JP2012096353A - Hard film having superior wear resistance - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hard film able to be cut with high speed and high efficiency, whose wear resistance is more superior than that of TiAlSiN.SOLUTION: The hard film is composed of (Ti, Al, Cr, Si, B)(CN), wherein 0.5≤a≤0.8, 0.06≤b≤0.3, 0<c≤0.1, 0≤d≤0.1, 0.01≤c+d≤0.1, a+b+c+d<1, 0.5≤e≤1, wherein a, b, c, d and e denote respectively the atomic ratios of Al, Cr, Si, B and N.

Description

本発明は、チップ、ドリル、エンドミル等の切削工具の耐摩耗性を向上させるための硬質皮膜に関するものである。   The present invention relates to a hard coating for improving the wear resistance of cutting tools such as chips, drills, and end mills.

従来より、超硬合金、サーメットまたは高速度工具鋼を基材とする切削工具の耐摩耗性を向上させることを目的に、TiNやTiCN、TiAlN等の硬質皮膜をコーティングすることが行われている。   Conventionally, a hard coating such as TiN, TiCN, TiAlN or the like has been applied for the purpose of improving the wear resistance of a cutting tool based on cemented carbide, cermet or high-speed tool steel. .

特に、Ti、AlおよびSiの複合窒化皮膜(以下、TiAlSiNと記す)が、優れた耐摩耗性を示すことから、前記チタンの窒化物や炭化物、炭窒化物等からなる皮膜に代わって高速切削用や焼き入れ鋼等の高硬度材切削用の切削工具に適用されつつある。   In particular, since a composite nitride film of Ti, Al and Si (hereinafter referred to as TiAlSiN) exhibits excellent wear resistance, high-speed cutting can be used in place of the titanium nitride, carbide, carbonitride, etc. It is being applied to cutting tools for cutting high hardness materials such as steel and hardened steel.

前記TiAlSiN皮膜は、Al,Siを添加することによって膜の硬度が上昇し、耐摩耗特性が向上することが、特許文献1に開示されており、Alを原子比で0.05以上、望ましくは0.56以上、かつSiを原子比で0.01以上、望ましくは0.02以上添加することで硬度及び耐酸化性が改善されることが示されている。しかしながら近年では、切削工具の使用条件としてより高速化・高能率化が要求されており、この様な切削工具を実現するため、更に優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜が求められている。   It is disclosed in Patent Document 1 that the TiAlSiN film increases the hardness of the film by adding Al and Si, and the wear resistance is improved, and Al is 0.05 or more in atomic ratio, preferably It has been shown that hardness and oxidation resistance are improved by adding 0.56 or more and Si in an atomic ratio of 0.01 or more, desirably 0.02 or more. However, in recent years, higher speed and higher efficiency are required as usage conditions of cutting tools, and in order to realize such a cutting tool, a hard coating exhibiting further excellent wear resistance is required.

特開平7−310174号公報 特許請求の範囲等JP, 7-310174, A Claims etc.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高速・高能率切削が可能な、TiAlSiNよりも耐摩耗性に優れた硬質皮膜を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a hard coating that is capable of high-speed and high-efficiency cutting and has higher wear resistance than TiAlSiN.

本発明に係る硬質皮膜とは、(Ti1−a−b−c−d,Al,Cr,Si,B)(C1−e)からなる硬質皮膜であって、
上記a,b,c,d,eが、
0.5≦a≦0.8、
0.06≦b≦0.3、
0<c≦0.1、
0≦d≦0.1、
0.01≦c+d≦0.1、
a+b+c+d<1、
0.5≦e≦1を満たし、
(a,b,c,dは、それぞれAl,Cr,Si,Bの原子比を示し、eはNの原子比を示す)
且つ、結晶構造が岩塩構造型を主体とするものであることを要旨とし、上記eの値が1の場合を好ましい形態とするものである。
The hard film according to the present invention, there is provided a hard film composed of (Ti 1-a-b- c-d, Al a, Cr b, Si c, B d) (C 1-e N e),
The above a, b, c, d, e are
0.5 ≦ a ≦ 0.8,
0.06 ≦ b ≦ 0.3,
0 <c ≦ 0.1,
0 ≦ d ≦ 0.1,
0.01 ≦ c + d ≦ 0.1,
a + b + c + d <1,
0.5 ≦ e ≦ 1 is satisfied,
(A, b, c, and d represent the atomic ratio of Al, Cr, Si, and B, respectively, and e represents the atomic ratio of N)
In addition, the gist is that the crystal structure is mainly composed of a rock salt structure type, and the case where the value of e is 1 is a preferable mode.

またθ−2θ法によるX線回折で測定される岩塩構造型の(111)面、(200)面および(220)面の回折線強度をそれぞれI(111)、I(200)およびI(220)とするとき、これらの値が下記式(1)および/または式(2)と、式(3)を満足するものがよい。
I(220)≦I(111) …(1)
I(220)≦I(200) …(2)
I(200)/I(111)≧0.3 …(3)
The diffraction line intensities of the (111) plane, (200) plane and (220) plane of the rock salt structure type measured by X-ray diffraction by the θ-2θ method are I (111), I (200) and I (220), respectively. ), It is preferable that these values satisfy the following formula (1) and / or formula (2) and formula (3).
I (220) ≦ I (111) (1)
I (220) ≦ I (200) (2)
I (200) / I (111) ≧ 0.3 (3)

また本発明の硬質皮膜は、CuのKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折で測定される岩塩構造型の(111)面の回折線の回折角度が36.5°〜37.5°の範囲内にあるものがよい。   Further, the hard film of the present invention has a diffraction angle of diffraction lines on the (111) plane of the rock salt structure type measured by X-ray diffraction by the θ-2θ method using Cu Kα rays. It should be within the range of °.

本発明の硬質皮膜には、上記要件を満たし、且つ相互に異なる硬質皮膜が2層以上形成されているものを含む。   The hard film of the present invention includes those in which two or more layers of hard films satisfying the above requirements are formed.

また本発明の硬質皮膜には、前記1層もしくは2層以上の本発明の硬質皮膜の片面側または両面側に、岩塩構造型を主体とする結晶構造を有し、且つ前記硬質皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物層、金属炭化物層および金属炭窒化物層よりなる群から選択される少なくとも1層や、4A族、5A族、6A族、AlおよびSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む金属層または合金層が1以上積層されているものも含まれる。   Further, the hard coating of the present invention has a crystal structure mainly composed of a rock salt structure type on one side or both sides of the one or two or more layers of the hard coating of the present invention, and is different from the hard coating. At least one layer selected from the group consisting of a metal nitride layer, a metal carbide layer and a metal carbonitride layer having a component composition, or at least one selected from the group consisting of 4A group, 5A group, 6A group, Al and Si Also included are those in which one or more metal layers or alloy layers containing seed metals are laminated.

本発明の硬質皮膜においては、Ti、Al、Cr、SiおよびBの成分組成を本発明の如く制御することによって、従来の硬質皮膜よりも耐摩耗性に優れた硬質皮膜を得ることができた。   In the hard film of the present invention, by controlling the component composition of Ti, Al, Cr, Si and B as in the present invention, a hard film having better wear resistance than the conventional hard film could be obtained. .

本発明の実施に使用するアークイオンプレーティング(AIP)装置の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the arc ion plating (AIP) apparatus used for implementation of this invention. 本発明の実施に供するアーク式蒸発源要部の一例を拡大した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which expanded an example of the arc type evaporation source principal part with which this invention is implemented. 本発明の実施に供する別のアーク式蒸発源要部を拡大した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which expanded another arc type evaporation source principal part with which it uses for implementation of this invention. 従来の本発明の実施に供するアーク式蒸発源要部の一例を拡大した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which expanded an example of the arc type evaporation source principal part with which implementation of the conventional this invention was carried out.

本発明者らは、前述した様な状況の下で、より優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜の実現を目指して鋭意研究を進めた。その結果、指標として皮膜の硬度と耐酸化性を同時に高めることができれば耐摩耗性が著しく向上することを見出した。そして、その手段としてTiAlSiN膜に着目して研究を進めた結果、TiAlSiNにCrを添加することによって膜の硬度および耐酸化性が向上し、結果として耐摩耗性が飛躍的に向上することを突きとめ、前記TiAlSiNとCrの定量的作用効果について追求を重ねた。更にBを添加することも有効であることを突きとめ、上記本発明に想到したのである。   Under the circumstances as described above, the present inventors have conducted intensive research aiming to realize a hard coating exhibiting superior wear resistance. As a result, it has been found that if the hardness and oxidation resistance of the film can be increased simultaneously as an index, the wear resistance is remarkably improved. As a result of this research, focusing on the TiAlSiN film, the addition of Cr to TiAlSiN has improved the hardness and oxidation resistance of the film, resulting in a dramatic improvement in wear resistance. Finally, the quantitative effects of TiAlSiN and Cr were investigated. Furthermore, it has been found that adding B is also effective, and the present invention has been conceived.

即ち、本発明の硬質皮膜とは、Ti,Al,Cr,SiおよびBの窒化物または炭窒化物(Ti1−a−b−c−d,Al,Cr,Si,B)(C1−e)からなる皮膜であって、該窒化物または炭窒化物の組成が、
0.5≦a≦0.8、0.06≦b≦0.3、0<c≦0.1、0≦d≦0.1、0.01≦c+d≦0.1、a+b+c+d<1、0.5≦e≦1を満たすものであるが、この様に皮膜中のTi、Al、Cr、Si、B、CおよびNの組成を規定した理由について、以下詳細に説明する。
That is, the hard film of the present invention, Ti, Al, Cr, Si nitride and B or carbonitride (Ti 1-a-b- c-d, Al a, Cr b, Si c, B d) A film made of (C 1-e N e ), wherein the composition of the nitride or carbonitride is
0.5 ≦ a ≦ 0.8, 0.06 ≦ b ≦ 0.3, 0 <c ≦ 0.1, 0 ≦ d ≦ 0.1, 0.01 ≦ c + d ≦ 0.1, a + b + c + d <1, The reason why 0.5 ≦ e ≦ 1 is satisfied, and the reason why the composition of Ti, Al, Cr, Si, B, C and N in the film is defined in this way will be described in detail below.

前述の特許文献1によれば、TiAlSiNの基本構造は岩塩構造型であり、AlおよびSiの組成比率は岩塩構造型を維持する範囲に設定されている。すなわち上記公報ではAlを原子比で0.75以下、Siを原子比で0.1以下に規定しており、AlおよびSiが上記範囲をこえると皮膜が軟質な六方晶構造に変化すると示されている。また、AlおよびSiには耐酸化性を向上させるという効果があり、この様な効果が、熱力学的に安定なAl酸化物の形成、ならびにSiによるAl酸化皮膜の緻密化によることが説明されている。しかしながら、上述の様に、AlおよびSiの割合が上記範囲を超えると皮膜の結晶構造が岩塩構造から軟質なZnS型六方晶へ変化することから、TiAlSiN系で更に耐酸化性を高めることは不可能である。   According to Patent Document 1 described above, the basic structure of TiAlSiN is a rock salt structure type, and the composition ratio of Al and Si is set within a range in which the rock salt structure type is maintained. That is, in the above publication, Al is defined to be 0.75 or less in atomic ratio and Si is defined to be 0.1 or less in atomic ratio. When Al and Si exceed the above range, the film changes to a soft hexagonal crystal structure. ing. In addition, Al and Si have an effect of improving oxidation resistance, and it is explained that such an effect is due to formation of thermodynamically stable Al oxide and densification of the Al oxide film by Si. ing. However, as described above, when the ratio of Al and Si exceeds the above range, the crystal structure of the film changes from a rock salt structure to a soft ZnS type hexagonal crystal, so it is not possible to further improve the oxidation resistance in the TiAlSiN system. Is possible.

一方、TiNにAlを添加して硬度、耐酸化性を高めた皮膜が、特許第2644710号公報に開示されており、Al量が原子比で0.6以上になると、軟質な六方晶構造が析出することが示されている。TiAlNは岩塩構造型の結晶であり、岩塩構造型のTiNのTiのサイトにAlが置換して入った岩塩構造型の複合窒化物であると考えられる。ところで岩塩構造型のAlNは高温高圧相であるため、高硬度物質であると予想される。したがって岩塩構造を維持しながらTiAlN中のAlの比率を高めればTiAlN膜の硬度を高めることができると考えられる。しかしながら岩塩構造型のAlNは常温常圧や高温低圧では非平衡相であることから、気相コーティングを行っても通常は軟質のZnS型AlNしか生成せず、岩塩構造型AlN単体を生成することができない。   On the other hand, a film obtained by adding Al to TiN to improve hardness and oxidation resistance is disclosed in Japanese Patent No. 2644710. When the Al content is 0.6 or more in atomic ratio, a soft hexagonal crystal structure is formed. Precipitation is shown. TiAlN is a rock salt structure type crystal and is considered to be a rock salt structure type composite nitride in which Al is substituted into the Ti site of the rock salt structure type TiN. By the way, since the rock salt structure type AlN is a high-temperature and high-pressure phase, it is expected to be a high-hardness substance. Therefore, it is considered that the hardness of the TiAlN film can be increased by increasing the Al ratio in TiAlN while maintaining the rock salt structure. However, since rock salt structure type AlN is a non-equilibrium phase at room temperature and normal pressure and high temperature and low pressure, it usually produces only soft ZnS type AlN even when vapor phase coating is performed, and it produces rock salt structure type AlN alone. I can't.

ところがTiNは岩塩構造型で、かつ岩塩構造型のAlNと格子定数が近いため、TiNの構造にAlNが引き込まれて、常温常圧や高温低圧でも岩塩構造型のTiAlNを生成させることができるのである。しかしながら前述した様に、TiAlNを(Al,Ti1−x)Nと表現した場合のAlの組成比xが0.6〜0.7を超えると、TiNによる引き込み効果が弱くなって軟質のZnS型AlNが析出するのである。 However, since TiN is a rock salt structure type and has a lattice constant close to that of a rock salt structure type AlN, AlN is drawn into the structure of TiN, so that a rock salt structure type TiAlN can be generated even at normal temperature and high temperature and low pressure. is there. However, as described above, when TiAlN is expressed as (Al x , Ti 1-x ) N, if the Al composition ratio x exceeds 0.6 to 0.7, the pulling effect due to TiN becomes weak and soft. ZnS type AlN is deposited.

TiAlSiNに関しては、このような詳細な構造解析はなされていないが、Si−N系化合物は、常温常圧では岩塩構造型ではなく六方晶構造であること、またSi量を増加させると六方晶が析出することから、TiAlSiN中のSiは、前述のTiAlNにお
けるAlと同様の挙動、即ちTiN格子中のTiの格子位置に置換されて入っていると推定される。
For TiAlSiN, such detailed structural analysis has not been made. However, the Si—N compound is not a rock salt structure type at normal temperature and pressure, and a hexagonal crystal is formed when the amount of Si is increased. From the precipitation, it is presumed that Si in TiAlSiN has the same behavior as Al in TiAlN described above, that is, is substituted for the Ti lattice position in the TiN lattice.

本発明者らは、この点に着目してTiAlSiNにCrを添加することにより、岩塩構造型を維持したまま、さらに耐酸化性および硬度を増加させることができることを見出した。これは次のようなメカニズムによると考えられる。即ち、CrNの格子定数は、TiNよりも更に岩塩構造型AlNに近いため、TiAlSiNのTiを一部Crに置換することで岩塩構造型AlNの比率をより一層高めることができる。この様にCr添加により膜中の岩塩構造型AlNの比率を高めることができれば、TiAlSiN膜よりも高硬度とすることが可能であると考えられる。   The present inventors have focused on this point and found that by adding Cr to TiAlSiN, the oxidation resistance and hardness can be further increased while maintaining the rock salt structure type. This is thought to be due to the following mechanism. That is, since the lattice constant of CrN is closer to rock salt structure type AlN than TiN, the ratio of rock salt structure type AlN can be further increased by partially replacing Ti in TiAlSiN with Cr. If the ratio of the rock salt structure type AlN in the film can be increased by adding Cr in this way, it is considered that the hardness can be made higher than that of the TiAlSiN film.

一方、AlN、CrNおよびSi−N化合物は、耐酸化性もTiNより優れているため、耐酸化性向上の観点からも、Tiの割合を減らしてAl、CrおよびSiを添加することが好ましいのである。すなわち従来のTiAlSiNと比較すれば、Al、Si量を同じとした場合、Tiの一部をCrで置き換えることで更なる耐酸化性の向上を図ることができるのである。   On the other hand, since AlN, CrN and Si-N compounds are superior in oxidation resistance to TiN, from the viewpoint of improving oxidation resistance, it is preferable to reduce the proportion of Ti and add Al, Cr and Si. is there. That is, when compared with the conventional TiAlSiN, when the amounts of Al and Si are the same, further oxidation resistance can be improved by replacing a part of Ti with Cr.

以下、本発明の(Ti1−a−b−c−d,Al,Cr,Si,B)(C1−e)皮膜を構成するTi,Al,Cr,Si,B,CおよびNの原子比a、b、c、dおよびeを規定した理由について詳細に述べる。 Hereinafter, the present invention (Ti 1-a-b- c-d, Al a, Cr b, Si c, B d) (C 1-e N e) Ti constituting the film, Al, Cr, Si, B The reason why the atomic ratios a, b, c, d and e of C, N and N are defined will be described in detail.

まずAlについては、耐酸化性および硬度を確保するため、原子比aの下限を0.5とした。またAlの原子比aの上限を0.8と定めたのは、これを超えると軟質な六方晶が析出し、皮膜の硬度が低下するからである。   First, for Al, the lower limit of the atomic ratio a was set to 0.5 in order to ensure oxidation resistance and hardness. The reason why the upper limit of the atomic ratio a of Al is set to 0.8 is that when the upper limit is exceeded, soft hexagonal crystals are precipitated and the hardness of the film is lowered.

Crを添加することで、上述した様に岩塩構造型を維持したままAl含有量を増加させることができるのであり、この様な効果を発揮させるため、Crの原子比bの下限を0.06とした。またCrNはTiNと比較して硬度が小さく、過度に添加すると硬度の低下を招くことから、Crの原子比bの上限は0.3とした。   By adding Cr, the Al content can be increased while maintaining the rock salt structure type as described above. In order to exert such an effect, the lower limit of the atomic ratio b of Cr is set to 0.06. It was. CrN has a lower hardness than TiN, and excessive addition causes a decrease in hardness, so the upper limit of Cr atomic ratio b was set to 0.3.

Alの原子比aは、0.6以上であることが好ましく、より好ましくは0.65以上である。またAlの原子比aの望ましい上限は0.75である。Crの原子比bの下限は0.08であることが好ましく、より好ましくは0.1である。またCrの原子比bの上限は0.25であることが好ましい。   The atomic ratio a of Al is preferably 0.6 or more, and more preferably 0.65 or more. A desirable upper limit of the atomic ratio a of Al is 0.75. The lower limit of the atomic ratio b of Cr is preferably 0.08, and more preferably 0.1. The upper limit of the Cr atomic ratio b is preferably 0.25.

Siは上述した様に耐酸化性を向上させる効果を有するが、Bも同等の効果を有することから、Siおよび/またはBを原子比(c+d)で0.01以上添加する。好ましくは0.02以上である。一方、Siおよび/またはBの割合が多すぎると軟質な六方晶構造が析出し、耐摩耗性を損なうこととなるため、Siおよび/またはBの原子比:c、dまたは(c+d)の上限を0.1とする。好ましくは0.07以下であり、より好ましくは0.05以下である。   Si has the effect of improving oxidation resistance as described above, but B also has the same effect, so Si and / or B is added in an atomic ratio (c + d) of 0.01 or more. Preferably it is 0.02 or more. On the other hand, if the ratio of Si and / or B is too large, a soft hexagonal crystal structure is precipitated and wear resistance is impaired, so the upper limit of the atomic ratio of Si and / or B: c, d, or (c + d) Is 0.1. Preferably it is 0.07 or less, More preferably, it is 0.05 or less.

Ti量は、上記Al、Cr、SiおよびB量によって決定されるが、TiNはCrNに比較して硬度が高く、Tiを全く添加しない場合には皮膜の硬度低下が生じることから、Tiの原子比(1−a−b−c−d)の下限は0.03とすることが望ましい。より好ましくは0.05以上で、更に好ましくは0.08以上である。また好ましい添加量としてAlの原子比を0.6以上とする場合、Tiを過度に添加すれば相対的にCr量が少なくなり前記引き込み効果が小さくなることから、この場合にはTiの原子比を0.35以下とすることが望ましく、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.25以下とする。   The amount of Ti is determined by the amounts of Al, Cr, Si, and B. TiN has a higher hardness than CrN, and when Ti is not added at all, the hardness of the film is reduced. The lower limit of the ratio (1-a-b-c-d) is preferably 0.03. More preferably, it is 0.05 or more, More preferably, it is 0.08 or more. Moreover, when the atomic ratio of Al is set to 0.6 or more as a preferable addition amount, if Ti is added excessively, the Cr amount becomes relatively small and the pulling effect becomes small. Is preferably 0.35 or less, more preferably 0.3 or less, and still more preferably 0.25 or less.

皮膜中にCを添加することにより、TiCやSiC、あるいはB4C等の高硬度の炭化物を析出させて、皮膜自身の硬度を高めることができることから、C量(1−e)は、Ti、SiおよびBの合計添加量(1−a−b)と同量であることが望ましい。しかしながら過剰に添加すると、化学的に不安定なAl43やCr73等を析出させてしまうこととなり、耐酸化性が劣化し易くなる。従って、(Ti1−a−b−c−d,Al,Cr,Si,B)(C1−eNe)におけるeの値が0.5以上となるようにする。また上記炭化物の析出により硬度を高める場合には、前記eを0.8以下とするのが望ましい。 By adding C to the film, carbides with high hardness such as TiC, SiC, or B 4 C can be precipitated to increase the hardness of the film itself. , Si and B are preferably added in the same amount as (1-ab). However, if excessively added, chemically unstable Al 4 C 3 , Cr 7 C 3, and the like will be precipitated, and the oxidation resistance is likely to deteriorate. Therefore, so-(Ti 1-a-b- c-d, Al a, Cr b, Si c, B d) (C 1-e Ne) value of e in 0.5 or more. When the hardness is increased by precipitation of the carbide, e is preferably 0.8 or less.

尚、本発明の硬質皮膜の結晶構造は、実質的に岩塩構造型を主体とするものであることが好ましい。前述のようにZnS型構造が混入すると高強度を確保することができないからである。   In addition, it is preferable that the crystal structure of the hard film of the present invention is substantially composed mainly of a rock salt structure type. This is because high strength cannot be secured when a ZnS structure is mixed as described above.

上記岩塩構造型を主体とする結晶構造とは、θ−2θ法によるX線回折における岩塩構造を示すピークのうち、(111)面、(200)面、(220)面、(311)面のピーク強度をそれぞれ、IB(111)、IB(200)、IB(220)、IB(311)とし、ZnS型構造を示すピークのうち、(100)面、(102)面、(110)面のピーク強度をそれぞれ、IH(100)、IH(102)、IH(110)とした場合に、下記式(4)の値が0.5以上となるような結晶構造のことをいい、好ましくは0.8以上である。0.5未満になると膜の硬度が本発明で好ましいとする硬度よりも低くなるからである。   The crystal structure mainly composed of the rock salt structure type is the (111) plane, (200) plane, (220) plane, (311) plane among the peaks indicating the rock salt structure in X-ray diffraction by the θ-2θ method. The peak intensities are IB (111), IB (200), IB (220), and IB (311), respectively. Among the peaks showing the ZnS type structure, the (100) plane, (102) plane, and (110) plane When the peak intensities are IH (100), IH (102), and IH (110), the crystal structure is such that the value of the following formula (4) is 0.5 or more, preferably 0. .8 or more. This is because when it is less than 0.5, the hardness of the film is lower than the hardness that is preferable in the present invention.

