JPH0581270U - カーボン硬質被膜を有する基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐蝕性の劣る基材に対し、高密着性、高信頼
性等を有するカーボン硬質被膜が形成された基材を提供
することにある。 【構成】 基材１上に形成されたニッケル−リン被膜２
とチタン被膜３とシリコン被膜４とカーボン硬質被膜５
とより構成されている。 【効果】 基材上に密着性及び耐蝕性のよいカーボン硬
質被膜が得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本願考案はカーボン硬質被膜を被覆した基材に関するものである。更に詳しく はカーボン硬質被膜を被覆した基材の密着性及び耐蝕性を向上させるために介在 させる中間層に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、カーボン硬質被膜は、高硬度、高絶縁性、高熱伝導性、及び化学的安定 性などのダイヤモンドに似た優れた性質を有していることから、近年注目を集め ている。このカーボン硬質被膜の形成には、イオンビーム法、スパッタリング法 、イオンプレーティング法等の物理蒸着法（以下ＰＶＤと略す）や、ＥＣＲ（El ectron Cyclotron Reso- nance)、ＲＦ（Radio Erequency)プラズマ化学蒸着法 （以下Ｐ−ＣＶＤと略す）がすで実用に供されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前記の方法で形成されるカーボン硬質被膜は、１０¹⁰ｄｙｎｅ／ｃｍ² 台の高 い圧縮応力が残留している。このため、カーボン硬質被膜と基材、特に金属性基 材との密着性が悪く、剥離、クラック、寿命が短い、あるいは膜形成が不可能な どの問題点を有していた。すなわち、シリコン基材、超硬基材上にカーボン硬質 被膜は形成可能であるが、ステンレス材をはじめとする各種金属基材などへの形 成は不可能であるなどカーボン硬質被膜を形成できる基材は非常に限定されてい た。上記問題点を解決し、カーボン硬質被膜の幅広い応用を可能とするために、 本考案者らは先に、乾式メッキ法でクロムを主体とする下層とシリコンを主体と する上層とからなる中間層を基材とカーボン硬質被膜間に介在させる構成（特願 昭６０−２５６４２６号）をさらに改良し、下層中間層を上層中間層との界面に おける相互拡散による固溶体層を形成させることを提案した。（特願昭６３−３ ０１８２９号）

【０００４】 しかしながら未だ応用できる基材は限られている。例えば黄銅においては、前 記中間層を形成した場合、チャンバー内の温度上昇、あるいはカーボン硬質被膜 形成時のチャンバー内の温度上昇により、真空雰囲気での脱亜鉛現象が発生し、 黄銅材料の表面がユズ肌を呈し、表面の耐蝕性、及び密着性が落ち、その結果、 カーボン硬質被膜の優れた特性を生かすことが出来なかった。

【０００５】 また、ＳＫ材等の炭素工具鋼、マルテンサイト系ステンレス、及びフェライト 系ステンレス鋼等の鉄系でＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼より も耐蝕性の劣る鉄系の基材に対しては、前洗浄後に発錆による腐蝕等が発生し、 密着性及び耐蝕性等の問題を有していた。

【０００６】 この考案の目的は、黄銅、ＳＫ材、マルテンサイト系ステンレス、及びフェラ イト系ステンレス鋼等、耐蝕性の劣る基材に対して、高密着性、高信頼性等を有 するカーボン硬質被膜が形成された基材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本願考案は、ＳＫ材、黄銅等の基材上に湿式メッキに より形成された下地金属被膜と、該下地金属被膜上に乾式メッキにより形成した チタン被膜と、該チタン被膜上に乾式メッキにより形成したシリコン被膜と、該 シリコン被膜上に乾式メッキにより形成したカーボン硬質被膜とにより構成した ものである。また、基材上に形成する下地金属被膜として、ニッケル合金被膜、 ニッケル被膜、クロム被膜、パラジウム被膜、ニッケル合金被膜とクロム被膜、 ニッケル合金被膜とパラジウム被膜の中の１つからなるものがある。また、ニッ ケル合金被膜の中のニッケル−リン被膜については、時効処理によって被膜硬度 をあげることもできる。

【０００８】

【作用】

本願考案に係るカーボン硬質被膜を形成した基材は、まず基材上に湿式メッキ により下地金属被膜として、ニッケル合金被膜（ニッケル−リン被膜、ニッケル −パラジウム被膜、ニッケル−ボロン被膜、ニッケル−スズ被膜等）、ニッケル 被膜、クロム被膜、パラジウム被膜、ニッケル合金被膜とクロム被膜、ニッケル 合金被膜とパラジウム被膜の中の１つからなる被膜が形成される。この被膜を直 接基材に施すことにより、黄銅、ＳＫ材等の耐蝕性の劣る基材の耐蝕性を向上さ せ、さらに時効処理を施すことにより硬度を向上させ、カーボン硬質被膜の特性 をさらに生かすことが可能となる。次に、乾式メッキ法によりチタン被膜を形成 し、さらに乾式メッキ法によりシリコン被膜を形成し、順次積層構造にすること によりカーボン硬質被膜のコーティングを可能にし、耐蝕性の劣る基材に対して 、高耐蝕性、高密着性のあるカーボン硬質被膜が形成される。

