JP4155641B2

JP4155641B2 - 耐摩耗性被膜およびその製造方法ならびに耐摩耗部材

Info

Publication number: JP4155641B2
Application number: JP30496098A
Authority: JP
Inventors: 誠瀬戸山; 正憲辻岡; 信行北川
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JP2000129445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削工具、耐摩工具、電気・電子部品、摺動部品、機械部品の耐摩耗性、耐熱性、耐食性を向上させる被膜およびその製造方法ならびに基材上に被膜を形成した耐摩耗部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切削工具においては、その耐摩耗性を向上させるために、母材表面にＰＶＤ法やＣＶＤ法でＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物やアルミナからなる化合物層を１層もしくは複合して多層にした耐摩耗性被膜を設けることが一般化している。
【０００３】
ＰＶＤ法による被覆では、母材強度の劣化を招かずに耐摩耗性を高め得るという利点があることから、ドリル、エンドミル、フライス用スローアウェイチップ等、強度の要求される切削工具に、かかる表面被覆が多用されている。
【０００４】
一方、ＣＶＤ法による被膜はＴｉＮ，ＴｉＣＮ，Ａｌ₂Ｏ₃が一般的である。特に、Ａｌ₂Ｏ₃は耐熱性、化学的な安定性が高く、広範な切削用途に適用されている。
【０００５】
また、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法により形成されたＡｌの酸化物による被膜の従来技術として、ＡｌとＳｉとＴｉの非晶質酸化物層が、特開平９−２４８７０２号に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＶＤ法により被覆される被膜は、耐摩耗性、耐熱性が十分とはいえず、特に高速切削用途では工具寿命が短いという問題が有る。また、ＣＶＤ法による被膜は、一般的に膜に引っ張り応力が入っており、衝撃に弱い上、硬度が充分に高いとはいえず、耐摩耗性が不十分である。
【０００７】
さらに、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法の工具寿命が短いという欠点を補うため、特開平９−２４８７０２号には、ＡｌとＳｉとＴｉの非晶質酸化物層を被覆層に含んだ表面被覆切削工具が開示されている。しかし、非晶質の酸化物被膜は使用中に一部が結晶化し、体積変化が起こることにより被膜中にクラックが入り、もろくなるという重大な欠陥があった。
【０００８】
本発明は、かかる現状に対し、切削工具、耐摩工具、電気、電子部品、摺動、機械部品の耐摩耗性、耐熱性、耐食性を向上させる超薄膜積層部材を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素の酸化物からなる酸化物層を少なくとも１層含む耐摩耗性被膜であり、Ａｌ以外の酸化物構成元素は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｂ、Ｓｉから選ばれる１種類以上の元素からなり、この酸化物層は結晶質であること、を特徴とする耐摩耗性被覆が提供される。
【００１０】
この耐摩耗性被膜を、膜厚０．５μｍ以上２０μｍ以下で、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等、あるいはこれらの表面硬化基材、もしくは、ＴｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体、窒化珪素焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等の焼結体基材、あるいはこれらの焼結体を接合した基材の表面に被覆することにより、耐摩耗部材が提供される。
【００１１】
耐摩耗性被膜に含む酸化物層において、Ａｌの原子数と、ＡｌおよびＡｌ以外の酸化物構成元素の原子数の比は、０．４以上０．９９以下であることが、耐摩耗性、耐熱性、靭性、化学的安定性の点から望ましい。ここで、Ａｌの原子数と、ＡｌおよびＡｌ以外の酸化物構成元素の原子数の比とは、次式で示される値である。
(Ａｌの原子数)／｛(Ａｌの原子数)＋(Ａｌ以外の酸化物構成元素の原子数)｝
【００１２】
また、このＡｌ以外の酸化物構成元素が、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる１種類以上の元素であることが、性能的にも、また、生産的にも望ましい。
【００１３】
酸化物層は、耐熱性、耐摩耗性の観点から、結晶質のものが良く、その結晶構造は、Ａｌ₂Ｏ₃として最も熱的に安定であるコランダム構造あるいは、κ-アルミナ構造をとる。コランダム構造のＡｌの原子位置には、ＡｌあるいはＡｌ以外の酸化物構成元素があり、κ-アルミナ構造のＡｌの原子位置には、ＡｌあるいはＡｌ以外の酸化物構成元素がある。
【００１４】
上記のような組成の酸化物層を得る方法としては、スパッタリング法やイオンプレーティング法等のＰＶＤ法があり、この方法は、基材の強度を容易に維持することができ、例えば、工具においては、耐摩耗性、耐欠損性を高いレベルで維持できる。
【００１５】
本発明の組成の酸化物を形成するためには、上記のＰＶＤ法のなかでもイオン化率が高い、冷陰極アーク蒸着法、イオンプレーティング法や非平衡型マグネトロンスパッタリング法が適している。さらに、より高いイオン化率を得るためには、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素からなる合金材料を蒸発源材料に用いて、酸素を含む減圧下でＰＶＤ法により本発明の酸化物を形成する反応性のＰＶＤを用いると良い。図１は、本発明による耐摩耗性部材の１例を示す断面図である。
【００１６】
【作用】
本発明で用いる耐摩耗性被膜は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｂ、Ｓｉから選ばれる１種類以上の元素をＡｌ以外の酸化物構成元素として、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素の酸化物からなる酸化物層を少なくとも１層以上含む耐摩耗性被膜にすることで、従来にない高硬度、耐熱性、化学的安定性を実現するもので、この耐摩耗性被膜を、膜厚０．５μｍ以上２０μｍ以下で、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質基材あるいは表面硬化基材、もしくは、ＴｉＣ−Ａｌ_２Ｏ_３焼結体、窒化珪素焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等の硬質焼結体基材あるいはこれらの焼結体を接合した基材の表面に被覆した耐摩耗部材とすることで、切削工具であれば耐摩耗性、耐熱性、耐凝着性を向上させ、高信頼性、長寿命を実現するものであり、また、従来以上の高能率、高速切削加工を可能とするものである。
【００１７】
現在、耐摩耗性被膜としては窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が広く用いられている。ＴｉＮ，ＴｉＣＮはビッカース硬度が２３００〜３０００と非常に硬度が高く耐摩耗性に優れている。また、これらは物理的蒸着（ＰＶＤ）法で合成されるため衝撃に強い被膜となり得る。しかし、通常使用される大気中においては高温下で酸化が進み、酸化にともなって耐摩耗性が低下する。一方、Ａｌ₂Ｏ₃は酸化物であるため耐熱性、化学的安定性に優れるが、硬度はビッカース硬度で約２０００とやや低く、耐摩耗性において十分とは言えない。
【００１８】
本発明は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｂ、Ｓｉから選ばれる１種類以上の元素をＡｌ以外の酸化物構成元素とした、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素の結晶質の酸化物を用いることにより、Ａｌ₂Ｏ₃の耐熱性、化学的安定性を保ちつつ、硬度を十分に高くすることにより、耐摩耗性、耐熱性、耐衝撃性のすべてに優れた耐摩耗性被膜を実現した。
【００１９】
酸化物構成元素の一つとしてＡｌを選択することにより優れた耐熱性と化学的安定性を得ることができる。Ａｌは酸素ともっとも強く結合する元素であり、この強い結合が熱的、化学的安定性を生む。さらに、IVａ，Ｖａ，VIａ族元素、Ｂ、Ｓｉから選ばれる元素と組み合わせることにより、酸化物層はより高い硬度が得られる。
【００２０】
IVａ，Ｖａ，VIａ族元素は３価のイオンになりやすいことから、３価イオンとして酸素と結合しているＡｌと似た熱的、化学的性質を期待できるうえ、イオン半径が大きいため、Ａｌと酸素の結合に歪みを生じさせる。Ａｌと酸素の結合に生じた歪みは歪みエネルギーとして、結合に貯えられるため、硬度を増加させる。また、IVａ，Ｖａ，VIａ族元素はまた２価やその他イオンともなり得るため、物質中で電荷のアンバランスを生じさせるため物質内に電子的な歪みをも生じさせ硬度を上昇させることができる。
【００２１】
Ｂは、逆にＡｌより小さな原子半径を持つ。適量なＢは、やはり結晶格子中に歪みを生じさせ膜硬度を増加させる。また、Ｂの酸化物であるＢ₂Ｏ₃は比較的低い温度で液体化するため、この液体化したＢ₂Ｏ₃が潤滑性を向上させ、結果として摩耗量を抑制する効果も期待される。
【００２２】
ＳｉはＡｌとならんで酸素と強く結合するが、Ａｌとは価電子数が異なるため、ＳｉＯ₂のようなＡｌとは異なった組成比で酸化物を形成する。したがってＡｌ酸化物中にＳｉが入ることにより、結合に変化が生じて膜硬度を上昇させる。また、Ｓｉが入ることにより、温度が上昇した時の膜中のＡｌやＯの拡散が抑制され、熱安定性が増すことが期待される。
【００２３】
IVａ，Ｖａ，VIａ族元素の中でも、Ｔｉ，Ｃｒ，ＺｒがＡｌ酸化物中にはいると、硬度が上昇し、高温における安定性が向上する。
【００２４】
このとき、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素におけるＡｌの組成比は、原子数の比で０．４以上０．９９以下であることが望ましい。Ａｌの組成比が低すぎるとＡｌ酸化物の高い熱的安定性や化学的安定性が損なわれ、Ａｌの組成比が高すぎると、Ａｌ以外の酸化物構成元素を添加した効果が得られない。我々は、このＡｌ酸化物の特性を生かしつつ、Ａｌ以外の酸化物構成元素を加えることによる特性向上が可能なＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素におけるＡｌの組成比の範囲が原子数の比で０．４以上０．９９以下であることを見いだした。上記の範囲内であれば、一定の効果が得られるが、さらに大きな特性向上を得るためには、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素におけるＡｌの組成比は、０．５以上０．９８以下であることが望ましく、さらに望ましくは０．７以上０．９５以下である。
【００２５】
非晶質の酸化物膜は十分な熱的安定性、化学的安定性、耐摩耗性は得られないので、酸化物層の結晶構造は結晶質でなければならない。結晶質であれば、強固な結合が化合物全体にわたって形成されるため、より優れた特性が得られる。特に、結晶構造はＡｌ酸化物で一般的なコランダム構造（α-Ａｌ₂Ｏ₃構造）あるいは、κ-アルミナ構造（κ-Ａｌ₂Ｏ₃構造）であって、これらの結晶構造のＡｌ原子位置をＡｌ以外の酸化物構成元素で置き換えた結晶構造を形成していることが望ましい。これらの結晶構造を維持することによって、Ａｌ酸化物の優れた特性に、他の酸化物構成元素を添加することによる特性向上の効果を顕著にすることが可能になる。
【００２６】
これらの酸化物膜を得る手段としては、さまざまな方法が考えられるが、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素からなる合金材料を蒸発源材料とし、酸素を含む減圧下雰囲気で酸素と反応させる手段が、優れた特性の酸化物を得るためにも、またコストの点でも望ましい。酸化物を得るためには熱処理による自然酸化、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法その他の方法があるが、ＰＶＤ法は、低い基板温度で酸化物が合成できるという特徴があるため、さまざまなものに対して酸化物薄膜を被覆することができる。また、化合させる過程で元素をイオン化したり励起状態にある励起種にすることで、より緻密で強固な酸化物を得ることもまた可能となる。ＰＶＤ法で酸化物を得る方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング法、スパッタリング法と大別され、いずれの方法によって得ることができるが、特に、イオンや励起種が合成に関与するイオンプレーティング法やスパッタリング法が望ましい。
【００２７】
特に、イオン化率の高い冷陰極アークイオンプレーティング法や、Unbalancedマグネトロンスパッタ法を用いると熱的安定性、化学的安定性、耐摩耗性にすぐれた酸化物膜を容易に得ることができるので望ましい。この時、形成する化合物の結晶性向上等のために、原料となる気体以外に、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス、Ｈ₂等のエッチング効果を持つ気体を成膜炉内に同時に導入しても構わない。酸素を含む気体としては、酸素、オゾン、酸化窒素、亜酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気から選択されるのが望ましい。
【００２８】
上記の酸化物を含む耐摩耗性被膜を膜厚０．５μｍ以上２０μｍ以下で、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質基材あるいはこれらの表面硬化基材の表面に被覆すると、これらの基材の表面が大幅に強化され、摺動等による摩耗を大幅に減少させ、長期の使用を可能にすることが確認された。
【００２９】
さらに、ＴｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体、窒化珪素焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等の基材は、前述の基材よりも、さらに高い高度を有することが知られているが、これらの基材に対しても、上記の酸化物を含む耐摩耗性被膜を膜厚０．５μｍ以上２０μｍ以下で被覆することにより大きな特性向上が可能となることが確認された。例えば、ＴｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体に被覆したものは、耐熱性をさらに向上させる。ダイヤモンド焼結体に被覆したものは、大気中での耐熱性の向上と鉄に対する反応の抑制が確認された。これらはいずれも、大気中の酸素ないしは鉄と各々の基材が直接接触することにより進行する反応によって引き起こされる基材の劣化を、耐摩耗性被覆が抑制したことによると考えられる。
【００３０】
硬質基材に被覆した耐摩耗部材の場合、全膜厚が０．５μｍ未満では耐摩耗性の向上は、ほとんど見られない。また、２０μｍを越えると膜中の残留応力等の影響で基材との密着強度が低下する。したがって、耐摩耗部材の場合、被覆する耐摩耗性被膜の全体の膜厚は０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、切削工具の耐摩耗性改善を行った実施例について説明する。
【００３２】
（実施例１）基材として、組成がＪＩＳ規格Ｐ３０、形状がＪＩＳＳＮＧ４３２の超硬合金製切削チップを用意し、その表面に下記のように真空アーク放電によるイオンプレーティング法を用いて耐摩耗性被膜を形成した。
【００３３】
真空アーク放電によるイオンプレーティング法は、図２の概略構成図に示すような成膜装置内に、複数個の蒸発源（８，９）を配置し、蒸発源間の中心点を中心としてこれらの蒸発源間で回転する基材保持具（１０）に基材（１１）である上記切削チップを装着した。
【００３４】
まず、成膜装置内の真空度を１×１０^-5Ｔｏｒｒの雰囲気とし、ついでＡｒ（アルゴン）ガスを導入して１×１０^-2Ｔｏｒｒの雰囲気に保持しながら、５００℃まで加熱し、切削チップに−１０００Ｖの電圧をかけて洗浄処理を行った後、Ａｒガスを排気した。次に、成膜装置内にＯ₂ガス、あるいはＯ₂ガスとＡｒガスの両方のガスを、２００ｃｃ／ｍｉｎの割合で導入しながら、真空アーク放電により所定の金属材料の蒸発源を蒸発、イオン化させることにより、切削チップ上に酸化物層が形成される。酸化物以外の化合物を形成する時は、Ｎ₂あるいはＣＨ₄のいずれかないしは両方をチャンバー内に導入した。
【００３５】
このようにして形成した本発明例（試料１〜９、および試料１９）を表１に示す。また、参考例（試料１１〜１８）、比較例（試料１０、試料２０〜２３）も表１に示す。試料１０は、比較例の試料であり、酸化物層は、Ａｌ以外の酸化物構成元素を含まないＡｌ酸化物である。試料２０は、酸化物層が非晶質の比較例である。
【００３６】
酸化物層は、成膜時に切削チップに加えるバイアス電圧や基板温度を調節することにより、非晶質か結晶質になるように制御できる。結晶質になるようにした場合、コランダム構造をとるかκ-アルミナ構造をとるかの構造制御も、成膜時に切削チップに加えるバイアス電圧や基板温度を調節することにより行った。
表１の酸化物層のＡｌ組成比とは、Ａｌの原子数と、ＡｌおよびＡｌ以外の酸化物構成元素の原子数の比を示す。すなわち、Ａｌ組成比とは、Ａｌ以外の酸化物構成元素をＭ１、Ｍ２・・・とすると、（Ａｌ_X（Ｍ１・Ｍ２・・・）_1-X）_YＯ_Zで示される式のＸに相当する。
【００３７】
表１の酸化物層の結晶構造において、コランダム、κ-アルミナとは、それらの構造において、Ａｌの原子位置の一部をＡｌ以外の酸化物構成元素で置き換えたものも、コランダム、κ-アルミナとした。
【００３８】
表１の試料２１〜２３を比較例とするコーティング切削チップ試料も用意した。すなわち、試料２１、２２は通常の成膜装置を使用して真空アーク放電を用いたイオンプレーティング法により、上記と同じ組成と形状の切削チップの表面にＴｉＮおよびＴｉＣＮあるいはＴｉＡｌＮを組み合わせた耐摩耗性被膜を被覆して製造した。試料２３は通常のＣＶＤ法により同じ組成と形状の切削チップの表面にＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＴｉＣＮを組み合わせた耐摩耗性被膜を形成することにより製造した。
【００３９】
各被覆層の膜厚および総膜厚は走査型電子顕微鏡写真より測定した。組成は、電子顕微鏡に併設のＥＤＸによって行った。組成はＥＰＭＡあるいはＳＩＭＳによっても確認できる。
【００４０】
結晶構造は、Ｘ線回折パターンより決定した。Ｘ線回折ピークの観測は、銅ターゲット、ニッケルフィルタを用いたディフラクトメータによりＣｕ−Ｋα線の回折線をθ-２θ法で観測した。コランダム構造のＡｌの原子位置をＡｌ以外の酸化物構成元素で置き換えた酸化物のＸ線回折パターンは、コランダム構造とほぼ似た回折パターンとなる。また、同様にκ-アルミナ構造のＡｌの原子位置をＡｌ以外の酸化物構成元素で置き換えた酸化物のＸ線回折パターンは、κ-Ａｌ₂Ｏ₃構造とほぼ似た回折パターンが得られるので、それぞれ、そのような回折パターンが得られた時は、表１における各試料の結晶構造の項目には、コランダムあるいはκ-アルミナと表記した。透過型電子顕微鏡を用いた電子線回折からも、各層のあるいは複層の結晶構造をＸ線回折と同様に確認できる。膜硬度は、ビッカース硬度測定法により荷重２５ｇｆで測定した。
【００４１】
上記の各表面被覆切削チップ試料について、被削材としてＳＣＭ４３５を用いて、表２の条件により連続切削試験と断続切削試験を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００４２】
表３の結果から、表面被覆切削チップ試料のうち、酸化物層が非晶質である比較例の試料２０、および本発明によらない耐摩耗性被膜をＰＶＤ法で形成した比較例の試料２１、２２は耐摩耗性に劣り、また、ＣＶＤ法で形成した比較例の試料２３は母材の靭性劣化により刃先の耐欠損性が低下したのに対し、表面被覆切削チップのうち実施例の試料１〜９、試料１１〜１７、および試料１９は連続切削および断続切削の両方において優れた耐摩耗性を有すると同時に、耐摩耗性被膜をＰＶＤ法で形成したので母材の靭性が維持され優れた耐欠損性を備えることが分かる。
【００４３】
試料１〜１０の結果から、ＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素におけるＡｌの組成比は０．４〜０．９９、特に０．５〜０．９８、さらに望ましくは０．７〜０．９５が適当である事がわかる。また試料１１〜１８の結果より、耐摩耗性被膜全体の膜厚としては、０．５μｍ〜２０μｍが適している事が分かる。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
【表３】

【００４７】
（実施例２）実施例１における基材を超硬合金、サーメット、窒化硅素焼結体、ＴｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体の切削チップに替えて、同様な方法で耐摩耗性被膜（被膜２−１〜２−４）を被覆した。表４に耐摩耗性被膜の内容をまとめて示している。比較例として、同じチップに公知の方法でコーティング膜を付けたものを作製した（被膜２−５〜２−７）。
【００４８】
上記の材料からなる基材は、例えば立方晶窒化ホウ素焼結体の場合、次のようにして得られた。まず、超硬合金製ポットとボールとを用いてＴｉＮ粉末とアルミニウム粉末とを８０：２０の重量比で混合して、結合材粉末を得た。この結合材粉末とｃＢＮ粉末とを体積比で３０：７０となるように配合した後、Ｍｏ製容器に充填し、４８ｋｂの圧力で１４００℃で２０分間焼結した。得られた焼結体を切削工具用のチップに加工した。
【００４９】
上記の各表面被覆切削チップ試料について、表５に示す切削条件による連続切削試験と断続切削試験および溝を有する丸棒切削試験を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。結果を表６、表７にまとめる。
【００５０】
表６および表７の結果から、従来の表面被覆切削チップ試料のうち耐摩耗性被覆をＰＶＤ法で形成した被膜２−５、被膜２−６の場合、いずれの基材においても耐摩耗性に劣り、また、ＣＶＤ法で形成した試料２−７は母材の靭性劣化により刃先の耐欠損性が低下したのに対し、本発明例の被膜２−１〜２−４による表面被覆切削チップは、優れた耐摩耗性を有すると同時に、母材の靭性が維持され優れた耐欠損性を備えることが分かる。
【００５１】
【表４】

【００５２】
【表５】

【００５３】
【表６】

【００５４】
【表７】

【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の耐摩耗性被膜および耐摩耗部材は、Ａｌと、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＢおよびＳｉから選ばれる１種類以上のＡｌ以外の酸化物構成元素との酸化物からなる結晶質の酸化物層を少なくとも１層含む耐摩耗性被膜と、これをＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質基材あるいは表面硬化基材、または、ＴｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体、窒化珪素焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等の硬質基材あるいはこれらの焼結体を接合した基材の表面に膜厚０．５μｍ以上２０μｍ以下を被覆した構成により優れた耐熱性、耐溶着性、耐酸化性、耐摩耗性、摺動特性、耐欠損性、耐マイクロチッピング性を有し、さらに従来の被膜と同等以上の硬さを持ちながら靭性も兼ね備えている上、その被膜をＰＶＤ法で形成できるため、切削工具や耐摩工具として用いると、長期にわたって良好な工具特性を維持し続けるという効果が得られる。
【００５６】
なお、本発明の部材は、切削工具、耐摩工具はもとより、表面の摩滅防止が要求される摺動部品等に利用しても寿命延長の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による耐摩耗性部材の１例を示す断面図である。
【図２】真空アーク放電によるイオンプレーティング法の装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：基材
２：耐摩耗性被膜
３：第１層
４：第２層（酸化物層）
５：第３層
６：第４層
７：真空チャンバー
８：蒸発源ａ
９：蒸発源ｂ
１０：基材保持具
１１：基材
１２：ガス導入口
１３：ガス排出口

Claims

少なくとも一つの酸化物層を含む耐摩耗性被膜であって、当該酸化物層は、少なくともＡｌとＡｌ以外の酸化物構成元素の酸化物からなるコランダム構造で、当該コランダム構造におけるＡｌの原子位置には、Ａｌあるいは前記Ａｌ以外の酸化物構成元素があり、
前記Ａｌ以外の酸化物構成元素はＺｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＢおよびＳｉから選ばれる１種類以上の元素からなることを特徴とする耐摩耗性被膜。
前記酸化物層において、Ａｌの原子数と、前記Ａｌ以外の酸化物構成元素の原子数とが以下の式に従うことを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性被膜。
０．４≦(Ａｌの原子数)／｛(Ａｌの原子数)＋(Ａｌ以外の酸化物構成元素の原子数)｝≦０．９９
前記Ａｌ以外の酸化物構成元素が、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる１種類以上の元素からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の耐摩耗性被膜。
Ａｌと前記Ａｌ以外の酸化物構成元素からなる合金材料を蒸発源材料に用いて、酸素を含む減圧下でＰＶＤ法により前記酸化物層を合成することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の耐摩耗性被膜の製造方法。
硬質基材の表面に、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の耐摩耗性被膜が被覆された部材であって、耐摩耗性被膜が０．５μｍ以上２０μｍ以下の膜厚で被覆されていることを特徴とする、耐摩耗部材。
前記硬質基材がＷＣ基超硬合金、サーメット、あるいは高速度鋼、あるいはこれらの表面硬化基材であることを特徴とする、請求項５記載の耐摩耗部材。
前記硬質基材が、ＴｉＣ−Ａｌ_２Ｏ_３焼結体、窒化珪素焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、あるいはダイヤモンド焼結体、あるいはこれらの焼結体を接合した基材であることを特徴とする請求項５記載の耐摩耗部材。