JPH0127151B2 - - Google Patents
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- JPH0127151B2 JPH0127151B2 JP21498781A JP21498781A JPH0127151B2 JP H0127151 B2 JPH0127151 B2 JP H0127151B2 JP 21498781 A JP21498781 A JP 21498781A JP 21498781 A JP21498781 A JP 21498781A JP H0127151 B2 JPH0127151 B2 JP H0127151B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、摺動部材の表面処理方法に関する。
更に詳しくは、高周波スパツタリングによる摺動
部材の表面処理方法に関する。 摺動部材の表面処理は、多くは耐久性を向上さ
せる目的で行われており、その主な処理手段とし
ては、焼入れ、窒化およびコーテイングの３種類
が挙げられる。ところで、焼入れおよび窒化は、
表面層を変質させるため、摩耗を起したものや傷
の入つたものは再度利用することができず、使用
に際しては潤滑剤を使用し、また高温で処理する
ため、摺動部材基質に変形や歪を起すことがある
などの欠点を有している。一方、コーテイング
は、金属、無機物、有機物などを用いて行われる
が、形成された被膜の耐久性に問題がみられる。 本発明は、高周波スパツタリングによる摺動部
材の表面処理を行ない、摺動部材基質の表面に窒
化ホウ素の膜厚約0.2乃至0.4μｍの薄膜を形成さ
せ、それによつてすぐれた潤滑特性および耐久性
を付与する方法を提供する。 従つて、本発明は摺動部材の表面処理方法に係
り、摺動部材の表面処理は、不活性ガスを充満さ
せた反応器内に設置した平行電極の一方の極板に
摺動部材基質を取付け、また他方の極板には窒化
ホウ素ターゲツトを取付け、これら電極間に高周
波電圧を印加して、摺動部材基質上に窒化ホウ素
粒子を堆積させ、そこに薄膜を形成させることに
より行われる。 図面の第１図は、この高周波スパツタリング処
理に用いられる装置の概略を示したものである。
不活性ガス導入ライン１および排気ライン２を備
えた反応器３内には、平行電極４，４′が設置さ
れていて、アース１０された一方の極板４上には
表面処理さるべき摺動部材基質５，５′，……が
搭載されており、また高周波発振源（13.56MHz）
６および整合器７に接続された他方の極板４′に
は窒化ホウ素ターゲツト８が装着されており、こ
れらの各極板には冷却水循環ライン９，９′が設
けられている。 かかる装置を用いての高周波スパツタリング処
理は、次のようにして行われる。まず、反応器内
を高真空（10-7Torrオーダー）とし、そこにア
ルゴン、ネオン、クリプトンなどの不活性ガスを
10-4Torrオーダーになる迄導入し、排気ライン
２のバルブを調節して10-3〜10-1Torrオーダー
に真空度を設定した後、高周波電圧を平行電極間
に印加して不活性ガスを放電させる。アルゴンな
どの不活性ガスは、プラズマとなつて両極板間に
浮遊し、それが他方の極板４′上のターゲツトで
ある窒化ホウ素に衝突し、窒化ホウ素８がスパツ
タリングされてその粒子が飛び出し、一方の極板
４上の摺動部材基質５上に堆積する。飛び出した
窒化ホウ素粒子は、基質への入射原子の平均エネ
ルギーが約10eVと大きいために被膜への付着力
が非常に強く、また多方向から原子が入射するた
めに形成された被膜のピンホールが少ないという
特徴を有している。 ターゲツトは、プレスまたは焼結されたプレー
トなどの状態で用いられる。これらの窒化ホウ素
材料の極板への取付けは、一般に電極へのネジ止
めなどの一般的な装着手段によつて行われる。 スパツタリング処理の条件は、不活性ガスの圧
力が前述の如く10-3〜10-1Torrのオーダー、好
ましくは１×10-2〜５×10-2Torrで、電極間電
力100W以上（電圧2KV以上）で、常温で得よう
とする膜厚によつてその処理時間を調整する。例
えば、第２図に示されるように、BN（曲線）
または周知の固体潤滑剤であるMoS2（曲線）
を用い、アルゴン圧力５×10-2Torr、電極間電
力300W（電圧2.0KV）でスパツタリング処理を行
なつたとき（電極間距離25mm）、スパツタリング
時間にほぼ比例して堆積されるスパツタリング薄
膜の厚さが厚くなる。 この測定に用いられた摺動部材基質（自己潤滑
性を有し、耐久性のあるステンレス製振り子試験
用ローラーピン；直径２mm、高さ30mm）につい
て、２個の鋼球に同時に動的に接触する動摩擦試
