CN1962263A - 表面覆盖部件及其制造方法以及工具和加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面覆盖部件，该材料是，维氏硬度(Hv)与以往的高硬度覆膜相同或在其以上，并且具有表示耐氧化性的氧化开始温度比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。在本发明中，在基体材料上形成涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。

Description

表面覆盖部件及其制造方法以及工具和加工装置
技术领域
本发明涉及在基体材料上形成高硬度覆膜而得到的耐氧化性优异的表面覆盖部件(部材)及其制造方法以及工具和加工装置。
本申请是基于日本专利申请号2005-327374的内容，在此全文引入作为参考。
背景技术
以往，开发了通过离子镀等物理蒸镀技术在基体材料上形成高硬度覆膜的技术，看上去类似TiN覆膜那样适用于工具。但是，由于该覆膜在500℃左右的温度下开始被氧化，因此，存在不能在曝露于高温切削条件的工具中使用的问题。此后开发的TiAlN类高硬度覆膜由于即使在约800℃的温度下的也不会被氧化，因此可以在直到数百℃的温度下使用。近年来，作为可以在与此相比更高温度的切削条件下使用的覆膜，开发出了AlCrN类覆膜(例如，特开平10-25566号公报以及特开2003-321764号公报等)，并可以提供在从约1000℃到1200℃的高温下也不会被氧化的高硬度覆膜，其可以适应更为苛刻的工具切削条件。
近年来，例如在汽车用部件制造等时的切齿加工等中，从环境保护或成本削减的观点来看，正在寻求不使用切削油的所谓干切削加工。用于这样的干切削加工的切削工具可以在没有切削油的情况下使用，因此，可以要求更为苛刻的切削条件。为了适应这样苛刻的切削条件，需要硬度与以往的相同或其以上、并且耐氧化性比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。
发明内容
为解决上述技术课题，本发明的目的在于，提供一种表面覆盖部件，该材料是，维氏硬度(Hv)与以往的高硬度覆膜相同或在其以上，并且具有表示耐氧化性的氧化开始温度比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。
为解决上述课题，本发明采用以下方法。
即，本发明的表面覆盖部件包括：基体材料和形成在上述基体材料上的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
该表面覆盖部件的高硬度覆膜兼具高硬度和优异的耐氧化性。
另外，本发明的表面覆盖部件包括基体材料和形成在上述基体材料上的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
该表面覆盖部件的高硬度覆膜不仅具有高硬度和优异的氧化性，而且兼具优异的耐磨损性。
在本发明的表面覆盖部件中，上述涂层中的复合氮化物优选在阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的Zr，其余是Al和不可避免的杂质。(以下，没有特别说明时，表示复合氮化物中的成分的含量的“％”仅表示阳性元素成分中的原子％。)
Zr的含量不足10％时，不能得到充分的硬度，因此不优选。另外，Zr的含量超过50％时，耐氧化性降低，因此不优选。
另外，在本发明的表面覆盖部件中，涂层中的复合氮化物含有Si作为主要成分之一时，Si的含量优选1％～30％。
Si的含量不足1％时，由于涂层的密合性降低，因此，提高耐磨损性的效果低。另外，Si的含量超过30％时，耐氧化性变得不充分，另外，密合性反而降低，因此，耐磨损性也变得不充分，因此不优选。
在本发明的表面覆盖部件中，在上述基体材料和上述涂层之间，优选设置结合层，所述结合层含有选自Zr、Ti和Cr中的至少一种元素的氮化物、碳化物以及碳氮化物中的至少一种。
通过设置这样的结合层，上述基体材料和上述涂层的密合性提高，上述涂层变得不易剥离，因此，提高了本发明的表面覆盖部件中的高硬度覆膜的耐磨损性。
另外，在上述结合层和上述涂层之间更加优选设置含有上述结合层的成分和上述涂层的成分的中间层。
通过设置这样的中间层，上述结合层和上述涂层的密合性提高，上述涂层变得不易剥离，因此，提高了本发明的表面覆盖部件中的高硬度覆膜的耐磨损性。
在本发明的表面覆盖部件中，上述基体材料优选高速工具钢或超硬合金。
这样，使用高速工具钢或超硬合金作为基体材料时，本发明的表面覆盖部件可以优选作为具有高硬度和优异的耐氧化性的工具使用。
本发明的表面覆盖部件中的高硬度覆膜中的各层优选通过离子镀、高频溅射等物理蒸镀法形成。
由于通过物理蒸镀法形成的覆膜的密合性优异，因此，可以得到耐磨损性优异的高硬度覆膜。特别是，通过电弧离子镀法形成高硬度覆膜时，可以得到更为优异的覆膜密合性，因此更为优选。
在本发明的表面覆盖部件的制造方法中，通过配置在可以密闭的容器内的托架(holder)将基体材料放置在上述容器内，将用于形成涂层的靶(target)配置在上述容器内，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物，向上述容器中供给氮，将用于形成上述涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，在该用于形成涂层的靶和该托架之间进行放电，在上述基体材料上形成涂层。
通过该制造方法，可以制造具有高硬度覆膜的表面覆盖部件，并且该高硬度覆膜兼具高硬度和优异的耐氧化性。
在本发明的表面覆盖部件的制造方法中，上述用于形成涂层的靶可以含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物。
使用该用于形成涂层的靶时，可以制造具有高硬度覆膜的表面覆盖部件，所述高硬度覆膜不但具有高硬度和优异的耐氧化性，而且兼具优异的耐磨损性。
在本发明的表面覆盖部件的制造方法中，上述涂层中的复合氮化物优选含有10％～50％的Zr，其余是Al和不可避免的杂质。
Zr的含量不足10％时，不能形成具有充分硬度的覆膜，因此不优选。另外，Zr的含量超过50％时，会形成耐氧化性低的覆膜，因此不优选。
在本发明的表面覆盖部件的制造方法中，涂层中的复合氮化物含有Si作为主要成分之一时，Si的含量优选1％～30％。
Si的含量不足1％时，由于涂层的密合性降低，形成的高硬度覆膜的耐磨损性提高效果降低。另外，Si的含量超过30％时，形成的高硬度覆膜的耐氧化性变得不充分，另外，密合性反而降低，因此耐磨损性也变得不充分，因此不优选。
在本发明的表面覆盖部件的制造方法中，在上述基体材料上形成结合层后，可以在该结合层上形成上述涂层。结合层通过以下方法形成：在上述容器内配置用于形成结合层的靶，所述用于形成结合层的靶含有选自Zr、Ti和Cr的至少一种元素作为主要成分，向上述容器中供给氮以及烃中的至少一种，将上述用于形成结合层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，并在该用于形成结合层的靶和该托架之间进行放电。
通过设置形成这样的结合层的工序，上述基体材料和上述涂层的密合性提高，可以形成不易剥离的涂层，因此，可以制造具有耐磨损性优异的高硬度覆膜的表面覆盖部件。
另外，形成上述结合层之后，可以在该结合层上形成中间层，还可以在该中间层上形成上述涂层。该中间层通过以下方法形成：将上述用于形成结合层的靶和上述用于形成涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，并在该用于形成结合层的靶和该用于形成涂层的靶各自与该托架之间进行放电。
通过设置形成这样的中间层的工序，上述结合和上述涂层的密合性提高，可以形成不易剥离的涂层，因此，可以制造具有耐磨损性更加优异的高硬度覆膜的表面覆盖部件。
本发明的工具包括工具用基体材料和在该基体材料上形成的上述本发明的高硬度覆膜。
该工具由于在其表面上形成了上述高硬度覆膜，因此兼具高硬度和优异的耐氧化性。特别是，在高硬度覆膜的涂层中的复合氮化物中含有Si时，该工具也兼具优异的耐磨损性。
本发明的工具特别适合作为切削工具。
特别是，将本发明的工具作为切削工具使用时，可以实现高切削速度下的加工、长寿命化。另外，适合作为不使用切削油的干切削加工用工具使用。本发明的切削工具适合作为滚刀、小齿轮刀(ピニオンカツタ一)、锥形尖头刀(ブロ一チ)等切齿工具使用。
本发明的加工装置包括上述本发明的工具。加工装置的代表例是使用上述切削工具的切削装置。
该切削装置可以合适地使用于对切削工具要求高硬度、优异的耐氧化性以及耐磨损性的切削加工。因此，可以在高切削速度下进行加工，并可以制成加工效率高的加工机械。另外，该切削装置适合作为进行不使用切削油的干切削加工的切削装置使用，另外，本发明的切削装置适合作为滚齿机等切齿装置使用。
本发明的表面覆盖部件具有兼具高硬度和优异的耐氧化性的高硬度覆膜，因此适合作为工具或模具使用，在工业上的利用价值很高。另外，本发明的表面覆盖部件具有高硬度覆膜，所述高硬度覆膜除了具有高硬度和优异的耐氧化性以外，由于高密合性因此还具有优异的耐磨损性，因此适合作为不使用切削油的用于干切削的切削工具使用。特别是，本发明的表面覆盖部件适合作为将基体材料制成高速工具钢或超硬材料的滚刀、小齿轮刀、锥形尖头刀等切齿工具使用。
按照本发明的表面覆盖部件的制造方法，可以制造具有兼具高硬度和优异的耐氧化性的高硬度覆膜的表面覆盖部件。因此，本发明的表面覆盖部件的制造方法可以合适地使用于工具或模具的制造。另外，按照本发明的表面覆盖部件的制造方法，可以制造具有高硬度覆膜的表面覆盖部件，所述高硬度覆膜不但具有高硬度和优异的耐氧化性，还兼具优异的耐磨损性。因此，本发明的表面覆盖部件的制造方法适合用于不使用切削油的用于干切削加工的切削工具的制造中。特别是，本发明的表面覆盖部件的制造方法可以合适地用于滚刀等切齿工具的制造中。上述切削工具优选制成安装在用于干加工的切削装置的切削工具，由于这样的切削工具不使用切削油，因此在环境保护和成本方面是优异的。
附图说明
图1是示出本发明的表面覆盖部件的第1实施方式的概要截面图。
图2是示出本发明的表面覆盖部件的第2实施方式的概要截面图。
图3是示出本发明的表面覆盖部件的第3实施方式的概要截面图。
图4是在第1实施方式～第3实施方式中使用的电弧离子镀装置的概要图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式和作用进行说明。
图1是示出本发明的表面覆盖部件的第1实施方式的概要截面图。
该实施方式的表面覆盖部件包括作为被处理物的基体材料1、和在该基体材料1的表面上形成的作为高硬度覆膜10的含有以Al和Zr或Al、Zr以及Si为主要成分的复合氮化物的涂层2。作为基体材料1，可以使用高速工具钢或例如碳化钨(WC)等超硬合金。AlZrN类覆膜或AlZrSiN类覆膜象以往的高硬度覆膜那样不含容易在高温下分解的CrN这样的成分，因此氧化开始温度为1250℃以上。
在上述表面覆盖部件中，涂层2中的复合氮化物优选含有10％～50％的Zr。Zr含量不足10％时，维氏硬度(Hv)降低，同时，超过50％时，覆膜容易被氧化而剥离。另外，从材料成分方面来看，Zr的含量不多于必要以上为好。
Si在提高覆膜的密合性时是必要的。此时，Si的含量优选1％～30％以下。Si的含量不足1％时，密合性不充分，膜容易剥离。Si含量超过30％时，变脆，并且耐冲击变弱，进而成为剥离的原因。
在涂层2中的复合氮化物中，Zr的一部分或全部可以以1∶1的原子比与选自Hf、Pd和Ir以及Er、Ho以及Dy等稀土元素的元素置换。这样，即使Zr的一部分或全部与上述其他元素置换，涂层2的硬度、耐氧化性以及耐磨损性几乎没有改变。但是，在这些元素中，Zr是廉价的，因此优选不置换而使用Zr。
图2是示出本发明的表面覆盖部件的第2实施方式的概要截面图。
在第2实施方式的表面覆盖部件中，在上述第1实施方式的涂层2和基体材料1之间设置了作为结合层3的含有Zr、Ti以及Cr等中的至少一种的元素的氮化物的层。该结合层3中，可以用碳化物、碳氮化物或它们的混合相来取代上述氮化物，在该第2实施方式中，用物理蒸镀法在基体材料1上形成结合膜3，再在其上形成含有复合氮化物的层2，完成高硬度覆膜11。结合层3具有提高基体材料1和涂层2的密合性的作用，在对高硬度覆膜11施加高负荷时，防止高硬度覆膜11剥离。
另外，图3是示出本发明的表面覆盖部件的第3实施方式的概要截面图。在该实施方式中，用物理蒸镀法在基体材料1上形成结合层3，再在其上形成含有结合层3的成分和涂层2的成分的中间层4，再在其上形成含有复合氮化物的涂层2，完成高硬度覆膜12。中间层4是为了提高结合层3和涂层2的密合性而设置的。中间层4的各成分含量可以是对于层的厚度方向为大致均匀的，但是，如果具有越是接近结合层3的部分，各成分含量越接近结合层3的各成分含量，越是接近涂层2的部分，各成分含量越接近涂层2的各成分含量这样的浓度梯度的话，结合层3和涂层2的融合性良好，密合性进一步提高，因此优选。
另外，在上述第1的实施方式至第3实施方式中，结合层3、中间层4以及涂层2通过离子镀、高频溅射等物理蒸镀法形成。由于高频溅射可以容易地形成氮化物薄膜，因此是方便的，为形成硬度高、氧化开始温度高的覆膜，可以使用该物理蒸镀法。另一方面，离子镀法、特别是电弧离子镀法可以形成硬度高、氧化开始温度高、密合性(耐磨损性)也优异的的覆膜。因此，形成使用于工具等的表面覆盖部件的高硬度覆膜10、11、12时，优选以电弧离子镀法为首的离子镀法成膜的方法。
图4示出在上述第1实施方式～第3实施方式中用于在基体材料表面形成高硬度覆膜10、11、12的电弧离子镀装置21的概要。该电弧离子镀装置21设置了与大气隔绝的外罩22，在其顶部(天井部)设置了靶23，在外罩22的室内32中设置了台状的托架27。托架27通过旋转轴29与电动机28相连，托架27可以在其圆周方向上旋转。并且，直流电源31连接在靶23和托架27之间，靶23与电源31的+侧相连接，托架27与电源31的-侧相连。在图4中，模式地示出靶23为1个的情形，但视需要，靶23可以设置2个以上。此时，在与托架27大致相同的距离上设置2个以上的靶23。
用于将室内32制成真空的真空泵24通过控制阀门33连接在外罩22的室内32。另外，用于供给室内32的惰性气体的氩气源25通过控制阀门34连接在室内32中。另外，用于向室内32供给氮的氮气源26通过控制阀门35连接在室内32中。
在上述各实施方式中，调整靶23的种类和数目，在设置在基体材料1上的每层上形成覆膜。在第1实施方式～第3实施方式中，在形成涂层2时，靶23使用含有例如Al以及Zr或Al、Zr以及Si的合金。基体材料1使用例如作为高速工具钢的JIS SKH-51或作为超硬材料的JIS TH-10。在第2实施方式和第3实施方式中，形成结合层3时，靶23使用纯锆(Zr：100％)、纯钛(Ti：100％)或纯铬(Cr：100％)。在第3实施方式中，在形成中间层4时，通常设置多个靶23，其中至少一个靶23制成含有与用于形成结合层3的靶23相同的金属的靶，其他的至少一个靶23制成含有与用于形成外侧表面的涂层2的靶23相同的合金的靶。
并且，在托架27上放置基体材料1，在控制阀门33～35中，首先打开控制阀门33、34，向室内32供给氩气，同时，将室内32抽真空。抽真空结束后，室内32成为氩气氛之后，通过电动机28使托架27旋转。然后，关闭阀门33、34，在靶23和托架27之间施加直流电压，产生等离子体，使室内32的温度上升。室内32的温度到达一定温度时，打开控制阀门35，从氮气源26向室内32供给氮，产生电弧放电。由此，在基体材料1的表面上形成各层，得到耐高温氧化优异的高硬度覆膜10、11、12。
另外，在上述实施方式中，结合层3制成含有Zr、Ti和Cr等中的至少一种的元素的氮化物的层，但认为即使制成包括同样元素的碳化物或碳氮化物或含有氮化物、碳化物以及碳氮化物中的2种以上的混合相的层来代替其也可以得到的同样的效果。此时，为了形成结合层3，也可以在向室内32供给氮的同时，供给烃，以取代供给氮。
将高速工具钢或超硬合金等作为基体材料1，并在其表面上包覆上述高硬度覆膜10、11、12的切削工具或模具硬度高、耐氧化性和耐磨损性优异。另外，可以得到适合不使用切削油的干切削加工的切削工具。作为这样的切削工具，可以举出，例如，基材1采用高速工具钢或超硬材料的滚刀、小齿轮刀、锥形尖头刀等切齿工具。上述工具可以安装在滚齿机上使用。
实施例和比较例
以下，通过实施例和比较例更为详细地说明本发明。
维氏硬度：
(试验编号：A1～A12、S1和R1～R3)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取选自AlN、ZrN、Si3N4、TiN以及CrN中的氮化物粉末进行混合。将该氮化物粉末混合物在氮气氛围中于1200℃下加热5小时，制造复合氮化物预焙烧体。使用高频溅射法，将该预焙烧体作为靶，在基体材料温度250℃的情况下在超硬合金(TH-10)基材上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
(试验编号M1)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Pd以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在基体材料上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
(试验编号M2)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Tr以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在基体材料上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
(试验编号M3)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Er以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在基体材料上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
(试验编号M4)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Ho以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在基体材料上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
(试验编号M5)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Dy以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在基体材料上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。通过维氏硬度计测定复合氮化物覆膜的维氏硬度(Hv)。结果示于表1。
耐氧化性：
(试验编号：A1～A11、S1和R1～R3)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取选自AlN、ZrN、Si3N4、TiN以及CrN中的氮化物粉末进行混合。将该氮化物粉末混合物在氮气氛围中于1200℃下加热5小时，制造复合氮化物预焙烧体。使用高频溅射法，将该预焙烧体作为靶，在基体材料温度250℃的情况下在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
(试验编号M1)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Pd以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
(试验编号M2)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Ir以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
(试验编号M3)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Er以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
(试验编号M4)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Ho以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
(试验编号M5)
阳性元素的组成比采用表1所示的值，称取Al、Dy以及Si粉末并混合，将其制成成型体。将该成型体作为靶，在氮气氛围中，通过高频溅射法，在基体材料温度250℃的情况下，在Pt薄板基体材料(10×5×0.1mm)上形成膜厚约4μm的厚度的复合氮化物覆膜。将得到的试验片(形成了复合氮化物覆膜的Pt基体材料)以10℃/分的升温速度加热到1400℃，使用热重量天平测定由于加热导致的重量变化，测定氧化开始温度。结果示于表1。
表1
复合氧化物覆膜的硬度Hv和氧化开始温度。
试样编号         组成   维氏硬度(Hv)  氧化开始温度(℃)
实施例  A1  0.6Al-0.3Zr-0.1Si-N  2800～3500  1315
 A2  0.5Al-0.4Zr-0.1Si-N  2900～3600  1330
 A3  0.7Al-0.2Zr-0.1Si-N  2500～3000  1310
 A4  0.4Al-0.5Zr-0.1Si-N  2900～3600  1330
 A5  0.3Al-0.6Zr-0.1Si-N  2500～3000  1250
 A6  0.8Al-0.1Zr-0.1Si-N  2300～2700  1305
 A7  0.85Al-0.05Zr-0.1Si-N  2100～2600  1290
 A8  0.5Al-0.3Zr-0.2Si-N  2500～3100  1320
 A9  0.4Al-0.3Zr-0.3Si-N  2200～2700  1315
 A10  0.3Al-0.3Zr-0.4Si-N  1800～2500  1280
 A11  0.69Al-0.3Zr-0.01Si-N  2600～3200  1300
 A12  0.65Al-0.3Zr-0.05Si-N  2600～3300  1310
 S1  0.7Al-0.3Zr-N  2700～3300  1270
比较例  R1  Ti-N  1500～2000  约500
 R2  0.5Ti-0.5Al-N  2000～2500  约800
 R3  0.6Al-0.3Cr-0.1Si-N  2200～2800  1200
实施例  M1  0.6Al-0.3Pd-0.1Si-N  2500～3500  1315
 M2  0.6Al-0.3Ir-0.1Si-N  2600～3600  1313
 M3  0.6Al-0.3Er-0.1Si-N  2800～3400  1312
 M4  0.6Al-0.3Ho-0.1Si-N  2900～3300  1310
 M5  0.6Al-0.3Dy-0.1Si-N  2800～3600  1319
从表1所示的复合氮化物覆膜的硬度和氧化开始温度的测定结果可知，Zr含量在10％～50％的范围时，具有与AlCrSiN类覆膜(R3)大致相等或在其以上的维氏硬度，并且，具有1250℃以上的氧化开始温度。另外发现，Zr含量不足10％时，硬度低，比50％大时，耐氧化性变差。Si的含量不足1％时，密合力变差，比30％大时，耐氧化性和密合性显示不充分的倾向。
另外得知，即使Zr的一部分置换为Pd、Ir、Er、Ho或Dy，也可以得到良好的维氏硬度和氧化开始温度。
另外，由于HfN的生成自由能比ZrN稍大，因此，HfN比ZrN稳定。因此，将Zr置换为Hf的含Hf氮化物的氧化开始温度可以期待比含Zr氮化物更高，并且可以期待硬度和氧化开始温度更为优异。

Claims (22)

1.表面覆盖部件，其包括基体材料、和在上述基体材料上形成的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
2.权利要求1所述表面覆盖部件，上述涂层中的复合氮化物在其阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的选自上述Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素，其余是Al和不可避免的杂质。
3.表面覆盖部件，其包括基体材料和形成在上述基体材料上的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
4.权利要求3所述表面覆盖部件，上述涂层中的复合氮化物在其阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的选自上述Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素，并含有1原子％～30原子％的Si，其余是Al和不可避免的杂质。
5.权利要求1所述的表面覆盖部件，其中，在上述基体材料和上述涂层之间具有结合层，所述结合层含有选自Zr、Ti和Cr中的至少一种元素的氮化物、碳化物以及碳氮化物中的至少一种。
6.权利要求3所述的表面覆盖部件，其中，在上述基体材料和上述涂层之间具有结合层，所述结合层含有选自Zr、Ti和Cr中的至少一种元素的氮化物、碳化物以及碳氮化物中的至少一种。
7.权利要求5记载的表面覆盖部件，其中，在上述结合层和上述涂层之间具有中间层，所述中间层含有上述结合层的成分和上述涂层的成分。
8.权利要求6记载的表面覆盖部件，其中，在上述结合层和上述涂层之间具有中间层，所述中间层含有上述结合层的成分和上述涂层的成分。
9.权利要求1记载的表面覆盖部件，其中，上述基体材料为高速工具钢或超硬合金。
10.权利要求3记载的表面覆盖部件，其中，上述基体材料为高速工具钢或超硬合金。
11.表面覆盖部件的制造方法，该方法包括：
通过配置在可以密闭的容器内的托架将基体材料放置在上述容器内，
将用于形成涂层的靶配置在上述容器内，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物，
向上述容器中供给氮，
将用于形成上述涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，在该用于形成涂层的靶和该托架之间进行放电，在上述基体材料上形成涂层，由此，得到具有上述基体材料和上述涂层的表面覆盖部件。
12.权利要求11所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，上述涂层中的复合氮化物在其阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的选自上述Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素，其余是Al和不可避免的杂质。
13.表面覆盖部件的制造方法，该方法包括：
通过配置在可以密闭的容器内的托架将基体材料放置在上述容器内，
将用于形成涂层的靶配置在上述容器内，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物，
向上述容器中供给氮，
将用于形成上述涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，在该用于形成涂层的靶和该托架之间进行放电，在上述基体材料上形成涂层，由此，得到具有上述基体材料和上述涂层的表面覆盖部件。
14.权利要求13所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，上述涂层中的复合氮化物在其阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的选自上述Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素，并含有1原子％～30原子％的Si，其余是Al和不可避免的杂质。
15.权利要求11所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，
在上述容器内配置用于形成结合层的靶，所述用于形成结合层的靶含有选自Zr、Ti以及Cr中的至少一种元素作为主要成分，
向上述容器中供给氮以及烃中的至少一种，
将上述用于形成结合层的靶作为阳极，将上述托架作为阴极，在该用于形成结合层的靶和该托架之间进行放电，在通过上述托架支持的上述基体材料上形成结合层，
在上述结合层上形成上述涂层。
16.权利要求13所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，
在上述容器内配置用于形成结合层的靶，所述用于形成结合层的靶含有选自Zr、Ti以及Cr中的至少一种元素作为主要成分，
向上述容器中供给氮以及烃中的至少一种，
将上述用于形成结合层的靶作为阳极，将上述托架作为阴极，在该用于形成结合层的靶和该托架之间进行放电，在通过上述托架支持的上述基体材料上形成结合层，
在上述结合层上形成上述涂层。
17.权利要求15所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，
在形成了结合层之后，
将上述用于结合层的靶和上述用于涂层的靶作为阳极，将上述托架作为阴极，在该用于结合层的靶和该用于涂层的靶分别与该托架之间进行放电，在上述结合层上形成中间层，
在上述中间层上形成上述涂层。
18.权利要求16所述的表面覆盖部件的制造方法，其中，
在形成了结合层之后，
将上述用于结合层的靶和上述用于涂层的靶作为阳极，将上述托架作为阴极，在该用于结合层的靶和该用于涂层的靶分别与该托架之间进行放电，在上述结合层上形成中间层，
在上述中间层上形成上述涂层。
19.工具，该工具包括工具用基体材料和在上述工具用基体材料上形成的高硬度覆膜，其中，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
20.工具，该工具包括工具用基体材料和在上述工具用基体材料上形成的高硬度覆膜，其中，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
21.加工装置，该加工装置设有包括工具用基体材料和在上述工具用基体材料上形成的高硬度覆膜的工具，其中，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
22.加工装置，该加工装置设有包括工具用基体材料和在上述工具用基体材料上形成的高硬度覆膜的工具，其中，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。
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