JPH06293950A - 金属基材の表面改質方法 - Google Patents
金属基材の表面改質方法Info
- Publication number
- JPH06293950A JPH06293950A JP5105095A JP10509593A JPH06293950A JP H06293950 A JPH06293950 A JP H06293950A JP 5105095 A JP5105095 A JP 5105095A JP 10509593 A JP10509593 A JP 10509593A JP H06293950 A JPH06293950 A JP H06293950A
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- Japan
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- gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属基材の表面に所望の硬化皮膜を形成して
基材表面の改質を行う。 【構成】 皮膜生成用ガスを減圧インダクションプラズ
マトーチ１内で高温プラズマ炎２５にて加熱気化させ、
トーチ１下方に連接されている真空雰囲気の減圧処理室
２に達するプラズマ炎２５の直角方向にレーザを照射し
て加熱気化したガスをプラズマイオン化しつつ基材３２
表面に吹きつけて硬化皮膜３３を得る。
基材表面の改質を行う。 【構成】 皮膜生成用ガスを減圧インダクションプラズ
マトーチ１内で高温プラズマ炎２５にて加熱気化させ、
トーチ１下方に連接されている真空雰囲気の減圧処理室
２に達するプラズマ炎２５の直角方向にレーザを照射し
て加熱気化したガスをプラズマイオン化しつつ基材３２
表面に吹きつけて硬化皮膜３３を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は金属基材の表面に炭化
ケイ素、炭化チタン、窒化チタンなどの皮膜を形成し
て、基材表面を改質する方法に関するものである。
ケイ素、炭化チタン、窒化チタンなどの皮膜を形成し
て、基材表面を改質する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属基材は用途に応じて基材表面
の硬度を増したり、熱伝導性、耐摩耗性や防食性を高め
たりする表面改質が古くから行われている。例えば、鉄
鋼板などではメッキによってその表面に異種金属薄膜を
被覆したり、アルミニウムは陽極酸化処理にて表面に酸
化皮膜を形成したり、あるいはイオンプレーティング法
で窒化膜を被覆するなどがある。
の硬度を増したり、熱伝導性、耐摩耗性や防食性を高め
たりする表面改質が古くから行われている。例えば、鉄
鋼板などではメッキによってその表面に異種金属薄膜を
被覆したり、アルミニウムは陽極酸化処理にて表面に酸
化皮膜を形成したり、あるいはイオンプレーティング法
で窒化膜を被覆するなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メッキ
による表面改質法は被覆する皮膜の材料が溶液中で電離
するものに限られること、アルミニウムの陽極酸化は基
材であるアルミニウムの酸化皮膜に限られ、異種材料に
よる皮膜の形成はできない。さらに、イオンプレーティ
ング法で窒化膜を被覆する場合は、基材が導電性のもの
に限定される。そして、これらの方法は何れも長時間の
処理が必要である。従って、特に基材として刃物やプレ
スの型のように基材の一部を硬化させるような場合で
も、上記の改質法では基材全体が被覆されるため、作業
時間が長くかかること、電力を不必要に消費すること、
などの問題があった。
による表面改質法は被覆する皮膜の材料が溶液中で電離
するものに限られること、アルミニウムの陽極酸化は基
材であるアルミニウムの酸化皮膜に限られ、異種材料に
よる皮膜の形成はできない。さらに、イオンプレーティ
ング法で窒化膜を被覆する場合は、基材が導電性のもの
に限定される。そして、これらの方法は何れも長時間の
処理が必要である。従って、特に基材として刃物やプレ
スの型のように基材の一部を硬化させるような場合で
も、上記の改質法では基材全体が被覆されるため、作業
時間が長くかかること、電力を不必要に消費すること、
などの問題があった。
【０００４】この発明は、金属基材の表面改質における
上記した従来法の問題を解消するべく検討の結果、短時
間で実施できる改質法を見出したものである。
上記した従来法の問題を解消するべく検討の結果、短時
間で実施できる改質法を見出したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】即ち、この発明は皮膜生
成用ガスを減圧インダクションプラズマトーチ内で高温
プラズマ炎にて加熱し、気化させるとともに、上記トー
チの下方に連接する減圧処理室に達するプラズマ炎の直
角方向からレーザを照射して上記加熱、気化したガスを
プラズマイオン化し、これを上記レーザの照射方向に配
置された金属基材表面に吹きつけて硬化皮膜を形成する
ことを特徴とする金属基材の表面改質方法を提供するも
のである。
成用ガスを減圧インダクションプラズマトーチ内で高温
プラズマ炎にて加熱し、気化させるとともに、上記トー
チの下方に連接する減圧処理室に達するプラズマ炎の直
角方向からレーザを照射して上記加熱、気化したガスを
プラズマイオン化し、これを上記レーザの照射方向に配
置された金属基材表面に吹きつけて硬化皮膜を形成する
ことを特徴とする金属基材の表面改質方法を提供するも
のである。
【０００６】
【作用】この発明の金属基材の表面改質方法では、上記
のように減圧インダクションプラズマトーチと、それに
連接する減圧処理室を用い、この処理室を１００Ｔｏｒ
ｒ以下の真空雰囲気下にしておいて、トーチにキャリア
ガスとともに供給した皮膜生成用ガスを高温プラズマ炎
で加熱気化させ、減圧処理室に達するプラズマ炎の直角
方向からレーザを照射して加熱気化したガスをプラズマ
イオン化させることによって、レーザの照射方向にセッ
トされている基材表面に短時間で所望の硬化皮膜を形成
することができる。
のように減圧インダクションプラズマトーチと、それに
連接する減圧処理室を用い、この処理室を１００Ｔｏｒ
ｒ以下の真空雰囲気下にしておいて、トーチにキャリア
ガスとともに供給した皮膜生成用ガスを高温プラズマ炎
で加熱気化させ、減圧処理室に達するプラズマ炎の直角
方向からレーザを照射して加熱気化したガスをプラズマ
イオン化させることによって、レーザの照射方向にセッ
トされている基材表面に短時間で所望の硬化皮膜を形成
することができる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
るが、それに先立ってこの発明で使用する減圧インダク
ションプラズマトーチとそれに連接する処理室を示す図
１について説明する。図において、１は窒化硅素焼結体
を素材として組み立てられた減圧インダクションプラズ
マトーチであり、２はこのトーチ１の下方に連接して設
けられている減圧処理室である。また、３１は減圧処理
室２の側壁に設けたＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザ
の発振器であり、３２は減圧処理室２内のレーザ発振器
３１からの照射方向の位置に基材ホルダー３４にて支持
されている基材である。
るが、それに先立ってこの発明で使用する減圧インダク
ションプラズマトーチとそれに連接する処理室を示す図
１について説明する。図において、１は窒化硅素焼結体
を素材として組み立てられた減圧インダクションプラズ
マトーチであり、２はこのトーチ１の下方に連接して設
けられている減圧処理室である。また、３１は減圧処理
室２の側壁に設けたＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザ
の発振器であり、３２は減圧処理室２内のレーザ発振器
３１からの照射方向の位置に基材ホルダー３４にて支持
されている基材である。
【０００８】トーチ１は窒化硅素焼結体よりなる外側管
３、中間管４、キャリアガス導入管５および外側管３を
冷却するための耐熱ガラス製の冷却管６と、この冷却管
６の外周に配置した高周波誘導コイル１３とから構成さ
れている。そして、上記外側管３の下端はトーチ１下方
に連接して設けられた減圧処理室２内に臨むように、上
記外側管３の下方をトーチ支持下部フランジ７およびそ
れに係合する外側管支持下部リング９にＯリング１０に
て支持されており、また外側管３の上端はトーチ支持上
部フランジ１７に係合し、この上部フランジ１７下部に
固定されている外側管支持上部リング１６に支持されて
いて、上記トーチ支持下部フランジ７と上部フランジ１
７にロッド棒１４を嵌入し、螺着固定されている。
３、中間管４、キャリアガス導入管５および外側管３を
冷却するための耐熱ガラス製の冷却管６と、この冷却管
６の外周に配置した高周波誘導コイル１３とから構成さ
れている。そして、上記外側管３の下端はトーチ１下方
に連接して設けられた減圧処理室２内に臨むように、上
記外側管３の下方をトーチ支持下部フランジ７およびそ
れに係合する外側管支持下部リング９にＯリング１０に
て支持されており、また外側管３の上端はトーチ支持上
部フランジ１７に係合し、この上部フランジ１７下部に
固定されている外側管支持上部リング１６に支持されて
いて、上記トーチ支持下部フランジ７と上部フランジ１
７にロッド棒１４を嵌入し、螺着固定されている。
【０００９】外側管３の外側には、外側管３を冷却する
ための冷却水送通路となる間隙を有して冷却管６が、そ
の下方を外側管支持下部リング９上に固定された絶縁リ
ング１１にＯリング１２でシールされ、上方は外側管支
持上部リング１６下方にＯリングと締結具１５ｃによっ
て固定されている冷却管支持リング１５に支持されてい
る。中間管４およびキャリアガス導入管５は上部が順次
夫々の支持リング１９、２０、２１とＯリング１９ｅ、
２０ｅ、２０ｆ、２１ｂおよび締結具１９ｆ、２０ｄ、
２１ａにて支持、シールされ、これらの支持リングは互
いに係合螺着されている。
ための冷却水送通路となる間隙を有して冷却管６が、そ
の下方を外側管支持下部リング９上に固定された絶縁リ
ング１１にＯリング１２でシールされ、上方は外側管支
持上部リング１６下方にＯリングと締結具１５ｃによっ
て固定されている冷却管支持リング１５に支持されてい
る。中間管４およびキャリアガス導入管５は上部が順次
夫々の支持リング１９、２０、２１とＯリング１９ｅ、
２０ｅ、２０ｆ、２１ｂおよび締結具１９ｆ、２０ｄ、
２１ａにて支持、シールされ、これらの支持リングは互
いに係合螺着されている。
【００１０】そして、キャリアガス導入管５と中間管４
の間のプラズマガス送入路にはキャリアガス導入管支持
リング２０に設けたプラズマガス導入口２０ｃに接続し
たプラズマガス導入管２０ｇからプラズマガスが、中間
管４と外側管３の間のシースガス送入路には中間管支持
リング１９に設けたシースガス導入口１９ｃに接続した
シースガス導入管１９ｄからシースガスが夫々導入され
るようになっている。また、外側管３冷却のための冷却
水は外側管支持下部リング９に設けた冷却水導入口９ｃ
から外側管３と冷却管６の間に送られ、外側管３を冷却
して外側管支持上部リング１６に設けた冷却水排水口１
６ｃから外部に排水されるようになっている。
の間のプラズマガス送入路にはキャリアガス導入管支持
リング２０に設けたプラズマガス導入口２０ｃに接続し
たプラズマガス導入管２０ｇからプラズマガスが、中間
管４と外側管３の間のシースガス送入路には中間管支持
リング１９に設けたシースガス導入口１９ｃに接続した
シースガス導入管１９ｄからシースガスが夫々導入され
るようになっている。また、外側管３冷却のための冷却
水は外側管支持下部リング９に設けた冷却水導入口９ｃ
から外側管３と冷却管６の間に送られ、外側管３を冷却
して外側管支持上部リング１６に設けた冷却水排水口１
６ｃから外部に排水されるようになっている。
【００１１】上記のような構造の減圧インダクションプ
ラズマトーチを用いて、この発明の金属基板の表面改質
は次のようにして行われる。まず、トーチ１下方に連接
する減圧処理室２内に設置した基材ホルダー３４に鉄基
材３２をセットし、減圧処理室２内を１００Ｔｏｒｒ以
下の真空雰囲気としたのち、基材ホルダー３４をＸ、
Ｙ、Ｚ方向に回転させつつトーチ１のプラズマガス導入
管２０ｇからキャリアガス導入管５と中間管４との間に
アルゴンガス等のプラズマガスを５リッター／分で供給
し、シースガス導入管１９ｄから中間管４と外側管３と
の間にアルゴンガス等のシースガスを２０リッター／分
で供給し、さらにキャリアガス導入管５からテリアガス
（アルゴンガス＋１０％の水素の混合ガス）のようなキ
ャリアガスとともにシランガス（例えばＳｉＨ4 ）を１
リッター／分で供給する状態で高周波誘導コイル１３に
５ＫＷ、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すると、
左右にバランスのとれた正常な１００００Ｋの高温のプ
ラズマ炎２５が発生し、供給されたシランガスが加熱さ
れ、気化した蒸気がプラズマ炎２５とともにトーチ１下
方の減圧処理室に送られる。
ラズマトーチを用いて、この発明の金属基板の表面改質
は次のようにして行われる。まず、トーチ１下方に連接
する減圧処理室２内に設置した基材ホルダー３４に鉄基
材３２をセットし、減圧処理室２内を１００Ｔｏｒｒ以
下の真空雰囲気としたのち、基材ホルダー３４をＸ、
Ｙ、Ｚ方向に回転させつつトーチ１のプラズマガス導入
管２０ｇからキャリアガス導入管５と中間管４との間に
アルゴンガス等のプラズマガスを５リッター／分で供給
し、シースガス導入管１９ｄから中間管４と外側管３と
の間にアルゴンガス等のシースガスを２０リッター／分
で供給し、さらにキャリアガス導入管５からテリアガス
（アルゴンガス＋１０％の水素の混合ガス）のようなキ
ャリアガスとともにシランガス（例えばＳｉＨ4 ）を１
リッター／分で供給する状態で高周波誘導コイル１３に
５ＫＷ、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すると、
左右にバランスのとれた正常な１００００Ｋの高温のプ
ラズマ炎２５が発生し、供給されたシランガスが加熱さ
れ、気化した蒸気がプラズマ炎２５とともにトーチ１下
方の減圧処理室に送られる。
【００１２】この時、減圧処理室２の側壁に設置されて
いるレーザ発振器３１から減圧処理室２内のプラズマ炎
２５に直角方向にレーザ光を照射すると、シランガスが
プラズマイオン化してレーザ光方向に押し出される結
果、鉄基材３２の表面に膜厚１０μｍのＳｉＣ皮膜３３
が形成された。
いるレーザ発振器３１から減圧処理室２内のプラズマ炎
２５に直角方向にレーザ光を照射すると、シランガスが
プラズマイオン化してレーザ光方向に押し出される結
果、鉄基材３２の表面に膜厚１０μｍのＳｉＣ皮膜３３
が形成された。
【００１３】上記の実施例では皮膜生成用ガスとしてシ
ランガスを用いたが、この他基材としてチタンを使用し
た時には、メタンガスを供給することによってチタン基
材上に炭素皮膜を、またアンモニアガスを供給して窒化
皮膜を形成することができる。
ランガスを用いたが、この他基材としてチタンを使用し
た時には、メタンガスを供給することによってチタン基
材上に炭素皮膜を、またアンモニアガスを供給して窒化
皮膜を形成することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は減圧イ
ンダクションプラズマトーチを用いて高温のプラズマ炎
にて皮膜生成用ガスを気化させ、これにレーザ光を照射
してプラズマイオン化して基材表面に短時間で所望の皮
膜を形成させるものであり、特に刃物、プレス金型の切
断部分の表面改質に有効である。
ンダクションプラズマトーチを用いて高温のプラズマ炎
にて皮膜生成用ガスを気化させ、これにレーザ光を照射
してプラズマイオン化して基材表面に短時間で所望の皮
膜を形成させるものであり、特に刃物、プレス金型の切
断部分の表面改質に有効である。
【図１】この発明の方法にて用いる減圧インダクション
プラズマトーチと減圧処理室の一例を示す概略縦断面図
である。
プラズマトーチと減圧処理室の一例を示す概略縦断面図
である。
１ 減圧インダクションプラズマトーチ ２ 減圧処理室 １３ 高周波誘導コイル ２５ プラズマ炎 ３１ レーザ発振器 ３２ 基材 ３３ 生成皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エミリオ 藤原 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 橘 秀久 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 村田 裕康 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 皮膜生成用ガスを減圧インダクションプ
ラズマトーチ内で高温プラズマ炎にて加熱し、気化させ
るとともに、上記トーチの下方に連接する減圧処理室に
てこの減圧処理室に達するプラズマ炎の直角方向からレ
ーザを照射して上記加熱、気化したガスをプラズマイオ
ン化し、これを上記レーザの照射方向に配置された金属
基材表面に吹きつけて硬化皮膜を形成することを特徴と
する金属基材の表面改質方法。 - 【請求項２】 皮膜生成用ガスがシランガス、メタンガ
スあるいはアンモニアガスである請求項１記載の金属基
材の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5105095A JPH06293950A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 金属基材の表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5105095A JPH06293950A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 金属基材の表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06293950A true JPH06293950A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=14398355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5105095A Pending JPH06293950A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 金属基材の表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06293950A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0263549A (ja) * | 1988-08-27 | 1990-03-02 | Agency Of Ind Science & Technol | プラズマ反応方法及び装置 |
| JPH0492398A (ja) * | 1990-08-08 | 1992-03-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | プラズマトーチにおける原料ガス励起方法 |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP5105095A patent/JPH06293950A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0263549A (ja) * | 1988-08-27 | 1990-03-02 | Agency Of Ind Science & Technol | プラズマ反応方法及び装置 |
| JPH0492398A (ja) * | 1990-08-08 | 1992-03-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | プラズマトーチにおける原料ガス励起方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980303 |