JPS63192870A - 酸化物コーティングを有する耐摩耗性物品及び酸化物コーティングを付着する方法 - Google Patents
酸化物コーティングを有する耐摩耗性物品及び酸化物コーティングを付着する方法Info
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Classifications
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、硬質セラミック基材或は一般に超硬合金と呼
ばれる、炭化物等を焼結した焼結炭化物基材上に耐摩耗
性コーティングを付着して成る物品、特にはこうした基
材上に成層酸化物コーティングを付着せしめた物品及び
そのコーテイング付着方法に関する。
ばれる、炭化物等を焼結した焼結炭化物基材上に耐摩耗
性コーティングを付着して成る物品、特にはこうした基
材上に成層酸化物コーティングを付着せしめた物品及び
そのコーテイング付着方法に関する。
1更立11
硬質セラミック基材及び焼結炭化物基材は、既に知られ
ておりそして鉱業用工具ビット、金属切削及び穿孔用工
具、金属引抜き用ダイス、耐摩耗性機械部品等のような
用途に広範に使用されている。焼結炭化物(cemen
ted carbide)材料は、炭化物等のセラミッ
クを、多くは高融点金属の介在下で焼結したものである
。硬質セラミック材料とは、例えば、硬質で且つ高密度
の単体或は複合材料としての、Al2O3、5isNa
、 5f−Al−酸窒化物及びその他の関連化合物を
言及する。複合体としては、Si0% 5isN4その
他のセラミック材料のホイスカー及び/或は粒状物並び
にTiCやTiNのような金属炭化物、窒化物、炭窒化
物その他を含むものが挙げられる。
ておりそして鉱業用工具ビット、金属切削及び穿孔用工
具、金属引抜き用ダイス、耐摩耗性機械部品等のような
用途に広範に使用されている。焼結炭化物(cemen
ted carbide)材料は、炭化物等のセラミッ
クを、多くは高融点金属の介在下で焼結したものである
。硬質セラミック材料とは、例えば、硬質で且つ高密度
の単体或は複合材料としての、Al2O3、5isNa
、 5f−Al−酸窒化物及びその他の関連化合物を
言及する。複合体としては、Si0% 5isN4その
他のセラミック材料のホイスカー及び/或は粒状物並び
にTiCやTiNのような金属炭化物、窒化物、炭窒化
物その他を含むものが挙げられる。
良米藍」
こうした材料の耐摩耗性、耐熱性及び耐薬品性のような
使用上の性質が例えば金属炭化物、金属窒化物或はセラ
ミックの一種以上の薄いコーティングの適用により向上
されうることが知られている。更には、例えば機械加工
用途において、基材組成物の微細化によりまたコーティ
ング材料の重ねあう層の組み合わせ方を様々に変えるこ
とにより、これらコーティング付き基材の性能の改善に
大きな進歩が為されてきた。しかしながら、例えば高切
削速度下での使用或は極めて高温及び/或は高腐食性環
境での使用といった益々厳しくなる使用条件は、こうし
た材料の性能に一段と厳しい要求を課しつつある。従来
の方法概念ではこれらに対応するに限界があるように思
われる。
使用上の性質が例えば金属炭化物、金属窒化物或はセラ
ミックの一種以上の薄いコーティングの適用により向上
されうることが知られている。更には、例えば機械加工
用途において、基材組成物の微細化によりまたコーティ
ング材料の重ねあう層の組み合わせ方を様々に変えるこ
とにより、これらコーティング付き基材の性能の改善に
大きな進歩が為されてきた。しかしながら、例えば高切
削速度下での使用或は極めて高温及び/或は高腐食性環
境での使用といった益々厳しくなる使用条件は、こうし
た材料の性能に一段と厳しい要求を課しつつある。従来
の方法概念ではこれらに対応するに限界があるように思
われる。
及五辺旦り
本発明の目的は、従来見られない新たな構造の耐摩耗性
物品及びその製造方法を開発することである。
物品及びその製造方法を開発することである。
及豆虫鷹1
本発明は、硬質セラミック基材又は焼結炭化物基材上に
コントロールされた組成と分布を有する極薄層の耐摩耗
性成層酸化物コーティングを付着した物品及びその製造
方法を提供する。この物品は、過酷な使用条件下でも改
善された耐摩耗性を示す。
コントロールされた組成と分布を有する極薄層の耐摩耗
性成層酸化物コーティングを付着した物品及びその製造
方法を提供する。この物品は、過酷な使用条件下でも改
善された耐摩耗性を示す。
本発明に従う耐摩耗性物品は、硬質セラミック又は焼結
炭化物製基材本体と、その上に付着される、約0.3〜
20ミクロン厚さを有しそして高密度で、密着性の且つ
耐摩耗性の成層セラミックコーティング層から構成され
る。コーティングは、アルミニウム、ジルコニウム及び
イツトリウムの酸化物から独立して選択される材料から
なる、各約0.1〜3ミクロン厚の、少なくとも3つの
重ね合わされた酸化物層を有する。各層の主部分は、そ
れに隣り合う層とは異なった材料から構成される。
炭化物製基材本体と、その上に付着される、約0.3〜
20ミクロン厚さを有しそして高密度で、密着性の且つ
耐摩耗性の成層セラミックコーティング層から構成され
る。コーティングは、アルミニウム、ジルコニウム及び
イツトリウムの酸化物から独立して選択される材料から
なる、各約0.1〜3ミクロン厚の、少なくとも3つの
重ね合わされた酸化物層を有する。各層の主部分は、そ
れに隣り合う層とは異なった材料から構成される。
本発明に従う好ましい物品において、°少なくとも1つ
の中間層が基材本体と成層セラミック屡との間に付着さ
れる。中間相は、約0.5〜10ミクロンの厚さであり
そしてTi、Zr、Hf、Va。
の中間層が基材本体と成層セラミック屡との間に付着さ
れる。中間相は、約0.5〜10ミクロンの厚さであり
そしてTi、Zr、Hf、Va。
Nb、Ta、Cr、Mo、W、Si及びBの炭化物、窒
化物及び炭窒化物から選択される1種以上の材料である
。
化物及び炭窒化物から選択される1種以上の材料である
。
本発明に従う最も好ましい物品において、酸化物相の少
なくとも一つは、約0.1〜0.5ミクロン厚である。
なくとも一つは、約0.1〜0.5ミクロン厚である。
基材上に耐摩耗性セラミックコーティングを付着する方
法は、基材上にアルミニウム、ジルコニウム及びイツト
リウムのハロゲン化物から選択される第1ハロゲン化物
蒸気と他の試薬気体そして随意的にキャリヤ気体との第
1気体混合物を通すことと関わる0反応温度は、焼結炭
化物基材に対しては約9o○〜1250℃或は硬質セラ
ミック基材に対しては約900〜1500℃であり、そ
して圧力は約1トルと周囲圧力との間の範囲とされる。
法は、基材上にアルミニウム、ジルコニウム及びイツト
リウムのハロゲン化物から選択される第1ハロゲン化物
蒸気と他の試薬気体そして随意的にキャリヤ気体との第
1気体混合物を通すことと関わる0反応温度は、焼結炭
化物基材に対しては約9o○〜1250℃或は硬質セラ
ミック基材に対しては約900〜1500℃であり、そ
して圧力は約1トルと周囲圧力との間の範囲とされる。
他の試薬気体、分圧比、流量及び付着時間は、基材上に
、アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウムの酸化
物から選択される第1相材料の少なくとも2層を有する
コーティングを付着するよう選択される。コーティング
の付着中、アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウ
ムのハロゲン化物から選択される少なくとも1種の追加
金属ハロゲン化物蒸気が、随意的にキャリヤ気体と混合
された状態で、第1気体混合物中に脈動的に送入されて
、それと混合される。この少なくとも1種の追加金属ハ
ロゲン化物蒸気は第1ハロゲン化物蒸気とは別種のもの
である。アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウム
の酸化物から選択される少なくとも1種の材料から成る
、少なくとも1つの追加相層が酸化物コーティング中に
付着される。金属ハロゲン化物及び他の試薬気体の分圧
、総付着時間、並びに第1気体混合物中に少なくとも1
種の追加蒸気が脈動的に送入される間隔と期間は、基材
上に約0.3〜20ミクロン厚の、高密度の、密着した
、且つ耐摩耗性の、成層酸化物コーティングを付着する
ようコントロールされる。
、アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウムの酸化
物から選択される第1相材料の少なくとも2層を有する
コーティングを付着するよう選択される。コーティング
の付着中、アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウ
ムのハロゲン化物から選択される少なくとも1種の追加
金属ハロゲン化物蒸気が、随意的にキャリヤ気体と混合
された状態で、第1気体混合物中に脈動的に送入されて
、それと混合される。この少なくとも1種の追加金属ハ
ロゲン化物蒸気は第1ハロゲン化物蒸気とは別種のもの
である。アルミニウム、ジルコニウム及びイツトリウム
の酸化物から選択される少なくとも1種の材料から成る
、少なくとも1つの追加相層が酸化物コーティング中に
付着される。金属ハロゲン化物及び他の試薬気体の分圧
、総付着時間、並びに第1気体混合物中に少なくとも1
種の追加蒸気が脈動的に送入される間隔と期間は、基材
上に約0.3〜20ミクロン厚の、高密度の、密着した
、且つ耐摩耗性の、成層酸化物コーティングを付着する
ようコントロールされる。
コーティングは実質上、少なくとも3つの重なり合った
密着した酸化物層からなり、各層は、約0.1〜3ミク
ロン厚であり、アルミニウム、ジルコニウム及びイツト
リウムの酸化物から独立的に選択される。各層の主体部
分は、それに隣り合う層とは別種の材料から成る。
密着した酸化物層からなり、各層は、約0.1〜3ミク
ロン厚であり、アルミニウム、ジルコニウム及びイツト
リウムの酸化物から独立的に選択される。各層の主体部
分は、それに隣り合う層とは別種の材料から成る。
l豆匹且婆ヱ且j
本発明に従う物品は、例えば単一体乃至複合体としての
AlzOs 、 5isN4.5i−AI−酸窒化物及
びその他の関連材料に代表される硬質セラミック基材又
はWC−Coその他関連材料のような、金属炭化物等を
焼結した基材上に、密着した成層酸化物基セラミックコ
ーティング付着することにより作製し得る。基材に対し
て密着性であ、す、耐摩耗性であり、耐熱性でありそし
て薬品侵食或は高温でのブレークダウンに対して耐性が
ある、3層以上の極薄層を有する酸化物基コーティング
をいかにして付着するかは、プロセスパラメターの注意
深いコントロールに依存する。コーティングの顕著な性
質は、Al2O3,Zr0t或はY、0.第1相の層と
交互するAl2O3,ZrO□乃至Y2O,もしくはそ
れらの組み合わせの1種以上の追加即ち第2相の層の存
在の結果である。例えば、好ましいコーティングとして
は、交互する( ZrO,及び/或はYJs) /Al
tos層、交互するYzOs/ Zroi層、或は交互
する(Y203+Zr0z) / Allas層、即ち
Al2O3層と交互してのYzOs−ZrOi固溶体(
固溶していないY2O3及び/或はZr0aを伴って或
は伴わずして)が挙げられる。
AlzOs 、 5isN4.5i−AI−酸窒化物及
びその他の関連材料に代表される硬質セラミック基材又
はWC−Coその他関連材料のような、金属炭化物等を
焼結した基材上に、密着した成層酸化物基セラミックコ
ーティング付着することにより作製し得る。基材に対し
て密着性であ、す、耐摩耗性であり、耐熱性でありそし
て薬品侵食或は高温でのブレークダウンに対して耐性が
ある、3層以上の極薄層を有する酸化物基コーティング
をいかにして付着するかは、プロセスパラメターの注意
深いコントロールに依存する。コーティングの顕著な性
質は、Al2O3,Zr0t或はY、0.第1相の層と
交互するAl2O3,ZrO□乃至Y2O,もしくはそ
れらの組み合わせの1種以上の追加即ち第2相の層の存
在の結果である。例えば、好ましいコーティングとして
は、交互する( ZrO,及び/或はYJs) /Al
tos層、交互するYzOs/ Zroi層、或は交互
する(Y203+Zr0z) / Allas層、即ち
Al2O3層と交互してのYzOs−ZrOi固溶体(
固溶していないY2O3及び/或はZr0aを伴って或
は伴わずして)が挙げられる。
追加相の層はコーティング全体を通して一様に分布され
うるし、或はそれらの分布はコーティング全体を通して
コントロールされた間隔での配置を実現するようにコン
トロールされつる。交互する層は各約0.1〜3ミクロ
ン厚さである。好ましくは、少なくとも1つの層は約0
.5ミクロン厚さである。コーティングの総合厚さは約
0.3〜20ミクロンである。
うるし、或はそれらの分布はコーティング全体を通して
コントロールされた間隔での配置を実現するようにコン
トロールされつる。交互する層は各約0.1〜3ミクロ
ン厚さである。好ましくは、少なくとも1つの層は約0
.5ミクロン厚さである。コーティングの総合厚さは約
0.3〜20ミクロンである。
本発明に従う物品を作製する好ましい方法は、基材上に
金属化合物を化学蒸着(CVD)により付着する為注意
深く制御された条件の下で金属ハロゲン化物と他の試薬
気体を含む気体混合物の使用と関わる。金属ハロゲン化
物気体、即ちAl、Y或はZrのハロゲン化物と他の試
薬気体成分の混合物が、賦形された焼結金属炭化物若し
くはセラミック基基材上に連続的に流されて、基材上に
酸化物コーティングを付着する。他の試薬気体は、co
a 、)110等のような酸化性気体から選択されつる
。温度は、炭化物基材に対しては約900〜1250℃
であり、そしてセラミック基材に対しては約900〜1
500℃である。圧力は約1トルと周囲圧力との間の範
囲とされる。1種以上のキャリヤ気体を上記混合物中に
含めてもよい。試薬気体、気体流量及び分圧は、基材上
に、アルミニウム、ジルコニウム或はイツトリウムの酸
化物である第1相酸化物コーテイングの付着を適正に開
°始するよう選択される。
金属化合物を化学蒸着(CVD)により付着する為注意
深く制御された条件の下で金属ハロゲン化物と他の試薬
気体を含む気体混合物の使用と関わる。金属ハロゲン化
物気体、即ちAl、Y或はZrのハロゲン化物と他の試
薬気体成分の混合物が、賦形された焼結金属炭化物若し
くはセラミック基基材上に連続的に流されて、基材上に
酸化物コーティングを付着する。他の試薬気体は、co
a 、)110等のような酸化性気体から選択されつる
。温度は、炭化物基材に対しては約900〜1250℃
であり、そしてセラミック基材に対しては約900〜1
500℃である。圧力は約1トルと周囲圧力との間の範
囲とされる。1種以上のキャリヤ気体を上記混合物中に
含めてもよい。試薬気体、気体流量及び分圧は、基材上
に、アルミニウム、ジルコニウム或はイツトリウムの酸
化物である第1相酸化物コーテイングの付着を適正に開
°始するよう選択される。
第1相酸化物コーテイングの付着中、少なくとも1種の
追加金属ハロゲン化物気体が、第1気体混合物中に脈動
的に送入されて、それと混合される。追加金属ハロゲン
化物はAI%Y或はZrのハロゲン化物から選択されそ
して第1相混合物の金属ハロゲン化物とは別種のもので
ある。追加金属ハロゲン化物の分圧、並びに脈動期間及
び間隔は、本発明に従う物品に言及して上述した成層構
造を形成するように、酸化物コーティング中に単数乃至
複数の追加金属酸化物相の別個の層の形成をもたらすよ
う選択される。1種以上の追加相酸化物の極薄層が第1
相酸化物の層と交互して基材上に付着されて、約0.3
〜20ミクロン厚の、高密度の、密着した、耐摩耗性の
、酸化物コーティングを形成する、この成層構造は、先
行技術の方法によっては実現しえないものであり、非常
に優れた耐摩耗性、高温耐性及び化学的耐性を示す物品
をもたらす。
追加金属ハロゲン化物気体が、第1気体混合物中に脈動
的に送入されて、それと混合される。追加金属ハロゲン
化物はAI%Y或はZrのハロゲン化物から選択されそ
して第1相混合物の金属ハロゲン化物とは別種のもので
ある。追加金属ハロゲン化物の分圧、並びに脈動期間及
び間隔は、本発明に従う物品に言及して上述した成層構
造を形成するように、酸化物コーティング中に単数乃至
複数の追加金属酸化物相の別個の層の形成をもたらすよ
う選択される。1種以上の追加相酸化物の極薄層が第1
相酸化物の層と交互して基材上に付着されて、約0.3
〜20ミクロン厚の、高密度の、密着した、耐摩耗性の
、酸化物コーティングを形成する、この成層構造は、先
行技術の方法によっては実現しえないものであり、非常
に優れた耐摩耗性、高温耐性及び化学的耐性を示す物品
をもたらす。
付着プロセスに関しての、完全なコントロールは、第1
相酸化物層を形成する金属ハロゲン化物気体の連続流れ
を維持しながら、追加酸化物層を形成する金属ハロゲン
化物気体の脈動条件、即ち各脈動の分圧、長さ及び間隔
のコントロールにより実現される。この脈動法は、コー
ティング内の追加相酸化物層の厚さと分布のコントロー
ルを与える。単数乃至複数の追加金属ハロゲン化物の脈
動は、成層コーティングの層が各約0.1〜3ミクロン
厚さであり、好ましくは、少なくとも1つの層が約0.
1〜0.5ミクロン厚さであるようコントロールされる
。
相酸化物層を形成する金属ハロゲン化物気体の連続流れ
を維持しながら、追加酸化物層を形成する金属ハロゲン
化物気体の脈動条件、即ち各脈動の分圧、長さ及び間隔
のコントロールにより実現される。この脈動法は、コー
ティング内の追加相酸化物層の厚さと分布のコントロー
ルを与える。単数乃至複数の追加金属ハロゲン化物の脈
動は、成層コーティングの層が各約0.1〜3ミクロン
厚さであり、好ましくは、少なくとも1つの層が約0.
1〜0.5ミクロン厚さであるようコントロールされる
。
本発明に従う成層コーティングの幾つかの例としては、
交互するAlaOs / Zroi層、交互するZr0
z/Yaks層、交互するy、as/ Zr(h層、交
互するA11as / (YJs+ Zr(h) N、
交互するAltos /Y2O5層、交互するAlto
s / Zr0i/ A11as / YzOs層等が
ある。
交互するAlaOs / Zroi層、交互するZr0
z/Yaks層、交互するy、as/ Zr(h層、交
互するA11as / (YJs+ Zr(h) N、
交互するAltos /Y2O5層、交互するAlto
s / Zr0i/ A11as / YzOs層等が
ある。
ここで使用するものとしての、用語「追加相を含む成層
体」とは、各車−化合物乃至複合化合物でありうる一つ
以上の追加酸化物層と交互する第1相酸化物の層から成
る成層体を言及する。各層は、単一金属乃至混合物の酸
化物、或は1種以上の金属の酸化物の固溶体であり、そ
して個々の層は同一乃至異種化合物いずれでもよい。こ
こに開示される層は各々通常、中〜高程度のミクロ的表
面粗さを示しそして各層の被覆において少数のミクロ的
ギャップが存在するのが普通である。こうしたギャップ
はコーティングの性質に実質的影響を与えるようには思
われない、何故なら、ギャップの上下の層はそこを通し
て互いに密着しているからである。もちろん、もっと平
滑な及び/或は欠陥の少ない層の使用も阻むものでない
。
体」とは、各車−化合物乃至複合化合物でありうる一つ
以上の追加酸化物層と交互する第1相酸化物の層から成
る成層体を言及する。各層は、単一金属乃至混合物の酸
化物、或は1種以上の金属の酸化物の固溶体であり、そ
して個々の層は同一乃至異種化合物いずれでもよい。こ
こに開示される層は各々通常、中〜高程度のミクロ的表
面粗さを示しそして各層の被覆において少数のミクロ的
ギャップが存在するのが普通である。こうしたギャップ
はコーティングの性質に実質的影響を与えるようには思
われない、何故なら、ギャップの上下の層はそこを通し
て互いに密着しているからである。もちろん、もっと平
滑な及び/或は欠陥の少ない層の使用も阻むものでない
。
連続的に流れる反応性気体の混合物中に追加金属ハロゲ
ン化物の導入は、追加金属ハロゲン化物の分圧における
漸時的増大及び減少をもたらす。
ン化物の導入は、追加金属ハロゲン化物の分圧における
漸時的増大及び減少をもたらす。
これは、追加相層のマトリックス内に第1相材料の個々
の粒の形成及び/或は第1相層のマトリックス内に追加
相材料の個々の粒の形成を一般にもたらす。斯くして、
各層は、主として上述した酸化物材料の一つから成るが
、残部は隣り合う層における主たる酸化物の1種以上で
ある。ここで使用するものとしての「主たる」とは、5
0容積%を越えるものとして定義される。即ち、各層は
、50容積%を越える一つの酸化物から、好ましくは、
90%以上の一つの酸化物から構成される。
の粒の形成及び/或は第1相層のマトリックス内に追加
相材料の個々の粒の形成を一般にもたらす。斯くして、
各層は、主として上述した酸化物材料の一つから成るが
、残部は隣り合う層における主たる酸化物の1種以上で
ある。ここで使用するものとしての「主たる」とは、5
0容積%を越えるものとして定義される。即ち、各層は
、50容積%を越える一つの酸化物から、好ましくは、
90%以上の一つの酸化物から構成される。
これは、有害であるよりむしろ、コーティングの性質の
一層の改善をもたらす、こうした複合体層の利点は本件
と同日の出願に記載されている。
一層の改善をもたらす、こうした複合体層の利点は本件
と同日の出願に記載されている。
本発明に従う複合コーティングは、充分に高密度であり
、密着性でありそして厚い材料層のコーティングにより
呈される、熱膨張係数の差と密着性に関連する問題を伴
うことなく、2種以上の成分の耐摩耗性を組み合わせる
ことを可能ならしめる。
、密着性でありそして厚い材料層のコーティングにより
呈される、熱膨張係数の差と密着性に関連する問題を伴
うことなく、2種以上の成分の耐摩耗性を組み合わせる
ことを可能ならしめる。
本発明に従う宵品のまた別の具体例において、複合コー
ティングと基材との間に、Ti、 Zr、 Hf、 V
a。
ティングと基材との間に、Ti、 Zr、 Hf、 V
a。
Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W、 S i若しく
はBのTic %TiN或はその他の炭化物、窒化物或
は炭窒化物から成る薄い中間層が付着される。こうした
付着は、同じコーティングプロセスの予備段階として或
はそれに先立っての別個の段階として既知の態様で実施
される。同様に、摩擦、装飾、摩耗乃至熱目的のような
特殊な用途に対しては、TiNのような薄い外側コーテ
ィングが複合コーティング状に既知の態様で被覆され得
る。
はBのTic %TiN或はその他の炭化物、窒化物或
は炭窒化物から成る薄い中間層が付着される。こうした
付着は、同じコーティングプロセスの予備段階として或
はそれに先立っての別個の段階として既知の態様で実施
される。同様に、摩擦、装飾、摩耗乃至熱目的のような
特殊な用途に対しては、TiNのような薄い外側コーテ
ィングが複合コーティング状に既知の態様で被覆され得
る。
図面は、部分的に誇張されているが、本発明に従う代表
的コーティング付きの物品10を例示する0図面に示さ
れるように、基材12は、賦形されたWC基等の複合材
料でありそして上述したように過酷な条件の下で耐摩耗
性を要求される切削工具その他の物品であり得る。Ti
Cの薄い中間層14が少なくとも摩耗を受ける帯域にお
いて基材を被覆している。成層コーティング16がTi
C層1層上4上着され、これは、主としてAhOsから
成る極薄の第1相層18.20及び22から構成され、
これらは主としてY2O,及びZ「02からそれぞれ成
る極薄の追加相層24及び26により分画されている。
的コーティング付きの物品10を例示する0図面に示さ
れるように、基材12は、賦形されたWC基等の複合材
料でありそして上述したように過酷な条件の下で耐摩耗
性を要求される切削工具その他の物品であり得る。Ti
Cの薄い中間層14が少なくとも摩耗を受ける帯域にお
いて基材を被覆している。成層コーティング16がTi
C層1層上4上着され、これは、主としてAhOsから
成る極薄の第1相層18.20及び22から構成され、
これらは主としてY2O,及びZ「02からそれぞれ成
る極薄の追加相層24及び26により分画されている。
TiNの外側層28が複合体層上に付着されて物品10
に個別の識別色を与える。
に個別の識別色を与える。
上述したように、各脈動による試薬混合物中に存在する
追加金属ハロゲン化物の漸増と漸減は、特に隣り合う層
の界面で複合体としての各層の形成をもたらす、この現
象は、図面に例示され、各層中に隣の層において支配的
な材料から形成される個々の粒を示している0代表例と
して、A1□0゜層18とY2O5層24との界面30
について説明するが、本発明に従う酸化物コーティング
層の全て或は一部は、こうした複合形態をとりつる。界
面3oは、図面には真直な線により概略示されているが
、通常は上述したように界面にはある程度のミクロ的粗
さが存在する1図示されるように、層18は、A11a
sマトリツクス32とそこに界面30及びその近傍にお
いて分散されるY2O,の個々の粒34とから構成され
る。同様に、N24は、Y2O3マトリックス36とそ
こに界面30及びその近傍において分散されるAl2o
sの個々の粒38とから構成される。このように、層1
8及び24の両方が2相複合材料から成る極薄の層であ
り、屡18は主としてA1*Osであり、他方層24は
主としてY2O3である。残りの屡20.22及び26
も同様の複合構造を示し、各単−マトリックス材料を主
体とし、そして隣り合う層のマトリックス材料から成る
個々の粒が内部に分散されている0層20は、AhOs
マトリックスと、層24のマトリックス材料であるY*
(Is及び層26のマトリックス材料であるZroi両
方の粒を内部に分散した3相層である0層20は、主と
してAItosである、即ち50%を越え、好ましくは
90%を越えるAhOsを有する。
追加金属ハロゲン化物の漸増と漸減は、特に隣り合う層
の界面で複合体としての各層の形成をもたらす、この現
象は、図面に例示され、各層中に隣の層において支配的
な材料から形成される個々の粒を示している0代表例と
して、A1□0゜層18とY2O5層24との界面30
について説明するが、本発明に従う酸化物コーティング
層の全て或は一部は、こうした複合形態をとりつる。界
面3oは、図面には真直な線により概略示されているが
、通常は上述したように界面にはある程度のミクロ的粗
さが存在する1図示されるように、層18は、A11a
sマトリツクス32とそこに界面30及びその近傍にお
いて分散されるY2O,の個々の粒34とから構成され
る。同様に、N24は、Y2O3マトリックス36とそ
こに界面30及びその近傍において分散されるAl2o
sの個々の粒38とから構成される。このように、層1
8及び24の両方が2相複合材料から成る極薄の層であ
り、屡18は主としてA1*Osであり、他方層24は
主としてY2O3である。残りの屡20.22及び26
も同様の複合構造を示し、各単−マトリックス材料を主
体とし、そして隣り合う層のマトリックス材料から成る
個々の粒が内部に分散されている0層20は、AhOs
マトリックスと、層24のマトリックス材料であるY*
(Is及び層26のマトリックス材料であるZroi両
方の粒を内部に分散した3相層である0層20は、主と
してAItosである、即ち50%を越え、好ましくは
90%を越えるAhOsを有する。
図面は界面及びその近傍に粒が形成される層を示すが、
各層の付着中存在する反応体気体の分圧を制御すること
により、粒が隣り合う層との界面及びその近傍において
のみでなく層マトリックス全体を通して分布される一つ
以上の石を生成することが可能である。こうした層を含
む物品並びにその製造方法も本発明の範囲内である。
各層の付着中存在する反応体気体の分圧を制御すること
により、粒が隣り合う層との界面及びその近傍において
のみでなく層マトリックス全体を通して分布される一つ
以上の石を生成することが可能である。こうした層を含
む物品並びにその製造方法も本発明の範囲内である。
本発明を例示する目的で以下に実施例を呈示する。
泗
すべての気体管路をそれぞれの気体で0.5〜1時間清
掃した後、窒化ケイ素基複合材料製の切削工具挿入体か
ら成るサンプルをCVD反応炉内で通常の技術により約
3ミクロン厚の110層で被覆した。過剰の、予備計量
したジルコニウム金属チップを、反応炉内に配置された
別の容器内に置いた。過剰のアルミニウムチップを反応
炉外側の容器内に置いた0反応炉を約10トルまで排気
し、その後低圧下で加熱し、同時に反応炉は気体排出を
増大する為に流送水素でフラッシュされた。その後に、
付着工程が実施された。付着工程に続いて、反応炉は、
付着圧力においてそして水素でフラッシュしつつ、約3
00’Cに冷却され、そして後、周囲圧力下で且つ窒素
を流しつつ室温に冷却された。
掃した後、窒化ケイ素基複合材料製の切削工具挿入体か
ら成るサンプルをCVD反応炉内で通常の技術により約
3ミクロン厚の110層で被覆した。過剰の、予備計量
したジルコニウム金属チップを、反応炉内に配置された
別の容器内に置いた。過剰のアルミニウムチップを反応
炉外側の容器内に置いた0反応炉を約10トルまで排気
し、その後低圧下で加熱し、同時に反応炉は気体排出を
増大する為に流送水素でフラッシュされた。その後に、
付着工程が実施された。付着工程に続いて、反応炉は、
付着圧力においてそして水素でフラッシュしつつ、約3
00’Cに冷却され、そして後、周囲圧力下で且つ窒素
を流しつつ室温に冷却された。
付着反応条件を以下の表1に呈示する。例のすべてに対
して、ハロゲン化物気体はC12であり、AIとZrハ
ロゲン化物反応に対するキャリヤ気体はArであり1.
そして他の試剤気体はキャリヤとしてH2を用いてのC
otであった。C12流量は、表■に示される金属塩化
物流量を与えるように調整された。付着圧力は50トル
であり、そして付着温度は1450’Cであった。
して、ハロゲン化物気体はC12であり、AIとZrハ
ロゲン化物反応に対するキャリヤ気体はArであり1.
そして他の試剤気体はキャリヤとしてH2を用いてのC
otであった。C12流量は、表■に示される金属塩化
物流量を与えるように調整された。付着圧力は50トル
であり、そして付着温度は1450’Cであった。
1.0時間のAl2O3付着期間の工程を実施した後で
、Zroi層の付着を開始した− AIJs層付着中、
ArガスがZr上に流送せしめられたが、C12気体流
れは遮断された。コーティングは、TiC中間層上に成
層構造体として付着され、この場合構造体は図面に例示
したのと同様であるが、但しAl2O5及びZr(h層
のみを用いて、アルミナ基−及びジルコニア基酸化物複
合体層を交互に配することにより構成した。酸化物コー
ティング上にTiN層は用いなかった。酸化物コーティ
ングは、3つのZrO□層により各分画された、4つの
AIJs層から作成された。各AIJs層は、酸化物層
界面及びその近傍において分散される個々の粒としての
10重量%未満のZr0zを有した。ZrO2層は、酸
化物層界面及びその近傍において分散される個々の粒と
しての10重量%未満のALzOsを有した。
、Zroi層の付着を開始した− AIJs層付着中、
ArガスがZr上に流送せしめられたが、C12気体流
れは遮断された。コーティングは、TiC中間層上に成
層構造体として付着され、この場合構造体は図面に例示
したのと同様であるが、但しAl2O5及びZr(h層
のみを用いて、アルミナ基−及びジルコニア基酸化物複
合体層を交互に配することにより構成した。酸化物コー
ティング上にTiN層は用いなかった。酸化物コーティ
ングは、3つのZrO□層により各分画された、4つの
AIJs層から作成された。各AIJs層は、酸化物層
界面及びその近傍において分散される個々の粒としての
10重量%未満のZr0zを有した。ZrO2層は、酸
化物層界面及びその近傍において分散される個々の粒と
しての10重量%未満のALzOsを有した。
表I
総流量 1420 ccpm試薬流量
1020 ccpm容積%: H288% 0027 % AICh 2.5% ZrCL 2.5% 層付着時間 3.5hrAICIs流れ
時間 0−3.5 hrZrC14脈動時間
1.0−1.25hr1、75−2.0h
r 2、5−2.75hr 以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で様々の変更を為しうることを銘記されたい。
1020 ccpm容積%: H288% 0027 % AICh 2.5% ZrCL 2.5% 層付着時間 3.5hrAICIs流れ
時間 0−3.5 hrZrC14脈動時間
1.0−1.25hr1、75−2.0h
r 2、5−2.75hr 以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で様々の変更を為しうることを銘記されたい。
4、 の tlFi
図面は、本発明に従う物品の一興体例の断面図である。
1o:物品
12:基材
14:中間層(TiC)
16:成層コーティング
18.20,22:第1相層(Alias )24.2
6:追加相層(YiOs、Zr0t)28:外側層 30:界面 32 : Al2O3マトリックス 34 : Y2O3粒 36 :YJsマトリックス 38 : Al2O5粒
6:追加相層(YiOs、Zr0t)28:外側層 30:界面 32 : Al2O3マトリックス 34 : Y2O3粒 36 :YJsマトリックス 38 : Al2O5粒
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)焼結炭化物或は硬質セラミック基材本体と、該基材
本体上に付着される、約0.3〜20ミクロン厚さの、
高密度で、密着性の且つ耐摩耗性の成層酸化物コーティ
ングとを具備し、該コーティングは、アルミニウム、ジ
ルコニウム及びイットリウムの酸化物から独立して選択
される材料からなる、各約0.1〜3ミクロン厚の、少
なくとも3つの重ね合わされた密着酸化物層から成り、
各層の主部分は、隣り合う層とは異なった材料から成る
耐摩耗性物品。 2)酸化物層の少なくとも一つが約0.1〜0.5ミク
ロン厚さである特許請求の範囲第1項記載の物品。 3)基材本体と成層酸化物コーティングとの間に少なく
とも1つの密着中間層を更に含み、該中間層は、約0.
5〜10ミクロン厚でありそしてTi、Zr、Hf、V
a、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Si及びBの炭化物
、窒化物及び炭窒化物から成る群から選択される1種以
上の材料である特許請求の範囲第1項記載の物品。 4)各層が無孔である特許請求の範囲第1項記載の物品
。 5)層の少なくとも1つが1つ以上のギャップを含み、
該層に隣り合う層が該ギャップを通して互いに密着する
特許請求の範囲第1項記載の物品。 6)少なくとも1つの層が該層に隣り合う層における主
たる少なくとも1種の材料から成る個々の粒を含む特許
請求の範囲第1項記載の物品。 7)成層酸化物コーティングが実質上5つの層から成り
、その場合前記酸化物材料の一つから成る3つの無孔第
1相層が該酸化物の残りのものから独立的に選択される
材料から成る2つの追加相層を間に挟んで構成される特
許請求の範囲第1項記載の物品。 8)焼結炭化物或は硬質セラミック基材上に耐摩耗性の
複合セラミックコーティングを付着する方法であつて、 前記基材上に、アルミニウム、ジルコニウム及びイット
リウムのハロゲン化物から選択される第1金属ハロゲン
化物蒸気と他の試薬気体及び随意的にキャリヤ気体との
第1気体混合物を、焼結炭化物基材に対しては約900
〜1250℃他方硬質セラミック基材に対しては約90
0〜1500℃の温度において且つ約1トルと周囲圧力
との間の範囲の圧力において通し、その場合他の試薬気
体、分圧比、流量及び付着時間を、基材上に、アルミニ
ウム、ジルコニウム及びイットリウムの酸化物から成る
群から選択される第1相材料の少なくとも2層を有する
コーティングを付着するよう選択する段階と、 コーティングの付着中、前記第1気体混合物中に、アル
ミニウム、ジルコニウム及びイットリウムのハロゲン化
物から成る群から選択され且つ該第1気体混合物とは異
なる、少なくとも1種の追加金属ハロゲン化物蒸気を、
随意的にキャリヤ気体と混合した状態で、脈動的に送入
して該第1気体混合物と混合して、アルミニウム、ジル
コニウム及びイットリウムの酸化物から成る群から選択
される少なくとも1種の材料から成る、少なくとも1つ
の追加相層を酸化物コーティング中に付着する段階と、 金属ハロゲン化物及び他の試薬気体の分圧、総付着時間
、並びに第1気体混合物中に少なくとも1種の追加蒸気
が脈動的に送入される間隔と期間をコントロールして、
基材上に約0.3〜20ミクロン厚の、高密度の、密着
した、耐摩耗性の、成層酸化物コーティングにして、実
質上少なくとも3つの重なり合った密着した酸化物層か
らなり、各層は、約0.1〜3ミクロン厚であり、アル
ミニウム、ジルコニウム及びイットリウムの酸化物から
成る群から独立的に選択され且つ各層の主部分が該層に
隣り合う層とは別種の材料から成る成層酸化物コーティ
ングを付着する段階と を包含する付着方法。 9)基材と酸化物コーティングとの間に、約0.5〜1
0ミクロン厚でありそしてTi、Zr、Hf、Va、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Si及びBの炭化物、窒化
物及び炭窒化物から成る群から選択される少なくとも1
つの中間層を付着する段階を更に含む特許請求の範囲第
8項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/005,002 US4749629A (en) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | Ultrathin laminated oxide coatings and methods |
US005002 | 1987-01-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63192870A true JPS63192870A (ja) | 1988-08-10 |
JP2717790B2 JP2717790B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=21713623
Family Applications (1)
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