JPS6270571A - スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法 - Google Patents

スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法

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JPS6270571A
JPS6270571A JP15493286A JP15493286A JPS6270571A JP S6270571 A JPS6270571 A JP S6270571A JP 15493286 A JP15493286 A JP 15493286A JP 15493286 A JP15493286 A JP 15493286A JP S6270571 A JPS6270571 A JP S6270571A
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JP
Japan
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substrate
coating
cathode
ion plating
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP15493286A
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English (en)
Inventor
ジョセフ ポール コード
ディヴィッド スタッフォード リッカービー
フィリップ ワーリングトン
ジェイムズ エドワード レストール
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UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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Publication of JPS6270571A publication Critical patent/JPS6270571A/ja
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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 本発明は、スパッタイオンメッキにより基板を被覆する
方法に係る。
従来の技術 スパッタイオンメッキは、公知の被覆技術であり、適度
な真空のチャンバ内において直流グロー放電の存在中で
カソードがら基板へ材料を移送するようにして行なわれ
る。材料は、イオン衝撃、即ちスパッタリングによって
カソードから放出されて最終的に基板へと拡散し、その
上に被覆を形成する。このスパッタイオンメッキは、多
数の公知文献、例えば、1977年、CEP Con5
ultants。
Edinburgh 177のR,A、Dugdale
による「イオンメッキ及び同様の技術(Ion Pla
tingand Al1ied Teahniques
) Jに関するProc、 conf、 ;  J、 
P、 Coad及びJ、 E、 Re5tallによる
「メタルズテクノロジ(Metals Technol
ogy)J 1982年第9巻499頁に掲載された文
献及びAcquafredda di Maratea
Italy 1984年4月、 J、 P、 Coad
及びり、 S。
Rickerbyによる「ヒートエンジンのための被覆
(Coatings for Heat Engins
)Jに関するNATOアドバンストワークショップ(A
dvanced Workshop)に詳細に説明され
ている。
発明が解決しようとする問題点 スパッタイオンメッキを実施する場合、被覆される基板
に負のバイアス電圧を印加し、付着した材料を再スパツ
タリングしてイオンで光沢仕上処理することによって被
覆の密度を高めるのが便利である。然し乍ら、このよう
に負のバイアス電圧を印加すると、色々な問題が生じる
。例えば、被覆材料にアルミニウム(これは、スパッタ
イオンメッキ技術を用いて制御するのが困難である)が
含まれる場合や、バイアス電界が集中するエツジのよう
な部分が基板にある場合には、これらの部分に形成され
た被覆中のアルミニウム密度が著しく減少される。
問題点を解決するための手段 本発明は、特定の場合における上記の問題の改善に関す
るものであると共に、優れた耐腐食性を有する被覆の形
成に関するものである。本発明は、ニッケル、コバルト
及び鉄より成る群から選択した単一の金属又は金属の組
み合わせをMとすれば、スパッタイオンメッキによって
基板上にMCrAlSiより成る合金被覆を形成する方
法であって、適度な真空状態のもとで、基板と、その合
金被覆材料より成るカソードとの存在中において直流グ
ロー放電を形成し、イオン衝撃によってカソードから上
記材料を放出させ、この放出した材料を基板へ拡散して
基板上に被覆を形成し、上記被覆の形成中に、基板に交
流のバイアス電位を印加して、被覆の特性を制御するよ
うにしたことを特徴とする方法を提供する。
M Cr A I S iとは、上記した元素Cr、A
l、Si及びMで本質的に構成された合金を意味する。
又、この合金は、その他の成分及び/又は偶発的な不純
物の僅かな添加物も含む。被覆合金の組成は、Cr (
20−40%)、Al(6−12%)、Si (0,5
−12%)及びその他がMであるのが好ましい。但し、
このパーセンテージ(及び本明細書の他の部分に記載さ
れたパーセンテージ)は、重量によるものである。被覆
合金の特に好ましい組成は、Cr (30−40%)、
Al (6−12%)、Si (0,5−10%)及び
残りがMである。その特定の例は、35Cr、8Al.
8Si、残りNiの合金である。
上記バイアス電位の波形は、被覆形成を行なう時間中に
基板に負の電圧を印加できる形状のものである0例えば
、正弦波や、方形波や、その他の便利な波形でよい。又
、このバイアス電位は。
一定の周波数である必要もないし、正の振幅と負の振幅
とのバランスをとる必要もない。交流バイアスを使用す
る場合には、最大電圧(アルミニウムを最も容易にスパ
ッタリングさせる)が短時間だけ印加されるという利点
がある。例えば、240ボルトの交流電源が適当であり
、適当な入力位相を選択することにより、主スパッタリ
ング電力を供給する電源に合致するように交流バイアス
の位相を変えることができる。
本発明は、スパッタリングのためのスレッシュホールド
エネルギが低い元素を含む被覆の形成に適している。こ
のような元素は、例えば、上記したアルミニウムである
基板材料としては1例えば、スチール(例えば、軟、炭
素又はステンレス)のような金属や、Alや、Alをベ
ースとする合金や、Ta、Cu、Mo及びNiや、Ni
をベースとする合金や、シリカ及びアルミナのようなセ
ラミック等が含まれる。又、本発明は、比較的鋭いエツ
ジを有する物体の被覆に特に有用である。というのは、
このようなエツジにおける被覆材料の損失が回避される
からである。このような物体としては、例えば、ガスタ
ービンエンジンにおけるエアロフォイル部品が挙げられ
る。このような用途に対して特に重要なことは、本発明
のMCrAlSi被覆が優れた耐腐食性を有しているこ
とである。
M Cr A I S i合金の組成は、本発明の方法
によって基板上に満足に被覆できる広い範囲内で変える
ことができる。
実施例 以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明
する。
添付図面を参照すると、アースされた円筒状の被覆チャ
ンバ1には、冷却ジャケット3を有する抵抗ヒータ2が
外部に取付けられている。この被覆チャンバ1は、ガス
入口4及びそれに関連したバッフル5と、ガス出口6及
びそれに関連したバッフル7とを有している。入口4は
、導入コンジット9が設けられたゲッタチャンバ8に通
じており、出口6は、ボンピングポート11が設けられ
たポンピングチャンバ10に通じている。
基板12は、被覆チャンバ1内に取付けられ、導体13
によってバイアス電源(図示せず)に電気的に接続され
ている。導体13は、ポンピングチャンバ10の壁に配
置された絶縁体14及び15に取付けられる。一連のタ
ーゲットプレート(そのうちの2つのプレート16及び
17のみが示されている)の形態のカソードも被覆チャ
ンバ1内に取付けられて示されている。このカソード(
例えば、16及び17)は、導体18によってカソード
塩R(図示せず)に電気的に接続され、導体18は、ポ
ンピングチャンバ10の壁に配置された絶縁体19.2
0及び21に取付けられる。
第1図に示した装置の動作中には1作用ガスが導入コン
ジット9に供給され、ボンピングポート11に設けられ
たポンプ(図示せず)を作動することにより、矢印aで
示されたようにゲッタチャンバ8へ導入され、ここから
入口4を経て被覆チャンバ1へ送り込まれる。被覆チャ
ンバ1は。
基板12及びカソード(例えば、16.17)からガス
を放出すると共に有機材料を蒸発させるためにヒータ2
によって加熱される。これらの不所望なガスや蒸気は、
出口6.を経て被覆チャンバ1から送り出されてポンピ
ングチャンバ10に入り、矢印すで示されたようにボン
ピングポート11がら放出される。カソード電源(図示
せず)によりターゲットプレート(例えば、16及び1
7)へ高い負の電圧が印加されて、グロー放電を発生し
、カソードからカソード材料が正味移送されて基板12
にスパッタリングされ、被覆を形成する。この段階では
、外部の加熱が必要とされない。というのは、作用温度
を維持するに充分な出力がプロセス自体によって発生さ
れるからである。被覆された基板12にはバイアス手段
を用いて交流バイアスが印加され、付着した材料の再ス
パツタリング及びイオンによる光沢処理によって被覆の
密度が高められる。
h雷 二尤!μしL肌 添付図面に示した装置を使用した。被覆チャンバ1は、
新たに付着したチタンの上を通すことによって純化した
高純度のアルゴン雰囲気を流して10−100 mto
rrの圧力に減圧した。被覆チャンバ1は、基体12並
びにカソード例えば16及び17のガス抜きをすると共
に有機材料を蒸発させるために約300T:の温度に加
熱した。次いで、高い負の電圧(典型的に、400Vな
いし1500V)をカソード例えば16及び17に印加
してグロー放電を発生し、カソードがら基体12に材料
を正味移送させ、被覆を行なった。240Vの交流電源
からの交流バイアス(実効値で10ないし100V)を
被覆された基体に印加し、被覆の密度を高めた。
五定叫■ 上記の手順を使用し、耐高温酸化特性及び耐腐食特性を
与えるように鋭いエツジを有する基板をニッケル、クロ
ム、アルミラム及びシリコンをベースとする合金(Ni
CrAlSi合金)で被覆した。カソードは、NiCr
AlSi合金であった。被覆は、均一に付着し、基板の
エツジにおいても一貫した組成であることが分かった。
特に、基板サンプルは、鋭い半径状エツジを有するター
ビンブレードの形態であり、これらのサンプルに印加し
た交流バイアスは、50Vであった。被覆されたサンプ
ルのアルミニウム密度をエツジにおいて測定し、アルム
ニウムが著しく除去されていないことが分かった。
被覆したタービンブレードを海中ガスタービンエンジン
において著しい腐食条件のもとて数百時間テストした。
このテストの結果、被覆は、一般に利用されているPt
−Al被覆や、成る種の適当な電子ビーム蒸着されたC
 o Cr A I Y被覆よりも相当に優れた性能を
有していることが分かった・
【図面の簡単な説明】
添付図面は、スパッタイオンメッキによって被覆を行な
うための装置を示す図である。 1・・・被覆チャンバ  2・・・ヒータ3・・・冷却
ジャケット 4・・・入口5.7・・・バッフル  6
・・・出口8・・・ゲッタチャンバ 9・・・導入コンジット 10・・・ボンピングチャンバ 11・・・ボンピングボート 12・・・基板 16.17・・・カソード

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)適度な真空状態のもとで、基板と、その被覆材料
    より成るカソードとの存在中においてグロー放電を形成
    し、イオン衝撃によってカソードから上記材料を放出さ
    せ、この放出した材料を基板へ拡散して基板上に被覆を
    形成することより成るスパッタイオンメッキにより基板
    上に被覆を形成する方法において、上記被覆は、ニッケ
    ル、コバルト及び鉄より成る群から選択した単一の金属
    又は金属の組み合わせをMとすれば、MCrAlSi合
    金を含むものであり、更に、上記被覆の形成中に、基板
    に交流のバイアス電位を印加して、被覆の特性を制御す
    るようにしたことを特徴とする方法。
  2. (2)上記基板は、金属の基板である特許請求の範囲第
    1項に記載の方法。
  3. (3)上記基板は、ガスタービンエンジン用のエアロフ
    ォイル部品である特許請求の範囲の前記各項いずれかに
    記載の方法。
  4. (4)上記MCrAlSi合金は、その重量で、Crを
    20−40%、Alを6−12%、Siを0.5−12
    %そして残りがMという組成を有するものである特許請
    求の範囲の前記各項いずれかに記載の方法。
  5. (5)上記合金は、その重量で、Crを30−40%、
    Alを6−12%、Siを0.5−10%そして残りが
    Mという組成を有するものである特許請求の範囲第4項
    に記載の方法。
JP15493286A 1985-07-01 1986-07-01 スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法 Pending JPS6270571A (ja)

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GB858516580A GB8516580D0 (en) 1985-07-01 1985-07-01 Coating improvements
GB8516580 1985-07-01
GB8526947 1985-11-01

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JPS6270571A true JPS6270571A (ja) 1987-04-01

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GB (3) GB8516580D0 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02503576A (ja) * 1987-05-18 1990-10-25 イギリス国 被覆した近αチタン品物
JPH02504289A (ja) * 1987-05-18 1990-12-06 イギリス国 被覆した近αチタン品物

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54109082A (en) * 1977-12-08 1979-08-27 United Technologies Corp Improvement for vacuum evaporation or the like
JPS59167017A (ja) * 1983-03-11 1984-09-20 Fujitsu Ltd アルミニウムあるいはアルミニウム合金のスパツタ方法

Patent Citations (2)

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JPH02504289A (ja) * 1987-05-18 1990-12-06 イギリス国 被覆した近αチタン品物

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Publication number Publication date
JPS6270570A (ja) 1987-04-01
GB8526948D0 (en) 1985-12-04
GB8526947D0 (en) 1985-12-04
GB8516580D0 (en) 1985-08-07

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