JPH05208326A - 硬質層、硬質層で被覆された工作部品、および被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質層、硬質層で被覆された工作部品、特に
切削工具、およびその被覆方法を提供することを目的と
する。 【構成】 硬質層は、クロム含量が５原子％より多い
（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ 混合結晶を温度９００℃以下で形
成するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よる硬質層と、請求項５により硬質層を被覆した工作部
品と、請求項１１により、工作部品にそのような層を被
覆する方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化アルミニウムは、とりわけ非常に高
い熱力学的安定性及び比較的高い硬度を特徴とする。熱
力学的安定性とは、高温の腐食性環境における抵抗性を
言う。酸化アルミニウムは、腐食性媒体中の摩耗部分に
使用する他に、特に工具のための層材料として、切削加
工に使用する。酸化アルミニウム層は更に、光学的及び
電子的目的に使用する。化学的又は物理的の気相成長
（ＣＶＤ又はＰＶＣ）による酸化アルミニウム層の成長
は公知である。

【０００３】化学的成長の場合、塩化アルミニウムが水
蒸気と反応する。Ｒ＆ＨＭ，１９８７年３月，Ｈ．Ａｌ
ｔｅｎａ等の「Ａｌｕｍｉｎｉｕｍｏｘｉｄ−ＣＶＤ
ｍｉｔ ｅｉｎｅｍ ＡｌＣｌ₃ ／Ｏ₂ Ｒｅａｋｔｉ
ｏｎｓｇｅｍｉｓｃｈ」に詳述するように、温度１００
０℃のとき、層は最高０．３μｍ／ｈの割合で成長す
る。この記載の方法は、硬質金属の被覆に使用する。層
は結晶質を成長する、この場合、一般的に酸化アルミニ
ウムのα又はκ変態を生ずる、またＴｈｉｎ Ｓｏｌｉ
ｄ Ｆｉｌｍ，１９３／１９４（１９９０），５３６〜
５４６，Ｓ．Ｖｕｏｒｉｎｅｎ等の「Ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ α−Ａｌ₂ Ｏ₃，κ−Ａｌ₂
Ｏ₃ ，ａｎｄ α−κ ｍｕｌｔｉｏｘｉｄｅ ｃｏａ
ｔｉｎｇｓｏｎ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ
ｓ」参照。

【０００４】α変態は高い熱安定性を有しているから、
良好な摩耗特性も示す。更にこの場合、Ｊ．Ｃｒｙｓ
ｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，２８（１９７５），２５９〜２６
２，Ｍ．Ｋｏｒｎｍａｎｎ等の「Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ
ｏｆ Ａｌｕｍｉｎａ Ｌａｙｅｒｓ ｏｎ ＴｉＣ
ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔｅｄ Ｃａｒｂｉｄｅｓ ｂｙ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ」から明らかなように、基体上の核形成は、全く不均
質に行なわれるので、層には最初に中間層を被覆しなけ
ればならない。技術的プロセスでは、一般的にＴｉＣ中
間層を使用する。

【０００５】塩化アルミニウムの代りに、Ａｌ供与体と
して、アルミニウムトリイソプロピレート、又はアルミ
ニウムトリメチルのようなキレート化合物を使用する
と、Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，４２（１
１），４３５０−４３５６（１９７１），Ｊ．Ｅ．Ｃａ
ｒｎｅｓ等の「Ｓｅｌｆ−Ｈｅａｔｉｎｇ Ｂｒｅａｋ
ｄｏｗｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｐｙｒｏ
ｌｙｔｉｃ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｌｍ
ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ」から明らかなように、成長温
度は、約４２０℃にまで低下する。この方法は、例えば
電子回路の製造のとき使用する。この方法は、アモルフ
アス、即ち非結晶酸化アルミ層を生ずる。

【０００６】酸化アルミニウムの物理的成長では、蒸着
及びスパッタリングが使用できる。そのようにして作ら
れた層は、光学的及び電子的な用途がある。

【０００７】スパッタリングによる層では、工作部品の
温度が５００℃未満のとき、非結晶組織を生ずる。工作
部品の温度が１１００℃を超えると、Ａｍ．Ｃｅｒａ
ｍ．Ｓｏｃ．Ｂｕｌｌ．５６（Ｓ），５０４〜５０８，
５１２（１９７７），Ｊ．Ａ．Ｔｈｏｒｎｔｏｎの「Ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅ
ｎｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｐｕ
ｔｔｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ａｌｕｍｉｎａ」から
明らかなように、初めてα変態の酸化アルミニウムが成
長する。

【０００８】Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，４
０，２１１〜２１６（１９７７），Ｒ．Ｆ．Ｂｕｎｓｈ
ａｈ等の「Ａｌｕｍｉｎａ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂ
ｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｅｖａｐ
ｏｒａｔｉｏｎ」には、酸化アルミニウムの反応性プラ
ズマ利用蒸着について記載する。ここでも、材料温度＞
１１００℃から、初めてα変態に結晶層が見出される。
しかし乍ら、この層の機械的特性は悪い。従って、層
は、硬度が５００〜８００ＨＶ、また多孔性で、且つ付
着性が悪いと記載する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、一方では極
めて硬く、少くとも高温ＣＶＤによって成長した酸化ア
ルミニウム層と同じ硬さであり、しかもかなり低温で製
造でき、且つ経済上の理由から、成長速度、つまり工作
部品上に単位時間当り成長する層材料の量が多い酸化ア
ルミニウムをベースとする硬質層を形成することと、こ
のような層を有する工作部品、特に切削加工用工具と、
このような層を工作部品に被覆する方法を提案すること
とを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載の層と、請求項５に記載の工作部品と、請求項１１
に記載の方法とによって解決される。

【００１１】驚くべきことに、非常に簡単な対策によっ
て、層材料にアルミニウム，クロムを加え、通常非結晶
層のみが維持される１０００℃よりはるかに下の温度、
５００℃以下で被覆して、通常、高温度ＣＶＤによって
のみ達成可能なような結晶が、被覆温度１０００℃より
低い、即ち９００℃以下、更に５００℃以下で、硬質層
が得られる。

【００１２】今まで公知のアプローチでは、工作部品の
高い温度は止むを得ないとあきらめなければならない
か、あるいは工具、特に切削作業のための工具の場合に
生ずる高い機械的負荷に適していない非結晶酸化アルミ
ニウム層のみを生じていた。

【００１３】即ち、工作部品、特に工具上の層は、これ
と摩擦する加工すべき材料の摩耗作用部分及び成分よ
り、層の硬さが高いときのみ、適切な摩耗防止作用を有
することがよく知られている。このような理由から、今
までは、高温ＣＶＤ法により成長させた酸化アルミニウ
ム層のみが有効な摩耗防止に使用することができた。

【００１４】更にまた、機械的負荷の最高応力のとき、
クラック形成によって破損しないように、層材料はある
程度の結晶形成を有していなければならないことが知ら
れている。従って、今まで公知の物理的成長（蒸着およ
びスパッタリング）により被覆された酸化アルミニウム
層は、低硬度及び不充分な結晶化度のため、工作部品、
特に工具、更に詳細には切削加工用工具の摩耗防止に適
していない。

【００１５】特に本発明によれば、被覆温度≦５００℃
の要求が満たされた、それによって高速度鋼で作られた
工具でも、被覆後に工具の焼き入れを行なうことなく、
硬質層を設けることができる。また、硬質金属切削工具
に対しても、高い材料温度はその破断強度を減少するの
で、低い被覆温度への要求がある、これは本発明によっ
て解決される。

【００１６】特に、加工を断続する不連続切削加工のた
めの工具に使用するとき、又は熱及び機械的交番負荷を
受けるとき、破断強度が低くすぎると、工具は早期損傷
を受けることがある。

【００１７】高い被覆速度への要求は、経済的な見地に
よることは言うまでもない。蒸着法を用いて酸化アルミ
ニウムを静的被覆する場合に、６μｍ／ｈの速度で製造
することは、Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇ
ｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，４３／４４（１９９０），
２１３〜２２２，Ｊ．Ｓ．Ｙｏｏｎ等の「Ｆａｂｒｉｃ
ａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ
Ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈＨｉｇｈ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｒａｔｅｓ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ａｃｔｉｖａｔｅ
ｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅ」から公知であるが、この方法の場合で
も、アモルフアスの非結晶層を生ずる。１２００℃で、
この層を備えた工作部品を長時間赤熱することによって
初めて、酸化アルミニウムのα変態を形成する。本発明
について、例示的に示した図を参照し、実施例により説
明する。

