JPH1129848A - ＣｒＮ被膜およびその形成方法 - Google Patents
ＣｒＮ被膜およびその形成方法Info
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- JPH1129848A JPH1129848A JP18257097A JP18257097A JPH1129848A JP H1129848 A JPH1129848 A JP H1129848A JP 18257097 A JP18257097 A JP 18257097A JP 18257097 A JP18257097 A JP 18257097A JP H1129848 A JPH1129848 A JP H1129848A
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、金属材料表面に強固なＣｒ
Ｎ被膜を形成する方法を提供することである。 【解決手段】 金属材料の表面にＣｒメッキを施した後
に窒素を反応させて硬質のＣｒＮ被膜を形成する方法で
あって、金属材料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍ
のＣｒメッキ層を構成する。
Ｎ被膜を形成する方法を提供することである。 【解決手段】 金属材料の表面にＣｒメッキを施した後
に窒素を反応させて硬質のＣｒＮ被膜を形成する方法で
あって、金属材料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍ
のＣｒメッキ層を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料表面にＣ
ｒＮ被膜を形成して、表面硬度、耐摩耗性、耐食性等を
向上させるＣｒＮ被膜形成方法に関する。
ｒＮ被膜を形成して、表面硬度、耐摩耗性、耐食性等を
向上させるＣｒＮ被膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料の表面硬度、耐摩耗性、耐食
性、疲労強度等の化学的・機械的性質を向上させる目的
で、従来からＣｒメッキ、窒化処理等が一般的に実施さ
れているが、いずれの方法においても表面硬度は８００
〜１０００Ｈｖ程度にしか向上しない。しかしながら、
最近では金属材料へのさらなる高硬度、高耐摩耗性への
要求は強く、硬度として１５００〜２４００Ｈｖを有す
るクロム窒化物（ＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ）が注目されて
いる。そこで、表面硬度、耐摩耗性等を向上させる目的
のＣｒＮ被膜の形成方法としては、次のような方法が提
案されている。 イオンプレーティング法 スパッタリング法 イオン照射法
性、疲労強度等の化学的・機械的性質を向上させる目的
で、従来からＣｒメッキ、窒化処理等が一般的に実施さ
れているが、いずれの方法においても表面硬度は８００
〜１０００Ｈｖ程度にしか向上しない。しかしながら、
最近では金属材料へのさらなる高硬度、高耐摩耗性への
要求は強く、硬度として１５００〜２４００Ｈｖを有す
るクロム窒化物（ＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ）が注目されて
いる。そこで、表面硬度、耐摩耗性等を向上させる目的
のＣｒＮ被膜の形成方法としては、次のような方法が提
案されている。 イオンプレーティング法 スパッタリング法 イオン照射法
【０００３】イオンプレーティング法は、真空チャンバ
ー内で真空アーク放電を利用して、金属クロムターゲッ
トを蒸気化・イオン化して被処理物に照射し、被処理物
には負のバイアス電圧を印加してイオン化したＣｒイオ
ンを引きつけるとともに、真空チャンバー内に窒素ガス
を導入してクロム窒化物を形成する方法である。スパッ
タリング法は真空チャンバー内にコーティング物である
ターゲットと基板との間に高電圧を印加してグロー放電
を発生させ、放電によりプラズマ化したＡｒイオンをタ
ーゲット表面に衝突させ、クロム原子をたたき出して基
板に堆積させる方法である。この時にチャンバー内に窒
素を導入することで窒素を過飽和に固溶したクロム膜お
よびクロム窒化物被膜を形成することができる。また、
イオン照射法は真空蒸着またはスパッタリングと窒素イ
オン照射を組み合わせる方法（特開平５−３１１３９
６）で、低温でＣｒＮ被膜を形成することができる。
ー内で真空アーク放電を利用して、金属クロムターゲッ
トを蒸気化・イオン化して被処理物に照射し、被処理物
には負のバイアス電圧を印加してイオン化したＣｒイオ
ンを引きつけるとともに、真空チャンバー内に窒素ガス
を導入してクロム窒化物を形成する方法である。スパッ
タリング法は真空チャンバー内にコーティング物である
ターゲットと基板との間に高電圧を印加してグロー放電
を発生させ、放電によりプラズマ化したＡｒイオンをタ
ーゲット表面に衝突させ、クロム原子をたたき出して基
板に堆積させる方法である。この時にチャンバー内に窒
素を導入することで窒素を過飽和に固溶したクロム膜お
よびクロム窒化物被膜を形成することができる。また、
イオン照射法は真空蒸着またはスパッタリングと窒素イ
オン照射を組み合わせる方法（特開平５−３１１３９
６）で、低温でＣｒＮ被膜を形成することができる。
【０００４】しかし、イオンプレーティング、スパッタ
リング、イオン照射法等の気相コーティングは、高真空
雰囲気が必須要件となるため、従来処理法に比べ処理コ
ストが高く処理物の形状寸法に制約が生じるという問題
点があり、工業的により広く用いられていくためには、
プロセス機器の低コスト化、ハンドリングシステムの簡
略化が必要となる。
リング、イオン照射法等の気相コーティングは、高真空
雰囲気が必須要件となるため、従来処理法に比べ処理コ
ストが高く処理物の形状寸法に制約が生じるという問題
点があり、工業的により広く用いられていくためには、
プロセス機器の低コスト化、ハンドリングシステムの簡
略化が必要となる。
【０００５】また、一般にＣｒＮ被膜の欠点として、Ｃ
ｒＮの熱膨張率がＦｅに比べると１／６と小さいため、
熱応力がかかりやすく熱履歴剥離の問題が生じやすいこ
とや、低温処理の場合素地との密着性が悪いことなどが
あげられる。そこで、ＣｒＮ被膜の素地への密着性を向
上する目的で真空蒸着でＣｒ層を形成した後に窒素イオ
ンを照射し、窒化クロム膜にＣｒ原子と窒素原子との組
成比を段階的または傾斜的に変化させる方法が提案され
ている（特開平７−１０９５６１）が、膜厚が薄く熱膨
張率の違いによる熱履歴剥離の防止にはほとんど効果が
ない。
ｒＮの熱膨張率がＦｅに比べると１／６と小さいため、
熱応力がかかりやすく熱履歴剥離の問題が生じやすいこ
とや、低温処理の場合素地との密着性が悪いことなどが
あげられる。そこで、ＣｒＮ被膜の素地への密着性を向
上する目的で真空蒸着でＣｒ層を形成した後に窒素イオ
ンを照射し、窒化クロム膜にＣｒ原子と窒素原子との組
成比を段階的または傾斜的に変化させる方法が提案され
ている（特開平７−１０９５６１）が、膜厚が薄く熱膨
張率の違いによる熱履歴剥離の防止にはほとんど効果が
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
み、金属材料表面にＣｒＮ被膜を形成させる方法におい
て、処理コストが安価で経済的でありかつ処理物の形状
寸法に制約を受けず、金属材料素地との密着性に優れか
つ熱履歴剥離を防止したＣｒＮ被膜およびその形成方法
の提供にある。
み、金属材料表面にＣｒＮ被膜を形成させる方法におい
て、処理コストが安価で経済的でありかつ処理物の形状
寸法に制約を受けず、金属材料素地との密着性に優れか
つ熱履歴剥離を防止したＣｒＮ被膜およびその形成方法
の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＣｒＮ被膜およびその形成方法は、金属材
料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍのＣｒメッキ層
を有する積層構造であり、金属材料の表面にＣｒメッキ
を施した後に窒素を反応させて硬質のＣｒＮ被膜を形成
する方法である。
に、本発明のＣｒＮ被膜およびその形成方法は、金属材
料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍのＣｒメッキ層
を有する積層構造であり、金属材料の表面にＣｒメッキ
を施した後に窒素を反応させて硬質のＣｒＮ被膜を形成
する方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明者らは、金属材
料表面に迅速かつ均一で強固なＣｒＮ被膜を形成するこ
とができる方法として、経済性に優れ、汎用性が高い方
法の開発および金属材料素地との密着性に優れかつ熱履
歴剥離の少ないＣｒＮ被膜を目的に鋭意研究を重ねた。
その結果、被処理物表面にＣｒメッキを施した後に、窒
化雰囲気中で加熱保持してＣｒＮ被膜を形成する方法が
有効であり、この方法により金属材料素地とＣｒＮ被膜
の間に１〜５０μｍのＣｒメッキ層を設けることによ
り、金属材料素地との密着性に優れ、かつ熱履歴剥離の
少ないＣｒＮ被膜を得ることを見いだし本発明を完成さ
せた。
料表面に迅速かつ均一で強固なＣｒＮ被膜を形成するこ
とができる方法として、経済性に優れ、汎用性が高い方
法の開発および金属材料素地との密着性に優れかつ熱履
歴剥離の少ないＣｒＮ被膜を目的に鋭意研究を重ねた。
その結果、被処理物表面にＣｒメッキを施した後に、窒
化雰囲気中で加熱保持してＣｒＮ被膜を形成する方法が
有効であり、この方法により金属材料素地とＣｒＮ被膜
の間に１〜５０μｍのＣｒメッキ層を設けることによ
り、金属材料素地との密着性に優れ、かつ熱履歴剥離の
少ないＣｒＮ被膜を得ることを見いだし本発明を完成さ
せた。
【０００９】本発明のＣｒＮ形成方法は、従来技術と比
較すると高真空系を必要としないので経済性に優れ、汎
用性が高い方法である。また、熱履歴剥離の一つの原因
としては熱膨張率の違いによる熱応力が考えられる。例
えばＦｅの熱膨張率は１３．８×１０-6（／ｄｅｇ）あ
り、Ｃｒ以外のその他の非鉄金属も同等かそれ以上の大
きな値を示す。ところがＣｒＮの熱膨張率は２．３×１
０-6（／ｄｅｇ）と小さいため熱応力の発生しやすい状
況となる。しかし、Ｃｒの熱膨張率は８．４×１０
-6（／ｄｅｇ）であり、金属材料とＣｒＮの中間の値を
示す。金属材料素地とＣｒＮ被膜の中間にＣｒメッキの
層を形成することにより熱応力を分散抑制することが可
能となるものと考えられる。
較すると高真空系を必要としないので経済性に優れ、汎
用性が高い方法である。また、熱履歴剥離の一つの原因
としては熱膨張率の違いによる熱応力が考えられる。例
えばＦｅの熱膨張率は１３．８×１０-6（／ｄｅｇ）あ
り、Ｃｒ以外のその他の非鉄金属も同等かそれ以上の大
きな値を示す。ところがＣｒＮの熱膨張率は２．３×１
０-6（／ｄｅｇ）と小さいため熱応力の発生しやすい状
況となる。しかし、Ｃｒの熱膨張率は８．４×１０
-6（／ｄｅｇ）であり、金属材料とＣｒＮの中間の値を
示す。金属材料素地とＣｒＮ被膜の中間にＣｒメッキの
層を形成することにより熱応力を分散抑制することが可
能となるものと考えられる。
【００１０】さらに、本発明ではＣｒＮ被膜形成前にハ
ロゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応ガスで前処理
することも可能である。これは、ＣｒＮ被膜形成前の被
処理物を、ハロゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応
ガス雰囲気中に加熱保持する。この前処理によりＣｒメ
ッキ表面層に付着していた無機・有機の汚染物が破壊除
去されて表面が浄化され、更に、Ｃｒメッキ表面層に存
在している酸化被膜及びＯ2 吸着被膜を除去し、Ｃｒメ
ッキ表面は活性化された状態となる。ＣｒＮ被膜形成に
