JPS63192855A - 密着性、均一性および耐食性に優れたセラミツク被膜をそなえる低炭素鋼板およびステンレス鋼板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は密着性、均一性および耐食性に冨むセラミッ
ク被膜をそなえる低炭素鋼板およびステンレス鋼板の製
造方法に関し、とくに表面被膜の被成法の一つであるホ
ローカソード法を用いるイオンプレーティング処理によ
って、セラミック被膜の被膜特性の向上を図ろうとする
ものである。

（従来の技術） 近年、プラズマを利用したコーティング技術が著しく進
歩し、磁気記録薄膜や各種耐摩耗性、耐食性コーティン
グ、さらには装飾用コーティングなどに広く利用されつ
つある。

従来、プラズマ・コーティング法としては、マグネトロ
ンスパッタ法、イオンプレーティング法およびプラズマ
ＣｖＤ法などが、また最近では真空アークを利用したマ
ルティ・アーク法やホロー・カソード（Ｈｏｌｌｏｗ　
Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ＨＣＤ）法など
が知られている。

かかるプラズマコーティングの中でもとくにホローカソ
ード法は比較的イオン化率が高く、成膜速度が大きいの
で装飾品や工具類等の小物のセラミックコーティングに
は利用されていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところで最近では、建築材等に用いる大表面積の鋼板に
ついても耐食性や装飾性あるいは耐摩耗性の改善のため
にホローカソード法の利用が試みられているが、現状で
は実用化にまでは至っていない。というのはこのような
鋼板では、１）、鋼板とセラミック被膜との密着性が良
好であること、 ２）、大表面積に均一にセラミック被膜をコーティング
できること、 ３）、セラミック被膜の膜質が良好であること、４）、
耐食性に優れていること、 などが要求されるが、従来のホローカソード法では上記
のような条件を充分に満足することはできなかったから
である。

この発明は上記の問題を有利に解決するもので、たとえ
大表面積の低炭素鋼板やステンレス鋼板にホローカソー
ド法を利用してセラミック被膜を被成する場合であって
も、密着性、均一性および耐食性に優れたセラミック被
膜をそなえる低炭素鋼板およびステンレス鋼板の有利な
製造方法を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） この発明は表面清浄化処理を施した低炭素鋼板又はステ
ンレス鋼板の表面上に、ホローカソード法によるイオン
プレーティング処理によってセラミック被膜を被成する
に際し、蒸発物質のイオン化率が５０％以上のホローカ
ソードガンを用いることを特徴とする密着性、均一性お
よび耐食性に優れたセラミック被膜をそなえる低炭素鋼
板およびステンレス鋼板の製造方法である。ここで上記
セラミック被膜としてはＴｌ＋　Ｚｎ、　ｖ、　Ｎｂ、
　Ｔａ、　Ｃｒ＋ＭｏｔＷ、　Ｍｎ、　Ｇｏ、　Ｎｉ、
　Ａｎ！、　ＢおよびＳｉのうちの少なくとも１種の窒
化物および／又は炭化物、並びに＾ｌ。

Ｚｎ、　Ｍｎ＋　Ｍｇ＋　ｈ＋　およびＳｉのうちの少
なくとも１種の酸化物、の中から選んだ１種又は２種以
上からなるものがとりわけ有利に適合する。

以下この発明の基礎となった実験結果について説明する
。

Ｃ：　０．０４れ％（以下単に％で示す）　、Ｓｉ　：
　０．００８％、　Ｍｎ　：　０．３５％、　　Ｐ　：
　０．０１２％、　　Ｓ　：０．０１１％を含有する低
炭素鋼板（厚さ０．８ｍｍ　Ｘ巾４５０ｍｍ　Ｘ長さ４
５０ｍｍ）を用い、この鋼板にホローカソード法による
イオンプレーティング処理を施し、厚さ２．５μｍのＴ
ｉＮのセラミック被膜を被成し処理時におけるイオン化
率および成膜速度の関係と、得られた被膜の密着性につ
いて調べた。その結果を第１図に示す。なお処理条件は
、電圧４０〜８０Ｖ、電流３００〜６０００Ａとした。

