JP5370808B2 - 耐摩耗性TiN膜およびその形成体 - Google Patents
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Description
例えば、TiN膜の耐ざらつき摩耗性が、X線回折分析で得られる(111)面強度比と(200)面強度比の比率と関係があることを見出し、(111)面強度比/(200)面強度比が75以上であれば、優れた耐摩耗性を示すことが開示されている(特許文献1)。
すなわち、上記したように構成されるこの発明の耐摩耗性TiN膜は、(111)面強度比が80%以上であるから、耐摩耗性はおよそ高いものであるといえるが、その中には耐摩耗性が充分に改善されていないものも含まれている可能性があると考えられる。
また、表面に窒化層を有する基材が、ビッカース硬さHv1000以上であれば、TiN膜の基材に対する密着性が特に優れた耐摩耗性TiN膜形成体になる。
基材が、表面にプラズマ窒化処理層などによって窒化層を有し、好適にはビッカース硬さHv1000以上の窒化層を有する基材であれば、TiN膜と基材との密着性が向上した耐摩耗性TiN膜形成体になる。
この発明に用いるTiN膜は、結晶構造についてX線回折分析により得られた(111)面強度比が80%以上であり、且つ220面強度比が3%以下であることを特徴とするものである。
図2に示すように、(220)面強度比が3%以下であっても(111)面強度比が80%以上でなければ、耐摩耗性は充分に向上しない。これらは後述する試験結果からも明らかである。
TiN膜は、厚み方向に組織が大きく変わることはないため、使用環境で摩耗条件が支配的な場合は、単純に厚い膜厚であるほど摺動部材、工具、金型などの製品としての寿命は長くなって好ましい。しかし、TiN膜厚が上記範囲を超えて過剰になると、成膜中に膜内に発生する応力が過大となり、成膜中にクラックが生じる可能性が高まる。また、クラックが生じなくとも厚過ぎるTiN膜では、残留応力が高いために剥離し易い傾向がある。
また、TiN膜は、基材とTiN膜との間にTiの中間層を備えることができる。
金属製基材1としては、特に限定されることなく汎用または周知の金属を採用できるものであり、工具鋼、金型鋼、ステンレス鋼などの鋼材やチタン金属、チタン合金などが代表例として挙げられる。
Ti製の中間層3は、TiN膜2側に近づくに従ってTiNが多い組成となるように窒化処理によって傾斜組織とすることは、基材1からTiN膜2に至る硬度等の各層の物性を穏やかに変化させるために好ましい。
基材として、ステンレス鋼(材質:SUS440C、硬さ:HV780、表面粗さ:0.005μmRa)を使用し、表1に示す条件でプラズマ窒化処理を行ない、耐摩耗性TiN膜形成体を製造した。
実施例7および比較例4は、表1に示すようにホロカソード方式イオンプレーティング法により成膜粒子の照射角度を調整して作製した。
図5(a)、(b)に試験機の概略構成を示すように、錘4の加減により調整される荷重を試験片5に負荷すると共に、ロードセル8によって試験片5と相手材6との接触面圧を測定可能な摩擦摩耗試験機を用い、試験片5を回転軸7と一体に回転するリング状の相手材6に常温での無潤滑状態で押し付け、試験時間3分での摩耗量として比摩耗量(×10-10mm3/(N・m)を測定した。その他の試験条件としては、ヘルツの最大接触面圧:0.5GPa(50N)、速度:0.05m/s、相手材寸法:φ40mm(外周面曲率R60mm)、相手材材質:SUJ2焼入鋼、相手材表面粗さ:0.01μmRaである。
2 TiN膜
3 中間層
4 錘
5 試験片
6 相手材
7 回転軸
8 ロードセル
Claims (9)
- TiN膜についてX線回折分析で測定される結晶方位の(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面および(400)面の合計ピーク強度を100%とした場合における(111)面強度比が80%以上であり、かつ(220)面強度比が3%以下である耐摩耗性TiN膜。
- 金属製基材の表面にTiN膜を形成したTiN膜形成体において、
前記TiN膜はX線回折分析で測定される結晶方位の(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面および(400)面の合計ピーク強度を100%とした場合における(111)面強度比が80%以上であり、かつ(220)面強度比が3%以下である耐摩耗性TiN膜形成体。 - TiN膜の膜厚が、0.5〜10μmである請求項2に記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 基材とTiN膜との間にTi金属の中間層を設けた請求項2または3に記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 中間層が、TiN膜に近いほどTiN含有量の多い傾斜組織からなる中間層である請求項4に記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 基材が、表面に窒化層を有する基材である請求項2〜5のいずれかに記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 窒化層が、プラズマ窒化処理により形成された窒化層である請求項6に記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 表面に窒化層を有する基材が、ビッカース硬さHv1000以上の基材である請求項6または7に記載の耐摩耗性TiN膜形成体。
- 金属製基材に対し、アークプラズマ方式イオンプレーティングまたはホロカソード方式イオンプレーティングによる成膜処理によりTiN膜を形成し、その際TiN膜が、X線回折分析で測定される結晶方位の(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面および(400)面の合計ピーク強度を100%とした場合における(111)面強度比が80%以上であり、かつ(220)面強度比が3%以下であるように形成する耐摩耗性TiN膜形成体の製造方法。
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