JPH0941127A - 硬質皮膜 - Google Patents
硬質皮膜Info
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- JPH0941127A JPH0941127A JP19870695A JP19870695A JPH0941127A JP H0941127 A JPH0941127 A JP H0941127A JP 19870695 A JP19870695 A JP 19870695A JP 19870695 A JP19870695 A JP 19870695A JP H0941127 A JPH0941127 A JP H0941127A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のTiN 皮膜、TiC 皮膜、TiCN皮膜、(Al,
Ti)(N,C)系皮膜の中で最も耐摩耗性に優れている(Al,T
i)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優れ、高速切削の場合
に対応可能な耐摩耗性を有する硬質皮膜を提供する。 【解決手段】 Cr、Ｖ、Mgの一種をＸとし、Ｎ、Ｃ、
Ｂ、ＣＮ、ＢＮまたはＣＢＮの一種をＺとしたとき、
（ Al1-yＸy ）Ｚで示される組成からなり、０＜ｙ≦0.
3 であることを特徴とする硬質皮膜。
Ti)(N,C)系皮膜の中で最も耐摩耗性に優れている(Al,T
i)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優れ、高速切削の場合
に対応可能な耐摩耗性を有する硬質皮膜を提供する。 【解決手段】 Cr、Ｖ、Mgの一種をＸとし、Ｎ、Ｃ、
Ｂ、ＣＮ、ＢＮまたはＣＢＮの一種をＺとしたとき、
（ Al1-yＸy ）Ｚで示される組成からなり、０＜ｙ≦0.
3 であることを特徴とする硬質皮膜。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、硬質皮膜に関し、
詳細には、耐摩耗性に優れた硬質皮膜に関し、特には、
切削加工、穿孔加工等の加工に使用される工具や金型の
耐摩耗性硬質皮膜として好適な硬質皮膜に関する技術分
野に属する。
詳細には、耐摩耗性に優れた硬質皮膜に関し、特には、
切削加工、穿孔加工等の加工に使用される工具や金型の
耐摩耗性硬質皮膜として好適な硬質皮膜に関する技術分
野に属する。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金（WC-Co 系焼結合金）又は高速
度工具鋼等の耐摩耗性部材を製作する場合、耐摩耗性等
の性能をより優れたものとすることを目的として、それ
ら部材の基材表面に金属の窒化物や炭化物よりなる耐摩
耗性皮膜を形成することが行われている。
度工具鋼等の耐摩耗性部材を製作する場合、耐摩耗性等
の性能をより優れたものとすることを目的として、それ
ら部材の基材表面に金属の窒化物や炭化物よりなる耐摩
耗性皮膜を形成することが行われている。
【０００３】かかる耐摩耗性皮膜としては、TiN 皮膜や
TiC皮膜が汎用され、それはイオンプレーティング法に
より形成されている。このTiN 皮膜と TiC皮膜とを比較
すると、TiN 皮膜は TiC皮膜よりも耐熱性（高温耐酸化
性）に優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によって昇
温する工具すくい面のクレータ摩耗から保護する機能を
発揮するが、TiC 皮膜に比べて低硬度であるため、被削
材と接する逃げ面に発生するフランク摩耗に対してはむ
しろ脆弱であり、フランク摩耗に対しては TiC皮膜の方
が高い耐久性を示す。そこで、最近ではクレータ摩耗と
フランク摩耗を共に抑制するTiCNの硬質皮膜が実用化さ
れている。
TiC皮膜が汎用され、それはイオンプレーティング法に
より形成されている。このTiN 皮膜と TiC皮膜とを比較
すると、TiN 皮膜は TiC皮膜よりも耐熱性（高温耐酸化
性）に優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によって昇
温する工具すくい面のクレータ摩耗から保護する機能を
発揮するが、TiC 皮膜に比べて低硬度であるため、被削
材と接する逃げ面に発生するフランク摩耗に対してはむ
しろ脆弱であり、フランク摩耗に対しては TiC皮膜の方
が高い耐久性を示す。そこで、最近ではクレータ摩耗と
フランク摩耗を共に抑制するTiCNの硬質皮膜が実用化さ
れている。
【０００４】ところで、近年、切削工程の省力化や省エ
ネルギー化及び生産性向上に伴い、切削速度の一層の高
速化が要望されており、高切り込み或いは高送り等の重
切削が行われる状況にある。このように切削条件がより
過酷化する傾向にあるため、前記TiN 皮膜、TiC 皮膜、
TiCN皮膜ではこの要請に応えきれなくなっている。即
ち、TiN 皮膜、TiC 皮膜又はTiCN皮膜を有する切削工具
により高速切削を行った場合、高温で皮膜内のTiが酸化
することにより、皮膜が劣化し、摩耗が非常に激しい。
ネルギー化及び生産性向上に伴い、切削速度の一層の高
速化が要望されており、高切り込み或いは高送り等の重
切削が行われる状況にある。このように切削条件がより
過酷化する傾向にあるため、前記TiN 皮膜、TiC 皮膜、
TiCN皮膜ではこの要請に応えきれなくなっている。即
ち、TiN 皮膜、TiC 皮膜又はTiCN皮膜を有する切削工具
により高速切削を行った場合、高温で皮膜内のTiが酸化
することにより、皮膜が劣化し、摩耗が非常に激しい。
【０００５】そこで、より耐摩耗性に優れた硬質皮膜と
して、TiN やTiC 或いはTiCNにTi、N 、C 以外の第３、
第４元素を添加することが試みられており、その元素と
してAlを添加したものであるところの、TiとAlの複合窒
化物〔(Al,Ti)N〕、複合炭化物〔(Al,Ti)C〕或いは複合
炭窒化物〔(Al,Ti)(N,C)〕よりなる硬質皮膜（以降、こ
れらを総称して(Al,Ti)(N,C)系皮膜という）が提案され
ている（特公平4-53642 号公報、特公平5-67705 号公
報）。この(Al,Ti)(N,C)系皮膜は、耐熱性（高温耐酸化
性）及び硬度を向上するためにAlを添加したものであ
り、高温でAlが選択的に酸化し、保護皮膜となって該皮
膜下の皮膜の酸化を防止し、それにより耐熱性が向上し
ている。しかしながら、800 ℃程度でTiN 皮膜の場合と
同様に皮膜が劣化し、そのため、刃先温度が1000℃以上
となるといわれる高速切削には不適であって対応でき
ず、皮膜の硬度もHv2500程度とあまり高くはないため、
更に性能（特に耐摩耗性）を改善した硬質皮膜が必要と
なっている。
して、TiN やTiC 或いはTiCNにTi、N 、C 以外の第３、
第４元素を添加することが試みられており、その元素と
してAlを添加したものであるところの、TiとAlの複合窒
化物〔(Al,Ti)N〕、複合炭化物〔(Al,Ti)C〕或いは複合
炭窒化物〔(Al,Ti)(N,C)〕よりなる硬質皮膜（以降、こ
れらを総称して(Al,Ti)(N,C)系皮膜という）が提案され
ている（特公平4-53642 号公報、特公平5-67705 号公
報）。この(Al,Ti)(N,C)系皮膜は、耐熱性（高温耐酸化
性）及び硬度を向上するためにAlを添加したものであ
り、高温でAlが選択的に酸化し、保護皮膜となって該皮
膜下の皮膜の酸化を防止し、それにより耐熱性が向上し
ている。しかしながら、800 ℃程度でTiN 皮膜の場合と
同様に皮膜が劣化し、そのため、刃先温度が1000℃以上
となるといわれる高速切削には不適であって対応でき
ず、皮膜の硬度もHv2500程度とあまり高くはないため、
更に性能（特に耐摩耗性）を改善した硬質皮膜が必要と
なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
着目してなされたものであって、その目的は前記従来の
TiN 皮膜、TiC 皮膜、TiCN皮膜、(Al,Ti)(N,C)系皮膜で
の問題点を解消し、これら従来の皮膜の中で最も耐摩耗
性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優
れた硬質皮膜を提供しようとするものである。
着目してなされたものであって、その目的は前記従来の
TiN 皮膜、TiC 皮膜、TiCN皮膜、(Al,Ti)(N,C)系皮膜で
の問題点を解消し、これら従来の皮膜の中で最も耐摩耗
性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優
