(57)【要約】【課題】基材表面から酸化膜を一様に除去することにより、耐食性、耐摩耗性等の特性の大幅な向上を図る。【解決手段】凹凸形状の基材を対象に、ＰＶＤ法による皮膜形成の前処理として、電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に行う。初めに電解研磨処理を行うことで、基材の表面に凹凸があってもその全面で酸化膜の除去が進み、その後のイオンエッチング処理により酸化膜の除去がさらに進む。これにより、その後のＰＶＤ法により形成される皮膜と基材表面との界面密着性が向上し、基材に対する皮膜の密着強度が十分となって、耐食性、耐摩耗性等の特性が長期的に安定維持される。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に施した後、該基材の表面に物理蒸着法により皮膜を形成するコーティング処理を行うことを特徴とする被覆部材の製造方法。
【請求項２】
基材が、アスペクト比１．６以上の凹凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の皮膜形成方法。
【請求項３】
電解研磨処理およびイオンエッチング処理により、酸化膜の除去を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の皮膜形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の皮膜形成方法により製造されたことを特徴とする被覆部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材の表面に、物理蒸着法（ＰＶＤ法）により耐食性皮膜、耐摩耗性皮膜等を形成した被覆部材の製造方法並びに該方法により製造された被覆部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性や耐摩耗性の改善を目的に、基材の表面にＰＶＤ法により耐食性皮膜、耐摩耗性皮膜等を形成することは、従来より広く行われている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。しかし、このＰＶＤ法により皮膜を形成する場合は、基材の表面に酸化膜が存在すると、基材と皮膜との界面密着性が悪化し、所望の耐食性や耐摩耗性を確保することが困難になる。
【０００３】
そこで従来、ＰＶＤ法による皮膜形成に際しては、前処理として基材の表面にイオンエッチング処理を施して前記酸化膜の除去を行うようにしていた。このイオンエッチング処理を採用している理由は、ＰＶＤ法と同じドライプロセス（真空処理）であることから、余分な水分系を持ち込むことがなく、その後に続くＰＶＤ法による皮膜形成を効率よく実施できるためである。
なお、特許文献３には、ＰＶＤ法によるＴｉＮ皮膜形成の前処理として、ＴｉイオンによるＴｉボンバードを行って酸化膜を除去する方法が記載されている。また、特許文献４には、基材と皮膜との密着性を向上させるため、ＰＶＤ法による皮膜形成の前処理として、基材の表面にイオン衝撃を加えて、表面に微小凹凸を形成する方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０８−２９６０３４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０５８０２号公報
【特許文献３】
特開昭６３−６２８６２号公報
【特許文献４】
特開平１０−１３０８１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＶＤ法の前処理としてイオンエッチング処理を行う場合は、基材の表面から酸化膜を一様に除去することが困難で、特に表面にアスペクト比の大きい（例えば、アスペクト比１．６以上）凹凸形状が存在する基材を対象にする場合は、酸化膜の除去程度が部位により大きくばらつき、所望の耐食性や耐摩耗性を安定して確保することが困難になる、という問題があった。なお、このような問題は、特許文献３または特許文献４に記載の前処理を行う場合でも同様に発生する。
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、イオンエッチングおよびＰＶＤ法による皮膜形成を含むドライプロセスを変更することなく、基材表面から酸化膜を一様に除去できるように、もって耐食性、耐摩耗性等の特性向上に大きく寄与する被覆部材の製造方法を提供し、併せてこの方法により製造された被覆部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る被覆部材の製造方法は、基材の表面に電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に施した後、該基材の表面にＰＶＤ法により皮膜を形成するコーティング処理を行うことを特徴とする。
このように行う被覆部材の製造方法においては、初めに電解研磨処理を行うことで、基材の表面に凹凸があってもその全面で酸化膜の除去が進む。また、この電解研磨処理に続いてイオンエッチング処理を行うので、酸化膜の除去がさらに進み、その後のＰＶＤ法により形成される皮膜と基材表面との界面密着性が向上する。したがって、本製造方法により得られる被覆部材は、基材に対する皮膜の密着強度が十分となり、その特性は長期的に安定維持される。
また、最初に行う電解研磨処理はウエットプロセスであるため、その後に行うイオンエッチング処理に水分系が持ち込まれるが、この水分系は、イオンエッチング処理により早急にたたき出されるので、続いて行うＰＶＤ法によるコーティング処理を効率よく行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る被覆部材の製造方法は、上記したように、基材の表面に、前処理としての電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に施した後、ＰＶＤ法による皮膜形成処理（コーティング処理）を行うが、このコーティング処理を行うＰＶＤ法としては、イオンプレーティング、スパッタリング等を採用することができる。また、前記イオンエッチング処理とコーティング処理とは、同じ真空槽内で連続に実施することができる。
【０００９】
本製造方法において、上記基材の種類は任意であり、鉄系材料はもとより、チタン系材料、アルミニウム系材料、銅系材料等を選択することができる。また、皮膜材料としては、使用目的に応じて、例えば、耐食性の向上を目的とする場合は、耐食金属または耐食合金を、耐摩耗性の向上を目的とする場合は、硬質金属や硬質合金の金属材料はもとより、炭化物、窒化物、酸化物等のセラミックス材料をそれぞれ選択することができる。
【００１０】
本発明の方法によれば、上記したように電解研磨処理とイオンエッチング処理とを二重に行うので、基材表面からの酸化膜除去が促進され、したがって、平板形状の基材を対象にしても、基材に対するＰＶＤ法による皮膜の密着強度は十分となり、耐食性、耐摩耗性等の特性は向上する。しかし、前記電解研磨処理による酸化膜の除去作用は、基材の表面に凹凸が存在してもその全表面に十分にゆきわたるので、前記した耐食性、耐摩耗性等の特性向上の効果は、凹凸形状を有する基材を対象にした場合に顕著に発揮されることになる。この場合、基材の凹凸形状はアスペクト比１．６以上であってもよく、これにより本発明の方法の適用範囲は著しく拡大する。
【００１１】
【実施例】
実施例１
ＳＵＳ３１６Ｌ製の平板基材を対象に、その表面に電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に施した後、ＰＶＤ法により金（Ａｕ）のコーティング処理を施し、基材表面に金皮膜を５０ｎｍの厚さに形成して本発明試料１を製作し、この試料をカップル電流試験に供した。カップル電流試験は、８０℃に保持したｐＨ２の硫酸浴中で、対極として黒鉛を用いて１００時間まで行い、試験後、浴中におけるＦｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｒイオンの溶出量を分析した。分析は、Ｆｅイオンについては、ＩＣＰ発光分析法（島津製作所社、ＩＣＰＳ−８０００）を利用して、定量下限０．０１  ｐｐｍまで、ＮｉイオンおよびＣｒイオンについては、ＩＣＰ質量分析法（セイコー電子工業社、ＳＰＱ−８０００）を利用して、定量下限０．００１ｐｐｍまでそれぞれ行った。
また、比較のため、同じ平板基材に対し、前処理としてイオンエッチング処理のみを行った比較試料（従来品）１、前処理として電解研磨処理のみを行った比較試料２、前処理を全く行わず、前記ＰＶＤ法による金皮膜の形成を行った比較試料３を製作し、これら試料についても前記同様のカップル電流試験を行い、前記同様にＦｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｒイオンの溶出量を分析した。
結果を図１および図２に示す。
【００１２】
図１および図２に示す結果より、前処理を全く行わなかった比較試料３は、電解研磨、イオンエッチング等の前処理を施した試料（本発明試料１、比較試料１，２）に比べて、各イオン（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）の溶出量が著しく多くなっており、耐食性の向上には、前処理が不可欠であることが明らかである。また、前処理を行ったものの中では、電解研磨処理とイオンエッチング処理とを施した本発明試料１は、イオンエッチング処理のみを施した比較試料１に比べて、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各イオンの溶出量がほぼ１／２のレベルまで低下しており、コーティング処理（ＰＶＤ法）の前処理として電解研磨処理を追加することが、耐食性の向上に大きく寄与することが明らかとなった。
なお、イオンエッチング処理のみを施した比較試料１と電解研磨処理のみを施した比較試料２との比較では、比較試料１の方が比較試料２よりもわずかイオン溶出量が少なくなっており、酸化膜の除去には、イオンエッチング処理の方が電解研磨処理よりも若干効果的である、といえる。
【００１３】
実施例２
ＳＵＳ３１６Ｌ製の凹凸基材（アスペクト比＝１．６）を対象に、その表面に電解研磨処理とイオンエッチング処理とを順に施した後、ＰＶＤ法により金（Ａｕ）のコーティング処理を施し、基材表面に金皮膜を５０ｎｍの厚さに形成して本発明試料２を製作した。なお、アスペクト比は、図３に示すように、凸部の頂部側の幅ｂと凸部の高さａとの比ｂ／ａで表される指数である。そして、この試料２を実施例１と同様のカップル電流試験に供し、試験後、実施例１と同様の方法により浴中におけるＦｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｒイオンの溶出量を分析した。
また、比較のため、同じ凹凸基材に対し、前処理としてイオンエッチング処理のみを行った比較試料４と前処理として電解研磨処理のみを行った比較試料５とを製作し、これら試料４、５についても前記同様のカップル電流試験を行い、前記同様にＦｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｒイオンの溶出量を分析した。
結果を図３および図４に示す。
【００１４】
図３および図４に示す結果より、前処理を行ったものの中では、本発明試料２は、イオンエッチング処理のみを行った比較試料４に比べて、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各イオンの溶出量が１／３以下まで低下しており、コーティング処理（ＰＶＤ法）の前処理として電解研磨処理を追加することが、耐食性の向上に大きく寄与することが明らかとなった。因みに、平板基材を対象にした実施例１の場合は、前記電解研磨処理の追加によるイオン溶出量の低下割合は、１／２以下（図１、２）であり、前処理として電解研磨処理を追加することが、凹凸基材を対象にした場合に、特に効果を発揮することが明らかとなった。なお、平板基材を対象にした実施例１の場合との比較より、本発明試料２のイオン溶出量は、平板基材にイオンエッチング処理のみを施した比較試料（従来品）１のイオン溶出量（図１、２）とほぼ同等レベルとなっている。
【００１５】
一方、イオンエッチング処理のみを施した比較試料４と電解研磨処理のみを施した比較試料５との比較では、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの各イオンの溶出量ともに、比較試料４の方が比較試料５よりも少くなっており、酸化膜の除去には、イオンエッチング処理の方が電解研磨処理よりも有効であることが、この実施例２にも表われている。
なお、基材のアスペクト比を変えて同様の試験を行ったところ、アスペクト比が１．６までは、アスペクト比が小さいほどイオン溶出量が低下する傾向にあるが、アスペクト比が１．６以上では、イオン溶出量はほとんど変わらないことが分った。
【００１６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る皮膜形成方法によれば、ＰＶＤ法による皮膜形成の前処理として、イオンエッチング処理に加えて電解研磨処理を追加することで、凹凸形状の基材を対象にしても基材表面から酸化膜を一様に除去できるようになり、耐食性、耐摩耗性等の特性向上に大きく寄与する効果を奏する。また、電解研磨による水分系がイオンエッチングにより迅速にたたき出されることに加え、イオンエッチングおよびＰＶＤ法による皮膜形成を含むドライプロセスがそのまま維持されるので、生産性が低下することもなく、その利用価値は大なるものがある。
また、本発明に係る被覆部材によれば、耐食性、耐摩耗性等の特性が長期的に安定維持されるので、その耐久性は十分となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平板基材を対象に実施した本発明試料のカップル電流試験の結果を、比較試料の結果と対比して示すグラフである。
【図２】平板基材を対象に実施した本発明試料のカップル電流試験の結果を、比較試料の結果と対比して示すグラフである。
【図３】凹凸基材を対象に実施した本発明試料のカップル電流試験の結果を、比較試料の結果と対比して示すグラフである。
【図４】凹凸基材を対象に実施した本発明試料のカップル電流試験の結果を、比較試料の結果と対比して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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