JPS6350456A - アルミニウム材の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

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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〕 本発明はアルミニウム或いはアルミニウム合金のグロー
放電による表面処理法及び装置に係シ、特に被処理部材
表面に硬質な表面処理層を形成するに好適な処理方法及
びｉｔに関する。

〔従来の技術〕

アルミニウム或いはアルミニウム合金は比重が小さく、
電気電導液、熱伝導度１反射率等が大きく良好な耐食性
があることから、これらの性質が要求される色々の用途
、例えば陸海空輸送機器、電気機器、家庭用品、光学機
器等の構成部材として用いられているが、これらの用途
において摺動等の摩擦を受ける部分では基地の研さが低
いことから耐摩耗性に劣る。それを改善するために種々
の表面処理が開発或いは実用化されている。しかし、ア
ルミニウム材はチタン等と、同様に酵素との親和力が非
常に大きく、しかも強固な酸化被膜を形成する・すなわ
ち空気中に放置されたアルミニウム材は空気中の酸素と
反応し、緻密な１００Ｘ程度の薄いＡｔ２０３層を形成
する。このＡｔ２０３層の存在によシ、アルミニウム材
の表面処理は鉄系材料に比べて著しく困難であり、その
表面処理方法は限られたものであった。

一般的にはアルミニウム材の表面処理には、しゅう酸、
硫酸、クロム醗或いはこれらの混酸から成る電解液中で
陽極酸化処理により陽極酸化皮膜を形成させることが古
くから行われている（　ＪＩＳ　Ｈ８６０１）　、また
近年では、摩擦係数および耐摩耗性の改善を図る方法と
して、酸化皮膜に対して溶解能力のある電解質によって
生成された陽極酸化皮膜の多孔質層内に弗素樹脂を融着
させた処理も用いられるようになっている。（「金属材
料」、井衛、１６°（１９７６）５０）。これらの方法
はいずれもＡｔ２０３被膜を形成させることが基になっ
ているものであり、これらの被膜の硬さは処理条件１種
類等によっても変化するがＨｖ８００以下であり−必ず
しも充分な耐摩耗性を有するものではない。更にこれら
の処理法は湿式プロセスであり、前処理工程１本処理及
び後処理工程に多大の時間を要し、且つ廃液処理などに
細心の注意を払う必要があり、総じて原価高になってい
た。

一方、アルミニウム材は窒素との親和力も酸素の場合と
同様に強く、窒素と容易に反応してＡＬＮを形成する。

ＡｌＮは高い硬さを有して耐摩耗性に優れ、物理的性質
では融点が２０００℃以上と高く、熱伝導度が大きく、
かつ電気絶縁性に優れている。したがってアルミニウム
材の表面にＡ、αを形成する技術の開発が種々性われて
いる６例えば特開昭５６−２５９６６号に記載されてい
るように、アルミニウム材を不活性ガスと窒素或いはア
ンモニアガスの雰凹気中でアーク熱源で溶融状態に保持
することでλΔ層を生成する方法（溶融窒化法）　、　
ＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｌｔ
ｌｏｎ）法の反応性スノッタリング或いはＡＲＥ法（活
性化反応蒸着法、　ＡｃｔｉマａｔｅｄＲｅａｃｔｉｖ
ｅ　Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）等の方法によりＡｌＮ層
の形成が行われている。溶融窒化法は簡便に処理部材の
必要部のみを迅速に処理できるが一溶融による熱変形成
いは表面粗さの変化を生じる可能性がある。またＰＶＤ
法は被処理部材の表面に被膜をコーティングするもので
あるため、被処理部材とＡｌＮ被膜の密着性は低く、且
つその値は前処理或いは処理温度等により大きく影響さ
れる。また蒸着あるいはスバ、り粒子の直進性のために
、つき回りも殆んどなく、複雑な形状への均一な処理は
困難であるという問題がある。

