(57)【要約】  本発明は、鋼系基材と、鋼系基材の外部側面上の硬質材料層とを備え、硬質材料層が窒化金属を含有し、硬質材料層内の炭化金属含有量が硬質材料層の外部側面に向かって減少する、硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品に関する。
2021513610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・鋼系基材と、
・前記鋼系基材の外部側面上の硬質材料層であって、前記硬質材料層が窒化金属を含むものと、
・前記硬質材料層内の炭化金属と、を含み、
前記硬質材料層内の炭化金属含有量が前記硬質材料層の前記外部側面に向かって減少することを特徴とする、硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項２】
前記硬質材料層内の前記炭化金属含有量が、前記硬質材料層の内部側面に向かって前記基材近くの領域で増加することを特徴とする、請求項１に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項３】
前記硬質材料層内の前記炭化金属含有量が前記硬質材料層内で極大値を有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項４】
前記硬質材料層の前記外部側面に対する前記硬質材料層内の前記炭化金属含有量の最大量のスパンが、前記硬質材料層と前記基材との間の境界に対する前記硬質材料層内の前記炭化金属含有量の最大量の前記スパンよりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項５】
前記基材近くの領域の前記硬質材料層内の前記炭化金属含有量の増加量が、前記炭化金属含有量が減少する領域内の前記増加量よりも大きいことを特徴とする、請求項２〜４のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項６】
前記硬質材料層内の窒化金属含有量が前記硬質材料層の前記外部側面に向かって増加することを特徴とする、請求項１〜５のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項７】
前記基材近くの領域の前記硬質材料層内の前記窒化金属含有量の増加が、前記硬質材料層の前記外部側面近くの領域における増加よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項８】
前記硬質材料層内の平均窒化金属含有量が、前記硬質材料層内の前記平均炭化金属含有量よりも多いことを特徴とする、請求項１〜７のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項９】
前記硬質材料層内の前記平均窒化金属含有量が、前記硬質材料層内の前記平均炭化金属含有量よりも２倍、好ましくは３倍、特に好ましくは４倍多いことを特徴とする、請求項８に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１０】
前記硬質材料層の表面近くの前記領域内の各層区画内の前記平均炭化金属含有量が、２０重量％未満、好ましくは１０重量％未満、特に好ましくは５重量％未満であり、それによって、前記表面近くの前記領域が、前記硬質材料層の総厚の８０％、好ましくは前記硬質材料層の総厚の９０％、特に好ましくは前記硬質材料層の総厚の９５％の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜９のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１１】
前記硬質材料層内の平均Ｃｒ質量濃度が、前記硬質材料層内の平均Ｆｅ質量濃度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜１０のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１２】
前記硬質材料層内の前記平均Ｃｒ質量濃度が、前記硬質材料層内の前記平均Ｆｅ質量濃度よりも２倍、好ましくは４倍、特に好ましくは６倍高いことを特徴とする、請求項１１に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１３】
前記硬質材料層の前記表面近くの前記領域内の前記平均窒化金属含有量が、前記硬質材料層内のあらゆる地点での前記平均炭化金属含有量よりも多いことを特徴とする、請求項１〜１２のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１４】
前記硬質材料層の前記表面近くの前記領域内の前記平均Ｃｒ質量濃度が、前記硬質材料層内のあらゆる地点での前記平均Ｆｅ質量濃度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜１３のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１５】
前記硬質材料層の前記表面近くの前記領域が、前記硬質材料層の総厚の５０％の厚さ、好ましくは前記硬質材料層の総厚の６５％の厚さ、特に好ましくは前記硬質材料層の総厚の８０％の厚さを有することを特徴とする、請求項１３および／または請求項１４に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【請求項１６】
前記硬質材料層の前記表面での窒化金属の質量濃度が、前記硬質材料層の前記外部側面上の前記炭化金属の前記質量濃度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜１５のうち１つ以上に記載の硬質材料層でコーティングされた、動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼系基材と、鋼系基材の外部側面上の硬質材料層とを備える、硬質材料層でコーティングされた動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品であって、硬質材料層が、窒化金属を含有し、硬質材料層内の炭化金属含有量が、部品の外部側面に向かって減少する、チェーン部品に関する。
【０００２】
従来技術
チェーンジョイントを通じて互いに接続されているチェーンリンクを備える関節式チェーンは、多様な形態で使用される。ドライブチェーンまたはコンベヤチェーンとして作動する場合、特にチェーンリンクの領域には大きく負荷がかかるので、耐摩耗性のあるベアリング表面を必要とする。具体的には、部品量が多いことに関連して、費用のかかる解決策を費用効果が高いコーティング方法およびプロセスに置き換えることも理にかなう。
【０００３】
ＤＥ１０２００５０４７４４９Ａ１は、チェーンピンおよびチェーンスリーブに硬質材料コーティングが施されている、耐摩耗性が改善されたリンクチェーンを提示している。これらのコーティングは、ＰＶＤ（物理蒸着）方法の方式によって適用される。硬質材料層は、１〜１０μｍの厚さを有し、また摺動層、例えばＰＴＦＥによって取り囲まれ得る。
【０００４】
ＤＥ１０２００６０５２８６９Ａ１の本文は、ピンおよびスリーブのリンク領域にＰＶＤ硬質材料層が設けられているリンクチェーンについて記載している。ピンおよびスリーブは、０．４重量％〜１．２重量％の炭素含有量を有する高炭素鋼で構成されている。
【０００５】
ＤＥ１０２０１１００６２９４Ａ１は、硬化コーティングされた金属部品を製造するための方法を提示している。金属部品は、エッジ層の炭素および／または窒素を濃縮するために熱処理され、次いでマルテンサイトの形成よりも低い温度まで焼き入れが行われる。次いで、金属部品は、その後のコーティングプロセスが行われる温度よりも高い温度で焼き戻しが行われる。コーティング自体は、ＣＶＤ（化学蒸着）またはＰＶＤ方法を通じて実施される。
【０００６】
ＤＥ１０２０１３２２２２４４Ａ１は、摩擦を低減する減摩コーティングが施されたチェーン用のリンクプレートについて記載している。コーティングは、ＰＶＤまたはＰＡＣＶＤ方法を通じて適用される。
【０００７】
ＤＥ１０２０１６２１５７０９Ａ１は、摩耗を低減するＣｒＮ層が設けられた鋼から作製されたスリーブ、タブ、ピン、およびローラーなどのチェーン部品を示している。ＣｒＮ層は、ＣＶＤ方法を用いて生成される。窒素は、処理前に窒化され得る窒化鋼から得られる。
【０００８】
ローラーチェーンまたはスリーブチェーンのリンクは、ＷＯ２０１４／０１９６９９Ａ１に提示されている。窒化または炭化硬質材料層が、ＰＶＤまたはＣＶＤ方法の方式によってリンクに適用される。
【０００９】
硬化コーティングされた金属部品の製造について述べた解決策は、欠点を有する。ＰＶＤ方法は、１０−４〜１０Ｐａの作動圧力を必要とし、コーティングのタイプによっては、摂氏数百度の作動温度で実施される。したがって、ＰＶＤ方法におけるコーティングチャンバには、高い要求が課される。さらに、ＰＶＤ方法は、バルク材料には好適ではない。基材および堆積される材料（ターゲット）は、コーティングチャンバ内で空間的に分離されている。ＰＶＤ方法は、ターゲットに目視可能な領域のみがコーティングされる、視程プロセスと称されるものである。内側の領域または穴は、より薄くコーティングされる。対照的に、粉末コーティング方法では、硬質材料層内の炭素の拡散により、炭化物の形成がもたらされる問題がある。しかしながら、摩耗の観点では、窒化物、本明細書で具体的には、窒化クロムは、作動時の顕著に良好な部品耐久性を約束するので、特に表面に近接する領域での窒化物の形成を防ぐことが必要である。従来技術で提示された解決策では、いかなる方式でもこれを達成することはできない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、硬質材料層が高品質および耐久性を示し、使いやすく、単位時間当たりで大量の部品のコーティングを可能にし、作動させる費用効果が高い、硬化窒化物でコーティングされた金属部品を提供することである。
【００１１】
本発明による課題はまた、請求項１に記載のデバイスによって解決される。
【００１２】
本発明による動力を伝達するためのチェーンのチェーン部品は、硬質材料層でコーティングされる。チェーン部品は、鋼系基材と、基材の外部側面上に硬質材料層とを有する。硬質材料層は、基材との境界と、境界とは反対側の外部表面とを有する。硬質材料層は、窒化金属を有するように構築されている。
【００１３】
ＣＶＤコーティングの方式により、高炭素鋼から作製された基材上に硬質層が堆積され、硬質層は、高度の耐摩滅性および耐摩耗性、高度の硬度および温度耐性、低レベルの摩擦、良好な化学的特性、ならびに低付着性を有する。硬質材料層は、耐摩耗性の改善に加えて、耐食性も増加させる。この点に関して、炭素鋼は十分な強度および耐焼き戻し性を有するので、これらの鋼は基材として好適であり得る。硬質材料層は、金属および非金属の硬質材料の両方からなり得る。クロム、タングステン、ジルコニウム、およびチタンなどの遷移金属のすべての炭化物、窒化物、窒化炭素、ホウ化物、およびケイ化物は、金属硬質材料と見なされる。例えば、ダイヤモンドおよびＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、コランダム、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、または窒化アルミニウムは、非金属硬質材料として好適である。高炭素鋼から作製された基材の表面を直接コーティングする場合に、具体的には窒化金属形成剤、特に窒化クロム（ＣｒＮ）が好適であることが実証されている。他の金属および非金属の硬質材料と比較して、窒化クロムは、入手可能かつ安価である。また、窒化クロムは、ＣＶＤコーティングシステムで簡単に生成することができ、基材に十分に結合すると、高い耐摩耗性を有する、少なくとも１〜５μｍの層厚を有する薄い硬質材料層を作製する。ＣＶＤ方法は、硬質材料層の作製に関して、従来技術から既知のＰＶＤ方法を上回る利点を提供する。ＰＶＤ方法と比較して、ＣＶＤ方法は、バルク材料に好適であり、例えば、コーティングされる基材を回転ドラムで窒素系粉末と混合するシステムのエンジニアリング、作動、およびプロセス技術の観点では、経済的な利点を提供する。コーティングプロセスは、およそ７００〜１２００℃の特定のプロセス温度で数時間にわたって実施される。基材のすべての到達可能な領域は、狭い穴でさえも均一にコーティングされる。コーティングプロセスの終わりに、コーティングされた基材は冷却される。ＰＶＤ方法では、基材と堆積される材料とが、空間的に分離されていることは不利である。コーティングは、１０−４〜１０Ｐａの作動圧力で堆積される材料を気化させることによって実施される。
【００１４】
硬質材料層は、主にＣｒＮを含むように設計される。部品の表面上の硬質材料層は、外側（外部側面）および基材と接触する内側を有する。炭素鋼を基材として使用することを通じて、炭素は、高プロセス温度で鋼から硬質材料層に拡散し、炭化金属と称される金属と炭素との結合体を形成する。硬質材料層内の金属は、主に窒素系粉末に由来するクロム（Ｃｒ）と、基材または窒素系粉末に由来する鉄（Ｆｅ）である。炭化金属の含有量は、グロー放電発光分光方法（ＧＤＯＥＳ）を使用して決定される。硬質材料層は、炭化金属含有量が内部側面上よりも硬質材量層の外部側面上で少なくなるように、有利に構築される。結果的に、本発明によるチェーン部品の耐摩耗性、したがって耐久性がかなり増加する。さらに、硬質材料層は、その外部側面上にかなり多くの窒化金属含有量を有し、炭化金属から作製された硬質材料層と比較して、耐摩耗性の改善をもたらす。
【００１５】
硬質材料層を有するチェーン部品のための本発明のさらなる発展形態は、従属請求項２〜１５に示される。
【００１６】
本発明のさらなる発展形態では、硬質材料層の外側表面上の窒素の質量濃度は、炭素の質量濃度よりも高い。好ましいさらなる発展形態では、窒素の質量濃度対炭素の質量濃度の比は、３：１よりも高く、特に好ましくは５：１よりも高い。
【００１７】
本発明の追加の構成では、硬質材料層内の炭化金属含有量は、硬質材料層の外部側面に向かって基材近くの領域で増加する。炭素は、炭素鋼を含む基材の表面上での炭素の拡散を通じて、基材の表面上に蓄積する。したがって、硬質材料層の炭化金属含有量は、基材の表面近くで増加する。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態では、炭化金属含有量は、硬質材料層内で最大に達する。炭素は、炭素鋼を含む基材の表面上の炭素の拡散を通じて、基材の表面上に蓄積する。したがって、硬質材料層の炭化金属含有量は、基材の表面近くで最大値を有する。
【００１９】
本発明の追加の発展形態では、硬質材料層の外部側面に対する硬質材料層内の炭化金属含有量の最大量のスパンは、硬質材料層と基材との間の境界に対する硬質材料層内の炭化金属含有量の最大量のスパンよりも小さい。炭素は、炭素鋼を含む基材の表面上の炭素の拡散を通じて、基材の表面上に蓄積する。したがって、硬質材料層内の炭化金属含有量の最大値は、基材近くである。
【００２０】
本発明の追加の構造では、基材近くの領域の硬質材料層内の炭化金属含有量の増加量は、炭化金属含有量が減少する領域における増加量よりも多い。炭化金属含有量は、基材近くの領域で急激に増加する。結果的に、硬質材料層で利用可能な炭素の大部分は、硬質材料層の非常に深いところに結合されている。
【００２１】
本発明の追加の態様では、硬質材料層内の窒素（Ｎ）の質量濃度は、硬質材料層の外部側面に向かって増加する。したがって、硬質材料層の外部側面は、より深い領域よりも高い窒化金属の割合を有する。結果的に、本発明によるチェーン部品の耐摩耗性は、かなり増加する。
【００２２】
本発明の追加の構成では、基材近くの領域の硬質材料層内の窒化金属含有量の増加は、硬質材料層の外部側面近くの領域内の窒化金属含有量の増加よりも大きい。したがって、硬質材料層の窒化金属含有量は、基材の表面近くで最大値を有する。
【００２３】
本発明のさらなる発展形態では、硬質材料層内の平均窒化金属含有量は、硬質材料層内の平均炭化金属含有量よりも多い。可能な限り均質な硬質材料層を構築するために、窒化金属含有量は、好適なプロセスパラメータを通じて、例えば、基材の窒化を通じて、および／または窒素系粉末の使用を通じて、有利に増加させることができる。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態では、硬質材料層内の平均窒化金属含有量は、硬質材料層内の平均炭化金属含有量よりも２倍、好ましくは３倍、特に好ましくは４倍多い。この実施形態は、硬質材料層がかなりの程度の窒化金属で構成されることを保証する。
【００２５】
本発明の追加の構成では、表面近くの硬質材料層の領域内の平均窒化金属含有量は、あらゆる深さでの硬質材料層内の平均炭化金属含有量よりも多い。炭素鋼で作製された基材からの炭素は、基材近くの硬質材料層のより深いところで蓄積する。この炭素濃縮により、炭化金属の形成がもたらされる。表面近くの領域は、層厚の５０％まで、好ましくは層厚の６５％、特に好ましくは層厚の８０％までの深さを含む。
【００２６】
本発明のさらなる発展形態では、硬質材料層内のクロム（Ｃｒ）の平均質量濃度は、硬質材料層内の鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度よりも高い。Ｃｒは、主に、例えば、ＣＶＤプロセス中にＣｒ−Ｆｅ系粉末を使用するコーティングプロセスを通じて、硬質材料層に組み込まれる。
【００２７】
本発明の追加の構成では、硬質材料層内の平均Ｃｒ質量濃度は、硬質材料層内の平均Ｆｅ質量濃度よりも２倍、好ましくは４倍、特に好ましくは６倍高い。硬質材料層内のＦｅは、基材上の硬質材料層の付着特性を改善するためには、少量で十分である。
【００２８】
本発明の追加の構成では、表面近くの硬質材料層の領域内の平均Ｃｒ質量濃度は、あらゆる深さでの硬質材料層内の平均Ｆｅ質量濃度よりも高い。鋼で作製された基材からのＦｅは、基材近くの硬質材料層のより深いところで蓄積する。表面近くの領域は、層厚の５０％まで、好ましくは層厚の６５％、特に好ましくは層厚の８０％までの深さを含む。
【００２９】
本発明による硬質材料層を有するチェーン部品、および本発明による方法の実施形態は、簡略化された形態で図面に概略的に提示され、以下の記載により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】チェーンドライブに使用するためのチェーンの構造。
【図２】ピン上の硬質材料層の断面。
【図３】元素Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎ、およびＣのサンプル１の深さプロファイル分析。
【図４】元素Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎ、およびＣのサンプル２の深さプロファイル分析。
【００３１】
図１は、例えばチェーンドライブに使用することができる、チェーン１０の２つのチェーンジョイントを示している。チェーン１０は、１つのチェーンリンクを使用して各々接続された内部チェーンジョイントおよび外部チェーンジョイントを備えた、スリーブチェーンとして設計される。各内部チェーンジョイントは、２つの平行に走る内部タブ１３、および内部タブ１３を一緒に接続する２つのスリーブ１２を備え、それによってスリーブ１２が、内部タブ１３に垂直である。
【００３２】
外部チェーンジョイント１４は、２つのピン１１と一緒に接続されている２つの平行に走る外部タブ１４を備え、それによってピン１１は、内部チェーンジョイント１３のスリーブ１２に回転可能に取り付けられる。外部チェーンジョイント１４は、ピン１１によって隣接する内部チェーンジョイント１３に回転可能に固定され、外部タブ１４を通じて、内部チェーンジョイント１３を第２の内部チェーンジョイント１３に接続し、それによって外部タブ１４が、内部タブ１３に平行に走る。外部チェーンジョイント１４のピン１１は、内部チェーンジョイント１３のスリーブ１２に回転可能に取り付けられ、各接続は、チェーン１０の１つのチェーンリンクを形成する。チェーン１０のピン１１は、完全に炭素鋼で作製されており、それによってピン１１のリンク表面には、ＣＶＤ方法で適用されたＣｒＮ硬質材料層が設けられる。代替的または追加的に、スリーブ１２はまた、炭素系材料から製造され得、そのリンク表面／軸受表面上にＣＶＤ硬質材料層を設けられ得る。
【００３３】
図２ａは、鋼系ピン１１上の硬質材料層６の概略断面図を示している。硬質材料層６は、主に窒化金属を含むように設計されている。炭素鋼を基材１１として使用することを通じて、炭素は、高プロセス温度で鋼から硬質材料層６に拡散し、炭化金属が形成される。しかしながら、窒化物、具体的には窒化クロムは、炭化物よりもかなり良好な耐摩耗性を有する。硬質材料層６は、炭化金属含有量が、内部側面上よりも硬質材料層６の外部側面上で少なくなるように構築される。硬質材料層６内の金属は、ほとんどがクロム（Ｃｒ）および鉄（Ｆｅ）である。ＣｒおよびＮは、好ましくは、コーティングプロセスを通じて硬質材料層６に組み込まれ、したがって、硬質材料層６は、主に窒化クロムを含む。
【００３４】
図２ｂは、中間層７を有する硬質材料層６を概略的に示している。ピン１１の耐摩耗性を改善するために、硬質材料層６の外側領域は、それが主に窒化金属を含むように構築される。金属ＣｒおよびＦｅは、窒素系粉末に由来し、コーティングプロセス中に硬質材料層６に組み込まれる。中間層７は、主に炭化金属、ＣｒＣおよびＦｅＣを含む。
【００３５】
ＣＶＤ方法の方式によって硬質材料層で各々コーティングされている、本発明による２つの異なるチェーン部品の２つの濃度プロファイルを以下に提示している。サンプルは、窒化鋼４０ＣｒＭｏＶ１３−９から作製されたピン１１である。層は、主に窒化クロムおよび炭化クロムを含み、層厚は、ほぼ１０μｍである。２つのサンプルの濃度プロファイルは、ＧＤＯＥＳ方法を使用して決定されている。このプロセスでは、直流プラズマの陰極として金属サンプルを使用する。表面から始めて、サンプルは、アルゴンイオンを用いる陰極スパッタリングを通じて層を徐々に除去する。除去された原子は、拡散を通じてプラズマに入る。衝突プロセスを通じて励起され、原子は特徴的な波長を有する光子を放出し、下流の分光計を使用して光子の放出を記録し、その後定量化される。
【００３６】
図３は、サンプル１の濃度プロファイルを示している。分離プロセス中に、まず、０℃〜９６０℃までおよそ１時間加熱した。保持時間は６時間継続させ、次いで２００℃までゆっくりと（約１０時間）冷却した。プロセス中に、反応器を窒素でフラッシュした。横軸は、見やすくするために、対数スケールでの深度を示す。縦軸はまた、明確性の理由から、相対的なスケールでの質量濃度を示している。縦軸の１００％は、１００％の元素ＦｅおよびＣｒ、２０％のＮ、ならびに５％のＣの質量濃度に等しい。窒素は主に、窒化金属の形態で存在するが、炭素は主に、炭化金属の形態で存在する。
【００３７】
Ｆｅ質量濃度は、０〜７．５μｍの領域内では常にほぼ０％である。８μｍから、Ｆｅ質量濃度は５％まで増加する。１０μｍよりも深い領域内から２７μｍまでのＦｅ質量濃度は、９０％まで急激に増加する。２７μｍを超える深さから５０μｍまでのＦｅ質量濃度は、少ない勾配で９２％まで常に増加する。したがって、硬質材料層には、Ｆｅ系炭化物または窒化物はほとんどない。
【００３８】
０〜７．５μｍの範囲内のＣｒ質量濃度は、０μｍでの８６％から７．５μｍでの８８％まで常に増加する。深さ７．５μｍ〜２５μｍまでのＣｒ質量濃度は、１０％の値まで急激に降下する。Ｃｒ質量濃度およびＦｅ質量濃度は反比例し、硬質材料層６の層厚が１０μｍであることが確認される。深さ２５μｍから深さ５０μｍでのＣｒ質量濃度は、５％の値まで降下する。Ｃｒ質量濃度のかなり高い値は、主にＣｒ系炭化物および窒化物が硬質材料層内に存在することを示している。
【００３９】
Ｎ質量濃度は、０μｍでは１０．８％の値を有し、７．５μｍでは６％の値まで降下する。質量濃度の低減は一定ではなく、深さ２．５μｍでは、Ｎ質量濃度の９．４％への増加を検出することができる。深さ７．５μｍ〜１０μｍでのＮ質量濃度は、最大値１５．６％まで急激に増加する。深さ１３０μｍから２５μｍでのＮ質量濃度は、２％の値まで急激に降下する。これは、基材から始めて、最初に第１の領域では窒化物含有量が急激に増加し、次いでその後の第２の領域では、窒化物含有量が再び第１の窒化物ピークのおよそ３０％のレベルに低下することを示している。次いで、第３の領域での窒化物含有量は、硬質材料層の表面まで連続的に増加する。したがって、層厚は、およそ１３μｍである。
【００４０】
Ｃ質量濃度の分布によると、０μｍでの硬質材料層の表面近くの炭化物含有量は、非常に低い値を有し、直線的な勾配で２．５μｍで２倍の値に増加する。次いで深さ２．５μｍ〜７．５μｍでのＣ含有量は、硬質材料層の表面での値のおよそ４倍の最大値に急激に増加する。次いで深さ７．５μｍから第３の領域での炭化物含有量は、再び急激に低下し、２５μｍで、硬質材料層表面での値よりも低い値に達する。
【００４１】
硬質材料層の表面近くの硬質材料層の領域での窒化物含有量は、深さ７．５μｍまで連続的に降下するが、同じ領域での炭化物含有量は、連続的に増加する。したがって、硬質材料層６は、主にその表面にＣｒＮを有し、ＣｒＣ含有量は、深さ７．５μｍにあるが、ＣｒＮ含有量は、同じ位置では最小である。
【００４２】
炭素および窒素の質量濃度分布の分析は、硬質材料層の表面では、窒素の質量濃度が炭素の質量濃度よりも高いことを示している。窒化金属の質量濃度対炭化金属の質量濃度の比は、およそ１４：１であり、したがって１０：１よりも高い。
【００４３】
図４は、主にＣｒＣを含む中間層が硬質材料層に組み込まれている、サンプル２の濃度プロファイルを示している。分離プロセス中に、まず、０℃〜９５０℃までおよそ４５分間加熱した。保持時間は７時間継続させ、次いで２００℃までゆっくりと（約１０時間）冷却した。プロセス中に、反応器を窒素でフラッシュした。図３のように、横軸は、深さを対数スケールでも示している。縦軸は、質量濃度を相対スケールで示している。縦軸の１００％は、１００％の元素ＦｅおよびＣｒ、２０％のＮ、ならびに５％のＣの質量濃度に等しい。
【００４４】
Ｆｅ質量濃度は、０〜３μｍの領域内では常にほぼ０％である。３μｍから、Ｆｅ質量濃度は５％まで増加する。８μｍよりも深い領域でのＦｅ質量濃度は、２７μｍまで８８％まで急激に増加する。２７μｍを超える深さから５０μｍまでのＦｅ質量濃度は、少ない勾配で９０％まで常に増加する。したがって、硬質材料層も中間層も、顕著な割合のＦｅ炭化物またはＦｅ窒化物を含有しない。
【００４５】
深さ０μｍでのＣｒ質量濃度は、８１％であり、その後深さ２μｍで７８％の値までゆるやかに降下する。深さ２μｍから深さ３μｍでのＣｒ質量濃度は、８５％の最大値まで増加する。深さ３μｍから深さ８μｍでのＣｒ質量濃度は、７５％の値まで降下する。実際、硬質材料層のこの領域の変動は、測定公差内であり、ほぼ一定のＣｒ質量濃度を想定することができることを意味する。深さ８μｍ〜２５μｍまでのＣｒ質量濃度は、５％の値まで急激に降下する。したがって、硬質材料層は、少なくとも８μｍの層厚を有する。
【００４６】
Ｎ質量濃度は、０μｍで９．８％の値を有し、Ｎ質量濃度は、深さ２μｍでほぼ同一の値の９．４％である。深さ２μｍから深さ４μｍでのＮ質量濃度は、４．４％の値まで降下する。次いでＮ質量濃度は、８μｍの深さで１７．６％の最大値まで急激に増加する。深さ１２μｍでのＮ質量濃度は、２５μｍで２％の値まで急激に降下する。したがって、窒化物含有量は、深さおよそ２μｍまでほぼ一定であり、次いで深さおよそ４μｍまでは低下し、表面の窒化物含有量のほぼ半分になる。そこから、窒化物含有量は、深さおよそ８μｍで硬質材料層内のその最大値まで増加し、そこから深さ２５μｍでほぼ０の値まで低下する。したがって、層厚は、およそ１２μｍである。
【００４７】
Ｃ質量濃度は、０μｍでは２．５％の値を有し、２μｍでは２．６％の値まで増加する。深さ２μｍ〜４μｍでのＣ質量濃度は、最大値３．７５％まで急激に増加する。深さ４μｍからは１５μｍでのＣ質量濃度は、０．３５％の値まで急激に低下する。したがって、炭化物含有量は、深さおよそ２μｍまでほぼ一定であり、次いで深さおよそ４μｍまでは、表面の炭化物含有量のほぼ２倍まで低下する。そこから、炭化物含有量は、１５μｍの深さでほぼ０の値まで降下する。
【００４８】
Ｎ質量濃度は、硬質材料層６の表面での９．８％から深さ４μｍでの４．４％まで低下する。同じ領域内でのＣ質量濃度は、硬質材料層６の表面での２．５％から４μｍで３．７５％のその最大値まで変化する。硬質材料層６の深さ４μｍでのＮ質量濃度は、相対的に最小であり、Ｃ質量濃度はその最大であり、同時にＣｒ質量濃度はこの深さ４μｍで８５％である。したがって、この深さに窒化金属および炭化金属（本明細書ではＣｒＮおよびＣｒＣ）が中間層７として、ほぼ同じ質量濃度で存在する。
【００４９】
４〜８μｍの深さ領域内では、Ｎ質量濃度およびＣ質量濃度、ならびに窒化物含有量および炭化物含有量は反比例し、したがって、ＣｒＮの質量濃度は、硬質材料層６のより深いところで再び上昇する。
【００５０】
炭素および窒素の質量濃度分布の分析は、硬質材料層の表面では、窒素の質量濃度が炭素の質量濃度よりも高いことを示している。窒化金属の質量濃度対炭化金属の質量濃度の比は、およそ４：１である。
【符号の説明】
【００５１】
１  分離剤
２  活性剤
３  金属
４  窒化金属
５  バルク材料
６  硬質材料層
７  中間層
１０  チェーン
１１  ピン
１２  スリーブ
１３  内部タブ
１４  外部タブ
Ｍ  金属
Ｎ  窒素
【図１】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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