れた硬質皮膜を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る硬質皮膜は請求項１〜３記載の硬質皮
膜としており、それは次のような構成としたものであ
る。
に、本発明に係る硬質皮膜は請求項１〜３記載の硬質皮
膜としており、それは次のような構成としたものであ
る。
【０００８】即ち、請求項１記載の硬質皮膜は、AlとＸ
（Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、
複合ホウ化物、複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭
ホウ化物または複合炭窒ホウ化物よりなり、そのAlとＸ
の組成が、 （ Al1-yＸy ） 但し、Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種 ０＜ｙ≦０．３ で示される組成からなることを特徴とする硬質皮膜であ
る。
（Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、
複合ホウ化物、複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭
ホウ化物または複合炭窒ホウ化物よりなり、そのAlとＸ
の組成が、 （ Al1-yＸy ） 但し、Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種 ０＜ｙ≦０．３ で示される組成からなることを特徴とする硬質皮膜であ
る。
【０００９】請求項２記載の硬質皮膜は、膜厚が0.1 〜
20μm である請求項１記載の硬質皮膜である。請求項３
記載の硬質皮膜は、超硬合金（WC-Co 系焼結合金）また
は高速度工具鋼の表面に形成された請求項１又は２記載
の硬質皮膜である。
20μm である請求項１記載の硬質皮膜である。請求項３
記載の硬質皮膜は、超硬合金（WC-Co 系焼結合金）また
は高速度工具鋼の表面に形成された請求項１又は２記載
の硬質皮膜である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る硬質皮膜は、例えば
スパッタリング法等により得られる。この硬質皮膜は、
前記の如き組成を有し、耐熱性（高温耐酸化性）に優
れ、又、硬度が高く、そのため、従来の皮膜の中で最も
耐摩耗性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗
性に優れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗性を有す
る。
スパッタリング法等により得られる。この硬質皮膜は、
前記の如き組成を有し、耐熱性（高温耐酸化性）に優
れ、又、硬度が高く、そのため、従来の皮膜の中で最も
耐摩耗性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗
性に優れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗性を有す
る。
【００１１】この詳細を以下説明する。
【００１２】切削速度の一層の高速化や高切り込み或い
は高送り等の重切削に対応するために提案されている前
記従来の(Al,Ti)(N,C)系皮膜は、耐摩耗性が比較的良い
とされている。その理由としては、Alの選択的酸化によ
り形成された酸化皮膜が保護皮膜となるために耐熱性
（高温耐酸化性）が向上し、又、硬度も上昇することに
よるものと考えられている。しかし、高速切削の場合は
極めて高温の状態となるため、Tiも酸化してしまい、皮
膜が劣化し、皮膜の保護性を失って摩耗が激しくなる。
そこで、Tiを排除したもの、即ち AlN皮膜、AlC 皮膜、
AlCN皮膜（以降、これらを総称して Al(N,C)系皮膜とい
う）にするとよいと考えられるが、AlN 等のAl(N,C) 系
皮膜は通常結晶系が六方晶系であり、そのため硬度がHv
1000程度と低く、工具に用いる硬質皮膜として軟らか
く、耐摩耗性が非常に低くて不充分である。
は高送り等の重切削に対応するために提案されている前
記従来の(Al,Ti)(N,C)系皮膜は、耐摩耗性が比較的良い
とされている。その理由としては、Alの選択的酸化によ
り形成された酸化皮膜が保護皮膜となるために耐熱性
