KR100937072B1

KR100937072B1 - 내마모성과 내산화성이 우수한 경질 피막과 상기 경질 피막 형성용 타겟, 및 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막과 상기 경질 피막 형성용 타겟

Info

Publication number: KR100937072B1
Application number: KR1020050092070A
Authority: KR
Inventors: 겐지 야마모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2010-01-15
Also published as: KR101011549B1; EP1642996B1; EP1849883A3; EP1642996A2; EP1849883A2; EP1992713A3; EP1849883A8; JP2006123159A; EP1849883B1; TW200624250A; KR20060051931A; US7601440B2; US7521131B2; EP1642996A3; US20060068225A1; US20090136727A1; TWI356767B; JP5060714B2; KR20090094062A; EP1992713B1

Abstract

본 발명의 목적은 종래의 피막보다도 내산화성 및 내마모성이 우수한 경질 피막을 제공하는 것이다. 본 발명은 (Al_a, M_b, Cr_1-a-b)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0.25≤a≤0.65, 0.05≤b≤0.35, 0.5≤e≤1(a, b, e는 각각 Al, M, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 경질 피막에 관한 것이다.

Description

내마모성과 내산화성이 우수한 경질 피막과 상기 경질 피막 형성용 타겟, 및 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막과 상기 경질 피막 형성용 타겟{HARD COATING HAVING EXCELLENT WEAR RESISTANCE AND OXIDATION RESISTANCE AND TARGET FOR FORMING THE SAME, AND HARD COATING HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE LUBRICATING ABILITY AND WEAR RESISTANCE AND TARGET FOR FORMING THE SAME}

도 1은 원소 M(W 및/또는 Mo)의 첨가량과 산화 피막의 두께의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2는 원소 M(W 및/또는 Mo)의 첨가량과 경도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 실시예 1 내지 3에서 사용한 성막 장치의 상면 모식도이다.

도 4는 실시예 4 내지 8에서 사용한 성막 장치의 상면 모식도이다.

본 발명은 내마모성과 내산화성이 우수한 경질 피막 및 상기 경질 피막 형성용 타겟, 및 고온윤활성과 내마모성이 뛰어난 경질 피막 및 상기 경질 피막 형성용 타겟에 관한 것으로, 특히, 칩, 드릴, 엔드 밀(End Mill) 등의 절삭 공구의 내마모성이나 내산화성, 고온윤활성을 향상시킬 수 있는 경질 피막, 및 상기 경질 피막의 제조 과정에서 증발원으로서 사용되는 타겟에 관한 것이다.

한편, 본 발명의 경질 피막은 초경합금, 써메트 또는 고속도공구강 등을 기재로 하는 것으로, 엔드 밀, 드릴, 칩 또는 호브 등의 톱니 절단 공구나, 타정 팬치, 슬리터 커터, 압출 다이스, 단조 다이스 등을 포함하는 소성(塑性) 가공용 지그 등에 적용할 수 있지만, 이하에는 대표적인 용도예로서 절삭 공구에서 사용하는 경우를 주로 설명한다.

종래부터, 초경합금, 써메트 또는 고속도공구강을 기재로 하는 절삭 공구의 내마모성을 향상시키는 것을 목적으로, TiN이나 TiCN, TiAlN 등의 경질 피막을 코팅하는 것은 고속 절삭용이나 담금질강 등의 고경도재 절삭용 절삭 공구에 적용되고 있다.

또한, 최근에는 (TiAl)N이나 (CrAl)N과 같은 2원계 뿐만 아니라, 제 3 원소를 첨가하여 특성을 개선시키려는 시도가 이루어지고 있고, 예컨대 일본 특허 공개 제 평성 3-120354 호 공보, 일본 특허 공개 제 평성 10-18024 호 공보 및 일본 특허 공개 제 평성 10-237628 호 공보에는 V를 첨가한 (CrAlV)N, (TiAlV)N, (CrAlV)(CN), (TiAlV)(CN) 등의 피막이, S50C 등의 저경도재의 절삭에서 우수한 특성을 나타내는 것이 개시되어 있다. 그러나 이들 피막은 담금질 SKD재 등의 고경도재에 대하여 충분한 절삭 성능을 나타낸다고 말하기 어렵고, 추가로 절삭 속도의 추가 고속도화 등에도 대응 불충분하기 때문에, 경도가 보다 높고 내마모성이 더욱 우수한 것이 요청되고 있다.

일본 특허 공개 제 평성 9-323204 호 공보에는 Ti, Al 및 제 3 성분의 질화물 또는 탄질화물로 이루어진 층의 다층 피막으로서, 상기 제 3 성분으로서 Zr, Hf, Cr, W, Y, Si, Ce, Nb 중 1종 이상을 포함하는 것이 예시되어 있고, 상기 제 3 성분의 첨가량을, Ti, Al에 대하여 0.1 내지 50원자%의 범위로 하는 것이 예시되어 있다. 일본 특허 공개 제 2004-130514 호 공보에는 (CrAlSi)(NBCO)막을 구성하는 Cr원자의 일부를 4, 5, 6a족 및 Y 중 1종 이상으로 치환(30원자% 이상의 범위내에서 치환)시킨 피막이 예시되어 있다. 그러나 상기 4, 5, 6a족 및 Y로 이루어진 군의 원소로서 선택되는 것은 단지 Ti, Zr, Hf이며, 이들 원소를 첨가했다고 해도, 확실히 내마모성을 높인다고 말하기 어렵다.

일본 특허 공개 제 2004-100004 호 공보에는, (Ti_a, W_b)(C_x, N_y)_z으로 나타내는 경우, 각각의 몰비율이 0.6≤a≤0.94, 0.06≤b≤0.4, a+b=1, 0.1≤x≤0.9, 0.1≤y≤0.9, x+y=1, z(금속원소의 합계에 대한 비금속 원소의 합계의 몰비율)가 0.8≤z≤1인 피막이 개시되어 있다. 그리고, 그 예로서 (Ti, W)C, (Ti, W, Nb)C, (Ti, W, Ta)C, (Ti, W, Ta, Nb)C, (Ti, W, Al)C, (Ti, W, Si)C, (Ti, W)(C, N), (Ti, W, Nb)(C, N), (Ti, W, Ta)(C, N), (Ti, W, Ta, Nb)(C, N), (Ti, W, Al)(C, N), (Ti, W, Si)(C, N), (Ti, W)N, (Ti, W, Nb)N, (Ti, W, Ta)N, (Ti, W, Ta, Nb)N, (Ti, W, Al)N, (Ti, W, Si)N을 들 수 있다. 추가로, (Ti_a, W_b, M_c)(C_x, N_y)_z로 표시되고, M은 Al, Si, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr 및 Mo중에서 선택된 1종 이상의 원소를 나타내고, 각각의 몰비율이 0.6≤a≤0.94, 0.06≤b≤0.4, 0<c≤0.1, a+b+c=1, 0.1≤x≤0.9, 0.1≤y≤0.9, x+y=1, z(금속 원소 Ti, W, M의 합계에 대한 비금속 원소 C, N의 합계의 몰비율)가 0.8≤z≤1인 것이 바람직하다. 특히 초경합금 기재 또는 피막에 Al, Si, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr 및 Mo중에서 선택된 1종 이상의 원소가 포함되는 경우가 예시되어 있다. 단, 이러한 W 함유 피막은 TiN 또는 TiCN과 초경합금의 밀착성을 개선시키는 중간층으로서 사용될 뿐이다.

일본 특허 공개 제 2003-211305 호 공보에는, (Ti_1-x, W_x)(C_1-y, N_y)(단, 원자비로 X:0.005 내지 0.05, Y: 0.15 내지 0.60)가 개시되어 있다. W의 작용에 관하여는 「(Ti, W)CN 층은, 길이 방향 성장 결정 조직에 의해 초래되는 고강도와 고인성을 유지한 채로, W 성분의 작용으로 달성된 내열 소성 변형성을 구비한다」라고 기재되어 있다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 종래의 피막보다도 내마모성과 내산화성이 우수한 경질 피막, 및 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막 및 상기 경질 피막의 제조에 있어서 본 발명의 경질 피막을 효율적으로 얻을 수 있는 타겟을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막은 (Al_a, M_b, Cr_1-a-b)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0.25≤a≤0.65, 0.05≤b≤0.35, 0.5≤e≤1(a, b, e는 각각 Al, M, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 것이다[이하, 제 (I-1)의 경질 피막으로 지칭하기도 한다].

또한, 본 발명은 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Cr_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0.25≤a≤0.65, 0.05≤b≤0.35, 0.01≤c+d≤0.2, 0.5≤e≤1(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막으로 규정한다[이하, 제 (I-2)의 경질 피막으로도 지칭된다].

또한, 본 발명은 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Ti_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0.25≤a≤0.6, 0.05≤b≤0.3, 0.01≤c+d≤0.15, 0.5≤e≤1(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막으로 규정한다[이하, 제 (I-3)의 경질 피막으로도 지칭된다].

본 발명은 상기 경질 피막의 형성에 사용되는 타겟도 규정하며, 상기 타겟은 상대 밀도가 92% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 타겟으로서, 상기 제 (I-1)의 경질 피막의 성막에는 성분 조성이 (Al_w, M_x, Cr_1-w-z)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo이다), 0.25≤w≤0.65, 0.05≤x≤0.35(w, x는 각각 Al, M의 원자비를 나타낸다)를 만족시키는 것을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 제 (I-2)의 경질 피막의 성막에 사용하는 타겟으로서, 성분 조성이 (Al_w, M_x, Si_y, B_z, Cr_1-w-x-y-z)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo이다), 0.25≤w≤0.65, 0.05≤x≤0.35, 0.01≤y+z≤0.2(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키는 것을 사용할 수도 있다.

또한 상기 제 (I-3)의 경질 피막의 성막에 사용하는 타겟으로서, 성분 조성이 (Al_w, M_x, Si_y, B_z, Ti_1-w-x-y-z)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo이다), 0.25≤w≤0.6, 0.05≤x≤0.3, 0.01≤y+z≤0.15(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 고온윤활성 및 내마모성이 우수한 경질 피막은 (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0<a≤0.7, 0<b≤0.7, 0.25≤c≤0.75, 0≤d+e≤0.2, 0.03≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 것이다[이하, 제 (II-1)의 경질 피막으로도 지칭된다].

본 발명에 따른 고온윤활성 및 내마모성이 우수한 별도의 경질 피막은 (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-f, N_f)으로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로서, 0.05≤a≤0.3, 0.05≤b≤0.4, 0.3≤c≤0.75, 0≤d+e≤0.2, 0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 것이다[이하, 제 (II-2)의 경질 피막으로도 지칭된다].

본 발명에 따른 고온윤활성 및 내마모성이 우수한, 또 다른 경질 피막은 (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)로서, 0.05≤a≤0.3, 0.05≤b≤0.4, 0.3≤c≤0.75, 0.01≤d+e≤0.2, 0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 한다[이하, 제 (II-3)의 경질 피막이라고 지칭된다].

본 발명은 상기 경질 피막의 성막에 사용하는 타겟도 규정하는데, 상기 제 (II-1)의 경질 피막의 성막에서 사용되는 타겟은, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo이다)으로 이루어지며, 0<v≤0.7, 0<w≤0.7, 0.25≤x≤0.75, 0≤y+z≤0.2, 0.03≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대 밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 (II-2)의 경질 피막의 성막에 사용하는 타겟은, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo이다)로 이루어지고, 0.05≤v≤0.3, 0.05≤w≤0.4, 0.3≤x≤0.75, 0≤y+z≤0.2, 0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 (II-3)의 경질 피막의 성막에 사용하는 타겟은, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo이다)로 이루어지고, 0.05≤v≤0.3, 0.05≤w≤0.4, 0.3≤x≤0.75, 0.01≤y+z≤0.2, 0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 한다.

추가로, 본 발명에서는 내마모성 및 내산화성이 우수한 별도의 경질 피막으로서, 조성이 상이한 층 A와 층 B가 적층되어 이루어진 경질 피막이며,

상기 층 A는 (Al_a, Cr_1-a)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0.5≤e≤1을 만족시키는 경질 피막;

(Al_a, Si_c, B_d, Cr_1-a-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0<c+d≤0.2, 0.5≤e≤1을 만족시키는 경질 피막: 및

(Al_a, Si_c, B_d, Ti_1-a-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0<c+d≤0.15, 0.5≤e≤1을 만족시키는 경질 피막(a, c, d, e는 각각 Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이며,

상기 층 B는, (M_b, Si_c, B_d)(C_1-eN_e)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo이다), 0.8≤x≤1, 0≤c+d≤0.2를 만족시키는 경질 피막(b, c, d, e는 각각 M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)으로서, 상기 층 A와 상기 층 B가 하기 수학식 1의 관계를 만족시키도록 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다[이하, 제 (III)의 경질 피막으로 지칭한다].

본 발명은, 상기 경질 피막의 형성에 사용하는 타겟도 규정하며, 상기 타겟은 상대 밀도가 92% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 타겟으로서, 상기 층 A의 형성에는 성분 조성이

(Al_w, Cr_1-w)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7을 만족시키는 것;

(Al_w, Si_y, B_z, Cr_1-w-y-z)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7, 0<y+z≤0.2를 만족시키는 것; 및

(Al_w, Si_y, B_z, Ti_1-w-y-z)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7, 0<y+z≤0.15을 만족시키는 것(w, y, z는 각각 Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상기 층 B의 형성에는 성분 조성이 (M_x, Si_y, B_z)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo이다), 0.8≤x≤1, 0≤y+z≤0.2(x, y, z는 각각 M, Si, B의 원자비 를 나타낸다)를 만족시키는 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 이상의 양태로 구성되고, 종래의 경질 피막보다도 내산화성과 내마모성이 우수한 경질 피막이나 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막을 얻을 수 있었다. 이러한 경질 피막의 실현에 의해서, 고속 절삭이나 담금질강 등 고경도 강의 절삭에서 우수한 절삭 성능을 발휘하고, 또한 긴 수명인 절삭 공구를 공급할 수 있다.

본 발명자들은, 상술한 바와 같은 상황하에서 보다 우수한 내마모성을 발휘하는 경질 피막의 실현을 목적으로 예의 연구를 진행하였다. 그 결과,

(I) 종래의 TiAl(CN)막, 상기 TiAl(CN)막의 Ti를 Cr로 대체한 CrAl(CN)막, 또는 Al(CN)막에, W 및/또는 Mo(이하, 원소 M으로 지칭하는 것이다), 추가로 Si 및/또는 B를 첨가하면, 내산화성을 높임과 동시에 막의 경도가 향상되고, 결과적으로 내마모성이 비약적으로 향상되는 것,

(II) 종래의 TiCrAl(CN)막에, 원소 M(추가로 Si 및/또는 B)을 첨가하면, 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막이 얻어지는 것,

(III) (원소 M)(CN)막이나 (원소 M, Si 및/또는 B)(CN)막을, AlCr(CN)막, AlSiBCr(CN)막, 및 AlSiBTi(CN)막으로 이루어지는 군으로부터 선택된 경질 피막에 적층시키면, 보다 우수한 내산화성과 내마모성을 확보할 수 있는 것을 밝혀내고, 또한, 이들 Al, 원소 M, Cr 및/또는 Ti, Si 및/또는 B, 및 C, N의 정량적 작용 효과에 대해 거듭 추구한 결과, 상기의 발명에 도달하였다.

이하, 상기 (I) 내지 (III)의 피막 조성과 상기 피막의 제조방법, 및 상기 피막의 제조에 사용하는 타겟과 그의 제조방법에 대하여 각각 상술한다.

우선, 상기 (I)의 경질 피막이란, 제 (I-1)의 경질 피막으로서 (Al_a, M_b, Cr_1-a-b)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)이고, 0.25≤a≤0.65, 0.05≤b≤0.35, 0.5≤e≤1(a, b, e는 각각 Al, M, N의 원자비를 나타낸다), 제 (I-2)의 경질 피막으로서 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Cr_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)이고, 0.25≤a≤0.65, 0.05≤b≤0.35, 0.01≤c+d≤0.2, 0.5≤e≤1(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다), 제 (I-3)의 경질 피막으로서 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Ti_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo이다)이고, 0.25≤a≤0.6, 0.05≤b≤0.3, 0.01≤c+d≤0.15, 0.5≤e≤1(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)을 만족시키는 것을 특징으로 하지만, 이러한 양태의 피막중의 Al, M, Si, B, Cr, Ti, C 및 N의 조성을 규정한 이유에 대하여, 이하 구체적으로 설명한다.

종래의 피막인 TiAlN 피막은 암염 구조형의 결정이며, 암염 구조형의 TiN의 Ti의 사이트에 Al이 치환되어 도입된 암염 구조형의 복합 질화물로 하는 것으로 경도를 추가로 높일 수 있지만, TiAlN에서의 Al의 비율이 높아지면, 연질인 ZnS형 AlN이 석출하기 때문에 경도의 저하가 생긴다. 그러나 TiAlN중 Ti를 Cr로 치환함으로써, 고경도를 확보할 수 있는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은, 이러한 양태의 CrAlN 피막보다도 고경도인 피막을 수득하도록 검토함으로써, 상기 CrAlN 또는 CrAl(CN) 피막에, W 및/또는 Mo를 규정 범위내에서 첨가하면, 우수한 내마모성을 확보함과 동시에, 특히 내산화성이 우수한 경질 피막을 형성할 수 있는 것을 알아냈다. 이하에서, 성분 한정의 이유를 설명한다.

우선 제 (I-1)의 경질 피막으로서, (Al, M, Cr)(CN) 피막의 원소 M(W 및/또는 Mo)의 첨가량에 대하여 검토한 바, Al, Cr, C, N을 후술하는 범위로 제어하는 것을 전제로, 원소 M의 원자비를 0.05 이상으로 하면, 경도 및 내산화성 향상 효과를 볼 수 있는 것을 알았다.

도 1은 후술하는 실시예의 데이타를 기초로 작성한 W 및/또는 Mo의 양과, 산화처리 후에 형성된 산화피막의 두께와의 관계를 나타낸 그래프이지만, 이 도 1로부터 산화피막의 두께를 1.5μm 이하로 하기 위해서는 W 및/또는 Mo의 양을 0.05 이상 0.35 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 또한, 상기 도 1로부터 산화처리로 형성되는 산화피막의 두께를 1μm 이하로 하고, 보다 내산화성이 뛰어난 경질 피막을 얻기 위해서는 W 및/또는 Mo의 양을 0.15 이상 0.25 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다는 것을 알았다.

또한, 도 2는 후술하는 실시예의 데이터를 기초로 작성된 W 및/또는 Mo 첨가량과 피막의 경도와의 관계를 나타내는 그래프이지만, 이러한 도 2로부터 피막의 경도를 27GPa 이상으로 높이는 경우도, W 및/또는 Mo의 양을 0.05 이상 0.35 이하로 하는 것이 좋다는 것을 알았다. 이 경우도, 경도 29GPa 이상으로 높은 경도의 피막을 수득하기에는, W 및/또는 Mo의 양을 0.15 이상 0.25 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 W 및/또는 Mo를 첨가함으로써 내산화성이나 내마모성이 높아지는 기작에 대하여 아직 밝혀지지 않았지만, CrN과 격자 상수가 상이한 질화물을 형성하는 원소 M; W(W₂N의 격자 정수: 4.12Å), Mo(Mo₂N의 격자 상수: 4.16Å)를 Cr로 치환함에 따라 격자 변형의 효과에 의해 추가로 피막의 고경도화를 도모할 수 있는 것으로 생각된다.

Al은 상술한 바와 같이 내산화성을 향상시키는 효과를 갖고 있고, Al이 지나치게 적으면, W 및/또는 Mo를 첨가하더라도 상기 도 1과 같은 내산화성의 향상을 꾀하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명에서는, Al, M, Cr에서 점유하는 Al의 원자비를 0.25 이상으로 했다. 바람직하게는 0.3 이상으로 한다. 보다 많이 함유되는 경우에는, W 및/또는 Mo의 첨가에 의해 내산화성의 향상이 촉진되기 때문에 바람직하지만, Al의 양이 지나치게 많으면, 결정 구조가 고경도층인 입방정(암염형)으로부터 육방정(우르자이트(Wurtzite)형)으로 변화되어 경도가 저하된다. 또한 본 발명에서는 W 및/또는 Mo의 첨가에 의해 고경도화를 도모할 수도 있기 때문에, Al의 원자비를 0.65 이하로 억제한다. 내산화성과 경도를 함께 향상시키는 관점에서 Al의 원자비를 0.5 미만의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

Cr은 상기 M과 Al의 원자비의 값에 의해 정해지고, Cr이 포함되지 않더라도 상기 Al과 W 및/또는 Mo에 의해 경도를 확보할 수 있지만, 경도를 보다 높이는 관점에서는 Cr이 원자비로 0.05 이상(보다 바람직하게는 0.1 이상) 첨가되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 상기 제 (I-1)의 경질 피막에 Si 및/또는 B를 첨가하면, 보다 한층 우수한 내산화성을 나타냄을 알아내어, 상기 제 (I-2)의 경질 피막에 상도하였다. 이와 같이 Si 및/또는 B의 첨가에 의해 한층 우수한 내산화성을 발휘하는 것은 Si가 최표면에서 보호성이 뛰어난 Si 산화물을 형성하거나, 첨가된 B가 피막중에서 내산화성이 우수한 BN 화합물을 형성하기 때문인 것으로 생각된다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Si 및/또는 B를 0.01 이상(바람직하게는 0.03 이상) 첨가해야 하지만, 과도하게 첨가하면, 상기 Al을 지나치게 첨가한 경우와 같이 연질인 육방정이 석출하기 쉽게 되기 때문에, 0.2 이하(바람직하게는 0.1 이하)로 억제한다.

본 발명자들은, 추가로 제 (I-3)의 경질 피막으로서, 종래부터 공지된 TiAl(C, N)막에, W 및/또는 Mo 중 1종 이상을 규정 범위내에서 첨가하고, 또한 Si 및/또는 B도 첨가한 것이, TiAl(CN)막보다도 현저하게 우수한 내산화성을 발휘하는 것을 알아냈다.

제 (I-3)의 경질 피막에 있어서도, W 및/또는 Mo의 양을 0.05 이상(바람직하게는 0.15 이상) 0.3 이하(바람직하게는 0.25 이하)로 첨가함으로써, 상기 제 (I-1), (I-2)의 경질 피막의 경우와 같이, 산화처리를 실시하더라도 산화되기 어렵고, 또한 내마모성이 우수한 피막이 얻어진다.

이와 같이 W 및/또는 Mo를 첨가함으로써 내산화성이나 내마모성이 높아지는 기작에 대해, 제 (I-3)의 경질 피막의 경우도 TiN과 격자 상수가 다른 질화물을 형성하는 원소 M; W(W₂N의 격자 상수: 4.12Å), Mo(Mo₂N의 격자 상수: 4.16Å)를 Ti로 치환함으로써 높은 Al 농도에 의한 고 경도화에 더하여, 격자 변형의 효과에 의해 추가로 피막의 고경도화를 꾀할 수 있었던 것으로 생각된다.

Al은 상술한 바와 같이 내산화성을 향상시키는 효과를 갖고, 제 (I-3)의 경질 피막의 Al이 지나치게 적으면, W 및/또는 Mo를 첨가하더라도 상기 도 1에 나타내는 것과 같은 내산화성의 향상을 도모하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 Al, M, Ti에서 점유되는 Al의 원자%를 0.25 이상으로 하였다. 보다 많이 포함되는 편이 W 및/또는 Mo의 첨가에 의한 내산화성의 향상을 촉진시키기 때문에 바람직하지만, Al의 양이 지나치게 많으면 결정구조가 고 경도층인 입방정(암염형)으로부터 육방정(우르자이트형)으로 변화하여 경도가 저하되기 때문에, 0.6 이하로 억제한다. 내산화성과 경도를 함께 향상시키는 관점에서는 Al을 0.3 이상, 0.55 이하의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

Ti는 상기 M과 Al의 원자비의 값에 의해 정해지고, Ti가 포함되지 않더라도 상기 Al과 W 및 Mo에 의해 경도를 확보할 수 있지만, 경도를 보다 높이는 관점에서는 Ti가 원자비로 0.05 이상(보다 바람직하게는 0.1 이상)이 되도록 하는 것이 바람직하다.

제 (I-3)의 경질 피막에서는, 또한 Si 및/또는 B를 첨가함으로써, TiAl(CN)보다도 한층 우수한 내산화성을 나타낸다. Si 및/또는 B를 첨가함으로써, 상기 제 (I-2)의 경질 피막의 경우와 같이, Si가 최표면에서 보호성이 우수한 Si 산화물을 형성하거나, 첨가된 B가 피막중에서 내산화성이 우수한 BN 화합물을 형성하기 때문에, 보다 한층 뛰어난 내산화성을 발휘한다고 생각된다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Si 및/또는 B를 0.01 이상(바람직하게는 0.03 이상) 첨가해야 하지만, 과도하게 첨가하면, 상기 Al을 지나치게 첨가한 경우와 같이, 연질인 육방정이 석출하기 쉽게 되기 때문에, 0.15 이하(바람직하게는 0.1이하)로 억제한다.

상기 제 (I-1) 내지 (I-3)의 경질 피막에서, C, N의 양을 규정한 이유는 다음과 같다. 즉, 피막중에 C를 첨가하여 WC 및/또는 MoC라는 고경도의 탄화물을 석출시키면, 피막의 경도를 높일 수 있고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는 W나 Mo와 동량 정도의 C를 존재시키는 것이 좋다. 그러나 C를 지나치게 첨가하면, 수분과 반응하여 용이하게 분해되는 불안정한 Al의 탄화물이나, Cr의 탄화물이 과도하게 석출되기 때문에, C의 원자비(1-d)는 0.5 미만, 즉, N의 원자비(d)를 0.5 이상으로 할 필요가 있다. N의 원자비(d)는 0.7 이상인 것이 바람직하지만, 보다 바람직하게는 0.8 이상이며, d=1인 경우가 가장 바람직한 형태이다.

한편, 본 발명의 경질 피막의 결정구조는 고강도를 확보하는 관점에서, 실질적으로 암염 구조형을 주체로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 피막으로서는, 상기 요건을 만족하는 단층의 피막 이외에, 상기 요건을 만족하는 같은 성분의 층을 복수 적층시킨 것이나, 상기 요건을 만족하고 성분 조성이 서로 상이한 피막을 복수 적층한 것도 사용할 수 있다. 또한, 용도에 따라, 상기 본 발명의 경질 피막의 단면층 또는 양면층에, 암염 구조형으로서, 본 발명의 규정과는 상이한 성분 조성의 금속 질화물 층, 금속 탄화물 층 또는 금속 탄질화물 층인 TiN, TiAlN, TiCrAlN, TiCN, TiAlCN, TiCrAlCN, TiC 등의 피막이 본 발명의 경질 피막의 내산화성 및 내마모성이 손상되지 않는 범위로 적층될 수도 있다.

본 발명의 경질 피막은, 단층의 경우라도 복수층의 경우라도, 전체로서의 두께는 0.5 μm 이상 20 μm 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 0.5 μm 미만이면, 두께가 너무 얇아 내마모성이 충분하게 발휘되기 어렵고, 한편 상기 막 두께가 20 μm를 초과하면, 절삭중에 막의 결손이나 박리가 발생하기 때문이다. 한편, 보다 바람직한 막 두께는 1 μm 이상 15 μm 이하이다.

본 발명은, 상기 경질 피막의 제조방법까지 규정하는 것은 아니지만, 본 발명의 경질 피막은 W와 Al와 같이 융점이 극단적으로 상이한 원소를 포함하는 경우이기 때문에, 전자빔에 의한 증착법이나 할로 캐쏘드(hollow cathod)법으로는 조성의 억제가 곤란하여, 고체 증착원에 의해 성막을 실시하는 스퍼터링법 또는 아크 이온 플레이팅법(AIP법)으로 성막하는 것이 추장된다.

그런데 Al과 W와 같이 융점 뿐만 아니라 질량도 크게 상이한 원소를 포함하는 피막을 형성하는 경우, 성막시에 압력이 높으면 타겟 조성과 피막 조성에 어긋남이 생긴다. 그 원인으로서, 증착 원자와 성막 가스(Ar나 N₂)의 산란을 들 수 있지만, 이러한 산란을 억제하기 위해서는 AIP법으로 성막하는 경우, 전압력을 3 Pa 이하, 스퍼터링법으로 성막하는 경우, 전압력을 1 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나 압력이 지나치게 낮으면, 질소가 피막중에 도입되기 어렵게 되기 때문에, 반응가스의 분압은 AIP법의 경우: 0.5 Pa 이상, 스퍼터링법의 경우: 0.05 Pa 이상으로 하는 것이 바람직하다.

성막시의 기판(피처리체)에 인가되는 바이어스 전압은 AIP 장치를 사용하여 성막하는 경우, 30 내지 200 V의 범위로 하는 것이 바람직하다. 기판에 바이어스 전압을 인가함으로써 기판(피처리체)으로의 이온 충격이 효과적으로 실시되어, 암염 구조형의 AlN의 형성이 촉진되는 것으로 생각되고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 상기 바이어스 전압을 30 V 이상으로 하는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나 상기 바이어스 전압이 지나치게 높으면, 이온화한 성막 가스에 의해 형성된 피막이 에칭되어, 성막 속도가 극단적으로 작게 되기 때문에 상기 바이어스 전압은 200 V 이하로 하는 것이 바람직하다.

성막시의 기판(피처리체) 온도는, AIP 장치를 사용하여 성막하는 경우, 300 ℃ 이상 800℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 수득된 경질 피막에 과대한 잔류 응력이 작용하면, 성막 그대로의 상태로 박리가 생기기 쉬워 밀착성이 떨어진다. 이러한 피막의 잔류 응력은 기판(피처리체) 온도를 높임으로써 저감하는 경향이 있기 때문에, 기판(피처리체) 온도를 300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(피처리체) 온도를 높이면 상기 잔류 응력은 작아지지만, 잔류 응력이 작아지면 압축 응력이 작게 되어, 기판의 항절력(抗折力) 증가 작용이 손상되고, 또한 온도에 의해 기판의 열적 변질도 생기게 된다. 따라서 기판(피처리체) 온도의 상한은 800℃로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 경질 피막은, 고체 증발원으로 사용되는 타겟을 증발 또는 이온화시키고, 피처리체 위에 성막되는 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 기체 코팅법으로 제조되는 것이 효과적이지만, 상기 타겟의 특성이 바람직하지 않은 경우에는, 성막시에 안정한 방전 형태가 유지되지 않고, 수득되는 피막의 성분 조성이 균일하지 않는 등의 문제가 발생한다. 따라서, 우수한 내마모성을 발휘하는 본 발명의 경질 피막을 수득하거나, 사용되는 타겟의 특성에 대해서도 검토함으로써, 하기와 같은 지견을 얻었다.

즉, 타겟의 상대 밀도를 92% 이상으로 함으로써, 성막시의 방전 상태가 안정되어, 효율적으로 본 발명의 경질 피막이 얻어짐을 알았다. 타겟의 밀도가 92% 미만인 경우, 타겟이 비산하여 양호한 성막이 이루어지지 않고 불량이 생기기 때문이다. 특히 에너지의 투입 밀도가 높은 AIP법의 경우, 이 경향은 현저하기 때문에, AIP법으로 성막하는 경우에는, 상대 밀도가 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상인 타겟을 이용하는 것이 좋다.

AIP법 등의 기상 코팅법에서는, 사용하는 타겟의 성분 조성이, 형성되는 피막의 성분 조성을 결정짓기 때문에, 타겟의 성분 조성은 목적으로 하는 피막의 성분 조성과 동일한 것이 바람직하다. 즉, 내산화성 및 내마모성이 우수한 본 발명의 경질 피막으로서, 조성이 (Al_a, M_b, Cr_1-a-b)(C_1-eN_e)로 표시되는 상기 제 (I-1)의 경질 피막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Al_w, M_x, Cr_1-w-x)로 이루어진 것으로서(단, M은 W 및/또는 Mo), 0.25≤w≤0.65, 0.05≤x≤0.35(w, x는 각각 Al, M의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 사용하는 것이 좋다.

조성이 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Cr_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 표시되는 제 (I-2)의 경질 피 막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Al_w, M_x, Si_y, B_z, Cr_1-w-x-y-z)로 이루어진 것으로서(단, M은 W 및/또는 Mo), 0.25≤w≤0.65, 0.05≤x≤0.35, 0.01≤y+z≤0.2(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 이용하는 것이 좋다.

또한 조성이, (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Cr_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 표시되는 제 (I-3)의 경질 피막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Al_w, M_x, Si_y, B_z, Ti_1-w-x-y-z)로 이루어진 것으로서(단, M은 W 및/또는 Mo), 0.25≤w≤0.6, 0.05≤x≤0.3, 0.01≤y+z≤0.15(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 이용하는 것이 좋다.

상기 타겟의 조성 분포의 격차가 0.5원자% 이내이면, 얻어지는 경질 피막의 성분 조성 분포도 균일해지기 쉽고, 안정적으로 성막할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 타겟 중에 불가피하게 혼입되는 불순물(산소, 수소, 염소, 구리 및 마그네슘)이 다량으로 함유되면, 성막시에 타겟으로부터 이들의 가스가 돌발적으로 발생하여, 방전 상태가 불안정해지거나 최악의 경우에는 타겟 그 자체가 파손되어 양호하게 성막되지 않기 때문에, 타겟 중에 포함되는 산소는 0.3질량% 이하, 수소는 0.05질량% 이하, 염소는 0.2질량% 이하, 구리는 0.05질량% 이하, 마그네슘은 0.03질량% 이하로 억제하는 것이 좋다.

그런데 본 발명은, 타겟의 제조 방법에 대해서까지 특정하는 것이 아니지만, 예컨대, 양의 비나 입경 등을 적절히 조정한 원재료인 Al 분말, 원소 M의 분말, Cr 분말 또는 Ti 분말 등을, V형 믹서 등으로 균일하게 혼합하여 혼합 분말로 한 후, 이것에 냉간 정수압 가압처리(CIP 처리) 또는 열간 정수압 가압처리(HIP 처리)를 실시하는 것을 본 발명의 타겟을 얻는 유효한 방법으로서 들 수 있다.

상기 HIP법으로 성형하는 경우, W나 Al의 금속간 화합물(WAl₂, WAl₅, WAl₄)이 형성되기 쉽기 때문에, 이들 금속간 화합물이 석출하지 않도록 온도 조건을 제어할 필요가 있고, 구체적으로는 450 내지 550℃, 1000기압의 조건으로 HIP 처리하는 것이 바람직하다. 또한 금속간 화합물의 석출을 억제하는 관점에서는, 열간 단조법으로 제조하는 것이 바람직하고, 이 경우, 200 내지 300℃에서 단조를 실시하는 것이 바람직하다. 보다 고온에서 단조를 실시하면, 취약한 Ti-Al 금속간 화합물이 생성되기 때문이다. 이들 방법 이외에도, 열간 압출법이나 초고압 고온 프레스(hot press)법 등에 의해서도 본 발명의 타겟을 제조할 수 있다.

다음은 상기 (II)의 경질 피막에 대한 것인데, 본 발명에서는, 상기 (II)의 경질 피막으로서 하기 제 (II-1) 내지 (II-3)의 경질 피막을 규정한다.

제 (II-1)의 경질 피막은, (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo)으로서, 0<a≤0.7, 0<b≤0.7, 0.25≤c≤0.75, 0≤d+e≤0.2, 0.03≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)을 만족하고,

제 (II-2)의 경질 피막은, (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo)으로서, 0.05≤a≤0.3, 0.05≤b≤0.4, 0.3≤c≤0.75, 0≤d+e≤0.2, 0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)을 만족하고,

또 제 (II-3)의 경질 피막은, (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 W 및/또는 Mo)으로서, 0.05≤a≤0.3, 0.05≤b≤0.4, 0.3≤c≤0.75, 0.01≤d+e≤0.2, 0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35, 0.5≤f≤1(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)을 만족하는 것인데, 이와 같이 피막중의 Ti, Cr, Al, Si, B, M, C 및 N의 조성을 규정한 이유에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

본 발명자들은, 전술한 바와 같은 상황하에서, 더 우수한 내마모성을 발휘하는 경질 피막의 실현을 목표로 하여 예의 연구를 진행한 결과, TiCrAlN이나 TiCrAl(CN)을 베이스로 W 및/또는 Mo(원소 M)를 적량 첨가한 피막이, 우수한 고온윤활성을 나타냄과 동시에 절삭 공구 등의 발열에 의해 고온으로 되는 내마모 용도에서 우수한 내마모성을 발휘하는 것을 밝혀냈다.

상기한 바와 같이, W 및/또는 Mo를 첨가하는 것에 의해 고온윤활성을 확보할 수 있는 이유는 다음과 같이 생각된다. 즉, 피막중의 W 및/또는 Mo는 예컨대 절삭시의 공구와 절삭분 또는 피삭재와의 고속 미끄럼 운동에 의해 발열하여, 산화물을 형성한다. W 및 Mo의 산화물에는, WO₂(융점 1500℃), WO₃(융점 1470℃), 및 MoO₂(융점 1100℃), MoO₃(795 내지 801℃)가 존재한다. 미끄럼 운동면에 형성된 이들 산 화물의 융점이, 이른바 절삭시의 미끄럼 운동면 온도에 가깝기 때문에, 상기 미끄럼 운동 온도 범위에서는 상기 산화물이 연질로 윤활성을 나타내기 때문이라고 생각된다.

상기 고온윤활성을 발휘시키기 위해서는, W 및/또는 Mo가 적어도 원자비로 0.03 필요하다. 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.07 이상이다. 한편, W 및/또는 Mo량이 과잉이 되면, 피막의 산화가 현저하게 되어, 산화 마모가 생기기 때문에 상한을 원자비로 0.35로 설정했다. 바람직하게는 0.3 이하, 보다 바람직하게는 0.2 이하이다.

상기 제 (II-1) 내지 (II-3)의 경질 피막에서는, Ti, Cr 및 Al의 3원소를 조합시키는 것에 의해 피막의 고경도화를 꾀하고 있다. Ti량은 원자비로 0 이상, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.1 이상이며, Cr량은 원자비로 0 이상, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.1 이상이다(단, Ti량과 Cr량이 함께 0인 경우는 포함하지 않는다). 한편, 피막 중의 Ti, Cr가 과잉이면 Al이 상대적으로 적어져 피막이 저경도화하기 때문에, Ti와 Cr의 상한을 각각 원자비로 0.7로 했다. 보다 바람직한 Ti량은 0.3 이하, Cr량은 0.4 이하이다.

상기한 대로, 피막의 저경도화를 억제하는 관점에서, Al량은 원자비로 0.25 이상, 바람직하게는 0.3 이상, 보다 바람직하게는 0.5 이상이지만, Al량이 지나치게 되면 피막의 결정 구조가 전이하여, 피막이 도리어 연질화하기 때문에 상한을 원자비로 0.75로 했다. 보다 바람직하게는 0.65 이하이다.

또한, C량을 규정한 이유는 다음과 같다. 즉, 피막중에 C를 첨가하여 TiC나 WC, MoC 등의 화합물을 형성시키면, 피막의 고경도화를 꾀할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 C를 지나치게 첨가하면, 금속 원소와 결합하지 않은 C가 단체(單體)로서 석출되고, 또한 피막의 내산화성이 저하되기 때문에 C량(1-f)의 상한치를 0.5로 했다.

또한 Si 및/또는 B를 첨가하면, 피막의 결정립을 미세화할 수 있어, 피막의 고경도화를 꾀할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 효과를 발휘하기 위해서는, Si 및/또는 B를 원자비로 0.01 이상 함유시키는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 0.03 이상이다. 한편, Si 및/또는 B의 비율이 지나치게 높더라도, 피막이 비정질화하여 경도가 저하되기 때문에, 그 상한을 원자비로 0.2로 정했다. 보다 바람직하게는 0.07 이하이다.

본 발명은 상기 경질 피막의 제조 방법까지 규정하는 것이 아니지만, 본 발명의 고온윤활성이 우수한 경질 피막을 형성하기 위해서는, 이른바 기상 코팅법을 채용하는 것이 유효하다. 본 발명의 경질 피막은 W와 Al이라는 융점이 극단적으로 다른 원소를 포함하는 경우가 있는 것에 대하여, 기상 코팅법 중에서도 전자빔 증착법이나 할로 캐쏘드 이온 플레이팅법에서는, 금속 원소의 융점의 차이에 따라 증발량이 다르기 때문에 조성의 제어가 매우 곤란하여 본 발명의 경질 피막의 형성에는 적합하지 않다. 따라서 본 발명의 경질 피막의 형성에는 고체의 증발원을 사용하여, 형성된 피막 조성이 타겟 조성과 차이가 적은 스퍼터링법 또는 아크 이온 플레이팅법(AIP법)이 적합하다. 스퍼터링법 중에서도 성막 대상의 기재로의 이온 조사량이 많은 언밸런스트 마그네트론 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering; UBMS)이나 하이 파워 펄스 스퍼터링(high power pulse sputtering)이 적합하다.

상기 스퍼터링법에서는 타겟에 수백 V의 고전압을 인가하고, 또한 AIP법에서는 100Å 정도의 고전류를 인가하기 때문에, 방전의 안정성은 타겟의 품질에 크게 의존한다. 타겟의 상대 밀도가 낮고, 내부에 빈 구멍 등의 결함이 존재하면, 빈 구멍을 기점으로 하여 이상 방전이 생기기 때문에, 사용하는 타겟은 상대 밀도가 높고 치밀한 것이 요청된다. 그래서 본 발명에서는 상기 경질 피막 형성용의 타겟으로서, 상대 밀도가 91% 이상(바람직하게는 95% 이상)인 것을 이용한다. 한편, 타겟의 상대 밀도란, 타겟 구성상(순금속, 합금)으로 결정되는 이론 밀도에 대하여, 실제로의 타겟(1)의 중량과 부피로부터 구한 밀도와의 비율을 나타내고 있다.

또한 사용하는 타겟의 성분 조성이 형성되는 피막의 성분 조성을 결정짓기 때문에, 타겟의 성분 조성은 목적으로 하는 피막의 성분 조성과 동일한 것이 좋다. 즉, 조성이 (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 표시되는 상기 제 (II-1)의 경질 피막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo)로 이루어지고, 0<v≤0.7, 0<w≤0.7, 0.25≤x≤0.75, 0≤y+z≤0.2, 0.03≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 이용하는 것이 좋다.

조성이 (Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)인 경질 피막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo)로 이루어지고, 0.05≤v≤0.3, 0.05≤w≤0.4, 0.3≤x≤0.75, 0≤y+z≤0.2, 0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 이용하는 것이 좋다.

또한 조성이 (Al_a, M_b, Si_c, B_d, Ti_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 표시되는 제 (II-3)의 경질 피막을 성막하는 경우에는, 타겟으로서, (Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 W 및/또는 Mo)로 이루어지고, 0.05≤v≤0.3, 0.05≤w≤0.4, 0.3≤x≤0.75, 0.01≤y+z≤0.2, 0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 것을 이용하는 것이 좋다.

다음은 상기 (III)의 경질 피막에 대한 것인데, 상기 (III)의 경질 피막은, 조성이 다른 층 A와 층 B가 적층되어 이루어진 경질 피막으로서,

상기 층 A가,

(Al_a, Cr_1-a)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0.5≤e≤1을 만족하는 경질 피막;

(Al_a, Si_c, B_d, Cr_1-a-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0<c+d≤0.2, 0.5≤e≤1을 만족하는 경질 피막; 및

(Al_a, Si_c, B_d, Ti_1-a-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어지고, 0.25≤a≤0.7, 0<c+d≤0.15, 0.5≤e≤1을 만족하는 경질 피막;

(a, c, d, e는 각각 Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)

으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종이고,

상기 층 B가,

(M_b, Si_c, B_d)(C_1-eN_e)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo), 0.8≤b≤1, 0≤c+d≤0.2를 만족하는 경질 피막(b, c, d, c는 각각 M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)이고,

상기 층 A와 상기 층 B가 다음 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 것인데, 이러한 구성의 피막을 규정한 이유에 대하여, 이하에 구체적으로 설명한다.

수학식 1

본 발명자들은 상기한 바와 같은 상황하에서, 고속 절삭이나 담금질강 등 고경도강의 절삭에 있어서, 보다 가혹한 조건에도 우수한 절삭 성능을 발휘하는 경질 피막의 실현을 목표로 하여 예의 연구를 진행시켰다. 그 결과, 후술하는 조성의(Al, Cr)CN, (Al, Cr, Si, B)CN, 및 (Al, Ti, Si, B)CN으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종(층 A)과, 후술하는 조성의 (M_b, Si_c, B_d)(C_1-eN_e)[단, M은 W 및/또는 Mo](B 층)을 적층시키면, 내산화성 및 내마모성이 현저히 우수한 피막을 얻을 수 있었다. 그 이유로서, W나 Mo를 (Al, Cr)CN, (Al, Cr, Si, B)CN, (Al, Ti, Si, B)CN에 첨가하는 경우, 과도하게 W나 Mo를 첨가하면, 피막의 결정 구조가 연질인 육방정 구조로 전이하는 경우가 있지만, 상기 층 A; (Al, Cr)CN, (Al, Cr, Si, B)CN, 및 (Al, Ti, Si, B)CN으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종과, 상기 B층; (M_b, Si_c, B_d)(C_1-eN_e)[단, M은 W 및/또는 Mo]을 적층시키면 상기 문제를 해소할 수 있기 때문이라고 생각된다.

단, 상기 층 B 자체는 상기 층 A에 비하여 경도가 낮기 때문에, B층을 상대적으로 두껍게 하면 피막 경도가 저하되어, 상기 작용 효과가 충분히 발휘될 수 없게 된다. 따라서 본 발명에서는 상기 층 A와 층 B가 다음 수학식 1을 만족하도록 적층시킨다. 즉, 층 B의 두께≤층 A의 두께로 하는 한편, 층 B가 지나치게 얇으면, 실질적으로 층 A만의 거동을 나타내어, 보다 우수한 내산화성 및 내마모성을 확보할 수 없기 때문에, 층 B의 두께를 0.5 nm 이상(바람직하게는 1.0 nm 이상)으로 한다.

수학식 1

또한 층 A의 두께는, 100 nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 적층수는 막 두께에 따라 변화시키면 된다.

상기 층 A에서, Al은 내산화성을 향상시키는 효과를 갖고 있고, Al이 지나치게 적으면 내산화성의 향상을 꾀하는 것이 어렵기 때문에, 본 발명에서는 층 A에서 의 Al량을 원자비로 0.25 이상으로 했다. 바람직하게는 0.3 이상이다. 한편, Al량이 지나치게 많으면, 결정 구조가 고경도층인 입방정(암염형)으로부터 육방정(우르자이트형)으로 변화되어 경도가 저하된다. 그래서 본 발명에서는 Al량을 원자비로 0.7 이하로 억제했다. 내산화성과 경도를 함께 높이는 관점에서는, Al의 원자비를 0.5 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 층 A에 있어서 추가로 Si 및/또는 B를 첨가시킨 것이, CrAlN 피막이나 TiAlN 피막보다도 우수한 내산화성을 나타내기 때문에 바람직하다. Si 및/또는 B는 약간의 첨가라도 효과가 있는 한편, 과도하게 첨가하면 상기 Al을 지나치게 첨가한 경우와 같이 연질인 육방정이 석출하기 쉽게 된다. 따라서 Si 및/또는 B량은 원자비로 0.2 이하(바람직하게는 0.15 이하)의 범위로 첨가한다.

상기 층 B는 W 및/또는 Mo(원소 M)를 주체로 하는 것으로, M(CN)로서, MoCN, WCN 등을 들 수 있다. 또한 Si 및/또는 B가 첨가된 (M, Si 및/또는 B)(CN)으로서, 예컨대 MoSiCN, WBCN 등을 형성하면, 보다 우수한 내산화성을 나타내기 때문에 바람직하다. 층 B에서도, Si 및/또는 B는 약간의 첨가로 효과를 발휘하고, 과도하게 첨가하면 상기 원소 M량이 상대적으로 저하되어 경도가 저하되기 때문에, Si 및/또는 B량은 원자비로 0.2 이하(바람직하게는 0.15 이하)로 억제하는 것이 좋다.

상기 층 A, 층 B에서 C, N의 양을 규정한 이유는 다음과 같다. 즉, 피막 중에 C를 첨가하여 TiC나 WC, MoC 등의 고경도의 탄화물을 석출시키면, 피막의 경도를 높일 수 있다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 상기 Ti나 W, Mo와 동량 정도의 C를 존재시키는 것이 좋다. 그러나 C를 지나치게 첨가하면, 수분과 반응하여 용이하게 분해되는 불안정한 Al의 탄화물이나 Cr의 탄화물이 과도하게 석출하기 때문에, C의 원자비(1-d)는 0.5 미만, 즉, N의 원자비(d)를 0.5 이상으로 한다. N의 원자비(d)는 0.7 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8 이상이며, d=1인 경우를 가장 바람직한 형태로 한다.

한편, 제 (III)의 경질 피막의 결정 구조는, 고강도를 확보하는 관점에서, 실질적으로 암염 구조형을 주체로 하는 것이 바람직하다.

상기 제 (III)의 경질 피막으로서는, 상기 요건을 만족하는 동일 성분 조성의 층을 복수 적층시킨 것이나, 상기 요건을 만족하고 또한 성분 조성이 서로 다른 피막을 복수 적층시킨 것을 이용할 수도 있다. 또한 용도에 따라서는, 상기 (III)의 경질 피막의 한면 또는 양면에, 암염 구조형이고 본 발명의 규정과는 다른 성분 조성의 금속 질화물층, 금속 탄화물층 또는 금속 탄질화물층인 TiN, TiAlN, TiCrAlN, TiCN, TiAlCN, TiCrAlCN, TiC 등의 피막이, 본 발명의 경질 피막의 내산화성 및 내마모성이 손상되지 않는 범위로 적층되어 있더라도 좋다.

상기 제 (III)의 경질 피막은, 전체로서의 막 두께가 0.5 μm 이상 20 μm 이하의 범위 이내인 것이 바람직하다. 0.5 μm 미만이면, 막 두께가 지나치게 얇아 우수한 내마모성이 충분히 발휘될 수 없고, 한편, 상기 막 두께가 20 μm를 초과하면, 절삭 중에 막의 결손이나 박리가 발생하기 때문이다. 보다 바람직한 막 두께는 1 μm 이상이고 15 μm 이하이다.

본 발명은, 상기 제 (III)의 경질 피막의 제조 방법까지 규정하는 것은 아니지만, 본 발명의 경질 피막은, W와 Al이라는 융점이 극단적으로 다른 원소를 포함 하는 경우가 있기 때문에, 전자빔에 의한 증착법이나 할로 캐쏘드법에서는 조성의 제어가 곤란하여, 고체 증착원에 의해 성막을 실시하는 스퍼터링법 또는 아크 이온 플레이팅법(AIP법)으로 성막하는 것이 추장된다.

그런데 Si나 B와 W와 같이 융점뿐만 아니라 질량도 크게 서로 다른 원소를 포함하는 피막을 형성하는 경우, 성막시에 압력이 높으면 타겟 조성과 피막 조성에 어긋남이 생긴다. 그 원인으로서, 증착 원자와 성막 가스(Ar나 N₂)의 산란을 들 수 있지만, 이러한 산란을 억제하기 위해서는, AIP법으로 성막하는 경우, 전압력을 3 Pa 이하, 스퍼터링법으로 성막하는 경우에는 전압력을 1 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나 압력이 너무 낮으면, 질소가 피막 중에 도입되기 어렵게 되기 때문에, 반응 가스의 분압은, AIP법의 경우: 0.5 Pa 이상, 스퍼터링법의 경우: 0.05 Pa 이상으로 하는 것이 바람직하다.

성막시의 기판(피처리체)에 인가하는 바이어스 전압은, AIP 장치를 이용하여 성막하는 경우, 30 내지 200 V의 범위로 하는 것이 바람직하다. 기판에 바이어스 전압을 인가하는 것으로 기체(피처리체)에의 이온 충격이 유효하게 실시되어, 암염 구조형의 AIN의 형성이 촉진되는 것으로 생각되지만, 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 상기 바이어스 전압을 30 V 이상으로 하는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 상기 바이어스 전압이 지나치게 높으면, 이온화된 성막 가스에 의해서 막이 에칭되어, 성막 속도가 극단적으로 작게 되기 때문에, 상기 바이어스 전압은 200 V 이하로 하는 것이 바람직하다.

성막시의 기판(피처리체) 온도는, AIP 장치를 이용하여 성막하는 경우 300℃ 이상 800℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 수득된 경질 피막에 과대한 잔류 응력이 작용하고 있으면, 성막 그대로의 상태로 박리가 생기기 쉬워 밀착성이 뒤떨어진다. 이와 같은 피막의 잔류 응력은, 기판(피처리체) 온도를 높임으로써 저감하는 경향이 있기 때문에, 기판(피처리체) 온도를 300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(피처리체) 온도를 높이면 상기 잔류 응력은 저감하지만, 잔류 응력이 지나치게 작은 경우에는 압축 응력이 작게 되어, 기판의 항절력 증가 작용이 손상되고, 또 고온에 의한 기판의 열적 변질도 생기게 된다. 따라서 기판(피처리체) 온도의 상한은 800℃로 하는 것이 바람직하다.

상기 (III)의 경질 피막은, 고체 증착원으로서 이용하는 타겟을 증발 또는 이온화시켜 피처리체 상에 성막하는 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 기상 코팅법으로써 제조하는 것이 유효하지만, 상기 타겟의 특성이 바람직하지 않은 경우에는, 성막시에 안정된 방전 상태가 계속될 수 없고, 얻어지는 피막의 성분 조성이 균일하지 않은 등의 문제가 생긴다. 그래서 우수한 내마모성을 발휘하는 본 발명의 경질 피막을 얻는 데 임하여, 사용하는 타겟의 특성에 관해서도 검토한 바, 하기와 같은 지견이 얻어졌다.

즉, 타겟의 상대 밀도를 92% 이상으로 함으로써, 성막시의 방전 상태가 안정되어 효율적으로 본 발명의 경질 피막이 얻어짐을 알았다. 타겟의 밀도가 92% 미만인 경우, 타겟이 비산하여 양호하게 성막할 수 없다는 불량이 생기기 때문이다. 특히 에너지의 투입 밀도가 높은 AIP법의 경우, 이 경향은 현저하기 때문에, AIP법 으로 성막하는 경우에는 상대 밀도가 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상인 타겟을 이용하는 것이 좋다.

AIP법 등의 기상 코팅법에서는, 사용하는 타겟의 성분 조성이 형성되는 피막의 성분 조성을 결정짓기 때문에, 타겟의 성분 조성은 목적으로 하는 피막의 성분 조성과 동일한 것이 바람직하다.

즉, 상기 층 A의 형성에는, 그 조성이,

(Al_w, Cr_1-w)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7을 만족하는 것;

(Al_w, Si_y, B_z, Cr_1-w-y-z)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7, 0<y+z≤0.2를 만족하는 것; 및

(Al_w, Si_y, B_z, Ti_1-w-y-z)로 이루어지고, 0.25≤w≤0.7, 0<y+z≤0.15를 만족하는 것;

(w, y, z는 각각 Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)

으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종으로서, 형성하고자 하는 층 A와 동 성분 조성인 타겟을 이용하는 것이 좋다.

또한 상기 층 B의 형성에는, 그 조성이, (M_x, Si_y, B_z)로 이루어지고(단, M은 W 및/또는 Mo), 0.8≤x≤1, 0≤y+z≤0.2 (x, y, z는 각각 M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족하고, 형성하고자 하는 경질 피막과 동 성분 조성인 타겟을 이용하는 것이 좋다.

상기 타겟의 조성 분포의 편차가 0.5원자% 이내이면, 얻어지는 경질 피막의 성분 조성 분포도 균일하게 되기 쉬워 안정한 성막을 행할 수 있기 때문에 바람직하다.

또한, 타겟 중에 불가피하게 혼입되는 불순물(산소, 수소, 염소, 구리 및 마그네슘)이 다량으로 포함되면, 성막시에 타겟으로부터 이들의 가스가 돌발적으로 발생하여 방전 상태가 불안정하게 되고, 최악의 경우에는 타겟 그 자체가 파손되어 양호하게 성막되지 않기 때문에, 타겟 중에 포함되는 산소는 0.3질량% 이하, 수소는 0.05질량% 이하, 염소는 0.2질량% 이하, 구리는 0.05질량% 이하, 마그네슘은 0.03질량% 이하로 억제하는 것이 좋다.

그런데 본 발명은, 상기 타겟의 제조 방법에 대해서까지 특정하는 것이 아니지만, 예컨대, 양의 비나 입경 등을 적절히 조정한 원재료인 Al 분말이나, Cr 분말, Ti 분말, Si 분말, B 분말, 원소 M의 분말 등을 V형 믹서 등에서 균일하게 혼합하여 혼합 분말로 한 후, 이것에 냉간 정수압 가압처리(CIP 처리) 또는 열간 정수압 가압 처리(HIP 처리)를 실시하는 것을 본 발명의 타겟을 얻는 유효한 방법으로서 들 수 있다. 또한, 이들 방법 이외에도, 열간 압출법이나 초고압 고온 프레스법 등에 의해서도 본 발명의 타겟을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위로 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

실시예 1

도 3에 나타내는 성막 장치에, Cr-Al 합금 타겟, Cr-Al-W 합금 타겟 또는 Cr-Al-Mo 합금 타겟을 장착하여 성막을 실시했다.

한편, 기판에는, 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도 및 산화 처리후의 산화피막의 막 두께(내산화성)의 측정용으로서 경면 연마를 실시한 초경합금을 사용하고, 절삭 성능의 평가용으로서 5R의 초경합금제 볼(ball) 엔드 밀을 사용했다.

성막은, 상기 어느 것인가의 성막 장치의 지지대 상에 피처리체로서 상기 기판을 장착하고, 챔버 내를 1×10^-3 Pa 이하에까지 배기한 후, 챔버 내에 있는 히터로 기판(피처리체)의 온도를 약 500℃까지 가열하고, 그 다음에 Ar 이온으로 스퍼터 클리닝을 실시했다.

상기 도 3에 있어서 스퍼터링 장치로 성막하는 경우에는, 직경 6인치의 타겟을 이용하고, 투입 전력을 2 kW로 하고, 질화물 피막을 형성하는 경우에는 Ar:N₂= 65:35의 혼합 가스를 도입하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는 Ar:(N₂+CH₄)= 65:35의 혼합 가스를 도입하고 전압력 0.5 Pa에서 성막을 실시했다.

한편, 상기 도 3에 있어서의 AIP 장치로 성막하는 경우에는, 직경 100 mm의 타겟을 이용하고, 아크 전류를 150 A로 하고, 질화물 피막을 형성하는 경우에는 전압 2.7 Pa의 N₂ 분위기로 하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는 N₂와 CH₄의 혼 합가스(CH₄량을 변화시켜 C량을 제어한다)를 도입하여 성막을 실시했다.

어느 방식을 이용한 경우에도, 기판(피처리체)의 표면에 막 두께 3 내지 4μm의 피막을 형성했다. 또한, 성막시의 기판 바이어스 전압으로서, 양 방식 모두 어스 전위에 대하여 기판(피처리체)이 마이너스 전위가 되도록 30 내지 50 V 인가했다.

이와 같이 하여 경면 초경합금 기판 상에 성막된 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 산화 처리 후의 산화 피막의 막 두께(내산화성)를 하기와 같이 측정했다.

(a) 성분 조성

피막의 성분 조성은 EPMA로 측정했다.

(b) 결정 구조

X선 회절에 의해 동정했다. 표 1 중의 C는 입방정, H는 육방정을 나타낸다.

(c) 경도

마이크로비커스 경도계를 이용하여 측정했다. 하중은 0.245 N으로 했다.

(d) 내산화성

대기 중에서 900℃×1시간의 조건으로 산화 처리한 후, 표면에 형성된 산화 피막의 막 두께를 측정(3개소의 평균치를 산출)하여, 내산화성을 평가했다.

다음으로 상기와 같이 성막한 초경합금제 볼 엔드 밀을 이용하여, 이하의 조건으로 절삭 시험을 하여, 측정한 외주 경계부의 플랭크(flank) 마모량으로 피막의 내마모성을 평가했다.

<절삭 조건>

피삭재: JIS SKD61(경도 HRC50)

절삭 속도: 220 m/분

날 이송량 : 0.06 mm/날

깊이 절삭 깊이: 4.5 mm

축 절삭 깊이: 0.5 mm

절삭 길이: 100 m

이상과 같이 측정한 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 산화 피막의 막 두께 및 플랭크 마모량의 값을 표 1에 나타낸다.

표 1로부터, 본 발명의 요건을 만족시키는 피막은, 높은 비커스 경도를 나타내고, 산화 처리후의 산화 피막의 두께가 얇으며, 절삭 시험에서의 마모도 억제되고 있다. 이것에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 피막은, 경도가 낮거나, 산화 피막이 두꺼워 내산화성이 뒤떨어지거나, 또는 절삭 시험에 있어서 마모가 현저하게 되어 있다. 즉, No. 1, 2', 8' 및 14'은, 원소 M이 포함되어 있지 않거나 규정 범위를 만족하지 않기 때문에, 경도가 낮고, 또한 내산화성이 뒤떨어지고, 절삭 시험에서의 마모도 현저하다. No. 7, 12는, 원소 M이 지나치게 첨가되어 있기 때문에, 이 경우도 경도가 낮고, 내산화성이 뒤떨어지고, 또한 절삭 시험에 있어서의 마모도 현저하다.

No. 15는, Al이 적기 때문에, 경도가 낮고, 내산화성이 뒤떨어지는 동시에 절삭 시험에서의 마모량도 많다. No. 19, 20은 Al이 과잉이기 때문에, 경도가 낮게 되어 있고, 또한 내마모성이 뒤떨어진다. No. 25는, N의 원자비가 높기 때문에, 경도가 낮고, 내산화성이나 내마모성도 뒤떨어진다.

실시예 2

상기 도 3에 나타내는 성막 장치에 타겟을 장착하여 성막을 실시했다. 상기 타겟으로서는, Cr-Al 합금 타겟, Cr-Al-W 합금 타겟, Cr-Al-W-Si 합금 타겟, Cr-Al-W-B 합금 타겟, 또는 Cr-Al-W-B-Si 합금 타겟을 이용했다.

한편, 기판에는, 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도 및 산화 처리후의 산화 피막의 막 두께(내산화성)의 측정용으로서 경면 연마를 실시한 초경합금을 사용하고, 절삭 성능의 평가용으로서 5R의 초경합금제 볼 엔드 밀을 사용했다.

성막은, 상기 어느 것인가의 성막 장치의 지지대 상에, 피처리체로서 상기 기판을 장착하고, 챔버 내를 1×10^-3 Pa 이하에까지 배기한 후, 챔버 내에 있는 히터로 기판(피처리체)의 온도를 약 500℃에까지 가열하고, 그 다음에 Ar 이온으로 스퍼터 클리닝을 실시했다.

상기 도 3에 있어서의 스퍼터링 장치로 성막하는 경우에는, 직경 6인치의 타겟을 이용하고, 투입 전력을 2 kW로 하며, 질화물 피막을 형성하는 경우에는 Ar:N₂=65:35의 혼합 가스를 도입하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는 Ar:(N₂+CH₄)=65:35의 혼합 가스를 도입하여 전압력 0.5 Pa에서 성막을 실시했다.

한편, 상기 도 3에 있어서의 AIP 장치로 성막하는 경우에는, 직경 100 mm의 타겟을 이용하고, 아크 전류를 150 A로 하며, 질화물 피막을 형성하는 경우에는 전압 2.7 Pa의 N₂ 분위기로 하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는 N₂와 CH₄의 혼합가스(CH₄량을 변화시켜 C량을 제어한다)를 도입하여 성막을 실시했다.

어느 방식을 이용한 경우에도, 기판(피처리체)의 표면에 막 두께 3 내지 4 μm의 피막을 형성했다. 또한, 성막시의 기판 바이어스 전압으로서, 양 방식 모두 어스 전위에 대하여 기판(피처리체)이 마이너스 전위가 되도록 30 내지 50 V 인가했다.

이와 같이 하여 성막된 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 산화 처리후의 산화 피막의 막 두께(내산화성) 및 절삭 시험에 있어서 플랭크 마모량(내마모성)을 상기 실시예 1과 같이 하여 측정했다. 그 결과를 표 2, 표 3에 나타낸다.

표 2 및 표 3으로부터, 본 발명의 요건을 만족시키는 피막은 높은 비커스 경도를 나타내고, 산화 처리후의 산화 피막의 두께가 얇으며, 절삭 시험에 있어서의 마모도 억제되고 있다. 이것에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 피막은, 경도가 낮거나, 산화 피막이 두꺼워 내산화성이 뒤떨어지거나, 또는 절삭 시험에 있어서의 마모가 현저하다는 불량이 생기고 있다. 즉, No. 1과 No. 11은 원소 M이 포함되어 있지 않기 때문에, 경도가 낮고, 산화 피막이 두꺼워 내마모성이 뒤떨어지고, 또한 절삭 시험에서의 마모가 현저하다. No. 6과 No. 16은 Si의 원자비가 높아 결정 구조가 육방정이 되기 때문에, 경도가 낮고, 절삭 시험에서의 마모가 현저하다.

No. 9와 No. 19는, (Si+B)의 원자비가 높아 육방정이 생기기 때문에, 절삭 시험에서의 마모량이 많아지고 있다.

No. 25는, N의 원자비가 높기 때문에, 경도가 낮고, 내산화성이나 내마모성도 뒤떨어진다.

실시예 3

타겟의 상대 밀도가 형성되는 피막의 면 조도(粗度)나 경도에 미치는 영향에 대하여 조사했다. 각각 100메쉬 이하의 Al 분말, Ti 분말, Cr 분말, W 분말, Mo 분말, Si 분말, B 분말을 소정량 혼합하여, 온도: 500℃ 및 기압: 100 MPa의 조건으로 HIP 처리하거나, 열간단조법(여열 온도: 400℃), 또는 고온 프레스법(소결 온도: 550℃)으로, 표 4 또는 표 5에 나타내는 각 성분 조성의 타겟을 제작했다. 상기 타겟의 성분 조성은 형광 X선 분석으로 측정했다.

상기 타겟을 상기 도 3에 나타내는 성막 장치에 장착하여 방전 성막을 실시하여, 수득된 피막의 면 조도와 경도를 측정했다. 경도는 상기 실시예 1의 경우와 같이 하여 측정했다. 이들의 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다.

표 4 및 표 5로부터, 본 발명에서 규정하는 상대 밀도를 만족하는 타겟을 이용하여 성막한 경우에는, 얻어지는 피막의 면 조도가 작고 고경도임을 알 수 있다. 이것에 대하여, 타겟의 상대 밀도가 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하지 않는 것은, 얻어지는 피막의 면 조도가 커지고(면 조도가 커지면, 절삭시의 저항이 높아져 마모량이 증대한다), 또한 경도가 충분히 높아지지 않는다는 불량이 생겼다.

실시예 4

도 4의 UBMS 및 AIP 증발원을 갖는 성막 장치에, Ti, Cl, Al, W, Mo를 함유하는 타겟을 장착하고, UBMS 또는 AIP 증발원을 사용하여 표 6에 나타내는 조성의 피막을 형성했다. 기재는, 피막의 구조 및 조성과 더불어 고온하에서의 마찰 계수의 측정용으로서 초경합금 기판을, 또한 절삭 시험용으로서 초경합금제 스퀘어 엔드 밀(6날)을 이용했다.

UBMS법, AIP법 중 어느 것에서도, 챔버중에 기판을 도입하여 진공 흡인한 후, 기재를 약 500℃까지 가열하고, 그 후 Ar 이온에 의한 이온 클리닝을, Ar 압력: 0.6 Pa, 기판 바이어스 전압: -500 V로 하여 3분간 실시했다.

그리고 UBMS법의 경우는, Ar-질소의 혼합 가스 중 또는 Ar-질소-메탄의 혼합 가스 중(전압력: 0.6 Pa)에서, 기판으로의 인가 바이어스를 70 V로 하여 성막을 실시했다. AIP법의 경우는, 질소 가스 중 또는 질소-메탄 가스 중(전압력: 4 Pa)에서 인가 바이어스: 70 V, 아크 전류: 150 A로 하여 성막했다. 피막의 두께는 각각 약 3μm이다.

이와 같이 하여 성막된 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 고온하에서의 마찰 계수(고온윤활성)를 하기와 같이 측정했다.

(a) 성분 조성

피막의 성분 조성은 EPMA에서 측정했다.

(b) 결정 구조

X선 회절에 의해 동정했다. 표 6중의 B1은 입방정, B4는 육방정을 나타낸다.

(c) 경도

마이크로비커스 경도계(측정 하중 0.245 N, 측정 시간 15초)로 측정했다.

(d) 고온윤활성

고온에 있어서의 마찰 계수는, 상대재를 열간금형강(SKD61, HRC50), 온도: 800℃, 미끄럼 운동 속도: 0.3 m/s, 수직 하중: 2 N, 절삭 분위기: 대기 중의 조건으로 마찰 시험을 하여, 미끄럼 운동 거리가 1000m인 시점에서 측정했다.

또한 절삭 성능은, 전술한 초경합금제 6날 엔드 밀을 이용하고, 피삭재: SKD11(HRC60)을 사용하여, 절삭 속도: 150 m/분, 이송량: 0.05 mm/날, 깊이 절삭 깊이: 5 mm, 축 절삭 깊이: 0.1 mm의 조건으로 50 m의 절삭을 하여, 인선(刃先) 플랭크의 마모량으로 평가했다. 이들의 평가 결과를 표 6에 나타낸다.

표 6으로부터, 본 발명의 요건을 만족하는 피막은 고온윤활성이 우수한 동시에 고경도를 나타내며, 절삭 시험에 있어서의 마모도 억제되고 있다. 이것에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 피막은, 고온윤활성이 뒤떨어지거나, 경도가 낮거나 또는 절삭 시험에 있어서의 마모가 현저하다는 불량이 생기고 있다. 즉, No. 1 내지 4는, 원소 M이 포함되어 있지 않거나 부족하기 때문에, 고온윤활성이 뒤떨어지고, 또한 절삭 시험에 있어서의 마모가 현저하다. 한편, No. 8은 원소 M이 과잉이기 때문에, 절삭 시험시의 마모가 현저하다.

No. 9는, Al량이 지나치게 적기 때문에, 피막이 저경도화하여 절삭 시험시의 마모도 현저하다. 한편, No. 12는, Al량이 과잉이기 때문에, 피막이 현저히 연질화하여, 절삭 시험시의 마모량도 크다.

No. 15는, C량이 과잉이기 때문에, 피막의 경도가 도리어 저하되어 있다. 또한 No. 16은 Ti량이 과잉하게 되어 상대적으로 Al량이 부족했기 때문에, 피막이 저경도화하여, 절삭 시험시의 마모량도 크게 된다.

실시예 5

또한 Si 또는/및 B를 함유하는 피막을 형성하여 특성을 조사했다. Ti, Cr, Al, 원소 M, Si 또는/및 B를 함유하는 타겟을 상기 도 4에 나타내는 성막 장치에 장착하고, 상기 실시예 4와 같이 하여, 표 7에 나타내는 성분 조성의 피막을 형성했다. 그리고 수득된 피막의 특성을 상기 실시예 4와 같이 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.

표 7로부터, 본 발명의 요건을 만족시키는 피막은, 고온윤활성이 우수한 동시에 높은 비커스 경도를 나타내고, 절삭 시험에 있어서의 마모도 억제되어 있다. 특히 Si 또는/및 B를 포함하는 경질 피막은, 고온윤활성이 더 높은 경향이 있다. 이것에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 피막은, 고온윤활성이 뒤떨어지거나, 경도가 낮거나, 또는 절삭 시험에 있어서의 마모가 현저하다는 불량이 생기고 있다. 즉, No. 21은 Ti량이 지나치기 때문에 절삭 시험시의 마모량이 크다. No. 22는, Ti량이 과잉하게 되어 상대적으로 Al량이 부족했기 때문에, 피막이 저경도화하여, 절삭 시험시의 마모량도 커지고 있다. 또한 No. 23은 원소 M이 포함되어 있지 않기 때문에, 고온윤활성이 뒤떨어지고, 절삭 시험에 있어서의 마모도 현저하다.

실시예 6

타겟의 상대 밀도가, 방전 상태나, 형성되는 피막의 면 조도, 경도에 미치는 영향에 대하여 조사했다.

상기 표 7의 No. 6에 나타내는 조성의 피막을 형성하기 위한 타겟(성분 조성: 원자비로 Ti: 0.15, Cr: 0.15, Al: 0.55, W: 0.11, Si: 0.04)을, 표 8에 기재된 HIP, 열간단조 또는 소결법으로 제작했다. 한편, 상기 HIP법은, HIP 온도: 450 내지 500℃, HIP 압력: 1000기압의 조건으로 실시했다. 또 열간단조는, 시료 온도: 400℃에서 단조했다. 또한 소결법으로서는 온도: 800℃에서 소결을 행했다.

그리고 X선 회절에 의한 타겟의 구성상의 동정을 실시한 후, 수득된 타겟의 상대 밀도를, 상기 상 구성으로부터 계산할 수 있는 이론 밀도와 아르키메데스법에 의해 구해지는 실 타겟의 밀도를 비교하여 도출했다.

또한 수득된 타겟을, 상기 도 4에 나타내는 성막 장치에 장착하고, UBMS법 또는 AIP법으로 실시예 4와 같은 조건으로 방전하여 성막을 실시하여, 수득된 피막의 면 조도와 경도의 측정, 및 절삭 시험을 했다. 경도의 측정과 절삭 시험은 상기 실시예 4와 같이 하여 행했다. 이들의 결과를 표 8에 나타낸다.

표 8로부터, 본 발명에서 규정하는 상대 밀도를 만족하는 타겟을 이용하여 성막한 경우에는, 얻어지는 피막의 면 조도가 작고 또한 고경도임을 알 수 있다. 이것에 대하여, 타겟의 상대 밀도가 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하지 않는 것은, 얻어지는 피막의 면 조도가 커지고(면 조도가 커지면, 절삭시의 저항이 커져 마모량이 증대한다), 절삭 시험시의 마모량이 커졌다.

실시예 7

상기 도 4의 UBMS 및 AIP 증발원을 갖는 성막 장치에 표 9에 나타내는 타겟을 장착하여, 표 9(각 층의 두께, 적층수)에 나타내는 바와 같이 층 A와 층 B의 적층 구조를 갖는 경질 피막을 형성했다. 한편, 기판에는, 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도 및 산화 처리후의 산화 피막의 막 두께(내산화성)의 측정용으로서 경면 연마를 실시한 초경합금을 사용하고, 절삭 성능의 평가용으로서 5R의 초경합금제 볼 엔드 밀을 사용했다.

성막에 처하여, 상기 어느 것인가의 성막 장치의 지지대 상에 피처리체로서 상기 기판을 장착하고, 챔버 내를 1×10^-3 Pa 이하까지 배기한 후, 챔버 내에 있는 히터로 기판(피처리체)의 온도를 약 500℃까지 가열하고, 그 다음에 Ar 이온으로 스퍼터 클리닝을 실시했다.

적층 피막의 형성은, AIP법을 단독으로 실시하는 경우에는, AIP 장치에 직경 100 mm의 타겟을 장착하고 아크 전류를 150 A로 하며, 질화물 피막을 형성하는 경우에는, 전압 2.7 Pa의 N₂ 분위기로 하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는, N₂와 CH₄의 혼합 가스(CH₄량을 변화시켜 C량을 제어한다)를 도입하여 성막을 실시했다.

UBMS법을 단독으로 실시하는 경우에는, 성막시의 기판 바이어스 전압으로서, 양 방식 모두 어스 전위에 대하여 기판(피처리체)이 마이너스 전위가 되도록 30 내지 50 V 인가했다. 스퍼터링 장치에는 직경 6인치의 타겟을 장착하고, 투입 전력을 2 kW로 하며, 질화물 피막을 형성하는 경우에는, Ar:N₂=65:35의 혼합 가스를 도입하고, 탄질화물 피막을 형성하는 경우에는, Ar:(N₂+CH₄)=65:35의 혼합 가스를 도입하여 전압력 0.5 Pa에서 성막을 실시했다.

또한, UBMS법과 AIP법을 복합하여 실시하는 경우에는, 기판을 Ar 이온으로 에칭 후, UBMS 및 AIP 증발원을 2.7 Pa의 Ar-50% N₂분위기 중에서 동시에 방전시키고, 피처리체를 중앙의 회전하는 기판 홀더에 탑재하여, AIP와 스퍼터 증발원의 앞을 피처리체가 교대로 통과하도록 하여 실시했다.

한편, 적층 피막에 있어서의 층 A, 층 B의 각 두께는, 각 증발원의 증발 속도 및 기판의 회전 속도를 변화시키는 것에 의해 제어했다. 이렇게 하여, 전체 두께가 3 내지 4 μm인 경질 피막(적층 피막)을 기판(피처리체)의 표면에 형성했다.

상기 적층 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 산화 피막의 막 두께 및 플랭크 마모량을 하기와 같이 측정했다.

(a) 성분 조성

피막의 성분 조성은 EPMA에서 측정했다.

(b) 결정 구조

X선 회절에 의해 동정했다. 표 6 중의 C는 입방정을 나타낸다.

(c) 경도

마이크로비커스 경도계(측정 하중 0.245 N, 측정시간 15초)로 측정했다.

(d) 내산화성

또한 절삭 성능은, 상기한 바와 같이 성막한 초경합금제 볼 엔드 밀을 이용하여, 이하의 조건으로 절삭 시험을 하여, 측정한 외주 경계부의 플랭크 마모량으로 피막의 내마모성을 평가했다.

<절삭 조건>

피삭재: JIS SKD61(경도 HRC50)

절삭 속도: 220 m/분

날 이송량 : 0.06 mm/날

깊이 절삭 깊이: 4.5 mm

축 절삭 깊이: 0.5 mm

절삭 길이: 100 m

이상과 같이 측정한 피막의 성분 조성, 결정 구조, 경도, 산화 피막의 막 두께 및 플랭크 마모량의 값을 표 9에 나타낸다.

표 9a 및 9b로부터, 본 발명의 요건을 만족시키는 피막은 고경도를 나타내고, 산화 처리 후의 산화 피막의 두께가 얇고, 절삭 시험에 있어서의 마모도 억제되고 있다. 이것에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 피막은, 경도가 낮거나, 산화 피막이 두꺼워 내산화성이 뒤떨어지거나, 또는 절삭 시험에 있어서의 마모가 현저하게 되어 있다. 즉, No. 1, 2, 8은, 층 B의 두께가 층 A보다도 두껍기 때문에 경도가 낮고, 내산화성이 뒤떨어지고, 절삭 시험에 있어서 마모도 현저하다.

실시예 8

타겟의 상대 밀도가 형성되는 피막의 면 조도나 경도에 미치는 영향에 대하여 조사했다. 각각 100메쉬 이하의 Al 분말, Ti 분말, Cr 분말, W 분말, Mo 분말, Si 분말, B 분말을 소정량 혼합하여, 온도: 500℃ 및 기압: 100 MPa의 조건으로 HIP 처리하거나, 열간단조법(여열 온도: 400℃), 또는 고온 프레스법(소결 온도: 550℃)에서 표 10 내지 12에 나타내는 각 성분 조성의 타겟을 제작했다. 상기 타겟의 성분 조성은 형광 X선 분석으로 측정했다.

그리고, 상기 타겟을 상기 도 4에 나타내는 성막 장치에 장착하여 방전 성막을 실시하고, 수득된 피막의 면 조도와 경도를 측정했다. 경도는 상기 실시예 7의 경우와 같이 하여 측정했다.

이들의 결과를 표 10 내지 12에 나타낸다.

표 10 내지 12로부터, 본 발명에서 규정하는 상대 밀도를 만족하는 타겟을 이용하여 성막한 경우에는, 얻어지는 피막의 조도가 작고 또 고경도임을 알 수 있다. 이것에 대하여, 타겟의 상대 밀도가 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하지 않는 것은, 얻어지는 피막의 면 조도가 커지고(면 조도가 커지면, 절삭시의 저항이 높아져 마모량이 증대한다.), 또한 경도가 충분히 높지 않다는 불량이 생겼다.

본 발명에 따르면, 종래의 경질 피막보다도 내산화성과 내마모성이 우수한 경질 피막이나 고온윤활성과 내마모성이 우수한 경질 피막이 수득되며, 이러한 경질 피막의 실현에 의해서, 고속 절삭이나 담금질강 등 고경도 강의 절삭에 우수한 절삭 성능을 발휘하고, 또한 긴 수명인 절삭 공구를 공급할 수 있다

Claims

(Al_a, M_b, Cr_1-a-b)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0.25≤a≤0.65,

0.05≤b≤0.35,

0.5≤e≤1

(a, b, e는 각각 Al, M, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막.
(Al_a, M_b, Si_c, B_d, Cr_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0.25≤a≤0.65,

0.05≤b≤0.35,

0.01≤c+d≤0.2,

0.5≤e≤1

(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막.
(Al_a, M_b, Si_c, B_d, Ti_1-a-b-c-d)(C_1-eN_e)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0.25≤a≤0.6

0.05≤b≤0.3

0.01≤c+d≤0.15,

0.5≤e≤1

(a, b, c, d, e는 각각 Al, M, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내산화성이 우수한 경질 피막.
삭제
제 1 항에 기재된 경질 피막을 형성하는데 사용하는 타겟으로서,

(Al_w, M_x, Cr_1-w-x)로 이루어지고(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다),

0.25≤w≤0.65,

0.05≤x≤0.35

(w, x는 각각 Al, M의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 상대밀도가 92% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
제 2 항에 기재된 경질 피막을 형성하는데 사용하는 타겟으로서,

(Al_w, M_x, Si_y, B_z, Cr_1-w-x-y-z)로 이루어지고(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다),

0.25≤w≤0.65,

0.05≤x≤0.35,

0.01≤y+z≤0.2

(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 상대밀도가 92% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
제 3 항에 기재된 경질 피막을 형성하는데 사용하는 타겟으로서,

(Al_w, M_x, Si_y, B_z, Ti_1-w-x-y-z)로 이루어지고(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다),

0.25≤w≤0.6,

0.05≤x≤0.3,

0.01≤y+z≤0.15

(w, x, y, z는 각각 Al, M, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 상대밀도가 92% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
(Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0<a≤0.7,

0<b≤0.7,

0.25≤c≤0.75,

0≤d+e≤0.2,

0.03≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35,

0.5≤f≤1

(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 고온윤활성 및 내마모성이 뛰어난 경질 피막.
(Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0.05≤a≤0.3,

0.05≤b≤0.4,

0.3≤c≤0.75,

0≤d+e≤0.2,

0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35,

0.5≤f≤1

(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 고온윤활성 및 내마모성이 우수한 경질 피막.
(Ti_a, Cr_b, Al_c, Si_d, B_e, M_1-a-b-c-d-e)(C_1-fN_f)로 이루어진 경질 피막(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로서,

0.05≤a≤0.3,

0.05≤b≤0.4,

0.3≤c≤0.75,

0.01≤d+e≤0.2,

0.05≤(1-a-b-c-d-e)≤0.35,

0.5≤f≤1

(a, b, c, d, e, f는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B, N의 원자비를 나타낸다)인 것을 특징으로 하는 고온윤활성 및 내마모성이 우수한 경질 피막.
제 8 항에 기재된 경질 피막의 형성에 사용하는 타겟으로서,

(Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로 이루어지고,

0< v ≤0.7,

0< w≤0.7,

0.25≤x≤0.75,

0≤y+z≤0.2,

0.03≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35

(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
제 9 항에 기재된 경질 피막의 형성에 사용하는 타겟으로서,

(Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로 이루어지고,

0.05≤v≤0.3,

0.05≤w≤0.4,

0.3≤x≤0.75

0≤y+z≤0.2

0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35

(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
제 10 항에 기재된 경질 피막의 형성에 사용하는 타겟으로서,

(Ti_v, Cr_w, Al_x, Si_y, B_z, M_1-v-w-x-y-z)(단, M은 Mo, 또는 Mo와 W이다)으로 이루어지고,

0.05≤v≤0.3,

0.05≤w≤0.4,

0.3≤x≤0.75,

0.01≤y+z≤0.2,

0.05≤(1-v-w-x-y-z)≤0.35

(v, w, x, y, z는 각각 Ti, Cr, Al, Si, B의 원자비를 나타낸다)를 만족시키고, 또한 상대밀도가 91% 이상인 것을 특징으로 하는 경질 피막 형성용 타겟.
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