同図から明らかなように、ホローカソードガンの電流を
増加させた場合、イオン化率、成膜速度はともに上昇し
これらには相関があること、またホローカソード法にお
いて従来使用されているホローカソードガンの電流（７
００Ａ程度）ではイオン化率が３７〜４８％であり、こ
の場合セラミック被膜の若干のはく離が見られ、ホロー
カソードガンの電流が１００ＯＡを超えると、すなわち
イオン化率が５０％を超えると全くはく離が起こらない
ことがわかった。

次にＣ：　０．０４％、　Ｍｎ　：　０．３５％、ｐ：
ｏ、ｏｘ％およびＳ　：　０．０１２％を含有する低炭
素鋼板（厚さ０．８１×巾４５０ｍｍ　Ｘ長さ４５０ｍ
ｍ）を用い、この鋼板にホローカソード法により条件の
異なるイオンプレーティング処理を施し、ＴｉＮのセラ
ミック被膜（２，５μｍ厚）を被成してこのとき得られ
たセラミック被膜の特性（密着性、均一性および耐食性
）を調べた。その結果を表−１に示す。

なお処理条件は、ホローカソードガンの電圧＝５０Ｖ、
電流：　５００　Ａ、　１５００Ａに設定した。

表−１から明らかなように、ホローカソードガンの電流
が１５００　Ａの場合、イオン化率は６２％と高く、被
膜の密着性、均一性、耐食性共に優れていた。

上記の実験結果より良好なセラミック被膜を得るために
は蒸発物質のイオン化率を高める必要があることが、ま
たそのためにはイオン化率を有利に高めることができる
ホローカソード法を適用してイオンプレーティング処理
する際に、イオン化率が５０％以上のホローカソードガ
ンを用いるように構成することがとくに重要であること
が明らかとなった。

ここでこの発明では、基板としては、低炭素鋼板、ステ
ンレス鋼板を適用するが、これは大きな表面積が得られ
、また比較的安価でもあるからである。

上記の基板にセラミック被膜を被成するに当っては、具
体的に、イオンプレーティング処理に先立ちその表面を
完全に脱脂するか、あるいは機械研摩、化学的・電気的
研摩処理によって鏡面状態に仕上げておくことが好まし
く、なおより一層の被膜特性を確保するには、上記の研
摩処理後、基板表面に１００〜６００°Ｃの温度範囲に
おいて予備加熱処理を施すこと、またはイオンプレーテ
ィング処理時に基板に対し１０〜２００ｖ程度の電圧を
印加することがより好ましい。

なお、ホローカソード法では通常、連続真空ラインを適
用するが、大容量のバッチタイプの蒸着装置も適用でき
、とくに大表面積を有する鋼板を対象とする場合は、こ
の発明に適合するホローカソードガンを、該鋼板の巾方
向にわたって並列にならべて処理すればよ（、かくして
良好なセラミック被膜をそなえた鋼板を容易に得ること
ができるのである。

（作　用） この発明に従いイオン化率を５０％以上とするイオンプ
レーティング処理を行うことによってセラミック被膜の
密着性、均一性および耐食性などの特性が向上する理由
は １）、密着性について イオン化率が向上すると鋼板とセラミック例えばＴｉＮ
との間で密着性を左右するＴｉが鋼板へ深く浸入するた
め密着性を向上させることが可能となる。

２）、均一性について イオン化率が向上すると例えばセラミックをＴｉＮとす
る場合、Ｔｉのイオン化蒸気を大量、かつ広範囲均一に
ｍ板に付着させることが可能となる。

３）、耐食性について イオン化率が向上すると緻密なセラミック例えば緻密な
ＴｉＮコーテイング膜を形成させることが可能であるた
め耐食性が飛躍的に向上する、と考えられる。

