(57)【要約】【課題】高速度切削、高送り切削、被削材の高硬度化などの厳しい切削加工条件において長寿命を実現できる切削工具用の被覆部材を提供する。【解決手段】基材の表面に被膜を被覆した被覆部材において、被膜は、基材に接して被覆された平均膜厚０．００１〜０．１μｍのＭＮx（但し、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種を示し、ｘはＭに対するＮの原子比を示し、ｘは０．１０≦ｘ≦０．９０を満足する。）で表される窒素拡散膜と、窒素拡散膜に接して被覆された表面膜と、からなる被覆部材。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に被膜を被覆した被覆部材において、被膜は、基材に接して被覆された平均膜厚０．００１〜０．１μｍのＭＮx（但し、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種を示し、ｘはＭに対するＮの原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．９０を満足する。）で表される窒素拡散膜と、窒素拡散膜に接して被覆された表面膜と、からなる被覆部材。
【請求項２】
前記表面膜は、平均膜厚０．５〜１０μｍの（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｎ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＣ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｃ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＮＯ（但し、ａはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示し、ｂはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示し、ｃはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示し、ｄはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示し、ｅはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ０．１０≦ａ≦０．９０、０．１０≦ｂ≦０．９０、０≦ｃ≦０．５０、０≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１を満足する。）の中の少なくとも１種の硬質膜からなる請求項１に記載の被覆部材。
【請求項３】
前記表面膜は、前記窒素拡散膜に接して被覆された平均膜厚１〜１０μｍのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなる中間膜と、中間膜に接して被覆された平均膜厚０．５〜１０μｍの（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｎ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＣ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｃ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＮＯ（但し、ａはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示し、ｂはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示し、ｃはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示し、ｄはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示し、ｅはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ０．１０≦ａ≦０．９０、０．１０≦ｂ≦０．９０、０≦ｃ≦０．５０、０≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１を満足する。）の中の少なくとも１種の硬質膜と、からなる請求項１に記載の被覆部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などの基材の表面に被膜を被覆した被覆部材に関する。その中でも、特にチップ、ドリル、エンドミルに代表される切削工具や各種の耐摩耗工具、耐摩耗部品に好適な被覆部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などの基材の表面にＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、Ａｌ2Ｏ3などの被膜を被覆してなる被覆部材は、基材の高強度、高靱性と被膜の優れた耐摩耗性、耐酸化性、潤滑性、耐溶着性などを兼備しているため、切削工具、耐摩耗工具、耐摩耗部品として多用されている。これまで被膜の特性を十分に発揮させるために、被膜と基材との密着性について改良されてきた。
【０００３】
被覆部材の従来技術としては、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットからなる基体の表面に、窒化チタンからなる密着性物理蒸着被覆膜を介して、ＴｉとＡｌの複合窒化物からなる耐摩耗性物理蒸着被覆膜、を形成してなる表面被覆サーメット製切削工具がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、耐摩耗性に優れた切削工具用硬質皮膜として、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮからなる硬質皮膜がある（例えば、特許文献２参照。）。また、耐酸化性に優れた皮膜として、Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮膜がある（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、被削材、切削条件などの変化から、従来の被覆部材や硬質皮膜では、耐摩耗性、耐酸化性、密着性が十分ではなく短寿命になるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２０１００２号公報
【特許文献２】特開２００３−７１６１０号公報
【非特許文献１】井手幸夫、稲田和典、中村崇、高武勝彦、「耐高温酸化性に優れたＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮膜の開発」、「まてりあ」第４０巻第９号、２００１年、p.815-816
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、切削加工において高速度、高送りの過酷な切削条件や被削材の高硬度化など厳しい加工条件が増えており、従来の被覆部材からなる切削工具では、近年の厳しい加工要求に応えられなくなってきた。本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、高速度切削、高送り切削、被削材の高硬度化などの厳しい加工条件において長寿命を実現できる被覆部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明被覆部材は、基材の表面に被膜を被覆した被覆部材において、被膜は、基材に接して被覆された平均膜厚０．００１〜０．１μｍのＭＮx（但し、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種を示し、ｘはＭに対するＮの原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．９０を満足する。）で表される窒素拡散膜と、窒素拡散膜に接して被覆された表面膜と、からなる被覆部材である。
【０００８】
その中でも、表面膜は、平均膜厚０．５〜１０μｍの（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｎ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＣ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｃ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＮＯ（但し、ａはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示し、ｂはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示し、ｃはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示し、ｄはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示し、ｅはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ０．１０≦ａ≦０．９０、０．１０≦ｂ≦０．９０、０≦ｃ≦０．５０、０≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１を満足する。）の中の少なくとも１種の硬質膜からなると好ましい。
【０００９】
また、表面膜は、窒素拡散膜に接して被覆された平均膜厚１〜１０μｍのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなる中間膜と、中間膜に接して被覆された平均膜厚０．５〜１０μｍの（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｎ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＣ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｃ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＮＯ（但し、ａはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示し、ｂはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示し、ｃはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示し、ｄはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示し、ｅはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ０．１０≦ａ≦０．９０、０．１０≦ｂ≦０．９０、０≦ｃ≦０．５０、０≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１を満足する。）の中の少なくとも１種の硬質膜とからなると好ましい。
【００１０】
本発明の被覆部材の基材として、具体的には焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などを挙げることができる。その中でも焼結合金は耐欠損性と耐摩耗性に優れるため好ましく、その中でも超硬合金とサーメットがさらに好ましく、その中でも超硬合金がさらに好ましい。
【００１１】
本発明の窒素拡散膜は、ＭＮx（但し、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種を示し、ｘはＭに対するＮの原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．９０を満足する。）で表される。本発明の窒素拡散膜は、基材に接して被覆され表面膜と基材との密着性を向上させる作用を持つ。本発明の窒素拡散膜はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種に窒素を拡散した膜である。金属成分ＭをＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌの中の少なくとも１種としたのは、他の元素では期待した窒素拡散膜が得られず密着性の改善が十分でなかったためである。このときＭに対するＮの原子比を示すｘが０．１０以上にすると被膜と基材との密着性が向上し、ｘが０．９０を超えると金属Ｍと窒素との金属化合物膜、具体的にはＴｉＮやＣｒＮを形成して被膜と基材との密着性を低下させるため、０．１０≦ｘ≦０．９０とした。なお、窒素拡散層の膜厚は、ＦＥ−ＳＥＭまたは透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを使用することで断面から測定できる。また、窒素拡散層の窒素量はＸ線マイクロアナライザー（ＸＭＡ）またはマイクロＡＥＳなどを使用することで断面から測定することができる。
【００１２】
また、窒素拡散膜の平均膜厚は、０．００１μｍ未満になると密着性を向上させる効果が低下し、０．１μｍを超えると窒素拡散膜の強度が低下するので、窒素拡散膜の平均膜厚を０．００１〜０．１μｍとした。
【００１３】
本発明の窒素拡散膜は、アークイオンプレーティング装置(以下、ＡＩＰ装置という。)により作製することができる。具体的には、金属ターゲットを用い、基材バイアス電圧−５００Ｖ〜−９００Ｖで、基材のイオンボンバード処理を行い、イオンボンバード処理終了の１〜１０分前に基材バイアス電圧を−８０Ｖ〜−１２０Ｖに下げ、同時に窒素ガスを導入することで、本発明の窒素拡散膜を作製することができる。
【００１４】
本発明の被覆部材の表面膜は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌ、Ｂの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなると、耐摩耗性、耐酸化性が高くなるので好ましく、その中でも、本発明の表面膜は、平均膜厚０．５〜１０μｍの（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｎ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＣ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＮＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）Ｃ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＯ、（ＣｒaＡｌbＴｉcＢdＳｉe）ＣＮＯ（但し、ａはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示し、ｂはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示し、ｃはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示し、ｄはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示し、ｅはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ０．１０≦ａ≦０．９０、０．１０≦ｂ≦０．９０、０≦ｃ≦０．５０、０≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１を満足する。）の中の少なくとも１種の硬質膜からなると、硬さが高く耐酸化性に優れるのでさらに好ましい。
【００１５】
本発明の硬質膜に含まれるＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＣｒの原子比を示すａは、０．１０以上になると硬質膜の結晶構造がＢ１構造となるので硬さが高くなり、０．９０を超えるとＢ１構造を維持するが硬さは低下することから、０．１０≦ｄ≦０．９０であると好ましい。その中でも、０．２０≦ａ≦０．７５がさらに好ましい。なお硬質膜に含まれるＣｒ量はＥＰＭＡを用いて測定することができる。
【００１６】
本発明の硬質膜に含まれるＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＡｌの原子比を示すｂは、０．１０以上になると耐酸化性が高くなり、０．９０を超えると軟質な六方晶になることから、０．１０≦ｂ≦０．９０であると好ましい。その中でも０．２０≦ｂ≦０．８０がさらに好ましい。なお硬質膜に含まれるＡｌ量はＥＰＭＡを用いて測定することができる。
【００１７】
本発明の硬質膜に含まれるＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＴｉの原子比を示すｃは０．５０を超えると耐酸化性が低下することから、０≦ｃ≦０．５０であると好ましい。その中でもｃを０．１０以上にすると硬質膜の硬さが増加することから、０．１０≦ｃ≦０．５０がさらに好ましく、その中でも０．１０≦ｃ≦０．４０がさらに好ましい。なお硬質膜に含まれるＴｉ量はＥＰＭＡを用いて測定することができる。
【００１８】
本発明の硬質膜に含まれるＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＢの原子比を示すｄは０．１０を超えるとＢ2Ｏ3が優先的に生成され耐酸化性が低下することから、０≦ｄ≦０．１０であると好ましい。その中でもｄを０．００１以上とすると硬質膜の結晶の粒径が微細化し硬質膜の硬さが高くなることから、０．００１≦ｄ≦０．１０がさらに好ましく、その中でも、０．００５≦ｄ≦０．０８がさらに好ましい。なお硬質膜に含まれるＢ量はＥＰＭＡを用いて測定することができる。
【００１９】
本発明の硬質膜に含まれるＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉの合計に対するＳｉの原子比を示すｅは、０．１５を超えると未反応のＳｉからＳｉの酸化物が優先的に生成され耐酸化性が低下することから、０≦ｅ≦０．１５であると好ましい。その中でもｅは０．００５以上になるとＳｉの窒化物が形成して耐酸化性が上昇することから、０．００５≦ｅ≦０．１５がさらに好ましく、その中でも０．０１≦ｅ≦０．１０がさらに好ましい。なお硬質膜に含まれるＳｉ量はＥＰＭＡを用いて測定することができる。
【００２０】
本発明の硬質膜は、ＡＩＰ装置、スパッタリング装置などにより得ることができる。
【００２１】
本発明の表面膜の平均膜厚が０．５μｍ未満であると、表面膜の耐酸化性、耐摩耗性が十分活かされないため効果が小さく、平均膜厚が１０μｍを超えると表面膜の応力が過多となるため被膜の密着性が低下する傾向が見られる。そのため表面膜の平均膜厚は０．５〜１０μｍが好ましい。
【００２２】
本発明の窒素拡散膜と硬質膜と間に平均膜厚１〜１０μｍのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなる中間膜を被覆すると、被膜の耐酸化性、被膜の硬さが向上するので好ましい。中間膜として具体的には、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮなどを挙げることができる。このとき、中間膜の平均膜厚が１μｍ未満であると耐酸化性が低下し、１０μｍを超えると密着性が低下するため、中間膜の平均膜厚は１〜１０μｍが好ましい。
【００２３】
本発明の中間膜は、ＡＩＰ装置、スパッタリング装置などにより得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の被覆部材は、基材の表面に窒素拡散膜を介して表面膜を被覆することにより、表面膜と基材との密着性を改善する。その結果、高速度切削加工、高送り切削加工、被削材の高硬度化などの厳しい加工条件において切削工具の長寿命を実現できる。
【実施例１】
【００２５】
基材としてＫ２０相当超硬合金製チップＳＤＫＮ１２０３を用意し、メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表１、表２に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。次いで表３、表４に示す中間膜、硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：１．０〜４．５Ｐａ、アーク電流：１２０〜１６０Ａ、基材バイアス電圧：−３０〜−１２０Ｖという条件で被覆した。
【００２６】
【表１】
2007136597.tif 000002
【００２７】
【表２】
2007136597.tif 000003
【００２８】
【表３】
2007136597.tif 000004
【００２９】
【表４】
2007136597.tif 000005
【００３０】
発明品の試料番号１〜８には、表３に示すように、基材側から窒素拡散膜、硬質膜が形成されていた。比較品の試料番号９〜１８には、表４に示すように、基材側から中間膜、硬質膜が形成されていた。比較品の試料番号１６、１８、１９には、表４に示すように、メタルボンバードによる金属膜が形成されていた。
【００３１】
基材と被膜との密着性を評価するためスクラッチ試験を行った。ＣＳＭ製ＲＥＶＥＴＥＳＴ（登録商標）スクラッチ試験機に先端径０．２ｍｍのダイヤモンド圧子を取り付け、荷重を１０Ｎから１３０Ｎまで１０Ｎ単位で増加させて被膜の剥離強度を測定した。実体顕微鏡および走査電子顕微鏡を使って被膜の剥離状態を観察し、被膜が剥離する荷重、すなわちスクラッチ強度Ｌｃを測定した。これらの結果は表３、４に併記した。
【００３２】
試料番号１〜１９の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：ＳＣＭ４４０、切削速度：２１２ｍ／ｍｉｎ、切り込み：２．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で乾式フライス試験を行った。工具寿命は、逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍを目安とした。切削長６ｍまでに逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍに達しない場合は、切削長６ｍ時の逃げ面摩耗量ＶＢを測定した。これらの結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
2007136597.tif 000006
寿命判定：ＶＢ＝０．３ｍｍが目安
【００３４】
表５に示されるように基材の表面に窒素拡散膜と（Ｃｒ，Ａｌ，Ｂ）ＣＮＯ系の硬質膜とを被覆した発明品は、基材と被膜との密着性が改善されたため、比較品と比べて安定した長寿命加工が可能であった。
【実施例２】
【００３５】
被膜の酸化試験を実施するために、基材として１０×１０×１ｍｍの金属モリブデン板を用意した。メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表６、表７に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。比較品はＡｒボンバード、メタルボンバードの順に処理した。次いで表８に示す中間膜、硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：１．０〜４．５Ｐａ、アーク電流：１２０〜１８０Ａ、基材バイアス電圧：−３０〜−１２０Ｖという条件で被覆した。
【００３６】
【表６】
2007136597.tif 000007
【００３７】
【表７】
2007136597.tif 000008
【００３８】
【表８】
2007136597.tif 000009
【００３９】
酸化試験は、市販の電気加熱炉を使用し各試料を９７３Ｋから１５７３Ｋまで所定の温度（５０Ｋ間隔）に昇温して各試料を大気中で２時間保持した。各所定温度で酸化試験した試料について、Ｘ線回折測定と断面観察を行い、酸化物の生成状態を確認した。ここで酸化物が生成しない最も高い温度を耐酸化温度とした。その測定結果を表８に併記した。
【００４０】
硬質膜のＢ含有量はＥＰＭＡを使用して測定した。表８から、硬質膜に適量のＢを添加すると酸化物の生成が抑制され耐酸化温度が高くなること、すなわち、耐酸化性が改善されることが分かる。
【００４１】
以上のように、基材の表面に窒素拡散膜を被覆し、（Ｃｒ，Ａｌ，Ｂ）ＣＮＯ系の硬質膜を被覆した発明品は、比較品と比べて耐酸化性に優れる。
【実施例３】
【００４２】
基材としてＫ２０相当超硬合金製チップＳＤＫＮ１２０３を用意し、メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表９、表１０に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。次いで表１１に示す硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：１．０〜４．０Ｐａ、アーク電流：１００〜１６０Ａ、基材バイアス電圧：−３０〜−８０Ｖという条件で被覆した。
【００４３】
【表９】
2007136597.tif 000010
【００４４】
【表１０】
2007136597.tif 000011
【００４５】
【表１１】
2007136597.tif 000012
【００４６】
基材と被膜の密着性の評価としてスクラッチ試験を行った。ＣＳＭ製ＲＥＶＥＴＥＳＴ（登録商標）スクラッチ試験機に先端径０．２ｍｍのダイヤモンド圧子を取り付け、荷重を１０Ｎから１３０Ｎまで１０Ｎ単位で増加させて被膜の剥離強度を測定した。実体顕微鏡および走査電子顕微鏡を使って被膜の剥離状態を観察し、被膜が剥離する荷重、すなわちスクラッチ強度Ｌｃを測定した。これらの結果は表１１に併記した。
【００４７】
試料番号３０〜４８の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：ＳＣＭ４４０、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切り込み：２．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で乾式フライス試験を行った。工具寿命は、逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍに達するまでとした。切削長６ｍまでに逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍに達しない場合は、切削長６ｍ時の逃げ面摩耗量ＶＢを測定した。これらの結果を表１２に示す。
【００４８】
【表１２】
2007136597.tif 000013
寿命判定：ＶＢ＝０．３ｍｍが目安
【００４９】
以上のように、基材の表面に窒素拡散膜を被覆し、（Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ系の硬質膜を被覆した発明品は、比較品と比べて安定した長寿命加工が可能であった。
【実施例４】
【００５０】
被膜の酸化試験を実施するために、基材として１０×１０×１ｍｍの金属モリブデン板を用意した。メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表１３に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。次いで表１４に示す硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：１．５〜３．５Ｐａ、アーク電流：１２０〜１４０Ａ、基材バイアス電圧：−３０〜−１２０Ｖという条件で被覆した。
【００５１】
【表１３】
2007136597.tif 000014
【００５２】
【表１４】
2007136597.tif 000015
【００５３】
酸化試験は、市販の電気加熱炉を使用し、各試料を９７３Ｋから１５７３Ｋまで所定の温度（５０Ｋ間隔）に昇温して各試料を大気中で２時間保持した。各所定温度で酸化試験した試料について、Ｘ線回折測定と断面観察を行い、酸化物の生成状態を確認した。ここで酸化物が生成しない最も高い温度を耐酸化温度とした。その測定結果を表１４に併記した。
【００５４】
基材の表面に窒素拡散膜を被覆し、（Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ）ＣＮＯ系の硬質膜を被覆した発明品は、比較品と比べて耐酸化性に優れる。
【実施例５】
【００５５】
基材としてＫ２０相当超硬合金製チップＳＤＫＮ１２０３を用意し、メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表１５、１６に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。次いで表１７、１８に示す中間膜、硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：２．５〜４．０Ｐａ、アーク電流：１４０〜１６０Ａ、基材バイアス電圧：−５０〜−７０Ｖという条件で被覆した。
【００５６】
【表１５】
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【００５７】
【表１６】
2007136597.tif 000017
【００５８】
【表１７】
2007136597.tif 000018
【００５９】
【表１８】
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【００６０】
基材と被膜の密着性の評価としてスクラッチ試験を行った。ＣＳＭ製ＲＥＶＥＴＥＳＴ（登録商標）スクラッチ試験機に先端径０．２ｍｍのダイヤモンド圧子を取り付け、荷重を１０Ｎから１３０Ｎまで１０Ｎ単位で増加させて被膜の剥離強度を測定した。実体顕微鏡および走査電子顕微鏡を使って被膜の剥離状態を観察し、被膜が剥離する荷重、すなわちスクラッチ強度Ｌｃを測定した。これらの結果は表１７、１８に併記した。
【００６１】
試料番号５９〜７７の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：ＳＣＭ４４０、切削速度：２１２ｍ／ｍｉｎ、切り込み：２．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で乾式フライス試験を行った。工具寿命は、逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍを目安とした。切削長６ｍまでに逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．３ｍｍに達しない場合は、切削長６ｍ時の逃げ面摩耗量ＶＢを測定した。これらの結果を表１９示す。
【００６２】
【表１９】
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寿命判定：ＶＢ＝０．３ｍｍが目安。
【００６３】
以上のように、基材の表面に窒素拡散膜を被覆し、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなる中間膜と（Ｃｒ，Ａｌ，Ｂ）ＣＮＯ系の硬質膜とを被覆した発明品は、比較品と比べて安定した長寿命加工が可能であった。
【実施例６】
【００６４】
被膜の酸化試験を実施するために、基材として１０×１０×１ｍｍの金属モリブデン板を用意した。メタルボンバード用電極を含めた６極のターゲットを着装することが可能なＡＩＰ装置内に基材を装入して１×１０-3Ｐａの圧力まで真空排気を行った後、次にＡＩＰ装置内のヒーターで７７３Ｋまで基材を加熱した。そして表２０、２１に示す条件で基材のイオンボンバード処理を行った。発明品はＡｒボンバード、メタルボンバード、窒素拡散処理の順に処理した。比較品はＡｒボンバード、メタルボンバードの順に処理した。次いで表２２に示す硬質膜を被覆した。具体的には、各膜の金属成分のターゲットを用い、必要に応じてＮ2、Ｏ2、ＣＨ4またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入し、圧力：２．０〜４．０Ｐａ、アーク電流：１３０〜１６０Ａ、基材バイアス電圧：−３０〜−１００Ｖという条件で被覆した。
【００６５】
【表２０】
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【００６６】
【表２１】
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【００６７】
【表２２】
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【００６８】
酸化試験は、市販の電気加熱炉を使用し各試料を９７３Ｋから１５７３Ｋまで所定の温度（５０Ｋ間隔）に昇温して各試料を大気中で２時間保持した。各所定温度で酸化試験した試料について、Ｘ線回折測定と断面観察を行い、酸化物の生成状態を確認した。ここで酸化物が生成しない最も高い温度を耐酸化温度とした。その測定結果を表２２に併記した。
【００６９】
基材の表面に窒素拡散膜を被覆し、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの中の少なくとも１種と窒素、炭素、酸素の中の少なくとも１種との化合物からなる中間膜を被覆し、（Ｃｒ，Ａｌ，Ｂ）ＣＮＯ系の硬質膜を被覆した発明品は、比較品と比べて耐酸化性に優れる。