JPH0551726A - 金属部材の表面硬化方法および硬質膜被覆金属部材の製造方法 - Google Patents
金属部材の表面硬化方法および硬質膜被覆金属部材の製造方法Info
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- JPH0551726A JPH0551726A JP20794091A JP20794091A JPH0551726A JP H0551726 A JPH0551726 A JP H0551726A JP 20794091 A JP20794091 A JP 20794091A JP 20794091 A JP20794091 A JP 20794091A JP H0551726 A JPH0551726 A JP H0551726A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＳＵＳ３０４等からなる金属部材の表面を短時
間の処理で硬化することを目的とする。 【構成】金属部材２１、２２が配置された真空チャンバ
１内をプラズマ２３雰囲気とした後、前記チャンバ１内
に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金属部材２
１、２２に負電圧を印加してプラズマ２３を照射するこ
とを特徴としている。
間の処理で硬化することを目的とする。 【構成】金属部材２１、２２が配置された真空チャンバ
１内をプラズマ２３雰囲気とした後、前記チャンバ１内
に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金属部材２
１、２２に負電圧を印加してプラズマ２３を照射するこ
とを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属部材の表面硬化方
法および硬質膜被覆金属部材の製造方法に関する
法および硬質膜被覆金属部材の製造方法に関する
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＳＵＳ３０４等の鉄系合金から
なる金属部材の表面硬化方法としては、次に説明する方
法が知られている。
なる金属部材の表面硬化方法としては、次に説明する方
法が知られている。
【０００３】（１）前記金属部材をアンモニアガス雰囲
気中で５００〜６００℃に加熱し、前記アンモニアの分
解により生じた窒素を前記金属部材内部に浸透させて硬
化させる方法。 （２）数百Ｐａの窒素ガス雰囲気中で前記金属部材に数
百〜数千Ｖの負電圧を印加してグロー放電させることに
より硬化させる方法。
気中で５００〜６００℃に加熱し、前記アンモニアの分
解により生じた窒素を前記金属部材内部に浸透させて硬
化させる方法。 （２）数百Ｐａの窒素ガス雰囲気中で前記金属部材に数
百〜数千Ｖの負電圧を印加してグロー放電させることに
より硬化させる方法。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の硬化方法は金属部材表面に必要な硬度を付与す
るのに５０〜１００時間程度の処理が必要であり、また
前記（２）の硬化方法では前記（１）の方法に比べて処
理時間を数時間程度に短縮されるものの、生産性の点で
必ずしも十分満足するものではない。
（１）の硬化方法は金属部材表面に必要な硬度を付与す
るのに５０〜１００時間程度の処理が必要であり、また
前記（２）の硬化方法では前記（１）の方法に比べて処
理時間を数時間程度に短縮されるものの、生産性の点で
必ずしも十分満足するものではない。
【０００５】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、金属部材の表面を短時間の処理で
硬化することが可能な硬化方法、並びに密着性の優れた
表面がさらに高硬度化された硬質膜被覆金属部材の製造
方法を提供しようとするものである。
めになされたもので、金属部材の表面を短時間の処理で
硬化することが可能な硬化方法、並びに密着性の優れた
表面がさらに高硬度化された硬質膜被覆金属部材の製造
方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる金属部材
の表面硬化方法は、金属部材が配置された真空チャンバ
内をプラズマ雰囲気とした後、前記チャンバ内に窒素元
素を含むガスを導入しながら、前記金属部材に負電圧を
印加してプラズマを照射することを特徴とするものであ
る。前記金属部材としては、例えばＳＵＳ３０４などの
ステンレス鋼、ＳＫＨ５１などの工具鋼等の鉄系合金か
らなるものを挙げることができる。
の表面硬化方法は、金属部材が配置された真空チャンバ
内をプラズマ雰囲気とした後、前記チャンバ内に窒素元
素を含むガスを導入しながら、前記金属部材に負電圧を
印加してプラズマを照射することを特徴とするものであ
る。前記金属部材としては、例えばＳＵＳ３０４などの
ステンレス鋼、ＳＫＨ５１などの工具鋼等の鉄系合金か
らなるものを挙げることができる。
【０００７】前記真空チャンバ内をプラズマ雰囲気にす
る手段としては、例えば前記チャンバにプラズマ銃及び
対向電極をそれぞれ設け、前記プラズマ銃から前記対向
電極に向けてプラズマを引き出す方法等を採用し得る。
る手段としては、例えば前記チャンバにプラズマ銃及び
対向電極をそれぞれ設け、前記プラズマ銃から前記対向
