一种硬质叠层被膜，以层Ａ和层Ｂ的组成不相同的方式，交替叠层由特定组成构成的层Ａ和层Ｂ。每层的层Ａ的厚度是每层的层Ｂ的厚度的２倍以上，而且，每层的层Ｂ的厚度在０．５ｎｍ以上，每层的层Ａ的厚度在２００ｎｍ以下。由此，本发明专利技术提供一种能够用于以超硬合金、金属陶瓷或高速工具钢等为基材的切削工具，或者汽车用滑动部件等的耐磨损性被膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过微细控制结晶粒子直径得到优良的机械特性的硬质叠层被膜、形成在切削工具或汽车方面滑动部件等的表面上的具有耐磨损性的硬质叠层被膜，及耐磨损性或耐氧化性优良的硬质叠层被膜。 此外，本专利技术涉及分别具有电弧蒸发源和溅射蒸发源的、可成膜具有优良特性的硬质叠层被膜的复合成膜装置。
技术介绍
近年来，对以超硬合金、金属陶瓷或高速工具钢等为基材的切削工具或汽车滑动部件等的耐磨损性改进的要求高涨，一直在研究这些部件表面上使用的耐磨损性被膜的改进。 作为该耐磨损性被膜，以往，进行在所述基材上(部件上)涂敷TiN或TiCN、Ti和Al的复合氮化膜即TiAlN等硬质被膜。 这些耐磨损性被膜的耐磨损性改进，以前，主要进行了通过添加第3元素，使被膜的结晶粒子微细化，改进特性的试验。例如，在是切削工具的情况下，报告了通过在TiAlN被膜中添加Si或B，提高耐氧化性，同时通过结晶粒子的微细化，实现高硬度化的方法(参照，美国专利第5,580,653号公报、美国专利第5,318,840号公报)。此外，还提出了通过在以汽车的活塞环为代表的滑动部件中使用的CrN膜中添加B，实现高硬度化，改进耐磨损性的方法(参照，美国专利第6,232,003号公报)。 此外，还有以通过在以往的硬质被膜中添加元素改进特性为目的，通过采用具有电弧及溅射蒸发源的装置，用电弧蒸发源成膜TiN，同时用靶材添加Si，形成TiSiN膜，进行增加硬度等的特性改进的尝试(参照，K.H.Kim et al.Surf.Coat.Technol，298(2002)243～244，247页)。 在通过在如此的耐磨损性被膜中添加元素，使被膜的结晶粒子微细化的方法中，由元素的添加量确定结晶粒子的微细化程度，只通过变化添加量，就能够控制被膜的粒子直径。因此，要制作不同粒子直径的被膜，需要制作多个变化元素添加量的靶材。因此，制作符合目的要求的粒子直径的样品，即，制作具有符合目的要求的特性的被膜极为繁琐，在实用上存在问题。 此外，作为高硬度、耐磨损性优良的切削工具用硬质被膜，还提出了将晶体结构以岩盐结构型为主体作为优选方式的硬质被膜(参照，美国专利第6,767,658号公报、美国专利公开公报2002-168552号)。这些硬质被膜组成，例如，由(Tia、Alb、Vc)(C1-d Nd)，但是，0.02≤a≤0.3、0.5＜b≤0.8、0.05＜c、0.7≤b+c、a+b+c＝1、0.5≤d≤1(a、b、c分别表示Ti、Al、V的原子比，d表示N的原子比)等构成。 一般，岩盐结构型的硬质被膜，能够采用θ·2θ法，用X射线衍射测定。例如，(TiAlV)(CN)等硬质被膜，具有岩盐结构型的晶体结构，构成在岩盐结构型的TiN的Ti侧置换入Al、V的岩盐结构型的复合氮化物。在此种情况下，岩盐结构型的AlN(晶格常数4.12 )，由于是高温高压相且是高硬度物质，因此维持岩盐结构的同时如果提高(TiAlV)(CN)中的Al的比率，则能够更加提高(TiAlV)(CN)膜的硬度。 关于上述的多层硬质被膜的成膜，具有根据硬质材料，分别组合多个电弧蒸发源或溅射蒸发源，或电子束蒸发源，在基板上分别形成各硬质被膜的装置乃至方法。 其中，分别组合多个电弧蒸发源或溅射蒸发源，在基板上分别或依次形成各硬质被膜层的装置，能够发挥电弧蒸发源或溅射蒸发源的各自不同的特性，进行成膜，在此方面，可以说是成膜效率高的装置。 例如，电弧蒸发源或溅射蒸发源的特性比较中，发现电弧蒸发与溅射蒸发相比，虽然成膜速度快，但是成膜速度的调节困难，难于正确控制薄膜的被膜层的厚度。相反，溅射蒸发源与电弧蒸发源相比，虽然成膜速度慢，但是成膜速度的调节容易，由于用非常小的投入电力工作，因此具有能够正确控制薄膜的被膜层的厚度的特性。 因此，如果对于比较厚的被膜层而采用电弧蒸发源、对于比较薄的被膜层采用溅射蒸发源，则各被膜层的厚度的控制就变得容易，也能够提高综合的成膜速率。 作为分别组合如此多个电弧蒸发源或溅射蒸发源的成膜装置，已知有在同一成膜室内配置多个电弧蒸发源和溅射蒸发源的成膜装置。 例如，提出了通过交替切换使电弧蒸发源或电弧蒸发源工作，在由电弧蒸发源实施了金属离子刻蚀后，停止电弧蒸发源，并在导入工艺气体后，利用溅射蒸发源形成硬质被膜的装置及方法(参照，美国专利第5,234,561号公报)。 此外，还提出了在电弧蒸发源和溅射蒸发源中具有磁场外加机构的成膜装置(参照，欧洲专利公开公报0403552号、美国专利第6,232,003号公报)。另外，在美国专利第6,232,003号公报的图7中，作为以往技术，记载了不具有磁场外加机构的电弧蒸发源和溅射蒸发源的各自磁场相互干涉的影响。 另外，已知还有，通过使电弧蒸发源和溅射蒸发源同时工作，形成硬质被膜，或通过添加第3元素，使被膜的结晶粒子微细化，改进耐磨损性等特性的技术。例如，通过在TiN被膜或切削工具等的TiAlN被膜中添加Si或B，提高耐氧化性，同时通过结晶粒子的微细化，实现高硬度化的方法(参照，美国专利第5,580,658号公报、美国专利第5,318,840号公报、K.H.Kim et al.Surf.Coat.Technol，298(2002)243～244，247页)。此外，还提出了通过在以汽车的活塞环为代表的滑动部件中使用的CrN膜中添加B，实现高硬度化，改进耐磨损性的方法(参照，美国专利第6,232,003号公报)。 即使在晶体结构以岩盐结构型为主体的硬质被膜中，在因成膜条件，使岩盐结构型硬质被膜的结晶粒子直径(以下也称为晶体粒径)变得粗大的情况下，利用高硬度化提高耐磨损性也存在极限。 此外，上述以往技术，都是在被膜中均匀地添加特定的元素，形成由单一的化学组成构成的单一层的被膜。如此形成的被膜，通过使构成被膜的结晶粒子微细化，进行高硬度化，改进耐磨损性，但是，还是存在被膜表面的摩擦系数的降低不足，耐磨损性及润滑性的改进不足，以及伴随高硬度化而对对象部件的攻击性增大等，因此具有进一步改进的余地。 此外，用这些以往的方法或手段形成的硬质被膜，对于要求越来越高的切削工具或滑动部件，不能说具有足够的性能，要求进一步改进耐磨损性等的耐久性。 例如，在通过在上述的耐磨损性被膜中添加Si或B等，使被膜的结晶粒子微细化的方法中，由元素的添加量确定结晶粒子的微细化程度，只通过变化添加量，就能够控制被膜的粒子直径。因此，要制作不同粒子直径的被膜，需要制作多个变化元素添加量的靶材。因此，存在制作符合目的要求的粒子直径的样品，即，制作具有符合目的要求的特性的被膜极为繁琐，而这带来了实用上困难的问题，而且实际得到的硬质被膜的耐磨损性的提高也存在极限。 此外，如上述的以往装置，当在同一成膜室内，同时使电弧蒸发源和溅射蒸发源工作的情况下，即使通过交替切换使电弧蒸发源或溅射蒸发源工作，也因硬质被膜材料或成膜条件，不可避免地产生难于形成作为目标的致密的硬质被膜或作为目标的组成的硬质被膜、并在成膜操作中产生异常放电等成膜上的问题。因此实际情况是，通过得到的硬质被膜的高硬度化来提高耐磨损性也存在极限。 例如，在成膜TiN或TiCN或者TiAlN等氮化物硬质被膜的情况下，为形成氮化物，在A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硬质叠层被膜，其特征是： 交替叠层由特定组成构成的层Ａ和层Ｂ，层Ａ的晶体结构和层Ｂ的晶体结构不相同，每层的层Ａ的厚度是每层的层Ｂ的厚度的２倍以上，每层的层Ｂ的厚度在０．５ｎｍ以上，每层的层Ａ的厚度在２００ｎｍ以下， 其中，由特定组成构成的层Ａ和层Ｂ，以层Ａ和层Ｂ的组成相互不同方式交替叠层； 层Ａ由下式１或２中的任何一个的组成构成； 式１：（Ｔｉ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｌ↓［ｘ］Ｍ↓［ｙ］）（Ｂ↓［ａ］Ｃ↓［ｂ］Ｎ↓［１－ａ－ｂ－ｃ］Ｏ↓［ｃ］）， 但是，ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ分别表示原子比，０．４≤ｘ≤０．８、０≤ｙ≤０．６、０≤ａ≤０．１５、０≤ｂ≤０．３、０≤ｃ≤０．１、 此外，Ｍ为从元素周期表中的４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族中的金属元素、及Ｓｉ中选择的元素； 式２：（Ｃｒ↓［１－α］Ｘ↓［α］）（Ｂ↓［ａ］Ｃ↓［ｂ］Ｎ↓［１－ａ－ｂ－ｃ］Ｏ↓［ｃ］）↓［ｅ］， 但是，α、ａ、ｂ、ｃ、ｅ分别表示原子比，０≤α≤０．９、０≤ａ≤０．１５、０≤ｂ≤０．３、０≤ｃ≤０．１、０．２≤ｅ≤１．１、 此外，Ｘ是从Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及Ｓｉ中的任何１种以上选择的金属元素、 层Ｂ：由下式３的组成构成； 式３：Ｍ↓［１－ｄ］Ｍ１↓［ｄ］（Ｂ↓［ａ］Ｃ↓［ｂ］Ｎ↓［１－ａ－ｂ－ｃ］Ｏ↓［ｃ］）， 但是，Ｍ是从Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ中的任何１种以上选择的金属元素、 Ｍ１是除Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ外，从元素周期表中的４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族中的金属元素、及Ｓｉ中选择的元素、 ａ、ｂ、ｃ、ｄ分别表示原子比，０≤ａ≤０．１５、０≤ｂ≤０．３、０≤ｃ≤０．１、０≤ｄ≤０．３。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，久次米进，高原一树，藤井博文，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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