ECR高密度プラズマによる窒化セラミック膜を複合させた表面高機能化処理

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650823
• Research Institution: Fukui National College of Technology
• Principal Investigator: 安丸 尚樹 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (90158006)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 出原 敏孝 福井大学, 工学部, 教授 (80020197) ; 田中 茂利 ー, 校長 (20025240) ; 沖村 邦雄 福井工業高等専門学校電子情報工学科, 講師 (00194473)
• Keywords: プラズマ処理 / 窒化 / セラミックコーティング / 表面処理 / 複合処理

Research Abstract

本研究は、平成6年度より新規に始めた研究であるが、以下のように着実に研究を進展させている。まず、高密度プラズマ装置の製作に関しては、小型マイクロ波発振器(1.3kW)と、アイソレータ・E-Hチューナ・パワーモニタ・導波管・円-矩形変換器等のマイクロ波回路部品を購入し、マイクロ波入射装置を作製した。さらに、磁場解析を行い、永久磁石(Nd系希土類磁石)を利用してプラズマ閉じ込め用カスブ磁場を組み込んだプラズマポートを設計製作し、これを真空装置のフランジに接続した。このプラズマポートに、石英窓板を通してマイクロ波を入射することにより、ECRプラズマを発生させた。なお、水冷機構に工夫をした。N_2-H_2系の混合ガスを用いてECRプラズマの生成条件を検討すると共に、鉄鋼材料に対し低温でのプラズマ窒化処理を行った。
次に、次年度の薄膜との複合処理の計画に備え、新たにTiC-CrN-DLC(ダイヤモンド状炭素)・TiO_2・SiO_2を蒸着する条件を検討し、かなり良い膜質の薄膜を得る条件を確立することができた。このうちTiC・CrN・DLCに関しては、物理的性質(X線回折・SEM・ESCA)や機械的性質(硬さ・摩耗・腐食・疲労試験)を測定し、TiNと比較した。その結果、TiCは最も硬い(Hv3000)ものの、耐摩耗性はCrNが最もすぐれ、DLCは絶縁性に優れTiNと同様な耐摩耗性を有すること等が明らかになった。また、TiO_2とSiO_2の薄膜を蒸着中のプラズマ計測(発光分光・プローブ測定)を行い、プラズマ診断の有効性を確認した。
次年度からは、このECRプラズマポートをアークイオンプレーティング装置に接続し、本格的にプラズマ処理とセラミックコーティングの独創的な複合処理を開始することにしている。

Research Products

• [Publications] Naoki Yasumaru: "Mechanical Properties of Pre-Nitrided and Tin-Coated Steels" Surface Modification Technologies VII. 89-101 (1994)
• [Publications] 安丸尚樹: "窒化後、TiNまたはTiCを被覆された鋼の機械的性質" 日本金属学会北陸信越支部・日本鉄鋼協会北陸支部平成6年度連合講演会概要集. 147-148 (1994)
• [Publications] 沖村邦雄: "Al-Ar混合気体放電のプラズマパラメータとペニング効果" プラズマ・核融合学会誌. 70. 1109-1116 (1994)
• [Publications] Kunio Okimura: "Diagnostics for TiO_2 Deposition Process by RF Magnetron Sputtering" Proc.12th Symp.on Plasma Processing. 477-480 (1995)
• [Publications] 田中茂利: "長時間炉心トカマクプラズマ制御に関する調査研究" 社団法人 プラズマ・核融合学会, 217 (1995)