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JP2001232447A - 陰極および陰極アーク堆積用陰極の製造法 - Google Patents

陰極および陰極アーク堆積用陰極の製造法

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Publication number
JP2001232447A
JP2001232447A JP2000386528A JP2000386528A JP2001232447A JP 2001232447 A JP2001232447 A JP 2001232447A JP 2000386528 A JP2000386528 A JP 2000386528A JP 2000386528 A JP2000386528 A JP 2000386528A JP 2001232447 A JP2001232447 A JP 2001232447A
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JP
Japan
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cathode
cathodic arc
coating
hearth
mold
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000386528A
Other languages
English (en)
Inventor
Russell A Beers
エイ．ビアーズ ラッセル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of JP2001232447A publication Critical patent/JP2001232447A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C22B9/228—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by particle radiation, e.g. electron beams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 陰極アーク堆積法を用いて超合金基体上に高
品質の金属コーティング層を高速で堆積するのに適した
陰極およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 陰極プリフォームを電子ビーム低温炉床
精錬法（ＥＢＣＨＲ）によって製造する。初期合金を、
電子ビームを用いて真空中で溶融し、水冷された銅製の
炉床中に流し込む。陰極合金の薄い層が、炉床上で固化
して炉床と接触した状態で維持されることにより、炉床
材料からの汚染が防止される。材料を、スカル付き炉床
から円筒状鋳型へと流入して固化させ、連続的または半
連続的に鋳型から引き抜く。このような連続固化法によ
り、巻き込まれたガスを逃がすとともに、収縮が起こり
そうな部分を溶融金属で満たす。続いて、固化したイン
ゴットを、適当な厚さの切片に切断し、陰極アーク堆積
装置内で正確に位置決めするための位置決め機構をこれ
に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属コーティングの
陰極アーク堆積の分野に関する。本発明はまた陰極アー
ク堆積に用いる陰極の製造の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンエンジンの分野においては、例
えば米国特許第４，５８５，４８１号および米国再発行
特許第ＲＥ３２，１２１号に記載されているような、オ
ーバーレイタイプの金属コーティングを超合金基体に施
すことが、広く行われている。これには電子ビーム物理
蒸着法、および溶射技術などの方法が用いられる。これ
ら従来技術のコーティング方法には、長所と短所があ
る。電子ビーム法はコストが高く、また溶射法は、コー
ティング層が有孔性で厚さが不均一なものとなる。これ
に加えて、電子ビーム技術では、蒸気圧が大きく異なる
成分を含む合金を確実に堆積することができない。
【０００３】ガスタービンの用途では、いわゆるＭＣｒ
ＡｌＹ型のオーバーレイコーティングが広く用いられて
いる。ＭＣｒＡｌＹ組成は広く研究されており、多くの
特許に記載されている。表１には広範囲および中間範囲
のＭＣｒＡｌＹ組成が記載されており、また譲受人が航
空機用ガスタービン用途に広く用いている好ましい公称
的組成が記載されている。以下において、特に指摘しな
い限り、ＭＣｒＡｌＹ組成とは表１に記載されている組
成を指すものとする。
【０００４】
【表１】
【０００５】（１）Ｍは、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅおよびこれ
らを組み合わせたものであり、ＮｉおよびＣｏの組み合
わせが好適である。
【０００６】（２）どの希土類を利用することもできる
が、Ｙが好適であり、特に、少なくとも０．１％のＹが
好適である。
【０００７】 （３）Ｙ＋Ｓｃ＋Ｌａ＋Ｃｅ＋Ｙｂ＝０．１〜１．２ （４）Ｙ＋Ｓｃ＋Ｌａ＋Ｃｅ＋Ｙｂ＝０．２〜１．０ （５）Ｈｆ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＝０〜７ （６）Ｈｆ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＝０〜５ 従って、様々な蒸気圧を有する成分からなる合金コーテ
ィングを含む、高密度でかつ均一な薄いコーティング
を、予測可能に、かつ再現可能に、形成することができ
るコーティングプロセスが必要とされている。金属間化
合物を含むコーティングもまた、考えられており、例え
ば、ＮｉＡｌベースのコーティングは、ある用途で有用
である。
【０００８】特に断らない限り、金属コーティングおよ
び組成に言及するときは純金属、金属合金、金属間化合
物（intermetallic composition)、およびこれらの組み
合わせを包含するものとする。
【０００９】陰極アーク法は、これまで、非常に薄いコ
ーティングを基体に施すために用いられて来た。窒化チ
タンなどの化合物のコーティング層およびクロムなどの
金属物質のコーティング層は、通常、約２５ミクロン以
下の厚さで施されてきた。
【００１０】窒化チタンコーティングは、宝石、切削工
具やドリルビットなどの高耐磨耗性コーティング、およ
び装飾コーティングとして用いられ、クロム層は装飾用
途に用いられている。このようなコーティングは非常に
薄い層で所望の利点が得られるので、陰極アーク法を、
例えば５０〜２００ミクロンの、かなり厚いコーティン
グ層に経済的に応用することを研究する理由はほとんど
なかった。
【００１１】最近、本発明の譲受人は、複雑な金属合金
の厚いコーティング層を、超合金基体、特にガスタービ
ンのエアフォイルに施すことが可能となるように陰極ア
ーク法の改良および調整を行った。このような厚みは、
長期間の耐久性を得るために要求される。本発明の譲受
人が開発した装置は出願係属中の米国特許出願第０８／
９１９，１２９号；第０８／９１９，１３１号；第０８
／９１９，１３２号；および第０８／９１９，１３３号
に記載されており、これらは参考文献としてここに組み
入れられる。これらの出願係属中の出願に提示され、特
許請求された装置は、複雑な金属合金を高効率で陰極ア
ーク堆積することが可能なものとされており、また、均
一で、粒径が小さく、かつ欠陥のないコーティングを超
合金基体上に形成することが可能なものとされている。
【００１２】堆積が望まれるある種のコーティング組成
には、蒸気圧がそれぞれ大きく異なる元素、すなわちＡ
ｌやＣｒのような蒸気圧の高い元素と、ＨｆやＴａのよ
うな蒸気圧の低い元素と、が含まれる。
【００１３】陰極アーク堆積は複雑な合金に適してい
る。なぜならば、陰極アーク法では、電気アークを用い
てターゲットの陰極物質の小さな部分を溶融、蒸発させ
るからである。アークのエネルギー密度は、その小さな
スポットの全ての物質を、これらの成分の蒸気圧に拘わ
らず溶融、蒸発させるのに十分な大きさである。蒸発は
ほぼ瞬間的に起こる。電子ビーム物理蒸着法（ＥＢＰＶ
Ｄ）などの他の蒸発法では、蒸発量に対して多量の材料
が溶融するため、蒸気圧が大きく異なる成分からなる材
料を蒸発させるのは困難である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】譲受人が高速陰極アー
ク堆積法を開発する過程で、陰極および陰極の製造に関
する問題が生じた。
【００１５】一般的な鋳造法は、一見、陰極を製造する
上で合理的な方法であるが、一般的な鋳造技術により製
造された陰極には、常に、数パーセントあるいはそれ以
上のオーダーの孔が含まれている。僅かでも孔が存在す
ると、引き続いて施されるコーティングの品質に、重大
かつ致命的な影響が生じる。鋳造された材料中の孔は、
通常、ガスを含んでおり、また、孔の表面は、通常、カ
ーバイド、酸化物、窒化物等で汚染されている。陰極ア
ーク堆積中にアークが空隙に当たると、汚染物が蒸発し
てコーティングの一部となり、これに起因して、コーテ
ィングに欠陥が生じたり、または陰極の表面で激しい噴
出が起こって大きな液滴が排出されたりして、施された
コーティングに不均一な突出部が形成される。
【００１６】陰極の使用に先立って、鋳造物の表面を機
械加工して表面の酸化物および汚染物質を取り除く際に
も、関連する問題が発生する。機械加工中に孔が露出さ
れていると、機械加工用の冷却剤が空隙に浸透し、この
空隙の表面を覆う。引き続いて行われる陰極アーク堆積
の間に、このような残留した冷却剤物質によってコーテ
ィング装置の雰囲気が汚染され、コーティングの品質が
著しく劣化する。
【００１７】これに加えて、従来の鋳造法では、通常、
溶融金属の表面が、るつぼやタンディッシュなどのセラ
ミックの表面に接触する。一般的な鋳造材料は、多くの
場合、セラミック介在物を含んでいる。堆積工程中に、
セラミック介在物は、アーク経路と干渉するばかりでな
く、それ自体が蒸発してコーティング層の一部として再
堆積され、望ましくない結果となる。比較的小さなセラ
ミック介在物でも、蒸発すると、コーティングされてい
る基体の上の非常に薄い大面積の層となり、この層に起
因して、使用時のコーティング層の破壊などの有害な現
象が生じる。
【００１８】このような問題から、孔やセラミックを含
まない高密度の陰極が必要であることが発見された。我
々の考えでは、陰極の密度が、理論値の９９％以上、好
ましくは９９．３％以上であり、全酸素含有量が、１０
ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、さらに、不溶性
酸化物含有量が、１０ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ
以下であることが必要である。
【００１９】したがって本発明の目的は、陰極アーク堆
積法を用いて超合金基体上に高品質の金属コーティング
を高速堆積するのに適した陰極を提供することである。
【００２０】本発明の他の目的は、陰極アーク堆積法を
用いて金属コーティングを高速堆積するのに特に適した
陰極を提供することである。
【００２１】本発明の別の目的は、超合金のガスタービ
ン部品上にＭＣｒＡｌＹ型の保護コーティング層を堆積
するための陰極アーク堆積プロセスに利用することが可
能な陰極を提供することである。
【００２２】最後に、本発明の目的は、一般的な鋳造法
で製造された陰極を用いた場合に生じるような問題を引
き起こすことなく、金属基体にコーティングを高速で施
すことが可能な陰極の製造方法を提供することである。
【００２３】
【問題を解決するための手段】本発明には、孔および介
在物を含まない陰極アーク用陰極を製造するプロセスが
含まれる。本発明は、さらに、結果として得られる、高
密度で、かつ孔および介在物を含まない陰極に関する。
本発明の他の形態では、高速陰極アーク堆積での利用に
特に適した特定の陰極形状が提供される。
【００２４】本発明によれば、米国特許第３，３４３，
８２８号；第４，６４１，７０４号および第４，６９
０，８７５号におおよそ説明されているように、陰極前
駆体が電子ビーム低温炉床精錬法（electron beam cold
heatrh refining,ＥＢＣＨＲ）によって製造される。
これらは、この点について開示している。これらの先行
特許に記載されているプロセスは、これまで、鍛造用の
金属材料を製造するのに用いられてきたものである。
【００２５】初期合金が、電子ビームを用いて真空中で
溶融され、水冷された銅製の炉床中に流し込まれる。陰
極合金の薄い層（スカル）が、炉床上で固化して炉床と
接触した状態で維持されることにより、炉床材料からの
汚染が防止される。材料は、スカル付き炉床から円筒状
鋳型へと流入して固化し、連続的または半連続的に鋳型
から引き抜かれる。このような連続固化法によれば、巻
き込まれたガスを逃がすことができ、また、収縮が起こ
りそうな部分を溶融金属で満たすことができる。
【００２６】固化したインゴットは、適当な厚さの切片
に切断される。好ましくは、続いて、陰極を陰極アーク
堆積装置内で正確に位置決めするための一つまたは複数
の位置決め機構がこれらの切片に設けられる。陰極アー
ク堆積を始める前に、表面汚染物を除去するための表面
処理を行うこともできる。
【００２７】米国再発行特許第ＲＥ３２，１２１号；米
国特許第４，０５４，７２３号；および第３，９２８，
０２６号には、様々なＭＣｒＡｌＹ型オーバーレイ組成
が記載されており、これらを参照することができる。米
国特許第３，３４３，８２８号；第４，６４１，７０４
号；および第４，６９０，８７５号には、様々な電子ビ
ーム溶融、精錬、および鋳造法が記載されている。
【００２８】これらの特許は、全て、参考文献として本
願に取り入れられている。
【００２９】
【発明の実施の形態】前述したように、高速の陰極アー
ク堆積に利用するための、汚染のない高密度陰極が求め
られている。
【００３０】図１は陰極アーク装置の概略図である。こ
の装置は出願係属中の米国特許出願第０８／９１９，１
２９号；第０８／９１９，１３１号；第０８／９１９，
１３２号；および第０８／９１９，１３３号に詳述され
ており、これらは、この点について開示している。簡単
に言えば、陰極アーク法は、外部の真空チャンバー１０
により包囲された内部チャンバー１２の内部で行われ
る。真空チャンバー１０は、流体冷却手段１３を備えて
いる。真空チャンバー１０は、比較的高真空の環境を与
えるための減圧手段を備えている。陰極１４は内部チャ
ンバー１２のほぼ中央に位置している。適切に接続され
た様々な電力源によって、内側チャンバー壁１５と、陰
極１４の円筒状面１６と、の間でアークが発生させられ
る。アッセンブリ１８は、好ましくは、マグネットアッ
センブリ（図示せず）を備えており、これを操作してア
ークの位置や動きに影響を与えることができる。アッセ
ンブリ１８は、また、陰極１４を伝熱冷却するよう機能
する。コーティングされるべき部品２０は、陰極１４の
周囲に配置される。部品を回転させるか、あるいは所望
の表面への均一なコーティングの形成を促進するために
部品を操作するための設備（図示せず）が設けられてい
る。場合によっては、管理された様々な厚さのコーティ
ングを部品に施すような操作が用いられてもよい。
【００３１】本発明は、主に、陰極の製造に関するもの
である。
【００３２】図２は電子ビーム低温炉床精錬技術(elect
ron beam cold hearth refining technique）を示して
いる。図２は、この点について開示している米国特許第
４，１９０，４０４号中の図面に基づいている。簡単に
言えば、図２は、初期インゴット３０を示しているが、
これは円筒状であってもよく、これは電子銃３４からの
電子ビーム３２によって溶融されて低温炉床３６に滴下
する。低温炉床は通常、銅製であり、水冷されている。
炉床３６上に固化材料の薄層３７が形成されており、こ
れによって、溶融金属が炉床から分離され、溶融金属が
炉床材料による溶融金属の汚染が防止されている。電子
銃４０からの第２の電子ビーム３８が溶融した材料４８
の表面上に走査されることによって、この溶融した材料
４８が液状に維持されるようになっている。一方、電子
銃４４からの第３の電子ビーム４２が炉床３６のリップ
部４６上に走査されることによって、リップ部４６上を
流れる材料４８が固化しないようになっている。溶融材
料４８は、水冷された中空の金属鋳型５０に流し込まれ
る。該鋳型は、通常、銅製または鋼製であり、引き抜き
機構５２を備えていることによって、材料が鋳型中で固
化するにつれて、液状金属の追加量と調和するように制
御しながら固化した部分５４を鋳型５０の底部５６から
引き抜くことができるようになっている。結果として、
図３に示されるような円筒状のインゴットが得られる。
このインゴットの直径は、鋳型の寸法形状によって決定
され、その長さは、主に、初期インゴット３０の寸法
と、装置を包囲する真空チャンバー（図示せず）の寸法
と、によって制限される。このようなタイプの半連続鋳
造においては、実質的に、孔が発生しない。代わりの実
施例として、炉床を省略し、初期インゴット３０からの
溶融金属が、鋳型５０に直接滴下されるようにすること
も可能である。
【００３３】米国特許第４，５５８，７２９号；第４，
５８３，５８０号；および第４，８３８，３４０号に示
される装置および方法を利用して連続鋳造法を実施する
ことによって、米国特許第４，６８１，７８７号および
第４，６９０，８７５号に記載されるものに類似の製品
を製造することができる。
【００３４】この製品は、高密度で、かつ介在物（incl
usion）および溶存ガスの含量が低いことを特徴とす
る。通常、その密度は、その材料の理論鋳造密度の９
９．３％以上となり、含まれる溶存酸素は、１０ｐｐｍ
以下、好ましくは５ｐｐｍ以下となり、含まれる不溶性
酸化物は、１０ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下と
なる。
【００３５】本発明の陰極の原料となる鋳造製品は、図
３に示されている。図３に示される鋳造物の縦横比（長
さ６０／直径６２）は、実質的に約１以上、通常は約５
以上である。
【００３６】本発明の基本的な陰極を製造する前に、図
３の鋳造製品をスライスしてより短い直円筒状にする。
図４には、図３の鋳造物がスライスされたものが示され
ている。図４の鋳造物部分の縦横比（長さ６４／直径６
６）は、約１以下、通常は約５以下である。好ましく
は、図４の陰極プリフォームの平坦面の一方または両方
には、一つまたは複数の凹部６８が機械加工されてい
る。これらの凹部６８は、陰極アーク堆積装置の対応す
る位置決め機構と協働して、堆積装置内で陰極をコーテ
ィングすべき部品に対して正確に位置決めするよう機能
する。陰極アーク堆積装置の位置決め機構は、凹部６８
の鏡像のような形状を有する。
【００３７】陰極として使用する前に、図４の陰極プリ
フォームの円筒状面が、例えば旋盤（lath turning）ま
たはグラインディングにより軽く機械加工されることに
より、この表面の汚染が取り除かれる。グリットブラス
トおよび／または化学エッチングのような他の適切な表
面洗浄法を利用することもできる。仕上げ洗浄ステップ
として、水性洗浄剤および／または有機洗浄剤を用いる
こともできる。
【００３８】好ましくは、陰極の寸法はコーティングさ
れる部品の寸法に対応している。陰極の厚さは、通常、
その軸方向寸法として測定した場合に、コーティングさ
れる部品の寸法の０．３〜３．０倍であり、好ましく
は、円筒状陰極の軸に実質的に平行な軸に沿って測定し
た場合に、部品寸法の０．５〜２．０倍である。例え
ば、コーティングする必要があるエアフォイル部分が５
ｃｍであるタービン用エアフォイルをコーティングする
には、厚さ１．５〜１５ｃｍ、好ましくは２．５〜１０
ｃｍの陰極を用いることができる。
【００３９】陰極は、好ましくは円形の形状を有する
が、６つ以上の側面を有する多面体の疑似円筒状の陰極
も、本発明の範囲内に含まれる。
【００４０】使用する際には、電気および磁気による制
御下で、アークを陰極の円筒状面に亘って移動させるこ
とによって、コーティングする部品上に堆積する恐れの
ある材料を蒸発させる。時間が経過するに従って、当初
の円筒状であった陰極は、浸食によって図５に示される
ような砂時計形状を有するものへと変化する。
【００４１】陰極の組成は、コーティング層に望まれる
組成と同様である。陰極からの陰極アーク堆積により形
成された合金コーティングの化学組成は、アルミニウム
以外は陰極の化学組成とほぼ同じであることが観察され
ている。アルミニウムは、大抵、初期の陰極組成よりも
低いレベルで堆積される。アルミニウムの原子は比較的
軽いため、アルミニウム原子は、基体に堆積された後
で、続いて衝突する重い原子、例えばニッケル、コバル
ト、タングステンなど、によってはじき出されるのであ
ろうと考えられている。
【００４２】したがって、陰極のアルミニウムのレベル
がコーティングに望まれるアルミニウムのレベルよりも
３０％まで多くなるように、陰極の化学組成を調整する
ことが好ましい。例えば、１０％のＡｌを含むコーティ
ングが望まれるならば、約１３％までのＡｌを含む陰極
が使用される。追加されるＡｌの量は、運転パラメータ
に大きく左右されるが、当業者がこれを決定するのは容
易である。
【００４３】図６には、異なる組成のコーティング（多
層コーティング層とも呼べる）を施すことが可能となる
ように適合された陰極を有する本発明の実施例を示され
ている。陰極８０は、中心部分８１を有しており、これ
は本発明によって半連続式電子ビーム低温炉床精錬法を
用いて作られたものである。陰極８０の外側円筒面８２
には通常は異なる組成の材料からなる層８４が施されて
いる。陰極アーク堆積工程の際に、コーティングされて
いる部品に最初に施される層の組成は、層８４の組成と
ほぼ同じである（前述したＡｌの再スパッタリングを考
慮に入れた場合）。
【００４４】層８４は、熱間溶射法、プラスマ溶射法、
火炎溶射法およびＨＶＯＦなどの周知の方法や、電気メ
ッキ法を含むその他の方法によって形成することができ
る。熱間溶射法のうち、ＬＰＰＳ法（低圧プラスマ溶射
法）が、コーティング中の酸化物生成を抑制する際に好
適である。層８４の厚さは、通常、約０．５〜５ｍｍの
範囲であり、所望の厚さの中間コーティング組成物が得
られるように調整される。部品基体と外側コーティング
組成物との間の相互拡散を防ぐ拡散バリヤーを形成する
ために、Ｒｅなどの元素が層８４の組成に含まれるよう
にすることもできる。
【００４５】本発明を詳細な実施例を参照しつつ提示お
よび説明したが、請求された発明の主旨および範囲から
逸脱することなく、その形態および細部に様々な変更が
可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は陰極アーク装置の主な要素の概略図であ
る。
【図２】図２は電子ビーム冷却炉床精錬法による鋳造装
置の概略図である。
【図３】図３は図２に示される装置によって製造された
製品の形状を示している。
【図４】図４は図１に示される形式の装置に用いられる
陰極の形状を示している。
【図５】図５はコーティングに用いられた後の陰極の形
状を示している。
【図６】図６は表面コーティングを有する陰極を示して
いる。
【符号の説明】
１０…外側真空チャンバー １２…内部チャンバー １３…流体冷却手段 １４…陰極 １５…内部チャンバー壁 １６…円筒状面 １８…アッセンブリ ２０…部品 ３０…初期インゴット ３２，３８，４２…電子ビーム ３４，４０，４４…電子銃 ３６…低温炉床 ３７…薄層 ４６…リップ部 ４８…溶融材料 ５０…鋳型 ５２…引き抜き機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 14/24 Ｃ２３Ｃ 14/24 Ｅ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陰極アーク堆積によりコーティングを施
    す際に利用される高密度で介在物を含まない金属陰極材
    料の製造方法であって、 ａ．真空中で金属材料を溶融して精錬するステップと、 ｂ．冷却された鋳型中に前記溶融材料を流入させるステ
    ップと、 ｃ．固化した材料を前記鋳型から半連続的に引き抜くス
    テップと、が含まれていることを特徴とする陰極材料の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 前記の溶融および精錬は、電子ビーム低
    温炉床法を用いて行われることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記溶融金属は、前記鋳型の頂部に流入
    させられ、前記鋳型の底部から取り出されることを特徴
    とする請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記鋳型の内側外形は、ほぼ円形であ
    り、引き抜かれた材料の断面が、ほぼ円形であることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記固化材料は、この材料の理論密度の
    ９９．３％以上の密度を有し、１０ｐｐｍ以下の溶存酸
    素と、１０ｐｐｍ以下の不溶性酸化物を含んでいること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記の引き抜かれた固化材料の縦横比
    （長さ：直径）が１以上であることを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記の引き抜かれた固化材料は、切断さ
    れることにより、１以下の縦横比（長さ：直径）を有す
    るディスク状陰極とされることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 陰極アークコーティング装置の機械的機
    構と協働して前記ディスク状陰極を前記陰極アークコー
    ティング装置の内部の所望の位置に配置するように構成
    された１つまたは複数の機構を、前記ディスク状陰極に
    機械加工することを特徴とする請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記材料は、ＭＣｒＡｌＹ組成を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記固化材料は、陰極アークコーティ
    ングにより最終的に形成されるべきコーティング中に必
    要なアルミニウムの量より多量のアルミニウムを含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 陰極アークコーティング装置内部で利
    用するための陰極であって、 ａ．縦横比が１以下の円筒状であり、 ｂ．前記陰極の材料の理論最大密度の９９．３％以上の
    密度を有し、 ｃ．１０ｐｐｍ以下の溶存酸素および１０ｐｐｍ以下の
    不溶性酸化物を含むことを特徴とする陰極。
  12. 【請求項１２】 ＭＣｒＡｌＹ型の組成を有することを
    特徴とする請求項１１記載の陰極。
  13. 【請求項１３】 前記陰極により最終的に形成されるコ
    ーティング中に必要なアルミニウムの量より多量のアル
    ミニウムを含むことを特徴とする請求項１１記載の陰
    極。
  14. 【請求項１４】 陰極装置内の位置決め機構と係合する
    ように構成されているとともに前記陰極を前記陰極装置
    内で位置決めするよう機能する１つまたは複数の位置決
    め機構を有し、さらに、前記陰極の組成とは異なる組成
    を有するコーティング層を有することを特徴とする請求
    項１０記載の陰極。
  15. 【請求項１５】 陰極アークコーティング装置に用いら
    れた後の陰極であって、ほぼ砂時計型の形状を有し、こ
    の砂時計型形状の高さは、その両端部における直径より
    も小さいことを特徴とする陰極。
  16. 【請求項１６】 陰極アークコーティング装置内部で利
    用するための陰極であって、前記陰極の組成とは異なる
    組成を有する薄い固着性のコーティングをその円筒状面
    に備えていることを特徴とする陰極。
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