験を摩擦面の面圧が111Kg／cm2で行ない、10分間
スパツタリング処理して形成された薄膜の動摩擦
係数を測定した結果、次の表に示されるような結
果を得た。
更に詳しくは、高周波スパツタリングによる摺動
部材の表面処理方法に関する。 摺動部材の表面処理は、多くは耐久性を向上さ
せる目的で行われており、その主な処理手段とし
ては、焼入れ、窒化およびコーテイングの３種類
が挙げられる。ところで、焼入れおよび窒化は、
表面層を変質させるため、摩耗を起したものや傷
の入つたものは再度利用することができず、使用
に際しては潤滑剤を使用し、また高温で処理する
ため、摺動部材基質に変形や歪を起すことがある
などの欠点を有している。一方、コーテイング
は、金属、無機物、有機物などを用いて行われる
が、形成された被膜の耐久性に問題がみられる。 本発明は、高周波スパツタリングによる摺動部
材の表面処理を行ない、摺動部材基質の表面に窒
化ホウ素の膜厚約0.2乃至0.4μｍの薄膜を形成さ
せ、それによつてすぐれた潤滑特性および耐久性
を付与する方法を提供する。 従つて、本発明は摺動部材の表面処理方法に係
り、摺動部材の表面処理は、不活性ガスを充満さ
せた反応器内に設置した平行電極の一方の極板に
摺動部材基質を取付け、また他方の極板には窒化
ホウ素ターゲツトを取付け、これら電極間に高周
波電圧を印加して、摺動部材基質上に窒化ホウ素
粒子を堆積させ、そこに薄膜を形成させることに
より行われる。 図面の第１図は、この高周波スパツタリング処
理に用いられる装置の概略を示したものである。
不活性ガス導入ライン１および排気ライン２を備
えた反応器３内には、平行電極４，４′が設置さ
れていて、アース１０された一方の極板４上には
表面処理さるべき摺動部材基質５，５′，……が
搭載されており、また高周波発振源（13.56MHz）
６および整合器７に接続された他方の極板４′に
は窒化ホウ素ターゲツト８が装着されており、こ
れらの各極板には冷却水循環ライン９，９′が設
けられている。 かかる装置を用いての高周波スパツタリング処
理は、次のようにして行われる。まず、反応器内
を高真空（10-7Torrオーダー）とし、そこにア
ルゴン、ネオン、クリプトンなどの不活性ガスを
10-4Torrオーダーになる迄導入し、排気ライン
２のバルブを調節して10-3〜10-1Torrオーダー
に真空度を設定した後、高周波電圧を平行電極間
に印加して不活性ガスを放電させる。アルゴンな
どの不活性ガスは、プラズマとなつて両極板間に
浮遊し、それが他方の極板４′上のターゲツトで
ある窒化ホウ素に衝突し、窒化ホウ素８がスパツ
タリングされてその粒子が飛び出し、一方の極板
４上の摺動部材基質５上に堆積する。飛び出した
窒化ホウ素粒子は、基質への入射原子の平均エネ
ルギーが約10eVと大きいために被膜への付着力
が非常に強く、また多方向から原子が入射するた
めに形成された被膜のピンホールが少ないという
特徴を有している。 ターゲツトは、プレスまたは焼結されたプレー
トなどの状態で用いられる。これらの窒化ホウ素
材料の極板への取付けは、一般に電極へのネジ止
めなどの一般的な装着手段によつて行われる。 スパツタリング処理の条件は、不活性ガスの圧
力が前述の如く10-3〜10-1Torrのオーダー、好
ましくは１×10-2〜５×10-2Torrで、電極間電
力100W以上（電圧2KV以上）で、常温で得よう
とする膜厚によつてその処理時間を調整する。例
えば、第２図に示されるように、BN（曲線）
または周知の固体潤滑剤であるMoS2（曲線）
を用い、アルゴン圧力５×10-2Torr、電極間電
力300W（電圧2.0KV）でスパツタリング処理を行
なつたとき（電極間距離25mm）、スパツタリング
時間にほぼ比例して堆積されるスパツタリング薄
膜の厚さが厚くなる。 この測定に用いられた摺動部材基質（自己潤滑
性を有し、耐久性のあるステンレス製振り子試験
用ローラーピン；直径２mm、高さ30mm）につい
て、２個の鋼球に同時に動的に接触する動摩擦試
験を摩擦面の面圧が111Kg／cm2で行ない、10分間
スパツタリング処理して形成された薄膜の動摩擦
係数を測定した結果、次の表に示されるような結
果を得た。
【表】
第２図および上記表の結果から、固体潤滑剤と
して一般に用いられているMoS2は、スパツタリ
ング薄膜の形成は容易に行われるものの、動摩擦
係数の低下効果は初期のみで持続性がなく、これ
に対してBNスパツタリング薄膜は、薄膜の形成
がMoS2程は容易に行われないものの、一旦薄膜
が形成されれば、それはきわめて耐久性のある動
摩擦係数の低下効果を発揮することが分る。この
ような耐久性を発揮するBNスパツタリング薄膜
は、約0.1μｍ以上、好ましくはそれを形成させる
処理時間（約10〜20分間）との関係から約0.2〜
0.4μｍ程度の厚さを有することが望ましい。 このように、本発明に係るスパツタリング処理
では、潤滑性にすぐれた固体潤滑薄膜が得られ、
この薄膜は炭素鋼、ステンレススチール鋼、特に
合金工具鋼、炭素工具鋼、高速度鋼によつて代表
される工具鋼などの摺動部材基質との密着性が良
くて耐久性もあり、また常温で処理されるためこ
れらの摺動部材基質に変形や歪を生ぜず、更に形
成された被膜の厚さが薄いため加工後の寸法変化
が小さいなどの好ましい効果を奏する。
して一般に用いられているMoS2は、スパツタリ
ング薄膜の形成は容易に行われるものの、動摩擦
係数の低下効果は初期のみで持続性がなく、これ
に対してBNスパツタリング薄膜は、薄膜の形成
がMoS2程は容易に行われないものの、一旦薄膜
が形成されれば、それはきわめて耐久性のある動
摩擦係数の低下効果を発揮することが分る。この
ような耐久性を発揮するBNスパツタリング薄膜
は、約0.1μｍ以上、好ましくはそれを形成させる
処理時間（約10〜20分間）との関係から約0.2〜
0.4μｍ程度の厚さを有することが望ましい。 このように、本発明に係るスパツタリング処理
では、潤滑性にすぐれた固体潤滑薄膜が得られ、
この薄膜は炭素鋼、ステンレススチール鋼、特に
合金工具鋼、炭素工具鋼、高速度鋼によつて代表
される工具鋼などの摺動部材基質との密着性が良
くて耐久性もあり、また常温で処理されるためこ
れらの摺動部材基質に変形や歪を生ぜず、更に形
成された被膜の厚さが薄いため加工後の寸法変化
が小さいなどの好ましい効果を奏する。
第１図は、高周波スパツタリング処理に用いら
れる装置の概略を示したものである。この図面に
おいて、符号３は反応器、４，４′は平行電極、
５は摺動部材基質、そして８は窒化ホウ素ターゲ
ツトをそれぞれ指示する。 第２図は、スパツタリング処理時間と形成され
たスパツタリング薄膜の厚さの関係を示すグラフ
であり、曲線はBNについての、また曲線は
比較のためのMoS2についての結果を示してい
る。
れる装置の概略を示したものである。この図面に
おいて、符号３は反応器、４，４′は平行電極、
５は摺動部材基質、そして８は窒化ホウ素ターゲ
ツトをそれぞれ指示する。 第２図は、スパツタリング処理時間と形成され
たスパツタリング薄膜の厚さの関係を示すグラフ
であり、曲線はBNについての、また曲線は
比較のためのMoS2についての結果を示してい
る。
Claims (1)
- １ 不活性ガスを充満させた反応器内に設置した
平行電極の一方の極板に金属摺動部材基質を取付
け、また他方の極板には窒化ホウ素よりなるター
ゲツトを取付け、これらの電極間に高周波電圧を
印加して、金属摺動部材基質上に窒化ホウ素粒子
を堆積させ、そこに膜厚約0.2乃至0.4μｍの薄膜
を形成させることを特徴とする金属摺動部材の表
面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21498781A JPS58126983A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 金属の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21498781A JPS58126983A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 金属の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58126983A JPS58126983A (ja) | 1983-07-28 |
| JPH0127151B2 true JPH0127151B2 (ja) | 1989-05-26 |
Family
ID=16664821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21498781A Granted JPS58126983A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 金属の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58126983A (ja) |
-
1981
- 1981-12-29 JP JP21498781A patent/JPS58126983A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58126983A (ja) | 1983-07-28 |
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