(57)【要約】【課題】耐摩耗性、耐食性、高い被膜硬度および潤滑性など複数の特性を備えた被膜およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃｒ、Ｂ、Ｎを含有する複合化合物からなる被膜で、必要に応じて、更に、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素、および／またはＣを含有する複合化合物からなり、膜厚が１〜１０μｍである被膜。最上層を上記の被膜とし、母材直上層をＣｒＮ被膜または周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素および／またはＮ，Ｃの一種以上を含有する複合化合物からなる被膜とする複合被膜。Ｂを含む、焼結構造の固体ターゲット材を用いたアークイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法で製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ、Ｂ、Ｎを含有する複合化合物からなる被膜。  
【請求項２】
Ｃｒ、Ｂ、Ｎ、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素、および／またはＣを含有する複合化合物からなる被膜。  
【請求項３】
膜厚が１〜１０μｍである請求項１または２記載の被膜。
【請求項４】
最上層を請求項１乃至３のいずれか一つに記載の被膜とし、母材直上層をＣｒＮ被膜または周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素および／またはＮ、Ｃの一種以上を含有する複合化合物からなる被膜とする複合被膜。
【請求項５】
Ｂを含む固体ターゲット材を用いたアークイオンプレーティング法で製造することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の被膜の製造方法。
【請求項６】
Ｂを含む固体ターゲット材を用いたマグネトロンスパッタリング法で製造することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の被膜の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の被膜の製造方法において、Ｂを含む固体ターゲット材がＣｒとの焼結構造体であり、アーク電流が８０〜１５０Ａ、Ｎガス分圧が２０〜５０ｍｍＴｏｒｒであることを特徴とする被膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜およびその製造方法に関し、特に、耐摩耗性、耐食性、高い被膜硬度および潤滑性など複数の特性を備えた被膜が要求される製品に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
金型、切削工具などの耐久性を増すため、それらの表面に成膜される被膜には、耐摩耗性、耐食性など種々の特性に優れることが要求される。最近、製品の多様化に伴う多品種少量生産のニーズが強まり、優れた潤滑性、耐食性を兼ね備えた硬質被膜に対する要望が
高まっている。
【０００３】
ＣｒＮ被膜は、ＴｉＡｌＮ系，ＴｉＣＮ系、ＴｉＳｉN系などの高硬度被膜に対し、硬度は劣るものの、潤滑性、耐食性のそれぞれ、または両者に優れているため、ＣｒＮ被膜の硬度を高める試みがなされている。
【０００４】
特許文献１は、ＣｒＮ被膜を成膜中の雰囲気ガスにフッ素系ガスを含ませて、ＣｒＮ被膜中にＦを添加して、被膜硬度を向上させることを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６６０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の方法によると、従来、ＣｒＮ被膜を製造していた装置ではフッ素系ガス（代替フロン）により腐食を生じるため、新たな設備が必要となる。また代替フロンは地球温暖化の主因でもあり、その使用は好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明は、地球環境に負荷の少ない方法で製造可能で、潤滑性、耐食性を損なわずに高い硬度を備えるＣｒＮ系被膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の課題は、以下の手段により達成できる。
１  Ｃｒ、Ｂ、Ｎを含有する複合化合物からなる被膜。
２  Ｃｒ、Ｂ、Ｎ、周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素、および／またはＣを含有する複合化合物からなる被膜。
３  膜厚が１〜１０μｍである１または２記載の被膜。
４  最上層を１乃至３のいずれか一つに記載の被膜とし、母材直上層をＣｒＮ被膜、または周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素および／またはＮ，Ｃの一種以上を含有する複合化合物からなる被膜とする複合被膜。
５  Ｂを含む固体ターゲット材を用いたアークイオンプレーティング法で製造することを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載の被膜の製造方法。
６  Ｂを含む固体ターゲット材を用いたマグネトロンスパッタリング法で製造することを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載の被膜の製造方法。
７  ５または６記載の被膜の製造方法において、Ｂを含む固体ターゲット材がＣｒとの焼結構造体であり、アーク電流が８０〜１５０Ａ、Ｎガス分圧が２０〜５０ｍｍＴｏｒｒであることを特徴とする被膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高硬度なＴｉＡｌ被膜に匹敵する硬度を有し、且つＣｒＮ被膜より優れた面粗さと耐食性の被膜が、ＣｒＮ被膜を製造する通常のアークイオンプレーティング製造装置やマグネトロンスパッタリング装置を用いて製造でき、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る被膜は、ＣｒとＢとＮを含有する複合化合物からなる被膜であり、ＣｒとＢとＮからなる複合化合物からなる被膜、またはＣｒとＢとＮ以外に、本発明の作用効果を損なわない範囲で他の元素を含む複合化合物からなる被膜である。他の元素として周期律表４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素よりなる群から選ばれる一種以上の金属元素（Ｃｒは除く）および／またはＣを含有していても良い。
【００１１】
図１に本発明に係る被膜の特性に及ぼすＢ量（原子量比率）の影響を示す。被膜硬度と潤滑性は、Ｂ量（原子量比率）が５ａｔ％以上となると上昇し、特に被膜硬度が向上する。一方、耐食性には変化は見られない。
【００１２】
被膜硬度と潤滑性はＢ量が２５ａｔ％を超えると低下するようになる。耐食性はＢ量が２０ａｔ％より多くなると低下傾向となるので、耐食性を損なわずに優れた被膜硬度、潤滑性とするため、Ｂ量を５〜２０ａｔ％とすることが好ましい。
【００１３】
これら物性値はＣｒ単体からなる被膜の物性値を１００として比較した。但し、潤滑性は動摩擦係数の逆数で表示したので、縦軸の潤滑性の数値が高い程、その逆数となる動摩擦係数は小さく、潤滑性に優れていることを示す。
【００１４】
金型に成膜する被膜として、被膜硬度、潤滑性および耐食性の全てを兼ね備えたものとする場合は（Ｃｒ0.9Ｂ0.1）Ｎ〜（Ｃｒ0.95Ｂ0.05）Ｎとすることが好ましい。工具に成膜する被膜としては（Ｃｒ0.8Ｂ0.2）Ｎ〜（Ｃｒ0.87Ｂ0.13）Ｎとすることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る被膜は、金型、工具などの製品表面に成膜する場合、膜厚が１μｍ以下ではその作用効果が得られにくく、一方、１０μmを超えると剥離が懸念されるため、１〜１０μｍとすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る被膜は、密着性に優れ、超硬工具の場合、ＣｒＮ被膜と同等の密着性を示すが、製品表面との密着性に応じて、製品などの母材の直上層をＣｒＮ被膜、または周期律４Ａ、５Ａ、６Ａ族元素の一種以上および／またはＮ、Ｃの一種以上を含有する被膜とし、最上層に本発明に係る被膜を成膜して複合被膜を構成することも可能である。この場合、中間層を必要に応じて設けることができる。
【００１７】
尚、本発明に係る被膜は、結晶粒のＸ線回折強度比（２００）／（１１１）≧０．２、結晶粒度８０オングストローム〜１５０オングストロームとすると被膜硬度などの特性が向上するので好ましい。
【００１８】
本発明に係る被膜は、ＣｒＮ被膜を製造するアークイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法により製造することが可能で、腐食性の強いフッ素系ガスなどを使用しないため、通常のＣｒＮ被膜を製造する装置を使用できる。これらの方法における固体ターゲット材（陰極プレート）に、Ｂを含有させる。
【００１９】
固体ターゲット材（陰極プレート）は複合化合物において所望する比率となるＣｒとＢの粉末を用い、焼結法で製造すると、複合化合物における両者の混合が均一となりやすく好ましい。
【００２０】
更に、アークイオンプレーティング法、マグネトロンスパッタリング法により製造する場合、上述した焼結構造の固体ターゲット材（陰極プレート）と、アーク電流を８０Ａ〜１５０Ａ、反応ガスであるＮガス分圧を２０〜５０ｍｍＴｏｒｒとする条件を組合わせると、均一に混合されるので被膜の厚さや特性が安定して好ましい。但し、本発明は製造方法を特定するものではない。
【実施例】
【００２１】
本発明の効果を確認するため、Ｃｒ、Ｂ、Ｎを含有する複合化合物からなる被膜を、固体Ｂを含有するターゲット材を用いてアークイオンプレーティング法により成膜した。Ｃｒ、Ｂ、Ｎの原子量比と膜厚を種々変化させ、被膜硬度、潤滑性、耐食性および耐摩耗性を調査した。比較材はＣｒＮ被膜、ＣｒＮ被膜にフッ素を添加した被膜およびＴｉＡｌＮ被膜とした。
【００２２】
硬さ試験はＪＩＳＺ２２４４に準じて試験荷重０．２４５Ｎで行った。表面粗さ測定方法はＪＩＳ  Ｂ  ０６０１  に準して粗さ定義を行った。潤滑性は動摩擦係数を測定して評価し、耐食性はＪＩＳ  Ｚ  ２３７１塩水噴霧試験に準じて行い、評価した。
【００２３】
耐磨耗性はボールオンディスク摩擦磨耗試験を用い、荷重５Ｎ，摩擦速度２００ｍｍ／ｓ，大気中、無潤滑、相手材：６ｍｍφＳＵＪ２ボール、試験片材質ＳＵＳ４４０Cで行った。
【００２４】
表１に試験結果を示す。潤滑性は動摩擦係数をもって表示し、その数値が小さいほど優れていることを示す。
【００２５】
供試被膜Ｎｏ．２は被膜厚さの影響を示すもので、請求項３記載の本発明範囲（１〜１０μm）外で０．５μmと薄く、被膜厚さが薄すぎると潤滑性が劣ることを示している。
【００２６】
供試被膜Ｎｏ．９はＣｒが少なく、ＴｉAｌ系被膜と同等の耐食性であるが潤滑性により優れている。総合的に判断して、本発明に係る被膜（Ｎｏ．１〜９）はいずれも、硬度、潤滑性耐食性および耐磨耗性に優れていることが確認された。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｃｒ、Ｂ、Ｎを含有する複合化合物からなる被膜の特性に及ぼすＢ量の影響を示す図。
【図１】
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