JPS6224501B2 - - Google Patents
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- JPS6224501B2 JPS6224501B2 JP7371478A JP7371478A JPS6224501B2 JP S6224501 B2 JPS6224501 B2 JP S6224501B2 JP 7371478 A JP7371478 A JP 7371478A JP 7371478 A JP7371478 A JP 7371478A JP S6224501 B2 JPS6224501 B2 JP S6224501B2
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- Japan
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- substrate
- reaction chamber
- gas
- coating
- coating layer
- Prior art date
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C23C16/44—Chemical 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 method of coating
- C23C16/50—Chemical 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 method of coating using electric discharges
- C23C16/503—Chemical 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 method of coating using electric discharges using DC or AC discharges
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- Materials Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、基体表面被覆方法、特に直流放電
空間中で反応ガスをプラスイオン化し、陰極とし
た基体の表面をこのプラスイオンが衝撃すること
によつて密着性および耐摩耗性のすぐれた周期律
表の4a族金属の窒化物からなる被覆層を形成する
方法に関するものである。
空間中で反応ガスをプラスイオン化し、陰極とし
た基体の表面をこのプラスイオンが衝撃すること
によつて密着性および耐摩耗性のすぐれた周期律
表の4a族金属の窒化物からなる被覆層を形成する
方法に関するものである。
金属、合金、超硬質合金、セラミツクス等の基
体表面に耐摩耗性が極度に優れる高融点化合物の
薄膜を被覆し、基体の耐摩耗性を向上させる方法
としては、従来から化学蒸着法（以下CVD法と
云う）及び物理蒸着法（以下PVD法と云う）が
知られている。
体表面に耐摩耗性が極度に優れる高融点化合物の
薄膜を被覆し、基体の耐摩耗性を向上させる方法
としては、従来から化学蒸着法（以下CVD法と
云う）及び物理蒸着法（以下PVD法と云う）が
知られている。
上記CVD法は超硬合金スローアウエイチツプ
の被覆に実用化されており、炭化チタン、窒化チ
タン、酸化チタニウム等の単層あるいは多重層が
一般的である。さらに、CVD法は工具鋼の被覆
に用いられ、耐摩耗工具あるいは切削工具として
使用されている。
の被覆に実用化されており、炭化チタン、窒化チ
タン、酸化チタニウム等の単層あるいは多重層が
一般的である。さらに、CVD法は工具鋼の被覆
に用いられ、耐摩耗工具あるいは切削工具として
使用されている。
CVD法による高融点化合物の被覆は、900〜
1200℃で行なわれるが、基体によつては、より低
い温度で被覆する必要がある。すなわち、薄物あ
るいは細物の工具鋼部品に被覆する場合、上記の
如き高い温度では、部品が変形を起し易い。従つ
て、上記CVD法は被加工物の形状上の制限を受
けているのが実状である。また、高温度下におい
て基体の変質が起きる場合、被覆しても十分に耐
摩耗性を発揮できない虞れがあり、反応温度より
融点の低い基体には被覆できないという制限もあ
る。
1200℃で行なわれるが、基体によつては、より低
い温度で被覆する必要がある。すなわち、薄物あ
るいは細物の工具鋼部品に被覆する場合、上記の
如き高い温度では、部品が変形を起し易い。従つ
て、上記CVD法は被加工物の形状上の制限を受
けているのが実状である。また、高温度下におい
て基体の変質が起きる場合、被覆しても十分に耐
摩耗性を発揮できない虞れがあり、反応温度より
融点の低い基体には被覆できないという制限もあ
る。
CVD法における被覆形成速度は、一般に
で表わされる。
ここで、Ａは反応係数、
Ｅは活性化エネルギーと云われる定数
である。
である。
反応温度と被覆形成速度は負の指数関数の関係
にあるため反応温度を下げると、被覆形成速度は
著しく減少し、実用に耐えない。このため、反応
温度は900〜1200℃が必要とされている。
にあるため反応温度を下げると、被覆形成速度は
著しく減少し、実用に耐えない。このため、反応
温度は900〜1200℃が必要とされている。
一方、PVD法による高融点化合物の被覆は、
大別すればスパツタリング法とイオンプレーテイ
ング法に区分され、さらに細分化された区分がな
されている。PVD法によれば、200℃程度から
800℃程度まで目的に応じて被覆時の温度を変え
ることが可能であるため、種々の用途に実用化さ
れている。PVD法は全て10-2atmよりも高真空下
で行なわれているが、このような条件下では、高
融点化合物被覆膜の形成に必要なメタル成分は、
真空中を一定方向にのみ飛散する。このために、
PVD法では上記何れの方法によつても、基体の
一方面のみしか良好に被覆できない。もし、円筒
形状の部品や、立方形の部品に均一な被覆を施す
ことが必要な場合は、その部品を回転させる治具
を高精度で部品の真下に設けることが必須の要件
となる。従つて、このような部品に均一に被覆を
施す場合、PVD法はCVD法に比べて遥かにコス
トの高いものになる。
大別すればスパツタリング法とイオンプレーテイ
ング法に区分され、さらに細分化された区分がな
されている。PVD法によれば、200℃程度から
800℃程度まで目的に応じて被覆時の温度を変え
ることが可能であるため、種々の用途に実用化さ
れている。PVD法は全て10-2atmよりも高真空下
で行なわれているが、このような条件下では、高
融点化合物被覆膜の形成に必要なメタル成分は、
真空中を一定方向にのみ飛散する。このために、
PVD法では上記何れの方法によつても、基体の
一方面のみしか良好に被覆できない。もし、円筒
形状の部品や、立方形の部品に均一な被覆を施す
ことが必要な場合は、その部品を回転させる治具
を高精度で部品の真下に設けることが必須の要件
となる。従つて、このような部品に均一に被覆を
施す場合、PVD法はCVD法に比べて遥かにコス
トの高いものになる。
本願発明者等は、上述のような観点から、
CVD法およびPVD法の有する種々の問題点を解
決すべく研究を重ねた結果、以下の如き知見を得
た。
CVD法およびPVD法の有する種々の問題点を解
決すべく研究を重ねた結果、以下の如き知見を得
た。
すなわち、直流放電空間中における反応ガスの
化学反応、すなわちプラスイオン化は、CVD法
におけるそれと比べ、同一温度では極めて活発に
おこる。この理由は、十分に解明されていない
が、反応ガスがプラスイオン化されることによつ
て活性化エネルギーが増大するからであると考え
られる。更に詳しく云うならば、直流放電空間中
での反応ガスの活性化は、陰極の周囲数mmのとこ
ろにできる電位の急激な勾配によつていると考え
られる。すなわち、この急激な電位の勾配により
直流放電空間中でプラスイオン化された反応ガス
が加速され、大きな運動エネルギーをもつて陰極
を衝撃し、これによつて陰極表面に密着性の良好
な被覆物質が固定される。また、前記のプラスイ
オンの衝撃時に一部は陰極スパツタリングを起こ
し、陰極表面から分子や原子をたたき出すが、直
流放電空間中では次々に反応ガスのプラスイオン
が加速され陰極を衝撃する。このように高エネル
ギーのプラスイオンの衝撃が次々に繰り返えされ
る結果、低い温度で、密着性が良好にして耐摩耗
性のすぐれた被覆層の形成が可能になるのであ
る。
化学反応、すなわちプラスイオン化は、CVD法
におけるそれと比べ、同一温度では極めて活発に
おこる。この理由は、十分に解明されていない
が、反応ガスがプラスイオン化されることによつ
て活性化エネルギーが増大するからであると考え
られる。更に詳しく云うならば、直流放電空間中
での反応ガスの活性化は、陰極の周囲数mmのとこ
ろにできる電位の急激な勾配によつていると考え
られる。すなわち、この急激な電位の勾配により
直流放電空間中でプラスイオン化された反応ガス
が加速され、大きな運動エネルギーをもつて陰極
を衝撃し、これによつて陰極表面に密着性の良好
な被覆物質が固定される。また、前記のプラスイ
オンの衝撃時に一部は陰極スパツタリングを起こ
し、陰極表面から分子や原子をたたき出すが、直
流放電空間中では次々に反応ガスのプラスイオン
が加速され陰極を衝撃する。このように高エネル
ギーのプラスイオンの衝撃が次々に繰り返えされ
る結果、低い温度で、密着性が良好にして耐摩耗
性のすぐれた被覆層の形成が可能になるのであ
る。
この発明は、上記知見に基づきなされたもので
あつて、 内部を１トール超〜10トールに減圧した反応室
またはその内壁を陽極とし、一方この反応室内に
装入した基体を陰極とし、 これら両極間に700V〜5KVの電圧を印加し
て、前記基体の温度を600℃超〜900℃未満に加熱
すると共に、前記基体周囲に直流放電空間を形成
せしめ、 この状態で、前記反応室内に周期律表の4a族金
属の化合物と水素と窒素を主成分とする反応ガス
を送り込み、この反応ガスを上記直流放電空間に
てプラスイオン化し、 陰極とした上記基体の表面を上記プラスイオン
が衝撃することにより密着性および耐摩耗性のす
ぐれた同4a族金属の窒化物からなる被覆層を形成
する方法に特徴を有するものである。
あつて、 内部を１トール超〜10トールに減圧した反応室
またはその内壁を陽極とし、一方この反応室内に
装入した基体を陰極とし、 これら両極間に700V〜5KVの電圧を印加し
て、前記基体の温度を600℃超〜900℃未満に加熱
すると共に、前記基体周囲に直流放電空間を形成
せしめ、 この状態で、前記反応室内に周期律表の4a族金
属の化合物と水素と窒素を主成分とする反応ガス
を送り込み、この反応ガスを上記直流放電空間に
てプラスイオン化し、 陰極とした上記基体の表面を上記プラスイオン
が衝撃することにより密着性および耐摩耗性のす
ぐれた同4a族金属の窒化物からなる被覆層を形成
する方法に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の方法において、反応室内の
圧力、印加電圧、および基体加熱温度を上記の通
りに限定した理由を説明する。
圧力、印加電圧、および基体加熱温度を上記の通
りに限定した理由を説明する。
(a) 反応室内の圧力
その圧力が１トール以下では、実質的に反応室
内を流れる反応ガスが少なすぎて、複雑な形状の
基体表面に微細で緻密な組織を有する被覆層を均
一に形成することができず、一方その圧力が10ト
ールを越えると、基体表面に形成される被覆層は
粗雑な密度の低い組織や柱状組織になり易くな
り、微細にして十分な硬さを有する被覆層の形成
は困難となることから、その圧力を１トール超〜
10トールと定めた。
内を流れる反応ガスが少なすぎて、複雑な形状の
基体表面に微細で緻密な組織を有する被覆層を均
一に形成することができず、一方その圧力が10ト
ールを越えると、基体表面に形成される被覆層は
粗雑な密度の低い組織や柱状組織になり易くな
り、微細にして十分な硬さを有する被覆層の形成
は困難となることから、その圧力を１トール超〜
10トールと定めた。
(b) 印加電圧
印加電圧が700V未満では、反応ガスのプラス
イオンによる陰極基体表面の衝撃が不十分なた
め、被覆層は粗く、密度の低い組織となり易く、
微細で、十分な硬さを有する被覆層の形成が困難
となり、一方、印加電圧が5KVを越えると、反応
ガスのプラスイオンによる衝撃や陰極スパツタが
激しくなりすぎて安定した被覆層の形成が困難に
なるばかりでなく、それだけ高出力電源が必要と
なり、設備費が高価になることから、印加電圧を
700V〜5KVに定めた。
イオンによる陰極基体表面の衝撃が不十分なた
め、被覆層は粗く、密度の低い組織となり易く、
微細で、十分な硬さを有する被覆層の形成が困難
となり、一方、印加電圧が5KVを越えると、反応
ガスのプラスイオンによる衝撃や陰極スパツタが
激しくなりすぎて安定した被覆層の形成が困難に
なるばかりでなく、それだけ高出力電源が必要と
なり、設備費が高価になることから、印加電圧を
700V〜5KVに定めた。
(c) 基体加熱温度
その温度が600℃以下では、微細で緻密な被覆
層の形成が困難となるばかりでなく、被覆層の基
体表面に対する密着力が低下するようになり、一
方その温度が900℃以上になると、被覆層は柱状
組織を経て大きな塊状の組織になり、かつ基体に
変形や変質が生じるようになることから、その温
度を600℃超〜900℃未満と定めた。
層の形成が困難となるばかりでなく、被覆層の基
体表面に対する密着力が低下するようになり、一
方その温度が900℃以上になると、被覆層は柱状
組織を経て大きな塊状の組織になり、かつ基体に
変形や変質が生じるようになることから、その温
度を600℃超〜900℃未満と定めた。
つぎに、この発明の基体表面被覆方法を図面を
参照して具体的に説明する。
参照して具体的に説明する。
第１図は、例えばTiNの薄膜（被覆層）を基体
表面に被覆する場合の被覆方法を示すフローシー
トであり、第２図は、反応室の断面図である。す
なわち、 例えば金属Ti源としてTiCl4を入れた容器１
が、加熱容器２内に収容されていて、前記容器１
には還元ガスとしてH2ガスが供給されるように
なつていて、発生したTiCl4ガスはN2およびH2ガ
スとともに反応ガスとして反応室３に送られるよ
うになつている。この際、必要に応じてArや
CH4ガスが加えられる。
表面に被覆する場合の被覆方法を示すフローシー
トであり、第２図は、反応室の断面図である。す
なわち、 例えば金属Ti源としてTiCl4を入れた容器１
が、加熱容器２内に収容されていて、前記容器１
には還元ガスとしてH2ガスが供給されるように
なつていて、発生したTiCl4ガスはN2およびH2ガ
スとともに反応ガスとして反応室３に送られるよ
うになつている。この際、必要に応じてArや
CH4ガスが加えられる。
前記反応室３内の圧力は、反応室３上部の排ガ
ス口５に接続された真空ポンプ（図示せず）の排
気量と前記反応室３内に流入させる前記反応ガス
量を流量計Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを夫々調節すること
により１トール超〜10トールの適当な値に常に保
たれる。
ス口５に接続された真空ポンプ（図示せず）の排
気量と前記反応室３内に流入させる前記反応ガス
量を流量計Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを夫々調節すること
により１トール超〜10トールの適当な値に常に保
たれる。
前記TiCl4，N2およびH2ガスからなる反応ガス
は、反応室３で直流放電によりプラスイオン化さ
れて活性化され、反応室３内に陰極として装入さ
れた基体４の表面にTiNの被覆層を形成せしめ
る。反応後、反応ガスは前記真空ポンプにより反
応室３の排ガス口５から排出されるが、前記真空
ポンプの直前に設けられたトラツプ（図示せず）
で固形物及び反応ガス中の塩素およびその他の生
成ガスが除去される。しかし、一部は反応ガス中
に残存するので真空ポンプの直後で完全に除去さ
れ大気中に放出されるようになつている。
は、反応室３で直流放電によりプラスイオン化さ
れて活性化され、反応室３内に陰極として装入さ
れた基体４の表面にTiNの被覆層を形成せしめ
る。反応後、反応ガスは前記真空ポンプにより反
応室３の排ガス口５から排出されるが、前記真空
ポンプの直前に設けられたトラツプ（図示せず）
で固形物及び反応ガス中の塩素およびその他の生
成ガスが除去される。しかし、一部は反応ガス中
に残存するので真空ポンプの直後で完全に除去さ
れ大気中に放出されるようになつている。
上記反応室３は、第２図に示されるような構造
になつている。
になつている。
すなわち、図中６は真空容器であり、その側部
には窓７が設けられていて、ここから内部の直流
放電状態が自由に観測できるようになつている。
前記真空容器６の上部に設けられた排ガス口５
は、真空ポンプおよびトラツプ（何れも図示せ
ず）に接続されている。８は真空容器６内に設け
られた内壁である。前記内壁８は直流放電の際の
陽極になつていて、内壁８内に装入された基体４
に均一なTiNの被覆層が形成されるように、前記
内壁８は円筒形状に形成されており、その上壁に
はガス流出口１０が多数個形成されている。
には窓７が設けられていて、ここから内部の直流
放電状態が自由に観測できるようになつている。
前記真空容器６の上部に設けられた排ガス口５
は、真空ポンプおよびトラツプ（何れも図示せ
ず）に接続されている。８は真空容器６内に設け
られた内壁である。前記内壁８は直流放電の際の
陽極になつていて、内壁８内に装入された基体４
に均一なTiNの被覆層が形成されるように、前記
内壁８は円筒形状に形成されており、その上壁に
はガス流出口１０が多数個形成されている。
前記内壁８内の基体４は、内壁８内の中央部に
垂直に固定された支柱９に等間隔をあけて水平に
固定されている。前記支柱９は直流放電の際の陰
極になつている。従つて、基体４も陰極となる。
垂直に固定された支柱９に等間隔をあけて水平に
固定されている。前記支柱９は直流放電の際の陰
極になつている。従つて、基体４も陰極となる。
前記内壁８の底部および支柱９とは夫々絶縁材
１０により電気的に絶縁されている。尚、基体４
に均一な被覆層を形成させるには、均一な状態で
内壁８と基体４間に直流放電を行なわしめる必要
があるので、このために内壁８と基体４および支
柱９とは、１cm以上、好ましくは４cm以上隔絶す
る必要がある。
１０により電気的に絶縁されている。尚、基体４
に均一な被覆層を形成させるには、均一な状態で
内壁８と基体４間に直流放電を行なわしめる必要
があるので、このために内壁８と基体４および支
柱９とは、１cm以上、好ましくは４cm以上隔絶す
る必要がある。
前記支柱９の下部には、ドーナツ状のガス流出
パイプ１１が配されており、ここから、TiCl4，
H2，N2からなる反応ガスあるいはArガス等が反
応室３内に均一に噴射されるようになつている。
パイプ１１が配されており、ここから、TiCl4，
H2，N2からなる反応ガスあるいはArガス等が反
応室３内に均一に噴射されるようになつている。
反応室３は以上の如く構成されているので、内
壁８と基体４間に700V〜5KVの電圧を印加して
基体４周囲に直流放電空間を形成せしめて、反応
室３内の圧力を１トール超〜10トールに調整しな
がら、これに反応ガスを送り込んでやれば、基体
４の表面には均質かつ均一な膜厚の被覆層が形成
される。反応後の反応ガスは、排ガス口５から真
空ポンプによりトラツプを経て排気される。
壁８と基体４間に700V〜5KVの電圧を印加して
基体４周囲に直流放電空間を形成せしめて、反応
室３内の圧力を１トール超〜10トールに調整しな
がら、これに反応ガスを送り込んでやれば、基体
４の表面には均質かつ均一な膜厚の被覆層が形成
される。反応後の反応ガスは、排ガス口５から真
空ポンプによりトラツプを経て排気される。
さらに、この発明の基体表面被覆方法を実施例
により具体的に説明する。
により具体的に説明する。
実施例 １
高さ：45mm、
外径：75mmφ、
内径：12mmφ、
材質：SKD11
からなる環状金型を基体として用意し、これに第
１図および第２図で説明した装置を用い、TiNの
被覆層を以下の手順で形成した。
１図および第２図で説明した装置を用い、TiNの
被覆層を以下の手順で形成した。
まず、金型（基本）を支柱に取付けた後、反応
室内を10-3トールに減圧し、その後、Arガスを
反応室内圧力が６×10-1トールになるようにコン
トロールしながら注入した。そして、金型を陰
極、反応室内壁を陽極にして、2KVの直流電圧を
印加して放電させると共に、金型温度を620℃と
した。つぎにArガスを真空に引いて除いた後、
反応室内の圧力が２トールになるようにガス成分
比TiCl4：H2：N2＝１：10：1.1の混合反応ガス
を反応室に注入しながら、40分間反応を続行し
た。この結果、平均厚さ６μの均質なTiNの被覆
層が基体たる金型の表面に均一に形成された。
室内を10-3トールに減圧し、その後、Arガスを
反応室内圧力が６×10-1トールになるようにコン
トロールしながら注入した。そして、金型を陰
極、反応室内壁を陽極にして、2KVの直流電圧を
印加して放電させると共に、金型温度を620℃と
した。つぎにArガスを真空に引いて除いた後、
反応室内の圧力が２トールになるようにガス成分
比TiCl4：H2：N2＝１：10：1.1の混合反応ガス
を反応室に注入しながら、40分間反応を続行し
た。この結果、平均厚さ６μの均質なTiNの被覆
層が基体たる金型の表面に均一に形成された。
実施例 ２
内径：900mmφ×1000mmの反応室の中央部の600
mmφ×600mmの円形空間に、基体としてP10のグ
レードの超硬チツプSNMA432を8000個セツト
し、反応室内を10-3トールに減圧し、その後、
Arガスを反応室圧力が0.1トールになるようにコ
ントロールして注入した。ついで、超硬チツプを
陰極とし、反応室内壁を陽極として、4KVの直流
電圧を30分間印加し直流放電させた。このとき、
超硬チツプの温度は870℃であつた。その後、Ar
ガスを真空に引いて除いた後、反応室内圧力が２
トールとなるように、ガス成分比TiCl4：H2：N2
＝１：８：４の混合反応ガスを反応室に注入しな
がら、35分間放電を続けた。この結果、基体たる
超硬チツプ表面には、平均厚さ６μの均質なTiN
の被覆層が形成された。なお、形成された被覆層
の被覆場所によるバラツキは少なく、厚みは±
0.7μ以内におさまつた。さらに、この超硬チツ
プと同一基材で被覆を行なわない比較超硬チツプ
とを用い、被削材：SNCM8（HB230）の合金
鋼、切削初速：150ｍ／min、送り速度：0.3mm／
min、切り込み厚さ：２mmの条件で切削試験を行
なつた。この結果、この発明の方法により被覆を
施した超硬チツプは比較超硬チツプに対して２倍
以上寿命が向上したことが確認された。
mmφ×600mmの円形空間に、基体としてP10のグ
レードの超硬チツプSNMA432を8000個セツト
し、反応室内を10-3トールに減圧し、その後、
Arガスを反応室圧力が0.1トールになるようにコ
ントロールして注入した。ついで、超硬チツプを
陰極とし、反応室内壁を陽極として、4KVの直流
電圧を30分間印加し直流放電させた。このとき、
超硬チツプの温度は870℃であつた。その後、Ar
ガスを真空に引いて除いた後、反応室内圧力が２
トールとなるように、ガス成分比TiCl4：H2：N2
＝１：８：４の混合反応ガスを反応室に注入しな
がら、35分間放電を続けた。この結果、基体たる
超硬チツプ表面には、平均厚さ６μの均質なTiN
の被覆層が形成された。なお、形成された被覆層
の被覆場所によるバラツキは少なく、厚みは±
0.7μ以内におさまつた。さらに、この超硬チツ
プと同一基材で被覆を行なわない比較超硬チツプ
とを用い、被削材：SNCM8（HB230）の合金
鋼、切削初速：150ｍ／min、送り速度：0.3mm／
min、切り込み厚さ：２mmの条件で切削試験を行
なつた。この結果、この発明の方法により被覆を
施した超硬チツプは比較超硬チツプに対して２倍
以上寿命が向上したことが確認された。
なお、この発明の方法を実施するに際して、例
えばTiNの被覆層を工具鋼や高速度あるいはWC
基超硬合金の基体の表面に形成する場合には、反
応室内に注入する混合反応ガスをモル比で
TiCl4：H2：N2＝１：５〜10：１〜５にコントロ
ールするのが好ましい。この混合反応ガスにおい
て、TiCl4に対してH2を５〜10倍流すのは、
TiCl4を希薄にさせ、塩素の基体への衝撃を柔げ
るとともに、塩素をできるだけ塩素ガスとして存
在させずに塩化水素にするためである。また、
N2ガスのモル比をTiCl4に対して１〜５と多くす
るのは、基体の脱酸を防止するためで、積極的な
意味では基体表面近傍を強い窒素雰囲気にさらし
て部分的な窒化により塩素の基体への衝撃を柔
げ、微細でしかも格子欠陥の少ないTiN被覆層を
形成せしめるためである。なお、N2ガスモル比
を５より多くすると、TiNの被覆層の緻密度およ
び密着力が劣下し、ビツカース硬度で2000Kg／mm2
以上の硬さの被覆層を得ることが困難となるから
である。
えばTiNの被覆層を工具鋼や高速度あるいはWC
基超硬合金の基体の表面に形成する場合には、反
応室内に注入する混合反応ガスをモル比で
TiCl4：H2：N2＝１：５〜10：１〜５にコントロ
ールするのが好ましい。この混合反応ガスにおい
て、TiCl4に対してH2を５〜10倍流すのは、
TiCl4を希薄にさせ、塩素の基体への衝撃を柔げ
るとともに、塩素をできるだけ塩素ガスとして存
在させずに塩化水素にするためである。また、
N2ガスのモル比をTiCl4に対して１〜５と多くす
るのは、基体の脱酸を防止するためで、積極的な
意味では基体表面近傍を強い窒素雰囲気にさらし
て部分的な窒化により塩素の基体への衝撃を柔
げ、微細でしかも格子欠陥の少ないTiN被覆層を
形成せしめるためである。なお、N2ガスモル比
を５より多くすると、TiNの被覆層の緻密度およ
び密着力が劣下し、ビツカース硬度で2000Kg／mm2
以上の硬さの被覆層を得ることが困難となるから
である。
また、上記方法では、反応ガスおよび基体に悪
影響をおよぼさないガスを反応室に添加し、予
め、基体温度を昇温させておくこと、および前記
添加ガスの衝撃により基体表面をクリーニング
し、基体と被覆層との密着強度を良くする前処理
が必要となる。
影響をおよぼさないガスを反応室に添加し、予
め、基体温度を昇温させておくこと、および前記
添加ガスの衝撃により基体表面をクリーニング
し、基体と被覆層との密着強度を良くする前処理
が必要となる。
上記実施例は、基体表面にTiNの被覆層を形成
する場合であるが、Ti以外の周期律表の4a族金
属の窒化物からなる被覆層を形成することも勿論
可能である。
する場合であるが、Ti以外の周期律表の4a族金
属の窒化物からなる被覆層を形成することも勿論
可能である。
以上説明したように、この発明の方法によれ
ば、基体が複雑な形状であつても、均質かつ均一
な膜厚の窒化物の被覆層を比較的低温で形成する
ことができるという極めて有用な効果がもたらさ
れる。
ば、基体が複雑な形状であつても、均質かつ均一
な膜厚の窒化物の被覆層を比較的低温で形成する
ことができるという極めて有用な効果がもたらさ
れる。
第１図は、この発明の被覆方法を示すフローシ
ートであり、第２図は、第１図における反応室の
断面図である。図面において、 １……容器、２……加熱容器、３……反応室、
４……基体、５……排ガス口、６……真空容器、
７……窓、８……内壁、９……支柱、１０……ガ
ス流出口。
ートであり、第２図は、第１図における反応室の
断面図である。図面において、 １……容器、２……加熱容器、３……反応室、
４……基体、５……排ガス口、６……真空容器、
７……窓、８……内壁、９……支柱、１０……ガ
ス流出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 内部を１トール超〜10トールに減圧した反応
室またはその内壁を陽極とし、一方この反応室内
に装入した基体を陰極とし、 これら両極間に700V〜5KVの電圧を印加し
て、前記基体の温度を600℃超〜900℃未満に加熱
すると共に、前記基体周囲に直流放電空間を形成
せしめ、 この状態で、前記反応室内に周期律表の4a族金
属の化合物と水素と窒素を主成分とする反応ガス
を送り込み、この反応ガスを上記直流放電空間に
てプラスイオン化し、 陰極とした上記基体の表面を上記プラスイオン
が衝撃することにより密着性および耐摩耗性のす
ぐれた同4a族金属の窒化物からなる被覆層を形成
することを特徴とする金属窒化物による基体表面
被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7371478A JPS552715A (en) | 1978-06-20 | 1978-06-20 | Coating method for base material surface with metallic nitride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7371478A JPS552715A (en) | 1978-06-20 | 1978-06-20 | Coating method for base material surface with metallic nitride |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7471984A Division JPS6036665A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 金属窒化物による基体表面被覆方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS552715A JPS552715A (en) | 1980-01-10 |
| JPS6224501B2 true JPS6224501B2 (ja) | 1987-05-28 |
Family
ID=13526156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7371478A Granted JPS552715A (en) | 1978-06-20 | 1978-06-20 | Coating method for base material surface with metallic nitride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS552715A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS581067A (ja) * | 1981-06-26 | 1983-01-06 | Toshiba Corp | 装飾用金属窒化物皮膜の形成法 |
| JPS62180900U (ja) * | 1986-05-09 | 1987-11-17 | ||
| FR2726834B1 (fr) * | 1994-11-07 | 1997-07-18 | Neuville Stephane | Procede de depot sur au moins une piece d'un revetement protecteur de grande durete |
| FR2726579A1 (fr) * | 1994-11-07 | 1996-05-10 | Neuville Stephane | Procede de depot d'un revetement protecteur de type pseudo carbonne diamant amorphe |
-
1978
- 1978-06-20 JP JP7371478A patent/JPS552715A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS552715A (en) | 1980-01-10 |
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