(57)【要約】  本発明は、コーティング切削工具と、基材及び単層又は多層硬質材料コーティングからなるコーティング切削工具を製造するための方法とに関し、基材は、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され、硬質コーティングは、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅの少なくとも一つの層を含み、式中、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは原子比であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であり、ａ、ｂ、ｄ及びｅはそれぞれ＞０であり、ｃ＝０又はｃ＞０であり、ａ≧ｂであり、ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１であり、好ましくは≦０．０５であり、０．１≦ｄ／（ｄ＋ｅ）≦０．５であり、Ｍｅは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素である］、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は、９５：５から５０：５０の範囲のＡｌ：Ｃｒ原子比を有するＡｌ及びＣｒを含有するターゲットを使用するアーク蒸着法（アークＰＶＤ）により堆積され、・反応ガス混合物はＯ２ガス及びＮ２ガスを含有し、任意選択的に、Ｏ２ガスの一部又は全て及びＮ２ガスの一部は、亜酸化窒素、Ｎ２Ｏ、一酸化窒素、ＮＯ、二酸化窒素、ＮＯ２、及び四酸化二窒素、Ｎ２Ｏ４から選択される窒素及び酸素含有ガスにより置き換えられ、・反応ガス混合物は、任意選択的に一又は複数の不活性ガスを含有し、・ガス圧の合計は７Ｐａから２０Ｐａの範囲にあり、・Ｏ２分圧は０．００１Ｐａから０．１Ｐａであり、・０．００２≦（流量（Ｏ２）／流量（Ｎ２）≦０．０２であり、・（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）≧４である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材及び単層又は多層硬質材料コーティングからなるコーティング切削工具を製造するための方法であって、基材が、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され、硬質コーティングが、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅの少なくとも一つの層を含み、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは原子比であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であり、
ａ、ｂ、ｄ及びｅはそれぞれ＞０であり、
ｃ＝０又はｃ＞０であり、
ａ≧ｂであり、
ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１、好ましくは≦０．０５であり、
０．１≦ｄ／（ｄ＋ｅ）≦０．５であり、
Ｍｅは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、
ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は、９５：５から５０：５０の範囲のＡｌ：Ｃｒ原子比でＡｌ及びＣｒを含有するターゲットを使用するアーク蒸着法（アークＰＶＤ）により堆積され、
・反応ガス混合物はＯ２ガス及びＮ２ガスを含有し、任意選択的に、Ｏ２ガスの一部又は全て及びＮ２ガスの一部は、亜酸化窒素、Ｎ２Ｏ、一酸化窒素、ＮＯ、二酸化窒素、ＮＯ２、及び四酸化二窒素、Ｎ２Ｏ４から選択される窒素及び酸素含有ガスにより置き換えられ、
・反応ガス混合物は、任意選択的に一又は複数の不活性ガスを含有し、
・ガス圧の合計は７Ｐａから２０Ｐａの範囲内であり、
・Ｏ２分圧は０．００１Ｐａから０．１Ｐａであり、
・０．００２≦（流量（Ｏ２）／流量（Ｎ２）≦０．０２であり、
・（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）≧４である、
方法。
【請求項２】
ターゲットにおけるＡｌ：Ｃｒ原子比が９０：１０から５０：５０の範囲、好ましくは８０：２０から６０：４０の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
合計ガス圧が、≧８Ｐａ、好ましくは≧１０Ｐａ、且つ／又は合計ガス圧が≦１５Ｐａである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）≧５、好ましくは≧８であるか、又は反応ガス混合物が不活性ガスを含有しない、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
全体的な蒸発器の電流（アンペア［Ａ］で測定）のＯ２流（ｓｃｃｍで測定）に対する比が、１５：１から６：１の範囲、好ましくは１４：１から１０：１の範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
バイアス電圧が２０から１００Ｖの範囲である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ｏ２分圧が０．０１から０．１Ｐａの範囲、好ましくは０．０１から０．０２Ｐａの範囲である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
基材及び単層又は多層硬質材料コーティングからなるコーティング切削工具であって、基材が、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され、硬質材料コーティングが、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅの少なくとも一つの層を含み、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは原子比であり、
ｉ）ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であり、
ｉｉ）ａ、ｂ、ｄ及びｅはそれぞれ＞０であり、
ｉｉｉ）ｃ＝０又はｃ＞０であり、
ｉｖ）ａ≧ｂであり、
ｖ）ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１であり、
ｖｉ）０．１≦ｄ／（ｄ＋ｅ）≦０．５であり、
Ｍｅが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層が以下：
・ビッカース硬さＨＶ０．０１５≧３０００
・換算ヤング率Ｅ≧４００ＧＰａ
の特性をさらに有する、コーティング切削工具。
【請求項９】
０．０５≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５である、請求項８に記載のコーティング切削工具。
【請求項１０】
２／３≦（ａ＋ｂ＋ｃ）／（ｄ＋ｅ）≦１である、請求項８又は９に記載のコーティング切削工具。
【請求項１１】
ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層が≧３２００のビッカース硬さＨＶ０．０１５を有する、請求項８から１０のいずれか一項に記載のコーティング切削工具。
【請求項１２】
ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層が≧４２０ＧＰａの換算ヤング率Ｅを有する、請求項８から１１のいずれか一項に記載のコーティング切削工具。
【請求項１３】
ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層が、４．８ｍｍの長さにわたって測定して≦０．５μｍ、好ましくは≦０．１μｍの平均表面粗さＲａを有する、請求項８から１２のいずれか一項に記載のコーティング切削工具。
【請求項１４】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法で得られた、請求項８から１３のいずれか一項に記載のコーティング切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つのＡｌＣｒＭｅＯＮ層を含むコーティング切削工具及びそれを製造するためのアークＰＶＤ法に関し、その切削工具は、改善された表面粗さ特性と、同時に、改善された硬度及びヤング率特性とを示す。
【０００２】
例えば、一般的な金属加工に使用される切削工具は、硬質金属物質の耐摩耗層又は多層コーティング、酸化層及びその上に堆積した同様のものを有する超硬合金（硬質金属）、サーメット、鋼又は高速度鋼の基体（基材）からなる。これらのコーティングは、ＣＶＤ（化学蒸着）法及び／又はＰＶＤ（物理蒸着）法を使用して塗布される。
【０００３】
ＰＶＤ法に関しては、マグネトロンスパッタリング、アーク蒸着（アークＰＶＤ）、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、及びレーザアブレーションを含めた様々な変形形態の間で区別がなされる。ＰＶＤ法のターゲットは、純金属又は二つ以上の金属の組み合わせを含むことができる。ターゲットが複数の金属を含む場合、それらの金属はすべて、ＰＶＤ法で形成されるコーティング層に同時に組み込まれる。堆積する層における金属の相対的な量的比率は、ターゲットにおける金属の量的比率に依拠するが、個々の金属はターゲットから所与の条件下で大量に除去され得る、及び／又は他の金属よりも大量に基材に堆積するため、ＰＶＤ法の条件にも依拠する。
【０００４】
所望の金属化合物を生成するために、反応性ガス、例えば窒化物を生成するための窒素、酸化物を生成するための酸素、炭化物、炭窒化物、オキシカーバイドなどを生成するための炭素含有化合物、又は対応する混合化合物を生成するためのそれらのガスの混合物は、ＰＶＤ法の反応チャンバに供給される。
【０００５】
陰極真空アーク蒸発（アークＰＶＤ）を実施すると、アークは溶融及び蒸発し、ターゲット材料はチャンバとターゲットとの間で燃焼される。この方法では、蒸発した材料の大部分がイオン化され、電場が基材で負の電位（バイアス電位）で確立されるため、イオン化された材料は基材に向かって加速され、基材表面に堆積する。陰極真空アーク蒸着（アークＰＶＤ）は、一般に、堆積速度が速いこと、蒸着材料の高度なイオン化による緻密層構造、及び良好なプロセス安定性を特徴とする。しかし、アークＰＶＤの大きな欠点は、小さな金属飛沫の排出によって引き起こされるマクロ粒子（液滴）のプロセス依存の堆積であり、それを回避することは非常に複雑である。液滴は、堆積層に望ましくない高い表面粗さをもたらす。
【０００６】
アークＰＶＤ法におけるＡｌＣｒＯＮ層の堆積の種々の変形が従来技術に記載されてきた。異なる含有量のＯ及びＮを有するＡｌＣｒＯＮ層を堆積させることが可能であることが示されているが、明らかに、一般にＡｌとＣｒの酸化物（Ａｌ２Ｏ３及びＣｒ２Ｏ３）の堆積は、Ａｌ及びＣｒの窒化物（ＡｌＮ及びＣｒＮ）の形成よりもエネルギー的に好ましい。換言すれば、窒化物相の生成エンタルピー（ΔＨＢ）は、広範囲の温度にわたってＡｌ及びＣｒの酸化物相の生成エンタルピー（ΔＨＢ）よりも低い。一般に、ＡｌＣｒＯＮ層は、ＯよりもＮの含有量が多い場合、良好な硬度と優勢な立方晶相を呈することが示されている。しかしながら、そのようなＡｌＣｒＯＮ層を含めたコーティングを有するコーティング工具は、一般に、金属切削作業において特に有利であると証明されていない。特定の条件下では、酸素含有量が多いＡｌＣｒＯＮコーティングは、より優れた耐摩耗性を示している（Khatibi A. et al., Acta Materialia 60 (2012) 6494-6507を参照のこと）。
【０００７】
特許公開第２００９−２７９６９０号は、コーティング切削工具を製造するための方法について言及しており、ここで、該コーティングは、ＡｌａＣｒｂＯｃＮｄからなり、ａ＞ｂであり、（ａ＋ｂ）＜（ｃ＋ｄ）であり、１６≦ａ≦２９、３≦ｂ≦１７．５、５７≦ｃ≦６７、０．５≦ｄ≦７でａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００であり、且つコーティング手順の間の酸素ガスの流量（ＦＲＯ）と窒素ガスの流量（ＦＲＮ）の比が０．０２≦ＦＲＯ／ＦＲＮ≦０．２であり、ガス圧の合計が３Ｐａから１５Ｐａの範囲である。このように得られたコーティングは、比較的低含有量のＮを有する。
【０００８】
さらに、マグネトロンスパッタリングによるＡｌＯ、ＡｌＣｒＯ及びＡｌＣｒＯＮ層の堆積は、先行技術で知られている（例えばDiechle et al., Surf. Coat. Technol., 206 (2011), 1545-1551及びDiechle et al., Surf. Coat. Technol., 204 (2010), 3258-3264）。しかし、これらのプロセスで非常に滑らかな層が得られたとしても、一般に、良好な結晶化度を得るためには、高い温度及び／又はバイアス電圧が必要とされる。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、液滴形成の減少、表面粗さの減少、製造中のプロセス条件の安定化、同時に高硬度及び高ヤング率Ｅを示す、アーク蒸着（アークＰＶＤ）による金属切削工具のためのＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮ硬質コーティングを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図２】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図３】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図４】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図５】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図６】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図７】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図８】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【図９】以下の実施例に従って生成及び調査した層のタイプのＸＲＤディフラクトグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によれば、物体は、基材及び単層又は多層硬質材料コーティングからなるコーティング切削工具を製造するための方法により得られ、基材は、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され、硬質コーティングは、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅの少なくとも一つの層を含み、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは原子比であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であり、
ａ、ｂ、ｄ及びｅはそれぞれ＞０であり、
ｃ＝０又はｃ＞０であり、
ａ≧ｂであり、
ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１、好ましくは≦０．０５であり、
０．１≦ｄ／（ｄ＋ｅ）≦０．５であり、
Ｍｅは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、
ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は、９５：５から５０：５０の範囲のＡｌ：Ｃｒ原子比でＡｌ及びＣｒを含有するターゲットを使用するアーク蒸着法（アークＰＶＤ）により堆積され、
・反応ガス混合物はＯ２ガス及びＮ２ガスを含有し、任意選択的に、Ｏ２ガスの一部又は全て及びＮ２ガスの一部は、亜酸化窒素、Ｎ２Ｏ、一酸化窒素、ＮＯ、二酸化窒素、ＮＯ２、及び四酸化二窒素、Ｎ２Ｏ４から選択される窒素及び酸素含有ガスにより置き換えられ、
・反応ガス混合物は、任意選択的に一又は複数の不活性ガスを含有し、
・ガス圧の合計は７Ｐａから２０Ｐａの範囲にあり、
・Ｏ２分圧は０．００１Ｐａから０．１Ｐａであり、
・０．００２≦（流量（Ｏ２）／流量（Ｎ２）≦０．０２であり、
・（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）≧４である。
【００１２】
以下では、本発明のコーティング層ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅは、指数ａからｅを示すことなく「ＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮ」とも称される。ｃ＝０の場合、層はＡｌＣｒＯＮ層であるが、ｃ＞０の場合はＡｌＣｒＭｅＯＮ層であり、Ｍｅは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素である。Ｍｅの含有量は、Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｍｅの総含有量に対し、本発明のＡｌＣｒＭｅＯＮ層では、≦１０ａｔ−％、好ましくは≦５ａｔ−％、すなわち、ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１、好ましくは≦０．０５である。略語「Ｍｅ」は通常金属について使用されるが、本発明の意味においては、一般的に半金属として知られている元素Ｓｉも含み得ることが意図される。
【００１３】
ｃ＞０、すなわち本発明のコーティング層ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅが特定量のＭｅを含有する場合、本発明の方法においては、Ａｌ及びＣｒを含有するターゲットが、「ｃ」に対応する原子比でＭｅの堆積をもたらす量のＭｅを示す元素を追加的に含有することが好ましい。ただし、Ｍｅは、Ｍｅからなるか又はそれを含有するが、Ａｌ及び／又はＣｒを含有しない一又は複数の個別のターゲットによって提供されることも可能である。
【００１４】
本発明の方法の好ましい実施態様では、反応ガス混合物は、Ｏ２ガス及びＮ２ガスのみからなる。本発明の方法の別の実施態様では、反応ガス混合物は、Ｏ２ガス及びＮ２ガス、さらに一又は複数の不活性ガス、好ましくは一種の不活性ガスから、この場合最も好ましくはＡｒから、なる。本発明の方法のさらに別の実施態様では、Ｏ２ガスの一部又は全部及びＮ２ガスの一部は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、及び四酸化二窒素（Ｎ２Ｏ４）から選択される窒素及び酸素含有ガスにより置き換えられ、好ましくは窒素及び酸素含有ガスは、亜酸化窒素Ｎ２Ｏである。
【００１５】
本発明の方法は、酸素流量（本明細書では「流量（Ｏ２）」と称される）及び窒素流量（本明細書では「流量（Ｎ２）」と称される）により規定される。酸素及び窒素の流量は、「ｓｃｃｍ」つまり、０℃の標準温度及び１．０１バール、すなわち１０１０００Ｐａの標準圧力での１分当たりの標準立法センチメートルで表される。本発明の意味において、「流量（Ｏ２）」及び「流量（Ｎ２）」について示される値は、反応ガス混合物中のＯ２ガス及びＮ２ガスにより提供される酸素及び窒素のモル量を考慮に入れる。しかし、Ｏ２ガスの一部又は全部及びＮ２ガスの一部が、上記のような窒素及び酸素含有ガス、例えばＮ２Ｏにより置き換えられる場合、本明細書に示される「流量（Ｏ２）」及び「流量（Ｎ２）」の値は、Ｏ２及びＮ２ガスを置き換える窒素及び酸素含有ガスの量を考慮に入れるよう、再計算される必要がある。例えば、５０ｓｃｃｍの流量のＯ２は、反応ガス混合物中１００ｓｃｃｍのＮ２Ｏガスと同じモル量の酸素を提供する。同時に、１００ｓｃｃｍのＮ２Ｏは、１００ｓｃｃｍのＮ２ガスに置き換えられる。よって、本明細書に示される「流量（Ｏ２）」＝５０ｓｃｃｍ及び「流量（Ｎ２）」＝４０００ｓｃｃｍは、１００ｓｃｃｍのＮ２Ｏ及び３９００ｓｃｃｍＮ２の流量に相当する。
【００１６】
本発明の方法に不活性ガスが存在する場合、不活性ガスの量は、Ｎ２＋Ｏ２の量と比べて少ない必要がある。したがって、（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）の比は≧４である。例えば、流量（Ｎ２）が約４０００ｓｃｃｍほどであり、流量（Ｏ２）が約５０ｓｃｃｍほどである場合、流量（不活性ガス）は、約１０１２．５ｓｃｃｍの最大量を超えないことが必要である。不活性ガスの量が多すぎる場合、これは、反応ガスの特定の全圧で反応ガス混合物中の窒素を消費し得る。また、窒素の量が少なくなる場合、堆積したＡｌＣｒＭｅＯＮ層の粗さは不必要に増加する。反対に、窒素流が増加して不活性ガス流を補う場合、合計ガス圧は２０Ｐａ超に高くなりすぎる場合があり、これは、次に、放電が意図又は所望されない位置でのアーク放電をもたらす場合がある。
【００１７】
本発明の方法を使用することにより、スパッタリング技術又は異なるパラメータ及びプロセス条件を適用する他のアークＰＶＤ法により調製される同等のコーティング層に対して、機械的特性、すなわちビッカース硬さ及びヤング率Ｅが改善されることが示されてきた。
【００１８】
ＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮの堆積のための先行技術の方法と比較して、本発明の方法は、比較的多量の窒素と比較的少量の酸素とを反応ガス混合物に使用する。Ａｒ／Ｏ２反応ガス雰囲気を使用する方法と比較して、又は少量の窒素を有するＡｒ／Ｏ２／Ｎ２反応ガス雰囲気と比較して、長期的なプロセス安定性が改善されることが、驚くべきことに発見された。特に、本方法で使用されるターゲットに関して、毒性の少ない部分がターゲット上で観察されるが、このことは、先行技術の方法と比較してより均一で均質な腐食を示している。この方法の大きな利点は、プロセスの終了後に使用されるターゲットが調整される必要がない、すなわちターゲットは導電性のままであることである。
【００１９】
本発明の方法により堆積するＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮ層は、単一の立方相からなり、これは本明細書ではＸＲＤ測定により確認される。特に、本発明による方法により得られる層のＸＲＤは、ＩＣＤＤデータベースのＪＣＰＤ  ＮＯ．１０−４２５によるＡｌ２Ｏ３の立方ガンマ相と同様のピークパターン、特にガンマＡｌ２Ｏ３の（２２２）及び（４００）ピークと同様のピークを示す。よって、本発明の層のピーク位置は、Ｃｒ及びＮを格子構造に取り込むことにより、ガンマＡｌ２Ｏ３のピークと比較して、ＸＲＤで数度２シータシフトし得る。理論に縛られることなく、発明者は、本発明の層は準安定性の混晶単相からなると考えている。本発明の層のＸＲＤは、約４３−４６度２シータの範囲で強いピークを、約３６−３９度２シータの範囲でピークを示し、これは、それぞれ、立方ガンマＡｌ２Ｏ３の（４００）及び（２２２）に相当するとみられる。
【００２０】
本発明の方法により製造された本発明のコーティングの特性は、先行技術よりも優れており、驚くべきことである。高含有量（分圧）の窒素及び非常に低含有量（分圧）の酸素（特許公開第２００９−２７９６９０号のものよりも著しく低い）を含有する本発明の方法の反応ガス混合物の組成物から、主に窒化特性のコーティング層が予想される。しかしながら、驚くべきことに、製造されたＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮ層は、低い電気伝導性及び光透過性を示す実質的に酸性の特徴を呈する。本発明の層の光透過性は通常目に見え、透明層は、干渉色と比較的少ない厚さによる一定の乳白光も呈する。
【００２１】
同時に、本発明の層は、むしろ窒化コーティング層について予測される機械的特性、例えば高いビッカース硬さＨＶ０．０１５≧３０００、又はさらにＨＶ０．０１５≧３２００、及び換算ヤング率Ｅの増加Ｅ≧４００ＧＰａ、又はさらにＥ≧４２０ＧＰａを呈する。本発明の方法は、反応ガス混合物に非常に高含有量の窒素と非常に低含有量の酸素とを使用するが、強い窒化機械的特性は驚くべきことである。一方では観測された重要な酸化物特性、及び他方では高い窒素含有量から、コーティング層が酸化物相及び窒化物相の混合物で構成されること、つまり、そのような相の典型的な機械的特性が互いに比較的低いビッカース及び低いヤング率の中間レベルに到達することを補償することが期待される。しかしながら、ＸＲＤでは、本発明のコーティング層は単相層であり、それらは驚くべきことに酸化及び窒化コーティング層の有益な特性のみの組み合わせ、すなわち高いビッカース硬さ及び高いヤング率、それと同時に低い電気伝導性を呈することが驚くべきことに発見された。理論に縛られることなく、発明者は、本発明のコーティング層の単相は、準安定相であると推測している。
【００２２】
酸化特性、すなわち低い電気伝導性は、切削工具のコーティング層に有益な特性であるが、これは、低い電気伝導性が切削作業中に生成される高熱から切削工具の基材を遮蔽又は保護する低い熱伝導性に伴うものであるためである。熱遮蔽が高いほど、すなわち熱伝導性が低いほど、切削工具をより厳しい機械加工作業、例えば、より速い切削速度及びより深い切削深さの適用、より硬い被加工材料の機械加工等に使用することが可能になる。
【００２３】
本発明のコーティング層の優れた特性を説明するために、純ＡｌＣｒ窒化物は、良好な電気伝導性、すなわち高い熱伝導性以外に、約３３００から３５００ほどの高いビッカース硬さＨＶ０．０１５及び約４００から４５０ＧＰａほどの高いヤング率を呈するが、光透明性は示さない。他方、純ＡｌＣｒ酸化物は、低い電気伝導性、すなわち低い熱伝導性以外に、約２７００ほどの低いビッカース硬さＨＶ０．０１５及び約３３０ＧＰａほどの低いヤング率と、高い光透明性を呈する。
【００２４】
本発明で使用されるような方法において、Ｏ２分圧はラムダプローブを使用して測定することができるが、Ｎ２分圧の直接的な測定は不可能である。しかしながら、Ｏ２及びＮ２が導入される場合にのみ、Ｎ２分圧は全圧を測定することにより得ることができ、Ｎ２分圧は、全圧とＯ２分圧との間の差である。本発明の方法では、堆積プロセスの初期段階で、プロセスの初期段階で酸化プロセスが反応器内の機器の一部の酸化可能な表面に生じ、Ｎ２と比較してＯ２の迅速な消費をもたらす既知の現象により、Ｏ２及びＮ２の分圧は一定のＯ２及びＮ２流で変化する場合があることが観察される。したがって、反応器内の部分の酸化プロセスが進行し、反応器内の酸化可能な部分の非酸化表面積が減少する一方、Ｏ２分圧、したがって全圧は、特定の時間後、つまり部分の酸化が進んだ段階に達し、反応器の酸化可能な部分が大量に残っていない状態になった後、Ｏ２及びＮ２の分圧が安定するまで増加する。一定流量でのＯ２及びＮ２分圧の本質的に安置した段階は、プロセス開始の約１０分後に達成されることが観察される。
【００２５】
この文脈では、本発明におけるＯ２分圧の表示は、プロセスの安定化された段階でのＯ２分圧を意味することが言及される。
【００２６】
本発明による方法の実施態様では、所望の一定値、好ましくは約１０Ｐａほどで全圧を維持することが望ましく、所望の一定値でＯ２流を維持することが望ましい。したがって、この実施態様では、本質的に一定な所望の全圧を維持するために、Ｎ２流は堆積プロセスの初期段階中に調整（低減）されるが、Ｏ２分圧は、一定のＯ２流で増加する。この実施態様では、高いＮ２分圧は、ＡｌＣｒＭｅＮＯの好ましい層が得られる一方で、Ｏ２流の制御がＯ２分圧の制御よりも困難ではないことを確実にする。一定のＯ２流及び一定の金属蒸発速度を有するこれらの条件下では、金属酸化物の成長条件はプロセス時間を通してほぼ一定である。このプロセスでは、純粋な金属酸化物を形成するのに十分な酸素は提供されないが、窒素は、堆積層の格子内の残りの「酸素」位置を覆う。堆積層の成長中に酸素が主に消費される理由は、金属窒化物と金属酸化物の形成の異なるエンタルピーに基づいている。
【００２７】
Ｏ２分圧は、ターゲットから離れて位置しているラムダ酸素センサによって測定される。ターゲットから離れた位置とは、ターゲットからの距離、好ましくはターゲット表面に対して垂直な少なくとも１０ｃｍの距離での位置を指し、より好ましくは、測定は、ターゲットに対して反応チャンバの反対側で実施される。
【００２８】
反応器中のガスの全圧は、Baratron(登録商標)-Direct (Gas Independent) Pressure/Vacuum Capacitance Manometer, MKS Instrumentsにより測定される。
【００２９】
本発明の方法では、反応器への酸素流のガス入口は、使用されるターゲットから離れており、基材から離れている。好ましくは、酸素流のガス入口は、さらなるターゲットが反応器中に位置し得るが、本発明の方法では「アクティブ」ターゲットには使用されない反応器中の位置にある又はその近くである。
【００３０】
本発明のＡｌＣｒＯＮ又はＡｌＣｒＭｅＯＮ層は、０．００５μｍから２０μｍの範囲の厚さを有し得るが、好ましい厚さは０，０５μｍから１．５μｍである。厚さが少なすぎると製造が困難であり、層の有益な特性の効果が実現されない。層の厚さが大きすぎる場合、層の圧縮残留応力は大きくなりすぎて、層の欠け及び破砕、並びに接着の低下をもたらすことになる。
【００３１】
本発明の実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅは、基材表面上に直接堆積し、本発明の別の実施態様では、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ及びＨｆからなる群より選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又はホウ化物の少なくとも一つの基層は、基材表面とＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層との間に堆積する。基材とＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層との間のそのような少なくとも一つの追加の基層は、基材への全体的なコーティングの接着を増加させることを示している。好ましい基層は、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ及びＴｉＢ２からなる群より選択される。
【００３２】
本発明の実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅは、コーティング切削工具のコーティングの最外層であり、本発明の別の実施態様では、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ及びＨｆからなる群より選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又はホウ化物の少なくとも一つのさらなる耐摩耗性及び／又は装飾層は、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の最上部に堆積する。好ましい層は、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ及びＴｉＢ２からなる群より選択される。
【００３３】
本発明の実施態様では、コーティング切削工具のコーティングは、本明細書で規定され、本発明の堆積方法によって堆積されているＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の二つ以上を含む。ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の二つ以上は、互いの直上に堆積し得る。しかしながら、好ましい実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の二つ以上のそれぞれは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ及びＨｆからなる群より選択される一又は複数の元素の窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、又はホウ化物層の少なくとも一つの分離層により、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の二つ以上の隣のものから分離されている。ＴｉＡｌＮ層と組み合わせて本発明のＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層を使用した本発明による好ましい層順序は、以下の実施例に示す。
【００３４】
本発明の方法の実施態様では、反応ガス混合物は、Ｏ２及びＮ２に加えて、不活性ガス又は不活性ガスの混合物、好ましくはＡｒを含む。不活性ガスが使用される場合、量又は流量はそれぞれ、本発明の方法の有益な特性を達成するのに十分な反応性ガスが残存するように調整される。
【００３５】
本発明の方法の実施態様では、アークＰＶＤターゲットにおけるＡｌ：Ｃｒ原子比は、９０：１０から５０：５０、好ましくは８０：２０から６０：４０の範囲内である。ターゲットにおける適切なＡｌ：Ｃｒ原子比は、約７０：３０である。アークＰＶＤターゲットにおけるこれらのＡｌ：Ｃｒ原子比は、高い硬さ及び高いヤング率を有する主に立方相と、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の酸化挙動との両方をもたらすことが示されている。Ａｌ含有量が高すぎる場合、望ましくない液滴の数及び大きさは増加することになる。反対に、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、すなわちＡｌ：Ｃｒ比が低すぎる場合、コランダム構造の追加のアルファ相が形成されて、硬さ及びヤング率の換算がもたらされる傾向がある。
【００３６】
本発明の方法の実施態様では、合計ガス圧は≧８Ｐａ、好ましくは≧１０Ｐａであり、且つ／又は合計ガス圧は≦１５Ｐａである。高いＮ２分圧を伴うこの特に高い合計ガス圧は、ターゲット表面上のアークの消滅及び再燃焼の改善を確実にすることが、驚くべきことに発見された。さらに、高い全圧、すなわち高いＮ２分圧は、ターゲット表面近くに特に低いＯ２分圧をもたらすと推測され、これは、プロセス安定性の改善及びターゲットの毒性の低下及び液滴形成の減少に寄与するとみられる。
【００３７】
本発明の方法の実施態様では、（流量（Ｏ２）＋流量（Ｎ２））／流量（不活性ガス）≧５、好ましくは≧８であるか、又は反応ガス混合物は不活性ガスを含有しない。
【００３８】
本発明の方法の実施態様では、全体的な蒸発器の電流（アンペアで測定）のＯ２流（ｓｃｃｍで測定）に対する比は、１５：１から６：１の範囲、好ましくは１４：１から１０：１の範囲、又は約１２：１である。本出願に関連して、用語「全体的な蒸発器電流」とは、使用される全てのターゲットでの全ての蒸発器電流の合計を意味する。
【００３９】
全体的な蒸発器電流の酸素流に対する高い比率を使用すると、酸素よりも窒素の含有量が高いＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層を得ることができ、これらのコーティングは非常に高いビッカース硬度、また非常に高いヤング率を示すが、有益な酸化特性、すなわち低い電気伝導性及び光透過性が維持されることが示されている。
【００４０】
本発明の方法の一実施形態では、バイアス電圧は２０から１００Ｖの範囲である。バイアス電圧が高すぎると、堆積層の圧縮残留応力が高くなりすぎて、層の欠け及び破砕の危険性の増加をもたらす場合がある。バイアス電圧が低すぎる場合、堆積層の硬さは大幅に低下することになる。
【００４１】
本発明の方法の実施態様では、Ｏ２分圧は、０．０１から０．１Ｐａの範囲、好ましくは０．０１から０．０２Ｐａの範囲である。Ｏ２分圧が高すぎる場合、ターゲット表面で酸化が過剰に生じて、導電性の損失と、導電性及び非導電性部分の二相（非導電性α−Ａｌ２Ｏ３酸化物及び導電性Ｃｒ酸化物）の形成がもたらされる。これは、次に、より高度の液滴形成につながり、したがって、堆積層の粗さの増加につながる。本発明の方法は、滑らかな層を生成する。Ｏ２分圧が低すぎる場合、堆積層は望ましい酸化特性を示さなくなり、前述のように窒化特性のみを示す。
【００４２】
本発明はまた、基材及び単層又は多層硬質材料コーティングからなるコーティング切削工具にも関し、基材は、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され、硬質材料コーティングは、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅの少なくとも一つの層を含み、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは原子比であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であり、
ａ、ｂ、ｄ及びｅはそれぞれ＞０であり、
ｃ＝０又はｃ＞０であり、
ａ≧ｂであり、
ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．１であり、
０．１≦ｄ／（ｄ＋ｅ）≦０．５であり、
Ｍｅは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｓｉ及びＶからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は以下： 
・ビッカース硬さＨＶ０．０１５≧３０００
・換算ヤング率Ｅ≧４００ＧＰａ
の特性をさらに有する。
【００４３】
本発明によるコーティング切削工具では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層中の高含有量のＮにかかわらず、この層は、酸化物よりも低含有量の窒化物を有する他の層と比較して、依然として透明性、低い伝導性、同時に高い硬さ、特に高いヤング率Ｅを示す。好ましくは、本発明のＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は、≧３２００のビッカース硬さＨＶ０．０１５及び／又は４２０ＧＰａの換算ヤング率Ｅを有する。本発明のＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層の堆積は、好ましくは、本明細書に記載されるように、本発明のアークＰＶＤにより行われる。
【００４４】
本発明の実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層において０．０５≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．５、すなわち、層中のＣｒ含有量は、Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｍｅの総含有量に対して、少なくとも５ａｔ−％であり、５０ａｔ−％以下である。Ｃｒ含有量が低すぎる場合、液滴の量の増加が観察され、層の望ましくない粗さがもたらされる。液滴形成の増加量は、低Ｃｒ含有量の層を得るために、高Ａｌ含有量及び低Ｃｒ含有量のＡｌ：Ｃｒターゲットを堆積プロセスで使用する必要があるという事実によると考えられます。しかしながら、ターゲット中のＣｒ含有量がＡｌ含有量と比較して低すぎる場合、ターゲットは、伝導性及びプロセス安定性を失い、液滴が生成されることになる。その一方で、層中のＣｒ含有量が高すぎる場合、Ｃｒ酸化物の追加相の形成が、ビッカース硬さ及びヤング率の低下に伴い観察される。
【００４５】
本発明の別の実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層において、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１であるため、２／３≦（ａ＋ｂ＋ｃ）／（ｄ＋ｅ）≦１、すなわち、０．５≦（ｄ＋ｅ）≦０．６及び０．４≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０，５であり、本発明の層の有益な特性の形成が促進され、このことは、準安定立方混合単相の形成の結果であると推測される。
【００４６】
本発明のさらなる実施態様では、ＡｌａＣｒｂＭｅｃＯｄＮｅ層は、４．８ｍｍの長さにわたって測定して≦０．５μｍ、好ましくは≦０．１μｍの平均表面粗さＲａを有する。表面粗さは、ＩＳＯ  １１５６２に従ってうねりを決定する評価ソフトウェアＴＵＲＢＯ  ＷＡＶＥ  Ｖ７．３２、ＴＫＵ３００検出装置及びＫＥ５９０ＧＤ試験チップを使用し、４．８ｍｍのスキャン長さで、製造業者JENOPTIK Industrial Metrology Germany GmbH（以前のHommel-Etamic GmbH）の粗さ測定装置Ｐ８００型測定システムで測定され、０．５ｍｍ／秒の速度で測定される。
【００４７】
本発明のコーティング切削工具の基材は、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）及び高速度鋼（ＨＳＳ）から選択され得る。好ましい実施態様では、基材は、好ましくは、６から１４ｗｔ％のＣｏ、任意選択的に最大１０ｗｔ％の元素周期表の第４、５及び６族の一又は複数の金属の炭化物又は炭窒化物、及び残部のＷＣの組成を有する超硬合金である。元素周期表の第４、５及び６族の金属は、好適にはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ、及びＭｏからなる群より選択される。
【００４８】
超硬合金体中のＷＣの平均粒径ｄは、適切には０．２から５μｍの範囲、好ましくは０．５から２μｍである。超硬合金基材中のＷＣ粒径ｄは、本明細書では、測定された保磁力の値から決定され、測定された保磁力とＷＣの粒径との関係は、例えば、Roebuck et al., Measurement Good Practice No. 20, National Physical Laboratory, ISSN 1368-6550, November 1999, Revised February 2009, Section 3.4.3, 19-20頁に記載されている。保磁力測定については、規格ＤＩＮ  ＩＥＣ  ６０４０４−７を参照する。本願においては、ＷＣの粒径ｄは、上記文献の第２０頁の式（８）： 
Ｋ＝（ｃ１＋ｄ１ＷＣｏ）＋（ｃ２＋ｄ２ＷＣｏ）／ｄ、すなわち
ｄ＝（ｃ２＋ｄ２ＷＣｏ）／（Ｋ−（ｃ１＋ｄ１ＷＣｏ））
［式中、
ｄ＝超硬合金体のＷＣ粒径、
Ｋ＝ｋＡ／ｍで表される超硬合金体の保磁力、
ＷＣｏ＝超硬合金体中のｗｔ％Ｃｏ、
ｃ１＝１．４４、ｃ２＝１２．４７、ｄ１＝０．０４、及びｄ２＝−０．３７］
に従って決定される。
【００４９】
本発明はまた、本明細書に記載され、本発明による方法で得られるコーティング切削工具にも関する。本発明の方法は、高い硬さ及びヤング率を含めた改善された製品特性をコーティングに提供することが発見され、本発明の方法に従って製造されたコーティング切削工具は、金属機械加工において優れた切削特性を示すことが判明した。
【００５０】
本発明のさらなる利点、特徴及び実施態様が以下の実施例及び図面を参照して記載される。
【００５１】
材料及び方法
本明細書に記載の実施例及び比較例の堆積層の特性評価について、以下の方法を使用した。
【００５２】
ＸＲＤ（Ｘ線回折）
ＣｕＫα放射を使用して、ＧＥ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓのＸＲＤ３００３  ＰＴＳ回折計でＸＲＤ測定を行った。４０ｋＶ及び４０ｍＡの焦点でＸ線管を操作した。固定寸法の測定口を有するポリキャピラリコリメ―トレンズ（polycapillary collimating lens）を用いた平行ビーム光学が主要面で使用され、試料のコーティングされた面上のＸ線ビームのスピルオーバーを回避するやり方で試料の照射領域が規定された。二次側面上では、０．４度の発散を有するソーラスリット（Ｓｏｌｌｅｒ  ｓｌｉｔ）と２５μｍの厚さのＮｉ  Ｋβフィルタを使用した。０，０３°のステップサイズで１５から８０°２シータの範囲にわたって測定を行った。層の結晶構造を研究するために、１°の入射角の下での斜入射Ｘ線回折技術を用いた。
【００５３】
ビッカース硬さ：
Ｈｅｌｍｕｔ  Ｆｉｓｃｈｅｒ  ＧｍｂＨ（ジンデルフィンゲン、ドイツ）のＰｉｃｏｄｅｎｔｏｒ  ＨＭ５００を使用してナノインデンテーション（荷重−深さグラフ）により、ビッカース硬さを測定した。測定及び計算に関しては、Ｏｌｉｖｅｒ及びＰｈａｒｒの評価アルゴリズムを適用し、ここで、ビッカースによるダイアモンド試験体を層に圧入し、測定中に力経路曲線を記録した。用いた最大荷重は１５ｍＮであり、荷重増加及び荷重減少の時間はそれぞれ２０秒であり、保持時間（クリープ時間）は１０秒であった。この曲線から、硬さを計算した。
【００５４】
ヤング率の換算
ヤング率（弾性率）の換算は、ビッカース硬さを決定するために記載したように、ナノインデンテーション（荷重−深さグラフ）によって決定した。
【００５５】
厚さ：
キャロット研削により厚さを決定した。これにより、ドーム状凹部を研削するための直径３０ｍｍの鋼球を使用し、さらにリング直径を測定し、その値から層厚を計算した。
【００５６】
ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）
カール・ツァイスの走査電子顕微鏡Ｓｕｐｒａ  ４０  ＶＰで、１５ｋＶの加速電圧で、英国のＯｘｆｏｒｄ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのタイプＩＮＣＡ  ｘ−ａｃｔのＥＤＸ分光計を用いて層内の原子含有量を決定するためのＥＤＸ測定を行った。
【００５７】
ＰＶＤコーティング
ＰＶＤコーティングについては、本明細書の実施例に記載されるように、堆積中に定磁場構成を使用するサーキュラーアーク技術（ＣＡＲＣ＋）を適用して、Ｈａｕｚｅｒ  ＨＴＣ１０００  （IHI Hauzer Techno Coating B.V.、オランダ）を使用した。
【００５８】
表面粗さ
平均表面粗さ、Ｒａは、ＩＳＯ  １１５６２に従ってうねりを決定する評価ソフトウェアＴＵＲＢＯ  ＷＡＶＥ  Ｖ７．３２、ＴＫＵ３００検出装置及びＫＥ５９０ＧＤ試験チップを使用し、４．８ｍｍのスキャン長さで、製造業者JENOPTIK Industrial Metrology Germany GmbH（以前のHommel-Etamic GmbH）の粗さ測定装置Ｐ８００型測定システムで測定され、０．５ｍｍ／秒の速度で測定される。
【実施例】
【００５９】
実施例１−本発明によるＡｌＣｒＯＮコーティング層及び比較コーティングの堆積
本発明による切削工具及び比較例の切削工具の調製の以下の実施例において、超硬合金切削工具基体（組成：１２ｗｔ−％Ｃｏ、１．６ｗｔ−％（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ、残部ＷＣ；ＷＣ粒径：１．５μｍ  形状：ＡＤＭＴ１６０６０８Ｒ−Ｆ５６）を上に示すようにＰＶＤシステムでコーティングした。
【００６０】
堆積前に、設備を排気して８×１０−５バールにし、気体を５５０℃で前処理した。
【００６１】
それぞれの事例のＡｌＣｒＯＮ層の堆積について、７０：３０のＡｌ：Ｃｒ原子比を有し、１００ｍｍの直径を有し、互いの最上部の反応器中に位置する４つのターゲットを使用した。異なる層の堆積のさらなるパラメータを以下の表１に示す。表１に関して、示されるＯ２分圧及び示されるＮ２流は、堆積プロセスの開始１０分後のものである。タイプ５００８の堆積において、Ｎ２の代わりにＡｒは使用せず、所望の全圧を得た。
2020528831.tif 000003
【００６２】
堆積中、Ｏ２流は一定に保持したが、プロセス中に示されるＯ２分圧に達した。Ｎ２流又はＡｒ流をそれぞれ調整することにより、全圧を１０Ｐａで一定に保持した。これらの例では、Ｎ２又はＡｒのいずれかを使用したが、混合物は使用しなかった。
【００６３】
表２は、上記の通り測定された堆積層の厚さ、ビッカース硬さ、換算ヤング率及び原子含有量を示す。
2020528831.tif 000004
【００６４】
全ての層タイプについてＸＲＤ測定を行い、図１から９に示す。ディフラクトグラムは、本発明によるＡｌＣｒＯＮ層のそれぞれが単一立方相のみを呈することを示している。
【００６５】
本発明によるＡｌＣｒＯＮ層（層タイプ７００５）で表面粗さを測定した。４．８ｍｍにわたって測定した平均表面粗さＲａは、０．０３μｍであった。
【００６６】
実施例２−多層コーティング切削工具の切削試験
切削特性に関して、従来のコーティングと比較して、本発明によるＡｌＣｒＯＮ層の効果を評価するために、多層コーティング切削工具を製造し、フライス試験で試験した。超硬合金基材は、上の実施例１で使用したものと同じである。それぞれの事例において、多層コーティング構造体は合計７つの層からなり、そのうち４つは従来のＴｉＡｌＮ層であり、本発明による工具中で本発明のＡｌＣｒＯＮ層と交互になっているか、又は比較工具中でＡｌ２Ｏ３層と交互になっている。互いに対応する層の厚さは、両方の順序で同じである。
【００６７】
ＴｉＡｌＮ層はそれぞれ、１０Ｐａの全圧でアークＰＶＤ法で堆積される。層中の比Ａｌ／（Ａｌ＋Ｔｉ）は、５０ａｔ．％の窒素で０．６１である。所望の層厚を達成するように堆積条件を調整した。
【００６８】
本発明による工具の層順序のＡｌＣｒＯＮ層は、層タイプ５００６についての上記の堆積条件下で堆積し、それにより、所望の総厚を達成するように堆積時間を調整した。
【００６９】
加水分解後（動作点）２０ｋＷ、総ガス圧０．４５Ｐａ、Ａｒ流量５００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量約１２５ｓｃｃｍ、バイアス電圧１２５Ｖ、４０ｋＨｚでのパルス、１０μｓオフタイム、バイアス電流２２Ａ、カソード電圧４８０Ｖでのデュアルマグネトロンスパッタリングによって、比較工具のＡｌ２Ｏ３層を調製した。
【００７０】
層構造は以下の通りであった。
2020528831.tif 000005
【００７１】
以下の条件下、Ｈｅｌｌｅｒ  ＦＨ  １２０−２の機械で切削試験を実施した。
【００７２】
切削条件：
歯送り量ｆｚ［ｍｍ／歯］：０．２
送り量ｖｆ［ｍｍ／分］：１２０
切削速度ｖｃ［ｍ／分］：２３５
切削深さａｐ［ｍｍ］：３
被加工材料：４２ＣｒＭｏ４；引張強度Ｒｍ：９５０Ｎ／ｍｍ2
【００７３】
以下の表３は切削試験の結果を示し、ここでＶＢは工具のフランク面での最小摩耗であり、ＶＢｍａｘは最大摩耗、すなわち工具のフランク面で観察される最深クレーターであり、ＶＲは切れ刃半径での摩耗である。
2020528831.tif 000006
【００７４】
特に、より長い切削長さにわたって、本発明によるＡｌＣｒＯＮ層を含む層順序でコーティングされた切削工具は、本発明によるＡｌＣｒＯＮ層の代わりにＡｌ２Ｏ３層を含む同様の層順序と比較して、フランク面と切れ刃半径の両方で有意な減少を示す。
【図１】
2020528831.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2020528831.tif 000016
2020528831.tif 000017