DE102009022620B4 - Hartfilm-beschichtetes Element und Vorrichtung zum Formen - Google Patents

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Abstract

Hartfilm-beschichtetes Element, umfassend: ein Basismaterial, das eine Legierung auf Eisenbasis umfasst, die Cr enthält, eine erste Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 1 bis 10 μm auf der Oberfläche des Basismaterials ausgebildet ist, und eine zweite Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 2 bis 10 μm auf der Oberfläche der ersten Filmschicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filmschicht Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst, worin M ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al ist und a, b und c jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen: 0 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,15, 0 ≤ c ≤ 0,5 und 0,3 ≤ 1 – a – b, und wobei die zweite Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst, worin L ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Si, Y und B ist und d, e, f und g jeweils das...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hartfilm-beschichtetes Element, das auf dessen Oberfläche mit einem Hartfilm beschichtet ist, sowie eine Vorrichtung zum Formen, bei der das Element eingesetzt wird.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Herkömmlich wurden die Verschleißbeständigkeit und die Fressbeständigkeit von Vorrichtungen zur Metallbearbeitung, wie z. B. Matrizen bzw. Gesenken, durch eine Nitrierbehandlung verbessert. Ferner wurden in den letzten Jahren Untersuchungen bezüglich der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der Fressbeständigkeit durch eine Gasphasenbeschichtung, wie z. B. PVD, anstelle einer Nitrierbehandlung durchgeführt. Beispielsweise beschreibt die JP 2000-144376 A einen Hartfilm, dessen Verschleißbeständigkeit durch die Bildung eines Mischnitrids, das zwei oder mehr von Cr, Al, Ti und V enthält, verbessert ist. Dagegen beschreiben die JP 2002-307128 A und die JP 2002-307129 A eine beschichtete Vorrichtung für eine Warmbearbeitung, die eine hervorragende Verschleißbeständigkeit oder Fressbeständigkeit aufweist, umfassend eine Beschichtungsschicht, ausgebildet aus einem oder mehreren von Nitriden, Carbiden und Carbonitriden von Ti, V, Al, Cr und Si, die darin ausgebildet sind, und gegebenenfalls eine darauf ausgebildete Sulfidschicht, die Ti und Cr und als Rest Mo umfasst. Ferner beschreibt die JP 2000-001768 A einen Hartfilm mit hervorragender Verschleißbeständigkeit und Fressbeständigkeit, der eine Oberflächenschicht umfasst, die MoS2 als eine Hauptkomponente auf einem Film mit großer Härte umfasst, sowie einen Gegenstand, der den Film aufweist. Ferner beschreibt die JP 2006-124818 A einen Hartfilm, der (Xc, M1-c)(BaCbN1-a-b) umfasst, wobei M eines oder mehrere von W und V ist und X ein oder mehrere Elemente) der Gruppen 4A und 5A, Al, Si, Fe, Co und Ni ist, sowie ein Verfahren zu dessen Bildung.
  • Der in der JP 2000-144376 A beschriebene Hartfilm, der ein Mischnitrid umfasst, das zwei oder mehr von Cr, Al, Ti und V enthält, weist eine grolle Härte und eine hervorragende Verschleißbeständigkeit auf, ist jedoch bezüglich der Fressbeständigkeit unzureichend.
  • Wenn eine plastische Bearbeitung eines Metalls unter einem hohen Oberflächendruck durchgeführt wird oder in anderen Fällen weist der Hartfilm keine Beständigkeit gegen die Verwendung in einer stark belastenden Umgebung auf. Die in der JP 2002-307129 A beschriebene Beschichtungsschicht, die eines oder mehrere von Nitriden, Carbiden und Carbonitriden von Ti, V, Al, Cr und Si umfasst, weist ebenfalls eine große Härte, jedoch eine schlechte Fressbeständigkeit auf.
  • Wenn die Sulfidschicht in der in der JP 2002-307128 A oder in der JP 2000-001768 A beschriebenen Weise gebildet wird, ist das Sulfid weich und sie weist zu Beginn der Verwendung hervorragende Gleiteigenschaften (Verschleißbeständigkeit) auf, unterliegt jedoch im Zeitverlauf einem Verschleiß. Folglich kann die Verschleißbeständigkeit nicht über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Auch bei dem Hartfilm, der (Xc, M1-c)(BaCbN1-a-b) umfasst, welcher in der JP 2006-124818 A beschrieben ist, sind wie in dem Fall der Sulfidschicht die Gleiteigenschaften (Verschleißbeständigkeit) zu Beginn der Verwendung hervorragend, jedoch kann die Verschleißbeständigkeit nicht über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
  • Wenn ferner die Beschichtungsschicht, die ein Nitrid, Carbid und Carbonitrid von einem oder mehreren von Ti, V, Al, Cr und Si umfasst, der JP 2002-307128 A oder der JP 2002-307129 A direkt auf einem Basismaterial mit geringer Härte des Eisentyps ausgebildet ist, besteht eine Tendenz dahingehend, dass aufgrund einer Elastizität und eines plastischen Verformungsverhaltens, die sich von denjenigen des Basismaterials unterscheiden, in ungünstiger Weise ein Ablösen auftritt (die Haftung abnimmt).
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht, um diese Probleme zu lösen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hartfilm-beschichtetes Element mit hervorragender Verschleißbeständigkeit und Haftung und eine Vorrichtung zum Formen, bei der dieses eingesetzt wird, bereitzustellen.
  • Zur Lösung der Probleme wird gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Hartfilmbeschichtetes Element bereitgestellt, umfassend: ein Basismaterial, das eine Legierung auf Eisenbasis umfasst, die Cr enthält, eine erste Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 1 bis 10 μm auf der Oberfläche des Basismaterials ausgebildet ist, und eine zweite Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 2 bis 10 μm auf der Oberfläche der ersten Filmschicht ausgebildet ist, wobei die erste Filmschicht Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst, worin M ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al ist und a, b und c jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen: 0 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,15, 0 ≤ c ≤ 0,5 und 0,3 ≤ 1 – a – b, und wobei die zweite Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst, worin L ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus Si, Y und B ist und d, e, f und g jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen: 0,05 ≤ 1 – d – e – f ≤ 0,5, 0,05 ≤ d ≤ 0,5, 0,4 ≤ e ≤ 0,7, 0 ≤ f ≤ 0,15 und 0 ≤ g ≤ 0,5.
  • Bei dieser Konfiguration ist die erste Filmschicht, die Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) mit einem Atomverhältnis innerhalb eines vorgegebenen Bereichs umfasst (worin M ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al ist) und eine vorgegebene Filmdicke aufweist, auf der Oberfläche des Basismaterials bereitgestellt. Dies verbessert die Haftung zwischen der zweiten Filmschicht, die Al (AlN) enthält, das eine schlechte Haftung aufweist, und dem Basismaterial. Ferner weist die erste Filmschicht eine vorgegebene Filmdicke auf. Dies verringert den Unterschied im Verformungsverhalten bei einer externen Belastung aufgrund des Unterschieds in den mechanischen Eigenschaften zwischen der zweiten Filmschicht und dem Basismaterial. Als Ergebnis wird das Ablösen der zweiten Filmschicht unterdrückt, was die Haftung der ersten Filmschicht an der zweiten Filmschicht verbessert. Ferner ist die zweite Filmschicht, die Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) mit einem Atomverhältnis innerhalb eines vorgegebenen Bereichs umfasst (worin L ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus Si, Y und B ist) und eine vorgegebene Filmdicke aufweist, auf der Oberfläche der ersten Filmschicht bereitgestellt. Als Ergebnis wirkt die zweite Filmschicht als verschleißbeständige Schicht in dem Hartfilm-beschichteten Element und unterdrückt den Oxidationsverschleiß aufgrund der Wärmeerzeugung während der Formgebung und den Gleitverschleiß mit dem zu verarbeitenden Gegenstand. Die zweite Filmschicht weist eine vorgegebene Filmdicke auf. Dies unterdrückt das Ablösen der zweiten Filmschicht und verbessert auch deren Haftung.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die erste Filmschicht CrN von Cr1-a-bMaBb(CcN1-c), worin a = 0, b = 0 und c = 0 ist, umfasst, und die zweite Filmschicht Nb1-d-eCrdAleN von Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin f = 0 und g = 0 ist und d und e den folgenden Beziehungen genügen: 0,1 ≤ 1 – d – e ≤ 0,3, 0,1 ≤ d ≤ 0,3 und 0,5 ≤ e ≤ 0,6, umfasst.
  • Bei dieser Konfiguration umfasst die erste Filmschicht CrN. Dies stellt die starke Haftung zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht sicher. Die zweite Filmschicht umfasst Nb1-d-eCrdAleN mit einem Atomverhältnis innerhalb des angegebenen Bereichs. Dies unterdrückt den Oxidationsverschleiß der zweiten Filmschicht sehr stark. Darüber hinaus wird es weniger wahrscheinlich, dass die zweite Filmschicht welch wird, was den Gleitverschleiß sehr stark unterdrückt.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Einzelphase, die nur aus einer Struktur des kubischen Steinsalztyps besteht, oder eine Mischphase aufweist, die eine Struktur des kubischen Steinsalztyps und eine Struktur des hexagonalen Typs darin gemischt umfasst, und dass in dem Fall der Mischphase ein Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) ≤ 1 erfüllt ist, wobei lc die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, und lh die Intensität des hexagonalen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größte Peakintensität der Peakintensitäten der (100)-Ebene, der (002)-Ebene und der (101)-Ebene des hexagonalen Kristalls handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung.
  • Bei dieser Konfiguration weist die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Einzelphase, die nur aus einer Struktur des kubischen Steinsalztyps besteht, oder eine Mischphase auf, die eine Struktur des kubischen Steinsalztyps und eine Struktur des hexagonalen Typs darin gemischt umfasst. In dem Fall der Mischphase ist das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) der Intensität des kubischen Peaks (lc) und der Intensität des hexagonalen Peaks (lh), die mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung gemessen worden sind, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs beschränkt. Dies beschränkt das Verhältnis des mit dem kubischen Kristall zu mischenden hexagonalen Kristalls. Insbesondere ist das Mischungsverhältnis des hexagonalen Kristalls, der weich ist und die Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht vermindert, verringert.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Struktur des kubischen Steinsalztyps umfasst und ein Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) ≤ 1 erfüllt ist, auf der Basis eines Vergleichs mit In, wobei Ic die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, und In die Peakintensität der (110)-Ebene des Nb-Metalls bezeichnet.
  • Bei dieser Konfiguration umfasst die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Struktur des kubischen Steinsalztyps und das Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) der Intensität des kubischen Peaks (lc), gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, und der Intensität des Peaks (ln) des Metalls Nb sind innerhalb eines vorgegebenen Bereichs beschränkt. Dies beschränkt die Menge der Nb-Metallteilchen, die in die zweite Filmschicht eingebracht werden. insbesondere ist die Menge der Nb-Metallteilchen, die welch sind und die Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht vermindern, verringert.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die zweite Filmschicht mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps gebildet wird und dass die Vorspannung des Substrats, das in einer Vorrichtung zur Verwendung in dem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps angeordnet ist, zur Bildung der zweiten Filmschicht –30 bis –200 V beträgt.
  • Bei dieser Konfiguration liegt die Vorspannung des Substrats zur Bildung der zweiten Filmschicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs. Dies beschränkt das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) der Intensität des kubischen Peaks (lc) und der Intensität des hexagonalen Peaks (lh) der zweiten Filmschicht, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, innerhalb des vorgegebenen Bereichs. Folglich ist der Anteil des hexagonalen Kristalls in der zweiten Filmschicht verringert.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die zweite Filmschicht mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps gebildet wird und dass der Stickstoffdruck in einer Vorrichtung zur Verwendung in dem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps zur Bildung der zweiten Filmschicht 2 bis 10 Pa beträgt.
  • Bei dieser Konfiguration liegt der Stickstoffdruck in der Vorrichtung zur Bildung der zweiten Filmschicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs. Dies beschränkt das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) der Intensität des kubischen Peaks (lc) und der Intensität des hexagonalen Peaks (lh) der zweiten Filmschicht, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, innerhalb des vorgegebenen Bereichs. Folglich ist die Menge der Nb-Metallteilchen, die in die zweite Filmschicht eingebracht werden, verringert.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die erste Filmschicht CrN von Cr1-a-bMaBb(CcN1-c), worin a = 0, b = 0 und c = 0 ist, umfasst, und die zweite Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleSifN von Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin g = 0 und L Si ist und d, e und f den folgenden Beziehungen genügen: 0,1 ≤ 1 – d – e – f ≤ 0,3, 0,1 ≤ d ≤ 0,3, 0,5 ≤ e ≤ 0,6 und 0,01 ≤ f ≤ 0,05, umfasst.
  • Bei dieser Konfiguration umfasst die erste Filmschicht CrN. Dies stellt die starke Haftung zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht sicher. Die zweite Filmschicht umfasst Nb1-d-e-fCrdAleSifN mit einem Atomverhältnis innerhalb des angegebenen Bereichs. Dies vermindert den Oxidationsverschleiß der zweiten Filmschicht sehr stark. Darüber hinaus wird es weniger wahrscheinlich, dass die zweite Filmschicht weich wird. Dies vermindert den Gleitverschleiß sehr stark.
  • Ferner umfasst das Hartfilm-beschichtete Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt ferner einen Laminierfilm, der eine dritte Filmschicht und eine vierte Filmschicht umfasst, die abwechselnd zwischen der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht geschichtet bzw. gestapelt sind, wobei die dritte Filmschicht Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst und die Filmdicke der dritten Filmschicht kleiner ist als die Filmdicke der ersten Filmschicht, die vierte Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst und die Filmdicke der vierten Filmschicht kleiner ist als die Filmdicke der zweiten Filmschicht, und der Laminierzyklus des Laminierfllms 300 nm oder weniger beträgt und die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms 0,05 μm oder mehr beträgt.
  • Bei dieser Konfiguration ist der Laminierfilm, der durch abwechselndes Schichten der dritten Filmschicht, die das gleiche Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst wie dasjenige der ersten Filmschicht und ein Atomverhältnis aufweist, das mit demjenigen der ersten Filmschicht identisch ist oder sich von diesem unterscheidet, und der vierten Filmschicht, die das gleiche Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst wie dasjenige der zweiten Filmschicht und ein Atomverhältnis aufweist, das mit demjenigen der zweiten Filmschicht identisch ist oder sich von diesem unterscheidet, zwischen der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht einbezogen. Darüber hinaus liegen der Laminierzyklus und die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms innerhalb jeweiliger vorgegebener Bereiche. Dies unterdrückt ein Ablösen der zweiten Filmschicht bei einer externen Belastung, was die Haftung zwischen der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht verbessert.
  • Ferner ist es bei dem Hartfilm-beschichteten Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass das Basismaterial ein Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid enthält und die Rockwelt-Härte des Basismaterials HRC50 oder mehr beträgt.
  • Bei dieser Konfiguration weist das Basismaterial eine Rockwelt-Härte innerhalb des vorgegebenen Bereichs auf. Als Ergebnis wird selbst dann, wenn das Basismaterial ein Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid enthält, der Unterschied der mechanischen Eigenschaften zwischen der Matrix des Basismaterials und des Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbids minimiert. Daher werden das Verformungsverhalten der Matrix und das Verformungsverhalten des Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbids bei einer externen Belastung sehr ähnlich. Dies unterdrückt das Auftreten von Rissen oder dergleichen an der Grenzfläche zwischen der Matrix und dem Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbid. Als Ergebnis wird die Haftung zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht sichergestellt.
  • Ferner umfasst das Hartfilm-beschichtete Element gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Diffusionsschicht, die durch Nitrieren, Aufkohlen oder Carbonitrieren des Basismaterials gebildet worden ist, zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht.
  • Bei dieser Konfiguration ist die Diffusionsschicht zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht einbezogen. Folglich wird der Unterschied der mechanischen Eigenschaften zwischen der Matrix des Basismaterials und des Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbids minimiert. Daher werden das Verformungsverhalten der Matrix und das Verformungsverhalten des Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbids bei einer externen Belastung sehr ähnlich. Dies unterdrückt das Auftreten von Rissen oder dergleichen an der Grenzfläche zwischen der Matrix und dem Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbid weiter. Als Ergebnis wird die Haftung zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht noch besser sichergestellt.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Formen bereitgestellt, die das Hartfilm-beschichtete Element umfasst.
  • Bei dieser Konfiguration weist die Vorrichtung zum Formen das Hartfilm-beschichtete Element auf. Als Ergebnis werden die Verschleißbeständigkeit und die Haftung der Vorrichtung zum Formen verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1C sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Konfiguration eines erfindungsgemäßen Hartfilm-beschichteten Elements zeigen, und
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Abscheidungsvorrichtung.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Das erfindungsgemäße Hartfilm-beschichtete Element weist eine hervorragende Verschleißbeständigkeit und Haftung auf und es kann bevorzugt als ein Element einer Vorrichtung zum Formen, wie z. B. einer Matrize bzw. eines Gesenks, die dadurch eine verbesserte Dauerbeständigkeit aufweist, verwendet werden. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Formen eine hervorragende Verschleißbeständigkeit und Haftung auf und kann bevorzugt als ein Element einer Vorrichtung zum Formen, wie z. B. einer Matrize bzw. eines Gesenks, die dadurch eine verbesserte Dauerbeständigkeit aufweist, verwendet werden.
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hartfilm-beschichteten Elements (Element) werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die 1A bis 1C sind jeweils eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Hartfilmbeschichteten Materials zeigt.
  • Gemäß der 1A umfasst ein Hartfilm-beschichtetes Material 1a ein Basismaterial 2, eine auf der Oberfläche des Basismaterials 2 ausgebildete erste Filmschicht 3 und eine auf der Oberfläche der ersten Filmschicht 3 ausgebildete zweite Filmschicht 4.
  • Die 1A zeigt die Konfiguration, welche die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 auf einer Seite des Basismaterials 2 zeigt. Es ist jedoch auch eine Konfiguration akzeptabel, welche die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 auf gegenüber liegenden Seiten des Basismaterials 2 umfasst.
  • Basismaterial
  • Das Basismaterial 2 umfasst eine Cr-enthaltende Legierung auf Eisenbasis. Als Crenthaltende Legierung auf Eisenbasis können ein Matrizen- bzw. Gesenkstahl, wie z. B. SKD61 oder SKD11, die in JIS spezifiziert sind, ein Hochleistungsschnellstahl, wie z. B. SKH51, oder dergleichen genannt werden. Der Cr-Gehalt beträgt vorzugsweise etwa 3 Massen-% oder mehr.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es besonders effektiv, wenn das Basismaterial 2 ein ausgeschiedenes Carbid enthält, das Cr enthält (das nachstehend auch als Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid bezeichnet wird). Dabei handelt es sich bei dem Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbid um eines, das Cr in der Form eines Carbids in ausgeschiedenen Carbiden wie M7C3 (M: Fe, Cr) enthält. Bei dem Basismaterial 2, das ein solches Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid enthält, weisen die Matrix und das Cr-enthaltende ausgeschiedene Carbid voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften (Härte, Young'scher Modul) auf. Daher unterscheiden sie sich bei einer externen Belastung bezüglich des elastisch-plastischen Verformungsverhaltens voneinander. Aus diesem Grund treten dann, wenn das Basismaterial 2 eine Filmschicht auf dessen Oberfläche aufweist, Risse an der Grenzfläche zwischen dem Cr-enthaltenden ausgeschiedenen Carbid und der Matrix auf, so dass es wahrscheinlich ist, dass sich die Filmschicht ablöst. In der vorliegenden Erfindung ist jedoch die erste Filmschicht 3 einbezogen, die eine Zusammensetzung aufweist, die derart ist, dass sie eine größere Härte als diejenige des später beschriebenen Basismaterials 2 aufweist. Daher spielt die erste Filmschicht 3 eine Rolle dahingehend, dass sie eine Verformung des Basismaterials 2 verhindert, so dass der Effekt der externen Belastung auf das Basismaterial 2 minimiert werden kann. Als Ergebnis kann selbst dann, wenn das Basismaterial 2 ein Crenthaltendes ausgeschiedenes Carbid enthält, die Verformung des Basismaterials 2 selbst unterdrückt werden. Dies kann die Beschädigung der ersten Filmschicht 3 aufgrund des Unterschieds im Verformungsverhalten unterdrücken. Wenn jedoch das Basismaterial 2 selbst welch ist, wird es dennoch durch eine externe Belastung beeinflusst. Aus diesem Grund beträgt die Rockwell-Härte des Basismaterials 2 vorzugsweise HRC50 oder mehr und mehr bevorzugt HRC55 oder mehr.
  • Erste Filmschicht
  • Die erste Filmschicht 3 umfasst eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (1): Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) dargestellt wird, worin M ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al ist und a, b und c jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen:
    0 ≤ a ≤ 0,7,
    0 ≤ b ≤ 0,15,
    0 ≤ c ≤ 0,5 und
    0,3 ≤ 1 – a – b.
  • Die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 beträgt 1 bis 10 μm.
  • Gemäß der allgemeinen Formel (1) enthält die erste Filmschicht 3 Cr und N als essentielle Elemente und M, B und C als ausgewählte Elements. Ferner enthält die später beschriebene zweite Filmschicht 4 Al in einem Atomverhältnis von 0,4 oder mehr und AlN als Nitrid in einem Atomverhältnis von 0,4 oder mehr. Das AlN weist eine schlechtere Haftung auf als das Legierungselement auf Eisenbasis. Um die Haftung an dem Basismaterial 2, das ein Legierungselement auf Eisenbasis umfasst, zu verbessern, ist die erste Filmschicht 3 als Grundschicht der zweiten Filmschicht 4 angeordnet.
  • (1 – a – b) ist das Atomverhältnis von Cr und ist auf 0,3 oder mehr eingestellt. Dies dient dazu, die Haftung an dem Basismaterial 2, das eine Legierung auf Eisenbasis, die Cr enthält (wird nachstehend auch als Basismaterial aus einer Cr-enthaltenden Legierung auf Eisenbasis bezeichnet), umfasst, zu verbessern. Wenn das Atomverhältnis von Cr (1 – a – b) kleiner als 0,3 ist, wird die Haftung an dem Basismaterial aus einer Cr-enthaltenden Legierung auf Eisenbasis 2 unzureichend. Das Atomverhältnis von Cr (1 – a – b) ist vorzugsweise auf 0,4 oder mehr eingestellt.
  • (a) ist das Atomverhältnis von M und ist auf 0,7 oder weniger eingestellt. M ist eines oder mehrere, ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al, die einzeln oder in einer Kombination zugesetzt werden können. Der Zusatz von M erhöht die Härte der ersten Filmschicht 3, was den Unterschied im Verformungsverhalten bei einer externen Belastung zwischen der zweiten Filmschicht 4 und dem Basismaterial 2 vermindert. Als Ergebnis wird die Haftung der zweiten Filmschicht 4 verbessert. Wenn das Atomverhältnis von M (a) (das Gesamtatomverhältnis der jeweiligen Elemente, wenn zwei oder mehr M vorliegen) höher als 0,7 ist, nimmt das Atomverhältnis von Cr (1 – a – b) ab und kann nicht auf 0,3 oder mehr eingestellt werden.
  • (b) ist das Atomverhältnis von B und ist auf 0,15 oder weniger eingestellt. Der Zusatz von B erhöht die Härte der ersten Filmschicht 3, so dass die Haftung der zweiten Filmschicht 4 wie mit M verbessert wird. Wenn das Atomverhältnis von B (b) höher als 0,15 ist, wird die Härte der ersten Filmschicht 3 nur unzureichend erhöht. Das Atomverhältnis B (b) ist vorzugsweise auf 0,1 oder weniger eingestellt.
  • (c) ist das Atomverhältnis von C und ist auf 0,5 oder weniger eingestellt. Der Zusatz von C erhöht die Härte der ersten Filmschicht 3, so dass die Haftung der zweiten Filmschicht 4 wie mit M verbessert wird. Wenn das Atomverhältnis von C (c) höher als 0,5 ist, wird die Härte der ersten Filmschicht 3 nur unzureichend erhöht. Das Atomverhältnis von C (c) ist vorzugsweise auf 0,3 oder weniger eingestellt.
  • (1 – c) ist das Atomverhältnis von N und ist auf 0,5 oder mehr eingestellt. N ist das essentielle Element zur Verbesserung der Haftung der zweiten Filmschicht 4 aufgrund der Erhöhung der Härte der ersten Filmschicht 3. Wenn das Atomverhältnis von N (1 – c) kleiner als 0,5 ist, wird die Härte der ersten Filmschicht 3 nur unzureichend erhöht.
  • Die erste Filmschicht 3 weist zusätzlich zu der Rolle der Sicherstellung der Haftung zwischen der ersten Filmschicht 3 und dem Basismaterial aus einer Cr-enthaltenden Legierung auf Eisenbasis 2 eine Rolle des Sicherstellens der Haftung der zweiten Filmschicht 4 in der folgenden Weise auf: Sie weist mechanische Eigenschaften (Härte und Young'scher Modul) auf, die zwischen denjenigen der zweiten Filmschicht 4 und dem Basismaterial aus einer Crenthaltenden Legierung auf Eisenbasis 2 liegen; dies vermindert den Unterschied im Verformungsverhalten bei einer externen Belastung aufgrund des Unterschieds in den mechanischen Eigenschaften zwischen der zweiten Filmschicht 4 und dem Basismaterial aus einer Cr-enthaltenden Legierung auf Eisenbasis 2. Um die Ausübung einer solchen Rolle zu ermöglichen, muss die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 1 μm oder mehr und mehr bevorzugt 3 μm oder mehr betragen. Der Ver-minderungseffekt bezüglich des Verformungsverhaltens ist jedoch gesättigt, wenn die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 10 μm übersteigt. Aus diesem Grund ist die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 im Hinblick auf die Herstellungseffizienz auf 10 μm oder weniger eingestellt.
  • Zweite Filmschicht
  • Die zweite Filmschicht 4 umfasst eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (2): Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) dargestellt wird, worin L ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus Si, Y und B ist und d, e, f und g jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen:
    0,05 ≤ 1 – d – e – f ≤ 0,5,
    0,05 ≤ d ≤ 0,5,
    0,4 ≤ e ≤ 0,7,
    0 ≤ f ≤ 0,15 und
    0 ≤ g ≤ 0,5.
  • Die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 beträgt 2 bis 10 μm.
  • Gemäß der allgemeinen Formel (2) enthält die zweite Filmschicht 4 Nb, Cr, Al und N als essentielle Elemente und L (eines oder mehrere von Si, Y und B) und C als ausgewählte Elemente. Ferner ist die zweite Filmschicht 4 ein Film mit hervorragender Verschleißbeständigkeit und weist einen Effekt des Unterdrückens des Oxidationsverschleißes aufgrund einer Wärmeerzeugung während des Formens und des Gleitverschleißes mit dem zu verarbeitenden Gegenstand auf.
  • (1 – d – e – f) ist das Atomverhältnis von Nb und ist auf 0,05 bis 0,5 eingestellt. Nb ist ein essentielles Element zum Vermindern des Oxidationsverschleißes und zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht 4. Wenn das Atomverhältnis von Nb (1 – d – e – f) mehr als 0,5 beträgt, nimmt der Al-Gehalt relativ ab, so dass der Oxidationsverschleiß nicht vermindert wird. Dies führt zu einer Verminderung der Verschleißbeständigkeit. Bei weniger als 0,05 nimmt der Al-Gehalt relativ zu. Folglich wird die zweite Filmschicht 4 weich gemacht, so dass ein Gleitverschleiß nicht vermindert wird, was zu einer Verminderung der Verschleißbeständigkeit führt. Ferner liegt das Atomverhältnis von Nb vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 0,3.
  • (d) ist das Atomverhältnis von Cr und ist auf 0,05 bis 0,5 eingestellt. Wenn die zweite Filmschicht 4 nur Al enthält, weist die zweite Filmschicht 4 eine weiche hexagonale Kristallstruktur auf. Daher ist es erforderlich, dieser Cr in einem Atomverhältnis von 0,05 oder mehr zuzusetzen und die Härte der zweiten Filmschicht 4 zu erhöhen, um deren Gleitverschleiß zu vermindern. Wenn Cr jedoch im Übermaß zugesetzt wird, nimmt der Al-Gehalt relativ ab, so dass der Oxidationsverschleiß nicht verrindert wird. Aus diesem Grund ist die zuzusetzende Cr-Menge auf 0,5 oder weniger, bezogen auf das Atomverhältnis (d), eingestellt. Ferner ist das Atomverhältnis von Cr (d) vorzugsweise auf 0,1 bis 0,3 eingestellt.
  • (e) ist das Atomverhältnis von Al und ist auf 0,4 bis 0,7 eingestellt. Al ist ein essentielles Element, um der zweiten Filmschicht 4 die Verschleißbeständigkeit zu verleihen. Wenn das Al-Atomverhältnis (e) weniger als 0,4 beträgt, wird der Oxidationsverschleiß der zweiten Filmschicht 4 nicht vermindert. Folglich wird die Verschleißbeständigkeit unzureichend. Wenn der Al-Gehalt zunimmt, wird die zweite Filmschicht 4 weich gemacht. Folglich wird der Gleitverschleiß nicht vermindert, so dass die Verschleißbeständigkeit verschlechtert wird. Aus diesem Grund wird das Atomverhältnis von Al (e) auf 0,7 oder weniger eingestellt. Das Atomverhältnis von Al (e) wird vorzugsweise auf 0,5 bis 0,6 eingestellt.
  • (f) ist das Atomverhältnis von L und ist auf 0,15 oder weniger eingestellt. L ist ein Element, das zum Vermindern des Oxidationsverschleißes und ferner zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht 4 zugesetzt wird. L ist eines oder mehrere ausgewählt aus Si, Y und B und kann einzeln oder in einer Kombination zugesetzt werden. Wenn L im Übermaß zugesetzt wird, wird die Härte der zweiten Filmschicht 4 vermindert. Daher ist das Atomverhältnis von L (f) (das Gesamtatomverhältnis der jeweiligen Elemente, wenn zwei oder mehr L vorliegen) auf 0,15 oder weniger eingestellt. Das Atomverhältnis von L (f) ist vorzugsweise auf 0,1 oder weniger eingestellt und mehr bevorzugt auf 0,05 oder weniger eingestellt. Ferner ist das Atomverhältnis von L (f) vorzugsweise auf 0,01 oder mehr eingestellt, um ein ausreichendes Ausüben des Effekts zu ermöglichen.
