JPH10505879A - 無電解めっきニッケル層へのダイヤモンド膜蒸着法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダイヤモンド膜の蒸着法を開示する。本方法は、還元剤を含有する無電解ニッケルめっき浴中に金属材料又は非金属材料を浸漬して、ニッケル層を形成し、次いで、前記無電解めっき済み材料の上にダイヤモンド膜を蒸着させる、連続工程から成る。本発明によって提供される方法によると、無電解めっきを使用して中間層を形成し、密着性を顕著に改善することができる。更に、材料の種類に関係なく、ダイヤモンド膜を形成し得る。

Description

【発明の詳細な説明】 無電解めっきニッケル層へのダイヤモンド膜蒸着法 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般的には、ダイヤモンド膜の蒸着法に関し、一層詳しくは、無電 解めっきニッケル層上にダイヤモンド膜を蒸着させる方法に関する。 従来技術の説明 ダイヤモンド膜は、天然ダイヤモンドと同様な優れた物理特性を有するので、 一般的に、保護被覆、エンジニアリング材料、電子材料等、種々の目的で使用さ れる。 ダイヤモンド被覆を造る方法は、化学蒸着法（以下、「ＣＶＤ」という。）と 物理蒸着法（以下、「ＰＶＤ」という。）とに大別される。ＣＶＤ法には、マイ クロ波ＣＶＤ、熱フィラメントＣＶＤ、高周波ＣＶＤ、電子サイクロトロン共鳴 ＣＶＤ、直流プラズマＣＶＤ等が含まれ、一方、ＰＶＤ法には、イオンめっき法 、イオンビームスパッタリング法、イオン蒸着法、イオンビーム蒸着法等が含ま れる。 これらのダイヤモンド被覆法は、高温高圧を使用する従来法と異なる。また、 種々の形状を有する物体を被覆することができ、そのために被覆面積を大きくす ることができる。従って、ダイヤモンド被覆法は、経済面及び応用性において世 界的関心を呼び起こし、特に先進諸国の間で活発に工業化されている。 しかし、全ての材料がダイヤモンドで被覆できる訳ではない。ダイヤモンドは 、非金属であり非鉱物質であるため、ダイヤモンド膜は、金属、セラミックス等 の材料の上に容易には形成されない。また、形成されたとしても、ベース層への 密着性に問題がある。 シリコン等の金属、又はアルミナ、シリカ等の酸化物材料の上にダイヤモンド 被覆を形成する方法は周知である。しかし、高速度工具鋼、超硬合金（Ｍ又はＰ 型）、粉体超硬合金又はステンレス鋼等の上にダイヤモンド被覆を形成すること は、上記の通りの密着性が悪いと言う理由で、実用化し難い。 前記密着性の問題を解消すべく、多くの努力が成されてきた。例えば、日本特 開平３−２３２９７３号明細書は、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によってダイヤモンド チップへＡｌ₂Ｏ₃、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＢＮ等を被覆して、ダイヤモンドチップへ の密着性を改善し、それによって工具の寿命を延長することを開示する。日本特 開平１−１０４９７０号及び韓国公開特許９２−８０１号明細書では、金属蒸着 法（真空蒸着法、イオンめっき法、ＭＯＣＶＤ又はスパッタリング法）を用いて 、ＷＣ８０重量％以上の超硬合金の表面に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ 、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及び同等物から選ばれる少なくとも１種の金属で表面層 を形成し、次いで、その金属表面の上に、ダイヤモンド薄膜を蒸着させることに よって、ダイヤモンド薄膜の密着性を向上させている。 しかし、前記従来技術はいずれも、無電解めっき法を採用していない。この無 電解めっき法によると、表面層又は中間層を形成する際、材料の種類に関係なく 、密着性に優れ、めっきが可能となる。 発明の要約 本発明者らは、密着性に優れた、ダイヤモンド膜の蒸着法の必要性があると認 識し、無電解ニッケルめっき層上のダイヤモンド被覆は、従来技術の持つ上記問 題を解消するのに優れていることを見出した。 本発明の目的は、被めっき基体の材料に関係なく密着性に優れたダイヤモンド 膜の蒸着法を提供することにある。 ダイヤモンド膜蒸着のための本発明は、還元剤を含有する無電解ニッケルめっ き浴中に金属材料又は非金属材料を浸漬して、ニッケル層を形成し、次いで、前 記無電解めっき済み材料の上にダイヤモンド膜を蒸着させることから成る、連続 工程から成る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の例１によるダイヤモンド膜を示す走査電子顕微鏡写真（５０ ０倍）である。 図２は、本発明の例２によるダイヤモンド膜を示す走査電子顕微鏡写真（５０ ０倍）である。 好ましい具体例の説明 無電解めっきは、化学触媒反応を使用した金属めっき法の一種であり、非通電 手段によって被覆を形成するという点で電気めっきと異なる。無電解めっき法は 、プラスチック、紙、繊維、セラミックス、金属等ほぼ全ての材料に膜を形成さ せることができる。無電解めっき法によって、複雑な形状のあらゆる構造物も被 覆することができる。また、無電解めっきによる被覆は、耐食性、耐アルカリ性 、ロー付け性、密着性、耐熱性等、種々の用法のための優れた物理特性を有し、 自動車、航空機、機械、電子部品、化学プラント等、種々の目的に適用される。 本発明によると、金属材料又は非金属材料に、先ず、無電解めっき法によって めっきしてニッケル層を形成し、次いで、ダイヤモンド膜を蒸着させる。 無電解めっきを利用した本発明によって提供される方法は、基体材料へのダイ ヤモンド膜の密着性を改善し得る。また、本発明によって採用する方法は、通常 、めっきされるべき材料に関係なく実施し得る。 無電解Ｎｉ−Ｐめっき法、無電解Ｎｉ−Ｂめっき法は、還元剤としてそれぞれ 、次亜リン酸ナトリウム、アミンボラン化合物を用いた一般的無電解めっき法と して選ばれる。 ニッケル層上でのダイヤモンド膜の蒸着は、熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶ Ｄ法、マイクロ波ＣＶＤ法、ＥＣＲマイクロ波ＣＶＤ法、熱プラズマＣＶＤ法（ 直流又は交流）等のＣＶＤ法の一つによって実施することができる。 本発明におけるめっき用基体として、あらゆる種類の材料（特に、鉄ベース超 硬工具合金、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等を含有する超硬合金、又はセラミックス 、プラスチックス等の非金属）を使用することができる。 本発明の好ましい具体例は、特別な例について更に説明する。 例１ 超硬工具合金（ＷＣ＋１０％Ｃｏ）の試片を前処理して、その表面を活性化し 、次いで、洗浄して油、ダスト等の汚染物質を除去した。その後、その試片は、 ダイヤモンド粉（３０〜４０μｍ）を含有するアルコール中で２時間、超音波処 理にかけた。超音波処理済み試片は、還元剤としてＮａＨ₂ＰＯ₂を含む無電解Ｎ ｉ−Ｐめっき浴中に９０℃で１時間浸漬し、次いで、その試片は、窒素雰囲気 で乾燥した。 このニッケル被覆済み試片は、反応性ガス（ＣＨ₄０．５％、Ｏ₂１％、及びＨ₂ 残り）の室の中に置いた。次いで、その試片の上に、基体温度９００℃、減圧 圧力４０トールで６時間の間、２．５４ＧＨｚ、１，１００Ｗのマイクロ波電力 を用いたマイクロ波ＣＶＤ法を使用して、ダイヤモンド膜を蒸着し、厚さ約５μ ｍを得た。 得られた蒸着済み試片は、ラマン分光分析によって分析し、１，３３３ｃｍ^-1 のダイヤモンドピークを示した。その表面は、走査電子顕微鏡を用いて観察し、 図１に示すようなダイヤモンド膜であることを確認した。 かくして得られたダイヤモンド被覆は、無電解めっき済みニッケル層を用いな いで得られたダイヤモンド被覆と比べて、密着力は約１０倍優れている。 例２ 無電解Ｎｉ−Ｂめっき浴に還元剤としてジメチルアミンボランを含有させ、５ ０℃に維持したことを除き、例１と同様の方法で、前処理済み超硬工具（ＷＣ＋ １５％Ｃｏ）の上に１時間、ニッケルを被覆した。その後、それは窒素雰囲気中 で乾燥した。 次いで、例１と同様の条件下、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、ニッケルめっき 済み試片上にダイヤモンド膜を蒸着させた。 ラマン分光分析によって、１，３３３ｃｍ^-1のダイヤモンドピークを観察した 。走査電子顕微鏡を用い、図２に示すようなダイヤモンド被覆表面を観察した。 例３ 例１と同様の方法によって、Ｓｉ₃Ｎ₄のセラミック試片を無電解Ｎｉ−Ｐめっ きにかけた。 その後、ニッケルめっき済み試片は、反応性ガス（ＣＨ₄１％、Ｈ₂９９％）の 室の中に置いた。次いで、２，０００℃のフィラメント温度、８５０℃の基体温 度及び−２０Ｖのバイアス電圧の熱フィラメントＣＶＤ法を使用して、７０トー ルの減圧圧力下、２００Ｖで６時間の間、前記試片の上にダイヤモンド膜を蒸着 した。 蒸着済み試片は、ラマン分光分析によって分析し、１，３３３ｃｍ^-1のダイヤ モンドピークを示した。試片表面は、走査電子顕微鏡を用いて観察し、例１のダ イヤモンド膜に類似のダイヤモンド膜であることを確認した。 例４ 例２と同様の方法によって、Ｓｉ₃Ｎ₄のセラミック試片を無電解Ｎｉ−Ｂめっ きにかけた。 次いで、例３と同様の方法によって、ニッケルめっき済みセラミック試片の上 に、ダイヤモンド被覆を蒸着した。 得られた蒸着済み試片について、ラマン分光分析及び走査電子顕微鏡観察を行 った。例３と類似の結果が得られた。 例５ 超硬工具合金（ＷＣ＋１０％Ｃｏ）の試片を、例２のように無電解Ｎｉ−Ｂめ っきにかけた後、その試片に、プラズマ発生ガスとしてＡｒ及びＨ₂を使用して 、アノードから放電した１０ｋｗの電力を加えた。次いで、そのアノードの下か らＣＨ₄の原料ガスを導入した。Ａｒ、Ｈ₂及びＣＨ₄の流量は、それぞれ、１リ ットル／分、１〜２０リットル／分、０．５〜５リットル／分であった。 直流の熱ＣＶＤ法を使用して、前記試片の上に、５０トールの圧力下、１，０ ００℃の基体温度で１０分間、ダイヤモンド膜を蒸着した。 ラマン分光分析及び走査電子顕微鏡観察の結果は、例１の結果と類似していた 。 ニッケル層上に蒸着したダイヤモンド膜は、裸表面の上に蒸着したダイヤモン ド膜と比べて、密着力が少なくとも１０倍優れていた。 例６ シリコン・ウェーハ（Ｐ型）を無電解ニッケルめっきし、例１と類似の方法に よって、ダイヤモンド膜で被覆した。 ラマン分光分析によって分析した蒸着済み試片は、例１と同様の結果を示す。 走査電子顕微鏡により観察した、得られた膜の表面は、例２と同様であった。 例７ 黄銅ベース試片は、無電解ニッケルめっきを行い、基体温度が５００℃であっ たことを除き例１と類似の方法によって、ダイヤモンド膜で被覆した。 ラマン分光分析及び走査電子顕微鏡観察の結果は、例１の結果と類似していた 。 ここで観察された、本発明の他の特徴、利点及び具体例は、当業者が前記開示 内容を読めば一層明らかになるであろう。この点に関し、本発明の特定の具体例 をかなり詳細に述べてきたが、これらの具体例の変形及び変更は、説明した通り の、及び特許請求した通りの発明の精神及び範囲から逸脱しないで、実施するこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ)，ＡＭ，ＡＵ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＶ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 パルク，クワング − ジャ 大韓民国 138−220 ソウル，ソングパ − ク，アパートメント 519−1004，ジ ャムシル − ドン，27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．還元剤を含有する無電解ニッケルめっき浴中に金属材料又は非金属材料を 浸漬して、ニッケル層を形成し、次いで、 前記無電解めっき済み材料の上にダイヤモンド膜を蒸着させる、 連続工程から成る、ダイヤモンド膜の蒸着法。 ２．無電解ニッケルめっき浴の還元剤は、ＮａＨ₂ＰＯ₂又はジメチルアミンボ ランから選ばれる、請求項１記載のダイヤモンド膜蒸着法。 ３．熱化学蒸着法、マイクロ波化学蒸着法、電子サイクロトロン共鳴マイクロ 波化学蒸着法又は熱プラズマ化学蒸着法によって、ダイヤモンド膜の蒸着を行う 、請求項１記載のダイヤモンド膜蒸着法。