JPH02122075A - 硬質炭素膜のコーティング方法 - Google Patents
硬質炭素膜のコーティング方法Info
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- JPH02122075A JPH02122075A JP63275484A JP27548488A JPH02122075A JP H02122075 A JPH02122075 A JP H02122075A JP 63275484 A JP63275484 A JP 63275484A JP 27548488 A JP27548488 A JP 27548488A JP H02122075 A JPH02122075 A JP H02122075A
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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。
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、金属基材に硬質炭素膜をコーティングする方
法に関するもので、これにより被対象物に耐摩耗性、潤
滑性、耐腐食性等を付与するものである。
法に関するもので、これにより被対象物に耐摩耗性、潤
滑性、耐腐食性等を付与するものである。
［従来の技術］
硬質炭素膜は、ダイヤモンドに準する硬度を有しかつ耐
摩耗性、潤滑性、耐腐食性に優れているので、種々の用
途が１す１待されているが、これまで金属基材へ直接被
覆させた場合には、その付着力に問題があるために必ず
しも膜本来の優れた特性が生かされてこなかった。すな
わら、例えば、第２回ダイヤモンドシンポジウム講演要
旨集９３ページ（１９８７年）に示されている様に、硬
質炭素膜は、シリコン、タングステン等の、炭素と共有
結合性の高い結合をする金属材料には、直接に硬質炭素
膜を被覆して付着力の強いコーティングを形成すること
が可能であるが、前記の炭素と共有結合を形成しない、
ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＴＡ、■Ａ１■Ａ族に属す
る金属、あるいはこれらの合金の金属材料を基材とした
場合には、直接に硬質炭素膜のコーティングを行う従来
の方法では、硬度、耐摩耗性、潤滑性、耐腐食性に優れ
、かつ基材への付着力の大きい硬質炭素膜をコーティン
グすることが困難であった。
摩耗性、潤滑性、耐腐食性に優れているので、種々の用
途が１す１待されているが、これまで金属基材へ直接被
覆させた場合には、その付着力に問題があるために必ず
しも膜本来の優れた特性が生かされてこなかった。すな
わら、例えば、第２回ダイヤモンドシンポジウム講演要
旨集９３ページ（１９８７年）に示されている様に、硬
質炭素膜は、シリコン、タングステン等の、炭素と共有
結合性の高い結合をする金属材料には、直接に硬質炭素
膜を被覆して付着力の強いコーティングを形成すること
が可能であるが、前記の炭素と共有結合を形成しない、
ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＴＡ、■Ａ１■Ａ族に属す
る金属、あるいはこれらの合金の金属材料を基材とした
場合には、直接に硬質炭素膜のコーティングを行う従来
の方法では、硬度、耐摩耗性、潤滑性、耐腐食性に優れ
、かつ基材への付着力の大きい硬質炭素膜をコーティン
グすることが困難であった。
［発明が解決しようとする課題］
本発明は金属基村上に、付着力の良好な硬質炭素膜をコ
ーティングする方法を新たに開発することを目的とする
ものである。
ーティングする方法を新たに開発することを目的とする
ものである。
［課題を解決するための手段、作用］
本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１）金属基材に浸炭処理を施した後、該基材の表面に
水素プラズマ処理を施し、その後、硬質炭素膜を被覆す
ることを特徴とする硬質炭素膜のコーティング方法。
水素プラズマ処理を施し、その後、硬質炭素膜を被覆す
ることを特徴とする硬質炭素膜のコーティング方法。
（２）金属基材への浸炭方法が、イオン浸炭法である前
項ｌに記載された硬質炭素膜のコーティング方法。
項ｌに記載された硬質炭素膜のコーティング方法。
本発明でいう硬質炭素膜とは次のようなものである。元
素の構成の主体は炭素であり、天然ダイヤモンドに準す
る硬度を持ち、非晶質で電子線回折像はハローパターン
を示す。ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と
１３６０ｃｍ−’付近に非晶質特有の広いピークを示す
。硬質炭素の薄膜を走査型電子顕微鏡でｉｏ、ｏｏｏ倍
程度に拡大して観察すると、結晶粒界が認められない一
様で平滑な膜である。硬質炭素は一般に炭化水素化合物
を原料とした気相合成法によって生成され、約４Ｑａｔ
ｏｍ％以下の水素を含有している。水素は炭素原子のダ
ングリングボンドの部分に入り、非晶質状態が安定化さ
れかつ高硬度の構造になると考えられている。
素の構成の主体は炭素であり、天然ダイヤモンドに準す
る硬度を持ち、非晶質で電子線回折像はハローパターン
を示す。ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と
１３６０ｃｍ−’付近に非晶質特有の広いピークを示す
。硬質炭素の薄膜を走査型電子顕微鏡でｉｏ、ｏｏｏ倍
程度に拡大して観察すると、結晶粒界が認められない一
