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JP2009084654A - Wear-resistant film, and tool provided with same, and apparatus for manufacturing wear-resistant film - Google Patents

Wear-resistant film, and tool provided with same, and apparatus for manufacturing wear-resistant film Download PDF

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JP2009084654A
JP2009084654A JP2007257811A JP2007257811A JP2009084654A JP 2009084654 A JP2009084654 A JP 2009084654A JP 2007257811 A JP2007257811 A JP 2007257811A JP 2007257811 A JP2007257811 A JP 2007257811A JP 2009084654 A JP2009084654 A JP 2009084654A
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JP
Japan
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organometallic complex
wear
film
vaporized
surface layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2007257811A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuya Konno
勇哉 紺野
Toyoaki Yasui
豊明 安井
Ichiro Nagano
一郎 永野
Taiji Kikuchi
泰路 菊池
Yoshihiro Wada
佳宏 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wear-resistant film capable of exhibiting wear resistance even at a high temperature, a tool provided with the same, and an apparatus for manufacturing the film having the excellent wear resistance at a high temperature. <P>SOLUTION: The wear-resistant film is provided with a surface layer formed on a substrate and made into a metal nitride and the surface layer is provided thereon with the outermost surface layer coating the surface layer. The outermost surface layer is a multi-component oxide including at least Li solutionized with carbon and Al. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐摩耗性皮膜及びこれを備えた工具、並びに耐摩耗性皮膜を製造するための装置に関する。   The present invention relates to a wear-resistant coating, a tool provided with the same, and an apparatus for producing the wear-resistant coating.

例えば、歯車を機械加工する歯切加工では、大量生産に適し、環境面で優れていることから、切削油を用いずに加工を行うドライカット加工が多用されている。このようなドライカット加工では、工具が加工熱により高温となっても耐摩耗性を発揮するように、高速度工具鋼の基材表面にTiAlNコーティングやAlCrSiNコーティングを施したものが知られている。しかし、上記のコーティングを施した工具でも更なる加工の高速要求に対して十分対応できず、高速加工では加工熱によってコーティングが酸化されて微細脱落が発生するので、寿命が短いという問題があった。   For example, gear cutting for machining gears is suitable for mass production and is excellent in terms of environment, and therefore dry cut processing that performs processing without using cutting oil is often used. In such dry cut processing, a surface of a high-speed tool steel with a TiAlN coating or an AlCrSiN coating is known so that the tool exhibits wear resistance even when the tool becomes hot due to processing heat. . However, even the tools with the above coating cannot sufficiently meet the high-speed requirements for further processing, and in high-speed processing, the coating is oxidized by the processing heat and fine dropout occurs, so there is a problem that the life is short. .

切削工具の耐摩耗性を更に向上させるために、TiAlNコーティングなどの最表部に、より高温での耐摩耗性に優れる酸化物セラミックコーティングを形成して、TiAlNコーティングなどの酸化を防止することにより、耐摩耗性を向上させている。例えば特許文献1には、Tiを主成分とする金属窒化膜の最表面に、イットリウムを含有するアルミナ膜をCVD法により形成した工具が開示されている。
特開2004−1154号公報
In order to further improve the wear resistance of cutting tools, an oxide ceramic coating with excellent wear resistance at higher temperatures is formed on the outermost surface of the TiAlN coating, etc., to prevent oxidation of the TiAlN coating, etc. , Has improved wear resistance. For example, Patent Document 1 discloses a tool in which an alumina film containing yttrium is formed on the outermost surface of a metal nitride film containing Ti as a main component by a CVD method.
JP 2004-1154 A

しかし、特許文献1のようにアルミナ膜を最表層に形成した工具でも、高速加工に用いるにはアルミナ膜の硬度や耐摩耗性が不十分であった。また、アルミナは潤滑性が悪いので高速加工により加工熱が発生しやすく、加工により工具が高温となって表層が酸化され工具寿命が短くなるという問題があった。   However, even with a tool in which an alumina film is formed as the outermost layer as in Patent Document 1, the hardness and wear resistance of the alumina film are insufficient for use in high-speed machining. In addition, since alumina has poor lubricity, there is a problem that processing heat is easily generated by high-speed processing, and the tool becomes high temperature due to processing, the surface layer is oxidized, and the tool life is shortened.

本発明は上記問題を鑑みなされたものであり、高温であっても耐摩耗性を発揮することができる耐摩耗性皮膜及びこれを備えた工具、並びに、高温での耐摩耗性に優れた皮膜を製造するための装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is a wear-resistant film that can exhibit wear resistance even at high temperatures, a tool including the same, and a film that has excellent wear resistance at high temperatures. An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing the apparatus.

上記課題を解決するために、本発明にかかる耐摩耗性皮膜は、基材上に形成され、金属窒化物とされた表層を備えた耐摩耗性皮膜であって、前記表層上に該表層を皮膜する最表層が設けられ、該最表層が、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an abrasion-resistant film according to the present invention is an abrasion-resistant film that is formed on a substrate and includes a surface layer that is a metal nitride, and the surface layer is formed on the surface layer. An outermost layer to be coated is provided, and the outermost layer is a composite oxide containing at least Li and Al in which carbon is dissolved.

LiとAlとを含む複合酸化物は高い硬度と耐酸化性を有し、これを最表層に形成することで皮膜の耐磨耗性を向上させ、最表層の剥離または割れを防止する。また、複合酸化物内に炭素を固溶させることで最表層に潤滑性を付与し、加工時に発生する摩擦熱を低減する。その結果、表層の酸化を防止して耐磨耗性皮膜の欠落を防止することができる。   A composite oxide containing Li and Al has high hardness and oxidation resistance, and is formed on the outermost layer to improve the wear resistance of the coating and prevent peeling or cracking of the outermost layer. Moreover, lubricity is imparted to the outermost layer by dissolving carbon in the composite oxide, and frictional heat generated during processing is reduced. As a result, the oxidation of the surface layer can be prevented and the loss of the wear resistant film can be prevented.

本発明の耐摩耗性皮膜は、前記最表層に固溶された炭素が、0.1〜10at%であることを特徴とする。   The wear-resistant film of the present invention is characterized in that carbon dissolved in the outermost layer is 0.1 to 10 at%.

最表層に固溶される炭素が0.1at%未満であると、十分な潤滑性が発揮されない。最表層に固溶される炭素が10at%を超えると、最表層内に内部応力が発生し、最表層の割れが発生する。   If the carbon dissolved in the outermost layer is less than 0.1 at%, sufficient lubricity cannot be exhibited. When the amount of carbon solid-solved in the outermost layer exceeds 10 at%, internal stress is generated in the outermost layer, and the outermost layer is cracked.

更に、本発明の耐摩耗性皮膜は、最表層の厚さが、0.5〜2μmであることを特徴とする。最表層の厚さが0.5μm以上あれば、表層の酸化を防止するのに十分な厚さとなり、また、加工に耐え得る十分な皮膜強度が得られるので最表層に割れが発生しにくくなる。一方、厚さが2μmを超えると最表層の内部応力が大きくなり、最表層に微細な割れが発生する。   Furthermore, the abrasion-resistant film of the present invention is characterized in that the outermost layer has a thickness of 0.5 to 2 μm. If the thickness of the outermost layer is 0.5 μm or more, the thickness is sufficient to prevent oxidation of the surface layer, and sufficient film strength that can withstand processing can be obtained, so that the outermost layer is less likely to crack. . On the other hand, when the thickness exceeds 2 μm, the internal stress of the outermost layer increases and fine cracks are generated in the outermost layer.

本発明の耐摩耗性皮膜では、前記金属窒化物が、TiAlN、AlCrSiN、AlZrSiN、AlCrN、及びTiNから選択されるいずれか一つであることが好ましい。   In the wear resistant film of the present invention, the metal nitride is preferably any one selected from TiAlN, AlCrSiN, AlZrSiN, AlCrN, and TiN.

さらに、本発明の耐摩耗性皮膜では、前記基材と前記表層との間に、CrN又はTiN層の中間層を設けたことが好ましい。これにより、基材と表層との接着強度を向上させることができる。   Furthermore, in the wear resistant coating of the present invention, it is preferable that an intermediate layer of a CrN or TiN layer is provided between the base material and the surface layer. Thereby, the adhesive strength of a base material and a surface layer can be improved.

更に、本発明の耐摩耗性皮膜は、有機金属錯体を用いたCVD法によって形成されることが好ましい。有機金属錯体は炭素を含むため、複合酸化物内に炭素を容易に固溶させることが可能となる。   Furthermore, the abrasion-resistant film of the present invention is preferably formed by a CVD method using an organometallic complex. Since the organometallic complex contains carbon, carbon can be easily dissolved in the composite oxide.

また、本発明の工具は、上記のいずれかに記載された耐磨耗性皮膜が、加工面に形成されていることを特徴とする。これにより、耐摩耗性に優れた工具を提供することができる。   In addition, the tool of the present invention is characterized in that the wear-resistant film described in any of the above is formed on the processed surface. Thereby, the tool excellent in abrasion resistance can be provided.

更に、本発明の工具は、切削油を用いずに切削を行うドライカット加工に用いることが好ましい。   Furthermore, the tool of the present invention is preferably used for dry cut processing in which cutting is performed without using cutting oil.

また、本発明の工具を用いて、ドリルや金属用鋸刃などの切削部が構成されている切削装置は、切削部の耐摩耗性に優れ、切削油を使用しないドライカット加工に好適である。   In addition, a cutting device in which a cutting part such as a drill or a metal saw blade is formed using the tool of the present invention is excellent in wear resistance of the cutting part, and is suitable for dry cutting without using cutting oil. .

本発明の耐摩耗性皮膜を形成するための装置は、少なくとも、前記有機金属錯体を気化させるための複数の気化器と、該複数の気化器で気化された前記有機金属錯体と添加ガスとを混合するための混合槽と、該混合槽で混合された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスを成膜炉内へと噴射するためのノズルと、該ノズルから噴射された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、前記基材上に形成された前記表層上に前記最表層を設けるための成膜炉とを備えることを特徴とする。   An apparatus for forming an abrasion-resistant film according to the present invention includes at least a plurality of vaporizers for vaporizing the organometallic complex, the organometallic complex vaporized by the plurality of vaporizers, and an additive gas. A mixing tank for mixing, a nozzle for injecting the vaporized organometallic complex and the additive gas mixed in the mixing tank into a film forming furnace, and the vaporized gas injected from the nozzle A film-forming furnace for reacting the organometallic complex with the additive gas at atmospheric pressure to provide the outermost layer on the surface layer formed on the substrate is provided.

本発明の装置は、複数の気化器を備えるので、複合酸化膜原料の蒸発温度が異なっていても各原料の蒸発量を確実に制御することができ、複合酸化膜の組成制御が容易となる。また、混合槽で気化原料と添加ガスとを混合した後にノズルから成膜炉へと噴射するので、複合酸化物の組成制御が容易になるとともに、気化原料と添加ガスとを均一に混合でき、均一な組成の複合酸化物を得ることができる。また、本発明の装置は、大気圧で成膜を行うので真空容器や真空ポンプなど真空での成膜に必要な装置を省略することができ、装置コストが大幅に低減される。   Since the apparatus of the present invention includes a plurality of vaporizers, the amount of evaporation of each raw material can be reliably controlled even when the evaporation temperature of the composite oxide film raw material is different, and the composition control of the composite oxide film becomes easy. . In addition, since the vaporized raw material and the additive gas are mixed in the mixing tank and injected from the nozzle to the film forming furnace, the composition control of the composite oxide becomes easy, and the vaporized raw material and the additive gas can be mixed uniformly. A complex oxide having a uniform composition can be obtained. Further, since the apparatus of the present invention performs film formation at atmospheric pressure, an apparatus necessary for film formation in a vacuum such as a vacuum vessel or a vacuum pump can be omitted, and the apparatus cost is greatly reduced.

本発明により、上記の装置を用い、前記有機金属錯体を前記複数の気化器で気化し、該気化した有機金属錯体と添加ガスとを前記混合槽内で混合し、前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスをノズルから成膜炉内へと噴射し、前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物からなる前記最表層を、前記基材上に形成された前記表層上に設けることを特徴とする耐摩耗性皮膜の製造方法が提供される。   According to the present invention, the organometallic complex is vaporized by the plurality of vaporizers, the vaporized organometallic complex and an additive gas are mixed in the mixing tank, and the vaporized organometallic complex is used. And the additive gas is injected into the film forming furnace from the nozzle, the vaporized organometallic complex and the additive gas are reacted at atmospheric pressure, and a composite containing at least Li and Al in which carbon is dissolved. There is provided a method for producing an abrasion-resistant film, wherein the outermost layer made of an oxide is provided on the surface layer formed on the substrate.

これにより、所定の組成の複合酸化膜を精度良く成膜することが可能となる。また、好適な量の炭素を複合酸化物中に確実に添加することができる。さらに、大気圧で成膜を行うため、成膜時に成膜炉を真空に維持する必要がない。従って、真空成膜に比べて成膜に要する時間を大幅に削減することができるので、成膜コストが減少する。   As a result, a composite oxide film having a predetermined composition can be accurately formed. In addition, a suitable amount of carbon can be reliably added to the composite oxide. Furthermore, since film formation is performed at atmospheric pressure, it is not necessary to maintain the film formation furnace in vacuum during film formation. Therefore, since the time required for film formation can be greatly reduced as compared with vacuum film formation, the film formation cost is reduced.

また、本発明の耐摩耗性皮膜を形成するための装置は、少なくとも、前記有機金属錯体を気化させるための複数の気化器と、該複数の気化器で前記気化された有機金属錯体と添加ガスとを成膜炉内へと噴射するためのノズルと、該ノズルから噴射された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、前記基材上に形成された前記表層上に前記最表層を設けるための成膜炉とを備えることを特徴とする。   The apparatus for forming an abrasion-resistant film of the present invention includes at least a plurality of vaporizers for vaporizing the organometallic complex, the organometallic complex vaporized by the plurality of vaporizers, and an additive gas. And the vaporized organometallic complex injected from the nozzle and the additive gas are reacted at atmospheric pressure to form the nozzle formed on the substrate. And a film forming furnace for providing the outermost layer on a surface layer.

本発明の装置は、複数の気化器を備えるので、複合酸化膜の各原料の蒸発温度が異なる場合でも、目的の組成に応じて原料の蒸発量を制御することで、複合酸化膜の組成を容易に制御できる。原料毎に添加ガスと混合しノズルから成膜炉へと噴射するので、組成制御を高精度で行うことができ、また、混合層を別途設ける必要がないので装置が簡素となる。また、大気圧で成膜を行うので真空容器や真空ポンプなど真空での成膜に必要な装置を省略することができ、装置コストが大幅に低減される。   Since the apparatus of the present invention includes a plurality of vaporizers, the composition of the composite oxide film can be controlled by controlling the evaporation amount of the raw material according to the target composition even when the evaporation temperatures of the raw materials of the composite oxide film are different. Easy to control. Since each raw material is mixed with an additive gas and injected from a nozzle to a film forming furnace, composition control can be performed with high accuracy, and a separate layer does not need to be separately provided, thereby simplifying the apparatus. In addition, since film formation is performed at atmospheric pressure, an apparatus necessary for film formation in a vacuum such as a vacuum vessel or a vacuum pump can be omitted, and the apparatus cost is greatly reduced.

本発明により、上記の装置を用い、前記有機金属錯体を前記複数の気化器で気化し、該気化された有機金属錯体と添加ガスとをノズルから成膜炉内へと噴射し、前記気化された有機金属錯体と添加ガスとを大気圧で反応させて、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物からなる前記最表層を、前記基材上に形成された前記表層上に設けることを特徴とする耐摩耗性皮膜の製造方法が提供される。   According to the present invention, using the above apparatus, the organometallic complex is vaporized by the plurality of vaporizers, the vaporized organometallic complex and an additive gas are injected from a nozzle into a film forming furnace, and the vaporized The outermost layer made of a complex oxide containing at least Li and Al in which carbon is solid-dissolved by reacting the organometallic complex and the additive gas at atmospheric pressure is formed on the surface layer formed on the substrate. A method for producing a wear-resistant film is provided.

これにより、所定の組成の複合酸化膜を高精度で成膜することが可能となる。また、大気圧で成膜を行うため、成膜時に成膜炉を真空に維持する必要がなく、真空成膜に比べて成膜に要する時間を大幅に削減することができるので、成膜コストを減少させることができる。   As a result, a composite oxide film having a predetermined composition can be formed with high accuracy. In addition, since film formation is performed at atmospheric pressure, it is not necessary to maintain a film formation furnace in vacuum during film formation, and the time required for film formation can be greatly reduced as compared to vacuum film formation. Can be reduced.

以上のように、本発明の耐摩耗性皮膜は、高い硬度と優れた耐酸化性を有する少なくともLiとAlとを含む複合酸化物を最表層とするので、最表層の割れや剥離を防止することができる。また、複合酸化物中に炭素を固溶させるので、潤滑性に優れた皮膜となり、加工時に発生する摩擦熱を低減することができる。そのため、表層の酸化による欠落を防止した耐摩耗性に優れた皮膜となり、加工の高速要求を十分に満たすものとなる。
また、上記皮膜を形成するための装置は、組成制御性や組成均一性に優れ、製造コストの低い装置となる。本発明の製造装置を用いれば、高精度で組成を制御した複合酸化物を有する耐摩耗性皮膜を低コストで製造することができる。
As described above, since the wear-resistant film of the present invention uses a composite oxide containing at least Li and Al having high hardness and excellent oxidation resistance as the outermost layer, it prevents cracking and peeling of the outermost layer. be able to. Further, since carbon is dissolved in the composite oxide, a film having excellent lubricity is obtained, and frictional heat generated during processing can be reduced. Therefore, it becomes a film excellent in abrasion resistance that prevents the surface layer from being lost due to oxidation, and sufficiently satisfies the high-speed processing requirements.
In addition, the apparatus for forming the film is excellent in composition controllability and composition uniformity, and is low in manufacturing cost. If the manufacturing apparatus of this invention is used, the abrasion-resistant film | membrane which has the complex oxide which controlled the composition with high precision can be manufactured at low cost.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、基材上に本発明の耐摩耗性皮膜を施した場合の一実施形態の断面図を示す。基材10上に、中間層11、表層12、最表層13の順に積層されている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of one embodiment when the abrasion-resistant film of the present invention is applied on a substrate. On the base material 10, the intermediate layer 11, the surface layer 12, and the outermost layer 13 are laminated in this order.

基材10は、高速度工具鋼(SKH)や超硬工具鋼などとすることができる。   The substrate 10 may be high speed tool steel (SKH), carbide tool steel, or the like.

表層12としては、金属窒化物が用いられる。具体的には、TiAlN、AlCrSiN、AlZrSiN、AlCrN、及びTiNから選択されるいずれか一つとされる。表層5の厚さは、3〜5μmが好適である。この表層により耐摩耗性が発揮され、ドライカット加工に適した工具が提供される。   As the surface layer 12, a metal nitride is used. Specifically, it is any one selected from TiAlN, AlCrSiN, AlZrSiN, AlCrN, and TiN. The thickness of the surface layer 5 is preferably 3 to 5 μm. This surface layer exhibits wear resistance and provides a tool suitable for dry cutting.

中間層11は、下地層と、この下地層上に成膜された組成傾斜層とを備えている。
下地層としては、表層12との密着性を考慮して、TiN又はCrNが用いられる。例えば、表層12にTiAlNが用いられる場合は下地層としてTiNを用い、表層12にAlCrSiNが用いられる場合にはCrNを用いると好適である。
組成傾斜層は、下方の下地層および上方の表層の組成に応じた組成を有する。例えば、表層12にAlCrSiNが用いられ、下地層にCrNが用いられる場合には、AlCrSiNとCrNとが一様に混ざり合った層となる。組成傾斜層の組成比は、表層12の組成成分に対する下地層の組成成分の量比で、1:5〜5:1の範囲で調整される。
The intermediate layer 11 includes a base layer and a composition gradient layer formed on the base layer.
As the underlayer, TiN or CrN is used in consideration of adhesion with the surface layer 12. For example, when TiAlN is used for the surface layer 12, TiN is preferably used as the underlayer, and when AlCrSiN is used for the surface layer 12, CrN is preferably used.
The composition gradient layer has a composition corresponding to the composition of the lower base layer and the upper surface layer. For example, when AlCrSiN is used for the surface layer 12 and CrN is used for the underlayer, the AlCrSiN and CrN are uniformly mixed. The composition ratio of the composition gradient layer is the ratio of the composition component of the underlayer to the composition component of the surface layer 12 and is adjusted in the range of 1: 5 to 5: 1.

最表層13は、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物で形成される。例えば、LiとAlとを含む酸化物、LiとAlとMgとを含む酸化物などが挙げられる。このような複合酸化物は、硬度が高く、酸化開始温度が1300度前後と優れた耐酸化性を示し、高い耐磨耗性を有する。   The outermost layer 13 is formed of a composite oxide containing at least Li and Al in which carbon is dissolved. For example, an oxide containing Li and Al, an oxide containing Li, Al, and Mg can be given. Such a complex oxide has high hardness, excellent oxidation resistance of about 1300 ° C. oxidation start temperature, and high wear resistance.

上記のように、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物は、高い硬度と優れた耐酸化性及び耐磨耗性を有し、良好な潤滑性を示す。そのため、最表層13に割れや剥離が生じるのを防止するとともに、工具と加工物との間の摩擦を小さくして加工時に発生する摩擦熱を低減させて表層12の酸化を防止し、耐摩耗性に優れた皮膜となる。   As described above, a composite oxide containing at least Li and Al in which carbon is solid-dissolved has high hardness, excellent oxidation resistance and wear resistance, and exhibits good lubricity. Therefore, the outermost layer 13 is prevented from being cracked or peeled off, and the friction between the tool and the work piece is reduced to reduce the frictional heat generated during the processing to prevent the surface layer 12 from being oxidized and wear resistant. A film with excellent properties.

最表層12に固溶される炭素は、0.1〜10at%であることが好ましい。0.1at%未満であると、十分な潤滑性が発揮されず、加工時に最表層13の剥離が発生する。一方、10at%を超えると、最表層13内に内部応力が発生し、最表層13の割れが発生する。より好ましくは0.1〜3at%とされる。   The carbon dissolved in the outermost layer 12 is preferably 0.1 to 10 at%. If it is less than 0.1 at%, sufficient lubricity is not exhibited, and peeling of the outermost layer 13 occurs during processing. On the other hand, if it exceeds 10 at%, an internal stress is generated in the outermost layer 13 and the outermost layer 13 is cracked. More preferably, it is 0.1 to 3 at%.

また、最表層13の厚さは、0.5〜2μmの範囲であることが好ましい。0.5μm未満だと、表層12の酸化を防止するのに十分な厚さを得ることができず、また加工時や大きな外力が加わったときに最表層13に割れが発生するなど、十分な皮膜強度を得ることができない。また厚さが2μmを超えると、最表層13の内部応力が大きくなり、微細な割れが発生しやすくなる。   The thickness of the outermost layer 13 is preferably in the range of 0.5 to 2 μm. When the thickness is less than 0.5 μm, it is not possible to obtain a sufficient thickness to prevent the surface layer 12 from being oxidized, and the outermost layer 13 is sufficiently cracked during processing or when a large external force is applied. The film strength cannot be obtained. On the other hand, when the thickness exceeds 2 μm, the internal stress of the outermost layer 13 becomes large and fine cracks are likely to occur.

最表層に発生した割れや剥離から酸素が表層12に到達し、表層12の酸化を進行させてしまうので、上記のように最表層に固溶される炭素の比率や最表層の厚さを調整することが好ましい。   Oxygen reaches the surface layer 12 from cracks and peeling that occurred in the outermost layer and causes the surface layer 12 to oxidize, so the ratio of carbon dissolved in the outermost layer and the thickness of the outermost layer are adjusted as described above. It is preferable to do.

上記の複合酸化物は、有機金属錯体を用いたCVD法により形成されることが好ましい。原料である有機金属錯体は構造中に炭素を含むため、有機金属錯体を酸化させて酸化物を基材上に成膜する際に原料由来の炭素が膜中に残留する。従って、有機金属錯体を用いたCVD法は、複合酸化物中に炭素を容易に固溶させることできるという利点がある。   The complex oxide is preferably formed by a CVD method using an organometallic complex. Since the organometallic complex as a raw material contains carbon in the structure, carbon derived from the raw material remains in the film when the organometallic complex is oxidized to form an oxide film on the substrate. Therefore, the CVD method using an organometallic complex has an advantage that carbon can be easily dissolved in the composite oxide.

次に、本発明の耐摩耗性皮膜を製造するためのCVD装置を説明する。
図2のCVD装置20は、複数の気化器21a,21b,21cと、複数の気化器それぞれに接続するキャリアガス供給装置22a,22b,22cと、混合層23と、噴射ノズル24と、成膜炉25とを備える。
Next, a CVD apparatus for producing the wear resistant film of the present invention will be described.
2 includes a plurality of vaporizers 21a, 21b, and 21c, carrier gas supply devices 22a, 22b, and 22c connected to the plurality of vaporizers, a mixed layer 23, an injection nozzle 24, and a film formation. A furnace 25.

気化器21a,21b,21cは、最表層の原料となる有機金属錯体を蒸発させて気化させるものである。なお、図2の装置20は気化器を3つ備えているが、使用する蒸発原料の数に対応させて気化器を備えることができる.   The vaporizers 21a, 21b, and 21c evaporate and vaporize the organometallic complex that is the raw material of the outermost layer. In addition, although the apparatus 20 of FIG. 2 includes three vaporizers, it can include vaporizers corresponding to the number of evaporation raw materials to be used.

各気化器21a,21b,21cの上流には、それぞれキャリアガス供給装置22a,22b,22cが接続されている。キャリアガス供給装置22a,22b,22cから供給されたキャリアガスによって、蒸発した原料が混合槽23に送られる。   Carrier gas supply devices 22a, 22b, and 22c are connected upstream of the vaporizers 21a, 21b, and 21c, respectively. The evaporated raw material is sent to the mixing tank 23 by the carrier gas supplied from the carrier gas supply devices 22a, 22b, and 22c.

混合槽23で、各気化原料と、添加ガス供給装置(図示せず)から供給された添加ガスとを混合する。   In the mixing tank 23, each vaporized raw material and the additive gas supplied from the additive gas supply device (not shown) are mixed.

ノズル24から、気化原料と添加ガスの混合ガスを成膜炉25内に噴射する。成膜炉25内には、工具などの被成膜物26を配置する固定台31が設置される。固定台31はモータ32によって回転可能になっている。モータ32下部に設置された油圧リフタなどの固定台昇降機構(図示せず)によって、固定台31の出し入れを行う。キャリアガス、余剰の気化原料及び添加ガスなどは、排気口33より成膜炉外に排出される。   From the nozzle 24, a gas mixture of vaporized raw material and additive gas is injected into the film forming furnace 25. In the film forming furnace 25, a fixed base 31 on which a film forming object 26 such as a tool is disposed is installed. The fixed base 31 can be rotated by a motor 32. The fixed base 31 is moved in and out by a fixed base lifting mechanism (not shown) such as a hydraulic lifter installed under the motor 32. Carrier gas, excess vaporized raw material, additive gas, and the like are discharged out of the film forming furnace through the exhaust port 33.

図2のCVD装置を用いた耐摩耗性皮膜の製造方法は以下の通りである。
中間層11及び表層12は、基材10に対して、アーク式イオンプレーティングや高周波スパッタリングなどを施して成膜される。
例えば、アーク式イオンプレーティングによって成膜する場合、真空容器内に、基材10を保持するホルダと、このホルダに対向する位置に設けたターゲットとを配置し、ホルダとターゲットとの間に直流電圧を印可してプラズマを発生させた上で、窒素ガスを供給することによってアーク放電を生じさせ、これにより基材10上に成膜を行う。中間層11及び表層12の組成に応じて、ターゲットの種類および数を変更する。例えば、中間層11の下地層としてCrNを成膜する場合には、ターゲットに純クロム(Cr:100%)を用い、表層12としてAlCrSiNを成膜する場合には、Al,Cr,Siからなる合金を用いる。
The manufacturing method of the abrasion-resistant film using the CVD apparatus of FIG. 2 is as follows.
The intermediate layer 11 and the surface layer 12 are formed by subjecting the base material 10 to arc ion plating, high frequency sputtering, or the like.
For example, when a film is formed by arc type ion plating, a holder for holding the substrate 10 and a target provided at a position facing the holder are arranged in a vacuum vessel, and a direct current is provided between the holder and the target. A plasma is generated by applying a voltage, and then an arc discharge is generated by supplying nitrogen gas, thereby forming a film on the substrate 10. The type and number of targets are changed according to the composition of the intermediate layer 11 and the surface layer 12. For example, when CrN is formed as a base layer of the intermediate layer 11, pure chromium (Cr: 100%) is used as the target, and when AlCrSiN is formed as the surface layer 12, it is made of Al, Cr, Si. Use an alloy.

上記の方法で成膜した表層12上に、図2に示す大気圧CVD装置20によって、最表層13を成膜する。以下では、最表層13としてLiMgAlO系複合酸化物を形成する場合を例に挙げて説明する。   On the surface layer 12 formed by the above method, the outermost layer 13 is formed by the atmospheric pressure CVD apparatus 20 shown in FIG. Hereinafter, a case where a LiMgAlO-based composite oxide is formed as the outermost layer 13 will be described as an example.

被成膜物26を固定台31に設置し成膜炉25内に導入する。成膜炉25の周囲に配置されたヒータ30により成膜炉内を加熱する。   The deposition target 26 is placed on the fixed base 31 and introduced into the deposition furnace 25. The inside of the film forming furnace is heated by a heater 30 arranged around the film forming furnace 25.

気化器21a,21b,21cを、有機金属錯体の気化温度付近までヒータ(図示せず)によって加熱する。気化器の温度が設定値まで到達した後、気化器21a,21b,21cに、複合酸化膜の原料である有機金属錯体を入れる。例えば、気化器21aには、リチウムジピバロイルメタネート、t−ブトキシリチウム、リチウムアセチルアセトナートなどのLiを含む有機金属錯体を入れる。気化器21bには、アルミニウムアセチルアセトナート、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリジピバロイルメタネートなどのAlを含む有機金属錯体を入れる。気化器21cには、マグネシウムビスアセチルアセトナート、マグネシウムビスジピバロイルメタネートなどのMgを含む有機金属錯体を入れる。   The vaporizers 21a, 21b, and 21c are heated by a heater (not shown) to near the vaporization temperature of the organometallic complex. After the vaporizer temperature reaches the set value, the organometallic complex that is the raw material of the composite oxide film is put into the vaporizers 21a, 21b, and 21c. For example, the vaporizer 21a contains an organometallic complex containing Li such as lithium dipivaloylmethanate, t-butoxylithium, lithium acetylacetonate. The vaporizer 21b is charged with an organometallic complex containing Al such as aluminum acetylacetonate, aluminum isopropoxide, aluminum tridipivaloylmethanate. The vaporizer 21c is charged with an organometallic complex containing Mg such as magnesium bisacetylacetonate and magnesium bisdipivaloylmethanate.

気化された各原料は、キャリアガス供給装置22a,22b,22cから供給されるキャリアガスとしてのNガスまたはArガスによって、混合槽23へ搬送される。気化器の温度及びキャリアガス流量を調整することにより、LiとAlとMgが所定のモル比となる複合酸化物を得ることができる。キャリアガス流量は、流量計28a,28b,28cで制御する。ここで、配管27a、27b、27cを、各気化器の設定温度より10℃程度高く加熱しておくと、搬送途中に原料が配管内側に凝縮するのを防止することができる。 Each vaporized raw material is conveyed to the mixing tank 23 by N 2 gas or Ar gas as a carrier gas supplied from the carrier gas supply devices 22a, 22b, and 22c. By adjusting the temperature of the vaporizer and the flow rate of the carrier gas, a composite oxide in which Li, Al, and Mg have a predetermined molar ratio can be obtained. The carrier gas flow rate is controlled by flow meters 28a, 28b, 28c. Here, if the pipes 27a, 27b, and 27c are heated about 10 ° C. higher than the set temperature of each vaporizer, it is possible to prevent the raw material from condensing inside the pipes during the conveyance.

混合槽23内で、搬送された気化原料と、添加ガス供給装置(図示せず)から供給された添加ガスとを混合する。添加ガスには、Oガス、水蒸気または空気が用いられる。所定の酸素モル比となり、所定量の炭素が複合酸化物中に含有されるように、流量計29で添加ガス流量を調整する。 In the mixing tank 23, the vaporized raw material conveyed and the additive gas supplied from the additive gas supply device (not shown) are mixed. As the additive gas, O 2 gas, water vapor, or air is used. The additive gas flow rate is adjusted by the flow meter 29 so that a predetermined oxygen molar ratio is obtained and a predetermined amount of carbon is contained in the composite oxide.

混合された気化原料と添加ガスは、ノズル24に搬送され、ノズル24から成膜炉25内へと噴射される。成膜炉25内で原料ガスが添加ガスと反応し、被成膜物26表面にLiMgAlO系複合酸化物が成膜される。このとき、有機金属錯体の官能基全てが分解し酸素と反応しないので、複合酸化物中に原料由来の炭素が残留する。   The mixed vaporized raw material and additive gas are conveyed to the nozzle 24 and injected from the nozzle 24 into the film forming furnace 25. The source gas reacts with the additive gas in the film forming furnace 25, and a LiMgAlO-based composite oxide is formed on the surface of the film formation object 26. At this time, since all functional groups of the organometallic complex are decomposed and do not react with oxygen, carbon derived from the raw material remains in the composite oxide.

所定の膜厚まで成膜した後、原料ガスの供給を停止して成膜を終了する。Nガス雰囲気で炉内を冷却後、成膜炉25から被成膜物26を取り出す。 After film formation to a predetermined film thickness, supply of the source gas is stopped and film formation is completed. After cooling the inside of the furnace in an N 2 gas atmosphere, the film formation target 26 is taken out from the film formation furnace 25.

次に、本発明の耐摩耗性皮膜を製造するための別のCVD装置を説明する。
図3のCVD装置40は、複数の気化器41a,41b,41cと、複数の気化器それぞれに接続するキャリアガス供給装置42a,42b,42cと、ノズル44と、成膜炉45とを備える。図2のCVD装置と比較すると、図3のCVD装置は混合槽が無く、ノズルと気化器との間で、蒸発させた原料をそれぞれ添加ガスと混合する構成になっている。
Next, another CVD apparatus for producing the wear-resistant film of the present invention will be described.
3 includes a plurality of vaporizers 41a, 41b, and 41c, carrier gas supply devices 42a, 42b, and 42c connected to each of the plurality of vaporizers, a nozzle 44, and a film forming furnace 45. Compared with the CVD apparatus of FIG. 2, the CVD apparatus of FIG. 3 has no mixing tank, and is configured to mix the evaporated raw material with the additive gas between the nozzle and the vaporizer.

図3のCVD装置を用いた耐摩耗性皮膜の製造方法は以下の通りである。
中間層11及び表層12は、上記の製造方法と同様に、アーク式イオンプレーティングによって基材10上に成膜される。
The manufacturing method of the abrasion-resistant film using the CVD apparatus of FIG. 3 is as follows.
The intermediate layer 11 and the surface layer 12 are formed on the substrate 10 by arc type ion plating in the same manner as in the above manufacturing method.

上記の方法で成膜した表層12上に、図3に示す大気圧CVD装置40によって、最表層13を成膜する。以下では、最表層13をLiMgAlO系複合酸化物とした場合を例に挙げて説明する。   On the surface layer 12 formed by the above method, the outermost layer 13 is formed by the atmospheric pressure CVD apparatus 40 shown in FIG. Hereinafter, the case where the outermost layer 13 is a LiMgAlO-based composite oxide will be described as an example.

気化器41a,41b,41cを、ヒータ(図示せず)によって各有機金属錯体の気化温度付近まで加熱する。その後、上記に列挙した有機金属錯体を気化器41a,41b,41cに入れ、有機金属錯体を気化させる。   The vaporizers 41a, 41b, and 41c are heated to near the vaporization temperature of each organometallic complex by a heater (not shown). Thereafter, the organometallic complexes listed above are put into the vaporizers 41a, 41b, and 41c to vaporize the organometallic complexes.

気化された各原料は、キャリアガス供給装置42a,42b,42cから供給されるキャリアガスとしてのNガスまたはArガスによって、ノズル44へ搬送される。気化器の温度、及び流量計48a,48b,48cによりキャリアガス流量を調整し、LiとMgとAlが所定のモル比となる複合酸化物を得ることができる。ここで、気化器41a,41b,41cからノズル44まで原料が搬送される配管47a、47b、47cを、各気化器の設定温度より10℃程度高く加熱し、原料が配管内側に凝縮するのを防止する。 Each vaporized raw material is conveyed to the nozzle 44 by N 2 gas or Ar gas as a carrier gas supplied from the carrier gas supply devices 42a, 42b, 42c. By adjusting the temperature of the vaporizer and the flow rate of the carrier gas with the flow meters 48a, 48b, and 48c, a composite oxide in which Li, Mg, and Al have a predetermined molar ratio can be obtained. Here, the pipes 47a, 47b, 47c through which the raw material is conveyed from the vaporizers 41a, 41b, 41c to the nozzle 44 are heated to about 10 ° C. higher than the set temperature of each vaporizer, and the raw material is condensed inside the pipe. To prevent.

気化器41a,41b,41cとノズル44との間で、添加ガス供給装置(図示せず)から供給された添加ガスと気化器41a,41b,41cで気化された原料とをそれぞれ混合する。所定の酸素モル比となり、所定量の炭素が複合酸化物に含まれるように、流量計49a,49b,49cにより添加ガス流量を調整する。   Between the vaporizers 41a, 41b, and 41c and the nozzle 44, the additive gas supplied from the additive gas supply device (not shown) and the raw material vaporized in the vaporizers 41a, 41b, and 41c are mixed. The additive gas flow rate is adjusted by the flow meters 49a, 49b, and 49c so that a predetermined oxygen molar ratio is obtained and a predetermined amount of carbon is included in the composite oxide.

混合した気化原料と添加ガスを、ノズル44から成膜炉45内へと噴射する。成膜炉内で気化原料が添加ガスと反応し、被成膜物46表面にLiMgAlO系複合酸化物が成膜される。このとき、複合酸化物中に原料由来の炭素が残留する。   The mixed vaporized raw material and additive gas are injected from the nozzle 44 into the film forming furnace 45. The vaporized raw material reacts with the additive gas in the film forming furnace, and a LiMgAlO-based composite oxide is formed on the surface of the film formation target 46. At this time, carbon derived from the raw material remains in the composite oxide.

所定の膜厚まで成膜した後、原料ガスの供給を停止して成膜を終了する。Nガス雰囲気で炉内を冷却後、成膜炉45から被成膜物46を取り出す。 After film formation to a predetermined film thickness, supply of the source gas is stopped and film formation is completed. After cooling the inside of the furnace in an N 2 gas atmosphere, the film formation object 46 is taken out from the film formation furnace 45.

(実施例1)
高速度工具鋼(SKH51)上に、アーク式イオンプレーティング装置によりTiNを1μm、次いで同装置で連続してTiAlNを4μm成膜した。成膜は、Nガス圧力2.7Pa、基板温度400℃、バイアス電圧−40Vで実施した。
Example 1
On the high-speed tool steel (SKH51), TiN was deposited in a thickness of 1 μm using an arc ion plating apparatus, and then 4 μm of TiAlN was continuously formed using the apparatus. The film formation was performed at an N 2 gas pressure of 2.7 Pa, a substrate temperature of 400 ° C., and a bias voltage of −40V.

次いで、図2のCVD装置を用いてLiとAlを含む複合酸化物からなる最表層を成膜した。
〔成膜条件〕
基材:高速度工具鋼の表面にTiAlNを成膜したもの
大きさ:20mm×20mm×3mm
基材温度:450℃
成膜圧力:大気圧
膜原料:リチウムジピバロイルメタネート(気化器21a)、アルミニウムアセチルアセトナート(気化器21b)
気化器温度:350℃(気化器21a)、230℃(気化器21b)
キャリアガス:窒素ガス(N
キャリアガス流量:2〜50L/min
添加ガス:酸素ガス(O
添加ガス流量:0〜10L/min
Next, an outermost layer made of a composite oxide containing Li and Al was formed using the CVD apparatus shown in FIG.
[Film formation conditions]
Base material: TiAlN film formed on the surface of high-speed tool steel Size: 20 mm × 20 mm × 3 mm
Substrate temperature: 450 ° C
Film forming pressure: Atmospheric pressure film Raw material: Lithium dipivaloylmethanate (vaporizer 21a), aluminum acetylacetonate (vaporizer 21b)
Vaporizer temperature: 350 ° C. (vaporizer 21a), 230 ° C. (vaporizer 21b)
Carrier gas: Nitrogen gas (N 2 )
Carrier gas flow rate: 2-50 L / min
Additive gas: Oxygen gas (O 2 )
Additive gas flow rate: 0 to 10 L / min

〔成膜手順〕
(1)Nガス雰囲気の成膜炉25内で、中間層11及び表層12を形成した基材10をヒータ30により450℃まで加熱した。
(2)気化器21aを350℃まで、気化器21bを230℃まで加熱した。
(3)ガスが供給される配管27a,27bを、それぞれ気化器21a及び21bの設定温度+10℃まで加熱した。
(4)基材の温度、気化器21a及び21bの温度、及び成膜炉25内の温度がそれぞれの目標温度に到達したら、リチウムジピバロイルメタネートを気化器21a内に、アルミニウムアセチルアセトナートを気化器21b内に入れ、複合酸化物が所定の組成比となるように、キャリアガス供給装置22a,22bから各気化器に所定の流量のNガスを流入させた。
(5)混合槽23にOガスを、所定の組成比となる流量で供給した。
(6)ノズル24から原料ガスとOガスの混合ガスを成膜炉内に噴射し、炭素1at%固溶LiAlOを基材上に成膜した。
(7)LiAlOを1μmまで成膜した後、原料ガスの供給を停止した。Nガス雰囲気で200℃まで炉冷後、成膜容器から取り出し、耐摩耗性皮膜が形成された基材を得た。
[Deposition procedure]
(1) The substrate 10 on which the intermediate layer 11 and the surface layer 12 were formed was heated to 450 ° C. by the heater 30 in the film forming furnace 25 in an N 2 gas atmosphere.
(2) The vaporizer 21a was heated to 350 ° C and the vaporizer 21b was heated to 230 ° C.
(3) The pipes 27a and 27b supplied with the gas were heated to the set temperature of the vaporizers 21a and 21b + 10 ° C., respectively.
(4) When the temperature of the substrate, the temperatures of the vaporizers 21a and 21b, and the temperature in the film forming furnace 25 reach the respective target temperatures, lithium dipivaloylmethanate is added to the vaporizer 21a and aluminum acetylacetate. put inert to the vaporizer 21b, as the composite oxide becomes a predetermined composition ratio, carrier gas supply unit 22a, from 22b to each vaporizer allowed to flow into predetermined flow rate of N 2 gas.
(5) O 2 gas was supplied to the mixing tank 23 at a flow rate at a predetermined composition ratio.
(6) A mixed gas of raw material gas and O 2 gas was injected from the nozzle 24 into the film forming furnace, and carbon 1 at% solid solution LiAlO 2 was formed on the substrate.
(7) After the LiAlO 2 film was formed to 1 μm, the supply of the source gas was stopped. After the furnace was cooled to 200 ° C. in an N 2 gas atmosphere, the substrate was taken out from the film formation container to obtain a substrate on which an abrasion-resistant film was formed.

(実施例2)
実施例1と同様にして、炭素1at%固溶LiAl2.33を成膜した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a 1 at% carbon solid solution LiAl 2.33 O 4 film was formed.

(実施例3)
実施例1と同様にして、高速度工具鋼上にTiN及びTiAlNを成膜した。
次いで、図2のCVD装置を用いてLiとMgとAlとを含む複合酸化物からなる最表層を成膜した。成膜条件及び成膜手順は、実施例1及び2の場合に加えて、気化器21cの温度を140℃とし、膜原料としてマグネシウムビスアセチルアセトナートを気化器21cに入れて気化させて、炭素1at%固溶LiMg0.25Al1.5を1μmまで成膜した。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, TiN and TiAlN were formed on high-speed tool steel.
Next, an outermost layer made of a composite oxide containing Li, Mg, and Al was formed using the CVD apparatus shown in FIG. In addition to the cases of Examples 1 and 2, the film forming conditions and the film forming procedure were such that the temperature of the vaporizer 21c was 140 ° C., magnesium bisacetylacetonate was vaporized as a film raw material in the vaporizer 21c, and carbon A 1 at% solid solution LiMg 0.25 Al 1.5 O 3 film was formed to 1 μm.

(実施例4)
実施例3と同様にして、炭素1at%固溶LiMg0.25Alを成膜した。
Example 4
In the same manner as in Example 3, a 1 at% carbon solid solution LiMg 0.25 Al 2 O 4 film was formed.

実施例1から4の耐摩耗性皮膜の硬度を、マイクロビッカース硬度計を用い、10g、10秒にて測定した。
酸化開始温度は、大きさが12×5×0.05mmの白金板上にTiAlNと実施例1から実施例4に記載の複合酸化膜を成膜し、示差熱天秤(TG−DTA)を用い、酸化による重量増加と発熱が開始する温度を分析し、決定した。測定条件は、最高加熱温度1400℃、昇温温度10℃/minとした。
The hardness of the abrasion-resistant films of Examples 1 to 4 was measured at 10 g for 10 seconds using a micro Vickers hardness meter.
The oxidation start temperature was obtained by forming TiAlN and a composite oxide film described in Examples 1 to 4 on a platinum plate having a size of 12 × 5 × 0.05 mm and using a differential thermal balance (TG-DTA). The temperature at which the weight increase due to oxidation and the exotherm began were analyzed and determined. The measurement conditions were a maximum heating temperature of 1400 ° C. and a temperature increase temperature of 10 ° C./min.

実施例1から4に記載の複合酸化膜を最表層に形成した耐摩耗性皮膜の硬度、酸化開始温度、計算により算出された摩擦係数を表1に示す。

Figure 2009084654
実施例1から4の複合酸化膜を最表層に形成した耐摩耗性皮膜は、3000〜3600Hvと非常に高い硬度を有するので割れが発生しにくい。また、酸化開始温度が1300℃前後と高温である。そのため、耐摩耗性に優れ、高速加工時に切削温度が上昇しても表層が酸化されて剥離が生じにくい皮膜となる。さらに、摩擦係数が0.20〜0.23と小さく、加工時に発生する摩擦熱が小さいので、高速加工を行っても皮膜の温度上昇を抑えることができ、表層の酸化を防止することができる。 Table 1 shows the hardness, oxidation start temperature, and coefficient of friction calculated by calculation of the wear-resistant coating formed with the composite oxide film described in Examples 1 to 4 as the outermost layer.
Figure 2009084654
The wear-resistant film in which the composite oxide film of Examples 1 to 4 is formed on the outermost layer has a very high hardness of 3000 to 3600 Hv, so that it is difficult for cracks to occur. The oxidation start temperature is as high as around 1300 ° C. Therefore, it is excellent in wear resistance, and even if the cutting temperature rises during high-speed machining, the surface layer is oxidized and a film that does not easily peel off is obtained. Furthermore, since the friction coefficient is as small as 0.20 to 0.23 and the frictional heat generated during processing is small, the temperature rise of the film can be suppressed even when high-speed processing is performed, and oxidation of the surface layer can be prevented. .

従って、本発明の耐摩耗性皮膜を加工面に備えたドライカット工具、及びこのドライカット工具を用いた切削装置は、高速加工に使用しても耐摩耗性皮膜に割れや剥離が発生しにくいので、工具寿命を長くなる。   Therefore, the dry cut tool having the wear-resistant film of the present invention on the machined surface and the cutting apparatus using this dry-cut tool are less likely to crack or peel off the wear-resistant film even when used for high-speed machining. So the tool life is extended.

本発明の一実施形態にかかる耐摩耗性皮膜を基材上に施した場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of giving the abrasion-resistant film | membrane concerning one Embodiment of this invention on a base material. 本発明の耐摩耗性皮膜を製造するための装置である。It is an apparatus for manufacturing the abrasion-resistant film of the present invention. 本発明の耐摩耗性皮膜を製造するための別の装置である。It is another apparatus for manufacturing the abrasion-resistant film of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 基材 11 中間層 12 表層 13 最表層
20,40 CVD装置 21,41 気化器 22,42 キャリアガス供給装置
23 混合槽 24,44 噴射ノズル 25,45 成膜炉
26,46 被成膜物 27,47 配管 28,29,48,49 流量計
30,50 ヒータ 31,51 固定台 32,52 モータ
33,53 排気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Base material 11 Intermediate | middle layer 12 Surface layer 13 Outermost layer 20, 40 CVD apparatus 21, 41 Vaporizer 22, 42 Carrier gas supply apparatus 23 Mixing tank 24, 44 Injection nozzle 25, 45 Film-forming furnace 26, 46 Film-forming object 27 , 47 Piping 28, 29, 48, 49 Flow meter 30, 50 Heater 31, 51 Fixing base 32, 52 Motor
33,53 Exhaust port

Claims (13)

基材上に形成され、金属窒化物とされた表層を備えた耐摩耗性皮膜であって、前記表層上に該表層を皮膜する最表層が設けられ、該最表層が、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物であることを特徴とする耐摩耗性皮膜。   A wear-resistant film formed on a substrate and having a surface layer formed of a metal nitride, the outermost layer coating the surface layer is provided on the surface layer, and the outermost layer is a solid solution of carbon. A wear-resistant film characterized by being a composite oxide containing at least Li and Al. 前記最表層に固溶された炭素が、0.1〜10at%であることを特徴とする請求項1記載の耐摩耗性皮膜。   The wear-resistant film according to claim 1, wherein carbon dissolved in the outermost layer is 0.1 to 10 at%. 前記最表層の厚さが、0.5〜2μmであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐摩耗性皮膜。   The abrasion-resistant film according to claim 1 or 2, wherein the outermost layer has a thickness of 0.5 to 2 µm. 前記金属窒化物が、TiAlN、AlCrSiN、AlZrSiN、AlCrN、及びTiNから選択されるいずれか一つであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の耐摩耗性皮膜。   The wear-resistant coating film according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal nitride is any one selected from TiAlN, AlCrSiN, AlZrSiN, AlCrN, and TiN. . 前記基材と前記表層との間に、更にCrN又はTiN層の中間層を設けたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の耐摩耗性皮膜。   The wear resistant film according to any one of claims 1 to 4, wherein an intermediate layer of a CrN or TiN layer is further provided between the base material and the surface layer. 前記最表層が、有機金属錯体を用いたCVD法によって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の耐摩耗性皮膜。   6. The wear-resistant film according to claim 1, wherein the outermost layer is formed by a CVD method using an organometallic complex. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載された耐摩耗性皮膜が、加工面に形成されていることを特徴とする工具。   A tool characterized in that the wear-resistant coating according to any one of claims 1 to 6 is formed on a machined surface. 切削油を用いずに切削を行うドライカット加工に用いられることを特徴とする請求項7記載の工具。   The tool according to claim 7, wherein the tool is used for dry cut processing in which cutting is performed without using cutting oil. 請求項7又は請求項8に記載の切削工具を用いて切削部が構成されていることを特徴とする切削装置。 A cutting device, wherein a cutting portion is configured using the cutting tool according to claim 7 or 8. 前記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の耐摩耗性皮膜を形成するための装置であって、少なくとも、前記有機金属錯体を気化させるための複数の気化器と、該複数の気化器で気化された前記有機金属錯体と添加ガスとを混合するための混合槽と、該混合槽で混合された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスを成膜炉内へと噴射するためのノズルと、該ノズルから噴射された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、前記基材上に形成された前記表層上に前記最表層を設けるための成膜炉とを備えることを特徴とする装置。   An apparatus for forming an abrasion-resistant film according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a plurality of vaporizers for vaporizing the organometallic complex, and the plurality of vaporizers A mixing tank for mixing the organometallic complex vaporized by the vaporizer and the additive gas, and the vaporized organometallic complex and the additive gas mixed in the mixing tank are injected into the film forming furnace. For providing the outermost layer on the surface layer formed on the substrate by reacting the vaporized organometallic complex injected from the nozzle with the additive gas at atmospheric pressure. An apparatus comprising: a film forming furnace. 請求項10に記載の装置を用い、前記有機金属錯体を前記複数の気化器で気化し、該気化した有機金属錯体と添加ガスとを前記混合槽内で混合し、前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスをノズルから成膜炉内へと噴射し、前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物からなる前記最表層を、前記基材上に形成された前記表層上に設けることを特徴とする耐摩耗性皮膜の製造方法。   The apparatus according to claim 10, wherein the organometallic complex is vaporized by the plurality of vaporizers, the vaporized organometallic complex and an additive gas are mixed in the mixing tank, and the vaporized organometallic complex is mixed. And the additive gas is injected into the film forming furnace from the nozzle, the vaporized organometallic complex and the additive gas are reacted at atmospheric pressure, and a composite containing at least Li and Al in which carbon is dissolved. A method for producing an abrasion-resistant film, wherein the outermost layer made of an oxide is provided on the surface layer formed on the substrate. 前記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の耐摩耗性皮膜を形成するための装置であって、少なくとも、前記有機金属錯体を気化させるための複数の気化器と、該複数の気化器で前記気化された有機金属錯体と添加ガスとを成膜炉内へと噴射するためのノズルと、該ノズルから噴射された前記気化された有機金属錯体と前記添加ガスとを大気圧で反応させて、前記基材上に形成された前記表層上に前記最表層を設けるための成膜炉とを備えることを特徴とする装置。   An apparatus for forming an abrasion-resistant film according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a plurality of vaporizers for vaporizing the organometallic complex, and the plurality of vaporizers A nozzle for injecting the vaporized organometallic complex and the additive gas into the film forming furnace with a vaporizer, and the vaporized organometallic complex and the additive gas injected from the nozzle at atmospheric pressure. An apparatus comprising: a film-forming furnace for reacting and providing the outermost layer on the surface layer formed on the substrate. 請求項12に記載の装置を用い、前記有機金属錯体を前記複数の気化器で気化し、該気化された有機金属錯体と添加ガスとをノズルから成膜炉内へと噴射し、前記気化された有機金属錯体と添加ガスとを大気圧で反応させて、炭素が固溶された少なくともLiとAlとを含む複合酸化物からなる前記最表層を、前記基材上に形成された前記表層上に設けることを特徴とする耐摩耗性皮膜の製造方法。   The apparatus according to claim 12, wherein the organometallic complex is vaporized by the plurality of vaporizers, the vaporized organometallic complex and an additive gas are injected from a nozzle into a film forming furnace, and the vaporized The outermost layer made of a complex oxide containing at least Li and Al in which carbon is solid-dissolved by reacting the organometallic complex and the additive gas at atmospheric pressure is formed on the surface layer formed on the substrate. A method for producing a wear-resistant coating, comprising:
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JP2011500964A (en) * 2007-10-16 2011-01-06 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ Object coated with hard substance and method of manufacturing the same
JP2012001744A (en) * 2010-06-14 2012-01-05 Ntn Corp TiAlN FILM AND TiAlN FILM-FORMED BODY
WO2025106467A1 (en) * 2023-11-15 2025-05-22 Florida State University Research Foundation, Inc. Solid oxide electrolytes and methods for making the same

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