おいて、この活性化されたＣｒメッキ表面は、未処理の
Ｃｒメッキ表面に比べ窒素原子が吸着・浸透・拡散しや
すく、より低温でも迅速かつ均一なＣｒＮ被膜が形成さ
れる。この低温でも迅速にＣｒＮ被膜が形成されること
は、被処理物がゆがみ・ひずみのないものが望ましい場
合に特に有効である。
ロゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応ガスで前処理
することも可能である。これは、ＣｒＮ被膜形成前の被
処理物を、ハロゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応
ガス雰囲気中に加熱保持する。この前処理によりＣｒメ
ッキ表面層に付着していた無機・有機の汚染物が破壊除
去されて表面が浄化され、更に、Ｃｒメッキ表面層に存
在している酸化被膜及びＯ2 吸着被膜を除去し、Ｃｒメ
ッキ表面は活性化された状態となる。ＣｒＮ被膜形成に
おいて、この活性化されたＣｒメッキ表面は、未処理の
Ｃｒメッキ表面に比べ窒素原子が吸着・浸透・拡散しや
すく、より低温でも迅速かつ均一なＣｒＮ被膜が形成さ
れる。この低温でも迅速にＣｒＮ被膜が形成されること
は、被処理物がゆがみ・ひずみのないものが望ましい場
合に特に有効である。
【００１１】次に、本発明を詳しく説明する。本発明で
用いられる金属材料は、Ｃｒメッキが施せる材料であれ
ば特に限定されるものではなく、例えば鉄、鋼、非鉄金
属が利用可能である。また、他のメッキ処理との組み合
わせも可能である。本発明で用いられるＣｒメッキとし
ては、通常の工業用Ｃｒメッキおよび割れ目なしの高耐
食性Ｃｒメッキ、マイクロポーラスＣｒメッキ、２〜４
％炭素を含有したアモルファスＣｒメッキ等の特殊Ｃｒ
メッキが利用可能である。Ｃｒメッキ厚みは特に限定さ
れないが２〜５０μｍが好適に利用される。被処理物の
形状・寸法等は特に限定されないが、工業的には、半導
体封止材用金型、ゴム成形用金型、射出成形部品、シリ
ンダーおよびライナー、ピストンおよびピストンロッ
ド、ピストンリング、工具、シャフト及びジャーナル、
ロール、機械部品等に利用可能である。
用いられる金属材料は、Ｃｒメッキが施せる材料であれ
ば特に限定されるものではなく、例えば鉄、鋼、非鉄金
属が利用可能である。また、他のメッキ処理との組み合
わせも可能である。本発明で用いられるＣｒメッキとし
ては、通常の工業用Ｃｒメッキおよび割れ目なしの高耐
食性Ｃｒメッキ、マイクロポーラスＣｒメッキ、２〜４
％炭素を含有したアモルファスＣｒメッキ等の特殊Ｃｒ
メッキが利用可能である。Ｃｒメッキ厚みは特に限定さ
れないが２〜５０μｍが好適に利用される。被処理物の
形状・寸法等は特に限定されないが、工業的には、半導
体封止材用金型、ゴム成形用金型、射出成形部品、シリ
ンダーおよびライナー、ピストンおよびピストンロッ
ド、ピストンリング、工具、シャフト及びジャーナル、
ロール、機械部品等に利用可能である。
【００１２】本発明で使用されるハロゲン化合物もしく
はハロゲンを含む反応ガスとしては、例えばＮａＣｌ、
ＫＣｌ、ＣａＣｌ2 、ＣａＦ2 、ＫＦ、ＮａＦ等の塩浴
や、Ｃｌ2 、ＨＣｌ、ＣＨ3 Ｃｌ等の塩素系ガスを含む
もの、Ｆ2 、ＨＦ、ＣｌＦ3、ＮＦ3 、ＢＦ3 、ＣＦ
4 、ＳＦ6 等のフッ素系ガスを含むものが利用できる。
特にハロゲンガスはＮ2 、アルゴン等の不活性ガスで希
釈されたものでもよく、ハロゲン濃度は０．１〜１００
％の範囲で利用でき、処理温度は２０〜４００℃、処理
時間は１０〜４８０分が一般的に使われる。さらに詳し
く言えば、上記のハロゲン化合物の中でも低温でも反応
性が高く、より低濃度での処理が可能であることからＣ
ｌＦ3 が好適に用いられる。
はハロゲンを含む反応ガスとしては、例えばＮａＣｌ、
ＫＣｌ、ＣａＣｌ2 、ＣａＦ2 、ＫＦ、ＮａＦ等の塩浴
や、Ｃｌ2 、ＨＣｌ、ＣＨ3 Ｃｌ等の塩素系ガスを含む
もの、Ｆ2 、ＨＦ、ＣｌＦ3、ＮＦ3 、ＢＦ3 、ＣＦ
4 、ＳＦ6 等のフッ素系ガスを含むものが利用できる。
特にハロゲンガスはＮ2 、アルゴン等の不活性ガスで希
釈されたものでもよく、ハロゲン濃度は０．１〜１００
％の範囲で利用でき、処理温度は２０〜４００℃、処理
時間は１０〜４８０分が一般的に使われる。さらに詳し
く言えば、上記のハロゲン化合物の中でも低温でも反応
性が高く、より低濃度での処理が可能であることからＣ
ｌＦ3 が好適に用いられる。
【００１３】本発明の方法を具体的に説明すると、Ｃｒ
メッキを施した被処理物を脱脂洗浄した後に、加熱炉に
挿入する。Ｃｒメッキを施した被処理物は、メッキ後連
続に脱脂洗浄した後に、加熱炉に挿入することが望まし
いが、時間が経過した保存品を使用しても本発明の方法
では差し支えない。次に加熱炉をＮ2 、アルゴン等の不
活性ガスで置換する。更に、必要ならば、４００℃以下
まで昇温する。この場合は、不活性ガスの流通を継続し
てもよく、不活性ガスの流通を止めて真空ポンプにより
加熱炉を真空状態にすることも可能である。この操作は
その後のハロゲン前処理、ＣｒＮ被膜形成処理に妨害を
およぼす水分および酸素を十分に除去・脱離させること
を目的とするものである。その後、必要に応じて、加熱
炉を前処理温度（２０〜４００℃）に調整した後にハロ
ゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応ガス、例えばＣ
ｌ2 とＮ2 の混合ガスあるいはＣｌＦ3 とＮ2 の混合ガ
ス等を導入する。Ｃｌ2 またはＣｌＦ3 は活性基のＣ
ｌ、Ｆを発生し、表面に残存する汚れを除去するととも
に、Ｃｒメッキ表面に存在する酸化被膜や吸着Ｏ2 と迅
速に反応し、活性化された表面となる。このようにし
て、前処理した被処理物は、残存のハロゲン化合物およ
びハロゲンを含む反応ガスをＮ2 、Ａｒ等の不活性ガス
雰囲気の非酸化性雰囲気で置換した後にＣｒＮ被膜形成
処理を実施する。
メッキを施した被処理物を脱脂洗浄した後に、加熱炉に
挿入する。Ｃｒメッキを施した被処理物は、メッキ後連
続に脱脂洗浄した後に、加熱炉に挿入することが望まし
いが、時間が経過した保存品を使用しても本発明の方法
では差し支えない。次に加熱炉をＮ2 、アルゴン等の不
活性ガスで置換する。更に、必要ならば、４００℃以下
まで昇温する。この場合は、不活性ガスの流通を継続し
てもよく、不活性ガスの流通を止めて真空ポンプにより
加熱炉を真空状態にすることも可能である。この操作は
その後のハロゲン前処理、ＣｒＮ被膜形成処理に妨害を
およぼす水分および酸素を十分に除去・脱離させること
を目的とするものである。その後、必要に応じて、加熱
炉を前処理温度（２０〜４００℃）に調整した後にハロ
ゲン化合物もしくはハロゲンを含む反応ガス、例えばＣ
ｌ2 とＮ2 の混合ガスあるいはＣｌＦ3 とＮ2 の混合ガ
ス等を導入する。Ｃｌ2 またはＣｌＦ3 は活性基のＣ
ｌ、Ｆを発生し、表面に残存する汚れを除去するととも
に、Ｃｒメッキ表面に存在する酸化被膜や吸着Ｏ2 と迅
速に反応し、活性化された表面となる。このようにし
て、前処理した被処理物は、残存のハロゲン化合物およ
びハロゲンを含む反応ガスをＮ2 、Ａｒ等の不活性ガス
雰囲気の非酸化性雰囲気で置換した後にＣｒＮ被膜形成
処理を実施する。
【００１４】ＣｒＮ被膜形成処理は、３５０〜７００
℃、好ましくは４００〜５００℃の処理温度に加熱保持
し、ＮＨ3 を含む窒化雰囲気ガス、例えばＮＨ3 とＮ2
の混合ガスを導入することで行う。この場合に、効率よ
く活性なＣｒ層を形成させるためにＣｒＮ形成処理に先
がけてＨ2 を含む還元雰囲気ガスで処理することも可能
である。これにより活性なＣｒ層が形成されているた
め、ＮＨ3 が分解して発生する活性期の窒素（Ｎ）が吸
着され、金属内に侵入・拡散しやすく、以下の反応式に
従って被処理物表面にＣｒＮ、Ｃｒ2 Ｎ等の窒化クロム
層が形成される。 ２Ｃｒ＋Ｎ→Ｃｒ2 Ｎ （１） Ｃｒ＋Ｎ →ＣｒＮ （２）
℃、好ましくは４００〜５００℃の処理温度に加熱保持
し、ＮＨ3 を含む窒化雰囲気ガス、例えばＮＨ3 とＮ2
の混合ガスを導入することで行う。この場合に、効率よ
く活性なＣｒ層を形成させるためにＣｒＮ形成処理に先
がけてＨ2 を含む還元雰囲気ガスで処理することも可能
である。これにより活性なＣｒ層が形成されているた
め、ＮＨ3 が分解して発生する活性期の窒素（Ｎ）が吸
着され、金属内に侵入・拡散しやすく、以下の反応式に
従って被処理物表面にＣｒＮ、Ｃｒ2 Ｎ等の窒化クロム
層が形成される。 ２Ｃｒ＋Ｎ→Ｃｒ2 Ｎ （１） Ｃｒ＋Ｎ →ＣｒＮ （２）
【００１５】Ｃｒメッキ処理後ハロゲン化処理なしで直
接ＣｒＮ被膜形成処理を実施すると、Ｃｒメッキ表面上
に存在する酸化膜や吸着汚染物によりＣｒメッキ表面の
活性度が低下するために、処理時間が延びるという問題
点は生じるが本発明のＣｒＮ被膜は形成可能である。Ｃ
ｒＮ被膜形成の過程は、最初にＣｒ2 Ｎが形成されてさ
らにＮが吸着・拡散されＣｒＮが形成される。従って最
深部はＣｒ2 Ｎの比率が高く、被処理物の表層部はＣｒ
Ｎの比率が高い。本発明のＣｒＮ被膜はＣｒＮのみに限
定されるものではなくＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎの濃度勾配
を持った被膜となる。ＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜厚みは
特に限定されるものではないが通常１〜２０μｍが好適
に用いられる。
接ＣｒＮ被膜形成処理を実施すると、Ｃｒメッキ表面上
に存在する酸化膜や吸着汚染物によりＣｒメッキ表面の
活性度が低下するために、処理時間が延びるという問題
点は生じるが本発明のＣｒＮ被膜は形成可能である。Ｃ
ｒＮ被膜形成の過程は、最初にＣｒ2 Ｎが形成されてさ
らにＮが吸着・拡散されＣｒＮが形成される。従って最
深部はＣｒ2 Ｎの比率が高く、被処理物の表層部はＣｒ
Ｎの比率が高い。本発明のＣｒＮ被膜はＣｒＮのみに限
定されるものではなくＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎの濃度勾配
を持った被膜となる。ＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜厚みは
特に限定されるものではないが通常１〜２０μｍが好適
に用いられる。
【００１６】このようにして、得られた本発明のＣｒＮ
被膜は、金属材料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍ
のＣｒメッキ層を有する積層構造をとる。この構造は、
金属材料の熱膨張率とＣｒＮの熱膨張率の大きな差によ
り発生する熱応力を分散抑制する効果がある。ただし、
Ｃｒメッキ層が１μｍ以下の薄膜ではその効果はほとん
どみられない、また５０μｍ以上の膜厚はかえって脆く
なるので実際上効果がない。また、このＣｒＮ被膜の積
層構造は、表面硬度、耐摩耗性の向上だけでなく、Ｃｒ
メッキの耐食性を向上させることも可能である。
被膜は、金属材料素地とＣｒＮ被膜の間に１〜５０μｍ
のＣｒメッキ層を有する積層構造をとる。この構造は、
金属材料の熱膨張率とＣｒＮの熱膨張率の大きな差によ
り発生する熱応力を分散抑制する効果がある。ただし、
Ｃｒメッキ層が１μｍ以下の薄膜ではその効果はほとん
どみられない、また５０μｍ以上の膜厚はかえって脆く
なるので実際上効果がない。また、このＣｒＮ被膜の積
層構造は、表面硬度、耐摩耗性の向上だけでなく、Ｃｒ
メッキの耐食性を向上させることも可能である。
【００１７】
（実施例１）ＳＫＤ６１のテストピース（１５×３０×
２ｍｍ）に１０μｍの工業用クロムめっきを施したサン
プルを、アセトン中で超音波処理６０秒かけて脱脂を行
った。脱脂したサンプルを、反応炉（３０ｍｍφ×４０
０ｍｍ）に挿入し、Ｎ2 ガスで２回置換した後、５０℃
に昇温した。その後、Ｎ2 で希釈された１％ＣｌＦ3を
導入し、１時間保持した。次に、残存のＣｌＦ3 含有ガ
スをＮ2 を流通することで置換した後に、Ｎ2 で希釈さ
れた４０％ＮＨ3 ガスを導入し、５００℃まで昇温し、
５００℃で２４時間ＣｒＮ被膜形成処理を行った。この
際に、反応炉でのＮＨ3 ガスの分解率を５０％になるよ
うに、ＮＨ3 分解触媒を使用してＮＨ3 ガスを流通させ
た。
２ｍｍ）に１０μｍの工業用クロムめっきを施したサン
プルを、アセトン中で超音波処理６０秒かけて脱脂を行
った。脱脂したサンプルを、反応炉（３０ｍｍφ×４０
０ｍｍ）に挿入し、Ｎ2 ガスで２回置換した後、５０℃
に昇温した。その後、Ｎ2 で希釈された１％ＣｌＦ3を
導入し、１時間保持した。次に、残存のＣｌＦ3 含有ガ
スをＮ2 を流通することで置換した後に、Ｎ2 で希釈さ
れた４０％ＮＨ3 ガスを導入し、５００℃まで昇温し、
５００℃で２４時間ＣｒＮ被膜形成処理を行った。この
際に、反応炉でのＮＨ3 ガスの分解率を５０％になるよ
うに、ＮＨ3 分解触媒を使用してＮＨ3 ガスを流通させ
た。
【００１８】処理終了後、空冷してサンプルを取り出し
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で２μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の間に
８μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、母材ＳＫ
Ｄ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理が９００
〜１０００Ｈｖであるのに対して１８００〜２０００Ｈ
ｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒメッキ処
理が３６０ｄｓ／μｍに対して８２０ｄｓ／μｍであっ
た。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結果外観等
特に異常は見られなかった。
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で２μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の間に
８μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、母材ＳＫ
Ｄ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理が９００
〜１０００Ｈｖであるのに対して１８００〜２０００Ｈ
ｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒメッキ処
理が３６０ｄｓ／μｍに対して８２０ｄｓ／μｍであっ
た。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結果外観等
特に異常は見られなかった。
【００１９】（実施例２）実施例１と同様にＳＫＤ６１
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に１０μｍの工
業用クロムめっきを施したサンプルを、アセトン中で超
音波処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプル
を、反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2
ガスで２回置換した後、５０℃に昇温した。その後、Ｎ
2 で希釈された１０％Ｃｌ2を導入し、１時間保持し
た。次に、残存のＣｌ2 含有ガスをＮ2 を流通すること
で置換した後に、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3 ガスを
導入し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時間Ｃｒ
Ｎ被膜形成処理を行った。この際に、反応炉でのＮＨ3
ガスの分解率を５０％になるように、ＮＨ3 分解触媒を
使用してＮＨ3 ガスを流通させた。
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に１０μｍの工
業用クロムめっきを施したサンプルを、アセトン中で超
音波処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプル
を、反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2
ガスで２回置換した後、５０℃に昇温した。その後、Ｎ
2 で希釈された１０％Ｃｌ2を導入し、１時間保持し
た。次に、残存のＣｌ2 含有ガスをＮ2 を流通すること
で置換した後に、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3 ガスを
導入し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時間Ｃｒ
Ｎ被膜形成処理を行った。この際に、反応炉でのＮＨ3
ガスの分解率を５０％になるように、ＮＨ3 分解触媒を
使用してＮＨ3 ガスを流通させた。
【００２０】処理終了後、空冷してサンプルを取り出し
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で１．８μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の
間に８．２μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、
母材ＳＫＤ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理
が９００〜１０００Ｈｖであるのに対して１７００〜１
９００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して８００ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観等特に異常は見られなかった。
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で１．８μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の
間に８．２μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、
母材ＳＫＤ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理
が９００〜１０００Ｈｖであるのに対して１７００〜１
９００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して８００ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観等特に異常は見られなかった。
【００２１】（実施例３）実施例１と同様にＳＫＤ６１
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に１０μｍの工
業用クロムめっきを施したサンプルを、アセトン中で超
音波処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプル
を、反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2
ガスで２回置換した後、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3
ガスを導入し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時
間ＣｒＮ被膜形成処理を行った。この際に、反応炉での
ＮＨ3 ガスの分解率を５０％になるように、ＮＨ3 分解
触媒を使用してＮＨ3ガスを流通させた。
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に１０μｍの工
業用クロムめっきを施したサンプルを、アセトン中で超
音波処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプル
を、反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2
ガスで２回置換した後、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3
ガスを導入し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時
間ＣｒＮ被膜形成処理を行った。この際に、反応炉での
ＮＨ3 ガスの分解率を５０％になるように、ＮＨ3 分解
触媒を使用してＮＨ3ガスを流通させた。
【００２２】処理終了後、空冷してサンプルを取り出し
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ２Ｎ被膜は均
一で１．５μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の
間に８．５μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、
母材ＳＫＤ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理
が９００〜１０００Ｈｖであるのに対して１６００〜１
８００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して７８０ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観等特に異常は見られなかった。
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ２Ｎ被膜は均
一で１．５μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の
間に８．５μｍのＣｒメッキ層が構成された。硬度は、
母材ＳＫＤ６１が５００〜６００Ｈｖ、Ｃｒめっき処理
が９００〜１０００Ｈｖであるのに対して１６００〜１
８００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して７８０ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観等特に異常は見られなかった。
【００２３】（比較例１）実施例１と同様にＳＫＤ６１
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に２μｍの工業
用クロムめっきを施したサンプルをアセトン中で超音波
処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプルを、
反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2 ガス
で２回置換した後、５０℃に昇温した。その後、Ｎ2 で
希釈された１％ＣｌＦ3を導入し、１時間保持した。次
に、残存のＣｌＦ3 含有ガスをＮ2 を流通することで置
換した後に、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3 ガスを導入
し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時間ＣｒＮ被
膜形成処理を行った。この際に、反応炉でのＮＨ3 ガス
の分解率を５０％になるように、ＮＨ3 ガスを流通させ
た。
のテストピース（１５×３０×２ｍｍ）に２μｍの工業
用クロムめっきを施したサンプルをアセトン中で超音波
処理６０秒かけて脱脂を行った。脱脂したサンプルを、
反応炉（３０ｍｍφ×４００ｍｍ）に挿入し、Ｎ2 ガス
で２回置換した後、５０℃に昇温した。その後、Ｎ2 で
希釈された１％ＣｌＦ3を導入し、１時間保持した。次
に、残存のＣｌＦ3 含有ガスをＮ2 を流通することで置
換した後に、Ｎ2 で希釈された４０％ＮＨ3 ガスを導入
し、５００℃まで昇温し、５００℃で２４時間ＣｒＮ被
膜形成処理を行った。この際に、反応炉でのＮＨ3 ガス
の分解率を５０％になるように、ＮＨ3 ガスを流通させ
た。
【００２４】処理終了後、空冷してサンプルを取り出し
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で２μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の間の
Ｃｒメッキ層は消滅して残存していなかった。硬度は０
〜６００Ｈｖ、１６００〜１８００Ｈｖであった。往復
運動摩耗試験の結果は、７８０ｄｓ／μｍであった。液
槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結果外観に剥離ま
たはクラック、膨れ等がみられた。
た。得られたサンプルのＣｒＮおよびＣｒ2 Ｎ被膜は均
一で２μｍであり、ＳＫＤ６１素地とＣｒＮ被膜の間の
Ｃｒメッキ層は消滅して残存していなかった。硬度は０
〜６００Ｈｖ、１６００〜１８００Ｈｖであった。往復
運動摩耗試験の結果は、７８０ｄｓ／μｍであった。液
槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結果外観に剥離ま
たはクラック、膨れ等がみられた。
【００２５】（比較例２）ＳＫＤ６１のテストピース
（１５×３０×２ｍｍ）表面にイオンプレーティングに
より２μｍのＣｒＮ被膜を施した。硬度は１６００〜１
８００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して７８０ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観に剥離またはクラック、膨れ等がみられた。
（１５×３０×２ｍｍ）表面にイオンプレーティングに
より２μｍのＣｒＮ被膜を施した。硬度は１６００〜１
８００Ｈｖであった。往復運動摩耗試験の結果は、Ｃｒ
メッキ処理が３６０ｄｓ／μｍに対して７８０ｄｓ／μ
ｍであった。液槽冷熱衝撃試験（１００サイクル）の結
果外観に剥離またはクラック、膨れ等がみられた。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば硬度や耐摩耗性が著しく
向上し、しかも熱衝撃にも耐える強固な表面被膜を得る
ことが可能となる。
向上し、しかも熱衝撃にも耐える強固な表面被膜を得る
ことが可能となる。
Claims (6)
- 【請求項１】 金属材料素地の表面にＣｒメッキ層を具
備し、該Ｃｒメッキ層表面が窒化されてなることを特徴
とするＣｒＮ被膜。 - 【請求項２】 金属材料表面にＣｒメッキを施した後、
該金属素材を窒化雰囲気中で加熱してＣｒメッキ層表面
の一部を窒化させることを特徴とするＣｒＮ被膜の形成
方法。 - 【請求項３】 金属材料表面にＣｒメッキを施した後、
該金属素材をハロゲン化合物中若しくはハロゲンを含む
反応性ガス中で加熱し、Ｃｒメッキ層表面を浄化して活
性化し、次いで窒化雰囲気中で加熱してＣｒメッキ層表
面を窒化することを特徴とするＣｒＮ被膜の形成方法。 - 【請求項４】 ハロゲン化合物もしくはハロゲンを含む
反応ガスがフッ素化合物もしくは含フッ素ガスであるこ
とを特徴とする請求項３記載のＣｒＮ被膜の形成方法。 - 【請求項５】 含フッ素反応ガスがＣｌＦ3 を含む反応
ガスであることを特徴とする請求項４記載のＣｒＮ被膜
の形成方法。 - 【請求項６】 ５００℃以下の低温で加熱することを特
徴とする請求項２から４のいずれかに記載のＣｒＮ被膜
の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18257097A JPH1129848A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | ＣｒＮ被膜およびその形成方法 |
| US09/104,352 US6090223A (en) | 1997-06-25 | 1998-06-25 | Chromium nitride film and method for forming the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18257097A JPH1129848A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | ＣｒＮ被膜およびその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1129848A true JPH1129848A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16120596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18257097A Pending JPH1129848A (ja) | 1997-06-25 | 1997-07-08 | ＣｒＮ被膜およびその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1129848A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009084629A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Denka Himaku Inc | Ｃｒ−Ｎ膜形成方法 |
| WO2010002572A3 (en) * | 2008-06-30 | 2010-03-25 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Layered coating and method for forming the same |
| EP2196558A4 (en) * | 2005-09-01 | 2010-07-28 | Canon Anelva Corp | DEVICE AND METHOD FOR FORMING THIN LAYERS |
| JP2013127094A (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Canon Inc | クロム窒化物またはクロム炭窒化物の製造方法、クロム窒化物またはクロム炭窒化物、及びクロム窒化物またはクロム炭窒化物を用いた振動波駆動装置 |
| WO2015167082A1 (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 세화엠피(주) | 고기능성 볼트 및 고기능성 볼트 제조방법 |
| DE102016215709A1 (de) | 2015-08-28 | 2017-03-02 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenkomponente und Kette |
| DE102018204638A1 (de) | 2015-08-28 | 2018-10-04 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenbauteil und Kette |
| KR20180109758A (ko) | 2017-03-28 | 2018-10-08 | 가부시기가이샤쯔바기모도체인 | 체인부품 및 체인 |
| CN112899733A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 华中科技大学 | 一种致密氮氧化铬阻氢渗透涂层及其制备方法 |
-
1997
- 1997-07-08 JP JP18257097A patent/JPH1129848A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2196558A4 (en) * | 2005-09-01 | 2010-07-28 | Canon Anelva Corp | DEVICE AND METHOD FOR FORMING THIN LAYERS |
| JP2009084629A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Denka Himaku Inc | Ｃｒ−Ｎ膜形成方法 |
| WO2010002572A3 (en) * | 2008-06-30 | 2010-03-25 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Layered coating and method for forming the same |
| US8092922B2 (en) | 2008-06-30 | 2012-01-10 | GM Global Technology Operations LLC | Layered coating and method for forming the same |
| JP2013127094A (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Canon Inc | クロム窒化物またはクロム炭窒化物の製造方法、クロム窒化物またはクロム炭窒化物、及びクロム窒化物またはクロム炭窒化物を用いた振動波駆動装置 |
| WO2015167082A1 (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 세화엠피(주) | 고기능성 볼트 및 고기능성 볼트 제조방법 |
| DE102016215709A1 (de) | 2015-08-28 | 2017-03-02 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenkomponente und Kette |
| KR20170026256A (ko) | 2015-08-28 | 2017-03-08 | 가부시기가이샤쯔바기모도체인 | 체인 부품, 및 체인 |
| DE102018204638A1 (de) | 2015-08-28 | 2018-10-04 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenbauteil und Kette |
| DE102018204636A1 (de) | 2015-08-28 | 2018-10-04 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenbauteil und Kette |
| DE102018204638B4 (de) | 2015-08-28 | 2026-03-05 | Tsubakimoto Chain Co. | Kettenbauteil und Kette |
| KR20180109758A (ko) | 2017-03-28 | 2018-10-08 | 가부시기가이샤쯔바기모도체인 | 체인부품 및 체인 |
| US10260596B2 (en) | 2017-03-28 | 2019-04-16 | Tsubakimoto Chain Co. | Chain component and chain |
| CN112899733A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 华中科技大学 | 一种致密氮氧化铬阻氢渗透涂层及其制备方法 |
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