JPH0971856A - 耐摩耗性硬質皮膜被覆材料およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性硬質皮膜被覆材料およびその製造方法Info
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- JPH0971856A JPH0971856A JP22827595A JP22827595A JPH0971856A JP H0971856 A JPH0971856 A JP H0971856A JP 22827595 A JP22827595 A JP 22827595A JP 22827595 A JP22827595 A JP 22827595A JP H0971856 A JPH0971856 A JP H0971856A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた耐摩耗性と靭性を発揮する硬質皮膜を
形成することによって、希望する特性を発揮することの
できる耐摩耗性硬質皮膜被覆材料を提供する。 【解決手段】 下記（Ａ）の金属の炭化物、窒化物また
は炭窒化物中に、下記（Ｂ）の金属を０．１〜８０体積
％含む皮膜を、物理的蒸着法によって母材表面に被覆し
たものである。 （Ａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷよりなる群から選択される１種
以上の金属 （Ｂ）Ｃｏ，Ｎｉ，ＭｏおよびＣｕよりなる群から選択
される１種以上の金属
形成することによって、希望する特性を発揮することの
できる耐摩耗性硬質皮膜被覆材料を提供する。 【解決手段】 下記（Ａ）の金属の炭化物、窒化物また
は炭窒化物中に、下記（Ｂ）の金属を０．１〜８０体積
％含む皮膜を、物理的蒸着法によって母材表面に被覆し
たものである。 （Ａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷよりなる群から選択される１種
以上の金属 （Ｂ）Ｃｏ，Ｎｉ，ＭｏおよびＣｕよりなる群から選択
される１種以上の金属
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダーライナ
ー，バルブリフター，スプロケット，ギヤ，プーリー，
車軸等の輸送機関連部材、機械部品、治工具類、金型
等、耐摩耗性が要求される耐摩耗性部材の素材として有
用な耐摩耗性硬質皮膜被覆材料、およびその製造方法に
関し、硬度および靭性を兼ね備えた耐摩耗性硬質皮膜を
被覆した材料およびその製造方法に関するものである。
ー，バルブリフター，スプロケット，ギヤ，プーリー，
車軸等の輸送機関連部材、機械部品、治工具類、金型
等、耐摩耗性が要求される耐摩耗性部材の素材として有
用な耐摩耗性硬質皮膜被覆材料、およびその製造方法に
関し、硬度および靭性を兼ね備えた耐摩耗性硬質皮膜を
被覆した材料およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】上記各種の耐摩耗性部材を製作する場合
は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする目的で、
高速度鋼等からなる母材表面に、物理的蒸着法（ＰＶＤ
法）や化学的蒸着法（ＣＶＤ法）によって耐摩耗性硬質
皮膜を被覆することが行なわれている。こうした皮膜と
して特に注目されているのが、金属の炭化物、窒化物ま
た炭窒化物等の耐摩耗性硬質皮膜であり、その代表的な
ものとしてＴｉＣ，ＴｉＮおよび（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ等の
皮膜が知られている。
は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする目的で、
高速度鋼等からなる母材表面に、物理的蒸着法（ＰＶＤ
法）や化学的蒸着法（ＣＶＤ法）によって耐摩耗性硬質
皮膜を被覆することが行なわれている。こうした皮膜と
して特に注目されているのが、金属の炭化物、窒化物ま
た炭窒化物等の耐摩耗性硬質皮膜であり、その代表的な
ものとしてＴｉＣ，ＴｉＮおよび（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ等の
皮膜が知られている。
【０００３】例えば特開平４−２１７６３号には、Ｈｆ
とＺｒの合金の炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの
１種からなる硬質皮膜を、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によっ
て、硬質部材からなる基材表面に形成して耐摩耗性の向
上を図る技術が提案されている。また特開昭５４−５７
４７７号には、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの少なくとも１つの炭化物、窒化物および
炭窒化物の層の一層以上で、高速度工具鋼等の工具鋼か
らなるスローアウエーチップ基体の表面を、ＰＶＤ法に
よって被覆する技術についても提案されている。更に、
特開昭５９−１７０２６５号には、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
炭化物、窒化物または炭窒化物からなる皮膜の他、Ａｌ
の酸化物や酸窒化物からなる皮膜についても提案されて
いる。そしてこれらの各種皮膜は、従来の硬質皮膜と比
較してより硬質で耐摩耗性に優れてると言われており、
切削工具等に有効に利用されている。
とＺｒの合金の炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの
１種からなる硬質皮膜を、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によっ
て、硬質部材からなる基材表面に形成して耐摩耗性の向
上を図る技術が提案されている。また特開昭５４−５７
４７７号には、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの少なくとも１つの炭化物、窒化物および
炭窒化物の層の一層以上で、高速度工具鋼等の工具鋼か
らなるスローアウエーチップ基体の表面を、ＰＶＤ法に
よって被覆する技術についても提案されている。更に、
特開昭５９−１７０２６５号には、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
炭化物、窒化物または炭窒化物からなる皮膜の他、Ａｌ
の酸化物や酸窒化物からなる皮膜についても提案されて
いる。そしてこれらの各種皮膜は、従来の硬質皮膜と比
較してより硬質で耐摩耗性に優れてると言われており、
切削工具等に有効に利用されている。
【０００４】尚上記ＣＶＤ法では、母材が高温に曝され
て母材の熱劣化を招くことがあるので、母材特性も重要
視される工具に適用される場合には、イオンプレーティ
ング法やスパッタ法に代表されるＰＶＤ法が採用される
のが一般的である。
て母材の熱劣化を招くことがあるので、母材特性も重要
視される工具に適用される場合には、イオンプレーティ
ング法やスパッタ法に代表されるＰＶＤ法が採用される
のが一般的である。
【０００５】ところで耐摩耗性部材として用いる場合に
は、被覆される硬質皮膜は硬度ばかりでなく靭性が良好
であることも重要である。こうした観点から、金属の炭
化物、窒化物または炭窒化物からなる被覆層の２種以上
を複層に形成したり、靭性を付与させる為に金属層との
複層を形成する方法も提案されている。例えば特開平２
−５０９４９４号には、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の被
覆層を交互に積層し、また特開昭６２−２８０３２号に
は、ＴｉＮやＴｉＣ等の被覆層とＴｉＢ2 等の被覆層を
交互に積層し、更に特開昭６２−２１４１６６号には、
Ｈｆ等の金属層とＨｆＣ等の硬質層を交互に積層形成し
て、耐摩耗性を長期に亘って発揮させようとする各種技
術が提案されている。そしてこうし複層化技術では、単
層の硬質皮膜を形成した部材と比較して耐摩耗性の寿命
は延びるとされている。
は、被覆される硬質皮膜は硬度ばかりでなく靭性が良好
であることも重要である。こうした観点から、金属の炭
化物、窒化物または炭窒化物からなる被覆層の２種以上
を複層に形成したり、靭性を付与させる為に金属層との
複層を形成する方法も提案されている。例えば特開平２
−５０９４９４号には、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の被
覆層を交互に積層し、また特開昭６２−２８０３２号に
は、ＴｉＮやＴｉＣ等の被覆層とＴｉＢ2 等の被覆層を
交互に積層し、更に特開昭６２−２１４１６６号には、
Ｈｆ等の金属層とＨｆＣ等の硬質層を交互に積層形成し
て、耐摩耗性を長期に亘って発揮させようとする各種技
術が提案されている。そしてこうし複層化技術では、単
層の硬質皮膜を形成した部材と比較して耐摩耗性の寿命
は延びるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た技術においても下記の様な欠点が指摘されている。即
ち、これらの複層皮膜は硬度は高いが、靭性が低くて脆
いので亀裂が発生したり剥離し易いと言う欠点がある。
また複層皮膜を構成する各層間の密着性も不十分なこと
もある。また靭性を付与する為に、金属層と複層化した
ものでも、硬質皮膜に亀裂が生じた剥離したりすること
によって、金属層が外部に露出したりすると、金属層の
硬度が不十分であることによって、摩耗が急激に進行す
ることになる。換言すれば、これらの複層皮膜では、耐
摩耗性が多少向上するといっても、硬質皮膜層自体の靭
性が低く、また金属皮膜層は硬度が低いので、耐摩耗性
の抑制効果がそれほど発揮されるとは限らず、徐々にし
かも確実に摩耗が進行することになる。その為に、上記
した複層化技術だけでは、耐摩耗性と向上させるのは限
界があり、従来の複層化技術では、今後もそれほどの発
展が望めないものと考えられる。
た技術においても下記の様な欠点が指摘されている。即
ち、これらの複層皮膜は硬度は高いが、靭性が低くて脆
いので亀裂が発生したり剥離し易いと言う欠点がある。
また複層皮膜を構成する各層間の密着性も不十分なこと
もある。また靭性を付与する為に、金属層と複層化した
ものでも、硬質皮膜に亀裂が生じた剥離したりすること
によって、金属層が外部に露出したりすると、金属層の
硬度が不十分であることによって、摩耗が急激に進行す
ることになる。換言すれば、これらの複層皮膜では、耐
摩耗性が多少向上するといっても、硬質皮膜層自体の靭
性が低く、また金属皮膜層は硬度が低いので、耐摩耗性
の抑制効果がそれほど発揮されるとは限らず、徐々にし
かも確実に摩耗が進行することになる。その為に、上記
した複層化技術だけでは、耐摩耗性と向上させるのは限
界があり、従来の複層化技術では、今後もそれほどの発
展が望めないものと考えられる。
【０００７】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、優れた耐摩耗性と靭性を発揮する硬質皮
膜を形成することによって、希望する特性を発揮するこ
とのできる耐摩耗性硬質皮膜被覆材料を提供しようとす
るものである。
ものであって、優れた耐摩耗性と靭性を発揮する硬質皮
膜を形成することによって、希望する特性を発揮するこ
とのできる耐摩耗性硬質皮膜被覆材料を提供しようとす
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明とは、下記（Ａ）の金属の炭化物、窒化物また炭窒
化物中に、下記（Ｂ）の金属を０．１〜８０体積％含む
皮膜を、物理的蒸着法によって母材表面に被覆したもの
である点に要旨を有する耐摩耗性硬質皮膜被覆材料であ
る。 （Ａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷよりなる群から選択される１種
以上の金属 （Ｂ）Ｃｏ，Ｎｉ，ＭｏおよびＣｕよりなる群から選択
される１種以上の金属
発明とは、下記（Ａ）の金属の炭化物、窒化物また炭窒
化物中に、下記（Ｂ）の金属を０．１〜８０体積％含む
皮膜を、物理的蒸着法によって母材表面に被覆したもの
である点に要旨を有する耐摩耗性硬質皮膜被覆材料であ
る。 （Ａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷよりなる群から選択される１種
以上の金属 （Ｂ）Ｃｏ，Ｎｉ，ＭｏおよびＣｕよりなる群から選択
される１種以上の金属
【０００９】この耐摩耗性硬質皮膜被覆材料において
は、前記（Ｂ）の金属の含有率は、０．１〜５０体積％
であることが好ましい。また上記の様な耐摩耗性硬質皮
膜被覆材料を製造するに当たっては、前記（Ａ）および
（Ｂ）を含む合金ターゲットを用い、ＰＶＤ法によって
前記皮膜を母材表面に被覆する様にすれば良い。尚この
製造方法において、ＰＶＤ法としてはイオンプレーティ
ング法を適用することが特に好ましい。
は、前記（Ｂ）の金属の含有率は、０．１〜５０体積％
であることが好ましい。また上記の様な耐摩耗性硬質皮
膜被覆材料を製造するに当たっては、前記（Ａ）および
（Ｂ）を含む合金ターゲットを用い、ＰＶＤ法によって
前記皮膜を母材表面に被覆する様にすれば良い。尚この
製造方法において、ＰＶＤ法としてはイオンプレーティ
ング法を適用することが特に好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】耐摩耗性部材の表面に被覆される
硬質皮膜としは、硬度は勿論のこと靭性も要求されるこ
とになる。そこで本発明者らは、硬質皮膜に硬度と靭性
の両方の特性を兼ね備える為の構成について検討した。
そしてまず本発明者らは、硬質度の金属化合物中に金属
を含有させたものでは、希望する特性が得られるのでは
ないかと考え、その具体的な構成について検討を進めて
きた。
硬質皮膜としは、硬度は勿論のこと靭性も要求されるこ
とになる。そこで本発明者らは、硬質皮膜に硬度と靭性
の両方の特性を兼ね備える為の構成について検討した。
そしてまず本発明者らは、硬質度の金属化合物中に金属
を含有させたものでは、希望する特性が得られるのでは
ないかと考え、その具体的な構成について検討を進めて
きた。
【００１１】本発明者らは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷ等の金属
［前記（Ａ）の金属］は、概してＣｏ，Ｎｉ，Ｍｏおよ
びＣｕ等の金属［前記（Ａ）の金属］と比べて、生成エ
ネルギーの違いによって、炭化物、窒化物または炭窒化
物を形成し易いことに着目した。そしてこうした性質を
利用し、ＰＶＤ法によって、前記（Ａ）の金属の炭化
物、窒化物また炭窒化物中に、前記（Ｂ）の金属を所定
量含む様な硬質皮膜を母材表面に被覆してやれば、上記
課題が見事に解決されることを見出し、本発明を完成し
た。
Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷ等の金属
［前記（Ａ）の金属］は、概してＣｏ，Ｎｉ，Ｍｏおよ
びＣｕ等の金属［前記（Ａ）の金属］と比べて、生成エ
ネルギーの違いによって、炭化物、窒化物または炭窒化
物を形成し易いことに着目した。そしてこうした性質を
利用し、ＰＶＤ法によって、前記（Ａ）の金属の炭化
物、窒化物また炭窒化物中に、前記（Ｂ）の金属を所定
量含む様な硬質皮膜を母材表面に被覆してやれば、上記
課題が見事に解決されることを見出し、本発明を完成し
た。
【００１２】図１は、皮膜層の金属化合物中に占める金
属の割合が、硬度や靭性に与える影響を示したグラフで
ある。この結果から明らかな様に、硬度および靭性を兼
ね備えた硬質皮膜を形成するためには、金属化合物中に
占める金属の割合を０．１〜８０体積％とする必要があ
ることが分かる。また前記金属の割合のより好ましい範
囲は、０．１〜５０体積％程度であることもわかる。即
ち、金属化合物中に占める金属の量が０．１体積％未満
になってほとんど含まれなくなると、硬質皮膜の靭性が
低くなって耐摩耗性に劣る皮膜になる。また金属化合物
中に占める金属の割合が５０体積％、特に８０体積％を
超えると、硬度が低くなって同じく耐摩耗性に劣る皮膜
になる。
属の割合が、硬度や靭性に与える影響を示したグラフで
ある。この結果から明らかな様に、硬度および靭性を兼
ね備えた硬質皮膜を形成するためには、金属化合物中に
占める金属の割合を０．１〜８０体積％とする必要があ
ることが分かる。また前記金属の割合のより好ましい範
囲は、０．１〜５０体積％程度であることもわかる。即
ち、金属化合物中に占める金属の量が０．１体積％未満
になってほとんど含まれなくなると、硬質皮膜の靭性が
低くなって耐摩耗性に劣る皮膜になる。また金属化合物
中に占める金属の割合が５０体積％、特に８０体積％を
超えると、硬度が低くなって同じく耐摩耗性に劣る皮膜
になる。
【００１３】尚、本発明における耐摩耗性皮膜は単層で
あるため、複層皮膜が有しがちな密着性不良という問題
もない。また、靭性を向上させたことによって、皮膜の
亀裂の発生や剥離を防止することができ密着性の向上に
も寄与することができた。
あるため、複層皮膜が有しがちな密着性不良という問題
もない。また、靭性を向上させたことによって、皮膜の
亀裂の発生や剥離を防止することができ密着性の向上に
も寄与することができた。
【００１４】本発明に係る耐摩耗性皮膜を形成するに当
たっては、プロセスガスと金属イオンの反応を母材表面
で起こすことにより皮膜を形成する反応性ＰＶＤを用い
ているため、密着性が大変良好である。皮膜の形成方法
としてはイオンプレーティング法やスパッタ法に代表さ
れるＰＶＤ法のいずれも採用できるが、このうちアーク
イオンプレーティング法（ＡＩＰ法）が特に好ましい。
即ち、ＡＩＰ法であると、皮膜材料の制限がなく、高純
度の反応生成物膜が比較的容易に、しかも無公害に母材
に密着性良く被覆することが可能であり、成膜速度も速
い。また母材温度、アーク電流値およびプロセスガス流
量を適切に設定することによって、膜組成や膜構造の制
御も可能である。こうしたことから、本発明に係る硬質
皮膜の金属の炭化物、窒化物または炭窒化物と金属との
体積率を自由に制御でき、また硬質皮膜の内部側と外部
側とで体積率が異なる様な、いわゆる遷移層を形成する
こともできる。またアークイオンプレーティング装置で
は、亀裂や空孔のない緻密で高密度の皮膜を母材全体
に、しかもほぼ一定の膜厚で形成することができる。
たっては、プロセスガスと金属イオンの反応を母材表面
で起こすことにより皮膜を形成する反応性ＰＶＤを用い
ているため、密着性が大変良好である。皮膜の形成方法
としてはイオンプレーティング法やスパッタ法に代表さ
れるＰＶＤ法のいずれも採用できるが、このうちアーク
イオンプレーティング法（ＡＩＰ法）が特に好ましい。
即ち、ＡＩＰ法であると、皮膜材料の制限がなく、高純
度の反応生成物膜が比較的容易に、しかも無公害に母材
に密着性良く被覆することが可能であり、成膜速度も速
い。また母材温度、アーク電流値およびプロセスガス流
量を適切に設定することによって、膜組成や膜構造の制
御も可能である。こうしたことから、本発明に係る硬質
皮膜の金属の炭化物、窒化物または炭窒化物と金属との
体積率を自由に制御でき、また硬質皮膜の内部側と外部
側とで体積率が異なる様な、いわゆる遷移層を形成する
こともできる。またアークイオンプレーティング装置で
は、亀裂や空孔のない緻密で高密度の皮膜を母材全体
に、しかもほぼ一定の膜厚で形成することができる。
【００１５】本発明において、ＡＩＰ法を適用して硬質
皮膜を形成するに際して、用いるターゲット材として、
合金ターゲットを用いることが好ましい。こうした合金
ターゲットを使用することによって、別々のターゲット
を使用する場合に比べて、簡単な設備で良く、プロセス
的にも安定した条件で再現性良く処理することができ
る。
皮膜を形成するに際して、用いるターゲット材として、
合金ターゲットを用いることが好ましい。こうした合金
ターゲットを使用することによって、別々のターゲット
を使用する場合に比べて、簡単な設備で良く、プロセス
的にも安定した条件で再現性良く処理することができ
る。
【００１６】尚合金ターゲットを用いると、合金の組成
によっては金属相が現れず、金属間化合物と金属化合物
相とに分離する場合があるが、これは収束コイルを用
い、磁場を印加するすることによって、合金ターゲット
の組成に依らずに、金属相と金属化合物相とに分離させ
ることができる。
によっては金属相が現れず、金属間化合物と金属化合物
相とに分離する場合があるが、これは収束コイルを用
い、磁場を印加するすることによって、合金ターゲット
の組成に依らずに、金属相と金属化合物相とに分離させ
ることができる。
【００１７】本発明に係る硬質皮膜は、基本的に金属化
合物中に所定量の金属を含むものであるが、この硬質皮
膜中には、酸化物や硼化物等を含むことを排除するもの
ではなく、本発明の硬質皮膜は例えば（Ｎｉ＋ＳｉＯ2
＋ＴｉＮ）膜、（Ｃｏ＋ＴｉＣＮ＋ＴｉＢ）膜、（Ｍｏ
＋ＺｒＣ＋ＺｒＯ2 ）膜等の硬質皮膜をも含む趣旨であ
る。
合物中に所定量の金属を含むものであるが、この硬質皮
膜中には、酸化物や硼化物等を含むことを排除するもの
ではなく、本発明の硬質皮膜は例えば（Ｎｉ＋ＳｉＯ2
＋ＴｉＮ）膜、（Ｃｏ＋ＴｉＣＮ＋ＴｉＢ）膜、（Ｍｏ
＋ＺｒＣ＋ＺｒＯ2 ）膜等の硬質皮膜をも含む趣旨であ
る。
【００１８】本発明に係る硬質皮膜の膜厚については、
特に限定されるものではない、適用される耐摩耗性部材
の用途や成膜速度に応じてその膜厚を選択すれば良い
が、２〜３００μｍ程度が適当である。即ち、硬質皮膜
の膜厚が２μｍ未満であると、用途によっては、硬質皮
膜としての特性を耐十分に発揮させることができない場
合があり、一方３００μｍを超えると、皮膜組成や成膜
条件によっては却って硬質皮膜全体としての強度を低下
させ、衝撃力によって硬質皮膜に割れが入ることがあ
る。硬質皮膜の膜厚のより好ましい範囲は、５〜５０μ
ｍ程度である。
特に限定されるものではない、適用される耐摩耗性部材
の用途や成膜速度に応じてその膜厚を選択すれば良い
が、２〜３００μｍ程度が適当である。即ち、硬質皮膜
の膜厚が２μｍ未満であると、用途によっては、硬質皮
膜としての特性を耐十分に発揮させることができない場
合があり、一方３００μｍを超えると、皮膜組成や成膜
条件によっては却って硬質皮膜全体としての強度を低下
させ、衝撃力によって硬質皮膜に割れが入ることがあ
る。硬質皮膜の膜厚のより好ましい範囲は、５〜５０μ
ｍ程度である。
【００１９】本発明で用いる母材の種類については、特
に限定されるものではなく、高速度鋼やダイス鋼等のＦ
ｅ基合金は勿論のこと、Ｔｉ基合金やＡｌ基合金の他、
超硬合金、サーメット、セラミックス等が挙げられる。
に限定されるものではなく、高速度鋼やダイス鋼等のＦ
ｅ基合金は勿論のこと、Ｔｉ基合金やＡｌ基合金の他、
超硬合金、サーメット、セラミックス等が挙げられる。
【００２０】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
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれるものである。
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれるものである。
【００２１】
実施例１ Ｆｅ基合金を母材として用い、この母材の表面に、スパ
ッタリング法またはイオンプレーティング法によって下
記表１に示す条件（ターゲットの組成、プロセスガス）
で硬質皮膜を被覆し、各種硬質皮膜被覆材料を得た。尚
各方法における他の条件は、下記の通りである。
ッタリング法またはイオンプレーティング法によって下
記表１に示す条件（ターゲットの組成、プロセスガス）
で硬質皮膜を被覆し、各種硬質皮膜被覆材料を得た。尚
各方法における他の条件は、下記の通りである。
【００２２】（スパッタリング法）マグネトロンスパッ
タ装置を用い、表１に示したガス雰囲気中でバイアス電
圧：２００〜５００Ｖ、スパッタ圧力：１０-3Ｔｏｒｒ
にて反応性スパッタを行った。その結果、形成された硬
質皮膜層は、ＮｉとＴｉＮまたはＣｕとＴｉＮの混合組
織となった。
タ装置を用い、表１に示したガス雰囲気中でバイアス電
圧：２００〜５００Ｖ、スパッタ圧力：１０-3Ｔｏｒｒ
にて反応性スパッタを行った。その結果、形成された硬
質皮膜層は、ＮｉとＴｉＮまたはＣｕとＴｉＮの混合組
織となった。
【００２３】（イオンプレーティング法）アークイオン
プレーティング装置を用い、１×１０-2Ｔｏｒｒの真空
状態で、表１に示したガスを導入し、アーク電流：１０
０〜１７５Ａ、バイアス電圧：５０〜７５Ｖを印加し、
成膜を開始した。その結果、形成された硬質皮膜層は、
金属化合物相と金属相との混合組織となった。但し、供
試材Ｎｏ．１２のものは、金属相が現れず、金属化合物
相と金属化合物相とに分離する様に作成条件を調整し
た。また硬質皮膜中の金属化合物相と金属相の体積分率
は、下記（１）式によってターゲットの合金組成を決定
し、夫々調整した。尚上記供試材Ｎｏ．１２以外のもの
は、金属化合物相と金属相に完全に分離しているので、
上記（１）式で期待するαと同等の体積分率で硬質皮膜
が形成していると考えられた。 Ｗb ＝（αb ×ｄb ×１００）／ （αcom.×ｄcom.×Ｍa ／Ｍcom.＋αb ×ｄb …（１） 但し、Ｗ：ターゲットの合金中に占める重量分率 α：硬質皮膜中の体積分率 ｄ：密度 Ｍ：分子量 ａ：前記（Ａ）の金属 ｂ：前記（Ｂ）の金属 ｃｏｍ：金属化合物
プレーティング装置を用い、１×１０-2Ｔｏｒｒの真空
状態で、表１に示したガスを導入し、アーク電流：１０
０〜１７５Ａ、バイアス電圧：５０〜７５Ｖを印加し、
成膜を開始した。その結果、形成された硬質皮膜層は、
金属化合物相と金属相との混合組織となった。但し、供
試材Ｎｏ．１２のものは、金属相が現れず、金属化合物
相と金属化合物相とに分離する様に作成条件を調整し
た。また硬質皮膜中の金属化合物相と金属相の体積分率
は、下記（１）式によってターゲットの合金組成を決定
し、夫々調整した。尚上記供試材Ｎｏ．１２以外のもの
は、金属化合物相と金属相に完全に分離しているので、
上記（１）式で期待するαと同等の体積分率で硬質皮膜
が形成していると考えられた。 Ｗb ＝（αb ×ｄb ×１００）／ （αcom.×ｄcom.×Ｍa ／Ｍcom.＋αb ×ｄb …（１） 但し、Ｗ：ターゲットの合金中に占める重量分率 α：硬質皮膜中の体積分率 ｄ：密度 Ｍ：分子量 ａ：前記（Ａ）の金属 ｂ：前記（Ｂ）の金属 ｃｏｍ：金属化合物
【００２４】
【表１】
【００２５】得られた各供試材について、硬質皮膜の組
成（体積分率）、ビッカース硬度、押し込み靭性、摺動
摩耗試験および転動摩耗試験を行った。このとき硬質皮
膜の組成は、測定または上記（１）式の期待値αによっ
て決定した。靭性は、ビッカース圧子による割れ発生荷
重によって調査した。その結果を、一括して下記表２に
示す。
成（体積分率）、ビッカース硬度、押し込み靭性、摺動
摩耗試験および転動摩耗試験を行った。このとき硬質皮
膜の組成は、測定または上記（１）式の期待値αによっ
て決定した。靭性は、ビッカース圧子による割れ発生荷
重によって調査した。その結果を、一括して下記表２に
示す。
【００２６】表２において、摺動摩耗試験は、ピンオン
ディスク型の摺動摩耗試験機を用い、相手材として硬質
Ｃｒめっき、潤滑油として市販のエンジンオイルを用い
て、摺動速度：１ｍ／ｓｅｃ，荷重：１０ｋｇｆ，摺動
距離：１ｋｍの条件にて試験を行った。そしてその評価
を、ディスク摩耗減量にて行った。尚その評価基準は下
記の通りである。
ディスク型の摺動摩耗試験機を用い、相手材として硬質
Ｃｒめっき、潤滑油として市販のエンジンオイルを用い
て、摺動速度：１ｍ／ｓｅｃ，荷重：１０ｋｇｆ，摺動
距離：１ｋｍの条件にて試験を行った。そしてその評価
を、ディスク摩耗減量にて行った。尚その評価基準は下
記の通りである。
【００２７】一方、転動摩耗試験は相手材として市販の
ボールベアリングを用い、潤滑剤として市販のグリース
を用い、荷重：３０ｋｇｆ，回転速度：１００ｒｐｍの
条件にて試験を行った。そしてその評価を、総回転数が
３０００に達したときの摩耗溝幅にて行った。尚その評
価基準は下記の通りである。 （摺動摩耗試験の評価基準） ◎：摩耗減量が２０ｍｇ以下 ○：摩耗減量が２０ｍｇを超えて５０ｍｇ以下 △：摩耗減量が５０ｍｇを超えて１００ｍｇ以下 ×：摩耗減量が１００ｍｇ超 （転動摩耗試験の評価基準） ◎：摩耗溝幅が０．１ｍｍ以下 ○：摩耗溝幅が０．１ｍｍを超えて０．３ｍｍ以下 △：摩耗溝幅が０．３ｍｍを超えて０．５ｍｍ以下 ×：摩耗溝幅が０．５ｍｍ超
ボールベアリングを用い、潤滑剤として市販のグリース
を用い、荷重：３０ｋｇｆ，回転速度：１００ｒｐｍの
条件にて試験を行った。そしてその評価を、総回転数が
３０００に達したときの摩耗溝幅にて行った。尚その評
価基準は下記の通りである。 （摺動摩耗試験の評価基準） ◎：摩耗減量が２０ｍｇ以下 ○：摩耗減量が２０ｍｇを超えて５０ｍｇ以下 △：摩耗減量が５０ｍｇを超えて１００ｍｇ以下 ×：摩耗減量が１００ｍｇ超 （転動摩耗試験の評価基準） ◎：摩耗溝幅が０．１ｍｍ以下 ○：摩耗溝幅が０．１ｍｍを超えて０．３ｍｍ以下 △：摩耗溝幅が０．３ｍｍを超えて０．５ｍｍ以下 ×：摩耗溝幅が０．５ｍｍ超
【００２８】
【表２】
【００２９】表２から明らかな様に、本発明に係る硬質
皮膜はＴｉＮ単層やＣｒＮ単層とほぼ同等の硬度を有し
ながら、靭性も兼ね備えていることがわかる。そのため
に、従来の被覆層に比べて耐摩耗性が大幅に向上してい
ることがわかる。
皮膜はＴｉＮ単層やＣｒＮ単層とほぼ同等の硬度を有し
ながら、靭性も兼ね備えていることがわかる。そのため
に、従来の被覆層に比べて耐摩耗性が大幅に向上してい
ることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、優
れた耐摩耗性と靭性を発揮する硬質皮膜を形成すること
によって、希望する特性を発揮することのできる耐摩耗
性硬質皮膜被覆材料が実現できた。
れた耐摩耗性と靭性を発揮する硬質皮膜を形成すること
によって、希望する特性を発揮することのできる耐摩耗
性硬質皮膜被覆材料が実現できた。
【図１】金属化合物中に占める金属の割合が硬質皮膜の
硬度や靭性に及ぼす影響を示すグラフである。
硬度や靭性に及ぼす影響を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 漆原 亘 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 下記（Ａ）の金属の炭化物、窒化物また
炭窒化物中に、下記（Ｂ）の金属を０．１〜８０体積％
含む皮膜を、物理的蒸着法によって母材表面に被覆した
ものであることを特徴とする耐摩耗性硬質皮膜被覆材
料。 （Ａ）Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷよりなる群から選択される１種
以上の金属 （Ｂ）Ｃｏ，Ｎｉ，ＭｏおよびＣｕよりなる群から選択
される１種以上の金属 - 【請求項２】 前記（Ｂ）の金属の含有率が、０．１〜
５０体積％である請求項１に記載の耐摩耗性硬質皮膜被
覆材料。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の耐摩耗性硬質
皮膜被覆材料を製造するに当たり、前記（Ａ）および
（Ｂ）を含む合金ターゲットを用い、物理的蒸着法によ
って前記皮膜を母材表面に被覆することを特徴とする耐
摩耗性硬質皮膜被覆材料の製造方法。 - 【請求項４】 物理的蒸着法がイオンプレーティング法
である請求項３に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22827595A JPH0971856A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 耐摩耗性硬質皮膜被覆材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22827595A JPH0971856A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 耐摩耗性硬質皮膜被覆材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0971856A true JPH0971856A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16873933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22827595A Pending JPH0971856A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 耐摩耗性硬質皮膜被覆材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0971856A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286115A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Nissan Motor Co Ltd | 高強度歯車及びその製造方法 |
| JP2009287063A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Hokunetsu:Kk | 金型表面用保護膜 |
| CN102534526A (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-04 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 镀膜件及其制备方法 |
| JP2013253326A (ja) * | 2013-08-30 | 2013-12-19 | Hokunetsu:Kk | 金型表面用保護膜 |
| JP2017179603A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 東北特殊鋼株式会社 | チタン合金製コーティング膜及びチタン合金製ターゲット材 |
| WO2017170639A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 大同特殊鋼株式会社 | チタン合金製コーティング膜及びチタン合金製ターゲット材 |
| JP2020055050A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆ＴｉＮ基サーメット製切削工具 |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP22827595A patent/JPH0971856A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11834737B2 (en) | 2016-03-29 | 2023-12-05 | Daido Steel Co., Ltd. | Titanium alloy coating film and titanium alloy target material |
| JP2020055050A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆ＴｉＮ基サーメット製切削工具 |
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