KR20050056952A - PROCESS FOR PRODUCING ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LAMINATE COATING INCLUDING THE ALUMINA COATING, MEMBER CLAD WITH THE ALUMINA COATING OR LAMINATE COATING, PROCESS FOR PRODUCING THE MEMBER, AND PHYSICAL EVAPORATION APPARATUS - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LAMINATE COATING INCLUDING THE ALUMINA COATING, MEMBER CLAD WITH THE ALUMINA COATING OR LAMINATE COATING, PROCESS FOR PRODUCING THE MEMBER, AND PHYSICAL EVAPORATION APPARATUS Download PDF

Info

Publication number
KR20050056952A
KR20050056952A KR1020057002024A KR20057002024A KR20050056952A KR 20050056952 A KR20050056952 A KR 20050056952A KR 1020057002024 A KR1020057002024 A KR 1020057002024A KR 20057002024 A KR20057002024 A KR 20057002024A KR 20050056952 A KR20050056952 A KR 20050056952A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
alumina
crystal structure
type crystal
substrate
Prior art date
Application number
KR1020057002024A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100682416B1 (en
Inventor
도시미쯔 고하라
요시미쯔 이까리
히로시 다마가끼
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority to KR1020057002024A priority Critical patent/KR100682416B1/en
Publication of KR20050056952A publication Critical patent/KR20050056952A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100682416B1 publication Critical patent/KR100682416B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02Pretreatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

A process for producing an alumina coating composed mainly of alpha- type crystal structure especially excelling in heat resistance, comprising (1) providing a laminate coating including a hard coating composed of a metal component containing Al and Ti as unavoidable elements and a compound of B, C, N, O, etc., oxidizing the hard coating to thereby form an oxide-containing layer, and forming an alumina coating composed mainly of alpha-type crystal structure on the oxide-containing layer. Alternatively, the process comprises (2) forming a hard coating composed of a metal whose standard free energy for oxide formation is greater than that of aluminum and a compound of B, C, N, O, etc., oxidizing the surface of the hard coating to thereby form an oxide- containing layer, and forming an alumina coating while being accompanied by reduction of the oxide at the surface of the oxide-containing layer.

Description

α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막과 그 알루미나 피막을 포함하는 적층 피막, 그 알루미나 피막 또는 그 적층 피막으로 피복된 부재와 그 제조 방법, 및 물리적 증착 장치{PROCESS FOR PRODUCING ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LAMINATE COATING INCLUDING THE ALUMINA COATING, MEMBER CLAD WITH THE ALUMINA COATING OR LAMINATE COATING, PROCESS FOR PRODUCING THE MEMBER, AND PHYSICAL EVAPORATION APPARATUS}Method for producing alumina film of α-form crystal structure main body, Laminated film comprising alumina film of α-type crystal structure main body and the alumina film, Member coated with the alumina film or laminate film and its manufacturing method, Physical vapor deposition apparatus {PROCESS FOR PRODUCING ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, ALUMINA COATING COMPOSED MAINLY OF α-TYPE CRYSTAL STRUCTURE, LAMINATE COATING INCLUDING THE ALUMINA COATING, MEMBER CLAD WITH THE ALUMINA COATING OR LAMINATE COATING ATE PHYSICAL EVAPORATION APPARATUS}

본 발명은 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법, 및 그 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막과 그 알루미나 피막을 포함하는 적층 피막, 그 알루미나 피막 또는 그 적층 피막으로 피복된 부재와 그 제조 방법, 또한 이들의 제조에 이용하는 물리적 증착 장치에 관한 것이다.The present invention provides a method for producing an alumina film of the α-type crystal structure main body, a laminated film comprising the alumina film of the α-type crystal structure main body and the alumina film, a member coated with the alumina film or the laminated film, and a method of producing the same. The present invention also relates to a physical vapor deposition apparatus used for their production.

상세하게는, 절삭 공구, 슬라이딩 부재, 금형 등과 같은 내마모 부재에 피복되는 내마모성 및 내열성이 우수한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을, 상기 절삭 공구나 슬라이딩 부재 등의 기재(基材)의 특성을 손상하지 않는 저온 조건에서 형성할 수 있는 유용한 제조 방법과, 얻어진 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막 및 그 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 포함하는 적층 피막, 그 알루미나 피막이나 그 적층 피막의 피복된 부재와 그 제조 방법, 또한 절삭 공구, 슬라이딩 부재, 금형과 같은 내마모 부재에 적용되는 내마모성 및 내열성이 우수한 상기 알루미나 피막과 같은 산화물계 경질 피막을 절삭 공구나 슬라이딩 부재 등의 기재의 표면에 형성하기 위한 물리적 증착 장치에 관한 것이다.Specifically, the alumina film of the α-type crystal structure main body having excellent abrasion resistance and heat resistance coated on abrasion resistant members such as a cutting tool, a sliding member, a metal mold, and the like can be used. A useful manufacturing method which can be formed at low temperature conditions that are not damaged, a laminated film comprising the obtained alumina film of the α-form crystal structure main body and an alumina film of the α-type crystal structure main body, coated with the alumina film or the laminated film thereof Forming an oxide-based hard coating such as the alumina coating having excellent abrasion resistance and heat resistance applied to a member, a method of manufacturing the same, and a wear resistant member such as a cutting tool, a sliding member, and a mold on the surface of a substrate such as a cutting tool or a sliding member To a physical vapor deposition apparatus.

또한, 본 발명은 내마모성이 우수한 입방정(立方晶) 질화 붕소(이하, 「cBN」이라 약기하기도 한다) 소결체를 기재로 하고, 이 기재상에 내산화성이 우수한 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하기 위한 유용한 방법, 및 이러한 피막을 형성하여 내마모성·내산화성이 우수한 것으로 한 표면 피복 부재, 및 이와 같은 표면 피복 부재를 제조하기 위한 유용한 방법 등에 관한 것이기도 하다(이하, 이들 방법을 간단히 「본 발명법」이라고도 한다).In addition, the present invention is based on a cubic boron nitride (hereinafter, abbreviated as "cBN") sintered body having excellent abrasion resistance, and an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure having excellent oxidation resistance on the substrate. It also relates to a useful method for producing a film, and a surface coating member having such a coating to have excellent abrasion resistance and oxidation resistance, and a useful method for producing such a surface coating member. The invention method ".

또, 본 발명의 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막은, 상기한 여러가지 용도의 부재에 적용할 수 있지만, 이하에서는 대표예로서 절삭 공구에 적용하는 경우를 중심으로 설명을 진행한다.In addition, although the alumina film of the (alpha) -type crystal structure main body of this invention is applicable to the member of the various uses mentioned above, it demonstrates centering on the case where it applies to a cutting tool as a representative example below.

일반적으로, 우수한 내마모성이나 슬라이딩 특성이 요구되는 절삭 공구나 슬라이딩 부재로서, 고속도 강제나 초경 합금제 등의 기재 표면에 티탄 질화물이나 티탄 알루미늄 질화물 등의 경질 피막이 물리 증착법(이하, PVD법이라 한다)이나 화학 증착법(이하, CVD법이라 한다) 등의 방법으로 형성된 것이 이용되고 있다.In general, as a cutting tool or a sliding member requiring excellent wear resistance and sliding characteristics, a hard film such as titanium nitride or titanium aluminum nitride is coated on the surface of a substrate made of high speed steel or cemented carbide, or physical vapor deposition (hereinafter referred to as PVD method). What is formed by methods, such as a chemical vapor deposition method (henceforth CVD method), is used.

특히 절삭 공구로서 사용하는 경우, 상기 경질 피막에는 내마모성과 내열성(고온에서의 내산화성)이 특성으로 요구되므로, 그 양 특성을 갖는 것으로서, 특히 티탄 알루미늄 질화물(TiAlN)이 절삭시의 날끝 온도가 고온이 되는 초경 공구 등에의 피복 재료로서 최근 많이 사용되고 있다. 이와 같이 TiAlN이 우수한 특성을 발휘하는 것은, 피막에 함유되는 알루미늄의 작용에 의해 내열성이 향상하여, 800℃ 정도의 고온까지 안정된 내마모성과 내열성을 유지할 수 있기 때문이다. 그 TiAlN으로서는 Ti와 Al의 조성비가 다른 여러가지의 것이 사용되고 있지만, 그 대부분은 상기 양 특성을 구비한 Ti:Al의 원자비가 50:50∼25:75의 것이다.Particularly, when used as a cutting tool, since the hard film is required to have abrasion resistance and heat resistance (oxidation resistance at high temperature) as characteristics, it has both characteristics. Especially, titanium aluminum nitride (TiAlN) has a high cutting edge temperature when cutting Recently, it has been used a lot as a coating material for cemented carbide tools. The reason why TiAlN exhibits excellent characteristics is that heat resistance can be improved by the action of aluminum contained in the film, and stable wear resistance and heat resistance can be maintained up to a high temperature of about 800 ° C. As TiAlN, various ones having different composition ratios of Ti and Al are used, but most of them have an atomic ratio of 50:50 to 25:75 with Ti and Al having the above characteristics.

그런데 절삭 공구 등의 날끝은 절삭시에 1000℃ 이상의 고온이 되는 경우가 있다. 이와 같은 상황하에서, 상기 TiAlN막만으로는 충분한 내열성을 확보할 수 없기 때문에, 예를 들면 일본 특허 제2742049호 공보에 개시된 바와 같이, TiAlN막을 형성한 위에, 알루미나층을 더 형성하여 내열성을 확보하는 것이 행해지고 있다.By the way, cutting edges, such as a cutting tool, may become high temperature 1000 degreeC or more at the time of cutting. Under such a situation, since the TiAlN film alone cannot secure sufficient heat resistance, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2742049, an alumina layer is further formed on the TiAlN film to ensure heat resistance. have.

알루미나는 온도에 따라 여러가지 결정 구조를 갖지만, 모두 열적으로 준 안정 상태에 있다. 그러나, 절삭 공구와 같이 절삭시에 있어서의 날끝의 온도가 상온에서부터 1000℃ 이상에 걸치는 광범위에서 현저하게 변동하는 경우에는, 알루미나의 결정 구조가 변화하여, 피막에 균열이 생기거나 박리하는 등의 문제를 일으킨다. 그런데, CVD법을 채용하여, 기재 온도를 1000℃ 이상으로 높임으로써 형성되는 α형 결정 구조(코런덤 구조)의 알루미나만은, 일단 형성되면, 이후의 온도에 관계없이 열적으로 안정 구조를 유지한다. 따라서, 절삭 공구 등에 내열성을 부여하기 위해서는 α형 결정 구조의 알루미나 피막을 피복하는 것이 유효한 수단으로 되어 있다.Alumina has various crystal structures depending on the temperature, but all are in a semi-stable state thermally. However, when the temperature of the blade edge at the time of cutting, such as a cutting tool, fluctuates significantly over a wide range from room temperature to 1000 ° C or more, problems such as a change in the crystal structure of alumina and cracking or peeling of the film are caused. Causes By the way, only the alumina of the α-type crystal structure (corundum structure) formed by employing the CVD method and raising the substrate temperature to 1000 ° C or higher, once formed, maintains a thermally stable structure regardless of the subsequent temperature. . Therefore, in order to give heat resistance to a cutting tool etc., it is an effective means to coat the alumina film of alpha type crystal structure.

그러나, 상술한 바와 같이 α형 결정 구조의 알루미나를 형성하기 위해서는 기재를 1000℃ 이상으로까지 가열해야만 하기 때문에, 적용할 수 있는 기재가 한정된다. 기재의 종류에 따라서는, 1OOO℃ 이상의 고온에 노출되면 연질화하여, 내마모 부재용 기재로서의 적성(適性)이 소실될 가능성이 생기기 때문이다. 또한, 초경 합금과 같은 고온용 기재라도, 이와 같은 고온에 노출되면 변형 등의 문제가 생긴다. 또한, 내마모성을 발휘하는 막으로서 기재상에 형성된 TiAlN막 등의 경질 피막의 실용 온도역은 일반적으로 최고 800℃ 정도로서, 1OOO℃ 이상의 고온에 노출되면 피막이 변질하여 내마모성이 열화될 우려가 있다.However, in order to form an alumina having an α-type crystal structure as described above, the substrate must be heated up to 1000 ° C. or higher, so that the substrate to which it can be applied is limited. This is because, depending on the type of the substrate, it may be softened when exposed to a high temperature of 100 ° C. or higher, and the aptitude as the substrate for the wear resistant member may be lost. Moreover, even if it is a high temperature base material like a cemented carbide, when exposed to such high temperature, a problem, such as a deformation | transformation, will arise. In addition, the practical temperature range of a hard film such as a TiAlN film formed on a substrate as a film exhibiting abrasion resistance is generally about 800 ° C. at most, and when exposed to a high temperature of 100 ° C. or higher, there is a possibility that the film deteriorates and wear resistance deteriorates.

이와 같은 문제에 대해, 일본 특허공개 평5-208326호 공보에는, 상기 알루미나와 같은 레벨의 높은 경도를 갖는 (Al, Cr)2O3 혼합 결정이, 500℃ 이하의 저온역에서 얻어진 것이 보고되어 있다. 그러나, 피삭재(被削材)가 철을 주성분으로 하는 것인 경우, 상기 혼합 결정 피막의 표면에 존재하는 Cr이 절삭시에 피삭재내의 철과 화학 반응을 일으키기 쉽기 때문에, 피막의 소모가 심하여 수명을 단축하는 원인이 된다.For this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 5-208326 discloses that (Al, Cr) 2 O 3 mixed crystals having a high hardness of the same level as the alumina were obtained in a low temperature region of 500 ° C or lower. have. However, when the workpiece is mainly composed of iron, Cr existing on the surface of the mixed crystal film is likely to cause a chemical reaction with iron in the workpiece during cutting, so that the coating is excessively consumed and the service life is increased. It causes shortening.

또한, O. Zywitzki, G. Hoetzsch는 「Surf. Coat. Technol.」(86-87, 1996, p.640-647)에서, 고출력(11-17kW)의 펄스 전원을 이용하여 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 750℃에서 α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성할 수 있었다고 보고하고 있다. 그러나, 그 방법으로 α형 결정 구조의 알루미나를 얻기 위해서는 펄스 전원의 대형화를 피할 수 없다.In addition, O. Zywitzki, G. Hoetzsch, "Surf. Coat. (N. 86-87, 1996, p. 640-647), by forming reactive sputtering using a high power (11-17 kW) pulse power supply, an alumina film having an α-type crystal structure can be formed at 750 ° C. It is reported. However, in order to obtain alumina having an α-type crystal structure by this method, the enlargement of the pulse power supply cannot be avoided.

이와 같은 문제를 해결한 기술로서 일본 특허공개 2002-53946호 공보에는, 격자 상수가 4.779Å 이상 5.000Å 이하에서, 막두께가 적어도 0.005㎛인 코런덤 구조(α형 결정 구조)의 산화물 피막을 베이스층으로 하고, 그 베이스층상에 α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 산화물 피막의 성분은 Cr203, (Fe, Cr)203 또는 (Al, Cr)20 3의 어느 하나인 것이 바람직하고, 그 산화물 피막의 성분이 (Fe, Cr)203인 경우에는 (Fex, Cr(1-x)) 203(단, x는 0≤x≤0.54)를 채용하는 것이 보다 바람직하고, 또한 그 산화물 피막의 성분이 (Al, Cr)203인 경우에는 (Aly, Cr(1-y))203(단, y는 O≤y≤0.90)를 채용하는 것이 보다 바람직하다고 개시되어 있다.As a technique for solving such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-53946 discloses an oxide film having a corundum structure (α crystal structure) having a film thickness of at least 0.005 µm with a lattice constant of 4.779 GPa or 5.000 GPa. A method of forming a layer and forming an alumina film having an α-type crystal structure on its base layer is disclosed. The component of the oxide film is preferably Cr 2 0 3 , (Fe, Cr) 2 0 3 or (Al, Cr) 2 0 3 , and the component of the oxide film is (Fe, Cr) 2 0 3 When (Fe x , Cr (1-x) ) 2 0 3 (where x is 0≤x≤0.54) is more preferably employed, and the component of the oxide film is (Al, Cr) 2 0 In the case of 3 , it is disclosed that (Al y , Cr (1-y) ) 2 0 3 (where y is 0 ≦ y ≦ 0.90) is more preferably employed.

또한, 상기 일본 특허공개 2002-53946호 공보에는, 경질 피막으로서 Ti, Cr, V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 Al의 복합 질화 피막을 형성한 후에, 중간층으로서 (Alz, Cr(1-z))N(단, z는 O≤z≤0.90)으로 이루어지는 피막을 형성하고, 그 피막을 산화 처리하여 코런덤 구조(α형 결정 구조)의 산화물 피막을 더 형성한 후에, 그 산화물 피막상에 α형 알루미나를 형성하는 것이 유용하다고 개시되어 있으며, 이 방법에 의하면, 저온의 기재 온도에서 α형 결정 구조의 알루미나를 형성할 수 있다고 되어 있다.Further, in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-53946, after forming a composite nitride film of Al and at least one element selected from the group consisting of Ti, Cr, and V as a hard film, (Al z , Cr ( 1-z) ) N (where z is O ≦ z ≦ 0.90), and the film is oxidized to further form an oxide film having a corundum structure (α-type crystal structure). It is disclosed that it is useful to form α-type alumina on the film, and according to this method, alumina having an α-type crystal structure can be formed at a low substrate temperature.

그러나 상기 방법에서는, α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, 예를 들면 CrN 피막을 형성하고, 그 CrN 피막을 산화하여 코런덤 구조(α형 결정 구조)를 갖는 Cr203를 중간막으로서 별도 형성해야만 하기 때문에, 적층 피막의 형성 효율을 높이는데 있어서는, 여전히 개선의 여지가 남아 있다. 또한, 중간막으로서 형성된 Cr203나 (CrN+Cr203) 등의 Cr 함유 피막은, 절삭 공구용으로서 범용되고 있는 재료가 아니기 때문에, 절삭 성능의 저하가 염려된다. 따라서, 절삭 성능을 높이는 관점에서도 개선의 여지를 남기는 것이라고 생각할 수 있다.In the above method, however, in forming an alumina film having an α-type crystal structure, for example, a CrN film is formed, and the CrN film is oxidized to form Cr 2 0 3 having a corundum structure (α-type crystal structure) as an intermediate film. Since it must form separately, there is still room for improvement in increasing the formation efficiency of a laminated film. Further, the coating film containing Cr, such as Cr 2 0 3 or (CrN + Cr 2 0 3) is formed as an interlayer film, because it is not a material that is generic for a cutting tool, the deterioration of the cutting performance is concerned. Therefore, it can be considered that it leaves room for improvement from the viewpoint of improving cutting performance.

본 발명은 이와 같은 관점에서, 내마모성 및 내열성이 우수한, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이나 그 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 갖는 적층 피막을, 기재나 경질 피막의 특성의 열화나 변형을 억제하면서도 장치 부하가 적은 비교적 저온 조건하에서, 중간막을 개재하지 않고 효율적으로 형성할 수 있는 유용한 방법과, 이와 같은 방법으로 얻을 수 있는 내마모성 및 내열성이 우수한 적층 피막, 또한 그 적층 피막(그 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막)의 피복된 공구(부재)를 실현하기 위하여 검토를 실시하였다.In view of the above, the present invention provides an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure or a laminated film having an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure. Is a useful method that can be efficiently formed without interposing an interlayer film at a relatively low temperature with low device load, and a lamination film excellent in wear resistance and heat resistance obtained by such a method, and also a lamination film thereof In order to realize the tool (member) coated with the alumina film of a crystal structure main body, examination was implemented.

또한, 상기의 방법으로 얻을 수 있는 알루미나 피막은, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나이지만, X선 회절 패턴을 상세하게 관찰하면, γ형 등의 α형 이외의 결정 구조의 알루미나를 나타내는 회절 피크가 관찰되는 경우가 있었다. 또한, 거의 α형 결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막이 얻어진 경우라도, 그 피막 표면을 SEM(scanning electron microscope)으로 관찰하면, 알루미나 결정립간의 공극이 큰 경우나, 그 결정립의 사이즈가 불균일인 경우가 있었다. 따라서, 보다 확실히 내마모성 및 내열성이 우수한 알루미나 피막을 얻기 위해서는 새로운 개선을 필요로 한다고 생각된다.The alumina film obtained by the above method is alumina mainly composed of an α-type crystal structure. However, when the X-ray diffraction pattern is observed in detail, a diffraction peak indicating alumina of a crystal structure other than α-type such as γ-type is observed. Has been observed. Moreover, even when the alumina film which consists only of an alpha-type crystal structure was obtained, when the surface of the film was observed with a scanning electron microscope (SEM), the space | gap between alumina crystal grains may be large and the size of the crystal grains may be nonuniform. Therefore, it is thought that a new improvement is required to obtain an alumina film excellent in wear resistance and heat resistance more reliably.

본 발명에서는 이와 같은 관점에서, α형 결정 구조 이외의 결정상의 생성이 억제되면서도 알루미나 결정립이 보다 미세하고 균일한 내마모성 및 내열성이 우수한 알루미나 피막을, 상기 절삭 공구나 슬라이딩 부재 등의 기재의 특성을 손상하지 않는 저온 조건에서 형성하기 위한 유용한 방법을 제공하기 위하여 검토를 행하였다.In the present invention, in view of the above, alumina coatings having finer and more uniform abrasion resistance and heat resistance while inhibiting the formation of crystal phases other than the α-type crystal structure are impaired in the characteristics of substrates such as cutting tools and sliding members. Examination was conducted to provide a useful method for forming under low temperature conditions.

또한, 상기 종래법에서는 비교적 저온의 기판 온도에서 결정성의 α알루미나를 형성할 수 있지만, 중간층으로서 피막을 산화 처리를 행한 경우에 특정의 격자 상수를 갖는 코런덤 구조의 산화물을 형성할 수 있는 질화물 피막으로 한정할 필요가 있다고 하는 단점에 더하여, 중간층이 CrN으로 대표되는 안정된 질화물이기 때문에, 산화 공정에 고온이나 장시간의 산화 처리를 필요로 한다고 하는 단점이 있다. 따라서, 보다 단시간에 산화 처리를 행하기 위해서는 새로운 검토가 필요하다.Further, in the conventional method, a crystalline α alumina can be formed at a relatively low substrate temperature, but a nitride film capable of forming a corundum structure oxide having a specific lattice constant when the film is subjected to oxidation treatment as an intermediate layer. In addition to the disadvantage of needing to be limited to this, since the intermediate layer is a stable nitride represented by CrN, there is a disadvantage that the oxidation process requires a high temperature or a prolonged oxidation treatment. Therefore, in order to perform an oxidation process in a shorter time, a new examination is needed.

이와 같은 관점에서, 중간층을 구성하는 금속 원소를 특정의 격자 상수 구조를 갖는 산화물을 형성하는 금속 원소로 한정하지 않으면서도 비교적 저온에서 단시간에 산화 공정을 행하는 것이 가능한, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하기 위한 유용한 방법, 및 이러한 알루미나 피막을 피복한 부재, 및 그 알루미나 피막 피복 부재를 제조하기 위해 유용한 방법을 제공하기 위하여 검토를 행하였다.In view of the above, the α element crystal structure mainly capable of performing an oxidation step at a relatively low temperature without being limited to the metal element forming the oxide having a specific lattice constant structure is mainly composed of the metal element constituting the intermediate layer. In order to provide a useful method for producing an alumina coating, a member coated with the alumina coating, and a method useful for producing the alumina coating member, a study was conducted.

또한, 여러가지 종류의 기재상에, 특정의 중간층을 형성하는 일 없이, 내마모성 및 내열성이 우수한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성할 수 있는 유용한 방법, 및 그 알루미나 피막으로 피복된 부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 검토를 행하였다.Moreover, the useful method which can form the alumina film of the alpha type crystal structure main body excellent in abrasion resistance and heat resistance on a various kind of base material, without forming a specific intermediate | middle layer, the member coated with the alumina film, and its manufacture The study was also conducted for the purpose of providing a method.

본 발명에서는 또한, 상기한 바와 같이, 경질 피막으로서 많이 이용되는 TiAlN계나 TiN, TiCN과 같은 경질 피막상에, 특별한 중간층 등을 사이에 두지 않고도 α알루미나를 형성하는 방법에 더하여, 이를 실현하기 위한 장치 구성에 대하여도 연구 개발을 행하였다.In the present invention, as described above, in addition to the method of forming α-alumina on a TiAlN-based commonly used as a hard coating, or on a hard coating such as TiN or TiCN without interposing a special intermediate layer or the like, an apparatus for realizing the same. The research and development were also performed about the structure.

그런데, 절삭 공구에는 상술한 바와 같이 우수한 내마모성이나 내열성이 요구되는 것이지만, 이러한 절삭 공구에 이용되는 소재로서는 초경 합금, 고속도강, cBN 등이 알려져 있고, 이러한 소재(기재)의 표면에 각종 경질 피막을 더 형성한 것도 절삭 공구로서 널리 사용되고 있다.By the way, the cutting tool is required to have excellent abrasion resistance and heat resistance as described above, but as the material used for the cutting tool, cemented carbide, high speed steel, cBN, and the like are known, and various hard films are added to the surface of such a material (substrate). The formed material is also widely used as a cutting tool.

상기한 각종 소재 가운데, cBN은 다른 소재에 비해 강도나 내마모성의 면에서 우수하다고 하고 있는데, 이러한 cBN을 이용하는 것으로서 예를 들면 일본 특허공개 소59-8679호 공보(특허 청구의 범위 등)와 같은 기술이 알려져 있다. 이 기술에서는, TiC나 TiN 혹은 TiCN, 또는 Al203나 WC, TiB2 등으로 구성된 세라믹스 결합상(結合相)이 20∼50체적%를 차지하고, 나머지가 실질적으로 cBN 분산상으로 이루어지는 조성을 갖는 cBN 소결체 기재의 표면에, 물리 증착법(PVD법)이나 화학 증착법(CVD법)을 적용하여 Ti의 탄화물, 질화물, 탄·질화물, 탄산화물 및 탄질산화물, 및 산화 알류미늄 중 1종의 단층 또는 2종 이상의 복층으로 이루어지는 경질 피복층을 5∼20㎛의 평균 층두께로 형성하여 이루어지는 표면 피복 cBN기 세라믹스제 절삭 공구가 제안되어 있고, 이 공구는 고경도 소입강(燒入鋼)이나 주철 등의 절삭 가공에 이용되고 있다.Among various materials mentioned above, cBN is said to be superior in strength and abrasion resistance compared to other materials. As such cBN is used, for example, a technique such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-8679 (claims, etc.) This is known. In this technique, a ceramic bonded phase composed of TiC, TiN or TiCN, or Al 2 O 3 , WC, TiB 2 , or the like occupies 20 to 50% by volume, with the remainder substantially consisting of cBN dispersed phases cBN Physical surface deposition method (PVD method) or chemical vapor deposition method (CVD method) is applied to the surface of the sintered body substrate, and a single layer or two or more types of Ti carbide, nitride, carbon nitride, carbonate and carbon oxide, and aluminum oxide A surface-coated cBN-based ceramic cutting tool has been proposed, which is formed by forming a hard coating layer composed of a multilayer with an average layer thickness of 5 to 20 µm, and is used for cutting of hardened hardened steel and cast iron. It is used.

절삭 공구의 특성은 공구 기재와 그 표면에 형성되는 경질 피막과의 적절한 조합에 의해 결정된다고 할 수 있지만, 이러한 관점에서 cBN 소결체를 기재로 했을 때의 피복 재료로서 가장 매력적인 것은, 산화 알루미늄(Al203: 알루미나) 피막이다. 이는 고온하에서의 내소성변형성(耐塑性變形性)이 우수한 cBN 소결체를 기재로 하고, 화학적 안정성이 우수한 Al2O3 피막을 밀착력 좋게 피복함으로써, 고온·고부하하에서의 내마모성, 특히 내크레이터성이 우수한 피복 부재를 구성할 수 있어, 이러한 특성이 요구되는 절삭 공구 등에의 적용에 적절하다고 생각되기 때문이다.Although the characteristics of the cutting tool can be determined by an appropriate combination of the tool substrate and the hard film formed on the surface thereof, the most attractive as a coating material based on the cBN sintered body in this respect is aluminum oxide (Al 2). 0 3 : alumina) film. It is based on a cBN sintered body having excellent plastic deformation resistance under high temperature, and an Al 2 O 3 film having excellent chemical stability with good adhesion, thereby providing a coating member having excellent abrasion resistance, particularly crater resistance at high temperature and high load. It is because it can be configured, and it is considered that it is suitable for application to a cutting tool etc. which such a characteristic is calculated | required.

이러한 관점에서, 지금까지도 cBN 소결체 기재에의 알루미나 피막 형성에 관한 기술이 여러가지 제안되고 있다. 예를 들면 일본 특허공개 2000-44370호 공보(특허 청구의 범위 등)에는, 철계 재료의 고경도 난삭재 절삭 및 고속·고능률 절삭을 도모하기 위해, 내마모성, 특히 내(耐)크레이터 마모성이 우수한 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로, cBN 소결체 기재에 있어서의 절삭에 관여하는 표면의 적어도 일부에 1층 이상의 Al203층을 형성한 공구가 제안되어 있다. 이 소결체 기재는 cBN 분산상을 20∼99체적%, 평균 입경 1㎛ 이하의 Al2O3를 결합상으로서 1.0∼10체적% 미만을 포함하고, 그 기재상에 알루미나 피막이 두께 0.5∼50㎛ 정도로 형성된 것이다. 또한, Al203 피막은 두께가 0.5∼25㎛인 경우에는 평균 결정립경(結晶粒徑)을 0.01∼4㎛로, 두께가 25∼50㎛인 경우에는 평균 결정립경을 0.01∼10㎛로 제어하는 것이 유효한 것도 개시되어 있다.From this point of view, various techniques for forming an alumina film on the cBN sintered base material have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-44370 (the scope of claims, etc.) discloses excellent wear resistance, in particular, crater wear resistance, in order to achieve cutting of high-hardness hard materials and high-speed and high-efficiency cutting of iron-based materials. For the purpose of providing a cutting tool, a tool in which at least one Al 2 O 3 layer is formed on at least a part of a surface involved in cutting in a cBN sintered body substrate is proposed. The sintered substrate is 20-99% by volume of the cBN the dispersed phase, including the average particle size of less than 1.0 to 10% by volume of Al 2 O 3 as a combination of the following 1㎛ and alumina film is formed enough thick 0.5~50㎛ on its base will be. The Al 2 O 3 film had an average grain size of 0.01 to 4 μm when the thickness was 0.5 to 25 μm, and an average grain size of 0.01 to 10 μm when the thickness was 25 to 50 μm. It is also disclosed that control is effective.

한편, 금속 가공을 위한 코팅된 cBN 절삭 공구에 관한 기술로서, 예를 들면 특허공표 2002-543993호 공보(특허 청구의 범위 등)에는 소결 탄화물 지지체를 수반하는 또는 수반하지 않는 1 혹은 복수의 cBN 소결체로 이루어지는 공구로서, 코팅층은 1 또는 복수의 내열성 화합물의 층으로 구성되어 있고, 이 층 중 적어도 1개의 층은 입도가 O.1㎛ 미만의 미립 결정질 γ상 알루미나로 이루어지는 것이 개시되어 있다. 그리고, 이 알루미나층은 450∼700℃의 기재 온도에 있어서, 2극 펄스 DMS(Dual Magnetron Sputtering) 기술에 의해 퇴적시키는 것이다.On the other hand, as a technique related to a coated cBN cutting tool for metal processing, for example, Patent Publication No. 2002-543993 (claims, etc.), one or more cBN sintered body with or without sintered carbide support As a tool consisting of, the coating layer is composed of a layer of one or a plurality of heat-resistant compounds, it is disclosed that at least one of the layers is composed of particulate crystalline γ-phase alumina having a particle size of less than 0.1 µm. The alumina layer is deposited by a bipolar pulse DMS (Dual Magnetron Sputtering) technique at a substrate temperature of 450 to 700 ° C.

혹은, 같은 cBN 절삭 공구에 관한 기술로서, 예를 들면 특허공표 2002-543997호 공보(특허 청구의 범위 등)에는 같은 구성의 공구이지만, 피막으로서의 γ상 알루미나는 플라즈마 활성화 화학 기상 퇴적(PACVD)으로 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 것이 개시되어 있다. 그리고 이 기술에서는, 코팅하는 공구 기재를 고정하여 전기적으로 접속한 2개의 전극 사이에 2극 펄스 직류 전압을 적용함으로써, 플라즈마를 일으키고 있다.Alternatively, as a technique related to the same cBN cutting tool, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-543997 (claims, etc.) is a tool having the same configuration, but? Phase alumina as a film is formed by plasma activated chemical vapor deposition (PACVD). It is disclosed that it is deposited. In this technique, plasma is generated by applying a two-pole pulsed direct current voltage between two electrodes which are fixed and electrically connected to a tool base to be coated.

알루미나 피막 형성에 대해, 지금까지 제안된 각종 기술에 있어서도 이하와 같은 문제가 있다. 즉, 상기 특허공표 2002-543993호 공보(특허 청구의 범위 등)나 특허공표 2002-543997호 공보(특허 청구의 범위 등)의 기술에서 형성되는 알루미나 피막은 γ형 결정 구조를 갖는 알루미나(γ알루미나)이지만, 이 γ알루미나는 각종의 결정 형태가 존재하는 알루미나 중에서 준안정인 결정 형태이므로, 피막이 고온 환경에 노출되면 본질적으로 안정인 α형 결정 구조의 알루미나(α알루미나)로 변태하는 일이 있어, 이 변태에 수반하여 피막에 균열이 생기거나 피막 박리가 발생하거나 할 우려가 있다. 이러한 것 때문에, 고속 절삭화의 경향에 있는 최근의 절삭 가공에는 충분히 대응할 수 없다.Regarding the alumina film formation, the following problems also exist in various techniques proposed so far. That is, the alumina film formed by the technique of the above-mentioned patent publication 2002-543993 (the scope of a claim, etc.) or the patent publication 2002-543997 (the scope of a claim, etc.) is an alumina ((gamma) alumina which has a (gamma) type crystal structure. However, since γ-alumina is a metastable crystalline form among aluminas in which various crystal forms exist, the γ-alumina may transform into alumina (α alumina) having an α-type crystal structure which is essentially stable when the film is exposed to a high temperature environment. In connection with this transformation, there is a possibility that a crack or a peeling of the film may occur. For this reason, it cannot fully respond to the recent cutting which tends to make high speed cutting.

이에 비해, 상기 일본 특허공개 2000-44370호 공보(특허 청구의 범위 등)에 개시된 기술에서는, 형성되는 알루미나 피막으로서 α형 결정 구조를 갖는 알루미나도 포함되어 있어, 이 결정 형태라면 상기와 같은 문제는 생기지 않는다. 그러나, 이 기술에서는 피막을 형성하는 cBN 소결체내의 결합상의 조성이 한정되게 된다. 또한, 이 기술로 α알루미나 피막을 형성하는 방법으로서는, CVD법이 개시되어 있지만, 이러한 방법에서는 피막 형성시의 기판 온도는 10OO℃를 넘는 고온 분위기가 되어, 이러한 고온에서는 기재의 cBN 소결체가 과열되어, hBN상으로 변태할 가능성이 있어 바람직하지 않은 사태를 초래하게 된다.In contrast, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-44370 (claims, etc.), alumina having an α-type crystal structure is also included as an alumina film to be formed. It does not occur However, in this technique, the composition of the bonding phase in the cBN sintered body which forms a film becomes limited. Moreover, although the CVD method is disclosed as a method of forming an alpha-alumina film by this technique, in this method, the substrate temperature at the time of film formation becomes a high temperature atmosphere beyond 100 degreeC, and at such high temperature, the cBN sintered compact of a base material overheats, As a result, it may transform into hBN, resulting in an undesirable situation.

이와 같은 관점에서, 본 발명자들은 cBN 소결체 기재에의 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 CVD법과 같은 고온에 의하는 일 없이, 또한 cBN 소결체의 조성을 특정하지 않아도 형성할 수 있는 알루미나 피막의 제조 방법, 및 이러한 알루미나 피막을 피복한 부재, 및 그 알루미나 피복 부재를 제조하기 위한 유용한 방법에 대하여도 검토를 행하였다.In view of the above, the present inventors have prepared an alumina film which can form an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a cBN sintered body base without high temperature such as CVD method and without specifying the composition of the cBN sintered body. The method, the member which coat | covered such an alumina film, and the useful method for manufacturing this alumina coating member were also examined.

도 1은 제1 태양에 관한 제2 실시예에 있어서의 제1’ 본 발명예(TiN 피막)의 박막 X선 회절 결과이다.1 is a thin film X-ray diffraction result of the first embodiment of the present invention (TiN film) in the second embodiment according to the first aspect.

도 2는 TiN를 산화 처리하여 얻은 피막의 XPS 뎁스 프로파일링을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows XPS depth profiling of the film obtained by carrying out oxidation process of TiN.

도 3은 TiN을 산화 처리하여 얻어진 피막의 박막 X선 회절 결과이다.3 is a thin film X-ray diffraction result of a film obtained by oxidizing TiN.

도 4는 제1, 제2 또는 제6 태양의 실시에 이용하는 장치예를 도시한 개략설명도(상면도)이다.4 is a schematic explanatory diagram (top view) showing an example of a device used in the implementation of the first, second or sixth aspect.

도 5는 제4 태양의 실시에 이용하는 장치예를 도시한 개략 설명도(상면도)이다.FIG. 5 is a schematic explanatory diagram (top view) showing an example of the apparatus used for implementing the fourth aspect. FIG.

도 6은 본 발명법(제5 태양)을 모식적으로 도시한 설명도이다. It is explanatory drawing which shows typically the method (5th aspect) of this invention.

도 7은 제5 태양의 실시에 이용하는 장치예를 도시한 개략 설명도(상면도)이다.FIG. 7 is a schematic explanatory diagram (top view) showing an example of a device used in the fifth embodiment.

도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 물리적 증착 장치의 개요를 도시한 단면 설명도 모식도이다.8 is a schematic cross-sectional view showing an outline of a physical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 다른 형태에 관한 물리적 증착 장치의 개요를 도시한 단면 설명도이다.9 is a cross-sectional explanatory diagram showing an outline of a physical vapor deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 또 다른 형태에 관한 물리적 증착 장치의 개요를 도시한 단면 설명도이다.10 is a cross-sectional explanatory diagram showing an outline of a physical vapor deposition apparatus according to still another embodiment of the present invention.

도 11은 제1 태양에 관한 제1 실시예에 있어서의 제1 본 발명예의 박막 X선 회절 결과이다.11 is a thin film X-ray diffraction result of the first example of the present invention in the first example according to the first aspect.

도 12는 제1 태양에 관한 제1 실시예에 있어서의 제1 비교예의 박막 X선 회절 결과이다.12 is a thin film X-ray diffraction result of the first comparative example in the first example according to the first aspect.

도 13은 제1 태양에 관한 제2 실시예에 있어서의 제2’ 본 발명예(TiCN 피막)의 박막 X선 회절 결과이다.Fig. 13 is a thin film X-ray diffraction result of Example 2 of the present invention (TiCN film) in Example 2 of the first aspect.

도 14는 제3 태양의 실시에 이용하는 장치예를 도시한 개략 설명도(상면도)이다.14 is a schematic explanatory diagram (top view) showing an example of the apparatus used in the implementation of the third aspect.

도 15는 cBN 소결체 기재상에 형성한 알루미나 피막의 박막 X선 회절 결과를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing thin film X-ray diffraction results of an alumina film formed on a cBN sintered body substrate.

도 16은 TiAlN 피막상에 형성한 알루미나 피막(비교예)의 박막 X선 회절 결과(성막 온도 750℃)이다.16 is a thin film X-ray diffraction result (film formation temperature of 750 ° C.) of an alumina film (comparative example) formed on a TiAlN film.

도 17은 TiAlN 피막상에 형성한 알루미나 피막(본 발명예)의 박막 X선 회절 결과(성막 온도 750℃)이다.17 is a thin film X-ray diffraction result (film formation temperature of 750 ° C.) of an alumina film (example of the present invention) formed on a TiAlN film.

도 18은 TiAlN 피막상에 형성한 알루미나 피막의 표면을 SEM으로 촬영한 현미경 관찰 사진(a는 비교예, b는 본 발명예)이다.FIG. 18 is a microscopic observation photograph (a is a comparative example, b is an example of the present invention) photographing the surface of the alumina film formed on the TiAlN film by SEM. FIG.

도 19는 CrN 피막상에 형성한 알루미나 피막(비교예)의 박막 X선 회절 결과(성막 온도 750℃)이다.19 is a thin film X-ray diffraction result (film formation temperature of 750 ° C.) of an alumina film (comparative example) formed on a CrN film.

도 20은 CrN 피막상에 형성한 알루미나 피막(본 발명예)의 박막 X선 회절 결과(성막 온도 750℃)이다.20 is a thin film X-ray diffraction result (film formation temperature of 750 ° C.) of an alumina film (example of the present invention) formed on a CrN film.

도 21은 CrN 피막상에 형성한 알루미나 피막의 표면을 SEM으로 촬영한 현미경 관찰 사진(a는 비교예, b는 본 발명예)이다.Fig. 21 is a microscope observation photograph (a is a comparative example, b is an example of the present invention) photographing the surface of an alumina film formed on a CrN film.

도 22는 제6 태양에 관한 실시예에서 얻어진 알루미나 피막의 결정 구상을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 관찰한 결과를 나타내는 도면 대용 사진이다.Fig. 22 is a drawing substitute photograph showing the result of observing the crystal sphere of the alumina film obtained in the example according to the sixth aspect with a transmission electron microscope (TEM).

도 23은 도 22의 일부를 확대하여 나타낸 도면 대용 사진이다. FIG. 23 is a drawing substitute photograph showing an enlarged portion of FIG. 22. FIG.

도 24는 본 발명의 실시예에 의해 얻어진 TiAlN 피막상의 알루미나 피막의 박막 X선 회절 결과를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the thin-film X-ray-diffraction result of the alumina film on the TiAlN film obtained by the Example of this invention.

<제1 태양에 대하여><About the first sun>

내마모성 및 내열성이 우수한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 갖는 적층 피막을 얻기 위한 수단으로서 다음의 같은 수단이 있다.Means for obtaining a laminated film having an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure main body having excellent abrasion resistance and heat resistance include the following means.

본 발명의 적층 피막으로서, Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 갖는 적층 피막에 있어서, 그 경질 피막을 산화함으로써 형성되는 산화물 함유층과, 그 산화물 함유층상에 형성되는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 것으로 한다(이하, 「제1①의 태양」라고도 한다).In the laminated film of the present invention, a laminated film having a hard film composed of a metal component consisting of Al and Ti and a compound of B, C, N, O, etc., comprising: an oxide-containing layer formed by oxidizing the hard film; It is supposed to have an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure formed on the oxide-containing layer (hereinafter also referred to as "sun of the first ①").

상기 산화물 함유층은 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한 상기 경질 피막은 TiAlN으로 이루어지는 것을 특히 바람직한 형태로 한다.It is preferable that the oxide-containing layer is most preferably made of alumina at the most surface side, and the hard coating is made of TiAlN.

또한, 상기 Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막으로서, Al 및 Ti와 IVa족(Ti 제외), Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 것을 채용하여도 되고, 이 경우 특히 TiAlCrN으로 이루어지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.In addition, a hard film composed of a metal component of Al and Ti and a compound of B, C, N, O, and the like, the group consisting of Al and Ti and Group IVa (excluding Ti), Group Va, Group VIa and Si What consists of nitrides, carbides, carbonitrides, borides, nitrates, or carbonitrides containing at least one element selected from among them as essential components may be employed, and in this case, it is particularly preferable to use one consisting of TiAlCrN.

또한, 본 발명은 Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 갖는 적층 피막으로서, 그 경질 피막을 산화함으로써 형성되는 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 산화물 함유층과, 그 산화물 함유층상에 형성되는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 점에 특징을 갖는 적층 피막이라 하여도 된다(이하, 「제1②의 태양」라고도 한다).In addition, the present invention is a laminated film having a hard film composed of a metal component containing Al and a compound of B, C, N, O and the like, wherein the most surface side formed by oxidizing the hard film is substantially composed of alumina. It may be referred to as a laminated film having a feature of having an oxide-containing layer and an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure formed on the oxide-containing layer (hereinafter also referred to as "the first solar cell").

상기 Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막으로서는, Al과, IVa족, Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 것을 이용하는 것이 좋다.As a hard film which consists of a metal component which makes said Al essential, and a compound of B, C, N, O, etc., at least 1 type element chosen from the group which consists of Al, IVa group, Va group, VIa group, and Si is used. It is good to use the thing which consists of nitride, carbide, carbonitride, boride, nitrate, or carbonitride which are an essential component.

또한, 상기 산화물 함유층상에 형성되는 알루미나 피막은 α형 결정 구조가 70% 이상인 것이 좋다.The alumina film formed on the oxide-containing layer preferably has an α-type crystal structure of 70% or more.

본 발명에서는, 이와 같은 적층 피막이 표면에 형성된 적층 피막 피복 공구도 보호 대상으로 포함한다.In this invention, the laminated | stack-coated coating tool in which such laminated film was formed in the surface is also included as a protection object.

또한, 본 발명은 상기 제1① 또는 제1②의 태양에서 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 적층 피막에 더하여, 상기 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하여 산화물 함유층을 형성하고, 그 후, 그 산화물 함유층상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 점에 특징을 갖는 그 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막 또는 적층 피막의 제조 방법도 규정한다.In addition, the present invention, in addition to the laminated film having an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure in the aspect of the first ① or the first ②, after forming the hard film, the surface of the hard film is oxidized to form an oxide-containing layer. After that, a method of producing an alumina film or a laminated film mainly composed of the α-type crystal structure, which is characterized by forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure on the oxide-containing layer, is also prescribed.

상기 산화물 함유층의 형성은 산화성 가스 함유 분위기하에서 기판 온도를 650∼800℃로 유지하여 행하는 것이 바람직하고, 또한 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성은 PVD법으로 행하는 것이 바람직하다. 또, 이 산화 처리시에 있어서의 「기판 온도」는 초경 합금제나 탄소 강제, 공구 강제 등의 기재 및 그 기재상에 형성된 경질 피막의 온도를 말하는 것으로 한다(이하 동일).The formation of the oxide-containing layer is preferably performed by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. under an oxidizing gas-containing atmosphere, and the formation of the alumina film mainly containing the α-type crystal structure is preferably performed by PVD method. In addition, the "substrate temperature" at the time of this oxidation process shall mean the temperature of the hard-film formed on the base material, such as a cemented carbide, a carbon steel, a tool steel, etc. (it is the same below).

상기 산화물 함유층의 형성과 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성은, 생산성 향상의 관점에서 동일 장치내에서 행하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 경질 피막의 형성, 상기 산화물 함유층의 형성, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모두를 동일 장치내에서 행하는 것이 좋다.Formation of the oxide-containing layer and formation of the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure are preferably performed in the same apparatus from the viewpoint of productivity improvement. More preferably, the hard film is formed and the oxide-containing layer is formed. And all of the formation of the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure are performed in the same apparatus.

또한, 본 발명은 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성된 적층 피막을 얻기 위해, 다음의 방법을 규정하는 것이기도 하다. 즉, 금속 화합물로 이루어지는 경질 피막상에 알루미나 피막이 형성된 적층 피막을 제조하는 방법으로서, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속과 B, C, N, 0 등과의 화합물(예를 들면, 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물)로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하여 산화물 함유층을 형성하고, 계속하여 그 산화물 함유층 표면에 있어서의 산화물의 환원을 수반하면서, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 점에 특징을 갖는 방법이다(이하, 「제1③의 태양」이라고도 한다).Moreover, this invention also prescribes | requires the following method, in order to obtain the laminated | multilayer film in which the alumina film of the (alpha) type crystal structure main body was formed. That is, as a method of manufacturing a laminated film in which an alumina film is formed on a hard film made of a metal compound, a compound having a standard free energy for producing oxides larger than aluminum and B, C, N, 0, or the like (for example, nitride, After forming a hard film composed of carbide, carbonitride, boride, nitrate, or carbon oxide, the surface of the hard film is oxidized to form an oxide-containing layer, followed by reduction of the oxide on the surface of the oxide-containing layer. It is a method characterized by forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure (hereinafter, also referred to as "sun of the first ③").

상기 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속으로서는 Ti를 이용하는 것이 좋고, 이 경우 상기 경질 피막으로서 TiN, TiC 및 TiCN으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1층 또는 2층 이상의 적층을 형성하는 것이 좋다.It is preferable to use Ti as a metal whose standard free energy of oxide formation is larger than aluminum, and in this case, it is preferable to form one or two or more layers selected from the group consisting of TiN, TiC and TiCN as the hard film.

또한, 상기 경질 피막과 기재 혹은 경질 피막끼리의 접합 계면에, 접합되는 두 소재 구성 원소의 조성 경사층을 형성하면, 기재와 경질 피막이나 경질 피막끼리의 밀착성 등을 높일 수 있으므로 바람직하다.In addition, it is preferable to form a composition gradient layer of two material constituent elements to be bonded to the bonding interface between the hard film and the substrate or the hard film, because the adhesion between the substrate and the hard film or the hard film can be improved.

이와 같이 경질 피막으로서, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 Ti를 금속 성분으로 하는 경질 피막을 이용하는 경우, 적층 피막(α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막)의 제조 방법으로서, 그 경질 피막의 표면을 산화하고 티탄 산화물 함유층을 형성한 후에, 그 층 표면의 티탄 산화물의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하는 것이 좋고, 구체적으로는 상기 산화물 함유층(상기 티탄 산화물 함유층)으로서 TiO2 함유층을 형성한 후, 알루미나 형성에 있어서 그 층 표면의 TiO2의 Ti3O5에의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하는 것이 바람직하다.As such a hard film, when a hard film containing Ti as a metal component having a standard free energy of oxide generation greater than aluminum is used, a method of producing a laminated film (alumina film mainly composed of an α-type crystal structure) is provided. After oxidizing the surface of and forming a titanium oxide-containing layer, it is preferable to form an alumina film with reduction of titanium oxide on the surface of the layer, specifically forming a TiO 2 -containing layer as the oxide-containing layer (the titanium oxide-containing layer). after, it is preferred that while in the form of alumina accompanied by reduction to the Ti 3 O 5 in the TiO 2 of the layer surface for forming the alumina film.

상기 산화물 함유층의 형성은 산화성 가스 함유 분위기하에서 기판 온도를 650∼800℃로 유지하여 행하는 것이 바람직하고, 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성은 PVD법으로 행하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the said oxide containing layer in oxidizing gas containing atmosphere, maintaining substrate temperature at 650-800 degreeC, and it is preferable to form the alumina film which mainly has the said alpha type crystal structure by PVD method.

또한, 상기 방법에 있어서도, 상기 산화물 함유층의 형성과 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성은, 생산성 향상의 관점에서 동일 장치내에서 행하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 경질 피막의 형성, 상기 산화물 함유층의 형성, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모두를 동일 장치내에서 행하는 것이 좋다.Also in the above method, it is preferable to perform the formation of the oxide-containing layer and the formation of an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure in the same apparatus from the viewpoint of productivity improvement, and more preferably It is good to perform all of formation, formation of the said oxide containing layer, and formation of the alumina film which mainly has the said alpha type crystal structure in the same apparatus.

본 발명에서는, 상기 제1③의 태양에서 제조된 적층 피막으로서, 금속 화합물로 이루어지는 경질 피막상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내열성이 우수한 적층 피막과, 그 적층 피막이 표면에 형성된 내마모성 및 내열성이 우수한 적층 피막 피복 공구도 보호 대상으로 포함한다.In the present invention, the laminated film produced in the aspect of the first ③, the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is formed on the hard film made of a metal compound, the laminated film excellent in wear resistance and heat resistance, The laminated coating tool which is excellent in abrasion resistance and heat resistance in which the laminated film was formed in the surface is also included as a protection object.

<제2의 태양에 대하여><About the second sun>

α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 제조하는 다른 방법으로서, 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하는 방법으로서, 알루미나의 성막 공정전에 하기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 형성한 후, 그 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 점에 요지를 갖는 제조 방법을 규정한다(이하, 「제2의 태양」이라고도 한다).As another method of producing an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, a method of producing an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a substrate (including a base film formed on a substrate in advance), wherein the film is formed of alumina. After forming at least any one of the following (a)-(c) films before, the manufacturing method which has a summary in the point which oxidizes the surface and forms an alumina film after that is defined (hereinafter, "the 2nd It is called the "sun of."

(a) 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막(a) Coatings made of pure metals or alloys

(b) 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 고용하는 금속 주체의 피막(b) coatings of metallic subjects with nitrogen, oxygen, carbon or boron

(c) 화학량론적 조성에 대해 불충분한 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 포함하는 금속 질화물, 산화물, 탄화물 혹은 질소화물로 이루어지는 피막(c) coatings of metal nitrides, oxides, carbides or nitrides containing nitrogen, oxygen, carbon or boron insufficient for stoichiometric composition;

이 발명에 있어서, 상기 산화 처리는 진공 챔버내의 산화성 가스 분위기하에서 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 행하는 것이 바람직하다.In this invention, it is preferable to perform the said oxidation process, maintaining substrate temperature at 650-800 degreeC in the oxidizing gas atmosphere in a vacuum chamber.

또한, 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성된 피복 부재로서, 기재 표면에는 상기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막이 중간층으로서 형성됨과 동시에, 그 중간층의 표면측에 산화물 함유층 및 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 차례로 형성되어 있는 점에 요지를 갖는 피복 부재도 규정한다.Moreover, the coating member in which the alumina film which mainly consists of an alpha type crystal structure was formed on the base material (including the base film previously formed on the base material), and the at least one film of said (a)-(c) is an intermediate | middle layer on the base material surface. In addition, the coating member having a summary on the point that the oxide-containing layer and the alumina film of the α-type crystal structure main body are formed in sequence on the surface side of the intermediate layer is also defined.

이러한 피복 부재를 제조하는데 있어서는,In manufacturing such a covering member,

(Ⅰ) 기재상에, 상기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 중간층으로서 형성하는 공정, 그 중간층 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것, 혹은(I) a step of forming at least one of the above films (a) to (c) as an intermediate layer on the substrate, a step of oxidizing the surface of the intermediate layer, followed by an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure. Performing the forming step sequentially in the same film forming apparatus, or

(Ⅱ) 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, 그 베이스 피막 표면에 상기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 중간층으로서 형성하는 공정, 그 중간층 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것이 유용하다.(II) a step of forming a base film on the substrate, a step of forming at least one of the films (a) to (c) as an intermediate layer on the surface of the base film, and a step of oxidizing the surface of the intermediate layer. It is useful to sequentially perform a step of forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure in the same film forming apparatus.

<제3의 태양에 대하여><About the third sun>

본 발명에서는 cBN 소결체를 기재로서, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 방법도 규정한다(이하, 「제3 태양」이라고도 한다). 그 제조 방법은 결합상과 입방정 질화 붕소 분산상으로 이루어지는 cBN 소결체 기재상에, α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하는 방법으로서, cBN 소결체 기재 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 점에 요지를 갖는다.In this invention, the method of forming an alumina film of (alpha) type crystal structure main body also uses the cBN sintered compact as a base material (henceforth "the 3rd aspect"). The manufacturing method is a method of producing an alumina film mainly composed of α-type crystals on a cBN sintered body substrate composed of a bonded phase and a cubic boron nitride dispersed phase, and oxidizing the surface of the cBN sintered body substrate and then forming an alumina film. Have a point on the point.

이 방법에 있어서, 상기 cBN 소결체중의 결합상으로서는, TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2 및 Al203로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 들 수 있다.In this method, the binder phase in the cBN sintered compact includes one or more selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2 and Al 2 O 3 .

또한, 상기 산화 처리는 산화성 가스 산화 분위기하에서 기재 온도를 65O∼800℃로 유지하여 행하는 것이 바람직하고, 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성은 기재 온도를 650∼800℃로 하여 PVD법을 적용하여 행하는 것이 바람직하다.The oxidation treatment is preferably carried out under an oxidizing gas oxidizing atmosphere at a temperature of 65O to 800 DEG C, and the formation of an alumina film mainly containing the α-type crystal structure is performed at a substrate temperature of 650 to 800 DEG C. It is preferable to carry out by applying the method.

본 발명은 α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 피복한 피복 부재도 규정한다. 그 피복 부재란, 결합상과 입방정 질화 붕소 분산상으로 이루어지는 cBN 소결체 기재상에, α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 피복한 피복 부재로서, cBN 소결체와 알루미나 피막과의 계면에는 산화물 함유층이 개재된 것인 점에 요지를 갖는 것이다.This invention also prescribes the coating member which coat | covered the alumina film which mainly consists of alpha type crystals. The coating member is a coating member coated with an alumina film mainly composed of α-type crystals on a cBN sintered body substrate composed of a bonded phase and a cubic boron nitride dispersed phase, and an oxide-containing layer is interposed between the cBN sintered body and the alumina film. It is to have a point.

이러한 피복 부재에 있어서, 상기 결합상은 TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2 및 Al203로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 그 결합상은 소결체 전체에 대해 1∼50체적% 포함하는 것이 바람직하다.In such a coating member, the bonding phase preferably comprises at least one member selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2, and Al 2 O 3 , and the bonding phase is 1 to 50 volumes based on the entire sintered body. It is preferable to include%.

또한, 상기 피복 부재의 표면에 형성된 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막은 압축의 잔류 응력을 갖는 것이 된다.Further, the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure formed on the surface of the coating member has a compressive residual stress.

상기 부재를 제조하는데 있어서는, cBN 소결체 기재의 표면을 산화 처리하는 공정과 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것이 바람직하다.In manufacturing the said member, it is preferable to perform the process of oxidizing the surface of a cBN sintered compact base material, and the process of forming the alumina film which mainly has an alpha type crystal structure in the same film-forming apparatus sequentially.

<제4의 태양에 대하여><About the fourth sun>

본 발명은 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법으로서 다음의 방법도 규정한다. 즉, 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다. 이하 같음)상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법으로서, 기재 표면에 가스 이온 봄바드(bambard) 처리를 실시한 후에, 표면을 산화 처리하고, 그 후, 산화 처리 표면상에 알루미나 피막을 형성하는 점에 요지를 갖는 방법이다(이하, 「제4 태양」이라고도 한다).The present invention also defines the following method as a method for producing an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure. That is, a method of forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a substrate (including a base film formed on the substrate in advance. The same applies to the following), wherein the surface of the substrate is subjected to a gas ion bombard treatment. The surface is oxidized and a method which has a point in the point which forms an alumina film on an oxidized surface after that (it is also called a "fourth aspect" hereafter).

상기 기재로서는 강재, 초경 합금, 서멧, cBN 소결체, 또는 세라믹스 소결체를 이용하는 것이 좋다.As said base material, it is good to use a steel material, a cemented carbide, a cermet, a cBN sintered compact, or a ceramic sintered compact.

또한, 베이스 피막이 형성된 것을 기재로서 사용하는 경우에는, 그 베이스 피막으로서 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Fe, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 안의 1종 이상의 원소와의 화합물, 또는 이들 화합물의 상호 고용체, 의 어느 1종 이상이 형성된 것을 이용하는 것이 추천된다.In the case where the base film is formed as a base material, at least one element selected from the group consisting of elements of Groups 4a, 5a and 6a, Al, Si, Fe, Cu and Y of the periodic table as the base film and It is recommended to use a compound with one or more elements in C, N, B, O, or any one or more of mutually solid solutions of these compounds.

상기 가스 이온 봄바드(Ion-bombard) 처리는, 진공 챔버내에 있어서 가스 프라즈마내에서 기재에 전압을 인가하여 행하는 것이 좋고, 상기 산화 처리는 산화성 가스 함유 분위기하에서 기재 온도를 650∼800℃로 보관하여 행하는 것이 좋다.The gas ion bombard treatment is preferably performed by applying a voltage to the substrate in a gas plasma in a vacuum chamber, and the oxidation treatment is performed by storing the substrate temperature at 650 to 800 ° C. under an oxidizing gas-containing atmosphere. It is good to do.

본 발명은 상기 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법도 규정하는 것으로서, 그 방법은This invention also prescribes | regulates the manufacturing method of the member coat | covered with the alumina film of the said alpha-type crystal structure main body, The method

① 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, (1) forming a base film on a substrate;

② 그 베이스 피막 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, ② process of performing gas ion bombard treatment on the base film surface;

③ 가스 이온 봄바드 처리 후의 베이스 피막 표면을 산화 처리하는 공정,③ process of oxidizing the base film surface after gas ion bombard treatment,

④ 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 곳에 특징을 갖는다.(4) It is characterized in that the step of subsequently forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is carried out in the same apparatus.

상기 베이스 피막으로서는, Ti(C, N), Cr(C, N), TiAl(C, N), CrAl(C, N) 및 TiAlCr(C, N)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 Ti(C, N), Cr(C, N), TiAl(C, N), CrAl(C, N), TiAlCr(C, N)은 Ti, Cr, TiAl, CrAl, 또는 TiAlCr의 각각의 탄화물, 질화물 또는 탄·질화물을 나타낸다(이하 같음).As the base film, at least one member selected from the group consisting of Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N), and TiAlCr (C, N) is formed. It is desirable to. The Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N), TiAlCr (C, N) is each carbide of Ti, Cr, TiAl, CrAl, or TiAlCr , Nitride or carbon nitride (hereinafter referred to).

<제5의 태양에 대하여><About the fifth sun>

또한 본 발명은, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법으로서, 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며, 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시한 후, 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 곳에 요지를 갖는 방법을 규정한다(이하, 「제5 태양」이라고도 한다).In addition, the present invention is a method for producing an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, and a method of forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a substrate (including a base film previously formed on a substrate). After the metal ion bombard treatment is performed on the surface, the surface is oxidized, and a method having a summary where alumina film is formed thereafter is defined (hereinafter also referred to as "the fifth aspect").

상기 메탈 이온 봄바드 처리는, 진공 챔버 중에서 기재에 전압을 인가하면서 금속 플라즈마를 발생시켜 행하면 되고, 또한, 상기 산화 처리는 산화성 가스 함유 분위기하에서 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 행하는 것이 좋다.The metal ion bombard treatment may be performed by generating a metal plasma while applying a voltage to the substrate in a vacuum chamber, and the oxidation treatment may be performed by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. under an oxidizing gas-containing atmosphere.

상기 금속 플라즈마로서 Cr 또는 Ti의 플라즈마를 진공 아크 증발원으로부터 발생시키는 것이 좋다.It is preferable to generate a plasma of Cr or Ti from the vacuum arc evaporation source as the metal plasma.

본 발명은 상기 제5 태양에서 형성되는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재에 대하여도 규정한다. 그 부재는 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성된 부재로서, 기재 표면 근방은 메탈 이온 봄바드 처리에 사용한 금속이 표층측으로 가면서 고농도가 되는 농도 구배층이며, 그 농도 구배층의 표면 측에 산화물 함유층 및 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 차례로 형성되어 있는 곳에 특징이 있다.This invention also prescribes about the member coat | covered with the alumina film of (alpha) type crystal structure main body formed in the said 5th aspect. The member is a member having an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a substrate (including a base film formed on the substrate in advance), and in the vicinity of the surface of the substrate, the metal used for the metal ion bombard treatment goes to the surface layer side and has a high concentration. It is a concentration gradient layer, and is characterized in that the oxide-containing layer and the alumina film of the α-type crystal structure main body are sequentially formed on the surface side of the concentration gradient layer.

또한 본 발명은, 상기 제5 태양에서 형성되는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법도 규정하는 것으로서, 그 방법은 기재상에 베이스 피막을 형성하지 않는 경우,Moreover, this invention also prescribes | regulates the manufacturing method of the member coat | covered with the alumina film of the (alpha) type crystal structure principal formed in the said 5th aspect, When the method does not form a base film on a base material,

① 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, ① process of performing a metal ion bombard treatment on the surface of the substrate,

② 메탈 이온 봄바드 처리 후의 기재 표면을 산화 처리하는 공정, ② process of oxidizing substrate surface after metal ion bombard treatment,

③ 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 점에 특징을 갖는다.(3) Then, the step of forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is characterized in that the steps are sequentially performed in the same apparatus.

또한 기재상에 미리 베이스 피막을 형성하는 경우에는,Moreover, when forming a base film on a base material previously,

① 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, (1) forming a base film on a substrate;

② 그 베이스 피막의 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, ② a step of performing a metal ion bombard treatment on the surface of the base coating,

③ 메탈 이온 봄바드 처리 후의 베이스 피막의 표면에 산화 처리를 실시하는 공정,③ a step of subjecting the surface of the base film after the metal ion bombard treatment to an oxidation treatment,

④ 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 점에 특징을 갖는 방법이다.(4) The method is characterized in that the step of subsequently forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is carried out in the same apparatus.

상기 제5 태양에서 형성하는 베이스 피막으로서는, 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 중의 1종 이상의 원소와의 화합물, 이들 화합물의 상호 고용체, 또는 C, N, B 중의 1종 이상의 원소로 이루어지는 단체 또는 화합물의 어느 1종 이상을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 기재로서는 강재, 초경 합금, 서멧, cBN 소결체, 세라믹스 소결체, 결정 다이아몬드 또는 Si 웨이퍼를 이용할 수 있다.The base film formed in the fifth aspect includes at least one element selected from the group consisting of elements of Groups 4a, 5a, and 6a, Al, Si, Cu, and Y, and C, N, B, and O of the periodic table. It is preferable to form any 1 or more types of the compound with 1 or more types of elements, the mutual solid solution of these compounds, or the simple substance or compound which consists of 1 or more types of elements in C, N, and B. As the base material, steel, cemented carbide, cermet, cBN sintered body, ceramic sintered body, crystalline diamond or Si wafer can be used.

<본 발명의 알루미나 피막에 대하여><About the alumina film of this invention>

본 발명은 상기 태양에서 형성되는 α형 결정 구조의 알루미나 피막에 대하여도 규정하는 것으로서, 그 α형 결정 구조의 알루미나 피막이란 기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에 물리 증착법에 의해 형성한 알루미나 피막으로서, 그 알루미나 피막의 결정 구조를 단면 투과형 전자 현미경으로 관찰했을 때에(배율: 20000배), 적어도 피막 성장 개시부는 미세 구조의 알루미나 결정으로 구성되어 있으며, 당해 미세결정 영역에 있어서는 α형 결정 구조 이외의 결정 구조가 실질적으로 관찰되지 않는 것인 점에 요지를 갖는 것이다.This invention also prescribes | regulates the alumina film of the alpha type crystal structure formed in the said aspect, The alumina film of the alpha type crystal structure is a physical vapor deposition method on the base material (including the base film previously formed on the base material) by the physical vapor deposition method. As the formed alumina film, when the crystal structure of the alumina film was observed with a cross-sectional transmission electron microscope (magnification: 20000 times), at least the film growth initiation portion was composed of alumina crystals having a fine structure, and in the microcrystalline region, This has the point that a crystal structure other than a type crystal structure is not observed substantially.

또, 여기서 「실질적으로」란, 본 발명이 α결정 구조가 100%인 것에 한정되는 것이 아니라, 성막 프로세스상 불가피적으로 함유되어 버린 불순물이나 극히 미량의 타결정 구조인 것이 포함되어 있는 것을 허용한다고 하는 의미이다.Here, the term "substantially" means that the present invention is not limited to 100% of the α crystal structure, but allows to include impurities that are inevitably contained in the film forming process and those containing an extremely small amount of a crystal structure. I mean.

본 발명의 알루미나 피막에 있어서는, (A) 미세 구조의 알루미나 결정은 그 결정립이 성장 초기에서 두께 방향 0.5㎛까지의 범위내에 있어서 O.3㎛ 이하의 것, (B) 알루미나 피막 전체에 걸쳐 α형 결정 구조 이외의 결정 구조가 실질적으로 관찰되지 않는 것, (C) α형 결정 구조의 알루미나는 피막 표면측에 있어서 주상으로 성장한 것, 등의 구조를 나타내는 것이 된다. 또한, 본 발명의 알루미나 피막의 막두께는, 0.5∼20㎛인 것이 바람직하다.In the alumina coating of the present invention, the (A) microstructured alumina crystal has a grain size of not more than 0.3 µm in the range from the initial stage of growth to 0.5 µm in thickness, and (B) α-type over the entire alumina coating. Crystal structures other than a crystal structure are not observed substantially, (C) the alumina of an alpha type crystal structure shows structures, such as those which grew to the columnar shape in the film surface side, and the like. Moreover, it is preferable that the film thickness of the alumina film of this invention is 0.5-20 micrometers.

<물리적 증착 장치(성막 장치)에 대하여><About physical vapor deposition apparatus (film deposition apparatus)>

또한, 본 발명은 상기 알루미나 피막의 제조 등에 이용하는 물리적 증착 장치에 대하여도 규정한다.In addition, the present invention also defines a physical vapor deposition apparatus used for the production of the alumina film or the like.

본 발명의 물리적 증착 장치는 진공 챔버와, 그 진공 챔버에 회전 자재로 배치되어 복수의 기재를 보관하는 기재 홀더(유성 회전 지그)와, 그 진공 챔버에의 비활성 가스 및 산화성 가스 도입 기구와, 그 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치된 플라즈마원과, 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치된 스퍼터링 증발원과, 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치되어 상기 기재를 가열 가능한 복사형 가열 기구와, 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 접속되어 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 부의 펄스상의 바이어스 전압을 인가 가능한 바이어스 전원으로 이루어지는 점에 요지를 갖는다.The physical vapor deposition apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a substrate holder (oil rotating jig) disposed in the vacuum chamber as a rotating material for storing a plurality of substrates, an inert gas and an oxidizing gas introduction mechanism into the vacuum chamber, and A plasma source disposed at a position opposite to the substrate holder (planetary rotation jig), a sputtering evaporation source disposed at a position opposite to the substrate holder (planetary rotational jig), and a position opposite to the substrate holder (planetary rotational jig) A radiant heating mechanism arranged to heat the substrate and a bias power source connected to the substrate holder (planetary rotational jig) and capable of applying a negative pulsed bias voltage to the substrate holder (planetary rotational jig) are provided. .

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재에 대한 이온 봄바드 처리, 열산화 처리 및 반응성 스퍼터링에 의한 고내열성·고내마모성 피막의 성막 처리 등의 물리적 증착 관련 처리의 모든 공정을, 효율적이면서도 안정적으로 실시 가능해진다. 또한, 이 장치에 의해 650℃∼800℃ 정도의 비교적 저온인 처리 조건에서 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성할 수 있어, 예를 들면 절삭 공구에 피복 하는 알루미나 피막의 내마모성과 내열성을 높일 수 있다.With such a configuration, all the processes of physical vapor deposition-related treatments such as ion bombard treatment, thermal oxidation treatment and reactive sputtering on the substrate, and film formation treatment of high heat-resistant and high wear-resistant coating, can be efficiently and stably performed. In addition, this apparatus can form an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure at relatively low processing conditions of about 650 ° C to 800 ° C. It can increase.

상기 플라즈마원에 대신하여, 혹은 상기 플라즈마원에 더하여, 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 아크 증발원이 배치되어 있어도 된다. 이와 같은 구성으로 하면, 아크 이온 프레이팅에 의한 경질 피막의 성막 처리와 알루미나 피막의 형성을 동일 장치에서 행하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 성막 가능한 피막의 종류를 다양화할 수 있음과 동시에, 다층의 성막을 행하는 경우에도 유효하다.In place of the plasma source or in addition to the plasma source, an arc evaporation source may be disposed at a position facing the substrate holder (the planetary rotational jig). With such a configuration, it becomes possible to perform the film forming process of the hard film by arc ion plating and the formation of the alumina film in the same apparatus. This makes it possible to diversify the type of the film that can be formed, and is effective also when forming a multilayer film.

상기 복사형 가열 기구는 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)의 회전 중심과 동심적으로 배치된 통형 가열원과, 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)의 측면에 배치된 평면상 가열원으로 이루어지도록 하여도 된다.The radiant heating mechanism may be composed of a cylindrical heating source disposed concentrically with the rotation center of the substrate holder (oily rotating jig) and a planar heating source disposed on the side of the substrate holder (oily rotating jig). do.

또한, 상기 구성으로 함으로써, 기재를 내외로부터 균일하게 가열할 수 있는 컴팩트한 장치 구성으로 할 수 있다. 또한, 기재와 가열원의 거리를 단축할 수 있으므로, 가열 효율을 향상할 수도 있다.Moreover, by setting it as the said structure, it can be set as the compact apparatus structure which can heat a base material uniformly from inside and outside. Moreover, since the distance of a base material and a heating source can be shortened, heating efficiency can also be improved.

상기 진공 챔버의 단면 형상이 사각형, 육각형 또는 팔각형의 어느 것인가이며, 각 한쌍의 상기 스퍼터링 증발원 및 상기 평면상 가열원이 상기 진공 챔버의 서로 대향하는 내측면에 배치되어 있는 구성으로 하여도 된다.The cross-sectional shape of the vacuum chamber may be either rectangular, hexagonal or octagonal, and the pair of sputtering evaporation sources and the planar heating source may be arranged on inner surfaces of the vacuum chamber that face each other.

상기 구성으로 함으로써, 한층 컴팩트한 장치 구성을 갖는 물리적 증착 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 스퍼터링 증발원 및 평면상 과열원을 균등하게 배치할 수 있음과 동시에, 이들의 스퍼터링 증발원 및 평면상 가열원의 형상에 진공 챔버의 형상을 따르게 할 수 있기 때문에, 진공 챔버의 내용적을 작게 할 수가 있다.By setting it as the said structure, the physical vapor deposition apparatus which has a more compact apparatus structure can be provided. In addition, since the sputtering evaporation source and the planar superheating source can be arranged evenly, the shape of the sputtering evaporation source and the planar heating source can be made to conform to the shape of the vacuum chamber, thereby reducing the volume of the vacuum chamber. have.

상기 진공 챔버의 단면 형상이 육각형 또는 팔각형이고, 각 한쌍의 상기 스퍼터링 증발원, 상기 평면상 가열원 및 아크 증발원이, 상기 진공 챔버의 서로 대향하는 내측면에 배치되어 있는 구성으로 하여도 된다. 상기 구성으로 함으로써, 더 한층 컴팩트한 장치 구성으로 할 수 있다.The cross-sectional shape of the vacuum chamber may be hexagonal or octagonal, and a pair of the sputtering evaporation source, the planar heating source, and the arc evaporation source may be arranged on the inner side surfaces of the vacuum chamber that face each other. By setting it as the said structure, it can be set as a more compact apparatus structure.

또한, 상기 플라즈마원으로서 상기 진공 챔버내이며 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 근접한 그 길이 방향이 대향하도록 배치된 열전자 방출용의 필라멘트를 이용하도록 하여도 된다. 그 구성으로 함으로써, 더 컴팩트한 장치 구성을 갖는 물리적 증착 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 필라멘트로부터 방출된 열전자를 효율적으로 기재로 유도할 수 있다.In addition, a filament for hot electron emission may be used as the plasma source in which the longitudinal direction in the vacuum chamber and close to the substrate holder (the planetary rotating jig) is opposed to each other. By setting it as the structure, the physical vapor deposition apparatus which has a more compact apparatus structure can be provided. In addition, hot electrons emitted from the filament can be efficiently induced into the substrate.

(1) 제1 태양에 대하여(1) About the first sun

본 발명자들은, 전술한 바와 같은 상황하에서, α형 결정 구조 주체의 알루미나를 경질 피막이나 기재 등의 특성을 유지할 수 있는 약 800℃ 이하의 온도역에서 형성하기 위한 방법에 대해 연구를 진행하였다. 그 결과,The present inventors conducted a study on the method for forming the alumina of the α-type crystal structure main body in the temperature range below about 800 degreeC which can maintain the characteristic of a hard film, a base material, etc. under the above-mentioned circumstances. As a result,

① 제1 수단으로서 Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성 후, 당해 경질 피막의 표면을 산화하고, 산화물 함유층을 형성하는 처리를 행한 후에 알루미나의 피막을 형성하는 방법, 또는,(1) After forming a hard film composed of a metal component containing Al as a first means and a compound of B, C, N, O, etc., the surface of the hard film is oxidized and a process of forming an oxide-containing layer is performed. A method of forming a film of, or,

② 제2 수단으로서 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하고 산화물 함유층을 형성하여, 계속하여 그 산화물 함유층 표면에 있어서의 산화물의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하는 방법(2) As a second means, after forming a hard film composed of a metal having a standard free energy of oxide formation larger than aluminum and a compound of B, C, N, O, etc., the surface of the hard film is oxidized to form an oxide containing layer, Subsequently, the method of forming an alumina film with reduction of the oxide in the oxide containing layer surface.

을 채용하면 좋은 것을 찾아내어, 본 발명에 이르렀다. 이하, 상기 제1, 제2 수단에 대해 설명한다.It was found that a good thing to adopt, and reached the present invention. Hereinafter, the first and second means will be described.

<제1 수단(제1①②의 태양)에 대하여><About the first means (sun of the first ①②)>

상술한 바와 같이, 본 발명자들은 전술한 바와 같은 상황하에서, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막(이하, 단순히 「α형 주체 알루미나 피막」 또는 「α알루미나 피막」이라고도 한다)을 상기 경질 피막이나 기재 등의 특성을 유지할 수 있는 약 800℃ 이하의 온도역에서 형성하기 위한 방법에 대해 연구를 진행한 결과, 제1 수단으로서 TiAlN, TiAlCrN 등의 Al을 포함하는 경질 피막을 형성한 후, 당해 피막의 표면을 산화함으로써 형성한 산화물 함유층을, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막 형성의 베이스로 하면 좋은 것을 찾아내어, 상기 본 발명에 이르렀다.As described above, the present inventors have referred to an alumina film (hereinafter, also simply referred to as an "α-type alumina film" or an "α-alumina film") of the α-type crystal structure principal under the above-described circumstances. As a result of research on a method for forming at a temperature range of about 800 ° C. or less capable of maintaining the properties of, as a first means, after forming a hard film containing Al such as TiAlN, TiAlCrN, etc., the surface of the film The oxide containing layer formed by oxidizing was found to be a base for forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, and the present invention was reached.

이와 같은 작용을 얻을 수 있는 상세한 기구는 확실하지 않지만, Ikeda 등이 「Thin Solid Films」[195(1991)99-110]에 개시한 TiAlN 피막의 고온 산화 거동으로부터 하면, 본 발명의 상기 작용은 이하와 같은 이유에 따르는 것이라고 생각할 수 있다. Although the detailed mechanism which can obtain such an action is not certain, when Ikeda et al. Derives from the high temperature oxidation behavior of the TiAlN film disclosed in "Thin Solid Films" [195 (1991) 99-110], the above action of the present invention is as follows. You can think of it as following reasons.

즉 상기 문헌중에서, Ikeda 등은 고온의 산소 함유 분위기에서 TiAlN 피막을 산화 처리하면, TiAlN 피막의 가장 표면 측에 얇은 알루미나 피막이 석출하는 것을 지적 하고 있다. 또한, 그 결론에 이른 관찰 결과로서, 대기중에서 최대 800℃까지 가열함으로써 산화한 TiAlN(원자비로 Ti:Al=50:50)막의 오제이 깊이 방향 분석의 결과를 Fig. 12에 나타내고 있다. 이 Fig. 12에는 가장 표면에서부터 피막 내부에 이르는 막조성으로서, 우선 가장 표면에 알루미나를 주체로 하는 층이 존재하고, 그 내부에 Ti와 Al이 혼합한 산화물층이 존재하며, 또한 내부에 Ti 주체의 산화물층이 존재하고 있는 것을 분명히 하고 있다.In other words, Ikeda et al. Point out that when the TiAlN film is oxidized in a high temperature oxygen-containing atmosphere, a thin alumina film is deposited on the most surface side of the TiAlN film. In addition, as a result of observation, the results of the ozone depth direction analysis of TiAlN (Ti: Al = 50: 50 at atomic ratio) oxidized by heating up to 800 ° C. in the air are shown. It is shown in 12. Fig. 12 is a film composition from the outermost surface to the inside of the film, first of all there is a layer mainly composed of alumina, an oxide layer containing Ti and Al mixed therein, and an oxide layer mainly composed of Ti It is clear that this exists.

그리고, 본 발명자들이 행한 후기 실시예로부터도 분명한 바와 같이, TiAlN로 이루어지는 경질 피막의 산화 처리 온도(740∼780℃)는, Ikeda 등의 실험에 있어서의 산화 온도(800℃)에 비교적 가까운 것으로부터, 본 발명에서도 상기 실험 결과와 같은 층이 형성되어 있는 것이라 추정된다.And as is clear from the later examples performed by the present inventors, the oxidation treatment temperature (740 to 780 ° C) of the hard film made of TiAlN is relatively close to the oxidation temperature (800 ° C) in the experiment of Ikeda et al. In the present invention, it is assumed that the same layer as the above experimental results is formed.

본 발명자들은 또한, 여러가지 금속 원소를 포함하는 경질 피막을 산화하여 같은 측정을 행한 결과, Al을 함유하는 경질 피막의 표면을 산화하면, 경질 피막중의 Al이 우선적으로 표면에 부상하여 산화되어, 그 결과, 형성된 산화층의 가장 표면에는 알루미나가 형성하기 쉬운 것을 알아냈다. 그리고 이와 같은 알루미나를 포함하는 산화물층을 알루미나 피막 형성의 베이스로 하면, 800℃ 이하의 비교적 저온역에서도, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되는 것을 알아냈다. 이와 같은 현상이 발생하는 이유로서는, 경질 피막을 산화 처리하여 형성된 산화물 함유층상에, 예를 들면 반응성 스퍼터링법에 의해 알루미나 피막의 형성을 행하면, 그 산화물 함유층상에 α형 알루미나의 결정핵이 선택적으로 형성되기 때문이라고 생각된다.The present inventors further oxidize the hard film containing various metal elements and perform the same measurement. As a result, when the surface of the hard film containing Al is oxidized, Al in the hard film preferentially floats on the surface and is oxidized. As a result, it was found that alumina is easy to form on the outermost surface of the formed oxide layer. When the oxide layer containing such alumina was used as the base for forming the alumina film, it was found that the alumina film of the α-type crystal structure main body was formed even in a relatively low temperature region of 800 ° C or lower. The reason why such a phenomenon occurs is that when the alumina film is formed on the oxide-containing layer formed by oxidizing the hard film, for example, by reactive sputtering, crystal nuclei of α-alumina are selectively formed on the oxide-containing layer. It is because it is formed.

<제1 수단(제1①②의 태양)에 있어서의 경질 피막에 대하여><About a hard film in a first means (sun of the first ①②)>

절삭 공구 등의 우수한 내마모성을 확보하는데 유효하면서도 그 경질 피막을 산화 처리하여 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막 형성에 유용한 산화물층을 형성하는데 유용한 경질 피막으로서, Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 채용한다(제1①의 태양).A hard film useful for securing excellent wear resistance of cutting tools and the like, and for oxidizing the hard film to form an oxide layer useful for forming an alumina film of the α-type crystal structure main body. , A hard film made of a compound with C, N, O, or the like is employed (the first aspect 1).

Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막으로서는, Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분의 질화물, 또는 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 탄질산화물 등으로 이루어지는 경질 피막을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 TiAlN, TiAlCN, TiAlC, TiAlNO 등을 이용할 수가 있다. 그 중에서도, 특히 TiAlN로 이루어지는 경질 피막이 바람직하다. 또, 경질 피막으로서 TiAlN 피막을 이용하는 경우, Ti와 Al의 조성비는 임의로 설정할 수 있지만, 바람직한 것은 Ti:Al이 원자비로 40:60∼25:75의 것이다.As a hard film which consists of a metal component which requires Al and Ti, and a compound of B, C, N, O, etc., nitride of the metal component which requires Al and Ti, or carbide, carbonitride, boride, nitrate, carbon The hard film which consists of nitric oxide etc. can be mentioned, Specifically, TiAlN, TiAlCN, TiAlC, TiAlNO etc. can be used. Especially, the hard film which consists of TiAlN is especially preferable. In the case where the TiAlN film is used as the hard film, the composition ratio of Ti and Al can be arbitrarily set. Preferably, Ti: Al has an atomic ratio of 40:60 to 25:75.

또한 본 발명에서는, Al과 Ti를 필수로 하고, 또한 제3번째의 원소로서 IVa족(Ti 제외함), Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 것을 경질 피막으로 하여도 되며, 그 경질 피막으로서 예를 들면 TiAlCrN, TiAlVN, TiAlSiN, TiAlCrCN 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, Al, Ti 및 Cr의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 경질 피막을 이용하는 것이 좋으며, 예를 들면 TiAlCrN, TiAlCrCN, TiAlCrON, TiAlCrBN 등을 들 수 있다. 이 경우, TiAlCrN으로 이루어지는 경질 피막을 이용하는 것이 더욱 바람직하고, 특히 하기에 나타내는 조성의 것을 이용하는 것이 추천된다.In the present invention, Al and Ti are essential and at least one element selected from the group consisting of Group IVa (excluding Ti), Group Va, Group VIa and Si as the third element is an essential component. The coating made of nitride, carbide, carbonitride, boride, nitride oxide or carbonitride oxide may be a hard coating. Examples of the hard coating include TiAlCrN, TiAlVN, TiAlSiN, TiAlCrCN and the like. More preferably, it is preferable to use a hard film made of nitrides, carbides, carbonitrides, borides, nitrides, or carbonitrides of Al, Ti and Cr, and examples thereof include TiAlCrN, TiAlCrCN, TiAlCrON, TiAlCrBN, and the like. . In this case, it is more preferable to use the hard film which consists of TiAlCrN, and it is especially preferable to use the thing of the composition shown below.

즉, (Tia, Alb, Crc)(C1-dNd)로 이루어지는 경질 피막으로서,That is, as a hard film composed of (Ti a , Al b , Cr c ) (C 1 - d N d ),

O.02≤a≤O.30,O.02≤a≤O.30,

O.55≤b≤O.765,O.55 ≤ b ≤ O.765,

O.06≤c,O.06≤c,

a+b+c=1,a + b + c = 1,

O.5≤d≤1(a, b, c는 각각 Ti, Al, Cr의 원자비를 나타내며, d는 N의 원자비를 나타낸다. 이하 같음), 또는0.5 ≤ d ≤ 1 (a, b, c represent the atomic ratio of Ti, Al, Cr, respectively, d represents the atomic ratio of N. is the same below), or

O.02≤a≤O.175, O.02 ≤ a ≤ O.175,

O.765≤b,O.765≤b,

4(b-O.75)≤c,4 (b-O.75) ≤c,

a+b+c=1a + b + c = 1

0.5≤d≤1을 만족하는 것이다.0.5 ≤ d ≤ 1 is satisfied.

또한 본 발명에서는, Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 산화함으로써 형성되는 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 산화물 함유층과, 그 산화물 함유층상에 형성되는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 적층 피막도 규정한다(제1② 태양).Moreover, in this invention, the oxide-containing layer which consists of an alumina substantially at the outermost surface side formed by oxidizing the hard film which consists of a metal component which consists of Al, and a compound of B, C, N, O etc. on the oxide containing layer, A laminated film having an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure to be formed is also defined (first ② mode).

이 때의 Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막으로서는, Al과 IVa족, Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 것을 이용하는 것이 좋고, 예를 들면, 상술한 바와 같은 Al과 Ti를 금속 성분으로서 함유하는 것 외에 AlCrN, AlCrCN 등을 이용할 수 있다.At this time, at least one element selected from the group consisting of Al, group IVa, group Va, group VIa, and Si is used as a hard film composed of a metal component having Al as essential and a compound of B, C, N, O and the like. It is preferable to use nitrides, carbides, carbonitrides, borides, nitrates, or carbonitrides having as essential components. For example, AlCrN, AlCrCN, etc., in addition to containing Al and Ti as metal components as described above. Can be used.

상기 경질 피막의 막두께는 경질 피막에 기대되는 내마모성과 내열성을 충분히 발휘시키기 위해, O.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 경질 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 경질 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할수 없게 되므로, 경질 피막의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.The film thickness of the hard film is preferably 0.5 µm or more, more preferably 1 µm or more in order to sufficiently exhibit the wear resistance and the heat resistance expected of the rigid film. However, if the film thickness of the hard film is too thick, the hard film is likely to crack during cutting and the long life cannot be achieved. Therefore, the film thickness of the hard film is suppressed to 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. Good to do.

상기 경질 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 내마모성 및 내열성을 높일 수 있도록 Al 원자비가 높은 경질 피막을 형성하기 위해서는 PVD법(물리 증착법)으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP(이온 프레이팅)법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 경질 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 경질 피막의 형성과 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성을 동일 장치내에서 성막을 행할 수 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다.Although the formation method of the said hard film is not specifically limited, In order to form a hard film with a high Al atomic ratio so that abrasion resistance and heat resistance may be improved, it is preferable to form by PVD method (physical vapor deposition method), As a PVD method, it is AIP (ion preform). It is more preferable to employ a rating) method or a reactive sputtering method. In addition, if the method of forming a hard film by the PVD method is adopted, film formation can be performed in the same apparatus for formation of the hard film and formation of the α-type main body alumina film described later, which is preferable from the viewpoint of productivity improvement.

<제1 수단(제1①②의 태양)에 있어서의 산화물 함유층에 대하여><About the oxide containing layer in a 1st means (1st ②)>

본 발명에서는, 상기 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하고, 산화물 함유층을 형성, 특히 Al을 함유하는 경질 피막 표면에, 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 산화물 함유층을 형성하는 것이 좋은 것으로부터, 경질 피막의 산화는 하기의 조건으로 행하는 것이 바람직하다.In the present invention, after the hard film is formed, the surface of the hard film is oxidized to form an oxide-containing layer, and particularly, on the surface of the hard film containing Al, an oxide-containing layer substantially consisting of alumina is formed. It is preferable that the hard film be oxidized under the following conditions.

즉, 상기 산화는 산화성 가스 함유 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 효율적으로 산화할 수 있기 때문이며, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있으며, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.That is, it is preferable to perform the said oxidation in oxidizing gas containing atmosphere. The reason for this is that the oxide can be efficiently oxidized. For example, an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone or H 2 O 2 can be mentioned, and of course, the atmospheric atmosphere is included.

또한 상기 산화는, 기판 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 기판 온도가 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문으로서, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 바람직하다. 기판 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기판 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1OOO℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 800℃ 이하에서도 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다.In addition, it is preferable that the oxidation is performed by thermal oxidation while maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. If the substrate temperature is too low, oxidation is not sufficiently performed. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 100 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, even if it is 800 degrees C or less, the oxide containing layer useful for formation of the alpha type main body alumina film mentioned later can be formed.

본 발명에서는, 상기 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.In the present invention, there are no particular limitations on the other conditions of the oxidation treatment, and as a specific oxidation method, in addition to the thermal oxidation, a method of irradiating an oxidizing gas such as oxygen, ozone, H 2 O 2, or the like by plasma treatment is provided. It is also effective to adopt.

<제1 수단(제1①②의 태양)에 있어서의 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막에 대하여><About an alumina film of the alpha-type crystal structure main body in a 1st means (1st ②)>

그리고 상술한 바와 같이, 상기 산화물 함유층을 베이스로하면, 그 산화물 함유층상에 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 확실히 형성할 수 있다.As described above, based on the oxide-containing layer, an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure can be reliably formed on the oxide-containing layer.

이 α형 주체 알루미나 피막은, α형 결정 구조가 70% 이상의 것이 우수한 내열성을 발휘하므로 바람직하고, 보다 바람직하게는 α형 결정 구조가 90% 이상의 것이며, 가장 바람직하게는 α형 결정 구조가 100%인 것이다.The α-type main body alumina film is preferably 70% or more of the α-type crystal structure because it exhibits excellent heat resistance, more preferably 90% or more of the α-type crystal structure, and most preferably 100% of the α-type crystal structure. It is

α형 주체 알루미나 피막의 막두께는, 0.1∼20㎛로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성을 지속시키기 위해서는, O.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나, α형 주체 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막중에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.The film thickness of the α-type main body alumina coating is preferably 0.1 to 20 µm. It is because it is effective to secure 0.1 micrometer or more in order to maintain the outstanding heat resistance of this alumina film, Preferably it is 1 micrometer or more. However, if the film thickness of the α-type main body alumina film is too thick, it is not preferable because an internal stress occurs in the alumina film and cracks are likely to occur. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

α형 주체 알루미나 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, CVD법에서는 1000℃ 이상의 고온역에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. PVD법 중에서도 스퍼터링법이 바람직하고, 특히 반응성 스퍼터링은 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막을 행할 수 있으므로 바람직하다.Although the formation method of (alpha) type main body alumina film is not specifically limited, Since it is necessary to carry out in high temperature area of 1000 degreeC or more in CVD method, it is not preferable, and it is preferable to employ the PVD method which can form into a film in low temperature area. Among the PVD methods, sputtering is preferable, and reactive sputtering is particularly preferable because high-speed film formation can be performed using an inexpensive metal target.

그 알루미나 피막 형성시의 기판 온도는 특별히 규정하지 않지만, 약 650∼800℃의 온도역에서 행하면, α형 주체 알루미나 피막이 형성되기 쉬우므로 바람직하다. 또한, 상기 산화 처리 공정에 이어, 산화 처리시의 기판 온도를 일정하게 유지하고 α형 주체 알루미나 피막을 형성하면, 기재나 경질 피막의 특성을 유지할 수 있는 외에, 생산성도 우수하므로 바람직하다.Although the board | substrate temperature at the time of this alumina film formation is not specifically prescribed, since it is easy to form (alpha) type main body alumina film, when it carries out in the temperature range of about 650-800 degreeC, it is preferable. Further, following the oxidation treatment step, if the substrate temperature during the oxidation treatment is kept constant and the α-type main body alumina coating is formed, the characteristics of the substrate and the hard coating can be maintained, and the productivity is also excellent.

또, 본 발명에 관한 적층 피막의 형성은, 상기 산화물 함유층의 형성과 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성을, 동일 장치내에서 행하는 것이 생산성 향상의 관점에서 바람직하고, 보다 바람직하게는, 상기 경질 피막의 형성, 상기 산화물 함유층의 형성, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모든 공정을, 동일 장치내에서 행하는 것이 좋다.In addition, in the formation of the laminated film according to the present invention, it is preferable to perform the formation of the oxide-containing layer and the formation of an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure in the same apparatus, from the viewpoint of productivity improvement, more preferably. It is good to perform all the processes of formation of the said hard film, formation of the said oxide containing layer, and formation of the alumina film which mainly has the said alpha type crystal structure in the same apparatus.

구체적으로는, 예를 들면 AIP용 증발원, 마그네트론 스퍼터링 캐소드, 히터 가열 기구, 기재 회전 기구 등을 구비한 후술하는 성막 장치(물리적 증착 장치)에, 예를 들면 초경 합금제의 기재를 설치하여, 우선 AIP법 등을 채용하여 TiAlN 등의 경질 피막을 형성한 후, 전술한 바와 같은 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스 분위기내에서 그 경질 피막의 표면을 열산화시키고, 그 후, 반응성 스퍼터링법 등을 채용하여 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.Specifically, for example, a cemented carbide substrate is provided in a film forming apparatus (physical vapor deposition apparatus) to be described later provided with, for example, an evaporation source for AIP, a magnetron sputtering cathode, a heater heating mechanism, a substrate rotation mechanism, and the like. After employing the AIP method or the like to form a hard film such as TiAlN, the surface of the hard film is thermally oxidized in an oxidizing gas atmosphere such as oxygen, ozone, H 2 O 2 as described above, and then reactive sputtering. The method etc. are employ | adopted to form the alumina film of (alpha) type crystal structure main body.

본 발명은, 이와 같은 적층 피막이 형성된 적층 피막 피복 공구도 규정하는 것으로서, 그 구체적인 적용예로서는, 예를 들면 기재가 초경 합금제이고 경질 피막으로서 TiAlN를 형성한 드로우 어웨이 팁이나, 기재가 초경 합금제이고 경질 피막으로서 TiAlCrN을 형성한 엔드밀이나, 기재가 서메트제이고 경질 피막으로서 TiAlN을 형성한 드로우 어웨이 팁(Throw away tip) 등의 절삭 공구, 또한, 고온하에서 사용되는 열간 가공용 금형 등을 들 수 있다.The present invention also defines a laminated film coating tool on which such a laminated film is formed. As a specific application example, for example, a drawaway tip in which a base material is made of cemented carbide and TiAlN is formed as a hard film, or the base is made of cemented carbide. Cutting tools such as end mills having TiAlCrN formed as a hard coating, a draw away tip having a substrate made of cermet and formed TiAlN as a hard coating, and a die for hot working used at a high temperature. have.

<제2 수단(제1③ 태양)에 대하여><About the second means (the first ③ sun)>

상술한 바와 같이, 본 발명자들은, 약 800℃ 이하의 저온 조건에서 α형 주체 알루미나 피막을 경질 피막상에 형성하는 다른 수단으로서, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속, 즉 Al보다 산화되기 어려운 원소와 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하여 산화물 함유층을 형성하고, 계속하여 그 산화물 함유층 표면에 있어서의 산화물의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하면 되는 것을 알아냈다.As described above, the present inventors have described other means of forming an α-type main body alumina coating on a hard coating under low temperature conditions of about 800 ° C. or less, in which the standard free energy of oxide formation is oxidized to a metal larger than aluminum, that is, Al. After forming the hard film which consists of a difficult element and a compound of B, C, N, O, etc., the surface of the hard film is oxidized to form an oxide-containing layer, followed by reduction of the oxide on the surface of the oxide-containing layer. It discovered that what should just be formed an alumina film.

상기 수단의 메커니즘에 대해 완전하게 해명할 수 있던 것은 아니지만, 이하에 나타내는 실험 결과에 기초하여, 다음과 같은 기구에 의하는 것이라고 생각할 수 있다.Although the mechanism of the said means could not be fully understood, it can be considered that it is based on the following mechanisms based on the experimental result shown below.

(a) 본 발명자들은, 우선, 후술하는 제1 태양에 관한 실시예에 나타내는 바와 같이, 초경 기재상에 경질 피막으로서 TiN 피막을 형성하고, 다음으로 산소 분위기내에서 기재의 온도를 약 760℃에서 20분간 보관하여 산화 처리를 행하고, 그 후, 거의 같은 온도로 유지한 채로, Al 타겟을 아르곤과 산소 분위기내에서 스퍼터링시켜 산화 처리막상에 알루미나 피막을 형성하였다.(a) The present inventors firstly form a TiN film as a hard film on a cemented carbide substrate, as shown in Examples relating to the first aspect described below, and then, the temperature of the substrate is maintained at about 760 ° C. in an oxygen atmosphere. After storing for 20 minutes and performing an oxidation treatment, the Al target was sputtered in argon and an oxygen atmosphere while maintaining substantially the same temperature, thereby forming an alumina film on the oxidation treatment film.

후술하는 도 1은 이와 같이 하여 얻어진 적층 피막의 박막 X선 회절 결과이다. 이 도 1로부터 확인할 수 있는 피크의 대부분은 α형 결정 구조의 알루미나를 나타내는 것으로서, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 경질 피막으로서 TiCN을 이용한 경우도 같은 결과를 얻을 수 있었다.FIG. 1 mentioned later is a thin-film X-ray-diffraction result of the laminated film obtained in this way. Most of the peaks identified from FIG. 1 indicate alumina having an α-type crystal structure, and it can be seen that an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is formed. Moreover, the same result was obtained also when TiCN was used as a hard film.

그래서 이와 같이, TiN막이나 TiCN막을 베이스로 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성되는 기구에 대해 추구하기 위하여, 상기 도 1의 박막 X선 회절 결과를 조사한 결과, 알루미나 피막의 베이스층을 구성하는 화합물이라 생각되는 TiN과 γ-Ti3O5의 피크가 확인되었다. TiN은 경질 피막을 구성하는 화합물이라고 생각되며, γ-Ti305는 알루미나 피막과 TiN막의 사이에 존재하는 산화물 함유층이라 생각된다.Thus, in order to pursue the mechanism in which the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is formed based on the TiN film or the TiCN film, the thin film X-ray diffraction results of FIG. 1 are examined to form a base layer of the alumina film. The peaks of TiN and γ-Ti 3 O 5 , which are considered to be compounds, were confirmed. TiN is considered to be a compound constituting the hard coating, and γ-Ti 3 0 5 is considered to be an oxide-containing layer existing between the alumina film and the TiN film.

(b) 다음으로, 경질 피막으로서 TiN막을 형성하고, 상기 도 1의 경우와 같은 조건으로 산화 처리를 행한 것에 대해, XPS로 뎁스 프로파일링을 관찰하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다. 또한, 그 산화 처리후의 피막의 박막 X선 회절 결과를 도 3에 나타낸다.(b) Next, the TiN film was formed as a hard film, and depth profiling was observed by XPS about the oxidation process performed on the conditions similar to the case of FIG. The result is shown in FIG. Moreover, the thin film X-ray-diffraction result of the film after the oxidation process is shown in FIG.

이 도 2 및 도 3으로부터, 산화 처리후의 피막의 표층에서 약 100nm 깊이까지는, Ti02(루틸형)가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 이 결과는 TiCN 피막을 산화 처리했을 경우도 같았다.2 and 3 show that Ti0 2 (rutile type) is formed to a depth of about 100 nm in the surface layer of the film after oxidation treatment. This result was also the same as when the TiCN coating was oxidized.

이 상기 (a) 및 (b)의 결과로부터, 산화 처리로 형성된 TiO2는 다음의 알루미나 피막의 형성 과정에서 TiO2에서 Ti305로 환원되고 있는 것을 알 수 있다.From the results of the above (a) and (b), it can be seen that TiO 2 formed by the oxidation treatment is reduced from TiO 2 to Ti 3 0 5 during the formation of the next alumina coating.

(c) 또한, 본 발명자들은 Cr2O3 피막상에 알루미나 피막을 형성하는 실험을 행하여, 성막 분위기에 있어서의 산소 농도가 높을수록, 형성되는 알루미나는 α형의 결정 구조가 되기 쉽고, 산소 농도가 낮아지면 α형 결정 구조의 알루미나를 얻기 힘든 것을 이미 확인하고 있다.(c) In addition, the inventors conducted an experiment of forming an alumina film on the Cr 2 O 3 film, and the higher the oxygen concentration in the film formation atmosphere, the more alumina formed was likely to have an α-type crystal structure, and the oxygen concentration was high. It has already been confirmed that when a decreases, it is difficult to obtain alumina having an α-type crystal structure.

이들 상기 (a)∼(c)의 결과로부터, 본 발명자들은 알루미나 피막 형성 공정(특히 그 초기 단계)에 있어서, 성막 분위기 형성을 위해 공급된 산소에 더하여, 피막내의 산화물의 환원으로 생기는 산소의 작용에 의해, α형 결정 구조의 알루미나의 결정 성장이 촉진되는 것, 환언하면, 경질 피막의 산화 처리로 형성된 산화물의 환원 반응이 촉진되는 상태로 하여, 성막 분위기의 산소 농도를 보다 높이도록 하면, α형 결정 구조의 알루미나의 결정 성장이 촉진되는 것을 알아냈다. 이하, 이와 같은 기구를 실현하기 위한 조건에 대해 상술한다.From the results of the above (a) to (c), the present inventors, in the alumina film forming step (especially its initial stage), in addition to the oxygen supplied to form the film forming atmosphere, the action of oxygen caused by the reduction of the oxide in the film This promotes crystal growth of alumina having an α-type crystal structure, in other words, when the reduction reaction of the oxide formed by the oxidation treatment of the hard film is promoted, and the oxygen concentration in the film forming atmosphere is made higher. It was found that crystal growth of alumina in the form crystal structure is promoted. Hereinafter, the conditions for realizing such a mechanism are explained in full detail.

<제2 수단(제1③의 태양)에 있어서의 경질 피막에 대하여><About a hard film in a second means (sun of the first ③)>

알루미나 피막의 형성 공정에 있어서, 피막측에서의 산소의 공급, 즉 상기 산화물 함유층내의 산화물의 환원을 촉진시키기 위해서는, 경질 피막이 「산화 처리 공정에서는 산화되어 산화물이 되지만, 알루미나 피막 형성 공정에서는, Al 존재하에서 그 산화물이 환원되기 쉬운」 원소를 금속 원소로서 포함하는 것이 좋고, 그것을 위해서는 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 원소를 채용하는 것이 매우 유효하다는 것을 알았다.In the formation process of the alumina film, in order to promote the supply of oxygen on the film side, that is, the reduction of the oxide in the oxide-containing layer, the hard film is `` oxidized and becomes an oxide in the oxidation treatment step, but in the alumina film formation step, the alumina film is formed in the presence of Al. It was found that it is good to include an element which is easy to reduce an oxide "as a metal element, and for that purpose, it is very effective to employ an element whose standard free energy for oxide formation is larger than aluminum.

상기 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 원소로서는 Si, Cr, Fe, Mn 등을 들 수 있다. 그러나, 그 중에서도 Ti의 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 750℃ 부근에서 약 -720kJ/(g·mol)로 알루미늄의 산화물 생성의 표준 자유 에너지:약 -900kJ/(g·mol)와 비교하여 크고, Al 존재하에서 환원되기 쉽기 때문에, Ti를 금속 성분으로 하는 경질 피막을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 절삭 공구 등에 범용되고 있는 TiC나 TiN 등의 경질 피막상에 α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성할 수 있는 점에서도, Ti를 금속 성분으로 하는 경질 피막을 이용하는 것이 바람직하다.Examples of elements in which the standard free energy of oxide formation is larger than aluminum include Si, Cr, Fe, Mn, and the like. However, among them, the standard free energy of oxide formation of Ti is about -720 kJ / (g · mol) at around 750 ° C, which is larger than the standard free energy of oxide production of aluminum: about -900 kJ / (g · mol), Since it is easy to reduce | restore in presence of Al, it is preferable to use the hard film which consists of Ti as a metal component. In addition, it is preferable to use a hard film containing Ti as a metal component in that an alumina film having an α-type crystal structure can be formed on a hard film such as TiC or TiN which is generally used for cutting tools.

또, 경질 피막으로서는 그 금속과 B, C, N, O 등의 화합물로 이루어지는 것으로 형성하면 좋고, 예를 들면 상기 금속을 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물 등으로 이루어지는 것을 경질 피막으로서 형성할 수 있으며, 구체적으로 TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCrN, TiSiN 등을 들 수 있다.The hard coating may be formed of a metal and a compound such as B, C, N, O, or the like. For example, nitrides, carbides, carbonitrides, borides, nitrides, or carbonitrides containing the metals as essential components What consists of etc. can be formed as a hard film, Specifically, TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCrN, TiSiN, etc. are mentioned.

본 발명에서는, 이 중에서도 TiN이나 TiCN, TiC를 이용하는 것이 좋고, 구체적으로는 TiN, TiCN 또는 TiC를 단독으로 기재상에 형성하는 외에, TiN, TiCN 또는 TiC를 2층 이상 적층하는 것을 들 수 있다.In this invention, it is good to use TiN, TiCN, TiC among these, and, specifically, TiN, TiCN, or TiC is formed independently on a base material, and it mentions laminating two or more layers of TiN, TiCN, or TiC.

이 경우, 경질 피막과 기재 혹은 경질 피막끼리의 접합 계면에, 접합되는 두 소재 구성 원소의 조성 경사층을 형성하여, 기재와 경질 피막 또는 경질 피막끼리의 밀착성 등을 높이도록 하여도 된다.In this case, a composition gradient layer of two material constituent elements to be joined may be formed at the joining interface between the hard film and the substrate or the hard film, so as to improve the adhesion between the substrate and the hard film or the hard film.

조성 경사층을 마련하는 경우의 구체예로서, 예를 들면 기재상에 TiN 피막을 형성하는 경우, 조성 경사층으로서 Ti 금속막에 차지하는 N 조성비가 기재측으로부터 연속적 또는 단계적으로 높아지는 층을 형성하고, 그 조성 경사층상에 TiN 피막을 형성하는 것을 들 수 있다. 또한, 예를 들면 TiN 피막상에 TiCN 피막을 형성하는 경우에는, TiN 피막상에 조성 경사층으로서 TiN 피막에 차지하는 C 조성비가 TiN 피막측으로부터 연속적 또는 단계적으로 높아지는 층을 형성하고, 그 조성 경사층상에 TiCN 피막을 형성하는 것을 들 수 있다. As a specific example in the case of providing a composition inclination layer, for example, when forming a TiN film on a base material, the layer in which the N composition ratio which occupies for Ti metal film as a composition inclination layer becomes high continuously or stepwise from the base material side is formed, Forming a TiN film on the composition gradient layer is mentioned. In addition, for example, when a TiCN film is formed on a TiN film, a layer on which the C composition ratio occupies the TiN film as a composition gradient layer on the TiN film increases continuously or stepwise from the TiN film side is formed. It is mentioned to form a TiCN film on the substrate.

Ti를 금속 성분으로 하는 경질 피막을 이용하여, 그 경질 피막상에 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 경우에는, 우선 TiN이나 TiCN 등의 Ti를 필수 원소로서 포함하는 질화물 등의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 그 경질 피막의 표면을 산화하여 티탄 산화물 함유층을 형성하고, 계속하여 알루미나 피막 형성 공정에서 그 층 표면의 티탄 산화물의 환원 반응시키면서 알루미나 피막을 형성하면 되고, 구체적으로는 경질 피막의 표면을 산화하여 TiO2로 한 후, 알루미나 피막의 형성에 있어서 그 층 표면의 Ti02를 Ti305로 환원시키면서 알루미나 피막을 형성하면, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나를 효율적으로 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다.In the case of forming an alumina film of the α-type crystal structure main body on the hard film by using a hard film containing Ti as a metal component, first, a compound such as a nitride containing Ti as an essential element, such as TiN or TiCN, is formed. After the hard film is formed, the surface of the hard film is oxidized to form a titanium oxide-containing layer, and subsequently, in the alumina film forming step, alumina film may be formed while reducing the titanium oxide on the surface of the layer. When the surface of the film is oxidized to TiO 2 and then the alumina film is formed while reducing Ti0 2 on the layer surface to Ti 3 0 5 in the formation of the alumina film, the alumina mainly composed of the α-type crystal structure is efficiently It can be seen that it can form.

상기 경질 피막의 막두께는, 경질 피막에 기대되는 내마모성과 내열성을 충분히 발휘시키기 위해, 0.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 경질 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 경질 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없게 되므로, 경질 피막의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.The film thickness of the hard film is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more in order to sufficiently exhibit the wear resistance and the heat resistance expected of the hard film. However, if the film thickness of the hard film is too thick, the hard film is likely to be cracked during cutting, and the long life cannot be achieved. Therefore, the film thickness of the hard film is 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. It is good to suppress.

상기 경질 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, PVD법으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP(이온 프레이팅)법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 경질 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 경질 피막의 형성과 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성을 동일 장치내에서 성막을 행할 수 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다. Although the formation method of the said hard film is not specifically limited, It is preferable to form by PVD method, and it is more preferable to employ AIP (ion framing) method or reactive sputtering method as this PVD method. In addition, if the method of forming a hard film by the PVD method is adopted, film formation can be performed in the same apparatus for formation of the hard film and formation of the α-type main body alumina film described later, which is preferable from the viewpoint of productivity improvement.

<제2 수단(제1③ 태양)에 있어서의 산화물 함유층의 형성에 대하여><About formation of oxide containing layer in 2nd means (1st ③ aspect)>

본 발명에서는, 상기 경질 피막을 형성한 후에, 그 경질 피막의 표면을 산화하고, 산화물 함유층(특히 Ti를 함유하는 경질 피막을 이용하는 경우에는, 가장 표면측이 실질적으로 TiO2로 이루어지는 산화물 함유층)을 형성할 수 있도록, 경질 피막의 산화는 하기 조건으로 행하는 것이 바람직하다.In the present invention, after the hard film is formed, the surface of the hard film is oxidized, and an oxide-containing layer (in particular, in the case of using a hard film containing Ti, an oxide-containing layer substantially composed of TiO 2 on the surface side). In order to form, it is preferable to perform oxidation of a hard film on condition of the following.

즉, 상기 산화는 산화성 가스 함유 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 효율적으로 산화할 수 있기 때문으로, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있으며, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.That is, it is preferable to perform the said oxidation in oxidizing gas containing atmosphere. The reason for this is that the oxide can be efficiently oxidized. For example, an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone, or H 2 O 2 can be mentioned, and of course, the atmospheric atmosphere is included.

또한 상기 산화는, 기판 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기판 온도가 650℃를 밑도는 저온이라면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문이며, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 바람직하다. 기판 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기판 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1000℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 800℃ 이하에서도 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다.In addition, it is preferable that the oxidation is performed by thermal oxidation while maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. In this case, it is because oxidation is not fully performed at a low temperature below the substrate temperature of 650 ° C. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 1000 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, even if it is 800 degrees C or less, the oxide containing layer useful for formation of the alpha type main body alumina film mentioned later can be formed.

본 발명에서는, 상기 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H202 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.In the present invention, there are no particular limitations on the other conditions of the oxidation treatment, and as a specific oxidation method, in addition to the thermal oxidation, a method of irradiating an oxidizing gas such as oxygen, ozone, H 2 O 2, and the like by plasma is investigated. It is also effective to adopt.

또한, 후술하는 바와 같이, 상기 산화 처리는 다음의 공정에서 성막하는 알루미나 피막의 성막 장치내에서 행하는 것이 바람직하다.In addition, as mentioned later, it is preferable to perform the said oxidation process in the film-forming apparatus of the alumina film formed into a film at a next process.

<제2 수단(제1③ 태양)에 있어서의 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 형성에 대하여><About formation of the alumina film of the alpha type crystal structure main body in a 2nd means (1st ③ aspect)>

상술한 바와 같이, 제2 수단(제1③ 태양)에 있어서는, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속과 B, C, N, O 등의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성하고, 그 경질 피막의 표면을 산화하여 얻은 산화물 함유층을 베이스로 하면, 그 산화물 함유층상에 α형 주체의 알루미나 피막을 확실히 형성할 수 있다. 따라서, α형 주체 알루미나 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 기판이나 장치 등에 악영향을 주는 일 없이 효율적으로 성막하기 위해서는 다음과 같은 방법이 추천된다.As described above, in the second means (first ③ aspect), a hard film composed of a metal having a standard free energy of oxide generation larger than aluminum and a compound such as B, C, N, O, and the like is formed. By using the oxide-containing layer obtained by oxidizing the surface as a base, an alumina film of α-type main body can be reliably formed on the oxide-containing layer. Therefore, the method for forming the α-type main body alumina film is not particularly limited, but the following method is recommended for forming the film efficiently without adversely affecting the substrate, the device, or the like.

즉, CVD법에서는 1OOO℃ 이상의 고온역에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. PVD법 중에서도 스퍼터링법이 바람직하고, 특히 반응성 스퍼터링은 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막을 행할 수 있으므로 바람직하다.That is, in the CVD method, since it is necessary to perform in a high temperature region of 100 ° C. or higher, it is not preferable, and it is preferable to adopt the PVD method which can form a film in the low temperature region. Among the PVD methods, sputtering is preferable, and reactive sputtering is particularly preferable because high-speed film formation can be performed using an inexpensive metal target.

그 알루미나 피막 형성시의 기판 온도는 특별히 규정하지 않지만, 약 650∼800℃의 온도역에서 행하면, α형 주체 알루미나 피막이 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 산화 처리 공정에 이어, 산화 처리시의 기판 온도를 일정하게 유지하고 α형 주체 알루미나 피막을 형성하면, 기재나 경질 피막의 특성을 유지할 수 있는 외에, 생산성도 우수하므로 바람직하다. Although the board | substrate temperature at the time of this alumina film formation is not specifically defined, since it is easy to form an alpha-type main body alumina film, when it carries out in the temperature range of about 650-800 degreeC, it is preferable. Further, following the oxidation treatment step, if the substrate temperature during the oxidation treatment is kept constant and the α-type main body alumina coating is formed, the characteristics of the substrate and the hard coating can be maintained, and the productivity is also excellent.

형성하는 α형 주체 알루미나 피막은, α형 결정 구조가 70% 이상의 것이 우수한 내열성을 발휘하므로 바람직하고, 보다 바람직하게는 α형 결정 구조가 90% 이상의 것이며, 가장 바람직하게는 α형 결정 구조가 100%인 것이다.The α-type main body alumina film to be formed is preferably an α-type crystal structure of 70% or more because it exhibits excellent heat resistance, more preferably an α-type crystal structure of 90% or more, and most preferably an α-type crystal structure of 100%. %.

α형 주체 알루미나 피막의 막두께는, O.1∼20㎛로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성 등을 지속시키기 위해서는, O.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 보다 바람직하게는, 0.5㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나, α형 주체 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막내에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.The film thickness of the α-type main body alumina coating is preferably 0.1 to 20 µm. It is because it is effective to secure 0.1 micrometer or more in order to maintain the outstanding heat resistance etc. of this alumina film, More preferably, it is 0.5 micrometer or more, More preferably, it is 1 micrometer or more. However, if the film thickness of the α-type main body alumina film is too thick, it is not preferable because the internal stress is generated in the alumina film and cracks are likely to occur. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

또, 제2 수단(제1③ 태양)으로 적층 피막을 형성하는 경우도, 상기 제1 수단의 경우와 마찬가지로, 상기 산화물 함유층의 형성과 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성을, 동일 장치내에서 행하는 것이 생산성 향상의 관점에서 바람직하며, 보다 바람직하게는, 상기 경질 피막의 형성, 상기 산화물 함유층의 형성, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막 형성의 모든 공정을, 동일 장치내에서 행하는 것이 좋다.Moreover, also when forming a laminated | multilayer film by a 2nd means (1st ③ aspect), the formation of the said oxide containing layer and formation of the alumina film mainly having the said alpha type crystal structure are the same as the case of the said 1st means. It is preferable to perform in an apparatus from a viewpoint of productivity improvement, More preferably, all the processes of the formation of the said hard film, the formation of the said oxide containing layer, and the formation of the alumina film mainly having the said alpha type crystal structure are the same apparatus. It's good to be done inside.

구체적으로는, 예를 들면 AIP용 증발원, 마그네트론 스퍼터링 캐소드, 히터 가열 기구, 기재 회전 기구 등을 구비한 후술하는 성막 장치(물리적 증착 장치)에, 예를 들면 초경 합금제의 기재를 설치하고, 먼저 AIP법 등을 채용하여 TiN 등의 경질 피막을 형성한 후, 전술한 바와 같은 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스 분위기내에서 그 경질 피막의 표면을 열산화시키고, 그 후, 반응성 스퍼터링법 등을 채용하여 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.Specifically, for example, a substrate made of cemented carbide is provided in a film forming apparatus (physical vapor deposition apparatus) described later including, for example, an AIP evaporation source, a magnetron sputtering cathode, a heater heating mechanism, a substrate rotating mechanism, and the like. After employing the AIP method or the like to form a hard film such as TiN, the surface of the hard film is thermally oxidized in an oxidizing gas atmosphere such as oxygen, ozone, H 2 O 2 as described above, and then reactive sputtering. The method etc. are employ | adopted to form the alumina film of (alpha) type crystal structure main body.

본 발명은, 이와 같은 제2 수단(제1③ 태양)에 의한 방법으로 형성된, 금속 화합물로 이루어지는 경질 피막상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내열성이 우수한 적층 피막과, 그 적층 피막이 형성된 적층 피막 피복 공구도 규정하는 것으로서, 적층 피막 피복 공구의 구체적인 적용예로서는, 예를 들면, 기재가 초경 합금제이고 경질 피막으로서 TiN, TiCN을 형성한 드로우 어웨이 팁이나, 기재가 초경 합금제이고 경질 피막으로서 TiN, TiCN을 형성한 엔드밀이나, 기재가 서메트제이고, 경질 피막으로서 TiN, TiCN을 형성한 드로우 어웨이 팁 등의 절삭 공구, 또는, 고온하에서 사용되는 열간 가공용 금형 등을 들 수가 있다.The present invention is characterized in that an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure is formed on a hard film made of a metal compound formed by the method by such a second means (first ③ aspect), characterized by excellent wear resistance and heat resistance. The laminated coating and the laminated coating coating tool on which the laminated coating is formed are also specified. Specific examples of application of the laminated coating coating tool include, for example, a drawaway tip in which a base material is made of a cemented carbide, and TiN and TiCN are formed as a hard coating; Cutting tools such as end mills made of cemented carbide and formed of TiN and TiCN as hard films, and drawaway tips made of cermet and formed of TiN and TiCN as hard films, or used at high temperatures. Processing dies; and the like.

(2) 제2 태양에 대하여(2) About the second sun

본 발명자들은, 상기 산화 처리 공정에 있어서 비교적 단시간에 산화 처리하여 α알루미나를 주체로 하는 피막 형성을 형성할 수 있는 방법에 대해 다각도로 검토하였다. 그 결과, 전술한 바와 같은 CrN 등의 질화물에 대신하여, 하기 (a)∼(c)의 적어도 어느 것인가를 중간층으로서 기재상에 형성하면 좋은 것을 찾아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors examined in various ways about the method which can perform the oxidation process in the said oxidation processing process in a comparatively short time, and can form the film formation mainly as (alpha) alumina. As a result, in place of the above-mentioned nitrides such as CrN, at least any one of the following (a) to (c) may be formed on the substrate as an intermediate layer, thereby completing the present invention.

(a) 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막 (a) Coatings made of pure metals or alloys

(b) 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 고용하는 금속 주체의 피막(b) coatings of metallic subjects with nitrogen, oxygen, carbon or boron

(c) 화학량론적 조성에 대해 불충분한 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 포함하는 금속 질화물, 산화물, 탄화물 혹은 붕화물로 이루어지는 피막(c) coatings of metal nitrides, oxides, carbides or borides containing insufficient nitrogen, oxygen, carbon or boron for stoichiometric composition;

본 발명자들이, 실험에 의해 확인한 바에 의하면, 중간층으로서 CrN 등의 질화물을 이용하여 산화 온도를 750℃로 설정하고, 0.75Pa의 산소성 가스 분위기에서 산화했을 경우에는, 산화 처리 시간이 20분에서는 α알루미나가 형성된 것에 비해, 5분 정도에서는 α알루미나와 γ알루미나의 혼합 피막이 되었다. 이에 비해, 상기 (a)∼(c)와 같은 중간층을 형성하여 그 중간층의 표면을 산화 처리하면, 5분 정도의 처리 시간에 그 표면에 산화 피막을 충분히 형성할 수 있어, 그 표면에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성할 수 있었던 것이다.According to the experiments of the present inventors, when the oxidation temperature is set to 750 ° C using a nitride such as CrN as an intermediate layer and oxidized in an oxygen gas atmosphere of 0.75 Pa, the oxidation treatment time is α at 20 minutes. Compared with the alumina formed, it became a mixed film of alpha alumina and gamma alumina in about 5 minutes. On the other hand, if an intermediate layer such as (a) to (c) is formed and the surface of the intermediate layer is oxidized, an oxide film can be sufficiently formed on the surface in about 5 minutes of treatment time, and the α type is formed on the surface. It was possible to form an alumina film mainly composed of a crystal structure.

상기와 같은 효과가 발휘된 이유에 대하여는, 그 모두를 해명할 수 있었던 것은 아니지만 대략 다음과 같이 생각할 수 있다. 즉, CrN 등의 질화물을 중간층으로 형성한 경우에는, 그 CrN이 Cr과 N의 강고하게 결합한 화학량론적인 질화물이기 때문에, 5분 정도의 산화성 가스 분위기로의 폭로로는 충분한 산화 피막을 성장하지 못하여, 그 위에 성장시킨 알루미나는 α형 결정 구조를 주체로 하는 것이 되지 못하였다고 생각된다. 이에 비해, 상기 (a)∼(c)와 같은 중간층은, 모두 화학량론 조성의 질화물에 비하면 화학적으로는 불안정하고, 그 결과로 산화 처리 공정에 있어서의 산화 피막 형성이 보다 신속하게 진행하는 것이라고 생각할 수 있다.The reason why such an effect is exerted is not all but it can be considered as follows. That is, in the case where a nitride such as CrN is formed as an intermediate layer, since CrN is a stoichiometric nitride of Cr and N firmly bonded, exposure to an oxidizing gas atmosphere for about 5 minutes does not grow enough oxide film. It is considered that the alumina grown thereon could not be mainly composed of the α-type crystal structure. On the other hand, all of the intermediate layers such as (a) to (c) are chemically unstable compared to nitrides of stoichiometric composition, and as a result, it is considered that the formation of the oxide film in the oxidation treatment process proceeds more quickly. Can be.

이하에서는, 상기 (a)∼(c)의 각 중간층의 구체적인 형태에 대해 설명한다.Below, the specific form of each intermediate | middle layer of said (a)-(c) is demonstrated.

상기 (a)의 중간층은 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막이고, 그 종류에 대하여는 산화물을 형성할 수 있으면 특히 한정하는 것은 아니지만, 용이하게 산화물을 형성한다고 하는 관점에서, 이하와 같은 금속 재료가 바람직하다.Although the intermediate | middle layer of said (a) is a film | membrane which consists of a pure metal or an alloy, it does not specifically limit as long as an oxide can be formed with respect to the kind, From a viewpoint of forming an oxide easily, the following metal materials are preferable.

다음 공정에서 α알루미나 피막을 용이하게 형성하기 위해서는, 중간층으로서 산화 처리에 의해 코런덤 구조를 갖는 산화물을 형성하는 피막인 것이 바람직하고, 이러한 것으로부터 Al, Cr, Fe 혹은 이들 상호간의 합금, 혹은 이들의 금속을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 피막을 바람직한 것으로 들 수 있다. 또한, 다음 공정의 α알루미나 피막의 형성을 용이하게 한다고 하는 관점에서 보면, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속을 선택하는 것도 유효하고, 이러한 금속으로서는 Ti를 매우 적합한 것으로 들 수 있다.In order to easily form an alumina film in a next process, it is preferable that it is a film which forms the oxide which has a corundum structure by an oxidation process as an intermediate | middle layer, From these, Al, Cr, Fe, or these mutual alloys, or these The film which consists of an alloy which has a metal as a main component is mentioned as a preferable thing. From the viewpoint of facilitating the formation of the α-alumina film in the next step, it is also effective to select a metal having a standard free energy of oxide generation larger than aluminum, and Ti is very suitable as such a metal.

또, 본 발명에서 이용하는 기재로서는, 후술하는 바와 같이 여러가지의 것을 적용할 수 있고, 그 기재는 그 표면에 베이스 피막을 형성한 것도 포함하는 취지이지만, 이러한 베이스 피막의 형성과 중간층의 형성을 동일 장치내에서 행하는 경우에는, 상기 베이스 피막을 형성하는 금속 재료(예를 들면, TiN을 형성한다면 Ti)를 중간층에 이용하면, 성막 장치의 구성을 단순화할 수 있다.In addition, as a base material used by this invention, various things can be applied as mentioned later, The base material is the meaning including what formed the base film on the surface, However, The formation of such a base film and formation of an intermediate | middle layer are the same apparatus. In the case of using the metal film (for example, Ti if TiN is formed) for forming the base film, the structure of the film forming apparatus can be simplified.

단, 중간층으로서 순금속을 이용하는 경우에는, 그 두께를 비교적 두껍게 형성하면, 순(純)금속막은 경도가 낮고, 강도가 약하며, 슬라이딩 특성이 나쁘다고 하는 약점이 있기 때문에, 경우에 따라서는 형성한 순금속막부가 피복 부재 전체의 특성에 영향을 줄 수 있다. 이러한 경우에는, 순금속 중간층에 대신하여 혹은 이와 조합하여 상기 (b)나 (c)의 피막을 중간층으로서 이용하는 것도 유용하다.However, in the case of using a pure metal as an intermediate layer, if the thickness is formed relatively thick, the pure metal film has a weakness of low hardness, low strength, and poor sliding characteristics. Can affect the properties of the entire coating member. In such a case, it is also useful to use the film of (b) or (c) as an intermediate layer instead of or in combination with the pure metal intermediate layer.

상기 (b)의 피막은 금속을 주체로 하는 것이지만, 질소 등이 고용함으로써, 중간층으로서의 강도는 현저하게 향상된다. 그러나, 피막으로서의 내산화성은 그다지 높지 않기 때문에, 산화 처리 공정에서는 용이하게 산화된다. 이 때 고용시키는 원소로서는 질소가 바람직하지만, 산소, 탄소, 붕소 혹은 이들을 혼합시켜 고용시켜도 된다. 또한 (b)의 피막에서 주체가 되는 금속의 종류는, 상기 (a)의 피막에 있어서의 순금속의 종류와 같은 것을 채용할 수 있다.The film of the above (b) is mainly composed of metal, but the strength of the intermediate layer is remarkably improved by the solid solution of nitrogen or the like. However, since oxidation resistance as a film is not so high, it oxidizes easily in an oxidation process process. Nitrogen is preferable as the element to be dissolved at this time, but oxygen, carbon, boron, or a mixture thereof may be dissolved. In addition, the kind of metal used as the main body in the film of (b) can employ | adopt the same kind as the kind of pure metal in the film of said (a).

상기 (c)의 피막으로서는, 예를 들면 Cr2N과 같이, CrN과 같은 완전한 질화물(화학량론적 조성의 질화물)에 비해 질소 함유량이 적은 화합물이나, Cr2N과 CrN의 혼합물 등으로 이루어지는 피막, 또는 CrN형의 결정 구조라도 화학량론적으로 질소가 적은 화합물로 이루어지는 피막 등을 들 수 있다. 예를 들면, Cr2N 피막의 내산화성은 CrN에 뒤떨어지기 때문에 산화되기 쉽지만, 피막으로서의 강도 자체는 현저하게 향상된 것이 된다. 화합물의 종류로서는 질화물이 바람직하지만, 산화물, 탄화물, 붕소물 혹은 이들의 상호 고용체라도 효과가 있다. 또한 이들의 화합물을 형성하는 금속의 종류에 대하여도, 상기 (a)의 피막에 있어서의 순금속의 종류와 같은 것을 채용할 수 있다.Film made of Examples of the film of the (c), for example, as Cr 2 N, compared to the full nitride (nitride of stoichiometric composition) such as CrN low-nitrogen content compound, or, Cr 2 N and the like a mixture of CrN, Or a film made of a compound having a low nitrogen in stoichiometry even in a CrN type crystal structure. For example, the oxidation resistance of the Cr 2 N film is easy to oxidize because it is inferior to CrN, but the strength itself as the film is significantly improved. Although nitride is preferable as a kind of compound, oxide, carbide, boron, or these mutual solid solutions are effective. Moreover, also about the kind of metal which forms these compounds, the thing similar to the kind of pure metal in the film of said (a) can be employ | adopted.

상기 (a)∼(c)에 나타낸 중간층은, 언젠가 단독으로 형성하여도 그 효과가 발휘되지만, 필요에 따라[예를 들면, 순금속 피막만으로는 강도가 저하하는 경우], 그들의 1종 또는 2종 이상을 조합하여 형성할 수 있다.Even if the intermediate | middle layers shown to said (a)-(c) are formed individually at some time, the effect is exhibited, but if necessary (for example, when the intensity | strength falls only by a pure metal film), those 1 type, or 2 or more types Can be formed in combination.

중간층의 막두께(2층 이상의 경우는 합계의 막두께)는 적어도 0.005㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 0.02㎛ 이상으로 하는 것이 좋다. 중간층의 막두께가 0.005㎛ 미만이 되면, 산화 처리 공정에서 형성되는 산화물 함유층의 층 두께가 너무 얇아져 본 발명의 효과를 달성하기 어렵게 된다. 그러나 중간층의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭 공구 등에 적용했을 때에 그 중간층 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없어지므로, 중간층의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.The film thickness of the intermediate layer (in the case of two or more layers, the total film thickness) is preferably at least 0.005 µm or more, more preferably 0.01 µm or more, and still more preferably 0.02 µm or more. When the film thickness of the intermediate layer is less than 0.005 µm, the layer thickness of the oxide-containing layer formed in the oxidation treatment process becomes too thin, making it difficult to achieve the effects of the present invention. However, if the film thickness of the intermediate layer is too thick, when applied to a cutting tool or the like, cracks are likely to occur in the intermediate layer coating, so that the lifespan can not be extended. Therefore, the film thickness of the intermediate layer is 20 µm or less, more preferably 10 µm or less. It is good to suppress.

또, 중간층으로서 순금속 피막[상기 (a)의 피막]을 이용하는 경우, 그 피막은 상대적으로 강도가 낮아지므로, 그 막두께는 1㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 관한 피복 부재를 절삭 공구 이외의 용도로 사용하는 경우에는, 중간층 막두께와 알루미나 피막두께(후술함)의 관계에 대하여는 특히 제약되지 않지만, 절삭 공구와 같이 내마모성 및 내열성이 특히 요구되는 경우에는, 중간층의 두께는 그 위에 형성되는 알루미나 피막두께 이하로 하는 것이 바람직하다.In addition, when using a pure metal film (film of said (a)) as an intermediate | middle layer, since the film becomes comparatively low in strength, it is preferable to make the film thickness into 1 micrometer or less. In addition, when the coating member according to the present invention is used for a purpose other than a cutting tool, the relationship between the interlayer film thickness and the alumina film thickness (to be described later) is not particularly limited, but wear resistance and heat resistance are particularly required like a cutting tool. In this case, it is preferable that the thickness of the intermediate layer be less than or equal to the alumina film thickness formed thereon.

상기 중간층을 형성하는 방법으로서는, AIP(Arc Ion Plating)법, 스퍼터링법, 이온 프레이팅법 등의 각종 PVD법을 적용하면 된다. 예를 들면, 상기 (a)의 피막을 형성하는 경우는, 특별히 반응성의 가스를 도입하는 일 없이 성막하고, 상기 (b) 혹은 (c)의 피막을 형성하는 경우는, 각각의 프로세스에 따라 적당한 반응 가스를 도입하도록 하면 된다.As the method for forming the intermediate layer, various PVD methods such as AIP (Arc Ion Plating) method, sputtering method and ion framing method may be applied. For example, when forming the film of said (a), it forms into a film without introducing a reactive gas especially, and when forming the film of said (b) or (c), it is suitable according to each process. What is necessary is just to introduce a reaction gas.

예를 들면, PVD법을 적용하여, 상기 (b) 피막과 (a) 피막의 2층 구조(적층 구조)의 중간층을 형성하는 경우에는, (b) 피막을 형성할 경우에 반응성 가스로서 질소 등을 도입하면서 성막하고, 계속하여 그 위에 (a) 피막을 형성하는 경우에는, 반응성 가스의 도입을 중지함으로써, 동일 장치내에서 적층 구조의 중간층을 형성할 수 있다. 또한, (b) 피막과 (a) 피막의 사이를 경사적인 조성으로 하는 경우에는, (b) 피막을 형성하는 초기의 단계에서 반응성 가스를 도입하면서 성막한 후, 반응성 가스의 도입량을 서서히 감소시킴으로써, 경사적인 조성을 가지면서 (a)의 피막(즉, 금속막)으로 할 수 있다.For example, in the case of forming the intermediate layer of the two-layer structure (lamination structure) of the (b) film and (a) film by applying the PVD method, (b) nitrogen or the like as a reactive gas when the film is formed When the film is formed while the film is introduced and the film (a) is subsequently formed thereon, the intermediate layer of the laminated structure can be formed in the same apparatus by stopping the introduction of the reactive gas. In addition, when (b) the film and (a) the film have an inclined composition, the film is formed while introducing the reactive gas in the initial stage of forming the film (b), and then the amount of the reactive gas introduced is gradually decreased. It can be set as the film of (a) (namely, a metal film), having an inclined composition.

본 발명에서는, 상기 중간층을 형성한 후, 중간층의 표면을 산화(산화 처리 공정)하여 산화물 함유층을 형성하는 것이다. 이 산화 처리 공정은 효율적으로 산화한다는 관점에서, 다음의 공정에서 성막하는 알루미나 피막을 형성하는 장치(진공 챔버)내에서 행하는 것이 바람직하고, 산화성 가스의 분위기하에서 기판 온도를 높여 행하는 열산화가 바람직한 방법이다. 이 때의 산화성 가스 분위기로서는, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있고, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.In this invention, after forming the said intermediate | middle layer, the surface of an intermediate | middle layer is oxidized (oxidation process process) and an oxide containing layer is formed. This oxidation treatment step is preferably carried out in an apparatus (vacuum chamber) for forming an alumina film formed in the following step from the viewpoint of efficiently oxidizing, and thermal oxidation is preferably carried out by raising the substrate temperature in an atmosphere of an oxidizing gas. to be. As the oxidizing gas atmosphere at this time, for example, there may be mentioned an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2, among them also are included as well as an air atmosphere.

또한, 상기 산화는 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도가 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문이며, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 좋다.Moreover, it is preferable to perform thermal oxidation by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. If the substrate temperature is too low, the oxidation is not sufficiently performed. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher.

기재 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기재 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1OOO℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 800℃ 이하에서도 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 100 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, even if it is 800 degrees C or less, the oxide containing layer useful for formation of the alpha type main body alumina film mentioned later can be formed.

상기 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.There is no other particular limitation for the conditions of the oxidation treatment, in addition to the thermal oxidation as a specific oxidation methods, for it to adopt a method of irradiating the plasma, an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2 as well as g. Valid.

상기와 같은 산화물 함유층을 형성하면, 그 표면에 α형 결정 구조 주체의 알루미나의 피막을 확실히 형성할 수 있다. 또, 이 α형 결정 구조가 70% 이상인 것이 우수한 내열성을 발휘하므로 바람직하고, 보다 바람직하게는 α형 결정 구조가 90% 이상의 것이며, 가장 바람직하게는 α결정 구조가 100%인 것이다.When the oxide containing layer is formed as described above, a film of alumina of the α-type crystal structure main body can be reliably formed on the surface. The α crystal structure is preferably 70% or more because it exhibits excellent heat resistance. More preferably, the α crystal structure is 90% or more, and most preferably the α crystal structure is 100%.

α형 주체 알루미나 피막의 막두께는 0.1∼20㎛로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성을 지속시키기 위해서는, 0.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 α형 주체 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막내에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.The film thickness of the α-type main body alumina coating is preferably 0.1 to 20 µm. It is because it is effective to ensure 0.1 micrometer or more in order to maintain the outstanding heat resistance of this alumina film, Preferably it is 1 micrometer or more. However, if the film thickness of the α-type main body alumina film is too thick, it is not preferable because an internal stress is generated in the alumina film and cracks are likely to occur. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

이 제2 태양에 있어서의 α형 결정 구조 주체 알루미나 피막의 형성 수단은 특히 한정되지 않지만, CVD법에서는 1000℃ 이상의 고온으로 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 비교적 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 PVD법 중, 스퍼터링법, 특히 반응성 스퍼터링법에서는, 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막이 실현될 수 있으므로 매우 적합하다. 또한 알루미나 피막을 형성할 때의 온도는 특히 한정되지 않지만, 앞 공정의 산화 처리로부터의 연속성을 고려하면, 산화 처리 공정시와 같은 레벨인 것이 바람직하고, 650∼800℃가 매우 적합하다. 또한 이 온도 범위이면, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다.Although the means for forming the α-type crystal structure principal alumina film in the second aspect is not particularly limited, the CVD method requires the PVD method which can be formed at a relatively low temperature region because the CVD method needs to be performed at a high temperature of 1000 ° C or higher. It is preferable to employ. Of these PVD methods, sputtering methods, particularly reactive sputtering methods, are very suitable because high-speed film formation can be realized using an inexpensive metal target. In addition, the temperature at the time of forming an alumina film is not specifically limited, Taking the continuity from the oxidation process of the previous process into consideration, it is preferable that it is the same level as at the time of an oxidation process, and 650-800 degreeC is suitable suitably. Moreover, since it is easy to form the alumina film of (alpha) type crystal structure main body, it is preferable in it being this temperature range.

상기한 바와 같이 하여 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 기재 표면에 형성함으로써, 기재상에 중간층, 산화물 함유층 및 α알루미나 피막이 차례로 형성된 알루미나 피막 피복 부재를 실현할 수 있고, 이러한 부재는 내마모성 및 내열성이 우수한 것이 되어, 절삭 공구 등의 소재로서 유용하다.By forming an alumina film of the α-type crystal structure main body on the surface of the substrate as described above, an alumina coating member having an intermediate layer, an oxide-containing layer, and an α-alumina film on the substrate in turn can be realized, and such members are excellent in wear resistance and heat resistance. It is used as a raw material, such as a cutting tool.

또한, 이러한 부재를 제조하는데 있어서는 상기 중간층, 산화물 함유층, 및 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 각 형성 공정을 동일 장치내에서 행하는 것이 생산성 향상의 관점에서 바람직하다. 또한, 기재상에 베이스 피막을 형성한 위에, 중간층, 산화물 함유층 및 α형 결정 구조 주체 알루미나 피막을 형성하는 경우에는, 이들 일련의 적층 피막의 형성 공정 전부를, 동일 장치내에서 행하는 것이 바람직하다.Moreover, in manufacturing such a member, it is preferable to perform each formation process of the alumina film which mainly has the said intermediate | middle layer, an oxide containing layer, and an alpha type crystal structure in the same apparatus from a viewpoint of productivity improvement. In addition, when forming an intermediate | middle layer, an oxide containing layer, and (alpha) type crystal structure principal alumina film on the base film on a base material, it is preferable to perform all these formation processes of a series of laminated film in the same apparatus.

구체적으로는, 예를 들면 AIP용 증발원, 마그네트론 스퍼터링 캐소드, 히터 가열 기구, 기판 회전 기구 등을 구비하는 성막 장치(후기 도 4 참조)에, 예를 들면 초경 합금제 기판을 설치하여, 우선 AIP법 등을 채용하여 TiAlN 등의 경질 피막을 형성한 후, Cr에 의한 성막 처리(중간층 형성)를 실시하고, 전술한 바와 같은 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스 분위기내에서 그 중간층 표면을 열산화시켜, 그 후, 반응성 스퍼터링법 등을 채용하여 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.Specifically, for example, a cemented carbide substrate is provided in a film forming apparatus (see FIG. 4) provided with an evaporation source for AIP, a magnetron sputtering cathode, a heater heating mechanism, a substrate rotating mechanism, and the like. A hard film such as TiAlN, and the like, and then a film formation treatment with Cr (intermediate layer formation) is carried out, and the surface of the intermediate layer is immersed in an oxidizing gas atmosphere such as oxygen, ozone or H 2 O 2 as described above. The thermal oxidation is carried out, and the reactive sputtering method etc. are employ | adopted after that and the alumina film of a (alpha) type crystal structure principal is formed.

또, 본 발명에서 이용하는 기재에 대하여는, 고속도강 등의 강계 재료, 초경 합금이나 서멧, 혹은 입방정 질화 붕소(cBN)나 세라믹스를 함유하는 소결체, 혹은 결정 다이아몬드 등의 경질 재료나, 전자 부재용으로는 Si를 비롯하여 각종 기재를 이용할 수 있다. 또한 이러한 기재 표면에는, 중간층과는 별도로 베이스 피막을 미리 형성해 두어도 되고, 그 베이스 피막의 유무, 그 종류, 단층, 다층의 종별 등에 상관없이, 본 발명에 적용할 수 있는 것이다.Moreover, about the base material used by this invention, hard materials, such as steel-based materials, such as high-speed steel, cemented carbides and cermets, sintered bodies containing cubic boron nitride (cBN) and ceramics, or hard crystals, such as crystalline diamond, and Si for electronic members, Various substrates can be used, including. In addition, the base film may be previously formed on the surface of such a base material separately from the intermediate layer, and may be applied to the present invention regardless of the presence or absence of the base film, the type, the single layer, and the type of the multilayer.

기재 표면에 미리 형성하는 일이 있는 베이스 피막으로서는, 주기율표의 4a, 5a, 6a족의 금속, Cu, Al, Si, Y 중의 1종류 이상의 금속 원소와 C, N, B, 0 중의 1종류 이상의 원소의 화합물, 상호 고용체 중에서 선택된 1종류 이상의 단상 또는 다층 경질 피막 등을 들 수 있다. 그 중에서도, TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN 및 TiAlCrN의 단층 또는 다층 구조의 경질 피막을 기재 표면에 형성하는 것이 좋다. 또한, 기상 성장시킨 다이아몬드, cBN 등도 바람직한 베이스 피막이다.As a base film which may be previously formed in the surface of a base material, the metal of group 4a, 5a, 6a of a periodic table, one or more types of metal elements among Cu, Al, Si, Y, and one or more types of elements of C, N, B, 0 And one or more types of single-phase or multi-layered hard coatings selected from the compounds and mutual solid solutions. Especially, it is good to form the hard film of the single layer or multilayered structure of TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN, and TiAlCrN on the surface of a base material. Moreover, diamond, cBN, etc. which were vapor-grown are also preferable base films.

또한, 베이스 피막의 막두께는 상기 경질 피막으로서 기대되는 내마모성을 충분히 발휘시키기 위해서는, O.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 베이스 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 베이스 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없어지므로, 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.Moreover, in order to fully exhibit the wear resistance anticipated as the said hard film, it is good to set it as 0.5 micrometer or more, More preferably, it is 1 micrometer or more. However, if the film thickness of the base film is too thick, the base film is easily cracked at the time of cutting, and the long life cannot be achieved. Therefore, the film thickness is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. good.

또한, 다른 종류의 베이스 피막으로서는, 산화물 세라믹스(예를 들면, Yttrium Stabilized Zirconia) 등의 이른바 써멀 배리어 코팅을 이용할 수도 있다. 이 경우는, 특히 막두께에 제약은 없다.As another type of base coating, so-called thermal barrier coating such as oxide ceramics (for example, Yttrium Stabilized Zirconia) may be used. In this case, there is no restriction in particular in the film thickness.

상기 베이스 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 내마모성이 양호한 상기 경질 피막을 형성하는데는, PVD법으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 베이스 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 베이스 피막의 형성과 α형 주체 알루미나 피막의 형성을 동일 장치내에서 성막을 행할 수 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다.Although the formation method of the said base film is not specifically limited, In order to form the said hard film with favorable abrasion resistance, it is preferable to form by PVD method, and it is more preferable to employ AIP method or reactive sputtering method as the PVD method. In addition, if the method of forming the base film by the PVD method is adopted, film formation can be performed in the same apparatus to form the base film and the formation of the α-type main body alumina film, which is preferable from the viewpoint of productivity improvement.

(3) 제3 태양에 대하여(3) About the Third Sun

다음으로 본 발명자들은, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 cBN 소결체 기재상에 피복할 때에, CVD와 같은 고온에 의하지 않으면서도 cBN 소결체의 조성을 특정하지 않아도 실현할 수 있는 기술에 대해 다각도로 검토하였다. 그 결과, cBN 소결체의 표면을 산화성 가스 분위기하에 폭로하여 산화 처리한 후, 기재 온도를 650∼800℃로서 PVD법에 의해 성막 처리하여 주면, cBN 소결체 기재 표면에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 생기는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하였다.Next, the present inventors examine the technology which can implement | achieve the cBN sintered compact without specifying the composition of cBN sintered compact, even if it does not depend on high temperature, such as CVD, when coating the alumina film which mainly consists of alpha type crystal structure on a cBN sintered compact base material It was. As a result, after exposing the surface of the cBN sintered body in an oxidizing gas atmosphere and subjecting it to oxidation, the film is subjected to the film formation by the PVD method at a substrate temperature of 650 to 800 ° C. It discovered that a film formed and completed this invention.

또한 본 발명에 의하면, 내마모성이 우수한 cBN 소결체 기판상에 내산화성이 우수한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 효과적으로 형성할 수 있어, 내마모성 및 내산화성이 우수한 표면 피복 부재를 실현할 수 있게 된다. 게다가, 그 표면 피복 부재를 제조할 때에, CVD법을 적용할 때와 같은 고온 분위기에 노출하는 일 없이, 또한 cBN 소결체의 조성상의 제약을 받는 일도 없다. According to the present invention, the alumina film of the α-type crystal structure main body having excellent oxidation resistance can be effectively formed on the cBN sintered body substrate having excellent wear resistance, thereby realizing a surface coating member having excellent wear resistance and oxidation resistance. In addition, when manufacturing the surface coating member, the composition is not exposed to the high temperature atmosphere as when the CVD method is applied, and the composition of the cBN sintered body is not restricted.

상기와 같은 효과가 발휘되는 이유에 대하여는, 그 모두를 해명할 수 있었던 것은 아니지만, 대략 다음과 같이 생각할 수가 있다. cBN 소결체는 결합상으로서 TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2, Al203 등을 함유하고, 피막을 형성하는 표면층에도 그 일부가 노출한 상태로 되어 있다. 이러한 소결체 기재를 고온으로 산화 분위기에 노출하여 산화 처리하면, 상기 결합상 중의 비산화물 결합상은 표면에 노출되어 있는 부분이 산화된다. 또한, Al203와 같은 산화물의 결합상의 경우에서도, 미시적으로는 표면에 탄화수소 등의 오염물이 부착된 상태에 있어, 고온에서 산화 분위기에 노출하여 산화 처리함으로써, 이러한 오염물이 제거되고 그 표면에는 순수한 산화물의 표면이 노출하는 것이라고 생각할 수 있다.The reason why such an effect is exerted is not all that could be explained, but it can be considered as follows. The cBN sintered body contains TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2 , Al 2 O 3, or the like as a bonding phase, and part of the cBN sintered body is also exposed to the surface layer forming the film. When this sintered compact base material is exposed to an oxidizing atmosphere at a high temperature and oxidized, the portion of the non-oxide-bonded phase in the bonded phase is exposed to the surface. In addition, even in the case of the bonding phase of an oxide such as Al 2 O 3 , microorganisms such as hydrocarbons are adhered to the surface microscopically, and these contaminants are removed by oxidizing and exposing to an oxidizing atmosphere at a high temperature. It can be considered that the surface of the pure oxide is exposed.

따라서, 산화 처리 공정을 경과한 후의 cBN 소결체의 표면은 결합상의 산화에 의해 형성되는 산화물, 혹은 원래 산화물의 결합상에 있어서는 표면이 순수한 산화물이, 기판 표면 전역에 걸쳐 분산된 상태가 되어 있는 것이라 생각된다. 또한 소결체중의 cBN 자체도 표면에 산화물을 형성하고 있을 가능성도 있다.Therefore, the surface of the cBN sintered body after the oxidation treatment process is thought to be an oxide formed by oxidation of a bonding phase or a pure oxide in a bonding phase of an original oxide in a state dispersed throughout the entire surface of the substrate. do. In addition, cBN itself in the sintered body may also form an oxide on its surface.

이와 같이, cBN 소결체 기판의 표면 전체에 걸쳐 α알루미나의 결정 성장에 매우 적합한 영역이 되는 산화물 영역이 형성되어, 그 영역을 기점으로 하여 α알루미나의 결정 성장이 일어나기 때문에, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 비교적 낮은 성막 온도에서 형성될 수 있는 것이라고 생각할 수 있다.In this way, an oxide region which becomes a region suitable for crystal growth of α-alumina is formed over the entire surface of the cBN sintered body substrate, and crystal growth of α-alumina occurs from the region as a starting point. It is conceivable that the film can be formed at a relatively low film formation temperature.

본 발명에서 기재로서 이용하는 cBN 소결체 중에 포함되는 결합상으로는, 특정의 종류로 한정되는 것이 아니라, TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2 및 Al203로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 적어도 함유하고 있는 것을 채용할 수 있지만, 이외에도 주기율표 4a, 5a, 6a족의 금속 혹은 Al, Si 등의 금속의 질화물, 탄화물, 붕화물 및 이들의 상호 고용체나 금속(예를 들면, Al, Ti, Cr, Fe 혹은 이들을 포함한 합금)을 포함하는 것도 이용할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 산화 처리에 의한 효과를 고려하면, 결합상으로서의 화합물은 비산화물계의 것을 적어도 포함하고 있는 것이 바람직하다.The bonding phase contained in the cBN sintered compact used as the substrate in the present invention is not limited to a specific kind, but contains at least one selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2 and Al 2 O 3 . Although what is being used can be adopted, nitrides, carbides, borides of metals such as group 4a, 5a, and 6a of the periodic table or metals such as Al and Si, and their mutual solid solutions or metals (for example, Al, Ti, Cr, Fe or an alloy containing them) can also be used. In addition, in consideration of the effect of the oxidation treatment according to the present invention, it is preferable that the compound as the bonding phase contains at least a non-oxide compound.

cBN 소결체중의 결합상의 함유량으로서는, 소결체 전체에 대해 1∼50체적%인 것이 바람직하다. 결합상의 함유량이 1체적% 미만에서는 원하는 강도를 확보할 수 없고, 그 함유량이 50체적%를 넘으면 기재의 내마모성이 저하하게 된다.As content of the bonding phase in a cBN sintered compact, it is preferable that it is 1-50 volume% with respect to the whole sintered compact. If the content of the bonding phase is less than 1% by volume, the desired strength cannot be secured. If the content is more than 50% by volume, the wear resistance of the substrate is lowered.

본 발명에서는 cBN 소결체 기재의 표면을 산화하고, 그 표면(즉, cBN 소결체와 알루미나 피막과의 계면이 되는 부분)에 산화물 함유층을 형성한다. 이 산화 처리 공정은 피복 부재를 효율적으로 제조한다는 관점에서, 다음의 공정에서 성막하는 알루미나 피막을 형성하는 성막 장치내에서 행하는 것이 바람직하고, 산화성 가스의 분위기내에서 기재 온도를 높여 행하는 열산화가 바람직한 방법이다. 이 때의 산화성 가스 분위기로서는, 예를 들면 산소, 오존, H202 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있고, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.In this invention, the surface of a cBN sintered compact base material is oxidized and an oxide containing layer is formed in the surface (namely, the part used as an interface of a cBN sintered compact and an alumina film). This oxidation treatment step is preferably performed in a film forming apparatus for forming an alumina film formed in the next step from the viewpoint of efficiently producing the coating member, and thermal oxidation is preferably performed by raising the substrate temperature in an atmosphere of an oxidizing gas. It is a way. As the oxidizing gas atmosphere at this time, for example, there may be mentioned an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone, H 2 0 2, among them also are included as well as an air atmosphere.

또한 상기 산화는, 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도가 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문이며, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 좋다. 기재 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기재 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1000℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 800℃ 이하에서도 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다.Moreover, it is preferable to perform thermal oxidation by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. If the substrate temperature is too low, the oxidation is not sufficiently performed. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 1000 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, the oxide containing layer useful for formation of the alumina film of (alpha) type crystal structure main body can also be formed even at 800 degrees C or less.

상기 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.Particular restrictions on the other conditions of the oxidation treatment is not, also to employ a method of irradiating addition to the thermal oxidation, with for example a plasma of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2 screen as specific oxidation as well as Valid.

상기와 같은 산화물 함유층을 형성하면, 그 표면에 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 확실히 형성할 수 있다. 또, 상기 알루미나 피막은, α형 결정 구조가 70% 이상의 것이 우수한 내열성을 발휘하므로 바람직하고, 보다 바람직하게는 α형 결정 구조가 90% 이상의 것이고, 가장 바람직하게는 α결정 구조가 100%인 것이다.When the oxide-containing layer as described above is formed, the alumina film of the α-type crystal structure main body can be reliably formed on the surface. The alumina film is preferably 70% or more of α-type crystal structure because it exhibits excellent heat resistance, more preferably 90% or more of α-type crystal structure, and most preferably 100% of α-crystal structure. .

상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 막두께는, O.1∼20㎛로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성을 지속시키 위해서는, O.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나, α형 결정 구조 주체 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막내에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.It is preferable that the film thickness of the alumina film mainly containing the said alpha type crystal structure shall be 0.1-20 micrometers. In order to maintain the excellent heat resistance of the alumina film, it is effective to secure 0.1 µm or more, preferably 1 µm or more. However, if the film thickness of the α-type crystal structure main alumina film is too thick, it is not preferable because internal stress occurs in the alumina film and cracks are likely to occur. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

상기 제3 태양에 있어서의 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 형성 수단은 특히 한정되지 않지만, CVD법에서는 1000℃ 이상의 고온에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 비교적 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 PVD법 중, 스퍼터링법 특히 반응성 스퍼터링법이, 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막을 실현할 수 있으므로 매우 적합하다. 또한, 알루미나 피막을 형성할 때의 온도는 특히 한정되지 않지만, 앞 공정의 산화 처리로부터의 연속성을 고려하면, 산화 처리 공정시와 같은 레벨인 것이 바람직하고, 650∼800℃가 매우 적합하다. 또한 이 온도 범위에서 알루미나 피막의 형성을 행하면, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다.The means for forming the alumina film of the α-type crystal structure main body in the third aspect is not particularly limited, but the CVD method requires the film to be performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, which is not preferable, and the PVD method capable of forming a film at a relatively low temperature region is preferable. It is preferable to employ. Of these PVD methods, sputtering methods, particularly reactive sputtering methods, are very suitable because high-speed film formation can be achieved using an inexpensive metal target. In addition, the temperature at the time of forming an alumina film is not specifically limited, Taking the continuity from the oxidation process of the previous process into consideration, it is preferable that it is the same level as at the time of an oxidation process process, and 650-800 degreeC is very suitable. In addition, when the alumina film is formed in this temperature range, the alumina film of the α-type crystal structure main body is likely to be formed, which is preferable.

상기한 바와 같이 하여 α형 주체 알루미나 피막을 기판 표면에 형성함으로써, 기판, 산화물 함유층 및 α형 주체의 알루미나 피막이 차례로 형성된 알루미나 피막 피복 부재를 실현할 수 있고, 이러한 부재는 내마모성 및 내열성이 우수한 것이 되어, 절삭 공구 등의 소재로서 유용하다.By forming the α-type main body alumina coating on the surface of the substrate as described above, the alumina coating member, in which the substrate, the oxide-containing layer and the alumina coating of the α-type main body are formed in turn, can be realized, and such members are excellent in wear resistance and heat resistance, It is useful as a raw material such as a cutting tool.

α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막은 PVD법, 보다 바람직하게는 반응성 스퍼터링법으로 형성되므로, 피복하는 조건의 선택에 의해 압축의 잔류 응력을 부여할 수 있어, 이는 피복 부재 전체의 강도를 확보하는데 있어서 바람직하다. 또, 반응성 스퍼터링법으로 형성한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막에는, Al 및 O 외에 Ar이 미량 포함된다.Since the alumina film of the α-type crystal structure main body is formed by PVD method, more preferably reactive sputtering method, the residual stress of compression can be imparted by the selection of coating conditions, which is necessary to secure the strength of the whole coating member. desirable. Moreover, a trace amount of Ar other than Al and O is contained in the alumina film of the alpha type crystal structure principal formed by the reactive sputtering method.

상기한 바와 같이 그 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 cBN 소결체 기재 표면에 형성함으로써, 기재상에 산화물 함유층 및 α알루미나 피막이 차례로 형성된 알루미나 피막 피복 부재를 실현할 수 있으며, 이러한 부재는 내마모성 및 내열성이 우수한 것이 되어, 절삭 공구 등의 소재로서 유용하다. 또한 이러한 부재의 제조에 있어서는, 상기 산화물 함유층 및 α알루미나 피막의 각 형성 공정을, 동일 장치내에서 행하는 것이 생산성 향상의 관점에서 바람직하다.As described above, by forming the alumina film of the α-type crystal structure main body on the surface of the cBN sintered body substrate, an alumina coating member, in which an oxide-containing layer and an α-alumina film are sequentially formed on the substrate, can be realized, and such a member is excellent in wear resistance and heat resistance. It is used as a raw material, such as a cutting tool. Moreover, in manufacture of such a member, it is preferable from a viewpoint of productivity improvement to perform each formation process of the said oxide containing layer and (alpha) alumina film in the same apparatus.

(4) 제4 태양에 대하여(4) About the fourth sun

본 발명자들은, α형 결정 구조 주체이면서도 결정립이 미세하고 균일한 알루미나 피막(이하, 단지 「α형 주체 알루미나 피막」이라고도 한다)을, 상기 기재나 베이스 피막(제4 태양에 있어서, 이하, 특별한 지정이 없는 한 「기재」에는, 기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)의 특성을 유지할 수 있는 약 800℃ 이하의 온도역에서 형성하는 방법(제4 태양)에 대하여도 연구를 진행하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors made the alumina film (henceforth only an "alpha-type main body alumina film") which is fine and uniform crystal grains as an alpha type crystal structure principal, in the said base material and base film (4th aspect below, special designation) As long as there is no "substrate", the research was also conducted about the method (fourth aspect) formed in the temperature range of about 800 degrees C or less which can maintain the characteristic of the base film previously formed on the base material).

그 결과, 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, 기재 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시한 후 표면을 산화 처리하여 둠으로써, 알루미나 피막의 결정 구조에 차지하는 α형의 비율이 현격히 향상하고, 또한 알루미나 결정립이 미세하면서도 균일한 것이 되는 것을 알아내어, 상기 발명에 이르렀다. 상기 방법이 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유효하게 작용하는 메커니즘은, 후술하는 제4 태양에 관한 실시예에 있어서의 실험 결과로부터, 이하와 같이 일단 추정된다.As a result, in forming the alumina film, the surface of the substrate is subjected to gas ion bombard treatment, and then the surface is oxidized, whereby the proportion of the α-type occupying the crystal structure of the alumina film is remarkably improved, and the alumina crystal grain is fine. The present invention was found to be uniform while being used. The mechanism in which the method effectively acts on the formation of the α-type main body alumina film is estimated once as follows from the experimental results in the fourth embodiment described later.

상술한 바와 같이, 종래법에 의하면, CrN 피막상에 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, CrN 피막의 표면을 산화시킴으로써, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성할 수 있다.As described above, according to the conventional method, in forming the alumina film on the CrN film, the surface of the CrN film is oxidized, whereby an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure can be formed.

이 방법의 메커니즘으로서 알루미나 피막 형성전에, 성막 대상인 상기 CrN 피막의 표면을 산화성 분위기에 노출함으로써, 그 표면에 α형 결정 구조의 알루미나와 동일한 결정 구조를 갖는 Cr203가 형성되어, 이 표면 상태가 알루미나 피막 형성시에 있어서의 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성에 매우 적합하다는 것을 생각할 수 있다.As a mechanism of this method, prior to the formation of an alumina film, by exposing the surface of the CrN film to be formed into an oxidizing atmosphere, Cr 2 0 3 having the same crystal structure as that of the alumina of the α-type crystal structure is formed on the surface, and this surface state It can be considered that is very suitable for generation of alumina crystal nuclei of α-type crystal structure at the time of alumina film formation.

그러나, 이 방법으로 알루미나 피막을 형성했을 경우에는, 그 피막 표면을 SEM로 관찰하면, 후술하는 제4 태양에 관한 실시예에서 비교예로서 나타내는 것처럼 알루미나 결정립이 조대화하면서 또한 사이가 뜨게 되어 있다. 그 이유로서, 산화 처리 표면의 모든 영역이 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성에 매우 적합한 상태가 아니라, 구체적으로는, 산화 처리전의 CrN 피막의 표면 상태가 반드시 균일하지 않기 때문에, 산화 처리 후의 표면도 불균일한 상태가 되어 있음을 알 수 있다.However, when the alumina film is formed by this method, when the surface of the film is observed by SEM, the alumina crystal grains are coarsened and interspersed as shown in Comparative Example in the fourth aspect described later. As a reason, not all regions of the oxidation treatment surface are in a state that is very suitable for the production of alumina crystal nuclei having an α-type crystal structure. Specifically, the surface state of the CrN film before the oxidation treatment is not necessarily uniform. It can be seen that the surface is also in an uneven state.

이에 비해, 본 발명과 같이 가스 이온 봄바드 처리를 행한 후에 산화 처리하는 경우에는, 형성된 알루미나 피막의 표면을 SEM으로 관찰하면, 후술하는 본 발명예로서 나타내는 바와 같이, α형 결정 구조의 알루미나의 결정립은 종래법으로 성막했을 경우보다 미세하면서도 균일하게 되어 있다.In contrast, in the case of oxidation treatment after performing gas ion bombard treatment as in the present invention, when the surface of the formed alumina film is observed by SEM, the crystal grains of alumina having an α-type crystal structure are represented as shown in Examples of the present invention described later. Is finer and more uniform than that formed by the conventional method.

이들 결과로부터, 산화 처리전에 가스 이온 봄바드 처리를 실시함으로써, 산화 처리로 형성되는 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성 포인트가, 보다 다수이면서도 균일하게 존재하도록 되었다고 추정할 수가 있다.From these results, it can be estimated that the gas ion bombard treatment before the oxidation treatment results in a more numerous and uniform generation point of the alumina crystal nucleus of the α-type crystal structure formed by the oxidation treatment.

이 메커니즘에 대해 자세한 것은 분명하지 않지만, 예를 들면 다음과 같이 생각할 수가 있다. 즉, 제4 태양에서는, 상기 CrN 등의 피막 표면에 존재하는 흡착 수분, 콘터미네이션, 자연 산화막이 가스 이온 봄바드 처리로 제거되어, 산소와 화합하기 쉬운 상태가 된 표면을 산화 처리하기 때문에, 피막 표면에 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성 포인트가 되는 산화물이 미세하면서도 균일하게 형성된 것이라고 생각할 수 있다.The details of this mechanism are not clear, but for example you can think of: That is, in the fourth aspect, the adsorption water, the contact, and the natural oxide film existing on the surface of the coating film such as CrN are removed by the gas ion bombard treatment, and the surface is easily oxidized with oxygen, so that the film is coated. It can be considered that the oxide serving as the formation point of the alumina crystal nucleus of the α-type crystal structure is formed finely and uniformly on the surface.

이하에, 상기 제4 태양에 있어서의 바람직한 실시 형태 등에 대해 상술한다.Below, preferable embodiment etc. in the said 4th aspect are explained in full detail.

<가스 이온 봄바드 처리에 대하여><About gas ion bombard processing>

제4 태양는 상술한 바와 같이, 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, 기재 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시한 후 표면을 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 그 가스 이온 봄바드 처리의 상세한 조건까지 특히 한정되지 않고, 기재 표면을 에칭할 수 있는 조건을 적당히 채용하면 된다.In the fourth aspect, as described above, in forming the alumina film, the surface of the substrate is subjected to a gas ion bombard treatment, and then the surface is oxidized, and the specific conditions of the gas ion bombard treatment are not particularly limited. It is good to employ suitably the conditions which can etch the surface of a base material.

구체적인 방법으로서 예를 들면 후술하는 도 5에 도시한 바와 같이, 필라멘트 여기의 플라즈마를 이용하는 다음과 같은 방법을 들 수 있다. 즉, Ar 등의 비활성 가스를 진공 쳄버내에 도입한 상태에서, 필라멘트에서 열전자를 발생시켜 방전을 일으키게 하여, 그 방전으로 생긴 플라즈마내의 Ar 등의 가스 이온을, 기재에 인가한 부의 전압으로 가속하여 충돌시킴으로써, 기재 표면을 에칭하는 방법이다.As a specific method, as shown in FIG. 5 mentioned later, the following method using the plasma of a filament excitation is mentioned, for example. That is, in the state in which an inert gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber, hot electrons are generated from the filament to generate a discharge, and gas ions such as Ar in the plasma generated by the discharge are accelerated to a negative voltage applied to the substrate to collide. It is a method of etching a base material surface by making it etch.

상기 전압의 인가는, 상기한 바와 같이 부의 직류 전압을 연속적 또는 단속적으로 인가하는 외에 고주파의 교류 전압을 인가하여도 된다.In the application of the voltage, as described above, a negative DC voltage may be applied continuously or intermittently, or an AC voltage of high frequency may be applied.

발생한 Ar 등의 가스 이온을 기재를 향해 가속시켜, 그 기재 표면의 에칭을 충분히 행하기 위해서는, 상기 부의 직류 전압을 -1OOV 이상(바람직하게는 -300V 이상)으로 하는 것이 좋다. 그러나, 상기 부의 전압이 너무 크면, 아크 방전이 발생하는 등의 악영향이 염려되기 때문에, -2000V 이하(바람직하게는 -1OOOV 이하)로 억제하는 것이 좋다. 또한 고주파의 교류 전압을 인가하는 경우에는, 발생하는 셀프 바이어스를 상기 직류 전압과 동일한 정도로 하는 것이 좋다.In order to accelerate generated gas ions such as Ar toward the substrate and sufficiently etch the surface of the substrate, the negative DC voltage is preferably set to -100 V or more (preferably -300 V or more). However, if the negative voltage is too large, there is a risk of adverse effects such as generation of an arc discharge. Therefore, it is preferable to suppress the voltage to -2000V or less (preferably -10OV or less). In addition, when applying a high frequency AC voltage, it is good to make the self-bias generated about the same as the said DC voltage.

사용하는 가스 이온종은, 에칭 효과를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고, Ar, Kr, Xe 등의 희가스를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 비교적 염가이면서도 일반적으로 사용되고 있는 Ar 가스를 사용하는 것이 바람직하다.The gas ion species to be used is not particularly limited as long as it has an etching effect, and rare gases such as Ar, Kr, and Xe can be used. Especially, it is preferable to use Ar gas which is relatively inexpensive and is generally used.

상기 플라즈마의 생성은, 상기 필라멘트에 의한 방법 외에 홀로캐소드 방전이나 RF(라디오 주파수) 방전 등의 방법으로 행해도 된다.The plasma may be generated by a method such as holo cathode discharge or RF (radio frequency) discharge in addition to the filament.

또한, 보다 간편한 방법으로서 Ar 등의 비활성 가스를 진공 챔버내에 도입한 상태로, 기재에 부의 직류 전압 또는 고주파의 교류 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜, 그 방전으로 생긴 플라즈마 중의 가스 이온(Ar 이온 등)을 인가한 전압으로 가속시켜 에칭을 행해도 된다.In addition, as a simpler method, an inert gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber, and a glow discharge is generated by applying a negative DC voltage or a high frequency AC voltage to the substrate, thereby generating gas ions (Ar ions) in the plasma. Etc.) may be accelerated to the applied voltage.

가스 이온 봄바드 처리의 다른 구체적 형태으로서 이온 빔 소스로부터 발생시킨 고가속의 가스 이온을, 기재 표면에 충돌시키는 방법을 채용할 수도 있다.As another specific form of the gas ion bombard treatment, a method of colliding high acceleration gas ions generated from an ion beam source to the surface of the substrate may be employed.

<제4 태양에 있어서의 기재 및 베이스 피막에 대하여><About base material and base film in 4th aspect>

제4 태양에서는, 기재로서 절삭 공구 등의 부재를 구성하는 기재를 그대로 사용하는 외에, 내마모성 등의 특성을 부여하기 위하여, 그 기재상에 미리 단층 또는 다층의 베이스 피막을 형성한 것을 이용할 수도 있다. 그 기재나 베이스 피막의 구체적인 종류까지 규정하는 것은 아니지만, 우수한 내열성이나 내마모성 등이 요구되는 절삭 공구, 슬라이딩 부재, 금형 등의 제조에 본 발명법을 적용하는 경우에는, 그 기재나 베이스 피막으로서 아래와 같은 것이 바람직하게 사용된다.In the 4th aspect, in addition to using the base material which comprises members, such as a cutting tool, as a base material, in order to provide characteristics, such as abrasion resistance, the thing in which the base film of single layer or multilayer was formed previously on the base material can also be used. Although it does not prescribe the specific kind of the base material or base film, but when this invention method is applied to manufacture of a cutting tool, a sliding member, a metal mold | die etc. which require the outstanding heat resistance, abrasion resistance, etc., as the base material and base film, Is preferably used.

기재로서는 고속도강 등의 강계 재료, 초경 합금, 서멧, 또는 cBN(입방정 질화 붕소) 소결체나 세라믹스 소결체를 이용할 수 있다.As a base material, steel-based materials, such as high-speed steel, a cemented carbide, a cermet, a cBN (cubic boron nitride) sintered compact, and a ceramic sintered compact can be used.

기재상에 베이스 피막을 형성시킨 것을 이용하는 경우에는, 기재의 종류는 특별히 상관없다. 상기 베이스 피막으로서는, 예를 들면, 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Fe, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 중 1종 이상의 원소와의 화합물, 또는 이들 화합물의 상호 고용체의 어느 1종 이상을 형성하면, α형 결정 구조의 알루미나 형성에 유리한 산화물층이 생기므로 바람직하다.When using what formed the base film on the base material, the kind of base material does not matter in particular. Examples of the base film include at least one element selected from the group consisting of elements of Groups 4a, 5a, and 6a, Al, Si, Fe, Cu, and Y, and C, N, B, and O of the periodic table. Forming any one or more of a compound with at least one element or a mutual solid solution of these compounds is preferable because an oxide layer advantageous for forming alumina of the α-type crystal structure is formed.

상기 베이스 피막의 대표적인 것으로서, Ti(C, N), Cr(C, N), TiAl(C, N), CrAl(C, N), TiAlCr(C, N), 즉, Ti, Cr, TiAl, CrAl, 또는 TiAlCr의 각각의 탄화물, 질화물, 탄·질화물을 들 수 있으며, 절삭 공구 등에 범용되고 있는 경질 피막으로서 예를 들면 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN, TiAlCrN을 단층 또는 다층 형성할 수 있다.Representative of the base film, Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N), TiAlCr (C, N), that is, Ti, Cr, TiAl, Carbides, nitrides, carbon and nitrides of CrAl or TiAlCr, and are hard films commonly used for cutting tools and the like. For example, TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN, TiAlCrN may be formed in a single layer or a multilayer. Can be.

베이스 피막의 막두께는, 그 피막에 기대되는 내마모성이나 내열성 등을 충분히 발휘시키기 위해, 0.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 베이스 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없어지므로, 베이스 피막의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.The film thickness of the base film is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more in order to sufficiently exhibit wear resistance, heat resistance, and the like that is expected of the film. However, if the film thickness of the base film is too thick, cracks are likely to occur in the film during cutting, and the life of the film cannot be extended. Therefore, the film thickness of the base film is suppressed to 20 µm or less, more preferably 10 µm or less. Good to do.

상기 베이스 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, PVD법으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP(Ion Plating)법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 경질 피막 등의 베이스 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 베이스 피막의 형성과 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성을 동일 장치내에서 성막을 행할 수 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다.Although the formation method of the said base film is not specifically limited, It is preferable to form by PVD method, and it is more preferable to employ AIP (Ion Plating) method or reactive sputtering method as this PVD method. In addition, by adopting a method of forming a base film such as a hard film by the PVD method, it is possible to form the base film and the formation of the α-type main body alumina film described later in the same apparatus. Do.

<제4 태양에 있어서의 산화 처리 방법에 대하여><About the oxidation treatment method in the fourth aspect>

제4 태양에서는, 상기 가스 이온 봄바드 처리 후에 베이스 피막 표면의 산화 처리를 행한다. 그 산화 처리의 조건에 대하여도 특히 한정되는지 않지만, α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성에 유리한 산화물 함유층을 효율적으로 형성하기 위해서는, 하기의 조건으로 산화를 행하는 것이 바람직하다.In a fourth aspect, the base film surface is subjected to oxidation after the gas ion bombard treatment. Although it does not specifically limit about the conditions of the said oxidation process, In order to form an oxide containing layer advantageous for production | generation of the alumina crystal nucleus of an alpha type crystal structure efficiently, it is preferable to oxidize on condition of the following.

즉, 상기 산화는 산화성 가스 함유 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 효율적으로 산화할 수 있기 때문이며, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있고, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.That is, it is preferable to perform the said oxidation in oxidizing gas containing atmosphere. The reason for this is that the oxide can be efficiently oxidized. For example, an atmosphere containing oxidizing gas such as oxygen, ozone, H 2 O 2 or the like can be mentioned.

또한 상기 산화는, 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도가 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문이며, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기재 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1000℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 800℃ 이하에서도 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다.Moreover, it is preferable to perform thermal oxidation by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. If the substrate temperature is too low, the oxidation is not sufficiently performed. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 1000 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, even if it is 800 degrees C or less, the oxide containing layer useful for formation of the alpha type main body alumina film mentioned later can be formed.

상기 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.Particular restrictions on the other conditions of the oxidation treatment is not, also to employ a method of irradiating addition to the thermal oxidation, with for example a plasma of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2 screen as specific oxidation as well as Valid.

상기 산화 처리 공정은, 다음 공정에서 사용하는 알루미나 피막의 성막 장치내에서 행하는 것이 바람직하고, 산화성 가스의 분위기내에서 기재 온도를 높여 상기 열산화를 행하는 방법을 바람직한 실시 형태로서 들 수 있다.It is preferable to perform the said oxidation treatment process in the film-forming apparatus of the alumina film used at the next process, and the method of performing the said thermal oxidation by raising a substrate temperature in the atmosphere of oxidizing gas is mentioned as a preferable embodiment.

<제4 태양에 있어서의 알루미나 피막의 형성 방법에 대하여><About the formation method of an alumina film in a 4th aspect>

α형 주체 알루미나 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, CVD법에서는 1000℃ 이상의 고온역에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. PVD법으로서 스퍼터링법, 이온 프레이팅법, 증착법 등을 들 수 있지만, 그 중에서도, 스퍼터링법이 바람직하고, 특히 반응성 스퍼터링은 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막을 행할 수 있으므로 바람직하다.Although the formation method of (alpha) type main body alumina film is not specifically limited, Since it is necessary to carry out in high temperature area of 1000 degreeC or more in CVD method, it is not preferable, and it is preferable to employ the PVD method which can form into a film in low temperature area. Although a sputtering method, an ion fritting method, a vapor deposition method, etc. are mentioned as a PVD method, sputtering method is especially preferable, and especially reactive sputtering is preferable because high speed film-forming can be performed using an inexpensive metal target.

또한, 알루미나 피막 형성시의 기재 온도도 특별히 규정하지 않지만, 약 650∼800℃의 온도역에서 행하면, α형 주체 알루미나 피막이 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 산화 처리 공정에 이어, 산화 처리시의 기재 온도를 일정하게 유지하고 α형 주체 알루미나 피막을 형성하면, 기재나 경질 피막의 특성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 생산성도 우수하기 때문에 바람직하다. In addition, although the base temperature at the time of alumina film formation is not specifically prescribed | regulated, when it carries out in the temperature range of about 650-800 degreeC, since an alpha-type main body alumina film easily forms, it is preferable. Further, following the oxidation treatment step, if the substrate temperature during the oxidation treatment is kept constant and the α-type main body alumina coating is formed, not only the characteristics of the substrate and the hard coating can be maintained but also the productivity is excellent.

형성하는 알루미나 피막의 막두께는, 0.1∼20㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성을 지속시키 위해서는, O.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막내에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.It is preferable that the film thickness of the alumina film to form shall be 0.1-20 micrometers. It is because it is effective to secure 0.1 micrometer or more in order to maintain the outstanding heat resistance of this alumina film, More preferably, it is 1 micrometer or more. However, when the film thickness of an alumina film is too thick, it is unpreferable since internal stress will generate | occur | produce in the alumina film and cracks will arise easily. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

<제4 태양에 있어서의 성막 프로세스에 대하여><Film Formation Process in Fourth Aspect>

상기 베이스 피막의 형성(기재상에 베이스 피막을 형성한 것을 이용하는 경우), 상기 가스 이온 봄바드 처리, 상기 산화 처리, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모든 공정을, 동일 장치내에서 행하면, 처리물을 이동시키는 일 없이 연속하여 처리를 행할 수가 있으므로, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재를 효율적으로 제조할 수 있다.All processes of formation of the base film (when the base film is formed on the substrate), the gas ion bombard treatment, the oxidation treatment, and the formation of the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure are the same. When performed in the apparatus, the treatment can be carried out continuously without moving the treatment, so that the member coated with the alumina coating of the α-type crystal structure main body can be efficiently manufactured.

또한, 이와 같이 동일 장치내에서 행하면, 베이스 피막 형성시의 기재 온도(약 350∼600℃ 정도)를 저하시키는 일 없이, 계속하여 상기 가스 이온 봄바드 처리나 상기 산화 처리를 행할 수 있으므로, 기재의 가열에 필요로 하는 시간이나 에너지를 억제할 수도 있다.In the same apparatus as described above, the gas ion bombard treatment and the oxidation treatment can be carried out without lowering the substrate temperature (about 350 to 600 ° C.) at the time of forming the base film. The time and energy required for heating can also be suppressed.

구체적으로는, AIP용 증발원, 마그네트론 스퍼터링 캐소드, 히터 가열 기구, 기재 회전 기구 등을 구비한 후술하는 물리적 증착 장치에, 예를 들면 초경 합금제의 기재를 설치하고, 우선 베이스 피막으로서 TiAlN 등의 경질 피막을 AIP법 등을 채용하여 형성한 후, 진공 챔버내에 Ar을 도입하여, 기재에 부의 직류 전압을 인가하여 가스 이온 봄바드 처리를 행하고, 다음으로, 전술한 바와 같은 산소, 오존, H202 등의 산화성 가스 분위기 중에서 그 경질 피막의 표면을 열산화시켜, 그 후에 반응성 스퍼터링법 등을 채용하여, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.Specifically, a substrate made of cemented carbide, for example, is provided in a physical vapor deposition apparatus which is provided with an evaporation source for AIP, a magnetron sputtering cathode, a heater heating mechanism, a substrate rotating mechanism, and the like. After the film is formed by employing the AIP method or the like, Ar is introduced into the vacuum chamber, and a negative ion voltage is applied to the substrate to perform gas ion bombard treatment. Next, oxygen, ozone, and H 2 0 as described above are performed. The surface of the hard film is thermally oxidized in an oxidizing gas atmosphere such as 2 , and thereafter, a reactive sputtering method or the like is employed to form an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure.

(5) 제5 태양에 대하여(5) About the fifth sun

본 발명자들은, 또한, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막(이하, 단순히 「α형 주체 알루미나 피막」이라고도 한다)을 베이스 피막인 TiAlN 등의 경질 피막상이나 초경 합금이나 Si 웨이퍼 등의 여러가지 기재상에, 복잡한 중간층을 형성하는 일 없이, 그 기재나 베이스 피막(제5 태양에 있어서도, 이하, 특히 조건이 없는 한 「기재」에는, 기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)의 특성을 유지할 수 있는 약 800℃ 이하의 온도역에서 형성하기 위한 방법에 대하여도 연구를 진행하였다.The present inventors further show that the alumina coating of the α-type crystal structure main body (hereinafter, also simply referred to as “α-type alumina coating”) on a hard coating such as TiAlN, which is a base coating, or various substrates such as cemented carbide or Si wafer, Drugs capable of maintaining the characteristics of the base material and base film (hereinafter, in the fifth aspect, the base material is previously formed on the base material unless otherwise specified), without forming a complicated intermediate layer. The study for forming in the temperature range below 800 degreeC was also performed.

그 결과, 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시한 후 표면을 산화 처리하면 좋은 것을 알아내어, 상기 본 발명에 이르렀다.As a result, in forming an alumina film, after performing a metal ion bombard process on the surface of a base material, it was found that what should just be an oxidation process, and came to the said this invention.

우선, 본 발명의 알루미나 피막의 제조 방법에 대해 개설한다. 성막 프로세스의 온도에 견딜 수 있는 기재로서, 예를 들면 초경 공구(미코팅), Si 웨이퍼 등의 기재, 또는 그 기재상에 베이스 피막으로서 CrN, TiN, TiAlN, 다이아몬드 등의 경질 피막을 피복한 것에, 후술하는 바와 같은 조건으로 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하면, 가속된 금속 이온이 기재에 충돌하여 도 6(a)의 확대도에 도시한 바와 같이 금속 이온(M)에 의한 기재 표면의 에칭, 금속 이온(M)의 퇴적, 및 금속 이온의 기재로의 주입(미도시)이 동시에 일어난다. 그 결과, 메탈 이온 봄바드 처리후의 기재(21)(메탈 이온 봄바드 처리전의 기재 표면의 위치는 번호 15) 표면 근방에는, 메탈 이온 봄바드 처리에 사용한 금속이 표층측으로 갈수록 고농도가 되는 농도 구배층(22)이 형성된다[도 6(b)].First, the manufacturing method of the alumina film of this invention is outlined. As a substrate capable of withstanding the temperature of the film forming process, for example, a substrate such as a carbide tool (uncoated), a Si wafer, or a hard coating such as CrN, TiN, TiAlN, diamond or the like is coated on the substrate as a base coating. When the metal ion bombard treatment is performed under the conditions described below, the accelerated metal ions collide with the substrate, and the etching of the surface of the substrate by the metal ions M is performed as shown in the enlarged view of FIG. The deposition of the metal ions M and the implantation (not shown) of the metal ions into the substrate occur simultaneously. As a result, in the vicinity of the base material 21 after the metal ion bombard treatment (the position of the base material surface before the metal ion bombard treatment is number 15), a concentration gradient layer in which the metal used for the metal ion bombard treatment is concentrated toward the surface layer side is increased. (22) is formed (Fig. 6 (b)).

그리고, 상기 농도 구배층(22)의 표면을 산화 처리하여, 도 6(c)에 도시한 바와 같은 산화물 함유층(23)을 농도 구배층(22)의 표면에 형성하고 나서, 알루미나 피막(24)의 형성을 실시함으로써, 도 6(d)에 도시한 바와 같은 상기 농도 구배층(22)의 표면측에, 산화물 함유층(23) 및 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막(24)이 차례로 형성된 부재를 얻을 수 있다.Then, the surface of the concentration gradient layer 22 is oxidized to form an oxide-containing layer 23 as shown in Fig. 6 (c) on the surface of the concentration gradient layer 22, and then the alumina film 24 By forming the film, the member in which the oxide-containing layer 23 and the alumina film 24 of the α-type crystal structure main body were sequentially formed on the surface side of the concentration gradient layer 22 as shown in FIG. You can get it.

이와 같은 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법은, 상기 일본 특허공개 2002-53946호 공보에 나타나는 종래의 방법과 비교하여 이하와 같은 특장을 갖는다.Such a method for producing an alumina film of the α-type crystal structure main body has the following features as compared with the conventional method shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-53946.

(A) 메탈 이온 봄바드 처리로 형성되는 농도 구배층은, 그 표면이 질화되어 있지 않은 금속층이거나 질소 등이 소량 고용한 금속층이기 때문에, 질화물 피막을 산화하는 종래법과 비교하여 산화하기 쉽고, 결과적으로, 산화 처리에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 외에, 가열에 의한 장치의 부담을 경감할 수도 있다.(A) Since the concentration gradient layer formed by the metal ion bombard treatment is a metal layer whose surface is not nitrided or a metal layer in which a small amount of nitrogen or the like is dissolved, it is easier to oxidize compared with the conventional method of oxidizing a nitride film, and as a result, In addition, the time required for the oxidation treatment can be shortened, and the burden on the device due to heating can be reduced.

(B) 형성되는 농도 구배층은, 상기 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 기재 재료와의 혼합층이 되어 있어, 기재상에 질화물 피막을 형성하는 종래법보다 알루미나 피막 이외의 층의 두께를 얇게 할 수 있어, 결과적으로 알루미나 피막 이외의 층에 의한 부재 특성으로의 악영향을 억제할 수 있다.(B) The concentration gradient layer formed becomes a mixed layer with the base material as shown in FIG. 6 (b), and has a thickness of a layer other than the alumina film than the conventional method of forming a nitride film on the base material. It can be made thin and, as a result, the bad influence to the member characteristic by layers other than an alumina film can be suppressed.

또한, 형성되는 농도 구배층은 기재와 금속의 혼합층이기 때문에, 기재와 그 혼합층의 사이에는 명료한 계면이 존재하지 않고, 본질적으로 밀착성이 뛰어나다. 따라서, 기재와의 밀착성을 보다 높이기 위해서는, 상기 구성을 채용하는 것이 좋은 것을 알 수 있다.In addition, since the concentration gradient layer formed is a mixed layer of a base material and a metal, there is no clear interface between a base material and this mixed layer, and it is essentially excellent in adhesiveness. Therefore, in order to improve adhesiveness with a base material more, it turns out that it is good to employ | adopt the said structure.

(C) 또한, 메탈 이온 봄바드 처리를 다음 공정의 산화 처리에 적절한 기재 온도에서 행함으로써, 추가의 복사 가열 등을 행하여 기재 온도를 높이지 않아도, 분위기를 산화성으로 하는 것만으로 신속하게 산화 처리를 행할 수 있어 생산성을 높일 수 있다.(C) Further, by performing the metal ion bombard treatment at a substrate temperature suitable for the oxidation treatment of the next step, the oxidation treatment can be quickly performed simply by making the atmosphere oxidizable, without performing additional radiation heating or the like to increase the substrate temperature. The productivity can be improved.

이하에서는, 이 제5 태양에서 알루미나 피막을 형성하는데 있어서 적용 가능한 조건이나 매우 적합한 조건에 대해 상술한다.Hereinafter, the applicable conditions and very suitable conditions for forming an alumina film in this 5th aspect are explained in full detail.

<메탈 이온 봄바드 처리에 대하여><Metal ion bombard treatment>

본 발명법은 상술한 바와 같이, 알루미나 피막의 형성에 있어서, 우선 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시한 후 표면을 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 그 메탈 이온 봄바드 처리의 상세한 조건까지 규정하는 것은 아니지만, 이하의 조건을 채용하면 α형 결정 구조의 알루미나를 효율적으로 형성할 수 있다.As described above, in the formation of the alumina coating, the method of the present invention is characterized by first performing a metal ion bombard treatment on the surface of the substrate, and then subjecting the surface to an oxidation treatment, and specifying the detailed conditions of the metal ion bombard treatment. Although the following conditions are employ | adopted, the alumina of an alpha type crystal structure can be formed efficiently.

금속 이온의 발생원으로서 코런덤 구조를 갖는 산화물을 형성하는 금속 재료를 사용하면, α형 결정 구조의 알루미나를 용이하게 형성할 수 있으므로 바람직하고, 그 금속 재료로서, 예를 들면 Al, Cr, Fe, 또는 이들 금속의 합금이나 이들 금속을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 또한, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속을 선택하여도 되고, 예를 들면 Ti 등을 사용할 수 있다.The use of a metal material that forms an oxide having a corundum structure as a source of metal ions is preferable since it is possible to easily form alumina having an α-type crystal structure. Examples of the metal material include Al, Cr, Fe, Or the alloy of these metals, the alloy which has these metals as a main component, etc. are mentioned. In addition, a metal in which the standard free energy of oxide formation is larger than aluminum may be selected, for example, Ti or the like can be used.

금속 이온의 발생에 진공 아크 증발원을 사용하는 경우에는, 드롭렛 방출이 많은 것을 결점으로서 들 수 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서는 비교적 고융점을 갖는 금속 재료(예를 들면, 주기율표의 4a족, 5a족, 6a족의 원소)를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 금속 이온을 발생시키는 방법으로서 진공 아크 증발원을 이용하지 않고 행하는 방법이라면, 상기 문제는 생기지 않기 때문에 융점에 관계없이 금속 재료를 선택할 수 있다.When a vacuum arc evaporation source is used for generation of metal ions, a large number of droplets are released as a drawback. In order to solve this problem, it is preferable to use a metal material having a relatively high melting point (for example, elements of Groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table). In addition, if the method is performed without using a vacuum arc evaporation source as a method for generating metal ions, the above problem does not occur. Therefore, the metal material can be selected regardless of the melting point.

이상과 같은 관점에서, 금속 이온의 발생원에는 Cr, Ti 또는 이들을 포함하는 합금을 이용하는 것이 특히 바람직하다.In view of the above, it is particularly preferable to use Cr, Ti or an alloy containing these as the generation source of the metal ions.

또한, 베이스 피막을 형성하는 경우에는, 그 베이스 피막을 구성하는 금속을 포함하는 타겟을 메탈 이온 봄바드 처리에 사용하면, 성막 장치의 구성을 보다 간단하게 할 수가 있다. 예를 들면, 베이스 피막과 그 TiN을 형성하는 경우에, Ti 타겟을 이용하여 메탈 이온 봄바드 처리를 행하는 방법을 들 수 있다.In addition, when forming a base film, when the target containing the metal which comprises the base film is used for a metal ion bombard process, the structure of a film-forming apparatus can be made simpler. For example, when forming a base film and its TiN, the method of performing metal ion bombardment process using a Ti target is mentioned.

금속 이온의 발생은 고이온화 금속 플라즈마를 생성할 수 있는 방법으로 행하면 되고, 예를 들면 진공 아크 증발원을 이용하여 진공 아크 방전에 의해 금속 타겟재를 증발시키는 방법을 들 수 있다. 진공 아크 증발원으로서는 필터의 기구를 구비하여 매크로 파티클을 저감할 수 있는 것이 특히 바람직하다. The generation of metal ions may be performed by a method capable of generating a high ionized metal plasma. For example, a method of evaporating a metal target material by vacuum arc discharge using a vacuum arc evaporation source may be mentioned. As a vacuum arc evaporation source, it is especially preferable that the macro particle can be reduced by providing the mechanism of a filter.

상기 진공 아크 증발원을 이용하여 상기 금속 플라즈마를 발생시키는 외에, 예를 들면, 감과(도가니)식의 이온 프레이팅법에 금속 이온화 기구를 부가하는 방식이나, 스퍼터링 증발원에 RF(라디오 주파수) 코일을 부가하여 이온화율을 향상시키는 방식이나, 단시간에 고파워를 집중시켜 증기의 이온화를 촉진하는 고파워 펄스 스퍼터링법 등을 채용할 수 있다.In addition to generating the metal plasma using the vacuum arc evaporation source, a method of adding a metal ionization mechanism to, for example, a crucible ion frying method, or adding an RF (radio frequency) coil to the sputtering evaporation source. To improve the ionization rate, or a high-power pulse sputtering method for concentrating high power in a short time to promote ionization of steam.

메탈 이온 봄바드 처리를 행하는 경우에는, 기재에 부의 바이어스 전압을 인가할 필요가 있다. 그 바이어스 전압을 기판에 인가함으로써, 진공 아크 증발원에서 생성한 금속 이온에 에너지를 주어 기재 표면에 고속으로 충돌시켜, 상기 도 6(a)의 확대도에 도시한 바와 같은 기재의 에칭 등을 행할 수 있다.In the case of performing the metal ion bombard treatment, it is necessary to apply a negative bias voltage to the substrate. By applying the bias voltage to the substrate, the metal ions generated in the vacuum arc evaporation source are energized to impinge on the surface of the substrate at high speed, and the substrate can be etched and the like as shown in the enlarged view of FIG. have.

상기 에칭 등은 -100V 정도의 저전압에서도 실현될 수 있지만, 바람직하게는 -300V 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 -600V 이상의 바이어스 전압을 인가한다. 그 바이어스 전압의 상한은 특별히 정하지 않지만, 높은 전압을 너무 인가하면, 아크 방전이 발생하여 기재에 손상이 생긴다는 단점이나, X선이 발생하기 때문에 장치의 X선 차단 대책이 필요하게 되므로, 바이어스 전압의 상한은 -2000V 정도로 하는 것이 현실적이며, -1OOOV 이하에서도 상기 농도 구배층의 형성을 충분히 행할 수 있다. 바이어스 전압의 인가는 연속적으로 행하여도 되고, 단속적으로 행하여도 된다.The etching and the like can be realized even at a low voltage of about -100V, but preferably at least -300V. More preferably, a bias voltage of -600 V or higher is applied. Although the upper limit of the bias voltage is not specifically determined, the application of a high voltage too much may cause an arc discharge to cause damage to the substrate, and since X-rays may be required, the X-ray blocking measures of the apparatus are necessary. It is practical to set the upper limit to about -2000V, and the concentration gradient layer can be sufficiently formed even at -10OOV or less. The bias voltage may be applied continuously or intermittently.

또, 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하는 표면이 다이아몬드, cBN, 질화물 등의 절연성의 소재인 경우에는, 상기 바이어스 전압을 유효하게 인가하는 것이 어려워, 메탈 이온 봄바드 처리를 충분히 행할 수 없다. 따라서 이러한 경우에는, 기재 표면에 도전성의 층을 형성하고 나서 바이어스 전압을 인가하거나, 저바이어스 전압(약 수십V)으로 금속 이온을 조사하여 기재 표면에 도전성의 금속 함유층을 형성한 후, 상기 레벨의 바이어스 전압을 인가하면 된다.In addition, when the surface on which the metal ion bombard treatment is performed is an insulating material such as diamond, cBN, or nitride, it is difficult to apply the bias voltage effectively, and the metal ion bombard treatment cannot be sufficiently performed. Therefore, in such a case, after forming a conductive layer on the substrate surface, applying a bias voltage or irradiating metal ions with a low bias voltage (about several tens of volts) to form a conductive metal-containing layer on the substrate surface, The bias voltage may be applied.

상기한 바와 같이, 직류 전압을 연속적 또는 단속적으로 인가하는 외에, 바이어스 전압을 높은 주파수(1∼수백kHz)에서 펄스적으로 인가하거나, RF를 인가하는 방법을 채용하여도 되고, 이들 방법을 절연성 표면에의 바이어스 전압의 인가에 채용하여도 된다.As described above, in addition to applying a DC voltage continuously or intermittently, a method of applying a bias voltage at a high frequency (1 to several hundred kHz) pulsed or applying RF may be employed, and these methods may be used as insulating surfaces. It may be employed to apply a bias voltage to the.

진공 아크 증발원을 이용하는 경우에는, 분위기 가스를 도입하지 않고 메탈 이온 봄바드 처리를 행하는 것이 일반적이다. 그러나, 진공 아크 증발원의 동작 안정성을 확보한다는 관점에서, Ar 등의 비활성 가스 분위기나 질소 분위기로 하여도 된다.When using a vacuum arc evaporation source, it is common to perform metal ion bombard processing, without introducing an atmospheric gas. However, in view of ensuring the operational stability of the vacuum arc evaporation source, it may be an inert gas atmosphere such as Ar or a nitrogen atmosphere.

또한, 진공 아크 증발원을 사용하는 경우, 그 진공 아크 증발원에서 발생하는 매크로 파티클이 형성층에 혼입하는 것을 방지하기 위해, 소량의 반응성 가스로, 예를 들면 질소를 도입하여, 질소 분위기하에서 처리를 행하여도 된다. 그러나, 이와 같이 반응성 가스 분위기로 하는 경우, 반응성 가스의 분압이 1Pa 초과가 되면, 질화물 피막의 형성시와 같은 분위기가 되어, 상기 에칭 작용이 약해지므로 바람직하지 않다. 따라서, 반응성 가스는 O.5Pa 이하, 바람직하게는 O.2Pa 이하, 보다 바람직하게는 O.1Pa 이하의 분압이 되도록 하는 것이 좋다.In the case of using the vacuum arc evaporation source, in order to prevent the macroparticles generated from the vacuum arc evaporation source from mixing in the formation layer, even if nitrogen is introduced with a small amount of reactive gas, for example, the treatment may be performed in a nitrogen atmosphere. do. However, in the case of using the reactive gas atmosphere in this manner, when the partial pressure of the reactive gas is more than 1 Pa, it becomes the same atmosphere as when the nitride film is formed, and the etching action is weakened, which is not preferable. Therefore, the reactive gas is preferably made to have a partial pressure of 0.5 Pa or less, preferably 0.2 Pa or less, and more preferably 0.1 Pa or less.

메탈 이온 봄바드 처리는 기재를 300℃ 이상으로 가열하여 행하는 것이 좋다. 구체적으로는, 예를 들면 후술하는 도 7에 도시한 성막 장치내의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 기재(2)를 세트한 후, 진공이 될 때까지 배기를 행하고, 그 후, 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)를 회전시키면서, (복사)히터(5)로 기재(2)의 온도를 높이는 것을 들 수 있다.The metal ion bombard treatment is preferably performed by heating the substrate to 300 ° C or higher. Specifically, for example, after setting the substrate 2 to the substrate holder (oil-based rotation jig) 4 in the film forming apparatus shown in FIG. 7 to be described later, the substrate is evacuated until vacuum is obtained, and then the substrate. It is mentioned to raise the temperature of the base material 2 with the (copy) heater 5 while rotating the holder (oily rotating jig) 4.

이와 같이 기재 온도를 높임으로써, 메탈 이온 봄바드 처리 개시전에, 기재 표면에 흡착한 가스를 방출할 수 있으므로, 메탈 이온 봄바드 처리시의 아크 발생 등을 억제할 수가 있어 안정된 조업을 행할 수 있다.By raising the substrate temperature in this manner, since the gas adsorbed on the surface of the substrate can be released before the start of the metal ion bombard treatment, arc generation during the metal ion bombard treatment can be suppressed, and stable operation can be performed.

또, 메탈 이온 봄바드 처리시의 기판 온도는, 상기 히터에 의한 가열과 메탈 이온 봄바드 처리중에 기재에게 주어지는 바이어스 전압에 상당하는 에너지에 의하기 때문에, 그 메탈 이온 봄바드 처리중의 온도 상승을 고려한 후에, 미리 히터에 의한 가열 온도의 상한을 결정하면, 에너지 등의 로스를 억제할 수 있다.In addition, since the substrate temperature during the metal ion bombard treatment is based on the energy corresponding to the bias voltage given to the substrate during the heating by the heater and the metal ion bombard treatment, the temperature rise during the metal ion bombard treatment is considered. Later, if the upper limit of the heating temperature by the heater is determined in advance, loss of energy or the like can be suppressed.

<제5 태양에 있어서의 기재 및 베이스 피막에 대하여><About base material and base film in 5th aspect>

제5 태양에 있어서는, 기재로서 절삭 공구 등의 부재를 구성하는 기재를 그대로 사용할 수 있는 외에, 내마모성 등의 특성을 부여하기 위하여, 그 기재상에 미리 단층 또는 다층의 베이스 피막을 형성한 것을 이용할 수 있다. 그 기재나 베이스 피막의 구체적인 종류까지 규정하는 것은 아니지만, 우수한 내열성이나 내마모성 등이 요구되는 절삭 공구, 슬라이딩 부재, 금형 등의 제조에 본 발명법을 적용하기 위해서는 그 기재나 베이스 피막으로서 하기의 것이 바람직하게 사용된다.In the fifth aspect, a substrate constituting a member such as a cutting tool can be used as the substrate as it is, and in order to impart characteristics such as abrasion resistance, one having a single layer or a multilayer base film formed on the substrate in advance can be used. have. Although it does not prescribe to the specific kind of the base material and base film, in order to apply this method to manufacture of a cutting tool, a sliding member, a metal mold | die etc. which require excellent heat resistance and abrasion resistance, the following are preferable as the base material and base film. Is used.

기재로서는 고속도강 등의 동계 재료, 초경 합금, 서멧, cBN(입방정 질화 붕소)이나 세라믹스를 함유하는 소결체, 또는 결정 다이아몬드 등의 경질 재료나 전자 부재용의 Si 웨이퍼 등의 각종 기재를 이용할 수 있다. As the substrate, various substrates such as copper materials such as high-speed steel, cemented carbide, cermet, sintered bodies containing cBN (cubic boron nitride) and ceramics, or hard materials such as crystalline diamond or Si wafers for electronic members can be used.

기재상에 베이스 피막을 형성시킨 것을 이용하는 경우에는, 예를 들면, 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 중 1종 이상의 원소와의 화합물, 이들 화합물의 상호 고용체, 및 C, N, B 중 1종 이상의 원소로 이루어지는 단체 또는 화합물(예를 들면, 기상 성장시킨 다이아몬드, cBN 등)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 피막을 베이스 피막으로서 형성할 수 있다.In the case of using the base film formed on the substrate, for example, at least one element selected from the group consisting of Group 4a, Group 5a and Group 6a, Al, Si, Cu and Y, C, of the periodic table, As a compound with at least one element of N, B, O, a mutual solid solution of these compounds, and a single substance or compound (for example, diamond grown on vapor phase, cBN, etc.) consisting of at least one element of C, N, B The film which consists of 1 or more types chosen from the group which consists of can be formed as a base film.

상기 베이스 피막의 대표적인 것으로서, Ti(C, N), Cr(C,N), TiAl(C, N), CrAl(C, N), TiAlCr(C, N), 즉, Ti, Cr, TiAl, CrAl, 또는 TiAlCr의 각각의 탄화물, 질화물, 탄·질화물을 들 수 있으며, 절삭 공구 등에 범용되고 있는 경질 피막으로서 예를 들면 TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN, TiAlCrN을 단층 또는 다층 형성할 수 있다.Representative of the base film, Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N), TiAlCr (C, N), that is, Ti, Cr, TiAl, Carbides, nitrides, carbon and nitrides of CrAl or TiAlCr, and are hard films commonly used for cutting tools and the like. For example, TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, CrAlN, TiAlCrN may be formed in a single layer or a multilayer. Can be.

또한, 산화물 세라믹스(예를 들면 Yttrium Stabilized Zirconia) 등의 이른바 써멀 배리어 코팅을 베이스 피막으로서 형성하여도 된다.In addition, a so-called thermal barrier coating such as oxide ceramics (for example, Yttrium Stabilized Zirconia) may be formed as the base film.

베이스 피막의 막두께는 그 피막에 기대되는 내마모성이나 내열성 등을 충분히 발휘시키기 위해, 0.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 베이스 피막이 내마모성의 경질 피막인 경우는, 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없게 되므로, 베이스 피막의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다. 베이스 피막이 상기와 같은 경질 피막이 아닌 경우는 막두께의 상한을 특별히 마련하지 않아도 된다. The film thickness of the base film is preferably 0.5 µm or more, more preferably 1 µm or more, in order to sufficiently exhibit wear resistance, heat resistance, and the like that is expected for the coating. However, when the base film is an abrasion-resistant hard film, if the film thickness is too thick, cracks are likely to occur in the film during cutting and the long life cannot be achieved, so the film thickness of the base film is 20 µm or less, more preferably. Preferably it is suppressed to 10 micrometers or less. When the base film is not the hard film as described above, the upper limit of the film thickness does not need to be particularly provided.

상기 베이스 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 내마모성이 양호한 베이스 피막을 형성하기 위해서는 PVD법으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 베이스 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 베이스 피막과 후술하는 α형 주체 알루미나 피막을 동일 장치내에서 성막할 수 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다.Although the formation method of the said base film is not specifically limited, In order to form a base film with favorable abrasion resistance, it is preferable to form by PVD method, and it is more preferable to employ AIP method or reactive sputtering method as the PVD method. Moreover, if the method of forming a base film by PVD method is employ | adopted, since a base film and the alpha-type main body alumina film mentioned later can be formed in the same apparatus, it is preferable also from a viewpoint of productivity improvement.

<제5 태양에 있어서의 산화 처리 방법에 대하여><About the oxidation treatment method in the fifth aspect>

제5 태양에 있어서는, 상기 메탈 이온 봄바드 처리후에 베이스 표면의 산화 처리를 행한다. 그 산화 처리의 조건에 대하여도 특히 한정되지 않지만, α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성에 유리한 산화물 함유층을 효율적으로 형성하기 위해서는 하기의 조건으로 산화를 행하는 것이 바람직하다.In a fifth aspect, the base surface is oxidized after the metal ion bombard treatment. Although it does not specifically limit also about the conditions of the oxidation process, In order to form efficiently the oxide containing layer advantageous for production | generation of the alumina crystal nucleus of an alpha type crystal structure, it is preferable to oxidize on the following conditions.

즉, 상기 산화는 산화성 가스 함유 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 효율적으로 산화할 수 있기 때문이며, 예를 들면 산소, 오존, H202 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있고, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.That is, it is preferable to perform the said oxidation in oxidizing gas containing atmosphere. The reason for this is that the oxide can be efficiently oxidized. For example, an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone or H 2 O 2 can be mentioned.

또한 상기 산화는, 기재 온도를 650∼800℃로 유지하여 열산화를 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도가 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않기 때문이며, 바람직하게는 700℃ 이상으로 높여 행하는 것이 바람직하다. 기재 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기재 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1000℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 본 발명에서는 800℃ 이하에서도 후술하는 α형 주체 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수 있다.Moreover, it is preferable to perform thermal oxidation by maintaining the substrate temperature at 650 to 800 ° C. If the substrate temperature is too low, the oxidation is not sufficiently performed. Preferably, the substrate temperature is increased to 700 ° C or higher. Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 1000 ° C in view of the object of the present invention. In this invention, even if it is 800 degrees C or less, the oxide containing layer useful for formation of the alpha type main body alumina film mentioned later can be formed.

또, 산화 처리는 상기 메탈 이온 봄바드 처리시에 가열된 기재를 냉각하지 않고 계속하여 행하면, 가열에 필요로 하는 시간이나 에너지를 억제할 수 있다. 그것을 위해서는, 메탈 이온 봄바드 처리 후 바로, 장치내를 산화성 분위기로 하여 산화 처리를 행하는 것이 추천된다.In addition, if the oxidation treatment is continuously performed without cooling the substrate heated at the time of the metal ion bombard treatment, the time and energy required for heating can be suppressed. For that purpose, it is recommended to perform the oxidation treatment immediately after the metal ion bombard treatment with the oxidizing atmosphere in the apparatus.

제5 태양에 있어서의 산화 처리의 그 밖의 조건에 대해 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다.A fifth particular restrictions on the other conditions of the oxidation process in the aspect is not, a method of irradiation by addition to the thermal oxidation as a specific oxidation methods, for example plasma of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2 Chemistry Of course, it is also effective to employ.

< 제5 태양에 있어서의 알루미나 피막의 형성 방법에 대하여><About the formation method of the alumina film in 5th aspect>

α형 주체 알루미나 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, CVD법에서는 1OOO℃ 이상의 고온역에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용하는 것이 바람직하다. PVD법으로서 스퍼터링법, 이온 프레이팅법, 증착법 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 스퍼터링법이 바람직하고, 특히 반응성 스퍼터링은 염가의 메탈 타겟을 이용하여 고속 성막을 행할 수 있으므로 바람직하다.Although the formation method of (alpha) type main body alumina film is not specifically limited, Since it is necessary to carry out in the high temperature area of 100 degreeC or more in CVD method, it is not preferable, and it is preferable to employ | adopt the PVD method which can form into a film in low temperature area. Although a sputtering method, an ion fritting method, a vapor deposition method, etc. are mentioned as a PVD method, sputtering method is especially preferable, Especially reactive sputtering is preferable because high speed film-forming can be performed using an inexpensive metal target.

또한, 알루미나 피막 형성시의 기재 온도도 특별히 규정하지 않지만, 약 650∼800℃의 온도역에서 행하면, α형 주체 알루미나 피막이 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다. 또한, 산화 처리시의 기재 온도를 일정하게 유지하여 알루미나 피막을 형성하면, 기재나 경질 피막의 특성을 유지할 수 있는 외에, 생산성도 우수하므로 바람직하다.In addition, although the base temperature at the time of alumina film formation is not specifically prescribed | regulated, when it carries out in the temperature range of about 650-800 degreeC, since an alpha-type main body alumina film easily forms, it is preferable. Moreover, when the base material temperature at the time of an oxidation process is kept constant and an alumina film is formed, since the characteristic of a base material and a hard film can be maintained, since productivity is also excellent, it is preferable.

형성하는 알루미나 피막의 막두께는 0.1∼20㎛로 하는 것이 바람직하다. 그 알루미나 피막의 우수한 내열성을 지속시키기 위해서는, O.1㎛ 이상 확보하는 것이 유효하기 때문이며, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나 알루미나 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 그 알루미나 피막내에 내부 응력이 생겨 균열 등이 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 막두께는 20㎛ 이하로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하이다.It is preferable that the film thickness of the alumina film to form shall be 0.1-20 micrometers. It is because it is effective to secure 0.1 micrometer or more in order to maintain the outstanding heat resistance of this alumina film, More preferably, it is 1 micrometer or more. However, when the film thickness of an alumina film is too thick, it is unpreferable since internal stress will generate | occur | produce in the alumina film and cracks will arise easily. Therefore, it is preferable that the said film thickness shall be 20 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less.

<제5 태양에 있어서의 성막 프로세스에 대하여><About the film-forming process in 5th aspect>

상기 메탈 이온 봄바드 처리, 상기 산화 처리, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모든 공정을, 동일 장치내에서 행하면, 처리물을 이동시키는 일 없이 연속하여 처리를 행할 수 있으므로, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재를 효율적으로 제조할 수 있다.When all the steps of the metal ion bombard treatment, the oxidation treatment, and the formation of the alumina coating mainly composed of the α-type crystal structure are performed in the same apparatus, the treatment can be continuously performed without moving the treatment. , the member coated with the alumina film of the α-type crystal structure main body can be efficiently produced.

또한, 기재로서 베이스 피막이 형성된 것을 이용하는 경우에는, 베이스 피막의 형성, 상기 메탈 이온 봄바드 처리, 상기 산화 처리, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성의 모든 공정을 동일 장치내에서 행하면, 베이스 피막 형성시의 기재 온도(약 350∼600℃ 정도)를 저하시키는 일 없이, 계속하여 상기 메탈 이온 봄바드 처리, 상기 산화 처리, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성을 행할 수 있으므로, 기재의 가열에 필요로 하는 시간이나 에너지를 억제하여, 효율적으로 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재를 제조할 수 있다.In the case where the base film is formed as the base material, all the steps of formation of the base film, the metal ion bombard treatment, the oxidation treatment, and the formation of the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure are performed in the same apparatus. If performed, the formation of an alumina film mainly containing the metal ion bombard treatment, the oxidation treatment, and the α-type crystal structure is performed without lowering the substrate temperature (about 350 to 600 ° C.) at the time of forming the base film. Since the time and energy required for heating the base material can be suppressed, the member coated with the alumina film of the α-type crystal structure main body can be produced efficiently.

구체적으로는, 예를 들면 AIP용 증발원, 마그네트론 스퍼터링 캐소드, 히터 가열 기구, 기재 회전 기구 등을 구비한 후술하는 물리적 증착 장치에, 예를 들면 초경 합금제의 기재를 설치하고, 우선 베이스 피막으로서 TiAlN 등의 경질 피막을 AIP법 등을 채용하여 형성한 후, 진공 챔버 중에서 Cr 이온에 의한 메탈 이온 봄바드 처리를 행하고, 다음으로, 전술한 바와 같은 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스 분위기 중에서 그 경질 피막의 표면을 열산화시키고, 그 후에 반응성 스퍼터링법 등을 채용하여, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.Specifically, a substrate made of cemented carbide, for example, is provided in a physical vapor deposition apparatus which will be described later, including, for example, an evaporation source for AIP, a magnetron sputtering cathode, a heater heating mechanism, a substrate rotation mechanism, and the like, and firstly, TiAlN is used as the base coating. After forming a hard film such as AIP method or the like, the metal ion bombard treatment with Cr ions is performed in a vacuum chamber, and then, an oxidizing gas atmosphere such as oxygen, ozone, H 2 O 2 or the like as described above. Among them, the surface of the hard film is thermally oxidized, and thereafter, a reactive sputtering method or the like is employed to form an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure.

<제5 태양에서 형성된 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 피복된 부재에 대하여><About the coated member of the alumina film of the α-form crystal structure main body formed in the fifth aspect>

기재(기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함한다)상에, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 제5 태양에서 형성된 부재로서, 도 6(d)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 기재 표면 근방이 메탈 이온 봄바드 처리에 사용한 금속이 표층측으로 갈수록 고농도가 되는 농도 구배층이며, 그 농도 구배층의 표면측에 산화물 함유층 및 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 차례로 형성되어 있는 부재도 규정한다.An alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on a substrate (including a base film previously formed on the substrate) is a member formed in the fifth aspect, and is schematically illustrated in FIG. 6 (d). In the vicinity, the metal used for the metal ion bombard treatment is a concentration gradient layer which becomes higher concentration toward the surface layer side, and also defines a member in which an oxide-containing layer and an alumina film of the α-type crystal structure main body are sequentially formed on the surface side of the concentration gradient layer.

이와 같은 본 발명의 부재로서 구체적으로는, 예를 들면 기재가 초경 합금제이고, 베이스 피막(경질 피막)으로서 TiN, TiCN, TiAlN, 다결정 다이아몬드, 또는 cBN을 형성한 선삭용이나 프라이스용의 드로우 어웨이 팁이나, 기재가 초경 합금제이고 베이스 피막(경질 피막)으로서 TiN, TiCN을 형성한 드릴이나 엔드밀, 기재가 서메트제이고 베이스 피막(경질 피막)으로서 TiN, TiCN을 형성한 드로우 어웨이 팁 등의 절삭 공구, 그 외, 기재가 Si 웨이퍼인 반도체 구성 부품, cBN 소결체 공구, 다이아몬드 공구, 기재가 초경 합금제의 금형 또는 그 기재상에 베이스 피막이 형성된 금형, 기재가 내열 합금의 고온용 부재 또는 그 기재상에 베이스 피막이 형성된 금형을 들 수가 있다.As the member of the present invention, specifically, for example, the substrate is made of cemented carbide, and the drawaway for turning or price in which TiN, TiCN, TiAlN, polycrystalline diamond, or cBN is formed as a base film (hard film). A tip or a drill or end mill in which the base is made of cemented carbide and formed TiN and TiCN as the base coating (hard coating), and a drawaway tip in which the base is made of cermet and TiN and TiCN is formed as the base coating (hard coating) Cutting tools, other semiconductor component parts of which the substrate is Si wafer, cBN sintered body tool, diamond tools, dies made of cemented carbide, or dies whose base film is formed on the base material; The metal mold | die in which the base film was formed on the base material is mentioned.

(6) 제6 태양에 대하여(6) About the sixth sun

상술한 바와 같이, O. Zywitzki, G. Hoetzsch 등은, 「Surf. Coat. Technol.」[86-87(1996)p.640-647]에서, 고출력(11∼17kW)의 펄스 전원을 이용한 반응성 스퍼터링에 의해, 700∼760℃의 기재 온도에서 철 기재상에 X선 회절에 의한 관찰로 α알루미나를 포함하는 피막을 형성할 수 있는 것, 및 750∼770℃의 기재 온도에서 실질적으로 α피막을 형성할 수 있었던 것을 보고하고 있다. 더욱, O.Zywitzki 등은, 상기와 같은 성막에 의해 형성한 알루미나 피막을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 상세하게 관찰하여, α알루미나의 성장 과정을 보고하고 있다(Surf. Coat. Technol., 94-95(1997)p.303-308).As described above, O. Zywitzki, G. Hoetzsch, et al., "Surf. Coat. Technol. "[86-87 (1996) p. 640-647], by reactive sputtering using a pulsed power supply of high power (11-17 kW), to X-ray diffraction on an iron substrate at a substrate temperature of 700 to 760 캜. By observation, it has been reported that a film containing α alumina can be formed, and that the α film can be substantially formed at a substrate temperature of 750 to 770 ° C. Furthermore, O. Zywitzki et al. Observed the alumina film formed by the above-mentioned film formation in detail by transmission electron microscope (TEM), and reports the growth process of (alpha) alumina (Surf. Coat. Technol., 94 -95 (1997) p. 303-308).

한편, Y. Yamada-Takamura 등은, 필터형 진공 아크법에 의한 반응성 성막에 의해, 780℃의 기재 온도에서 α알루미나 피막을 형성할 수 있는 것, 및 RF(라디오 주파수) 바이어스를 인가함으로써, 460℃에서도 α알루미나의 생성이 가능한 것을 보고하고 있다(Surf. Coat. Technol., 142-144(2001)p. 260-264). On the other hand, Y. Yamada-Takamura et al., Which can form an α-alumina film at a substrate temperature of 780 ° C. by reactive film formation by a filter-type vacuum arc method, and apply an RF (radio frequency) bias to 460 It is reported that the production of α alumina is possible even at ℃ (Surf. Coat. Technol., 142-144 (2001) p. 260-264).

이 보고에 있어서도, TEM에 의한 알루미나 피막 단면 관찰을 실시하고 있지만, 상기 O. Zywitzki 등의 보고와 마찬가지로 피막 성장의 초기(즉, 피막에 있어서의 기재와의 계면) 부근에는 γ알루미나가 형성되어 있고, 이 안에서 α알루미나 결정이 성장하고 있다는 상세한 관찰 결과가 보고되어 있다.Also in this report, the alumina film cross section observation is performed by TEM, but similar to the report of O. Zywitzki et al.,? -Alumina is formed near the initial stage of the film growth (that is, the interface with the substrate in the film). As a result, detailed observations of the growth of α-alumina crystals have been reported.

지금까지 보고된 기술에서는 모두 피막의 성장 초기에 γ알루미나를 포함하는 것이지만, 이와 같이 γ알루미나를 부분적으로 포함하는 피막이라도, 그 피막을 피복한 피복 부재가 1000℃ 이상의 고온에 노출된 경우에는, 그 부분의 γ알루미나가 α알루미나로 상변태를 일으킬 가능성이 있다. 그리고, 이 상변태는 체적 변화를 수반하여 일어나므로, 피막의 크랙 발생의 원인이 될 가능성이 염려된다. 또한, 이러한 체적 변화를 수반하는 상변태가 피막과 기재의 계면에서 발생하면, 피막의 밀착성에 악영향을 미치는 것이 충분히 예상된다.Although all the techniques reported so far include γ-alumina at the initial stage of the growth of the coating, even if the coating partially contains γ-alumina in this way, when the coating member covering the coating is exposed to a high temperature of 1000 ° C. or higher, The gamma alumina of the part may cause phase transformation into alpha alumina. And since this phase transformation occurs with a volume change, there is a possibility that it may be the cause of cracking of the film. Moreover, when the phase transformation accompanying such a volume change arises at the interface of a film and a base material, it is anticipated enough that it will adversely affect the adhesiveness of a film.

다른 기술로서, α알루미나와 동일한 결정 구조를 갖는 α-Cr2O3를 α알루미나(α-Al203)의 결정핵 발생의 템플릿으로서 이용함으로써, α알루미나의 저온 성막을 가능하게 하는 방법도 제안되어 있다{예를 들면, 일본 특허공개 2001-335917호 공보(특허 청구의 범위, 실시예 등), 「J. Vac. Sci. Technol.」(A20(6), Nov/Dec, 2002, p.2134-2136)}. 이 중 일본 특허공개 2001-335917호 공보에 의하면, Si 웨이퍼상에 α-Cr203 베이스층을 형성함으로써, 2×10-6Pa 정도의 진공 분위기와, 1nm/min의 저성막 비율로 성막하는 것을 요건으로 하여, 400℃의 기재 온도에서 α알루미나가 0.18㎛ 의 두께로 형성된 것이 개시되어 있다.As another technique, a method of enabling low temperature film formation of α alumina by using α-Cr 2 O 3 having the same crystal structure as α alumina as a template for crystal nucleation of α alumina (α-Al 2 O 3 ) It is proposed {for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-335917 (claim, Example, etc.), "J. Vac. Sci. Technol. ”(A20 (6), Nov / Dec, 2002, p. 2134-2136)}. According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-335917, by forming an α-Cr 2 0 3 base layer on a Si wafer, a film is formed in a vacuum atmosphere of about 2 × 10 −6 Pa and a low film forming ratio of 1 nm / min. It is disclosed that α alumina is formed to a thickness of 0.18 μm at a substrate temperature of 400 ° C. as a requirement.

또한, 상기와 같은 처리 온도의 문제를 해결하는 것을 목적으로 하여, 예를 들면 일본 특허공개 2002-53946호 공보에는, 격자 상수가 4.779Å 이상 5.000Å 이하이고 막두께가 적어도 0.005㎛인 코런덤 구조의 산화물 피막을 베이스층으로서, 그 베이스층상에 α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성할 방법이 개시되어 있다. 또한, 경질 피막으로서 Ti, Cr 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 Al의 복합 질화 피막을 형성한 위에, 중간층으로서 (Alz, Cr(1-z))N(단, z는 O≤z≤0.90)으로 이루어지는 피막을 형성하고, 또한 이 피막을 산화 처리함으로써 코런덤 구조의 산화물 피막을 형성한 후, 그 산화 피막상에 α형 결정 구조의 알루미나를 형성하는 것이 유용하다는 것도 개시하고 있다. 이 방법에서는, 비교적 저온의 기판 온도에서 결정성의 α알루미나를 형성할 수 있다고 되어 있다.Further, for the purpose of solving the above-mentioned problem of processing temperature, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-53946 discloses, for example, a corundum structure having a lattice constant of 4.779 GPa to 5.000 GPa and a film thickness of at least 0.005 µm. A method of forming an alumina film having an α-type crystal structure on the base layer using the oxide film as a base layer is disclosed. In addition, (Al z , Cr (1-z) ) N (where z is an intermediate layer on the formation of a composite nitride film of Al and at least one element selected from the group consisting of Ti, Cr and V as a hard film ) It is also disclosed that an oxide film having a corundum structure is formed by forming a film composed of O ≦ z ≦ 0.90) and oxidizing the film, and then forming alumina having an α-type crystal structure on the oxide film. Doing. In this method, crystalline α-alumina can be formed at a relatively low temperature of the substrate.

그러나, 이들 일본 특허공개 2001-335917호 공보, 일본 특허공개 2002-53946호 공보 및 「J. Vac. Sci. Technol.」(A20(6), Nov/Dec, 2002, p.2134-2136)의 기술에 있어서도, 형성되는 알루미나 피막에 대한 미크로한 결정상의 검출은 행해지고 있다고는 할 수 없고, 계면 부근에 있어서의 알루미나의 결정 구조에 대하여는 완전히 불명의 상태이다. 이러한 점때문에, 이제까지 PVD법에 의해 형성된 알루미나 피막에서는, 적어도 피막 형성 초기의 결정이 미세한 영역에서는, γ알루미나가 존재하고 있고, α형 결정 구조의 알루미나는 이러한 γ알루미나 중에서 성장하고 있는 것이라고 생각할 수 있다.However, these Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-335917, 2002-53946, and "J. Vac. Sci. Technol. "(A20 (6), Nov / Dec, 2002, p. 2134-2136) also cannot detect the microcrystalline phase with respect to the alumina film formed, but is in the vicinity of an interface. The crystal structure of alumina is completely unknown. For this reason, in the alumina film | membrane formed by PVD method so far, (gamma) alumina exists in the area | region where the crystal | crystallization of an initial stage of film formation is minute, and it can be considered that alumina of an alpha type crystal structure is growing in such (gamma) alumina. .

그래서, 본 발명자들은 실질적으로 α결정 구조로 이루어지는 알루미나 피막을 제조하기 위한 수단에 대해, 특히 알루미나 피막의 결정 성장 개시 부분이 되는 기재(혹은 기재 표면에 형성된 베이스 피막)의 표면 성상에 주목하여 검토하였다.Therefore, the present inventors have focused on the means for producing the alumina film substantially composed of the α crystal structure, focusing on the surface properties of the substrate (or the base film formed on the surface of the substrate), which becomes the crystal growth initiation portion of the alumina coating. .

그 결과, 이온 봄바드 처리나 코런덤 구조를 갖는 산화물 분말에 의한 표면 손상 처리 등의 사전 처리를 기재 표면에 실시하여, 기재 표면에 미세한 상처나 함몰을 다수 형성하고 나서, 그 피처리 표면을 소정의 온도에서 산화 처리하고, 그 후 알루미나 피막의 형성을 행하면, 적어도 피막의 성장 개시부(즉, 산화물 함유층과 알루미나 피막의 계면)가 미세한 구조의 α알루미나 결정의 집합체로 형성되어 있고, 그 결정 미세부에 있어서는 α알루미나 이외의 결정상이 관찰되지 않는 것이 판명되었다. 또한, 상기와 같은 사전 처리를 행하지 않더라도, 산화 처리 조건(처리 온도)을 보다 엄밀하게 설정하여 주면, 그 후에 형성되는 알루미나 피막은 상기와 같은 결정 형태가 되는 것도 알았다.As a result, the surface of the substrate is subjected to pretreatment such as ion bombard treatment or surface damage treatment with an oxide powder having a corundum structure, and a large number of fine wounds and depressions are formed on the substrate surface. When the oxidation treatment is carried out at a temperature of and the alumina film is formed thereafter, at least the growth initiation portion (that is, the interface between the oxide-containing layer and the alumina film) of the film is formed of an alumina crystal aggregate having a fine structure, In details, it was found that no crystal phase other than α-alumina was observed. Moreover, even if the above-mentioned pretreatment is not performed, when the oxidation treatment conditions (treatment temperature) are more strictly set, it has also been found that the alumina film formed thereafter is in the above crystalline form.

이러한 알루미나 피막은, 1000℃ 이상의 고온 분위기하에서 이용하여도, 이미 가장 열적으로 안정된 구조인 α알루미나만으로 구성되어 있으므로, 더 이상 결정형의 변태를 일으키는 일 없이, 결정의 체적 변화 등에 의한 피막 계면 부근에서의 크랙이나 박리 등이 발생하는 일이 없어지는 것이다.Such alumina film is composed only of α alumina, which is already the most thermally stable structure even when used in a high temperature atmosphere of 1000 ° C. or higher, so that it no longer causes crystalline transformation, Cracks, peeling, etc. do not occur.

본 발명의 알루미나 피막에서는 미세 구조를 갖는 피막 성장 개시부뿐만 아니라, 피막의 모든 곳에 있어서 α알루미나 이외의 결정이 관찰되는 일이 없는 것이 바람직하지만, 상기 처리 조건을 적절히 설정함으로써, 이러한 알루미나 피막을 형성할 수 있다.In the alumina film of the present invention, it is preferable that crystals other than α-alumina are not observed not only at the film growth start point having a fine structure but everywhere, but the alumina film is formed by appropriately setting the treatment conditions. can do.

α형 결정 구조의 알루미나 피막의 막두께는 0.5∼20㎛로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼5㎛ 정도이다. 0.5㎛는 본 발명에 있어서의 「피막 성장 개시부」에 상당하는 두께임과 동시에 내열성의 피막으로서의 성능이 발휘되는 최소한의 두께이다. 또한 피막 두께를 20㎛ 이하로 함으로써, 피막 내부 응력에 의한 악영향(균열의 발생)을 피할 수 있다. 또한, 성장하는 결정이 극단적으로 조대화하는 것을 방지한다는 관점에서는, 5㎛ 이하로 하는 것이 좋다.It is preferable that the film thickness of the alumina film of alpha type crystal structure shall be 0.5-20 micrometers, More preferably, it is about 1-5 micrometers. 0.5 micrometer is the thickness which corresponds to the "film growth start part" in this invention, and is the minimum thickness which the performance as a heat resistant film is exhibited. Moreover, by making film thickness into 20 micrometers or less, the bad influence (generation | generation of a crack) by the film internal stress can be avoided. Moreover, it is good to set it as 5 micrometers or less from a viewpoint of preventing the growing crystal from becoming extremely coarse.

제6 태양에 있어서 α형 결정 구조를 갖는 알루미나 피막을 형성하는 수단으로서는, CVD법은 1000℃ 이상의 고온에서 행할 필요가 있으므로 바람직하지 않고, 비교적 저온역에서 성막할 수 있는 PVD법을 채용한다. 이러한 PVD 중, 스퍼터링법, 특히 반응성 스퍼터링법에서는, 알루미나와 같은 고절연성 피막을 타당한 성막 속도로 형성하는데 적합하며 생산성의 면에서도 바람직하다. 이 때의 성막 속도는, 적어도 0.1㎛/hr 이상 확보할 수 있고, 생산성을 보다 높이기 위해 0.5㎛/hr 이상으로 해도 된다.In the sixth aspect, as the means for forming the alumina film having the α-type crystal structure, the CVD method needs to be performed at a high temperature of 1000 ° C or higher, which is not preferable, and the PVD method which can form a film in a relatively low temperature region is adopted. Among these PVD, sputtering method, particularly reactive sputtering method, is suitable for forming a high insulating film such as alumina at a reasonable film forming rate and is preferable in terms of productivity. The film-forming speed | rate at this time can be ensured at least 0.1 micrometer / hr or more, and may be 0.5 micrometer / hr or more in order to raise productivity more.

또한 상기 알루미나 피막을 형성할 때의 기재 온도는 사전 처리의 유무, 기재나 베이스 피막의 종류 등에 의해 최적치가 다르지만, 사전 처리를 실시하는 경우에는, 적어도 700℃ 이상을 확보할 필요가 있다. 이보다 낮은 온도가 되면 α결정 구조의 알루미나 피막을 형성하기 어려워진다.In addition, although the optimal substrate temperature at the time of forming the said alumina film differs by presence or absence of pretreatment, the kind of base material, base film, etc., when performing pretreatment, it is necessary to ensure at least 700 degreeC or more. If the temperature is lower than this, it is difficult to form an alumina film having an α crystal structure.

한편, α알루미나를 PVD법으로 형성하는 목적의 하나로서 들 수 있는 「프로세스의 저온화」의 관점에서는, 예를 들면 베이스 피막으로서 형성되는 일이 있는 TiAlN 등의 피막의 특성이 열화하지 않는 800℃ 이하에서 알루미나를 성막하는 것이 바람직하다. 또, 여기에서 말하는 「기재 온도」란 초경 합금제나 탄소 강제, 공구 동제 등의 기재 및 그 기재상에 형성된 베이스 피막의 온도의 의미이다.On the other hand, from the viewpoint of "lower temperature of the process" which can be mentioned as one of the objectives of forming alpha alumina by the PVD method, for example, 800 ° C in which the characteristics of a film such as TiAlN, which may be formed as a base film, do not deteriorate. It is preferable to form alumina below. In addition, the "substrate temperature" used here means the temperature of the base material formed on cemented carbide, carbon steel, tool copper, etc., and the base material.

제6 태양에서는, 알루미나 피막의 형성에 앞서, 기재 표면 혹은 기재상에 미리 형성된 베이스 피막의 표면을 산화(산화 처리 공정)하여 산화물 함유층을 형성한다. 이 산화 처리 공정은 처리 효율의 관점에서, 혹은, 형성한 산화물 함유층 표면으로의 대기 중의 수증기의 흡착을 방지하는 관점에서, 다음의 공정에서 성막하는 알루미나 피막을 형성하는 장치(진공 챔버)내에서 행하는 것이 바람직하고, 산화성 가스의 분위기하에서 기재 온도를 높여 행하는 열산화가 바람직한 방법이다. 이 때의 산화성 가스 분위기로서는, 예를 들면 산소, 오존, H2O2 등의 산화성 가스를 함유하는 분위기를 들 수 있고, 그 중에는 대기 분위기도 물론 포함된다.In the sixth aspect, prior to the formation of the alumina film, an oxide-containing layer is formed by oxidizing (oxidizing) the surface of the substrate or the surface of the base coating film previously formed on the substrate. This oxidation treatment step is performed in an apparatus (vacuum chamber) for forming an alumina film to be formed in the next step from the viewpoint of treatment efficiency or from the viewpoint of preventing adsorption of water vapor in the atmosphere to the formed oxide-containing layer surface. It is preferable that thermal oxidation is carried out by raising the substrate temperature in an atmosphere of an oxidizing gas. As the oxidizing gas atmosphere at this time, for example, there may be mentioned an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone, such as H 2 O 2, among them also are included as well as an air atmosphere.

또한 상기 산화는 사전 처리의 유무, 기재나 베이스 피막의 종류 등에 의해 최적인 기재 온도가 다르지만, 예를 들면 베이스 피막이 CrN이고 가스 이온 봄바드나 손상의 사전 처리를 실시하는 경우에는, 적어도 700℃ 이상으로 유지하여 열산화를 행할 필요가 있다. 이에 비해, 예를 들면 베이스 피막이 CrN이고 사전 처리를 실시하지 않는 경우나, 베이스 피막이 TiAlN이고 가스 이온 봄바드나 손상의 사전 처리를 실시한 경우, 혹은 기재나 베이스를 한정하지 않지만 Cr에 의한 메탈 이온 봄바드에 의한 사전 처리를 실시한 경우에는, 기재 온도를 750℃ 이상으로 하여 산화 처리를 행할 필요가 있다. 기재 온도가 상기 각 온도보다 너무 낮으면 충분히 산화가 행해지지 않아, 알루미나 피막 형성 조건을 적절히 하여도 희망하는 α알루미나가 형성되지 않는다. In addition, although the optimal substrate temperature differs depending on the presence or absence of pretreatment, the type of substrate or base coating, and the like, for example, when the base coating is CrN and pretreatment of gas ion bombard or damage is performed, at least 700 ° C or more. It is necessary to carry out thermal oxidation by maintaining it. On the other hand, for example, when the base coating is CrN and no pretreatment is performed, or when the base coating is TiAlN and pretreatment of gas ion bombard or damage, or the base or base is not limited, the metal ion spring by Cr In the case of performing the pretreatment by the bard, it is necessary to perform the oxidation treatment at a substrate temperature of 750 ° C or higher. If the substrate temperature is too lower than the above-mentioned temperatures, the oxidation is not sufficiently performed, and the desired α-alumina is not formed even if the alumina film forming conditions are appropriate.

기재 온도를 높임에 따라 산화는 촉진되지만, 기재 온도의 상한은 본 발명의 목적에 비추어 1OOO℃ 미만으로 억제하는 것이 필요하다. 800℃ 이하에서도 본 발명의 알루미나 피막의 형성에 유용한 산화물 함유층을 형성할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 α알루미나 피막을 얻기 위해서는, 산화 처리 공정 및 알루미나 피막 형성 공정에 있어서의 기재 온도를, 사전 처리의 유무에 따라 적절한 기재 온도 범위를 설정하여 연속적으로(바람직하게는 동일 장치내에서 동일한 기재 온도로) 행하도록 하면 된다.Oxidation is accelerated by increasing the substrate temperature, but the upper limit of the substrate temperature needs to be suppressed to less than 100 ° C in view of the object of the present invention. The oxide containing layer useful for formation of the alumina film of this invention can be formed also at 800 degrees C or less. Therefore, in order to obtain the alpha-alumina coating of the present invention, the substrate temperature in the oxidation treatment step and the alumina coating film formation step is set continuously according to the presence or absence of pretreatment (preferably in the same apparatus). The same substrate temperature).

제6 태양에서 상기 알루미나 피막을 형성하는데 있어서, 상기 산화 처리에 있어서의 기재 온도 이외의 다른 조건에 대하여는 각별한 제한은 없고, 구체적인 산화 방법으로서 상기 열산화 외에, 예를 들면 산소, 오존, H202 등의 산화성 가스를 플라즈마화하여 조사하는 방법을 채용하는 것도 물론 유효하다. 상기와 같은 산화물 함유층을 형성하면, 그 표면에 α형 결정 구조의 알루미나의 피막을 확실히 형성할 수 있다.In forming the alumina film in the sixth aspect, there are no particular restrictions on the conditions other than the substrate temperature in the oxidation treatment, and specific examples of the oxidation method include oxygen, ozone, H 2 O in addition to the thermal oxidation. It is of course also effective to employ a method of irradiating an oxidizing gas such as 2 into a plasma. When the oxide containing layer is formed as described above, a film of alumina having an α-type crystal structure can be reliably formed on the surface thereof.

제6 태양에서는 상기 알루미나 피막을 제조하는데 있어서, 필요에 의해 가스 이온 봄바드 처리나 코런덤 구조의 산화물 분말에 의한 표면 손상 처리 등의 사전 처리를 기재 표면에 실시한다. 이러한 사전 처리를 실시함으로써, 그 후의 산화 처리 및 알루미나 피막 형성을 비교적 낮은 온도(700℃ 이상)로 행하는 경우에서도, α결정 구조의 알루미나 피막을 얻을 수 있다. 이들 사전 처리에 의한 작용은 다음과 같이 생각할 수 있다. In the sixth aspect, in producing the alumina film, pretreatment such as gas ion bombard treatment or surface damage treatment with oxide powder of corundum structure is performed on the surface of the substrate as necessary. By carrying out such pretreatment, even in the case where subsequent oxidation treatment and alumina film formation are performed at a relatively low temperature (700 ° C. or more), an alumina film having an α crystal structure can be obtained. The action by these pretreatments can be considered as follows.

상기 이온 봄바드 처리는, 상술한 바와 같이, Ar 등의 비활성 가스를 진공 챔버내에 도입한 상태에서, 기재에 부의 바이어스 전압(직류 전압 혹은 고주파의 교류 전압)을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜, 그 글로우 방전에 의해 생긴 플라즈마 중의 Ar 등의 가스 이온을 기재에 고속으로 충돌시킴으로써, 기재 표면을 에칭시키는 방법이다. 이 처리에 의해 다음 공정의 산화 처리에서 형성되는 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성 포인트(산화물 포인트)가 보다 다수이면서도 균일하게 형성되게 된다.In the ion bombard process, as described above, in the state in which an inert gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber, a negative bias voltage (direct current voltage or high-frequency alternating voltage) is applied to the substrate to generate a glow discharge. The substrate surface is etched by colliding gas ions such as Ar in the plasma generated by the glow discharge with the substrate at high speed. By this treatment, the number of generation points (oxide points) of the alumina crystal nucleus of the α-type crystal structure formed in the oxidation treatment of the next step is formed more uniformly.

한편, 코런덤 구조의 산화물 분말에 의한 표면 손상 처리라는 것은, 예를 들면 α형 결정 구조(코런덤 구조)의 알루미나 분말을 이용하여, 기재 표면을 연마하거나, 혹은 그 분말을 분산시킨 액체 중에 기재를 침지하여 초음파 인가를 행함으로써, 분말의 형상을 반영한 형상의 미세한 상처나 함몰을 기재 표면에 형성하는 것이다.On the other hand, the surface damage treatment by the oxide powder of corundum structure is a base material in the liquid which grind | polished the surface of a base material or disperse | distributed the powder using the alumina powder of (alpha) type crystal structure (corundum structure), for example. Ultrasonic application is performed by dipping to form fine scratches or depressions in the shape reflecting the shape of the powder on the surface of the substrate.

또한, 이 처리에 의해, α형 결정 구조의 알루미나 분말이 기재 표면에 극미량 잔존할 가능성도 있다. 이들 상처나 함몰 혹은 극미량의 알루미나 분말의 잔존에 의해, 상기와 같이 다음 공정의 산화 처리에서 형성되는 α형 결정 구조의 알루미나 결정핵의 생성 포인트(산화물 포인트)가 보다 다수이면서도 균일하게 형성되게 된다.In addition, by this treatment, a trace amount of alumina powder having an α-type crystal structure may remain on the surface of the substrate. As a result of these wounds, depressions, or the presence of a very small amount of alumina powder, the formation points (oxide points) of the alumina crystal nucleus of the α-type crystal structure formed in the oxidation treatment of the next step as described above are formed more uniformly.

또, 이러한 처리에서 이용하는 분말로서는, α형 결정 구조의 알루미나 분말에 한정하지 않고, Cr203나 Fe203 등의 코런덤 구조를 갖는 분말도 적용할 수 있지만, 가장 표면에 형성되는 알루미나 피막과 같은 α형 결정 구조의 알루미나 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분말은 미세한 알루미나 피막을 형성한다는 관점에서, 사이즈가 보다 작은 것을 이용하는 것이 바람직하고, 평균 입자경이 50㎛ 이하인 것, 보다 바람직하게는 1㎛ 이하인 것을 이용하는 것이 좋다.As the powder used in such a treatment, not only an alumina powder having an α-type crystal structure but also a powder having a corundum structure such as Cr 2 O 3 or Fe 2 O 3 can be used. It is preferable to use an alumina powder having an α-type crystal structure such as a film. In addition, from the viewpoint of forming a fine alumina film, the powder is preferably one having a smaller size, preferably having an average particle diameter of 50 µm or less, more preferably 1 µm or less.

또한, 다른 사전 처리의 수법으로서 상기 메탈 이온 봄바드 처리를 들 수 있다. 메탈 이온 봄바드 처리는, 상술한 바와 같이, 예를 들면 진공 아크 증발원을 이용하여 진공 아크 방전에 의해 금속 타겟재를 증발시켜, 생성한 금속 이온에 바이어스 전압으로 에너지를 주어 기재에 고온으로 충돌시키고, 가장 표면에 있어서는 상기 메탈의 함유량이 많은 기재(혹은 베이스층)와 상기 메탈과의 혼합층을 형성하는 것이다.Moreover, the said metal ion bombard process is mentioned as another pretreatment method. The metal ion bombard treatment, as described above, evaporates the metal target material by, for example, a vacuum arc discharge using a vacuum arc evaporation source, imparts energy to the produced metal ions at a bias voltage to impinge the substrate at a high temperature. On the most surface, it forms a mixed layer of the base material (or base layer) with a lot of said metal content, and the said metal.

또, 이 때의 베이스 피막의 막두께는, 경질 피막으로서 기대되는 내마모성을 충분히 발휘시키기 위해, O.5㎛ 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 그러나, 베이스 피막의 막두께가 너무 두꺼우면, 절삭시에 그 베이스 피막에 균열이 생기기 쉬워져 장수명화를 도모할 수 없게 되므로, 경질 피막의 막두께는 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하로 억제하는 것이 좋다.Moreover, in order to fully exhibit the wear resistance anticipated as a hard film, the film thickness of the base film at this time is preferably set to 0.5 µm or more, and more preferably 1 µm or more. However, if the film thickness of the base film is too thick, the base film is easily cracked at the time of cutting, and the long life cannot be achieved. Therefore, the film thickness of the hard film is 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. It is good to suppress.

다른 종류의 베이스 피막으로서는, 산화물 세라믹스(예를 들면 Yttrium Stabilized Zirconia) 등의 이른바 써멀 배리어 코팅을 이용할 수도 있다. 이 경우는, 특히 막두께에 제약은 없다.As another kind of base coating, so-called thermal barrier coating such as oxide ceramics (for example, Yttrium Stabilized Zirconia) may be used. In this case, there is no restriction in particular in the film thickness.

상기 베이스 피막의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 내마모성이 양호한 경질 피막을 형성하기 위해서는 PVD법으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 AIP법이나 반응성 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, PVD법으로 베이스 피막을 형성하는 방법을 채용하면, 베이스 피막의 형성과 α알루미나 피막의 형성을 동일 장치내에서 성막을 행할 수가 있으므로, 생산성 향상의 관점에서도 바람직하다.Although the formation method of the said base film is not specifically limited, In order to form a hard film with favorable abrasion resistance, it is preferable to form by PVD method, and it is more preferable to employ AIP method or reactive sputtering method as the PVD method. In addition, if the method of forming the base film by the PVD method is adopted, film formation can be performed in the same apparatus for formation of the base film and the formation of the α-alumina film, which is also preferable from the viewpoint of productivity improvement.

(7) 성막용 장치(물리적 증착 장치)에 대하여(7) About film forming apparatus (physical vapor deposition apparatus)

상술한 바와 같이, 예를 들면 경질 피막으로서 많이 이용되는 TiAlN계나 TiN, TiCN과 같은 경질 피막상에, 코런덤 구조의 산화물을 형성하는 베이스층 등의 특별한 중간층 등을 형성하지 않고서도, 상기 α알루미나 피막을 형성하는 방법에 대해 연구 개발을 행하여, 그 결과로서, 상술한 바와 같이, 기재 표면에 형성한 TiAlN이나 TiN, TiCN 등의 경질 피막 등의 표면을 약 650℃∼80O℃의 산화 분위기에 폭로한 후에, 예를 들면 반응성 스퍼터링법에 의해 650℃∼800℃ 정도의 온도에서 알루미나 피막을 형성하면 좋음을 알 수 있었다. As described above, for example, the α-alumina may be formed on a TiAlN-based, which is frequently used as a hard coating, or on a hard coating such as TiN or TiCN without forming a special intermediate layer such as a base layer for forming a corundum structure oxide. As a result, as described above, the surface of the hard film such as TiAlN, TiN, TiCN or the like formed on the surface of the substrate is exposed to an oxidizing atmosphere of about 650 ° C. to 80 ° C. as a result. Then, it turned out that it is good to form an alumina film at the temperature of about 650 degreeC-800 degreeC, for example by the reactive sputtering method.

또한, 특히 TiAlN 피막 위에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 경우에, 당해 피막 표면에 봄바드 처리를 실시하고, 그 후에 그 표면을 650℃∼80O℃의 산화 분위기에 폭로하고 나서, 반응성 스퍼터링법에 의해 650℃∼80O℃ 정도의 온도에서 알루미나 피막을 형성하면, α형 결정 이외의 결정상이 감소하고, 또한, 결정립이 보다 미세하면서도 치밀한 알루미나 피막을 얻을 수 있는 것을 알았다.In addition, particularly in the case of forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure on the TiAlN film, the surface of the film is subjected to a bombard treatment, after which the surface is exposed to an oxidizing atmosphere of 650 ° C. to 80 ° C. When the alumina film was formed at a temperature of about 650 ° C. to 80 ° C. by the reactive sputtering method, it was found that crystal phases other than the α-type crystals were reduced, and a finer and finer alumina film was obtained with crystal grains.

그리고 본 발명자들은, 이와 같은 본 발명의 작용 효과를 구체적이면서도 효율적으로 실현하기 위하여, 사용하는 장치에 대하여도 검토를 행한 결과, 하기에 나타내는 구성으로 하면, TiN, TiCN, TiAlN 등의 실용적인 경질 피막(베이스 피막) 위에, 상기 특별한 중간층을 배치하는 일 없이 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막 등의 특히 고내열성이 우수한 고순도의 산화물계 피막을 효율적으로 안정되게 형성할 수 있는 것과, 그 알루미나 피막의 형성에 이르는 모든 처리 공정을 동일 장치내에서 실시할 수 있는 것을 알아냈다. 이하, 상기 과제를 달성할 수 있던 본 발명의 물리적 증착 장치에 대해 상술한다.The inventors of the present invention have also conducted studies on the apparatus to be used in order to realize such an effect of the present invention concretely and efficiently. As a result, the present invention provides practical hard coatings such as TiN, TiCN, TiAlN, and the like. Base oxide film), which is capable of efficiently and stably forming a high-purity oxide film having excellent high heat resistance, such as an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, without arranging the special intermediate layer. It was found that all treatment steps leading to formation can be performed in the same apparatus. Hereinafter, the physical vapor deposition apparatus of this invention which could achieve the said subject is explained in full detail.

먼저, 본 발명의 실시 형태의 개요에 대해 설명한다. 본 발명의 장치는, 그 기본 구성으로서 진공 챔버, 기재 홀더(유성 회전 지그), 비활성 가스 및 산화성 가스의 도입 기구, 플라즈마원, 스퍼터링 증발원, 복사형 과열 기구, 및 바이어스 전원을 각각 구비하고 있다.First, the outline | summary of embodiment of this invention is demonstrated. The apparatus of the present invention has a vacuum chamber, a substrate holder (oil-based rotary jig), an inert gas and an oxidizing gas introduction mechanism, a plasma source, a sputtering evaporation source, a radiant superheating mechanism, and a bias power supply, respectively, as its basic configuration.

기재 홀더(유성 회전 지그)는 복수의 기재를 보관하기 위한 것으로서, 진공 챔버의 저면에 회전 자재로 배치되어 있다. 진공 챔버의 저면상에는 회전 테이블이 배설되고, 기재 홀더(유성 회전 지그)는 이 회전 테이블상에 복수개 설치되며, 회전 테이블상에서 회전(자전) 자재로 설치되는 것이 바람직하다. 또, 진공 챔버의 저면이 아니라 상면에 배치할 수도 있다.The substrate holder (oil-based rotary jig) is for storing a plurality of substrates, and is disposed on the bottom of the vacuum chamber as a rotating material. A rotary table is disposed on the bottom surface of the vacuum chamber, and a plurality of substrate holders (oil-based rotary jigs) are provided on the rotary table, and it is preferable that the rotary table is provided on a rotary table as a rotating (rotating) material. Moreover, it can also be arrange | positioned at the upper surface instead of the bottom surface of a vacuum chamber.

또한, 비활성 가스 및 산화성 가스 도입 기구는 진공 챔버내의 분위기를 비활성 가스 및/또는 산화성 가스로 하기 위해 설치된 것이다. 그 도입 기구는, 이들의 가스원과 진공 챔버의 상부를 접속하는 도입 배관으로서, 각각 유량 조정 밸브를 구비하고 있다. 상기 비활성 가스로서, 예를 들면 아르곤을 이용할 수 있다. 아르곤이 플라즈마원에 의해 여기되어 아르곤 플라즈마를 생성하고, 이 아르곤 이온에 의해 기재가 되는 TiAlN, TiN, TiC 등의 경질 피막(베이스 피막)의 표면을 이온 봄바드 처리하여, 그 표면의 클리닝을 행할 수가 있다.In addition, the inert gas and the oxidizing gas introduction mechanism are provided for making the atmosphere in the vacuum chamber the inert gas and / or the oxidizing gas. The introduction mechanism is an introduction pipe connecting these gas sources and the upper portion of the vacuum chamber, and each includes a flow rate regulating valve. As said inert gas, argon can be used, for example. Argon is excited by the plasma source to generate an argon plasma, and the surface of the hard film (base film) such as TiAlN, TiN, TiC, etc., which are used as the base material, is ion bombarded to clean the surface. There is a number.

상기 산화성 가스로서는 산소, 오존, 과산화 수소 등을 이용할 수 있고, 이들 가스를 진공 챔버내에 공급함으로써, 클리닝후의 상기 경질 피막(베이스 피막)을 산화할 수 있다. 또한, 이 산화성 가스와 상기 아르곤 등의 비활성 가스의 혼합 가스를 진공 챔버내에 공급하면, 플라즈마 가스가 되어, 반응성 스퍼터링에 의한 성막, 즉 상기 경질 피막(베이스 피막)의 표면에 α형 결정 구조를 갖는 소위 α알루미나 등의 고내열성 산화물계 피막을 형성할 수가 있다.Oxygen, ozone, hydrogen peroxide, etc. can be used as said oxidizing gas, and the said hard film (base film) after cleaning can be oxidized by supplying these gases in a vacuum chamber. When a mixed gas of this oxidizing gas and an inert gas such as argon is supplied into the vacuum chamber, it becomes a plasma gas, which forms a film by reactive sputtering, that is, has an α-type crystal structure on the surface of the hard film (base film). It is possible to form high heat-resistant oxide-based coatings such as so-called alumina.

상기 플라즈마원은 상기 이온 봄바드 처리나 반응성 스팩터링에 의한 성막을 위한 플라즈마 가스를 생성시키는 기구를 구비한 것으로서, 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 플라즈마원으로서는 필라멘트 여기, 홀로캐소드 방전, RF 방전 등 각종 타입의 것을 사용할 수가 있다.The plasma source is provided with a mechanism for generating a plasma gas for film formation by the ion bombard treatment or reactive sputtering, and is disposed at a position opposite to the substrate holder (oily rotating jig). As this plasma source, various types such as filament excitation, holocathode discharge, and RF discharge can be used.

스퍼터링 증발원은 반응성 스퍼터링에 사용되는 타겟재를 캐소드로 한 것으로서, 이도 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치하는 것이 좋다. α알루미나 등의 고내열성 피막을 형성할 때는 금속 알루미늄이 사용된다.The sputtering evaporation source is a cathode of a target material used for reactive sputtering, and is preferably disposed at a position opposite to the ear canal substrate holder (oily rotating jig). Metal aluminum is used when forming high heat resistant films, such as (alpha) alumina.

복사형(輻射型) 가열 기구는 기재를 소정 온도로 가열하기 위해서 설치된 것으로서, 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치하는 것이 좋다. 이 복사형 가열 기구의 가열 능력은 기재 홀더(유성 회전 지그)에 지지되는 기재를 650∼800℃로 승온, 유지할 수 있는 것이 필요하다. 기재 표면에 미리 형성된 상기 경질 피막(베이스 피막)을 650∼800℃의 온도로 가열함으로써, 경질 피막(베이스 피막)의 표면을 충분히 산화할 수 있다.The radiant heating mechanism is provided to heat the substrate to a predetermined temperature, and is preferably disposed at a position opposite to the substrate holder (oil-based rotating jig). The heating ability of this radiation type heating mechanism needs to be able to heat up and hold | maintain the base material supported by a base material holder (oily rotational jig) at 650-800 degreeC. The surface of the hard film (base film) can be sufficiently oxidized by heating the hard film (base film) previously formed on the surface of the substrate to a temperature of 650 to 800 ° C.

또한, 상기 산화 처리에 이어 행해지는 반응성 스퍼터링에 의한 상기 고내열성 피막의 경질 피막(베이스 피막)상으로의 성막도, 이 온도 범위에서 가열, 유지하여 유리하게 달성할 수가 있다.Moreover, the film formation on the hard film (base film) of the said high heat resistant film by reactive sputtering performed following the said oxidation process can also be advantageously achieved by heating and holding in this temperature range.

이러한 경질 피막(베이스 피막)의 열산화나 반응성 스퍼터링에 의한 고내열성 피막의 형성은, 650℃ 미만에서는 불충분하고 바람직하지 않다. 한편, 상기 산화 처리 공정이나 알루미나 피막 형성 공정(반응성 스퍼터링 공정)에서는, 복사형 가열 기구가 800℃를 넘지 않고서도, 상기 산화 처리나 알루미나 피막의 형성을 행할 수가 있다. 또한, 800℃를 넘는 고온으로 하면 경질 피막의 특성을 열화시킬 우려가 있다. 그러나, 동일 장치내에서, AIP(Arc Ion Plating)법을 채용하여 TiAlN, TiN, TiC 등의 경질 피막을 기재상에 형성시키는 경우에는, 복사형 가열 기구는 상기 AIP법의 실시에도 적합한 가열 능력을 구비하고 있는 것이 바람직하다.The formation of a high heat resistant film by thermal oxidation or reactive sputtering of such a hard film (base film) is insufficient and less than 650 ° C. On the other hand, in the oxidation treatment step and the alumina film forming step (reactive sputtering step), the oxidation treatment and the alumina film can be formed without the radiation heating mechanism exceeding 800 ° C. Moreover, when it is set as the high temperature over 800 degreeC, there exists a possibility that the characteristic of a hard film may deteriorate. However, in the same apparatus, when a hard film such as TiAlN, TiN, TiC or the like is formed on the substrate by adopting the AIP (Arc Ion Plating) method, the radiant heating mechanism provides a heating capability suitable for the implementation of the AIP method. It is preferable to have.

상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 접속된 바이어스 전원은, 그 기재 홀더(유성 회전 지그)에 부의 펄스상의 바이어스 전압을 인가할 수 있는 것이 필요하다. 이에 의해 상기 이온 봄바드 공정에 있어서, 절연막이 부착한 기재 홀더(유성 회전 지그)를 사용하는 경우에서도, 안정된 전압을 인가할 수 있다.The bias power supply connected to the substrate holder (planetary rotational jig) needs to be able to apply a negative pulsed bias voltage to the substrate holder (planetary rotational jig). Thereby, in the ion bombard process, even when using the base material holder (oil-based rotation jig) with an insulating film, a stable voltage can be applied.

또한, 본 장치의 구성으로서 아크 증발원을 포함할 수 있다. 아크 증발원도 상기 스퍼터링 증발원과 마찬가지로 상기 기재 홀더(유성 회전 지그)에 대향하는 위치에 배치되는 것이다. 이 아크 증발원을 설치함으로서 상기 AIP에 의한 성막도 본 장치에 의해 가능해진다. In addition, an arc evaporation source may be included as the configuration of the apparatus. An arc evaporation source is also disposed at a position opposite to the substrate holder (oil-based rotation jig) similarly to the sputtering evaporation source. By providing this arc evaporation source, the film formation by the said AIP is also enabled by this apparatus.

다음으로, 본 발명의 실시 형태의 구체예에 대해 도면을 참조하면서 상술한다. 도 8에는 본 발명의 물리적 증착 장치의 단면 설명도를 도시한다. 당해 장치는 단면(횡단면)이 정팔각형을 갖는 진공 챔버(1)내에, 원형의 회전 테이블(3)이 설치되고, 이 원형의 회전 테이블(3)상에는 그 주방향으로 등간격으로 배열된 복수(도면예에서는 6개)의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)가 걸쳐져 있다. 처리 대상이 되는 기재(2)는 이 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 보관되어, 상기 회전 테이블(3)의 회전과 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)의 회전에 의해 유성 회전하는 기구로 되어 있다.Next, the specific example of embodiment of this invention is described in detail, referring drawings. 8 is a cross-sectional explanatory view of the physical vapor deposition apparatus of the present invention. In the apparatus, a circular rotary table 3 is provided in the vacuum chamber 1 having a regular octagonal cross section (cross section), and on the circular rotary table 3, a plurality ( In the drawing example, six substrate holders (the planetary rotational jig) 4 hang. The base material 2 to be processed is stored in the base holder (planetary rotation jig) 4 and is planetary rotated by the rotation of the rotary table 3 and the rotation of the base holder (planetary rotation jig) 4. It is a mechanism.

또한, 회전 테이블(3)상의 중앙부, 즉 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 대향하는 내측 중앙에는, 원통상의 복사형 가열 히터(51)가 배설되는 한편, 진공 챔버(1)의 내측면(8면)의 서로 대향하는 2면에도, 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 각각 대향하는 평면상의 복사형 가열 히터(51, 52)가 회전 테이블(3)을 사이에 두고 서로 마주 본 상태로 설치되어, 이들 51 및 52가 기재 가열 기구(5)를 구성하고 있다.In addition, a cylindrical radiant heating heater 51 is disposed in the center of the rotary table 3, that is, the inner center of the substrate holder (the planetary rotary jig) 4, while the inside of the vacuum chamber 1 is disposed. On two opposite surfaces of the side surfaces 8, planar radiant heating heaters 51, 52 respectively facing the substrate holder (oil-based rotary jig) 4 face each other with the rotary table 3 interposed therebetween. It is provided in this state and these 51 and 52 comprise the base material heating mechanism 5.

복사형 가열 히터(52)의 내측에는, 분위기 가스를 플라즈마 가스로 여기하기 위한 플라즈마원(8)(도면상은 플라즈마 발생용으로 설치한 필라멘트를 도시)이 배치되고, 또한, 진공 챔버(1)의 다른 내측면의 2면에는 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 대향하는 위치에 반응성 스퍼터링용의 스퍼터링 증발원(6, 6)이 회전 테이블(3)을 사이에 두고 서로 마주 보는 상태로 설치되어 있다. 또한, 진공 챔버(1)의 다른 내측면의 2면에는 마찬가지로 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 대향하는 위치에 AIP용의 아크 증발원(7, 7)이 회전 테이블(3)을 사이에 두고 서로 마주 보는 상태로 설치되어 있다. 또, 이 아크 증발원(7, 7)은 필요로 하지 않는 경우도 있기 때문에, 도면에서는 점선으로 나타내고 있다.Inside the radiant heating heater 52, a plasma source 8 (shown in the drawing shows a filament provided for plasma generation) for exciting an atmosphere gas with a plasma gas is further provided. Sputtering evaporation sources 6 and 6 for reactive sputtering are provided on the two surfaces of the other inner side facing each other with the rotary table 3 interposed therebetween at a position opposite to the substrate holder (oily rotating jig) 4. have. In addition, on the two surfaces of the other inner side surface of the vacuum chamber 1, the arc evaporation sources 7 and 7 for AIP are placed between the rotary tables 3 at positions opposite to the substrate holders (the planetary rotary jig) 4 in the same manner. It is installed in a state facing each other. In addition, since these arc evaporation sources 7 and 7 may not be needed, they are shown with the dotted line in the figure.

그리고, 이 진공 챔버(1)의 상부의 적당한 위치에, 플라즈마 발생용의 비활성 가스(9) 또는 산화 처리용의 산화성 가스(10) 등을 챔버내로 도입하기 위한 가스 도입관(11)이 연통하여 접속되어 있고, 같은 진공 챔버(1)의 하부의 적당한 위치에는 진공 배기 또는 처리 후의 배기 가스(12)를 배출하기 위한 배기 가스관(13)이 연통하여 접속되어 있다.Then, at an appropriate position above the vacuum chamber 1, a gas introduction pipe 11 for introducing an inert gas 9 for plasma generation or an oxidizing gas 10 for oxidation treatment into the chamber communicates with each other. The exhaust gas pipe 13 for discharging the exhaust gas 12 after the vacuum exhaust or the process is connected to the appropriate position of the lower part of the same vacuum chamber 1 in communication.

도 8 중의 번호 14는 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 접속되어, 그 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 부의 펄스상의 바이어스 전압(10OV∼20OOV)을 인가할 수 있는 바이어스 전원을 나타내고 있다.In Fig. 8, reference numeral 14 denotes a bias power supply capable of being connected to a substrate holder (planetary rotational jig) 4 and capable of applying a negative pulsed bias voltage (10OV to 20OOV) to the substrate holder (planetary rotational jig) 4. It is shown.

본 실시 형태에 의하면, 상술한 바와 같이 진공 챔버(1)내에 기재 홀더(유성 회전 지그)(4), 비활성 가스 및 산화성 가스 도입 기구, 플라즈마원, 스퍼터링 증발원(6), 아크 증발원(7), 복사형 가열 히터(51, 52) 및 바이어스 전원(14) 등이 배설된 장치이기 때문에, 공구나 내마모 부재 등의 기재 표면에 AIP에 의해 경질 피막 등의 베이스 피막을 형성하는 공정, 이 경질 피막 등의 베이스 피막의 표면을 이온 봄바드 처리하는 공정, 다음으로 이 경질 피막 등의 베이스 피막의 표면을 열산화 처리하는 공정, 또한 열산화 처리 후의 경질 피막의 표면에 반응성 스퍼터링에 의해 α알루미나 등의 고내열성 산화계 피막을 형성하는 공정과 같은 물리적 증착 처리 관련의 모든 공정을 단일의 장치에서 실시할 수 있다. According to the present embodiment, as described above, the substrate holder (oil-based rotary jig) 4, the inert gas and the oxidizing gas introduction mechanism, the plasma source, the sputtering evaporation source 6, the arc evaporation source 7, and the like in the vacuum chamber 1, Since the radiant heating heaters 51 and 52 and the bias power source 14 are disposed, a step of forming a base film such as a hard film on the surface of a substrate such as a tool or a wear-resistant member by AIP, the hard film A process of ion bombarding the surface of the base coating, such as, followed by thermal oxidation of the surface of the base coating, such as the hard coating, and reactive sputtering on the surface of the hard coating after the thermal oxidation treatment. All processes related to the physical vapor deposition treatment, such as the process of forming a high heat resistant oxide based film, can be performed in a single apparatus.

또한, 회전 테이블(3)과 이 테이블상에 설치된 복수의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 의해, 기재(2)를 챔버(1)내에서 유성 회전 운동시킬 수 있어, 이 때문에 상기 각 공정에 있어서의 기재(2)의 처리를 균일하게 행할 수 있다. 즉, 경질 피막을 기재의 전면에 걸쳐 일정한 비율로 이온 봄바드나 열산화할 수 있고, 또한 반응성 스퍼터링이나 AIP에 의한 경질 피막이나 산화계 피막의 성막에 있어서도 기재의 전면에 걸쳐 그 두께가 균일한 막을 형성할 수 있다. 이에 따라 밀착성이 우수한 고내열성 피막을 얻을 수 있다.In addition, the rotary table 3 and the plurality of substrate holders (the planetary rotating jig) 4 provided on the table can cause the substrate 2 to be planetary rotated in the chamber 1, and therefore the angle The process of the base material 2 in a process can be performed uniformly. In other words, the hard coating can be ion bombarded or thermally oxidized at a constant rate over the entire surface of the substrate, and even in the formation of a hard or oxidized coating by reactive sputtering or AIP. Can be formed. Thereby, the high heat resistant film excellent in adhesiveness can be obtained.

또한, 복사형 가열 히터(51, 52)의 쌍방을 장비함으로써, 회전 테이블(3)의 회전에 수반하여 주회·통과하는 기재(2)를 동일 테이블(3)의 중심측과 챔버(1)의 벽측의 내외로부터 동시에 효과적으로 가열할 수 있어, 열산화나 성막 등의 처리 공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 부의 펄스상의 바이어스 전압을 인가 가능한 바이어스 전원(14)을 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 접속하여 설치함으로써, 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)의 연속 사용에 수반하여 절연성을 띠기 쉬운 알루미나 피막 등이 기재 홀더(유성 회전 지그)(4) 등에 형성되어 있는 경우에도, 차지 업을 원인으로 하는 아크 방전 등을 일으키는 일 없이, 안정된 전압을 인가할 수 있다. 그리고, 이와 같이 전압의 인가가 안정된 성막을 행함으로써, 결과적으로 밀착성이 높은 피막을 갖는 절삭 공구 등의 제품을 얻을 수 있다.Moreover, by equipping both of the radiant heating heaters 51 and 52, the base material 2 which circulates and passes along with the rotation of the rotary table 3 is carried out by the center side of the same table 3 and the chamber 1 of the same. It can simultaneously heat effectively from the inside and the outside of the wall side, and can improve productivity in processing processes, such as thermal oxidation and film-forming. In addition, by connecting a bias power supply 14 capable of applying a negative pulse-like bias voltage to the base holder (planetary rotational jig) 4 and providing it, insulation property is maintained with continuous use of the base holder (planetary rotational jig) 4. Even when an alumina film or the like which is easy to be formed is formed on the base holder (oil-based rotary jig) 4 or the like, a stable voltage can be applied without causing an arc discharge or the like causing charge up. By forming a film in which voltage application is stable in this manner, a product such as a cutting tool having a high adhesion film can be obtained as a result.

본 실시 형태에 있어서는, 또한 단면이 정팔각형의 진공 챔버(1)를 채용함과 동시에, 스퍼터링 증발원(6), 아크 증발원(7), 평면상의 복사형 가열 히터(52) 등의 필요 구성 요소를 동일 챔버(1)의 6개의 내측면에 각각 서로 대향시켜 한쌍 배치한 구조이기 때문에, 스페이스에 낭비가 없는 컴팩트한 장치가 되어 있다.In the present embodiment, a square octagonal vacuum chamber 1 is employed, and necessary components such as a sputtering evaporation source 6, an arc evaporation source 7, and a planar radiant heating heater 52 are provided. Since it is the structure arrange | positioned at six inner surface of the same chamber 1 so that each pair may face each other, it becomes the compact apparatus which wastes no space.

도 9 및 도 10은 구체적인 실시 형태를 나타낸 물리적 증착 장치의 단면 설명도이지만, 모두 기본적인 구성은 도 8과 공통되어 있기 때문에, 도 8과 상위한 구성에 대해 설명한다.9 and 10 are cross-sectional explanatory views of a physical vapor deposition apparatus showing a specific embodiment, but since the basic configuration is common to that of FIG. 8, the configuration different from that of FIG. 8 will be described.

도 9의 장치는 진공 챔버(1)의 단면 형상이 정육각형이고, 스퍼터링 증발원(6), 아크 증발원(7) 및 평면상의 복사형 가열 히터(52)가 챔버(1)의 6개의 모든 내측면에 마찬가지로 각각 서로 대향시켜 한쌍 설치된 구조로 되어 있다. 또한, 도 9의 장치는, 진공 챔버(1)의 단면 형상이 정방형을 갖는 것으로, 이 경우는 스퍼터링 증발원(6)과 평면상의 복사형 가열 히터(52)가 동일 챔버(1)의 4개 모든 내측면에 각각 서로 대향시켜 한쌍 설치된 구조로 되어 있다.In the apparatus of FIG. 9, the cross-sectional shape of the vacuum chamber 1 is a regular hexagon, and the sputtering evaporation source 6, the arc evaporation source 7 and the planar radiant heating heater 52 are provided on all six inner surfaces of the chamber 1. Similarly, each has a structure in which a pair is provided to face each other. In addition, in the apparatus of FIG. 9, the cross-sectional shape of the vacuum chamber 1 has a square shape, and in this case, the sputtering evaporation source 6 and the planar radiant heating heater 52 are all four of the same chamber 1. The inner side faces each other, and a pair is provided.

이들 도 9 및 도 10의 실시 형태로 하면, 도 8의 실시 형태보다도 한층 컴팩트한 구조로 할 수 있다. 또, 도 8∼도 10의 태양에 있어서 복사형 가열 히터(52)의 형상은 그 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 대향하는 전면이 평판상이 되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 회전 테이블(3)의 주면의 곡율에 맞춘 곡면상의 것을 채용할 수가 있다. 또한, 플라즈마원(8)의 배치는 동일 히터(52)의 앞이 아니라도 된다.The embodiment of Figs. 9 and 10 can be made more compact than the embodiment of Fig. 8. In addition, in the aspect of FIGS. 8-10, although the front surface which opposes the base holder (oil-based rotation jig | tool) 4 is flat, the shape of the radiation type heating heater 52 is not limited to this, For example, A curved surface can be adopted in accordance with the curvature of the main surface of the turntable 3. In addition, the arrangement of the plasma source 8 may not be in front of the same heater 52.

실시예Example

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 원래 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 가해 실시하는 것도 가능하며, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not restrict | limited by the following example originally, It is also possible to change suitably and to implement in the range which may be suitable for the purpose of the previous and the later. It is possible that they all fall within the technical scope of the present invention.

(1) 제1 태양에 관한 실시예(1) Example according to the first aspect

<제1 실시예><First Embodiment>

우선, 상기 제1 수단(제1①②의 태양)에 관한 실시예를 나타낸다. 사이즈가 12.7mm×12.7mm×5mm이며 초경 합금제의 기재를, 경면 연마(Ra=0.02㎛ 정도)하고, 알칼리조와 순수조내에서 초음파 세정하고 나서 건조한 것을, 적층 피막의 피복에 이용하였다.First, the embodiment regarding the said 1st means (the aspect of 1st (1) (2)) is shown. A substrate made of a cemented carbide alloy with a size of 12.7 mm x 12.7 mm x 5 mm was subjected to mirror polishing (Ra = 0.02 µm), ultrasonically cleaned in an alkali bath and a pure water bath, and then dried to coat the laminated film.

본 실시예에서는 경질 피막의 형성, 그 경질 피막의 산화 처리, 및 α형 주체 알루미나 피막의 형성을, 상기 도 4에 도시한 진공 성막 장치((주)神戶제강소 제품 AIP-S40 복합기)에서 행하였다.In this embodiment, the hard film was formed, the hard film was oxidized, and the α-type main body alumina film was formed in the vacuum film forming apparatus (AIP-S40 multifunction device manufactured by Shinzo Steel Co., Ltd.) shown in FIG. 4. .

기재상으로의 경질 피막의 형성은, 도 4에 도시한 장치(1)에서 AIP용 증발원(7)을 이용하여 AIP법(Arc Ion Plating)으로 행하여, 막두께가 2∼3㎛의, Ti와 Al의 원자비(Ti:Al)가 O.55:O.45인 TiAlN 경질 피막, 또는 Ti, Al 및 Cr의 원자비(Ti:Al:Cr)가 0.10:0.65:0.18인 TiAlCrN 경질 피막을 형성하였다. 또한 제1 비교예로서 상기 TiAlN 피막상에, 또한 AIP법으로 CrN 피막을 형성하였다.Formation of the hard film on the substrate is performed by the AIP method (Arc Ion Plating) using the AIP evaporation source 7 in the apparatus 1 shown in FIG. A TiAlN hard film having an atomic ratio of Al (Ti: Al) of O.55: O.45 or a TiAlCrN hard coating having an atomic ratio of Ti, Al and Cr (Ti: Al: Cr) of 0.10: 0.65: 0.18 It was. Further, as a first comparative example, a CrN film was formed on the TiAlN film and by the AIP method.

상기 경질 피막의 산화, 또는 경질 피막상에 형성된 CrN막의 산화는, 다음과 같이 하여 행하였다. 즉, 시료(기재)(2)를 장치(1)내의 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 장치내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 장치 내부의 측면의 2곳과 중앙부에 설치한 히터(5)로 시료를 표 1에 나타낸 온도(산화 처리 공정에서의 기판 온도)가 될 때까지 가열하였다. 시료의 온도가 소정의 온도가 된 시점에서, 장치(1)내에 산소 가스를 유량 200sccm, 압력 O.5Pa가 되도록 도입하여, 20분간 또는 60분간 가열 보관하여 산화를 실시하였다.Oxidation of the hard film or oxidation of the CrN film formed on the hard film was performed as follows. That is, the sample (substrate) 2 is set in the base holder (oil-based rotation jig) 4 on the rotary table 3 in the apparatus 1, and the apparatus is evacuated until it is almost vacuum, and then the inside of the apparatus is The sample was heated with the heater 5 provided in two places and the center part of the side until it became the temperature (substrate temperature in an oxidation process process) shown in Table 1. When the temperature of the sample became a predetermined temperature, oxygen gas was introduced into the apparatus 1 so as to have a flow rate of 200 sccm and a pressure of 0.5 Pa, and heated and stored for 20 minutes or 60 minutes for oxidation.

또, 상기 경질 피막의 형성, 산화 처리 및 후술하는 알루미나 성막은, 상기 도 4에 있어서의 회전 테이블(3)을 회전(공전)시키면서 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전(자전)시키면서 행하였다. 본 실시예에서는, 회전 테이블(3)의 회전수를 3rpm으로 하고, 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)의 회전수를 20rpm으로 하여 회전시키면서, 산화 처리 및 알루미나 성막을 행한다.In addition, the hard film formation, oxidation treatment, and alumina film formation described later are performed on the substrate holder (oil rotating jig) 4 provided thereon while rotating (revolving) the rotary table 3 in FIG. 4. The rotation was carried out while rotating (rotating). In this embodiment, oxidation treatment and alumina film formation are performed while rotating the rotating table 3 at 3 rpm and rotating the substrate holder (oil rotating jig) 4 at 20 rpm.

다음으로, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 상기 산화물 함유층상에 형성하였다. 그 알루미나 피막의 형성은, 아르곤과 산소 분위기 중에서, 기판 온도를 상기 산화 처리 공정과 거의 동일한 정도로 하고, 도 4에 있어서의 1대 또는 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)에 약 3kW의 펄스 DC 전력을 가하여 반응성 스퍼터링법을 채용하여 행하였다. 또, 알루미나 피막의 형성시에는, 시료(기판) 온도가 산화 처리시보다 약간 상승하였다. 또한 그 알루미나 피막의 형성은 방전 전압 및 아르곤-산소의 유량 비율을 플라즈마 발광 분광법을 이용하여 제어하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 하여 행하였다.Next, an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure was formed on the oxide-containing layer. The alumina film is formed in an argon and oxygen atmosphere at a substrate temperature approximately equal to that of the oxidation treatment step, and is approximately 3 kW on the sputtering cathode 6 equipped with one or two aluminum targets in FIG. The pulsed DC electric power was applied and the reactive sputtering method was employ | adopted. In addition, at the time of formation of an alumina film, the sample (substrate) temperature rose slightly compared with the oxidation process. In addition, the formation of the alumina coating was performed by controlling the discharge voltage and the argon-oxygen flow rate ratio by using plasma emission spectroscopy, and making the discharge state the so-called transition mode.

이와 같이 하여 형성된 적층 피막의 표면을 박막 X선 회절 장치로 분석하여, 가장 표면 피막으로서 형성된 알루미나 피막의 결정 구조를 특정하였다. 즉, 후술하는 도 11이나 도 12에 나타나는 바와 같은 X선 회절 측정 결과로부터, α형 결정 구조의 알루미나를 대표하는 X선 회절 피크로서 2θ=25.5761(°)의 피크 강도 Iα를 선택하고, γ형 결정 구조의 알루미나를 대표하는 X선 회절 피크로서 2θ=19.4502(°)의 피크 강도 Iγ를 선택하여, 이 강도비:Iα/Iγ치의 크기로부터 α형 결정 구조의 알루미나 형성의 정도를 평가하였다. 이들 결과를 표 1에 병기한다.The surface of the laminated film thus formed was analyzed by a thin film X-ray diffraction apparatus to identify the crystal structure of the alumina film formed as the most surface film. That is, from the X-ray diffraction measurement results shown in FIG. 11 and FIG. 12 described later, a peak intensity Iα of 2θ = 25.5761 (°) is selected as an X-ray diffraction peak representing alumina having an α-type crystal structure, and the γ-type A peak intensity Iγ of 2θ = 19.4502 (°) was selected as an X-ray diffraction peak representing alumina of the crystal structure, and the degree of alumina formation of the α-type crystal structure was evaluated from the magnitude of this intensity ratio: Iα / Iγ value. These results are written together in Table 1.

경질피막Hard coating 산화 공정Oxidation process 알루미나 막의 성막 공정Film Formation Process of Alumina Membrane 알루미나 막의 측정 결과Measurement result of alumina membrane 기판온도Substrate temperature 가열시간Heating time 전력power 사용된 스퍼터의 대수The number of sputters used 기판 온도Substrate temperature 막두께Thickness Iα/IγIα / Iγ 결정 구조Crystal structure 본 발명 예1Inventive Example 1 TiAlNTiAlN 760℃ 760 ℃ 20분 20 minutes 3kW 3 kW 2대 2 units 780℃ 780 ℃ 2㎛ 2 μm γ피크 검출되지 않음※1 γ peak not detected ※ 1 α형α type 비교예1Comparative Example 1 TiAlN+CrNTiAlN + CrN 2㎛2 μm γ피크 검출되지 않음※1 γ peak not detected ※ 1 α형α type 본 발명 예2Inventive Example 2 TiAlNTiAlN 750℃ 750 ℃ 20분 20 minutes 3kW 3 kW 1대 1 unit 770℃ 770 ℃ 1.15㎛ 1.15 μm 2.82.8 α형 주,γ형 종α type, γ type 본 발명 예3Inventive Example 3 TiAlCrNTiAlCrN 1.15㎛1.15 μm 2.92.9 α형 주,γ형 종α type, γ type 본 발명 예4Inventive Example 4 TiAlNTiAlN 740℃740 ℃ 60분60 minutes 3kW3 kW 1대1 unit 770℃770 ℃ 0.9㎛0.9 μm γ피크 검출되지 않음※1 γ peak not detected ※ 1 α형α type 비교예2Comparative Example 2 TiAlNTiAlN 635℃635 ℃ 20분20 minutes 3kW3 kW 1대1 unit 670℃670 ℃ 1.3㎛1.3 μm 1.41.4 α형과 γ형 혼합α and γ mixture 비교예3Comparative Example 3 TiAlNTiAlN 580℃580 ℃ 20분20 minutes 3kW3 kW 2대2 units 590℃590 ℃ 2㎛2 μm α피크 검출되지 않음※2 α peak not detected ※ 2 γ형γ type

※1 2θ=19.4502°의 피크 검출되지 않음* 1 No peak detected at 2θ = 19.4502 °

※2 2θ=25.5761°의 피크 검출되지 않음* 2 No peak detected at 2θ = 25.5761 °

도 11은 제1 본 발명예의 적층 피막 표면을 박막 X선 회절 장치로 측정한 결과이다. 이 도 11에 나타나는 X선 회절의 주요한 피크가, TiAlN에 기인하는 회절 피크와 가장 표면에 형성된 α형 결정 구조의 알루미나의 회절 피크인 것으로부터, 제1 본 발명예의 피막은 경질 피막상에 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성된 것을 알 수 있다.Fig. 11 is the result of measuring the surface of the laminated film of the first example of the present invention with a thin film X-ray diffractometer. Since the main peak of X-ray diffraction shown in FIG. 11 is a diffraction peak attributable to TiAlN and a diffraction peak of alumina having an α-type crystal structure formed on the most surface, the film of the first example of the present invention is α-type on the hard film. It can be seen that the alumina film of the crystal structure principal was formed.

또한, 도 12는 제1 비교예의 적층 피막 표면의 박막 X선 회절 결과를 나타낸 것으로서, α형 결정 구조의 알루미나의 회절 피크와 함께 중간막인 CrN이 산화되어 이루어지는 Cr203에 기인하는 회절 피크가 관찰된다.Fig. 12 shows the thin film X-ray diffraction results of the surface of the laminated film of Comparative Example 1, wherein the diffraction peak due to Cr 2 0 3 formed by oxidizing CrN as an intermediate film together with the diffraction peak of alumina having an α-type crystal structure. Is observed.

이것으로부터, 제1 비교예에서도 제1 본 발명예와 마찬가지로 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 관한 경질 피막이, 중간막으로서 형성된 Cr 함유 피막에 의한 절삭 성능 저하를 염려할 필요가 없는 것에 더하여, 중간막을 형성하는 공정을 생략하여 적층 피막의 생산성을 보다 높인다고 하는 관점에서 우수하다.From this, it can be seen that also in the first comparative example, an alumina film of the α-type crystal structure main body is formed in the same manner as in the first invention example. However, the hard film according to the present invention is excellent in that the productivity of the laminated film is further improved by omitting the step of forming the intermediate film, in addition to not having to worry about a decrease in cutting performance due to the Cr-containing film formed as the intermediate film.

제2 본 발명예 및 제3 본 발명예는 경질 피막으로서 TiAlN 또는 TiAlCrN을 기재상에 형성하고, 산화 처리 공정의 기판 온도만을 제1 본 발명예보다 30℃ 낮은 750℃로 설정하며, 그 밖의 조건을 제1 본 발명예와 같이 하여 성막한 것이다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 제2 본 발명예 및 제3 본 발명예에서는, 형성된 피막에 약간 γ형 결정 구조의 알루미나가 혼합되지만, α형 주체의 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.In the second invention example and the third invention example, TiAlN or TiAlCrN is formed on the substrate as a hard film, and only the substrate temperature of the oxidation treatment step is set at 750 ° C, which is 30 ° C lower than the first invention, and other conditions Is formed in the same manner as in the first embodiment of the present invention. As shown in Table 1, in the 2nd this invention example and 3rd this invention example, although the alumina of a (gamma) type crystal structure is mixed in the formed film slightly, it turns out that the alumina film of (alpha) type main body is formed.

또한, 제4 본 발명예는 경질 피막으로서 TiAlN을 형성하고, 산화 처리 공정에 있어서의 기판 온도를 상기 제2 본 발명예 및 제3 본 발명예보다 더욱 낮은 740℃로 하며, 산화 처리 시간을 제1∼제3 본 발명예보다 긴 60분간으로 하고, 그 밖의 조건을 제1 본 발명예와 같이 하여 성막한 것인다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 제4 본 발명예에서 얻어진 피막의 가장 표면은 거의 순수한 α형 결정 구조 알루미나로 덮여 있는 것을 알 수 있다.In addition, the fourth embodiment of the present invention forms TiAlN as a hard film, sets the substrate temperature in the oxidation treatment step to 740 ° C. lower than those of the second and third invention examples, and reduces the oxidation treatment time. 60 minutes longer than the 1st-3rd this invention example, and other conditions were formed into a film in the same manner as the 1st this invention example. As shown in Table 1, it can be seen that the outermost surface of the film obtained in the fourth example of the present invention is covered with almost pure α-type crystal structure alumina.

제2 비교예 및 제3 비교예는 산화 처리 온도를 제2 비교예에서는 635℃로 하고, 제3 비교예에서는 580℃로 하여, 모두 20분간 가열 보관하여 행한 것이다. 표 1에 나타낸 제3 비교예의 결과보다, 산화 처리를 580℃에서 행한 경우에는, 그 후에 알루미나 피막을 성막하여도 전혀 α형 결정 구조의 알루미나 피막이 형성되지 않고, γ형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 제2 비교예로부터, 산화 처리를 635℃에서 행한 경우에는, 성막된 알루미나 피막의 결정 구조는 α형이 약간 우위이지만, 실질적으로 α형과 γ형의 혼합이 되어 있어, α형 주체라고는 하기 어렵다.In the second comparative example and the third comparative example, the oxidation treatment temperature was set to 635 ° C in the second comparative example and 580 ° C in the third comparative example, and all of them were heated and stored for 20 minutes. When the oxidation treatment is performed at 580 ° C. than the results of the third comparative example shown in Table 1, no alumina film having an α-type crystal structure is formed at all, even if an alumina film is formed thereafter, and an alumina film having a γ-type crystal structure is formed. It can be seen that. In the second comparative example, when the oxidation treatment was performed at 635 ° C., the crystal structure of the alumina film formed was slightly superior in the α type, but was substantially mixed in the α type and the γ type, and thus the α type main body. Is hard to do.

<제2 실시예>Second Embodiment

다음으로, 상기 제2 수단(제1③ 태양)에 관한 실시예를 나타낸다.Next, the Example regarding the said 2nd means (1st aspect) is shown.

사이즈가 12.7mm×12.7mm×5mm인 초경 합금제의 기재를 경면 연마(Ra=0.02㎛ 정도)하고, 알칼리조와 순수조 안에서 초음파 세정하고 나서 건조한 것을, 적층 피막의 피복에 이용하였다.A substrate made of a cemented carbide alloy having a size of 12.7 mm × 12.7 mm × 5 mm was mirror polished (about Ra = 0.02 μm), ultrasonically cleaned in an alkali bath and a pure water bath, and then dried, which was used for coating the laminated film.

본 실시예에서도, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 경질 피막의 형성, 그 경질 피막의 산화 처리, 및 α형 주체 알루미나 피막의 형성을, 상기 도 4에 도시한 진공 성막 장치((주)神戶제강소 제품 AIP-S40 복합기)로 행하였다.Also in this embodiment, similar to the first embodiment, the vacuum film forming apparatus shown in Fig. 4 shows the formation of a hard film, oxidation of the hard film, and formation of an α-type main body alumina film. Product AIP-S40 multifunction machine).

기재상에의 경질 피막의 형성은, 도 4에 도시한 장치(1)에서 AIP용 증발원(7)을 이용하여 AIP법(Arc Ion Plating)으로 행하여, 막두께가 2∼3㎛의 TiN 피막 또는 TiCN 피막을 기판상에 형성하였다. 또한, 참고예로서 기판상에 동일 막두께의 CrN을 형성하였다.Formation of the hard film on the substrate is performed by the AIP method (Arc Ion Plating) using the AIP evaporation source 7 in the apparatus 1 shown in Fig. 4, and the TiN film having a film thickness of 2 to 3 m or A TiCN film was formed on the substrate. As a reference example, CrN having the same film thickness was formed on a substrate.

상기 피막의 산화는 다음과 같이 하여 행하였다. 즉, 시료(기재)(2)를 장치(1)내의 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 장치내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 장치 내부의 측면 2곳과 중앙부에 설치한 히터(5)로 시료를 약 760℃ 부근까지 가열하였다. 시료의 온도가 약 760℃ 부근이 된 시점에서, 장치(1)내에 산소 가스를 유량 200sccm, 압력 O.5Pa가 되도록 도입하여 20분간 가열 유지하여 산화를 행하였다.Oxidation of the coating was carried out as follows. That is, the sample (substrate) 2 is set in the base holder (oil-based rotation jig) 4 on the rotary table 3 in the apparatus 1, and the apparatus is evacuated until it is almost vacuum, and then the inside of the apparatus is The sample was heated to around 760 degreeC with the heater 5 installed in two side surfaces and the center part of the. When the temperature of the sample became about 760 degreeC, oxygen gas was introduce | transduced into the apparatus 1 so that it might become a flow volume of 200 sccm, and the pressure of 0.5 Pa, and it heated and maintained for 20 minutes, and was oxidized.

또, 상기 경질 피막의 형성, 산화 처리 및 후술하는 알루미나 성막은 상기 도 4에 있어서의 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전(자전)시키면서 행하였다. 본 실시예에서는, 회전 테이블(3)의 회전수를 3rpm으로 하고, 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)의 회전수를 20rpm으로 하여 회전시키면서, 산화 처리 및 알루미나 성막을 행하였다.In addition, the hard film formation, oxidation treatment, and alumina film formation described later rotate (rotate) the rotary table 3 in FIG. 4, and at the same time, a substrate holder (oil-based rotary jig) 4 provided thereon. The rotation was carried out while rotating (rotating). In this embodiment, oxidation treatment and alumina film formation were performed while rotating the rotating table 3 at 3 rpm and rotating the substrate holder (oil rotating jig) 4 at 20 rpm.

다음으로, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 상기 산화물 함유층상에 형성하였다. 그 알루미나 피막의 형성은 아르곤과 산소 분위기내에서, 기판 온도를 상기 산화 처리 공정과 거의 동일한 정도로 하여, 도 4에 있어서의 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)에 평균 5.6kW의 펄스 DC 전력을 가하여 반응성 스퍼터링법을 채용하여 행하였다. 또, 알루미나 피막의 형성시에는, 시료(기판) 온도가 산화 처리시보다 약간 상승하였다.Next, an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure was formed on the oxide-containing layer. Formation of the alumina film is performed in an argon and oxygen atmosphere, and the substrate temperature is about the same as that of the oxidation treatment step, and an average of 5.6 kW pulse DC is applied to the sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets in FIG. The reaction was performed by applying a reactive sputtering method by applying electric power. In addition, at the time of formation of an alumina film, the sample (substrate) temperature rose slightly compared with the oxidation process.

또한, 그 알루미나 피막의 형성은 방전 전압 및 아르곤-산소의 유량 비율을 플라즈마 발광 분광법을 이용하여 제어하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 하여 행하였다.In addition, the formation of the alumina coating was performed by controlling the discharge voltage and the argon-oxygen flow rate ratio by using plasma emission spectroscopy, and making the discharge state the so-called transition mode.

이와 같이 하여 형성된 적층 피막의 표면을 박막 X선 회절 장치로 분석(박막 XRD 분석)하여, 가장 표면 피막으로서 형성된 알루미나 피막의 결정 구조를 특정하였다. TiN 피막을 이용한 경우(제1’ 본 발명예)의 박막 X선 회절 결과를 도 1에 나타내고, TiCN 피막을 이용한 경우(제2’ 본 발명예)의 박막 X선 회절 결과를 도 13에 나타낸다.The surface of the laminated film thus formed was analyzed by a thin film X-ray diffractometer (thin film XRD analysis) to identify the crystal structure of the alumina film formed as the most surface film. The thin film X-ray diffraction result of using a TiN film (1st 'invention example) is shown in FIG. 1, and the thin film X-ray diffraction result of using a TiCN film (2nd' invention example) is shown in FIG.

또한, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 도 1 또는 도 13의 박막 X선 회절 결과로부터 Iα/Iγ치을 구하여, 형 결정 구조의 알루미나 형성의 정도를 평가하였다. 이 결과를 상기 성막 조건과 아울러 표 2에 나타낸다.In the same manner as in the first example, the Iα / Iγ value was determined from the thin film X-ray diffraction results of FIG. 1 or 13 to evaluate the degree of alumina formation in the form crystal structure. This result is shown in Table 2 with the said film-forming conditions.

경질피막Hard coating 산화 공정Oxidation process 알루미나 막의 성막 공정Film Formation Process of Alumina Membrane 알루미나 막의 측정 결과Measurement result of alumina membrane 기판온도Substrate temperature 가열시간Heating time 기판온도Substrate temperature 평균 방전 전력(2대 합계)Average discharge power (two total) 성막시간Tabernacle Time 막두께Thickness Iα/IγIα / Iγ 결정 구조Crystal structure 본 발명 예1’Inventive Example 1 TiNTiN 760℃ 760 ℃ 20분 20 minutes 770℃ 770 ℃ 5.6kW 5.6 kW 3시간 3 hours 2㎛ 2 μm γ피크 검출되지 않음 γ peak not detected α형 주, γ형 종type α, type γ species 본 발명 예2’Inventive Example 2 TiCNTiCN γ피크 검출되지 않음 γ peak not detected α형 주, γ형 종type α, type γ species 참고예Reference Example CrNCrN Iα/Iγ= 6.4Iα / Iγ = 6.4 α형 주, γ형 종type α, type γ species

※ 2θ=19.4502°의 피크 검출되지 않음※ No peak of 2θ = 19.4502 ° is detected

상기 도 1 및 도 13에서 나타나는 X선 회절의 주요한 피크는, TiN 피막 또는 TiCN 피막(또, 도 13에서는 TiCN 피막내의 TiN 구조만이 박막 X선 회절로 검출된다)에 기인하는 회절 피크와 가장 표면에 형성된 α형 결정 구조의 알루미나의 회절 피크이며, 또한 상기 도 1, 도 13 및 표 2로부터, γ형 결정 구조의 알루미나를 대표하는 X선 회절 피크(2θ=19.4502°)는 확인되지 않고, 또한, 그 외의 γ형 결정 구조의 알루미나를 나타내는 피크도 작은 것으로부터, 제1’ 본 발명예 및 제2’ 본 발명예의 적층 피막은 경질 피막상에 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성된 것이라는 것을 알 수 있다.The main peaks of the X-ray diffraction shown in Figs. 1 and 13 are the diffraction peaks and the most surface due to the TiN film or the TiCN film (in addition, in Fig. 13, only the TiN structure in the TiCN film is detected by thin film X-ray diffraction). X-ray diffraction peaks (2θ = 19.4502 °) representing the alumina of the γ-type crystal structure, which are the diffraction peaks of the alumina of the α-type crystal structure formed in the above, and from Figs. In addition, since the peaks showing the alumina of the other γ-type crystal structure are also small, it can be seen that the laminated films of the first 'invention examples and the second' invention examples are formed of an alumina film of the α-type crystal structure main body on the hard film. have.

또한, 상기 도 1 및 도 13으로부터, TiN 피막 또는 TiCN 피막과 알루미나 피막의 사이에는, 그 피막을 산화 처리한 후 환원되어 형성되었다고 생각되는 Ti305의 피크를 확인할 수 있다.1 and 13, the peak of Ti 3 0 5 , which is thought to have been reduced and formed after the oxidation treatment of the coating between the TiN coating or the TiCN coating and the alumina coating, can be confirmed.

이에 비해 참고예는, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 작은 금속인 Cr을 금속 성분으로 하는 CrN 피막상에 알루미나 피막을 형성한 예이지만, 표 2에서 Iα/Iγ치가 상기 제1 실시예나 제2 실시예와 비교하여 작은 것으로부터, 형성된 알루미나 피막은 α형 결정 구조의 알루미나에 비해 γ형 결정 구조 알루미나의 비율이 높은 것을 알 수 있다.On the other hand, the reference example is an example in which an alumina film is formed on a CrN film containing Cr, which is a metal having a standard free energy of less than aluminum, as a metal component. It is understood that the formed alumina film has a higher ratio of γ-type crystal structure alumina than that of the alumina of the α-type crystal structure.

(2) 제2 태양에 관한 실시예(2) Example concerning a 2nd aspect

우선 초경 합금제 기재상에, 하기 (A)∼(E)의 각종 중간층을 미리 형성한 것을 준비하였다.First, the various intermediate | middle layers of following (A)-(E) were formed previously on the cemented-carbide base material.

(A) Cr 금속막: 막두께 O.1㎛(AIP법으로 형성)(A) Cr metal film: 0.1 탆 thick (formed by AIP method)

(B) Ti 금속막: 막두께 O.1㎛(AIP법으로 형성)(B) Ti metal film: film thickness of 0.1 탆 (formed by AIP method)

(C) TiAl막: 막두께 O.1㎛(Ti:Al=50:50, 스퍼터링법에 의해 형성) (C) TiAl film: film thickness 0.1 μm (Ti: Al = 50: 50, formed by sputtering method)

(D) Fe막(Cr, Ni도 함유): 막두께 O.1㎛(SUS304 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 성막) (D) Fe film (contains Cr and Ni): film thickness of 0.1 탆 (film formation by sputtering method using SUS304 target)

(E) CrNx막: 막두께 3㎛[AIP법에 의해, 질소 압력: O.13, O.27, O.65, 1.3, 2.7(Pa)에서 크롬을 증발시켜 형성](E) CrN x film: film thickness of 3 µm [formed by evaporation of chromium at nitrogen pressure: 0.13, 0.35, 0.35, 1.3 or 2.7 (Pa) by AIP method]

또, 상기 (E)의 크롬·질소 피막에 관해서는, XPS(X선 광전자 분광법)에 의한 조성 분석과 XRD(X선 회절)에 의한 결정 조직 분석을 실시하였다. 그 결과를, 하기 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타낸 것 중, 2.7Pa의 압력으로 성막한 CrN막은 화학량론 조성에 가까운 것이 되어(CrNx에 있어서의 x가 O.96), 종래 기술에 상당하는 것이다.Moreover, about the chromium nitrogen coating of said (E), composition analysis by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and crystal structure analysis by XRD (X-ray diffraction) were performed. The results are shown in Table 3 below. Among those shown in Table 3, the CrN film formed at a pressure of 2.7 Pa is close to the stoichiometric composition (x in CrNx is 0.96), which corresponds to the prior art.

성막 압력(Pa)Deposition pressure (Pa) 조성Furtherance 결정 조직Crystal tissue 0.130.13 Cr : N = 1 : 0.31Cr: N = 1: 0.31 Cr + Cr2NCr + Cr 2 N 0.270.27 Cr : N = 1 : 0.59Cr: N = 1: 0.59 Cr2NCr 2 N 0.650.65 Cr : N = 1 : 0.75Cr: N = 1: 0.75 Cr2N + CrNCr 2 N + CrN 1.31.3 Cr : N = 1 : 0.85Cr: N = 1: 0.85 CrNCrN 2.72.7 Cr : N = 1 : 0.95Cr: N = 1: 0.95 CrNCrN

다음으로, 상기 도 4에 도시한 PVD 장치(진공 성막 장치)를 이용하여 본 발명의 피막 형성을 행하였다. 즉, 시료(기재)(2)를 장치(1)내의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 장치(1)내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 장치 내부의 측면과 중앙에 배치한 히터(5)로 시료를 750℃까지 가열하였다. 시료가 750℃가 된 시점에서, 장치(1)내에 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 약 O.75Pa로 도입하여, 5분간 표면의 산화 처리를 행하였다. 또, 도 4 중 7은 AIP법에 의해 중간층을 형성할 때의 AIP용 증발원을 나타내고 있다.Next, the film formation of this invention was performed using the PVD apparatus (vacuum film-forming apparatus) shown in said FIG. That is, the sample (substrate) 2 is set in the substrate holder (oily rotating jig) 4 in the apparatus 1, and the exhaust gas is evacuated until the inside of the apparatus 1 becomes almost vacuum, and then the side surfaces of the apparatus and The sample was heated to 750 degreeC with the heater 5 arrange | positioned at the center. At the time when the sample reached 750 ° C, oxygen gas was introduced into the apparatus 1 at a flow rate of 300 sccm and a pressure of approximately 0.7 Pa, and the surface was oxidized for 5 minutes. In addition, 7 in FIG. 4 has shown the evaporation source for AIP at the time of forming an intermediate | middle layer by AIP method.

다음으로, 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)를 아르곤과 산소의 분위기내에서, 약 2.5kW의 펄스 DC 전력을 투입하여 스퍼터를 행하고, 상기 산화 온도와 거의 같은 온도 조건(750℃)에서 산화 알루미늄(알루미나)의 형성을 행하였다. 알루미나의 형성에 있어서는, 방전 전압 제어와 플라즈마 발광 분광을 이용하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 유지하여, 약 2㎛의 알루미나 피막을 형성하였다. 또, 이들 피막 형성에서는, 상기 도 4에 도시한 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전시키면서 행하였다.Next, a sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets was sputtered by applying pulsed DC power of about 2.5 kW in an atmosphere of argon and oxygen, and the temperature condition (750 ° C.) almost equal to the oxidation temperature. Aluminum oxide (alumina) was formed at. In forming alumina, the discharge state was maintained in what is called a transition mode using discharge voltage control and plasma emission spectroscopy, and the alumina film of about 2 micrometers was formed. In addition, in these film formation, the rotating table 3 shown in FIG. 4 was rotated (idle), and the base holder (oil-based rotation jig) 4 provided on it was also rotated.

처리 완료 후의 각 샘플에 대하여는, 박막 X선 회절에 의해 분석을 행하여, 그 결정 조직의 특정을 행하였다. 그 결과를, 하기 표 4에 나타내는데, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하는 조건으로 성막한 것(No.1∼8)에서는 양호한 결정 조직(즉, α형 결정 구조를 주체로 하는 조직)을 갖는 알루미나 피막이 형성되어 있음을 알 수 있다.Each sample after the completion of the treatment was analyzed by thin film X-ray diffraction to identify the crystal structure. The results are shown in Table 4 below. When the films were formed under conditions satisfying the requirements specified in the present invention (Nos. 1 to 8), they had a good crystal structure (that is, a structure mainly composed of an α-type crystal structure). It can be seen that an alumina film is formed.

No.No. 중간층Mezzanine 결정 조직Crystal tissue 1One Cr금속막(0.1㎛)Cr metal film (0.1㎛) αα 22 Ti금속막(0.1㎛)Ti metal film (0.1㎛) αα 33 TiAl합금막(0.1㎛)TiAl alloy film (0.1㎛) α+미량γα + trace γ 44 Fe계 금속막Fe-based metal film α+미량γα + trace γ 55 CrN0.31 CrN 0.31 αα 66 CrN0.59 CrN 0.59 αα 77 CrN0.75 CrN 0.75 αα 88 CrN0.85 CrN 0.85 α+미량γα + trace γ 99 CrN0.96 CrN 0.96 α+γα + γ

(3) 제3 태양에 관한 실시예(3) Example concerning a 3rd aspect

알루미나 피막을 형성하는 기재로서 시판의 cBN 소결체 절삭 공구를 이용하여, 도 14에 도시한 PVD 장치(진공 성막 장치)에서 그 기재상에 알루미나 피막의 형성을 행하였다. 우선, 시료(기재)(2)를 장치(1)내의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 장치(1)내를 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 장치 내부의 측면과 중앙에 배치한 히터(5)로 시료를 750℃까지 가열하였다. 시료가 750℃가 된 시점에서, 장치(1)내에 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 약 O.75Pa로 도입하여, 20분간 표면의 산화 처리를 행하였다.As a base material for forming the alumina film, alumina film was formed on the substrate in a PVD device (vacuum film forming device) shown in FIG. 14 using a commercially available cBN sintered body cutting tool. First, the sample (substrate) 2 is set in the substrate holder (oily rotating jig) 4 in the apparatus 1, and the inside of the apparatus 1 is evacuated until it becomes almost vacuum, and then the side surface inside the apparatus. The sample was heated to 750 degreeC with the heater 5 arrange | positioned at the center. When the sample reached 750 ° C, oxygen gas was introduced into the apparatus 1 at a flow rate of 300 sccm and a pressure of approximately 0.7 Pa, and the surface was oxidized for 20 minutes.

다음으로, 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)를 아르곤과 산소의 혼합 분위기내에서, 약 2.5kW의 펄스 DC 전력을 투입하여 스퍼터를 행하고, 상기 산화 온도와 거의 같은 온도 조건(750℃)에서 알루미나 피막의 형성을 행하였다. 알루미나 피막의 형성에 있어서는, 방전 전압 제어와 플라즈마 발광 분광을 이용하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 유지하여, 약 2㎛의 알루미나 피막을 형성하였다. 또, 이 알루미나 피막의 형성에서는, 상기 도 14에 도시한 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전시키면서 행하였다.Next, a sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets is sputtered by applying a pulsed DC power of about 2.5 kW in a mixed atmosphere of argon and oxygen, and the temperature condition is almost the same as the oxidation temperature (750 ° C.). ), An alumina film was formed. In the formation of the alumina film, the discharge state was maintained in a so-called transition mode using discharge voltage control and plasma emission spectroscopy to form an alumina film having a thickness of about 2 μm. In addition, in the formation of this alumina film, the rotary table 3 shown in FIG. 14 was rotated (idle), and the substrate holder (oil-based rotation jig) 4 provided thereon was also rotated.

처리 완료 후의 각 실시예의 샘플에 대하여는, 박막 X선 회절에 의해 분석을 행하여, 그 결정 조직의 특정을 행하였다. 도 15는 cBN 소결체 기재상에 형성한 알루미나 피막의 박막 X선 회절 결과를 나타낸 그래프이다. 도 15에는 기재의 cBN 소결체로부터의 회절 피크도 포함하여 많은 회절 피크가 관찰되었기 때문에, 우선 기판 단독으로 X선 회절을 행한 결과와의 대비로, 피막으로부터의 회절 피크와 기재로부터의 회절 피크를 분별하였다. 도 15에서는 기판으로부터의 회절 피크에는 삼각형의 표식를 붙이고, 이 중 cBN에 의한 회절 피크를 「▼」, cBN 이외로부터의 회절 피크에는 「▽」를 붙여 구별하였다. 또한, 피막으로부터의 회절 피크에는 원 표식을 붙이고, 이 중 α형 결정 구조의 알루미나로부터의 회절 피크에는 「○」, 그 이외의 피크에는 「●」를 붙여 구별하였다.About the sample of each Example after completion of a process, it analyzed by thin film X-ray diffraction and specified the crystal structure. 15 is a graph showing thin film X-ray diffraction results of an alumina film formed on a cBN sintered body substrate. In Fig. 15, many diffraction peaks were observed, including the diffraction peaks from the cBN sintered body of the substrate. First, the diffraction peaks from the film and the diffraction peaks from the substrate were discriminated in contrast with the result of X-ray diffraction with the substrate alone. It was. In Fig. 15, a triangular mark is attached to the diffraction peaks from the substrate, and among these, the diffraction peaks by cBN are marked with "▼" and the diffraction peaks other than cBN are labeled with "i". In addition, the original mark was attached to the diffraction peak from a film, and among these, the diffraction peak from the alumina of an alpha-type crystal structure was attached with "(circle)", and the other peak was attached with "(circle)".

도 15로부터 알 수 있듯이, 기재로 하는 cBN 소결체는 cBN 이외에도 많은 회절 피크가 관찰되지만, 이는 결합상으로부터의 회절 피크이다. 결합상이라고 생각되는 회절 피크의 몇개인가는 육방정의 AlN에 합치하는 각도로 관찰되었으므로, 결합상은 적어도 AlN을 포함한다고 생각된다. 피막으로부터의 회절 피크는, 도 15로부터도 알 수 있듯이 그 대부분은 α알루미나로부터의 것이고, 극히 적지만 γ아르미나로부터의 회절에 일치하는 위치에 매우 약한 피크가 관찰되었다.As can be seen from Fig. 15, although the cBN sintered body based on the substrate has many diffraction peaks in addition to cBN, it is a diffraction peak from the bonded phase. Since some of the diffraction peaks considered to be the bonded phases were observed at an angle coinciding with the hexagonal AlN, the bonded phases are considered to include at least AlN. As can be seen from Fig. 15, most of the diffraction peaks from the coating are from α-alumina, and very few peaks were observed at the positions corresponding to the diffraction from? -Armina.

아울러, 이 피막을 XPS(X선 광전자 분광법)에 의해 조성 분석한 결과에서는, 미량(1원자% 정도)의 Ar를 함유그러나, 이를 제외하면 피막 조성은 Al:0가 2:3의 비율로 함유되어 있는 것이다.In addition, in the result of compositional analysis by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), the film contained a small amount (about 1 atomic%) of Ar, except that the film composition contained Al: 0 in a ratio of 2: 3. It is.

이들 결과로부터, cBN 소결체 기재상에 형성된 피막은 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막으로 특정할 수 있고, cBN 소결체 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 피복한 피복 부재를 제조할 수 있다고 판단할 수 있었다.From these results, the film formed on the cBN sintered body substrate can be specified as an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure, and a coating member coated with an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure on the cBN sintered body substrate is produced. I could judge that I could.

이와 같이 하여 제작한 피복 부재는, 경도가 우수한 cBN 소결체 기재상에, 내산화성이 우수한 알루미나 피막을, 특히 열적 안정성이 좋은 α형의 결정 구조를 주체로 형성되어 있기 때문에, 예를 들어 절삭 공구에 적용한 경우에 고경도재를 고속 절삭하는 등의 용도에 적합하여 우수한 성능을 기대할 수 있다.The coating member thus produced is mainly formed on the cBN sintered body substrate having excellent hardness, and mainly formed of an alumina film having excellent oxidation resistance, and an α-type crystal structure having good thermal stability. When applied, it is suitable for applications such as cutting high hardness materials at high speed, and excellent performance can be expected.

(4) 제4 태양에 관한 실시예(4) Example according to the fourth aspect

<제1 실시예><First Embodiment>

표면을 경면 연마(Ra=0.02㎛ 정도)한 사이즈가 12.7mm×12.7mm×5mm의 초경 합금제의 기재상에, 미리 AIP법으로 베이스 피막으로서 막두께 2∼3㎛의 TiAlN 피막을 형성한 것을 준비하였다. 또, 상기 TiAlN의 피막 조성은 Ti0.55Al0.45N이다.The TiAlN film having a film thickness of 2 to 3 µm was formed on the substrate made of 12.7 mm x 12.7 mm x 5 mm, the surface of which was mirror-polished (about Ra = 0.02 µm), as a base coating by AIP method in advance. Ready. The film composition of TiAlN is Ti 0.55 Al 0.45 N.

비교예로서 상기 TiAlN 피막 또는 CrN 피막의 표면을 산화 처리하고 나서, 알루미나 피막의 형성을 행하였다. 그 산화 처리와 알루미나 피막의 형성은, 상기 도 5에 도시한 진공 성막 장치((주)神戶제강소 제품 AIP-S40 복합기)로 행하였다.As a comparative example, the surface of the said TiAlN film or CrN film was oxidized and the alumina film was formed. The oxidation treatment and the formation of the alumina coating were performed by the vacuum film forming apparatus shown in Fig. 5 (AIP-S40 composite machine manufactured by Shinsei Steel Co., Ltd.).

상기 산화 처리는 구체적으로 다음과 같이 하여 행하였다. 즉, 시료(기재)(2)를 챔버(1)내의 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 챔버(1)내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 챔버(1) 내부의 측면의 2곳과 중앙부에 설치한 히터(5)로 시료(2)를 750℃(산화 처리 공정에서의 기재 온도)가 될 때까지 가열하였다. 시료(2)의 온도가 소정의 온도가 된 시점에서, 챔버(1)내에, 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 0.75Pa이 되도록 도입하고, 20분간 가열 유지하여 산화를 행하였다.Specifically, the oxidation treatment was performed as follows. That is, after setting the sample (substrate) 2 to the substrate holder (oil-based rotation jig) 4 on the rotary table 3 in the chamber 1, the chamber 1 is evacuated until it becomes almost vacuum. The sample 2 was heated until it became 750 degreeC (substrate temperature in an oxidation process) with the heater 5 installed in two places and the center part of the side inside the chamber 1. When the temperature of the sample 2 became predetermined temperature, oxygen gas was introduce | transduced into the chamber 1 so that the flow volume might be 300 sccm and the pressure 0.75 Pa, and it heated and maintained for 20 minutes, and was oxidized.

또, 상기 베이스 피막의 형성, 산화 처리 및 후술하는 알루미나 성막은, 상기 도 5에 있어서의 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전(자전)시키면서 행하였다.In addition, the base film formation, oxidation treatment, and alumina film formation to be described later rotate the rotating table 3 in Fig. 5 while rotating the substrate 3 (base rotor jig) 4 provided thereon. ) Was also performed while rotating (rotating).

다음으로, 산화 처리후의 베이스 피막상에 알루미나 피막을 형성하였다. 그 알루미나 피막의 형성은 아르곤과 산소 분위기내에서, 기재 온도를 상기 산화 처리 공정과 거의 동일한 정도(750℃)로 하고, 도 5에 있어서의 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)에 약 2.5kW의 펄스 DC 전력을 가하여, 반응성 스퍼터링법을 채용하여 행하였다. 그 알루미나 피막의 형성은 방전 전압 및 아르곤-산소의 유량 비율을 플라즈마 발광 분광법을 이용하여 제어하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 하여 행하였다. 이와 같이 하여 막두께가 약 2㎛의 알루미나 피막을 형성하였다.Next, an alumina film was formed on the base film after oxidation treatment. The formation of the alumina film is carried out in a sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets in FIG. 5 with the substrate temperature at approximately the same temperature (750 ° C) as that of the oxidation treatment step in an argon and oxygen atmosphere. A pulsed DC power of 2.5 kW was applied and the reactive sputtering method was adopted. The alumina film was formed by controlling the discharge voltage and the argon-oxygen flow rate ratio by using plasma emission spectroscopy, and making the discharge state the so-called transition mode. In this way, an alumina film having a film thickness of about 2 μm was formed.

또한 본 발명예로서, 아래와 같은 가스 이온 봄바드 처리를 산화 처리전에 실시하는 이외에는, 상기 비교예와 마찬가지로 하여 실험을 행하였다. 즉, 상기 TiAlN 피막 또는 CrN 피막의 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시한 후, 산화 처리하고 나서, 알루미나 피막의 형성을 행하였다.In addition, as an example of this invention, the experiment was performed similarly to the said comparative example except having performed the following gas ion bombard process before an oxidation process. That is, after performing a gas ion bombard process on the surface of the said TiAlN film or CrN film, it oxidized and formed the alumina film.

가스 이온 봄바드 처리는 다음과 같이 하여 행하였다. 시료(기재)(2)를 챔버(1)내의 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 챔버(1)내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 챔버(1) 내부의 측면 2곳과 중앙부에 설치한 히터(5)로 시료를 550℃가 될 때까지 가열하였다. 시료의 온도가 소정의 온도가 된 시점에서, 챔버(1) 내에 Ar 가스를 압력 O.75Pa가 되도록 도입하고, 열전자 방출용 필라멘트(15)(도 5의 지면에 대해 수직으로 와이어상으로 뻗어 있다)로부터 열전자를 방출하여, 필라멘트(15) 근방의 Ar 가스를 플라즈마화함으로써, Ar 플라즈마를 생성하였다.The gas ion bombard treatment was performed as follows. After setting the sample (substrate) 2 to the substrate holder (oil-based rotation jig) 4 on the rotary table 3 in the chamber 1, and evacuating the chamber 1 until it becomes almost vacuum, the chamber (1) The sample was heated until it became 550 degreeC with the heater 5 installed in two internal side surfaces and the center part. When the temperature of the sample became a predetermined temperature, Ar gas was introduced into the chamber 1 at a pressure of O.75 Pa, and the filament 15 for hot electron emission was extended in a wire perpendicular to the surface of Fig. 5. ), The Ar electrons were emitted and the Ar gas in the vicinity of the filament 15 was converted into plasma to generate an Ar plasma.

그리고, Ar 플라즈마 중에서 기재에 대해 바이어스 전원(14)에 의해 DC 전압 (30kHz의 주파수에서 펄스화)을 -300V로 5분간, 다음에 -400V로 10분간, 합계 15분간 인가하여 가스 이온 봄바드 처리를 행하였다. 또, 이 경우도 회전 테이블(3) 및 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)를 회전시키면서 처리를 행하였다.The gas ion bombard treatment was performed by applying a bias voltage 14 to the substrate in the Ar plasma for 5 minutes at -300V for 10 minutes at -400V, followed by 10 minutes at -400V. Was performed. Moreover, also in this case, the process was performed, rotating the rotating table 3 and the base material holder (the planetary rotation jig) 4.

다음으로 히터(5)로 기재를 750℃까지 가열한 후는, 상기 비교예와 마찬가지로 산화 처리와 알루미나 피막의 형성을 행하여, 막두께가 약 2㎛인 알루미나 피막을 형성하였다.Next, after heating the base material to 750 degreeC with the heater 5, it oxidized and formed the alumina film similarly to the said comparative example, and formed the alumina film whose film thickness is about 2 micrometers.

본 실시예에서는 행하지 않았지만, 도 5에 도시한 바와 같이, AIP용 증발원(아크 증발원)(7)을 설치하여, 베이스 피막의 형성을 상기 가스 이온 봄바드 처리, 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성을 행하는 장치(1)내에서 행하여도 된다.Although not carried out in this embodiment, as shown in Fig. 5, an AIP evaporation source (arc evaporation source) 7 is provided to form the base film by performing the gas ion bombard treatment, the oxidation treatment and the alumina film formation. You may carry out in the apparatus 1.

이와 같이 하여 얻어진 알루미나 피막의 표면을 박막 X선 회절 장치로 분석하여, 알루미나 피막의 결정 구조를 특정하였다. 그 결과를 도 16(비교예) 및 도 17(본 발명예)에 나타낸다.The surface of the alumina film thus obtained was analyzed by a thin film X-ray diffraction apparatus to identify the crystal structure of the alumina film. The result is shown in FIG. 16 (comparative example) and FIG. 17 (example of this invention).

도 16으로부터, X선 회절의 주요한 피크는 α형 결정 구조의 알루미나를 나타내는 회절 피크(이하, 「α알루미나 피크」라고 한다)이며, 그 외에 베이스 피막의 TiAlN을 나타내는 회절 피크 및 γ형 결정 구조의 알루미나를 나타내는 회절 피크(이하, 「γ알루미나 피크」라고 한다)도 약간 볼 수 있다. 이로부터, 종래의 방법으로 알루미나 피막을 형성하면, α형 결정 구조의 알루미나와 γ형 결정 구조의 알루미나를 혼합한 피막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.From Fig. 16, the main peaks of X-ray diffraction are diffraction peaks (hereinafter referred to as &quot; α alumina peaks &quot;) representing alumina of the α-type crystal structure, and other diffraction peaks and Ti-type crystal structures indicating TiAlN of the base film Some diffraction peaks (hereinafter referred to as "γ alumina peaks") that represent alumina can also be seen. From this, when alumina film is formed by the conventional method, it turns out that the film which mixed the alumina of an alpha type crystal structure and the alumina of a gamma type crystal structure is formed.

이에 비해, 본 발명예의 결과를 나타내는 도 17에서는, γ알루미나 피크를 간신히 확인할 수 있는 레벨까지 γ형 결정 구조의 알루미나의 생성이 억제되고 있어, 그 만큼 α형 결정 구조의 알루미나의 비율이 높아지고 있는 것이 명백하다.On the other hand, in FIG. 17 showing the result of the example of the present invention, the production of alumina of the γ-type crystal structure is suppressed to a level at which the γ-alumina peak can be barely confirmed, and the ratio of the alumina of the α-type crystal structure is increased by that much. It is obvious.

또한, 이들의 알루미나 피막의 표면을 SEM으로 관찰(배율: 10,000배)한 결과를 도 18에 나타낸다. 도 18(a)은 비교예에 있어서의 알루미나 피막 표면을 나타내는 SEM 관찰 사진이고, 도 18(b)는 본 발명예에 있어서의 알루미나 피막 표면을 나타내는 SEM 관찰 사진이다.Moreover, the result of having observed the surface of these alumina films by SEM (magnification: 10,000 time) is shown in FIG. 18 (a) is an SEM observation photograph showing the alumina film surface in a comparative example, and FIG. 18 (b) is an SEM observation photograph showing the alumina film surface in the example of this invention.

도 18(a)로부터, 비교예에 있어서의 알루미나 피막은 결정립(백색 부분)과 결정립이 성장하고 있지 않은 평탄한 부분(흑색 부분)으로 나누어져 있고, 성장한 결정립은 조대화하면서도 사이가 뜨게 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 도 18(b)에 나타내는 본 발명예의 알루미나 피막은, 균일하면서도 미세한 결정립으로 구성되어 있어 상기 비교예의 피막 표면과 분명하게 상위하다.From Fig. 18A, the alumina film in the comparative example is divided into crystal grains (white portions) and flat portions (black portions) in which the grains do not grow, and the grown grains remain coarse while being coarse. It can be seen that. On the other hand, the alumina film of the example of this invention shown to FIG. 18 (b) is comprised from uniform and fine crystal grain, and clearly differs from the film surface of the said comparative example.

<제2 실시예>Second Embodiment

베이스 피막으로서 CrN 피막을 형성하는 이외는, 상기 제1 실시예과 마찬가지로 하여 실험을 행하여, 얻어진 알루미나 피막의 표면을 박막 X선 회절 장치로 분석하고, 그 피막의 결정 구조를 특정하였다. 그 결과를 도 19(비교예) 및 도 20(본 발명예)에 나타낸다.Except for forming a CrN film as the base film, experiments were carried out in the same manner as in the first embodiment, and the surface of the obtained alumina film was analyzed by a thin film X-ray diffraction apparatus to identify the crystal structure of the film. The result is shown in FIG. 19 (comparative example) and FIG. 20 (example of this invention).

도 19 및 도 20으로부터, 알루미나로 판별되는 회절 피크는, 어느쪽이나 모두 α형 결정 구조를 나타내는 것이며, 본 발명예와 비교예의 어느쪽도 거의 α형 결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막을 얻을 수 있고, 이 박막 X선 회절 분석에서는 본 발명예와 비교예의 알루미나 피막에 현저한 상위는 보여지지 않는다. 그러나, 도 19와 도 20의 회절 피크의 높이를 비교하면, 상기 도 20에 있어서의 회절 강도는 도 19와 비교하여 약간 작다는 것을 알 수 있다. 이는 후술하는 결정립의 미세화의 영향에 의한 것이라고 생각할 수 있다.19 and 20, both of the diffraction peaks determined by alumina show the α-type crystal structure, and both of the examples of the present invention and the comparative examples can obtain an alumina film composed almost exclusively of the α-type crystal structure. In the thin film X-ray diffraction analysis, no significant difference is observed between the alumina films of the present invention and the comparative example. However, when the heights of the diffraction peaks of Figs. 19 and 20 are compared, it can be seen that the diffraction intensity in Fig. 20 is slightly smaller than that of Fig. 19. This may be considered to be due to the influence of the refinement of the crystal grains described later.

또한, 이들 알루미나 피막의 표면을 상기 제1 실시예와 마찬가지로 SEM으로 관찰하였다. 그 결과를 도 21에 나타낸다. 도 21(a)는 비교예에 있어서의 알루미나 피막 표면을 나타내는 SEM 관찰 사진이고, 도 21(b)는 본 발명예에 있어서의 알루미나 피막 표면을 나타내는 SEM 관찰 사진이다.In addition, the surface of these alumina films was observed by SEM similarly to the said 1st Example. The result is shown in FIG. 21 (a) is an SEM observation photograph showing the alumina film surface in a comparative example, and FIG. 21 (b) is an SEM observation photograph showing the alumina film surface in the example of this invention.

도 21(b)에 나타낸 바와 같이 본 발명예의 알루미나 피막은, 보다 세세한 결정립으로 구성되어 있으며, 또한 결정립 간의 공공이 비교예의 알루미나 피막[도 21(a)]과 비교하여 매우 작고, 결정립의 치밀화가 진행되어 있는 것을 알 수 있다. 상기 박막 X선 회절상에서는 현저한 차이는 보여지지 않았지만, 그 SEM 관찰에서는 이와 같이 표면 상태의 상위가 현저하고, 본 발명예의 알루미나 피막은 보다 우수한 특성을 발휘한다고 생각된다.As shown in Fig. 21 (b), the alumina film of the present invention is composed of finer grains, and the porosity between the grains is very small compared to the alumina film of the comparative example (Fig. 21 (a)), and the grain size is increased. You can see that it is progressing. Although no remarkable difference was observed in the thin film X-ray diffraction image, the SEM observation showed that the difference in the surface state was remarkable as described above, and the alumina film of the example of the present invention is considered to exhibit more excellent characteristics.

또, CrN 피막이나 TiAlN 피막 등의 베이스 피막을 형성하지 않고, 고속도강 기재, cBN 소결체를 기재로서 상기 제1, 2 실시예와 같은 조건으로 알루미나 피막을 형성하는 실험을 행한 경우에도, 상기 가스 이온 봄바드 처리를 행한 후에 산화 처리를 행하면, 형성되는 알루미나의 결정 구조는 γ형 결정 구조의 비율이 작아 α형 결정 구조 주체이며, 또한 결정립이 미세하고 균일한 알루미나 피막이 형성되는 것을 확인하였다.The gas ion spring is also used when an alumina film is formed under the same conditions as those of the first and second embodiments using a high-speed steel substrate and a cBN sintered body as a base material without forming a base film such as a CrN film or a TiAlN film. When the oxidation treatment was carried out after the bard treatment, it was confirmed that the crystal structure of the alumina formed had a small γ-type crystal structure, which was mainly the α-type crystal structure, and formed a fine and uniform alumina film with crystal grains.

(5) 제5 태양에 관한 실시예(5) Example concerning a fifth aspect

<제1 실시예><First Embodiment>

하기 ①~③의 기재를 이용하여, 상기 도 7에 도시한 진공 성막 장치((주)神戶제강소 제품 AIP-S40 복합기)에서 메탈 이온 봄바드 처리, 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성을 차례로 행하였다.Using the description of the following ① to ③, a metal ion bombard treatment, an oxidation treatment, and an alumina coating were sequentially performed in the vacuum film forming apparatus (AIP-S40 composite machine manufactured by Shinsei Co., Ltd.) shown in FIG. 7.

<기재의 종류><Kind of mention>

① 초경 기재(12mm×12mm×5mm)① Carbide substrate (12mm × 12mm × 5mm)

② Si 웨이퍼(실리콘 웨이퍼)(20mm각)② Si wafer (silicon wafer) (20mm square)

③ 초경 기재(12mm×12mm×5mm)상에,③ On a carbide substrate (12 mm x 12 mm x 5 mm),

AIP법으로 막두께가 약 2㎛인 TiAlN 피막을 형성한 것A TiAlN film having a film thickness of about 2 μm by the AIP method

우선, 상기 메탈 이온 봄바드 처리는 다음과 같이 하여 행하였다. 즉, 시료(기재)(2)를 챔버(1)내의 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 챔버(1)내를 진공으로 배기한 후, 챔버(1) 내부의 측면 2곳과 중앙부에 설치한 히터(5)로 시료를 600℃가 될 때까지 가열하여, 그 온도로 30분간 유지하였다.First, the metal ion bombard treatment was performed as follows. That is, the sample (substrate) 2 is set in the base holder (oil-based rotation jig) 4 on the rotary table 3 in the chamber 1, and the chamber 1 is evacuated to vacuum, and then the chamber 1 The sample was heated until it became 600 degreeC with the heater 5 installed in two inside side surfaces and center part, and it hold | maintained at that temperature for 30 minutes.

그 후, 가열 히터의 전력을 기재 온도를 정상 상태로 750℃로 유지 가능한 레벨까지 상승시키고 나서, Cr 타겟을 부착한 AIP용 증발원(7)에 80A의 아크 전류를 흘려 Cr 이온을 포함하는 플라즈마를 발생시켜, 이 상태에서 회전 테이블(3) 및 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)를 통하여 바이어스 전원(14)에 의해 직류의 바이어스 전압을 기재에 인가하고, Cr 이온을 기재에 조사시켜 메탈 이온 봄바드 처리를 행하였다. 상기 바이어스 전압은 -600V로 2분간, -700V로 2분간, 또한 -800V로 5분간의, 합계 9분간 인가하였다. 또, 메탈 이온 봄바드 처리 종료시의 기재 온도는 약 760℃였다.Thereafter, the power of the heating heater is raised to a level at which the substrate temperature can be maintained at 750 ° C in a steady state, and then an arc current of 80 A is flowed to the evaporation source 7 for AIP with a Cr target to produce plasma containing Cr ions. In this state, a bias voltage of direct current is applied to the substrate by the bias power supply 14 through the turntable 3 and the substrate holder (planetary rotation jig) 4, and Cr ions are irradiated to the substrate to cause metal ions. Bombard treatment was performed. The bias voltage was applied for 9 minutes at −600 V for 2 minutes, −700 V for 2 minutes, and −800 V for 5 minutes. In addition, the substrate temperature at the end of the metal ion bombard treatment was about 760 ° C.

상기 메탈 이온 봄바드 처리, 후술하는 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성은, 상기 도 7에 있어서의 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전(자전)시키면서 행하였다.The metal ion bombard treatment, the oxidation treatment to be described later, and the formation of the alumina coating are performed by rotating (rotating) the rotary table 3 in FIG. 7, and at the same time, a substrate holder (oily rotating jig) provided thereon ( 4) was also performed while rotating (rotating).

메탈 이온 봄바드 처리후는 아크 방전과 바이어스 전압의 인가를 정지하여 산화 처리를 행하였다. 산화 처리는 메탈 이온 봄바드 처리후의 챔버(1)내에, 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 O.75Pa가 되도록 도입하고, 30분간 가열 유지하여 행하였다. 또, 이 공정에서 산화 처리 종료시의 기재 온도는 750℃였다.After the metal ion bombard treatment, the arc discharge and the application of the bias voltage were stopped to perform the oxidation treatment. Oxidation treatment was performed by introducing oxygen gas into the chamber 1 after the metal ion bombard treatment at a flow rate of 300 sccm and a pressure of O.75 Pa, followed by heating and holding for 30 minutes. In this step, the substrate temperature at the end of the oxidation treatment was 750 ° C.

그리고 상기 산화 처리 표면에 알루미나 피막을 형성하였다. 그 알루미나 피막의 형성은 아르곤과 산소 분위기 안에서, 기재 온도를 상기 산화 처리 공정과 거의 동일한 정도(750℃)로 하고, 도 7에 있어서의 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)에 약 2.5kW의 펄스 DC 전력을 가하여, 반응성 스퍼터링법을 채용하여 행하였다. 그 알루미나 피막의 형성은 방전 전압 및 아르곤-산소의 유량 비율을 플라즈마 발광 분광법을 이용하여 제어하고, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 하여 행하였다. 이와 같이 하여 막두께가 약 2㎛인 알루미나 피막을 형성하였다(후술하는 표 5의 No.1∼3).An alumina film was formed on the surface of the oxidation treatment. The formation of the alumina film is about 2.5 to the sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets in FIG. The pulsed DC power of kW was applied, and the reactive sputtering method was adopted. The formation of the alumina coating was performed by controlling the discharge voltage and the argon-oxygen flow rate ratio by using plasma emission spectroscopy, and making the discharge state the so-called transition mode. In this way, an alumina film having a film thickness of about 2 μm was formed (Nos. 1 to 3 in Table 5 described later).

<제2 실시예>Second Embodiment

메탈 이온 봄바드 처리시, 0.05Pa의 분압이 되도록 질소를 챔버(1)내에 도입하고, 질소 분위기하에서 메탈 이온 봄바드 처리를 행하는 이외에는, 상기 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 메탈 이온 봄바드 처리, 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성을 행하였다(후술하는 표 5의 No.4∼6).During the metal ion bombard treatment, nitrogen ion is introduced into the chamber 1 so as to have a partial pressure of 0.05 Pa, and the metal ion bombard treatment is carried out in the same manner as in the first embodiment except that the metal ion bombard treatment is performed under a nitrogen atmosphere, Oxidation treatment and alumina coating were performed (Nos. 4 to 6 in Table 5 described later).

<제3 실시예>Third Embodiment

메탈 이온 봄바드 처리에 있어서의 금속 이온의 발생원으로서 AIP용 증발원에 부착하는 타겟 재료를 Cr 대신에 Ti로 하는 이외는, 상기 제1 실시예과 마찬가지로 하여, 메탈 이온 봄바드 처리, 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성을 행하였다(후술하는 표 5의 No.7∼9)A metal ion bombardment treatment, an oxidation treatment, and an alumina coating were carried out in the same manner as in the first embodiment, except that the target material adhering to the evaporation source for AIP as a source of metal ions in the metal ion bombard treatment was Ti instead of Cr. Was formed (Nos. 7 to 9 in Table 5 below).

<비교예>Comparative Example

상기 메탈 이온 봄바드 처리를 행하지 않고, 산화 처리를 행한 후에 알루미나 피막의 형성을 행하였다. 또, 종래의 방법으로서 상기 기재 ③의 TiAlN 피막상에 CrN 피막을 더 형성한 것을 산화 처리한 후, 알루미나 피막을 형성하는 방법도 실시하였다. 상기 산화 처리 및 알루미나 피막의 형성은, 상기 제1 실시예과 마찬가지로 하여 행하였다.The alumina film was formed after the oxidation treatment without performing the metal ion bombard treatment. In addition, as a conventional method, after the oxidation treatment of further forming a CrN film on the TiAlN film of the substrate 3 described above, a method of forming an alumina film was also performed. The oxidation treatment and the formation of the alumina coating were performed in the same manner as in the first embodiment.

<얻어진 알루미나 피막의 박막 X선 회절 분석 결과><Thin X-ray diffraction analysis of the obtained alumina film>

상기 제1∼제3 실시예 및 비교예의 방법으로 형성된 알루미나 피막의 표면을, 박막 X선 회절 장치로 분석하여 알루미나 피막의 결정 구조를 특정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.The surface of the alumina film formed by the method of the said 1st-3rd Example and a comparative example was analyzed with the thin film X-ray diffraction apparatus, and the crystal structure of the alumina film was identified. The results are shown in Table 5.

No.No. 기판 (+ 박막)Substrate (+ Thin Film) 메탈 이온 봄바드Metal Ion Bombard 알루미나 피막의 결정 구조Crystal Structure of Alumina Film 1One 실시예 1Example 1 초경Carbide CrCr αα 22 Si 웨이퍼Si wafer αα 33 초경 + TiAlNCarbide + TiAlN αα 44 실시예 2Example 2 초경Carbide Cr + N2 도입Introduction of Cr + N 2 αα 55 Si 웨이퍼Si wafer αα 66 초경 + TiAlNCarbide + TiAlN αα 77 실시예 3Example 3 초경Carbide TiTi α + 미량γα + trace γ 88 Si 웨이퍼Si wafer α + 미량γα + trace γ 99 초경 + TiAlNCarbide + TiAlN α + 미량γα + trace γ 1010 비교예Comparative example 초경Carbide 없음none α + γα + γ 1111 Si 웨이퍼Si wafer γγ 1212 초경 + TiAlNCarbide + TiAlN α + γα + γ 1313 초경 + TiAlN + CrNCarbide + TiAlN + CrN αα

표 5로부터, 상기 제1∼3 실시예의 결과를 나타내는 No.1∼9에서는, ① 초경 합금, ② Si 웨이퍼, ③ 초경 기재상에 AIP법으로 막두께가 약 2㎛인 TiAlN 피막을 형성한 것의 어느 것을 이용한 경우에서도, α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또, No.1∼6과 No.7∼9의 결과를 비교하면, 본 실시예에서는, Ti보다도 Cr을 메탈 이온 봄바드 처리에 이용하면, 거의 α형 결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.From Table 5, in Nos. 1 to 9 showing the results of the first to third embodiments, the TiAlN film having a film thickness of about 2 μm was formed on the cemented carbide, the Si wafer, and the cemented carbide substrate by the AIP method. In either case, it can be seen that the alumina film of the α-type crystal structure main body is formed. In comparison with the results of Nos. 1 to 6 and Nos. 7 to 9, in this embodiment, when Cr is used for the metal ion bombard treatment rather than Ti, an alumina film composed almost of α-type crystal structure can be formed. I can see that there is.

이에 비해 비교예에서는, 초경 합금상에 TiAlN 피막 및 CrN 피막을 형성시킨 것을 이용한 경우(No. 13)에는 거의 α형 결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막을 형성할 수 있었지만, 초경 합금만으로 이루어지는 것을 이용한 경우(No.10) 또는 초경 합금상에 TiAlN 피막만 형성한 것을 이용한 경우(No.12)에는, α형 결정 구조와 γ형 결정 구조를 혼합한 알루미나 피막이 되었다. 또한, 기재로서 Si 웨이퍼를 이용한 경우(No.11)에는, α형 결정 구조의 알루미나가 형성되지 않고, 거의 γ형 결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막을 얻을 수 있었다. On the other hand, in the comparative example, when the TiAlN film and the CrN film were formed on the cemented carbide (No. 13), an alumina film formed almost exclusively of the α-type crystal structure could be formed. No. 10) or in the case where only the TiAlN film was formed on the cemented carbide (No. 12), an alumina film obtained by mixing the α-type crystal structure and the γ-type crystal structure was obtained. In addition, when a Si wafer was used as the substrate (No. 11), an alumina having an α-type crystal structure was not formed, and an alumina film composed almost of only the γ-type crystal structure was obtained.

이들 결과로부터, 본 발명법에 의하면, 기재의 종류에 한정되는 일 없이 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.From these results, it turns out that according to the method of the present invention, the alumina film of the α-type crystal structure main body can be formed without being limited to the type of the substrate.

(6) 제6 태양에 관한 실시예(6) Example concerning a sixth aspect

상기 도 4에 도시한 PVD 장치(진공 성막 장치)를 이용하여, 본 발명의 알루미나 피막의 형성을 행하였다. 우선, 초경 합금 기재상에 미리 AIP법에 의해 CrN 피막(베이스 피막)을 형성한 시험편을, 장치(1)내의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세팅하고, 장치(1)내가 거의 진공 상태가 될 때까지 배기한 후, 장치 내부의 측면과 중앙에 배치한 히터(5)로 시료를 750℃까지 가열하였다. 시험편이 750℃가 되었을 때, 장치(1)내에 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 약 O.75Pa로 도입하고, 20분간 표면의 산화 처리를 행하였다. 또, 도 4 중 7은 AIP법에 의해 베이스 피막을 형성할 때의 AIP용 증발원을 나타내고 있다.The alumina film of this invention was formed using the PVD apparatus (vacuum film-forming apparatus) shown in the said FIG. First, the test piece in which the CrN film (base film) was formed in advance on the cemented carbide substrate by the AIP method is set in the substrate holder (oily rotating jig) 4 in the apparatus 1, and the apparatus 1 is almost vacuum. After evacuating until it became a state, the sample was heated to 750 degreeC with the heater 5 arrange | positioned at the side and center inside the apparatus. When the test piece became 750 degreeC, oxygen gas was introduce | transduced into the apparatus 1 at the flow volume of 300 sccm, and the pressure of about 0.7 Pa, and the surface was oxidized for 20 minutes. In addition, 7 in FIG. 4 has shown the AIP evaporation source at the time of forming a base film by AIP method.

다음으로, 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드(6)를 아르곤과 산소의 분위기내에서, 약 2.5kW의 펄스 DC 전력을 투입하여 스퍼터를 행하고, 상기 산화 온도와 거의 같은 온도 조건(750℃)에서, 산화 알루미늄(알루미나)의 형성을 행하였다. 알루미나의 형성에 있어서는, 방전 전압 제어와 플라즈마 발광 분광을 이용하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 유지하여, 약 2㎛의 알루미나 피막을 형성하였다. 또, 이들 피막 형성에서는, 상기 도 4에 도시한 회전 테이블(3)을 회전(공전)시킴과 동시에, 그 위에 설치한 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)도 회전시키면서 행하였다.Next, a sputtering cathode 6 equipped with two aluminum targets was sputtered by applying pulsed DC power of about 2.5 kW in an atmosphere of argon and oxygen, and the temperature condition (750 ° C.) almost equal to the oxidation temperature. , Aluminum oxide (alumina) was formed. In forming alumina, the discharge state was maintained in what is called a transition mode using discharge voltage control and plasma emission spectroscopy, and the alumina film of about 2 micrometers was formed. In addition, in these film formation, the rotating table 3 shown in FIG. 4 was rotated (idle), and the base holder (oil-based rotation jig) 4 provided on it was also rotated.

성막 처리 후의 알루미나 피막은 박막 X선 회절에 의해 결정성을 분석하고, 알루미나 피막의 결정 구조를 특정하였다. 그 결과, 알루미나 피막으로부터는, α결정 구조의 알루미나를 나타내는 회절 피크만을 관찰할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.The alumina film after film-forming process analyzed crystallinity by thin film X-ray diffraction, and specified the crystal structure of an alumina film. As a result, it was confirmed from the alumina film that only a diffraction peak representing alumina having an α crystal structure can be observed.

상기 알루미나 피막을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 관찰한 결과를, 도 22(도면 대용 사진)에 나타낸다(배율: 20000배). 이 TEM상 및 동시에 실시한 EDX 분석(에너지 분산형 X선 분석)에 의하면, 이 피막은 기재에 가까운 곳에서부터 차례로, CrN 피막, CrN의 표면에 산화 처리 공정에 의해 형성된 두께: 30∼40nm의 크롬 산화물(Cr203)층, 및 알루미나층의 3층 구조가 되어 있는 것을 알았다. 또한, 알루미나 및 크롬 산화물층에 대하여는, 전자선 회절에 의해 분석한 결과, 모두 코런덤 구조를 갖고 있으며 각각α-A203,α-Cr203인 것을 확인할 수 있었다.The result of having observed the said alumina film with a transmission electron microscope (TEM) is shown in FIG. 22 (drawing surrogate photo) (magnification: 20000x). According to this TEM image and simultaneous EDX analysis (energy dispersive X-ray analysis), this film was formed from an area close to the substrate in order by the oxidation treatment process on the surface of the CrN film and CrN: chromium oxide having a thickness of 30 to 40 nm. It turned out that it has a three-layer structure of a (Cr 2 0 3 ) layer and an alumina layer. In addition, the alumina and chromium oxide layers were analyzed by electron beam diffraction. As a result, it was confirmed that all had corundum structures and were α-A 2 O 3 and α-Cr 2 O 3 , respectively.

도 23(도면 대용 사진)은 도 22의 일부를 확대한 도면이다. 이 도 23으로부터 분명한 바와 같이, 피막 성장이 진행되어 막두께가 커짐에 따라 결정립이 커져, 표면 근방에서는 결정의 폭이 최대로 0.5㎛, 주상 결정의 길이로 1.5㎛에 이르고 있는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 피막의 성장 초기에는 최대에서도 0.3㎛ 정도의 크기인 것을 알 수 있다.FIG. 23 (drawing substitute photograph) is an enlarged view of a portion of FIG. 22. As is apparent from FIG. 23, it can be seen that as the film growth progresses and the film thickness increases, the crystal grains become large, and in the vicinity of the surface, the crystal has a maximum width of 0.5 µm and a length of columnar crystals of 1.5 µm. On the other hand, it can be seen that at the initial stage of the growth of the film, the size is about 0.3 μm at maximum.

이와 같이 피막의 성장 초기에, 미세한 결정립이 형성되어, 피막 성장과 함께 그 결정립이 성장하는 것은 일반적인 경향이지만, 지금까지 PVD법에 의해 형성한 알루미나 피막에 관한 피막 단면 관찰에 의하면(Surf. Coat. Technol., 94-95(1997)p.303-308, Surf. Coat. Technol., 142-144(2001)p.260-264, J. Vac. Sci. Technol. A20(6), Nov/Dec(2002)p.2134-2136), α알루미나를 형성할 수 있었던 시료에 있어서도, 피막 형성 초기에는 결정립의 미세한 γ알루미나층이 형성되어 있는 것이 관찰되고 있어, α형의 결정은 이 안에서 성장한다고 보고되고 있다. 이러한 것들로부터, PVD법에 의해 α알루미나 피막을 형성한 경우에는, 피막 성장 초기의 결정 미세 영역에서는 γ알루미나의 함유를 피할 수 없는 것이라 생각되고 있었다.As described above, although it is a general tendency that fine grains are formed at the beginning of the growth of the film and the grains grow with the growth of the film, the film cross-sectional observation of the alumina film formed by the PVD method so far (Surf. Coat. Technol., 94-95 (1997) p. 303-308, Surf. Coat. Technol., 142-144 (2001) p. 260-264, J. Vac. Sci. Technol. A20 (6), Nov / Dec (2002) p.2134-2136) Even in the sample capable of forming α-alumina, it was observed that a fine γ-alumina layer of crystal grains was formed at the initial stage of film formation, and the α-type crystal was reported to grow therein. It is becoming. From these things, it was thought that, when the α alumina film was formed by the PVD method, the inclusion of γ alumina was inevitable in the crystal fine region at the beginning of the film growth.

그러나, 상기의 순서로 형성한 알루미나 피막에서는 TEM 관찰시에 α-Cr203과의 계면 근방의 알루미나 피막을 전자선 회절로 분석한 결과, 모든 영역에 있어서 α알루미나로부터의 회절 결과를 얻을 수 있고, γ아르미나는 검출되지 않는 것이 판명되었다. 이러한 것으로부터, 베이스 피막의 종류도 포함하여 적절한 조건하에서 알루미나 피막을 형성함으로써, 피막 성장 초기의 단계의 결정이 미세한 영역에 있어서도, α알루미나를 형성할 수 있는 것이 밝혀졌다.However, in the alumina film formed in the above order, the alumina film near the interface with α-Cr 2 0 3 was analyzed by electron beam diffraction at the time of TEM observation. As a result, diffraction results from α alumina were obtained in all regions. , γ-armina was found not to be detected. From this, it was found that by forming the alumina film under appropriate conditions including the type of the base film, alpha alumina can be formed even in a region where the crystal in the initial stage of the film growth is fine.

또한, 이 피막에서는 결정이 미세한 구조를 갖는 피막 성장 초기부터, 막두께가 증대함에 따라, 결정립이 주상(柱狀)으로 크게 성장해 가지만, 어느 결정 성장에 있어서도 전자선 회절에서는 α알루미나만이 관찰되고 있었던 것이다.In addition, in this film, since the film thickness increases from the beginning of the film growth in which the crystal has a fine structure, the crystal grains grow in a columnar shape, but only α-alumina was observed in the electron beam diffraction in any crystal growth. will be.

상기 실시예에서는, 본 발명의 α알루미나는 베이스 피막으로서 형성한 CrN의 표면층을 750℃의 기재 온도로 산화 처리하고, 계속해서 베이스 피막상에 알루미나 피막을 형성함으로써 얻어진 것이지만, 본 발명자들이 실질적으로 α결정 구조만으로 이루어지는 알루미나 피막을 형성하기 위한 최적인 조건에 대해 검토한 결과, 다음과 같은 제조 조건에 의해서도 α알루미나를 형성할 수 있는 것이 판명되었다.In the above embodiment, the α-alumina of the present invention is obtained by oxidizing the surface layer of CrN formed as the base coating to a substrate temperature of 750 ° C. and subsequently forming an alumina coating on the base coating. As a result of studying the optimum conditions for forming the alumina film which consists only of a crystal structure, it turned out that (alpha) alumina can be formed also by the following manufacturing conditions.

즉, 베이스 피막의 산화 처리 공정에 앞서, 베이스 피막의 표면을 Ar 이온 등에 의한 이온 봄바드 처리를 실시하거나, 혹은 코런덤 구조의 산화물 분말(바람직하게는 α알루미나의 분말)에 의해 베이스 피막 표면의 「손상 처리」를 실시하면, 700℃ 정도로 기재 표면의 산화 처리를 행하여도 같은 α알루미나 피막을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.That is, prior to the oxidation treatment of the base coating, the surface of the base coating is subjected to an ion bombard treatment with Ar ions or the like, or by the corundum structure oxide powder (preferably alumina powder). When the "damage treatment" was carried out, it was confirmed that the same α-alumina film could be formed even by performing oxidation treatment on the surface of the substrate at about 700 ° C.

이들로부터, 본 발명의 α알루미나 피막은 베이스 피막을 CrN으로서 상기와 같은 사전 처리(이온 봄바드 처리나 산화물 분말에 의한 손상 처리)를 조합하여 제조하는 경우에는, 산화 처리 및 피막 형성시의 기재 온도를 700℃ 이상으로 처리를 행하고, 사전 처리를 행하지 않는 경우에는 산화 처리 및 피막 형성시의 기재 온도를 750℃ 이상으로 처리를 행하면, PVD법에 의한 알루미나 피막 형성에 의해, α형 결정 구조의 알루미나 피막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.From these, the α-alumina coating of the present invention is the base temperature at the time of oxidation treatment and film formation when the base coating is manufactured by combining CrN as the above pretreatment (ion bombard treatment or damage treatment by oxide powder). Is treated at 700 ° C. or higher, and pretreatment is not carried out, the substrate temperature at the time of oxidation treatment and film formation is treated at 750 ° C. or higher, whereby alumina having an α-type crystal structure is formed by alumina coating by PVD. It can be seen that a film can be formed.

또, 이온 봄바드 처리를 실시하는 경우에는, 상기 도 4에 도시한 장치 구성에 있어서, 가스 이온 플라즈마 혹은 금속 이온 플라즈마를 형성하기 위한 열전자 방출 용도 필라멘트를 장치내에 배치함과 동시에(미도시), 기재에 바이어스 전압을 인가할 수 있는 전원을 설치하고, 적절한 값(예를 들면, -400V 이상)의 바이어스 전압을 인가하여 이온 봄바드 처리를 행할 수 있는 장치 구성으로 하면 된다.In the case of performing the ion bombardment treatment, in the apparatus configuration shown in FIG. 4, a hot electron emission application filament for forming a gas ion plasma or a metal ion plasma is disposed in the apparatus (not shown), What is necessary is just to set it as the apparatus structure which can provide the power supply which can apply a bias voltage to a base material, and can perform ion bombard processing by applying the bias voltage of an appropriate value (for example, -400V or more).

(7) 성막용 장치에 관한 실시예(7) Embodiment of a film forming apparatus

이하에 상기 도 8에 도시한 물리적 증착 장치(단, 아크원(7)은 설치하지 않았다)를 이용하여, 고내열성의 α알루미나 피막의 성막을 행한 실험예를 든다.The experimental example which formed the high heat-resistant (alpha) alumina film using the physical vapor deposition apparatus shown in FIG. 8 (but the arc source 7 was not provided) is given below.

성막 실험에 사용하는 시료로서 경면(Ra=0.02㎛ 정도)의 12.7mm각, 두께 5mm의 판상의 초경 기재상에 미리 아크 이온 프레이팅법으로 경질 피막(TiAlN)을 2∼3㎛의 두께로 형성한 것을 이용하였다. 이 때의 TiAlN의 피막 조성은 TiO.55AlO.45N이었다.As a sample to be used for the film forming experiment, a hard film (TiAlN) was formed in a thickness of 2 to 3 μm by arc ion fritting on a 12.7 mm square mirror surface (about Ra = 0.02 μm) and a 5 mm thick plate-shaped carbide substrate. One was used. At this time, the coating composition of TiAlN was TiO.55AlO.45N.

이 시료를 회전 테이블(3)상의 기재 홀더(유성 회전 지그)(4)에 세트후, 배기 가스 배관(11)을 통하여 진공으로 배기한 후, 복사형 가열 히터(51, 52)로 기재 온도를 550℃까지 가열, 상승시키고 나서, 아르곤 가스를 2.7Pa의 압력으로 가스 도입관(11)으로부터 도입한 후에, 플라즈마원(8)인 열전자 방출용 필라멘트와 챔버의 사이에 15A의 방전을 발생시켜 아르곤 플라즈마를 생성하였다. 이 아르곤 플라즈마를 조사하면서, 기재에는 30kHz의 주파수로 펄스화한 DC 전압을 -300V로 5분간, - 400V로 10분간, 합계 15분간의 이온 봄바드 처리를 실시하였다.After setting this sample to the base holder (oily rotary jig) 4 on the rotary table 3, and evacuating it through the exhaust gas piping 11 by vacuum, the substrate temperature is radiated with the radiant heating heaters 51 and 52. After heating and raising to 550 degreeC, argon gas was introduce | transduced from the gas introduction tube 11 at the pressure of 2.7 Pa, and 15 A discharge was produced between the chamber and the thermoelectron emission filament which is the plasma source 8, and argon A plasma was generated. While irradiating the argon plasma, the substrate was subjected to ion bombardment treatment for 15 minutes at a DC voltage pulsed at a frequency of 30 kHz for 5 minutes at -300V, for 10 minutes at -400V.

다음으로 가열 히터(51, 52)에서 기재 온도를 750℃까지 가열을 행하여, 시료가 같은 온도로 승온한 시점에서, 챔버내에 가스 도입관(11)으로부터 산소 가스를 유량 300sccm, 압력 약 O.75Pa로 도입하여, 20분간 표면의 열산화 처리를 실시하였다.Subsequently, the substrate heater is heated to 750 ° C. in the heaters 51 and 52, and when the sample is heated to the same temperature, oxygen gas is flown from the gas introduction tube 11 into the chamber at a flow rate of 300 sccm and a pressure of approximately O.75 Pa. The surface was thermally oxidized for 20 minutes.

그리고, 스퍼터링 증발원(6)으로서 2대의 알루미늄 타겟을 장착한 스퍼터링 캐소드를 이용하여, 이것에 아르곤과 산소 분위기내에서 펄스 DC 스퍼터링 약 2.5kW의 전력을 투입하여 스퍼터를 행하고, 상기 산화 온도와 거의 같은 온도 조건(750℃)에서, 경질 피막의 표면에 산화 알루미늄(알루미나)의 형성을 행하였다. 이 반응 스퍼터링법에 의한 알루미나 피막의 형성에 있어서는, 방전 전압 제어와 플라즈마 발광 분광을 이용하여, 방전 상태를 이른바 천이 모드로 유지하여, 약 2㎛의 알루미나 피막을 형성한다.Then, using a sputtering cathode equipped with two aluminum targets as the sputtering evaporation source 6, sputtering was performed by applying electric power of pulse DC sputtering of about 2.5 kW in an argon and oxygen atmosphere, which was approximately equal to the oxidation temperature. Under temperature conditions (750 ° C), aluminum oxide (alumina) was formed on the surface of the hard film. In the formation of the alumina film by this reaction sputtering method, the discharge state is maintained in what is called a transition mode using discharge voltage control and plasma emission spectroscopy, and about 2 micrometers of alumina films are formed.

처리 완료 후의 본 실시예의 샘플에 대해서는, 박막 X선 회절에 의해 분석을 행하여, 그 결정 조직의 특정을 행하였다. 도 24에 TiAlN 피막상에 형성한 알루미나 피막의 박막 X선 회절 결과를 나타낸다. 이 도면에 있어서, 동그라미표는 α알루미나(α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나), 흰색 역삼각표는 γ알루미나(γ형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나), 또한 흑색 역삼각표는 TiAlN의 각각 피크를 나타내고 있다. 이 도 24로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 장치를 이용함으로써, TiAlN과 같은 실용적인 경질 피막상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막(고내열성 산화계 피막)을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.The sample of the present Example after the completion of the treatment was analyzed by thin film X-ray diffraction to identify the crystal structure. 24 shows the thin film X-ray diffraction results of the alumina film formed on the TiAlN film. In this figure, the circle represents α-alumina (alumina mainly composed of α-type crystal structure), the white reverse triangle represents γ-alumina (alumina mainly composed of γ-type crystal structure), and the black reverse triangle represents peaks of TiAlN, respectively. have. As is apparent from FIG. 24, it can be seen that by using the apparatus of the present invention, an alumina film (high heat resistant oxidizing film) mainly composed of an α-type crystal structure can be formed on a practical hard film such as TiAlN.

반대로, 본 발명의 장치의 요건을 결여한 장치에 있어서는, 만족스러운 피막을 형성할 수 없는 것도 실험에서 확인하였다.In contrast, in the apparatus lacking the requirements of the apparatus of the present invention, it was confirmed in the experiment that a satisfactory coating could not be formed.

우선 상기 플라즈마원을 결여하는 경우로서, 상기 공정 중 이온 봄바드 처리를 행하지 않고 성막을 행하였다. 이 경우에는, TiAlN상에 α형 결정 구조를 포함하는 알루미나 피막의 형성은 가능하였지만, γ형 결정 구조의 혼입이 확인되었다. 또한, 피막도 결정립이 균일한 알루미나 피막이 형성되어 있다고는 말하기 어렵게 되었다.First, in the case of lacking the plasma source, the film was formed without performing the ion bombardment treatment in the step. In this case, although the formation of the alumina film containing an alpha type crystal structure on TiAlN was possible, the mixing of the gamma type crystal structure was confirmed. Moreover, it became difficult to say that the alumina film with a uniform crystal grain is formed.

간헐적인 직류 전압의 인가가 가능한 바이어스 전원을 결여하는 경우, 즉, 직류의 바이어스 전원을 이용한 경우에는 아크가 다발하였다. 또한, 고주파의 바이어스 전원은 유성 회전 테이블에는 적용할 수 없었다.When a bias power supply capable of applying intermittent direct current voltage is lacking, that is, when a direct current bias power supply is used, an arc occurs. In addition, the high frequency bias power supply was not applicable to the planetary rotating table.

복사형 과열 기구의 기재 가열 능력에 관해서도, 기재 온도가 650℃ 미만에서는 α형 결정을 얻을 수 없었고, 또한, 기재 온도가 800℃를 넘는 경우에는 TiAlN 피막의 열화가 인정되었다.Regarding the substrate heating ability of the radiation type superheating mechanism, the α-type crystal could not be obtained when the substrate temperature was lower than 650 ° C. Also, when the substrate temperature exceeded 800 ° C, deterioration of the TiAlN film was recognized.

본 발명의 실시 형태에 관련하여 보충하면, 기재 홀더(유성 회전 지그)에 부의 펄스상의 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원에 대해 그 간헐적인 인가의 주파수의 바람직한 범위는 1OkHz∼400kHz이다. 10kHz 미만의 주파수에서는, 아크 방전의 발생에 의한 불안정한 현상이 발생하게 되고, 400kHz를 넘는 고주파수에서는 매칭 등의 문제가 생기기 때문에, 상기 범위로 하는 것이 추천된다.Supplementing with the embodiment of the present invention, the frequency of the intermittent application is preferably in the range of 10 kHz to 400 kHz for the bias power supply for applying a negative pulsed bias voltage to the substrate holder (the planetary rotary jig). At frequencies below 10 kHz, unstable phenomena due to the generation of arc discharges occur, and problems such as matching occur at high frequencies above 400 kHz. Therefore, it is recommended to set the above range.

또한, 본 장치에 의한 알루미나 피막의 형성은, 전술한 바와 같이 반응성 스퍼터링법에 의해 행한다. 즉, 스퍼터링 증발원에 부착한 알루미늄 타겟을 아르곤, 산소의 혼합 분위기 안에서 동작시킴으로써, 금속 알루미늄을 스퍼터하여, 기재상에서 산소와 화합시킨다. 성막 속도가 빠른 성막을 행하기 위해서는, 스퍼터링의 모드를 이른바 천이 모드로 유지할 필요가 있어, 이 관점에서 스퍼터링 증발원을 구동하는 스퍼터링 전원은 정전압 제어가 가능한 것이 바람직하다. 또한, 부가적으로는, 본 장치에는 스퍼터링의 모드를 파악하기 위해, 스퍼터링 증발원전의 플라즈마 발광을 모니터하는 분광기를 구비하고 있는 것이 바람직하다.In addition, formation of the alumina film by this apparatus is performed by the reactive sputtering method as mentioned above. That is, by operating the aluminum target attached to the sputtering evaporation source in a mixed atmosphere of argon and oxygen, metal aluminum is sputtered and compounded with oxygen on the substrate. In order to perform a film formation with a high film formation speed, it is necessary to keep the sputtering mode in a so-called transition mode. From this point of view, it is preferable that the sputtering power supply for driving the sputtering evaporation source can be subjected to constant voltage control. In addition, it is preferable that this apparatus is equipped with the spectrometer which monitors the plasma light emission of a sputtering evaporation power source, in order to grasp | ascertain the sputtering mode.

상기와 같은 구성을 채용하면, 특히 내열성이 우수한 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막을 CVD법과 같은 고온에 의하지 않고, 기재나 경질 피막의 특성을 열화시키지 않는 비교적 저온역에서 형성할 수 있다. 또한 종래와 같이, 경질 피막과 α형 결정 구조의 알루미나 피막의 사이에 중간막을 형성할 필요가 없기 때문에, 효율적으로 적층 피막을 형성할 수 있으면서, 그 중간막에 의한 절삭 성능 등의 저하가 생기는 일도 없다.By employing the above-described configuration, the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure main body having excellent heat resistance can be formed at a relatively low temperature region without deteriorating the characteristics of the substrate and the hard film without using a high temperature such as the CVD method. In addition, since there is no need to form an intermediate film between the hard film and the alumina film of the α-type crystal structure as in the related art, the laminated film can be efficiently formed, while the degradation of cutting performance due to the intermediate film does not occur. .

따라서 이와 같은 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 포함하는 적층 피막, 및 이들의 제조 방법의 실현에 의해, 종래보다 내마모성 및 내열성이 우수한 절삭 공구 등을 염가로 제공할 수 있다.Therefore, by realizing the laminated | multilayer film which consists of such an alumina film | membrane which mainly consists of such an alpha-type crystal structure, and these manufacturing methods, the cutting tool etc. which are more excellent in abrasion resistance and heat resistance than before can be provided at low cost.

또, 본 발명은 범용되는 TiN, TiCN, TiC 등의 티탄계 경질 피막상에 내산화성이 우수한 α형 결정 구조의 알루미나를 비교적 저온에서 형성하는 방법을 제공하는 점에서 실용적이다.The present invention is also practical in that it provides a method for forming alumina having an α-type crystal structure having excellent oxidation resistance at a relatively low temperature on a titanium-based hard film such as TiN, TiCN, TiC, or the like.

또한, 상기 가스 이온 봄바드 처리를 행하면, 특히 결정립이 미세하면서도 균일한 보다 우수한 내마모성 및 내열성을 기대할 수 있는 알루미나 피막을 형성할 수 있고, 메탈 이온 봄바드 처치를 행하면, 알루미나 피막의 성막 대상인 기재나 베이스 피막의 종류에 관계없이 알루미나 피막을 그 기재나 베이스 피막상에 형성할 수 있다. 본 발명에서는, cBN 소결체상에도 그 조성을 특정하지 않고 그 알루미나 피막을 형성할 수 있다.In addition, when the gas ion bombard treatment is performed, an alumina film that can be expected to have more excellent wear resistance and heat resistance, in particular, fine and uniform crystal grains can be formed, and when the metal ion bombard treatment is performed, Regardless of the type of base coating, an alumina coating can be formed on the substrate or the base coating. In this invention, the alumina film can be formed also on a cBN sintered compact, without specifying the composition.

Claims (66)

미리 베이스 피막이 형성된 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며,It is a method of forming the alumina film which mainly has an alpha type crystal structure on the base material in which the base film was formed previously, 상기 베이스 피막으로서 Al과 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 상기 경질 피막을 산화 처리하여 산화물 함유층을 형성하고, 그 후 상기 산화물 함유층상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 제조 방법.After forming a hard film composed of a metal component such as Al and Ti and a compound such as B, C, N, O as the base film, the hard film is oxidized to form an oxide-containing layer, and then the oxide A method of producing an alumina film mainly comprising an α-type crystal structure, wherein an alumina film mainly comprising an α-type crystal structure is formed on the containing layer. 제1항에 있어서, 상기 산화물 함유층은 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 제조 방법.The production method according to claim 1, wherein the oxide-containing layer is substantially composed of alumina at the most surface side. 제1항에 있어서, 상기 베이스 피막은 TiAlN으로 이루어지는 제조 방법.The manufacturing method according to claim 1, wherein the base film is made of TiAlN. 제1항에 있어서, 상기 베이스 피막은 Al 및 Ti와, IVa족(Ti 제외), Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 제조 방법.The nitride, carbide and carbonaceous material as claimed in claim 1, wherein the base film is made of Al and Ti and at least one element selected from the group consisting of Group IVa (excluding Ti), Group Va, Group VIa and Si. A process for producing a cargo, boride, nitrate or carbonitride. 제1항에 있어서, 상기 베이스 피막은 TiAlCrN으로 이루어지는 제조 방법. The manufacturing method according to claim 1, wherein the base film is made of TiAlCrN. 미리 베이스 피막이 형성된 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며,It is a method of forming the alumina film which mainly has an alpha type crystal structure on the base material in which the base film was formed previously, 상기 베이스 피막으로서, Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 상기 경질 피막을 산화 처리하여 산화물 함유층을 형성하고, 그 후, 상기 산화물 함유층상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 제조 방법.As the base film, after forming a hard film made of a metal component containing Al and a compound of B, C, N, O and the like, the hard film is oxidized to form an oxide containing layer, and then the oxide A method of producing an alumina film mainly comprising an α-type crystal structure, wherein an alumina film mainly comprising an α-type crystal structure is formed on the containing layer. 제6항에 있어서, 상기 베이스 피막은 Al과, IVa족, Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 제조 방법.The nitride film, carbide, carbonitride, boride and nitride of claim 6, wherein the base film is made of Al and at least one element selected from the group consisting of Groups IVa, Va, VIa, and Si. Or a production method comprising carbon dioxide. 미리 베이스 피막이 형성된 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며,It is a method of forming the alumina film which mainly has an alpha type crystal structure on the base material in which the base film was formed previously, 상기 베이스 피막으로서, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속과 B, C, N, 0 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성한 후, 상기 경질 피막을 산화 처리하여 산화물 함유층을 형성하고, 그 후, 상기 산화물 함유층상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 제조 방법.As the base film, after forming a hard film made of a metal having a standard free energy of oxide generation greater than aluminum and a compound of B, C, N, 0, etc., the hard film is oxidized to form an oxide containing layer. Thereafter, an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure is formed on the oxide-containing layer. 제8항에 있어서, 상기 베이스 피막으로서, 산화물 생성의 표준 자유 에너지가 알루미늄보다 큰 금속인 Ti와 B, C, N, 0 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 형성하는 제조 방법.The production method according to claim 8, wherein as the base film, a hard film made of a compound of Ti and B, C, N, 0, and the like, wherein the standard free energy of oxide formation is a metal larger than aluminum. 제8항에 있어서, 상기 베이스 피막으로서, TiN, TiC 및 TiCN으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1층 또는 2층 이상의 적층을 형성하는 제조 방법.The manufacturing method according to claim 8, wherein as the base film, one or two or more layers of laminations selected from the group consisting of TiN, TiC, and TiCN are formed. 제8항에 있어서, 상기 경질 피막과 기재 혹은 경질 피막 사이의 접합 계면에, 접합되는 양 소재 구성 원소의 조성 경사층을 형성하는 제조 방법.The manufacturing method of Claim 8 which forms the composition gradient layer of the both material structural elements joined by the joining interface between the said hard film and a base material or a hard film. 제8항에 있어서, 상기 산화물 함유층으로서 티탄 산화물 함유층을 형성한 후, 알루미나 형성에 있어, 상기 층 표면의 티탄 산화물의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하는 제조 방법. The production method according to claim 8, wherein after the titanium oxide containing layer is formed as the oxide-containing layer, in forming alumina, an alumina film is formed with reduction of the titanium oxide on the surface of the layer. 제8항에 있어서, 상기 산화물 함유층으로서 Ti02 함유층을 형성한 후, 알루미나 형성에 있어, 상기 층 표면의 Ti02의 Ti305로의 환원을 수반하면서 알루미나 피막을 형성하는 제조 방법.The method according to claim 8, wherein after the Ti0 2 containing layer is formed as the oxide-containing layer, in forming alumina, the alumina film is formed with reduction of Ti0 2 to Ti 3 0 5 on the surface of the layer. (기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함하는) 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하는 방법이며, It is a method of manufacturing the alumina film which mainly has an alpha-type crystal structure on the base material (including the base film previously formed on the base material), 알루미나의 성막 공정전에 하기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 형성한 후, 그 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법.Before forming the alumina, at least any one of the following films (a) to (c) is formed, and then the surface is oxidized and an alumina film is formed thereafter. Method of preparation. (a) 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막(a) Coatings made of pure metals or alloys (b) 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 고용(固溶)하는 금속 주체의 피막(b) coatings of metallic subjects that dissolve nitrogen, oxygen, carbon or boron; (c) 화학량론적 조성에 대해 불충분한 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 함유하는 금속 질화물, 산화물, 탄화물 혹은 붕화물로 이루어지는 피막(c) coatings of metal nitrides, oxides, carbides or borides containing insufficient nitrogen, oxygen, carbon or boron for stoichiometric composition; 제1항, 제6항, 제8항 또는 제14항에 있어서, 상기 산화 처리를 산화성 가스 함유 분위기하에서 기판 온도를 65O∼800℃로 유지하여 행하는 제조 방법. The manufacturing method of Claim 1, 6, 8, or 14 which performs the said oxidation process, maintaining substrate temperature at 65O-800 degreeC in oxidizing gas containing atmosphere. 제1항, 제6항, 제8항 또는 제14항에 있어서, 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성을 PVD법으로 행하는 제조 방법.The manufacturing method of Claim 1, 6, 8, or 14 which performs formation of the alumina film which mainly uses the said alpha type crystal structure by PVD method. 제1항, 제6항, 제8항 또는 제14항에 있어서, 상기 베이스 피막의 표면을 산화 처리하는 공정과 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을 동일 장치내에서 행하는 제조 방법.The process of oxidizing the surface of the said base film, and the process of forming an alumina film mainly as said (alpha) type crystal structure are performed in the same apparatus of Claim 1, 6, 8 or 14. Manufacturing method. 제1항, 제6항, 제8항 또는 제14항에 있어서, 상기 베이스 피막을 형성하는 공정, 상기 베이스 피막의 표면을 산화 처리하는 공정, 및 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 제조 방법.The alumina film according to claim 1, 6, 8, or 14, wherein the base film is formed, the surface of the base film is oxidized, and the α-type crystal structure is mainly used. The manufacturing method which performs a process to form sequentially in the same apparatus. 제1항, 제6항, 제8항 또는 제14항에 기재의 제조 방법으로 제조된 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내열성이 우수한 피복 부재.The coating member excellent in abrasion resistance and heat resistance characterized by having an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure produced by the production method according to claim 1, 6, 8 or 14. Al와 Ti를 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등과의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 갖는 적층 피막에 있어서, In the laminated film which has a hard film which consists of a compound of B, C, N, O, etc. with the metal component which Al and Ti are essential, 상기 경질 피막을 산화함으로써 형성되는 산화물 함유층과, 상기 산화물 함유층상에 형성되는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내열성이 우수한 적층 피막.A laminated film having excellent abrasion resistance and heat resistance, comprising an oxide-containing layer formed by oxidizing the hard film and an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure formed on the oxide-containing layer. 제20항에 있어서, 상기 산화물 함유층은 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 적층 피막.The laminated film according to claim 20, wherein the oxide-containing layer is substantially made of alumina at the most surface side. 제20항에 있어서, 상기 경질 피막은 TiAlN로 이루어지는 적층 피막.The laminated film according to claim 20, wherein the hard film is made of TiAlN. 제20항에 있어서, 상기 경질 피막은 Al 및 Ti와, IVa족(Ti 제외), Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 적층 피막.21. The hard film according to claim 20, wherein the hard film is nitride, carbide, carbonaceous containing Al and Ti and at least one element selected from the group consisting of Group IVa (excluding Ti), Group Va, Group VIa, and Si. A laminated film composed of a cargo, boride, nitrate or carbonitride. 제20항에 있어서, 상기 경질 피막은 TiAlCrN으로 이루어지는 적층 피막.The laminated film according to claim 20, wherein the hard film is made of TiAlCrN. Al을 필수로 하는 금속 성분과 B, C, N, O 등의 화합물로 이루어지는 경질 피막을 갖는 적층 피막에 있어서, In the laminated film which has a hard film which consists of metal components which make Al essential, and compounds, such as B, C, N, O, 상기 경질 피막을 산화함으로서 형성되는 가장 표면측이 실질적으로 알루미나로 이루어지는 산화물 함유층과, 상기 산화물 함유층상에 형성되는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 내마모성 및 내열성이 우수한 적층 피막.Lamination | stacking excellent in wear resistance and heat resistance characterized by having the oxide-containing layer which consists of an alumina substantially the most surface side formed by oxidizing the said hard film, and the alumina film which mainly has an alpha type crystal structure formed on the said oxide containing layer. film. 제25항에 있어서, 상기 경질 피막은 Al과, IVa족, Va족, VIa족 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 필수 성분으로 하는 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕화물, 질산화물, 또는 탄질산화물로 이루어지는 적층 피막.The nitride, carbide, carbonitride, boride and nitride oxide of claim 25, wherein the hard coating is an essential component of Al and at least one element selected from the group consisting of Groups IVa, Va, VIa, and Si. Or a laminated film made of carbonitride. 제20항 또는 제25항에 있어서, 상기 산화물 함유층상에 형성되는 알루미나 피막은 α형 결정 구조가 70% 이상인 적층 피막.The laminated film according to claim 20 or 25, wherein the alumina film formed on the oxide-containing layer has an α-type crystal structure of 70% or more. 제20항 또는 제25항에 기재된 적층 피막이 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 피막 피복 공구.The laminated film coating tool of Claim 20 or 25 is formed in the surface. 기재상에, 하기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 중간층으로서 형성하는 공정, 상기 중간층 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.A step of forming at least one of the following films (a) to (c) as an intermediate layer on the substrate, a step of oxidizing the surface of the intermediate layer, and subsequently forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure. A method for producing a member coated with an alumina film of an α-type crystal structure principal, which is sequentially performed in the same film forming apparatus. (a) 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막(a) Coatings made of pure metals or alloys (b) 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 고용하는 금속 주체의 피막 (b) coatings of metallic subjects with nitrogen, oxygen, carbon or boron (c) 화학량론적 조성에 대해 불충분한 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 함유하는 금속 질화물, 산화물, 탄화물 혹은 붕화물로 이루어지는 피막(c) coatings of metal nitrides, oxides, carbides or borides containing insufficient nitrogen, oxygen, carbon or boron for stoichiometric composition; 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, 상기 베이스 피막 표면에 하기 (a)∼(c)의 적어도 어느 하나의 피막을 중간층으로서 형성하는 공정, 상기 중간층의 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.A step of forming a base film on a substrate, a step of forming at least one of the following films (a) to (c) as an intermediate layer on the surface of the base film, and a step of oxidizing the surface of the intermediate layer, followed by α-type A method of producing a member coated with an alumina film of an α-type crystal structure principal, which is performed sequentially in the same film forming apparatus, in which a step of forming an alumina film mainly composed of a crystal structure is performed. (a) 순금속 또는 합금으로 이루어지는 피막(a) Coatings made of pure metals or alloys (b) 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 고용하는 금속 주체의 피막 (b) coatings of metallic subjects with nitrogen, oxygen, carbon or boron (c) 화학량론적 조성에 대해 불충분한 질소, 산소, 탄소 혹은 붕소를 함유하는 금속 질화물, 산화물, 탄화물 혹은 질소화물로 이루어지는 피막(c) A coating consisting of metal nitrides, oxides, carbides or nitrides containing nitrogen, oxygen, carbon or boron insufficient for stoichiometric composition. 결합상과 입방정 질화 붕소 분산상으로 이루어지는 cBN 소결체 기재상에, α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 제조하는 방법이며,On the cBN sintered body base material which consists of a bonding phase and a cubic boron nitride dispersion phase, it is a method of manufacturing the alumina film which mainly consists of alpha type crystals, cBN 소결체 기재 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법.The cBN sintered compact base material is oxidized, and an alumina film is formed after that, The manufacturing method of the alumina film of (alpha) -type crystal structure main body. 제31항에 있어서, 상기 결합상은 TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2 및 Al203로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein said bonding phase comprises at least one member selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2 and Al 2 O 3 . 제31항에 있어서, 상기 산화 처리를 산화성 가스 함유 분위기하에서 기판 온도를 650∼800℃로 유지하여 행하는 제조 방법.32. The production method according to claim 31, wherein the oxidation treatment is carried out under an oxidizing gas-containing atmosphere at a substrate temperature of 650 to 800 占 폚. 제31항에 있어서, 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막의 형성을, 기재 온도를 650∼800℃에서 물리 증착법을 적용하여 행하는 제조 방법.The manufacturing method of Claim 31 which forms the alumina film which mainly uses the said alpha type crystal structure by applying a physical vapor deposition method at 650-800 degreeC of base materials. 결합상과 입방정 질화 붕소 분산상으로 이루어지는 cBN 소결체상에, α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 피복한 피복 부재에 있어서, In the coating member which coat | covered the alumina film which mainly consists of (alpha) type crystals on the cBN sintered compact which consists of a bonding phase and a cubic boron nitride dispersion phase, cBN 소결체 기재와 알루미나 피막의 계면에는 산화물 함유층이 개재된 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재.A member coated with an alumina film of an α-type crystal structure main body, wherein an oxide-containing layer is interposed between the cBN sintered body substrate and the alumina film. 제35항에 있어서, 상기 결합상은 TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB2 및 Al203로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 부재.36. The member of claim 35, wherein said bonding phase comprises at least one member selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, AlN, TiB 2 and Al 2 O 3 . 제35항에 있어서, 상기 결합상은 소결체 전체에 대해 1∼50체적% 포함하는 부재.36. The member of claim 35, wherein the bonding phase comprises 1-50% by volume based on the entire sintered body. 제35항에 있어서, 상기 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막은 압축 잔류 응력을 갖는 부재.36. The member according to claim 35, wherein the alumina film mainly composed of the α-type crystal structure has a compressive residual stress. 결합상과 입방정 질화 붕소 분산상으로 이루어지는 cBN 소결체상에, α형 결정을 주체로 하는 알루미나 피막을 피복한 피복 부재를 제조하는 방법에 있어서, In the method of manufacturing the coating member which coat | covered the alumina film which mainly consists of (alpha) type crystals on the cBN sintered compact which consists of a bonding phase and a cubic boron nitride dispersion phase, cBN 소결체의 표면을 산화 처리하는 공정과, α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.An alumina film mainly containing an α-type crystal structure, characterized in that a step of oxidizing the surface of the cBN sintered body and a step of forming an alumina film mainly having an α-type crystal structure are performed in the same film forming apparatus. Method for producing a coated member. (기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함함. 이하 동일) 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며,(Including the base film formed on the base material in advance. The same applies below.) A method of forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure on the base material, 기재 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시한 후, 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법.The surface of a base material is subjected to a gas ion bombard treatment, and then the surface is oxidized, and then an alumina film is formed. 제40항에 있어서, 상기 베이스 피막으로서, 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Fe, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 중 1종 이상의 원소와의 화합물, 또는 이들 화합물의 상호 고용체 중의 어느 1종 이상을 형성하는 제조 방법.41. The base film according to claim 40, wherein at least one element selected from the group consisting of Groups 4a, 5a, and 6a, Al, Si, Fe, Cu, and Y of the periodic table, and C, N, B, The manufacturing method which forms any 1 or more types of the compound with 1 or more types of O, or the mutual solid solution of these compounds. 제40항에 있어서, 상기 베이스 피막으로서, Ti(C, N), Cr(C, N), TiAl(C, N), CrAl(C, N) 및 TiAlCr(C, N)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 형성하는 제조 방법.41. The method of claim 40, wherein the base film is selected from the group consisting of Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N) and TiAlCr (C, N). The manufacturing method which forms 1 or more types which become. 제40항에 있어서, 상기 기재가 강재, 초경 합금, 서멧, cBN 소결체, 또는 세라믹스 소결체인 제조 방법.The manufacturing method of Claim 40 whose said base material is steel materials, a cemented carbide, a cermet, a cBN sintered compact, or a ceramic sintered compact. 제40항에 있어서, 상기 가스 이온 봄바드 처리는 진공 챔버내에서 가스 플라즈마 중에서 기재에 전압을 인가하여 행하는 제조 방법.41. The method of claim 40, wherein the gas ion bombard treatment is performed by applying a voltage to the substrate in a gas plasma in a vacuum chamber. 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, 상기 베이스 피막 표면에 가스 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.Forming a base film on the substrate, performing a gas ion bombard treatment on the surface of the base film, oxidizing the surface, and subsequently forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, A method for producing a member coated with an alumina film of an α-type crystal structure principal, which is carried out sequentially in the same apparatus. 제45항에 있어서, 상기 베이스 피막으로서, Ti(C, N), Cr(C, N), TiAl(C, N), CrAl(C, N) 및 TiAlCr(C, N)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 형성하는 제조 방법.46. The method of claim 45, wherein the base film is selected from the group consisting of Ti (C, N), Cr (C, N), TiAl (C, N), CrAl (C, N) and TiAlCr (C, N). The manufacturing method which forms 1 or more types which become. (기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함함. 이하 동일) 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 방법이며, (Including the base film formed on the base material in advance. The same applies below.) A method of forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure on the base material, 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시한 후, 표면을 산화 처리하고, 그 후에 알루미나 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막의 제조 방법.The surface of a base material is subjected to a metal ion bombard treatment, and then the surface is oxidized to form an alumina film thereafter. 제47항에 있어서, 상기 메탈 이온 봄바드 처리는 진공 챔버 중에서 기재에 전압을 인가하면서 금속 플라즈마를 발생시켜 행하는 제조 방법.48. The method of claim 47, wherein the metal ion bombard treatment is performed by generating a metal plasma while applying a voltage to the substrate in a vacuum chamber. 제47항에 있어서, 상기 메탈 이온 봄바드 처리는 진공 챔버 중에서 기재에 전압을 인가하면서 진공 아크 증발원으로부터 Cr 또는 Ti의 플라즈마를 발생시켜 행하는 제조 방법.48. The method of claim 47, wherein the metal ion bombard treatment is performed by generating a plasma of Cr or Ti from a vacuum arc evaporation source while applying a voltage to the substrate in a vacuum chamber. 제47항에 있어서, 상기 산화 처리는 산화성 가스 함유 분위기 하에서 기재 온도를 65O∼800℃로 유지하여 행하는 제조 방법.48. The production method according to claim 47, wherein the oxidation treatment is performed by maintaining the substrate temperature at 65O to 800 DEG C in an oxidizing gas-containing atmosphere. (기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함함. 이하 동일) 기재상에 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막이 형성된 부재이며, (Including the base film formed on the base material in advance. The same applies to the following.) A member having an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure on the base material, 기재 표면 근방은 메탈 이온 봄바드 처리에 사용한 금속이 표층측으로 갈수록 고농도가 되는 농도 구배층이며, 상기 농도 구배층의 표면측에 산화물 함유층 및 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막이 순차 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재.In the vicinity of the substrate surface, a concentration gradient layer in which metal used for the metal ion bombard treatment is concentrated toward the surface layer side is formed, and an oxide-containing layer and an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure main body are sequentially formed on the surface side of the concentration gradient layer. A member coated with an alumina film of an α-type crystal structure main body. 기재 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.A step of subjecting the surface of the substrate to a metal ion bombard treatment, a step of oxidizing the surface, and subsequently a step of forming an alumina film mainly composed of the α-type crystal structure, in the same apparatus, wherein A method for producing a member coated with an alumina film of a mold crystal structure main body. 기재상에 베이스 피막을 형성하는 공정, 상기 베이스 피막 표면에 메탈 이온 봄바드 처리를 실시하는 공정, 표면을 산화 처리하는 공정, 계속하여 α형 결정 구조를 주체로 하는 알루미나 피막을 형성하는 공정을, 동일 성막 장치내에서 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조 주체의 알루미나 피막으로 피복된 부재의 제조 방법.Forming a base film on the substrate, performing a metal ion bombard treatment on the surface of the base film, oxidizing the surface, and subsequently forming an alumina film mainly composed of an α-type crystal structure, A method for producing a member coated with an alumina film of an α-type crystal structure main body, which is performed sequentially in the same film forming apparatus. 제53항에 있어서, 상기 베이스 피막이 주기율표의 4a족, 5a족 및 6a족의 원소, Al, Si, Cu 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 C, N, B, O 중 1종 이상의 원소와의 화합물, 이들 화합물의 상호 고용체, 또는 C, N, B 중 1종 이상의 원소로 이루어지는 단체 또는 화합물 중의 어느 1종 이상인 제조 방법.55. The base film according to claim 53, wherein the base film is at least one element selected from the group consisting of Groups 4a, 5a, and 6a, Al, Si, Cu, and Y of the periodic table, and at least one of C, N, B, and O. The manufacturing method which is any 1 or more types of the compound with the above element, the mutual solid solution of these compounds, or the single body or compound which consists of 1 or more types of elements among C, N, and B. 제53항에 있어서, 상기 기재가 강재, 초경 합금, 서멧, cBN 소결체, 세라믹스 소결체, 결정 다이아몬드 또는 Si 웨이퍼인 제조 방법.The manufacturing method of Claim 53 whose said base material is steel materials, a cemented carbide, a cermet, a cBN sintered compact, a ceramic sintered compact, a crystalline diamond, or a Si wafer. (기재상에 미리 베이스 피막이 형성된 것을 포함하는) 기재상에 물리 증착법에 의해 형성한 알루미나 피막이며, It is an alumina film formed by the physical vapor deposition method on the base material (including the base film previously formed on the base material), 상기 알루미나 피막의 결정 구조를 단면 투과형 전자 현미경으로 관찰했을 때에(배율: 20000배), 적어도 피막 성장 개시부는 미세 구조의 알루미나 결정으로 구성되어 있고, 상기 미세 결정 영역에 있어서는 α형 결정 구조 이외의 결정 구조가 실질적으로 관찰되지 않는 것을 특징으로 하는 α형 결정 구조의 알루미나 피막.When the crystal structure of the alumina film was observed with a cross-sectional transmission electron microscope (magnification: 20000 times), at least the film growth initiation portion was composed of alumina crystals having a fine structure, and crystals other than the α-type crystal structure in the fine crystal region. An alumina film having an α-type crystal structure, wherein the structure is not substantially observed. 제56항에 있어서, 상기 미세 구조의 알루미나 결정은 그 결정립이 성장 초기에서 두께 방향 O.5㎛까지의 범위내에서 O.3㎛ 이하인 알루미나 피막.The alumina film of Claim 56 whose alumina crystal of the said microstructure is 0.3 micrometer or less in the range from the beginning of growth to the thickness direction 0.5 micrometer. 제56항에 있어서, 알루미나 피막 전체에 걸쳐 α형 결정 구조 이외의 결정 구조가 실질적으로 관찰되지 않는 알루미나 피막.57. The alumina film of claim 56, wherein substantially no crystal structure other than the α-type crystal structure is observed throughout the alumina film. 제56항에 있어서, α형 결정 구조의 알루미나는 피막 표면측에서 주상(柱狀)으로 성장한 알루미나 피막.The alumina film of Claim 56 which the alumina of an alpha type crystal structure grew to the columnar shape at the film surface side. 제56항에 있어서, 알루미나 피막의 막두께가 0.5∼2 ㎛인 알루미나 피막.The alumina film of Claim 56 whose film thickness of an alumina film is 0.5-2 micrometers. 진공 챔버와, 상기 진공 챔버에 회전이 자유롭게 배치되어 복수의 기재를 보유하는 기재 홀더와, 상기 진공 챔버로의 비활성 가스 및 산화성 가스 도입 기구와, 상기 기재 홀더에 대향하는 위치에 배치된 플라즈마원과, 상기 기재 홀더에 대향하는 위치에 배치된 스퍼터링 증발원과, 상기 기재 홀더에 대향하는 위치에 배치되어 상기 기재를 가열 가능한 복사형 가열 기구와, 상기 기재 홀더에 접속되어 상기 기재 홀더에 부의 펄스상의 바이어스 전압을 인가 가능한 바이어스 전원으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물리적 증착 장치.A vacuum chamber, a substrate holder rotatably disposed in the vacuum chamber to hold a plurality of substrates, an inert gas and an oxidizing gas introduction mechanism into the vacuum chamber, a plasma source disposed at a position opposite to the substrate holder; And a sputtering evaporation source disposed at a position opposite the substrate holder, a radiant heating mechanism disposed at a position opposite the substrate holder and capable of heating the substrate, and a negative pulse bias connected to the substrate holder and connected to the substrate holder. Physical vapor deposition apparatus comprising a bias power supply capable of applying a voltage. 제61항에 있어서, 상기 플라즈마원에 대신하여 혹은 상기 플라즈마원에 더하여, 상기 기재 홀더에 대향하는 위치에 아크 증발원이 배치된 물리적 증착 장치.62. The physical vapor deposition apparatus according to claim 61, wherein an arc evaporation source is disposed at a position opposite to the substrate holder in place of or in addition to the plasma source. 제61항에 있어서, 상기 복사형 가열 기구가, 상기 기재 홀더의 회전 중심과 동심적으로 배치된 통형 가열원과, 상기 기재 홀더의 측면에 배치된 평면상 가열원으로 이루어지는 물리적 증착 장치.62. The physical vapor deposition apparatus according to claim 61, wherein the radiant heating mechanism comprises a tubular heating source disposed concentrically with the rotational center of the substrate holder, and a planar heating source disposed on the side of the substrate holder. 제61항에 있어서, 상기 진공 챔버의 단면 형상이 사각형, 육각형 또는 팔각형의 어느 하나의 형상이며, 상기 복사형 가열 기구가 상기 기재 홀더의 회전 중심과 동심적으로 배치된 통형 가열원과, 상기 기재 홀더의 측면에 배치된 평면상 가열원으로 이루어지며, 각 한쌍의 상기 스퍼터링 증발원 및 상기 평면상 가열원이 상기 진공 챔버의 서로 대향하는 내측면에 배치되어 있는 물리적 증착 장치.63. The tubular heating source according to claim 61, wherein the cross-sectional shape of the vacuum chamber is any one of a rectangle, a hexagon, or an octagon, and the radiant heating mechanism is arranged concentrically with the rotation center of the substrate holder. And a pair of the sputtering evaporation source and the planar heating source disposed on opposite inner surfaces of the vacuum chamber. 제61항에 있어서, 상기 진공 챔버의 단면 형상이 육각형 또는 팔각형이며, 상기 복사형 가열 기구가 상기 기재 홀더의 회전 중심과 동심적으로 배치된 통형 가열원과, 상기 기재 홀더의 측면에 배치된 평면상 가열원으로 이루어지며, 각 한쌍의 상기 스퍼터링 증발원, 상기 평면상 가열원 및 아크 증발원이 상기 진공 챔버의 서로 대향하는 내측면에 배치되어 있는 물리적 증착 장치.62. A cylindrical heating source according to claim 61, wherein the cross-sectional shape of the vacuum chamber is hexagonal or octagonal, and the radiant heating mechanism is a cylindrical heating source disposed concentrically with the rotation center of the substrate holder, and a plane disposed on the side of the substrate holder. And a pair of the sputtering evaporation source, the planar heating source, and the arc evaporation source, disposed on opposite inner surfaces of the vacuum chamber. 제61항에 있어서, 상기 플라즈마원이 상기 진공 챔버 내에서 상기 기재 홀더에 근접하여 그 길이 방향이 대향하도록 배치된 열전자 방출용의 필라멘트인 물리적 증착 장치.62. The physical vapor deposition apparatus according to claim 61, wherein said plasma source is a filament for hot electron emission arranged in said vacuum chamber to be proximate said substrate holder in a longitudinal direction thereof.
KR1020057002024A 2002-08-08 2003-08-08 Process for producing alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating, member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical evaporation apparatus KR100682416B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020057002024A KR100682416B1 (en) 2002-08-08 2003-08-08 Process for producing alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating, member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical evaporation apparatus

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00231954 2002-08-08
JPJP-P-2002-00357210 2002-12-09
JPJP-P-2003-00117353 2003-04-22
JPJP-P-2003-00125548 2003-04-30
JPJP-P-2003-00125517 2003-04-30
JPJP-P-2003-00125549 2003-04-30
JPJP-P-2003-00125550 2003-04-30
JPJP-P-2003-00125519 2003-04-30
KR1020057002024A KR100682416B1 (en) 2002-08-08 2003-08-08 Process for producing alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating, member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical evaporation apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050056952A true KR20050056952A (en) 2005-06-16
KR100682416B1 KR100682416B1 (en) 2007-02-15

Family

ID=37251401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057002024A KR100682416B1 (en) 2002-08-08 2003-08-08 Process for producing alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating, member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical evaporation apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100682416B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100855185B1 (en) * 2006-11-21 2008-08-29 이원형 Sputtering Apparatus for forming Non-Conductive Film
KR101030338B1 (en) * 2008-10-08 2011-04-19 한국진공주식회사 vacuum vapor deposition device
KR101140464B1 (en) * 2006-08-09 2012-04-30 니혼 파커라이징 가부시키가이샤 Method for quenching of steel member, quenched steel member, and agent for protecting quenched surface
US8968866B2 (en) 2011-05-10 2015-03-03 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool
KR20190067885A (en) * 2016-11-30 2019-06-17 지앙수 페이보레드 나노테크놀로지 컴퍼니., 리미티드 Plasma Polymerization Coating Apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101140464B1 (en) * 2006-08-09 2012-04-30 니혼 파커라이징 가부시키가이샤 Method for quenching of steel member, quenched steel member, and agent for protecting quenched surface
KR100855185B1 (en) * 2006-11-21 2008-08-29 이원형 Sputtering Apparatus for forming Non-Conductive Film
KR101030338B1 (en) * 2008-10-08 2011-04-19 한국진공주식회사 vacuum vapor deposition device
US8968866B2 (en) 2011-05-10 2015-03-03 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool
KR20190067885A (en) * 2016-11-30 2019-06-17 지앙수 페이보레드 나노테크놀로지 컴퍼니., 리미티드 Plasma Polymerization Coating Apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR100682416B1 (en) 2007-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2848712B1 (en) Process for producing alumina coating composed mainly of alpha-type crystal structure, alumina coating composed mainly of alpha-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating , member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical vapor deposition apparatus
RU2456371C2 (en) Laminated system with layer of mixed crystals of multicomponent oxide
JP4112836B2 (en) Target for forming hard coatings for cutting tools
US7241492B2 (en) Multilayered film having excellent wear resistance, heat resistance and adhesion to substrate and method for producing the same
JP4824173B2 (en) PVD coated cutting tool and manufacturing method thereof
JP6428899B2 (en) Method for modifying WC-based cemented carbide substrate
JP4427271B2 (en) Alumina protective film and method for producing the same
US20060219325A1 (en) Method for producing alpha-alumina layer-formed member and surface treatment
JP2006028600A (en) Stacked film having excellent wear resistance and heat resistance
JP2006307318A (en) Method for producing alpha-alumina layer-formed member and surface treatment
JP5250706B2 (en) Hard film with excellent wear resistance
KR100682416B1 (en) Process for producing alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, alumina coating composed mainly of ?-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating, member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical evaporation apparatus
JP3971293B2 (en) Laminated film excellent in wear resistance and heat resistance, production method thereof, and multilayer film coated tool excellent in wear resistance and heat resistance
JP3971336B2 (en) Method for producing alumina film mainly composed of α-type crystal structure and method for producing member coated with alumina film mainly composed of α-type crystal structure
JP3971337B2 (en) Method for producing alumina film mainly composed of α-type crystal structure, member coated with alumina film mainly composed of α-type crystal structure, and method for producing the same
JP5580906B2 (en) Coating, cutting tool, and manufacturing method of coating
CN101445928A (en) Alumina coating correlation technique with alpha type crystal structure
JP5186631B2 (en) Coating, cutting tool, and manufacturing method of coating
JP5229826B2 (en) Coating, cutting tool, and manufacturing method of coating
JP3971339B2 (en) Method for producing alumina film mainly composed of α-type crystal structure, member coated with alumina film mainly composed of α-type crystal structure, and method for producing the same
JP2011125943A (en) Coating film, cutting tool, and method of manufacturing coating film
JP2004332007A (en) ALUMINA FILM WITH alpha TYPE CRYSTAL STRUCTURE

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G170 Publication of correction
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130104

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140103

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150119

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180118

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee