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JP7702802B2 - Vanadium silicocarbide film-coated member and method for producing same - Google Patents
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JP7702802B2 - Vanadium silicocarbide film-coated member and method for producing same - Google Patents

Vanadium silicocarbide film-coated member and method for producing same Download PDF

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Description

本発明は、珪炭化バナジウム膜被覆部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a vanadium silicocarbide film-coated member and a method for producing the same.

従来、プレス加工や鍛造加工に用いられる金型や、切削工具、鍛造工具、自動車部品等の基材表面には、被成型材の加工時における接触摩擦に起因した金型表面の摩耗や被成型材の傷つきを防ぐため、基材よりも高硬度の硬質皮膜を基材表面に形成することが知られている。特許文献1には、基材表面に対して、基材密着性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜の一種である、バナジウムと、炭素と、珪素を含む珪炭化バナジウム膜(VSiC膜)をイオンプレーティング法により形成した珪炭化バナジウム膜被覆部材が記載されている。 Conventionally, it is known that a hard film having a harder hardness than the substrate is formed on the substrate surface of dies used in press working and forging, cutting tools, forging tools, automobile parts, etc., in order to prevent wear of the die surface and damage to the workpiece caused by contact friction during processing of the workpiece. Patent Document 1 describes a vanadium silicocarbide film-coated member in which a vanadium silicocarbide film (VSiC film) containing vanadium, carbon, and silicon, which is a type of hard film with excellent adhesion to the substrate and wear resistance, is formed on the substrate surface by an ion plating method.

特開平7-300649号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-300649

珪炭化バナジウム膜被覆部材は、用途によっては部材表面に大きな面圧がかかった状態で使用される。例えば珪炭化バナジウム膜被覆部材が鍛造用金型として使用される場合には、成形を行う度に部材表面に大きな面圧がかかる。このような状態で珪炭化バナジウム膜被覆部材が使用される場合、基材と珪炭化バナジウム膜との間の密着性が不十分であると、珪炭化バナジウム膜の剥離が生じ、製品寿命が著しく低下する。このため、プレス加工や鍛造加工に用いられる金型や、切削工具、歯切工具、鍛造工具、自動車部品等の表面に形成される珪炭化バナジウムと基材のさらなる密着性向上が望まれていた。 Depending on the application, vanadium silicocarbide film-coated components are used with a large surface pressure on the component surface. For example, when a vanadium silicocarbide film-coated component is used as a forging die, a large surface pressure is applied to the component surface each time molding is performed. When a vanadium silicocarbide film-coated component is used in such a condition, if the adhesion between the substrate and the vanadium silicocarbide film is insufficient, the vanadium silicocarbide film will peel off, significantly shortening the product life. For this reason, there has been a demand for further improvement in the adhesion between the substrate and vanadium silicocarbide formed on the surfaces of dies used in press working and forging, cutting tools, gear cutting tools, forging tools, automotive parts, etc.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、珪炭化バナジウム膜と基材の密着性を向上させることが可能な珪炭化バナジウム膜被覆部材およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vanadium silicocarbide film-coated member capable of improving the adhesion between the vanadium silicocarbide film and a substrate, and a method for producing the same.

本発明者らは、珪炭化バナジウム膜を形成する基材の表面に所定の表面粗さとなる窒化層を形成し、その窒化層上に珪炭化バナジウム膜を形成することで、基材との密着性が高い珪炭化バナジウム膜の被覆部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors discovered that by forming a nitride layer with a predetermined surface roughness on the surface of the substrate on which the vanadium silicocarbide film is to be formed, and then forming the vanadium silicocarbide film on the nitride layer, it is possible to obtain a vanadium silicocarbide film-coated member that has high adhesion to the substrate, and thus completed the present invention.

上記課題を解決する本発明の一態様は、以下に列挙されるものである。
[1]基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
前記バナジウム元素濃度が3~15at%、前記珪素元素濃度が15~30at%、前記炭素元素濃度が60~80at%である、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
[2]基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
下記(1)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧25at% ・・・(1)
[3]基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
下記(2)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)
[4]基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
下記(3)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)
[5]基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
下記(4)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
前記珪素元素濃度/(前記バナジウム元素濃度+前記珪素元素濃度)>0.7 ・・・(4)
]前記窒化層の表面粗さRzjisが0.25μm以上である、[1]~[5]のいずれかに記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。
]前記窒化層の表面粗さRzjisが0.4μm以上である、[1]~[5]のいずれかに記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。
]前記基材が鋼材である、[1]~[7]のいずれかに記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。
]基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
前記バナジウム元素濃度が3~15at%、前記珪素元素濃度が15~30at%、前記炭素元素濃度が60~80at%である、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
[10]基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
下記(1)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧25at% ・・・(1)
[11]基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
下記(2)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)
[12]基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
下記(3)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)
[13]基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
下記(4)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
前記珪素元素濃度/(前記バナジウム元素濃度+前記珪素元素濃度)>0.7 ・・・(4)
14]前記窒化層の表面粗さRzjisが0.25μm以上である、[9]~[13]のいずれかに記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
15]前記窒化層の表面粗さRzjisが0.4μm以上である、[9]~[13]のいずれかに記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
16]前記窒化処理工程において、水素ガスおよび窒素ガスをプラズマ化することで前記基材の窒化処理を行う、[9][15]のいずれかに記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
17]前記基材が鋼材である、[9][16]のいずれかに記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
18]前記珪炭化バナジウム膜形成工程において、塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガスおよび水素ガスを供給し、プラズマ化学蒸着法によって前記珪炭化バナジウム膜を形成する、[9][17]のいずれかに記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
[19]前記珪炭化バナジウム膜形成工程において、アルゴンガスをさらに供給し、前記塩化バナジウムガス、前記珪素源ガス、前記炭化水素ガス、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスの流量比が1:0.25~2:3~20:20~35:0.5~2である、[18]に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
Aspects of the present invention that solve the above problems are listed below.
[1] A substrate,
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
The vanadium silicocarbide film-coated member has a vanadium element concentration of 3 to 15 at %, a silicon element concentration of 15 to 30 at %, and a carbon element concentration of 60 to 80 at % .
[2] A substrate,
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (1):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧25 at% (1)
[3] A substrate,
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (2):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧30 at% (2)
[4] A substrate,
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (3):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≦36 at % (3)
[5] A substrate,
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
A vanadium silicocarbide film-coated member satisfying the following formula (4):
The silicon element concentration/(the vanadium element concentration+the silicon element concentration)>0.7 (4)
[ 6 ] The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [1] to [5] , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.25 μm or more.
[ 7 ] The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [1] to [5] , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.4 μm or more.
[ 8 ] The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [1] to [7] , wherein the substrate is a steel material.
[ 9 ] A nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film ,
%。 Vanadium silicocarbide film-coated member of the present invention, wherein the vanadium element concentration is 3 to 15 at %, the silicon element concentration is 15 to 30 at %, and the carbon element concentration is 60 to 80 at % .
[10] A nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of a substrate;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (1):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧25 at% (1)
[11] A nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of a substrate;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (2):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧30 at% (2)
[12] A nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of a substrate;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (3):
(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≦36 at % (3)
[13] A nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of a substrate;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (4):
The silicon element concentration/(the vanadium element concentration+the silicon element concentration)>0.7 (4)
[ 14 ] The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [9] to [13] , wherein the nitride layer has a surface roughness Rzjis of 0.25 μm or more.
[ 15 ] The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [9] to [13] , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.4 μm or more.
[ 16 ] The method for producing a vanadium silicon carbide film-coated member according to any one of [9] to [15] , wherein in the nitriding treatment step, hydrogen gas and nitrogen gas are converted into plasma to perform nitriding treatment on the substrate.
[ 17 ] The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [9] to [16] , wherein the substrate is a steel material.
[ 18 ] The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of [9] to [17] , wherein in the vanadium silicocarbide film-forming step, vanadium chloride gas, a silicon source gas, a hydrocarbon gas and a hydrogen gas are supplied, and the vanadium silicocarbide film is formed by a plasma chemical vapor deposition method.
[19] The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to [18], wherein in the vanadium silicocarbide film formation step, argon gas is further supplied, and a flow rate ratio of the vanadium chloride gas, the silicon source gas, the hydrocarbon gas, the hydrogen gas and the argon gas is 1:0.25-2:3-20:20-35:0.5-2.

本発明によれば、珪炭化バナジウム膜と基材の密着性を向上させることが可能な珪炭化バナジウム膜被覆部材およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vanadium silicocarbide film-coated member capable of improving the adhesion between the vanadium silicocarbide film and a substrate, and a method for producing the same.

本発明の一実施形態に係る珪炭化バナジウム膜被覆部材の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a vanadium silicocarbide film-coated member according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る珪炭化バナジウム膜の形成装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a vanadium silicocarbide film forming apparatus according to an embodiment of the present invention; 試験片の形状を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the shape of a test piece. ボールオンディスク試験の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a ball-on-disk test.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.

図1は、本実施形態に係る珪炭化バナジウム膜被覆部材の概略構成を示す図である。 Figure 1 shows the schematic configuration of a vanadium silicocarbide film-coated member according to this embodiment.

珪炭化バナジウム膜被覆部材1は、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と、珪炭化バナジウム膜形成用基材2の表面に形成された珪炭化バナジウム膜3で構成されている。 The vanadium silicocarbide film-coated member 1 is composed of a vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and a vanadium silicocarbide film 3 formed on the surface of the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2.

珪炭化バナジウム膜形成用基材2は、基材2bと、基材2bの表面に形成された窒化層2aで構成されている。 The vanadium silicocarbide film forming substrate 2 is composed of a substrate 2b and a nitride layer 2a formed on the surface of the substrate 2b.

基材2bの材料は特に限定されず、珪炭化バナジウム膜被覆部材1の用途に応じて適した材料が用いられる。例えば、基材2bの材料としては、各種鋼材が用いられる。本明細書における鋼材とは、鉄を主成分とし、2%以下の炭素と、その他の成分からなる材料である。金型や工具などに用いられる鋼材としては、以下に説明するダイス鋼や高速度工具鋼、マトリックスハイスなどがある。 The material of the substrate 2b is not particularly limited, and a material suitable for the application of the vanadium silicocarbide film coated member 1 is used. For example, various steel materials are used as the material of the substrate 2b. In this specification, steel materials are materials mainly composed of iron, 2% or less of carbon, and other components. Steel materials used for dies and tools include die steel, high-speed tool steel, matrix high-speed steel, etc., which are explained below.

ダイス鋼は、冷間金型用の合金工具鋼の一種である。高硬度に焼き入れが可能で、焼き入れ歪みが少なく、耐摩耗性に優れていることから、広く用いられている。ダイス鋼は、バナジウム、モリブデン、タングステン、クロムなどを含有する。JIS(日本工業規格)における鉄鋼系材料記号としては「SKD」が用いられ、代表的な鋼種としてはSKD-11、SKD-61などがある。 Die steel is a type of alloy tool steel for cold working dies. It is widely used because it can be quenched to a high degree of hardness, has little quench distortion, and is highly wear-resistant. Die steel contains vanadium, molybdenum, tungsten, chromium, etc. "SKD" is used as the symbol for steel-based materials in the JIS (Japanese Industrial Standards), and typical steel types include SKD-11 and SKD-61.

高速度工具鋼は、ハイスとも呼ばれ、ダイス鋼と比較して耐摩耗性、耐衝撃性、靭性に優れた材料である。JISにおける鉄鋼系材料記号としては「SKH」が用いられ、JISではJISG4403にまとめられている。代表的な鋼種としてはSKH-51、SKH-55などがある。 High-speed tool steel, also known as HSS, is a material that has superior wear resistance, impact resistance, and toughness compared to die steel. The JIS symbol for steel-based materials is "SKH," which is summarized in JIS G4403. Representative steel types include SKH-51 and SKH-55.

マトリックスハイスは、高速度工具鋼よりも炭素量を低く抑えることで、共晶炭化物を低下させると共にマトリックス中の合金元素比率を高め、これにより高硬度、高靭性、高耐熱性が得られるよう設計された材料である。一般的に市場に供給されている製品としては、日立金属工具鋼株式会社のYXR3、YXR7、YXR33などがある。これらの材料は、工具鋼の中でも高い寸法精度が要求される金型、せん断加工に用いられるパンチ、刃物などに用いられる。このため、上述の高硬度、高靭性、高耐熱性の特徴を強化するためには、本実施形態で示すような表面コーティングが重要な役割を担うこととなる。 Matrix HSS is a material designed to obtain high hardness, high toughness, and high heat resistance by lowering the carbon content compared to high speed tool steels, reducing eutectic carbides, and increasing the ratio of alloy elements in the matrix. Products commonly supplied on the market include YXR3, YXR7, and YXR33 from Hitachi Metals Tool Steel Co., Ltd. These materials are used in dies, which require high dimensional accuracy among tool steels, punches used in shearing, blades, and the like. For this reason, the surface coating shown in this embodiment plays an important role in enhancing the characteristics of high hardness, high toughness, and high heat resistance described above.

珪炭化バナジウム膜形成用基材2の窒化層2aは、化合物層および拡散層の少なくともいずれか一方からなる層であり、基材2bに対し、窒化処理を行うことで形成される。窒化層は、鉄窒化物で考えると、γ’相(Fe4N)、ε相(Fe2-3N)及び準安定相のα”相(Fe16N)などから構成される。本願の例においてはこれらに準じて合金元素も含んだ窒化物が構成されている。例えば鋼材としてダイス鋼や高速度工具鋼、マトリックスハイスが用いられる場合は、バナジウム、モリブデン、タングステン、クロムなどの窒化物が析出される。窒化層2aが基材2bの表面に存在することで、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の化学的な相性が改善し、格子の不整合も解消される。これによって珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の密着性をより向上させることができる。なお、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の密着性をより向上させる観点からは、窒化層2aには化合物層が形成されていないことが好ましい。 The nitride layer 2a of the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 is a layer consisting of at least one of a compound layer and a diffusion layer, and is formed by subjecting the substrate 2b to a nitriding treatment. In terms of iron nitrides, the nitride layer is composed of γ' phase (Fe 4 N), ε phase (Fe 2-3 N), and metastable α" phase (Fe 16 N), etc. In the examples of the present application, nitrides containing alloy elements are composed similarly to these. For example, when die steel, high speed tool steel, or matrix high speed steel is used as the steel material, nitrides of vanadium, molybdenum, tungsten, chromium, etc. are precipitated. The presence of the nitride layer 2 a on the surface of the substrate 2 b improves the chemical compatibility between the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film 3, and also eliminates lattice mismatch. This makes it possible to further improve the adhesion between the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film 3. From the viewpoint of further improving the adhesion between the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film 3, it is preferable that no compound layer is formed on the nitride layer 2 a.

基材2bの表面に窒化層2aが形成されていることの確認は、「JIS G 0562 鉄鋼の窒化層深さ測定方法」の規定に従い、珪炭化バナジウム膜形成用基材2の切断面を腐食させ、金属顕微鏡を用いて、腐食させた切断面の着色状態を観察することで行われる。顕微鏡画像では、窒化層2aの化合物層は白色に着色され、窒化層2aの拡散層は黒色に着色されるため、窒化層2aにおける化合物層の有無や、窒化層2aと基材2bとの境界を視覚的に判別することが可能である。 The formation of the nitride layer 2a on the surface of the substrate 2b is confirmed by corroding the cut surface of the substrate 2 for forming the vanadium silicocarbide film and observing the colored state of the corroded cut surface using a metallurgical microscope, in accordance with the provisions of "JIS G 0562 Method for measuring the depth of nitride layers in steel." In the microscope image, the compound layer of the nitride layer 2a is colored white, and the diffusion layer of the nitride layer 2a is colored black, making it possible to visually distinguish whether or not there is a compound layer in the nitride layer 2a, and the boundary between the nitride layer 2a and the substrate 2b.

窒化層2aの窒化深さは特に限定されないが、20~250μmであることが好ましい。窒化層2aの窒化深さが20μm以上である場合には、例えば窒化による硬さの変化など、深さ方向における特性の変化が急激に起こることを抑制することができる。一方、窒化深さが250μm以下である場合には、窒化処理時間を短くすることができ、過剰な窒化を抑制することができ、窒化層の表面粗さを制御しやすい。なお、窒化層2aの“窒化深さ”とは、窒化層2aの表面から、基材硬さ×1.15HVの硬さとなる位置までの距離である。“基材硬さ”は、次の方法で測定される。まず、「JIS G 0562 鉄鋼の窒化層深さ測定方法」の規定に従い、窒化層が形成された試験片の切断面を研磨および鏡面仕上げする。続いて、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて25gfの荷重でビッカース硬さ試験を行い、その結果に基づいて試験片表面からの硬さ推移曲線を作成する。そして、その推移曲線において硬さの値が収束した点を特定し、この点の硬さの値を基材硬さとする。 The nitriding depth of the nitrided layer 2a is not particularly limited, but is preferably 20 to 250 μm. When the nitriding depth of the nitrided layer 2a is 20 μm or more, it is possible to suppress the sudden change in characteristics in the depth direction, such as the change in hardness due to nitriding. On the other hand, when the nitriding depth is 250 μm or less, the nitriding treatment time can be shortened, excessive nitriding can be suppressed, and the surface roughness of the nitrided layer can be easily controlled. The "nitriding depth" of the nitrided layer 2a is the distance from the surface of the nitrided layer 2a to the position where the hardness is the substrate hardness x 1.15 HV. The "substrate hardness" is measured by the following method. First, the cut surface of the test piece on which the nitrided layer is formed is polished and mirror-finished in accordance with the provisions of "JIS G 0562 Method for measuring the depth of nitrided layer of steel". Next, a Vickers hardness test is performed with a load of 25 gf using a micro Vickers hardness tester, and a hardness transition curve from the surface of the test piece is created based on the results. Then, the point on the transition curve where the hardness value converges is identified, and the hardness value at this point is set as the substrate hardness.

基材2bの表面に形成される窒化層2aは、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下である。後述の実施例で示すように、珪炭化バナジウム膜形成用基材2は、基材2bの表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層2aを有することで、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の密着性を向上させることができる。この効果をより高める観点においては、窒化層2aの表面粗さRzjisは好ましくは0.25μm以上であり、さらに好ましくは0.4μm以上である。 The nitride layer 2a formed on the surface of the substrate 2b has a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. As shown in the examples described later, the substrate 2 for forming the vanadium silicocarbide film has a nitride layer 2a on the surface of the substrate 2b with a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less, thereby improving the adhesion between the substrate 2 for forming the vanadium silicocarbide film and the vanadium silicocarbide film 3. From the viewpoint of further enhancing this effect, the surface roughness Rzjis of the nitride layer 2a is preferably 0.25 μm or more, and more preferably 0.4 μm or more.

(珪炭化バナジウム膜)
珪炭化バナジウム膜被覆部材1は、表面粗さRzjisが0.2μm以上1.0μm以下の窒化層2a上に、珪炭化バナジウム膜3を有している。珪炭化バナジウム膜3は、バナジウム(V)、珪素(Si)、炭素(C)を含有し、かつ、バナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の膜である。珪炭化バナジウム膜3は、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計は、より好ましくは91at%以上であり、さらに好ましくは、92at%以上である。
(Vanadium silicocarbide film)
The vanadium silicocarbide film-coated member 1 has a vanadium silicocarbide film 3 on a nitride layer 2a having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. The vanadium silicocarbide film 3 contains vanadium (V), silicon (Si), and carbon (C), and has a total vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration of 90 at% or more. The total vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration of the vanadium silicocarbide film 3 is more preferably 91 at% or more, and even more preferably 92 at% or more.

