切削工具用硬质被膜、硬质被膜覆盖的切削工具、硬质被膜的制造方法及硬质被膜形成用靶技术

一种切削工具用硬质被膜，是由(Ti1-a-b-c-d，Ala，Crb，Sic，Bd)(C1-eNe) 构成的硬质被膜，其中，0.5≤a≤0.8、0.06≤b、0≤c≤0.1、0≤d≤0.1、 0≤c+d≤0.1、a+b+c+d＜1、0.5≤e≤1其中，a、b、c、d分别表示Al、 Cr、Si、B的原子比，e表示N的原子比。另外，本发明专利技术还提供了用上述 切削工具用硬质被膜覆盖的切削工具，该切削工具用硬质被膜的制造方 法以及硬质被膜形成用靶。采用本发明专利技术能够提供可高速·高效率切削的， 耐磨损性比TiAlN优良的切削工具用硬质被膜，用于得到这种硬质被膜 的有用的制造方法，以及可以通过上述制造方法有效地得到本发明专利技术的切 削工具用硬质被膜的靶。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于提高切割刀(chip)、钻头(drill)、端铣刀(endmi11) 等切削工具耐磨损性的硬质被膜，通过覆盖上述硬质被膜发挥优良耐磨损 性的硬质被膜覆盖切削工具，该硬质被膜的制造方法以及在这种硬质被膜 的制造中作为蒸发源使用的靶。
技术介绍
以往，为了提高以超硬合金、超耐热合金或高速工具钢为基材的切削 工具的耐磨损性，涂覆TiN、 TiCN或TiAlN等硬质被膜。特别是，由于日本专利第2644710号中公开的Ti与Al的复合氮化被 膜(下面记作TiAlN)，显示优良的耐磨损性，因而代替由上述钛的氮化 物、碳化物或碳氮化物等构成的被膜，在高速切削用或淬火钢等高硬度材 料切削用的切削工具中适用。但是，随着近年被切削材料的高硬度化和切削速度的高速度化，需要 耐磨损性更高的被膜。已知上述TiAlN被膜通过添加Al，使膜的硬度上升，耐磨损特性上 升，但在日本专利第2644710号中，揭示了将TiAlN表现为(Al"Tih) N的场合，Al的组成比x在0.7以上，析出ZnS型的软质AlN。另外，在 同专利中记载了 "A1量(x)超过0.75的场合，硬质被膜近似于A1N，结 果导致被膜软质化，不能得到充分的硬度，容易引起侧面磨损"。而且， 在同专利的图3表示了 Al组成比与膜硬度的关系，由Al组成超过0.6附近硬度降低，这表明Al组成比x在0. 6 0. 7之间开始析出ZnS型A1N, Al的组成比增加，同时ZnS型AlN的析出增加，膜强度降低。而且，在 同专利中，关于耐氧化性，Al组成比x在0.56以上，氧化起始温度变为 80(TC以上，随着上述x值的增加，氧化起始温度也显示上升的倾向，在 考虑硬度规定的Al组成比的上限0. 75时，为850°C 。也就是说，在TiAlN膜中，即使增加A1的组成比提高硬度，由于存 在界限，不能同时提高硬度和耐氧化性，结果耐磨损性的提高也存在界限。但是，近年，作为切削工具的使用条件要求更高速化，高效率化，为 了实现这种切削工具，要求发挥更优良耐磨损性的切削工具用硬质被膜。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这些情况提出的，其目的在于提供可高速，高效率切削 的，耐磨损性比TiAlN优良的切削工具用硬质被膜，用于得到这种硬质被 膜的有用的制造方法，以及可以通过上述制造方法有效地得到本专利技术的切 削工具用硬质被膜的耙。所谓本专利技术的切削工具用硬质被膜，是由(Ti,-a+。—d，Ala，Crb，Si。，Bd)(C,—JU构成的硬质被膜，其要点在于，0. 5《a《0.8、 0.06《b、 0《c 《0.1、 0《d《0. 1、 0《c+d《0. 1、 a+b+c+d〈l、 0. 5《e《l (a、 b、 c、 d 分别表示A1、 Cr、 Si、 B的原子比，e表示N的原子比。下同)，e值为1 的场合、a、 b的值为0. 02《1-a-b《0. 30、 0. 55《a《0. 765、 0. 06《b或 者O. 02^1-a-b《0. 175、 0. 765《a、 4(a-0. 75)《b的场合为优选方式。 本专利技术的切削工具用硬质被膜优选其晶体结构以岩盐结构型为主的物质，另外，采用e —2 e法的x射线衍射测定的岩盐结构型的(ill)面、(200)面和(220)面的衍射线强度分别为I (111)、 I (200)和I (220) 时，这些数值可以满足下述式(1)和/或式(2)和式(3)。 I (220)《I (111) …(1) I (220)《I (200) …(2) I (200) /I (111)1 …(3)另外，优选的条件是本专利技术的硬质被膜满足按照使用Cu的Koc线的e一2 e法的x射线衍射测定的岩盐结构型(ill)面的衍射线的衍射角度在36.5 38.0°的范围内，而且(111)面的衍射线的半光谱幅值在 1°以下。另外，如果用上述切削工具用硬质被膜覆盖表面，能够得到耐磨损性 优良的硬质被膜覆盖切削工具。本专利技术也规定了形成上述切削工具用硬质被膜的方法，其要点在于， 在成膜气体环境中，蒸发金属，使之离子化，促进上述金属和成膜气体的 等离子化同时成膜。另外，在进行电弧放电，蒸发并离子化构成靶的金属，在被处理体上形成本专利技术规定的被膜的电弧离子喷镀法(AIP法)中，与上述靶的蒸发面几乎垂直地、不向前方发散地形成平行前进的磁力线，通 过该磁力线促进被处理体附近的成膜气体等离子化，同时成膜为优选的方 式。另外，该场合外加于上述被处理体的偏压，相对于接地电位优选一50V 一400V。另外，成膜时被处理体的温度(下面有时称作基板温度) 希望在30CTC以上80CTC以下的范围内，成膜时反应气体的分压或总压希 望为O. 5Pa以上7Pa以下。另外，所谓本专利技术中的上述反应气体，为氮气、甲垸气、乙烯、乙炔、 氨气、氢气或其2种以上混合而成的含有被膜成分组成中必须元素的气 体，除此以外使用的Ar等稀有气体等称作协助气体，它们合起来称作成 膜气体。而且，本专利技术也包括硬质被膜形成用靶，其特征在于，由Ti、 Al、 Cr、 Si和B构成，并且相对密度在95Q/^以上，优选方式是该靶中存在的 空孔的大小为半径小于0.3腿。上述靶的成分组成由(Tih-"i，Alx，Cry，Siz，Bw)构成，满足0. 5《x 《0.8、 0, 06《y、 0《z《0. 1、 0《w《0. 1、 0《z+w《0. 1、 x+y+z+w<l (x、 y、 z、 w分别表示Al、 Cr、 Si、 B的原子比。下同)。而且，上述(z+w)的数值为0时，上述x、 y的值优选O. 02《1-x-y 《0. 30、 0. 55《x《0. 765、 0. 06《y或者0. 02《1-x-y《0. 175、 0. 765《x、 4(x-0. 75)《y。另外，优选上述靶中氧的含量为0.3质量％以下，氢的含量为0.05 质量％以下，且氯的含量为0.2质量％以下，并且优选Cu的含量为0. 05 质量％以下，Mg的含量为0.03质量X以下。附图说明图l是通过(Ti,Al，Cr) N膜中的金属成分Ti、 Al和Cr的组成图表示本专利技术范围的图。图2是表示本专利技术的实施中使用的电弧离子喷镀(AIP)装置的一个实例的概略图。图3是放大本专利技术实施中提供的电弧式蒸发源主要部分的一个实例的剖面概略图。图4是放大本专利技术实施中提供的其它电弧式蒸发源主要部分的剖面图5是放大以往本专利技术实施中提供的电弧式蒸发源主要部分的一个实例的剖面概略图。图6是表示成膜的(Ti。.,AlQ.7Cr。.2) N膜的X射线衍射结果的图，(1)表示使用本专利技术者的蒸发源成膜的结果，(2)表示使用以往的蒸发源成膜的结果。图7是表示作为一个实例形成(Ti。」Ala7Cr。.2) N被膜时，基板(被处理体)温度与被膜残存应力之间关系的图。图8是通过(Ti，Al，Cr) N膜中的金属成分Ti、 Al和Cr的组成图表示本专利技术范围和实施例的图。其中，l一真空容器，2、 2A—电弧式蒸发源，3 —支撑台，4一偏压电源，6 —靶，7—电弧电源，8 —磁铁(磁场形成装置)，9—电磁铁(磁场形成装置)，ll一排气口， 12 —气体供给口， W—被处理体，S —靶的蒸发面。具体实施例方式本专利技术者在上述状况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质被膜形成用靶，其特征在于，相对密度在９５％以上，由（Ｔｉ↓［１－ｘ－ｙ－ｚ－ｗ］，Ａｌ↓［ｘ］，Ｃｒ↓［ｙ］，Ｓｉ↓［ｚ］，Ｂ↓［ｗ］）构成，满足０．５≤ｘ≤０．８、０．０６≤ｙ、０≤ｚ≤０．１、０≤ｗ≤０．１、０≤ｚ＋ｗ≤０．１、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＜１，　其中，ｘ、ｙ、ｚ、ｗ分别表示Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ的原子比。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，佐藤俊树，森川恭臣，花栗孝次，高原一树，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP