JPH04311559A - ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法 - Google Patents
ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法Info
- Publication number
- JPH04311559A JPH04311559A JP10520891A JP10520891A JPH04311559A JP H04311559 A JPH04311559 A JP H04311559A JP 10520891 A JP10520891 A JP 10520891A JP 10520891 A JP10520891 A JP 10520891A JP H04311559 A JPH04311559 A JP H04311559A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stainless steel
- hard compound
- steel substrate
- compound film
- coated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 claims abstract description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はステンレス鋼基材の表面
に炭化タンタル、窒化チタンなどの硬質化合物膜を被覆
する方法に関し、密着性を改善するための下地層の形成
方法に関する。
に炭化タンタル、窒化チタンなどの硬質化合物膜を被覆
する方法に関し、密着性を改善するための下地層の形成
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化物あるいは窒化物からなる硬質化合
物膜をステンレス鋼の表面に被覆する場合に、密着性を
改善するための前処理としてアルゴンイオンボンバード
処理が行われている。この処理はステンレス鋼の表面に
形成されている不動態化膜（自然に形成される酸化膜）
を除去することを目的とするものであり、多くの場合有
効な手段である。一方、ステンレス鋼基材の表面に前記
硬質化合物膜を被覆する場合に、下地層として当該化合
物を構成する金属単体からなる層を被覆し、次いで炭素
あるいは窒素を含有するガスを導入して反応性イオンプ
レーティング法により当該金属の炭化物膜あるいは窒化
物膜を形成することが行われている。
物膜をステンレス鋼の表面に被覆する場合に、密着性を
改善するための前処理としてアルゴンイオンボンバード
処理が行われている。この処理はステンレス鋼の表面に
形成されている不動態化膜（自然に形成される酸化膜）
を除去することを目的とするものであり、多くの場合有
効な手段である。一方、ステンレス鋼基材の表面に前記
硬質化合物膜を被覆する場合に、下地層として当該化合
物を構成する金属単体からなる層を被覆し、次いで炭素
あるいは窒素を含有するガスを導入して反応性イオンプ
レーティング法により当該金属の炭化物膜あるいは窒化
物膜を形成することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術におけ
るボンバード処理あるいは金属単体層の挿入は、それぞ
れ有効な手段であり、またこれらの処理を併用すること
もできるが、目的によっては密着性が不足する場合があ
る。そこで本発明の目的は、ステンレス鋼基材とその表
面に被覆する硬質化合物膜との密着性をさらに飛躍的に
向上させることである。
るボンバード処理あるいは金属単体層の挿入は、それぞ
れ有効な手段であり、またこれらの処理を併用すること
もできるが、目的によっては密着性が不足する場合があ
る。そこで本発明の目的は、ステンレス鋼基材とその表
面に被覆する硬質化合物膜との密着性をさらに飛躍的に
向上させることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明に
おいては、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中
におけるボンバード処理により、クロムを含有するステ
ンレス鋼基材の表面に厚さ約２０ｎｍの酸化クロム（Ｃ
ｒ２ Ｏ３ ）を主体とする酸化物層を形成し、次にア
ルゴンガスを導入した減圧雰囲気中におけるイオンプレ
ーティング法によりチタン、タンタル、タングステンな
どの周期律表第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族に属する一種の
金属を被覆し、引き続き炭化水素ガスあるいは窒素ガス
を導入して前記金属の炭化物あるいは窒化物からなる硬
質化合物膜を被覆するようにした。
おいては、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中
におけるボンバード処理により、クロムを含有するステ
ンレス鋼基材の表面に厚さ約２０ｎｍの酸化クロム（Ｃ
ｒ２ Ｏ３ ）を主体とする酸化物層を形成し、次にア
ルゴンガスを導入した減圧雰囲気中におけるイオンプレ
ーティング法によりチタン、タンタル、タングステンな
どの周期律表第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族に属する一種の
金属を被覆し、引き続き炭化水素ガスあるいは窒素ガス
を導入して前記金属の炭化物あるいは窒化物からなる硬
質化合物膜を被覆するようにした。
【０００５】従来のボンバード処理は基材表面の酸化物
被膜を除去するものであるが、酸化物被膜を積極的に介
在させることにより密着性が改善される場合があり、特
にチタン、タンタルなどの金属被覆層とステンレス鋼基
材との間に介在させる中間層として酸化クロム（Ｃｒ２
Ｏ３ ）膜が有効である。また、その膜厚は不動態化
膜（０． ５ｎｍ前後）よりもはるかに厚い２０ｎｍ程
度が適当である。さらに、この酸化クロム膜は、酸素雰
囲気中での単なる熱酸化により形成されたものではなく
、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中における
ボンバード処理により形成されたものが最も効果的であ
る。 本発明はこのような知見に基づいてなされたもである。
被膜を除去するものであるが、酸化物被膜を積極的に介
在させることにより密着性が改善される場合があり、特
にチタン、タンタルなどの金属被覆層とステンレス鋼基
材との間に介在させる中間層として酸化クロム（Ｃｒ２
Ｏ３ ）膜が有効である。また、その膜厚は不動態化
膜（０． ５ｎｍ前後）よりもはるかに厚い２０ｎｍ程
度が適当である。さらに、この酸化クロム膜は、酸素雰
囲気中での単なる熱酸化により形成されたものではなく
、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中における
ボンバード処理により形成されたものが最も効果的であ
る。 本発明はこのような知見に基づいてなされたもである。
【０００６】
【作用】酸素およびアルゴンの混合ガスを導入した減圧
雰囲気中で、ステンレス鋼基材に負電圧を印加してボン
バード処理を行うと、基材の表面に主として酸化クロム
からなる酸化物を形成する現象と、酸化物を除去する現
象とが同時に発生する。この場合、酸素分圧と加速電圧
とを適当に調整すると、界面の結合力の弱い酸化物は除
去され、結合力の強い酸化物だけが密着性の優れた酸化
物膜として成長する。このような酸化膜が本発明の目的
とする機能を果たすものである。
雰囲気中で、ステンレス鋼基材に負電圧を印加してボン
バード処理を行うと、基材の表面に主として酸化クロム
からなる酸化物を形成する現象と、酸化物を除去する現
象とが同時に発生する。この場合、酸素分圧と加速電圧
とを適当に調整すると、界面の結合力の弱い酸化物は除
去され、結合力の強い酸化物だけが密着性の優れた酸化
物膜として成長する。このような酸化膜が本発明の目的
とする機能を果たすものである。
【０００７】
【実施例１】以下図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は本発明の実施例における層構造を模式
的に示す断面図である。酸素１０％、アルゴン９０％か
らなる混合ガスを真空装置に導入して圧力を２×１０−
３ Ｔｏｒｒに保持し、ステンレス鋼（ＳＵＳ２７）
からなる基材に−５００Ｖの負電圧を印加して約１０分
間ボンバード処理を行い、ステンレス鋼基材１の表面に
酸化クロム（Ｃｒ２ Ｏ３ ）を主体とする厚さ約２０
ｎｍの酸化物層２を形成した。次にアルゴンガス雰囲気
中でチタンを電子ビーム溶解して蒸発させ、高周波励起
イオンプレーティング法により厚さ約１００ｎｍの金属
チタン層３を被覆し、さらに窒素ガスを導入して厚さ約
５００ｎｍの窒化チタン層４を反応性イオンプレーティ
ング法により被覆した。
説明する。図１は本発明の実施例における層構造を模式
的に示す断面図である。酸素１０％、アルゴン９０％か
らなる混合ガスを真空装置に導入して圧力を２×１０−
３ Ｔｏｒｒに保持し、ステンレス鋼（ＳＵＳ２７）
からなる基材に−５００Ｖの負電圧を印加して約１０分
間ボンバード処理を行い、ステンレス鋼基材１の表面に
酸化クロム（Ｃｒ２ Ｏ３ ）を主体とする厚さ約２０
ｎｍの酸化物層２を形成した。次にアルゴンガス雰囲気
中でチタンを電子ビーム溶解して蒸発させ、高周波励起
イオンプレーティング法により厚さ約１００ｎｍの金属
チタン層３を被覆し、さらに窒素ガスを導入して厚さ約
５００ｎｍの窒化チタン層４を反応性イオンプレーティ
ング法により被覆した。
【０００８】
【比較例１】酸素を含まない純アルゴンガスを真空装置
に導入して２×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、ステン
レス鋼基材に−１０００Ｖの負電圧を印加して約５分間
ボンバード処理を行い、基材の表面に自然に形成されて
いる不動態化膜を除去した。続いて実施例１と同様に金
属チタン層と窒化チタン層を被覆した。
に導入して２×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、ステン
レス鋼基材に−１０００Ｖの負電圧を印加して約５分間
ボンバード処理を行い、基材の表面に自然に形成されて
いる不動態化膜を除去した。続いて実施例１と同様に金
属チタン層と窒化チタン層を被覆した。
【０００９】
【比較例２】実施例１と同じ酸素アルゴン混合ガスを真
空装置に導入して５×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、
ステンレス鋼基材を３００℃に加熱して基材の表面に約
２０ｎｍの酸化クロムを主体とする熱酸化被膜を形成し
た。 続いて実施例１と同様に金属チタン層と窒化チタン層を
被覆した。
空装置に導入して５×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、
ステンレス鋼基材を３００℃に加熱して基材の表面に約
２０ｎｍの酸化クロムを主体とする熱酸化被膜を形成し
た。 続いて実施例１と同様に金属チタン層と窒化チタン層を
被覆した。
【００１０】実施例１、比較例１、比較例２で得られた
硬質化合物膜すなわち窒化チタン膜の密着性を引っかき
試験によりテストした結果を表１に示す。界面の密着性
を改善する上で、熱酸化膜の介在（比較例２）は全く効
果が無く、ボンバード処理による不動態化膜の除去（比
較例１）により密着性は改善されるが、本発明の方法に
よりさらに密着性が向上することが明らかに認められる
。
硬質化合物膜すなわち窒化チタン膜の密着性を引っかき
試験によりテストした結果を表１に示す。界面の密着性
を改善する上で、熱酸化膜の介在（比較例２）は全く効
果が無く、ボンバード処理による不動態化膜の除去（比
較例１）により密着性は改善されるが、本発明の方法に
よりさらに密着性が向上することが明らかに認められる
。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【実施例２】実施例１と同様にステンレス鋼基材の表面
にボンバード処理により酸化クロムを主体とする酸化物
膜を形成し、その上にアルゴンガス雰囲気中でイオンプ
レーティング法により金属タンタル層を被覆し、さらに
炭化水素ガスを導入して反応性イオンプレーティング法
により炭化タンタル層を被覆した。この場合にも極めて
強固な密着性が認められた。
にボンバード処理により酸化クロムを主体とする酸化物
膜を形成し、その上にアルゴンガス雰囲気中でイオンプ
レーティング法により金属タンタル層を被覆し、さらに
炭化水素ガスを導入して反応性イオンプレーティング法
により炭化タンタル層を被覆した。この場合にも極めて
強固な密着性が認められた。
【００１３】
【発明の効果】以上の実施例は硬質化合物膜として窒化
チタンあるいは炭化タンタルを被覆したものであるが、
本発明の方法は周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族に属
する金属の炭化物あるいは窒化物被膜に対して有効であ
る。本発明によれば硬質化合物膜の密着性が著しく向上
し、同一の真空装置を用いた一連の工程により前処理を
行うことが可能であり、耐摩耗性の要求される機械部品
などに施される表面処理法として格別の効果がある。
チタンあるいは炭化タンタルを被覆したものであるが、
本発明の方法は周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族に属
する金属の炭化物あるいは窒化物被膜に対して有効であ
る。本発明によれば硬質化合物膜の密着性が著しく向上
し、同一の真空装置を用いた一連の工程により前処理を
行うことが可能であり、耐摩耗性の要求される機械部品
などに施される表面処理法として格別の効果がある。
【図１】本発明の実施例における層構造を示す模式的断
面図である。
面図である。
１ ステンレス鋼基材
２ 酸化物層
３ 金属チタン層
４ 窒化チタン層
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰
囲気中におけるボンバード処理により、ステンレス鋼基
材の表面に厚さ約２０ｎｍの酸化クロム（Ｃｒ２ Ｏ３
）を主体とする酸化物層を形成し、次にアルゴンガス
を導入した減圧雰囲気中におけるイオンプレーティング
法により周期律表第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族に属する一
種の金属を被覆し、引き続き炭化水素ガスあるいは窒素
ガスを導入して前記金属の炭化物あるいは窒化物からな
る硬質化合物膜を被覆することを特徴とするステンレス
鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10520891A JP3236636B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10520891A JP3236636B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04311559A true JPH04311559A (ja) | 1992-11-04 |
| JP3236636B2 JP3236636B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=14401254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10520891A Expired - Fee Related JP3236636B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3236636B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7247403B2 (en) * | 2004-04-21 | 2007-07-24 | Ut-Battelle, Llc | Surface modified stainless steels for PEM fuel cell bipolar plates |
| JP2012533356A (ja) * | 2009-07-15 | 2012-12-27 | エバレデイ バツテリ カンパニー インコーポレーテツド | かみそりブレードの技術 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP10520891A patent/JP3236636B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7247403B2 (en) * | 2004-04-21 | 2007-07-24 | Ut-Battelle, Llc | Surface modified stainless steels for PEM fuel cell bipolar plates |
| JP2012533356A (ja) * | 2009-07-15 | 2012-12-27 | エバレデイ バツテリ カンパニー インコーポレーテツド | かみそりブレードの技術 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3236636B2 (ja) | 2001-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2823592B2 (ja) | 被覆工程で脱炭可能な基体の被覆体 | |
| JPH01294867A (ja) | 炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する方法 | |
| JP6243796B2 (ja) | ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜方法 | |
| US5382471A (en) | Adherent metal coating for aluminum nitride surfaces | |
| JPS58181863A (ja) | 表面処理方法 | |
| JPH07268607A (ja) | ダイヤモンドライクカーボン薄膜を有する物品およびその製造方法 | |
| JP3971336B2 (ja) | α型結晶構造主体のアルミナ皮膜の製造方法およびα型結晶構造主体のアルミナ皮膜で被覆された部材の製造方法 | |
| JPH04311559A (ja) | ステンレス鋼基材の表面に硬質化合物膜を被覆する方法 | |
| WO1990004044A1 (en) | Surface treatment of metals and alloys | |
| JPH02125861A (ja) | 被処理物の表面に被膜を形成する方法 | |
| JP2000144426A (ja) | 高硬度高密着性ｄｌｃ膜の成膜方法 | |
| JP2006169614A (ja) | 金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ｄｌｃ）皮膜、その形成方法、及び摺動部材 | |
| JPH07252657A (ja) | 成膜方法 | |
| GB2227755A (en) | Improving the wear resistance of metallic components by coating and diffusion treatment | |
| JPH04337064A (ja) | 窒化硼素被覆部材 | |
| JPS6342362A (ja) | 表面被覆鋼材の製造方法 | |
| JP3572240B2 (ja) | 導電部材の物理的表面改質方法および表面改質装置 | |
| JP2003013200A (ja) | 硬質炭素膜およびその製造方法 | |
| JP7432105B2 (ja) | Ｄｌｃ被覆工具の表面処理方法 | |
| WO1996005332A2 (en) | Coated material and method of its production | |
| JPS60131964A (ja) | 膜被覆物の製造方法 | |
| JPH05295521A (ja) | 表面改質方法 | |
| JPS62193706A (ja) | 切削工具 | |
| JPH07278797A (ja) | 表面改質方法 | |
| JP2766171B2 (ja) | 窒化硼素膜付部材の再生方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |