(57)【要約】【課題】  Ｍｇ合金の耐食性と耐磨耗性の向上を図ることができるようにする。【解決手段】  電極板２上に載置されたＭｇ合金基板４表面をボンバード処理した後、圧力調整された真空容器３内に、原料ガス供給装置９から原料ガスであるアセチレンをマスフローコントローラ１１介して導入し、プラズマＣＶＤ法によってＭｇ合金部材４表面にダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）を成膜する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ合金部材の表面処理方法であって、圧力調整された真空容器内に放電用ガス又は原料ガスを導入し、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法によってＭｇ合金部材表面にダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とするＭｇ合金部材の表面処理方法。
【請求項２】
前記Ｍｇ合金部材表面をボンバード処理した後に、前記ダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＭｇ合金部材の表面処理方法。
【請求項３】
前記ボンバード処理に使用されるガスは、Ｏ2、Ａｒ、Ｎ2のいずれかである、
ことを特徴とする請求項２に記載のＭｇ合金部材の表面処理方法。
【請求項４】
成膜される前記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚は、５００Å〜１５μｍである、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭｇ合金部材の表面処理方法。
【請求項５】
Ｍｇ合金部材に表面処理を行う表面処理装置であって、圧力調整された真空容器内に放電用ガス又は原料ガスを導入し、前記真空容器内に配置したＭｇ合金部材表面にＰＶＤ法又はＣＶＤ法によってダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とするＭｇ合金部材の表面処理装置。
【請求項６】
圧力調整された真空容器内にボンバード処理用ガスを導入し、前記真空容器内に配置したＭｇ合金部材表面をボンバード処理した後に、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法によって前記ダイヤモンド状炭素膜を成膜する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＭｇ合金部材の表面処理装置。
【請求項７】
前記ボンバード処理に使用されるガスは、Ｏ2、Ａｒ、Ｎ2のいずれかである、
ことを特徴とする請求項６に記載のＭｇ合金部材の表面処理装置。
【請求項８】
成膜される前記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚は、５００Å〜１５μｍである、
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のＭｇ合金部材の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｇ合金部材の耐食性と耐磨耗性を改善するための表面処理方法及び表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｇ（マグネシウム）の密度は１．７４ｇ／ｃｍ3で実用金属の中でも最も小さく、Ａｌの２／３、Ｚｎの１／４、銅の１／４であり、軽量面で優位なＭｇはＡｌや鋼に比べて比強度が大きい。そのため、電子通信機器部品（例えば、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルスチルカメラ、ＤＶＤプレーヤーなど）、自動車部品（例えば、シートフレーム、ドアフレーム、ホイールなど）、その他（スポーツ・レジャー品、航空機、ハンド工具、紡績機械部品等の工業部品、日曜雑貨、福祉・医療機器など）等、多くの分野で利用されている。
【０００３】
なお、Ｍｇは結晶構造が最密六方相であるため、Ａｌと異なり室温での塑性加工が難しく、また、耐食性に乏しく、硬さも小さいという欠点がある。そのため、実用上はＭｇ合金として使用され、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎを合金とするＡＺ系、ＡＭ系等、Ｚｒ、ＲＥ（希士類元素）を合金成分とするＺＫ系、ＥＺ系、ＱＥ系、ＷＥ系等が主に用いられている。
【０００４】
ところで、Ｍｇを合金化しても完全に解決されていないのが耐食性である。Ｍｇは実用金属の中で最も化学的活性が高く、水生環境で水素を発生しながら腐食する。即ち、Ｍｇは強アルカリ性領域では優れた耐食性を示すが、中性、酸性領域では腐食しやすい。
【０００５】
一方、最近では溶解技術の著しい進歩により、フラックスによる塩化物の混入が要因となる腐食問題も解決されつつある。また、電解法による高純度な地金の生産も可能となり、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の不純物によるガルバニ腐食の少ない素材の供給も容易となってきた。
【０００６】
また、表面処理による腐食防止も従来より行われている。表面処理による腐食対策技術は、湿式法（陽極酸化法、化成処理法）が古くから実用化されている。因みに陽極酸化法は、１９２６年にＬ．Ｊ．Ｋｅｅｌｅｒが重クロム酸溶液で、１９２８年にＧ．Ｐｉｓｏｒが苛性ソーダ溶液を用いて確立している。また、有機物被膜（油あるいはワックスの塗布、塗装）も実用化されている。
【０００７】
ところで、近年では上記湿式法に勝る耐食性、硬さ、色彩を有するＭｇ合金部材を製造できる表面処理法が望まれている。また、環境汚染の面からも６価クロムを使用しないようにすることが求められている。
【０００８】
このような観点から、真空技術の利用、即ち、乾式法によるＭｇ合金の耐食性を改善する表面処理技術の確立が急務となっており、近年、乾式法によるＭｇ合金の表面処理についての実験報告がなされている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】高谷松文，第一回マグネ表面処理分科会「最近のマグネシウム表面処理技術と耐食性」テキスト、日本マグネシウム協会、１９９８年、ｐ．３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記非特許文献１のような乾式法によるＭｇ合金の表面処理方法は実験室的には可能であるが、大量生産のための表面処理に適用しようとした場合、表面処理のプロセスが複雑になり、処理コストが高くなる等の問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、湿式法のような６価クロムによる環境汚染のない乾式法で、かつ単純なプロセスによって、生産性よく低コストで耐食性と耐磨耗性に優れた表面処理が可能なＭｇ合金部材の表面処理方法及び表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、Ｍｇ合金部材の表面処理方法であって、圧力調整された真空容器内に放電用ガス又は原料ガスを導入し、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法によってＭｇ合金部材表面にダイヤモンド状炭素膜を成膜することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、Ｍｇ合金部材に表面処理を行う表面処理装置であって、圧力調整された真空容器内に放電用ガス又は原料ガスを導入し、前記真空容器内に配置したＭｇ合金部材表面にＰＶＤ法又はＣＶＤ法によってダイヤモンド状炭素膜を成膜することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｍｇ合金部材表面にダイヤモンド状炭素膜を成膜する単純なプロセスによって、耐食性と耐磨耗性に優れた表面処理を低コストで、かつ生産性よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る表面処理装置を示す概略断面図であり、本実施形態では、表面処理装置として放電用電源が高周波電源のプラズマＣＶＤ装置を用いた。本実施の形態に係る表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）１は、基板ホルダを兼ねる電極板２を下部に設置した真空容器３を有しており、この電極板２上にＭｇ合金基板４が載置される。電極板２には、高周波（ＲＦ）電源５とブロッキングコンデンサー６が接続されている。
【００１６】
真空容器３には、原料ガスである炭化水素系ガス（アセチレン、メタンなど）とボンバード処理用ガス（Ｏ2、Ａｒ、Ｎ2など）が導入されるガス導入ライン７と、排気系（不図示）が接続されている排気口８が設けられている。ガス導入ライン７には、原料ガス供給装置９とボンバードガス供給装置１０が各マスフローコントローラ１１、１２を介して接続されている。なお、真空容器３は接地されている。
【００１７】
次に、上記した本実施の形態に係る表面処理装置１によるＭｇ合金基板４の表面処理方法について説明する。
【００１８】
電極板２上にＭｇ合金基板４を載置して、真空容器３内を排気系（不図示）によって排気口８から排気して所定の圧力に調整した後、先ず、ボンバードガス供給装置１０からボンバード処理用ガスとしての酸素（Ｏ2）ガスを供給し、マスフローコントローラ１２で流量を調整して真空容器３内に導入する。この際、高周波電源５から電極板２に高周波（ＲＦ）を印加して、真空容器３内に導入された酸素（Ｏ2）ガスをプラズマ化する。
【００１９】
この際、電極板２のＭｇ合金基板４が載置されている表面側にセルフバイアスがかかることによって、酸素イオンがＭｇ合金基板４の表面に衝突し、Ｍｇ合金基板４の表面がボンバード処理される。ボンバード処理後、高周波電源５をＯＦＦする。
【００２０】
そして、このボンバード処理が終了した後に、真空容器３内を排気系（不図示）によって排気口８から排気して所定の圧力に調整し、原料ガス供給装置９から原料ガスである炭化水素系ガス（例えばアセチレン（Ｃ2Ｈ2））を供給して、マスフローコントローラ１１で流量を調整して真空容器３内に導入する。この際、高周波電源５から電極板２に高周波（ＲＦ）を印加して、真空容器３内に導入された炭化水素系ガス（例えばアセチレン（Ｃ2Ｈ2））をプラズマ化する。
【００２１】
この際、Ｍｇ合金基板４が載置されている電極板２にセルフバイアスがかかることによって、プラズマ中のプラスイオン（Ｃ+、ＣＨ2+など）がＭｇ合金基板４に引き付けられ、Ｍｇ合金基板４のボンバード処理された表面に緻密なダイヤモンド状カーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）が密着性よく成膜される。
【００２２】
このように、Ｍｇ合金基板４の表面をボンバード処理した後に、プラズマＣＶＤ法によって炭化水素系ガス（例えばアセチレン（Ｃ2Ｈ2））をイオン化して、Ｍｇ合金基板４の表面にＤＬＣ膜を密着性よく成膜することによって、耐食性に優れたＭｇ合金基板４を得ることができた。更に、ＤＬＣ膜は硬質のため、同時に耐磨耗性に優れたＭｇ合金基板４を得ることができる。
【００２３】
また、Ｍｇ合金部材４表面にＤＬＣ膜を成膜する単純なプロセスによって、耐食性と耐磨耗性に優れた表面処理を生産性よく、かつ低コストで行うことができる。
【００２４】
そして、上記のようにして得られるＤＬＣ膜の成膜を以下の実施例１〜４の条件で行い、腐食の様子を目視観察した。このときの腐食試験条件は、腐食液として１wt％ＮａＣｌ水溶液を用い、この腐食液中に２４時間浸漬して行った。なお、比較のために、ＤＬＣ膜を成膜していない未処理のＭｇ合金基板についても同様の腐食試験を行った。
（実施例１）
本実施例では、Ｍｇ合金基板４としてＡＺ３１（縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、以下の条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜した。
【００２５】
ボンバード処理条件：
ボンバードガス：Ｏ2（６０sccm）、１．０ｋＷ，２min
ＲＦ電力：１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
ＤＬＣ膜の成膜条件：
原料ガス：アセチレン（Ｃ2Ｈ2）（２０sccm）
ＲＦ電力：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
成膜時間：１０min
膜厚：約１．２μｍ
上記した条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜したＭｇ合金基板（ＡＺ３１）を上記腐食液中に２４時間浸漬し、腐食試験を行ったところ、Ｍｇ合金基板（ＡＺ３１）の表面に目視で観察される若干の腐食が認められたが、実用上問題ないレベルであった。
（実施例２）
本実施例では、Ｍｇ合金基板４としてＡＺ３１（縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、以下の条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜した。
【００２６】
ボンバード処理条件：
ボンバードガス：Ｏ2（６０sccm）、１．０ｋＷ，２min
ＲＦ電力：１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
ＤＬＣ膜の成膜条件：
原料ガス：アセチレン（Ｃ2Ｈ2）（８０sccm）
ＲＦ電力：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
成膜時間：１６min
膜厚：約５．０μｍ
上記した条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜したＭｇ合金基板（ＡＺ３１）を上記腐食液中に２４時間浸漬し、腐食試験を行ったところ、Ｍｇ合金基板（ＡＺ３１）の表面には目視で観察される腐食はほとんど認められなかった。
（実施例３）
本実施例では、Ｍｇ合金基板４としてＡＺ３１（縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、以下の条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜した。
【００２７】
ボンバード処理条件：
ボンバードガス：Ｏ2（６０sccm）、１．０ｋＷ，２min
ＲＦ電力：１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
ＤＬＣ膜の成膜条件：
原料ガス：アセチレン（Ｃ2Ｈ2）（２０sccm）
ＲＦ電力：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
成膜時間：３０min
膜厚：約６００Å
上記した条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜したＭｇ合金基板（ＡＺ３１）を上記腐食液中に３時間浸漬し、腐食試験を行ったところ、Ｍｇ合金基板（ＡＺ３１）の表面には目視で観察される腐食はほとんど認められなかった。
（実施例４）
本実施例では、Ｍｇ合金基板４としてＡＺ３１（縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、以下の条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜した。
【００２８】
ボンバード処理条件：
ボンバードガス：Ｏ2（６０sccm）、１．０ｋＷ，２min
ＲＦ電力：１００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
ＤＬＣ膜の成膜条件：
原料ガス：メタン（ＣＨ4）（２０sccm）
ＲＦ電力：５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
真空容器３内の圧力：１．３Ｐａ
成膜時間：４０min
膜厚：約１．２μｍ
上記した条件でボンバード処理、及びＤＬＣ膜を成膜したＭｇ合金基板（ＡＺ３１）を上記腐食液中に２４時間浸漬し、腐食試験を行ったところ、Ｍｇ合金基板（ＡＺ３１）の表面には目視で観察される若干の腐食が認められたが、実用上問題ないレベルであった。
【００２９】
一方、ＤＬＣ膜を成膜していない未処理のＭｇ合金基板（ＡＺ３１）を上記腐食液中に２４時間浸漬し、同様に腐食試験を行ったところ、Ｍｇ合金基板（ＡＺ３１）の表面に著しい腐食が認められた。
【００３０】
これらの実施例から明らかなように、Ｍｇ合金基板表面にＤＬＣ膜を約６００Å〜約１．２μｍの膜厚で形成した場合には、良好な耐食性を得ることができた。また、同じ成膜条件であれば、原料ガスとしてメタンを使用した場合よりもアセチレンを使用した場合の方が４倍近い成膜レートが得られた。
【００３１】
また、Ｍｇ合金基板表面に成膜するＤＬＣ膜の膜厚が上記実施例３の約６００Åよりも薄い場合における腐性を調べたところ、５００Å程度以上の膜厚でＤＬＣ膜が成膜されていれば、腐食状態を実用上問題ないレベルに抑制することができた。
【００３２】
また、成膜されるＤＬＣ膜の膜厚を厚くするほど耐腐食性は向上するが、ＤＬＣ膜の膜厚が厚くなると密着性が低下する。そこで、成膜されるＤＬＣ膜の膜厚を厚くした場合におけるＭｇ合金基板表面との密着性を調べたところ、上記のようにＭｇ合金基板表面をボンバード処理した場合において、ＤＬＣ膜の膜厚が１５μｍ程度以下であれば良好な密着性を得ることができた。
【００３３】
なお、上記した実施形態では、ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法によって成膜する構成であったが、これ以外にもイオン化蒸着法、陰極アーク法、ホローカソード放電法、スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いてＤＬＣ膜を成膜することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る表面処理方法によってＭｇ合金基板に表面処理を行う表面処理装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１        表面処理装置
２        電極板
３        真空容器
４        Ｍｇ合金基板（Ｍｇ合金部材）
５        高周波電源
９        原料ガス供給装置
１０      ボンバードガス供給装置
【図１】
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