JPH01132756A - 耐摩耗性膜被覆方法 - Google Patents
耐摩耗性膜被覆方法Info
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- JPH01132756A JPH01132756A JP29247887A JP29247887A JPH01132756A JP H01132756 A JPH01132756 A JP H01132756A JP 29247887 A JP29247887 A JP 29247887A JP 29247887 A JP29247887 A JP 29247887A JP H01132756 A JPH01132756 A JP H01132756A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［ａ業上の利用分野］
本発明は、フライス加工工具等の表面に耐摩耗性膜を被
覆する方法に関し、詳細には基材の劣化や脱炭層の生成
を防止しつつ基材との密着性に優れた耐摩耗性膜を効率
良く被覆する方法に関するものである。
覆する方法に関し、詳細には基材の劣化や脱炭層の生成
を防止しつつ基材との密着性に優れた耐摩耗性膜を効率
良く被覆する方法に関するものである。
［従来の技術］
高速度工具鋼や超硬工具鋼の表面に、Ｔｉ等の窒化物、
炭化物、炭窒化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成し、耐摩
耗性等を更に高める技術が知られている。この様な耐摩
耗性膜の形成方法には化学的蒸着法（ＣＶＤ法）及び物
理的蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、このうちＣＶＤ法で
は、耐摩耗性膜のＴｉ（この種の用途に適用される金属
としてはこの他周期律表のｒＶａ族、Ｖａ族、Ｖｉａ族
の金属、あるいはＢ、Ｓｔ、ＡＩ等があるが、以下Ｔｉ
で代表する）源としてＴｉＣｌ４ガスの熱分解を利用す
る為に膜形成に当たっては９００〜１１００℃の高温処
理を必要とする。その為ＣＶＤ法を採用した場合には、
基材との密着性に優れた耐摩耗性膜を形成することがで
きるが、母材も同時に高温に加熱され、母材表面に極め
て脆弱な脱炭層（例えばＷ３Ｃ０３Ｃ等）が生成するの
で特にフライス加工用工具には適用できない。
炭化物、炭窒化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成し、耐摩
耗性等を更に高める技術が知られている。この様な耐摩
耗性膜の形成方法には化学的蒸着法（ＣＶＤ法）及び物
理的蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、このうちＣＶＤ法で
は、耐摩耗性膜のＴｉ（この種の用途に適用される金属
としてはこの他周期律表のｒＶａ族、Ｖａ族、Ｖｉａ族
の金属、あるいはＢ、Ｓｔ、ＡＩ等があるが、以下Ｔｉ
で代表する）源としてＴｉＣｌ４ガスの熱分解を利用す
る為に膜形成に当たっては９００〜１１００℃の高温処
理を必要とする。その為ＣＶＤ法を採用した場合には、
基材との密着性に優れた耐摩耗性膜を形成することがで
きるが、母材も同時に高温に加熱され、母材表面に極め
て脆弱な脱炭層（例えばＷ３Ｃ０３Ｃ等）が生成するの
で特にフライス加工用工具には適用できない。
また高温処理によって母材が軟質化したりあるいは熱変
形を起こす為、特に精密工具への適用にも問題がある。
形を起こす為、特に精密工具への適用にも問題がある。
これに対し、比較的低温条件で耐摩耗性膜の形成を可能
としたのがＰＶＤ法であり、現在量も普及しているのが
ＰＶＤ法の１つであるホロカソード（ＨＣＤ）方式イオ
ンプレーティングである。
としたのがＰＶＤ法であり、現在量も普及しているのが
ＰＶＤ法の１つであるホロカソード（ＨＣＤ）方式イオ
ンプレーティングである。
ところが上記ＨＣＤ方式イオンプレーティングは、蒸着
金属をるつぼ内で溶融蒸発させる為、蒸発源の設置位置
に制約をうける。その結果複雑な形状をした基材に対す
る被覆方法としては生産性の低い被覆方式であった。
金属をるつぼ内で溶融蒸発させる為、蒸発源の設置位置
に制約をうける。その結果複雑な形状をした基材に対す
る被覆方法としては生産性の低い被覆方式であった。
［発明が解決しようとする問題点］
ＨＣＤ方式イオンプレーティングの欠点の解消を目的と
して研究が重ねられており、様々な改良イオンプレーテ
ィング法が提案されている。その１つにカソードアーク
方式イオンプレーティングがあり、複雑な形状の基材に
対して効率良く被覆できる方法として注目を集めている
。即ちカソードアーク方式イオンプレーティング法は、
蒸発させようとする金属（ターゲット）に負の電圧を印
加して、ターゲット表面へのアーク放電により金属を蒸
発させ、アーク放電による電子の衝突などでイオン化し
てプラズマ状態を形成した後、負のバイアス電圧を印加
した基材上に成膜するものであり、アークスポットはタ
ーゲット上に急速に移動するので溶融プールが形成され
ず、あたかもターゲットから溶融状態を経ることなく金
属蒸気さらにはイオンが生成する状態を呈する。従って
ターゲットの設置位置は制限されず基材に対してあらゆ
る方向から蒸着することができるので複雑な形状の基材
に対しても効率良く成膜することができる。又数十へ以
上の大電流領域での蒸発方式であるので蒸発粒子のイオ
ン化効率が高く、成膜速度が速いだけでなく膜厚を厚く
することも可能である。
して研究が重ねられており、様々な改良イオンプレーテ
ィング法が提案されている。その１つにカソードアーク
方式イオンプレーティングがあり、複雑な形状の基材に
対して効率良く被覆できる方法として注目を集めている
。即ちカソードアーク方式イオンプレーティング法は、
蒸発させようとする金属（ターゲット）に負の電圧を印
加して、ターゲット表面へのアーク放電により金属を蒸
発させ、アーク放電による電子の衝突などでイオン化し
てプラズマ状態を形成した後、負のバイアス電圧を印加
した基材上に成膜するものであり、アークスポットはタ
ーゲット上に急速に移動するので溶融プールが形成され
ず、あたかもターゲットから溶融状態を経ることなく金
属蒸気さらにはイオンが生成する状態を呈する。従って
ターゲットの設置位置は制限されず基材に対してあらゆ
る方向から蒸着することができるので複雑な形状の基材
に対しても効率良く成膜することができる。又数十へ以
上の大電流領域での蒸発方式であるので蒸発粒子のイオ
ン化効率が高く、成膜速度が速いだけでなく膜厚を厚く
することも可能である。
しかるにカソードアーク方式イオンプレーティングは成
膜条件等か未だ十分に確立された方法ではなく、密着性
等に問題がある。即ちカソードアーク方式イオンプレー
ティング法においては、基材に対する膜、の密着性を上
げるためには基材に印加するマイナスのバイアス電圧の
絶対値を上げることが必要であるが、そうするとイオン
の運動エネルギーが大きくなって基材への衝突速度も大
きくなり運動エネルギーの熱エネルギーの変換が大ぎく
なる。その結果基材温度が瞬時に８００℃以上の高温と
なり、基材の劣化をきたすという問題が生じる。尚第１
図に示される様に反応性ガス７囲気圧力を低くすれば同
じバイアス電圧でも基材の温度が低下するが、この場合
には金属イオンとガスイオンの存在バランス（ｓｔｏｉ
ｃｈｉｏｍｅｔｒｙ ）がくずれ、化学量論的組成の皮
膜を得ることができないという欠点が生じる。
膜条件等か未だ十分に確立された方法ではなく、密着性
等に問題がある。即ちカソードアーク方式イオンプレー
ティング法においては、基材に対する膜、の密着性を上
げるためには基材に印加するマイナスのバイアス電圧の
絶対値を上げることが必要であるが、そうするとイオン
の運動エネルギーが大きくなって基材への衝突速度も大
きくなり運動エネルギーの熱エネルギーの変換が大ぎく
なる。その結果基材温度が瞬時に８００℃以上の高温と
なり、基材の劣化をきたすという問題が生じる。尚第１
図に示される様に反応性ガス７囲気圧力を低くすれば同
じバイアス電圧でも基材の温度が低下するが、この場合
には金属イオンとガスイオンの存在バランス（ｓｔｏｉ
ｃｈｉｏｍｅｔｒｙ ）がくずれ、化学量論的組成の皮
膜を得ることができないという欠点が生じる。
本発明はこうした事情に着目して為されたものであって
、基材の劣化や脱炭層の生成の原因となる基材温度の上
昇を防止しつつ、密着性の優れた耐摩耗性膜を効率良く
形成することができる様な方法を提供しようとするもの
である。
、基材の劣化や脱炭層の生成の原因となる基材温度の上
昇を防止しつつ、密着性の優れた耐摩耗性膜を効率良く
形成することができる様な方法を提供しようとするもの
である。
［問題点を解決する為の手段］
しかして上記目的を達成した本発明方法は、単−又は複
数の同種又は異種カソードを用いる反応性イオンプレー
ティング法によって基材上に耐摩耗性膜を被覆するに当
たり、基材を４００〜６００℃に加熱すると共に、反応
性ガス雰囲気圧力を１０−”〜１０−’Ｔｏｒｒに保持
し、基材に３００Ｖ以下の負電圧を印加する点に要旨を
有するものである。
数の同種又は異種カソードを用いる反応性イオンプレー
ティング法によって基材上に耐摩耗性膜を被覆するに当
たり、基材を４００〜６００℃に加熱すると共に、反応
性ガス雰囲気圧力を１０−”〜１０−’Ｔｏｒｒに保持
し、基材に３００Ｖ以下の負電圧を印加する点に要旨を
有するものである。
［作用］
本発明においては、カソードアーク方式によりイオンプ
レーティングを行なうに当たり、反応性ガス雰囲気圧力
を１０−２〜１０−’Ｔｏｒｒと比較的高い圧力に設定
する。高いガス圧力下でのアーク放電にもかかわらず高
いイオン率を有する為、金属イオンプラズマが広い領域
で起こり複雑な形状の基材に対する蒸着が容易になると
共に大面積基材に対しても十分に成膜することができる
。そしてガスイオンと金属イオンの存在バランスが保持
されるので所望の膜組成の耐摩耗性膜を得ることができ
る。
レーティングを行なうに当たり、反応性ガス雰囲気圧力
を１０−２〜１０−’Ｔｏｒｒと比較的高い圧力に設定
する。高いガス圧力下でのアーク放電にもかかわらず高
いイオン率を有する為、金属イオンプラズマが広い領域
で起こり複雑な形状の基材に対する蒸着が容易になると
共に大面積基材に対しても十分に成膜することができる
。そしてガスイオンと金属イオンの存在バランスが保持
されるので所望の膜組成の耐摩耗性膜を得ることができ
る。
一方基材に印加するバイアス電圧は３００ｖ以下の負電
圧、好ましくは−５０〜−ｔ ｏｏｖのバイアス電圧と
し、これによってイオンの運動エネルギーによる基材の
昇温を防止する。この結果、基材温度上昇による基１強
度の劣化や脱炭層の生成を防止することができる。
圧、好ましくは−５０〜−ｔ ｏｏｖのバイアス電圧と
し、これによってイオンの運動エネルギーによる基材の
昇温を防止する。この結果、基材温度上昇による基１強
度の劣化や脱炭層の生成を防止することができる。
上記条件を採用することによりＰＶＤ法の１つであるカ
ソードアーク方式イオンプレーティングの特長（複雑形
状基材への成膜、基材温度の上昇防止等）を発揮させる
ことができるが、一方ＣＶＤ法と対比した場合のＰＶＤ
法の欠点である基材に対する膜密着性に関してはこれを
解決できていない、そこで本発明ではもう１つの主たる
要件として、基材を４００〜６００℃に加熱し、これに
よって密着性を高めている。即ち高速度工具鋼や超硬工
具鋼からなる基材への成膜において基材強度の劣化や脱
炭層の生成といった問題が発生するのはおよそ８００℃
以上に基材温度が上昇した場合であり、それ以下では上
記問題は生じてこない。一方前記ガス圧条件及び基材バ
イアス電圧条件を採用することによりイオンの衝突によ
って基材温度が上昇することはない。従って基材を４０
０〜６００℃に加熱しても基材温度が高くなり通ること
はなく、上記温度では基材強度の劣化や脱炭層の生成も
起こらない。そして基材が適度な高温条件下に置かれる
ことから被覆材の拡散等が促進され、密着性の高い耐摩
耗性被覆膜を得ることができる。又基材上における金属
イオンとガスイオンの反応性も高まり高密度の耐摩耗性
被覆膜を得ることができる。
ソードアーク方式イオンプレーティングの特長（複雑形
状基材への成膜、基材温度の上昇防止等）を発揮させる
ことができるが、一方ＣＶＤ法と対比した場合のＰＶＤ
法の欠点である基材に対する膜密着性に関してはこれを
解決できていない、そこで本発明ではもう１つの主たる
要件として、基材を４００〜６００℃に加熱し、これに
よって密着性を高めている。即ち高速度工具鋼や超硬工
具鋼からなる基材への成膜において基材強度の劣化や脱
炭層の生成といった問題が発生するのはおよそ８００℃
以上に基材温度が上昇した場合であり、それ以下では上
記問題は生じてこない。一方前記ガス圧条件及び基材バ
イアス電圧条件を採用することによりイオンの衝突によ
って基材温度が上昇することはない。従って基材を４０
０〜６００℃に加熱しても基材温度が高くなり通ること
はなく、上記温度では基材強度の劣化や脱炭層の生成も
起こらない。そして基材が適度な高温条件下に置かれる
ことから被覆材の拡散等が促進され、密着性の高い耐摩
耗性被覆膜を得ることができる。又基材上における金属
イオンとガスイオンの反応性も高まり高密度の耐摩耗性
被覆膜を得ることができる。
本発明の基材構成は上記の通りであるが、本発明方法に
よって形成される耐摩耗性膜の種類については特に制限
がなく、ＴｉをはじめとするｒＶａ族、Ｖａ族、Ｖｌａ
族の金属やＢ、Ｓｔ、ＡＩ等の窒化物、炭化物、炭窒化
物等を例示することができる。この場合ターゲット（カ
ソード電極）として上記金属あるいはその合金を配置す
ると共に反応性ガスとしてＮ２や炭化水素ガス等を装置
内へ導入する反応性イオンプレーティング法の一般的手
法を採用すればよい。
よって形成される耐摩耗性膜の種類については特に制限
がなく、ＴｉをはじめとするｒＶａ族、Ｖａ族、Ｖｌａ
族の金属やＢ、Ｓｔ、ＡＩ等の窒化物、炭化物、炭窒化
物等を例示することができる。この場合ターゲット（カ
ソード電極）として上記金属あるいはその合金を配置す
ると共に反応性ガスとしてＮ２や炭化水素ガス等を装置
内へ導入する反応性イオンプレーティング法の一般的手
法を採用すればよい。
［実施例］
実施例１
Ｔｉカソード電極を有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材ホルダーに超硬ドリルを取り付
けた。尚装置には基材を７００℃まで昇温可能なヒータ
及び耐摩耗性膜被覆状態の均一をはかる為の基材回転機
構等を設置している。
レーティング装置の基材ホルダーに超硬ドリルを取り付
けた。尚装置には基材を７００℃まで昇温可能なヒータ
及び耐摩耗性膜被覆状態の均一をはかる為の基材回転機
構等を設置している。
成膜に当たっては装置内を加熱しつつ雰囲気ガスの放出
を行ない％ Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒまで減圧する
と共に、基材温度を４３０℃まで昇温させた。その後イ
オンスパッタにより基材表面をクリーニングした。 次
いで基材を同温度保持したまま、基材に一５０Ｖ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
７ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒまで導入し、Ｔｉアーク放電を開
始して基材表面にＴｉＮ膜を被覆した。
を行ない％ Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒまで減圧する
と共に、基材温度を４３０℃まで昇温させた。その後イ
オンスパッタにより基材表面をクリーニングした。 次
いで基材を同温度保持したまま、基材に一５０Ｖ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
７ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒまで導入し、Ｔｉアーク放電を開
始して基材表面にＴｉＮ膜を被覆した。
実施例２
反応性ガス導入操作を変える外は、実施例１と同様にし
てＴｉＣＮ−ＴｉＮの複合層膜の被覆を行なった。即ち
第１段階ではＮ２とＣＨ４の混合ガスを導入して基材表
面にＴ１ＣＮを成膜し、続いて第２段階ではＮ２のみを
導入してＴ１ＣＮ層の上層にＴｉＮを成膜した′。
てＴｉＣＮ−ＴｉＮの複合層膜の被覆を行なった。即ち
第１段階ではＮ２とＣＨ４の混合ガスを導入して基材表
面にＴ１ＣＮを成膜し、続いて第２段階ではＮ２のみを
導入してＴ１ＣＮ層の上層にＴｉＮを成膜した′。
比較例１〜３
比較の為、■基材加熱を行なわなかった場合、■基材に
一４００Ｖのバイアス電圧を印加した場合、■成膜時の
反応性ガス雰囲気圧力を５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒとし
た場合について夫々他の条件は実施例１と同様にしてＴ
ｉＮ膜の成膜を行なった。
一４００Ｖのバイアス電圧を印加した場合、■成膜時の
反応性ガス雰囲気圧力を５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒとし
た場合について夫々他の条件は実施例１と同様にしてＴ
ｉＮ膜の成膜を行なった。
実施例１．２及び比較例１〜３によって得られた耐摩耗
性膜被覆超硬ドリル（直径６ｍｍ”）について切削試験
を行なったところ第１表に示す結果が得られた。但し被
剛材には５５０Ｃ材を使用した・ 只°Ｖ令
白 実施例１．２では基材バイアス電圧を低くしているので
イオンの運動エネルギーが抑えられて熱エネルギーへの
変換が低減し、基材の温度上昇が防止された。又基材の
加熱によって基材と膜の密着性が向上し、優れた耐摩耗
性を得ることができた。
性膜被覆超硬ドリル（直径６ｍｍ”）について切削試験
を行なったところ第１表に示す結果が得られた。但し被
剛材には５５０Ｃ材を使用した・ 只°Ｖ令
白 実施例１．２では基材バイアス電圧を低くしているので
イオンの運動エネルギーが抑えられて熱エネルギーへの
変換が低減し、基材の温度上昇が防止された。又基材の
加熱によって基材と膜の密着性が向上し、優れた耐摩耗
性を得ることができた。
これに対し、比較例１は基材を加熱しなかった為に膜の
剥離が起こった。比較例２は基材バイアス負電圧の絶対
値が大きすぎる為に基材温度が８００℃以上に上昇し、
母材の劣化に伴なうチッピングが発生した。比較例３は
ガス圧力が５×１０−’Ｔｏｒｒと低すぎる為、膜組成
が適中せず脆い膜質のＴｉＮ膜が形成され、その結果膜
の剥離が発生した。
剥離が起こった。比較例２は基材バイアス負電圧の絶対
値が大きすぎる為に基材温度が８００℃以上に上昇し、
母材の劣化に伴なうチッピングが発生した。比較例３は
ガス圧力が５×１０−’Ｔｏｒｒと低すぎる為、膜組成
が適中せず脆い膜質のＴｉＮ膜が形成され、その結果膜
の剥離が発生した。
［発明の効果］
本発明は以上の様に構成されており、カソードアーク方
式イオンプレーティング法の特長を生かしつつ密着性並
びに耐摩耗性の優れた硬質膜を成膜することができた。
式イオンプレーティング法の特長を生かしつつ密着性並
びに耐摩耗性の優れた硬質膜を成膜することができた。
又カソードアーク方式の採用により複雑な形状の基材に
対しても効率良く成膜することができた。
対しても効率良く成膜することができた。
第１図は基材バイアス電圧と基材表面温度の関係を示す
グラフである。
グラフである。
Claims (1)
- 単一又は複数の同種又は異種カソードを用いる反応性イ
オンプレーティング法によって基材上に耐摩耗性膜を被
覆するに当たり、基材を４００〜６００℃に加熱すると
共に、反応性ガス雰囲気圧力を１０＾−＾２〜１０＾−
＾３Ｔｏｒｒに保持し、基材に３００Ｖ以下の負電圧を
印加することを特徴とする耐摩耗性膜被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292478A JP2590349B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 耐摩耗性膜被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292478A JP2590349B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 耐摩耗性膜被覆方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01132756A true JPH01132756A (ja) | 1989-05-25 |
| JP2590349B2 JP2590349B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=17782333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62292478A Expired - Lifetime JP2590349B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 耐摩耗性膜被覆方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590349B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03197662A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 表面被覆超硬合金の製造方法、及び表面被覆鋼材の製造方法 |
| JP2015033757A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-02-19 | 日立金属株式会社 | チタン又はチタン合金加工用の被覆切削工具及びその製造方法並びにそれを用いたチタン又はチタン合金の加工方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5210871A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite coating tip |
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1987
- 1987-11-18 JP JP62292478A patent/JP2590349B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2590349B2 (ja) | 1997-03-12 |
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