JPH10202782A - Method for refining ceramic film and refined ceramic film - Google Patents
Method for refining ceramic film and refined ceramic filmInfo
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- JPH10202782A JPH10202782A JP1347097A JP1347097A JPH10202782A JP H10202782 A JPH10202782 A JP H10202782A JP 1347097 A JP1347097 A JP 1347097A JP 1347097 A JP1347097 A JP 1347097A JP H10202782 A JPH10202782 A JP H10202782A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、金属素材の表面
に形成されたセラミックス皮膜がポア等を有するもので
ある場合にそのセラミックス皮膜を緻密化する方法とそ
の緻密化したセラミックス皮膜に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for densifying a ceramic film formed on a surface of a metal material when the ceramic film has pores and the like, and to a method for densifying the ceramic film. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】近時、金属素材の表面性能に対する耐磨
耗性・耐食性などの要求が高度化しており、金属素材の
表面に各種のコーティング技術でセラミックス皮膜を形
成することによって各種の要求に対する対応がなされて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, demands for abrasion resistance, corrosion resistance, and the like with respect to the surface performance of metal materials have increased, and various requirements have been met by forming a ceramic film on the surface of metal materials using various coating techniques. A response has been made.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、各種のコー
ティング技術により金属素材の表面に形成されたセラミ
ックス皮膜においては、マクロには金属素材の表面がセ
ラミックス皮膜で被われてはいるが、コーティング技術
の種類やコーティング処理の良否によってはセラミック
ス皮膜にポア（***）やクラック等（この明細書におい
てはポア等という）が形成されることがある。By the way, in a ceramic film formed on the surface of a metal material by various coating techniques, the surface of the metal material is macroscopically covered with the ceramic film. Depending on the type and the quality of the coating treatment, pores (small holes), cracks, and the like (referred to as pores and the like in this specification) may be formed in the ceramic film.
【０００４】このような場合、これらのポア等が原因と
なってセラミックス皮膜が十分に機能を発揮せずにその
セラミックス皮膜の破損や金属素材との剥離を生じ、そ
のセラミックス皮膜による所期の目的を十分に達成する
ことが困難となる。In such a case, due to the pores and the like, the ceramic film does not perform its function sufficiently, and the ceramic film is damaged or peels off from the metal material. Is difficult to achieve sufficiently.
【０００５】この発明は、このような事情に基づいてな
されたもので、コーティング技術で形成されたセラミッ
クス皮膜に存在するポアを封止してセラミックス皮膜を
緻密化し、ポア等によりそのセラミックス皮膜や金属素
材表面が損傷することを防止して、そのセラミックス皮
膜による所期の目的を確実に達成することを課題とする
ものである。The present invention has been made in view of such circumstances, and the pores present in a ceramic film formed by a coating technique are sealed to densify the ceramic film. It is an object of the present invention to prevent a material surface from being damaged and to reliably achieve an intended purpose by a ceramic film.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、金属基材の表面に、この金
属基材とは異種の金属からなる中間材層を形成して金属
素材を用意し、その金属素材の前記中間材層の表面にセ
ラミックス皮膜を形成し、当該皮膜の表面側からのレー
ザ照射により前記中間材を溶融させ、この溶融した中間
材を前記皮膜に形成されたポア等に侵入させることを特
徴とするセラミックス皮膜の緻密化方法である。In order to solve this problem, the invention according to claim 1 is to form an intermediate material layer made of a metal different from the metal substrate on the surface of the metal substrate. A metal material is prepared, a ceramic film is formed on the surface of the intermediate material layer of the metal material, and the intermediate material is melted by laser irradiation from the surface side of the film, and the molten intermediate material is formed on the film. This is a method for densifying a ceramic film, characterized in that the ceramic film is caused to penetrate into a pore or the like.
【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のセラミックス皮膜の緻密化方法において、前記皮膜
はTiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,Cu,Ni,
Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnからなる群のいずれかまたはこれ
らを成分とする合金であることを特徴とするセラミック
ス皮膜の緻密化方法である。According to a second aspect of the present invention, in the method for densifying a ceramic film according to the first aspect, the film is formed by spraying TiN, and the intermediate material is made of Al, Cu, Ni,
This is a method for densifying a ceramic film, characterized by being one of the group consisting of Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, and Mn or an alloy containing these as components.
【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載のセラミックス皮膜の緻密化方法において、前記皮膜
はTiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,Cu,Ni,
Co,Feからなる群のいずれかとし、前記レーザ照射によ
り前記皮膜と前記中間材との少なくとも一部を互いに反
応させることを特徴とするセラミックス皮膜の緻密化方
法である。According to a third aspect of the present invention, in the method for densifying a ceramic coating according to the first aspect, the coating is formed by spraying TiN, and the intermediate material is made of Al, Cu, Ni,
A method for densifying a ceramic film, wherein the film is made of any one of Co and Fe and at least a part of the film and the intermediate material are reacted with each other by the laser irradiation.
