JPH06346239A - セラミックス被覆金属材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高硬度、耐摩耗性とともに、耐食性に優れる
セラミックス被覆金属材料の製造方法を提供する。 【構成】 金属基体上に、物理的蒸着法（例、イオンプ
レーティング）または化学的蒸着法により周期律表４、
６、８、１３または１４族の金属（例、チタン）の窒化
物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミックス層を
少なくとも一層被覆し、該セラミックス層表面に、窒素
含有ガス（例、窒素）、炭素含有ガス（例、アセチレ
ン）またはこれらの混合ガスをプラズマによって励起し
て接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス被覆され
た金属材料に関し、例えば、電気機械、輸送機械、工作
機械、精密機械、土木建設機械およびこれらの部品；工
具類；建築材；家具材；食器、包丁、鋏等の日用品；装
飾品；その他あらゆる金属材料であって、高硬度、耐摩
耗性、耐食性等の付与を目的としてセラミックス被覆さ
れた金属材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高硬度、耐摩耗性、耐食性等の付与を目
的としてセラミックス被覆された金属材料が知られてい
る。例えば、包丁、鋏、ナイフ等の刃物には、従来から
炭素鋼またはステンレス製の刃物が用いられてきたが、
炭素鋼は錆が生じ易く、また、耐食性の高いステンレス
は刃先が柔らかく繰り返し使用すると刃先が摩耗するこ
とによって切れ味が低下するという問題があり、これを
改良するために、ＴｉＮやＴｉＣに代表される金属窒
化、炭化物セラミックスを物理的蒸着法や化学的蒸着法
で刃物基体上に被覆することが近年活発に研究開発され
てきた。例えば、特開平１−４７８４９号公報には、イ
オンプレーティングやスパッタリング等の物理的蒸着法
で刃物基体にＴｉＮを形成後、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ等の金
属窒化、炭化窒化物セラミックスを被覆する方法が提案
されており、高硬度、耐摩耗性、耐食性等を具備したセ
ラミックス被覆金属材料が得られている。しかし、これ
らのセラミックス皮膜は、皮膜を構成する結晶の粒界か
らの孔食が発生し易く耐食性に問題が残っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、上記従来のセ
ラミックス被覆刃物を始めとして、従来のセラミックス
被覆金属材料の欠点を解消し、高硬度、耐摩耗性ととも
に、耐食性に優れるセラミックス被覆金属材料の製造方
法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明で使用される金属
基体としては、金属であれば特に限定されるものでない
が、例えば、ステンレス鋼や炭素鋼等の鉄鋼；珪素、ア
ルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン等の純
金属およびこれらの合金等が挙げられる。その形状とし
ては、特に限定されるものでなく、例えば、板状、線
状、管状等が挙げられる。

【０００５】本発明のセラミックス被覆金属材料の製造
方法は、まず、上記金属基体上に、物理的蒸着法または
化学的蒸着法により周期律表４、６、８、１３または１
４族の金属の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなる
セラミックス層を少なくとも一層被覆する。

【０００６】上記物理的蒸着法としては、例えば、真空
蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げ
られる。化学的蒸着法としては、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法が挙げられる。本発明では、セラミックス層の被覆
後、プラズマによってセラミックス層表面を処理するの
で、上記の蒸着法のうち、プラズマを利用した方法であ
るイオンプレーティング、スパッタリングおよびプラズ
マＣＶＤ法が好ましい。

【０００７】前記の周期律表４、６、８、１３または１
４族の金属としては、例えば、４族のチタン、ジルコニ
ウム、ハフニウム；６族のクロム、モリブデン、タング
ステン；８族の鉄；１３族のアルミニウム；１４族の珪
素等が挙げられる。該金属の窒化物、炭化物または炭化
窒化物からなるセラミックス層を金属基体上に被覆する
には、イオンプレーティングやスパッタリングにおいて
は、該金属そのものを原料として使用し、プラズマＣＶ
Ｄ法においては、該金属の水素化物、ハロゲン化物、ア
ルコラート等の金属化合物ガスを原料として使用する。

【０００８】これらの原料を使用して上記金属基体上
に、物理的蒸着法または化学的蒸着法により該金属の窒
化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミックス層
を被覆するには、公知の方法に従って行えばよい。

【０００９】例えば、イオンプレーティングによって、
セラミックス層を被覆するには、上記原料金属を蒸発さ
せ、さらにその蒸発粒子をイオン化し、イオン化した金
属を、窒化物を被覆する場合は窒素含有ガス、例えば、
窒素、アンモニア等のガス；炭化物を被覆する場合は炭
素含有ガス、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン系ガス類、エチレ
ン、プロピレン、ブテン、ペンテン等のアルケン系ガス
類、ペンタジエン、ブタジエン等のアルカジエン系ガス
類、アセチレン、メチルアセチレン等のアルキン系ガス
類、ベンゼン、トルエン、キシレン、インデン、ナフタ
レン、フェナントレン等の芳香族炭化水素系ガス類、シ
クロプロパン、シクロヘキサン等のシクロアルカン系ガ
ス類、シクロペンテン、シクロヘキセン等のシクロアル
ケン系ガス類等のガス；炭化窒化物を被覆する場合は上
記の炭素含有ガスと窒素含有ガスとの混合ガスと反応さ
せる。

【００１０】上記のイオンプレーティングの方式として
は、特に限定はなく、従来公知の方式が使用でき、例え
ばアーク放電法、高周波励起法、中空陰極放電法などの
方式が挙げられる。なお、これら各方式の相違点は金属
の蒸発方法及び蒸発粒子のイオン化方法が異なっている
点にある。

【００１１】イオンプレーティングによってセラミック
ス層を被覆する場合の具体的手順としては、原料金属を
入れた水冷るつぼおよび金属基体が収容された真空容器
を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に排気する。ついで、原料金
属を溶融加熱などによって蒸発させ、イオン化手段（例
えば、アーク放電方式の場合、イオン化電極を使用する
が、その際のイオン化電流は２０Ａ〜８０Ａになるよう
にイオン化電圧を調整する。）によって蒸発粒子をイオ
ン化する。これと同時に、上記の窒素含有ガス、炭素含
有ガスまたはその混合ガスを真空容器内の全圧力が４×
１０^-4〜３×１０ ^-3Ｔｏｒｒとなるように真空容器内
に導入する。その後、予め２００〜８００℃の温度に加
熱させておいた金属基体に−１０００〜−２５Ｖの直流
電圧を印加し、イオン化された金属と上記の窒素含有ガ
ス、炭素含有ガスまたはその混合ガスとを反応させて得
られた金属の窒化物、炭化物または炭化窒化物を金属基
体上に蒸着させ、目的とするセラミックス層を形成す
る。

