JP6729437B2 - 金属構造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材の表面に、当該表面を被覆するような耐食性膜を備えてなる金属構造体およびその製造方法に関する。

従来より、防食、防錆等の目的で使用される金属部材としては、一般に、Ｃｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）等が添加された鉄系金属としたものが知られている。しかし、このようなＣｒやＮｉを添加した金属は、コストが高く、硬いために加工しにくい等の課題があった。

そこで、例えば金属部材の表面を、フッ素系樹脂等でコーティングすることが行われているが、このような樹脂系のコーティングは、自動車部品等が使用される高温環境に対して耐久性が不十分である。

このような課題を解決するため、例えば特許文献１に記載の金属積層体が提案されている。特許文献１に記載の金属積層体は、スチールによりなる金属部材と、金属部材の表面の一部を覆う高硬度および耐摩耗性を有する下地層と、下地層の上に原子層堆積法（ＡＬＤ）により形成されたＡｌ_２Ｏ_３等によりなるＡＬＤ層とを備える。特許文献１によれば、金属部材上に下地層を形成し、下地層の上にＡＬＤ層を形成することにより、下地層の欠陥や亀裂等が生じている部位を埋めるようにＡＬＤ層が形成される。これにより、酸が侵入しにくい層により被覆された金属積層体となり、耐食性を向上することができる。

特開２０１３−１６７０１２号公報

本発明者らは、耐食性に優れる特許文献１の金属構造体を参考に薄膜の耐食性膜を備えた金属構造体を試作し、自動車部品に求められる高温環境における耐食性試験を行った。その結果、十分な耐食性が得られなかった。このことから、特許文献１に記載された金属構造体相当の試作品は、本発明者らが検討した耐食性試験の環境には適しておらず、当該環境に合わせた改良が必要であることが判明した。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、金属部材の表面を耐食性膜で被覆してなる耐食性の高い金属構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の金属構造体は、表面（１１）を有する金属部材（１０）と、表面を被覆するように形成された耐食性膜（２０）と、を備える。このような構成において、耐食性膜は、表面側から順に、ＴｉＯ_２膜（２１）とＨｆＯ_２膜（２２）とが交互に１回以上積層されてなり、ＨｆＯ_２膜は、１．８７〜８．４０ａｔｍ％のＣｌを含有している。

これにより、薄膜でありながらも、耐食性能に優れた耐食性膜を備えた金属構造体となる。

請求項６に記載の金属構造体の製造方法は、表面（１１）を有する金属部材（１０）を用意することと、表面に表面を被覆するように耐食性膜（２０）を原子層堆積法により形成することと、を含む。このような製造方法において、耐食性膜を形成することにおいては、表面上にＴｉＯ_２膜（２１）を形成した後に、ＴｉＯ_２膜を被覆するようにＨｆＯ_２膜（２２）を形成し、ＨｆＯ_２膜を形成することにおいては、ＨｆＯ_２膜に１．８７〜８．４０ａｔｍ％のＣｌが含まれるように調整する。

これにより、ＡＬＤにより金属部材の形状に追従しつつ、濃度分布が均一に近い薄膜であって、耐食性能に優れた耐食性膜を備えた金属構造体を製造することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の金属構造体を示す断面図である。 第１実施形態の金属構造体の製造工程を示す図である。 ＡＬＤにおける成膜温度を変えて作製した第１実施形態の金属構造体の耐食性膜における塩素（Ｃｌ）濃度を示す図である。 第１実施形態の金属構造体の耐食性膜の溶出試験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１を参照して述べる。図１では、本実施形態の金属構造体であって、例えば６層により構成された耐食性膜２０が形成された例について示している。この金属構造体は、例えば、高温、強酸性の環境で使用される自動車用部品等に適用されるものである。

本実施形態の金属構造体は、図１に示すように、金属部材１０の表面１１上にＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とが交互に積層されることにより構成される耐食性膜２０が形成された構成とされている。耐食性膜２０は、本実施形態では、ＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とがこの順に交互に積層され、合計で６層の積層膜により構成されている。

金属部材１０は、例えば炭素鋼やステンレス（ＳＵＳ）などのＦｅ（鉄）を主成分とする鉄系金属などによりなる。鉄系金属が金属部材１０として用いられる場合には、焼き入れなどが施された焼き入れ部を表層部に有する鉄系金属が用いられてもよい。金属部材１０は、表面１１を有し、本実施形態では、例えば直方体形状とされているが、直方体形状に限らず、円柱形状、円錐形状などにされていてもよく、他の様々な形状とされていてもよい。金属部材１０は、図１に示すように、表面１１上に耐食性膜２０が形成されている。

耐食性膜２０は、図１に示すように、ＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とがこの順に交互に積層され、本実施形態では、ＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２が合計で６層積層された構成とされている。

耐食性膜２０は、金属部材１０の表面１１上に、例えばＴｉＯ_２膜２１が形成され、その上にＨｆＯ_２膜２２が形成され、この繰り返しによる積層が１回以上行われることにより形成される。なお、耐食性膜２０の総膜厚や繰り返しによる積層数については、使用環境や金属構造体の構成等に応じて適宜設計変更されてもよく、任意の膜厚や積層数とされる。耐食性膜２０を構成する各層の総数をｎとし、金属部材１０の表面１１側から順に第１層、第２層、・・・第ｎ層として、金属部材１０の表面１１に接して形成される第１層はＴｉＯ_２膜２１であることが好ましい。ＴｉＯ_２膜２１は、金属部材１０との密着性がＨｆＯ_２膜２２よりも高く、ＨｆＯ_２膜２２とも密着することから、金属部材１０の表面１１と耐食性膜２０との密着性がより向上するためである。また、耐食性膜２０のうち第ｎ層は、耐食性向上の観点から耐食性を有するＨｆＯ_２膜２２であることが好ましい。

なお、耐食性膜２０の積層方向における厚み（以下単に「膜厚」という）については、金属部材１０の形状や求められる耐食性能などから適宜調整することができる。

ＴｉＯ_２膜２１は、金属部材１０の表面１１上もしくはＨｆＯ_２膜２２上に原子気相成長法（ＡＬＤ）により形成され、ＴｉＯ_２を主成分とする薄膜である。金属部材１０の表面１１に対する法線方向を積層方向として、ＴｉＯ_２膜２１の膜厚については、耐食性能の確保の観点から、０．１〜６ｎｍの範囲内であることが好ましく、２〜４ｎｍの範囲内であることがより好ましい。

具体的には、ＴｉＯ_２膜２１は、結晶性を有するＴｉＯ_２による膜であることから、その膜厚が厚すぎるとＴｉＯ_２が結晶成長し、配向の異なる結晶粒の境界である結晶粒界が生じ得る。ＴｉＯ_２膜２１に結晶粒界が生じると、この結晶粒界から酸性溶液等が侵入して耐食性膜２０の耐食性能が低下するとおそれがあるためである。また、ＴｉＯ_２膜２１の膜厚が厚過ぎると、ＴｉＯ_２膜２１自体の膜応力が生じ、下地となる金属部材１０もしくはＨｆＯ_２膜２２から剥離してしまうおそれがあるためである。一方、ＴｉＯ_２膜２１の膜厚が薄すぎると、下地との密着性が低下し、ＨｆＯ_２膜２２の結晶化を抑えきれなくなるおそれがあるためである。

なお、ここでいう「ＴｉＯ_２を主成分とする」とは、不可避の不純物や意図的に含有させた不純物を除いたＴｉＯ_２の含有率が９０ａｔｍ％以上であることを意味する。

ＨｆＯ_２膜２２は、金属部材１０の表面１１上もしくはＴｉＯ_２膜２１上にＡＬＤにより形成され、ＨｆＯ_２を主成分とする膜である。ＨｆＯ_２膜２２の膜厚については、耐食性能の確保の観点から、４〜１３ｎｍの範囲内であることが好ましく、５〜８ｎｍの範囲内であることがより好ましい。

具体的には、ＨｆＯ_２膜２２は、ＴｉＯ_２膜２１と同様に結晶性を有するＨｆＯ_２による膜であることから、その膜厚が厚すぎると結晶粒界が生じ、耐食性膜２０の耐食性能が低下するとおそれがあるためである。一方、ＨｆＯ_２膜２２の膜厚が薄すぎると、耐食性を発揮できず、耐食性膜２０の耐食性能が低下するおそれがあるためである。

ＨｆＯ_２膜２２は、１．８７〜８．４０ａｔｍ％のＣｌを含有する組成とされることが好ましい。このようＨｆＯ_２膜２２とすることにより、耐食性膜２０の耐食性能が向上するためである。この理由については、後で詳しく述べる。

なお、ここでいう「ＨｆＯ_２を主成分とする」とは、不可避の不純物や意図的に含有させた不純物を除いたＨｆＯ_２の含有率が９０ａｔｍ％以上であることを意味する。

次に、本実施形態の金属構造体の製造方法について、図２を参照して説明する。

図２（ａ）に示されるように、表面１１を有する金属部材１０を用意する。そして、この金属部材１０をＡＬＤにおける図示しない反応容器の内部、具体的には真空チャンバ内に設置する。そして、反応容器の内部の温度および金属部材１０の温度が、成膜温度になるように、例えば４５０℃になるように加熱を行う。

次に、ＴｉＯ_２成膜工程を行う。具体的には、図２（ｂ）に示されるように、金属部材１０の表面１１上に、まず、ＡＬＤにより、１層のＴｉＯ_２膜２１を成膜する。具体的には、例えばＴｉＣｌ_４とＨ_２Ｏとを交互に反応容器に導入する工程を繰り返し行うことにより、所定膜厚とされた１層のＴｉＯ_２膜２１を成膜する。

次に、ＨｆＯ_２成膜工程を行う。具体的には、図２（ｃ）に示されるように、ＡＬＤにより、ＴｉＯ_２膜２１の上に、１層のＨｆＯ_２膜２２を成膜する。具体的には、例えばＨｆＣｌ_４とＨ_２Ｏとを交互に反応容器に導入する工程を繰り返し行うことにより、所定膜厚とされた１層のＨｆＯ_２膜２２を成膜する。

ここで、ＨｆＯ_２膜２２のＡＬＤにおいては、成膜温度を所定の温度以下にすることが必要である。具体的には、ＨｆＯ_２膜２２のＡＬＤにおいては、ＴｉＯ_２膜２１上にまずＨｆＣｌ_３の膜が形成され、その後、Ｈ_２ＯのＯＨとＣｌとが置き換わることによりＨｆＯ_２の膜となる。この際、ＴｉＯ_２膜２１上のＨｆＣｌ_３のＣｌとＨ_２ＯのＯＨとの置換の進行度合いは、成膜温度が上がるにつれて上がる。すなわち、ＨｆＯ_２膜２２のＡＬＤにおける成膜温度を高温、例えば６００℃以上の温度とした場合、ＨｆＣｌ_３のＣｌがすべてＨ_２ＯのＯＨと置換され、Ｃｌを含有しないＨｆＯ_２膜となる。言い換えると、ＨｆＯ_２膜２２のＡＬＤにおける成膜温度を所定の低温領域とすることにより、ＨｆＣｌ_３のＣｌとＨ_２ＯのＯＨとの置換の進行度合いを調整でき、意図的に所定の濃度のＣｌを含有するＨｆＯ_２膜２２とすることができる。このように、ＴｉＯ_２膜２１やＨｆＯ_２膜２２に意図的にＣｌを上記のような原理で含有させるために、ＡＬＤにおける成膜での材料にハロゲン化物の官能基を有する化合物、例えばＴｉＣｌ_４やＨｆＣｌ_４などを用いる。この詳細については、後述する成膜温度とＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度との関係にて説明する。

そして、ＴｉＯ_２膜２１の成膜とＨｆＯ_２膜２２の成膜を交互に所定回数繰り返し、最後にＨｆＯ_２膜２２を成膜することにより、本実施形態の金属構造体を製造することができる。

次に、ＨｆＯ_２膜２２のＡＬＤにおける成膜温度とＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度との関係について、図３を参照して説明する。図３では、ＡＬＤにおける成膜温度を変えて金属部材１０にＴｉＯ_２膜２１およびＨｆＯ_２膜２２を成膜したサンプルについて、横軸を成膜温度（℃）とし、縦軸をＣｌ濃度（ａｔｍ％）としてプロットした結果を示している。なお、これらのサンプルは、５０ｍｍ角の金属部材１０に４ｎｍのＴｉＯ_２膜２１と７ｎｍのＨｆＯ_２膜２２をこの順でそれぞれ１１回成膜したものであって、ＨｆＯ_２膜２２についてはその成膜温度をサンプルごとに変えて行ったものである。また、サンプルの耐食性膜２０中のＣｌ濃度の測定については、全反射蛍光Ｘ線測定により行った。

図３の測定を行ったサンプルは、ＴｉＯ_２膜２１のうち特に金属部材１０上に接して形成されるＴｉＯ_２膜２１については、Ｃｌが多く含まれないように成膜し、サンプルの最表層にＨｆＯ_２膜２２を成膜したものである。図３のＨｆＯ_２膜のＣｌ濃度は、最表層のＨｆＯ_２膜２２中におけるＣｌ濃度である。ＨｆＯ_２膜２２の成膜条件は、各層ごとですべて同一であるため、同一サンプルにおける各ＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度についてはすべて同じであるとみなすことができる。

なお、ここでいう「Ｃｌが多く含まれない」とは、全反射蛍光Ｘ線測定による分析においてＣｌ元素が検出限界以下であることを意味する。

図３に示すように、ＡＬＤにおける成膜温度が３００℃であったサンプルについては、ＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度が８．０〜８．４ａｔｍ％であった。ＡＬＤにおける成膜温度が４００℃であるサンプルについては、ＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度が６．８〜７．０ａｔｍ％であった。ＡＬＤにおける成膜温度が４５０℃であるサンプルについては、ＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度が５．１〜５．３ａｔｍ％であった。ＡＬＤにおける成膜温度が５００℃であるサンプルについては、ＨｆＯ_２膜２２中のＣｌ濃度が１．９〜３．３ａｔｍ％であった。

これは、ＡＬＤにおける成膜を所定の低温領域、例えば３００℃〜５００℃程度の領域とすることにより、所定濃度のＣｌを含むＨｆＯ_２膜２２を製造することができることを示している。

次に、ＨｆＯ_２膜２２におけるＣｌ濃度と耐食性膜２０の耐食性能との関係について、図４を参照して、より具体的に述べることとする。

図４の評価を行った金属構造体は、５０ｍｍ角の炭素鋼によりなる金属部材１０に、原子層堆積法により２ｎｍのＴｉＯ_２膜２１と７ｎｍのＨｆＯ_２膜２２とをそれぞれ１１回積層したものであって、ＨｆＯ_２膜２２中におけるＣｌ濃度を変えたものである。また、ＴｉＯ_２膜２１については、高温（４００℃）でＡＬＤ成膜し、Ｃｌを含まない構成とした。図４に示した耐食性能の評価結果は、作製したサンプルの当該耐食性膜２０上に酸溶液を滴下し、一定期間静置した後、当該酸溶液を高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法により分析し、溶出したＨｆの元素濃度を算出したものである。具体的には、作製したサンプルの当該耐食性膜２０上に酸溶液としてｐＨ＝１のエンジン模擬水を滴下して４０℃１ヵ月以上静置し、その後、上記酸溶液に含まれるＨｆの元素濃度をＩＣＰ分析法により測定することにより行った。図４の縦軸に示す「Ｈｆ溶出量（ｐｐｂ／ｍｍ^２）」とは、当該酸溶液に含まれるＨｆの元素濃度をサンプルの耐食性膜２０のうち滴下した当該酸溶液が接触していた部分の面積で割って算出した値であり、これを耐食性膜２０の耐食性能の指標とした。すなわち、Ｈｆ溶出量が少ないほど、耐食性膜２０の耐食性能が高いことを意味する。

なお、ここでいう「ｐＨ＝１のエンジン模擬水」とは、例えば硝酸、硫酸、酢酸、ギ酸等を所定の割合で混合し、ｐＨ＝１となるように調製された酸溶液を指す。これらの酸の混合比については、任意であり、金属構造体が適用される腐食環境に応じて適宜変更することができる。

図４に示すように、ＨｆＯ_２膜２２中に含まれるＣｌ濃度を１．８７ａｔｍ％としたサンプルについては、Ｈｆ溶出量が０．００２ｐｐｂ／ｍｍ^２であった。ＨｆＯ_２膜２２中に含まれるＣｌ濃度を６．８５ａｔｍ％としたサンプルについては、Ｈｆ溶出量が０．００５ｐｐｂ／ｍｍ^２であった。ＨｆＯ_２膜２２中に含まれるＣｌ濃度を８．４０ａｔｍ％としたサンプルについては、Ｈｆ溶出量が０．００８ｐｐｂ／ｍｍ^２であった。この結果は、ＴｉＯ_２膜２１と所定濃度のＣｌを含有するＨｆＯ_２膜２２とが積層された耐食性膜２０では、その耐食性能が高いことを示している。

これに対して、ＴｉＯ_２膜２１とＣｌを含有しないＨｆＯ_２膜２２とが積層されたサンプルやＴｉＯ_２膜２１と１０ａｔｍ％を超えるＣｌを含有するＨｆＯ_２膜２２とが積層されたサンプルについては、Ｈｆの溶出量が０．０１ｐｐｂ／ｍｍ^２を超えていた。この結果は、耐食性膜２０の耐食性能の向上については、ＨｆＯ_２膜に含まれるＣｌ濃度を所定の範囲内、例えば少なくとも１．８７ａｔｍ％〜８．４０ａｔｍ％の範囲内となるようにした際に特異的に発現することを示唆している。

このように耐食性膜２０の耐食性能を向上させるには、不純物であるＣｌを所定の濃度範囲となるように敢えて残すことが必要な条件であると考えられる。この詳細なメカニズムについては、現在不明であるが、次のように推測される。

まず、Ｃｌを含有しないＴｉＯ_２膜とＨｆＯ_２膜とが積層された従来の耐食性膜について検討する。ＴｉＯ_２膜およびＨｆＯ_２膜をそれぞれ例えば１０ｎｍ以下の薄膜としつつ、これらを積層して耐食性膜を構成する。これは、結晶性を有するＴｉＯ_２やＨｆＯ_２を薄膜成膜することで、結晶化されていない膜、すなわちアモルファス状の膜とするためである。すなわち、ＴｉＯ_２膜およびＨｆＯ_２膜を、結晶化による粒界の発生を抑えたアモルファス状の膜とするためである。これは、結晶化による粒界が発生した場合、この粒界から酸性溶液等が侵入する経路となり、耐食性能の低下につながると考えられるためである。そして、ＴｉＯ_２膜とＨｆＯ_２膜とをこの順に交互に複数層成膜した構成とすることで、ＴｉＯ_２膜２１およびＨｆＯ_２膜２２の各層のそれぞれにこのような欠陥が生じた場合であっても、各層の欠陥が成膜方向において繋がることを抑制できると考えられる。そのため、従来の耐食性膜においても、酸性溶液に曝されてもその透過を抑制できる膜となる。

ここで、従来の薄膜成膜においては、通常、不純物が少なくなるように成膜することが原則である。不純物が少なくなるように成膜しつつ、ＴｉＯ_２膜やＨｆＯ_２膜において結晶化を抑制するためには、膜厚を所定の厚み以下とするくらいしか実質的に取れる手段がないため、完全に結晶化を抑制することが困難であると考えられる。

これに対して、本実施形態の金属構造体の耐食性膜２０については、あえて不純物であるＣｌを所定濃度で残したＨｆＯ_２膜２２を含んだ構成としている。これにより、結晶性を有するＨｆＯ_２の薄膜を形成する際に、薄膜とされることに加え、さらにＣｌが存在することでＨｆＯ_２の結晶化が阻害される結果、従来の耐食性膜よりも粒界が少ない耐食性膜２０となったと推測される。そのため、酸性溶液等が侵入する経路が従来の耐食性膜より少なくなり、耐食性膜２０の耐食性能は、従来の耐食性膜よりも向上したと考えられる。

なお、ＨｆＯ_２膜中のＣｌ濃度が少なすぎる場合には、従来の耐食性膜と同程度の耐食性能となり、ＨｆＯ_２膜中のＣｌ濃度が多すぎる場合には、耐食性を発現しないＣｌが酸性溶液等の侵入経路となって耐食性能が低下すると考えられる。

また、上記の図３における説明でも述べたように、不純物の中でも特にＣｌは、ＡＬＤにおける成膜温度よりその含有濃度が制御できることがわかっており、耐食性膜２０をＡＬＤにより形成することが重要であると考えられる。例えば、凹凸などが多く複雑な形状の自動車部品（燃料噴射ノズルなど）に耐食性膜２０を形成して耐食性能の高い部品とするためには、表面形状に沿いつつ、厚みや組成が均一に近い耐食性膜２０を成膜する必要がある。そのため、耐食性膜２０の形成方法としては、原理的にＡＬＤが最も適すると考えられる。

上記のように、金属部材１０の表面１１上にＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とをこの順に交互に複数層成膜された耐食性膜２０が形成されると共に、耐食性膜２０中のＨｆＯ_２膜２２のＣｌ濃度を１．８７〜８．４０ａｔｍ％とした構成とする。これにより、従来よりも耐食性能の高い耐食性膜を備える金属構造体となる。

また、金属部材１０にＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とをこの順に交互にＡＬＤにより複数層成膜しつつ、ＨｆＯ_２膜２２の成膜温度を所定の温度とすることにより、従来よりも耐食性能の高い耐食性膜を備える金属構造体を製造することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の金属構造体について説明する。本実施形態の金属構造体は、上記第１実施形態の金属構造体に加えて、金属部材１０の表面１１とＴｉＯ_２膜２１のうち表面１１に接して形成されたＴｉＯ_２膜２１との間にＡｌ_２Ｏ_３膜が形成された構造とされた点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

Ａｌ_２Ｏ_３膜は、金属部材１０の表面１１上に配置され、耐食性膜２０の下地となる層であり、ＴｉＯ_２膜２１やＨｆＯ_２膜２２と同様にＡＬＤにより形成される。Ａｌ_２Ｏ_３膜は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする薄膜である。Ａｌ_２Ｏ_３膜は、上述したＴｉＯ_２膜２１やＨｆＯ_２膜２２と同様の理由により、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内の薄膜とされることが好ましい。

なお、ここでいう「Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする」とは、不可避の不純物や意図的に含有させた不純物を除いたＡｌ_２Ｏ_３の含有率が９０ａｔｍ％以上であることを意味する。

次に、本実施形態の金属構造体について、耐食性能を評価した結果について説明する。耐食性能評価については、上記第１実施形態で説明したのと同様の方法により行ったため、ここでは簡単に説明する。

５０ｍｍ角の炭素鋼によりなる金属部材１０に、ＡＬＤにより５０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜した後、２ｎｍのＴｉＯ_２膜２１と７ｎｍのＨｆＯ_２膜２２とをそれぞれ１１回積層したサンプルを作製した。そして、上記第１実施形態で述べたｐＨ＝１のエンジン模擬水を当該サンプル上に滴下し、Ｈｆ溶出量をＩＣＰ分析により調べた結果、検出限界以下（０．００１ｐｐｂ未満）であった。この結果から、耐食性膜２０の下地としてＡｌ_２Ｏ_３膜が形成された金属構造体は、上記第１実施形態の金属構造体よりもさらに耐食性能が高いことが判明した。

Ａｌ_２Ｏ_３膜を下地として形成することによる耐食性能の向上の詳細なメカニズムについては不明であるが、金属部材１０中の重金属元素が耐食性膜２０へ拡散することが抑えられた結果ではないかと推測される。

具体的には、金属部材１０と耐食性膜２０との間にＡｌ_２Ｏ_３膜がない構成の金属構造体の製造工程において、金属部材１０に耐食性膜２０をＡＬＤにより高温、例えば４００℃で成膜する場合について検討する。このとき、鉄系金属などによりなる金属部材１０がＡＬＤにより成膜で高温にさらされるため、ＴｉＯ_２膜２１やＨｆＯ_２膜２２を積層する際に、金属部材１０に含まれる重金属元素、例えばＦｅが微量ながらこれらの膜へと拡散すると考えられる。このような拡散が起きると、金属部材１０から拡散した重金属元素が耐食性膜２０での欠陥となり得る。しかし、金属部材１０と耐食性膜２０との間にＡｌ_２Ｏ_３膜を介することにより、ＡＬＤによる耐食性膜２０の成膜の際に、上記の重金属元素の拡散がＡｌ_２Ｏ_３膜により抑制され、耐食性膜２０の欠陥生成がさらに抑制されると考えられる。その結果、本実施形態の金属構造体は、上記第１実施形態の金属構造体よりもさらにその耐食性能が高くなったと考えられる。

