JPS6245015B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、コーテイングおよびさらに特定的に
は摩擦ないし摩耗をこうむる表面上のコーテイン
グに係る。 従来、消耗する工具等の物品は、或る種のパラ
メータを制御することにより様々な硬度、平滑度
及び消耗特性を付与して製造されてきた。例え
ば、焼入れ前の鋼の加工及び形削り用の工具は、
非常に硬いマルテンサイトが形成されるほどの量
の炭素を含有した鋼から製造され得る。より複雑
な組成において炭素含量及び合金含量を変化させ
れば、不変形鋼、耐衝撃鋼、熱間加工鋼、あるい
は高速度鋼がもたらされ得る。このような鋼の幾
種類かには、チタン、バナジウム、モリブデン、
タングステン及びクロムなどの合金元素が用いら
れる。これらの元素は炭素に対する親和力が大き
く、耐損耗性の硬い金属炭化物を形成する。しか
し多くの場合、その硬度及び／または平滑度を改
善するコーテイングを表面に具えた工具を提供す
ることが望ましい、このことは特に、例えば工具
寿命の延長もしくは生産性の向上が望まれる場
合、あるいは焼入鋼の形削り及び加工を行なう必
要がある場合について指摘される。しかし多くの
種類の耐損耗コーテイングは、適用の際に高温を
要するので多種の基板材料に対して使用不能であ
り、なぜならそのような高温下では基板の特性が
甚だしく変化する恐れがあるからである。他の種
類のコーテイングは、作業条件下において基板に
十分付着しない。 即ち、比較的低温で適用され得、基板特性に重
大な変化をもたらさない耐損耗コーテイングが必
要とされる。工具のような物品のために、その寿
命を延長する耐損耗コーテイングが必要であり、
また改善された付着特性及び破断耐性を有る耐損
耗コーテイングも必要である。 さらに特定的な適用例では、鋳造工具の寿命を
延長するため改良された鋳造工具を提供し、型抜
き特性を向上させ、さらに鋳造品の細部および表
面仕上げを向上させることが望まれるであろう。 本発明の広範な一局面によつて、優れた耐損耗
性を呈示する無秩序ホウ素炭素コーテイングが提
供される。本明細書中耐損耗性の概念には、浸
食、酸化、腐食、摩耗及び同様の現象に対する耐
性が包含される。他の物品表面との接触などによ
つて損耗する工具その他の物品は、その耐用年数
を延長するべく無秩序ホウ素炭素材料でコートさ
れ得る。コーテイングは無秩序な炭化ホウ素か、
また無秩序なホウ素及び炭素の混合物であり得
る。因みに、本明細書において「無秩序なホウ素
炭素」は、文脈上別異に解されない限り、(i)無秩
序な炭化ホウ素、(ii)無秩序なホウ素と無秩序な炭
素の混合物および(iii)(i)と(ii)の混合物の総称であ
る。 コーテイングは工具のような物品かまたは他の
基板の表面上に薄層として形成され、好ましくか
炭化ホウ素のコーテイングを含む。本明細書の文
中“基板”と“物品”とは相互に置換えられ得、
かつこれらの概念には本発明のコーテイング以外
の１種または複数種のコーテイングも包含され得
る。 本発明により無秩序なホウ素炭素でコートされ
た工具は通常優れた硬度特性及び平滑度特性を有
し、その結果工具の寿命は延長され、また特別の
適用に応じて、工具で加工される部品または工作
物の表面仕上げが改良される。 無秩序コーテイングはアモルフアス、多結晶質
（広範な無秩序を欠いた）、微晶質、あるいはこれ
らの相の、任意の組合せでの混合であり得る。 好ましくは、コーテイングの組成は Ｂ_xＣ_1-x であり、ここでＢはホウ素を、Ｃは炭素を表わ
し、またｘ及び_１―ｘは各コーテイング中に存在
するホウ素及び炭素の相対量を表わしており、ｘ
は約0.60〜約0.90である。前記範囲外の相対量の
ホウ素及び炭素から成る無秩序コーテイングも、
本発明の範囲内に含まれる。コーテイングは無秩
序な炭化ホウ素（B₄C）であることが最も好まし
い。即ち、化学量論的であるコーテイング同様非
化学量論的なコーテイングも本発明によつて包含
される。 本発明のコーテイングは、形成時に無秩序化さ
れる。無秩序な耐損耗コーテイングは単一相の結
晶質コーテイングよりも良好に機能すると考えら
れる。無秩序コーテイングでは基板表面とコーテ
イングとの拡散結合が単一相の結晶質コーテイン
グの場合よりも生じ易く、その結果付着がより良
好となり得る。無秩序材料はまた、破面を伝播さ
せ得る広い格子平面を欠き、通常比較的大きい変
形力にも破面を生起させることなく耐え得る。こ
のような材料は通常単一相の結晶材料よりも、腐
食及び酸化のような有害な化学的作用を蒙りにく
い。上記の諸利点は、アモルフアスであるかもし
くは実質的にアモルフアスであるコーテイングに
おいてより完全に実現されると考えられる。 本発明によれば、非化学量論的である無秩序な
耐損耗コーテイングが提供され、このコーテイン
グの組成におけるホウ素及び炭素の量は所望の特
性を達成するべく調節され得、その際コーテイン
グの付着性、耐損耗性あるいはその他の特性に有
害な影響を及ぼし得る。非無秩序材料中に存在す
るような広い格子平面の形成は回避される。 無秩序コーテイングの形成には、あらゆる適当
な方法が用いられ得る。コーテイング形成の一方
法は、スパツタリングによる。スパツタリングは
比較的低い基板温度（通常例えば約200℃以下）
で実施され得るので、コーテイングは基板材料の
特性に重大な変化を生じることなく形成され得、
向上した耐損耗性と優れた平滑度とを有する表面
を提供する。従つて本発明は特に、例えば工具鋼
及びタングステンカーバイドのような材料のコー
トに有用であり、なぜならそのような材料の諸特
性は本発明コーテイングでの処理の際の温度によ
つて劣化しないからである。低い基板温度でのス
パツタリングによつて、無秩序状態のコーテイン
グの形成も可能となる。 コーテイングは工具表面もしくは基板表面に連
続的な薄層として形成され得、その際コーテイン
グの厚みが比較的薄くされ得、かつ厳密に制御さ
れ得るので、工具の寸法が甚だしく変化すること
はない。コーテイングを既に具備しているかまた
は未だ具備していない工具を使用に供した後該工
具に本発明コーテイングが適用され得、それによ
つて所望の公差が得られるか、または工具上で既
に損耗した材料に替わり新しいコーテイングが機
能する。即ち本発明によつて、廃棄されるはずの
工具の再使用が可能となる。 本発明によるコーテイングは基板表面上に直接
適用され得、その際例えば損傷あるいは摩擦を蒙
る工具または他の表面上で有用な、優れた付着性
を発揮する。本発明コーテイングは優れた付着性
を有し得るので付着用コーテイングもしくは層は
必要無い。好ましくか、コーテイングは連続して
いる。 本発明の無秩序ホウ素炭素コーテイングは更
に、比較的不活性かつ安定で、例えば湿気及び熱
に晒される結果としての品質劣化に対する十分な
耐性を有することでも特徴付けられ得る。 本発明のコーテイングは、とくに鋳型、ダイお
よびこれに類する工具のコーテイングとして有用
であることが認められた。この種の工具にコーテ
イングをほどこすことは、結果として、鋳型の寿
命を延長させ、型抜き特性を向上させ、完成鋳造
品の表面細部の質を向上させ、仕上げ面をよりな
めらかにできることになる。本発明のコーテイン
グは、鋳造ないし成形可能な材料を成形するあら
ゆるタイプの鋳型なしいダイに使用されることが
できる。たとえば、このコーテイングは鋳型およ
び鋳造、射出成型、並びにダイカスト用ダイと結
合して使用することがきる。“鋳型”および“鋳
造可能な”という用語は広い意味で使われてお
り、“ダイ金型”および“成形可能な”という意
味も含んでいると理解されたい。 本発明のこの面に関するさらに特定的な具体例
によれば、鋳造工具は、鋳型の加工面の少くとも
１部について先に述べたようにホウ素炭素の無秩
序コーテイングを有している。通例では、加工面
全体が無秩序コーテイングで被覆される。鋳造工
具にこのようなコーテイングを使用すれば、コー
テイングしていない鋳造工具に比較して多くの利
点を提供することが判明した。これらの利点は鋳
型の寿命を延長させ、型抜き特性を向上させ、鋳
造品の細部の質を向上させ、仕上げ面をよりなめ
らかにする。これに加えて、使用後の鋳型の清掃
を容易にすることができる。 従つて、本発明の第１の目的は、鋳造可能な材
料を所定形状に成形するための加工面を形成する
中空形状を特徴とする鋳型を提供することであ
り、この場合無秩序ホウ素炭素を含むコーテイン
グを、加圧面の少なくとも一部が保持している。 コーテイングが適用される基板表面のなめらか
さは、普通はコーテイングの光沢に影響を及ぼ
す。通常ではなめらかな表面を得るとコーテイン
グの光沢度はより高くなる。従つて、光沢度の高
いコーテイングが望まれれば、基板表面は比較的
なめらかでなければならない。 好ましくは、コーテイングは本質的に炭素ホウ
素だけを含んでいるが、但し少量の不純分が殆ん
ど常に存在すると理解されるべきである。更に炭
素以外の元素及乃至化合物も、所望の色彩、光沢
または耐摩耗性に干渉しない程度に存在してもか
まわない。 さらに本発明のコーテイングは、極度に不活性
かつ安定性をもち、たとえば紫外線照射による色
変に対し優れた低抗力を有することを特徴とす
る。さらにこのコーテイングは化学的腐食に対し
て優れた抵抗力を示す。 本発明の無秩序コーテイングは好ましくはスパ
ツタリングによつて形成されるが、適当な接着性
と物理的付着結合性とを有する無秩序なホウ素炭
素コーテイングの形成が可能な如何なる方法を使
用してもよい。好ましいタイプのスパツタリング
はバイアス電圧を用いるdcマグネトロンスパツ
タリングである。スパツタリングを用いると比較
的低温でコーテイングを設けることができ、この
ため比較的高温度を要する別の方法よりも基板特
性に影響を与え難い。 スパツタリングデポジシヨンは当業者に公知の
普及した方法であるが、本発明の利点を最も良く
発揮させるにはコートすべき表面の特定幾何学形
状に適応したスパツタリング法を用いて所望のコ
ーテイングを形成するのが有利である。通常は、
スパツタリングによるコーテイングの形成中に基
板にdc又はrfバイアスをかける。バイアスは、基
板上に形成されたコーテイングの接着性を向上さ
せ、コーテイング内の応力を低減し、コーテイン
グの密度を増加する。基板の幾何学形状は、特定
用途に対して最も好ましいスパツタリング法を決
定するための１つの要因となる。 スパツタデポジシヨン以前に、工具又は基板の
コートすべき表面部分を原子的に清浄な表面にし
ておくことが重要である（本明細書中での“基
板”なる用語は、本発明のコーテイングを一層又
は複数層含まない工具又は基板の部分を意味す
る）。これにより、基板表面に接着する均一コー
テイングが容易に形成される。原子的な清浄なス
パツタリング用表面を与えるために幾つかの方法
が当業者に公知であり、これらの方法のいずれを
使用してもよい。下記の表面調整方法は単なる例
として示されるものであり、本発明を限定すると
解釈されてはならない。 原子的に清浄な基板表面を準備するための１つ
の方法によれば、基板を塩素化炭化水素脱脂剤で
脱脂する。次に、基板をメタノールですすぎ、プ
ラズマエツチング又はドライケミカルエツチング
で処理する。プラズマンエツチングを採用する場
合、好ましくは四フツ化炭素の如きフツ素化キヤ
リヤーガスを使用する。キヤリヤーガスが分解し
てフツ素を生じ、このフツ素が基板表面を洗浄す
る。原子的に清浄なコーテイング用表面を与える
ための最終ステツプでは、アルゴンプラズマ中で
スパツタエツチングを行なう。 基板又は少なくともコートすべき基板部分を原
子的に清浄な表面にした後に、コーテイングを形
成し得る。 装飾用には通常、高光沢コーテイングが望まれ
る。このような場合、表面が比較的滑らかである
のが好ましい。滑らかな表面では高光沢コーテイ
ングが形成され易いと考えられるからである。或
る種の表面は既に滑らかであり処理は全く不要で
ある。表面をより滑らかにしたいならば、適当な
ら如何なる処置を用いてもよい。例えば、表面を
研磨してもよく、又は、表面に、熱可塑性もしく
は熱硬化性ポリマー樹脂の如きポリマー材料又は
比較的滑らかな表面を与える別の材料から成る１
つ以上の層をプレコートしてもよい。このような
ポリマー材料の例として、エポキシ樹脂及びアク
リル樹脂がある。研磨とプレート層形成との双方
を組合せて用いてもよい。 一般に、コーテイングはスパツタリングによつ
て形成される。好ましいスパツタリング条件は、
表面の幾何学形状と所望の微細構造のタイプとに
左右される。しかし乍ら一般的には、特に損耗が
考えられる多くの用途に於いては、コーテイング
の表面が滑らかであるのが望ましい。無秩序コー
テイングの内部微細構造は柱状でもよく又は柱状
でなくてもよい。ある種の用途では、柱状表面を
もつコーテイングが望まれる。 柱状微細構造を生成したい場合、柱状微細構造
を生成する当業者に公知のいかなるタイプのスパ
ツタリング法も使用し得る。柱状微細構造を生成
するための１つの方法では、基板に十分なバイア
ス電圧を印加して柱状微細構造の形成を生起せし
める。或る種のコーテイング材料及び／又は基板
の幾何学形状次第では高いバイアス電圧を用いて
も尚、柱状微細構造が形成されない場合がある。
当業者に公知の如く、バイアススパツタリングは
デポジシヨン中に基板上で負バイアス電圧を維持
するプロセスである。 基板にバイアス電圧を印加させることによつて
コーテイングの密度と純度と接着性と内部応力と
をコントロールし得る。一般には、バイアス電圧
の印加によつて、密度と純度と接着性とが増加し
コーテイングの内部応力が減少する傾向を示す。 基板に印加するバイアス電圧をスパツタリング
中に所望のシーケンスで変更し得る。基板の幾何
学形状と所望の微細構造とに基いてましいバイア
スシーケンスを選択し得る。複雑な付形物又は比
較的高いアスペクト比（約2.0以上）をもつ表面
では（アスペクト比とは、表面の幅に対する巨視
的深度の比、例えば平坦面のアスペクト比は０で
あり、幅に等しい深さのくぼみをもつ表面のアス
ペクト比は１である）、先ず比較的低いバイアス
電圧（例えば約―100乃至200V）でコーテイング
材料を基板にスパツタし、完全な被覆を確保する
のが望ましい。次にバイアス電圧を比較的高い値
に上げる（例えば、約―1000乃至―2500V）。バ
イアス電圧を漸増（傾斜増加）させてもよく又は
逓増（ステツプ増加）させてもよい。このような
バイアス電圧を使用すると、接着性がより大きく
内部応力がより小さい低密度高純度のコーテイン
グの形成が促進され、同時に柱状構造の成長が促
進される。一般に柱状微細構造によつて接着性が
向上すると考えられており、これは該構造が基板
に機械的に定着するためであると推測されてい
る。比較的高いアスペクト比を有する表面にコー
テイングを形成する場合は、コーテイングの外側
面を形成するときに、コーテイングの内側部分の
形成に用いたバイアス電圧と同じバイアス電圧を
使用し得る。但し、コーテイングの外側面から滑
らかであることを望む場合には、デポジシヨンの
終期にバイアス電圧を（例えば通常は約―100乃
至―200Vまで）下げるか又は除去する。この操