（高温耐酸化性）が向上し、又、硬度も上昇することに
よるものと考えられている。しかし、高速切削の場合は
極めて高温の状態となるため、Tiも酸化してしまい、皮
膜が劣化し、皮膜の保護性を失って摩耗が激しくなる。
そこで、Tiを排除したもの、即ち AlN皮膜、AlC 皮膜、
AlCN皮膜（以降、これらを総称して Al(N,C)系皮膜とい
う）にするとよいと考えられるが、AlN 等のAl(N,C) 系
皮膜は通常結晶系が六方晶系であり、そのため硬度がHv
1000程度と低く、工具に用いる硬質皮膜として軟らか
く、耐摩耗性が非常に低くて不充分である。
【００１３】そこで、AlN 等のAl(N,C) に様々な元素を
添加し、皮膜性能を評価した結果、Cr、Ｖ、Mgの一種
（以降、Ｘ）を所定量含有することにより、耐熱性（高
温耐酸化性）及び硬度が向上し、そのため、従来の(Al,
Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性が向上し、高速切削の場
合に対応可能な耐摩耗性を有することができるようにな
り、そして、このＸの含有量はAl及びＸ中に占めるＸの
割合として30at％以下にするとよいことがわかった。こ
のようなＸ（即ちCr、Ｖ、Mgの一種）の添加による耐熱
性及び硬度の向上の原因については、明らかではない
が、TiとNbの複合炭化物〔：(Ti,Nb)C〕等について報告
されている如き価電子分布と硬度の関係（Su-rface and
Coatings Technology, 33 (1987) 91-103) や、六方晶
系から立方晶系への結晶系の変化によるものと考えられ
る。
添加し、皮膜性能を評価した結果、Cr、Ｖ、Mgの一種
（以降、Ｘ）を所定量含有することにより、耐熱性（高
温耐酸化性）及び硬度が向上し、そのため、従来の(Al,
Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性が向上し、高速切削の場
合に対応可能な耐摩耗性を有することができるようにな
り、そして、このＸの含有量はAl及びＸ中に占めるＸの
割合として30at％以下にするとよいことがわかった。こ
のようなＸ（即ちCr、Ｖ、Mgの一種）の添加による耐熱
性及び硬度の向上の原因については、明らかではない
が、TiとNbの複合炭化物〔：(Ti,Nb)C〕等について報告
されている如き価電子分布と硬度の関係（Su-rface and
Coatings Technology, 33 (1987) 91-103) や、六方晶
系から立方晶系への結晶系の変化によるものと考えられ
る。
【００１４】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
であり、本発明に係る硬質皮膜は、前記の如く、AlとＸ
（Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、
複合ホウ化物、複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭
ホウ化物または複合炭窒ホウ化物よりなり、そのAlとＸ
の組成が、 （ Al1-yＸy ） 但し、Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種 ０＜ｙ≦０．３ で示される組成からなるようにしている。
であり、本発明に係る硬質皮膜は、前記の如く、AlとＸ
（Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、
複合ホウ化物、複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭
ホウ化物または複合炭窒ホウ化物よりなり、そのAlとＸ
の組成が、 （ Al1-yＸy ） 但し、Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種 ０＜ｙ≦０．３ で示される組成からなるようにしている。
【００１５】この硬質皮膜は、即ち、Cr、Ｖ、Mgの一種
をＸとしたとき、(Al1-yＸy ) Ｎ、(Al1-yＸy ）Ｃ、
（ Al1-yＸy ）Ｂ、（ Al1-yＸy ）ＣＮ、（ Al
1-yＸy ）ＢＮ、又は、（ Al1-yＸy ）ＣＢＮで示され
る組成からなり、０＜ｙ≦0.3 であることを特徴とする
ものである。ここで、Ｎ、Ｃ、Ｂ、ＣＮ、ＢＮ又はＣＢ
ＮをＺとすると、この硬質皮膜は、（ Al1-yＸy ）Ｚで
示される組成からなり、０＜ｙ≦0.3 であることを特徴
とするものである。尚、（ Al1-yＸy ）：Ｚは、１：１
であるとは限らず、１：約１（１に近い１以下）の場合
も含まれ、例えば１：0.90の場合もある。
をＸとしたとき、(Al1-yＸy ) Ｎ、(Al1-yＸy ）Ｃ、
（ Al1-yＸy ）Ｂ、（ Al1-yＸy ）ＣＮ、（ Al
1-yＸy ）ＢＮ、又は、（ Al1-yＸy ）ＣＢＮで示され
る組成からなり、０＜ｙ≦0.3 であることを特徴とする
ものである。ここで、Ｎ、Ｃ、Ｂ、ＣＮ、ＢＮ又はＣＢ
ＮをＺとすると、この硬質皮膜は、（ Al1-yＸy ）Ｚで
示される組成からなり、０＜ｙ≦0.3 であることを特徴
とするものである。尚、（ Al1-yＸy ）：Ｚは、１：１
であるとは限らず、１：約１（１に近い１以下）の場合
も含まれ、例えば１：0.90の場合もある。
【００１６】換言すれば、AlとＸ（但し、Ｘ：Cr、Ｖ、
Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、複合ホウ化物、
複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭ホウ化物または
複合炭窒ホウ化物〔即ち（ Al1-yＸy ）Ｚ〕よりなり、
このAl及びＸ中に占めるＸの割合が30at％以下（０％を
含まず）であることを特徴とする硬質皮膜である。
Mgの一種）の複合窒化物、複合炭化物、複合ホウ化物、
複合炭窒化物、複合ホウ窒化物、複合炭ホウ化物または
複合炭窒ホウ化物〔即ち（ Al1-yＸy ）Ｚ〕よりなり、
このAl及びＸ中に占めるＸの割合が30at％以下（０％を
含まず）であることを特徴とする硬質皮膜である。
【００１７】従って、本発明に係る硬質皮膜は、前記知
見と照合するに、耐熱性（高温耐酸化性）に優れ、又、
硬度が高く、そのため、従来の皮膜の中で最も耐摩耗性
に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優
れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗性を有するもの
であることがわかる。
見と照合するに、耐熱性（高温耐酸化性）に優れ、又、
硬度が高く、そのため、従来の皮膜の中で最も耐摩耗性
に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜よりも耐摩耗性に優
れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗性を有するもの
であることがわかる。
【００１８】ここで、Al及びＸ中に占めるＸの割合を０
％を除く30at％以下、即ち（ Al1-yＸy ）Ｚでのｙを０
＜ｙ≦0.3 としているのは、ｙを0.3 超とすると、Alに
係る成分（即ち後記するAlＺ）が少なくなり、高温耐酸
化性及び硬度が低下し、それにより耐摩耗性が低下して
不充分となり、一方、ｙを０とするとＸが含有されず、
Ｘ添加による耐摩耗性の向上が図れなくなって耐摩耗性
が不充分となるからである。
％を除く30at％以下、即ち（ Al1-yＸy ）Ｚでのｙを０
＜ｙ≦0.3 としているのは、ｙを0.3 超とすると、Alに
係る成分（即ち後記するAlＺ）が少なくなり、高温耐酸
化性及び硬度が低下し、それにより耐摩耗性が低下して
不充分となり、一方、ｙを０とするとＸが含有されず、
Ｘ添加による耐摩耗性の向上が図れなくなって耐摩耗性
が不充分となるからである。
【００１９】尚、前記（ Al1-yＸy ）Ｚは固溶体成分で
記述すれば（AlＺ)1-y−（ＸＺ）y固溶体と表現できる
ので、ｙを大きくすることはAlＺ成分量を少なくするこ
とになり、ｙを0.3 超とするとAlＺ成分量が少なくなり
過ぎ、上記の如き耐摩耗性低下という不都合が生じるの
である。それに対し、ｙを小さくすることはAlＺ成分量
を多くすることになり、ひいては耐摩耗性が向上するこ
とになる。かかる点から、０＜ｙ≦0.3 とする必要があ
るが、耐摩耗性をより確実に向上するためには０＜ｙ≦
0.2 とすることが望ましく、更にはｙは０（但し０を除
く）に近いほど耐摩耗性の向上面ではよい。しかし、ｙ
を小さくし過ぎると、ＸＺ成分量が少なくなり過ぎ、結
晶系が立方晶系から六方晶系へと変わり耐摩耗性が低く
なるので、その点からは0.01≦ｙとすることが望まし
い。
記述すれば（AlＺ)1-y−（ＸＺ）y固溶体と表現できる
ので、ｙを大きくすることはAlＺ成分量を少なくするこ
とになり、ｙを0.3 超とするとAlＺ成分量が少なくなり
過ぎ、上記の如き耐摩耗性低下という不都合が生じるの
である。それに対し、ｙを小さくすることはAlＺ成分量
を多くすることになり、ひいては耐摩耗性が向上するこ
とになる。かかる点から、０＜ｙ≦0.3 とする必要があ
るが、耐摩耗性をより確実に向上するためには０＜ｙ≦
0.2 とすることが望ましく、更にはｙは０（但し０を除
く）に近いほど耐摩耗性の向上面ではよい。しかし、ｙ
を小さくし過ぎると、ＸＺ成分量が少なくなり過ぎ、結
晶系が立方晶系から六方晶系へと変わり耐摩耗性が低く
なるので、その点からは0.01≦ｙとすることが望まし
い。
【００２０】本発明に係る硬質皮膜の膜厚については、
特に限定されるものではないが、耐摩耗性及び耐酸化性
の両方が要求される工具等の部材に該硬質皮膜をコーテ
ィングして用いる場合は、膜厚0.1 μm 以上にすること
が望ましい。それは、耐酸化性においては該硬質皮膜が
均一にコーティングされれば膜厚0.1 μm 未満でも効果
はあるものの、膜厚0.1 μm 未満では耐摩耗性付与効果
があまり発揮されなくなり、耐摩耗性が不充分となる可
能性があるからである。一方、膜厚20μm 超では膜厚を
厚くする割りには耐摩耗性及び耐酸化性の向上効果が少
なく、又、コーティング時間が長くなって生産性が低下
することから、20μm 以下にすることが望ましい（請求
項２記載の硬質皮膜）。
特に限定されるものではないが、耐摩耗性及び耐酸化性
の両方が要求される工具等の部材に該硬質皮膜をコーテ
ィングして用いる場合は、膜厚0.1 μm 以上にすること
が望ましい。それは、耐酸化性においては該硬質皮膜が
均一にコーティングされれば膜厚0.1 μm 未満でも効果
はあるものの、膜厚0.1 μm 未満では耐摩耗性付与効果
があまり発揮されなくなり、耐摩耗性が不充分となる可
能性があるからである。一方、膜厚20μm 超では膜厚を
厚くする割りには耐摩耗性及び耐酸化性の向上効果が少
なく、又、コーティング時間が長くなって生産性が低下
することから、20μm 以下にすることが望ましい（請求
項２記載の硬質皮膜）。
【００２１】又、本発明に係る硬質皮膜がコーティング
される基材については、特に限定されるものではなく、
用途や必要性に応じて種々の基材を使用でき、例えば工
具の分野において種々の工具基材表面に形成して用いる
ことができるが、工具基材としては超硬合金（WC-Co 系
焼結合金）または高速度工具鋼（ハイス）を用いること
が望ましい（請求項３記載の硬質皮膜）。それは、本発
明皮膜は特に超硬合金及び高速度工具鋼に対して密着性
が非常によいからである。
される基材については、特に限定されるものではなく、
用途や必要性に応じて種々の基材を使用でき、例えば工
具の分野において種々の工具基材表面に形成して用いる
ことができるが、工具基材としては超硬合金（WC-Co 系
焼結合金）または高速度工具鋼（ハイス）を用いること
が望ましい（請求項３記載の硬質皮膜）。それは、本発
明皮膜は特に超硬合金及び高速度工具鋼に対して密着性
が非常によいからである。
【００２２】本発明に係る硬質皮膜の基材表面へのコー
ティングは、カソードを蒸発源とするアーク放電によっ
て金属成分をイオン化するイオンプレーティング法やス
パッタリング法、或いはイオン注入法等に代表されるＰ
ＶＤ法によって行うことができる。これらの中、アーク
イオンプレーティング法の内容を説明すると、カソード
を蒸発源とするアーク放電によってイオン化した金属成
分をN2、CH4 又はBF3ガス或いはそれらの混合ガスの雰
囲気中で反応させ、バイアス電圧を付与した基材表面に
デポジットさせる。このとき、カソードとしてはAlとC
r、AlとＶ、又は、AlとMgをそれぞれ個別に使用しても
よいが、目的組成そのものからなる Al1-yＸy をカソー
ド（ターゲット）とすれば、皮膜組成のコントロールが
容易であるという利点がある。この場合、 Al1-yＸy の
蒸発は数十アンペア以上の大電流域で行われ、そのため
カソード物質（ Al1-yＸy ）の組成ずれは殆ど生じず、
しかもイオン化効率が高くて反応性に富み、基材にバイ
アス電圧を印加することによって密着性の優れた皮膜を
得られる。
ティングは、カソードを蒸発源とするアーク放電によっ
て金属成分をイオン化するイオンプレーティング法やス
パッタリング法、或いはイオン注入法等に代表されるＰ
ＶＤ法によって行うことができる。これらの中、アーク
イオンプレーティング法の内容を説明すると、カソード
を蒸発源とするアーク放電によってイオン化した金属成
分をN2、CH4 又はBF3ガス或いはそれらの混合ガスの雰
囲気中で反応させ、バイアス電圧を付与した基材表面に
デポジットさせる。このとき、カソードとしてはAlとC
r、AlとＶ、又は、AlとMgをそれぞれ個別に使用しても
よいが、目的組成そのものからなる Al1-yＸy をカソー
ド（ターゲット）とすれば、皮膜組成のコントロールが
容易であるという利点がある。この場合、 Al1-yＸy の
蒸発は数十アンペア以上の大電流域で行われ、そのため
カソード物質（ Al1-yＸy ）の組成ずれは殆ど生じず、
しかもイオン化効率が高くて反応性に富み、基材にバイ
アス電圧を印加することによって密着性の優れた皮膜を
得られる。
【００２３】
（実施例１）カソードアーク方式イオンプレーティング
装置を用い、そのカソード電極として Al1-yＸy （但
し、Ｘ：Cr、Ｖ又はMg、ｙ：種々変化）のターゲットを
取り付け、一方、該装置の基板（基材）ホルダーに基材
として超硬合金（WC-10%Co系焼結合金）製の工具チップ
を取り付けた。又、該装置には、皮膜形成状態の均一性
を確保するための基板回転機構及びヒータを設けた。
装置を用い、そのカソード電極として Al1-yＸy （但
し、Ｘ：Cr、Ｖ又はMg、ｙ：種々変化）のターゲットを
取り付け、一方、該装置の基板（基材）ホルダーに基材
として超硬合金（WC-10%Co系焼結合金）製の工具チップ
を取り付けた。又、該装置には、皮膜形成状態の均一性
を確保するための基板回転機構及びヒータを設けた。
【００２４】そして、上記ヒータによって基材（チッ
プ）を400 ℃に加熱保持した状態で基材に−30Ｖのバイ
アス電圧を印加し、装置内に高純度N2ガス又はN2/CH4混
合ガスを導入した上で１×10-3Torrの雰囲気とし、アー
ク放電を開始して基材表面に膜厚５μm の成膜を行っ
た。このようにして得られた皮膜の組成を表１〜２（N
o.1〜33、36〜68）に示す。この中、No.1〜27、36〜62
のものは本発明の実施例に係る硬質皮膜であり、No.28
〜33、63〜68は比較例に係る皮膜である。
プ）を400 ℃に加熱保持した状態で基材に−30Ｖのバイ
アス電圧を印加し、装置内に高純度N2ガス又はN2/CH4混
合ガスを導入した上で１×10-3Torrの雰囲気とし、アー
ク放電を開始して基材表面に膜厚５μm の成膜を行っ
た。このようにして得られた皮膜の組成を表１〜２（N
o.1〜33、36〜68）に示す。この中、No.1〜27、36〜62
のものは本発明の実施例に係る硬質皮膜であり、No.28
〜33、63〜68は比較例に係る皮膜である。
【００２５】更に、比較のため、カソード（ターゲッ
ト）に Al1-yTiy 又はTiを用い、かかる点を除き上記と
同様の装置及び方法により、(Al,Ti)N皮膜及びTiN 皮膜
を形成した。それら皮膜の組成を表１〜２に示す（No.3
4, 35, 69, 70)。
ト）に Al1-yTiy 又はTiを用い、かかる点を除き上記と
同様の装置及び方法により、(Al,Ti)N皮膜及びTiN 皮膜
を形成した。それら皮膜の組成を表１〜２に示す（No.3
4, 35, 69, 70)。
【００２６】このようにして皮膜形成された工具チップ
を用いて、次の２種類の条件で切削試験を行った。その
試験結果を表１〜２に示す。 被削材：S45C、切削速度：170m/min、送り速度：0.
25mm/rev、切り込み：１mm、切削時間：25分 被削材:SKD11、切削速度：150m/min、送り速度：0.
2mm/rev 、切り込み：２mm、切削時間：25分
を用いて、次の２種類の条件で切削試験を行った。その
試験結果を表１〜２に示す。 被削材：S45C、切削速度：170m/min、送り速度：0.
25mm/rev、切り込み：１mm、切削時間：25分 被削材:SKD11、切削速度：150m/min、送り速度：0.
2mm/rev 、切り込み：２mm、切削時間：25分
【００２７】表１〜２から明らかなように、比較例に係
る皮膜を有する工具チップに比べて本発明の実施例に係
る皮膜を有する工具チップは、いづれも逃げ面摩耗量
（摩耗幅：摩耗箇所の幅）及びすくい面摩耗深さが極め
て少なく、耐摩耗性に非常に優れている。
る皮膜を有する工具チップに比べて本発明の実施例に係
る皮膜を有する工具チップは、いづれも逃げ面摩耗量
（摩耗幅：摩耗箇所の幅）及びすくい面摩耗深さが極め
て少なく、耐摩耗性に非常に優れている。
【００２８】（実施例２）皮膜の耐酸化性を調べるため
に基材として白金板を用い、基材表面に形成する皮膜の
厚みを10μm とし、これらの点を除き実施例１と同様の
同様の装置及び方法により、表３に示す組成の皮膜を形
成した。この中、No.71 〜76のものは本発明の実施例に
係る硬質皮膜であり、No.77 〜84は比較例に係る皮膜で
ある。
に基材として白金板を用い、基材表面に形成する皮膜の
厚みを10μm とし、これらの点を除き実施例１と同様の
同様の装置及び方法により、表３に示す組成の皮膜を形
成した。この中、No.71 〜76のものは本発明の実施例に
係る硬質皮膜であり、No.77 〜84は比較例に係る皮膜で
ある。
【００２９】このようにして皮膜形成された白金板につ
いて、その皮膜の耐酸化性を調べるため、熱天秤装置を
用いて昇温範囲：室温〜1200℃、昇温速度：10℃/min、
雰囲気ガス：乾燥空気、雰囲気ガスの流量：150cc/min
の条件で酸化試験を行った。そして、昇温過程で生じる
急激な重量増加点での温度を酸化開始温度と定め、それ
を求めた。その結果を表３に示す。又、皮膜のビッカー
ス硬度（荷重50ｇ）を測定した。その結果を表３に併記
して示す。
いて、その皮膜の耐酸化性を調べるため、熱天秤装置を
用いて昇温範囲：室温〜1200℃、昇温速度：10℃/min、
雰囲気ガス：乾燥空気、雰囲気ガスの流量：150cc/min
の条件で酸化試験を行った。そして、昇温過程で生じる
急激な重量増加点での温度を酸化開始温度と定め、それ
を求めた。その結果を表３に示す。又、皮膜のビッカー
ス硬度（荷重50ｇ）を測定した。その結果を表３に併記
して示す。
【００３０】表３から明らかなように、比較例に係る皮
膜はTiN 皮膜では約600 ℃で、(Al,Ti)N皮膜では約800
℃で酸化が始まるのに対し、本発明の実施例に係る皮膜
はいづれも酸化開始温度が高く、高温耐酸化性に優れて
いる。
膜はTiN 皮膜では約600 ℃で、(Al,Ti)N皮膜では約800
℃で酸化が始まるのに対し、本発明の実施例に係る皮膜
はいづれも酸化開始温度が高く、高温耐酸化性に優れて
いる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る硬質皮膜は、耐熱性（高温
耐酸化性）に優れ、又、硬度が高く、そのため、従来の
TiN 皮膜、TiC 皮膜、TiCN皮膜、(Al,Ti)(N,C)系皮膜の
中で最も耐摩耗性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜より
も耐摩耗性に優れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗
性を有し、従って、高速切削用工具基材の硬質皮膜とし
て好適に用いることができ、切削速度の一層の高速化が
図れるようになり、又、穿孔加工等の加工に使用される
工具や金型の耐摩耗性硬質皮膜として好適に用いること
ができ、それらの耐摩耗性の向上による工具性能や金型
性能の向上及び寿命の向上が図れるようになるという効
果を奏する。
耐酸化性）に優れ、又、硬度が高く、そのため、従来の
TiN 皮膜、TiC 皮膜、TiCN皮膜、(Al,Ti)(N,C)系皮膜の
中で最も耐摩耗性に優れている(Al,Ti)(N,C)系皮膜より
も耐摩耗性に優れ、高速切削の場合に対応可能な耐摩耗
性を有し、従って、高速切削用工具基材の硬質皮膜とし
て好適に用いることができ、切削速度の一層の高速化が
図れるようになり、又、穿孔加工等の加工に使用される
工具や金型の耐摩耗性硬質皮膜として好適に用いること
ができ、それらの耐摩耗性の向上による工具性能や金型
性能の向上及び寿命の向上が図れるようになるという効
果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔡 政憲 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 河田 和久 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 AlとＸ（Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種）の複合
窒化物、複合炭化物、複合ホウ化物、複合炭窒化物、複
合ホウ窒化物、複合炭ホウ化物または複合炭窒ホウ化物
よりなり、そのAlとＸの組成が、 （ Al1-yＸy ） 但し、Ｘ：Cr、Ｖ、Mgの一種 ０＜ｙ≦０．３ で示される組成からなることを特徴とする硬質皮膜。 - 【請求項２】 膜厚が0.1 〜20μm である請求項１記載
の硬質皮膜。 - 【請求項３】 超硬合金または高速度工具鋼の表面に形
成された請求項１又は２記載の硬質皮膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19870695A JPH0941127A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 硬質皮膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19870695A JPH0941127A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 硬質皮膜 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005374166A Division JP4475230B2 (ja) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | 硬質皮膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941127A true JPH0941127A (ja) | 1997-02-10 |
Family
ID=16395669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19870695A Pending JPH0941127A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 硬質皮膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0941127A (ja) |
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-
1995
- 1995-08-03 JP JP19870695A patent/JPH0941127A/ja active Pending
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