JPS63195260A - 被覆材料とその製造方法 - Google Patents
被覆材料とその製造方法Info
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- JPS63195260A JPS63195260A JP2698687A JP2698687A JPS63195260A JP S63195260 A JPS63195260 A JP S63195260A JP 2698687 A JP2698687 A JP 2698687A JP 2698687 A JP2698687 A JP 2698687A JP S63195260 A JPS63195260 A JP S63195260A
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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。
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、例えば工具や摺動部品等に用いられるもの
であって、母材の表面に窒化チタン膜を形成して成る被
覆材料とその製造方法に関する。
であって、母材の表面に窒化チタン膜を形成して成る被
覆材料とその製造方法に関する。
工具や摺動部品等の母材の表面を窒化チタン（ＴｉＮ）
膜で被覆す為と、それによって得られる被覆材料の耐摩
耗性、切削性等の特性が向上することが知られており、
そのような窒化チタン膜の被覆の試みが従来から種々成
されている。
膜で被覆す為と、それによって得られる被覆材料の耐摩
耗性、切削性等の特性が向上することが知られており、
そのような窒化チタン膜の被覆の試みが従来から種々成
されている。
例えば、■「日本金属学会誌（１９７７）Ｊ第４１巻第
６号、第５４２〜５４５頁には、化学蒸着法（ＣＶＤ法
）による超硬合金上へのＴｉＮの化学蒸着が、■「金属
表面技術Ｊ Ｖｏｌ、３６． Ｎｏ。
６号、第５４２〜５４５頁には、化学蒸着法（ＣＶＤ法
）による超硬合金上へのＴｉＮの化学蒸着が、■「金属
表面技術Ｊ Ｖｏｌ、３６． Ｎｏ。
８．１９８５、第３３０〜３３４頁には、ＰＶＤ法の一
種であるＲＦイオンブレーティングによるステンレス板
上へのＴｉＮ１ｌの形成が、■「真空」第２９巻第３号
（１９８６）、第１５２〜１５９頁には、同じ＜、ＰＶ
Ｄ法の一種である反応性マグネトロンスパッタ法による
各種基板上へのＴｉＮ膜の作製が、それぞれ報告されて
いる。
種であるＲＦイオンブレーティングによるステンレス板
上へのＴｉＮ１ｌの形成が、■「真空」第２９巻第３号
（１９８６）、第１５２〜１５９頁には、同じ＜、ＰＶ
Ｄ法の一種である反応性マグネトロンスパッタ法による
各種基板上へのＴｉＮ膜の作製が、それぞれ報告されて
いる。
ところが、このような窒化チタン膜の結晶配向性と被覆
材料の耐摩耗性や切削性等が関係することは上記文献等
において従来から指摘されているものの、具体的にどの
ような結晶配向性のものが切削性等の特性の向上に特に
優れているかは特定されていなかった。
材料の耐摩耗性や切削性等が関係することは上記文献等
において従来から指摘されているものの、具体的にどの
ような結晶配向性のものが切削性等の特性の向上に特に
優れているかは特定されていなかった。
そこでこの発明は、母材上に形成する窒化チタン膜の好
ましい結晶配向性等を特定することによって、耐摩耗性
、切削性等の一層優れた被覆材料を提供すること、およ
びその製造方法を提供することを目的とする。
ましい結晶配向性等を特定することによって、耐摩耗性
、切削性等の一層優れた被覆材料を提供すること、およ
びその製造方法を提供することを目的とする。
この発明の被覆材料は、母材の表面に、窒化チタン膜で
あって、Ｃｕ−にα線を用いたＸ４５１回折における当
該膜の（１１１）面からの回折ピークが最も強く、しか
もそれに対する第２番目に強い回折ピークの強度比が０
．２以下であり、かつ（１１１）面からの回折ピークの
半値幅が２０で０．６度以上であるものを形成して成る
ことを特徴とする。
あって、Ｃｕ−にα線を用いたＸ４５１回折における当
該膜の（１１１）面からの回折ピークが最も強く、しか
もそれに対する第２番目に強い回折ピークの強度比が０
．２以下であり、かつ（１１１）面からの回折ピークの
半値幅が２０で０．６度以上であるものを形成して成る
ことを特徴とする。
この発明の製造方法は、カソードにチタンを、反応ガス
に窒素ガスを用い、カソードにおける真空アーク放電を
利用して母材の表面に窒化チタン膜を形成して被覆材料
を製造する方法において、アーク電流を２０Ａ以上８０
Ａ以下の範囲内とし、かつ母材に印加するバイアス電圧
を一４００Ｖ以上−ｔｏｏｖ以下の範囲内とすることを
特徴とする。
に窒素ガスを用い、カソードにおける真空アーク放電を
利用して母材の表面に窒化チタン膜を形成して被覆材料
を製造する方法において、アーク電流を２０Ａ以上８０
Ａ以下の範囲内とし、かつ母材に印加するバイアス電圧
を一４００Ｖ以上−ｔｏｏｖ以下の範囲内とすることを
特徴とする。
上記のような被覆材料によれば、切削寿命等の特性の向
上が顕著であること、および上記のような製造方法によ
れば、そのような特徴を有する被覆材料を容易に製造す
ることができることが実験によって確かめられた。
上が顕著であること、および上記のような製造方法によ
れば、そのような特徴を有する被覆材料を容易に製造す
ることができることが実験によって確かめられた。
第２図は、この発明に係る製造方法を実施する装置の一
例を示す概略図である。この装置は、真空アーク放電を
利用して母材４上に窒化チタン膜の被覆を行うものであ
り、真空ポンプｌＯによって所定の真空度に排気される
真空容器８内に、母材４保持用のホルダ３２が設けられ
ており、それに対向するようにアーク式蒸発源１６が設
けられている。
例を示す概略図である。この装置は、真空アーク放電を
利用して母材４上に窒化チタン膜の被覆を行うものであ
り、真空ポンプｌＯによって所定の真空度に排気される
真空容器８内に、母材４保持用のホルダ３２が設けられ
ており、それに対向するようにアーク式蒸発源１６が設
けられている。
アーク式蒸発源１６は、チタン（例えば純度９９．５％
）から成るカソード１８、アーク点弧用のトリガ電極２
０、それをフィードスルー２２を介して真空容器８外か
ら矢印Ａのように往復駆動する例えばエアシリンダ等か
ら成る駆動装置２６を備えており、カソード１８と接地
された真空容器８間には、両者間に真空直流アーク放電
を行わせるために例えば数十ｖ程度の電圧を印加するア
ーク電源２８が接続されている。またトリガ電極２０は
、抵抗器２４を介して接地されている。
）から成るカソード１８、アーク点弧用のトリガ電極２
０、それをフィードスルー２２を介して真空容器８外か
ら矢印Ａのように往復駆動する例えばエアシリンダ等か
ら成る駆動装置２６を備えており、カソード１８と接地
された真空容器８間には、両者間に真空直流アーク放電
を行わせるために例えば数十ｖ程度の電圧を印加するア
ーク電源２８が接続されている。またトリガ電極２０は
、抵抗器２４を介して接地されている。
一方、ホルダ３２と真空容器８間には、ホルダ３２上の
母材４に、例えばＯ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス
電圧Ｖ、を印加するバイアス電源３４が接続されている
。
母材４に、例えばＯ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス
電圧Ｖ、を印加するバイアス電源３４が接続されている
。
また、真空容器８内には、その壁面に設けられたガス導
入口１２を介して、ガス源１４から反応ガスとして窒素
ガスＧ（例えば純度９９．９９９％）が導入されるよう
になっている。
入口１２を介して、ガス源１４から反応ガスとして窒素
ガスＧ（例えば純度９９．９９９％）が導入されるよう
になっている。
上記装置において、母材４上に窒化チタン膜を被着させ
る工程を例示すれば次の通りである。
る工程を例示すれば次の通りである。
■ まず、母材４と窒化チタン膜との密着性を向上させ
るために、母材４の清浄化を行う。即ち、予め脱脂洗浄
した母材４をホルダ３２に装着し、真空容器８内に窒素
ガスＧを導入することなく、真空容器８内を例えば１０
−’Ｐａ台の高真空に排気しておき、母材４に例えば−
１０００Ｖ程度のバイアス電圧ｖｌをかけながら、アー
ク式蒸発源１６においてアーク放電を行わせる。
るために、母材４の清浄化を行う。即ち、予め脱脂洗浄
した母材４をホルダ３２に装着し、真空容器８内に窒素
ガスＧを導入することなく、真空容器８内を例えば１０
−’Ｐａ台の高真空に排気しておき、母材４に例えば−
１０００Ｖ程度のバイアス電圧ｖｌをかけながら、アー
ク式蒸発源１６においてアーク放電を行わせる。
即ち、トリガ電極２０をカソード１８に接触させて最初
の火花を発生させた後トリガ電極２０をカソード１８よ
り引き離すと、カソード１８と真空容器８間にアーク放
電が持続され、それによってカソード１８の一部が溶融
されてそこからカソード物質（即ちチタン）３０が蒸発
させられる。
の火花を発生させた後トリガ電極２０をカソード１８よ
り引き離すと、カソード１８と真空容器８間にアーク放
電が持続され、それによってカソード１８の一部が溶融
されてそこからカソード物質（即ちチタン）３０が蒸発
させられる。
その時アーク電源２８にはアーク電流Ｉａが流れる。
その場合、カソード物質３０の一部はイオン化されてお
り、このイオン化したカソード物質３゜は、負電位の母
材４に引きつけられて衝突し、そのエネルギーで母材４
上の汚染物質をスパッタさせ、これによって母材４の清
浄化が行われる。
り、このイオン化したカソード物質３゜は、負電位の母
材４に引きつけられて衝突し、そのエネルギーで母材４
上の汚染物質をスパッタさせ、これによって母材４の清
浄化が行われる。
■ 次いで、母材４上に窒化チタン膜を被着させる。即
ち、真空容器８内に窒素ガスＧを、真空容器８内の圧力
が例えば０．１〜１０Ｐａ程度になるように導入し、ま
た母材４に印加するバイアス電圧ｖ３を所定のものにし
、そしてアーク式蒸発源１６において前記と同様にして
アーク放電を行わせる。
ち、真空容器８内に窒素ガスＧを、真空容器８内の圧力
が例えば０．１〜１０Ｐａ程度になるように導入し、ま
た母材４に印加するバイアス電圧ｖ３を所定のものにし
、そしてアーク式蒸発源１６において前記と同様にして
アーク放電を行わせる。
それによって、カソード物質３０であるチタンと窒素ガ
スＧとが化合して、例えば第１図に示すように、窒化チ
タン膜６が母材４の表面に被着され、それによって被覆
材料２が得られる。
スＧとが化合して、例えば第１図に示すように、窒化チ
タン膜６が母材４の表面に被着され、それによって被覆
材料２が得られる。
上記のような方法によって、母材４を例えば高速度鋼（
例えばＪＩＳ規格の５ＫＨ５１でロックウェル硬さＨ，
Ｃが６３．０のもの）とし、上記■の窒化チタン被着工
程において処理条件、即ちアーク電流Ｉａを２０〜１２
０Ａの範囲で、かつバイアス電圧Ｖ、を０〜−ａｏｏｖ
の範囲で変化させて得られた各試料（即ち被覆材料２）
における窒化チタン膜６のＸ線回折図形（Ｃｕ−にαｖ
Ａ）による結晶配向性の分析結果、および各試料をドリ
ルとして使用した場合の切削寿命の試験結果等を第１表
に示す、この場合、窒化チタン膜６の膜厚は例えば３．
０〜３．６μｍ程度であった。
例えばＪＩＳ規格の５ＫＨ５１でロックウェル硬さＨ，
Ｃが６３．０のもの）とし、上記■の窒化チタン被着工
程において処理条件、即ちアーク電流Ｉａを２０〜１２
０Ａの範囲で、かつバイアス電圧Ｖ、を０〜−ａｏｏｖ
の範囲で変化させて得られた各試料（即ち被覆材料２）
における窒化チタン膜６のＸ線回折図形（Ｃｕ−にαｖ
Ａ）による結晶配向性の分析結果、および各試料をドリ
ルとして使用した場合の切削寿命の試験結果等を第１表
に示す、この場合、窒化チタン膜６の膜厚は例えば３．
０〜３．６μｍ程度であった。
尚、第１表において、Ｉ （ｈｋｌ）は窒化チタン膜６
の（ｈｋｌ）面の回折強度（ピーク高さ）を示し、Ｉ
（ｈｋｌ）／ Ｉ （１１１）は主ピークが（１１１）
面の場合の（１１１）面の回折強度に対する第２番目に
強いピークの回折強度の比を示し、半値幅は（１１１）
面のものを示し、切削寿命比は生ドリルの寿命に対する
ＴｉＮ被覆したドリルの寿命の比を示す。
の（ｈｋｌ）面の回折強度（ピーク高さ）を示し、Ｉ