【０００９】

【実施例】

以下に本願考案の実施例を図面に用いて詳細に説明する。図１は、本願考案の 第１実施例である膜構造の要部断面図である。黄銅、ＳＫ材等の炭素工具鋼、マ ルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼等の耐蝕性の劣る基材 の中のＳＫ材を使用して行なった。ＳＫ基材１上に湿式メッキにより、下地金属 被膜のニッケル合金メッキ、例えば無電解ニッケル−リンメッキでニッケル−リ ン被膜２を２〜５μｍ形成した。 ≪ニッケル−リン合金メッキ≫ ＜メッキ液組成＞ 硫酸ニッケル ２０ｇ／１ 次亜リン酸ナトリウム ２５ｇ／１ 乳酸 ２５ｇ／１ プロピオン酸 ３ｇ／１ ＜メッキ条件＞ ｐＨ ４〜５ 温度 ９０℃ 処理後、時効処理を行なっても良い。時効処理の条件は、４００℃〜５００℃ で３０分〜６０分間行なう。また、無電解ニッケル−ボロンメッキでニッケル− ボロン被膜を形成させる場合は、下記メッキ液組成で行なう。 ≪ニッケル−ボロン合金メッキ≫ ＜メッキ液組成＞ 塩化ニッケル ３０ｇ／１ 水酸化ナトリウム ４０ｇ／１ エチレンジアミン ６０ｇ／１ ふっ化ナトリウム ３ｇ／１ ほう水素化ナトリウム ０．５ｇ／１ ＜メッキ条件＞ 温度 ９０℃ 尚、上記以外のニッケル合金被膜として、ニッケル−パラジウム被膜、ニッケ ル−スズ被膜等があり、この被膜を形成させても良いことは言うまでもない。ま た、ニッケル−パラジウム被膜やニッケル−スズ被膜の形成は、一般に電解メッ キによって行なわれる。

【００１０】 次に乾式メッキ法は、例えばスパッタリング法によりチタン被膜３をニッケル 合金被膜であるニッケル−リン被膜２上に、０．１μｍ形成し、同様に該チタン 被膜３上にシリコン被膜４を０．３μｍ形成した。

【００１１】 その後、乾式メッキ法、例えばＲＦＰ−ＣＶＤ法を用いて以下の条件により該 シリコン被膜４上にカーボン硬質被膜５を２μｍ形成した。 ≪カーボン硬質被膜≫ ＜形成条件＞ ガス種 ：メタンガス 成膜圧力 ：０．１トール 高周波電力 ：３００ワット 成膜速度 ：毎分０．１２μｍ ビッカース硬度 ：３０００〜５０００（Ｈｖ） この様にして、基材１上に密着性が良好でしかも信頼性の高いカーボン硬質被 膜５が得られた。

【００１２】 次に第２図は、本願考案の第２実施例である膜構造の要部断面図である。黄銅 、ＳＫ材等の炭素工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステン レス鋼等の耐蝕性の劣る基材の中の黄銅を使用して行なった。黄銅の基材６上に 湿式メッキにより下地金属被膜であるニッケル合金メッキ、例えば無電解ニッケ ル−リンメッキでニッケル−リン被膜７を前記と同様な方法で２〜５μｍ形成し た。

【００１３】 次に湿式メッキにより、クロム被膜８を該ニッケル−リン被膜７上に２〜５μ ｍ形成した。 ≪クロムメッキ≫ ＜メッキ液組成＞ 無水クロム酸 ２００〜３００ｇ／ｌ 硫酸 ２〜３ ｇ／ｌ ３価クロム １〜５ ｇ／ｌ ＜メッキ条件＞ 浴温 ４０〜５５℃ 電流密度 １０〜６０Ａ／ｄｍ² 尚、クロム被膜を形成させるためのクロムメッキには、装飾クロムメッキ、工 業用クロムメッキがあるが、どちらのメッキでクロム被膜を形成させても良いこ とは言うまでもない。

【００１４】 次に乾式メッキ法により第１実施例と同様な方法で、クロム被膜８上にチタン 被膜９を０．１μｍ形成し、同様に該チタン被膜９上にシリコン被膜１０を０． ３μｍ形成し、その後、第１実施例と同様な方法でシリコン被膜１０上にカーボ ン硬質被膜１１を２μｍ形成した。この様にして、基材６上に密着性が良好でし かも信頼性の高いカーボン硬質被膜１１が得られた。

【００１５】 尚、基材が黄銅、または温度により軟化等発生する基材の場合、ニッケル−リ ンメッキ後、時効処理は行なわず、本願考案のクロム被膜を前記ニッケル−リン 被膜上に形成することにより、前記ニッケル−リン被膜の時効処理を行なったも のと、同等な硬度が得られた。また下地金属被膜の中の例えばパラジウム被膜は 、銅合金材等の耐蝕性の劣る基材に使用し、クロム被膜は耐摩耗性を必要とする 基材に使用する。しかしながら、排水処理等の問題により、クロムメッキが使用 できない場合に、ニッケルメッキでニッケル被膜を形成しても良い。さらに基材 が耐蝕性を必要とする用途に使用される場合は、ニッケル合金被膜上にパラジウ ム被膜を形成することにより耐蝕性を更に向上させることも、可能であり、硬度 及び耐摩耗性が必要な場合は、ニッケル合金被膜上にクロム被膜を形成すること により比較的安価に製造することできると共に、硬度及び耐摩耗性も向上する。

【００１６】 以下にＳＫ材、黄銅基材上に上記方法によりカーボン硬質被膜５・１１を形成 した結果を記す。従来ＳＫ材基材上にカーボン硬質被膜５・１１を形成する場合 、前洗浄工程後に腐蝕が発生し、カーボン硬質被膜５・１１形成後に、微小な剥 離が金属顕微鏡等で観察すると発見されたが、本願考案の手法で形成した場合、 微小な剥離は全く観察されなくなった。

【００１７】 また、黄銅基材上にカーボン硬質被膜５・１１を形成する場合、脱亜鉛現象に より充分な密着性が得られず結果的に耐蝕性が落ちることとなった。本願考案の 手法で形成した場合には、上記の現象が抑えられ黄銅材に対して高密着性、高耐 蝕性の膜が得られた。さらに上記サンプルをＣＡＳＳ試験（２４時間）と人工汗 浸漬試験（２４時間）を行なった。 （１）ＣＡＳＳ試験 ２４時間 試料 結 果 従来品（下地金属被膜なし） 腐蝕有 本考案品 腐蝕無 （２）人工汗浸漬試験 ２４時間 試料 結 果 従来品（下地金属被膜なし） 腐蝕有 本考案品 腐蝕無

【００１８】 また、乾式メッキにより形成したニッケル−リン被膜２・７に時効処理を行な ったものについてはニッケル−リン被膜２・７自体の硬度もＨｖ８００〜１００ ０程度になり、耐摩耗性も向上することが判った。上記サンプルと時効処理を行 なっていないものについて摩耗試験を行なった。 （ＩＩ） 耐摩耗試験 スガ摩耗試験機使用 荷重：３Ｋｇｆ、研磨紙：ｓｉｃ＃６００、 摩耗回数：１６００サイクル 試料 結 果 時効処理 無 一部基材から剥離 時効処理 有 外観上変化なし、磨耗量≒０ 上記の結果から明らかなように、本願考案の試料は優れた特性を示し、高耐 蝕性、 高密着性の改善が得られた。

【００１９】

【考案の効果】

上記のごとく、本願考案によれば、基材上に湿式メッキにより形成された下地 金属被膜により、黄銅、ＳＫ材、マルテンサイト系、フェライト系ステンレス鋼 等の耐蝕性の劣る鉄系の基材に対しても、高耐蝕性、密着性の高いカーボン硬質 被膜を形成することができる。さらに下地金属被膜であるニッケル合金被膜のう ちニッケル−リン被膜に時効処理を行なったものについては耐摩耗性が更に向上 することが期待でき、また黄銅等、時効処理が有効でない基材に対してもクロム 被膜を施すことにより、時効処理を行なったものと同等な耐摩耗性が得られるこ とも期待できる。本願考案により、さらに基材の種類が増し、カーボン硬質被膜 の応用範囲が広がり大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願考案の第１実施例の膜構造を示す要部断面
図である。

【図２】本願考案の第２実施例の膜構造を示す要部断面
図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ ニッケル−リン被膜 ３ チタン被膜 ４ シリコン被膜 ５ カーボン硬質被膜 ６ 基材 ７ ニッケル−リン被膜 ８ クロム被膜 ９ チタン被膜 １０ シリコン被膜 １１ カーボン硬質被膜

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にカーボン硬質被膜を有する基材に
   おいて、基材上に湿式メッキにより形成された下地金属
   被膜と、該下地金属被膜上に乾式メッキにより形成した
   チタン被膜と、該チタン被膜上に乾式メッキにより形成
   したシリコン被膜と、該シリコン被膜上に乾式メッキに
   より形成したカーボン硬質被膜とより構成されたことを
   特徴とするカーボン硬質被膜を有する基材。
2. 【請求項２】 基材上に形成した下地金属被膜は、ニッ
   ケル合金被膜、ニッケル被膜、クロム被膜、パラジウム
   被膜、ニッケル合金被膜とクロム被膜、ニッケル合金被
   膜とパラジウム被膜の中の１つからなることを特徴とす
   る請求項１記載のカーボン硬質被膜を有する基材。
3. 【請求項３】 基材上に形成したニッケル合金被膜のう
   ち、ニッケル−リン被膜に時効処理を施したことを特徴
   する請求項２記載のカーボン硬質被膜を有する基材。