一方、鉄鋼材料等の窒化処理法の一つにイオン窒化法が
ある。イオン窒化処理法は少なくとも１０”　Ｔｏｒｒ
以下に減圧されている減圧容器（以下炉体と記すことが
ある）に処理に必要なガス体を導入し、被処理品が陰極
となるように電極を設け（炉体を陰極とすることもある
）これに外部の直流電源から電圧を印加してグロー放電
を発生させて表面硬化処理を行なうものである。第２図
はイオン窒化処理装置の概要を示したものである。一般
には被処理品２が陰極となシ、炉体１が陽極となりてい
る。炉体１は処理中の加熱により各種の機器や部品（気
密用バッキング等）が過熱されるのを防ぐために水冷構
造になっている。イオン窒化処理では真空装置１６で炉
体内を少なくとも１ＱＴｏｒｒ以下に減圧しながら、水
素ガスと窒素ガス或いはアンモニアガスなどの処理ガス
１１を導入して１〜１０　Ｔｏｒｒの範凹の所定の圧力
に保持し、直流電源３から３００〜１５００Ｖの電圧を
印加してグロー放電を発生させて窒化処理を行なってい
る。

なお第２図において、２１は陽極端子、５は陰極端子、
２０はガス導入口、１９は真空装置１６が接続され九ガ
ス排気口、１８は真！計端子、１７は光高温計、９は制
御盤である。

この技術は大量処理が可能であり、被処理部材を任意の
処理温度にグロー放電エネルギによって制御して窒化す
ることが可能で、被処理材を溶融する必要はない。更に
被処理部材の表面はグロー放電によるイオン衝撃及び処
理′ガスの水素ガスで活性化されることにょシ、前処理
の簡便さ、更に処理の迅速性の特長がある。そのためこ
の処理法によれば表面の不動態皮膜（酸化膜）の存在に
よシその除去工程の特別な処理を必要としたステンレス
鋼系も前述の効果により一般の鉄鋼材料と同一に表面窒
化処理を行うことが可能である。そこで、アルミニウム
材の表面に形成されているＡｔ２０３被膜も上述のイオ
ン窒化法の効果によシ活性化してＡｔ２０３皮換を除去
し、Ａｔを窒化処理してＡｌＮを形成することが検討さ
れた。しかし、アルミニウムの表面被膜であるＡｔ２０
３は酸化物生成の標準自由エネルギがステンレス鋼系の
鉄の酸化物及びクロムの酸化物生成の標準自由エネルギ
よＱも小さく、一般のイオン窒化装置では残留ガス中の
酸素により再び反応するので、活性な表面は得られず、
したがって窒化処理は困難であった。

そこで、イオン窒化法においてアルミニウム材の表面に
形成されているＡｔ２０．被膜を除去して窒化処理を行
う方法として特開紹６０−２１１０６１がある。この処
理法では、密閉容器内に残存する酸素ガスを除去する工
程と、活性化ガスを放電させて被処理材の表面を活性化
する活性化工程を行なって窒化処理を行なっている。こ
の処理法によれば、ガス導入と減圧を繰返して酸素ガス
を除去でき、その後に希ガスのイオン衝撃によシＡＡ２
０．被膜を除去でき・その後、窒化処理によシ表面に硬
質なＡｌＮの形成がなされている。しかし、この処理法
では、散票ガスを除去するために複数（２〜３）回のガ
ス（水素）導入と減圧（１０Ｔｏｒｒ）を繰返して行う
ので、処理工程が長くなる。更に活性化工程でＡｔ２０
３被膜の除去を希ガスのイオン衝撃によるスパッタクリ
ーニングのみで行っているために、活性化するには０．
５〜２ｈのスノや、タフリーニングを施しておシ、これ
も処理工程を長くしている。

−１念、スパッタクリーニングは昇温工程を経て５００
℃に加熱された状態であるため、活性化用ガスの純度あ
るいは密閉容器内の僅かな残留酸素によって、Ａｔ２０
３の酸化物生成の標準自由エネルギが非常に小さいこと
から％Ａｔ２０３膜が形成されてしまう可能性があり、
もしＡｔ２０３被膜が形成されると前述のように窒化処
理を行ってもＡｌＮが形成され々い可能性を生じる・〔
発明が解決しようとする問題点〕 上記のように、従来技術によるアルミニウム材の表面処
理には、基材に酸化被膜を積極的に形成し念もの、その
被膜中に樹脂の浸透処理を施し念もの、或いは表面を溶
融して窒化物（ＡｌＮ）を形成したもの等があるが、硬
さが低かった。

また硬さの高い窒化物をＰＶＤ法によシ形成したものに
おいても密着性の点で改善すべき点があった。一方、イ
オン窒化法により窒素を拡散させて窒化層を形成する方
法ではＡｔ２０３被膜の除去の前工程が効率的でない等
改善すべき点があった曇 本発明の目的はアルミニウム或いはアルミニウム合金の
表面に高い硬さのＡＡＮ被膜を均一に、効率的に形成す
る表面処理方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のアルミニウム材の表面処理方法は、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金製の被処理材を減圧容器内に設
置し、該容器内にアルミニウムと反応して揮発性物質を
生成するハロゲノ又はハロゲン化合物ガスを反応ガスと
して導入してグロー放電により活性化させて被処理材の
表面を活性な清浄表面とした後に、窒素を含む処理ガス
を該容器内に導入してグロー放電によシ活性化させ、上
記被処理材の活性な清浄表面から内部に拡散させてＡｌ
Ｎからなる硬い表面処理層を形成させることを特徴とす
る。

前記反応ガスとしては、Ｃ２２＃　ｃｃｔ４ｓ　Ｓ　ｉ
　Ｃ１ａもしくはＢＣ１４単独、又はこれに水素ガスお
よび希ガスの一種もしくは複数種を添加したものを用い
ることができる。

また、前記処理ガスとしては、窒素ガスもしくはアンモ
ニアガスの単独もしくは複合ガスに水素ガスおよび希ガ
スの一種もしくは複数種を添加したものを用いることが
できる。

〔作　用〕

イオン窒化法により金属表面から内部へガス物質を拡散
させ、金属とガス物質の化合物層を金Ｎ表面に形成する
には、ガス濃度１反応温度及び時間が主な因子となる。

しかし、それ以前に金属表面が活性状態であってガス物
質が容易に浸透拡散できる事が必須である。しかし、ア
ルミニウム材は前述のように室温に放置した状態でＡｔ
２０５被膜が形成され、この酸化被膜のＡｔ２０．は薄
い被膜（＜１００１）であるにもかかわらず安定でかつ
緻密であることから障壁となってガス物質の拡散を妨げ
るので、例えば窒素ガスを導入しても窒化層は形成され
ない。そこでアルミニウム材表面に窒化層を形成するに
はＡｔ２０．被膜を除去し、活性状態の表面を得ること
が重要となる。

アルミニウム材の酸化被膜の除去方法としては、（１）
アルカリ溶液等の化学洗浄による被膜の破壊、（２）ワ
イヤプラシング等の機械的方法による被膜の破壊、（３
）素地金属との共晶反応等の冶金反応による被膜の破壊
、（４）イオン衝撃等の電気方法による被膜の破壊等が
ある。これらの方法についてイオン窒化法のための被処
理部材の前処理としての適用性を考えて見ると、（１）
および（２）の処理は減圧容器である炉体内で行うこと
は不可能であり、炉体外で行えば先に述べ之酸化被膜が
形成されて目的を達しない。（３）は金属との接合に用
いられているものであり、表面処理には適さない。一方
、（４）はグロー放電によるスＡ　、タフリーニングに
関しては従来用いられており、ｔｘ・より高真空中で行
うイオンビームスノ々ツタ法もあるが、ビームの入射し
ない穴内面等被雑形状への適用は困難である。

以上のように、これらの方法ではイオン窒化法のアルミ
ニウム材の酸化被膜を除去する前工程として改善すべき
点がある。そこで本発明でハ（１）の化学反応をドライ
プロセスで行うとともに（４）の物理反応をも併用する
ことによシ両者の特長を生かすようにした。すなわち、
アルミニウム材の表面に化学反応を生じる反応ガスを導
入し、その反応ガスを物理反応（グロー放電）によって
活性にして後記の化学反応を進行させるとともに、スパ
ッタリング現象によっても表面をクリーニングする。こ
れによシアルミニウム材の表面は活性化される。

本発明においては、反応ガス＃′ｉプラズマ中で解離し
て活性イオンとなシ、アルミニウム材と化学反応を生じ
て反応生成物を生成し、この反応生成物がガスとして排
気ポンプで排出される。

したがって反応ガスとして重要なことはグロー放電によ
り活性種を発生すること、反応生成物が炉内の条件（温
度、圧力等）下で揮発性に富むこと、すなわち蒸気圧の
高い物質を生成することである。反応生成物が炉内の条
件下よりも高温において高い蒸気圧を持つ場合には、反
応生成物を形成した段階で気化されず゛表面層に堆積し
たｔ′４！一種の保護膜となシ、その後の化学反応を阻
止してしまうので、目的を達しない。

このようなことから、本発明では反応ガスとしてはハロ
ゲン化合物ガスを用いる。このハロゲン化合物ガスをア
ルミニウム材と化学反応させ、塩化アルミニウム（＊ｚ
ｃｚ３）を生成させる。この塩化アルミニウムの１気圧
での昇華温度ハ１７８℃であるから、炉内の条件下でも
充分に揮発させることができる。用いるハロゲン化合物
ガスの種類としては、ｃｔ、ｃｃｔ４．Ｂｃｔ３又は５
ｉＣｔ４を用いることによりて目的を達し得る。例えば
ＣＣＬ４を用いてアルミニウム材を処理する場合は、グ
ラダマ中でＣＣｔ４は次の様な解離をする。

ＣＣＬ４＋　ｅ　−ＣＣＬ、　　＋　Ｃｔ”　＋　２ｅ
　　　　−（１）そして、まず、アルミニウム材表面に
形成されている酸化被膜のＡｔ２０３とＣＣｔ、　　と
の化学反応が生じる。

Ａｔ２０．＋２ＣＣ２５→２ＡｔＣｔ３↑＋ｃｏ↑＋Ｃ
Ｏ□↑　　−（２）Ａｔ２ｏ３が除去されてしまうと、
ＣＬのラジカルもＡｔとの反応に関与するようになシ１
次の化学反応にてＡｔＣｌ３の反応生成物を形成してア
ルミニウム材の純金属表面が得られる。

Ａｔ＋　ＣＣ１，＋→ＡｔＣｔ３↑＋Ｃ−（３）Ａｔ＋
３Ｃｔ”→ｈｔｃｔ３↑　　　　　−（４）以上のよう
な化学反応及び物理反応によシ、アルミニウム材には活
性な表面が形成される。

−なお、このような反応は前述の他のノーログン化合物
ガスによっても同様に行われる。

その後、前記炉内に窒素を含む処理ガスを導入しグロー
放電により活性化させて、上記被処理材の活性な清浄表
面から内部に拡散させて樹よりなる硬い表面処理層を形
成させる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって説明する。

アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる被処理部材
は減圧容器内に設けられ九基台または吊シ治具等の被処
理部材支持治具に配置される。この支持油臭は、後述す
るが、電極として作用するもので、グロー放電を発生す
る電源に接続されているものである。被処理部材のアル
ミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、他に添加
元素としてｓ　ＣｒｐＣｕ＊ＭｇｅＭｎ＠８１＠Ｎｉ＠
Ｆｓ及びＺｎ等の一種または二極以上を含むものであっ
てよい・ 次に前述の減圧容器を密閉した後、真空排気を行う、こ
の真空排気は低真窒域ではロータリーポンプ、高真空域
では油拡散ポンプ、ターゲ分子ポンプ等を用いて行うこ
とでできる。真空排気を行った後の到達真壁度は１０Ｔ
ｏｒｒ以下にするのが望ましい。この到達真空度は次に
行うハロゲン化合物による表面反応に影響する。

１０”　Ｔｏｒｒ以上では、減圧容器内に存在するＨ２
Ｏが反応を阻止するので、Ｈ２Ｏの分圧を下げるために
１ＱＴｏｒｒ以下にする必要がある。例えば到達真空度
が１０Ｔｏｒｒ台ではハロゲン化合物ガスを導入しグロ
ー放電を開始しても前記式（１）〜（４）に示した反応
の開始時間までに非常に時間を要するか又は全く反応し
ない。これに対し・到達真空度が１０””　Ｔｏｒｒ以
下になると反応は速みやかに進行する。この様に残留ガ
スの種類によって影響を受けるものであシ、Ｈ２Ｏの場
合は減圧容器及び治具類をベーキングすることで効率的
に排気することができる。したがって内部あるいは減圧
容器壁に発熱体を設けて加熱しながら排気するのがよい
。

次にハロゲン化合物ガスを導入してグロー放電を発生さ
せ、化学反応及び物理反応による表面酸化被膜を除去し
、活性なアルミニウム材表闇を得る工程について述べる
。この工程においては反応ガスの活性種を発生させるた
めにグロー放電を発生させる。このグロー放電は直流の
高電圧を印加することによる直流グロー放電でも良いが
、好ましくは高周波を印加することによる高周波グロー
放電を用いる。このグロー放電によるハロゲン化合物ガ
スのラジカルの反応性と高エネルギのイオンをスノ４　
ｙタリングに利用する。したがって被処理部材は、直流
グロー放電を用いる場合は陰極に接続される。高周波グ
ロー放電の場合は、アース電位あるいは浮動電位にした
のでは主にラジカルのみの反応になってしまうから、し
たがって高周波電位に接続される。この高周波グロー放
電を発生する電極構造は第３図に示すようなもので、被
処理部材の形状により（＆）平行平板壓或いは（ｂ）−
キソード型を用いる。この工程において用いる反応ガス
は、前記のハＨ）ｆ　ン化合物ガスＣＬ２．　ＣＣｌ４
．　ＢＣｌ２又は５ｔｃｔ４の一種或いは複数種を混合
して用いてよい。また他の添加ガスとしてイオン衝撃を
利用するのにＨｅ　、Ｎ＠、Ａｒ　、Ｋｒ　、Ｘｓ及び
Ｒｎの希ガスを添加してもよい、を九還元性も図れるＨ
２を添加しても効果がある。これらの反応ガスを用いる
ことにより、被処理部材の表面は効率的に酸化被膜を除
去できて活性化ができる。

反応ガスを導入した減圧容器内の圧力は１０−３〜ｌ　
Ｑ　Ｔｏｒｒの範囲とする。この圧力範囲とするのは、
被処理部材の表面における反応が圧力によって影響され
るからである。圧力を高くすると、運動エネルギーを持
つ比活性な粒子が放電空間中での粒子間の衝突でその運
動エネルギーを失いｔ酸化被膜を除去するエネルギーカ
ニ低下するので・酸化被膜の除去に要する時間が長くな
る。更にアーク放電の発生頻度も多くなシ、放電が不安
定になる。よって上限は１０　Ｔｏｒｒとした。ま九圧
力を小さくすると、グロー放電の発生、持続が困難にな
るとともに１イオン衝撃によるスパッタリンク現象の頻
度も少なくなり、酸化被膜の除去が効率的でない。よっ
て下限は１０Ｔｏｒｒとした。

この活性化工程において被処理部材の温度は、グロー放
電を開始する前は室温であるか、或いは先の減圧工程に
おいてベーキングのために発熱体によシ加熱されて昇温
されている状態である。次にグロー放電の発生によりイ
オン衝撃の効果で加熱される。この際の温度の上限は後
の表面処理温度と同等とする・この際イオン衝撃のみで
温度が不足する場合は前述の発熱体の加熱を併用して加
熱保持を行ってもよい。温度の上限ｔ−表処理温度と同
等としたのは、続いて行う表面処理がガスの種類の切換
のみで行えるので効率的であるためである。反応温度の
下限は反応生成物のｈｔｃｔ、の昇華温度１７８℃とす
る。

好ましくはこれ以上の温度であったほうが、高い揮発性
を得られるのでよい。

次に、処理ガスを導入してグロー放電を発生させて活性
な表面に拡散によシ目的の表面処理被膜を形成する表面
処理工程、すなわち、処理ガスを拡散させてアルミニウ
ムとの化合物たる窒化物ＡＬＮよシなる表面処理被膜を
形成する工程について述べる。拡散するガスは窒素であ
ることから、窒素源となる処理ガスとしては窒素ガＸ（
Ｎ２）或いはアンモニアガス（■３）を用い、グロー放
電によって解離、イオン化させてアルミニウムと化合物
を形成させる。また窒素分圧の制御を行うために上記処
理ガスに水素（Ｎ２）とＨ・、Ｎ・＊Ａｒ　＠Ｋｒ　、
Ｘｓ又はＲｎの希ガスの一種あるいは複数種を添加して
混合したガスを用いてもよい。

処理ガスを活性にするグロー放電は、前の活性化工程で
用いた直流或いは高周波グロー放電を用いる。好ましく
は直流グロー放電を用いるのが効率的であり、すなわち
１現在一般に行われているイオン窒化法と同様にイオン
衝撃エネルギのみて処理温度の加熱保持の制御が容易に
でき・他に加熱源を必要としないで処理ができる利点が
ある。高周波グロー放電では処理がスを活性化する出力
は低くてもよいという特長があるが、被処理部材の温度
が低い場合もあシ、目的によっては処理温度に加熱する
ために大きな出力を印加するか、他に加熱源を併用する
ことも必要な場合がある。処理ガスを導入した減圧容器
の処理圧力は０．１〜１０　Ｔｏｒｒの範囲とするのが
よい。０．１　Ｔａｒｔより低い圧力ではアルミニウム
材表面に供給される活性彦窒素量が少ないのでＡｌＮの
形成速度が遅くなる。またｌ　Ｑ　Ｔｏｒｒよυ高い場
合は、被膜形成速度に大きな影響は生ぜず、更に高くな
るとグロー放電の均一な発生維持が困難になり放電が不
安定になる。

被膜形成の処理温度は最大５７０℃とした。

この温度は被処理部材の材質によっても変わり、合金元
素が添加されて部材の融点が低いものでは５７０℃よシ
も低い温度で処理するのが望ましい。高い温度で処理す
ると、イオン衝撃のエネルギーによシ極く最表面が溶融
する可能性がある。また処理温度が高くなるにしたがっ
て、被処理部材の熱変形を生じる問題がある。従って場
合に応じて処理温度を設定するのがよい。

すなわち厚い被膜を効率的に得る場合には高温域の温度
で処理し、変形を防止して被膜を形成する場合または被
膜厚さが薄くてもよ゛い場合は低温域で処理することが
好ましい。

次に、以上述べた本発明のアルミニウム材表面処理方法
を実施する処理装置について説明する。第１図はその処
理装置の一実施例概要を示す、減圧容器を成す炉体１に
処理中の加熱によシ各覆の機器や部品（気密用）臂ツキ
ング等）が過熱されるのを防ぐために水冷構造になって
いる。この炉体ＩＦｉ、油拡散ポンプ或いはタープ分子
ポンプ等の高真空排気装置１４及びロータリーポンプ等
の低真空排気装置１６により％１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下に
減圧される。なおこの排気系にはハロゲン化合物ガスの
未反応或いは反応生成物を除去するトラ、プ１５を設け
ることが低真空排気装置１６を保護する上で良い。この
真空排気に当って炉体壁或いは炉体内の各種構造物に吸
着しているＨ２Ｏを効率的に放出するため発熱体１２を
設け、発熱体電源１３により加熱できる−ま之この発熱
体１２及び発熱体電源１３は被処理部材２の予熱或いは
表面処理温度の加熱保持にも用いることができる。被処
理部材２は絶縁体によシ炉体１より絶縁された電極導入
端子５に接続されている。この電極導入端子５は切換可
能のスイッチに接続されており、高周波電源６からの高
周波出力地子（高周波電位）７、或いは直流高電圧電源
３からの直流高電圧出力端子（陰極）８に接続される。

高周波電位或いは陰極に接続された被処理部材２は、接
地され九対向電極４で包囲されるようになりている・反
応ガスのハロゲン化合物ガス１０及び表面処理用だス１
１は質量流量計等による流量制御器９によりて制御され
て炉体１内に導入される。被処理部材２の温度は光高温
計１７によって測定される。炉体１内の圧力は真空測定
子１８によって検出して測定される。力お第１図におい
て高周波グロー放電を発生する電極構造は第３図（ｂ）
のようなヘキソード型について示しであるが１被処理部
材１の形状等によっては第３図（＆）のような平行平板
型として構成しても良い。

以下、本発明の異体的実施例について説明する０本実施
例では、被処理部材として純アルミニウム（９９，９９
チ）の板（５０ｗＸ５０■×５ｍｔ）を用い、第１図に
示す処理装置を用い、高周波電極構造を第３図（、）の
ような平行平板型によって処理した。被処理部材２は電
極導入端子５に接続された支持台上に平らに設置した。

対向電極４との距離Ｆｉ１ｏ　Ｑｗであった。この様に
配設され念炉体１内を真空排気装置１４及び１６を用い
て５　Ｘ　１０”’　Ｔｏｒｒに排気した。これは発熱
体１２に発熱体電源１３から電力を投入し・被処理部材
２．対向電極４及び炉体壁を加熱しながら行なった。こ
の際、被処理部材２の温度は２５０’Ｃまで加熱した。

真空排気後、反応ガス１０としてＣＣｔ４及び水素ガス
をそれぞれ１００及び５０　Ｃｃ／ｍｉｎになるように
流量制御器９によって調整して炉体１内に導入した。こ
の際の圧力は２　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒとした。この状
態で電極導入端子５の切換スイッチを高周波出力°　　
端子７と接続し、高周波電力を印加し、グロー放電を発
生させた。この高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚとし
た。このグロー放電は２０分間維持し念。この際、被処
理部材２Ｖｉ、発熱体１２に発熱体電源１３で電力を供
給して５００℃に保持した。次に電極導入端子５の切換
スイッチを直流高電圧出力端子８に切換えるとともに、
処理ガス１１として窒素ガスを流量制御器９で流量制御
して供給した。この際、反応ガス１０の供給は停止した
。被処理部材２は直流高電圧電源から電力を供給されて
グロー放電を発生し、表面処理を開始した。この際の被
処理部材２の処理温度の制御は直流高電圧の電力を制御
して行りた。炉体１内の圧力は４　Ｔ’ｏｒｒに制御し
た。この際、真空排気は低真空域排気装置１６のみで行
なった。この状態を５時間維持した後、処理ガス及び高
電圧の印加を停止して真空に排気しながら炉体１内で冷
却した。以上の処理を行なって得た被処理部材２の表面
は処理前に比較して黒色を呈していた。この被処理部材
２を切断し、パフ研磨を行って光学顕微鏡（倍率４００
倍）により組織を観察したところ、処理部材の表面には
４μｍ程度の黒色の被膜が形成されていた。