本実施形態によれば、上記第１実施形態の金属構造体と同様に、従来よりも耐食性能の高い耐食性膜を備える金属構造体となる。また、金属部材１０にＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜した後に、ＴｉＯ_２膜２１とＨｆＯ_２膜２２とをこの順に交互にＡＬＤにより複数層成膜しつつ、ＨｆＯ_２膜２２の成膜温度を所定の温度とすることで、従来よりも耐食性能の高い耐食性膜を備える金属構造体を製造できる。

（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した半導体装置は、本発明の半導体装置の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、金属部材１０は、表面１１に耐食性膜２０を形成することができるものであればよく、上記の鉄系金属以外の金属により構成されていてもよい。また、金属構造体の適用については、上記の自動車用部品に限らず、耐食性能が求められるその他の金属部品に適用することもできる。

上記第１実施形態ではＣｌを含有させないＴｉＯ_２膜２１を形成した例について説明したが、ＴｉＯ_２膜２１は、結晶化された膜とならず、かつ、金属部材１０とＨｆＯ_２膜２２もしくはＨｆＯ_２膜２２同士の密着性を確保できる組成とされていればよい。そのため、ＴｉＯ_２膜２１は、不純物としてＣｌを含んだ組成とされてもよく、耐食性を低下させない程度の他の不純物を含んだ組成とされてもよい。

上記第１実施形態では、ハロゲン化物としてＣｌを含有させた例について説明したが、ＨｆＯ_２膜２２の耐食性能を損なわず、かつ、適度に結晶化による粒界発生を阻害できる不純物であればよいと考えられる。そのため、含有させる不純物としては、Ｆ、Ｂｒなどでも原理的には可能であると考えられ、他のハロゲン化物であっても上記実施形態での効果が得られると考えられる。

１０ 金属部材
１１ 金属部材の表面
２０ 耐食性膜
２１ ＴｉＯ_２膜
２２ ＨｆＯ_２膜

Claims (8)

1. 表面（１１）を有する金属部材（１０）と、
   前記表面を被覆するように形成された耐食性膜（２０）と、を備え、
   前記耐食性膜は、前記表面側から順に、ＴｉＯ_２膜（２１）とＨｆＯ_２膜（２２）とが交互に１回以上積層されてなり、
   前記ＨｆＯ_２膜は、１．８７〜８．４０ａｔｍ％のＣｌを含有している金属構造体。
2. 前記耐食性膜の最表面は、前記ＨｆＯ_２膜である請求項１に記載の金属構造体。
3. 前記ＴｉＯ_２膜のうち前記ＨｆＯ_２膜上に積層されている前記ＴｉＯ_２膜については、Ｃｌを含有している請求項１または２に記載の金属構造体。
4. 前記表面と前記ＴｉＯ_２膜のうち最も前記表面側に形成された前記ＴｉＯ_２膜との間には、Ａｌ_２Ｏ_３膜が形成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の金属構造体。
5. 前記金属部材は、焼き入れ部を有する鉄系金属である請求項１から４のいずれか１つに記載の金属構造体。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の金属構造体の製造方法であって、
   表面（１１）を有する金属部材（１０）を用意することと、
   前記表面に前記表面を被覆するように耐食性膜（２０）を原子層堆積法により形成することと、を含み、
   前記耐食性膜を形成することにおいては、前記表面上にＴｉＯ_２膜（２１）を形成した後に、前記ＴｉＯ_２膜を被覆するようにＨｆＯ_２膜（２２）を形成し、
   前記ＨｆＯ_２膜を形成することにおいては、前記ＨｆＯ_２膜に１．８７〜８．４０ａｔｍ％のＣｌが含まれるように調整する金属構造体の製造方法。
7. 前記耐食性膜を形成することにおいては、前記ＴｉＯ_２膜と前記ＨｆＯ_２膜とを交互に１回以上繰り返す請求項６に記載の金属構造体の製造方法。
8. 前記ＴｉＯ_２膜を形成することにおいては、ハロゲン化物の官能基を有する化合物を材料として使用し、前記材料を反応させることで前記ＴｉＯ_２膜とし、
   前記ＨｆＯ_２膜を形成することにおいては、ハロゲン化物の官能基を有する化合物を材料として使用し、前記材料を反応させることでＣｌを含有する前記ＨｆＯ_２膜とする請求項６または７に記載の金属構造体の製造方法。
   

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