JP7285318B2 - オーステナイト変態温度未満での無機粒子の堆積のための方法、及びこの方法によって製造される物品 - Google Patents

Description

優先権

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１８年９月２８日出願の米国仮特許出願第６２／７３８，５８６号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は、その全体が参照により本出願に援用される。

本開示は、無機粒子を金属基板上に、上記金属基板のオーステナイト変態温度以下においてコーティングすることに関する。特に本開示は、無機耐摩耗性コーティングをハニカム押出ダイ上に、上記ハニカム押出ダイを形成する金属のオーステナイト変態温度以下においてコーティングすることに関する。

ハニカム押出ダイ等の特定のツールの製造は、上記ツールの最終的な特性及び性能に影響を及ぼす、材料の選択及び製造プロセスを含んでよい。一般に、ツールの特定のタイプ、又は目的とする最終用途に応じた、１つ以上の特性を達成するように、材料及びプロセスを選択することが望ましい場合がある。これらの特性としては、寸法精度、強度、靭性、使用寿命等といったパラメータが挙げられる。例えば、一部のハニカム押出ダイは、性能又は寿命を改善するための耐摩損性コーティングを備えた鋼鉄から作製され得る。

ツールの製造中に、上記ツールに関する特性の様々な組み合わせを達成するために選択可能な新規の材料及び製造プロセスに対して、継続的な需要が存在する。

本開示は、金属基板の表面上に、上記金属基板の金属材料のオーステナイト変態温度を超えない温度で、無機粒子等の耐摩損性コーティングを堆積させるための方法を対象とする。特に本開示のシステム及び方法は、鋼鉄等の様々な材料、及びこれらの材料から作製される、ハニカム押出ダイ等の押出ダイに適用可能である。一部のツールに関しては、例えばツールの特徴部分の寸法安定性を維持してツールの寿命を延長させるために、耐摩損性コーティングを適用してよい。例えば、耐摩損性コーティングをハニカム押出ダイにおいて利用することによって、ダイの寿命にわたるダイの寸法（例えばハニカム押出成形体の形状を画定するスロットの幅）の維持及び制御を補助してよい。

このような耐摩損性コーティング（耐摩耗性コーティングと呼ばれる場合もある）は、無機材料粒子で形成でき、ツールの寿命を延長させる役割を果たすことができる。耐摩損性コーティングは、マルテンサイト系又は析出硬化型ステンレス鋼といった、ダイ基板材料に適用してよい。しかしながら、耐摩損性コーティングを適用するプロセスは、コーティングの適用に必要な加工温度によって、鋼鉄中に熱応力を生成する場合がある。

例えば、マルテンサイト系鋼等の鋼鉄は、加熱中の特定の温度において、オーステナイト結晶質相への変態を開始することになり、この温度はオーステナイト変態（Ａｃ１）温度と呼ばれる。鋼鉄は、Ａｃ１温度より高い温度において、オーステナイト結晶質相への変態を完了でき、この温度はＡｃ３温度と呼ばれる。これらの温度は、材料組成（例えば選択された鋼鉄の特定のタイプ）及び／又は利用される加工技法（例えば鋼鉄に印加される加熱速度）等の因子に関連し得る。

いくつかの実施形態では、堆積プロセスパラメータを制御して、金属材料のオーステナイト変態温度以下で無機粒子を効果的に堆積させることができる。いくつかの実施形態では、オーステナイト変態温度（それを超える温度で無機粒子の堆積が行われる）を上昇させるために、金属材料の合金組成を開発してよい。結晶質相の変化に起因する応力は、鋼鉄の降伏強度を超える場合があり、従ってツールの部品（例えばハニカム押出ダイのピン）が永久的に変形して、ツールの望ましくない寸法変化（例えばハニカム押出ダイの隣接するピンの間のスロット幅変動性）が生成される。

結晶質相の変化により、鋼鉄の熱膨張係数（ＣＴＥ）も変化する。またこのようなＣＴＥの変化は、鋼鉄がオーステナイトへと変態する前及び／後の鋼鉄とは異なるＣＴＥを有し得る耐摩耗性コーティングとの間の境界面における鋼鉄の表面に、熱応力を生成する可能性がある。加熱中に鋼鉄がオーステナイトへと変態するにつれて、オーステナイトへの変態によって生成される上記境界面の応力は、押出ダイの中のピン（又は他の部品）の変形を引き起こす可能性がある。また上記境界面の応力は、鋼鉄が冷却されたときに鋼鉄がオーステナイトから異なる結晶構造（例えばマルテンサイト）へと変態した場合に発生する可能性がある。結晶質相の変化による熱応力を回避することにより、堆積プロセス中に生成される応力の量を低減でき、またこれらの応力によって生成される悪影響を低減できる。

これに関連して、本開示は、金属基板の金属材料との間のΔＣＴＥ（本明細書中で定義される）が、目標値、所望値、又はプリセット値、例えば１０×１０^－６℃を超えないように、無機粒子を堆積させるための方法を対象とする。これにより、上記金属基板と、堆積した上記無機粒子との間の境界面で生成される応力の量を制限できる。いくつかの実施形態では、目標値（例えば１０×１０^－６℃以下）におけるΔＣＴＥは、堆積プロセス中に上記金属材料が上記金属材料のオーステナイト変態温度を超えないような温度で、無機粒子を堆積させることによって、達成できる。いくつかの実施形態では、堆積温度は、上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えない。いくつかの実施形態では、無機粒子で形成された多層コーティングの組成は、目標値の（例えば１０×１０^－６℃以下の）ΔＣＴＥを有するように開発できる。

いくつかの実施形態は、無機材料を金属基板上に適用する方法を対象とし、上記金属基板は、オーステナイト変態温度においてオーステナイト相へと変態する金属材料を含み、上記方法は、無機粒子を上記金属基板の表面上に、上記金属材料に上記金属材料のオーステナイト変態温度を超えさせないような堆積温度において堆積させるステップを含む。

いくつかの実施形態では、前の段落による方法は、上記金属基板の上記表面が上記金属材料で構成されることを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記無機粒子を蒸着プロセスによって堆積させるステップを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記無機粒子を化学蒸着プロセスによって堆積させるステップを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、炭窒化チタン、ホウ素、ホウ素ドープ炭窒化チタン、アルミニウム窒化チタン、チタン窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化チタン、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む無機粒子を堆積させるステップを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、第１の堆積プロセスにおいて、上記無機粒子を上記金属基板の上記表面上に堆積させ、第２のプロセスにおいて、追加の無機粒子を上記第１の堆積プロセスにおいて堆積した上記無機粒子の上に堆積させるステップを含んでよく、上記第２の堆積プロセスは、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えない堆積温度を含む。いくつかの実施形態では、上記追加の無機粒子は、上記第１の堆積プロセスで堆積した上記無機粒子とは異なる。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、耐摩耗性コーティングを上記金属基板の上記表面上に形成してよく、上記耐摩耗性コーティングは上記無機粒子で形成される。いくつかの実施形態では、上記耐摩耗性コーティングの厚さは１マイクロメートル～１００マイクロメートルであってよい。いくつかの実施形態では、上記耐摩耗性コーティングの厚さは２マイクロメートル～６５マイクロメートルであってよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、耐摩耗性コーティングを上記金属基板の上記表面上に形成してよく、上記耐摩耗性コーティングは上記無機粒子で形成され、また、１つ以上の追加の堆積プロセスにおいて追加の無機粒子を上記耐摩耗性コーティングの上に堆積させて、多層耐摩耗性コーティングを形成してよく、上記１つ以上の追加の堆積プロセスの堆積温度は、上記金属材料に上記金属材料のオーステナイト変態温度を超えさせない。いくつかの実施形態では、この多層コーティングは、ホウ素ドープ炭窒化チタン層を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記多層コーティングは、ホウ素ドープ炭窒化チタン層及び炭窒化チタン層を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記多層コーティングは、複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層及び複数の炭窒化チタン層を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記多層コーティングは、ホウ素ドープ炭窒化チタン層、炭窒化チタン層、及び窒化チタン層を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記多層コーティングの最外層は、ホウ素ドープ炭窒化チタンを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、６００℃～８６０℃の範囲内の堆積温度を含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記金属材料が鋼鉄である金属基板を含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記金属材料がマルテンサイト鋼である金属基板を含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記金属材料がマルテンサイトステンレス鋼である金属基板を含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記金属材料が析出硬化マルテンサイトステンレス鋼でない金属基板を含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、耐摩耗性コーティングを上記金属基板の上記表面上に形成してよく、上記耐摩耗性コーティングは上記無機粒子で形成され、上記金属材料は、上記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第１の熱膨張係数を有し、また上記耐摩耗性コーティングは、上記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第２の熱膨張係数を有し、Ｔは、上記耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しく、上記金属材料の上記第１の熱膨張係数と、上記耐摩耗性コーティングの上記第２の熱膨張係数との差は、１０×１０^－６／℃以下である。いくつかの実施形態では、上記金属材料の上記第１の熱膨張係数と、上記耐摩耗性コーティングの上記第２の熱膨張係数との上記差は、１０×１０^－７／℃～１０×１０^－６／℃の範囲内である。

いくつかの実施形態では、前の段落の実施形態による方法は更に、１つ以上の追加の堆積プロセスにおいて、追加の無機粒子を上記耐摩耗性コーティングの上に堆積させて、多層耐摩耗性コーティングを形成するステップを含んでよく、上記１つ以上の追加の堆積プロセスの堆積温度は、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えず、上記多層耐摩耗性コーティングはホウ素ドープ炭窒化チタン層を含み、上記多層耐摩耗性コーティングの熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌによって計算され、ここで：ｆＣＴＥ＝各層の部分的熱膨張係数であり、Ｔｌ＝各層の厚さであり、Ｔｔ＝多層コーティングの合計厚さであり、ＣＴＥｌ＝各層の熱膨張係数である。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、押出機部品を含む金属基板を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記押出機部品は押出ダイを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記押出ダイは複数のピンを含んでよく、上記複数のピンのうちの１つ以上の外面は、上記無機粒子が堆積する上記金属基板の上記表面を画定する。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は更に、上記無機粒子を上記表面に堆積させる上記ステップの前に、上記金属基板の上記表面の表面調製を実施するステップを含んでよく、上記表面調製は、有機粒子を、四塩化チタンガス及び水素ガスを上記表面上に流すことによって形成された塩酸と反応させることによって、上記有機粒子を上記表面から除去するステップを含む。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は更に：上記無機粒子の堆積の前に、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超える第１の温度において、窒化チタンの層を上記金属基板の上記表面上に堆積させるステップと；上記窒化チタンの層及び上記金属基板を、上記金属材料のマルテンサイト変態温度未満の第２の温度へと冷却して、上記窒化チタンの層の堆積中に上記金属材料中で形成されたオーステナイトをマルテンサイトに変態させるステップとを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記第２の温度は、１００℃～４００℃の範囲内であってよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、上記表面上に既に堆積させた耐摩耗性コーティングを有する金属基板を含んでよく、上記方法は更に、上記無機粒子の堆積前の、上記既に堆積させた耐摩耗性コーティングの外面の表面調製を含んでよい。いくつかの実施形態では、上記表面調製は、三塩化ホウ素を上記外面上に流すことによって、酸化物を上記外面から除去するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記表面調製は、有機粒子を、四塩化チタンガス及び水素ガスを上記外面上に流すことによって形成された塩酸と反応させることによって、上記有機粒子を上記外面から除去するステップを含んでよい。

いくつかの実施形態では、先行する段落のうちのいずれかによる方法によって作製される、コーティング済み金属基板を対象とする。

いくつかの実施形態は、コーティング済み金属基板を対象とし、上記コーティング済み金属基板は、鋼鉄製本体と、上記鋼鉄製本体の表面上に堆積された、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を有する多層耐摩耗性コーティングとを含み、上記鋼鉄製本体の上記表面は、温度Ｔ℃で測定した場合にＸ／℃である熱膨張係数を有する鋼鉄を含み、上記多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔで測定した場合にＹ／℃である熱膨張係数を有し、ＸとＹとの差は１０×１０^－６／℃以下である。上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングに関する上記熱膨張係数は、上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングを、上記鋼鉄のオーステナイト変態温度以上の温度まで加熱して、上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングを、上記温度Ｔまで冷却することによって測定され、Ｔは、上記冷却中に上記鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しい。上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌによって計算され、ここで：ｆＣＴＥ＝各層の部分的熱膨張係数であり、Ｔｌ＝各層の厚さであり、Ｔｔ＝多層コーティングの合計厚さであり、ＣＴＥｌ＝各層の熱膨張係数である。

いくつかの実施形態では、前の段落の実施形態によるコーティング済み金属基板は、２マイクロメートル～６５マイクロメートルの範囲内の厚さを有する多層耐摩耗性コーティングを含んでよい。

いくつかの実施形態では、直前の２つの段落のうちのいずれかの実施形態によるコーティング済み金属基板は、鋼鉄製本体を含んでよく、上記鋼鉄製本体の上記鋼鉄はマルテンサイトステンレス鋼である。

いくつかの実施形態は、コーティング済み金属基板を作製する方法を対象とし、上記方法は、多層耐摩耗性コーティングの１つの層をそれぞれ堆積させる複数の堆積プロセスで、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を有する多層耐摩耗性コーティングを、鋼鉄基板の表面上に堆積させるステップであって、上記鋼鉄基板の上記表面は鋼鉄で構成される、ステップを含み、各上記堆積プロセスの堆積温度は、上記鋼鉄のオーステナイト変態温度より高い。上記鋼鉄は、温度Ｔ℃で測定されたある熱膨張係数を有し、上記多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔ℃で測定されたある熱膨張係数を有し、温度Ｔは、上記多層耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に上記鋼鉄がオーステナイトからマルテンサイトに変態する温度より１℃高く、上記鋼鉄の上記熱膨張係数と上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数との間の差は、１０×１０^－６／℃以下である。上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌによって計算され、ここで：ｆＣＴＥ＝各層の部分的熱膨張係数であり、Ｔｌ＝各層の厚さであり、Ｔｔ＝多層コーティングの合計厚さであり、ＣＴＥｌ＝各層の熱膨張係数である。

いくつかの実施形態では、前の段落の実施形態による方法は、それぞれが化学蒸着プロセスを含む、複数の堆積プロセスを含んでよい。

いくつかの実施形態では、直前の２つの段落のうちのいずれかの実施形態による方法は、鋼鉄基板を含んでよく、上記鋼鉄基板の上記鋼鉄はマルテンサイトステンレス鋼である。

本明細書に組み込まれる添付の図面は、本明細書の一部を形成して、本開示の実施形態を図示するものである。これらの図面は更に、本記載と共に、本開示の実施形態の原理を説明して、１つ以上の関連技術の当業者が本開示の実施形態を作製及び使用できるようにする役割を果たす。これらの図面は、限定ではなく例示を意図したものである。本開示は全体としてこれらの実施形態の文脈において記載されているが、本開示の範囲をこれらの特定の実施形態に限定することを意図したものではないことを理解されたい。図面では、同様の参照番号は同一の又は機能的に類似した要素を指す。

いくつかの実施形態による、押出ダイの一部分の斜視図 加熱及び冷却中の温度の範囲にわたる、例示的な鋼鉄の熱膨張係数のグラフ 高温コーティングプロセス中の、例示的な鋼鉄に関する、ある温度範囲にわたる熱膨張係数のグラフ いくつかの実施形態による、低温コーティングプロセス中の、例示的な鋼鉄に関する、ある温度範囲にわたる熱膨張係数のグラフ いくつかの実施形態による堆積プロセスによって、及び従来の高温堆積プロセスによって、無機粒子でコーティングされたハニカム押出ダイに関する、全体的なスロット幅の分散の標準偏差のグラフ 従来の高温堆積プロセスによって、及びいくつかの実施形態による低温堆積プロセスによって、無機粒子でコーティングされたハニカム押出ダイ内の、スロット幅の分散を示す棒グラフ ハニカム押出ダイ上に無機粒子を堆積させるために使用される高温コーティングプロセスの回数の関数としての、ハニカム押出ダイ内のスロット幅の分散のグラフ いくつかの実施形態による堆積プロセス いくつかの実施形態によるコーティング済み物品 例示的なコーティングプロセス中の、従来の４２２マルテンサイトステンレス鋼に関する、ある温度範囲にわたる熱膨張係数のグラフ 例示的なコーティングプロセス中の、いくつかの実施形態によるマルテンサイトステンレス鋼に関する、ある温度範囲にわたる熱膨張係数のグラフ 様々な合金形成元素の、鋼鉄のオーステナイト変態温度に対する影響を示すグラフ

以下の例は本開示の限定ではなく例示である。本分野において通常見られる、また当業者には明らかな、様々な条件及びパラメータの他の好適な修正形態及び適合形態は、本開示の精神及び範囲内である。

無機粒子を堆積させることによって、ツール（例えば押出ダイ）の耐摩損性を改善できる。上記粒子を堆積させることによって、上記ツールの表面上に耐摩耗性 コーティングを形成できる。本明細書中で使用される場合、堆積プロセス中に堆積される「粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）」は、堆積チャンバ内でばらばらに形成されてよく、堆積チャンバ内の表面上に直接（例えば標的基板上に直接）形成されてよく、又はこれらの組み合わせであってよい。ばらばらに堆積される粒子は、蒸気分子間の反応によって堆積チャンバ内で形成され、形成後にこれらの粒子は表面上に堆積される。表面上に直接形成される粒子は、堆積チャンバ内の表面上での蒸気分子の反応によって形成される。粒子を表面上に堆積させることによって、表面上に材料の連続又は不連続フィルムを形成できる。

無機粒子を堆積させるための一部の堆積プロセス（例えば化学蒸着（ＣＶＤ）プロセス）は、８００℃を超える堆積温度を必要とし、これはステンレス鋼等の多数の従来の鋼鉄のオーステナイト変態温度よりも高い。鋼鉄をそのオーステナイト変態温度より高い温度に保持すると、鋼鉄の結晶構造がオーステナイトへと変化する。このような高い堆積温度によって誘発される、このようなオーステナイトへの変化は、鋼鉄の熱膨張係数（ＣＴＥ）を変化させる。例えば、４２２マルテンサイトステンレス鋼に関して、鋼鉄のＣＴＥは、約１２×１０^－６／℃から約１８×１０^－６／℃へと変化し得る。このようなＣＴＥの上昇は、鋼鉄のＣＴＥと蒸着された無機粒子のＣＴＥとの間の有意な差（本明細書中では「ΔＣＴＥ」と呼ばれる）を発生させる。

本出願の目的のために、以下の温度は以下のような意味であり、以下の方法で測定できる。堆積又は表面調製温度は、無機粒子の定常状態堆積中の堆積チャンバ内の雰囲気の、又は表面調製のために使用されるガスの流れの温度である。例えば堆積又は表面調製温度は、堆積チャンバ又は測定チャンバ壁内に配置された温度プローブを用いて測定できる。オーステナイト変態温度は、それを超えると金属材料が非オーステナイト結晶質相からオーステナイト結晶質相へと変態する温度である。例えばオーステナイト変態温度は、ディラトメトリー、ＡＳＴＭ Ｅ２２８の方法によって測定できる。特定の温度における材料のＣＴＥを測定する目的のために、材料の温度を、ディラトメトリー、ＡＳＴＭ Ｅ２２８の方法によって測定できる。

一部の無機耐摩耗性コーティングは、粒子でコーティングされることになる鋼鉄のＣＴＥ（例えば特定の鋼鉄に関して約１２×１０^－６／℃未満）より低いＣＴＥを有する。更に、鋼鉄のＣＴＥは一般に、鋼鉄中のオーステナイトの形成と共に（例えば１８×１０^－６／℃まで）上昇する。その結果、耐摩耗性コーティングと鋼鉄との間のΔＣＴＥは、オーステナイトが鋼鉄中に形成されない場合よりも、オーステナイトの形成によって大きくなる。押出ダイに関して、このように上昇したΔＣＴＥは、ピンの変形又は曲げを発生させるために十分なものであり、これは、孔‐スロット間の位置合わせ又はコーティングの厚さの、例えば１～２マイクロメートル（μｍ）程度の差といった、製造時の非対称性につながる。これらの熱応力は、スロット幅変動性を増大させ（例えば２倍、３倍、４倍等にし）、また鋼鉄の降伏強度を超える可能性があり、従ってコーティングを除去した後であっても、ピンが永久的に変形し、またスロット幅変動性の増大は冷却後であっても持続し、このようなダイによって製造される押出成形物のウェブの均一性を大幅に低下させる可能性がある。

本明細書で開示される実施形態によると、堆積プロセスによって引き起こされる鋼鉄のオーステナイト変態の程度を低減すること、又はオーステナイト変態を完全に防止することによって、望ましくないほど高いΔＣＴＥを回避できる。本明細書中に記載されるように、オーステナイト変態の低減又は排除は：（ｉ）鋼鉄のオーステナイト変態温度以下のままの温度で実施される、低温コーティングプロセス；及び（ｉｉ）目標変態温度を有する合金組成物の開発のうちの一方又は両方によって達成できる。更に、望ましくないほど高いΔＣＴＥは、目標値又は範囲の見かけのＣＴＥを有するコーティング層を開発することによって回避できる。

無機粒子の堆積のための従来のＣＶＤプロセスは、マルテンサイト鋼及び析出硬化鋼等の鋼鉄中でオーステナイト変態を生成する温度を必要とする。本明細書に記載の低温ＣＶＤプロセスは、鋼鉄のオーステナイト変態温度以下の温度で、無機粒子（例えばＴｉＣＮ、ホウ素ドープＴｉＣＮ、並びに／又はＴｉＣＮ及び／若しくはホウ素ドープＴｉＣＮの１つ以上の層を含む多層コーティング）を堆積させる。この変態温度以下で保持することによって、鋼鉄のＣＴＥは安定したままとなり、鋼鉄と堆積材料との間のΔＣＴＥを増大させない。例えば、鋼鉄製の対応するダイのピンの変形の量を低減又は最小化することで、低いスロット幅変動性を維持するために、降伏強度がおよそ８０ｋｓｉの従来の４２２ステンレス鋼のΔＣＴＥを、１０×１０^－６／℃未満に保持することが有益であることが分かっている。堆積材料と鋼鉄との間のΔＣＴＥを更に小さな値まで最小化することも好ましい。というのは、いずれのΔＣＴＥも多少のピンの変形を引き起こす可能性があり、従ってスロット幅変動性の増大を引き起こす可能性があるためである。

本明細書に記載の低温堆積プロセスは、安定した鋼鉄ＣＴＥ、好適な粒子の付着性、及び好適な表面仕上げ特性を達成する、複数のパラメータを含む。これらのパラメータとしては、プロセス温度、ガスの流量、及びＴｉＮ（窒化チタン）の敷設のための特定のプロセスが挙げられる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による無機粒子（例えばＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ホウ素ドープＴｉＣＮ、並びに／又はＴｉＣＮ及び／若しくはホウ素ドープＴｉＣＮの１つ以上の層を含む多層コーティング）の堆積は、４００℃～９００℃の最高堆積温度で達成できる。本明細書に記載の低温堆積プロセスは、鋼鉄基板上の無機粒子の好適な堆積をもたらすことができ、これは、鋼鉄中でオーステナイト変態を引き起こすことなく、高品質の耐摩耗性コーティングを形成する。

低温プロセスに加えて、無機粒子層形成技法を用いて、耐摩耗性コーティングの見かけのＣＴＥを、ΔＣＴＥが例えば１０×１０^－６／℃である目標値を超えないように制御することにより、ピンの変形を最小化できる。例えば一実施形態では、コーティングプロセスは、オーステナイトへの変態が例えば１０×１０^－６／℃である目標値を超えるΔＣＴＥを発生させないように、金属材料のＣＴＥに十分に近い見かけのＣＴＥを有する多層耐摩耗性コーティングを堆積させるステップを含む。本明細書に記載の低温プロセスは、比較的小さな内部応力及び改善された厚さの均一性（これらはいずれも、押出ダイのスロット幅変動性の低減につながり得る）を有する耐摩耗性コーティングの形成を補助できる。

いくつかの実施形態では、鉄鋼のオーステナイト変態温度を操作して（例えば上昇させて）、コーティング堆積プロセス中及び／又は使用時のオーステナイト変態を低減又は防止してよい。本明細書に記載の実施形態では、鋼鉄合金の組成を改質するステップを用いて、オーステナイト変態温度を例えば１００℃も上昇させることができる。オーステナイト変態温度を上昇させることにより、鋼鉄中でのオーステナイト結晶質相への変態をそれほど又は全く引き起こすことなく、比較的高温のコーティング堆積プロセスを利用できる。有意な量のこのような変態を回避する、又はこのような変態を完全に回避することによって、鋼鉄と堆積無機粒子との間のΔＣＴＥを、目標値未満、例えば１０×１０^－６／℃未満に維持できる。このように、ΔＣＴＥを小さく維持するステップを用いて、高温コーティングプロセスに曝露される押出ダイの部品（例えばハニカム押出ダイのピン）の寸法安定性を改善できる（即ち、堆積プロセスが必要とする高温によって導入される熱応力が引き起こす、曲げ、反り、歪み、又は他の変形の量を低減できる）。

本明細書に記載の実施形態によると、Ａｃ１温度が上昇した鋼鉄を開発するための適切な合金の改質は、経験的な、及び計算による、熱力学的計算に基づいて導出される。これらの計算は、鋼鉄（例えば従来の４２２ステンレス鋼）中の、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、及び／若しくはニッケル（Ｎｉ）の含有量を減少させることによって、並びに／又はクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、及び／若しくはケイ素（Ｓｉ）の含有量を増加させることによって、Ａｃ１温度の有意な上昇を実現できることを実証している。

Ａｃ１温度の所望の上昇を達成するために、必要な組成変化は小さなものであり得る。従来の４２２ステンレス鋼の場合、このような変化は、鋼鉄を依然としてマルテンサイトステンレス鋼に分類できる（ただし４２２に関する典型的な仕様からは技術的に外れる）程度に、十分に小さなものであってよい。また４２２鋼は、ロックウェルＣスケールで４０～５０の硬度まで硬化できる能力、及び機械加工性のためにロックウェルＣスケールで２０～３０の硬度まで強化できる能力を含む、望ましい機械的特性を依然として保持する。本明細書に記載の上昇したＡｃ１温度は、鋼鉄合金を熱処理又は加工して鋼鉄のＡｃ１温度を操作することによってではなく、鋼鉄組成物の合金含有量を改変することによって達成される。しかしながら、本明細書に記載の改質済みの鋼鉄を熱処理又は加工して、所望の機械的特性を生成してもよい。

本明細書に記載の合金形成技法は、ステンレス鋼、マルテンサイト鋼、マルテンサイトステンレス鋼、及び析出硬化鋼といった高強度鋼を含む、多様な鋼鉄に適用可能である。これらの鋼鉄はそれぞれ、押出ダイ、切削ツール、又は研削ツールといった様々な高強度ツールのための好適な材料である。

鋼鉄のＡｃ１温度の上昇の影響は、無機粒子堆積等の高温加工処理中に多数の利益を有する。これらには、当業者が理解できるものの中でも特に、少なくとも以下の３つの利益が含まれる。

第１に、Ａｃ１温度を上昇させることにより、Ａｃ１温度でのオーステナイトへの相変化、及びこれに続いて存在する場合は、冷却中のマルテンサイト開始（Ｍｓ）温度とマルテンサイト完了（Ｍｆ）温度との間でのマルテンサイトへの変態中の、鋼鉄の体積変化を低減又は排除できる。これらの相変態は、ツール（例えば押出ダイ）に適用されたいずれの硬質コーティング又はめっき（例えば耐摩耗性コーティング）の内部応力を増大させる場合があり、これは幾何学的変形につながり得る。適用された硬質コーティング又はめっきの内部応力は、該コーティング又はめっきの厚さの変動によって、該コーティング又はめっき内でばらつく場合がある。このような場合、内部応力のばらつきは、押出ダイのスロット幅変動に大きく寄与し得る。

第２に、Ａｃ１温度を上昇させることにより、高温加工中の鋼鉄のＣＴＥを約４０％も低減できる。例えば、Ａｃ１温度未満におけるマルテンサイトステンレス鋼のＣＴＥは約１１．５×１０^－６／℃であってよいが、Ａｃ１温度を超えて冷却時のＭｓ温度までにおいて、ＣＴＥは１８×１０^－６／℃以上となり得る。このようなＣＴＥの低減により、高温加工中の寸法変化を低減でき、また耐摩耗性コーティングの適用後の鋼鉄及び／又は耐摩耗性コーティング内の応力も低減できる。

第３に、Ａｃ１温度を上昇させることにより、従来のコーティング堆積プロセスによる無機粒子堆積を、このようなコーティング堆積プロセスのプロセスパラメータを変更する必要なしに可能とすることができる。

従来のコーティング堆積プロセスにおけるＡｃ１温度以上でのコーティングは、鋼鉄の有意なオーステナイト変態、及び冷却時のマルテンサイトへの再変態をもたらす。押出ダイに関して、オーステナイトへの変態、及び冷却時のマルテンサイトへの再変態は、ＣＴＥが比較的低い無機粒子を堆積させる際に、押出ダイ内のピンの変形及び曲げを引き起こすことが分かっている。この変態及び再変態は、多層耐摩耗性コーティングのための異なる複数の無機粒子タイプの堆積中に、複数回発生し得る。またこの変態及び再変態は、１つ以上の耐摩耗性コーティングを再適用する際に、押出ダイの寿命にわたって複数回発生し得る。この変態及び再変態によって引き起こされる変形は、押出ダイのスロット幅変動性を増大させ、最終的に押出成形された材料のウェブ厚さの変動を増大させる。

本明細書では、押出ダイ、特にハニカム押出ダイに関して様々な実施形態を説明しているが、ＣＴＥ制御、低温堆積プロセス、及び金属のオーステナイト変態温度の合金操作は、寸法安定性が望まれる場合、及び／又はΔＣＴＥの低減が望まれる場合に、様々な物品に適用できる。例示的な物品としては、無機耐摩耗性粒子でコーティングされる金属製物品、例えば切削ツール又は研削ツールが挙げられる。

図１は、例示的な押出ダイ１００を示す。押出ダイ１００は、複数の供給孔１０４と、ピン１０６のアレイとを備える、ダイ本体１０２を含む。ピン１０６の外面は、排出スロット１０８の交差アレイによって画定される。また押出ダイ１００の排出面１１０は、ピン１０６の上面１１２と、排出スロット１０８の上部開口とによって形成される。押出ダイ１００は、ハニカム押出ダイであってよい。

上述のように、本明細書で開示される実施形態を用いて、ダイの製造及び使用中の、押出ダイの部品（例えばピン１０６及びスロット１０８）の寸法精度又は安定性を向上できる。例えば、本実施形態では、スロット１０８の幅を設定するためにピン１０６の間の間隔を使用するため、ピンの寸法安定性の向上は、スロットの幅の変動性（「スロット幅変動性」）の低減に対応する。スロット幅変動性を低減することにより、押出ダイによって製造される押出成形物の形状、寸法、及び他のパラメータを改善できる。このような寸法精度の向上、及びこれに対応する寸法変動性の低減は、ピン、スロット、又はピンによって形成されるスロットに限定されず、押出ダイ等のツールの他のいずれの特徴部分、形状、プロファイル、又は部品に適用することで、製造されるパーツの性能、寿命、一貫性等を改善できることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、押出ダイ１００を構築するために使用される材料は、従来のものであってよく、これを本明細書で開示される方法に従ってコーティングする。主要なダイ要素の製作に好適な従来の材料の例としては、工具鋼、いわゆる高速鋼（ｈｉｇｈ‐ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ）、マルテンサイト鋼、析出硬化鋼、及びマルテンサイトステンレス鋼等のステンレス鋼が挙げられる。いくつかの実施形態では、押出ダイ１００を構築するために使用される材料は、本明細書に記載の改質済み鋼鉄合金であってよく、これを従来の堆積方法に従って、又は本明細書で開示される方法によってコーティングする。

本明細書中で使用される場合、「マルテンサイト鋼（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ）」又は「マルテンサイトステンレス鋼（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）」は、室温（２３℃）で約９０重量％以上のマルテンサイト結晶構造を含むように加工できる、鋼鉄又はステンレス鋼を意味する。いくつかの実施形態では、マルテンサイト鋼又はステンレス鋼は、室温で約９０重量％以上のマルテンサイト結晶構造、室温で約９５重量％以上のマルテンサイト結晶構造、室温で約９６重量％以上のマルテンサイト結晶構造、室温で約９７重量％以上のマルテンサイト結晶構造、又は室温で約９８重量％以上のマルテンサイト結晶構造を含む。例示的なマルテンサイトステンレス鋼としては、限定するものではないが、４２２ステンレス鋼及び４５０ステンレス鋼等の４００系ステンレス鋼、並びに１７‐４ＰＨステンレス鋼等の析出硬化ステンレス鋼が挙げられる。

押出ダイ１００を製造する方法は、排出スロット１０８、ピン１０６、及びダイ本体１０２の組み立てのために選択される設計に少なくとも部分的に依存し得る。例えば押出ダイの構築は、成形された供給孔延長部分のための放電加工（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ＥＤＭ）と、スロット及びピンの形状を形成するためのワイヤＥＤＭスロット形成との組み合わせによる、複合放電セクション製作によって達成できる。当業者であれば、押出ダイの形状、特徴部分、及び／又は部品を形成するために使用できる、他の製造技法と製造技法との組み合わせを認識するだろう。

低Δ熱膨張係数（ＣＴＥ）堆積
本明細書に記載の実施形態によると、１つ以上の方法を利用して、物品の金属材料又は基板（例えば押出ダイ１００）と、物品又は基板の表面上に堆積させられる無機粒子との間のΔＣＴＥを制御してよい。これらの方法は：（ｉ）金属材料のオーステナイト変態温度以下で無機粒子を形成及び堆積できる堆積プロセスを開発すること；並びに目標範囲内の見かけのＣＴＥを有する堆積無機粒子によって形成された多層コーティングを開発することを含む。このようにして、ΔＣＴＥを例えば１０×１０^－６／℃である目標値に維持できる。いくつかの実施形態では、ΔＣＴＥは１０×１０^－７／℃～１０×１０^－６／℃であってよい。

いくつかの実施形態では、金属材料及び堆積無機粒子の熱膨張係数は、耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に金属材料がマルテンサイトへの変態を開始する（又は粒子の堆積中にオーステナイト変態が発生しなかった場合には、マルテンサイトへの変態を開始するであろう）温度より少なくとも１℃高い温度で測定してよい。ＣＴＥは、材料を冷却すると変化する（例えば材料がオーステナイトから変態してマルテンサイトに戻ると急速に低下する）ため、熱膨張係数を上述のような温度で測定すると、オーステナイトが変態してマルテンサイトに戻る前に金属材料中のオーステナイト結晶質相がＣＴＥに対して有している影響が、より正確に考慮される。いくつかの実施形態では、金属材料及び堆積無機粒子の熱膨張係数を室温（例えば２３℃）で測定してよく、その後、金属材料及び耐摩耗性コーティングを急冷し、これによりオーステナイトが変態してマルテンサイトに戻るのを防止する。即ち、材料が十分に急速に冷却されると、オーステナイト結晶質相は、冷却中に変態してマルテンサイトに戻るために十分な時間を有しない。

実際には、本明細書に記載の方法を利用することにより、スロット幅変動性を従来のプロセスに比べて６５％も低減できる。従来のコーティングプロセスは、各無機粒子堆積プロセスの後にスロット幅変動性が略線形に増加するという相加効果を有している。本明細書に記載の実施形態によるいくつかのコーティングプロセスは、各コーティングに関するスロット幅変動性に対して、相加効果を有しないものとすることができる。いくつかの実施形態によるコーティングプロセスがスロット幅変動性に対する相加効果を有する場合、この相加効果は低減される。これは特に有利である。というのは、場合によっては、複数の（例えば６回以上もの）コーティングサイクルを用いて、好適な耐摩耗性コーティングを押出ダイ上に堆積させるために、複数の（例えば６回以上もの）コーティングサイクルを用いる場合があるためである。いくつかの実施形態では、従来のコーティングプロセスと比較した場合のスロット幅変動性の有意な低減は、本明細書に記載のコーティングプロセスによって実現できる。

いくつかの実施形態では、無機材料を金属基板（例えば押出ダイ１００）に適用する方法は、上記金属基板の金属材料のオーステナイト変態温度を超えない、及び／又は上記金属材料に上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えさせない堆積温度で、上記無機粒子を上記金属基板の表面上に堆積させるステップを含む。いくつかの実施形態では、無機粒子を堆積させるための最高堆積温度は、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度未満であってよい。金属材料のオーステナイト変態温度は、該金属材料に関する相変態図を用いて、及び／又はある温度範囲にわたる該金属材料のＣＴＥの変化を評価することによって、決定できる。

図２のグラフ３００に示されているＣＴＥ曲線は、複数の従来の押出ダイの鋼鉄の膨張／収縮歪み曲線を示す。「４２２ＰＭ」は、従来の４２２マルテンサイトステンレス鋼である。「４５０Ｍ ＳＡ」は、従来の４５０マルテンサイトステンレス鋼である。「Ｓ２４０ ＳＡ」及び「１３‐８ＳＴ ＳＡ」は、従来のマルテンサイト析出硬化ステンレス鋼である。「ＳＡ」は「ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｎｅａｌｅｄ（溶体化処理）」の略である。

グラフ３００に示されているように、これらの鋼鉄は全て、約８０５℃以下のオーステナイト変態温度を有し、これは、８０５℃以上という従来の無機粒子堆積温度以下となり得る。グラフ３００の鋼鉄のオーステナイト変態温度は、加熱中の特定の温度における各鋼鉄に関するＣＴＥ曲線の曲率の有意な変化によって示されている。またグラフ３００に示されているように、各鉄鋼のＣＴＥ曲線は、オーステナイトが変態してマルテンサイトに戻り始める温度に鋼鉄が到達した後の冷却時に、有意に変化する。４２２ＰＭ鋼に関しては、これは冷却中に、約４００℃において発生する。図示されている他の３つの鋼鉄に関しては、このような勾配の増大は、冷却中に約１００℃において発生する。

図３及び４に示されているように、最高堆積温度を鋼鉄のオーステナイト変態温度（例えば４２２ＰＭに関して８０５℃の変態温度）以下に維持することにより、鋼鉄のＣＴＥは比較的低い値で安定したままとなる。このため、鋼鉄と堆積無機粒子との間のΔＣＴＥは、鋼鉄がオーステナイトに変態し始めるときに急激に増大しない。図３は、４２２ＰＭ鋼のオーステナイト変態温度を超える最高堆積温度を有する堆積プロセスに関する、温度に対する熱膨張（ΔＬ／Ｌ、ｐｐｍ）のグラフ４００を示す。グラフ４００に示されているように、鋼鉄は、鋼鉄中でのオーステナイトの形成の開始によって鋼鉄の熱膨張が大幅に変化する温度である約８０５℃まで、おおよそ線形の割合で熱膨張する。この大幅な変化は、鋼鉄が冷却されると、冷却時に鋼鉄がオーステナイトからマルテンサイトへと変態することにより逆転する。対照的に、グラフ５００に示されているように、堆積プロセスの最高堆積温度が８５０℃未満（例えばグラフ５００では約７７５℃）のままである場合、鋼鉄は熱膨張の大幅な変化にさらされない。

本明細書で開示される実施例によると、鋼鉄のオーステナイト変態温度未満の温度で好適な無機粒子の形成及び堆積を得るために、複数のプロセスパラメータを有するＣＶＤが開発された。以下の表１は、ＴｉＮ及びホウ素ドープＴｉＣＮ（Ｂ‐ＴｉＣＮ）粒子を堆積させるための従来のＣＶＤコーティング法と、いくつかの実施形態による、ＴｉＮ及びＢ‐ＴｉＣＮ粒子を堆積させる低温コーティング法とに関する、プロセスパラメータの比較を示す。ＴｉＣＮ粒子を堆積させるために、ホウ素ソースが含まれないことを除いて、ホウ素ドープＴｉＣＮの堆積に使用したものと同様のプロセスパラメータを用いる。従来のＣＶＤコーティング法及び低温コーティング法の両方の堆積チャンバ圧力は、ＴｉＮ堆積に関して１４０ｍｂａｒ（ミリバール）～１８０ｍｂａｒであってよい。従来のＣＶＤコーティング法及び低温コーティング法の両方の堆積チャンバ圧力は、Ｂ‐ＴｉＣＮ堆積に関して８０ｍｂａｒ～１２０ｍｂａｒであってよい。

表１に示されている低温の実施例では、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積は、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積の開始前に、基板の表面上におよそ１マイクロメートルの厚さのＴｉＮでの完全な被覆を保証し、またキャリアガス流（Ｈ_２）を従来のＣＶＤ堆積プロセスに比べて約３０％減少させることによって、達成した。いくつかの実施形態では、Ｈ_２キャリアガスの流量は、毎分２０～４０リットル（ＬＰＭ）（部分範囲を含む）であってよい。例えばいくつかの実施形態では、Ｈ_２キャリアガスの流量は、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、若しくは４０ＬＰＭ、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内であってよい。

１つ以上のタイプの無機粒子を押出ダイの金属材料のオーステナイト変態温度以下で堆積させることができるような、コーティングプロセスを開発することによって、押出ダイのスロット幅の変動を大幅に低減できる。図５は、表１に示されている低温堆積プロセスを用いてコーティングした押出ダイ（「Ａダイ」として標識）、及び表１に示されている従来の堆積プロセスを用いてコーティングしたダイ（「Ｂダイ」として標識）に関する、全スロット幅の標準偏差のグラフ６００を示す。全スロット幅の標準偏差は、押出ダイの隣接するピンの間のスロット（例えば押出ダイ１００のスロット１０８及びピン１０６）の幅距離の変動の尺度である。いくつかの実施形態では、変動が小さいほど、壁厚さが一貫した押出成形ハニカム製品が製造されることになり、これは、高精度の又は寸法が繊細な用途において特に望ましい。いくつかの実施形態では、変動はゼロであるか、又は可能な限りゼロに近い。

グラフ６００で報告されている結果は、同一回数のコーティングサイクルを経た８個のダイ（４個のＡダイ及び４個のＢダイ）の全スロット幅の変動の測定に基づく。低温堆積プロセスを使用することにより、全スロット幅の標準偏差を５０％以上低減できる。グラフ６００は、約３．５の偏差から約１．５の偏差への、約５７％の低減を示す。図６のグラフ７００に示されているように、これは、押出ダイのスロット内幅の分散の約６５％の低減をもたらす。棒グラフ７００は、試験したＡダイ及びＢダイに関するスロット内幅の分散の平均を示す。

押出成形パーツの精度が、押出成形されたハニカムの壁を画定するダイのスロットの幅に依存する、ハニカム押出ダイに関して、全スロット幅の変動の低減は、押出ダイの使用寿命
（即ちダイが目標の品質及び／又は寸法精度の部品を一貫して製造する期間）を延長するために特に有益となり得る。図７のグラフ８００に示されているように、押出ダイ内のスロット幅の分散は、後続の高温コーティングサイクルによって大幅に増大する。場合によっては、グラフ８００に示されているように、このようなスロット幅の分散の増大は、各コーティングサイクルで線形となることができる。いくつかの実施形態では、本出願の低温堆積プロセスによってこの線形傾向の勾配は減少し、これにより、その寿命の間に多数の耐摩耗性コーティング及び再コーティングプロセスを経た場合であっても、押出ダイの寿命が延長される。

図５～７に示されている試験結果は、表１に示されている低温堆積プロセスに基づく試験の結果であるが、本出願による更なる又は別の方法を用いて同様の結果を達成することもできる。堆積プロセス中にオーステナイト変態を低減若しくは排除する及び／又はΔＣＴＥを制御するための、本明細書に記載の方法のいずれは、押出ダイのスロット幅変動を同様の様式で低減する。

図８は、堆積チャンバ９００内で金属基板９１０の表面９１２上に無機粒子９２０を堆積させるための堆積プロセスを示す。図８に示されているプロセスは、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセス等の蒸着プロセスであってよい。１つ以上のガス９３０（例えばガス９３０ａ、ガス９３０ｂ、及びガス９３０ｃ）をチャンバ９００に導入して、チャンバ９００内で無機粒子を形成し、この無機粒子が表面９１２上に堆積する。１つ以上のガス９３０は、無機粒子の１つ以上の元素の原料ガスであってよい。１つ以上のガス９３０は、キャリアガスであってよい。本明細書に記載されているものを含むいずれの好適なタイプの原料ガス又はキャリアガスを、適切な流量でチャンバに導入することによって、無機粒子９２０を基板９１０の表面９１２上に形成できる。

いくつかの実施形態では、金属基板９１０は押出機部品であってよい。いくつかの実施形態では、押出機部品は押出ダイ（例えば押出ダイ１００）又は押出ダイの部品（例えばダイ本体１０２）を含んでよい。いくつかの実施形態では、基板９１０は、複数のピン１０６を有する押出ダイ１００又は押出ダイ１００の一部分を含んでよく、複数のピン１０６のうちの１つ以上の外面は、堆積プロセス中に無機粒子が堆積する金属基板９１０の表面９１２を画定する。

無機粒子９２０は、本明細書に記載のいずれのタイプの無機粒子であってよい。図８に示されている堆積プロセスを用いて、いずれの個数の、本明細書に記載の無機粒子層又は耐摩耗性コーティング層を堆積させることができる。また、図８に示されている堆積プロセスを用いて、本明細書に記載のいずれの堆積プロセスに従って無機粒子を堆積させることができる。例えば、図８に示されている堆積プロセスを用いて、表１の低温堆積プロセスに従ってＴｉＣＮ及び／又はホウ素ドープＴｉＣＮ粒子を堆積させることができる。

いくつかの実施形態では、ＴｉＣＮ及び／又はホウ素ドープＴｉＣＮ粒子９２０の堆積の前に、ＴｉＮ粒子９２０の層を、金属基板９１０の金属材料のオーステナイト変態温度より高い温度において、金属基板９１０の表面９１２上に堆積させてよい。ＴｉＮは金属表面９１２に良好に付着して、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子及び／又はＴｉＣＮ粒子を表面９１２に付着させる役割を果たす。

ＴｉＮ粒子の堆積は、８２０℃～８６０℃（部分範囲を含む）の温度で実施してよい。例えばＴｉＮ粒子の堆積は、８２０℃、８３０℃、８４０℃、８５０℃、若しくは８６０℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内で実施してよい。いくつかの実施形態では、ＴｉＮ堆積は、１時間～６時間（部分範囲を含む）にわたって実施してよい。例えばＴｉＮ堆積は、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、若しくは６時間、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内にわたって実施してよい。いくつかの実施形態では、ＴｉＮ粒子の堆積は、表面９１２上に、１マイクロメートル～５マイクロメートル（部分範囲を含む）の厚さのＴｉＮの層を形成できる。例えばＴｉＮ粒子の堆積は、表面９１２上に、１マイクロメートル、２マイクロメートル、３マイクロメートル、４マイクロメートル、若しくは５マイクロメートル、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の厚さのＴｉＮの層を形成できる。

いくつかの実施形態では、ＴｉＮ粒子９２０の堆積後、ＴｉＮ粒子９２０の層及び金属基板９１０を、基板９１０の金属材料のマルテンサイト変態温度未満の温度まで冷却してよく、これにより、ＴｉＮの堆積中に金属材料中に形成されたいずれのオーステナイトをマルテンサイトに変態させる。いくつかの実施形態では、ＴｉＮ粒子９２０の層及び金属基板９１０を、１００℃～４００℃（部分範囲を含む）の温度まで冷却してよい。例えば、ＴｉＮ粒子９２０の層及び金属基板９１０を、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、若しくは４００℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内まで冷却してよい。いずれのオーステナイトをマルテンサイトに変態させるために十分な時間量にわたって、ＴｉＮ粒子９２０の層及び金属基板９１０を上述のような低温、又は上述のような低温範囲のうちのいずれかの中に、保持してよい。

いくつかの実施形態では、ＴｉＮ粒子９２０の堆積前に、表面９１２を昇温下で調製して、表面９１２を清掃してよい。いくつかの実施形態では、この表面調製は、有機粒子を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを表面９１２上に流すことによって形成された塩酸（ＨＣｌ）と反応させることによって、表面９１２から有機粒子を除去するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記表面調製は、８２０℃～８６０℃（部分範囲を含む）の温度で実施してよい。例えば、表面調製は、８２０℃、８３０℃、８４０℃、８５０℃、若しくは８６０℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内で実施してよい。いくつかの実施形態では、表面調製は、５分～３０分（部分範囲を含む）にわたって実施してよい。例えば、表面調製は、５分、１０分、１５分、２０分、２５分、若しくは３０分、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内にわたって実施してよい。

表面調製及びＴｉＮ堆積プロセスは、基板９１０のオーステナイト変態温度より高い温度で実施してよいが、これらの高温ステップを、追加のコーティング層（例えばＢ‐ＴｉＣＮ及び／又はＴｉＣＮ）の堆積の前に、表面９１２に対して実施することによって、表面９１２上及び／又は基板９１０内のオーステナイト変態の量が制限される。いくつかの実施形態では、許容可能な結果を維持しながら、ある程度のオーステナイト変態が許される。これは例えば、これらのステップにおける制限された量のオーステナイト変態は、有意なスロット幅変動をもたらさない傾向にあるためである。更にいくつかの実施形態では、ＴｉＮ堆積及び／又は表面調製の後に、基板９１０をマルテンサイト変態温度未満に冷却することにより、これらのステップのいずれかの間に形成されたオーステナイトを変態させて、マルテンサイトに戻すことができる。これにより、基板９１０のＣＴＥを、更なる粒子、例えばホウ素ドープＴｉＣＮ粒子及び／又はＴｉＣＮ粒子の堆積のために低下させる。

表１に示されているように、本出願の実施形態によるＢ‐ＴｉＣＮ粒子９２０の堆積は、７７０℃の最高堆積温度で実施してよい。これは、一部の鋼鉄、例えば従来の４２２マルテンサイトステンレス鋼のオーステナイト変態温度未満である。いくつかの実施形態では、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子９２０の堆積は、６００℃～８６０℃（部分範囲を含む）の最高堆積温度で実施してよい。例えば、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子９２０の堆積は、６００℃、６２０℃、６４０℃、６６０℃、６８０℃、７００℃、７２０℃、７４０℃、７６０℃、８００℃、８２０℃、８４０℃、若しくは８６０℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の最高堆積温度で実施してよい。

いくつかの実施形態では、最高堆積温度でのＢ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積は、１０時間～２０時間（部分範囲を含む）にわたって実施してよい。例えば、Ｂ‐ＴｉＣＮ堆積は、１０時間、１１時間、１２時間、１３時間、１４時間、１５時間、１６時間、１７時間、１８時間、１９時間、若しくは２０時間、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲にわたって実施してよい。Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の複数の層を、複数回の堆積プロセスによって堆積させてよく、ここで各堆積プロセスは、同一の時間長にわたって、又は異なる時間長にわたって実施される。例えば、表１の低温堆積プロセスは、７７０℃でそれぞれ１７時間（合計５１時間）にわたる、３回のＢ‐ＴｉＣＮの堆積を含む。Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の複数の層は、本明細書に記載のＴｉＣＮ粒子によって層形成できる。

ＴｉＣＮ粒子は、Ｂ‐ＴｉＣＮに関して本明細書に記載されている最高堆積温度、温度範囲、時間、及び時間範囲のいずれにおいて堆積させてよい。これらの最高堆積温度、温度範囲、時間、及び時間範囲において堆積させることができる他の無機粒子としては、限定するものではないが、ホウ素（Ｂ）粒子、アルミニウムチタン窒化物（Ａｌ‐Ｔｉ‐Ｎ）粒子、チタンアルミニウム窒化物（Ｔｉ‐Ａｌ‐Ｎ）粒子、及び窒化クロム（ＣｒＮ）粒子が挙げられる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の無機粒子のうちのいずれかの組み合わせを、基板９１０の表面９１２に堆積させてよい。本明細書に記載の無機粒子のうちのいずれかの堆積により、無機材料の１つ以上の層を、基板９１０の表面９１２上に形成してよい。本明細書に記載の実施形態に従って堆積させられた無機粒子は、基板９１０の表面９１２上に耐摩耗性コーティング（例えばコーティング１０２０）を形成できる。

金属基板９１０の全体又は一部分は、あるオーステナイト変態温度を有する金属材料で形成してよい。いくつかの実施形態では、基板９１０の少なくとも表面９１２を、あるオーステナイト変態温度を有する金属材料で形成してよい。

金属基板９１０を形成する金属材料の組成によって、最高堆積温度が上記材料のオーステナイト変態温度以下であるかどうかが決定されることになる。例えばＴｉＮは８２０℃以上で堆積させることができるため、金属材料のオーステナイト変態温度が８２０℃より高い場合のみ、ＴｉＮ粒子が、金属材料のオーステナイト変態温度未満の温度で堆積されることになる。

いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料は鋼鉄であってよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料はマルテンサイト鋼であってよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料はマルテンサイトステンレス鋼であってよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料は析出硬化マルテンサイト鋼であってよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料は析出硬化マルテンサイトステンレス鋼でなくてよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０の金属材料は従来の鋼鉄材料であってよい。いくつかの実施形態では、金属基板９１０は、本明細書に記載されているように、Ａｃ１温度を上昇させた合金金属材料を含んでよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による低温堆積プロセスを用いて、基板の表面（例えば表面９１２）上に既に堆積させた耐摩耗性コーティングの上に、無機粒子を堆積させてよい。このような実施形態では、無機粒子は、基板の金属材料のオーステナイト変態温度以下の温度で、既に堆積させた耐摩耗性コーティングの上に堆積させてよい。

いくつかの実施形態では、無機粒子を、既に堆積させた耐摩耗性コーティングの上に堆積させる前に、既に堆積させた耐摩耗性コーティングの外面を調製してよい。このような実施形態では、この表面調製は、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を上記外面上に流すことによって、上記外面から酸化物を除去するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記表面調製は、有機粒子を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス及び水素（Ｈ２）ガスを上記外面上に流すことによって形成された塩酸（ＨＣｌ）と反応させることによって、上記外面から有機粒子を除去するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記表面調製は、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を流すこと、及び有機粒子を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを上記外面上に流すことによって形成された塩酸（ＨＣｌ）と反応させることによって、上記外面から有機粒子を除去するステップを含んでよい。外面の表面調製は、付着のためのＴｉＮ層を堆積させる必要なしに、新たに堆積させる無機粒子を外面に付着させるのを補助できる。

本明細書に記載のいくつかの実施形態は、無機粒子を堆積させるための化学蒸着に特に言及しているが、いずれの好適な蒸着プロセスを用いて、基板のオーステナイト変態温度以下において無機粒子を堆積させることができる。例えば物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを用いて、無機粒子を基板上に堆積させてよい。

いくつかの実施形態では、目標値（又は範囲）の見かけのＣＴＥを有するようにコーティングを開発することによって、耐摩損性コーティングと基板の金属材料との間のΔＣＴＥを制御できる。このような実施形態では、コーティングの見かけのＣＴＥに関する目標値を有するコーティングを開発することにより、１０×１０^－６／℃以下のΔＣＴＥを得ることができる。コーティングの見かけのＣＴＥは、異なる複数のＣＴＥ値を有する無機粒子で構成された層を有する多層コーティングを堆積させることで、コーティング全体の見かけの（累積）ＣＴＥを制御することによって、調整できる。

このΔＣＴＥ制御アプローチは、コーティングに関して所望の見かけのＣＴＥを生成する層状コーティング構造及び組成を開発するための、混合の規則を利用する。このアプローチはまた、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子を利用しながら、コーティングの見かけのＣＴＥに対するＢ‐ＴｉＣＮ層の影響を最小限に抑えることによって、コーティングの表面仕上げ特性を最適化できる。

Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子は、表面粗度が０．１マイクロメートル未満のコーティング層を形成できる。従って、平滑な耐摩耗性コーティングを提供するために、１つ以上のＢ‐ＴｉＣＮコーティング層を含めることが望ましい場合がある。また特に、平滑な耐摩耗性コーティングを提供するために、Ｂ‐ＴｉＣＮコーティング層を最も外側のコーティング層として堆積させると有益となり得る。

しかしながら、以下の表２に示されているように、Ｂ‐ＴｉＣＮは、他のいくつかの耐摩耗性コーティング材料に比べて比較的低いＣＴＥを有する。Ｂ‐ＴｉＣＮは他のコーティング材料より低いＣＴＥを有するため、本明細書に記載の金属材料とのΔＣＴＥが最も大きくなる。本明細書に記載の混合の規則を用いることにより、ＣＴＥ要件及び表面仕上げ要件の両方を満たすコーティング層を設計できる。

図９は、いくつかの実施形態によるコーティング済み物品１０００を示す。コーティング済み物品１０００は、基板１０１０と、基板の表面１０１２上に配置された耐摩耗性コーティング１０２０とを含む。基板１０１０は、基板９１０と同一又は同様のものであってよい。耐摩耗性コーティング１０２０は、無機粒子を基板１０１０の表面１０１２上に堆積させることによって形成される。

耐摩耗性コーティング１０２０は、第１のコーティング層１０３０、第２のコーティング層１０４０、第３のコーティング層１０５０、第４のコーティング層１０６０、及び第５のコーティング層１０７０といった、無機粒子の堆積によって形成された１つ以上のコーティング層を含んでよい。コーティング済み物品１０００は、５つのコーティング層を有するものとして図示されているが、耐摩耗性コーティング１０２０はいずれの個数のコーティング層を含んでよい。例えば、耐摩耗性コーティング１０２０は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多数のコーティング層を含んでよい。２個以上のコーティング層を含む実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０は多層耐摩耗性コーティングと呼ばれる場合がある。

コーティング１０２０の各コーティング層は、蒸着された無機粒子で形成されていてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のコーティング層は、異なる複数のタイプの無機粒子で構成されていてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のコーティング層は、同一のタイプの無機粒子で構成されていてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のコーティング層は、従来の堆積プロセスを用いて堆積させてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のコーティング層は、本明細書に記載の実施形態による低温堆積プロセスを用いて堆積させてよい。

いくつかの実施形態では、第１の堆積プロセスにおいて、無機粒子の第１のコーティング層１０３０を基板１０１０の表面１０１２上に堆積させてよく、追加の堆積プロセスにおいて、１つ以上の追加のコーティング層（例えば層１０４０、１０５０、１０６０、及び／又は１０７０）を堆積させてよい。例えば第２のコーティング層１０４０を、第１の堆積プロセスで堆積させられた無機粒子上に（即ちコーティング層１０３０上に）追加の無機粒子を堆積させる第２の堆積プロセスにおいて堆積させてよい。追加のコーティング層は、基板１０１０の金属材料のオーステナイト温度（例えばオーステナイト変態温度を超えない温度）以下で堆積させてよい。

耐摩耗性コーティング１０２０は、１マイクロメートル～１００マイクロメートル（部分範囲を含む）の合計厚さ１０２２を有してよい。例えば、厚さ１０２２は、１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、１５マイクロメートル、２０マイクロメートル、２５マイクロメートル、３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、５５マイクロメートル、６０マイクロメートル、６５マイクロメートル、７０マイクロメートル、７５マイクロメートル、８０マイクロメートル、８５マイクロメートル、９０マイクロメートル、９５マイクロメートル、若しくは１００マイクロメートル、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有する範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、厚さ１０２２は２マイクロメートル～６５マイクロメートルであってよい。

多層コーティングの個々のコーティング層（例えば層１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、及び／又は１０７０）は、合計厚さ１０２２の一部である厚さ１０３２を有する。いくつかの実施形態では、１つ以上の個々のコーティング層の厚さ１０３２は同一であってよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の個々のコーティング層の厚さ１０３２は異なっていてよい。個々のコーティング層の厚さ１０３２を調整することによって、耐摩耗性コーティング１０２０に所望の見かけのＣＴＥを提供できる。個々の層の厚さ１０３２は、０．５マイクロメートル～１００マイクロメートル（部分範囲を含む）であってよい。例えば、個々の層の厚さ１０３２は、０．５マイクロメートル、１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、１５マイクロメートル、２０マイクロメートル、２５マイクロメートル、３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、５５マイクロメートル、６０マイクロメートル、６５マイクロメートル、７０マイクロメートル、７５マイクロメートル、８０マイクロメートル、８５マイクロメートル、９０マイクロメートル、９５マイクロメートル、９９マイクロメートル、若しくは１００マイクロメートル、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有する範囲内であってよい。

いくつかの実施形態では、連続する複数の堆積ステップにおいて堆積させられた粒子間の個々の厚さは、個別に識別可能ではなくなる。例えば複数回の粒子の堆積の実施（例えば第１の粒子が第１の実施において堆積され、第２の粒子がこれに続く第２の実施において堆積される）、並びに／又は複数の異なる材料（例えばＢ‐ＴｉＣＮ及びＴｉＣＮの両方）は、単一の厚さを有する単一の層に、又は単一の層として、組み合わされるか又は分散されていてよい。

耐摩耗性コーティング１０２０のコーティング層（例えば層１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、及び／又は１０７０）は、本明細書に記載のいずれの無機粒子で形成されていてよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０の１つ以上のコーティング層は、ホウ素ドープ炭窒化チタン層を形成するホウ素ドープ炭窒化チタン粒子を含んでよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０の１つ以上のコーティング層は、炭窒化チタン層を形成する炭窒化チタン粒子を含んでよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０の１つ以上のコーティング層は、窒化チタン層を形成する窒化チタン粒子を含んでよい。いくつかの実施形態では、第１のコーティング層１０３０は、追加の層を表面１０１２に付着させるのを支援するための、ＴｉＮ粒子層であってよい。

いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０は、ホウ素ドープ炭窒化チタン層及び炭窒化チタン層を含む多層コーティングであってよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０は、複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層及び複数の炭窒化チタン層を含む多層コーティングであってよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０は、ホウ素ドープ炭窒化チタン層、炭窒化チタン層、及び窒化チタン層を含む多層コーティングであってよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０は、複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層、複数の炭窒化チタン層、及び複数の窒化チタン層を含む多層コーティングであってよい。

いくつかの実施形態では、耐摩耗性コーティング１０２０の最外層（例えば図９に示されている第５のコーティング層１０７０）は、ホウ素ドープ炭窒化チタン粒子で形成されたホウ素ドープ炭窒化チタン層であってよい。ホウ素ドープ炭窒化チタン粒子を用いて耐摩耗性コーティング１０２０の最外層を形成することにより、耐摩耗性コーティング１０２０に、所望の上面粗度、例えば０．１マイクロメートル～０．０２５マイクロメートルの上面粗度（Ｒ_ａ）を提供できる。表２に示されているように、他のタイプの無機粒子は、より高い表面粗度（Ｒ_ａ）を有する層を形成する。

いくつかの実施形態では、ホウ素ドープＴｉＣＮの最外層は、少なくとも５マイクロメートルの厚さを有してよい。いくつかの実施形態では、少なくとも５マイクロメートルの厚さを有するホウ素ドープＴｉＣＮの最外層は、多層コーティングの表面粗度を、例えば特に低い押出圧力に関して許容可能なレベルに維持するために十分なものであることが分かっている。実際には、許容可能な表面仕上げは、押出バッチ組成物及び目標成果パラメータに依存するが、特に壁の抗力が高いバッチの場合、０．０５マイクロメートル～０．２マイクロメートルの表面粗度（Ｒ_ａ）によって、許容可能な結果が得られることが分かっている。

多層耐摩耗性コーティング（例えば耐摩耗性コーティング１０２０）の見かけのＣＴＥは、多層コーティングの個々のコーティング層の個数、厚さ、及び無機材料を調整することによって制御できる。本出願の目的のために、多層コーティングの見かけのＣＴＥ（Ａ）は、以下の式：
Ａ＝（ｆ_１）（ＣＴＥ_１）＋（ｆ_２）（ＣＴＥ_２）＋（ｆ_３）（ＣＴＥ_３）…＋（ｆ_ｎ）（ＣＴＥ_ｎ） （式１）
を用いて計算され、ここで：ｆ＝層の部分的厚さ（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）であり、ＣＴＥ＝層の熱膨張係数である。部分的厚さは、層の厚さ（Ｔｌ）を多層コーティングの合計厚さ（Ｔｔ）で除算することによって計算される。

従って、各層の部分的熱膨張係数（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は、以下の式：
ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌ （式２）
で計算され、ここで：ｆＣＴＥ＝各層の部分的熱膨張係数であり、Ｔｌ＝各層の厚さであり、Ｔｔ＝多層コーティングの合計厚さであり、ＣＴＥｌ＝各層の熱膨張係数である。

一例として、２マイクロメートル厚のＴｉＮコーティング、３６．６マイクロメートル厚のＴｉＣＮコーティング、及び６．４マイクロメートル厚のＢ‐ＴｉＣＮコーティングを有する多層コーティングの見かけのＣＴＥは、８×１０^－６／℃である。この例では、オーステナイトに変態した鋼鉄、及びこれに対応する１８×１０^－６／℃へのＣＴＥ上昇についてさえ、鋼鉄とこの多層コーティングとの間のΔＣＴＥは１０×１０^－６／℃に等しい。

いくつかの実施形態では、多層コーティングの見かけのＣＴＥは、８×１０^－６／℃～９×１０^－６／℃（部分範囲を含む）であってよい。例えば、多層コーティングの見かけのＣＴＥは、８×１０^－６／℃、８．１×１０^－６／℃、８．２×１０^－６／℃、８．３×１０^－６／℃、８．４×１０^－６／℃、８．５×１０^－６／℃、８．６×１０^－６／℃、８．７×１０^－６／℃、８．８×１０^－６／℃、８．９×１０^－６／℃、若しくは９×１０^－６／℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内であってよい。

表２に示されているように、ホウ素ドープＴｉＣＮ自体のＣＴＥは５×１０^－６／℃である。従って、鋼鉄がオーステナイトに変態して、そのＣＴＥが１８×１０^－６／℃に上昇すると、これはホウ素ドープＴｉＣＮ層と１３×１０^－６／℃のΔＣＴＥを形成する。上述のように、これは鋼鉄製のツールの寸法変化、例えば押出ダイのピンの永久的な変形を引き起こす可能性がある。本明細書に記載の多層コーティングのＣＴＥを制御することによって、コーティングの表面粗度を制御するためにホウ素ドープＴｉＣＮを多層コーティングに（特に多層コーティングの最外層として）使用できる。いくつかの実施形態では、押出バッチ組成物を押出成形するために必要な押出圧力を低減するため、及び／又はスループットを向上させるために、より平滑なコーティング表面を有利に利用できる。

様々なコーティング済み金属基板を、本明細書に記載の低温堆積プロセス及び見かけのＣＴＥの制御方法によって作製してよい。例示的なコーティング済み基板としては、限定するものではないが、コーティング済み押出ダイ、コーティング済みハニカム押出ダイ、及び研削ツール、ブレード、又はドリルビットといったコーティング済み切削ツールが挙げられる。

いくつかの実施形態では、コーティング済み金属基板は、鋼鉄製本体（例えばダイ本体１０２）と、上記鋼鉄製本体の表面（例えば１つ以上のピン１０６の外面）上に堆積された、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を有する多層耐摩耗性コーティング（例えばコーティング１０２０）とを含んでよい。鋼鉄製本体の表面は、温度Ｔ℃で測定した場合にＸ／℃である熱膨張係数を有する鋼鉄を含んでよく、多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔで測定した場合にＹ／℃である見かけの熱膨張係数を備えてよく、ＸとＹとの差は１０×１０^－６／℃以下である。このような実施形態では、鋼鉄及び多層耐摩耗性コーティングの熱膨張係数は、鋼鉄及び多層耐摩耗性コーティングを、鋼鉄のオーステナイト変態温度以上の温度まで加熱し、鋼鉄及び多層耐摩耗性コーティングを温度Ｔまで冷却することによって測定でき、ここでＴは、冷却中に鋼鉄がマルテンサイト（Ｍｓ）に変態する温度より１℃高い温度に等しい。鋼鉄がオーステナイトに変態した後で、鋼鉄がマルテンサイトに変態する温度より１℃高い温度に等しい温度でΔＣＴＥを測定することにより、オーステナイトに変態した鋼鉄と、本明細書に記載の実施形態による多層耐摩耗性コーティングとの間の、最大ΔＣＴＥを捕捉する。

いくつかの実施形態では、コーティング済み金属基板を作製するための堆積法は、金属基板の鋼鉄材料のオーステナイト変態温度を超える堆積温度で多層耐摩耗性コーティングの１つの層をそれぞれ堆積させる複数の堆積プロセスで、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を有する多層耐摩耗性コーティングを、鋼鉄基板の表面上に堆積させるステップを含んでよい。このような実施形態では、多層耐摩耗性コーティングの見かけのＣＴＥは、冷却中に鋼鉄がマルテンサイトに変態する温度より１℃高い温度に等しい温度でΔＣＴＥを測定した場合に、ΔＣＴＥが１０×１０^－６／℃以下となるように調整してよい。

オーステナイト変態温度を制御するための合金形成
いくつかの実施形態では、同様の機械的特性を有する従来の鋼鉄に対してオーステナイト変態（Ａｃ１）温度が上昇した、鋼鉄の合金組成物を開発する。例えば、Ａｃ１温度が約８０５℃である従来の鋼鉄（例えば４２２ステンレス鋼）に対する合金組成物は、８０５℃超（例えば８５０℃）のＡｃ１温度を有する改質済み鋼鉄を生成するように設定してよい。これに対応して、鋼鉄のＡｃ１温度に対して本開示の組成物が有する影響によって、オーステナイト変態の低減を実現できる。別の例として、本明細書に記載の鋼鉄合金は、従来の１７‐４析出硬化鋼鉄等のベース組成物との比較で開発できる。

従来の鋼鉄のＡｃ１温度を改変することにより、鋼鉄中での有意な量のオーステナイト形成を回避する、又はオーステナイト形成を完全に回避することによって、無機粒子の堆積中のΔＣＴＥを最小化できる。本明細書に記載されているように、ΔＣＴＥの最小化により、押出ダイのピンの変形、従ってスロット幅変動性を最小化できる。これは、押出成形製品の一貫性の改善、例えば押出成形ハニカム製品のより一貫した壁厚につながる。

本明細書中で使用される場合、用語「従来の鋼鉄（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｔｅｅｌ）」は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）、米国鉄鋼協会（ＡＩＳＩ）、及び自動車技術者協会（ＳＡＥ）等といった、業界で認識されている規格組織によって定義及び指定された合金を有する鋼鉄を意味する。いくつかの実施形態では、従来の鋼鉄はステンレス鋼であってよい。いくつかの実施形態では、従来の鋼鉄はマルテンサイト鋼であってよい。いくつかの実施形態では、従来の鋼鉄はマルテンサイトステンレス鋼であってよい。いくつかの実施形態では、従来の鋼鉄は析出硬化鋼であってよい。いくつかの実施形態では、従来の鋼鉄は磁性鋼であってよい。本明細書中で使用される場合、「磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）鋼は、磁性鋼で作製された部品の表面及び上記表面上に配置された磁石を地面に対して垂直に位置決めした場合に、磁石を磁気によって保持する鋼鉄である。例示的な従来の鋼鉄としては、限定するものではないが、４２２ステンレス鋼、４５０ステンレス鋼、及び６３０又は１７‐４ＰＨ（析出硬化）ステンレス鋼が挙げられる。

本明細書に記載の実施形態による鋼鉄の合金組成物の開発は、本明細書で開示されている量及び範囲で存在する合金元素の重量百分率を選択するステップを含む。本明細書に記載の実施形態に従って開発される合金組成物は、従来の鋼鉄に概ね匹敵するか又は同等の機械的特性、例えば硬度、硬化特性、磁性、又は降伏強度を有することができる。

鋼鉄のオーステナイト変態温度を上昇させることにより、無機粒子の堆積（及び他の製造作業）を、安定した略一定のＣＴＥを維持したまま、従来の鋼鉄のオーステナイト変態温度を超える温度で実施できる。特に押出ダイに関して、これは、耐摩耗性コーティング（例えばコーティング１０２０）と鋼鉄との間のΔＣＴＥを低減する。これにより、押出ダイのピンを有意に変形させることなく、多様な耐摩耗性コーティングの塗布が可能となる。押出ダイに使用されるこれらのコーティングのいくつかの例としては、限定するものではないが、ＴｉＣＮ、ホウ素ドープＴｉＣＮ、Ａｌ‐Ｔｉ‐Ｎ（アルミニウムチタン窒化物）、Ｔｉ‐Ａｌ‐Ｎ（チタンアルミニウム窒化物）、ＣｒＮ、及びＴｉＮが挙げられる。

以下の表３は、従来の４２２ステンレス鋼の合金組成物の例を、本明細書中の開示に従って開発されたある合金との比較で示す。表３に示されているように、特定の合金元素の重量パーセント（重量％）は、従来の４２２ステンレス鋼組成物に比べて上下していてよく、これにより、４２２ステンレス鋼の８０５℃に対して、８５０℃を超えるＡｃ１温度がもたらされる。

いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるように開発されたステンレス鋼合金のＡｃ１温度は、同様の機械的特性を有する従来の合金に対して、少なくとも１０℃～２００℃（部分範囲を含む）上昇させることができる。例えばＡｃ１温度は、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、若しくは２００℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ上昇させることができる。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による鋼鉄は、８５０℃以上のＡｃ１温度を有してよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による鋼鉄は、８５０℃～１０００℃（部分範囲を含む）のＡｃ１温度を有してよい。例えば鋼鉄は、８５０℃、８６０℃、８７０℃、８８０℃、８９０℃、９００℃、９１０℃、９２０℃、９３０℃、９４０℃、９５０℃、９６０℃、９７０℃、９８０℃、９９０℃、若しくは１０００℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内のＡｃ１温度を有してよい。

表３の改質済み４２２ステンレス鋼の上昇したＡｃ１温度は、図１０及び１１に示されている。図１０及び１１のグラフ１１００及び１２００は、例示的な堆積プロセスに関する温度に対する熱膨張（ΔＬ／Ｌ、ｐｐｍ）を示す。従来の４２２ステンレス鋼組成物について、鋼鉄は、鋼鉄中でのオーステナイト変態の開始によって鋼鉄の熱膨張が大幅に変化する温度である約８０５℃まで、おおよそ線形の割合で熱膨張する。この大幅な変化は、鋼鉄が冷却されると、冷却時に鋼鉄がオーステナイトからマルテンサイトへと変態することにより逆転する。対照的に、グラフ１２００に示されているように、改質済み４２２ステンレス鋼組成物は、８５０℃未満の温度では熱膨張の変化にさらされない。従って、改質済み４２２ステンレス鋼組成物のＡｃ１温度は８５０℃超である。

以下の表４は、８５０℃を超えるＡｃ１温度を有する、いくつかの実施形態による改質済みマルテンサイト４２２ステンレス鋼材料に関する、高い及び低い重量百分率を示す。表４に示されている予測Ａｃ１温度は、ケンブリッジ大学の材料アルゴリズムプロジェクトを通して利用可能な様々な鋼鉄材料に関するＡｃ１温度データを用いた、経験的な計算に基づく。上記データを用いて、鋼鉄のＡｃ１温度を予測するための経験的な数学モデルを、その合金含有量に基づいて生成した。これらのモデルが正確な予測を生成することを確認するために、これらのモデルを用いて、従来の４２２マルテンサイトステンレス鋼のＡｃ１温度を予測した。次にこの予測を、従来の４２２ステンレス鋼のＣＴＥ曲線からの実際のＡｃ１温度と比較した。表４に示されているように、上記モデルは８０５℃のＡｃ１温度を予測した。これは図１０と一致している。

表４に示されているように、合金含有量の改変により、鋼鉄のＡｃ１温度を大幅に上昇させることができる。これにより、高温の耐摩耗性コーティングを、安定したＣＴＥ値で、鋼鉄基板上に堆積させることができる。表４に示されている高い及び低い重量百分率により、従来の４２２ステンレス鋼に匹敵する機械加工性及び硬化性を保持した合金鋼が得られる。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による改質済み鋼鉄は、８５キロポンド毎平方インチ（ｋｓｉ）～２００キロポンド毎平方インチ（部分範囲を含む）の降伏強度を有してよい。例えば、改質済み鋼鉄は、８５ｋｓｉ、９０ｋｓｉ、１００ｋｓｉ、１１０ｋｓｉ、１２０ｋｓｉ、１３０ｋｓｉ、１４０ｋｓｉ、１５０ｋｓｉ、１６０ｋｓｉ、１７０ｋｓｉ、１８０ｋｓｉ、１９０ｋｓｉ、２００ｋｓｉ、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の降伏強度を有してよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による改質済み鋼鉄は、１８～６０のロックウェルＣ硬度を有してよい。例えば、改質済み鋼鉄は、１８、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、若しくは６０、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内のロックウェルＣ硬度を有してよい。

表３及び４は、４２２ステンレス鋼と機械的に同様の例示的な組成物を示しているが、あるオーステナイト変態温度を有する他の金属材料を、本明細書に記載の上昇したＡｃ１温度を有するように改質することもできる。その更なる例は、以下の表５に示されているように従来の１７‐４析出硬化（ＰＨ）合金との比較で提示される合金である。

表５に示されている改質済み１７‐４ＰＨ鋼は、従来の１７‐４鋼鉄の機械的特性及び機械加工特性を概ね保持しているが、表３及び４の改質済み４２２鋼のように、上昇したＡｃ１温度を有する。改質済み１７‐４ＰＨは、改質済み４２２ステンレス鋼ほど高く上昇したＡｃ１温度を示さないが、従来の１７‐４ＰＨ鋼のＡｃ１温度を上昇させることにより、Ａｌ‐Ｔｉ‐Ｎの比較的低温のコーティングを、オーステナイト変態をそれほど又は全く発生させずに堆積させることができる。更にこれは、オーステナイト変態温度を上昇させることによって、所与の堆積プロセスに関するオーステナイト変態の量を低減できる。

いくつかの実施形態では、改質済み１７‐４ＰＨ鋼のＡｃ１温度は、７２５℃～８７５℃（部分範囲を含む）であってよい。例えば、改質済み１７‐４ＰＨ鋼は、７２５℃、７５０℃、７７５℃、８００℃、８２５℃、８５０℃、若しくは８７５℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内のＡｃ１温度を有してよい。

図１２は、様々な合金形成元素の、鋼鉄のオーステナイト変態温度に対する影響のグラフ１３００を示す。グラフ１３００に示されているように、モリブデン（Ｍｏ）及びマンガン（Ｍｎ）は、比較的低温でのオーステナイトの形成に寄与する傾向を有する。しかしながら、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ケイ素（Ｓｉ）、及びクロム（Ｃｒ）は、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。グラフ１３００の曲線の勾配（正又は負の勾配）が急であるほど、オーステナイト変態温度に対するその元素の影響が強いことを意味する。

以下は、本出願の実施形態による例示的な金属組成物である。いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄、モリブデン、及びタングステン、並びにマンガン、ニッケル、クロム、及びバナジウムのうちの少なくとも１つを含む、鋼鉄であってよい。このような実施形態では、マンガン、ニッケル、クロム、及びバナジウムは以下の範囲で存在してよい：マンガン：０．１重量％未満、ニッケル：０．７重量％未満、クロム：１２．５重量％超、及びバナジウム：０．３重量％超。

いくつかの実施形態では、上記金属は、１．０重量％～１．５重量％（部分範囲を含む）の量のモリブデンを含んでよい。例えば、モリブデンは、１．０重量％、１．１重量％、１．２重量％、１．３重量％、１．４重量％、若しくは１．５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の量で存在してよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、０．７５重量％～１．２５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するモリブデンを含んでよい。例えば、モリブデンは、０．７５重量％、０．８重量％、０．９重量％、１重量％、１．１重量％、１．２重量％、若しくは１．２５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

いくつかの実施形態では、上記金属は、０．９重量％～１．３重量％（部分範囲を含む）の量のタングステンを含んでよい。例えば、タングステンは、０．９重量％、１．０重量％、１．１重量％、１．２重量％、若しくは１．３重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の量で存在してよい。

いくつかの実施形態では、上記金属は、０．１重量％未満の量のマンガンを含んでよい。例えば、上記金属は、０．０９重量％、０．０８重量％、０．０７重量％、０．０６重量％、０．０５重量％、０．０４重量％、０．０３重量％、０．０２重量％、０．０１重量％、若しくは０重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内のマンガンを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記金属は、０．０５重量％未満だけ存在するマンガンを含んでよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、０．１重量％～０．９重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するマンガンを含んでよい。例えば、マンガンは、０．１重量％、０．２重量％、０．３重量％、０．４重量％、０．５重量％、０．６重量％、０．７重量％、０．８重量％、若しくは０．９重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

いくつかの実施形態では、上記金属は、０．７重量％未満だけ存在するニッケルを含んでよい。例えば、上記金属は、０．６５重量％、０．６重量％、０．５５重量％、０．５重量％、０．４５重量％、０．４重量％、０．３５重量％、０．３重量％、０．２５重量％、０．２重量％、０．１５重量％、０．１重量％、０．０５重量％、若しくは０重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内のニッケルを含んでよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、３重量％～４重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するニッケルを含んでよい。例えば、ニッケルは、３重量％、３．２重量％、３．４重量％、３．５重量％、３．６重量％、３．８重量％、若しくは４重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

いくつかの実施形態では、上記金属は、１２．５重量％以上だけ存在するクロムを含んでよい。例えば、上記金属は、１３重量％、１４重量％、１５重量％、１６重量％、１７重量％、若しくは１８重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在するクロムを含んでよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、１６重量％～１９重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するクロムを含んでよい。例えば、クロムは、１６重量％、１６．５重量％、１７重量％、１７．５重量％、１８重量％、１８．５重量％、若しくは１９重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

バナジウムは、チタン、モリブデン、タングステン、ケイ素、及びクロムと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０．３重量％超だけ存在するバナジウムを含んでよい。例えば、上記金属は、０．３５重量％、０．４重量％、０．４５重量％、０．５重量％、０．５５重量％、０．６重量％、０．６５重量％、０．７重量％、０．７５重量％、０．８重量％、０．８５重量％、０．９重量％、０．９５重量％、若しくは１重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在するバナジウムを含んでよい。

銅は、チタン、モリブデン、タングステン、ケイ素、及びクロムと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０重量％～０．０５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在する銅を含んでよい。例えば、銅は、０重量％、０．０１重量％、０．０２重量％、０．０３重量％、０．０４重量％、若しくは０．０５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。いくつかの実施形態では、上記金属は銅を含まなくてよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、１．５重量％～３重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在する銅を含んでよい。例えば、銅は、１．５重量％、１．７５重量％、２重量％、２．２５重量％、２．５重量％、２．７５重量％、若しくは３重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

コバルトは、チタン、モリブデン、タングステン、ケイ素、及びクロムと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０重量％～０．１重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するコバルトを含んでよい。例えば、コバルトは、０重量％、０．０１重量％、０．０２重量％、０．０３重量％、０．０４重量％、０．０５重量％、０．０６重量％、０．０７重量％、０．０８重量％、０．０９重量％、若しくは０．１重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。いくつかの実施形態では、上記金属はコバルトを含まなくてよい。

ケイ素は、チタン、モリブデン、タングステン、ケイ素、及びクロムと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０重量％～１．１重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するケイ素を含んでよい。例えば、ケイ素は、０重量％、０．１重量％、０．２重量％、０．３重量％、０．４重量％、０．５重量％、０．６重量％、０．７重量％、０．８重量％、０．９重量％、１重量％、若しくは１．１重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、０．７５重量％～１．２５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するケイ素を含んでよい。例えば、ケイ素は、０．７５重量％、０．８重量％、０．９重量％、１重量％、１．１重量％、１．２重量％、若しくは１．２５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

ニオブは、チタン、モリブデン、タングステン、ケイ素、及びクロムと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成を低減又は防止する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０．７５重量％～１．２５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在するニオブを含んでよい。例えば、ニオブは、０．７５重量％、０．８重量％、０．８５重量％、０．９重量％、０．９５重量％、１重量％、１．０５重量％、１．１重量％、１．１５重量％、１．２重量％、若しくは１．２５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

炭素は、モリブデン及びマンガンと同様に、比較的低温でのオーステナイトの形成に寄与する傾向を有する。いくつかの実施形態では、上記金属は、０．１５重量％～０．２５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在する炭素を含んでよい。例えば、炭素は、０．１５重量％、０．１６重量％、０．１７重量％、０．１８重量％、０．１９重量％、０．２重量％、０．２１重量％、０．２２重量％、０．２３重量％、０．２４重量％、若しくは０．２５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。いくつかの実施形態では、炭素は０．１５重量％～０．２重量％の範囲内で存在してよい。いくつかの実施形態では、析出硬化鋼は、０．０２５重量％～０．０７５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在する炭素を含んでよい。例えば、炭素は、０．０２５重量％、０．０３重量％、０．０４重量％、０．０５重量％、０．０６重量％、０．０７重量％、若しくは０．０７５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄、モリブデン、及びタングステンを含み、また以下の範囲のマンガン、ニッケル、クロム、及びバナジウムを含む、鋼鉄であってよい：マンガン：０重量％～０．０５重量％、ニッケル：０．３５重量％～０．６５重量％、クロム：１３重量％～１４重量％、及びバナジウム：０．３５重量％～０．６５重量％。

いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄、モリブデン、及びタングステンを含み、また以下の範囲のマンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、及びバナジウムを含む、鋼鉄であってよい：マンガン：０重量％～０．０５重量％、銅：０重量％～０．０５重量％、ニッケル：０．３５重量％～０．６５重量％、クロム：１３重量％～１４重量％、モリブデン：１．０重量％～１．５重量％、及びバナジウム：０．３５重量％～０．６５重量％。

いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄、モリブデン、及びタングステンを含み、また以下の範囲のマンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、及びコバルトを含む、鋼鉄であってよい：マンガン：０重量％～０．０５重量％、銅：０重量％～０．０５重量％、ニッケル：０．３５重量％～０．６５重量％、クロム：１３重量％～１４重量％、モリブデン：１．０重量％～１．５重量％、バナジウム：０．３５重量％～０．６５重量％、タングステン：０．９重量％～１．３重量％、及びコバルト：０重量％～０．１重量％。

いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄、モリブデン、及びタングステンを含み、また以下の範囲のマンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、コバルト、及び炭素を含む、鋼鉄であってよい：マンガン：０重量％～０．０５重量％、銅：０重量％～０．０５重量％、ニッケル：０．３５重量％～０．６５重量％、クロム：１３重量％～１４重量％、モリブデン：１．０重量％～１．５重量％、バナジウム：０．３５重量％～０．６５重量％、タングステン：０．９重量％～１．３重量％、コバルト：０重量％～０．１重量％、及び炭素：０．１５重量％～０．２５重量％。

いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄と、以下の範囲の炭素、ケイ素、マンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、及びコバルトのうちの少なくとも５つとを含む、マルテンサイトステンレス鋼であってよい：炭素：０．１５重量％～０．２５重量％、ケイ素：０重量％～１．１重量％、マンガン：０重量％～０．０５重量％、銅：０重量％～０．０５重量％、ニッケル：０．３５重量％～０．６５重量％、クロム：１３重量％～１４重量％、モリブデン：１．０重量％～１．５重量％、バナジウム：０．３５重量％～０．６５重量％、タングステン：０．９重量％～１．３重量％、及びコバルト：０重量％～０．１重量％。いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄と、上述の範囲の炭素、ケイ素、マンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、及びコバルトのうちの少なくとも６つとを含む、マルテンサイトステンレス鋼であってよい。いくつかの実施形態では、上記金属は、鉄と、上述の範囲の炭素、ケイ素、マンガン、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、及びコバルトのうちの少なくとも７つとを含む、マルテンサイトステンレス鋼であってよい。

いくつかの実施形態では、鉄は、７０重量％～８５重量％（部分範囲を含む）の範囲内で存在してよい。例えば、鉄は、７０重量％、７２．５重量％、７５重量％、７７．５重量％、８０重量％、８２．５重量％、若しくは８５重量％、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内だけ存在してよい。

上述の鋼鉄のうちのいずれを、金属製物品のための金属製本体に成形してよく、上記金属製物品を、本明細書に記載の無機粒子でコーティングしてよい。例えば上述の鋼鉄のうちのいずれを、押出ダイ若しくはその一部分（例えば押出ダイ１００若しくはその一部分）、切削ツール、又は研削ツールへと成形してよく、これらを、本明細書に記載の無機粒子でコーティングしてよい。無機粒子を金属製本体の表面に配置して、金属製本体の表面上に耐摩耗性コーティングを形成してよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による改質済み鋼鉄は、８４９℃で測定されたある熱膨張係数を有してよく、耐摩耗性コーティングは、８４９℃で測定されたある熱膨張係数を有してよく、改質済み鋼鉄と耐摩耗性コーティングとの間のΔＣＴＥは１０×１０^－６／℃以下である。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態による改質済み鋼鉄を、粉末冶金及び関連する加工によって、金属製本体へと成形してよい。このような実施形態では、改質済み鋼鉄の金属材料は、固結した金属粉末を含む。いくつかの実施形態では、粉末冶金的成形及び加工は、米国特許第６，３０２，６７９号明細書に記載されている成形及び加工と同一又は同様であってよい。

例えばいくつかの実施形態では、金属製本体の成形は、鉄粉末、モリブデン粉末、及びタングステン粉末、並びにマンガン粉末、ニッケル粉末、クロム粉末、及びバナジウム粉末のうちの少なくとも１つを、混合して固結させるステップを含んでよい。またいくつかの実施形態では、マンガン粉末、ニッケル粉末、クロム粉末、及びバナジウム粉末は、以下の範囲内であってよい：マンガン：０．１重量％未満、ニッケル：０．７重量％未満、クロム：１２．５重量％超、及びバナジウム：０．３重量％超。他の合金組成物を、同一の様式で金属製本体へと成形してもよい。

ＴｉＣＮ及び／又はホウ素ドープＴｉＣＮ粒子の低温堆積法
いくつかの実施形態では、ＴｉＣＮ及び／又はホウ素ドープＴｉＣＮ（Ｂ‐ＴｉＣＮ）無機粒子堆積プロセスのための原料ガスを、金属基板のＡｃ１温度以下の温度で無機粒子が堆積されるように調整してよい。例えば、ＴｉＣＮ及び／又はホウ素ドープＴｉＣＮ無機粒子９２０の形成のために堆積チャンバ９００に導入される原料ガス９３０を調整して、無機粒子９２０の形成に必要な温度を金属基板９１０の金属材料のＡｃ１温度以下に低減してよい。いくつかの実施形態では、金属材料は従来の金属合金であってよい。いくつかの実施形態では、金属材料は、本明細書に記載の実施形態による、改質済み金属合金であってよい。

ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積に必要な堆積温度の低減は、以下の方法のうちの少なくとも１つを用いて達成してよい。いくつかの実施形態では、以下の方法のうちの１つ以上の組み合わせを利用してよい。１）６５．９キロジュール／モル未満の生成熱エネルギを有する、炭素及び窒素のための単一の原料ガスを含む、堆積法。２）２つの原料ガス、即ち炭素‐窒素単結合を有する気体分子を含む炭素のための１つの原料ガス、及び窒素のための１つの原料ガスを含む、堆積法。３）無機粒子を形成するための有機金属化合物を含む原料ガスを含む堆積法。４）反応して無機粒子を形成する２つ以上の原料ガスと、アルミニウム含有有機金属還元剤とを含む堆積法。

第１の方法では、６５．９キロジュール／モル未満の生成熱エネルギを有する、炭素及び窒素のための単一の原料ガスを利用して、堆積チャンバ９００内でのＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の形成に必要な温度を低減する。従来のＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ堆積プロセスでは、炭素及び窒素両方のための原料ガスとしてアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）が使用されてきた。アセトニトリルは、６５．９キロジュール／モルの生成熱エネルギを有する。生成熱エネルギがより低い好適な炭素及び窒素原料ガスを利用することによって、ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮをより低い温度で形成できる。いくつかの実施形態では、炭素及び窒素のための単一の原料ガスは、４個以上の炭素原子の炭素鎖を有する気体分子を含んでよい。この第１の方法では、炭素及び窒素のための単一の原料ガスは、堆積されるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子中のこれらの元素の唯一のソースであってよい。炭素及び窒素の追加のソースは存在しなくてよい。

この第１の方法では、ＴｉＣＮ又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の形成のためにチタン原料ガスが必要である。いくつかの実施形態では、チタン原料ガスは四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）であってよい。いくつかの実施形態では、チタン原料ガスは有機金属化合物であってよい。好適な有機金属化合物としては、本明細書に記載されているもの、例えばテトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＴＤＭＡＴ）が挙げられる。

６５．９キロジュール／モル未満の生成熱エネルギを有する炭素及び窒素原料ガスとしては、ニトリル類、例えば限定するものではないが、トリクロロアセトニトリル（ＣＣｌ_３ＣＮ）、プロピオニトリル（ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＮ）、アクリロニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、ｔｒａｎｓ２‐ブチロニトリル、３‐ブテンニトリル、スクシノニトリル、シクロブタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、１‐シクロヘキセンカルボニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、１‐シクロペンテンカルボニトリル、シクロプロパンカルボニトリル、オクタンニトリル、２，２‐ジメチルプロパンニトリル、ヘプタンニトリル、アジポニトリル、マロノニトリル、メタクリロニトリル、２‐メチルプロパンニトリル、ｔｒａｎｓ‐３‐ペンテンニトリルが挙げられる。好適なニトリル類は、Ａ‐ＣＮの基本式を含んでよく、ここでＡはアルキル、アルケニル、シクロアルカニル、シクロアルケニルであり、これらのうちのいずれは任意に１つ以上のクロロ基で置換される。

この第１の方法の、Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積を含む実施形態では、１つ以上のホウ素含有原料ガスをチャンバ９００に導入する。１つ以上のホウ素含有原料ガスは、ボラン、ジボラン、三塩化ホウ素、トリメチルアミンボラン（（ＣＨ_３）_３ＮＢＨ_３）（ＴＭＡＢ）、又はこれらの組み合わせであってよい。

第２の方法では、炭素及び窒素のための別個の原料ガスを利用して、堆積チャンバ９００内でのＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の形成に必要な温度を提言する。この第２の方法による実施形態では、少なくとも２つの原料ガス、即ち少なくとも炭素のためのソースである１つの原料ガスと、少なくとも窒素のためのソースである１つの原料ガスとを利用する。いくつかの実施形態では、窒素のためのソースが炭素のためのソースでもあってよい。いくつかの実施形態では、窒素のためのソースは炭素のためのソースでなくてよい。いくつかの実施形態では、窒素のためのソースはアンモニア（ＨＮ_３）であってよい。

この第２の方法の実施形態による方法では、炭素のためのソースは、炭素‐窒素単結合を有する気体分子を含む。炭素‐窒素単結合を有する好適な気体分子を利用することによって、ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮを、従来の堆積プロセスよりも低温で形成できる。

この第２の方法のための好適な炭素ソースとしては、限定するものではないがジアルキル及びトリアルキルアミン等の、アミンが挙げられる。好適なジアルキル及びトリアルキルアミンとしては、限定するものではないが、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ）、ジメチルアミン、塩酸ジメチルアミン、及びトリメチルアミンが挙げられる。いくつかの実施形態では、アミンはトリメチルアミンボラン（（ＣＨ_３）_３ＮＢＨ_３）（ＴＭＡＢ）であってよく、これはＢ‐ＴｉＣＮ粒子を堆積させるときのホウ素のためのソースとしても使用できる。

この第２の方法では、ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の形成のためにチタン原料ガスが必要となる。いくつかの実施形態では、チタン原料ガスは四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）であってよい。いくつかの実施形態では、チタン原料ガスは有機金属化合物であってよい。好適な有機金属化合物としては、テトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＴＤＭＡＴ）等の、本明細書に記載されているものが挙げられる。

Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積を含むこの第２の方法の実施形態では、１つ以上のホウ素含有原料ガスをチャンバ９００に導入する。１つ以上のホウ素含有原料ガスは、ボラン、ジボラン、三塩化ホウ素、トリメチルアミンボラン（（ＣＨ_３）_３ＮＢＨ_３）（ＴＭＡＢ）、又はこれらの組み合わせであってよい。

第３の方法では、堆積させられるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子中の炭素、窒素、及びチタンのためのソースである有機金属化合物を含む原料ガスを使用する。好適な有機金属化合物としては、限定するものではないが、テトラキス（ジメチルアミド）チタン、テトラキス（エチルメチルアミノ）チタン、テトラキス（ジエチルアミド）チタン（ＴＤＥＡＴ）、テトラキス（メチルエチルアミド）チタン（ＴＭＥＡＴ）、及びＴｉ‐Ｎ結合を有する金属有機化合物が挙げられる。

Ｂ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積を含むこの第３の方法の実施形態では、１つ以上のホウ素含有原料ガスをチャンバ９００に導入する。１つ以上のホウ素含有原料ガスは、ボラン、ジボラン、三塩化ホウ素、トリメチルアミンボラン（（ＣＨ_３）_３ＮＢＨ_３）（ＴＭＡＢ）、又はこれらの組み合わせであってよい。

第４の方法では、反応してＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子を形成する２つ以上の原料ガスを、アルミニウム含有有機金属還元剤と共に、堆積チャンバ９００に導入する。アルミニウム含有有機金属還元剤は、堆積チャンバ９００内でのＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮの形成に必要な温度を低減するために利用される。アルミニウム含有有機金属還元剤は、ＴｉＣｌ_４ガス中のＣｌを還元することによって、ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮの形成に必要な温度を低減する。この第４の方法による実施形態における、反応してＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子を形成する２つ以上の原料ガスは、ＴｉＣｌ_４に加えて、本明細書に記載の炭素及び／又は窒素原料ガスのいずれ、並びにアセトニトリル等の従来の原料ガスを含む。

いくつかの実施形態では、アルミニウム含有有機金属還元剤は、トリアルキルアルミニウム有機金属化合物を含んでよい。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有有機金属還元剤は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、及び／又はアラン水素化アルミニウムを含んでよい。好適なアラン水素化アルミニウムとしては、限定するものではないが、ジメチル水素化アルミニウム、ジメチル水素化アルミニウム、及びジメチルエチルアミンアランが挙げられる。

第４の方法の実施形態による方法では、アルミニウム含有有機金属還元剤の量は、堆積させられるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の組成が、制限された量のアルミニウムを含むように、制限されてよい。例えばアルミニウム含有有機金属還元剤の量は、堆積させられるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子が３０モル％以下のアルミニウムを含むように、制限されてよい。いくつかの実施形態では、堆積させられるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子は、１モル％～３０モル％のアルミニウム（部分範囲を含む）を含んでよい。例えば、堆積させられるＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子は、１モル％のアルミニウム、５モル％のアルミニウム、１０モル％のアルミニウム、１５モル％のアルミニウム、２０モル％のアルミニウム、２５モル％のアルミニウム、若しくは３０モル％のアルミニウム、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有する範囲内のモル％のアルミニウムを含んでよい。

上述の４つの方法のうちのいずれか、又はこれらの方法のうちの１つ以上の組み合わせは、９００℃以下の堆積温度でＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子を堆積させることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の上記方法は、４００℃～９００℃（部分範囲を含む）の範囲内の堆積温度でＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子を堆積させることができる。例えば堆積温度は、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、若しくは９００℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、堆積温度は４００℃～７５０℃の範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、堆積温度は６００℃～７５０℃の範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、堆積温度は４００℃～６００℃の範囲内であってよい。

いくつかの実施形態では、これらの方法のうちのいずれか又はその組み合わせに従ったＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積プロセス中、金属基板９１０を９００℃未満の温度に維持してよい。例えばいくつかの実施形態では、ＴｉＣＮ及び／又はＢ‐ＴｉＣＮ粒子の堆積のための堆積温度は６００℃～７５０℃の範囲内であってよく、堆積プロセス中、金属基板を９００℃未満の温度に維持してよい。いくつかの実施形態では、堆積プロセス中、金属基板９１０を６００℃～９００℃（部分範囲を含む）の範囲内の温度に維持してよい。例えば金属基板９１０を、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、若しくは９００℃、又はこれらの値のうちのいずれの２つを端点として有するいずれの範囲内の温度に維持してよい。

更に、上述の４つの方法のうちのいずれか、又はこれらの方法のうちの１つ以上の組み合わせは、本明細書に記載されているように、ＴｉＣＮ又はＢ‐ＴｉＣＮの個別の層をいずれの個数だけ備える耐摩耗性コーティング（例えばコーティング１０２０）を形成できる。これらの方法のうちのいずれか、又はその組み合わせによって形成される、耐摩耗性コーティングの厚さは、本明細書に記載の厚さ１０２２に関するいずれの厚さ又は厚さ範囲と同一であってよい。また、ＴｉＣＮ又はＢ‐ＴｉＣＮの個別の層の厚さは、本明細書に記載の厚さ１０３２に関するいずれの厚さ又は厚さ範囲と同一であってよい。

様々な実施形態について本明細書中で説明してきたが、これらは限定としてではなく、例として提示されている。改変及び修正は、本明細書で提示されている教示及び指導に基づいて、本開示の実施形態の意味、及び本開示の実施形態の等価物の範囲内にあることが意図されていることは、明らかであろう。従って、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書で開示されている実施形態に対して、形式及び細部の様々な変更を実施できることは、当業者には明らかであろう。本明細書で提示されている実施形態の要素は、必ずしも相互排他的ではなく、当業者には理解されるように、様々な状況を満たすために相互に交換できる。

本開示の実施形態について、ここでは、添付の図面に図示されている本開示の実施形態を参照して詳細に説明しており、添付の図面では、同様の参照番号を用いて、同一の又は機能的に類似した要素を指す。「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「いくつかの実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「特定の実施形態（ｃｅｒｔａｉｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」等への言及は、記載されている実施形態がある特定の特徴部分、構造又は特徴を含み得るものの、全ての実施形態が上記特定の特徴部分、構造又は特徴を必ずしも含むわけではない場合があることを示している。更に、このような句は、必ずしも同じ実施形態について言及しているわけではない。更に、ある特定の特徴部分、構造又は特徴が、ある実施形態に関連して記載されている場合、明示的に記載されているかどうかにかかわらず、上記特定の特徴部分、構造又は特徴を他の実施形態に関連して実現することは、当業者の知識の範囲内であるものとする。

以上の例は、本開示の制限ではなく例示である。当該技術分野で通常目にする、また当業者に明らかな、様々な条件及びパラメータの他の好適な修正及び適合は、本開示の精神及び範囲内である。

本明細書において使用される場合、用語「又は（ｏｒ）」は、包含的なものであり；より具体的には、句「Ａ又はＢ」は、「Ａ、Ｂ又はＡ及びＢの両方」を意味する。

ある要素又は構成部品を記述するために使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、これらの要素又は構成部品が１個又は少なくとも１個存在することを意味している。これらの冠詞は、慣習的には、修飾されている名詞が単数名詞であることを示すために採用されるが、本明細書中で使用される場合、冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、具体例においてそうでないことが言明されていない限り、複数も含む。同様に、定冠詞「ｔｈｅ」もまた、本明細書中で使用される場合には、これもまた具体例においてそうでないことが言明されていない限り、修飾されている名詞が単数であっても複数であってもよいことを示す。

本明細書において上限値及び下限値を含むある数値の範囲が挙げられている場合、特定の状況下でそうでないことが明記されていない限り、上記範囲はその端点、並びに上記範囲内の全ての整数及び分数を含むことを意図したものである。ある範囲が定義されている場合、請求対象の範囲を、挙げられている具体的な値に限定することは意図されていない。更に、量、濃度又は他の値若しくはパラメータが、範囲、１つ若しくは複数の好ましい範囲、又は好ましい上限値及び好ましい下限値のリストとして与えられている場合、これは、いずれの範囲上限又は好ましい値といずれの範囲下限又は好ましい値とのいずれのペアから形成される全ての範囲を、このようなペアが個々に開示されているかどうかにかかわらず、具体的に開示するものとして理解されたい。最後に、用語「約」がある値又はある範囲のある端点を記述する際に使用される場合、本開示は、言及された具体的な値又は端点を含むことを理解されたい。数値又は範囲の端点が「約」として記載されているかどうかにかかわらず、上記数値又は範囲の端点は、２つの実施形態、即ち：「約」で修飾された実施形態、及び「約」で修飾されていない実施形態を含むことを目的としている。

本明細書中で使用される場合、用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、量、サイズ、処方、パラメータ、並びに他の量及び特徴が正確ではなく、かつ正確である必要がないものの、必要に応じて許容誤差、換算係数、丸め、測定誤差等、及び当業者に公知のその他の因子を反映した、おおよそのもの、及び／又は大きい若しくは小さいものであってよいことを意味している。

本明細書中で使用される場合、用語「略、実質的な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ）」、「略、実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」及びその変化型は、記述されている特徴が、ある値又は記述に等しいか又はおおよそ等しいことを示すことを意図している。例えば「略平面状の（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｌａｎａｒ）」表面は、平面状のであるか又はおおよそ平面状である表面を指すことを意図している。更に、「略、実質的に」は、２つの値が等しいか又はおおよそ等しいことを指すことを意図している。

上では、指定された機能の実装及び上記機能の関連性を図示する機能構築ブロックを利用して、１つ以上の実施形態を説明した。これらの機能構築ブロックの境界線は、本明細書では、説明に便利となるように任意に定義されている。指定された機能及びその関連性が適切に表現される限り、別の境界線を定義することもできる。

本明細書中で使用される句法又は用語法は、説明を目的としたものであり、限定を目的としたものではないことを理解されたい。本開示の範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されないものとし、以下の請求項及びその均等物に従って定義されるものとする。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
無機材料を金属基板上に適用する方法であって、
上記金属基板は、オーステナイト変態温度においてオーステナイト相へと変態する金属材料を含み、
上記方法は：
無機粒子を上記金属基板の表面上に、上記金属材料に上記金属材料のオーステナイト変態温度を超えさせないような堆積温度において堆積させるステップ
を含む、方法。

実施形態２
上記金属材料は、上記金属基板の上記表面を構成する、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
上記無機粒子は蒸着プロセスによって堆積させられる、実施形態１に記載の方法。

実施形態４
上記無機粒子は化学蒸着プロセスによって堆積させられる、実施形態１に記載の方法。

実施形態５
上記無機粒子は、炭窒化チタン、ホウ素、ホウ素ドープ炭窒化チタン、アルミニウム窒化チタン、チタン窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化チタン、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態６
上記金属基板の上記表面上に堆積する上記無機粒子は、第１の堆積プロセスで堆積させられ、
上記方法は、追加の無機粒子を上記第１の堆積プロセスにおいて堆積した上記無機粒子の上に堆積させる、第２の堆積プロセスを更に含み、
上記第２の堆積プロセスは、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えない堆積温度を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態７
上記追加の無機粒子は、上記第１の堆積プロセスで堆積した上記無機粒子とは異なる、実施形態６に記載の方法。

実施形態８
上記無機粒子は、耐摩耗性コーティングを上記金属基板の上記表面上に形成する、実施形態１に記載の方法。

実施形態９
上記耐摩耗性コーティングの厚さは１マイクロメートル～１００マイクロメートルである、実施形態８に記載の方法。

実施形態１０
上記耐摩耗性コーティングの厚さは２マイクロメートル～６５マイクロメートルである、実施形態８に記載の方法。

実施形態１１
上記方法は、１つ以上の追加の堆積プロセスにおいて追加の無機粒子を上記耐摩耗性コーティングの上に堆積させて、多層耐摩耗性コーティングを形成するステップを更に含み、
上記１つ以上の追加の堆積プロセスの堆積温度は、上記金属材料に上記金属材料のオーステナイト変態温度を超えさせない、実施形態８に記載の方法。

実施形態１２
上記多層コーティングはホウ素ドープ炭窒化チタン層を含む、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１３
上記多層コーティングは炭窒化チタン層も含む、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１４
上記多層コーティングは複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層及び複数の炭窒化チタン層を含む、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１５
上記多層コーティングは、ホウ素ドープ炭窒化チタン層、炭窒化チタン層、及び窒化チタン層を含む、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１６
上記多層コーティングの最外層はホウ素ドープ炭窒化チタンを含む、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１７
上記堆積温度は６００℃～８６０℃の範囲内である、実施形態１に記載の方法。

実施形態１８
上記金属材料は鋼鉄である、実施形態１に記載の方法。

実施形態１９
上記金属材料はマルテンサイト鋼である、実施形態１に記載の方法。

実施形態２０
上記金属材料はマルテンサイトステンレス鋼である、実施形態１に記載の方法。

実施形態２１
上記金属材料は析出硬化マルテンサイトステンレス鋼ではない、実施形態１に記載の方法。

実施形態２２
上記無機粒子は、耐摩耗性コーティングを上記金属基板の上記表面上に形成し、
上記金属材料は、上記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第１の熱膨張係数を有する鋼鉄を含み、また上記耐摩耗性コーティングは、上記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第２の熱膨張係数を有し、
Ｔは、上記耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しく、
上記金属材料の上記第１の熱膨張係数と、上記耐摩耗性コーティングの上記第２の熱膨張係数との差は、１０×１０^－６／℃以下である、実施形態１に記載の方法。

実施形態２３
上記金属材料の上記第１の熱膨張係数と上記耐摩耗性コーティングの上記第２の熱膨張係数との上記差は、１０×１０^－７／℃～１０×１０^－６／℃の範囲内である、実施形態２２に記載の方法。

実施形態２４
上記方法は更に、１つ以上の追加の堆積プロセスにおいて、追加の無機粒子を上記耐摩耗性コーティングの上に堆積させて、多層耐摩耗性コーティングを形成するステップを含み、
上記１つ以上の追加の堆積プロセスの堆積温度は、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超えず、
上記多層耐摩耗性コーティングはホウ素ドープ炭窒化チタン層を含み、
上記多層耐摩耗性コーティングの熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、
各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：
ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌ
によって計算され、ここで：
ｆＣＴＥ＝各上記層の部分的熱膨張係数であり、
Ｔｌ＝各上記層の厚さであり、
Ｔｔ＝上記多層コーティングの合計厚さであり、
ＣＴＥｌ＝各上記層の熱膨張係数である、実施形態２２に記載の方法。

実施形態２５
上記金属基板は押出機部品を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態２６
上記押出機部品は押出ダイを含む、実施形態２５に記載の方法。

実施形態２７
上記押出ダイは複数のピンを含み、
上記複数のピンのうちの１つ以上の外面は、上記無機粒子が堆積する上記金属基板の上記表面を画定する、実施形態２６に記載の方法。

実施形態２８
上記無機粒子を上記表面に堆積させる上記ステップの前に、上記金属基板の上記表面に対して表面調製を実施するステップを更に含み、
上記表面調製は、有機粒子を、四塩化チタンガス及び水素ガスを上記表面上に流すことによって形成された塩酸と反応させることによって、上記有機粒子を上記表面から除去するステップを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態２９
上記無機粒子の堆積の前に、上記金属基板の上記金属材料の上記オーステナイト変態温度を超える第１の温度において、窒化チタンの層を上記金属基板の上記表面上に堆積させるステップ；並びに
上記窒化チタンの層及び上記金属基板を、上記金属材料のマルテンサイト変態温度未満の第２の温度へと冷却して、上記窒化チタンの層の堆積中に上記金属材料中で形成されたオーステナイトをマルテンサイトに変態させるステップ
を更に含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態３０
上記第２の温度は１００℃～４００℃の範囲内である、実施形態２９に記載の方法。

実施形態３１
上記金属基板は、上記表面上に既に堆積させた耐摩耗性コーティングを備え、
上記方法は、上記無機粒子の堆積前の、上記既に堆積させた耐摩耗性コーティングの外面の表面調製を更に含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態３２
上記表面調製は、三塩化ホウ素を上記外面上に流すことによって、酸化物を上記外面から除去するステップを含む、実施形態３１に記載の方法。

実施形態３３
上記表面調製は、有機粒子を、四塩化チタンガス及び水素ガスを上記外面上に流すことによって形成された塩酸と反応させることによって、上記有機粒子を上記外面から除去するステップを含む、実施形態３１に記載の方法。

実施形態３４
実施形態１に記載の方法によって作製される、コーティング済み金属基板。

実施形態３５
コーティング済み金属基板であって、
上記コーティング済み金属基板は：
鋼鉄製本体であって、上記鋼鉄製本体の表面上に堆積された、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を備える多層耐摩耗性コーティングを備える、鋼鉄製本体
を含み、
上記鋼鉄製本体の上記表面は、温度Ｔ℃で測定した場合にＸ／℃である熱膨張係数を有する鋼鉄を含み、
上記多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔで測定した場合にＹ／℃である熱膨張係数を有し、
ＸとＹとの差は１０×１０^－６／℃以下であり、
上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングに関する上記熱膨張係数は、上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングを、上記鋼鉄のオーステナイト変態温度以上の温度まで加熱して、上記鋼鉄及び上記多層耐摩耗性コーティングを、上記温度Ｔまで冷却することによって測定され、
Ｔは、上記冷却中に上記鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しく、
上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、
各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：
ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌによって計算され、ここで：
ｆＣＴＥ＝各上記層の部分的熱膨張係数であり、
Ｔｌ＝各上記層の厚さであり、
Ｔｔ＝上記多層コーティングの合計厚さであり、
ＣＴＥｌ＝各上記層の熱膨張係数である、コーティング済み金属基板。

実施形態３６
上記多層耐摩耗性コーティングの厚さは２マイクロメートル～６５マイクロメートルである、実施形態３５に記載のコーティング済み金属基板。

実施形態３７
上記鋼鉄はマルテンサイトステンレス鋼である、実施形態３５に記載のコーティング済み金属基板。

実施形態３８
コーティング済み金属基板を作製する方法であって、
上記方法は：
多層耐摩耗性コーティングの１つの層をそれぞれ堆積させる複数の堆積プロセスで、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を備える上記多層耐摩耗性コーティングを、鋼鉄基板の表面上に堆積させるステップであって、上記鋼鉄基板の上記表面は鋼鉄で構成される、ステップ
を含み、
各上記堆積プロセスの堆積温度は、上記鋼鉄のオーステナイト変態温度より高く、
上記鋼鉄は、温度Ｔ℃で測定されたある熱膨張係数を有し、上記多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔ℃で測定されたある熱膨張係数を有し、温度Ｔは、上記多層耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に上記鋼鉄がオーステナイトからマルテンサイトに変態する温度より１℃高く、
上記鋼鉄の上記熱膨張係数と上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数との差は、１０×１０^－６／℃以下であり、
上記多層耐摩耗性コーティングの上記熱膨張係数は、上記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、
各上記層の上記部分的熱膨張係数は、式：
ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌ
によって計算され、ここで：
ｆＣＴＥ＝各層の部分的熱膨張係数であり、
Ｔｌ＝各層の厚さであり、
Ｔｔ＝多層コーティングの合計厚さであり、
ＣＴＥｌ＝各層の熱膨張係数である、方法。

実施形態３９
各上記堆積プロセスは化学蒸着プロセスを含む、実施形態３８に記載の方法。

実施形態４０
上記鋼鉄はマルテンサイトステンレス鋼である、実施形態３８に記載の方法。

１００ 押出ダイ
１０２ ダイ本体
１０４ 供給孔
１０６ ピン
１０８ 排出スロット
１１０ 排出面
１１２ ピン１０６の上面
９００ 堆積チャンバ
９１０ 金属基板
９１２ 表面
９２０ 無機粒子
９３０、９３０ａ、９３０ｂ、９３０ｃ ガス、原料ガス
１０００ コーティング済み物品
１０１０ 基板
１０１２ 表面
１０２０ 耐摩耗性コーティング
１０２２ 耐摩耗性コーティング１０２０の合計厚さ、厚さ
１０３０ 第１のコーティング層
１０３２ コーティング層の厚さ
１０４０ 第２のコーティング層
１０５０ 第３のコーティング層
１０６０ 第４のコーティング層
１０７０ 第５のコーティング層

Claims (3)

1. 無機材料を金属基板上に適用する方法であって、
   前記金属基板は、オーステナイト変態温度においてオーステナイト相へと変態する金属材料を含み、
   前記方法は：
   無機粒子を前記金属基板の表面上に、前記金属材料に前記金属材料のオーステナイト変態温度を超えさせないような堆積温度において堆積させるステップ
   を含み、
   前記無機粒子は、耐摩耗性コーティングを前記金属基板の前記表面上に形成し、
   前記金属材料は、前記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第１の熱膨張係数を有する鋼鉄を含み、また前記耐摩耗性コーティングは、前記耐摩耗性コーティングの堆積後にＴ℃で測定された第２の熱膨張係数を有し、
   Ｔは、前記耐摩耗性コーティングの堆積後の冷却中に鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しく、
   前記金属材料の前記第１の熱膨張係数と、前記耐摩耗性コーティングの前記第２の熱膨張係数との差は、１０×１０ ^－６ ／℃以下であり、
   更に、１つ以上の追加の堆積プロセスにおいて、追加の無機粒子を前記耐摩耗性コーティングの上に堆積させて、多層耐摩耗性コーティングを形成するステップを含み、
   前記１つ以上の追加の堆積プロセスの堆積温度は、前記金属基板の前記金属材料の前記オーステナイト変態温度を超えず、
   前記多層耐摩耗性コーティングはホウ素ドープ炭窒化チタン層を含み、
   前記多層耐摩耗性コーティングの熱膨張係数は、前記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、
   各前記層の前記部分的熱膨張係数は、式：
   ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌ
   によって計算され、ここで：
   ｆＣＴＥ＝各前記層の部分的熱膨張係数であり、
   Ｔｌ＝各前記層の厚さであり、
   Ｔｔ＝前記多層コーティングの合計厚さであり、
   ＣＴＥｌ＝各前記層の熱膨張係数である、方法。
2. 前記金属基板は押出機部品を含む、請求項１に記載の方法。
3. コーティング済み金属基板であって、
   前記コーティング済み金属基板は：
   鋼鉄製本体であって、前記鋼鉄製本体の表面上に堆積された、複数の炭窒化チタン層及び複数のホウ素ドープ炭窒化チタン層を備える多層耐摩耗性コーティングを備える、鋼鉄製本体
   を含み、
   前記鋼鉄製本体の前記表面は、温度Ｔ℃で測定した場合にＸ／℃である熱膨張係数を有する鋼鉄を含み、
   前記多層耐摩耗性コーティングは、温度Ｔで測定した場合にＹ／℃である熱膨張係数を有し、
   ＸとＹとの差は１０×１０^－６／℃以下であり、
   前記鋼鉄及び前記多層耐摩耗性コーティングに関する前記熱膨張係数は、前記鋼鉄及び前記多層耐摩耗性コーティングを、前記鋼鉄のオーステナイト変態温度以上の温度まで加熱して、前記鋼鉄及び前記多層耐摩耗性コーティングを、前記温度Ｔまで冷却することによって測定され、
   Ｔは、前記冷却中に前記鋼鉄がマルテンサイトに変態し始める温度より１℃高い温度に等しく、
   前記多層耐摩耗性コーティングの前記熱膨張係数は、前記多層コーティングの各層に関する部分的熱膨張係数の合計によって定義され、
   各前記層の前記部分的熱膨張係数は、式：
   ｆＣＴＥ＝（Ｔｌ／Ｔｔ）＊ＣＴＥｌによって計算され、ここで：
   ｆＣＴＥ＝各前記層の部分的熱膨張係数であり、
   Ｔｌ＝各前記層の厚さであり、
   Ｔｔ＝前記多層コーティングの合計厚さであり、
   ＣＴＥｌ＝各前記層の熱膨張係数である、コーティング済み金属基板。

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