電極に向けてプラズマを引き出す方法等を採用し得る。
【０００８】前記窒素元素を含むガスとしては、例えば
窒素ガス単独、窒素とアルゴン、水素などとの混合ガ
ス、アンモニアガス等を挙げることができる。前記チャ
ンバ内への窒素元素を含むガス（例えば窒素ガス）の導
入は、前記チャンバの窒素圧力が１〜０．１Ｐａとなる
ように行うことが望ましい。
窒素ガス単独、窒素とアルゴン、水素などとの混合ガ
ス、アンモニアガス等を挙げることができる。前記チャ
ンバ内への窒素元素を含むガス（例えば窒素ガス）の導
入は、前記チャンバの窒素圧力が１〜０．１Ｐａとなる
ように行うことが望ましい。
【０００９】前記金属部材に印加する負電圧は、プラズ
マ電流（Ａ）との関係で一概に限定できないが、−３０
０〜−８００Ｖ、より好ましくは−４００〜−６００Ｖ
の範囲においてＡＶ＝一定の関係を満たすように設定す
ることが望ましい。つまり、プラズマ電流を高くした場
合には前記ＡＶ＝一定の関係から負電圧（絶対値）は低
く抑えられる。前記負電圧の−３００Ｖ未満にすると、
金属部材表面に十分な厚さの硬化層を形成することが困
難となり、一方前記負電圧が−８００Ｖを越えるとスパ
ッタリングが支配的となって目的とする硬化層を形成す
ることが困難となる。なお、プラズマ電流は大きい程、
短時間で厚い硬化層を形成することが可能となるが、金
属部材の温度上昇を伴うため、特に金属部材が焼入れ鋼
である場合、焼戻し温度以上に温度が上昇すると硬度低
下を招くので注意を要する。
マ電流（Ａ）との関係で一概に限定できないが、−３０
０〜−８００Ｖ、より好ましくは−４００〜−６００Ｖ
の範囲においてＡＶ＝一定の関係を満たすように設定す
ることが望ましい。つまり、プラズマ電流を高くした場
合には前記ＡＶ＝一定の関係から負電圧（絶対値）は低
く抑えられる。前記負電圧の−３００Ｖ未満にすると、
金属部材表面に十分な厚さの硬化層を形成することが困
難となり、一方前記負電圧が−８００Ｖを越えるとスパ
ッタリングが支配的となって目的とする硬化層を形成す
ることが困難となる。なお、プラズマ電流は大きい程、
短時間で厚い硬化層を形成することが可能となるが、金
属部材の温度上昇を伴うため、特に金属部材が焼入れ鋼
である場合、焼戻し温度以上に温度が上昇すると硬度低
下を招くので注意を要する。
【００１０】前記金属部材のプラズマ照射に際しては、
前記金属部材を加熱することを許容する。かかる金属部
材への加熱は、前記プラズマ照射時での温度上昇を考慮
して４００〜５５０℃にすることが望ましい。
前記金属部材を加熱することを許容する。かかる金属部
材への加熱は、前記プラズマ照射時での温度上昇を考慮
して４００〜５５０℃にすることが望ましい。
【００１１】また、本発明に係わる硬質膜被覆金属部材
の製造方法は金属部材が配置された真空チャンバ内にプ
ラズマ銃から対向電極に向けてプラズマを引き出して前
記チャンバ内をプラズマ雰囲気とした後、前記チャンバ
内に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金属部材
に負電圧を印加してプラズマを照射する工程と、前記金
属部材のプラズマ照射面にイオンプレーティングにより
硬質膜を形成する工程とを具備したことを特徴とするも
のである。前記硬質膜としては、例えばＴｉＮ、ＢＮ、
ＡｌＮなどの窒化物、ＴｉＣなどの炭化物、Ａｌ2 Ｏ3
などの酸化物等を挙げることができる。前記金属部材へ
のプラズマ照射と硬質膜の形成とは、同一の真空チャン
バ内で行われる。
の製造方法は金属部材が配置された真空チャンバ内にプ
ラズマ銃から対向電極に向けてプラズマを引き出して前
記チャンバ内をプラズマ雰囲気とした後、前記チャンバ
内に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金属部材
に負電圧を印加してプラズマを照射する工程と、前記金
属部材のプラズマ照射面にイオンプレーティングにより
硬質膜を形成する工程とを具備したことを特徴とするも
のである。前記硬質膜としては、例えばＴｉＮ、ＢＮ、
ＡｌＮなどの窒化物、ＴｉＣなどの炭化物、Ａｌ2 Ｏ3
などの酸化物等を挙げることができる。前記金属部材へ
のプラズマ照射と硬質膜の形成とは、同一の真空チャン
バ内で行われる。
【００１２】
【作用】本発明に係わる金属部材の表面硬化方法によれ
ば、金属部材が配置された真空チャンバ内をプラズマ雰
囲気とした後、前記チャンバ内に窒素元素を含むガスを
導入しながら、前記金属部材に負電圧を印加してプラズ
マを照射することによって、前記金属部材表面でのスパ
ッタリングと吸着反応が盛んになされるため、短時間で
窒化物層が形成されると共に、窒素の金属部材内部への
拡散が生じる。したがって、従来のグロー放電による窒
素の金属部材への拡散、硬化層の形成方法に比べて極め
て短時間で金属部材表面を硬化させることができる。
ば、金属部材が配置された真空チャンバ内をプラズマ雰
囲気とした後、前記チャンバ内に窒素元素を含むガスを
導入しながら、前記金属部材に負電圧を印加してプラズ
マを照射することによって、前記金属部材表面でのスパ
ッタリングと吸着反応が盛んになされるため、短時間で
窒化物層が形成されると共に、窒素の金属部材内部への
拡散が生じる。したがって、従来のグロー放電による窒
素の金属部材への拡散、硬化層の形成方法に比べて極め
