JPH02254151A

JPH02254151A - ＴｉＮのイオンプレーテイング方法及びＴｉＮをプレーテイングされた素材物

Info

Publication number: JPH02254151A
Application number: JP7388989A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Sumiya; 角谷　勝嘉; Kenichi Tamura; 賢一田村; Tadashi Takano; 正高野; Atsumi Nakao; 中尾　敦巳
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-10-12

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、例えばＣ８等の成分を含Ｏｆ！ｉｉ１等の鉄
基材の表面にＴ、Ｎをイオンプレーティングする方法及
びこの方法により製造された金属の素＋３物に関し、詳
しくは、イオンプレーティング時のＣＲ等の酸化物の被
膜の生成の防止に関する。

（従来の技術）工具等は、硬度を増すために、ＴｉＮ（窒化チタン層）
をコーティングするのが通常である。このＴｉＮのコー
ティング方法に関する技術に、例えば、特開昭５５−２
７１５号がある。これは、放電空間中で化学反応を行な
わせ、基体表面に４８族金属の窒化物（例：Ｔ、Ｎ）の
薄層を被膜して耐摩耗性を向上させようというものであ
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで、ＣＲを高濃度に含む合金鋼、例えば、５ＫＤ
ＩＩ（冷間ダイス鋼）や５ＵＳ３０４鋼（ステンレス鋼
）等に、従来のＰＶＤ法（スパッタリング等の物理蒸着
法）によりＴ、Ｎコーテインクを施す過程では、これら
の鋼母材に含まれる高いＣＲ酸成分安定した酸化被膜を
母材表面に形成してしまうために、ＴｉＮコーティング
かうまくいかず、’ｒ＋Ｎと母材との密着力が低下して
しまうという問題が発生している。そのため、製品を使
用時に、Ｔ、Ｎ膜の剥離等の問題か生じていた。そのた
めに、従来では、Ｔ、Ｎコーティングの前に上記酸化被
膜を除去するためのボンバード処理を必要としていた。

第５図は、この従来法に係る一例のＴ、Ｎコーティング
の過程を示したものである。第６図は、この従来法に係
る工程を、コーティング炉内の圧力を縦軸にして示した
ものである。このボンバード処理は、低圧（０゜Ｉ　Ｔ
Ｏｒｒ）のアルゴンガス雰囲気中で、一定の時間（５分
）の間に亙って、電流（約２．２Ａ）をワークに流しな
がら、５００度Ｃで焼き入れするというものである。し
かも、この焼き入れは第６図に示すように、２度行なう
必要がある。このように、このボンバード処理は、従来
から、製造工程の短縮のあしかせとなっていた。

また、５ＵＳ３０４や、Ａｊ２．Ｃｕ等やそれらの合金
は、母材自体の硬度か低いために、その上にいくらＴ、
Ｎコーティングを行なっても、製品としての使用時にコ
ーティングが容易に剥離するという問題も発生していた
。

本発明は上述従来例の欠点を除去するために提案された
ものでその目的は、Ｔ、Ｎ層の剥離のないイオンプレー
ティング方法、及び、Ｔ、Ｎをプレーティングされた素
材物を提案するところにある。

（課題を達成するだめの手段及び作用）上記課題を達成
するための本発明のＴ、Ｈのイオンプレーティング方法
の構成は、酸化物となり易い成分を含む基材の表面にＴ
、Ｎをプレーティングする方法において、上記基材の表
面にニッケル系メッキを無電界で施す第１の工程と、こ
の表面をメッキされた基材上に、”Ｆ、Ｎをイオンプレ
ーティングする第２の工程とからなることを特徴とする
。

また、本発明のプレーティングされた素材物に係る本発
明の構成は、酸化物となり易い成分を含む基材層の上に
、ニッケル系メッキ層が形成され、更にその上に、Ｔ、
Ｎ層が形成されたことを特徴とする。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明を、鉄基材として５Ｋ
ＤＩＩを使用し、ニッケル系メッキとしてＮＩ　Ｐとし
た場合の実施例を説明する。

