JP2644710B2 - 耐摩耗性皮膜被覆部材 - Google Patents
耐摩耗性皮膜被覆部材Info
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- JP2644710B2 JP2644710B2 JP7306213A JP30621395A JP2644710B2 JP 2644710 B2 JP2644710 B2 JP 2644710B2 JP 7306213 A JP7306213 A JP 7306213A JP 30621395 A JP30621395 A JP 30621395A JP 2644710 B2 JP2644710 B2 JP 2644710B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フライス加工工具等で
代表される様な耐摩耗性の要求される部材に関し、詳細
には基材表面に、耐摩耗性、耐熱性、硬度などの優れた
耐摩耗性皮膜が優れた密着性をもって被覆形成されてな
る耐摩耗性皮膜被覆部材に関するものである。
代表される様な耐摩耗性の要求される部材に関し、詳細
には基材表面に、耐摩耗性、耐熱性、硬度などの優れた
耐摩耗性皮膜が優れた密着性をもって被覆形成されてな
る耐摩耗性皮膜被覆部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度工具鋼や超硬合金工具鋼等を製作
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成することが行なわれ
ている。この様な要求がなされる工具としては、チッ
プ、バイト、カッター、エンドミル、ドリルなどの切削
工具；チップ、金型、ダイス、ロール、剪断工具などの
耐摩耐触工具；或はビット、ロッドなどの鉱山土木工具
が知られている。
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成することが行なわれ
ている。この様な要求がなされる工具としては、チッ
プ、バイト、カッター、エンドミル、ドリルなどの切削
工具；チップ、金型、ダイス、ロール、剪断工具などの
耐摩耐触工具；或はビット、ロッドなどの鉱山土木工具
が知られている。
【０００３】基材表面に耐摩耗性皮膜を形成する方法と
しては、従来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ
法（物理的蒸着法）が知られている。しかし前者の方法
では高温処理に起因して母材の特性が劣化する恐れがあ
るので、工具等の耐摩耗性皮膜としては、後者の方法で
形成したＴｉＮ等の皮膜等が汎用されていた。ＴｉＮ皮
膜は耐熱性が良好であって、切削時の加工熱や摩擦熱に
よる工具すくい面のクレータ摩耗を抑制する機能を発揮
する。
しては、従来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ
法（物理的蒸着法）が知られている。しかし前者の方法
では高温処理に起因して母材の特性が劣化する恐れがあ
るので、工具等の耐摩耗性皮膜としては、後者の方法で
形成したＴｉＮ等の皮膜等が汎用されていた。ＴｉＮ皮
膜は耐熱性が良好であって、切削時の加工熱や摩擦熱に
よる工具すくい面のクレータ摩耗を抑制する機能を発揮
する。
【０００４】しかしながら近年、例えば切削工具の分野
では、切削速度の一層の高速化が要望されており、切削
条件の過酷化が進行しつつある為、上記した様な従来の
耐摩耗性皮膜ではこの要請に十分に応えられないものと
なった。或は切削工具以外の工具分野、例えば耐摩耐触
工具、鉱山土木工具など、さらには工具以外の各種機械
分野においても使用条件の過酷化が進んでおり、耐摩耗
性の一層の向上と耐熱性や硬度が更に優れた皮膜の開発
が望まれている。
では、切削速度の一層の高速化が要望されており、切削
条件の過酷化が進行しつつある為、上記した様な従来の
耐摩耗性皮膜ではこの要請に十分に応えられないものと
なった。或は切削工具以外の工具分野、例えば耐摩耐触
工具、鉱山土木工具など、さらには工具以外の各種機械
分野においても使用条件の過酷化が進んでおり、耐摩耗
性の一層の向上と耐熱性や硬度が更に優れた皮膜の開発
が望まれている。
【０００５】そこでこれらの要請に応え得る皮膜とし
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法による
（ＴｉＡｌ）Ｎ，（ＴｉＡｌ）Ｃ，（ＴｉＡｌ）ＣＮ等
の皮膜が提案された［特開昭62-56565，J. Vac. Sc
i. Technol. A4 (6), 1986年，p 2717，J. Vac. Sci.
Technol. A4 (6), 1986年，p 2695，J. of Solid st
ate Chemistry 70, 1987年,P 318］, Surface Engine
ering Conf. '85,Vol.III :paper 44, p197,1985年,
ドイツ特許3611492A1 ]。またカソードアーク放電を利用
した方式としてThin Solid Films,153(1987),p67-74
が提案された。
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法による
（ＴｉＡｌ）Ｎ，（ＴｉＡｌ）Ｃ，（ＴｉＡｌ）ＣＮ等
の皮膜が提案された［特開昭62-56565，J. Vac. Sc
i. Technol. A4 (6), 1986年，p 2717，J. Vac. Sci.
Technol. A4 (6), 1986年，p 2695，J. of Solid st
ate Chemistry 70, 1987年,P 318］, Surface Engine
ering Conf. '85,Vol.III :paper 44, p197,1985年,
ドイツ特許3611492A1 ]。またカソードアーク放電を利用
した方式としてThin Solid Films,153(1987),p67-74
が提案された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様な
従来皮膜の形成には、次の様な問題があった。 特開昭62-56565には、（ＴｉＡｌ）Ｃ，（ＴｉＡｌ）
Ｎおよび（ＴｉＡｌ）ＣＮと記述されているに止まり、
ＴｉとＡｌの比率、またＣとＮの比率をどのように調整
すればどのような効果が生じるかといった点については
明確な記述がない。 J. Vac. Sci. Technol.,A4 (6), 1986年，p 2717には
（Ｔｉ，Ａｌ）ＮにおいてＴｉ：Ａｌ＝７５：２５，Ｔ
ｉ：Ａｌ＝５０：５０の組成のものが２例記述されてい
る。これらの組成を固溶体成分で記述すれば、ＴｉＮ−
ＡｌＮ固溶体と表現できるが、ＴｉＮを基本組成として
ＡｌＮが最高５０モル％固溶したものと言える。 J. Vac. Sci. Technol. A4 (6), 1986 年，p 2695に
も（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎについての開示があるが、ここにお
いてもＡｌの最大含有量はＴｉ：Ａｌ＝４５：５５であ
る。
従来皮膜の形成には、次の様な問題があった。 特開昭62-56565には、（ＴｉＡｌ）Ｃ，（ＴｉＡｌ）
Ｎおよび（ＴｉＡｌ）ＣＮと記述されているに止まり、
ＴｉとＡｌの比率、またＣとＮの比率をどのように調整
すればどのような効果が生じるかといった点については
明確な記述がない。 J. Vac. Sci. Technol.,A4 (6), 1986年，p 2717には
（Ｔｉ，Ａｌ）ＮにおいてＴｉ：Ａｌ＝７５：２５，Ｔ
ｉ：Ａｌ＝５０：５０の組成のものが２例記述されてい
る。これらの組成を固溶体成分で記述すれば、ＴｉＮ−
ＡｌＮ固溶体と表現できるが、ＴｉＮを基本組成として
ＡｌＮが最高５０モル％固溶したものと言える。 J. Vac. Sci. Technol. A4 (6), 1986 年，p 2695に
も（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎについての開示があるが、ここにお
いてもＡｌの最大含有量はＴｉ：Ａｌ＝４５：５５であ
る。
【０００７】 J. of Solid State Chemistry 70, 198
7 年,P 318（1987年）には、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおい
て、全組成中にＡｌが３０at％固溶できると記述されて
いる。 Surface Engineering Conf. '85,Vol.III :paper 44,
p197,1985年にも（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎについての開示があ
るが、これは前記と同一の著者によるものであり、内
容的にはと同一である。 ドイツ特許3611492A1 はターゲット組成に付いて述べ
ているに止まり、皮膜組成と作用効果の関係については
言及されていない。 Thin Solid Films,153(1987),p67-74は皮膜組成全体
に付いて何も述べておらず、また皮膜組成と作用効果の
関係についても特には言及していない。
7 年,P 318（1987年）には、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおい
て、全組成中にＡｌが３０at％固溶できると記述されて
いる。 Surface Engineering Conf. '85,Vol.III :paper 44,
p197,1985年にも（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎについての開示があ
るが、これは前記と同一の著者によるものであり、内
容的にはと同一である。 ドイツ特許3611492A1 はターゲット組成に付いて述べ
ているに止まり、皮膜組成と作用効果の関係については
言及されていない。 Thin Solid Films,153(1987),p67-74は皮膜組成全体
に付いて何も述べておらず、また皮膜組成と作用効果の
関係についても特には言及していない。
【０００８】上記〜で開示されたＡｌ含有量の少な
い組成では、本発明に関する後記実施例の記載から理解
できる様に、ＡｌＮの高熱伝導性や耐酸化性が十分発揮
できるとは言えないものである。
い組成では、本発明に関する後記実施例の記載から理解
できる様に、ＡｌＮの高熱伝導性や耐酸化性が十分発揮
できるとは言えないものである。
【０００９】そこで本発明は、ＡｌＮ−ＴｉＮ系全組成
域について詳細に調べ、ＡｌＮを基本組成としてＡｌＮ
単独組成の弱点をＴｉＮの固溶により改善し、その組成
域を特定したものであって、耐摩耗性、耐酸化性及び硬
度に優れた皮膜が密着性良く被覆形成された耐摩耗性部
材を提供しようとするものである。
域について詳細に調べ、ＡｌＮを基本組成としてＡｌＮ
単独組成の弱点をＴｉＮの固溶により改善し、その組成
域を特定したものであって、耐摩耗性、耐酸化性及び硬
度に優れた皮膜が密着性良く被覆形成された耐摩耗性部
材を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は基材表面に、下
記化学組成 で示され、且つNaCl型の結晶構造を有する厚さ０．８−
１０μｍの耐高温酸化性に優れた高硬度耐摩耗性皮膜が
被覆されてなる耐摩耗性部材である。
記化学組成 で示され、且つNaCl型の結晶構造を有する厚さ０．８−
１０μｍの耐高温酸化性に優れた高硬度耐摩耗性皮膜が
被覆されてなる耐摩耗性部材である。
【００１１】
【作用】本発明の耐摩耗性皮膜を形成するに当たって
は、例えば、カソードを蒸発源とするアーク放電によっ
て金属成分をイオン化するものであって、イオンプレー
ティング法やスパッタリング法等に代表されるＰＶＤ法
によって行なう。これらのうち例えばイオンプレーティ
ング法で行なう場合を代表的に取り上げて説明すると、
前記の様にイオン化した金属成分を、Ｎ2 雰囲気又はＮ
2 ／ＣＨ4 雰囲気中で反応させる。カソードとしてはＴ
ｉ及びＡｌをそれぞれ個別に使用することもできるが、
目的組成そのものからなるＡｌx Ｔｉ1-x をターゲット
とすれば、皮膜組成のコントロールが容易である。この
場合の各合金成分の蒸発は、数十アンペア以上の大電流
域で行なわれるため、カソード物質の組成ずれは殆んど
生じない。しかもイオン化効率が高く反応性に富み、基
板にバイアス電圧を印加することによって密着性の優れ
た皮膜が得られる。
は、例えば、カソードを蒸発源とするアーク放電によっ
て金属成分をイオン化するものであって、イオンプレー
ティング法やスパッタリング法等に代表されるＰＶＤ法
によって行なう。これらのうち例えばイオンプレーティ
ング法で行なう場合を代表的に取り上げて説明すると、
前記の様にイオン化した金属成分を、Ｎ2 雰囲気又はＮ
2 ／ＣＨ4 雰囲気中で反応させる。カソードとしてはＴ
ｉ及びＡｌをそれぞれ個別に使用することもできるが、
目的組成そのものからなるＡｌx Ｔｉ1-x をターゲット
とすれば、皮膜組成のコントロールが容易である。この
場合の各合金成分の蒸発は、数十アンペア以上の大電流
域で行なわれるため、カソード物質の組成ずれは殆んど
生じない。しかもイオン化効率が高く反応性に富み、基
板にバイアス電圧を印加することによって密着性の優れ
た皮膜が得られる。
【００１２】この様にして得られる皮膜の組成は であることが必要であり、且つNaCl型の結晶構造を有す
るものである。そしてその厚さは、０．８−１０μｍで
あり、これらの要件を満足することによって、耐高温酸
化性に優れた高硬度耐摩耗性皮膜としての特性を発揮す
る。尚上記ｘのより好ましい範囲は0.60≦ｘ≦0.70であ
る。
るものである。そしてその厚さは、０．８−１０μｍで
あり、これらの要件を満足することによって、耐高温酸
化性に優れた高硬度耐摩耗性皮膜としての特性を発揮す
る。尚上記ｘのより好ましい範囲は0.60≦ｘ≦0.70であ
る。
【００１３】上記皮膜組成からなる本発明の固溶体は、
これを窒化物系で代表して説明すると、ＡｌＮ−ＴｉＮ
を端組成とする固溶体であり、種々の成分範囲について
調べた結果、図１及び図２に示すような結晶構造を有す
ることが明らかとなった。図１において、(P) はＮａＣ
ｌ型（Ｂ１構造）領域、(Q) はＺｎＳ型（ウルツァイト
型）領域である。即ち本発明の成分範囲は、図１，２か
ら明らかな様に、ＮａＣｌ型（Ｂ１構造）を有する組成
範囲内で、ＡｌＮにＴｉＮが２５〜４４モル％固溶した
固溶体である。この範囲に限定した理由を以下に述べ
る。
これを窒化物系で代表して説明すると、ＡｌＮ−ＴｉＮ
を端組成とする固溶体であり、種々の成分範囲について
調べた結果、図１及び図２に示すような結晶構造を有す
ることが明らかとなった。図１において、(P) はＮａＣ
ｌ型（Ｂ１構造）領域、(Q) はＺｎＳ型（ウルツァイト
型）領域である。即ち本発明の成分範囲は、図１，２か
ら明らかな様に、ＮａＣｌ型（Ｂ１構造）を有する組成
範囲内で、ＡｌＮにＴｉＮが２５〜４４モル％固溶した
固溶体である。この範囲に限定した理由を以下に述べ
る。
【００１４】図２から明らかな様に、Ａｌ量（ｘ）が0.
75を超える場合は、皮膜組成がＡｌＮに近似してくる結
果、皮膜の軟質化を招き、十分な硬度が得られなくな
り、フランク摩耗を容易に引き起す。一方ｘが0.75以下
になると、皮膜は高硬度化し、フランク摩耗量は減少す
る。更に図３は、（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎにおけるｘと硬度
の関係を示すグラフであり、ｘが0.75を超えると硬度が
大きく低下することが分かる。これらからｘの上限を0.
75と定めた。但しより好ましい上限は前述の如く0.70で
ある。
75を超える場合は、皮膜組成がＡｌＮに近似してくる結
果、皮膜の軟質化を招き、十分な硬度が得られなくな
り、フランク摩耗を容易に引き起す。一方ｘが0.75以下
になると、皮膜は高硬度化し、フランク摩耗量は減少す
る。更に図３は、（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎにおけるｘと硬度
の関係を示すグラフであり、ｘが0.75を超えると硬度が
大きく低下することが分かる。これらからｘの上限を0.
75と定めた。但しより好ましい上限は前述の如く0.70で
ある。
【００１５】しかしＡｌＮの耐高温酸化特性を有効に発
揮するためには次に述べる様な下限があることが分かっ
た。即ち（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ［但しｘ＝０，0.25，0.5
，0.6 ］を、大気中，昇温速度５℃／分で昇温酸化し
た場合の温度変化に対する酸化増量の変化を測定したと
ころ、図４に示す結果が得られた。図４より、Ａｌ量が
増加するにつれて酸化開始温度が上昇することがわか
る。一方工具切削中の刃先温度の上昇による皮膜の酸化
を十分に抑制する為には、切削熱によるクレータ摩耗量
を低下させる必要がある。この様な観点から図４を見る
と、できる限りＡｌＮ成分に富んだ組成範囲とすること
が有効であることがわかる。図５は（ＡｌxＴｉ1-x)Ｎ
におけるｘの値と酸化開始温度の関係でまとめたグラフ
である。これらのグラフで示される結果を総合し、且つ
工具刃先温度が切削中に８００℃以上になることを考慮
して、酸化開始温度が８００℃以上の組成をｘ＝0.56と
決めた。
揮するためには次に述べる様な下限があることが分かっ
た。即ち（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ［但しｘ＝０，0.25，0.5
，0.6 ］を、大気中，昇温速度５℃／分で昇温酸化し
た場合の温度変化に対する酸化増量の変化を測定したと
ころ、図４に示す結果が得られた。図４より、Ａｌ量が
増加するにつれて酸化開始温度が上昇することがわか
る。一方工具切削中の刃先温度の上昇による皮膜の酸化
を十分に抑制する為には、切削熱によるクレータ摩耗量
を低下させる必要がある。この様な観点から図４を見る
と、できる限りＡｌＮ成分に富んだ組成範囲とすること
が有効であることがわかる。図５は（ＡｌxＴｉ1-x)Ｎ
におけるｘの値と酸化開始温度の関係でまとめたグラフ
である。これらのグラフで示される結果を総合し、且つ
工具刃先温度が切削中に８００℃以上になることを考慮
して、酸化開始温度が８００℃以上の組成をｘ＝0.56と
決めた。
【００１６】また本発明では、炭窒化物を形成すること
によってＴｉＣの高硬度性（常温硬度Ｈｖ：約３１００
kg/mm2）を発揮させるものである。即ち本発明の組成式
においては、ｙの値が減少するにつれて硬度が大とな
り、耐摩耗性は向上する。図６は、超硬チップ（ＷＣ−
１０％Ｃｏを主成分とする）に、（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）
（Ｎy Ｃ1-y ）［但しｙ＝0.4 ，0.6 ，0.8 ，0.9 ，
１］を３μｍ被覆し、被削材Ｓ５０Ｃを切削速度１７０
ｍ／min ，送り速度0.25mm／rev ，切り込み0.1mmで切
削した時の１５分後のクレータ摩耗量を測定した結果を
示す。この結果にみられるように、ｙが0.6 未満になる
と耐酸化性が低下してクレータ摩耗を起こし易くなる。
ｙ≧0.6 の範囲では耐酸化性の顕著な低下はみられな
い。
によってＴｉＣの高硬度性（常温硬度Ｈｖ：約３１００
kg/mm2）を発揮させるものである。即ち本発明の組成式
においては、ｙの値が減少するにつれて硬度が大とな
り、耐摩耗性は向上する。図６は、超硬チップ（ＷＣ−
１０％Ｃｏを主成分とする）に、（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）
（Ｎy Ｃ1-y ）［但しｙ＝0.4 ，0.6 ，0.8 ，0.9 ，
１］を３μｍ被覆し、被削材Ｓ５０Ｃを切削速度１７０
ｍ／min ，送り速度0.25mm／rev ，切り込み0.1mmで切
削した時の１５分後のクレータ摩耗量を測定した結果を
示す。この結果にみられるように、ｙが0.6 未満になる
と耐酸化性が低下してクレータ摩耗を起こし易くなる。
ｙ≧0.6 の範囲では耐酸化性の顕著な低下はみられな
い。
【００１７】尚後述する実施例及び比較例から明らかな
様に、膜厚が0.8 μｍ未満の場合は耐摩耗性が不十分と
なり、一方１０μｍを超えると膜自体にクラックが入り
易くなって強度が不十分となる。本発明の耐摩耗性被覆
部材としては、基材組成、基材形状、用途等において特
にに制限されるものでないことは上記説明から自ずと理
解される通りである。
様に、膜厚が0.8 μｍ未満の場合は耐摩耗性が不十分と
なり、一方１０μｍを超えると膜自体にクラックが入り
易くなって強度が不十分となる。本発明の耐摩耗性被覆
部材としては、基材組成、基材形状、用途等において特
にに制限されるものでないことは上記説明から自ずと理
解される通りである。
【００１８】以下実施例について説明するが、本発明は
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれる。
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれる。
【００１９】
【実施例】（Ａ）切削工具の一例としてチップを選び、
以下の試料を作製した。実施例１ Ａｌ0.6 Ｔｉ0.4 をカソード電極とするカソードアーク
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに、超硬
合金製チップ（主成分：ＷＣ−１０％Ｃｏ）を取付け
た。尚本装置には、耐摩耗性皮膜形成状態の均一性を確
保する為の基材回転機構等及びヒータを設置した。
以下の試料を作製した。実施例１ Ａｌ0.6 Ｔｉ0.4 をカソード電極とするカソードアーク
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに、超硬
合金製チップ（主成分：ＷＣ−１０％Ｃｏ）を取付け
た。尚本装置には、耐摩耗性皮膜形成状態の均一性を確
保する為の基材回転機構等及びヒータを設置した。
【００２０】成膜に当たっては、ヒータによって基材温
度を４００℃に加熱保持したまま、基材に−７０Ｖのバ
イアス電圧を印加すると共に、装置内に高純度Ｎ2 ガス
を７×10-3Torrまで導入し、アーク放電を開始して基材
表面に膜厚４μm の皮膜を形成した。膜厚の測定は、基
板ホルダーに同時に取り付けた基材の内の１個を破断
し、膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して測定したもの
である。さらに膜組成の定量は、同じく同時に取り付け
た基材につきオージェ分光分析法により膜深さ方向の分
析を行なった。その結果Ａｌ，Ｔｉ，Ｎの膜厚さ方向に
は濃度変化がなく一定で、各成分元素のピーク高さか
ら、膜組成は（Ａｌ0.62Ｔｉ0.38）Ｎであった。膜中の
金属成分比Ｔｉ／Ａｌはカソード成分比とずれがなく殆
んど同一といえる。
度を４００℃に加熱保持したまま、基材に−７０Ｖのバ
イアス電圧を印加すると共に、装置内に高純度Ｎ2 ガス
を７×10-3Torrまで導入し、アーク放電を開始して基材
表面に膜厚４μm の皮膜を形成した。膜厚の測定は、基
板ホルダーに同時に取り付けた基材の内の１個を破断
し、膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して測定したもの
である。さらに膜組成の定量は、同じく同時に取り付け
た基材につきオージェ分光分析法により膜深さ方向の分
析を行なった。その結果Ａｌ，Ｔｉ，Ｎの膜厚さ方向に
は濃度変化がなく一定で、各成分元素のピーク高さか
ら、膜組成は（Ａｌ0.62Ｔｉ0.38）Ｎであった。膜中の
金属成分比Ｔｉ／Ａｌはカソード成分比とずれがなく殆
んど同一といえる。
【００２１】実施例２ Ａｌ0.7 Ｔｉ0.3 カソードを用いた以外は、実施例１と
同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は3.8 μｍで
あり、膜組成は（Ａｌ0.67Ｔｉ0.33) Ｎであった。
同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は3.8 μｍで
あり、膜組成は（Ａｌ0.67Ｔｉ0.33) Ｎであった。
【００２２】実施例３ 反応性ガスとしてＮ2 ／ＣＨ4 混合ガスを用いた以外は
実施例１と同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は
4.3 μｍであり、膜組成は（Ａｌ0.61Ｔｉ0.39）（Ｎ
0.7 Ｃ0.3 ）であった。比較のために下記チップ試料を
作成した。
実施例１と同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は
4.3 μｍであり、膜組成は（Ａｌ0.61Ｔｉ0.39）（Ｎ
0.7 Ｃ0.3 ）であった。比較のために下記チップ試料を
作成した。
【００２３】比較例１ 実施例１の基材に皮膜を形成しない試料比較例２ Ｔｉカソードを用いてＮ2 ガスを７×10-3Torrまで導入
し実施例１と同一条件でＴｉＮの成膜を行なった。成膜
した膜厚は4.3 μｍであった。
し実施例１と同一条件でＴｉＮの成膜を行なった。成膜
した膜厚は4.3 μｍであった。
【００２４】比較例３ 蒸発器の加熱源として電子ビームを使用したイオンプレ
ーティング装置を用いて、るつぼに実施例１で使用した
カソード物質と同一のＡｌ0.6 Ｔｉ0.4 固溶体を装入
し、基板ホルダーには超硬合金製チップを取り付けた。
膜の均一性及び膜の密着性を確保するため、基板回転機
構等を設置すると共に、ヒーターを設置した。成膜にあ
たってはヒーターにより基材温度を４００℃に加熱保持
したまま、基材に−６００Ｖのバイアス電圧を印加し、
装置内に高純度Ｎ2 を７×１０-4 Torr まで導入しイオ
ンプレーティング法により基材に成膜を行なった。膜厚
は４μｍとした。さらに実施例１と同様の分析方法によ
り皮膜を分析した結果、ＡｌとＴｉの濃度比が膜厚方向
に不均一で膜の成分比は規定できなかった。特に基材と
膜の界面にはＡｌの濃縮が観察され、電子ビーム溶解の
初期にＡｌが優先的に蒸発付着したものと考えられる。
更に下記の比較チップ試料を制作した。夫々の膜組成と
膜厚を示す。
ーティング装置を用いて、るつぼに実施例１で使用した
カソード物質と同一のＡｌ0.6 Ｔｉ0.4 固溶体を装入
し、基板ホルダーには超硬合金製チップを取り付けた。
膜の均一性及び膜の密着性を確保するため、基板回転機
構等を設置すると共に、ヒーターを設置した。成膜にあ
たってはヒーターにより基材温度を４００℃に加熱保持
したまま、基材に−６００Ｖのバイアス電圧を印加し、
装置内に高純度Ｎ2 を７×１０-4 Torr まで導入しイオ
ンプレーティング法により基材に成膜を行なった。膜厚
は４μｍとした。さらに実施例１と同様の分析方法によ
り皮膜を分析した結果、ＡｌとＴｉの濃度比が膜厚方向
に不均一で膜の成分比は規定できなかった。特に基材と
膜の界面にはＡｌの濃縮が観察され、電子ビーム溶解の
初期にＡｌが優先的に蒸発付着したものと考えられる。
更に下記の比較チップ試料を制作した。夫々の膜組成と
膜厚を示す。
【００２５】比較例４ 膜組成：（Ａｌ0.78Ｔｉ0.22）Ｎ 膜厚：３μｍ比較例５ 膜組成：（Ａｌ0.42Ｔｉ0.58）Ｎ 膜厚：４μｍ比較例６ 膜組成：（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ 膜厚：0.7 μｍ比較例７ 膜組成：（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ 膜厚：１２μｍ
【００２６】実施例１〜３及び比較例１〜７によって得
られたチップ試料を用い、下記切削条件により１０分間
の切削試験を行った。フランク摩耗量及びクレータ摩耗
深さを表１に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ 切削速度 １７０ｍ／min 送り速度 0.25 mm/rev 切り込み 0.1 mm
られたチップ試料を用い、下記切削条件により１０分間
の切削試験を行った。フランク摩耗量及びクレータ摩耗
深さを表１に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ 切削速度 １７０ｍ／min 送り速度 0.25 mm/rev 切り込み 0.1 mm
【００２７】
【表１】
【００２８】表１より明らかな様に、本発明の実施例
は、いずれも比較例に比べて優れた耐摩耗性を示した。 （Ｂ）切削工具の一例としてドリルを選び、以下の試料
を作製した。
は、いずれも比較例に比べて優れた耐摩耗性を示した。 （Ｂ）切削工具の一例としてドリルを選び、以下の試料
を作製した。
【００２９】実施例４ ６mmφの（ＷＣ−８％Ｃｏを主成分とする）超硬ドリル
に実施例１と同一条件にて成膜を形成した。このときの
膜組成は（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）Ｎであり、膜厚は4.5 μ
ｍであった。比較例として次のドリル試料を用意した。
に実施例１と同一条件にて成膜を形成した。このときの
膜組成は（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）Ｎであり、膜厚は4.5 μ
ｍであった。比較例として次のドリル試料を用意した。
【００３０】比較例８ ６mmφの超硬ドリルに比較例５と同一条件にて成膜を形
成した。このときの膜組成は（Ａｌ0.46Ｔｉ0.54）Ｎで
あり、膜厚は４μｍであった。更に下記の比較ドリル試
料を製作した。夫々の膜組成と膜厚を示す。
成した。このときの膜組成は（Ａｌ0.46Ｔｉ0.54）Ｎで
あり、膜厚は４μｍであった。更に下記の比較ドリル試
料を製作した。夫々の膜組成と膜厚を示す。
【００３１】比較例９ 膜組成：ＴｉＮ 膜厚：５μｍ比較例１０ 膜組成：（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ 膜厚：０．７μｍ比較例１１ 膜組成：（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ 膜厚：１２μｍ
【００３２】実施例４及び比較例８〜１０によって得ら
れたドリル試料を用い、下記切削条件により穴明けを行
った。結果を穴明け個数として表２に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１３mmt 切削速度 ５０ｍ／min 送り速度 0.2 mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
れたドリル試料を用い、下記切削条件により穴明けを行
った。結果を穴明け個数として表２に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１３mmt 切削速度 ５０ｍ／min 送り速度 0.2 mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
【００３３】
【表２】
【００３４】表２より明らかな様に本発明方法で得られ
た工具は、比較例に比べて穴明け個数の大幅な増加が認
められ、耐摩耗性が良好であった。（Ｃ）切削工具の一
例としてハイスドリルを選び、以下の試料を作製した。
た工具は、比較例に比べて穴明け個数の大幅な増加が認
められ、耐摩耗性が良好であった。（Ｃ）切削工具の一
例としてハイスドリルを選び、以下の試料を作製した。
【００３５】実施例５ ６mmφハイスドリルに実施例１と同一条件にて成膜を形
成した。膜組成は（Ａｌ0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚
を5.5 μｍとした。比較例として次のハイスドリル試料
を用意した。
成した。膜組成は（Ａｌ0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚
を5.5 μｍとした。比較例として次のハイスドリル試料
を用意した。
【００３６】比較例１２ ６mmφハイスドリルに比較例２と同一条件でＴｉＮを成
膜した。膜厚は５μｍであった。更に下記の比較ハイス
ドリル試料を製作した。夫々の膜組成と膜厚を示す。
膜した。膜厚は５μｍであった。更に下記の比較ハイス
ドリル試料を製作した。夫々の膜組成と膜厚を示す。
【００３７】比較例１３ 膜組成：（Ａｌ0.43Ｔｉ0.57）Ｎ 膜厚：4.5 μｍ比較例１４ 膜組成：（Ａｌ0.63Ｔｉ0.37）Ｎ 膜厚：１３μｍ 実施例５及び比較例１２〜１４によって得られたハイス
ドリル試料を用い、下記切削条件により穴明けを行っ
た。結果を穴明け個数として表３に示す。
ドリル試料を用い、下記切削条件により穴明けを行っ
た。結果を穴明け個数として表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１０mmt 切削速度 ３０ｍ／min 送り速度 0.15mm/rev 潤滑 エマルジョンによる 表３より明らかな様に本発明方法で得られたハイスドリ
ルは、比較例に比べて穴明け個数の大幅な増加がみら
れ、耐摩耗性が良好であった。
ルは、比較例に比べて穴明け個数の大幅な増加がみら
れ、耐摩耗性が良好であった。
【００４０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、ＴｉＮを基本とした従来の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎと異な
り、IIIb 族の窒化物であるＡｌＮにＴｉが固溶した皮
膜である為、耐熱性，熱伝導性等に関し、ＡｌＮに近似
した優れた特性が発揮され、その結果として、耐摩耗
性、耐高温酸化性及び硬度に優れた皮膜が密着性良く被
覆形成された耐摩耗性皮膜被覆部材を提供することに成
功した。
で、ＴｉＮを基本とした従来の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎと異な
り、IIIb 族の窒化物であるＡｌＮにＴｉが固溶した皮
膜である為、耐熱性，熱伝導性等に関し、ＡｌＮに近似
した優れた特性が発揮され、その結果として、耐摩耗
性、耐高温酸化性及び硬度に優れた皮膜が密着性良く被
覆形成された耐摩耗性皮膜被覆部材を提供することに成
功した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における（Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ
1-y ）組成（窒化物で代表）と結晶構造の関係を示す
図。
1-y ）組成（窒化物で代表）と結晶構造の関係を示す
図。
【図２】本発明における（Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ
1-y ）組成（窒化物で代表）と結晶構造の関係を示す
図。
1-y ）組成（窒化物で代表）と結晶構造の関係を示す
図。
【図３】（Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ）組成（窒化物
で代表）においてｘを変化させた場合の硬度への影響を
示すグラフ。
で代表）においてｘを変化させた場合の硬度への影響を
示すグラフ。
【図４】（Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ）組成（窒化物
で代表）においてｘを変化させた場合の温度変化に対す
る酸化増量の程度を示すグラフ。
で代表）においてｘを変化させた場合の温度変化に対す
る酸化増量の程度を示すグラフ。
【図５】（Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ）組成（窒化物
で代表）においてｘを変化させた場合の酸化開始温度へ
の影響を示すグラフ。
で代表）においてｘを変化させた場合の酸化開始温度へ
の影響を示すグラフ。
【図６】（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）（Ｎy Ｃ1-y ）において
ｙを変化させた時の超硬チップの切削時のクレータ摩耗
量を示す図。
ｙを変化させた時の超硬チップの切削時のクレータ摩耗
量を示す図。
Claims (1)
- 【請求項１】 基材表面に、 で示される化学組成からなり、且つNaCl型の結晶構造を
有する厚さ０．８−１０μｍの耐高温酸化性に優れた高
硬度耐摩耗性皮膜が形成されたものであることを特徴と
する耐摩耗性皮膜被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7306213A JP2644710B2 (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7095688 | 1988-03-24 | ||
| JP63-70956 | 1988-03-24 | ||
| JP63-253980 | 1988-10-07 | ||
| JP25398088 | 1988-10-07 | ||
| JP7306213A JP2644710B2 (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Division JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209333A JPH08209333A (ja) | 1996-08-13 |
| JP2644710B2 true JP2644710B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=26412070
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Granted JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
| JP7306213A Expired - Lifetime JP2644710B2 (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
| JP30621295A Pending JPH08209332A (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Granted JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30621295A Pending JPH08209332A (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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