前記ZnS型構造のピーク強度は、X線回折装置にてCuのKα線を用い、(100)面は2θ=32°〜33°付近、(102)面は2θ=48°〜50°付近、また(110)面は2θ=57°〜58°付近に現れるピークの強度を測定して求める。尚、ZnS型の結晶はAlNが主体であるが、Ti、CrおよびSiが混入しているため、実測されるZnS型AlNのピーク位置は、JCPDSカードのZnS型AlNのピーク位置と若干ずれる。   As for the peak intensity of the ZnS type structure, Cu Kα ray is used in an X-ray diffractometer, the (100) plane is around 2θ = 32 ° to 33 °, the (102) plane is around 2θ = 48 ° to 50 °, The (110) plane is obtained by measuring the intensity of a peak appearing in the vicinity of 2θ = 57 ° to 58 °. The ZnS type crystal is mainly AlN, but Ti, Cr and Si are mixed, so that the measured peak position of ZnS type AlN is slightly different from the peak position of ZnS type AlN on the JCPDS card.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

本発明の皮膜の結晶構造をX線回折で測定した場合に、岩塩構造型の結晶構造における回折線強度が、I(220)≦I(111)および/またはI(220)≦I(200)を満たしていることが望ましい。これは、岩塩構造型の密に充填した面である(111)面や(200)面が皮膜表面に対して平行に配向することで、耐摩耗性が向上するからである。   When the crystal structure of the film of the present invention is measured by X-ray diffraction, the diffraction line intensity in the rock salt structure type crystal structure is I (220) ≦ I (111) and / or I (220) ≦ I (200). It is desirable to satisfy This is because the (111) plane and (200) plane, which are densely packed surfaces of the rock salt structure type, are oriented in parallel to the coating surface, thereby improving the wear resistance.

更に(200)面と(111)面の回折線強度比;I(200)/I(111)が0.3以上であることが好ましい。I(200)/I(111)は、成膜時に基板に印可するバイアス電圧や、ガス圧、成膜温度などの条件により変化するが、本発明では、I(200)/I(111)が0.3以上を満足する場合に、皮膜の切削特性が良好となることを見出した。その理由について詳細は明らかでないが次の様に考えることができる。即ち、岩塩構造型の結晶構造では、基本的に金属元素が窒素または炭素と結合し、金属元素同士、窒素原子同士、または炭素原子同士の結合はほとんど存在せず、(111)面では、最隣接原子が金属元素同士、窒素原子同士、または炭素原子同士であるが、お互いに結合していないと考えられる。これに対して(200)面では、隣接している原子(最隣接原子)は金属元素と窒素あるいは金属元素と炭素の組み合わせで、(200)面内における金属元素と窒素原子または炭素原子とは結合している割合が高いことから安定していると考えられる。従って、面内の安定性の高い(200)面を、(111)面に対してある一定以上の割合で表面に対して配向させれば、硬度が増加して切削特性を向上させることができると考えられる。前記I(200)/I(111)の値は、好ましくは0.5以上である。   Further, the diffraction line intensity ratio of (200) plane to (111) plane; I (200) / I (111) is preferably 0.3 or more. I (200) / I (111) varies depending on conditions such as a bias voltage applied to the substrate during film formation, gas pressure, and film formation temperature. In the present invention, I (200) / I (111) is It has been found that the cutting properties of the film are good when 0.3 or more is satisfied. The details are not clear, but can be considered as follows. In other words, in the rock salt structure type crystal structure, the metal element basically bonds to nitrogen or carbon, and there is almost no bond between metal elements, between nitrogen atoms, or between carbon atoms. Although adjacent atoms are metal elements, nitrogen atoms, or carbon atoms, it is considered that they are not bonded to each other. On the other hand, in the (200) plane, adjacent atoms (nearest neighbor atoms) are a combination of a metal element and nitrogen or a metal element and carbon, and a metal element and a nitrogen atom or carbon atom in the (200) plane are It is considered stable because of the high proportion of bonding. Therefore, if the in-plane highly stable (200) plane is oriented with respect to the surface at a certain ratio with respect to the (111) plane, the hardness increases and the cutting characteristics can be improved. it is conceivable that. The value of I (200) / I (111) is preferably 0.5 or more.

(111)面の回折線の回折角度は、皮膜の成分組成、残留応力の状態、または基板の種類によって変化しうるものであり、本発明の硬質皮膜についてCuのKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折を行った結果、回折角度はおおよそ36.5°〜37.5°の範囲内で変化し、皮膜中のTi量が増加すると該回折角度が小さくなる傾向が示された。この様に、皮膜中のTi量の増加により前記(111)面の回折角度が低角側となる、即ち(111)面間距離が大きくなるのは、前述の如く、TiNの格子定数(4.24Å)が岩塩構造型のAlNの格子定数(4.12Å)やCrNの格子定数(4.14Å)と比較して大きいことに起因していると考えられる。尚、本発明の硬質皮膜;(Ti0.12Al0.70Cr0.15Si0.03)N皮膜を超硬合金基板上に形成した場合、(111)面の回折角度は成膜条件により36.6°〜37.1°の範囲内で変化した。   The diffraction angle of the diffraction line on the (111) plane can vary depending on the composition of the film, the state of residual stress, or the type of the substrate, and θ-2θ using the Kα line of Cu for the hard film of the present invention. As a result of performing X-ray diffraction by the method, the diffraction angle changed within a range of approximately 36.5 ° to 37.5 °, and the diffraction angle tended to decrease as the amount of Ti in the film increased. Thus, as described above, the diffraction angle of the (111) plane becomes lower, that is, the distance between the (111) planes increases as the amount of Ti in the film increases. .24 cm) is considered to be caused by the fact that it is larger than the lattice constant (4.12 cm) of AlN of the rock salt structure type and the lattice constant of CrN (4.14 cm). When the hard coating of the present invention (Ti0.12Al0.70Cr0.15Si0.03) N coating is formed on a cemented carbide substrate, the diffraction angle of the (111) plane varies from 36.6 ° to 37 depending on the deposition conditions. Changed within the range of 1 °.

本発明の硬質皮膜は、上記要件を満足する単層の皮膜の他、上記要件を満たし、且つ相互に異なる皮膜を複数積層して用いることもできる。また用途によっては、前記1層または2層以上の本発明で規定する(Ti,Cr,Al,Si,B)(CN)膜の片面側または両面側に、岩塩構造型主体の結晶構造を有し、且つ前記硬質皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物層、金属炭化物層および金属炭窒化物層よりなる群から選択される少なくとも1層が積層されていてもよい。   The hard coating of the present invention can be used by laminating a plurality of different coatings satisfying the above requirements in addition to a single layer coating satisfying the above requirements. Depending on the application, the crystal structure mainly composed of the rock salt structure type may be provided on one side or both sides of the (Ti, Cr, Al, Si, B) (CN) film defined in the present invention having one layer or two or more layers. In addition, at least one layer selected from the group consisting of a metal nitride layer, a metal carbide layer, and a metal carbonitride layer having a composition different from that of the hard film may be laminated.

尚、ここでいう「岩塩構造型主体の結晶構造」は、θ−2θ法によるX線回折における岩塩構造を示すピークのうち、(111)面、(200)面、(220)面、(311)面のピーク強度をそれぞれ、IB(111)、IB(200)、IB(220)、IB(311)とし、ZnS型構造を示すピークのうち、(100)面、(102)面、(110)面のピーク強度をそれぞれ、IH(100)、IH(102)、IH(110)とした場合に、上記式(4)の値が0.8以上となるような結晶構造のことをいうものとする。岩塩構造型である皮膜として、例えばTiN、TiAlN、TiCrAlN、TiVAlN、TiCN、TiAlCN、TiCrAlCN、TiC等の皮膜が挙げられる。   The “crystal structure mainly composed of a salt structure type” as used herein refers to (111) plane, (200) plane, (220) plane, (311) among peaks indicating a rock salt structure in X-ray diffraction by the θ-2θ method. ) Plane peak intensities are IB (111), IB (200), IB (220), and IB (311), respectively, and the (100) plane, (102) plane, (110) out of the peaks showing the ZnS type structure. ) When the peak intensity of the surface is IH (100), IH (102), or IH (110), it means a crystal structure in which the value of the above formula (4) is 0.8 or more. And Examples of the film having a rock salt structure type include films such as TiN, TiAlN, TiCrAlN, TiVAIN, TiCN, TiAlCN, TiCrAlCN, and TiC.

また本発明の硬質皮膜には、前記1層もしくは2層以上の本発明の硬質皮膜の片面側または両面側に、4A族、5A族、6A族、AlおよびSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む金属層または合金層が1以上積層されているものであってもよく、前記4A族、5A族、6A族の金属として、Cr、Ti、Nb等が挙げられ、合金としてはTi−Al等を用いることができる。この様な積層皮膜の形成は、特に、硬質皮膜との密着性が超硬合金母材よりも低い鉄系母材(HSS、SKD等)を基板とする場合に有効であり、前記鉄系母材上に、本発明で規定する皮膜よりも比較的硬度の低い前記CrN、TiN、TiAlN等の皮膜、あるいはCr、Ti、Ti−Al等の金属中間層を形成し、その上に本発明の硬質皮膜を形成することで、基材との密着性が良好な硬質皮膜が得られるのである。また、本発明と比較して相対的に軟質であるこれらの皮膜を中間層として形成することで、残留応力の低減を図ることができ、その結果、耐剥離性(密着性)の向上も期待できる。   The hard film of the present invention has at least one selected from the group consisting of 4A group, 5A group, 6A group, Al and Si on one side or both sides of the hard film of the present invention having one or more layers. One or more metal layers or alloy layers containing one kind of metal may be laminated. Examples of the 4A group, 5A group, and 6A group metals include Cr, Ti, Nb, etc. Ti-Al or the like can be used. The formation of such a laminated film is particularly effective when an iron-based base material (HSS, SKD, etc.) having lower adhesion to the hard film than the cemented carbide base material is used as the substrate. On the material, a film of CrN, TiN, TiAlN or the like having a lower hardness than the film specified in the present invention or a metal intermediate layer of Cr, Ti, Ti-Al or the like is formed. By forming a hard film, a hard film with good adhesion to the substrate can be obtained. Further, by forming these films, which are relatively soft as compared with the present invention, as an intermediate layer, residual stress can be reduced, and as a result, improvement in peel resistance (adhesion) is also expected. it can.

上記(i)本発明の要件を満たし、かつ相互に異なる皮膜や、(ii)岩塩構造型であって前記硬質皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物層、金属炭化物層または金属炭窒化物層、(iii)4A族、5A族、6A族、AlおよびSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む金属層または合金層を、複数層形成して本発明の硬質皮膜とする場合には、1層の厚みが0.005〜2μmの範囲内にあればよいが、本発明の硬質皮膜は、単層の場合または上記複数層の場合であっても、トータルとしての膜厚は、0.5μm以上20μm以下の範囲内とすることが望ましい。0.5μm未満だと膜厚が薄すぎて耐摩耗性が好ましくない。一方、上記膜厚が20μmを超えると、切削中に膜の欠損や剥離が発生するからである。尚、より好ましい膜厚は、1μm以上、15μm以下である。   (I) a film satisfying the requirements of the present invention and different from each other, and (ii) a metal nitride layer, a metal carbide layer or a metal carbonitride layer having a rock salt structure type and a composition different from that of the hard film , (Iii) When forming a plurality of metal layers or alloy layers containing at least one metal selected from the group consisting of Group 4A, Group 5A, Group 6A, Al and Si to form the hard coating of the present invention The thickness of one layer should be in the range of 0.005 to 2 μm, but the hard coating of the present invention has a total film thickness of either a single layer or a plurality of layers as described above. , Preferably in the range of 0.5 μm to 20 μm. When the thickness is less than 0.5 μm, the film thickness is too thin and the wear resistance is not preferable. On the other hand, if the film thickness exceeds 20 μm, film defects and peeling occur during cutting. A more preferable film thickness is 1 μm or more and 15 μm or less.

更に、Alの組成比が高くても結晶構造が実質的に岩塩構造型を主体とするものである本発明の皮膜を作製するには、本発明で規定する様な方法で成膜することが大変有効である。即ち、成膜ガス雰囲気中でアーク放電を行ってターゲットを構成する金属を蒸発させてイオン化し、前記金属とともに成膜ガスのプラズマ化を促進しつつ成膜する方法であり、このとき前記被処理体近傍における成膜ガスのプラズマ化を、ターゲットの蒸発面にほぼ直交して前方に発散ないし平行に進行するよう形成した磁力線によって促進しつつ成膜することを好ましい形態とする。   Further, in order to produce the coating of the present invention whose crystal structure is mainly composed of the rock salt structure type even when the Al composition ratio is high, the film can be formed by the method defined in the present invention. It is very effective. That is, it is a method of performing film discharge while performing arc discharge in a film forming gas atmosphere to evaporate and ionize the metal constituting the target and promote the plasma formation of the film forming gas together with the metal. It is preferable that the film formation gas in the vicinity of the body is formed into a plasma while being promoted by the lines of magnetic force formed so as to diverge forward or proceed substantially in parallel to the evaporation surface of the target.

アークイオンプレーティング(AIP)装置において、従来のように弱い磁場発生源がターゲットの裏側に配置され、ターゲット表面に対して磁場の垂直成分が小さいカソード蒸発源では本発明の皮膜を作製することが困難であって、磁石がターゲットの横または前方に配置されて、ターゲット蒸発面にほぼ直交して前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成し、この磁力線によって成膜ガスのプラズマ化を促進することが、本発明の硬質皮膜を形成する上で大変有効なのである。   In an arc ion plating (AIP) apparatus, a weak magnetic field generation source is disposed on the back side of a target as in the prior art, and a cathode evaporation source having a small vertical component of the magnetic field with respect to the target surface can produce the coating of the present invention. It is difficult, and the magnet is disposed beside or in front of the target to form magnetic lines of force that diverge or advance in the forward direction substantially perpendicular to the target evaporation surface. This is very effective in forming the hard coating of the present invention.

本発明を実施するための装置の一例として、図1にAIP装置を示しながら簡単に説明する。   As an example of an apparatus for carrying out the present invention, an AIP apparatus will be briefly described with reference to FIG.

このAIP装置は、真空排気する排気口11および成膜ガスを供給するガス供給口12とを有する真空容器1と、アーク放電によって陰極を構成するターゲットを蒸発させてイオン化するアーク式蒸発源2と、コーティング対象である被処理体(例えば、切削工具)Wを支持する支持台3と、この支持台3と前記真空容器1との間で支持台3を通して被処理体Wに負のバイアス電圧を印加するバイアス電源4とを備えている。   This AIP apparatus includes a vacuum vessel 1 having an exhaust port 11 for evacuating and a gas supply port 12 for supplying a film forming gas, and an arc evaporation source 2 for evaporating and ionizing a target constituting a cathode by arc discharge. A support base 3 that supports a target object (for example, a cutting tool) W to be coated, and a negative bias voltage is applied to the target object W through the support base 3 between the support base 3 and the vacuum vessel 1. And a bias power source 4 to be applied.

前記アーク式蒸発源2は、陰極を構成するターゲット6と、このターゲット6と陽極を構成する真空容器1との間に接続されたアーク電源7と、ターゲット6の蒸発面Sにほぼ直交して前方に発散ないし平行に進行し、被処理体Wの近傍まで伸びる磁力線を形成する磁界形成手段としての磁石(永久磁石)8とを備えている。被処理体Wの近傍付近における磁束密度としては、被処理体の中心部において磁束密度が10G(ガウス)以上、好ましくは30G以上とするのが良い。尚、蒸発面にほぼ直交するとは、蒸発面の法線方向に対して0°を含み、30°程度以下の角度をなすことを意味する。   The arc evaporation source 2 includes a target 6 constituting a cathode, an arc power source 7 connected between the target 6 and a vacuum vessel 1 constituting an anode, and an evaporation surface S of the target 6 substantially orthogonally. A magnet (permanent magnet) 8 is provided as magnetic field forming means that forms magnetic lines of force that diverge forward or parallel to the front and extend to the vicinity of the workpiece W. As the magnetic flux density in the vicinity of the object to be processed W, the magnetic flux density at the center of the object to be processed is 10 G (Gauss) or more, preferably 30 G or more. Note that “substantially perpendicular to the evaporation surface” means that the angle is about 30 ° or less, including 0 ° with respect to the normal direction of the evaporation surface.

図2は、本発明の実施に供するアーク式蒸発源要部の一例を拡大した断面概略図であるが、前記磁界形成手段としての磁石8は、ターゲット6の蒸発面Sを取り囲むように配置されている。磁界形成手段としては、前記磁石に限らず、コイルとコイル電源とを備えた電磁石でも良い。また、磁石の配置場所は図3に示すように、ターゲット6の蒸発面Sの前方(被処理体側)を取り囲むように設けても良い。尚、図1では、チャンバーをアノードとしたが、例えばターゲット側面前方を取り囲むような円筒形状の専用アノードを設けても良い。   FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of an example of the main part of the arc evaporation source used for carrying out the present invention. The magnet 8 as the magnetic field forming means is arranged so as to surround the evaporation surface S of the target 6. ing. The magnetic field forming means is not limited to the magnet, but may be an electromagnet including a coil and a coil power source. Further, as shown in FIG. 3, the magnet may be disposed so as to surround the front (the object to be processed side) of the evaporation surface S of the target 6. In FIG. 1, the chamber is an anode. However, for example, a cylindrical dedicated anode surrounding the front of the target side surface may be provided.

尚、図4に示す従来のAIP装置のアーク式蒸発源102にも、アーク放電をターゲット106上に集中させるための電磁石109を備えたものがあるが、電磁石109がターゲット106の裏側に位置しているため、磁力線がターゲット蒸発面近傍でターゲット表面と平行となり、磁力線が被処理体Wの近傍にまで伸びないようになっている。   4 includes an electromagnet 109 for concentrating arc discharge on the target 106, the electromagnet 109 is located on the back side of the target 106. The arc evaporation source 102 of the conventional AIP apparatus shown in FIG. Therefore, the magnetic field lines are parallel to the target surface in the vicinity of the target evaporation surface, and the magnetic field lines do not extend to the vicinity of the workpiece W.

本発明で使用するAIP装置のアーク式蒸発源と、従来のそれとの磁場構造の違いは、成膜ガスのプラズマの広がり方の違いにある。   The difference in the magnetic field structure between the arc evaporation source of the AIP apparatus used in the present invention and the conventional one is in the difference in how the plasma of the deposition gas spreads.

前記図3に示すように、放電で発生した電子eの一部が磁力線に巻き付くように運動を行い、この電子が成膜ガスを構成する窒素分子等と衝突することによって成膜ガスがプラズマ化する。前記図4における従来の蒸発源102では、磁力線がターゲット近傍に限られるため、上記の様にして生成された成膜ガスのプラズマの密度はターゲット近傍が最も高く、被処理体Wの近傍ではプラズマ密度がかなり低いものとなっている。これに対し、図2および図3に示す様な本発明で使用する蒸発源では、磁力線が被処理体Wにまで伸びるため、被処理体W近傍における成膜ガスのプラズマ密度が従来の蒸発源に比べ格段に高いものとなっている。   As shown in FIG. 3, a part of the electrons e generated by the discharge moves so as to be wound around the magnetic lines of force, and the electrons collide with nitrogen molecules constituting the film forming gas, so that the film forming gas is plasma. Turn into. In the conventional evaporation source 102 in FIG. 4, since the magnetic field lines are limited to the vicinity of the target, the plasma density of the film forming gas generated as described above is highest in the vicinity of the target, and in the vicinity of the workpiece W, the plasma is high. The density is quite low. On the other hand, in the evaporation source used in the present invention as shown in FIG. 2 and FIG. 3, since the lines of magnetic force extend to the workpiece W, the plasma density of the film forming gas in the vicinity of the workpiece W has a conventional evaporation source. It is much higher than.

そして、この様な成膜ガスのプラズマ密度の違いが、生成される膜の結晶構造に影響を与えると考えられる。   Such a difference in plasma density of the film forming gas is considered to affect the crystal structure of the generated film.

前記バイアス電圧を上げることで、プラズマ化した成膜ガスや金属イオンのエネルギーが高くなり、膜の岩塩構造化が促進されることとなるため、バイアス電圧は50V以上とすることが好ましく、より好ましくは70V以上であり、更に好ましくは100V以上である。しかしバイアス電圧が高すぎると、プラズマ化した成膜ガスによって膜がエッチングされ、成膜速度が極端に小さくなるためあまり実用的でない。従って、バイアス電圧は400V以下とすることが好ましく、より好ましくは300V以下、更に好ましくは260V以下で最も好ましくは200V以下である。尚、バイアスの電位は、アース電位に対してマイナスとなるように印加しており、例えばバイアス電圧100Vとは、アース電位に対してバイアス電位が−100Vであることを示す。バイアス電圧を印加する目的は、前述の如く入射する成膜ガスやターゲットからの金属原子のイオンにエネルギーを与え、皮膜の岩塩構造化を促進することにあり、前記バイアス電圧の好ましい範囲は形成する皮膜の組成により変わりうるもので、Al量の比較的少ない皮膜あるいはCr量の比較的多い皮膜の形成においては、バイアス電圧が多少低くても前述の引き込み効果が有効に作用し、岩塩構造化を容易に図ることができる。皮膜中のAl量が約65原子%以下、またはCr量が約25原子%を超える皮膜の形成では、バイアス電圧を50V以下としても岩塩構造型単層の皮膜を得ることができる。   Increasing the bias voltage increases the energy of the plasma-forming film forming gas and metal ions, and promotes the formation of a rock salt structure in the film. Therefore, the bias voltage is preferably 50 V or more, and more preferably. Is 70 V or higher, more preferably 100 V or higher. However, if the bias voltage is too high, the film is etched by the plasma-forming film forming gas, and the film forming speed becomes extremely small, which is not practical. Accordingly, the bias voltage is preferably 400 V or less, more preferably 300 V or less, still more preferably 260 V or less, and most preferably 200 V or less. The bias potential is applied so as to be negative with respect to the ground potential. For example, the bias voltage of 100 V indicates that the bias potential is -100 V with respect to the ground potential. The purpose of applying the bias voltage is to give energy to ions of the film forming gas that is incident as described above and ions of metal atoms from the target, and to promote the formation of a rock salt structure of the film, and a preferable range of the bias voltage is formed. Depending on the composition of the film, in the formation of a film with a relatively small amount of Al or a film with a relatively large amount of Cr, the above-mentioned pulling effect works effectively even if the bias voltage is somewhat low, and the rock salt structure is formed. It can be easily achieved. In the formation of a film having an Al content of about 65 atomic% or less or a Cr content exceeding about 25 atomic%, a rock salt structure type single-layer film can be obtained even when the bias voltage is 50 V or less.

また本発明では、皮膜形成時の基板温度の範囲を300℃以上800℃以下とすることが好ましいとしているが、これは形成した皮膜の応力と関係している。本発明の硬質皮膜の応力は、基板温度が上昇すれば皮膜応力は低減する傾向にある。得られた硬質皮膜に過大な残留応力が作用していると、成膜ままの状態で剥離が生じ易く密着性に劣る。従って、基板温度は300℃以上とするのが好ましく、より好ましくは400℃以上で、更に好ましくは500℃以上である。一方、基板(被処理体)温度を高めれば上記残留応力は低減するが、残留応力が小さすぎる場合には圧縮応力が小さくなり、基板の抗折力増加作用が損なわれ、また高温による基板の熱的変質も生じることとなる。従って基板温度は800℃以下とすることが好ましい。より好ましくは700℃以下である。   In the present invention, it is preferable that the range of the substrate temperature during film formation is 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, which is related to the stress of the formed film. The stress of the hard film of the present invention tends to decrease as the substrate temperature increases. When excessive residual stress is acting on the obtained hard film, peeling is likely to occur in a film-formed state, resulting in poor adhesion. Accordingly, the substrate temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, and further preferably 500 ° C. or higher. On the other hand, if the temperature of the substrate (object to be processed) is increased, the residual stress is reduced. However, if the residual stress is too small, the compressive stress is reduced, and the effect of increasing the bending strength of the substrate is impaired. Thermal alteration will also occur. Therefore, the substrate temperature is preferably 800 ° C. or lower. More preferably, it is 700 degrees C or less.

基板が超硬合金母材の場合、前記基材温度は特に制限されるものではないが、基材がHSS(高速度工具鋼、SKH51等)あるいはSKD11、SKD61等の熱間工具鋼の場合には、成膜時の基板温度を基板材料の焼き戻し温度以下にして基板の機械的特性を維持するのがよい。焼き戻し温度は基板材料によって異なり、例えば前記SKH51で550〜570℃程度、前記SKD61で550〜680℃、前記SKD11の高温焼き戻しでは500〜530℃であり、成膜時の基板温度はこれらの焼き戻し温度以下とすることが好ましい。より好ましくはそれぞれの焼き戻し温度に対して50℃程度低い基板温度とするのがよい。   When the substrate is a cemented carbide base material, the base material temperature is not particularly limited. However, when the base material is a hot tool steel such as HSS (high speed tool steel, SKH51, etc.) or SKD11, SKD61, etc. In this case, it is preferable to maintain the mechanical characteristics of the substrate by setting the substrate temperature during film formation to be equal to or lower than the tempering temperature of the substrate material. The tempering temperature varies depending on the substrate material, for example, about 550 to 570 ° C. for the SKH51, 550 to 680 ° C. for the SKD61, and 500 to 530 ° C. for the high temperature tempering of the SKD11. The tempering temperature or lower is preferable. More preferably, the substrate temperature is about 50 ° C. lower than the respective tempering temperatures.

さらに本発明では、形成時の反応ガスの分圧または全圧を0.5Pa〜7Paの範囲とすることを好ましい成膜条件としている。ここで反応ガスの「分圧または全圧」と表示しているのは、本発明が、前述のように窒素ガスやメタンガスといった皮膜の成分組成に必要な元素を含むガスを反応ガス、それ以外のアルゴン等のような希ガスなどをアシストガスといい、これらを併せて成膜ガスとしており、成膜ガスとしてアシストガスを用いず反応ガスのみを用いる場合には、反応ガスの全圧を制御することが有効で、また反応ガス及びアシストガスの両方を用いる場合には反応ガスの分圧を制御することが有効だからである。この反応ガスの分圧または全圧が0.5Pa未満の場合は、アーク蒸発の場合発生するマクロパーティクル(ターゲットの溶融物)の発生が多く表面粗度が大きくなり、用途によっては不都合を生じるので好ましくない。一方、反応ガスの分圧または全圧が7Paを超える場合は、蒸発粒子の反応ガスとの衝突による散乱が多くなり、成膜速度が低下するため好ましくないのである。好ましくは1Pa以上で5Pa以下であり、より好ましくは1.5Pa以上で4Pa以下である。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that the partial pressure or the total pressure of the reaction gas at the time of formation is in a range of 0.5 Pa to 7 Pa. Here, the “partial pressure or total pressure” of the reaction gas is indicated by the fact that the present invention refers to a gas containing an element necessary for the composition of the film, such as nitrogen gas or methane gas, as described above. A rare gas such as argon is called an assist gas, and these are combined to form a film-forming gas. When only the reaction gas is used as the film-forming gas, the total pressure of the reaction gas is controlled. This is because it is effective to control the partial pressure of the reaction gas when both the reaction gas and the assist gas are used. When the partial pressure or total pressure of this reaction gas is less than 0.5 Pa, the generation of macroparticles (melt of the target) generated in the case of arc evaporation increases and the surface roughness increases, which may cause inconveniences depending on the application. It is not preferable. On the other hand, when the partial pressure or total pressure of the reactive gas exceeds 7 Pa, scattering due to collision of the evaporated particles with the reactive gas increases, which is not preferable because the film formation rate is reduced. Preferably it is 1 Pa or more and 5 Pa or less, More preferably, it is 1.5 Pa or more and 4 Pa or less.

本発明では、成膜方法としてAIP法について述べたが、金属元素とともに成膜ガスのプラズマ化が促進される成膜方法であれば、AIP法に限定されるものではなく、例えば、パルススパッタリング法や窒素のイオンビームアシストデポジション法で成膜することもできる。   In the present invention, the AIP method has been described as the film forming method. However, the film forming method is not limited to the AIP method as long as the film forming method promotes the plasma formation of the film forming gas together with the metal element. Alternatively, the film can be formed by an ion beam assisted deposition method using nitrogen or nitrogen.

本発明の硬質皮膜は、上述の如くターゲットを蒸発またはイオン化させて、被処理体上に成膜するイオンプレーティング法やスパッタリング法等の気相コーティング法にて製造するのが有効であるが、該ターゲットの特性が好ましくない場合には、成膜時に安定した放電状態が保てず、得られる皮膜の成分組成が均一でない等の問題が生じる。そこで優れた耐摩耗性を発揮する本発明の硬質皮膜を得るにあたり、使用するターゲットの特性についても検討したところ、下記の様な知見が得られた。   The hard coating of the present invention is effective to be produced by vapor phase coating methods such as ion plating method and sputtering method by evaporating or ionizing the target as described above and forming a film on the object to be processed. When the characteristics of the target are not preferable, problems such as a stable discharge state cannot be maintained during film formation and the composition of the obtained film is not uniform. Then, in obtaining the hard film of the present invention exhibiting excellent wear resistance, the characteristics of the target used were also examined, and the following findings were obtained.

まず、ターゲットの相対密度を95%以上とすることで、成膜時の放電状態が安定し、効率よく本発明の硬質皮膜が得られることが分かった。即ち、ターゲットの相対密度が95%未満であると、ターゲット中にミクロポア等の合金成分の粗な部分が生じるようになり、この様なターゲットを成膜に用いた場合、該合金成分の蒸発が不均一となって、得られる皮膜の成分組成がばらついたり膜厚が不均一となったりしてしまう。また、空孔部分は成膜時に、局所的かつ急速に消耗するので、減耗速度が速くなりターゲットの寿命が短くなる。空孔が多数存在する場合には、局所的な減耗が急速に進むのみならず、ターゲットの強度が劣化して割れが生じる原因ともなるのである。上記ターゲットの相対密度は96%以上であることが好ましく、より好ましくは98%以上である。   First, it was found that by setting the relative density of the target to 95% or more, the discharge state during film formation was stabilized and the hard coating of the present invention was efficiently obtained. That is, when the relative density of the target is less than 95%, a rough portion of an alloy component such as micropores is generated in the target. When such a target is used for film formation, the alloy component is evaporated. It becomes non-uniform | heterogenous and the component composition of the film | membrane obtained will vary or a film thickness will become non-uniform | heterogenous. In addition, since the void portion is locally and rapidly consumed during film formation, the depletion rate is increased and the life of the target is shortened. When there are a large number of holes, not only the local wear proceeds rapidly, but also the strength of the target deteriorates and causes cracks. The relative density of the target is preferably 96% or more, and more preferably 98% or more.

ターゲットの相対密度が95%以上であっても、ターゲット中に存在する空孔が大きい場合には、放電状態が不安定となり良好に皮膜が成膜されないため好ましくない。ターゲット中に半径0.5mm以上の空孔が存在すると、ターゲットを構成する合金成分の蒸発またはイオン化のためのアーク放電が中断して成膜を行うことができないことが知られている。本発明者らが検討したところ、空孔の半径が0.3mm以上になると放電中断には至らずとも放電状態が不安定となることが分かった。従って、安定した放電状態を保ち、良好にかつ効率よく成膜を行うには、ターゲット中に存在する空孔の半径を0.3mm未満、好ましくは0.2mm以下とするのがよいのである。   Even if the relative density of the target is 95% or more, if the vacancies present in the target are large, the discharge state becomes unstable and a film cannot be formed satisfactorily. It is known that when a hole having a radius of 0.5 mm or more exists in the target, the arc discharge for the evaporation or ionization of the alloy component constituting the target is interrupted and the film formation cannot be performed. As a result of studies by the present inventors, it has been found that when the radius of the hole is 0.3 mm or more, the discharge state becomes unstable even if the discharge is not interrupted. Therefore, in order to maintain a stable discharge state and perform film formation satisfactorily and efficiently, the radius of the vacancy existing in the target should be less than 0.3 mm, preferably 0.2 mm or less.

AIP法等の気相コーティング法では、使用するターゲットの成分組成が、形成される皮膜の成分組成を決定付けることから、ターゲットの成分組成は、目的とする皮膜の成分組成と同一であることが好ましい。即ち、耐摩耗性に優れた本発明の硬質皮膜を得るには、ターゲットとして、(Ti1−x−y−z−w,Al,Cr,Si,B)からなるものであって、
0.5≦x≦0.8、
0.06≦y、
0≦z≦0.1、
0≦w≦0.1、
0.01≦z+w≦0.1、
x+y+z+w<1
(x,y,z,wは、それぞれAl,Cr,Si,Bの原子比を示す)を満足するものを用いることが好ましいのである。
In the vapor phase coating method such as the AIP method, the component composition of the target to be used determines the component composition of the film to be formed. Therefore, the component composition of the target may be the same as the component composition of the target film. preferable. In other words, to obtain a hard coating of the present invention excellent in wear resistance, as a target, consisted of (Ti 1-x-y- z-w, Al x, Cr y, Si z, B w) And
0.5 ≦ x ≦ 0.8,
0.06 ≦ y,
0 ≦ z ≦ 0.1,
0 ≦ w ≦ 0.1,
0.01 ≦ z + w ≦ 0.1,
x + y + z + w <1
It is preferable to use a material satisfying (x, y, z, and w represent atomic ratios of Al, Cr, Si, and B, respectively).

上記ターゲットの成分組成を満足していても、ターゲットの成分組成分布がばらついていると、得られる硬質皮膜の成分組成分布も不均一となり、該皮膜の耐摩耗性が部分的に異なることとなってしまう。またターゲットの成分組成分布にばらつきがあると、ターゲットに局所的な電気伝導性や融点等の差異が生ずることとなり、これが放電状態を不安定にして良好に成膜されないのである。従って、本発明のターゲットは、組成分布のばらつきが0.5at%以内にあることが好ましい。   Even if the component composition of the target is satisfied, if the component composition distribution of the target varies, the component composition distribution of the resulting hard coating also becomes non-uniform, and the wear resistance of the coating is partially different. End up. In addition, if there is variation in the component composition distribution of the target, differences in local electrical conductivity, melting point, and the like occur in the target, which makes the discharge state unstable and does not form a film well. Therefore, the target of the present invention preferably has a variation in composition distribution within 0.5 at%.

更に本発明者らは、ターゲットの製造に用いる原料あるいはターゲット製造時の雰囲気が原因で、ターゲット中に不可避的に混入する不純物(酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウム)の含有量が、成膜時の放電状態等に及ぼす影響についても調べた。   Furthermore, the present inventors have determined that the content of impurities (oxygen, hydrogen, chlorine, copper, and magnesium) inevitably mixed in the target due to the raw material used for target production or the atmosphere during target production is film formation. The influence on the discharge state at the time was also investigated.

その結果、酸素、水素および塩素がターゲット中に多量に含まれていると、成膜時にターゲットからこれらのガスが突発的に発生し、放電状態が不安定となったり最悪の場合にはターゲットそのものが破損して良好に成膜されないことが分かった。従って、ターゲット中に含まれる酸素は0.3質量%以下、水素は0.05質量%以下、塩素は0.2質量%以下に抑えるのがよいのである。より好ましくは、酸素を0.2質量%以下、水素を0.02質量%以下、塩素を0.15質量%以下に抑える。   As a result, if a large amount of oxygen, hydrogen and chlorine is contained in the target, these gases are suddenly generated from the target during film formation, and the discharge state becomes unstable or in the worst case the target itself. It was found that the film was damaged and the film was not formed well. Therefore, oxygen contained in the target should be suppressed to 0.3% by mass or less, hydrogen to 0.05% by mass or less, and chlorine to 0.2% by mass or less. More preferably, oxygen is controlled to 0.2% by mass or less, hydrogen to 0.02% by mass or less, and chlorine to 0.15% by mass or less.

また、銅やマグネシウムは、本発明のターゲットを構成するTi,Al,Cr,SiおよびBよりも蒸気圧が高く気化しやすいので、多量に含まれる場合には、ターゲット製造時にガス化してターゲット内部に空孔が形成され、この様な欠陥が原因で成膜時の放電状態が不安定となるのである。従って、ターゲット中に含まれる銅の含有量は、0.05質量%以下に抑えることが好ましく、より好ましくは0.02質量%以下である。また、マグネシウムの含有量は、0.03質量%以下に抑えることが好ましく、より好ましくは0.02質量%以下である。   Further, since copper and magnesium have higher vapor pressures and are more easily vaporized than Ti, Al, Cr, Si and B constituting the target of the present invention, when they are contained in a large amount, they are gasified at the time of target production and are thus formed inside the target. As a result, voids are formed and the discharge state during film formation becomes unstable due to such defects. Therefore, the content of copper contained in the target is preferably suppressed to 0.05% by mass or less, and more preferably 0.02% by mass or less. Moreover, it is preferable to suppress content of magnesium to 0.03 mass% or less, More preferably, it is 0.02 mass% or less.

この様な不純物の含有量を本発明で規定する範囲にまで低減する方法として、例えば原料粉末の真空溶解や、清浄雰囲気で原料粉末の配合・混合を行うこと等が挙げられる。   Examples of a method for reducing the content of such impurities to the range specified in the present invention include, for example, vacuum melting of the raw material powder and blending and mixing of the raw material powder in a clean atmosphere.

ところで本発明は、ターゲットの製造方法についてまで特定するものではないが、例えば、量比や粒径等を適切に調整した原材料のTi粉末、Cr粉末、Al粉末、Si粉末およびB粉末を、V型ミキサー等で均一に混合して混合粉末とした後、これに冷間静水圧加圧処理(CIP処理)あるいは熱間静水圧加圧処理(HIP処理)を施す方法が本発明のターゲットを得る有効な方法として挙げられる。これらの方法の他、熱間押出法や超高圧ホットプレス法等によっても本発明のターゲットを製造することができる。   By the way, although this invention does not specify even about the manufacturing method of a target, the raw material Ti powder, Cr powder, Al powder, Si powder, and B powder which adjusted the quantity ratio, the particle size, etc. appropriately, for example, V A method of applying a cold isostatic pressing process (CIP process) or a hot isostatic pressing process (HIP process) to the mixed powder after uniformly mixing with a mold mixer or the like obtains the target of the present invention. It is mentioned as an effective method. In addition to these methods, the target of the present invention can also be produced by a hot extrusion method, an ultra-high pressure hot press method, or the like.

尚、上記の様にして混合粉末を調製した後、ホットプレス処理(HP)にてターゲットを製造する方法も挙げられるが、この方法では、本発明で用いるCrが高融点金属であるため相対密度の高いターゲットが得られ難いといった問題点がある。また、上記の様に混合粉末を用いて製造する方法の他、予め合金化させた粉末を用いて、CIP処理やHIP処理を行ったり、溶解・凝固させてターゲットを得る方法も挙げられる。しかし前記合金化粉末を用いてCIP処理またはHIP処理を行う方法では、組成の均一なターゲットが得られるという利点があるものの、合金粉末が難焼結性であるため、高密度ターゲットが得られ難いといった問題点がある。また後者の合金化粉末を溶解・凝固させる方法では、組成が比較的均一なターゲットが得られるという利点があるが、凝固時に割れや引け巣が発生し易いといった問題があり、本発明のターゲットを得ることは難しい。   In addition, after preparing mixed powder as mentioned above, the method of manufacturing a target by hot press processing (HP) is also mentioned, but in this method, since Cr used in the present invention is a refractory metal, the relative density There is a problem that it is difficult to obtain a high target. In addition to the method of manufacturing using a mixed powder as described above, a method of obtaining a target by performing a CIP process or a HIP process using a powder that has been alloyed in advance, or by dissolving and solidifying the powder is also included. However, the method of performing CIP treatment or HIP treatment using the alloyed powder has an advantage that a target having a uniform composition can be obtained. However, since the alloy powder is difficult to sinter, it is difficult to obtain a high-density target. There is a problem. In addition, the latter method of melting and solidifying the alloyed powder has an advantage that a target having a relatively uniform composition can be obtained. However, there is a problem that cracks and shrinkage cavities are easily generated during solidification, and the target of the present invention is used. Difficult to get.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to implement, and they are all included in the technical scope of the present invention.

[実施例1]
前記図1に示すAIP装置のカソードにTi、Cr、AlおよびSiからなるターゲット合金を取り付け、さらに、支持台上に被処理体として超硬合金製チップ、超硬合金製スクエアエンドミル(直径10mm、4枚刃)、又は白金箔(0.2mm厚み)を取り付け、チャンバー内を真空状態にした。その後、チャンバー内にあるヒーターで被処理体の温度を550℃に加熱し、3×10-3Pa以下の真空度とした後に、Arイオンによる前記基板のクリーニングを15分間行った。その後、窒素ガスまたは窒素とメタンの混合ガスを導入して、チャンバー内の圧力を2.66Pa、アーク電流を100Aとしてアーク放電を開始し、被処理体の表面に膜厚約3μmの皮膜を形成した。なお、成膜中にアース電位に対して被処理体がマイナス電位となるよう100〜200Vのバイアス電圧を被処理体に印加した。
[Example 1]
A target alloy made of Ti, Cr, Al, and Si is attached to the cathode of the AIP apparatus shown in FIG. 1, and a cemented carbide chip, a cemented carbide square end mill (diameter 10 mm, 4 blades) or platinum foil (0.2 mm thickness) was attached, and the inside of the chamber was evacuated. Thereafter, the temperature of the object to be processed was heated to 550 ° C. with a heater in the chamber, and the substrate was cleaned with Ar ions for 15 minutes after the degree of vacuum was 3 × 10 −3 Pa or less. Then, nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen and methane is introduced to start arc discharge with the pressure in the chamber set to 2.66 Pa and the arc current set to 100 A, and a film with a film thickness of about 3 μm is formed on the surface of the object to be processed. did. Note that a bias voltage of 100 to 200 V was applied to the object to be processed so that the object to be processed had a negative potential with respect to the ground potential during film formation.

成膜終了後、膜中の金属成分組成、膜の結晶構造、ビッカース硬度および酸化開始温度を調べた。膜中のTi、Cr、AlおよびSiの成分組成はEPMA(質量吸収係数補正)により測定した。尚、皮膜中の金属元素およびNを除くO、C等の不純物元素量は、前記EPMAによる定量分析で酸素が1at%以下、成膜ガスとしてメタンを使用しない場合には炭素が2at%以下のレベルであった。また、膜の結晶構造はX線回折により同定した。酸化開始温度は、白金サンプルを用いて、熱天秤により人工乾燥空気中で室温から5℃/minの昇温速度で加熱したときに重量変化が生じる温度を測定し、その温度を酸化開始温度とした。前記式(4)の値は、前述のようにX線回折装置にてCuのKα線を用いて各結晶面のピーク強度を測定して求めた。得られた膜の成分組成、結晶構造、ビッカース硬度(荷重0.25Nで測定)、酸化開始温度および前記式(4)の値を表1に示す。   After the film formation, the metal component composition in the film, the crystal structure of the film, the Vickers hardness and the oxidation start temperature were examined. The component composition of Ti, Cr, Al and Si in the film was measured by EPMA (mass absorption coefficient correction). The amount of impurity elements such as O and C excluding metal elements and N in the film is 1 at% or less for oxygen in the quantitative analysis by the EPMA, and 2 at% or less for carbon when methane is not used as a film forming gas. It was a level. The crystal structure of the film was identified by X-ray diffraction. The oxidation start temperature is a temperature at which a weight change occurs when a platinum sample is heated in an artificial dry air with a thermobalance at a rate of temperature increase of 5 ° C./min. did. The value of the formula (4) was obtained by measuring the peak intensity of each crystal plane using Cu Kα rays with an X-ray diffractometer as described above. Table 1 shows the component composition, crystal structure, Vickers hardness (measured at a load of 0.25 N), oxidation start temperature, and the value of the above formula (4) of the obtained film.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表1より、No.1,2に示すTiAlSiN(0.05≦Al≦0.75)の皮膜硬度は2500〜2900で、酸化開始温度は700〜950℃であり、皮膜硬度および酸化開始温度の両方を同時に高めることはできていない。またNo.3〜7は本発明で規定した範囲から外れるものであり、皮膜硬度または酸化開始温度のいずれかが低くなっている。これに対し、本発明の成分組成範囲を満たすNo.8〜18では、高いビッカース硬度および酸化開始温度を同時に達成することができている。   From Table 1, No. The film hardness of TiAlSiN (0.05 ≦ Al ≦ 0.75) shown in Nos. 1 and 2 is 2500 to 2900 and the oxidation start temperature is 700 to 950 ° C. It is possible to increase both the film hardness and the oxidation start temperature simultaneously. Not done. No. 3 to 7 are outside the range defined in the present invention, and either the film hardness or the oxidation start temperature is low. In contrast, No. 1 satisfying the component composition range of the present invention. In 8-18, high Vickers hardness and oxidation start temperature can be achieved simultaneously.

[実施例2]
前記実施例1で得られた硬質皮膜を被覆したエンドミルのうち、No.2,4,6,9,11,13,16および17について切削試験を行い、摩耗評価を行った。被削材としてSKD61焼き入れ鋼(HRC50)を用いた。切削条件は以下の通りである。摩耗評価は、上記各エンドミルを用いて被削材を30m切削後、刃先を光学顕微鏡で観察して摩耗幅を測定した。その結果を表2に示す。
[Example 2]
Of the end mills coated with the hard coating obtained in Example 1, No. Cutting tests were conducted on 2, 4, 6, 9, 11, 13, 16 and 17 to evaluate wear. SKD61 hardened steel (HRC50) was used as the work material. Cutting conditions are as follows. In the wear evaluation, the work width was measured by observing the cutting edge with an optical microscope after cutting the work material by 30 m using each of the end mills. The results are shown in Table 2.

切削条件
切削速度:200m/min
送り速度:0.05mm/刃
切り込み:5mm
ピックフィード:1mm
切削油:エアーブローのみ
切削方向:ダウンカット
Cutting conditions Cutting speed: 200 m / min
Feeding speed: 0.05mm / blade Cutting depth: 5mm
Pick feed: 1mm
Cutting oil: Air blow only Cutting direction: Down cut

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表2より、本発明の要件を満たす皮膜をコーティングしたNo.9,11,13,16および17のエンドミルは、本発明の要件を満足しない皮膜をコーティングしたNo.2,4,6のエンドミルと比較して摩耗幅が小さく、耐摩耗性に優れていることがわかる。   From Table 2, No. coated with a film satisfying the requirements of the present invention. The end mills 9, 11, 13, 16 and 17 were coated with coatings not satisfying the requirements of the present invention. It can be seen that the wear width is small compared to the 2, 4 and 6 end mills and the wear resistance is excellent.

[実施例3]
Ti、Cr、AlおよびBを含む種々の合金ターゲットを用い、更に、支持台上に被処理体として超硬合金製チップ、超硬合金製スクエアエンドミル(直径10mm、4枚刃)を前記図1に示したAIP装置に取り付け、チャンバー内の圧力を2.66Paにしてアーク電流150Aでアーク放電を開始し、基板(被処理体)の表面に膜厚約3μmの表3に示す組成の(TiAlCrB)N皮膜を形成した。尚、成膜中にアース電位に対して基板(被処理体)がマイナス電位となるよう150Vのバイアス電圧を基板(被処理体)に印加した。その他の成膜条件に関しては前記実施例1と同様である。得られた皮膜中のTi、Al、Cr、Bの組成比はEPMAで測定した。また皮膜中の金属元素およびNを除くO等の不純物元素量はEPMAによる定量分析で酸素が1at%以下のレベルであった。
[Example 3]
Various alloy targets including Ti, Cr, Al, and B are used. Further, a cemented carbide chip and a cemented carbide square end mill (diameter: 10 mm, 4 blades) are used as objects to be processed on the support base as shown in FIG. Attached to the AIP apparatus shown in FIG. 1, the pressure in the chamber is 2.66 Pa, and arc discharge is started with an arc current of 150 A. ) N film was formed. During the film formation, a bias voltage of 150 V was applied to the substrate (object to be processed) so that the substrate (object to be processed) had a negative potential with respect to the ground potential. Other film forming conditions are the same as those in the first embodiment. The composition ratio of Ti, Al, Cr, and B in the obtained film was measured by EPMA. Further, the amount of impurity elements such as metal elements and O other than N in the film was at a level of oxygen of 1 at% or less by quantitative analysis with EPMA.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表3より、本発明で好ましいとするB量を有するNo.1〜3は、No.4と比較して酸化開始温度が高くかつ、切削試験時の摩耗幅が小さく優れた耐摩耗性を有することから、本発明の規定を満たすようにB量を添加することによって、より耐摩耗性に優れた硬質皮膜が得られることが分かる。   From Table 3, No. having B amount which is preferable in the present invention. 1-3 are No.1. Since the oxidation start temperature is higher than that of No. 4 and the wear width at the time of the cutting test is small and the wear resistance is excellent, the addition of the B amount so as to satisfy the provisions of the present invention makes it more wear resistant. It can be seen that an excellent hard film can be obtained.

[実施例4]
組成がTi:12at%、Cr:15at%、Al:70at%、Si:3at%の合金ターゲットを用い、前記図1に示したAIP装置を使用し、超硬合金製スクエアエンドミル(直径10mm、4枚刃)、超硬合金製チップおよび白金箔(0.1mm厚み)を基材(被処理体)として膜厚約3μmの皮膜を形成した。即ち、表4または表5に示す範囲でバイアス電圧、基板温度、窒素ガス圧を変化させて、(Ti,Cr,Al,Si)N皮膜を形成した。成膜時のアーク電流は150Aとし、その他の成膜条件は前記実施例1と同様とした。
[Example 4]
Using an alloy target having a composition of Ti: 12 at%, Cr: 15 at%, Al: 70 at%, Si: 3 at%, using the AIP apparatus shown in FIG. 1, a cemented carbide square end mill (diameter 10 mm, 4 mm A film having a film thickness of about 3 μm was formed using a single blade), a cemented carbide chip and a platinum foil (thickness: 0.1 mm) as a base material (object to be treated). That is, the (Ti, Cr, Al, Si) N film was formed by changing the bias voltage, the substrate temperature, and the nitrogen gas pressure within the ranges shown in Table 4 or Table 5. The arc current during film formation was 150 A, and other film formation conditions were the same as in Example 1.

成膜終了後、得られた皮膜の金属成分組成、結晶構造、結晶方位、岩塩構造型の(111)面の回折線の回折角度、ビッカース硬度および耐摩耗性を調べた。結晶構造、結晶方位、および岩塩構造型の(111)面の回折線の回折角度はCuのKαを用いたθ−2θ法のX線回折で測定した。耐摩耗性は、前記実施例2と同様にして切削試験を行い摩耗幅で評価した。得られた皮膜の金属成分組成はEPMAで測定した。尚、白金箔上に形成した皮膜の酸化開始温度はいずれも1100℃以上であった。   After completion of the film formation, the metal component composition, crystal structure, crystal orientation, diffraction angle of the diffraction line of the (111) plane of the rock salt structure type, Vickers hardness and wear resistance were examined. The crystal structure, crystal orientation, and diffraction angle of the diffraction line of the (111) plane of the rock salt structure type were measured by X-ray diffraction of the θ-2θ method using Kα of Cu. Abrasion resistance was evaluated by a wear width by performing a cutting test in the same manner as in Example 2. The metal component composition of the obtained film was measured by EPMA. The oxidation start temperature of the film formed on the platinum foil was 1100 ° C. or higher.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表4および表5より、本発明で好ましいとする基板電圧、反応ガス圧、基板温度に制御したNo.1〜8、11、12および15〜17は、No.9、10、13、14、18と比較して、摩耗幅が小さく優れた耐摩耗性を有することから、成膜条件を本発明の規定を満たすよう制御することによって、皮膜の結晶配向、回折線の角度を本発明で好ましい範囲内とすることができ、結果として耐摩耗性に優れた皮膜が得られることが分かる。   From Tables 4 and 5, No. 1 controlled to the substrate voltage, reaction gas pressure, and substrate temperature, which are preferable in the present invention. 1-8, 11, 12, and 15-17 are No.1. Compared with 9, 10, 13, 14, and 18, it has a small wear width and excellent wear resistance. Therefore, by controlling the film forming conditions so as to satisfy the provisions of the present invention, the crystal orientation and diffraction of the film It can be seen that the angle of the line can be set within a preferable range in the present invention, and as a result, a film having excellent wear resistance can be obtained.

[実施例5]
前記実施例1で得られた硬質皮膜を被覆したエンドミルのうち、No.2,4,6,9,11,13について、本発明に係る皮膜と、Ti0.5Al0.5NまたはTi(C0.50.5)の皮膜とを、交互(被処理体−下層−上層−下層−上層…)に積層させたものを作成した。積層させた皮膜の種類および合計積層数は表3に示す通りである。尚、得られた積層皮膜の総膜厚はいずれも約3μmであった。この様にして得られた積層皮膜を用いて切削試験を行い、摩耗評価を行った。被削材としてSKD61焼き入れ鋼(HRC50)を用いた。切削条件は以下の通りである。摩耗評価は、上記各エンドミルを用いて被削材を30m切削後、刃先を光学顕微鏡で観察して摩耗幅を測定した。その結果を表6に示す。
[Example 5]
Of the end mills coated with the hard coating obtained in Example 1, No. For 2, 4, 6, 9, 11, and 13, the coating according to the present invention and the coating of Ti 0.5 Al 0.5 N or Ti (C 0.5 N 0.5 ) are alternately (processed object—lower layer—upper layer—lower layer— What was laminated on the upper layer ...) was created. Table 3 shows the types of the laminated films and the total number of laminated films. The total film thickness of the obtained laminated films was about 3 μm. A cutting test was performed using the multilayer coating obtained in this manner, and the wear was evaluated. SKD61 hardened steel (HRC50) was used as the work material. Cutting conditions are as follows. In the wear evaluation, the work width was measured by observing the cutting edge with an optical microscope after cutting the work material by 30 m using each of the end mills. The results are shown in Table 6.

切削条件
切削速度:200m/min
送り速度:0.05mm/刃
切り込み:5mm
ピックフィード:1mm
切削油:エアーブローのみ
切削方向:ダウンカット
Cutting conditions Cutting speed: 200 m / min
Feeding speed: 0.05mm / blade Cutting depth: 5mm
Pick feed: 1mm
Cutting oil: Air blow only Cutting direction: Down cut

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表6より、硬質皮膜を複数層とする場合であっても、No.9,11,13の様に本発明の要件を満たす皮膜をコーティングしたものであれば、本発明の要件を満足しない皮膜をコーティングしたNo.2,4,6のエンドミルよりも摩耗幅が小さく、耐摩耗性に優れたものとなっていることがわかる。   From Table 6, even if it is a case where a hard film | membrane is made into multiple layers, it is No. No. 9, 11 and 13 are coated with a film that satisfies the requirements of the present invention. It can be seen that the wear width is smaller than the end mills of 2, 4 and 6, and the wear resistance is excellent.

[実施例6]
組成がTi:12at%、Cr:15at%、Al:70at%、Si:3at%の合金ターゲットを用い、前記図1に示したAIP装置を用い、皮膜の種類に応じてアーク電流を100〜150A、窒素(または窒素とメタンの混合)ガス圧を0Pa(金属膜)〜2.66Pa、基板に印加するバイアス電圧を30〜150Vの範囲内で変化させ、基板温度を550℃にして、表7に示す種々の金属窒化物、炭化物、炭窒化物または金属膜の積層膜を超硬合金製スクエアエンドミル(直径10mm、4枚刃)上に形成した。その他の成膜条件に関しては前記実施例1と同様である。積層の仕方は、超硬合金製エンドミル上に、表7における皮膜1、次に表7における皮膜2の順に、表7に示す膜厚にて交互に積層した。表7に示す積層数は[皮膜1+皮膜2]を1単位とした時の繰り返し数を示す。成膜後の皮膜の耐摩耗性は前記実施例2と同様にして切削試験を行い評価した。これらの結果を表7に示す。尚、形成したTiAlCrSiN皮膜中の金属元素の組成比は、Ti:13at%、Al:68at%、Cr:16at%、Si:3at%であった。また、積層した皮膜の総膜厚はいずれも約3μmであった。
[Example 6]
Using an alloy target having a composition of Ti: 12 at%, Cr: 15 at%, Al: 70 at%, Si: 3 at%, using the AIP apparatus shown in FIG. The nitrogen (or mixture of nitrogen and methane) gas pressure was changed from 0 Pa (metal film) to 2.66 Pa, the bias voltage applied to the substrate was changed within the range of 30 to 150 V, the substrate temperature was changed to 550 ° C., and Table 7 A laminated film of various metal nitrides, carbides, carbonitrides or metal films shown in (1) was formed on a cemented carbide square end mill (diameter 10 mm, 4 blades). Other film forming conditions are the same as those in the first embodiment. The lamination was carried out alternately on the cemented carbide end mill with the film thicknesses shown in Table 7 in the order of the film 1 in Table 7 and then the film 2 in Table 7. The number of layers shown in Table 7 indicates the number of repetitions when [film 1 + film 2] is taken as one unit. The abrasion resistance of the film after film formation was evaluated by performing a cutting test in the same manner as in Example 2. These results are shown in Table 7. The composition ratio of the metal elements in the formed TiAlCrSiN film was Ti: 13 at%, Al: 68 at%, Cr: 16 at%, Si: 3 at%. In addition, the total film thickness of the laminated films was about 3 μm.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表7の実験No.1〜12より、硬質皮膜を複数層とする場合であっても、本発明の要件を満たす皮膜をコーティングしたものであれば、切削試験の摩耗幅は30μm以下と優れた耐摩耗性を示すことが分かる。   Experiment No. 7 in Table 7 From 1 to 12, even if the hard coating has a plurality of layers, if the coating satisfying the requirements of the present invention is coated, the wear width of the cutting test is 30 μm or less and exhibits excellent wear resistance. I understand.

[実施例7]
ターゲットの相対密度や不純物含有量が成膜時の放電状態に及ぼす影響について調べた。
[Example 7]
The influence of the relative density and impurity content of the target on the discharge state during film formation was investigated.

それぞれ100メッシュ以下のTi粉末、Cr粉末、Al粉末およびSi粉末を所定量混合し、温度:900℃かつ圧力:8×107Paの条件でHIP処理を行って、表8に示す各成分組成のターゲットを作製した。上記ターゲットの成分組成はICP−MSにて測定した。また得られたターゲットの放電特性を調べるため、外径254mm、厚さ5mmに成形したターゲットをスパッタリング装置に装着し、反応性スパッタリング法により膜厚約3μmの皮膜を被処理体である超硬合金製チップ上に成膜した。成膜は反応ガスとしてN2ガスを用い、出力500Wで行った。 Each component composition shown in Table 8 is prepared by mixing predetermined amounts of Ti powder, Cr powder, Al powder and Si powder of 100 mesh or less, and performing HIP treatment under conditions of temperature: 900 ° C. and pressure: 8 × 10 7 Pa. A target was prepared. The component composition of the target was measured by ICP-MS. In addition, in order to investigate the discharge characteristics of the obtained target, a target molded to have an outer diameter of 254 mm and a thickness of 5 mm is mounted on a sputtering apparatus, and a coating having a film thickness of about 3 μm is formed by a reactive sputtering method. A film was formed on the manufactured chip. The film formation was performed at an output of 500 W using N2 gas as a reaction gas.

得られた硬質皮膜の成分組成はXPSで測定し、耐摩耗性は下記の条件で切削試験を行って評価した。また成膜時の放電状態については、表面における放電状況を目視で観察したり、放電電圧のモニターを観察して行った。これらの結果を表8に示す。   The component composition of the obtained hard film was measured by XPS, and the wear resistance was evaluated by conducting a cutting test under the following conditions. The discharge state during film formation was performed by visually observing the discharge state on the surface or observing the discharge voltage monitor. These results are shown in Table 8.

切削試験条件
被削材:SKD61(HRC50)
エンドミル:超硬合金製 4枚刃
切削速度:200m/min
切り込み:1mm
送り速度:0.05mm/刃
切削長:30m
評価基準
○:すくい面摩耗深さが20μm未満
×:すくい面摩耗深さが20μm以上
放電状態
・安定 :放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的な偏りが認められ
ないもの
・やや不安定:放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的な偏りが多少認め
られるもの
・不安定 :放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的な偏りがかなり認
められるもの
・放電中断 :放電が停止するもの
Cutting test conditions Work material: SKD61 (HRC50)
End mill: Cemented carbide 4 blades Cutting speed: 200m / min
Cutting depth: 1mm
Feeding speed: 0.05mm / blade Cutting length: 30m
Evaluation criteria ○: Rake face wear depth of less than 20 μm ×: Rake face wear depth of 20 μm or more Discharge state / stable: Instantaneous increase in discharge voltage and local deviation of discharge were observed
None ・ Slightly unstable: Some momentary increase in discharge voltage or local bias in discharge
・ Unstable: Instantaneous rise in discharge voltage and locational bias of discharge are recognized.
Discharged ・ Discharge interruption: Discharge stops

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表8より、No.1〜7は、本発明で規定する相対密度を満足するものであることから放電状態は良好で、その結果、ターゲットと成分組成が同一で、良好な耐摩耗性を発揮する皮膜が得られていることが分かる。これに対し、No.8〜10は、ターゲットの相対密度が本発明の要件を満足するものではないため、放電状態が不安定であったり継続不可能となり、その結果、得られる皮膜の成分組成がターゲットの成分組成と大きくずれ、耐摩耗性の好ましくない皮膜が得られる結果となった。   From Table 8, No. Nos. 1 to 7 satisfy the relative density specified in the present invention, so that the discharge state is good. As a result, a film having the same composition as the target and exhibiting good wear resistance is obtained. I understand that. In contrast, no. 8-10, since the relative density of the target does not satisfy the requirements of the present invention, the discharge state is unstable or cannot be continued. As a result, the component composition of the resulting film is the same as the component composition of the target. The result was that the film was greatly deviated and an unfavorable wear resistance film was obtained.

[実施例8]
100メッシュ以下のTi粉末、100メッシュ以下のCr粉末、240メッシュ以下のAl粉末、および100メッシュ以下のSi粉末を所定量混合し、温度:500〜900℃、圧力:8×107Paの条件でHIP処理して表9に示す各成分組成のターゲットを作製した。得られたターゲットを削り出すか、あるいは銅製バッキングプレートのろう付けを行って、底面に外径104mm、厚さ2mmの固定つばが設けられたターゲットを作製し、アーク放電方式イオンプレーティング装置に該ターゲットを装着して、膜厚約3μmの皮膜を被処理体である超硬合金製チップ上に成膜した。成膜は、反応ガスとしてN2ガスまたはN2/CH4ガスを用い、被処理体の温度を500℃、アーク電流を100A、かつ被処理体のバイアス電位を−150Vにして行った。
[Example 8]
A predetermined amount of Ti powder of 100 mesh or less, Cr powder of 100 mesh or less, Al powder of 240 mesh or less, and Si powder of 100 mesh or less are mixed, and the temperature is 500 to 900 ° C. and the pressure is 8 × 10 7 Pa. The target of each component composition shown in Table 9 was prepared by HIP treatment. The obtained target is cut out or a copper backing plate is brazed to produce a target having a fixed collar having an outer diameter of 104 mm and a thickness of 2 mm on the bottom surface. A target was mounted, and a film having a film thickness of about 3 μm was formed on a chip made of cemented carbide, which is an object to be processed. The film formation was performed using N 2 gas or N 2 / CH 4 gas as a reaction gas, the temperature of the object to be processed being 500 ° C., the arc current being 100 A, and the bias potential of the object to be processed being −150 V.

ターゲットの成分組成は原子吸光分析法にて測定した。得られた皮膜の耐摩耗性は、実施例2と同様の切削試験方法で評価した。また、得られた皮膜の成分組成をXPSにより測定したところ、いずれの皮膜の成分組成もターゲットの成分組成の±2at%の範囲内にありターゲットの成分組成とほぼ一致していた。ターゲット中の欠陥(空孔)の有無ならびに空孔サイズの測定は、超音波探傷法により行った。また成膜時の放電状態は、実施例7と同様の方法で評価した。これらの結果を表9に示す。   The component composition of the target was measured by atomic absorption spectrometry. The abrasion resistance of the obtained film was evaluated by the same cutting test method as in Example 2. Moreover, when the component composition of the obtained film | membrane was measured by XPS, the component composition of any film | membrane was in the range of +/- 2at% of the component composition of a target, and was substantially corresponded with the component composition of a target. The presence / absence of defects (holes) in the target and the measurement of the hole size were measured by an ultrasonic flaw detection method. The discharge state during film formation was evaluated by the same method as in Example 7. These results are shown in Table 9.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表9より、No.1〜4は、ターゲットの相対密度およびターゲット中に存在する空孔の大きさが本発明で規定する要件を満足していることから、成膜時の放電状態が安定で、良好な耐摩耗性を有する皮膜が得られていることが分かる。これに対しNo.5および7は、ターゲット中に存在する空孔の大きさが本発明の規定を満足するものではなく、No.9および10は、ターゲットの相対密度が本発明の規定を満たさず、またNo.6および8は、本発明で規定するターゲットの相対密度およびターゲット中に存在する空孔の大きさのどちらも満足していないため、成膜時に放電状態が不安定もしくは中断してしまい、成膜不可能となるか、皮膜が得られた場合であっても耐摩耗性に劣るものとなってしまった。   From Table 9, No. 1-4, since the relative density of the target and the size of the holes present in the target satisfy the requirements defined in the present invention, the discharge state during the film formation is stable and good wear resistance It turns out that the film | membrane which has is obtained. In contrast, no. In Nos. 5 and 7, the size of the holes present in the target does not satisfy the definition of the present invention. Nos. 9 and 10 indicate that the relative density of the target does not satisfy the provisions of the present invention. Nos. 6 and 8 satisfy neither the relative density of the target defined in the present invention nor the size of the vacancies existing in the target, so that the discharge state becomes unstable or interrupted during the film formation. It became impossible or even when the film was obtained, the abrasion resistance was poor.

[実施例9]
次にターゲット中の不純物(酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウム)の含有量が成膜時の放電状態に与える影響について調べた。
[Example 9]
Next, the influence of the content of impurities (oxygen, hydrogen, chlorine, copper and magnesium) in the target on the discharge state during film formation was investigated.

表10に示す各成分組成のターゲットを実施例7と同様の方法で作製した。得られたターゲットの相対密度はいずれも99%以上で、0.3mm以上の空孔や連続した欠陥はいずれにも存在しなかった。得られたターゲットを用い、実施例7と同様の条件で成膜を行った。ターゲット中の不純物の含有量は原子吸光分析法で測定した。また成膜時の放電状態は、実施例7と同様の方法で評価した。これらの結果を表10に示す。   Targets having respective component compositions shown in Table 10 were produced in the same manner as in Example 7. The relative density of the obtained targets was 99% or more, and there were no vacancies of 0.3 mm or more or continuous defects. Using the obtained target, a film was formed under the same conditions as in Example 7. The content of impurities in the target was measured by atomic absorption spectrometry. The discharge state during film formation was evaluated by the same method as in Example 7. These results are shown in Table 10.

Figure 2012096353
Figure 2012096353

表10より、No.1,3〜9,16および17は、酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウムのすべての不純物の含有量が本発明の要件を満足するものであることから、放電状態が良好となっていることが分かる。これに対し、No.2、10、11では酸素含有量、No.12では水素含有量、No.13では塩素含有量、No.14では銅含有量、No.15ではマグネシウム含有量、No.18では酸素およびマグネシウムの含有量、No.19では、塩素、銅およびマグネシウムの含有量が本発明で好ましいとする規定範囲を超えている。この結果より、成膜時の放電状態を良好にして効率よく本発明の硬質皮膜を得るには、ターゲット中の不純物(酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウム)の含有量を本発明の規定範囲内とすることが好ましいことが分かる。   From Table 10, No. 1,3-9,16 and 17 have good discharge conditions because the contents of all impurities of oxygen, hydrogen, chlorine, copper and magnesium satisfy the requirements of the present invention. I understand. In contrast, no. 2, 10 and 11, the oxygen content, No. 12, hydrogen content, no. In No. 13, the chlorine content, no. In No. 14, the copper content, no. 15, the magnesium content, No. 18 contains oxygen and magnesium contents. In No. 19, the contents of chlorine, copper and magnesium exceed the specified range preferred in the present invention. From these results, the content of impurities (oxygen, hydrogen, chlorine, copper and magnesium) in the target is within the specified range of the present invention in order to obtain a hard coating of the present invention efficiently by improving the discharge state during film formation. It turns out that it is preferable to set it to inside.

1 真空容器
2、2A アーク式蒸発源
3 支持台
4 バイアス電源
6 ターゲット
7 アーク電源
8 磁石(磁界形成手段)
9 電磁石(磁界形成手段)
11 排気口
12 ガス供給口
W 被処理体
S ターゲットの蒸発面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum vessel 2, 2A Arc type evaporation source 3 Support stand 4 Bias power supply 6 Target 7 Arc power supply 8 Magnet (magnetic field formation means)
9 Electromagnet (magnetic field forming means)
11 Exhaust port 12 Gas supply port W Processed object S Target evaporation surface

Claims (7)

(Ti1−a−b−c−d,Al,Cr,Si,B)(C1−e)からなる硬質皮膜であって、
上記a,b,c,d,eが、
0.5≦a≦0.8、
0.06≦b≦0.3、
0<c≦0.1、
0≦d≦0.1、
0.01≦c+d≦0.1、
a+b+c+d<1、
0.5≦e≦1を満たし、
(a,b,c,dは、それぞれAl,Cr,Si,Bの原子比を示し、eはNの原子比を示す。以下同じ)
且つ、結晶構造が岩塩構造型を主体とするものであることを特徴とする耐摩耗性に優れた硬質皮膜。
A (Ti 1-a-b- c-d, Al a, Cr b, Si c, B d) (C 1-e N e) hard film consisting of,
The above a, b, c, d, e are
0.5 ≦ a ≦ 0.8,
0.06 ≦ b ≦ 0.3,
0 <c ≦ 0.1,
0 ≦ d ≦ 0.1,
0.01 ≦ c + d ≦ 0.1,
a + b + c + d <1,
0.5 ≦ e ≦ 1 is satisfied,
(A, b, c, and d represent the atomic ratio of Al, Cr, Si, and B, respectively, and e represents the atomic ratio of N. The same applies hereinafter).
A hard coating with excellent wear resistance, characterized in that the crystal structure is mainly composed of a rock salt structure type.
前記eの値が1である請求項1に記載の硬質皮膜。   The hard film according to claim 1, wherein the value of e is 1. θ−2θ法によるX線回折で測定される岩塩構造型の(111)面、(200)面および(220)面の回折線強度をそれぞれI(111)、I(200)およびI(220)とするとき、これらの値が下記式(1)および/または式(2)と、式(3)を満足する請求項1または2に記載の硬質皮膜。
I(220)≦I(111) …(1)
I(220)≦I(200) …(2)
I(200)/I(111)≧0.3 …(3)
The diffraction line intensities of the (111) plane, (200) plane and (220) plane of the rock salt structure type measured by X-ray diffraction by the θ-2θ method are I (111), I (200) and I (220), respectively. The hard film according to claim 1 or 2, wherein these values satisfy the following formula (1) and / or formula (2) and formula (3).
I (220) ≦ I (111) (1)
I (220) ≦ I (200) (2)
I (200) / I (111) ≧ 0.3 (3)
CuのKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折で測定される岩塩構造型の(111)面の回折線の回折角度が36.5°〜37.5°の範囲内にある請求項1〜3のいずれかに記載の硬質皮膜。   A diffraction angle of a diffraction line of a (111) plane of a rock salt structure type measured by X-ray diffraction using a Cu Kα ray is in a range of 36.5 ° to 37.5 °. Hard coating in any one of 1-3. 請求項1〜4のいずれかに記載の要件を満たし、且つ相互に異なる硬質皮膜が2層以上形成されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた硬質皮膜。   A hard coating excellent in wear resistance, characterized in that two or more hard coatings satisfying the requirements according to any one of claims 1 to 4 are formed. 請求項1〜5のいずれかに記載の硬質皮膜の片面側または両面側に、岩塩構造型主体の結晶構造を有し、且つ前記硬質皮膜とは異なる成分組成である金属窒化物層、金属炭化物層および金属炭窒化物層よりなる群から選択される少なくとも1層が積層されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた硬質皮膜。   A metal nitride layer and a metal carbide having a crystal structure mainly composed of a rock salt structure type on one side or both sides of the hard coating according to any one of claims 1 to 5, and having a component composition different from that of the hard coating A hard film excellent in wear resistance, wherein at least one layer selected from the group consisting of a layer and a metal carbonitride layer is laminated. 請求項1〜6のいずれかに記載の硬質皮膜の片面側または両面側に、4A族、5A族、6A族、AlおよびSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む金属層または合金層が1以上積層されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた硬質皮膜。   A metal layer containing at least one metal selected from the group consisting of Group 4A, Group 5A, Group 6A, Al and Si on one side or both sides of the hard coating according to any one of claims 1 to 6. A hard coating having excellent wear resistance, wherein one or more alloy layers are laminated.
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