JPH0598430A - イオンプレーテイング法による被膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、セラミック被膜などの成膜
に用いられるイオンプレーティング法による被膜形成に
おいて、被膜の損傷が少ない条件で付着力が強く、良質
の膜を得る被膜形成方法を提供することにある。 【構成】 電子銃１より放出された電子ビーム６を蒸着
物質５に照射して加熱蒸発させ、母材１０の上に被膜を
形成する。このときイオン銃１６により水素イオンビー
ム１９を母材１０上に照射しながら成膜することによっ
て、付着力のある被膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンプレーティング
法による、良質で付着強度の強い、化合物被膜形成方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削工具等に用いられる耐摩耗性被膜の
コーティングには、現在ＣＶＤ(化学蒸着)法、イオンビ
ームスパッタ法およびイオンプレーティング法などが用
いられている。

【０００３】ＣＶＤ法は、成膜速度が速く付着強度も強
いが、成膜の際に母材を500〜1000℃まで加熱する必要
があるため、精密加工部品や低融点物質へのコーティン
グは出来ない。また、イオンビームスパッタ法はスパッ
タ現象を利用した成膜法であり、さらに成膜中に母材に
イオンを照射するダイナミックミキシング法を用いるこ
とにより200℃以下で成膜が可能であり、付着強度も強
い被膜を得ることができる。しかしながら、成膜速度が
遅いため、工業的にはあまり利用されていない。 一
方、イオンプレーティング法は成膜時の母材温度が300
〜500℃と比較的低く、成膜速度も速いが、母材へ印加
できるバイアス電位が数百eV程度であるためイオンビー
ムスパッタ法に比べると被膜の付着強度が弱い値とな
る。

【０００４】上記の様な付着強度を改善するために、従
来真空容器にイオン銃を取り付け、導入ガスイオンを成
膜中に直接母材ホルダに数keV〜数十keVの加速電圧で照
射する方法が用いられている。しかしながら、炭化物や
酸化物被膜成膜時には、イオン銃のフィラメントの寿命
や汚染の問題から安定した炭素イオン、酸素イオンの照
射は難しく、前記方法は主に窒化物被膜作成時にのみ使
われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにイオンプレ
ーティング法によって付着強度の強い化合物被膜を形成
する方法においては、成膜中に被膜に高いエネルギーを
付与するための手段が必要となる。

【０００６】そこで本発明の目的は、比較的安定して供
給可能な水素イオンを成膜中に母材へ照射し、付着強度
の強い化合物被膜を形成できるイオンプレーティング法
を用いた被膜形成方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による水素イオンを用いたイオンプレーテ
ィング法による被膜形成方法は、真空容器に設けたイオ
ン銃により成膜中に母材に直接水素イオンを照射し、母
材と被膜との界面でのミキシングおよび被膜中の反応の
促進を行なうことを特徴としている。

【０００８】

【作用】このように構成された本発明の方法において
は、イオン銃から放出された水素イオンビームが成膜中
の母材に照射されることによって、成膜初期には母材と
被膜の界面において、双方の原子と衝突することにより
ミキシング作用を起こし、また成膜中期以後は、蒸着物
質と導入ガスにエネルギーを付与することにより双方の
反応を促進する。水素イオンは質量が小さいため、スパ
ッタリングや被膜へ与える損傷が少なく、良質で付着強
度の強い化合物被膜が得られる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図１で説明する。真空容器
１２内にはホロカソード電子銃１、金属を蒸発させるた
めのルツボ２、イオン化した蒸発粒子および導入ガスが
加速して入射するように直流負あるいは高周波のバイア
ス電位が印加された母材ホルダ３および水素イオンを母
材に照射するためのイオン銃１６が設置されている。ま
た蒸発粒子および導入ガスのイオン化率が低い場合には
イオン化電極１８を設置する。化合物被膜を形成するに
は、被膜中への不純物混入を減らすために真空容器１２
内を10~⁴Pa台まで排気し、その後カソード１３から流量
4〜20sccmのアルゴンガスを電子銃１に導入する。また
ガス導入口４から数十sccmの窒素、炭化水素、酸素など
の反応ガスを真空容器１２内に導入する。

【００１０】一方、真空容器１２に取り付けられたイオ
ン銃１６に、ガス導入口１７から水素ガスを4〜10sccm
導入し、10〜100keVの加速電圧によって水素イオンを母
材に照射する。

【００１１】ルツボには蒸発物質５を設置しておき、電
子ビーム６は電磁石７によって軌道を制御され蒸発物質
５に照射される。電子ビーム６を照射された蒸発物質５
は加熱されて蒸発し、途中でイオン化しながら上方の母
材１０上に堆積する。一方、ガス導入口４から導入され
た導入ガスも同様に電子ビーム６またはイオン化電極１
８によってイオン化され加速され母材１０に達し、蒸発
物質５と反応して化合物被膜を形成する。この時イオン
銃１６から放出された水素イオン１９も母材１０に達
し、蒸発物質、導入ガス原子と衝突し、ミキシングある
いは反応の促進を行なう。

【００１２】このように、化合物被膜を成膜する際に、
水素イオン照射を併用したイオンプレーティング法を用
いることにより良質で付着強度の強い化合物被膜が得ら
れる。 なお、排気口８にオリフィスバルブを設け、直
流電源１５に検知器を設置して、前記オリフィスバルブ
と検知器をプログラマブルコントローラへ接続すると、
電子ビーム６がグロー放電からアーク放電へ移行する時
点を検知器で感知し、この信号をプログラマブルコント
ローラへ送って、図示しないフィラメント電源を切断す
ると共にオリフィスバルブを調節して排気を行ようにな
るので、電子ビーム６がグロー放電からアーク放電へ移
行する際の急激な電流増加を抑制し、電子ビーム６を安
定化させることが可能となる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、イオンプレーティング
法において化合物被膜を形成する際に、真空容器に取り
付けられたイオン銃により成膜中に母材に水素イオンを
照射することによって良質で付着強度の強い化合物被膜
を成膜することができる。従って、今まで難しかった精
密加工部品や低融点物質への化合物被膜の被覆が可能と
なり、広範囲にわたる消耗部品の寿命および性能向上と
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１はホロカソード電子銃、２はルツボ、３は母材ホル
ダ、４は反応ガス導入口、５は蒸着物質、６は電子ビー
ム、７は電磁石、８は排気口、９はシャッタ、１０は母
材、１１はバイアス電源、１２は真空容器、１３はカソ
ード、１４はガイシ、１５は直流電源、１６はイオン
銃、１７はガス導入口、１８はイオン化電極、１９は水
素イオンビームである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に、被膜の蒸発源となる金属
   を載置するための所定の正電位が印加されるルツボと、
   金属を溶融するための電子ビームを放出する電子銃と、
   前記ルツボに対し、負電位または高周波を印加し得る母
   材ホルダ上に蒸発物質と導入ガスをイオン化手段により
   イオン化し、化合物被膜を形成するイオンプレーティン
   グ法において、真空容器にイオン銃を設け、化合物被膜
   成膜中に水素イオンを母材に照射することを特徴とした
   イオンプレーティング法による被膜形成方法。