作によつて滑らかな表面が形成され得る。 アスペクト比約0.5乃至約2.0の表面の場合、一
般には―500乃至―1000Vのほぼ一定のバイアス
電圧でコーテイングをスパツタするのが好まし
い。より高い電圧の使用も可能である。コーテイ
ングの外側部分に関しては、比較的滑らかな表面
を所望する場合、バイアス電圧を適宜調整する必
要がある。 比較的低いアスペクト比（０乃至約0.5）を有
する表面の場合、バイアス電圧を最初に高くし
（約―1000乃至―2500V）次にステツプ式もしく
は傾斜式に低電圧（約―100乃至−200V）まで下
降させるか、又は、除去するのが好ましい。この
場合にもバイアス電圧の減少又は除去を通常はコ
ーテイングのデポジシヨンの終期に行なう。バイ
アス電圧を漸減させるか又は比較的低いバイアス
電圧を用いると、比較的滑らかな表面が形成され
易い。このような表面は一般に減摩性が大きい。
このことは多くの場合に望ましい。 基板を比較的低温（一般には例えば約200℃以
下）に維持してスパツタリングを実施するので、
基板材料の特性の有意変化を生じること無くコー
テイングを形成することができ、しかも、耐損耗
性が向上しすぐれた減摩性を有する表面が得られ
る。従つて、本発明のコーテイングによつて特に
有効にコートされる材料としては、工具鋼、アル
ミニウム、シンチユウ、クロム、ニツケル、タン
グステンカーバイド、焼結カーバイド、黒鉛、ガ
ラス、天然及び合成ポリマーがあり、また、例え
ば高温度で好ましくない影響を受けるような別の
材料基板がある。本発明の処理温度ではこれらの
材料の特性が劣化しない。基板を低温に維持して
行なわれるスパツタリングでは更に、無秩序状態
のコーテイングを形成し得る。本発明はまた、基
板組成に関わり無く、高精度で寸法決めされた基
板をコートするのに適している。 スパツタリングによつて無秩序コーテイングを
形成する際、このような無秩序コーテイングが形
成され易いように、一般には基板表面温度を約
200℃未満、通常は約100℃又はそれ以下に維持し
てスパツタリングを実施する。従つて、本発明の
コーテイングは比較的低温で形成され得る。ター
ゲツトの蒸発、融解又はそれ以外の好ましくない
劣化を阻止するために通常はターゲツトも冷却さ
れる。その結果、例えば工具表面に、寸法、硬度
及び曲げ破断強さの如き工具の物性を有意に変化
させないでコーテイングが設けられる。一般に
は、無秩序コーテイングの形成を阻害するような
基板温度、ターゲツト組成、デポジシヨン速度、
ガス圧は使用すべきでない。 装飾用の場合、コーテイングの膜厚を変化させ
ることができ、必要な最小膜厚は存在しない。し
かし乍ら約2000Å乃至約5000Å（10000Å＝１μ
ｍ）の範囲の膜厚が好ましい。膜厚がより薄いと
コーテイングがより透明になりコーテイングの灰
色度が小さくなる。5000Åより厚いコーテイング
の使用も可能であるが、装飾用ではコストが制約
要因になるであろう。コーテイングが実質的に不
透明になるだけの十分な膜厚を有するのが好まし
い。 耐損耗性については通常は、膜厚約１乃至約８
μｍのコーテイングを形成するのが好ましい。工
具用の好ましい膜厚は通常、約2.5μｍである。
高い許容差が必要な用途では特に約８μｍを上回
る膜厚のコーテイングは好ましくない。基板表面
の幾何学形が比較的簡単であるか複雑であるかに
従つて、前記の如きガイドラインに従つてスパツ
タリング法を選択する。 本文中に記載のコーテイング及び方法は、工具
がこのコーテイングを備えるか備えないかに関わ
り無く工具に対して使用することができる。例え
ば、本発明によるコーテイングを１つ以上有する
工具が、使用されて摩耗するか又は所望の許容範
囲を超えたときに、本発明による同種コーテイン
グ又は別種のコーテイングを工具に形成して工具
寿命を延長することも可能である。また、本発明
のコーテイングを以前には備えてなかつた工具に
コーテイングを形成することも可能である。この
ようにして、普通なら廃棄される筈の工具が再生
される。 第１図乃至第３図を参照すれば、本発明に従つ
てコーテイングされ得る数個の製品が図示されて
いる。これらは単なる例として図示されており、
コーテイングは勿論如何なるタイプの鋳造ないし
成型工具にも適用することもできる。 とくに第１図を参照すれば、たとえばブロープ
レス機に取付けられる鋳型セツトの断面図であ
る。この鋳型セツトは、パリソンすなわちブラン
ク用鋳型１０、通気弁１２、仕上鋳型１４、リン
グ部材１６およびプランジヤ１８を含む。同じセ
ツトの透視図を第３図に示し、同種の部品には同
じ符号を付してある。パリソン鋳型４４の壁部２
０は円筒形で、パリソン鋳型１０の加工面２２は
本発明の無秩序ホウ素炭素コーテイングで被覆し
てある。好ましくは、パリソン鋳型１０、仕上鋳
型１４、リング部材１６およびプランジヤ１８の
加工面全体は、本発明の無秩序ホウ素炭素コーテ
イングで被覆されている。ふつう、コーテイング
が鋳型に使用される場合、コーテイングの厚さは
およそ0.08ミクロン乃至およそ５ミクロンの範囲
に含まれる。とくにおよそ2.5ミクロンが好まし
い厚さである。第１図〜第３図に示す標準形鋳型
セツトは鋳鉄でつくられ得る。本発明の無秩序ホ
ウ素炭素コーテイングはこの種の材料にとくに適
しており、粘着性または下塗りは必要としない。
しかし、このコーテイングは勿論如何なる材料に
対しても使用し得ることを理解されたい。 ブロープレス工程では、仕上鋳型１４はパリソ
ン鋳型１０の頂部に配置されている。その後、鋳
造可能な材料塊がパリソン鋳型１０内に落とし込
まれ、リング部材１６付きのプランジヤ１８は上
から（図示せず）パリソン鋳型１０内に誘導され
る。パリソンは形成後にパリソン鋳型１０から取
除かれ、第２図に示す吸込鋳型２４内に配置され
る。次に圧縮空気がパリソン内に誘導され、パリ
ソンはブロー鋳型２４の内側に形成された形状に
変形される。吹込鋳型２４の加工面２６は本発明
の無秩序ホウ素炭素コーテイングをもつ。吹込鋳
型２４はさらに底部２８を含む。吹込鋳型２４の
底部の内部を形成する底部２８の頂部にも、廃棄
されることになるが、本発明のホウ素炭素コーテ
イングをほどこすことができる。 第１図〜第３図に示す鋳型セツトは本明細書に
記載の任意の適当な技術によつて加工面を被覆す
ることができる。加工面の形状によつて特定の鋳
造セクシヨンを設定し、鋳型の組立に先立つて加
工面をコーテイングするのが有利である。これに
よつてコーテイングが容易化され、とくに第２図
に示すように、鋳型がせまい入口と比較的広い中
空部をもつ場合には有利である。 鋳型セツト及びこれに類する装置へのこの種の
コーテイングの使用は、たとえばガラス成形や金
属及び重合体を含むその他の材料の鋳造にとくに
適しており、作業中の温度がコーテイングの結晶
化温度より低い場合はとくに有利である。普通
は、ガラス成形の場合、温度はおよそ1000℃未満
である。通常は、本発明の炭化ホウ素コーテイン
グのKHN9（50グラム）硬さは、事実上微結晶質
材料を含むアモルフアス質である50ミクロン厚さ
のコーテイング（炭化ホウ素）上で測定して、お
よそ４，700Kg／mm²である。無秩序コーテイング
は通常は比較的薄いから、普通に使用される厚さ
の直接的な測定は実用的でない。より薄めのコー
テイングのほうがほぼ同じ硬さをもつことが期待
できる。しかし、本発明のコーテイングは比較的
硬いことに加えて、通常は優れた潤滑性も示す。
その結果、本発明の工具は寿命が延長され、また
この種の工具を使用することによつて加工部分の
仕上面を向上させることができる。 本発明及びその利点は、以下の実施例からより
完全に理解されよう。 実施例 １ 純度99％の結晶質B₄C粉末をホツトプレスして
形成したターゲツトを用いdcマグネトロンスパ
ツタリングによつて本発明の無秩序コーテイング
を形成した。ターゲツトを支持板にシルバーエポ
キシ結合し、先ずdc300Wを６時間与えてデポジ
シヨンを開始し、次にrf500Wを２時間与え、次
に30分を要して最終的にdc1050Wに到達せしめ、
この電圧を更に30分維持してプレクリーン処理し
た。膜厚約50μｍの炭素ホウ素コーテイングが形
成された。Ｘ線回折データによれば、コーテイン
グは実質的にアモルフアスで或る程度の微晶質材
料を含んでいた。 示差熱分析によれば、無秩序炭化ホウ素コーテ
イングの結晶化温度は約1280℃であつた。 実施例 ２ 99％純度の結晶質B₄C粉末をホツトプレスして
形成したターゲツトを用い、dcマグネトロンス
パツタリングによつて本発明のアモルフアスホウ
素炭素コーテイングを形成した。M2高速鋼一本
旋盤バイトとM7高速鋼ドリルとにコーテイング
を形成した。先ず原子的に清浄な表面を与えるた
めに、工具をdcエツチし、次にアモルフアスホ
ウ素炭素コーテイングを形成した。最初に６μア
ルゴンのガス圧と500Vのdcバイアス電圧とを用
いたdcマグネトロンスパツタリングによつて膜
厚の約40％までコーテイングを形成し、次に
250Vのdcバイアス電圧での残りのコーテイング
をデポジツトした。各工具毎のコーテイングの総
膜厚は約3.2μｍであつた。Ｘ線回折テストによ
れば、コーテイングはアモルフアスであつた。 コーテイングを設けた工具と設けなかつた工具
との寿命を比較するために旋盤バイトとドリルと
をテストした。旋盤バイトを冷間圧延した1040鋼
の削り作業に用いた。ドリルをブリネル硬度数２
１９乃至２３９の粗鋳鉄板の孔明テストに用い
た。切削テスト及び孔明テストのいずれでも潤滑
剤を使用しなかつた。 旋盤バイトは、送り速度0.008インチ（約0.02
cm）／回転で速度170フイート（約51ｍ）／分で
使用した。削りの深さは0.050インチ（約0.125
cm）であつた。アモルフアスホウ素炭素コーテイ
ングを備えた旋盤バイトの耐用寿命は、同条件下
で使用されたコーテイングをもたない同種旋盤バ
イトの寿命の４倍であつた。 孔明テストでは、ドリルの先端とシヨルダとを
完全に侵入させて厚み1/2インチ（約1.25cm）の
粗鋳鉄板に貫通孔を設けた。送り速度は0.0083イ
ンチ（約0.021cm）／回転であつた。突発故障が
生じるまでの開孔数を工具寿命の基準とした。孔
明テストで以下の結果が得られた。

【表】 前記結果より、本発明のコーテイングを有する
工具を使用するとコーテイングをもたない工具に
比べて、かなりの改良が得られることが明らかで
ある。 実施例 ３ ステンレススチール板に本発明のアモルフアス
ホウ素炭素コーテイングを設けた。実施例２の手
順でステンレススチール板にコーテイングを形成
した。コーテイングの膜厚は約3.2μｍであつ
た。 コーテイングを設けたステンレススチール板を
相対湿度約88％及び温度約33℃の大気に曝した。
大気との接触を56日間以上続けても、コーテイン
グの明らかな剥離、劣化又は結合性の低下は生じ
なかつた。 実施例 ４ ステンレススチール板を実施例３と同様にコー
トした。コートしたステンレススチール板に切削
流体の環流蒸気を作用させた。蒸気の温度を約
100℃に維持し、蒸気との接触を８時間維持し
た。切削流体は、細菌増殖を制御するために使用
されるイオウ及び塩素系の添加剤を含んでいた。
テスト後のコーテイングに肉眼で見える変化は生
じなかつた。 実施例 ５ 本発明に従いdcマグネトロンスパツタリング
によつてクロム水栓にホウ素炭素コーテイングを
形成した。コーテイングは膜厚約10000Åであり
光沢のある美しい灰色を有していた。スチールウ
ールでこすつてもコーテイングに肉眼で見える掻
き傷は生じなかつた。 スパツタリングの使用とターゲツト組成の適切
な選択とによつて所望の割合のホウ素炭素の無秩
序コーテイングを形成し得る。また、互いに異な
る元素又は組成から成る多数ターゲツトを使用す
ることも可能である。前記実施例では無秩序コー
テイング材料を生じさせるためにスパツタリング
法を用いたが、本発明はスパツタリングに限定は
されない。所望の程度の無秩序（アモルフアス、
多晶質、微晶質又はこれらの任意の組合せ）を有
するコーテイングを形成するような任意の方法を
使用し得る。（アモルフアス”なる用語は、長距
離無秩序を有する材料を意味するが、材料が短距
離又は中距離無秩序を有していてもよく、また時
には結晶質介在物が或る程度混在してもよい。 本発明のコーテイングは、工具の耐損耗性の向
上のため又は装飾のために用途に限定はされな
い。非限定例として例えば、軸受、エンジン部
品、取付部品の如き摩耗し易い表面及び摩擦又は
摩耗が生じるような別のデバイスに本発明を使用
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋳造工具セツトの断面図、第
２図は本発明の吹込み鋳造工具の断面図、および
第３図は第１図の鋳造工具セツトの透視図であ
る。 １０……ブランク鋳型、１２……通気弁、１４
……仕上鋳型、１６……リング、１８……プラン
ジヤ、２０……壁部、２２……加工面、２４……
吹込鋳型、２６……面、２８……底部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被成形材料から所定形状の被成形物品を形成
   するための、被成形材料と直接接触する成型用表
   面を有する鋳型であつて、前記成形用表面の少な
   くとも１部がコーテイングされており、該コーテ
   イングが無秩序なホウ素炭素より成る鋳型。 ２ 前記コーテイングがスパツタリングによつて
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の鋳型。 ３ 前記コーテイングがdcマグネトロンスパツ
   タリングによつて形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の鋳型。 ４ 前記コーテイングの少なくとも一部がバイア
   ススパツタリングによつて形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のい
   ずれか１つの項に記載の鋳型。 ５ 前記無秩序なホウ素炭素材料がアモルフアス
   相、微結晶相及び多結晶相から成るグループから
   選択された少なくとも１種類の相を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいず
   れか１つの項に記載の鋳型。 ６ 前記ホウ素炭素が実質的にアモルフアス相で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第５項のいずれか１つの項に記載の鋳型。 ７ 前記コーテイングの組成がＢ_xＣ_1-x（但しＢ
   はホウ素、Ｃは炭素、ｘは0.60から0.90の範囲内
   にある）であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第６項のいずれか１つの項に記載の鋳
   型。 ８ 前記コーテイングの厚さが0.080ミクロンか
   ら5.0ミクロンの範囲内であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１つ
   の項に記載の鋳型。