  • (g) ist das Atomverhältnis von C und ist auf 0,5 oder weniger eingestellt. Der Zusatz von C erhöht die Härte der zweiten Filmschicht 4, so dass der Gleitverschleiß vermindert wird. Folglich wird die Verschleißbeständigkeit verbessert. Wenn das Atomverhältnis von C (g) höher als 0,5 ist, wird die Härte der zweiten Filmschicht 4 nur unzureichend erhöht. Das Atomverhältnis von C (g) ist vorzugsweise auf 0,3 oder weniger eingestellt.
  • (1 – g) ist das Atomverhältnis von N und ist auf 0,5 oder mehr eingestellt. N ist ein essentielles Element zum Erhöhen der Härte und zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht 4. Wenn das Atomverhältnis von N (1 – g) kleiner als 0,5 ist, wird die Härte der zweiten Filmschicht 4 nur unzureichend erhöht. Folglich wird der Gleitverschieiß nicht vermindert, was zu einer Verschlechterung der Verschleißbeständigkeit führt.
  • Der Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 kommt die Rolle des Beibehaltens der Verschleißbeständigkeit der zweiten Filmschicht 4 zu. Daher muss die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 auf 2 μm oder mehr und mehr bevorzugt auf 3 μm oder mehr eingestellt werden. Wenn die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 jedoch mehr als 10 μm beträgt, wird die Filmbeanspruchung zu groß. Folglich wird es wahrscheinlicher, dass ein Ablösen der zweiten Filmschicht 4 stattfindet. Aus diesem Grund ist die Filmdicke der zweiten Filmschicht auf 10 μm oder weniger eingestellt.
  • Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hartfilmbeschichteten Elements beschrieben.
  • Das Hartfilm-beschichtete Element 1a weist vorzugsweise die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 mit den folgenden Konfigurationen auf. Das Gleiche gilt für das Basismaterial 2 und folglich wird dessen Beschreibung weggelassen.
  • Erste Filmschicht
  • Die erste Filmschicht 3 umfasst CrN. Dies wird durch die allgemeine Formel (1): Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) dargestellt, worin das Atomverhältnis von M (a), das Atomverhältnis von B (b) und das Atomverhältnis von C (c) auf 0 eingestellt sind und das Atomverhältnis von Cr (1 – a – b) und das Atomverhältnis von N (1 – c) auf 1 eingestellt sind. Folglich ist die erste Filmschicht 3 auf CrN beschränkt, so dass die starke Haftung an dem Basismaterial 2 sichergestellt ist. Ferner beträgt die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 1 bis 10 μm, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Zweite Filmschicht
  • Die zweite Filmschicht 4 umfasst eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (3): Nb1-d-eCrdAleN dargestellt wird, worin
    0,1 ≤ 1 – d – e ≤ 0,3,
    0,1 ≤ d ≤ 0,3 und
    0,5 ≤ e ≤ 0,6
    erfüllt sind.
  • Ferner beträgt die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 2 bis 10 μm, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Die allgemeine Formel (3) ist die allgemeine Formel (2): Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin das Atomverhältnis von L (eines oder mehrere ausgewählt aus Si, Y und B) (f) und das Atomverhältnis von C (g) auf 0 eingestellt sind, das Atomverhältnis von Nb (1 – d – e – f) und das Atomverhältnis von Cr (d) auf 0,1 bis 0,3 eingestellt sind, das Atomverhältnis von Al (e) auf 0,5 bis 0,6 eingestellt ist und das Atomverhältnis von N (1 – g) auf 1 eingestellt ist. Durch Beschränken der Atomverhältnisse von Nb, Cr, Al und N in der zweiten Filmschicht 4 innerhalb der engen Bereiche wird der Oxidationsverschleiß der zweiten Filmschicht 4 stark vermindert, und ein Weichwerden (Gleitverschleiß) der zweiten Filmschicht 4 wird stark vermindert.
  • Die zweite Filmschicht 4 mit der Zusammensetzung (Nb1-d-8CrdAleN) weist eine Kristallstruktur mit einer Einzelphase, die nur aus einer Struktur des kubischen Steinsalztyps besteht, oder eine Mischphase auf, die eine Struktur des kubischen Steinsalztyps und eine Struktur des hexagonalen Typs darin gemischt umfasst. Die hexagonale Komponente ist weicher als die kubische Komponente. Daher wird aufgrund des Einbeziehens der hexagonalen Komponente der Gleitverschleiß der zweiten Filmschicht 4 nicht vermindert, so dass eine Tendenz dahingehend besteht, dass die Verschleißbeständigkeit vermindert wird. Daher ist es in dem Fall der Mischphase bevorzugt, den Gehalt der hexagonalen Komponente in der Kristallstruktur zu spezifizieren.
  • Wenn in der Kristallstruktur eine hexagonale Komponente enthalten ist, werden in dem Beugungsmuster, das mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung gemessen worden ist, Beugungslinien von (100)-, (002)- und (101)-Ebenen festgestellt. Wenn dagegen eine kubische Komponente in der Kristallstruktur enthalten ist, werden Beugungslinien von der (111)-Ebene und der (200)-Ebene festgestellt. Die Peakintensität der Beugungslinie ist proportional zu dem Gehalt jeder Komponente (kubische Komponente oder hexagonale Komponente) in der Kristallstruktur.
  • Daher ist in der vorliegenden Erfindung, wenn die Kristallstruktur die Mischphase aufweist, vorzugsweise das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) ≤ 1 erfüllt, wobei lc die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, und lh die Intensität des hexagonalen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größte Peakintensität der Peakintensitäten der (100)-Ebene, der (002)-Ebene und der (101)-Ebene handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung. Mehr bevorzugt beträgt das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) ≤ 0,5. Wenn das Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) > 1 beträgt, nimmt die Menge der hexagonalen Komponenten in der Kristallstruktur zu, so dass die Verschleißbeständigkeit in nachteiliger Weise vermindert wird. Die zweite Filmschicht 4 weist ein Peakintensitätsverhältnis von (lh/lc) ≤ 1 auf, so dass die Verhältnisse der hexagonalen Komponenten und der kubischen Komponenten in der Kristallstruktur geeignete Werte aufweisen, was zu einer hervorragenden Verschleißbeständigkeit führt.
  • Das Peakintensitätsverhältnis der zweiten Filmschicht 4 von (lh/lc) ≤ 1 wird durch Einstellen der Bedingungen zur Bildung der zweiten Filmschicht 4 erreicht. insbesondere wenn die zweite Filmschicht 4 mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps gebildet wird, wird die in der 2 gezeigte Vorrichtung (Abscheidungsvorrichtung 10) verwendet, und die Vorspannung des in der Vorrichtung (Abscheidungsvorrichtung 10) angeordneten Basismaterials 2 wird auf –30 bis –200 V eingestellt. Die Vorspannung wird bevorzugt auf –50 bis –100 V eingestellt. Wenn die Vorspannung –200 V übersteigt, ist die Energie von Ionen, die wähnend des Abscheidens der zweiten Filmschicht 4 auftreffen, hoch und der Temperaturanstieg des Basismaterials 2 wird beträchtlich. Folglich findet statt einer Filmbildung (Abscheidung) vorwiegend ein Ätzen statt. Folglich wird in nachteiliger Weise die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 sehr gering. Warm die Vorspannung weniger als –30 V beträgt, nimmt in nachteiliger Weise die Menge der hexagonalen Komponenten in der Kristallstruktur zu.
  • Bei der zweiten Filmschicht 4 können Teilchen aus Nb-Metall, bei dem es sich um ein hochschmelzendes Metall handelt und bei dem die Wahrscheinlichkeit eines Verdampfens geringer ist, in die zweite Filmschicht einbezogen werden. Die Nb-Metallteilchen sind weich. Daher wird aufgrund des Einbeziehens des Nb-Metalls in die zweite Filmschicht 4 der Gleitverschleiß der zweiten Filmschicht 4 nicht vermindert, so dass eine Tendenz dahingehend besteht, dass die Verschleißbeständigkeit vermindert wird. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, die Menge der Nb-Metallteilchen, die in der zweiten Filmschicht 4 enthalten sind, zu spezifizieren. Der Gehalt der Nb-Metallteilchen ist wie der Gehalt der hexagonalen Komponenten proportional zur Peakintensität der Beugungslinie, die für die (110)-Ebene in dem mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung gemessenen Beugungsmuster festgestellt wird.
  • Daher genügt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht 4, welche die kubische Steinsalzstruktur umfasst, vorzugsweise dem Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) ≤ 1, auf der Basis des Vergleichs mit In, wobei lc die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, und In die Peakintensität der (110)-Ebene des Metalls Nb bezeichnet. Mehr bevorzugt beträgt das Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) ≤ 0,5. Bei einem Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) von mehr als 1 nimmt die Menge der Nb-Metallteilchen, die in die zweite Filmschicht 4 einbezogen sind, zu, was in nachteiliger Weise zu einer Verschlechterung der Verschleißbeständigkeit führt. Die zweite Filmschicht 4 weist ein Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) gleich 1 oder mehr als 1 auf. Dies führt zu einer Verminderung der Menge der in der zweiten Filmschicht 4 aufzunehmenden Nb-Metallteilchen. Folglich können eine hervorragende Oberflächenglätte und eine hervorragende Verschleißbeständigkeit erhalten werden.
  • Das Peakintensitätsverhältnis der zweiten Filmschicht 4 (ln/lc) ≤ 1 wird durch Einstellen der Bedingungen zur Bildung der zweiten Filmschicht 4 erreicht. Insbesondere wenn die zweite Filmschicht 4 mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps unter Verwendung der in der 2 gezeigten Vorrichtung (Abscheidungsvorrichtung 10) gebildet wird, wird ein NbCrAl-Target als Target (Verdampfungsquelle) 12 verwendet. Daher streuen die Nb-Metallteilchen von dem Target 12 gemäß den Bildungsbedingungen und werden in der auf dem Basismaterial 2 aufgenommenen zweiten Filmschicht 4 aufgenommen. Ferner wird das Streuen der Nb-Metallteilchen von dem Target 12 stark vom Stickstoffdruck in der Vorrichtung (Abscheidungsvorrichtung 10) beeinflusst.
  • In der vorliegenden Erfindung wurde Folgendes gefunden. Der Stickstoffdruck in der Vorrichtung (Abscheidungsvorrichtung 10) wird auf 2 Pa oder mehr eingestellt. Dies führt zu einer geringeren Streuung der Nb-Metallteilchen, was die Menge der in die zweite Filmschicht 4 aufzunehmenden Nb-Metallteilchen vermindert. Als Ergebnis kann das Peakintensitätsverhältnis der zweiten Filmschicht 4 (ln/lc) ≤ 1 erreicht werden. Der Stickstoffdruck beträgt vorzugsweise 2 Pa oder mehr und mehr bevorzugt 4 Pa oder mehr. Wenn der Stickstoffdruck jedoch 10 Pa übersteigt, wird die Menge der in die zweite Filmschicht 4 aufzunehmenden Nb-Metallteilchen vermindert, jedoch nimmt die Bildungsgeschwindigkeit der zweiten Filmschicht 4 ab. Dies führt in nachteiliger Weise zu einer sehr geringen Filmdicke der zweiten Filmschicht 4. Ferner beträgt der Stickstoffdruck mehr bevorzugt 8 Pa oder weniger.
  • Ferner weist das Hartfilm-beschichtete Element 1a vorzugsweise die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 mit den folgenden Konfigurationen auf. Das Gleiche gilt für das Basismaterial 2 und folglich wird dessen Beschreibung weggelassen.
  • Erste Filmschicht
  • Die erste Filmschicht 3 umfasst CrN. Dies wird durch die allgemeine Formal (1): Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) dargestellt, worin das Atomverhältnis von M (a), das Atomverhältnis von B (b) und das Atomverhältnis von C (c) auf 0 eingestellt sind und das Atomverhältnis von Cr (1 – a – b) und das Atomverhältnis von N (1 – c) auf 1 eingestellt sind. Durch derartiges Beschränken der ersten Filmschicht 3 auf CrN wird die starke Haftung an dem Basismaterial 2 sichergestellt. Ferner beträgt die Filmdicke der ersten Filmschicht 3 1 bis 10 μm, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Zweite Filmschicht
  • Die zweite Filmschicht 4 umfasst eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (4): Nb1-d-e-fCrdAleSifN dargestellt wird, worin
    0,1 ≤ 1 – d – e – f ≤ 0,3,
    0,1 ≤ d ≤ 0,3,
    0,5 ≤ e ≤ 0,6 und
    0,01 ≤ f ≤ 0,05
    erfüllt sind.
  • Ferner beträgt die Filmdicke der zweiten Filmschicht 4 2 bis 10 μm, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Die allgemeine Formel (4) entspricht der allgemeinen Formel (2): Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin das Atomverhältnis von C (g) auf 0 eingestellt ist, das Atomverhältnis von Nb (1 – d – e – f) und das Atomverhältnis von Cr (d) auf 0,1 bis 0,3 eingestellt sind, das Atomverhältnis von Al (e) auf 0,5 bis 0,6 eingestellt ist, L auf Si beschränkt ist, das Atomverhältnis von (f) auf 0,01 bis 0,05 eingestellt ist und das Atomverhältnis von N (1 – g) auf 1 eingestellt ist. Durch Beschränken der Atomverhältnisse von Nb, Cr, Al, Si und N in der zweiten Filmschicht 4 innerhalb der engen Bereiche wird der Oxidationsverschleiß der zweiten Filmschicht 4 stark vermindert, und ein Weichwerden (Gleitverschleiß) der zweiten Filmschicht 4 wird stark vermindert.
  • Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hartfilmbeschichteten Elements beschrieben.
  • Gemäß der 1B weist das Hartfilm-beschichtete Element 1b einen Laminierfilm 7 zwischen der auf der Oberfläche des Basismaterials 2 gebildeten ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 auf.
  • Der Laminierfilm 7 ist zwischen die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 einbezogen. Dies kann die Haftung zwischen der ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 verbessern, was das Ablösen der ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 bei einer externen Belastung unterdrücken bzw. vermindern kann. Als Ergebnis wird die Haftung zwischen diesen verbessert.
  • Dabei sind das Basismaterial 2, die erste Filmschicht 3 und die zweite Filmschicht 4 mit denjenigen des Hartfilm-beschichteten Elements 1a identisch und folglich wird eine diesbezügliche Beschreibung weggelassen. Nachstehend wird der Laminierfilm 7 beschrieben.
  • Laminierfilm
  • Der Laminierfilm 7 wird durch abwechselndes Schichten einer dritten Filmschicht 5 und einer vierten Filmschicht 6 gebildet. Dabei umfasst die dritte Filmschicht 5 die gleiche Zusammensetzung Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) wie diejenige der ersten Filmschicht 3. Die dritte Filmschicht 5 weist ein Atomverhältnis auf, das mit demjenigen der ersten Filmschicht 3 identisch oder verschieden davon ist und sie weist eine geringere Filmdicke auf als diejenige der ersten Filmschicht 3. Die vierte Filmschicht 6 umfasst die gleiche Zusammensetzung Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) wie diejenige der zweiten Filmschicht 4. Die vierte Filmschicht 6 weist ein Atomverhältnis auf, das mit demjenigen der zweiten Filmschicht 4 identisch oder verschieden davon ist und sie weist eine geringere Filmdicke auf als diejenige der zweiten Filmschicht 4.
  • Der Laminierfilm 7 weist einen Laminierzyklus von 300 nm oder weniger und mehr bevorzugt von 100 nm oder weniger auf. Dabei steht der Laminierzyklus für die Filmdicke des Laminierfilms 7, wenn eine dritte Filmschicht 3 und eine vierte Filmschicht 6 geschichtet sind. Wenn der Laminierzyklus mehr als 300 nm beträgt, kann der Verbesserungseffekt der Haftung zwischen der ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 nicht erhalten werden.
  • Der Laminierfilm 7 weist eine Gesamtfilmdicke von 0,05 μm oder mehr und mehr bevorzugt von 0,2 μm oder mehr auf. Wenn die Gesamtfilmdicke weniger als 0,05 μm beträgt, kann das Ablösen der ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 bei einer externen Belastung nicht unterdrückt bzw. vermindert werden. Selbst wenn die Gesamtfilmdicke 5 μm übersteigt, unterscheidet sich der Verbesserungseffekt der Haftung zwischen der ersten Filmschicht 3 und der zweiten Filmschicht 4 nicht von demjenigen im Fall von 5 μm oder weniger. Aus diesem Grund beträgt die Gesamtfilmdicke unter Berücksichtigung der Herstellungseffizienz vorzugsweise 5 μm oder weniger.
  • Gemäß der 1C umfasst das Hartfilm-beschichtete Element 1c ferner eine Diffusionsschicht 8 zwischen dem Basismaterial 2 und der ersten Filmschicht 3 des Hartfilmbeschichteten Elements 1a oder 1b (vgl. die 1A und 1B). Das Basismaterial 2 enthält ein Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid. Ferner sind das Basismaterial 2, die erste Filmschicht 3, die zweite Filmschicht 4, die dritte Filmschicht 5 und die vierte Filmschicht 6 mit denjenigen identisch, wie sie vorstehend beschrieben worden sind. Daher wird deren Beschreibung weggelassen.
  • Diffusionsschicht
  • Die Diffusionsschicht 8 wird durch Nitrieren, Aufkohlen oder Carbonitrieren des Basismaterials 2 gebildet. Dann wird der Matrixteil des Basismaterials 2 durch die Bildung der Diffusionsschicht 8 gehärtet. Daher wird die Oberflächenhärte des Basismaterials 2 erhöht. Dies minimiert den Unterschied in den mechanischen Eigenschaften zwischen dem ausgeschiedenen Cr-Carbid und der Matrix des Basismaterials 2. Folglich wird die Verformung des Basismaterials 2 (Ablösen der ersten Filmschicht 3) bei einer externen Belastung vermindert, so dass die Haftung zwischen dem Basismaterial 2 und der ersten Filmschicht 3 verbessert wird. Ferner ist zum Nitrieren, Aufkohlen oder Carbonitrieren ein Behandlungsverfahren unter Verwendung eines Plasmas bevorzugt. Die Tiefe der Diffusionsschicht 8 beträgt vorzugsweise 10 μm oder mehr. Wenn das Hartfilm beschichtete Element 1c für ein Bauteil verwendet wird, das belastet werden soll, beeinflusst die externe Belastung den tiefen Teil des Basismaterials 2. Daher beträgt die Tiefe der Diffusionsschicht 8 mehr bevorzugt 50 μm oder mehr. Wenn die Belastung noch höher ist, muss die Tiefe der Diffusionsschicht 8 100 μm oder mehr betragen.
  • Bei jedem der Hartfilm-beschichteten Elemente 1a, 1b und 1c werden die erste Filmschicht 3, die zweite Filmschicht 4 und der Laminierfilm 7 (die dritte Filmschicht 5 und die vierte Filmschicht 6) vorzugsweise mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren gebildet. Sie können jedoch mit einem „unbalanced” Magnetronsputterverdampfungsverfahren gebildet werden. Ferner wird als Abscheidungsvorrichtung, bei der das Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren eingesetzt wird, z. B. die folgende Abscheidungsvorrichtung verwendet. Die 2 ist eine schematische Ansicht der Abscheidungsvorrichtung.
  • Gemäß der 2 umfasst die Abscheidungsvorrichtung 10 eine Kammer 11 mit einer Absaugöffnung zum Evakuieren und eine Gaseinspeisungsöffnung 15 zum Einspeisen eines Abscheidungsgases und eines Inertgases, eine Lichtbogenenergiequelle 13, die mit einer Verdampfungsquelle des Lichtbogentyps 12 verbunden ist, Trägersockel 17 auf einem Substrattisch 16 zum Tragen von zu behandelnden Gegenständen (Basismaterialien 2) und eine Vorspannungsenergiequelle 14 zum Anlegen einer negativen Vorspannung an die zu behandelnden Gegenstände durch die Trägersockel 17 zwischen den Trägersockeln 17 und der Kammer 11. Ferner weist die Abscheidungsvorrichtung 10 eine Heizeinrichtung 18, eine Gleichstrom-Entladungsquelle 19, eine Wechselstromquelle für die Filamenterwärmung 20, ein Filament 21 und dergleichen auf. Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden als Gas, das von der Gaseinspeisungsöffnung 15 in die Kammer 11 zugeführt wird, Abscheidungsgase wie Stickstoff (N2), Methan (CH4) und dergleichen gemäß den Abscheidungskomponenten (Zusammensetzung der Filmschicht) sowie ein Mischgas davon und ein Inertgas wie Argon oder dergleichen eingesetzt.
  • Nachstehend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Formen beschrieben.
  • Obwohl die Vorrichtung zum Formen nicht gezeigt ist, weist sie das Hartfilm-beschichtete Element 1a, 1b oder 1c auf. Die Vorrichtung zum Formen weist das Hartfilm-beschichtete Element 1a, 1b oder 1c auf und weist somit eine hervorragende Verschleißbeständigkeit und Haftung auf. Folglich kann die Vorrichtung zum Formen vorzugsweise als Vorrichtung zum Formen, wie z. B. eine Matrize bzw. ein Gesenk, deren Dauerbeständigkeit verbessert ist, verwendet werden. Als Matrizen bzw. Gesenke können Kunststoffverarbeitungsmatrizen bzw. -formwerkzeuge, wie z. B. Pressmatrizen und Kaltpressgesenke, Schermatrizen wie z. B. Schnittstempel, Beschneidewerkzeuge, Druck- bzw. Spritzgussmatrizen bzw. -formwerkzeuge oder dergleichen gerannt werden.
  • Beispiele
  • Nachstehend werden Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Innerhalb des Bereichs, der den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung umfasst, können Veränderungen durchgeführt werden, die alle vom technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
  • Beispiel 1
  • Mittels der Abscheidungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtbogen-Verdampfungsquellen aufweist (vgl. die 2), wurden die Filmschichten der in den Tabellen 1 bis 3 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. Ale Basismaterial wurde ein SKD11-Substrat (das wärmebehandelt wurde, so dass es eine Härte von HRC60 aufwies) verwendet.
  • Jedes in den Tabellen 1 bis 3 gezeigte Basismaterial wurde in die Kammer der Abscheidungsvorrichtung eingebracht und das Innere der Kammer wurde evakuiert (auf 1 × 10–3 Pa oder weniger evakuiert). Dann wurde das Basismaterial auf etwa 400°C erwärmt. Danach wurde ein Sputterreinigen mit Ar-Ionen durchgeführt. Dann wurde eine Abscheidung unter Verwendung eines Targets (Verdampfungsquelle) mit einem Durchmesser von 100 mm bei einem Lichtbogenstrom von 150 A in einer Atmosphäre von N2 oder einem Mischgas aus N2 + CH4 mit einem Gesamtdruck von 4 Pa durchgeführt. Die an das Basismaterial anzulegende Vorspannung betrug –70 V. Zur Abscheidung wurde zuerst eine erste Filmschicht auf dem Basismaterial (Substrat) unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der ersten Filmschicht gebildet. Dann wurde die Verdampfungsquelle umgeschaltet und mittels eines Targets, das die Zusammensetzung der zweiten Filmschicht aufwies, wurde eine-zweite Filmschicht auf der ersten Filmschicht gebildet.
  • Bezüglich der Proben, bei denen die Filmschichten auf diese Weise gebildet worden sind, wurden die Zusammensetzung, die Härte, die Haftung und die Verschleißtiefe (Verschieißbeständigkeit) jeder Filmschicht gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt.
  • Auf dieser Stufe wurde die Zusammensetzung jeder Filmschicht mittels EPMA gemessen. Die Haftung der Filmschicht wurde durch Drücken eines Diamanteindringkörpers mit einem Spitzenradius von 200 μm R auf die Prabenoberfläche und Durchführen eines später beschriebenen Kratztests bewertet. Die Härte der Filmschicht wurde unter den Bedingungen einer Messbelastung von 0,25 N und einer Messzeit von 15 Sekunden mittels eines Mikro-Vickers-Härtemessgeräts bestimmt, Die Verschleißtiefe der Filmschicht wurde mit einem Gleittest bei hoher Temperatur, der später beschrieben wird, bewertet.
  • Die Temperatur des Oxidationsbeginns der zweiten Filmschicht wurde mittels einer Thermowaage unter Verwendung einer Probe gemessen, bei der nur die zweite Filmschicht separat auf Platin gebildet worden ist. Während die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 4°C/min in trockener Luft erhöht wurde, wurde die Zunahme des Oxidationsgewichts gemessen. Folglich ist die Temperatur, bei der eine deutliche Zunahme des Oxidationsgewichts festgestellt wird, als die Temperatur des Oxidationsbeginns definiert.
  • Kratztest
    • Eindringkörper: Diamant (Spitzenradius 200 μm R)
    • Kratzgeschwindigkeit: 10 mm/min
    • Belastungszunahmegeschwindigkeit: 100 N/min
    • Kratzdistanz: 20 mm (0 bis 200 N)
    • Bewertungskriterien (Bewertungskriterien für die Haftung): 100 N oder mehr wird als
    Erfolg bewertet.
  • Gleittest bei hoher Temperatur
    • Vorrichtung: Gleittestgerät des Flügelrad-auf-Scheibe(„vane-an-disc”)-Typs
    • Flügelrad: SKD61 (HRC50)
    • Scheibe: SKD11 (HRC60) mit einem darauf ausgebildeten Film
    • Gleitgeschwindigkeit: 0,2 m/s
    • Belastung: 500 N
    • Gleitdistanz: 2000 m
    • Testtemperatur: 500°C
    • Bewertungskriterien: Eine Verschleißbeständigkeit von 4 μm oder weniger wird als
    Erfolg bewertet.
    Figure 00230001
    Figure 00240001
    Figure 00250001
  • Die Ergebnisse der Tabellen 1 bis 3 zeigen das Folgende: Die Beispiele (Nr. 4 bis 18, 20 bis 26, 28, 29, 32 bis 36, 39 bis 42, 45 bis 50, 52 bis 56, 58 bis 61, 63, 64 und 66 bis 68), bei denen die Zusammensetzung und die Filmdicke der Filmschicht jeweils innerhalb vorgegebener Bereiche liegen, sind bezüglich der Haftung und der Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) besser als die Vergleichsbeispiele (Nr. 1 bis 3, 19, 27, 30, 31, 37, 38, 43, 44, 51, 57, 62, 65 und 69), bei denen die Zusammensetzung und die Filmdicke der Filmschicht jeweils außerhalb jeweils vorgegebener Bereiche liegen.
  • Beispiel 2
  • Mittels der Abscheidungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtbogenverdampfungsquellen aufweist (vgl. die 2), wurden die Filmschichten der in der Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. Als Basismaterial wurde ein SKD11-Substrat (das wärmebehandelt wurde, so dass es eine Härte von HRC60 aufwies) verwendet.
  • Jedes in der Tabelle 4 gezeigte Basismaterial wurde in die Kammer der Abscheidungsvorrichtung eingebracht und das Innere der Kammer wurde evakuiert (auf 1 × 10–3 Pa oder weniger evakuiert). Dann wurde das Basismaterial auf etwa 400°C erwärmt. Danach wurde ein Sputterreinigen mit Ar-Ionen durchgeführt. Dann wurde eine Abscheidung unter Verwendung eines Targets (Verdampfungsquelle) mit einem Durchmesser von 100 mm bei einem Lichtbogenstrom von 150 A in einer Atmosphäre von N2 mit einem Gesamtdruck von 4 Pa durchgeführt. Die an das Basismaterial anzulegende Vorspannung betrug –70 V.
  • Zur Abscheidung wurde zuerst eine erste Filmschicht (Filmdicke 5 μm) auf dem Basismaterial (Substrat) unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der ersten Filmschicht gebildet. Dann wurden die Verdampfungsquelle zur Bildung der ersten Filmschicht und die Verdampfungsquelle zur Bildung der zweiten Filmschicht gleichzeitig entladen, so dass ein Laminierfilm gebildet wurde, der die dritte Filmschicht und die vierte Filmschicht umfasste. Die in der 2 gezeigte Abscheidungsvorrichtung ist wie folgt konfiguriert. Die Positionen der zwei Verdampfungsquellen sind voneinander getrennt. Folglich wird eine Filmschicht nur dann gebildet, wenn das Basismaterial durch die Vorderseite einer Verdampfungsquelle hindurchtritt. Daher wird selbst dann, wenn die Verdampfungsquellen gleichzeitig entladen werden, keine Mischfilmschicht gebildet. Nach der Bildung des Laminierfilms wurde die Verdampfungsquelle umgeschaltet und die zweite Filmschicht (Filmdicke 5 μm) wurde auf dem Laminierfilm unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der zweiten Filmschicht gebildet. Der Laminierzyklus des Laminierfilmteils wurde durch die Drehzahl des Substrats eingestellt (die jeweiligen Filmdicken der dritten Filmschicht und der vierten Filmschicht wurden zu gleichen Teilen eingestellt}. Die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms wurde durch die Abscheidungszeit eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Die erste Filmschicht und die dritte Filmschicht umfassen CrN. Die zweite Filmschicht und die vierte Filmschicht umfassen Nb0,2Cr0,2Al0,6N.
  • Bezüglich der Proben, bei denen die Filmschicht auf diese Weise gebildet worden ist, wurde der Kratztest und der Gleittest unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen von Beispiel 1 durchgeführt, um die Haftung und die Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) zu messen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Auf dieser Stufe wurden die Zusammensetzung der Filmschicht und die Zusammensetzung des Laminierfilms in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gemessen.
  • Figure 00280001
  • Die Ergebnisse der Tabelle 4 zeigen das Folgende: Die Beispiele (Nr. 2A bis 13A), bei denen der Laminierzyklus und die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms jeweils innerhalb vorgegebener Bereiche liegen, sind bezüglich der Haftung und der Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) verglichen mit den Vergleichsbeispielen (Nr. 1A und 14A), bei denen der Laminierzyklus und die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms außerhalb jeweils vorgegebener Bereiche liegen, verbessert.
  • Beispiel 3
  • Mittels der Abscheidungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtbogenverdampfungsquellen aufweist (vgl. die 2), wurden die Filmschichten der in der Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt. Jedes in der Tabelle 5 gezeigte Basismaterial wurde in die Kammer der Abscheidungsvorrichtung eingebracht und das Innere der Kammer wurde evakuiert (auf 1 × 10–3 Pa oder weniger evakuiert). Dann wurde das Basismaterial auf etwa 400°C erwärmt. Danach wurde ein Sputterreinigen mit Ar-Ionen durchgeführt. Dann wurde eine Abscheidung unter Verwendung eines Targets (Verdampfungsquelle) mit einem Durchmesser von 100 mm bei einem Lichtbogenstrom von 150 A in einer Atmosphäre von N2 mit einem Gesamtdruck von 4 Pa durchgeführt. Die an das Basismaterial anzulegende Vorspannung betrug –70 V. Die Basismaterialien umfassen solche, die keiner Wärmebehandlung unterzogen worden sind und eine Härte von HRC30 für SKD11 aufwiesen (roh), und solche, die einer Wärmebehandlung unterzogen worden sind und eine Härte von HRC60 für SKD11 aufwiesen.
  • Zur Abscheidung wurde zuerst eine erste Filmschicht auf dem Basismaterial (Substrat) unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der ersten Filmschicht gebildet. Dann wurden die Verdampfungsquelle zur Bildung der ersten Filmschicht und die Verdampfungsquelle zur Bildung der zweiten Filmschicht gleichzeitig entladen, so dass ein Laminierfilm gebildet wurde, der die dritte Filmschicht und die vierte Filmschicht umfasste. Nach der Bildung des Laminierfilms wurde die Verdampfungsquelle umgeschaltet und die zweite Filmschicht wurde auf dem Laminierfilm durch ein Target mit der Zusammensetzung der zweiten Filmschicht gebildet. Der Laminierzyklus des Laminierfilmteils wurde durch die Drehzahl des Substrats eingestellt (die jeweiligen Filmdicken der dritten Filmschicht und der vierten Film schicht wurden zu gleichen Teilen eingestellt). Die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms wurde durch die Abscheidungszeit eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt. Die erste Filmschicht und die dritte Filmschicht umfassen CrN. Die zweite Filmschicht und die vierte Filmschicht umfassen Nb0,2Cr0,2Al0,6N. Bei einigen Basismaterialien wurde vor der Bildung der ersten Filmschicht eine Diffusionsbehandlung wie ein Plasmanitrieren oder ein Plasmaaufkohlen unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Dann wurde die erste Filmschicht gebildet. Alternativ wurde auch das folgende Verfahren durchgeführt: Ohne Bilden der ersten Filmschicht und des Laminierfilms wurde die zweite Filmschicht auf dem Basismaterial gebildet.
  • Plasmanitrierbehandlung
    • Temperatur: 550°C
    • Zeit: 1 bis 12 Stunden
    • Atmosphäre: Stickstoff + 5% Ar
    • Druck: 100 Pa
    • Plasmaquelle: Gleichstromplasma (1500 V)
  • Plasmaaufkohlungsbehandlung
    • Temperatur: 950°C
    • Zeit: 1 bis 12 Stunden
    • Atmosphäre: Ar + 5% Methan
    • Druck: 100 Pa
    • Plasmaquelle: Gleichstromplasma (1500 V)
  • Bezüglich der Proben, bei denen die Filmschicht auf diese Weise gebildet worden ist, wurden der Kratztest und der Gleittest unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen von Beispiel 1 durchgeführt, um die Haftung und die Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) zu messen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt. Auf dieser Stufe wurden die Zusammensetzung der Filmschicht, die Zusammensetzung des Laminierfilms und die Härte des Basismaterials in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 und im Beispiel 2 gemessen.
  • Figure 00310001
  • Die Ergebnisse der Tabelle 5 zeigen das Folgende: Die Beispiele (Nr. 2B, 4B, 6B und 13B bis 20B), bei denen die Härte des Basismaterials innerhalb des vorgegebenen Bereichs lag und jedes davon einer Diffusionsbehandlung unterzogen worden ist, sind bezüglich der Haftung und der Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) verglichen mit den Beispielen (Nr. 8B und 12B), bei denen die Härte des Basismaterials außerhalb des vorgegebenen Bereichs lag, und dem Beispiel (10B), das keiner Diffusionsbehandlung unterzogen worden ist, verbessert. Ferner waren die Vergleichsbeispiele, bei denen weder die erste Filmschicht noch der Laminierfilm ausgebildet war (Nr. 1B, 3B, 5B, 7B, 9B und 11B), bezüglich der Haftung und der Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) schlechter.
  • Beispiel 4
  • Mittels der Abscheidungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtbogenverdampfungsquellen aufweist (vgl. die 2), wurden die Filmschichten hergestellt. Als Basismaterial wurde ein SKD11-Substrat (das wärmebehandelt wurde, so dass es eine Härte von HRC60 aufwies) verwendet.
  • Jedes in der Tabelle 6 gezeigte Substrat wurde in die Kammer der Abscheidungsvorrichtung eingebracht und das Innere der Kammer wurde evakuiert (auf 1 × 10–3 Pa oder weniger evakuiert). Dann wurde das Basismaterial auf etwa 400°C erwärmt. Danach wurde ein Sputterreinigen mit Ar-Ionen durchgeführt. Dann wurden unter Verwendung eines Targets (Verdampfungsquelle) mit einem Durchmesser von 100 mm verschiedene Filmschichten bei einem Lichtbogenstrom von 150 A unter den Bedingungen einer Vorspannung und eines Stickstoffdrucks, wie sie in der Tabelle 6 gezeigt sind, gebildet.
  • Zur Abscheidung wurde zuerst eine erste Filmschicht (Filmdicke 5 μm) auf dem Basismaterial (Substrat) unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der ersten Filmschicht gebildet. Dann wurden die Verdampfungsquelle zur Bildung der ersten Filmschicht und die Verdampfungsquelle zur Bildung der zweiten Filmschicht gleichzeitig entladen, so dass ein Laminierfilm gebildet wurde, der die dritte Filmschicht und die vierte Filmschicht umfasste. Nach der Bildung des Laminierfilms wurde die Verdampfungsquelle umgeschaltet und die zweite Filmschicht (Filmdicke 5 μm) wurde auf dem Laminierfilm unter Verwendung eines Targets mit der Zusammensetzung der zweiten Filmschicht gebildet. Der Laminierzyklus des Laminierfilmteils wurde durch die Drehzahl des Substrats eingestellt und die Gesamtfilmdicke wurde durch die Abscheidungszeit eingestellt. Die erste Filmschicht und die dritte Filmschicht umfassen CrN. Die zweite Filmschicht und die vierte Filmschicht umfassen Nb0,2Cr0,2Al0,6N. Der Laminierzyklus des Laminierfilms wurde auf 50 nm eingestellt (die jeweiligen Filmdicken der dritten Filmschicht und der vierten Filmschicht wurden zu gleichen Teilen eingestellt). Die Gesamtfilmdicke wunde auf 1 μm eingestellt.
  • Bezüglich der Proben, bei denen die Filmschicht auf diese Weise gebildet worden ist, wurden die Zusammensetzungen der Filmschicht und des Laminierfilms, die Haftung der Filmschicht, die Härte, die Temperatur des Oxidationsbeginns und die Verschleißtiefe in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 und im Beispiel 2 gemessen. Bezüglich der Kristallstruktur (Peakintensitätsverhältnis) der Filmschicht wurden mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung unter Verwendung von Cukα die Peakintensitäten der Beugungslinien, die zu dem hexagonalen Kristall, dem kubischen Kristall und dem Metall Nb gehören, mit einem θ-2θ-Verfahren gemessen, um das Peakintensitätsverhäftnis (hexagonaler Kristall/kubischer Kristall, Nb-Metall/kubischer Kristall) zu berechnen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.
    Figure 00340001
    Tabelle 6 (Fortsetzung)
    Nr. Testergebnisse
    Haftung (N) Härte der Filmschicht (GPa) Temperatur des Oxidationsbeginns (°C) Verschleißtiefe (μm)
    Bsp . 1C 120 30 1150 2,8
    2C 130 31 1150 1,8
    3C 130 31 1150 1,2
    4C 160 33 1150 0,8
    5C 160 33 1150 0,4
    6C 160 33 1150 0,5
    7C 160 33 1150 0,5
    8C 160 33 1150 0,5
    Vgl.-Bsp. 9C 160 33 1150 -
    Bsp. 10C 160 30 1150 2,5
    11C 160 33 1150 1,3
    12C 160 33 1150 0,5
    13C 160 33 1150 0,6
    14C 160 33 1150 1,2
    Vgl.-Bep. 15C 160 33 1150 -
    Bsp. 16C 130 33 1150 1,4
  • Die Ergebnisse der Tabelle 6 zeigen das Folgende: Die Beispiele (Nr. 4C bis 8C, 11C bis 14C und 16C), bei denen jeweils das Peakintensitätsverhältnis der zweiten Filmschicht (Vorspannung, Stickstoffdruck) innerhalb des vorgegebenen Bereichs lag, sind bezüglich der Haftung und der Verschleißtiefe (Verschleißbeständigkeit) verglichen mit den Beispielen (Nr. 1C bis 3C und 10C), bei denen jeweils das Peakintensitätsverhältnis (Vorspannung, Stickstoffdruck) außerhalb des vorgegebenen Bereichs lag, verbessert.
  • Ferner ist bei den Vergleichsbeispielen (Nr. 9C und 15C) der Tabelle 6 die Vorspannung hoch und statt einer Abscheidung tritt vorwiegend ein Ätzen auf, oder der Stickstoffdruck ist sehr hoch und die Abscheidungsgeschwindigkeit ist sehr niedrig. Selbst wenn die Abscheidung für die gleiche Zeit durchgeführt wurde, konnte nur eine sehr dünne Filmschicht gebildet werden (die Filmdicken der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht lagen außerhalb der vorgegebenen Bereiche).

Claims (11)

  1. Hartfilm-beschichtetes Element, umfassend: ein Basismaterial, das eine Legierung auf Eisenbasis umfasst, die Cr enthält, eine erste Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 1 bis 10 μm auf der Oberfläche des Basismaterials ausgebildet ist, und eine zweite Filmschicht, die mit einer Filmdicke von 2 bis 10 μm auf der Oberfläche der ersten Filmschicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filmschicht Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst, worin M ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus W, V, Mo, Nb, Ti und Al ist und a, b und c jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen: 0 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,15, 0 ≤ c ≤ 0,5 und 0,3 ≤ 1 – a – b, und wobei die zweite Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst, worin L ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Si, Y und B ist und d, e, f und g jeweils das Atomverhältnis angeben und den folgenden Beziehungen genügen: 0,05 ≤ 1 – d – e – f ≤ 0,5, 0,05 ≤ d ≤ 0,5, 0,4 ≤ e ≤ 0,7, 0 ≤ f ≤ 0,15 und 0 ≤ g ≤ 0,5.
  2. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filmschicht CrN von Cr1-a-bMaBb(CcN1-c), worin a = 0, b = 0 und c = 0 ist, umfasst, und die zweite Filmschicht Nb1-d-eCrdAleN von Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin f = 0 und g = 0 ist, umfasst und d und e den folgenden Beziehungen genügen: 0,1 ≤ 1-d-e ≤ 0,3, 0,1 ≤ d ≤ 0,3, 0,5 ≤ e ≤ 0,6.
  3. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Einzelphase, die nur aus einer Struktur des kubischen Steinsalztyps besteht, oder eine Mischphase aufweist, die eine Struktur des kubischen Steinsalztyps und eine Struktur des hexagonalen Typs darin gemischt umfasst, und dass in dem Fall der Mischphase ein Peakintensitätsverhältnis (lh/lc) ≤ 1 erfüllt ist, wobei lc die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, und lh die Intensität des hexagonalen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größte Peakintensität der Peakintensitäten der (100)-Ebene, der (002)-Ebene und der (101)-Ebene des hexagonalen Kristalls handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung.
  4. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallstruktur der zweiten Filmschicht eine Struktur des kubischen Steinsalztyps umfasst und ein Peakintensitätsverhältnis (ln/lc) ≤ 1 erfüllt ist, auf der Basis eines Vergleichs mit In, wobei lc die Intensität des kubischen Peaks bezeichnet, bei der es sich um die größere Peakintensität der Peakintensitäten der (111)-Ebene und der (200)-Ebene des kubischen Kristalls handelt, gemessen mittels einer Röntgenbeugungsvorrichtung, und In die Peakintensität der (110)-Ebene des Nb-Metalls bezeichnet
  5. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filmschicht mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps gebildet wird und dass die Vorspannung des Substrats, das in einer Vorrichtung zur Verwendung in dem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps angeordnet ist, zur Bildung der zweiten Filmschicht –30 bis –200 V beträgt.
  6. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filmschicht mit einem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladusngstyps gebildet wird und dass der Stickstoffdruck in einer Vorrichtung zur Verwendung in dem Lichtbogen-Ionenplattierungsverdampfungsverfahren des Kathodenentladungstyps zur Bildung der zweiten Filmschicht 2 bis 10 Pa beträgt.
  7. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filmschicht CrN von Cr1-a-bMaBb(CcN1-c), worin a = 0, b = 0 und c = 0 ist, umfasst, und die zweite Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleSifN von Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g), worin g = 0 und L Si ist, umfasst und d, e und f den folgenden Beziehungen genügen: 0,1 ≤ 1-d-e-f ≤ 0,3, 0,1 ≤ d ≤ 0,3, 0,5 ≤ e ≤ 0,6, 0,01 ≤ f ≤ 0,05.
  8. Hartfilm-beschichtetes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen Laminierfilm umfasst, der eine dritte Filmschicht und eine vierte Filmschicht umfasst, die abwechselnd zwischen der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Filmschicht Cr1-a-bMaBb(CcN1-c) umfasst und die Filmdicke der dritten Filmschicht kleiner ist als die Filmdicke der ersten Filmschicht, die vierte Filmschicht Nb1-d-e-fCrdAleLf(CgN1-g) umfasst und die Filmdicke der vierten Filmschicht kleiner ist als die Filmdicke der zweiten Filmschicht, und der Laminierzyklus des Laminierfilms 300 nm oder weniger beträgt und die Gesamtfilmdicke des Laminierfilms 0,05 μm oder mehr beträgt.
  9. Hartfilm-beschichtetes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial ein Cr-enthaltendes ausgeschiedenes Carbid enthält und . die Rockwell-Härte des Basismaterials HRC50 oder mehr beträgt.
  10. Hartfilm-beschichtetes Element nach Anspruch 9, das ferner eine Diffusionsschicht, die durch Nitrieren, Aufkohlen oder Carbonitrieren des Basismaterials gebildet worden ist, zwischen dem Basismaterial und der ersten Filmschicht umfasst.
  11. Vorrichtung zum Formen, die das Hartfilm-beschichtete Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2072636B1 (de) * 2007-12-21 2016-08-31 Sandvik Intellectual Property AB Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs
JP5640004B2 (ja) * 2008-07-09 2014-12-10 エーリコン・トレイディング・アーゲー・トリューバッハ コーティングシステム、コーティングされたワークピースおよびその製造方法
ES2663533T3 (es) * 2009-02-27 2018-04-13 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Sistema de capas así como procedimiento de recubrimiento para la producción de un sistema de capas
CN102917822B (zh) * 2010-05-27 2015-09-23 京瓷株式会社 切削工具
US9902093B2 (en) * 2011-04-18 2018-02-27 Nippon Koshuha Steel Co., Ltd. Press-forming mold and method for manufacturing protective film for press-forming mold
US8475943B2 (en) * 2011-07-08 2013-07-02 Kennametal Inc. Coated article having yttrium-containing coatings applied by physical vapor deposition and method for making the same
JP2014122400A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Kobe Steel Ltd 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
WO2014123053A1 (ja) 2013-02-07 2014-08-14 三菱重工業株式会社 表面被覆材料及びこれを利用する切削工具及び工作機械
EP2980265A4 (de) * 2013-03-28 2016-11-30 Osg Corp Hartfilm für werkzeugmaschinen und mit hartfilm beschichtetes bearbeitungswerkzeug
US10227687B2 (en) 2013-11-26 2019-03-12 Osg Corporation Hard lubricating coating film and hard lubricating coating film-covered tool
US10156010B2 (en) * 2014-03-18 2018-12-18 Hitachi Metals, Ltd. Coated cutting tool and method for producing the same
EP3163130B1 (de) * 2014-06-30 2019-08-28 Nippon Piston Ring Co., Ltd. Kolbenring
JP2017080878A (ja) 2015-10-28 2017-05-18 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
DE112016005895B4 (de) * 2015-12-22 2023-12-21 Kyocera Corporation Beschichtetes Werkzeug
US10030773B2 (en) * 2016-03-04 2018-07-24 Mahle International Gmbh Piston ring
KR102144241B1 (ko) 2016-10-25 2020-08-12 오에스지 가부시키가이샤 경질 피막 및 경질 피막 피복 부재
KR102064172B1 (ko) 2017-09-01 2020-01-09 한국야금 주식회사 내마모성과 인성이 우수한 경질피막
WO2019107442A1 (ja) * 2017-11-30 2019-06-06 日本ピストンリング株式会社 摺動部材
CN109161848B (zh) * 2018-09-18 2021-07-13 岭南师范学院 一种CrAlBCN涂层、低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层及其制备方法
JP2020147821A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社デンソー プラズマ窒化処理方法
CN114632909B (zh) * 2022-01-17 2024-04-30 温州瑞明工业股份有限公司 一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法
JP7409554B1 (ja) * 2022-09-22 2024-01-09 住友電気工業株式会社 切削工具

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3027502B2 (ja) * 1993-03-15 2000-04-04 健 増本 耐摩耗性非晶質硬質膜及びその製造方法
JP2000001768A (ja) 1998-06-16 2000-01-07 Nippon Coating Center Kk 固体潤滑性を有する複合耐磨耗性硬質皮膜、並びに皮膜付き物品
JP2000144376A (ja) 1998-11-18 2000-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 摺動特性の良好な皮膜
EP1219723B1 (de) * 2000-12-28 2006-10-25 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hartstoffschicht für Schneidwerkzeuge
JP2002307128A (ja) 2001-04-10 2002-10-22 Hitachi Metals Ltd 耐焼付き性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具
EP1245699B1 (de) 2001-03-30 2011-05-11 Hitachi Metals, Ltd. Beschichtetes Schneidwerkzeug für Warm/und Heissverformen
JP4656473B2 (ja) 2001-04-10 2011-03-23 日立金属株式会社 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具
DE10262174B4 (de) * 2001-07-23 2007-03-15 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe Harte verschleissfeste Schicht, Verfahren zum Bilden derselben und Verwendung
ES2286208T3 (es) * 2001-11-07 2007-12-01 Hitachi Tool Engineering, Ltd. Herramienta revestida de una capa dura.
DE10212383A1 (de) * 2002-03-20 2003-10-16 Guehring Joerg Verschleißschutzschicht für spanabhebende Werkzeuge, insbesondere für rotierende Zerspanwerkzeuge
JP4495568B2 (ja) 2004-11-01 2010-07-07 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜
CN100529157C (zh) * 2005-02-08 2009-08-19 株式会社神户制钢所 硬涂层,形成硬涂层用的靶和形成硬涂层的方法
US7348074B2 (en) * 2005-04-01 2008-03-25 Oc Oerlikon Balzers Ag Multilayer hard coating for tools
SE529223C2 (sv) * 2005-05-06 2007-06-05 Seco Tools Ab Belagt skärverktyg innefattande hexagonal h-(Mel,Me2)Xfas
US7537822B2 (en) * 2005-05-26 2009-05-26 Hitachi Tool Engineering, Ltd. Hard-coated member
JP4578382B2 (ja) * 2005-10-25 2010-11-10 日立ツール株式会社 硬質皮膜及び硬質皮膜被覆工具
JP5138892B2 (ja) * 2006-01-20 2013-02-06 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜
JP4713413B2 (ja) * 2006-06-30 2011-06-29 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜およびその製造方法
JP4771223B2 (ja) * 2006-09-27 2011-09-14 日立金属株式会社 耐久性に優れた硬質材料被覆塑性加工用金型
JP4668214B2 (ja) 2007-01-17 2011-04-13 株式会社神戸製鋼所 成形用金型

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