特許 6960406 被覆切削工具及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6960406

(24)【登録日】2021年10月13日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】被覆切削工具及び方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20211025BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20211025BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20211025BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20211025BHJP

   C23C 14/24 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B51/00 J

   B23C5/16

   C23C14/06 K

   C23C14/24 F

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-532459(P2018-532459)

(86)(22)【出願日】2016年12月20日

(65)【公表番号】特表2019-505396(P2019-505396A)

(43)【公表日】2019年2月28日

(86)【国際出願番号】EP2016081992

(87)【国際公開番号】WO2017108836

(87)【国際公開日】20170629

【審査請求日】2019年10月23日

(31)【優先権主張番号】15201981.6

(32)【優先日】2015年12月22日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】507226695

【氏名又は名称】サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， ラース

【審査官】 永田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２８７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７１１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０１１６５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／１１８５１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００５８９１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５３３３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５０１３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９３１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１２２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３５８６５２０（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特表２０１９−５０１２９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４，５１／００，

Ｂ２３Ｃ ５／１６，

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５６，３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材及び被覆を備える被覆切削工具であって、被覆が、式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃ（式中、０．１０＜ｘ≦０．３０、０≦ａ≦０．７５、０．２５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．２、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）の化合物であるＰＶＤ層（Ａ）を含み、ＰＶＤ層（Ａ）がＮａＣｌ構造固溶体であり、ＰＶＤ層（Ａ）が、≦０．３５度（２θ）である、Ｘ線回折の立方晶（１１１）ピークのＦＷＨＭ値を有する、被覆切削工具。

【請求項2】

式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃにおいて、０．１２≦ｘ≦０．２５である、請求項１に記載の被覆切削工具。

【請求項3】

ＰＶＤ層（Ａ）が、≦０．２５度（２θ）である、Ｘ線回折の立方晶（１１１）ピークのＦＷＨＭ値を有する、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。

【請求項4】

ＰＶＤ層（Ａ）が、＞−３ＧＰａである残留応力を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の被覆切削工具。

【請求項5】

ＰＶＤ層（Ａ）が、その表面にファセット結晶粒を含む、請求項１から４の何れか一項に記載の被覆切削工具。

【請求項6】

ＰＶＤ層（Ａ）の厚さが、０．５から２０μｍである、請求項１から５の何れか一項に記載の被覆切削工具。

【請求項7】

ＰＶＤ層（Ａ）が、アーク蒸着層である、請求項１から６の何れか一項に記載の被覆切削工具。

【請求項8】

基材上に被覆を製造する方法であって、被覆が、式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃ（式中、０．１０＜ｘ≦０．３０、０≦ａ≦０．７５、０．２５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．２、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）の化合物である、カソードアーク蒸着によって蒸着される、ＰＶＤ層（Ａ）を含み、前記ＰＶＤ層（Ａ）は、ＮａＣｌ構造固溶体であり、ＰＶＤ層（Ａ）が、≦０．３５度（２θ）である、Ｘ線回折の立方晶（１１１）ピークのＦＷＨＭ値を有し、前記ＰＶＤ層（Ａ）は、１２％未満のデューティサイクル及び１０ｋＨｚ未満のパルスバイアス周波数を用いて、−４０から−４５０Ｖのパルスバイアス電圧を基材に印加することによって蒸着される、方法。

【請求項9】

デューティサイクルが、２から１０％である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

パルスバイアス周波数が、０．１から８ｋＨｚである、請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

パルスバイアス電圧が、−５０から−３５０Ｖである、請求項８から１０の何れか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の開示】

【0001】

技術分野
本発明は、（Ｔｉ，Ｓｉ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）層を含む被覆切削工具に関連する。本発明はまた、それを製造する方法にも関連する。

【0002】

背景技術
概論
物理蒸着（ＰＶＤ）は、例えば、硬質金属の基材に耐摩耗性被覆をもたらすための周知の技術である。この被覆は、金属加工用の切削工具、例えばインサート及びドリルとして適用される。数種類のＰＶＤ法が開発されている。１つの主要な方法は、カソードアーク蒸着法である。

【0003】

一般に用いられるＰＶＤ法には、アーク蒸着、マグネトロンスパッタリング、及びイオンプレーティングが挙げられる。他のＰＶＤ法よりもアーク蒸着法が有利な点には、一般に、基盤をなす基材又は層へのより良好な接着、及びより高い蒸着率が挙げられる。

【0004】

しかし、アーク蒸着法によって製造された層において、一般に、上部から拡大して見たときに、視認される個々の結晶粒の任意の特徴を含まず、「スミアアウト（ｓｍｅａｒｅｄ ｏｕｔ）」と見える格子欠陥に富んだ被覆をもたらす。点欠陥などの欠陥により、被覆の残留圧縮応力が増すことになる。

【0005】

一方、スパッタ層において、より低い欠陥密度、より高い結晶化度、及び場合により表面に結晶ファセット（ｃｒｙｓｔａｌ ｆａｃｅｔ）が得られる可能性がある。

【0006】

アーク蒸着法では、アーク電流を金属ターゲットに印加して、真空チャンバ内で金属蒸気若しくはプラズマを生成する。バイアス電圧を基材に印加し、一方でターゲットはカソード表面として機能する。アークは着火され、小さな発光領域が形成され、気化したカソード材が高速で基材へ向かってカソードから放たれる。通常のセットアップでは、被覆に含まれる所望の金属又は金属の組み合わせの一又は複数のターゲットが用いられ、蒸着法は、被覆される化合物に応じて、反応ガスが存在する状態で実施される。一般に、反応ガスとして、金属窒化物が所望される場合、窒素が用いられ、金属炭化物にはメタン又はエタンが用いられ、金属炭窒化物にはメタン又はエタンと共に窒素が用いられ、金属カルボキシ窒化物を蒸着するために、酸素がさらに添加される。

【0007】

被覆される基材に印加されるバイアス電圧は、ＤＣモード又は時変モード（ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｍｏｄｅ）で印加することができる。時変モードは、例えば、バイアス電圧を交互に付けたり、消したりすることによって、電圧が、経時的に変化するパルスモードであることができる。蒸着の間のバイアスパルス周期の全時間のうち、「オン時間（ｏｎ−ｔｉｍｅ）」、すなわちバイアスが印加されている時間のパーセントは、「デューティサイクル」と称される。

【0008】

パルスモードのバイアス電圧の周波数は、変化させることもでき、通常ｋＨｚで表される。

【0009】

ＰＶＤ層では残留圧縮応力のある一定のレベルが度々所望されているが、残留圧縮応力は、基盤をなす層又は基材への接着に悪影響を及ぼすリスクのために、好ましくは、高すぎてはならない。

【0010】

（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ被覆は、一般に、金属加工用の切削工具の分野で用いられる。（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎは、集中的に研究される材料系である。例えば、Ｆｌｉｎｋらは、Ｓｉ含有量が（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ被覆の微小構造の主要な定義パラメータであると記載している。ｘ≦０．１（Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＮにおいて）では、従来の被覆は、コラム状で、ＮａＣｌ固溶体状態であり、一方、ｘ＞０．１では、成長が、Ｓｉ（Ｔｉ）Ｎ_ｘマトリックス相（組織相）のＴｉ（Ｓｉ）Ｎナノコラムによるナノコンポジット成長へと変化する。組織相の厚さは、Ｓｉ含有量によって変わるが、通常は１−５ｎｍ程度である。

【0011】

被覆が、基材への接着、及び耐剥離性に関して優れた特性を有し、またクレータ耐摩耗性及び／又は逃げ面耐摩耗性などの優れた耐摩耗性も有する、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ被覆切削工具が絶えず求められている。

【0012】

さらに、基材への良好な接着など、アーク蒸着層からの一般的な利点を有する他に、さらに低い点欠陥密度（ｌｏｗ ｐｏｉｎｔ ｄｅｆｅｃｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）などの低レベルの格子欠陥を有する、アーク蒸着（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層が必要とされている。

【0013】

定義
用語「デューティサイクル」は、バイアス電圧が「オン」である、すなわち完全なパルス周期（「オン時間」＋「オフ時間」）の間の作動している時間のパーセントを意味する。

【0014】

用語「パルスバイアス周波数」は、１秒あたりの完全なパルス周期の数を意味する。

【0015】

用語「ＦＷＨＭ」は、Ｘ線回折ピークの、そのピーク強度の半分での角度（２θ）の幅である「半値全幅」を意味する。

【0016】

用語「ＦＷＱＭ」は、Ｘ線回折ピークの、そのピーク強度の１／４での角度（２θ）の幅である「１／４値全幅」を意味する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】試料１−４の被覆の、組み合わせたＸ線回折図を示す図である。

【図2】試料２の（１１１）ピーク周辺のＸ線回折図を拡大した部分を示す図である。

【図3】試料３の（１１１）ピーク周辺のＸ線回折図を拡大した部分を示す図である。

【図4】試料４の（１１１）ピーク周辺のＸ線回折図を拡大した部分を示す図である。

【0018】

発明の概要
現在、驚くべきことに、より高いＳｉ含有量を有するが、依然として固溶体のままであり、したがってナノ結晶状態に変化しない、（Ｔｉ，Ｓｉ）ＮＰＶＤ層を用意することができることが明らかになった。

【0019】

本発明は、基材及び被覆を備える被覆切削工具であって、被覆が、式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃ（式中、０．１０＜ｘ≦０．３０、０≦ａ≦０．７５、０．２５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．２、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）の化合物であるＰＶＤ層（Ａ）を含み、ＰＶＤ層（Ａ）は、ＮａＣｌ構造固溶体である、被覆切削工具に関連する。

【0020】

式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃにおいて、好適には、０．１１≦ｘ≦０．２７、又は０．１２≦ｘ≦０．２５、又は０．１３≦ｘ≦０．２４、又は０．１４≦ｘ≦０．２３、又は０．１５≦ｘ≦０．２２、又は０．１６≦ｘ≦０．２２、又は０．１７≦ｘ≦０．２２である。

【0021】

式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃにおいて、好適には、０≦ａ≦０．５、０．５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．１、又は０≦ａ≦０．２５、０．７５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．０５、又は０≦ａ≦０．１、０．９≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．０２、又はａ＝０、ｂ＝１、ｃ＝０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である。

【0022】

ＰＶＤ層（Ａ）のＮａＣｌ構造固溶体の存在は、例えば、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）解析によって検出することができる。

【0023】

本発明は、基材上に被覆を製造する方法であって、被覆は、式Ｔｉ_１−ｘＳｉ_ｘＣ_ａＮ_ｂＯ_ｃ（式中、０．１０＜ｘ≦０．３０、０≦ａ≦０．７５、０．２５≦ｂ≦１、０≦ｃ≦０．２、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）の化合物である、カソードアーク蒸着によって蒸着される、ＰＶＤ層（Ａ）を含み、ＰＶＤ層（Ａ）は、ＮａＣｌ構造固溶体であり、ＰＶＤ層（Ａ）は、約１２％未満のデューティサイクル及び約１０ｋＨｚ未満のパルスバイアス周波数を用いて、約−４０から約−４５０Ｖのパルスバイアス電圧を基材に印加することによって蒸着される、方法にさらに関連する。

【0024】

一実施態様において、デューティサイクルは、約１１％未満であってもよい。デューティサイクルは、さらに約１．５から約１０％、又は約２から約１０％であってもよい。

【0025】

一実施態様において、デューティサイクルは、約１０％未満であってもよい。デューティサイクルは、さらに１．５から約８％、又は約２から約６％であってもよい。

【0026】

「オフ時間」の間、電位は、好適には変動している。

【0027】

パルスバイアス周波数は、約０．１ｋＨｚより高くてもよく、又は約０．１から約８ｋＨｚ、又は約１から約６ｋＨｚ、又は約１．５から約５ｋＨｚ、又は約１．７５から約４ｋＨｚであってもよい。

【0028】

パルスバイアス電圧は、約−４０から約−４５０Ｖ、又は約−５０から約−４５０Ｖであってもよい。

【0029】

用いられるパルスバイアス電圧の最適の範囲は、用いられる特定のＰＶＤリアクターに応じて変わる可能性がある。

【0030】

一実施態様において、パルスバイアス電圧は、約−５５から約−４００Ｖ、又は約−６０から約−３５０Ｖ、又は約−７０から約−３２５Ｖ、又は約−７５から約−３００Ｖ、又は約−７５から約−２５０Ｖ、又は約−１００から約−２００Ｖであってもよい。

【0031】

他の実施態様において、パルスバイアス電圧は、約−４５から約−４００Ｖ、又は約−５０から約−３５０Ｖ、又は約−５０から約−３００Ｖであってもよい。

【0032】

パルスバイアス電圧は、好適には単極である。

【0033】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、チャンバ温度４００−７００℃の間、又は４００−６００℃の間、又は４５０−５５０℃の間で蒸着される。

【0034】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、米国特許出願公開第２０１３／０１２６３４７号に開示されたように、両カソードがその周りに配置されたリング型アノードを備えているカソードアセンブリを装備し、磁場に、ターゲット表面から出て、アノードに入る力線をもたらすシステムを用いた、ＰＶＤ真空チャンバ中で蒸着される。

【0035】

ＰＶＤ層（Ａ）を蒸着する間のガス圧は、約０．５から約１５Ｐａ、又は約０．５から約１０Ｐａ、又は約１から約５Ｐａであってもよい。

【0036】

基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、及び高速度鋼の群から選択することができる。

【0037】

基材は、好適には切削工具として形づくられる。

【0038】

切削工具は、金属加工用の、切削工具インサート、ドリル、又はソリッドエンドミルであってもよい。

【0039】

本明細書に記載のＰＶＤ層（Ａ）のさらに可能性のある特徴は、被覆切削工具で定められたＰＶＤ層（Ａ）と、方法で定められたＰＶＤ層（Ａ）との両方を示す。

【0040】

ＰＶＤ層（Ａ）のＸ線回折解析を実施すると、非常に鋭い立方晶回折ピークが観測される。これは、高い結晶性を意味する。また好適には、好ましい（１１１）面外結晶配向が得られる。

【0041】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、ＸＲＤ回折の立方晶（１１１）ピークについて、≦０．４度（２θ）、又は≦０．３５度（２θ）、又は≦０．３度（２θ）、又は≦０．２５度（２θ）、又は≦０．２度（２θ）、又は≦０．１８度（２θ）である、ＦＷＨＭ値を有する。

【0042】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、ＸＲＤ回折の立方晶（１１１）ピークについて、≦０．４５度（２θ）、又は≦０．４度（２θ）、又は≦０．３５度（２θ）、又は≦０．３度（２θ）である、ＦＷＱＭ（１／４値全幅）値を有する。

【0043】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、ＸＲＤ回折の立方晶（２００）ピークについて、≦０．５度（２θ）、又は≦０．４５度（２θ）、又は≦０．４度（２θ）、又は≦０．３５度（２θ）である、ＦＷＨＭ値を有する。

【0044】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、≧０．３、又は≧０．５、又は≧０．７、又は≧０．８、又は≧０．９、又は≧１、又は≧１．５、又は≧２、又は≧３、又は≧４である、Ｘ線回折のピーク高さ強度比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）を有する。

【0045】

本明細書で用いられるピーク高さ強度Ｉ（１１１）及びＩ（２００）、並びにＦＷＨＭ値及びＦＷＱＭ値を決定するのに用いられる（１１１）ピークは、Ｃｕ−Ｋ_α２除去済み（ｓｔｒｉｐｐｅｄ）である。

【0046】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、＞−３ＧＰａ、又は＞−２ＧＰａ、又は＞−１ＧＰａ、又は＞−０．５ＧＰａ、又は＞０ＧＰａである残留応力を有する。

【0047】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、＜４ＧＰａ、又は＜３ＧＰａ、又は＜２ＧＰａ、又は＜１．５ＧＰａ、又は＜１ＧＰａである残留応力を有する。

【0048】

ＰＶＤ層（Ａ）の残留応力は、Ｉ．Ｃ．Ｎｏｙａｎ、Ｊ．Ｂ．Ｃｏｈｅｎ、Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８７（ｐ１１７−１３０）に記載されている、周知のｓｉｎ^２ψ法を用いたＸ線回折測定によって評価される。例えば、Ｖ Ｈａｕｋ、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、１９９７も参照されたい。測定は、ＣｕＫα放射線を（２００）反射に用いて実施される。側傾法（ψジオメトリ）は、選択されたｓｉｎ^２ψ範囲内の等距離の、６個から１１個、好ましくは８個のψ角で用いられた。９０°のΦセクター内のΦ角の等距離分布が好ましい。二軸応力状態を確かめるために、試料を、ψで傾けながら、Φ＝０及び９０°で回転させることになる。せん断応力が存在する可能性があるか調べることを推奨し、したがって負及び正のψ角を測定することになる。オイラー１／４−クレードルの場合、これは、様々なψ角について、Φ＝１８０及び２７０°においても試料を測定することによって成し遂げられる。測定は、可能な限り平坦な表面で、好ましくは切削工具インサートの逃げ面側で実施されることになる。残留応力値を計算するには、ポアソン比ν＝０．２２及びヤング率Ｅ＝４４７ＧＰａを用いるべきである。データは、好ましくは（２００）反射にある、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ製のＤＩＦＦＲＡＣ^Ｐｌｕｓ Ｌｅｐｔｏｓ ｖ．７．８などの市販のソフトウェアを用いて、疑似フォークト関数によって評価される。全応力値は、得られた二軸応力の平均として計算される。

【0049】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、その表面にファセット結晶粒を含む。本明細書において、ファセットは、粒に平坦な面があること意味する。

【0050】

ＰＶＤ層（Ａ）のファセット結晶粒は、好適には、ＰＶＤ層（Ａ）の表面積の、＞５０％、又は＞７５％、又は＞９０％を占める。

【0051】

ＰＶＤ層（Ａ）の厚さは、好適には、約０．５から約２０μｍ、又は約０．５から約１５μｍ、又は約０．５から約１０μｍ、又は約１から約７μｍ、又は約２から約５μｍである。

【0052】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、アーク蒸着層である。

【0053】

ＰＶＤ層（Ａ）は、好適には、本発明の方法に従って蒸着される。

【0054】

一実施態様において、被覆は、基材に最も近い、例えば、ＴｉＮ、ＣｒＮ、又はＺｒＮの最内部結合層を含む。結合層の厚さは、約０．１から約１μｍ、又は約０．１から約０．５μｍであってもよい。

【0055】

一実施態様において、被覆は、基材に最も近い、例えば、ＴｉＮ、ＣｒＮ、又はＺｒＮの最内部結合層を含む。結合層の厚さは、約０．１から約１μｍ、又は約０．１から約０．５μｍであってもよい。最内部結合層は、ＰＶＤ層（Ａ）を蒸着するのに用いたものよりも、異なる方法パラメータ、例えば、パルスバイアスの代わりにＤＣバイアスを用いて蒸着してもよく、こうした最内部結合層は、ＰＶＤ層（Ａ）と実質的に同じ元素組成のものであってもよい。

【0056】

被覆切削工具の基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、及び高速度鋼の群から選択することができる。

【0057】

被覆切削工具は、金属加工用の、切削工具インサート、ドリル、又はソリッドエンドミルであってもよい。

【0058】

実施例
実施例１
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層をジオメトリＳＮＭＡ１２０８０４の焼結超硬合金切削工具インサートブランクに蒸着した。超硬合金の組成は、Ｃｏ１０重量％、Ｃｒ０．４重量％、及びＷＣ残部であった。超硬合金ブランクを、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒアップグレードを備えたＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒ ＩＮＮＯＶＡシステムであるＰＶＤ真空チャンバで被覆した。ＰＶＤ真空チャンバには、６個のカソードアセンブリを装備されていた。アセンブリは、それぞれ１個のＴｉ−Ｓｉ合金ターゲットを備えていた。カソードアセンブリを、チャンバの２つの高さ（ｌｅｖｅｌ）に配置した。両カソードがその周りに配置されたリング型アノードを備えており（米国特許出願公開第２０１３／０１２６３４７号に開示されたように）、システムは、磁場に、ターゲット表面から出て、アノードに入る力線をもたらす（米国特許出願公開第２０１３／０１２６３４７号参照）。

【0059】

チャンバを、高真空（１０^−２Ｐａ未満）までポンプダウンし、チャンバ内部に設置されたヒータで３５０−５００℃まで加熱し、この特定の場合には５００℃まで加熱した。次いで、ブランクをＡｒプラズマで３０分間エッチングした。

【0060】

ターゲット中のＴｉとＳｉとの関係を変えて、４種の異なる蒸着を実施した。用いたターゲットは、Ｔｉ_０．９０Ｓｉ_０．１０、Ｔｉ_０．８５Ｓｉ_０．１５、Ｔｉ_０．８０Ｓｉ_０．２０、及びＴｉ_０．７５Ｓｉ_０．２５であった。

【0061】

チャンバ圧（反応圧力）をＮ_２ガス３．５Ｐａに設定し、単極パルスバイアス電圧−３００Ｖ（チャンバ壁に対して）をブランクアセンブリに印加した。パルスバイアス周波数は１．９ｋＨｚであり、デューティサイクルは３．８％（「オン時間」２０μ秒、「オフ時間」５００μ秒）であった。カソードは、アーク放電モードで、電流１５０Ａ（それぞれ）で１２０分間流した。厚さ約３μｍの層が蒸着された。

【0062】

蒸着されたＰＶＤ層の実際の組成は、ＥＤＸ（エネルギー分散分光法）を用いて測定し、それぞれ、Ｔｉ_０．９１Ｓｉ_０．０９Ｎ、Ｔｉ_０．８７Ｓｉ_０．１３Ｎ、Ｔｉ_０．８２Ｓｉ_０．１８Ｎ、及びＴｉ_０．７８Ｓｉ_０．２２Ｎであった。

【0063】

Ｘ線回折（ＸＲＤ）解析を、２Ｄ検出器（ＶＡＮＴＥＣ−５００）及び集束平行ビームＭｏｎｔｅｌミラーを備えたＩμＳ Ｘ線源（Ｃｕ−Ｋ_α、５０．０ｋＶ、１．０ｍＡ）を装備したＢｒｕｋｅｒ Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒ回折計を用いて、被覆インサートの逃げ面で実施した。被覆切削工具インサートは、試料の逃げ面が試料ホルダーの基準面と平行であること、また逃げ面が適切な高さにあることを確認して、試料ホルダーに取り付けた。被覆切削工具からの回折強度は、関連するピークが生じる、したがって少なくとも３５°−５０°が含まれる２θ角周辺で測定された。バックグラウンド減算及びＣｕ−Ｋ_α２除去を含むデータ解析を、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ’ｓ Ｘ’Ｐｅｒｔ ＨｉｇｈＳｃｏｒｅ Ｐｌｕｓソフトウェアを用いて行った。疑似フォークト関数をピーク解析に用いた。得られたピーク強度に薄膜補正を適用しなかった。（１１１）ピーク又は（２００）ピークと、ＰＶＤ層に帰属しない、例えばＷＣなどの基材反射の、任意の回折ピークとの、起こり得るピークの重複は、ピーク強度及びピーク幅を決定するときに、ソフトウェア（組み合わさったピークのデコンボリューション）によって補正した。

【0064】

図１は、被覆試料１−４の、組み合わせたＸ線回折図（Ｃｕ−Ｋ_α２未除去）を示し、鋭い（１１１）ピークを示している。ＰＶＤ層のＳｉ含有量が増加するにつれて、（１１１）ピーク位置の変化することも明らかに認められる。これは、依然としてＮａＣｌ構造を保ちながら格子パラメータが変化する、すなわち、全ての試料で（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ固溶体が存在する証拠である。図２−４は、試料２−４の、（１１１）ピーク周辺の回折図を拡大した部分（Ｃｕ−Ｋ_α２除去済み）を示す。

【0065】

試料のＦＷＨＭ値及びＦＷＱＭ値を計算した。

【0066】

結果を表１に示す。

【0067】

実施例２
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ被覆切削工具の新しい一式は、実施例１と同じ組成及び同じジオメトリＳＮＭＡ１２０８０４の焼結超硬合金切削工具インサートブランクに、少し異なる装置を用いて、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎを蒸着することによって用意された。

【0068】

実施例１で用いたものと同じ組成及び同じジオメトリＳＮＭＡ１２０８０４の焼結超硬合金切削工具インサートブランクを用意した。

【0069】

（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層を、実施例１と異なる他の製造業者の真空チャンバで、カソードアーク蒸着によって蒸着した。真空チャンバは、４個のアークフランジを備えていた。選択されたＴｉＳｉ組成のターゲットを、互いに向き合ったフランジの全てに取り付けた。全てのターゲットは同じＴｉＳｉ組成を有する。未被覆ブランクをＰＶＤチャンバ内で３回転されるピンに取り付けた。

【0070】

ターゲット中のＴｉとＳｉとの関係を変えて、蒸着を実施した。用いたターゲットは、Ｔｉ_０．９０Ｓｉ_０．１０、Ｔｉ_０．８５Ｓｉ_０．１５、及びＴｉ_０．８０Ｓｉ_０．２０であった。Ｓｉ含有量の異なる３種の被覆（試料５−７）を、特許請求の範囲に記載の方法に従って、パルスバイアスを用いて作製した。表２の用いた方法パラメータを参照されたい。

【0071】

最初に、最内部の薄い（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層（約０．１μｍ）を、ＤＣバイアスを用いて蒸着した。方法パラメータを表２に示す。

【0072】

次に、試料５−７について、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎの主体層を、パルスバイアスを用いて蒸着した。方法パラメータを表３に示す。

【0073】

最内部のＤＣモード蒸着とパルスモードによる主体層の蒸着との間に、初めのＤＣモード蒸着を続けるが、圧力を４Ｐａから１０Ｐａにランプさせ、またＤＣモードを、主体層に用いられるパルスモードにランプさせる中間工程を用いた。ランプ時間は１０分であった。

【0074】

最内部（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層（ＤＣ−蒸着＋ランプ）の層厚さは、約０．１μｍであった。

【0075】

それぞれの試料について、主体（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の層厚さは、約２．５μｍであった。

【0076】

次いで、Ｓｉ含有量の異なる３種のさらなる試料８−１０を、全体の層にＤＣバイアスによる方法を用いて、ブランクに（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層を蒸着することによって製造した。表４の用いた方法パラメータを参照されたい。

【0077】

それぞれの試料について、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎの層厚さは、約２．５μｍであった。

【0078】

Ｘ線回折（ＸＲＤ）解析を、前述の実施例の場合と同じ装置及び同じ手順を用いて、被覆インサートの逃げ面で実施した。

【0079】

試料の（１１１）ピーク及び（２００）ピークのＦＷＨＭ値、並びにＩ（１１１）／Ｉ（２００）の比を決定した。

【0080】

結果を表５に示す。

【0081】

試料５−７と比較した場合、またＳｉ含有量を増加させた場合の試料８−１０のより幅広の（２００）ピークは、一般に、さらにより多くのナノ結晶微小構造を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】