▼PVD・CVD処理▼

最も多く工業的に応用されている代表的なイオンプレーティング装置には、アークプラズマ方式とHCD方式がある。
アークプラズマ方式の特徴は、金属を蒸着させる機構にある。蒸発させようとする金属を水冷し、その裏面に磁石を装着し、真空容器を正に、またターゲット材を負に電圧を印加する。円筒状のターゲット材の表面でアーク放電をさせ金属を固体から気体状にし、イオン化させる方法で、比較的低温度の200〜600℃で処理可能である。また、コーティング表面粗度の改良開発に実績が認められるようになってきた。
一方、HCD方式の構造は、円筒状のコーティング処理室の中央下部に成膜用金属を溶かすためのるつぼが設置され、さらにるつぼの上方の上蓋にプラズマ電子銃が取り付けられている。
電子銃から放出された電子は、処理室内の電位を持ったるつぼに飛び込み、成膜用金属を溶解・蒸発させ、さらに蒸発した金属蒸気とガス入口から導入された反応ガスは、上から降り注ぐ電子との衝突で最外軌道の電子がはじき飛ばされ、プラスにイオン化する。ここで、るつぼと電子銃の間の空間は、ガス電子とイオンに解離したプラズマ状態が生じる。
プラズマの近くにワークをマイナスに帯電した状態で配置する。その電位差によって高いエネルギーで金属イオンと反応ガスイオンがワーク表面に衝突・反応し堆積成膜する。
HCD法は通常400〜600℃で処理するのが一般的で、コーティング膜のスムース性が極めて良好であるのが特徴である。
以下にPVD方式による使い分けについて示す。

方式の選定にあたっては、コーティング膜種・処理温度・被処理材料および処理可能寸法など総合的な判断が必要である。 さらに、PVD法で工業的に可能なコーティング被膜の特性および用途を示す。

それぞれの皮膜の特徴を知り、用途・目的によってコーティング膜の選定をしなければならない。表中のDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜は摩擦係数が極めて低く、用途の拡大が期待されている。

母材の表面で化学反応を起こさせて、蒸着物質を合成・成膜させるのがCVDである。低温で気化した揮発性の金属化合物塩と、高温に加熱された母材との接触による反応が基礎となって、目的とする金属化合物を母材表面に析出させ、被覆面を得る。
次に熱CVDの代表的な化学反応例とCVD処理で蒸着可能な単層膜及び多層膜の代表的な例を示す。

最近の傾向として、切削工具はもとより金型においても単層膜から多層膜に移行しつつあり、種々の特性を兼ね備えたコーティング膜が注目されている。
特に金型へのCVDコーティングは、従来ではTiC単層が一般的であったが、耐熱やその他種々の特性に優れている。
TiC/TiCN/TiNの3層コーティングが主流を占めるようになってきた。

蒸着処理を含む複合処理は、種々の過酷な使用条件に耐えうることが次第に認められ関心が持たれるようになってきた。
この複合表面改質処理を目的別に分類すると、次の3種類に分けることが出来る。

これらの複合表面改質処理は、いろいろな金型や機械部品に対して、ユーザーの厳しいニーズに対応できる極めて有効な手段と思われる。
次表は目的別分類とプロセスの例である。

今、注目され話題となっている切削工具・金型および部品などに潤滑剤を用いず、ドライで使用する場合に本処理法は効果を発揮する物と思われる。