JPH0797677A - 被覆物体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＰＶＤ法により被膜を被覆する方法であっ
て、基材の表面にガスによる前処理工程を施した後、被
膜を被覆することにより、基材と被膜との付着強度、耐
剥離性を高めると共に、バラツキの小さい、信頼性の高
い被覆物体を得るための製造方法を提供する。 【構成】 金属，合金またはセラミックス焼結体の基材
の表面にＰＶＤ法により被膜を被覆する方法において、
ハロゲンガスおよび／またはハロゲン元素を含むハロゲ
ン化合物ガスでなる前処理ガス中、もしくは該前処理ガ
スと希釈ガスとの混合ガス中で該基材を加熱する前処理
工程を施した後、該基材表面に該被膜を被覆することを
特徴とする 【効果】 従来のＰＶＤ法による被覆物体の製造方法に
比べて、基材と被膜との付着強度が約３〜３．５倍も優
れており、そのバラツキ程度が小さく顕著に優れている
という効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属，合金またはセラ
ミックス焼結体の基材の表面に、物理蒸着法（ＰＶＤ
法）により被膜を被覆するための被覆物体の製造方法に
関し、具体的には、反応容器内で基材の表面にガスによ
る前処理を施した後、被膜を被覆して切削工具および耐
摩耗工具等の工具として最適にするための被覆物体の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イオンプレーティング法または
スパッタ法に代表されるＰＶＤ法により基材の表面に被
膜を被覆する場合の被覆工程は、水や有機溶剤等で表面
を洗浄した基材を反応容器内に配置し、反応容器内を真
空，水素ガスまたは不活性ガスの雰囲気とした後、昇温
する第１工程と、被膜の構成成分となる蒸発物質、もし
くは蒸発物質と被膜の構成成分となるガス含有雰囲気と
の組合わせでもって加熱保持し、基材の表面に被膜を被
覆する第２工程と、反応容器内を冷却する第３工程に大
別できる。

【０００３】これらの工程を経て作製される被覆物体
は、被膜と基材との付着性が悪いことおよび付着強度の
バラツキが大きいという問題がある。

【０００４】この問題を解決するための検討が多数行わ
れており、その１つの方法として、反応容器内に基材を
配置する前に、水や有機溶剤による基材表面の洗浄の他
に、超音波による基材表面の洗浄または酸やアルカリ溶
剤による基材表面のエッチング処理等があり、他の方向
として、第１工程と第２工程との間にボンバード効果と
いわれる、いわゆる電子やイオンでもって基材の表面の
汚れを除去する方法が行われている。

【０００５】これらの代表的なものに、特開昭６３−６
２８６２号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】被覆物体における被膜
と基材との付着強度を高めるための方法として提案され
ている特開昭６３−６２８６２号公報には、真空下でア
ーク蒸発法にてＴｉボンバードを行って基材表面をＴｉ
イオンによりスパッタクリーニングして基材表面におけ
る酸化膜等の表面層の汚れを除去し、次いで窒素ガスを
導入してＴｉコーティングによりＴｉＮ被覆層を形成す
ることを特徴とするＴｉまたはＴｉ合金のＴｉＮ被覆品
の製造方法について記載されている。

【０００７】同公報に記載されている製造方法は、Ｔｉ
またはＴｉ合金の基材を加熱すると高真空中であっても
チタン表面が酸化しやすく、その結果被膜と基材との付
着性が悪く、剥離しやすくなるという問題を解決したも
のであるが、反応容器内におけるボンバード領域に制限
があり、付着強度および耐剥離性のバラツキが大きく、
しかも被覆切削工具として用いる場合には付着強度およ
び耐剥離性が満足できないという問題がある。

【０００８】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、ＰＶＤ法により基材の表面に被膜
を被覆する前に、ハロゲンガスおよび／またはハロゲン
元素を含むハロゲン化合物ガスの存在する雰囲気中で基
材を加熱する前処理工程を施して、被膜と基材との付着
強度、耐剥離性を高めると共に、バラツキの小さい、信
頼性の高い被覆物体を得るための製造方法の提供を目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、被覆物体
を切削工具として用いた場合、特にセラミックス焼結体
の基材の表面に硬質被膜を被覆した被覆物体における基
材と被膜との付着強度を高めることについて検討してい
たところ、基材の表面に被膜を被覆する場合、基材と被
膜との付着性は、それぞれの材質の整合性，被膜厚さ，
基材の表面状態および被覆条件により大きく影響を受け
るが、被膜を被覆する前の基材表面状態を調整するこ
と、特に被膜を被覆するための反応容器内に基材を設置
してから被膜を被覆する直前における基材表面状態によ
り大きく影響を受けること、このとき基材表面をハロゲ
ンガスやハロゲン元素を含むハロゲン化合物ガスの存在
する雰囲気中で加熱するとより大きな効果があるという
知見を得て本発明を完成するに至ったものである。

【００１０】すなわち、本発明の被覆物体の製造方法
は、金属，合金またはセラミックス焼結体の基材の表面
にＰＶＤ法により被膜を被覆する方法において、ハロゲ
ンガスおよび／またはハロゲン元素を含むハロゲン化合
物ガスでなる前処理ガス中、もしくは該前処理ガスと希
釈ガスとの混合ガス中で該基材を加熱する前処理工程を
施した後、該基材の表面に該被膜を被覆することを特徴
とする方法である。

【００１１】本発明の被覆物体の製造方法における基材
は、具体的には、例えば周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族
の金属、ステンレス鋼，ダイス鋼，高速度鋼等の工具
鋼，Ａｌ合金，Ｔｉ合金または超硬合金，サーメット等
の焼結合金もしくは窒化ケイ素系セラミックス焼結体，
炭化ケイ素系セラミックス焼結体，酸化アルミニウム系
セラミックス焼結体，窒化アルミニウム系セラミックス
焼結体，酸化ジルコニウム系セラミックス焼結体を挙げ
ることができる。

【００１２】これらの基材の表面は、従来から行われて
いる水，有機溶剤，酸溶液，アルカリ溶液等で洗浄（超
音波洗浄も含む）処理を施すことは好ましいことであ
る。次いで、従来から実用されている各種のイオンプレ
ーティング法，各種のスパッタ法または各種のレーザ蒸
着法に代表されるＰＶＤ法処理ができる装置の反応容器
内に基材を設置し、基材の表面に被膜を被覆する前に、
ハロゲンガスおよび／またはハロゲン元素を含むハロゲ
ン化合物ガスでなる前処理ガス中、もしくは該前処理ガ
スと希釈ガスとの混合ガス中で基材を加熱する前処理工
程を施すことが本発明の製造方法の大きな特徴である。

【００１３】本発明の被覆物体の製造方法における前処
理ガスは、具体的には、例えばフッ素，塩素，臭素，ヨ
ウ素のハロゲンガス、ＣＣｌ₄，ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ
₃Ｆ₈，ＣＣｌ₂Ｆ₂，ＣＢｒＦ₃，ＨＦ，ＨＣｌ，ＣＨ
Ｆ₃，ＷＦ₆，ＭｏＦ₆，ＴｉＣｌ₄，ＡｌＣｌ₃，Ｓｉ
Ｆ₄，ＳｉＣｌ₄，ＭｏＯ₂Ｃｌ₂，ＣｒＯ₂Ｃｌ₂のハロゲ
ン化炭素ガス，ハロゲン化水素ガス，ハロゲン化炭化水
素ガス，ハロゲン化ケイ素ガス，金属ハロゲン化ガスを
挙げることができる。

【００１４】これらの前処理ガスの中の少なくとも１種
のガス雰囲気中または前処理ガスと例えば水素，酸素，
一酸化炭素，不活性ガスの中の少なくとも１種の希釈ガ
スとの混合ガス中で基材を約４００℃以上に加熱すると
いう前処理工程を施して、基材表面を改造した後、基材
表面に被膜を被覆する方法である。

【００１５】この前処理工程の前後に別の工程を付加す
ることも好ましいことであり、特に、反応容器内に基材
を設置し、次いで反応容器内を真空雰囲気中または非酸
化性ガス雰囲気中にして基材を昇温し、次いで前処理工
程を施した後、不活性ガス等のイオンで基材表面をボン
バード処理する工程を行い、その後、基材表面に被膜を
被覆することは、基材と被膜の付着強度から好ましいこ
とである。また、以上のような工程の後に、さらに化学
蒸着法（ＣＶＤ法）でもって被膜を被覆し、多層膜とす
ることも好ましいことである。

【００１６】本発明の被覆物体の製造方法における被膜
は、用途および基材材質により選定する必要があるが、
従来のＰＶＤ法により被覆される被膜ならば制限されな
く、具体的には、例えば周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族
の金属、これらの炭化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化
物，硫化物，ホウ化物，Ａｌの酸化物，窒化物，Ｓｉの
炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体、もしくは立
方晶窒化ホウ素，ダイヤモンド，ダイウアモンド状カー
ボンの中の少なくとも１種の単層あるいは多層を挙げる
ことができる。

【００１７】

【作用】本発明の被覆物体の製造方法は、前処理ガス、
または前処理ガスと希釈ガスとの混合ガスが基材表面の
面粗さを大きくし、大きな面粗さの中に被膜がクサビ状
に付着されることにより、基材と被膜との付着強度を高
める作用をしていること、または基材表面の実質的表面
積を広くし、広い表面積に被膜が付着されることによ
り、基材と被膜との付着強度を高める作用となっている
こと、さらには、基材表面が研摩されている場合には、
研摩により生じた基材表面の微小クラックを減少または
消滅させる作用をし、その結果微小クラックから発生す
る被膜の剥離を抑制するという間接的作用をしているも
のである。

【００１８】

【実施例１】ヒーターによる直接加熱方式の反応性イオ
ンプレーティング装置の反応容器内に、表面を洗浄した
超硬合金（ＪＩＳ規格Ｐ３０相当）の基材を設置し、反
応容器内を１×１０^-3Ｐａの真空とした後、Ｃｌ₂ガス
を１０Ｐａまで導入した。この状態で基材を６００℃ま
で昇温し、２時間維持した後、再度反応容器内を１×１
０^-3Ｐａの真空とした。次に、反応容器内にＡｒガスを
２×１０^-1Ｐａまで導入し、Ａｒイオンにより基材表面
のボンバード処理を１時間行った後、反応容器内を１×
１０^-3Ｐａの真空にしてＴｉを３分間蒸発し、次いで反
応容器内を２×１０^-1ＰａまでＮ₂ガスを導入してＴｉ
を７０分間蒸発させた。その後、反応容器内を１×１０
^-3Ｐａの真空にして冷却するという本発明の被覆物体の
製造方法を行った。

【００１９】比較の方法として、上述の工程の内、Ｃｌ
₂ガス処理工程のみ除いて、他は同様に行った。

【００２０】この本発明の方法と比較の方法で得た被覆
物体の被膜構成をＸ線回折法，走査型電子顕微鏡で調べ
たところ、両者共基材表面にほぼＴｉ：膜厚０．１μ
ｍ，ＴｉＮ膜厚：３μｍが被覆されていた。また、両者
の被膜の付着強度をスクラッチ試験法で評価したとこ
ろ、本発明の方法による被覆物体は、被膜の臨界剥離荷
重が１０個の平均値７０Ｎであり、そのバラツキが６７
〜７４Ｎ内であったのに対し、比較の方法による被覆物
体は、被膜の臨界剥離荷重が１０個の平均値２０Ｎで、
そのバラツキが５〜３５Ｎであった

【００２１】

【実施例２】電子加熱方式による反応性イオンプレーテ
ィング装置の反応容器内に、表面を洗浄した市販の窒化
ケイ素系セラミックス焼結体の基材を設置し、反応容器
内を１×１０^-3Ｐａの真空とした後、電子ビームで６０
０℃に昇温し、１時間維持した。次に、加熱を中断し、
反応容器と排気系を分断した後、反応容器内にＣｌ₂ガ
スとＯ₂ガスを流量比で１：１の混合ガスとして１×１
０^-1Ｐａまで導入し、３０分間保持した。次いで、再度
反応容器内を１×１０^-3Ｐａの真空とした後、Ａｒガス
を２×１０^-1Ｐａまで導入し、Ａｒイオンにより基材表
面のボンバード処理を３０分間行った。その後、実施例
１と同様に処理して基材表面に被膜を被覆および冷却す
るという本発明の被覆物体の製造方法を行った。

【００２２】比較の方法として、上述の工程の内、Ｃｌ
₂ガスとＯ₂ガスとの混合ガス処理工程のみ除いて、他は
同様に行った。

【００２３】この本発明の方法と比較の方法で得た被覆
物体の被膜構成および被膜の付着強度を実施例１と同様
にして行ったところ、被膜構成は、実施例１とほぼ同様
であり、被膜の臨界剥離荷重は、本発明の方法による被
覆物体が１０個の平均値７２Ｎ、そのバラツキが６５〜
７５Ｎ内であったのに対し、比較の方法による被覆物体
が１０個の平均値２３Ｎ、そのバラツキが８〜３７Ｎで
あった

【００２４】

【発明の効果】本発明の被覆物体の製造方法は、従来の
ＰＶＤ法による被覆物体の製造方法に比べて、基材と被
膜との付着強度が約３〜３．５倍も優れており、そのバ
ラツキ程度が小さく顕著に優れているという効果があ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
   基材の表面に物理蒸着法により被膜を被覆する方法おい
   て、ハロゲンガスおよび／またはハロゲン元素を含むハ
   ロゲン化合物ガスでなる前処理ガス中、もしくは該前処
   理ガスと希釈ガスとの混合ガス中で該基材を加熱する前
   処理工程を施した後、該基材の表面に該被膜を被覆する
   ことを特徴とする被覆物体の製造方法。
2. 【請求項２】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
   基材の表面に物理蒸着法により被膜を被覆する方法おい
   て、真空もしくは非酸化性ガスの雰囲気中で該基材を昇
   温する工程と、ハロゲンガスおよび／またはハロゲン元
   素を含むハロゲン化合物ガスでなる前処理ガス中、ある
   いは該前処理ガスと希釈ガスとの混合ガス中で該基材を
   加熱する前処理工程とを施した後、該基材の表面に該被
   膜を被覆することを特徴とする被覆物体の製造方法。