（実施例） 叉施班上 Ｃ：　０．０３％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：１．５％、
Ｃｒ：１９．０％およびＭｏ　：　２．０％を含有する
ステンレス鋼の熱延板（厚さ２３ｍｍ　Ｘ巾６００ｍｍ
）を、厚さ０．７ｍｍ　Ｘ中６００ｍｍに冷間圧延した
のち、焼鈍処理を施し、その後軽酸洗により表面の酸化
物を除去した後、電解研磨により鋼板表面を中心線平均
粗さＲａ＝０．０５μｍに仕上げてイオンプレーティン
グ処理用の基板とした。その後この基板を連続エアーツ
エアラインに導入し、ホローカソード法によるイオンプ
レーティング処理を行い、該基板にＴｉ　（Ｃ，Ｎ）の
セラミック被膜（厚さ２．０　μｍ）を被成した。

なお、上記の処理に際しては基板の表面積が大きいので
均一にコーティングできるように基板の巾方向に並列に
、２本づつ計４本のホローカソードガンを設置した。

ホローカソードガンの出力は電圧：６５Ｖ、電流；１０
００Ａ、　　（イオン化率：５５％）、および電圧：６
５■、電流：　１５００Ａ　（イオン化率；６２％）の
ものを用いた。

かくして得られたセラミック被膜は、密着性は勿論のこ
と、均一性および耐食性にも優れていた。

１血Ｉ Ｃ：　０．０３６％、　Ｓｉ　：　０．０１％、　Ｍｎ
　：　０．４３％、Ｐ：０．０１％、　　Ｓ　：０．０
１３％を含有する低炭素鋼の熱延板（厚さ２．２ｍｍ　
Ｘ巾５００ｍｍ）を、厚さ０．７ｍｎｒ　Ｘ巾５００ｍ
１ｌｌに冷間圧延したのち、再結晶焼鈍を施してから厚
さ２．２ｍｍＸ幅５００ｍｍ　Ｘ長さ５００ｍｍに切り
出して基板とした。その後、この基板を電解研摩により
中心線平均粗さＲ，＝０．１　μｍに研摩したのち、ホ
ローカソード法によるイオンプレーティングを施し、そ
の表面にＴｉ、　Ｚｒ、　Ｉｌｒ、ν、　Ｎｂ、　Ｔａ
、　Ｃｒ＋Ｍｏ、　Ｗ、　Ｍｎ、　Ｃｏ＋　Ｎｉ、　Ａ
ｌ２．　ＢおよびＳｉの窒化物および／又は炭化物、＾
１．　Ｚｎ、　Ｍｎ、　Ｍｇ、　Ｔｉ、およびＳｉの酸
化物のセラミック被膜をそれぞれについて被成した。

なお上記の処理に際しては電圧ニア０Ｖ、電流工５００
Ａ１イオン化率が６２％のホローカソードガンを用い、
膜厚はすべて３．ＯｔＩｍとした。

かくして得られたセラミック被膜をそなえた低炭素鋼板
における被膜特性の調査結果を表−２に示す。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、密着性、均一性および耐食
性ともに優れたセラミック被膜をそなえた低炭素鋼板お
よびステンレス鋼板を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はホローカソードガンの加速電流と、イオン化率
および成膜速度の関係を示すグラフである。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 代理人弁理士　　杉　村　暁　秀 同　　弁　　理　　士　　　　杉　　　村　　　興　　
　作木ローカソードカ゛ンＩｌＯ電側灸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面清浄化処理を施した低炭素鋼板又はステンレス
   鋼板の表面上に、ホローカソード法によるイオンプレー
   ティング処理によてセラミック被膜を被成するに際し、 イオン化率が５０％以上のホローカソードドガンを用い
   ることを特徴とする密着性、均一性および耐食性に優れ
   たセラミック被膜をそなえる低炭素鋼板およびステンレ
   ス鋼板の製造方法。 ２、前記セラミック被膜が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
   ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、
   ＢおよびＳｉのうちの少なくとも１種の窒化物および／
   又は炭化物、並びにＡｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉおよ
   びＳｉのうちの少なくとも１種の酸化物の中から選んだ
   １種又は２種以上からなるものである特許請求の範囲第
   １項記載の密着性、均一性および耐食性に優れたセラミ
   ック被膜をそなえる低炭素鋼板およびステンレス鋼板の
   製造方法。