JPH06228754A - 金属基材へのカーボン被膜形成法 - Google Patents

金属基材へのカーボン被膜形成法

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JPH06228754A
JPH06228754A JP3425093A JP3425093A JPH06228754A JP H06228754 A JPH06228754 A JP H06228754A JP 3425093 A JP3425093 A JP 3425093A JP 3425093 A JP3425093 A JP 3425093A JP H06228754 A JPH06228754 A JP H06228754A
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JP
Japan
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carbon coating
carbon
base material
nickel
cvd
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JP3425093A
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English (en)
Inventor
Akira Kondo
明 近藤
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属基材の表面に400℃程度の低温CVD
法により密着性に優れるカーボン被膜を効率よく形成す
ることができる金属基材へのカーボン被膜形成法を提供
する。 【構成】 金属基材の表面にニッケルめっきを施したの
ち、該ニッケルめっき面の表面温度が200〜600℃
に上昇する範囲で放射線を照射する。ついで、放射線照
射面に炭化水素ガスを熱分解するCVD法によりカーボ
ン被覆層を気相析出させる。放射線としては、赤外線、
可視光線または紫外線が好ましく用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属基材の表面に比較
的低温度のCVD操作により密着性に優れるカーボン被
膜を均一に被覆することができる金属基材へのカーボン
被膜形成法に関する。
【0002】
【従来の技術】カーボンは固有の性状特性として優れた
自己潤滑性を有しているため、古くから固体潤滑材とし
て広く利用されている。潤滑材として用いられるカーボ
ンの形状は、一般に微粒子状の粉体であることが多い
が、各種の部材に潤滑性を付与しようとする場合には対
象部材の表面にカーボンの被覆層を形成する手段が有効
である。このため、機械部材の大部分を占める金属材料
の表面に密着性よくカーボンを被覆させる技術が必要と
なる。
【0003】従来、カーボン被膜を形成するための最も
代表的なコーティング技術として、炭化水素ガスを熱分
解させて基材面にカーボン層を気相析出させるCVD法
(化学的気相析出法)が知られている。ところが、CV
D法によりカーボン被膜を効率よく析出させるためには
基材温度を少なくとも800〜1100℃付近に保持す
る必要があり、このため例えば金属のようにカーボンと
極端に熱膨張係数が異なる材料を基材とした場合には、
冷却時に材質間の熱膨張差(熱応力)に起因して形成し
たカーボン被膜が剥離する現象が生じる。そのうえ、金
属基材自体が熱劣化を生じて材質特性の低下を招くこと
がある。
【0004】このようなCVD法の問題を解消するた
め、基材温度が殆ど上昇することのないプラズマCVD
法を用いて金属面にカーボン被膜を形成する方法(特開
平2−30755 号公報) が提案されている。しかし、プラ
ズマCVDには被膜形成するための堆積速度が極めて遅
いという欠点がある。この堆積速度は電力密度を高める
ことにより増大させることは可能であるが、電力密度の
高度化はプロセスのエネルギー消費を高めるうえに金属
基材に損傷を与える原因となる。
【0005】このほか、金属基材とカーボン被膜の密着
性を改善するために、両者の間に熱応力の緩和を目的と
する金属粒子とカーボンによる複合中間層を設ける方法
(特開昭59−143498号公報、特開平3−191065号公報)
も提案されているが、製造工程が煩雑となって生産コス
トの高騰を招く問題点がある。また、CVD法以外のカ
ーボン被覆化手段として、金属基材面にフェノール系や
フラン系のような炭化収率の高い熱硬化性樹脂液を塗布
し、塗布層を焼成炭化してカーボン層に転化させる方法
もあるが、塗布した樹脂層は炭素化に際して大きな収縮
を伴うため剥離現象の発生が避けられない。
【0006】本発明者はCVDを適用して金属基材面に
密着性よくカーボン被膜を形成するための効果的な手段
として、金属基材の表面に酸化ニッケルを被覆担持させ
たのち該酸化ニッケルの被覆面に炭化水素ガスの熱分解
によりカーボン被膜を析出させる方法を開発し、すでに
特願平4−271180号として提案した。このカーボ
ン被覆法によれば、金属基材面に予め担持させた酸化ニ
ッケルが触媒的な機能を営み、この作用で金属基材の保
持温度が400℃以下の低温CVD操作においても密着
性のよいカーボン被覆層を形成することが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】発明者は、引き続き低
温CVD操作が可能な金属基材へのカーボン被覆手段に
ついて研究を重ねた結果、金属基材面に予め放射線を照
射したニッケルめっき層を形成してからCVD操作を適
用すると、400℃程度の基材保持温度域において密着
性よくカーボン被膜を被覆し得ることを確認した。
【0008】本発明は前記の知見に基づいて開発された
もので、その目的は、金属基材の表面に低温CVD法に
より密着性に優れたカーボン被膜を効率よく形成するこ
とができる金属基材へのカーボン被膜形成法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による金属基材へのカーボン被膜形成法は、
金属基材の表面にニッケルめっきを施したのち、該ニッ
ケルめっき面の表面温度が200〜600℃に上昇する
エネルギー範囲で放射線を照射し、ついで放射線被覆面
に炭化水素ガスの熱分解によるCVDを介してカーボン
被覆層を気相析出させることを構成上の特徴とする。
【0010】本発明の基材となる金属材料には、600
℃以上の融点を有する金属類が用いられ、典型的には
鉄、銅またはそれらの合金が対象基材となる。金属基材
の表面ニッケル被膜を形成するためのめっき方法には特
に制約はない。したがって、通常の電気めっき法を用い
ることもできるが、本発明の目的には一般に常用されて
いる建浴方式による無電解めっき法が好ましく適用され
る。
【0011】形成されたニッケルめっき面には、CVD
によるカーボン被覆を効率化させる触媒活性を高めるた
めに放射線が照射される。使用可能な放射線としては、
マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線な
どを挙げることができるが、作業性や安全性の面から赤
外線、可視光線もしくは紫外線を用いることが好適であ
る。放射線の照射は、ニッケルめっき面の表面温度が2
00〜600℃に上昇するエネルギー範囲でおこなう必
要がある。表面温度の上昇が200℃未満の放射線照射
ではニッケルめっき層の触媒活性を十分に高めることが
できず、他方、600℃を越える放射線照射ではその後
のCVD工程で形成したカーボン被膜が剥離したり、放
射エネルギーが強すぎて金属基材に損傷を与える等の現
象を招く。このほか、放射線照射時の雰囲気には規制は
なく、大気、真空、不活性ガス雰囲気のいずれでもよ
く、また照射時間は適用する放射線のエネルギー密度や
表面温度の上昇度合を考慮して適宜に設定される。
【0012】表面に放射線照射を施したニッケルめっき
層を有する金属基材は、ついでCVD炉にセットして加
熱し、炉内に炭化水素ガスを導入して熱分解させる。カ
ーボン源となる炭化水素ガスとしては、例えばメタン、
エタン、プロパン、エチレン、アセチレン等を挙げるこ
とができ、いずれも本発明の目的に対して有効的に使用
される。このCVD工程において、金属基材の加熱温度
は300〜400℃の範囲に保持すれば十分であり、こ
の低温度域においてニッケルめっき層の放射線照射面に
均質なカーボン被膜が密着性よく形成される。
【0013】
【作用】従来、炭化水素ガスを熱分解してCVD法によ
り金属基材面に効率よくカーボン被膜を形成するために
は、処理条件として金属基材の温度を800℃以上に保
持することが必要条件とされている。この場合、基材面
にニッケルやコバルトのような遷移金属が介在すると、
触媒作用によってカーボンの析出温度が下がることが知
られているが、本発明においては予め金属基材面に形成
したニッケルめっき層の表面に特定エネルギー量の放射
線を照射することによって触媒活性能を一層高めたもの
である。
【0014】すなわち、CVDによるカーボン被膜の析
出は炭化水素ガスが基材上で熱分解することによって進
行するが、この析出を円滑化して密着性のよいカーボン
被膜を形成させるためには炭化水素ガスを効率よく基材
面に吸着させる必要がある。本発明によればニッケルめ
っき面に放射線照射を施すことにより無数の微細な格子
欠陥が形成され、この格子欠陥面が炭化水素ガスの吸着
を促進する作用を営んでニッケルめっき層の触媒活性能
を飛躍的に向上させるために機能する。
【0015】かかる機能を介して、金属基材を400℃
程度に保持したCVD条件においても均質で密着性に優
れるカーボン被膜を効率的に析出させることが可能とな
る。したがって、金属基材面に亀裂や剥離現象を発生さ
