JPS6033190B2 - 金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素被膜を形成する方法 - Google Patents
金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素被膜を形成する方法Info
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- JPS6033190B2 JPS6033190B2 JP4065481A JP4065481A JPS6033190B2 JP S6033190 B2 JPS6033190 B2 JP S6033190B2 JP 4065481 A JP4065481 A JP 4065481A JP 4065481 A JP4065481 A JP 4065481A JP S6033190 B2 JPS6033190 B2 JP S6033190B2
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はプラズマ化学蒸着法を用いて金属基体表面に
密着性のすぐれた炭化けし、素皮膜を形成する方法に関
するものである。
密着性のすぐれた炭化けし、素皮膜を形成する方法に関
するものである。
従来、一般に木工用ドリルやノコ刃などの切削工具、ダ
イス、軸受、および繊維機械のガイドなどの耐摩部品に
は耐摩耗性を付与する目的で、またメカニカルシールな
どには酸およびアルカ川こ対する耐食性を付与する目的
で、さらに磁気テープのガイドピンやヘッド面には非磁
性と耐摩耗性を付与する目的で、それぞれその表面に、
高硬度を有し、かつ耐摩耗性および耐食性にすぐれた炭
化けし、素(以下SICで示す)を被覆することが行な
われている。
イス、軸受、および繊維機械のガイドなどの耐摩部品に
は耐摩耗性を付与する目的で、またメカニカルシールな
どには酸およびアルカ川こ対する耐食性を付与する目的
で、さらに磁気テープのガイドピンやヘッド面には非磁
性と耐摩耗性を付与する目的で、それぞれその表面に、
高硬度を有し、かつ耐摩耗性および耐食性にすぐれた炭
化けし、素(以下SICで示す)を被覆することが行な
われている。
このSIC被膜は、通常反応温度が低く、かつ被覆付着
性の良好なプラズマ化学蒸着法、すなわち0.1〜数ト
ルの減圧雰囲気中でグロー放電を利用して金属基体表面
に化合物を蒸着させる方法により形成されている。しか
し、SICは、熱膨張係数が4×10‐6加‐1℃‐1
と、鋼やAIなどの金属の熱膨張係数:10〜25×1
0‐6肌‐1℃‐1に比して低いために、SIC被膜の
形成を、特に良質のものを得る目的で高温反応温度で行
なわなければならない場合、熱膨張係数のかかる差によ
ってSIC被膜にクラツクが入ったり、著しい場合には
剥離を生じたりすることがいましば発生するものであっ
た。
性の良好なプラズマ化学蒸着法、すなわち0.1〜数ト
ルの減圧雰囲気中でグロー放電を利用して金属基体表面
に化合物を蒸着させる方法により形成されている。しか
し、SICは、熱膨張係数が4×10‐6加‐1℃‐1
と、鋼やAIなどの金属の熱膨張係数:10〜25×1
0‐6肌‐1℃‐1に比して低いために、SIC被膜の
形成を、特に良質のものを得る目的で高温反応温度で行
なわなければならない場合、熱膨張係数のかかる差によ
ってSIC被膜にクラツクが入ったり、著しい場合には
剥離を生じたりすることがいましば発生するものであっ
た。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、クラッ
クや剥離などの発生のない、密着性のぐれたSIC被膜
を金属基体表面に形成すべく研究を行なった結果、プラ
ズマ化学蒸着法によりSIC被膜を形成するに先だって
、Si被膜を金属基体表面に予め蒸着形成してやると、
このSi被膜は結晶化していない無定形(アモルファス
状)のものであるため、結晶状のSiの熱膨張係数:6
〜7xlo‐6肌‐1℃‐1より大きい熱膨張係数:7
〜8×10‐6伽‐1℃‐1をもち、この熱膨張係数は
SIC被膜と金属基体との中間のものであるため、SI
C被膜と金属基体との間にSIC被膜形成時に熱膨張差
により発生する歪が緩和されるようになることから、ク
ラックや剥離の発生が著しく抑制されるようになり、ま
た、このSi被膜はSICに比して硬さは低いが、金属
的展延性に富むものであるため、機械的衝撃に対して緩
衝材としての作用を果し、さらにSi被膜とSIC被膜
の形成が連続的に行なわれるため、Si被膜とSIC被
膜との付着力は強く、かつSi被膜と金属基体表面との
付着力もすぐれたものであることから、全体として金属
基体表面に強固なSIC被膜を形成することができると
いう知見を得たのである。
クや剥離などの発生のない、密着性のぐれたSIC被膜
を金属基体表面に形成すべく研究を行なった結果、プラ
ズマ化学蒸着法によりSIC被膜を形成するに先だって
、Si被膜を金属基体表面に予め蒸着形成してやると、
このSi被膜は結晶化していない無定形(アモルファス
状)のものであるため、結晶状のSiの熱膨張係数:6
〜7xlo‐6肌‐1℃‐1より大きい熱膨張係数:7
〜8×10‐6伽‐1℃‐1をもち、この熱膨張係数は
SIC被膜と金属基体との中間のものであるため、SI
C被膜と金属基体との間にSIC被膜形成時に熱膨張差
により発生する歪が緩和されるようになることから、ク
ラックや剥離の発生が著しく抑制されるようになり、ま
た、このSi被膜はSICに比して硬さは低いが、金属
的展延性に富むものであるため、機械的衝撃に対して緩
衝材としての作用を果し、さらにSi被膜とSIC被膜
の形成が連続的に行なわれるため、Si被膜とSIC被
膜との付着力は強く、かつSi被膜と金属基体表面との
付着力もすぐれたものであることから、全体として金属
基体表面に強固なSIC被膜を形成することができると
いう知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものである
が、Si被膜の厚さは0.5〜loAmとするのが望ま
しく、これは、その厚さが0.5仏m未満では所望の効
果を得ることができず、一方10ムmを越えた厚さにす
ると、Siのもつ軟質に原因する問題点、例えば塑性変
形などが生じ易くなるという理由によるものである。
が、Si被膜の厚さは0.5〜loAmとするのが望ま
しく、これは、その厚さが0.5仏m未満では所望の効
果を得ることができず、一方10ムmを越えた厚さにす
ると、Siのもつ軟質に原因する問題点、例えば塑性変
形などが生じ易くなるという理由によるものである。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。
る。
実施例 1
第1図に概略図で示されるプラズマ化学葵着装暦を用い
て実施した。
て実施した。
第1図に示される装置は、外周側面をヒーター6により
取り巻かれた真空チャンバー7と、この真空チャンバー
内に収納され、絶縁物5を通って電源(高周波または直
流)4のe側に連結された電極2と、真空チャンバー内
に開孔する排気ポンプ3と、同じく流量計8を介して真
空チャンバ−内に開孔するC2日2源,Ar源,日2源
,およびSiH4源とを備えたものからなっている。す
なわち、第1図に示される装置において、まず、電極2
の上にSUS304製コンテナを介して金属基体たるS
KD−11製ダィスーを置いた後、真空チャンバー7内
の温度を30000に上昇させると共に、排気ポンプ3
にて5×10‐4トルまで減圧脱気し、ついでArを流
入させて真空チャンバ−内の圧力を5×10‐2トルと
すると共に、電極2に負の電圧で−700Vを印加して
グロー放電を発生させて、ダイス表面を5分間エッチン
グし、引続いて〜を排気することなく真空チャンバー内
にSiH4と日2とを流入させてチャンバ−内の圧力を
0.3トルに調節した状態で、一450Vの電圧を印カ
ロしてグロー放電を発生させ、30分間の反応を行なう
ことによつてダィスーの表面にSi被膜を蒸着形成し、
さらに引続いて真空チャンバー内にC2日2を、Si比
:C2日2のモル比を1:2に調節しながら流入させて
2時間の反応を行ない、Si被膜の上にSIC被膜を蒸
着形成した。この結果、金属基体たるダイス表面に形成
された被覆は、厚さ:1りmのS三層と同4払mのSI
C層からなると共に、結晶化していない無定形(アモル
ファス状)のものであり、マイクロビツカース硬さ(H
v:10雌荷重):3200k9/地を示すものであっ
た。また、上記チャンバー内に同時に挿入した上記ダイ
スと同じ材質のSKD−11製試験片を用い、この試験
片の彼膜蒸着面にェポキシ系接着材にて同寸法にして同
材質の試験片を接着し、引張試験を行なったところ、5
00k9/孫の引張強ごで接着材と被覆との境界面で剥
離が生じた。
取り巻かれた真空チャンバー7と、この真空チャンバー
内に収納され、絶縁物5を通って電源(高周波または直
流)4のe側に連結された電極2と、真空チャンバー内
に開孔する排気ポンプ3と、同じく流量計8を介して真
空チャンバ−内に開孔するC2日2源,Ar源,日2源
,およびSiH4源とを備えたものからなっている。す
なわち、第1図に示される装置において、まず、電極2
の上にSUS304製コンテナを介して金属基体たるS
KD−11製ダィスーを置いた後、真空チャンバー7内
の温度を30000に上昇させると共に、排気ポンプ3
にて5×10‐4トルまで減圧脱気し、ついでArを流
入させて真空チャンバ−内の圧力を5×10‐2トルと
すると共に、電極2に負の電圧で−700Vを印加して
グロー放電を発生させて、ダイス表面を5分間エッチン
グし、引続いて〜を排気することなく真空チャンバー内
にSiH4と日2とを流入させてチャンバ−内の圧力を
0.3トルに調節した状態で、一450Vの電圧を印カ
ロしてグロー放電を発生させ、30分間の反応を行なう
ことによつてダィスーの表面にSi被膜を蒸着形成し、
さらに引続いて真空チャンバー内にC2日2を、Si比
:C2日2のモル比を1:2に調節しながら流入させて
2時間の反応を行ない、Si被膜の上にSIC被膜を蒸
着形成した。この結果、金属基体たるダイス表面に形成
された被覆は、厚さ:1りmのS三層と同4払mのSI
C層からなると共に、結晶化していない無定形(アモル
ファス状)のものであり、マイクロビツカース硬さ(H
v:10雌荷重):3200k9/地を示すものであっ
た。また、上記チャンバー内に同時に挿入した上記ダイ
スと同じ材質のSKD−11製試験片を用い、この試験
片の彼膜蒸着面にェポキシ系接着材にて同寸法にして同
材質の試験片を接着し、引張試験を行なったところ、5
00k9/孫の引張強ごで接着材と被覆との境界面で剥
離が生じた。
このことから、ダイス基体に対する上記被膜の付着強度
は500k9/の以上であることが明らかである。さら
に、この結果のSj被膜およびSIC被膜形成のダイス
を粉末冶金における圧粉体成形に用いたところ、Si被
膜を介在させない以外は同条件で、直接Sic被膜を形
成したダイスに比して約3倍の使用寿命を示した。なお
、前記Si被膜の介在がないダイスにおいては、SIC
被膜とダイス基体表面との付着強度はわずかに200k
9/地を示すにすぎなかつた。実施例 2 金属基体の材質をTiとし、かCSiC被膜形成のため
の反応時間を3時間として、その厚さを6仏mとする以
外は、実施例1におけると同一の条件でTi材の表面に
厚さ6ムmのSIC被膜を厚さ:1仏mのSi被膜を介
して形成した。
は500k9/の以上であることが明らかである。さら
に、この結果のSj被膜およびSIC被膜形成のダイス
を粉末冶金における圧粉体成形に用いたところ、Si被
膜を介在させない以外は同条件で、直接Sic被膜を形
成したダイスに比して約3倍の使用寿命を示した。なお
、前記Si被膜の介在がないダイスにおいては、SIC
被膜とダイス基体表面との付着強度はわずかに200k
9/地を示すにすぎなかつた。実施例 2 金属基体の材質をTiとし、かCSiC被膜形成のため
の反応時間を3時間として、その厚さを6仏mとする以
外は、実施例1におけると同一の条件でTi材の表面に
厚さ6ムmのSIC被膜を厚さ:1仏mのSi被膜を介
して形成した。
この場合も前記被膜は500k9/雌以上の付着強度を
示した。実施例 3金属基体を山製繊維機械ガイドとし
、真空チャンバ−内の加熱温度を200q0とする以外
は、実施例1におけると同一の条件で前記ガイド表面に
厚さ:0.8仏mのSi層と厚さ:3.5山mのSIC
層とを蓮続蒸着形成した。
示した。実施例 3金属基体を山製繊維機械ガイドとし
、真空チャンバ−内の加熱温度を200q0とする以外
は、実施例1におけると同一の条件で前記ガイド表面に
厚さ:0.8仏mのSi層と厚さ:3.5山mのSIC
層とを蓮続蒸着形成した。
この結果形成された被膜は、ピッカース硬さ:3000
k9/域を示し、かつ500k9/鮒以上の付着強度を
示した。なお、Si層を形成しない以外は同一の条件で
SIC層の形成を試みたが、剥離が生じ、満足なSIC
層を形成することができなかった。また、このSi被膜
およびSIC被膜形成のAI製繊維機械ガイドを実機に
組み込み使用したところ、アルミナ(AI203)溶射
のものに比して約3倍の使用寿命を示した。実施例 4 金属基体をゲートバルブの摺動プレート (SUS304製)とし、電極には13.58MHZの
高周波を印加し、かつエッチング出力を200W、被膜
形成のための反応出力を70Wとする以外は、実施例1
におけると同一の条件にて、前記摺動プレートの表面に
厚さ:2仏mのSi層と厚さ:6仏mのSIC層とから
なる被膜を蓮続蒸着形成した。
k9/域を示し、かつ500k9/鮒以上の付着強度を
示した。なお、Si層を形成しない以外は同一の条件で
SIC層の形成を試みたが、剥離が生じ、満足なSIC
層を形成することができなかった。また、このSi被膜
およびSIC被膜形成のAI製繊維機械ガイドを実機に
組み込み使用したところ、アルミナ(AI203)溶射
のものに比して約3倍の使用寿命を示した。実施例 4 金属基体をゲートバルブの摺動プレート (SUS304製)とし、電極には13.58MHZの
高周波を印加し、かつエッチング出力を200W、被膜
形成のための反応出力を70Wとする以外は、実施例1
におけると同一の条件にて、前記摺動プレートの表面に
