TWI658161B

TWI658161B - 硬質被膜及硬質被膜被覆構件

Info

Publication number: TWI658161B
Application number: TW106135512A
Authority: TW
Inventors: 櫻井正俊; Masatoshi Sakurai; 王媺; Mei Wang
Original assignee: 日商Ｏｓｇ股份有限公司; Osg Corporation
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-05-01
Also published as: US11028487B2; JP6710773B2; WO2018078731A1; CN109937268B; EP3533899A1; TW201823489A; KR20190056408A; BR112019008376A2; JPWO2018078731A1; EP3533899B1; EP3533899A4; KR102144241B1; US20190249311A1; CN109937268A

Abstract

一種被覆在工具母材表面的硬質被膜係利用物理蒸鍍法將A層、B層及奈米薄膜交替層交替積層而成並構成為膜厚0.5~20μm，該奈米薄膜交替層係奈米薄膜A層或奈米薄膜B層及C層以奈米等級厚度交替積層而成，且奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與A層或B層具有相同組成；A層係組成式為(AlaTibCrcαd)N且具有0.5~1000nm之厚度；B層係組成式為(AleTifCrgβh)CXN1-X且具有0.5~1000nm之厚度，奈米薄膜交替層具有1~1000nm之厚度；C層係組成式為[AliCrj(SiC)kγl]CYN1-Y；且奈米薄膜A層或奈米薄膜B層及C層具有0.5~500nm之厚度。

Description

硬質被膜及硬質被膜被覆構件

本發明涉及一種耐磨耗性及耐熔接性優異的硬質被膜及硬質被膜被覆構件，尤其關於一種耐磨耗性及耐熔接性優異的硬質被膜，其係將AlTiCr氮化物之A層、AlTiCr碳氮化物之B層與交替層交替積層而成，該交替層係與該A層或B層為相同組成之奈米等級厚度的奈米薄膜(nanolayer)A層或奈米薄膜B層及AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物之奈米等級厚度的奈米薄膜C層的交替層。

發明背景在端銑刀、鑽孔器、銑刀、切削刀具等切削工具或成形螺絲攻(thread forming tap)、軋製工具(rolling tool)、沖壓模具等非切削工具等之各種加工工具或是講究耐磨耗性之摩擦零件等之各種工具構件，已有提議在超硬合金製或高速度工具鋼製之母材表面塗佈硬質被膜，藉以提升耐磨耗性及耐久性。

相對於此，專利文獻1及非專利文獻1提出一種已施加TiAlN系/TiCrN系硬質被膜的端銑刀。又，專利文獻2則提出一種已施加由AlCrN系與TiSiN系多層結構構成之硬質被膜的端銑刀。

先前技術文獻專利文獻專利文獻1：國際公開第2013/000557號專利文獻2：國際公開第2008/146727號非專利文獻

非專利文獻1：O. Durdnd-Drouhin, A. E. Santana, A. Karimi, V. H. Derflinger, A. Schutze著、「TiAl(Si)N單層及多層薄膜的機械性質及失敗模式(Mechanical　properties　and　failure　models　of　TiAl(Si)N　single　and　multilayer　thin　films)」、表面及塗附技術(Surface　and　Coatings　Technology)、(瑞士)、網路科學(Elsevier　Science)、2003年、163-164卷、第260-266頁

發明概要發明欲解決之課題然而，上述專利文獻1及非專利文獻1中記載之端銑刀若用於切削碳鋼、合金鋼或精煉鋼，有無法充分獲得耐磨耗性的問題。又，上述專利文獻2中記載之端銑刀若用於碳鋼、合金鋼或精煉鋼之切削加工，因為耐熔接性不足而有無法獲得充分性能的問題。

本發明係以上述現況為背景所為，其目的在於提供一種可在碳鋼等之切削獲得耐磨耗性且在合金鋼或精煉鋼等之切削獲得耐熔接性的硬質被膜被覆工具。

本發明人等以上述現況為背景反覆各種研究的結果發現了下列事實：若將以總膜厚為20μm以下的方式將AlTiCr氮化物之A層、AlTiCr碳氮化物之B層及交替層交替積層而成的硬質被膜用於工具，由於硬質被膜具有優異的耐磨耗性及耐熔接性，所以藉此可使工具長壽化，而，前述交替層係與A層或B層為相同組成之奈米等級厚度的奈米薄膜A層或奈米薄膜B層及AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物之奈米等級厚度的奈米薄膜C層之交替層。本發明係基於該等見解所為。

用以解決課題之手段亦即，作為第1發明主旨，係：(a)一種被覆在母材表面的硬質被膜；(b)前述硬質被膜係利用物理蒸鍍法將A層、B層及奈米薄膜交替層交替積層而成且構成為總膜厚0.5~20μm；(c)前述A層係組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N之AlTi氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1；(d)前述B層係組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 之AlTiCr氮化物或AlTiCr碳氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.52、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6；(e)前述奈米薄膜交替層係奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與C層交替積層而成且具有1~1000nm之厚度，且該奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與前述A層或前述B層具有相同組成；(f)前述奈米薄膜A層或奈米薄膜B層各具有0.5~500nm之厚度；(g)前述C層係組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物且具有0.5~500nm之厚度，其中γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6。

又，作為第2發明主旨，係：前述A層之膜厚T_A 與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 為0.2~10，前述B層之膜厚T_B 與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 為0.2~10。

又，作為第3發明主旨，係：於前述硬質被膜之外側具有一表層，該表層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成。

又，作為第4發明主旨，係：前述硬質被膜直接被覆在前述母材。

又，作為第5發明主旨，係：前述硬質被膜隔著界面層被覆在前述母材，前述界面層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成且形成為20~1000nm之厚度。

又，作為第6發明主旨，係：一種硬質被膜被覆工具，係前述母材之一部分或全部被如第1發明至第5發明中任一項之硬質被膜被覆。發明效果

根據第1發明，用以被覆在母材表面的硬質被膜係利用物理蒸鍍法將A層、B層及奈米薄膜交替層交替積層而成且構成為總膜厚0.5~20μm；前述A層係組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N之AlTiCr氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1；前述B層係組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 之AlTiCr氮化物或AlTiCr碳氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.52、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6；前述奈米薄膜交替層係奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與C層交替積層而成且具有1~1000nm之厚度，且該奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與前述A層或前述B層具有相同組成；前述奈米薄膜A層或奈米薄膜B層各具有0.5~500nm之厚度；前述C層係組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物且具有0.5~500nm之厚度，其中γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6，故而，在A層可形成高硬度且具有耐氧化性、具耐磨耗性的被膜，在B層可形成具有高潤滑性、低磨耗性同時具有經微細化之組織並具耐磨耗性的被膜，另一方面，藉由將A層、B層與奈米薄膜交替層交替積層，可提高被膜硬度，提升韌性、潤滑性、耐氧化性，從而可在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等各種材料之切削加工等製得實現長壽化的工具。尤其，當前述A層含有選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素所構成的添加物α時，可將被膜之結晶粒子微細化，同時可藉由改變添加物α之添加量來控制被膜之粒徑。又，當前述B層含有選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素所構成的添加物β時，可將被膜之結晶粒子微細化，同時可藉由改變添加物β之添加量來控制被膜之粒徑。B層若含有碳，藉此在B層結構中就不僅含有氮化物且含有碳氮化物，故而可實現粒狀結晶的極致微細化，大幅提升耐磨耗性及潤滑性。亦即，藉由含碳能形成緻密的組織。另在C層，被膜之結晶粒子被微細化，硬質被膜之硬度、韌性、耐熱性、潤滑性提升，且耐磨耗性及耐熔接性提升。此外，在奈米薄膜交替層藉由被膜之結晶粒子被微細化，可提升藉由奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與C層交替積層而成之奈米多層結構所得的內部應力緩和效果，提高龜裂分散效果、進展抑制效果。藉此，可改善奈米薄膜交替層之被膜硬度、韌性、耐磨耗性。

根據第2發明，前述A層之膜厚T_A 與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 為0.2~10，且前述B層之膜厚T_B 與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 為0.2~10，因此可在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等各種材料之切削加工等製得實現長壽化的工具。

根據第3發明，於前述硬質被膜之外側具有一表層且該表層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成，因此藉由硬質被膜再加上表層具有之性質，可在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等各種材料之切削加工等製得實現長壽化的工具。

根據第4發明，前述硬質被膜係直接被覆在前述母材，因此前述硬質被膜與前述母材之間不需要界面層，故而容易製造。

根據第5發明，前述硬質被膜係隔著界面層而被覆在前述母材，且前述界面層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成且形成為50~1000nm之厚度。因此，可提升硬質被膜與母材之間的密著性，進一步提高附著強度。

根據第6發明，一種硬質被膜被覆工具係前述母材之一部分或全部被第1發明至第5發明中任一項之硬質被膜被覆，因此可在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等各種材料之切削加工等製得實現長壽化的工具。

在此，理想上前述硬質被膜被覆工具可適當應用在端銑刀、鑽孔器或銑刀等旋轉切削工具、切削刀具等非旋轉切削工具或是成形螺絲攻、軋製工具、沖壓模具等非切削工具等各種硬質被膜被覆加工工具。不過，除了這類加工工具以外，亦可應用為軸承構件等講究耐磨耗性或耐氧化性之各種耐磨耗性的硬質被膜被覆構件。

又，本發明之硬質被膜適合利用電弧離子鍍法或離子射束支援蒸鍍法、濺鍍法等PVD法及其他物理蒸鍍法而成膜。

又，被覆本發明之硬質被膜的母材適合使用超硬合金或高速度工具鋼，可採用金屬陶瓷(cermet)、陶瓷、多晶鑽石、多晶cBN等各種工具材料。

用以實施發明之形態以下對照圖式詳細說明本發明硬質被膜之一實施例。實施例

圖1及圖2係顯示被覆有本發明之硬質被膜24之硬質被膜被覆工具或硬質被膜被覆構件一例的球形端銑刀10(以下稱作「端銑刀10」)之圖。圖1係從與軸心呈直角方向觀看的前視圖，圖2係從前端側(圖1之右向)觀看的擴大仰視圖，在以超硬合金構成之工具母材30上與刀柄連續一體設置有刃部14。在刃部14，以軸心為準對稱設有一對外周刃16及球端刀刃18作為切刃，同時在其刃部14之表面塗佈有硬質被膜20，利用該等外周刃16及球端刀刃18在軸心周圍進行旋轉驅動而進行切削加工。圖1及圖2之斜線部表示硬質被膜24。另，圖1及圖2中斜線部分表示作為硬質被膜之硬質被膜24的塗佈部分。在本實施例中硬質被膜24僅塗佈在屬端銑刀10一部分的刃部14，即使塗佈在端銑刀10整體亦無大礙。

圖3係擴大說明端銑刀10之硬質被膜24之截面的示意圖。圖3中，譬如於超硬合金製之工具母材30上隔著界面層(中間層)32積層有硬質被膜24，該界面層(中間層)32係利用物理蒸鍍法形成為20~1000nm左右之厚度。該硬質被膜24利用物理蒸鍍法交替積層有形成為具有0.5~1000nm之厚度的A層34、厚度0.5~1000nm的B層36及複層區的奈米薄膜交替層40，且構成為總膜厚0.5~20μm。又，前述奈米薄膜交替層40係以厚度為1~1000nm之方式使奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38與C層39各自以0.5~500nm之厚度交替積層而構成。奈米薄膜A層37係由與A層34相同之材質(組成)構成，奈米薄膜B層38則係由與B層36相同之材質(組成)構成。

A層34係組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N之AlTiCr氮化物，且具有0.5~1000nm之厚度，其中，α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1。藉由在構成A層34之(Al_a Ti_b Cr_c α_d )組成中以10%以下比率含有添加物α，可使A層34之被膜的結晶粒子微細化。又，改變添加物α的比率，換言之改變添加量即可控制粒徑。構成A層34之化合物亦即含有添加物α之AlTiCr氮化物就結晶系統而言具有立方晶結構，且具有高硬度且耐磨耗性優異的特徵。又，潤滑性、高溫下之穩定性及抗氧化力優異，所以可提升高溫下的強度及提升高溫韌性，亦能有效減低高速加工時因發熱所造成的氧化磨耗，故而潤滑性、耐磨耗性優異且耐熔接性之平衡良好。藉此，藉由於工具設置A層34，工具可用在高速加工及乾式加工，即使切削時發熱亦能實現長壽化。

B層36係組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 之AlTiCr氮化物或AlTiCr碳氮化物，且具有0.5~1000nm之厚度，其中，β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.85、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6。藉由在構成B層之(Al_e Ti_f Cr_g β_h )組成中以10%以下比率含有添加物β，可使B層36之被膜的結晶粒子微細化，另外改變添加物β的比率，換言之改變添加量即可控制被膜之粒徑。藉由使B層36含有添加物β及碳，可實現粒狀結晶之超微細化，大幅提升耐磨耗性及潤滑性。又藉由在B層36中形成含碳之緻密組織，可提升高硬度及低摩擦性。藉此，藉由於工具設置B層36，可實現工具在高速加工及難加工材之加工時的長壽化。

奈米薄膜交替層40係以厚度為1~1000nm之方式使奈米薄膜A層37與C層39或奈米薄膜B層38與C層39交替積層而構成。奈米薄膜A層37、奈米薄膜B層38、C層39各自為0.5~500nm之厚度。奈米薄膜A層37係由與A層34相同之材質(組成)構成，奈米薄膜B層38則係由與B層36相同之材質(組成)構成。藉由設置這種奈米薄膜40，可將奈米薄膜40之被膜的結晶粒子微細化，較能提升奈米薄膜之內部應力緩和效果，從而可提高龜裂分散效果、進展抑制效果。又，藉由奈米多層結構，可改善被膜硬度、韌性及耐磨耗性。

C層39係組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物，且具有0.5~500nm之厚度，其中，γ係選自由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6。藉由在構成C層之[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]組成中以10%以下比率含有添加物γ，可使C層39之被膜的結晶粒子微細化。又，藉由含有添加物γ，可提升硬度、韌性、耐熱性及潤滑性，從而提升耐磨耗性及耐熔接性。藉此，可達成具有C層39之工具在高速加工及乾式加工時的長壽化。

界面層32係利用與硬質被膜24相同的物理蒸鍍法，以厚度成為20~1000nm之方式，由構成A層34之AlTiCr氮化物、構成B層36之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物、構成C層39之AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物或是與奈米薄膜交替層40為相同奈米薄膜積層結構之材料(AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物/AlCr(SiC)氮化物)構成。圖3中列舉一例，界面層32係由與B層36相同的材料亦即含有添加物β之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物構成。在奈米薄膜交替層40，奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38及C層39之積層數可為偶數亦可為3以上之奇數，其最上層或最下層可任擇為奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38及C層39。又，在硬質被膜24，反覆設置之A層34、B層36及奈米薄膜交替層40之積層數可為3以上之任意數且不限於3的倍數。另，硬質被膜24之最上層或最下層可任擇為A層34、B層36及奈米薄膜交替層40。

表層42係設置在比硬質被膜24更靠外側亦即與工具母材30為相反側之層，可利用與硬質被膜24相同的物理蒸鍍法設置為20~1000nm之厚度。表層32可由構成A層34之AlTiCr氮化物、構成B層36之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物、構成C層39之AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物或是與奈米薄膜交替層40相同的奈米薄膜積層結構之材料(AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物/AlCr(SiC)氮化物)構成。圖3中列舉一例，表層42係由與B層36相同的材料亦即含有添加物β之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物構成。

圖4、圖5、圖6各別顯示硬質被膜24的其他構成例。與圖3做比較，圖4之硬質被膜24的不同點在於，表層42及界面層32與由奈米薄膜A層37及C層39構成之奈米薄膜交替層40為相同構成。與圖3做比較，圖5所示硬質被膜24的不同點在於，奈米薄膜交替層40係由奈米薄膜B層38及C層39構成，以及，夾在工具母材30與硬質被膜24之間的界面層32與由奈米薄膜B層38及C層39構成之奈米薄膜交替層41為相同構成。又，圖5之奈米薄膜交替層40的構成係使用奈米薄膜B層38來替代奈米薄膜交替層40之奈米薄膜A層37，除此以外與前述奈米薄膜交替層40相同。與圖3做比較，圖6(a)所示硬質被膜24的不同點在於不具表層42；與圖3做比較，圖6(b)所示硬質被膜24的不同點在於，硬質被膜24未隔界面層32而直接積層在工具母材30上。另外雖省略圖示，不過不具表層42或界面層32之構成不僅適用圖3之硬質被膜24，亦適用圖4、圖5等中所示硬質被膜24，而且亦可做成不具表層42及界面層32兩者的構成，皆能獲得一定的效果。

圖7係說明用於製造端銑刀10之電弧離子鍍裝置50的概略構成圖(示意圖)。電弧離子鍍裝置50係利用物理蒸鍍法一種的電弧離子鍍法，將界面層32、A層34或奈米薄膜A層37、B層36或奈米薄膜B層38、C層39、表層42成膜在具有與圖1及圖2中所示端銑刀10相同形狀的工具母材30上。

電弧離子噴鍍裝置50譬如具備下列：旋轉台54，其係保持多個工件亦即被覆硬質被膜24前之形成有刃部14等的多個工具母材30，且在略呈垂直之旋轉中心周圍進行旋轉驅動；偏壓電源56，其係對工具母材30施加負的偏壓電壓；處理室58，其係作為將工具母材30等收納至內部的處理容器；加熱器59，其係設置在處理室58內；反應氣體供給裝置60，其係對處理室58內供給預定的反應氣體；排氣裝置62，其係以真空泵等將處理室58內之氣體排出並減壓；第1電弧電源64；第2電弧電源66；及第3電弧電源68等。旋轉台54呈現以上述旋轉中心為中心之圓筒狀或多角柱形狀，且以前端向上方突出之姿態將多支工具母材30保持在外周部。又，反應氣體供給裝置60具備積存氬氣(Ar)之槽體及積存氮氣之槽體，可在形成界面層32、A層34或奈米薄膜A層37、B層36或奈米薄膜B層38、C層39、表層42時供給氮氣。

第1電弧電源64、第2電弧電源66及第3電弧電源68係皆以由蒸鍍材料形成之第1蒸發源70、第2蒸發源74、第3蒸發源78作為陰極，與陽極72、76、80之間選擇性地流通預定的電弧電流進行電弧放電，藉以使蒸發材料從該等第1蒸發源70、第2蒸發源74、第3蒸發源78選擇性地蒸發，使蒸發後的蒸發材料成為正離子而被覆在被施加負(-)之偏壓電壓的工具母材30上。設定係以能製得界面層32、A層34或奈米薄膜A層37、B層36或奈米薄膜B層38、C層39、表層42的方式、能使預定組成蒸發的方式以及選擇第1電弧電源64、第2電弧電源66及第3電弧電源68的方式進行，並且規定電弧電流、偏壓電壓，同時規定400~550°C之溫度、2~10Pa之真空度等成膜條件。關於上述界面層32、A層34或奈米薄膜A層37、B層36或奈米薄膜B層38、C層39、表層42之厚度則可藉由控制成膜時間來調整。

譬如，第1蒸發源70係由組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N之10at%以下的AlTiCr氮化物構成，其中，原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1，且添加物α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素。第2蒸發源74係由組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 之10at%以下的AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物構成，其中，原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.52、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6，且添加物β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素。第3蒸發源78係由組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 之10at%以下的AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物構成，其中，原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6，且添加物γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素。於工具母材30上形成界面層32時，係因應其界面層32之構成使被膜材料從前述第1蒸發源70、第2蒸發源74、第3蒸發源76中之任一者或該等之組合中蒸發。亦即，於工具母材30上形成A層34時，係藉由第1電弧電源64使含有添加物α之AlTiCr氮化物從第1蒸發源70蒸發。於工具母材30上形成B層36時，則藉由第2電弧電源66使含有添加物β之AlTiCr碳氮化物或氮化物從第2蒸發源74蒸發。於工具母材30上形成奈米薄膜交替層40時，當該奈米薄膜交替層40係由奈米薄膜A層37及C層39構成時，係藉由交替設置利用第1電弧電源64使含有添加物α之AlTiCr氮化物從第1蒸發源70蒸發的區間、及利用第3電弧電源68使AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物從第3蒸發源78蒸發的區間，來交替積層由AlTiCr氮化物構成之奈米等級的奈米薄膜A層37與由AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物構成之奈米薄膜等級的C層39。又，當奈米薄膜交替層40係由奈米薄膜B層38及C層39構成時，則係藉由交替設置利用第2電弧電源66使含有添加物β之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物從第2蒸發源74蒸發之區間、及利用第3電弧電源68使AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物從第3蒸發源78蒸發之區間，來交替積層由AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物構成之奈米等級的B奈米薄膜B層38及由AlCr(SiC)碳氮化物或AlCr(SiC)氮化物構成之奈米薄膜等級的C層39。又，關於界面層32、表層42亦可因應其構成，以與上述A層34、B層36、奈米薄膜交替層40各自構成時之情況同樣的方式進行積層。藉由這樣的選擇，可將譬如圖3所示硬質被膜24積層於工具母材30上。

本發明人為了確認耐磨耗性及耐熔接性，使用圖7之電弧離子鍍裝置50製出74種試驗品1~試驗品74，該74種試驗品係使圖6(a)所示之形成在具有與圖1及圖2所示端銑刀10相同形狀之超硬合金製工具母材30(R3)上的硬質被膜24中，A層34及奈米薄膜A層37、B層36及奈米薄膜B層38、C層39的組成比率(at%)及膜厚(nm)、奈米薄膜交替層40內之B層36及C層39的層積對數、奈米薄膜交替層40的厚度、A層34、B層36及的厚度(nm)、A層34或B層36及奈米薄膜交替層40的層積對數以及硬質被膜24的總膜厚(nm)如圖8、圖9、圖10、圖11所示互有不同。並且，按照以下所示被膜硬度(維氏硬度)測定方法來分別測定該等試驗品1~試驗品74之被膜硬度，同時測定將試驗品1~試驗品74在大氣壓空氣環境中於1000°C下曝露1小時後生成的氧化層厚度(μm)，並按照以下所示測定方法來測定按下列所示切削試驗條件使用試驗品1~試驗品74各自進行切削時的切削距離(m)，來判斷切削性能。圖12顯示該等之評估結果。又，圖8、圖9、圖10中所示組成值的單位為at%(原子%)。

(被膜硬度測定方法) 按照維氏硬度試驗法(JISG0202、Z2244)，在硬度記號HV0.025表示之條件下測定試驗品1~試驗品50之硬質被膜的HV值(維氏硬度)。

(切削試驗條件) 被削材：SKD11(60HRC) 切削速度：150.8m/min(8000min^-1 ) 傳送速度：0.1mm/t(1600mm/min) 切口：aa=0.2mm、pf=0.4mm 切削油：空氣噴出

(切削距離之測定方法及合格判定方法) 於圖12之切削距離欄顯示上述切削試驗條件之加工深度等與端銑刀之工具壽命亦即刀腹磨損幅度達0.1mm時的切削距離。又，關於前述氧化層厚度之評估，在圖12之判定欄中，未被全氧化及為前述500m以上之情況即顯示○符號作為合格判定，被全氧化或是切削距離低於500m之情況則顯示×符號作為不合格判定。

如圖12所示，對應實施例品的試驗品7~試驗品74之被膜硬度為2890~3590(HV0.025)，獲得比對應比較例品的試驗品1~試驗品6更高的被膜硬度。

又如圖12所示，對應比較例品的試驗品1~試驗品6中，試驗品2、3、5及6的磨損幅度達0.1mm時的切削距離低於合格判定值500m，而且在氧化層厚度評估中被判斷為全氧化亦即硬質被膜24整體皆呈氧化狀態，故被判定為不合格。另，試驗品1及試驗品4的被膜剝離無法評估，故判定欄表記為×。試驗品1不具備A層34或B層36及C層39之交替層的奈米薄膜交替層40，且在A層34、B層36、C層39之組成中略未滿足本申請發明規定之原子比範圍。又，界面層(中間層)32也低於本申請發明規定之範圍下限的20nm，總膜厚則大於本申請發明規定之範圍上限的20μm。試驗品2中，A層34之厚度及B層36之厚度各低於0.5nm，構成奈米薄膜交替層40之奈米薄膜B層38及C層39的厚度亦低於0.5nm。總膜厚低於0.5μm。界面層32低於本申請發明規定之範圍下限的20nm。而且，在A層34、B層36及奈米薄膜B層38、C層39之組成中亦略未滿足本申請發明規定之原子比範圍。試驗品3中，A層34之厚度及B層36之厚度各大於1000nm，構成奈米薄膜交替層40之C層39之厚度則低於0.5nm。總膜厚大於20μm。界面層32大於本申請發明規定之範圍上限的1000nm。而且，在A層34、B層36及奈米薄膜B層38、C層39之組成中亦未滿足本申請發明規定之原子比範圍。試驗品4中，構成奈米薄膜交替層40之奈米薄膜B層38之厚度大於500nm，奈米薄膜交替層40之厚度亦大於1000nm。總膜厚大於20μm。界面層32大於本申請發明規定之範圍上限的1000nm。而且，在A層34、B層36及奈米薄膜B層38、C層39之組成中亦略未滿足本申請發明規定之原子比範圍。試驗品5中，A層34之厚度及B層36之厚度各低於0.5nm。且構成奈米薄膜交替層40之奈米薄膜B層38之厚度亦低於0.5nm。界面層32之厚度亦低於20nm。而且，在A層34、B層36及奈米薄膜B層38、C層39之組成中亦未滿足本申請發明規定之原子比範圍。試驗品6中，A層34之厚度大於1000nm，構成奈米薄膜交替層40之奈米薄膜B層38之厚度大於500nm，C層39之厚度則低於0.5nm。奈米薄膜交替層40之厚度超過1000nm，且總膜厚大於20μm。界面層32低於本申請發明規定之範圍下限的20nm。而且，在A層34、B層36及奈米薄膜B層38、C層39之組成中亦未滿足本申請發明規定之原子比範圍。

但，對應實施例品的試驗品7~試驗品74之磨損幅度達0.1mm時的切削距離為合格判定值500m以上，故判定為合格。另，與A層34及A層34為相同組成之奈米薄膜A層37中，不論添加物α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之至少1種或不含(α之原子比d為0)，皆判定為合格。同樣地，與B層36及B層為相同組成之奈米薄膜B層38中，不論添加物β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之至少1種或不含(β之原子比h為0)，皆判定為合格。在C層39中亦同樣地，不論添加物γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之至少1種或不含(γ之原子比l為0)，皆判定為合格。此外，不論奈米薄膜交替層40係奈米薄膜A層37及C層39交替積層而成或是奈米薄膜B層38及C層39交替積層而成，皆判定為合格。又，在硬質被膜24之最上層外側設置表層42之圖3至圖5中所示端銑刀、無界面層32之其他相同圖6(b)中所示端銑刀或是將圖6(a)之態樣中構成硬質被膜24之A層34、B層38、奈米薄膜交替層40的層合順序以譬如A層34、奈米薄膜交替層40、B層38的方式做變化的端銑刀，皆能獲得與圖12相同的結果。亦即，不論有無表層32、有無界面層32、硬質被膜24之最上層或最下層為A層34抑或奈米薄膜交替層40、硬質被膜24之積層數為偶數抑或奇數、奈米薄膜交替層40之積層數為奇數抑或偶數，皆能獲得與圖12相同的結果。

在圖8~12之對應實施例品的試驗品7~試驗品74中，A層34及奈米薄膜A層37之組成範圍譬如在圖8，Al係在10~85at%之範圍內，試驗品8、9、27、37、47、73各顯示下限，試驗品7、38、53、59則各顯示上限；Ti係在2~70at%之範圍內，試驗品7、12、53各顯示下限，試驗品8、26、47則各顯示上限；Cr係在3~65at%之範圍內，試驗品33、53顯各示下限，試驗品9、73則各顯示上限；添加物α為C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W，並在0~10at%之範圍內，試驗品7~11、16~19、28~37各顯示下限，試驗品39、53、71則各顯示上限。亦即，A層34的理想組成係組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1的AlTiCr氮化物。又，A層34之膜厚T_A 的理想範圍為0.5~1000nm，譬如圖11之試驗品7、55各顯示下限，試驗品10、41、59則各顯示上限。

又，在圖8~12之對應實施例品的試驗品7~試驗品74中，B層36及奈米薄膜B層38之組成範圍譬如在圖9，Al係在10~85at%之範圍內，試驗品9、16、43、44、51各顯示下限，試驗品7、8、47、67則各顯示上限；Ti係在2~70at%之範圍內，試驗品7、17、26、38、52各顯示下限，試驗品9、16、27、41、51則各顯示上限；Cr係在3~65at%之範圍內，試驗品32、41、67各顯示下限，試驗品38、52、57、71則各顯示上限；添加物β為B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中之至少1種元素，並在0~10at%之範圍內，試驗品7-19、24-27各顯示下限，試驗品31、38、57則各顯示上限。又，碳氮化物中之碳與氮之比率係碳在0~60at%之範圍內，試驗品7-9、12、13、16、17、20、21、24、25、28-31、34-35各顯示下限，試驗品44、66則各顯示上限。亦即，B層36的理想組成係組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.52、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6的AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物。又，B層36之膜厚T_B 的理想範圍為0.5~1000nm，譬如圖11之試驗品7、55各顯示下限，試驗品35、59則各顯示上限。

又，在圖8~12之對應實施例品的試驗品7~試驗品74中，C層39之組成範圍譬如在圖10，Al係在20~85at%之範圍內，試驗品8、34各顯示下限，試驗品7、16、58則各顯示上限；Cr係在5~50at%之範圍內，試驗品7、12、16、54、57、58各顯示下限，試驗品8、9、13、21~22、30、31、34、40、48、68則各顯示上限；SiC係在1~45at%之範圍內，試驗品50、62各顯示下限，試驗品26、54、66則各顯示上限；添加物γ為B、Ti、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中之至少1種元素且在0~10at%之範圍內，試驗品7~15、20~23、30~33各顯示下限，試驗品34、38、48、68則各顯示上限。另，碳氮化物中之碳與氮之比率係碳在0~60at%之範圍內，試驗品7~8、11~13、16~18、20、21、24、25、28-35、38-56各顯示下限，試驗品36、61、66則各顯示上限。亦即，C層39的理想組成係組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6的AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物。又，C層39之膜厚T_C 的理想範圍為0.5~500nm，譬如圖11之試驗品7、12、21、73各顯示下限，試驗品44則顯示上限。

另，在圖8~12之對應實施例品的試驗品7~試驗品74中，奈米薄膜交替層40之厚度範圍為1~1000nm，譬如圖11之試驗品7顯示下限，試驗品17、33、68則顯示上限。又，A層34之膜厚T_A 與奈米薄膜交替層40之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 及B層36之膜厚T_B 與奈米薄膜交替層40之膜厚T_NL 的比值T_B /T_NL 為0.2~10之範圍，譬如圖11之試驗品8、47顯示下限，試驗品73則顯示上限。

又，在圖12之對應實施例品的試驗品7~試驗品50中，界面層(中間層)32之厚度範圍為20~1000nm，譬如圖11之試驗品7、44、67、69各顯示下限，試驗品16、33、51、60、68則各顯示上限。

另，在圖12之對應實施例品的試驗品7~試驗品50中，硬質被膜24之總總膜厚範圍為0.5~20μm，譬如圖11之試驗品7顯示下限，試驗品50、59則各顯示上限。

而且，在圖8~12之對應實施例品的試驗品7~試驗品74中，積層有奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38及C層39的奈米薄膜交替層40的反覆層數，亦即一對奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38及C層39的對數為1~125，譬如試驗品7、15、20、28、43、44、48、65各顯示下限，試驗品33則各顯示上限。另，積層有A層34、B層36及奈米薄膜交替層40之硬質被膜24的反覆層數，亦即一對(一組)A層34及奈米薄膜交替層40的對數(組數)為1~1500，譬如試驗品19、25各顯示下限，試驗品56則顯示上限。

圖13係針對圖8~12中所示試驗品1~試驗品74中，對應比較例品之試驗品6與對應實施例品之試驗品11、15，使用X射線繞射裝置(XRD)在硬質被膜24利用θ-2θ法進行X射線繞射，並顯示其測定結果。橫軸表示角度2θ(°)，縱軸則表示強度。如圖13所示，TiN之對應(200)面之角度的繞射線積分強度為對應(111)面之角度的積分強度之2倍以上，且CrN之對應(200)面之角度的繞射線積分強度為對應(111)面之角度的積分強度之2倍以上。

根據本實施例，被覆在工具母材30表面之硬質被膜24係利用物理蒸鍍法將A層34、B層36及奈米薄膜交替層40交替積層而成且構成為膜厚0.5~20μm，該奈米薄膜交替層40係奈米薄膜A層37或奈米薄膜B層38及C層39以奈米等級厚度交替積層而成，A層34係組成式為(Al_a Ti_b Cr_c α_d )N之AlTiCr氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中，α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1；B層36係組成式為(Al_e Ti_f Cr_g β_h )C_X N_1-X 之AlTiCr氮化物或AlTiCr碳氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中，β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.85、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6；奈米薄膜交替層40係與A層34具有相同組成之奈米薄膜A層37或與B層36具有相同組成之奈米薄膜B層38及C層39交替積層而成，且具有1~1000nm之厚度；前述奈米薄膜A層或奈米薄膜B層各具有0.5~500nm之厚度；C層39係組成式為[Al_i Cr_j (SiC)_k γ_l ]C_Y N_1-Y 之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物且具有0.5~500nm之厚度，其中，γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、NbMo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6；因此，在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等之切削，可提升硬質被膜24之耐磨耗性、韌性、耐熔接性，實現端銑刀10的長壽化。

另，根據本實施例，A層34之膜厚T_A 與奈米薄膜交替層40之膜厚T_NL 的比值T_A /T_NL 為0.2~10，B層36之膜厚T_B 與奈米薄膜交替層40之膜厚T_NL 的比值T_B /T_NL 為0.2~10，因此在碳鋼、合金鋼、精煉鋼等各種材料之切削加工等能製得實現長壽化的工具。

又，根據本實施例，圖3、圖4、圖5、圖6(b)中所示硬質被膜24於其硬質皮膜24之外側具有表層32，且表層32係由與A層34、B層36、C層39或奈米薄膜交替層40相同材料形成，因此藉由硬質被膜24再加上表層32具有之性質，可在碳鋼、合金鋼或精煉鋼等各種材料之切削加工等製得實現長壽化的工具10。

又，根據本實施例，圖6(b)中所示硬質被膜24係直接被覆在工具母材30，因此硬質被膜24與工具母材30之間不需要界面層，故而容易製造。

又，根據本實施例，圖3、圖4、圖5、圖6(a)中所示硬質被膜24係隔著界面層32被覆在工具母材30，且界面層32係由與A層34、B層36或奈米薄膜交替層40相同材料形成且形成為20~1000nm之厚度。因此，可進一步提高硬質被膜24與工具母材30之間的密著性亦即附著強度。

又，根據本實施例之端銑刀10係一部分被硬質被膜24被覆的硬質被膜被覆工具，因此在碳鋼或合金鋼等之切削可獲得耐磨耗性，在精煉鋼等之切削則可獲得耐熔接性。

以上根據圖式詳細說明了本發明實施例，惟該等僅為一實施形態，本發明可根據熟知此項技藝之人士之知識，在施加各種變更、改良的態樣下予以實施。

10‧‧‧端銑刀(硬質被膜被覆工具)

14‧‧‧刃部

16‧‧‧外周刃

18‧‧‧球端刀刃

20‧‧‧硬質被膜

22‧‧‧工具母材(母材)

24‧‧‧硬質被膜

30‧‧‧工具母材

32‧‧‧界面層(中間層)

34‧‧‧A層

36‧‧‧B層

37‧‧‧奈米薄膜A層

38‧‧‧奈米薄膜B層

39‧‧‧C層

40‧‧‧奈米薄膜交替層

42‧‧‧表層

50‧‧‧電弧離子鍍裝置

54‧‧‧旋轉台

56‧‧‧偏壓電源

58‧‧‧處理室

59‧‧‧加熱器

60‧‧‧反應氣體供給裝置

62‧‧‧排氣裝置

64‧‧‧第1電弧電源

66‧‧‧第2電弧電源

68‧‧‧第3電弧電源

70‧‧‧第1蒸發源

72、76、80‧‧‧陽極

74‧‧‧第2蒸發源

78‧‧‧第3蒸發源

圖1係顯示本發明一實施例之設有硬質被膜之端銑刀的前視圖。圖2係用以說明圖1之端銑刀構成而從其前端側顯示的擴大仰視圖。圖3係說明被覆在圖1之端銑刀的硬質被膜之積層結構例的示意圖。圖4係說明被覆在圖1之端銑刀的硬質被膜之其他積層結構例的示意圖。圖5係說明被覆在圖1之端銑刀的硬質被膜之其他積層結構例的示意圖。圖6(a)、(b)係說明被覆在圖1之端銑刀的硬質被膜之其他積層結構例的示意圖。圖7係說明將圖1之硬質被膜成膜於工具母材上之物理蒸鍍裝置一例的電弧離子鍍裝置之概略圖。圖8係針對試驗品1~試驗品74各別顯示構成A層之AlTiCr氮化物之構成元素種類及比率的圖表，該等試驗品1~試驗品74係在構成硬質被膜之A層、B層及C層之構成元素種類及比率、添加物種類及組成比率及膜厚做變化而來。圖9係針對圖8之試驗品1~試驗品74各別顯示構成B層之AlTiCr碳氮化物或AlTiCr氮化物之構成元素種類及比率的圖表。圖10係針對圖8之試驗品1~試驗品74各別顯示構成C層之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物之構成元素種類及比率的圖表。圖11係針對圖8之試驗品1~試驗品74各別顯示下列之圖表：奈米薄膜A層、奈米薄膜B層及C層之厚度、奈米薄膜A層與C層之層積對數或奈米薄膜B層與C層之層積對數、奈米薄膜交替層厚度、界面層(中間層)厚度、A層厚度、B層厚度、A層及B層與奈米薄膜交替層之層積對數、硬質被膜之總膜厚、A層與奈米薄膜交替層之厚度比及B層與奈米薄膜交替層之厚度比。圖12係針對圖8之試驗品1~試驗品74各別顯示被膜硬度、氧化膜厚度、切削距離、判定結果的圖表。圖13係針對圖8之試驗品1~試驗品74中之試驗品6、11、15顯示利用θ-2θ法之X射線繞射所得繞射線之圖。

Claims

一種硬質被膜，用以被覆在母材表面，其特徵在於：前述硬質被膜係利用物理蒸鍍法將A層、B層及奈米薄膜交替層交替積層而成且構成為總膜厚0.5~20μm；前述A層係組成式為(Al_aTi_bCr_c α_d)N之AlTiCr氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中α係選自於由C、B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比a、b、c、d分別滿足0.10≦a≦0.85、0.02≦b≦0.70、0.03≦c≦0.65、0≦d≦0.10及a+b+c+d=1；前述B層係組成式為(Al_eTi_fCr_g β_h)C_XN_1-X之AlTiCr氮化物或AlTiCr碳氮化物且具有0.5~1000nm之厚度，其中β係選自於由B、Si、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比e、f、g、h及X分別滿足0.10≦e≦0.85、0.02≦f≦0.70、0.03≦g≦0.65、0≦h≦0.10、e+f+g+h=1及0≦X≦0.6；前述奈米薄膜交替層係奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與C層交替積層而成且具有1~1000nm之厚度，且該奈米薄膜A層或奈米薄膜B層與前述A層或前述B層具有相同組成；前述奈米薄膜A層或奈米薄膜B層各具有0.5~500nm之厚度；前述C層係組成式為[Al_iCr_j(SiC)_k γ₁]C_YN_1-Y之AlCr(SiC)氮化物或AlCr(SiC)碳氮化物且具有0.5~500nm之厚度，其中γ係選自於由B、Ti、V、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W所構成群組中之1種以上元素，且原子比i、j、k、l及Y分別滿足0.20≦i≦0.85、0.05≦j≦0.50、0.01≦k≦0.45、0≦l≦0.10、i+j+k+l=1及0≦Y≦0.6。
如請求項1之硬質被膜，其中前述A層之膜厚T_A與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL的比值T_A/T_NL為0.2~10，前述B層之膜厚T_B與前述奈米薄膜交替層之膜厚T_NL的比值T_A/T_NL為0.2~10。
如請求項1或2之硬質被膜，其於前述硬質被膜之外側具有一表層，該表層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成。
如請求項1或2之硬質被膜，其中前述硬質被膜係直接被覆在前述母材。
如請求項1或2之硬質被膜，其中前述硬質被膜隔著界面層被覆在前述母材，前述界面層係由與前述A層、前述B層、前述C層或前述奈米薄膜交替層相同的材料形成且形成為20~1000nm之厚度。
一種硬質被膜被覆構件，其特徵在於：前述母材之一部分或全部被如請求項1至5中任一項之硬質被膜被覆。