JP2011173244A - Lamination film covering member and method of producing the same - Google Patents
Lamination film covering member and method of producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011173244A JP2011173244A JP2010036828A JP2010036828A JP2011173244A JP 2011173244 A JP2011173244 A JP 2011173244A JP 2010036828 A JP2010036828 A JP 2010036828A JP 2010036828 A JP2010036828 A JP 2010036828A JP 2011173244 A JP2011173244 A JP 2011173244A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- nitrogen
- chromium
- containing chromium
- solid lubricant
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000003475 lamination Methods 0.000 title abstract 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 115
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 111
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 111
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 31
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 28
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000007888 film coating Substances 0.000 claims description 5
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims description 5
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 13
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 239000002585 base Substances 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001844 chromium Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、積層皮膜被覆部材およびその製造方法に関し、特に、基材上に硬質皮膜として窒素含有クロム皮膜が形成された部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated film-coated member and a method for producing the same, and more particularly to a member having a nitrogen-containing chromium film formed as a hard film on a substrate and a method for producing the same.
従来、耐摩耗性や耐焼き付き性が必要とされる自動車などの摺動部品や機械部材の他、高面圧下で使用される金型などの表面に、スパッタリングなどの物理的蒸着によって窒素含有クロム皮膜を形成して、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、自動車などの摺動部品の摺動面に、PVD法によりダイヤモンドライクカーボンの下層膜を形成した後に、CVD法によりダイヤモンドライクカーボンの上層膜を形成することによって、耐久性が高く且つ摩擦係数が低いダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, nitrogen-containing chromium is produced by physical vapor deposition such as sputtering on the surfaces of sliding parts and machine parts such as automobiles that require wear resistance and seizure resistance, as well as dies used under high surface pressure. A method of forming a film to improve wear resistance and seizure resistance is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, a diamond-like carbon lower layer film is formed by a PVD method on a sliding surface of a sliding part such as an automobile, and then a diamond-like carbon upper layer film is formed by a CVD method. A method of forming a diamond-like carbon film having a low thickness has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかし、従来の方法では、自動車などの摺動部品、機械部材、金型などの表面に要求される耐磨耗性、密着性、摺動特性などの全てを満足する硬質皮膜として表面処理皮膜を単純な系で形成するのは困難であり、硬質皮膜としての能力を最大限に発揮させるためには、硬質皮膜を形成する基材の強化や、基材の表面形状の調整などが必須であった。 However, in the conventional method, the surface-treated film is used as a hard film that satisfies all of the wear resistance, adhesion, and sliding characteristics required for the surfaces of sliding parts such as automobiles, machine parts, and dies. It is difficult to form with a simple system, and in order to maximize its capability as a hard coating, it is essential to reinforce the substrate on which the hard coating is formed and to adjust the surface shape of the substrate. It was.
また、特許文献1などに記載された窒素含有クロム皮膜は、アモルファス構造を有するために化学的に安定で耐磨耗性および密着性に優れているが、硬質皮膜であるが故の相手部材への攻撃性や、過酷環境下における硬質皮膜の破壊時の基材(母材)の損傷の問題がある。
In addition, the nitrogen-containing chromium film described in
また、特許文献2などに記載されたダイヤモンドライクカーボン皮膜は、耐久性が高く且つ摩擦係数が低いが、基材との密着性や、皮膜の破壊時の基材の損傷の問題があり、また、製造工程が複雑で製造コストが高いという問題がある。
In addition, the diamond-like carbon film described in
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、耐磨耗性および密着性に優れ、摺動特性を向上させて相手部材への攻撃性を低下させることができ、過酷環境下においても基材の損傷を防止することができる、積層皮膜被覆部材およびその積層皮膜被覆部材を低コストで製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention is excellent in wear resistance and adhesion, can improve the sliding characteristics and can reduce the aggression to the mating member, in a harsh environment Another object of the present invention is to provide a multilayer coating member and a method for producing the multilayer coating member at a low cost, which can prevent damage to the substrate.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、基材上にクロム皮膜を介して窒素含有クロム皮膜を形成し、この窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜を形成することにより、耐磨耗性および密着性に優れ、摺動特性を向上させて相手部材への攻撃性を低下させることができ、過酷環境下においても基材の損傷を防止することができる、積層皮膜被覆部材を低コストで製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors formed a nitrogen-containing chromium film on a base material via a chromium film, and formed a film made of a solid lubricant on the nitrogen-containing chromium film. By doing so, it is excellent in wear resistance and adhesion, can improve the sliding characteristics and reduce the aggressiveness to the mating member, can prevent damage to the substrate even in harsh environments, The present inventors have found that a laminated film-coated member can be produced at a low cost and have completed the present invention.
すなわち、本発明による積層皮膜被覆部材は、基材上にクロム皮膜を介して窒素含有クロム皮膜が形成され、この窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜が形成されていること特徴とする。また、本発明による積層皮膜被覆部材は、基材上に複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜が形成され、最表面に固体潤滑剤からなる皮膜が形成されていることを特徴とする。これらの積層皮膜被覆部材において、固定潤滑剤が、フッ素系樹脂からなるのが好ましく、ポリテトラフルオロエチレンからなるのがさらに好ましい。 That is, the laminated film covering member according to the present invention is characterized in that a nitrogen-containing chromium film is formed on a substrate via a chromium film, and a film made of a solid lubricant is formed on the nitrogen-containing chromium film. . In addition, the laminated coating member according to the present invention is characterized in that a plurality of chromium coatings and a plurality of nitrogen-containing chromium coatings are formed on a substrate, and a coating made of a solid lubricant is formed on the outermost surface. In these laminated film-coated members, the fixed lubricant is preferably made of a fluororesin, more preferably polytetrafluoroethylene.
また、本発明による積層皮膜被覆部材の製造方法は、基材上にクロム皮膜を介して窒素含有クロム皮膜を形成した後、この窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤を塗布して焼成することにより、窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜を形成することを特徴とする。また、本発明による積層皮膜被覆部材の製造方法は、基材上に複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜をこの順に交互に形成した後、最表面に固体潤滑剤を塗布して焼成することにより、最表面に固体潤滑剤からなる皮膜を形成することを特徴とする。これらの積層皮膜被覆部材の製造方法において、窒素含有クロム皮膜が、クロムターゲットを使用してアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気中でスパッタリングすることによって形成されるのが好ましい。また、クロム皮膜が、クロムターゲットを使用してアルゴンガス雰囲気中でスパッタリングすることによって形成されるのが好ましい。また、固定潤滑剤が、フッ素系樹脂からなるのが好ましく、ポリテトラフルオロエチレンからなるのがさらに好ましい。 Also, the method for producing a laminated coating member according to the present invention comprises forming a nitrogen-containing chromium coating on a substrate via a chromium coating, and then applying a solid lubricant on the nitrogen-containing chromium coating and firing. A film comprising a solid lubricant is formed on the nitrogen-containing chromium film. Moreover, the manufacturing method of the laminated film coating | coated member by this invention forms a several chromium film | membrane and several nitrogen-containing chromium film | membrane alternately on a base material in this order, Then, a solid lubricant is apply | coated to an outermost surface, and it bakes. Thus, a film made of a solid lubricant is formed on the outermost surface. In these production methods for laminated film-coated members, the nitrogen-containing chromium film is preferably formed by sputtering in an atmosphere containing argon gas and nitrogen gas using a chromium target. Moreover, it is preferable that a chromium film | membrane is formed by sputtering in argon gas atmosphere using a chromium target. The fixed lubricant is preferably made of a fluorine-based resin, and more preferably made of polytetrafluoroethylene.
なお、本明細書中において、「窒素含有クロム皮膜」とは、クロム皮膜中に窒素および窒化クロムの少なくとも一方が分散した皮膜をいう。 In the present specification, the “nitrogen-containing chromium film” refers to a film in which at least one of nitrogen and chromium nitride is dispersed in the chromium film.
本発明によれば、耐磨耗性および密着性に優れ、摺動特性を向上させて相手部材への攻撃性を低下させることができ、過酷環境下においても基材の損傷を防止することができる、積層皮膜被覆部材を低コストで製造することができる。この硬質被膜被覆部材は、金型、機械部品、自動車部品などに使用することができる。 According to the present invention, it is excellent in wear resistance and adhesion, can improve sliding characteristics and can reduce the attack on the mating member, and can prevent damage to the substrate even in harsh environments The laminated film covering member that can be produced can be manufactured at low cost. This hard film covering member can be used for molds, machine parts, automobile parts and the like.
以下、添付図面を参照して、本発明による積層皮膜被覆部材およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。 Embodiments of a laminated film covering member and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本発明による積層皮膜被覆部材の実施の形態は、基材1と、この基材1上に(応力緩和層としての)クロム皮膜と(硬質層としての)窒素含有クロム皮膜がこの順に交互に配置されるように形成された複数のクロム皮膜2および複数の窒素含有クロム皮膜3と、最表面の窒素含有クロム皮膜上に形成された固体潤滑剤からなる皮膜4とを備えている。
As shown in FIG. 1, an embodiment of a laminated film covering member according to the present invention includes a
このように、窒素含有クロム皮膜(機械的強度の高い硬質層)上にフッ素系樹脂などの固体潤滑剤からなる皮膜(低摩擦係数の層)を形成することにより、耐磨耗性および密着性に優れ、摺動特性を向上させて相手部材への攻撃性を低下させることができ、過酷環境下においても基材の損傷を防止する皮膜で被覆された積層皮膜被覆部材を製造することができる。 Thus, by forming a film (layer of low friction coefficient) made of a solid lubricant such as a fluororesin on a nitrogen-containing chromium film (hard layer with high mechanical strength), wear resistance and adhesion It is possible to improve the sliding characteristics and reduce the aggressiveness to the mating member, and it is possible to produce a laminated film coated member coated with a film that prevents damage to the base material even in a harsh environment .
すなわち、基材上に硬質で機械的な強度の高い窒素含有クロム皮膜を形成し、その上にフッ素系樹脂などの固体潤滑剤からなる低摩擦係数の皮膜を形成することにより、耐磨耗性および密着性に優れ、摺動特性を向上させて相手部材への攻撃性を低下させることができ、過酷環境下においても基材の損傷を防止することができる、積層皮膜被覆部材を製造することができる。 In other words, by forming a hard, high-strength nitrogen-containing chromium film on the substrate, and forming a low-friction coefficient film made of a solid lubricant such as fluororesin on it, it is resistant to wear. And manufacturing a laminated coating member that has excellent adhesion, can improve the sliding characteristics, can reduce the attack on the mating member, and can prevent damage to the substrate even in harsh environments Can do.
フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化エチレンプロピレン(FEP),テトラフルオロエチレン(TFE)などを使用するのが好ましい。 As the fluororesin, it is preferable to use polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene propylene (FEP), tetrafluoroethylene (TFE) or the like.
積層皮膜被覆部材の耐磨耗性、耐高温酸化性、耐アルカリ性および離型性を良好にするためには、複数の窒素含有クロム皮膜の合計の厚さは、1〜30μmであるのが好ましく、1〜20μmであるのがさらに好ましく、1〜15μmであるのが最も好ましい。また、複数のクロム皮膜の合計の厚さは、0.01〜10μmであるのが好ましく、0.1〜5μmであるのがさらに好ましい。 In order to improve the wear resistance, high-temperature oxidation resistance, alkali resistance and releasability of the laminated film covering member, the total thickness of the plurality of nitrogen-containing chromium films is preferably 1 to 30 μm. 1 to 20 μm is more preferable, and 1 to 15 μm is most preferable. In addition, the total thickness of the plurality of chromium films is preferably 0.01 to 10 μm, and more preferably 0.1 to 5 μm.
複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜は、クロムターゲットを使用してスパッタリングする装置の処理室内で連続的に形成することができる。すなわち、下地層としてのクロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガス雰囲気し、窒素含有クロム皮膜を形成する際には、処理室内をアルゴンガスと窒素ガスを含む雰囲気にして、複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜を連続的に形成することができる。 The plurality of chromium films and the plurality of nitrogen-containing chromium films can be continuously formed in a processing chamber of a sputtering apparatus using a chromium target. That is, when forming a chromium film as an underlayer, an argon gas atmosphere is formed in the processing chamber, and when forming a nitrogen-containing chromium film, the processing chamber is set to an atmosphere containing argon gas and nitrogen gas, A chromium film and a plurality of nitrogen-containing chromium films can be formed continuously.
このスパッタリングは、DCマグネトロンスパッタリング法によって行うことができるので、基材として使用する鋼材の焼き戻し温度(約300℃)以下の低温で成膜することができるため、鋼材の軟化や熱歪を抑制することができ、また、他の物理的蒸着と比べて生産性が高い。また、このスパッタリングでは、イオンプレーティング法によって成膜する場合のように皮膜の材料が溶融した塊(ドロップレット)が発生しないので、平滑な表面の皮膜を形成することができる。さらに、このスパッタリングでは、クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜を形成するため、他の材料の中間層を排除することができるので、従来のスパッタリング装置に単一のターゲットを使用して、処理室内への窒素ガスを導入のON/OFFの切り替えにより、複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜を形成することができる。そのため、応力緩和層としてのクロム皮膜と硬質層としての窒素含有クロム皮膜の界面でクラックが伝播するのを防止して、高硬度を確保しながら応力緩和層により応力緩和して優れた密着性を有する窒素含有クロム皮膜を得ることができる。また、バイアス電圧を一定にしてスパッタリングを行うことができるので、皮膜の割れを防止することができ、応力緩和層を挟み込んでも硬度が低下するのを防止することができる。 Since this sputtering can be performed by the DC magnetron sputtering method, the film can be formed at a temperature lower than the tempering temperature (about 300 ° C.) of the steel material used as the base material, so that the softening and thermal strain of the steel material are suppressed. It is also more productive than other physical vapor depositions. In addition, in this sputtering, since a lump (droplet) in which the material of the film is melted does not occur as in the case of film formation by an ion plating method, a film having a smooth surface can be formed. Further, since this sputtering forms a chromium film and a nitrogen-containing chromium film, an intermediate layer of other materials can be eliminated, so that a single target is used in a conventional sputtering apparatus to enter the processing chamber. A plurality of chromium films and a plurality of nitrogen-containing chromium films can be formed by switching ON / OFF of introducing nitrogen gas. For this reason, crack propagation is prevented at the interface between the chromium film as the stress relaxation layer and the nitrogen-containing chromium film as the hard layer, and stress is relaxed by the stress relaxation layer while ensuring high hardness and excellent adhesion. The nitrogen-containing chromium film | membrane which has can be obtained. Further, since sputtering can be performed with a constant bias voltage, it is possible to prevent the film from cracking and to prevent the hardness from being lowered even if the stress relaxation layer is sandwiched.
本発明による積層皮膜被覆部材の実施の形態は、例えば、図2に示す処理装置10を使用して製造することができる。この処理装置10は、真空処理室12と、この真空処理室12内を減圧して真空にするための真空ポンプ14と、真空処理室12内の底部の中心部に配設された回転テーブル16と、この回転テーブル16上に治具18を介して載置された被処理部材として基材20と、この基材20を取り囲むように配置された蒸発源としてのターゲット22と、これらのターゲット22の各々に接続された直流のスパッタ電源24と、回転テーブル16に接続された直流のイオンボンバードおよびバイアス電源26と、真空処理室12内にアルゴンガスおよび窒素ガスを導入するためのガス導入パイプ28とを備えている。以下、この処理装置10を使用して、本発明による積層皮膜被覆部材の実施の形態を製造する方法について説明する。
The embodiment of the laminated film covering member according to the present invention can be manufactured using, for example, the
(イオンボンバード処理工程)
まず、処理装置10のターゲット22としてクロムターゲットを使用し、真空ポンプ14を作動させて真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガス雰囲気にして、イオンボンバード処理を行って、基材20の表面を活性化する。
(Ion bombarding process)
First, a chromium target is used as the
(クロム皮膜形成工程)
次に、アルゴンガスの導入を一旦停止し、真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガス雰囲気にする。その後、ターゲット22にスパッタ電源24の所定の電圧を印加して、ターゲット22の近傍にグロー放電(低温プラズマ)を生じさせる。これにより、放電領域内のアルゴンガスがイオン化してターゲット22に高速で衝突し、この衝突によってターゲット22からクロム原子が叩き出され、このクロム原子が基材20の表面に叩き付けられて、基材20の表面に応力緩和層としてのクロム皮膜が形成される。
(Chromium film formation process)
Next, the introduction of the argon gas is temporarily stopped, the inside of the
(窒素含有クロム皮膜形成工程)
次に、真空処理室12内を真空排気した後、ガス導入パイプ28を介して真空処理室12内にアルゴンガスと窒素ガスを導入して真空処理室12内をアルゴンガスと窒素ガスの雰囲気にする。その後、ターゲット22にスパッタ電源24の所定の電圧を印加して、ターゲット22の近傍にグロー放電(低温プラズマ)を生じさせる。これにより、放電領域内のアルゴンガスがイオン化してターゲット22に高速で衝突し、この衝突によってターゲット22からクロム原子が叩き出され、このクロム原子が真空処理室12内の雰囲気中の窒素原子とともに基材20上のクロム皮膜の表面に叩き付けられて、基材20上のクロム皮膜の表面に窒素を含有するクロム皮膜(硬質層)が形成される。
(Nitrogen-containing chromium film forming process)
Next, after evacuating the inside of the
さらに、上記のクロム皮膜形成工程と窒素含有クロム皮膜形成工程を繰り返して、クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜が交互に配置されるように複数のクロム皮膜と複数の窒素含有クロム皮膜を形成する。 Furthermore, the chromium film forming step and the nitrogen-containing chromium film forming step are repeated to form a plurality of chromium films and a plurality of nitrogen-containing chromium films so that the chromium films and the nitrogen-containing chromium films are alternately arranged.
なお、上記のクロム皮膜形成工程と窒素含有クロム皮膜形成工程におけるスパッタリングでは、それぞれの皮膜の厚さを均一にするために且つ基材20の温度をその焼戻し温度以下に維持するために、ターゲット22と基材20の間隔を、例えば、70〜80mmに保持するのが好ましい。
In the sputtering in the chromium film forming process and the nitrogen-containing chromium film forming process, the
(固体潤滑剤からなる皮膜形成工程)
次に、クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜が交互に形成された基材20を処理装置10から取り出し、最表面の窒素含有クロム皮膜上にポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂などからなる固体潤滑剤をスプレーガンで噴射して所定の厚さにした後、260〜340℃の温度で0.1〜3時間程度加熱して焼成する。これにより、窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜が形成される。この固体潤滑剤からなる皮膜の厚さは、1〜10μmであるのが好ましく、1〜6μmであるのがさらに好ましい。
(Film formation process consisting of solid lubricant)
Next, the
以下、本発明による積層皮膜被覆部材およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。 Examples of the laminated film-coated member and the method for producing the same according to the present invention will be described in detail below.
[実施例1]
まず、基材として、鋼種SCM415に浸炭焼入れ焼き戻しを施した後に鏡面研磨した円柱形の直径6.5mmのファビリピンを用意した。この基材をクロムターゲットを使用する処理装置(DCマグネトロンスパッタリング装置)の真空処理室に入れて、到達真空度5×10−4Pa以下に真空排気した後、真空処理室内が圧力5×10−1Paのアルゴンガス雰囲気になるように制御してアルゴンガスを真空処理室内に導入し、1000V×2Aでイオンボンバード処理を約180分間施して、基材の表面を活性化した。
[Example 1]
First, as a base material, a cylindrical Fabry pin with a diameter of 6.5 mm, which was mirror-polished after carburizing, quenching and tempering the steel type SCM415, was prepared. This base material is put into a vacuum processing chamber of a processing apparatus (DC magnetron sputtering apparatus) using a chrome target and evacuated to an ultimate vacuum of 5 × 10 −4 Pa or less, and then the pressure in the vacuum processing chamber is 5 × 10 − Argon gas was introduced into a vacuum processing chamber under control of an argon gas atmosphere of 1 Pa, and ion bombarding was performed at 1000 V × 2 A for about 180 minutes to activate the surface of the substrate.
次に、アルゴンガスの導入を一旦停止し、真空処理室内を排気して真空にした後、真空処理室内の雰囲気中のアルゴンガスの分圧が0.061Paになるようにアルゴンガスを真空処理室内に導入しながら、投入電力4kW、バイアス電圧を−100Vとして、スパッタリングを30秒間行って、基材上に厚さ約40nmのクロム皮膜(ビッカース硬度HV500程度)を形成した(クロム皮膜形成工程)。 Next, the introduction of the argon gas is temporarily stopped, the vacuum processing chamber is evacuated and evacuated, and then the argon gas is evacuated so that the partial pressure of the argon gas in the atmosphere in the vacuum processing chamber becomes 0.061 Pa. While being introduced, the input power was 4 kW, the bias voltage was −100 V, and sputtering was performed for 30 seconds to form a chromium film having a thickness of about 40 nm (about Vickers hardness HV500) on the substrate (chromium film formation step).
次に、真空処理室内を排気して真空にした後、真空処理室内の雰囲気中のアルゴンガスの分圧が0.042Paになるようにアルゴンガスを真空処理室内に導入するとともに、窒素ガスの分圧が0.054Paになるように窒素ガスを真空処理室内に導入しながら、投入電力4kW、バイアス電圧を−100Vとして、スパッタリングを60秒間行って、基材上に厚さ約80nmの窒素含有クロム皮膜を形成した(窒素含有クロム皮膜形成工程)。 Next, after evacuating and vacuuming the vacuum processing chamber, the argon gas is introduced into the vacuum processing chamber so that the partial pressure of the argon gas in the atmosphere in the vacuum processing chamber becomes 0.042 Pa, and the nitrogen gas is separated. While introducing nitrogen gas into the vacuum processing chamber so that the pressure becomes 0.054 Pa, sputtering was performed for 60 seconds with an input power of 4 kW and a bias voltage of −100 V, and a nitrogen-containing chromium having a thickness of about 80 nm on the substrate. A film was formed (nitrogen-containing chromium film forming step).
さらに、上記のクロム皮膜形成工程と窒素含有クロム形成工程を交互に繰り返して、それぞれ厚さ約40nmのクロム皮膜と厚さ約80nmの窒素含有クロム皮膜を40層ずつ(合計80層、全膜厚4.8μm)交互に形成した(窒素含有クロム皮膜形成工程)。 Further, the chromium film forming step and the nitrogen-containing chromium forming step are alternately repeated, so that 40 layers each of a chromium film having a thickness of about 40 nm and a nitrogen-containing chromium film having a thickness of about 80 nm (total 80 layers, total film thickness). 4.8 μm) alternately formed (nitrogen-containing chromium film forming step).
次に、クロム皮膜と窒素含有クロム皮膜が交互に形成された基材を処理装置から取り出し、乾式塗布焼成法に基づいて、最表面の窒素含有クロム皮膜の表面にポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を塗布し、300℃で2時間程度保持して固体潤滑剤を焼成することによって、窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜を形成した。 Next, the base material on which the chromium film and the nitrogen-containing chromium film are alternately formed is taken out of the processing apparatus, and based on the dry coating and baking method, the surface of the outermost nitrogen-containing chromium film is solid lubricated with polytetrafluoroethylene. The coating was made of a solid lubricant on the nitrogen-containing chromium coating by applying the agent and baking the solid lubricant by holding at 300 ° C. for about 2 hours.
このようにして得られた積層皮膜被覆部材(円柱形の積層皮膜被覆ファビリピン)の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、窒素含有クロム皮膜の全面に形成された固体潤滑剤が確認された。また、得られた積層皮膜被覆部材の断面をSEMで観察したところ、厚さ2μm程度の固体潤滑剤の層が確認された。 Observation of the surface of the thus obtained multilayer coating member (cylindrical multilayer coating coated Fabypin) with a scanning electron microscope (SEM) confirmed the solid lubricant formed on the entire surface of the nitrogen-containing chromium coating. It was done. Moreover, when the cross section of the obtained laminated film coating | coated member was observed by SEM, the layer of the solid lubricant about 2 micrometers thick was confirmed.
また、得られた積層皮膜被覆ファビリピンの耐荷重性能および摺動特性を評価するために、図3に示すような高速ファレックス摩擦磨耗試験機の回転駆動機112にピン113により積層皮膜被覆ファビリピン110の上部を固定し、その側面を一対の(SCM415に浸炭焼き入れ焼き戻しを施した)Vブロック(V溝付ブロック)111のV溝で挟み、回転駆動機112により積層皮膜被覆ファビリピン110を回転させながら、Vブロックに加える(図中、矢印Lで示す)荷重を増加して、非潤滑で摩擦磨耗試験を行った後、試験終了後の積層皮膜被覆ファビリピンとVブロックの外観を観察した。この試験では、すべり速度を0.1m/sとして、試験終了時の最大荷重が20000N(試験機最大荷重)であり、摺動特性の評価として試験終了時の摩擦係数μは0.021であった。また、試験終了後のファビリピン(基材)の外観の観察では、焼付きや損傷などは認められず、窒素含有クロム皮膜の損傷も観察されなかった。
In addition, in order to evaluate the load bearing performance and sliding characteristics of the obtained multilayer coating coated Fabry pin, the multilayer coating coated
[実施例2]
クロム皮膜形成工程のスパッタリングを45秒間行って基材上に厚さ約60nmのクロム皮膜を形成し、窒素含有クロム皮膜形成工程のスパッタリングを90秒間行って基材上に厚さ約120nmの窒素含有クロム皮膜を形成し、このクロム皮膜形成工程と窒素含有クロム皮膜形成工程を交互に繰り返して、それぞれ厚さ約60nmのクロム皮膜40層と、厚さ約120nmの窒素含有クロム皮膜39層(合計79層、全膜厚約7.08μm)を交互に形成し、最表面のクロム皮膜の表面にポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を塗布した以外は、実施例1と同様の方法により、積層皮膜被覆部材を作製した。
[Example 2]
Sputtering of the chromium film forming process is performed for 45 seconds to form a chromium film having a thickness of about 60 nm on the substrate, and sputtering of the nitrogen-containing chromium film forming process is performed for 90 seconds to contain nitrogen having a thickness of about 120 nm on the substrate. A chromium film is formed, and this chromium film forming process and the nitrogen-containing chromium film forming process are alternately repeated to obtain a chromium film 40 layer having a thickness of about 60 nm and a nitrogen-containing chromium film 39 layer having a thickness of about 120 nm (79 layers in total). Layer and a total film thickness of about 7.08 μm), and a multilayer film was formed in the same manner as in Example 1 except that a solid lubricant composed of polytetrafluoroethylene was applied to the surface of the outermost chromium film. A covering member was produced.
この積層皮膜被覆部材の表面をSEMで観察したところ、ほぼ全面に形成された固体潤滑剤が確認され、積層皮膜被覆部材の断面をSEMで観察したところ、厚さ3μm程度の固体潤滑剤の層が確認された。 When the surface of this multilayer coating member was observed with an SEM, a solid lubricant formed on almost the entire surface was confirmed, and when a cross section of the multilayer coating member was observed with an SEM, a solid lubricant layer having a thickness of about 3 μm was observed. Was confirmed.
また、得られた積層皮膜被覆ファビリピンの耐荷重性能および摺動特性を実施例1と同様の方法により評価したところ、試験終了時の最大荷重は20000Nであり、試験終了時の摩擦係数μは0.023であった。また、試験終了後のファビリピンの外観の観察では、焼付きや損傷などは認められず、積層皮膜の損傷も観察されなかった。 Further, when the load bearing performance and sliding characteristics of the obtained laminated coating coated Fabry pin were evaluated by the same method as in Example 1, the maximum load at the end of the test was 20000 N, and the friction coefficient μ at the end of the test was 0. 0.023. Further, in the observation of the appearance of the Fabry pin after the test was completed, no seizure or damage was observed, and no damage to the laminated film was observed.
[比較例1]
窒素含有クロム皮膜上に固体潤滑剤からなる皮膜を形成しなかった以外は、実施例1と同様の方法により、積層皮膜被覆部材(円柱形の積層皮膜被覆ファビリピン)を作製して、耐荷重性能および摺動特性を評価した。この試験では、試験終了時の最大荷重は5519N、試験終了時の摩擦係数μは0.282であった。また、試験終了後の外観の観察では、窒素含有クロム皮膜が破壊され、ファビリピン(基材)には塑性流動による変形が認められ、かじりや凝着も観察された。
[Comparative Example 1]
A laminated film coated member (cylindrical laminated film coated Fabry pin) was prepared by the same method as in Example 1 except that a film made of a solid lubricant was not formed on the nitrogen-containing chromium film, and the load bearing performance And the sliding characteristics were evaluated. In this test, the maximum load at the end of the test was 5519 N, and the friction coefficient μ at the end of the test was 0.282. Further, in the observation of the external appearance after completion of the test, the nitrogen-containing chromium film was broken, deformation of the Fabry pin (base material) due to plastic flow was observed, and galling and adhesion were also observed.
[比較例2]
実施例1と同様のファビリピン(鋼種SCM415に浸炭焼入れ焼き戻しを施した後に鏡面研磨した円柱形の直径6.5mmのファビリピン)の耐荷重性能および摺動特性を実施例1と同様の方法により評価したところ、試験終了時の最大荷重は4837Nであり、試験終了時の摩擦係数μは0.336であった。また、試験終了後のファビリピンの外観の観察では、塑性流動による変形が認められ、焼き付きが観察された。
[Comparative Example 2]
The load bearing performance and sliding characteristics of the same Fabry pin as in Example 1 (cylindrical type Fabry pin with a diameter of 6.5 mm, which was carburized, quenched and tempered into steel type SCM415) were evaluated by the same method as in Example 1. As a result, the maximum load at the end of the test was 4837 N, and the friction coefficient μ at the end of the test was 0.336. Further, in the observation of the appearance of the Fabry pin after the test was completed, deformation due to plastic flow was observed, and seizure was observed.
1 基材
2 クロム皮膜
3 窒素含有クロム皮膜
4 固体潤滑剤からなる皮膜
10 処理装置
12 真空処理室
14 真空ポンプ
16 回転テーブル
18 治具
20 基材
22 ターゲット
24 スパッタ電源
26 イオンボンバードおよびバイアス電源
28 ガス導入パイプ
110 積層皮膜被覆ファビリピン
111 Vブロック
112 回転駆動機
113 ピン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
The method for manufacturing a laminated film-coated member according to any one of claims 5 to 8, wherein the fixed lubricant is made of polytetrafluoroethylene.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010036828A JP5530751B2 (en) | 2010-02-23 | 2010-02-23 | LAMINATED COATING COATED MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010036828A JP5530751B2 (en) | 2010-02-23 | 2010-02-23 | LAMINATED COATING COATED MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011173244A true JP2011173244A (en) | 2011-09-08 |
JP5530751B2 JP5530751B2 (en) | 2014-06-25 |
Family
ID=44686600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010036828A Active JP5530751B2 (en) | 2010-02-23 | 2010-02-23 | LAMINATED COATING COATED MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5530751B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013136510A1 (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Tpr株式会社 | Tough film and sliding member |
US20160238133A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and its production method |
JP2020082190A (en) * | 2018-11-19 | 2020-06-04 | Jfeスチール株式会社 | Galling resistance evaluation method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0740506A (en) * | 1993-08-02 | 1995-02-10 | Nippon Futsuso Kogyo Kk | Corrosion preventing surface coating of metal and its method |
JPH07305725A (en) * | 1994-05-11 | 1995-11-21 | Ndc Co Ltd | Double layer sliding material |
JP2005082822A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Ion Engineering Research Institute Corp | Hard thick film, and method for forming the same |
JP2009161813A (en) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Matsuyama Giken Kk | Member coated with hard film and production method therefor |
-
2010
- 2010-02-23 JP JP2010036828A patent/JP5530751B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0740506A (en) * | 1993-08-02 | 1995-02-10 | Nippon Futsuso Kogyo Kk | Corrosion preventing surface coating of metal and its method |
JPH07305725A (en) * | 1994-05-11 | 1995-11-21 | Ndc Co Ltd | Double layer sliding material |
JP2005082822A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Ion Engineering Research Institute Corp | Hard thick film, and method for forming the same |
JP2009161813A (en) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Matsuyama Giken Kk | Member coated with hard film and production method therefor |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013136510A1 (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Tpr株式会社 | Tough film and sliding member |
JPWO2013136510A1 (en) * | 2012-03-16 | 2015-08-03 | Tpr株式会社 | High toughness coating and sliding member |
US9416434B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-08-16 | Tpr Co., Ltd. | High-toughness coating film and sliding member |
US20160238133A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and its production method |
EP3064810B1 (en) | 2013-10-31 | 2018-04-11 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and its production method |
US10006547B2 (en) * | 2013-10-31 | 2018-06-26 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and its production method |
EP3064810B2 (en) † | 2013-10-31 | 2021-03-31 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and its production method |
JP2020082190A (en) * | 2018-11-19 | 2020-06-04 | Jfeスチール株式会社 | Galling resistance evaluation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5530751B2 (en) | 2014-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9133543B2 (en) | Coating material for aluminum die casting mold and method for manufacturing the same | |
KR20140019947A (en) | Coating material for aluminum die casting and the method for manufacturing thereof | |
JP6297049B2 (en) | Component having coating and method for manufacturing the same | |
CN105239039B (en) | A kind of multi-layer nano composite coating diel and preparation method thereof | |
EP2578725B1 (en) | Process for production of a covered member | |
JP5530751B2 (en) | LAMINATED COATING COATED MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
CN110373519B (en) | Preparation method of high-hardness wear-resistant stainless steel | |
JP5345436B2 (en) | Method for producing hard coating member | |
CN109651638B (en) | Preparation method of polymer-like carbon film applied to surface wear-resistant and antifriction modification of fluororubber and fluororubber prepared by using carbon film | |
JP2012026023A (en) | Iron-based sintered material | |
KR101360416B1 (en) | Coating layer with low-friction for vehicle component and method for producing the same | |
JP5660697B2 (en) | Hard coating member and method for producing the same | |
KR20150116523A (en) | Coating layer of zirconium composite material and method of forming the coating layer | |
JP5463216B2 (en) | Chromium hard coating, mold having chromium hard coating formed on the surface, and method for producing chromium hard coating | |
JP5824010B2 (en) | Hard coating coated member | |
JP2013249491A (en) | Film deposition method | |
JP5660696B2 (en) | Hard coating member and method for producing the same | |
JP5924908B2 (en) | Method for producing hard coating member | |
KR101418774B1 (en) | Method for forming hard layer of titanium and titanium having hard layer formed by the same | |
JP5676854B2 (en) | Hard coating member and method for producing the same | |
CN110607508A (en) | Hard boron-carbon composite film for gear surface of gear pump and preparation method thereof | |
US20120164435A1 (en) | Coated article and method of making the same | |
JP5634669B2 (en) | Hard coating member and method for producing the same | |
KR101367702B1 (en) | A manufacturing method of steel having multi-coating layer | |
CN113862671B (en) | Method for preparing diamond-like film by PVD-CVD combination, diamond-like film, alloy material and automobile part |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121207 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131119 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140114 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140320 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140409 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140421 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5530751 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |