JPH07310173A - 密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材 - Google Patents
密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材Info
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- Y10T428/12806—Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐酸化性に優れ高硬度を有する（Ａｌ，Ｔ
ｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の特徴を生かしつつ、該皮膜の基材
との密着性を改善することにより一段と優れた耐摩耗性
を発揮する硬質皮膜が被覆された硬質皮膜被覆工具およ
び硬質皮膜被覆部材を提供する。 【構成】 基材表面に、 Ａｌz Ｔｉ1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属中間層を５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下の厚みで形成し、さらにその上に （Ａｌx Ｔｉ1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ） 但し、０．５６≦ｘ≦０．７５ ０．６ ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成してなるこ
とを特徴とする密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および
硬質皮膜被覆部材。
ｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の特徴を生かしつつ、該皮膜の基材
との密着性を改善することにより一段と優れた耐摩耗性
を発揮する硬質皮膜が被覆された硬質皮膜被覆工具およ
び硬質皮膜被覆部材を提供する。 【構成】 基材表面に、 Ａｌz Ｔｉ1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属中間層を５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下の厚みで形成し、さらにその上に （Ａｌx Ｔｉ1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ） 但し、０．５６≦ｘ≦０．７５ ０．６ ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成してなるこ
とを特徴とする密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および
硬質皮膜被覆部材。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は密着性に優れた硬質皮膜
被覆工具および硬質皮膜被覆部材に関し、詳細にはフラ
イス加工，切削加工，穿孔加工等の加工に使用される切
削工具、或は金型，軸受け，ダイス，ロールなど高硬度
が要求される耐摩耗部材、もしくは成形機用スクリュー
やシリンダ等の耐熱・耐食部材等に好適な、密着性に優
れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材に関する
ものである。
被覆工具および硬質皮膜被覆部材に関し、詳細にはフラ
イス加工，切削加工，穿孔加工等の加工に使用される切
削工具、或は金型，軸受け，ダイス，ロールなど高硬度
が要求される耐摩耗部材、もしくは成形機用スクリュー
やシリンダ等の耐熱・耐食部材等に好適な、密着性に優
れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度鋼工具や超硬合金工具など高い耐
摩耗性が要求される切削工具は、工具の基材表面にＴｉ
ＮやＴｉＣ等の硬質皮膜を形成することにより耐摩耗性
の向上が図られている。上記ＴｉＮとＴｉＣの耐摩耗性
を比較すると、ＴｉＮは高温域における耐酸化性の点で
ＴｉＣより優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によっ
て生じる工具すくい面のクレータ摩耗に対して耐摩耗性
を発揮する。更にＴｉＮは母材との密着性にも優れてい
る。一方ＴｉＣはＴｉＮより硬度が高く、被削材と接す
る逃げ面のフランク摩耗に対して高い耐久性を有してい
る。しかしながら耐酸化性に優れたＴｉＮであっても酸
化開始温度は６００℃程度であり、また高い硬度を有す
るＴｉＣであってもそのビッカース硬さは２０００kgf/
mm2 程度であり、耐摩耗性の一層の改善が望まれてい
た。
摩耗性が要求される切削工具は、工具の基材表面にＴｉ
ＮやＴｉＣ等の硬質皮膜を形成することにより耐摩耗性
の向上が図られている。上記ＴｉＮとＴｉＣの耐摩耗性
を比較すると、ＴｉＮは高温域における耐酸化性の点で
ＴｉＣより優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によっ
て生じる工具すくい面のクレータ摩耗に対して耐摩耗性
を発揮する。更にＴｉＮは母材との密着性にも優れてい
る。一方ＴｉＣはＴｉＮより硬度が高く、被削材と接す
る逃げ面のフランク摩耗に対して高い耐久性を有してい
る。しかしながら耐酸化性に優れたＴｉＮであっても酸
化開始温度は６００℃程度であり、また高い硬度を有す
るＴｉＣであってもそのビッカース硬さは２０００kgf/
mm2 程度であり、耐摩耗性の一層の改善が望まれてい
た。
【０００３】そこで例えば特開平２−１９４１５９に
は、ＴｉＮやＴｉＣの耐酸化性や硬度の向上を目的とし
て、Ｔｉの一部をＡｌに置換したＡｌ，Ｔｉの複合窒化
物や複合炭窒化物［以下（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）と示
す］が開示されており、酸化開始温度は約８００℃、ビ
ッカース硬さは約２５００kgf/mm2 という特性を示す硬
質皮膜が開発されている。
は、ＴｉＮやＴｉＣの耐酸化性や硬度の向上を目的とし
て、Ｔｉの一部をＡｌに置換したＡｌ，Ｔｉの複合窒化
物や複合炭窒化物［以下（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）と示
す］が開示されており、酸化開始温度は約８００℃、ビ
ッカース硬さは約２５００kgf/mm2 という特性を示す硬
質皮膜が開発されている。
【０００４】尚上記（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を基
材表面に形成する場合は、その密着力を高めることを目
的として、コーティング炉内において蒸着前にクリーニ
ングする方法が用いられており、例えばグロー放電など
を利用したＡｒやＨ2 ガスなどの気体イオンのスパッタ
クリーニングや真空放電などを利用したＴｉやＡｌなど
の金属イオンのボンバードクリーニング等が知られてい
る。しかしながら上記（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜は
ＴｉＮ皮膜に比べて約２倍の内部応力を有している。そ
の為耐摩耗性の改善を目的として厚膜化しようとすると
内部応力も増大し、該内部応力はクラックの発生や皮膜
剥離の原因となっている。従って（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，
Ｃ）皮膜はＴｉＮ皮膜より薄い膜厚で使用され、その特
性が十分発揮されていない。
材表面に形成する場合は、その密着力を高めることを目
的として、コーティング炉内において蒸着前にクリーニ
ングする方法が用いられており、例えばグロー放電など
を利用したＡｒやＨ2 ガスなどの気体イオンのスパッタ
クリーニングや真空放電などを利用したＴｉやＡｌなど
の金属イオンのボンバードクリーニング等が知られてい
る。しかしながら上記（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜は
ＴｉＮ皮膜に比べて約２倍の内部応力を有している。そ
の為耐摩耗性の改善を目的として厚膜化しようとすると
内部応力も増大し、該内部応力はクラックの発生や皮膜
剥離の原因となっている。従って（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，
Ｃ）皮膜はＴｉＮ皮膜より薄い膜厚で使用され、その特
性が十分発揮されていない。
【０００５】また特開平４−１２８３６２にはＴｉＡｌ
Ｎ皮膜と基材との密着性を向上させる目的で、硬質皮膜
と基材との界面にＴｉの金属層を０．５μｍ以下の厚み
で形成する方法が提案されている。しかしながらＴｉの
金属層のみではその密着性が十分とは言えず、より優れ
た耐摩耗性を有する硬質皮膜の開発が期待されていた。
Ｎ皮膜と基材との密着性を向上させる目的で、硬質皮膜
と基材との界面にＴｉの金属層を０．５μｍ以下の厚み
で形成する方法が提案されている。しかしながらＴｉの
金属層のみではその密着性が十分とは言えず、より優れ
た耐摩耗性を有する硬質皮膜の開発が期待されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に着目してなされたものであって、耐酸化性に優れ高硬
度を有する（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の特徴を生か
しつつ、該皮膜の基材との密着性を改善することにより
一段と優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜が被覆された
硬質部材を提供しようとするものである。
に着目してなされたものであって、耐酸化性に優れ高硬
度を有する（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の特徴を生か
しつつ、該皮膜の基材との密着性を改善することにより
一段と優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜が被覆された
硬質部材を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係る硬質部材とは、基材表面に、 Ａｌz Ｔｉ1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属中間層を５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下の厚みで形成し、さらにその上に （Ａｌx Ｔｉ1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ） 但し、０．５６≦ｘ≦０．７５ ０．６ ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成してなるこ
とを要旨とするものである。
明に係る硬質部材とは、基材表面に、 Ａｌz Ｔｉ1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属中間層を５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下の厚みで形成し、さらにその上に （Ａｌx Ｔｉ1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ） 但し、０．５６≦ｘ≦０．７５ ０．６ ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成してなるこ
とを要旨とするものである。
【０００８】
【作用】本発明者らは、耐酸化性に優れ高硬度を有する
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を、金型や工具などの基
材表面に密着性よく形成する方法について鋭意研究を重
ねた。その結果、Ａｌz Ｔｉ1-z （但し、０．０５≦ｚ
≦０．７５）で示される化学組成の金属中間層を形成す
れば密着性が改善でき、さらに上記金属中間層を５ｎｍ
以上５００ｎｍ以下の厚みで形成すれば密着性が非常に
優れた硬質皮膜が形成できることを見出し本発明を完成
させた。即ち上記金属中間層を形成することにより、
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を金型や工具などの基材
表面に被覆する場合であってもクラック発生や剥離の問
題を生じず、上記（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の優れ
た耐摩耗性を十分発揮することができる。
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を、金型や工具などの基
材表面に密着性よく形成する方法について鋭意研究を重
ねた。その結果、Ａｌz Ｔｉ1-z （但し、０．０５≦ｚ
≦０．７５）で示される化学組成の金属中間層を形成す
れば密着性が改善でき、さらに上記金属中間層を５ｎｍ
以上５００ｎｍ以下の厚みで形成すれば密着性が非常に
優れた硬質皮膜が形成できることを見出し本発明を完成
させた。即ち上記金属中間層を形成することにより、
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を金型や工具などの基材
表面に被覆する場合であってもクラック発生や剥離の問
題を生じず、上記（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の優れ
た耐摩耗性を十分発揮することができる。
【０００９】本発明に係る硬質部材の硬質皮膜が、従来
の硬質皮膜に比べて優れた密着性を発揮することのでき
る理由は、硬質皮膜と基材の間に形成されたＡｌＴｉ金
属中間層が基材と硬質皮膜との界面に発生する応力を緩
和する共に、基材及び硬質皮膜との間で相互拡散をおこ
すことによって密着性を高めるからであると考えられ
る。
の硬質皮膜に比べて優れた密着性を発揮することのでき
る理由は、硬質皮膜と基材の間に形成されたＡｌＴｉ金
属中間層が基材と硬質皮膜との界面に発生する応力を緩
和する共に、基材及び硬質皮膜との間で相互拡散をおこ
すことによって密着性を高めるからであると考えられ
る。
【００１０】なお後述する実施例で示す様に、本発明に
係るＡｌＴｉ金属中間層は従来技術のＴｉ金属中間層と
比較して格段に密着性を向上させる。その理由としては
上記ＡｌＴｉ金属中間層が、被覆される（Ａｌ，Ｔｉ）
（Ｎ，Ｃ）皮膜の生成核となると共に、皮膜形成後では
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の界面でＴｉ金属中間層
に比べてより親和性の高いＡｌＴｉ金属中間層が相互拡
散を起こし、より緻密で密着性の優れた炭・窒化物が形
成するからであると考えられる。また、本発明はＡｌＴ
ｉ金属中間層を形成する前に、気体イオンのスパッタク
リーニングや金属イオンのボンバードメントクリーニン
グ等を基材表面に施してもよく、基材表面の清浄度が増
せばより密着力を高めることができる。
係るＡｌＴｉ金属中間層は従来技術のＴｉ金属中間層と
比較して格段に密着性を向上させる。その理由としては
上記ＡｌＴｉ金属中間層が、被覆される（Ａｌ，Ｔｉ）
（Ｎ，Ｃ）皮膜の生成核となると共に、皮膜形成後では
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の界面でＴｉ金属中間層
に比べてより親和性の高いＡｌＴｉ金属中間層が相互拡
散を起こし、より緻密で密着性の優れた炭・窒化物が形
成するからであると考えられる。また、本発明はＡｌＴ
ｉ金属中間層を形成する前に、気体イオンのスパッタク
リーニングや金属イオンのボンバードメントクリーニン
グ等を基材表面に施してもよく、基材表面の清浄度が増
せばより密着力を高めることができる。
【００１１】一方上記スパッタクリーニングや金属ボン
バードクリーニングが施されない場合や不十分な場合で
も、中間層を構成するＡｌ及びＴｉは基材表面に汚れと
して残存するＣあるいはＯ等との反応性が炭・窒化物に
比べて飛躍的に向上しており、微量であればこれらの元
素を固溶することができるため、密着力が向上できたも
のと考えられる。従って、本発明によればＡｌＴｉ金属
中間層には微量のＣやＯを含んでもよい。
バードクリーニングが施されない場合や不十分な場合で
も、中間層を構成するＡｌ及びＴｉは基材表面に汚れと
して残存するＣあるいはＯ等との反応性が炭・窒化物に
比べて飛躍的に向上しており、微量であればこれらの元
素を固溶することができるため、密着力が向上できたも
のと考えられる。従って、本発明によればＡｌＴｉ金属
中間層には微量のＣやＯを含んでもよい。
【００１２】本発明において基材と（Ａｌ，Ｔｉ）
（Ｎ，Ｃ）皮膜との中間層を構成する金属の組成は、Ａ
ｌz Ｔｉ1-z において０．０５≦ｚ≦０．７５とするこ
とが必要である。これはｚの値が０．０５未満ではＡｌ
の含有量が少な過ぎ、（Ａｌx Ｔｉ1-x)（Ｎy Ｃ1-y ）
（０．５６≦ｘ≦０．７５，０．６≦ｙ≦１）で表され
る硬質皮膜との間で十分な密着性が得られない。一方、
ｚの値が０．７５を超えると、金属中間層と硬質皮膜と
の界面においてｘの値が０．７５を超えた（ＡｌxＴｉ
1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ）が生成する。該（Ａｌx Ｔｉ
1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ）皮膜はｘ≦０．７５の組成範囲で
立方晶の結晶構造をもつが、ｘ＞０．７５では六方晶に
変化する。従ってｚの値が０．７５を超えると異なる結
晶構造からなる炭・窒化物が界面に形成され、密着力を
低下させると共に、硬度の低い六方晶の存在により十分
な耐摩耗性が得られない。
（Ｎ，Ｃ）皮膜との中間層を構成する金属の組成は、Ａ
ｌz Ｔｉ1-z において０．０５≦ｚ≦０．７５とするこ
とが必要である。これはｚの値が０．０５未満ではＡｌ
の含有量が少な過ぎ、（Ａｌx Ｔｉ1-x)（Ｎy Ｃ1-y ）
（０．５６≦ｘ≦０．７５，０．６≦ｙ≦１）で表され
る硬質皮膜との間で十分な密着性が得られない。一方、
ｚの値が０．７５を超えると、金属中間層と硬質皮膜と
の界面においてｘの値が０．７５を超えた（ＡｌxＴｉ
1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ）が生成する。該（Ａｌx Ｔｉ
1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ）皮膜はｘ≦０．７５の組成範囲で
立方晶の結晶構造をもつが、ｘ＞０．７５では六方晶に
変化する。従ってｚの値が０．７５を超えると異なる結
晶構造からなる炭・窒化物が界面に形成され、密着力を
低下させると共に、硬度の低い六方晶の存在により十分
な耐摩耗性が得られない。
【００１３】また上記金属中間層の厚みは５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下とすることが必要である。５ｎｍ未満では
金属中間層を形成した効果が十分にあらわれず、一方５
００ｎｍを超すと衝撃力により金属中間層にクラックが
入って硬質皮膜の剥離を起こすことがあり望ましくな
い。なお金属中間層の厚みの下限は３０ｎｍが好まし
く、６０ｎｍ以上がより望ましい。金属中間層の厚みの
上限は３００ｎｍが好ましく、１５０ｎｍ以下がより望
ましい。
００ｎｍ以下とすることが必要である。５ｎｍ未満では
金属中間層を形成した効果が十分にあらわれず、一方５
００ｎｍを超すと衝撃力により金属中間層にクラックが
入って硬質皮膜の剥離を起こすことがあり望ましくな
い。なお金属中間層の厚みの下限は３０ｎｍが好まし
く、６０ｎｍ以上がより望ましい。金属中間層の厚みの
上限は３００ｎｍが好ましく、１５０ｎｍ以下がより望
ましい。
【００１４】本発明の硬質皮膜を構成する金属元素の組
成は、（Ａｌx Ｔｉ1-x ）においてｘが０．５６≦ｘ≦
０．７５を満足することが必要である。ｘの値が０．５
６未満では十分な耐酸化性の向上効果を得ることができ
ない。またｘの値が０．７５を超えると皮膜の結晶構造
が立方晶から六方晶へ変化してしまい、皮膜硬さが低下
して十分な耐摩耗性が得られない。なお、ｘの下限値と
しては０．５８が好ましく、０．５９以上であることが
より望ましい。ｘの上限値としては０．７が好ましく、
０．６５以下であることがより望ましい。
成は、（Ａｌx Ｔｉ1-x ）においてｘが０．５６≦ｘ≦
０．７５を満足することが必要である。ｘの値が０．５
６未満では十分な耐酸化性の向上効果を得ることができ
ない。またｘの値が０．７５を超えると皮膜の結晶構造
が立方晶から六方晶へ変化してしまい、皮膜硬さが低下
して十分な耐摩耗性が得られない。なお、ｘの下限値と
しては０．５８が好ましく、０．５９以上であることが
より望ましい。ｘの上限値としては０．７が好ましく、
０．６５以下であることがより望ましい。
【００１５】また本発明は上記金属元素の窒化物であっ
ても炭・窒化物であっても優れた耐摩耗性を発揮する
が、炭・窒化物の場合、窒素の原子比率が６０％以上で
あることが必要である。即ちＮy Ｃ1-y で０．６≦ｙ≦
１を満足することが必要であり、ｙの値が０．６未満の
場合は皮膜の耐酸化性が低下してしまう。尚、ｙの値が
０．８以上であると耐酸化性がより良好となる。
ても炭・窒化物であっても優れた耐摩耗性を発揮する
が、炭・窒化物の場合、窒素の原子比率が６０％以上で
あることが必要である。即ちＮy Ｃ1-y で０．６≦ｙ≦
１を満足することが必要であり、ｙの値が０．６未満の
場合は皮膜の耐酸化性が低下してしまう。尚、ｙの値が
０．８以上であると耐酸化性がより良好となる。
【００１６】基材に被覆する場合の硬質皮膜の厚さとし
ては、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好まし
い。０．１μｍ未満であると耐摩耗性が十分発揮でき
ず、一方２０μｍを超えると衝撃力によって硬質皮膜に
クラックが入ることがあり、望ましくない。なお、切削
工具に適用する場合、工具基材本来の切れ刃の特性を生
かし且つ優れた耐摩耗性を得るには、硬質皮膜の厚さを
１μｍ以上とすることが好ましく、２μｍ以上がより望
ましい。一方上限については１２μｍ以下が好ましく、
８μｍ以下がより望ましい。また本発明は硬質皮膜を形
成する基材の材質を限定するものではないが、基材表面
に密着性よく被覆し、優れた耐摩耗性を発揮させるため
には超硬合金や高速度工具鋼、ダイス鋼、サーメット、
セラミック等の硬質物質が適している。
ては、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好まし
い。０．１μｍ未満であると耐摩耗性が十分発揮でき
ず、一方２０μｍを超えると衝撃力によって硬質皮膜に
クラックが入ることがあり、望ましくない。なお、切削
工具に適用する場合、工具基材本来の切れ刃の特性を生
かし且つ優れた耐摩耗性を得るには、硬質皮膜の厚さを
１μｍ以上とすることが好ましく、２μｍ以上がより望
ましい。一方上限については１２μｍ以下が好ましく、
８μｍ以下がより望ましい。また本発明は硬質皮膜を形
成する基材の材質を限定するものではないが、基材表面
に密着性よく被覆し、優れた耐摩耗性を発揮させるため
には超硬合金や高速度工具鋼、ダイス鋼、サーメット、
セラミック等の硬質物質が適している。
【００１７】尚本発明に係る硬質皮膜を基材表面に形成
する方法としては、イオンプレーティング法やスパッタ
リング法等に代表されるＰＶＤ法が挙げられるが、例え
ばアーク放電式イオンプレーティング法を採用する場合
には、以下に例示する方法を用いればよい。即ち、アー
ク放電により蒸発源であるカソードからイオン化させた
Ａｌ及びＴｉの金属成分を、Ｎ2 雰囲気および／または
ＣＨ4 雰囲気中でイオンプレーティングすることによっ
て得ることができ、目的とする皮膜組成と同一金属組成
のターゲットを使用すれば、安定した組成の皮膜が得ら
れ易い。また基板にバイアス電位を印加すると、皮膜の
密着性を一段と高めることができるので好ましい。尚、
本発明はイオンプレーティング時のガス圧も特に限定す
るものではないが、１×１０-3〜５×１０-2Ｔｏｒｒ程
度が好ましく、この範囲内であれば耐摩耗性の一段と優
れた高結晶性の緻密な硬質皮膜が得られ易い。
する方法としては、イオンプレーティング法やスパッタ
リング法等に代表されるＰＶＤ法が挙げられるが、例え
ばアーク放電式イオンプレーティング法を採用する場合
には、以下に例示する方法を用いればよい。即ち、アー
ク放電により蒸発源であるカソードからイオン化させた
Ａｌ及びＴｉの金属成分を、Ｎ2 雰囲気および／または
ＣＨ4 雰囲気中でイオンプレーティングすることによっ
て得ることができ、目的とする皮膜組成と同一金属組成
のターゲットを使用すれば、安定した組成の皮膜が得ら
れ易い。また基板にバイアス電位を印加すると、皮膜の
密着性を一段と高めることができるので好ましい。尚、
本発明はイオンプレーティング時のガス圧も特に限定す
るものではないが、１×１０-3〜５×１０-2Ｔｏｒｒ程
度が好ましく、この範囲内であれば耐摩耗性の一段と優
れた高結晶性の緻密な硬質皮膜が得られ易い。
【００１８】以下実施例について説明するが、本発明は
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜変更することは本発明の技術的範囲に含
まれる。
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜変更することは本発明の技術的範囲に含
まれる。
【００１９】
【実施例】実施例１ 皮膜の密着性を調べるため、寸法が２５ｍｍ長さ×２５
ｍｍ幅×１０ｍｍ厚さであるＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相当
の高速度鋼（ビッカース硬さ８５０）の表面を鏡面研磨
して基材とし、アーク放電方式イオンプレーティング装
置に装着して４００℃に加熱し、表１に示す種々の組成
のカソードから金属元素を蒸発させると共に、基材に−
１５００Ｖの電圧を印加して金属イオンによるボンバー
ドクリーニングにより基材表面を清浄にした。反応ガス
としてＮ2 ガスあるいはＮ2 ／ＣＨ4 混合ガスを導入し
て７×１０-3Ｔｏｒｒの雰囲気とし、且つ基材に−３０
０〜１０００Ｖの電位を印加することによって表１に示
す種々の組成の皮膜を５μｍの厚さで被覆した試験片を
作製した。
ｍｍ幅×１０ｍｍ厚さであるＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相当
の高速度鋼（ビッカース硬さ８５０）の表面を鏡面研磨
して基材とし、アーク放電方式イオンプレーティング装
置に装着して４００℃に加熱し、表１に示す種々の組成
のカソードから金属元素を蒸発させると共に、基材に−
１５００Ｖの電圧を印加して金属イオンによるボンバー
ドクリーニングにより基材表面を清浄にした。反応ガス
としてＮ2 ガスあるいはＮ2 ／ＣＨ4 混合ガスを導入し
て７×１０-3Ｔｏｒｒの雰囲気とし、且つ基材に−３０
０〜１０００Ｖの電位を印加することによって表１に示
す種々の組成の皮膜を５μｍの厚さで被覆した試験片を
作製した。
【００２０】皮膜の組成は、電子プルーブＸ線マイクロ
アナリシスおよびオージェ電子分光法により求めると共
に、金属中間層の厚みは図１に示す様に透過型電子顕微
鏡による断面像並びに高分解能走査型電子顕微鏡により
求めた。また金属中間層の組成は透過型電子顕微鏡内で
のエネルギー分散Ｘ線分析法、並びに基材に金属中間層
のみを形成した試作部材のオージェ電子分光法により求
めた。尚本実施例で得られた皮膜の結晶構造をＸ線回折
で調べたところ、すべてＴｉＮと同じ回折パターンを示
しており、立方晶であった。上記試験片に以下の条件で
スクラッチ試験を行った。結果は表１に示す。 （スクラッチ試験の条件） 圧子 ：円錐型ダイアモンド（先端径０．２ｍ
ｍ） 加重速度 ：１００Ｎ／ｍｉｎ 引っかき速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
アナリシスおよびオージェ電子分光法により求めると共
に、金属中間層の厚みは図１に示す様に透過型電子顕微
鏡による断面像並びに高分解能走査型電子顕微鏡により
求めた。また金属中間層の組成は透過型電子顕微鏡内で
のエネルギー分散Ｘ線分析法、並びに基材に金属中間層
のみを形成した試作部材のオージェ電子分光法により求
めた。尚本実施例で得られた皮膜の結晶構造をＸ線回折
で調べたところ、すべてＴｉＮと同じ回折パターンを示
しており、立方晶であった。上記試験片に以下の条件で
スクラッチ試験を行った。結果は表１に示す。 （スクラッチ試験の条件） 圧子 ：円錐型ダイアモンド（先端径０．２ｍ
ｍ） 加重速度 ：１００Ｎ／ｍｉｎ 引っかき速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、従来例の（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎ皮膜（Ｎo.１，２）は、いずれも密着性が
乏しい。Ｎo.３は金属中間層のＡｌ比率が少な過ぎる場
合の比較例、Ｎo.４は金属中間層の厚みが薄過ぎる場合
の比較例、Ｎo.５は金属中間層の厚みが厚過ぎる場合の
比較例、Ｎo.１１は金属中間層のＡｌ比率が多過ぎる場
合の比較例であり、いずれも密着性が乏しい。これに対
して本発明に係る硬質皮膜（Ｎo.６〜１０）はスクラッ
チ臨界荷重がいずれも７０Ｎ以上であり、密着性に優れ
ている。
ｌ，Ｔｉ）Ｎ皮膜（Ｎo.１，２）は、いずれも密着性が
乏しい。Ｎo.３は金属中間層のＡｌ比率が少な過ぎる場
合の比較例、Ｎo.４は金属中間層の厚みが薄過ぎる場合
の比較例、Ｎo.５は金属中間層の厚みが厚過ぎる場合の
比較例、Ｎo.１１は金属中間層のＡｌ比率が多過ぎる場
合の比較例であり、いずれも密着性が乏しい。これに対
して本発明に係る硬質皮膜（Ｎo.６〜１０）はスクラッ
チ臨界荷重がいずれも７０Ｎ以上であり、密着性に優れ
ている。
【００２３】実施例２ 超硬合金を基材として外径１０ｍｍの２枚刃エンドミル
を作製し、実施例１と同様にして夫々のエンドミルの刃
部表面に表２に組成を示す金属中間層及び硬質皮膜を３
μｍの厚さで形成した。得られた硬質皮膜被覆エンドミ
ルを用いて、下記条件の切削試験を行ない、エンドミル
切れ刃逃げ面の摩耗量を測定した。結果は表２に示す。
を作製し、実施例１と同様にして夫々のエンドミルの刃
部表面に表２に組成を示す金属中間層及び硬質皮膜を３
μｍの厚さで形成した。得られた硬質皮膜被覆エンドミ
ルを用いて、下記条件の切削試験を行ない、エンドミル
切れ刃逃げ面の摩耗量を測定した。結果は表２に示す。
【００２４】（切削条件） 切削方法：側面切削ダウンカット 被削材 ：Ｓ５０Ｃ（硬さＨＢ２１７） 切込み ：Ｒｄ １ｍｍ×Ａｄ １０ｍｍ 切削速度：９７ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．０６３ｍｍ／ｔｏｏｔｈ（３９０ｍｍ／
ｍｉｎ） 切削油 ：エアーブロー 切削長 ：５０ｍ
ｍｉｎ） 切削油 ：エアーブロー 切削長 ：５０ｍ
【００２５】
【表２】
【００２６】表２の結果から明らかなように、本発明に
係る硬質皮膜被覆エンドミル（Ｎo.３，４）は、従来例
（Ｎo.１，２）と比較して逃げ面摩耗量が少なくフラン
ク摩耗に対する耐摩耗性が優れている。Ｎo.５は金属中
間層の厚さが厚過ぎる場合の比較例であり、逃げ面摩耗
量が多く、耐摩耗性が十分でない。
係る硬質皮膜被覆エンドミル（Ｎo.３，４）は、従来例
（Ｎo.１，２）と比較して逃げ面摩耗量が少なくフラン
ク摩耗に対する耐摩耗性が優れている。Ｎo.５は金属中
間層の厚さが厚過ぎる場合の比較例であり、逃げ面摩耗
量が多く、耐摩耗性が十分でない。
【００２７】実施例３ ＪＩＳ規格ＳＫＨ５５相当の高速度工具鋼を基材とし
て、モジュール２．５、ＰＡ２０°、外径８０ｍｍ×長
さ８０ｍｍのソリッドホブを作製し、実施例１と同じ方
法で表３に示す金属中間層及び硬質皮膜を形成した。
て、モジュール２．５、ＰＡ２０°、外径８０ｍｍ×長
さ８０ｍｍのソリッドホブを作製し、実施例１と同じ方
法で表３に示す金属中間層及び硬質皮膜を形成した。
【００２８】
【表３】
【００２９】得られた表面被覆ソリッドホブのすくい面
を刃立て研磨した後、下記の条件にて歯車の切削加工を
行い、逃げ面の摩耗量の変化を調べたところ、図２に示
す結果を得た。 （切削条件） 被削材 ：ＳＣＲ４４０（硬さＨＢ１４０〜１６０），
Ｍ２．５，ＰＡ２０°，歯数３１，ねじれ角３０°３
４’ＲＨ，歯幅２５ｍｍ 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ 送り ：３．１ｍｍ／ｒｅｖ ノンシフト 図２から明らかなように、本発明に係る硬質皮膜被覆ソ
リッドホブは（Ｎｏ．３）は、従来例（Ｎｏ．１，２）
と比較して優れた耐摩耗性を有している。
を刃立て研磨した後、下記の条件にて歯車の切削加工を
行い、逃げ面の摩耗量の変化を調べたところ、図２に示
す結果を得た。 （切削条件） 被削材 ：ＳＣＲ４４０（硬さＨＢ１４０〜１６０），
Ｍ２．５，ＰＡ２０°，歯数３１，ねじれ角３０°３
４’ＲＨ，歯幅２５ｍｍ 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ 送り ：３．１ｍｍ／ｒｅｖ ノンシフト 図２から明らかなように、本発明に係る硬質皮膜被覆ソ
リッドホブは（Ｎｏ．３）は、従来例（Ｎｏ．１，２）
と比較して優れた耐摩耗性を有している。
【００３０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、高
硬度で耐酸化性に優れた硬質皮膜を基材表面に密着性よ
く形成することができることとなり、優れた耐摩耗性を
発揮する硬質部材が提供できることとなった。
硬度で耐酸化性に優れた硬質皮膜を基材表面に密着性よ
く形成することができることとなり、優れた耐摩耗性を
発揮する硬質部材が提供できることとなった。
【図１】実施例で得た金属中間層の厚さの測定例を表わ
す透過型電子顕微鏡による断面像である。
す透過型電子顕微鏡による断面像である。
【図２】実施例で得た表面被覆工具の逃げ面摩耗量と加
工数の関係を表すグラフである。
工数の関係を表すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 基材表面に、 Ａｌz Ｔｉ1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属中間層を５ｎｍ以上５
００ｎｍ以下の厚みで形成し、さらにその上に （Ａｌx Ｔｉ1-x ）（Ｎy Ｃ1-y ） 但し、０．５６≦ｘ≦０．７５ ０．６ ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成してなるこ
とを特徴とする密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および
硬質皮膜被覆部材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100152A JP2793772B2 (ja) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | 密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材 |
| US08/432,810 US5656383A (en) | 1994-05-13 | 1995-05-02 | Coated member having excellent hardness and, adhesive properties |
| DE19517120A DE19517120C2 (de) | 1994-05-13 | 1995-05-10 | Beschichtetes Teil mit ausgezeichneter Härte und Haftung, seine Verwendung und Verfahren zur Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100152A JP2793772B2 (ja) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | 密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310173A true JPH07310173A (ja) | 1995-11-28 |
| JP2793772B2 JP2793772B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=14266354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6100152A Expired - Lifetime JP2793772B2 (ja) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | 密着性に優れた硬質皮膜被覆工具および硬質皮膜被覆部材 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5656383A (ja) |
| JP (1) | JP2793772B2 (ja) |
| DE (1) | DE19517120C2 (ja) |
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