JP2008007835A - 硬質皮膜およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(M)aCrbAlcSidBeYfZからなる硬質皮膜であって[但し、Mは、周期律表第4A族元素、5A族元素、6A族元素(Crを除く)から選択される少なくとも1種の元素であり、Zは、N、CN、NOまたはCNOのいずれかを示す]、
a+b+c+d+e+f=1
0<a≦0.3、0.05≦b≦0.4、0.4≦c≦0.2、0≦d≦0.2,0≦e≦0.2、0.01≦f≦0.1
(a,b,c,d,eおよびfは、夫々M,Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示す)である。
【選択図】なし
Description
a+b+c+d+e+f=1
0<a≦0.3、0.05≦b≦0.4、0.4≦c≦0.2、0≦d≦0.2,0≦e≦0.2、0.01≦f≦0.1
(a,b,c,d,eおよびfは、夫々M,Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示す)
である点に要旨を有するものである。
b+c+d+e+f=1
0.2≦b≦0.5、0.4≦c≦0.7、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0.01≦f≦0.1(但し、d+e>0)
(b,c,d,eおよびfは、夫々Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示す)
であるような硬質皮膜においても達成することができる。
(M)aCrbAlcSidBeYfZ …(1)
(a,b,c,d,eおよびfは、夫々M,Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示し、またZは、N、CN、NOまたはCNOのいずれかを示す)
CrbAlcSidBeYfZ …(2)
(b,c,d,eおよびfは、夫々Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示し、またZは、N、CN、NOまたはCNOのいずれかを示す)
前記図1に示した装置(AIP装置)のアーク蒸発源6aに、(M,Cr,Al,Si,BおよびY)を各種割合で含有するターゲットを配置し、回転テーブル3上に被処理体5として超合金製チップ、超合金製ボールエンドミル(直径10mm:2枚刃)、および酸化試験用の白金箔(30mm×5mm×厚み0.1mm)を取り付け、真空チャンバー1内を真空状態にした。その後真空チャンバー1内に配置されたヒータ7a,7b,7c,7dで被処理体5の温度を550℃に加熱し、Arイオンによる被処理体のクリーニング(Ar、圧力:0.6Pa、電圧:500V、時間:5分)を実施した後、窒素ガス(N2ガス)を導入してチャンバー1内の圧力を4.0Paにして、アーク放電を開始し、被処理体5の表面に硬質皮膜を膜厚3μmに形成した。また皮膜中にCやOを含有させる場合には、各々メタンガス(CH4ガス)および酸素ガス(O2ガス)を、N2ガスに対する流量比で5〜50vol%の範囲で成膜装置内に導入した。尚、成膜中に、アース電位に対して被処理体5がマイナス電位となるように20〜100Vのバイアス電圧を基板に印加した。
結晶構造の評価は、硬質皮膜を、リガク電気社製のX線回折装置を用いて、θ―2θにてX線回折する。その際、立方晶ではCuKα線源を用いて行い、(111)面については2θ=37.78°付近の、(200)面については2θ=43.9°付近の、(220)面については2θ=63.8°付近のピーク強度を測定する。六方晶のX線回折は、CuKα線を用い、(100)面については2θ=32°〜33°付近の、(102)面については2θ=48°〜50°付近の、(110)面については2θ=57°〜58°付近のピーク強度を測定する。それらの値を用いて、下記式(3)に従って結晶構造指数Xを算出し、下記基準に従って皮膜の結晶構造を決定した。
指数Xが0.1以上、0.9未満の場合:混合型(下記表中、B1+B4と表記する)
指数Xが0.1未満の場合:六方晶型結晶構造(下記表中、B4と表記する)
上記実施例で得られた白金サンプル(白金箔に硬質皮膜を形成したもの)を人工乾燥空気中で室温から5℃/minの昇温速度で加熱し、その質量変化を熱天秤で調査した。得られた質量増加曲線から酸化開始温度を決定した。
上記実施例で得られた試験用エンドミル(超硬合金製ボールエンドミルの表面に硬質皮膜を形成したもの)を用い、SKD11(HRC60)を被削材として、下記の切削条件にて切削を行なった後、刃先を光学顕微鏡で観察し、すくい面と逃げ面の境界部分の摩耗幅を測定した。
切削速度 :150m/分
刃送り :0.04mm/刃
軸切り込み:4.5mm
径方向切り込み:0.1m/s
切削長 :50m
その他 :ダウンカット、ドライカット、エアーブローのみ
前記図1に示した装置(AIP装置)のアーク蒸発源6aに、(Cr,Al,Si,BおよびY)を各種割合で含有するターゲットを配置し、回転テーブル3上に被処理体5として超合金製チップ、超合金製ボールエンドミル(直径10mm:2枚刃)、および酸化試験用の白金箔(30mm×5mm×厚み0.1mm)を取り付け、真空チャンバー1内を真空状態にした。その後真空チャンバー1内に配置されたヒータ7a,7b,7c,7dで被処理体5の温度を550℃に加熱し、Arイオンによる被処理体のクリーニング(Ar、圧力:0.6Pa、電圧:500V、時間:5分)を実施した後、窒素ガス(N2ガス)を導入してチャンバー1内の圧力を4.0Paにして、アーク放電を開始し、被処理体5の表面に硬質皮膜を膜厚3μmに形成した。また皮膜中にCやOを含有させる場合には、各々メタンガス(CH4ガス)および酸素ガス(O2ガス)を、N2ガスに対する流量比で5〜50vol%の範囲で成膜装置内に導入した。尚、成膜中に、アース電位に対して基材(被処理体)がマイナス電位となるように20〜100Vのバイアス電圧を基材に印加した。
前記図1に示した装置(AIP装置)に複数のアーク蒸発源6a,6bを取り付け、下記表4に示す組成の皮膜からなる積層膜を形成した。このとき、積層膜の形成は、複数個のターゲット6a、6bを同時に放電させ、基材(被処理体5)を回転する回転テーブル3上に搭載し、各々のアーク蒸発源6a,6bの前を交互に通過させることによって、形成した。また積層周期の長い皮膜に関しては、アーク蒸発源6a,6bを交互に放電させて、積層膜を形成した。他の製膜条件は、実施例1、2と同様にした。
2 回転盤
3 回転テーブル
5 被処理体(基材)
6a,6b アーク蒸発源
7a,7b ヒータ
8a,8b アーク電源
9a,9b,9c,9d マスフローコントローラー
10 バイアス電源
11 フィラメント型イオン源
12 フィラメント加熱用交流電源
13 放電用直流電源
Claims (4)
- (M)aCrbAlcSidBeYfZからなる硬質皮膜であって[但し、Mは、周期律表第4A族元素、5A族元素、6A族元素(Crを除く)から選択される少なくとも1種の元素であり、Zは、N、CN、NOまたはCNOのいずれかを示す]、
a+b+c+d+e+f=1
0<a≦0.3、0.05≦b≦0.4、0.4≦c≦0.8、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0.01≦f≦0.1
(a,b,c,d,eおよびfは、夫々M,Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示す)
であることを特徴とする耐酸化性に優れた硬質皮膜。 - CrbAlcSidBeYfZからなる膜であって[但し、Zは、N、CN、NOまたはCNOのいずれかを示す]、
b+c+d+e+f=1
0.2≦b≦0.5、0.4≦c≦0.7、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0.01≦f≦0.1(但し、d+e>0)
(b,c,d,eおよびfは、夫々Cr,Al,Si,BおよびYの原子比を示す)
であることを特徴とする耐酸化性に優れた硬質皮膜。 - 請求項1または2に記載の硬質皮膜を、相互に異なる組成で交互に積層したものであり、各層の膜厚が5nm以上、200nm以下であることを特徴とする硬質皮膜。
- 請求項1または2に記載の硬質皮膜を製造するに当り、カソード放電型アークイオンプレーティング法によって成膜することを特徴とする硬質皮膜の製造方法。
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