[发明专利]被膜形成方法以及叶片式压缩机用叶片

说明书

本发明涉及一种在由机械材料等所构成的基材的表面镀含有氮化铬(以下称CrN)层被膜时的表面处理技术，并且适用于例如，压缩致冷气体等气体的叶片压缩机用的叶片。

CrN由于其表面硬度为1800Hv非常之硬并且滑动性也比较好，因此被用于作为在非常苛刻的滑动环境中所使用的机械元件的被膜。作为这样的被膜的形成方法(镀方法)通常有HCD(Hollow CathodeDischarge)式及电弧式离子镀法。

但是，在上述的方法中，在低温下处理基材温度时，被膜的耐久性(即，对于基材的被膜的密接性)差，由于不能得到耐实用的被膜，所以需要把基材加热到450℃以上的高温进行处理。其结果可能使进行回火处理(约在150-200℃的处理温度时)的基材(例如，合金钢、机械构件用碳钢)的机械性质变化(受到热损伤)。因此，在上述以往的表面处理方法中，作为其对象的基材的材质必然地受到限制[例如，高速工具钢(回火温度约为520-570℃)]。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种被膜形成方法，这种方法对基材的材质不限于特定的材质，更详细地说，是不使被热处理的基材的机械性质变差的方法。

为实现上述目的，本发明之一所提供的被膜形成方法，其特征在于具有在磁控溅射装置中的基材上形成铬(以下称Cr)层的前工序和在电弧式离子镀装置上把基材保持在100-200℃并在上述Cr层上形成CrN层的后工序。

本发明之二所提供的被膜形成方法，其特征是具有在磁控溅射装置中在基材上形成Cr层上形成CrN层的后工序。

本发明之三所提供的被膜形成方法，其特征是具有在磁控溅射装置中在基材上形成Cr层的前工序和在不平衡式磁控溅射装置(以下称UBM溅射)中在上述Cr层上形成CrN层的后工序。

在上述任何一种被膜形成方法中，首先，作为最初的工序使用磁控溅射装置并在该装置中在被设置的基材上形成Cr层。磁控溅射装置在相对被设置的基材的对阴极的里侧配置磁铁，并产生磁场，在对阴极附近关住γ电子，由于等离子体集中在对阴极附近，所以降低由γ电子及等离子体对基极的损伤，同时被防止基材的温度上升。因此，通过该工序基材不受到热的损伤。

在该工序前，更理想的是设有等离子蚀刻工序。等离子蚀刻处理是把所导入的氩气(以下称Ar)等离子化，通过Ar离子除去基材表面的氧化膜、水分或油分。通过该工序，更加增大对于Cr层的基材的密接性。

Cr层具有作为CrN层的中间层的作用。因此，在Cr层中，对于Cr层不仅要求对基材表面的密接性，而且要求一定程度的柔软性。在通常的磁控溅射装置中一般把偏压设定在-20至-30V。但是，本发明者发现把偏压设定在0V更理想。由此，能抑制Cr层的硬度过分升高，并能防止由于随着硬度上升所产生的Cr层内的残余内部应力降低Cr层的密接性。Cr层的膜厚为0.1-1.0μm，更理想为0.1-0.5μm。

在该工序后，作为下一工序在本发明之一所提供的方法中使用电弧式离子镀装置，在基材表面的Cr层上形成CrN层；在本发明之二的方法中使用磁控溅射装置，在基材表面的Cr层上形成CrN层；而在本发明之三的方法中使用UBM溅射装置，在基材表面的Cr层上形成CrN层。

电弧式离子镀装置是在电弧放电下使镀材料(这里为Cr)蒸发和离子化，并施加电场使镀材料(与氮气反应的Cr)加速蒸镀到基材表面(Cr层表面)。在本发明之一中，把在装置中所设置的基材的温度保持在100-200℃，而最好为130-180℃是重要的。该温度为近似基材的热处理温度(回火温度)的温度，通过保持这种温度，基材不被加热到超过其热处理温度很大，所以不会受到热的损伤。而且，由于下面不是基材而是Cr层，因此在整个温度范围能充分地确保Cr层与CrN层的密接性(L_C＝60-80N)。因此，不容易产生CrN层的剥离。

在本发明之二中，由于使用磁控溅射装置，与前工序同样，不用担心基材的热损伤。在本发明之三中，由于使用UBM溅射装置，除基材没有热损伤之外，与磁控溅射装置相比成膜速度迅速，所以能谋求提高生产率和降低成本。UBM溅射装置在圆形对阴极中心部与周围部配置具有不同磁特性的磁铁，利用更强的磁铁使所产生的磁力线的一部分到达基材附近，并使等离子达到基材附近扩散。因此，在任何一发明中与本发明之一同样，能得到良好的密接性(L_C＝60-80)。

从耐磨损性质看，CrN层的膜厚为0.5-5μm，1-2μm更为理想的。

实施例1