(57)【要約】  本発明は、基板および基板上のコーティングを含むコーティング本体に関し、コーティングは、交互のＡおよびＢ層（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎのナノ積層コーティング構造を有するナノ積層コーティングシステムを有し、各ナノ層の個々の厚みは最大で２００ｎｍであり、ナノ積層コーティング構造は微粒子構造を示す。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素系材料または高速度鋼の硬質合金の本体を含む好ましくは切削工具である、本体１を備える工具であって、前記工具の上に硬質の耐摩耗性ＰＶＤコーティングが堆積され、
前記コーティングは、それぞれ交互のＡ層Ａ１，Ａ２，Ａ３，…ＡｎおよびＢ層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍのナノ積層構造５を有し、層Ａは（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎであり、０．５０≦ｘ≦０．６５および０≦ｙ≦０．１０であり、ｘ、１−ｘ−ｙおよびｙによって与えられる係数は、前記層Ａ中の元素量について元素のアルミニウム、チタンおよびタングステンのみを考慮すると、アルミニウム、チタンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応し、層Ｂは（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎであり、０．０５≦ｚ≦０．３０および０≦ｕ≦０．１０であり、１−ｚ−ｕ、ｚおよびｕによって与えられる係数は、前記層Ｂ中の元素量について元素のチタン、シリコンおよびタングステンのみを考慮すると、チタン、シリコンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応し、前記ナノ積層構造の厚みは０．０１〜３０μｍ、好ましくは１〜１５μｍであり、前記ＡおよびＢ層の個々の平均の厚みはそれぞれ１〜２００ｎｍ、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは１〜３０ｎｍであることを特徴とし、
交互のＡおよびＢ層の前記ナノ積層構造は微粒子構造を示すことを特徴とする、工具。
【請求項２】
交互のＡおよびＢ層の前記ナノ積層構造に含まれるｄＡ１，ｄＡ２，ｄＡ３，…ｄＡｎと称される前記Ａ層の厚みは、ｄＢ１，ｄＢ２，ｄＢ３，…ｄＢｍと称される前記Ｂ層の厚み以下であり、好ましくは、前記Ａ層の厚みは前記Ｂ層の厚みの３／４以下であり、ｄＡ１≦３／４ｄＢ１，ｄＡ２≦３／４ｄＢ２，ｄＡ３≦３／４ｄＢ３，ｄＡｎ≦３／４ｄＢｍであることを特徴とする、請求項１に記載のコーティング本体。
【請求項３】
前記ナノ積層構造の全厚みの少なくとも一部において、
−前記Ａ層の厚みおよび／もしくは前記Ｂ層の厚みは、ｄＡ１＝ｄＡ２＝ｄＡ３…＝ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１＝ｄＢ２＝ｄＢ３…＝ｄＢｍであるように一定のままであり、ならびに／または
−前記Ａ層の厚みおよび／もしくは前記Ｂ層の厚みは、ｄＡ１≧ｄＡ２≧ｄＡ３…≧ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１≧ｄＢ２≧ｄＢ３…≧ｄＢｍであるように増大し、ならびに／または
−前記Ａ層の厚みおよび／もしくは前記Ｂ層の厚みは、ｄＡ１≦ｄＡ２≦ｄＡ３…≦ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１≦ｄＢ２≦ｄＢ３…≦ｄＢｍであるように減少することを特徴とする、請求項２に記載のコーティング本体。
【請求項４】
−前記ナノ層状コーティングシステムにおいて、１つずつ交互に堆積されてナノ二重層周期を形成するＡ型のナノ層およびＢ型のナノ層の厚みの合計は３００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満、より好ましくは５〜５０ｎｍであり、
−前記ナノ層状コーティングシステムは、１つずつ交互に堆積されてＡ１／Ｂ１／Ａ２／Ｂ２／またはＢ１／Ａ１／Ｂ２／Ａ２の多層構造を形成する少なくとも合計４個の個々のナノ層ＡおよびＢ、好ましくはＡ１／Ｂ１／Ａ２／Ｂ２／Ａ３／Ｂ３／Ａ４／Ｂ４／Ａ５／Ｂ５またはＢ１／Ａ１／Ｂ２／Ａ２／Ｂ３／Ａ３／Ｂ４／Ａ４／Ｂ５／Ａ５の多層構造を形成する少なくとも合計１０個の個々のナノ層を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項５】
微粒子状の前記ナノ積層構造は、最大サイズが前記ナノ積層構造の全厚みの１／３である粒子を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項６】
微粒子状の前記ナノ積層構造は、平均サイズが最大で１０００ｎｍ、好ましくは１０〜８００ｎｍ、より好ましくは１０〜４００ｎｍである粒子を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項７】
前記ナノ積層構造は、粒子が全方向においてほぼ同じ寸法を有する等軸構造であるか等軸構造を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項８】
前記ナノ積層構造は、平均残留応力σが２．５〜５ＧＰａ、好ましくは２．５〜４ＧＰａであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項９】
前記ナノ積層構造は、ピーク幅の比ＰＷI_10/90が７．５未満、好ましくは７未満であり、
−ＰＷI-10/90°＝°ＰＷI_10%／ＰＷI_90%であり、
−ＰＷI_10%およびＰＷI_90%は、それぞれ最大ピーク強度の１０％および９０％におけるピーク２００の有効幅であり、
−２００ピークは、２θ軸において約４３°でＣｕＫα線を用いたＸ線回折を使用して測定され、回折線はＣｕＫα2線からの寄与、回折統計（平滑化）および背景に関して修正されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項１０】
前記コーティングは、
−前記基板１と前記ナノ層状コーティング膜５との間に堆積される少なくとも１つの中間層２と、および／または
前記ナノ層状コーティング膜５の最も外側のナノ層の上に堆積される少なくとも１つの最上層３とを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項１１】
前記本体は穿孔またはフライス削り工具であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のコーティング本体。
【請求項１２】
切削作業のための、好ましくは穿孔もしくはフライス作業のための、より好ましくは鋼鉄、ステンレス鋼もしくは鋳鉄の穿孔、または硬化鋼もしくはステンレス鋼のフライス削りのための、請求項１〜１１のいずれかに記載のコーティング本体の使用。
【請求項１３】
前記基板の表面上に前記ナノ層状コーティング膜を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用する、請求項１〜１１のいずれかに記載のコーティング本体を製造するための方法であって、
前記少なくとも１つのアーク蒸発源は、ターゲット上に設けられ、前記ターゲットの表面の上または上方に磁界を発生させるための磁界構成を含み、前記磁界構成は周辺永久磁石および前記ターゲットの後ろに配置される少なくとも１つのリングオイルを含み、巻線によって規定される前記リングオイルの内径は前記ターゲットの直径以下であり、どのような場合でも前記ターゲットの直径よりもかなり大きくはなく、前記周辺永久磁石は前記ターゲットの表面に対して本質的に垂直に前記ターゲットから離れるようにずらされ得、前記ターゲットの表面上への前記周辺永久磁石の突出は、前記ターゲットの表面上への前記リングオイルの突出と比較して前記ターゲットの表面の中心からさらに離れており、内側または内部の中心永久磁石は前記ターゲットに対して後退するように後方に位置決めされ、外側または外部の永久磁石は前記ターゲットに対して数ミリメートル、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは約８ｍｍ離れて位置決めされることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
負のコイル電流が印加され、印加される前記コイル電流は好ましくは−０．１〜−１Ａであることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板の表面上に前記ナノ層状コーティング膜を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用する、請求項１〜１１のいずれかに記載のコーティング本体を製造するための方法であって、
前記少なくとも１つのアーク蒸発源は、カソードとして用いられるターゲットと、前記カソードの直接の近傍に配置されるアノードと、前記磁界の流線を前記アノードに導くことを可能にする磁気手段とを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１６】
正のコイル電流が印加され、印加される前記コイル電流は好ましくは０．５〜２Ａであることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノ積層構造を堆積するための原料として、
−アルミニウムおよびチタンおよび／もしくはタングステンを含む、粉末冶金技術によって作られた少なくとも１つの複合ターゲットがＡ型の前記ナノ層の堆積のために用いられ、ならびに／または
−チタンおよびシリコンおよび／もしくはタングステンを含む、溶融冶金技術によって作られた少なくとも１つの複合ターゲットがＢ型の前記ナノ層の堆積のために用いられることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質ナノ層状コーティングシステムまたはナノ積層コーティング構造、およびそれを基板表面に堆積する方法に関する。より特定的には、本発明に係るナノ層状コーティングシステムは、Ａ型のナノ層およびＢ型のナノ層を含むコーティングシステムに関する。Ａ型のナノ層はアルミニウムＡｌ、チタンＴｉ、および窒素Ｎを含み、Ｂ型のナノ層はチタンＴｉ、シリコンＳｉ、および窒素Ｎを含む。さらに本発明によると、好ましくは、Ａ型のナノ層および／またはＢ型のナノ層のうち少なくともいくつかは、タングステンＷをさらに含む。
【０００２】
「ナノ層状コーティングシステム」、「ナノ積層コーティング構造」、「ナノ積層構造」および「ナノ層状構造」という概念は本発明の文脈内で区別なく用いられ、同じ意味を有する。
【０００３】
本発明に係るコーティングシステムおよび堆積方法は、最新技術と比較して鋼鉄および鋳鉄の機械加工などの自動車用途におけるより高い生産性を可能にする高性能固体炭化物ドリルの製造に特に適している。
【背景技術】
【０００４】
最新技術
切削工具は通常、切削作業においてよりよい効率を達成するためにＰＶＤ（物理蒸着）および／またはＣＶＤ（化学蒸着）法を用いてコーティングされる。切削工具のためのＰＶＤおよびＣＶＤコーティングは、向上した耐摩耗性および耐酸化性を提供するために設計されることが多いが、より高い効率を達成するためには、コーティング設計をコーティング特性の最も便利な組合せに関して各々の特定用途に適合させなければならない。このため、多くの異なる種類のＰＶＤ（物理蒸着）およびＣＶＤ（化学蒸着）コーティングがこれまでに開発されている。
【０００５】
米国特許第５，５８０，６５３号には、以下の式（ＡｌxＴｉ1-x-yＳｉy）（Ｃ1-zＮz）によって与えられ、０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１、および０．６≦ｚ≦１である組成を有する硬質皮膜が提案されている。ｘが０．０５未満であるかまたはｙが０．０１未満である場合、耐酸化性の十分な改善を実現することができると述べられている。さらに、ｘが０．７５よりも大きいかまたはｙが０．１よりも大きい場合、皮膜の結晶構造が立方晶構造から六方晶構造に変わり、結果として硬度および耐摩耗性が減少すると述べられている。皮膜堆積には物理蒸着法、より具体的にはアーク放電イオンプレーティング法が用いられ、目的とする皮膜中の金属組成と同じ金属組成を有する合金ターゲットが材料源として用いられている。
【０００６】
しかし、米国特許第６，５８６，１２２号には、従来のＴｉＡｌＮ皮膜にＳｉを単に添加しても改善できる耐酸化性はせいぜい１．２倍未満であり、これは高速切削市場の現在の需要を満たすのに不十分であると述べられている。さらに、米国特許第６，５８６，１２２号には、Ｔｉ系硬質皮膜にＳｉを添加するとその耐酸化性をやや改善できるが、元の皮膜の静的耐摩耗性を十分に改善することはできず、したがって結果として不十分な改善であると説明されている。また、単にＳｉを含有する皮膜は、Ｓｉを含有しない皮膜よりも非常に大きな圧縮応力による脆性が高く、この過度の圧縮応力によって皮膜が切削工具基板からすぐに剥離してしまう傾向があると述べられている。
【０００７】
