JPH06122959A - Ａｌ−Ｔｉ系又はＡｌ−Ｔａ系耐摩耗性硬質膜及びその製造方法 - Google Patents
Ａｌ−Ｔｉ系又はＡｌ−Ｔａ系耐摩耗性硬質膜及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コーティングに先立ち基材を予熱することな
く膜を形成しても、基材上に形成する膜がそれら界面で
のクラックや剥離発生を招くことなく、良好に密着する
緻密な高硬度の耐摩耗性膜を簡単な工程で安価に製造す
る。 【構成】 Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ≦８
５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ＋ｂ
＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０ａｔ
％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ％、但
し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有する蒸発源材料
を用い、窒素系反応ガスの供給量を連続的又は段階的に
変化させながら、スパッタ法又はイオンプレーティング
法により不活性ガス雰囲気中で基材上に成膜を行う。こ
の方法により、上記組成の実質的に非晶質の金属から膜
表面に向って（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ
系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜的に変化
した耐摩耗性硬質膜が得られる。
く膜を形成しても、基材上に形成する膜がそれら界面で
のクラックや剥離発生を招くことなく、良好に密着する
緻密な高硬度の耐摩耗性膜を簡単な工程で安価に製造す
る。 【構成】 Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ≦８
５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ＋ｂ
＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０ａｔ
％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ％、但
し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有する蒸発源材料
を用い、窒素系反応ガスの供給量を連続的又は段階的に
変化させながら、スパッタ法又はイオンプレーティング
法により不活性ガス雰囲気中で基材上に成膜を行う。こ
の方法により、上記組成の実質的に非晶質の金属から膜
表面に向って（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ
系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜的に変化
した耐摩耗性硬質膜が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度表面を有する耐
摩耗性硬質膜及びその製造方法に関し、さらに詳しく
は、基材を予熱することなく、基材に対する密着性が良
好で、さらに硬質セラミックス表面を有する緻密な耐摩
耗性硬質膜を得る方法及びその組成に関する。
摩耗性硬質膜及びその製造方法に関し、さらに詳しく
は、基材を予熱することなく、基材に対する密着性が良
好で、さらに硬質セラミックス表面を有する緻密な耐摩
耗性硬質膜を得る方法及びその組成に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】機械部品
や工具などの摩耗や擦り傷を防ぐためのコーティングと
しては、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ系の
材料が用いられている。そして、これらの膜は、基材に
コーティングするにあたり、膜と基材との密着性及び膜
の緻密性を改善するために基材を予熱する方法が取られ
ている。この時、予熱は少なくとも２００℃以上で行わ
れるため、基材として用いることのできる材質には制限
があり、例えばアルミ合金のような、予熱によって機械
的特性が著しく低下するような材料を基材として用いる
ことはできなかった。
や工具などの摩耗や擦り傷を防ぐためのコーティングと
しては、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ系の
材料が用いられている。そして、これらの膜は、基材に
コーティングするにあたり、膜と基材との密着性及び膜
の緻密性を改善するために基材を予熱する方法が取られ
ている。この時、予熱は少なくとも２００℃以上で行わ
れるため、基材として用いることのできる材質には制限
があり、例えばアルミ合金のような、予熱によって機械
的特性が著しく低下するような材料を基材として用いる
ことはできなかった。
【０００３】また従来、高強度、高耐熱性などの優れた
特性を有する非晶質合金材料が液体急冷法等によって製
造されている。特に、特開平１−２７５７３２号公報に
開示されている、液体急冷法によって得られるアルミニ
ウム基非晶質合金材料は、高強度、高耐熱性、耐食性な
どに優れた合金である。しかしながら、非晶質合金材料
は、金属材料の中では優れた強度などの特性を示すが、
セラミックスなどの材料と比べると低く、改善の余地を
残している。一方、セラミックス材料は強度、硬度等の
点で優れた特性を示すが、高い靭性が要求される材料と
しては使用し難い。特に、薄膜として使用する場合、上
記高い靭性が要求される。
特性を有する非晶質合金材料が液体急冷法等によって製
造されている。特に、特開平１−２７５７３２号公報に
開示されている、液体急冷法によって得られるアルミニ
ウム基非晶質合金材料は、高強度、高耐熱性、耐食性な
どに優れた合金である。しかしながら、非晶質合金材料
は、金属材料の中では優れた強度などの特性を示すが、
セラミックスなどの材料と比べると低く、改善の余地を
残している。一方、セラミックス材料は強度、硬度等の
点で優れた特性を示すが、高い靭性が要求される材料と
しては使用し難い。特に、薄膜として使用する場合、上
記高い靭性が要求される。
【０００４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、コーティングに先立ち基材を予熱すること
なく膜を形成しても、基材上に形成する膜がそれら界面
でのクラックや剥離発生を招くことなく、良好に密着す
る緻密な膜を簡単な工程で安価に製造し得る方法を提供
しようとするものである。さらに本発明の目的は、基材
に対する密着性に優れると共に、上記非晶質合金材料よ
り高強度を示し、かつ膜全体としては、上記セラミック
ス材料の欠点である延性が緩和された、高硬度の表面を
有する緻密な耐摩耗性硬質膜を提供することにある。
れたもので、コーティングに先立ち基材を予熱すること
なく膜を形成しても、基材上に形成する膜がそれら界面
でのクラックや剥離発生を招くことなく、良好に密着す
る緻密な膜を簡単な工程で安価に製造し得る方法を提供
しようとするものである。さらに本発明の目的は、基材
に対する密着性に優れると共に、上記非晶質合金材料よ
り高強度を示し、かつ膜全体としては、上記セラミック
ス材料の欠点である延性が緩和された、高硬度の表面を
有する緻密な耐摩耗性硬質膜を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ
％≦ａ≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但
し、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここ
で、６０ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４
０ａｔ％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有す
る実質的に非晶質の金属から膜表面に向って窒素量が連
続的又は段階的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａ
ｌ，Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が
傾斜的に変化していることを特徴とする耐摩耗性硬質膜
が提供される。さらに本発明によれば、上記耐摩耗性硬
質膜を提供すべく、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％
≦ａ≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但
し、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここ
で、６０ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４
０ａｔ％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有す
る蒸発源材料を用い、窒素系反応ガスの供給量を連続的
又は段階的に変化させながら、スパッタ法又はイオンプ
レーティング法により所定量の反応ガスを含む不活性ガ
ス雰囲気中で基材上に成膜を行い、基材上の実質的に非
晶質の相から膜表面の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，
Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜
的に変化した膜を形成することを特徴とする耐摩耗性硬
質膜の製造方法が提供される。
に、本発明によれば、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ
％≦ａ≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但
し、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここ
で、６０ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４
０ａｔ％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有す
る実質的に非晶質の金属から膜表面に向って窒素量が連
続的又は段階的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａ
ｌ，Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が
傾斜的に変化していることを特徴とする耐摩耗性硬質膜
が提供される。さらに本発明によれば、上記耐摩耗性硬
質膜を提供すべく、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％
≦ａ≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但
し、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここ
で、６０ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４
０ａｔ％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有す
る蒸発源材料を用い、窒素系反応ガスの供給量を連続的
又は段階的に変化させながら、スパッタ法又はイオンプ
レーティング法により所定量の反応ガスを含む不活性ガ
ス雰囲気中で基材上に成膜を行い、基材上の実質的に非
晶質の相から膜表面の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，
Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜
的に変化した膜を形成することを特徴とする耐摩耗性硬
質膜の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の作用及び態様】本発明は、スパッタ法又はイオ
ンプレーティング法により基材上に成膜を行うに際し
て、ターゲット（蒸発源）として、コーティング中に、
反応ガスを導入しない場合には実質的に非晶質の金属膜
が形成され、反応ガスとして窒素ガス等を導入した時に
結晶質セラミックス膜が形成されるＡｌ−Ｔｉ系及びＡ
ｌ−Ｔａ系組成物を用いることを特徴とする。すなわ
ち、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ≦８５ａｔ
％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ＋ｂ＝１０
０ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０ａｔ％≦ｃ
≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ％、但し、ｃ
＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有するターゲットを用
い、窒素ガスの供給量を連続的又は段階的に変化させな
がら、不活性ガス雰囲気中で基材上に成膜を行うと、基
材上の実質的に非晶質の金属から膜表面に向って窒素量
が連続的又は段階的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は
（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構
造が連続的又は段階的に変化した膜が形成される。な
お、Ａｌ−Ｔｉ系ターゲットにおいてＡｌが８０ａｔ％
以上の場合、窒素ガス分圧０〜０．０２１Ｐａの範囲で
はアルミ結晶が生じるが、これは非晶質金属に分散した
状態であり、上記「実質的に非晶質の金属」とはこのよ
うな構造を包含する用語と理解されるべきである。その
後、窒素濃度を上げていくと、０．０２１〜０．０４Ｐ
ａの範囲で非晶質となり、さらに０．０４Ｐａを越える
とＴｉを固溶したＡｌＮの結晶からなる最終セラミック
ス結晶質に変化する。
ンプレーティング法により基材上に成膜を行うに際し
て、ターゲット（蒸発源）として、コーティング中に、
反応ガスを導入しない場合には実質的に非晶質の金属膜
が形成され、反応ガスとして窒素ガス等を導入した時に
結晶質セラミックス膜が形成されるＡｌ−Ｔｉ系及びＡ
ｌ−Ｔａ系組成物を用いることを特徴とする。すなわ
ち、Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ≦８５ａｔ
％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ＋ｂ＝１０
０ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０ａｔ％≦ｃ
≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ％、但し、ｃ
＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有するターゲットを用
い、窒素ガスの供給量を連続的又は段階的に変化させな
がら、不活性ガス雰囲気中で基材上に成膜を行うと、基
材上の実質的に非晶質の金属から膜表面に向って窒素量
が連続的又は段階的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は
（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構
造が連続的又は段階的に変化した膜が形成される。な
お、Ａｌ−Ｔｉ系ターゲットにおいてＡｌが８０ａｔ％
以上の場合、窒素ガス分圧０〜０．０２１Ｐａの範囲で
はアルミ結晶が生じるが、これは非晶質金属に分散した
状態であり、上記「実質的に非晶質の金属」とはこのよ
うな構造を包含する用語と理解されるべきである。その
後、窒素濃度を上げていくと、０．０２１〜０．０４Ｐ
ａの範囲で非晶質となり、さらに０．０４Ｐａを越える
とＴｉを固溶したＡｌＮの結晶からなる最終セラミック
ス結晶質に変化する。
【０００７】このように、本発明によれば、基材上に、
基材側から窒素量を連続的に増加させた（Ａｌ，Ｔｉ）
Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系の傾斜膜を被覆することに
よって、基材と被膜の界面でのクラックや剥離等の発生
を防止できると共に、基材を予熱することなく基材に対
する膜の密着性を向上できる。また、非晶質から結晶質
へと連続的もしくは段階的に変化させることで、同一組
成で形成される結晶質被膜に見られる柱状構造は成長せ
ず、極めて緻密な膜とすることができる。また、最終の
セラミックス層を厚くしても密着性が低下することはな
い。
基材側から窒素量を連続的に増加させた（Ａｌ，Ｔｉ）
Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系の傾斜膜を被覆することに
よって、基材と被膜の界面でのクラックや剥離等の発生
を防止できると共に、基材を予熱することなく基材に対
する膜の密着性を向上できる。また、非晶質から結晶質
へと連続的もしくは段階的に変化させることで、同一組
成で形成される結晶質被膜に見られる柱状構造は成長せ
ず、極めて緻密な膜とすることができる。また、最終の
セラミックス層を厚くしても密着性が低下することはな
い。
【０００８】上記蒸着手段としては、反応性スパッタリ
ング法やイオンプレーティング法等があり、蒸発源とし
ては一つの蒸発源に所定割合の組成を含むものを用いる
こともできるし、複数の蒸発源に単一組成又はそれぞれ
異なる組成を含むものを用いて同時に蒸発させる方法を
用いることもできる。また、窒素ガスの供給は連続的に
変化させる方法、所定導入量で段階的に変化させる方法
などがある。例えば、スパッタガス（Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等の不活性ガス）を導入してガス圧（全
圧）を０．６〜１．２Ｐａの低圧に保った蒸着装置内
に、反応ガス（Ｎ2 ，ＮＨ3 等）の供給量を、不活性ガ
スに対する窒素濃度として０〜２０％（容量比）の範囲
内で徐々に変化させるように、連続的又は段階的に多く
しながらコーティングすることにより、本発明の非晶質
から結晶質へ連続的又は段階的に組織傾斜を行った（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系傾斜膜が得られ
る。なお、本発明の方法は、基材温度を２００℃以上に
できない材質の高分子材料、アルミなどの基材にコーテ
ィングする場合に特に有用であるが、他の基材にも適用
できることは勿論である。
ング法やイオンプレーティング法等があり、蒸発源とし
ては一つの蒸発源に所定割合の組成を含むものを用いる
こともできるし、複数の蒸発源に単一組成又はそれぞれ
異なる組成を含むものを用いて同時に蒸発させる方法を
用いることもできる。また、窒素ガスの供給は連続的に
変化させる方法、所定導入量で段階的に変化させる方法
などがある。例えば、スパッタガス（Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等の不活性ガス）を導入してガス圧（全
圧）を０．６〜１．２Ｐａの低圧に保った蒸着装置内
に、反応ガス（Ｎ2 ，ＮＨ3 等）の供給量を、不活性ガ
スに対する窒素濃度として０〜２０％（容量比）の範囲
内で徐々に変化させるように、連続的又は段階的に多く
しながらコーティングすることにより、本発明の非晶質
から結晶質へ連続的又は段階的に組織傾斜を行った（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ系傾斜膜が得られ
る。なお、本発明の方法は、基材温度を２００℃以上に
できない材質の高分子材料、アルミなどの基材にコーテ
ィングする場合に特に有用であるが、他の基材にも適用
できることは勿論である。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を示して本発明につい
て具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定され
るものでないことはもとよりである。
て具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定され
るものでないことはもとよりである。
【００１０】実施例１ （８０ａｔ％Ａｌ−２０ａｔ％Ｔｉ）からなるターゲッ
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガ
ラス基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、８
０Ｗのパワーをかけてガラス基板を１０分間スパッタエ
ッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍに対し０．３Ａの電流
を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの時、
ガラス基板の前にはシャッターとしてステンレス板を配
置し、予備放電によるガラス基板へのコーティングがな
されないようにした。この予備放電は、ターゲット表面
に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的である。
上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきガラス基板
に対するコーティングを開始した。但し、コーティング
に先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コーテ
ィング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制御で
きる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔ
ａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）か
ら４．１ ＳＣＣＭまで１８０分間で連続的に変化させ
た。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから
０．０７４ Ｐａに変化した。このようにして得られた
膜は、全体で５μｍの厚さであり、その断面は緻密で柱
状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によって確認さ
れた。
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガ
ラス基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、８
０Ｗのパワーをかけてガラス基板を１０分間スパッタエ
ッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍに対し０．３Ａの電流
を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの時、
ガラス基板の前にはシャッターとしてステンレス板を配
置し、予備放電によるガラス基板へのコーティングがな
されないようにした。この予備放電は、ターゲット表面
に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的である。
上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきガラス基板
に対するコーティングを開始した。但し、コーティング
に先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コーテ
ィング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制御で
きる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔ
ａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）か
ら４．１ ＳＣＣＭまで１８０分間で連続的に変化させ
た。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから
０．０７４ Ｐａに変化した。このようにして得られた
膜は、全体で５μｍの厚さであり、その断面は緻密で柱
状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によって確認さ
れた。
【００１１】図１は、膜断面における各組成の変化を示
すＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による線分析
結果である。図１から明らかなように、膜中の窒素割合
は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的に増加して
いる。図２は、各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組
成膜のＸ線回折による分析結果である。なお、各均一組
成膜のＸ線回折図は、解り易いように縦座標軸の強さ方
向に分圧順にシフトしてまとめて示した。図２から明ら
かなように、窒素ガスを導入しないで得られた金属膜は
アルミの結晶を示すデータであるが、窒素ガス分圧０．
０２１Ｐａでは非晶質となり、さらに窒素ガス分圧の増
加と共に非晶質から結晶質に変化した。図３は、スクラ
ッチ試験法（走査型スクラッチテスター、島津製作所
製、ＳＳＴ・１０１を使用）による膜の密着性の試験結
果である。実施例１で作製した傾斜膜（ＦＧＭ）の他
に、比較例として窒化均一組成膜（ＡｌＴｉＮ）につい
ても示してある。膜の密着性は、荷重の増加と共に変化
するカートリッジ出力によって示され、出力が急激に増
加している時点で膜が剥離したことを示す。図３から明
らかなように、傾斜膜の密着性は、均一単層膜に比べ大
幅に改善された。なお、比較例に用いた窒化物均一組成
膜は、本実施例１で示した傾斜膜の最終条件で形成した
膜で、膜の硬さは２３００Ｈｋである。図４は、所定の
窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果である。硬
度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定として均一膜を
形成し、微小硬度計によって測定した。窒素ガス分圧の
増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．０７４Ｐａ
では２３００Ｈｋとなる。
すＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による線分析
結果である。図１から明らかなように、膜中の窒素割合
は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的に増加して
いる。図２は、各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組
成膜のＸ線回折による分析結果である。なお、各均一組
成膜のＸ線回折図は、解り易いように縦座標軸の強さ方
向に分圧順にシフトしてまとめて示した。図２から明ら
かなように、窒素ガスを導入しないで得られた金属膜は
アルミの結晶を示すデータであるが、窒素ガス分圧０．
０２１Ｐａでは非晶質となり、さらに窒素ガス分圧の増
加と共に非晶質から結晶質に変化した。図３は、スクラ
ッチ試験法（走査型スクラッチテスター、島津製作所
製、ＳＳＴ・１０１を使用）による膜の密着性の試験結
果である。実施例１で作製した傾斜膜（ＦＧＭ）の他
に、比較例として窒化均一組成膜（ＡｌＴｉＮ）につい
ても示してある。膜の密着性は、荷重の増加と共に変化
するカートリッジ出力によって示され、出力が急激に増
加している時点で膜が剥離したことを示す。図３から明
らかなように、傾斜膜の密着性は、均一単層膜に比べ大
幅に改善された。なお、比較例に用いた窒化物均一組成
膜は、本実施例１で示した傾斜膜の最終条件で形成した
膜で、膜の硬さは２３００Ｈｋである。図４は、所定の
窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果である。硬
度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定として均一膜を
形成し、微小硬度計によって測定した。窒素ガス分圧の
増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．０７４Ｐａ
では２３００Ｈｋとなる。
【００１２】実施例２ （６４ａｔ％Ａ１−３６ａｔ％Ｔｉ）からなるターゲッ
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板又はアルミ板からなる被
蒸着基板を配置し、それぞれにコーティングを施した。
前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気したのち、同
装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス圧（全
圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガラス基
板又はアルミ基板を固定している治具に高周波電源をつ
なぎ、８０Ｗのパワーをかけてガラス基板又はアルミ基
板を１０分間スパッタエッチングした。ついで、ターゲ
ットに直流電源をつなぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍ
に対し０．３Ａの電流を流し、１０分間の予備放電を行
なった。なおこの時、ガラス基板又はアルミ基板の前に
はシャッターとしてステンレス板を配置し、予備放電に
よるガラス基板又はアルミ基板へのコーティングがなさ
れないようにした。上記予備放電の後、シャッターを取
りのぞきガラス基板又はアルミ基板に対するコーティン
グを開始した。但し、コーティングに先立ち基材を予熱
することは行なわなかった。コーティング中、反応ガス
である窒素ガスは、電気的に制御できる流量調節計によ
って、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕ
ｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）から４．１ ＳＣＣＭ
まで１８０分間で連続的に変化させた。なお、この時の
窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから０．０７４ Ｐａに変
化した。このようにして得られた膜は、全体で５μｍの
厚さであり、その断面は緻密で柱状構造を示さないこと
が電子顕微鏡観察によって確認された。
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板又はアルミ板からなる被
蒸着基板を配置し、それぞれにコーティングを施した。
前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気したのち、同
装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス圧（全
圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガラス基
板又はアルミ基板を固定している治具に高周波電源をつ
なぎ、８０Ｗのパワーをかけてガラス基板又はアルミ基
板を１０分間スパッタエッチングした。ついで、ターゲ
ットに直流電源をつなぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍ
に対し０．３Ａの電流を流し、１０分間の予備放電を行
なった。なおこの時、ガラス基板又はアルミ基板の前に
はシャッターとしてステンレス板を配置し、予備放電に
よるガラス基板又はアルミ基板へのコーティングがなさ
れないようにした。上記予備放電の後、シャッターを取
りのぞきガラス基板又はアルミ基板に対するコーティン
グを開始した。但し、コーティングに先立ち基材を予熱
することは行なわなかった。コーティング中、反応ガス
である窒素ガスは、電気的に制御できる流量調節計によ
って、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕ
ｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）から４．１ ＳＣＣＭ
まで１８０分間で連続的に変化させた。なお、この時の
窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから０．０７４ Ｐａに変
化した。このようにして得られた膜は、全体で５μｍの
厚さであり、その断面は緻密で柱状構造を示さないこと
が電子顕微鏡観察によって確認された。
【００１３】また、ガラス基板にコーティングした膜に
対してＥＤＸによる線分析及びＸ線回折を行ない、アル
ミ基板にコーティングした膜に対して硬度試験及び折り
曲げ試験を行なった。図５は、ガラス基板にコーティン
グした膜の膜断面における各組成の変化を示すＥＤＸに
よる線分析結果である。図５から明らかなように、膜中
の窒素割合は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的
に増加している。図６乃至図１３は、各所定窒素ガス分
圧毎に作製した均一組成膜のＸ線回折による分析結果で
ある。これらのＸ線回折図から明らかなように、窒素ガ
ス分圧０Ｐａでは非晶質金属膜となり、さらに窒素ガス
分圧の増加と共に非晶質から結晶質に変化した。図１４
は、所定の窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果
である。硬度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定とし
て均一膜を形成し、微小硬度計によって測定した。窒素
ガス分圧の増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．
０４７Ｐａでは１５００Ｈｋとなる。膜の基材に対する
密着性は、基材にアルミを用いて折り曲げ試験によって
評価した。比較例としては、窒素ガス分圧０．０７４Ｐ
ａ一定とし、厚さ５μｍの均一な組成の硬質膜を形成し
た試料を用いた。本発明による膜は、折り曲げ試験によ
ってクラックの発生が認められたが剥離は起きなかっ
た。一方、比較材については基材より硬質膜が剥離し
た。
対してＥＤＸによる線分析及びＸ線回折を行ない、アル
ミ基板にコーティングした膜に対して硬度試験及び折り
曲げ試験を行なった。図５は、ガラス基板にコーティン
グした膜の膜断面における各組成の変化を示すＥＤＸに
よる線分析結果である。図５から明らかなように、膜中
の窒素割合は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的
に増加している。図６乃至図１３は、各所定窒素ガス分
圧毎に作製した均一組成膜のＸ線回折による分析結果で
ある。これらのＸ線回折図から明らかなように、窒素ガ
ス分圧０Ｐａでは非晶質金属膜となり、さらに窒素ガス
分圧の増加と共に非晶質から結晶質に変化した。図１４
は、所定の窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果
である。硬度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定とし
て均一膜を形成し、微小硬度計によって測定した。窒素
ガス分圧の増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．
０４７Ｐａでは１５００Ｈｋとなる。膜の基材に対する
密着性は、基材にアルミを用いて折り曲げ試験によって
評価した。比較例としては、窒素ガス分圧０．０７４Ｐ
ａ一定とし、厚さ５μｍの均一な組成の硬質膜を形成し
た試料を用いた。本発明による膜は、折り曲げ試験によ
ってクラックの発生が認められたが剥離は起きなかっ
た。一方、比較材については基材より硬質膜が剥離し
た。
【００１４】実施例３ （７５ａｔ％Ａ１−２５ａｔ％Ｔａ）からなるターゲッ
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でアルミ板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ア
ルミ基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、１
００Ｗのパワーをかけてアルミ基板を１０分間スパッタ
エッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ１００ｍｍに対し０．４Ａの電
流を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの
時、アルミ基板の前にはシャッターとしてステンレス板
を配置し、予備放電によるアルミ基板へのコーティング
がなされないようにした。この予備放電は、ターゲット
表面に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的であ
る。上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきアルミ
基板に対するコーティングを開始した。但し、コーティ
ングに先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コ
ーティング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制
御できる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ
（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅ
ｒ）から４．５ ＳＣＣＭまで１２０分間で連続的に変
化させた。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａ
から０．０８６ Ｐａに変化した。このようにして得ら
れた膜は、全体で３．６μｍの厚さであり、その断面は
緻密で柱状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によっ
て確認された。
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でアルミ板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ア
ルミ基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、１
００Ｗのパワーをかけてアルミ基板を１０分間スパッタ
エッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ１００ｍｍに対し０．４Ａの電
流を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの
時、アルミ基板の前にはシャッターとしてステンレス板
を配置し、予備放電によるアルミ基板へのコーティング
がなされないようにした。この予備放電は、ターゲット
表面に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的であ
る。上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきアルミ
基板に対するコーティングを開始した。但し、コーティ
ングに先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コ
ーティング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制
御できる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ
（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅ
ｒ）から４．５ ＳＣＣＭまで１２０分間で連続的に変
化させた。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａ
から０．０８６ Ｐａに変化した。このようにして得ら
れた膜は、全体で３．６μｍの厚さであり、その断面は
緻密で柱状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によっ
て確認された。
【００１５】図１５は、膜断面における各組成の変化を
示すＥＤＸによる線分析結果である。図１５から明らか
なように、膜中の窒素割合は、アルミ基板上から膜表面
にかけて連続的に増加している。図１６乃至図２０は、
各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組成膜のＸ線回折
による分析結果である。これらのＸ線回折図から明らか
なように、窒素ガス分圧０ Ｐａでは非晶質金属膜とな
り、窒素ガス分圧の増加と共に非晶質から結晶質に変化
した。図２１は、所定の窒素ガス分圧で形成された膜の
硬度測定結果である。硬度は、所定の窒素ガス分圧で分
圧を一定として均一膜を形成し、微小硬度計によって測
定した。窒素ガス分圧の増加と共に硬度は増加し、窒素
ガス分圧０．０４Ｐａでは１８００Ｈｋとなる。
示すＥＤＸによる線分析結果である。図１５から明らか
なように、膜中の窒素割合は、アルミ基板上から膜表面
にかけて連続的に増加している。図１６乃至図２０は、
各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組成膜のＸ線回折
による分析結果である。これらのＸ線回折図から明らか
なように、窒素ガス分圧０ Ｐａでは非晶質金属膜とな
り、窒素ガス分圧の増加と共に非晶質から結晶質に変化
した。図２１は、所定の窒素ガス分圧で形成された膜の
硬度測定結果である。硬度は、所定の窒素ガス分圧で分
圧を一定として均一膜を形成し、微小硬度計によって測
定した。窒素ガス分圧の増加と共に硬度は増加し、窒素
ガス分圧０．０４Ｐａでは１８００Ｈｋとなる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の方法によれ
ば基材に対し良好に密着し、高い硬度の表面を有する緻
密な耐摩耗性膜を、基材を予熱することなく、処理工程
に特別の工程を追加することなく製造することができ
る。また、本発明で得られる膜は、基材上の実質的に非
晶質の金属から膜表面に向って窒素量が連続的又は段階
的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ
系結晶質セラミックス相に組成及び構造が連続的又は段
階的に変化した極めて緻密な表面硬度の高い耐摩耗性硬
質膜であり、機械的、電気的に優れた特性を示すととも
にセラミック材料の欠点である脆性が緩和されているの
で、電気電子材料、高強度材料、耐摩耗材料、耐高温材
料などとして使用でき、産業上の種々の用途に供するこ
とができる。
ば基材に対し良好に密着し、高い硬度の表面を有する緻
密な耐摩耗性膜を、基材を予熱することなく、処理工程
に特別の工程を追加することなく製造することができ
る。また、本発明で得られる膜は、基材上の実質的に非
晶質の金属から膜表面に向って窒素量が連続的又は段階
的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）Ｎ
系結晶質セラミックス相に組成及び構造が連続的又は段
階的に変化した極めて緻密な表面硬度の高い耐摩耗性硬
質膜であり、機械的、電気的に優れた特性を示すととも
にセラミック材料の欠点である脆性が緩和されているの
で、電気電子材料、高強度材料、耐摩耗材料、耐高温材
料などとして使用でき、産業上の種々の用途に供するこ
とができる。
【図１】実施例１で作製したＡｌ80Ｔｉ20ＮX 傾斜膜の
膜断面における組成変化を示すＥＤＸ（エネルギー分散
型Ｘ線分光法）による線分析図である。
膜断面における組成変化を示すＥＤＸ（エネルギー分散
型Ｘ線分光法）による線分析図である。
【図２】所定の窒素ガス分圧毎に作製した各Ａｌ80Ｔｉ
20ＮX 均一組成膜のＸ線回折図であり、各Ｘ線回折図を
強さ方向に窒素ガス分圧順にシフトして示す。
20ＮX 均一組成膜のＸ線回折図であり、各Ｘ線回折図を
強さ方向に窒素ガス分圧順にシフトして示す。
【図３】スクラッチ試験法による膜の密着性の試験結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】Ａｌ80Ｔｉ20ＮX 均一組成膜のヌープ硬さと窒
素ガス分圧との関係を示すグラフである。
素ガス分圧との関係を示すグラフである。
【図５】実施例２で作製したＡｌ64Ｔｉ36ＮX 傾斜膜の
膜断面における組成変化を示すＥＤＸによる線分析図で
ある。
膜断面における組成変化を示すＥＤＸによる線分析図で
ある。
【図６】窒素ガス分圧０．０２８５Ｐａで作製したＡｌ
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図７】窒素ガス分圧０．０３３３Ｐａで作製したＡｌ
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図８】窒素ガス分圧０．０３７８Ｐａで作製したＡｌ
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図９】窒素ガス分圧０．０４０６Ｐａで作製したＡｌ
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１０】窒素ガス分圧０．０４１５Ｐａで作製したＡ
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１１】窒素ガス分圧０．０４２４Ｐａで作製したＡ
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１２】窒素ガス分圧０．０４５２Ｐａで作製したＡ
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
ｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１３】窒素ガス分圧０．０４７Ｐａで作製したＡｌ
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１４】Ａｌ64Ｔｉ36ＮX 均一組成膜のヌープ硬さと
窒素ガス分圧との関係を示すグラフである。
窒素ガス分圧との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例３で作製したＡｌ75Ｔａ25ＮX 傾斜膜
の膜断面における組成変化を示すＥＤＸによる線分析図
である。
の膜断面における組成変化を示すＥＤＸによる線分析図
である。
【図１６】窒素ガス分圧０Ｐａで作製したＡｌ75Ｔａ25
ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１７】窒素ガス分圧０．０３Ｐａで作製したＡｌ75
Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１８】窒素ガス分圧０．０４Ｐａで作製したＡｌ75
Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図１９】窒素ガス分圧０．０４９Ｐａで作製したＡｌ
75Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
75Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図２０】窒素ガス分圧０．０８６Ｐａで作製したＡｌ
75Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
75Ｔａ25ＮX 均一組成膜のＸ線回折図である。
【図２１】Ａｌ75Ｔａ25ＮX 均一組成膜のヌープ硬さと
窒素ガス分圧との関係を示すグラフである。
窒素ガス分圧との関係を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】実施例１ （８０ａｔ％Ａｌ−２０ａｔ％Ｔｉ）からなるターゲッ
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガ
ラス基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、８
０Ｗのパワーをかけてガラス基板を１０分間スパッタエ
ッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍに対し０．３Ａの電流
を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの時、
ガラス基板の前にはシャッターとしてステンレス板を配
置し、予備放電によるガラス基板へのコーティングがな
されないようにした。この予備放電は、ターゲット表面
に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的である。
上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきガラス基板
に対するコーティングを開始した。但し、コーティング
に先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コーテ
ィング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制御で
きる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔ
ａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）か
ら６．１ ＳＣＣＭまで１８０分間で連続的に変化させ
た。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから
０．１０２ Ｐａに変化した。このようにして得られた
膜は、全体で５μｍの厚さであり、その断面は緻密で柱
状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によって確認さ
れた。
トをマグネトロンスパッタ蒸着装置内の電極（＋極）に
対向させて配置し、電極とターゲットの間に、ターゲッ
トと６０ｍｍの距離でガラス板からなる被蒸着基板を配
置した。前記スパッタ装置内を真空ポンプにて排気した
のち、同装置内にアルゴンガスを供給し、装置内のガス
圧（全圧）を１Ｐａとした。コーティングに先立ち、ガ
ラス基板を固定している治具に高周波電源をつなぎ、８
０Ｗのパワーをかけてガラス基板を１０分間スパッタエ
ッチングした。ついで、ターゲットに直流電源をつな
ぎ、ターゲットサイズφ７５ｍｍに対し０．３Ａの電流
を流し、１０分間の予備放電を行なった。なおこの時、
ガラス基板の前にはシャッターとしてステンレス板を配
置し、予備放電によるガラス基板へのコーティングがな
されないようにした。この予備放電は、ターゲット表面
に吸着したガスや湿気を取りのぞくことが目的である。
上記予備放電の後、シャッターを取りのぞきガラス基板
に対するコーティングを開始した。但し、コーティング
に先立ち基材を予熱することは行なわなかった。コーテ
ィング中、反応ガスである窒素ガスは、電気的に制御で
きる流量調節計によって、導入量を０ ＳＣＣＭ（Ｓｔ
ａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ＣｅｎｔｉＭｅｔｅｒ）か
ら６．１ ＳＣＣＭまで１８０分間で連続的に変化させ
た。なお、この時の窒素ガスの分圧は、０ Ｐａから
０．１０２ Ｐａに変化した。このようにして得られた
膜は、全体で５μｍの厚さであり、その断面は緻密で柱
状構造を示さないことが電子顕微鏡観察によって確認さ
れた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】図１は、膜断面における各組成の変化を示
すＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による線分析
結果である。図１から明らかなように、膜中の窒素割合
は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的に増加して
いる。図２は、各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組
成膜のＸ線回折による分析結果である。なお、各均一組
成膜のＸ線回折図は、解り易いように縦座標軸の強さ方
向に分圧順にシフトしてまとめて示した。図２から明ら
かなように、窒素ガスを導入しないで得られた金属膜は
アルミの結晶を示すデータであるが、窒素ガス分圧０．
０２１Ｐａでは非晶質となり、さらに窒素ガス分圧の増
加と共に非晶質から結晶質に変化した。図３は、スクラ
ッチ試験法（走査型スクラッチテスター、島津製作所
製、ＳＳＴ・１０１を使用）による膜の密着性の試験結
果である。実施例１で作製した傾斜膜（ＦＧＭ）の他
に、比較例として窒化均一組成膜（ＡｌＴｉＮ）につい
ても示してある。膜の密着性は、荷重の増加と共に変化
するカートリッジ出力によって示され、出力が急激に増
加している時点で膜が剥離したことを示す。図３から明
らかなように、傾斜膜の密着性は、均一単層膜に比べ大
幅に改善された。なお、比較例に用いた窒化物均一組成
膜は、本実施例１で示した傾斜膜の最終条件で形成した
膜で、膜の硬さは２３００Ｈｋである。図４は、所定の
窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果である。硬
度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定として均一膜を
形成し、微小硬度計によって測定した。窒素ガス分圧の
増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．１０２Ｐａ
では２３００Ｈｋとなる。
すＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による線分析
結果である。図１から明らかなように、膜中の窒素割合
は、ガラス基板上から膜表面にかけて連続的に増加して
いる。図２は、各所定窒素ガス分圧毎に作製した均一組
成膜のＸ線回折による分析結果である。なお、各均一組
成膜のＸ線回折図は、解り易いように縦座標軸の強さ方
向に分圧順にシフトしてまとめて示した。図２から明ら
かなように、窒素ガスを導入しないで得られた金属膜は
アルミの結晶を示すデータであるが、窒素ガス分圧０．
０２１Ｐａでは非晶質となり、さらに窒素ガス分圧の増
加と共に非晶質から結晶質に変化した。図３は、スクラ
ッチ試験法（走査型スクラッチテスター、島津製作所
製、ＳＳＴ・１０１を使用）による膜の密着性の試験結
果である。実施例１で作製した傾斜膜（ＦＧＭ）の他
に、比較例として窒化均一組成膜（ＡｌＴｉＮ）につい
ても示してある。膜の密着性は、荷重の増加と共に変化
するカートリッジ出力によって示され、出力が急激に増
加している時点で膜が剥離したことを示す。図３から明
らかなように、傾斜膜の密着性は、均一単層膜に比べ大
幅に改善された。なお、比較例に用いた窒化物均一組成
膜は、本実施例１で示した傾斜膜の最終条件で形成した
膜で、膜の硬さは２３００Ｈｋである。図４は、所定の
窒素ガス分圧で形成された膜の硬度測定結果である。硬
度は、所定の窒素ガス分圧で分圧を一定として均一膜を
形成し、微小硬度計によって測定した。窒素ガス分圧の
増加と共に硬度は増加し、窒素ガス分圧０．１０２Ｐａ
では２３００Ｈｋとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住宅 11−806 (72)発明者 山形 寛 富山県中新川郡立山町道源寺1008
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ
≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ
＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０
ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ
％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有する実質
的に非晶質の金属から膜表面に向って窒素量が連続的又
は段階的に増加して（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔ
ａ）Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜的
に変化していることを特徴とする耐摩耗性硬質膜。 - 【請求項２】 Ａｌa Ｔｉb （ここで、６２ａｔ％≦ａ
≦８５ａｔ％、１５ａｔ％≦ｂ≦３８ａｔ％、但し、ａ
＋ｂ＝１００ａｔ％）又はＡｌc Ｔａd （ここで、６０
ａｔ％≦ｃ≦８０ａｔ％、２０ａｔ％≦ｄ≦４０ａｔ
％、但し、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％）の組成を有する蒸発
源材料を用い、窒素系反応ガスの供給量を連続的又は段
階的に変化させながら、スパッタ法又はイオンプレーテ
ィング法により所定量の反応ガスを含む不活性ガス雰囲
気中で基材上に成膜を行い、基材上の実質的に非晶質の
相から膜表面の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ系又は（Ａｌ，Ｔａ）
Ｎ系結晶質セラミックス相に組成及び構造が傾斜的に変
化した膜を形成することを特徴とする耐摩耗性硬質膜の
製造方法。 - 【請求項３】 反応ガスとして窒素ガス又はＮＨ3 ガス
を用い、窒素ガス濃度として不活性ガスに対する窒素の
割合を０〜２０容量％の範囲で変化させることを特徴と
する請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 不活性ガスと反応ガスの全圧を０．６〜
１．２Ｐａにすることを特徴とする請求項２又は３に記
載の方法。
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