て短時間で金属部材表面を硬化させることができる。
【００１３】また、本発明に係わる硬質膜被覆金属部材
の製造方法によれば金属部材が配置された真空チャンバ
内にプラズマ銃から対向電極に向けてプラズマを引き出
して前記チャンバ内をプラズマ雰囲気とした後、前記チ
ャンバ内に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金
属部材に負電圧を印加してプラズマを照射することによ
って、既述したように短時間で窒化物層を形成できると
共に、窒素の金属部材内部への拡散を促進して表面を硬
化させることできる。その後、前記金属部材のプラズマ
照射面、つまり硬質層形成面にイオンプレーティングに
より硬質膜を形成することによって、前記金属部材表面
に硬質膜が高い密着力で形成できると共に、下地として
の金属表面の硬化層の存在と硬質膜との相乗効果により
表面がさらに高硬度化された硬質膜被覆金属部材を製造
することができる。
の製造方法によれば金属部材が配置された真空チャンバ
内にプラズマ銃から対向電極に向けてプラズマを引き出
して前記チャンバ内をプラズマ雰囲気とした後、前記チ
ャンバ内に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金
属部材に負電圧を印加してプラズマを照射することによ
って、既述したように短時間で窒化物層を形成できると
共に、窒素の金属部材内部への拡散を促進して表面を硬
化させることできる。その後、前記金属部材のプラズマ
照射面、つまり硬質層形成面にイオンプレーティングに
より硬質膜を形成することによって、前記金属部材表面
に硬質膜が高い密着力で形成できると共に、下地として
の金属表面の硬化層の存在と硬質膜との相乗効果により
表面がさらに高硬度化された硬質膜被覆金属部材を製造
することができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
【００１５】図１は、本実施例１〜３で使用したイオン
窒化装置を示す概略断面図である。図中の１は、円筒状
の真空チャンバであり、このチャンバ１の上部側壁には
該チャンバ１内を所定の真空度に維持するための真空ポ
ンプと連通する排気管２が設けられている。
窒化装置を示す概略断面図である。図中の１は、円筒状
の真空チャンバであり、このチャンバ１の上部側壁には
該チャンバ１内を所定の真空度に維持するための真空ポ
ンプと連通する排気管２が設けられている。
【００１６】前記チャンバ１の一側壁外面には、プラズ
マ銃３が設けられており、前記プラズマ銃３の後部には
アルゴン（または水素）を導入するための第１導入管４
が設けられている。前記第１導入管４には、マスフロー
コントローラ５およびバルブ６が介装されている。前記
プラズマ銃３の側壁には、窒素ガスを導入するための第
２導入管７が設けられている。前記第２導入管７には、
マスフローコントローラ８およびバルブ９が介装されて
いる。前記プラズマ銃３の前記チャンバ１との連結付近
及び該プラズマ銃３と対向するチャンバ１の外側壁部分
には、前記プラズマ銃３から引出されたプラズマの拡散
を防ぐための空心磁石１０ａ、１０ｂがそれぞれ設けら
れている。前記プラズマ銃３と対向する前記チャンバ１
の側壁には、支持軸１１が貫通して挿入されている。前
記支持軸１１の前記チャンバ１内に位置する先端には、
矩形状をなす対向電極１２が固定されている。前記支持
軸１１は、前記プラズマ銃３と電気的に接続されてい
る。前記プラズマ銃３および支持軸１１を接続する配線
には、前記プラズマ銃３に負電位を印加するための直流
電源１３が介装され、プラズマの生成に際して前記プラ
ズマ銃３と前記対向電極１２との間で電位勾配が付与さ
れるようになっている。
マ銃３が設けられており、前記プラズマ銃３の後部には
アルゴン（または水素）を導入するための第１導入管４
が設けられている。前記第１導入管４には、マスフロー
コントローラ５およびバルブ６が介装されている。前記
プラズマ銃３の側壁には、窒素ガスを導入するための第
２導入管７が設けられている。前記第２導入管７には、
マスフローコントローラ８およびバルブ９が介装されて
いる。前記プラズマ銃３の前記チャンバ１との連結付近
及び該プラズマ銃３と対向するチャンバ１の外側壁部分
には、前記プラズマ銃３から引出されたプラズマの拡散
を防ぐための空心磁石１０ａ、１０ｂがそれぞれ設けら
れている。前記プラズマ銃３と対向する前記チャンバ１
の側壁には、支持軸１１が貫通して挿入されている。前
記支持軸１１の前記チャンバ１内に位置する先端には、
矩形状をなす対向電極１２が固定されている。前記支持
軸１１は、前記プラズマ銃３と電気的に接続されてい
る。前記プラズマ銃３および支持軸１１を接続する配線
には、前記プラズマ銃３に負電位を印加するための直流
電源１３が介装され、プラズマの生成に際して前記プラ
ズマ銃３と前記対向電極１２との間で電位勾配が付与さ
れるようになっている。
【００１７】前記チャンバ１内のプラズマ生成領域の上
方および下方近傍には、被処理部材である金属部材を保
持するためのホルダ１４、１５がそれぞれ配設されてお
り、かつ前記各ホルダ１４、１５は回転軸１６、１７に
より支持、吊下されている。前記回転軸１６、１７は、
可変電源１８、１９にそれぞれ接続され、前記回転軸１
６、１７を通して前記ホルダ１４、１５に負電圧が印加
