(57)【要約】  アーク蒸着（アークＰＶＤ）による、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層の基材上への付着用ターゲットであって、このターゲットは少なくとも２種の異なる金属を含む。本発明によりできるだけマクロ粒子（液滴）の少ない混合結晶層を形成するため、この金属のうち融点の最も低い金属がセラミック化合物中、すなわち金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属オキシ窒化物、金属オキシ炭化物、金属オキシ炭窒化物、金属ホウ化物、金属硼窒化物、金属硼炭化物、金属硼炭窒化物、金属硼オキシ窒化物、金属硼オキソ炭窒化物、金属オキソ硼窒化物、ケイ酸塩又はこれらの混合物としてターゲット中に存在し、前記融点の最も低い金属とは異なる少なくとも１種の金属が元素（金属）形態でターゲット中に存在する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク蒸着（アークＰＶＤ）による、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層の基材上への付着用ターゲットであって、このターゲットは少なくとも２種の異なる金属を含み、この金属のうち融点が最も低い金属がセラミック化合物に、すなわち金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属オキシ窒化物、金属オキシ炭化物、金属オキシ炭窒化物、金属ホウ化物、金属硼窒化物、金属硼炭化物、金属硼炭窒化物、金属硼オキシ窒化物、金属硼オキソ炭窒化物、金属オキソ硼窒化物、ケイ酸塩又はこれらの混合物としてターゲット中に存在し、前記融点が最も低い金属とは異なる少なくとも１種の金属が元素（金属）形態でターゲット中に存在することを特徴とするターゲット。
【請求項２】
ターゲット中の少なくとも２種の異なる金属が、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、リチウム、硼素、アルミニウム、スズ及び珪素からなる群より選ばれ、好ましくはターゲット中の金属が少なくともアルミニウム及びクロムであり、特に好ましくはターゲット中の金属がアルミニウム及びクロムのみであることを特徴とする、請求項１記載のターゲット。
【請求項３】
融点が最も低い金属が２成分化合物として、好ましくは金属酸化物、金属炭化物もしくは金属窒化物として、特に好ましくは金属酸化物としてターゲット中に存在することを特徴とする、請求項１又は２に記載のターゲット。
【請求項４】
融点が最も低い金属が、1500℃未満、好ましくは1000℃未満、特に好ましくは700℃未満の融点を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項５】
融点が最も低い金属がターゲット中に存在するセラミック化合物が、少なくとも1200℃の融点及び／又は融点が最も低い純水な金属の融点よりも少なくとも400℃高い融点を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項６】
融点が最も低い、セラミック化合物中のターゲット中に存在する金属が、２〜９９原子％、好ましくは５〜９０原子％又は１０〜８０原子％又は２０〜７０原子％又は３０〜６０原子％の量でターゲット中に存在することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項７】
融点が最も低い金属とは異なる少なくとも１種の金属も、元素（金属）形態に加えて、セラミック化合物に、すなわち金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属オキシ窒化物、金属オキシ炭化物、金属オキシ炭窒化物、金属ホウ化物、金属硼窒化物、金属硼炭化物、金属硼炭窒化物、金属硼オキシ窒化物、金属硼オキソ炭窒化物、金属オキソ硼窒化物、ケイ酸塩又はこれらの混合物として、それぞれの金属に関して１０原子％まで又は２０原子％まで又は３０原子％まで又は４０原子％まで又は５０原子％まで又は６０原子％まで又は７０原子％までの比でターゲット中に存在することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項８】
熱間等静圧圧縮成形により製造される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項９】
アーク蒸着（アークＰＶＤ）による、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層を基材上に付着させる方法であって、請求項１〜８のいずれか１項に記載の少なくとも１つのターゲットを用いることを特徴とする方法。
【請求項１０】
基材とこれに付着された単層もしくは多層コーティングを含む切削工具であって、前記多層コーティングの少なくとも１つの層が請求項９記載の方法により形成された混合結晶層である切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク蒸着（アークＰＶＤ）による、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層の基材上への付着用ターゲットであって、このターゲットは少なくとも２種の異なる金属を含むターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属切削機械加工において材料を加工する際に、それに付随する工具に対する高い要求がある。それは、耐摩耗性、目的に応じた硬度、靭性及び耐温度性を含む。これらの特性を与えるため、工具は通常、高い耐摩耗性及び好適な接着性及び切削特性を有する、金属硬質物質、酸化物層等のコーティングを有する硬質金属、サーメット、スチールもしくは硬質高速度スチールより形成されている。これらのコーティングはＣＶＤ法（化学気相蒸着）もしくはＰＶＤ法（物理気相蒸着）を用いて適用される。ＰＶＤ法に関して、付着される材料の蒸着には様々なものが用いられる。コーティング工具として、カソードスパッタリング（スパッター付着）、アーク蒸着（アークＰＶＤ）、マグネトロンスパッタリング、反応性マグネトロンスパッタリング及び高出力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＰＩＭＳ）がしばしば用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マグネトロンスパッタリングの利点は、ターゲットの蒸発もしくは昇華が粒子の分離を含み、微細なコーティングを形成することである。しかしながらこの方法の欠点は、必要なプロセスガス流の制御が困難なことである。さらにマグネトロンスパッタリング法における酸化アルミニウム層の付着において、特に好ましい耐摩耗性α相が少量のみ付着するという欠点がある。
【０００４】
これに対し、アーク蒸着法（アークＰＶＤ）を用いるＰＶＤコーティング法において、酸化アルミニウム層の付着における高いイオンエネルギーレベルのため、コーティングに高い割合のα相を達成することが可能である。この方法において、アークはターゲットにおいて数千度のオーダーのとても高い温度を発生し、これは基材へ付着させるターゲット材料の望ましい蒸発もしくは昇華を引き起こす。しかしながら、アークの衝突点の周囲では、例えば500〜1000℃の低い温度のゾーンが存在し、あるターゲット金属の場合にはマクロ粒子の分離が起こり、これは液滴とよばれ、基材上に付着する。この液滴は、マグネトロンスパッタリングにより形成された層と比較して、付着した層の望ましくない粗さの原因となる。さらに、この液滴は通常純粋な金属であり、高度が低レベルでありかつ酸化の傾向があるため、コーティングを弱くする原因となる。
【０００５】
本発明の目的は、ＰＶＤ法により、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層を基材上に付着させるための、マクロ粒子（液滴）を可能な限り排除した混合結晶層が得られるターゲットを形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、少なくとも２種の異なる金属を含み、融点が最も低い金属がセラミック化合物に、すなわち金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属オキシ窒化物、金属オキシ炭化物、金属オキシ炭窒化物、金属ホウ化物、金属硼窒化物、金属硼炭化物、金属硼炭窒化物、金属硼オキシ窒化物、金属硼オキソ炭窒化物、金属オキソ硼窒化物、ケイ酸塩又はこれらの混合物としてターゲット中に存在し、前記融点が最も低い金属とは異なる少なくとも１種の金属が元素（金属）形態でターゲット中に存在する、本明細書に記載のターゲットにより達成される。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のターゲットの場合、融点が最も低い金属はセラミック化合物中に存在し、従って純水な金属よりも高い融点を有する。これは金属が、溶融したマクロ粒子もしくは液滴の形態でアークの衝突点の温度の低い境界周囲で分離することを低減するもしくは防ぐ。高溶融ターゲット材料の場合に、液滴形成の問題が大きく低減されるもしくは完全に排除される。本発明のターゲットは、液滴形成の低減及びコーティング品質の改良を達成することを可能にする。
【０００８】
本発明の態様において、ターゲット中の少なくとも２種の金属は、元素スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、リチウム、硼素、アルミニウム、スズ及び珪素からなる群より選ばれる。好ましくはターゲット中の金属は、少なくともアルミニウム及びクロムであり、特に好ましくはターゲット中の金属は、アルミニウム及びクロムのみであり、ここでアルミニウムが約660℃の融点を有する、融点の低い金属であり、クロムが約1860℃の融点を有する融点の高い金属である。
【０００９】
本発明の他の態様において、融点が最も低い金属は２成分化合物として、好ましくは金属酸化物、金属炭化物もしくは金属窒化物として、特に好ましくは金属酸化物としてターゲット中に存在する。
【００１０】
本発明の他の好ましい態様において、ターゲットは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3)及び金属クロム（Ｃｒ）を含む。または、ターゲットは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3)及び金属クロム（Ｃｒ）とクロムのセラミック化合物、特に窒化クロム（ＣｒＮ）との組み合わせを含む。
【００１１】
融点が最も低い金属は、望ましくは1500℃未満、好ましくは1000℃未満、特に好ましくは700℃未満の融点を有する。ターゲット中において融点が最も低い金属が存在するセラミック化合物は、通常純粋な金属よりもはるかに高い融点を有し、好ましくはこの融点は少なくとも1200℃である。ターゲット中において融点が最も低い金属が存在するセラミック化合物の融点は純水な金属の融点よりも少なくとも400℃高い。
【００１２】
本明細書に記載の融点は、標準的な条件、すなわち1.013バールの圧力において適用するものであり、特に示さない限り、純水な金属について述べたものである。
【００１３】
本発明の好ましい態様において、融点が最も低い、セラミック化合物中に存在する金属は、２〜９９原子％の量でターゲット中に存在する。融点が最も低い金属のターゲット中における割合が低いと、形成されるコーティングに導入されるその金属が少なくなってしまう。好ましくは、融点が最も低い、セラミック化合物中に存在する金属は、ターゲット中に５〜９０原子％又は１０〜８０原子％又は２０〜７０原子％又は３０〜６０原子％の量で含まれる。
【００１４】
好ましくは、本発明のターゲット中には２種の金属、すなわち低融点金属及び高融点金属、特に好ましくはアルミニウム及びクロム、が含まれ、ここでアルミニウムはセラミック形態で、好ましくは酸化アルミニウムとして含まれる。しかしながら、高融点金属（複数種存在する場合を含む）もターゲット中に存在してよく、ただし、元素（金属）形態で、それぞれの金属について１０原子％以下の比でセラミック化合物中に、すなわち金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属オキシ窒化物、金属オキシ炭化物、金属オキシ炭窒化物、金属ホウ化物、金属硼窒化物、金属硼炭化物、金属硼炭窒化物、金属硼オキシ窒化物、金属硼オキソ炭窒化物、金属オキソ硼窒化物、ケイ酸塩又はこれらの混合物として存在する。本発明の他の態様において、ターゲット中の高融点金属は、元素（金属）形態で、対応するセラミック化合物中に、２０原子％以下又は３０原子％以下又は４０原子％以下又は５０原子％以下又は６０原子％以下又は７０原子％以下の比で存在する。
【００１５】
本発明のターゲットは、公知のかつターゲット製造に適したあらゆる方法により、好ましくは熱間等静圧圧縮成形により製造される。
【００１６】
本発明はまた、本明細書に記載の本発明の少なくとも１種のターゲットを用いる、アーク蒸着（アークＰＶＤ）により、少なくとも２種の異なる金属を含む混合結晶層を基材上に付着させる方法である。
【００１７】
本発明はさらに、基材とこれに付着された単層もしくは多層コーティングを含む切削工具であって、前記多層コーティングの少なくとも１つの層が本明細書に記載の本発明の方法により形成された混合結晶層である切削工具に関する。
【００１８】
混合結晶層を付着させるための、本発明の切削工具の基材は、好ましくは硬質金属、サーメット、スチールもしくは硬質高速度スチール（ＨＳＳ）を含む。特に好ましくは、基材は硬質金属もしくはサーメットを含む。
【００１９】
混合結晶層を有する本発明の切削工具は、この層が硬度の結晶性を有しかつ付着したマクロ粒子（液滴）の比率が低いという利点を有している。蒸気のアルミニウム及びクロムを含むターゲットにより付着された、アルミニウム−クロム混合酸化物の系、及び同様の結晶構造を有する系において、本発明の方法を用いた場合に、混合結晶の比率が高い熱力学的に安定な相が得られる。その利点は、高レベルの硬度、高耐摩耗性、高温耐性及び高熱衝撃性である。
【実施例】
【００２０】
本発明のターゲット及び比較ターゲットを用い、１．８Ｐａの圧力において反応性ガスとして酸素を用い、160アンペアで反応性アーク蒸着（アークＰＶＤ）により、鏡面仕上げ表面を有する硬質金属基材上に金属酸化物層を付着させた。走査電子顕微鏡を用いてマクロ粒子発生頻度（液滴密度）を調べた。液滴密度を測定するため、4000倍の電子顕微鏡下において、付着された薄層上の100μm×100μmの領域における少なくとも１μｍの直径の液滴の数を数えた。各例及び比較例において３回計測を行い、平均値をもとめた。
【００２１】
例１
ターゲット：Ａｌ2Ｏ3／Ｃｒ（Ａｌ：Ｃｒ＝50：50；ラウンドソースφ160mm）
付着層：アルミニウム−クロム−酸化物
液滴密度：１液滴
【００２２】
例２
ターゲット：Ａｌ2Ｎ／Ｃｒ（Ａｌ：Ｃｒ＝50：50；ラウンドソースφ160mm）
付着層：アルミニウム−クロム−酸化物
液滴密度：0.33液滴
【００２３】
比較例１
ターゲット：Ａｌ（ラウンドソースφ160mm）
付着層：酸化アルミニウム
液滴密度：１４液滴
【００２４】
比較例２
ターゲット：Ａｌ／Ｃｒ（Ａｌ：Ｃｒ＝50：50；ラウンドソースφ160mm）
付着層：アルミニウム−クロム−酸化物
液滴密度：９液滴
【国際調査報告】
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