珪炭化バナジウム膜3中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度は、電子プローブマイクロアナライザー(以下、EPMAと称す)による組成分析によって測定することができる。なお、珪炭化バナジウム膜3の膜厚が1μm以下の場合には、EPMAの測定結果に基材の成分組成の影響が含まれる。このため、膜厚の薄い珪炭化バナジウム膜3の組成分析を行う際には、事前に基材2bのみのEPMA測定を実施し、珪炭化バナジウム膜3の成膜後のEPMAの測定結果から基材由来のバナジウム元素濃度、珪素元素濃度、炭素元素濃度を差し引く必要がある。 The vanadium, silicon, and carbon element concentrations in the vanadium silicocarbide film 3 can be measured by composition analysis using an electron probe microanalyzer (hereinafter referred to as EPMA). When the thickness of the vanadium silicocarbide film 3 is 1 μm or less, the EPMA measurement results include the influence of the component composition of the substrate. For this reason, when performing a composition analysis of a thin vanadium silicocarbide film 3, it is necessary to perform an EPMA measurement of only the substrate 2b in advance, and subtract the vanadium, silicon, and carbon element concentrations derived from the substrate from the EPMA measurement results after the vanadium silicocarbide film 3 is formed.

珪炭化バナジウム膜3は、バナジウム元素濃度が3~15at%、珪素元素濃度が15~30at%、炭素元素濃度が60~80at%であることが好ましい。バナジウム元素濃度は、より好ましくは4~15at%である。 The vanadium silicocarbide film 3 preferably has a vanadium element concentration of 3 to 15 at%, a silicon element concentration of 15 to 30 at%, and a carbon element concentration of 60 to 80 at%. The vanadium element concentration is more preferably 4 to 15 at%.

珪炭化バナジウム膜3中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度は、下記(1)式を満たすことが好ましく、これにより、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の密着性をさらに向上させることができる。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≧25at%・・・(1)
It is preferable that the vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration in the vanadium silicocarbide film 3 satisfy the following formula (1), whereby the adhesion between the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film 3 can be further improved.
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≧25 at% (1)

また、下記(2)式を満たす場合には、珪炭化バナジウム膜被覆部材1に接触する相手部材との摩擦係数を小さくすることができる。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)
Furthermore, when the following formula (2) is satisfied, the coefficient of friction between the vanadium silicocarbide film coated member 1 and a counter member that comes into contact with the vanadium silicocarbide film coated member 1 can be made small.
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≧30 at% (2)

下記(3)式を満たす場合には、珪炭化バナジウム膜3の硬度を高めることができる。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)
When the following formula (3) is satisfied, the hardness of the vanadium silicate film 3 can be increased.
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≦36 at% (3)

下記(4)式を満たす場合には、珪炭化バナジウム膜3の耐熱性を向上させることができる。
珪素元素濃度/(バナジウム元素濃度+珪素元素濃度)>0.7・・・(4)
When the following formula (4) is satisfied, the heat resistance of the vanadium silicate film 3 can be improved.
Silicon element concentration/(vanadium element concentration+silicon element concentration)>0.7 (4)

珪炭化バナジウム膜3の膜厚は、珪炭化バナジウム膜被覆部材1の用途に応じて適宜設定されるが、例えば金型の基材上に珪炭化バナジウム膜3を形成する場合は、膜厚は0.5~4μmであることが好ましい。 The thickness of the vanadium silicocarbide film 3 is set appropriately depending on the application of the vanadium silicocarbide film-coated member 1, but for example, when the vanadium silicocarbide film 3 is formed on the substrate of a mold, the film thickness is preferably 0.5 to 4 μm.

なお、珪炭化バナジウム膜3は、密着性向上の効果を損なわない範囲でバナジウム元素と、珪素元素と、炭素元素以外の元素を含んでいてもよい。バナジウム元素と、珪素元素と、炭素元素以外の元素としては、例えば珪炭化バナジウム膜形成工程で供給される原料ガスやアルゴンガスに含まれるフッ素、塩素、水素、アルゴンや、後述する珪炭化バナジウム膜の形成装置のチャンバー内に残存するガスに含まれる酸素、窒素などが挙げられる。珪炭化バナジウム膜3に含まれるバナジウム元素と、珪素元素と、炭素元素以外の元素は、9at%以下に制限されていることが好ましく、8at%以下に制限されていることがより好ましい。 The vanadium silicocarbide film 3 may contain elements other than vanadium, silicon, and carbon, as long as the effect of improving adhesion is not impaired. Examples of elements other than vanadium, silicon, and carbon include fluorine, chlorine, hydrogen, and argon contained in the raw material gas and argon gas supplied in the vanadium silicocarbide film formation process, and oxygen and nitrogen contained in the gas remaining in the chamber of the vanadium silicocarbide film formation device described below. The vanadium, silicon, and elements other than carbon contained in the vanadium silicocarbide film 3 are preferably limited to 9 at% or less, and more preferably limited to 8 at% or less.

次に、珪炭化バナジウム膜形成用基材2および珪炭化バナジウム膜被覆部材1の製造方法について説明する。本実施形態においては、基材2bの表面に表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層2aを形成することで珪炭化バナジウム膜形成用基材2を作製する。その後、窒化層2a上に珪炭化バナジウム膜3を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材1を作製する。 Next, a method for manufacturing the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film-coated member 1 will be described. In this embodiment, the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 is produced by forming a nitride layer 2a having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on the surface of the substrate 2b. Thereafter, the vanadium silicocarbide film 3 is formed on the nitride layer 2a to produce the vanadium silicocarbide film-coated member 1.

まず基材2bを準備する。基材2bは、表面粗さRzjisが0.1μm以下となるまで研磨されていることが好ましい。基材2bの表面粗さRzjisが0.1μm以下であることにより、窒化層2aを基材2bの表面に均一に形成することができ、より密着性が向上すると考えられる。 First, the substrate 2b is prepared. The substrate 2b is preferably polished until the surface roughness Rzjis is 0.1 μm or less. By making the surface roughness Rzjis of the substrate 2b 0.1 μm or less, the nitride layer 2a can be formed uniformly on the surface of the substrate 2b, which is believed to further improve adhesion.

<窒化処理工程>
次に、基材2bの窒化処理を行い、珪炭化バナジウム膜形成用基材2を作製する。窒化処理工程では、基材2bの表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層2aを形成する。
<Nitriding process>
Next, the substrate 2b is subjected to a nitriding treatment to prepare the substrate 2 for forming the vanadium silicocarbide film. In the nitriding treatment step, a nitride layer 2a having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less is formed on the surface of the substrate 2b.

窒化層2aを形成する為の窒化処理装置および後述する珪炭化バナジウム膜被覆部材1の形成装置としては、例えば図2に示すようなプラズマ処理装置10が用いられる。プラズマ処理装置10は、基材2bが搬入されるチャンバー11と、陽極12および陰極13と、陽極12と陰極13との間にパルス電圧を印加する直流のパルス電源14とを備えている。チャンバー11の上部には各原料ガスが供給されるガス供給管15が接続され、チャンバー11の下部にはチャンバー11内のガスを排気するガス排気管16が接続されている。ガス排気管16の下流側には真空ポンプ(不図示)が設けられている。陰極13は基材2bを支持する支持台としての役割も有しており、チャンバー11内に搬入された基材2bは陰極13上に載置される。チャンバー11の内部にはヒーター(不図示)が設けられており、ヒーターによりチャンバー11内の雰囲気温度が調節されることで基材2bの温度が調節される。 As a nitriding treatment apparatus for forming the nitride layer 2a and an apparatus for forming the vanadium silicocarbide film-coated member 1 described later, for example, a plasma treatment apparatus 10 as shown in FIG. 2 is used. The plasma treatment apparatus 10 includes a chamber 11 into which the substrate 2b is carried, an anode 12, a cathode 13, and a DC pulse power supply 14 for applying a pulse voltage between the anode 12 and the cathode 13. A gas supply pipe 15 for supplying each raw material gas is connected to the upper part of the chamber 11, and a gas exhaust pipe 16 for exhausting the gas in the chamber 11 is connected to the lower part of the chamber 11. A vacuum pump (not shown) is provided downstream of the gas exhaust pipe 16. The cathode 13 also serves as a support stand for supporting the substrate 2b, and the substrate 2b carried into the chamber 11 is placed on the cathode 13. A heater (not shown) is provided inside the chamber 11, and the temperature of the substrate 2b is adjusted by adjusting the atmospheric temperature in the chamber 11 with the heater.

なお、プラズマ処理装置10の構成は本実施形態で説明した構成に限定されない。例えば直流のパルス電源14に代えて高周波電源を用いてもよいし、原料ガスを供給するシャワーヘッド(不図示)を設け、それを陽極12として用いてもよい。また、ヒーターを設けずにグロー電流のみで基材2bを加熱してもよい。すなわち、プラズマ処理装置10は、チャンバー11内に供給される原料ガスをプラズマ化することが可能であって、基材2bに窒化層2aを形成できる構成であればよい。 The configuration of the plasma processing apparatus 10 is not limited to the configuration described in this embodiment. For example, a high-frequency power supply may be used instead of the DC pulse power supply 14, or a shower head (not shown) may be provided to supply the raw material gas and used as the anode 12. Also, the substrate 2b may be heated only by a glow current without providing a heater. In other words, the plasma processing apparatus 10 may be configured to be capable of turning the raw material gas supplied into the chamber 11 into plasma and to form a nitride layer 2a on the substrate 2b.

基材2bの窒化処理方法は特に限定されず、例えばプラズマ窒化処理やガス窒化処理などが適用可能である。ただし、珪炭化バナジウム膜をプラズマ化学蒸着法で形成し、窒化処理をプラズマ窒化処理で行う場合は、基材2bの窒化処理と珪炭化バナジウム膜3の形成を同一のプラズマ処理装置で行うことが可能となる。したがって、別々の装置を使用する場合と比較して効率良く珪炭化バナジウム膜被覆部材1を製造する観点では、基材2bの窒化処理はプラズマ窒化処理によって行うことが好ましい。また、窒化処理はプラズマ窒化処理を同一のプラズマ処理装置で行うことで、表面の酸化などの影響を防ぐことができるため好ましい。また、基材2bの冷却や洗浄工程などの処理をせずに成膜できるため、効率良く珪炭化バナジウム膜被覆部材1を製造することが可能となる。 The nitriding method for the substrate 2b is not particularly limited, and for example, plasma nitriding or gas nitriding can be applied. However, when the vanadium silicocarbide film is formed by plasma chemical vapor deposition and the nitriding is performed by plasma nitriding, the nitriding of the substrate 2b and the formation of the vanadium silicocarbide film 3 can be performed in the same plasma processing device. Therefore, from the viewpoint of efficiently manufacturing the vanadium silicocarbide film-coated member 1 compared to using separate devices, it is preferable to perform the nitriding of the substrate 2b by plasma nitriding. In addition, by performing the nitriding and plasma nitriding in the same plasma processing device, the effects of surface oxidation can be prevented, which is preferable. In addition, since the film can be formed without cooling or cleaning the substrate 2b, it is possible to efficiently manufacture the vanadium silicocarbide film-coated member 1.

プラズマ窒化処理は、プラズマ処理装置内に供給した水素ガスおよび窒素ガスをプラズマ化し、基材2bの表面に窒化層2aを形成する窒化処理である。このプラズマ窒化処理時には、水素ガスおよび窒素ガス以外にアルゴンガスを適宜供給してもよい。アルゴンガスは、アルゴンイオンが他の分子をイオン化させることによってプラズマの安定化やイオン密度の向上に寄与する。窒化層2aの表面粗さRzjisは、窒化処理時間、供給する水素ガスと窒素ガスの分圧比、電圧、電流密度やDuty比などを適宜変更することによって制御することができる。 The plasma nitriding process is a process in which hydrogen gas and nitrogen gas supplied into a plasma processing device are turned into plasma to form a nitride layer 2a on the surface of the substrate 2b. During this plasma nitriding process, argon gas may be supplied as appropriate in addition to hydrogen gas and nitrogen gas. Argon gas contributes to stabilizing the plasma and improving the ion density by ionizing other molecules with argon ions. The surface roughness Rzjis of the nitride layer 2a can be controlled by appropriately changing the nitriding process time, the partial pressure ratio of the supplied hydrogen gas and nitrogen gas, the voltage, the current density, the duty ratio, etc.

プラズマ窒化処理の処理時間は、生産性の観点から30~300分にすることが好ましい。より好ましくは、60~240分である。 From the viewpoint of productivity, the processing time for the plasma nitriding process is preferably 30 to 300 minutes. More preferably, it is 60 to 240 minutes.

プラズマ処理装置内の窒素分圧と水素分圧との比である窒素分圧/水素分圧は、0.15~2.0であることが好ましく、これにより基材2bが窒化しやすくなる。窒化層2a中の化合物層の形成を抑制する観点からは、窒素分圧/水素分圧を1.0以下にすることが好ましく、0.70以下にすることがより好ましい。一方、窒素分圧/水素分圧の下限は、0.25以上にすることが好ましい。プラズマ窒化処理時におけるチャンバー11内の圧力は、30~200Paであることが好ましい。 The ratio of the nitrogen partial pressure to the hydrogen partial pressure in the plasma processing device, that is, the nitrogen partial pressure/hydrogen partial pressure, is preferably 0.15 to 2.0, which makes it easier to nitride the substrate 2b. From the viewpoint of suppressing the formation of a compound layer in the nitride layer 2a, the nitrogen partial pressure/hydrogen partial pressure is preferably 1.0 or less, and more preferably 0.70 or less. On the other hand, the lower limit of the nitrogen partial pressure/hydrogen partial pressure is preferably 0.25 or more. The pressure in the chamber 11 during the plasma nitriding process is preferably 30 to 200 Pa.

プラズマ窒化処理時の電源電圧は、1000~2500Vであることが好ましく、より好ましくは1200~2000Vである。プラズマ窒化処理時の電流密度は、0.2~0.7mA/cm2であることが好ましく、より好ましくは0.3~0.6mA/cm2である。1周期あたりの電圧印加時間で定義される以下の式で算出されるDuty比は、5~60%であることが好ましい。
Duty比(%)=100×印加時間(ON time)/{印加時間(ON
time)+印加停止時間(OFF time)}
The power supply voltage during the plasma nitriding treatment is preferably 1000 to 2500 V, and more preferably 1200 to 2000 V. The current density during the plasma nitriding treatment is preferably 0.2 to 0.7 mA/ cm2 , and more preferably 0.3 to 0.6 mA/ cm2 . The duty ratio calculated by the following formula, which is defined by the voltage application time per cycle, is preferably 5 to 60%.
Duty ratio (%) = 100 x application time (ON time) / {application time (ON time)
time) + application stop time (OFF time)}

本実施形態における珪炭化バナジウム膜形成用基材2は、以上の窒化処理によって製造される。 In this embodiment, the vanadium silicocarbide film forming substrate 2 is manufactured by the above nitriding process.

<珪炭化バナジウム膜形成工程>
次に、プラズマ化学蒸着法によって珪炭化バナジウム膜形成用基材2の窒化層2aの上に珪炭化バナジウム膜3を形成する。
<Vanadium silicocarbide film formation process>
Next, the vanadium silicocarbide film 3 is formed on the nitride layer 2a of the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 by plasma chemical vapor deposition.

珪炭化バナジウム膜3を形成するための原料ガスとして、プラズマ処理装置10のチャンバー11内に塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガスおよび水素ガスを供給し、パルス電源14を用いて陽極12と陰極13の間にパルス電圧を印加する。これにより、陽極12と陰極13の間においてチャンバー11内に供給した原料ガスがプラズマ化し、窒化層2a上に珪炭化バナジウム膜3が形成される。これにより、本実施形態における珪炭化バナジウム膜被覆部材1が製造される。 Vanadium chloride gas, silicon source gas, hydrocarbon gas, and hydrogen gas are supplied into the chamber 11 of the plasma processing device 10 as raw material gases for forming the vanadium silicocarbide film 3, and a pulse voltage is applied between the anode 12 and the cathode 13 using the pulse power supply 14. As a result, the raw material gases supplied into the chamber 11 are converted into plasma between the anode 12 and the cathode 13, and the vanadium silicocarbide film 3 is formed on the nitride layer 2a. In this way, the vanadium silicocarbide film-coated member 1 in this embodiment is manufactured.

塩化バナジウムガスとしては、例えば四塩化バナジウム(VCl)ガス、三塩化酸化バナジウム(VOCl)ガスなどが用いられる。なお、ガスを構成する元素の数が少なく、かつ、珪炭化バナジウム膜3中の不純物を取り除くことが容易になるという観点では、四塩化バナジウムガスを用いることが好ましい。また、四塩化バナジウムガスは、入手が容易で、常温において液体であり、ガスとしての供給が容易であるため、この観点からも用いることが好ましい。 As the vanadium chloride gas, for example, vanadium tetrachloride (VCl 4 ) gas, vanadium oxide trichloride (VOCl 3 ) gas, etc. are used. Note that vanadium tetrachloride gas is preferably used from the viewpoint that the number of elements constituting the gas is small and that it is easy to remove impurities from the vanadium silicocarbide film 3. In addition, vanadium tetrachloride gas is easily available, is a liquid at room temperature, and can be easily supplied as a gas, so it is preferable to use it from this viewpoint as well.

珪素源ガスとしては、例えばモノメチルシランガス、ジメチルシランガス、トリメチルシランガス、テトラメチルシランガス、四塩化珪素ガス、四フッ化珪素ガス等のシラン系ガスなどが用いられる。 As the silicon source gas, for example, a silane-based gas such as monomethylsilane gas, dimethylsilane gas, trimethylsilane gas, tetramethylsilane gas, silicon tetrachloride gas, silicon tetrafluoride gas, etc. can be used.

炭化水素ガスとしては、例えばメタンガス、エタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどが用いられる。ここで例示されるガスは単独で供給されてもよいし、2種以上のガスが混合されて供給されてもよい。 Examples of the hydrocarbon gas that can be used include methane gas, ethane gas, ethylene gas, and acetylene gas. The gases exemplified here may be supplied alone or in combination of two or more types of gases.

珪炭化バナジウム膜形成工程で供給される原料ガスに四塩化珪素ガスが含まれる場合、珪炭化バナジウム膜3には、バナジウム、珪素および炭素を除いた残部に必然的に不純物としての塩素が含まれる。塩素は水素ガスと結合しやすいことから、原料ガスに水素ガスが含まれる場合には、塩化バナジウムガスから発生する塩素が水素と結合して系外に排出されやすくなる。これにより、珪炭化バナジウム膜3中への塩素の混入を抑えることができる。 When silicon tetrachloride gas is contained in the raw material gas supplied in the vanadium silicocarbide film formation process, the vanadium silicocarbide film 3 will inevitably contain chlorine as an impurity in the remainder excluding vanadium, silicon, and carbon. Since chlorine easily combines with hydrogen gas, when hydrogen gas is contained in the raw material gas, the chlorine generated from the vanadium chloride gas combines with hydrogen and is easily discharged outside the system. This makes it possible to suppress the intrusion of chlorine into the vanadium silicocarbide film 3.

なお、珪炭化バナジウム膜3の残部には、塩素以外にも不可避的不純物が含まれ得る。珪炭化バナジウム膜形成工程において、チャンバー11内に塩化バナジウムガスおよび四塩化珪素ガスが供給される場合、チャンバー11内に供給される水素ガスの体積流量は、塩化バナジウムガスの体積流量と四塩化珪素ガスの体積流量の合計に対して5倍~25倍であることが好ましい。なお、アルゴンガスは、アルゴンイオンが他の分子をイオン化させることによってプラズマの安定化やイオン密度の向上に寄与するため、必要に応じてチャンバー11内に供給されてもよい。 The remainder of the vanadium silicocarbide film 3 may contain unavoidable impurities other than chlorine. When vanadium chloride gas and silicon tetrachloride gas are supplied into the chamber 11 in the vanadium silicocarbide film formation process, the volumetric flow rate of the hydrogen gas supplied into the chamber 11 is preferably 5 to 25 times the total volumetric flow rate of the vanadium chloride gas and the silicon tetrachloride gas. Argon gas may be supplied into the chamber 11 as necessary, since argon ions ionize other molecules, thereby contributing to stabilizing the plasma and improving ion density.

