JPH1161380A - 耐磨耗性多層型硬質皮膜 - Google Patents
耐磨耗性多層型硬質皮膜Info
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- JPH1161380A JPH1161380A JP22401397A JP22401397A JPH1161380A JP H1161380 A JPH1161380 A JP H1161380A JP 22401397 A JP22401397 A JP 22401397A JP 22401397 A JP22401397 A JP 22401397A JP H1161380 A JPH1161380 A JP H1161380A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 工具母材表面に形成された耐磨耗性多層型硬
質皮膜であって皮膜と基材の密着性に優れるとともに、
さらに耐磨耗性に優れた多層型硬質皮膜を提供する。 【解決手段】 工具母材表面に形成される耐磨耗性多層
型硬質皮膜であって、低硬度及び高硬度の2種類のTi
AlNで示される化学組成からなる皮膜が交互に隣接し
て積層され、前記低硬度のTiAlN層がTi1-x Al
x Nにて0.1≦x≦0.4で示される化学組成からな
り、高硬度のTiAlN層がTi1-x Al x Nにて0.
4<x≦0.75で示される化学組成からなる。
質皮膜であって皮膜と基材の密着性に優れるとともに、
さらに耐磨耗性に優れた多層型硬質皮膜を提供する。 【解決手段】 工具母材表面に形成される耐磨耗性多層
型硬質皮膜であって、低硬度及び高硬度の2種類のTi
AlNで示される化学組成からなる皮膜が交互に隣接し
て積層され、前記低硬度のTiAlN層がTi1-x Al
x Nにて0.1≦x≦0.4で示される化学組成からな
り、高硬度のTiAlN層がTi1-x Al x Nにて0.
4<x≦0.75で示される化学組成からなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】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工作工具の表面
コーティング材として有用な耐磨耗性多層型硬質皮膜構
造に関するものである。
削加工、穿孔加工等の加工に使用される工作工具の表面
コーティング材として有用な耐磨耗性多層型硬質皮膜構
造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高速度工具鋼や超硬合金工具鋼等を製作
する場合は、耐磨耗性等の性能をより優れたものとする
目的で、工具基材の表面にTi等の窒化物や炭化物より
なる耐磨耗性皮膜を形成することが行なわれている。母
材表面に耐磨耗性皮膜を形成する方法としては、従来よ
りCVD法(化学的蒸着法)およびPVD法(物理的蒸
着法)が知られている。しかし前者の方法では母材が高
温処理に曝される為母材特性が劣化するおそれがあり、
母材特性も重要視される工具の場合は後者の方法が好ま
れる傾向がある。そこで比較的低温条件でコーティング
処理することのできる高周波放電プラズマCVD法、反
応性イオンプレーティング法、スパッタリング法等が採
用されるに至っている。
する場合は、耐磨耗性等の性能をより優れたものとする
目的で、工具基材の表面にTi等の窒化物や炭化物より
なる耐磨耗性皮膜を形成することが行なわれている。母
材表面に耐磨耗性皮膜を形成する方法としては、従来よ
りCVD法(化学的蒸着法)およびPVD法(物理的蒸
着法)が知られている。しかし前者の方法では母材が高
温処理に曝される為母材特性が劣化するおそれがあり、
母材特性も重要視される工具の場合は後者の方法が好ま
れる傾向がある。そこで比較的低温条件でコーティング
処理することのできる高周波放電プラズマCVD法、反
応性イオンプレーティング法、スパッタリング法等が採
用されるに至っている。
【0003】工具等の耐磨耗性皮膜としてはイオンプレ
ーティング法によるTiNやTiCが汎用されており、
特に高温耐酸化性(耐熱性)の優れたTiN膜が広く実
用化されている。即ちTiNはTiCより耐熱性に優れ
ている為、切削時の加工熱や摩擦熱によって昇温する工
具すくい面をクレータ磨耗から保護する機能を発揮す
る。しかしTiNはTiCに比べて低硬度である為被削
材と接する逃げ面に発生するフランク磨耗に対してはむ
しろ脆弱であり、フランク磨耗に対してはTiCの方が
高い耐久性を示す。
ーティング法によるTiNやTiCが汎用されており、
特に高温耐酸化性(耐熱性)の優れたTiN膜が広く実
用化されている。即ちTiNはTiCより耐熱性に優れ
ている為、切削時の加工熱や摩擦熱によって昇温する工
具すくい面をクレータ磨耗から保護する機能を発揮す
る。しかしTiNはTiCに比べて低硬度である為被削
材と接する逃げ面に発生するフランク磨耗に対してはむ
しろ脆弱であり、フランク磨耗に対してはTiCの方が
高い耐久性を示す。
【0004】近年、切削速度の一層の高速化が要望され
ており、切削条件がより過酷化する傾向にある為、上記
した様な従来のTiN皮膜程度ではこの要請に応えきれ
なくなっている。そこで耐熱性や硬度が更に優れた皮膜
として、イオンプレーティング法やスパッタリング法に
よるTiAlN,TiAlC,或はTiAlCN等の皮
膜が提案された(特開昭62−56565)。
ており、切削条件がより過酷化する傾向にある為、上記
した様な従来のTiN皮膜程度ではこの要請に応えきれ
なくなっている。そこで耐熱性や硬度が更に優れた皮膜
として、イオンプレーティング法やスパッタリング法に
よるTiAlN,TiAlC,或はTiAlCN等の皮
膜が提案された(特開昭62−56565)。
【0005】上記のPVD法はイオンのエネルギーを利
用した低温皮膜法であるので、母材表面と皮膜間には、
CVD法において見られた様な熱による拡散層は存在し
ない。従ってPVD法によって形成された皮膜は、CV
D法によって形成された皮膜に比べて密着性が劣るのが
一般的である。一方最近では耐磨耗性を改善して寿命延
長を図るという観点から、皮膜を厚膜化する傾向が見ら
れるが、厚膜化するにつれて皮膜の内部応力が増大し、
皮膜にクラックが発生したり膜密着性が低下して皮膜剥
離の原因になる。尚TiN皮膜に代わり得る高耐磨耗性
皮膜として、(Al,Ti)(N,C)系皮膜が提案さ
れていることは上述した通りであるが、これらの皮膜は
TiN皮膜に比べて内部応力が2倍以上も高くなるの
で、TiN皮膜を形成する場合よりもできるだけ薄い膜
厚を形成して実用されている。こうしたことから、特に
(Al,Ti)(N,C)系皮膜等の優れた特性を十分
に発揮し得る様な、皮膜形成技術の改善が望まれてい
た。
用した低温皮膜法であるので、母材表面と皮膜間には、
CVD法において見られた様な熱による拡散層は存在し
ない。従ってPVD法によって形成された皮膜は、CV
D法によって形成された皮膜に比べて密着性が劣るのが
一般的である。一方最近では耐磨耗性を改善して寿命延
長を図るという観点から、皮膜を厚膜化する傾向が見ら
れるが、厚膜化するにつれて皮膜の内部応力が増大し、
皮膜にクラックが発生したり膜密着性が低下して皮膜剥
離の原因になる。尚TiN皮膜に代わり得る高耐磨耗性
皮膜として、(Al,Ti)(N,C)系皮膜が提案さ
れていることは上述した通りであるが、これらの皮膜は
TiN皮膜に比べて内部応力が2倍以上も高くなるの
で、TiN皮膜を形成する場合よりもできるだけ薄い膜
厚を形成して実用されている。こうしたことから、特に
(Al,Ti)(N,C)系皮膜等の優れた特性を十分
に発揮し得る様な、皮膜形成技術の改善が望まれてい
た。
【0006】そこで、こうした事情に着目して比較的低
温条件で製膜することができると共に、それにもかかわ
らず、密着性や膜強度に優れ、しかもクレータ磨耗やフ
ランク磨耗に対する抵抗力の優れた耐磨耗性多層型硬質
皮膜を提供した(特開平6−136514)。この皮膜
構成はTiCx N1-x (但し、0≦x≦0.6)で示さ
れる化学組成からなる皮膜層と、(Aly Ti1-y )
(Nz C1-z )(但し、0.56≦y≦0.75、0.
6≦z≦1)で示される化学組成からなる皮膜層が交互
に隣接して、4層以上積層され、かつ全皮膜層厚が0.
6〜12μmである、工具母材表面に形成されるという
ものである。
温条件で製膜することができると共に、それにもかかわ
らず、密着性や膜強度に優れ、しかもクレータ磨耗やフ
ランク磨耗に対する抵抗力の優れた耐磨耗性多層型硬質
皮膜を提供した(特開平6−136514)。この皮膜
構成はTiCx N1-x (但し、0≦x≦0.6)で示さ
れる化学組成からなる皮膜層と、(Aly Ti1-y )
(Nz C1-z )(但し、0.56≦y≦0.75、0.
6≦z≦1)で示される化学組成からなる皮膜層が交互
に隣接して、4層以上積層され、かつ全皮膜層厚が0.
6〜12μmである、工具母材表面に形成されるという
ものである。
【0007】上記の耐磨耗性硬質皮膜は、以下の理由に
より耐磨耗性が十分ではなかった。即ち、TiN(x=
0の場合)と(Aly Ti1-y )(Nz C1-z )との積
層ではTiN層部の硬度及び耐酸化性が不足し、TiC
x N1-x (0≦x≦0.6)と(Aly Ti1-y )(N
z C1-z )との積層ではどちらも硬度が高い為、基材と
の密着性や2種類の層間の密着性が不足することが原因
であることを知見した。
より耐磨耗性が十分ではなかった。即ち、TiN(x=
0の場合)と(Aly Ti1-y )(Nz C1-z )との積
層ではTiN層部の硬度及び耐酸化性が不足し、TiC
x N1-x (0≦x≦0.6)と(Aly Ti1-y )(N
z C1-z )との積層ではどちらも硬度が高い為、基材と
の密着性や2種類の層間の密着性が不足することが原因
であることを知見した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、皮膜と基材の密着性に優れるとともに、さら
に耐磨耗性に優れた多層型硬質皮膜を提供することを目
的とするものである。
を解決し、皮膜と基材の密着性に優れるとともに、さら
に耐磨耗性に優れた多層型硬質皮膜を提供することを目
的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た発
明とは、工具母材表面に形成される耐磨耗性多層型硬質
皮膜であって、低硬度及び高硬度の2種類のTiAlN
で示される化学組成からなる皮膜が交互に隣接して積層
されたものであり(請求項1)、前記低硬度のTiAl
N層がTi1-x Alx Nにて0.1≦x≦0.4で示さ
れる化学組成からなり、高硬度のTiAlN層がTi
1-x Alx Nにて0.4<x≦0.75で示される化学
組成からなるものであり(請求項2)、前記低硬度のT
iAlN層が、コーティング時の基板バイアス電圧−1
0〜−30Vの条件下で形成され、高硬度のTiAlN
層が基板バイアス電圧−50〜−150Vの条件下で形
成されてなるものであり(請求項3)、前記積層される
単位皮膜層数が10層以上であるものであり(請求項
4)、更に前記低硬度層と高硬度層の厚さ比が5:1〜
1:10である耐磨耗性多層型硬質皮膜である(請求項
5)。
明とは、工具母材表面に形成される耐磨耗性多層型硬質
皮膜であって、低硬度及び高硬度の2種類のTiAlN
で示される化学組成からなる皮膜が交互に隣接して積層
されたものであり(請求項1)、前記低硬度のTiAl
N層がTi1-x Alx Nにて0.1≦x≦0.4で示さ
れる化学組成からなり、高硬度のTiAlN層がTi
1-x Alx Nにて0.4<x≦0.75で示される化学
組成からなるものであり(請求項2)、前記低硬度のT
iAlN層が、コーティング時の基板バイアス電圧−1
0〜−30Vの条件下で形成され、高硬度のTiAlN
層が基板バイアス電圧−50〜−150Vの条件下で形
成されてなるものであり(請求項3)、前記積層される
単位皮膜層数が10層以上であるものであり(請求項
4)、更に前記低硬度層と高硬度層の厚さ比が5:1〜
1:10である耐磨耗性多層型硬質皮膜である(請求項
5)。
【0010】本発明は、非常に高硬度を示すTiAlN
皮膜に、あえて低硬度、すなわち皮膜の内部応力の小さ
いTiAlNをはさみ、積層構造とすることで、皮膜全
体としての内部応力を緩和し、皮膜と基材の密着性が改
善される。また、積層構造とすることで、従来技術同様
に皮膜表層で発生したクラックが、隣接する皮膜層によ
って、その伝播が抑制されることによる耐磨耗性改善効
果が得られるが、特に積層する皮膜がTiAlNで示さ
れる同一の元素構成からなるため、積層皮膜間の密着性
にも非常に優れ、層間での皮膜剥離が減少する。
皮膜に、あえて低硬度、すなわち皮膜の内部応力の小さ
いTiAlNをはさみ、積層構造とすることで、皮膜全
体としての内部応力を緩和し、皮膜と基材の密着性が改
善される。また、積層構造とすることで、従来技術同様
に皮膜表層で発生したクラックが、隣接する皮膜層によ
って、その伝播が抑制されることによる耐磨耗性改善効
果が得られるが、特に積層する皮膜がTiAlNで示さ
れる同一の元素構成からなるため、積層皮膜間の密着性
にも非常に優れ、層間での皮膜剥離が減少する。
【0011】因みにTiAlNはTiNに比べて高硬度
を示し、一般にAl比率の増加に従って硬度が上昇す
る。そこで通常作成されるTiAlN層に比べ、低Al
組成とすることで低硬度のTiAlN層が形成される。
本発明の効果を発揮させるためには低硬度TiAlN層
のAl組成としてはTi1-x Alx Nにて0.1≦x≦
0.4であり、より好ましくは0.2≦x≦0.3とす
るのが望ましい。x<0.1ではAl添加の効果が得ら
れず、また、x>0.4では硬度が高くなりすぎ、低硬
度層として作用しなくなる。
を示し、一般にAl比率の増加に従って硬度が上昇す
る。そこで通常作成されるTiAlN層に比べ、低Al
組成とすることで低硬度のTiAlN層が形成される。
本発明の効果を発揮させるためには低硬度TiAlN層
のAl組成としてはTi1-x Alx Nにて0.1≦x≦
0.4であり、より好ましくは0.2≦x≦0.3とす
るのが望ましい。x<0.1ではAl添加の効果が得ら
れず、また、x>0.4では硬度が高くなりすぎ、低硬
度層として作用しなくなる。
【0012】次に高硬度のTiAlN層は、Ti1-x A
lx Nにて0.4<x≦0.75で示されるものが必要
であり、より好ましくは0.6≦x≦0.65とするの
が望ましい。x≦0.4では高硬度層として作用せず、
また、x>0.75でも皮膜層組成がAlNに近似して
くる結果、十分な硬度が得られなくなる。また、一般に
イオンプレーティングやスパッタによって形成されるT
iAlN膜の硬度はコーティング時の基板バイアス電圧
によって大きく影響されることが知られており、バイア
ス電圧を制御することにより低硬度と高硬度のTiAl
N層の作り分けが可能である。
lx Nにて0.4<x≦0.75で示されるものが必要
であり、より好ましくは0.6≦x≦0.65とするの
が望ましい。x≦0.4では高硬度層として作用せず、
また、x>0.75でも皮膜層組成がAlNに近似して
くる結果、十分な硬度が得られなくなる。また、一般に
イオンプレーティングやスパッタによって形成されるT
iAlN膜の硬度はコーティング時の基板バイアス電圧
によって大きく影響されることが知られており、バイア
ス電圧を制御することにより低硬度と高硬度のTiAl
N層の作り分けが可能である。
【0013】低硬度TiAlN層の形成条件としてはバ
イアス電圧(Vb)が、−30V≦Vb≦−10Vが適
当であり、より好ましくは−20V≦Vb≦−10Vと
するのが望ましい。Vb<−30Vでは低硬度層として
作用しなくなり、またVb>−10Vの場合はアーク放
電プラズマのプラズマ電位に近づくために安定した電圧
印加が難しく、また、0Vバイアスではイオンプレーテ
ィングの効果が得られないため皮膜の特性が悪化する。
イアス電圧(Vb)が、−30V≦Vb≦−10Vが適
当であり、より好ましくは−20V≦Vb≦−10Vと
するのが望ましい。Vb<−30Vでは低硬度層として
作用しなくなり、またVb>−10Vの場合はアーク放
電プラズマのプラズマ電位に近づくために安定した電圧
印加が難しく、また、0Vバイアスではイオンプレーテ
ィングの効果が得られないため皮膜の特性が悪化する。
【0014】また高硬度TiAlN層の形成条件として
は、バイアス電圧を−150V≦Vb≦−50Vの範囲
とするのが適当であり、より好ましくは−100V≦V
b≦−50が望ましい。Vb>−50Vでは高硬度層と
して作用しなくなり、またVb<−150Vでも再度硬
度低下が起こり、高硬度層として作用しなくなる。尚、
本実施例では積層する第1層(低硬度層)と第2層(高
硬度層)でバイアス電圧を不連続に変化させたが、第1
層と第2層の間でのバイアス電圧の変化を勾配を付けて
ある時間で徐々に変化させることも可能である。
は、バイアス電圧を−150V≦Vb≦−50Vの範囲
とするのが適当であり、より好ましくは−100V≦V
b≦−50が望ましい。Vb>−50Vでは高硬度層と
して作用しなくなり、またVb<−150Vでも再度硬
度低下が起こり、高硬度層として作用しなくなる。尚、
本実施例では積層する第1層(低硬度層)と第2層(高
硬度層)でバイアス電圧を不連続に変化させたが、第1
層と第2層の間でのバイアス電圧の変化を勾配を付けて
ある時間で徐々に変化させることも可能である。
【0015】次に積層される単位皮膜層数が10層以上
であるが、より好ましくは20層以上であり、この際1
0層未満では良好な特性が得られない。本発明では低硬
度層と高硬度層の厚さ比(膜厚比)は5:1〜1:10
(より好ましくは2:1〜1:5)が望ましい。5:1
より外れて低硬度層の比率が高くなると全体の硬度が低
下して耐磨耗性が低下する。また、1:10を越えて高
硬度層の比率が高くなると、全体の硬度が高くなりすぎ
て皮膜の密着性が低下する。
であるが、より好ましくは20層以上であり、この際1
0層未満では良好な特性が得られない。本発明では低硬
度層と高硬度層の厚さ比(膜厚比)は5:1〜1:10
(より好ましくは2:1〜1:5)が望ましい。5:1
より外れて低硬度層の比率が高くなると全体の硬度が低
下して耐磨耗性が低下する。また、1:10を越えて高
硬度層の比率が高くなると、全体の硬度が高くなりすぎ
て皮膜の密着性が低下する。
【0016】
<実施例1>陰極アーク方式イオンプレーティング装置
にて、自公転可能な基板テーブルを挟んで対向した位置
に取り付けられた少なくとも2つのアーク蒸発源に、T
i1- x Alx (0.1≦x≦0.4)の組成のターゲッ
トとTi0.5 Al0.5 の組成のターゲットを組み込み、
高速度鋼製エンドミル(φ10)へのコーティングを実
施した。
にて、自公転可能な基板テーブルを挟んで対向した位置
に取り付けられた少なくとも2つのアーク蒸発源に、T
i1- x Alx (0.1≦x≦0.4)の組成のターゲッ
トとTi0.5 Al0.5 の組成のターゲットを組み込み、
高速度鋼製エンドミル(φ10)へのコーティングを実
施した。
【0017】本発明の多層型硬質皮膜を形成するにあた
っては、まず、装置の真空チャンバを5×10-5Tor
r以下まで真空排気後、ヒータによって基板の加熱を行
う。その後、ガス無し雰囲気中またはArガス雰囲気中
にてアーク放電を発生させ、メタルイオンによる基板の
スパッタクリーニングを行う。クリーニング時はTi
1-x Alx (0.1≦x≦0.4)、Ti0.5 Al0.5
ターゲットのどちらか片方または両方同時に放電させて
良い。クリーニング終了後、チャンバ内を窒素雰囲気に
して、Ti1-x Alx (0.1≦x≦0.4)、Ti
0.5 Al0.5 の両ターゲットにて同時にアーク放電を開
始する。コーティング時の代表的な条件は下記の通りで
ある。
っては、まず、装置の真空チャンバを5×10-5Tor
r以下まで真空排気後、ヒータによって基板の加熱を行
う。その後、ガス無し雰囲気中またはArガス雰囲気中
にてアーク放電を発生させ、メタルイオンによる基板の
スパッタクリーニングを行う。クリーニング時はTi
1-x Alx (0.1≦x≦0.4)、Ti0.5 Al0.5
ターゲットのどちらか片方または両方同時に放電させて
良い。クリーニング終了後、チャンバ内を窒素雰囲気に
して、Ti1-x Alx (0.1≦x≦0.4)、Ti
0.5 Al0.5 の両ターゲットにて同時にアーク放電を開
始する。コーティング時の代表的な条件は下記の通りで
ある。
【0018】 <コーティング条件> ・窒素ガス圧力:2〜4×10-2Torr(2×10-2Torr…実験条件) ・アーク電流 :80〜200A (100A …実験条件) ・バイアス電圧:−40〜−150V (−50V …実験条件) ・膜厚 :2.5〜3.0μm (実施例もこの範囲程度でばらつき有 り) 上記ガス圧条件下で、基板テーブルを回転させながら、
組成の異なるターゲットを同時に放電させると、各々の
ターゲット前方でターゲット組成に応じた組成のTiA
lN膜が形成され、結果的に組成の異なる2種類のTi
AlN膜が交互に積層された多層型硬質皮膜が形成され
る。回転基板ホルダーの回転数を変化させたり、ターゲ
ットに流すアーク電流を調整することにより、各層の膜
厚を調整することができる。また、ある程度以上各層の
厚みを増すためには、2種類のターゲットを交互に放電
させてもよい。
組成の異なるターゲットを同時に放電させると、各々の
ターゲット前方でターゲット組成に応じた組成のTiA
lN膜が形成され、結果的に組成の異なる2種類のTi
AlN膜が交互に積層された多層型硬質皮膜が形成され
る。回転基板ホルダーの回転数を変化させたり、ターゲ
ットに流すアーク電流を調整することにより、各層の膜
厚を調整することができる。また、ある程度以上各層の
厚みを増すためには、2種類のターゲットを交互に放電
させてもよい。
【0019】上記方法によって各種TiAlN膜を形成
されたエンドミルについて、下記条件での切削試験を行
い、刃先部磨耗量を測定した。 <切削条件> ・被削材 :SKD61(HRC30) ・切削速度:30m/min ・送り :0.07mm/刃 ・切込み :1mm(半径方向),15mm(軸方向) ・切削方法:ダウンカット、エアブロー 切削試験の結果を各皮膜の層構成とともに表1に示す。
尚、表1には比較のためにTiAlN単層、及び従来技
術のTiNとTiAlN層を積層したものを示す。
されたエンドミルについて、下記条件での切削試験を行
い、刃先部磨耗量を測定した。 <切削条件> ・被削材 :SKD61(HRC30) ・切削速度:30m/min ・送り :0.07mm/刃 ・切込み :1mm(半径方向),15mm(軸方向) ・切削方法:ダウンカット、エアブロー 切削試験の結果を各皮膜の層構成とともに表1に示す。
尚、表1には比較のためにTiAlN単層、及び従来技
術のTiNとTiAlN層を積層したものを示す。
【0020】
【表1】
【0021】(評価)表1の実施例(No.1〜11)
と比較例(No.12〜15)と比較すると、比較例N
o.12は層数が本発明の特定数より少なく、比較例N
o.13は膜厚比が本発明の特定比を外れており、比較
例No.14はTiAlN膜単層であり、比較例No.
15はTiNとTiAlN積層膜であり、これらの何れ
も実施例の刃先部磨耗量(mm)と比較すると、比較例
のものが劣っており、実施例のものは良好な特性が得ら
れていることが判明している。
と比較例(No.12〜15)と比較すると、比較例N
o.12は層数が本発明の特定数より少なく、比較例N
o.13は膜厚比が本発明の特定比を外れており、比較
例No.14はTiAlN膜単層であり、比較例No.
15はTiNとTiAlN積層膜であり、これらの何れ
も実施例の刃先部磨耗量(mm)と比較すると、比較例
のものが劣っており、実施例のものは良好な特性が得ら
れていることが判明している。
【0022】<実施例2>低硬度と高硬度のTiAlN
膜の積層は、コーティング時のバイアス電圧を周期的に
変化させることによっても可能である。この場合、各層
の膜厚はバイアス電圧を一定に保持する時間やアーク電
流の増減によって調節可能である。ターゲットとしては
1種類のTi0.5 Al0.5 の組成からなるターゲットを
用いて、各種TiAlN膜を形成したエンドミルについ
て、実施例1と同じ条件での切削試験を行い、刃先部磨
耗量を測定した結果を表2に示す。比較例としてTiA
lN単層、及び従来技術のTiNとTiAlN層を積層
したものも示す。(実施例1と共通)。
膜の積層は、コーティング時のバイアス電圧を周期的に
変化させることによっても可能である。この場合、各層
の膜厚はバイアス電圧を一定に保持する時間やアーク電
流の増減によって調節可能である。ターゲットとしては
1種類のTi0.5 Al0.5 の組成からなるターゲットを
用いて、各種TiAlN膜を形成したエンドミルについ
て、実施例1と同じ条件での切削試験を行い、刃先部磨
耗量を測定した結果を表2に示す。比較例としてTiA
lN単層、及び従来技術のTiNとTiAlN層を積層
したものも示す。(実施例1と共通)。
【0023】
【表2】
【0024】(評価)表2の実施例(No.1〜5)と
比較例(No.6〜9)と比較すると比較例No.6,
No.7,No.8を比較をする、いずれも第1層バイ
アス電圧は本発明特定外数値であり特に同No.8はT
iAlN膜単層のものであり、比較例No.9はTiN
とTiAlN積層膜のものであり、これらの比較例の何
れも実施例の刃先部磨耗量と比較すると、比較例のもの
が劣っており、実施例のものは良好な特性が得られてい
ることが判明している。
比較例(No.6〜9)と比較すると比較例No.6,
No.7,No.8を比較をする、いずれも第1層バイ
アス電圧は本発明特定外数値であり特に同No.8はT
iAlN膜単層のものであり、比較例No.9はTiN
とTiAlN積層膜のものであり、これらの比較例の何
れも実施例の刃先部磨耗量と比較すると、比較例のもの
が劣っており、実施例のものは良好な特性が得られてい
ることが判明している。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明は基材の密着性に優
れるとともに耐磨耗性に非常に優れた多層型硬質皮膜が
得られた。
れるとともに耐磨耗性に非常に優れた多層型硬質皮膜が
得られた。
Claims (5)
- 【請求項1】 工具母材表面に形成される耐磨耗性多層
型硬質皮膜であって、低硬度及び高硬度の2種類のTi
AlNで示される化学組成からなる皮膜が交互に隣接し
て積層されたことを特徴とする耐磨耗性多層型硬質皮
膜。 - 【請求項2】 低硬度のTiAlN層がTi1-x Alx
Nにて0.1≦x≦0.4で示される化学組成からな
り、高硬度のTiAlN層がTi1-x Alx Nにて0.
4<x≦0.75で示される化学組成からなる、請求項
1記載の耐磨耗性多層型硬質皮膜。 - 【請求項3】 低硬度のTiAlN層が、コーティング
時の基板バイアス電圧−10〜−30Vの条件下で形成
され、高硬度のTiAlN層が基板バイアス電圧−50
〜−150Vの条件下で形成されてなる請求項1記載の
耐磨耗性多層型硬質皮膜。 - 【請求項4】 積層される単位皮膜層数が10層以上で
ある、請求項1〜3のいずれかに記載の耐磨耗性多層型
硬質皮膜。 - 【請求項5】 低硬度層と高硬度層の厚さ比が5:1〜
1:10である、請求項1〜3のいずれかに記載の耐磨
耗性多層型硬質皮膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22401397A JPH1161380A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 耐磨耗性多層型硬質皮膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22401397A JPH1161380A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 耐磨耗性多層型硬質皮膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1161380A true JPH1161380A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16807228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22401397A Pending JPH1161380A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 耐磨耗性多層型硬質皮膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1161380A (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000308916A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-11-07 | Sandvik Ab | 切削インサート及びその製造方法 |
| WO2003061884A1 (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation | Surface coated cutting tool member having hard coating layer exhibiting excellent abrasion resistance in high-speed cutting, and method for forming said hard coating layer on surface of cutting tool |
| WO2003064085A1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member having hard coating layer and method for forming the hard coating layer on cutting tool |
| US7258933B2 (en) * | 2002-06-25 | 2007-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
| WO2007111301A1 (ja) | 2006-03-28 | 2007-10-04 | Kyocera Corporation | 表面被覆工具 |
| KR100771968B1 (ko) | 2006-09-01 | 2007-11-01 | 한국야금 주식회사 | 우수한 내마모성을 가지는 pvd 코팅 절삭공구 |
| KR100900529B1 (ko) | 2008-07-16 | 2009-06-02 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 복합 다층경질 박막 |
| JP2009293612A (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料噴射装置 |
| EP2308621A1 (en) * | 2004-01-30 | 2011-04-13 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool made of hard metal and manufacturing method for same |
| WO2011099683A1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-08-18 | Taegutec Ltd. | Cutting tool |
| WO2011118782A1 (ja) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
| WO2012173236A1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜被覆部材 |
| DE112009000799B4 (de) * | 2008-04-24 | 2013-12-12 | Korloy Inc. | Mehrschichtiger Hartüberzug für Wendeschneidplatte |
| WO2014019897A1 (de) * | 2012-08-03 | 2014-02-06 | Walter Ag | Tialn-beschichtetes werkzeug |
| CN103568428A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-12 | 厦门建霖工业有限公司 | 一种应用于工程塑料上的硬质膜结构及其制备方法 |
| US20140169891A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-19 | Kennametal, Inc. | Tool For The Cutting Machining Of Workpieces And Process For Coating Substrate Bodies |
| WO2016076386A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2016175161A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| US9476114B2 (en) | 2012-08-03 | 2016-10-25 | Walter Ag | TiAlN-coated tool |
| WO2016190332A1 (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2016221672A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| WO2017077801A1 (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | 株式会社Ihi | 耐食性コーティングを有するエンジン用圧縮機翼およびそのコーティング方法 |
-
1997
- 1997-08-20 JP JP22401397A patent/JPH1161380A/ja active Pending
Cited By (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000308916A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-11-07 | Sandvik Ab | 切削インサート及びその製造方法 |
| CN100408237C (zh) * | 2002-01-21 | 2008-08-06 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | 表面被覆切削工具部件和在切削工具表面形成硬质被覆层的方法 |
| WO2003061884A1 (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation | Surface coated cutting tool member having hard coating layer exhibiting excellent abrasion resistance in high-speed cutting, and method for forming said hard coating layer on surface of cutting tool |
| US7094479B2 (en) | 2002-01-21 | 2006-08-22 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation | Surface-coated cutting tool member having hard coating layer exhibiting superior wear resistance during high speed cutting operation and method for forming hard coating layer on surface of cutting tool |
| US7144639B2 (en) | 2002-01-31 | 2006-12-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool member having hard coating layer and method for forming the hard coating layer on surface of cutting tool |
| WO2003064085A1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member having hard coating layer and method for forming the hard coating layer on cutting tool |
| US7258933B2 (en) * | 2002-06-25 | 2007-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
| EP2308621A1 (en) * | 2004-01-30 | 2011-04-13 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool made of hard metal and manufacturing method for same |
| WO2007111301A1 (ja) | 2006-03-28 | 2007-10-04 | Kyocera Corporation | 表面被覆工具 |
| KR100771968B1 (ko) | 2006-09-01 | 2007-11-01 | 한국야금 주식회사 | 우수한 내마모성을 가지는 pvd 코팅 절삭공구 |
| DE112009000799B4 (de) * | 2008-04-24 | 2013-12-12 | Korloy Inc. | Mehrschichtiger Hartüberzug für Wendeschneidplatte |
| JP2009293612A (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料噴射装置 |
| KR100900529B1 (ko) | 2008-07-16 | 2009-06-02 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 복합 다층경질 박막 |
| KR101190324B1 (ko) | 2010-02-11 | 2012-10-11 | 대구텍 유한회사 | 절삭공구 |
| US8889252B2 (en) | 2010-02-11 | 2014-11-18 | Taegutec, Ltd. | Cutting insert |
| WO2011099683A1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-08-18 | Taegutec Ltd. | Cutting tool |
| WO2011118782A1 (ja) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
| JP5558558B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-07-23 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
| JP2013019051A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-31 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜被覆部材 |
| US9273387B2 (en) | 2011-06-17 | 2016-03-01 | Kobe Steel, Ltd. | Member covered with hard coating |
| WO2012173236A1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜被覆部材 |
| CN104520472A (zh) * | 2012-08-03 | 2015-04-15 | 瓦尔特公开股份有限公司 | TiAlN-涂层工具 |
| WO2014019897A1 (de) * | 2012-08-03 | 2014-02-06 | Walter Ag | Tialn-beschichtetes werkzeug |
| US9476114B2 (en) | 2012-08-03 | 2016-10-25 | Walter Ag | TiAlN-coated tool |
| US20140169891A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-19 | Kennametal, Inc. | Tool For The Cutting Machining Of Workpieces And Process For Coating Substrate Bodies |
| US9126273B2 (en) * | 2012-12-17 | 2015-09-08 | Kennametal Inc | Tool for the cutting machining of workpieces and process for coating substrate bodies |
| CN103568428A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-12 | 厦门建霖工业有限公司 | 一种应用于工程塑料上的硬质膜结构及其制备方法 |
| US10384269B2 (en) | 2014-11-13 | 2019-08-20 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool |
| WO2016076386A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2016175161A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2016221672A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| WO2016190332A1 (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| WO2017077801A1 (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | 株式会社Ihi | 耐食性コーティングを有するエンジン用圧縮機翼およびそのコーティング方法 |
| JP2017088937A (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 株式会社Ihi | 耐食性コーティングを有するエンジン用圧縮機翼およびそのコーティング方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20040817 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |