JPS63105960A - 密着性に優れたイオンプレ−テイング被膜をそなえる金属ストリツプの製造方法およびイオンプレ−テイング装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、密着性に優れたイオンプレーティング被膜
をそなえる金属ストリップの製造方法およびその実施に
用いて好適なイオンプレーティング装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 近年、低炭素鋼板やステンレス鋼板、けい素鋼板などに
おいては、主に表面特性の改良を目的として、その表面
にイオンプレーティングによってセラミック被膜をコー
ティングすることが急速に普及している。

たとえば低炭素鋼板では、耐食性、装飾性の改善のため
にＴｉＮ　、　Ｔｉｃなどの表面コーティングが、また
ステンレス鋼板では、装飾性、耐摩耗性の改善のために
ＴｉＮ　、　Ｔｉｃ　、　Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）ないしＣｒＮ
などの表面コーティングが行われている。

さらにけい素鋼板においては、その表面にセラミック被
膜を被成すると、両者の熱膨張差に起因して鋼板には張
力が付与され、ひいては磁気特性とくに鉄損特性が効果
的に改善されることから、その表面にイオンプレーティ
ングによってＴｉＮ　。

ＴｉＣないしＴｉ（Ｃ，Ｎ）などのセラミック被膜のコ
ーティングが行われている。

しかしながらこれらのセラミックは、被処理材である鋼
板に比べると熱膨張係数がはるかに小さいため、鋼板と
の密着性の確保が重要な課題として指摘されている。

このためこれまでも超音波またはフレオンガスなどによ
る鋼板の前処理手法の検討や、ボンバードメント処理の
検討あるいはイオンプレーティングの際のガス圧および
バイアス電圧などの検討を行って、セラミック被膜と基
地鋼板との密着性を改善することにつき、種々の試みが
なされている（たとえば特開昭６０−９６７５４号公報
参照）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、現在までのところ、根本的に密着性の向
上を達成したイオンプレーティング法はまだ開発されて
いない。

そこで発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を
重ねたところ、金属ストリップに対してイオンプレーテ
ィングによりセラミック被膜を被成するに際し、かかる
イオンプレーティング処理を多段階に分け、各段階にお
ける処理条件とくに印加電圧を制御することにより、極
めて効果的に被膜密着性の改善を図り得ることの知見を
得た。

この発明は、上記の知見を立脚するもので、密着性に優
れたイオンプレーティング被膜をそなえる金属ストリッ
プの有利な製造方法を、その実施に直接用いて好適なイ
オンプレーティング装置と共に提案することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） すなわちこの発明は、表面清浄化処理を経た金属ストリ
ップの表面に、イオンプレーティングによりセラミック
被膜を被成することによって表面被膜付き金属ストリッ
プを製造するに当り、該イオンプレーティング処理を多
段階に分けて行うものとし、最初の段階では金属ストリ
ップに対し高電圧を印加して該ストリップに対する。密
着性に富む強固な被膜を形成する一方、後段にいくほど
印加電圧を徐々に低下させて大量のコーティングを施す
ことから成る、密着性に優れたイオンプレーティング被
膜をそなえる金属ストリップの製造方法である。

またこの発明は金属ストリップの表面に連続してイオン
プレーティングを施す装置であって、複数個のイオンプ
レーティング用の高真空処理室をそなえ、該高真空処理
室にはそれぞれ、金属ストリップの表裏面それぞれに対
応する２組の蒸発源およびイオン化電極を有し、さらに
最前段の高真空処理室の入側および最後段の高真空処理
室の出側にはそれぞれ、該処理室に向けて漸次に高真空
度に調圧した真空室列をそなえることを特徴とする金属
ストリップのイオンプレーティング装置である。

以下、この発明について、具体的に説明する。

第１図に、この発明に従うイオンプレーティング装置の
一例を模式で示す、この例はイオンプレーティング用の
高真空処理室として前段および後段の２つの室をそなえ
る場合で、図中番号１ａが前段のイオンプレーティング
用の高真空処理室、ｌｂが後段の高真空処理室であり、
各高真空処理室１ａ　。

１ｂはそれぞれ、真空ポンプ２ａ　、　２ｂによって１
０４〜１０−　’　ｔｏｒｒの真空度に真空排気される
一方、導管３ａ　、　３ｂを介して微量の不活性ガスが
導入されるしくみになっている。

