(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶおよびＭｏで構成され、エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値が２５０〜３５０ＨＶであり、５点の測定点で測定を行なったビッカース硬さのばらつき［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００（％）が２０％以下であるＶ合金ターゲット。
【請求項２】
前記ビッカース硬さの平均値が２７０〜３４０ＨＶである請求項１に記載のＶ合金ターゲット。
【請求項３】
Ｍｏを１０〜５０原子％含有し、残部がＶおよび不可避的不純物からなる請求項１または請求項２に記載のＶ合金ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、硬質皮膜を形成するために用いるＶ合金ターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具、摺動部品、金型等の表面には、耐摩耗性、耐焼付き性の向上等を目的として、例えば、Ｖ合金からなる硬質皮膜が適用されている。そして、例えば、特許文献１においては、Ｖを主成分とし、４ａ族、５ａ族、６ａ族から選択されるＭ元素、Ｓｉ、Ａｌの１種以上の元素を含む硬質皮膜が提案されている。このＶ合金からなる硬質皮膜は、従来のＣｒ合金からなる硬質皮膜よりも、耐摩耗性に優れるとともに、摩擦係数が低く、摺動性に優れている点で有用な技術である。【０００３】
そして、Ｖ合金からなる硬質皮膜を切削工具等の被処理材にコーティングするには、蒸発源としてＶ合金ターゲット（以下、単に「ターゲット」ともいう。）を使用したイオンプレーティング法を適用することが一般的である。イオンプレーティング法の一種であるアークイオンプレーティングは、減圧した反応ガス雰囲気中において、硬質皮膜の原料となるターゲットをアーク放電にて瞬時に溶解、イオン化し、負に印加した被処理材に付着させて硬質皮膜を形成する方法である。【０００４】
アークイオンプレーティングは、電子銃等を用いたイオンプレーティング法に比べて、蒸発金属のイオン化率が高く、密着力に優れた硬質皮膜が得られることから、現在ではその適用が拡大している。そして、アークイオンプレーティングに用いられるターゲットは、得ようとする硬質皮膜に近似した所望の組成からなる板材で構成されており、一般的には粉末焼結法によって製造されている。【０００５】
このターゲットを使用して成膜した硬質皮膜は、使用中に、切削工具や摺動部品から剥離してしまう場合があり、切削工具における切削スピードの高速化や、摺動部品へのさらなる信頼性が要求される昨今では、この改良が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６８０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されるＶを主成分とし、Ｍ元素としてＴｉを選択したＶ−Ｔｉターゲットを熱間静水圧プレス（以下、「ＨＩＰ」という。）で加圧焼結して作製すると、ターゲットに、局所的な低硬度の部位が存在する場合がある。このため、ターゲットを所定の形状寸法に機械加工をする際に、表面粗さの調整が困難となり、表面に凹凸が生じる場合がある。
また、ターゲットの表面の中でも、特に、エロージョン面となる面に凹凸がある場合は、アークイオンプレーティングで被処理材に硬質皮膜を形成する際に、異常放電の誘発や、ドロップレットが飛散して被処理材に付着してしまう虞がある。【０００８】
また、Ｖ合金は、添加元素の選択によっては、機械加工時に、割れや欠け、脱落が発生する可能性の高い、いわゆる難削材となる。その上、ターゲットに局所的な高硬度の部位が存在してしまうと、切削工具のチップの摩耗や破損を招き、得られるターゲットの表面粗さが大きくなったり、場合によっては、ターゲット本体を破損させてしまうことがある。【０００９】
本発明の目的は、ターゲットの機械加工において、ターゲット表面における凹凸の発生が抑制でき、成膜時の異常放電の発生を抑制するとともに、被処理材へのドロップレットの付着抑制も同時に達成できる、新規なＶ合金ターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＶ合金ターゲットは、ＶおよびＭｏで構成され、エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値が２５０〜３５０ＨＶであり、５点の測定点で測定を行なったビッカース硬さのばらつきが２０％以下である。【００１１】
そして、本発明のＶ合金ターゲットは、エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値が２７０〜３４０ＨＶの範囲にあることが好ましい。
また、本発明のＶ合金ターゲットは、Ｍｏを１０〜５０原子％含有し、残部がＶおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、エロージョン面におけるビッカース硬さが調整された、新規なＶ合金ターゲットを提供することができる。このことによって、ターゲットの機械加工において、ターゲット表面における凹凸の発生が抑制でき、成膜時の異常放電の発生を抑制するとともに、被処理材へのドロップレットの付着抑制も同時に達成することが期待できる。このため、上述した、例えば、耐摩耗性に優れるとともに、摩擦係数が低く摺動性に優れた硬質皮膜の製造に有用な技術となる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のターゲットは、ＶおよびＭｏで構成されるＶ合金において、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４で規定される、エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値が２５０〜３５０ＨＶの範囲であり、５点の測定点で測定を行なったビッカース硬さのばらつきが２０％以下である。以下、「エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値」のことを単に「ビッカース硬さ」ともいう。
本発明のターゲットは、ビッカース硬さを特定範囲とし、そのばらつき［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００（％）を小さくすることで、ターゲットの形状寸法にするための切削加工や研磨加工といった機械加工を施す際に、表面が荒れることを抑制でき、表面の凹凸発生が低減され、平滑な表面を有するターゲットを得ることができる。このため、本発明のターゲットは、異常放電の誘発や、ドロップレットが飛散して被処理材に付着することを抑制できる。そして、本発明の実施形態に係るターゲット材は、任意の５点の測定点で測定を行なったビッカース硬さのばらつきが１５％以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のターゲットは、ビッカース硬さを特定範囲に調整することで、例えば、フライス盤や旋盤等のチップに構成刃先が生成されることを抑制できる。すなわち、本発明のターゲットは、切削加工を進めるにつれて、構成刃先の成長に伴うチップの切り込み量が次第に大きくなることが抑制され、切削開始時と切削完了時でターゲットの寸法差を小さくできることに加え、構成刃先の剥離に伴うチップの破損を抑制することもできる。
【００１５】
一方、ターゲットのエロージョン面に、例えば、Ｖマトリックス相の中に、低硬度の部位が存在してしまうと、低硬度の部位のみが残存したり、脱落したりする場合があり、ターゲットのエロージョン面の表面が粗くなり、成膜時に異常放電の起点となりやすくなる。このため、本発明のターゲットは、ビッカース硬さを２５０ＨＶ以上にする。そして、上記と同様の理由から、本発明の実施形態に係るターゲットは、ビッカース硬さを２７０ＨＶ以上にすることが好ましい。
【００１６】
本発明のターゲットは、ビッカース硬さを３５０ＨＶ以下にすることで、例えば、フライス盤や旋盤等のチップの摩耗量を抑えることができる。すなわち、本発明のターゲットは、切削加工を進めるにつれて、チップの磨耗に伴うチップの切り込み量が次第に小さくなり、切削開始時と切削完了時でターゲットの寸法差が大きくなることを抑制できることに加え、チップの破損を抑制することもできる。
また、本発明のターゲットは、ビッカース硬さを３５０ＨＶ以下にすることで、切削機械へのチャッキングに加え、アークイオンプレーティング装置への装着する際のハンドリング等でターゲット本体の破損を抑制できる。そして、上記と同様の理由から、本発明の実施形態に係るターゲットは、ビッカース硬さを３４０ＨＶ以下にすることが好ましい。
【００１７】
本発明でいうビッカース硬さは、上述したターゲットの変形や、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することに加え、アークイオンプレーティング時の異常放電を抑制する観点から、任意の横一列で５点とし、測定間隔に圧痕どうしで測定の影響を受けない距離を設けて測定する。このとき、荷重は９．８Ｎとし、加圧時間は１０秒とする。
そして、本発明のターゲット材は、上記条件で測定されるビッカース硬さの平均値が２５０〜３５０ＨＶの範囲にあり、そのばらつき［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００（％）が２０％以下である。
また、本発明の実施形態に係るターゲットは、ビッカース硬さを２５０〜３５０ＨＶにする観点から、Ｖマトリックス相に微細なＭｏ相が分散している組織で構成されることが好ましい。
【００１８】
本発明のターゲットは、ＶおよびＭｏで構成される。Ｍｏの含有量は、耐摩耗性、摺動性、耐食性を大きく損なわない範囲で適宜調整することができ、Ｍｏを１０〜５０原子％含有し、残部がＶおよび不可避的不純物からなることが好ましい。また、上記と同様の理由から、Ｍｏの含有量は１５原子％以上にすることがより好ましい。また、上記と同様の理由から、Ｍｏの含有量は２５原子％以下にすることがより好ましい。
【００１９】
本発明のターゲットは、例えば、粉末焼結法で得ることができる。具体的には、上記した成分組成となるように、純金属粉末や合金粉末を混合した混合粉末や、最終組成に調整した単一の粉末を加圧焼結することにより得ることができる。そして、加圧焼結としては、例えば、ＨＩＰ法、ホットプレス法、通電焼結法等を適用することができる。
ここで、本発明では、ターゲットの組織の均質性という観点から、加圧焼結に適用する原料粉末は、体積基準の累積粒度分布の５０％粒径（以下、「Ｄ５０」という。）が１〜２００μｍの範囲の粉末を用いることが好ましい。
【００２０】
加圧焼結は、焼結温度９００〜１３００℃、加圧圧力５０〜２００ＭＰａ、１〜１５時間の条件で行なうことが好ましい。
焼結温度は、９００℃以上にすることで、粉末の焼結を進行させることができ、空孔の発生を抑制することができる。また、焼結温度は、１３００℃以下にすることで、粉末の溶解を抑制できる。
また、加圧圧力は、５０ＭＰａ以上にすることで、焼結の進行を促進し、空孔の発生を抑制することができる。また、加圧圧力は、２００ＭＰａ以下にすることで、焼結時にターゲットへの残留応力の導入が抑制され、焼結後の割れの発生を抑制することができる。
また、焼結時間は、１時間以上にすることで、焼結の進行を促進し、空孔の発生を抑制することができる。また、焼結時間は、１５時間以下にすることで、製造効率の低下を抑制できる。
【実施例】
【００２１】
先ず、Ｄ５０が１４０μｍのＶ粉末、Ｄ５０が５μｍのＭｏ粉末を準備した。そして、本発明例１となるターゲットを得るために、原子比における組成式がＶ９０−Ｍｏ１０となるように、上記で準備した各粉末を秤量した後に、Ｖ型混合機で混合し、軟鉄製のカプセルに充填して、４５０℃、４時間の条件で脱ガス封止をした。そして、１２５０℃、１２０ＭＰａ、１０時間の条件で、ＨＩＰによって上記カプセルを加圧焼結して、焼結体を作製した。【００２２】
本発明例２となるターゲットを得るために、原子比における組成式がＶ８０−Ｍｏ２０となるように、上記で準備した各粉末を秤量した後に、Ｖ型混合機で混合し、軟鉄製のカプセルに充填して、４５０℃、４時間の条件で脱ガス封止をした。そして、１２５０℃、１２０ＭＰａ、１０時間の条件で、ＨＩＰによって上記カプセルを加圧焼結して、焼結体を作製した。【００２３】
本発明例３となるターゲットを得るために、原子比における組成式がＶ６５−Ｍｏ３５となるように、上記で準備した各粉末を秤量した後に、Ｖ型混合機で混合し、軟鉄製のカプセルに充填して、４５０℃、４時間の条件で脱ガス封止をした。そして、１２５０℃、１２０ＭＰａ、１０時間の条件で、ＨＩＰによって上記カプセルを加圧焼結して、焼結体を作製した。【００２４】
本発明例４となるターゲットを得るために、原子比における組成式がＶ５０−Ｍｏ５０となるように、上記で準備した各粉末を秤量した後に、Ｖ型混合機で混合し、軟鉄製のカプセルに充填して、４５０℃、４時間の条件で脱ガス封止をした。そして、１２５０℃、１２０ＭＰａ、１０時間の条件で、ＨＩＰによって上記カプセルを加圧焼結して、焼結体を作製した。【００２５】
比較例となるターゲットを得るために、Ｄ５０が１４０μｍのＶ粉末、Ｄ５０が１０６μｍのＴｉ粉末を準備した。そして、原子比における組成式がＶ５０−Ｔｉ５０となるように、上記で準備した各粉末を秤量した後に、Ｖ型混合機で混合し、軟鉄製のカプセルに充填して、４５０℃、４時間の条件で脱ガス封止をした。そして、８５０℃、１２０ＭＰａ、１時間の条件で、ＨＩＰによって上記カプセルを加圧焼結して、焼結体を作製した。【００２６】
上記で得た各焼結体に機械加工を施してターゲットを作製した。このとき、本発明例１〜本発明例４となるターゲットは、いずれも、機械加工の際に、凹凸が発生せず、表面が平滑な状態であることが確認できた。
一方、比較例となるターゲットは、機械加工の際に、凹凸が発生し、ターゲットの表面に凹凸が確認された。【００２７】
上記で得た各ターゲットのエロージョン面となる面の任意の位置から機械加工により試験片を採取した。そして、ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じ、株式会社明石製作所製のＭＶＫ−Ｅを用いて、任意の横一列で５点とし、測定間隔に圧痕どうしで測定の影響を受けない距離を設けて測定した。その結果を表１に示す。【００２８】
比較例となるターゲットは、ビッカース硬度が２５０ＨＶを下回る部位が存在することが確認され、ばらつき［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００（％）が２０％を超えていることも確認された。
一方、本発明例１〜本発明例４のターゲットは、いずれも、ビッカース硬度が２５０〜３５０ＨＶの範囲にあることが確認できた。そして、ビッカース硬度の平均値を求めるにおいては、このときの全測定点でビッカース硬度が２５０〜３５０ＨＶの範囲であるのが好ましいところ、本発明例１〜本発明例４のターゲットは、これを満たしていた。そして、本発明例１〜本発明例４のターゲットは、いずれも、ばらつき［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１００（％）が２０％以下に調整されていることが確認できた。これにより、本発明のターゲットは、機械加工時にターゲット表面を平滑にすることができ、硬質皮膜形成用ターゲットとして有用となる。【００２９】
【表１】
0006778409.tif 000002
【要約】
ターゲットの機械加工において、ターゲット表面における凹凸の発生が抑制でき、成膜時の異常放電の発生を抑制するとともに、被処理材へのドロップレットの付着抑制も同時に達成できる、新規なＶ合金ターゲットを提供する。
ＶおよびＭｏで構成され、エロージョン面におけるビッカース硬さの平均値が２５０〜３５０ＨＶであり、５点の測定点で測定を行なったビッカース硬さのばらつきが２０％以下であるＶ合金ターゲットであり、ビッカース硬さは２７０〜３４０ＨＶの範囲にあることが好ましく、Ｍｏを１０〜５０原子％含有し、残部がＶおよび不可避的不純物からなることがより好ましい。