(57)【要約】  本発明は、ナノメートルオーダーの大きさの結晶粒径を有する少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングに関し、コーティング部分Ａは、コーティング部分Ｂと比較して、より大きい結晶粒径を有し、かつより高い弾性係数を示すことを特徴とする。本発明は、上記のコーティングで基板をコーティングするための方法であって、それにより（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの少なくともコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分ＢがＰＶＤ技術によって堆積される方法にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメートルオーダーの大きさの結晶粒径を有する少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングであって、コーティング部分Ａは、コーティング部分Ｂと比較して、より大きい結晶粒径を有し、かつより高い弾性係数を示すことを特徴とする、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項２】
コーティング部分Ｂはコーティング部分Ａ上に堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項３】
コーティング部分Ａについて測定されるチタンに関する原子百分率のアルミニウム分率および／または圧縮応力は、コーティング部分Ｂについて測定されるものよりも少なくとも若干低いことを特徴とする、請求項１または２に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項４】
コーティング部分ＡおよびＢの結晶粒径は５ｎｍと５０ｎｍとの間、好ましくは５ｎｍと３０ｎｍとの間であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項５】
コーティング部分Ａの結晶粒径ｇｚＡは、コーティング部分Ｂの結晶粒径ｇｚＢよりも少なくとも１．２５倍大きく、好ましくはｇｚＡ≧１．５・ｇｚＢ、より好ましくは１０・ｇｚＢ≧ｇｚＡ≧１．５・ｇｚＢ、さらにより好ましくは４・ｇｚＢ≧ｇｚＡ≧１．８・ｇｚＢであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項６】
コーティング部分ＡおよびＢの両方は、面心立方結晶構造を有し、かつ主として（２００）結晶学的組織を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項７】
コーティング部分ＡおよびＢの両方は、３７ＧＰａと５５ＧＰａとの間の硬度、および／または４１０ＧＰａと４５０ＧＰａとの間の弾性係数値を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項８】
コーティング部分Ａの厚さｔｈＡはコーティング部分Ｂのコーティング厚さｔｈＢよりも小さく、好ましくは１．２・ｔｈＡ≦ｔｈＢ≦８・ｔｈＡ、より好ましくは１．５・ｔｈＡ≦ｔｈＢ≦３・ｔｈＡであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基板。
【請求項１０】
基板は工具であり、特に切削工具であり、より特定的には鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素を含むか、または鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素からなる切削工具であることを特徴とする、請求項９に記載の基板。
【請求項１１】
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの少なくともコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂは、ＰＶＤ技術によって堆積されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の基板をコーティングするための方法。
【請求項１２】
少なくとも（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、反応性アークイオンめっき堆積技術が用いられ、それによりチタンおよびアルミニウムを含む少なくとも１つのターゲットが材料源として用いられ、コーティング形成のために、窒素または本質的に窒素を含むガスが反応性ガスとして用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含むアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１５】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ｂを堆積するために、コーティング部分Ａを堆積するために印加されるものと比較して、より負の値を有するバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加されることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
基板上にコーティングを堆積するためのＰＶＤ法であって、前記コーティングは少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有し、前記コーティング部分ＡおよびＢは、好ましくはナノメートルオーダーの大きさの異なる結晶粒径を有し、コーティング部分Ａはコーティング部分Ｂよりも大きい平均結晶粒径を有し、コーティング部分Ａの堆積中に生成されるプラズマは、コーティング部分Ｂの堆積中と比較して、より低い電子温度および／または反応性ガスのより低いイオン化を有することを特徴とする、方法。
【請求項１８】
ＰＶＤ法は、反応性アーク蒸着ＰＶＤ法であることを特徴とする、請求項１７に記載のＰＶＤ法。
【請求項１９】
コーティング部分Ａを堆積するために、および／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含む少なくとも１つのアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、請求項１８に記載のＰＶＤ法。
【請求項２０】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２１】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するために印加されるよりも絶対値が小さい負のバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加されることを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２２】
コーティング部分ＡおよびＢを堆積するために、同じ元素からなり、かつ原子百分率で同じ化学組成を有する同じ種類のターゲット材料が用いられることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２３】
コーティング部分Ａおよび／またはＢを堆積するために用いられるターゲットの少なくとも１つは、粉末冶金技術によって作製されることを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウムチタン（（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ）コーティングシステムおよびそれを基板表面上に配置するための方法に関する。より具体的には、発明は、調整された形態を有し、かつ機械加工における切断性能の増大を呈する窒化アルミニウムチタンコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムチタンを含む薄いコーティングは、機械加工において高性能の切削工具を得るために一般に用いられる。この種のコーティングの開発は１９８０年からすでに周知である。最近では、切削加工によって窒化アルミニウムチタンコーティングの性能を向上させることがより試みられている。多くの場合、単層コーティングシステムに他の元素を追加することにより（たとえば（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ）、または多層コーティングシステムにおける他のコーティング材料との組合わせにより（たとえば（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ／Ａｌ２Ｏ３）、ＡｌＴｉＮベースのコーティングの温度安定性、耐酸化性、および耐摩耗性を大幅に向上させることができると報告されている。ＡｌＴｉＮベースのコーティングの開発によって広く研究されている他の重要な局面は、コーティング結晶性、粒径、元素組成、構造等の影響である。
【０００３】
ＷＯ２０１１０４１０６３の著者らは、たとえば窒化アルミニウムチタンコーティングは、これらのコーティングが約０重量％と１５重量％との間の六方晶相および元素組成（Ａｌｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｎを有し、ｘは約０．５３モル〜約０．５８モルの範囲にある場合、エンドミルに使用される超硬タングステン合金切削工具について非常に良好な加工特性を呈することができると報告した。彼らは、これらのコーティングは好ましくは約１０〜４０ナノメートルの範囲の平均結晶粒径を有し、Ｘ線回折を特徴とする結晶学的組織を有する立方晶相を呈し、約４．５〜約１０の範囲のピーク強度比（２００）対（１１１）を有することも示している。
【０００４】
ＪＰ２６４４７１０の著者らは、元素組成（Ａｌｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｎ、０．５６≦ｘ≦０．７０を有する窒化アルミニウムコーティングは高硬度の耐摩耗性および優れた高温酸化を同時に呈することを報告した。
【０００５】
ＷＯ２０１１０３４４９２の著者らは、ＡｌＴｉＮコートされた切削工具の切削性能の向上または工具寿命の延長を報告している。この窒化アルミニウムチタンコーティングは、窒素雰囲気におけるＴｉ０．３３Ａｌ０．６７およびＴｉ０．３０およびＡｌ０．７０ターゲットからの反応性ＰＶＤアーク蒸着によって基板バイアス電圧を連続的に変動させることによって堆積された。ＷＯ２０１１０３４４９２に係る堆積プロセスは、（活性ターゲットを維持しながら）コーティング堆積中に基板バイアス電圧を変動させる少なくとも１つのシーケンスを含み、基板バイアス電圧を変動させるシーケンスは、サブシーケンスＳｉを含む。サブシーケンスＳｉ中の基板バイアス電圧は次のように調整されるかまたは変動される。ａ）１０秒と６０分との間の堆積時間Ｔｉ中に、第１の基板バイアス電圧Ｂｉを調整し、維持する。ｂ）１０秒と４０分との間のランピング時間Ｒｉ中に、基板バイアス電圧を第２の基板バイアス電圧Ｂｉ＋１に徐々に変化させる。ここで｜Ｂｉ−Ｂｉ＋１｜≧１０Ｖである。サブシーケンスＳｉは、ｉ＝ｎとなるまで繰り返される。ここでｉ＝０，１，２，…ｎであり、ｎ≧２であり、各新たなサブシーケンスは、先のサブシーケンスが終了するときに使用されている同じ基板バイアス電圧で開始する。
【０００６】
しかし、この論題における多量の開発作業にもかかわらず、機械加工装置における切削性能の向上の必要性から、窒化アルミニウムチタンコーティングの特性および堆積プロセスについてのより広範な研究が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的
本発明の目的は、高性能切削工具のための窒化アルミニウムチタンコーティングシステム、特に従来技術と比較してより高い生産性を可能にする、切削インサート用の広帯域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、上記高性能のコーティングされた工具を製造するための、産業に適したコーティング方法を提供することである。また、本発明に係るコーティング方法は、可能な限り所望の製品を安定して製造することができ、かつ単純であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の説明
上記の目的は、調整された形態を有する窒化アルミニウムチタン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、本発明により実現される。双方とも、特に高性能切削工具の効率を向上させるように設計される。
【０００９】
本発明に係る（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングは、主に異なる形態構造を特徴とする２つの異なる領域、すなわちコーティング部分ＡおよびＢを有する単層コーティングである。
【００１０】
発明者らは驚くべきことに、コーティング部分Ａがコーティング部分Ｂよりも基本的により顕著な柱状の形態構造とより大きい結晶粒径とを有する時に（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングの切削性能を大幅に向上させることができることを見出した。さらに、コーティング部分ＡおよびＢの両方における結晶粒径がナノメートルオーダーの大きさである、本発明によって作製された（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングによって、より良い切削性能が得られた。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、コーティング部分Ａの結晶粒径ｇｚＡは、コーティング部分Ｂの結晶粒径ｇｚＢよりも少なくとも１．２５倍大きく、好ましくはｇｚＡ≧１．５・ｇｚＢ、より好ましくは１０・ｇｚＢ≧ｇｚＡ≧１．５・ｇｚＢ、さらにより好ましくは４・ｇｚＢ≧ｇｚＡ≧１．８・ｇｚＢである。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態では、コーティング部分Ａのコーティング厚さｔｈＡはコーティング部分Ｂのコーティング厚さｔｈＢよりも小さく、ｔｈＡ＜ｔｈＢである。好ましくは１．２・ｔｈＡ≦ｔｈＢ≦８・ｔｈＡ、より好ましくは１．５・ｔｈＡ≦ｔｈＢ≦３・ｔｈＡである。
【００１３】
本発明の他のさらなる実施形態では、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングは、粉末冶金合金ＴｉＡｌターゲットを原料物質として用いて、陰極アーク蒸着によって生成される。好ましくは、ターゲットの原子元素組成はＴｉｘＡｌｘ−１であり、ここで０．３０≦ｘ≦０．７０である。
【００１４】
本発明のさらなる好ましい実施形態では、アノード表面への電子軌跡と、したがってプラズマ中の電子温度およびコーティングチャンバ内の反応性ガスのイオン化度とに影響を与えるために、ターゲット表面上の磁界構成をコーティング堆積中に変動させる。本発明のこの好ましい実施形態によれば、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングにおいて異なる所望の形態構造ＡおよびＢを得るために、電子温度および反応性ガスのイオン化度は、コーティング堆積中に強く影響を受ける。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態では、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの堆積中の電子温度および反応性ガスのイオン化度は、可能な限り低く維持される。
【００１６】
異なる切削工具は、本発明に従って堆積された異なるバージョンの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングでコーティングされ、本発明に係る（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングでコーティングされた切削工具の切削性能の大幅な向上は、切削試験によって確かめることができる。特に、クレータ摩耗の著しい減少と工具寿命の著しい増加が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】切削試験１におけるミリング加工による切削性能の比較であって、切削試験１における試験条件は、材料：１．４５７１、工具：カーバイドインサートＡＤＫＴ１５０５、切削パラメータ：Ｖｃ＝１２５ｍ／分、ｆｚ＝０．１５ｍｍ、ａｐ＝４ｍｍ、ａｅ＝３５ｍｍ、加工：フェースミリング／ドライである図である。
【図２】切削試験２における旋削加工による切削性能の比較であって、切削試験２における試験条件は、材料：１．４５７１、工具：ＣＮＭＧ４３２、切削パラメータ：Ｖｃ＝１８０ｍ／分、ｆｚ＝０．２５ｍｍ、ａｐ＝２ｍｍ、加工：ウェットカッティング／外側旋削、基準：Ｖｂｍａｘ≧２０５μｍである図である。
【図３】切削試験３における旋削加工による切削性能の比較であって、切削試験３における試験条件は、材料：１．２３４４  ４５ＨＲＣ、工具：エンドミルφ１０ｍｍ、切削パラメータ：Ｖｃ＝１８０ｍ／分、ｆｚ＝０．１ｍｍ、ａｐ＝１０ｍｍ、ａｅ＝０．５ｍｍ、加工：ウェットカッティング／仕上げ、基準：Ｖｂｍａｘ≧１００μｍである図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下のいくつかの実験手順および結果を、本発明の実装法の一例として説明する。
アークイオンめっき堆積技術によって、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングを切削インサート上に堆積した。元素組成Ａｌ０．５５Ｔｉ０．４５、Ａｌ０．６Ｔｉ０．４、Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３、およびＡｌ０．７Ｔｉ０．３を有するターゲットを、反応性窒素雰囲気において（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの堆積のための材料源として用いた。米国特許出願番号第６１／３５７２７２号においてＫｒａｓｓｎｉｔｚｅｒ他によって提案されている種類のアーク蒸着装置を用いて、当該ターゲット材料を蒸発させた。この種のアーク蒸着装置は、カソード（ターゲット）と、アノードと、カソードのすぐ近傍に配置されているアノードに磁界の流線を導くことを可能にする磁気手段とを含む。電子温度および反応性ガスのイオン化度、この場合はコーティングチャンバ内の窒素ガスのイオン化度は、適切な値のコイル電流を調整することによって異なるコーティング部分ＡおよびＢを生成するために影響を受ける。コーティング部分Ａは基板上に堆積され、コーティング部分Ｂはコーティング部分Ａ上に堆積される。いくつかの場合、基板とコーティング部分Ａとの間に中間層が堆積された。一般に、コーティング部分Ａの堆積のための使用コイル電流ＣＣＡおよび基板バイアス電圧ｓｂｖＡは、コーティング部分Ｂの堆積のための対応する使用値、ＣＣＢおよびｓｂｖＢよりも高く、したがってＣＣＡ＞ＣＣＢおよびｓｂｖＡ＞ｓｂｖＢであった。
【００１９】
ＣＣＡおよびｓｂｖＡならびにＣＣＢおよびｓｂｖＢの値を、ランプを使用することなく、部分ＡおよびＢの各対応する堆積の開始時にそれぞれ調整し、次いで部分ＡおよびＢの各対応する堆積時間が完了するまでそれぞれ一定に維持した。使用コイル電流は、０Ａと２Ａとの間で変動した。
【００２０】
さらに、上記の例に対応する発明に係る堆積されたコーティングを、特に次の分析技術：エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、およびナノ押込法を用いて分析した。
【００２１】
基本的に、堆積されたコーティングの両方の部分ＡおよびＢは、面心立方構造を有し、かつ主として（２００）結晶学的組織を有する。一般に、観察される柱状構造は、コーティング部分Ｂよりもコーティング部分Ａの方が顕著である。さらに、コーティング部分Ｂと比較して、結晶粒径、硬度および弾性係数の増大がコーティング部分Ａにおいて観察された。結晶粒径値はナノメートルオーダーの大きさであった。５ｎｍと５０ｎｍとの間の結晶粒径を有するコーティングにおいて、特に良好な切削性能が観察された。硬度値は、３７ＧＰａと５５ＧＰａとの間で変動した。弾性係数値は、４１０ＧＰａと４５０ＧＰａとの間で変動した。コーティング部分Ａで測定されたチタンに対する原子百分率のアルミニウム分率および圧縮応力は、コーティング部分Ｂで測定されたものよりも一般に若干低かった。
【００２２】
本発明に従って堆積された（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングでコーティングされた切削インサートを用いたミリングおよび旋削試験の切削性能結果を図１および図２に示す。得られた結果は、他の４つの異なる市販の既成の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングと比較して図１および図２に表示されている。
【００２３】
さらに、コーティング部分Ａまたはコーティング部分Ｂに対応する構造のみを含む（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングは、向上した高い切削性能を示さないことが確認された。結果は図３において観察することができる。
【００２４】
本発明の文脈において、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎコーティングおよび（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングという用語は同じ意味を有し、したがって区別せずに用いられる。
【００２５】
コーティングプロセスに一般に使用されるアーク蒸着装置はカソードを含むが、明確なアノードは含まない。なぜなら、アノードはコーティングチャンバの壁によって構成されるからである。この理由により、アノードを得るために、カソードにおいて生成される電子のより多くがプラズマを通過しなければならない。この理由により、アークＰＶＤコーティングプロセス中により多くの電子がプラズマに到達する。
【００２６】
本発明の場合、上述したように、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの生成に使用されるアーク蒸着装置は特別な構造を有し、アノードはカソードの周囲に配置され、磁界構造が大部分の電子がカソードからアノードにそれることも助け、アークＰＶＤプロセス中に電子がプラズマに到達することを回避する。それにより、カソードで生成される電子の、プラズマに到達する量を少なくすることが可能となり、その結果、上述の本発明の好ましい実施形態の一つに記載したように、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの堆積中のプラズマにおける電子温度および反応性ガスのイオン化度を可能な限り低く維持することが可能である。
【００２７】
カソードから、カソードのごく近傍に配置されたアノードに電子がそれることを可能にする構造を有するアーク蒸着装置の使用により、コイル電流および基板バイアス電圧を調整することによって、本発明に係る部分ＡおよびＢを有するコーティングを形成するために必要なプロセス条件を生成することが可能であった。より高いコイル電流は、カソードからアノードへ電子がより大きくそれることと対応付けられた。
【００２８】
印加される基板バイアス電圧ｓｂｖＡおよびｓｂｖＢは、−３０Ｖと−２００Ｖとの間で変動した。ｓｂｖＡ＞ｓｂｖＢである。
【００２９】
実現された実験によれば、本発明に従ってコーティングされた切削工具は、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａを堆積するために、印加される基板バイアス電圧が−１５０Ｖ以上（ｓｂｖＡは−１５０Ｖより大きい負の値は有さない）であり、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａを堆積するために、印加される基板バイアス電圧が−２００Ｖ以上（ｓｂｖＢは−２００Ｖより大きい負の値は有さない）場合、特に良好な切削性能を示す。換言すると、コーティング部分Ａの堆積中に基板に印加されるバイアス電圧がコーティング部分Ｂの堆積中に印加されるよりも絶対値が低い場合、本発明に従って非常に良好な切削性能を得ることができる。
【００３０】
特に、粉末冶金技術によって作製されるターゲットをコーティング堆積に使用することができるが、他の技術によって作製された合成ターゲットまたは合金ターゲットも使用することができる。
【００３１】
コーティングの密着性を向上させる必要がある場合には、それぞれのコーティング部分ＡおよびＢの堆積の開始時にコイル電流および／またはバイアス電圧などのコーティングパラメータを徐々に（たとえばランプを用いて）調整することが推奨され得る。
【００３２】
多くの場合、コーティング部分ＡおよびＢ両方の結晶粒径が３０ｎｍ未満であるとき、本発明に従ってコーティングされた超硬合金切削工具によって特に良好な切削性能が示された。特に、いくつかの場合、コーティング部分Ａの平均結晶粒径は約２０ｎｍ以下であり、コーティング部分Ｂの平均結晶粒径は約１０ｎｍ以下であった。
【００３３】
同様に、コーティング部分Ａの原子百分率でのＡｌ含有量１−ＸＡがコーティング部分ＢのＡｌ含有量１−ＸＢよりもおよそ４〜１０％低い場合：
・すなわち０．０４≦（（１−ＸＢ）−（１−ＸＡ））／（１−ＸＡ）≦０．１０である場合、
・より特定的には、０．０４≦（（１−ＸＢ）−（１−ＸＡ））／（１−ＸＡ）≦０．０６である場合、
本発明に係るコーティングされた切削工具によって、いくつかの用途のために特に良好な切削性能が得られた。
【００３４】
さらに、コーティング部分Ａの圧縮応力がコーティング部分Ｂよりも１５％以上低い、好ましくは２０％以上低い本発明に従って堆積されたコーティングは、特に良好な切削性能を示した。
【００３５】
本発明に係るコーティングは、あらゆる種類の基板に適用することができる。
特に、本発明に係るコーティングは、摩擦接触にさらされることになる表面を保護するために使用される。
【００３６】
本発明に係るコーティングは、硬度、耐摩耗性、耐酸化性などといった、摩擦接触にさらされる表面のいくつかの摩擦特性も向上させることができる。特に、本発明に係るコーティングは、機械部品および工具をコーティングするために使用することができる。
【００３７】
本発明に係るコーティングは、切削工具の切削性能を向上させるのに特に有利であり得る。
【００３８】
たとえば、本発明に係るコーティングされた切削工具の基板は、鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素を含むことができ、または鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素からなることができる。
【００３９】
本発明に従って堆積された（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの全コーティング厚さは、好ましくは０．５μｍ以上３０μｍ以下である。
【図１】
2014532117.tif 000003
【図２】
2014532117.tif 000004
【図３】
2014532117.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月12日(2014.6.12)
【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】
ナノメートルオーダーの大きさの結晶粒径を有する少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングであって、コーティング部分Ａは、コーティング部分Ｂと比較して、より大きい結晶粒径を有し、かつより高い弾性係数を示すことを特徴とする、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項２】
コーティング部分Ｂはコーティング部分Ａ上に堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項３】
コーティング部分Ａについて測定されるチタンに関する原子百分率のアルミニウム分率および／または圧縮応力は、コーティング部分Ｂについて測定されるものよりも低いことを特徴とする、請求項１または２に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項４】
コーティング部分ＡおよびＢの結晶粒径は５ｎｍと５０ｎｍとの間であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項５】
コーティング部分Ａの結晶粒径ｇｚＡは、コーティング部分Ｂの結晶粒径ｇｚＢよりも少なくとも１．２５倍大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項６】
ｇｚＡ及びｇｚＢが、１０・ｇｚＢ≧ｇｚＡ≧１．５・ｇｚＢを満たすことを特徴とする、請求項５に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項７】
コーティング部分ＡおよびＢの両方は、面心立方結晶構造を有し、かつ（２００）結晶学的組織を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項８】
コーティング部分ＡおよびＢの両方は、３７ＧＰａと５５ＧＰａとの間の硬度、および／または４１０ＧＰａと４５０ＧＰａとの間の弾性係数値を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項９】
コーティング部分Ａの厚さｔｈＡはコーティング部分Ｂのコーティング厚さｔｈＢよりも小さいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項１０】
ｔｈＡ及びｔｈＢが、１．２・ｔｈＡ≦ｔｈＢ≦８・ｔｈＡを満たすことを特徴とする、請求項９に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティング。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基板。
【請求項１２】
基板が切削工具であることを特徴とする、請求項１１に記載の基板。
【請求項１３】
切削基板は、鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素を含むか、または鋼および／もしくは超硬合金、および／もしくはセラミック、および／もしくは立方晶窒化ホウ素からなることを特徴とする、請求項１２に記載の基板。
【請求項１４】
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングの少なくともコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂは、ＰＶＤ技術によって堆積されることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基板をコーティングするための方法。
【請求項１５】
少なくとも（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、反応性アークイオンめっき堆積技術が用いられ、それによりチタンおよびアルミニウムを含む少なくとも１つのターゲットが材料源として用いられ、コーティング形成のために、窒素または本質的に窒素を含むガスが反応性ガスとして用いられることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ａおよび／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含むアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎコーティングのコーティング部分Ｂを堆積するために、コーティング部分Ａを堆積するために印加されるものと比較して、より負の値を有するバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加されることを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
基板上にコーティングを堆積するためのＰＶＤ法であって、前記コーティングは少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有し、前記コーティング部分ＡおよびＢは、ナノメートルオーダーの大きさの異なる結晶粒径を有し、コーティング部分Ａはコーティング部分Ｂよりも大きい平均結晶粒径を有し、コーティング部分Ａの堆積中に生成されるプラズマは、コーティング部分Ｂの堆積中と比較して、より低い電子温度および／または反応性ガスのより低いイオン化を有することを特徴とする、方法。
【請求項２０】
ＰＶＤ法は、反応性アーク蒸着ＰＶＤ法であることを特徴とする、請求項１９に記載のＰＶＤ法。
【請求項２１】
コーティング部分Ａを堆積するために、および／またはコーティング部分Ｂを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含む少なくとも１つのアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、請求項２０に記載のＰＶＤ法。
【請求項２２】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２３】
コーティング部分Ａを堆積するために、コーティング部分Ｂを堆積するために印加されるよりも絶対値が小さい負のバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加されることを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２４】
コーティング部分ＡおよびＢを堆積するために、同じ元素からなり、かつ原子百分率で同じ化学組成を有する同じ種類のターゲット材料が用いられることを特徴とする、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【請求項２５】
コーティング部分Ａおよび／またはＢを堆積するために用いられるターゲットの少なくとも１つは、粉末冶金技術によって作製されることを特徴とする、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載のＰＶＤ法。
【国際調査報告】
2014532117.tif 000006
2014532117.tif 000007