様で平滑な膜である。硬質炭素は一般に炭化水素化合物
を原料とした気相合成法によって生成され、約４Ｑａｔ
ｏｍ％以下の水素を含有している。水素は炭素原子のダ
ングリングボンドの部分に入り、非晶質状態が安定化さ
れかつ高硬度の構造になると考えられている。
適量の水素が存在することで、硬質炭素は天然ダイヤモ
ンドに準する高い硬度を示すものと推測される。硬質炭
素膜中の水素が多過ぎると軟らかい有機質の膜になる。
ンドに準する高い硬度を示すものと推測される。硬質炭
素膜中の水素が多過ぎると軟らかい有機質の膜になる。
そのため本発明の硬質炭素膜としては、水素の割合は膜
中に３５ａｔｏｎ＋％以下、好ましくは５〜３０ａｔｏ
ｍ％、のものが適している。
中に３５ａｔｏｎ＋％以下、好ましくは５〜３０ａｔｏ
ｍ％、のものが適している。
本発明に用いる硬質炭素膜の形成方法としては、被膜の
基材への付着性、膜質の均一性、膜表面の平滑性、生産
性という点から、特開昭５９−１７４５０７号公報、特
開昭５９−１７４５０８号公報等に開示されているよう
なイオン化蒸着法が好ましい。
基材への付着性、膜質の均一性、膜表面の平滑性、生産
性という点から、特開昭５９−１７４５０７号公報、特
開昭５９−１７４５０８号公報等に開示されているよう
なイオン化蒸着法が好ましい。
第１図にイオン化蒸着装置の原理図を示す。減圧下に硬
質炭素膜の原料となる炭化水素ガスを導入し、これをグ
ロー放電と赤熱させたフィラメント３によりイオン化さ
せ、電磁石４の広がり磁場でこのイオンを引き出す。電
磁石で覆われたこの部分をイオン源という。引き出され
たイオンは負のバイアス電圧がかけられた基材ｌに向か
って加速され、基材に衝突、蒸着する。原料ガスとして
は、メタン、エタン、アセチレン、ベンゼン等の容易に
気体として導入できる炭化水素を用いれば良いが、中で
もメタンが好ましい。水素ガスを前述の原料ガスの希釈
ガスとして用いてもさしつかえない。容器内の圧力は、
プラズマを発生させてしかもイオンを加速することが必
要なため、１×１０−６ＴｏｒｒからＩ Ｔｏｒｒでよ
いが、膜質、膜生成速度の点からはＩ Ｘ １０−’Ｔ
ｏｒｒからＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒが望ましい。基材
の温度としては室温（２５“Ｃ程度）から６００°Ｃと
すると良好な薄膜が形成される。その範囲内でも特に室
温（２５°Ｃ程度）から３００°Ｃが好ましい範囲であ
る。基材温度が６００°Ｃよりも高くなると作成される
膜は黒鉛状になりやすく、また、たとえ硬質炭素膜がで
きても放冷して室温に戻すと、基材と膜との間の残留熱
応力が大きいので、その後の使用中に膜が剥離し易くな
る。基材とイオン源との間のバイアス電圧は５０Ｖから
−１５００Ｖとし、中でも一５００■から一１０００Ｖ
が好ましい範囲である。炭化水素イオンがバイアス電圧
により加速されて基材に衝突すると、衝突エネルギーに
より衝突したイオンのＣ１４結合が切れて、水素原子は
弾き出されてしまう。この、水素原子が弾き出される量
は、衝突するイオンの運動エネルギー即ちバイアス電圧
に従っており、バイアス電圧が小さ過ぎると水素が多い
有機的な軟らかい膜になりやすく、バイアス電圧が高過
ぎると黒鉛状の膜になり、さらには膜の自己スパッタリ
ングが生じ、成膜速度が低下する。
質炭素膜の原料となる炭化水素ガスを導入し、これをグ
ロー放電と赤熱させたフィラメント３によりイオン化さ
せ、電磁石４の広がり磁場でこのイオンを引き出す。電
磁石で覆われたこの部分をイオン源という。引き出され
たイオンは負のバイアス電圧がかけられた基材ｌに向か
って加速され、基材に衝突、蒸着する。原料ガスとして
は、メタン、エタン、アセチレン、ベンゼン等の容易に
気体として導入できる炭化水素を用いれば良いが、中で
もメタンが好ましい。水素ガスを前述の原料ガスの希釈
ガスとして用いてもさしつかえない。容器内の圧力は、
プラズマを発生させてしかもイオンを加速することが必
要なため、１×１０−６ＴｏｒｒからＩ Ｔｏｒｒでよ
いが、膜質、膜生成速度の点からはＩ Ｘ １０−’Ｔ
ｏｒｒからＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒが望ましい。基材
の温度としては室温（２５“Ｃ程度）から６００°Ｃと
すると良好な薄膜が形成される。その範囲内でも特に室
温（２５°Ｃ程度）から３００°Ｃが好ましい範囲であ
る。基材温度が６００°Ｃよりも高くなると作成される
膜は黒鉛状になりやすく、また、たとえ硬質炭素膜がで
きても放冷して室温に戻すと、基材と膜との間の残留熱
応力が大きいので、その後の使用中に膜が剥離し易くな
る。基材とイオン源との間のバイアス電圧は５０Ｖから
−１５００Ｖとし、中でも一５００■から一１０００Ｖ
が好ましい範囲である。炭化水素イオンがバイアス電圧
により加速されて基材に衝突すると、衝突エネルギーに
より衝突したイオンのＣ１４結合が切れて、水素原子は
弾き出されてしまう。この、水素原子が弾き出される量
は、衝突するイオンの運動エネルギー即ちバイアス電圧
に従っており、バイアス電圧が小さ過ぎると水素が多い
有機的な軟らかい膜になりやすく、バイアス電圧が高過
ぎると黒鉛状の膜になり、さらには膜の自己スパッタリ
ングが生じ、成膜速度が低下する。
イオン源での磁束密度は１００Ｇから１００ＯＧの範囲
が適当であり、３００Ｇから５００Ｇがより好ましい範
囲である。詳細な製造条件は、装置内のガス導入口の配
置、イオン源の大きさ、基材の位置などによって変化す
るので適宜、最適条件を設定することが望ましい。
が適当であり、３００Ｇから５００Ｇがより好ましい範
囲である。詳細な製造条件は、装置内のガス導入口の配
置、イオン源の大きさ、基材の位置などによって変化す
るので適宜、最適条件を設定することが望ましい。
本発明で対象とする金属基材は、ＩＩ［Ａ、ＴＶＡ、Ｖ
Ａ、ＶＩＡ、■Ａ、■Ａ族に属する金属、あるいはこれ
らの合金で、炭素との共有結合を形成し難く、浸炭可能
なもの、すなわちＺｒ、 Ｔａ、 ＭｏＸＦｅ。
Ａ、ＶＩＡ、■Ａ、■Ａ族に属する金属、あるいはこれ
らの合金で、炭素との共有結合を形成し難く、浸炭可能
なもの、すなわちＺｒ、 Ｔａ、 ＭｏＸＦｅ。
Ｃｏ、 Ｔｉ等ならどれでも使用できるが、実用的な観
点からは鉄やコバルト等が重要である。
点からは鉄やコバルト等が重要である。
本発明の実施にあたっては、以下の順序で浸炭処理、水
素プラズマ処理、硬質炭素膜被覆の操作を行なえばよい
。まず始めに、対象となる金属基材に浸炭処理を施す、
このとき金属基材表面層に浸炭させる炭素の量はできる
だけ多い方が良（、金属基材表面には炭素の薄い層が形
成されるような状態になることがあるが、このような状
態で次の水素プラズマ処理に移行しても差支えはない。
素プラズマ処理、硬質炭素膜被覆の操作を行なえばよい
。まず始めに、対象となる金属基材に浸炭処理を施す、
このとき金属基材表面層に浸炭させる炭素の量はできる
だけ多い方が良（、金属基材表面には炭素の薄い層が形
成されるような状態になることがあるが、このような状
態で次の水素プラズマ処理に移行しても差支えはない。
本発明で用いる浸炭方法としては、従来から用いられて
いるガス浸炭法、溶融塩中浸炭法等の方法を用いること
ができる。この他にメタン、エタン等の炭化水素ガスを
分解、イオン化した雰囲気の容器中に、基材を高温に保
った状態で設置することで、基材に浸炭をさせると同時
に、基材表面にも炭素の薄膜を形成させるイオン浸炭法
が利用できる。後工程の炭素硬質膜形成時の膜付着性の
観点からは、イオン浸炭法が、基材への多量の浸炭と基
材表面炭素）Ｗ膜形成が可能であり、浸炭した炭素と、
表面膜の炭素との結合性が優れており、付着力の強い硬
質炭素膜のコーティングをするためには、イオン浸炭法
の適用が望ましい。
いるガス浸炭法、溶融塩中浸炭法等の方法を用いること
ができる。この他にメタン、エタン等の炭化水素ガスを
分解、イオン化した雰囲気の容器中に、基材を高温に保
った状態で設置することで、基材に浸炭をさせると同時
に、基材表面にも炭素の薄膜を形成させるイオン浸炭法
が利用できる。後工程の炭素硬質膜形成時の膜付着性の
観点からは、イオン浸炭法が、基材への多量の浸炭と基
材表面炭素）Ｗ膜形成が可能であり、浸炭した炭素と、
表面膜の炭素との結合性が優れており、付着力の強い硬
質炭素膜のコーティングをするためには、イオン浸炭法
の適用が望ましい。
次に、この様に浸炭処理を施した金属基材に水素プラズ
マ処理を施す。本発明で行う水素プラズマ処理とは、特
公昭６２−１２０号公報に記載されているようなプラズ
マＣＶＤ装置や特開昭５９−１７４５０７号公報に開示
されているプラズマＣＶＤ装置により生成した水素プラ
ズマ中に、基月を放置する方法と、特開昭６１−１２２
１９７号公報に見られるようなイオンビーム装置やイオ
ンインプランテーション装置等により水素プラズマ種を
照射する方法などである。木質的には、水素分子の分解
で生成される水素原子、水素イオンを、熱や電磁場によ
り高速度で基材に衝突させることができればどのような
方法でも良い。
マ処理を施す。本発明で行う水素プラズマ処理とは、特
公昭６２−１２０号公報に記載されているようなプラズ
マＣＶＤ装置や特開昭５９−１７４５０７号公報に開示
されているプラズマＣＶＤ装置により生成した水素プラ
ズマ中に、基月を放置する方法と、特開昭６１−１２２
１９７号公報に見られるようなイオンビーム装置やイオ
ンインプランテーション装置等により水素プラズマ種を
照射する方法などである。木質的には、水素分子の分解
で生成される水素原子、水素イオンを、熱や電磁場によ
り高速度で基材に衝突させることができればどのような
方法でも良い。
この後、前述の硬質炭素膜の形成処理を行う。
これら一連の浸炭、水素プラズマ処理、硬質炭素ｎり形
成の処理においては、途中で大気雰囲気にさらずと、表
面に、酸素等のガスを吸着し、硬質炭素膜の付着性が低
下するので、真空下で連続処理することが望ましい。
成の処理においては、途中で大気雰囲気にさらずと、表
面に、酸素等のガスを吸着し、硬質炭素膜の付着性が低
下するので、真空下で連続処理することが望ましい。
本発明の方法において、付着力の強い硬質炭素膜がコー
ティングできるメカニズムについては必ずしも明らかで
はないが、次の様に考えられる。
ティングできるメカニズムについては必ずしも明らかで
はないが、次の様に考えられる。
すなわち、最初に基材に浸炭処理を行い、基材表面層に
炭素の多い層を形成することで、基材に浸炭された炭素
と表面にコーティングされている硬質炭素１漠の炭素と
の間に強固な結゛合ができるものと考えられる。基材に
浸炭処理を施しておかない場合には、基材と硬質炭素膜
との界面では、金属基材と炭素の結合しか存在しないと
考えられ、般に金属材料と炭素とでは強固な結合をつく
らないために、この方法では付着力のすぐれた膜が得ら
れない。さらには、本発明ではあらかじめ水素プラズマ
処理を施すことで、表面層を活性化しておくことで、硬
質炭素膜と炭素層との付着性が向上するものと考えられ
る。
炭素の多い層を形成することで、基材に浸炭された炭素
と表面にコーティングされている硬質炭素１漠の炭素と
の間に強固な結゛合ができるものと考えられる。基材に
浸炭処理を施しておかない場合には、基材と硬質炭素膜
との界面では、金属基材と炭素の結合しか存在しないと
考えられ、般に金属材料と炭素とでは強固な結合をつく
らないために、この方法では付着力のすぐれた膜が得ら
れない。さらには、本発明ではあらかじめ水素プラズマ
処理を施すことで、表面層を活性化しておくことで、硬
質炭素膜と炭素層との付着性が向上するものと考えられ
る。
［実施例コ
実施例１
表面を鏡面仕上げ加工した厚み５１ｎＩｎの純鉄（９９
，９９％）板に、試料表面のガスの表面平衡炭素濃度０
．９％、浸炭温度９３０’Ｃ，浸炭時間１時間の条件で
メタンガスによるガス浸炭を行った。この結果表面から
約１ ｍｍの深さにわたって純鉄中へ浸炭がすすんでい
ることが、試料断面を電子線プローブマイクロアナライ
ザーで分析することにより確認された。
，９９％）板に、試料表面のガスの表面平衡炭素濃度０
．９％、浸炭温度９３０’Ｃ，浸炭時間１時間の条件で
メタンガスによるガス浸炭を行った。この結果表面から
約１ ｍｍの深さにわたって純鉄中へ浸炭がすすんでい
ることが、試料断面を電子線プローブマイクロアナライ
ザーで分析することにより確認された。
次にこの試料表面に水素ガスを原料として気圧Ｉ Ｘ
１０ ””Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、
基材温度３００°Ｃ、イオン電流２ ｍＡ ／ ｃｆ、
の条件で３０分間水素プラズマ照射した。その後さらに
イオン化蒸着法により、メタンガスを原料として気圧Ｉ
Ｘ １０−２Ｔｏｒｒ、、基材バイアス電圧−８００
ｖ、基材温度３００°Ｃ、イオン電流２＋ｎＡ／ｃ＋＋
１の条件で６０分間蒸着した結果、表面が基材表面と等
しく滑らかで、かつ剥離のない約１μｍ厚の硬質炭素膜
が一様にコーティングできた。この膜の水素含有量は２
６ａＬｏｍ％であり、電子線回折像はハローバターンを
示した。ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と
１３６０ｃｍ−’付近に広いピークを示した。このコー
ティングされた試料表面を９Ｈの鉛筆で引っ掻いても膜
の剥離や傷が生じなかった。同じ（ステンレス製のビン
セントで引っ掻くと、溝ができた。これは基材の鉄が塑
性変形をして溝状にへこんだためで、この場合でも硬質
炭素膜の剥離は見られなかった。
１０ ””Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、
基材温度３００°Ｃ、イオン電流２ ｍＡ ／ ｃｆ、
の条件で３０分間水素プラズマ照射した。その後さらに
イオン化蒸着法により、メタンガスを原料として気圧Ｉ
Ｘ １０−２Ｔｏｒｒ、、基材バイアス電圧−８００
ｖ、基材温度３００°Ｃ、イオン電流２＋ｎＡ／ｃ＋＋
１の条件で６０分間蒸着した結果、表面が基材表面と等
しく滑らかで、かつ剥離のない約１μｍ厚の硬質炭素膜
が一様にコーティングできた。この膜の水素含有量は２
６ａＬｏｍ％であり、電子線回折像はハローバターンを
示した。ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と
１３６０ｃｍ−’付近に広いピークを示した。このコー
ティングされた試料表面を９Ｈの鉛筆で引っ掻いても膜
の剥離や傷が生じなかった。同じ（ステンレス製のビン
セントで引っ掻くと、溝ができた。これは基材の鉄が塑
性変形をして溝状にへこんだためで、この場合でも硬質
炭素膜の剥離は見られなかった。
実施例２
厚み５ ｍｍの純鉄（９９，９９％）仮の鏡面仕上げ面
に、イオン浸炭法により、メタンガスを原料として気圧
Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１００
０■、基材温度７６０°Ｃ、イオン電Ｂ２ｍＡ／ｃ＋ｆ
ｌ、の条件で１０分間蒸着し、浸炭を行った。この結果
浸炭と同時に約０．０８ ｔｔｍ厚の黒鉛膜が基材の表
面に析出した。基材温度が高いために、界面から約０、
５ ｍｍの深さにわたって純鉄中へ浸炭がすすんでいる
ことが、試料断面を電子線プローブマイクロアナライザ
ーで分析することにより確認された。
に、イオン浸炭法により、メタンガスを原料として気圧
Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１００
０■、基材温度７６０°Ｃ、イオン電Ｂ２ｍＡ／ｃ＋ｆ
ｌ、の条件で１０分間蒸着し、浸炭を行った。この結果
浸炭と同時に約０．０８ ｔｔｍ厚の黒鉛膜が基材の表
面に析出した。基材温度が高いために、界面から約０、
５ ｍｍの深さにわたって純鉄中へ浸炭がすすんでいる
ことが、試料断面を電子線プローブマイクロアナライザ
ーで分析することにより確認された。
次にこの試料面に水素ガスを原料として気圧ｌＸ １０
−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材温
度３００’Ｃ，イオン電流’ｌ ｍＡ ／ ｃｔＢ、の
条件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン
散乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されているこ
とが判り、さらにＩｓＮ共鳴核反応法により表面から約
０．０５−の深さにわたって水素が８〜２ａ ｔｏｍ％
存在していることが確認された。
−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材温
度３００’Ｃ，イオン電流’ｌ ｍＡ ／ ｃｔＢ、の
条件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン
散乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されているこ
とが判り、さらにＩｓＮ共鳴核反応法により表面から約
０．０５−の深さにわたって水素が８〜２ａ ｔｏｍ％
存在していることが確認された。
その後さらにイオン化蒸着法により、メタンガスを原料
として気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００■、基材温度３００°Ｃ、イオン電流２ ｍ
Ａ ／ ｃ＋ｆｌ、の条件で６０分間硬質炭素膜をコー
ティングした。この膜の水素含有量は２７ａｔｏｍ％で
あり、電子線回折像はハローパターンを示した。
として気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００■、基材温度３００°Ｃ、イオン電流２ ｍ
Ａ ／ ｃ＋ｆｌ、の条件で６０分間硬質炭素膜をコー
ティングした。この膜の水素含有量は２７ａｔｏｍ％で
あり、電子線回折像はハローパターンを示した。
ラマンスペクトルでは１５８０ｃｎｒ’付近と１３６０
ａｎ−’付近に広いピークを示した。
ａｎ−’付近に広いピークを示した。
この試料は、表面が基材表面と等しく滑らかで、かつ−
様にコーティングされていた。この表面を９ Ｈの鉛筆
で引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくス
テンレス製のビンセットで引っ掻くと、溝ができた。こ
れは基材の鉄が塑性変形をして溝状にへこんだためで、
この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められなかった。
様にコーティングされていた。この表面を９ Ｈの鉛筆
で引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくス
テンレス製のビンセットで引っ掻くと、溝ができた。こ
れは基材の鉄が塑性変形をして溝状にへこんだためで、
この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められなかった。
実施例３
厚み６ ｍｍのコバルト（９９，９９％）板の鏡面仕上
げ面に、イオン浸炭法により、メタンガスを原料として
気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、 ａ材バイアス電圧１
０００Ｖ、ｌ材温度８００°Ｃ、イオン電流３ｍ＾／ｃ
＋ｄ 、の条件で１０分間蒸着し、浸炭を行った。この
結果浸炭と同時に約０．０９μｍ厚の黒鉛膜が基材の表
面に析出した。基材温度が高いために、界面から約０．
６ ｍｍの深さにわたってコバルト中へ浸炭がずずんで
いることが、試料断面を電子線プローブマイクロアナラ
イザーで分析することによりＩｉｉ認された。
げ面に、イオン浸炭法により、メタンガスを原料として
気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、 ａ材バイアス電圧１
０００Ｖ、ｌ材温度８００°Ｃ、イオン電流３ｍ＾／ｃ
＋ｄ 、の条件で１０分間蒸着し、浸炭を行った。この
結果浸炭と同時に約０．０９μｍ厚の黒鉛膜が基材の表
面に析出した。基材温度が高いために、界面から約０．
６ ｍｍの深さにわたってコバルト中へ浸炭がずずんで
いることが、試料断面を電子線プローブマイクロアナラ
イザーで分析することによりＩｉｉ認された。
次にこの試料面に水素ガスを原料として気圧ＩＸ Ｉ
Ｏ−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材
温度３００°Ｃ、イオン電流３ ｍＡ ／ ｃ＋ｄ、の
条件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン
散乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されているこ
とが判り、さら番？５Ｎ共鳴核反応法により表面から約
０．０５μｍの深さにわたって水素が７〜２ａｔｏｍ％
存在していることが確認された。
Ｏ−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材
温度３００°Ｃ、イオン電流３ ｍＡ ／ ｃ＋ｄ、の
条件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン
散乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されているこ
とが判り、さら番？５Ｎ共鳴核反応法により表面から約
０．０５μｍの深さにわたって水素が７〜２ａｔｏｍ％
存在していることが確認された。
その後さらにイオン化蒸着法により、メタンガスを原料
として気圧Ｉ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００■、基材温度３００ ’Ｃ、イオン電？Ａ
３ ｍへ／ ａ＋１ 、の条件で６０分間硬質炭素膜を
コーティングした。この膜の水素含有量は２５ａｔｏｍ
％であり、電子線回折像はハローパターンを示−した。
として気圧Ｉ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００■、基材温度３００ ’Ｃ、イオン電？Ａ
３ ｍへ／ ａ＋１ 、の条件で６０分間硬質炭素膜を