されるようになっている。なお、前記各ホルダ１４、１
５には処理前の被処理部材をプラズマ雰囲気から遮断す
るためのシャッタ（図示せず）が配置されている。ま
た、前記チャンバ１内には前記ホルダ１４、１５に保持
された金属部材を加熱するためヒータ２０が配置されて
いる。 実施例１
方および下方近傍には、被処理部材である金属部材を保
持するためのホルダ１４、１５がそれぞれ配設されてお
り、かつ前記各ホルダ１４、１５は回転軸１６、１７に
より支持、吊下されている。前記回転軸１６、１７は、
可変電源１８、１９にそれぞれ接続され、前記回転軸１
６、１７を通して前記ホルダ１４、１５に負電圧が印加
されるようになっている。なお、前記各ホルダ１４、１
５には処理前の被処理部材をプラズマ雰囲気から遮断す
るためのシャッタ（図示せず）が配置されている。ま
た、前記チャンバ１内には前記ホルダ１４、１５に保持
された金属部材を加熱するためヒータ２０が配置されて
いる。 実施例１
【００１８】まず、ホルダ１４、１５にアセトンにより
超音波洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）から
なる金属部材２１、２２をそれぞれ保持させた後、図示
しない真空ポンプを作動して真空チャンバ１内のガスを
排気管２を通して排気してチャンバ１内の圧力を３×１
０-3Ｐａ以下に排気し、さらにヒータ２０により前記金
属部材２１、２２をそれぞれ４２０℃に加熱した。
超音波洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）から
なる金属部材２１、２２をそれぞれ保持させた後、図示
しない真空ポンプを作動して真空チャンバ１内のガスを
排気管２を通して排気してチャンバ１内の圧力を３×１
０-3Ｐａ以下に排気し、さらにヒータ２０により前記金
属部材２１、２２をそれぞれ４２０℃に加熱した。
【００１９】次いで、第１導入管４からアルゴンをマス
フローコントローラ５およびバルブ６を通してプラズマ
銃３に導入すると共に電源１３から所定の電流をプラズ
マ銃３に供給してプラズマを立ち上げ、さらにプラズマ
電流を徐々に上げて２５０Ａに設定し、対向電極１２に
プラズマを導いた。つづいて、前記アルゴンの導入量を
減少させながら、チャンバ内圧力が０．５Ｐａとなるよ
うに窒素ガスを第２導入管７からマスフローコントロー
ラ８およびバルブ９を通してプラズマ銃３内に導入して
アルゴンと置換し、窒素のプラズマ２３を生成した。同
時に、可変電源１８、１９から回転軸１６、１７及びホ
ルダ１４、１５を通して金属部材２１、２２に−５００
Ｖの負電圧を印加し、図示しないシャッタを開けて前記
各金属部材２１、２２に窒素のプラズマ２３を１０分間
照射した。
フローコントローラ５およびバルブ６を通してプラズマ
銃３に導入すると共に電源１３から所定の電流をプラズ
マ銃３に供給してプラズマを立ち上げ、さらにプラズマ
電流を徐々に上げて２５０Ａに設定し、対向電極１２に
プラズマを導いた。つづいて、前記アルゴンの導入量を
減少させながら、チャンバ内圧力が０．５Ｐａとなるよ
うに窒素ガスを第２導入管７からマスフローコントロー
ラ８およびバルブ９を通してプラズマ銃３内に導入して
アルゴンと置換し、窒素のプラズマ２３を生成した。同
時に、可変電源１８、１９から回転軸１６、１７及びホ
ルダ１４、１５を通して金属部材２１、２２に−５００
Ｖの負電圧を印加し、図示しないシャッタを開けて前記
各金属部材２１、２２に窒素のプラズマ２３を１０分間
照射した。
【００２０】また、金属部材としてアセントにより超音
波洗浄された焼き入れ鋼であるＳＫＨ５１（硬度；８４
０Ｈｖ）を用いた以外、前述したのと同様な窒化処理を
行った。得られた実施例１の各金属部材の表面硬度をビ
ッカス硬度計（荷重２００ｇ）を用いて測定した。その
結果を図２に示す。
波洗浄された焼き入れ鋼であるＳＫＨ５１（硬度；８４
０Ｈｖ）を用いた以外、前述したのと同様な窒化処理を
行った。得られた実施例１の各金属部材の表面硬度をビ
ッカス硬度計（荷重２００ｇ）を用いて測定した。その
結果を図２に示す。
【００２１】図２から明らかなようにＳＵＳ３０４、Ｓ
ＫＨ５１からなる各金属部材は、表面硬度がそれぞれ１
２２０Ｈｖ、１３６０Ｈｖとなり、プラズマ処理前に比
べて著しく高硬度化されることがわかる。 実施例２
ＫＨ５１からなる各金属部材は、表面硬度がそれぞれ１
２２０Ｈｖ、１３６０Ｈｖとなり、プラズマ処理前に比
べて著しく高硬度化されることがわかる。 実施例２
【００２２】金属部材としてアセトンにより超音波洗浄
したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）を用い、窒素プ
ラズマを３０分間照射した以外、実施例１と同様な窒化
処理を行った。 比較例
したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）を用い、窒素プ
ラズマを３０分間照射した以外、実施例１と同様な窒化
処理を行った。 比較例
【００２３】数百Ｐａの窒素ガス雰囲気中でアセトンに
より超音波洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）
からなる金属部材に５５０℃の温度下にて数百〜数千Ｖ
の負電圧を印加して２時間グロー放電させることにより
前記金属部材表面の窒化処理を行った。
より超音波洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）
からなる金属部材に５５０℃の温度下にて数百〜数千Ｖ
の負電圧を印加して２時間グロー放電させることにより
前記金属部材表面の窒化処理を行った。
【００２４】得られた実施例２および比較例のＳＵＳ３
０４からなる金属部材の断面の硬度分布を調べた。その
結果、実施例２の場合には図３に示す特性図が、比較例
の場合には図４に示す特性図が、それぞれ得られた。
０４からなる金属部材の断面の硬度分布を調べた。その
結果、実施例２の場合には図３に示す特性図が、比較例
の場合には図４に示す特性図が、それぞれ得られた。
【００２５】図３および図４から明らかなように本発明
では比較例（グロー放電；２時間、硬化層厚さ；２０〜
２５μｍ）に比べて３０分間という短い窒化処理により
３５〜３８μｍと厚い硬化層を形成できることがわか
る。 実施例３
では比較例（グロー放電；２時間、硬化層厚さ；２０〜
２５μｍ）に比べて３０分間という短い窒化処理により
３５〜３８μｍと厚い硬化層を形成できることがわか
る。 実施例３
【００２６】金属部材としてアセトンにより超音波洗浄
したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）を用い、プラズ
マ電流を１４０Ａおよび２５０Ａに設定し、窒素プラズ
マ照射時間を変えた以外、実施例１と同様な窒化処理を
行った。得られた実施例３の各金属部材のプラズマ照射
時間に対する硬化層の厚さを調べた。その結果、図５に
示す特性図が得られた。図５から明らかなようにプラズ
マ電流が大きい程、またプラズマ照射時間が長い程、硬
化層の厚さが増加することがわかる。
したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）を用い、プラズ
マ電流を１４０Ａおよび２５０Ａに設定し、窒素プラズ
マ照射時間を変えた以外、実施例１と同様な窒化処理を
行った。得られた実施例３の各金属部材のプラズマ照射
時間に対する硬化層の厚さを調べた。その結果、図５に
示す特性図が得られた。図５から明らかなようにプラズ
マ電流が大きい程、またプラズマ照射時間が長い程、硬
化層の厚さが増加することがわかる。
【００２７】なお、前記実施例１〜３では被処理部材で
ある金属部材を保持するためのホルダをプラズマ領域の
上下に配置して窒化処理を行ったが、上方のみにホルダ
を配置して窒化処理を行ってもよい。 実施例４
ある金属部材を保持するためのホルダをプラズマ領域の
上下に配置して窒化処理を行ったが、上方のみにホルダ
を配置して窒化処理を行ってもよい。 実施例４
【００２８】図６は、本実施例４で使用したイオンプレ
ーティング装置を示す概略断面図である。図中の３１
は、円筒状の真空チャンバであり、このチャンバ３１の
上部側壁には該チャンバ１内を所定の真空度に維持する
ための真空ポンプと連通する排気管３２が設けられてい
る。
ーティング装置を示す概略断面図である。図中の３１
は、円筒状の真空チャンバであり、このチャンバ３１の
上部側壁には該チャンバ１内を所定の真空度に維持する
ための真空ポンプと連通する排気管３２が設けられてい
る。
【００２９】前記チャンバ３１の底部には、蒸着材料を
収納するためのルツボ３３が設置されている。前記ルツ
ボ３３の側壁には、前記蒸着物質に電子ビームを照射す
るための電子銃３４が設けられている。
収納するためのルツボ３３が設置されている。前記ルツ
ボ３３の側壁には、前記蒸着物質に電子ビームを照射す
るための電子銃３４が設けられている。
【００３０】前記チャンバ３１の一側壁外面には、プラ
ズマ銃３５が設けられており、前記プラズマ銃３５の後
部にはアルゴン（または水素）を導入するための第１導
入管３６が設けられている。前記第１導入管３６には、
マスフローコントローラ３７およびバルブ３８が介装さ
れている。前記プラズマ銃３５の側壁には、窒素ガスを
導入するための第２導入管３９が設けられている。前記
第２導入管３８には、マスフローコントローラ４０およ
びバルブ４１が介装されている。前記プラズマ銃３５の
前記チャンバ３１との連結付近及び該プラズマ銃３５と
対向するチャンバ３１の外側壁部分には、前記プラズマ
銃３５から引出されたプラズマの拡散を防ぐための空心
磁石４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられている。前記プ
ラズマ銃３５と対向する前記チャンバ３１の側壁には、
支持軸４３が貫通して挿入されている。前記支持軸４３
の前記チャンバ３１内に位置する先端には、矩形状をな
す対向電極４４が固定されている。前記支持軸４３は、
前記プラズマ銃３５と電気的に接続されている。前記プ
ラズマ銃３５および支持軸４３を接続する配線には、前
記プラズマ銃３５に負電位を印加するための直流電源４
５が介装され、プラズマの生成に際して前記プラズマ銃
３５と前記対向電極４４との間で電位勾配が付与される
ようになっている。
ズマ銃３５が設けられており、前記プラズマ銃３５の後
部にはアルゴン（または水素）を導入するための第１導
入管３６が設けられている。前記第１導入管３６には、
マスフローコントローラ３７およびバルブ３８が介装さ
れている。前記プラズマ銃３５の側壁には、窒素ガスを
導入するための第２導入管３９が設けられている。前記
第２導入管３８には、マスフローコントローラ４０およ
びバルブ４１が介装されている。前記プラズマ銃３５の
前記チャンバ３１との連結付近及び該プラズマ銃３５と
対向するチャンバ３１の外側壁部分には、前記プラズマ
銃３５から引出されたプラズマの拡散を防ぐための空心
磁石４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられている。前記プ
ラズマ銃３５と対向する前記チャンバ３１の側壁には、
支持軸４３が貫通して挿入されている。前記支持軸４３
の前記チャンバ３１内に位置する先端には、矩形状をな
す対向電極４４が固定されている。前記支持軸４３は、
前記プラズマ銃３５と電気的に接続されている。前記プ
ラズマ銃３５および支持軸４３を接続する配線には、前
記プラズマ銃３５に負電位を印加するための直流電源４
５が介装され、プラズマの生成に際して前記プラズマ銃
３５と前記対向電極４４との間で電位勾配が付与される
ようになっている。
【００３１】前記チャンバ３１内のプラズマ生成領域の
上方近傍には、被処理部材である金属部材を保持するた
めのホルダ４６が配設されており、かつ前記ホルダ４６
は回転軸４７により支持、吊下されている。前記回転軸
４７は、可変電源４８に接続され、前記回転軸４７を通
して前記ホルダ４６に負電圧が印加されるようになって
いる。なお、前記ホルダ４６には処理前の被処理部材を
プラズマ雰囲気と蒸着ガスから遮断するためのシャッタ
５１が配置されている。また、前記チャンバ３１内には
前記ホルダ４６に保持された金属部材を加熱するためヒ
ータ４９が配置されている。次に、前述したイオンプレ
ーティング装置を用いてＴｉＮ被膜を成膜する方法を説
明する。
上方近傍には、被処理部材である金属部材を保持するた
めのホルダ４６が配設されており、かつ前記ホルダ４６
は回転軸４７により支持、吊下されている。前記回転軸
４７は、可変電源４８に接続され、前記回転軸４７を通
して前記ホルダ４６に負電圧が印加されるようになって
いる。なお、前記ホルダ４６には処理前の被処理部材を
プラズマ雰囲気と蒸着ガスから遮断するためのシャッタ
５１が配置されている。また、前記チャンバ３１内には
前記ホルダ４６に保持された金属部材を加熱するためヒ
ータ４９が配置されている。次に、前述したイオンプレ
ーティング装置を用いてＴｉＮ被膜を成膜する方法を説
明する。
【００３２】まず、ホルダ４６にアセトンにより超音波
洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）からなる金
属部材（図示せず）を保持させ、さらにルツボ３３内に
Ｔｉペレットを収容した後、図示しない真空ポンプを作
動して真空チャンバ１内のガスを排気管３２を通して排
気してチャンバ３１内の圧力を１×１０-3Ｐａ以下に排
気し、さらにヒータ４９により前記金属部材を４２０℃
に加熱した。つづいて、第１導入管３６からアルゴンを
マスフローコントローラ３７およびバルブ３８を通して
プラズマ銃３５に導入すると共に電源４５から所定の電
流をプラズマ銃３５に供給してプラズマを立ち上げ、さ
らにプラズマ電流を徐々に上げて２５０Ａに設定し、対
向電極４４にプラズマを導いた。つづいて、前記アルゴ
ンの導入量を減少させながら、チャンバ内圧力が０．５
Ｐａとなるように窒素ガスを第２導入管３９からマスフ
ローコントローラ４０およびバルブ４１を通してプラズ
マ銃３５内に導入してアルゴンと置換し、窒素のプラズ
マ５０を生成した。同時に、可変電源４８から回転軸４
７及びホルダ４６を通して金属部材に例えば−５００Ｖ
の負電圧を印加し、図示しないシャッタを開けて前記各
金属部材に窒素のプラズマ５０を１０分間照射した。
洗浄したＳＵＳ３０４（硬度；２１０Ｈｖ）からなる金
属部材（図示せず）を保持させ、さらにルツボ３３内に
Ｔｉペレットを収容した後、図示しない真空ポンプを作
動して真空チャンバ１内のガスを排気管３２を通して排
気してチャンバ３１内の圧力を１×１０-3Ｐａ以下に排
気し、さらにヒータ４９により前記金属部材を４２０℃
に加熱した。つづいて、第１導入管３６からアルゴンを
マスフローコントローラ３７およびバルブ３８を通して
プラズマ銃３５に導入すると共に電源４５から所定の電
流をプラズマ銃３５に供給してプラズマを立ち上げ、さ
らにプラズマ電流を徐々に上げて２５０Ａに設定し、対
向電極４４にプラズマを導いた。つづいて、前記アルゴ
ンの導入量を減少させながら、チャンバ内圧力が０．５
Ｐａとなるように窒素ガスを第２導入管３９からマスフ
ローコントローラ４０およびバルブ４１を通してプラズ
マ銃３５内に導入してアルゴンと置換し、窒素のプラズ
マ５０を生成した。同時に、可変電源４８から回転軸４
７及びホルダ４６を通して金属部材に例えば−５００Ｖ
の負電圧を印加し、図示しないシャッタを開けて前記各
金属部材に窒素のプラズマ５０を１０分間照射した。
【００３３】次いで、ホルダ４６に配置したシャッタ５
１を閉じ、電子銃３４から電子ビームを放出し、ルツボ
３３内に収容したＴｉペレットに照射して溶融、蒸発さ
せた。蒸気化されたＴｉを前記窒素プラズマ５０に上昇
させてイオン化する。かかるイオン化が安定された後、
シャッタを開いた。イオン化されたＴｉ（正イオンのＴ
ｉ）は、前記負電圧が印加された金属部材側に加速、衝
突されると共に前記プラズマ５０中で活性化されたＮ2
と反応することにより前記金属部材表面に厚さ５．２μ
ｍのＴｉＮ被膜を成膜した。
１を閉じ、電子銃３４から電子ビームを放出し、ルツボ
３３内に収容したＴｉペレットに照射して溶融、蒸発さ
せた。蒸気化されたＴｉを前記窒素プラズマ５０に上昇
させてイオン化する。かかるイオン化が安定された後、
シャッタを開いた。イオン化されたＴｉ（正イオンのＴ
ｉ）は、前記負電圧が印加された金属部材側に加速、衝
突されると共に前記プラズマ５０中で活性化されたＮ2
と反応することにより前記金属部材表面に厚さ５．２μ
ｍのＴｉＮ被膜を成膜した。
【００３４】また、金属部材としてアセトンにより超音
波洗浄した焼き入れ鋼であるＳＫＨ−５１（硬度；８４
０Ｈｖ）を用いた以外、前述したのと同様な処理を施し
て前記金属部材表面に厚さ５．２μｍのＴｉＮ被膜を成
膜した。
波洗浄した焼き入れ鋼であるＳＫＨ−５１（硬度；８４
０Ｈｖ）を用いた以外、前述したのと同様な処理を施し
て前記金属部材表面に厚さ５．２μｍのＴｉＮ被膜を成
膜した。
【００３５】本実施例４により各金属部材表面に成膜さ
れたＴｉＮ被膜について、スクラッチ試験機を用いて皮
膜が剥離するときの荷重、つまり臨界荷重を調べた。そ
の結果を図７に示す。なお、図７中はＳＵＳ３０４（硬
度；２１０Ｈｖ）、ＳＫＨ−５１（硬度；８４０Ｈｖ）
からなる金属部材をグロー放電により前処理した後、実
施例４と同様な方法により成膜したＴｉＮ被膜の臨界荷
重を比較例として併記した。図７から明らかなように本
実施例４のＴｉＮ薄膜は臨界荷重が比較例に比べて極め
て大きく、良好な密着性を有することがわかった。
れたＴｉＮ被膜について、スクラッチ試験機を用いて皮
膜が剥離するときの荷重、つまり臨界荷重を調べた。そ
の結果を図７に示す。なお、図７中はＳＵＳ３０４（硬
度；２１０Ｈｖ）、ＳＫＨ−５１（硬度；８４０Ｈｖ）
からなる金属部材をグロー放電により前処理した後、実
施例４と同様な方法により成膜したＴｉＮ被膜の臨界荷
重を比較例として併記した。図７から明らかなように本
実施例４のＴｉＮ薄膜は臨界荷重が比較例に比べて極め
て大きく、良好な密着性を有することがわかった。
【００３６】また、前記ＴｉＮ被膜を被覆したＳＫＨ−
５１からなる金属部材の断面の硬度分布を測定したとこ
ろ、図８に示す結果となった。図８から明らかなように
本実施例４のＴｉＮ被膜被覆金属部材は、表面が２００
０Ｈｖ以上で、金属部材表面から約３５μｍの深さまで
窒化され１０００Ｈｖ以上の硬度を有することがわか
る。
５１からなる金属部材の断面の硬度分布を測定したとこ
ろ、図８に示す結果となった。図８から明らかなように
本実施例４のＴｉＮ被膜被覆金属部材は、表面が２００
０Ｈｖ以上で、金属部材表面から約３５μｍの深さまで
窒化され１０００Ｈｖ以上の硬度を有することがわか
る。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば金属
部材の表面を短時間の処理で硬化することが可能な硬化
方法、並びに表面がさらに清浄化され、高硬度化された
密着性の良好な硬質膜被覆金属部材の製造方法を提供す
ることができる。
部材の表面を短時間の処理で硬化することが可能な硬化
方法、並びに表面がさらに清浄化され、高硬度化された
密着性の良好な硬質膜被覆金属部材の製造方法を提供す
ることができる。
【図１】本発明の実施例１〜３で使用したイオン窒化装
置を示す概略断面図。
置を示す概略断面図。
【図２】実施例１の金属部材の表面硬度およびプラズマ
処理前のＳＵＳ３０４、ＳＫＨ５１の金属部材の表面硬
度を示す特性図。
処理前のＳＵＳ３０４、ＳＫＨ５１の金属部材の表面硬
度を示す特性図。
【図３】実施例２のＳＵＳ３０４からなる金属部材の断
面の硬度分布を示す特性図。
面の硬度分布を示す特性図。
【図４】比較例のＳＵＳ３０４からなる金属部材の断面
の硬度分布を示す特性図。
の硬度分布を示す特性図。
【図５】プラズマ電流１４０Ａ、２５０Ａでのプラズマ
照射時間とＳＵＳ３０４からなる金属部材表面の硬化層
の厚さとの関係を示す特性図。
照射時間とＳＵＳ３０４からなる金属部材表面の硬化層
の厚さとの関係を示す特性図。
【図６】実施例４で使用したイオンプレーティング装置
を示す概略断面図。
を示す概略断面図。
【図７】本実施例４および比較例のＴｉＮ被膜おける臨
界荷重を示す特性図。
界荷重を示す特性図。
【図８】本実施例４のＴｉＮ被膜被覆金属部材おける断
面の硬度分布を示す特性図。
面の硬度分布を示す特性図。
１、３１…真空チャンバ、３、３５…プラズマ銃、１
２、４４…対向電極、１４、１５、４６…ホルダ、１
８、１９、４８…可変電源、２３、５０…プラズマ３３
…ルツボ、３４…電子銃。
２、４４…対向電極、１４、１５、４６…ホルダ、１
８、１９、４８…可変電源、２３、５０…プラズマ３３
…ルツボ、３４…電子銃。
Claims (2)
- 【請求項１】 金属部材が配置された真空チャンバ内を
プラズマ雰囲気とした後、前記チャンバ内に窒素元素を
含むガスを導入しながら、前記金属部材に負電圧を印加
してプラズマを照射することを特徴とする金属部材の表
面硬化方法。 - 【請求項２】 金属部材が配置された真空チャンバ内に
プラズマ銃から対向電極に向けてプラズマを引き出して
前記チャンバ内をプラズマ雰囲気とした後、前記チャン
バ内に窒素元素を含むガスを導入しながら、前記金属部
材に負電圧を印加してプラズマを照射する工程と、 前記金属部材のプラズマ照射面にイオンプレーティング
により硬質膜を形成する工程とを具備したことを特徴と
する硬質膜被覆金属部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207940A JP2593011B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 硬質膜被覆金属部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207940A JP2593011B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 硬質膜被覆金属部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551726A true JPH0551726A (ja) | 1993-03-02 |
| JP2593011B2 JP2593011B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=16548061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207940A Expired - Lifetime JP2593011B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 硬質膜被覆金属部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593011B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524760A (ja) * | 2004-02-04 | 2007-08-30 | ソシエテ ケルテック アンジェニリ （キュイー） | アルミニウム合金製の部品をイオン注入によって窒化処理する装置および、そのような装置を利用する方法 |
| JP2015221926A (ja) * | 2014-05-23 | 2015-12-10 | 株式会社不二越 | 酸化鉄膜の形成方法および酸化鉄膜 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326362A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-03 | Kawasaki Steel Corp | 圧延用ダルロ−ルの製造方法および表面硬質層形成装置 |
| JPH01129958A (ja) * | 1987-11-13 | 1989-05-23 | Babcock Hitachi Kk | 高密着窒化チタン膜形成方法 |
| JPH02156066A (ja) * | 1988-12-07 | 1990-06-15 | Raimuzu:Kk | 基材のクリーニング方法 |
| JPH03267358A (ja) * | 1990-03-19 | 1991-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | 金型の表面処理方法 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3207940A patent/JP2593011B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326362A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-03 | Kawasaki Steel Corp | 圧延用ダルロ−ルの製造方法および表面硬質層形成装置 |
| JPH01129958A (ja) * | 1987-11-13 | 1989-05-23 | Babcock Hitachi Kk | 高密着窒化チタン膜形成方法 |
| JPH02156066A (ja) * | 1988-12-07 | 1990-06-15 | Raimuzu:Kk | 基材のクリーニング方法 |
| JPH03267358A (ja) * | 1990-03-19 | 1991-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | 金型の表面処理方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524760A (ja) * | 2004-02-04 | 2007-08-30 | ソシエテ ケルテック アンジェニリ （キュイー） | アルミニウム合金製の部品をイオン注入によって窒化処理する装置および、そのような装置を利用する方法 |
| JP2015221926A (ja) * | 2014-05-23 | 2015-12-10 | 株式会社不二越 | 酸化鉄膜の形成方法および酸化鉄膜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2593011B2 (ja) | 1997-03-19 |
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