セラミック被覆材の熱処理と残留応力に関する研究

イオンプレーティング法の一種であるアーク放電方式PVD法により、鉄鋼基板上にTiN皮膜を作成し、皮膜の性質が熱処理にともないどのように変化するか調査を行った。これにより得られた知見を下記にまとめる。TiN皮膜の性質について成膜パラメータであるアーク電流値と窒素ガス圧力に対する依存性を調査したところ表面粗さについてはアーク電流値の変化による皮膜表面粗さへの影響は少ないが窒素ガス圧力が1〜10Paと上昇すると表面粗さはRa=0.3〜0.07μmと減少した。また,ビッカース硬さは1660〜2500HVであり、アーク電流値が増加すると硬さも増すのに対し、窒素ガス圧力が増加すると皮膜の硬さは逆に低下した。次に、X線回折法によりTiN皮膜を調査した。その結果、TiN皮膜は[111]軸の結晶優先配向性を有しており、アーク電流値、窒素ガス圧力の変化に対して[111}軸配向性が多少弱まる傾向がある。TiN皮膜には-8.0〜-6.5GPaの皮膜と基板の熱膨張係数の差から生じる熱残留応力値よりも一桁以上大きな圧縮残留応力が存在し,窒素ガス圧の増加とともに圧縮残留応力が減少する傾向がある。次に、TiN皮膜にanneal処理を加えた場合、皮膜の回折線は処理温度の上昇にともない積分回折強度の若干の増加と半価幅の減少が生じる。また、TiN皮膜の圧縮残留応力は1073 Kまでのanneal処理により圧縮残留応力が減少するが、これ以上の処理温度では再び圧縮側に増加し熱残留応力値とほぼ同程度になる傾向がある。TiN皮膜の組成比(N/Ti)は成膜時において約1.1程度であるがanneal処理において加熱温度の上昇に伴いN/Ti=1に近づく傾向がある、

イオンプレーティング法の一種であるアーク放電方式PVD法により、鉄鋼基板上にTiN皮膜を作成し、皮膜の性質が熱処理にともないどのように変化するか調査を行った。これにより得られた知見を下記にまとめる。TiN皮膜の性質について成膜パラメータであるアーク電流値と窒素ガス圧力に対する依存性を調査したところ表面粗さについてはアーク電流値の変化による皮膜表面粗さへの影響は少ないが窒素ガス圧力が1〜10Paと上昇すると表面粗さはRa=0.3〜0.07μmと減少した。また,ビッカース硬さは1660〜2500HVであり、アーク電流値が増加すると硬さも増すのに対し、窒素ガス圧力が増加すると皮膜の硬さは逆に低下した。次に、X線回折法によりTiN皮膜を調査した。その結果、TiN皮膜は[111]軸の結晶優先配向性を有しており、アーク電流値、窒素ガス圧力の変化に対して[111}軸配向性が多少弱まる傾向がある。TiN皮膜には-8.0〜-6.5GPaの皮膜と基板の熱膨張係数の差から生じる熱残留応力値よりも一桁以上大きな圧縮残留応力が存在し,窒素ガス圧の増加とともに圧縮残留応力が減少する傾向がある。次に、TiN皮膜にanneal処理を加えた場合、皮膜の回折線は処理温度の上昇にともない積分回折強度の若干の増加と半価幅の減少が生じる。また、TiN皮膜の圧縮残留応力は1073 Kまでのanneal処理により圧縮残留応力が減少するが、これ以上の処理温度では再び圧縮側に増加し熱残留応力値とほぼ同程度になる傾向がある。TiN皮膜の組成比(N/Ti)は成膜時において約1.1程度であるがanneal処理において加熱温度の上昇に伴いN/Ti=1に近づく傾向がある、