第１図はこの実施例の製造方法を図示するものである。

また、第２図はこの実施例に用いられるＴ、Ｈのイオン
プレーティング装置を示し、第３Ａ図は、主にこの実施
例のイオンプレーティングに係る工程を、コーティング
炉内の圧力を縦軸にして示したものである。第１図のス
テップＳ２０、Ｓ２１では、鉄基材を例えばバイト等の
工具の形状に機械加工してワークとし、これを洗浄する
。ステップＳ２２では、このワークにＮ、　−Ｐメッキ
を施す。メッキ条件は以下のようである。

温度　　　　　：９０度Ｃ時間　　　　　・３０分Ｎｌ−メッキ厚＝４μｍ尚、メッキ液として、Ｉ’Ｊ＋　　Ｐの他に、Ｎ、　−
Ｂでもよい。メッキ液を無電界としたのは、メッキ層の
厚さが均一になるからである。また、ニッケル系のメッ
キ液としたのは、鉄基材との密着性が高いからである。

こうして、５ＫＤ１．１の基材からなるワーク表面にＮ
、−Ｐメッキ層が形成された。

第２図はＴ、Ｎコーティング炉１００の断面を模式的に
示した図である。この炉１００は、内部を、シャッタ１
０２により分割され、この分割された上部空間がボンバ
ード処理に使われ、下部空間がＴ、Ｎイオンプレーティ
ングに使われる。ワーク１０は治具１．０１に炉１００
の上部に固定され、ワーク１０には、外部の電源１０７
から所定の電圧が印加されるようになっている。１０３
はアルゴンガスの注入口であり、これによりボンバード
処理が行なわれる。尚、本発明では、ボンハメッキ液　
　　・酸性無電界ＮＩメッキ浴ド処理は本質的に必要で
はない。第２図の炉１００は従来例に使用されている炉
を転用したものである。このように、本実施例で、炉に
ボンバード処理部分を設けたものを使用しているのは、
後述するように、本発明の処理過程に、ボンバード処理
を行なっても、ホンバード処理無しよりも、ＴＡＮ層と
基材との密着性は若干低下するものの、従来例によるよ
りもより強い密着性が得られたからである。

第２図において、１０４は、Ｔ、Ｎプレーティングを行
なうための窒素ガスＮ２を炉内に導くための注入口であ
る。金属Ｔ、１０９のイオン化は、ＥＢ（電子ビーム）
ガン１０６によるＴＩの溶融により行なわれる。

さて、第１図のステップＳ２３．Ｓ２４では、ワークを
治具１．０１にセットしたものを、炉１００の所定位置
にセットする。

以下、第１図及び第２図さらには、第３Ａ図をも参照し
て説明を行なう。ステップＳ２５で、炉内のガス（空気
）を排気する。炉内圧力が５×１０−７゜ｒｒ程度にな
ったところで、不図示のヒータで炉１００を予熱する。

炉内温度を５００度Ｃにして、その状態を２時間はど保
ち、ステップＳ２７でイオンプレーティングを始める。

このイオンプレーティングは、炉内圧力を９×−丁。ｒ
ｒの圧力に保って、前述したように、Ｔ１をＥＢガン１
１１により溶融してガス化し、このガスと窒素ガスとを
電界中に導いてイオン化する。一方、ワーク１０にも電
界がかけられ、このイオンガスはワーク側に引き寄せら
れ、ワーク表面で電子を失って、ワーク表面にＴ、Ｎと
して析出する。これがＴ、Ｎコーティングである。この
ＴｉＮコーティング処理過程は、第３Ａ図に示すように
、５００度Ｃの雰囲気中で２５分間続けられる。

Ｔ、Ｎコーティングが終了すると、炉１００を冷却し、
ワークを取出す。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の手法では施さなかったボンバー
ド処理を、Ｎ、−Ｐメッキを施したワークに施すという
ような変形手法を行なうときの工程図である。この変形
手法に係るボンバード処理は、第１図では、ステップ３
２６とステップＳ２７の間で行なえばよい。尚、この変
形実施例におけるボンバード処理の条件は、従来のボン
バード処理の条件と同じであり、０．ｌ□。ｒｒのアル
ゴン雰囲気中で、２．２Ａの電流を流すというものであ
る。

第４Ａ図は、本実施例で得られたワークについての、Ｔ
ＡＮ層と基材との密着性を実際に評価したときのテスト
結果である。対比のために、第４Ｂ図に、従来例に係る
工程（即ち、Ｎ、−Ｐメッキ工程の無い）により製作さ
れたワークの密着性のテスト結果を示す。ここで、本実
施例と従来例とに共通な試験条件を説明する。試験機は
スクラッチ試験機を用いた。その感度は１０，０である
６ワークにスクラッチを形成するときのテーブル速度は
１０ｍｍ／分であり、荷重速度は１ＯＮ／分である。ま
た、被試験対象のワークの形状は５０φＸ１０ｍｍの円
柱状であり、５つのサンプルとした。ワークの材料は５
ＫＤＩＩである。また、硬度は、ＨＲＣで５８．５であ
る。また、ワークの表面粗さは最大でＨ□、が０．４μ
ｍである。

さらに、Ｔ、Ｎ膜厚は２．５μｍとした。

また、第４Ａ図の試験結果が得られた本実施例の方法で
は、Ｎｌ　　Ｐメッキ層の厚さを、４μｍとした。

Ｎｌ　−Ｐメッキ工程の無い従来例の方法では、ボンバ
ード処理を行なっても、スクラッチの発生する臨界荷重
の平均値は３５．８Ｎにュートン）であり、ボンバード
処理を行なわないと、３０．４Ｎと更に低くなってしま
った。

一方、ＴｉＮコーティングする前にＮ、−Ｐメッキを行
なう実施例の製造方法では、臨界荷重の平均値は、ボン
バード処理を行なわなつかだ場合に、４６．６Ｎ、また
、ボンバード処理を行なえば、４０．２Ｎであった。ボ
ンバード処理を行なうと、密着性は若干低下（４０，２
Ｎ）するものの、それでも、第４Ｂ図に示した従来例に
よる試験結果の数値（３５，８Ｎ）よりもずっと良好な
値を示している。

第７Ａ図に従来の方法によってできた鉄合金素材物の構
成を示す。前述したように、５ＫＤＩＩ等の母材の上に
ボンバード処理によっても除去され尽くさないで残った
酸化被膜があり、その上に、ＴｉＮ層が形成されている
。一方、第７Ｂ図には、本実施例による鉄合金素材物の
構成を示す。母材の上にＮＩ　Ｐメッキ層が形成され、
その上に、Ｔ、Ｎ層が形成されている。

Ｎ、Ｐ層の効用は次の点にあると推定される。

Ｔ、Ｈのイオンプレーティング処理の前に母材表面に形
成されたＮ１−Ｐは、イオンプレーティングによる加熱
過程で、母材が直接雰囲気中に露出されるのを防止して
、中に含まれるＯＲ成分の酸化を防止する働きがある。

また、Ｎ　Ｉ　　Ｐ　ＪｉＦは、イオンプレーティング
のベーキング過程で硬化し、ＴｉＮ層に対する母材の相
対的硬度を上げる結果、即ち、バックアップ硬度が上昇
する結果となり、硬度の高いＴｉＮ層の存在意義が高ま
る。

従来ては、Ｔ、Ｎ層がいくら硬度か高くても、母材の硬
度が低い場合には、ＴＡＮコーティングな行なった意味
が没却していた。従って、本実施例の手法は、母材が５
ＵＳ３０４や、Ａ［、Ｃｕ等やそれらの合金である場合
に特に有効である。

本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で
ある。

例えば、上記実施例では、基材表面に形成される酸化物
はＣＲ酸化物を問題としたが、ＣＲには限らず、安定的
に形成されるものであれば、どのような酸化物でも本発
明の対象とすることができる。何故なら、安定的な酸化
物はその除去が困難であり、本発明の酸化物そのものを
発生させないという意義が高まるからである。

また、前述したように、メッキ液は、ＮＩ　Ｂでもよい
。

（発明の効果）以上説明したように本発明のＴ、Ｈのイオンプレーティ
ング方法によれば、酸化物となり易い成分を含む鉄基材
の表面にＴ、Ｎをプレーティングする方法において、上
記基材の表面にニッケル系メッキを無電界で施す第１の
工程と、この表面をメッキされた基材上に、ＴＡＮをイ
オンプレーティングする第２の工程とからなることを特
徴とする。

従って、鉄基材と密着性の高いニッケル系のメッキが施
されることで、基材そのものはイオンプレーティング工
程で雰囲気中に露出されることはなくなり、鉄基材に含
まれる成分の酸化物が生成されることが防止される。ま
た、このメッキ自体は鉄基材と密着性が高いので、メッ
キ層の上にＴ、Ｎ層が形成されても、ＴＡＮ層の剥離は
なくなる。さらに、メッキ層がイオンプレーティング過
程で硬化するので、Ｔ、Ｎ層からみた基材側の硬度が向
上し、全体での硬度が結果的に上昇し、ＴｉＮ層の剥離
が更に防止される。

また、本発明のプレーティングされた素材物は、酸化物
となり易い成分を含む鉄基材層の上に、ニッケル系メッ
キ層が形成され、更にその上に、ＴｉＮ層が形成された
ことを特徴とするので、上述の理由により、ＴＡＮ層の
剥離がなく、丈夫な素材が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係るイオンプレーティング
方法の工程を説明する図、第２図は第１図実施例の方法に用いることの可能なコー
ティング炉の１折面図、第３Ａ図は第１図実施例の方法において、イオンプレー
ティング過程の時間変化を示した図、第３Ｂ図は第３Δ
図の変形例に係る工程の時間経過を示す図、第４Δ図は、第３Ａ図及び第３Ｂ図に係る手法によりＴ
、Ｎをイオンプレーティングしだ素材物の試験結果を示
した図、第４Ｂ図は従来例に係る手法によりＴｉＮをコーティン
グした素材物の試験結果を、第４Ａ図と対比可能にして
示した図、第５図及び第６図は従来例に係る工程を説明する図、第７Ａ図は従来例の工程により製造された素材物の構成
を示す断面図、第７Ｂ図は本実施例の工程により製造された素４’４物
の構成を示すＨＪｉ而図面図る。図中、１０・・・コーティング対象ワーク、１００・・・コー
ティング炉、１０１・・・治具、１０２・・・シャッタ
、１０３・・・ＡＲ注入口、１０４・・・Ｎ２注入口、
１０６・・・真空槽、１０７・・・電源、１０８・・・
真空排気系、１０９・・・ＴＩ、１１０・・・水冷ルツ
ボ、１．１１・・・Ｅ　Ｂガンである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化物となり易い成分を含む基材の表面にＴ＿ｉ
Ｎをプレーティングする方法において、上記基材の表面
にニッケル系メッキを無電界で施す第１の工程と、この表面をメッキされた基材上に、Ｔ＿ｉＮをイオンプ
レーティングする第２の工程とからなることを特徴とす
るＴ＿ｉＮのイオンプレーティング方法。
（２）酸化物となり易い成分を含む基材層の上に、ニッ
ケル系メッキ層が形成され、更にその上に、Ｔ＿ｉＮ層
が形成されたことを特徴とするＴ＿ｉＮをプレーティン
グされた素材物。