JPH09241832A - 金属表面被覆方法 - Google Patents
金属表面被覆方法Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パイプ内面などの複雑形状部材に対しても適
用可能な、密着性のよいアモルファス合金被膜を形成し
うる金属基材表面の被覆方法を提供する。 【解決手段】 真空帯域において、アモルファス組成の
混合金属粉末焼結体又はアモルファス合金から成る蒸着
用ターゲット物質の少なくとも１種にエキシマレーザを
照射してアブレーションすることにより、基材表面にア
モルファス合金被膜を形成させる金属表面被覆方法であ
る。
用可能な、密着性のよいアモルファス合金被膜を形成し
うる金属基材表面の被覆方法を提供する。 【解決手段】 真空帯域において、アモルファス組成の
混合金属粉末焼結体又はアモルファス合金から成る蒸着
用ターゲット物質の少なくとも１種にエキシマレーザを
照射してアブレーションすることにより、基材表面にア
モルファス合金被膜を形成させる金属表面被覆方法であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基材表面の被覆方法
に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、
レーザアブレーション現象を利用して、金属や非金属の
表面に密着性のよいアモルファス合金被膜を効率よく形
成させる基材表面の被覆方法に関するものである。
に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、
レーザアブレーション現象を利用して、金属や非金属の
表面に密着性のよいアモルファス合金被膜を効率よく形
成させる基材表面の被覆方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属や合金などの金属材料やケイ
素のような非金属材料を各種機械部品や電子部品などに
用いる場合、耐食性、耐候性などの物性を付与するため
に、その表面に被覆を形成させることが通常行われてい
る。
素のような非金属材料を各種機械部品や電子部品などに
用いる場合、耐食性、耐候性などの物性を付与するため
に、その表面に被覆を形成させることが通常行われてい
る。
【０００３】この表面被覆法の代表的なものは、金属系
材料の表面に異種金属やセラミックスなど所望の特性を
有する被膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法などにより形成させる方法である。し
かしながら、セラミックス被膜は、金属系材料との熱的
特性や機械的特性の違いから、密着性が不十分であるた
め、剥離や、き裂が発生したりするという欠点がある。
一方、金属系材料との密着性及び靱性に優れ、耐食性を
大幅に向上させる被膜としてアモルファス合金被膜が知
られているが、パイプ内面などの複雑形状部材について
は被覆しにくいという欠点を有している。
材料の表面に異種金属やセラミックスなど所望の特性を
有する被膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法などにより形成させる方法である。し
かしながら、セラミックス被膜は、金属系材料との熱的
特性や機械的特性の違いから、密着性が不十分であるた
め、剥離や、き裂が発生したりするという欠点がある。
一方、金属系材料との密着性及び靱性に優れ、耐食性を
大幅に向上させる被膜としてアモルファス合金被膜が知
られているが、パイプ内面などの複雑形状部材について
は被覆しにくいという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の基材の表面被覆方法のもつ欠点を克服し、耐食
性、耐候性などを付与するために、パイプ内面などの複
雑形状部材に対しても適用可能な、密着性のよいアモル
ファス合金被膜を形成しうる金属基材表面の被覆方法を
提供することを目的としてなされたものである。
従来の基材の表面被覆方法のもつ欠点を克服し、耐食
性、耐候性などを付与するために、パイプ内面などの複
雑形状部材に対しても適用可能な、密着性のよいアモル
ファス合金被膜を形成しうる金属基材表面の被覆方法を
提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基材表面
に密着性のよいアモルファス合金被膜を形成させる被覆
方法について鋭意研究を重ねた結果、ミラーやレンズな
どの光学部品により自由に伝送できるエキシマレーザを
熱源とし、このエキシマレーザを蒸着用ターゲット物質
に照射し、レーザアブレーション現象を利用して、金属
基材表面にアモルファス合金被膜を蒸着することによ
り、前記目的を達成しうることを見出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至った。
に密着性のよいアモルファス合金被膜を形成させる被覆
方法について鋭意研究を重ねた結果、ミラーやレンズな
どの光学部品により自由に伝送できるエキシマレーザを
熱源とし、このエキシマレーザを蒸着用ターゲット物質
に照射し、レーザアブレーション現象を利用して、金属
基材表面にアモルファス合金被膜を蒸着することによ
り、前記目的を達成しうることを見出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至った。
【０００６】すなわち、本発明は、真空帯域内におい
て、アモルファス組成の混合金属粉末焼結体又はアモル
ファス合金から成る蒸着用ターゲット物質の少なくとも
１種をエキシマレーザを照射してアブレーションするこ
とにより、基材表面にアモルファス合金被膜を形成させ
ることを特徴とする金属表面被覆方法を提供するもので
ある。
て、アモルファス組成の混合金属粉末焼結体又はアモル
ファス合金から成る蒸着用ターゲット物質の少なくとも
１種をエキシマレーザを照射してアブレーションするこ
とにより、基材表面にアモルファス合金被膜を形成させ
ることを特徴とする金属表面被覆方法を提供するもので
ある。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明方法により被覆される基材
の材料については特に制限はなく、通常の蒸着法により
被覆されるもの例えば鉄、ニッケル、アルミニウムなど
の金属材料、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金
などの合金、ケイ素などの非金属材料などを用いること
ができる。
の材料については特に制限はなく、通常の蒸着法により
被覆されるもの例えば鉄、ニッケル、アルミニウムなど
の金属材料、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金
などの合金、ケイ素などの非金属材料などを用いること
ができる。
【０００８】これらの基体は、蒸着処理を施す前に、予
め表面酸化物膜を、エキシマレーザ照射やアルゴンイオ
ンビーム照射などにより、除去しておくことが、密着性
に優れるアモルファス合金被膜が得られる点から有利で
ある。
め表面酸化物膜を、エキシマレーザ照射やアルゴンイオ
ンビーム照射などにより、除去しておくことが、密着性
に優れるアモルファス合金被膜が得られる点から有利で
ある。
【０００９】本発明方法においては、真空帯域内におい
て、蒸着用ターゲット物質にエキシマレーザを照射して
アブレーションする。
て、蒸着用ターゲット物質にエキシマレーザを照射して
アブレーションする。
【００１０】この際、蒸着用ターゲット物質としては、
アモルファス組成の混合金属粉末焼結体から成るものを
用いてもよいし、アモルファス合金から成るものを用い
てもよい。また、組成の異なる複数のターゲット物質を
用い、同時にアブレーションして均一なアモルファス合
金を蒸着させてもよい。これらのターゲットの形状につ
いては特に制限はないが、通常は板状又は粉末成形体の
形で用いられる。
アモルファス組成の混合金属粉末焼結体から成るものを
用いてもよいし、アモルファス合金から成るものを用い
てもよい。また、組成の異なる複数のターゲット物質を
用い、同時にアブレーションして均一なアモルファス合
金を蒸着させてもよい。これらのターゲットの形状につ
いては特に制限はないが、通常は板状又は粉末成形体の
形で用いられる。
【００１１】また、ターゲット物質は、レーザアブレー
ションにより金属系材料表面にアモルファス合金被膜が
形成されるように選べばよい。このアモルファス合金被
膜としては、特に制限はなく、例えばＴａ−Ｎｉ系、Ｎ
ｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｃｕ系、Ｚｒ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃｒ
系、Ｃｏ−Ｃｒ系などアモルファス合金から成る被膜を
挙げることができる。
ションにより金属系材料表面にアモルファス合金被膜が
形成されるように選べばよい。このアモルファス合金被
膜としては、特に制限はなく、例えばＴａ−Ｎｉ系、Ｎ
ｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｃｕ系、Ｚｒ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃｒ
系、Ｃｏ−Ｃｒ系などアモルファス合金から成る被膜を
挙げることができる。
【００１２】本発明方法においては、ターゲットに照射
するエキシマレーザとしては、例えばＡｒＦ、ＫｒＦ、
ＸｅＦ、ＸｅＣｌなどが用いられる。
するエキシマレーザとしては、例えばＡｒＦ、ＫｒＦ、
ＸｅＦ、ＸｅＣｌなどが用いられる。
【００１３】次に、添付図面に従って本発明方法を説明
する。図１は本発明方法を実施するのに好適な蒸着装置
の例を示す略解断面図であって、内部を真空に保持する
ための排気口２を有する密閉容器１内には、エキシマレ
ーザビーム３を基材８に照射するための凹面鏡５、エキ
シマレーザビーム３を集光するためのレンズ６、エキシ
マレーザが照射されるターゲット物質７が設置されてい
る。なお、４は石英ウインドーである。
する。図１は本発明方法を実施するのに好適な蒸着装置
の例を示す略解断面図であって、内部を真空に保持する
ための排気口２を有する密閉容器１内には、エキシマレ
ーザビーム３を基材８に照射するための凹面鏡５、エキ
シマレーザビーム３を集光するためのレンズ６、エキシ
マレーザが照射されるターゲット物質７が設置されてい
る。なお、４は石英ウインドーである。
【００１４】まず、密閉容器１内に基材８を装着したの
ち、排気口２で密閉容器内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒ
ｒ程度まで排気後、エキシマレーザビーム３を凹面鏡５
により基材８に照射して、表面酸化膜を除去する。次い
で、エキシマレーザビーム３をレンズ６で集光してター
ゲット物質７に照射して、ターゲット物質７を蒸発さ
せ、基材８に蒸着させる。
ち、排気口２で密閉容器内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒ
ｒ程度まで排気後、エキシマレーザビーム３を凹面鏡５
により基材８に照射して、表面酸化膜を除去する。次い
で、エキシマレーザビーム３をレンズ６で集光してター
ゲット物質７に照射して、ターゲット物質７を蒸発さ
せ、基材８に蒸着させる。
【００１５】このようにして、基材表面に、アモルファ
ス合金から成る膜厚０．１〜１０μｍ程度の蒸着膜が密
着性よく形成される。
ス合金から成る膜厚０．１〜１０μｍ程度の蒸着膜が密
着性よく形成される。
【００１６】
【発明の効果】本発明方法によれば、パイプ内面などの
複雑形状部材の基材表面に、耐食性、耐候性などに優れ
るアモルファス合金被膜を密着性よく形成することがで
きる。このような表面が改質された基材は、例えば機械
部品や電子部品などの材料として好適に用いられる。
複雑形状部材の基材表面に、耐食性、耐候性などに優れ
るアモルファス合金被膜を密着性よく形成することがで
きる。このような表面が改質された基材は、例えば機械
部品や電子部品などの材料として好適に用いられる。
【００１７】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明は、これらの例によってなんら限定され
るものではない。
するが、本発明は、これらの例によってなんら限定され
るものではない。
【００１８】実施例１ 図１に示す装置を用いて、蒸着膜を形成した。まず、密
閉容器１内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気
したのち、ＫｒＦエキシマレーザを焦点距離１５ｃｍの
凹面鏡５で平均エネルギー密度を１パルス当り８０ｋＪ
／ｍ2に絞り、１００パルスをシリコン基板８に照射
し、表面酸化膜の除去処理を行った。次いで、ＫｒＦエ
キシマレーザを溶融石英レンズ６で平均エネルギー密度
を１パルス当り２００及び２８０ｋＪ／ｍ2に絞り、毎
秒１０Ｈｚの繰り返し数で、タンタル、ニッケル又はこ
れらの混合金属粉末焼結体から成るターゲット物質７に
照射し、約３０ｍｍ離れたシリコン基板８の表面に、厚
さ約０．５μｍのタンタル、ニッケル又はタンタル‐ニ
ッケル合金被膜を蒸着、形成させた。
閉容器１内の真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気
したのち、ＫｒＦエキシマレーザを焦点距離１５ｃｍの
凹面鏡５で平均エネルギー密度を１パルス当り８０ｋＪ
／ｍ2に絞り、１００パルスをシリコン基板８に照射
し、表面酸化膜の除去処理を行った。次いで、ＫｒＦエ
キシマレーザを溶融石英レンズ６で平均エネルギー密度
を１パルス当り２００及び２８０ｋＪ／ｍ2に絞り、毎
秒１０Ｈｚの繰り返し数で、タンタル、ニッケル又はこ
れらの混合金属粉末焼結体から成るターゲット物質７に
照射し、約３０ｍｍ離れたシリコン基板８の表面に、厚
さ約０．５μｍのタンタル、ニッケル又はタンタル‐ニ
ッケル合金被膜を蒸着、形成させた。
【００１９】このようにして形成された被膜のＸ線回折
結果を図２に示す。なお、ターゲット物質の組成は、純
Ｔａ、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ、Ｔａ‐６０原子％Ｎｉ、
Ｔａ‐８０原子％Ｎｉ及び、純Ｎｉの５種類とした。
結果を図２に示す。なお、ターゲット物質の組成は、純
Ｔａ、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ、Ｔａ‐６０原子％Ｎｉ、
Ｔａ‐８０原子％Ｎｉ及び、純Ｎｉの５種類とした。
【００２０】図２から分かるように、純Ｔａ及び純Ｎｉ
ターゲットで成膜した膜は結晶化しているのに対し、Ｔ
ａ‐Ｎｉ粉末の混合ターゲットで成膜した膜はブロード
なＸ線回折パターンを示し、アモルファス化している。
すなわち、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ〜Ｔａ‐８０原子％Ｎ
ｉの広い組成範囲でアモルファス化が可能である。
ターゲットで成膜した膜は結晶化しているのに対し、Ｔ
ａ‐Ｎｉ粉末の混合ターゲットで成膜した膜はブロード
なＸ線回折パターンを示し、アモルファス化している。
すなわち、Ｔａ‐４０原子％Ｎｉ〜Ｔａ‐８０原子％Ｎ
ｉの広い組成範囲でアモルファス化が可能である。
【００２１】図３に、前記図２のＸ線回折パターンの最
強ピークの半価幅から見積もった微結晶サイズと組成と
の関係をグラフで示す。
強ピークの半価幅から見積もった微結晶サイズと組成と
の関係をグラフで示す。
【００２２】図３から分かるように、Ｘ線回折パターン
から見積もった合金膜の微結晶サイズは、純金属の７ｎ
ｍ（Ｔａ）及び１５ｎｍ（Ｎｉ）に比べてかなり小さ
く、１．２〜１．９ｎｍである。この値は液体金属のそ
れに相当するため、合金膜はアモルファスであるとみな
される。なお、図３中に、スプラッシュ‐クエンチング
法（通常の急冷法）で作成した薄片の微結晶サイズを黒
正方形印で示した。レーザアブレーション法により、通
常の急冷法よりも大きな冷却速度でアモルファス合金化
できることが分かる。
から見積もった合金膜の微結晶サイズは、純金属の７ｎ
ｍ（Ｔａ）及び１５ｎｍ（Ｎｉ）に比べてかなり小さ
く、１．２〜１．９ｎｍである。この値は液体金属のそ
れに相当するため、合金膜はアモルファスであるとみな
される。なお、図３中に、スプラッシュ‐クエンチング
法（通常の急冷法）で作成した薄片の微結晶サイズを黒
正方形印で示した。レーザアブレーション法により、通
常の急冷法よりも大きな冷却速度でアモルファス合金化
できることが分かる。
【００２３】図４に、ターゲット物質の組成と被膜の組
成との関係をグラフで示す。レーザフルエンスが小さい
場合には、沸点の低いＮｉが優先的にアブレーションさ
れ、ターゲットに比べてＮｉリッチの合金膜が形成され
る。レーザフルエンスを、沸点の高いＴａも十分にアブ
レーションされるほど大きくすることにより、ターゲッ
トとほぼ同一組成の被膜が得られる。
成との関係をグラフで示す。レーザフルエンスが小さい
場合には、沸点の低いＮｉが優先的にアブレーションさ
れ、ターゲットに比べてＮｉリッチの合金膜が形成され
る。レーザフルエンスを、沸点の高いＴａも十分にアブ
レーションされるほど大きくすることにより、ターゲッ
トとほぼ同一組成の被膜が得られる。
【図１】 本発明方法を好適に実施するための装置の１
例の略解断面図。
例の略解断面図。
【図２】 実施例１で形成された被膜のＸ線回折パター
ン。
ン。
【図３】 図２のＸ線回折パターンの最強ピークの半価
幅から見積もった微結晶サイズと組成との関係を示すグ
ラフ。
幅から見積もった微結晶サイズと組成との関係を示すグ
ラフ。
【図４】 実施例１で形成された被膜の組成とターゲッ
ト物質の組成との関係を示すグラフ。
ト物質の組成との関係を示すグラフ。
１ 密閉容器 ２ 排気口 ３ エキシマレーザビーム ４ 石英ウインドー ５ 凹面鏡 ６ 集光レンズ ７ ターゲット物質 ８ 基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝村 宗英 香川県高松市林町2217番14 工業技術院四 国工業技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 真空帯域内において、アモルファス組成
の混合金属粉末焼結体又はアモルファス合金から成る蒸
着用ターゲット物質の少なくとも１種にエキシマレーザ
を照射してアブレーションすることにより、基材表面に
アモルファス合金被膜を形成させることを特徴とする金
属表面被覆方法。 - 【請求項２】 蒸着用ターゲット物質が異なった組成の
２種以上である請求項１記載の被覆方法。 - 【請求項３】 アモルファス合金被膜がＴａ−Ｎｉ系、
Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ−Ｃｕ系、Ｚｒ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃ
ｒ系又はＣｏ−Ｃｒ系のアモルファス合金被膜である請
求項１又は２記載の金属表面被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7119196A JP2913015B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 表面被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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1996
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