JPH0674497B2 - セラミックス硬質膜被覆方法 - Google Patents
セラミックス硬質膜被覆方法Info
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- JPH0674497B2 JPH0674497B2 JP62298628A JP29862887A JPH0674497B2 JP H0674497 B2 JPH0674497 B2 JP H0674497B2 JP 62298628 A JP62298628 A JP 62298628A JP 29862887 A JP29862887 A JP 29862887A JP H0674497 B2 JPH0674497 B2 JP H0674497B2
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- drill
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工具や金型等の基体表面にセラミックス硬質
膜を被覆する方法に関し、詳細には基体との密着性に優
れ、且つ緻密な膜質の硬質膜を基体表面に被覆する方法
に関するものである。
膜を被覆する方法に関し、詳細には基体との密着性に優
れ、且つ緻密な膜質の硬質膜を基体表面に被覆する方法
に関するものである。
［従来の技術］ 高速度工具鋼や超硬合金でできた切削工具の表面にTiN,
TiC,Al2O3などの硬質膜を被覆して耐摩耗性を向上させ
る技術が提案され、切削工具の性能を飛躍的に向上させ
ている。上記硬質膜被覆方法としてはCVD法やPVD法があ
り、このうちCVD法は基体温度が高いため基体に対する
膜の密着性がよく、３次元形状のものにむら無く硬質膜
を被覆することができるという点で優れているが、反面
高温条件下では基体金属が強度劣化を起こしたり、被覆
層と基体の間に脆い脱炭層が生じるという欠点があり、
殊に500〜600℃で強度劣化を生じることの多い高速度工
具鋼に対しては適用が困難である。
TiC,Al2O3などの硬質膜を被覆して耐摩耗性を向上させ
る技術が提案され、切削工具の性能を飛躍的に向上させ
ている。上記硬質膜被覆方法としてはCVD法やPVD法があ
り、このうちCVD法は基体温度が高いため基体に対する
膜の密着性がよく、３次元形状のものにむら無く硬質膜
を被覆することができるという点で優れているが、反面
高温条件下では基体金属が強度劣化を起こしたり、被覆
層と基体の間に脆い脱炭層が生じるという欠点があり、
殊に500〜600℃で強度劣化を生じることの多い高速度工
具鋼に対しては適用が困難である。
そこでCVD法よりも低温で処理することのできるPVD法殊
にイオンプレーティング法が注目されているが、基体と
の密着性の点ではCVD法に及ばずイオンプレーティング
法における解決課題の一つとなっている。
にイオンプレーティング法が注目されているが、基体と
の密着性の点ではCVD法に及ばずイオンプレーティング
法における解決課題の一つとなっている。
［発明が解決しようとする問題点］ イオンプレーティング法は蒸発物質イオン並びに反応性
ガスイオンを基体表面上に衝突させて蒸発物質あるいは
その化合物を堆積させる方法であり、加熱蒸発手段やイ
オン化手段の違いによって種々の方法が提案されてい
る。
ガスイオンを基体表面上に衝突させて蒸発物質あるいは
その化合物を堆積させる方法であり、加熱蒸発手段やイ
オン化手段の違いによって種々の方法が提案されてい
る。
例えばアーク蒸着式イオンプレーティング法は、第３図
に示す様にガス導入口９から反応性ガスを導入すると共
に負電圧を印加した蒸発源2aと正電圧トリガー３との間
にアークを発生させ、マイナスのバイアス電圧を負荷し
た基体Ｗ上に硬質膜を被覆整形成するものであり、該ア
ーク蒸着法においては基体と硬質膜の密着性を高める為
に硬質被覆に先立ち金属ボンバードメントによるスパッ
タクリーニングを行なって基体表面の不純物を除去し、
その後アーク蒸着によって硬質膜を形成している。
に示す様にガス導入口９から反応性ガスを導入すると共
に負電圧を印加した蒸発源2aと正電圧トリガー３との間
にアークを発生させ、マイナスのバイアス電圧を負荷し
た基体Ｗ上に硬質膜を被覆整形成するものであり、該ア
ーク蒸着法においては基体と硬質膜の密着性を高める為
に硬質被覆に先立ち金属ボンバードメントによるスパッ
タクリーニングを行なって基体表面の不純物を除去し、
その後アーク蒸着によって硬質膜を形成している。
しかるに上記方法では、金属ボンバードメントによって
大きな洗浄効果を得ることができるので基体に対する被
覆膜の付着力については十分なものが得られるが、形成
された被膜中に１〜５μｍ程度の大きな粒子が混在して
おり、被膜の緻密さに欠けると共にピンホールを発生し
易く結局耐摩耗性にも劣るものとなっている。
大きな洗浄効果を得ることができるので基体に対する被
覆膜の付着力については十分なものが得られるが、形成
された被膜中に１〜５μｍ程度の大きな粒子が混在して
おり、被膜の緻密さに欠けると共にピンホールを発生し
易く結局耐摩耗性にも劣るものとなっている。
その他、イオンプレーティング法としては直流グロー
法，高周波励起法，多陰極法，ホロカソード（以下HCD
という）放電法、或は更にこれらの組合せ法が種々提案
されているが、密着性に関していえば金属ボンバードメ
ントによりスパッタクリーニングを行なった後アーク蒸
着して膜形成するアーク蒸着法が最も優れており、前記
いずれの方法もこれに勝るものではない。
法，高周波励起法，多陰極法，ホロカソード（以下HCD
という）放電法、或は更にこれらの組合せ法が種々提案
されているが、密着性に関していえば金属ボンバードメ
ントによりスパッタクリーニングを行なった後アーク蒸
着して膜形成するアーク蒸着法が最も優れており、前記
いずれの方法もこれに勝るものではない。
尚本出願人はアーク蒸着法により被覆した後、さらに溶
融蒸着法により被覆する方法を先に出願したが（特願昭
61−169183号）、この方法では表面状態の改善という効
果が得られるものの一旦生成した下地アーク蒸着膜のピ
ンホールを溶融蒸着膜で完全に被包しきれていない。
融蒸着法により被覆する方法を先に出願したが（特願昭
61−169183号）、この方法では表面状態の改善という効
果が得られるものの一旦生成した下地アーク蒸着膜のピ
ンホールを溶融蒸着膜で完全に被包しきれていない。
本発明はこうした事情に着目してなされたものであっ
て、基体との密着性に優れ且つ表面構造が緻密で耐摩耗
性に優れた硬質膜を形成することのできる様な硬質膜被
覆方法を提供しようとするものである。
て、基体との密着性に優れ且つ表面構造が緻密で耐摩耗
性に優れた硬質膜を形成することのできる様な硬質膜被
覆方法を提供しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ しかして上記目的を達成した本発明方法は、ワーク表面
をアーク蒸着式金属ボンバードメントによりクリーニン
グした後、溶融蒸着法により表面に硬質膜を形成する点
に要旨を有するものである。
をアーク蒸着式金属ボンバードメントによりクリーニン
グした後、溶融蒸着法により表面に硬質膜を形成する点
に要旨を有するものである。
［作用］ 前記したアーク蒸着法以外のイオンプレーティング法に
よって形成した被覆膜は、いずれも基体との密着性とい
う点ではアーク蒸着法により優れたものではないが、こ
れらは夫々の特長を有している。このうち溶融蒸着法の
一つであるHCD放電式イオンプレーティング法の場合に
は、硬質膜被覆に先立ってArボンバードによるスパッタ
クリーニングが行なわれるが、その洗浄効果は小さい
為、基体と被覆膜の密着性は不安定である。しかしなが
らHCD放電自体はアーク放電に比べて安定であり、蒸発
源からの粒子蒸発状態も均質で穏やかであるので非常に
滑らかで緻密な被覆膜を得ることができる。
よって形成した被覆膜は、いずれも基体との密着性とい
う点ではアーク蒸着法により優れたものではないが、こ
れらは夫々の特長を有している。このうち溶融蒸着法の
一つであるHCD放電式イオンプレーティング法の場合に
は、硬質膜被覆に先立ってArボンバードによるスパッタ
クリーニングが行なわれるが、その洗浄効果は小さい
為、基体と被覆膜の密着性は不安定である。しかしなが