【０００９】また、請求項４記載の発明は、金属基材の
表面にこの金属基材とは異種の金属からなる中間材層を
形成した金属素材と、当該金属素材の中間材層の表面に
重ねて形成されたセラミックス皮膜とを有し、当該皮膜
のポア等には、当該皮膜の表面側からのレーザ照射によ
って溶融された前記中間材を侵入させてあることを特徴
とする緻密化したセラミックス皮膜である。The invention according to claim 4 provides a metal material having an intermediate material layer formed of a metal different from the metal substrate on the surface of the metal substrate, and a metal material having an intermediate material layer formed of a metal different from the metal material. Densified ceramics having a ceramic film formed in a stacked manner, wherein the intermediate material melted by laser irradiation from the surface side of the film is made to penetrate into pores and the like of the film. It is a film.
【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の緻密化したセラミックス皮膜において、前記皮膜は
TiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,Cu,Ni,C
o,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnからなる群のいずれかまたはこれ
らを成分とする合金であることを特徴とする緻密化した
セラミックス皮膜である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a densified ceramic coating according to the fourth aspect, wherein the coating is
The intermediate material shall be AlN, Cu, Ni, C
A densified ceramic film characterized by being one of the group consisting of o, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, and Mn or an alloy containing these as components.
【００１１】また、請求項６記載の発明は、請求項４記
載の緻密化したセラミックス皮膜において、前記皮膜を
TiNからなるものとするとともに、前記中間材をAl,Cu,N
i,Co,Feからなる群のいずれかとし、前記レーザ照射に
より前記皮膜と前記中間材との少なくとも一部を互いに
反応させてあることを特徴とする緻密化したセラミック
ス皮膜である。According to a sixth aspect of the present invention, in the densified ceramic film according to the fourth aspect, the film is formed as follows.
AlN, Cu, N
A densified ceramic film, which is one of a group consisting of i, Co, and Fe, wherein at least a part of the film and the intermediate material are reacted with each other by the laser irradiation.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】まず、図１の（ａ）から（ｄ）に
より順に本願発明にかかるセラミックス皮膜の緻密化方
法を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a method for densifying a ceramic film according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d).
【００１３】図１の（ａ）において、１は金属基材であ
り、所定の形状に形成された金属材料（例えばSS400
鋼）からなるものである。In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a metal substrate, which is a metal material (for example, SS400) formed in a predetermined shape.
Steel).
【００１４】この金属基材１の表面の全体または所要の
部位には、図１の（ｂ）に示すように中間材層２が形成
されて金属素材３が用意される。As shown in FIG. 1B, an intermediate material layer 2 is formed on the entire surface of the metal substrate 1 or on a required portion, and a metal material 3 is prepared.
【００１５】中間材層２を形成する中間材は、後にこの
中間材層２の表面に形成されるセラミックス皮膜４の表
面に要求される機械的特性に応じて同種の機械的特性を
備えた金属材料を選択することが好ましい。The intermediate material forming the intermediate material layer 2 is made of a metal having the same kind of mechanical properties according to the mechanical properties required for the surface of the ceramic film 4 formed on the surface of the intermediate material layer 2 later. It is preferable to select a material.
【００１６】例えば、セラミックス皮膜４に耐摩耗性が
求められている場合には、中間材として例えば、Al,Cu,
Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnなどの金属材料が用いられ
る。また、セラミックス皮膜４に耐食性が求められてい
る場合には、その腐食環境に応じた耐食性の高い金属材
料が中間材として用いられる。For example, when the ceramic film 4 is required to have wear resistance, for example, Al, Cu,
Metal materials such as Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, and Mn are used. If the ceramic film 4 is required to have corrosion resistance, a metal material having high corrosion resistance according to the corrosive environment is used as the intermediate material.
【００１７】中間材層２は、例えば200μｍの厚さに前
記の中間材をノズル５から溶射することにより形成する
ことができ、金属材料の融点温度に応じて、ガス溶射あ
るいはプラズマ溶射を行えばよい。なお、中間材層２
は、溶射技術に限らず、金属皮膜を形成する各種の公知
技術を用いて形成することもできる。The intermediate material layer 2 can be formed by spraying the above-mentioned intermediate material to a thickness of, for example, 200 μm from the nozzle 5, and if gas spraying or plasma spraying is performed according to the melting point temperature of the metal material. Good. The intermediate material layer 2
Is not limited to the thermal spraying technique, and may be formed using various known techniques for forming a metal film.
【００１８】このようにして形成された中間材層２を有
する金属素材３の当該中間材層２の表面には、図１の
（ｃ）に示すようにしてセラミックス皮膜４が中間材層
２に重ねて形成される。この実施の形態において、セラ
ミックス皮膜４は、例えばチッ化チタン（TiN）からな
るものであり、ノズル６からのレーザ溶射によって形成
されたものである。On the surface of the intermediate material layer 2 of the metal material 3 having the intermediate material layer 2 thus formed, a ceramic film 4 is formed on the intermediate material layer 2 as shown in FIG. They are formed in layers. In this embodiment, the ceramic film 4 is made of, for example, titanium nitride (TiN) and formed by laser spraying from the nozzle 6.
【００１９】すなわち、セラミックス皮膜４は、CO2レ
ーザを用いて純Tiワイヤを窒素雰囲気中で溶融しN2と反
応させると同時に高速N2ガス流によりスプレー化し、Ti
Nを所要の厚さに積層させて形成したものである。That is, the ceramic film 4 is formed by melting a pure Ti wire in a nitrogen atmosphere using a CO 2 laser and reacting with the N 2 , and simultaneously spraying the Ti wire with a high-speed N 2 gas flow.
It is formed by laminating N to a required thickness.
【００２０】このようにしてレーザ溶射により形成され
た，セラミックス皮膜４には多数のポアやクラック等が
形成されることが多いものであり、図１の（ｃ）にはポ
ア７を図示してある。なお、セラミックス皮膜４は、Ti
Nに限らず，ジルコニア等のその他のセラミックスであ
ってもよく、また、セラミックス皮膜４は他の方法で形
成したものであってもよい。Many pores, cracks, and the like are often formed on the ceramic film 4 formed by the laser spraying in this manner. FIG. 1C shows the pores 7. is there. The ceramic film 4 is made of Ti
Not limited to N, other ceramics such as zirconia may be used, and the ceramic film 4 may be formed by another method.
【００２１】このようなセラミックス皮膜４が形成され
た金属素材３については、この後、図１の（ｄ）に示す
ように、セラミックス皮膜４の表面側に配置した照射装
置８からレーザビームを照射して加熱し、セラミックス
皮膜４を再溶融させる。The metal material 3 on which the ceramic film 4 is formed is thereafter irradiated with a laser beam from an irradiation device 8 disposed on the surface side of the ceramic film 4 as shown in FIG. Then, the ceramic film 4 is melted again.
【００２２】このようなレーザビームでの加熱により、
セラミックス皮膜４より融点温度の低い前記中間材層２
は直ちに溶融され、溶融した中間材はぬれ性や毛細管現
象によってセラミックス皮膜４に形成されているポア７
やクラック内に侵入して上昇し、ポア７やクラック内を
充填して凝固し、セラミックス皮膜４の緻密化がなされ
る。By heating with such a laser beam,
The intermediate material layer 2 having a lower melting point than the ceramic film 4
Is immediately melted, and the melted intermediate material is formed on the ceramic coating 4 by wettability and capillary action.
The cracks enter the cracks and rise, fill the pores 7 and the cracks and solidify, and the ceramic film 4 is densified.
【００２３】なお、このような中間材のポア７等への侵
入に際しては、中間材とセラミックス皮膜４とがともに
高温であるので、中間材とセラミックス皮膜４との間に
反応性がある場合には、中間材とセラミックスとの間で
化合物が形成され、その化合物の機械的性質はセラミッ
クス皮膜４の機械的性質に影響を及ぼすものとなる。When the intermediate material penetrates into the pores 7 and the like, since both the intermediate material and the ceramic film 4 are at a high temperature, if the intermediate material and the ceramic film 4 have a reactivity, A compound is formed between the intermediate material and the ceramic, and the mechanical properties of the compound affect the mechanical properties of the ceramic film 4.
【００２４】前記セラミックス皮膜４の加熱をレーザビ
ームを走査させることにより行なうこととすれば、前記
セラミックス皮膜４および中間材の加熱と冷却とが短時
間に急激に行なわれるので、形成される化合物を機械的
性質のさらに良好なものに制御することができる。If the heating of the ceramic film 4 is performed by scanning with a laser beam, the heating and cooling of the ceramic film 4 and the intermediate material are rapidly performed in a short time. The mechanical properties can be controlled to be better.
【００２５】例えば、セラミックス皮膜４がTiNからな
り、中間材がAl,Cu,Ni,Co,Feである場合には、レーザビ
ームの加熱によりセラミックス皮膜４と中間材との間で
の反応性が高く、より結合の強固な化合物が形成される
ので、これらの場合に形成される化合物を機械的性質の
さらなる良好なものに制御することがセラミックス皮膜
４の機械的性質の向上に寄与することになる。For example, when the ceramic film 4 is made of TiN and the intermediate material is Al, Cu, Ni, Co, Fe, the reactivity between the ceramic film 4 and the intermediate material is increased by heating the laser beam. Since a compound having a higher and stronger bond is formed, controlling the compound formed in these cases to have better mechanical properties contributes to the improvement of the mechanical properties of the ceramic film 4. Become.
【００２６】なお、セラミック皮膜４がTiNからなり、
セラミックス皮膜４との反応性が低いもの（例えばＣ
ｒ）を中間材とした場合、機械的性質の向上は軽減され
る。The ceramic coating 4 is made of TiN,
Those having low reactivity with the ceramic film 4 (for example, C
When r) is used as an intermediate material, the improvement in mechanical properties is reduced.
【００２７】このような化合物が形成されたセラミック
ス皮膜４にあっては、中間材が単にポア７等を物理的に
充填するのみならず、セラミックス皮膜４とポア７等を
充填する中間材とがより強固に結合するので、耐摩耗性
等の表面性能がさらに良好なものとなる。In the ceramic film 4 on which such a compound is formed, the intermediate material not only physically fills the pores 7 and the like, but also forms the ceramic film 4 and the intermediate material filling the pores 7 and the like. Since the bonding is more firmly performed, the surface performance such as abrasion resistance is further improved.
【００２８】本願発明者らは、このような観点に基づき
次のような実験を行った。The inventors of the present application conducted the following experiment based on such a viewpoint.
【００２９】実験に先立ち、発明者らは、前記金属素材
３に準じて試料素材を用意し、これらの試料素材の表面
にTiNからなるセラミックス皮膜４を形成して試料とし
た。Prior to the experiment, the inventors prepared sample materials in accordance with the metal material 3 and formed a ceramic film 4 made of TiN on the surface of these sample materials to obtain a sample.
【００３０】試料素材の金属基材はSS400鋼とし、中間
材層２を形成する中間材としてAl,Cu,Ni-Al，Ni,Co,Fe,
Ti,Crを用いてそれぞれについての試料素材を形成し
た。なお、Ni-Al（ニッケルアルミニウム合金）を加え
たのは、前記各金属材料を成分とする合金の場合の効果
を代表例によって検証するためである。The metal base material of the sample material is SS400 steel, and the intermediate material forming the intermediate material layer 2 is Al, Cu, Ni-Al, Ni, Co, Fe,
Sample materials for each of them were formed using Ti and Cr. The reason why Ni-Al (nickel-aluminum alloy) was added is to verify the effect in the case of an alloy containing each of the above metal materials as a representative example.
【００３１】金属基材表面への中間材層２の形成は、中
間材がAl，Cuの場合にはガス溶射により行い、中間材が
Ni-Al，Ni,Co,Fe,Ti,Crの場合にはプラズマ溶射により
行なって、いずれもその中間材層２の厚さを200μｍと
した。The formation of the intermediate material layer 2 on the surface of the metal substrate is performed by gas spraying when the intermediate material is Al or Cu.
In the case of Ni-Al, Ni, Co, Fe, Ti, and Cr, plasma spraying was performed, and the thickness of the intermediate material layer 2 was set to 200 μm in each case.
【００３２】このようにして中間材毎に用意した各試料
素材と、中間材層２を形成せず金属基材のままとした比
較例素材とについて、表面にTiNからなるセラミックス
皮膜４を形成した。As described above, a ceramic film 4 made of TiN was formed on the surface of each of the sample materials prepared for each intermediate material and the comparative example material in which the intermediate material layer 2 was not formed and the metal substrate was left as it was. .
【００３３】セラミックス皮膜４の形成は、前記のセラ
ミックス皮膜の緻密化方法において説明したのと同様で
あり、CO2レーザを用いて純Tiワイヤを窒素雰囲気中で
溶融しN2と反応させると同時に高速N2ガス流によりスプ
レー化し、TiNを400μｍの厚さに積層させたものであ
る。The formation of the ceramic film 4 is the same as that described in the method for densifying the ceramic film. The pure Ti wire is melted in a nitrogen atmosphere using a CO 2 laser and reacted with N 2. It is sprayed by a high-speed N 2 gas flow, and TiN is laminated to a thickness of 400 μm.
【００３４】比較例素材の場合には、金属基材であるSS
400鋼の表面に直接このようなセラミックス皮膜４形成
させた状態のままとして後述するレーザビームによる加
熱を行なわずに比較例試料とした。In the case of the comparative example material, the metal substrate SS
With the ceramic film 4 directly formed on the surface of 400 steel, a comparative sample was prepared without heating by a laser beam described later.
【００３５】一方、前記各試料素材の場合には前記中間
材層２の表面に、このようなセラミックス皮膜４を形成
したうえで、次のようにしてセラミックス皮膜４の表面
側からレーザビームを照射して加熱し、各試料素材に形
成されたセラミックス皮膜４の緻密化を行なってそれぞ
れを試料とした。On the other hand, in the case of each of the sample materials, after forming such a ceramic film 4 on the surface of the intermediate material layer 2, a laser beam is irradiated from the surface side of the ceramic film 4 as follows. Then, the ceramic film 4 formed on each sample material was densified to obtain a sample.
【００３６】このレーザビームによる加熱は、セラミッ
クス皮膜４の表面に、レーザビーム直径2mmを照射し、
レーザ出力1200W，レーザ走査速度を3.3mm/s（低速），
26.7mm/s（高速）の２種類でそれぞれ行なった。The heating by the laser beam is performed by irradiating the surface of the ceramic film 4 with a laser beam having a diameter of 2 mm.
Laser output 1200W, laser scanning speed 3.3mm / s (low speed),
The test was performed at 26.7 mm / s (high speed).
【００３７】この後、このようにしてレーザビームで加
熱されたセラミックス皮膜４を備えた各試料等の各セラ
ミックス皮膜４の耐摩耗性は、褐色アルミナを30度の噴
射角でブラスト摩耗させる荒田式摩耗試験、ならびに、
ラバーホイールで荷重98N，回転速度100rpmで押し付け
ながら硅砂を擦り付ける土砂摩耗試験にて評価した。Thereafter, the wear resistance of each ceramic film 4 such as each sample provided with the ceramic film 4 heated by the laser beam in this manner is determined by the Arata method of blasting brown alumina at an injection angle of 30 degrees. Wear test, and
Evaluation was made by a sand and sand test in which silicon rubber was rubbed while being pressed with a rubber wheel at a load of 98 N and a rotation speed of 100 rpm.
【００３８】前記のようにして形成された各試料のセラ
ミックス皮膜４についての観察結果は次のようである。The observation results of the ceramic film 4 of each sample formed as described above are as follows.
【００３９】レーザビームでのセラミックス皮膜４の加
熱の際のレーザビームの走査速度が3.3mm/sの場合に
は、全ての試料と比較例について外観上割れの無い緻密
化したセラミックス皮膜を得ることができたが、レーザ
ビームの走査速度が26.7mm/sの場合には、中間材がNi，
Ti，Crである各試料においては、各中間材とTiNからな
るセラミックス皮膜との間で剥離した。レーザビームの
走査速度が高速であったため、レーザビームによる入熱
量が小さく高融点の中間材が十分に溶融せず、セラミッ
クス皮膜のポア７等の内部への侵入が十分に生じなかっ
たため剥離したものと考えられる。When the scanning speed of the laser beam at the time of heating the ceramic film 4 by the laser beam is 3.3 mm / s, it is necessary to obtain a densified ceramic film having no crack in appearance for all samples and comparative examples. However, when the scanning speed of the laser beam was 26.7 mm / s, the intermediate material was Ni,
In each of the samples of Ti and Cr, peeling occurred between each intermediate material and the ceramic film made of TiN. Since the laser beam scanning speed was high, the heat input by the laser beam was small and the high melting point intermediate material did not melt sufficiently, and the ceramic film did not sufficiently penetrate into the pores 7 etc. it is conceivable that.
【００４０】前記以外の各試料においては、セラミック
ス皮膜の断面構造においてはセラミックス皮膜のポア等
の内部に各中間材が侵入してセラミックス皮膜が緻密化
されていた。なお、セラミックス皮膜４等の内部への中
間材の侵入が十分であれば、セラミックス皮膜４と中間
材との接合性（密着性）についても、単なるアンカー効
果のみではなく、より強固な接合性を持つこととなる。In each of the samples other than the above, in the cross-sectional structure of the ceramic film, each intermediate material penetrated into pores and the like of the ceramic film and the ceramic film was densified. In addition, if the penetration of the intermediate material into the inside of the ceramic film 4 or the like is sufficient, not only the anchor effect but also a stronger bondability between the ceramic film 4 and the intermediate material is required. Will have.
【００４１】また、各試料等についての金属素材上昇
量，皮膜の硬さ，荒田式摩耗試験による摩耗量，および
土砂摩耗試験による摩耗量は、皮膜上層部から下層部ま
で測定した値の平均値であり、表．１に示すとおりであ
る。The amount of metal material rise, the hardness of the film, the amount of wear by the Arata-type abrasion test, and the amount of wear by the earth and sand abrasion test for each sample are the average values measured from the upper layer to the lower layer of the film And Table. As shown in FIG.
【００４２】なお、金属素材上昇量は、皮膜断面をＥＰ
ＭＡ（Electron Prove Micro Analyzer）で元素分析
し、求めたmol％をvol％に変換した値を採用した。The amount of rise of the metal material is determined by measuring the cross section of the coating by EP.
Elemental analysis was performed by MA (Electron Prove Micro Analyzer), and a value obtained by converting the obtained mol% to vol% was employed.
【００４３】[0043]
【表１】 EPMAによりセラミックス皮膜断面の組成分析を行なった
結果より求めた金属素材上昇量（中間材と金属基材の合
計）の平均値は、いずれの場合も入熱量の大きい3.3mm/
sの方が大きくなっており、また中間材だけではなく金
属基材であるFeも最大で2vol%程度上昇していた。[Table 1] The average value of the amount of rise in the metal material (the sum of the intermediate material and the metal substrate) obtained from the results of the composition analysis of the cross section of the ceramic film by EPMA is 3.3 mm /
The value of s was larger, and not only the intermediate material but also Fe, which was a metal substrate, was increased by about 2 vol% at the maximum.
【００４４】セラミックス皮膜の平均硬さは、ほぼHV12
00前後で、中間材による顕著な差は認められなかった。
ただし、TiについてのみHV1589と高くなった。The average hardness of the ceramic film is approximately HV12
At around 00, no remarkable difference due to the intermediate material was observed.
However, HV1589 was high only for Ti.
【００４５】また、Al，Tiの場合のみ、逆に中間材層に
TiN粒子が侵入していることが確認された。そのため、
中間材層の硬さはAlでHV832，TiでHV1080であった。On the other hand, only in the case of Al and Ti,
It was confirmed that TiN particles had entered. for that reason,
The hardness of the intermediate layer was HV832 for Al and HV1080 for Ti.
【００４６】とくにAlの場合は、中間材層とTiNからな
るセラミックス皮膜との界面がわからないほど相互に侵
入しており、セラミックス皮膜中に割れ等の欠陥のない
優れた皮膜を形成していた。In the case of Al in particular, the interface between the intermediate material layer and the ceramic film made of TiN penetrated so as to be invisible, and an excellent film having no defects such as cracks was formed in the ceramic film.
【００４７】摩耗試験の結果についても１回の試験当り
の平均摩耗量を表．１に示しているが、いずれも場合に
もレーザビームによる加熱を施していないセラミックス
皮膜に較べて耐摩耗性が著しく向上しており、入熱量の
最も多い3.3mm/Sの方が優れた結果が得られた。とく
に、土砂摩耗試験においては、アルミナ焼結体と同程度
の耐摩耗性が得られ、耐アブレッシブ摩耗性に優れるこ
とがわかった。As for the results of the wear test, the average wear amount per test is shown in Table 1. As shown in Fig. 1, in each case, the abrasion resistance was significantly improved compared to the ceramic film that was not heated by the laser beam, and the result with the highest heat input of 3.3 mm / S was superior. was gotten. In particular, in the earth and sand abrasion test, it was found that the same abrasion resistance as that of the alumina sintered body was obtained and the abrasion resistance was excellent.
【００４８】基材上昇量が多いほど耐摩耗性が優れる傾
向があり、TiN粒子が上昇金属基材により強固に結合し
たためと考えられるが、Crについては、TiN粒子との反
応性が低いため、この傾向から外れている。The greater the amount of rise in the base material, the better the abrasion resistance tends to be. This is considered to be because the TiN particles are more strongly bonded to the rising metal base material. However, the reactivity of Cr with the TiN particles is low. It is out of this trend.
【００４９】なお、この発明では、中間材として、Al,C
u,Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnからなる群のいずれかまた
はこれらを成分とする合金を用いたが、通常、これらの
金属にほかの金属を微量含ませる場合がある。この発明
では、このような微量の他の金属を含むものを用いるこ
とも可能である。In the present invention, Al, C
u, Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, Mn, or an alloy containing these components was used.Normally, these metals sometimes contain trace amounts of other metals. is there. In the present invention, a material containing such a trace amount of another metal can be used.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、金属基材の表面に中間材層を形成してある
ので、セラミックス皮膜のポア等を金属基材の材種に限
らず充填し当該皮膜の所期の目的を確実に達成すること
ができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the intermediate material layer is formed on the surface of the metal substrate, the pores of the ceramic film and the like are used as the material of the metal substrate. The intended purpose of the film can be reliably achieved by filling without limitation.
【００５１】そのため、セラミックス皮膜の緻密化が可
能であることはもちろん、ポア等に充填する金属材料を
適宜に選択することができることにより、金属基材の材
種にかかわらず，緻密化したセラミックス皮膜の機械的
性質を調整するうえでの自由度が高まる。Therefore, the ceramic film can be densified, and the metal material to be filled into the pores and the like can be appropriately selected, so that the ceramic film can be densified regardless of the type of the metal base material. Flexibility in adjusting the mechanical properties of
【００５２】また、請求項２記載の発明によれば、前記
皮膜はTiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,C
u,Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnからなる群のいずれかまた
はこれらを成分とする合金とするので、TiNからなるセ
ラミックス皮膜を緻密化した場合、緻密化した前記皮膜
は耐摩耗性の優れたものとなる。また、前記中間材は、
様々な耐食性を有するので、緻密化した前記皮膜は、耐
食性にも優れたものとなる。According to the second aspect of the present invention, the coating is formed by spraying TiN, and the intermediate material is made of Al, C
u, Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, Mn, or any of these alloys, so if the ceramic film made of TiN is densified, the densified film Has excellent wear resistance. Further, the intermediate material is
Since it has various corrosion resistances, the densified film has excellent corrosion resistance.
【００５３】また、請求項３記載の発明によれば、前記
皮膜はTiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,C
u,Ni,Co,Feからなる群のいずれかとし、前記皮膜と前記
中間材との少なくとも一部を互いに反応させるので、緻
密化した前記皮膜においてTiNとポア等を充填する中間
材との一体性が高まる。According to the third aspect of the present invention, the coating is formed by spraying TiN, and the intermediate material is made of Al, C
u, Ni, Co, or Fe, and at least a part of the coating and the intermediate material react with each other, so that the dense coating has an integrated structure of TiN and an intermediate material filled with pores and the like. The nature increases.
【００５４】そのうえ、TiNとポア等を充填する中間材
とを、レーザ照射により互いに反応させるので、反応が
短時間に行なわれ、両者の反応により生じる化合物が機
械的性質の良好なものに限られるので、緻密化した前記
皮膜の機械的性質は一層良好なものである。In addition, since the TiN and the intermediate material filled with pores and the like are reacted with each other by laser irradiation, the reaction is performed in a short time, and the compounds produced by the two reactions are limited to those having good mechanical properties. Thus, the mechanical properties of the densified coating are better.
【００５５】また、請求項４記載の発明によれば、金属
基材の表面にこの金属基材とは異種の金属からなる中間
材層を形成してあるので、セラミックス皮膜のポア等を
金属基材の材種に限らず充填し当該皮膜の所期の目的を
確実に達成することができる。According to the fourth aspect of the present invention, since the intermediate material layer made of a metal different from the metal base material is formed on the surface of the metal base material, the pores and the like of the ceramic film are formed on the metal base material. It is possible to reliably achieve the intended purpose of the film by filling not only the material type but also the film.
【００５６】そのため、セラミックス皮膜の緻密化が可
能であることはもちろん、ポア等に充填する金属材料を
適宜に選択することができることにより、金属基材の材
種にかかわらず，緻密化したセラミックス皮膜の機械的
性質を調整するうえでの自由度が高まる。Therefore, the ceramic film can be densified, and the metal material to be filled in the pores and the like can be appropriately selected, so that the ceramic film can be densified regardless of the type of the metal base material. Flexibility in adjusting the mechanical properties of
【００５７】また、請求項５記載の発明によれば、前記
皮膜はTiNを溶射してなるものとし、前記中間材はAl,C
u,Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnからなる群のいずれかまた
はこれらを成分とする合金であるので、緻密化した前記
皮膜は耐摩耗性および耐食性の優れたものである。According to the fifth aspect of the present invention, the coating is formed by spraying TiN, and the intermediate material is made of Al, C
u, Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si, Mn, or any of these alloys, the denser coating has excellent wear resistance and corrosion resistance. is there.
【００５８】また、請求項６記載の発明によれば、前記
皮膜をTiNからなるものとするとともに、前記中間材をA
l,Cu,Ni,Co,Feからなる群のいずれかとし、前記皮膜と
前記中間材との少なくとも一部を互いに反応させてある
ので、緻密化した前記皮膜はTiNとポア等を充填する中
間材との一体性が優れたものとなる。According to the sixth aspect of the present invention, the film is made of TiN, and the intermediate material is made of AN.
l, Cu, Ni, Co, any of the group consisting of Fe, since at least a part of the coating and the intermediate material are reacted with each other, the denser coating is an intermediate to fill TiN and pores, etc. Excellent in integration with the material.
【００５９】そのうえ、TiNとポア等を充填する中間材
とを、レーザ照射により互いに反応させてあるので、そ
の反応が短時間に行なわれ、両者の反応により生じる化
合物が機械的性質の良好なものに限られるので、緻密化
した前記皮膜の機械的性質は一層良好である。In addition, since the TiN and the intermediate material filling the pores and the like are reacted with each other by laser irradiation, the reaction is performed in a short time, and the compound generated by the two reactions has good mechanical properties. , The mechanical properties of the densified coating are better.
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、セラミックス皮膜の緻密化
方法の手順説明図である。FIGS. 1 (a) to 1 (d) are explanatory diagrams of a procedure of a method for densifying a ceramic film.
１ 金属基材 ２ 中間材層 ３ 金属素材 ４ セラミックス皮膜 ５ ノズル ６ ノズル ７ ポア ８ 照射装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal base material 2 Intermediate material layer 3 Metal material 4 Ceramic film 5 Nozzle 6 Nozzle 7 Pore 8 Irradiation device
フロントページの続き (72)発明者 荒木 孝雄 愛媛県松山市道後祝谷５−７−23 (72)発明者 西田 稔 愛媛県松山市平井町2652Continuation of the front page (72) Inventor Takao Araki 5-7-23 Dogo Kokugaya, Matsuyama City, Ehime Prefecture (72) Inventor Minoru Nishida 2652 Hiraicho, Matsuyama City, Ehime Prefecture
Claims (6)
種の金属からなる中間材層を形成して金属素材を用意
し、 その金属素材の前記中間材層の表面にセラミックス皮膜
を形成し、 当該皮膜の表面側からのレーザ照射により前記中間材を
溶融させ、 この溶融した中間材を前記皮膜に形成されたポア等に侵
入させることを特徴とするセラミックス皮膜の緻密化方
法。An intermediate material layer made of a metal different from the metal substrate is formed on a surface of the metal substrate to prepare a metal material, and a ceramic film is formed on the surface of the intermediate material layer of the metal material. A method for densifying a ceramic film, comprising: forming, melting the intermediate material by laser irradiation from the surface side of the film, and causing the melted intermediate material to enter pores formed in the film.
化方法において、前記皮膜はTiNを溶射してなるものと
し、前記中間材はAl,Cu,Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnから
なる群のいずれかまたはこれらを成分とする合金である
ことを特徴とするセラミックス皮膜の緻密化方法。2. The method for densifying a ceramic film according to claim 1, wherein said film is formed by spraying TiN, and said intermediate material is made of Al, Cu, Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, A method for densifying a ceramic film, characterized in that the ceramic film is any one of the group consisting of Si and Mn or an alloy containing them.
化方法において、前記皮膜はTiNを溶射してなるものと
し、前記中間材はAl,Cu,Ni,Co,Feからなる群のいずれか
とし、前記レーザ照射により前記皮膜と前記中間材との
少なくとも一部を互いに反応させることを特徴とするセ
ラミックス皮膜の緻密化方法。3. The method for densifying a ceramic film according to claim 1, wherein said film is formed by spraying TiN, and said intermediate material is any one of a group consisting of Al, Cu, Ni, Co, Fe. And densifying at least a part of the coating and the intermediate material with each other by the laser irradiation.
の金属からなる中間材層を形成した金属素材と、当該金
属素材の中間材層の表面に重ねて形成されたセラミック
ス皮膜とを有し、当該皮膜のポア等には、当該皮膜の表
面側からのレーザ照射によって溶融された前記中間材を
侵入させてあることを特徴とする緻密化したセラミック
ス皮膜。4. A metal material in which an intermediate material layer made of a metal different from the metal substrate is formed on the surface of the metal substrate, and a ceramic film formed on the surface of the intermediate material layer of the metal material. Characterized in that the intermediate material melted by laser irradiation from the surface side of the coating has penetrated into pores and the like of the coating.
皮膜において、前記皮膜はTiNを溶射してなるものと
し、前記中間材はAl,Cu,Ni,Co,Fe,Ti,Cr,Zn,Si,Mnから
なる群のいずれかまたはこれらを成分とする合金である
ことを特徴とする緻密化したセラミックス皮膜。5. The densified ceramic coating according to claim 4, wherein said coating is formed by spraying TiN, and said intermediate material is Al, Cu, Ni, Co, Fe, Ti, Cr, Zn, Si. , Mn, or an alloy containing them as a component.
皮膜において、前記皮膜をTiNからなるものとするとと
もに、前記中間材をAl,Cu,Ni,Co,Feからなる群のいずれ
かとし、前記レーザ照射により前記皮膜と前記中間材と
の少なくとも一部を互いに反応させてあることを特徴と
する緻密化したセラミックス皮膜。6. The densified ceramic film according to claim 4, wherein the film is made of TiN, and the intermediate material is any one of a group consisting of Al, Cu, Ni, Co, and Fe. A densified ceramic film, wherein at least a part of the film and the intermediate material are reacted with each other by laser irradiation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1347097A JPH10202782A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Method for refining ceramic film and refined ceramic film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1347097A JPH10202782A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Method for refining ceramic film and refined ceramic film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10202782A true JPH10202782A (en) | 1998-08-04 |
Family
ID=11834031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1347097A Pending JPH10202782A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Method for refining ceramic film and refined ceramic film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10202782A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999044822A1 (en) * | 1998-03-05 | 1999-09-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of applying a ceramic layer to an under-layer having a relatively low melting temperature |
| US7494723B2 (en) | 2005-07-29 | 2009-02-24 | Tocalo Co., Ltd. | Y2O3 spray-coated member and production method thereof |
| US7648782B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-01-19 | Tokyo Electron Limited | Ceramic coating member for semiconductor processing apparatus |
| US7850864B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-12-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma treating apparatus and plasma treating method |
-
1997
- 1997-01-28 JP JP1347097A patent/JPH10202782A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999044822A1 (en) * | 1998-03-05 | 1999-09-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of applying a ceramic layer to an under-layer having a relatively low melting temperature |
| US7494723B2 (en) | 2005-07-29 | 2009-02-24 | Tocalo Co., Ltd. | Y2O3 spray-coated member and production method thereof |
| EP2071049A1 (en) | 2005-07-29 | 2009-06-17 | Tocalo Co. Ltd. | Y2O3 Spray-coated member and production method thereof |
| US7648782B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-01-19 | Tokyo Electron Limited | Ceramic coating member for semiconductor processing apparatus |
| US7850864B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-12-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma treating apparatus and plasma treating method |
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