【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明はステンレス鋼基材の表面
に炭化タンタル、窒化チタンなどの硬質化合物膜を被覆
する方法に関し、密着性を改善するための下地層の形成
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for coating the surface of a stainless steel substrate with a hard compound film such as tantalum carbide or titanium nitride, and more particularly to a method for forming an underlayer to improve adhesion.
【０００２】0002
【従来の技術】炭化物あるいは窒化物からなる硬質化合
物膜をステンレス鋼の表面に被覆する場合に、密着性を
改善するための前処理としてアルゴンイオンボンバード
処理が行われている。この処理はステンレス鋼の表面に
形成されている不動態化膜（自然に形成される酸化膜）
を除去することを目的とするものであり、多くの場合有
効な手段である。一方、ステンレス鋼基材の表面に前記
硬質化合物膜を被覆する場合に、下地層として当該化合
物を構成する金属単体からなる層を被覆し、次いで炭素
あるいは窒素を含有するガスを導入して反応性イオンプ
レーティング法により当該金属の炭化物膜あるいは窒化
物膜を形成することが行われている。2. Description of the Related Art When coating the surface of stainless steel with a hard compound film made of carbide or nitride, argon ion bombardment treatment is performed as a pretreatment to improve adhesion. This treatment is a passivation film (naturally formed oxide film) formed on the surface of stainless steel.
The purpose is to remove this, and it is an effective means in many cases. On the other hand, when coating the surface of a stainless steel substrate with the hard compound film, a layer consisting of a single metal constituting the compound is coated as an underlayer, and then a gas containing carbon or nitrogen is introduced to make the compound reactive. A carbide film or nitride film of the metal is formed by an ion plating method.
【０００３】0003
【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術におけ
るボンバード処理あるいは金属単体層の挿入は、それぞ
れ有効な手段であり、またこれらの処理を併用すること
もできるが、目的によっては密着性が不足する場合があ
る。そこで本発明の目的は、ステンレス鋼基材とその表
面に被覆する硬質化合物膜との密着性をさらに飛躍的に
向上させることである。[Problem to be Solved by the Invention] Bombardment treatment or insertion of a single metal layer in the prior art described above are effective means, and these treatments can also be used together, but depending on the purpose, adhesion may be insufficient. There are cases where Therefore, an object of the present invention is to further dramatically improve the adhesion between a stainless steel base material and a hard compound film coated on its surface.
【０００４】0004
【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明に
おいては、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中
におけるボンバード処理により、クロムを含有するステ
ンレス鋼基材の表面に厚さ約２０ｎｍの酸化クロム（Ｃ
ｒ２ Ｏ３ ）を主体とする酸化物層を形成し、次にア
ルゴンガスを導入した減圧雰囲気中におけるイオンプレ
ーティング法によりチタン、タンタル、タングステンな
どの周期律表第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族に属する一種の
金属を被覆し、引き続き炭化水素ガスあるいは窒素ガス
を導入して前記金属の炭化物あるいは窒化物からなる硬
質化合物膜を被覆するようにした。[Means for Solving the Problems] For the above purpose, in the present invention, a chromium oxide film having a thickness of about 20 nm is deposited on the surface of a stainless steel base material containing chromium by bombardment treatment in a reduced pressure atmosphere containing oxygen and argon gas. (C
r2O3) is formed, and then a type of material belonging to groups IVa, Va, and VIa of the periodic table, such as titanium, tantalum, and tungsten, is formed by ion plating in a reduced-pressure atmosphere with argon gas introduced. Then, hydrocarbon gas or nitrogen gas was introduced to coat a hard compound film made of carbide or nitride of the metal.
【０００５】従来のボンバード処理は基材表面の酸化物
被膜を除去するものであるが、酸化物被膜を積極的に介
在させることにより密着性が改善される場合があり、特
にチタン、タンタルなどの金属被覆層とステンレス鋼基
材との間に介在させる中間層として酸化クロム（Ｃｒ２
Ｏ３ ）膜が有効である。また、その膜厚は不動態化
膜（０． ５ｎｍ前後）よりもはるかに厚い２０ｎｍ程
度が適当である。さらに、この酸化クロム膜は、酸素雰
囲気中での単なる熱酸化により形成されたものではなく
、酸素およびアルゴンガスを含む減圧雰囲気中における
ボンバード処理により形成されたものが最も効果的であ
る。本発明はこのような知見に基づいてなされたもである。[0005] Conventional bombardment treatment removes the oxide film on the surface of the substrate, but adhesion can sometimes be improved by actively interposing an oxide film, especially for materials such as titanium and tantalum. Chromium oxide (Cr2) is used as an intermediate layer between the metal coating layer and the stainless steel base material.
O3) membrane is effective. Further, the film thickness is suitably about 20 nm, which is much thicker than the passivation film (about 0.5 nm). Furthermore, this chromium oxide film is most effectively formed not by simple thermal oxidation in an oxygen atmosphere, but by bombardment in a reduced pressure atmosphere containing oxygen and argon gas. The present invention has been made based on this knowledge.
【０００６】[0006]
【作用】酸素およびアルゴンの混合ガスを導入した減圧
雰囲気中で、ステンレス鋼基材に負電圧を印加してボン
バード処理を行うと、基材の表面に主として酸化クロム
からなる酸化物を形成する現象と、酸化物を除去する現
象とが同時に発生する。この場合、酸素分圧と加速電圧
とを適当に調整すると、界面の結合力の弱い酸化物は除
去され、結合力の強い酸化物だけが密着性の優れた酸化
物膜として成長する。このような酸化膜が本発明の目的
とする機能を果たすものである。[Operation] When bombarding a stainless steel base material by applying a negative voltage in a reduced pressure atmosphere containing a mixed gas of oxygen and argon, an oxide mainly consisting of chromium oxide is formed on the surface of the base material. and the phenomenon of removing oxides occur simultaneously. In this case, by appropriately adjusting the oxygen partial pressure and accelerating voltage, the oxide with weak bonding force at the interface is removed, and only the oxide with strong bonding force grows as an oxide film with excellent adhesion. Such an oxide film fulfills the intended function of the present invention.
【０００７】[0007]
【実施例１】以下図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は本発明の実施例における層構造を模式
的に示す断面図である。酸素１０％、アルゴン９０％か
らなる混合ガスを真空装置に導入して圧力を２×１０−
３ Ｔｏｒｒに保持し、ステンレス鋼（ＳＵＳ２７）
からなる基材に−５００Ｖの負電圧を印加して約１０分
間ボンバード処理を行い、ステンレス鋼基材１の表面に
酸化クロム（Ｃｒ２ Ｏ３ ）を主体とする厚さ約２０
ｎｍの酸化物層２を形成した。次にアルゴンガス雰囲気
中でチタンを電子ビーム溶解して蒸発させ、高周波励起
イオンプレーティング法により厚さ約１００ｎｍの金属
チタン層３を被覆し、さらに窒素ガスを導入して厚さ約
５００ｎｍの窒化チタン層４を反応性イオンプレーティ
ング法により被覆した。Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a layer structure in an example of the present invention. A mixed gas consisting of 10% oxygen and 90% argon was introduced into the vacuum device to increase the pressure to 2 x 10-
Hold at 3 Torr, stainless steel (SUS27)
A negative voltage of -500V is applied to the base material and bombarded for about 10 minutes.
An oxide layer 2 with a thickness of 2 nm was formed. Next, titanium is melted and evaporated with an electron beam in an argon gas atmosphere, and a metal titanium layer 3 with a thickness of about 100 nm is coated by high-frequency excited ion plating, and nitrogen gas is further introduced to form a nitrided layer 3 with a thickness of about 500 nm. The titanium layer 4 was coated by reactive ion plating.
【０００８】[0008]
【比較例１】酸素を含まない純アルゴンガスを真空装置
に導入して２×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、ステン
レス鋼基材に−１０００Ｖの負電圧を印加して約５分間
ボンバード処理を行い、基材の表面に自然に形成されて
いる不動態化膜を除去した。続いて実施例１と同様に金
属チタン層と窒化チタン層を被覆した。[Comparative Example 1] Pure argon gas containing no oxygen was introduced into a vacuum device and maintained at 2 x 10-3 Torr, and a negative voltage of -1000V was applied to the stainless steel base material to perform bombardment treatment for about 5 minutes. , the passivation film naturally formed on the surface of the substrate was removed. Subsequently, in the same manner as in Example 1, a metal titanium layer and a titanium nitride layer were coated.
【０００９】[0009]
【比較例２】実施例１と同じ酸素アルゴン混合ガスを真
空装置に導入して５×１０− ３ Ｔｏｒｒに保持し、
ステンレス鋼基材を３００℃に加熱して基材の表面に約
２０ｎｍの酸化クロムを主体とする熱酸化被膜を形成し
た。続いて実施例１と同様に金属チタン層と窒化チタン層を
被覆した。[Comparative Example 2] The same oxygen-argon mixed gas as in Example 1 was introduced into a vacuum device and maintained at 5 x 10-3 Torr.
A stainless steel base material was heated to 300° C. to form a thermal oxide film mainly composed of chromium oxide with a thickness of about 20 nm on the surface of the base material. Subsequently, in the same manner as in Example 1, a metal titanium layer and a titanium nitride layer were coated.
【００１０】実施例１、比較例１、比較例２で得られた
硬質化合物膜すなわち窒化チタン膜の密着性を引っかき
試験によりテストした結果を表１に示す。界面の密着性
を改善する上で、熱酸化膜の介在（比較例２）は全く効
果が無く、ボンバード処理による不動態化膜の除去（比
較例１）により密着性は改善されるが、本発明の方法に
よりさらに密着性が向上することが明らかに認められる
。Table 1 shows the results of testing the adhesion of the hard compound films, that is, the titanium nitride films obtained in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 by a scratch test. In improving the adhesion of the interface, the presence of a thermal oxide film (Comparative Example 2) has no effect at all, and the adhesion is improved by removing the passivation film by bombardment (Comparative Example 1), but this It is clearly seen that the method of the invention further improves the adhesion.
【００１１】[0011]
【表１】[Table 1]
【００１２】0012
【実施例２】実施例１と同様にステンレス鋼基材の表面
にボンバード処理により酸化クロムを主体とする酸化物
膜を形成し、その上にアルゴンガス雰囲気中でイオンプ
レーティング法により金属タンタル層を被覆し、さらに
炭化水素ガスを導入して反応性イオンプレーティング法
により炭化タンタル層を被覆した。この場合にも極めて
強固な密着性が認められた。[Example 2] As in Example 1, an oxide film mainly composed of chromium oxide was formed on the surface of a stainless steel base material by bombardment treatment, and a tantalum metal layer was formed on top of it by ion plating in an argon gas atmosphere. A tantalum carbide layer was coated using a reactive ion plating method by introducing a hydrocarbon gas. In this case as well, extremely strong adhesion was observed.
【００１３】[0013]
【発明の効果】以上の実施例は硬質化合物膜として窒化
チタンあるいは炭化タンタルを被覆したものであるが、
本発明の方法は周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族に属
する金属の炭化物あるいは窒化物被膜に対して有効であ
る。本発明によれば硬質化合物膜の密着性が著しく向上
し、同一の真空装置を用いた一連の工程により前処理を
行うことが可能であり、耐摩耗性の要求される機械部品
などに施される表面処理法として格別の効果がある。[Effects of the Invention] In the above embodiments, titanium nitride or tantalum carbide is coated as a hard compound film.
The method of the present invention is effective for carbide or nitride films of metals belonging to groups IVa, Va, and VIa of the periodic table. According to the present invention, the adhesion of the hard compound film is significantly improved, and pretreatment can be performed through a series of steps using the same vacuum equipment, making it possible to apply it to mechanical parts that require wear resistance. This is a particularly effective surface treatment method.
【図１】本発明の実施例における層構造を示す模式的断
面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a layer structure in an example of the present invention.
１ ステンレス鋼基材２ 酸化物層３ 金属チタン層４ 窒化チタン層1 Stainless steel base material2 Oxide layer3 Metallic titanium layer4 Titanium nitride layer
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10520891AJP3236636B2 (en) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | Method of coating hard compound film on stainless steel substrate surface |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10520891AJP3236636B2 (en) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | Method of coating hard compound film on stainless steel substrate surface |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04311559Atrue JPH04311559A (en) | 1992-11-04 |
| JP3236636B2 JP3236636B2 (en) | 2001-12-10 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10520891AExpired - Fee RelatedJP3236636B2 (en) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | Method of coating hard compound film on stainless steel substrate surface |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3236636B2 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7247403B2 (en)* | 2004-04-21 | 2007-07-24 | Ut-Battelle, Llc | Surface modified stainless steels for PEM fuel cell bipolar plates |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7247403B2 (en)* | 2004-04-21 | 2007-07-24 | Ut-Battelle, Llc | Surface modified stainless steels for PEM fuel cell bipolar plates |
| JP2012533356A (en)* | 2009-07-15 | 2012-12-27 | エバレデイ バツテリ カンパニー インコーポレーテツド | Razor blade technology |
| Publication number | Publication date |
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| JP3236636B2 (en) | 2001-12-10 |
| Publication | Publication Date | Title |
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