JPH09217168A - 金属及びセラミック基体のコーティング方法 - Google Patents
金属及びセラミック基体のコーティング方法Info
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- JPH09217168A JPH09217168A JP8337804A JP33780496A JPH09217168A JP H09217168 A JPH09217168 A JP H09217168A JP 8337804 A JP8337804 A JP 8337804A JP 33780496 A JP33780496 A JP 33780496A JP H09217168 A JPH09217168 A JP H09217168A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/021—Cleaning or etching treatments
- C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属基体及びセラミック基体のコーティング
方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、カソードアーク放電蒸着プロ
セスとインバランスマグネトロンコーティングプロセス
（ＡＢＳ法）を組み合わせて又は単にカソードアーク放
電蒸着プロセスによってチタンアルミニウム窒化物強化
材料層の表面粗度を低減する方法に関する。
方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、カソードアーク放電蒸着プロ
セスとインバランスマグネトロンコーティングプロセス
（ＡＢＳ法）を組み合わせて又は単にカソードアーク放
電蒸着プロセスによってチタンアルミニウム窒化物強化
材料層の表面粗度を低減する方法に関する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具又は総形
バイト等の金属基体及びセラミック基体を、ＴｉＡｌＮ
によりコーティングする方法に関する。
バイト等の金属基体及びセラミック基体を、ＴｉＡｌＮ
によりコーティングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、チタンアルミニウム窒化物
（ニトリド）（ＴｉＡｌＮ）は、高い耐摩耗性があるＴ
ｉＮ強化材料層のかわりに使用されてきた。ＴｉＡｌＮ
は、ＴｉＮよりも耐酸化性が改善されているため、この
材料は切削くずを発生させるような、例えば現代の自動
車工業等、自動製造装置における冷媒フリーの加工のた
め特に良好な候補となっている。加えて、チタン−アル
ミニウム−窒化物強化材料層は、炭化物（カーバイド）
の存在により、その磨損性に対する耐久性が向上するこ
とが知られており、このことが、特に鼠鋳鉄及び冷間処
理された鋼の機械加工において効果を有している。
（ニトリド）（ＴｉＡｌＮ）は、高い耐摩耗性があるＴ
ｉＮ強化材料層のかわりに使用されてきた。ＴｉＡｌＮ
は、ＴｉＮよりも耐酸化性が改善されているため、この
材料は切削くずを発生させるような、例えば現代の自動
車工業等、自動製造装置における冷媒フリーの加工のた
め特に良好な候補となっている。加えて、チタン−アル
ミニウム−窒化物強化材料層は、炭化物（カーバイド）
の存在により、その磨損性に対する耐久性が向上するこ
とが知られており、このことが、特に鼠鋳鉄及び冷間処
理された鋼の機械加工において効果を有している。
【０００３】チタンアルミニウムニトリド（ＴｉＡｌ
Ｎ）は、今日では、例えばカソードスパッタリング、カ
ソードアーク放電蒸着法、低電圧電子ビームプロセス
等、既知のすべてのＰＶＤ強化材料コーティングプロセ
スを使用して製造することができる。
Ｎ）は、今日では、例えばカソードスパッタリング、カ
ソードアーク放電蒸着法、低電圧電子ビームプロセス
等、既知のすべてのＰＶＤ強化材料コーティングプロセ
スを使用して製造することができる。
【０００４】さらに、エッチング源としての上記カソー
ドアーク放電蒸着プロセスと、コーティング装置として
