JPH06101018A - 耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法Info
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- JPH06101018A JPH06101018A JP27337292A JP27337292A JPH06101018A JP H06101018 A JPH06101018 A JP H06101018A JP 27337292 A JP27337292 A JP 27337292A JP 27337292 A JP27337292 A JP 27337292A JP H06101018 A JPH06101018 A JP H06101018A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴｉＮおよびＴｉＣx Ｎy からなる多層被膜
で接合強度に優れる耐摩耗性硬質被膜およびその製造方
法を提供する。 【構成】 金属材料上に、ＴｉＮ被膜とＴｉＣx Ｎy 被
膜の多層被膜を被覆した耐摩耗性硬質被膜であって、Ｔ
ｉＮ被膜は０．１〜３μｍ、ＴｉＣx Ｎy 被膜が３層
で、ｘ＋ｙ＝１で該ＴｉＮ被膜の最近接層では０．２５
≦ｘ≦０．３５で膜厚は０．２μｍ以上１．０μｍ以
下、中間層でのｘは０よりも大きく、かつ最近接層のｘ
よりも小さく、その膜厚が０．２μｍ以上１．０μｍ以
下で、最表面層のｘが０．３５＜ｘ≦１．５で、膜厚が
０．２μｍ以上１．５μｍ以下である４層構造である。
上記被膜はイオンプレーティング法で形成される。
で接合強度に優れる耐摩耗性硬質被膜およびその製造方
法を提供する。 【構成】 金属材料上に、ＴｉＮ被膜とＴｉＣx Ｎy 被
膜の多層被膜を被覆した耐摩耗性硬質被膜であって、Ｔ
ｉＮ被膜は０．１〜３μｍ、ＴｉＣx Ｎy 被膜が３層
で、ｘ＋ｙ＝１で該ＴｉＮ被膜の最近接層では０．２５
≦ｘ≦０．３５で膜厚は０．２μｍ以上１．０μｍ以
下、中間層でのｘは０よりも大きく、かつ最近接層のｘ
よりも小さく、その膜厚が０．２μｍ以上１．０μｍ以
下で、最表面層のｘが０．３５＜ｘ≦１．５で、膜厚が
０．２μｍ以上１．５μｍ以下である４層構造である。
上記被膜はイオンプレーティング法で形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性に優れた硬質
被膜の製造方法に関するもので、より詳細には切削工具
用の耐摩耗性硬質被膜の製造方法に関するものである。
被膜の製造方法に関するもので、より詳細には切削工具
用の耐摩耗性硬質被膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属加工の分野では金属材料の寿命延命
のために、ＣＶＤ（化学蒸着）法やＰＶＤ（物理蒸着）
法によるセラミック被膜が一般化している。中でもＰＶ
Ｄ法、特にイオンプレーティング法はＣＶＤ法に比べ低
温成膜が可能であるため、寸法精度が要求される部材、
熱処理温度が６００℃以下の鋼などに用いられている。
また被膜としてはＴｉＮ被膜が容易に形成することがで
きるため、かなり広範囲で用いられている。
のために、ＣＶＤ（化学蒸着）法やＰＶＤ（物理蒸着）
法によるセラミック被膜が一般化している。中でもＰＶ
Ｄ法、特にイオンプレーティング法はＣＶＤ法に比べ低
温成膜が可能であるため、寸法精度が要求される部材、
熱処理温度が６００℃以下の鋼などに用いられている。
また被膜としてはＴｉＮ被膜が容易に形成することがで
きるため、かなり広範囲で用いられている。
【０００３】しかし近年、作業の省力化、能率化の要請
から高速送り、深切込み等の重切削加工が必要となり、
そのためセラミック被膜に対しても一層の耐摩耗性が要
求されている。
から高速送り、深切込み等の重切削加工が必要となり、
そのためセラミック被膜に対しても一層の耐摩耗性が要
求されている。
【０００４】耐摩耗性を向上させるには更に硬度を上げ
る必要があることから、上記のような要求に対しては、
ＴｉＮ被膜より硬度が高いＴｉＣ被膜やＴｉＣＮ被膜等
の炭化物被膜の開発が進んでいる。しかし硬度が高くな
ると耐摩耗性は向上するが、反面、強度が低く衝撃に弱
いという欠点がある。この欠点を補うために特開昭５６
−２９６７０号公報では、予めＴｉＮ被膜を被覆した後
にＴｉＣ被膜あるいはＴｉＣＮ被膜を被覆することを行
っている。しかし、このような２層構造では膜の強度が
不足する場合がある。また特開昭５７−２００５５７号
公報では第１層にＴｉＣ被膜やＴｉＮ被膜などの硬質層
を被覆し中間層として靱性の高い金属Ｔｉ層を挟み込
み、その上に第１層と同様な表面硬化層を形成すること
を行っている。しかしこのような構造では中間層に硬度
が低い金属層を挟み込んでいるために膜全体の硬度が低
下し、十分な耐摩耗性が得られない。一方特公平１−３
０９１０号公報では、ＴｉＮ被膜などと膜強度が大きい
ＴｉＣＮ被膜などを積層することが行われているが、こ
の方法はＣＶＤ法で行われており、前述したように寸法
精度が要求される部材や熱処理温度が６００℃以下の低
温である鋼系金属材料などには用いることができない。
前述した欠点を解決する方法として低温成膜が可能なＰ
ＶＤ法を用いて、ＴｉＮ被膜とＴｉＣＮ被膜を交互に多
層に被覆することが公知である。この方法は従来のＴｉ
Ｎ被膜とＴｉＣ被膜を交互に多層被覆することよりも効
果的である。
る必要があることから、上記のような要求に対しては、
ＴｉＮ被膜より硬度が高いＴｉＣ被膜やＴｉＣＮ被膜等
の炭化物被膜の開発が進んでいる。しかし硬度が高くな
ると耐摩耗性は向上するが、反面、強度が低く衝撃に弱
いという欠点がある。この欠点を補うために特開昭５６
−２９６７０号公報では、予めＴｉＮ被膜を被覆した後
にＴｉＣ被膜あるいはＴｉＣＮ被膜を被覆することを行
っている。しかし、このような２層構造では膜の強度が
不足する場合がある。また特開昭５７−２００５５７号
公報では第１層にＴｉＣ被膜やＴｉＮ被膜などの硬質層
を被覆し中間層として靱性の高い金属Ｔｉ層を挟み込
み、その上に第１層と同様な表面硬化層を形成すること
を行っている。しかしこのような構造では中間層に硬度
が低い金属層を挟み込んでいるために膜全体の硬度が低
下し、十分な耐摩耗性が得られない。一方特公平１−３
０９１０号公報では、ＴｉＮ被膜などと膜強度が大きい
ＴｉＣＮ被膜などを積層することが行われているが、こ
の方法はＣＶＤ法で行われており、前述したように寸法
精度が要求される部材や熱処理温度が６００℃以下の低
温である鋼系金属材料などには用いることができない。
前述した欠点を解決する方法として低温成膜が可能なＰ
ＶＤ法を用いて、ＴｉＮ被膜とＴｉＣＮ被膜を交互に多
層に被覆することが公知である。この方法は従来のＴｉ
Ｎ被膜とＴｉＣ被膜を交互に多層被覆することよりも効
果的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記ＴｉＮ，Ｔ
ｉＣもしくはＴｉＣＮによる多層被膜は、各層間の接合
強度が不足し、工具等に応用した際の特性としてはまだ
不十分であるという問題がある。これは、例えばＴｉＮ
被膜とＴｉＣＮ被膜の内部応力がかなり異なるため、こ
れらが交互に被覆される各々の境界面に内部歪が蓄積さ
れ、被膜全体の強度が弱まり、境界面からの剥離等が生
じ易くなるためである。そこで本発明は低温でも緻密な
膜を成膜できるイオンプレーティング法を用いＴｉＮ被
膜とＴｉＣＮ被膜との多層被膜において、接合強度に優
れている耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
ｉＣもしくはＴｉＣＮによる多層被膜は、各層間の接合
強度が不足し、工具等に応用した際の特性としてはまだ
不十分であるという問題がある。これは、例えばＴｉＮ
被膜とＴｉＣＮ被膜の内部応力がかなり異なるため、こ
れらが交互に被覆される各々の境界面に内部歪が蓄積さ
れ、被膜全体の強度が弱まり、境界面からの剥離等が生
じ易くなるためである。そこで本発明は低温でも緻密な
膜を成膜できるイオンプレーティング法を用いＴｉＮ被
膜とＴｉＣＮ被膜との多層被膜において、接合強度に優
れている耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の耐摩耗性硬質被膜は、ＴｉＮ被膜とＴｉＣ
x Ｎy 被膜の多層被膜を被覆した耐摩耗性硬質被膜であ
って、該ＴｉＮ被膜が０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚
であり、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜が３層被膜
され、該ＴｉＣx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙ
との関係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接
層では０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２
μｍ以上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０よ
りも大きく、該最近接層のｘよりも小さく、膜厚が０．
２μｍ以上１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．
３５＜ｘ≦０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．
５μｍ以下である４層構造を有することを特徴とするも
のであり、この硬質被膜の製造方法は、ＴｉＮ被膜とＴ
ｉＣx Ｎy 被膜の多層被膜を被覆するに当り、該ＴｉＮ
被膜を０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚になるように被
覆した後、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜を３層被
膜し、該ＴｉＣx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙ
との関係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接
層では０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２
μｍ以上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０よ
りも大きく、該最近接層よりも小さく、膜厚が０．２μ
ｍ以上１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．３５
＜ｘ≦０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．５μ
ｍ以下である４層構造を有することを特徴とするもので
あり、さらに上記被覆をイオンプレーティング法で行う
ことを特徴としている。
に、本発明の耐摩耗性硬質被膜は、ＴｉＮ被膜とＴｉＣ
x Ｎy 被膜の多層被膜を被覆した耐摩耗性硬質被膜であ
って、該ＴｉＮ被膜が０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚
であり、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜が３層被膜
され、該ＴｉＣx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙ
との関係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接
層では０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２
μｍ以上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０よ
りも大きく、該最近接層のｘよりも小さく、膜厚が０．
２μｍ以上１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．
３５＜ｘ≦０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．
５μｍ以下である４層構造を有することを特徴とするも
のであり、この硬質被膜の製造方法は、ＴｉＮ被膜とＴ
ｉＣx Ｎy 被膜の多層被膜を被覆するに当り、該ＴｉＮ
被膜を０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚になるように被
覆した後、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜を３層被
膜し、該ＴｉＣx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙ
との関係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接
層では０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２
μｍ以上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０よ
りも大きく、該最近接層よりも小さく、膜厚が０．２μ
ｍ以上１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．３５
＜ｘ≦０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．５μ
ｍ以下である４層構造を有することを特徴とするもので
あり、さらに上記被覆をイオンプレーティング法で行う
ことを特徴としている。
【０００７】
【作用】本発明で用いられる金属材料としては、例えば
Ｓ１５Ｃなどの肌焼鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵ
Ｐ１０などのバネ鋼、ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭ
１などの窒化鋼、ＳＫＤ６などの熱間加工用鋼、ＳＫＤ
１１などの冷間加工用鋼、ＳＫＨ５１などの高速度鋼、
ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱鋼、ＳＵＳ４１０などの耐食
耐酸鋼などの鋼系金属材料および超硬合金などが挙げら
れる。
Ｓ１５Ｃなどの肌焼鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵ
Ｐ１０などのバネ鋼、ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭ
１などの窒化鋼、ＳＫＤ６などの熱間加工用鋼、ＳＫＤ
１１などの冷間加工用鋼、ＳＫＨ５１などの高速度鋼、
ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱鋼、ＳＵＳ４１０などの耐食
耐酸鋼などの鋼系金属材料および超硬合金などが挙げら
れる。
【０００８】該金属材料上に、Ｔｉイオン衝撃による洗
浄、加熱を行った後、ＴｉＮ被膜を０．１μｍ以上３μ
ｍ以下の厚みに被覆しなければならない。膜厚が０．１
μｍ未満の場合は基材との密着強度が不足し、また３μ
ｍを越えると膜強度が不足するので好ましくない。特に
ドリル等のボール盤加工に用いる工具類には１．５μｍ
以上３μｍ以下であることが望ましい。またエンドミル
等のフライス盤加工に用いる工具類には１μｍ以上２μ
ｍ以下であることが望ましい。
浄、加熱を行った後、ＴｉＮ被膜を０．１μｍ以上３μ
ｍ以下の厚みに被覆しなければならない。膜厚が０．１
μｍ未満の場合は基材との密着強度が不足し、また３μ
ｍを越えると膜強度が不足するので好ましくない。特に
ドリル等のボール盤加工に用いる工具類には１．５μｍ
以上３μｍ以下であることが望ましい。またエンドミル
等のフライス盤加工に用いる工具類には１μｍ以上２μ
ｍ以下であることが望ましい。
【０００９】また該ＴｉＮ被膜に接する最近接層のＴｉ
Ｃx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘが、０．２５≦ｘ≦０．３
５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．０μｍ以下でな
ければならない。ｘが０．２５未満の場合は被膜硬度が
十分でなく、また０．３５を越える場合はＴｉＮ被膜層
との密着強度が不足するので好ましくない。また膜厚が
０．２μｍ未満の場合は耐摩耗性などの機械的強度が不
足し、また１．０μｍを越えると膜の靱性が低下するの
で好ましくない。
Ｃx Ｎy 被膜層の炭素濃度ｘが、０．２５≦ｘ≦０．３
５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．０μｍ以下でな
ければならない。ｘが０．２５未満の場合は被膜硬度が
十分でなく、また０．３５を越える場合はＴｉＮ被膜層
との密着強度が不足するので好ましくない。また膜厚が
０．２μｍ未満の場合は耐摩耗性などの機械的強度が不
足し、また１．０μｍを越えると膜の靱性が低下するの
で好ましくない。
【００１０】次に該中間層のｘは、０よりも大きく、か
つ最近接層よりも小さく、膜厚は０．２μｍ以上１．０
μｍ以下でなければならない。ｘが０の場合は膜硬度が
十分でなく、また最近接層よりも大きい場合は多層被膜
中の応力緩和層としての働きが十分でなくなるので好ま
しくない。また膜厚が０．２μｍ未満の場合は耐摩耗性
などの機械的強度が不足し、また１．０μｍを越えると
膜の靱性が低下するので好ましくない。
つ最近接層よりも小さく、膜厚は０．２μｍ以上１．０
μｍ以下でなければならない。ｘが０の場合は膜硬度が
十分でなく、また最近接層よりも大きい場合は多層被膜
中の応力緩和層としての働きが十分でなくなるので好ま
しくない。また膜厚が０．２μｍ未満の場合は耐摩耗性
などの機械的強度が不足し、また１．０μｍを越えると
膜の靱性が低下するので好ましくない。
【００１１】また、最表面層のｘは、０．３５＜ｘ≦
０．５の範囲で、かつ膜厚が０．２μｍ以上１．５μｍ
以下でなければならない。ｘが０．３５以下の場合は最
表面層としての被膜硬度が十分でなく、炭素濃度が０．
５を越えると耐摩耗性など機械的特性が低下するため好
ましくない。また膜厚が０．２μｍ未満の場合は耐摩耗
性などの機械的強度が低下し、また１．５μｍを越える
と膜の靱性が低下するので好ましくない。
０．５の範囲で、かつ膜厚が０．２μｍ以上１．５μｍ
以下でなければならない。ｘが０．３５以下の場合は最
表面層としての被膜硬度が十分でなく、炭素濃度が０．
５を越えると耐摩耗性など機械的特性が低下するため好
ましくない。また膜厚が０．２μｍ未満の場合は耐摩耗
性などの機械的強度が低下し、また１．５μｍを越える
と膜の靱性が低下するので好ましくない。
【００１２】また、最近接層および最表面層については
ｘが上記した範囲であれば、何層かに分かれていても効
果は同じである。
ｘが上記した範囲であれば、何層かに分かれていても効
果は同じである。
【００１３】本発明の被膜はイオンプレーティング法、
ＣＶＤ法、スパッタリング法など公知の方法を用いて被
覆してよいが、低温でも緻密な膜を成膜でき、強固な付
着力が得られるイオンプレーティング法が最も望まし
い。
ＣＶＤ法、スパッタリング法など公知の方法を用いて被
覆してよいが、低温でも緻密な膜を成膜でき、強固な付
着力が得られるイオンプレーティング法が最も望まし
い。
【００１４】上記方法によりＴｉＣＮ膜を被覆する場合
には、ガス状の窒素源及び炭素源を導入して被覆を行
う。ここでガス状の窒素源としては、通常窒素ガスが使
用でき、ガス状の炭素源としては炭化水素ガスが用いら
れる。またこれらのガス以外にアルゴンガスなどの不活
性ガスを混合してもよい。ここで用いる炭化水素ガスと
しては、入手が容易で経済的なメタンガス、エチレンガ
ス、アセチレンガス、プロパンガスなどが適当であっ
て、これらを混合しても用いてもよい。炭化水素ガス、
窒素ガス及び不活性ガスの流量は、成膜に用いる装置の
大きさ、排気能力などに依存するものであって、特に規
定されることはないが、被膜中の炭素濃度は使用ガスの
全流量に対する炭化水素ガスの流量比とほぼ相関関係が
あることを確認した。また炭化水素ガス、窒素ガス及び
不活性ガスの全流量に対するアルゴンガスの流量比を１
５％以下とすれば、特に圧力変化が少なく、目的組成の
被膜を得ることができる。
には、ガス状の窒素源及び炭素源を導入して被覆を行
う。ここでガス状の窒素源としては、通常窒素ガスが使
用でき、ガス状の炭素源としては炭化水素ガスが用いら
れる。またこれらのガス以外にアルゴンガスなどの不活
性ガスを混合してもよい。ここで用いる炭化水素ガスと
しては、入手が容易で経済的なメタンガス、エチレンガ
ス、アセチレンガス、プロパンガスなどが適当であっ
て、これらを混合しても用いてもよい。炭化水素ガス、
窒素ガス及び不活性ガスの流量は、成膜に用いる装置の
大きさ、排気能力などに依存するものであって、特に規
定されることはないが、被膜中の炭素濃度は使用ガスの
全流量に対する炭化水素ガスの流量比とほぼ相関関係が
あることを確認した。また炭化水素ガス、窒素ガス及び
不活性ガスの全流量に対するアルゴンガスの流量比を１
５％以下とすれば、特に圧力変化が少なく、目的組成の
被膜を得ることができる。
【００１５】
（実施例１）高速度鋼製の６ｍｍφドリルと２０ｍｍ
角、厚み２ｍｍの高速度鋼（ＳＫＨ５１）の平板を基材
とし、これらの基材を有機溶剤で洗浄し、Ｔｉターゲッ
トを有する真空アーク放電型イオンプレーティング装置
に取り付けた。真空槽内の圧力を１．３×１０-3Ｐａ以
下にした後に、Ｔｉイオン衝撃によるドリルの洗浄、加
熱を行ってからＴｉＮ被膜の被覆を開始した。まず反応
ガスとして窒素ガスを導入し、圧力を４Ｐａとして、Ｔ
ｉターゲットに９０Ａの電流を流し、真空アーク放電に
よってＴｉイオンを放出させ、一方基材には−４００Ｖ
のバイアスを印加した。このような条件で約３０分被覆
した。
角、厚み２ｍｍの高速度鋼（ＳＫＨ５１）の平板を基材
とし、これらの基材を有機溶剤で洗浄し、Ｔｉターゲッ
トを有する真空アーク放電型イオンプレーティング装置
に取り付けた。真空槽内の圧力を１．３×１０-3Ｐａ以
下にした後に、Ｔｉイオン衝撃によるドリルの洗浄、加
熱を行ってからＴｉＮ被膜の被覆を開始した。まず反応
ガスとして窒素ガスを導入し、圧力を４Ｐａとして、Ｔ
ｉターゲットに９０Ａの電流を流し、真空アーク放電に
よってＴｉイオンを放出させ、一方基材には−４００Ｖ
のバイアスを印加した。このような条件で約３０分被覆
した。
【００１６】次にＴｉＮ被膜との最近接層になるＴｉＣ
Ｎ被膜層を被覆するため、反応ガスにアセチレンガスと
アルゴンガスを加えて、被膜の炭素濃度が０．３になる
よう反応ガスの流量比を調節して、印加バイアスを−３
００Ｖにして、圧力、Ｔｉターゲット電流は変えずにＴ
ｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行った。
Ｎ被膜層を被覆するため、反応ガスにアセチレンガスと
アルゴンガスを加えて、被膜の炭素濃度が０．３になる
よう反応ガスの流量比を調節して、印加バイアスを−３
００Ｖにして、圧力、Ｔｉターゲット電流は変えずにＴ
ｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行った。
【００１７】次にＴｉＣＮ被膜層の中間層を被覆するた
め、炭素濃度が０．１５になるよう反応ガスの流量比を
調節して、Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆を約５分行
った。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するた
め、炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。
め、炭素濃度が０．１５になるよう反応ガスの流量比を
調節して、Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆を約５分行
った。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するた
め、炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。
【００１８】合計約４５分の被覆で、ＴｉＮ被膜が２．
２μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ
（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ
0.6 ）被膜が０．３μｍの合計３．１μｍの４層被膜が
得られた。平板サンプルの評価により被膜のビッカース
硬度は３０００であった。
２μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ
（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ
0.6 ）被膜が０．３μｍの合計３．１μｍの４層被膜が
得られた。平板サンプルの評価により被膜のビッカース
硬度は３０００であった。
【００１９】機械的特性を見るために、ドリルの切削試
験を行った。切削条件は以下の通りとした。回転速度は
１５００ｒｐｍ．、送り速度は０．１５ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、切削深さは２０ｍｍである。また被削材にはＳＣ
Ｍ４４０、切削油は水溶性切削油（サンカット５０）を
使用した。切削試験の結果、２０５個の穴を開けた後に
切削不能となった。
験を行った。切削条件は以下の通りとした。回転速度は
１５００ｒｐｍ．、送り速度は０．１５ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、切削深さは２０ｍｍである。また被削材にはＳＣ
Ｍ４４０、切削油は水溶性切削油（サンカット５０）を
使用した。切削試験の結果、２０５個の穴を開けた後に
切削不能となった。
【００２０】（比較例１）実施例１と同じ条件でＴｉＮ
被膜の被覆を約３０分行った後、ＴｉＮ被膜との最近接
層になるＴｉＣＮ被膜を被覆するため、被膜の炭素濃度
が０．１５になるよう反応ガスの流量比を調節し、印加
バイアスを−３５０Ｖ、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット
電流を９０Ａとして、Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆
を約５分行った。
被膜の被覆を約３０分行った後、ＴｉＮ被膜との最近接
層になるＴｉＣＮ被膜を被覆するため、被膜の炭素濃度
が０．１５になるよう反応ガスの流量比を調節し、印加
バイアスを−３５０Ｖ、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット
電流を９０Ａとして、Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆
を約５分行った。
【００２１】次にＴｉＣＮ被膜層の中間層を被覆するた
め、炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。
め、炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。
【００２２】最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆す
るため、炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比
を調節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約５分
行った。合計約４５分の被覆で、ＴｉＮ被膜が２．２μ
ｍ、Ｔｉ（Ｃ0.16Ｎ0.85）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ
0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）
被膜が０．３μｍの合計３．１μｍの４層被膜が得られ
た。平板サンプルの評価により、被膜のビッカース硬度
は２７３５であった。機械的特性を見るために、実施例
１と同条件にてドリルの切削試験を行った。その結果、
１４個の穴を開けた後に切削不能となった。
るため、炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比
を調節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約５分
行った。合計約４５分の被覆で、ＴｉＮ被膜が２．２μ
ｍ、Ｔｉ（Ｃ0.16Ｎ0.85）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ
0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）
被膜が０．３μｍの合計３．１μｍの４層被膜が得られ
た。平板サンプルの評価により、被膜のビッカース硬度
は２７３５であった。機械的特性を見るために、実施例
１と同条件にてドリルの切削試験を行った。その結果、
１４個の穴を開けた後に切削不能となった。
【００２３】（比較例２）実施例１と同じ条件でＴｉＮ
被膜の被覆を約３０分行った後、ＴｉＣＮ被膜層の最表
面層を被覆するため、反応ガスにアセチレンガスとアル
ゴンガスを加えて、最表面の被膜の炭素濃度が０．４に
なるよう反応ガスの流量比を調節し、圧力を４Ｐａ、Ｔ
ｉターゲット電流を９０Ａ、印加バイアスを−４００Ｖ
として、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１３分行
った。合計約４５分の被覆で、ＴｉＮ被膜が２．１μ
ｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜が０．９μｍで、計３．
０μｍの２層被膜が得られた。平板サンプルの評価によ
り被膜のビッカース硬度は２６１０であった。機械的特
性を見るために、実施例１と同条件にてドリルの切削試
験を行った。その結果、３５個の穴を開けた後に切削不
能となった。
被膜の被覆を約３０分行った後、ＴｉＣＮ被膜層の最表
面層を被覆するため、反応ガスにアセチレンガスとアル
ゴンガスを加えて、最表面の被膜の炭素濃度が０．４に
なるよう反応ガスの流量比を調節し、圧力を４Ｐａ、Ｔ
ｉターゲット電流を９０Ａ、印加バイアスを−４００Ｖ
として、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１３分行
った。合計約４５分の被覆で、ＴｉＮ被膜が２．１μ
ｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜が０．９μｍで、計３．
０μｍの２層被膜が得られた。平板サンプルの評価によ
り被膜のビッカース硬度は２６１０であった。機械的特
性を見るために、実施例１と同条件にてドリルの切削試
験を行った。その結果、３５個の穴を開けた後に切削不
能となった。
【００２４】（比較例３）ＴｉＮ被膜の被覆時間を約２
３分とした以外は、実施例１と同じ条件でＴｉＮ被膜を
被覆した後、第２層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、
反応ガスにアセチレンガスとアルゴンガスを加えて、被
膜の炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調
節し、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電流を９０Ａ、印
加バイアス−４００ＶとしてＴｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜
の被覆を約５分行った。次に第３層のＴｉＮ被膜層を被
覆するため、窒素ガスのみ導入し、ＴｉＮ被膜の被覆を
約５分行った。次に第４層のＴｉＣＮ被膜層を被覆する
ため、再びアセチレンガス、アルゴンガスを加えて、被
膜の炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
整して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。次に第５層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、被膜
の炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調節
して、Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。次に最表面層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、被
覆の炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。合計約４５分の被膜で、ＴｉＮ被膜が１．７μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜が０．３μｍ、ＴｉＮ被膜が
０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4
Ｎ0.6 ）被膜が０．３μｍ、合計３．２μｍの６層被膜
が得られた。平板サンプルの評価により被膜のビッカー
ス硬度は２８００であった。機械的特性を見るために、
実施例１と同条件にてドリルの切削試験を行った。その
結果、２０個の穴を開けた後に切削不能となった。
３分とした以外は、実施例１と同じ条件でＴｉＮ被膜を
被覆した後、第２層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、
反応ガスにアセチレンガスとアルゴンガスを加えて、被
膜の炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調
節し、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電流を９０Ａ、印
加バイアス−４００ＶとしてＴｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜
の被覆を約５分行った。次に第３層のＴｉＮ被膜層を被
覆するため、窒素ガスのみ導入し、ＴｉＮ被膜の被覆を
約５分行った。次に第４層のＴｉＣＮ被膜層を被覆する
ため、再びアセチレンガス、アルゴンガスを加えて、被
膜の炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
整して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。次に第５層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、被膜
の炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調節
して、Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。次に最表面層のＴｉＣＮ被膜層を被覆するため、被
覆の炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約５分行っ
た。合計約４５分の被膜で、ＴｉＮ被膜が１．７μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜が０．３μｍ、ＴｉＮ被膜が
０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．３μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜が０．３μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4
Ｎ0.6 ）被膜が０．３μｍ、合計３．２μｍの６層被膜
が得られた。平板サンプルの評価により被膜のビッカー
ス硬度は２８００であった。機械的特性を見るために、
実施例１と同条件にてドリルの切削試験を行った。その
結果、２０個の穴を開けた後に切削不能となった。
【００２５】（実施例２）実施例１のドリルの代わりに
４枚刃ＷＣ基超硬合金エンドミルを使用し、実施例１と
同様な条件にてＴｉＮ被膜の被覆を約２２分行った後
に、ＴｉＮ被膜との最近接層になるＴｉＣＮ被膜層を被
覆するため、反応ガスにアセチレンガスとアルゴンガス
を加えて、被膜の炭素濃度が０．３になるように反応ガ
スの流量比を調節し、印加バイアスを−３５０Ｖ、圧力
を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電流を９０Ａとして、Ｔｉ
（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約７分行った。
４枚刃ＷＣ基超硬合金エンドミルを使用し、実施例１と
同様な条件にてＴｉＮ被膜の被覆を約２２分行った後
に、ＴｉＮ被膜との最近接層になるＴｉＣＮ被膜層を被
覆するため、反応ガスにアセチレンガスとアルゴンガス
を加えて、被膜の炭素濃度が０．３になるように反応ガ
スの流量比を調節し、印加バイアスを−３５０Ｖ、圧力
を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電流を９０Ａとして、Ｔｉ
（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約７分行った。
【００２６】次にＴｉＣＮ被膜層の中間層を被覆するた
め、炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約７分行っ
た。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するため、
炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調節し
て、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１１分行っ
た。合計約４７分の被覆で、ＴｉＮ被膜が１．５μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.2
Ｎ0.8 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜
が０．８μｍの合計３．３μｍの４層被膜が得られた。
平板サンプルの評価により被膜のビッカース硬度は３２
００であった。機械的特性を見るためにエンドミルの切
削試験を行った。切削条件は以下の通りとした。被削材
はＳＫＤ１１（ＨＲＣ＝１５）、切削速度は４５．２〜
６０ｍ／ｍｉｎ．、１刃送りは０．０７５ｍｍ／刃であ
る。
め、炭素濃度が０．２になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.2 Ｎ0.8 ）被膜の被覆を約７分行っ
た。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するため、
炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調節し
て、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１１分行っ
た。合計約４７分の被覆で、ＴｉＮ被膜が１．５μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.2
Ｎ0.8 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜
が０．８μｍの合計３．３μｍの４層被膜が得られた。
平板サンプルの評価により被膜のビッカース硬度は３２
００であった。機械的特性を見るためにエンドミルの切
削試験を行った。切削条件は以下の通りとした。被削材
はＳＫＤ１１（ＨＲＣ＝１５）、切削速度は４５．２〜
６０ｍ／ｍｉｎ．、１刃送りは０．０７５ｍｍ／刃であ
る。
【００２７】以上の条件で、鋼の側面切削試験を行い、
切り刃の逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに至るまでの切削長
を測定したところ、図１の結果を得た。従来品であるＴ
ｉＮ単層被覆品は切削速度が高くなると切削長が低下し
た。しかし本発明であるＴｉＣＮ／ＴｉＮ４層被覆品は
切削速度が高くなっても、切削長は低下せず、優れた切
削性能を示した。
切り刃の逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに至るまでの切削長
を測定したところ、図１の結果を得た。従来品であるＴ
ｉＮ単層被覆品は切削速度が高くなると切削長が低下し
た。しかし本発明であるＴｉＣＮ／ＴｉＮ４層被覆品は
切削速度が高くなっても、切削長は低下せず、優れた切
削性能を示した。
【００２８】（比較例４）実施例２と同じ条件でＴｉＮ
被膜の被覆を約２２分行った後、ＴｉＮ被膜との最近接
層になるＴｉＣＮ被膜を被覆するため、反応ガスにアセ
チレンガスとアルゴンガスを加えて、被膜の炭素濃度が
０．１５になるよう反応ガスの流量比を調節し、印加バ
イアスを−３５０Ｖ、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電
流を９０ＡとしてＴｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆を約
８分行った。次にＴｉＣＮ被膜層の中間層を被覆するた
め、炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約８分行っ
た。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するため、
炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調節し
て、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１１分行っ
た。合計約４９分の被覆で、ＴｉＮ被膜が１．５μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3
Ｎ0.7 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜
が０．８μｍの合計３．３μｍの４層被膜が得られた。
平板サンプルの評価により被膜のビッカース硬度は２９
５０であった。次に機械的特性を見るため、実施例２と
同じ条件で切削試験を行った。しかし、切削加工面の仕
上がりが劣っていた。
被膜の被覆を約２２分行った後、ＴｉＮ被膜との最近接
層になるＴｉＣＮ被膜を被覆するため、反応ガスにアセ
チレンガスとアルゴンガスを加えて、被膜の炭素濃度が
０．１５になるよう反応ガスの流量比を調節し、印加バ
イアスを−３５０Ｖ、圧力を４Ｐａ、Ｔｉターゲット電
流を９０ＡとしてＴｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜の被覆を約
８分行った。次にＴｉＣＮ被膜層の中間層を被覆するた
め、炭素濃度が０．３になるよう反応ガスの流量比を調
節して、Ｔｉ（Ｃ0.3 Ｎ0.7 ）被膜の被覆を約８分行っ
た。最後にＴｉＣＮ被膜層の最表面層を被覆するため、
炭素濃度が０．４になるよう反応ガスの流量比を調節し
て、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜の被覆を約１１分行っ
た。合計約４９分の被覆で、ＴｉＮ被膜が１．５μｍ、
Ｔｉ（Ｃ0.15Ｎ0.85）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.3
Ｎ0.7 ）被膜が０．５μｍ、Ｔｉ（Ｃ0.4 Ｎ0.6 ）被膜
が０．８μｍの合計３．３μｍの４層被膜が得られた。
平板サンプルの評価により被膜のビッカース硬度は２９
５０であった。次に機械的特性を見るため、実施例２と
同じ条件で切削試験を行った。しかし、切削加工面の仕
上がりが劣っていた。
【００２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明はＴ
ｉＮ被膜とＴｉＣＮ３層被膜の４層被膜において、Ｔｉ
Ｃx Ｎy 被膜層の炭素濃度を制御することにより、優れ
た耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法を提供するもの
であり、効果はきわめて大である。
ｉＮ被膜とＴｉＣＮ３層被膜の４層被膜において、Ｔｉ
Ｃx Ｎy 被膜層の炭素濃度を制御することにより、優れ
た耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法を提供するもの
であり、効果はきわめて大である。
【図１】実施例２で行ったエンドミル切削試験の結果を
表す図である。
表す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属材料上に、ＴｉＮ被膜とＴｉＣx Ｎ
y 被膜の多層被膜を被覆した耐摩耗性硬質被膜であっ
て、該ＴｉＮ被膜が０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚で
あり、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜が３層被覆さ
れ、該ＴｉＣxＮy 被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙと
の関係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接層
では０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２μ
ｍ以上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０より
も大きく、該最近接層のｘよりも小さく、膜厚が０．２
μｍ以上１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．３
５＜ｘ≦０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．５
μｍ以下である４層構造を有することを特徴とする耐摩
耗性硬質被膜。 - 【請求項２】 金属材料上に、ＴｉＮ被膜とＴｉＣx Ｎ
y 被膜の多層被膜を被覆するに当り、該ＴｉＮ被膜を
０．１μｍ以上３μｍ以下の膜厚になるように被覆した
後、該ＴｉＮ被膜上にＴｉＣx Ｎy 被膜を３層被覆し、
該ＴｉＣx Ｎy被膜層の炭素濃度ｘと窒素濃度ｙとの関
係がｘ＋ｙ＝１でかつ、該ＴｉＮ被膜との最近接層では
０．２５≦ｘ≦０．３５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以
上１．０μｍ以下で、また中間層でのｘが、０よりも大
きく、該最近接層よりも小さく、膜厚が０．２μｍ以上
１．０μｍ以下で、また最表面層のｘが０．３５＜ｘ≦
０．５の範囲で、膜厚が０．２μｍ以上１．５μｍ以下
である４層構造を有することを特徴とする耐摩耗性硬質
被膜構造の製造方法。 - 【請求項３】 上記被覆をイオンプレーティング法で行
うことを特徴とする請求項２記載の耐摩耗性硬質被膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27337292A JPH06101018A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27337292A JPH06101018A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06101018A true JPH06101018A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17526986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27337292A Pending JPH06101018A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 耐摩耗性硬質被膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101018A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7261956B2 (en) * | 2004-03-16 | 2007-08-28 | Seiko Epson Corporation | Decorative article and timepiece |
| CN117248186A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-19 | 广东华升纳米科技股份有限公司 | TiCN涂层及其制备方法 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP27337292A patent/JPH06101018A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7261956B2 (en) * | 2004-03-16 | 2007-08-28 | Seiko Epson Corporation | Decorative article and timepiece |
| CN117248186A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-19 | 广东华升纳米科技股份有限公司 | TiCN涂层及其制备方法 |
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