珪炭化バナジウム膜形成工程においては、塩化バナジウムガスと、珪素源ガスと、炭化水素ガスと、水素ガスと、アルゴンガスの流量の比が1:0.25~2:3~20:20~35:0.5~2であることが好ましい。これにより、膜中のバナジウム元素濃度、珪素元素濃度、炭素元素濃度の合計が90at%以上となる珪炭化バナジウム膜3が得られやすくなる。なお、本明細書において、上記流量比の算出の際に用いられる“塩化バナジウムガスの流量”、“珪素源ガスの流量”、“炭化水素ガスの流量”、“水素ガスの流量”、“アルゴンガスの流量”とは、0℃、1atmにおける体積流量である。 In the vanadium silicocarbide film formation process, the flow rate ratio of vanadium chloride gas, silicon source gas, hydrocarbon gas, hydrogen gas, and argon gas is preferably 1:0.25-2:3-20:20-35:0.5-2. This makes it easier to obtain a vanadium silicocarbide film 3 in which the total of the vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration in the film is 90 at% or more. In this specification, the "vanadium chloride gas flow rate," "silicon source gas flow rate," "hydrocarbon gas flow rate," "hydrogen gas flow rate," and "argon gas flow rate" used in calculating the above flow rate ratios are volumetric flow rates at 0°C and 1 atm.

珪炭化バナジウム膜形成工程におけるチャンバー11内の圧力は、例えば30~200Paであることが好ましい。また、珪炭化バナジウム膜形成工程において直流のパルス電源14から印加される電力は、100~1000Wであることが好ましい。また、直流のパルス電源14から印加される電圧は、1000~2000Vであることが好ましい。Duty比は、10%~60%であることが好ましい。珪炭化バナジウム膜3の膜中のバナジウム元素濃度、珪素元素濃度、炭素元素濃度は、各原料ガスの流量、パルス電源の電力、パルス電源の電圧、Duty比を適宜設定することで制御することができる。 The pressure in the chamber 11 during the vanadium silicocarbide film formation process is preferably, for example, 30 to 200 Pa. The power applied from the DC pulse power supply 14 during the vanadium silicocarbide film formation process is preferably 100 to 1000 W. The voltage applied from the DC pulse power supply 14 is preferably 1000 to 2000 V. The duty ratio is preferably 10% to 60%. The vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration in the vanadium silicocarbide film 3 can be controlled by appropriately setting the flow rate of each raw material gas, the power of the pulse power supply, the voltage of the pulse power supply, and the duty ratio.

以上のような珪炭化バナジウム膜形成工程によって、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層2a上に、バナジウム元素濃度、珪素元素濃度、炭素元素濃度の合計が90at%以上となる珪炭化バナジウム膜3が形成される。このようにして製造された珪炭化バナジウム膜被覆部材1は、珪炭化バナジウム膜形成用基材2と珪炭化バナジウム膜3の密着性に優れている。 By the vanadium silicocarbide film formation process as described above, a vanadium silicocarbide film 3 having a total vanadium element concentration, silicon element concentration, and carbon element concentration of 90 at% or more is formed on the nitride layer 2a having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. The vanadium silicocarbide film-coated member 1 produced in this manner has excellent adhesion between the vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 and the vanadium silicocarbide film 3.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this example. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

基材2bの表面にプラズマ窒化処理により窒化層2aを形成した珪炭化バナジウム膜形成用基材2を作製した後、珪炭化バナジウム膜形成用基材2の窒化層2aの上に、プラズマ化学蒸着処理により珪炭化バナジウム膜3を形成した珪炭化バナジウム膜被覆部材1を作製し、各種評価を実施した。基材2bの窒化処理および珪炭化バナジウム膜3の形成を行う装置は、図2に示される構造のプラズマ処理装置を用い、電源としては直流のパルス電源を使用した。 After preparing a vanadium silicocarbide film-forming substrate 2 in which a nitride layer 2a was formed on the surface of the substrate 2b by plasma nitriding, a vanadium silicocarbide film-coated member 1 was prepared in which a vanadium silicocarbide film 3 was formed on the nitride layer 2a of the substrate 2 in which a vanadium silicocarbide film was formed by plasma chemical vapor deposition, and various evaluations were carried out. The plasma processing device with the structure shown in Figure 2 was used as the device for nitriding the substrate 2b and forming the vanadium silicocarbide film 3, and a DC pulse power supply was used as the power source.

基材2bは、高速度工具鋼の一種であるSKH-51から成るφ22mmの丸棒を6~7mm間隔で切断し、図3のように切断された丸棒の成膜面を鏡面研磨し、成膜面の表面粗さRzjisを0.085μmにしたものを使用した。なお、窒化層2aおよび珪炭化バナジウム膜3は、基材2bの鏡面研磨した側の面に形成される。 The substrate 2b was made by cutting a φ22 mm round bar made of SKH-51, a type of high-speed tool steel, at intervals of 6 to 7 mm, and mirror-polishing the coating surface of the cut bar as shown in Figure 3 to a surface roughness Rzjis of 0.085 μm. The nitride layer 2a and vanadium silicocarbide film 3 were formed on the mirror-polished surface of the substrate 2b.

(実施例1)
以下、実施例1における上記基材の窒化処理方法および珪炭化バナジウム膜の形成方法について説明する。なお、窒化処理条件および珪炭化バナジウム膜の形成条件については、後述の表1、表2にも記載している。また、以下の説明における各ガスの体積流量は、それぞれ0℃、1atmにおける体積流量である。
Example 1
The following describes the method of nitriding the substrate and the method of forming the vanadium silicocarbide film in Example 1. The nitriding conditions and the conditions for forming the vanadium silicocarbide film are also shown in Tables 1 and 2 below. The volumetric flow rates of each gas in the following description are those at 0° C. and 1 atm.

まず、プラズマ処理装置のチャンバー内に基材をセットし、60分間チャンバー内を真空引きし、チャンバー内の圧力を25Pa以下まで小さくする。このとき、チャンバー内に設けられたヒーターは作動させない。なお、チャンバー内の雰囲気温度はシース熱電対で測定している。続いて、ヒーターの設定温度を550℃とし、基材のベーキング処理を60分間行う。その後、ヒーターの電源を切り、120分間形成装置を放置してチャンバー内を冷却する。 First, the substrate is placed in the chamber of the plasma processing device, and the chamber is evacuated for 60 minutes to reduce the pressure inside the chamber to 25 Pa or less. At this time, the heater installed in the chamber is not operated. The atmospheric temperature inside the chamber is measured with a sheathed thermocouple. Next, the heater is set to 550°C, and the substrate is baked for 60 minutes. After that, the heater is turned off, and the forming device is left for 120 minutes to allow the chamber to cool.

次に、チャンバー内に100ml/minの体積流量で水素ガスを供給し、排気量を調節してチャンバー内の圧力を100Paとする。そして、ヒーターの設定温度を525℃とし、30分間チャンバー内の雰囲気を加熱する。 Next, hydrogen gas is supplied into the chamber at a volumetric flow rate of 100 ml/min, and the exhaust rate is adjusted to set the pressure inside the chamber to 100 Pa. The heater temperature is then set to 525°C, and the atmosphere inside the chamber is heated for 30 minutes.

<窒化処理工程>
その後、水素ガスの流量を80ml/minにすると共にチャンバー内に窒素ガスおよびアルゴンガスを供給する。本工程においては、窒素ガスの流量を20ml/minとし、アルゴンガスの流量を3ml/minとする。このとき、チャンバー内の全圧は排気量が調節されることで58Paに維持される。実施例1における窒素分圧と水素分圧の分圧比である窒素分圧/水素分圧は0.25であった。その後、パルス電源の電圧を1400V、Duty比を40%に設定し、ユニポーラ出力形式で直流パルス電源を作動させる。ここでパルス電源の電圧が上げられることによって電極間では水素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスがプラズマ化した状態となる。これにより、基材の表面から窒素が侵入し、基材の表面に窒化層が形成される窒化処理を120分行い、珪炭化バナジウム膜形成用基材を得た。
<Nitriding process>
Then, the flow rate of hydrogen gas is set to 80 ml/min, and nitrogen gas and argon gas are supplied into the chamber. In this process, the flow rate of nitrogen gas is set to 20 ml/min, and the flow rate of argon gas is set to 3 ml/min. At this time, the total pressure in the chamber is maintained at 58 Pa by adjusting the exhaust rate. The nitrogen partial pressure/hydrogen partial pressure, which is the partial pressure ratio of the nitrogen partial pressure and the hydrogen partial pressure in Example 1, was 0.25. Then, the voltage of the pulse power supply is set to 1400 V, the duty ratio is set to 40%, and the DC pulse power supply is operated in a unipolar output format. Here, the hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas are plasmatized between the electrodes by increasing the voltage of the pulse power supply. As a result, nitrogen penetrates from the surface of the substrate, and a nitriding process in which a nitride layer is formed on the surface of the substrate is performed for 120 minutes, and a substrate for forming a vanadium silicocarbide film is obtained.

<珪炭化バナジウム膜形成工程>
続いて、塩化バナジウムガスとしての四塩化バナジウムガスの体積流量を3ml/min、珪素源ガスとしてモノメチルシランガスの体積流量を4.5ml/min、炭水素ガスとしてのメタンガスの体積流量を30ml/min、水素ガスの体積流量を78ml/min、アルゴンガスの体積流量を3ml/minに設定してプラズマ処理装置のチャンバー内に各ガスを供給する。換言すると、塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスの流量比が1:1.5:11.5:26:1となる状態で各ガスをチャンバー内に供給する。このとき、排気量を調節してチャンバー内の圧力を58Paとする。そして、パルス電源の電圧を1400V、Duty比を20%に設定した。このときのパルス電源の電力は241Wであった。これにより、プラズマ化したバナジウム、珪素、炭素が窒化層に吸着し、窒化層上にバナジウム、珪素、炭素を含有する珪炭化バナジウム膜が形成される。この状態を180分間維持し、珪炭化バナジウム膜形成用基材上に珪炭化バナジウム膜が被覆された珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
<Vanadium silicocarbide film formation process>
Next, the volumetric flow rate of vanadium tetrachloride gas as vanadium chloride gas is set to 3 ml/min, the volumetric flow rate of monomethylsilane gas as silicon source gas is set to 4.5 ml/min, the volumetric flow rate of methane gas as hydrocarbon gas is set to 30 ml/min, the volumetric flow rate of hydrogen gas is set to 78 ml/min, and the volumetric flow rate of argon gas is set to 3 ml/min, and each gas is supplied into the chamber of the plasma processing apparatus. In other words, each gas is supplied into the chamber in a state where the flow rate ratio of vanadium chloride gas, silicon source gas, hydrocarbon gas, hydrogen gas, and argon gas is 1:1.5:11.5:26:1. At this time, the exhaust amount is adjusted to set the pressure in the chamber to 58 Pa. Then, the voltage of the pulse power supply is set to 1400 V, and the duty ratio is set to 20%. The power of the pulse power supply at this time was 241 W. As a result, the plasmatized vanadium, silicon, and carbon are adsorbed onto the nitride layer, and a vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon, and carbon is formed on the nitride layer. This state was maintained for 180 minutes, yielding a vanadium silicocarbide film-coated member in which the vanadium silicocarbide film-forming substrate was coated with the vanadium silicocarbide film.

(実施例2)
実施例1の窒化処理工程において、窒化処理時間を60分に変更したことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜形成用基材を得た。また、珪炭化バナジウム膜形成工程において、メタンガスの体積流量を10ml/min、水素ガスの体積流量を98ml/minに設定し、塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスの流量比を1:1.5:4.8:33:1となる状態で各ガスをチャンバー内に供給したこと、パルス電源の電力を364Wに、Duty比を40%に設定したことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
Example 2
A vanadium silicocarbide film-forming substrate was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the nitriding time was changed to 60 minutes in the nitriding step of Example 1. In addition, a vanadium silicocarbide film was formed under the same conditions as in Example 1, to obtain a vanadium silicocarbide film-coated member, except that in the vanadium silicocarbide film-forming step, the volumetric flow rate of methane gas was set to 10 ml/min, the volumetric flow rate of hydrogen gas was set to 98 ml/min, the vanadium chloride gas, silicon source gas, hydrocarbon gas, hydrogen gas and argon gas were supplied into the chamber in a flow rate ratio of 1:1.5:4.8:33:1, the power of the pulse power source was set to 364 W, and the duty ratio was set to 40%.

(実施例3)
実施例1の窒化処理工程において、窒化処理時間を240分に変更して珪炭化バナジウム膜形成用基材を得たことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
Example 3
A vanadium silicocarbide film was formed under the same conditions as in Example 1 to obtain a vanadium silicocarbide film-coated member, except that in the nitriding treatment step of Example 1, the nitriding treatment time was changed to 240 minutes to obtain a base material for forming a vanadium silicocarbide film.

(実施例4)
実施例1の珪炭化バナジウム膜形成工程において、珪炭化バナジウム膜の形成時間を315分に変更したことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
Example 4
A vanadium silicocarbide film-coated member was obtained by forming the vanadium silicocarbide film under the same conditions as in Example 1, except that in the vanadium silicocarbide film-forming step in Example 1, the formation time of the vanadium silicocarbide film was changed to 315 minutes.

(実施例5)
実施例1の珪炭化バナジウム膜形成工程において、珪炭化バナジウム膜の形成時間を420分に変更したことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材1を得た。
(Example 5)
A vanadium silicocarbide film-coated member 1 was obtained by forming the vanadium silicocarbide film under the same conditions as in Example 1, except that in the vanadium silicocarbide film-forming step in Example 1, the formation time of the vanadium silicocarbide film was changed to 420 minutes.

(実施例6)
実施例1の珪炭化バナジウム膜形成工程において、珪素源ガスとして供給していたモノメチルシランガスの代わりに四塩化珪素ガスを体積流量4.5ml/minで供給し、メタンガスの体積流量を15ml/min、水素ガスの体積流量を98ml/minに設定し、塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスの流量比が1:1.5:5:33:1となる状態で各ガスをチャンバー内に供給し、パルス電源の電を364Wに、Duty比を40%に設定し、珪炭化バナジウム膜の形成時間を300分にしたことを除き、実施例1と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
Example 6
In the vanadium silicocarbide film formation process of Example 1, silicon tetrachloride gas was supplied at a volumetric flow rate of 4.5 ml/min instead of monomethylsilane gas supplied as the silicon source gas, the volumetric flow rates of methane gas and hydrogen gas were set to 15 ml/min and 98 ml/min, respectively, vanadium chloride gas, silicon source gas, hydrocarbon gas, hydrogen gas and argon gas were supplied into the chamber in a flow rate ratio of 1:1.5:5:33:1, the power of the pulsed power supply was set to 364 W, the duty ratio was set to 40%, and the formation time of the vanadium silicocarbide film was set to 300 minutes. Except for this, a vanadium silicocarbide film was formed under the same conditions as in Example 1, to obtain a vanadium silicocarbide film-coated member.

(比較例1)
基材に対し、窒化処理を実施せずに実施例6と同様の条件で珪炭化バナジウム膜を形成して珪炭化バナジウム膜被覆部材を得た。
(Comparative Example 1)
A vanadium silicocarbide film was formed on the substrate under the same conditions as in Example 6 without carrying out a nitriding treatment, to obtain a vanadium silicocarbide film-coated member.

Figure 0007702802000001
Figure 0007702802000001

Figure 0007702802000002
Figure 0007702802000002

次に、実施例1~6の珪炭化バナジウム膜形成用基材の試験片と、窒化処理を実施していない比較例の基材の試験片に対し、窒化層の形成状態の確認と、窒化層の表面粗さRzjisの測定を行った。また、実施例1、3~6の珪炭化バナジウム膜形成用基材の試験片に対し、窒化深さの測定を行った。 Next, the state of formation of the nitride layer was confirmed and the surface roughness Rzjis of the nitride layer was measured for the test pieces of the substrate for forming the vanadium silicocarbide film of Examples 1 to 6 and the test pieces of the substrate of the comparative example that was not subjected to nitriding treatment. In addition, the nitriding depth was measured for the test pieces of the substrate for forming the vanadium silicocarbide film of Examples 1 and 3 to 6.

<窒化層の形成状態の確認>
試験片を表面に対し垂直方向に切断し、エメリー紙で断面を研磨し、バフで研磨面を鏡面仕上げした。そして、JIS G 0562に規定された硝酸アルコール法(ナイタール法)に基づき、硝酸とエタノールとを混合し、得られた硝酸3%の腐食液に試験片を5分間浸漬させた。その後、金属(光学)顕微鏡を用いて試験片の断面を倍率1000倍で観察し、顕微鏡画像で黒色に着色された部分を視認することができた試験片については、窒化層に拡散層が形成されたと判断し、表3に「有」と記載し、黒色部分を視認できなかった場合は「無」と記載した。また、顕微鏡画像で白色に着色された部分を視認することができた試験片については、窒化層に化合物層が形成されたと判断し、表3に「有」と記載し、白色部分を視認できなかった場合は「無」と記載した。
<Confirmation of the nitride layer formation state>
The test piece was cut perpendicular to the surface, the cross section was polished with emery paper, and the polished surface was mirror-finished with a buff. Then, based on the nitric acid alcohol method (Nital method) specified in JIS G 0562, nitric acid and ethanol were mixed, and the test piece was immersed in the resulting 3% nitric acid etching solution for 5 minutes. Thereafter, the cross section of the test piece was observed at a magnification of 1000 times using a metal (optical) microscope, and for test pieces in which the black colored part could be visually recognized in the microscope image, it was determined that a diffusion layer was formed in the nitrided layer, and it was recorded as "present" in Table 3, and when the black part could not be visually recognized, it was recorded as "absent". In addition, for test pieces in which the white colored part could be visually recognized in the microscope image, it was determined that a compound layer was formed in the nitrided layer, and it was recorded as "present" in Table 3, and when the white part could not be visually recognized, it was recorded as "absent".

<窒化深さ測定>
試験片の基材硬さを測定し、窒化深さ(窒化層の表面から、基材硬さ×1.15HVの硬さとなる位置までの距離)を測定した。測定した結果を表3に記載する。なお、基材硬さの値は、JIS G 0562の規定に従い、窒化層が形成された試験片の切断面を研磨および鏡面仕上げした後、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて25gfの荷重でビッカース硬さ試験を行い、その結果から硬さ推移曲線を作成し、その推移曲線において硬さの値が収束した点の値を用いた。
<Nitriding depth measurement>
The substrate hardness of the test piece was measured, and the nitriding depth (the distance from the surface of the nitrided layer to the position where the hardness is the substrate hardness x 1.15 HV) was measured. The measurement results are shown in Table 3. The substrate hardness value was determined by polishing and mirror finishing the cut surface of the test piece on which the nitrided layer was formed, and then performing a Vickers hardness test with a load of 25 gf using a micro Vickers hardness tester in accordance with the provisions of JIS G 0562. A hardness transition curve was created from the results, and the value at the point where the hardness value converged on the transition curve was used.

<表面粗さ測定>
表面粗さ測定には、3Dレーザー顕微鏡(キーエンス社製VK-X120)を用いた。対物レンズの倍率を50倍として、0.2mm×1.2mmのレーザー顕微鏡像を取得したのち、顕微鏡付属のマルチファイル解析アプリケーションの複数線粗さ計測機能により窒化層の表面粗さRzjisを測定した。そして、試験片の長辺方向に15本のラインプロファイルを取得し、それぞれのラインプロファイルから得られた表面粗さRzjisを平均することで、表面粗さRzjisの値を得た。実施例1~3の珪炭化バナジウム膜形成用基材の試験片の窒化層の表面粗さRzjisおよび窒化処理を実施していない比較例1の基材の試験片に対し表面粗さRzjisを測定した結果を表3に記載する。
<Surface roughness measurement>
A 3D laser microscope (Keyence VK-X120) was used to measure the surface roughness. After obtaining a 0.2 mm x 1.2 mm laser microscope image with an objective lens magnification of 50 times, the surface roughness Rzjis of the nitrided layer was measured using the multiple line roughness measurement function of the multi-file analysis application attached to the microscope. Then, 15 line profiles were obtained in the long side direction of the test piece, and the surface roughness Rzjis obtained from each line profile was averaged to obtain the surface roughness Rzjis value. The results of measuring the surface roughness Rzjis of the nitrided layer of the test pieces of the vanadium silicocarbide film-forming substrates of Examples 1 to 3 and the surface roughness Rzjis of the test pieces of the substrate of Comparative Example 1 that was not subjected to nitriding treatment are shown in Table 3.

次に、実施例1~6、比較例1の珪炭化バナジウム膜被覆部材に対し、珪炭化バナジウム膜の膜厚測定、珪炭化バナジウム膜の組成分析、スクラッチ試験、硬さ測定、耐熱性評価および摩擦評価試験(ボールオンディスク試験)を実施した。 Next, the vanadium silicocarbide film-coated members of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were subjected to thickness measurement of the vanadium silicocarbide film, composition analysis of the vanadium silicocarbide film, scratch testing, hardness measurement, heat resistance evaluation, and friction evaluation testing (ball-on-disk testing).

<膜厚測定>
基材上に形成された珪炭化バナジウム膜の膜厚は、試験片を垂直に切断して切断面を鏡面研磨した後、金属顕微鏡の倍率を1000倍として切断面を観察し、観察した画像情報に基づいて算出することで測定した。測定した結果を表3に記載する。
<Film thickness measurement>
The thickness of the vanadium silicocarbide film formed on the substrate was measured by cutting the test piece vertically, mirror-polishing the cut surface, observing the cut surface with a metallurgical microscope at a magnification of 1000 times, and calculating based on the observed image information. The measurement results are shown in Table 3.

<組成分析>
分析条件は次の通りである。測定した結果を表3に記載する。
測定装置:EPMA(日本電子株式会社製JXA-8530F)
測定モード:半定量分析
加速電圧:15kV
照射電流:1.0×10-7
ビーム形状:円
ビーム径設定値:50μm
分光結晶:LDE6H, TAP, LDE5H, PETH, LIFH, LDE1H

なお、珪炭化バナジウム膜の膜厚が1μm以下の場合には、EPMAの測定結果に基材の成分組成の影響が含まれる。このため、膜厚の薄い珪炭化バナジウム膜の組成分析を算出する場合には、事前に基材のみのEPMA測定を実施しておき、珪炭化バナジウム膜の形成後のEPMAの測定結果から基材由来のバナジウム元素濃度、珪素元素濃度、炭素元素濃度および塩素元素濃度を差し引く必要がある。
<Composition analysis>
The analytical conditions are as follows. The measurement results are shown in Table 3.
Measuring device: EPMA (JXA-8530F manufactured by JEOL Ltd.)
Measurement mode: semi-quantitative analysis Acceleration voltage: 15 kV
Irradiation current: 1.0×10 -7 A
Beam shape: Circle Beam diameter setting value: 50 μm
Spectroscopic crystal: LDE6H, TAP, LDE5H, PETH, LIFH, LDE1H

In addition, when the thickness of the vanadium silicocarbide film is 1 μm or less, the EPMA measurement results include the influence of the component composition of the substrate. Therefore, when calculating the composition analysis of a thin vanadium silicocarbide film, it is necessary to perform an EPMA measurement of only the substrate in advance, and subtract the vanadium element concentration, silicon element concentration, carbon element concentration, and chlorine element concentration derived from the substrate from the EPMA measurement results after the formation of the vanadium silicocarbide film.

<スクラッチ試験>
スクラッチ試験機(csm社製Revetest)を用い、基材と珪炭化バナジウム膜の密着性を評価した。スクラッチ試験は、先端曲率100μmの円錐形ダイヤモンド圧子を用い、最小荷重1N、最大荷重100N、荷重速度100N/分、スクラッチ速度5mm/分、スクラッチ距離5mmにて実施された。そして、圧子と試験片の接触箇所周辺の珪炭化バナジウム膜が破壊されたときの荷重、すなわち基材から珪炭化バナジウム膜が剥離したときの荷重である臨界荷重を測定し、この臨界荷重に基づいて基材と珪炭化バナジウム膜の密着性を評価した。スクラッチ試験における臨界荷重が大きいほど、基材から珪炭化バナジウム膜が剥離しにくく、基材と珪炭化バナジウム膜の密着性が高いことを示す。なお、珪炭化バナジウム膜の膜厚が0.5~5.0μmの範囲内であれば、膜厚の違いに起因するスクラッチ試験結果のばらつきが無視できるほどに小さくなる。
<Scratch test>
The adhesion between the substrate and the vanadium silicocarbide film was evaluated using a scratch tester (Revetest manufactured by CSM). The scratch test was performed using a conical diamond indenter with a tip curvature of 100 μm, with a minimum load of 1 N, a maximum load of 100 N, a load speed of 100 N/min, a scratch speed of 5 mm/min, and a scratch distance of 5 mm. The critical load, which is the load at which the vanadium silicocarbide film around the contact point between the indenter and the test piece was broken, that is, the load at which the vanadium silicocarbide film peeled off from the substrate, was measured, and the adhesion between the substrate and the vanadium silicocarbide film was evaluated based on this critical load. The larger the critical load in the scratch test, the more difficult it is for the vanadium silicocarbide film to peel off from the substrate, indicating that the adhesion between the substrate and the vanadium silicocarbide film is high. Note that if the thickness of the vanadium silicocarbide film is within the range of 0.5 to 5.0 μm, the variation in the scratch test results due to differences in film thickness becomes negligibly small.

<硬さ測定>
Fischer Instruments製のFISCHER SCOPE(登録商標)H100Cを用いたナノインデンテーション法により実施する。具体的には、最大押し込み荷重を3mNとして試験片にバーコビッチ型のダイヤモンド圧子を押し込み、連続的に押し込み深さを計測する。得られた押し込み深さの計測データからフィッシャー・インストルメンツ社製のソフトウエアである「商品名:WIN-HCU(登録商標)」を用いて、マルテンス硬さと、そのマルテンス硬さから換算されるビッカース硬さを算出する。算出されたビッカース硬さは測定装置の画面に表示され、この数値を測定点における膜の硬度として扱う。本実施例では、各試験片の最表面の任意の20点のビッカース硬さを求め、得られた硬度の平均値を膜のビッカース硬さとした。測定した結果を表3に記載する。
<Hardness measurement>
The nanoindentation method is carried out using Fischer Instruments' FISCHER SCOPE (registered trademark) H100C. Specifically, a Berkovich-type diamond indenter is pressed into the test piece with a maximum pressing load of 3 mN, and the pressing depth is continuously measured. From the measurement data of the pressing depth obtained, the Martens hardness and the Vickers hardness converted from the Martens hardness are calculated using Fisher Instruments' software "Product name: WIN-HCU (registered trademark)". The calculated Vickers hardness is displayed on the screen of the measuring device, and this value is treated as the hardness of the film at the measurement point. In this example, the Vickers hardness of any 20 points on the outermost surface of each test piece is obtained, and the average value of the obtained hardness is taken as the Vickers hardness of the film. The measurement results are shown in Table 3.

<耐熱性評価>
まず、常温(25℃)にて試験片の表面硬さを測定する。次に、試験片を熱処理炉に収容し、目標温度まで60分かけて加熱する。そして、試験片を目標温度でさらに60分間保持した後に120分以上、放冷する。これらの処理はすべて大気雰囲気下で行う。放冷後、常温(25℃)にて再び試験片の表面硬さを測定する。熱処理時の目標温度は、常温から1000℃までの範囲において100℃刻みで設定され、目標温度毎に1つの試験片を準備して熱処理試験を実施した。そして、熱処理後の表面硬さ/熱処理前の表面硬さ≧0.75となった時の最大目標温度を、その膜種、成膜条件での耐熱温度とした。
<Heat resistance evaluation>
First, the surface hardness of the test piece is measured at room temperature (25°C). Next, the test piece is placed in a heat treatment furnace and heated to the target temperature over 60 minutes. Then, the test piece is held at the target temperature for another 60 minutes and then allowed to cool for 120 minutes or more. All of these processes are performed in an air atmosphere. After cooling, the surface hardness of the test piece is measured again at room temperature (25°C). The target temperature during heat treatment is set in 100°C increments in the range from room temperature to 1000°C, and one test piece is prepared for each target temperature and a heat treatment test is performed. The maximum target temperature at which the surface hardness after heat treatment/surface hardness before heat treatment is ≧0.75 is determined as the heat resistance temperature for that film type and film formation conditions.

<摩擦評価試験(ボールオンディスク試験)>
ボールオンディスクス試験機は、CSM Instruments社製の「Tribometer」を用いた。ディスクは、実施例1~3、5および比較例の珪炭化バナジウム膜被覆部材の試験片である。ディスクに接触させるボールとして、炭素鋼のS45Cからなる直径が6mmのボールを使用した。温度が23~24℃、湿度が21%の環境下で、図4に示すように、ボールをディスクに接触させ、ボールに5Nの荷重を加えながら、摺動速度が0.167m/sとなるようにディスクを回転させた。ボールとディスクの接触点はディスクの中心から半径6mmの点である。そして、ディスクとボールの摺動距離が100mに達した際のディスクとボールとの摩擦係数を、基材上に形成された珪炭化バナジウム膜の摩擦係数の測定値とした。
<Friction evaluation test (ball-on-disk test)>
The ball-on-disk tester used was a "Tribometer" manufactured by CSM Instruments. The disks were test pieces of the vanadium silicocarbide film-coated members of Examples 1 to 3, 5, and Comparative Example. A ball made of carbon steel S45C and having a diameter of 6 mm was used as the ball to be in contact with the disk. As shown in FIG. 4, the ball was brought into contact with the disk under an environment of 23 to 24°C and 21% humidity, and the disk was rotated so that the sliding speed was 0.167 m/s while applying a load of 5 N to the ball. The contact point between the ball and the disk was a point with a radius of 6 mm from the center of the disk. The friction coefficient between the disk and the ball when the sliding distance between the disk and the ball reached 100 m was taken as the measured value of the friction coefficient of the vanadium silicocarbide film formed on the substrate.

Figure 0007702802000003
Figure 0007702802000003

(まとめ)
実施例1~6と比較例の結果に鑑みると、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を有する珪炭化バナジウム膜形成用基材上に珪炭化バナジウム膜を形成することで、密着性が向上することがわかった。実施例1、3~6と実施例2の比較によれば、窒化層の表面粗さRzjisが0.4μm以上であることで、より高い密着性を備える珪炭化バナジウム膜被覆部材を得られることがわかった。
(summary)
In view of the results of Examples 1 to 6 and Comparative Example, it was found that the adhesion was improved by forming a vanadium silicocarbide film on a vanadium silicocarbide film-forming substrate having a nitride layer with a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. A comparison of Examples 1, 3 to 6 with Example 2 revealed that a vanadium silicocarbide film-coated member with higher adhesion could be obtained by setting the surface roughness Rzjis of the nitride layer to 0.4 μm or more.

実施例1、3~6と実施例2の比較によれば、下記(1)式を満たすことで、より密着性が向上することがわかった。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≧25at% ・・・(1)
Comparing Examples 1 and 3 to 6 with Example 2, it was found that the adhesion was further improved by satisfying the following formula (1).
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≧25 at% (1)

実施例1、5と実施例2、3の比較によれば、下記(2)式を満たすことで、珪炭化バナジウム膜被覆部材に接触する相手部材との摩擦係数が小さくなることがわかった。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)
Comparing Examples 1 and 5 with Examples 2 and 3, it was found that the coefficient of friction between the vanadium silicocarbide film coated member and the mating member in contact with it was reduced by satisfying the following formula (2).
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≧30 at% (2)

実施例2、3、6と実施例1、4、5の比較によれば、下記(3)式を満たすことで、珪炭化バナジウム膜の硬度が高まることがわかった。
(炭素元素濃度-バナジウム元素濃度-珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)
Comparing Examples 2, 3, and 6 with Examples 1, 4, and 5, it was found that the hardness of the vanadium silicate film was increased by satisfying the following formula (3).
(carbon element concentration−vanadium element concentration−silicon element concentration)≦36 at% (3)

実施例1、4、5と実施例6の比較によれば、下記(4)式を満たすことで、珪炭化バナジウム膜の耐熱性が向上することがわかった。
珪素元素濃度/(バナジウム元素濃度+珪素元素濃度)>0.7・・・(4)
Comparing Examples 1, 4, and 5 with Example 6, it was found that the heat resistance of the vanadium silicate film was improved by satisfying the following formula (4).
Silicon element concentration/(vanadium element concentration+silicon element concentration)>0.7 (4)

本発明に係る珪炭化バナジウム膜形成用基材および珪炭化バナジウム膜被覆部材は、大きな面圧がかかった状態で使用される金型や切削工具、歯切工具、鍛造工具、自動車部品等に用いられる珪炭化バナジウム膜を形成るための基材および珪炭化バナジウム膜被覆部材として好適に利用することできる。 The vanadium silicocarbide film-forming substrate and vanadium silicocarbide film-coated member of the present invention can be suitably used as a substrate and vanadium silicocarbide film-coated member for forming vanadium silicocarbide films used in dies, cutting tools, gear cutting tools, forging tools, automotive parts, and the like that are used under conditions of high surface pressure.

1 珪炭化バナジウム膜被覆部材
2 珪炭化バナジウム膜形成用基材
2a 窒化層
2b 基材
3 珪炭化バナジウム膜
10 プラズマ処理装置
11 チャンバー
12 陽極
13 陰極
14 パルス電源
15 ガス供給管
16 ガス排気管
Reference Signs List 1 Vanadium silicocarbide film-coated member 2 Substrate for forming vanadium silicocarbide film 2a Nitride layer 2b Substrate 3 Vanadium silicocarbide film 10 Plasma treatment device 11 Chamber 12 Anode 13 Cathode 14 Pulse power source 15 Gas supply pipe 16 Gas exhaust pipe

Claims (19)

基材と、
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、
前記バナジウム元素濃度が3~15at%、前記珪素元素濃度が15~30at%、前記炭素元素濃度が60~80at%である、珪炭化バナジウム膜被覆部材。
A substrate;
A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
The vanadium silicocarbide film-coated member has a vanadium element concentration of 3 to 15 at %, a silicon element concentration of 15 to 30 at %, and a carbon element concentration of 60 to 80 at % .
基材と、A substrate;
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
下記(1)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (1):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧25at% ・・・(1)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧25 at% (1)
基材と、A substrate;
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
下記(2)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (2):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧30 at% (2)
基材と、A substrate;
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
下記(3)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。A vanadium silicocarbide film-coated member that satisfies the following formula (3):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≦36 at % (3)
基材と、A substrate;
前記基材の表面に形成された、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層と、A nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less formed on the surface of the base material;
前記窒化層上に形成された珪炭化バナジウム膜と、を有し、a vanadium silicocarbide film formed on the nitride layer;
前記珪炭化バナジウム膜は、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上であり、the vanadium silicocarbide film contains vanadium, silicon, and carbon, and the sum of the vanadium element concentration, the silicon element concentration, and the carbon element concentration in the film is 90 at % or more;
下記(4)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材。A vanadium silicocarbide film-coated member satisfying the following formula (4):
前記珪素元素濃度/(前記バナジウム元素濃度+前記珪素元素濃度)>0.7 ・・・(4)The silicon element concentration/(the vanadium element concentration+the silicon element concentration)>0.7 (4)
前記窒化層の表面粗さRzjisが0.25μm以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。 The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 1 to 5 , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.25 µm or more. 前記窒化層の表面粗さRzjisが0.4μm以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。 The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 1 to 5 , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.4 µm or more. 前記基材が鋼材である、請求項1~のいずれか一項に記載の珪炭化バナジウム膜被覆部材。 The vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 1 to 7 , wherein the substrate is a steel material. 基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、
前記バナジウム元素濃度が3~15at%、前記珪素元素濃度が15~30at%、前記炭素元素濃度が60~80at%である、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。
a nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of the substrate;
a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film ,
%。 Vanadium silicocarbide film-coated member of the present invention, wherein the vanadium element concentration is 3 to 15 at %, the silicon element concentration is 15 to 30 at %, and the carbon element concentration is 60 to 80 at % .
基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、a nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of the substrate;
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
下記(1)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (1):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧25at% ・・・(1)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧25 at% (1)
基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、a nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of the substrate;
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
下記(2)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (2):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≧30at% ・・・(2)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≧30 at% (2)
基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、a nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of the substrate;
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
下記(3)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (3):
(前記炭素元素濃度-前記バナジウム元素濃度-前記珪素元素濃度)≦36at% ・・・(3)(the carbon element concentration−the vanadium element concentration−the silicon element concentration)≦36 at % (3)
基材の表面に、表面粗さRzjisが0.2μm以上、1.0μm以下の窒化層を形成する窒化処理工程と、a nitriding process for forming a nitride layer having a surface roughness Rzjis of 0.2 μm or more and 1.0 μm or less on a surface of the substrate;
前記窒化処理工程で形成された窒化層上に、バナジウムと、珪素と、炭素を含有し、かつ、膜中のバナジウム元素濃度と、珪素元素濃度と、炭素元素濃度の合計が90at%以上の珪炭化バナジウム膜を形成する珪炭化バナジウム膜形成工程と、を有し、a vanadium silicocarbide film forming step of forming a vanadium silicocarbide film on the nitride layer formed in the nitriding treatment step, the vanadium silicocarbide film containing vanadium, silicon and carbon, and having a total vanadium element concentration, silicon element concentration and carbon element concentration of 90 at % or more in the film,
下記(4)式を満たす、珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。A method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member, which satisfies the following formula (4):
前記珪素元素濃度/(前記バナジウム元素濃度+前記珪素元素濃度)>0.7 ・・・(4)The silicon element concentration/(the vanadium element concentration+the silicon element concentration)>0.7 (4)
前記窒化層の表面粗さRzjisが0.25μm以上である、請求項9~13のいずれか一項に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 9 to 13 , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.25 µm or more. 前記窒化層の表面粗さRzjisが0.4μm以上である、請求項9~13のいずれか一項に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 9 to 13 , wherein the surface roughness Rzjis of the nitride layer is 0.4 µm or more. 前記窒化処理工程において、水素ガスおよび窒素ガスをプラズマ化することで前記基材の窒化処理を行う、請求項15のいずれか一項に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 9 to 15 , wherein in the nitriding treatment step, the substrate is nitrided by converting hydrogen gas and nitrogen gas into plasma. 前記基材が鋼材である、請求項16のいずれか一項に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to any one of claims 9 to 16 , wherein the substrate is a steel material. 前記珪炭化バナジウム膜形成工程において、塩化バナジウムガス、珪素源ガス、炭化水素ガスおよび水素ガスを供給し、プラズマ化学蒸着法によって前記珪炭化バナジウム膜を形成する、請求項17のいずれか一項に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 18. The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to claim 9 , wherein in the vanadium silicocarbide film-forming step, vanadium chloride gas, a silicon source gas, a hydrocarbon gas and a hydrogen gas are supplied, and the vanadium silicocarbide film is formed by a plasma chemical vapor deposition method. 前記珪炭化バナジウム膜形成工程において、アルゴンガスをさらに供給し、前記塩化バナジウムガス、前記珪素源ガス、前記炭化水素ガス、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスの流量比が1:0.25~2:3~20:20~35:0.5~2である、請求項18に記載された珪炭化バナジウム膜被覆部材の製造方法。 19. The method for producing a vanadium silicocarbide film-coated member according to claim 18, wherein in the vanadium silicocarbide film forming step, argon gas is further supplied, and a flow rate ratio of the vanadium chloride gas, the silicon source gas, the hydrocarbon gas, the hydrogen gas and the argon gas is 1 :0.25-2:3-20:20-35:0.5-2.
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