JPS6389652A - セラミツクコ−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、切削工具、金型、工作機械の摺動部材等の主
として耐摩耗部品に適用されるセラミックコーティング
法に関する。

〔従来の技術〕

セラミック材料とコーティング技術の進歩により近年、
金属上として鉄鋼基材上にセラミックをコーティングし
て表面の耐摩耗性向上を図ろうとする試みがなされてお
シ、切削工具においては既にイオンブレーティング法や
Ｏ”／Ｄ法によるＴＩＮコーティング工具が実用化され
ている。その信金型や摺動部材に蒸着法によるセラミッ
クコーティングが検討されているが、これらはいずれも
基材に硬質の鉄鋼基材（例えば高速度鋼や金型鋼）を用
い、その表面にセラミックをコーティングするものであ
る。これは、通常、蒸着法によって得られる皮膜が１０
μｍ以下の薄膜で６る九め、高荷重を受ける部材では基
材が変形して、これに伴う皮膜の剥離やクラックの生成
が生じるためである。従って、このような部材では軟鋼
のような安価な基材は軟質で使用することができない。

との問題を解決する方法として予め基材表面を窒化させ
る方法があるが、窒化処理は処理時間が数十時間ヲ要す
るため効率的でなく、又７００℃近い高温にする友め基
材が熱変形等が生じる問題がある。又窒化によってでき
る窒化物の内硬くて靭性のあるものはＦｅａＮ　で６．
０、他の窒化鉄（例えばＦｅ２Ｎ、　Ｆｅ、６Ｎ２等）
は靭性が低く割れやすい欠点を有しているが、窒化の際
にはこれら有害な窒化物も同時に生成されるという問題
点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来方法のうち、基材表面に窒化鉄を形成
させてからセラミックをコーティングさせる方法におけ
る上記欠点を解消しうるセラミックコーティング法を提
供しようとするものである。

〔問題点を解決する几めの手段〕

本発明は鉄鋼基材表面に予め蒸着法によシＦｅ４Ｎ　　
を形成し７を後、その上部にセラミック層金形成させる
ことを特徴とするセラミックコーティング法である。

〔作用〕

従来法に比べて効率的であるだけでなく蒸着法によって
得られる窒化鉄層は硬くて靭性のあるＦ　ｓ　ａ　Ｎ　
　のみを得ることができ、従来の窒化でみられる表面近
傍の靭性の低下が少ない。

蒸着は、数１０分のオーダーで可能で６）基材として鉄
系材料を使用している九め、窒化鉄層中のＮは一部基材
の鉄とも反ルする友め、窒化鉄と基材との密着性は良好
でるる。さらに強固な密着性を得るには、窒化鉄のコー
ティングの前に積極的にイオン窒化を行い、基材表面に
ごく薄い窒化鉄層（例えば０．０１μｍ程度）を設けて
おけばさらに密７ｆＩ性は向上する。

以上のように本発明では、蒸着法において窒化鉄屑を形
成し、その上に硬質のセラミックをコーティングするこ
とによシ、低級母材の上にも良好な耐摩耗性を付与する
ことが可能となる。

本発明で使用される蒸着法としては、真全蒸着、イオン
ブレーティング、スパッタリング等のＰＶＤ法やＯＶＤ
法のいずれの方法も可能であるが処理温度が低いことお
よび密着力が良好な点でイオンブレーティング法および
スパッタリング法が適している。

〔比較例１〕 ３Ｑｊ！ｌＸ３０１１Ｘ５ｍ厚さの炭素鋼（Ｓ４５Ｃｊ
）を基材として、ＨＣＤ（ホロカソード）法イオンブレ
ーティングによって表面に厚さ５μ重のＴｉＮ　’ｉミ
コーティングた。この時のコーティング条件は以下の通
夛である。

１）前処理：有機溶・剤（フロン）による超音波洗浄 ２）　イオンボンバード：　Ｏｊ　　Ｔｏｒｒ　Ａｒ中
で１【マメ１人で１０分 ３）コーティング ＲＯＤガン出カニ４５ＶＸ４００Ａ 基板温度　二５００℃ 反応ガス　：Ｎ２分圧５Ｘ１０　Ｔｏｒｒ〔実施例１〕 次に、本発明方法として、上記の比較例１と同じ基材を
用い、同じイオンブレーティング法により、以下の条件
でＦｅ４Ｎ　ｔ−１０μ！ａ：２−ティングし、その部
ＴｉＮ　’ｉ　５μｍ　コーティングし−１）画処理：
比較例１に同じ ２）　イオンボンバード：同上 ３）　　　Ｆｅ４Ｎコーティング ＨＯＤ出カニ４０ＶＸ３ＢＯＡ 基板温度　：５００℃ 反応ガス　二Ｎ２分圧Ｉ　Ｘｌ　０　　Ｔｏｒｒ４）　
　ＴｉＮコーティング 条件は比較例１に同じ 〔実施例２〕 比較例１と同じ基材を用いて以下の方法によ）本発明方
法であるＦｅ４Ｎ−ＴｉＮ　多層膜コーティングを実施
し次。友だし本実施例ではＦｅ４Ｎ　　コーティングの
＃１にイオン窒化を実施し九。コーティング法は、ＨＣ
Ｄ法イオンプレーラインであり、イオン窒化も同じ装置
で実施し友。手順および条件は以下の通りである。

１）　　ｌ！Ｉ処理：比較例１に同じ ２）　イオンボンバード：同よ ３）イオン窒化　：　０，２　Ｔｏｒｒ（Ｎ２＋４％Ｈ
２〕ガス中にて１ｎＸｆ人で １０分間 ４）　　Ｆｅ４Ｎコーティング：実施例１　に同じ５）
　　　ＴｉＮ　コーティング：　同上〔比較例２〕 比較例１と同じ基材を用いて高周波二極スパッタ法によ
シ厚さ３μ鴇のＴｉＮ　’ｉミコーティングた。この時
のコーティング条件は以下の通シである。

１）前処理：比較例に同じ ２）　スパッタエツチング：５Ｘ１０７５Ｔｏｒｒ　　
高ＷＮＩＬ出力２００Ｗで５分 ３）コーティング 圧　　　力　　：　　１ｘ１ｏ−”　　Ｔｏｒｒ　　（
Ｎ２）高周波出カニ２０（ＩＷ 基板温度　：５００℃ 〔実施例３〕 比較例１と同じ基材を用いて、本発明方法として高周波
二極スパッタリングによｌ）　ｙｅａ＊　を５μｍ　コ
ーチイン５グし、その後ＴｉＮ　ｆｔ５μｍ　コーティ
ングした。コーティング条件は次の通シである。　。

１）前処理：比較例１に同じ ２）　　Ｘ／＜ツタエツチング　：比較例２に同じり　
　Ｆａ４Ｎコーティング 圧　　　力　　：　　ＩＸｌ　０””Ｔｏｒｒ　（Ａｒ
＋２０％Ｎ２）高周波出カニ２００Ｗ 基板温度　：３００℃ ４）　　ＴｉＮコーティング 条件は比較例２に同じ 〔実施例４〕 比較例１、実施例１、実施例２、比較例２．５グ施例３
で作製した試料（各々試料Ｉ＆１〜Ａ５とする）の耐摩
耗性を評価する丸め、大越式耐摩耗試験を実施し友。試
験法の概要を第１図に示す。

第１図において１は回転片、２は評価試料である固定片
でアシ、荷重：Ｐｔ−加えながら回転片を速度；Ｖで回
し、固定片２に付い友摩耗痕の幅から次式により比摩耗
量を測定し几。

Ｗ８：Ｂ−ｂ０／８４ｒＩＩＰｏ＠ｔ。

Ｗｓ：比摩耗量（謡２／ｋｙ） Ｂ　：回転片の厚み（ｆｉ） ｂＯ：摩耗痕の幅（ＩＩＥＩ） ｒ　：回転片の半径（謳） Ｐｏ：最終荷重（ｋｊ　） ｌｏ：摩察距離（ＩＩＩ） 測定結果を第２図に示す。なお、この時の試験条件は以
下の通りである。

１）速度Ｖ　：　１７０１１１／ｓ ２）摩察距離１０：２Ｘ１０ｓｍ ３）回転片：　３ＡＯＭ　１窒化材 ４）試験温度：室温 〔発明の効果〕 第２図から明らかなように本発明法によるセラミックコ
ーティングは軟質基材を用いても高荷重側での耐摩耗性
に優れておシ、従来は困難であった軟質基材の利用も可
能にする優れ次セラミックコーティングを提供すること
ができ工業的に価値あるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、耐摩耗性評価の九めの試験の概要を示す図で
あり、第２図は、耐摩耗性評価結果を示す図である。 第２図の曲線中、１と４は従来法２，３．５は本発明法
による試料である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　亮　− 復代理人　　安　西　篤　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄鋼基材表面に予め蒸着法によりＦｅ＿４Ｎを形成した
   後、その上部にセラミック層を形成させることを特徴と
   するセラミックコーティング法。