のインバランスマグネトロンとを、上記ＰＶＤプロセス
中に組み合わせて用いるか、又は上記カソードアーク放
電蒸着プロセスと上記低電圧電子ビーム蒸着プロセスを
組み合わせるか又はコーティング中にマグネトロンを組
み合わせるといった方法も知られている。
ドアーク放電蒸着プロセスと、コーティング装置として
のインバランスマグネトロンとを、上記ＰＶＤプロセス
中に組み合わせて用いるか、又は上記カソードアーク放
電蒸着プロセスと上記低電圧電子ビーム蒸着プロセスを
組み合わせるか又はコーティング中にマグネトロンを組
み合わせるといった方法も知られている。
【０００５】この種のプロセスは、複数の基体をコーテ
ィングするための方法として開示されており、欧州特許
明細書 ０ ４３９ ５６１号に開示されているよう
に、ＡＢＳプロセスと呼ばれている。このプロセスで
は、コーティングすべき上記層は、気体放電と言った手
段によって発生されたプラズマの高密度粒子が、関連す
る基体へと打ち込まれることによって製造されている。
この際に、アーク放電蒸着プロセスと、カソードスパッ
タリングプロセスが双方とも効果的に用いられる。上記
アーク放電蒸着プロセスは、第一のコーティングフェイ
ズにおいてのみ施され、この第一のコーティングフェイ
ズの後に、第二のコーティングフェイズとして上記カソ
ードスパッタリングプロセスが施されることが重要なこ
とである。上記基体は、上記アーク放電蒸着プロセス中
にイオンによって衝撃され、その際のエネルギー及びイ
オン電流密度は、上記基体表面を清浄化し、部分的にイ
オンエッチングするように選ばれている。
ィングするための方法として開示されており、欧州特許
明細書 ０ ４３９ ５６１号に開示されているよう
に、ＡＢＳプロセスと呼ばれている。このプロセスで
は、コーティングすべき上記層は、気体放電と言った手
段によって発生されたプラズマの高密度粒子が、関連す
る基体へと打ち込まれることによって製造されている。
この際に、アーク放電蒸着プロセスと、カソードスパッ
タリングプロセスが双方とも効果的に用いられる。上記
アーク放電蒸着プロセスは、第一のコーティングフェイ
ズにおいてのみ施され、この第一のコーティングフェイ
ズの後に、第二のコーティングフェイズとして上記カソ
ードスパッタリングプロセスが施されることが重要なこ
とである。上記基体は、上記アーク放電蒸着プロセス中
にイオンによって衝撃され、その際のエネルギー及びイ
オン電流密度は、上記基体表面を清浄化し、部分的にイ
オンエッチングするように選ばれている。
【０００６】このプロセスでは、上記イオンエネルギー
と上記イオン電流密度とは、イオンによる上記基体の衝
撃が、上記アーク放電蒸着プロセス中に行われ、上記基
体に形成される上記強化層のアンカリング効果が生じる
ように選択されていることが好ましい。
と上記イオン電流密度とは、イオンによる上記基体の衝
撃が、上記アーク放電蒸着プロセス中に行われ、上記基
体に形成される上記強化層のアンカリング効果が生じる
ように選択されていることが好ましい。
【０００７】この方法を実施するための装置において
は、処理ガスで充填された真空チャンバ内に、上記真空
チャンバに対して絶縁された基体ホルダと、上記コーテ
ィング材料を含み、かつ、同様に上記真空チャンバに対
して電気的に絶縁されたカソードと、上記アーク放電の
ために必要なアノードと、が配設されている。上記カソ
ードは、アーク放電電源又はカソードスパッタリング電
源に任意に連結させることができ、負電位とされて、ア
ーク放電が上記カソードと上記アノードの間の第一の電
流回路において発生されるか、又は第二の回路でカソー
ドスパッタリング放電が発生するようにされている。
は、処理ガスで充填された真空チャンバ内に、上記真空
チャンバに対して絶縁された基体ホルダと、上記コーテ
ィング材料を含み、かつ、同様に上記真空チャンバに対
して電気的に絶縁されたカソードと、上記アーク放電の
ために必要なアノードと、が配設されている。上記カソ
ードは、アーク放電電源又はカソードスパッタリング電
源に任意に連結させることができ、負電位とされて、ア
ーク放電が上記カソードと上記アノードの間の第一の電
流回路において発生されるか、又は第二の回路でカソー
ドスパッタリング放電が発生するようにされている。
【０００８】アーク放電プロセス及びカソードスパッタ
リングプロセスを用いた気体のコーティング装置は、欧
州特許第０ ４５９ １３７ Ａ１号に開示されてお
り、この装置は少なくとも１つのターゲットと、これと
組み合わされるアノードと、基体キャリアが配設された
排気可能な容器を有するものである。また、このための
電流源及び電圧源が配設されており、それぞれのターゲ
ットのためのマグネットが配列されている。上記マグネ
ット配列は、中心極の永久磁石及びこれを取り囲むよう
に互いに離間している反対極の永久磁石から構成されて
おり、上記ターゲット領域において、カソードスパッタ
リングを可能とする磁界が上記ターゲットに隣接した第
一の部分に発生し、また、アーク放電を可能とする磁界
が、上記ターゲットから離間した第二の位置において発
生するように、それぞれのターゲットに対して移動自在
に取り付けられている。
リングプロセスを用いた気体のコーティング装置は、欧
州特許第０ ４５９ １３７ Ａ１号に開示されてお
り、この装置は少なくとも１つのターゲットと、これと
組み合わされるアノードと、基体キャリアが配設された
排気可能な容器を有するものである。また、このための
電流源及び電圧源が配設されており、それぞれのターゲ
ットのためのマグネットが配列されている。上記マグネ
ット配列は、中心極の永久磁石及びこれを取り囲むよう
に互いに離間している反対極の永久磁石から構成されて
おり、上記ターゲット領域において、カソードスパッタ
リングを可能とする磁界が上記ターゲットに隣接した第
一の部分に発生し、また、アーク放電を可能とする磁界
が、上記ターゲットから離間した第二の位置において発
生するように、それぞれのターゲットに対して移動自在
に取り付けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＰＶＤ法
（物理的気相堆積法:physical vapor deposition）に関
し、このＰＶＤ法は、プロセス源として上記カソードア
ーク放電蒸着プロセスのみで使用しても良く、またこれ
をカソードスパッタリング法（マグネトロン、インバラ
ンスマグネトロン）と組み合わせて用いることが好まし
い。
（物理的気相堆積法:physical vapor deposition）に関
し、このＰＶＤ法は、プロセス源として上記カソードア
ーク放電蒸着プロセスのみで使用しても良く、またこれ
をカソードスパッタリング法（マグネトロン、インバラ
ンスマグネトロン）と組み合わせて用いることが好まし
い。
【００１０】本発明は、上記基体の金属イオンエッチン
グプロセスの間に、いわゆる“凝縮物”が上記基体表面
上に堆積し、これに引き続いて行われるコーティングの
間に、局所的成長欠陥を生じさせることを証明し、ま
た、この“凝縮物”は、上記チタンアルミニウム窒化物
の表面粗度を異常に増加させてしまうことによる弊害を
改善することにある。
グプロセスの間に、いわゆる“凝縮物”が上記基体表面
上に堆積し、これに引き続いて行われるコーティングの
間に、局所的成長欠陥を生じさせることを証明し、ま
た、この“凝縮物”は、上記チタンアルミニウム窒化物
の表面粗度を異常に増加させてしまうことによる弊害を
改善することにある。
【００１１】これが生じると、上記ＰＶＤコーティング
を、上記“凝縮物”生じさせないような方法、具体的に
はインバランスマグネトロン金属イオンエッチングの後
に行う場合や、また、さらなる“凝縮物”の形成が単に
カソードアーク放電蒸着プロセスといった方法による上
記コーティング中においても観測されることとなり、さ
らに表面粗度が増加してしまうことになっていた。
を、上記“凝縮物”生じさせないような方法、具体的に
はインバランスマグネトロン金属イオンエッチングの後
に行う場合や、また、さらなる“凝縮物”の形成が単に
カソードアーク放電蒸着プロセスといった方法による上
記コーティング中においても観測されることとなり、さ
らに表面粗度が増加してしまうことになっていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記カソードアーク放電
プロセス中の上記ターゲット材料としてのＴｉＡｌ及び
Ｔｉの挙動について上述したように、上記金属イオンエ
ッチング中に生じる“凝縮物”の数は、上記ターゲット
の溶融温度に依存する。より高い融点とすれば、“凝縮
物”の形成は低減できる。従って、ＴｉＮコーティング
の欠陥密度（Ｔｉの融点（ＭＰ）：１６７０℃）は、実
質的に上記ＴｉＡｌＮコーティングの融点（５０：５０
組成における融点ＴｉＡｌ：１４５０℃）よりも少な
い。
プロセス中の上記ターゲット材料としてのＴｉＡｌ及び
Ｔｉの挙動について上述したように、上記金属イオンエ
ッチング中に生じる“凝縮物”の数は、上記ターゲット
の溶融温度に依存する。より高い融点とすれば、“凝縮
物”の形成は低減できる。従って、ＴｉＮコーティング
の欠陥密度（Ｔｉの融点（ＭＰ）：１６７０℃）は、実
質的に上記ＴｉＡｌＮコーティングの融点（５０：５０
組成における融点ＴｉＡｌ：１４５０℃）よりも少な
い。
【００１３】上記影響を低減させるための２つの可能性
がこれまで知られている。そのうちの一つは、ＴｉＡｌ
に用いる上記金属イオンエッチングステップをアルゴン
エッチングステップとし、成長欠陥の伸長をほとんど完
全に抑制するものである。
がこれまで知られている。そのうちの一つは、ＴｉＡｌ
に用いる上記金属イオンエッチングステップをアルゴン
エッチングステップとし、成長欠陥の伸長をほとんど完
全に抑制するものである。
【００１４】しかしながら、上記金属イオンエッチング
ステップを不活性アルゴンのイオンによるエッチングス
テップに置き換えると、ＴｉＡｌＮ層の結合深さが著し
く低減してしまうことが知られている。
ステップを不活性アルゴンのイオンによるエッチングス
テップに置き換えると、ＴｉＡｌＮ層の結合深さが著し
く低減してしまうことが知られている。
【００１５】そこで、上記“凝縮物”の形成及びＴｉＡ
ｌＮの接着性について、上記カソードアーク放電蒸着プ
ロセス中の上記ターゲット材料の影響を理解するため
に、Ａｌ，ＴｉＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏの
それぞれの材料を、金属イオンエッチング蒸気として本
発明の検討を行った。
ｌＮの接着性について、上記カソードアーク放電蒸着プ
ロセス中の上記ターゲット材料の影響を理解するため
に、Ａｌ，ＴｉＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏの
それぞれの材料を、金属イオンエッチング蒸気として本
発明の検討を行った。
【００１６】
【発明の実施の形態】上記エッチング実験中には、基体
材料として用いた鋼を、−１２００Ｖの負電位にバイア
スした。上記カソードアーク放電プロセス中には、アル
ゴン圧を１０-3ｍｂａｒとした。上記テスト基体と上記
アーク放電源との距離を平均として約４０ｃｍとした。
材料として用いた鋼を、−１２００Ｖの負電位にバイア
スした。上記カソードアーク放電プロセス中には、アル
ゴン圧を１０-3ｍｂａｒとした。上記テスト基体と上記
アーク放電源との距離を平均として約４０ｃｍとした。
【００１７】溶融温度の増加に伴い、上記“凝縮物”の
直径は、Ａｌの１５μｍからＮｂの約１．５μｍまで低
減した。
直径は、Ａｌの１５μｍからＮｂの約１．５μｍまで低
減した。
【００１８】これに伴い、“凝縮物”濃度は、Ａｌにつ
いての８ｘ１０4“凝縮物”／ｃｍ2から、Ｎｂの１ｘ１
０4“凝縮物”／ｃｍ2へと低減された。
いての８ｘ１０4“凝縮物”／ｃｍ2から、Ｎｂの１ｘ１
０4“凝縮物”／ｃｍ2へと低減された。
【００１９】上記エッチングの後の上記鋼基体の表面粗
度は、また、実質的にＡｌにおけるＲａ＝０．０４４μ
ｍからＮｂにおけるＲａ＝０．００５μｍまで低減し
た。
度は、また、実質的にＡｌにおけるＲａ＝０．０４４μ
ｍからＮｂにおけるＲａ＝０．００５μｍまで低減し
た。
【００２０】上記それぞれの金属の融点は、Ａｌの約６
６０℃からＮｂの２４７０℃の範囲にあるものである。
６０℃からＮｂの２４７０℃の範囲にあるものである。
【００２１】ＴｉＡｌ（１４５０℃），Ｔｉ（１６７０
℃），Ｚｒ（１８５０℃），Ｃｒ（１８７０℃）の材料
は、すべて上記“凝縮物”形成に対して上記傾向に従う
ものであった。
℃），Ｚｒ（１８５０℃），Ｃｒ（１８７０℃）の材料
は、すべて上記“凝縮物”形成に対して上記傾向に従う
ものであった。
【００２２】特に上記“凝縮物”形成について特に低水
準を与えたのは、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍ
ｏ）であった。
準を与えたのは、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍ
ｏ）であった。
【００２３】Ｃｒは、ジルコニウムとその融点が近い
が、カソードアーク放電源としては、上記金属ニオブと
同程度に低い値、すなわち、Ｒａ＝０．００５μｍとな
った。我々は、溶融温度以下においても上記クロムが高
い蒸気圧を有していることをその理由として推定してい
る。上述したようにこのような固化の後であっても、上
記基体における上記“凝縮物”の直径は低減していた。
が、カソードアーク放電源としては、上記金属ニオブと
同程度に低い値、すなわち、Ｒａ＝０．００５μｍとな
った。我々は、溶融温度以下においても上記クロムが高
い蒸気圧を有していることをその理由として推定してい
る。上述したようにこのような固化の後であっても、上
記基体における上記“凝縮物”の直径は低減していた。
【００２４】このことを示すために、図１から図７に
は、一連の表面形状を示す。ピーク高さは、上記“凝縮
物”の直径を示しており、Ａｌを除きすべての材料につ
いて最大でも４μｍである。すなわち、アルミニウムよ
りも因子２だけ小さい。これらの図中では、最大値は、
約８μｍである。
は、一連の表面形状を示す。ピーク高さは、上記“凝縮
物”の直径を示しており、Ａｌを除きすべての材料につ
いて最大でも４μｍである。すなわち、アルミニウムよ
りも因子２だけ小さい。これらの図中では、最大値は、
約８μｍである。
【００２５】また、上記インバランスマグネトロンによ
り、ＴｉＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉを金属イオンエッチングした
高速度鋼ＨＳＳに堆積されるＴｉＡｌＮ層の上記結合深
さは、実質的に従来と同程度に大きなものであり、限界
負荷５０〜７０Ｎとなったが、一方で、Ｚｒ及びＮｂに
ついては２０〜４０Ｎと特徴的に低下した値が得られ
た。
り、ＴｉＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉを金属イオンエッチングした
高速度鋼ＨＳＳに堆積されるＴｉＡｌＮ層の上記結合深
さは、実質的に従来と同程度に大きなものであり、限界
負荷５０〜７０Ｎとなったが、一方で、Ｚｒ及びＮｂに
ついては２０〜４０Ｎと特徴的に低下した値が得られ
た。
【００２６】Ｃｒイオンでエッチングした高速度鋼ＨＳ
Ｓ上の３μｍから４μｍ厚のＴｉＡｌＮ層の表面粗度
と、ＴｉＡｌでエッチングした同様の層と、を比較する
と、ＣｒエッチングしたサンプルではＲａ＝０．０５μ
ｍとなり、ＴｉＡｌによりエッチングしたサンプルでは
Ｒａ＝０．１５μｍの値であることが見いだされた。
Ｓ上の３μｍから４μｍ厚のＴｉＡｌＮ層の表面粗度
と、ＴｉＡｌでエッチングした同様の層と、を比較する
と、ＣｒエッチングしたサンプルではＲａ＝０．０５μ
ｍとなり、ＴｉＡｌによりエッチングしたサンプルでは
Ｒａ＝０．１５μｍの値であることが見いだされた。
【００２７】上述した肯定的結果に基づき、上記ＡＢＳ
プロセスによるＴｉＡｌＮの約３μｍのコートを有する
直径８ｍｍの螺旋状ドリルについて、平滑な研磨された
試験表面を用いて試験を行った。上記ＡＢＳ法とは、カ
ソードアーク放電中における金属イオンエッチングプロ
セスと、上記インバランスマグネトロンを用いたコーテ
ィングと、を用いるものである。
プロセスによるＴｉＡｌＮの約３μｍのコートを有する
直径８ｍｍの螺旋状ドリルについて、平滑な研磨された
試験表面を用いて試験を行った。上記ＡＢＳ法とは、カ
ソードアーク放電中における金属イオンエッチングプロ
セスと、上記インバランスマグネトロンを用いたコーテ
ィングと、を用いるものである。
【００２８】下記の切削パラメータが得られた。
【００２９】 材 料 ＧＧ２５（鼠鋳鉄） 切削速度 ６０ｍ／ｍｉｎ フィード ０．３ｍｍ／ｒｐｍ 深さ ２８ｍｍ 潤滑油 なし（ドライ：ｄｒｙ） さらに、下記切削結果が得られた。
【００３０】 未コート ２０ホール コート★／ＴｉＡｌエッチングステップ １００ホール コート★／Ｃｒエッチングステップ ２２０ホール である。
【００３１】上記コート層の組成は、Ｔｉが４２原子
％、Ａｌが５８原子％、Ｎが、１００原子％である。
％、Ａｌが５８原子％、Ｎが、１００原子％である。
【００３２】上記実施例は、タイプＨＴＣ−１０００／
４ ＡＢＳ形の４ターゲットコーティング装置で実施し
た。
４ ＡＢＳ形の４ターゲットコーティング装置で実施し
た。
【００３３】図８は、上記ＡＢＳ法によるＨＴＶ−１０
００／４ ＡＢＳ装置の概略的な断面図を示すものであ
る。４つの垂直に配列されたカソード（ターゲット面：
６００ｘ２００ｍｍ2）を、カソードアーク放電蒸着法
又はインバランスマグネトロン蒸着法のいずれかに使用
した。
００／４ ＡＢＳ装置の概略的な断面図を示すものであ
る。４つの垂直に配列されたカソード（ターゲット面：
６００ｘ２００ｍｍ2）を、カソードアーク放電蒸着法
又はインバランスマグネトロン蒸着法のいずれかに使用
した。
【００３４】上記４つのカソードは、電磁石（同心コイ
ル）により磁気的に互いにカップリングされており、磁
気的に閉ざされた空間が生じており、上記基体キャリア
は、ロータリプレート上で回転するように配置されてい
る。上記カソードアーク放電法から上記インバランスマ
グネトロン法への移行は、上記ターゲット表面に対する
永久磁石の配置によって調節される。実験を行っている
間には、３つのカソードには、ＴｉＡｌ（５０：５０）
を配し、一つのカソードにはＣｒを配した。
ル）により磁気的に互いにカップリングされており、磁
気的に閉ざされた空間が生じており、上記基体キャリア
は、ロータリプレート上で回転するように配置されてい
る。上記カソードアーク放電法から上記インバランスマ
グネトロン法への移行は、上記ターゲット表面に対する
永久磁石の配置によって調節される。実験を行っている
間には、３つのカソードには、ＴｉＡｌ（５０：５０）
を配し、一つのカソードにはＣｒを配した。
【００３５】上述した切削結果は、４つのターゲットを
有するＰＶＤプラントを上記ＴｉＡｌＮコーティング中
のエッチングステップに使用することで、さらに改善さ
せることができる。この場合には、上記切削結果は、３
８０ホールにまで増加させることができる。同様の良好
な値、すなわち４２０ホールと言った結果は、例えばＣ
Ｈ4又はＣ2Ｈ2と言った炭素含有ガスを上記インバラン
スマグネトロン蒸着法を使用したＴｉＡｌＮのコーティ
ングの間にＣｒターゲットを、用いたプロセスガスであ
るＡｒ及びＮに添加することによって得られた。この点
に関して言えば、上記炭素含有ガスは、例えば全コーテ
ィング時間の７５％が経過した後、コーティング中の最
後の段階においてに、すでに添加されているガス混合物
に添加することによって行われる。
有するＰＶＤプラントを上記ＴｉＡｌＮコーティング中
のエッチングステップに使用することで、さらに改善さ
せることができる。この場合には、上記切削結果は、３
８０ホールにまで増加させることができる。同様の良好
な値、すなわち４２０ホールと言った結果は、例えばＣ
Ｈ4又はＣ2Ｈ2と言った炭素含有ガスを上記インバラン
スマグネトロン蒸着法を使用したＴｉＡｌＮのコーティ
ングの間にＣｒターゲットを、用いたプロセスガスであ
るＡｒ及びＮに添加することによって得られた。この点
に関して言えば、上記炭素含有ガスは、例えば全コーテ
ィング時間の７５％が経過した後、コーティング中の最
後の段階においてに、すでに添加されているガス混合物
に添加することによって行われる。
【００３６】最後に、比較例としての穿孔試験をＡＢＳ
だけでコーティングしたドリル、又はカソードアーク放
電堆積技術のみによってコーティングしたドリルを用い
て実施した。
だけでコーティングしたドリル、又はカソードアーク放
電堆積技術のみによってコーティングしたドリルを用い
て実施した。
【００３７】以下にその結果を示す。
【００３８】上記金属イオンエッチングステージにおい
てＴｉＡｌ処理したＡＢＳ及び単にカソードアーク放電
蒸着コーティングを行ったものは、上記した試験と同様
の結果、約１００ホールの穿孔結果が得られた。
てＴｉＡｌ処理したＡＢＳ及び単にカソードアーク放電
蒸着コーティングを行ったものは、上記した試験と同様
の結果、約１００ホールの穿孔結果が得られた。
【００３９】この様に、上記ドライ切削に関していえ
ば、上記層の表面粗度に対する点が最も改善されること
になる。表面の粗い層は、明らかに摩擦抵抗が大きくな
る。この結果、切削時の温度が上がってしまうこととな
り、これによってさらに寿命が短縮されることとなる。
この結果は、“凝縮物”形成減少が上記好適な材料の選
定により顕著に影響を受けることからも明らかである。
ば、上記層の表面粗度に対する点が最も改善されること
になる。表面の粗い層は、明らかに摩擦抵抗が大きくな
る。この結果、切削時の温度が上がってしまうこととな
り、これによってさらに寿命が短縮されることとなる。
この結果は、“凝縮物”形成減少が上記好適な材料の選
定により顕著に影響を受けることからも明らかである。
【００４０】下記表１に、Ｃｒ又はＴｉＡｌをイオンエ
ッチング変更成分とする上記ＡＢＳコーティングのプロ
セスシーケンスを示す。
ッチング変更成分とする上記ＡＢＳコーティングのプロ
セスシーケンスを示す。
【００４１】双方の方法は、上記表面層の粗度と言った
観点からは極めて異なった結果を与える。Ｃｒでエッチ
ングした基体は、実質的にＴｉＡｌでエッチングした基
体よりも滑らかとなっている。
観点からは極めて異なった結果を与える。Ｃｒでエッチ
ングした基体は、実質的にＴｉＡｌでエッチングした基
体よりも滑らかとなっている。
【００４２】
【表１】
【図１】図１は、表面形状の一例である。
【図２】図２は、表面形状の一例である。
【図３】図３は、表面形状の一例である。
【図４】図４は、表面形状の一例である。
【図５】図５は、表面形状の一例である。
【図６】図６は、表面形状の一例である。
【図７】図７は、表面形状の一例である。
【図８】図８は、ＡＢＳ法に用いる装置の概略的な断面
図である。
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イーアン スミス イギリス，シェフィールド，オークデイル ロード，ファウントサイド ５ (72)発明者 リー エイドリアン ダノヒュー イギリス，シェフィールド，アビーデイル ロード 157 (72)発明者 ジョン スチュワート ブルックス イギリス，シェフィールド，ドブクロフト ロード 245
Claims (13)
- 【請求項１】 切削工具、総形バイト、タービンブレー
ド等の金属基体のインバランスマグネトロン蒸着プロセ
ス又はカソードアーク放電蒸着プロセスを用いたＰＶＤ
コーティング法によるＴｉＡｌＮコーティング方法であ
って、コーティング前にＣｒイオン及び／又はＭｏイオ
ンにより前記金属基体表面にエッチング処理を施すこと
を特徴とする方法。 - 【請求項２】 カソードアーク放電蒸着プロセスによ
り、前記Ｃｒイオン及び／又はＭｏイオンを発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記基体は、前記金属イオンエッチング
処理中に、−８００Ｖ〜−１２００Ｖの範囲、好ましく
は−１２００Ｖの負電位にバイアスされていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記基体は、高速度鋼、冷間処理鋼、熱
間処理鋼又は炭化タングステンを含んだ一群から任意に
選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか
一つに記載の方法。 - 【請求項５】 前記ＴｉＡｌＮ強化金属層は、金属成分
として４０〜８５原子％のチタンと、１５〜６０原子％
のアルミニウムを含有しており、この金属成分は、より
好ましくはチタン含有量が約４２原子％以下であり、ア
ルミニウム含有量が約５８原子％以下であることを特徴
とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項６】 ＴｉＡｌＮによる前記基体のコーティン
グ中に、Ｃｒ又はＣｒＮを加えるとともに、これらを前
記インバランスマグネトロン蒸着法又は前記カソードア
ーク放電蒸着法によって堆積させることを特徴とする請
求項１から５のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項７】 ＴｉＡｌＣｒＮ層の全金属含有量のう
ち、Ｃｒの割合が、５から６０原子％、より好ましく
は、全金属含有量のうちのＣｒの割合が２０原子％以下
であり、Ｔｉが３４原子％以下であり、Ａｌの割合が４
６原子％以下であることを特徴とする請求項６に記載の
方法。 - 【請求項８】 前記基体に隣接する前記強化層部分は、
純粋なＴｉＡｌＮと、それに続いた成分としてのＴｉＡ
ｌＣｒＮからなる層部分と、から構成されていることを
特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記ＴｉＡｌＮベース層は、前記層厚の
３０％以下でとされていることを特徴とする請求項８に
記載の方法。 - 【請求項１０】 前記ＴｉＡｌコーティングのうちの少
なくとも７５％は、Ａｒ及びＮ2からなる気体雰囲気中
で反応が行われ、前記コーティングのうちの残された部
分は、Ａｒ及びＮ2の混合ガス又はＣＨ4，Ｃ2Ｈ2等の炭
化水素ガス中で行われることを特徴とする請求項１から
請求項９のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記ＴｉＡｌコーティングのうちの少
なくとも７５％は、Ａｒ及びＮ2からなる気体雰囲気中
で反応が行われ、前記コーティングのうちの残された部
分は、Ａｒ及びＮ2の混合ガス又はＣＨ4，Ｃ2Ｈ6，Ｃ2
Ｈ2等の炭化水素ガス中で行われることを特徴とする請
求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１２】 ０．０５〜１μｍ厚のＭｏＳ2層を、
前記ＴｉＡｌＮ層，ＴｉＡｌＣｒＮ層，ＴｉＡｌＣＮ
層，ＴｉＡｌＣｒＣＮ層上に堆積させることを特徴とす
る請求項１から請求項１１のいずれか一つに記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記ニトリド層又はカーボンニトリド
層の前記硫化物層への移行は、連続的に行われ、窒化物
と硫化物の混合がなされていることを特徴とする請求項
１２に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19547305A DE19547305A1 (de) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Verfahren zum Beschichten von metallischen Substraten |
| DE19547305.1 | 1995-12-18 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH09217168A true JPH09217168A (ja) | 1997-08-19 |
Family
ID=7780487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8337804A Pending JPH09217168A (ja) | 1995-12-18 | 1996-12-18 | 金属及びセラミック基体のコーティング方法 |
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| EP (1) | EP0798399B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09217168A (ja) |
| DE (2) | DE19547305A1 (ja) |
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