ざ方向分布を調べた結果を
第5図(実施例1)及び第6図(比較例)に示す。第5
図かられかるように、実施例1のシャフトにおけるε−
Fe2−3N層の厚さは約6000 !である。これに
対して第6因かられかるように、比較例のシャフトでは
ε−Fl!12−5 N層の存在は認められない。これ
は第4図のX線回折の結果に対応する。
Also, Ohnoe electron spectroscopy analysis of the surface layer of the two-product shaft? The results of examining the V depth distribution of each element are shown in FIG. 5 (Example 1) and FIG. 6 (Comparative Example). Fifth
As can be seen from the figure, ε− in the shaft of Example 1
The thickness of the Fe2-3N layer is about 6000mm! It is. On the other hand, as can be seen from the sixth factor, in the shaft of the comparative example, ε-Fl! 12-5 Presence of N layer is not recognized. This corresponds to the X-ray diffraction results shown in FIG.

次に、2種のシャフトについて、窒化シリコン層の密着
性を調べるために各種の試験を行なった。まず、スクラ
ッチ試験(引っかき試験)を行なったところ、実施例1
のシャフトでは8〜1ON1比較例のシャフトでは3N
以下という結果が得られ、実施例1のシャフトの方が窒
化シリコン層の密着性がよいことが確認された。
Next, various tests were conducted on the two types of shafts to examine the adhesion of the silicon nitride layer. First, when a scratch test was conducted, Example 1
For the shaft of 8-1ON1 for the shaft of the comparative example 3N
The following results were obtained, and it was confirmed that the shaft of Example 1 had better adhesion of the silicon nitride layer.

また、第7図に示すような耐摩耗性評価装置を用いて窒
化シリコン層の密着性を評価した。
Further, the adhesion of the silicon nitride layer was evaluated using a wear resistance evaluation apparatus as shown in FIG.

この装置はシャフト2をサブベアリング5.5ではさみ
こみ、シャフト2を回転させながらサブベアリング5,
5のしめつけによる荷重全変化させ、その際のトルク変
化Ek 調べるものである。なお、シャフトの回転数は
290 rpm、荷重は22.ダに7/3mInの割合
で155 ulまで上昇させた。この試験で得られた荷
重とトルりとの関係を第8図に示す。第8図かられかる
ように、比較例のシャフトではトルク上昇カーブが非常
に不安定である。これは比較例のシャフトでは窒化シリ
コン層の密着性が悪く、試験中に窒化シリコン層の剥離
が生じているためであると考えられる。これに対して、
実施例1のシャフトではトルク上昇カーブが非常にスム
ーズでちり、窒化シリコン層の密着性が良好であること
が推定される。
In this device, the shaft 2 is sandwiched between the sub-bearings 5.5, and while the shaft 2 is rotated, the sub-bearings 5.
The total load due to tightening in step 5 is changed, and the torque change Ek at that time is investigated. The rotation speed of the shaft was 290 rpm, and the load was 22. The volume was increased to 155 ul at a rate of 7/3 mIn. Figure 8 shows the relationship between load and torque obtained in this test. As can be seen from FIG. 8, the torque increase curve of the shaft of the comparative example is very unstable. This is considered to be because the adhesion of the silicon nitride layer in the shaft of the comparative example was poor, and the silicon nitride layer peeled off during the test. On the contrary,
It is presumed that the shaft of Example 1 had a very smooth and smooth torque increase curve, and that the adhesion of the silicon nitride layer was good.

また、2種のシャフトの表面にカッターナイフでキズを
つけようとした場合、実施例1のシャフトは比較例のシ
ャフトよりもキズがつきにくい傾向を示した。
Furthermore, when attempting to scratch the surfaces of the two types of shafts with a cutter knife, the shaft of Example 1 showed a tendency to be less likely to be scratched than the shaft of Comparative Example.

以上のように、鋳鉄表面にε−Fe2−3N層を形成す
ることにより、窒化シリコン層の密着性が大幅に向トし
ていることが確認された。
As described above, it was confirmed that the adhesion of the silicon nitride layer was significantly improved by forming the ε-Fe2-3N layer on the surface of the cast iron.

更に、実施例1のシャフト以外の部材として、フレーム
及びシリンダをねずみ鋳鉄で、ローラを共晶黒鉛鋳鉄で
、ブレードを焼結体でそれぞれ作製し、第2図図示の圧
縮機を組立てて実機テストを行なった結果、前記シャフ
トは5t−N層の剥離を起こすことなく、7000 r
pmまで良好な回転を示した。
Furthermore, as components other than the shaft of Example 1, the frame and cylinder were made of gray cast iron, the rollers were made of eutectic graphite cast iron, and the blades were made of sintered material, and the compressor shown in Fig. 2 was assembled and tested on an actual machine. As a result, the shaft was able to withstand 7000 r without peeling of the 5t-N layer.
It showed good rotation up to pm.

実施例2 本発明のセラミックコーティング金属を圧縮機のブレー
ドに適用した実施例について説明する。
Example 2 An example in which the ceramic coated metal of the present invention is applied to a compressor blade will be described.

まず、SUS 303ステンレス鋼を所定形状に切出し
たブレードについて、残留応力を増除くために焼きなま
しした後、トリクレンで脱脂し、ガス浸炭炉中に装入し
た。次に、浸炭ガスとしてCo + CO2(Co濃度
60%)を導入し、500℃で浸炭処理金おこなった。
First, a blade cut from SUS 303 stainless steel into a predetermined shape was annealed to increase and remove residual stress, degreased with trichlorene, and charged into a gas carburizing furnace. Next, Co + CO2 (Co concentration 60%) was introduced as a carburizing gas, and carburization was carried out at 500°C.

浸炭層の厚さは時間で調整し、0.5μmとした。その
後、ブレードを取出し、表面に付着しているすすを酸洗
して除去し、さらにトリクレンで洗浄した。この浸炭層
の成分は主としてFe5Cであった。
The thickness of the carburized layer was adjusted by time and was set to 0.5 μm. Thereafter, the blade was taken out, the soot adhering to the surface was removed by pickling, and the blade was further cleaned with trichlene. The component of this carburized layer was mainly Fe5C.

欠いで、ブレードを実施例1で用いたのと同様なプラズ
マCVD装置内に装入し、基板加熱温度を550℃とし
、TiCl4とCH4とをガス流量比1:5の割合で流
してFe 5 C層表面にTI−N層を形成した。
Then, the blade was placed in a plasma CVD apparatus similar to that used in Example 1, the substrate heating temperature was set to 550°C, and TiCl4 and CH4 were flowed at a gas flow rate ratio of 1:5 to form Fe5. A TI-N layer was formed on the surface of the C layer.

この実施例2のブレード以外の部材として、/ヤフト、
フレーム及びシリンダ全ねずみ鋳鉄で、ローラを共晶黒
鉛鋳鉄でそれぞれ作製し、第2図図示の圧縮機を組立て
て実機テストを行なった結果、ブレード表面のTi −
C層は剥離を起こすことなく、高速で安定な回転を示し
た。
As members other than the blade of this Example 2, /YAFT,
The frame and cylinder were all made of gray cast iron, and the rollers were made of eutectic graphite cast iron.The compressor shown in Figure 2 was assembled and tested on an actual machine.
Layer C exhibited stable rotation at high speed without peeling.

実施例3 本発明のセラミックコーティング金属を圧縮機のローラ
に適用した実施例について説明する。
Example 3 An example in which the ceramic coated metal of the present invention is applied to a roller of a compressor will be described.

まず、共晶黒鉛鋳鉄を所定形状に切出したローラヲトリ
クレンで脱脂し、20気圧の水蕩気雰囲気中、300℃
で酸化を行ない、表面に10001 (’) Fe 3
04 f主成分とする酸化鉄層全形成した。次に、ロー
ラを実施例1で用いたのと比1:4の割合で流してFe
 304層表面に酸素の混入したB−C層を形成した。
First, eutectic graphite cast iron was cut into a predetermined shape, degreased using a roller cleaning machine, and heated at 300°C in a water atmosphere of 20 atm.
10001 (') Fe 3 on the surface
04 f The iron oxide layer, which is the main component, was completely formed. Next, the roller was flowed at a ratio of 1:4 to that used in Example 1 to
A B-C layer mixed with oxygen was formed on the surface of the 304 layer.

この実施例3のローラ以外の部材として、シャ7)、フ
レーム及びシリンダをねずみ鋳鉄で、プレー1”1sU
s301Xテンレス鋼でそれぞれ作製し、第2図図示の
圧縮機を組立てて実機テストを行なった結果、ローラ表
面のB−C層は剥離を起こすことなく、高速で安定な回
転全示した。
As members other than the rollers in this Example 3, the shaft 7), frame and cylinder are made of gray cast iron, and the plate 1"1sU
Each roller was made of s301X stainless steel, the compressor shown in FIG. 2 was assembled, and an actual machine test was conducted. As a result, the B-C layer on the roller surface did not peel off, and stable rotation at high speed was achieved.

なお、本発明は圧縮機を構成する部材に限らず、他の装
量の摺動部に用いられる機械部品あるいは切削工具等に
も同様に適用できることは勿論である。また、セラミッ
クコーティング層としては、上記実施例1〜3で用いた
もの以外にも、Zr t Ta 、 Nb + At+
 V 、 Ca等を構成元素とするものでもよい。これ
らのセラミックコーティング層はそれぞれ硬度が異なる
ので、使用目的に応じて適当な特性を有するものを選択
すればよい。
It goes without saying that the present invention is not limited to members constituting a compressor, but can be similarly applied to mechanical parts or cutting tools used in sliding parts of other loads. Moreover, as the ceramic coating layer, in addition to those used in Examples 1 to 3 above, Zr t Ta, Nb + At+
It may also contain V, Ca, etc. as constituent elements. Since these ceramic coating layers have different hardnesses, one having appropriate characteristics may be selected depending on the purpose of use.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述した如く本発明のセラミックコーティング金属
によれば、セラミックコーティング層の密着性を良好に
して耐摩耗性を著しく向上することができるので、圧縮
機等の装置の長寿命化及び高速回転特性の改善が達成で
きる等顕著な効果を奏するものである。
As detailed above, according to the ceramic coated metal of the present invention, it is possible to improve the adhesion of the ceramic coating layer and significantly improve the wear resistance, thereby extending the life of equipment such as compressors and high-speed rotation characteristics. This method has remarkable effects, such as the ability to improve

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るセラミックコーティング金属の断
面図、第2図は圧縮機を一部破断して示す正面図、第3
図及び第4図はそれぞれ実施例1及び比較例のシャフト
のX線回折・ンターン図、第5図及び第6図はそれぞれ
実施例1及び比較例のシャフトのオーノエ分光分析によ
る成分元素の深さ方向分布を示す図、第7図は耐摩耗性
試験機の断面図、第8図は同耐摩耗性試験機により得ら
れた実施例1及び比較例のシャフトの荷重とトルクとの
関係を示す特性図である。 1・・・ケーシング、2・・・シャフト、3・・・フレ
ーム、4・・・シリンダ、5・・・サブベアリング、6
・・・ローラ、7・・・ブレード、8・・・スプリング
、9・・・冷凍機油、10・・・ポンプ、1ノ・・・金
属基材、12・・・化合物層、13・・・セラミックコ
ーティング層。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 jI3図 第4図 f!;!、@  (am) 飯璽(型較)
Fig. 1 is a sectional view of the ceramic coated metal according to the present invention, Fig. 2 is a partially cutaway front view of the compressor, and Fig. 3
Figures 4 and 4 are X-ray diffraction/turn diagrams of the shafts of Example 1 and Comparative Example, respectively, and Figures 5 and 6 are the depths of component elements obtained by Ohnoe spectroscopy of the shafts of Example 1 and Comparative Example, respectively. A diagram showing the directional distribution, Figure 7 is a cross-sectional view of the wear resistance tester, and Figure 8 shows the relationship between the load and torque of the shaft of Example 1 and Comparative Example obtained by the same wear resistance tester. It is a characteristic diagram. 1... Casing, 2... Shaft, 3... Frame, 4... Cylinder, 5... Sub-bearing, 6
...Roller, 7.Blade, 8.Spring, 9.Refrigerating machine oil, 10.Pump, 1..Metal base material, 12..Compound layer, 13.. Ceramic coating layer. Applicant's Representative Patent Attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 j I3 Figure 4 f! ;! , @ (am) rice seal (type comparison)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)金属基材と、該金属基材表面に形成され、金属基
材の構成元素の窒化物、炭化物又は酸化物のうち少なく
とも1種からなる化合物層と、該化合物層表面に形成さ
れたセラミックコーティング層とを具備したことを特徴
とするセラミックコーティング金属。
(1) A metal base material, a compound layer formed on the surface of the metal base material and consisting of at least one of nitrides, carbides, or oxides as constituent elements of the metal base material, and a compound layer formed on the surface of the compound layer. A ceramic coated metal characterized by comprising a ceramic coating layer.
(2)化合物層を構成する主要非金属元素と、セラミッ
クコーティング層を構成する主要非金属元素とが同一元
素であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
セラミックコーティング金属。
(2) The ceramic coating metal according to claim 1, wherein the main nonmetallic element constituting the compound layer and the main nonmetallic element constituting the ceramic coating layer are the same element.
(3)化合物層が窒化鉄又は窒化クロムの少なくともい
ずれか1種を主成分とし、セラミックコーティング層が
窒化シリコン、窒化チタン又は窒化ボロンの少なくとも
いずれか1種を主成分とすることを特徴とする特許請求
の範囲第2項記載のセラミックコーティング金属。
(3) The compound layer has at least one of iron nitride or chromium nitride as a main component, and the ceramic coating layer has at least one of silicon nitride, titanium nitride, or boron nitride as a main component. A ceramic coated metal according to claim 2.
(4)圧縮機の回転圧縮要素を構成するブレード、シャ
フト、ローラ、シリンダ、フレーム、サブベアリングの
少なくともいずれか1種に適用したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のセラミックコーティング金属
(4) The ceramic coated metal according to claim 1, which is applied to at least one of a blade, a shaft, a roller, a cylinder, a frame, and a sub-bearing that constitute a rotating compression element of a compressor. .
JP24433885A 1985-10-31 1985-10-31 Ceramic coating metal Pending JPS62103368A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24433885A JPS62103368A (en) 1985-10-31 1985-10-31 Ceramic coating metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24433885A JPS62103368A (en) 1985-10-31 1985-10-31 Ceramic coating metal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS62103368A true JPS62103368A (en) 1987-05-13

Family

ID=17117220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24433885A Pending JPS62103368A (en) 1985-10-31 1985-10-31 Ceramic coating metal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62103368A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01184261A (en) * 1988-01-18 1989-07-21 Toyota Motor Corp Ceramic heat-insulating member
JPH02134467A (en) * 1988-11-11 1990-05-23 Teikoku Piston Ring Co Ltd Piston ring
GB2227755A (en) * 1988-12-08 1990-08-08 Univ Hull Improving the wear resistance of metallic components by coating and diffusion treatment
JPH0397848A (en) * 1989-09-07 1991-04-23 Nissin Electric Co Ltd Production of cutting tool made of high speed steel coated with thin boron nitride film
JPH03247766A (en) * 1990-02-26 1991-11-05 Limes:Kk Formation of thin film by plasma cvd method
JPH04154955A (en) * 1990-10-17 1992-05-27 Toshiba Corp Spinning device
JPH04325677A (en) * 1991-04-24 1992-11-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Ion nitriding method for metallic surface by utilizing glow discharge
JPH0598422A (en) * 1991-04-04 1993-04-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Continuous treatment for ion nitriding-ceramic coating
JPH1028688A (en) * 1996-03-27 1998-02-03 Ethicon Inc Blacking method for surgical sewing needle
WO2010084982A1 (en) * 2009-01-26 2010-07-29 株式会社神戸製鋼所 Member coated with hard film and jig for forming
JP2018145461A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 Dowaサーモテック株式会社 Vanadium silicon nitride film coated member and method for manufacturing the same
WO2022014709A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 Dowaサーモテック株式会社 Metal carbide film-coated member and method for producing same

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01184261A (en) * 1988-01-18 1989-07-21 Toyota Motor Corp Ceramic heat-insulating member
JPH02134467A (en) * 1988-11-11 1990-05-23 Teikoku Piston Ring Co Ltd Piston ring
GB2227755A (en) * 1988-12-08 1990-08-08 Univ Hull Improving the wear resistance of metallic components by coating and diffusion treatment
GB2227755B (en) * 1988-12-08 1993-03-10 Univ Hull A process for improving the wear and corrosion resistance of metallic components
JPH0397848A (en) * 1989-09-07 1991-04-23 Nissin Electric Co Ltd Production of cutting tool made of high speed steel coated with thin boron nitride film
JPH03247766A (en) * 1990-02-26 1991-11-05 Limes:Kk Formation of thin film by plasma cvd method
JPH04154955A (en) * 1990-10-17 1992-05-27 Toshiba Corp Spinning device
JPH0598422A (en) * 1991-04-04 1993-04-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Continuous treatment for ion nitriding-ceramic coating
JPH04325677A (en) * 1991-04-24 1992-11-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Ion nitriding method for metallic surface by utilizing glow discharge
JPH1028688A (en) * 1996-03-27 1998-02-03 Ethicon Inc Blacking method for surgical sewing needle
WO2010084982A1 (en) * 2009-01-26 2010-07-29 株式会社神戸製鋼所 Member coated with hard film and jig for forming
JP2010168638A (en) * 2009-01-26 2010-08-05 Kobe Steel Ltd Hard film-coated member and fixing tool for molding
JP2018145461A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 Dowaサーモテック株式会社 Vanadium silicon nitride film coated member and method for manufacturing the same
WO2022014709A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 Dowaサーモテック株式会社 Metal carbide film-coated member and method for producing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1841896B1 (en) Amorphous carbon film, process for forming the same, and high wear-resistant sliding member with amorphous carbon film provided
JPS62103368A (en) Ceramic coating metal
KR100404006B1 (en) Amorphous hard carbon film, mechanical parts and method for producing amorphous hard carbon film
US8911867B2 (en) Protective coating, a coated member having a protective coating as well as method for producing a protective coating
CN102191452B (en) Coloured austenite stainless steel material with high corrosion resistance and high hardness and production method thereof
JP2501062B2 (en) Nitriding method of nickel alloy
WO2004031434A1 (en) Surface-carbonitrided stainless steel parts excellent in wear resistance and method for their manufacture
JP2971928B2 (en) Hard amorphous carbon-hydrogen-silicon thin film having lubricity, iron-based metal material having the thin film on its surface, and method for producing the same
KR100915059B1 (en) Slip movable member and scroll type motor compressor using the same
JPS5864377A (en) Surface coated tool and its production
JP2007284760A (en) Sliding member
JP4612147B2 (en) Amorphous hard carbon film and method for producing the same
JPH01268881A (en) Sliding parts
JPH0665877B2 (en) Refrigerant compressor
JP3464651B2 (en) Air motor components
JPS6119776A (en) Surface treatment of mechanically sliding part
JPH02310370A (en) Sliding member
JP2001193644A (en) Sliding member for compressor
JPH0394062A (en) Diamond-coated sintered hard alloy
JP2001342554A (en) Method for forming surface of sliding member and sliding member
JPH01227894A (en) Compressor
JPS61235564A (en) Member whose surface is treated with nonsingle crystal silicon film and its surface treatment
JP2001011630A (en) Formation of carbon thin film
JPH07259772A (en) Member for compressor
JP2007224805A (en) Side housing for rotary piston engine and method for manufacturing same