（ｈｋｌ）／ Ｉ （１１１）は主ピークが（１１１）
面の場合の（１１１）面の回折強度に対する第２番目に
強いピークの回折強度の比を示し、半値幅は（１１１）
面のものを示し、切削寿命比は生ドリルの寿命に対する
ＴｉＮ被覆したドリルの寿命の比を示す。
（以下余白）
第１表において＊印を付した番号の試料がこの発明の範
囲内のものである。即ち、窒化チタン膜６の結晶の（１
１１）面からの回折ピークが最も強く （即ち（１１１
）面が最も強く母材４の表面に平行に配向しており）、
シかもそれに対する第２番目に強い回折ピークの強度比
が０．２以下であり、かつ（１１１）面からの回折ピー
クの半値幅が２０で０．６度以上である試料の切削寿命
の向上が特に顕著であることが分かった。即ち、上記以
外の試料の切削寿命が生ドリルのそれに比べてせいぜい
１．２〜２．５倍止まりであるのに比べて、上記試料の
切削寿命は生ドリルのそれに比べて６．５〜８．５倍に
もなっている。
囲内のものである。即ち、窒化チタン膜６の結晶の（１
１１）面からの回折ピークが最も強く （即ち（１１１
）面が最も強く母材４の表面に平行に配向しており）、
シかもそれに対する第２番目に強い回折ピークの強度比
が０．２以下であり、かつ（１１１）面からの回折ピー
クの半値幅が２０で０．６度以上である試料の切削寿命
の向上が特に顕著であることが分かった。即ち、上記以
外の試料の切削寿命が生ドリルのそれに比べてせいぜい
１．２〜２．５倍止まりであるのに比べて、上記試料の
切削寿命は生ドリルのそれに比べて６．５〜８．５倍に
もなっている。
また上記のような特徴的な被覆材料２は、上記のような
真空アーク放電を利用する被覆方法において、特定の処
理条件、即ちアーク電流１ａを２０Ａ以上８０Ａ以下の
範囲内とし、かつ母材４に印加するバイアス電圧■、を
一４００ｖ以上−１００ｖ以下の範囲内とすることによ
って容易に得られることが分かった。この場合、窒化ガ
スＧの圧力は、−例として４Ｐａとしたが、０．１〜１
０Ｐａ程度の範囲内であれば結果に大きな変化は無い。
真空アーク放電を利用する被覆方法において、特定の処
理条件、即ちアーク電流１ａを２０Ａ以上８０Ａ以下の
範囲内とし、かつ母材４に印加するバイアス電圧■、を
一４００ｖ以上−１００ｖ以下の範囲内とすることによ
って容易に得られることが分かった。この場合、窒化ガ
スＧの圧力は、−例として４Ｐａとしたが、０．１〜１
０Ｐａ程度の範囲内であれば結果に大きな変化は無い。
ちなみに、従来のＣＶＤ法やＰＶＤ法による窒化チタン
膜の結晶配向性は、（２００）面や（２２０）面が主配
向となるかまたは特定の配向を示さないのが通常である
（例えば前記■〜■の文献参照）。
膜の結晶配向性は、（２００）面や（２２０）面が主配
向となるかまたは特定の配向を示さないのが通常である
（例えば前記■〜■の文献参照）。
尚、上記被覆材料２における窒化チタン膜６は、母材４
の表面に部分的に形成しても良いし、あるいは全面に形
成しても良い、また、上記被覆材料２においては窒化チ
タン）！！６に特徴があるため、その母材４は、前述し
たような高速度鋼に限られるものではなく、他の高速度
鋼、工具、摺動部品等でも良い。
の表面に部分的に形成しても良いし、あるいは全面に形
成しても良い、また、上記被覆材料２においては窒化チ
タン）！！６に特徴があるため、その母材４は、前述し
たような高速度鋼に限られるものではなく、他の高速度
鋼、工具、摺動部品等でも良い。
以上のようにこの発明に係る被覆材料によれば、耐摩耗
性、切削性等の特性が顕著に向上する。
性、切削性等の特性が顕著に向上する。
またこの発明に係る製造方法によれば、上記のような特
徴を有する被覆材料を容易に製造することができる。
徴を有する被覆材料を容易に製造することができる。
第１図は、この発明に係る被覆材料の一例を拡大して部
分的に示す概略断面図である。第２図は、この発明に係
る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図である。 ２・・・被覆材料、４・・・母材、６・・・窒化チタン
膜、１８・・・カソード、Ｇ・・・窒素ガス（反応ガス
）、Ｉａ・・・アーク電流、Ｖｌｌ、、、バイアス電圧
