JPH05295521A - 表面改質方法 - Google Patents
表面改質方法Info
- Publication number
- JPH05295521A JPH05295521A JP7103191A JP7103191A JPH05295521A JP H05295521 A JPH05295521 A JP H05295521A JP 7103191 A JP7103191 A JP 7103191A JP 7103191 A JP7103191 A JP 7103191A JP H05295521 A JPH05295521 A JP H05295521A
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- Japan
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- ion beam
- film
- vapor deposition
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオンビーム照射と蒸着を併用したプロセス
に於て、鉄鋼材料に密着性に優れた化合物膜を形成する
ことを目的とする。 【構成】 被処理材である鉄鋼材料１をサンプルホルダ
ー２に取り付け、真空排気後、イオンボンバードメント
処理等により材料の表面を清浄化する。その後イオン源
４から不活性ガスのイオンビーム照射と蒸着源５からの
金属等の蒸着を同時に開始して成膜を始める。金属膜は
不活性ガスのイオンビームの照射により、緻密化すると
共に母材との密着性も高められる。膜厚が所定の値に達
したところで、アルゴンイオンビームを段階的にまたは
連続的に窒素イオンビームに切り替える。これにより金
属層が急峻な境界面を持たず、徐々に化合物膜に変わる
層が形成され、化合物層の密着性が大きく高められる。
に於て、鉄鋼材料に密着性に優れた化合物膜を形成する
ことを目的とする。 【構成】 被処理材である鉄鋼材料１をサンプルホルダ
ー２に取り付け、真空排気後、イオンボンバードメント
処理等により材料の表面を清浄化する。その後イオン源
４から不活性ガスのイオンビーム照射と蒸着源５からの
金属等の蒸着を同時に開始して成膜を始める。金属膜は
不活性ガスのイオンビームの照射により、緻密化すると
共に母材との密着性も高められる。膜厚が所定の値に達
したところで、アルゴンイオンビームを段階的にまたは
連続的に窒素イオンビームに切り替える。これにより金
属層が急峻な境界面を持たず、徐々に化合物膜に変わる
層が形成され、化合物層の密着性が大きく高められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼材料にイオンビーム
照射と蒸着を併用して化合物膜の形成を行う表面改質方
法に関する。
照射と蒸着を併用して化合物膜の形成を行う表面改質方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼材料の摩擦・摩耗特性等の改善の為
に、イオンビーム照射と蒸着を併用したコーティングを
行う方法が知られている（例えば、磯部昭二他；“イオ
ンビームダイナミックミキシング法による金属表面改質
の数例”、金属表面技術39(10),1988)。膜種としては硬
度、摩擦特性等から、窒化チタン、窒化クロム等の窒化
物膜が多く用いられる。この場合従来一般に用いられる
方法は、真空排気した処理室に固定された材料にまずイ
オンボンバードメント処理等を行って表面を清浄化した
後、窒素イオンビーム照射と金属の蒸着を同時に行い、
窒化物膜の形成を行うものである。
に、イオンビーム照射と蒸着を併用したコーティングを
行う方法が知られている（例えば、磯部昭二他；“イオ
ンビームダイナミックミキシング法による金属表面改質
の数例”、金属表面技術39(10),1988)。膜種としては硬
度、摩擦特性等から、窒化チタン、窒化クロム等の窒化
物膜が多く用いられる。この場合従来一般に用いられる
方法は、真空排気した処理室に固定された材料にまずイ
オンボンバードメント処理等を行って表面を清浄化した
後、窒素イオンビーム照射と金属の蒸着を同時に行い、
窒化物膜の形成を行うものである。
【０００３】しかしながら、この方法では被処理材であ
る鉄鋼材料と窒化物膜の硬度、弾性係数等の物理特性の
違いが大きく、充分な密着強度を得ることが困難であっ
た。その為表面改質材の摩擦・摩耗特性の改善効果も充
分ではなかった。
る鉄鋼材料と窒化物膜の硬度、弾性係数等の物理特性の
違いが大きく、充分な密着強度を得ることが困難であっ
た。その為表面改質材の摩擦・摩耗特性の改善効果も充
分ではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決しイオンビーム照射と蒸着を併用した処理により
鉄鋼材料に密着性に優れた窒化物等の化合物膜の形成を
行う方法を与えるものである。
を解決しイオンビーム照射と蒸着を併用した処理により
鉄鋼材料に密着性に優れた窒化物等の化合物膜の形成を
行う方法を与えるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】高い密着力を得るために
本発明者らは、被処理材と化合物膜との間に中間層とし
て金属層を形成することに着目した。更に、中間層であ
る金属層の成膜時にアルゴン等の不活性ガスのイオンビ
ームの同時照射を行うことにより、膜を緻密にし且つ鉄
鋼材料との密着性を高めると共に、金属層から化合物層
へ組成を段階的、または連続的に変化させることにより
化合物膜と鉄鋼材料の密着性を大きく向上させる方法を
創案した。
本発明者らは、被処理材と化合物膜との間に中間層とし
て金属層を形成することに着目した。更に、中間層であ
る金属層の成膜時にアルゴン等の不活性ガスのイオンビ
ームの同時照射を行うことにより、膜を緻密にし且つ鉄
鋼材料との密着性を高めると共に、金属層から化合物層
へ組成を段階的、または連続的に変化させることにより
化合物膜と鉄鋼材料の密着性を大きく向上させる方法を
創案した。
【０００６】即ち本発明は、イオンビーム照射と蒸着を
併用して鉄鋼材料に化合物膜の形成を行う表面改質方法
に於いて、アルゴン等の不活性ガスのイオンビーム照射
と蒸着の同時処理により成膜を開始し、不活性ガスのイ
オンビームを段階的にまたは連続的に化合物膜形成用の
イオンビームに切り替え、該イオンビーム照射と蒸着と
の同時処理で成膜を終了することを特徴とする表面改質
方法であり、上記方法に於て、不活性ガスのイオンビー
ム照射と蒸着の同時処理による成膜厚みを最終膜厚の５
％以上、化合物膜形成用のイオンビーム照射と蒸着の同
時処理による成膜厚みを最終膜厚の20％以上、不活性ガ
スのイオンビームから段階的にまたは連続的に化合物膜
形成用のイオンビームに切り替える部分の成膜厚みを最
終膜厚の５％以上とすること、及び被処理材へ単位時間
当りに到達する不活性ガスのイオンと蒸着原子の個数の
比を１：20〜１：２とすることを特徴とする表面改質方
法である。
併用して鉄鋼材料に化合物膜の形成を行う表面改質方法
に於いて、アルゴン等の不活性ガスのイオンビーム照射
と蒸着の同時処理により成膜を開始し、不活性ガスのイ
オンビームを段階的にまたは連続的に化合物膜形成用の
イオンビームに切り替え、該イオンビーム照射と蒸着と
の同時処理で成膜を終了することを特徴とする表面改質
方法であり、上記方法に於て、不活性ガスのイオンビー
ム照射と蒸着の同時処理による成膜厚みを最終膜厚の５
％以上、化合物膜形成用のイオンビーム照射と蒸着の同
時処理による成膜厚みを最終膜厚の20％以上、不活性ガ
スのイオンビームから段階的にまたは連続的に化合物膜
形成用のイオンビームに切り替える部分の成膜厚みを最
終膜厚の５％以上とすること、及び被処理材へ単位時間
当りに到達する不活性ガスのイオンと蒸着原子の個数の
比を１：20〜１：２とすることを特徴とする表面改質方
法である。
【０００７】
【作用】図１は本発明に記載の表面改質を行う処理装置
の構成の１例である。以下、不活性ガスとしてアルゴン
を用いて窒化クロム膜の形成を行う場合を例にとって説
明する。被処理材である鉄鋼材料１をサンプルホルダー
２に取り付け、処理室３を真空排気する。通常は10-5to
rrから10-6torr程度まで排気するのが一般的である。排
気後、イオンボンバードメント処理等により材料の表面
を清浄化する。イオンボンバードメント処理には成膜用
のイオン源４を用いても良いし、専用のイオン源、プラ
ズマ源等を別途設けても良い。ガス供給装置Ｇからアル
ゴンガスをイオン源４へ供給し、該イオン源４からのア
ルゴンイオンビーム照射と蒸着源５からのクロム蒸着を
同時に開始して成膜を始める。図２は本発明による改質
層の構成を示す模式図である。クロム膜６はアルゴンイ
オンビームの照射により、緻密化すると共に母材１との
密着性も高められる。膜厚が所定の値に達したところ
で、ガス供給装置Ｇの供給ガスをアルゴンから窒素へ段
階的にまたは連続的に切り替えることによりアルゴンイ
オンビームを同様に窒素イオンビームに切り替える。こ
れによりクロム層が急峻な境界面を持たず、クロムから
徐々に窒化クロムに変わる層７が形成され、窒化クロム
層８の密着性が大きく高められる。
の構成の１例である。以下、不活性ガスとしてアルゴン
を用いて窒化クロム膜の形成を行う場合を例にとって説
明する。被処理材である鉄鋼材料１をサンプルホルダー
２に取り付け、処理室３を真空排気する。通常は10-5to
rrから10-6torr程度まで排気するのが一般的である。排
気後、イオンボンバードメント処理等により材料の表面
を清浄化する。イオンボンバードメント処理には成膜用
のイオン源４を用いても良いし、専用のイオン源、プラ
ズマ源等を別途設けても良い。ガス供給装置Ｇからアル
ゴンガスをイオン源４へ供給し、該イオン源４からのア
ルゴンイオンビーム照射と蒸着源５からのクロム蒸着を
同時に開始して成膜を始める。図２は本発明による改質
層の構成を示す模式図である。クロム膜６はアルゴンイ
オンビームの照射により、緻密化すると共に母材１との
密着性も高められる。膜厚が所定の値に達したところ
で、ガス供給装置Ｇの供給ガスをアルゴンから窒素へ段
階的にまたは連続的に切り替えることによりアルゴンイ
オンビームを同様に窒素イオンビームに切り替える。こ
れによりクロム層が急峻な境界面を持たず、クロムから
徐々に窒化クロムに変わる層７が形成され、窒化クロム
層８の密着性が大きく高められる。
【０００８】ここでクロム膜の厚みを最終膜厚の５％以
上とするのは、これ以下では中間層であるクロム膜の厚
みが薄すぎて密着性向上効果が充分でないからであり、
窒化クロム膜の厚みを20％以上とするのは、これ以下で
は摩擦・摩耗特性の改善効果の持続時間が短くなるから
である。又、クロムから窒化クロムへ組成が徐々に変化
する層の厚みを５％以上とするのは、これ以下では組成
の変化が急峻となり密着性向上効果が充分でないからで
ある。更に、被処理材へ単位時間当りに到達する不活性
ガスのイオン蒸着原子の個数の比を１：20〜１：２とす
るのが望ましい。これ以下では、アルゴンイオンビーム
照射による膜の緻密化等の効果が充分でなく、これ以上
ではアルゴンイオンビームによる膜のスパッタが大きく
成膜が有効に行われないからである。
上とするのは、これ以下では中間層であるクロム膜の厚
みが薄すぎて密着性向上効果が充分でないからであり、
窒化クロム膜の厚みを20％以上とするのは、これ以下で
は摩擦・摩耗特性の改善効果の持続時間が短くなるから
である。又、クロムから窒化クロムへ組成が徐々に変化
する層の厚みを５％以上とするのは、これ以下では組成
の変化が急峻となり密着性向上効果が充分でないからで
ある。更に、被処理材へ単位時間当りに到達する不活性
ガスのイオン蒸着原子の個数の比を１：20〜１：２とす
るのが望ましい。これ以下では、アルゴンイオンビーム
照射による膜の緻密化等の効果が充分でなく、これ以上
ではアルゴンイオンビームによる膜のスパッタが大きく
成膜が有効に行われないからである。
【０００９】ここで不活性ガスとしてはアルゴン以外の
ヘリウム、ゼノン等でも良い。又、蒸着元素としてはチ
タン、クロム以外にも、従来の方法で用いられている、
アルミニウム、シリコン、鉄、ハフニウム、タンタル等
全て用いる事が出来る。化合物膜形成用のイオンビーム
としても、酸化物膜の形成を行うには酸素イオンを用い
れば良く、炭化物膜の形成を行うにはアセチレン、メタ
ン等の炭化水素系ガスのイオンを用いれば良いのは従来
の方法と同様である。不活性ガス及び化合物膜形成用の
イオンビームのエネルギーも、従来の方法で用いられて
いるのと同様に50eV〜50KeV 程度の値で良い。
ヘリウム、ゼノン等でも良い。又、蒸着元素としてはチ
タン、クロム以外にも、従来の方法で用いられている、
アルミニウム、シリコン、鉄、ハフニウム、タンタル等
全て用いる事が出来る。化合物膜形成用のイオンビーム
としても、酸化物膜の形成を行うには酸素イオンを用い
れば良く、炭化物膜の形成を行うにはアセチレン、メタ
ン等の炭化水素系ガスのイオンを用いれば良いのは従来
の方法と同様である。不活性ガス及び化合物膜形成用の
イオンビームのエネルギーも、従来の方法で用いられて
いるのと同様に50eV〜50KeV 程度の値で良い。
【００１０】また、蒸着は抵抗加熱、電子ビーム加熱等
による方法を用いても良いし、スパッタリングを用いて
も良い。更に、イオンプレーティングの様に、高周波電
界印加等の方法でイオン化してバイアス電圧を印加した
材料に到達させることも可能である。
による方法を用いても良いし、スパッタリングを用いて
も良い。更に、イオンプレーティングの様に、高周波電
界印加等の方法でイオン化してバイアス電圧を印加した
材料に到達させることも可能である。
【００１１】
【実施例】以下の条件いて処理を行った。 被処理材 ： ＳＵＪ２ 蒸着金属 ： クロム 蒸着速度 ： ５オ
ングストローム／sec 組成比 ： Ａr ／Ｃr ＝0.１ Ｎ／Ｃr ＝1.０ 膜厚 ： １ミクロン アルゴンから窒素への切り替え：0.１ミクロンで開始し
連続的に切り替え0.３ミクロンで終了 上記条件で処理を行ったサンプルと、比較材として直接
窒化クロムを１ミクロン成膜したサンプルの密着強度を
スクラッチ試験機による剥離荷重にて評価した結果を表
１に示す。
ングストローム／sec 組成比 ： Ａr ／Ｃr ＝0.１ Ｎ／Ｃr ＝1.０ 膜厚 ： １ミクロン アルゴンから窒素への切り替え：0.１ミクロンで開始し
連続的に切り替え0.３ミクロンで終了 上記条件で処理を行ったサンプルと、比較材として直接
窒化クロムを１ミクロン成膜したサンプルの密着強度を
スクラッチ試験機による剥離荷重にて評価した結果を表
１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【発明の効果】この様に本発明による表面改質方法によ
ればイオンビーム照射と真空蒸着を併用して鉄鋼材料に
密着性に優れた化合物膜を形成することが可能である。
ればイオンビーム照射と真空蒸着を併用して鉄鋼材料に
密着性に優れた化合物膜を形成することが可能である。
【図１】本発明の表面改質を行う処理装置の概略断面図
である。
である。
【図２】本発明による改質層の構成を示す模式図であ
る。
る。
【符号の説明】 １…被処理材 ２…サンプルホルダー ３…処理チャンバ ４…イオン源 ５…蒸着装置 ６…金属層 ７…化合物膜組成変化層 ８…化合物膜 Ｇ…ガス供給装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【発明の効果】この様に本発明による表面改質方法によ
ればイオンビーム照射と真空蒸着を併用して鉄鋼材料に
密着性に優れた化合物膜を形成することが可能である。
ればイオンビーム照射と真空蒸着を併用して鉄鋼材料に
密着性に優れた化合物膜を形成することが可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面改質を行う処理装置の概略断面図
である。
である。
【図２】本発明による改質層の構成を示す模式図であ
る。
る。
【符号の説明】 １…被処理材 ２…サンプルホルダー ３…処理チャンバ ４…イオン源 ５…蒸着装置 ６…金属層 ７…化合物膜組成変化層 ８…化合物膜 Ｇ…ガス供給装置
Claims (3)
- 【請求項１】 イオンビーム照射と蒸着を併用して鉄鋼
材料に化合物膜の形成を行う表面改質方法に於いて、ア
ルゴン等の不活性ガスのイオンビーム照射と蒸着の同時
処理により成膜を開始し、不活性ガスのイオンビームを
段階的にまたは連続的に化合物膜形成用のイオンビーム
に切り替え、該イオンビーム照射と蒸着との同時処理で
成膜を終了することを特徴とする表面改質方法。 - 【請求項２】 不活性ガスのイオンビーム照射と蒸着の
同時処理による成膜厚みを最終膜厚の５％以上、化合物
膜形成用のイオンビーム照射と蒸着の同時処理による成
膜厚みを最終膜厚の20％以上、不活性ガスのイオンビー
ムから段階的にまたは連続的に化合物膜形成用のイオン
ビームに切り替える部分の成膜厚みを最終膜厚の５％以
上とする請求項１記載の表面改質方法。 - 【請求項３】 被処理材へ単位時間当りに到達する不活
性ガスのイオンと蒸着原子の個数の比を１：20〜１：２
とする請求項１記載の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7103191A JPH05295521A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7103191A JPH05295521A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05295521A true JPH05295521A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=13448753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7103191A Withdrawn JPH05295521A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05295521A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602589C1 (ru) * | 2015-06-09 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Способ поверхностной обработки углеродистой стали |
-
1991
- 1991-04-03 JP JP7103191A patent/JPH05295521A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602589C1 (ru) * | 2015-06-09 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Способ поверхностной обработки углеродистой стали |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980711 |