JPS6379949A - 不動態皮膜を有する金属材料のコ−テイング法 - 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〕 本発明は、ステンレス鋼などの不動態皮膜を有する金属
材料に前処理を施したのち、金属およびセラミックスの
１種または２種以上をドライコーティングすることによ
り、高度の耐食性、耐摩耗性、装飾性を付与する方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼などの耐食性材料は、近年まずます用途が
拡がり、その使用量も増加しているが、特に、近年、高
度の耐食性、耐錆性（以下、総称して耐食性という）が
要求され、また耐食性と同時に耐摩耗性や装飾性も要求
されるマーケットが出現している。

金属材料にこのような機能を付与する手段として、塗装
、メッキ、薄着等が古くから行われている。また、最近
は工業用機械部品、工具等特定の分野において、イオン
ブレーティング、スパッタリング、プラズマＣＶ　Ｄ　
（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）などのいわゆるドライコーティング法によりセラミ
ックス等のコーティングが施されており、優れた耐摩耗
性が発揮されるとともに、耐食性や装飾性も優れている
ことが判明し、このような高付加価値材料の要求が高ま
っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

合金成分としてＣｒを含有するステンレス鋼、高合金鋼
、　Ｃｒ合金等およびＴｉ、Ｔｉ合金等は、表面に不動
態皮膜が存在し、このためｍ１食性に優れているが、そ
の反面、前記のようなドライコーティングを施す際には
、この不動態皮膜に起因してコーティング皮膜の密着性
が悪いという問題がある。

特に、板＋１の場合は、コーティングした材料に曲げな
どの加工を施すことが多く、加工部分のコーティング皮
膜が剥離する等の問題があった。

本発明は、不動態皮膜を有する金属材料にイオンブレー
ティング、スパックリング、プラズマＣＶＤなどのドラ
イコーティング法により金属、セラミックスを単独また
は複合してコーティングし、コーティング皮膜の密着性
がよく、かつ曲げ等の加工を施しても剥離することのな
い金属材料を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段・作用〕本発明は、不動
態皮膜を有する金属材料の表面を真空中にて交番イオン
ボンバードメント処理したのち、引き続き真空中にて金
属およびセラミックスの１種または２種以上をドライコ
ーティングすることを特徴とする。

本発明において、不動態皮膜を有する金属材料とは、合
金成分としてＣｒを含有するステンレス鋼。

高合金鋼、　Ｃｒ合金等およびＴｉ、Ｔｉ合金等をいい
、その形態は、板材、形材、棒＋Ａ等のいずれをも対象
とする。

交番イオンボンバードメント処理は、金属材料を真空容
器内に入れ、静ガスを導入し、容器内の真空度をｌ　Ｘ
　１０−’〜Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒに保ち、什プラ
ズマ状態を生しさせ、交番電界をかけて、イオン化され
た計を金属材料に衝突させる処理である。

交番電界は、高周波でも低周波でもよい。この処理によ
り、金属材料表面に存在した不動態皮膜が除去され、該
表面は活性状態になる。ついで、金属材料を大気にさら
すことなく、引き続き真空中で表面に金属およびセラミ
ックスの１種または２種以上をドライコーティングする
。コーテイング材としての金属はＣｒ、Ｔｉ＋八１へＭ
ｏ＋Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ笠、セラミックスはＴ　ｉ　Ｎ　＋
　Ｔ　＋　Ｃ＋　Ｗ　Ｃ＋　Ｂ　ａ　Ｃ＋八（２０３等
力（あり、これらの１種または２種以上を）４Ｌ層また
は多層に′：ｌ−ティングする。

コーティング手段としては、イオンブレーティング２　
スパッタリング、プラズマＣＶＤなとのドライコーティ
ング方法を用いる。

本発明法によれば、金属材料はあらかじめ不動態皮膜が
除去され、活性状態となった表面にドライコーティング
されるので、コーティング皮膜の密着性がきわめて良く
、高度の耐食性、耐摩耗性を有する。また、コーティン
グ皮膜を構成する金属やセラミックス特有の色を呈する
ので装飾性にも優れている。さらに、コーティング皮膜
の厚さは１０００人程度あれば、これら特性を発揮する
ことができるので、コーティングした金属材料に曲げる
等の加工を施してもコーティング皮膜が剥離することが
なく、加工後の金属材料の耐食性。

耐摩耗性、装飾性も問題ない。

つぎに、本発明を金属材料の帯板の処理に適用するため
の装置例を第１図により説明する。２基の巻出巻取装置
１，１の間に、イオンブレーティング装置（以下ＩＰ詰
装置いう）２と、スパッタリング装置（以下ＳＰ装置と
いう）３と、プラズマＣＶＤ装Ｗ（以下Ｐ−ＣＶＤ装置
という）４が直列に設けられ、巻出巻取装置１とＩＰ装
置の間にイオンボンバードメント装置（以下ＩＢ装置と
いう）１６が設けられ、これら各装置が真空容器６内に
収容されている。

真空容器６は、巻出巻取装置１　１の間で−・体的に構
成され、排気装置Ｐにより各部位が所定の真空度に保た
れるよう排気される。

巻出巻取装置１．１は、帯板Ｓのコイルを巻き出し、あ
るいは巻き出された帯板Ｓを巻取るものである。

ＩＢ装Ｗ１６は、導入した八ｒをプラズマ状態とし、電
極１５によって交番電界をかけ、イオン化されたＡｒを
帯板Ｓの表面に衝突させるものである。

ＩＰ装置２は、蒸発源となる金属種８を加熱しあるいは
電子ビーム照射して金属種８の構成物質を蒸発させイオ
ン化し、帯板Ｓの表面に皮膜層を形成させるものである
。

ＳＰ装置３は、不活性ガスを電界中でイオン化しターゲ
ット９に衝突させて、ターゲソ１−９の原子あるいは分
子をはじき出し、帯板Ｓの表面に皮膜層を形成させるも
のである。

Ｐ−ＣＶＤ装Ｗ４は、反応性ガスを電界中でブラズフ化
し化学反応を起させて、帯板Ｓの表面に化学反応による
生成物からなる皮膜層を形成させるものである。

１１）装置２．ＳＰ装置３．Ｐ　−ＣＶＤ装置４は第１
図の順に配置するほか、任意の順序で直列に配置するこ
とができるが、ＩＰ装置２とＳＰ装置３は隣接すること
が望ましい。また、ＩＰ装置２゜ＳＰ装置３．Ｐ−ＣＶ
Ｄ装置のうちから、所望とする１種または２種の装置を
配置してもよい。

なお、第１図中の５は差圧シール装置、７は予熱ヒータ
、１０はガス導入口、１１はＩＰ装置ヒータ、１２ばＳ
Ｐ装置ヒータ、１３はＰ−ＣＶＤ装置ヒータ、１４はス
リットである。差圧シール装置５およびスリット１４は
、ＩＰ装置、ＩＰ装置、ＳＰ装置、Ｐ−ＣＶＤ装置内を
所定の真空度に保つためのものであり、公知の各種手段
を用いることができる。

巻出巻取装置１．１のいずれか一方に帯板Ｓのコイルを
装着し、帯板Ｓの一端を他方に装着して、真空容器６内
を排気する。つぎに、ＩＢ装置１６に計ガスを導入する
とともに、ＩＰ装置２．ＳＰ装置３．Ｐ−ＣＶＤ装Ｗ４
のうちの所望の装置に所望の反応ガスを導入し、各ポン
プＰにより、各装置内を所望の真空度に維持する。つい
で、予熱し−タ７および所望の装置内のヒータ１１，１
２．１３により帯板Ｓを所定温度に加熱しつつ通板さ一
ロ、交番イオンボンバードメント処理および１ライコー
テイング処理を行う。

単層のコーティング皮膜を形成する場合４；ｌ：、ＩＰ
装置、ｓｐ装置、Ｐ−ＣＶＩ）装置のうち所望の装置を
作動させ、第１図の右から左に帯板Ｓを通板させ、ＩＢ
装置１６で交番イオンボンバードメント処理したのち所
望のコーティング皮膜を形成する。２層のコーティング
皮膜を形成する場合は、たとえばＩＰ装置２と））−Ｃ
Ｖ　Ｄ装置４を作動した場合には、交番イオンボンバー
ドメント処理されたのちイオンブレーティング皮膜層と
プラズマＣＶＤ皮膜層の２層コーティングが施される。

また第１図の配置で、スパッタリング皮膜層、プラズマ
ＣＶＤ皮膜層、イオンブレーティング皮膜層を順に形成
した３層コーティングを施す場合は、まず、ＳＰ装置３
およびＰ−ＣＶＤ装置を作動して図の右から左に通板し
て交番イオンボンバードメント処理し、スパッタリング
皮膜層を形成し、プラズマＣＶＤ皮膜層を形成し、つい
でＩＰ装置を作動して図の左から右に通板しイオンブレ
ーティング皮膜層を形成すればよい。

〔実施例〕

（１１Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４ステンレス鋼帯の光輝焼鈍材
（ＢＡ材）にイオンブレーティング法によりＴｉＮをコ
ーティングした例を示す。

本発明例として、厚さ０　、３　ｍ　ｍ　＋幅３７０ｍ
ｍの銅帯を０．１ｍ／分で通板し、まず１３．５２　Ｍ
ｌ＋□の高周波イオンボンバードメント処理を施した後
、イオンブレーティング装置により蒸発源としてＴｉを
、ガスとしてＮ２を使用し、真空度１　ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒに維持して、ＴｉＮを５０００人厚さにコーティ
ングした。比較例として、前記本発明例と同じステンレ
ス鋼帯を前処理としてオルソケイ酸ソーダを主剤とする
アルカリ水溶液で洗浄処理し、イオンボンバードメント
処理を行わずに前記本発明例と同一条件でＴｉＮをコー
ティングした。

その結果、本発明例では成膜性状、密着性、耐食性とも
に優れた金色のＴｉＮ皮膜を有するステンレス鋼帯が得
られたのに対し、比較例では成膜性状が不均一で素地ス
テンレス鋼帯の露出部（ＴｉＮ皮膜が形成されていない
部分）が存在し、ＴｉＮ皮膜の密着性も不良であった。

コーティング皮膜の密着性は、コーティング処理後のス
テンレス鋼板を、板厚の２．５倍の半径で１８０°曲げ
たのち、試験片の凸部を電子顕微鏡で３Ｍ観察して判定
した。観察した結果、本発明例では第２図＋ａｌに示す
ようにＴｉＮ皮膜がほぼ全面に残存していたのに対し、
比較例では第２図（ｂｌに示すようにＴｉＮ皮膜の残存
は認められなかった。なお、この評価法は苛酷なもので
あるから、本発明例で得られたステンレス鋼板は、通常
の軽度の加工をしてもコーティング皮膜が剥離せず、耐
食性が損なわれることなく、色の変化もない。

＋２）　　Ｓ　ｕ　Ｓ　３０４ステンレス鋼帯の光輝焼
鈍材（ＢＡ材）および焼鈍酸洗材（２Ｂ材）に各種前処
理を施し、イオンブレーティング法およびスパンタリン
グ法によりＴｊＮをコーティングした例を表１および表
２に示す。

なお、アルカ洗浄は前記実施例（１）の比較例における
と同様の処理、硝酸電解は５χｌｌＮＯ３水溶液中にて
ステンレス鋼帯を陰極、陽極交互として電流密度５０ｍ
Ａ／ｃｍ”で１２秒間電解処理したもの、ＲＦイオンボ
ンバードメント処理は前記実施例（１）の本発明例にお
けると同様の処理、ＲＦエツチングは＾１プラズマによ
るイオンエツチング処理したものである。

前処理として交番イオンボンバードメント処理した本発
明例は、すべての項目にわたって高い評価が得られ、総
合評価第１位であった。

〔発明の効果〕

本発明法により、ステンレス鋼、　Ｃｒ合金、　Ｔｉ＋
Ｔｉ合金などの不動態皮膜を有する金属材料に各種金属
やセラミックスからなる単層あるいは多層の密着性の良
いコーティング皮膜を施すことができ、高度の耐食性、
耐摩耗性、装飾性を有する金属材料が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置例を示す説明図、
第２図は本発明法および比較法により得られた板材を曲
げ加工したのちの曲げ凸部の金属組織の顕微鏡写真であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 不動態皮膜を有する金属材料の表面を真空中にて交番イ
   オンボンバードメント処理したのち、引き続き真空中に
   て金属およびセラミックスの１種または２種以上をドラ
   イコーティングすることを特徴とする不動態皮膜を有す
   る金属材料のコーティング法。