JPS6333553A

JPS6333553A - プラズマ源窒化法

Info

Publication number: JPS6333553A
Application number: JP17457386A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Nunogaki; 昌伸布垣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-24
Filing date: 1986-07-24
Publication date: 1988-02-13

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】「発明の目的」鉄、クロムなど観望化元素を含有する材料の表層部に、
従来の窒化法に比べて短い処理時間で、秀れた機械的性
質を持つ窒化物層を形成して、材料表面の耐摩耗性及び
耐疲労性を向上させることを発明の目的とした。

氷室は真空容器（１）内の窒化対称材料（２）に対して
、窒素イオンや水素イオン等を電磁力により加速し、衝
撃して材料表面を窒化するものであるが、その場合に同
上諸イオンの発生機能と加速衝撃機能を各独立させ。

分離した点に構成上の新機軸が存する０本構成の狙いは
、（イ）発生イオン密度の制御機能を独立させること、
（ロ）イオン加速領域を長くとり、材料とプラズマ間に
アーキングを誘発させることなく、イオン加速電圧な数
ｋＶ以上に高くすることが出来ることに置かれた。　そ
の他、従来の窒化法では１ｍｍ以下の細孔や微細加工を
施した材料表面に対しては均一な窒化加工が困難であっ
た。そこで。

（ハ）本構成により材料表面近傍でのプラズマ密度を低
下させることにより、シ―ス厚の問題を排除して、微細
加工表面の窒化処理が可能となることを目標とした。（
図面１参照）〈産業上の利用分野）鉄鋼等諸材料の表面硬化法の一つとしての窒化法は、工
具や金型製造等分野において。

それら製品の表面硬度及び耐摩耗性向上を目的としてし
ばしば実用に供されている。

（従来の技術）従来、金属表面の硬化法としての窒化法の開発は１９２
３年ニー、フライ（Ａ、Ｆｒｙ）が考案したアンモニア
を用いたガス窒化法にはじまる［文ｌコ、その後、タフ
トライト法、カス軟窒化法、イオン窒化法が漸次開発さ
れた。それらは用途に応じて、現在工業的に用いられて
いる。これら諸法は窒化性能や製造コスト、即ち、窒化
硬度、窒化物厚さ。

硬度分布、処理歪み、処理時間９作用液やガス費、装置
費、消費電力費、事後処理費等に関して差異がある［文
２−４］。

（発明が解決しようとする問題点）本発明が解決しようとする問題点としての従来諸法の欠点を次に列挙する。　ガス窒化法は窒
化効率が低く、窒化物層が脆い。

タフトライト法は処理中の正確な温度制御が困難であり
、窒化物層にポーラスが生じ易い。

また１作用液中のシアン塩等に対する環境汚染対策を必
要とする。　ガス軟窒化法は材料を摂氏５００度以上の
高温状態に長時間保つ必要がある為、材料の熱歪みが大
きい９表面が荒れる。消費電力費がかさむ等の他９部分
窒化ができない欠点がある。　イオン窒化法は真空容器
内ガス圧の変動等に起因するアーキング発生に由来する
材料表面損傷の誘発。

低放電電圧及び長時間処理に因る低稼働効率。

仕上り表面の光沢の不均一性等の欠点がある。

また、１ｍｍ幅程度量下の微細加工を施した材料や、凹
部の深さが開口部の広さより長い部分には、グロー放電
を維持するための電界が浸透しないために、凹部の側・
底面では窒化物形成反応が起きない欠点がある。

「発明の構成」以上に挙げた諸法の欠点を解決することを目的として９本案のプラズマ源窒化法が考案された
０本案の実施例を図面１に示した。

本文は真空容器（１）内に窒化対称材料（２）を保持す
ると共に、同容器内、或いは。

同容器に接続されたプラズマ源真空容器（３）に独立し
たプラズマ発生機能を有するプラズマ源（４）を設ける
。同プラズマ源にはガス供給口（７）を通じて窒素や水
素等混合ガスを供給し、プラズマ発生電源（６）を用い
て窒素等混合プラズマを発生させる１発生したプラズマ
は密度勾配に沿って真空容器（１）内に拡散し材料（２
）表面を包む、このようなプラズマ及び材料に対して、
イオン加速電源（５）を用いて、材料にプラズマ電位よ
り数１００ｖ−数ｋｖ低い電位を印加する。このような
構成の窒化法をプラズマ源窒化法と名ずけた。

（作用）材料表面を衝撃する窒素及び水素イオンのエネルギーはイオン加速電源（５）により制御され
るが９本案ではプラズマ発生機能とイオン加速機能を分
離独立させている為。

アーキングやプラズマの不安定性を誘導することなくイ
オン加速電圧を数ｋｖに高くすることが出来る。この高
速イオンの作用として。

次の四作用が挙げられる。（イ）注入イオンは材料表層
部レンジ付近を中心に分布し、窒化物を形成するものも
ある（固溶強化作用）。

（ロ）スパッタリング収量は一般に衝撃粒子エネルギー
が約数ｋＶ前後で急増する。その結果、材料表面で窒化
されて付着する窒化物密度が増加する（Ｓ、Ｙ、作用）
、（ハ）軽。

重イオン衝撃により材料表面の格子欠陥および転位が増
加する（転位強化作用、及び、転位及び格子欠陥による
窒素原子の拡散助長作用）。

「発明の効果」氷菓の窒化法により材料の表層部数μｍ−数１００μｍ
の厚さの窒化層の形成が確認され（図面２讐照）、その
形成が非常に高効率で遂行されることが判明した。　即
ち、窒化対称材料が３１６ＳＳ、処理温度が摂氏４５０
度９表面硬度がビッカース硬度ｉ、ｏｏ。

（）ｌｖ２５ｇ）、窒化層厚さが約２５μｍの処理条件
の場合、所要処理時間は約３時間であった。これは氷菓
による処理時間がイオン窒化法の約１１５に短縮された
ことを示しており９本案が高効率の窒化法であることを
実証した（図面３参照）。

一方、処理時間と拡散係数の関係より。

窒化物生成のための活性化エネルギーを求めたところ約
４Ｋｃａ　ｌ／ｍｏ　Ｉであフた。この値は９本窒化法
の活性化エネルギーがイオン窒化法の１／３．ガス窒化
法の約１７５と非常に小さく、現在開発済の窒化法の内
、最も高効率の窒化法であるといえる。

その他９氷室の窒化法の窒化条件、及び処理後材料に見
られる一般的な特徴を次に列挙する。（ａ）処理時間の
短縮、（ｂ）低温処理可能（摂氏約２５０度以上）、（
Ｃ）熱歪み極小、（ｄ）微細加工表面の窒化可能。

（ｅ）部分窒化可能、（ｆ）仕上げ面の光沢が均一、（
ｇ）非環境汚染。

【図面の簡単な説明】

図面ｌは本実プラズマ源窒化法の装置断面図及び電気配線図。図面２は氷菓により生成された３１６ＳＳ表面での厚さ
１２　）ｔ　ｍの窒化物層と母材との金属組織の相違を
示す電子顕微鏡写真。図面３は氷菓による処理時間と窒化層断面上硬度分布の
関係。図面　１゜（プラズマ源匡化法　装置図）１、真空容器図面の１′＞書（１”ＩＶに変更なし）図面　２（アラスーマ源窒化法による窒化層２面　３（処理時間と！１ヒ１断＝５７のモ＝、π丹布ン処理温
、讐　４　Ｄ　Ｏニ一定窒１ヒフ厚　　（μｍ）１　事件の表示　　　　昭和６１年特許願第１７４５７
３号２　発明の名称　　　　アラス゛マ源窒化法３　補
正をする者事件との関係　　特許出願人住所（居所）　　京都市山科区御陵別所町１２−５フ　
　リ　　カー　　す　　　　　ツノ　　力−キ　　マサ
　　ツノ−氏名（名称）　　布　垣　　昌　伸　′　−
ヰｑ−４代理人各別紙の通り（内容に変更なし）。

Claims

【特許請求の範囲】

　真空容器（１）内に保持した材料（２）の表面に、窒
素を含有する気体プラズマを供給することを目的として
、同真空容器（１）内、或いは、同容器に接続されたプ
ラズマ源真空容器（３）内にプラズマ源（４）を設ける
。そして、同プラズマ源より拡散した窒素含有プラズマ
に対する負電位を材料に印加する（５）ことにより、材
料表面の窒化を行う窒化法（図面１参照）。