(57)【要約】切削工具または摩耗部品のコーティングは、ＰＶＤ法によって形成される少なくとも１つの結晶のＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ層と、ダイヤモンドまたはＤＬＣである少なくとも１つの硬質炭素層とを有する。ＳｉおよびＣは、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ層の必須成分であり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕの中で選択された１つまたは複数の元素である（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）。ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ層は、回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅を有し、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下である。ＰＶＤを用いてコーティング層を形成する方法は、特定の温度および基材バイアス条件のもとで実行される。
2013527316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティングおよび基材を備える被覆された部材であって、前記コーティングが、少なくとも１つの中間層および少なくとも１つの硬質炭素層を備え、
前記硬質炭素層はダイヤモンドまたはＤＬＣを含み、かつ前記コーティングの最も外側の層を形成し、
前記中間層は、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を有するＰＶＤで形成された層を含み、ＳｉおよびＣが必須成分であり、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素であり、
回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅は、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下であることを特徴とする被覆された部材。
【請求項２】
前記コーティングは、中間層と硬質炭素層が交互になっている層を含む積層列を備え、前記積層列は、複数の中間層および複数の硬質炭素層を含むことを特徴とする請求項１に記載の被覆された部材。
【請求項３】
前記複数の中間層のすべての層は１０ｎｍから１０μｍであり、
前記複数の硬質炭素層のすべての層は０．１μｍから５０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の被覆された部材。
【請求項４】
前記複数の中間層のうちの少なくとも２つの層は別々の組成を有し、かつ／または
前記複数の硬質炭素層のうちの少なくとも２つの層は、別々の組成を有することを特徴とする請求項２に記載の被覆された部材。
【請求項５】
前記コーティングは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択された１つまたは複数の金属を含む少なくとも１つの第１の層をさらに備え、前記コーティングの最も内側の層は前記第１の層であり、前記第１の層の厚さは５ｎｍから１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の被覆された部材。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の層は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ、Ｂ、Ｎ、およびＣからなる群から選択された１つまたは複数の元素をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の被覆された部材。
【請求項７】
前記コーティングは、第１の層と中間層が交互になっている層を含む多層構造体を備え、前記多層構造体は、複数の第１の層および複数の中間層を含み、
前記多層構造体の最も外側の層は、前記中間層のうちの１つであることを特徴とする請求項５に記載の被覆された部材。
【請求項８】
前記複数の第１の層のうちの少なくとも２つの層は別々の組成を有し、かつ／または
前記複数の中間層のうちの少なくとも２つの層は、別々の組成を有することを特徴とする請求項７に記載の被覆された部材。
【請求項９】
前記複数の第１の層のすべての層は５ｎｍから１０μｍであることを特徴とする請求項７に記載の被覆された部材。
【請求項１０】
前記コーティングは、中間層と硬質炭素層が交互になっている層を含む積層列を備え、前記積層列は、複数の中間層および複数の硬質炭素を含み、
前記積層列は前記多層構造体の上にあり、
前記積層列の最も外側の層は、前記硬質炭素層のうちの１つであり、また前記コーティングの最も外側の層でもあることを特徴とする請求項７に記載の被覆された部材。
【請求項１１】
前記積層列の最も内側の層は、前記硬質炭素層のうちの１つであることを特徴とする請求項７に記載の被覆された部材。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の層のうちの１つまたは複数の層は、２つ以上のサブ層を含むことを特徴とする請求項５に記載の被覆された部材。
【請求項１３】
前記部材は、治具、摩耗部品および摩擦部材からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の被覆された部材。
【請求項１４】
前記部材は切削工具であることを特徴とする請求項１に記載の被覆された部材。
【請求項１５】
コーティングおよび基材を備える被覆された部材であって、前記コーティングは、
前記基材の上の多層構造体であって、第１の層と中間層が交互になった層を含み、かつ複数の第１の層および複数の中間層を含む多層構造体と、
前記多層構造体の上の積層構造体であって、中間層と硬質炭素層が交互になった層を含み、かつ複数の中間層および複数の硬質炭素層を含む積層構造体と
を備え、
前記第１の層のそれぞれは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択された１つまたは複数の金属を含み、前記第１の層のそれぞれの厚さが５ｎｍから１０μｍであり、
前記中間層のそれぞれは、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を有するＰＶＤで形成された層を含み、ＳｉおよびＣが必須成分であり、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素であり、回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅は、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下であり、
前記硬質炭素層のそれぞれはダイヤモンドまたはＤＬＣを含み、
前記コーティングの最も内側の層は前記第１の層のうちの１つであり、
前記コーティングの最も外側の層は、前記硬質炭素層のうちの１つであることを特徴とする被覆された部材。
【請求項１６】
基材およびコーティングを備える被覆された部材を作製する方法であって、
（ａ）ＰＶＤ法によって前記基材の上に中間層を堆積するステップであって、前記中間層は、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を含み、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素であり、その結果、回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅は、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下になり、
ＰＶＤ堆積中、前記基材は４００℃から８００℃の間の所定の温度に保たれ、−３０Ｖから−３００Ｖの所定のバイアス電圧が前記基材に印加される、ステップと、
（ｂ）前記中間層の上に硬質炭素層を堆積するステップであって、前記硬質炭素層はダイヤモンドまたはＤＬＣを含む、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
ＰＶＤマグネトロンスパッタ法によって前記中間層を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ａ）を実行する前に前記基材の上に第１の層を堆積するステップをさらに含み、前記第１の層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択された１つまたは複数の金属を含み、前記第１の層の厚さは５ｎｍから１０μｍであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの第１の層は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ、Ｂ、ＮおよびＣからなる群から選択された１つまたは複数の元素をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ａ）の後で、かつステップ（ｂ）の前に、追加の第１の層と中間層を交互に堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ステップ（ｂ）の後に、追加の中間層と硬質炭素層を交互に堆積するステップをさらに含み、堆積される最終の層は硬質炭素層であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具および摺動部材など、優れた耐摩耗性を必要とする用途に使用される硬質炭素コーティング、およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い硬度、高い熱伝導性、高い圧縮強度、耐摩耗性、高い耐食性、および低い摩擦係数という優秀な特性を有するダイヤモンドは、Ａｌ合金、グラファイトまたはセラミックなどの、特に非鉄金属の切削工具に適したコーティング材である。ダイヤモンド層、またはダイヤモンド様コーティング（ＤＬＣ）で被覆された刃先を有する切削工具は、強度、耐摩耗性および耐熱性、最少の粘着性、ならびに上質の加工品表面仕上げを生む積層刃（ｂｕｉｌｔ−ｕｐ  ｅｄｇｅ）において優れている。本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、ダイヤモンド層とはｓｐ３相の炭素の層であり、ＤＬＣ層とは、ｓｐ３／ｓｐ２比が少なくとも５０％であるｓｐ２相およびｓｐ３相の炭素の層であり、硬質炭素コーティングとは、少なくとも１つのダイヤモンド層、または少なくとも１つのＤＬＣ層を有するコーティングのことである。
【０００３】
硬質炭素コーティングで被覆された硬質金属切削工具は通常、硬質炭素コーティングと基材の間の界面の強度不足により破損する。関与する１つの要因は、熱膨張率（ＣＴＥ）の差である。超硬合金、高速度鋼などの切削工具基材のＣＴＥは、硬質炭素コーティングのＣＴＥよりも大きく、それゆえに基材は、堆積温度から冷却されるときに硬質炭素コーティングよりも大きく収縮し、それによって硬質炭素コーティングの圧縮残留応力のレベルが高くなり、通常、コーティングの層剥離が生じる。
【０００４】
界面の強度不足の別の原因は、ＦｅおよびＣｏが硬質炭素をグラファイトに変換する触媒になることであり、そのため硬質炭素が、例えば超硬合金上にコバルト結合剤と共に堆積されるとき、グラファイトの層が最初に成長し、硬質炭素層が後に続く。
【０００５】
ダイヤモンドコーティングは基材表面に化学的に結合されず、このコーティングは、工具表面のＷＣ粒子と噛み合うダイヤモンド膜による機械的結合に依拠する。ダイヤモンドで被覆した工具の製造業者は通常、被覆する前に基材の表面をエッチングしてＷＣ粒子を露出すると共に、超硬合金鋼工具上のダイヤモンド膜が一般に粗く砂目状にされて、基材に対して必要な接着性が得られる。しかし、粗く砂目状にされた（面が刻まれた）ダイヤモンドには、非常に滑らかな加工品表面仕上げを生み出せないことを含めて、諸欠点がある。この問題の１つの解決策は、酸エッチングを含む様々な技法によって、Ｃｏ結合剤を超硬合金の表面層からエッチング除去することである。しかし、Ｃｏ結合剤をエッチングすることにより超硬合金物とダイヤモンドコーティングの界面強度が低下し、また硬質金属基材自体の強度も大幅に低下する。鋭い刃からＣｏをエッチングすると鋭い刃の強度が激減することになり、したがって、機械加工中に切削工具が破損する可能性が大きく増大する。
【０００６】
硬質コーティングの基材との接着性の問題に対する別の知られている解決策は、基材と硬質炭素層の間に、拡散バリヤとして働くセラミックおよび／または金属の中間接着層を有することである。４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭素窒化物、ならびにＡｌ２Ｏ３から成り、ＰＶＤ法により形成される１つまたは複数の層が開示されている（例えば、特許文献１参照）。周期表中のＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族の金属、ＳｉならびにＢそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物および酸炭窒化物の中で選択された１種類の化合物の単層、あるいは、前記化合物の中で選択された２種類以上の二重層が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これらのセラミック界面層は硬質炭素と化学結合を形成せず、したがって、硬質炭素コーティングと基材の間に良好な接着性が得られない。それゆえに、基材に対する硬質炭素コーティングの接着性は問題のままである。接着層の別の例としては、ＣＶＤによって付けられる多結晶ダイヤモンドコーティングで基材を被覆する方法が開示されており、基材はまず、ＣＶＤによって付けられる薄い複数の中間層で被覆され、そのダイヤモンド接着層はＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４である（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
熱亀裂および残留引っ張り応力によって特徴付けられるＣＶＤ層と、最も外側の、圧縮応力が残留している状態のＰＶＤ層とを組み込むコーティングが知られている（例えば、特許文献４、５、６、７参照）。ＣＶＤ層（１つまたは複数）の上にＰＶＤ層を堆積すると、コーティングの横方向破断強度の損失が部分的に回復する。これらのコーティングは通常、炭化物に富んだ基材の上に堆積され、これらのコーティングの層は通常、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸炭化物、ならびにＡｌの酸化物および酸窒化物から選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−０２６３６７号公報
【特許文献２】特開昭５９−１７０２６２号公報
【特許文献３】カナダ国特許第２１５０７３９号明細書
【特許文献４】米国特許第５１４３４８８号明細書
【特許文献５】米国特許第５３６４２０９号明細書
【特許文献６】米国特許第５２５０３６７号明細書
【特許文献７】米国特許第５２６６３８８号明細書
【特許文献８】国際公開第２００９／１５０８８７号パンフレット
【発明の概要】
【０００９】
本発明によれば、コーティングおよび基材を備える被覆された部材が提供され、このコーティングは、少なくとも１つの中間層および少なくとも１つの硬質炭素層を備え、この硬質炭素層はダイヤモンドまたはＤＬＣを含み、かつコーティングの最も外側の層を形成し、
中間層は、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を有するＰＶＤで形成された層を含み、ＳｉおよびＣは必須成分であり、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素であり、回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅は、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下である。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、コーティングは、中間層と硬質炭素層が交互になっている層を含む積層列を備え、この積層列は、複数の中間層および複数の硬質炭素層を含む。
【００１１】
通常、複数の中間層のすべての層は１０ｎｍから１０μｍであり、複数の硬質炭素層のすべての層は０．１μｍから５０μｍである。
【００１２】
任意選択で、複数の中間層のうちの少なくとも２つの層は別々の組成を有し、かつ／または複数の硬質炭素層のうちの少なくとも２つの層は別々の組成を有する。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、コーティングは、少なくとも１つの第１の層をさらに備え、この第１の層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択された１つまたは複数の金属を含み、また任意選択で、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ、Ｂ、Ｎ、およびＣからなる群から選択された１つまたは複数の元素をさらに含む。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、コーティングは、複数の第１の層および複数の中間層を含む多層構造体を備え、この多層構造体の最も外側の層は中間層である。
【００１５】
任意選択で、多層構造体は、組成が別々の複数の第１の層のうちの少なくとも２つの層、および／または組成が別々の複数の中間層のうちの少なくとも２つの層を含む。
【００１６】
通常、多層構造体の複数の第１の層のすべての層は５ｎｍから１０μｍである。
【００１７】
任意選択で、複数の第１の層のすべての層は、組成が別々の２つ以上のサブ層を含む。
【００１８】
任意選択で、コーティングは、中間層と硬質炭素層が交互になっている層を含む積層列を備える。この積層列は、複数の中間層および複数の硬質炭素を含み、積層列は多層構造体の上にある。積層列の最も外側の層は、前記硬質炭素層のうちの１つであり、またコーティングの最も外側の層でもある。
【００１９】
通常、基材は、高速度鋼、硬質金属、酸化物セラミック、炭化物セラミック、ホウ化物セラミック、超砥粒材料、ＰｃＢＮ、ＰＣＤ、およびサーメット、またはこれらの組合せからなる群から選択される。
【００２０】
通常、部材は、切削工具、切削挿入物、治具、および摩擦部材からなる群から選択される。
【００２１】
本発明の別の態様では、基材およびコーティングを備える被覆された部材を作製する方法が提供される。この方法は、
（ａ）ＰＶＤ法によって基材の上に中間層を堆積するステップを含み、中間層は、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を含み、Ｍが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素であり、その結果、回折角が３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅は、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下になり、
ＰＶＤ堆積中、基材は４００℃から８００℃の間の所定の温度に保たれ、−３０Ｖから−３００Ｖの所定のバイアス電圧が基材に印加され、さらに
（ｂ）中間層の上に硬質炭素層を堆積するステップを含み、この硬質炭素層はダイヤモンドまたはＤＬＣを含む。
【００２２】
任意選択で、ＰＶＤ法はマグネトロンスパッタ法である。
【００２３】
任意選択で、この方法は、ステップ（ａ）を実行する前に、（ｉ）基材の上に第１の層を堆積するステップをさらに含み、この第１の層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択された１つまたは複数の金属を含み、第１の層の厚さは５ｎｍから１０μｍである。
【００２４】
任意選択で、少なくとも１つの第１の層は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ、Ｂ、ＮおよびＣからなる群から選択された１つまたは複数の元素をさらに含む。
【００２５】
任意選択で、この方法は、ステップ（ａ）の後で、かつステップ（ｂ）の前に、追加の第１の層と中間層を交互に堆積するステップをさらに含み、かつ／またはステップ（ｂ）の後に、追加の中間層と硬質炭素層を交互に堆積するステップをさらに含み、堆積される最終の層は硬質炭素層である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるコーティングで被覆された部材の概略断面図である。
【図２ａ】本発明の第２の実施形態によるコーティングで被覆された部材の概略断面図である。
【図２ｂ】本発明の第２の実施形態によるコーティングで被覆された部材の概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるコーティングで被覆された部材の概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態によるコーティングで被覆された部材の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の硬質炭素コーティングは、例としては熱フィラメントＣＶＤ、燃焼炎法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）、またはプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）などの、当技術分野で知られている硬質炭素コーティングの方法のいずれでも堆積することができる。硬質炭素コーティングは、超ナノ結晶ダイヤモンド、粗い粒状ダイヤモンド、またはＤＬＣとすることができる。
【００２８】
本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、基材に最も近い層が最も内側の層と定義され、基材から最も遠い層が最も外側の層と定義される。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態による部材１Ａの概略断面図である。部材１Ａは、中間層５および最も外側の硬質炭素層７を含むコーティング６Ａで被覆された基材２を有する。
【００３０】
鉄ベースの合金および硬質金属などの金属材料、もしくはサーメット、セラミック、または超砥粒が基材２として適宜に使用される。部材１Ａが切削工具として使用される諸実施形態では、硬質金属が基材２として適宜に使用される。
【００３１】
中間層５は、その必須成分としてＳｉ（ケイ素）およびＣ（炭素）と、任意選択の成分としてＮ（窒素）および元素Ｍとを有する、ＳｉｘＣ１−ｘ−ｙ−ｚＮｙＭｚ（ただし０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．１、および０≦ｚ≦０．２）の合成物を有する。元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｂ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選択された１つまたは複数の元素である。中間層は、Ｃ、Ｎおよび／またはＭの濃度に関して、コーティングの外面から基材に向かう方向で組成傾斜を有することがある。この傾斜は、中間層の最も外側の部分におけるＣ、Ｎおよび／またはＭの平均濃度と、中間層の最も内側の部分におけるＣ、Ｎおよび／またはＭの平均濃度との間に差があるようになっている。
【００３２】
「結晶の（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）」とは、回折角２θが３４°から３６°で観察されたＳｉＣピークの半値幅（ＦＭＨＭ  半値全幅）が、ＣｕＫα線を用いてＸ線回折（ＸＲＤ）が実施された場合に３°以下のものであり、実質的にＳｉＣ結晶と考えられものだけでなく、ＳｉＣ結晶およびアモルファスＳｉＣを含む化合物構造体を形成するものも含むことに留意されたい。具体的には、３４°から３６°で観察されるピークは、立方晶ＳｉＣの［１１１］面のピークに相当する。
【００３３】
中間層５は、ＰＶＤ法を用いて形成される（例えば、特許文献８参照）。中間層５は、１０ｎｍの薄い層であることがあり、または１０μｍまでの厚い層であることがある。
【００３４】
硬質炭素層７は、当技術分野で知られているＣＶＤ法により堆積することができる。硬質炭素層７は、０．１μｍの薄い層であることがあり、または５０μｍまでの厚い層であることがある。
【００３５】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、少なくとも４０ＧＰａの硬度を有し、耐酸化性および耐摩耗性に優れている。結晶ＳｉＣ膜は、ＰＶＤ法の膜形成条件を制御することによって、本質的に亀裂を伴わずに形成される（例えば、特許文献８参照）。この膜は、基材または被覆された基材と硬質炭素層の間、または２つの硬質炭素層の間で良好な接着界面層になることが分かっている。前に説明したように、超硬合金の結合剤であるコバルトおよび／またはニッケルは、硬質炭素をグラファイトに変換する触媒である。ＸＲＤ分析により、基材とＳｉＣ層の間にＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮの層がある場合でも、ＣＶＤ法によって超硬合金基材の上に堆積されたＳｉＣ層中にＣｏＳｉ相が見出されることが示される。ＣＶＤ法の温度は８００℃から１２００℃の間であるのに対し、ＰＶＤ法の温度は４００℃から８００℃の間である。開示されているＳｉＣ膜は、基材中に存在するコバルトを含む元素に対する拡散バリヤとして働く能力において、知られているＣＶＤ  ＳｉＣ層と比べて非常に優れていることが現在では分かっている（例えば、特許文献８参照）。
【００３６】
図２ａおよび図２ｂは、本発明の第２の実施形態による部材１Ｂの概略断面図である。部材１Ｂの基材２は、コーティング６Ｂで被覆されている。コーティング６Ｂは３つの層、すなわち、基材２の表面に形成された最も内側の第１の層４、第１の層４の上に設けられた中間層５、および中間層５の上に形成された硬質炭素層７を有する。
【００３７】
部材１Ｂの基材２は、上述の部材１Ａの基材２と類似している。コーティング６Ｂの中間層５および硬質炭素層７は、上述のコーティング６Ａの中間層５および硬質炭素層７とほぼ同じである。
【００３８】
第１の層４は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷからなる必須成分の群から選択された１つまたは複数の金属を含み、また任意選択で、Ｓｉ、Ａｌ、ＹおよびＢから成る選択成分の群から選択された１つまたは複数の元素をさらに含む。本発明のいくつかの実施形態では、第１の層４は金属、または必須成分と選択成分の混合物でありうる。別の実施形態では、第１の層４はセラミックであり、ＮおよびＣの一方または両方の非金属元素をさらに含む。上述の第１の層４は、基材２に対して優れた接着性を有する。中間層５は、第１の層４との優れた接着性を有する。したがって、コーティング６Ｂは、第１の層４をコーティング６Ｂの最も内側の層として設けることによって、基材２との優れた接着性を示す。つまり、部材１Ｂは、基材２と硬質炭素層７の間に、前述の部材１Ａの接着性と比べて改善された接着性を有する。部材１Ｂの構成が適用される切削工具、治具および摩擦部材は、優れた耐久性を呈示する。
【００３９】
第１の層４は好ましくは、必須成分としてＴｉおよびＣｒのうち１つ以上を有し、選択成分としてＹ、ＡｌおよびＳｉから選択された１つ以上を有し、いくつかの実施形態では窒化物である。第１の層４は好ましくは、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、およびＴｉＣｒＡｌＳｉＹＮのうちのいずれか１つである。これらのうち、Ｔｉ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、およびＴｉＣｒＡｌＳｉＹＮは、特に一部の応用例で切削工具用である。Ａｌを含有する第１の層４では、切削中に切削工具が達するような高温での耐酸性が改善され、その結果として、改善された切削性能がもたらされた。
【００４０】
第１の層４は、好ましくは少なくとも０．２μｍ、より好ましくは少なくとも０．５μｍである。図２ｂで分かるように、いくつかの実施形態では、第１の層４は２つ以上のサブ層４ｉ、４ｉｉなどを有するが、隣り合うサブ層は別々の組成を有する。これらのサブ層はすべて同じ厚さを有することがあり、またはいくつかの実施形態では、サブ層の１つ以上が固有の厚さを有することがある。第１の層４のサブ層それぞれの厚さは、好ましくは少なくとも５ｎｍである。
【００４１】
第１の層４は、アークイオンめっき法またはＣＶＤ法などの知られている方法で形成することができる。中間層５は、第１の基材４の上にマグネトロンスパッタによって形成される。チャンバ内に装着された基材にマグネトロンスパッタまたはアークイオンめっきを選択的に実施できる、膜形成装置を使用することが好ましい。
【００４２】
図３は、本発明の第３の実施形態による部材１Ｃの断面図である。部材１Ｃの基材２は、コーティング６Ｃでコーティングされる。コーティング６Ｃは、交互に堆積された複数の第１の層４および複数の中間層５を含む多層構造体８Ｃを有し、硬質炭素層７は、多層構造体の上に堆積される。多層構造体８Ｃは４つ以上の層を有する。多層構造体８Ｃの最も外側の層は、硬質炭素層７に隣接する中間層５である。第１の層４および中間層５と、硬質膜層８Ｃを成す硬質炭素層７とは、上述の部材１Ａおよび１Ｂ用の、説明された第１の層４、中間層５および硬質炭素層７とほぼ同じである。コーティング６Ｃは多数の界面構造がある構造体を有するので、その硬度が強化され、耐摩耗性が改善される。したがって、部材１Ｃで作られた切削工具および摺動部材は、優れた耐久性を有する。
【００４３】
複数の第１の層４それぞれの厚さ、および多層構造体８Ｃの複数の中間層５それぞれの厚さは、好ましくは５ｎｍから１０μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍの範囲内にある。いくつかの実施形態では、多層構造体８Ｃの複数の第１の層４のいずれかの組成は、複数の第１の層４のいずれか他と異なりうる。あるいは、複数の第１の層４のいずれかの層は、複数の第１の層４の少なくとも１つの他の層と同じ組成でありうる。いくつかの実施形態では、多層構造体８Ｃの複数の中間層５のいずれかの組成は、複数の中間層５のいずれか他のものと異なりうる。あるいは、複数の中間層５のいずれかの層は、複数の中間層５の少なくとも１つの他の層と同じ組成でありうる。好ましくは、多層構造体８Ｃの組成、厚さおよび層の数は、層が多数であることによって生じる内部応力を低減するように設定される。
【００４４】
図４は、本発明の第４の実施形態による部材１Ｄの概略断面図である。部材１Ｄは、基材２の表面がコーティング６Ｄで被覆された構造体を有する。コーティング６Ｄは、積層列１０Ｄで被覆された多層構造体８Ｄを有する。複数の第１の層４と複数の中間層５が交互に堆積されている多層構造体８Ｄは、コーティング６Ｃの説明された多層構造体８Ｃと類似している。
【００４５】
積層列１０Ｄは、複数の硬質炭素層７と複数の中間層５が交互になっている層を有する。積層列１０Ｄは３つ以上の層を有する。いくつかの実施形態では、積層列１０Ｄの複数の中間層５のいずれの組成および／または厚さも、複数の中間層５のいずれか他のものと異なりうる。同様に、いくつかの実施形態では、積層列１０Ｄの複数の硬質炭素層７のいずれの組成および／または厚さも、積層列１０Ｄの複数の硬質炭素層７のいずれか他のものと異なりうる。
【図１】
2013527316.tif 000003
【図２ａ】
2013527316.tif 000004
【図２ｂ】
2013527316.tif 000005
【図３】
2013527316.tif 000006
【図４】
2013527316.tif 000007
【国際調査報告】
2013527316.tif 000008
2013527316.tif 000009
2013527316.tif 000010