せることなしに薄膜のカーボン被膜を形成することがで
きる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
【0017】実施例1〜3 鉄鋼材〔新日本製鉄(株)製、S45C〕を、塩化パラ
ジウムを溶解した塩酸水溶液に浸漬して活性化処理を施
したのち、硫酸ニッケル、次亜リン酸ナトリウム(還元
剤)、クエン酸ナトリウム(醋化剤)および酢酸ナトリ
ウム(pH緩衝剤)からなる組成の建浴されためっき浴
(温度60℃、pH5)に浸漬して無電解めっき反応を
おこなった。このようにして無電解めっき法によりニッ
ケルめっきを施した金属基材に、ニッケルめっき面の表
面温度が200℃、400℃および600℃に上昇する
エネルギー量で赤外線を照射した。
【0018】ついで、赤外線照射後の金属基材をCVD
炉にセットし、基材を400℃の温度に加熱保持しなが
ら炉内にエチレンガスを導入して1時間に亘りCVD操
作を継続した。この操作により金属基材面に析出した各
カーボン被膜は、極めて均質で優れた密着性を有してい
ることが確認された。得られた各カーボン被膜の膜厚と
被膜性状を、適用した変動条件と対比させて表1に示し
た。
【0019】実施例4 放射線を可視光線に代え、ニッケルめっき面の表面温度
が400℃に上昇するエネルギー量で照射した以外は全
て実施例1と同一の条件により金属基材面にカーボン被
膜を形成した。得られたカーボン被膜は、極めて均質で
優れた密着性を備えるものであった。表1に、その膜厚
および被膜性状を併載した。
【0020】実施例5 放射線を紫外線に代え、ニッケルめっき面の表面温度が
400℃に上昇するエネルギー量で照射した以外は全て
実施例1と同一の条件により金属基材面にカーボン被膜
を形成した。得られたカーボン被膜は、極めて均質で密
着性に優れる被覆層であった。表1に、その膜厚および
被膜性状を併載した。
【0021】比較例1 実施例1と同一の金属基材面に、ニッケルめっきを施さ
ずに表面温度が400℃に上昇するエネルギー量で赤外
線を照射した。ついで、実施例1と同一の条件でCVD
操作をおこなったところ、カーボン被膜の析出は認めら
れなかった。
【0022】比較例2 実施例1と同一条件でニッケルめっきを施した金属基材
を、放射線照射せずにCVD炉内にセットし、実施例と
同一の条件でCVD操作をおこなったところ、カーボン
被膜の析出は認められなかった。
【0023】比較例3 赤外線の照射条件を、ニッケルめっき面の表面温度が1
50℃になるような低エネルギー量に設定した。その他
の条件は全て実施例1と同一条件により金属基材面にカ
ーボン被膜を形成した。この例では、表1に併載したよ
うに形成されるカーボン被膜が極めて薄いものであっ
た。
【0024】比較例4 赤外線の照射条件を、ニッケルめっき面の表面温度が6
50℃に上昇するような高エネルギー量に設定した。こ
の例では、表1に併載したように形成されたカーボン被
膜が剥離し、また金属基材は損傷を受け熱劣化により材
質強度が低下していることが認められた。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】以上のとおり、本発明による金属基材へ
のカーボン被膜形成法に従えば、金属基材の表面に放射
線を照射したニッケルめっき層を形成する簡易な前処理
工程と低温CVD操作を介して金属基材面に密着性の良
好なカーボン被膜を効率よく形成することができる。し
たがって、各種金属基材を対象とする工業的なカーボン
被膜形成手段として極めて有用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基材の表面にニッケルめっきを施し
    たのち、該ニッケルめっき面の表面温度が200〜60
    0℃に上昇するエネルギー範囲で放射線を照射し、つい
    で放射線照射面に炭化水素ガスの熱分解によるCVDを
    介してカーボン被覆層を気相析出させることを特徴とす
    る金属基材へのカーボン被膜形成法。
  2. 【請求項2】 放射線として、赤外線、可視光線もしく
    は紫外線を用いる請求項1記載の金属基材へのカーボン
    被膜形成法。
JP3425093A 1993-01-29 1993-01-29 金属基材へのカーボン被膜形成法 Pending JPH06228754A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009019238A (ja) * 2007-07-12 2009-01-29 Tokai Carbon Co Ltd CVD−SiC単体膜の製造方法
CN109880143A (zh) * 2019-02-18 2019-06-14 东莞市和域战士纳米科技有限公司 一种氟化聚乙烯复合超疏水防水纳米膜

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