JPH0797679A - 超薄膜積層体 - Google Patents
超薄膜積層体Info
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- JPH0797679A JPH0797679A JP24417893A JP24417893A JPH0797679A JP H0797679 A JPH0797679 A JP H0797679A JP 24417893 A JP24417893 A JP 24417893A JP 24417893 A JP24417893 A JP 24417893A JP H0797679 A JPH0797679 A JP H0797679A
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Classifications
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
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- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
-
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性および表面保護機能向上のため、切
削工具、耐摩工具等の硬質基材表面、或いは電気・電子
部品、摺動部品、機械部品の表面に形成される超薄膜積
層体を提供する。 【構成】 Ｔｉ、ＡｌおよびＮによって構成されるＴｉ
x Ａｌ1-x ＮおよびＴｉy Ａｌ1-y Ｎ（０≦ｘ＜０．
５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物（Ａ、Ｂ）を
交互に繰り返し積層し、その繰り返しの積層周期λを
０．５ｎｍ〜２０ｎｍとし、全体の膜厚が０．５μｍ〜
１０μｍとした超薄膜積層体１を、基材２の表面に被覆
し、切削工具や耐摩工具の硬質被覆層、又は電気・電子
部品、摺動部品、機械部品の表面の耐摩耗膜や保護膜と
して用いる。
削工具、耐摩工具等の硬質基材表面、或いは電気・電子
部品、摺動部品、機械部品の表面に形成される超薄膜積
層体を提供する。 【構成】 Ｔｉ、ＡｌおよびＮによって構成されるＴｉ
x Ａｌ1-x ＮおよびＴｉy Ａｌ1-y Ｎ（０≦ｘ＜０．
５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物（Ａ、Ｂ）を
交互に繰り返し積層し、その繰り返しの積層周期λを
０．５ｎｍ〜２０ｎｍとし、全体の膜厚が０．５μｍ〜
１０μｍとした超薄膜積層体１を、基材２の表面に被覆
し、切削工具や耐摩工具の硬質被覆層、又は電気・電子
部品、摺動部品、機械部品の表面の耐摩耗膜や保護膜と
して用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性および表面
保護機能向上のために、切削工具、耐摩工具等の硬質基
材の表面、或いは電気・電子部品、摺動部品、機械部品
の表面に形成する超薄膜積層体に関するものである。
保護機能向上のために、切削工具、耐摩工具等の硬質基
材の表面、或いは電気・電子部品、摺動部品、機械部品
の表面に形成する超薄膜積層体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】従来、耐摩耗性および表面
保護機能向上のため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、セ
ラミックス、高速度鋼等からなる切削工具や耐摩工具等
の硬質基材の表面に、硬質被覆層として、ＰＶＤ法やＣ
ＶＤ法によりＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒化物、炭窒
化物あるいはＡｌの酸化物を単層又は複層形成すること
が行なわれている。
保護機能向上のため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、セ
ラミックス、高速度鋼等からなる切削工具や耐摩工具等
の硬質基材の表面に、硬質被覆層として、ＰＶＤ法やＣ
ＶＤ法によりＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒化物、炭窒
化物あるいはＡｌの酸化物を単層又は複層形成すること
が行なわれている。
【０００３】また、硬質被覆層の耐酸化性の向上を図る
目的で、例えば特公平４−５３６４２号公報に示される
ように、切削工具の硬質被覆層として上述したＴｉの炭
・窒化物にＡｌを固溶させ、それぞれＴｉとＡｌの複合
炭化物固溶体、複合窒化物固溶体および複合炭窒化物固
溶体を形成することが知られている。
目的で、例えば特公平４−５３６４２号公報に示される
ように、切削工具の硬質被覆層として上述したＴｉの炭
・窒化物にＡｌを固溶させ、それぞれＴｉとＡｌの複合
炭化物固溶体、複合窒化物固溶体および複合炭窒化物固
溶体を形成することが知られている。
【０００４】さらに、日本金属学会誌第５７巻第８号
（１９９３）９１９−９２５には、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系の
硬質被覆層において、Ａｌ−Ｎの固溶度の増大とともに
耐酸化性は向上するが、Ａｌ−Ｎの固溶度が７５モル％
を越えると硬度が低下すると報告されている。
（１９９３）９１９−９２５には、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系の
硬質被覆層において、Ａｌ−Ｎの固溶度の増大とともに
耐酸化性は向上するが、Ａｌ−Ｎの固溶度が７５モル％
を越えると硬度が低下すると報告されている。
【０００５】しかし、上記従来の硬質被覆層では、いず
れも被覆層を構成する物質固有の特性がそのまま被覆層
全体の特性を決定し、エンドミルやスローアウェイチッ
プ等の切削工具や耐摩工具に使用した場合、耐摩耗性と
耐酸化性の両立が難しく、特に高速切削や高硬度材料の
切削用途においては耐酸化性を重視した被覆層材質を採
用すると、耐摩耗性が低下するという問題があった。
れも被覆層を構成する物質固有の特性がそのまま被覆層
全体の特性を決定し、エンドミルやスローアウェイチッ
プ等の切削工具や耐摩工具に使用した場合、耐摩耗性と
耐酸化性の両立が難しく、特に高速切削や高硬度材料の
切削用途においては耐酸化性を重視した被覆層材質を採
用すると、耐摩耗性が低下するという問題があった。
【０００６】一方、被覆層の高硬化を達成する手段とし
て、ｎｍオーダーの薄膜を積層し、界面での格子歪エネ
ルギーの効果により硬度上昇を図る方法もあるが、この
方法では、高硬度化の代わりに切削工具や耐摩工具に要
求される他の特性が犠牲になり、特に耐酸化性に関して
は効果が乏しいという欠点がある。
て、ｎｍオーダーの薄膜を積層し、界面での格子歪エネ
ルギーの効果により硬度上昇を図る方法もあるが、この
方法では、高硬度化の代わりに切削工具や耐摩工具に要
求される他の特性が犠牲になり、特に耐酸化性に関して
は効果が乏しいという欠点がある。
【０００７】また、上記切削工具や耐摩工具以外に、従
来、電気・電子部品、摺動部品、機械部品の表面に耐摩
耗膜や保護膜が形成され、例えば、磁気テープやフロッ
ピーディスク又は磁気ディスクといった高密度記録媒体
の表面には、耐摩耗膜としてＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｐ、γ
−Ｆｅ2 Ｏ3 が被覆されたり、或いは保護膜として、厚
さ８０ｎｍ程度の二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アル
ミ等の酸化物、窒化物、カーボン膜等が被覆されてい
る。
来、電気・電子部品、摺動部品、機械部品の表面に耐摩
耗膜や保護膜が形成され、例えば、磁気テープやフロッ
ピーディスク又は磁気ディスクといった高密度記録媒体
の表面には、耐摩耗膜としてＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｐ、γ
−Ｆｅ2 Ｏ3 が被覆されたり、或いは保護膜として、厚
さ８０ｎｍ程度の二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アル
ミ等の酸化物、窒化物、カーボン膜等が被覆されてい
る。
【０００８】しかし、近年の高密度、大容量記録化の進
行に伴ない、保護膜にも一段の薄膜化が求められ、膜厚
として５０ｎｍ以下にすることが要求されているが、こ
れに対して従来の保護膜では、膜厚を５０ｎｍ以下に薄
くすると、耐摩耗性や耐食性が不十分になり、上記の要
求に対して十分に対応できない不具合がある。
行に伴ない、保護膜にも一段の薄膜化が求められ、膜厚
として５０ｎｍ以下にすることが要求されているが、こ
れに対して従来の保護膜では、膜厚を５０ｎｍ以下に薄
くすると、耐摩耗性や耐食性が不十分になり、上記の要
求に対して十分に対応できない不具合がある。
【０００９】そこでこの発明は、上記の問題を解決し、
切削工具や耐摩工具における硬質被覆層の耐摩耗性向上
を実現し、かつ電気・電子部品、摺動部品、機械部品の
表面の耐摩耗膜や保護膜としても優れた特性を有する超
薄膜積層体を提供することを目的としている。
切削工具や耐摩工具における硬質被覆層の耐摩耗性向上
を実現し、かつ電気・電子部品、摺動部品、機械部品の
表面の耐摩耗膜や保護膜としても優れた特性を有する超
薄膜積層体を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、Ｔｉ、ＡｌおよびＮによって構成され
るＴｉx Ａｌ1-x ＮおよびＴｉy Ａｌ1-y Ｎ（０≦ｘ＜
０．５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物を、交互
に繰り返して積層し、積層体の全体組成として化学量論
的にアルミニウムリッチになるものとした構造を採用し
たのである。
め、この発明は、Ｔｉ、ＡｌおよびＮによって構成され
るＴｉx Ａｌ1-x ＮおよびＴｉy Ａｌ1-y Ｎ（０≦ｘ＜
０．５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物を、交互
に繰り返して積層し、積層体の全体組成として化学量論
的にアルミニウムリッチになるものとした構造を採用し
たのである。
【００１１】この発明の超薄膜積層体は、繰り返しの積
層周期を０．５ｎｍ〜２０ｎｍとし、全体の膜厚を０．
５μｍ〜１０μｍとすることにより最も好ましい効果を
得ることができ、切削チップ、ドリルまたはエンドミル
の被覆層として用いる場合、上記超薄膜積層体を、ＷＣ
基超硬合金、サーメット、セラミックス、高速度鋼等の
硬質基材の表面に被覆する。
層周期を０．５ｎｍ〜２０ｎｍとし、全体の膜厚を０．
５μｍ〜１０μｍとすることにより最も好ましい効果を
得ることができ、切削チップ、ドリルまたはエンドミル
の被覆層として用いる場合、上記超薄膜積層体を、ＷＣ
基超硬合金、サーメット、セラミックス、高速度鋼等の
硬質基材の表面に被覆する。
【００１２】ここで、繰り返しの積層周期とは、例えば
図１に示すように、２種類の化合物ＡとＢを交互に繰り
返し積層した場合、化合物Ａの厚み（ｔ1 ）と化合物Ｂ
の厚み（ｔ2 ）との和（ｔ1 ＋ｔ2 ＝λ）をいう。
図１に示すように、２種類の化合物ＡとＢを交互に繰り
返し積層した場合、化合物Ａの厚み（ｔ1 ）と化合物Ｂ
の厚み（ｔ2 ）との和（ｔ1 ＋ｔ2 ＝λ）をいう。
【００１３】なお、図１において、符号１は超薄膜積層
体を、２は基材を示している。
体を、２は基材を示している。
【００１４】上記超薄膜積層体を基材の表面に被覆する
場合、図２に示すように、超薄膜積層体１と基材２の間
に界面層３を設け、この界面層３を、周期律表ＩＶａ
族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属元素の群から選択される１
種以上の元素と、Ｃ、Ｎの１種以上との組み合せからな
る化合物の少なくとも１種からなる膜厚０．０５μｍ〜
５μｍのものとするのが好ましい。
場合、図２に示すように、超薄膜積層体１と基材２の間
に界面層３を設け、この界面層３を、周期律表ＩＶａ
族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属元素の群から選択される１
種以上の元素と、Ｃ、Ｎの１種以上との組み合せからな
る化合物の少なくとも１種からなる膜厚０．０５μｍ〜
５μｍのものとするのが好ましい。
【００１５】また、超薄膜積層体の使用用途を、電気・
電子部品や摺動部品、機械部品の表面の耐摩耗膜や保護
膜とする場合、電気・電子部品では全体の膜厚を５ｎｍ
〜２μｍ、摺動部品、機械部品においては全体の膜厚を
０．１μｍ〜１０μｍにするのがよい。
電子部品や摺動部品、機械部品の表面の耐摩耗膜や保護
膜とする場合、電気・電子部品では全体の膜厚を５ｎｍ
〜２μｍ、摺動部品、機械部品においては全体の膜厚を
０．１μｍ〜１０μｍにするのがよい。
【００１６】上記の超薄膜積層体を形成する方法として
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法があり、特にＰＶＤ法は、融点
や硬度が著しく高いセラミックス皮膜を５００℃以下の
温度で形成することが可能であるため、基材の強度を容
易に維持することができ、また積層物間の界面層におけ
る原子拡散の影響を小さくできる点で好ましい作製法と
云える。
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法があり、特にＰＶＤ法は、融点
や硬度が著しく高いセラミックス皮膜を５００℃以下の
温度で形成することが可能であるため、基材の強度を容
易に維持することができ、また積層物間の界面層におけ
る原子拡散の影響を小さくできる点で好ましい作製法と
云える。
【００１７】
【作用】この発明の超薄膜積層体は、Ｔｉ、Ａｌおよび
Ｎによって構成される２種類の化合物を用いて、化学量
論的にアルミニウムリッチなＴｉx Ａｌ1-x Ｎ（０≦ｘ
＜０．５）、および化学量論的にチタンリッチなＴｉy
Ａｌ1-y Ｎ（０．５＜ｙ≦１）を交互に繰り返し積層
し、薄膜全体の組成として耐酸化性に優れたアルミニウ
ムリッチなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物とするものである。
Ｎによって構成される２種類の化合物を用いて、化学量
論的にアルミニウムリッチなＴｉx Ａｌ1-x Ｎ（０≦ｘ
＜０．５）、および化学量論的にチタンリッチなＴｉy
Ａｌ1-y Ｎ（０．５＜ｙ≦１）を交互に繰り返し積層
し、薄膜全体の組成として耐酸化性に優れたアルミニウ
ムリッチなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物とするものである。
【００１８】このように化学量論的にチタンリッチな超
薄膜層を含む構成とすることにより、アルミニウムリッ
チなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物の薄膜単体で起こる硬度の低
下が抑制され、従来技術では得られない高硬度と耐酸化
性の両立を実現できる。この特性を利用すれば、切削工
具や耐摩工具の被覆層として用いた場合、工具の摩耗寿
命の大幅な延命化を図ることができる。
薄膜層を含む構成とすることにより、アルミニウムリッ
チなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物の薄膜単体で起こる硬度の低
下が抑制され、従来技術では得られない高硬度と耐酸化
性の両立を実現できる。この特性を利用すれば、切削工
具や耐摩工具の被覆層として用いた場合、工具の摩耗寿
命の大幅な延命化を図ることができる。
【００１９】また、異なる２種類の化合物を交互に０．
５ｎｍ〜２０ｎｍという極めて薄い膜厚で積層した場
合、ビッカース硬度が荷重２５ｇｆで３５００kgｆ／mm
2 以上という化合物の薄膜単体では得ることができない
高硬度が実現でき、優れた耐摩耗性が発現する。
５ｎｍ〜２０ｎｍという極めて薄い膜厚で積層した場
合、ビッカース硬度が荷重２５ｇｆで３５００kgｆ／mm
2 以上という化合物の薄膜単体では得ることができない
高硬度が実現でき、優れた耐摩耗性が発現する。
【００２０】これは、繰り返しの積層周期を２０ｎｍ以
下にした場合、結晶を構成する原子の中で界面を形成す
る原子、すなわち界面に接する原子が多くなり、物質固
有の特性よりも界面に起因する特性が顕著になり、界面
での格子歪エネルギーの効果により硬度上昇が発現する
ものと考えられる。一方、繰り返しの積層周期が０．５
ｎｍ以下の場合は、界面での相互拡散等の影響により積
層物質同士の混合層となり、逆に、繰り返しの積層周期
が２０ｎｍ以上の場合には、個々の薄膜の単体としての
特性が支配的となり、いずれも積層による顕著な硬度上
昇効果を得ることができない。
下にした場合、結晶を構成する原子の中で界面を形成す
る原子、すなわち界面に接する原子が多くなり、物質固
有の特性よりも界面に起因する特性が顕著になり、界面
での格子歪エネルギーの効果により硬度上昇が発現する
ものと考えられる。一方、繰り返しの積層周期が０．５
ｎｍ以下の場合は、界面での相互拡散等の影響により積
層物質同士の混合層となり、逆に、繰り返しの積層周期
が２０ｎｍ以上の場合には、個々の薄膜の単体としての
特性が支配的となり、いずれも積層による顕著な硬度上
昇効果を得ることができない。
【００２１】この発明の超薄膜積層体は、基材表面に直
接形成するよりも、両者の間に界面層を介在させる方
が、基材に対する超薄膜積層体の密着強度を向上させる
ことができる。これは、基材と超薄膜積層体という特性
の大きく異なる物質間に、中間的な特性を有する界面層
を設けることにより、特性の変化が連続的になり、膜の
残留応力の低減等の効果が期待できるからである。この
界面層の効果は、膜厚が０．０５μｍ未満では密着強度
の向上が見られず、逆に、５μｍを越えても密着強度の
更なる向上は見られず、所定の範囲で特有の効果を発揮
することができる。
接形成するよりも、両者の間に界面層を介在させる方
が、基材に対する超薄膜積層体の密着強度を向上させる
ことができる。これは、基材と超薄膜積層体という特性
の大きく異なる物質間に、中間的な特性を有する界面層
を設けることにより、特性の変化が連続的になり、膜の
残留応力の低減等の効果が期待できるからである。この
界面層の効果は、膜厚が０．０５μｍ未満では密着強度
の向上が見られず、逆に、５μｍを越えても密着強度の
更なる向上は見られず、所定の範囲で特有の効果を発揮
することができる。
【００２２】なお、上述したものと同様の効果は、Ｔｉ
−Ａｌ系以外のＡｌ合金の窒化物、例えば（ＡｌＺｒ）
Ｎ、（ＡｌＮｂ）Ｎ、（ＡｌＨｆ）Ｎ等の合金組成を変
化させた被膜を積層させることによっても得られるが、
この発明では、耐酸化性と硬度の良好なバランスからＴ
ｉ−Ａｌ窒化物を採用するものである。
−Ａｌ系以外のＡｌ合金の窒化物、例えば（ＡｌＺｒ）
Ｎ、（ＡｌＮｂ）Ｎ、（ＡｌＨｆ）Ｎ等の合金組成を変
化させた被膜を積層させることによっても得られるが、
この発明では、耐酸化性と硬度の良好なバランスからＴ
ｉ−Ａｌ窒化物を採用するものである。
【００２３】
【実施例】次に、この発明の効果を見るために行なった
実施例について説明する。なお、以下の各実施例におい
て超薄膜積層体を形成する場合、ｎｍオーダーの積層周
期の測定は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察およ
び小角Ｘ線解析法により行なっている。また、長周期の
積層構造に関しては、高分解能走査電子顕微鏡による積
層周期の測定も可能である。
実施例について説明する。なお、以下の各実施例におい
て超薄膜積層体を形成する場合、ｎｍオーダーの積層周
期の測定は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察およ
び小角Ｘ線解析法により行なっている。また、長周期の
積層構造に関しては、高分解能走査電子顕微鏡による積
層周期の測定も可能である。
【００２４】＜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
チップを複数用意し、その表面に、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表１に示す超薄膜積
層構造を形成した。ここで、この発明の実施例の切削チ
ップ試料を、Ｎo.１〜Ｎo.２６とした。
格Ｐ３０、形状がＪＩＳＳＮＧ４３２の超硬合金製切削
チップを複数用意し、その表面に、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表１に示す超薄膜積
層構造を形成した。ここで、この発明の実施例の切削チ
ップ試料を、Ｎo.１〜Ｎo.２６とした。
【００２５】
【表１】
【００２６】図３は、切削チップ試料の製造方法を示し
ており、試料の形成は、成膜装置４の内部に複数個のＴ
ｉ−Ａｌ化合物のターゲット５、６を配置し、ターゲッ
トの中心点を中心としてこれ等のターゲット間で回転す
る基材保持具７に切削チップ８を装着し、切削チップの
回転数と真空アークの放電電流（ターゲット材料の蒸発
量）の一方又は両方を調整することにより繰り返しの積
層周期を調整した。
ており、試料の形成は、成膜装置４の内部に複数個のＴ
ｉ−Ａｌ化合物のターゲット５、６を配置し、ターゲッ
トの中心点を中心としてこれ等のターゲット間で回転す
る基材保持具７に切削チップ８を装着し、切削チップの
回転数と真空アークの放電電流（ターゲット材料の蒸発
量）の一方又は両方を調整することにより繰り返しの積
層周期を調整した。
【００２７】これは、先ず、成膜装置４内の真空度を１
０-5Ｔｏｒｒとし、この雰囲気中にＡｒガスを導入して
１０-2Ｔｏｒｒの真空度を保持しながら５００℃まで加
熱し、切削チップ８に−１０００Ｖの電圧をかけて洗浄
を行なった後、Ａｒガスを排気した。次に、成膜装置４
内にＮ2 ガス、ＣＨ4 ガスのいずれか１種類或いは数種
類を基材回転に合わせた時間制御により２００ｃｃ／ｍ
ｉｎの割合で導入し、この状態で真空アーク放電を行な
うことにより周期律表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金
属元素、及びＴｉ−Ａｌ化合物のターゲット５、６を蒸
発・イオン化させ、これによって、回転する切削チップ
がターゲットの前を通過する際にターゲット材料と導入
ガス中のＣ、Ｎとの化合物層を切削チップ上に形成し
た。
０-5Ｔｏｒｒとし、この雰囲気中にＡｒガスを導入して
１０-2Ｔｏｒｒの真空度を保持しながら５００℃まで加
熱し、切削チップ８に−１０００Ｖの電圧をかけて洗浄
を行なった後、Ａｒガスを排気した。次に、成膜装置４
内にＮ2 ガス、ＣＨ4 ガスのいずれか１種類或いは数種
類を基材回転に合わせた時間制御により２００ｃｃ／ｍ
ｉｎの割合で導入し、この状態で真空アーク放電を行な
うことにより周期律表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金
属元素、及びＴｉ−Ａｌ化合物のターゲット５、６を蒸
発・イオン化させ、これによって、回転する切削チップ
がターゲットの前を通過する際にターゲット材料と導入
ガス中のＣ、Ｎとの化合物層を切削チップ上に形成し
た。
【００２８】また、上記の実施例の試料との比較のた
め、表１に試料２７〜３０で示す従来構造による硬質被
覆の切削チップを準備した。この場合、試料２７〜２９
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、また試料３０は、通常
のＣＶＤ法により、上述と同じ組成と形状の切削チップ
の表面に単独の硬質被覆層を形成して製作した。
め、表１に試料２７〜３０で示す従来構造による硬質被
覆の切削チップを準備した。この場合、試料２７〜２９
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、また試料３０は、通常
のＣＶＤ法により、上述と同じ組成と形状の切削チップ
の表面に単独の硬質被覆層を形成して製作した。
【００２９】この実施例では、上記のように準備した各
種の切削チップ試料について、次の表２の条件により連
続切削試験と断続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗
幅を測定した。その各切削試験の結果を表３に示す。
種の切削チップ試料について、次の表２の条件により連
続切削試験と断続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗
幅を測定した。その各切削試験の結果を表３に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】
【表３】
【００３２】表３の結果から、従来構造の試料のうち硬
質被覆層をＰＶＤ法で形成した試料２７〜２９は耐摩耗
性に劣り、ＣＶＤ法で形成した試料３０は基材の靱性劣
化により刃先の耐欠損性が低下した。これに対して、こ
の発明に係る試料１〜２４（試料８は除く）は、連続切
削及び断続切削の両方において優れた耐摩耗性を有し、
また、基材の靱性が維持され、優れた耐欠損性を示し
た。
質被覆層をＰＶＤ法で形成した試料２７〜２９は耐摩耗
性に劣り、ＣＶＤ法で形成した試料３０は基材の靱性劣
化により刃先の耐欠損性が低下した。これに対して、こ
の発明に係る試料１〜２４（試料８は除く）は、連続切
削及び断続切削の両方において優れた耐摩耗性を有し、
また、基材の靱性が維持され、優れた耐欠損性を示し
た。
【００３３】また、試料１〜７までの結果から、超薄膜
積層体を切削工具に適用した場合の繰り返しの積層周期
としては、０．５ｎｍ〜２０ｎｍが最適であり、さら
に、試料１３〜１８の試験結果から、界面層の膜厚とし
て０．０５μｍ〜５μｍが適当であることが明らかであ
る。
積層体を切削工具に適用した場合の繰り返しの積層周期
としては、０．５ｎｍ〜２０ｎｍが最適であり、さら
に、試料１３〜１８の試験結果から、界面層の膜厚とし
て０．０５μｍ〜５μｍが適当であることが明らかであ
る。
【００３４】加えて、試料９〜１２の試験結果から、超
薄膜積層体の全体の膜厚として、０．５μｍ〜１０μｍ
が適当であることがわかる。
薄膜積層体の全体の膜厚として、０．５μｍ〜１０μｍ
が適当であることがわかる。
【００３５】また、試料１９〜２６の試験結果から、超
薄膜積層体の構造は、０≦ｘ＜０．５の範囲にあるアル
ミニウムリッチなＴｉx Ａｌ1-x Ｎの化合物と、０．５
＜ｙ≦１の範囲にあるチタンリッチなＴｉy Ａｌ1-y Ｎ
の化合物とを交互に繰り返し積層し、薄膜全体としてア
ルミニウムリッチなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物にすることが
適当であると言える。
薄膜積層体の構造は、０≦ｘ＜０．５の範囲にあるアル
ミニウムリッチなＴｉx Ａｌ1-x Ｎの化合物と、０．５
＜ｙ≦１の範囲にあるチタンリッチなＴｉy Ａｌ1-y Ｎ
の化合物とを交互に繰り返し積層し、薄膜全体としてア
ルミニウムリッチなＴｉ−Ａｌ−Ｎ化合物にすることが
適当であると言える。
【００３６】＜実施例２＞超薄膜積層体を電気・電子部
品の耐摩耗膜や保護膜に適用した場合の耐摩耗性を確か
めるため、磁気ヘッドの表面に超薄膜積層体を被覆し、
その磁気ヘッドの磁気ディスクとの接触摩耗試験を行な
った。
品の耐摩耗膜や保護膜に適用した場合の耐摩耗性を確か
めるため、磁気ヘッドの表面に超薄膜積層体を被覆し、
その磁気ヘッドの磁気ディスクとの接触摩耗試験を行な
った。
【００３７】この摩耗試験では、磁気ヘッドとしてアル
ミニウムと炭化チタンからなる焼結体（ビッカース硬度
４０００kgｆ／mm2 ）を用い、これを磁気ディスク表面
の保護膜上に荷重６００kgｆ／mm2 で押し付け、次に、
磁気ディスクを磁気ヘッドが浮上するまで高速回転さ
せ、浮上後回転を停止し、再び磁気ヘッドをディスク面
に接触させることを繰り返すＣＳＳ試験を行った。ここ
で、ＣＳＳ試験とは、磁気ヘッドと磁気記録媒体とを接
触状態でセットした後、磁気記録媒体を回転浮上させた
後、回転を停止し、再び磁気ヘッドと磁気記録媒体を接
触させるサイクル試験である。
ミニウムと炭化チタンからなる焼結体（ビッカース硬度
４０００kgｆ／mm2 ）を用い、これを磁気ディスク表面
の保護膜上に荷重６００kgｆ／mm2 で押し付け、次に、
磁気ディスクを磁気ヘッドが浮上するまで高速回転さ
せ、浮上後回転を停止し、再び磁気ヘッドをディスク面
に接触させることを繰り返すＣＳＳ試験を行った。ここ
で、ＣＳＳ試験とは、磁気ヘッドと磁気記録媒体とを接
触状態でセットした後、磁気記録媒体を回転浮上させた
後、回転を停止し、再び磁気ヘッドと磁気記録媒体を接
触させるサイクル試験である。
【００３８】表４は、上記ＣＳＳ試験法により１０万回
の繰り返し試験を行なった場合の結果を示している。
の繰り返し試験を行なった場合の結果を示している。
【００３９】
【表４】
【００４０】この表４において試料１〜１４は、この発
明に係る超薄膜積層体を用いた例であり、スパッタリン
グ法を用いて作成した。また、試料１５は比較例であ
り、ＳｉＯ2 を保護膜として用いたものである。
明に係る超薄膜積層体を用いた例であり、スパッタリン
グ法を用いて作成した。また、試料１５は比較例であ
り、ＳｉＯ2 を保護膜として用いたものである。
【００４１】なお、被覆層の硬度は、層が非常に薄く測
定ができず、真空中でのＡｒイオンビーム（加速電圧３
ＫＶ）による層のエッチング速度と硬度との間に経験的
に正の相関があるため、エッチング速度を硬度の代替値
として示した。
定ができず、真空中でのＡｒイオンビーム（加速電圧３
ＫＶ）による層のエッチング速度と硬度との間に経験的
に正の相関があるため、エッチング速度を硬度の代替値
として示した。
【００４２】表４の結果から、０≦ｘ＜０．５、０．５
＜ｙ≦１の諸元をもち、繰り返しの積層周期が０．５ｎ
ｍ〜２０ｎｍの範囲にある試料２〜５について、表面状
態や再生出力に変化が見られず、他の試料、特に従来構
造の試料１５に比べて優れた耐摩耗性があることが示さ
れた。
＜ｙ≦１の諸元をもち、繰り返しの積層周期が０．５ｎ
ｍ〜２０ｎｍの範囲にある試料２〜５について、表面状
態や再生出力に変化が見られず、他の試料、特に従来構
造の試料１５に比べて優れた耐摩耗性があることが示さ
れた。
【００４３】
【効果】以上のように、この発明の超薄膜積層体は、高
硬度と耐酸化性とを同時に併せ持つことができるので、
切削工具や耐摩工具の被覆層に用いることにより基材強
度を維持したままで従来より優れた耐摩耗性を有するこ
とができ、特に高速切削や高硬度材料の切削用途におい
て、切削寿命を大きく延長させることができる。
硬度と耐酸化性とを同時に併せ持つことができるので、
切削工具や耐摩工具の被覆層に用いることにより基材強
度を維持したままで従来より優れた耐摩耗性を有するこ
とができ、特に高速切削や高硬度材料の切削用途におい
て、切削寿命を大きく延長させることができる。
【００４４】また、上記切削工具等の用途以外に、この
発明の超薄膜積層体は、電気・電子部品や摺動部品、機
械部品の表面に対して耐摩耗性に優れた耐摩耗膜や保護
膜として、適用することができる。
発明の超薄膜積層体は、電気・電子部品や摺動部品、機
械部品の表面に対して耐摩耗性に優れた耐摩耗膜や保護
膜として、適用することができる。
【００４５】さらに、この超薄膜積層体を用いれば、光
磁気記録媒体、光学レンズ等の表面保護膜、或は光学特
性、電気特性等にも優れた薄膜を提供することができ
る。
磁気記録媒体、光学レンズ等の表面保護膜、或は光学特
性、電気特性等にも優れた薄膜を提供することができ
る。
【図１】（ａ）はこの発明に係る超薄膜積層体を基材に
被覆した状態を示す模式図、（ｂ）はその部分拡大図
被覆した状態を示す模式図、（ｂ）はその部分拡大図
【図２】この発明に係る超薄膜積層体を界面層を介して
基材に被覆した状態を示す模式図
基材に被覆した状態を示す模式図
【図３】この発明に係る超薄膜積層体の形成方法を示す
図
図
１ 超薄膜積層体 ２ 基材 ３ 界面層 ４ 成膜装置 ５、６ ターゲット ７ 基材保持具 ８ 切削チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 29/16 Ｃ２３Ｃ 16/34 28/04 (72)発明者 吉岡 剛 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 山縣 一夫 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｔｉ、ＡｌおよびＮによって構成される
Ｔｉx Ａｌ1-x ＮおよびＴｉy Ａｌ1-y Ｎ（０≦ｘ＜
０．５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物を、交互
に繰り返して積層し、積層体の全体組成として化学量論
的にアルミニウムリッチになるものとした超薄膜積層
体。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超薄膜積層体におい
て、繰り返しの積層周期を０．５ｎｍ〜２０ｎｍとし、
全体の膜厚を０．５μｍ〜１０μｍとした超薄膜積層
体。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の超薄膜積層体
を、ＷＣ基超硬合金、サーメット、セラミックス、高速
度鋼等の硬質基材の表面に被覆し、切削チップ、ドリル
またはエンドミルとして用いる超薄膜積層体の被覆物。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載の超薄膜積層体を
基材の表面に被覆し、その超薄膜積層体と基材との間
に、周期律表ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属元素の
群から選択される１種以上の元素と、Ｃ、Ｎの１種以上
との組み合せからなる化合物の少なくとも１種からなる
膜厚０．０５μｍ〜５μｍの界面層を設けた超薄膜積層
体の被覆物。 - 【請求項５】 請求項１又は２に記載の超薄膜積層体に
おいて、電気・電子部品、摺動部品、機械部品の耐摩耗
膜あるいは保護膜として用いるビッカース硬度が荷重２
５ｇｆで３５００kgｆ／mm2 以上のものである超薄膜積
層体。 - 【請求項６】 請求項５に記載の超薄膜積層体におい
て、積層体の全体の膜厚を５ｎｍ〜１０μｍとした超薄
膜積層体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244178A JP2979921B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超薄膜積層体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244178A JP2979921B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超薄膜積層体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797679A true JPH0797679A (ja) | 1995-04-11 |
| JP2979921B2 JP2979921B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=17114929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5244178A Expired - Fee Related JP2979921B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超薄膜積層体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979921B2 (ja) |
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