また前段の高真空処理室１ａの入側および後段の高真空
処理室１ｂの出側にはそれぞれ、この例で３個の真空室
４ａ　、　４ｂ　、　４ｃおよび５ａ　、　５ｂ　、　
５ｃからなる真空室列４および５を配置し、それぞれ内
部に向かうに従って真空度が次第に高まるしくみとされ
る。なお６ａ　、　６ｂ　、　６ｃはそれぞれ前段真空
室４ａ　＋　４ｂ　＋　４ｃの真空ポンプ、また７ａ　
、　７ｂ　、　７ｃはそれぞれ後段真空室５ａ　、　５
ｂ　、　５ｃの真空ポンプ、そして８はいずれもガイド
ローラーである。

さてアンコイラ−９で巻戻された金属ストリップＳは真
空室列４を介して、前段の高真空処理室１８ついで後段
の高真空処理室１ｂに導かれ、かかる高真空室１ａおよ
び１ｂを通過する間にイオンプレーティング処理が施さ
れ、しかるのち真空室列５を経てから巻取り機１０によ
って巻取られるわけである。

各高真空処理室１ａ　、　ｌｂにはそれぞれ、イオンプ
レーティング用装置として、金属ストリップＳの表裏面
それぞれに対応して、ホローカソードガン（ＨＣＤガン
）ｌｌａ　、　１２ａ　、　ｌｌｂ　、　１２ｂと、蒸
発源１３ａ　、　１４ａ　、　１３ｂ　、　１４ｂおよ
びイオン化電極１５ａ。

１５ｂが配置されている。なお１６ａ　、　１７ａ　、
　１６ｂ　。

１７ｂはそれぞれ蒸発物質である。

ここにかかる高真空処理室において、高印加電圧の下に
イオンプレーティング処理を行う場合には、高電圧用イ
オン化電極としてはグリッド方式が、また蒸発源として
は第２図に記号■で示した円形のハースが有利に適合す
るが、＠で示した長方形のるつぼを用いてもよい。

他方、低印加電圧の下に大量のコーティングを施す場合
には、蒸発源としては同図に＠で示したような長方形の
るつぼが有利に適合する。

従って第１図に示したイオンプレーティング装置を用い
て、前段の高真空処理室１ａで高印加電圧の下でイオン
プレーティング処理を、一方後段の高真空処理室１ｂで
低電圧の下でのイオンプレーティング処理を行う場合に
は、前段高真空処理室１ａにおけるイオン化電極として
グリッド方式を、また蒸発源１３ａ　、　１４ａとして
円形ハース■を用い、他方後段高真空処理室１ｂにおけ
る蒸発源１３ｂ　、　１４ｂとしては長方形るつぼ■を
用いればよいわけである。

次にこの発明法を由来するに至った実験結果について説
明する。

Ｃ：０．０４５　ｗｔχ（以下単に％で示す）、　Ｓｉ
：３．４２％Ｍｎ：０．０７１％、　Ｓｅ：０．０２０
％、　Ｓｂ：０．０２５％およびＭＯ＝０．０２３％を
含有する組成になるけい素鋼スラブを、１３５０℃で４
時間加熱後、熱間圧延して２．４１１厚さの熱延板とし
た。ついで９５０℃の中間焼鈍を挟み２回の冷間圧延を
施して０．２３ｍ厚の最終冷延板とした。その後８２０
℃の湿水素中で脱炭を兼ねる１次再結晶焼鈍を施した後
、鋼板表面上にＡ　１　ｔａ３（７０％）、　Ｍｇ０（
２５％）、Ｚｒ０ｔ（５％）を主成分とする焼鈍分離剤
を塗布してから８５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍つ
いで乾水素雰囲気中で１２００℃、１０時間の純化焼鈍
を施した。

その後鋼板表面上の酸化物を除去したのち、化学研磨に
より鋼板表面を中心線平均粗さＲａで０．１μｍの鏡面
状態に仕上げた。

その後イオンプレーティング装置（ＨＣＤ法）を使用し
て、試料にｌ　ｋｇ／　ｍ”の荷重をかけると同時に４
００℃の試料加熱を行ないつつ、ＴｉＮ被膜を形成（約
１．０μｌ厚）させた。このＴｉＮ被膜の形成に際し、
鋼板への印加電圧を下記■〜■のとおり種々変えて実験
を行なった。

■ＴｉＮのイオンプレーティング処理全期間にわたって
１２０ｖの一定印加電圧を加える。

■ＴｉＮのイオンプレーティングの初期に１５０Ｖ　（
約０．１　μｍ厚）の印加電圧を加え、その後３０Ｖに
印加電圧を低下させる。

■ＴｔＮのイオンプレーティングの初期に１５０Ｖ　（
約０．１　μｍ厚）の印加電圧を加え、その後１００ｖ
（次の０．１　ｐｍ厚）、　７０Ｖ　（次の０．１　ｐ
ｍ厚）、５０Ｖ　（次の０．１　μｍ厚）＋　３０Ｖ　
（次の０．１　μｍ厚）。

２０Ｖ　（次の０．５μｍ厚）と徐々に印加電圧を低下
させる。

上記の各処理を施して得た製品板の磁気特性および密着
性について調べた結果を表１に示す。

表１ ＊３０ｆｉおよび２０ｍφの１８０　　°曲げを行なっ
たときの曲げ密着性 表１に示した成績から明らかなように、■の条件に従い
ＴｉＮのイオンプレーティング処理全期間にわたって１
２０ｖの一定印加電圧を加えたときの磁気特性は、ＢＩ
Ｏが１．９２Ｔ　、鉄損１．／、。が０．７４Ｗ／ｋｇ
程度であり、また被膜密着性も２０１ｆｌφではく離が
生じ良好とはいい難かった。

これに対して■および■のように、イオンプレーティン
グ処理を２段階または多段階に分割し、最初の段階は印
加電圧を高く、その後は低くするかあるいは徐々に低下
させたときの磁気特性は、ＢＩｏが１．９３Ｔ　、鉄損
１．／、。が０．７０〜０．６８Ｗ／ｋｇと極めて良好
であっただけでなく、密着性にも優れていた。

（作　用） この発明に従い、イオンプレーティング処理を多段階に
分け、最初の段階では高いバイアス電圧の下でコーティ
ングすることによって基地鋼板に対し強固に密着した被
膜が被成され、その後はバイアス電圧を徐々に低くして
被成量のコントロールを容易にして、大量のコーティン
グを施すことにより、さほどの長時間を要することなし
に密着性にすぐれた表面セラミック被膜が得られるわけ
である。

なおこの発明において最初の段階でのイオンプレーティ
ング処理における高電圧用イオン化電極の好適な印加電
圧は５０〜３００ｖ、一方後段の低電圧用イオン化電極
のそれは５〜１００Ｖと、後段における印加電圧は最初
の段階の１７２〜ｌ／１０程度とするのが好ましい。

また最初の段階におけるイオンプレーティング膜厚は、
全膜厚の３０％以下程度とするのが好適である。

さらにこの発明に従うイオンプレーティング法は金属ス
トリップのみならず、切板にも適用できるのはいうまで
もない。

（実施例） 実施例Ｉ Ｃ：　０．０４３％、Ｍｎ　：　０．３５％、Ｐ　：　
０．０１３％およびＳ　：　０．００８％を含有する組
成になる低炭素冷延鋼板につき、その表面を電解研磨に
よって中心線平均粗さＲａで０．０５μｍの鏡面状態に
仕上げたのち、前掲第１図にしたような高真空処理室を
２室そなえるイオンプレーティング装置を用いて、次の
条件下に１．５μｍ厚のＴｉＮをコーティングした。

・前段高真空処理室 ＨＣＤＣＤガンノミ４０Ｖ、電流：５００Ａ　、他方バ
イアス電圧：１５０Ｖで約０．４　μ積厚のコーティン
グ。

・後段高真空処理室 ＨＣＤＣＤガンノミア０Ｖ、電流：１０００Ａ、他方バ
イアス電圧：３０ｖで約１．１　μｍ厚のコーティング
。

かくして得られた製品板の被膜密着性は、１５＋ｗφで
１８０＠曲げを行っても全くはく離が生じないほど極め
て良く、また得られた被膜も均一で黄金色に美麗に輝い
ていた。

また比較のため従来装置を用いて、バイアス電圧ヲ１５
０Ｖの一定とする条件下にイオンプレーティング処理を
施して得た製品板では、２０鶴φの１８０　　。

曲げではく離を生じ、良好な被膜密着性は得られなかっ
た。

去土五ｌ Ｃ：　０．０４６％、Ｓｔ　：　３．４４％、Ｍｎ　：
　０．０６９％、Ｍｏ　：　０．０２０％、Ｓｅ　：　
０．０２０％およびＳｂ　：　０．０２５％を含有する
組成になる熱延板を、９００℃で３分間の均一化焼鈍後
、９５０℃の中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を行っ
て０．２３ｍ厚の最終冷延板とした。

その後８２０℃の湿水素中で脱炭焼鈍を兼ねた１次再結
晶焼鈍後、鋼板表面にＡ’　ｔｏ＋　（７０％）、Ｍｇ
０（３０％）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後８
５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍し、ついで軟水素中
で１２００℃、８時間の純化焼鈍を行った。

その後酸洗により酸化被膜を除去後、３％ＨＦとＨ，Ｏ
□液液中化学研磨して鏡面に仕上げた。

その後、同じく第１図に示したような高真空処理室を２
室そなえるイオンプレーティング装置（ＨＣＤ法）を用
いてまず最初は印加電圧１５０Ｖで（０，１μ慣厚）、
ついで２０Ｖで（０，７μＩ厚）イオンプレーティング
処理を施して合計膜厚０．８μ−のＴｉＮ張力付与絶縁
被膜を形成させた。このときの試料の条件は、鏡面試料
温度を４００℃、また試料への弾性張力は０．８ｋｇ１
０＋ｍ”とした。

ついでりん酸塩とコロイダルシリカとを主成分とする絶
縁性塗布焼付層を形成し、その後８００℃で２時間のひ
ずみ取り焼鈍を行った。

かくして得られた製品の磁気特性および被膜密着性は次
のとおりであった。

Ｂ、。＝１．９３Ｔ、　Ｖ／＋ｔｚｓ。＝０．６５Ｗ／
ｋｇ。

また密着性は２５ｎφの１８０°曲げを行なってもはく
離が起こらず良好であった。

災施斑主 Ｃ：　０．０５９％、Ｓｔ　：　３．３９％、Ｍｎ　：
　０．０７１％、Ａ　ｌ　：　０．０２４％、Ｓ　：　
０．０２６％、Ｎ　：　０．００６９％、Ｃｕ　：　０
．１％およびＳｎ　：　０．０５％を含有する組成にな
る熱延板を、１１５０℃で３分間の均−化焼鈍後急冷処
理を行い、その後３００℃の温間圧延を施して０．２（
ｈａ厚の最終冷延板とした。

その後８５０℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、表面にＡ　１
　ｚＯｉ　（８０％）　、　ＭｇＯ（２０％）を主成分
とする焼鈍分離剤を塗布した後、８５０℃から１１５０
℃まで８℃／ｈで昇温しで２次再結晶させた後、軟水素
中で１２００℃、８時間の純化焼鈍を行った。

その後酸洗により酸化物被膜を除去し、ついで３％ＨＦ
とＨ２Ｏ，液中で化学研磨して鏡面に仕上げた。

その後、高真空処理室を３室そなえるイオンプレーティ
ング装置（ＨＣＤ法）を用いて、鋼板に０．５ｋｇ／　
ｍｍ”の弾性張力を加えながら次の条件下にＴｉｃの薄
膜（１，７μＩ厚）を鏡面表面上に形成させた。

まず最初は印加電圧３００Ｖで（０，２μ閤厚）、つい
で１５０Ｖ　テ（０，３ｕ　ｒａ厚）、最後ニ３０Ｖ　
Ｔ！　（１，２ｐ　ｒａ厚）コーティング処理を施した
。

次にりん酸塩とコロイダルシリカとを主成分とする絶縁
性塗布焼付層を形成させた後、８００℃で２時間のひず
み取り焼鈍を行った。

かくして得られた製品の磁気特性および被膜密着性は次
のとおりであった。。

Ｂ　＋ｏ”１．９２Ｔ、　Ｗｌ？／Ｓ。−Ｑ、７１１１
／ｋｇ。

また密着性は３０ｎ＋φの１８０　°曲げを行なっても
は（離がなく良好であった。

去立皿↓ Ｃ：　０．０４１％、Ｓｉ　：　３．４２％、Ｍｎ　：
　０．０６４％、Ｍｏ　：　０．０２２％、Ｓｅ　：　
０．０２０％およびＳｂ　：　０．０２５％を含有する
組成になる熱延板を、９００℃で３分間の均一化焼鈍後
、９５０℃の中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を行っ
て０．２０ｍ厚の最終冷延板とした。

その後８００℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、鋼板表面にＡ
　ｌ　ｚＯｓ（６０％）　、　ＭｇＯ（２５％）　、　
ＺｎＯ（１５％）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した
後８５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍ついで軟水素中
で１１８０℃、１０時間の純化焼鈍を行った。

その後酸洗により鋼板表面の酸化物被膜を除去後、３％
ＨＦとＨ，Ｏ□液液中化学研磨を施して鏡面に仕上げた
。

その後、高真空処理室を２室そなえるイオンプレーティ
ング装置（ＨＣＤ法）により試料表面温度４００℃、試
料引張り荷重０．９ｋｇ／ｍｍ２でＴｉＮの薄膜（１，
０μＩ厚）を形成させた。また処理条件は次のとおりで
ある。

前段の高真空処理室における印加電圧は１２０ｖ（Ｔｉ
Ｎ　Ｏ，２μ慣厚）、一方後段の高真空処理室における
印加電圧は３０Ｖ（ＴｉＮ　Ｏ，８ｕｍ厚）　テＴｉＮ
被膜を形成させた。

かくして得られた製品の磁気特性および被膜密着性は次
のとおりであった。

Ｂ＋ｏ”１．９３Ｔ、　Ｗ１７ｙｓｏ　＝０．６９Ｗ／
ｋｇ１また密着性は１５ｍφの１８０　　”曲げを行な
ってもはく離がせず良好であった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、被膜密着性に優れたセラミ
ック被膜をそなえる金属ストリップを容易に得ることが
できる。

とくにこの発明法をけい素鋼板に適用した場合には、被
膜密着性のみならず鉄損特性に優れた超低鉄損一方向性
けい素鋼板を得ることができ、しかもかくして得られた
けい素鋼板の磁気特性はたとえひずみ取り焼鈍の如き高
温処理を施した場合であっても劣化することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従うイオンプレーティング装置の
好適例を示す模式図、 第２図は、高真空処理室におけるＨＣＤガンと蒸発源と
の好適配置例を示した図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．表面清浄化処理を経た金属ストリップの表面に、イ
   オンプレーティングによりセラミック被膜を被成するこ
   とによって表面被膜付き金属ストリップを製造するに当
   り、 該イオンプレーティング処理を多段階に分 けて行うものとし、最初の段階では金属ストリップに対
   し高電圧を印加して該ストリップに対する密着性に富む
   強固な被膜を形成する一方、後段にいくほど印加電圧を
   徐々に低下させて大量のコーティングを施すことを特徴
   とする、密着性に優れたイオンプレーティング被膜をそ
   なえる金属ストリップの製造方法。
2. ２．金属ストリップが、仕上げ焼鈍後その表面を中心線
   平均粗さＲａで０．４μｍ以下の鏡面に仕上げた一方向
   性けい素鋼板であり、他方セラミック被膜がＴｉＮ，Ｔ
   ｉＣないしＴｉ（Ｃ，Ｎ）の少なくとも一種より主とし
   てなるものである特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．金属ストリップの表面に連続してイオンプレーティ
   ングを施す装置であって、複数個のイオンプレーティン
   グ用の高真空処理室をそなえ、該高真空処理室にはそれ
   ぞれ、金属ストリップの表裏面それぞれに対応する２組
   の蒸発源およびイオン化電極を有し、さらに最前段の高
   真空処理室の入側および最後段の高真空処理室の出側に
   はそれぞれ、該処理室に向けて漸次に高真空度に調圧し
   た真空室列をそなえることを特徴とする金属ストリップ
   のイオンプレーティング装置。