(57)【要約】  基体（６）用耐摩耗性多層窒化物ハードコーティング（２）。ハードコーティング（２）は、窒化チタンアルミニウムの第１層（４）と、複数の副層群（１０ａ）を含む第２層（８）を含む。各副層群（１０ａ）は窒化チタンシリコンの第１副層（１２）と窒化チタンアルミニウムの第２副層（１４）とを含む。窒化チタンアルミニウムの組成は、第１層（４）および副層群（１０ａ）５の両方において、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）である。窒化チタンシリコン副層（１２）の組成は（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）であり、全ケイ素は、ケイ素相も窒化ケイ素相もこの副層（１２）内に存在しないように窒化チタンシリコン内で固溶体である。副層群（１０Ａ）内に存在するアルミニウムとケイ素の総量は、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にあるように狭い範囲に制御される。
2013528252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（６）用ハードコーティング（２）であって、
（ＴｉｚＡｌ１−ｚ）Ｎ（式中、０．４≦ｚ≦０．６）を有する第１層（４）と、
複数の副層群（１０ａ）を有する第２層（８）であって、各副層群が、（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）の第１副層（１２）と、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）の第２副層（１４）とを含む第２層（８）とを含み、
純ケイ素相も純窒化ケイ素相も前記第１副層（１２）内に存在せず、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にある、基体（６）用ハードコーティング（２）。
【請求項２】
前記第１層（４）が前記ハードコーティングの全体厚さの２０〜６０パーセントを占める、請求項１に記載のハードコーティング（２）。
【請求項３】
前記各副層群（１０ａ）の厚さが３〜２０ｎｍの範囲内にある、請求項１に記載のハードコーティング（２）。
【請求項４】
各副層群（１０ａ）内の前記第１副層（１２）の厚さ対前記第２副層（１４）の厚さの比が０．２〜２．０の範囲内にある、請求項１に記載のハードコーティング（２）。
【請求項５】
ｘとｙの合計が１．３９〜１．４５の範囲内にある、請求項１に記載のハードコーティング（１２）。
【請求項６】
ハードコーティングされた物品（６）であって、
表面を有する物品（６）と、
前記物品（６）の前記表面の少なくとも一部を被覆するハードコーティング（２）であって、
（ＴｉｚＡｌ１−ｚ）Ｎ（式中、０．４≦ｚ≦０．６）を有する第１層（４）と、
複数の副層群（１０ａ）を有する第２層（８）であって、各副層群（１０ａ）が、（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）の第１副層（１２）と、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）の第２副層（１４）とを含む第２層（８）と
を有するハードコーティング（２）と含み、
純ケイ素相も純窒化ケイ素相も前記第１副層（１２）内に存在せず、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にある、ハードコーティングされた物品（６）。
【請求項７】
前記第１層（４）が前記ハードコーティングの全体厚さの２０〜６０パーセントを占める、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項８】
前記各副層群（１０ａ）の厚さが３〜２０ｎｍの範囲内にある、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項９】
各副層群（１０ａ）内の前記第１副層（１２）の厚さ対前記第２副層（１４）の厚さの比が０．２〜２．０の範囲内にある、請求項６に記載のハードコーティングされた物品。
【請求項１０】
ｘとｙの合計が１．３９〜１．４５の範囲内にある、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項１１】
前記物品（６）が切削工具および耐摩耗性構成要素からなる群から選択されたものである、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項１２】
前記物品（６）が、ドリル、エンドミル、フライス加工または旋削用割出し可能インサート、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップからなる群から選択されたものである、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項１３】
前記物品（６）が、地下掘削用ドリルビット、パンチ、ダイおよびモールドからなる群から選択されたものである、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項１４】
前記物品（６）が、焼結タングステンカーバイド、サーメット、鋼（特に高速度鋼）、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド、窒化ケイ素、アルミナ、および窒化アルミニウム−炭化チタンからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項６に記載のハードコーティングされた物品（６）。
【請求項１５】
ハードコーティング（２）を作製する方法であって、
ａ）（ＴｉｚＡｌ１−ｚ）Ｎ（式中、０．４≦ｚ≦０．６）を有する第１層（４）を表面に物理蒸着するステップと、
ｂ）複数の副層群（１０ａ）を有する第２層（８）であって、各副層群（１０ａ）が、（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）の第１副層（１２）と、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）の第２副層（１４）とを含む第２層（８）を前記第１層（４）上に物理蒸着するステップと、を含み、
純ケイ素相も純窒化ケイ素相も前記第１副層（１２）内に存在せず、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にある、方法。
【請求項１６】
前記第１層（２）が前記ハードコーティングの全体厚さの２０〜６０パーセントを占める、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記各副層群（１０ａ）の厚さが３〜２０ｎｍの範囲内にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
各副層群（１０ａ）内の前記第１副層（１２）の厚さ対前記第２副層（１４）の厚さの比が０．２〜２．０の範囲内にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ｘとｙの合計が１．３９〜１．４５の範囲内にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ハードコーティングされた物品（６）を作製する方法であって、
ａ）表面を有する物品（６）を準備するステップと、
ｂ）（ＴｉｚＡｌ１−ｚ）Ｎ（式中、０．４≦ｚ≦０．６）を有する第１層（４）を前記物品の表面の少なくとも一部に物理蒸着するステップと、
ｃ）複数の副層群（１０ａ）を有する第２層（８）であって、各副層群（１０ａ）が、（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）の第１副層（１２）と、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）の第２副層（１４）とを含む第２層（８）を前記第１層上に物理蒸着するステップと、を含み、
純ケイ素相も純窒化ケイ素相も前記第１副層（１２）内に存在せず、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にある、方法。
【請求項２１】
前記第１層（４）が前記ハードコーティングの全体厚さの２０〜６０パーセントを占める、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記各副層群（１０ａ）の厚さが３〜２０ｎｍの範囲内にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
各副層群（１０ａ）内の前記第１副層（１２）の厚さ対前記第２副層（１４）の厚さの比が０．２〜２．０の範囲内にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ｘとｙの合計が１．３９〜１．４５の範囲内にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記物品（６）が切削工具および耐摩耗性構成要素からなる群から選択されたものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記物品（６）が、ドリル、エンドミル、フライス加工または旋削用割出し可能インサート、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップからなる群から選択されたものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記物品（６）が、地下掘削用ドリルビット、パンチ、ダイおよびモールドからなる群から選択されたものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記物品（６）が、焼結タングステンカーバイド、サーメット、鋼（特に高速度鋼）、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド、窒化ケイ素、アルミナ、および窒化アルミニウム−炭化チタンからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基体用多層窒化物ハードコーティングに関する。より具体的には、本発明は、窒化チタンアルミニウムの第１層と、窒化チタンシリコンと窒化チタンアルミニウムとの交互堆積副層群を含む第２層と有するハードコーティングに関する。本発明はまた、そのようなハードコーティングを有するコーティングされた物品に、ならびにハードコーティングおよびハードコーティングされた物品の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年間、ハードコーティングは、操作寿命を延ばすため、摩耗抵抗性を改善するためにさまざまな種類の物品に適用されてきた。ハードコーティングは一般に切削工具および耐摩耗性構成要素に適用される。長年にわたり、改善された特性を有する新しいハードコーティングを見出すために多大な努力が払われてきた。
【０００３】
例えば、Ｆｕｋｕｉらに付与された米国特許第７，０６０，３４５号明細書は、窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物およびチタンシリコンの炭窒化物から選択される潤滑性化合物から構成される１つ以上の第１層と、窒化物、炭化物、およびチタン、クロム、およびチタンクロム合金から選択される金属の炭窒化物から選択される硬質化合物の１つ以上の第２層とを含むハードコーティングを教示する。第１層および第２層は交互に繰り返し堆積され、潤滑層および硬質層の複数の交互層で構成されるハードコーティングを構成してもよい。
【０００４】
Ｉｓｈｉｋａｗａらに付与された米国特許第６，５８６，１２２号明細書は、切削工具における多層ハードコーティングの使用を教示する。この場合、多層ハードコーティングは、チタン、アルミニウム、およびクロムからなる群から選択される１種または金属元素と、窒素、ホウ素、炭素および酸素からなる群から選択される１種以上の非金属元素とを含む第１層と、ケイ素および周期表の４ａ、５ａおよび６ａ族の金属元素からなる群から選択される１種以上の金属元素、およびアルミニウム、および窒素、ホウ素、炭素および酸素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む第２層とを含む。この第２層は、ケイ素に富む相が、比較的少量のケイ素を含むマトリックス相に分散された構造を有する。ケイ素に富む相は、非晶質または結晶質の窒化ケイ素またはケイ素であってもよく、負の電圧の異なるレベル間で、または正および負の電圧間で周期的に変化する基体バイアス電圧と組み合わせて約３００〜５００℃の範囲の基体温度を使用して形成される。
【０００５】
同様に、特開２０００−３３４６０６号公報は、窒化チタンアルミニウムおよび窒化チタンシリコンの交互層を含む多層ハードコーティングを教示する。窒化チタンアルミニウム層は４０〜７５原子パーセントのアルミニウムを含有する。窒化チタンシリコン層は１０〜６０原子パーセントのケイ素を含有する。窒化チタンシリコン層は、ケイ素および窒化ケイ素の独立相を含有する。この出願の関連、すなわち特開２０００−３３４６０７号公報は、ケイ素および窒化ケイ素の独立相に関する記載のないことを除いて、ほとんど同一のハードコーティングの教示を含む。代わりに、この出願に開示されたハードコーティングの組成がその関連出願に開示されたものと同じであるにもかかわらず、塩化ナトリウム結晶構造を有する窒化チタンシリコン層を記載する。２つの関連出願を比較すると、ハードコーティングの物理蒸着中に印加される基体バイアス電圧は、窒化チタンシリコンコーティングの構造を制御するために使用されるものであるように思われる。低い値の負のバイアス電圧（−３０Ｖ）を使用してケイ素および窒化ケイ素の独立相を含有する窒化チタンシリコン層を生成する一方、さらに高い負のバイアス電圧（−１００Ｖ）を使用して塩化ナトリウム結晶構造のみを有する窒化チタンシリコン層を生成する。両方の出願において、ハードコーティングは４００℃以下の基体温度を使用して形成される。
【０００６】
それにもかかわらず、生産速度が上昇し、かつ製造上の経済効率をもたらすための努力が増すため、耐用年数がより長く、より耐摩耗性がある切削工具および耐摩耗性構成要素が引き続き必要である。その必要性に取り組むことが本発明の目的である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、驚くほど改善された耐摩耗性を有するハードコーティングを見出した。本発明は、窒化チタンアルミニウムの第１層と、複数の副層群を含む第２層とを含むハードコーティングを提供する。副層群は各々、窒化チタンシリコンの第１副層と、窒化チタンアルミニウムの第２副層とを含む。窒化チタンアルミニウムの組成は、第１層および副層群の両方において、式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）で表される。窒化チタンシリコン副層の組成は、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）で表される。本発明の発明者らは、ハードコーティングの改善された耐摩耗性は、ｘとｙの合計が１．３８〜１．４６の範囲内にあるように狭い範囲に制御される、副層群内に存在するアルミニウムとケイ素の総量に依存するという驚くべき発見をした。
【０００８】
本発明は、そのようなハードコーティングを含む物品も含み、かつ、ハードコーティングおよびハードコーティングされた物品を作製する方法も含む。
【０００９】
本発明の特徴および長所の重要性は添付の図面を参照することによってより良く理解される。しかしながら、図面は単に例示を目的とし、本発明を限定するものではないことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるハードコーティングの概略図である。
【００１１】
【図２】図１のハードコーティングの第２層の３つの副層群を示す概略図である。
【００１２】
【図３】透過型電子顕微鏡によって撮られた、本発明の実施形態によるハードコーティングの断面の顕微鏡写真である。
【００１３】
【図４】さらに高倍率で撮られた、図２のハードコーティングの第２層の顕微鏡写真である。
【００１４】
【図５】式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎのｘと、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎのｙとの合計の関数として試験番号１の旋削工具寿命の結果を表すグラフである。
【００１５】
【図６】式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎのｘと、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎのｙとの合計の関数として試験番号２の旋削工具寿命の結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本節では、本発明のいくつかの好ましい実施形態が、当業者が本発明を実行するのに十分詳しく記載される。しかしながら、限られた数の好ましい実施形態が本明細書に記載されているという事実が、添付の請求項に記載された本発明の範囲を一切限定しないことは理解されよう。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の実施形態によるハードコーティング２の概略的な表現が示されている。示されるように、ハードコーティング２は、基体６に付着された第１層４と第２層８とからなる。第２層８は、隣接して積み重ねられた複数の副層群、例えば副層群１０ａ、１０ｂ、１０ｃを含み、それらは図２に示される。そのような副層群の各々、例えば副層群１０ａは第１副層１２と第２副層１４とを含む。
【００１８】
第１層４および各第２副層１４の組成は、式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ（式中０．４≦ｘ≦０．６）の窒化チタンアルミニウムである。しかし、第１層の組成は、特定の窒化チタンアルミニウム副層の組成と同一である必要はないことは理解されよう。混乱を避けるため、請求項において、第１層の組成は、式（ＴｉｚＡｌ１−ｚ）Ｎ（式中、０．４≦ｚ≦０．６）によって請求項中で示される。さらに、窒化チタンアルミニウム副層の組成は、互いに同一である必要はないことは理解されよう。この範囲外の窒化チタンアルミニウム組成は、硬度および内部応力レベルが劣る。第１層４および各第２副層１４は、面心立方または面心立方と稠密六方の組み合わせである結晶構造を有する。
【００１９】
各副層１２の組成は、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎ（式中、０．８５≦ｙ≦０．９８）の窒化チタンシリコンである。しかし、窒化チタンシリコン副層の組成は、互いに同一である必要はないことは理解されよう。より少ないケイ素を有する窒化チタンシリコンの組成は硬度レベルが劣り、その一方で、より多いケイ素レベルを有する組成は非晶質ケイ素および/または窒化ケイ素の第２相を形成する傾向にあり、その両方はハードコーティングの靱性に有害な影響がある。
【００２０】
本発明の発明者らは、ハードコーティングの耐摩耗性は、各副層群内に存在するアルミニウムとケイ素の総量に依存するという意外な発見をした。さらに具体的には、本発明の発明者らは、式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎにおけるｘと、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎにおけるｙとの合計は、１．３８〜１．４６の狭い範囲内で制御できるということを見出した。この範囲から外れる合計は、劣ったレベルの耐摩耗性をもたらす。耐摩耗性をさらに最適化するために、好ましくは合計は１．３９〜１．４５である。
【００２１】
本発明によるハードコーティングの厚さは好ましくは約１〜約１０マイクロメートルの範囲内にあり、より好ましくは約２〜約６マイクロメートルの範囲内にある。好ましくはハードコーティングの第１層は、ハードコーティングの総厚さの約２０〜６０パーセントを構成する。この範囲から外れる第１層の相対厚さは、接着性と耐摩耗性の劣った組み合わせをハードコーティングにもたらす。
【００２２】
本発明のハードコーティングの第２副層群の個々の副層の厚さは、好ましくは約１〜約１５ナノメートルの範囲内にある。それより小さい厚さでは、副層の安定性を維持することが困難である。副層群内の第１と第２副層の厚さの比は、硬度と靱性の最適な組み合わせをハードコーティングに提供するためには、好ましくは約０．２〜約２の範囲内にある。この比の数値は同一であっても副層群によって変化してもよい。
【００２３】
本発明のハードコーティングの副層群の厚さは、好ましくは約２〜約２０ナノメートルの範囲内にあり、より好ましくは約３〜約１０ナノメートルの範囲内にある。副層群の厚さは副層群によって変化してもよい。これらの範囲から外れる副層群の厚さは、これらの好ましい範囲から外れる副層厚さに関して上述の問題を受けやすい。副層群の厚さを副層群の数と組み合わせると、第２層の全体厚さを決定し易くなる。いくつかの好ましい実施形態では、副層群の数は２００以上である。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の実施形態によるハードコーティングの断面の、透過型電子顕微鏡の顕微鏡写真が示されている。この顕微鏡写真で識別することは難しいが、ハードコーティング２の下側部分は窒化チタンアルミニウムの単層の第１層４であり、上側部分は、窒化チタンシリコンの副層と窒化チタンアルミニウムの副層とを有する複数の副層群からなる多層の第２層６である。図４は、第１および第２副層１２、１４を個々に識別可能とするように、図３に示した多層の第２層８をさらに高い倍率で示す。本発明のこの実施形態において、各副層群１０は約５ナノメートルの厚さである。
【００２５】
層または副層を、上に記載したものに追加してハードコーティングに含めてもよいことは本発明の意図の内にある。例えば、層または副層は基体とハードコーティングの第１層との間に介挿されてもよい。追加の層または副層はハードコーティングの第２層の上に堆積されてもよい。これらの追加の層または副層は、任意の所望の厚さおよび組成のものであってもよい。好ましくはそのような追加の層の厚さは５０〜６００ナノメートルの範囲内にあり、そのような追加の副層の厚さは１０〜１０００ナノメートルの範囲内にある。そのような追加の層および副層の組成は、好ましくはＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、およびＴｉＡｌＣｒＳｉＮである。
【００２６】
本発明は、上に記載した発明のハードコーティングを有する物品も含む。物品は好ましくは機械加工用工具および耐摩耗性構成要素であるが、ハードコーティングを物理蒸着することが、耐酸化性および／または摩耗抵抗性を改善することによって耐用寿命を延長するのに有益となってもよい、当業者に公知のいかなる種類の物品であってもよい。物品は好ましくは、焼結タングステンカーバイド、サーメット、鋼（特に高速度鋼）、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド、窒化ケイ素、アルミナ、および窒化アルミニウム−チタンを含む。そのような物品の具体例は、ドリル、エンドミル、フライス加工または旋削用割出し可能インサート、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、および地下用ドリルビットおよびパンチ、ダイ、およびモールドを含む。
【００２７】
本発明は上に記載の発明のハードコーティングを提供する方法も含む。そのような方法は、窒化チタンアルミニウムの第１層を表面に物理蒸着し、続いて複数の副層群を第１層に物理蒸着するステップを含み、副層群の各々は、窒化チタンシリコンの第１副層と窒化チタンアルミニウムの第２副層との副層群を有し、その結果、ハードコーティングの全体厚さは約１〜１０マイクロメートルであり、第１層が全体厚さの約２０〜６０パーセントを構成し、各副層群が約２〜２０ナノメートルの厚さである。副層群における第１および第２副層の厚さの比は、好ましくは約０．２〜約２の範囲内にある。ハードコーティングの第２層の副層群の窒化チタンシリコンと窒化チタンアルミニウムとの交互副層の厚さは、基体の回転速度ならびに目標蒸発速度を調整することによって制御されてもよい。窒化チタンアルミニウム層および窒化チタンアルミニウム副層の組成および窒化チタンシリコン副層の組成は、発明のハードコーティングに関して上に記載した組成である。当業者に公知のいかなる物理蒸着プロセスを用いてもよいが、マグネトロンスパッタリングおよび陰極アーク蒸着プロセスが好ましい。第１層が蒸着される表面は、基体の表面または基体に適用された別のコーティングの表面であってもよい。方法はまた、１つ以上の追加の層または副層を、第１および第２層の上または下に蒸着するステップを含んでもよい。そのような追加の層の例は、発明のハードコーティングの一部であってもよい追加の層または副層に関する考察において既に記載された。
【００２８】
本発明は、上に記載した発明のコーティング物品を作製する方法も含む。そのような方法は、コーティングされる物品を準備するステップと、物品表面の少なくとも一部に、窒化チタンアルミニウムを含む第１層を物理蒸着し、続いて第１層に複数の副層群を物理蒸着するステップとを含み、副層群の各々は窒化チタンシリコンの第１副層と窒化チタンアルミニウムの第２副層との副層群を有し、その結果、ハードコーティングの全体厚さは約１〜１０マイクロメートルであり、第１層は全体厚さの約２０〜６０パーセントを構成し、各副層群は約２〜２０ナノメートルの厚さである。副層群における第１および第２副層の厚さの比は、好ましくは約０．２〜約２の範囲内にある。窒化チタンアルミニウム層および窒化チタンアルミニウム副層の組成および窒化チタンシリコン副層の組成は、発明のハードコーティングに関して上に記載した組成である。当業者に公知のいかなる物理蒸着プロセスを用いてもよいが、マグネトロンスパッタリングおよび陰極アーク蒸着プロセスが好ましい。第１層が蒸着される表面は、基体の表面または基体に適用された別のコーティングの表面であってもよい。ハードコーティングが蒸着される物品の表面またはそのいずれかの部分は、予めコーティングを有し、そのコーティングの上にハードコーティングが蒸着されてもよい。方法はまた、１つ以上の追加の層または副層を、第１および第２層の上または下に蒸着するステップを含んでもよい。そのような追加の層の例は、発明のハードコーティングの一部であってもよい追加の層または副層に関する考察において既に記載された。
【実施例】
【００２９】
表１で実施例１〜７として特定される本発明のハードコーティングの実施例。これらのハードコーティングは、４５０〜５５０℃の基体温度および−４０〜−６０Ｖのバイアス電圧を使用して超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）に陰極アーク蒸着プロセスによって物理蒸着された。第２層の各副層群は、厚さが約５ナノメートル、および窒化チタンシリコン層の厚さ対窒化チタンアルミニウムの厚さの比が約０．４７であった。
【００３０】
比較のため、市販の窒化チタンアルミニウムの単層ハードコーティングが同様の条件のもとで蒸着された。このハードコーティングの特徴は表１に記載されている。表１に記載された化学組成は、２０ｋｅＶにおける電子分散分光法により走査型電子顕微鏡を使用して、第１層および第２層の代表試料において測定された。
【００３１】
【表１】
2013528252.tif 000003
【００３２】
４５ｋｅＶにおけるＸ線回折を使用して第１層の結晶構造を決定し、２００ｋｅＶ透過型電子顕微鏡選択領域回折（１．５マイクロメートルの選択領域を使用）を使用して第２層の結晶構造を決定した。それぞれの場合において、関連性のある第１層または第２層の代表試料に関して分析がなされた。独立した非晶質または結晶質のケイ素あるいは窒化ケイ素相を示す環もパターンも、第２層の試料において検出されなかった。実施例１〜４の第１層の試料は完全な面心立方であると決定された一方で、実施例５〜７の第１層の試料は面心立方と稠密六方との混合であることが分かった。比較試料は面心立方と稠密六方との混合の結晶構造を有するものであることが分かった。
【００３３】
ハードコーティングの硬度は、ＩＳＯ１４５７７に準拠したナノインデンテーション法によって測定された。測定結果は表２に記載されている。示されるように、本発明のハードコーティングはそれぞれ、比較用ハードコーティングよりもかなり硬い。
【００３４】
【表２】
2013528252.tif 000004
【００３５】
ハードコーティングの切削性能を評価するために特定された条件を使用して金属切削試験が行われた。連続切削条件のもとでハードコーティングの性能を評価するために表３に記載された条件を使用して旋削試験が実行された。断続切削条件のもとでハードコーティングの性能を評価するために正面フライス削り試験が実行された。正面フライス削り試験の条件は表４に記載されている。表４は、実施例１〜７に関して第２層の副群の合計ｘ＋ｙも提示する。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
【表４】
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【００３８】
これらの試験結果が表５に記載されている。この表から分かるように、本発明のハードコーティングは、旋削およびフライス削りの両方において、比較用ハードコーティングを超える工具寿命の改善を呈した。旋削試験である試験番号１および試験番号２の結果は、式（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎにおけるｘと、式（ＴｉｙＳｉ１−ｙ）Ｎにおけるｙとの合計の関数として、図５および６にそれぞれグラフ化されている。グラフは、この合計が工具寿命に大きく影響を及ぼすことを示している。これらのグラフで表された傾向から、ハードコーティングの工具寿命は、合計が１．３８〜１．４６の範囲内にある時、驚くほど良くなることが明白である。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
本発明のいくつかの実施形態のみが示されかつ記載されたが、以下の請求項に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更および修正がそれら実施形態になされてもよいことは当業者には明白であろう。本明細書内で参照された全ての特許出願、特許および全ての他の出版物は、法律で認められている範囲全体まで、それらの全体が本明細書に援用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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