JPH08170167A - 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材 - Google Patents
耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材Info
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- JPH08170167A JPH08170167A JP31100794A JP31100794A JPH08170167A JP H08170167 A JPH08170167 A JP H08170167A JP 31100794 A JP31100794 A JP 31100794A JP 31100794 A JP31100794 A JP 31100794A JP H08170167 A JPH08170167 A JP H08170167A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フライス加工，切削加工，穿孔加工等の加工
に使用される切削工具の表面被覆材、或は金型，軸受
け，ダイス，ロールなど高硬度が要求される耐摩耗部材
の表面被覆材、もしくは成形機用スクリューやシリンダ
等の耐熱・耐食部材の表面被覆材として有用な硬質皮膜
の提供を目的とし、更には該硬質皮膜を被覆することに
よって優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜被覆部材を提
供する。 【構成】 基材表面に形成される硬質皮膜であって、第
１層および第２層を有し、上記第１層は基材側に形成さ
れて、 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４ で示される化学組成からなり、前記第２層は表面側に積
層されたＢＮであることを特徴とする。
に使用される切削工具の表面被覆材、或は金型，軸受
け，ダイス，ロールなど高硬度が要求される耐摩耗部材
の表面被覆材、もしくは成形機用スクリューやシリンダ
等の耐熱・耐食部材の表面被覆材として有用な硬質皮膜
の提供を目的とし、更には該硬質皮膜を被覆することに
よって優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜被覆部材を提
供する。 【構成】 基材表面に形成される硬質皮膜であって、第
１層および第２層を有し、上記第１層は基材側に形成さ
れて、 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４ で示される化学組成からなり、前記第２層は表面側に積
層されたＢＮであることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フライス加工，切削加
工，穿孔加工等の加工に使用される切削工具の表面被覆
材、或は金型，軸受け，ダイス，ロールなど高硬度が要
求される耐摩耗部材の表面被覆材、もしくは成形機用ス
クリューやシリンダ等の耐熱・耐食部材の表面被覆材と
して有用な硬質皮膜に関し、更には該硬質皮膜を被覆す
ることによって優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜被覆
部材に関するものである。
工，穿孔加工等の加工に使用される切削工具の表面被覆
材、或は金型，軸受け，ダイス，ロールなど高硬度が要
求される耐摩耗部材の表面被覆材、もしくは成形機用ス
クリューやシリンダ等の耐熱・耐食部材の表面被覆材と
して有用な硬質皮膜に関し、更には該硬質皮膜を被覆す
ることによって優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜被覆
部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度工具や超硬合金工具など高い耐摩
耗性が要求される切削工具は、工具の基材表面にＴｉＮ
やＴｉＣ等の硬質皮膜を形成することにより耐摩耗性の
向上が図られている。
耗性が要求される切削工具は、工具の基材表面にＴｉＮ
やＴｉＣ等の硬質皮膜を形成することにより耐摩耗性の
向上が図られている。
【０００３】上記ＴｉＮとＴｉＣの耐摩耗性を比較する
と、ＴｉＮは高温域における耐酸化性の点でＴｉＣより
優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によって生じる工
具すくい面のクレータ摩耗に対して良好な耐摩耗性を発
揮する。しかもＴｉＮは母材との密着性にも優れてい
る。一方ＴｉＣはＴｉＮより硬度が高く、被削材と接す
る逃げ面のフランク摩耗に対して高い耐久性を有してい
る。
と、ＴｉＮは高温域における耐酸化性の点でＴｉＣより
優れており、切削時の加工熱や摩擦熱によって生じる工
具すくい面のクレータ摩耗に対して良好な耐摩耗性を発
揮する。しかもＴｉＮは母材との密着性にも優れてい
る。一方ＴｉＣはＴｉＮより硬度が高く、被削材と接す
る逃げ面のフランク摩耗に対して高い耐久性を有してい
る。
【０００４】しかしながら耐酸化性に優れたＴｉＮであ
っても酸化開始温度はせいぜい６００℃程度であり、ま
た高い硬度を有するＴｉＣであってもそのビッカース硬
さはせいぜい２０００程度であり、いずれについても耐
摩耗性の一層の改善が望まれていた。
っても酸化開始温度はせいぜい６００℃程度であり、ま
た高い硬度を有するＴｉＣであってもそのビッカース硬
さはせいぜい２０００程度であり、いずれについても耐
摩耗性の一層の改善が望まれていた。
【０００５】そこで例えば特開平２−１９４１５９に
は、ＴｉＮやＴｉＣの耐酸化性や硬度の向上を目的とし
て、Ｔｉの一部をＡｌに置換したＡｌとＴｉの複合窒化
