JPH07292456A

JPH07292456A - 膜被覆基体

Info

Publication number: JPH07292456A
Application number: JP8459994A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishiyama; 哲西山; Kiyoshi Ogata; 潔緒方; Hiroshi Morino; 弘森野
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性能が要求される分野に用いられる基
体を優れた硬度、靱性、密着性及び化学的安定性を有す
る膜で被覆した膜被覆基体を提供する。【構成】基体Ｓ上に窒化クロム膜Ｓ１が形成され、そ
の上に、窒化クロム及び窒化ホウ素からなる膜Ｓ２又は
窒化クロム、窒化ホウ素及びホウ化クロムからなる膜Ｓ
３が形成されている膜被覆基体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具、金型、光学
素子成形用型、磁気ヘッド或いは各種の摺動部品といっ
た耐摩耗性能、潤滑性能、適度の摺動性、離型性及び化
学的安定性等の１又２以上が要求される基体上に、これ
らの性能を向上させることができるとともに該基体への
密着性良好な膜が被覆された基体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に基体の耐摩耗性能、潤滑性能を向
上させる目的で、該基体上に例えば窒化ホウ素（ＢＮ）
（以下、「ＢＮ」という。）膜や窒化クロム（Ｃｒ_XＮ
_y、ｘ，ｙは変数）（以下、「ＣｒＮ」という。）等の
高硬度膜が形成される。ＢＮは、結晶構造によって立方
晶系閃亜鉛鉱型のもの（ｃ−ＢＮ）、六方晶系のグラフ
ァイトと類似した構造のもの（ｈ−ＢＮ）、或いは六方
晶系のウルツ鉱型のもの（ｗ−ＢＮ）等に大別される。

【０００３】ｈ−ＢＮは、その特性もグラファイトに類
似し、Ｃ軸方向に劈開性を有することから軟質ながらも
摺動性に優れ、また化学的安定性に優れ、現在では人工
的に合成された粉末状のものが固体潤滑剤として、各種
摺動部材の摩擦係数を下げるために広く用いられてい
る。また、ｃ−ＢＮはダイヤモンドに次ぐ高硬度を有し
ており、熱的・化学的安定性はダイヤモンドより優れて
いることから、切削工具といった耐摩耗性を必要とする
分野に応用されており、また、絶縁性や高熱伝導率を有
する特徴を活かしてヒートシンク用材料として利用され
ている。ｗ−ＢＮもｃ−ＢＮより硬度は劣るものの、他
の窒化物より優れた硬度と熱伝導性を有し、また優れた
熱的・化学的安定性を有しているので、ｃ−ＢＮと同
様、工具を中心にした耐摩耗性が要求される分野に応用
されている。

【０００４】ＣｒＮは靱性に優れ、また、ｃ−ＢＮやｗ
−ＢＮに比べると硬度は低いものの相当の硬度を有して
おり、さらに、金属、セラミック、樹脂等との濡れ性が
良く、金属等の基体上に密着性良く形成されることか
ら、これも工具等の被覆膜として広く応用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ＢＮは何れも金属等との濡れ性が劣り、ＢＮ膜を金属等
の基体上へ密着性良く形成させることは困難である。ま
た、ＢＮ膜は該膜に含まれるホウ素（Ｂ）原子と窒素
（Ｎ）原子の個数比（Ｂ／Ｎ組成比）を化学量論的組成
比（＝１）に近づけると化学的安定性が向上するが、こ
のとき形成されたＢＮ膜内に過大な内部応力が発生し易
く、その結果、該ＢＮ膜で被覆された基体を摺動部品と
して用いると、該膜にクラックが生じ易い。その結果、
該膜の一部に剥離が生じることがある。

【０００６】一方、ＣｒＮは、既述のとおり硬度及び靱
性に優れ、また、金属等との濡れ性に優れるためＣｒＮ
膜は金属等の基体上に密着性良く形成されるが、ＢＮに
比べて酸化開始温度が低く、高温下での耐酸化性はＢＮ
より劣る。このように、従来から耐摩耗性能が要求され
る分野でよく用いられてきた膜で、硬度、靱性、密着性
及び化学的安定性の全てに優れた膜はまだ見出されてい
ないのが実情である。

【０００７】そこで本発明は、耐摩耗性能が要求される
分野に用いられる基体を優れた硬度、靱性、密着性及び
化学的安定性を有する膜で被覆した膜被覆基体を提供す
ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく研究を重ね、以下の事実を見出した。ＢＮは化
学的に安定であり、ＣｒＮは硬度、靱性に優れるため、
該両者からなる膜で被覆することにより、基体は該両者
の長所を兼ね備え、硬度、靱性に優れ、且つ、化学的に
安定なものとなる。しかし該膜は金属等との濡れ性が劣
り、金属等の基体上に密着性良好に形成することが困難
である。そこで該膜と該基体との間に中間膜として金属
等との濡れ性に優れるＣｒＮ膜を形成することにより、
中間膜外側の前記膜（以下、「外膜」という。）と基体
との密着性を向上させることができる。これは、前記中
間膜が金属等の基体上に密着性良く形成され、また、前
記外膜が前記中間膜と同じＣｒＮを含有することにより
外膜と中間膜の不整合が緩和され、その結果、前記外膜
に生じる内部応力が緩和されて外膜と中間膜との密着性
が良好なものとなることによる。

【０００９】また、前記外膜にホウ化クロム（Ｃｒ_XＢ
_y、ｘ，ｙは変数）（以下、「ＣｒＢ」という。）を加
えることにより、前記外膜の硬度が向上し、前記外膜に
含まれるＢＮの結晶構造がたとえｈ−ＢＮであっても、
該外膜の硬度は優れたものとなる。以上の知見に基づき
本発明の第１の膜被覆基体は、基体上に窒化クロム膜が
形成され、その上に、窒化クロム及び窒化ホウ素からな
る膜が形成されていることを特徴とする。

【００１０】前記第１の膜被覆基体におけるＣｒＮから
なる中間膜並びにＣｒＮ及びＢＮが混在した外膜のＣｒ
／Ｎ組成比は０．５〜２０程度であることが望ましい。
０．５より小さいと膜全体の靱性が低下し、２０より大
きいと、膜全体の硬度が低下するとともに化学量論的組
成比との差が大きくなり過ぎて化学的安定性が低下す
る。

【００１１】前記第１の膜被覆基体における前記外膜の
ＢＮの結晶構造はｃ−ＢＮ、ｗ−ＢＮ、ｈ−ＢＮ、或い
は非晶質のＢＮの何れであってもよいが、ｃ−ＢＮ又は
ｗ−ＢＮであることが望ましく、このとき結晶構造がｈ
−ＢＮであるより該外膜の硬度が高くなる。また、前記
外膜のＢ／Ｎ組成比は０．５〜２０程度であることが望
ましい。０．５より小さいと該膜の靱性が極端に低下
し、２０より大きいと化学量論的組成比との差が大きく
なり過ぎて化学的安定性が低下する。

【００１２】また、前記知見に基づき本発明の第２の膜
被覆基体は、基体上に窒化クロム膜が形成され、その上
に、窒化クロム、窒化ホウ素及びホウ化クロムからなる
膜が形成されていることを特徴とする。前記第２の膜被
覆基体におけるＣｒＮからなる中間膜及びＣｒＮ、ＢＮ
及びＣｒＢが混在する外膜のＣｒ／Ｎ組成比、並びに該
外膜のＢ／Ｎ組成比は前記第１の膜被覆基体と同様であ
る。

【００１３】また、前記第２の膜被覆基体における前記
外膜のＣｒ／Ｂ組成比は０．５〜２０程度であることが
望ましい。０．５より小さいと該膜の靱性が低下し、２
０より大きいと化学量論的組成比との差が大きくなり過
ぎて化学的安定性が低下する。なお、前記基体の製法と
しては、例えば次のものが考えられる。

【００１４】すなわち、基体を成膜用真空容器内のホル
ダに支持させ、該基体に対し、まずＣｒ元素含有物質を
真空蒸着及び（又は）スパッタ蒸着法にて付与し、該付
与と同時、交互又は該付与の後にイオン源より少なくと
もＮ元素を含むイオンを照射して、ＣｒＮ中間膜を前記
基体上に形成する。次いで、前記第１の膜被覆基体を形
成する場合には、前記の中間膜が形成された基体に対
し、Ｃｒ元素含有物質及びＢ元素含有物質を真空蒸着及
び（又は）スパッタ蒸着法にて付与し、該付与と同時、
交互又は該付与の後にイオン源より少なくともＮ元素を
含むイオンを照射してＣｒＮ及びＢＮが混在した外膜を
前記中間膜上に形成する。

【００１５】また、前記第２の膜被覆基体を形成する場
合にも、前記の中間膜が形成された基体に対し、同様に
物質蒸着し、イオン照射してＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢが
混在した外膜を前記中間膜上に形成する。前記のＣｒＮ
中間膜上に形成する外膜をＣｒＮ及びＢＮからなる膜と
するか、ＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢからなる膜とするか
は、基体上に到達するＣｒ原子数とＢ原子数の比（Ｃｒ
／Ｂ輸送比）及び照射イオンの電流密度等を適宜組み合
わせることで定めることができる。

【００１６】前記方法において用いるＣｒ元素含有物質
としては、Ｃｒ単体の他、Ｃｒ化合物、例えばＣｒの窒
化物、Ｃｒのホウ化物等の中から一又は二以上が用いら
れる。前記方法において用いるＢ元素含有物質として
は、Ｂ単体の他、Ｂ化合物、例えば酸化ホウ素、窒化ホ
ウ素、炭化ホウ素、硫化ホウ素、ホウ化リン、ホウ化水
素及び各種金属ホウ化物等の中から一又は二以上が用い
られる。

【００１７】前記方法において用いるイオン種は、Ｃｒ
Ｎ膜形成の場合、蒸発Ｃｒ原子に作用してＣｒＮ膜を形
成するものであればよく、ＣｒＮ及びＢＮからなる膜を
形成する場合には、蒸発Ｃｒ原子及び蒸発Ｂ原子に作用
してＣｒＮ及びＢＮからなる膜を形成するものであれば
よい。このようなイオンとして例えば、Ｎ原子イオン、
Ｎ分子イオン、アンモニアイオン（ＮＨ₃ ⁺）等のよう
な窒素化合物イオンの中から一又は二以上が用いられ、
その他これらのＮ元素を含むイオン種にアルゴンイオン
（Ａｒ⁺）のような不活性ガスイオン、水素原子イオン
（Ｈ⁺）、水素分子イオン（Ｈ₂ ⁺）のうち一又は二以
上を混合したもの等が用いられる。

【００１８】ＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢからなる膜を形成
する場合にも前記のＣｒＮ及びＢＮからなる膜を形成す
る場合と同様のイオン種が用いられる。前記第一及び第
二の膜被覆基体における外膜及び中間膜のＣｒ／Ｎ組成
比（０．５〜２０）の制御は、Ｃｒ／Ｎ輸送比、イオン
種及び照射イオンの加速エネルギ等の条件を適宜組み合
わせることにより行う。

【００１９】前記第一及び第二の膜被覆基体における外
膜のＢＮの結晶構造及びＢ／Ｎ組成比（０．５〜２０）
の制御は、Ｂ／Ｎ輸送比、イオン種及び照射イオンの加
速エネルギ等の条件を適宜組み合わせることにより行
う。また、前記第二の膜被覆基体における外膜のＣｒ／
Ｂ組成比（０．５〜２０）の制御はＣｒ／Ｂ輸送比及び
照射イオンの加速エネルギ等の条件を適宜組み合わせる
ことにより行う。

【００２０】Ｂ／Ｎ輸送比及びＣｒ／Ｎ輸送比の制御
は、例えば水晶振動子式膜厚計等の膜厚モニタを用いて
基体への蒸着量をモニタし、例えばファラデーカップ等
のイオン電流測定器を用いて基体へのイオン照射量をモ
ニタすることで行える。イオン種として、これらＮ元素
を含むイオン種にアルゴンイオン（Ａｒ⁺）のような不
活性ガスイオン、水素原子イオン（Ｈ⁺）等を混合した
ものを用いるときにはＢ原子を一層高励起化することが
でき、ｃ−ＢＮ、ｗ−ＢＮの合成に有利になる。

【００２１】Ｃｒ／Ｂ輸送比の制御は、例えば水晶振動
子式膜厚計等の膜厚をモニタを用いてＣｒ原子とＢ原子
の各々の基体への蒸着量をモニタすることで行える。前
記第一及び第二の膜被覆基体における外膜及び中間膜を
形成するに当たり、照射イオンの加速エネルギは０．１
ｋｅＶ〜４０ｋｅＶ程度であることが望ましい。０．１
ｋｅＶより小さいと、照射イオンによる蒸発原子の励起
作用が不十分で、ＣｒＮ、ＢＮ又はＣｒＢが形成され
ず、４０ｋｅＶより大きいと、基体に対する熱的なダメ
ージが過大になる。

【００２２】なお、基体へのイオン入射角度は特に限定
されず、基体を回転させながら成膜を行ってもよい。イ
オン源の方式も特に限定は無く、例えばカウフマン型、
バケット型等のものが考えられる。さらに、熱的なダメ
ージを充分に避けなければならない基体については基体
ホルダを水冷して基体を冷却させながら成膜を行うのが
好ましい。

【００２３】前記基体の材質は特に限定されず、例えば
各種セラミックス、金属、又は高分子から成る材質等が
考えられる。なお、本発明の基体の製造に当たっては、
前述のイオン蒸着薄膜形成法の他、スパッタ法、イオン
プレーティング法、イオン照射とイオンビームスパッタ
とを組み合わせた方法等を採用することが考えられる。

【００２４】

【作用】本発明の第１の膜被覆基体は、該膜が二層から
なり、そのうち基体に接する中間膜がＣｒＮからなる膜
であり、外膜がＣｒＮとＢＮからなる膜である。外膜に
含まれるＢＮは、金属等との濡れ性に劣るが、化学的安
定性に優れ、またＣｒＮは高硬度で靱性に優れるため、
該両者からなる膜は金属等の基体上には密着性よく形成
し難いものの、高硬度で、靱性に優れ、且つ化学的に安
定なものとなる。一方、ＣｒＮは金属等との濡れ性に優
れるため、ＣｒＮからなる中間膜は金属等の基体上に密
着性良好に形成される。また、前記中間膜と前記外膜と
は同じＣｒＮを含むため、各膜の構成元素の不整合が緩
和されて前記外膜に生じる内部応力が抑制され、前記外
膜と前記中間膜との密着性も良好なものとなる。その結
果、前記膜被覆基体は高硬度で、靱性及び化学的安定性
に優れた膜が基体上に密着性良く形成されたものとな
る。

【００２５】本発明の第２の膜被覆基体は該膜が二層か
らなり、そのうち基体に接する中間膜がＣｒＮからなる
膜であり、外膜がＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢからなる膜で
ある。外膜にＣｒＢが含まれていることより、ＣｒＮと
ＢＮのみからなる場合よりも該外膜の硬度が向上し、該
外膜に含まれるＢＮの結晶構造が、たとえ軟質のｈ−Ｂ
Ｎであっても該外膜は高硬度なものとなる。その結果、
前記膜被覆基体は極めて高硬度で靱性及び化学的安定性
に優れた膜が基体上に密着性良く形成されたものとな
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の第１の膜被覆基体の１例の一部の
拡大断面図であり、図２は本発明の第２の膜被覆基体の
１例の一部の拡大断面図である。図３は図１及び図２に
示す基体の製造に用いる成膜装置の概略構成を示したも
のである。

【００２７】図３において、Ｓは基体、３は基体Ｓを支
持するホルダ、４はＣｒ元素を含有する物質を蒸発させ
る蒸発源、５はＢ元素を含有する物質を蒸発させる蒸発
源、６は少なくともＮ元素を含むイオンを照射させるた
めのイオン源、７は基体Ｓ上に蒸着されるＣｒ原子の個
数及びその膜厚を計測するための膜厚モニタ、８は基体
Ｓ上に蒸着されるＢ原子の個数及びその膜厚を計測する
ための膜厚モニタ、９は基体Ｓに照射されるイオンの個
数を計測するためのイオン電流測定器である。これらは
真空容器１内に収容されている。容器１内は排気装置２
にて所望の真空度とされ得る。

【００２８】本発明による基体を作成するに当たって
は、まず基体Ｓをホルダ３に支持させた後、真空容器１
内を所定の真空度にする。その後、基体Ｓに蒸発源４を
用いて、Ｃｒ元素含有物質４ａを電子ビーム、抵抗、レ
ーザ、高周波等の手段で真空蒸着させる。なお、真空蒸
着に代えて、Ｃｒ元素含有物質４ａをイオンビーム、マ
グネトロン、高周波等の手段でスパッタすることで基体
Ｓ上に膜形成してもよい。

【００２９】このＣｒ元素含有物質４ａの真空蒸着（或
いはスパッタ蒸着）と同時、又は交互に、又は蒸着（或
いはスパッタ蒸着）後に、イオン源６より少なくともＮ
元素を含むイオン６ａを当該蒸着面に照射してＣｒＮ中
間膜を形成する。次いで、前記膜形成と同様にして、但
し基体Ｓ上へのＣｒ元素含有物質４ａの真空蒸着（又は
スパッタ蒸着）に加えて、これと同時に蒸発源５を用い
てＢ元素含有物質５ａの真空蒸着（又はスパッタ蒸着）
を行うようにする。そして、該蒸着と同時、交互、又は
該蒸着後にイオン源６より少なくともＮ元素を含むイオ
ン６ａを照射してＣｒＮとＢＮの混在した外膜を形成す
る。

【００３０】以上に述べた成膜操作により、図１に示す
ように基体Ｓ表面にＣｒＮ膜Ｓ１が形成され、その外側
にＣｒＮとＢＮからなる膜Ｓ２が形成され、或いは、図
２に示すように基体Ｓ表面にＣｒＮ膜Ｓ１が形成され、
その外側にＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢからなる膜Ｓ３が形
成される。各膜Ｓ１、Ｓ２及びＳ３のＣｒ／Ｎ組成比の
制御は、Ｃｒ／Ｎ輸送比、イオン種及び照射イオンの加
速エネルギの条件を適宜組み合わせることにより行われ
る。

【００３１】各膜Ｓ２、Ｓ３中に形成されるＢＮの結晶
構造、Ｂ／Ｎ組成比の制御はＢ／Ｎ輸送比、イオン種及
び照射イオンの加速エネルギの条件を適宜組み合わせる
ことにより行われる。膜Ｓ３のＣｒ／Ｂ組成比の制御は
Ｃｒ／Ｂ輸送比、イオン種及び照射イオンの加速エネル
ギの条件を適宜組み合わせることにより行われる。

【００３２】基体Ｓ上に形成されたＣｒＮ膜Ｓ１の外側
に、図１に示すようなＣｒＮとＢＮからなる膜Ｓ２が形
成されるか、或いは図２に示すようなＣｒＮ、ＢＮ及び
ＣｒＢからなる膜が形成されるかは、Ｃｒ元素含有物質
４ａとＢ元素含有物質５ａの蒸着量の比及び照射イオン
６ａの電流密度により定まる。膜Ｓ１、Ｓ２で被覆され
た基体Ｓにおいて、膜Ｓ２はＢＮを含むことにより化学
的に安定であり、ＣｒＮを含むことにより高硬度で、靱
性に優れたものとなる。膜Ｓ１は、金属等との濡れ性に
優れるＣｒＮからなるため金属等の基体Ｓとの密着性が
良く、また、膜Ｓ２にもＣｒＮが含まれていて膜Ｓ１、
Ｓ２間の不整合が緩いため膜Ｓ２との密着性も良い。従
って基体Ｓは高硬度で、靱性及び化学的安定性に優れ、
しかも基体に対する密着性良好な膜Ｓ１、Ｓ２で被覆さ
れたものとなる。また、膜Ｓ１、Ｓ３で被覆された基体
Ｓにおいて、膜Ｓ３はＢＮを含むことにより化学的に安
定であり、ＣｒＮを含むことにより高硬度で靱性に優れ
るが、さらにＣｒＢを含むことにより一層高硬度なもの
となる。従って、基体Ｓは極めて高硬度で靱性及び化学
的安定性に優れ、しかも基体に対する密着性良好な膜Ｓ
１、Ｓ３で被覆されたものとなる。

【００３３】なお、ここでは図３に示す装置を用い、イ
オン蒸着薄膜形成法にて膜形成を行っているが、この他
スパッタ法、イオンプレーティング法、イオン照射とイ
オンビームスパッタを組み合わせた方法等を用いてもよ
い。次に図３に示す装置による本発明の基体の製造方法
の具体例と、それによって得られる膜被覆基体について
説明する。実験例１図３に示す装置を用いて、高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）
よりなる基体Ｓ（２５ｍｍ×２５ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を
基体ホルダ３に設置し、真空容器１内を１×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下の真空度とした。その後、純度約９９％のＣｒ
ペレット４ａを電子ビーム蒸発源４を用いて蒸気化し、
基体Ｓ上に成膜した。それと同時にイオン源６に純度５
ＮのＮ₂ガスを真空容器１内が１×１０^-5Ｔｏｒｒにな
るまで導入し、イオン化させ、該窒素イオン６ａを１０
ｋｅＶの加速エネルギで、基体Ｓに立てた法線に対して
０°の角度で基体Ｓに照射した。なお、イオン源にはバ
ケット型イオン源を用いた。

【００３４】以上の成膜操作により基体Ｓ上に膜厚約１
００ｎｍのＣｒＮ膜Ｓ１を形成した。なお、前記成膜操
作においては、Ｃｒ／Ｎ組成比が３になるよう、窒素イ
オンによるＣｒ原子のスパッタ効率等を考慮して、単位
面積当たりのＣｒ原子の蒸着量及びイオン電流密度を設
定することで、Ｃｒ／Ｎ輸送比を設定した。

【００３５】次いで、前記Ｃｒペレット４ａを電子ビー
ム蒸発源４を用いて蒸気化するとともに純度約９９％の
Ｂペレット５ａを電子ビーム蒸発源５を用いて蒸気化
し、前記膜Ｓ１上に膜形成した。これと同時に窒素イオ
ン６ａを加速エネルギを２ｋｅＶとして照射した。この
ようにして膜Ｓ１上に膜厚約５００ｎｍのＣｒＮ及びＢ
Ｎの混在した膜Ｓ２を形成した。

【００３６】なお、膜Ｓ２の成膜操作においては、Ｃｒ
／Ｎ組成比及びＢ／Ｎ組成比が共に１になるよう、単位
面積当たりのＣｒ元素及びＢ元素の蒸着量並びにイオン
電流密度を設定することで、Ｃｒ／Ｎ輸送比及びＢ／Ｎ
輸送比を設定した。膜Ｓ２におけるＢＮの結晶構造をＸ
線回折法で分析したところ、ｃ−ＢＮとｈ−ＢＮが混在
した状態であった。実験例２図３に示す装置を用いて、実験例１と同様にして高速度
工具鋼（ＳＫＨ５１）よりなる基体Ｓ上に膜厚約１００
ｎｍのＣｒＮ膜Ｓ１を形成した。

【００３７】次いで実験例１における膜Ｓ２の形成と同
様にして、膜Ｓ１上に膜厚約５００ｎｍの膜Ｓ３を形成
した。膜Ｓ３はＣｒＮ、ＢＮ、ＣｒＢの混在した膜であ
った。また、膜Ｓ３の成膜操作においては、Ｃｒ／Ｎ組
成比及びＢ／Ｎ組成比が共に１となり、Ｃｒ／Ｂ組成比
が３になるよう、単位面積当たりのＣｒ原子及びＢ原子
の蒸着量並びにイオン電流密度を設定することで、Ｃｒ
／Ｎ輸送比、Ｂ／Ｎ輸送比及びＣｒ／Ｂ輸送比を設定し
た。

【００３８】ＢＮの結晶構造については実験例１の場合
と同様であった。比較例１図３に示す装置を用いて、実験例１と同様にして高速度
工具鋼（ＳＫＨ５１）よりなる基体Ｓ上に膜厚約１００
ｎｍのＣｒＮ膜Ｓ１を形成した。次いで実験例１と同様
にして、但し蒸発源４からのＣｒ元素含有物質４ａの蒸
着を行わず、蒸発源５からのＢ元素含有物質５ａの蒸着
のみを行い、前記ＣｒＮ膜Ｓ１上に膜厚５００ｎｍのＢ
Ｎ膜を形成した。

【００３９】また前記ＢＮ膜形成においては、Ｂ／Ｎ組
成比が１になるよう、Ｂ／Ｎ輸送比を設定した。ＢＮの
結晶構造は実験例１の膜Ｓ２におけるＢＮのそれと同様
であった。比較例２図３に示す装置を用いて、実験例１と同様にして高速度
工具鋼（ＳＫＨ５１）よりなる基体Ｓ上に膜厚約１００
ｎｍのＣｒＮ膜Ｓ１を形成した。

【００４０】次いで実験例１と同様にして、但し蒸発源
５からのＢ元素含有物質５ａの蒸着を行わず、蒸発源４
からのＣｒ元素含有物質４ａの蒸着のみを行い、前記Ｃ
ｒＮ膜Ｓ１上にひき続き膜厚５００ｎｍのＣｒＮ膜を形
成した。前記第二のＣｒＮ膜形成においては、Ｃｒ／Ｎ
組成比が１になるよう、Ｃｒ／Ｎ輸送比を設定した。比較例３図３に示す装置を用いて、高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）
よりなる基体Ｓ上に実験例１の膜Ｓ２形成と同様にして
膜厚約５００ｎｍのＣｒＮ及びＢＮからなる膜を形成し
た。

【００４１】ＢＮの結晶構造は実験例１の膜Ｓ２におけ
るＢＮのそれと同様であった。次に実験例１、２及び比
較例１、２、３による膜被覆基体について、膜硬度、膜
の密着強度及び耐酸化性を評価した。硬度は１０ｇ荷重
ビッカース硬度を測定することで評価し、膜の密着強度
はＡＥセンサ付きスクラッチ試験機を用いて測定し、耐
酸化性は各膜被覆基体を大気中で加熱し、膜表面部分が
酸化する温度を測定することで評価した。

【００４２】結果を表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】比較例１による基体は硬度測定中にビッカ
ース圧痕周辺にクラックが生じ、硬度測定中、荷重１８
Ｎの時点で膜が割れた。即ち、比較例１の膜は外膜にＣ
ｒＮを含まないので靱性に難点が有る。比較例２の膜は
ＣｒＮのみからなり、ＢＮを含まないので酸化開始温度
が低く、化学的安定性の点で劣っている。比較例３の膜
はＣｒＮ中間膜を有しないので、基体への密着性に難点
がある。

【００４５】これに対し、実験例１、２の基体における
膜は硬度、靱性、密着強度及び化学的安定性の全てに優
れていることが判る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、耐摩耗性能が要求され
る分野に用いられる基体を優れた硬度、靱性、密着性及
び化学的安定性を有する膜で被覆した膜被覆基体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の基体の一例の一部の拡大断
面図である。

【図２】本発明に係る第２の基体の一例の一部の拡大断
面図である。

【図３】図１、２に示す基体の製造に用いる成膜装置の
概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１真空容器２排気装置３基体ホルダ４、５蒸発源４ａ、５ａ蒸着物質６イオン源６ａイオン７、８膜厚モニタ９イオン電流測定器Ｓ基体Ｓ１ＣｒＮ膜Ｓ２ＣｒＮ及びＢＮからなる膜Ｓ３ＣｒＮ、ＢＮ及びＣｒＢからなる膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に窒化クロム膜が形成され、その
上に、窒化クロム及び窒化ホウ素からなる膜が形成され
ていることを特徴とする膜被覆基体。
【請求項２】基体上に窒化クロム膜が形成され、その
上に、窒化クロム、窒化ホウ素及びホウ化クロムからな
る膜が形成されていることを特徴とする膜被覆基体。