JPS5867865A - コ−テイング組成物及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコーティングに関するものであり、より具体的
には、摩擦または磨耗を受ける表面へのコーティング、
並びに切削、形成、及び研磨に利用する工具のコーティ
ング、に関するものである。

過去に於て、各種の硬度特性、潤滑特性、及び磨耗特性
をもつ工具がいくつかの要因を調節することによってつ
くられてきた。例えば、非焼入れ鋼の加工及び成形用の
工具はきわめて硬いマルテンサイトを形成するよう十分
な炭素を含む鋼から製作してもよい。炭素含量及び合金
含量を（１ろ０ろ変えることによって非変形鋼（ノンデ
フオーミングスチール）、耐衝撃鋼、高温作業鋼（ホッ
トワークスチール）、あるいは高速度鋼が可能となる。

これらの鋼のうちのあるものに於ては、チタン、バナジ
ウム、モリブデン、タングステン、及びクロムのような
合金用元素が使用される。これらは炭素に対する親和性
が非常に大きく、硬（・耐磨耗性の金属炭化物を形成す
る元素である。しかし、多くの場合に於て、工具の硬度
及び（または）潤滑性を改善するためにその表面へコー
ティングを施こした工具を提供することが望ましく１゜
工具の寿命をのばすことを望む場合、ある０は焼入れ鋼
な成形及び加工することが必要な場合には特にそうであ
る。しかし、多くの種類の耐磨耗性コーティングは施用
のために高温を必要とし、それによって多くの種類の基
体物質上での使用を不可能とする。なぜならば、基体の
性質がそのような条件下では著しく変化するかもしれな
（１からである。

他の種類のコーティングは作業条件下で基体に対して十
分に接着しない。

このように、比較的低温で施用して基体性質の著しい変
化を避けることができる耐磨耗性コーティングに対する
必要性が存在している。工具のような物品に対する耐磨
耗性コーティングが改善された硬度及び潤滑性を提供し
それによって工具寿命がのびそれによ？て加工した部品
の表面仕上げが改善されるという必要性が存在している
。また、改善された接着性と破壊抵抗をもつ耐磨耗性コ
ーティングについての必要性も存在している。

本発明の広い見方によれば、不整配列（ｄｉｓｏｒｃｌ
ｅｄ）物質のコーティングが磨耗に対してすぐれた抵抗
性を提供することが発見されたのである。他の表面との
接触の結果としておこるような磨耗を受ける工具及びそ
の池の物品は不整配列物質で被覆して工具または物品の
有用寿命をのばすことができる。この耐磨耗性コーティ
ングは一つの遷移、金属またはその合金（合金とはその
コーティングが一つ以上の遷移金属を含み得るという意
味である）と少くとも一つの非金属元素とを含有する。

硼素は本発明に従う用途に特に適した非金属元素であり
、窒素と酸素は適しているかもしれないその池の非金属
元素の例である。

一般的には、適当な遷移金属は周期率表の第１Ｂ族から
第ＶＩＢ族、第４列から第６列、のものである（スカン
ジウム、チタン、バナジウム、クロム、イツトリウム、
ジルコニウム、ニオブ、モリブテン、ハフニウム、タン
タル及ヒタングステン）。

その他の遷移金属もまた本発明に従う耐磨耗性コーティ
ングに有用であるかもしれないことが予想される。

本発明に従って非金属元素として硼素を用いてコーティ
ングされた工具はすぐれた硬度特性と潤滑特性をもち、
その結果、寿命が増大し、かつ具体的な応用に応じて、
その工具で工作された部品または加工片の表面仕上げが
改善される。

この不整配列物質でできた耐磨耗性コーティングは無定
形、多結晶質（かつ長域の組成的配列が欠けている）、
微結晶質、またはこれらの相のいずれかの組合せの混合
物、であることができる。

一般的には、コーティングの組成は ＭＺＮ　＋　−ｘ であり；ここに「Ｍ」は遷移金属または遷移金属合金を
表わし、ｒＮＪは少くとも一つの非金属元素を表わし、
ｒｚＪとｒ＋−ｚＪはそれぞれコーティング中に存在す
る金属元素及び非金属元素の相対的量を表わし、ｒｚＪ
は１より小さい。好ましくは、ｒｚＪは硼素含有コーテ
ィングについて約０．５より小さいかまたは０．５に等
しい。このように、非化学量論的のコーティング並びに
化学量論的コーティングが本発明に従って含まれる。有
利なのは、本発明のコーティングが形成されたときに不
整配列状態であることである。耐磨耗性不整配列コーテ
ィングは単−相の結晶性コーティングより良い性能を示
すと信じられる。不整配列コーティングは単−和結晶性
コーティングより基体表面とコーティングとの間の拡散
的結合をしやすく、より良好な接着をもたらす。不整配
列物質はまた破断が伝播するひろがった格子面をもたず
、そして一般的には破断をおこすことなしに比較的大き
い変形力に耐えることができる。このような物質は一般
には単−和結晶性物質よりも腐蝕を受けにくい。前述の
各利点は無定形または実質上無定形のコーティングの場
合により十分に実現されろ。

非化学量論的な耐磨耗性コーティングを利用することが
できるが、その場合には、そのコーティング組成は所望
の特性を達成し得るようにつくられ、一方では、コーテ
ィングの凝集力、耐磨耗性あるいはその他の性質に悪影
響を及ぼすと思われろひろがった格子面の形成を避けろ
ようにつくることができろ。

コーティングを形成させる方法は如何なる方法も用いる
ことができる。コーティングを形成する一つの方法はス
パッタリングによる。具体的には、硼素を含む本発明に
よるスパッタリングによって沈着させた不整配列コーテ
ィングは、耐磨耗性の増大及びすぐれた潤滑性を含めた
予想外の有利な性質をもたらし、それで以て加工された
部品の表面仕上げを改善する。スパッタリングは比較的
低い基体温度（一般には例えば約２００℃またはそれ以
下）に於ておこるので、コーティングは基体物質の顕著
な性質変化を避けながら形成させることができ、一方で
は耐磨耗性の増大とすぐれた潤滑性をもつ表面を提供す
ることができる。従って、本発明は例えば工具鋼及び炭
化タングステンのようなコーテイング物質にとって特に
有用である。

その加工温度がこれらの物質の性質を劣化させないから
である。低い基体温度でのスパッタリングはまたコーテ
ィングを不整配列状態で形成させることを可能とする。

コーティングの厚さは比較的薄く、かつ精密に制御する
ことができるので、コーティングは工具の寸法を著しく
変えろことなく工具表面または基体表面へ施用すること
ができる。工具をコーティングを施用しあるいは施用し
ないで使用したのちに、所望の耐性を与えあるいは工具
から磨耗した物質を置き換えるために、本°発明による
コーティングをその工具へ施用することができる。この
ように、本発明は、廃棄することになる工具の再生を可
能とするものである。

本発明の別の面によれば、一つの複合コーティングが利
用される。その場合、構造または組成に於て耐磨耗性コ
ーティングと異なる第一のコーティング層または接着コ
ーティングを、前述の耐磨耗性コーティングの接着を改
善するために工具表面または基体表面へ施こし、耐磨耗
性コーティングをこの第一コーティング層の上に施こす
。一般的には、第一コーティング層は蒸着され、そして
耐磨耗性コーティングの接着性を改善しかつ耐磨耗性コ
ーティングに著しい程度に悪影響を及ぼさないいかなる
物質であってもよい。この第一コーティング層は化学量
論的でもそうでなくてもよく、かつ不整配列状態でもそ
うでなくてもよい。一般的には、接着コーティングに適
した化合物は、化学量論的な硼化物、酸化物、炭化物ま
たは窒化物（例だばチタンの酸化物）の重複を容易に形
成しあるいは同一構造をもつ非化学量論的化合物（例え
ばＴｊ　６８−５０Ｃ３２−５０の原子的組成範囲内に
あるチタン炭化物）の広い区域を形成する、遷移金属の
酸化物、炭化物、及び窒化物を包括する。

本発明による耐磨耗性コーティングはスパッタリングに
より沈着されるのが好ましく、そして不整配列状態であ
ることが有利である。スパッター沈着技術は当業熟練者
にはよく知られており、従ってスパッタリング技法に関
する詳細記述と説明はここでは行わない。例えば、本発
明に関して例としてかつ制約としてでなくＡべる適当な
スパッタリング技法は、ｒｆダイオード、ｒｆマグネト
ロン及ヒｄ　ｃマグネトロンのスパッタリングを包括す
る。所望の場合には、ｔｉｃバイアスまたはτｆバイア
スをスパッタリングによるコーティングの過程中に基体
へ応用してもよい。バイアスは基体上に形成されるコー
ティングの接着を改善し、コーティング内の応力を減ら
し、そしてコーティングの密度を増すかもしれない。

スパッタリング沈着に先立って、コーティングされる工
具あるいは基体表面の部分に原子的に清浄な′表面を提
供することが一般的には重要である（本明細書に於いて
使用する場合、「基体」とは本発明によるコーティング
を施こしていない工具の部分または基体の部分を意味す
る）。このことは工具表面へ接着する均質コニティング
の形成な可能とするものである。スパッタリングのため
に原子的に静浄な表面を提供するための画業熟練者既知
のいくつかの方法が存在しており、そのような方法はど
れを用いてもよい。以下の表面調整方法は例示としての
み提供しているものであり、本発明に対する制約と考え
るべきものではない。

原子的に静浄な工具表面を提供する一つの方法によると
、工具を塩素化炭化水素脱脂剤で以て脱脂する。その後
、工具をメタノール中ですすぐ。

工具を次にプラズマエツチングまたは酸エツチングにか
げる。プラズマエツチングを利用する場合には、四弗化
炭素のような弗素化担持ガスを利用するのが好ましい。

担持ガスは分解して弗素を提供し、それが工具表面を浄
化する。コーティング用に原子的に清浄な表面を提供す
るための最終段階はアルゴンプラズマ中でスパッタエツ
チングを行うことである。

工具または工具のコーティングされるべき少くともその
部分へ原子的に清浄な表面を提供したのちに、工具のコ
ーティングを施こすことができる。

厚さが約１マイクロメートルと約８マイクロメートルの
間にある工具コーティングを形成させるのが通常は好ま
しい。しかし、これは単に一つの好ましい具体例であっ
て本発明を制約するものではない。従ってより薄いある
いはより厚いコーティングを形成させて具体的応用に対
する最適結果を提供してもよい。より大きい厚みの工具
コーティングはきびしい恕限度を維持しなければならな
い応用に於ては特に望をしいものではなく、結果として
得られる工具及び部品の幾何的形状及び（または）寸法
が変るかもしれないからである。

本発明の組成及び方法の一つの好ましい具体化によれば
、硼素と一つの遷移金縛または遷移金属の合金とを含む
耐磨耗性コーティングをスパッタリングによって形成さ
せてよい。一般には、適当な遷移金属及び合金は周期率
表の第１Ｂ族から第■Ｂ族、第４列から第６列、のもの
が包括される。

好ましいコーティングは一般的には組成ＭＺＢＩ−Ｚ を持ち、この式中で、ｒｚＪは約０．５より小さいかま
たは０．５に等しく、ｒＭＪは遷移金属または遷移金属
合金であり、ｒＢＪは硼素である。特に有用な遷移金属
はモリブデン、イツトリウム、ジルコニア、タングステ
ン及びそれらの合金があげられる。本明細書に於て規定
する通らの「不整配列状態」にない硼素と一つの遷移金
属またはその合金とのコーティングも、耐磨耗性コーテ
ィングとして使用できるが、ただし、不整配列コーティ
ングが前述の通りより良い性質をもつと信じられている
。上述の範囲の外にある組成をもつコーティングを用い
ろことができるが、硬度と潤滑性の最良の組合せはｒｚ
Ｊが約０．５より小さいかまたは０５に等しい範囲内の
組成をもつコーティングで以て一般には達成される。本
明細書全体を通じて用いるときに、「潤滑性」という用
語は三つの観点をもっている。一つは工具と加工片との
間の摩擦の尺度である。コーティングがより潤滑的であ
るほど、工具と加工片との間の摩擦がより小さく１ｏ潤
滑性のもう一つの観点はエツジビルドアップ（ｅｄｇｅ
　ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）とよばれる。より潤滑的なコーテ
ィングは加工片からの切片及び粒子が工具表面へ接着す
る傾向がより小さい。「潤滑性」の第三の観点は工具と
加工片の間の界面に於ける表面効果に関するものである
。例えば加工片縁端の中にコーティングの一部が拡散す
ることにより、加工片と組成的に異る領域を加工片縁端
部に於て形成する工具表面上のコーティングは、その工
具による加工片からの物質除去を容易にすることができ
る。本発明のもう一つの面によれば、ある工具の一つの
所望潤滑性はその工具基体へ施用された金属硼化物コー
ティング中に存在する金属対硼素の比率を調節すること
によって達される。一般的には、硼素量の増加は潤滑性
を増すものと信じられている。理論に束縛されるつもり
ではないが、一つの説明では、工具を使用するとき、遭
遇する作業温度は硼素の酸化物を形成させ、これは小さ
い摩擦係数をもつということである。

本発明に従ってスパッタリングによる耐磨耗性無定形コ
ーティングを製造することを望むときには、一般には、
無定形コーティングの形成を保証するために約２００℃
より低い温度、通常は約１００℃またはさらにはそれよ
り低い温度に於てスパッタリングをおこさせる。このよ
うに、本発明によるコーティングは比較的低い温度に於
て形成させることができる。標的（ｔａｒσｅ２）は一
般にはまたそれの蒸発、熔融あるいはその他の望ましく
ない劣化を防ぐために冷却されろ。その結果、例えば寸
法、硬度及び横断的破壊強度のような工具の物理的性質
を著しく変えることなく、工具表面へコーティングが施
用される。一般的には、不整配列の形成を妨げる基体温
度、標的組成、沈着速度、及びガス圧力は避けるべきで
ある。

本発明のもう一つの具体化によれば、複合コーティング
が基体表面へ与えられ、耐磨耗性コーティングと異なる
構造または組成の第一コーティングまたは接着コーティ
ングを含む。この接着コーティングは基体へ施こされて
前述の耐磨耗性コーティングの接着を改善する。耐梧耗
性コーティングの接着を改善しそれに悪影響を及ぼさな
い被覆はどれでも利用できる。この接着コーティングは
一般には厚さが約５００オングストロームより太き−い
かそれに等しく、そして無定形または微結晶性であって
よい。接着コーティングの厚さの一つの範囲は例えば５
００−１０００オングストロームである。一般には、接
着コーティングは通常はスパッタリングによって蒸着さ
れる。低温の化学蒸着も例えば使用できる。その後、前
述の耐磨耗性コーティングをこの第一コーティングの上
へ形成させる。適尚な金属標的による酸素または窒素を
含む雰囲気中でのスパッタリングは酸素または窒素を含
む接着コーティング層を形成させるために用いろことが
できるスパッタリングのｊつの形態である。

接着コーティングは高度の原子的移動性をもつ元素（例
えば硼素、炭素、窒素、酸素）と担体元素（例えば化学
量論的化合物の重複及び同一構造をもつ非化学量論的化
合物の広い区域を形成することができる遷移金属）を含
むことが望ましい。

高度の移動性をもつ原子と記載の通りの遷移金属との組
合せは高移動性原子が基体、耐磨耗性コーティングある
いは接着コーティングの中へ拡散することを可能とし、
一方接蓋コーティングにその一体性を保持させるもので
ある。

接着コーティングの一つの一般的に適当なタイプは酸素
、窒素、炭素、または硼素の群からの少くとも一つの非
金属物質と、少くとも一つの非金属物質と化学量論的化
合物の重複を容易に形成する少くとも一つの遷移金属と
の、コーティングである。最も好ましい金属はチタンと
バナジウムである。鉄は酸化物の重複を容易に形成する
もう一つの遷移金属の例である。硼素単独もまた接着コ
ーティングとして使用してよい。

８着コーティングのもう一つのタイプは硼素、酸素、窒
素、または炭素と、同一構造をもつ非化学量論的化合物
を形成する遷移金属とのコーティング（例えば炭化チタ
ン）である。例えば、炭素とチタンは’ｌ’ｚ（６８−
５０原子パーセント）とＣ（３２−５０原子パーセント
）の範囲のこのような非化学量論的化合物を形成し、一
方、Ｔｉｃ構造を維持している。もう一つの適当な物質
は炭素と窒素であり、これらはＴｊ（６８−４５原子パ
ーセント）とＮ（３２−５５原子パーセント）の範囲に
あるＴｉＮ構造をもつ非化学量論的化合物を形成するこ
とができる。

本発明の最も好ましい具体化によると、提供される接着
コーティングまたは中間的コーティングは好ましくはス
パッタリングにより工具表面基体へ施用されるチタンと
酸素とのコーティングである。好ましくは、この被覆は
厚さが約５００オングストロームより大きいかそれに等
しい。チタン及び酸素のコーティングは例えば酸素含有
雰囲気中でのスパッタリングによって形成することがで
き、そして無定形または微結晶性であってよい。

好ましくは、この具体化によれば、第一コーティングは
組成 Ｔｚｕ−ｘＯｘ をもち、この式に於て、Ｘは約０．５から約０．６６で
ある。チタンと酸素とのコーティングは耐磨耗性コーテ
ィングのための中間層を提供し工具への耐磨耗性コーテ
ィングの良好な接着をもたらす。

