JP2008106287A - Nitride-containing target material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a target material used in an AIP (arc ion plating) process and an MS (magnetron sputtering) process, in which mechanical strength is improved, and further, the formation of droplets is suppressed, and which is suitable for forming a film having high quality. <P>SOLUTION: In a target material comprising Al and an M component(s); wherein, the M component(s) is one or more kinds of elements selected from the group 4a, 5a and 6a metals, Si, B and S, the target material in this invention is a nitride-containing target material comprising Al and the M component(s) and the nitride of Al. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本願発明は、切削工具や金属部品の表面に皮膜を形成させるための窒化物含有ターゲット材に関するものであり、特に、アークイオンプレーティング(以下、AIPと記す。)法、マグネトロンスパッタ(以下、MSと記す。)の蒸発源としてのターゲット材に関するものである。   The present invention relates to a nitride-containing target material for forming a film on the surface of a cutting tool or metal part, and in particular, arc ion plating (hereinafter referred to as AIP) method, magnetron sputtering (hereinafter referred to as MS). It is related to the target material as the evaporation source.

蒸発源にAl成分を含む合金ターゲット材を使用した被覆では、Al成分に起因するドロップレットの発生が問題となっており、このドロップレットの発生を減らすための技術が、以下の特許文献1から6に開示されている。   In the coating using an alloy target material containing an Al component as an evaporation source, the occurrence of droplets due to the Al component is a problem, and a technique for reducing the occurrence of droplets is disclosed in Patent Document 1 below. 6.

特開2004−99966号公報JP 2004-99966 A 特開平10−60636号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-60636 特開平8−120445号公報JP-A-8-120445 特開平8−134635号公報JP-A-8-134635 特開2003−286566号公報JP 2003-286666 A 特開2003−286564号公報JP 2003-286564 A

本願発明が解決しようとする課題は、AIP法、MS法に用いるターゲット材であって、機械的強度が改善されるとともに、ドロップレットの生成が抑制され、品質の高い皮膜を形成するのために好適なターゲット材を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is a target material used in the AIP method and the MS method, in order to improve mechanical strength, suppress formation of droplets, and form a high-quality film. It is to provide a suitable target material.

本願発明は、AlとM成分、但し、M成分は4a、5a、6a族金属、Si、B、Sから選択される1種以上の元素を有するターゲット材において、該ターゲット材は、AlとM成分及びAlの窒化物を有していることを特徴とする窒化物含有ターゲット材である。上記の構成を採用することによって、AIP法、MS法で被覆をしたとき、機械的強度が改善され、ドロップレットの生成が抑制され、品質の高い皮膜を形成するのために好適なターゲット材を提供することができる。
また、本願発明の窒化物含有ターゲット材においては、Alの窒化物の含有量がモル%で、5%以上、30%以下であることが好ましい。更に、窒化物含有ターゲット材において、Alの窒化物とAlとの含有量の比(Alの窒化物)/(Al)をQとしたとき、0.3≦Q≦2、であることが好ましい。
The present invention relates to a target material having one or more elements selected from Al and M components, wherein the M component is selected from 4a, 5a, and 6a group metals, Si, B, and S. A nitride-containing target material comprising a component and Al nitride. By adopting the above configuration, when coated by the AIP method and MS method, the mechanical strength is improved, the generation of droplets is suppressed, and a suitable target material for forming a high quality film Can be provided.
In the nitride-containing target material of the present invention, the content of Al nitride is preferably 5% or more and 30% or less in terms of mol%. Further, in the nitride-containing target material, it is preferable that 0.3 ≦ Q ≦ 2 when the ratio of the content of Al nitride to Al (Al nitride) / (Al) is Q. .

本願発明により、AIP法、MS法で用いるターゲット材であって、機械的強度が改善されるとともに、ドロップレットの生成が抑制された品質の高い皮膜を形成するために好適なターゲット材を提供することができた。   The present invention provides a target material used in the AIP method and the MS method, which is suitable for forming a high-quality film in which mechanical strength is improved and generation of droplets is suppressed. I was able to.

本願発明の窒化物含有ターゲット材は、AlとM成分を有する窒化物などの皮膜を得るために用いられる。AIP法は、減圧した反応ガス雰囲気中において、皮膜の原料となるターゲット材をアーク放電にて瞬時に溶解、イオン化し、負に印加した被覆基材に付着させ皮膜を形成させる。このとき、溶解されたターゲット材は、被覆基材とターゲット材の間で発生するプラズマ中で、反応ガスとともにイオン化される。例えば、反応ガスとして窒素を用いて窒化された皮膜としてTiAl系、CrAl系の硬質皮膜が用いられる。TiAl系やCrAl系のターゲット材を用い、AIP法によって硬質皮膜を被覆する場合、アーク放電の際のアークスポットが、ターゲット表面上に電子を放出させる部位として形成される。アークスポットは、1点または、同時に複数点が放電中に存在し、ターゲット表面上を高速かつ均一に移動することが必要である。しかし、アークスポットの移動が滞留すると、その滞留部分に大きな溶解部が生じ、その溶解液滴が基材表面に付着する。この付着した溶解液滴は、ドロップレット又はパーティクル、マクロパーティクル、などと呼ばれ、硬質皮膜の表面を荒らす原因になる。例えば、被覆工具にドロップレットが多数付着すると、工具性能を劣化させる。ターゲット材が単一金属、または単一組織といった均質な場合は、アークスポットは、ターゲット材表面上を均一に移動する傾向にある。しかし、ターゲット材が複数元素から構成されることによって不均質となる場合や、複数の相を含む場合には、アークスポットが均一に移動し難く、皮膜表面にドロップレットを含みやすい。
特に、AIP法で使用するターゲットが低融点のAlを含む場合、Alがバインダーとして他の構成元素であるM成分元素の周りを取り囲み、その界面では有化合物を形成する。この化合物は、AlM系の金属間化合物となる。M成分元素が2種以上の元素で構成される場合は、この化合物は、AlMy1My2系の化合物(但し、y1≠y2)を形成する。また、AIP法では、使用するターゲットが低融点のAlを含む場合、特にAl単独相の部分にアーク放電が集中する傾向がある。その結果として、硬質皮膜表面にドロップレットが多く含まれ、表面粗度の悪化や組成の不均一が発生する。巨大なドロップレットを含有した硬質皮膜は、ドロップレット部がマクロ的な欠陥となり、硬度、耐熱性また耐欠損性が低下する欠点がある。
The nitride-containing target material of the present invention is used for obtaining a film such as a nitride having Al and M components. In the AIP method, a target material, which is a raw material of a film, is instantaneously dissolved and ionized by arc discharge in a reduced-pressure reaction gas atmosphere, and adhered to a negatively applied coating substrate to form a film. At this time, the dissolved target material is ionized together with the reaction gas in the plasma generated between the coated base material and the target material. For example, a TiAl-based or CrAl-based hard coating is used as a coating nitrided using nitrogen as a reaction gas. When a TiAl-based or CrAl-based target material is used and a hard film is coated by the AIP method, an arc spot at the time of arc discharge is formed as a site for emitting electrons on the target surface. One or a plurality of arc spots are present during the discharge at the same time, and it is necessary to move at high speed and uniformly on the target surface. However, when the movement of the arc spot is retained, a large dissolved portion is generated in the retained portion, and the dissolved droplet adheres to the substrate surface. The adhered dissolved droplets are called droplets or particles, macro particles, and the like, and cause the surface of the hard coating to be roughened. For example, when a large number of droplets adhere to the coated tool, the tool performance is deteriorated. When the target material is homogeneous, such as a single metal or a single structure, the arc spot tends to move uniformly on the surface of the target material. However, when the target material is inhomogeneous due to being composed of a plurality of elements or includes a plurality of phases, the arc spot is difficult to move uniformly, and droplets are likely to be included on the coating surface.
In particular, when a target used in the AIP method contains Al having a low melting point, Al surrounds the M component element which is another constituent element as a binder, and a compound is formed at the interface. This compound becomes an AlM-based intermetallic compound. When the M component element is composed of two or more elements, this compound forms an AlMy1My2 compound (where y1 ≠ y2). In the AIP method, when the target to be used contains low melting point Al, arc discharge tends to concentrate particularly on the Al single phase portion. As a result, a lot of droplets are contained on the hard coating surface, resulting in deterioration of surface roughness and non-uniform composition. The hard film containing huge droplets has a drawback that the droplet portion becomes a macro defect and the hardness, heat resistance and fracture resistance are lowered.

本願発明の窒化物含有ターゲット材を用いることにより機械的強度が改善され、ドロップレット発生量の極めて少ない皮膜を得ることができる。この理由は、AlNを含有させることによって、ターゲット全体におけるAl成分量を減らすことなく、ドロップレットの発生源になりやすいAl単独相を減らすことができるからである。また、蒸発面においてAl単独相の極近傍に、Alの窒化物が存在することによって、AlとAlの窒化物の親和性が高いために、機械的強度が改善されるとともに、Alの選択溶解を防ぎ、アーク放電の集中を回避し、ドロップレット量を減少させることができる。これは、Alの窒化物が、Al単独相よりも高融点材料であることによる。その結果、巨大なドロップレットの発生が抑制される。また、Alの窒化物は熱伝導率が高く、焼結時において、ターゲット構成元素同士の拡散を促進させる効果があることから機械的強度が改善され、低融点であるAl単独相を減少させ、アークスポットの集中を防ぐ効果がある。
またドロップレットを低減した皮膜は、結晶の成長が分断されないため、高密度の皮膜を形成し、機械的強度が優れる。ターゲット内では、Alの窒化物相の周囲に窒化物含有相が存在することが好ましい。更に、ターゲット中に含まれるAlの窒化物は、M成分に拡散することで、ターゲット自身の機械的強度を高める働きがある。
By using the nitride-containing target material of the present invention, the mechanical strength is improved, and a film with very little droplet generation can be obtained. This is because the inclusion of AlN can reduce the Al single phase that tends to be a droplet generation source without reducing the amount of Al component in the entire target. In addition, the presence of Al nitride in the very vicinity of the Al single phase on the evaporation surface improves the mechanical strength and the selective dissolution of Al due to the high affinity between Al and Al nitride. Can be avoided, the concentration of arc discharge can be avoided, and the amount of droplets can be reduced. This is because Al nitride is a higher melting point material than the Al single phase. As a result, the generation of huge droplets is suppressed. In addition, Al nitride has high thermal conductivity, and at the time of sintering, it has the effect of promoting diffusion between target constituent elements, so the mechanical strength is improved, and the Al single phase having a low melting point is reduced. This has the effect of preventing the concentration of arc spots.
Moreover, since the film | membrane which reduced the droplet does not divide the crystal growth, it forms a high-density film | membrane and is excellent in mechanical strength. In the target, a nitride-containing phase is preferably present around the Al nitride phase. Furthermore, the Al nitride contained in the target diffuses into the M component, thereby increasing the mechanical strength of the target itself.

本願発明の窒化物含有ターゲット材は、Alの窒化物を含有するが、その含有量はモル%で、5%以上、30%以下であることが好ましい。Alの窒化物の含有量が5%未満の場合、アークスポットの移動速度を速める効果を得ることが出来ないため、ドロップレット量を低減できない。また、機械的強度を高める効果が少ない。一方、30%を超える場合、ターゲット作製時に脱窒現象が発生しやすくなり、ターゲット内部に空孔を形成させる。その空孔部には、酸素が多く取り込まれ、不純物である酸素を多く取り込んでしまい、機械的強度が劣化してしまう。その結果、放電時に局所放電や放電停止などの不安定性要素が増大するだけでなく、アーク放電による衝撃で割れが発生する不都合がある。
本願発明の窒化物含有ターゲット材は、Q値が0.3≦Q≦2、であることが好ましい。上記の範囲に設定することによってターゲット材の機械的強度を維持しつつ、アークスポットの移動速度を速める効果を得ることが出来る。Q値が2を超えて大きい場合には、ターゲットの組織の分散状態が悪くなり、高品質な皮膜が得られない。0.3未満の場合は、ターゲット材の機械的強度の改善効果を得難いためである。
The nitride-containing target material of the present invention contains Al nitride, and the content thereof is preferably 5% or more and 30% or less in mol%. When the content of Al nitride is less than 5%, the effect of increasing the moving speed of the arc spot cannot be obtained, so the amount of droplets cannot be reduced. Moreover, there is little effect which raises mechanical strength. On the other hand, when it exceeds 30%, a denitrification phenomenon is likely to occur during the production of the target, and voids are formed inside the target. A large amount of oxygen is taken into the vacancies and a large amount of oxygen, which is an impurity, is taken in, and the mechanical strength deteriorates. As a result, not only instability factors such as local discharge and discharge stop increase at the time of discharge, but also there is an inconvenience that cracking occurs due to an impact caused by arc discharge.
The nitride-containing target material of the present invention preferably has a Q value of 0.3 ≦ Q ≦ 2. By setting to the above range, it is possible to obtain the effect of increasing the moving speed of the arc spot while maintaining the mechanical strength of the target material. When the Q value exceeds 2 and the target tissue is dispersed in a poor state, a high-quality film cannot be obtained. If it is less than 0.3, it is difficult to obtain the effect of improving the mechanical strength of the target material.

本願発明の窒化物含有ターゲット材におけるAlの窒化物の粒子は、平均粒径で5μm以上、100μm以下が好ましい。平均粒径が5μm未満の場合、粒子に含まれる不純物の量が増大する。これが、ターゲット材の機械的強度を劣化させ、アーク放電などの衝撃により、割れが発生する欠点がある。また、100μmを超えると、ターゲットの組織の分散状態が悪くなり、高品質な皮膜が得られない。Alの窒化物粒子の結晶配向は、基本的に(100)面配向であることが好ましいが、その他の配向を示す粒子でも構わない。   The Al nitride particles in the nitride-containing target material of the present invention preferably have an average particle size of 5 μm or more and 100 μm or less. When the average particle size is less than 5 μm, the amount of impurities contained in the particles increases. This degrades the mechanical strength of the target material and has the disadvantage that cracks occur due to impacts such as arc discharge. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, the dispersed state of the target structure is deteriorated and a high-quality film cannot be obtained. The crystal orientation of the Al nitride particles is preferably basically (100) plane orientation, but particles having other orientations may be used.

また、本願発明のAlの窒化物含有ターゲット材における酸素含有量は、質量%で0.7%以下が好ましい。0.7%を超えて多く含有すると、ターゲット材の機械的強度が劣るだけでなく、放電時に発生する酸素イオンがターゲット表面を酸化させるため、電気的な絶縁材を形成する。その結果、放電が不安定になり、ターゲットの異常溶解部が形成しやすくなる。   The oxygen content in the Al nitride-containing target material of the present invention is preferably 0.7% or less by mass%. If the content exceeds 0.7%, not only the mechanical strength of the target material is inferior, but also oxygen ions generated during discharge oxidize the target surface, thus forming an electrical insulating material. As a result, the discharge becomes unstable, and an abnormally dissolved portion of the target is easily formed.

ホットプレス方式を用いて、TiAl系、CrAl系等のAlを含むターゲット材を製造する場合、TiやCrよりも低融点金属であるAlが、他の金属元素を結びつけるバインダーの役割をする。例えば、TiAl系合金の場合、Ti相、TiAl相、Ti3Al相、Al3Ti相などを始めとする金属間化合物の他にAl単独相の組織が生成する。このAl単独相ではアークスポットが停滞してしまい、1μm長さを超えるような巨大なドロップレットが生じる。このドロップレットが多量に発生してしまうと、形成される硬質皮膜の優れた機能を低下させる原因となることから、Al単独相の低減を図る必要がある。そのためホットプレス法による粉末冶金法では、減圧中のArもしくはN2を含む雰囲気でAlを融解させない600℃以下での作製することが好ましい。600℃を超えるとAl単独相が増大し、Alがバインダーとしての働きをしなくなる。また、Alの窒化物の脱窒現象が発生する。この他、Alの炭化物や酸化物が生成すると、ターゲットの電気抵抗が高くなり、放電が困難となる欠点を有する。本願発明のターゲット材は、粉末冶金法によるホットプレス法だけでなく、HIP法でも作製可能である。HIP法を適用する場合は、Arもしくは、N2を含む雰囲気で、100MPa〜300MPaの範囲で加圧を行うことが好ましい。また、Alの窒化物と併せて炭窒化物が存在してもよい。即ち、ターゲット中のAlの窒化物は、Alの窒化物粒子を炭化処理したAlの炭窒化物、Alの炭化物を窒化処理したAlの炭窒化物が存在してもよい。
本願発明のターゲットを使用した場合、得られる硬質皮膜の硬度、密度、靭性等の機械的強度が高まるため、耐欠損性、耐摩耗性が要求される用途への被覆に用いることが効果的である。6μmを超えるような厚膜を形成させる際に使用すれば、ドロップレットの少ない、高密度な硬質皮膜の形成が可能となる。更に、ドリル、エンドミルまたは微小部品のように、使用したい部分にドロップレットの付着が好まれない用途に好適である。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。
In the case of manufacturing a target material containing Al such as TiAl-based or CrAl-based using a hot press method, Al, which is a metal having a lower melting point than Ti and Cr, serves as a binder for binding other metal elements. For example, in the case of a TiAl-based alloy, a structure of an Al single phase is generated in addition to an intermetallic compound such as a Ti phase, a TiAl phase, a Ti3Al phase, and an Al3Ti phase. In this Al single phase, the arc spot is stagnated, and a huge droplet exceeding 1 μm in length is generated. If this droplet is generated in a large amount, it will cause a decrease in the excellent function of the hard film to be formed, so it is necessary to reduce the Al single phase. Therefore, in the powder metallurgy method by the hot press method, it is preferable to fabricate at 600 ° C. or lower in which Al is not melted in an atmosphere containing Ar or N 2 under reduced pressure. When the temperature exceeds 600 ° C., the Al single phase increases, and Al does not function as a binder. In addition, denitrification of Al nitride occurs. In addition, when Al carbides or oxides are generated, there is a drawback that the electric resistance of the target is increased and discharge becomes difficult. The target material of the present invention can be produced not only by the hot press method by powder metallurgy but also by the HIP method. When the HIP method is applied, it is preferable to perform pressurization in the range of 100 MPa to 300 MPa in an atmosphere containing Ar or N2. Carbonitride may also be present together with Al nitride. That is, the Al nitride in the target may be Al carbonitride obtained by carbonizing Al nitride particles, or Al carbonitride obtained by nitriding Al carbide.
When the target of the present invention is used, the mechanical strength such as hardness, density, toughness, etc. of the resulting hard coating is increased, so it is effective to use it for coatings that require fracture resistance and wear resistance. is there. If it is used to form a thick film exceeding 6 μm, it is possible to form a high-density hard film with few droplets. Furthermore, it is suitable for an application such as a drill, an end mill, or a micropart where adhesion of droplets is not preferred at a portion to be used. Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

(実施例1)
粉末冶金法にて、AIP用ターゲット材を作製した。作製にあたっては、硬質皮膜を作製したときに、耐摩耗、耐熱特性が優れた硬質皮膜を得るために、Alと4a、5a、6a族金属、Si、B、Sから選択される1種以上の原料粉末とAlの窒化物とを、密閉容器としてボールミルを用いて、Ar雰囲気にて4時間混合した。Sを含有させる場合は、S単独の粉末を取り扱うことは難しいので、硫化物を使用した。粉末の混合性を考慮し、組成の偏りや、機械的強度の低下を回避する為、99.999%以上のAl2O3ボールを使用した。混合した粉末をグラファイト製の金型に所定量装入し、ホットプレス機を用いて焼結を行った。焼結時にAlが溶解するのを回避するため、焼結温度は、450〜550℃に設定した。また、減圧下での焼結では、焼結装置内に残留する微量酸素によるターゲット中への酸素取り込みの影響を避けるために、Arまたは、N雰囲気での焼結を行った。プレス荷重は50MPa〜200MPaの範囲に設定した。焼結時間は、1〜3時間の間で行った。焼結後完成したターゲット材は、抗折力試験片とAIP装置に適した形状に加工を行った。
(Example 1)
A target material for AIP was produced by powder metallurgy. In production, when producing a hard film, in order to obtain a hard film having excellent wear resistance and heat resistance, one or more selected from Al and 4a, 5a, 6a group metals, Si, B, S The raw material powder and Al nitride were mixed in an Ar atmosphere for 4 hours using a ball mill as a sealed container. In the case of containing S, it was difficult to handle the powder of S alone, so sulfide was used. In consideration of powder mixing properties, 99.999% or more of Al2O3 balls were used in order to avoid compositional deviation and mechanical strength reduction. A predetermined amount of the mixed powder was charged into a graphite mold and sintered using a hot press machine. In order to avoid dissolution of Al during sintering, the sintering temperature was set to 450 to 550 ° C. In sintering under reduced pressure, sintering was performed in an Ar or N atmosphere in order to avoid the influence of oxygen uptake into the target due to a trace amount of oxygen remaining in the sintering apparatus. The press load was set in the range of 50 MPa to 200 MPa. The sintering time was 1 to 3 hours. The target material completed after sintering was processed into a shape suitable for a bending strength test piece and an AIP apparatus.

組織内の窒化物含有相とAlの窒化物の存在状態を、電解放射走査型電子顕微鏡(日立製作所製S−4200、以下、SEMと記す。)を用いて倍率2000倍で観察した。SEMに装備されているEDX分析装置によって、各相の成分分析を行った。その後、フッ酸系の腐食液を用いてターゲット材の表面を処理し、同一視野を同じ条件で観察した。Alの窒化物とAl相を確認するために、作製したターゲットの組織を、透過電子顕微鏡(以下、TEMと記す。)で観察した。ターゲット材料の強度を調べるために、抗折力試験片の3点曲げによる測定を行った。また、Alの窒化物のX線回折を、Cu−kα、2θ−θ法、管電圧50kV、管電流160mAの条件で行った。   The presence state of the nitride-containing phase and the Al nitride in the structure was observed at a magnification of 2000 times using an electrolytic radiation scanning electron microscope (S-4200, manufactured by Hitachi, Ltd., hereinafter referred to as SEM). The component analysis of each phase was performed with the EDX analyzer equipped with SEM. Thereafter, the surface of the target material was treated with a hydrofluoric acid-based corrosive solution, and the same field of view was observed under the same conditions. In order to confirm the Al nitride and the Al phase, the structure of the prepared target was observed with a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TEM). In order to examine the strength of the target material, the bending strength test piece was measured by three-point bending. Further, X-ray diffraction of Al nitride was performed under the conditions of Cu-kα, 2θ-θ method, tube voltage 50 kV, and tube current 160 mA.

ターゲット材をAIP装置に取り付け、ミーリング用インサートに被覆を行った。被覆処理温度は600℃、反応圧力を5Paとし、バイアス電圧を50V、アーク電流値を150Aに設定した。基体表面に膜厚3μmの被覆を行った。硬質皮膜に付着したドロップレット量は、SEMを用い、倍率を3000倍で測定した。粒径が0.5μm以上のドロップレットを測定対象にして、1mm四方中に含まれる総量を計測した。
表1に本発明例1〜10、比較例11、12及び従来例13〜15のターゲット組成および抗折力、並びに得られた皮膜のマイクロパーティクル量および切削寿命を示す。
The target material was attached to the AIP apparatus, and the insert for milling was coated. The coating treatment temperature was 600 ° C., the reaction pressure was 5 Pa, the bias voltage was 50 V, and the arc current value was 150 A. The substrate surface was coated with a film thickness of 3 μm. The amount of droplets adhering to the hard film was measured using SEM at a magnification of 3000 times. The total amount contained in a 1 mm square was measured using a droplet having a particle size of 0.5 μm or more as a measurement target.
Table 1 shows the target compositions and bending strengths of Invention Examples 1 to 10, Comparative Examples 11 and 12, and Conventional Examples 13 to 15, and the amount of microparticles and cutting life of the obtained films.

Figure 2008106287
Figure 2008106287

本発明例のターゲット材表面における組織をSEMによって観察した結果、Alの窒化物がM成分に拡散した窒化物含有相が存在していることを確認できた。本発明例4の組織を、TEM観察し、Alの窒化物とM成分であるTiとの境界部を確認したところ、Ti粒子内部にAlの窒化物が拡散した相を形成していることが確認された。
Alの窒化物を含有させた本発明例1〜15は、従来例16〜19に対して抗折強度が高く、480MPa以上の抗折強度を有した。本発明例中で最も高い抗折強度を示した本発明例4は、従来例16に対し、1.5倍の値であった。本発明例9も、従来例17に比較して、1.4倍以上の値であった。これは、ターゲット中に含有されるAlの窒化物がM成分と隣接する部分で拡散が生じ、ターゲットを構成する元素の接合強度が高まったためと考えられる。本発明例1から15のターゲットにおいて、特に、Alの窒化物の含有量が5.0%以上、30.0%以下の範囲内にあるものは、高い抗折力を示した。
As a result of observing the structure on the surface of the target material of the example of the present invention by SEM, it was confirmed that a nitride-containing phase in which the nitride of Al diffused into the M component was present. The structure of Example 4 of the present invention was observed by TEM and the boundary between Al nitride and Ti as the M component was confirmed. As a result, a phase in which Al nitride was diffused was formed inside the Ti particles. confirmed.
Invention Examples 1 to 15 containing Al nitride had higher bending strength than Conventional Examples 16 to 19, and had a bending strength of 480 MPa or more. Inventive Example 4, which showed the highest bending strength among Inventive Examples, was 1.5 times the value of Conventional Example 16. Invention Example 9 also had a value 1.4 times or more that of Conventional Example 17. This is presumably because Al nitride contained in the target is diffused in a portion adjacent to the M component, and the bonding strength of the elements constituting the target is increased. Of the targets of Examples 1 to 15 of the present invention, those having an Al nitride content in the range of 5.0% or more and 30.0% or less exhibited high bending strength.

本発明例、従来例のターゲット材をAIP装置に設置し、全て同一成膜条件を用いて成膜を行った。表1より、本発明例であるAlの窒化物をターゲット中に含有させて得られる硬質皮膜の表面に付着するドロップレット数は、従来例のターゲットから得られる硬質皮膜のドロップレット数よりも少なかった。本発明例1〜15のAlNを含有させたターゲットから得られた硬質皮膜では、AlN含有量が多くなるほど、ドロップレット数が減少した。本発明例1〜4のTiAlのターゲットにAlNを添加したものでは、皮膜に存在するドロップレットは、最も少ない量で8k個/mm2であった。従来例16のTiAlターゲットから得られる硬質皮膜は25k個/mm2であり、70%以上もドロップレット量が減少した。この傾向は、本発明例6〜10のCrAlターゲットにAlNを含有させた場合、本発明例11〜15のAl、Cr、Si、B、S系ターゲットにAlNを含有させた場合も同様であった。   The target material of the present invention example and the conventional example were installed in an AIP apparatus, and all were formed using the same film formation conditions. From Table 1, the number of droplets adhering to the surface of the hard coating obtained by containing the Al nitride of the present invention in the target is less than the number of droplets of the hard coating obtained from the target of the conventional example. It was. In the hard film obtained from the target containing AlN of Invention Examples 1 to 15, the number of droplets decreased as the AlN content increased. In the case where AlN was added to the TiAl targets of Invention Examples 1 to 4, the smallest amount of droplets was 8 k / mm2. The hard film obtained from the TiAl target of Conventional Example 16 was 25k pieces / mm2, and the amount of droplets was reduced by 70% or more. This tendency is the same when AlN is contained in the CrAl targets of Invention Examples 6 to 10 and when AlN is contained in the Al, Cr, Si, B, and S-based targets of Invention Examples 11 to 15. It was.

(実施例2)
実施例1で作製したターゲット材を使用して被覆したミーリング用インサートを、以下の条件で切削評価を行い、硬質皮膜の耐摩耗性の優劣を確認した。評価方法は、切削長さ1m時に発生する硬質皮膜の剥離や破壊の有無を、光学顕微鏡を用いて切刃逃げ面部を50倍に拡大して観察し、摩耗幅を測定した後、更に切削を継続し、10μm以上の微小チッピンク゛を含む欠損が発生した時点を工具寿命とし、その時点までの切削加工距離(m)を比較することによって性能を評価した。
(切削諸元)
工具:特殊正面フライス
インサート形状:SDE53タイプ特殊形状
切削方法:センターカット方式
被削材形状:幅125mm×長さ300mm
被削材:プレス金型用鋼SKD11、HRC29
軸方向切込み量:1.0mm
切削速度:130m/min
1刃あたりの送り量:0.5mm/刃
切削油:なし
表1に示したように、ターゲット中のAl含有量は、皮膜表面のドロップレット数量と工具寿命に影響を及ぼした。本発明例1〜5の工具寿命は、夫々、17m、19m、25m、35m、22mであり、従来例16では16mであった。硬質皮膜を構成する元素は同じであるものの、その硬質皮膜の被覆に使用するターゲットの形態が異なることによって、工具寿命は大きく変化した。特に、Alの窒化物の含有量が5%以上、30%以下の範囲内にあるものは、切削寿命が長かった。最も工具寿命が優れる本発明例4では、従来例16の工具寿命に比較して、2倍優れた。切削距離1m時の刃先の損傷状態を確認した結果、本発明例1〜5の逃げ面最大摩耗幅は、それぞれ0.078m、0.074mm、0.061mm、0.056mm、0.070であったのに対し、従来例16は、0.130mmであった。何れの試料とも剥離は認められず、正常摩耗をしており、最終的には、逃げ面最大摩耗幅が0.500mmを越えたところで欠損した。これらの傾向は、本発明例6〜10のCrAlターゲットにAlNを含有させた場合、本発明例11〜15のAl、Cr、Si、B、S系のターゲットにAlNを含有させた場合も同様であった。以上の結果は、ドロップレットが少なくなることにより、得られた硬質皮膜の硬度、密度、靭性等の機械的強度が高まり、その結果、優れた工具寿命を示したためと考えられる。
(Example 2)
The insert for milling coated with the target material prepared in Example 1 was subjected to cutting evaluation under the following conditions to confirm the superiority or inferiority of the wear resistance of the hard coating. The evaluation method is to observe the presence or absence of peeling or breakage of the hard coating that occurs when the cutting length is 1 m by magnifying the cutting blade flank face 50 times using an optical microscope, measuring the wear width, and further cutting. Continuing, the point in time when a defect including a fine chip of 10 μm or more occurred was regarded as the tool life, and the performance was evaluated by comparing the cutting distance (m) up to that point.
(Cutting specifications)
Tool: Special face milling insert shape: SDE53 type special shape Cutting method: Center cut method Workpiece shape: width 125mm x length 300mm
Work Material: Press Die Steel SKD11, HRC29
Axial depth of cut: 1.0 mm
Cutting speed: 130 m / min
Feed per blade: 0.5 mm / blade Cutting oil: none As shown in Table 1, the Al content in the target affected the number of droplets on the coating surface and the tool life. The tool life of Inventive Examples 1 to 5 was 17 m, 19 m, 25 m, 35 m, and 22 m, respectively, and 16 m in Conventional Example 16. Although the elements constituting the hard coating are the same, the tool life has changed greatly due to the difference in the form of the target used for coating the hard coating. In particular, when the Al nitride content was in the range of 5% to 30%, the cutting life was long. The invention example 4 having the best tool life was twice as good as the tool life of the conventional example 16. As a result of confirming the damage state of the cutting edge at the cutting distance of 1 m, the flank maximum wear widths of Examples 1 to 5 of the present invention were 0.078 m, 0.074 mm, 0.061 mm, 0.056 mm, and 0.070, respectively. On the other hand, the conventional example 16 was 0.130 mm. Peeling was not observed in any of the samples, and normal wear occurred. Finally, the sample was lost when the maximum flank wear width exceeded 0.500 mm. These tendencies are the same when AlN is contained in the CrAl targets of Invention Examples 6 to 10 and when AlN is contained in the Al, Cr, Si, B, and S-based targets of Invention Examples 11 to 15. Met. The above results are considered to be because the mechanical strength such as hardness, density, toughness and the like of the obtained hard coating was increased by reducing the number of droplets, and as a result, excellent tool life was exhibited.

Claims (3)

AlとM成分、但し、M成分は4a、5a、6a族金属、Si、B、Sから選択される1種以上の元素を有するターゲット材において、該ターゲット材は、AlとM成分及びAlの窒化物を有していることを特徴とする窒化物含有ターゲット材。 Al and M components, where the M component is a target material having one or more elements selected from Group 4a, 5a, and 6a metals, Si, B, and S. The target material is composed of Al, M component, and Al. A nitride-containing target material comprising a nitride. 請求項1に記載の窒化物含有ターゲット材において、該Alの窒化物の含有量はモル%で、5%以上、30%以下であることを特徴とする窒化物含有ターゲット材。 2. The nitride-containing target material according to claim 1, wherein a content of the Al nitride is 5% or more and 30% or less in mol%. 請求項1、2に記載の窒化物含有ターゲット材において、該Alの窒化物と該Alとの含有量の比(Alの窒化物)/(Al)をQとしたとき、0.3≦Q≦2、であることを特徴とする窒化物含有ターゲット材。 3. The nitride-containing target material according to claim 1, wherein the ratio of the Al nitride content to the Al content (Al nitride) / (Al) is 0.3 ≦ Q. Nitride-containing target material, wherein ≦ 2.
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