JPS62127466A - セラミツクスが被着された部材 - Google Patents

セラミツクスが被着された部材

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JPS62127466A
JPS62127466A JP60267745A JP26774585A JPS62127466A JP S62127466 A JPS62127466 A JP S62127466A JP 60267745 A JP60267745 A JP 60267745A JP 26774585 A JP26774585 A JP 26774585A JP S62127466 A JPS62127466 A JP S62127466A
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JP
Japan
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base material
gas
ceramics
ceramic
reaction chamber
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JP60267745A
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English (en)
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Mutsuki Yamazaki
六月 山崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to DE19863640430 priority patent/DE3640430A1/de
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、高速で摺動する部材等に好適のセラミック
スが被着された部材に関する。
〔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
のガイドロッド等のように、高速で摺動を受ける部材は
、摩耗しやすく、この8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^速波摺動部材には、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。
[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、11!
l1fl性付与処理にはタフトライド処理、バーコ処理
又は黒染め二硫化モリブデンの塗布処理等があるが、い
ずれの処理も、高加重が印加され、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。
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、処理中に母材の変形が
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。
更に、TiN又はTICを高速被摺動部材に被覆すると
、これらのセラミックスの硬度が高いために、摺動する
相手方の摺動部材を研削してしまい、この研削屑がセラ
ミックス被膜の上に凝着して焼き付くという問題点があ
る。
この発明はかかる事情に鳳みてなされたものであって、
母材に対する接着性が轟く、耐摩耗性が優れていると共
に、摺動する相手方部材を研削してしまうことがなく、
焼付の発生が抑制されたセラミックスが被着された部材
を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段1 この発明に係るセラミックスが被着された部材は、鉄を
主成分とする母材と、この母材の表面に炭素を^濃度で
含有する鉄の層を形成した後母材に被着され主成分が珪
素又は硼素のセラミックス層とを有することを特徴とす
る。
[作用〕 本願発明者は、硬度が高く、耐摩耗性が優れていると共
に、相手方の摺動材を研削してしまうことがないセラミ
ックス材料を開発すべく種々検討した結果、珪素又は硼
素を主成分とするセラミックスが、このような要求を充
分満足することを見出した。また、このようなセラミッ
クス材料は、スパッタリング、プラズマCVD、イオン
ブレーティング等により母材に被着させることができる
が、処理温度が200乃至300℃と比較的低いため、
処理中の母材の変形を抑制することができ、高精度を要
求される部材にもこれらのセラミックスを被着させるこ
とができる。
しかしながら、これらのセラミックスは、母材との接着
性がTiN及びTiCよりも劣るという欠点がある。特
に、母材がコンプレッサシャフト等のように鋳鉄である
場合に、これらのセラミックスを成膜することは事実上
困難である。
本願発明者は、鉄を主成分とする母材に、これらのセラ
ミックスを安定して容易に被着させるべく種々実験研究
を繰返した結果、母材の表面に炭素濃度が高い高炭素濃
度領域を形成しておくことによって、これらのセラミッ
クスを高接着性で被着させることができることを見出し
た。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。
なお、耐摩耗性が高いと共に、相手方の摺動部材を研削
してしまうことがないセラミックスとしては、窒化珪素
(SiN)、窒化硼素(BN)、炭化珪素(S + C
) 、炭化硼素(BC) 、酸化珪素(Sin)、炭窒
化珪素(S i CX NY ) 、炭窒化硼素(BC
X NY ) 、又は炭酸化珪素(S i CX OY
 )等がある。これらのセラミックスは、スパッタリン
グ、イオンブレーティング、プラズマCvD、熱CVO
,光CVD、等の方法により製造することができるが、
母材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。
[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。この実施例に係るセラミックスが被着された
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
工成形して母材を得る。次いで、この母材の表面を炭化
処理して表層部に炭素を高濃度で含有する領域を形成す
る。その後、SiN等のセラミックスをffl材の表面
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、鉄を主成分とする母材の表
面がSiN等のセラミックスで被1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
耗が抑制されると共に、摺動部材を研削してしまうこと
もない。
次ぎに、第1図を参照して、この実施例に係るセラミッ
クスが被着された部材をプラズマ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である。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1!1fI4が反応v1内にその周壁に対して
同軸的に設置されており、この電極4と反応室1の周壁
との間に円筒状の拡散部材5が電極4に同軸的に設置さ
れている。この11fi4及び拡散部材5には、夫々複
数個のガス通流孔6及び7が開設されており、ガス導入
口3を介して反応室1内に導入されたガスは、拡散部材
5のガス通流孔7及び電極4のガス通流孔6を通過して
反応室1の中心部に供給される。これにより、ガスは反
応室1の中心部に均一に拡散して供給される。電極4及
び拡散部材5は反応室1と同一の電位にあり、電極4等
は高周波型[8に接続されていて、電極4に高周波電力
が印加されるようになっている。
反応室1の中心には、母材1o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
、この支持部材11は接地されている。母材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。母材10も支持部材11と同様に接地されているか
ら、高周波1a8から電極4に高周波電力が印加される
と、1fffi4と母材10との間に、プラズマ放電が
生起される。
このように構成される装置により、先ず、母材の表面を
炭化させ、表層部に炭素を高濃度で含有する領域を形成
する。つまり、反応室1内を約10−3トルに排気した
後、ポンプによる排気を継続しつつ、ガス導入口3を介
してCF4ガス又はCH4ガス等の炭素を含有するガス
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、電極4と母材10との間に
高周波電力を印加してプラズマを生起すると、母材10
の表面が炭化する。この場合に、炭素を含有するガスの
みでプラズマを生起すると、プラズマにより炭素が重合
して形成される膜が母材の表面に何者するおそれがある
。この膜が柔かいものであると、次順の工程で形成され
るセラミックスの層が剥離しやすくなり好ましくない。
このため、反応空白に、炭素を含有するガスの外に、A
rガス、Heガス、又はN2ガス等のガスを導入し、こ
れらの混合ガスによりプラズマを生起することが好まし
い。このArガス等の混合により、炭素の重合が生じ難
くなり、炭素と鉄との間の反応が進行しやすくなるから
である。この混合ガスとしては、特に、不活性であり、
イオン化エネルギが大きいという点で、Arガスが好ま
しい。一般的な炭化処理条件の一例を下記に示す。
CH4ガス流量: 50SCCM Arガス流量:300SCCM 反応圧力(真空度):1.Oトル 高周波型カニ500W 処理笥間:30分 なお、この炭化処理において、母材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
よって母材が加熱されるので、必ずしも格別の加熱手段
を設けることは必要ない。
また、炭素の供給源としては、上述のガスに限らず、固
体を使用してもよい。この場合には、この炭素を含有す
る固体から、Arのプラズマで炭素をたたき出すように
すればよい。
この炭化処理に続いて、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
面が炭化した母材にセラミックスをコーティングする。
コーティングすべきセラミックスがSiを主成分とする
場合には、S i H4ガス又は5i2Hsガス等の3
iを含有するガスに、窒化物であるときはN2ガス又は
NH3ガス等のNを含有するガスを混合し、炭化物であ
るときはCH4ガス又はC2H6ガス等のCを含有する
ガスを混合し、酸化物であるときは02ガス又はN20
ガス等のOを含有するガスを混合する。
コーティングすべきセラミックスが8を主成分とする場
合には、Slを含有するガスの替りに、BF3ガス又は
82 H6ガス等の8を含有するガスを使用すればよい
。5iCxNyを成膜するためには、S i H4ガス
とN2ガスの外に、CH4ガスを適量加える。また、S
 i CX OYを成膜するためには、SiH4ガスと
02ガス又はN20ガスとの混合ガスにCH4ガスを加
えればよい。
次ぎに、こ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。
(a)SiNの場合 S i H4ガス8m: 100SCCMN2ガス流量
:300SCCM 反応圧カニi、oトル 高周波筒カニ 500W 成膜時間:30分 層厚:約3μm (b) S i Cの場合 SiH+ガス流量: 100SCCM CH4ガス流量:300SCCM 反応圧カニi、oトル 高周波筒カニ500W 成膜時間:30分 層厚:約3μm (C)BNの場合 8F3ガス流量: 100SCCM N2ガス流鳳: 300SCCM 反応圧カニ1.Oトル 高周波筒カニ500W 成膜時III:30分 層厚:約3μm (d)SiOの場合 S+H4ガス流1:1001005 ccガス流1300sccM 反応圧カニ1.Oトル 高周波筒カニ500W 成膜時間:30分 層厚:約3μm 上述の如くして製造されたセラミックスが被着された部
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^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、1000
0R,P、Mの回転数で30分間連続運転し、次いで1
0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(a)乃至
(d)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。
なお、この実施例は、母材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、スパッタリング又はイオ
ンブレーティング等の他の手段を使用してもよい。
[発明の効果] この発明によれば、鉄を主成分とする母材に対してもセ
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、摺動する相手部材を研削してしまうことが
なく、焼付の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例に係るセラミックスが被着さ
れた部材の製造装置を示す断面口である。 1;反応室、2:絶縁体、4;電極、8;高周波電源、
10;母材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉄を主成分とする母材と、この母材の表面に炭素
    を高濃度で含有する鉄の層を形成した後母材に被着され
    主成分が珪素又は硼素のセラミックス層とを有すること
    を特徴とするセラミックスが被着された部材。
  2. (2)前記炭素を高濃度に含有する鉄の層は、グロー放
    電により形成することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載のセラミックスが被着された部材。
  3. (3)前記セラミックス層は、グロー放電により形成す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のセラ
    ミックスが被着された部材。
  4. (4)前記セラミックスは、窒化珪素、窒化硼素、炭化
    珪素、炭化硼素、酸化珪素、炭窒化珪素、炭窒化硼素、
    又は炭酸化珪素から選択されたものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載のセラミックスが被着
    された部材。
  5. (5)前記セラミックスは、水素又はハロゲン元素の少
    なくとも一方を含有することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のセラミックスが被着された部材。
JP60267745A 1985-11-28 1985-11-28 セラミツクスが被着された部材 Pending JPS62127466A (ja)

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KR1019860009820A KR890002162B1 (ko) 1985-11-28 1986-11-20 세라믹스가 코팅된 슬라이딩 부재와 그의 제조 방법
FR8616558A FR2590594B1 (fr) 1985-11-28 1986-11-27 Element mecanique portant un revetement ceramique anti-usure et sa fabrication.
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US08/064,749 US5300951A (en) 1985-11-28 1993-05-18 Member coated with ceramic material and method of manufacturing the same

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