コーティングした。この膜の水素含有量は２５ａｔｏｍ
％であり、電子線回折像はハローパターンを示−した。
ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と１３６０
ｃ＋ｎ−’付近に広いピークを示した。
ｃ＋ｎ−’付近に広いピークを示した。
この試料は、表面が基材表面と等しく滑らかで、かつ−
様にコーティングされていた。この表面を９Ｈの鉛筆で
引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくステ
ンレス製のビンセットで引っ掻くと、溝ができた。これ
は基材のコバルトが塑性変形をして溝状にへこんだため
で、この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められなかった
。
様にコーティングされていた。この表面を９Ｈの鉛筆で
引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくステ
ンレス製のビンセットで引っ掻くと、溝ができた。これ
は基材のコバルトが塑性変形をして溝状にへこんだため
で、この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められなかった
。
実施例４
厚み１０ｍｍのｆＪ−１２％コバルト−１５％モリブデ
ン合金板の鏡面仕上げ面に、イオン浸炭法により、メタ
ンガスを原料として気圧Ｉ Ｘ １０− ｚＴｏｒｒ、
基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材温度７００°Ｃ、
イオン電流２ｍＡ／ｃｎｉ、の条件で１０分間蒸着し、
浸炭を行った。この結果浸炭と同時に約０．０８μｍ厚
の黒鉛膜が基材の表面に析出した。基材温度が高いため
に、界面から約０．６ ｍｍの深さにわたって合金中へ
浸炭がすすんでいることが、試料断面を電子線プローブ
マイクロアナライザーで分析することにより確認された
。
ン合金板の鏡面仕上げ面に、イオン浸炭法により、メタ
ンガスを原料として気圧Ｉ Ｘ １０− ｚＴｏｒｒ、
基材バイアス電圧−１０００Ｖ、基材温度７００°Ｃ、
イオン電流２ｍＡ／ｃｎｉ、の条件で１０分間蒸着し、
浸炭を行った。この結果浸炭と同時に約０．０８μｍ厚
の黒鉛膜が基材の表面に析出した。基材温度が高いため
に、界面から約０．６ ｍｍの深さにわたって合金中へ
浸炭がすすんでいることが、試料断面を電子線プローブ
マイクロアナライザーで分析することにより確認された
。
次にこの試料面に水素ガスを原料として気圧ＩＸ １０
−３Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−ｔｏｏｏ ｖ、基材
温度３００ ”Ｃ、イオン電流３ｍＡ／ｃ＋ｆｌ、の条
件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン散
乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されていること
が判り、さらに１５Ｎ共鳴核反応法により表面から約０
．０５μｍの深さにわたって水素が８〜２ａｔｏｍ％存
在していることが確認された。
−３Ｔｏｒｒ、基材バイアス電圧−ｔｏｏｏ ｖ、基材
温度３００ ”Ｃ、イオン電流３ｍＡ／ｃ＋ｆｌ、の条
件で６０分間水素プラズマ照射した。その結果ラマン散
乱分光により表面炭素が硬質炭素に改質されていること
が判り、さらに１５Ｎ共鳴核反応法により表面から約０
．０５μｍの深さにわたって水素が８〜２ａｔｏｍ％存
在していることが確認された。
その後さらにイオン化蒸着法により、メタンガスを原料
とした気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００Ｖ、基材温度３００ ’Ｃ、イオン電流３
ｍ Ａ ／ ｃｏ！、の条件で６０分間硬質炭素膜をコ
ーティングした。この膜の水素含有量は２６ａｔｏｍ％
であり、電子線回折像はハローパターンを示した。
とした気圧Ｉ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒ、基材バイアス電
圧−８００Ｖ、基材温度３００ ’Ｃ、イオン電流３
ｍ Ａ ／ ｃｏ！、の条件で６０分間硬質炭素膜をコ
ーティングした。この膜の水素含有量は２６ａｔｏｍ％
であり、電子線回折像はハローパターンを示した。
ラマンスペクトルでは１５８０ｃｍ−’付近と１３６０
ｃ＋ｎ−’付近に広いピークを示した。
ｃ＋ｎ−’付近に広いピークを示した。
この試料は、表面が基材表面と等しく滑らかで、かつ−
様にコーティングされていた。この表面を９Ｈの鉛筆で
引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくジル
コニアセラミックス製のピンセットで引っ掻くと、溝が
できた。これは基材の合金が塑性変形をして溝状にへこ
んだためで、この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められ
なかった。
様にコーティングされていた。この表面を９Ｈの鉛筆で
引っ掻いても膜の剥離や傷が生じなかった。同じくジル
コニアセラミックス製のピンセットで引っ掻くと、溝が
できた。これは基材の合金が塑性変形をして溝状にへこ
んだためで、この場合でも硬質炭素膜の剥離は認められ
なかった。
なお、実施例１．２．３及び４において、浸炭及び水素
プラズマ処理を施さなかった場合はいずれの膜も剥離し
た。
プラズマ処理を施さなかった場合はいずれの膜も剥離し
た。
［発明の効果１
本発明により、潤滑性、耐摩耗性、耐腐食性に優れた硬
質炭素膜を、これまで直接コーティングすることが困難
であった鉄、コバルトあるいはこれらの合金等の様々な
材質の金属材料に、強い付着力でコーティングすること
ができるようになり、潤滑性コーティングや耐摩耗用コ
ーティングとしての用途が拓けた。
質炭素膜を、これまで直接コーティングすることが困難
であった鉄、コバルトあるいはこれらの合金等の様々な
材質の金属材料に、強い付着力でコーティングすること
ができるようになり、潤滑性コーティングや耐摩耗用コ
ーティングとしての用途が拓けた。
第１図はイオン化蒸着装置の原理図である。■は基材、
２はグリッド、３はフィラメント、４は電磁石、５は原
料ガス導入管である。
２はグリッド、３はフィラメント、４は電磁石、５は原
料ガス導入管である。
Claims (2)
- （１）金属基材に浸炭処理を施した後、該基材の表面に
水素プラズマ処理を施し、その後、硬質炭素膜を被覆す
ることを特徴とする硬質炭素膜のコーティング方法。 - （２）金属基材への浸炭方法が、イオン浸炭法である請
求項１に記載された硬質炭素膜のコーティング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63275484A JP2689146B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 硬質炭素膜のコーティング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63275484A JP2689146B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 硬質炭素膜のコーティング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122075A true JPH02122075A (ja) | 1990-05-09 |
| JP2689146B2 JP2689146B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=17556166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63275484A Expired - Fee Related JP2689146B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 硬質炭素膜のコーティング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689146B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2682125A1 (fr) * | 1991-10-07 | 1993-04-09 | Nitruvid | Procede de traitement pour deposer une couche de carbone en phase vapeur sur la surface d'une piece metallique et piece ainsi obtenue. |
| FR2705692A1 (fr) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Balzers Hochvakuum | Procédé pour augmenter la résistance à l'usure de la surface d'une pièce et pièce traitée selon ce procédé. |
| US5455081A (en) * | 1990-09-25 | 1995-10-03 | Nippon Steel Corporation | Process for coating diamond-like carbon film and coated thin strip |
| EP0703303A1 (de) * | 1994-07-27 | 1996-03-27 | Balzers Sa | Korrosions- und verschleissfester Körper sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP0731190A1 (en) * | 1995-03-08 | 1996-09-11 | General Motors Corporation | Process for the formation of carbon coatings |
| JPH1030679A (ja) * | 1996-07-13 | 1998-02-03 | Nissin Electric Co Ltd | 自動車用部品及びそれらの製造方法 |
| US6468617B1 (en) | 1993-07-20 | 2002-10-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating |
| US6835523B1 (en) | 1993-05-09 | 2004-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating |
| JP2008144227A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Shimane Pref Gov | 浸炭方法及び装置 |
| JP2010248572A (ja) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | チタン系材料、その製造方法及び燃料電池用セパレータ |
| WO2012014507A1 (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 株式会社田中 | チタン金属製耐摩耗性部材 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5701713B2 (ja) * | 2005-05-18 | 2015-04-15 | トヨタ自動車株式会社 | 浸炭処理された金属材料 |
| JP5674180B2 (ja) * | 2008-12-02 | 2015-02-25 | 日本パーカライジング株式会社 | ステンレス材料の表面改質方法 |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP63275484A patent/JP2689146B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455081A (en) * | 1990-09-25 | 1995-10-03 | Nippon Steel Corporation | Process for coating diamond-like carbon film and coated thin strip |
| US5308707A (en) * | 1991-10-07 | 1994-05-03 | Nitruvid | Treatment process for depositing a layer of carbon in vapour phase on the surface of a metal article and article thus obtained |
| FR2682125A1 (fr) * | 1991-10-07 | 1993-04-09 | Nitruvid | Procede de traitement pour deposer une couche de carbone en phase vapeur sur la surface d'une piece metallique et piece ainsi obtenue. |
| US6835523B1 (en) | 1993-05-09 | 2004-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating |
| FR2705692A1 (fr) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Balzers Hochvakuum | Procédé pour augmenter la résistance à l'usure de la surface d'une pièce et pièce traitée selon ce procédé. |
| US6468617B1 (en) | 1993-07-20 | 2002-10-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating |
| EP0703303A1 (de) * | 1994-07-27 | 1996-03-27 | Balzers Sa | Korrosions- und verschleissfester Körper sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP0731190A1 (en) * | 1995-03-08 | 1996-09-11 | General Motors Corporation | Process for the formation of carbon coatings |
| JPH1030679A (ja) * | 1996-07-13 | 1998-02-03 | Nissin Electric Co Ltd | 自動車用部品及びそれらの製造方法 |
| JP2008144227A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Shimane Pref Gov | 浸炭方法及び装置 |
| JP2010248572A (ja) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | チタン系材料、その製造方法及び燃料電池用セパレータ |
| WO2012014507A1 (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 株式会社田中 | チタン金属製耐摩耗性部材 |
| JP2012031459A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Tanaka:Kk | チタン金属製耐摩耗性部材 |
| US9376742B2 (en) | 2010-07-29 | 2016-06-28 | Tanaka Limited | Wear-resistant member made of titanium metal |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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