耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材及びその製造方法
【課題】高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複合層被覆部材１０は、金属製基材１１と、この金属製基材１１の表面に形成されたＡｌ層１２と、このＡｌ層１２の表面に形成されたＡｌＮ層１３とを備えてなる。Ａｌ層１２は、溶融めっき法やＰＶＤ法等の蒸着により形成され、ＡｌＮ層１３は、Ａｌ層１２を窒化処理することにより形成される。
【解決手段】複合層被覆部材１０は、金属製基材１１と、この金属製基材１１の表面に形成されたＡｌ層１２と、このＡｌ層１２の表面に形成されたＡｌＮ層１３とを備えてなる。Ａｌ層１２は、溶融めっき法やＰＶＤ法等の蒸着により形成され、ＡｌＮ層１３は、Ａｌ層１２を窒化処理することにより形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製基材の表面にアルミニウム拡散層とアルミニウムを主成分とする窒化層とを備えている耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材とその製造方法に関するものであり、例えば、ハロゲン系ガスを使用する半導体製造プロセス装置用部材として好適に使用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品の加工・製造分野では、腐食性の強い各種のハロゲンガスやハロゲン化合物を使用する環境に加えて、さらにシリコンウエハーなどのエッチング加工精度や効率を向上させるため、プラズマエネルギーを付加するなど他の産業では経験されないような過酷な腐食雰囲気下における作業を余儀なくされている。このため装置を構成する各種の部材・部品には耐食性を有する材料や表面処理皮膜が利用されている。
【０００３】
一方、プラズマエネルギーが付加されている環境下では、Ａｒガスのような腐食性のない気体でもイオン化してこれが固体面に強く衝突する現象（イオンボンバードメントとよばれている）や環境中に発生するＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ｓｉ，Ｗなどの微粉末状固形物などによるエロージョン損傷現象が発生するので、半導体製品の加工装置を構成する部材には優れた耐食性と耐エロージョン性を有することが求められている。これらの要求に応えるため、古くからフッ素系あるいはエポキシ系樹脂の被覆、ニッケルめっき、窒化などの表面処理部材が使用されている。さらに優れた耐食性部材として、下記特許文献１〜３に示すようなアルミニウムめっきやアルミニウムの拡散処理部材がある。
【０００４】
一方、金属製基材に対する窒化処理は古くから知られ、基材表面に硬質の金属窒化層を形成して、耐摩耗性機能を付与する技術として広く採用されている。窒化法として、ＮＨ3などのガスを窒化源とするガス法、窒素化合物を含む溶融塩類を利用する塩浴法、通常不活性なＮ2をプラズマなどによってイオン化して反応を促進させるイオン窒化法などが用いられる。いずれの方法で形成された窒化層も、前項のＡｌ拡散処理法で得られる処理層に比較すると硬く、したがって耐摩耗性にも優れている特徴がある。
【０００５】
このようなＡｌ部材に対する窒化層を形成する従来技術として、Ａｌ基材に直接直流放電や高周波放電エネルギーを援用して窒化アルミニウムを形成するもの（下記特許文献４）、Ａｌ基材を２００℃〜４００℃に加熱しつつＮＨ3、Ｈ2ガスを流通して窒化アルミニウム層を生成させる技術（下記特許文献５）、さらに、スパッタリング法（蒸着法）を用いて窒化アルミニウム薄膜を形成させる方法（下記特許文献６）等が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−６３３６４号公報
【特許文献２】特開平４−１９３９６６号公報
【特許文献３】特開平９−１０５７７号公報
【特許文献４】特開平６−２７９９８２号公報
【特許文献５】特開２００１−２４０９５５号公報
【特許文献６】特開２００１−３０３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１〜３のものは、これらの処理部材の採用によって腐食損傷の程度は従前に比べかなり軽減してきたが、アルミニウム含有量が少ない上、耐食性も十分ではなく、半導体製品の一層の高集積化及び高精密加工が望まれており、アルミニウム拡散処理材を凌駕する耐食性を有する部材の要求には答えられていない。
【０００８】
特許文献４〜６のものについては、窒化層自体はセラミック特有の耐食性も備えているものの、窒化層の一部に欠陥や微小な割れが存在したり、また使用中に摩耗や衝撃などの作用によって局部的に欠陥が発生すると、電気化学的に卑な電位を示す基材が優先的に腐食したりする欠点がある。また、特許文献４〜８のものは、硬質の窒化アルミニウム層を形成する点は共通しているものの、その用途は基材の機械的性質や耐熱性によって支配され、昨今の高温環境下における操業が多くなりつつある半導体加工装置に対して、適用できない欠点がある。例えば、窒化アルミニウム層のみが表面に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の基材は、５００℃以上で軟化・変形してしまうため、この温度域以上では半導体加工装置に適用することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材及びその製造方法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及び効果】
【００１０】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層、アルミニウム合金層、又はアルミニウム拡散層と、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えたものである。また、別の観点において、本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム拡散層と、前記アルミニウム拡散層の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層と、前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えたものである。
【００１１】
上記構成により、本発明の複合層被覆部材は、窒化アルミニウム層を有しているので、高い硬度、優れた耐摩耗性、及び、耐食性（特に耐ハロゲン系ガスに対するもの）を発揮できる。また、アルミニウム層又はアルミニウム合金層によって、金属製基材を電気化学的に防食できる。さらに、アルミニウム拡散層は硬質であるので、耐磨耗性を発揮でき、しかも、均等に金属製基材の表面を被覆するように形成されるので、気孔、ピンホールの存在による局部的な腐食の発生を防止できる。
【００１２】
