JPH04308075A

JPH04308075A - 硬物質体

Info

Publication number: JPH04308075A
Application number: JP10052091A
Authority: JP
Inventors: Shiko Matsuda; 至康松田; Kiyoshi Nehashi; 清根橋; Kiyoshi Isemura; 伊勢村　清; Haruhiko Endo; 遠藤　治彦; Hiroaki Kobayashi; 小林　弘招
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-10-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば切削工具の材
料として用いて好適な硬物質体、特に、母材表面に高硬
度の薄膜を形成した形態の硬物質体に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の硬物質体の代表的なものとして
、金属やセラミックス等の母材の表面に、結晶性の酸化
アルミニウム薄膜を形成したものが知られている。この
場合、結晶性酸化アルミニウム薄膜を母材の表面に直接
的に形成することもあるが、それらの間に中間層として
他の薄膜（たとえばチタン薄膜、窒化チタン薄膜、炭化
チタン薄膜等）を形成することもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、結晶性酸化
アルミニウム薄膜は、結晶粒子径が比較的大きなもので
あるのでその表面が粗く（中心線平均粗さＲａが０．３
μｍ程度である）、そのため、そのような結晶性酸化ア
ルミニウム薄膜が表面に形成されてなる硬物質体を切削
工具として用いたときには、必ずしも十分に満足し得る
切削性能や耐久性が得られるものではなかった。

【０００４】また、結晶性酸化アルミニウム薄膜は、結
晶粒子が粗大であることから粒子の欠落が生じたり、結
晶粒子間に粒界が発生してその粒界を起点とした破壊や
内部欠陥が起こりやすい、といった不具合があった。

【０００５】さらに、結晶性酸化アルミニウム薄膜は一
般に熱ＣＶＤ法により形成するのであるが、結晶性酸化
アルミニウム薄膜は膜成長速度が遅い（２〜３オングス
トローム／秒程度）ために膜厚を厚くする場合には成膜
処理に長時間を要してしまうものである。また、熱ＣＶ
Ｄ法による場合は成膜温度が１０００℃以上もの高温と
なるので、母材はそのような高温に耐え得る耐熱材料に
限定されることは勿論のこと、成膜後に再熱処理が必要
となったり、母材が熱変形してしまったり、さらには、
成膜処理の際に母材と結晶性酸化アルミニウム薄膜との
境界（中間層を設ける場合においては中間層と結晶性酸
化アルミニウム薄膜との境界）で相互拡散が生じ、その
結果、それらの境界において脆化現象が生じて薄膜の剥
離が生じやすいという問題もあった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、たとえば切削工具として用いて好適な硬物質体を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の硬物質体は、金
属やセラミックスからなる母材の表面に気相からアモル
ファス酸化アルミニウム薄膜を形成してなることを特徴
とするものである。この場合、母材とアモルファス酸化
アルミニウム薄膜との間に中間層として他の薄膜を単層
または多層で形成しても良い。

【０００８】

【作用】アモルファス酸化アルミニウムからなる薄膜は
、非結晶性であるため、従来一般に採用されている結晶
性酸化アルミニウム薄膜に比してその表面が極めて滑ら
かであり、また、非結晶性であるために顕著な粒界が発
生しないので膜内部の欠陥が生じ難いものであり、した
がって切削工具に適用した場合には耐摩耗性が向上して
優れた切削性能と耐久性が得られる。さらに、アモルフ
ァス酸化アルミニウム薄膜はイオンプレーティング法に
より比較的低温で高速成膜が可能である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例である硬物質体の構造を
示すものであって、符号１は金属やセラミックスからな
る母材、２はその表面に形成された薄膜である。その薄
膜２はアモルファスすなわち非結晶性の酸化アルミニウ
ムからなるものである。このアモルファス酸化アルミニ
ウム薄膜２の厚みは適宜設定すれば良いが、この硬物質
体を切削工具として用いる場合は０．１〜２０μｍ程度
、好ましくは０．２〜１０μｍ程度とすることが良い。なお、図１に示すものはアモルファス酸化アルミニウム
薄膜２が母材の表面に直接的に形成されているが、図２
に示すようにそれらの間に中間層として他の薄膜３を適
宜形成しても良い。

【００１０】上記のアモルファス酸化アルミニウム薄膜
２は、たとえば図３に示すような高周波励起式イオンプ
レーティング装置や、図４に示すようなアーク放電式イ
オンプレーティング装置により形成し得る。

【００１１】図３に示す高周波励起式イオンプレーティ
ング装置は、真空チャンバー５内にガス導入管６から反
応ガスＧたとえばアルゴンガスおよび酸素ガスを導入し
て真空チャンバー５内を所定圧力たとえば１〜９×１０
−４Ｔｏｒｒ程度に保持し、ルツボ７内の蒸発材料Ｍ（
アルミニウムもしくは酸化アルミニウム）を電子銃９に
より溶解させて蒸発させるとともに、蒸発させた蒸発材
料Ｍと反応ガスＧとを高周波電源１０によりたとえば１
３．５６ＭＨｚの高周波が印加される高周波コイル１１
によって正にイオン化し、それらの正イオンを、直流電
源１２により負電圧が印加されているとともにヒータ１
３により加熱されている母材１に吸着させるように構成
したものである。

【００１２】また、図４に示すアーク放電式イオンプレ
ーティング装置は、上記の高周波励起式イオンプレーテ
ィング装置における高周波コイル１１に代えて、直流電
源１５により直流電圧が印加される直流放電プローブ１
６により蒸発材料Ｍと反応ガスＧとを正イオン化するよ
うにしたものであり、その他の構成は高周波励起式イオ
ンプレーティング装置と同様である。

【００１３】なお、高周波励起式イオンプレーティング
装置による場合も、アーク放電式イオンプレーティング
装置による場合も、母材１の温度は２０〜８００℃程度
、好ましくは２００〜４５０℃程度の比較的低温に設定
する必要がある。母材１の温度がそれ以上の高温である
と、形成される薄膜２が結晶化して結晶性酸化アルミニ
ウム薄膜となってしまう場合があるからである。また、
母材１と薄膜２の間に中間層として他の薄膜３を形成す
る場合においては、母材１表面に予めその薄膜３を形成
しておき、その薄膜３の表面に対して上記のようにして
アモルファス酸化アルミニウム薄膜２を形成すれば良い
。

【００１４】上記のようにして母材１の表面に形成され
るアモルファス酸化アルミニウム薄膜２は、非結晶性で
あるため、従来一般に採用されている結晶性酸化アルミ
ニウム薄膜に比してその表面が極めて滑らかである。す
なわち、上述したように、従来の結晶性酸化アルミニウ
ム薄膜は結晶粒子が粗大でその中心線平均粗さＲａが０
．３μｍ程度であるのに対し、上記のアモルファス酸化
アルミニウム薄膜２は中心線平均粗さＲａが０．０２〜
０．０４μｍ程度と十分に滑らかなものとなる。しかも
、アモルファス酸化アルミニウム薄膜２は、非結晶性で
あるために顕著な粒界が発生しないから膜内部での欠陥
が生じ難いものであり、したがって、この硬物質体を切
削工具に適用した場合には、切削の際に被削材との間で
生じる摩擦抵抗が低減し、それによって、後述する耐摩
耗性試験の結果に示されるように従来のものに比して耐
摩耗性が向上して優れた切削性能と耐久性が得られるも
のである。

【００１５】また、アモルファス酸化アルミニウム薄膜
２はイオンプレーティング法により比較的低温で成膜で
きるので、従来の結晶性酸化アルミニウム薄膜を熱ＣＶ
Ｄ法によって成膜する場合に比して母材１に要求される
耐熱性能が軽減され、したがって母材の適用範囲が広が
るとともに成膜後の熱処理等が不要になり、かつ、母材
１の熱変形が抑制されるし、成膜の際に薄膜２と母材１
もしくは中間層である他の薄膜３との間で相互拡散が生
じ難くなってそれらの界面で脆化が生じるようなことが
なくなり、その結果、薄膜２の剥離が生じ難いものとな
る。

【００１６】さらに、イオンプレーティング法によりア
モルファス酸化アルミニウム薄膜２を成膜する際には３
０〜５０オングストローム／秒程度の成膜速度が得られ
るものであって、熱ＣＶＤ法により結晶性酸化アルミニ
ウム薄膜を成膜する場合に比して格段に高速成膜が可能
であり、その結果、生産性が大きく向上して製品のコス
トダウンを図ることができる。

【００１７】以下に、本発明の硬物質体の耐摩耗性を実
証するために行なった試験とその結果について述べる。

【００１８】（試験例１）以下の３種のサンプルＡ、Ｂ
、Ｃを用意し、以下の切削条件で切削を行った後に、そ
れぞれのフランク摩耗量を計測した。その計測結果を図
５に示す。サンプルＡ（本発明品）；母材表面にアモルファス酸化
アルミニウム薄膜を形成したスローアウエイチップ。サンプルＢ（従来品）；母材表面に熱ＣＶＤ法により窒
化チタン薄膜を形成したスローアウエイチップ。サンプルＣ（従来品）；母材表面に熱ＣＶＤ法により結
晶性酸化アルミニウム薄膜を形成したスローアウエイチ
ップ。切削条件；被削材Ｓ４５Ｃ、切削速度２００ｍ／分、送
り０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、切り込み０．５ｍｍ、切削
時間３０分（１０分ごとに３回の計測を行なう）。　　
図５に示される試験結果から、本発明品であるサンプル
Ａは従来品であるサンプルＢ、Ｃに比してフランク摩耗
量が小さくなっており、耐久性に優れていることが確認
された。

【００１９】（試験例２）試験例１と同一のサンプルＡ
、Ｂ、Ｃを用い、切削条件のみを以下のように変更して
同様の試験を行なった。その結果を図６に示す。切削条
件；被削材Ｓ４５Ｃ、切削速度２５０ｍ／分、送り０．
４６ｍｍ／ｒｅｖ．、切り込み１．５ｍｍ、切削時間６
分（３分ごとに２回の計測を行なう）。この場合におい
ても、図６に示される試験結果から、本発明品であるサ
ンプルＡは従来品であるサンプルＢ、Ｃに比してフラン
ク摩耗量が小さくなっており、耐久性に優れていること
が確認された。

【００２０】なお、上記実施例では、本発明の硬物質体
を切削工具に適用したものであるが、アモルファス酸化
アルミニウム薄膜は高硬度であるのみならず、電気絶縁
性や耐熱性にも優れており、また、この薄膜自体は透明
であるという性質も有している。したがって、本発明の
硬物質体は切削工具としてのみならず、上記のような性
質を利用して他の各種用途、たとえば、耐摩耗性を必要
とする機械部品、電気絶縁材、装飾品、として適用する
ことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上で詳細に説明したように、本発明の
硬物質体は、金属やセラミックスからなる母材の表面に
アモルファス酸化アルミニウム薄膜を形成してなるもの
であるので、非結晶性であることから表面が極めて滑ら
かであるとともに膜内部での欠陥が生じ難いアモルファ
ス酸化アルミニウム薄膜によって優れた耐摩耗性を有す
るものであり、したがって、特に切削工具として用いる
ことによって優れた切削性能と耐久性を得ることができ
る。また、アモルファス酸化アルミニウム薄膜は比較的
低温でしかも高速成膜が可能であるので、母材の耐熱性
能が軽減されて適用範囲が広がるとともに生産性に優れ
るという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である硬物質体の構造を示す
部分断面図である。

【図２】本発明の他の実施例である硬物質体の構造を示
す部分断面図である。

【図３】本発明の硬物質体を製造するためのイオンプレ
ーティング装置の一例を示す図である。

【図４】本発明の硬物質体を製造するためのイオンプレ
ーティング装置の他の例を示す図である。

【図５】本発明品および従来品の耐摩耗性試験の結果を
示す図である。

【図６】本発明品および従来品の耐摩耗性試験の結果を
示す図である。

【符号の説明】

１　　母材２　　アモルファス酸化アルミニウム薄膜３　　薄膜（
中間層）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　金属やセラミックスからなる母材の表
面に気相からアモルファス酸化アルミニウム薄膜を形成
してなることを特徴とする硬物質体。
【請求項２】　　前記母材と前記アモルファス酸化アル
ミニウム薄膜との間に中間層として他の薄膜を単層また
は多層で形成してなることを特徴とする請求項１に記載
の硬物質体。