JPS5943865A - 防振合金材料の加工法 - Google Patents

防振合金材料の加工法

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JPS5943865A
JPS5943865A JP15254382A JP15254382A JPS5943865A JP S5943865 A JPS5943865 A JP S5943865A JP 15254382 A JP15254382 A JP 15254382A JP 15254382 A JP15254382 A JP 15254382A JP S5943865 A JPS5943865 A JP S5943865A
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JP
Japan
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vapor deposition
vibration
alloy material
diagram
deposited
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Application number
JP15254382A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Narimatsu
成松 俊彦
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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は例えばli”e−Cr−、Alの37[;素
から成る防振合金材料のダンピング効果を低下させるこ
となく表面の機械的特性を増すための蒸着法と防振材料
の加工法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
金属材料が構造材料として広く一般に使われるのは、そ
の優れた強度による。その金属材料は、しばしば入間に
とって、きわめて耳ぎわすな騒音を発生する。最近、金
属材料の騒音による労働災害の問題が犬きく取り上げら
れ、それ((半ない振動、・吸音防止用の所らしい防振
片歌材料が開発された。防振材料は、金属材料に大きな
減Nt+ヒを兼ね備えさせろことができればよい。減尺
能とは振動エネルギーを熱に変える能力をいう。pi音
防止のBf否は、せ金の内部摩擦に依存するものである
内部摩擦が大きいほど、減衰効果は著しくなり、共鳴曲
線も偏平となり、共鳴振幅が小さくなる。
これらの防1辰材料は、・血度がi* ′fにつれ防敗
係数が反比例的に減少するI・項四がある。これらの防
振8歌を分類すると、(1)複む型、(2)強磁性型、
(3)転位型、(4)双晶型に分けらhる。
このような材料を機械設計の中で構造材料として用いる
ならば、機械騒音をその音源に陸いて抜本的に解消する
ことが期待できる。しろ・1〜、を幾械構造材料として
用いるためには、機械部品仕様に適合した特性を保持し
なければならない。一般に機械部品材料はa造、鍛造及
び冷間引抜き一俸の>参炭硬化したものが使われる。鋳
造及び虚漬品は、一般に防振台金の複合型が1吏われる
。しかし、1幾械部品の可動部、例えばエンジンのロッ
カー゛アーム、タペット及びタベットクチガネ等は靭性
及び機械的強度が安来されるため、冷間引抜き鋼棒をガ
ス 炭硬化処理など行なって1史用されている。
そのため、機械部品の可動部が、騒音の発生源となり、
エンジンメーカーは、2次加工性の良好な強磁性型防振
合金材料の1発に注目している。強磁性型のナイレンタ
ロイは2次加工は4易であるが、2次加工後、磁区壁調
整に、温度1000±200 ’0でサイレント処理を
行なうため、表面が軟質化され耐摩耗性に弱く、構造機
械部品への1.6用ができなかった。その対策として、
硬itクロームメッキ処理にてナイレンタロイの表面硬
化をrjなったが、その結果はメッキ層の欠陥冶度が尚
く基板界面での残留応力による振動減衰能が低下するな
どの欠点があった。また蒸着法も試みたが、プラズマエ
ツチング処理のみでは振動減衰効果は良好であるが、基
板界面の結合力に影響する耐摩耗性が変動するなど蒸着
処理柔性の設定が最大の課題であった。
この発明の目的は、構造機械部品の騒音の発生源となる
可動部品材料に、加工性が谷易な1)I振廿裟材料ザイ
レンタロイの応用に関[7、靭性を保持し機械的特性を
満すだめの右4截着処理を行なっても、振動減衰能を保
持するザイレノタロイの加工法を佛供するものである。
〔発明の概要〕
この発明に係る防振什釡材料ナイレノタロイの機械的特
性を増すだめの加工法は、冷延鋼棒及び鍛造鋼材を用い
、’?’r+部品檀度にIJII工した女、サイレント
処理(+000±200”C)を行なったものに、規定
の厚さの金+Ii蒸着を行なっても、防振合接材料ナイ
レンタロイの扇動減衰能を1呆待l〜でなることを特徴
としている。その蒸着法は九空紫肩、スパッタリング、
・イオンプノーティング及び反応性’−ILJ(AK)
を用い全て一達成された。防県i:を椴材料すイレンタ
ロイJl(板と暎界面の請は力ば[)II処理幼果に依
存する。その前処理幼果は湿式洗滌とプラズマエツチン
グを併用することにより達1戊された。
サイレンタロイの振動減衰能を保持しつつ、耐摩耗性及
び表面の機械的性質を増すための蒸着条件は蒸着速度、
反応ガスの種類、基板温度及び堆積膜厚に依存するため
、規制する必要がある。蒸着法を用いて金属及び金属酸
化物被膜を形成し、機械的性質を増したサイレンタロイ
は、硬ペクロームメッキを施したものと比べ振動減衰能
が格段に憂れ、未処理丈イレンタロイと同等であること
が確認された。
上述したナイレンタロイの機械的特性を増すための金属
及び金4・酸化物を形成し7てなる蒸着法は、前処理と
して溶剤超音波洗滌及びプラズマエツチング処理を充分
性なった後、蒸着法を用いて歌属及び金属「酸化物を形
成することによって容易に生産することがある。
〔発明の効果〕
この発明によれ、′ば、Fe−Cr−41の3元系合金
からなる防1辰台今材料ナイレンタロイを基材とし、蒸
着法を用いてPi及びCrを3μ以上−10μ以下の膜
厚を形成することによりサイレンタロイの靭性を保持し
つつ表面のf@械内的特性増すことができ、しかも、振
動減衰能を保持した1、弯造用1慢織部品への活用をr
IT化にしたものでろろ。蒸着法(・こtり表面の[炎
内的特性を1冑した防糸材料リ−イレ/りIJイは、エ
ンジン寺に利用fろことにtす・所1fせが格段と減少
し、労1動災告の間、?1iへのIff決の糸1」とな
るものである。
上述した防帳合金材料のブイレンタロイjfよ、腹合型
の二礎鉄用防振行金と併用することiCより所皆硼もよ
り効果的に減少することがtUj寺CきAものでめろ。
〔発明の実施例〕
以′F図面を参照して、この績明を詳イ111に、説明
する。第1図は、この発明に糸る防糸訃(φ材料ナイレ
ンタロイのイオンブレーティング族a tbによる捲着
の1列である。;81図の特徴ゲよ、放電ガスの吸蔵に
よる格子欠陥密度の減少と蒸着膜の耐摩耗性向上のため
に、ガス放電によるプラズマエツチングと蒸着工程を分
離させた装、置である蒸着用基板(1濠は基板取付用ド
ラム(5)に取付けられ定求ノにで回転すると共に個々
の基板も膜厚を均一にするために回転方式を採用した。
イオンブレーティング蒸着法は排気1調節弁(2)を開
放し高真空排気系(3)により真空槽(1)を10−3
〜10 ’ Torrにした後、磁界(、[■Kjるガ
ス放電発生器(9)のアノード18)とカンードf13
1間にプラズマ(lυを発生させプラズマエツチング処
理を行ない、その後抵抗発熱器(6)の蒸発源(力から
気化された蒸気流Bi3を基板(1(ト)に均一に蒸着
させる方式を採用した。また、金属酸化物等の蒸着はガ
ス導入口(4)から反応ガスを尋人l−蒸着を行なった
第2図は上述した蒸着方式によりCrt’l’r及びT
iezを蒸着した試片を用い、片持梁の撮動減衰形態を
示した線図である。線図は縦軸に振幅(rum )横軸
に時+b’1(sec)をとり振lIg変化を示した線
図。
(2人)は防aa=金F”e −Cr−M、  3元什
歌のシ゛イレント処理なしのl辰動減衰杉態を示した庫
図。
(2B)はサイレント処理したもの及びCr*Ti*T
iO2を蒸着した試片で振動減衰能の艮好なものの線図
である。蒸着前の前処理条件と蒸着膜厚分布による防振
効果の有無は、片持梁の憑4減衰線図から容易に求めら
れる。例えば、金属の前処理に一般に利用されるサンド
ブラスト処理と溶剤洗滌を併合し艶ものと溶剤洗滌のみ
のものにクロームを3μ蒸着した試片の撮動減衰11斐
図から対数減衰率(log r1/r2=δ)を求めた
結果、ナンドブラスト処理品は、艮好な振動減衰率を1
01とした場合、対数減衰率が40チも低F L、た。
従って、強磁性形の防振合金材料の振動減衰4ノ果は蒸
着時の前処L′!l!条件及び蒸着条件とそのI膜厚に
依存するものである。
第3図は第1図の蒸着法により蒸着した試片の膜厚に対
する対数減衰率(δ)の低下と硬+f変化を示した線図
。第3図で得られた蒸着条件は、(1)蒸着時の真空度
5X10−3〜10 ’ Torr、 L2)堆積速度
0.5μ〜1μ/分、(3)到4に突変10 ’Tor
rであった。第3図は横軸に蒸NI膜厚、左縦lll1
IIにサイレント処理剤の減衰率を1009!+とし、
蒸)/1模厚による対数減衰率の低下を100分率で示
し、右縦軸は谷&F属膜厚に対するマイクロビッカース
硬度(HMv) Z化を示し、蒸着!漠の機械的性質の
変化と防(辰功果の関係を表わした。線図(3υは、ク
ロームの蒸着膜厚と対数減衰率の低下を示す1礫図、線
図い2はクローム蒸着膜厚と硬度変化を示す線図。線図
1刈はチタン蒸着膜厚と硬度変化を示す1腺図である。
左属チタン膜は、膜中の酸素の配位数によって硬度も増
大するが、その硬度変化は蒸着時の酸素分圧にべ存する
。・窮4図は蒸着膜の耐摩耗性を解析した線図である。
耐摩耗性の試験はサイレンタロイ嘴板に蒸着クローム膜
厚10μを形成したものを用い、鋼球に硬質クロームメ
ッキ及び蒸着法にて被覆したクローム膜を試片とし、被
覆された/−球と鋼板を接触させ、鋼球に荷重2 kg
 、速度0.6171/分の条件で鋼板上を作動さぜ、
作動距i碓に対する鋼球の摩耗量を試験路r後超音波洗
滌と乾燥を行ない、重駄減で示す方法を採用した。縦軸
は摩耗4t(mg)横軸は移動距離(ホ)で示した。、
茗4図の実線は蒸着クローム膜の膜厚による摩耗量の変
化を示し、点線は硬質クロームメッキ膜の摩耗量の関係
を表わした線図である。
第4図の線図(41)は蒸着クローム1漠厚4./IZ
!J)611図、線図I侶s t421は蒸着と硬質ク
ローム膜・ツキ膜厚3μの線図。線図(43p t4′
jjは蒸着と硬質り1コームメ・ツキ膜厚10μの線図
である。
第4図の耐摩耗性の解析結果は、湿式り・1−ムメッキ
と蒸着では明らかに摩耗量が異なることを示した。摩耗
量の相Aは湿式メッキでは電析中に陰イオンの吸着によ
る格子欠陥密度の」・θ大が1酎摩耗性を1氏丁させる
ことである。
以Fに、防振合金材料ナイレンタロイの防振効果を保持
しつつ、表面のF&械的特性を増まための加工法に関し
、クローム及びチタン模の形成法と膜厚形成範囲を設定
した本発明の具体的)!:θm例をあげ説明する。
〔実肩列1〕 防振合金材料サイレント処理の表面の機械的性質を増す
ために、硬質クロームメツキをI進こし、膜厚に対する
対数減衰率を測置した結果、硬質クロームメッキの対数
減衰率(δ)は膜厚によって低Fするが、サイレント処
理片の対数、減衰率を100俤とし相対比を取った場合
、膜厚1μでも40チと低下した。従って第4図から耐
摩耗性と振動減衰率等を考慮した場合、硬゛成りローム
メッキによるナイレンタロイの機械的性質の改質では殆
んど幼果はみられなかった。
〔実施例2〕 蒸着時の前処理による振動減衰率と耐摩耗性の相関を求
めた結果、第1図の装置を用い、プラズマエツチング処
理だけのものは振動減衰率は良好であるが、耐摩耗性が
悪く歩留も60チ程度であった。また前処理のサンドブ
ラスト処理に溶剤超音波洗滌を併合したものと、溶剤超
音波/7Il:滌のみによる金属環4後の振動減衰率を
解析した結果、サンドブラスト処理を肩こしたものは、
対数減衰率(δ)で40優も低ドしたが溶剤超音波洗滌
條のみのものは、対数減衰率(δ)がナイレント処理片
と同等で歩留も99チと向トした。
〔実施例3〕 全4蒸着法のスパッタリング法を用い蒸着し耐摩耗性を
評価したところ、スパッタリング模では耐摩耗性が悪く
蒸着後400′a以上で熱処理を行なうと耐摩耗性が艮
くなる傾向を示した。スパッタリング模の耐摩耗性の低
−ドは、蒸着時のグラズマガスイオンの吸蔵による格子
欠陥密度の増大が原因でちる。従って、スパッタリング
法で蒸着する場オけ、スパッタ膜形成後、400”0以
上のl温度で脱ガス処理を行なう必要があった。
〔、I!怖副列4 〕タン蒸着の場合、活性化反応1t%)蒸着も試みたが
、その反応ガスには、N2・02・C:(4tO2等を
用いた。N2とC1(4t02では族4痒向の残留応力
が高く、振動減衰率が低下したが、02では振動減衰率
も良好で、不活性ガスとの分圧比によって表面硬度がA
整できた。従−)て、図3〜4から蒸着時の厚膜による
欠陥冶度の増大を予測し、クローム膜厚と同等に規制し
たものである。
〔実施例5〕 前処連条1は溶剤超音波洗滌とプラズマエツチング処理
を併合したものとし、第1図のイオングレーティング装
ftを用い蒸着試片を解析し7とところ、第3図から防
振合金材料+7−イレンタロイの金属蒸着j膜厚とS動
減衰率の低下は、クローム膜厚10μで約10%低ドす
ることから、上限膜厚を10μと限定した。さらに、4
4図から耐摩耗性と膜厚の関係を求め、蒸着膜厚の下限
は3μに限定した。
従って、Cry’ri及びriOz、d厚が3μ以上1
0μ以下に限定され、ナイレンタロイに蒸着した試片は
、第2図の線図(2B)の減衰線図と同等で、表面の機
械的1生質を向上し4造用機械部品への適用をoT能に
したものである。さらに、第1図の疾1#を用いること
により破産を1lIT能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いた蒸着装置dの1列でちる。 第2図は防振台会材料ナイレンタロイのナイレント処理
の有無と蒸着処理試片の撮動振幅の減衰形態を示した線
図。第3図は蒸着膜厚に対する振動減衰能の低下率と硬
度変化を示す線図で、振動減衰能に関する上限膜厚を規
制する線図である。第4図は硬直メッキと蒸着膜質の相
異を耐摩耗性から評価した線図で耐1≠耗性1(関する
上限膜厚を1#制する線図である。 ■・・・真空槽、2・・・排′、ft調節升、3・・・
へ)1!排気系、4・・・ガス導入口、5・・・同転用
基板取付ド、ンム、6・・・抵抗加熱器、7・・・蒸発
源、8・・・アノード、9・・・ガス放電発生d診、1
0・・パI化磁気コイル、11・・・ガス放電プラズマ
域、12・・・蒸気流、1:3・・・基板、2N・・・
サイレント処理しない基板の振動減衰線図、2B・・・
サイレント処1艷[片及び俵着片の振動減衰が良好な線
図、31・・・蒸着試片の・辰勅減哀の低下線図、32
・・・り【コーム礪庸莫の1莫厚による硬!cc化、線
図、33・・・チタン薫屑模の4厚変化による硬度変化
線図、41〜43・・・蒸腐りローム膜厚斐化と耐摩耗
特性の線図、 4)〜4ご・・・硬直クローム膜厚変rヒと耐摩耗Lr
!f注の線図。 代理人 弁哩士 則 近 冴 佑 (は力11名) 第1図 第2図 第 3 図 (、U〕 第4図 (η)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 合金成分がFe−Cr−klの3元素から成る防振合金
    材料を基材として、その機械的特性を満すための加工法
    に関し、蒸着法を用いて、Ill j及びCr膜厚を3
    μ以上−10μ以下に形成してなることを特徴とする防
    振合金材料の加工法。
JP15254382A 1982-09-03 1982-09-03 防振合金材料の加工法 Pending JPS5943865A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4946747A (en) * 1987-04-30 1990-08-07 Balzers Ag Machine element and method of making
CN103866322A (zh) * 2014-03-21 2014-06-18 佛山市红利建材有限公司 铝材真空镀膜工艺

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