加えて、窒化物である窒化アルミニウム層を、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層の表面上に形成している複合層被覆部材の場合は、鉄鋼やＮｉ基合金等の金属製基材に窒化物層を直接形成するよりも、高質の窒化物層を得ることができる。また、例えば、５００℃以上の高温環境下において本発明に係る複合層被覆部材が使用された際、アルミニウム層又はアルミニウム合金層のみが金属製基材の表面に形成されていても、アルミニウムは金属製基材の表層部に拡散され、アルミニウム拡散層が形成されるので、アルミニウム層又はアルミニウム合金層自体の熱による軟化等の発生を抑止できる。また、アルミニウム層及びアルミニウム拡散層を予め金属製基材の表面に形成していても同様である。
【００１３】
したがって、本発明は、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材を提供できる。なお、例えば、半導体加工装置に用いられた際には、各種のハロゲン系化合物を使用する厳しい腐食環境中においても、優れた耐食性を発揮して装置の長期安定運転に寄与し、半導体加工製品の生産性の向上ならびにコスト低減に貢献できる。
【００１４】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、前記アルミニウム層又はアルミニウム合金層の厚さが３〜８０μｍであることが好ましい。また、前記アルミニウム拡散層の厚さが３〜８０μｍであることが好ましい。さらに、前記窒化アルミニウム層の厚さが０．５〜１０μｍであることが好ましい。
上記構成により、密着性に優れるとともに、高温環境下においても高い硬度と優れた耐摩耗性、及び、優れた耐ハロゲン腐食性を確実に発揮でき、かつ低コストの複合層被覆部材を提供できる。
【００１５】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、前記金属製基材が、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金から選ばれる金属材料であることが好ましい。
上記金属材料を用いれば、アルミニウム拡散層を形成、及び、このアルミニウム拡散層の上に窒化アルミニウム層を形成することについて、好適に複合処理できる。
【００１６】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法は、金属製基材の表面に、アルミニウム層、アルミニウム合金層及びアルミニウム拡散層のいずれか一種を形成、若しくは、アルミニウム拡散層と、アルミニウム層又はアルミニウム合金層とをこの順に形成した後、さらにその表面にアルミニウム窒化層を形成することを特徴とする。
上記構成により、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材の製造方法を提供できる。
【００１７】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法は、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層が、粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法及び溶射法から選ばれる一種以上の方法を用いて形成された後、必要に応じて熱処理されてなるものであり、前記窒化アルミニウム層が、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表層部を、ガス窒化法、溶融塩法、イオン窒化法から選ばれる一種以上の方法で窒化させて形成されるものであることが好ましい。
上記構成により、従来からある方法を用いて、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材を、容易に製造できる方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図を参照しながら、本発明の実施形態に係る複合層被覆部材及びその製造方法を説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図１の複合層被覆部材１０は、金属製基材１１と、この金属製基材１１の表面に形成されたＡｌ層１２と、このＡｌ層１２の表面に形成されたＡｌＮ層１３とを備えてなる。
【００２０】
金属製基材１１としては、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等が挙げられる。Ａｌ層１２の厚さは３〜８０μｍ、ＡｌＮ層１３の厚さは０．５〜１０μｍであることが好ましい。
【００２１】
次に、複合層被覆部材１０の製造方法について説明する。図２は、複合層被覆部材１０の製造工程を示す図である。
【００２２】
まず、金属製基材１１の表面にＡｌ層１２を形成する（図２（ａ）参照）。Ａｌ層１２の形成方法には、以下に挙げられるＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition Process）や溶射法がある。
【００２３】
（ＰＶＤ法）
真空容器中に被処理基材を静置し、レーザまたは電子ビームなどによってＡｌを蒸発させて、基材表面に蒸着させる。なお、ＰＶＤ法に属するスパッタリング法、高周波を併用したＰＶＤ法なども適用可能である。
【００２４】
（溶射法）
フレーム溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法などによって被処理基材の表面にＡｌを形成する。
【００２５】
次に、形成されたＡｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成する（図２（ｂ）参照）。ＡｌＮ層１３の形成方法には、以下に挙げられるガス窒化法、イオン窒化法、塩浴窒化法、ラジカル窒化法がある。
【００２６】
（ガス窒化法）
高温状態のアンモニアガスを主成分とする雰囲気中に被処理基材（図２（ａ）の状態の部材）を暴露し、アンモニアの分解によって生成する窒素（Ｎ）を利用してＡｌ層１２表面を窒化処理し、ＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２７】
（イオン窒化法）
アンモニアガス、Ｎ2などの含窒素ガスをプラズマ、直流放電、高周波放電などのエネルギーを利用して窒素イオン化することによってＡｌ層１２表面を窒化処理し、ＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２８】
（塩浴窒化法）
シアン塩やアンモニウム塩などの含窒化塩の溶融塩中に図２（ａ）の状態の基材を浸漬して窒化処理し、Ａｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２９】
（ラジカル窒化法）
ＮＨラジカルを利用して、図２（ａ）の状態の基材をＮＨラジカルを含む雰囲気中に曝露して窒化処理し、Ａｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００３０】
上記構成の本実施形態によれば、窒化アルミニウム層を有しているので、高い硬度、優れた耐摩耗性、及び、耐食性（特に耐ハロゲン系ガスに対するもの）を発揮する複合層被覆部材１０を提供できる。また、アルミニウム層又はアルミニウム合金層によって、金属製基材を電気化学的に防食する複合層被覆部材１０を提供できる。
【００３１】
加えて、窒化物である窒化アルミニウム層を、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層の表面上に形成するので、鉄鋼やスチール鋼等の金属製基材に窒化物層を直接形成するよりも、高質の窒化物層を有する複合層被覆部材１０を提供できる。また、例えば、５００℃以上の高温環境下において複合層被覆部材１０が使用された際、アルミニウム層又はアルミニウム合金層のみが金属製基材の表面に形成されていても、アルミニウムは金属製基材の表層部に拡散され、アルミニウム拡散層が形成されるので、アルミニウム層又はアルミニウム合金層自体の熱による軟化等の発生を抑止できる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材について説明する。なお、第１実施形態の複合層被覆部材１０と同様の箇所については説明を省略することがある。図３は、本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図３の複合層被覆部材２０は、金属製基材２１と、この金属製基材２１の表面に形成されたＡｌ拡散層２２と、このＡｌ拡散層２２の表面に形成されたＡｌ層２３と、このＡｌ層２３の表面に形成されたＡｌＮ層２４とを備えてなる。
【００３３】
Ａｌ拡散層２２は、金属製基材２１の表層部にＡｌ層２３のＡｌ原子の一部が拡散したことによって形成された層である。Ａｌ拡散層２２の厚さは３〜８０μｍが好ましい。
【００３４】
次に、複合層被覆部材２０の製造方法について説明する。図４は、複合層被覆部材２０の製造工程を示す図である。
【００３５】
まず、金属製基材２１の表面にＡｌ層２３を第１実施形態と同様に形成する（図４（ａ）参照）。その後、加熱処理を行い、Ａｌ拡散層２２を金属製基材２１の表層部に形成する（図４（ｂ）参照）。なお、ここまでの工程に代えて、以下に挙げられる粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Process）による工程を用いて、図４（ｂ）に示す状態の部材を形成してもよい。
【００３６】
（粉末法）
被処理基材をアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）、金属アルミニウム粉末またはＡｌ合金粉末からなる混合粉末中に埋没した後、アルゴンガスを流通しつつ７００℃〜１０００℃、５〜２０ｈ加熱することによって被処理基材の表面にＡｌ層２３と基材成分との相互拡散反応によるＡｌ拡散層２２とを形成する方法である。
【００３７】
（溶融めっき法）
６８０℃〜７８０℃に加熱溶融しＡｌ中に被処理基材を浸漬した後、これを引き上げる操作によってＡｌ層２３を形成させる方法である。この方法では、Ａｌと基材との反応拡散層（Ａｌ拡散層２２）とともに、その表面に比較的純度の高いＡｌ層２３が形成される。
【００３８】
（ＣＶＤ法）
Ａｌを含む有機化合物（例えばＡｌのアルコキシド化合物およびＡｌのジケトン錯化合物）を用いて、還元または熱分解反応によって被処理基材の表面にＡｌ層２３を形成させるとともに、Ａｌ原子を基材の内部へ拡散させてＡｌ拡散層２２を形成する方法である。反応の加速または反応の効率を向上するため、処理環境温度の上昇、レーザやプラズマエネルギーの利用が可能である。
【００３９】
次に、Ａｌ層２３の表面に第１実施形態と同様の方法でＡｌＮ層２４を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００４０】
上記構成の本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる上、Ａｌ拡散層２２は硬質であるので、耐磨耗性を発揮する複合層被覆部材２０を提供できる。また、Ａｌ拡散層２２は均等に金属製基材２１の表面を被覆するように形成されるので、気孔、ピンホールの存在による局部的な腐食の発生を防止できる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材について説明する。なお、第１実施形態の複合層被覆部材１０及び第２実施形態の複合層被覆部材２０と同様の箇所については説明を省略することがある。図５は、本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図５の複合層被覆部材３０は、金属製基材３１と、この金属製基材３１の表面に形成されたＡｌ拡散層３２と、このＡｌ拡散層３２の表面に形成されたＡｌＮ層３３とを備えてなる。
【００４２】
なお、金属製基材３１がステンレス鋼などのようにＣｒ、Ｎｉを含む材料ではＣｒＮ、ＴｉＮなどの窒化物も含まれることもあるが、これらの存在がＡｌＮ層３２の作用機構、利用目的などに不利益とならないので、本実施形態ではこれらの窒化物を含めたものをＡｌＮ層３２としている。
【００４３】
次に、複合層被覆部材３０の製造方法について説明する。図６は、複合層被覆部材３０の製造工程を示す図である。
【００４４】
まず、図示しないが、第１実施形態や第２実施形態と同様の方法を用いて、Ａｌ層を形成するか、Ａｌ層とＡｌ拡散層とを同時に形成する。その後、加熱処理を行って、Ａｌ層のＡｌ原子を全て金属製基材３１に拡散させ、Ａｌ拡散層３２を形成する（図６（ａ）参照）。そして、Ａｌ層２３の表面に第１実施形態と同様の方法でＡｌＮ層３３を形成する（図６（ｂ）参照）。
【００４５】
上記構成の本実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる上、Ａｌ拡散層３２上にＡｌＮ層３３形成しているので、鉄鋼やスチール鋼等の金属製基材３１に直接窒化物層を形成するよりも高質の窒化物層を得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を示しながら、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
この実施例では、表１に示すように、金属製基材としてＳＳ４００を用いて、Ａｌ拡散処理（Ｎｏ．１）、Ａｌ蒸着処理（Ｎｏ．３）及び溶融めっき法（Ｎｏ．５）によってそれぞれの処理層を形成させた後、その表面にガス窒化法によってＡｌを主成分とするＡｌ窒化層を積層させた。その後これらの試験片をＪＩＳ Ｚ２３７１規定の塩水噴霧試験方法によって耐食性を調査した。なお比較例としてＡｌ層を形成しないもの（Ｎｏ.７〜１０）、Ａｌ層の形成を行ったものの窒化物層は積層しないもの（Ｎｏ．２、４、６）なども準備し、同じ条件で耐食性を調査した。
【表１】
【００４７】
なお、上記Ａｌ拡散処理は、具体的には、以下の方法によって行った。Ａｌを４０ｍａｓｓ％含むＡｌ−Ｃｏ合金粉末４０％と、Ａｌ2Ｏ3粉末５９％、ＮＨ4Ｃｌ１％の混合粉末中に試験片を埋没し、Ａｒガスを流しながら９００℃×１０ｈの加熱処理を行い、試験片表面にＡｌ拡散層を形成させた。
【００４８】
また、上記Ａｌ蒸着処理は、具体的には、以下の方法によって行った。まず、真空容器の底部にＡｌ板を設置した後、Ａｒ雰囲気とし、電子ビームによってＡｌ板を照射する。次に、試験片をＡｌ板の蒸気が直接当たる真空容器の中央の上部に設置し、蒸気化したＡｌが蒸着付着することによって行った（ＰＶＤ法）。その後、この試験片を真空中で７５０〜８００℃、３０分〜６０分程度加熱してＡｌ拡散層を形成させた。
【００４９】
また、上記溶融めっき法は、具体的には、以下の方法によって行った。７００℃〜７５０℃に加熱した溶融Ａｌ浴中に試験片を３０秒間浸漬し、引き上げた後、過剰に付着したＡｌを振動を加えて取り除いてＡｌ拡散層を形成させた。
【００５０】
表１の結果から明らかなように、Ａｌ層の形成を行わない試験片（Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０）は２４時間後の塩水噴霧試験によってすでに赤錆が発生し、また金属製基材に直接窒化層を形成した試験片（Ｎｏ．７、９）にも全く耐食性は認められず、多量の赤錆の発生が認められた。これに対し、Ａｌの表面処理を施工した試験片（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）は窒化層の積層の有無に拘らず優れた耐食性を示し、９６時間後の塩水噴霧試験にも十分耐えることが判明した。
【００５１】
以上の結果からＡｌ表面処理層の上に、窒化層を積層してもＡｌ表面処理層の耐食性を劣化させないことが確認された。
【００５２】
（実施例２）
この実施例では、表２に示すように、ＳＵＳ３０４基材（寸法幅３０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚３．２ｍｍ）に実施例１と同じＡｌ表面処理とＡｌＮ層を形成させた場合のハロゲン系ガスに対する腐食抵抗を調査した。腐食性ガスとして１８０℃に維持した電気炉中に試験片を静置し、この中へ１分間当たりＣＦ4１５０ｍｌ＋Ｏ2７５ｍｌの混合ガスを連続１０時間流通させ、試験前後の重量変化量を測定することによって耐食性を評価した。比較試験片としてＡｌの表面処理を施したものの窒化層を省略したもの及び無処理のＳＵＳ３０４鋼を同じ条件で腐食試験に供した。
【表２】
【００５３】
最も腐食量の多い試験片は無処理のＳＵＳ３０４鋼（Ｎｏ．８）で３〜５ｍｇ／ｃｍ2、ＳＵＳ３０４鋼に直接窒化層を形成すると（Ｎｏ．７）、腐食量は約５０％低減し、窒化層もＣＦ4ガスに対して良好な耐食性を発揮することがわかった。さらにＳＵＳ３０４鋼にＡｌの表面処理を施すと（Ｎｏ．２，４，６）、腐食量は少なくなるがこの上に窒化層を積層することによって（Ｎｏ．１，３，５）、腐食量はさらに低下し、０．６〜０．９ｍｇ／ｃｍ2にとどまり最高の耐食性を示した。
【００５４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、上述の各実施形態におけるＡｌ層は、同様の厚さを有するＡｌ合金層でもよい。なお、Ａｌ合金層は、Ａｌ層の形成方法と同様の方法で形成でき、その表面上にもＡｌ層の場合と同様に窒化Ａｌ層を形成できる。また、この場合のＡｌ合金層も熱処理することで、金属製基板の表層部にＡｌ拡散層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図２】図１の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図４】図３の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図６】図５の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０、３０ 複合層被覆部材
１１、２１、３１ 金属製基材
１２、２３ Ａｌ層
１３、２４、３３ ＡｌＮ層
２２、３２ Ａｌ拡散層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製基材の表面にアルミニウム拡散層とアルミニウムを主成分とする窒化層とを備えている耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材とその製造方法に関するものであり、例えば、ハロゲン系ガスを使用する半導体製造プロセス装置用部材として好適に使用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品の加工・製造分野では、腐食性の強い各種のハロゲンガスやハロゲン化合物を使用する環境に加えて、さらにシリコンウエハーなどのエッチング加工精度や効率を向上させるため、プラズマエネルギーを付加するなど他の産業では経験されないような過酷な腐食雰囲気下における作業を余儀なくされている。このため装置を構成する各種の部材・部品には耐食性を有する材料や表面処理皮膜が利用されている。
【０００３】
一方、プラズマエネルギーが付加されている環境下では、Ａｒガスのような腐食性のない気体でもイオン化してこれが固体面に強く衝突する現象（イオンボンバードメントとよばれている）や環境中に発生するＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ｓｉ，Ｗなどの微粉末状固形物などによるエロージョン損傷現象が発生するので、半導体製品の加工装置を構成する部材には優れた耐食性と耐エロージョン性を有することが求められている。これらの要求に応えるため、古くからフッ素系あるいはエポキシ系樹脂の被覆、ニッケルめっき、窒化などの表面処理部材が使用されている。さらに優れた耐食性部材として、下記特許文献１〜３に示すようなアルミニウムめっきやアルミニウムの拡散処理部材がある。
【０００４】
一方、金属製基材に対する窒化処理は古くから知られ、基材表面に硬質の金属窒化層を形成して、耐摩耗性機能を付与する技術として広く採用されている。窒化法として、ＮＨ3などのガスを窒化源とするガス法、窒素化合物を含む溶融塩類を利用する塩浴法、通常不活性なＮ2をプラズマなどによってイオン化して反応を促進させるイオン窒化法などが用いられる。いずれの方法で形成された窒化層も、前項のＡｌ拡散処理法で得られる処理層に比較すると硬く、したがって耐摩耗性にも優れている特徴がある。
【０００５】
このようなＡｌ部材に対する窒化層を形成する従来技術として、Ａｌ基材に直接直流放電や高周波放電エネルギーを援用して窒化アルミニウムを形成するもの（下記特許文献４）、Ａｌ基材を２００℃〜４００℃に加熱しつつＮＨ3、Ｈ2ガスを流通して窒化アルミニウム層を生成させる技術（下記特許文献５）、さらに、スパッタリング法（蒸着法）を用いて窒化アルミニウム薄膜を形成させる方法（下記特許文献６）等が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−６３３６４号公報
【特許文献２】特開平４−１９３９６６号公報
【特許文献３】特開平９−１０５７７号公報
【特許文献４】特開平６−２７９９８２号公報
【特許文献５】特開２００１−２４０９５５号公報
【特許文献６】特開２００１−３０３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１〜３のものは、これらの処理部材の採用によって腐食損傷の程度は従前に比べかなり軽減してきたが、アルミニウム含有量が少ない上、耐食性も十分ではなく、半導体製品の一層の高集積化及び高精密加工が望まれており、アルミニウム拡散処理材を凌駕する耐食性を有する部材の要求には答えられていない。
【０００８】
特許文献４〜６のものについては、窒化層自体はセラミック特有の耐食性も備えているものの、窒化層の一部に欠陥や微小な割れが存在したり、また使用中に摩耗や衝撃などの作用によって局部的に欠陥が発生すると、電気化学的に卑な電位を示す基材が優先的に腐食したりする欠点がある。また、特許文献４〜８のものは、硬質の窒化アルミニウム層を形成する点は共通しているものの、その用途は基材の機械的性質や耐熱性によって支配され、昨今の高温環境下における操業が多くなりつつある半導体加工装置に対して、適用できない欠点がある。例えば、窒化アルミニウム層のみが表面に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の基材は、５００℃以上で軟化・変形してしまうため、この温度域以上では半導体加工装置に適用することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材及びその製造方法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及び効果】
【００１０】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層、アルミニウム合金層、又はアルミニウム拡散層と、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えたものである。また、別の観点において、本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム拡散層と、前記アルミニウム拡散層の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層と、前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えたものである。
【００１１】
上記構成により、本発明の複合層被覆部材は、窒化アルミニウム層を有しているので、高い硬度、優れた耐摩耗性、及び、耐食性（特に耐ハロゲン系ガスに対するもの）を発揮できる。また、アルミニウム層又はアルミニウム合金層によって、金属製基材を電気化学的に防食できる。さらに、アルミニウム拡散層は硬質であるので、耐磨耗性を発揮でき、しかも、均等に金属製基材の表面を被覆するように形成されるので、気孔、ピンホールの存在による局部的な腐食の発生を防止できる。
【００１２】
加えて、窒化物である窒化アルミニウム層を、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層の表面上に形成している複合層被覆部材の場合は、鉄鋼やＮｉ基合金等の金属製基材に窒化物層を直接形成するよりも、高質の窒化物層を得ることができる。また、例えば、５００℃以上の高温環境下において本発明に係る複合層被覆部材が使用された際、アルミニウム層又はアルミニウム合金層のみが金属製基材の表面に形成されていても、アルミニウムは金属製基材の表層部に拡散され、アルミニウム拡散層が形成されるので、アルミニウム層又はアルミニウム合金層自体の熱による軟化等の発生を抑止できる。また、アルミニウム層及びアルミニウム拡散層を予め金属製基材の表面に形成していても同様である。
【００１３】
したがって、本発明は、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材を提供できる。なお、例えば、半導体加工装置に用いられた際には、各種のハロゲン系化合物を使用する厳しい腐食環境中においても、優れた耐食性を発揮して装置の長期安定運転に寄与し、半導体加工製品の生産性の向上ならびにコスト低減に貢献できる。
【００１４】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、前記アルミニウム層又はアルミニウム合金層の厚さが３〜８０μｍであることが好ましい。また、前記アルミニウム拡散層の厚さが３〜８０μｍであることが好ましい。さらに、前記窒化アルミニウム層の厚さが０．５〜１０μｍであることが好ましい。
上記構成により、密着性に優れるとともに、高温環境下においても高い硬度と優れた耐摩耗性、及び、優れた耐ハロゲン腐食性を確実に発揮でき、かつ低コストの複合層被覆部材を提供できる。
【００１５】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材は、前記金属製基材が、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金から選ばれる金属材料であることが好ましい。
上記金属材料を用いれば、アルミニウム拡散層を形成、及び、このアルミニウム拡散層の上に窒化アルミニウム層を形成することについて、好適に複合処理できる。
【００１６】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法は、金属製基材の表面に、アルミニウム層、アルミニウム合金層及びアルミニウム拡散層のいずれか一種を形成、若しくは、アルミニウム拡散層と、アルミニウム層又はアルミニウム合金層とをこの順に形成した後、さらにその表面にアルミニウム窒化層を形成することを特徴とする。
上記構成により、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材の製造方法を提供できる。
【００１７】
本発明の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法は、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層が、粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法及び溶射法から選ばれる一種以上の方法を用いて形成された後、必要に応じて熱処理されてなるものであり、前記窒化アルミニウム層が、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表層部を、ガス窒化法、溶融塩法、イオン窒化法から選ばれる一種以上の方法で窒化させて形成されるものであることが好ましい。
上記構成により、従来からある方法を用いて、高い硬度と優れた耐摩耗性に加え、優れた耐ハロゲン腐食性を発揮する複合層被覆部材を、容易に製造できる方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図を参照しながら、本発明の実施形態に係る複合層被覆部材及びその製造方法を説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図１の複合層被覆部材１０は、金属製基材１１と、この金属製基材１１の表面に形成されたＡｌ層１２と、このＡｌ層１２の表面に形成されたＡｌＮ層１３とを備えてなる。
【００２０】
金属製基材１１としては、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等が挙げられる。Ａｌ層１２の厚さは３〜８０μｍ、ＡｌＮ層１３の厚さは０．５〜１０μｍであることが好ましい。
【００２１】
次に、複合層被覆部材１０の製造方法について説明する。図２は、複合層被覆部材１０の製造工程を示す図である。
【００２２】
まず、金属製基材１１の表面にＡｌ層１２を形成する（図２（ａ）参照）。Ａｌ層１２の形成方法には、以下に挙げられるＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition Process）や溶射法がある。
【００２３】
（ＰＶＤ法）
真空容器中に被処理基材を静置し、レーザまたは電子ビームなどによってＡｌを蒸発させて、基材表面に蒸着させる。なお、ＰＶＤ法に属するスパッタリング法、高周波を併用したＰＶＤ法なども適用可能である。
【００２４】
（溶射法）
フレーム溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法などによって被処理基材の表面にＡｌを形成する。
【００２５】
次に、形成されたＡｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成する（図２（ｂ）参照）。ＡｌＮ層１３の形成方法には、以下に挙げられるガス窒化法、イオン窒化法、塩浴窒化法、ラジカル窒化法がある。
【００２６】
（ガス窒化法）
高温状態のアンモニアガスを主成分とする雰囲気中に被処理基材（図２（ａ）の状態の部材）を暴露し、アンモニアの分解によって生成する窒素（Ｎ）を利用してＡｌ層１２表面を窒化処理し、ＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２７】
（イオン窒化法）
アンモニアガス、Ｎ2などの含窒素ガスをプラズマ、直流放電、高周波放電などのエネルギーを利用して窒素イオン化することによってＡｌ層１２表面を窒化処理し、ＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２８】
（塩浴窒化法）
シアン塩やアンモニウム塩などの含窒化塩の溶融塩中に図２（ａ）の状態の基材を浸漬して窒化処理し、Ａｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００２９】
（ラジカル窒化法）
ＮＨラジカルを利用して、図２（ａ）の状態の基材をＮＨラジカルを含む雰囲気中に曝露して窒化処理し、Ａｌ層１２の表面にＡｌＮ層１３を形成させる方法である。
【００３０】
上記構成の本実施形態によれば、窒化アルミニウム層を有しているので、高い硬度、優れた耐摩耗性、及び、耐食性（特に耐ハロゲン系ガスに対するもの）を発揮する複合層被覆部材１０を提供できる。また、アルミニウム層又はアルミニウム合金層によって、金属製基材を電気化学的に防食する複合層被覆部材１０を提供できる。
【００３１】
加えて、窒化物である窒化アルミニウム層を、金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層の表面上に形成するので、鉄鋼やスチール鋼等の金属製基材に窒化物層を直接形成するよりも、高質の窒化物層を有する複合層被覆部材１０を提供できる。また、例えば、５００℃以上の高温環境下において複合層被覆部材１０が使用された際、アルミニウム層又はアルミニウム合金層のみが金属製基材の表面に形成されていても、アルミニウムは金属製基材の表層部に拡散され、アルミニウム拡散層が形成されるので、アルミニウム層又はアルミニウム合金層自体の熱による軟化等の発生を抑止できる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材について説明する。なお、第１実施形態の複合層被覆部材１０と同様の箇所については説明を省略することがある。図３は、本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図３の複合層被覆部材２０は、金属製基材２１と、この金属製基材２１の表面に形成されたＡｌ拡散層２２と、このＡｌ拡散層２２の表面に形成されたＡｌ層２３と、このＡｌ層２３の表面に形成されたＡｌＮ層２４とを備えてなる。
【００３３】
Ａｌ拡散層２２は、金属製基材２１の表層部にＡｌ層２３のＡｌ原子の一部が拡散したことによって形成された層である。Ａｌ拡散層２２の厚さは３〜８０μｍが好ましい。
【００３４】
次に、複合層被覆部材２０の製造方法について説明する。図４は、複合層被覆部材２０の製造工程を示す図である。
【００３５】
まず、金属製基材２１の表面にＡｌ層２３を第１実施形態と同様に形成する（図４（ａ）参照）。その後、加熱処理を行い、Ａｌ拡散層２２を金属製基材２１の表層部に形成する（図４（ｂ）参照）。なお、ここまでの工程に代えて、以下に挙げられる粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Process）による工程を用いて、図４（ｂ）に示す状態の部材を形成してもよい。
【００３６】
（粉末法）
被処理基材をアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）、金属アルミニウム粉末またはＡｌ合金粉末からなる混合粉末中に埋没した後、アルゴンガスを流通しつつ７００℃〜１０００℃、５〜２０ｈ加熱することによって被処理基材の表面にＡｌ層２３と基材成分との相互拡散反応によるＡｌ拡散層２２とを形成する方法である。
【００３７】
（溶融めっき法）
６８０℃〜７８０℃に加熱溶融しＡｌ中に被処理基材を浸漬した後、これを引き上げる操作によってＡｌ層２３を形成させる方法である。この方法では、Ａｌと基材との反応拡散層（Ａｌ拡散層２２）とともに、その表面に比較的純度の高いＡｌ層２３が形成される。
【００３８】
（ＣＶＤ法）
Ａｌを含む有機化合物（例えばＡｌのアルコキシド化合物およびＡｌのジケトン錯化合物）を用いて、還元または熱分解反応によって被処理基材の表面にＡｌ層２３を形成させるとともに、Ａｌ原子を基材の内部へ拡散させてＡｌ拡散層２２を形成する方法である。反応の加速または反応の効率を向上するため、処理環境温度の上昇、レーザやプラズマエネルギーの利用が可能である。
【００３９】
次に、Ａｌ層２３の表面に第１実施形態と同様の方法でＡｌＮ層２４を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００４０】
上記構成の本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる上、Ａｌ拡散層２２は硬質であるので、耐磨耗性を発揮する複合層被覆部材２０を提供できる。また、Ａｌ拡散層２２は均等に金属製基材２１の表面を被覆するように形成されるので、気孔、ピンホールの存在による局部的な腐食の発生を防止できる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材について説明する。なお、第１実施形態の複合層被覆部材１０及び第２実施形態の複合層被覆部材２０と同様の箇所については説明を省略することがある。図５は、本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。図５の複合層被覆部材３０は、金属製基材３１と、この金属製基材３１の表面に形成されたＡｌ拡散層３２と、このＡｌ拡散層３２の表面に形成されたＡｌＮ層３３とを備えてなる。
【００４２】
なお、金属製基材３１がステンレス鋼などのようにＣｒ、Ｎｉを含む材料ではＣｒＮ、ＴｉＮなどの窒化物も含まれることもあるが、これらの存在がＡｌＮ層３２の作用機構、利用目的などに不利益とならないので、本実施形態ではこれらの窒化物を含めたものをＡｌＮ層３２としている。
【００４３】
次に、複合層被覆部材３０の製造方法について説明する。図６は、複合層被覆部材３０の製造工程を示す図である。
【００４４】
まず、図示しないが、第１実施形態や第２実施形態と同様の方法を用いて、Ａｌ層を形成するか、Ａｌ層とＡｌ拡散層とを同時に形成する。その後、加熱処理を行って、Ａｌ層のＡｌ原子を全て金属製基材３１に拡散させ、Ａｌ拡散層３２を形成する（図６（ａ）参照）。そして、Ａｌ層２３の表面に第１実施形態と同様の方法でＡｌＮ層３３を形成する（図６（ｂ）参照）。
【００４５】
上記構成の本実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる上、Ａｌ拡散層３２上にＡｌＮ層３３形成しているので、鉄鋼やスチール鋼等の金属製基材３１に直接窒化物層を形成するよりも高質の窒化物層を得ることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を示しながら、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
この実施例では、表１に示すように、金属製基材としてＳＳ４００を用いて、Ａｌ拡散処理（Ｎｏ．１）、Ａｌ蒸着処理（Ｎｏ．３）及び溶融めっき法（Ｎｏ．５）によってそれぞれの処理層を形成させた後、その表面にガス窒化法によってＡｌを主成分とするＡｌ窒化層を積層させた。その後これらの試験片をＪＩＳ Ｚ２３７１規定の塩水噴霧試験方法によって耐食性を調査した。なお比較例としてＡｌ層を形成しないもの（Ｎｏ.７〜１０）、Ａｌ層の形成を行ったものの窒化物層は積層しないもの（Ｎｏ．２、４、６）なども準備し、同じ条件で耐食性を調査した。
【表１】
【００４７】
なお、上記Ａｌ拡散処理は、具体的には、以下の方法によって行った。Ａｌを４０ｍａｓｓ％含むＡｌ−Ｃｏ合金粉末４０％と、Ａｌ2Ｏ3粉末５９％、ＮＨ4Ｃｌ１％の混合粉末中に試験片を埋没し、Ａｒガスを流しながら９００℃×１０ｈの加熱処理を行い、試験片表面にＡｌ拡散層を形成させた。
【００４８】
また、上記Ａｌ蒸着処理は、具体的には、以下の方法によって行った。まず、真空容器の底部にＡｌ板を設置した後、Ａｒ雰囲気とし、電子ビームによってＡｌ板を照射する。次に、試験片をＡｌ板の蒸気が直接当たる真空容器の中央の上部に設置し、蒸気化したＡｌが蒸着付着することによって行った（ＰＶＤ法）。その後、この試験片を真空中で７５０〜８００℃、３０分〜６０分程度加熱してＡｌ拡散層を形成させた。
【００４９】
また、上記溶融めっき法は、具体的には、以下の方法によって行った。７００℃〜７５０℃に加熱した溶融Ａｌ浴中に試験片を３０秒間浸漬し、引き上げた後、過剰に付着したＡｌを振動を加えて取り除いてＡｌ拡散層を形成させた。
【００５０】
表１の結果から明らかなように、Ａｌ層の形成を行わない試験片（Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０）は２４時間後の塩水噴霧試験によってすでに赤錆が発生し、また金属製基材に直接窒化層を形成した試験片（Ｎｏ．７、９）にも全く耐食性は認められず、多量の赤錆の発生が認められた。これに対し、Ａｌの表面処理を施工した試験片（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）は窒化層の積層の有無に拘らず優れた耐食性を示し、９６時間後の塩水噴霧試験にも十分耐えることが判明した。
【００５１】
以上の結果からＡｌ表面処理層の上に、窒化層を積層してもＡｌ表面処理層の耐食性を劣化させないことが確認された。
【００５２】
（実施例２）
この実施例では、表２に示すように、ＳＵＳ３０４基材（寸法幅３０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚３．２ｍｍ）に実施例１と同じＡｌ表面処理とＡｌＮ層を形成させた場合のハロゲン系ガスに対する腐食抵抗を調査した。腐食性ガスとして１８０℃に維持した電気炉中に試験片を静置し、この中へ１分間当たりＣＦ4１５０ｍｌ＋Ｏ2７５ｍｌの混合ガスを連続１０時間流通させ、試験前後の重量変化量を測定することによって耐食性を評価した。比較試験片としてＡｌの表面処理を施したものの窒化層を省略したもの及び無処理のＳＵＳ３０４鋼を同じ条件で腐食試験に供した。
【表２】
【００５３】
最も腐食量の多い試験片は無処理のＳＵＳ３０４鋼（Ｎｏ．８）で３〜５ｍｇ／ｃｍ2、ＳＵＳ３０４鋼に直接窒化層を形成すると（Ｎｏ．７）、腐食量は約５０％低減し、窒化層もＣＦ4ガスに対して良好な耐食性を発揮することがわかった。さらにＳＵＳ３０４鋼にＡｌの表面処理を施すと（Ｎｏ．２，４，６）、腐食量は少なくなるがこの上に窒化層を積層することによって（Ｎｏ．１，３，５）、腐食量はさらに低下し、０．６〜０．９ｍｇ／ｃｍ2にとどまり最高の耐食性を示した。
【００５４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、上述の各実施形態におけるＡｌ層は、同様の厚さを有するＡｌ合金層でもよい。なお、Ａｌ合金層は、Ａｌ層の形成方法と同様の方法で形成でき、その表面上にもＡｌ層の場合と同様に窒化Ａｌ層を形成できる。また、この場合のＡｌ合金層も熱処理することで、金属製基板の表層部にＡｌ拡散層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図２】図１の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図４】図３の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る複合層被覆部材を示す断面図である。
【図６】図５の複合層被覆部材の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０、３０ 複合層被覆部材
１１、２１、３１ 金属製基材
１２、２３ Ａｌ層
１３、２４、３３ ＡｌＮ層
２２、３２ Ａｌ拡散層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層、アルミニウム合金層、又はアルミニウム拡散層と、
前記アルミニウム層、アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えた耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項２】
金属製基材の表面に形成されたアルミニウム拡散層と、
前記アルミニウム拡散層の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層と、
前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えた耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項３】
前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の厚さが３〜８０μｍである請求項１又は２に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項４】
前記アルミニウム拡散層の厚さが３〜８０μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項５】
前記窒化アルミニウム層の厚さが０．５〜１０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項６】
前記金属製基材が、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金から選ばれる金属材料である請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項７】
金属製基材の表面に、アルミニウム層、アルミニウム合金層及びアルミニウム拡散層のいずれか一種を形成、若しくは、アルミニウム拡散層と、アルミニウム層又はアルミニウム合金層とを形成した後、さらにその表面にアルミニウム窒化層を形成することを特徴とする耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法。
【請求項８】
前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層が、粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法及び溶射法から選ばれる一種以上の方法を用いて形成された後、必要に応じて熱処理されてなるものであり、
前記窒化アルミニウム層が、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表層部を、ガス窒化法、溶融塩法、イオン窒化法、ラジカル窒化法から選ばれる一種以上の方法で窒化させて形成されるものである請求項７記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法。
【請求項１】
金属製基材の表面に形成されたアルミニウム層、アルミニウム合金層、又はアルミニウム拡散層と、
前記アルミニウム層、アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えた耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項２】
金属製基材の表面に形成されたアルミニウム拡散層と、
前記アルミニウム拡散層の表面に形成されたアルミニウム層又はアルミニウム合金層と、
前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の表面に形成された窒化アルミニウム層とを備えた耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項３】
前記アルミニウム層又は前記アルミニウム合金層の厚さが３〜８０μｍである請求項１又は２に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項４】
前記アルミニウム拡散層の厚さが３〜８０μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項５】
前記窒化アルミニウム層の厚さが０．５〜１０μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項６】
前記金属製基材が、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金から選ばれる金属材料である請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材。
【請求項７】
金属製基材の表面に、アルミニウム層、アルミニウム合金層及びアルミニウム拡散層のいずれか一種を形成、若しくは、アルミニウム拡散層と、アルミニウム層又はアルミニウム合金層とを形成した後、さらにその表面にアルミニウム窒化層を形成することを特徴とする耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法。
【請求項８】
前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層が、粉末法、溶融めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法及び溶射法から選ばれる一種以上の方法を用いて形成された後、必要に応じて熱処理されてなるものであり、
前記窒化アルミニウム層が、前記アルミニウム層、前記アルミニウム合金層、又は前記アルミニウム拡散層の表層部を、ガス窒化法、溶融塩法、イオン窒化法、ラジカル窒化法から選ばれる一種以上の方法で窒化させて形成されるものである請求項７記載の耐ハロゲン腐食性に優れる複合層被覆部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５２３８４（Ｐ２００６−１５２３８４Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４５５３７（Ｐ２００４−３４５５３７）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【出願人】（０００１０９８７５）トーカロ株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【出願人】（０００１０９８７５）トーカロ株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
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