物や複合炭窒化物［以下（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）と示
す］が開示されており、酸化開始温度は約８００℃、ビ
ッカース硬さは２５００程度まで改善されている。
は、ＴｉＮやＴｉＣの耐酸化性や硬度の向上を目的とし
て、Ｔｉの一部をＡｌに置換したＡｌとＴｉの複合窒化
物や複合炭窒化物［以下（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）と示
す］が開示されており、酸化開始温度は約８００℃、ビ
ッカース硬さは２５００程度まで改善されている。
【０００６】また本発明者らはＡｌおよびＴｉとＮとの
化合物をベースとして、一部の元素を他の元素と置換す
ることにより、高い硬度と良好な耐酸化性を有して優れ
た耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を開発して先に出願を済
ませている。例えば（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）膜
（特願平６−１００１５４）は、酸化開始温度は約１０
００℃であり、ビッカース硬さは３１００程度である。
化合物をベースとして、一部の元素を他の元素と置換す
ることにより、高い硬度と良好な耐酸化性を有して優れ
た耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を開発して先に出願を済
ませている。例えば（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）膜
（特願平６−１００１５４）は、酸化開始温度は約１０
００℃であり、ビッカース硬さは３１００程度である。
【０００７】さらに特開平４−１２０２６５号公報に
は、Ｈｖ３５００以上という高い硬度を有するｃＢＮ
（立方晶窒化ホウ素）を、耐摩耗性基材に密着性よく形
成することは困難であるという問題点を解決する技術と
して、基材とｃＢＮ皮膜の間にＴｉＮなどの中間層を形
成することによってｃＢＮ皮膜を密着性よく被覆する発
明が開示されている。確かにＴｉＮなどからなる中間層
は基材との密着性に優れており、更に上記中間層とｃＢ
Ｎ皮膜の密着性も高いので、ｃＢＮ皮膜が容易に剥離す
ることはない。しかしながら、ｃＢＮ皮膜はＨｖ３５０
０以上という高い硬度を有しているにもかかわらず、Ｔ
ｉＮなどの中間層の上に形成される場合には中間層の硬
度が低いことからｃＢＮ皮膜に期待される程の高い硬度
は得られず、しかも耐酸化性も不充分であった。
は、Ｈｖ３５００以上という高い硬度を有するｃＢＮ
（立方晶窒化ホウ素）を、耐摩耗性基材に密着性よく形
成することは困難であるという問題点を解決する技術と
して、基材とｃＢＮ皮膜の間にＴｉＮなどの中間層を形
成することによってｃＢＮ皮膜を密着性よく被覆する発
明が開示されている。確かにＴｉＮなどからなる中間層
は基材との密着性に優れており、更に上記中間層とｃＢ
Ｎ皮膜の密着性も高いので、ｃＢＮ皮膜が容易に剥離す
ることはない。しかしながら、ｃＢＮ皮膜はＨｖ３５０
０以上という高い硬度を有しているにもかかわらず、Ｔ
ｉＮなどの中間層の上に形成される場合には中間層の硬
度が低いことからｃＢＮ皮膜に期待される程の高い硬度
は得られず、しかも耐酸化性も不充分であった。
【０００８】この様な状況のもと、一層の高能率化が要
求されている切削加工などの分野では、より優れた耐摩
耗性を有する硬質皮膜の開発が期待される。
求されている切削加工などの分野では、より優れた耐摩
耗性を有する硬質皮膜の開発が期待される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に着目してなされたものであって、これまでに開発して
きた硬質皮膜の優れた特性を生かしつつ、一段と優れた
耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を提供することを目的とし
ており、更には高い耐摩耗性が要求される部材に上記硬
質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆部材を提供しようとする
ものである。
に着目してなされたものであって、これまでに開発して
きた硬質皮膜の優れた特性を生かしつつ、一段と優れた
耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を提供することを目的とし
ており、更には高い耐摩耗性が要求される部材に上記硬
質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆部材を提供しようとする
ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係る硬質皮膜とは、基材表面に形成される硬質皮膜
であって、第１層および第２層を有し、上記第１層は基
材側に形成されて、 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４ で示される化学組成からなり、前記第２層は表面側に積
層されたＢＮであることを要旨とするものである。尚、
上記の変数ｘ，ｙ，ｚはいずれも、原子量比である。
明に係る硬質皮膜とは、基材表面に形成される硬質皮膜
であって、第１層および第２層を有し、上記第１層は基
材側に形成されて、 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４ で示される化学組成からなり、前記第２層は表面側に積
層されたＢＮであることを要旨とするものである。尚、
上記の変数ｘ，ｙ，ｚはいずれも、原子量比である。
【００１１】上記硬質皮膜の厚さは、第１層および第２
層共に０．１〜２０μｍにすることが好ましく、上記硬
質皮膜を基材表面に形成すれば耐摩耗性に優れた硬質皮
膜被覆部材を得ることができる。
層共に０．１〜２０μｍにすることが好ましく、上記硬
質皮膜を基材表面に形成すれば耐摩耗性に優れた硬質皮
膜被覆部材を得ることができる。
【００１２】
【作用】本発明者らは上記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，
Ｎ）系皮膜の耐摩耗性をより一層向上させることを目的
として検討を重ねた結果、上記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）
（Ｃ，Ｎ）系皮膜の表面にＢＮ膜を保護層として密着性
よく形成することによって、硬質皮膜全体としての硬度
および耐酸化性を高めることができ、硬質皮膜の耐摩耗
性を大幅に向上できることを突き止めた。
Ｎ）系皮膜の耐摩耗性をより一層向上させることを目的
として検討を重ねた結果、上記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）
（Ｃ，Ｎ）系皮膜の表面にＢＮ膜を保護層として密着性
よく形成することによって、硬質皮膜全体としての硬度
および耐酸化性を高めることができ、硬質皮膜の耐摩耗
性を大幅に向上できることを突き止めた。
【００１３】本発明の硬質皮膜が従来の硬質皮膜に比べ
て優れた耐摩耗性を発揮できる様になった理由は十分に
解明されたわけではないが、以下の様に考えられる。即
ち、硬度が高く且つ耐酸化性に優れしかも摩擦係数が小
さいＢＮ膜を、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜
上に表面層として密着性よく形成することによって、皮
膜全体のビッカース硬さを４０００以上と高硬度にする
ことができると共に、その下層の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）
（Ｃ，Ｎ）系皮膜表面に形成されＡｌ酸化物からなる保
護皮膜を著しく緻密化するためであると考えられる。
て優れた耐摩耗性を発揮できる様になった理由は十分に
解明されたわけではないが、以下の様に考えられる。即
ち、硬度が高く且つ耐酸化性に優れしかも摩擦係数が小
さいＢＮ膜を、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜
上に表面層として密着性よく形成することによって、皮
膜全体のビッカース硬さを４０００以上と高硬度にする
ことができると共に、その下層の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）
（Ｃ，Ｎ）系皮膜表面に形成されＡｌ酸化物からなる保
護皮膜を著しく緻密化するためであると考えられる。
【００１４】尚、ＢＮ皮膜は、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）
（Ｃ，Ｎ）系皮膜と優れた親和性および反応性を有して
いるので、下地の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮
膜に密着性良く形成することができ、しかも（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜と基材との密着性を損なう
こともないので、切削工具やその他の耐摩耗部材の表面
に適用した場合であっても、各界面における剥離の問題
を生ずることが少なく、硬質皮膜の優れた耐摩耗性を十
分に発揮する硬質皮膜被覆部材を得ることができる。
（Ｃ，Ｎ）系皮膜と優れた親和性および反応性を有して
いるので、下地の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮
膜に密着性良く形成することができ、しかも（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜と基材との密着性を損なう
こともないので、切削工具やその他の耐摩耗部材の表面
に適用した場合であっても、各界面における剥離の問題
を生ずることが少なく、硬質皮膜の優れた耐摩耗性を十
分に発揮する硬質皮膜被覆部材を得ることができる。
【００１５】本発明におけるＢＮ皮膜が下地（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜に密着性良く形成すること
ができる理由については、未解明の部分を残している
が、例えばJOURNAL OF HARD MATERIALS(Vol.2,No.3-4,1
991,P233〜243)によると、ｃＢＮ−ＴｉＡｌＮ複合材料
の界面には、ＡｌＮ，ＴｉＮ，ＴｉＢ2 等の反応層が形
成される様であり、本発明の場合においても（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）とＢＮの界面に同様の反応層が形
成され、これによって密着性が著しく高まるものである
と考えている。
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）系皮膜に密着性良く形成すること
ができる理由については、未解明の部分を残している
が、例えばJOURNAL OF HARD MATERIALS(Vol.2,No.3-4,1
991,P233〜243)によると、ｃＢＮ−ＴｉＡｌＮ複合材料
の界面には、ＡｌＮ，ＴｉＮ，ＴｉＢ2 等の反応層が形
成される様であり、本発明の場合においても（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ）とＢＮの界面に同様の反応層が形
成され、これによって密着性が著しく高まるものである
と考えている。
【００１６】本発明に係る硬質皮膜において、基材上に
形成される第１層は下記の化学組成からなることが必要
である。 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４
形成される第１層は下記の化学組成からなることが必要
である。 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４
【００１７】（Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ
1-z ）が優れた耐摩耗性を発揮するには、金属元素の成
分組成Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy においてｘ，ｙの値は夫
々０．０５≦ｘ≦０．７５，０．０１≦ｙ≦０．１とい
う条件を満足することが必要である。ｘの値が０．０５
未満であるか、またはｙの値が０．０１未満では十分な
耐酸化性の向上効果を得ることができない。またｘの値
が０．７５を超えるか、またはｙの値が０．１を超える
と皮膜の結晶構造が立方晶から六方晶へ変化してしま
い、皮膜硬さが低下して十分な耐摩耗性が得られない。
なお、ｘの下限値としては０．２５が好ましく、０．５
６以上であることがより望ましい。ｘの上限値としては
０．７が好ましい。ｙの好ましい下限値は０．０２であ
り、一方ｙの上限値としては０．０８が好ましく、０．
０５以下であることがより望ましい。
1-z ）が優れた耐摩耗性を発揮するには、金属元素の成
分組成Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy においてｘ，ｙの値は夫
々０．０５≦ｘ≦０．７５，０．０１≦ｙ≦０．１とい
う条件を満足することが必要である。ｘの値が０．０５
未満であるか、またはｙの値が０．０１未満では十分な
耐酸化性の向上効果を得ることができない。またｘの値
が０．７５を超えるか、またはｙの値が０．１を超える
と皮膜の結晶構造が立方晶から六方晶へ変化してしま
い、皮膜硬さが低下して十分な耐摩耗性が得られない。
なお、ｘの下限値としては０．２５が好ましく、０．５
６以上であることがより望ましい。ｘの上限値としては
０．７が好ましい。ｙの好ましい下限値は０．０２であ
り、一方ｙの上限値としては０．０８が好ましく、０．
０５以下であることがより望ましい。
【００１８】また本発明に係る硬質皮膜の第１層は、上
記金属元素の窒化物であっても炭・窒化物であっても優
れた耐摩耗性を発揮する。但し、Ｃz Ｎ1-z においてｚ
の値が０．４を超えると皮膜の耐酸化性が低下してしま
うので、０≦ｚ≦０．４を満足することが望ましい。
尚、ｚの値が０．２以下であると耐酸化性がより良好と
なる。
記金属元素の窒化物であっても炭・窒化物であっても優
れた耐摩耗性を発揮する。但し、Ｃz Ｎ1-z においてｚ
の値が０．４を超えると皮膜の耐酸化性が低下してしま
うので、０≦ｚ≦０．４を満足することが望ましい。
尚、ｚの値が０．２以下であると耐酸化性がより良好と
なる。
【００１９】本発明は第２層として形成するＢＮ皮膜の
組成または結晶構造を限定するものではないが、硬度が
Ｈｖ３５００以上であるｃＢＮや硬質ＢＮを第１層に積
層すれば、高い耐摩耗性が得られるので好ましい。
組成または結晶構造を限定するものではないが、硬度が
Ｈｖ３５００以上であるｃＢＮや硬質ＢＮを第１層に積
層すれば、高い耐摩耗性が得られるので好ましい。
【００２０】次に本発明に係る硬質皮膜の厚さとして
は、第１層および第２層共に、０．１μｍ以上２０μｍ
以下であることが望まれる。０．１μｍ未満であると耐
摩耗性が十分発揮できず、一方２０μｍを超えると衝撃
力によって硬質皮膜にクラックが入ることがあるからで
ある。
は、第１層および第２層共に、０．１μｍ以上２０μｍ
以下であることが望まれる。０．１μｍ未満であると耐
摩耗性が十分発揮できず、一方２０μｍを超えると衝撃
力によって硬質皮膜にクラックが入ることがあるからで
ある。
【００２１】なお、本発明に係る硬質皮膜を切削工具に
被覆する場合には、工具基材本来の切れ刃の特性を生か
しつつ、同時に硬質皮膜の優れた耐摩耗性を発揮させる
ことが望まれる。このような観点から本発明に係る硬質
皮膜の厚さは、第１層および第２層共に、１μｍ以上と
することが好ましく、２μｍ以上がより好ましい。また
上限については１２μｍ以下とすることが好ましく、８
μｍ以下がより望ましい。
被覆する場合には、工具基材本来の切れ刃の特性を生か
しつつ、同時に硬質皮膜の優れた耐摩耗性を発揮させる
ことが望まれる。このような観点から本発明に係る硬質
皮膜の厚さは、第１層および第２層共に、１μｍ以上と
することが好ましく、２μｍ以上がより好ましい。また
上限については１２μｍ以下とすることが好ましく、８
μｍ以下がより望ましい。
【００２２】また、本発明は硬質皮膜を被覆する基材の
材質を限定するものではないが、基材表面に密着性よく
被覆して優れた耐摩耗性を発揮させるためには、超硬合
金，高速度工具鋼，ダイス鋼，サーメットまたはセラミ
ック等の硬質物質が適している。
材質を限定するものではないが、基材表面に密着性よく
被覆して優れた耐摩耗性を発揮させるためには、超硬合
金，高速度工具鋼，ダイス鋼，サーメットまたはセラミ
ック等の硬質物質が適している。
【００２３】尚、本発明に係る硬質皮膜を基材表面に被
覆するにあたって、まず第１層の形成方法としては、イ
オンプレーティング法やスパッタリング法等に代表され
るＰＶＤ法が挙げられるが、例えばアーク放電式イオン
プレーティング法を採用する場合には以下に例示する方
法を用いればよい。即ち、アーク放電により蒸発源であ
るカソードから金属成分（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）をイオン
化させ、Ｎ2 雰囲気および／またはＣＨ4 雰囲気中でイ
オンプレーティングすることによって窒化物および／ま
たは炭化物を基材上に形成することができる。更に、目
的とする皮膜組成と同一の金属組成のターゲットを用い
れば、組成のずれを生じることが少なく安定した組成の
皮膜を得ることが容易となる。また基材にバイアス電位
を印加しながらイオンプレーティングを行えば、皮膜の
密着性を一段と高めることができるので好ましい。
覆するにあたって、まず第１層の形成方法としては、イ
オンプレーティング法やスパッタリング法等に代表され
るＰＶＤ法が挙げられるが、例えばアーク放電式イオン
プレーティング法を採用する場合には以下に例示する方
法を用いればよい。即ち、アーク放電により蒸発源であ
るカソードから金属成分（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）をイオン
化させ、Ｎ2 雰囲気および／またはＣＨ4 雰囲気中でイ
オンプレーティングすることによって窒化物および／ま
たは炭化物を基材上に形成することができる。更に、目
的とする皮膜組成と同一の金属組成のターゲットを用い
れば、組成のずれを生じることが少なく安定した組成の
皮膜を得ることが容易となる。また基材にバイアス電位
を印加しながらイオンプレーティングを行えば、皮膜の
密着性を一段と高めることができるので好ましい。
【００２４】さらに本発明はイオンプレーティング時の
ガス圧も特に限定するものではないが、１×１０-3〜５
×１０-2Ｔｏｒｒ程度が好ましく、ガス圧をこの範囲内
に設定すれば耐摩耗性の一段と優れた高結晶性の緻密な
硬質皮膜が得られ易い。
ガス圧も特に限定するものではないが、１×１０-3〜５
×１０-2Ｔｏｒｒ程度が好ましく、ガス圧をこの範囲内
に設定すれば耐摩耗性の一段と優れた高結晶性の緻密な
硬質皮膜が得られ易い。
【００２５】また本発明はＢＮ皮膜を形成する方法を限
定するものでもなく、前述のイオンプレーティング法や
イオンアシストデポジション法等を用いればよい。イオ
ンプレーティング法を採用する場合には、Ｂからなるタ
ーゲットを用い、イオン化させたＢをＮ2 雰囲気中で反
応させることによって基材上にＢＮ皮膜を形成すること
ができる。またイオンアシストデポジション法を採用す
る場合には、坩堝に入れたＢに電子ビームを同時に照射
してＢを蒸発させ窒素イオンを反応させることにより、
基材上にＢＮを被覆することができる。このとき、基材
にバイアス電位を印加すると、皮膜の密着性を一段と高
めることができるので好ましい。
定するものでもなく、前述のイオンプレーティング法や
イオンアシストデポジション法等を用いればよい。イオ
ンプレーティング法を採用する場合には、Ｂからなるタ
ーゲットを用い、イオン化させたＢをＮ2 雰囲気中で反
応させることによって基材上にＢＮ皮膜を形成すること
ができる。またイオンアシストデポジション法を採用す
る場合には、坩堝に入れたＢに電子ビームを同時に照射
してＢを蒸発させ窒素イオンを反応させることにより、
基材上にＢＮを被覆することができる。このとき、基材
にバイアス電位を印加すると、皮膜の密着性を一段と高
めることができるので好ましい。
【００２６】以下実施例について説明するが、本発明は
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜変更することは本発明の技術的範囲に含
まれる。
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜変更することは本発明の技術的範囲に含
まれる。
【００２７】
【実施例】実施例１ まず、寸法１０ｍｍ×２５ｍｍの白金箔からなる基材を
イオンプレーティング装置に装着し、以下の方法により
第１層を形成した。上記基材を４００℃に加熱した後、
第１層を構成する元素のうちＮ以外の元素を組成成分と
するカソードを蒸発させると共に、反応ガスとしてＮ2
ガスを導入して、７×１０-3Ｔｏｒｒの雰囲気とし、且
つ上記基材に−１５０Ｖの電位を印加することによって
表１に示す種々の組成の第１層皮膜を５μｍ被覆した試
験片を製作した。なお、皮膜の組成は誘導結合型アルゴ
ンプラズマ発光分析法およびオージェ電子分光法により
確認した。
イオンプレーティング装置に装着し、以下の方法により
第１層を形成した。上記基材を４００℃に加熱した後、
第１層を構成する元素のうちＮ以外の元素を組成成分と
するカソードを蒸発させると共に、反応ガスとしてＮ2
ガスを導入して、７×１０-3Ｔｏｒｒの雰囲気とし、且
つ上記基材に−１５０Ｖの電位を印加することによって
表１に示す種々の組成の第１層皮膜を５μｍ被覆した試
験片を製作した。なお、皮膜の組成は誘導結合型アルゴ
ンプラズマ発光分析法およびオージェ電子分光法により
確認した。
【００２８】第２層としてＢＮ皮膜を積層するにあたっ
ては、第１層の皮膜を形成した後、上記イオンプレーテ
ィング装置内の電子ビーム銃を起動し、坩堝に入れたＢ
に電子ビームを照射してＢを蒸発させ、装置内の真空度
が５×１０-4ＴｏｒｒになるようにしてＢの蒸気に５０
０ｅＶの出力で窒素イオンビームをあて反応させると共
に、基材に−１５０Ｖの電位を印加することによって３
μｍの厚さのＢＮ皮膜を形成した。なお、皮膜の組成は
電子プルーブＸ線マイクロアナリシスおよびオージェ電
子分光法により確認した。
ては、第１層の皮膜を形成した後、上記イオンプレーテ
ィング装置内の電子ビーム銃を起動し、坩堝に入れたＢ
に電子ビームを照射してＢを蒸発させ、装置内の真空度
が５×１０-4ＴｏｒｒになるようにしてＢの蒸気に５０
０ｅＶの出力で窒素イオンビームをあて反応させると共
に、基材に−１５０Ｖの電位を印加することによって３
μｍの厚さのＢＮ皮膜を形成した。なお、皮膜の組成は
電子プルーブＸ線マイクロアナリシスおよびオージェ電
子分光法により確認した。
【００２９】この様にして得られた試験片を用いて下記
条件の酸化試験を行ったところ、表１に示す結果を得
た。 （酸化試験の条件） 温度範囲：室温〜１３００℃ 昇温速度：１０°／ｍｉｎ 雰囲気 ：乾燥空気、大気圧 空気流量：１５０ｃｃ／ｍｉｎ
条件の酸化試験を行ったところ、表１に示す結果を得
た。 （酸化試験の条件） 温度範囲：室温〜１３００℃ 昇温速度：１０°／ｍｉｎ 雰囲気 ：乾燥空気、大気圧 空気流量：１５０ｃｃ／ｍｉｎ
【００３０】
【表１】
【００３１】第２層としてＢＮ膜が形成されていない従
来例（Ｎｏ．１）と該従来例の皮膜に第２層としてＢＮ
膜が形成された実施例（Ｎｏ．５）とを比較すると、本
発明に係る硬質皮膜は酸化開始温度が１段と高くなって
いることから耐酸化性が向上していることが分かる。
来例（Ｎｏ．１）と該従来例の皮膜に第２層としてＢＮ
膜が形成された実施例（Ｎｏ．５）とを比較すると、本
発明に係る硬質皮膜は酸化開始温度が１段と高くなって
いることから耐酸化性が向上していることが分かる。
【００３２】Ｎｏ．２は、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，
Ｎ）系皮膜を第１層として形成することなく、ＢＮ皮膜
が形成された比較例である。基材との密着性が乏しいこ
とからＢＮ皮膜本来の特性を発揮できず、酸化開始温度
が低い。
Ｎ）系皮膜を第１層として形成することなく、ＢＮ皮膜
が形成された比較例である。基材との密着性が乏しいこ
とからＢＮ皮膜本来の特性を発揮できず、酸化開始温度
が低い。
【００３３】Ｎｏ．３，４は、ＴｉＮまたは（Ａｌ，Ｔ
ｉ）Ｎを第１層として、ＢＮを第２層として形成した従
来例であり、本発明に係る硬質皮膜に比べると耐酸化性
に劣ることが分かる。
ｉ）Ｎを第１層として、ＢＮを第２層として形成した従
来例であり、本発明に係る硬質皮膜に比べると耐酸化性
に劣ることが分かる。
【００３４】実施例２ 基材として超硬チップを用い、皮膜の厚みを各々１０μ
ｍにする以外は、実施例１と同じ方法で試験片を製作し
た。これらの皮膜のマイクロビッカース硬さを荷重１０
０ｇで測定したところ、前記表１に併記する結果が得ら
れた。表１から明らかな様に、従来例（Ｎｏ．１）と該
従来例の皮膜に第２層としてＢＮ膜が形成された実施例
（Ｎｏ．５）とを夫々比較すると、本発明に係る硬質皮
膜はマイクロビッカース硬さが１０００以上も高くなっ
ていることから硬度が著しく高くなっていることが分か
る。
ｍにする以外は、実施例１と同じ方法で試験片を製作し
た。これらの皮膜のマイクロビッカース硬さを荷重１０
０ｇで測定したところ、前記表１に併記する結果が得ら
れた。表１から明らかな様に、従来例（Ｎｏ．１）と該
従来例の皮膜に第２層としてＢＮ膜が形成された実施例
（Ｎｏ．５）とを夫々比較すると、本発明に係る硬質皮
膜はマイクロビッカース硬さが１０００以上も高くなっ
ていることから硬度が著しく高くなっていることが分か
る。
【００３５】Ｎｏ．２は、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，
Ｎ）系皮膜を第１層として形成することなく、ＢＮ皮膜
が形成された比較例である。基材との密着性が乏しいこ
とからＢＮ皮膜本来の特性を発揮できず、マイクロビッ
カース硬さが低い。Ｎｏ．３，４は、ＴｉＮまたは（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎを第１層として、ＢＮを第２層として形成
した従来例であり、本発明に係る硬質皮膜に比べると硬
度が低いことが分かる。
Ｎ）系皮膜を第１層として形成することなく、ＢＮ皮膜
が形成された比較例である。基材との密着性が乏しいこ
とからＢＮ皮膜本来の特性を発揮できず、マイクロビッ
カース硬さが低い。Ｎｏ．３，４は、ＴｉＮまたは（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎを第１層として、ＢＮを第２層として形成
した従来例であり、本発明に係る硬質皮膜に比べると硬
度が低いことが分かる。
【００３６】実施例３ 超硬合金を基材として用いて、外径１０ｍｍの２枚刃エ
ンドミルを製作し、夫々のエンドミルの刃部表面に基材
と皮膜厚さ以外は実施例１と同じ方法で表２に示す硬質
皮膜を形成した。この場合、皮膜厚さは第１層および第
２層を形成する場合は夫々４μｍおよび２μｍとし、第
１層または第２層のみ形成する場合は６μｍとした。
ンドミルを製作し、夫々のエンドミルの刃部表面に基材
と皮膜厚さ以外は実施例１と同じ方法で表２に示す硬質
皮膜を形成した。この場合、皮膜厚さは第１層および第
２層を形成する場合は夫々４μｍおよび２μｍとし、第
１層または第２層のみ形成する場合は６μｍとした。
【００３７】得られた表面被覆エンドミルを用いて、下
記の条件により切削試験を行ないエンドミル切れ刃逃げ
面の摩耗量を測定したところ、表２に併記する結果を得
た。 （切削条件） 切削方法：側面切削ダウンカット 被削材 ：ＳＫＤ１１（硬さＨＢ２１９） 切込み ：Ｒｄ １ｍｍ×Ａｄ １０ｍｍ 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．０７ｍｍ／ｔｏｏｔｈ（２７０ｍｍ／ｍ
ｉｎ） 切削油 ：エアーブロー 切削長 ：５０ｍ
記の条件により切削試験を行ないエンドミル切れ刃逃げ
面の摩耗量を測定したところ、表２に併記する結果を得
た。 （切削条件） 切削方法：側面切削ダウンカット 被削材 ：ＳＫＤ１１（硬さＨＢ２１９） 切込み ：Ｒｄ １ｍｍ×Ａｄ １０ｍｍ 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．０７ｍｍ／ｔｏｏｔｈ（２７０ｍｍ／ｍ
ｉｎ） 切削油 ：エアーブロー 切削長 ：５０ｍ
【００３８】
【表２】
【００３９】表２からも明らかな様に、本発明に係る硬
質皮膜被覆エンドミル（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．
１〜４）と比べて逃げ面摩耗量が小さく耐摩耗性に優れ
ていることが分かる。
質皮膜被覆エンドミル（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．
１〜４）と比べて逃げ面摩耗量が小さく耐摩耗性に優れ
ていることが分かる。
【００４０】実施例４ 基材としてＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相当の高速度鋼を用い
て、外径１０ｍｍのＪＩＳ規格ドリルを製作し、これら
を基材として用いる以外は実施例３と同じ方法で、夫々
のドリル刃部表面に表３に示す硬質皮膜を形成した。
て、外径１０ｍｍのＪＩＳ規格ドリルを製作し、これら
を基材として用いる以外は実施例３と同じ方法で、夫々
のドリル刃部表面に表３に示す硬質皮膜を形成した。
【００４１】得られた表面被覆ドリルを用いて、下記の
条件により切削試験を行ない切削寿命を調べたところ、
表３に併記する結果を得た。 （切削条件） 切削方法：穴あけ加工、各５本切削 被削材 ：Ｓ５５Ｃ（硬さＨＢ２２０） 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切削長さ：２５ｍｍ（貫通穴） 切削油 ：水溶性エマルジョン型切削油
条件により切削試験を行ない切削寿命を調べたところ、
表３に併記する結果を得た。 （切削条件） 切削方法：穴あけ加工、各５本切削 被削材 ：Ｓ５５Ｃ（硬さＨＢ２２０） 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切削長さ：２５ｍｍ（貫通穴） 切削油 ：水溶性エマルジョン型切削油
【００４２】
【表３】
【００４３】表３からも明らかな様に、本発明に係る硬
質皮膜被覆ドリル（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．１〜
４）と比べて平均穴あけ個数が多く切削寿命が長いこと
が分かる。
質皮膜被覆ドリル（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．１〜
４）と比べて平均穴あけ個数が多く切削寿命が長いこと
が分かる。
【００４４】実施例５ ＪＩＳ規格ＳＫＤ６１相当の金型材を用いて、寸法４０
×２０×５ｍｍの基材を製作し、第１層および第２層の
合計の皮膜厚さを１０μｍとする以外は実施例４と同じ
方法で表４に示す硬質皮膜を形成して試験片とした。
×２０×５ｍｍの基材を製作し、第１層および第２層の
合計の皮膜厚さを１０μｍとする以外は実施例４と同じ
方法で表４に示す硬質皮膜を形成して試験片とした。
【００４５】得られた試験片を用いて、下記の条件で熱
サイクル試験を行ない耐久性を調査したところ、表４に
併記する結果を得た。 （熱サイクル試験条件） 高温槽温度、保持時間：８００℃、１５０秒 低温槽温度、保持時間：水冷、１０秒
サイクル試験を行ない耐久性を調査したところ、表４に
併記する結果を得た。 （熱サイクル試験条件） 高温槽温度、保持時間：８００℃、１５０秒 低温槽温度、保持時間：水冷、１０秒
【００４６】
【表４】
【００４７】表４からも明らかな様に、本発明に係る硬
質皮膜を被覆した試験片（Ｎｏ．３）は、従来例（Ｎ
ｏ．１，２）と比べてクラック発生までのサイクル数が
大きく改善されており、優れた耐熱サイクル性を示して
いる。
質皮膜を被覆した試験片（Ｎｏ．３）は、従来例（Ｎ
ｏ．１，２）と比べてクラック発生までのサイクル数が
大きく改善されており、優れた耐熱サイクル性を示して
いる。
【００４８】実施例６ 超硬チップを基材として用いて、基材の種類が異なるこ
と以外は実施例３と同じ方法で、夫々のチップの刃部表
面に表５に示す硬質皮膜を形成した。得られた表面被覆
チップを用いて、下記の条件により切削試験を行ないチ
ップ切れ刃逃げ面の摩耗量を測定したところ、表５に併
記する結果を得た。 （切削条件） 被削材 ：Ｓ４５Ｃ 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ 送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：２ｍｍ 切削油 ：乾式 切削時間：４０ｍｉｎ
と以外は実施例３と同じ方法で、夫々のチップの刃部表
面に表５に示す硬質皮膜を形成した。得られた表面被覆
チップを用いて、下記の条件により切削試験を行ないチ
ップ切れ刃逃げ面の摩耗量を測定したところ、表５に併
記する結果を得た。 （切削条件） 被削材 ：Ｓ４５Ｃ 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ 送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：２ｍｍ 切削油 ：乾式 切削時間：４０ｍｉｎ
【００４９】
【表５】
【００５０】表５からも明らかな様に、本発明に係る硬
質皮膜被覆チップ（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．１〜
４）と比べて逃げ面摩耗量が小さく耐摩耗性が優れてい
ることが分かる。
質皮膜被覆チップ（Ｎｏ．５）は、従来例（Ｎｏ．１〜
４）と比べて逃げ面摩耗量が小さく耐摩耗性が優れてい
ることが分かる。
【００５１】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、これまでに開発してきた硬質皮膜の優れた特性を生
かしつつ、一段と優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を
提供することが可能となり、更には高い耐摩耗性が要求
される部材に上記硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆部材
が提供できることとなった。
で、これまでに開発してきた硬質皮膜の優れた特性を生
かしつつ、一段と優れた耐摩耗性を発揮する硬質皮膜を
提供することが可能となり、更には高い耐摩耗性が要求
される部材に上記硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆部材
が提供できることとなった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 泰司 兵庫県明石市魚住町金ケ崎西大池179番１ 株式会社神戸製鋼所明石工場内 (72)発明者 杉崎 康昭 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 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
Claims (4)
- 【請求項１】 基材表面に形成される硬質皮膜であっ
て、 第１層および第２層を有し、 上記第１層は基材側に形成されて、 （Ａｌx Ｔｉ1-x-y Ｓｉy ）（Ｃz Ｎ1-z ） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．０１≦ｙ≦０．１ ０≦ｚ≦０．４ で示される化学組成からなり、 前記第２層は表面側に積層されたＢＮであることを特徴
とする耐摩耗性に優れた硬質皮膜。 - 【請求項２】 前記第１層の厚さが、０．１〜２０μｍ
である請求項１に記載の硬質皮膜。 - 【請求項３】 前記第２層の厚さが、０．１〜２０μｍ
である請求項１または２に記載の硬質皮膜。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の硬質皮
膜を、基材表面に形成してなることを特徴とする耐摩耗
性に優れた硬質皮膜被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31100794A JP3822655B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31100794A JP3822655B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08170167A true JPH08170167A (ja) | 1996-07-02 |
| JP3822655B2 JP3822655B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=18012007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31100794A Expired - Lifetime JP3822655B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3822655B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007119898A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-05-17 | Toyota Motor Corp | 摺動部材 |
| US7354640B2 (en) | 2004-06-18 | 2008-04-08 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Hard coating and its production method |
| JP2017214913A (ja) * | 2016-06-02 | 2017-12-07 | 株式会社東芝 | 蒸気タービン翼及びその製造方法 |
| WO2019208138A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日東電工株式会社 | 樹脂シートおよびその製造方法 |
-
1994
- 1994-12-14 JP JP31100794A patent/JP3822655B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7354640B2 (en) | 2004-06-18 | 2008-04-08 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Hard coating and its production method |
| JP2007119898A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-05-17 | Toyota Motor Corp | 摺動部材 |
| JP2017214913A (ja) * | 2016-06-02 | 2017-12-07 | 株式会社東芝 | 蒸気タービン翼及びその製造方法 |
| WO2019208138A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日東電工株式会社 | 樹脂シートおよびその製造方法 |
| JP2019191464A (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日東電工株式会社 | 樹脂シートおよびその製造方法 |
| TWI803617B (zh) * | 2018-04-27 | 2023-06-01 | 日商日東電工股份有限公司 | 樹脂片材及其製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3822655B2 (ja) | 2006-09-20 |
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