JPH03249169A - Formation of hard film - Google Patents
Formation of hard filmInfo
- Publication number
- JPH03249169A JPH03249169A JP4664290A JP4664290A JPH03249169A JP H03249169 A JPH03249169 A JP H03249169A JP 4664290 A JP4664290 A JP 4664290A JP 4664290 A JP4664290 A JP 4664290A JP H03249169 A JPH03249169 A JP H03249169A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- vacuum
- target
- ceramic
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は硬質被膜形成方法に係り、特にセラミックス焼
結体にレーザ光を照射し、イオン化したセラミックス蒸
発粒子を金属部材の表面に蒸着させ、被膜を形成させる
硬質被膜形成方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for forming a hard film, and in particular, irradiates a ceramic sintered body with a laser beam and ionizes the ionized ceramic evaporated particles onto a metal member. The present invention relates to a method for forming a hard film by vapor depositing it on a surface to form a film.
(従来の技術)
従来、鉄鋼や非鉄金属材料の回転軸等の耐摩耗性、耐熱
性あるいは耐腐食性を向上させるために、その摺動部位
にセラミックスなどの硬質被膜を被覆するという方法が
知られている。(Prior art) Conventionally, in order to improve the wear resistance, heat resistance, or corrosion resistance of rotating shafts made of steel or non-ferrous metal materials, it has been known to cover the sliding parts with a hard coating such as ceramics. It is being
その代表的な方法としてはプラズマ熱源を利用したセラ
ミックス溶射法、物理的蒸着法(PVD法)、化学的蒸
着法(CVD法)等がある。上記セラミックス溶射法は
セラミックス粒を溶融させて、この溶融セラミックスを
高温ガス等の熱流を媒体として金属表面に衝突させて堆
積させる方法である。この方法によれば比較的厚い層を
形成することができる。また、PVD法は蒸発した金属
原子が加速された状態で基板に衝突して薄膜を形成する
ものであり、CVD法は容器内に満たされた作動ガス等
との化学反応により薄膜を形成するものである。これら
の方法により形成された被膜は緻密な層を構成し、工具
や機構部品の摺動部位等の耐摩耗性を要求される箇所に
多く適用されている。Typical methods include ceramic spraying using a plasma heat source, physical vapor deposition (PVD), and chemical vapor deposition (CVD). The ceramic spraying method is a method in which ceramic grains are melted and the molten ceramic is deposited by colliding with a metal surface using a heat flow such as a high-temperature gas as a medium. This method allows relatively thick layers to be formed. Additionally, in the PVD method, evaporated metal atoms collide with a substrate in an accelerated state to form a thin film, while in the CVD method, a thin film is formed through a chemical reaction with a working gas filled in a container. It is. The coatings formed by these methods form dense layers and are often applied to places where wear resistance is required, such as sliding parts of tools and mechanical parts.
ところが、上述のセラミックス溶射法では層厚を厚くす
ることができる反面、被膜層を緻密に形成することが難
しい上、基板との密着強度を十分確保することができな
い。このため基板と被膜との剥離が生じやすいという問
題がある。However, although the ceramic spraying method described above allows the layer thickness to be increased, it is difficult to form a dense coating layer, and it is not possible to ensure sufficient adhesion strength to the substrate. Therefore, there is a problem that peeling between the substrate and the coating tends to occur.
一方、PVD法やCVD法では製造プロセス上の問題点
として成膜速度が遅いうえ、薄膜しが形成できず、被膜
層を厚くすると層内に剥離が生じるおそれがある。また
、スパッタ装置の操作状態によっては柱状晶が発生しや
すく耐蝕性にも問題がある。On the other hand, the PVD method and the CVD method have problems in the manufacturing process such that the film formation rate is slow, a thin film cannot be formed, and if the film layer is made thick, there is a risk that peeling may occur within the layer. Furthermore, depending on the operating conditions of the sputtering device, columnar crystals are likely to occur, which poses a problem in corrosion resistance.
これらの問題を解消するため、被加工金属表面にレーザ
光を照射して合金層を形成し、その表面に硼化処理剤を
供給して再度レーザ光を照射して金属表面に硬化層を形
成するレーザ光による物理的蒸着法が提案されている(
特開昭60−110851号参照)。このレーザ光によ
る物理的蒸着法では形成された被膜は気孔もなく緻密な
組織を得ることができる。In order to solve these problems, we irradiate the metal surface to be processed with laser light to form an alloy layer, supply a boriding agent to the surface, and then irradiate it with laser light again to form a hardened layer on the metal surface. A physical vapor deposition method using laser light has been proposed (
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 110851/1983). This physical vapor deposition method using laser light allows the film formed to have a dense structure without pores.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上述の方法によって形成された被膜層と
基板との密着強度はほとんど向上されず、発電プラント
に用いられる機構部品等のように長期にわたり耐摩耗性
を必要するような部位には十分適用できないという問題
がある。(Problem to be solved by the invention) However, the adhesion strength between the coating layer formed by the above method and the substrate is hardly improved, and wear resistance is required for a long period of time, such as mechanical parts used in power generation plants. There is a problem that it cannot be applied sufficiently to areas where
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、金属表面にセラミックスの被膜層を所
定の厚さに形成できるとともに、長期にわたり基板との
密着性を保持できるような被膜を形成できるような硬質
被膜形成方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques, to form a ceramic coating layer on a metal surface to a predetermined thickness, and to maintain adhesion to a substrate for a long period of time. It is an object of the present invention to provide a method for forming a hard film by which a film can be formed.
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するために、本発明は真空容器内に作動
ガスを導入して真空状態を形成し、この真空容器内に装
着された基板に負のバイアス電圧を印加させてグロー放
電を発生させ、このグロー放電により上記基板表面を清
浄化する工程と、上記真空容器内の真空度を上げて、こ
の真空容器内に備えられたセラミックスのターゲットに
レーザ光を照射して、上記セラミックスの蒸発粒子を発
生させ、このセラミックスの蒸発粒子を上記基板表面に
蒸着させて硬質被膜を形成する成膜工程とからなること
を特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention introduces a working gas into a vacuum container to form a vacuum state, and applies a negative bias voltage to a substrate mounted in the vacuum container. is applied to generate a glow discharge, and the surface of the substrate is cleaned by this glow discharge, and the degree of vacuum in the vacuum container is increased, and a laser beam is applied to a ceramic target provided in the vacuum container. This method is characterized by comprising a film forming step of irradiating the substrate to generate evaporated particles of the ceramic, and depositing the evaporated ceramic particles on the surface of the substrate to form a hard film.
また、上記セラミックスの蒸発粒子を上記真空容器内に
備えられた高周波放電手段により励起させながら基板表
面に蒸着させることを特徴とするものである。Further, the method is characterized in that the evaporated particles of the ceramic are deposited on the surface of the substrate while being excited by a high frequency discharge means provided in the vacuum container.
(作 用)
本発明によれば、真空容器内に作動ガスを導入して真空
状態を形成し、この真空容器内に装着された基板に負の
バイアス電圧を印加させてグロー放電を発生させ、この
グロー放電により上記基板表面を清浄化し、その後、上
記真空容器内の真空度を上げて、この真空容器内に備え
られたセラミックスのターゲットにレーザ光を照射して
、上記セラミックスの蒸発粒子を発生させ、このセラミ
ックスの蒸発粒子を上記基板表面に蒸着させて硬質被膜
を形成するようにしたので、基板と被膜との密着強度を
十分確保できるとともに、緻密で層厚の厚い硬質の被膜
を形成することができる。(Function) According to the present invention, a working gas is introduced into a vacuum container to form a vacuum state, and a negative bias voltage is applied to a substrate mounted in the vacuum container to generate a glow discharge. The surface of the substrate is cleaned by this glow discharge, and then the degree of vacuum in the vacuum container is increased, and a laser beam is irradiated onto a ceramic target provided in the vacuum container to generate evaporated particles of the ceramic. The evaporated particles of the ceramic are then deposited on the surface of the substrate to form a hard coating, which not only ensures sufficient adhesion strength between the substrate and the coating, but also forms a dense and thick hard coating. be able to.
また、上記セラミックスの蒸発粒子を上記真空容器内に
備えられた高周波放電手段により励起させながら基板表
面に蒸着させるようにしたことにより蒸発粒子のイオン
化を促進でき、上記硬質被膜の成膜速度を速めることが
できる。Further, by depositing the evaporated particles of the ceramic on the substrate surface while being excited by the high-frequency discharge means provided in the vacuum container, the ionization of the evaporated particles can be promoted and the rate of formation of the hard coating can be increased. be able to.
(実施例)
以下本発明による硬質被膜形成方法の一実施例を第1図
参照して説明する。(Example) An example of the hard film forming method according to the present invention will be described below with reference to FIG.
第1図は本発明に係る硬質被膜形成方法を実現するため
のレーザ光を利用した真空蒸着装置の−実施例を示した
ものである。図中符号1は真空蒸着用の真空容器を示し
ており、この真空容器1内には図示しないガス導入口か
らアルゴンや窒素ガスの作動ガスを導入できるようにな
っている。また、この真空容器1の端部には排気口2が
形成されており、この排気口2は排気管に接続され、こ
の排気管を介して上記真空容器1は図示しない真空ポン
プに連通できるようになっている。FIG. 1 shows an embodiment of a vacuum evaporation apparatus using laser light for realizing the hard film forming method according to the present invention. Reference numeral 1 in the figure indicates a vacuum vessel for vacuum evaporation, and a working gas such as argon or nitrogen gas can be introduced into the vacuum vessel 1 from a gas inlet (not shown). Further, an exhaust port 2 is formed at the end of the vacuum container 1, and the exhaust port 2 is connected to an exhaust pipe so that the vacuum container 1 can communicate with a vacuum pump (not shown) via the exhaust pipe. It has become.
一方、上記真空容器1の中央部には回転軸3がシール状
態を保持されて嵌挿されている。この回転軸3の上記容
器1内の端部には基板ホルダ4が固着されており、他端
の容器1の外側にはモータ5が装備されている。このモ
ータ5により上記基板ホルダ4を所定速度で回転させる
ことができる。On the other hand, a rotary shaft 3 is fitted into the center of the vacuum container 1 in a sealed state. A substrate holder 4 is fixed to an end of the rotating shaft 3 inside the container 1, and a motor 5 is installed outside the container 1 at the other end. The motor 5 can rotate the substrate holder 4 at a predetermined speed.
この基板ホルダ4には負の直流高電圧が印加されており
、その表面にはアルミ合金などの基板6が装着されてい
る。この基板6の周囲にはコイル状のヒータ7が配置さ
れており、上記基板6を所定温度に加熱できるようにな
っている。また、この基板6と対向する位置にはターゲ
ット8が装着されている。このターゲット8は上記真空
容器1の外部から導かれたレーザ光9により照射される
ようになっており、回転軸10回りに回転可能な円柱形
状でセラミックス焼結体から構成されている。A negative DC high voltage is applied to this substrate holder 4, and a substrate 6 made of aluminum alloy or the like is mounted on the surface thereof. A coil-shaped heater 7 is placed around the substrate 6, and is capable of heating the substrate 6 to a predetermined temperature. Further, a target 8 is mounted at a position facing the substrate 6. This target 8 is designed to be irradiated with a laser beam 9 guided from the outside of the vacuum vessel 1, and is made of a sintered ceramic body and has a cylindrical shape rotatable around a rotation axis 10.
ここで、上記レーザ光9がターゲット8に到達するまで
の経路について説明する。Here, the path through which the laser beam 9 reaches the target 8 will be explained.
まず、図示しないレーザ発振器から出力されたレーザ光
9は真空容器1の外部の第1の反射鏡11で反射された
後にアパーチャ12を通じて真空容器1内の第2の反射
鏡13に入射し、この第2の反射鏡13からの反射光が
上記ターゲット8の表面を接線方向に照射できるように
なっている。First, a laser beam 9 outputted from a laser oscillator (not shown) is reflected by a first reflecting mirror 11 outside the vacuum vessel 1, and then enters a second reflecting mirror 13 inside the vacuum vessel 1 through an aperture 12. The reflected light from the second reflecting mirror 13 can irradiate the surface of the target 8 in the tangential direction.
上記アパーチャ12は容器1の真空を保持でき、レーザ
光9の直行性を損ねないような窓であり、材質としては
Zn5eまたはKClが用いられている。また、上記レ
ーザ光9の入射角が常にターゲット8の接線方向と一致
するように上記第2の反射鏡13は第1図に示したよう
に矢印方向に移動できるように装着されている。本実施
例では第2の反射鏡13はレール14上を移動できるよ
うになっている。このようにレーザ光9の入射角をター
ゲット8の接線方向に等しくすることにより、レーザ光
9の照射によるセラミックスの蒸発粒子はつねに上記タ
ーゲット8の法線方向に向かって反射拡散することがで
きる。この蒸発粒子の拡散方向に上記基板6が装着され
ている。また、上記ターゲット8と基板6との間には高
周波コイル15が配置されている。この高周波コイル1
5は基板表面のクリーニングのため及び上記ターゲット
8からの蒸発粒子のイオン化促進のために用いられ、真
空容器1の外部にある高周波発生源16に接続されてい
る。The aperture 12 is a window that can maintain the vacuum of the container 1 and does not impair the orthogonality of the laser beam 9, and is made of Zn5e or KCl. Further, the second reflecting mirror 13 is mounted so as to be movable in the direction of the arrow as shown in FIG. 1 so that the incident angle of the laser beam 9 always coincides with the tangential direction of the target 8. In this embodiment, the second reflecting mirror 13 is movable on a rail 14. By making the incident angle of the laser beam 9 equal to the tangential direction of the target 8 in this way, the evaporated particles of the ceramic caused by the irradiation of the laser beam 9 can always be reflected and diffused in the normal direction of the target 8. The substrate 6 is mounted in the direction of diffusion of the evaporated particles. Further, a high frequency coil 15 is arranged between the target 8 and the substrate 6. This high frequency coil 1
5 is used for cleaning the substrate surface and promoting ionization of evaporated particles from the target 8, and is connected to a high frequency generation source 16 located outside the vacuum chamber 1.
なお、上記レーザ光9の照射による真空容器1への影響
を防止するために遮熱板17が真空容器1の側面に、反
射防護板18が第2の反射鏡13の後方に設けられてい
る。In order to prevent the vacuum vessel 1 from being affected by the irradiation of the laser beam 9, a heat shield plate 17 is provided on the side surface of the vacuum vessel 1, and a reflection protection plate 18 is provided behind the second reflecting mirror 13. .
次に、以上のように構成された真空蒸着装置を用いて合
金基板に硬質被膜を形成する工程について説明する。Next, a process of forming a hard coating on an alloy substrate using the vacuum evaporation apparatus configured as described above will be described.
まず、上記真空容器1内の基板6にアルミニウム合金を
装着するとともに、ターゲット8となるアルミナ焼結体
を所定位置に回転可能に装着する。First, an aluminum alloy is mounted on the substrate 6 in the vacuum vessel 1, and an alumina sintered body that will become the target 8 is rotatably mounted at a predetermined position.
その後、上記真空容器1を図示しない加熱手段により加
熱しながら排気口を介して図示しない真空ポンプにより
10−4〜10’Torrまで減圧する。そして、図示
しないガス導入口からアルゴンや窒素ガスの作動ガスを
導入して容器内の圧力を10〜10’Torrとする。Thereafter, the vacuum vessel 1 is heated by a heating means (not shown) and the pressure is reduced to 10 -4 to 10' Torr via an exhaust port by a vacuum pump (not shown). Then, a working gas such as argon or nitrogen gas is introduced from a gas inlet (not shown) to bring the pressure inside the container to 10 to 10' Torr.
この状態で上記3
直流電源と高周波発生源とを印加して上記真空容器1内
でグロー放電を発生させる。このグロー放電により上記
作動ガス中のアルゴン又は窒素原子がイオン化されAr
イオン等が負のバイアス電圧の印加された基板6に
吸引されて衝突し、基板表面を清浄化することができる
(この清浄化作用をボンバードという)。本実施例にお
いては上記ボンバード工程をおよそ20分にわたり行っ
ている。In this state, glow discharge is generated in the vacuum container 1 by applying the direct current power source and the high frequency generation source (3) above. Due to this glow discharge, the argon or nitrogen atoms in the working gas are ionized and Ar
Ions and the like are attracted to and collide with the substrate 6 to which a negative bias voltage is applied, thereby cleaning the substrate surface (this cleaning action is called bombardment). In this example, the bombardment process is performed for about 20 minutes.
次に上述の状態から真空容器の排気をさらに行い、容器
内の圧力を10’ 〜10−5T o r rとする。Next, the vacuum container is further evacuated from the above-mentioned state, and the pressure inside the container is set to 10' to 10-5 Torr.
この状態でCO2連続発振レーザを真空容器1内のター
ゲット8に照射する。上記レーザ光9は上述の経路によ
りセラミックスのターゲット8の表面に到達する。この
とき、上記ターゲット8はレーザ光9の照射による急激
な温度上昇を防止するために図示しないヒータによって
予熱されるとともに、−点のみが溶融することがないよ
うに回転している。In this state, the target 8 in the vacuum vessel 1 is irradiated with a CO2 continuous wave laser. The laser beam 9 reaches the surface of the ceramic target 8 through the above-described path. At this time, the target 8 is preheated by a heater (not shown) in order to prevent a rapid temperature rise due to the irradiation of the laser beam 9, and is rotated so that only the - point does not melt.
また、上記高周波コイル15の作用によりこの高周波コ
イル15内を通過する蒸発粒子は励起され、蒸発粒子の
イオン化を促進することができる。Moreover, the evaporated particles passing through the high-frequency coil 15 are excited by the action of the high-frequency coil 15, and ionization of the evaporated particles can be promoted.
本実施例では上記レーザ光9の出力はsoowであり、
約20分にわたり照射を行っている。また、上記ターゲ
ット8の回転数は50rpm、上記第2の反射鏡13の
移動速度は2mm/分に設定されている。In this embodiment, the output of the laser beam 9 is soow,
Irradiation was performed for about 20 minutes. Further, the rotation speed of the target 8 is set to 50 rpm, and the moving speed of the second reflecting mirror 13 is set to 2 mm/min.
なお、上記清浄化及び成膜工程の前処理工程として蒸着
セラミックスと親和性のある金属を基板6の表面にメツ
キ処理し、蒸着被膜と上記基板との密着性を高めること
もできる。Note that as a pretreatment step for the cleaning and film-forming steps described above, the surface of the substrate 6 may be plated with a metal that has an affinity for the vapor-deposited ceramics to improve the adhesion between the vapor-deposited film and the substrate.
また、上述の実施例に用いられた基板金属はアルミニウ
ム合金に限られず、鉄系、非鉄系の種々の金属にも適用
でき、被膜となるセラミックスの材質についてはアルミ
ナの他、ムライト、窒化ケイ素、窒化ホウ素等を利用す
ることができる。Furthermore, the substrate metal used in the above-mentioned embodiments is not limited to aluminum alloy, but can also be applied to various ferrous and non-ferrous metals.In addition to alumina, the ceramic material used as the coating may include mullite, silicon nitride, Boron nitride or the like can be used.
次に、本発明により基板表面に形成された硬質被膜の強
度性状について説明する。Next, the strength properties of the hard coating formed on the substrate surface according to the present invention will be explained.
第2図は本実施例により硬質被膜の形成された基板の断
面を模式的に示している。この基板6は直径80mm、
板厚10mmの円板形状のアルミニウム合金で、その表
面に被膜厚さΔtのアルミナの蒸着被膜19が形成され
ている。この被膜は第3図に示したように最大粗さRm
ax−1,6μ■、平均粗さRa=0.12μ■の平滑
な被膜表面に形成されており、被膜組織は緻密に構成さ
れている。FIG. 2 schematically shows a cross section of a substrate on which a hard coating is formed according to this example. This board 6 has a diameter of 80 mm,
It is a disc-shaped aluminum alloy with a thickness of 10 mm, and an alumina vapor-deposited film 19 with a film thickness Δt is formed on its surface. This coating has a maximum roughness Rm as shown in Figure 3.
It is formed on a smooth coating surface with ax-1.6μ■ and average roughness Ra=0.12μ■, and the coating structure is densely structured.
この被膜組織はX線回折結果によれば広いブロードを示
し、非晶質アルミナが形成されていることがわかる。ま
た、この被膜は、表面硬さはビッカース硬さHv140
0〜1600を得ることができ、アルミニウム基板と被
膜との密着強度は約5〜6kg/s−を確保することが
できる。According to the results of X-ray diffraction, this coating structure exhibits a wide spectrum, indicating that amorphous alumina is formed. In addition, the surface hardness of this coating is Vickers hardness Hv140.
0 to 1600 can be obtained, and the adhesion strength between the aluminum substrate and the coating can be secured to be about 5 to 6 kg/s.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば作動ガ
スを満たした真空状態の真空容器内の基板に負のバイア
ス電圧を印加させてグロー放電を発生させて基板表面を
清浄化し、その後、上記真空容器内の真空度を上げてセ
ラミックスのターゲットにレーザ光を照射して蒸発粒子
を発生させ、上記基板表面に硬質被膜を形成するように
したので、基板と被膜との密着強度を十分確保できると
ともに、緻密で層厚の厚い硬質の被膜を形成することが
でき、金属部材の耐摩耗性や耐熱性が向上するという効
果を有し、また、高周波放電手段により蒸発粒子を励起
させながら基板表面に蒸着させるようにしたので、上記
硬質被膜の成膜速度が速められ硬質被膜の形成された製
品の生産性が向上する等の効果が期待できる。As is clear from the above description, according to the present invention, a negative bias voltage is applied to a substrate in a vacuum chamber filled with a working gas to generate glow discharge to clean the substrate surface, and then, By increasing the degree of vacuum in the vacuum chamber and irradiating the ceramic target with laser light to generate evaporated particles, a hard film is formed on the surface of the substrate, ensuring sufficient adhesion strength between the substrate and the film. At the same time, it is possible to form a dense and thick hard film, which has the effect of improving the abrasion resistance and heat resistance of metal parts, and also to excite the evaporated particles using high frequency discharge means. Since it is vapor-deposited on the surface, effects such as increasing the deposition rate of the hard coating and improving the productivity of products on which the hard coating is formed can be expected.
第1図は本発明に利用される真空蒸着装置の一実施例を
示す横断面図、第2図は本発明により硬質被膜が形成さ
れた基板の模式横断面図、第3図は本発明により形成さ
れた硬質被膜の表面粗さの測定結果図である。
1・・・真空容器、2・・・排気口、3・・・回転軸、
4・・・基板ホルダ、5・・・モータ、6・・・基板、
7・・・ヒータ、8・・・ターゲット、9・・・レーザ
光、11・・・第1の反射鏡、12・・・アパーチャ、
13・・・第2の反射鏡、15・・・高周波コイル。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the vacuum evaporation apparatus used in the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a substrate on which a hard coating is formed according to the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the formed hard coating. 1... Vacuum container, 2... Exhaust port, 3... Rotating shaft,
4... Board holder, 5... Motor, 6... Board,
7... Heater, 8... Target, 9... Laser light, 11... First reflecting mirror, 12... Aperture,
13... Second reflecting mirror, 15... High frequency coil.
Claims (2)
、この真空容器内に装着された基板に負のバイアス電圧
を印加させてグロー放電を発生させ、このグロー放電に
より上記基板表面を清浄化する工程と、上記真空容器内
の真空度を上げて、この真空容器内に備えられたセラミ
ックスのターゲットにレーザ光を照射して、上記セラミ
ックスの蒸発粒子を発生させ、このセラミックスの蒸発
粒子を上記基板表面に蒸着させて硬質被膜を形成する成
膜工程とからなることを特徴とする硬質被膜形成方法。1. A working gas is introduced into the vacuum container to create a vacuum state, a negative bias voltage is applied to the substrate mounted in the vacuum container to generate glow discharge, and the glow discharge cleans the surface of the substrate. The degree of vacuum in the vacuum container is increased, and a laser beam is irradiated to a ceramic target provided in the vacuum container to generate evaporated particles of the ceramic, and the evaporated particles of the ceramic are A method for forming a hard film, comprising a film forming step of forming a hard film by vapor deposition on the surface of a substrate.
えられた高周波放電手段により励起させながら基板表面
に蒸着させることを特徴とする請求項1記載の硬質被膜
形成方法。2. 2. The hard film forming method according to claim 1, wherein the evaporated particles of the ceramic are deposited on the surface of the substrate while being excited by a high frequency discharge means provided in the vacuum container.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4664290A JPH03249169A (en) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Formation of hard film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4664290A JPH03249169A (en) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Formation of hard film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03249169A true JPH03249169A (en) | 1991-11-07 |
Family
ID=12752964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4664290A Pending JPH03249169A (en) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Formation of hard film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03249169A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5487922A (en) * | 1992-08-14 | 1996-01-30 | Hughes Aircraft Company | Surface preparation and deposition method for titanium nitride onto carbon-containing materials |
-
1990
- 1990-02-27 JP JP4664290A patent/JPH03249169A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5487922A (en) * | 1992-08-14 | 1996-01-30 | Hughes Aircraft Company | Surface preparation and deposition method for titanium nitride onto carbon-containing materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4560964B2 (en) | Amorphous carbon coated member | |
JP5952051B2 (en) | Covering member having hard coating layer and method for producing the same | |
CA1125700A (en) | Vacuum deposition method | |
Lackner | Industrially-scaled large-area and high-rate tribological coating by pulsed laser deposition | |
JP4449187B2 (en) | Thin film formation method | |
JPH03249169A (en) | Formation of hard film | |
JP5360603B2 (en) | Method for producing amorphous carbon-coated member | |
JP2001192206A (en) | Method for manufacturing amorphous carbon-coated member | |
JP3544907B2 (en) | Magnetron sputtering equipment | |
JPH04268065A (en) | Sputtered film forming device | |
JPH07113182A (en) | Method and apparatus for coating metallic substrate with coating layer of metal or metal alloy | |
JP2010202978A (en) | Amorphous carbon covered member | |
RU2828071C2 (en) | Method of deposition of chromium-based material on metal substrates and method of producing cladding of nuclear fuel elements | |
KR100614530B1 (en) | Apparatus and method for plasma coating | |
KR0176664B1 (en) | Vucuum deposit method and the apparatus of titanium based materials | |
Kreutz et al. | Large area pulsed laser deposition of ceramic films | |
JP2002047557A (en) | Cr-CONTAINING TITANIUM NITRIDE FILM | |
JP2667309B2 (en) | Abrasion resistant film formation method by HCD ion plating | |
JP4050646B2 (en) | Etching apparatus and etching method | |
JP4396885B2 (en) | Magnetron sputtering equipment | |
JP2020122193A (en) | Film deposition apparatus | |
RU2773044C1 (en) | Magnetron sputtering device | |
JP2000129420A (en) | Hard film for high temperature sliding member | |
JP3295724B2 (en) | Method for forming vapor deposition film and vapor deposition apparatus | |
JPS6320445A (en) | Ion plating |