JP2013516331A5 - - Google Patents

Claims (22)

1. 基材および被覆を含む被覆切削工具であって、
   前記被覆は、複数のナノ複合体ナノ層を含んだ少なくとも１つの多重ナノ層を含み、
   前記ナノ複合体ナノ層は、アモルファスＳｉ₃Ｎ₄マトリックス内に埋め込まれたナノ結晶立方晶（Ｔｉ_xＡｌ_yＣｒ_z）Ｎから成り、ここで０．２５≦ｘ≦０．７５、０．２５≦ｙ＜０．７５、０．０５≦ｚ≦０．２、０．８５≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９７、および１−ｘ−ｚ＜０．７５であり、
   ケイ素の原子比率は、１−ｘ−ｙ−ｚであり、
   前記ナノ複合体ナノ層の厚さは、１ｎｍから１００ｎｍ迄であることを特徴とする被覆切削工具。
2. 前記多重ナノ層は、異なる組成の少なくとも２つのナノ複合体ナノ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
3. 前記多重ナノ層は、１ｎｍから１００ｎｍ迄の厚さを有する第２のナノ層をさらに含み、
   前記第２のナノ層は、結晶であり、
   前記第２のナノ層は、
   （ａ）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の金属から成る金属材料、または
   （ｂ）セラミック材料であって、
   （ｂ１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数、
   （ｂ２）ダイアモンド、もしくは
   （ｂ３）ＢＮ
   を含むセラミック材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
4. 前記第２のナノ層は、（Ｔｉ_aＡｌ_bＭｅ_1-a-b）（Ｃ_vＮ_1-v）を含み、ここで０≦ａ≦１、０≦ｂ＜０．７５、および０≦ｖ≦１であり、
   Ｍｅは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される金属であることを特徴とする請求項３に記載の被覆切削工具。
5. 前記多重ナノ層は、異なる組成の少なくとも２つの第２のナノ層を含むことを特徴とする請求項３に記載の被覆切削工具。
6. 前記多重ナノ層は、第２のナノ層と交互に積み重ねられたナノ複合体ナノ層を含むことを特徴とする請求項３に記載の被覆切削工具。
7. 前記多重ナノ層は、連続的なナノ複合体ナノ層の間に２つまたはそれより多くの第２のナノ層を含むことを特徴とする請求項３に記載の被覆切削工具。
8. 前記多重ナノ層は、５０から３００迄のナノ複合体ナノ層を含むことを特徴とする請求項３に記載の被覆切削工具。
9. 前記被覆は、前記基材と前記多重ナノ層との間に少なくとも１つの中間層をさらに含み、
   前記中間層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
10. 前記少なくとも１つの中間層は、（Ｔｉ_aＡｌ_bＭｅ_1-a-b）（Ｃ_vＮ_1-v）であり、ここで０≦ａ≦１、０≦ｂ＜０．７５、および０≦ｖ≦１であり、
    Ｍｅは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される金属であり、
    前記中間層の厚さは、０．５μｍから１０μｍ迄であることを特徴とする請求項９に記載の被覆切削工具。
11. 前記中間層は、組成が異なる少なくとも２つのサブ層をさらに含み、
    前記サブ層の厚さは、１ｎｍから５００ｎｍ迄であることを特徴とする請求項９に記載の被覆切削工具。
12. 前記被覆は、前記基材と前記中間層との間に接着層をさらに含み、前記接着層の組成は、前記中間層の組成とは異なり、
    前記接着層は、（Ｍｅ_wＡｌ_1-w）Ｎの少なくとも１つの層を含み、ここで０．５≦ｗ≦１であり、
    Ｍはチタンおよび／またはクロムであり、
    前記接着層の厚さは、０．１μｍから２μｍ迄であることを特徴とする請求項９に記載の被覆切削工具。
13. 前記被覆は、１つより多くの多重ナノ層、および前記多重ナノ層の間に少なくとも１つの補助層を含み、
    前記少なくとも１つの補助層は、
    （ａ）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の金属から成る金属材料、または
    （ｂ）セラミック材料であって、
    （ｂ１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数、
    （ｂ２）ダイアモンド、
    （ｂ３）ダイアモンド様炭素、および
    （ｂ４）ＢＮ
    から成る群から選択されるセラミック材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
14. 前記被覆の最外層は、前記多重ナノ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
15. 最上層をさらに含み、前記最上層は、前記被覆の最外層であり、
    （ａ）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の金属の金属材料、または
    （ｂ）セラミック材料であって、
    （ｂ１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数、
    （ｂ２）ダイアモンド、
    （ｂ３）ダイアモンド様炭素、および
    （ｂ４）ＢＮ
    から成る群から選択されるセラミック材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
16. 前記基材は、高速度鋼、硬質合金、酸化物セラミックス、炭化物セラミックス、ホウ化物セラミックス、超砥粒、ＰｃＢＮ、ＰＣＤ、およびサーメット、ならびにこれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。
17. 少なくとも１つの多重ナノ層を含む被覆で切削工具基材を被覆する方法であって、
    ａ）ナノ複合体ナノ層を前記基材の上に堆積させるステップであって、前記ナノ複合体ナノ層は、アモルファスＳｉ₃Ｎ₄マトリックス内に埋め込まれたナノ結晶立方晶（Ｔｉ_xＡｌ_yＣｒ_z）Ｎから成り、ここで０．２５≦ｘ≦０．７５、０．２５≦ｙ＜０．７５、０．０５≦ｚ≦０．２、０．８５≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．９７、および１−ｘ−ｚ＜０．７５であり、
    ケイ素の原子比率は、１−ｘ−ｙ−ｚであり、
    前記ナノ複合体ナノ層の厚さは、１ｎｍから１００ｎｍ迄であるステップと、
    ｂ）少なくとも１つの第２のナノ層を前記ナノ複合体ナノ層の上に堆積させるステップであって、前記第２のナノ層は、結晶であり、１ｎｍから１００ｎｍ迄の厚さを有し、
    （ａ１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の金属から成る金属材料、または
    （ａ２）セラミック材料であって、
    （ａ２１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数、
    （ａ２２）ダイアモンド、もしくは
    （ａ２３）ＢＮ
    を含むセラミック材料を含むステップと、
    ｃ）ステップａおよびステップｂを、５０回から３００回、交互に実行するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
18. 前記被覆は、ＰＶＤ技術により、５００℃を超える堆積温度において、少なくとも０．０２ｍｂａｒの窒素分圧下で堆積されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. ｉ）ステップａ）を実行する前に接着層を前記基材の上に堆積させるステップであって、ここで
    前記接着層は、（Ｍｅ_wＡｌ_1-w）Ｎの少なくとも１つの層を含み、ここで０．５≦ｗ≦１であり、
    Ｍはチタンおよび／またはクロムであり、
    前記接着層の厚さは、０．１μｍから２μｍ迄であるステップ、および
    ｉｉ）少なくとも１つの中間層を前記接着層の上に堆積させるステップであって、前記中間層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数を含むステップ
    のうちの１つまたは複数のステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの中間層は、（Ｔｉ_aＡｌ_bＭｅ_1-a-b）（Ｃ_vＮ_1-v）を含み、ここで０≦ａ≦１、０≦ｂ＜０．７５、および０≦ｖ≦１であり、
    Ｍｅは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される金属であり、
    前記中間層の厚さは、０．５μｍから１０μｍ迄であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. ｄ）前記被覆切削工具を、窒素の保護雰囲気中で、４００℃から１１００℃迄の温度において、２０分から１８０分迄の持続時間にわたって処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 前記被覆は、１つより多くの多重ナノ層を含み、前記方法は、
    ｅ）少なくとも１つの補助層を前記多重ナノ層の上に堆積させるステップであって、前記少なくとも１つの補助層は、
    （ｅ１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の金属から成る金属材料、または
    （ｅ２）セラミック材料であって、
    （ｅ２１）Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＹおよびＲｕから成る群から選択される１つまたは複数の元素のホウ化物、炭化物、窒化物、または酸化物のうちの１つまたは複数、
    （ｅ２２）ダイアモンド、
    （ｅ２３）ダイアモンド様炭素、および
    （ｅ２４）ＢＮ
    から成る群から選択されるセラミック材料を含むステップと、
    ｆ）ステップａ−ｃを実行するステップと、
    ｇ）ステップｅおよびステップｆを少なくとも１回交互に実行するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。