らHCD放電自体はアーク放電に比べて安定であり、蒸発
源からの粒子蒸発状態も均質で穏やかであるので非常に
滑らかで緻密な被覆膜を得ることができる。
本発明はこうしたHCD法の特長に着目し、洗浄効果に優
れたアーク蒸着法における金属ボンバードメントクリー
ニングと組合せることによって前記目的を達成できるの
ではないかと考え、種々検討を重ねた結果、発明の完成
に到達したものである。
れたアーク蒸着法における金属ボンバードメントクリー
ニングと組合せることによって前記目的を達成できるの
ではないかと考え、種々検討を重ねた結果、発明の完成
に到達したものである。
即ち本発明方法は、例えば第２図に示される様に真空容
器１内にTiカソード２とトリガー３等からなるアーク発
生機構並びにHCDガン４と蒸発源金属Ｍを収納したハー
ス５等からなるHCD蒸発機構を併設し、且つこれらに対
向して直流バイアス電源６に接続されたワークＷを配置
してなる装置（アーク蒸着方式及びHCD蒸着方式の双方
を実施できる）を用いて実施されるものである。まずア
ーク発生機構を用いてTiカソード２とトリガー３の間に
アークを発生させてTiカソード２からTiを蒸発させ、ア
ーク放電雰囲気下で蒸発粒子をイオン化してワークＷ表
面に衝突させる。この結果イオン衝撃によってワークＷ
表面から不純物が除去され、ワークＷ表面はクリーニン
グされる。こうした洗浄処理が終了すると、アーク発生
機構を停止させ、代ってHCD機構を稼動させる。即ちAr
イオンの衝撃に伴ない発生した熱電子をHCDガンより放
出させてハース５中の蒸発源Ｍに照射し、蒸発粒子をさ
らに電子との衝突によって活性化し反応性ガスイオンと
共に上記ワークＷ表面に蒸着させる。こうしてワークＷ
との密着性に優れ、且つ膜組織が緻密な硬質膜を被覆し
てなるワークを得ることができる。
器１内にTiカソード２とトリガー３等からなるアーク発
生機構並びにHCDガン４と蒸発源金属Ｍを収納したハー
ス５等からなるHCD蒸発機構を併設し、且つこれらに対
向して直流バイアス電源６に接続されたワークＷを配置
してなる装置（アーク蒸着方式及びHCD蒸着方式の双方
を実施できる）を用いて実施されるものである。まずア
ーク発生機構を用いてTiカソード２とトリガー３の間に
アークを発生させてTiカソード２からTiを蒸発させ、ア
ーク放電雰囲気下で蒸発粒子をイオン化してワークＷ表
面に衝突させる。この結果イオン衝撃によってワークＷ
表面から不純物が除去され、ワークＷ表面はクリーニン
グされる。こうした洗浄処理が終了すると、アーク発生
機構を停止させ、代ってHCD機構を稼動させる。即ちAr
イオンの衝撃に伴ない発生した熱電子をHCDガンより放
出させてハース５中の蒸発源Ｍに照射し、蒸発粒子をさ
らに電子との衝突によって活性化し反応性ガスイオンと
共に上記ワークＷ表面に蒸着させる。こうしてワークＷ
との密着性に優れ、且つ膜組織が緻密な硬質膜を被覆し
てなるワークを得ることができる。
本発明方法の基本構成は上記の通りであるが、アーク蒸
着法によるボンバードメントにおいて衝突させられる金
属についてはTiに限定される訳ではなく他の金属であっ
てもよいが、できれば被覆しようとする膜の構成金属を
スパッタするのがよい。しかし該構成金属とは異なる種
類の金属をスパッタすることを排除するものではない。
一方反応性ガスについては、被覆膜の種類に応じてN2,O
2,炭化水素ガス等を導入すればよいが、ハース内に化合
物蒸発源を用意する場合には反応性ガスの使用は必ずし
も必要ではない。又ハース内の蒸発源金属を加熱・蒸発
させる方法としてHCD法の他にARE法や熱陰極法等を用い
ることができ、これらは総称して溶融蒸着法と規定する
ことができる。さらに蒸着前の洗浄についてはTiボンバ
ードメントにより行なえば十分であるが、Tiボンバード
メントに先立ってArボンバードメントを実施してもよ
い。
着法によるボンバードメントにおいて衝突させられる金
属についてはTiに限定される訳ではなく他の金属であっ
てもよいが、できれば被覆しようとする膜の構成金属を
スパッタするのがよい。しかし該構成金属とは異なる種
類の金属をスパッタすることを排除するものではない。
一方反応性ガスについては、被覆膜の種類に応じてN2,O
2,炭化水素ガス等を導入すればよいが、ハース内に化合
物蒸発源を用意する場合には反応性ガスの使用は必ずし
も必要ではない。又ハース内の蒸発源金属を加熱・蒸発
させる方法としてHCD法の他にARE法や熱陰極法等を用い
ることができ、これらは総称して溶融蒸着法と規定する
ことができる。さらに蒸着前の洗浄についてはTiボンバ
ードメントにより行なえば十分であるが、Tiボンバード
メントに先立ってArボンバードメントを実施してもよ
い。
［実施例］ 第２図に例示される装置を使用して、下記手順でハイス
製ドリル表面にTiN膜の被覆を行なった。
製ドリル表面にTiN膜の被覆を行なった。
真空容器１内を１×10-4Torr以下まで排気した後、ヒー
ター８を用いてワークＷを400〜500℃まで加熱し、同温
度で30〜90分間保持した。ヒーター８による加熱を停止
した後、トリガー３を作動させてTiカソード２との間に
アーク放電を発生させた。このときワークＷに−（600
〜1000）Ｖのバイアス電圧を印加し、且つワークＷを回
転させた。こうしてワークＷ表面のスパッタクリーニン
グを30秒〜２分間続けた結果、アーク電源を停止した。
次いで再びヒーター８を作動させてワークＷを400〜500
℃に加熱・保持した後、HCDガンを起動し、ハース５内
のTiを溶融した。又反応性ガスパイプ９よりN2ガスを
（１〜３）×10-3Torrまで導入し、さらにワークＷに−
（50〜100）Ｖのバイアス電圧を印加した。こうしてHCD
蒸着の準備が整うと、シャッター10を開放してワークＷ
上へのTiN膜被覆を開始した。所定時間蒸着を続けた
後、HCDガンを停止し、100〜130℃まで冷却後ワークを
取り出した。
ター８を用いてワークＷを400〜500℃まで加熱し、同温
度で30〜90分間保持した。ヒーター８による加熱を停止
した後、トリガー３を作動させてTiカソード２との間に
アーク放電を発生させた。このときワークＷに−（600
〜1000）Ｖのバイアス電圧を印加し、且つワークＷを回
転させた。こうしてワークＷ表面のスパッタクリーニン
グを30秒〜２分間続けた結果、アーク電源を停止した。
次いで再びヒーター８を作動させてワークＷを400〜500
℃に加熱・保持した後、HCDガンを起動し、ハース５内
のTiを溶融した。又反応性ガスパイプ９よりN2ガスを
（１〜３）×10-3Torrまで導入し、さらにワークＷに−
（50〜100）Ｖのバイアス電圧を印加した。こうしてHCD
蒸着の準備が整うと、シャッター10を開放してワークＷ
上へのTiN膜被覆を開始した。所定時間蒸着を続けた
後、HCDガンを停止し、100〜130℃まで冷却後ワークを
取り出した。
こうして得られたTiN膜被覆ドリル（Ａ）と従来のアー
ク蒸着法によりTiN膜を被覆したドリル（Ｃ）及び従来
のHCD法によりTiN膜を被覆したドリル（Ｂ）およびアー
ク蒸着とHCD蒸着を併用したドリル（Ｄ）の表面状態並
びに耐摩耗性を比較したところ下記の通りであった。
ク蒸着法によりTiN膜を被覆したドリル（Ｃ）及び従来
のHCD法によりTiN膜を被覆したドリル（Ｂ）およびアー
ク蒸着とHCD蒸着を併用したドリル（Ｄ）の表面状態並
びに耐摩耗性を比較したところ下記の通りであった。
表面状態については、実施例ドリル（Ａ）と比較例ドリ
ル（Ｂ）の膜表面状態が緻密であったのに対し、比較例
ドリル（Ｃ）の膜表面には大径粒子が混在し均質性に欠
けるものであった。また比較例ドリル（Ｄ）は比較例ド
リル（Ｃ）よりは改善されているが（Ａ）よりは劣るも
のであった。
ル（Ｂ）の膜表面状態が緻密であったのに対し、比較例
ドリル（Ｃ）の膜表面には大径粒子が混在し均質性に欠
けるものであった。また比較例ドリル（Ｄ）は比較例ド
リル（Ｃ）よりは改善されているが（Ａ）よりは劣るも
のであった。
一方上記ドリル（Ａ）〜（Ｄ）を夫々使用して孔明け加
工を行なった場合のドリル摩耗性を比較したところ第１
図に示す結果が得られた。
工を行なった場合のドリル摩耗性を比較したところ第１
図に示す結果が得られた。
第１図に示される様に、ドリル（Ｂ）が最も摩耗し易
く、次いでドリル（Ｃ），ドリル（Ｄ），ドリル（Ａ）
の順に耐摩耗性は高い値を示した。即ちドリル（Ｂ）は
前述の如く膜表面状態は緻密であるが、素地と膜との密
着性が低く耐摩耗性は低かった。一方ドリル（Ｃ）は素
地と膜との密着性が強固であるのでドリル（Ｂ）よりは
高い耐摩耗性を示したが、前述の如く大径粒子の混在し
た不均質な膜組織である為に大径粒子の抜け落ちに始ま
る摩耗が進行し十分な耐摩耗性を得ることはできなかっ
た。そしてドリル（Ｄ）は密着性が強固で表面状態も幾
分改善されているためドリル（Ｃ）よりも高い耐摩耗性
を示したがやはり大径粒子が混在するため十分な耐摩耗
性を得ることはできなかった。これらに対しドリル
（Ａ）の被覆膜は素地に対する密着性が強固であると共
に、膜組織は均質且つ緻密であり、ドリル（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）に比べて高い耐摩耗性を発揮した。
く、次いでドリル（Ｃ），ドリル（Ｄ），ドリル（Ａ）
の順に耐摩耗性は高い値を示した。即ちドリル（Ｂ）は
前述の如く膜表面状態は緻密であるが、素地と膜との密
着性が低く耐摩耗性は低かった。一方ドリル（Ｃ）は素
地と膜との密着性が強固であるのでドリル（Ｂ）よりは
高い耐摩耗性を示したが、前述の如く大径粒子の混在し
た不均質な膜組織である為に大径粒子の抜け落ちに始ま
る摩耗が進行し十分な耐摩耗性を得ることはできなかっ
た。そしてドリル（Ｄ）は密着性が強固で表面状態も幾
分改善されているためドリル（Ｃ）よりも高い耐摩耗性
を示したがやはり大径粒子が混在するため十分な耐摩耗
性を得ることはできなかった。これらに対しドリル
（Ａ）の被覆膜は素地に対する密着性が強固であると共
に、膜組織は均質且つ緻密であり、ドリル（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）に比べて高い耐摩耗性を発揮した。
［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、基体との密着性に
優れ且つ緻密な硬質膜を基体表面に被覆することができ
る。かくして高速度鋼等からなる工具に本発明方法に従
って硬質膜を被覆することにより、従来よりも耐摩耗性
の優れた工具を提供することができた。
優れ且つ緻密な硬質膜を基体表面に被覆することができ
る。かくして高速度鋼等からなる工具に本発明方法に従
って硬質膜を被覆することにより、従来よりも耐摩耗性
の優れた工具を提供することができた。
第１図は、本発明方法によりTiN膜を被覆したドリルと
従来例ドリルの耐摩耗性比較グラフ、第２図は本発明の
実施に適用される硬質膜被覆装置の一例を示す模式図、
第３図はアーク蒸着法を説明する為の模式図である。 １……真空容器、２……Tiカソード ３……トリガー、４……ホロカソードガン ５……ハース、６……バイアス電源 ８……ヒーター、９……反応性ガスパイプ 10……シャッター Ｗ……ワーク、Ｍ……蒸発源金属
従来例ドリルの耐摩耗性比較グラフ、第２図は本発明の
実施に適用される硬質膜被覆装置の一例を示す模式図、
第３図はアーク蒸着法を説明する為の模式図である。 １……真空容器、２……Tiカソード ３……トリガー、４……ホロカソードガン ５……ハース、６……バイアス電源 ８……ヒーター、９……反応性ガスパイプ 10……シャッター Ｗ……ワーク、Ｍ……蒸発源金属
Claims (1)
- 【請求項１】ワーク表面をアーク蒸着式金属ボンバード
メントによってクリーニングした後、溶融蒸着法により
セラミックス硬質膜を形成することを特徴とするセラミ
ックス硬質膜被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298628A JPH0674497B2 (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | セラミックス硬質膜被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298628A JPH0674497B2 (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | セラミックス硬質膜被覆方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01139751A JPH01139751A (ja) | 1989-06-01 |
| JPH0674497B2 true JPH0674497B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=17862193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62298628A Expired - Lifetime JPH0674497B2 (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | セラミックス硬質膜被覆方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674497B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018768A1 (ja) | 2011-08-01 | 2013-02-07 | 日立ツール株式会社 | 表面改質wc基超硬合金部材、硬質皮膜被覆wc基超硬合金部材、及びそれらの製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042898A (en) * | 1998-12-15 | 2000-03-28 | United Technologies Corporation | Method for applying improved durability thermal barrier coatings |
| JP2006022368A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Shinko Seiki Co Ltd | 表面処理装置および表面処理方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT385058B (de) * | 1946-07-17 | 1988-02-10 | Vni Instrument Inst | Verfahren zur verfestigung von schneidwerkzeugen |
| WO1985003954A1 (en) * | 1984-03-02 | 1985-09-12 | Regents Of The University Of Minnesota | Controlled vacuum arc material deposition, method and apparatus |
| JPS60224778A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | セラミツクス被覆硬質部品 |
-
1987
- 1987-11-25 JP JP62298628A patent/JPH0674497B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018768A1 (ja) | 2011-08-01 | 2013-02-07 | 日立ツール株式会社 | 表面改質wc基超硬合金部材、硬質皮膜被覆wc基超硬合金部材、及びそれらの製造方法 |
| US9492872B2 (en) | 2011-08-01 | 2016-11-15 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Surface-modified, WC-based cemented carbide member, hard-coated, WC-based cemented carbide member, and their production methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01139751A (ja) | 1989-06-01 |
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