この接着コーティングは硼素とモリブデンの耐磨耗性コ
ーティングにとって特に有用である。チタンと酸素との
非化学量論的割合は本発明に従って含まれる。「ｘ」は
約０．５から約０．６６であるので、組成物はＴｉＯと
ＴｉＯ２並びにこの範囲内にある酸化物を包括する。好
ましい組成は酸化物、炭化物、窒化物または硼化物の重
複を容易に形成する曲の遷移金属圧ついても、計算する
ことができ、好ましい組成範囲は特定の遷移金属と非金
属元素について最低と最高の化学量論比によって束縛さ
れる。

本明細書に述べるコーティングと方法は、本明細に述べ
るコーティングを用いあるいは用いないで使用ずみとな
った工具の上へ利用できることは理解されるはずである
。例えば、本発明によるコーティングをもった工具が使
用され終り、磨耗しあるいは所望の恕限範囲外になった
のち、本発明による同一種類のコーティングまたは別の
種類のコーティングをその工具へ施用して工具寿命を増
大させることができる。また、本発明のコーティングを
予めもっていなかった工具へコーティングを施用するこ
ともできる。このようにして、廃棄しなければならない
工具を再生することができる。

ここで総括的には各図を参照し、具体的には第１図を参
照すると、本発明によってコーティングした総形フライ
ス（フオームカッター）工具１０が描かれている。第１
図に示す通り、総形フライス工具ｌＯは逃げ面（フラン
クフェイス）１２とスクイ面１４をもっている。当業熟
練者に既知の通り、逃げ面１２は加工されつつある加工
片の部分と直接に接触する工具の部分である。スクイ面
１４は加工片の部分から削られた切片または粒子と接触
する。一般には、工具のスクイ面をコーティングする必
要はないが、しかし、これは所望する場合には行なうこ
とができる。

第２図は逃げ面１８とスクイ面２０とをもつ植刃工具１
６の透視図である。植刃工具１６は本発明による硼化モ
リブデンのスパッタリング沈着コーティングで以てその
全面にわたってコーティングされている。

第３図は多数の放射状に伸びた歯２４で構成されている
歯車シェービング仕上げ工具２２を描いている。歯車シ
ェービング仕上げ工具２２は本発明による方法と工具コ
ーティングが適している比較的複雑な形状の工具を描い
ている。

一般的には、本発明によるコーティングの硬度は、結晶
性の塊状の耐磨耗性コーテイング物質についてｌ　Ｋ９
の力で以て測定したときに、約１５ｏＯヌープより大き
い。不整配列コーティングは比較的薄いので、直接的測
定は不可能であり、結晶性物質は比較的容易に塊として
つくることができる。

この物質は不整配列のときにはさらに硬いことさえある
。しかし、比較的硬いことのほかに、本発明のコーティ
ングはまた一般的にはすぐれた潤滑性を示す。その結果
、本発明による工具は寿命が伸び、この種の工具を使用
するとそれで以て加工した部品に改良された表面仕上げ
をもたらすことができる。

本発明とその利点は以下の実施例からさらに完全に理解
することができる。

実施例１ ５／１６インチ（０，７９ｃ１ｒＬ）平方の高速度鋼旋
盤工具の一つの面にＭｏ　Ｂ２粉末のホットプレスによ
って形成させたＭｏＢ２標的を用いてγｆダイオードス
パッタリングをかけた。約８．７マイクロメードルのモ
リブデンと硼素との無定形コーティングが形成された。

標準の工具磨耗テストを採用し、逃げ面の磨耗を直径４
インチ（１０ｃｒＩＬ）の１０４５鋼片について切削時
間の関数として、１００から２５０フイ一ト／分（３０
から７５ｍ／分）の表面速度、０．０６０インチ（０，
１５ｃｍ）の切削深さ、及び０．００６インチ（０，０
１５Ｃｒｒｔ）の１回転毎のすすみ、を用いて測定した
。逃げ面の磨耗が０．０１０インチ（０，０２５ＣＩｒ
Ｌ）に達すると、その工具はもはや役に立たないと考え
られる。本発明によるモリブデンコーティングはコーテ
ィングを施こさない高速度鋼旋盤工具よりも約１０倍太
きい寿命を示した。

実施例２ 二つのカーバイドのリーマ−工具を本発明に従ってコー
ティングした。各工具をチタンと酸素の接着コーティン
グで以て被覆し、次いで次の手順に従って硼素とモリブ
デンの無定形コーティングを行なった。工具をイソプロ
ピルアルコール中で清浄化し、次いで原子的に清浄な表
面を提供するようスパッターエツチングを行った。その
後、チタンと酸素とのコーティングをチタン標的を用い
るスパッタリングによって形成させた。スパッタリング
の雰囲気は５チの酸素を含んだ約７×１０−３　トール
（ｍｍＨＦ　）の圧力のアルゴンガスであった。１３．
５６　ＭＨｚに於て標的電力１００ワツト〔標的の１平
方インチ（６，４５ｉ）あたり約３−４ワツト〕ｒｆを
用いた。スパッタリング中は工具を約６０°Ｃと１００
℃の間の温度に維持した。スパッタリングはチタンと酸
素とのコーティングが約７５０オングストロームの厚さ
をもつようになるまで続げた。その後、モリブデンと硼
素との無定形コーティングを二硼化モリブデン粉末をホ
ットプレスすることによって形成させた標的を用いるス
パッタリングによって各工具上に形成させた。スパッタ
リングの変数は、アルゴンガスが約７　Ｘ　Ｉ　Ｏ””
’　）−ル（朋Ｈｇ）の圧力のスパッタリング雰囲気で
あったこと以外は、チタンと酸素とのコーティングの形
成の場合と同じであった。

一方の工具上のコーティングの全厚みは０．５５マイク
ロメートルであり、他方の工具は１１マイクロメートル
であった。

画工具とも孔をひろげるのに利用した。各工具で８２５
個の孔をひろげたのちに、それらを再研磨しそしてさら
に続いて孔あげに用いた。各工具がさらに７５７６個の
孔を処理したのちに二回目の再研磨が必要となった。一
方の工具は次にさらに７２６個の孔を処理し、他方は７
２５個の孔を工作した。各々の工具で以てひろげた孔の
全数はコーティングされていないリーマ−で以て２回の
再研磨を経て代表的に得られる数と比較して２００チを
こえる増加を示した。

実施例３ コーティングなしでまず使用した炭化タングステンのリ
ーマ−を使用後に、本発明による耐磨耗性コーティング
によって再生した。清浄化とスパッターエツチングのの
ちに、約５００とｔ　ｏ　ｏ−。

オングストロームの間のチタンと酸素との接着層を実施
例２に示した方法によって工具上へ沈着させた。その後
、モリブデンと硼素との無定形コーティングをまた実施
例２の方法によって施用した。

工具上のコーティング全厚みは外径に於て２マイクロメ
ートルだけ増加を示した。

この工具を再使用し、外径の磨耗及び再研磨なしで３８
９個を切削した。コーティングしていない工具は代表的
には約２００個の部品を切削してその外径磨耗は０．０
００１インチ（０，０００２５ＣｒｒＬ）となった。再
研磨後、コーティングした工具は１００個を処理してそ
の外径は０．０００１インチ（０，０００２５ｃＴＬ）
だけ磨耗した。

上記各実施例にのべた以外の物質のコーティングは類似
の技法を用い標的物質ともし存在するならばスパッタリ
ング雰囲気中の反応性ガスを適切に選んでつくることが
できる。また、異なる元素または組成の多重標的も利用
することができる。

上述の各実施例はスパッタリング技法による不整配列の
コーテイング物質の生成を示しているが、本発明はそれ
に限定されるものではない。所望度の不整配列（無定形
、多結晶性、微結晶性あるいはそれらの任意の組合せ）
をもつコーティングを生成させる方法はどれでも利用で
きる。「無定形」という言葉は長域の不整配列をもつ物
質を意味するが、しかし小または中程度の不整配列であ
ってもよく、と”きには多少結晶性のものを含んでいて
もよい。

本発明のコーティングは工具を含む応用に制限されない
ことは理解されるべきである。本発明は摩擦または磨耗
を受ける表面、例えば、本発明への制限としてではない
が、ベアリング、エンジン部品、管継手、及び摩擦また
は磨耗がおこるその他の装置、に対して有用である。

本発明はその好ましい具体例について述べてきたが、各
種の変形は本明細書を読むとき画業熟練者にとって明ら
かであり、この種の変形はすべて付属の特許請求の範囲
内に入るものとして考えていることば理解されろはずで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ってコーティングされた工具の透視
図であり、第２図は本発明に従ってコーティングされた
別の工具の透視図であり、第３図は本発明に従ってコー
ティングされたさらにもう一つの工具の透視図である。 特許出願人　　　工ｆ−ジー自コンバージョン・デバイ
セス・インコーホレーテッド （外４名） 第１頁の続き 優先権主張　＠１９８２年３月１７日■米国（ＵＳ）■
３５９０９８ ０発　明　者　リチャード・シー・バージエロン アメリカ合衆国ミシガン州４８１７ ４０ムラス・スプリングヒル２１７ ０ ０発　明　者　ジョン・イー・ティラーアメリカ合衆国
ミシガン州４８２１ ４デトロイト・バーンズ２１７７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少くとも一つの遷移金属とも少くとも一つの非金属
   元素とを含有する不整配列物質から成る、基体用の耐磨
   耗性コーティング。 ２、上記不整配列物質が実質的に無定形である、特許請
   求の範囲第１項に記載のコーティング。 ３、上記不整配列物質が実質的に微結晶性である、特許
   請求の範囲第１項に記載のコーティング。 ４、上記不整配列物質が実質的に長域の組成的配列に欠
   ける多結晶質である、特許請求の範囲第１項に記載のコ
   ーティング。 ５、上記不整配列物質が無定形、微結晶性、及び多結晶
   性の各相から成る群から選ばれる少くとも二つの種類の
   相の混合物である、特許請求の範囲第１項に記載のコー
   ティング。 ６、上記の少くとも一つの遷移金属がスカンジウム、チ
   タン、バナジウム、クロム、イツトリウム、ジルコニウ
   ム、ニオブ、モリブテン、ハフニウム、タンタル、及び
   タングステンから成る群から選ばれる、特許請求の範囲
   第１項に記載のコーティング。 ７、上記の少くとも一つの非金属元素が硼素、炭素、窒
   素、及び酸素から成る群から選ばれる、特許請求の範囲
   第１．２．３．４または５項に記載のコーティング。 ８、上記の少くとも一つの遷移金属がモリブデンであり
   、そして上記の少くとも一つの非金属元素が硼素であり
   、Ｘが約０．５より小さいかまたは約０．５に等しい組
   成ＭｏｚＢｓ−ｚ　　をもつ、特許請求の範囲第１．２
   ．３．４、または５項に記載のコーティング。 ９、　コーティングがスパッタリングによって形成され
   る、特許請求の範囲第１項に記載のコーティング。 １０、（α）少くとも一つの遷移金属と少くとも一つの
   非金属元素とを含む不整配列物質から成る耐磨耗性コー
   ティング；並びに （ｂ）耐磨耗性コーティングの基体への接着を改善する
   、上記耐磨耗性コーティングとは異なる接着コーティン
   グ、 から成る、基体用の複合コーティング。 １１、上記不整配列物質が実質的に無定形である、特許
   請求の範囲１０に記載のコーティング。 １２、上記不整配列物質が実質的に微結晶性である、特
   許請求の範囲１０に記載のコーティング。 １３、上記不整配列物質が長域の組成的配列に欠ける実
   質的に多結晶性である、特許請求の範囲第１０項に記載
   のコーティング。 １４、上記不整配列物質が無定形、微結晶性、及び多結
   晶性の各相から成る群から選ばれる少くとも二つの種類
   の相の混合物である、特許請求の範囲１０に記載のコー
   ティング。 １５、上記接着コーティングが、硼素、炭素、窒素、及
   び酸素から成る群から選ばれる少くとも一つの非金属元
   素と、この少くとも一つの非金属元素と化学量論的化合
   物の重複を容易に形成する少くとも一つの遷移金属との
   コーティングから成る、特許請求の範囲第１０項に記載
   の複合コーティング。 １６、上記接着コーティングの上記の少くとも一つの遷
   移金属がチタン、バナジウム及び鉄から成る群から選ば
   れる、特許請求の範囲１５に記載の複合コーティング。 １７、上記非金属元素が酸素であり上記遷移金属がチタ
   ンである、特許請求の範囲第１６項に記載の複合コーテ
   ィング。 １８、上記接着コーティングの組成がＸが約０．５から
   約０６６であるＴ？：、−、Ｏ工である、特許請求の範
   囲第１７項に記載の複合コーティング。 １９、上記の耐磨耗性コーティングが硼素と；スカンジ
   ウム、チタン、バナジウム、クロム、イツトリウム、ジ
   ルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタ
   ル及びタングステンから成る群から選ばれる遷移金属；
   とから成る、特許請求の範囲第１５．１６．１７、また
   は１８項に記載の複合コーティング。 ２０上記の耐磨耗性コーティングがＸが約０．５より小
   さいか約０．５に等しいＭｏ２．Ｂ１−エ　の組成をも
   つ硼素とモリブデンとから成る、特許請求の範囲第１５
   、Ｉ６．１７または１８項に記載の複合コーティング。 ２１　　上記接着コーティングが硼素、炭素、窒素、及
   び酸素から成る群から選ばれろ少くとも一つの非金属元
   素と；この少くとも一つの非金属元素との広い区域の同
   じ構造をもつ非化学論量的化合物を形成する少くとも一
   つの遷移金属と；のコーティングから成る、特許請求の
   範囲第１０項に記載の複合コーティング。 ２２、上記接着コーティングがチタンと炭素とから成る
   、特許請求の範囲第２１項に記載の複合コーティング。 ２３、上記接着コーティングがチタンと窒素とから成る
   、特許請求の範囲第２′１項に記載の複合コーティング
   。 ２４　　両コーティングともにスパッタリングによって
   形成される、特許請求の範囲第１０項に記載の複合コー
   ティング。 ２５、上記接着コーティングが厚さが約５００オングス
   トロームより大きいか等しい、特許請求の範囲第１０項
   に記載の複合コーティング。 ２６、硼素と少くとも一つの遷移金属との耐磨耗性コー
   ティングから成るコーティング。 ２７、少くとも一つの遷移金属が周期率表の第１Ｂ族か
   ら第ＶＩＢ族、第４列から第６列、から選ばれる、特許
   請求の範囲第２６項に記載のコーティング。 ２８、上記耐磨耗性コーティングが不整配列物質である
   、特許請求の範囲第２６項に記載のコーティング。 ２９、上記不整配列物質が実質的に無定形である、特許
   請求の範囲第２８項に記載のコーティング。 ３０、上記不整配列物質が実質的に微結晶質である、特
   許請求の範囲第２８項に記載のコーティング。 ３１、上記不整配列物質が長域の組成的配列に欠ける実
   質的に多結晶質である、特許請求の範囲第２８項に記載
   のコーティング。 ３２　　上記不整配列物質が無定形、微結晶性及び多結
   晶質の各相から成る群から選ばれる少くとも二つの種類
   の相の混合物である、特許請求の範囲第２８項に記載の
   コーティング。 ３３、硼素と金属との上記コーティングがスパッタリン
   グによって基体上に５形成される、特許請求の範囲第２
   ６項に記載のコーティング。 ３４、上記スパッタリングがｒｆダイオードスパッタリ
   ング、ｒｆマグネトロンスパッタリング、またはｄ、ｃ
   マグネトロンスパッタリング、である、特許請求の範囲
   第３３項に記載のコーティング。 ３５、バイアス電位をスパッタリング中に基体へ適用す
   る、特許請求の範囲第３４項に記載のコーティング。 ３６　　上記の耐磨耗性コー′う゛インクがＭ、Ｂ１−
   。 の組成であり、Ｘが約０５より小さく、Ｍが上記の少く
   とも一つの遷移金属であってモリブデン、イツトリウム
   、ジルコニウム、及びタングステンから成る群から選ば
   れ、Ｂが硼素である、特許請求の範囲第２６項に記載の
   コーティング。 ３７、コーティングがＭｏＢ２　である、特許請求の範
   囲第２６．２７、または２８項に記載のコーティング。 ３８、コーティングがＸが約０．５より小さいかまたは
   等しいＭｏよりｌ−Ｚである、特許請求の範囲第２６．
   ２７、または２８項に記載のコーティング。 ３９、スパッタリングが約２００℃以下でおこりかつ上
   記の耐磨耗性コーティングが実質的に無定形である、特
   許請求の範囲第３３項に記載のコーティング。 ４０、耐磨耗性コーティングの接着を改善するためのこ
   の耐磨耗性コーティングと異なる接着コーティングから
   さらに成る、特許請求の範囲第２６項に記載のコーティ
   ング。 ４１、上記接着コーティングが硼素、俵素、酸素及び窒
   素から成る群から選ばれる少くとも一つの非金属元素と
   この少くとも一つの非金属元素と化学量論的化合物の重
   複を容易に形成する少くとも一つの遷移金属とのコーテ
   ィングから成る、特許請求の範囲第４０項に記載のコー
   ティング。 ４２、上記の接着コーティング中に存在する少くとも一
   つの遷移金属がチタン、バナジウム、及び鉄から成る群
   から選ばれる、特許請求の範囲第４１項に記載のコーテ
   ィング。 ４３、上記接着コーティングの組成がＴｚｌ−エ０工で
   、Ｘが約０．５から約０．６６である、特許請求の範囲
   第４１項に記載のコーティング。 ４４、　　（ａ）　　一つめ基体部分、と（ｂ）　　少
   くとも一つの非金属元素と少くとも一つの遷移金属とか
   ら成る上記基体の少くとも一部を被覆する耐磨耗性不整
   配列物質コーティング、 とから成る工具。 ４５、上記の不整配列物質が実質的に無定形である、特
   許請求の範囲第４４項に記載の工具。 ４６、上記の不整配列物質が実質的に微結晶性である、
   特許請求の範囲第４４項に記載の工具。 ４７、上記の不整配列物質が長域の組成的配列に欠ける
   実質的に多結晶性である、特許請求の範囲第４４項に記
   載の工具。 ４８、上記の不整配列物質が無定形、微結晶性、及び多
   結晶性の各相から成る群から選ばれる少くとも二つの種
   類の相の混合物である、特許請求の範囲第４４項に記載
   の工具。 ４９、上記の少くとも一つの遷移金属がスカンジウム、
   チタン、バナジウム、クロム、イツトリウム、ジルコニ
   ウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル及び
   タングステンから成る群から選ばれる、特許請求の範囲
   第４４項に記載の工具。 ５０、　　少くとも一つの非金属元素が硼素、炭素、窒
   素、及び酸素から成る群から選ばれる、特許請求の範囲
   第４４項に記載の工具。 ５１、上記の耐磨耗性コーティングがスパッタリングに
   よって形成される、特許請求の範囲第４４項に記載の工
   具。 ５２、−上記スパッタリングがｒｆダイオードスノ；ツ
   タリング、ｒｆマグネトロンスノぐツタリング、または
   ｄｃマグネトロンスパッタリングである、特許請求の範
   囲第５１項に記載の工具。 ５３　　上記の非金属元素が硼素であり上記の耐磨耗性
   コーティングがＭよりｌ−Ｃの組成物であり、Ｘが約０
   ．５より小さいか等しく、Ｍが上記金属を表わし、Ｂが
   硼素である、特許請求の範囲第４４項または第５１項に
   記載の工具。 ５４　　上記耐磨耗性コーティングがＭｏＢ２である、
   特許請求の範囲第４４．４５．４６．４７．４８、また
   は５１項に記載の工具。 ５５　　上記耐磨耗性コーティングがＭｏｚＢｌ−ｔで
   、Ｘが約０５より小さいか等しい、特許請求の範囲第４
   ４．４５．４６．４７．４８、または５１項に記載の工
   具。 ５６、スパッタリング中の基体温度が約２００°Ｇより
   低い、特許請求の範囲第５１項に記載の工具。 ５７　　基体と耐磨耗性の不整配列コーティングとへの
   接着を改善するために、耐磨耗性コーティングと異なる
   接着コーティングをさらに含む、特許請求の範囲第４４
   項に記載の工具。 ５８、上記接着コーティングが硼素、炭素、窒素、及び
   酸素から成る群から選ばれる少くとも一つの非金属元素
   と、この少くとも一つの非金属元素と化学量論的化合物
   の重複を容易に形成する少くとも一つの遷移金属とのコ
   ーティングから成る、特許請求の範囲第５７項に記載の
   工具。 ５９、上記接着コーティングの遷移金属がチタン、バナ
   ジウム、及び鉄から成る群から選ばれる、特許請求の範
   囲第５８項に記載の工具。 ６０、上記接着コーティングの遷移金属がチタンであり
   、上記接着コーティングの組成がＴｉ＋−ｘｏｘであっ
   て、Ｘが約０，５から約０．６６である、特許請求の範
   囲第５８項に記載の工具。 ６１、上記接着コーティングが硼素、炭素、窒素、及び
   酸素から成る群から選ばれる少くとも一つの非金属元素
   と、この少くとも一つの非金属元素と広い区域の同じ構
   造をもつ非化学量論的化合物を形成する少くとも一つの
   遷移金属と、から成る、特許請求の範囲第５７項に記載
   の工具。 ６２、　ｉ記載−コーティングが酸素含、有雰囲気中の
   スパッタリングによって形成される、特許請求の範囲第
   ５７項に記載の工具。 ６３　　工具表面の少くとも一部分に少くとも一つの非
   金属元素と少くとも一つの遷移金属との不整配列耐磨耗
   性コーティングを形成させることから成る、工具寿命を
   のばす方法。 ６４、上記の少くとも一つの非金属元素が硼素、炭素、
   窒素、及び酸素から成る群から選ばれる、特許請求の範
   囲第６３項に記載の方法。 ６５　　上記の少くとも一つの遷移金属がスカンジウム
   、チタン、バナジウム、クロム、ニオブ、ハフニラＡ　
   、タンタル、モリブテン、ジルコニウム、タングステン
   及びイツトリウムから成る群から選ばれる、特許請求の
   範囲第６３項に記載の方法 ６６　　上記コーティングが厚さが約１マイクロメート
   ルより大きいか等しい、特許請求の範囲第６３項に記載
   の方法。 ６７、コーティングがＭｏＢ１−ｘ　　で、Ｘが約０５
   より小さいかまたは等しく、Ｍが上記金属を表わし、ｎ
   が硼素であろ屯特許請求の範囲第６３項または６６項に
   記載の方法。 ６８、コーティングがＭｏＢ２である、特許請求の範囲
   第６３項または第６６項に記載の方法。 ６９、コーティングがモリブデンと硼素とである、特許
   請求の範囲第６３項に記載の方法。 ７０、コーティングが工具表面の少くとも一部にわたっ
   て連続的である、特許請求の範囲第６３項に記載の方法
   。 ７１、コーティングがＭ□ｘＢ、−〇であり、Ｘが約０
   ５より小さいか等しい、特許請求の範囲第６３項に記載
   の方法。 ７２、上記耐磨耗性コーティングがスパッタリングによ
   って形成される、特許請求の範囲第６３項に記載の方法
   。 ７３、バイアスＭ位をスパッタリン中に工具へ適用する
   、特許請求の範囲第７２項に記載の方法。 ７４　　上記の不整配列耐磨耗性コーティングの基体へ
   の接着を改善する、この不整配列耐磨耗性コーティング
   と異なる接着コーティングを工具基体表面へまず施用す
   ることからさらに成る、特許請求の範囲第６３項に記載
   の方法。 ７５　　上記接着コーティングが硼素、炭素、９素、及
   び酸素から成る群から選ばれろ少くとも一つの非金属元
   素と、この少くとも一つの非金属元素と化学量論的化合
   物の重複を容易に形成する少くとも一つの遷移金属元素
   と、から成る、特許請求の範囲第７４項に記載の方法。 ７６　　上記接着コーティングの上記の少くとも一つの
   遷移金属がチタン、バナジウム、及び鉄から成る群から
   選ばれろ、特許請求の範囲第７５項に記載の方法。 ７７、上記の第一コーティングの組成がＴｉｌ　−２，
   Ｏ工であって、Ｘが約０．５から約０．６６である、特
   許請求の範囲第７４項に記載の方法。 ７８　　上記接着コーティングが硼素、炭素、窒素、及
   び酸素から成る少くとも一つの非金属元素と、この少く
   とも一つの非金属元素と広い区域の同じ構造をもつ非化
   学量論的化合物を形成する少くとも一つの遷移金属元素
   、とのコーティングから成る、特許請求の範囲第７４項
   に記載の方法。 ７９、（α）硼素と少くとも一つの遷移金属との不整配
   列の耐磨耗性コーティングを工具表面の少くとも一部の
   上に形成させ、そして （ｂ）所望潤滑性を達成させろよう金属対硼素の所望比
   を得るために上記コーティング中に存在する金属対硼素
   の比率を調節する、ことから成る、機械工具の所望潤滑
   性を得る方法。 ８０、硼素と金属とのコーティングをスパッタリングに
   よって形成させ、上記コーティング中の金属対硼素の比
   率を予めきめた金属対硼素比をもつスパッタリング標的
   ・を用いることによって調節する、特許請求の範囲第７
   ９項に記載の方法。 ８１、上記の少くとも一つの遷移金属が周期率表の第１
   Ｂ族から第ＶＩＢ族、第４列から第６列、から選ばれる
   、特許請求の範囲第７９項に記載の方法。 ８２　　上記の少くとも一つの遷移金属がモリブデン、
   タングステン、イツトリウム、及びジルコニウムから成
   る群から選ばれる、特許請求の範囲第７９項に記載の方
   法。 ８３、一つの非金属元素と少くとも一つの遷移金属との
   不整配列耐磨耗性コーティングを工具の５施用すること
   から成る、ある時間の間部用しあるいは工具の一つの部
   分の少くとも一つの表面が所望許容範囲から外れること
   になるように使用した工具を再生する方法。 ８４　　上記の少くとも一つの遷移金属が周期率表の第
   １Ｂ族から第ＶＩＢ族、第４列から第６列、から選ばれ
   ろ、特許請求の範囲第８３項に記載の方法。 ８５、上記の少くとも一つの非金属元素が硼素、炭素、
   窒素、及び酸素から成る群から選ばれる、特許請求の範
   囲第８３項に記載の方法。 ８６、上記の耐磨耗性コーティングがあとで施用される
   工具の少くともその部分へ接着コーティングをまず施用
   することから成る、特許請求の範囲第８３項に記載の方
   法。 ８７、基体と耐磨耗性コーティングとの間の基体表面へ
   、この耐磨耗性コーティングと異なる一つの接着コーテ
   ィングをまず提供し、上記接着コーティングが硼素、酸
   素、窒素及び炭素から成る群から選ばれろ少くとも一つ
   の非金属元素と、この少くとも一つの非金属元素と化学
   量論的化合物の重複を容易に形成する遷移金属並びにこ
   の少くとも一つの非金属元素と広い区域の同一構造をも
   つ非化学量論的化合物を形成する遷移金属とから成る群
   から選ばれる少くとも一つの遷移金属とを、含むことか
   ら成る。少くとも一つの非金属元素と少くとも一つの遷
   移金属との不整配列耐磨耗性コーティングの基体接着性
   を増す方法。 ８８．上記接着コーティングが酸化物の重複を容易に形
   成する酸素と一つの遷移金属とである、特許請求の範囲
   第８７項に記載の方法。 ８９　−上記接着コーティングが組成物Ｔｊ＋−ｃｏｚ
   であり、Ｘが約０．５から約０．６６である、特許請求
   の範囲第８７項に記載の方法。 ９０　、Ｌ記接着コーディングがスノ（ツタ１ノングに
   よって形成されろ、特許請求の範囲第８７項に記載の方
   法０ ９１　　少＜六も一つの遷移金属と少くとも一つの非金
   属元素とを含む不整配列耐磨耗性物質を基体−にへスパ
   ッタリング沈着させる、 ことから成る、基体上へ４磨耗性コーテイングをつくる
   方法。 ９２、上記の少くとも一つの非金属元素力（硼素、炭素
   、窒素、及び酸素から成る群力・ら選ｂｆれる、特許請
   求の範囲第９１項に記載の方法。 ９３、上記の少くとも一つの遷移金属力（スカンジウム
   、チタン、バナジウム、クロム、イツト１ノウム、ジル
   コニウム、ニオブ、モリブデン、］１フニウム、タンタ
   ル、及びタングステンｈ・ら成る群から選ばれる、特許
   請求の範囲第９１項に記載の方法。 ９４、スパッタリング中の基体表面の温度が約２００℃
   より低い、特許請求の範囲第９１項に記載の方法。 ９５、耐磨耗性組成物の沈着前に接着コーティングを沈
   着させることをさらに含む、特許請求の範囲第９１項に
   記載の方法。