【００１２】スパッタリングによって、セラミックス層
を被覆するには、上記原料金属をターゲットとして、放
電用のアルゴンガス中に、金属の窒化物を形成する場合
は窒素含有ガス、炭化物を形成する場合は炭素含有ガ
ス、炭化窒化物を形成する場合は炭素含有ガスと窒素含
有ガスとの混合ガスからなる反応性ガスを混ぜる。この
状態でスパッタリングして、加熱した金属基体上でター
ゲットからの原子と反応性ガスとを反応させてそれぞれ
の金属化合物を形成させる。上記の炭素含有ガスと窒素
含有ガスの例としては、前記のイオンプレーティングで
使用されるものと同じである。

【００１３】プラズマＣＶＤ法によって、セラミックス
層を被覆するには、前記金属の水素化物、ハロゲン化
物、アルコラート等の金属化合物ガスと、金属の窒化物
を形成する場合は窒素含有ガス、炭化物を形成する場合
は炭素含有ガス、炭化窒化物を形成する場合は炭素含有
ガスと窒素含有ガスとの混合ガスとからなる原料ガス中
に、金属基体を置き、金属基体近傍の原料ガスに直流ま
たは高周波電力を投入し、原料ガスをプラズマ化する。
これによって化学反応を起こさせ、金属基体上に反応生
成物の金属窒化物、金属炭化物または金属炭化窒化物を
形成させる。上記の炭素含有ガスと窒素含有ガスの例と
しては、前記のイオンプレーティングで使用されるもの
と同じである。

【００１４】本発明のセラミックス被覆金属材料の製造
方法は、次に、上記のセラミックス層表面に、窒素含有
ガス、炭素含有ガスまたはこれらの混合ガスをプラズマ
によって励起して接触させる。

【００１５】窒素含有ガスとしては、例えば、窒素、ア
ンモニア等のガスが挙げられる。また、窒素含有ガスに
水素ガスやアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン等の
希ガスを添加してもよい。例えば、窒化チタン層に上記
の処理をする場合、窒素ガスに水素ガスを添加して全ガ
ス中の水素ガス濃度を１０〜３０体積％とすると、プラ
ズマ中でＮＨ_X （_X は１〜３の数）の励起種が生成され
るので、窒素ガスのみで処理する場合に比べ、窒化チタ
ン層の処理される厚みが１．５倍程度大きくなる。ま
た、窒素ガスに希ガスを添加して全ガス中の希ガス濃度
を１０〜９９体積％とすると、希ガスを添加することに
よってプラズマ密度が上昇し窒素ガスの励起分解が促進
され、窒化チタン層の処理される厚みが厚くなる。この
場合、希ガスとしてアルゴンとヘリウムとを使用しアル
ゴンとヘリウムの体積比を８０：２０前後とすると、そ
の効果が特に顕著である。また、水素ガスと希ガスを併
用すると、この効果はさらに高まる。

【００１６】炭素含有ガスとしては、例えば、メタン、
エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のア
ルカン系ガス類、エチレン、プロピレン、ブテン、ペン
テン等のアルケン系ガス類、ペンタジエン、ブタジエン
等のアルカジエン系ガス類、アセチレン、メチルアセチ
レン等のアルキン系ガス類、ベンゼン、トルエン、キシ
レン、インデン、ナフタレン、フェナントレン等の芳香
族炭化水素系ガス類、シクロプロパン、シクロヘキサン
等のシクロアルカン系ガス類、シクロペンテン、シクロ
ヘキセン等のシクロアルケン系ガス類等が挙げられる。
これらのガスは、単独で使用されても良いし、２種以上
併用されてもよい。さらに、上記炭素含有ガスに水素ガ
スやアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン等の希ガス
を添加してもよい。希ガスは２種以上混合しても構わな
い。例えば、炭化チタン層に上記の処理をする場合、炭
素含有ガスに水素ガスを添加して全ガス中の水素ガス濃
度を１０〜３０体積％とすると、プラズマ中でＣＨ_X （
_X は１〜４の数）の励起種が生成されるので、炭素含有
ガスのみで処理する場合に比べ、炭化チタン層の処理さ
れる厚みが１．５倍程度大きくなる。また、炭素含有ガ
スに希ガスを添加して全ガス中の希ガス濃度を１０〜９
９体積％とすると、希ガスを添加することによってプラ
ズマ密度が上昇し炭素含有ガスの励起分解が促進され、
炭化チタン層の処理される厚みが厚くなる。この場合、
希ガスとしてアルゴンとヘリウムとを使用しアルゴンと
ヘリウムの体積比を８０：２０前後とすると、その効果
が特に顕著である。また、水素ガスと希ガスを併用する
と、この効果はさらに高まる。

【００１７】窒素含有ガスと炭素含有ガスの混合ガスと
しては、前記の窒素含有ガスと炭素含有ガスのそれぞれ
１種以上が混合されたガスが挙げられる。さらに、この
混合ガスに希ガスを混合させると、処理されるセラミッ
クス層の厚みが大きくなる。窒素含有ガスと炭素含有ガ
スの混合比率は、プラズマ処理によって該セラミックス
層の表層部に形成されるであろう所望のセラミックスの
組成によって変える。例えば、セラミックス層が炭化チ
タンでなるとき、プラズマ処理によって炭化窒化チタン
を形成させようとするなら、窒素含有ガスと炭素含有ガ
スの混合比率は１：１でなく、窒素含有ガスの比率をも
っと高くする。同様に、セラミックス層が窒化チタンで
なるとき、プラズマ処理によって炭化窒化チタンを形成
させようとするなら、窒素含有ガスと炭素含有ガスの混
合比率は１：１でなく、炭素含有ガスの比率をもっと高
くする。この最適比率はガス種によって異なり適宜決定
する必要がある。

【００１８】本発明において、セラミックス層が金属の
窒化物、炭化物または炭化窒化物のいずれであっても、
プラズマ励起接触させるガスの種類は、窒素含有ガス、
炭素含有ガスまたはこれらの混合ガスであればいずれの
ガスが使用されてもよい。

【００１９】励起の手段としては、例えば、直流または
高周波を印加してプラズマ分解する方法、マイクロ波放
電によってプラズマ分解する方法、電子サイクロトロン
共鳴によってプラズマ分解する方法、熱フィラメントに
よる加熱によって熱分解する方法等が挙げられる。この
場合、工程を簡略化しようとするなら、前記セラミック
ス層の形成に使用したプラズマ手段と同じ方法のプラズ
マ手段を使用するのがよい。

【００２０】プラズマ処理の具体的な条件は、励起の手
段の違いにより最適条件が異なる。上記の直流電力を印
加してプラズマ分解する方法の場合についての手順を以
下に示す。まず、真空容器を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に
排気する。次いで、処理に使用する窒素含有ガス、炭素
含有ガス等のガスを導入して、圧力０．０１〜１Ｔｏｒ
ｒになるよう調整する。その後、予め２００〜８００℃
の温度で加熱させておいた被処理基体に−２０００〜−
２５Ｖの直流電圧を印加して上記ガスをプラズマ化し、
１０〜６０分程度処理する。処理時間は短すぎると処理
される層が薄くなるので効果が弱くなり、長すぎると被
処理基体のセラミックス層がダメージを受けセラミック
ス層の質が低下してしまう。

【００２１】本発明の製造方法によると、セラミックス
層の耐食性が向上する。この理由は、以下のように考え
られる。例えば、窒化チタン層を窒素含有ガスのプラズ
マ励起物と接触させると、処理ガス、処理時間および処
理温度等の条件に応じて表面から窒素が拡散され未反応
のチタンの窒化が進み、被処理層と異なるチタンと窒素
の比率のより緻密で強固な窒化チタン層が形成される。
また、窒化チタン層を炭素含有ガスのプラズマ励起物と
接触させると、同様に条件に応じて表面から炭素が拡散
して炭化され、表面層に炭化窒化チタン層が形成され、
耐擦傷性および硬度の極めて高いセラミックス材料が得
られる。この場合に生成した炭化窒化チタン層を、従来
の炭化窒化チタン皮膜と比較すると、従来の炭化窒化チ
タン皮膜は、表面硬度が低いが、本発明の皮膜は高硬度
材料である窒化チタン皮膜の上に炭化窒化チタン皮膜が
出来ているので、硬度、耐擦傷性共に大きいものと考え
られる。

【００２２】本発明のセラミックス被覆金属材料の製造
方法によって、プラズマ工程で処理されるセラミックス
層の厚みは用途によって適宜決定されるが、０．０５μ
ｍ以上が好ましい。しかし、前記の処理条件の最適条件
を選んでも２μｍ厚以上まで深く処理するのは難しい。

【００２３】本発明においては、金属基体は、セラミッ
クス層との密着性を向上させるために、必要に応じて、
セラミックス層を形成する前に予め該基体のセラミック
ス層形成面を有機溶剤で洗浄し、さらに減圧下でＡｒな
どの不活性ガスもしくはＴｉなどの金属イオンでボンバ
ード処理しておいてもよい。

【００２４】また、本発明において、金属基体とセラミ
ックス層との密着性を向上させるために、金属基体とセ
ラミックス層の間に、前記の金属のみからなる金属層を
物理的蒸着法または化学的蒸着法で設けてもよい。この
金属層は、セラミックス層の応力を緩和するように働く
ことにより、密着性を向上させる。上記金属層の厚み
は、金属基体やセラミックス層の組成によって異なるが
０．１〜１μｍの範囲がよい。この厚みは大き過ぎて
も、小さ過ぎても応力バランスがくずれるので、セラミ
ックス膜の剥離が生じ易くなる。

【００２５】この金属層を、例えば、イオンプレーティ
ングによって設ける場合は、まず形成したい蒸着材料の
金属を入れた水冷るつぼおよび基体が収容された真空容
器を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に排気する。ついで、蒸着
材料金属を溶融加熱などによって蒸発させ、イオン化手
段（例えばイオン化電極）によって金属の蒸発粒子をイ
オン化する。なお、この時の真空容器内全圧力は、１×
１０^-5〜４×１０^-5Ｔｏｒｒとする。その後、予め２０
０〜８００℃の温度に加熱させておいた金属基体に−１
０００〜−２５Ｖの直流電圧を印加し、イオン化された
金属蒸発粒子を基体上に蒸着させ金属層を形成する。

【００２６】本発明２は、本発明の「物理的蒸着法また
は化学的蒸着法により周期律表４、６、８、１３または
１４族の金属の窒化物、炭化物または炭化窒化物からな
るセラミックス層を少なくとも一層被覆し、該セラミッ
クス層表面に、窒素含有ガス、炭素含有ガスまたはこれ
らの混合ガスをプラズマによって励起して接触させる」
ことに代えて、「物理的蒸着法または化学的蒸着法によ
り周期律表４、６、８、１３または１４族の金属からな
る金属層を被覆し、次いで該金属層表面に窒素含有ガ
ス、炭素含有ガスまたはこれらの混合ガスをプラズマに
よって励起して接触させて、該金属層の表層部に該金属
の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミック
ス層を形成させ、さらに該セラミックス層上に物理的蒸
着法または化学的蒸着法により、該セラミックス層と同
じ元素種からなるセラミックス層を被覆する」ことから
なるセラミックス被覆金属材料の製造方法である。

【００２７】本発明２では、まず、金属基体上に、物理
的蒸着法または化学的蒸着法により周期律表４、６、
８、１３または１４族の金属からなる金属層を被覆す
る。

【００２８】周期律表４、６、８、１３または１４族の
金属は、本発明で使用されるものと同じである。上記物
理的蒸着法としては、例えば、真空蒸着、イオンプレー
ティング、スパッタリング等が挙げられる。化学的蒸着
法としては、例えば、プラズマＣＶＤ法が挙げられる。
本発明では、金属層の被覆後、プラズマによって金属層
表面を処理するので、上記の蒸着法のうち、プラズマを
利用した方法であるイオンプレーティング、スパッタリ
ングおよびプラズマＣＶＤ法が好ましい。

【００２９】イオンプレーティングやスパッタリングに
おいては、該金属そのものを原料として使用し、プラズ
マＣＶＤ法においては、該金属の水素化物、ハロゲン化
物、アルコラート等の金属化合物ガスを原料として使用
する。

【００３０】これらの原料を使用して上記金属基体上
に、物理的蒸着法または化学的蒸着法により金属層を被
覆するには、公知の方法に従って行えばよい。

【００３１】例えば、イオンプレーティングによって、
金属層を被覆するには、まず形成したい蒸着材料の金属
を入れた水冷るつぼおよび基体が収容された真空容器を
１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に排気する。ついで、蒸着材料
金属を溶融加熱などによって蒸発させ、イオン化手段
（例えばイオン化電極）によって金属の蒸発粒子をイオ
ン化する。なお、この時の真空容器内全圧力は、１×１
０^-5〜４×１０^-5Ｔｏｒｒとする。その後、予め２００
〜８００℃の温度に加熱させておいた金属基体に−１０
００〜−２５Ｖの直流電圧を印加し、イオン化された金
属蒸発粒子を基体上に蒸着させ金属皮膜を形成する。

【００３２】スパッタリングによって、金属層を被覆す
るには、上記原料金属をターゲットとして、放電用のア
ルゴンガス中に置く。この状態でスパッタリングして、
加熱した金属基体上にターゲットと同じ金属層を形成さ
せる。

【００３３】プラズマＣＶＤ法によって、金属層を被覆
するには、前記金属の水素化物、ハロゲン化物、アルコ
ラート等の金属化合物ガスからなる原料ガス中に、金属
基体を置き、金属基体近傍の原料ガスに直流または高周
波電力を投入し、原料ガスをプラズマ化する。これによ
って化学反応を起こさせ、金属基体上に金属を形成させ
る。

【００３４】上記金属層の厚みは、金属の種類、後の工
程で被覆するセラミックス層の種類によって異なるが、
０．１〜３μｍの範囲がよい。この厚みは大き過ぎて
も、小さ過ぎても応力バランスがくずれるので、セラミ
ックス膜の剥離が生じ易くなる。

【００３５】本発明２では、金属層の被覆に次いで該金
属層表面に窒素含有ガス、炭素含有ガスまたはこれらの
混合ガスをプラズマによって励起して接触させて、該金
属層の表層部に該金属の窒化物、炭化物または炭化窒化
物からなるセラミックス層を形成させる。

【００３６】窒素含有ガスとしては、例えば、窒素、ア
ンモニア等のガスが挙げられる。また、窒素含有ガスに
水素ガスやアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン等の
希ガスを添加してもよい。例えば、チタン層を窒化する
場合、窒素ガスに水素ガスを添加して全ガス中の水素ガ
ス濃度を１０〜３０体積％とすると、プラズマ中でＮＨ
_X （_X は１〜３の数）の励起種が生成されるので、窒素
ガスのみで処理する場合に比べ、窒化層は１．５倍程度
厚く形成される。また、窒素ガスに希ガスを添加して全
ガス中の希ガス濃度を１０〜９９体積％とすると、希ガ
スを添加することによってプラズマ密度が上昇し窒素ガ
スの励起分解が促進され、窒化層は厚くなる。この場
合、希ガスとしてアルゴンとヘリウムとを使用しアルゴ
ンとヘリウムの体積比を８０：２０前後とすると、その
効果が特に顕著である。また、水素ガスと希ガスを併用
すると、この効果はさらに高まる。

【００３７】炭素含有ガスとしては、例えば、メタン、
エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のア
ルカン系ガス類、エチレン、プロピレン、ブテン、ペン
テン等のアルケン系ガス類、ペンタジエン、ブタジエン
等のアルカジエン系ガス類、アセチレン、メチルアセチ
レン等のアルキン系ガス類、ベンゼン、トルエン、キシ
レン、インデン、ナフタレン、フェナントレン等の芳香
族炭化水素系ガス類、シクロプロパン、シクロヘキサン
等のシクロアルカン系ガス類、シクロペンテン、シクロ
ヘキセン等のシクロアルケン系ガス類等が挙げられる。
これらのガスは、単独で使用されても良いし、２種以上
併用されてもよい。さらに、上記炭素含有ガスに水素ガ
スやアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン等の希ガス
を添加してもよい。希ガスは２種以上混合しても構わな
い。例えば、チタン層を炭化する場合、炭素含有ガスに
水素ガスを添加して全ガス中の水素ガス濃度を１０〜３
０体積％とすると、プラズマ中でＣＨ_X （_X は１〜４の
数）の励起種が生成されるので、炭素含有ガスのみで処
理する場合に比べ、炭化チタンは１．５倍程度厚く形成
される。また、炭素含有ガスに希ガスを添加して全ガス
中の希ガス濃度を１０〜９９体積％とすると、希ガスを
添加することによってプラズマ密度が上昇し炭素含有ガ
スの励起分解が促進され、炭化チタン層は厚くなる。こ
の場合、希ガスとしてアルゴンとヘリウムとを使用しア
ルゴンとヘリウムの体積比を８０：２０前後とすると、
その効果が特に顕著である。また、水素ガスと希ガスを
併用すると、この効果はさらに高まる。

【００３８】窒素含有ガスと炭素含有ガスの混合ガスと
しては、前記の窒素含有ガスと炭素含有ガスのそれぞれ
１種以上が混合されたガスが挙げられる。さらに、この
混合ガスに希ガスが混合させると、処理層は厚くなる。
窒素含有ガスと炭素含有ガスの混合比率は、生成させる
セラミックス層の組成と同じ組成にすることが好まし
く、この比率はガス種によって異なり適宜決定する必要
がある。

【００３９】励起の手段としては、例えば、直流または
高周波を印加してプラズマ分解する方法、マイクロ波放
電によってプラズマ分解する方法、電子サイクロトロン
共鳴によってプラズマ分解する方法、熱フィラメントに
よる加熱によって熱分解する方法等が挙げられる。この
場合、工程を簡略化しようとするなら、前記金属層の形
成に使用したプラズマ手段と同じプラズマ手段を使用す
るのがよい。

【００４０】プラズマ処理の具体的な条件は、励起の手
段の違いにより最適条件が異なる。上記の直流電力を印
加してプラズマ分解する方法の場合についての手順を以
下に示す。まず、真空容器を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下に
排気する。次いで、処理に使用する窒素含有ガス、炭素
含有ガス等のガスを導入して、圧力０．０１〜１Ｔｏｒ
ｒになるよう調整する。その後、予め２００〜８００℃
の温度で加熱させておいた被処理基体に−２０００〜−
２５Ｖの直流電圧を印加して上記ガスをプラズマ化し、
１０〜６０分程度処理する。処理時間は短すぎると処理
される層が薄くなるので効果が弱くなり、長すぎると被
処理基体の金属層がダメージを受けセラミックス層の質
が低下してしまう。

【００４１】本発明２の製造方法によると、金属層の表
層部に窒素含有ガスで処理した場合は該金属の窒化物、
炭素含有ガスで処理した場合は該金属の炭化物、これら
の混合ガスで処理した場合は該金属の炭化窒化物からな
るセラミックス層が形成される。このセラミックス層の
厚みは、薄過ぎると、この層の上に被覆させるセラミッ
クス層との密着性の向上効果が弱くなるので、０．０５
μｍ以上が好ましい。

【００４２】本発明２では、金属層の表層部に該金属の
窒化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミックス
層を形成させた後、該セラミックス層上に物理的蒸着法
または化学的蒸着法により、該セラミックス層と同じ元
素種からなるセラミックス層を被覆する。

【００４３】上記物理的蒸着法としては、例えば、真空
蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げ
られる。化学的蒸着法としては、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法が挙げられる。生産性を考慮すると前記金属層を被
覆するのに使用した方法と同じ方法が好ましい。

【００４４】この方法に使用する金属としては、例え
ば、４族のチタン、ジルコニウム、ハフニウム；６族の
クロム、モリブデン、タングステン；８族の鉄；１３族
のアルミニウム；１４族の珪素等が挙げられる。該金属
の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミック
ス層を金属基体上に被覆するには、イオンプレーティン
グやスパッタリングにおいては、該金属そのものを原料
として使用し、プラズマＣＶＤ法においては、該金属の
水素化物、ハロゲン化物、アルコラート等の金属化合物
ガスを原料として使用する。

【００４５】これらの原料を使用して上記セラミックス
層上に、物理的蒸着法または化学的蒸着法により該金属
の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラミック
ス層を被覆するには、公知の方法に従って行えばよい。

【００４６】例えば、イオンプレーティングによって、
セラミックス層を被覆するには、上記原料金属を蒸発さ
せ、さらにその蒸発粒子をイオン化し、イオン化した金
属を、窒化物を被覆する場合は窒素含有ガス、炭化物を
被覆する場合は炭素含有ガス、炭化窒化物を被覆する場
合は上記の炭素含有ガスと窒素含有ガスとの混合ガスと
反応させる。上記の炭素含有ガスと窒素含有ガスの例と
しては、前記の金属層の表層部に該金属の窒化物、炭化
物または炭化窒化物からなるセラミックス層を形成させ
るために使用されるものと同じである。

【００４７】上記のイオンプレーティングの方式として
は、特に限定はなく、従来公知の方式が使用でき、例え
ばアーク放電法、高周波励起法、中空陰極放電法などの
方式が挙げられる。

【００４８】イオンプレーティングによってセラミック
ス層を被覆する場合の具体的手順としては、原料金属を
入れた水冷るつぼおよび前記セラミックス化処理された
金属基体が収容された真空容器を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以
下に排気する。ついで、原料金属を溶融加熱などによっ
て蒸発させ、イオン化手段（例えば、アーク放電方式の
場合、イオン化電極を使用するが、その際のイオン化電
流は２０Ａ〜８０Ａになるようにイオン化電圧を調整す
る。）によって蒸発粒子をイオン化する。これと同時
に、上記の窒素含有ガス、炭素含有ガスまたはその混合
ガスを真空容器内の全圧力が４×１０^-4〜３×１０ ^-3
Ｔｏｒｒとなるように真空容器内に導入する。その後、
予め２００〜８００℃の温度に加熱させておいた上記の
金属基体に−１０００〜−２５Ｖの直流電圧を印加し、
イオン化された金属と上記の窒素含有ガス、炭素含有ガ
スまたはその混合ガスとを反応させて得られた金属の窒
化物、炭化物または炭化窒化物を上記の金属基体上に蒸
着させ、目的とするセラミックス層を形成する。

【００４９】スパッタリングによって、セラミックス層
を被覆するには、上記原料金属をターゲットとして、放
電用のアルゴンガス中に、金属の窒化物を形成する場合
は窒素含有ガス、炭化物を形成する場合は炭素含有ガ
ス、炭化窒化物を形成する場合は炭素含有ガスと窒素含
有ガスとの混合ガスからなる反応性ガスを混ぜる。この
状態でスパッタリングして、加熱した前記の金属基体上
でターゲットからの原子と反応性ガスとを反応させてそ
れぞれの金属化合物を形成させる。上記の炭素含有ガス
と窒素含有ガスの例としては、前記のイオンプレーティ
ングで使用されるものと同じである。

【００５０】プラズマＣＶＤ法によって、セラミックス
層を被覆するには、前記金属の水素化物、ハロゲン化
物、アルコラート等の金属化合物ガスと、金属の窒化物
を形成する場合は窒素含有ガス、炭化物を形成する場合
は炭素含有ガス、炭化窒化物を形成する場合は炭素含有
ガスと窒素含有ガスとの混合ガスとからなる原料ガス中
に、上記の金属基体を置き、該金属基体近傍の原料ガス
に直流または高周波電力を投入し、原料ガスをプラズマ
化する。これによって化学反応を起こさせ、該金属基体
上に反応生成物の金属窒化物、金属炭化物または金属炭
化窒化物を形成させる。上記の炭素含有ガスと窒素含有
ガスの例としては、前記のイオンプレーティングで使用
されるものと同じである。

【００５１】上記セラミックス層の厚みとしては、０．
５μｍ〜７μｍが好ましい。厚みが大きくなると剥離し
易くなり、小さくなると硬度が弱くなる。

【００５２】本発明２によると、金属基体に高硬度、耐
摩耗性、耐食性が付与されると共に、金属基体とセラミ
ックス層との密着性が特に優れたセラミックス被覆金属
材料が得られる。この理由は以下のように考えられる。
金属基体とセラミックス層との密着性向上のために、金
属基体とセラミックス層の間に金属の中間層を設けるこ
とは、従来からなされてきたことであるが、この場合は
金属の中間層とセラミックス層の間には明確な界面が存
在している。一方、本発明では、金属の中間層の表層部
がプラズマによってセラミックス層に変性されているの
で、その上に形成されるセラミックス層との間に明確な
界面が存在しない。従って、本発明はこの間の密着性が
向上しているものと考えられる。また、金属基体と金属
層は金属同士なので密着性はよい。従って、本発明は、
金属基体とセラミックス層との密着性が向上したものと
考えられる。

【００５３】また、耐食性が向上した理由は、プラズマ
処理によって形成されたセラミックス層は極めて微結晶
であり、その上に形成されたセラミックス層が下地の性
状を反映して従来品よりも結晶径が小さくなっているた
めと考えられる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明を具体的に説明するために、そ
の実施例を示す。実施例１〜８および比較例１〜３は本
発明の実施例および比較例であり、実施例９〜１６は本
発明２の実施例である。また、いずれの実施例および比
較例においても、高真空アーク放電形イオンプレーティ
ング装置（神港精機社製、型式；ＡＩ−８５０ＳＥ）を
用いて、所要成膜条件にて被覆およびプラズマ処理をし
た。また、金属皮膜およびセラミックス皮膜の厚み測定
は、蛍光Ｘ線微小部膜厚計（セイコー電子工業社製、型
式；ＳＦＴ−１５７）により行った。

【００５５】実施例１ （ａ） 金属基体としてハイス鋼（ＳＳ５１）製の５０
×５０×３ｍｍの平板を使用し、アセトンを用いて超音
波洗浄し、表面の油分を除去した。この金属基体と、蒸
着原料としてチタンを真空容器内に置いて、容器内を１
×１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空にした後、金属基
体を５００℃に加熱し、金属基体に−５００Ｖの電圧を
印加しながら、チタンを蒸発させ、４×１０^-5Ｔｏｒｒ
の条件でチタン皮膜が０．５μｍ厚となるまでイオンプ
レーティングによって同皮膜を蒸着させた。こうして金
属層を形成した。

【００５６】（ｂ） 次に、金属基体の加熱温度を５０
０℃に維持し、金属基体に−５００Ｖの電圧を印加しな
がら、チタンを蒸発させると共に反応ガスとして窒素ガ
スを全圧が７×１０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入し、窒
化チタン皮膜が３．０μｍ厚となるまでイオンプレーテ
ィングによって、同皮膜を蒸着させた。 （ｃ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、窒素ガスを２００ｓｃｃｍ導入し、
０．１Ｔｏｒｒの条件で３０分プラズマ処理を行った。
こうして、セラミックス被覆金属材料を製造した。

【００５７】実施例２ 実施例１の工程（ｃ）において、窒素ガスを２００ｓｃ
ｃｍ導入する代わりに、窒素ガス１６０ｓｃｃｍと水素
ガス４０ｓｃｃｍを導入したことの他は実施例１と同様
にしてセラミックス被覆金属材料を製造した。 実施例３ 実施例１の工程（ｃ）において、窒素ガスを２００ｓｃ
ｃｍ導入する代わりに、窒素ガス８０ｓｃｃｍ、水素ガ
ス２０ｓｃｃｍ、アルゴンガス５０ｓｃｃｍおよびへリ
ウムガス５０ｓｃｃｍを導入したことの他は実施例１と
同様にしてセラミックス被覆金属材料を製造した。 実施例４ 実施例１の工程（ｃ）において、窒素ガスを２００ｓｃ
ｃｍ導入する代わりに、アセチレンガス１６０ｓｃｃｍ
とアルゴンガス４０ｓｃｃｍを導入したこと、および金
属基体の加熱温度を５００℃の代わりに７００℃とした
ことの他は実施例１と同様にしてセラミックス被覆金属
材料を製造した。

【００５８】実施例５ 実施例１の工程（ｂ）において、反応ガスとして窒素ガ
スの代わりにアセチレンガスを使用し、金属基体に−７
５０Ｖの電圧を印加しながら、チタンを蒸発させると共
に該アセチレンガスを全圧が８×１０^-4Ｔｏｒｒとなる
ように導入し、炭化チタン皮膜が３．０μｍ厚となるま
でイオンプレーティングによって、同皮膜を蒸着させた
こと、および実施例１の工程（ｃ）において、窒素ガス
を２００ｓｃｃｍ導入する代わりに、アセチレンガスを
２００ｓｃｃｍ導入したことの他は実施例１と同様にし
てセラミックス被覆金属材料を製造した。

【００５９】実施例６ 実施例５の工程（ｃ）において、アセチレンガスを２０
０ｓｃｃｍ導入する代わりに、窒素ガスを２００ｓｃｃ
ｍ導入したことの他は実施例５と同様にしてセラミック
ス被覆金属材料を製造した。 実施例７ 実施例１の工程（ｂ）において、反応ガスとして窒素ガ
スの代わりに窒素ガスとアセチレンガスを流量比３：７
で使用し、炭化窒化チタン皮膜が３．０μｍ厚となるま
でイオンプレーティングによって、同皮膜を蒸着させた
こと、および実施例１の工程（ｃ）において、窒素ガス
を２００ｓｃｃｍ導入する代わりに、窒素ガスを６０ｓ
ｃｃｍとアセチレンガスを１４０ｓｃｃｍ導入したこと
の他は実施例１と同様にしてセラミックス被覆金属材料
を製造した。

【００６０】実施例８ （ａ） 金属基体としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
製の５０×５０×２ｍｍの平板を使用し、アセトンを用
いて超音波洗浄し、表面の油分を除去した。この金属基
体と、蒸着原料としてクロムを真空容器内に置いて、容
器内を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空にした
後、金属基体を５００℃に加熱し、金属基体に−６５０
Ｖの電圧を印加しながら、クロムを蒸発させ、４×１０
^-5Ｔｏｒｒの条件でクロム皮膜が０．５μｍ厚となるま
でイオンプレーティングによって同皮膜を蒸着させた。
こうして金属層を形成した。

【００６１】（ｂ） 次に、金属基体の加熱温度を５０
０℃に維持し、金属基体に−７５０Ｖの電圧を印加しな
がら、クロムを蒸発させると共に反応ガスとしてアセチ
レンガスを全圧が６×１０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入
し、炭化クロム皮膜が３．０μｍ厚となるまでイオンプ
レーティングによって、同皮膜を蒸着させた。 （ｃ） 次に、クロムの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、アセチレンガスを２００ｓｃｃｍ導入
し、０．１Ｔｏｒｒの条件で３０分プラズマ処理を行っ
た。こうして、セラミックス被覆金属材料を製造した。

【００６２】比較例１ 実施例１の工程（ｃ）を行わなかったことの他は、実施
例１と同様にしてセラミックス被覆金属材料を製造し
た。 比較例２ 実施例６の工程（ｃ）を行わなかったことの他は、実施
例６と同様にしてセラミックス被覆金属材料を製造し
た。 比較例３ 実施例７の工程（ｃ）を行わなかったことの他は、実施
例７と同様にしてセラミックス被覆金属材料を製造し
た。

【００６３】実施例９ （ａ） 金属基体としてハイス鋼（ＳＳ５１）製の５０
×５０×３ｍｍの平板を使用し、アセトンを用いて超音
波洗浄し、表面の油分を除去した。この金属基体と、蒸
着材料としてチタンを真空容器内に置いて、容器内を１
×１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空にした後、金属基
体を５００℃に加熱し、金属基体に−５００Ｖの電圧を
印加しながら、チタンを蒸発させ、４×１０^-5Ｔｏｒｒ
の条件でチタン皮膜が０．５μｍ厚となるまでイオンプ
レーティングによって同皮膜を蒸着させた。こうして金
属層を形成した。 （ｂ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、窒素ガスを２００ｓｃｃｍ導入し、
０．１Ｔｏｒｒの条件で３０分プラズマ処理を行った。 （ｃ） 次に、金属基体の加熱温度を５００℃に維持
し、金属基体に−５００Ｖの電圧を印加しながら、チタ
ンを蒸発させると共に反応ガスとして窒素ガスを全圧が
７×１０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入し、窒化チタン皮
膜が３．０μｍ厚となるまでイオンプレーティングによ
って、同皮膜を蒸着させセラミックス被覆金属材料を製
造した。 なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を観察
すると、黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面分析
を行った結果、厚み０．２μｍの窒化チタン層が形成さ
れていることが分かった。

【００６４】実施例１０ 実施例９の工程（ｂ）において、窒素ガスを２００ｓｃ
ｃｍ導入する代わりに、窒素ガス１６０ｓｃｃｍと水素
ガス４０ｓｃｃｍを導入したことの他は実施例９と同様
にしてセラミックス被覆金属材料を製造した。なお、別
に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったところで製
造を中止し、得られた金属基体の金属層を観察すると、
黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面分析を行った
結果、厚み０．４μｍの窒化チタン層が形成されている
ことが分かった。 実施例１１ 実施例１０の工程（ｃ）において、窒化チタン皮膜を
３．０μｍ厚となるまで形成させる代わりに窒化チタン
皮膜を５．０μｍ厚となるまで形成させたことの他は実
施例１０と同様にしてセラミックス被覆金属材料を製造
した。

【００６５】実施例１２ （ａ） 金属基体としてハイス鋼（ＳＳ５１）製の５０
×５０×３ｍｍの平板を使用し、アセトンを用いて超音
波洗浄し、表面の油分を除去した。この金属基体と、蒸
着材料としてチタンを真空容器内に置いて、容器内を１
×１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空にした後、金属基
体を５００℃に加熱し、金属基体に−５００Ｖの電圧を
印加しながら、チタンを蒸発させ、４×１０^-5Ｔｏｒｒ
の条件でチタン皮膜が１．０μｍ厚となるまでイオンプ
レーティングによって同皮膜を蒸着させた。こうして金
属層を形成した。 （ｂ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を７００℃とし、金属基体に−１０００Ｖの電圧を印
加しながら、窒素ガスを１６０ｓｃｃｍと水素ガスを４
０ｓｃｃｍ導入し、０．１Ｔｏｒｒの条件で６０分プラ
ズマ処理を行った。 （ｃ） 次に、金属基体の加熱温度を５００℃とし、金
属基体に−５００Ｖの電圧を印加しながら、チタンを蒸
発させると共に反応ガスとして窒素ガスを全圧が７×１
０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入し、窒化チタン皮膜が
５．０μｍ厚となるまでイオンプレーティングによっ
て、同皮膜を蒸着させセラミックス被覆金属材料を製造
した。 なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を観察
すると、黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面分析
を行った結果、厚み０．７μｍの窒化チタン層が形成さ
れていることが分かった。

【００６６】実施例１３ （ａ） 実施例１２の工程（ａ）と同様に行った。 （ｂ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、窒素ガスを８０ｓｃｃｍ、水素ガスを
２０ｓｃｃｍ、アルゴンガスを５０ｓｃｃｍおよびヘリ
ウムガスを５０ｓｃｃｍ導入し、０．１Ｔｏｒｒの条件
で３０分プラズマ処理を行った。 （ｃ） 次に、実施例１２の工程（ｃ）と同様に行ない
セラミックス被覆金属材料を製造した。 なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を観察
すると、黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面分析
を行った結果、厚み０．８μｍの窒化チタン層が形成さ
れていることが分かった。

【００６７】実施例１４ （ａ） 実施例９の工程（ａ）と同様に行った。 （ｂ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、アセチレンガスを２００ｓｃｃｍ導入
し、０．１Ｔｏｒｒの条件で３０分プラズマ処理を行っ
た。 （ｃ） 次に、金属基体の加熱温度を５００℃に維持
し、金属基体に−７５０Ｖの電圧を印加しながら、チタ
ンを蒸発させると共に反応ガスとしてアセチレンガスを
全圧が８×１０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入し、炭化チ
タン皮膜が３．０μｍ厚となるまでイオンプレーティン
グによって、同皮膜を蒸着させセラミックス被覆金属材
料を製造した。 なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を、Ｘ
線電子分光法で表面分析を行った結果、厚み０．１μｍ
の炭化チタン層が形成されていることが分かった。

【００６８】実施例１５ （ａ） 実施例９の工程（ａ）と同様に行った。 （ｂ） 次に、チタンの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、窒素ガスを６０ｓｃｃｍとアセチレン
ガスを１４０ｓｃｃｍ導入し、０．１Ｔｏｒｒの条件で
３０分プラズマ処理を行った。 （ｃ） 次に、金属基体の加熱温度を５００℃に維持
し、金属基体に−５００Ｖの電圧を印加しながら、チタ
ンを蒸発させると共に反応ガスとして窒素ガスとアセチ
レンガスを流量比３：７で使用し、全圧が８×１０^-4Ｔ
ｏｒｒとなるように導入し、炭化窒化チタン皮膜が３．
０μｍ厚となるまでイオンプレーティングによって、同
皮膜を蒸着させセラミックス被覆金属材料を製造した。
なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を、Ｘ
線電子分光法で表面分析を行った結果、厚み０．２μｍ
の炭化窒化チタン皮膜が形成されていることが分かっ
た。なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なっ
たところで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を
観察すると、黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面
分析を行った結果、厚み０．８μｍの窒化チタン層が形
成されていることが分かった。

【００６９】実施例１６ （ａ） 金属基体としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
製の５０×５０×２ｍｍの平板を使用し、アセトンを用
いて超音波洗浄し、表面の油分を除去した。この金属基
体と、蒸着材料としてクロムを真空容器内に置いて、容
器内を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下になるまで真空にした
後、金属基体を５００℃に加熱し、金属基体に−６５０
Ｖの電圧を印加しながら、クロムを蒸発させ、４×１０
^-5Ｔｏｒｒの条件でクロム皮膜が０．５μｍ厚となるま
でイオンプレーティングによって同皮膜を蒸着させた。
こうして金属層を形成した。 （ｂ） 次に、クロムの蒸発を止め、金属基体の加熱温
度を５００℃に維持し、金属基体に−１０００Ｖの電圧
を印加しながら、アセチレンガスを２００ｓｃｃｍ導入
し、０．１Ｔｏｒｒの条件で３０分プラズマ処理を行っ
た。 （ｃ） 次に、金属基体の加熱温度を５００℃に維持
し、金属基体に−７５０Ｖの電圧を印加しながら、クロ
ムを蒸発させると共に反応ガスとしてアセチレンガスを
全圧が６×１０^-4Ｔｏｒｒとなるように導入し、炭化ク
ロム皮膜が３．０μｍ厚となるまでイオンプレーティン
グによって、同皮膜を蒸着させセラミックス被覆金属材
料を製造した。 なお、別に上記の工程（ａ）と（ｂ）までを行なったと
ころで製造を中止し、得られた金属基体の金属層を観察
すると、黄金色をしており、Ｘ線電子分光法で表面分析
を行った結果、厚み０．２μｍの炭化クロム層が形成さ
れていることが分かった。

【００７０】以上の実施例および比較例のセラミックス
被覆金属材料の製造条件を表１および表２に示した。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】上記実施例および比較例で得られたセラミ
ックス被覆金属材料を試料として以下の評価を行った。 (1) 表面硬度：マイクロビッカース硬度計（明石製作所
社製、ハードネステスター、型式ＭＶＫ−Ｅ）を使用
し、負荷荷重１０ｇで測定した。表面硬度の単位はｋｇ
／ｍｍ² で表わした。 (2) 耐摩耗性：＃４００サンドペーパーで、圧力１．５
ｋｇ／ｃｍ² で２００回研磨した後、外観を観察し以下
の基準で評価した。 （評価基準） ○：傷が観察されない。 △：傷が少し観察される。 (3) 耐食性：温度６０℃、湿度９６％に設定した恒温恒
湿器に静置し、２４時間毎に外観を観察し初めて錆の発
生が観察された日までの日数を調べた。 (4) 密着力：ダイヤモンド圧子による引っ掻き試験によ
って行った。単位はＮ（ニュートン）で表した。以上の
評価結果について、表３および表４に示した。

【００７４】

【表３】

【００７５】

【表４】

【００７６】表１〜４から明らかなように、本発明に属
する実施例の各セラミックス被覆金属材料は評価項目の
いずれにおいても良好な結果を示している。

【００７７】

【発明の効果】本発明のセラミックス被覆金属材料の製
造方法は、上述の通りであるから、高硬度、耐摩耗性と
ともに、耐食性に優れるセラミックス被覆金属材料が製
造可能であり、得られたセラミックス被覆金属材料は、
セラミックス被覆刃物を始めとして、電気機械、輸送機
械、工作機械、精密機械、土木建設機械およびこれらの
部品；工具類；建築材；家具材；食器等の日用品；装飾
品；その他あらゆる金属材料の用途に好適に用いること
ができる。

【００７８】本発明２のセラミックス被覆金属材料の製
造方法は、上述の通りであるから、高硬度、耐摩耗性と
ともに、耐食性および密着性に優れるセラミックス被覆
金属材料が製造可能であり、得られたセラミックス被覆
金属材料は、セラミックス被覆刃物を始めとして、電気
機械、輸送機械、工作機械、精密機械、土木建設機械お
よびこれらの部品；工具類；建築材；家具材；食器等の
日用品；装飾品；その他あらゆる金属材料の用途に好適
に用いることができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 28/04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基体上に、物理的蒸着法または化学
   的蒸着法により周期律表４、６、８、１３または１４族
   の金属の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなるセラ
   ミックス層を少なくとも一層被覆し、該セラミックス層
   表面に、窒素含有ガス、炭素含有ガスまたはこれらの混
   合ガスをプラズマによって励起して接触させることを特
   徴とするセラミックス被覆金属材料の製造方法。
2. 【請求項２】 金属基体上に、物理的蒸着法または化学
   的蒸着法により周期律表４、６、８、１３または１４族
   の金属からなる金属層を被覆し、次いで該金属層表面に
   窒素含有ガス、炭素含有ガスまたはこれらの混合ガスを
   プラズマによって励起して接触させて、該金属層の表層
   部に該金属の窒化物、炭化物または炭化窒化物からなる
   セラミックス層を形成させ、さらに該セラミックス層上
   に物理的蒸着法または化学的蒸着法により、該セラミッ
   クス層と同じ元素種からなるセラミックス層を被覆する
   ことを特徴とするセラミックス被覆金属材料の製造方
   法。