したがって、米国特許第６，５８６，１２２号の著者たちは、切削工具基板と、当該基板上に形成されたＳｉを含まない第１の硬質皮膜およびＳｉを含む第２の硬質皮膜を有する多層皮膜とを含み、十分な切削性能、特に優秀な耐酸化性および耐摩耗性を示し得るＳｉ含有多層皮膜被覆切削工具を提案している。第１の硬質皮膜は、Ｔｉ、ＡｌおよびＣｒからなるグループから選択される１つ以上の金属成分と、Ｎ、Ｂ、ＣおよびＯからなるグループから選択される１つ以上の非金属成分とを含み、第２の硬質皮膜は、Ｓｉと、周期表の４ａ、５ａおよび６ａ族からなるグループから選択される１つ以上の金属成分と、Ａｌと、Ｎ、Ｂ、ＣおよびＯからなるグループから選択される１つ以上の非金属成分とを含む。切削工具の切削性能を十分高めるために、第２の硬質皮膜は、比較的高いＳｉ濃度を有する相および比較的低いＳｉ濃度を有する相を含む組成分離の多結晶膜でなければならない。この第２の硬質皮膜は、Ｓｉに富んだ硬質結晶粒子（平均粒径は好ましくは５０ｎｍ以下）が比較的少量のＳｉを含む相によって構成されるマトリクスに分散された非晶質または微晶質の構造を有するように堆積されなければならない。さらに、そのような多層硬質皮膜は、特定的に特別に小さい圧縮応力と、改善した耐摩耗性と、第２の硬質皮膜の特別な構造のために切削工具基板に対する改善した接着性とを示すと述べられている。さらに、異なる量のＳｉを有する異なる相を含むこのような種類のＳｉ含有硬質皮膜は従来の被覆法では形成できず、たとえば、被覆処理時に正電圧と負電圧との間で連続的または周期的に変化する基板バイアスパルス電圧を印加するＰＶＤ被覆法などの、被覆時におけるイオンエネルギの連続的または周期的な変化を含む被覆法でなければ形成できないと説明されている。このように、イオンエネルギの連続的または周期的な変化がもたらされ、これによってイオン拡散挙動も変化し、続いてＳｉ含有硬質皮膜中のＳｉ濃度も変化する。さらに、被覆温度も、イオン拡散挙動を制御するための、したがって結晶形態、特に多層皮膜の第２の硬質皮膜中の高いＳｉ濃度相を構成する結晶の粒径を制御するための重要な要因であると述べられている。
【０００８】
国際公開第２０１０／１４０９５８号は、切屑除去による機械加工用の切削工具であって、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素系材料または高速度鋼の硬質合金の本体を有し、当該工具の上に硬質の耐摩耗性ＰＶＤ皮膜が堆積され、当該皮膜は交互のＡおよびＢ層の円柱状かつ多結晶のナノ積層構造を有し、層Ａは（Ｔｉ１−ｘＡｌｘＭｅ１ｐ）Ｎａであり、０．３＜ｘ＜０．９５、好ましくは０．４５＜ｘ＜０．７５、０．９０＜ａ＜１．１０、好ましくは０．９６＜ａ＜１．０４、０≦ｐ＜０．１５であり、Ｍｅ１はＺｒ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷのうち１つ以上であり、層Ｂは（Ｔｉ１−ｙ−ｚＳｉｙＭｅ２ｚ）Ｎｂであり、０．０５＜ｙ＜０．２５、好ましくは０．０５＜ｙ＜０．１８、０≦ｚ０．４、０．９＜ｂ＜１．１、好ましくは０．９６ｂ＜１．０４であり、Ｍｅ２はＹ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌのうち１つ以上であり、ナノ積層構造の厚みは０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍであり、円柱の平均幅は２０〜１０００ｎｍであり、ＡおよびＢ層の個々の平均の厚みは１〜５０ｎｍである切削工具を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的
本発明の目的は、高性能切削工具のためのコーティングシステムを提供することであって、特に、鋼鉄および鋳鉄の機械加工などの特に自動車用途において最新技術と比較してより高い生産性を可能にする高性能固体炭化物ドリルのための広帯域のコーティングを提供することである。さらに、本発明の目的は、上述の高性能コーティング工具を製造するための商業用コーティング方法を提供することである。さらに、本発明に係るコーティング方法は可能な限り丈夫で単純であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の説明
上述の目的は、両方とも高性能切削工具の効率を改善するために特別に設計された硬質ナノ層状コーティングシステムおよびそのコーティング堆積方法を提供することによって本発明によって達成される。
【００１１】
本発明をよりよく説明するために、図１〜図８が説明に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るコーティング構造の図面である。
【図２】切削試験１の図である。
【図３】切削試験２の図である。
【図４】切削試験３の図である。
【図５ａ】５７０℃で堆積されたナノ積層構造の、発明のコーティングの破断面走査型電子顕微鏡写真の図である。
【図５ｂ】５００℃で堆積されたナノ積層構造の、発明のコーティングの破断面走査型電子顕微鏡写真の図である。
【図６】図７において発明のコーティング３と称される発明のコーティング３に含まれるナノ積層構造中の残留応力σを計算するための測定方法の例の図である。
【図７】４個の異なる発明のコーティング１，２，３および４の計算された残留応力σの図である。
【図８】発明のコーティング１の因数Ｆ10/90の定義を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステム（５）は、１つずつ交互に堆積されたＡ型のナノ層およびＢ型のナノ層を含む多層コーティングシステムに関する。Ａ型のナノ層はアルミニウムＡｌ、チタンＴｉ、および窒素Ｎを含み、Ｂ型のナノ層はチタンＴｉ、シリコンＳｉ、および窒素Ｎを含む。好ましくは、少なくともいくつかのＡ型のナノ層および/または少なくともいくつかのＢ型のナノ層は、タングステンＷをさらに含む。
【００１４】
本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムに含まれるＡ型またはＢ型の各ナノ層は、本質的に、個々の層の最大の厚みが２００ｎｍ未満である。
【００１５】
本発明では、ナノ二重層周期は、繰返し（少なくとも２回）１つずつ堆積された１つのＡ型のナノ層および１つのＢ型のナノ層の２つのナノ層の厚みの合計と定義する。
【００１６】
上述のような、しかしナノ二重層周期が約３００ｎｍ以上であるコーティングシステムは、著しく劣る切削性能を示すことが判明した。
【００１７】
したがって、本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムの好ましい実施形態は、本質的にナノ二重層周期が３００ｎｍ未満であることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムの好ましい実施形態は、以下の式に係る元素組成を有するＡ型およびＢ型のナノ層を含む：
・ナノ層Ａ：（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎであり、ｘおよびｙはａｔ．％であり、０．５０≦ｘ≦０．６５および０≦ｙ≦０．１０である
・ナノ層Ｂ：（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎであり、ｚおよびｕはａｔ．％であり、０．０５≦ｚ≦０．３０および０≦ｕ≦０．１０である
さらに、本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムの好ましい実施形態は、少なくとも４個または好ましくは少なくとも１０個の個別のナノ層を含み、これらはそれぞれ少なくとも２個のＡ型のナノ層および２個のＢ型のナノ層、または好ましくは少なくとも５個のＡ型のナノ層および５個のＢ型のナノ層であり、Ａ型のナノ層およびＢ型のナノ層は交互に堆積され、すなわちＡ型のナノ層の各々が対応するＢ型のナノ層の各々の上に堆積され、および／またはＢ型のナノ層の各々が対応するＡ型のナノ層の各々の上に堆積される。
【００１９】
本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステム（５）を図１に示す。図１の硬質ナノ層状コーティングシステムは、それぞれＡ1，Ａ2，Ａ3，…Ａnである量ｎのＡ型のナノ層と、それぞれＢ1，Ｂ2，Ｂ3，…Ｂmである量ｍのＢ型のナノ層とを含み、Ａ型のナノ層の厚みはｄＡとして表され、それぞれｄＡ1，ｄＡ2，ｄＡ3，…ｄＡnであり、Ｂ型のナノ層の厚みはｄＢとして表され、それぞれｄＢ1，ｄＢ2，ｄＢ3，…ｄＢmである。本発明によると、Ａ型のナノ層の量は好ましくはＢ型のナノ層の量と等しく、ｎ＝ｍまたは少なくとも
【００２０】
【数１】
2014523968.tif 000003
【００２１】
である。
本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムの他の好ましい実施形態では、Ａ型のナノ層の厚みおよびＢ型のナノ層の厚みはほぼ等しく、
【００２２】
【数２】
2014523968.tif 000004
【００２３】
であり、それぞれ
【００２４】
【数３】
2014523968.tif 000005
【００２５】
であり、Ａ1＝ｄＡ2＝ｄＡ3＝…ｄＡnおよびｄＢ1＝ｄＢ2＝ｄＢ3＝…ｄＢmである。
特に、Ｂ層の厚みがＡ層の厚みよりも大きい場合に、本発明に従って堆積されたコーティングによって非常に良好な切削性能が観察された。したがって、本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムのさらに好ましい実施形態では、Ａ型のナノ層の厚みはＢ型のナノ層の厚みよりも小さく、ｄＡ＜ｄＢまたは好ましくはｄＡ≪ｄＢであり、それぞれｄＡn＜ｄＢmまたは好ましくはｄＡｎ≪ｄＢmであり、ｄＡ1＝ｄＡ2＝ｄＡ3＝…ｄＡnおよびｄＢ1＝ｄＢ2＝ｄＢ3＝…ｄＢmである。
【００２６】
本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムのもう１つの好ましい実施形態では、Ａ型のナノ層の厚みはＢ型のナノ層の厚み以下であり、個々のナノ層Ａの厚みおよび個々のナノ層Ｂの厚みはコーティングの全厚みに沿って変化し、ｄＡ≦ｄＢであり、それぞれｄＡn≦ｄＢmであり、
ａ）ｄＡ1≧ｄＡ2≧ｄＡ3≧…ｄＡnおよびｄＢ1≧ｄＢ2≧ｄＢ3≧…ｄＢmであり、または
ｂ）ｄＡ1≦ｄＡ2≦ｄＡ3≦…ｄＡnおよびｄＢ1≦ｄＢ2≦ｄＢ3≦…ｄＢmであり、または
ｃ）コーティングの全厚みの少なくとも一部は、ａ）に従って堆積されたＡ型のナノ層およびＢ型のナノ層を含み、コーティングの全厚みの少なくとも一部は、ｂ）に従って堆積されたＡ型のナノ層およびＢ型のナノ層を含む。
【００２７】
図１に示されるように、本発明に係る硬質ナノ層状コーティングシステムの構造は、基板（１）と、交互のナノ層Ａおよびナノ層Ｂからなる硬質ナノ層コーティングシステムとの間に、中間層（２）をさらに含み得る。中間層（２）の厚みおよび組成は、たとえば硬質ナノ層状コーティングシステムの組織に影響を与えるように、かつコーティング時の応力を低下させるように選択されるべきである。さらに、図１に示されるように、交互のナノ層Ａおよびナノ層Ｂからなるナノ層コーティングシステムの最後の層の上に最上層（３）がさらに堆積され得る。
【００２８】
本発明の１つの実施形態では、基板（１）と硬質ナノ層状コーティングシステムとの間に中間層（２）が堆積され、中間層（２）は、硬質ナノ層コーティングシステムを形成するナノ層Ａと同じＡｌおよびＴｉまたはＡｌ、ＴｉおよびＷの濃度比を有するＡｌＴｉＮまたはＡｌＴｉＷＮからなる。
【００２９】
本発明の他の実施形態では、特別な表面の色を提供するために、交互のナノ層Ａおよびナノ層Ｂからなるナノ層コーティングシステムの最後の層の上に最上層（３）が堆積される。
【００３０】
中間層（２）および最上層（３）の両方とも、可能な限り薄く堆積されるべきである。
本発明に係る（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎコーティングを、ＰＶＤ技術を用いて高性能固体炭化物ドリル上に堆積した。より具体的には、当該コーティングを、エリコンバルザース社のＩｎｎｏｖａコーティング機械でアークイオンプレーティング堆積法によって堆積した。本発明に係るコーティングの堆積に特に好適なコーティングパラメータは以下のとおりである：
・Ｎ２圧力：４〜７Ｐａ
・ＤＣ基板バイアス電圧：−２０〜−６０Ｖ
・温度：４５０〜７００℃
・アーク電流は、ターゲット材料の蒸発に用いるアーク蒸発器の種類およびナノ層の所望の厚みを考慮して各実験ごとに定めた。
【００３１】
本発明の他の重要な局面は、コーティング堆積に用いるアーク蒸発器の種類の重大な影響である。
【００３２】
異なる種類のコーティングを異なる種類のアーク蒸発器を用いて本発明に従って堆積した。特許文献である国際公開第２０１０／０８８９４７号および米国特許出願連続番号第６１／３５７，２７２号に記載されている種類のアーク蒸発器が本発明に係るコーティングの堆積に特に好適であることがわかった。これらの種類のアーク蒸発器を用いて、最も低い六方晶相含有量と、高すぎない固有圧縮応力と、好ましい組織とを示し、これによって特に良好なコーティング特性および最良の切削性能をが得られるコーティングを得ることができた。
【００３３】
上述のアーク蒸発器を用いて、高剛性、高耐酸化性および低固有圧縮応力の優れた組合せを示し、これによって特に穿孔作業に優れた切削性能をもたらす、本発明に係るコーティングを堆積することができた。
【００３４】
本発明に係るコーティングはさらに、図２、図３および図４に示されるように、切削試験において最新技術のコーティングよりも優れた性能を示す。
【００３５】
上述のアーク蒸発器およびアーク蒸発源の両方とも、本発明に係るコーティングの堆積にとって決定的であった。いずれの場合にも、アーク蒸発源の構成および操作モードがコーティング特性に影響を与えた。特に、ナノ積層コーティングのミクロ構造に影響を与えて当該構造を円柱状ではなく微粒子状にして、このようにして非円柱構造であるが微粒子構造を得ることができた。本発明に従って堆積されたナノ積層膜中のこれらの微粒子構造の形態は、図５に明確に観察できる。図５に示される写真は、本発明に従って堆積された２つのコーティングの破断面走査型電子顕微鏡写真に対応し、当該コーティングは、交互のＡおよびＢ層のナノ積層構造（５）を有し、それぞれ層ＡはＡｌＴｉＮ層、層ＢはＴｉＳｉＮナノ層であり、かつ、約５０ｎｍ以下の二重層周期（少なくとも２回１つずつ交互に堆積された１つのＡ層および１つのＢ層、すなわち少なくともＡ／Ｂ／Ａ／ＢまたはＢ／Ａ／Ｂ／Ａ構造を形成する層の厚みの合計）を有する。図５ａおよび図５ｂに示されるナノ積層構造は、コーティング時の基板温度をそれぞれ約５７０℃および５００℃に維持して堆積した。両方のナノ積層構造は、異なる粒径を有する微粒子構造を示す。
【００３６】
本発明に係る微粒子構造を示す生成されたナノ積層構造は、円柱構造を示す同様のコーティングよりも、特にクラック伝播を防止するのにより有利である。これは、ナノ積層構造中の粒子境界または結晶境界の分布における差異に起因し得る。円柱構造では、結晶は円柱として平行に成長し、結果としてコーティングの厚みを横切って基板へと延在する長い結晶境界を有するため、基板への方向においてコーティングの厚みに沿ったクラック伝播を促進し、結果としてコーティングの層間剥離またはコーティングの不良がより急速に生じる。円柱構造とは異なり、本発明に従って生成されるような微粒子構造は、その結晶境界または粒子境界がコーティングの厚みを横切って基板へと延在せず、結果として基板への方向においてコーティングの厚みに沿ったクラック伝播を停止する微粒子を含む。
【００３７】
おそらく上記に説明した理由のため、本発明に従って形成されるナノ積層構造によって示される微粒子構造は、寿命、耐疲労性、耐クレーター摩耗性、破壊靭性および耐酸化性に関して、穿孔およびフライス作業時に円柱構造よりも特に良好な切削性能を示す。
【００３８】
本発明に従って堆積した発明のコーティングに含まれる交互のＡおよびＢナノ層のナノ積層構造の平均残留応力σを測定した。堆積した発明のコーティングのうちいくつかの測定値を図７に示す。応力は、ｓｉｎ2ψ法を用いてＸＲＤ測定によって評価した。測定は、約４３°２θで２００ピークのＣｕＫα線を用いて行った。本発明に従って堆積したナノ積層コーティング構造の残留応力の計算に用いた方法を、発明のコーティング３の例を用いて図６に例示的に示す。発明のコーティング３は、交互のＡｌＴｉＮおよびＴｉＳｉＮナノ層のナノ積層構造を有し、全ナノ積層構造の平均組成は、エネルギ分散型ｘ線分光法によって測定すると、原子百分率で２０．３％Ｔｉ、１４．１８％Ａｌ、２．１５％Ｓｉおよび５５．３７％Ｎであった。二重層周期は５０ｎｍ未満であった。発明のコーティング３は、ＴｉＡｌＮ層の堆積のための、原子百分率で６０％Ａｌ／４０％Ｔｉの組成を有する粉末冶金複合ＴｉＡｌターゲットと、ＴｉＳｉＮ層の堆積のための、原子百分率で８５％Ｔｉ／１５％Ｓｉの組成を有する溶融冶金複合ＴｉＳiターゲットとを用いて、アークＰＶＤ技術によって堆積した。
【００３９】
本発明に係るコーティングの好ましい実施形態では、交互のナノ層ＡおよびＢのナノ積層構造が示す平均残留応力σは２〜５ＧＰａ、好ましくは２．５〜４ＧＰａ、より好ましくは２．８〜４ＧＰａである。残留応力のこれらの推奨値は、穿孔およびフライス作業に特に有利であり得る。
【００４０】
本発明の別の好ましい実施形態では、ｙ＝ｕ°＝０であるナノ積層される（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎは、それぞれ（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎおよび（Ｔｉ1-zＳｉz）Ｎナノ層の堆積のための粉末冶金技術によって作られたＡｌＴｉターゲットおよび溶融冶金技術によって作られたＴｉＳｉターゲットを原料として用いるアークＰＶＤ技術によって堆積される。
【００４１】
本発明のさらに好ましい実施形態では、ｙ＝ｕ°＝０であるナノ積層される（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎは、それぞれ（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎおよび（Ｔｉ1-zＳｉz）Ｎナノ層の堆積のための粉末冶金技術によって作られたＡｌＴｉターゲットおよびこれも粉末冶金技術によって作られたＴｉＳｉターゲットを原料として用いるアークＰＶＤ技術によって堆積される。
【００４２】
本発明に係るコーティング堆積の例１:
約５〜３０ｎｍの二重層周期を有するＡｌＴｉＮ／ＴｉＳｉＮコーティングを、以下のコーティング条件で、エリコンバルザース社のＩｎｎｏｖａ型のコーティング機械で高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍ上に堆積した。
【００４３】
Ｎ２圧力：６Ｐａ
基板バイアス電圧：−４０Ｖ（ＤＣ）
温度：５７０℃
ＡｌＴｉＮおよびＴｉＳｉＮナノ層の堆積のために、Ａｌ0.6Ｔｉ0.4およびＴｉ0.85Ｓｉ0.15の元素組成を有するターゲットをそれぞれ用いた。特許文献である国際公開第２０１０／０８８９４７号の図１５においてKrassnitzer等が提案する種類のアーク蒸発器を用いて、材料源ターゲットを蒸発させた。コーティング堆積のためにアーク蒸発器を調節することによって、内部（中心）永久磁石をターゲットに対して後退するように（後方に）位置決めし、外部永久磁石をターゲットに対して８ｍｍ離して位置決めした。コイル電流−０．３Ａおよびアーク電流１４０Ａを設定してアーク蒸発器を操作した。コーティングした切削工具を、表面品質を改善するために異なる機械的手法を用いて、コーティング後に後処理した。
【００４４】
例１に従ってコーティングした後処理済みの固体炭化物ドリルを切削試験１および３によって試験した。これらはすべての切削試験において見事に優れた切削性能を示し（図２および図４参照）、操作時間が約５０％増加した。切削試験の結果は、後処理の技術によって本質的に修正していない。
【００４５】
図２は、以下の切削パラメータによって、コーティングされた固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍを用いて行なった切削試験１によって得られた結果を示す：
切削速度ｖc：１８０ｍ／ｍｉｎ
送りｆ：０．２５２ｍｍ／ｒｅｖ
貫通孔の開口：４０ｍｍ
ワーク材料：Ｒｍ＝９００ＭＰａで１．７２２５（４２ＣｒＭｏ４）
図４は、以下の切削パラメータによって、コーティングされた固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍを用いて行なった切削試験３によって得られた結果を示す：
切削速度ｖc：１００ｍ／ｍｉｎ
送りｆ：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ
貫通孔の開口：４０ｍｍ
ワーク材料：ＥＮ−ＧＪＳ−６００−３（ノジュラー鋳鉄）
本発明に係るコーティング堆積の例２:
約８〜１５ｎｍの二重層周期を有するＡｌＴｉＮ／ＴｉＳｉＮコーティングを、以下のコーティング条件で、エリコンバルザース社のＩｎｎｏｖａ型のコーティング機械で高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍ上に堆積した。
【００４６】
Ｎ２圧力：５Ｐａ
基板バイアス電圧：−３０Ｖ（ＤＣ）
温度：５７０℃
ＡｌＴｉＮおよびＴｉＳｉＮナノ層の堆積のために、Ａｌ0.6Ｔｉ0.4およびＴｉ0.75Ｓｉ0.25の元素組成を有するターゲットをそれぞれ用いた。例１で説明したのと同じ種類のアーク蒸発器を用いて、材料源ターゲットを蒸発させた。磁石システムの調節については、内部永久磁石もターゲットに対して後方に位置決めし、外部永久磁石はＴｉＡｌおよびＴｉＳｉターゲットからそれぞれ８ｍｍおよび１０ｍｍ離して位置決めした。コイル電流−０．３Ａおよび−０．５Ａならびにアーク電流１４０Ａおよび１６０Ａを設定して、ＴｉＡｌおよびＴｉＳｉターゲットを蒸発させるためのアーク蒸発器をそれぞれ操作した。
【００４７】
本発明に係るコーティング堆積の例３:
約５〜３０ｎｍの二重層周期を有するＡｌＴｉＮ／ＴｉＳｉＮコーティングを、以下のコーティング条件で、エリコンバルザース社のＩｎｎｏｖａ型のコーティング機械で高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍ上に堆積した。
【００４８】
Ｎ２圧力：６Ｐａ
基板バイアス電圧：−５０Ｖ（ＤＣ）
温度：５００℃
ＡｌＴｉＮおよびＴｉＳｉＮナノ層の堆積のために、Ａｌ0.6Ｔｉ0.4およびＴｉ0.80Ｓｉ0.20の元素組成を有するターゲットをそれぞれ用いた。例１および２で説明したのと同じ種類のアーク蒸発器を用いて、材料源ターゲットを蒸発させた。アーク蒸発器は、例１で使用したのと同じパラメータで操作した。
【００４９】
例２および３に従って堆積したコーティングも、切削試験１および３で説明したのと同様の切削試験で非常に良好な切削性能を示した。
【００５０】
本発明に係るコーティング堆積の例４:
約５〜３０ｎｍの二重層周期を有する本発明に係るＡｌＴｉＮ／ＴｉＳｉＮコーティングを、高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍ上に堆積した。ＴｉＡｌおよびＴｉＳｉターゲットを蒸発させるために、米国特許出願連続番号第６１／３５７，２７２号に記載されている種類のアーク蒸発器を用いた。この種類のアーク蒸発器は、カソード（ターゲット）と、アノードと、磁界の流線をカソードの直接の近傍に配置されるアノードに導くことを可能にする磁気手段とを含む。コイル電流１．０Ａおよび１．２Ａならびにアーク電流２００Ａおよび１８０Ａを設定して、ＴｉＡｌおよびＴｉＳｉターゲットを蒸発させるためのアーク蒸発器をそれぞれ操作した。
【００５１】
例４に従ってコーティングした固体炭化物ドリルも後処理し、それらの切削性能を切削試験２によって評価した。切削試験２の結果を図３に示す。
【００５２】
図３は、以下のパラメータによって、コーティングされた固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍを用いて行なった切削試験２によって得られた結果を示す：
切削速度ｖc：８０ｍ／ｍｉｎ
送りｆ：０．２８４ｍｍ／ｒｅｖ
貫通孔の開口：４０ｍｍ
ワーク材料：Ｒｍ＝９００ＭＰａで１．７２２５（４２ＣｒＭｏ４）
本発明に係るコーティング堆積の例５：
約３０，５０，７５，１００，１５０，１８０，２００，２５０および３００ｎｍの二重層周期を有する本発明に係るＡｌＴｉＮ／ＴｉＳｉＮコーティングを、例４で使用したのと同じ種類のアーク蒸発器を用いて、高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍ上に数回に分けて堆積した。ＴｉＳｉおよびＡｌＴｉターゲットからの材料蒸発のために、１６０〜２００Ａおよび１８０〜２００Ａの範囲のアーク電流をそれぞれ設定した。コイル電流もそれに応じて調整した。
【００５３】
一般に、約３００ｎｍのナノ二重層周期を有するコーティングは著しく劣る切削性能を示したが、１００ｎｍ未満のナノ二重層周期を有するコーティングは特に最良の切削性能を示した。例４に従ってコーティングした高性能固体炭化物ドリルφ８．５ｍｍの切削試験の結果は、例１〜３に従ってコーティングした固体炭化物ドリルの切削試験によって得られた結果と比較して良好であった。
【００５４】
上述のアーク蒸発器を用いて、約３６〜４６ＧＰａのコーティング硬度値および約４００〜４７０ＧＰａのヤング率値を示す本発明に係るコーティングを堆積することができた。コーティング硬度およびヤング率の両値はナノ圧痕技術を用いて測定した。
【００５５】
さらに、本発明に従って堆積されたコーティングは、Ｘ線検査によって測定された組織強度２００／１００≧１０を示す。
【００５６】
ピーク幅の比ＰＷI_10/90は、式ＰＷI_10%／ＰＷI_90%を用いて計算した。ＰＷI_10%およびＰＷI_90%はそれぞれ最大ピーク強度の１０％および９０％におけるピーク２００の有効幅である。ピーク２００は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折を使用して２θ軸において約４３°で測定する。回折線は、ＣｕＫα2からの寄与、回折統計（平滑化）および背景に関して修正した。このようにして得られた、発明のコーティング１に含まれる交互のＡおよびＢ層のナノ積層構造において測定されるピーク２００を図８に例示的に示す。
【００５７】
本発明に従って堆積された交互のＡおよびＢ層（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎのナノ積層コーティング構造の特徴的なＰＷI_10/90の値を表１に報告する。
【００５８】
表１：発明のコーティング１，２，３および４に含まれる本発明に従って堆積されたナノ積層コーティング構造（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎについて測定されたＰＷI_10/90
【００５９】
【表１】
2014523968.tif 000006
【００６０】
本発明のさらに好ましい実施形態では、ナノ積層された（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎ／（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎは、上述の方法に従って、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折を使用して、２θ軸において約４３°で２００ピークで測定したピーク幅の比ＰＷI_10/90が７．５未満、好ましくは７未満である。
【００６１】
本発明は、好ましくは本体（１）を含むコーティング工具であるコーティング本体であって、当該本体の上に硬質の耐摩耗性ＰＶＤコーティングが堆積され、コーティングは、それぞれ交互のＡ層Ａ１，Ａ２，Ａ３，…ＡｎおよびＢ層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍのナノ積層構造（５）を有し、層Ａは（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎであり、０．５０≦ｘ≦０．６５および０≦ｙ≦０．１０であり、ｘ、１−ｘ−ｙおよびｙによって与えられる係数は、層Ａ中の元素量について元素のアルミニウム、チタンおよびタングステンのみを考慮すると、アルミニウム、チタンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応し、層Ｂは（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎであり、０．０５≦ｚ≦０．３０および０≦ｕ≦０．１０であり、１−ｚ−ｕ、ｚおよびｕによって与えられる係数は、層Ｂ中の元素量について元素のチタン、シリコンおよびタングステンのみを考慮すると、チタン、シリコンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応し、ナノ積層構造の厚みは０．０１〜３０μｍ、好ましくは１〜１５μｍであり、ＡおよびＢ層の個々の平均の厚みはそれぞれ１〜２００ｎｍ、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは１〜３０ｎｍであることを特徴とし、交互のＡおよびＢ層のナノ積層構造は微粒子構造を示すことを特徴とするコーティング本体を開示する。
【００６２】
より好ましくは、コーティング本体は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素系材料または高速度鋼の硬質合金の本体（１）を有する切削工具である。
【００６３】
好ましくは、交互のＡおよびＢ層のナノ積層構造に含まれるｄＡ１，ｄＡ２，ｄＡ３，…ｄＡｎと称されるＡ層（Ａ１，Ａ２，Ａ３，…Ａｎ）の厚みは、ｄＢ１，ｄＢ２，ｄＢ３，…ｄＢｍと称されるＢ層（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍ）の厚み以下であり、好ましくは、Ａ層の厚みはＢ層の厚みの３／４以下であり、ｄＡ１≦３／４ｄＢ１，ｄＡ２≦３／４ｄＢ２，ｄＡ３≦３／４ｄＢ３，ｄＡｎ≦３／４ｄＢｍである。
【００６４】
好ましくは、ナノ積層構造の全厚みの少なくとも一部において、
−Ａ層の厚みおよび／もしくはＢ層の厚みは、ｄＡ１＝ｄＡ２＝ｄＡ３…＝ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１＝ｄＢ２＝ｄＢ３…＝ｄＢｍであるように一定のままであり、ならびに／または
−Ａ層の厚みおよび／もしくはＢ層の厚みは、ｄＡ１≧ｄＡ２≧ｄＡ３…≧ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１≧ｄＢ２≧ｄＢ３…≧ｄＢｍであるように増大し、ならびに／または
−Ａ層の厚みおよび／もしくはＢ層の厚みは、ｄＡ１≦ｄＡ２≦ｄＡ３…≦ｄＡｎおよび／もしくはｄＢ１≦ｄＢ２≦ｄＢ３…≦ｄＢｍであるように減少する。
【００６５】
好ましくは、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造において、
−１つずつ交互に堆積されてナノ二重層周期を形成するＡ型のナノ層およびＢ型のナノ層の厚みの合計は３００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満、より好ましくは５〜５０ｎｍであり、
−ナノ積層コーティング構造は、１つずつ交互に堆積されてＡ１／Ｂ１／Ａ２／Ｂ２／またはＢ１／Ａ１／Ｂ２／Ａ２の多層構造を形成する少なくとも合計４個の個々のナノ層ＡおよびＢ、好ましくはＡ１／Ｂ１／Ａ２／Ｂ２／Ａ３／Ｂ３／Ａ４／Ｂ４／Ａ５／Ｂ５またはＢ１／Ａ１／Ｂ２／Ａ２／Ｂ３／Ａ３／Ｂ４／Ａ４／Ｂ５／Ａ５の多層構造を形成する少なくとも合計１０個の個々のナノ層を含む。
【００６６】
好ましくは、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造において、
−ナノ積層構造は、最大サイズがナノ積層コーティング構造の全厚みの１／３である粒子を含む微粒子構造を有する。
【００６７】
好ましくは、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造において、
−ナノ積層構造は、平均サイズが最大で１０００ｎｍ、好ましくは１０〜８００ｎｍ、より好ましくは１０〜４００ｎｍである粒子を含む微粒子構造を有する。
【００６８】
本発明によると、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造は、粒子が全方向においてほぼ同じ寸法を有する等軸構造であるか等軸構造を含み得る。
【００６９】
本発明によると、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造は、平均残留応力σが２．５〜５ＧＰａ、好ましくは３〜４ＧＰａであり得る。
【００７０】
本発明によると、上述のコーティング本体のコーティングに含まれるナノ積層コーティング構造は、ピーク幅の比ＰＷI_10/90が７．５未満、好ましくは７未満であり得、
−ＰＷI-10/90°＝°ＰＷI_10%／ＰＷI_90%であり、
−ＰＷI_10%およびＰＷI_90%は、それぞれ最大ピーク強度の１０％および９０％におけるピーク２００の有効幅であり、
−２００ピークは、２θ軸において約４３°でＣｕＫα線を用いたＸ線回折を使用して測定される。回折線はＣｕＫα2線からの寄与、回折統計（平滑化）および背景に関して修正された。
【００７１】
本発明に係るコーティングの好ましい実施形態では、コーティングは、
−基板（１）とナノ積層コーティング膜（５）との間に堆積される少なくとも１つの中間層（２）と、および／または
ナノ積層コーティング膜（５）の最も外側のナノ層の上に堆積される少なくとも１つの最上層（３）とを含む。
【００７２】
好ましくは、本発明に係るコーティング本体は、穿孔またはフライス削り工具である。
好ましくは、本発明に係るコーティング本体は、穿孔もしくはフライス作業のために、より好ましくは鋼鉄、ステンレス鋼もしくは鋳鉄の穿孔、または硬化鋼もしくはステンレス鋼のフライス削りのために使用される。
【００７３】
本発明に係るコーティング本体を製造するための好ましい方法は、アークＰＶＤ法であって、基板の表面上にナノ層状コーティング膜を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用することを特徴とし、少なくとも１つのアーク蒸発源は、ターゲット上に設けられ、ターゲットの表面の上または上方に磁界を発生させるための磁界構成を含み、磁界構成は周辺永久磁石およびターゲットの後ろに配置される少なくとも１つのリングオイルを含み、巻線によって規定されるリングオイルの内径はターゲットの直径以下であり、どのような場合でもターゲットの直径よりもかなり大きくはなく、周辺永久磁石はターゲットの表面に対して本質的に垂直にターゲットから離れるようにずらされ得、ターゲットの表面上への周辺永久磁石の突出は、ターゲットの表面上へのリングオイルの突出と比較してターゲットの表面の中心からさらに離れており、内側または内部の中心永久磁石はターゲットに対して後退するように後方に位置決めされ、外側または外部の永久磁石はターゲットに対して数ミリメートル、好ましくは６〜１０ｍｍ、より好ましくは約８ｍｍ離れて位置決めされる。好ましくは、本発明に係るナノ積層コーティング構造を堆積するためのこの方法を用いることによって、負のコイル電流が印加され、印加されるコイル電流は好ましくは−０．１〜−１Ａである。
【００７４】
本発明に係るコーティング本体を製造するためのさらに好ましい方法は、アークＰＶＤ法であって、基板の表面上にナノ層状コーティング膜を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用することを特徴とし、少なくとも１つのアーク蒸発源は、カソードとして用いられるターゲットと、カソードの直接の近傍に配置されるアノードと、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする磁気手段とを含む。好ましくは、本発明に係るナノ積層コーティング構造を堆積するためのこの方法を用いることによって、正のコイル電流が印加され、印加されるコイル電流は好ましくは０．５〜２Ａである。
【００７５】
好ましくは、本発明に係るナノ積層コーティング構造を堆積するために適用される方法は、コーティング原料として、
−アルミニウムおよびチタンおよび／もしくはタングステンを含む、粉末冶金技術によって作られた少なくとも１つの複合ターゲットがＡ型のナノ層の堆積のために用いられ、ならびに／または
−チタンおよびシリコンおよび／もしくはタングステンを含む、溶融冶金技術によって作られた少なくとも１つの複合ターゲットがＢ型のナノ層の堆積のために用いられることを含む。
【図１】
2014523968.tif 000007
【図５（ａ）】
2014523968.tif 000008
【図５（ｂ）】
2014523968.tif 000009
【図２】
2014523968.tif 000010
【図３】
2014523968.tif 000011
【図４】
2014523968.tif 000012
【図６】
2014523968.tif 000013
【図７】
2014523968.tif 000014
【図８】
2014523968.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月27日(2014.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互の少なくとも９０ａｔ．％ＡｌＴｉＮからなるＡナノ層および少なくとも９０ａｔ．％ＴｉＳｉＮからなるＢナノ層のナノ積層構造５を備えるコーティングが基板の表面に堆積され、前記ナノ積層構造を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用する、コーティング本体を製造するための方法であって、
前記少なくとも１つのアーク蒸発源は、ターゲット上に設けられ、前記ターゲットの表面の上または上方に磁界を発生させるための磁界構成を含み、前記磁界構成は周辺永久磁石と、中心永久磁石と、前記ターゲットの後ろに配置される少なくとも１つのリングオイルとを含み、巻線によって規定される前記リングオイルの内径は前記ターゲットの直径以下であり、どのような場合でも前記ターゲットの直径よりもかなり大きくはなく、前記ナノ積層構造を堆積する間、前記周辺永久磁石は、前記ターゲットの表面上への前記周辺永久磁石の突出が、前記ターゲットの表面上への前記リングオイルの突出と比較して前記ターゲットの表面の中心からさらに離れており、かつ前記中心永久磁石が前記ターゲットに対して後退するように後方に位置決めされるように、前記ターゲットに対して数ミリメートル離れて、前記ターゲットから離れて位置決めされることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記永久磁石と前記ターゲットとの間の距離は６〜１０ｍｍ、好ましくは約８ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
負のコイル電流が印加されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
印加される前記コイル電流は−０．１〜−１Ａであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
交互の少なくとも９０ａｔ．％ＡｌＴｉＮからなるＡナノ層および少なくとも９０ａｔ．％ＴｉＳｉＮからなるＢナノ層のナノ積層構造５を備えるコーティングが基板の表面に堆積され、前記ナノ積層構造を堆積するために少なくとも１つのアーク蒸発源を使用する、コーティング本体を製造するための方法であって、
前記少なくとも１つのアーク蒸発源は、カソードとして用いられるターゲットと、前記カソードの直接の近傍に配置されるアノードと、生成する磁界の流線が前記アノードに導かれる磁気手段とを含むことを特徴とする、方法。
【請求項６】
正のコイル電流が印加されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
印加される前記コイル電流は０．５〜２Ａ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】
前記ナノ積層構造を堆積するための原料として用いられるターゲットを各々が有する少なくとも２つのアーク蒸発源を用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法であって、
−前記少なくとも２つのアーク蒸発源の一方に含まれる前記ターゲットは、Ａ型の前記ナノ層を堆積するために用いられるアルミニウムおよびチタンを原子百分率で少なくとも主原料として含む複合ターゲットであり、
−前記少なくとも２つのアーク蒸発源の他方に含まれる前記ターゲットは、Ｂ型の前記ナノ層を堆積するために用いられるチタンおよびシリコンを原子百分率で少なくとも主原料として含む複合ターゲットである、方法。
【請求項９】
用いられる２つの前記複合ターゲットの少なくとも一方は粉末冶金技術によって作られることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ積層構造は、主原料として窒素を含む反応雰囲気中で堆積されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノ積層構造は、少なくとも主原料として窒素を含む反応雰囲気を有するコーティング室内で堆積されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記窒素の分圧は４〜７Ｐａであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ積層構造の堆積の間、負のＤＣバイアス電圧、好ましくは−２０〜−６０Ｖのバイアス電圧が印加されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ積層構造の堆積の間、前記基板は４５０℃以上７００℃以下の温度に維持されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の方法を用いてコーティングされた本体であって、
−堆積された前記Ａナノ層は、式（ＡｌxＴｉ1-x-yＷy）Ｎによって与えられる元素組成を有し、０．５０≦ｘ≦０．６５および０≦ｙ≦０．１０であり、ｘ、１−ｘ−ｙおよびｙによって与えられる係数は、前記ナノ層Ａ中の元素量について元素のアルミニウム、チタンおよびタングステンのみを考慮すると、アルミニウム、チタンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応し、
−堆積された前記Ｂナノ層は、式（Ｔｉ1-z-uＳｉzＷu）Ｎによって与えられる元素組成を有し、０．０５≦ｚ≦０．３０および０≦ｕ≦０．１０であり、１−ｚ−ｕ、ｚおよびｕによって与えられる係数は、前記ナノ層Ｂ中の元素量について元素のチタン、シリコンおよびタングステンのみ考慮すると、チタン、シリコンおよびタングステンの原子濃度にそれぞれ対応することを特徴とする、本体。
【国際調査報告】
2014523968.tif 000016
2014523968.tif 000017
2014523968.tif 000018