JP5374566B2 - 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット - Google Patents
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(Ala,Mb,Sic,Bd,Ti1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo、SiとBのいずれか一方が0でもよい)であって、
0.25≦a≦0.6、
0.15≦b≦0.3、
0.01≦c+d≦0.15、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)
であるところに特徴を有する耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜を規定する[以下、第(I-3)の硬質皮膜ということがある]。
(Alw,Mx,Siy,Bz,Ti1−w−x−y−z)からなり(但し、MはW及び/又はMo、SiとBのいずれか一方が0でもよい)、
0.25≦w≦0.6、
0.15≦x≦0.3、
0.01≦y+z≦0.15
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す。)
を満たすものを用いることが好ましい。
(I)従来のTiAl(CN)膜、該TiAl(CN)膜のTiをCrで代替したCrAl(CN)膜、またはAl(CN)膜に、W及び/又はMo(以下、元素Mということがある)、更にはSi及び/又はBを添加すれば、耐酸化性を高めうると共に膜の硬度が向上し、結果として耐摩耗性が飛躍的に向上すること、
(II)従来のTiCrAl(CN)膜に、元素M(更にはSi及び/又はB)を添加すれば、高温潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜が得られること、
(III)(元素M)(CN)膜や(元素M,Si及び/又はB)(CN)膜を、AlCr(CN)膜、AlSiBCr(CN)膜、およびAlSiBTi(CN)膜よりなる群から選択される硬質皮膜と積層させれば、より優れた耐酸化性と耐摩耗性を確保できること
を突き止め、更に、これらAl、元素M、Cr及び/又はTi、Si及び/又はB、並びにC,Nの定量的作用効果について追求を重ねた結果、上記本発明に想到した。
第(I-1)の硬質皮膜は、
(Ala,Mb,Cr1−a−b)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.65、
0.05≦b≦0.35、
0.5≦e≦1
(a,b,eはそれぞれAl,M,Nの原子比を示す。)、
を満たすことを特徴とするものである。
(Ala,Mb,Cr1−a−b)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.65、
0.07≦b≦0.35、
0.5≦e≦1
(a,b,eはそれぞれAl,M,Nの原子比を示す。)
を満たすことを特徴とするものである。
(Ala,Mb,Sic,Bd,Cr1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.65、
0.05≦b≦0.35、
0.01≦c+d≦0.2、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)、
を満たすことを特徴とするものである。
(Ala,Mb,Sic,Bd,Cr1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.65、
0.07≦b≦0.35、
0.01≦c+d≦0.2、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)、
を満たすことを特徴とするものである。
(Ala,Mb,Sic,Bd,Ti1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.6、
0.05≦b≦0.3、
0.01≦c+d≦0.15、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)
を満たすことを特徴とするものである。
(Ala,Mb,Sic,Bd,Ti1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.25≦a≦0.6、
0.07≦b≦0.3、
0.01≦c+d≦0.15、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)
を満たすことを特徴とするものであるが、この様に皮膜中のAl,M,Si,B,Cr、Ti、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。
/又はMo)の添加量について検討したところ、Al、Cr、C,Nを後述する範囲に制御することを前提に、元素Mの原子比を0.05以上とすれば、硬度および耐酸化性向上効果がみられることが分かった。
0.25≦w≦0.65、
0.05≦x≦0.35
(w,xはそれぞれAl,Mの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
0.25≦w≦0.65、
0.07≦x≦0.35
(w,xはそれぞれAl,Mの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
0.25≦w≦0.65、
0.05≦x≦0.35、
0.01≦y+z≦0.2
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
0.25≦w≦0.65、
0.07≦x≦0.35、
0.01≦y+z≦0.2
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
0.25≦w≦0.6、
0.05≦x≦0.3、
0.01≦y+z≦0.15
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
0.25≦w≦0.6、
0.07≦x≦0.3、
0.01≦y+z≦0.15
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す)を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
(Tia,Crb,Alc,Sid,Be,M1−a−b−c−d−e)(C1−fNf)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0<a≦0.7、
0<b≦0.7、
0.25≦c≦0.75、
0≦d+e≦0.2、
0.03≦(1−a−b−c−d−e)≦0.35、
0.5≦f≦1
(a,b,c,d,e,fはそれぞれTi,Cr,Al,Si,B,Nの原子比を示す)を満たすものであり、第(II-2)の硬質皮膜は、
(Tia,Crb,Alc,Sid,Be,M1−a−b−c−d−e)(C1−fNf)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.05≦a≦0.3、
0.05≦b≦0.4、
0.3≦c≦0.75、
0≦d+e≦0.2、
0.05≦(1−a−b−c−d−e)≦0.35、
0.5≦f≦1
(a,b,c,d,e,fはそれぞれTi,Cr,Al,Si,B,Nの原子比を示す)を満たすものであり、また第(II-3)の硬質皮膜は、
(Tia,Crb,Alc,Sid,Be,M1−a−b−c−d−e)(C1−fNf)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo)であって、
0.05≦a≦0.3、
0.05≦b≦0.4、
0.3≦c≦0.75、
0.01≦d+e≦0.2、
0.05≦(1−a−b−c−d−e)≦0.35、
0.5≦f≦1
(a,b,c,d,e,fはそれぞれTi,Cr,Al,Si,B,Nの原子比を示す)を満たすものであるが、この様に皮膜中のTi,Cr,Al,Si,B,M,CおよびNの組成を規定した理由について、以下に詳述する。
0<v≦0.7、
0<w≦0.7、
0.25≦x≦0.75、
0≦y+z≦0.2、
0.03≦(1−v−w−x−y−z)≦0.35
(v,w,x,y,zはそれぞれTi,Cr,Al,Si,Bの原子比を示す)
を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
(Tiv,Crw,Alx,Siy,Bz,M1−v−w−x−y−z)(但し、MはW及び/又はMo)からなり、
0.05≦v≦0.3、
0.05≦w≦0.4、
0.3≦x≦0.75、
0≦y+z≦0.2、
0.05≦(1−v−w−x−y−z)≦0.35
(v,w,x,y,zはそれぞれTi,Cr,Al,Si,Bの原子比を示す)
を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
(Tiv,Crw,Alx,Siy,Bz,M1−v−w−x−y−z)(但し、MはW及び/又はMo)からなり、
0.05≦v≦0.3、
0.05≦w≦0.4、
0.3≦x≦0.75、
0.01≦y+z≦0.2、
0.05≦(1−v−w−x−y−z)≦0.35
(v,w,x,y,zはそれぞれTi,Cr,Al,Si,Bの原子比を示す)
を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のものを用いるのがよい。
上記層Aが、
(Ala,Cr1−a)(C1−eNe)からなり、
0.25≦a≦0.7、
0.5≦e≦1 を満たす硬質皮膜;
(Ala,Sic,Bd,Cr1−a−c−d)(C1−eNe)からなり、
0.25≦a≦0.7、
0<c+d≦0.2、
0.5≦e≦1 を満たす硬質皮膜;および
(Ala,Sic,Bd,Ti1−a−c−d)(C1−eNe)からなり、
0.25≦a≦0.7、
0<c+d≦0.15、
0.5≦e≦1 を満たす硬質皮膜;
(a,c,d,eはそれぞれAl,Si,B,Nの原子比を示す。)
よりなる群から選択される一種であり、
上記層Bが、
(Mb,Sic,Bd)(C1−eNe)からなり(但し、MはW及び/又はMo)、
0.8≦b≦1、
0≦c+d≦0.2 を満たす硬質皮膜
(b,c,d,eはそれぞれM,Si,B,Nの原子比を示す。)
であって、上記層Aと上記層Bが下記式(1)を満たすことを特徴とするものであるが、この様な構成の皮膜を規定した理由について、以下詳細に説明する。
0.5(nm)≦(層Bの厚み)≦(層Aの厚み) …(1)
0.5(nm)≦(層Bの厚み)≦(層Aの厚み) …(1)
(Alw,Cr1−w)からなり、
0.25≦w≦0.7 を満たすもの;
(Alw,Siy,Bz,Cr1−w−y−z)からなり、
0.25≦w≦0.7、
0<y+z≦0.2 を満たすもの;および
(Alw,Siy,Bz,Ti1−w−y−z)からなり、
0.25≦w≦0.7、
0<y+z≦0.15 を満たすもの;
(w,y,zはそれぞれAl,Si,Bの原子比を示す。)
よりなる群から選択される一種であって、形成しようとする層Aと同成分組成のターゲットを用いるのがよい。
(Mx,Siy,Bz)からなり(但し、MはW及び/又はMo)、
0.8≦x≦1、
0≦y+z≦0.2
(x,y,zはそれぞれM,Si,Bの原子比を示す。)
を満たし、形成しようとする硬質皮膜と同成分組成のターゲットを用いるのがよい。
図3に示す成膜装置にターゲットを取り付けて成膜を行った。
(a)成分組成
皮膜の成分組成はEPMAで測定した。
(b)結晶構造
X線回折により同定した。表1中のCは立方晶、Hは六方晶を示す。
(c)硬度
マイクロビッカース硬度計を用いて測定した。荷重は0.245Nとした。
(d)耐酸化性
大気中で900℃×1時間の条件で酸化処理した後、表面に形成された酸化皮膜の膜厚を測定(3箇所の平均値を算出)して、耐酸化性を評価した。
被削材:JIS SKD61(硬度 HRC50)
切削速度:220m/分
刃送り:0.06mm/刃
深さ切り込み:4.5mm
軸切り込み:0.5mm
切削長:100m
ターゲットの相対密度が形成される皮膜の面粗度や硬度に及ぼす影響について調べた。
Claims (3)
- (Ala,Mb,Sic,Bd,Ti1−a−b−c−d)(C1−eNe)からなる硬質皮膜(但し、MはW及び/又はMo、SiとBのいずれか一方が0でもよい)であって、
0.25≦a≦0.6、
0.15≦b≦0.3、
0.01≦c+d≦0.15、
0.5≦e≦1
(a,b,c,d,eはそれぞれAl,M,Si,B,Nの原子比を示す。)
であることを特徴とする耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜。 - 前記請求項1に記載の硬質皮膜の形成に用いるターゲットであって、相対密度が92%以上であることを特徴とする硬質皮膜形成用ターゲット。
- 前記請求項1に記載の硬質皮膜の形成に用いるターゲットであって、
(Alw,Mx,Siy,Bz,Ti1−w−x−y−z)からなり(但し、MはW及び/又はMo、SiとBのいずれか一方が0でもよい)、
0.25≦w≦0.6、
0.15≦x≦0.3、
0.01≦y+z≦0.15
(w、x、y、zはそれぞれAl,M,Si,Bの原子比を示す。)
を満たす請求項2に記載の硬質皮膜形成用ターゲット。
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