。
分的に示す概略断面図である。第２図は、この発明に係
る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図である。 ２・・・被覆材料、４・・・母材、６・・・窒化チタン
膜、１８・・・カソード、Ｇ・・・窒素ガス（反応ガス
）、Ｉａ・・・アーク電流、Ｖｌｌ、、、バイアス電圧
。
Claims (2)
- （１）母材の表面に、窒化チタン膜であって、Ｃｕ−Ｋ
α線を用いたＸ線回折における当該膜の（１１１）面か
らの回折ピークが最も強く、しかもそれに対する第２番
目に強い回折ピークの強度比が０．２以下であり、かつ
（１１１）面からの回折ピークの半値幅が２θで０．６
度以上であるものを形成して成ることを特徴とする被覆
材料。 - （２）カソードにチタンを、反応ガスに窒素ガスを用い
、カソードにおける真空アーク放電を利用して母材の表
面に窒化チタン膜を形成して被覆材料を製造する方法に
おいて、アーク電流を２０Ａ以上８０Ａ以下の範囲内と
し、かつ母材に印加するバイアス電圧を−４００Ｖ以上
−１００Ｖ以下の範囲内とすることを特徴とする被覆材
料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2698687A JPS63195260A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 被覆材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2698687A JPS63195260A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 被覆材料とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195260A true JPS63195260A (ja) | 1988-08-12 |
Family
ID=12208486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2698687A Pending JPS63195260A (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 被覆材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63195260A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02159363A (ja) * | 1988-12-14 | 1990-06-19 | Mitsubishi Metal Corp | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
| JPH03197662A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 表面被覆超硬合金の製造方法、及び表面被覆鋼材の製造方法 |
| US5066513A (en) * | 1990-02-06 | 1991-11-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method of producing titanium nitride coatings by electric arc thermal spray |
| JPH10237628A (ja) * | 1997-02-20 | 1998-09-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆工具およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-02-06 JP JP2698687A patent/JPS63195260A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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