厚さ:2仏mのSi層と厚さ:6仏mのSIC層とから
なる被膜を蓮続蒸着形成した。
この被膜も500k9/雌以上の付着強度を有し、かつ
ビッカース硬さ:3200k9/柵を示すものであった
。この結果の摺動プレートを徴粉炭輸送管に用いたとこ
ろ、従来の表面窒化したものに比して約3倍の使用寿命
を示した。実施例 5 被膜形成のための反応ガスとして日2を使用せず、かつ
被膜形成時の真空チャンバー内の圧力を0.2トルとす
る以外は、実施例1におけると同一の条件にて、金属基
体たるSKD−11製ダイス表面に、厚さ:0.8仏m
のSi層と厚さ:3.5仏mのSIC層とからなる被膜
を蒸着形成した。
ビッカース硬さ:3200k9/柵を示すものであった
。この結果の摺動プレートを徴粉炭輸送管に用いたとこ
ろ、従来の表面窒化したものに比して約3倍の使用寿命
を示した。実施例 5 被膜形成のための反応ガスとして日2を使用せず、かつ
被膜形成時の真空チャンバー内の圧力を0.2トルとす
る以外は、実施例1におけると同一の条件にて、金属基
体たるSKD−11製ダイス表面に、厚さ:0.8仏m
のSi層と厚さ:3.5仏mのSIC層とからなる被膜
を蒸着形成した。
この結果の被膜は500k9/仇以上の付着強度と30
00k9/磯のビッカース硬さを有するものであった。
実施例 6 被膜形成のための反応ガスとしてArを使用せず、すな
わちエッチング処理後、真空チャンバーからArを完全
に排気する以外は、実施例4におけると同一の条件にて
、金属基体たるゲートバルブの摺動プレート表面に、厚
さ:0.8仏mのSi層と厚さ:3.5仏mのSIC層
とからなる被膜を形成した。
00k9/磯のビッカース硬さを有するものであった。
実施例 6 被膜形成のための反応ガスとしてArを使用せず、すな
わちエッチング処理後、真空チャンバーからArを完全
に排気する以外は、実施例4におけると同一の条件にて
、金属基体たるゲートバルブの摺動プレート表面に、厚
さ:0.8仏mのSi層と厚さ:3.5仏mのSIC層
とからなる被膜を形成した。
この結果の被膜は、500kg/の以上の付着強度と3
100k9/柵のビッカース硬さを示した。実施例 7
金属基体をSKH−9製木工用ドリルとし、かつ、SI
C層形成に際しては、当初の30分間の反応ガス組成を
Si比:C2日2のモル比を1:1とし、引続いてC2
日2の流入量を増加させてゆき、1.5時間後には同1
:3となるように変化させる以外は、実施例1における
と同一の条件にて、前記木工用ドリルお表面に、厚さ:
1仏mのSi層と厚さ:4仏mのSIC層からなる被膜
を形成した。
100k9/柵のビッカース硬さを示した。実施例 7
金属基体をSKH−9製木工用ドリルとし、かつ、SI
C層形成に際しては、当初の30分間の反応ガス組成を
Si比:C2日2のモル比を1:1とし、引続いてC2
日2の流入量を増加させてゆき、1.5時間後には同1
:3となるように変化させる以外は、実施例1における
と同一の条件にて、前記木工用ドリルお表面に、厚さ:
1仏mのSi層と厚さ:4仏mのSIC層からなる被膜
を形成した。
なお、この結果形成された被膜のSIC層においては、
Si層との境界付近でビッカース硬さ:1500k9/
地の硬さを示し、この硬さは被膜表面部に向うにしたが
って増大し、その表面でビッカース硬さ:3600k9
/磯を示した。また、前記被膜も500k9/地の付着
強度をもつものであった。さらに、この表面被膜ドリル
を実用に供したところ、被膜形成のないドリルに比して
4倍の使用寿命を示した。上述のように、この発明の方
法によれば、被膜形成時にクラツクや剥離の発生がなく
、かつきわめてすぐれた密着度を有するSIC被膜を金
属基体表面に形成することができるのである。
Si層との境界付近でビッカース硬さ:1500k9/
地の硬さを示し、この硬さは被膜表面部に向うにしたが
って増大し、その表面でビッカース硬さ:3600k9
/磯を示した。また、前記被膜も500k9/地の付着
強度をもつものであった。さらに、この表面被膜ドリル
を実用に供したところ、被膜形成のないドリルに比して
4倍の使用寿命を示した。上述のように、この発明の方
法によれば、被膜形成時にクラツクや剥離の発生がなく
、かつきわめてすぐれた密着度を有するSIC被膜を金
属基体表面に形成することができるのである。
第1図はプラズマ化学黍着装置の概略図である。
図面において、1・・・・・・金属基体、2・・・・・
・電極、3・・・・・・排気ポンプ、4…・・・電源、
5……絶縁物、6……ヒーター、7……真空チヤンバー
、8・・・・・・流量計。
・電極、3・・・・・・排気ポンプ、4…・・・電源、
5……絶縁物、6……ヒーター、7……真空チヤンバー
、8・・・・・・流量計。
Claims (1)
- 1 金属基体表面にプラズマ化学蒸着法により炭化けい
素皮膜を形成するに際して、まずSi被膜を蒸着形成し
、ついで炭化けい素皮膜を蒸着形成することを特徴とす
る金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素皮膜を形
成する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065481A JPS6033190B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素被膜を形成する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065481A JPS6033190B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素被膜を形成する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57155365A JPS57155365A (en) | 1982-09-25 |
| JPS6033190B2 true JPS6033190B2 (ja) | 1985-08-01 |
Family
ID=12586533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4065481A Expired JPS6033190B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 金属基体表面に密着性のすぐれた炭化けい素被膜を形成する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6033190B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4704339A (en) * | 1982-10-12 | 1987-11-03 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Infra-red transparent optical components |
| JPS6075577A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-27 | Toshiba Corp | 黒色装飾品 |
| JPS60177179A (ja) * | 1984-02-23 | 1985-09-11 | Toshiba Corp | 黒色装飾品 |
| JPS60213838A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-26 | Tokyo Electric Co Ltd | ロ−ドセル |
| US4869929A (en) * | 1987-11-10 | 1989-09-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for preparing sic protective films on metallic or metal impregnated substrates |
| JPS6418161U (ja) * | 1988-07-13 | 1989-01-30 | ||
| DE4429380C1 (de) * | 1994-08-15 | 1996-04-25 | Biotronik Mess & Therapieg | Verfahren zur Herstellung einer nichtkollabierenden intravasalen Gefäßprothese (Stent) |
| US5664504A (en) * | 1994-10-27 | 1997-09-09 | Kobayashi; Shizuo | Combustion apparatus having inverse temperature distribution by forced convection |
| US9663374B2 (en) * | 2011-04-21 | 2017-05-30 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Situ grown SiC coatings on carbon materials |
-
1981
- 1981-03-20 JP JP4065481A patent/JPS6033190B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57155365A (en) | 1982-09-25 |
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