JPS581068A - 金属化合物皮膜の形成法 - Google Patents

金属化合物皮膜の形成法

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JPS581068A
JPS581068A JP9835481A JP9835481A JPS581068A JP S581068 A JPS581068 A JP S581068A JP 9835481 A JP9835481 A JP 9835481A JP 9835481 A JP9835481 A JP 9835481A JP S581068 A JPS581068 A JP S581068A
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JP
Japan
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metal
metal halide
mixed gas
hydrogen
halide
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JP9835481A
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English (en)
Inventor
Takeshi Yasui
安井 毅
Masahiko Hirose
広瀬 昌彦
Yoshiharu Ochi
越智 義春
Masatoshi Nakagawa
雅俊 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発喝は、金属化合物lL膜の形成法に係り、詳しくは
、絢−で美麗で経時的に安定な光沢を有ししかも耐擦傷
性に優れ、装飾用などに好適な金属窒化物皮膜の形成法
(関する〇 従来、腕時計の装飾用金側等として窒化チタン(TIN
 )の皮膜をcvn法により形成する試みがなされてい
る。このように、TINの皮膜は研磨すると金属光沢を
有し、しかもその色調が所謂金色であるため装飾用に適
することが知られている。しかし、CVD法により形成
した丁lN皮膜は、表面状態が粗雑であるため、前記の
よう化研磨しなければ装飾用としては使用−一である上
に、TIN等の金属窒化物は一赦に非常<a<て研磨は
大変であツタ0ソノ他、CVD法は、900〜1400
℃というかなり高温での処理が必要なため、エネルギー
ロスが大きい上に被処理体の材料や形状が制約6れると
いう不利な点や、ガス導入口側から排出口側へ濃度勾配
ができ、製品の品質にもばらつきが生じ墨いという欠点
もある。また、研磨の必要性やエネルギーロスのため製
品コストが高くなるという不都金もあった。
また、イオンブレーティング法により、装飾用金属窒化
物皮膜を形成する試みもなされているが、皮膜の均質性
、大量処理性の点で劣り、工業的レベルの実施には不適
幽である。
これらに対し、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の
ハロゲン化物(例えばT I CL、など)と水嵩と窒
素からなる混合ガス雰囲気内に被処理基体を一極として
設置し、諌基体の周囲化直流グロー放電を形成すること
により、基体表面〈金属電化−皮膜を形成する方法はC
VD法はど高温を必要とせず、エネルギー効率が高く、
大量処m@に優れていることがわかっている0この方法
では、反応用のガス分子がグロー放電により活性化され
、水素が金属ハロゲン化物を還元し還元された金属は窒
素と反応して金属窒化物として基体表面に堆積すること
により皮膜を形成する。金属ハロゲン化物中のハロゲン
はハロゲン化水素として除去されることになる。
ところが、水素が反応ガス中に比較的多量に含まれてい
る場合には還元がすみやか化進行してハロゲンはハロゲ
ン化水素として除去されるが、水嵩が少ない場合化は形
成された金属窒化物皮膜にハロゲンが残留する傾向がか
なりある・残留ハロゲンは形成した**に光沢むらやく
もりあるいは斑点模様を皮lI形成時にあるいは経時的
lこ生じさせる原因になる。このような光沢むらなどは
、装飾用としては重大な欠陥であり、とても実用化は困
難である・勿論、常に水素を多量化すればハロゲンの残
留をかなり避けることはできるが、得られる金属窒化物
皮膜の色調は使用する混合ガスの組成を変えること番こ
より調節することができるため、目的とする色調によっ
ては水素量を少なくせざるを得ない。
上述したような、残留ハロゲンの悪影替は窒化物皮膜を
形成する場合ばかりでなく、炭化物、炭窒化物あるいは
酸化−皮膜を形成する場合にもあり、外観上の難点に加
え、機能上の問題も懸念されている。
そこで本発明の目的は、グロー放電を利用する金属化合
物皮膜形成法の改良に係り、光沢むら、くもり、斑点模
様などが生じない、経時的にも安定で光沢を有する金属
化合物皮膜形成法を提供することにある。
本発明は、金属ハロゲン化物と、水素と、前記金属ハロ
ゲン化物と反応して金属化合物皮膜を形成し得る化合物
からなる混合ガス雰囲気内に被処理基体を一極として設
置し、諌基体の周囲&c11流グロー放電空間を形成す
ることに劣り基体表面に金属化合物IILjiIを形成
し;次いで前記基体を水素雰囲気内に設置し、諌基体の
周囲に下記条件でグロー款電空関を形成して錫層するこ
とを特徴とする装飾用金属窒化物皮膜の形成法: 水素ガス圧・・・0.5〜5テ・rr 。
印加電圧・・・400V〜4KVの直流電圧。
被処理基体の温度・・・0〜500℃。
被処理基体に流れる電流の電51賓縦 ・・・0.15〜101−0 使用する金属きしては、チタン、ジルコニウム、タンタ
ル、ハフニウムがあげられ、その他案用に供し得る1m
皺の*1の化合物皮膜を形成し得る金属なら使用できる
。これらのハロゲン化物としては例えば四塩化チタン、
1lSj塩化ジルコニウム、四塩化ハフニウム、五塩化
タンタルなどがあげられる。
前記金鋼ハロゲン化物と反応して金属化合物皮−を形成
する物質としては、′i71累もしくはアンモニア(窒
化物皮II)、炭化水嵩(炭化物all):窒素もしく
はアンモニアと、炭化水S(嶽窒化物皮膜)S11票、
二酸化責嵩勢の酸素含有物質(主として酸化物皮膜)な
どがあげられる・前記において嵐化水嵩の具体例として
は、メタン、エタン、エチレン、アセチレンなど広く用
いることができるO なお、窒化物、炭窒化物、炭化物からなる皮膜を形成す
る場合のハロゲン化物としては、チタン、ジルコニウム
、タンタル、ハフニウム、クロム、ニオブ、タングステ
ン、パサジウム、ケイ素、及びホウ素から選ばれた金属
のハロゲン化物が適する◎また・酸化物皮膜を形成する
場合のハロゲン化物としては、ケイ素、チタン、ジルコ
ニウム、アルミニウム、クロム、反ズ、インジウム、お
よびアンチモンから選ばれた金属のハロゲン化物があげ
られる。
第2工楊である、水素雰囲気中でのグロー放電による後
処理工程に本発明の生な脣微かある・この処理によって
、会員窒化物皮膜にたとえ塩素などのハロゲンがIII
Iしてぃたとしても水嵩により還元されハロゲン化水素
として除去される。このとき、生成したイオンによるス
パッタリング作用も起り、皮膜表面の洗浄化も進行し、
経時的に安定な美しい光沢の皮膜を得ることができる。
なお、1体を加熱して処理すると、より大きな効果が得
られる。処理時間は、大体10〜30分で十分である0
丈た、グロー放電を行う際には、被処理基体を陰極とし
て直流により行った方がより均一な処理が達成される。
図面は、本発明の方法を実施するための装置を模式的に
示した図で、今、窒化物形成用に調整されている。
この処理装置は、反応容器1と、#反応容器のガス供給
口2〈配′#3を介して原料ガスを供給するガス供給系
4と、反応容I11の排気口5に接続された排気系6(
図示略)とから構成されている。
反応容I11の内部には、被処理基体7を電気的に導通
した状態で設置し得るような板状陰極8が水平に支持さ
れ、陰極8の一端9は絶縁真空シール10を介して反応
容461の外部へ導出されている。
才た、陰極8の上方には、対抗電極(陽極)11が適宜
O間隔(この例では10 as )をおいて支持されて
いて、その一端12も絶縁真空シール13を介して反応
!!!!1の外部へ導出されている。
各電極は・配線14により直流電源15のしかるべき端
子に接続され、陽極側はアース16により接地されてい
る。板状陰極8の下面にはヒータ17が設けられ、この
ヒータは絶縁真空シール18を介してヒータ用電源19
に接続されている。このヒータの働きにより、陰極8の
上に設置した基体を所望の温度に加熱することができる
。また、反応容Is1には展圧方針20が設けられてい
て、容器内圧力を測定することができる◎更に、反応容
器1にはガラス窓(図示略)が設けられていて、被処理
基体7の温度をパイロスコープにより測定することがで
き、才た放電状態をI[察することもできる◎ 原料ガス供給系4は、金属ハロゲン化物21を収容した
密閉容器22を有し、水嵩ボンベ23及び1m素ボンベ
24のそれぞれから、バルブ23′及びバルブ24′に
よって流量が調節され、次いで配管25内で混合された
H、−N、混合ガスが三方バルブ2・を介して!!1I
IF5答器22内へ導入される。
配管25の先端25mは金属ハロゲン化物21の液面下
鵞で及んでいる・密閉容器22の周囲には温度コン)o
−ラ27が設けられていて、密閉容器22内の温度を所
望〇一定11ど自動的に制御して、所定の金属ハロゲン
化物蒸気圧が得られるようになっている0すなわち、バ
ルブ23′及び24′、並びに温度コントローラ27を
調節することにより、反応容器1に供給する原料ガスの
組成を調整することかで・きる。反応容器1内番こ水嵩
ガスのみを導入する−こは三方バルブ26を調節し)バ
ルブ24’、2gを閉じて配管25bを介して行うO 上記の*置を用いて本発明を実施した具体例を以下に説
明する。
実施111  窒化チタン皮膜の形成 Cr 38%、u3.8%、N@部の組成である合金か
らなり、寸法30×5 である金属板を皺処環用試料と
して用いた。十分に脱脂、洗浄した試料を反応容器1内
の板状陰極8の上に100個セットした・金属源として
は四塩化チタンを用いた◎はしめ真空ポンプにより反応
容器1内を10”−”Torr以下に排気した後にj[
科ガスを導入した。このときのガス混合比はモル比でT
ICt、: H,:N、 −1:19:6 であった。
ガス圧力は2 Torr で電圧500V、処理温度5
50℃で30分間放電を行ない、冷却後試料を取り出し
た。次に別の同じ試料100個を同一処理条件で被覆処
理した後、充分残留ガスを排気し、次いでH,ガスのみ
を導入し、圧力2Torrs電圧509vで20分間放
電を行ない、処理後試料を取り出した。前者100個の
処理試料のうち35個が経時変化を起し、くもりや斑点
模様が生じていた。しかし後者1゛00個については不
要の発生は全くなく、美しい光沢を有する金色の皮膜が
形成された。
実施例2  窒化ジルコニウム皮膜の形成前記実施例1
と同様試料100個をセット後、排気を行ない原料ガス
を導入した・そのときのガス混合比はZrCl2、馬、
N−各々モル比で1:20゛:4であった。ガス圧力は
3 T@rr で、電圧600V、処理温度600℃で
30分間の放電を行なった。炉冷却後、試料を散り出し
た・次に別の同じ試料100個に同様の条件で放電被覆
処理を実施した後、充分真空ポンプで排気後、水素ガス
のみを導入し、ガス圧力2Torr、電圧5oovで2
0分間放電を行ない、炉冷却後試料をとり出した。
前者の100個の試料のうち21個が経時変化を起し、
試料表面に斑点模様が発生していた。一方水素を用いて
後処理した後者の100個の試料については不要の発生
は全くなく、員しい光沢面の皮膜が得られた。
実施例3   gM化ハフニウム皮膜の形成前記実施l
l111と同様に試料100個をセット後排気を竹ない
、Jll科ガスとしてHfC4s H*%N。
を各々モル比で1:5;15の割合の混合ガスを導入し
た。ガス圧力は2 Torr  で電圧550V処理1
1g580℃で30分間放電を行なっただけのものと、
同様の放電被覆処理を実施した後頁にH。
ガスのみを導入しガス圧力3forrs電圧500V、
処mii度500℃で20分間放電を行なったものを1
製した。光沢むら、くもり、斑点模様などの不jL尭生
を比軟したところ、各100個の試料のうち前者の不実
個数は25個で後者は0個であった。
以上のように所定の放電被覆処理を実施した後、馬ガス
のみにて後処理を施すことにより装飾用部品として、清
浄かつ良質の金属窒化物皮膜が得られ、不良品発生率が
極力低下され有用なものとなることがわかった。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の方法を実施するための装置を模式的に表
した図である。 l:反応賽−14;ガス供給皐、7薯賛紙権篇体、8:
[状陰極、11:@極・15:1流電源・17:ヒータ
、21:金属ハロゲン化物、23:水嵩ボンベ、24:
窒業ボンベ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)金属ハロゲン化物と、水嵩と、前記金属ハロゲン
    化物と反応して金属化合一皮膜を形成し得る物質からな
    る混合ガス寥囲気内に被処理基体を一極として設置し、
    骸1体の周囲に直流グロー款電空間を形成することによ
    り基体表面化金属化合物皮膜を形成し;次いで前記基体
    を水素軍s気内jc設置し、鼓基体の周囲番こ下記条件
    でグロー放電空間を形成して処塩することを籍黴とする
    装飾用金属窒化愉皮展の形成法: 水素ガス圧・・・0.5〜5 T@rr 。 印加電圧・・・400V心4 KV の直流電圧。 被処理基体の11・・0〜5oot 。 被IJ&履基体に流れる電流の電met゛−0,1S 
    〜10 mV−e (2、特許請求の範囲第1項記載の方法であって、混合
    ガスが金属ハロゲン化物と、水素と、窒素もしくはアン
    モニアからなる方法0 (3)  特許請求の範囲第1項記載の方法であって、
    混合ガスが金属ハロゲン化物と、水嵩と、責化水素から
    なる方法@ (4)  41許晴求の範囲第1項記載の方法であって
    、拠金ガスが金属ハロゲン化物と、水嵩と、窒素もしく
    はアンモニアと、炭化水嵩からなる方法。 (5)  特許請求の範囲第2項、第3項又は第4項記
    載の方法であって、金属ハロゲン化物が、チタン、ジル
    コニウム、タンタル、ハフニウム、クロム、ニオブ、タ
    ングステン、バナジウム、ケイ素、ホウ累から選ばれた
    金属のハロゲン化物である方#&。 (6)特許請求の範囲第1項記載の方法であって、混合
    ガスが金属ハロゲン化−と、水嵩と、酸素含有物質から
    なる方法0 (71特許請求の範iIm第6項記載の方法であって、
    mat食有物質が酸素または二酸化炭素である方法〇 (8141許饋求の範囲第6項記載の方法であって、金
    属ハロゲン化物が、ケイ素、チタン、ジルコニウム、ア
    ルミニウム、クロム、スズ、インジウム、又はアンチモ
    ンから選ばれた金属のハロゲン化物である方法0
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6456864A (en) * 1987-08-28 1989-03-03 Sumitomo Cement Co High-hardness coating film and its production

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6456864A (en) * 1987-08-28 1989-03-03 Sumitomo Cement Co High-hardness coating film and its production

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