JPH11335813A

JPH11335813A - 硬質被膜及び積層硬質被膜

Info

Publication number: JPH11335813A
Application number: JP13991598A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Oda; 一彦織田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高硬度でより耐摩耗性等の耐久性の高い硬質
被膜を形成しようとするものである。【解決手段】ＪＣＰＤＳ記載の格子定数に対し、０．
９９７〜１．００５倍の格子定数を有し、膜厚が０．０
１〜５０μｍである気相合成法によって基材表面に形成
された金属窒化物から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基材表面に形成
される硬質被膜及び積層硬質被膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタ
ン、窒化クロム、チタンとアルミニウムの合金の窒化物
等のｆｃｃ構造（面心立方構造）の金属窒化物、金属炭
化物、金属炭窒化物は、ビッカース硬度が約１０００以
上と硬く、その優れた耐摩耗性から、各種の工具、金
型、機械部品等の表面に被覆させ、硬度及び耐摩耗性を
付与することが行われている。また、これらの窒化物等
を複数層積層した積層被膜も検討が行われている（特開
平７−３４３２号公報参照）。

【０００３】これらの被膜は、各種ＰＶＤ法やＣＶＤ法
等の気相合成法を用いて合成される。具体的には、ＰＶ
Ｄ法では、ホロカソードイオンプレーティング法、カソ
ードアークイオンプレーティング法、熱電子励起型アー
クイオンプレーティング法、高周波イオンプレーティン
グ法等の各種イオンプレーティング法、マグネトロンス
パッタ法、非平衡型マグネトロンスパッタ法、ＤＣスパ
ッタ法等の各種スパッタ法、イオンビームを使用するイ
オンミキシング法等が用いられる。また、ＣＶＤ法で
は、一般的な熱ＣＶＤ法の他、高周波プラズマＣＶＤ法
等のプラズマを利用した方法等が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の各方法により、
工具、金型、機械部品等の耐久性は数倍から数十倍に向
上した。しかし、近年、より高い耐久性が要求されるよ
うになった。例えば、工具において、乾式加工や高速切
削における高耐久性の要求がされている。また、金型分
野においては、新しい加工材に対する対応や、従来は被
膜を形成させてこなかった高温、高面圧、高速加工の金
型への適用が期待されている。さらに、機械分野におい
ては、産業用機械部品、自動車部品、家電部品等におけ
る使用環境の高度化に伴う表面処理技術への適用が期待
されている。さらにまた、被膜が施される基材について
も、従来は使用されなかった比較的硬度の低い材質につ
いても表面処理が期待されている。このような背景によ
り、高硬度でより耐摩耗性等の耐久性の高い硬質被膜の
開発が必要となっている。

【０００５】耐久性を向上させる方法として、膜厚を厚
くする方法が考えられる。しかし、上記のＰＶＤ法によ
る製膜は、一般に残留応力が高く厚膜化が困難であり、
厚さを５μｍ程度にするのが限界である。さらに、上記
のＣＶＤ法による製膜は、厚膜化が比較的容易である
が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン等の膜は、
厚くすると表面の粗さが大きくなり、被膜後に研磨加工
を施す必要がある。

【０００６】また、一般にＰＶＤ法やプラズマＣＶＤ法
により得られる被膜は、通常の結晶粉末のＸ線結晶解析
により測定される格子定数より１．００５倍より大きな
値をとる。これは、数ｅＶ以上のエネルギーを有するイ
オン等の荷電粒子が格子間に入り、格子定数を大きくし
ているためと考えられる。このため、得られる膜は、格
子間原子の影響等で内部応力が大きくなる。このとき、
膜内部にマイクロクラックが発生すると、膜全体にクラ
ックが容易に伝搬すると考えられる。このクラックのた
め、耐摩耗性等の耐久性がある程度以上向上しないと考
えられる。

【０００７】そこで、この発明は、高硬度でより耐摩耗
性等の耐久性の高い硬質被膜を形成しようとするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ＪＣＰＤＳ
記載の格子定数に対し、０．９９７〜１．００５倍の格
子定数を有し、膜厚が０．０１〜５０μｍである気相合
成法によって基材表面に形成された金属窒化物からなる
硬質被膜を設けることにより上記の課題を解決したもの
である。

【０００９】格子定数をＪＣＰＤＳ記載の格子定数の
０．９９７〜１．００５倍としたので、得られる被膜の
内部応力が小さくなり、膜内部に生じるマイクロクラッ
クの伝搬が起こりにくく、膜全体にクラックが生じるの
を抑止できる。このため、耐摩耗性等の耐久性がより向
上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を説明
する。

【００１１】この発明にかかる硬質被膜は、気相合成法
によって基材表面に形成された金属又は合金の窒化物又
は炭窒化物からなる被膜である。

【００１２】この被膜に使用される金属としては、クロ
ム、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、ハウニウ
ム、バナジウム、ニオブ、タンタリウム、モリブデン、
タングステン等があげられる。また、上記合金として
は、上記の各金属の合金があげられる。

【００１３】窒化物とは、上記の金属又は合金の窒化物
であり、具体例としては、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化
チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタ
ンとクロムの合金の窒化物（Ｔｉ_(1-x)Ｃｒ_xＮ；以
下、「ＴｉＣｒＮ」と略する。）、チタンとアルミニウ
ムの合金窒化物（Ｔｉ_(1-x)Ａｌ_xＮ；以下、「ＴｉＡ
ｌＮ」と略する。）、クロムとアルミニウムの合金窒化
物（Ｃｒ_(1-x)Ａｌ_xＮ；以下、「ＣｒＡｌＮ」と略す
る。）等があげられる。

【００１４】また、炭窒化物とは、上記の金属又は合金
の炭窒化物であり、具体例としては、チタンの炭窒化物
（ＴｉＣ_(1-y)Ｎ_y；以下、「ＴｉＣＮ」と略す
る。）、チタンとクロムの合金の炭窒化物（Ｔｉ_(1-x)
Ｃｒ_xＣ_(1-y)Ｎ_y；以下、「ＴｉＣｒＣＮ」と略す
る。）、チタンとアルミニウムの合金の炭窒化物（Ｔｉ
_(1-x)Ａｌ_xＣ_(1-y)Ｎ_y；以下、「ＴｉＡｌＣＮ」と
略する。）等があげられる。なお、上記各化学式中のｘ
及びｙは、０〜１の数をいう。

【００１５】上記の硬質被膜を形成させる基材は、特に
限定されるものではなく、各種の金属、セラミック等を
使用することができる。例えば、各種の合金、超硬合
金、サーメット、鋼、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニ
ア、炭化ケイ素を少なくとも１つ含む基材があげられ
る。

【００１６】上記硬質被膜のｆｃｃ構造（面心立方構
造）の格子定数（以下、単に「格子定数」と称する。）
は、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffract
ion Standards ）に記載のＸ線結晶解析法により求めら
れた格子定数の０．９９７〜１．００５倍がよく、０．
９９８〜１．００３倍が好ましい。この条件を満たす被
膜は、耐摩耗性に優れている。これに対し、１．００５
倍を越えると、得られる膜は、圧縮の内部応力が大きく
なるため、膜内部にマイクロクラックが発生したとき
に、膜全体にクラックが伝搬し、耐摩耗性等に好ましく
ない影響を与える場合が生じる。一方、０．９９７倍未
満の場合は、引っ張りの内部応力が大きくなるため、ク
ラックが発生しやすく、場合によっては成膜後に既にひ
び割れ状の膜になっていたりすることもある。したがっ
て、耐摩耗性が悪くなりやすい。

【００１７】例えば、ＣｒＮの場合、格子定数は、ＪＣ
ＰＤＳ１１−００６５記載の格子定数０．４１４ｎｍの
０．９９７〜１．００５倍、すなわち、０．４１２７６
〜０．４１６０７ｎｍが好ましい。

【００１８】さらに、ＴｉＮの場合、格子定数は、ＪＣ
ＰＤＳ３８−１４２０記載の格子定数０．４２４１７３
ｎｍの０．９９７〜１．００５倍、すなわち、０．４２
２９０〜０．４２６２９ｎｍが好ましい。

【００１９】また、ＡｌＮの場合、格子定数は、ＪＣＰ
ＤＳ２５−１４９５記載の格子定数０．４１２ｎｍの
０．９９７〜１．００５倍、すなわち、０．４１０７６
〜０．４１４０６ｎｍが好ましい。

【００２０】合金の窒化物の場合、気相合成法によって
基材表面に形成されたｆｃｃ構造の合金の窒化物からな
る被膜の格子定数は、上記の合金に含まれる各構成金属
の窒化物のＪＣＰＤＳ記載の格子定数と、各構成金属の
存在比との積の合計値の０．９９７〜１．００５倍がよ
く、０．９９８〜１．００３倍が好ましい。

【００２１】すなわち、ｍ種類の構成金属からなる合金
の窒化物の場合、ｎ番目の構成金属の粉末法による格子
定数をＡ_n、ｎ番目の構成金属の存在比をＸ_nとする
と、合金の格子定数Ａは、下記〔１〕

【００２２】

【数１】

【００２３】（ｎ、ｍは正数を表し、ｍ＞ｎである。）
で表される値（Ａ）の０．９９７〜１．００５倍がよ
く、０．９９８〜１．００３倍が好ましい。

【００２４】例えば、ＴｉＣｒＮの場合は、格子定数
は、（０．４１４ｘ＋０．４２４１７３（１−ｘ））ｎ
ｍの０．９９７〜１．００５倍がよく、０．９９８〜
１．００３倍が好ましい。

【００２５】さらに、ＴｉＡｌＮの場合は、格子定数
は、（０．４１２ｘ＋０．４２４１７３（１−ｘ））ｎ
ｍの０．９９７〜１．００５倍がよく、０．９９８〜
１．００３倍が好ましい。

【００２６】また、ＣｒＡｌＮの場合は、格子定数は、
（０．４１２ｘ＋０．４１４（１−ｘ））ｎｍの０．９
９７〜１．００５倍がよく、０．９９８〜１．００３倍
が好ましい。なお、上記式中のｘは、上記の通りであ
る。

【００２７】合金の炭窒化物については、ＴｉＣｒＣＮ
の格子定数は、０．９９７（０．４１４ｘ＋０．４２４
１７３（１−ｘ））〜１．００５（０．４１４ｘ＋０．
４２３２７４（１−ｘ））ｎｍがよく、０．９９８
（０．４１４ｘ＋０．４２４１７３（１−ｘ））〜１．
００３（０．４１４ｘ＋０．４２３２７４（１−ｘ））
ｎｍが好ましい。

【００２８】さらに、ＴｉＡｌＣＮの格子定数は、０．
９９７（０．４１２ｘ＋０．４２４１７３（１−ｘ））
〜１．００５（０．４１２ｘ＋０．４３２７４（１−
ｘ））ｎｍがよく、０．９９８（０．４１２ｘ＋０．４
２４１７３（１−ｘ））〜１．００３（０．４１２ｘ＋
０．４３２７４（１−ｘ））ｎｍが好ましい。なお、上
記各式中のｘは、上記の通りである。

【００２９】また、ＴｉＣＮの格子定数は、（０．４２
４１７３ｙ＋０．４３２７４０（１−ｙ））ｎｍの０．
９９７〜１．００５倍がよく、０．９９８〜１．００３
倍が好ましい。なお、上記式中のｙは、上記の通りであ
る。

【００３０】上記硬質被膜の膜厚は、０．０１〜５０μ
ｍであることが好ましい。下限の０．０１μｍは、耐摩
耗性を発揮するのに最低の膜厚として設定する。この下
限の厚みは、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以
上がさらに好ましい。また、上限の５０μｍは、厚膜化
のための処理時間の延長と、厚膜化に伴う表面粗さの増
大を回避するために好ましい。この上限の厚みは、２０
μｍがより好ましく、５μｍがさらに好ましい。

【００３１】上記の各硬質被膜は、図１に示すように、
基材１に単層の被膜２として形成されるが、上記の各硬
質被膜の材料の少なくとも２種の材質を交互に繰り返し
て積層して積層硬質被膜を形成させてもよい。図２
（ａ）に示す積層硬質被膜３ａは、２種の材質を繰り返
して積層させ、基材１の上に、２種の硬質被膜２ａ、２
ｂを繰り返して何層も形成させたものであり、また、図
２（ｂ）に示す積層硬質被膜３ｂは、３種の材質を繰り
返して積層させ、基材１の上に、３種の硬質被膜２ａ、
２ｂ、２ｃを繰り返して何層も形成させたものである。

【００３２】具体的には、上記のＣｒＮからなる硬質被
膜、ＴｉＮからなる硬質被膜、ＴｉＣＮからなる硬質被
膜、ＡｌＮからなる硬質被膜、ＴｉＣｒＮからなる硬質
被膜、ＴｉＡｌＮからなる硬質被膜、ＣｒＡｌＮからな
る硬質被膜、ＴｉＣｒＣＮからなる硬質被膜、ＴｉＡｌ
ＣＮからなる硬質被膜、所定の格子定数を有する炭化チ
タン（ＴｉＣ）からなる硬質被膜のうち、少なくとも２
種類の硬質被膜を繰り返して積層させることにより得ら
れる。

【００３３】なお、上記ＴｉＣの格子定数は、ＪＣＰＤ
Ｓ３２−１３８３記載の格子定数０．４３２７４ｎｍの
０．９９７〜１．００５倍、すなわち、０．４３１４４
〜０．４３４９０ｎｍが好ましい。

【００３４】この積層膜全体の格子定数は、特に限定さ
れるものではなく、積層膜を構成する各硬質被膜のそれ
ぞれが、上記の格子定数の範囲であればよい。

【００３５】また、積層膜を構成する各硬質被膜の組
成、格子定数、配向性を上記の記載の範囲内で傾斜的に
変化させることができる。

【００３６】これらの各層の膜厚は、０．０１〜３μｍ
がよく、０．０２〜０．５μｍが好ましい。また、全層
の厚み、すなわち、積層硬質被膜全体の膜厚は、０．０
５〜５０μｍであることが好ましい。下限の０．０５μ
ｍは、積層硬質被膜が、２種類の硬質被膜の組合せから
なり、最低でも２回の繰り返しを有する場合を考慮した
ものである。この下限の厚みは、０．５μｍ以上がより
好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。また、上限の
５０μｍは、厚膜化のための処理時間の延長と、厚膜化
に伴う表面粗さの増大を回避するために好ましい。この
上限の厚みは、２０μｍがより好ましく、５μｍがさら
に好ましい。

【００３７】この硬質被膜単層からなる被膜や積層硬質
被膜を設ける際、図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）に示
すように、基材１と硬質被膜２、積層硬質被膜３ａ、３
ｂとの間に、上記以外の被膜４を形成させてもよい。さ
らに、図４（ｂ）に示すように、基材１と積層硬質被膜
３ｂとの間、積層硬質被膜３ｂと積層硬質被膜３ｂとの
間に上記被膜４を設けることもできる。

【００３８】被膜４の種類としては、本発明と同じ組成
で、格子定数やＸ線回析強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１
１）が本発明の範囲から外れた膜材料、あるいは、窒化
チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、金属チタン、金属
クロム、アルミナ、硬質炭素膜（ＤＬＣ）等があげられ
る。

【００３９】上記の各硬質被膜及び各積層硬質被膜は、
後述するように、ＰＶＤやＣＶＤにより成膜されるの
で、一般には、膜厚方向に対して所定の配向を有する。
例えば、イオンプレーティング法等では、（１１１）配
向しやすい。これは、成膜時に基板に印加する電圧の影
響で、基板表面に垂直にイオン等の荷電粒子が照射さ
れ、この方向性が配向の要因となっているためと考えら
れる。この発明にかかる上記の各硬質被膜及び各積層硬
質被膜の配向性は、（１１１）配向が弱く、基材表面と
平行な（２００）面の（２００）配向の強い被膜が耐摩
耗性の面で好ましい。特に、（１１１）面の回折強度を
Ｉ（１１１）、（２００）面の回折強度をＩ（２００）
とすると、回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が
３．０以上で耐摩耗性の向上が見られ、５．０以上でそ
の効果が顕著となり、７．０以上でその効果が極めて大
きい。また、上記各硬質被膜及び各積層硬質被膜の配向
を限りなく２００に配向した場合、回析強度比Ｉ（２０
０）／Ｉ（１１１）は無限大となる。実際には、各硬質
被膜及び各積層硬質被膜の製造の限度から、Ｉ（２０
０）／Ｉ（１１１）は５００程度が上限となる。

【００４０】この配向性は、θ−２θ法等のＸ線回折法
等で求めることができる。θ−２θ法とは、基板表面の
法線を、常にＸ線の入射方向と回折線の検出器の方向と
を二等分するように配置して測定を行うことにより、基
板表面に平行な結晶面からの回折線のみを検出する方法
である。この方法は、薄膜の結晶構成を調べるのに適す
る方法である。

【００４１】上記の硬質被膜は、イオンプレーティング
法、スパッタリング法等のＰＶＤ法、プラズマＣＶＤ法
等のＣＶＤ法等の気相合成法によって基材の表面を被覆
すると共に、成膜時の基材の電圧の制御、成膜時の温度
制御、イオン照射、レーザー照射等を行うことにより得
ることができる。また、積層硬質被膜は、上記硬質被膜
の成膜法を膜材質を変更しながら順番に繰り返すことに
より得ることができる。

【００４２】上記の硬質被膜又は積層硬質被膜を、超硬
合金、鋼材、サーメット、アルミナ、窒化ケイ素、炭化
ケイ素の１種類又は複数を組み合せたものを母材とする
工具や金型の表面に被覆することにより、高硬度でより
耐摩耗性に優れた被覆工具、被覆金型を得ることができ
る。

【００４３】また、上記の硬質被膜又は積層硬質被膜
を、超硬合金、ステンレス鋼、鋼材、サーメット、アル
ミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素の１種類又は複数の組み
合わされたものを母材とする機械部品の表面に被覆する
ことにより、高硬度でより耐摩耗性に優れた機械部品を
得ることができる。

【００４４】具体的には、工具の場合、ドリル、エンド
ミル、チップ等の各種切削、旋削用の工具等に適用する
ことができる。さらに、金型の場合、各種絞り・曲げ加
工、冷間・温間・熱間鍛造、穴開けパンチ等に適用する
ことができる。また、機械部品の場合、各種産業用機械
や自動車、家電等の摺動部を中心に適用することができ
る。

【００４５】

【実施例】以下、この発明を実施例を用いて具体的に説
明する。

【００４６】〔実施例１〕超硬合金製の平板基材に、熱
電子衝撃型アークイオンプレーティング法によるＣｒＮ
膜の合成と、１００ｋｅＶＡｒガス注入とを繰り返して
行った。

【００４７】ＣｒＮ膜の合成は、まず、窒素ガス雰囲気
中でＣｒを電子ビーム蒸発源で蒸発させ、蒸発源上部に
配置した熱フィラメントとアーク電極によりアークプラ
ズマを発生させる。そして、基材上に１回あたり０．１
μｍの膜厚のＣｒＮを形成させる。次に、このＣｒＮ膜
表面に１００ｋｅＶのＡｒイオンを表１に示すように、
１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ²の範囲で照射
する。これを２０回繰り返し、厚さ２μｍのＣｒＮ膜を
形成した。

【００４８】これらについて、Ｘ線回折θ−２θ法によ
って、配向性及び格子定数を求め、また、アルミナ製の
ピンを用い、下記に示すピンオンディスク法によって摩
擦摩耗試験を行い、ＣｒＮ膜の摩耗痕の断面積を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００４９】ピンオンディスク試験ＣＳＥＭ社製のピンオンディスク試験機を用いて調べ
た。この試験は、一定荷重でピンを押さえつけながら測
定対象である基材を一定速度で回転させ、その時の摩擦
係数及び摩耗量を評価するものである。

【００５０】〔比較例１〕Ａｒイオン照射量を１×１０
¹⁴〜３×１０¹⁴とするか、又は、Ａｒイオン照射を行わ
なかった以外は、実施例１と同様にして、ＣｒＮ膜を形
成した。得られたＣｒＮ膜の配向性、格子定数、摩耗痕
断面積を上記の方法で測定した。その結果を表１に示
す。

【００５１】

【表１】

【００５２】〔実施例２〕超硬合金製の平板基材に、ア
ークイオンプレーティング法によるＴｉＡｌＮ膜を形成
した。蒸発源には、Ｔｉ：Ａｌが３：２のＴｉＡｌ合金
ターゲットを使用し、基板電圧を表２に示すように０〜
−１００Ｖに変化させ、配向性の異なるＴｉＡｌＮ膜を
形成した。

【００５３】得られたＴｉＡｌＮ膜の配向性、格子定
数、摩耗痕断面積を上記の方法で測定した。その結果を
表２に示す。

【００５４】〔比較例２〕基板電圧を−２００〜−５０
０Ｖに変化させた以外は、実施例２と同様にして、Ｔｉ
ＡｌＮ膜を形成した。得られたＴｉＡｌＮ膜の配向性、
格子定数、摩耗痕断面積を上記の方法で測定した。その
結果を表２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】〔実施例３〕超硬合金製の平板基材に、ア
ークイオンプレーティング法によるＴｉＣｒＮ膜、Ａｌ
ＣｒＮ膜、ＴｉＣｒＣＮ膜、ＴｉＡｌＣＮ膜を形成し
た。蒸発源には、それぞれＴｉ：Ｃｒが１：４のＴｉＣ
ｒ合金ターゲット、Ａｌ：Ｃｒが１：２のＡｌＣｒ合金
ターゲット、Ｔｉ：Ａｌが３：２のＴｉＡｌ合金ターゲ
ットを使用し、表３に示す基板電圧をかけてそれぞれの
膜を形成した。

【００５７】得られた各膜の配向性、格子定数、摩耗痕
断面積を上記の方法で測定した。その結果を表３に示
す。

【００５８】〔比較例３〕基板電圧を−４００Ｖにした
以外は、実施例３と同様にして、それぞれの膜を形成し
た。得られた各膜の配向性、格子定数、摩耗痕断面積を
上記の方法で測定した。その結果を表３に示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】〔実施例４〕超硬合金製の平板基材に、ア
ークイオンプレーティング法により、ＴｉＮ膜とＣｒＮ
膜との交互の積層膜を形成した。それぞれ１層当たりの
膜厚を０．１μｍとし、１５回繰り返して合計３μｍの
積層膜を形成した。得られた積層膜を構成する各被膜の
配向性、格子定数、積層膜の摩耗痕断面積を上記の方法
で測定した。その結果を表４に示す。

【００６１】〔比較例４〕基板電圧を−４００Ｖにした
以外は、実施例４と同様にして、積層膜を形成した。得
られた積層膜を構成する各被膜の配向性、格子定数、積
層膜の摩耗痕断面積を上記の方法で測定した。その結果
を表４に示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】〔実施例５〕超硬合金基材上に、図３
（ａ）に示す硬質被膜を形成した。すなわち、超硬合金
基材上に、膜４として、ＴｉＮ膜を０．３μｍ形成し、
その上層に実施例３の試料３のＴｉＣｒＣＮ膜を３．２
μｍ形成した。

【００６４】膜４としてのＴｉＮ膜を形成せず、実施例
３の試料３のＴｉＣｒＣＮ膜を３．５μｍ形成したもの
と比較したところ、摩耗特性は変わらず、密着強度は
１．５倍であった。

【００６５】〔実施例６〕超硬合金製のドリルにアーク
イオンプレーティング法により表面コーティング処理を
行った。厚さ０．５μｍの窒化チタン膜を中間層とし
て、その上に実施例２の試料１に記載のＴｉＡｌＮ膜を
２μｍ形成した。

【００６６】〔比較例５〕実施例２の試料１に記載のＴ
ｉＡｌＮ膜の代わりに、実施例２の比較試料４に記載の
ＴｉＡｌＮ膜を２μｍ形成した以外は、実施例６と同様
にして積層膜を形成した。

【００６７】結果実施例６及び比較例５に記載の被覆を有するドリルを使
用し、ＳＵＳ３０４からなる被削材を切削したところ、
実施例６のドリルは、比較例５のドリルに対して３倍の
寿命を有していた。

【００６８】〔実施例７〕ダイス鋼製のしぼり金型に、
熱電子衝撃型アークイオンプレーティング法でＴｉＮ膜
／ＣｒＮ膜を交互に被膜し、積層膜を形成した。このと
きの処理は、実施例４の方法に従った。

【００６９】〔比較例６〕比較例４の方法を用いた以外
は、実施例７と同様にして、ダイス鋼製のしぼり金型に
積層膜を形成した。

【００７０】結果実施例７及び比較例６に記載の被覆を有するしぼり金型
を用い、銅からなる被加工材をしぼり加工したところ、
実施例７のしぼり金型は、比較例６のしぼり金型に対し
て２〜４倍の寿命を有していた。

【００７１】〔実施例８〕コンプレッサーのベーンにＣ
ｒＮ膜を形成し、耐久性の試験を行った。このときの被
膜処理は、実施例１の試料３の方法に従った。

【００７２】〔比較例７〕比較例１の試料４の方法を用
いた以外は、実施例８と同様にして、コンプレッサーの
ベーンにＣｒＮ膜を形成した。

【００７３】結果実施例８及び比較例７に記載の被膜を有するコンプレッ
サーのベーンを用いて耐久試験を行ったところ、実施例
８のベーンは、比較例７のベーンに対して２．７倍の寿
命を有していた。

【００７４】

【発明の効果】この発明により得られる硬質被膜は、所
定の格子定数を有するので耐摩耗性が優れている。

【００７５】また、この発明により得られる硬質被膜
を、所定母材の工具、金型、機械部品等に適用すること
により、高硬度で耐摩擦性の優れた被覆工具、被覆金
型、被覆機械部品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる硬質被膜を基材表面に形成し
た状態を示す断面図

【図２】（ａ）（ｂ）この発明にかかる硬質被膜の積層
膜を基材表面に形成した状態を示す断面図

【図３】（ａ）（ｂ）この発明にかかる硬質被膜の他の
形態を示す断面図

【図４】（ａ）（ｂ）この発明にかかる硬質被膜の他の
形態を示す断面図

【符号の説明】

１基材２硬質被膜２ａ、２ｂ、２ｃ硬質被膜３ａ、３ｂ積層硬質被膜４被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＪＣＰＤＳ記載の格子定数に対し、０．
９９７〜１．００５倍の格子定数を有し、膜厚が０．０
１〜５０μｍである気相合成法によって基材表面に形成
された金属窒化物からなる硬質被膜。
【請求項２】０．４１２７６〜０．４１６０７ｎｍの
格子定数を有し、膜厚が０．０１〜５０μｍである気相
合成法によって基材表面に形成された窒化クロムからな
る硬質被膜。
【請求項３】気相合成法によって基材表面に形成され
た合金の窒化物からなる被膜の格子定数が、上記の合金
に含まれる各構成金属の窒化物のＪＣＰＤＳ記載の格子
定数と、各構成金属の存在比との積の合計値の０．９９
７〜１．００５倍であり、膜厚が０．０１〜５０μｍで
ある硬質被膜。
【請求項４】０．９９７（０．４１４ｘ＋０．４２４
１７３（１−ｘ））〜１．００５（０．４１４ｘ＋０．
４２４１７３（１−ｘ））ｎｍの格子定数を有し、膜厚
が０．０１〜５０μｍである気相合成法によって基材表
面に形成されたチタンとクロムの合金窒化物Ｔｉ_(1-x)
Ｃｒ_xＮからなる硬質被膜。
【請求項５】０．９９７（０．４１２ｘ＋０．４２４
１７３（１−ｘ））〜１．００５（０．４１２ｘ＋０．
４２４１７３（１−ｘ））ｎｍの格子定数を有し、膜厚
が０．０１〜５０μｍである気相合成法によって基材表
面に形成されたチタンとアルミニウムの合金窒化物Ｔｉ
_(1-x)Ａｌ_xＮからなる硬質被膜。
【請求項６】０．９９７（０．４１２ｘ＋０．４１４
（１−ｘ））〜１．００５（０．４１２ｘ＋０．４１４
（１−ｘ））ｎｍの格子定数を有し、膜厚が０．０１〜
５０μｍである気相合成法によって基材表面に形成され
たクロムとアルミニウムの合金窒化物Ｃｒ_(1-x)Ａｌ_x
Ｎからなる硬質被膜。
【請求項７】０．９９７（０．４１４ｘ＋０．４２４
１７３（１−ｘ））〜１．００５（０．４１４ｘ＋０．
４２３２７４（１−ｘ））ｎｍの格子定数を有し、膜厚
が０．０１〜５０μｍである気相合成法によって基材表
面に形成されたチタンとクロムの合金炭窒化物Ｔｉ
_(1-x)Ｃｒ_xＣ_(1-y)Ｎ_yからなる硬質被膜。
【請求項８】０．９９７（０．４１２ｘ＋０．４２４
１７３（１−ｘ））〜１．００５（０．４１２ｘ＋０．
４３２７４（１−ｘ））ｎｍの格子定数を有し、膜厚が
０．０１〜５０μｍである気相合成法によって基材表面
に形成されたチタンとアルミニウムの合金炭窒化物Ｔｉ
_(1-x)Ａｌ_xＣ_(1-y)Ｎ_yからなる硬質被膜。
【請求項９】請求項１乃至８から選ばれる厚さ０．０
１〜３μｍの硬質被膜の複数を基材に積層し、全層の厚
みを０．０５〜５０μｍとする積層硬質被膜。
【請求項１０】請求項１乃至８に記載の硬質被膜のう
ち、少なくとも２種類の厚さ０．０１〜３μｍの硬質被
膜を交互に繰り返し積層し、全層の厚みを０．０５〜５
０μｍとする積層硬質被膜。
【請求項１１】０．４２２９０〜０．４２６２９ｎｍ
の格子定数を有する窒化チタンからなる硬質被膜、０．
９９７（０．４２４１７３ｙ＋０．４３２７４０（１−
ｙ））〜１．００５（０．４２４１７３ｙ＋０．４３２
７４０（１−ｙ））ｎｍの格子定数を有する炭窒化チタ
ンＴｉＣ_(1-y)Ｎ_yからなる硬質被膜、０．４３１４４
〜０．４３４９０ｎｍの格子定数を有する炭化チタンか
らなる硬質被膜、０．４１０７６〜０．４１４０６ｎｍ
の格子定数を有する窒化アルミニウムからなる硬質被
膜、又は、請求項２若しくは４乃至８に記載の各硬質被
膜のうち、少なくとも２種類の厚さ０．０１〜３μｍの
硬質被膜を交互に繰り返して積層し、全層の厚みを０．
０５〜５０μｍとする積層硬質被膜。
【請求項１２】（２００）面及び（１１１）面のＸ線
回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が、３．０以上
である請求項１乃至８のいずれかに記載の硬質被膜。
【請求項１３】（２００）面及び（１１１）面のＸ線
回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が、３．０以上
である請求項９乃至１１のいずれかに記載の積層硬質被
膜。
【請求項１４】基材上に積層された積層被膜を構成す
る被膜のうち、少なくとも１つの被膜が請求項１乃至８
又は１２のいずれかに記載の硬質被膜である積層硬質被
膜。
【請求項１５】基材上に複数の被膜を積層した積層被
膜が、請求項９乃至１１又は１３のいずれかに記載の積
層硬質被膜を含む積層被膜である積層硬質被膜。
【請求項１６】超硬合金、鋼材、サーメット、アルミ
ナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素の１種又は複数の組み合わ
せからなる母材の表面に、請求項１乃至８若しくは１２
のいずれかに記載の硬質被膜、又は、請求項９乃至１１
若しくは１３乃至１５のいずれかに記載の積層硬質被膜
を被覆した被覆工具。
【請求項１７】超硬合金、鋼材、サーメット、アルミ
ナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素の１種又は複数の組み合わ
せからなる母材の表面に、請求項１乃至８若しくは１２
のいずれかに記載の硬質被膜、又は、請求項９乃至１１
若しくは１３乃至１５のいずれかに記載の積層硬質被膜
を被覆した被覆金型。
【請求項１８】超硬合金、ステンレス鋼、鋼材、サー
メット、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素の１種又は
複数の組み合わせからなる母材の表面に、請求項１乃至
８若しくは１２のいずれかに記載の硬質被膜、又は、請
求項９乃至１１若しくは１３乃至１５のいずれかに記載
の積層硬質被膜を被覆した被覆機械部品。