また被処理部材の表面をＸ線回折で観察し、黒色の最表
面被膜の同定を行った。第４図にＣｕ−七によるＸ房回
折図を示す。この結果、被膜はＡｌＮであることが確認
され念０次にこの表面をノクフ研磨し、前型２５ｙによ
ってマイクロビッカース硬さを測定した。その結果、Ｈ
ｖ１５００程度の値が得られ九。

以上により、純アルミニウム材の表面には硬質で黒色を
呈し、たＡｌＮが形成されていることが確認され１本発
明の有効性が明らかになった。

また噂本発明によれば１アルミニウム材表面に窒素を拡
散させ、窒化層を形成することによυ、無処理の又は従
来の表面処理をしたアルミニウム材に比較して耐食性が
向上する。下表は各処理法と塩水９を霧試験後の外観を
比較したもので、本発明法を行ったアルミニウム部材は
耐食性に優れていることを示している。

〔発明の効果〕

本発明によればアルミニウム材の酸化膜を充分に効果的
に除去し、表面に硬質のアルミニウム窒化物被膜を効率
・的に形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いた処理装置の概略図、第２
図は従来のイオン窒化処理装置の概略図、第３図（ａ）
　＊　（ｂ）は本発明の実施に用いられる高周波電極構
成の概略図、第４図は本発明の実施例で得られた被処理
部材の表面のＸ線回折図を示す。 １・・・炉体、　　　　　　２・・・被処理部材、３・
・・直流高電圧電源、　　　４・・・対向電極・５・・
・電極導入端子、　　　６・・・高周波電源・７・・・
高周波出力端子、　　　８・・・直流高電圧出力端子、
９・・・ガス流量制御器、　　　１０・・・反応ガス・
１１・・・処理ガス、１２・・・発熱体−１３・・・発
熱体電源、　　　１４・・・高真空域排気装置、１５−
）う、プ、　　　　１６・・・低真空域排気装置・１７
・・・光高温計、１８・・・真窒測定子、１９・・・ガ
ス排気口、２０・・・ガス導入口、２１・・・陽極端子
。 第１図 １ＹＰ　体　　　　　４対向電櫓（接地）１０反応ガス
２Ｍ処理部材　　　５電控譜人瑞予　　１２光熟休３菫
流高電圧電訊　６高園波電源　　　１６低域真空排気値
！第２図 第３図 （ａ）平行平版型 （ｂ）ヘキソート型 第４図 ３０　　４０　　５０　　６０　　　刀２θ（’　、Ｃ
ｒｔ−Ｋｄ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム又はアルミニウム合金製の被処理材を
   減圧容器内に設置し、該容器内にアルミニウムと反応し
   て揮発性物質を生成するハロゲン又はハロゲン化合物ガ
   スを反応ガスとして導入してグロー放電により活性化さ
   せて被処理材の表面を活性な清浄表面とした後に、窒素
   を含む処理ガスを該容器内に導入してグロー放電により
   活性化させ、上記被処理材の活性な清浄表面から内部に
   拡散させて ＡｌＮからなる硬い表面処理層を形成させることを特徴
   とするアルミニウム材の表面処理方法。 ２、前記反応ガスは、Ｃｌ＿２、ＣＣｌ＿４、ＳｉＣｌ
   ＿４もしくはＢＣｌ＿４単独、又はこれに水素ガスおよ
   び希ガスの一種もしくは複数種を添加したものからなる
   特許請求の範囲第１項のアルミニウム材の表面処理方法
   。 ３、前記処理ガスは、窒素ガスもしくはアンモニアガス
   の単独もしくは複合ガスに水素ガスおよび希ガスの一種
   もしくは複数種を添加したものからなる特許請求の範囲
   第１項記載のアルミニウム材の表面処理方法。