(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れ、且つ高温での強度、靭性が高い硬質皮膜を被覆した被覆部材を提供することである。【解決手段】基材表面に硬質皮膜を少なくとも１層以上被覆した被覆部材であって、該硬質皮膜は、（ＡｌｘＳｉｙＭｅ１−ｘ−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体からなり、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉから選択される１種以上、但しｘ、ｙは原子比で、ｘ＞０、ｙ＞０．１、ｘ＋ｙが０．４０以上、０．９５未満からなり、該硬質皮膜の結晶粒子内部のＡｌ含有量をＡ、結晶粒子界面のＡｌ含有量をＢとしたとき、Ｂ／Ａ値が、Ｂ／Ａ＞１を満足することを特徴とする被覆部材である。【選択図】図１
2007119809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に硬質皮膜を少なくとも１層以上被覆した被覆部材であって、該硬質皮膜は、（ＡｌｘＳｉｙＭｅ１−ｘ−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体からなり、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉから選択される１種以上、但しｘ、ｙは原子比で、ｘ＞０、ｙ＞０．１、ｘ＋ｙが０．４０以上、０．９５未満からなり、該硬質皮膜の結晶粒子内部のＡｌ含有量をＡ、結晶粒子界面のＡｌ含有量をＢとしたとき、Ｂ／Ａ値が、Ｂ／Ａ＞１を満足することを特徴とする被覆部材。
【請求項２】
請求項１記載の該硬質皮膜の結晶粒子径が１５ｎｍ未満であることを特徴とする被覆部材。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２何れかに記載の該硬質皮膜が、少なくとも六方晶のＢ４構造に対応した制限視野回折パターンを示すことを特徴とする被覆部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３何れかに記載の該硬質皮膜のＢ／Ａ値が、１＜Ｂ／Ａ＜２０であることを特徴とする被覆部材。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４何れかに記載の該硬質皮膜が、該硬質皮膜の総厚に対して、３０％以上、９９％未満からなり、残部が、（ＳｉｙＭｅ１−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体からなり、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌから選択される１種以上、ｙは原子比で０．０５以上、１未満であることを特徴とする被覆部材。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５何れかに記載の被覆部材が切削工具であることを特徴とする被覆部材。
【請求項７】
請求項６記載の該切削工具がボールエンドミルであることを特徴とする被覆部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、超硬合金工具、サーメット工具、高速度鋼工具、ダイス鋼工具等の耐摩耗性を向上するための硬質皮膜を被覆した被覆部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ、Ｓｉを含有した硬質皮膜が、以下の特許文献１から４に開示されている。超硬合金、サーメット又は高速度工具鋼を基材とする切削工具の耐摩耗性を向上させることを目的に、硬質皮膜をコーティングすることが行われている。特許文献１は、皮膜組成が（ＡｌＳｉ）（ＮＢ）、０．５≦Ａｌ＜１、０．５≦Ｓｉ≦１、で示されるＡ層を少なくとも一層被覆された被覆工具が開示されている。特許文献２は、硬質皮膜の組成が（ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（ＮｚＣ１−ｚ）、０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１、０．６≦ｚ≦１で示される硬質皮膜が開示されている。特許文献３は、硬質層の少なくとも１層はＳｉを含有し、相対的にＳｉに富みアモルファスである（ＴｉＡｌＳｉ）（ＣＮＯＢ）化合物相と、相対的にＳｉに乏しい結晶質の（ＴｉＡｌＳｉ）（ＣＮＯＢ）化合物相から構成されることが開示されている。特許文献４は、硬質皮膜の組成式が（ＡｌａＭｂ）１００−ｃＸｃで示され、Ｍ成分の選択肢から、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉが存在することが開示されている。ａ値、ｂ値は原子％を示し、６０％≦ａ≦９８．５％、１．５％≦ｂ≦４０％であり、非晶質構造を示し、高硬度を有することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３７００３号公報
【特許文献２】特開平７−３１０１７４号公報
【特許文献３】特開２００２−３３７００２号公報
【特許文献４】特許第３０２７５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記の方法では、Ａｌの組成比を増加させて硬度を高めるにも限界があるため硬度と耐酸化性を同時に高めていくことができず、結果として耐摩耗性の向上にも限界があった。更にＡｌ含有皮膜にＳｉを添加した組成系においては、ＺｎＳ型のＡｌＮ相がＴｉＡｌＮ系よりも低いＡｌ含有量で形成されることが確認されており、硬度並びに耐酸化性改善効果が高いＡｌ及びＳｉの含有量を高めるは限界があった。本発明の課題は、従来限界のあったＡｌ及びＳｉ含有量がリッチな組成範囲においても、耐摩耗性に優れ、且つ高温での強度、靭性が高い硬質皮膜を被覆した被覆部材を提供することにある。ＺｎＳ型のＡｌＮが硬質皮膜内に存在しても、優れた耐摩耗性を発揮することができる被覆部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これら課題を解決する本願発明の被覆部材とは、基材表面に硬質皮膜を少なくとも１層以上被覆した被覆部材であって、該硬質皮膜は、（ＡｌｘＳｉｙＭｅ１−ｘ−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体からなり、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉから選択される１種以上、但しｘ、ｙは原子比で、ｘ＞０、ｙ＞０．１、ｘ＋ｙが０．４０以上、０．９５未満からなり、該硬質皮膜の結晶粒子内部のＡｌ含有量をＡ、結晶粒子界面のＡｌ含有量をＢとしたとき、Ｂ／Ａ値が、Ｂ／Ａ＞１を満足することを特徴とする被覆部材である。以下、該硬質皮膜を、Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜と記す。上記の構成を採用することにより、高硬度で耐酸化性に優れ、同時に熱応力が作用する環境下においても安定して優れた耐摩耗性、高温強度、高靭性及び密着強度を発揮する硬質皮膜を提供することできる。
【０００６】
本願発明のＡｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜の結晶粒子径は１５ｎｍ未満であり、少なくとも六方晶のＢ４構造に対応した制限視野回折パターンを示すことが好ましい。ＺｎＳ型のＡｌＮが硬質皮膜内に存在する組成範囲の場合、同一組成の従来の皮膜に比べてもその効果が顕著に確認でき好適である。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜のＢ／Ａ値が、１＜Ｂ／Ａ＜２０であることが好ましい。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜が、硬質皮膜の総厚に対して、３０％以上、９９％未満からなり、残部が、（ＳｉｙＭｅ１−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体からなり、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌから選択される１種以上、ｙは原子比で０．０５以上、１未満であることが好ましい。以下、これをＳｉ必須硬質皮膜と記す。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜を単独又は、Ｓｉ必須硬質皮膜と組み合わせ、切削工具に被覆した場合、優れた耐摩耗性を発揮することができ、切削工具としてはボールエンドミルが好適である。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明の硬質皮膜は、耐摩耗性に優れ、且つ高温での強度、靭性が高い硬質皮膜を被覆した被覆部材を提供することが可能となった。ＺｎＳ型のＡｌＮを硬質皮膜内に存在する組成範囲においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる被覆部材を提供することができた。本願発明により、耐摩耗性の要求される部材の寿命延長や切削加工をより高速化することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願発明の硬質皮膜は、Ａｌ及びＳｉ含有量が金属元素のみの原子％で４０％以上、且つＳｉ含有量が金属元素のみの原子％で１０％の組成範囲において、特に結晶粒子内部よりも結晶粒子界面領域にＡｌ含有量を多く含有させることにより、硬質皮膜の耐摩耗性を改善することを可能にした。通常、金属元素のみの原子％でＡｌ及びＳｉ含有量が４０％以上、且つＳｉ含有量が１０％以上のＡｌ及びＳｉ含有量増加に伴い、硬質皮膜全体がＺｎＳ型のＡｌＮ相として成長する傾向にある。そのため硬度は低下する。しかし、本願発明は、結晶粒子に隣接した結晶粒子界面領域が、結晶性が異なるＡｌが濃化した結晶粒子界面領域として存在している。結晶粒子界面領域は、隣接する結晶粒子と夫々不連続な状態で存在し、結晶内部で発生した転移の進行が阻害され、硬度低下を抑制することができる。これら結晶粒子界面領域は、結晶粒子内部よりも結晶性が悪いかもしくは非晶質として存在する場合、より耐摩耗性に優れ好ましい。これらは結晶粒子界面領域において転移の固着効果がより顕著であることを示唆している。これらの現象は、本願発明の中でも特に重要である、結晶粒子内部のＡｌ含有量をＡ、該結晶粒子界面領域のＡｌ含有量をＢとしたとき、Ｂ／Ａ値が、Ｂ／Ａ＞１を満足することにより達成される。一方、Ｂ／Ａ≦１の場合、転移の固着効果が十分ではなく、硬度低下は避けられない。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜のＢ／Ａ値は、１＜Ｂ／Ａ＜２０であることが好ましい。より好ましい範囲は、１＜Ｂ／Ａ＜４である。Ｂ／Ａが２０以上の場合、硬質皮膜が軟化する傾向が確認され、耐摩耗性に乏しい。Ｂ／Ａ値は主に硬質皮膜の硬度並びに結晶構造を決定するパラメータであり、上記範囲に規定することが好ましい。
本願発明の硬質皮膜はＡｌ及びＳｉの含有を必須とし、ｘ、ｙは原子比で、ｘ＋ｙであるＡｌ及びＳｉ含有量を０．４０以上、０．９５未満とする。ｘ＋ｙの値が０．４０未満の場合、何ら耐摩耗性の改善は認められない。ｘ値が０．９５以上の場合、皮膜硬度の軟化が著しく耐摩耗性に乏しくなる。ｙ値は０．１を超えて多く含有することが高硬度、且つ耐酸化性の改善に重要である。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜を、（ＡｌｘＳｉｙＭｅ１−ｘ−ｙ）としたときのＭｅ成分は、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉのうち少なくとも１種以上を含有することである。Ｎｂの添加効果は、ＺｎＳ型のＡｌＮの析出を抑制することができる。皮膜硬度及びヤング率を向上させることが可能となり、優れた密着強度が得られる。Ａｌ及びＳｉ含有量を向上させることができるため、耐酸化性に関しても良好となる。Ｎｂ添加は、酸化後に皮膜表面に形成される表面酸化物が、従来の（ＡｌＣｒ）Ｎ系及び／又は（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎ系皮膜よりも微細構造を示し、酸素の内向拡散を抑制することができる。Ｃｒ及び／又はＮｂを添加した場合、硬度並びに耐熱性の改善が顕著である。例えばＮｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等のうちの２種以上とＳｉとの化合物質は、いずれも耐酸化性を有する高融点の金属間化合物であり、被膜材料として好適である。Ｔｉを添加した場合は、特に高硬度に有効であり、何れの元素も本発明を達成することができる。上記の元素添加は同時に行うこともでき、ＺｎＳ型のＡｌＮ相はＴｉ、Ｎｂ、Ｃｒの順に形成され易い傾向にあることから、被覆部材の使用環境に適する様に、皮膜の結晶性を最適化することが必要である。
