JPH0753908B2 - High-speed sliding member manufacturing method - Google Patents
High-speed sliding member manufacturing methodInfo
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- JPH0753908B2 JPH0753908B2 JP61063231A JP6323186A JPH0753908B2 JP H0753908 B2 JPH0753908 B2 JP H0753908B2 JP 61063231 A JP61063231 A JP 61063231A JP 6323186 A JP6323186 A JP 6323186A JP H0753908 B2 JPH0753908 B2 JP H0753908B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、高速で摺動する高速摺動部材の製造方法に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for producing a high-speed sliding member that slides at a high speed.
（従来の技術） 例えば、コンプレッサのシャフト、エンジンのカムシャ
フト、レーザプリンタのレーザスキャナ及びプリンタの
ガイドレール等のように、高速で摺動を受ける部材は、
摩耗しやすく、この高速被摺動部材の摩耗が装置の寿命
及び性能に大きな影響を及ぼしている。このため、この
ような高速被摺動部材には、高速度鋼及び超硬合金等の
硬くて摩耗し難い材料が使用されている。しかし、これ
らの材料は、材料費及び加工費が高いために、コストが
高くなることを回避せざるを得ない場合には、鋳鉄又は
快削鋼等の比較的低廉な材料を使用し、その表面を硬化
させたり、潤滑性を付与する等の対策がとられている。
また、TiN及びTiC等の高硬度のセラミックスを被覆して
切削工具の耐摩耗性を向上させた技術も提案されてい
る。(Prior Art) For example, members such as a shaft of a compressor, a camshaft of an engine, a laser scanner of a laser printer, a guide rail of a printer, etc., which are slid at high speed,
It is prone to wear, and the wear of this high-speed sliding member has a great influence on the life and performance of the device. Therefore, a material that is hard and does not easily wear such as high speed steel and cemented carbide is used for such a high speed sliding member. However, since these materials are high in material cost and processing cost, if it is unavoidable that the cost becomes high, a relatively inexpensive material such as cast iron or free-cutting steel is used. Measures such as hardening the surface and imparting lubricity are taken.
Further, a technique has also been proposed in which high hardness ceramics such as TiN and TiC are coated to improve the wear resistance of the cutting tool.
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、表面硬化処理には焼入れがあり、潤滑性
付与処理にはタフトライド処理、パーコ処理又は黒染め
二硫化モリブデンの塗布処理等があるが、いずれの処理
の場合でも、高加重が印加され、且つ、高速回転する苛
酷な条件下では、充分な耐久性を得ることができない。(Problems to be Solved by the Invention) However, surface hardening treatment includes quenching, and lubricity imparting treatment includes tufftride treatment, perco treatment, black dyed molybdenum disulfide coating treatment, and the like. Even in such a case, sufficient durability cannot be obtained under a severe condition in which high load is applied and high speed rotation is performed.
また、焼き入れ及びタフトライド処理においては、処理
温度が500℃以上と高いので、処理中に基体の変形が生
じるおそれがあり、高い寸法精度を要求される部材には
これらの処理を適用することができない。Further, in quenching and tufftride treatment, since the treatment temperature is as high as 500 ° C. or higher, the substrate may be deformed during the treatment, and these treatments may be applied to members requiring high dimensional accuracy. Can not.
更に、TiN又はTiC等のセラミックスは、熱CVD又はプラ
ズマ溶射等で金属製の基体に接着性よく被着され得る
が、熱CVDの場合には処理温度が800℃以上と高く、基体
が変形する虞があり、プラズマ溶射の場合には被着層の
表面が粗く、相手材を傷つけるので被着層を加工しなけ
ればならず、加工費が高いという不都合がある。これに
対し、プラズマCVD、スパッタリング又はイオンプレー
ティング等の手段を使用した場合には、比較的低温でセ
ラミックスを被着することができ、生産コストも低いと
いう長所があるが、セラミックスの被着層の接着性が悪
いという問題点がある。Further, ceramics such as TiN or TiC can be adhered to a metal substrate with good adhesion by thermal CVD or plasma spraying, but in the case of thermal CVD, the processing temperature is as high as 800 ° C or higher and the substrate is deformed. In the case of plasma spraying, the surface of the adhered layer is rough and the mating material is damaged, so that the adhered layer must be processed, which is disadvantageous in that the processing cost is high. On the other hand, when a method such as plasma CVD, sputtering or ion plating is used, the ceramics can be deposited at a relatively low temperature and the production cost is low, but the ceramics deposition layer However, there is a problem that the adhesiveness is poor.
この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
セラミックス層の基体に対する接着性が高く、基体の変
形が抑制され、低コストで生産することができ、耐摩耗
性が優れている高速摺動部材の製造方法を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances,
An object of the present invention is to provide a method for producing a high-speed sliding member, which has high adhesion of a ceramic layer to a substrate, suppresses deformation of the substrate, can be produced at low cost, and has excellent wear resistance.
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係る高速摺動部材の製造方法は、セラミック
ス被覆した高速摺動部材の製造方法において、反応室内
に、鉄を主成分とし炭素を0.05重量％以上含有する基体
を、対向電極と対面させて配置するとともに、前記反応
室内を排気した状態で、前記反応室内にアルゴンガスの
みを導入する第１の工程と、前記反応室内において、前
記基体を100ないし300℃に加熱するとともに、前記基体
に電力を印加することにより、前記電極と前記基体との
間にプラズマを生じさせ、前記第１の工程によって形成
されたアルゴンガスのみを含有する雰囲気中で、前記プ
ラズマによって前記基体中に含有された炭素を放出さ
せ、この放出した炭素を前記基体表面の鉄原子と反応さ
せることにより、前記基体よりも高濃度で炭素を含有す
る中間層を前記基体の表面に形成する第２の工程と、前
記反応室内において、前記第２の工程により中間層が形
成された基体を、プラズマCVD法を用いて処理すること
により、珪素、チタニウム、硼素、アルミニウム、又は
タングステンから選択された少なくとも１種の元素を含
有するセラミックス層を、前記中間層の上に形成する第
３の工程とを具備することを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A method for manufacturing a high-speed sliding member according to the present invention is the method for manufacturing a high-speed sliding member coated with ceramics, wherein carbon containing iron as a main component in the reaction chamber is used. A substrate containing 0.05% by weight or more of the substrate is arranged to face the counter electrode, the first step of introducing only argon gas into the reaction chamber while the reaction chamber is evacuated, and in the reaction chamber, By heating the substrate to 100 to 300 ° C. and applying electric power to the substrate, plasma is generated between the electrode and the substrate, and only the argon gas formed in the first step is contained. In the atmosphere described above, carbon contained in the substrate is released by the plasma, and the released carbon is reacted with iron atoms on the surface of the substrate, so that A second step of forming an intermediate layer containing carbon at a high concentration on the surface of the substrate, and a substrate in which the intermediate layer is formed by the second step in the reaction chamber, by using a plasma CVD method. A third step of forming a ceramics layer containing at least one element selected from silicon, titanium, boron, aluminum, or tungsten by a treatment on the intermediate layer. And
（作用） 本願発明者は、鉄を主成分とした基体にセラミックス層
を接着性良好に形成すべく種々検討した結果、基体に炭
素を含有させ、基体の上に炭素濃度が基体よりも高い中
間層を形成し、この中間層の表面にセラミックス層を被
着することにより、このような要求を充分満足すること
を見出した。これは、セラミックス層と中間層との接着
性は、中間層の炭素濃度が高いほど良好であり、基体と
中間層との接着性は、基体と中間層との含有成分が類似
している場合に良好となるからである。本願発明は、こ
のような研究結果に基いてなされたものである。この場
合に、基体の炭素濃度が0.05重量％以上であり、アルゴ
ンを含有するガス雰囲気下でプラズマを生起し、基体中
に含有された炭素を放出させることにより基体表面を炭
化処理して、基体上に基体よりも炭素を高濃度に含有す
る中間層を形成するので、中間層と基体との一体性が良
好であり、かつ、その上にセラミックス層が高強度で被
着される。なお、このように本願発明においては、基体
は鉄の他に炭素を含有していることが必要であり、生産
性を考慮すると、基体には鋳造物を使用することが好ま
しい。(Function) As a result of various investigations by the inventor of the present invention to form a ceramic layer on a substrate containing iron as a main component with good adhesion, carbon is contained in the substrate and the carbon concentration on the substrate is higher than that of the substrate. It has been found that such requirements are sufficiently satisfied by forming a layer and depositing a ceramic layer on the surface of this intermediate layer. This is because the higher the carbon concentration of the intermediate layer is, the better the adhesiveness between the ceramics layer and the intermediate layer is, and the adhesiveness between the substrate and the intermediate layer is similar when the components contained in the substrate and the intermediate layer are similar. Because it will be good. The present invention has been made based on such research results. In this case, the carbon concentration of the substrate is 0.05% by weight or more, plasma is generated in a gas atmosphere containing argon, and carbon contained in the substrate is released to carbonize the surface of the substrate. Since the intermediate layer containing carbon at a concentration higher than that of the substrate is formed on the substrate, the integrity of the intermediate layer and the substrate is good, and the ceramics layer is deposited thereon with high strength. As described above, in the present invention, the base body needs to contain carbon in addition to iron, and in view of productivity, it is preferable to use a cast product for the base body.
なお、耐摩耗性が高いセラミックスとしては、珪素、チ
タニウム、硼素、アルミニウム及びタングステンから選
択された少なくとも一種の元素を含有するものが好まし
く、このようなセラミックスとしては、窒化珪素（Si
N）、炭化珪素（SiC）、炭窒化珪素（SiCN）、酸化珪素
（SiO）、窒化チタン（TiN）、炭化チタン（TiC）、炭
窒化チタン（TiCN）、窒化硼素（BN）、炭化硼素（BC）
炭窒化硼素（BCN）、アルミナ（Al2O3）、又は、炭化タ
ングステン（WC）等がある。これらのセラミックスは、
スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマCVD
等の方法により製造することができるが、基体との接着
性及び一層の低温処理が可能という点を考慮すると、プ
ラズマCVDが好ましい。It should be noted that ceramics having high wear resistance preferably include at least one element selected from silicon, titanium, boron, aluminum and tungsten. Such ceramics include silicon nitride (Si
N), silicon carbide (SiC), silicon carbonitride (SiCN), silicon oxide (SiO), titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN), boron nitride (BN), boron carbide ( BC)
Examples include boron carbonitride (BCN), alumina (Al 2 O 3 ), or tungsten carbide (WC). These ceramics are
Sputtering, ion plating, plasma CVD
Although it can be produced by the method described above, plasma CVD is preferable in view of the adhesiveness to the substrate and the possibility of further low temperature treatment.
（実施例） 以下、添附の図面を参照してこの発明の実施例について
説明する。この実施例に係る高速摺動部材は、以下のよ
うにして製造される。先ず、鋳鉄又は快削鋼等のブロッ
クからロータリコンプレッサのシャフト又はプリンタの
キャリッジガイド等の所定の形状に加工成形して基体を
得る。次いで、この基体の表面をArガスを含有するガス
中でプラズマ処理して基体の表面に基体よりも高炭素濃
度の中間層を形成する。その後、SiN等のセラミックス
を基体の表面にコーティングする。このようにして製造
されたシャフト又はキャリッジガイドは、鉄を主成分と
する基体の表面がSiN等のセラミックスで被着されてい
る。このため、このような部材に摺動部材が高速で摺動
しても、摩耗が抑制される。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The high speed sliding member according to this embodiment is manufactured as follows. First, a block is formed from cast iron or free-cutting steel into a predetermined shape such as a shaft of a rotary compressor or a carriage guide of a printer to obtain a substrate. Then, the surface of this substrate is subjected to plasma treatment in a gas containing Ar gas to form an intermediate layer having a carbon concentration higher than that of the substrate on the surface of the substrate. Then, the surface of the substrate is coated with ceramics such as SiN. In the shaft or carriage guide manufactured in this manner, the surface of the base body containing iron as a main component is coated with ceramics such as SiN. Therefore, even if the sliding member slides on such a member at high speed, abrasion is suppressed.
次に、第１図及び第２図を参照して、この実施例に係る
高速摺動部材をプラズマCVD法により製造する方法につ
いて説明する。円筒状の反応室１は適宜の支持台上にそ
の軸方向を鉛直にして支持されていると共に、絶縁体２
を介して電気的に浮かせてある。反応室１内は、メカニ
カルブースタポンプ及び油回転ポンプ（図示せず）等に
より排気され、約10-3トルの真空度に保持されるように
なっている。反応室１内には、ガス導入口３を介して種
々の原料ガスが導入される。円筒状の電極４が反応室１
内にその周壁に対して同軸的に設置されており、反応室
１と同一の電位に設定されている。この電極４には、複
数個のガス通流孔（図示せず）が開設されていて、ガス
導入口３を介し反応室１内に導入されたガスは、電極４
のガス通流孔を通過して反応室１の中心部にほぼ均一に
供給される。円筒状のシールド５は接地されており、反
応室１を囲むように配設されている。Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a method of manufacturing the high speed sliding member according to this embodiment by the plasma CVD method will be described. The cylindrical reaction chamber 1 is supported on an appropriate support base with its axial direction vertical, and also has an insulator 2
It is electrically floated through. The inside of the reaction chamber 1 is evacuated by a mechanical booster pump, an oil rotary pump (not shown), etc., and is kept at a vacuum degree of about 10 −3 Torr. Various raw material gases are introduced into the reaction chamber 1 through the gas introduction port 3. The cylindrical electrode 4 is the reaction chamber 1
It is installed coaxially with the peripheral wall inside and is set to the same potential as the reaction chamber 1. The electrode 4 is provided with a plurality of gas flow holes (not shown), and the gas introduced into the reaction chamber 1 through the gas introduction port 3 is
The gas is passed through the gas flow holes of the above and is supplied substantially uniformly to the central portion of the reaction chamber 1. The cylindrical shield 5 is grounded and is arranged so as to surround the reaction chamber 1.
反応室１の中心には、円筒状の基体10が、その軸方向を
鉛直にして電極４の軸心に配設されている。反応室１の
天板上には、絶縁体２を介して支持部材11が設置されて
おり、基体10はこの支持部材11に懸架されて反応室１内
に装入されている。基体10は、その中心部に、抵抗発熱
線のヒータ12が挿入されている。このヒータ12は電源13
に接続されており、電源13から給電されて発熱し、基体
10を加熱するようになっている。第１図においては、基
体10及び支持部材11が、マッチングボックス15を介して
高周波電源14が接続されており、第２図においては、マ
ッチングボックス15が反応室１に接続されていて、反応
室１に高周波電力が印加されるようになっている。この
ように、第１図及び第２図に示すように、基体10と反応
室１との間に高周波電力が印加され、基体10と反応室１
との間に、プラズマ放電が生起される。At the center of the reaction chamber 1, a cylindrical substrate 10 is arranged at the axial center of the electrode 4 with its axial direction being vertical. A support member 11 is installed on the top plate of the reaction chamber 1 via an insulator 2, and the substrate 10 is suspended in the support member 11 and inserted into the reaction chamber 1. A heater 12 for resistance heating wire is inserted in the center of the base 10. This heater 12 has a power source 13
It is connected to the
It is designed to heat 10. In FIG. 1, the base 10 and the support member 11 are connected to a high frequency power source 14 via a matching box 15, and in FIG. 2, the matching box 15 is connected to the reaction chamber 1 and the reaction chamber 1 is applied with high frequency power. Thus, as shown in FIGS. 1 and 2, high-frequency power is applied between the substrate 10 and the reaction chamber 1, and the substrate 10 and the reaction chamber 1
In between, a plasma discharge is generated.
このように構成される装置により、先ず、基体の表面を
Ar含有ガス雰囲気下でプラズマ処理する。つまり、第１
図に示すように、マッチングボックス15と支持部材11と
を接続すると共に、反応室１内を約10-3トルに排気す
る。そして、ポンプによる排気を継続しつつ、ガス導入
口３を介して200SCCMのArガスを反応室１内に導入し、
反応室１内を、例えば、１トルの圧力に調節する。次い
で、電源13からヒータ12に電力を供給してヒータ12を発
熱させ、基体10を150乃至300℃に加熱する。その後、基
体10に300Wの高周波電力を印加して、電極４と基体10と
の間にプラズマを生起させる。このプラズマ処理時間
は、例えば、約30分間である。このプラズマ処理によっ
て基体中に島状に含有される炭素が一旦たたき出され、
次いで、この炭素原子が基体の表面の鉄原子と反応して
基体の表面に基体よりも高炭素濃度の中間層が形成され
る。プラズマ処理後、オージェ光電子分光により分析し
たところ、炭素を高濃度で含有する中間層が表面より50
Å乃至2000Å程度形成されているのが観測された。この
ような中間層を形成するためには、基体中に炭素を含有
していることが必要である。第１表に、基体の種類によ
る中間層の形成状況を示す。First, the surface of the substrate is
Plasma treatment is performed in an Ar-containing gas atmosphere. That is, the first
As shown in the figure, the matching box 15 and the support member 11 are connected and the reaction chamber 1 is evacuated to about 10 −3 torr. Then, while continuing the exhaust by the pump, 200 SCCM of Ar gas was introduced into the reaction chamber 1 through the gas introduction port 3,
The pressure in the reaction chamber 1 is adjusted to, for example, 1 torr. Next, electric power is supplied from the power source 13 to the heater 12 to heat the heater 12 and heat the substrate 10 to 150 to 300 ° C. After that, high-frequency power of 300 W is applied to the substrate 10 to generate plasma between the electrode 4 and the substrate 10. The plasma processing time is, for example, about 30 minutes. This plasma treatment once knocks out the island-shaped carbon contained in the substrate,
Then, the carbon atoms react with iron atoms on the surface of the substrate to form an intermediate layer having a carbon concentration higher than that of the substrate on the surface of the substrate. After plasma treatment, analysis by Auger photoelectron spectroscopy revealed that the intermediate layer containing a high concentration of carbon was 50% below the surface.
It was observed that Å to 2000Å was formed. In order to form such an intermediate layer, it is necessary that the substrate contains carbon. Table 1 shows the state of formation of the intermediate layer depending on the type of the substrate.
表中×は中間層が存在しなかったもの、△はある程度中
間層が認められたもの、○は中間層が良好に形成された
もの、◎は中間層が極めて良好に形成されたものを示
す。これによれば、炭素濃度が0.05％以上で中間層の存
在が認められ、特に、炭素含有量が1.5％と多い鋳鉄に
おいて、中間層が最も良好に形成される。 In the table, x indicates that the intermediate layer did not exist, Δ indicates that the intermediate layer was recognized to some extent, ◯ indicates that the intermediate layer was formed well, and ⊚ indicates that the intermediate layer was formed extremely well. . According to this, the presence of the intermediate layer is recognized when the carbon concentration is 0.05% or more, and particularly in the cast iron having a high carbon content of 1.5%, the intermediate layer is most favorably formed.
なお、この実施例のように、基体を予め加熱しておいて
もよいが、プラズマが生起されると、このプラズマによ
って基体が加熱されるので、必ずしも格別の加熱手段を
設けることは必要ない。このように、ヒータ12を使用し
て基体10を加熱しない場合には、基体10等に印加する高
周波電力を大きくするか、又は処理時間を長くすればよ
い。Note that the substrate may be preheated as in this embodiment, but when plasma is generated, the plasma heats the substrate, so it is not always necessary to provide a special heating means. As described above, when the substrate 12 is not heated by the heater 12, the high frequency power applied to the substrate 10 or the like may be increased or the processing time may be lengthened.
このプラズマ処理に続いて、反応室１内にコーティング
すべきセラミックスの構成元素を含有するガスを導入
し、表面がプラズマ処理された基体にセラミックスをコ
ーティングする。このような原料ガスを反応室１内に導
入すると共に、マッチングボックスの接続を支持部材11
から反応室１に切替え、シールド５の接続を反応室１か
ら支持部材11に切替える。そして、高周波電源14から反
応室１及び電極４に高周波電力を印加して、電極４と基
体10との間にプラズマを生起させる。これにより、原料
ガス中の成分を構成元素とするセラミックスが基体10の
表面にコーティングされる。例えばSiNをコーティング
する場合には、SiH4の流量を100SCCM、N2の流量を300SC
CMに設定し、反応圧力を1.0トルとし、高周波電力を500
Wとして30分間成膜すると、約３μｍのSiN層が基体10の
表面に成膜される。Following this plasma treatment, a gas containing the constituent elements of the ceramics to be coated is introduced into the reaction chamber 1 to coat the ceramics on the substrate whose surface has been plasma-treated. Introducing such a source gas into the reaction chamber 1 and connecting the matching box to the supporting member 11
To the reaction chamber 1, and the connection of the shield 5 is switched from the reaction chamber 1 to the support member 11. Then, high-frequency power is applied from the high-frequency power source 14 to the reaction chamber 1 and the electrode 4 to generate plasma between the electrode 4 and the substrate 10. As a result, the surface of the substrate 10 is coated with the ceramic containing the components in the raw material gas as constituent elements. For example, when coating SiN, the flow rate of SiH 4 is 100 SCCM and the flow rate of N 2 is 300 SCCM.
Set to CM, reaction pressure 1.0 torr, high frequency power 500
When W is deposited for 30 minutes, a SiN layer of about 3 μm is deposited on the surface of the substrate 10.
次に、その他のセラミックスのコーティング条件及び成
膜されたセラミックスの層厚の代表例について説明す
る。Next, typical examples of other ceramic coating conditions and the layer thickness of the formed ceramics will be described.
（ａ）SiCNの場合 SiH4ガス流量:10SCCM N2ガス流量:50SCCM CH3ガス流量:30SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:40分 層厚:3.0μｍ （ｂ）SiCの場合 SiH4ガス流量:10SCCM CH3ガス流量:30SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:40分 層厚:3.0μｍ （ｃ）SiOの場合 SiH4ガス流量:10SCCM O2ガス流量:30SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:40分 層厚:3.0μｍ （ｄ）TiNの場合 TiCl4ガス流量:10SCCM N2ガス流量:50SCCM H2ガス流量:200SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:1kW 成膜時間:60分 層厚:3.0μｍ （ｅ）TiCの場合 TiCl4ガス流量:10SCCM CH4ガス流量:30SCCM H2ガス流量:200SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:1kW 成膜時間:60分 層厚:3.0μｍ （ｆ）TiCNの場合 TiCl4ガス流量:10SCCM CH4ガス流量:20SCCM N2ガス流量:50SCCM H2ガス流量:200SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:1kW 成膜時間:60分 層厚:3.0μｍ （ｇ）BNの場合 B2H6ガス流量:10SCCM N2ガス流量:50SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:30分 層厚:3.0μｍ （ｈ）BCの場合 B2H6ガス流量:10SCCM CH4ガス流量:30SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:30分 層厚:3.0μｍ （ｉ）BCNの場合 B2H6ガス流量:10SCCM CH4ガス流量:20SCCM N2ガス流量:50SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:500W 成膜時間:30分 層厚:3.0μｍ （ｊ）Al2O3の場合 Al（CH3）３ガス流量:10SCCM O2ガス流量:30SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:800W 成膜時間:60分 層厚:3.0μｍ （ｋ）WCの場合 WF6ガス流量:10SCCM CH4ガス流量:50SCCM 反応圧力:1.0トル 高周波電力:1kW 成膜時間:60分 層厚:3.0μｍ 上述の如くして製造された高速摺動部材は、セラミック
スが高強度で被着されており、耐摩耗性が高い。上述の
各成膜条件で、ロータリコンプレッサ用のシャフトを製
造し、このシャフトに対し、10000R.P.Mの回転数で30分
間連続運転し、次いで10分間停止した後、再度30分間運
転するというモードで1000時間の耐久試験を実施した。
上記SiN及び（ａ）乃至（ｋ）に示す各セラミックスを
コーティングしたシャフトは、いずれも、摩耗による焼
付を発生させず、層が剥離することもなく、極めて耐久
性が高いことが実証された。(A) In case of SiCN SiH 4 gas flow rate: 10SCCM N 2 gas flow rate: 50SCCM CH 3 gas flow rate: 30SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 500W Film formation time: 40 minutes Layer thickness: 3.0μm (b) In case of SiC SiH 4 gas flow rate: 10SCCM CH 3 gas flow rate: 30SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 500W Film formation time: 40 minutes Layer thickness: 3.0μm (c) In case of SiO SiH 4 gas flow rate: 10SCCM O 2 gas flow rate: 30SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 500W Film formation time: 40 minutes Layer thickness: 3.0 μm (d) In case of TiN TiCl 4 gas flow rate: 10SCCM N 2 gas flow rate: 50SCCM H 2 gas flow rate: 200SCCM Reaction pressure: 1.0 torr high frequency Electric power: 1kW Film formation time: 60 minutes Layer thickness: 3.0μm (e) In case of TiC TiCl 4 gas flow rate: 10SCCM CH 4 gas flow rate: 30SCCM H 2 gas flow rate: 200SCCM Reaction pressure: 1.0 Torr High frequency power: 1kW Film formation time : 60 minutes Layer thickness: 3.0 μm (f) In case of TiCN TiCl 4 gas flow rate: 10SCCM CH 4 gas flow rate: 20SCCM N 2 gas flow rate: 50SCCM H 2 gas flow rate: 200SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 1kW Film formation time : 60 Layer thickness: 3.0 [mu] m (g) if the BN B 2 H 6 gas flow rate: 10 SCCM N 2 gas flow rate: 50 SCCM reaction pressure: 1.0 Torr RF Power: 500 W film forming time: 30 min thickness: 3.0 [mu] m (h) BC of Case B 2 H 6 gas flow rate: 10 SCCM CH 4 gas flow rate: 30 SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 500 W Deposition time: 30 minutes Layer thickness: 3.0 μm (i) BCN case B 2 H 6 gas flow rate: 10 SCCM CH 4 gas flow rate: 20SCCM N 2 gas flow rate: 50SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 500W Film formation time: 30 minutes Layer thickness: 3.0μm (j) Al 2 O 3 Al (CH 3 ) 3 gas flow rate: 10SCCM O 2 gas flow rate: 30 SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency power: 800 W Film formation time: 60 minutes Layer thickness: 3.0 μm (k) For WC WF 6 Gas flow rate: 10 SCCM CH 4 gas flow rate: 50 SCCM Reaction pressure: 1.0 torr High frequency Electric power: 1 kW Film formation time: 60 minutes Layer thickness: 3.0 μm The high-speed sliding member manufactured as described above is coated with ceramics with high strength and has high wear resistance. In each of the above film forming conditions, a shaft for a rotary compressor is manufactured, and this shaft is continuously operated at a rotation speed of 10000R.PM for 30 minutes, then stopped for 10 minutes, and then operated for 30 minutes again. A durability test for 1000 hours was carried out.
It has been proved that the shafts coated with SiN and the ceramics shown in (a) to (k) above do not cause seizure due to wear and the layers do not peel off, and have extremely high durability.
また、基体表面に炭素濃度が高い中間層を形成すること
により、プラズマCVD等、低温で処理することができる
方法で上述のような接着性に優れたセラミックス層を形
成することができるので、基体が変形する虞が少ない。
また、プラズマCVD等で形成したセラミックス層は、そ
の表面が粗いことがなく、表面を加工する必要がない。
なお、この実施例は、基体表面の炭化及びセラミックス
のコーティングをプラズマCVDにより実施しているが、
これに限らず、前述の如く、スパッタリング、イオンプ
レーティング等の他の手段を使用してもよい。また、プ
ラズマ生起用の電力は、上記実施例に限らず、直流電力
を使用してもよい。この場合には、マッチングボックス
が不要である。Further, by forming an intermediate layer having a high carbon concentration on the surface of the substrate, it is possible to form a ceramic layer having excellent adhesiveness as described above by a method capable of processing at a low temperature such as plasma CVD. Is less likely to be deformed.
Further, the surface of the ceramic layer formed by plasma CVD or the like is not rough and it is not necessary to process the surface.
In this example, carbonization of the substrate surface and coating of ceramics are carried out by plasma CVD,
Not limited to this, as described above, other means such as sputtering or ion plating may be used. Further, the power for generating plasma is not limited to the above-mentioned embodiment, and DC power may be used. In this case, the matching box is unnecessary.
なお、このようにして成膜されたセラミックス層は通常
アモルファスであるが、多結晶であったり、一部で結晶
化していたり、微結晶の領域が存在することもある。し
かし、これらのいずれの場合であっても、耐摩耗性は良
好で同様の優れた効果を得ることができる。The ceramic layer thus formed is usually amorphous, but it may be polycrystalline, partially crystallized, or have microcrystalline regions. However, in any of these cases, the wear resistance is good and the same excellent effect can be obtained.
［発明の効果］ この発明によれば、炭素同士の重合が防止されるので、
良質な中間層が鉄を主成分とする基体の上に形成され
る。したがって、基体に対してもセラミックス層が高接
着性で接着されており、耐摩耗性が優れた部材を得るこ
とができる。この部材は、低温処理で製造することがで
きるので基材の変形が抑制され、また表面を加工する必
要がないので低コストで生産することができる。[Effect of the Invention] According to the present invention, the polymerization of carbon atoms is prevented,
A good quality intermediate layer is formed on an iron-based substrate. Therefore, the ceramic layer is adhered to the substrate with high adhesiveness, and a member having excellent wear resistance can be obtained. Since this member can be manufactured by low-temperature treatment, deformation of the base material is suppressed, and since it is not necessary to process the surface, it can be manufactured at low cost.
第１図及び第２図はこの発明の実施例に係る高速摺動部
材の製造装置を示す断面図である。 1;反応室、2;絶縁体、4;電極、5;シールド、10;基体、1
2;ヒータ、14;高周波電源、15;マッチングボックス1 and 2 are cross-sectional views showing an apparatus for manufacturing a high speed sliding member according to an embodiment of the present invention. 1; reaction chamber, 2; insulator, 4; electrode, 5; shield, 10; substrate, 1
2; heater, 14; high frequency power supply, 15; matching box
Claims (1)
方法において、 反応室内に、鉄を主成分とし炭素を0.05重量％以上含有
する基体を、対向電極と対面させて配置するとともに、
前記反応室内を排気した状態で、前記反応室内にアルゴ
ンガスのみを導入する第１の工程と、 前記反応室内において、前記基体を100ないし300℃に加
熱するとともに、前記基体に電力を印加することによ
り、前記電極と前記基体との間にプラズマを生じさせ、
前記第１の工程によって形成されたアルゴンガスのみを
含有する雰囲気中で、前記プラズマによって前記基体中
に含有された炭素を放出させ、この放出した炭素を前記
基体表面の鉄原子と反応させることにより、前記基体よ
りも高濃度で炭素を含有する中間層を前記基体の表面に
形成する第２の工程と、 前記反応室内において、前記第２の工程により中間層が
形成された基体を、プラズマCVD法を用いて処理するこ
とにより、珪素、チタニウム、硼素、アルミニウム、又
はタングステンから選択された少なくとも１種の元素を
含有するセラミックス層を、前記中間層の上に形成する
第３の工程 とを具備することを特徴とする高速摺動部材の製造方
法。1. A method for producing a high-speed sliding member coated with ceramics, wherein a base body containing iron as a main component and containing carbon in an amount of 0.05 wt% or more is arranged facing a counter electrode in a reaction chamber, and
A first step of introducing only argon gas into the reaction chamber while the reaction chamber is evacuated; and heating the substrate to 100 to 300 ° C. in the reaction chamber and applying power to the substrate. To generate a plasma between the electrode and the substrate,
By causing the plasma to release carbon contained in the substrate in an atmosphere containing only the argon gas formed in the first step and reacting the released carbon with iron atoms on the surface of the substrate. A second step of forming an intermediate layer containing carbon at a concentration higher than that of the substrate on the surface of the substrate, and a substrate in which the intermediate layer is formed by the second step in the reaction chamber by plasma CVD A third step of forming a ceramics layer containing at least one element selected from silicon, titanium, boron, aluminum, or tungsten on the intermediate layer by treating the intermediate layer with a method. A method for manufacturing a high-speed sliding member, characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61063231A JPH0753908B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | High-speed sliding member manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61063231A JPH0753908B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | High-speed sliding member manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62222066A JPS62222066A (en) | 1987-09-30 |
| JPH0753908B2 true JPH0753908B2 (en) | 1995-06-07 |
Family
ID=13223232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61063231A Expired - Lifetime JPH0753908B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | High-speed sliding member manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0753908B2 (en) |
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| JPS5811779A (en) * | 1981-07-15 | 1983-01-22 | Hitachi Ltd | Ion surface treatment method |
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-
1986
- 1986-03-20 JP JP61063231A patent/JPH0753908B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62222066A (en) | 1987-09-30 |
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