【００１８】

【実施例】本発明による硬質層は、化学的又は物理的成
長方法を用いて被覆され、実質的に（Ａｒ，Ｃｒ）₂ Ｏ
₃ 結晶よりなる。この場合、層を被覆する種々の方法が
ある：

【００１９】１．開始状態 金属質のアルミニウム及びクロム この場合には、アルミニウム及びクロムは別々に、酸素
雰囲気中でそれぞれ電子ビームにより蒸発するか、又は
アルミニウム及びクロムはそれぞれ別々に電気アークを
用いて蒸発するか、あるいは、それぞれ別々に、同様に
酸素雰囲気中で、ＤＣ又はＡＣ−スパッタリング（所
謂、コスパッタリング）する。

【００２０】更にこの場合、金属アルミニウムは、金属
クロムと一緒に、例えばアルミニウム及びクロム粉末の
混合によるようにして、この場合も電子ビーム又は電気
アークを用いて蒸着又はスパッタリングすることができ
る。これもまた酸素雰囲気中で行なう。

【００２１】２．開始状態 酸化アルミニウム及び金属クロム この場合には、酸化アルミニウムはＡＣ−スパッタリン
グすることができる、このとき、クロムはスパッタリン
グの意味において、別々にＤＣ又はＡＣスパッタリング
する。またこの場合にも、酸化アルミニウム、及びこれ
と別々に金属クロムは、電子ビームを用いてそれぞれ蒸
発させる。好ましくは、この場合も、成長は、反応性酸
素雰囲気中で行なう。

【００２２】更に、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及び金属クロムは一緒に
電子ビーム又は電気アーク蒸着又はスパッタリングする
ことができる。

【００２３】またイオン・プレイティングも、開始状態
１及び２に使用できる。

【００２４】すべての場合に、被覆プロセスは、被覆す
べき材料が、温度≦９００℃、好ましくは≦５００℃に
さらされるようにして行なう。

【００２５】ＡＣ又はＤＣスパッタリング設備、電子ビ
ーム蒸着、電気アーク蒸着又はイオン・プレイティング
設備のような真空被覆設備は公知である。

【００２６】現在、るつぼ内での低電圧アーク放電によ
って、反応性酸素雰囲気中で金属アルミニウム／クロム
混合物のるつぼからの蒸発が最もよく使われている。

【００２７】るつぼへの低電圧アーク放電による上述の
好ましい蒸着では、更に、所謂、チタン・ライナーを使
用すること、即ち銅るつぼの壁と被覆材料との間に、チ
タン中間層を設けることが重要であることが判った。こ
れによって、被覆材料と銅るつぼとの間の最適な断熱が
達成され、従って最小可能な熱損失が達成される、そし
てチタンとの共融により、酸素によるアルミニウムの反
応性がよい影響を受ける。このとき、アルミニウム及び
チタンの蒸気圧力の大きな相違（５倍程度）により、蒸
発して、被覆した硬質層に再び見い出されるチタンの量
は、非常に僅かである。しかしチタン・ライナーを使用
すると、層に１原子％未満のチタン含量が検出される。

【００２８】以下に実施例として、そして更に切削加工
用工具、特にチップに成長させた実施例として、好まし
い方法により製造された本発明による硬質層の製造実施
例について説明する。例えば使用した設備は、図５に示
されており、そして更に以下に簡単に説明する。

【００２９】Ａ）酸化アルミニウムのみの被覆（比較方
法として） 銅るつぼ内のチタン・ライナー内のアルミニウムは、る
つぼ又はライナー又はアルミニウム間に保持された低電
圧アーク放電（プラズマ）によって蒸発した。このと
き、最初にチタン・ライナー内に５０ｇのタブレット状
のアルミニウムを置き、チタン・ライナーを銅るつぼ内
においた。真空被覆室は、圧力２×１０^-5ミリバールに
排気し、そして硬質金属の工作部品を４００℃と６００
℃との間の温度に加熱し、その後アルゴン・イオンの衝
撃によってエッチングした。

【００３０】このクリーニング・エッチング工程の後、
低電圧アーク放電を、アルゴン圧力１５×１０^-4ミリバ
ールで、るつぼ、又はライナー又はアルミニウム上に点
火した。

【００３１】アーク電流８０Ａのとき、アルミニウムは
溶融し、そしてアルミニウムの実質的蒸発を開始するこ
となく、部分的にチタンと合金を作る。約４分後このプ
ロセスは終った、そしてアーク電流を１２０Ａに上昇
し、これによりアルミニウムの蒸発が開始した。上記の
ように、このときアルミニウムとチタンの蒸気圧力の大
きな差によって、ほんの僅かのチタンのみが蒸発した。
次の４分間以内にアルミニウムは、金属中間層を、硬質
金属材料（硬質金属：タングステン・カーバイド＋コバ
ルト）上に被覆するために、反応ガスを添加せずに蒸発
した。

【００３２】その後、酸素分圧を２分間絶えず上昇させ
て送入するように、供給弁を絶えず開放して反応ガス酸
素の送入を行なった。２分後、真空室内の全圧力を２０
×１０^-4ミリバールに調整し、酸素流量は約２００sccm
／min であった。

【００３３】このときアーク電流は１５０Ａに上げ、そ
して６０分の被覆時間中、一定に保持した。その後、ア
ーク放電及び酸素供給を中止した。

【００３４】工作部品を冷却後、真空室を開放し、被覆
した工作部品を検査した。厚さ５μｍのレンドゲン・ア
モルファス酸化アルミニウム層が出来上った。原子比率
２／３のアルミニウム及び酸素の他に、更に０．５原子
％のチタンが層中に検出された。層硬度の測定は、マイ
クロ硬度試験器を用いて、０．５Ｎの負荷で行なった。

【００３５】この場合、英国規格５４１１，第６部，１
９８１年に規定された付則Ａの「Ｍｅｔａｌｌｉｃ ａ
ｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ」のビッカー
ス及びクヌープのマイクロ硬度試験のクヌープ試験を使
用した。検出した最高のマイクロ硬度は、６００℃の工
作部品温度で被覆した硬質金属試料の場合に、硬度の値
は１１３０ＨＫ（クヌープによる硬度）であった。

【００３６】Ｂ）本発明による硬質層形成 更に、他の一連の実験で、金属アルミニウム／クロム混
合物を蒸発した。本発明による（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ 混
合結晶形成による層硬度の増加に努力した。これ等の実
験のために、アルミニウムと、粒子の大き０．５mmを有
するクロム粉末とをよく混合し、そして上記のチタン・
ライナーに入れた。蒸発のためのプロセスパラメータ
は、上記のアルミニウムの蒸発に対して変更しなかっ
た。

【００３７】予備実験によって、アルミニウム／クロム
混合物の蒸発特性を調査した。アルミニウム及びクロム
の蒸発速度の時間的変化は実質的に観察されなかった。
従って減量の変化、即ちアルミニウムとクロムとの減量
関係の変化によって、層の組成を変化できる。アルミニ
ウムとクロムの混合比は９０：１０〜５０：５０原子％
の範囲で変更した。

【００３８】このようにして形成した層の硬度試験結果
を図１に示す。既に僅かなクロムの添加によって、非常
にはっきりと硬度増加が生ずることが判る。約２０原子
％のクロム含量以上では、硬度の実質的な変化は認めら
れない。

【００３９】結晶化度の測定のため、Ｘ線回析実験を行
なった。

【００４０】図２は、９０原子％のアルミニウムと１０
原子％のクロムとから構成された蒸発材料を用いた、５
００℃のときのＸ線スペクトルを示す。工作部品保持材
の硬質金属の反射、及びＳにおける層の反射が判る。層
からの反射は、酸化アルミニウムのα変態（コランダ
ム）の２０２方向として識別された。方向の間隔は、
２，００９Åに同定された。クロム含量に応じて、方向
の間隔は変位する。

【００４１】従って、５０原子％のアルミニウムと５０
原子％のクロム組成の蒸発材料で形成した層は、方向の
間隔２，０３７Åが測定された。コンパクトなコランダ
ムでは、結晶格子面２０２方向の間隔は１，９６４Åで
あり、そしてＣｒ₂ Ｏ₃ では、２，０４８Åである。層
の固有な内部張力により、結晶格子面間隔は、張力のな
い試料に比べて約１〜２％拡大する。この理由から、層
の間隔は、Ａｌ₂ Ｏ₃及びＣｒ₂ Ｏ₃ の値の間の線形内
挿法に比べて、Ｃｒ₂ Ｏ₃ の方向に変位する。 Ｂ１）本発明による層の特殊な利用 上記の方法では、高速度鋼ＨＳＳで作られたチップにつ
いて説明した。層として、一方では純アルミニウム、そ
して他方では本発明により、一つは９０原子％のＡｌ，
１０原子％のＣｒ、他は５０原子％のＡｌ，５０原子％
のＣｒの組成の（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ 層を被覆した。チ
ップの切削面上に５μｍ，そして、逃げ面上に厚さ４μ
ｍの層を被覆した。プレートのジオメトリーは、付則Ｂ
によるＳＣＦＴ１２０５０８ＦＮであった。

【００４２】米国規格ＡＩＳＩ１０６４（材料No. １．
１２２１）に対応する非合金鋼ＣＫ６０のシャフトを切
削した。この長手方向の面仕上げのため、下記の切削条
件を選んだ： 切削速度 １００ｍ／分 送り ０．２mm／回転 切込み深さ ２mm 冷却 ３％エマルジョン使用 寿命基準として、高摩耗に基づく高速度鋼基体材料の柔
軟化を使用した。種々の層の寿命を下表に挙げる。 試料 層 寿命（分） １ 層なし ０．５ ２ Ａｌ₂ Ｏ₃ ０．５ ３ （Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ ，９０原子％Ａｌ，１０原子％Ｃｒ １０．５ ４ （Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ ，５０原子％Ａｌ，５０原子％Ｃｒ １０．０

【００４３】またこのテストでは、同様にＴｉＮを被覆
したチップをテストした。ＴｉＮ層は、上記の本発明に
よる層と同じ被覆方法によって被覆した。ＴｉＮを被覆
したプレートは寿命３．５分が達成された、これは上記
の本発明の層により達成された寿命１０〜１０．５分よ
りも実質的に悪い。

【００４４】表に挙げた純酸化アルミニウム層の不満足
な寿命特性は、その非結晶特性、従ってその低い硬度か
ら生ずる。摩擦によるほとんど瞬間的な摩耗及び層の破
損はこれによるものである。

【００４５】５原子％以上、好ましくは１０〜５０原子
％の本発明によるクロム含量を有する機械的に非常に安
定した、硬質の結晶層は、硬質材料に当然要求される機
械的保護の他にも高速度鋼ＨＳＳ基材の柔軟化に対する
優れた断熱性を提供する。ＴｉＮ層はまたこの関係にお
いても、本発明による層より明らかに劣っている。

【００４６】更に他の切削実験のために、適用分類Ｐ３
０の硬質金属のチップを付則Ｃにより被覆した。チップ
のジオメトリーは、付則ＢによるＳＰＵＮ１２０４０８
であった。Ｄｉｓｓ，Ｔ．Ｈ．Ａａｃｈｅｎ，１９８
５，Ｊ．Ｆａｂｒｉの「Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｓｏｒｉｅ
ｎｔｉｅｒｔｅ Ｋｌａｓｓｉｆｉｚｉｅｒｕｎｇ ｕ
ｎｄ Ｐｒｕｅｆｕｎｇ ｖｏｎ ｕｎｂｅｓｃｈｉｃ
ｈｔｅｔｅｎ ｕｎｄｂｅｓｃｈｉｃｈｔｅｔｅｎ Ｈ
ａｒｔｍｅｔａｌｌｅｎ ｂｅｉｍ Ｄｒｅｈｅｎ」に
よる４つのチップ１を突出させて、取付けたシャフト３
（図３）により切削した。これは断続切削のときの切削
状態のシュミレーションに役立つ。チップ１の材料とし
て、強度９５０Ｎ／mm² を有する熱処理可能な鋼４２Ｃ
ｒＭｏ４（１．７２２５）を使用した。

【００４７】切削条件は 切削速度 １２５ｍ／min 送り ０．２mm／回転 切込み深さ ２mm

【００４８】チップは、それぞれ破断まで、あるいはチ
ップによる衝撃回数３５００まで作用させた。

【００４９】未被覆チップ及び上記の本発明による方法
で被覆した本発明のチップ、並びにＣＤＶ法により被覆
した純Ａｌ₂ Ｏ₃ 層を備えた同じ強靱性等級の市場で入
手可能なチップをテストした。この試料では、厚さ３μ
ｍの酸化アルミニウム層と保持材料との間に、更に厚さ
２μｍのＴｉＣ層を被覆した。

【００５０】未被覆チップ及び本発明によるチップが、
刃を損傷することなく実験目的を達成したことを認め
た。ＣＶＤ法で被覆したチップでは、平均２５００の衝
撃後、刃が破損した。これは、公知のＣＶＤ被覆法にお
ける約１０００℃の高温及び長時間の被覆から生じたも
のである。

【００５１】次に、実験目的によって測定した、種々の
チップのクレータの深さ（ＫＴ）及び摩耗痕の幅（Ｖ
Ｂ）を示す。

【００５２】図４に、チップにおける切削面（レーキ
面）のクレータ現象及び逃げ面（クリアランス面）の摩
耗痕（摩耗ランド）を概略的に示す。クレータの深さＫ
Ｔは、層の熱力学的安定の目安であるが、摩耗痕の幅Ｖ
Ｂは、摩損の応力抵抗能力の目安である。 試料 層 ＫＴ（μｍ） ＶＢ（μｍ） １ 未被覆 ９５ １５０ ２ Ａｌ₂ Ｏ₃ ９０ １５０ ３ （Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ ，９０原子％Ａｌ，１０原子％Ｃｒ １０ ４０ ４ （Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ ，５０原子％Ａｌ，５０原子％Ｃｒ １５ ３０ この実験でも、広い摩耗痕（ＶＢ）を有する軟質の非結
晶酸化アルミニウム層の不十分な摩耗特性を示す。本発
明による（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ 層の結果は、この場合こ
れ等の層の高い摩耗抵抗（小さい摩耗痕の幅）に反映し
ているのみならず、被覆の際の基材の強靱特性への取る
に足りない影響に反映している。２つのテストした本発
明による層（試料No. ３及びNo. ４）の異なる摩耗特性
は、異なるクロム含有量から生じたものである。

【００５３】低クロム含有量によって、高いクロム含有
量（試料No. ４）の場合よりも、僅かな耐摩性（大きい
摩耗痕の幅）で高い熱力学的安定性（僅かなクレータの
深さ）を生ずる、この試料No. ４は、熱力学的安定性が
少なく（大きなクレータの深さ）、その代り僅かな研摩
摩耗傾向（僅かな摩耗痕の幅）を示す。

【００５４】従って、クロム含量の選択によって、工具
の異なる応力を受ける面、あるいは異なる応力を受ける
工具を最適に被覆することが可能である。従って、例え
ば、試料No. ４による高硬度の被覆は、チップの応力を
受ける逃げ面（クリアランス面）によい影響を与える。
一方、主に化学的摩耗にさらされる切削面（レーキ面）
は、高い熱力学的安定性を有する層によって最もよく保
護することができる、つまり例えば試料No. ３によるク
ロム含量が少ない本発明による層によって保護される。

【００５５】図５に、理解を深めるため、単なる実施例
として１つの装置を概略的に示した、この装置を用い
て、本発明による方法を実施することができる。

【００５６】図５は、本発明による被覆実施のための例
示的な蒸着装置の概略図を示している。

【００５７】この蒸着装置は、排気接続口２０を有する
真空室１９と、加熱陰極２２を有し、且つ真空室１９と
開口２５を経て連通する加熱陰極室２１とを有してい
る。開口２５を含む加熱陰極室２１の底部２６は、真空
室１９の壁に対して電気的に絶縁されている。加熱陰極
２２は、電力供給装置２７から給電される。開口２５の
下方に、真空室１９の底部２９を経て、冷却可能なるつ
ぼ３０があり、この内にアルミニウム及びクロムを、好
ましくはＴｉ・ライナー３０ａ内に置く。真空室１９内
に、長手方向の軸線の周りに回転可能な導電性の保持器
３５があり、これがホルダー３６上の被覆すべき工作部
品３を保持する。保持器３５は、その軸線の周りに回転
可能に、回転板３７上に配置されており、且つこれによ
って電気的に接続されている。回転板３７は、真空室１
９の底部２９及び壁に対して電気的に絶縁されている。
ホルダー３６は、保持器３５と、例えば導電接続されて
いる。

【００５８】加熱陰極室２１内にガス導入管３９が接続
している。この室２１は、開口２５を経て真空室１９に
連絡している。

【００５９】回転板３７は、電気導体４７及びそのスイ
ッチ４６を経て、他方の極をアースしている調整可能な
電源４８に接続している。

【００６０】電力供給装置３２の電圧を、加熱陰極２２
及びるつぼ３０に印加する。

【００６１】５２は、るつぶ／ライナー／蒸発物への低
電圧放電を示しており、５３はアルゴン及び酸素の導入
管を示している。加工材料エッチングのための公知の装
置部分は示していない。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸着温度を変えて形成した本発明の硬質層のク
ヌープ硬さとクロム含量の関係を、サファイアと比較し
て示すグラフである。

【図２】温度５００℃で蒸着した本発明の硬質層のＸ線
スペクトルである。

【図３】標準工作部品として、本発明によって加工でき
るチップを備えたシャフトの側面図である。

【図４】摩耗したチップの斜視図である。

【図５】本発明の方法に適する装置を例示する説明図で
ある。

【符号の説明】

１…チップ ３…シャフト １９…真空室 ２１…加熱陰極室 ２２…加熱陰極 ２７，３２…電流供給装置 ３０…るつぼ ３０ａ…チタン・ライナー ３７…回転板 ３９…ガス導入管 ４８…電源 ５３…アルゴンと酸素の導入管

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロム含量が５原子％より多い実質的に
   （Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ ₃ 混合結晶体よりなることを特徴と
   する硬質層。
2. 【請求項２】 好ましくは、クロム含量が１０〜５０原
   子％である請求項１に記載の硬質層。
3. 【請求項３】 好ましくは、この層が１原子％より少な
   いＴｉを含む請求項１又は２に記載の硬質層。
4. 【請求項４】 好ましくは、断熱層として使用すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の
   層の使用方法。
5. 【請求項５】 特に切削工具であって、請求項１〜３の
   いずれか１つの項に記載の硬質層を被覆してあることを
   特徴とする工作部品。
6. 【請求項６】 温度≦９００℃、好ましくは≦５００℃
   に保ちながら、硬質層を被覆された請求項５に記載の工
   作部品。
7. 【請求項７】 好ましくは、すべて硬質層で被覆してあ
   る請求項５又は６に記載の工作部品。
8. 【請求項８】 好ましくは、異なる平面に、クロム含量
   の異なる硬質層を被覆してある請求項５〜７のいずれか
   １つの項に記載の工作部品。
9. 【請求項９】 好ましくは、使用のとき、あまり化学的
   損耗にさらされないが、摩擦により応力を受ける摩耗面
   のような工具面より、主に化学的損耗にさらされる工具
   面に、クロム含量が多い請求項８に記載の工作部品。
10. 【請求項１０】 好ましくは、切削工具として、特に回
    転切削チップとして使用することを特徴とする請求項５
    〜９のいずれか１つの項に記載の工作部品の使用方法。
11. 【請求項１１】 ９００℃以下の温度に保ちながら、化
    学的（ＣＶＤ）又は物理的（ＰＶＤ）被覆方法により、
    工作部品に（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ を被覆することを特徴
    とする工作部品に硬質層を被覆する方法。
12. 【請求項１２】 好ましくは、実質的に酸素を含む雰囲
    気中で、アルミニウム及びクロムの反応性スパッタリン
    グ又は蒸着によって被覆する請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 好ましくは、アルミニウム及びクロム
    を、低電圧アーク放電によって蒸発させる請求項１２に
    記載の方法。
14. 【請求項１４】 好ましくは、少くともアルミニウム
    を、チタン・ライナー内で蒸発させる請求項１１〜１３
    のいずれか１つの項に記載の方法。
15. 【請求項１５】 好ましくは、チタン・ライナー内のア
    ルミニウム蒸発により製造した請求項１〜３のいずれか
    １つの項に記載の硬質層。
16. 【請求項１６】 好ましくは、混合結晶体が、主にα変
    態である請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の硬質
    層。