更に、Ｎｂは融点が１０００度以上と高く、密度が小さく、高温における強度と靭性とのバランスに優れている。即ち、Ｎｂは他の高融点金属と広い濃度領域で固溶体、化合物相をもつことができるため、これらの固溶体、化合物相とを複合化させることで高温強度と靭性に優れた特性を有することができる。例えば、析出強化型のＮｂ基合金材料のＮｂ−Ｓｉ系、Ｎｂ−Ｔｉ系等や、金属間化合物のＮｂ−Ａｌ系等、この他にもＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ等を固溶した固溶強化型Ｎｂ基合金材料等のＮｂ系耐熱材料を硬質皮膜に存在させることが好適である。窒化Ｎｂも高温域で安定な材料として硬質皮膜に存在させることが好適である。窒化Ｎｂは、種々の元素比を有する材料が存在し、ＮｂＮ、Ｎｂ４Ｎ３、Ｎｂ２Ｎ等がある。この中でもＮｂ２Ｎは高温環境における安定性が優れている。この理由は、ＮｂとＮの原子間の結合力が高いことによるものと考えられ、高温強度と靭性に優れた特性に影響を及ぼす。或は、Ｎｂ以外の合金元素や、拡散防止に有効な他の元素である、例えばＢ等を含有するものであってもよい。
【０００９】
本願発明のＡｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜は、結晶粒子径が１５ｎｍ未満の場合、硬度と耐摩耗性に好適である。１５ｎｍ以上の場合、硬度が低下する場合もある。より好ましい結晶粒子径としては、２ｎｍ以上、１０ｎｍ未満である。
ＺｎＳ型のＡｌＮ相が存在する場合、特にＺｎＳ型のＡｌＮ相が結晶粒子界面領域に存在する場合、より高硬度を示すことから好適である。ここで言う六方晶のＢ４構造に対応した制限視野回折パターンを示すこととはＺｎＳ型のＡｌＮ相が存在することを示すことを意味する。この場合（１００）であることが好ましい。
本願発明の硬質皮膜の好ましい層構造としては、ＡｌＳｉ必須硬質皮膜が硬質皮膜全体の総厚に対して、３０％以上、９９％未満とし、残部を（ＳｉｙＭｅ１−ｙ）の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、硫化物から選択される１種以上もしくはこれらの固溶体とし、但し、ＭｅはＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌから選択される１種以上、ｙは０．０５以上、１未満から構成されるＳｉ必須硬質皮膜との積層構造にすることが好ましい。ここで、Ｓｉ必須硬質皮膜のｙ値は、Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜のｙ値と共通である。ｙ値が０．０５未満の場合は、その効果が確認できない場合がある。これら積層化により耐摩耗性、耐熱性、耐熱クラック性を改善することができ好ましい。Ａｌ、Ｓｉ必須硬質皮膜を硬質皮膜全体の総厚に対して、３０％未満の場合、耐摩耗性の改善が認められない場合があり、９９％以上の場合、硬質皮膜の耐剥離性が要求される湿式摩耗環境や被加工材がＨＲＣ６０以上高硬度材において耐摩耗性に乏しい場合がある。ＡｌＳｉ必須硬質皮膜を硬質皮膜全体の総厚に対して、３０％以上、９９％未満を好ましい範囲とする。ＡｌＳｉ必須硬質皮膜とＳｉ必須硬質皮膜の積層構造は、２層以上、２０００層未満が好ましい積層構造である。本願発明のＡｌＳｉ必須硬質皮膜は、特にＳｉ必須硬質皮膜との密着性にも優れる。Ｓｉ必須硬質皮膜以外に他の硬質皮膜をＡｌＳｉ必須硬質皮膜と積層しても本願発明の効果が得られ、適宜変更を施すことができる。例えば密着強化層は、ＴｉＮ、ＣｒＮ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＡｌＣｒ）Ｎが挙げられる。最表層の摩擦を低減するために硬質炭素膜等を被覆するとも可能である。
本願発明の硬質皮膜を被覆した被覆部材は、切削工具が最適である。本発明の硬質皮膜は、耐熱性、耐摩耗性に優れることから切削工具へ被覆するとにより、その効果が顕著に確認できる。切削工具の中でも特にボールエンドミルに被覆することにより、優れた耐摩耗性を発揮することができる。その理由としては、３次元形状を加工するボールエンドミルのチゼルエッジ近傍では切り屑厚さが薄く、常に被加工物と接触しながら加工するため、特に優れた耐熱性が要求されるからである。本願発明の硬質皮膜は耐熱性に優れ、微細な結晶粒子と結晶性が異なる結晶粒子界面領域で構成されるため、熱拡散の防止に特に有効である。一方、チゼル近傍に比べ、高速度であるボール刃では断続加工となり、熱クラックが発生し易く、このような環境において、本願発明の硬質皮膜は、結晶粒子界面領域にＡｌ高濃度領域が存在するためマイクロクラックの進展を抑制する効果に優れ、切れ刃若しくは硬質皮膜の欠損を防止することができる。
本願発明の硬質皮膜の被覆方法は、特に限定するものではないが物理蒸着法による被覆が好ましい。物理蒸着法の中でも特にアーク放電式イオンプレーティング（以下、ＡＩＰと記す。）法、スパッタリング（以下、ＳＰと記す。）法が好適である。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１０】
本願発明の硬質皮膜をＡＩＰ法により被覆した場合を述べる。基体は、Ｃｏ及びＶ含有量の合計が８重量％の超微粒子超硬合金製のテストピース及び耐摩耗性の評価に用いる２枚刃ボールエンドミルを用いた。脱脂洗浄を十分に実施し、ＡＩＰ装置の容器内の冶具に配置した。冶具は３回転／分で自公転する。基体の温度は５００℃となるよう加熱及び排気を行った。Ａｒを容器内に導入し、容器内に設けられた電極間で放電することによりＡｒのイオン化を行った。同時に基体にパルス状のバイアス電圧を印加し、イオン化されたＡｒは基体に衝突し、基体のクリーニング及び活性化処理を行った。処理後、窒素及びアセチレンを容器内に導入し、全体の圧力を５Ｐａ、バイアス電圧を−７５Ｖから−１８５Ｖの間で周期的に変化させながら被覆した。容器内に複数配置したアーク蒸発源に設置された硬質皮膜の金属成分となるターゲットの組成比がＡｌ：０．５、Ｔｉ：０．３、Ｓｉ：０．２の金属ターゲットを設置し、夫々１５０Ａを供給した。ターゲット上で放電を開始し、ＡｌＴｉＳｉ炭窒化窒化物を約３μｍ被覆した。硬質皮膜形成後、被覆基体の温度が２００℃以下になるまで冷却し、容器から取り出した。得られた硬質皮膜を本発明例１とした。本願発明の硬質皮膜を得るための好ましい被覆条件は、特に限定するものではないが、印加バイアス値を−７５Ｖから−２２０Ｖの範囲の高バイアス側に設定し、且つ周期的に変化させながら被覆を行うことである。従来、硬質皮膜の被覆条件のバイアス値が、−３０Ｖから−６０Ｖの低バイアス値であることに対して、本願発明は高バイアス側とした。
【００１１】
本発明例１の組成及び組織構造を以下の条件で実施した。硬質皮膜全体の組成はＥＰＭＡ分析及びＸＰＳ分析により決定した。硬質皮膜の組織観察を透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと記す。）により実施した。組織観察に用いる試料準備の方法は、試料とダミー基板とをエポキシ樹脂を用いて接着し、切断、補強リング接着、研磨、ディンプリング、Ａｒイオンミーリングを行い、試料厚さが原子層厚さになる領域において、格子像観察、制限視野回折、微小部電子線回折、微小部ＥＤＸ分析等を行い、組織構造を確認した。分析装置は、日本電子製ＪＥＭ−２０１０Ｆ型の電解放射型ＴＥＭを用い、加速電圧２００ｋＶで組織観察を行った。制限視野回折像の撮影は、カメラ長を５０ｃｍ、制限視野回折領域を１２５０ｎｍ及び１４０ｎｍとした。微小部電子線回折は、カメラ長を５０ｃｍ、ビーム径を１ｎｍに収束させ、硬質皮膜の結晶性を同定した。微小部ＥＤＸ分析は、ノーラン製ＵＴＷ型Ｓｉ（Ｌｉ）半導体検出器を用い、１ｎｍ領域を分析した。微小部ＥＤＸ分析の分析領域は、試料厚さが数原子層であるため１ｎｍのビームが１．５ｎｍまで広がっていないと考えられる。同様に微小部電子線回折の領域に関しても、１．５ｎｍまでの広がりはなくＸ線の発生領域も同程度である。
【００１２】
本発明例１の硬質皮膜の金属成分をＥＰＭＡにより測定した結果、組成が原子比でＡｌ：０．４５、Ｔｉ：０．４０、Ｓｉ：０．１５であった。ＴＥＭによる観察結果を説明する。本発明例１の１２５０ｎｍφの制限視野回折像を図１に示す。図１より、本発明例１の硬質皮膜はＦＣＣ相に対応したリング状の回折斑を示した。図２に本発明例１の１４０ｎｍφの制限視野回折像を示す。図２より、ＦＣＣ相に対応したリング状の回折斑に加えて、非晶質相の存在を示すハローが観察され、本発明例２は約１０ｎｍ程度の結晶粒子と非晶質相から構成されることが確認された。図３にＴＥＭによる格子像観察結果を示す。同一視野における明視野像を図４に示す。明視野像とは主に結晶性、結晶構造、試料厚さ等の影響が濃淡として現れることから、図３及び図４中の（２）、（３）、（４）が結晶粒子（１）の結晶粒子界面領域の一部であることが図３に示す格子像観察結果よりも鮮明に確認できる。図３及び図４中の（１）、（２）、（３）、（４）に示す結晶粒子の微小部電子線回折像を図５、図６、図７、図８に示す。微小部ＥＤＸ分析結果を表１と図９、１０、１１、１２に示す。
【００１３】
【表１】
2007119809.tif 000003
【００１４】
結晶粒子内部である図５の微小部電子線回折像に比べ、図６、図７、図８から、その結晶粒子界面領域は何れも結晶性が悪い。図８より、図３及び図４中の（４）に示す結晶粒子界面領域は、結晶からの回折斑に加えて、リング状に微細な回折スポットの集合体が認められる。これらは結晶構造をもたないと考えられ非晶質とすることが妥当である。結晶粒子界面領域は、隣接する結晶粒子の情報も含んでいることも考えられる。さらに微小部ＥＤＸ分析結果より、図３及び図４中の（１）に示す結晶粒子内部に比べ、結晶粒子界面領域（２）のＢ１／Ａ値が１．００３、結晶粒子界面領域（３）のＢ２／Ａ値が１．０１９、結晶粒子界面領域（４）のＢ３／Ａ値が１．１４１であり、何れも結晶粒子内部に比べその粒界はＡｌが高濃度で存在した。Ｓｉに注目すると図３及び図４の結晶粒子界面領域（１）に比べ、結晶粒子界面領域（３）は１．４８６倍と、Ｓｉを多く含有した。従ってＳｉを同時に含む組成系においてはＡｌのみならずＳｉも結晶粒子界面領域に多く存在することが確認された。
【００１５】
本願発明の硬質皮膜の耐摩耗性を評価するために皮膜組成、Ｂ／Ａ値、結晶粒径、結晶構造、膜厚比、積層膜の組成及び構造、成膜方法を変化させた試料を作成し、耐摩耗性の評価を実施した。詳細を表２、表３に示す。表中のＳＰはスパッタリング法、ＡＩＰはアーク放電式イオンプレーティング法であることを示す。比較例及び従来例に関しても、表２、表３に併記した。
【００１６】
【表２】
2007119809.tif 000004
【００１７】
【表３】
2007119809.tif 000005
【００１８】
耐摩耗性を評価するための評価条件を以下に示す。評価結果は、逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達した切削長もしくは著しく不安定な加工状態、例えば火花発生、異音、加工面のむしれ、焼け等などの状態に達した時点における切削長を切削寿命として表３に示した。１０ｍ未満の切削寿命は切り捨てて表記した。
（評価条件）
工具：２枚刃ボールエンドミル（５ｍｍＲ）
切削方法：高速仕上げ加工
被削材：マルテンサイト系ステンレス鋼（ＨＲＣ５２）
切り込み：軸方向、１．２ｍｍ、径方向、０．２ｍｍ
主軸回転数：２０ｋｍｉｎ−１
テーブル送り：４ｍ／ｍｉｎ
切削油：なし、ドライ切削（エアーブロー）
【００１９】
表３より、本発明例１から１３は、比較例１４から１９、従来例２０から２３と比較して安定した切削寿命が得られ、耐摩耗性に優れていることが確認された。本発明例１は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で６０％の場合について、（ＡｌＴｉＳｉ）（ＣＮ）の場合を示す。比較例１４との相違は、Ｂ／Ａ値であり、被覆条件としては主にバイアス電圧が異なる。本発明例１が高バイアス電圧に対し、比較例１７は低バイアス電圧とした。本発明例１は、結晶粒内のＡｌ含有量に比べ結晶粒子界面領域のＡｌ含有量が多い場合であり、比較例１４は結晶粒内部と結晶粒子界面領域のＡｌ含有量に相違が認められない場合である。両者間は明らかに耐摩耗性に相違が認められた。本発明例１と比較例１４の押込み硬さ値を比較すると同一測定条件化において、本発明例１が４７ＧＰａ、比較例１７が３２ＧＰａであったことからも、本発明例１が耐摩耗性に優れる要因を説明できる。本発明例１が比較例１４に比べ優れた耐摩耗性を示す要因は、皮膜硬度改善効果のみならず、耐熱性改善、摩耗環境下における被加工材からの拡散抑制等が複雑に寄与していると考えられる。
本発明例２は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で７０％の場合を示す。本発明例３は、密着強化層として最下層に（ＡｌＴｉ）Ｎ皮膜を約０．２μｍ被覆しその後、本発明例１の硬質皮膜を被覆した場合を示す。密着強化層として公知の硬質皮膜を用いた場合がより好ましい結果となった。本発明例４、５は、（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎの場合を示す。本発明例６は、密着強化層として最下層に（ＡｌＴｉ）Ｎを約０．２μｍ被覆しその後、本発明例４の硬質皮膜を被覆した場合を示す。本発明例７は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で６５％の（ＡｌＣｒＮｂＳｉ）Ｎの場合を示す。本発明例８は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で７５％の（ＡｌＮｂＳｉ）Ｎの場合を示す。本発明例９は、本発明例１と同一組成でＡＩＰ法により被覆した場合を示す。ＡＩＰ法においても本発明の効果が確認された。上記の本発明例１から９の何れもが、耐摩耗性に優れる結果となった。
本発明例１０から１３は、本願発明のＡｌＳｉ必須皮膜の上層にＳｉ必須硬質皮膜を被覆した。これによって、更に耐摩耗性が改善され、本発明の上で好ましい形態であることがわかった。本発明例１０は、本発明例１の上層に膜厚比で約２０％の（ＴｉＳｉ）Ｎを被覆した場合を示す。本発明例１１は、本発明例１の上層に膜厚比で約２０％の（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎを被覆した場合を示す。本発明例１２は、本発明例１の上層に本発明例１１とは組成の異なる（ＡｌＣｒＳｉ）Ｎを膜厚比で約２０％として被覆した場合を示す。
本発明例１３は、本発明例１の上層に膜厚比で約６５％の（ＴｉＳｉ）Ｎを被覆した場合を示す。
比較例１５は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で３０原子％の場合を示す。従来例に比べて耐摩耗性の改善効果が認められなかった。比較例１６は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で４０％であり、Ｓｉ含有量が５％の場合を示す。Ｓｉ含有量が１０％を超えなかったので高硬度、耐酸化性の改善が不十分であった。比較例１６は、Ｂ／Ａ＞１を満足しないので耐摩耗性の改善も認められなかった。比較例１７は、Ａｌ及びＳｉ含有量の合計が金属元素のみの原子％で９７％の場合である。このため、皮膜硬度の軟化が著しく耐摩耗性に乏しくなった。比較例１８は、（ＡｌＺｒＳｉ）Ｎの場合、比較例２１は、（ＡｌＶＳｉ）Ｎの場合を夫々示す。Ｍｅ成分元素に相当する元素がＮｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ以外であるため、耐摩耗性の改善は確認されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明例１の１２５０ｎｍφの制限視野回折像を示す。
【図２】図２は、本発明例１の１４０ｎｍφの制限視野回折像を示す。
【図３】図３は、本発明例１の透過電子顕微鏡による格子像観察結果を示す。
【図４】図４は、図３とほぼ同一視野における透過電子顕微鏡による明視野像を示す。
【図５】図５は、図３中の（１）に対応した微小部電子線回折像を示す。
【図６】図６は、図３中の（２）に対応した微小部電子線回折像を示す。
【図７】図７は、図３中の（３）に対応した微小部電子線回折像を示す。
【図８】図８は、図３中の（４）に対応した微小部電子線回折像を示す。
【図９】図９は、図３中の（１）に対応した微小部ＥＤＸ分析結果を示す。
【図１０】図１０は、図３中の（２）に対応した微小部ＥＤＸ分析結果を示す。
【図１１】図１１は、図３中の（３）に対応した微小部ＥＤＸ分析結果を示す。
【図１２】図１２は、図３中の（４）に対応した微小部ＥＤＸ分析結果を示す。
【図９】
2007119809.tif 000006
【図１０】
2007119809.tif 000007
【図１１】
2007119809.tif 000008
【図１２】
2007119809.tif 000009
【図１】
2007119809.tif 000010
【図２】
2007119809.tif 000011
【図３】
2007119809.tif 000012
【図４】
2007119809.tif 000013
【図５】
2007119809.tif 000014
【図６】
2007119809.tif 000015
【図７】
2007119809.tif 000016
【図８】
2007119809.tif 000017