JP2005344148A - Wear-resistant film, and surface-coated cutting tool using the same - Google Patents

Wear-resistant film, and surface-coated cutting tool using the same Download PDF

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Inventor
Haruyo Fukui
Shinya Imamura
Hideki Moriguchi
Naoya Omori
Makoto Setoyama
晋也 今村
直也 大森
秀樹 森口
誠 瀬戸山
治世 福井
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Sumitomo Electric Ind Ltd
住友電工ハードメタル株式会社
住友電気工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film capable of enhancing the wear resistance and heat resistance of a cutting tool or the like, in particular, wear resistance, slidability and chipping resistance at a high temperature, and a tool with the film coated thereon.
SOLUTION: The wear-resistant film consists of metal elements selected from the group consisting of Cr, Al and Si, and one or more elements of C, N or O, and has at least one layer consisting of a compound containing ≥ 0.001 atm.% and <5 atm.% Ar atoms. Projections of ≥1 μm diameter and ≥1 μm height are present at a density of below 10 in number on the average in the range of 100 μm×100 μm on the surface of the wear-resistant film.
COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、切削工具、耐摩工具、機械部品、摺動部品、電気・電子部品などに用いる耐摩耗性被膜およびこれを用いた表面被覆切削工具に関する。 The present invention, cutting tools, wear-resistant tools, machine parts, sliding parts, relates to a surface-coated cutting tool used wear resistant coating and this use in electric and electronic parts.

最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点からゼロエミッション加工となるドライ加工が志向されていること、耐熱合金やPbレス合金など被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるため切削速度や送り速度がより高速になってきていること、などから、工具刃先温度はますます高温になる傾向であり、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。 As recent trends of the cutting tool, the dry processing to be zero emissions processed in view of global environmental protection has been oriented, the workpiece such as a heat-resistant alloy and Pb-less alloy is diversified, further improve the processing efficiency the cutting speed and feed rate are becoming faster due to, etc., tool tip temperature is the tendency of increasingly high temperatures, characteristics required for the tool material is one made stricter.

特に工具材料の要求特性として、高温での被膜の安定性(耐酸化特性や被膜の密着性)はもちろんのこと、切削工具寿命に関係する耐摩耗性、すなわち被膜の高温における硬度の向上や潤滑油剤に変わる被膜の潤滑特性が一段と重要となっている。 Particularly required properties of the tool materials, the stability of the coating at high temperature (adhesion oxidation resistance and coating) is, of course, cutting the wear resistance associated with the tool life, i.e. improved and lubrication of hardness at high temperature of the coating lubricating properties of the coating change the oil has become increasingly important.

従来、工具、金型および摺動部品などにおいては、耐摩耗性、耐熱性および潤滑性を向上させるために、基材表面にPVD法やCVD法により、TiCN、TiAlN、TiSiNおよびAl などからなる化合物の層を1層または複数層形成して、上記工具等の表面に被覆することが一般化している。 Conventionally, the tool, in such mold and sliding parts, wear resistance, in order to improve the heat resistance and lubricity by a PVD method or a CVD method on the surface of the substrate, TiCN, TiAlN, TiSiN and Al 2 O 3 a layer of a compound consisting of a form one or more layers, to coat the surface such as the tool is generalized.

上記のうち、耐摩耗性被膜としては、TiNおよびTiCNが主として用いられているが、これらを用いた耐摩耗性被膜は耐酸化性に劣るため、摺動面が高温にさらされる環境においては耐摩耗性被膜の酸化摩耗が進み問題である。 Among the above, as the abrasion-resistant film, although TiN and TiCN have been used primarily for wear-resistant coatings with these inferior in oxidation resistance, in environments in which the sliding surface is exposed to a high temperature oxidation wear of the wear resistant coating is proceeded problem.

この問題を解決するために、より耐酸化性に優れたTiAlNやTiSiN材料からなる被膜が開発され、これにより高温での環境における使用や寿命の延長が可能となった。 To solve this problem, coating of better TiAlN and TiSiN material in oxidation resistance have been developed, thereby enabled the extension of the use and service life in an environment at high temperatures. しかし、当該被膜は、被膜中にTiを含んでいるので、切削等の際にTI成分が酸化し、1000℃付近での使用には問題である。 However, the coating because it contains Ti in the coating, TI component during cutting or the like is oxidized, a problem in use at around 1000 ° C..

また、Al を用いた被膜は、一般的に広く用いられ耐熱性にも優れているが、被膜の形成の際に1000℃以上の温度にする必要があり、この環境に適用可能な基材が限定されてしまう。 Also, the film using Al 2 O 3 is superior to the commonly widely used heat resistance, but must be at a temperature equal to or higher than 1000 ° C. during the formation of the coating, applicable to this environment substrate is limited.

これらの問題を解決するために、下記特許文献1には、AlCrN材料を用いた複合被膜が開示され、また、下記特許文献2には、AlCrSiN材料からなる被膜が開示されている。 To solve these problems, Patent Document 1, discloses a composite coating with AlCrN material, also, the following Patent Document 2, the film made of AlCrSiN material is disclosed. これらの被膜は、高硬度であり、また優れた耐摩耗性と1000℃以上での耐酸化性を有することから高温環境の酸化摩耗の抑制に有効である。 These coatings, high hardness and is also effective in suppressing the oxidation wear of the high temperature environment because of their excellent oxidation resistance of wear-resistant and 1000 ° C. or higher.

しかしながら、下記特許文献1および2に記載の被膜においては、耐溶着性および耐欠損性に問題がある。 However, in the film described in Patent Document 1 and 2, there is a problem in adhesion resistance and fracture resistance. 特に、切削工具においては、近年の高速/高能率加工の要求により、工具刃先はより高温となり、被削材との摺動環境は厳しいため、切り粉の溶着は激しくなり、また刃先にかかる負担も大きくなることから刃先の欠損も大きな問題となっている。 In particular, in the cutting tool, recent high-speed / demand for high-efficiency machining, the tool cutting edge becomes hotter, because the sliding environment with workpiece tough, welding of chips is intensified, also according to the cutting edge load It has become a major problem cutting edge of the defect since it also increases.
特開平10−25566号公報 JP-10-25566 discloses 特開2003−321764号公報 JP 2003-321764 JP

本発明は上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、切削工具等の耐摩耗性、耐熱性、特に、高温における耐摩耗性、摺動性、耐欠損性を向上させる被膜およびこの被膜を被覆した工具を提供することである。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the wear resistance, such as cutting tools, heat resistance, in particular, the wear resistance at high temperatures, the sliding resistance, chipping resistance to provide a tool coated with coatings and the coating improve.

本発明は、Cr、AlおよびSiからなる群より選択される金属元素と、C、NまたはOのいずれか1つ以上の元素とからなり、さらに、0.001原子%以上5原子%未満のAr原子を含む化合物から構成される層を一層以上含む耐摩耗性被膜であって、該耐摩耗性被膜の表面に、直径1μm以上であり、高さが1μm以上である突起が、前記耐摩耗性被膜の表面における100μm×100μmの範囲内に平均10個未満で存在することを特徴とする耐摩耗性被膜を提供する。 The present invention includes a metallic element selected from the group consisting of Cr, Al and Si, C, consisting either one or more elements of N or O, further, less than 0.001 atomic% to 5 atomic% a wear resistant coating comprising one layer or more layers composed of a compound containing Ar atoms, to the surface of the resistant wear resistant coating, and a diameter 1μm or more, the height is 1μm or more protrusions, said wear-resistant providing an abrasion resistant coating, characterized in that present at an average of less than 10 in the range of 100 [mu] m × 100 [mu] m on the surface of the sex film.

好ましくは、前記化合物から構成される層のうち、Ar原子を除く元素の組成が、(Cr 1−x−y Al Si )(C 1−u−v )(ただし、0.2≦x≦0.75、0≦y≦0.2、x+y≦0.75、0≦u≦0.5、0≦v≦0.2、u+v≦0.6)である。 Preferably, among the constructed layer from said compound, the composition of elements except for Ar atoms, (Cr 1-x-y Al x Si y) (C u N 1-u-v O v) ( where 0 .2 ≦ x ≦ 0.75,0 ≦ y ≦ 0.2, x + y ≦ 0.75,0 ≦ u ≦ 0.5,0 ≦ v ≦ 0.2, is u + v ≦ 0.6).

好ましくは、前記化合物から構成される層の結晶構造が、NaCl型結晶構造である。 Preferably, the crystalline structure of the layer composed of the compound is a NaCl-type crystal structure.

好ましくは、前記化合物から構成される層の結晶構造が、NaCl型結晶構造と非晶質構造とを含む。 Preferably, the crystalline structure of the layer composed of the compound, and a NaCl-type crystal structure and an amorphous structure.

好ましくは、前記化合物から構成される層において、一層あたりの層厚が0.1μm以上10μm以下である。 Preferably, the layer composed of the compound, or less 10μm or 0.1μm the layer thickness per layer.

好ましくは、前記化合物から構成される層の全層厚において、該全層厚の1/10以下の押し込み深さになるように制御された押し込み荷重を負荷して実行されるナノインデンテーション法による硬さ試験において、最大押し込み深さをhmaxとし、荷重除荷後の押し込み深さをhfとした場合、(hmax−hf)/hmaxが0.2以上0.7以下である。 Preferably, the total thickness of the layer composed of the compound, according to a nanoindentation method which is executed by the load controlled indentation load to be 1/10 or less of the indentation depth 該全 thickness in hardness test, the maximum indentation depth to the hmax, when the indentation depth after loading unloading was hf, is 0.7 or less (hmax-hf) / hmax of 0.2 or more.

好ましくは、前記化合物から構成される層の全層厚において、該全層厚の1/10以下の押し込み深さになるように制御された押し込み荷重を負荷して実行されるナノインデンテーション法による硬さ試験において、該硬さが20GPa以上50GPa以下である。 Preferably, the total thickness of the layer composed of the compound, according to a nanoindentation method which is executed by the load controlled indentation load to be 1/10 or less of the indentation depth 該全 thickness in hardness test, hardness is is less than 50GPa least 20 GPa.

好ましくは、残留圧縮応力が、−6GPa以上0GPa以下である。 Preferably, the residual compressive stress is greater than or equal -6GPa 0 GPa or less.

本発明はまた、基材表面上に、上記の耐摩耗性被膜を被覆したことを特徴とする表面被覆切削工具を提供する。 The present invention also on the substrate surface, to provide a surface-coated cutting tool, characterized in that the cover the wear resistant coating.

好ましくは、前記基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかである。 Preferably, the substrate is formed of a WC-based cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body or aluminum oxide and titanium carbide, it is one of the substrate.

好ましくは、前記耐摩耗性被膜は、前記基材表面上に、物理的蒸着法を用いて形成される。 Preferably, the wear-resistant coating on the substrate surface, are formed by means of physical vapor deposition.

好ましくは、前記物理的蒸着法が、アンバランストマグネトロンスパッタ法であり、該方法は、前記基材に負のバイアス電圧を印加する工程を含む。 Preferably, the physical vapor deposition method, a unbalanced magnetron sputtering, the method comprising the step of applying a negative bias voltage to the substrate.

本発明の耐摩耗性部材およびこれを用いた表面被覆切削工具によれば、優れた耐溶着性、耐摩耗性、耐熱性、耐剥離性および耐欠損性を有するため、長期にわたり良好な特性を維持することができる。 According to the wear resistant member and the surface-coated cutting tool using the same according to the present invention, excellent welding resistance, abrasion resistance, heat resistance, since it has a peeling resistance and chipping resistance, excellent characteristics for a long time it can be maintained.

本発明の耐摩耗性被膜によれば、Cr、AlおよびSiからなる群より選択される金属元素と、C、NまたはOのいずれか1つ以上の元素とからなり、さらに、0.001原子%以上5原子%未満のAr原子を含む化合物から構成される層を一層以上含む耐摩耗性被膜であって、該耐摩耗性被膜の表面に、直径1μm以上であり、高さが1μm以上である突起が、前記耐摩耗性被膜の表面における100μm×100μmの範囲内に平均10個未満で存在することを特徴とする。 According to the wear resistant coating of the present invention, Cr, composed of a metallic element selected from the group consisting of Al and Si, C, and any one or more of the elements N or O, further, 0.001 atom % to 5 a wear resistant coating comprising one layer or more layers composed of a compound containing atomic% less than Ar atoms in the surface of the resistant wear resistant coating, and a diameter 1μm or more, 1μm or more height there protrusions, characterized by the presence at an average of less than 10 in the range of 100 [mu] m × 100 [mu] m on the surface of the abrasion-resistant coating.

上記従来の技術において述べたとおり、CrAlまたはCrAlSiの窒化物は、耐酸化性および耐摩耗性に優れた化合物であるが、高温環境において、摺動性に劣るため、相手材(切削加工等の対象とする材料)が被膜表面に溶着し、この溶着した相手材が脱落する際に被膜も同時に脱落するため、これが起点となって摩耗が進行する。 As described in the above prior art, a nitride of CrAl or CrAlSi is a compound having excellent oxidation resistance and wear resistance, in a high temperature environment, have poor slidability, mating member (cutting, etc. welded material of interest) is the coating surface, because this welding the mating member coating also dropping simultaneously with the dropping, it proceeds wear becomes a starting point. また、切削工具の刃先においては、相手材である被削材の溶着が膜に留まらず基材の一部まで脱落させてしまうこともある。 In the cutting edge of the cutting tool, sometimes welding of the work material is a mating member will be allowed to fall off to some of not only the base material in the film.

このような溶着に起因する被膜および/または基材の脱落を、上記本発明の耐摩耗性被膜により抑制することができる。 Detachment of the film and / or substrate due to such welding, it is possible to suppress the wear-resistant coating of the present invention. 本発明の耐摩耗性被膜によれば、被膜の表面において100μm×100μmの範囲内における、直径1μm以上であり高さ1μm以上の突起が平均10個未満であるので、上記の脱落を防止することができ、工具の寿命を延ばすことができる。 According to the wear resistant coating of the present invention, within the scope of 100 [mu] m × 100 [mu] m at the surface of the film, since there height 1μm or more projections in diameter 1μm or more it is an average fewer than 10, to prevent falling off of the can be, it is possible to extend the life of the tool. これは、相手材の溶着が被膜表面の鋭い突起物に優先的に発生することから、被膜表面をより平滑にすることにより、このような溶着を抑制するものである。 This is because the welding of the mating member is generated preferentially sharp projections of the film surface, by a more smooth coating surface is intended to suppress such welding.

本発明において、上記突起は可能な限り少ないことが好ましいが、被覆表面を完全に平滑にすることは製造コストの面から合理的でない場合もあるので、数個程度存在してもよい。 In the present invention, the protrusion is preferably as small as possible, since be completely smooth coating surface may not be reasonable in terms of production cost, can be present several pieces. 一方、上記突起が平均10個以上であると、耐溶着性能は非常に低下するので好ましくない。 On the other hand, if the projection is on average 10 or more, since the welding resistance performance is very low, such being undesirable. より好ましくは、被膜の表面において100μm×100μmの範囲内における、直径1μm以上であり高さ1μm以上の突起が平均5個未満である。 More preferably, in the range of 100 [mu] m × 100 [mu] m at the surface of the film, which is an average of less than five have the height 1μm or more projections in diameter 1μm or more.

本発明において、耐摩耗性被膜を構成する、化合物から構成される層において、当該化合物は、Cr、AlおよびSiからなる群より選択される金属元素と、C、NまたはOのいずれか1つ以上の元素とからなる。 In the present invention, constituting a wear-resistant coating, in layer comprising a Compound, the compound is a metallic element selected from the group consisting of Cr, Al and Si, one of C, N or O consisting of more elements. このように、C、NまたはOのいずれか1つ以上の元素を含むことで、単純な窒化物にする場合に比べて、化合物の性能を向上させることができる。 Thus, C, by including any one or more of the elements N or O, in comparison with the case of the simple nitride, it is possible to improve the performance of the compound. 具体的には、C(炭素)を含むことにより、摩擦係数および摺動性を良好にすることができ、さらに、膜硬度および耐摩耗性も向上させることができる。 Specifically, by including C (carbon), it is possible to improve the coefficient of friction and sliding properties can be further improved as film hardness and abrasion resistance. また、酸素(O)を含むことにより、耐酸化性をさらに向上させ、化学的安定性が増大することから化学反応による相手材との溶着が低減され、耐溶着性が向上する。 Further, by including oxygen (O), in further improving the oxidation resistance, chemical stability is reduced welding of the mating member by a chemical reaction from increasing, welding resistance is improved.

ここで、化合物から構成される層を一層以上含むとは、当該化合物の組成が異なる層が一層以上積層されて、耐摩耗性被膜の一部または全部を構成するという意味である。 Here, to include one or more layers of layer composed of compounds, are laminated layers composition of the compound are different one or more layers, it is meant that constitutes a part or all of the abrasion-resistant coating. なお、一層のみの場合は、一種類の組成の化合物からなる層により耐摩耗性被膜の一部または全部とされることとなる。 In the case of only one layer, and be a part or all of the abrasion-resistant coating by a layer comprising a compound of one type of composition.

本発明の耐摩耗性被膜において、化合物から構成される層において、当該化合物中にAr原子を、一層あたりの化合物の層全体に対して、原子%で0.001%以上5%未満の範囲で含ませることが好ましい。 In the wear resistant coating of the present invention, the layer composed of the compound, the Ar atom in the compound, relative to the entire layer of the compound per layer, in the range of less than 0.001% to 5% in atomic% it is preferable to be included. Ar原子を含むことにより、被膜の靭性が大幅に向上し、被膜の欠損により脱落を防ぐことができるからである。 The inclusion of Ar atoms, the toughness of the coating is greatly improved, because it is possible to prevent accidental removal by a deficiency of the coating. 特に、上記範囲内で存在する微量な突起に相手材が溶着した場合においても、被膜および/または基材の脱落を抑制することができ、耐溶着性との相乗効果により寿命を大幅に延ばすことができる。 In particular, when the mating material in small amount of protrusion that is present in the above range is welded also, can be suppressed from falling off the film and / or substrate, greatly prolong it life by a synergistic effect with the welding resistance can.

上記Ar原子において、原子%で0.001%未満であると、十分な被膜の靭性を得ることができず被膜の欠損性の防止の効果を得ることができない虞がある。 In the above Ar atoms and in atomic% is less than 0.001%, there may not be able to obtain the effect of prevention of defects of the coating can not be obtained toughness sufficient coating. また、5原子%を超えると、膜硬度などの化合物の特性を劣化させてしまう虞がある。 If it exceeds 5 atomic%, there is a possibility that deteriorates the properties of the compound, such as film hardness. より好ましくは、原子%で0.01%以上、1%未満である。 More preferably, in atomic percent 0.01% or more and less than 1%.

また、本発明において、化合物から構成される層において、Arを除く原子組成は、(Cr 1−x−y Al Si )(C 1−u−v )(ただし、0.2≦x≦0.75、0≦y≦0.2、x+y≦0.75、0≦u≦0.5、0≦v≦0.2、u+v≦0.6)であることが好ましい。 Further, in the present invention, the layer composed of the compound, the atomic composition excluding Ar, (Cr 1-x- y Al x Si y) (C u N 1-u-v O v) ( where 0. 2 ≦ x ≦ 0.75,0 ≦ y ≦ 0.2, x + y ≦ 0.75,0 ≦ u ≦ 0.5,0 ≦ v ≦ 0.2, it is preferable that u + v ≦ 0.6). Alの組成が0.2未満、すなわちxが0.2未満であると、所望の耐熱性および硬度を得ることが難しい。 Composition is less than 0.2 of Al, i.e. x is less than 0.2, it is difficult to obtain a desired heat resistance and hardness. 一方、Alの組成が0.75を超える、すなわちxが0.75を超えると、硬度が低下するために、耐摩耗性が劣化するおそれがある。 On the other hand, the composition of Al is more than 0.75, i.e., when x exceeds 0.75, since the hardness is lowered, there is a possibility that wear resistance deteriorates. より好ましくは、0.55≦x≦0.75である。 More preferably 0.55 ≦ x ≦ 0.75.

また上記化合物から構成される層において、シリコン(Si)を含有することにより、化合物からなる層の組織が緻密になり、かつ耐酸化性が向上するので好ましい。 In layer composed of the above compound, by containing silicon (Si), tissue layer becomes dense consisting of the compounds, and oxidation resistance is preferably improved. 当該Siは、組成比で0以上0.2以下の範囲で含有することが好ましい。 The Si is preferably contained in a range of 0 to 0.2 in composition ratio. 0.2を超えると化学的な安定性が失われ、高温において相手材と反応して化学的な摩耗を増大させる傾向が強くなってしまう虞があるので好ましくない。 More than 0.2 when chemical stability is lost, there is a possibility that tends to increase the chemical wear react the mating member at a high temperature becomes stronger undesirable. より好ましくは、0.05以上0.15以下である。 More preferably, 0.05 to 0.15.

また上記化合物から構成される層において、クロム(Cr)を含有することにより、耐熱性および摺動性が向上する点で好ましい。 In layer composed of the above compound, by containing chromium (Cr), preferable from the viewpoint of improving the heat resistance and slidability. 当該Crは、組成比で0.25以上の範囲で含有することが好ましい。 The Cr is preferably contained at 0.25 or more ranges in composition ratio. 0.25未満であると、被膜の硬度を確保することが難しく、耐摩耗性が劣化してしまう虞があるので好ましくない。 If it is less than 0.25, it is difficult to secure the hardness of the coating, since wear resistance is likely to deteriorate undesirably.

また上記化合物から構成される層において、Cは、組成比で0以上0.5以下の範囲で含有することが好ましい。 In layer composed of the compound, C is preferably contains in the range of 0 to 0.5 in composition ratio. 0.5を超えると、被膜の硬度が増大する一方で、靭性が失われ欠損しやすくなってしまう。 Exceeds 0.5, while the hardness of the coating is increased, toughness becomes is easy deficient lost. より好ましくは、0以上0.3以下である。 More preferably 0 or more and 0.3 or less.

また上記化合物から構成される層において、Oは、組成比で0以上0.2以下の範囲で含有することが好ましい。 In layer composed of the above compounds, O is preferably contained in a range of 0 to 0.2 in composition ratio. 0.2を超えると、被膜の硬度が低下し、耐摩耗性が劣化する虞がある。 It exceeds 0.2, the hardness of the coating is reduced, wear resistance is likely to deteriorate. より好ましくは、0以上0.1以下である。 More preferably, the 0 to 0.1.

また上記化合物から構成される層において、Nは、組成比で0.4以上の範囲で含有することが好ましい。 In layer composed of the compound, N represents preferably comprises 0.4 or more ranges in composition ratio. 0.4未満であると、耐摩耗性および化学的安定性のバランスを欠き、結果として耐摩耗性部材の適用範囲が狭くなる虞がある。 If it is less than 0.4, they lack the balance of wear resistance and chemical stability, results scope of wear resistant member is may become narrower as. より好ましくは、0.5以上である。 More preferably, 0.5 or more.

本発明において、上述のように化合物から構成される層において、原子組成および形成条件を制御することより、結晶構造を制御することが可能である。 In the present invention, the layer composed of a compound as described above, than to control the atomic composition and formation conditions, it is possible to control the crystal structure. ここで、被膜や工具等の刃先の靭性を確保する観点では、機械的特性に優れたNaCl型結晶構造にすることが好ましい。 Here, in view of ensuring the toughness of the cutting edge, such as film or a tool, it is preferable that the high NaCl-type crystal structure and mechanical properties.

また、耐摩耗性と耐酸化性とを確保する観点では、化合物の結晶構造をNaCl型結晶構造と非晶質構造とが混在した構造であることが好ましい。 Further, in view of securing the wear resistance and oxidation resistance, it is preferable crystal structure of the compound and a NaCl-type crystal structure and an amorphous structure is a structure mixed. 特に、NaCl型の結晶化部分がCr,Alを主成分とする化合物のナノサイズの微細結晶であり、Siを主成分とする非晶質部分と混在するとさらに優れた効果を得ることができる。 In particular, a fine crystalline nano-sized compound crystallized portion of the NaCl type as a main component Cr, Al, it is possible to obtain a further excellent effect when mixed with amorphous portion composed mainly of Si. このような被膜の組織にすることにより、耐溶着性はさらに向上する。 By the organization of such coatings, adhesion resistance is further improved.

本発明において、化合物から構成される層の1つあたりの層厚は、0.1μm以上10μm以下の範囲であることが好ましい。 In the present invention, the layer thickness per one composed layer of a compound is preferably 10μm or less of the range of 0.1 [mu] m. 0.1μm未満では、所望の耐摩耗性を達成することが難しく、10μmを超えると被膜の耐剥離性が低下する。 Is less than 0.1 [mu] m, to achieve the desired wear resistance difficult, peeling resistance of the coating film decreases when exceeding 10 [mu] m. より好ましくは、0.5μm以上5μm以下である。 More preferably, the 0.5μm least 5μm or less.

また、本発明において、化合物から構成される層の全体の層厚は、0.1μm以上20μm以下の範囲であることが好ましい。 In the present invention, the overall thickness of the layer composed of the compound is preferably a 20μm or less the range of 0.1 [mu] m. 0.1μm未満では、所望の耐摩耗性が得られないおそれがあり、20μmを超えると、膜の靭性が低いため、膜が欠けやすくなるという問題が生じる虞があるためである。 If it is less than 0.1 [mu] m, there is a possibility that desired wear resistance can not be obtained, and when it exceeds 20 [mu] m, is low toughness of the film, and there is a fear that problems in that film is easily chipped. より好ましくは、0.7μm以上7μm以下である。 More preferably, the 0.7μm least 7μm or less.

本発明の耐摩耗性被膜において、上述の化合物から構成される層の他に、該化合物の層と基材との密着力を向上させる観点から、該化合物の層と基材との間に中間層を設けることが好ましい。 In the wear resistant coating of the present invention, an intermediate in addition to the composed layer from the above compounds, from the viewpoint of improving the adhesion between the layers and the substrate of the compound, between the layer and the substrate of the compound it is preferable to provide a layer. 当該中間層は、TiN、TiCrNおよびTiAlNなどから構成されることが好ましい。 The intermediate layer, TiN, is preferably made of such TiCrN and TiAlN. また、当該中間層の層厚は0.1μm以上5μm以下の範囲であることが好ましい。 Further, it is preferable that the layer thickness of the intermediate layer is 5μm or less the range of 0.1 [mu] m. 0.1μm未満であると、効果が得られないおそれがある。 When it is less than 0.1 [mu] m, there is a possibility that the effect can not be obtained. また、5μmを超えると、膜全体における中間層の比率が大きくなるため、膜全体としての耐摩耗性や溶着性が劣化するという問題が生じる虞があるためである。 If it exceeds 5 [mu] m, since the ratio of the intermediate layer is increased in the entire film, and there is a possibility that a problem that wear resistance and weldability of the entire film is deteriorated occurs.

本発明の耐摩耗性被膜において、化合物の層から構成される一層以上の層の外側または内側に表面層を設けてもよい。 In the wear resistant coating of the present invention may be a surface layer formed from a layer of compound on the outside or inside one or more layers formed. 上記中間層が存在する場合、化合物の層の内側にある表面層は、中間層と化合物の層との間に設けられることになる。 If the intermediate layer is present, the surface layer in the inner layer of the compound will be provided between the layers of the intermediate layer and the compound. 当該表面層を設けることにより、耐摩耗性をさらに向上させることができる。 By providing the surface layer, it is possible to further improve the wear resistance.

当該表面層は、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCNおよびTiCNなどから構成されることが好ましい。 The surface layer, TiAlN, TiAlCN, TiSiN, be composed like TiSiCN and TiCN preferred. 当該表面層の層厚は、0.1μm以上5μm以下の範囲であることが好ましい。 The layer thickness of the surface layer is preferably 5μm or less the range of 0.1 [mu] m. 0.1μm未満であると、効果が十分に得られない虞があるためである。 When it is less than 0.1 [mu] m, the effect is because there is a possibility that not sufficiently obtained. また、5μmを超えると、膜全体における中間層の比率が大きくなるため、膜全体としての耐摩耗性や溶着性が劣化するという問題が生じる虞があるためである。 If it exceeds 5 [mu] m, since the ratio of the intermediate layer is increased in the entire film, and there is a possibility that a problem that wear resistance and weldability of the entire film is deteriorated occurs.

さらに、本発明の耐摩耗性被膜において、低温での湿潤性を向上させる観点から、当該被膜の最外表面に、最外表面層をさらに設けてもよい。 Furthermore, the wear-resistant coating of the present invention, from the viewpoint of improving the wettability of a low temperature, the outermost surface of the coating, may be further provided an outermost surface layer. 当該最外表面層はTiCNまたはCrNなどから構成されてもよいし、化合物の層と上記表面層とを交互に繰り返して配置してもよい。 The outermost surface layer may be composed of such TiCN or CrN, it may be placed by repeating the layer and the surface layer of the compound in turn. このようにすることにより、耐摩耗性と耐溶着性とのバランスを向上させることができ、耐摩耗性被膜の靭性を向上させることができる。 By doing so, it is possible to improve the balance between wear resistance and adhesion resistance, it can be improved toughness of wear resistant coating.

本発明の耐摩耗性被膜は、その被膜の膜厚の1/10以下の押し込み深さになるように制御された押し込み荷重を負荷して実行されるナノインデンテーション法による硬さ試験において、最大押し込み深さをhmax、荷重除荷後の押し込み深さ(圧痕深さ)をhfとした場合、(hmax−hf)/hmaxが0.2以上0.7以下の数値を示すものとすることが好ましい。 Abrasion-resistant coating of the present invention, in the hardness test by the nanoindentation method is performed controlled indentation load to be 1/10 or less of the indentation depth of the thickness of the coating by the load, the maximum hmax depth indentation, if indentation depth after loading unloading the (indentation depth) was hf, be indicative of (hmax-hf) / hmax is 0.2 to 0.7 numeric preferable. 0.2未満であると所望の耐摩耗性を得ることが難しく、0.7を超えると靭性に劣るため好ましくない。 It is difficult to be less than 0.2 to obtain a desired wear resistance is not preferred because inferior toughness exceeds 0.7.

また、本発明の耐摩耗性被膜において、ナノインデンターによる被膜の厚さ方向の硬度が20GPa以上50Gpa以下の範囲で変化させることが好ましい。 Further, the abrasion-resistant coating of the present invention, it is preferable that the hardness in the thickness direction of the film by a nano indenter is varied 50Gpa the range above 20 GPa. 20Gpa未満であると耐摩耗性に問題があり、50Gpaを超えると、靭性が悪くなり衝撃に対して欠損性が劣化する虞があるので好ましくない。 There is a problem with the wear resistance is less than 20 Gpa, exceeds 50 GPa, since the defective against impact toughness is deteriorated and there is a risk of deterioration is not preferable.

ここで、ナノインデンテーション法は文献「トライボロジスト,第47巻,第3号,(2002)p177〜183」に詳しく説明されているように、硬さ試験の一種であるが、従来のヌープ硬度測定やビッカース硬度測定といった押し込み後の圧痕形状から硬度を求める手法は異なり、圧子の押し込み時の荷重と深さの関係から硬さやヤング率を求める方法である。 Here, the nano-indentation method Document "tribological strike, Vol. 47, No. 3, (2002) p177~183" As described in detail, is a kind of hardness test, conventional Knoop hardness method from the indentation shape after pushing such measurement and Vickers hardness measurements determine the hardness varies, a method of obtaining the hardness and Young's modulus from the relationship between the load and the depth at the time of indentation of the indenter.

また、本発明の耐摩耗性被膜において、残留圧縮応力は、−6GPa以上0GPa以下の範囲であることが好ましい。 Further, the abrasion-resistant coating of the present invention, residual compressive stress is preferably 0GPa the range above -6GPa. −6Gpa未満となると、耐剥離性が低下するため好ましくない。 If less than -6Gpa, undesirable because the peeling resistance is lowered. また0Gpaを超えると、膜の応力は引っ張りとなって、膜に亀裂が入って切削時にその亀裂が基材に進展して欠損性が損なわれたり、幕の靭性が劣化するため好ましくない。 If it exceeds 0 GPa, becomes tensile stress of the film, or the cracks during cutting and cracked is defective progressed to the substrate is impaired in film is not preferable because the toughness of the curtain is deteriorated. この内部圧縮応力については、X線を用いた方法(侵入深さ一定法)により測定可能である。 The The internal compressive stress can be measured by a method using X-ray (penetration depth constant method).

本発明の耐摩耗性被膜は、基材の表面に被覆して切削工具等として用いることができる。 Abrasion-resistant coating of the present invention can be used as a cutting tool or the like by coating the surface of the substrate. 当該基材には、その用途によって最適なものを選択することができるが、切削工具に用いる場合は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス(炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかであることが好ましい。 The said substrate may be selected optimum depending on the application, when used in cutting tools, WC based cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics (silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered bodies, it is preferable that any of the base material made of aluminum oxide titanium carbide. 中でも特に、WC基超硬合金、サーメット、立方晶型窒化ホウ素焼結体を基材として用いるのが好適である。 Inter alia, WC based cemented carbide, to use a cermet, a cubic type boron nitride sintered body as a substrate is preferred. これらの基材を用いることにより、切削工具としての寿命を大幅に延長することができる。 By using these substrates, it is possible to greatly extend the life of the cutting tool.

本発明の耐摩耗性被膜の形成方法は、特に限定されるものではないが、物理的蒸着法、特に、基材にバイアス電圧を印加するイオンプレーティング法が好ましく、さらに好ましくは、スパッタ法、アンバランストマグネトロンスパッタ法が好ましい。 Method of forming a wear-resistant coating of the present invention include, but are not limited to, physical vapor deposition, in particular, an ion plating method for applying a bias voltage to the substrate is preferable, more preferably, a sputtering method, unbalanced magnetron sputtering method is preferable. 特に、アンバランストマグネトロンスパッタ法において負のバイアス電圧を印加する手法が好ましい。 In particular, a method of applying a negative bias voltage in the unbalanced magnetron sputtering method is preferable. これらの方法により、基材の特性を損ねることなく、また耐摩耗性部材として要求される特性である、密着性や靭性を得ることができる。 These methods, without impairing the properties of the substrate, also is a characteristic required as the wear resistant member, it is possible to obtain the adhesion and toughness. 特に、アンバランストマグネトロンスパッタ法の場合、その形成時に形成条件やターゲットのクリーニング処理を制御することにより、鋭利な突起の少ない耐摩耗性被膜を形成することができる。 In particular, in the case of unbalanced magnetron sputtering, by controlling the cleaning process of forming conditions and target during its formation, it is possible to form a less wear-resistant coating of sharp projections.

本発明の耐摩耗性被膜を製造するための装置の一例について図1を用いて説明する。 An example of an apparatus for producing an abrasion resistant coating of the present invention will be described with reference to FIG. 図1は、本発明に用いることができる成膜装置の模式図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a film forming apparatus which can be used in the present invention. 図1において、チャンバ1内に、基材ホルダ4と、アーク式蒸発源6,8と、アンバランスト型スパッタ蒸発源7とを備える。 In Figure 1, the chamber 1 includes a substrate holder 4, the arc evaporation source 6 and 8, and the unbalanced type sputtering evaporation source 7. 当該アーク式蒸発源6,8およびスパッタ蒸発源7には、それぞれアーク電源9,11およびスパッタ電源10が接続されている。 To the arc evaporation source 6, 8, and sputtering evaporation source 7, the arc power supply 9, 11 and the sputtering power source 10 are respectively connected.

チャンバ1は、図示されない真空ポンプと連結されており、チャンバ1に設けられた排気口3を通してチャンバ1内の圧力を変化させることが可能である。 Chamber 1 is connected to a vacuum pump (not shown), it is possible to vary the pressure in the chamber 1 through the outlet 3 provided in the chamber 1. チャンバ1内の基材5は、基材ホルダ4に保持されている。 Substrate 5 in the chamber 1 is held by the substrate holder 4. 基材ホルダ4には、基材バイアス用の直流電源12の負の電極と電気的に接続されている。 The substrate holder 4, is negative electrode and electrically connected to the DC power supply 12 for the substrate bias.

チャンバ1にガスを供給するためのガス導入口2が設けられ、当該ガス導入口2には図示していないマスフローコントローラを介して様々なガスを導入することができる。 Gas inlet 2 for supplying a gas is provided in the chamber 1, it is possible to introduce various gas through a mass flow controller which is not shown in the gas inlet 2. 当該ガスの例としては、アルゴン等の不活性ガス、反応性ガスとして窒素ガス、酸素ガス、また、メタン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、窒化酸素などが挙げられる。 Examples of such gases include inert gas such as argon, nitrogen gas as a reactive gas, oxygen gas also include methane, acetylene, hydrocarbon gas such as benzene, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen nitride .

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されることを意図しない。 Hereinafter, the present invention will be described by examples in more detail, it is not intended that the present invention is limited thereto.

(実施例1) (Example 1)
1. 1. 表面被覆切削工具の作製 Preparation of surface-coated cutting tool

まず、基材としてSDKN42形状のISO P30超硬合金製工具を準備した。 First, it was prepared ISO P30 cemented carbide tools SDKN42 shape as a substrate. 次いで、上述の成膜装置を用いて本発明の耐摩耗性被膜を上記基材表面に被覆した。 Then, a wear resistant coating of the present invention was coated on the substrate surface by using the above-described film forming apparatus.

具体的に、まず、蒸発源6に50原子%Ti−50原子%Alターゲットを設置し、蒸発源7に65原子%Al−35原子%Crターゲットを設置し、蒸発源8にTiターゲットを設置し、基材5を基材ホルダ4に保持して、蒸発源6に正対するようにセットした後、真空ポンプによりチャンバ1内を減圧するとともに、ヒータ13により基材5を温度550℃に加熱し、チャンバ1内の圧力が2.0×10 −4 Paとなるまで真空引きを行った。 Specifically, first, the evaporation source 6 is placed 50 atomic% Ti-50 atomic% Al target, a 65 atomic% Al-35 atomic% Cr target is placed in the evaporation source 7, installed a Ti target in the evaporation source 8 and holds the substrate 5 on the substrate holder 4, heating was set to directly face the evaporation source 6, while reducing the pressure in the chamber 1 by the vacuum pump, the substrate 5 to a temperature 550 ° C. by the heater 13 and were evacuated to a pressure in the chamber 1 is 2.0 × 10 -4 Pa.

次に、ガス導入口2からArガスを導入してチャンバ内の圧力を6.0Paに保持し、基材バイアス電源12の電圧を−1000Vとし、基材5の表面のクリーニングを30分間行った。 Then, to maintain the pressure in the chamber 6.0Pa while introducing Ar gas from the gas inlet 2, the voltage of the substrate bias power supply 12 and -1000 V, was clean the surface of the substrate 5 for 30 minutes . その後、Arガスを排気した。 Then, it was evacuated Ar gas.

次に、基材バイアス電源12の電圧を−1000Vに維持したまま、チャンバ1内にガス導入口2を通して100sccmのアルゴンと窒素との混合ガスを導入した。 Then, while maintaining the voltage of the substrate bias power supply 12 to -1000 V, it was introduced a mixed gas of 100sccm of argon and nitrogen through the gas inlet 2 into the chamber 1. アーク電源11から100Aのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源8を放電させて、金属イオンを10分間発生させた。 The arc current of 100A was supplied from the arc power supply 11, to discharge the arc evaporation source 8 was generated metal ions 10 minutes. これにより、金属イオンが基材5の表面を金属イオンクリーニングし、基材5の表面の強固な汚れや酸化膜を除去した。 Thus, the metal ions of the surface of the substrate 5 and metal ions cleaned to remove solid dirt and oxide film on the surface of the substrate 5.

その後、同様に蒸発源6を80Aで放電させながら、チャンバ1内の圧力が4.0Paになるようにガス導入口2から窒素ガスを導入し、基材バイアス電源12の電圧を−200Vとし、基材5の表面にTiAlN層を形成した。 Then, while the discharge Similarly the evaporation source 6 at 80A, nitrogen gas was introduced from the gas inlet 2 so that the pressure in the chamber 1 is 4.0 Pa, the voltage of the substrate bias power supply 12 and -200 V, forming a TiAlN layer on the surface of the substrate 5. TiAlN層が所定の厚みに(2.5μm)に達するまでこの状態を維持した。 Until TiAlN layer reaches (2.5 [mu] m) to a predetermined thickness and maintained at this state. これにより、中間層としてのTiAlN膜を形成した。 This formed a TiAlN film as an intermediate layer.

中間層の形成が終了すると、この状態のままアーク式蒸発源6の放電を停止し、次にスパッタ蒸発源7に500Wの電力を供給し、放電を発生させた。 When the formation of the intermediate layer is completed, this remains an arc discharge evaporation source 6 states was stopped, and then supplies the power of 500W to the sputtering evaporation source 7 was generated discharge. バイアス電圧を−100Vとした。 A bias voltage is -100V. 蒸発源7を構成するAl,Crの蒸気が前方方向に蒸発して基材5の表面に厚さ1.1μmの(Al 0.65 Cr 0.35 )Nの組成を有する化合物からなる層を形成した。 Al constituting the evaporation source 7, a layer vapor of Cr is made of a compound having a composition of (Al 0.65 Cr 0.35) N with a thickness of 1.1μm on the surface of the substrate 5 by evaporation in a forward direction the formed.

さらに、蒸発源7を停止し、次に、アーク式蒸発源8にアーク電流80Aを供給してアーク放電を発生させ、基材を蒸発源8に正対させ、導入口2から窒素ガスに加えてメタンガスを同量導入し、バイアス電圧を−100Vとし、膜厚0.1μmのTiCN層を最外表面層として得た。 Further, the evaporation source 7 is stopped, then, to generate arc discharge by supplying an arc current 80A to the arc evaporation source 8, directly facing the substrate to the evaporation source 8, added from the inlet 2 to the nitrogen gas methane was introduced the same amount Te, a bias voltage is -100 V, to obtain a TiCN layer having a thickness of 0.1μm as an outermost surface layer.

2. 2. 特性評価 Characterization

このようにして得た表面被覆切削工具について以下の特性を測定した。 For such surface-coated cutting tool thus obtained was measured following properties. まず、表面被覆切削工具の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により表面の形態を観察した。 First, the surface of the surface-coated cutting tool and observing the morphology of the surface by a scanning electron microscope (SEM). 1000倍の倍率で、上記表面における100μm×100μmの範囲内の直径1μm以上、高さが1μm以上の突起数を数えた。 1000-fold magnification, or more in diameter 1 [mu] m in the range of 100 [mu] m × 100 [mu] m in the surface height is counted over a number of protrusions 1 [mu] m. 当該100μm×100μmの範囲を任意の5箇所を測定し、得られた突起数の数を平均すると、3.2個であった。 The range of the 100 [mu] m × 100 [mu] m to measure any five points, on average the number of the obtained number of projections was 3.2 units.

得られた表面被覆切削工具の耐摩耗性被膜中の化合物からなる層におけるAr含有量を、ラザフォード後方散乱測定(RBS)法を用いて測定した。 The Ar content in the layer comprising a compound of wear-resistant in the coating of the resulting surface-coated cutting tool was measured using Rutherford backscattering measurements (RBS) method. RBSの結果、CrAlN化合物層中のAr量は0.02原子%であった。 RBS results, Ar of CrAlN compound layer was 0.02 atomic%.

また、得られた表面被覆切削工具の耐摩耗性被膜に対して、ナノインデンテーション法を用いて、最大押し込み深さが0.3μmになるように硬さ試験を行った。 Further, with respect to the abrasion resistant coating of the resulting surface-coated cutting tool, using a nanoindentation method, the maximum indentation depth is subjected to hardness test to be 0.3 [mu] m. 最大押し込み深さをhmax,荷重除苛後の押し込み深さ(圧痕深さ)をhfとして、(hmax−hf)/hmaxは0.5であった。 Maximum indentation depth hmax, indentation depth of the load divided 苛後 the (indentation depth) as hf, (hmax-hf) / hmax was 0.5. また、硬さは35GPaであった。 In addition, the hardness was 35GPa.

また、耐摩耗性被膜において、化合物から構成される層の結晶構造を、X線回折によって評価した結果、NaCl型結晶構造であった。 Further, the wear resistant coating, the crystal structure of the layer composed of the compound, the results were evaluated by X-ray diffraction, it was NaCl-type crystal structure.

これらの結果について、組成、膜厚およびArの量については表1および2に示し、ナノインデンテーション法による試験、残留応力、突起の平均個数については表3に示した。 These results, the composition, the amount of film thickness and Ar shown in Tables 1 and 2, testing by the nanoindentation method, the residual stress, the average number of projections are shown in Table 3.

(実施例2〜14) (Example 2-14)

耐摩耗性被膜の各層の組成比を、各蒸発源に設置するターゲット材料の組成比および層形成時に導入するガスの種類と流量比とを調整して、表1に示す実施例2〜12および表2に示す実施例13,14の組成比にした以外は、実施例1と同様に表面被覆切削工具を作製した。 The composition ratio of each layer of the abrasion-resistant film, by adjusting the kind and flow rate of gas introduced at the composition ratio and the layer formed of the target material to be installed in each evaporation source, Examples 2 to 12 and shown in Table 1 except that the composition ratio of examples 13 and 14 shown in Table 2, to prepare a surface-coated cutting tool as in example 1. 実施例14においては、化合物からなる層1および2を交互に15回積層した。 In Example 14, the layers 1 and 2 consists of compounds were stacked 15 times alternately. なお、Arの含有量は、化合物の層の形成時におけるArの分圧および基材温度、形成時のバイアス電圧を変化させることで調整した。 The content of Ar was adjusted by changing the partial pressure and substrate temperature, bias voltage at the time of formation of Ar during the formation of the compound layer. また、表面突起の数は、化合物の層の形成時の成膜圧力とバイアス電圧、金属イオンクリーニングの条件と時間とで調整した。 The number of surface protrusions, the deposition pressure and the bias voltage at the time of forming the layer of the compound, prepared in the conditions and time of the metal ion cleaning. 結果を表1〜3に示す。 The results are shown in Tables 1-3.

(比較例1〜3) (Comparative Example 1-3)

被膜の組成を変更した以外は実施例1と同様に切削工具を作製したものを比較例1とし、化合物を形成する際に基材温度を950℃とし、Ar含有量を0.007原子%未満とした以外は実施例1と同様に切削工具を作製したものを比較例2とし、直径1μm以上、高さ1μm以上の突起の数が10以上とした以外は実施例1と同様に切削工具を作製したものを比較例3とし、これら比較例1〜3についての結果を表1および3に示す。 Except for changing the composition of the coating corresponds to Comparative Example 1 with those prepared cutting tool in the same manner as in Example 1, the substrate temperature 950 ° C. in forming the compound, the Ar content of less than 0.007 atomic% and the is as in example 1 compares that to prepare a cutting tool in the same manner as example 2 except, or more in diameter 1 [mu] m, the cutting tool in the same manner as in example 1 except that the number of heights 1 [mu] m or more protrusions is 10 or more a disk produced as Comparative example 3, the results for Comparative examples 1 to 3 in tables 1 and 3.

3. 3. 切削試験 Cutting test

上記実施例1〜14および比較例1〜3の切削工具について、表3に示す加工条件で切削試験を行い、逃げ面摩耗幅の評価を行った。 For cutting tools of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 3, carried out a cutting test at the processing conditions shown in Table 3 were evaluated flank wear width. 逃げ面摩耗幅が小さい程、切削工具の寿命が延長される効果があるので、表3の結果より、本発明の表面被覆切削工具は、比較例の切削工具と比べて摩耗が小さく寿命が長いことがわかる。 As flank wear width is small, the life of the cutting tool there is an effect to be extended, from the results of Table 3, the surface-coated cutting tool of the present invention, there is a long reduced life wear compared to cutting tools of Comparative Examples it can be seen.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。 Embodiments and examples disclosed herein are carried out are to be considered and not restrictive in all respects as illustrative. 本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalency of the claims.

本発明の耐摩耗性被膜の成膜に用いる装置の一例を示す模式図である。 Is a schematic diagram showing an example of an apparatus used for forming abrasion-resistant coatings of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 チャンバ、2 ガス導入口、3 排気口、4 基材ホルダ、5 基材、6 アーク式蒸発源、7 アンバランスト型スパッタ蒸発源、8 アーク式蒸発源またはアンバランスト型スパッタ蒸発源、9 アーク電源、10 スパッタ電源、11 アーク電源またはスパッタ電源、12 基材バイアス電源、13 基材加熱ヒータ。 1 chamber, 2 gas inlet 3 exhaust port 4 substrate holder, 5 substrate, 6 arc evaporation source, 7 the unbalanced type sputtering evaporation source 8 arc evaporation source or the unbalanced type sputtering evaporation source, 9 arc power supply, 10 sputtering power source, 11 arc power supply or a sputtering power source, 12 the substrate bias power supply, 13 substrate heater.

Claims (12)

  1. Cr、AlおよびSiからなる群より選択される金属元素と、C、NまたはOのいずれか1つ以上の元素とからなり、さらに、0.001原子%以上5原子%未満のAr原子を含む化合物から構成される層を一層以上含む耐摩耗性被膜であって、該耐摩耗性被膜の表面に、直径1μm以上であり、高さが1μm以上である突起が、前記耐摩耗性被膜の表面における100μm×100μmの範囲内に平均10個未満で存在することを特徴とする、耐摩耗性被膜。 Cr, composed of a metallic element selected from the group consisting of Al and Si, C, and any one or more of the elements N or O, further comprising 0.001 atom% 5 atom% less than Ar atoms a wear resistant coating comprising one or more layers of the layer composed of the compound, on the surface of the resistant wear resistant coating, and a diameter 1μm or more, projections, the surface of the abrasion-resistant coating height is 1μm or more characterized by the presence at an average of less than 10 in the range of 100 [mu] m × 100 [mu] m in, wear resistant coating.
  2. 前記化合物から構成される層のうち、Ar原子を除く元素の組成が、(Cr 1−x−y Al Si )(C 1−u−v )(ただし、0.2≦x≦0.75、0≦y≦0.2、x+y≦0.75、0≦u≦0.5、0≦v≦0.2、u+v≦0.6)であることを特徴とする、請求項1に記載の耐摩耗性被膜。 Of composed layer from said compound, the composition of elements except for Ar atoms, (Cr 1-x-y Al x Si y) (C u N 1-u-v O v) ( except, 0.2 ≦ x ≦ 0.75,0 ≦ y ≦ 0.2, x + y ≦ 0.75,0 ≦ u ≦ 0.5,0 ≦ v ≦ 0.2, characterized in that it is a u + v ≦ 0.6), wear resistant coating of claim 1.
  3. 前記化合物から構成される層の結晶構造が、NaCl型結晶構造であることを特徴とする、請求項1または2に記載の耐摩耗性被膜。 The crystal structure of the layer composed of the compound, characterized in that it is a NaCl-type crystal structure, wear resistant coating according to claim 1 or 2.
  4. 前記化合物から構成される層の結晶構造が、NaCl型結晶構造と非晶質構造とを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の耐摩耗性被膜。 The crystal structure of the layer composed of the compound, characterized in that it comprises a NaCl-type crystal structure and an amorphous structure, wear resistant coating according to claim 1 or 2.
  5. 前記化合物から構成される層において、一層あたりの層厚が0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の耐摩耗性被膜。 Wherein the layer comprising a Compound, characterized in that the layer thickness per layer is 0.1μm or more 10μm or less, wear resistant coating according to claim 1.
  6. 前記化合物から構成される層の全層厚において、該全層厚の1/10以下の押し込み深さになるように制御された押し込み荷重を負荷して実行されるナノインデンテーション法による硬さ試験において、最大押し込み深さをhmaxとし、荷重除荷後の押し込み深さをhfとした場合、(hmax−hf)/hmaxが0.2以上0.7以下であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の耐摩耗性被膜。 In total layer thickness of the layer composed of the compound, the hardness according to the nano indentation method which is executed by the load controlled indentation load to be 1/10 or less of the indentation depth 該全 layer thickness test in, the maximum indentation depth to the hmax, when the indentation depth after loading unloading was hf, characterized in that (hmax-hf) / hmax is 0.2 to 0.7, claims wear resistant coating according to any one of 1 to 5.
  7. 前記化合物から構成される層の全層厚において、該全層厚の1/10以下の押し込み深さになるように制御された押し込み荷重を負荷して実行されるナノインデンテーション法による硬さ試験において、該硬さが20GPa以上50GPa以下であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の耐摩耗性被膜。 In total layer thickness of the layer composed of the compound, the hardness according to the nano indentation method which is executed by the load controlled indentation load to be 1/10 or less of the indentation depth 該全 layer thickness test in, wherein the hardness is is less than 50GPa least 20 GPa, wear resistant coating according to any one of claims 1 to 6.
  8. 残留圧縮応力が、−6GPa以上0GPa以下であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の耐摩耗性被膜。 Residual compressive stress, characterized in that at least -6GPa 0 GPa or less, wear resistant coating according to claim 1.
  9. 基材表面上に、請求項1〜8のいずれかに記載の耐摩耗性被膜を被覆したことを特徴とする、表面被覆切削工具。 On the substrate surface, characterized by being coated with wear resistant coating according to claim 1, the surface-coated cutting tool.
  10. 前記基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかであることを特徴とする、請求項9に記載の表面被覆切削工具。 The substrate, WC based cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body or aluminum oxide and a base material made of titanium carbide, characterized in that either, the surface-coated cutting tool according to claim 9.
  11. 前記耐摩耗性被膜は、前記基材表面上に、物理的蒸着法を用いて形成されることを特徴とする、請求項9または10に記載の表面被覆切削工具。 The wear-resistant coating, said on the substrate surface, characterized by being formed by means of physical vapor deposition, surface-coated cutting tool according to claim 9 or 10.
  12. 前記物理的蒸着法が、アンバランストマグネトロンスパッタ法であり、該方法は、前記基材に負のバイアス電圧を印加する工程を含むことを特徴とする、請求項11に記載の表面被覆切削工具。 Wherein the physical vapor deposition method, an unbalanced magnetron sputtering method, the method is characterized in that it comprises a step of applying a negative bias voltage to the substrate, the surface-coated cutting tool according to claim 11 .
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