(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-14
(54)【発明の名称】コーティングを含む鋸刃またはその他の切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20220907BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20220907BHJP
C23C 14/14 20060101ALI20220907BHJP
B23D 61/02 20060101ALI20220907BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20220907BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20220907BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C14/06 A
C23C14/14 B
B23D61/02 Z
B23C5/16
B23B51/00 J
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021578231
(86)(22)【出願日】2020-07-10
(85)【翻訳文提出日】2022-02-28
(86)【国際出願番号】 NL2020050461
(87)【国際公開番号】W WO2021006739
(87)【国際公開日】2021-01-14
(31)【優先権主張番号】62/872,763
(32)【優先日】2019-07-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】2023484
(32)【優先日】2019-07-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL
(31)【優先権主張番号】2023485
(32)【優先日】2019-07-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522001367
【氏名又は名称】ナイト アカジシャン ベー．ヴェー．
(74)【代理人】
【識別番号】100100354
【弁理士】
【氏名又は名称】江藤 聡明
(72)【発明者】
【氏名】シュレダー，ヴェルナー
【テーマコード（参考）】
3C037
3C046
4K029
【Ｆターム（参考）】
3C037CC02
3C037CC04
3C037CC08
3C037CC09
3C046FF02
3C046FF03
3C046FF10
3C046FF11
3C046FF13
3C046FF17
3C046FF19
3C046FF23
3C046FF24
3C046FF25
4K029AA02
4K029BA03
4K029BA07
4K029BA17
4K029BA35
4K029BA58
4K029CA05
4K029DC03
4K029DC04
(57)【要約】
本発明は、基材（５）上にコーティング（１０）を含む切削工具（１）であって、コーティング（１０）が第１層要素（２０）を含み、第１層要素（２０）は、金属またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む全体組成を有し、第１層要素（２０）は、数Ｎｌａｙの第１層要素の層（２１）を含み、Ｎｌａｙは少なくとも２であり、第１層要素の層（２１）の各々は、金属またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタンおよびケイ素を含む窒化物層を含み、Ｎｌａｙ個の第１層要素の層（２１）は、少なくとも２種の異なるタイプの層（２２、２３）を含み、層（２２、２３）の異なるタイプは、少なくともケイ素含有量で異なり、層（２２、２３）の第１のタイプ（２２）は、金属およびメタロイド元素の合計に対して最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈ（原子％で）を有し、および層（２２、２３）の第２のタイプ（２３）は、金属およびメタロイド元素の合計に対して最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌ（原子％で）を有し、最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比が、０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から選択される、切削工具（１）を提供する。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材（５）上にコーティング（１０）を含む切削工具（１）であって、前記コーティング（１０）が第１層要素（２０）を含み、前記第１層要素（２０）が金属またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタンおよびケイ素を含む全体組成を有し、前記第１層要素（２０）が数Ｎｌａｙの第１層要素の層（２１）を含み、ここでＮｌａｙは少なくとも２であり、前記第１層要素の層（２１）の各々は、金属またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタンおよびケイ素を含む窒化物層を含み、Ｎｌａｙの第１層要素の層（２１）は、少なくとも２種の異なるタイプの層（２２、２３）を含み、前記異なるタイプの層（２２、２３）は、少なくともケイ素含有量で異なり、層（２２、２３）の第１のタイプ（２２）は、前記金属およびメタロイド元素の合計に対して最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈ（原子％）を有し、および前記層（２２、２３）の第２のタイプ（２３）は、前記金属およびメタロイド元素の合計に対して最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌ（原子％）を有し、前記最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する前記最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比が、０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から選択され、前記第１層要素（２０）の厚さ（２５）が１～１２μｍの範囲から選択され、前記第１層要素（２０）において、前記金属およびメタロイド元素の合計に対して－アルミニウムは、７２～７７原子％の範囲で使用可能であり、
－チタンは、５～１１原子％の範囲で使用可能であり、
－クロムは１３～２０原子％の範囲で使用可能であり、および
－ケイ素は０．７～１．７原子％の範囲で使用可能である
切削工具（１）。
【請求項2】
前記最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する前記最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比が、０．４≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．６の範囲から選択される、請求項１に記載の切削工具（１）。
【請求項3】
ＣＳｉ，Ｈ≦１．７、且つＣＳｉ，Ｌ≦１である、請求項１または２に記載の切削工具（１）。
【請求項4】
前記第１要素の層（２１）は、０．１～０．５μｍの範囲内の第１層要素の層の厚さ（２１５）を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項5】
前記第１層要素の層（２１）の各々において、チタンとクロムの組み合わせが、前記金属とメタロイド元素の合計に対して２１～２７原子％の範囲で使用可能である、請求項１～４のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項6】
複数の第１層要素の層（２１）が、数ｓｕｂｓＮの、前記第１層要素の層（２１）の積層されたサブセット（２００）を含み、ｓｕｂｓＮは少なくとも２であり、サブセット（２００）のそれぞれが、前記層（２２、２３）の第１のタイプ（２２）と前記層（２２、２３）の第２のタイプ（２３）を含み、前記サブセット（２００）のそれぞれのサブセット厚さ（２０５）が１μｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項7】
前記積層されたサブセット（２００）のうちの少なくとも１個のサブセット（２００）が、少なくとも３個の異なるタイプの第１層要素の層（２１）を含む、請求項６に記載の切削工具（１）。
【請求項8】
前記第１層要素（２０）の厚さ（２５）が、２～７μｍの範囲から選択される、請求項１～７のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項9】
前記コーティング（１０）が、（ｉ）前記基材（５）と前記第１層要素（２０）との間に配置されたベース層要素（３０）および／または（ｉｉ）前記第１層要素（１０）の上に配置されたトップ層要素（４０）をさらに含み、前記ベース層要素（３０）のベース層要素厚さ（３５）が０．２～１．２μｍの範囲から選択され、前記ベース層要素（３０）は１個以上のベース層要素の層（３１）を含み、前記ベース層要素の層（３１）のいずれか１個は窒化クロムおよび／またはアルミニウム-クロム－窒化物を含む窒化物層を含み、前記トップ層要素（４０）のトップ層要素厚さ（４５）は０．２～１．２μｍの範囲から選択され、前記トップ層要素（４０）が１個以上のトップ層要素の層（４１）を含み、前記トップ層要素の層（４１）のいずれか１個が、（ｉ）クロムおよび／またはアルミニウムを含む窒化物層、または（ｉｉ）クロムおよび／またはアルミニウムを含む炭窒化物層を含み、前記コーティング（１０）の合計コーティング厚さ（１５）が３～８μｍの範囲から選択される、請求項１～８のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項10】
前記ベース層要素（３０）を含み、前記ベース層要素（３０）が複数のベース層要素の層（３１）を含み、前記第１層要素（２０）の最も近くに構成された上側ベース層要素の層（３１９）のアルミニウム含有量が、前記基材（５）の最も近くに構成された下側ベース層要素の層（３１１）のアルミニウム含有量より高い、請求項９に記載の切削工具（１）。
【請求項11】
前記切削工具（１）が丸鋸刃、工具ビット、ルータービットまたはドリルである、請求項１～１０のいずれか一項に記載の切削工具（１）。
【請求項12】
基材（５）に構成された、請求項１～１１のいずれか一項に記載のコーティング（１０）。
【請求項13】
請求項１～１１のいずれか一項に記載のコーティング（１０）を含む切削工具（１）を物理的気相成長法によって製造する方法であって、－基材（５）を物理的気相成長オーブン（１００）の真空チャンバ（１５０）に提供する工程であって、前記チャンバ（１５０）が数ＣａｔＮの金属カソード（１１０）を含み、ＣａｔＮは少なくとも３であり、数ＣａｔＮの金属カソード（１１０）の少なくともサブセットが共に前記金属またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタンおよびケイ素を含む、工程、ならびに
－物理的気相成長法により、基材（５）にコーティング（１０）を堆積させる工程であって、基材（５）を回転させる間に、（ｉ）気体流体を含む窒素および任意に（ｉｉ）気体流体（１３０）を含む炭素を真空チャンバ（１５０）内に供給し、前記コーティング（１０）を層ごとに堆積させ、前記コーティング（１０）を提供する工程を含む、製造方法。
【請求項14】
請求項１３に記載の製造方法であって、（ｉ）前記金属カソード（１１０）の少なくとも１個が、金属またはメタロイド元素のアルミニウム、チタンおよびケイ素を含み、且つ前記金属カソード（１１０）の少なくとも別の１個が、前記金属元素のアルミニウムおよびクロムを含むか、または（ｉｉ）前記金属カソード（１１０）の少なくとも1個が、前記金属元素のアルミニウム、クロムおよびケイ素を含み、且つ前記金属カソード（１１０）の少なくとも別の1個が、前記金属元素のアルミニウムおよびチタンを含み、前記堆積の間、金属カソード（１１０）に可変蒸発電流が供給される、製造方法。
【請求項15】
金属カソード（１１０）の少なくとも１個がケイ素を含み、且つケイ素を含む前記少なくとも１個の金属カソード（１１０）が前記金属カソード（１１０）の別の１個に隣接して配置されている、請求項１３または１４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
発明の分野
本発明は、コーティングを有する物品、特に切削工具、物品にコーティングを提供する方法、および（減摩）コーティング自体に関する。
本発明は、コーティングを有する物品、特に切削工具、物品にコーティングを提供する方法、および（減摩）コーティング自体に関する。
【背景技術】
【0002】
発明の背景
耐摩耗性コーティングを含む切削工具は、当技術分野で知られている。ＥＰ３２２８７２６は、例えば、本体と、該本体上にＰＶＤによって堆積されたコーティングと、を備える被覆された切削工具であって、前記本体が、超硬合金（cemented carbide）、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素系材料または高速度鋼を含み、前記コーティングが、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ（ここで、０．３≦ｘ≦０．７である）の第１の層、および（Ｔｉｌ－ｐ－ｑＡｌｐＳｉｑ）Ｎ（ここで、０．１５≦p≦０．４５、および０．０５≦q≦０．２０である）の第２の層を含み、前記本体から見て、前記第２の層が前記第１の層の外側に堆積する、被覆された切削工具を記載する。
耐摩耗性コーティングを含む切削工具は、当技術分野で知られている。ＥＰ３２２８７２６は、例えば、本体と、該本体上にＰＶＤによって堆積されたコーティングと、を備える被覆された切削工具であって、前記本体が、超硬合金（cemented carbide）、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素系材料または高速度鋼を含み、前記コーティングが、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ（ここで、０．３≦ｘ≦０．７である）の第１の層、および（Ｔｉｌ－ｐ－ｑＡｌｐＳｉｑ）Ｎ（ここで、０．１５≦p≦０．４５、および０．０５≦q≦０．２０である）の第２の層を含み、前記本体から見て、前記第２の層が前記第１の層の外側に堆積する、被覆された切削工具を記載する。
【0003】
ＵＳ２００２／０１６８５５２は、（Ｔｉ１－ａ－ｂ－ｃ－ｄ，Ａｌａ，Ｃｒｂ，Ｓｉｃ，Ｂｄ）（Ｃ１－ｅＮｅ）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（ここで、ａ、ｂ、ｃおよびｄはそれぞれＡｌ、Ｃｒ、ＳｉおよびＢの原子比を示し、ｅはＮの原子比を示す。）で構成された切削工具用硬質皮膜が記載されている。
【0004】
ＪＰ２００７３１３５８２は、（ａ）１～５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ１－ｘ－ｙ－ｚＡ１ｘＳｉｙＣｒｚ）Ｎ（ここで、原子比で、Ｘは０．３０～０．７０を示し、Ｙは０．０１～０．１０を示し、Ｚは０．０１～０．１０を示す）を満たす、Ｔｉ、Ａｌ、ＳｉおよびＣｒの複合窒化物層からなる底部層と、（ｂ）０．４～２μｍの平均層厚を有する、窒化バナジウム層と酸化バナジウム層の交互積層構造からなる頂部層であって、それぞれの層間に平均層厚０．０２～０．２μｍの酸窒化バナジウム層を有し、且つ１～５μｍの全体の平均層厚を有する頂部層と、を含む硬質コーティング層が、炭化タングステン系超硬合金または窒化チタン系サーメットからなる工具基材の表面に形成される、硬質コーティング層を有する表面コーティング切削工具を記載する。
【0005】
ＪＰ２００７１４４５９５は、表面コーティングされた切削工具を記載する。以下の（ａ）～（ｃ）を含む硬質コーティング層が、炭化タングステン系超高合金または炭窒化チタン系サーメットからなる工具基材の表面に形成される。（ａ）平均層厚が１～５μｍである、Ｔｉ、Ａｌ、ＳｉおよびＣｒの複合窒化物層からなる下側層であって、組成式（Ｔｉ１－ｘ－ｙ－ｚＡｌｘＳｉｙＣｒｚ）Ｎ（ここで、原子比で、Ｘは０．３０～０．７０を示し、Ｙは０．０１～０．１０を示し、Ｚは０．０１～０．１５を示す）を満たし、（ｂ）平均層厚０．１～１．５μｍを有する、窒化バナジウム層からなる層間接着層である。（ｃ）窒化バナジウム層と酸化バナジウム層の交互積層構造を有する上側層であって、０．１～１μｍの１層あたりの平均層厚を有し、１～５μｍの全体の平均層厚を有する、上側層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】ＥＰ３２２８７２６
【特許文献2】ＵＳ２００２／０１６８５５２
【特許文献3】ＪＰ２００７３１３５８２
【特許文献4】ＪＰ２００７１４４５９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
発明の概要
切削工具、穴あけ工具およびミリング工具は、しばしば保護コーティングを含む。コーティングは、機械的、熱的および化学的負荷に対して工具材料（基材または本体）を保護するために提供される。コーティングは、例えば、工具寿命を延長するため、および／または工具加工中の摩擦を最小化するために施され、これによっても工具寿命を延長することができ、同時に必要な切削力を減少させることができる。コーティングは、切削や（金属）成形のための工具の摩擦や摩耗などの摩擦特性を改善するために使用することができ、また機械要素、例えば滑り軸受、シール、バルブなどの特性を改善するために使用することができる。そのようなコーティング、特に、さらなる要素に相対的に移動される物品の特性を改善するコーティングは、「減摩コーティング（tribological coatings）」とも呼ばれることがある。減摩コーティングは、基材が摩擦および摩耗性能において役割を果たすことができるように、比較的薄くてよい（例えば、１０μｍもしくは２０μｍまで、あるいはそれ以下）。減摩コーティング（さらに「コーティング」とも呼ばれる）は、化学的気相成長法または物理的気相成長法によって基材に施すことができる。
切削工具、穴あけ工具およびミリング工具は、しばしば保護コーティングを含む。コーティングは、機械的、熱的および化学的負荷に対して工具材料（基材または本体）を保護するために提供される。コーティングは、例えば、工具寿命を延長するため、および／または工具加工中の摩擦を最小化するために施され、これによっても工具寿命を延長することができ、同時に必要な切削力を減少させることができる。コーティングは、切削や（金属）成形のための工具の摩擦や摩耗などの摩擦特性を改善するために使用することができ、また機械要素、例えば滑り軸受、シール、バルブなどの特性を改善するために使用することができる。そのようなコーティング、特に、さらなる要素に相対的に移動される物品の特性を改善するコーティングは、「減摩コーティング（tribological coatings）」とも呼ばれることがある。減摩コーティングは、基材が摩擦および摩耗性能において役割を果たすことができるように、比較的薄くてよい（例えば、１０μｍもしくは２０μｍまで、あるいはそれ以下）。減摩コーティング（さらに「コーティング」とも呼ばれる）は、化学的気相成長法または物理的気相成長法によって基材に施すことができる。
【0008】
これらのコーティングは、堆積する材料がその気相から施されるので、ガス状コーティングとして分類される。コーティングの要求されるその特性は、工具速度、被加工材、温度、切削形状などの工具条件によって決定することができる。特に、被加工材、工具の速度、工具に対する被加工材の相対的な移動は、工具の摩耗や工具表面の温度に最も関連する要因であり得る。
【0009】
コーティングは、基材よりも摩耗率の低い硬質保護カバーを提供すること、基材の温度上昇を抑える熱障壁を提供すること、基材と切削金属間の成分交換を最小限に抑える化学障壁を提供すること、加工材との摩擦係数を下げて工具加工中の摩擦力を低下させ、その結果、発熱量が低下して摩耗率を下げることによって、この摩耗に対抗するように構成することができる。
【0010】
切削工具では、軟質で強靭な基材に薄くて硬いコーティングを施すことで、工具の寿命を１０倍以上に延ばすことができる場合が多い。長年にわたり、さまざまなコーティング構造が開発されてきた。最も単純なコーティング構造は、特に単一の機能層を含み、モノリシック構造と呼ばれる。当技術分野では、多くの異なる組成と下部構造を有する多くの異なるコーティングが知られている。第一世代の窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）および窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、同様に後に開発された窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化アルミニウムクロム（ＡｌＣｒＮ）コーティング層およびナノ構造層はすべてモノリシックコーティングと呼ばれている。
【0011】
多層コーティングもまた知られており、本質的に機能が異なるモノリシックコーティングの組み合わせからなる。すなわち、一の層のタイプは特に硬度を高める一方で、他の層は摩擦係数を下げることができる。これらの様々な層は、２個の層の接着を改善し、且つ基材の方向への亀裂の伝播を防止するために、一般に中間層によって共に結合されている。ナノコンポジット構造体は、１個の層に様々な成分の混合物含んでいてもよい。
【0012】
通常、基材はまず中間（またはベース）層で覆われ、基材上のコーティング構造の接着性を向上させる。トップ層は、しばしば構造体を仕上げる。トップ層は、工具の使用開始時に、より均等な摩耗が得られるようにするために、例えば、機能層よりも低い摩擦係数を有するように構成することができる。
【0013】
ここで、コーティングは、さらに、コーティングを含む（丸）鋸刃に基づいて説明することができる。しかしながら、コーティングは、例えば、摩耗を改善し、および／または摩擦を低下させるための機能的コーティングであってもよく、あらゆる種類の工具または機械部品に提供することができることに留意されたい。コーティングは、例えば、切削工具、穴あけ工具、またはミリング工具に提供されてもよい。したがって、そのようなコーティングを含む本発明の工具は、例えば、（丸）鋸刃、工具ビット、ルータービット、ドリルなどであってもよい。そのような工具は、少なくとも部分的にコーティングによって覆われていてもよい。
【0014】
上述したように、異なる種類の工具または機械部品に適用することができる異なるコーティングが知られている。
【0015】
以下の表では、切削工具のためのいくつかのコーティングの下部構造の組成物が、それらのそれぞれの特性と共に列挙されている。
【0016】
【表1】
【0017】
好ましくは、コーティングは高い硬度を持ち、摩擦係数が低く、非常に高い温度でも安定である。コーティングが硬ければ硬いほど、摩耗はより少なくなる。特に、高張力鋼を切断する場合、硬いコーティングが必要になることがある。特に切削時の温度上昇は、コーティングがその特性を維持できるかどうかを左右することがある。切削速度が速い場合、（直接または切削される材料を介した）不十分な冷却が、工具（の表面）の高温を結果としてもたらし得る。その場合、温度安定性が比較的低いコーティングは、その特性を維持できないかもしれない。低い摩擦係数は、潤滑剤として作用し、温度上昇をある程度抑制することで助けになり得る。
【0018】
数十年前から、研究はコーティング（の減摩特性）の改良に焦点を当てている。しかし、いまだに多くのコーティングが、高い摩擦および／または高い摩耗に悩まされているようである。コーティングを施した部品や工具は、一定期間使用すると、亀裂が入るか、あるいはコーティングの一部が剥がれたりすることがある。今日でもなお、工具部門はより高い生産性とより効率的な生産を求めている。したがって、より長い期間および／またはより高い速度で適用されることができ、その結果、ダウンタイムが減少し、および／または生産性を増大し得る、さらなる改良されたコーティングの必要性が依然として存在する。
【0019】
したがって、本発明の一態様は、コーティングを含む代替品、特に代替（切削）工具を提供することであり、この代替品は、好ましくはさらに、上述の欠点の１個以上を少なくとも部分的に取り除くものである。さらに、本発明の目的は、（減摩）コーティング、特に物品に含まれるコーティングであって、好ましくはさらに上記欠点の１個以上を少なくとも部分的に取り除くものを提供することである。本発明はさらに、（減摩）コーティング、特に本発明のコーティングであって、好ましくはさらに上記欠点の１個以上を少なくとも部分的に取り除くものを、基材に、特に切削工具の基材に提供する方法を提供する。
【0020】
本発明は、先行技術の欠点の少なくとも1つを克服または改善すること、あるいは有用な代替手段を提供することを目的とし得る。
【0021】
本発明のコーティングは、先行技術の解決策と比較して、使用後の摩耗がより少ないことを示し得る。コーティング（および物品）は、より長い（工具）寿命を有することができる。コーティングは、使用されるときにより低い摩擦を提供し得る。工具で加工される材料は、それゆえ、先行技術の解決策と比較して、より少ない程度で熱くなり得る。コーティングを含む成形品／工具は、先行技術の工具と比較して、交換を必要とする前に、より長い期間使用することができる。工具は、先行技術の工具と比較して、より高い速度での工具加工を可能にすることができる。したがって、物品および／または工具は、生産性および効率を向上させ、工具を交換するために要する時間を短縮することができる。
【課題を解決するための手段】
【0022】
したがって、第１の態様において、本発明は、（基材上の）コーティングを含む物品、特に（切削）工具であって、前記コーティングが第１層要素を含み、第１層要素は、金属（および／またはメタロイド）元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む（実質的に金属（および／またはメタロイド）元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素からなる）全体組成を有するものを提供する。さらに、実施形態では、第１層要素は、１個以上の（積層された）、特に数Ｎｌａｙの第１層要素の層を含む。さらに、特に、第１層要素の層の各々は、窒化物層を含む（または、窒化物層である）。具体的な実施形態では、Ｎｌａｙは少なくとも２である。さらに、実施形態では、特に、第１層要素の層の各々は、金属およびメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む（の）窒化物層を含む（である）。特に、第１層要素の層の各々は、金属および／またはメタロイド元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素の（実質的にそれらのみの）窒化物層である。さらなる具体的な実施形態において、Ｎｌａｙの（積層された）第１層要素の層は、少なくとも２種の異なるタイプの層を含み、異なるタイプの層は、少なくともケイ素含有量で異なり、特に（異なる）層の第１のタイプは、（その層の第１のタイプにおける）前記金属およびメタロイド元素の合計に対して最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈ（原子％）を有し、および（異なる）層の第２のタイプは、（その層の第２のタイプにおける）前記金属およびメタロイド元素の合計に対して最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌ（原子％）を有する。さらに、特に、最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比は、０．１≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から、特に０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から選択される。
【0023】
特に、第１層要素において、アルミニウムは、前記金属とメタロイド元素の合計に対して、少なくとも６８原子％で使用可能である。特に、（第１層要素において）ケイ素は、前記金属とメタロイド元素の合計に対して０．５～２原子％の範囲で使用可能である。コーティングは、特に減摩コーティングである。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明による工具の一実施形態を模式的に示す図である。
【図2】コーティングのいくつかの態様を模式的に示す図である。
【図3】コーティングのいくつかの態様を模式的に示す図である。
【図4】本発明のいくつかのさらなる態様を模式的に示す図である。
【図5】本発明のいくつかのさらなる態様を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
さらなる態様において、本発明は、（基材上の）コーティングそれ自体を提供する。
【0026】
「基材」という用語は、特に、コーティングを含む物品および／または工具の本体に関するものであってよい。従って、基材は、（最終的な）物品のために構成された特性を含んでいてもよい。基材は、例えば、コーティングされていない（ローラ）ベアリングの（一部）またはコーティングされていないドリルビットを含んでいてもよい。基材は、コーティングされていない（丸）鋸刃のような（コーティングされていない）工具を含んでいてもよい。基材は、実施形態では、コ―ティングされる鋸刃の未コーティングの歯、チップまたはインサートを含んでいてもよい。コーティングは、実施形態において、マイクロメートルの範囲の厚さを含んでいてもよい。コーティングの総コーティング厚さは、実施形態では、例えば、１．５～１２μｍの範囲から、特に３～８μｍの範囲から選択されてもよい（さらに下記参照）。
【0027】
したがって、特に基材の寸法は、実質的に（最終的な）物品／工具の寸法と同じである。さらに、基材は、炭化タングステン、炭化チタン、または炭化タンタルなどの超硬合金（を含む材料）を含んでいてもよい。さらなる実施形態では、基材は、高速度鋼を含んでもよい。基材の寸法および材料は、物品／工具を提供するために特に選択される。
【0028】
したがって、実施形態では、（物品または）工具は、鋸刃、工具ビット、ルータービットまたはドリルなどの切削工具である。特に、切削工具は、（丸）鋸刃である。切削工具は、さらなる実施形態では、鋸刃、特に丸鋸刃の歯、インサートまたはチップであってもよい。切削工具は、炭化タングステンの先端の切削工具であってもよい。
【0029】
それゆえ、実施形態では、第１層要素は、１個の第１要素層を含む（からなる）。具体的な実施形態では、第１層要素は、複数の第１層要素の層を含む。さらなる実施形態では、第１層要素の層は、数Ｎｌａｙの第１層要素の層を含む。複数の第１層要素の層は、特に、互いの上に（接触して）構成され、すなわち、積層構成で、特に、それぞれの（連続する）層が少なくとも部分的に互いを覆っている。第１層要素が、例えばＮｌａｙ個の第１層要素の層を含む場合、２番目の第１層要素の層は、１番目の第１層要素の層で（かつ接触して）構成されていてもよく、および特に少なくとも部分的に１番目の第１層要素の層を被覆していてもよく、（存在する場合には）３番目の第１層要素の層は、２番目の第１層要素の層で（かつ接触して）構成されていてもよく、および特に少なくとも部分的に２番目の第１層要素の層を被覆していてもよく、…、およびＮｌａｙ番目の第１層要素の層はＮｌａｙ－１番目の第１層要素の層で（かつ接触して）構成されていてもよく、および（特に）少なくとも部分的にＮｌａｙ－１番目の第１層要素の層を被覆していてもよい。
【0030】
ここで、第１層要素の層という用語は、複数の（異なる）第１層要素の層に関するものであってもよい。また、用語「ベース層要素の層」、「トップ層要素の層」、「中間層要素の層」、および任意の他の層要素（の層）は、それぞれ複数の（異なる）ベース層要素の層、（異なる）トップ層要素の層、および（異なる）中間層要素の層、および任意の他の層要素（の層）に関するものであってもよい（さらに以下を参照のこと）。
【0031】
第１層要素は、アルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素の元素を含む全体組成を有し、ここではまた、それぞれ「Ａｌ」、「Ｃｒ」、「Ｔｉ」、および「Ｓｉ」とも示す。特定の実施形態では（また）、第１層要素の層の各々は、金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む。
【0032】
ケイ素は、一般にメタロイドとして認識され得る。しかし、ケイ素（Ｓｉ）は、金属元素として認識されることもある。ここでは、わかりやすくするために、Ｓｉを金属元素として示すことがある。したがって、「金属元素」という用語は、金属元素およびメタロイド元素を指すこともある。特に、「金属元素のＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉ」という表現、およびそれに類する表現は、「金属元素のＡｌ、Ｃｒ、およびＴｉ、ならびにメタロイド元素Ｓｉ」を指す場合もある。特に、ここで、「金属元素」という用語は、金属元素とメタロイド元素との組み合わせ（合計）を示す場合もある。
【0033】
したがって、第１層要素は、金属元素Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉを含む。Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉは、必ずしも第１層要素（または第１層要素の層）中の唯一の金属（および／またはメタロイド）元素であるとは限らない。第１層要素（の層）は、他の金属元素および／またはメタロイド元素を（少量）含有していてもよい。例えば、（第１層要素の層の）金属元素（およびメタロイド元素）の合計の最大１０原子％、特に最大５原子％、更に特に最大１原子％、例えば最大０．５原子％、または最大０．１原子％（１０００ｐｐｍ）、などである。実施形態では、第１層要素（の層）は、他の金属元素（またはメタロイド元素）などの不純物を（金属）元素（およびメタロイド元素の合計の）１０００ｐｐｍに対して数ｐｐｍまたは数ｐｐｂの範囲で含んでいてもよい。
【0034】
第１層要素（の層）において、金属は主に窒化物として存在してもよい。用語「窒化物」は、特に、窒化物アニオンと金属元素（またはメタロイド元素）のカチオンのうちの１種以上とを含む化合物に関する。アニオンとカチオンは、異なる錯体および／または結晶構造を形成してもよい。窒素／窒化物の含有量は、好ましくは化学量論に近いが、化学量論から約８０％～１１０％の範囲で変動してもよい。しかし、窒素の少なくとも一部は、特に高い動作圧力において、金属元素に結合していない状態で存在してもよい。この結合していない窒素は、一般に、コーティングの特性に負の影響を及ぼすと想定される。好ましくは、コーティング中に存在する窒素の１原子％未満が金属元素に結合していない。
【0035】
前記層は、例えば、さらに炭素および/または酸素を、例えば、０および２原子％の間の濃度の炭素および／または酸素を含んでいてもよい。ここで、言及される前記層の「名称」は、化合物の組成に基づくものであってよい。したがって、窒化物層が実質的に金属元素の金属１（Ｍ１）、金属２（Ｍ２）、…、および金属ｎ（Ｍｎ）からなる場合、その層を「金属１金属２…金属ｎ窒化物」層または（Ｍ１Ｍ２…Ｍｎ）Ｎ層ということができる。したがって、Ａｌ、Ｔｉ、ＣｒおよびＳｉの元素を含む窒化物層は、アルミニウムクロムチタンケイ素窒化物／（ＡｌＣｒＴｉＳｉ）Ｎ層ということができる。さらに、このような層を、ＡｌＣｒＴｉＳｉを含む窒化物層ということ（もまた）可能である。同様に、アルミニウムチタン窒化物層とは、実質的にアルミニウムおよびチタンの金属元素のみを含む窒化物層をいう。このような層は、（ＡｌＴｉ）Ｎと表示されることもある。
【0036】
さらに、コーティングの層要素の一部、特にトップ層要素（後述する）は、炭窒化物層を含んでいてもよい。また炭窒化物は、金属元素（例えば、窒化物に相当する）と錯体を形成することができる。したがって、炭窒化物層が実質的に金属元素の金属１（Ｍ１）、金属２（Ｍ２）、…、および金属ｎ（Ｍｎ）からなる場合、層は「金属１金属２…金属ｎ炭窒化物」層または（（Ｍ１Ｍ２…Ｍｎ）ＣＮまたは）ということができる。
【0037】
第１層要素は、ＡｌＣｒＴｉＳｉの窒化物層を含む。なお、異なる金属元素の互いに対する含有量は、次式ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄおよび（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎのように、さらに下付き文字で示すことができる。このような表記において、下付き文字は、金属元素（原子）の合計に対する特定の金属元素（原子）の割合または比率を示す。このような表記は、当業者には知られている。
【0038】
さらに、「第１層要素が、金属元素（および／またはメタロイド元素）アルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む全体組成を有する」という表現は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含む第１層要素に関するものであってもよい。この表現は、特に、実質的に（例えば、少なくとも９９原子％、特に少なくとも９９．５原子％などの少なくとも９５原子％）（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎからなる第１層要素に関するものであってもよい。（第１層要素中で）アルミニウムが金属元素の合計に対して少なくとも６８原子％で使用可能であり、ここで、（第１層要素中で）ケイ素が金属元素の合計に対して０．５～２原子％の範囲で使用可能である、のような表現は、それゆえ、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎ（ここで、a≧０．６８、且つ０．００５≦ｄ≦０．０２である）を含む（または実質的に（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎ（ここで、a≧０．６８、且つ０．００５≦ｄ≦０．０２である）からなる）第１層要素として公式化することもまた可能である。
【0039】
したがって、特定の実施形態では、第１層要素は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、ａ≧０．６８である。さらなる実施形態では、第１層要素は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、０．００５≦ｄ≦０．００２である。
【0040】
さらに、（第１層要素において）追加の金属元素を排除しないため、（第１層要素中で）ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦１であり、特にａ＋ｂ＋ｃ＋ｄは少なくとも０．９であり、特に少なくとも０．９５であり、さらに特に少なくとも０．９９であり、例えば少なくとも０．９９５である。
【0041】
ここでは、用語「ａｔ．％」または原子％が使用される。（通常、）原子パーセントは、原子の総数に対する１種類の原子の百分率を示す。ここでは、原子％（ａｔ．％）は、特に金属元素（のみ）との関係で使用される。本明細書で使用される原子％は、特に、関係する各要素に含まれる金属元素の合計に対する各金属元素の原子の百分率をいう。例えば、関係する要素が第１層要素であり、「第１層要素が７０原子％のアルミニウムを含む（または使用できる）」と記載されている場合、これは特に、第１層要素が、第１層要素中の（アルミニウムを含む）全ての金属（およびメタロイド）の原子１００原子あたり、７０原子の特定の金属元素を含むことを意味する。例えば、本明細書において、第１層要素の層が、（金属元素の）アルミニウム、チタン、クロムおよびケイ素を含む窒化物層を含むことが記載されており、ここで、（アルミニウム、チタン、クロムおよびケイ素ならびに任意にさらなる金属／メタロイド元素の）金属（およびメタロイド）元素の合計の少なくとも７０原子％が（第１層要素の層中の窒素原子の数に関係なく）アルミニウム原子であるというより、第１層要素の層が（金属元素の合計（または金属およびメタロイド元素の合計）に対して）少なくとも７０原子％のアルミニウムを含む（またはここでアルミニウムが少なくとも７０原子％で使用可能である）。
【0042】
ここで、また、「含有量」という用語が使用される。その用語はまた、特に、原子、元素またはイオン等の総数に対する（それぞれの金属の）原子またはイオンの数（特に原子％を指す）を指していてもよく、したがって、層のサイズもしくは厚さ、または他の金属元素のいずれかの重量から独立したものである。含有量は、原子％で、特に金属元素の総数に対する原子％で表されてもよい。
【0043】
さらなる実施形態では、アルミニウムは、第１層要素（の層）において、（第１層要素の層中で使用できる金属元素の合計量に対して）少なくとも７０原子％、例えば少なくとも７２原子％、より特に少なくとも７２．５原子％で使用可能である。特に、アルミニウムは、第１層要素（の層）において、（第１層要素の層中で使用できる金属元素の合計量に対して）８０原子％以下、例えば少なくとも７８原子％以下であり、より特に７７原子％以下であり、例えば７５原子％以下で使用可能である。実施形態では、アルミニウムは、第１層要素（の層）において、（第１層要素の層中で使用可能な金属元素およびメタロイド元素の合計量に対して）７２．５～７５原子％の範囲で使用可能である。
【0044】
したがって、さらなる実施形態において、第１層要素（の層）は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、ａ≧０．７０であり、例えば≧０．７２であり、特に≧０．７２５であり、および特にｃ≦０．８０であり、例えば≦０．７８であり、特に≦０．７７であり、例えば≦０．７５である。
【0045】
したがって、特にアルミニウムは、第１層要素において、金属元素の合計に対して最大８０原子％で使用可能である。
【0046】
チタンはさらに特に、第１層要素において、特に第１層要素の層において、金属元素の合計に対して少なくとも４原子％、例えば少なくとも５原子％で使用可能であってよい。したがって、実施形態では、第１層要素（の層）の（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎにおいて、ｃ≧０．０４である。さらなる実施形態では、第１層要素（の層）の（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎにおいて、ｃ≧０．０５であり、例えば≧０．０７であり、特に≧０．０８である。第１の層要素（の層）中のチタンの含有量は、（第１層要素の層中の金属元素の合計量に対して）特に１５原子％以下、例えば１３原子％以下、特に１１原子％以下である。したがって、さらなる実施形態において、第１層要素（の層）は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、ｃ≦０．１５であり、特に≦０．１３であり、例えば≦０．１１であり、例えば０．０５≦ｃ≦０．１１、または０．０８≦ｃ≦０．１１である。
【0047】
さらなる実施形態では、クロムは、第１層要素において、金属元素の合計に対して最大２２原子％、特に最大２０原子％、例えば１８原子％以下で使用可能である。第１層要素（の層）は、少なくとも１０原子％の、例えば少なくとも１１原子％の、さらにより特に少なくとも１２原子％、例えば少なくとも１３原子％のクロムをさらに含んでいてもよい。それゆえ、クロムは、第１層要素（の層）において、１０～２２原子％の、特に１２～２１原子％の、さらに特に１３～２０原子％の、またはさらに１３～１８原子％の範囲から選択される原子パーセントで使用可能であってよい。
【0048】
したがって、さらなる実施形態において、第１の層要素（の層）は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、ｂ≦０．２２、特に≦０．２０、例えば≦０．１８である。第１の層要素（の層）は、特に、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含んでいてもよく、ここでｂ≧０．１０であり、特に≧０．１１であり、例えば≧０．１３であり、例えば０．１０≦ｂ≦０．２２であり、特に０．１１≦ｂ≦０．２１、更に特に０．１３≦ｂ≦０．２である。
【0049】
第１層要素（の層）のケイ素の存在は、コーティングの耐摩耗性の改善をもたらし得る。しかし、実験的には、ケイ素の最小含有量未満では、有意な効果が示されないことが観察された。さらに、特定の最大ケイ素含有量よりも高いケイ素含有量も、コーティングの摩耗特性に対して正の効果を有しないか、または実施形態において負の効果を有しさえするようであった。好ましくは、ケイ素は、第１層要素において（第１層要素中の金属元素の合計に対して）少なくとも０．５原子％で、例えば少なくとも０．６原子％で、特に少なくとも０．７原子％で使用可能である。さらに、特定の実施形態では、ケイ素は、第１層要素において（第層要素中の金属元素の合計に対して）最大２原子％、例えば最大１．９原子％、特に最大１．７原子％、またはさらに最大１．５原子％で使用可能である。ケイ素原子は、他の金属／メタロイド元素と結合せず、分離したケイ素（窒化物）領域を形成し得る。特に、２原子％以上のケイ素濃度で、コーティング特性を低下させる可能性がある。より高いＳｉ量では、コーティングの構造が変化する可能性がある。さらに、非常に少量のケイ素しか必要ないとの仮説もある。ケイ素が豊富な領域は、コーティングの表面の摩耗の間に、最終的にコーティング内で移行する可能性がある。それゆえ、第１層要素は特に、少なくとも０．５原子％のＳｉ、例えば少なくとも０．７原子％、例えば０．５～２原子％の範囲から、特に０．６～１．９原子％の範囲から、さらに特に０．７～１．７原子％の範囲、例えば０．７～１．５原子％の範囲から選ばれる。特に、また、第１層要素の層におけるケイ素の含有量（原子％）は、第１層要素との関係で（上述した）範囲内であってもよい。実施形態では、第１層要素（の層）中のケイ素含有量は、金属（およびメタロイド）元素の合計に対して約１原子％であってもよい。しかし、特定の実施形態では、第１層要素の層の少なくとも１個におけるケイ素含有量（原子％）は、第１層要素に関して説明した値より高くてもよい。さらなる実施形態では、第１層要素の層の少なくとも１個は、第１層要素に関して説明した値よりも低くてもよい（ただし、特に０原子％よりも大きく、例えば少なくとも０．２５原子％である）。第１層要素における（全体の）ケイ素含有量は、特に０．５～２原子％の範囲、例えば０．７～１．７原子％の範囲、特に０．７～１．５原子％の範囲である。実施形態では、第１層要素における（全体の）ケイ素含有量は、１±０．２５原子％である。
【0050】
したがって、さらなる実施形態では、第１層要素（の層）は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、ｄ≦０．０２であり、特に≦０．０１９であり、例えば≦０．０１７である。第１層要素（の層）は、特に（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含んでいてもよく、ここで、ｄ≧０．００５であり、特に≧０．００６であり、例えば≧０．００７であり、例えば０．００５≦ｄ≦０．０２であり、特に０．００６≦ｄ≦０．０１９であり、さらに特に０．００７≦ｄ≦０．０１７であり、実施形態では、０．００７≦ｄ≦０．０１５である。
【0051】
異なるパーセンテージを示す上述の実施形態は、特に組み合わせてもよい。例えば、実施形態において、第１層要素（の層）は、（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含み、ここで、０．７２≦ａ≦０．７７、０．１３≦ｂ≦０．２、０．０５≦ｃ≦１１、および０．０７≦d≦０．０１７である。特に、提供されたそのような組成物を用いて、耐久性のあるコーティングが製造されている。
【0052】
特定の実施形態では、第１層要素（の層）において、アルミニウムは７２～７７原子％の範囲で使用可能であり、チタンは５～１１原子％の範囲で使用可能であり、クロムは１３～２０原子％の範囲で使用可能であり、およびケイ素は０．７～１．７原子％の範囲で、特に０．７～１．５原子％の範囲で使用可能である（ここで、全ての原子％は第１層要素（の層）中の金属およびメタロイド元素の合計に対して規定される）。したがって、そのような実施形態では、第１層要素（の層）中の金属原子Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉ（さらに任意のさらなる金属原子）の７２～７７％がアルミニウム原子であると理解され得る。さらに、第1層要素の層において使用可能であるアルミニウム、クロム、チタンおよびケイ素の合計が１００原子％以下であると理解されるだろう。実施形態では、金属元素のクロムおよびチタンの合計は、第１層要素の層において、約２０～３０原子％、特に２１～２７原子％、さらに特に２２～２６原子％の範囲で使用可能であってよい。第１層要素は、特に機能的な層要素であり、特にコーティングの耐久性の向上において機能的な層要素である。
【0053】
さらなる実施形態では、コーティングは、さらなる層要素を含んでいてもよい。コーティングは、例えば、基材と第１層要素との間に配置されたベース層要素を含んでいてもよく、第１層要素を基材に接着させるように構成されていてもよい。加えて、または代わりに、コーティングは、特に物品および／または（切削）工具の外側面で、第１層要素の上に、特に第１層要素を被覆するように配置されたトップ層要素を含んでいてもよい。トップ層要素は、特に物品（工具）と切削工具によって切削される材料などのその物品（工具）に接触する材料との間の摩擦を下げるように構成されていてもよい。トップ層要素は、特に、摩擦係数を低下させるために炭素を含んでいてもよい。さらなる実施形態において、トップ層要素は、物品／工具の再コーティングを可能にするため、および／または物品の耐薬品性を高めるために構成される。これらの異なる層要素は、（唯一の）１個のそれぞれの層要素の層を含んでいてもよい。しかし、これらの異なる層の少なくとも１個、特に両方の層要素は、実施形態において、複数の（積層された）それぞれの層要素の層を含んでいてもよい。それゆえ、実施形態において、トップ層要素の層の少なくとも１個は、炭窒化物層を含む。トップ層要素の層は、窒化物層をさらに含んでいてもよい。さらに、実施形態において、少なくとも、基材から最も離れて構成されたトップ層要素の層は、（再コーティングを可能にするために構成された）窒化物層を含んでもよい。
【0054】
基材と第１層要素との接着性をさらに向上させるために、ベース層要素の層の組成を基材から第１層要素の方向へと、ベース層要素中で（徐々に）（層ごとに）変化させてもよい。基材に接触するように構成されたベース層要素の層（の組成）は、基材との接着性が良好になるように選択されてもよい。第１層要素に接触するように構成されたベース層要素の層（の組成）は、第１層要素との接着性が良好となるように構成されていてもよい。ベース層要素において、特にアルミニウムの含有量（原子％で表される）は、ベース層要素の連続する層中で（基材から第１層要素の方向へと）増大させてもよい。
【0055】
したがって、さらなる実施形態において、第１層要素の最も近くに、特に接触するように、構成された上側ベース層要素の層のアルミニウム含有量は、基材の最も近くに、特に接触するように、構成された下側ベース層要素の層のアルミニウム含有量よりも高い。他の含有量と同様に、アルミニウム含有量は、特に（それぞれのベース層要素の層における金属元素の合計に対する）原子％で表される（上記も参照のこと）。
【0056】
それゆえ、実施形態において、コーティングは、（ｉ）基材と第１層要素との間に配置されたベース層要素、および／または（ｉｉ）（物品／工具の外側面で）（被覆するように）第１層要素の上に配置されたトップ層要素をさらに備え、ベース層要素は１個以上のベース層要素の層を含み、特にベース層要素の層のいずれか１個は窒化クロムおよび／またはアルミニウム－クロム－窒化物を含む窒化物層を含み、およびトップ層要素は１個以上のトップ層要素の層を含み、特にトップ層要素の層のいずれか１個は（ｉ）ＣｒＮおよび／または（ＡｌＣｒ）Ｎなどのクロムおよび／またはアルミニウムを含む窒化物層、または（ｉｉ）ＣｒＣＮおよび／または（ＡｌＣｒ）ＣＮなどのクロムおよび／またはアルミニウムを含む炭窒化物層を含む。
【0057】
ベース層要素は、０．２～１．２μｍなどの０．１～２μｍの範囲から選択される（ベース層要素の）ベース層要素厚さをさらに含んでいてもよい。トップ層要素は、０．２～１．２μｍなどの０．１～１μｍの範囲から選択される（トップ層要素の）トップ層要素厚さを含んでいてもよい。実施形態において、第１層要素の厚さは、１～１２μｍの範囲から、特に２～７μｍの範囲から選択されてもよい。さらなる実施形態では、第１層要素の厚さは、１～５μｍの範囲から選択される。さらなる実施形態では、第１層要素の厚さは、４～１０μｍである。
【0058】
さらなる実施形態において、コーティング（存在する場合、任意のベース層要素、トップ層要素、中間層要素、またはさらなる層要素を含む）の合計コーティング厚さは、１．５～１２μｍ、例えば３～１０μｍ、特に３～８μｍの範囲から選択されてもよい。
【0059】
ここでまた、「機能層（要素）」という用語は、第１層要素（の層）との関係で使用されてもよい。しかし、実施形態において、コーティングは、少なくとも１個のさらなる機能層（要素）を含んでいてもよい。コーティングはまた、（任意の）さらなる層をさらに含んでいてもよいと理解されるだろう。さらなる（機能）層は、第１の層要素と基材との間に配置されてもよい。加えて、または代わりに、さらなる（機能）層は、第１層要素とトップ層要素との間など、第１層要素よりも基材からさらに離れた位置に配置されてもよい。さらなる（機能）層は、実質的に、第１層要素の層とは別の組成を有する。さらなる（機能）層は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＳｉの群からの全ての金属元素を含まなくてもよく、または当該元素の含有量は、本明細書に記載の第１層要素の実施形態におけるこれらの元素の含有量と異なっていてもよい。さらなる（機能）層は、さらなる金属元素および／またはさらなる非金属元素を含んでいてもよい。
【0060】
さらにさらなる実施形態において、コーティングは、複数の第１層要素を含んでいてもよく、特に、ここで、（少なくとも２個の）連続する第１層要素の間に中間層要素が構成される。コーティングは、例えば、２、３、４、６または１０個の第１層要素を含んでいてもよい。コーティングは、さらに多くの第１層要素を含んでいてもよい。複数の第１要素の少なくとも一部は、特に、中間層要素を挟むように構成されている。異なる第１層要素は、例えば、厚さおよび組成が互いに異なっていてもよい。それゆえ、第１層要素という用語は、複数の（異なる）第１層要素に関連していてもよい。
【0061】
したがって、中間層要素は（も）、さらなる（機能）層を含んでいてもよい。加えて、または代わりに、中間層要素は、本明細書に記載される金属元素の１種以上の窒化物層（すなわち「中間層要素の窒化物層」）を含む中間層要素の層を含む。中間層要素の層は、特に実質的にケイ素を含まなくてもよい。中間層要素の層は、例えば、中間層要素の層中の金属元素の合計に対して、０．０１原子％未満の金属元素のケイ素を含んでいてもよい。しかし、実施形態において、中間層要素は、ケイ素を含んでいてもよい（特に、ここにおいて、中間層要素の層はさらなる（機能）層である）。
【0062】
中間層要素（の層）は、例えば、（ＡｌＴｉＣｒ）Ｎ、（ＡｌＴｉ）Ｎ、（ＡｌＣｒ）Ｎのうちの１種以上を含んでいてもよい。他の実施形態では、中間層要素（の層）は、（ＴｉＣｒ）Ｎを含んでいてもよい。中間層要素の層は、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕなどの他の金属元素をさらに含んでいてもよい。中間層は、実施形態では、炭窒化物層を含んでいてもよい。中間層要素は、むしろ薄くてもよい。中間層要素の厚さは、例えば、０．０５～０．５μｍの範囲から選択されてもよい。さらなる実施形態において、中間層要素（の層）は、第１層要素（の層）に関して記載されるような厚さを含んでいてもよい。さらに、第１層要素の層の厚さは、実施形態において、本明細書に記載される他のタイプの層／層要素（中間要素（層）、トップ要素（層）、ベース要素（層））に関して記載されるような値を有していてもよい。
【0063】
それゆえ、さらなる実施形態において、コーティングは１個以上の第１層要素を含み、中間層要素が少なくとも２個の第１層要素の間に配置され、中間層要素は中間層要素の層を含み、中間層要素の層はアルミニウム、チタン、およびクロムからなる群から選択される金属元素の１種以上を含む窒化物層を含み、特に窒化物層がアルミニウム－チタン－窒化物、窒化クロムおよびアルミニウム－クロム－窒化物の１種以上を含む。
【0064】
実験的に、異なる組成を有する複数の（積層された）第１層要素の層を有する第１層要素を含むコーティングが、（さらに）物品の、特に切削工具の寿命に正の影響を与え得ることがさらに見出された。しかし、異なる第１層要素の層の各々が、（なお）金属元素であるアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含んでいてもよい。（異なる第１層要素の層における）異なる金属元素の間の比率は、他の第１層要素の層と比較して、第１層要素の層の少なくとも１個において異なるように選択されてもよい。したがって、第１層要素の層は、少なくとも２個の異なるタイプの第１層要素の層を含んでもよく、ここで、異なるタイプの第１層要素の層は異なる組成を有する。第１層要素の層は、実施形態において例えば３個の異なるタイプの第１層要素の層を含んでいてもよく、ここで、異なるタイプの第１層要素の層は異なる組成を有している。さらなる実施形態において、積層されたサブセットのうちの少なくとも１個のサブセットは、少なくとも３個の異なるタイプの第１層要素の層を含む。
【0065】
異なるタイプの第１層要素の層は、特に、すべてが（ＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄ）Ｎを含んでいてもよい。特に、（異なる金属元素の）分率ａ、ｂ、ｃ、およびｄ（下付き文字）の少なくとも一部は、（第１層要素の）層の異なるタイプの第１のタイプ中でその層の異なるタイプの第２のタイプのそれとは異なっていてもよい。特に、ケイ素の含有量（または上記所定の式中の下付き文字ｄの値）は第１層要素の層の異なるタイプによって異なるように選択されてもよい。実施形態において、各第１層要素の層は、他の第１層要素の層と組成が異なっていてもよい。したがって、Ｎｌａｙ個の第１層要素の層を含む第１層要素は、特に（２個の）最大Ｎｌａｙ個の異なる種類の第１層要素の層を含んでもよい。さらなる実施形態では、第１層要素の層は、２～１５個、例えば２～１０個、特に２～７個の異なる種類の第１層要素の層を含む。第１層要素は、実施形態において、少なくとも３個の第１層要素の層を含む。異なるタイプの第１層要素の層との関係において、用語「第１のタイプ」、「第２のタイプ」、または任意の「さらなるタイプ」等は、特に、異なるタイプの第１層要素の層の複数の第１のタイプおよび／または第２のタイプおよび／またはさらなるタイプ等に関するものであってよい。
【0066】
用語「工具寿命」および「寿命」は、特に、物品が摩耗する（そして交換しなければならない）前に（通常の条件下で）物品を使用することができる総時間に関する。
【0067】
さらなる実施形態では、２個以上の異なるタイプの第１層要素の層の配置またはセットが第１層要素に提供されてもよく、特にその配置は、第１層要素を提供するために積層されてもよい。実施形態において、第１層要素は、例えば、第１層要素の層の繰り返し（積層された）サブセット（または配置）を含んでいてもよい。
【0068】
それゆえ、さらなる実施形態において、第１層要素は、複数の第１層要素の層を備え、第１層要素の層のいずれか１個は、金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含み、および第１層要素の層は、少なくとも２種の異なるタイプの層を含み、異なるタイプの層は、少なくともケイ素含有量が異なる。（異なる）層の第1のタイプは、（（前述の層における）金属元素の合計に対して）最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈ（原子％）を有していてもよく、および（異なる）層の第２のタイプは、（（前述の層における）金属元素の合計に対して）最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌ（原子％）を有していてもよい。実施形態において、最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比は、例えば、０．１≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から、より特に０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から選択されてもよい。さらなる実施形態では、比ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈは、０．４～０．６であってもよい。ケイ素含有量（ＣＳｉ，ＬおよびＣＳｉ，Ｈ）は、本明細書では特に原子％で表される（以下でさらに説明する）。例えば、実施形態において、ＣＳｉ，Ｌは０．７原子％であり、ＣＳｉ，Ｈは１．４原子％であり、比ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈは０．５と等しい。
【0069】
さらなる実施形態では、複数の第１層要素の層は、第１層要素の層の（積層された）サブセットの数ｓｕｂｓＮを含み、ｓｕｂｓＮは少なくとも２であり、サブセットの少なくとも２個、特にそれぞれが第１のタイプの（異なる）層および第２のタイプの（異なる）層を含む。第１層要素は、実施形態において、互いに積層された第１層要素の層のサブセットのみから構成されてもよい。さらなる実施形態では、第１層要素は、１個以上の第１層要素の層と、第１層要素の層の多数積層されたサブセットとの組み合わせを含む。特に、一のサブセットの第１層要素の層は、（少なくとも２種の）異なるケイ素濃度を含む。実施形態では、異なるサブセットの第１のタイプの層および／または第２のタイプの層は、異なるＣＳｉ，Ｌおよび／またはＣＳｉ，Ｈを含んでもよい。用語「最も低いケイ素含有量」および「最も高いケイ素含有量」は、複数の（異なる）最も低いケイ素含有量および最も高いケイ素含有量に関係してもよい。実施形態において、第１層要素の層の一のサブセットにおける（そのサブセットにおける金属およびメタロイドの合計量に対する）平均ケイ素濃度は、約１原子％（特に０．８～１．２（原子％））である。
【0070】
サブセットの各々のサブセット厚さは、０．５μｍ以下でもよい。さらなる実施形態では、サブセットの各々のサブセット厚さは、１．５μｍ以下、例えば１μｍ以下、特に０．７μｍ以下でもよい。サブセット厚さは、特に、少なくとも０．１μｍ、例えば、０．３μｍ以上でもよい。実施形態では、サブセット厚さは、０．１～１μｍ、例えば０．１～０．７μｍ、または０．３～０．７μｍの範囲内である。特に最後に説明した実施形態は、いくつかの切削工具に適用することによって有利になり得るように思われる。
【0071】
複数の（積層された）第１層要素の層を有する切削工具は、摩耗の影響を受けにくい（less sensitive）ことが見出された。さらに、積層された第１層要素が（多数の）異なる組成を含む場合、有益であり得る。異なる層は、異なる種類の衝撃（方向、温度、摩擦など）を吸収することができ、および切断される材料に対して接着するそれらの傾向が異なり得るので、一緒にすると摩耗の影響をうけにくくなるという仮説が立てられる。本明細書において、層に関して「異なる」という用語は、特に、異なる組成を有する層に関するものである。
【0072】
それゆえ、さらなる特定の実施形態において、本発明は、（基材上に）コーティングを含む物品または（切削）工具であって、コーティングが第１層要素を含み、第１層要素が金属元素のアルミニウムを含む全体組成を有し、第１層要素が（積層された）第１層要素の層の数Ｎｌａｙを含み、Ｎｌａｙは少なくとも２であり、第１層要素の層の少なくとも２個、特にそれぞれが金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む窒化物層を含み、特に第１層要素の層のそれぞれが金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含み、Ｎｌａｙの（積層された）第１層要素の層が少なくとも２種の異なるタイプの層を含み、異なるタイプの層は少なくともケイ素含有量で異なり、特に第１のタイプの（異なる）層は金属元素の合計に対して最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈ（原子％）を有し、および第２のタイプの（異なる）層は金属元素の合計に対して最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌ（原子％）を有し、特に最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比が、０．１≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９、特に０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から選択される、物品または（切削）工具を提供する。
【0073】
さらなる態様では、本発明は、コーティング、特に本明細書に記載の（ＰＶＤによる）コーティングを含む（切削）工具の製造方法を提供する。本方法は、特に物理的気相成長法（「ＰＶＤ」）（技術）、より特にカソードアーク蒸発法を適用することを含む。
【0074】
この方法は、特に、物理的気相成長（「ＰＶＤ」）オーブンの真空チャンバに基材を提供することを含む。真空チャンバは、金属カソードの数ＣａｔＮを含んでいてもよい。かかる数は、１、２、３、４、１０、１６、２０、４０などの任意の数であってよい。数ＣａｔＮは少なくとも１、特に少なくとも２である。特に、（数ＣａｔＮの）金属カソードは、（共に）所望のコーティングの少なくとも一部を提供するために構成される。さらに、特に、カソードの（数ＣａｔＮの）少なくともサブセットは、第１層要素を提供するために構成されてもよい。したがって、実施形態では、金属カソードの数ＣａｔＮの少なくともサブセットは共に、特に本明細書に記載される第１要素層を提供するための濃度で、金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む。（金属カソードの数のうちの）他のカソードは、さらなる金属元素を含んでいてもよい。特定の実施形態では、数ＣａｔＮの金属カソード（を合わせた）（少なくともサブセット）中で、アルミニウムは金属元素の合計に対して少なくとも６７原子％で使用可能であり、およびケイ素は金属元素の合計に対して０．５～２原子％の範囲で使用可能である。
【0075】
本方法は、さらに、基材にコーティングを（物理的気相成長によって、特に堆積工程における）堆積させることを含む。（堆積工程における）堆積の間、窒素および／または炭素含有ガス、特に窒素含有ガスを含むガス雰囲気が真空チャンバに供給される。さらに、（堆積の間）カソードへの蒸発電流、特に４０～１５０Ａの範囲のものが印加されて（カソードの一部を蒸発させ）、および特に（基材に正電荷の金属イオンを押し付けるために）堆積の間に３０～３００Ｖの範囲などのバイアス電圧が基材に印加されてもよい。これにより、基材にコーティングが施される。堆積工程では、基材が回転軸に沿って回転されてもよい。コーティングは、特に、層ごとに（またはナノ層ごとに（下記参照））堆積（または「成長」）される。
【0076】
それゆえ、本方法は特に、物理的気相成長法により（真空チャンバ内で）基材にコーティングを堆積させることを含む方法であって、真空チャンバ内で（ｉ）気体流体を含む窒素および（ｉｉ）気体流体を含む炭素の１以上、特に少なくとも流体を含む窒素を供給する間に、および基材を回転させる間に、コーティングを施す方法であって、特に本明細書で規定された第１層要素を含む。用語「気体流体」は特にガスに関する。
【0077】
さらに、堆積工程において、真空チャンバ内に、１０Ｐａより低く、特に少なくとも１．０Ｐａ、例えば１．５～８Ｐａの範囲のような真空圧が生じる。実施形態において、真空圧は、少なくとも１．０Ｐａである。さらなる実施形態では、真空圧は、８Ｐａ以下、特に５Ｐａ以下、例えば２．５Ｐａ以下である。さらなる実施形態では、真空圧は、少なくとも１．５Ｐａ、例えば少なくとも２．５Ｐａ、特に少なくとも５Ｐａであるように選択される。特に少なくとも２．５Ｐａの真空を用いることによって良い結果が得られている。さらに、特に、真空チャンバ内の温度は、３００～６００℃の温度などで制御される。実施形態において、バイアス電圧は、５０～１００Ｖの範囲から選択される。
【0078】
蒸発電流は、金属カソードのそれぞれについて、他のカソードとは独立して選択されてもよい。例えば、第１のカソードには１００Ａ未満の電流が供給されてもよく、一方で、さらなる（または第２の）カソードには１００Ａ超の電流が供給されてもよい。さらに特に、第１の第１層要素の層を提供するために、第１のカソードには１００Ａ超の電流が、および第２またはさらなるものには１００Ａ未満の電流が供給されてもよく、および続いて、他の組成を有するさらなる第１層要素の層を提供するために、第１のカソードへの電流は１００Ａ未満に設定されてもよく、および特に、第２またはさらなるカソードへの電流は１００Ａ超に設定されてもよい。したがって、実施形態では、可変（蒸発）電流が金属カソードに供給される。それぞれのカソードへの蒸発電流は、特に、コーティングを堆積させる間に変更されてもよい。実施形態では、Ｓｉを含むカソードの蒸発電流は、異なるタイプの（異なるＳｉ含有量を有する）第１層要素の層を提供するために、堆積の間に変更される。さらなる実施形態では（また）、Ｓｉを含まないカソードへの電流が（また）、異なるタイプの第１層要素の層を提供するために変更されてもよい。
【0079】
本方法は、特に、金属カソードおよび処理条件を選択して第１層要素を提供することを含む。「処理条件」という用語は知られており、例えば、（カソードへの）蒸発電流、バイアス電圧、（チャンバ内の）温度、（チャンバ内の）圧力、（基材の）回転速度、処理時間等を含む。
【0080】
それゆえ、堆積工程は、特に、物理的気相成長法により基材にコーティングを堆積させることを含み、（ｉ）気体流体を含む窒素および（ｉｉ）気体流体を含む炭素（特に気体流体を含む少なくとも炭素）の１以上が堆積の間に真空チャンバ内に提供され、および特に基材が堆積の間に回転されてコーティングを施す。基材は、実施形態において、真空チャンバの中心軸の周りを回転させられてもよい。堆積工程は、（本明細書に記載の）ベース層要素、（本明細書に記載の）第１層要素、および（本明細書に記載の）トップ層要素の１個以上を連続的に堆積させることを含んでいてもよい。堆積工程はさらに、上述の層要素のいずれかの前または後に、さらなる（機能）層（要素）を堆積させることを含んでもよい。
【0081】
コーティングは、１個以上の（積層された）第１層要素の層を含む第１層要素を含むコーティングであって、第１層要素の層の各々が窒化物層を含み、第１層要素が金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む全体組成を有し、特にアルミニウムが金属元素の合計に対して少なくとも６８原子％で使用可能であり、および特にケイ素が金属元素の合計に対して０．５～２原子％の範囲で使用可能であるコーティングが提供され得る。堆積の間、特に第１層要素の堆積の間、気体流体を含む窒素を提供してもよい（ここで、特に気体流体を含む炭素は真空チャンバ内に提供されない）。任意の他の層要素の堆積の間、特にトップ層要素の堆積の間、気体流体を含む炭素もまた真空チャンバに供給されてもよい。
【0082】
本方法は、堆積工程に先立ち、基材を（真空チャンバ内で）洗浄する工程をさらに含んでもよい。
【0083】
金属カソード、すなわち「対象」は、本発明のコーティングを提供するために選択され得る。このように、金属カソードの少なくともサブセットは、アルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素の群から選択される単一の金属元素を含んでもよい。加えて、または代わりに、カソードは、異なる金属元素の組合せを含んでいてもよい。本明細書に記載されたコーティングを提供するためのカソードを選択するための多くの異なる選択肢が可能である。ＰＶＤオーブンをどのように操作するかは、当業者にとって明らかであろう。
【0084】
金属カソードは、特に本明細書に記載されたコーティングを提供するために選択される。カソードは、必ずしも、最終的なコーティングが有し得るものと同じ組成を有する必要はない。蒸発されるアルミニウムは、例えば、他の蒸発される金属元素（チタンおよびクロム）に対してより大きな量で堆積されてもよい。特に、バイアス電圧を増加させると、ＴｉおよびＣｒと比較してさらに豊富なＡｌを結果としてもたらし得る。したがって、第１層要素を提供するために使用されるカソードの（サブセット）の全体組成は、最終的に堆積した第１層要素が有し得るよりも低いアルミニウム含有量を有するように選択され得る。７４原子％のＡｌを堆積させるために、例えば、７４原子％未満、例えば７２原子％、あるいは７０原子％を含むカソードが実施形態において適用されてもよい。実施形態において、第１層のために適用されるカソードの組み合わせは、７０原子％未満のＡｌ（例えば６５～７０原子％）を含み、約７４原子％を結果としてもたらす。
【0085】
金属カソードは、さらに、（同じ）金属カソードのセットを含んでもよい。例えば、第１のタイプのカソードの第１の組が真空チャンバの第１の側面に配置され、第２のタイプのカソードの第２の組が真空チャンバの別の側面に配置されてもよい。このような組が同じタイプのカソードを含む場合、これはまた１の（または単一の）カソードと呼ばれてもよい。したがって、本明細書では、カソードという用語は、複数の（同じ）カソードに関していてもよい。
【0086】
それゆえ、実施形態では、金属カソードの（数ＣａｔＮの（少なくともサブセットの））各々は、（ｉ）金属元素のＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉの１以上、または（ｉｉ）金属Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉの組み合わせを含む。さらなる金属カソードはさらなる金属元素を含んでもよい。例えば、カソードのサブセットは、アルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素カソードを含んでいてもよく、またはそのサブセットは、ＡｌＣｒカソード、ＡｌＳｉカソード、およびＡｌＴｉカソードを含んでいてもよく、またはそのサブセットは、ＡｌＴｉカソード、およびＡｌＣｒＳｉカソード等の１以上を含んでいてもよい。
【0087】
特定の実施形態では、金属カソードの少なくとも１個は、金属元素のアルミニウム、チタン、およびシリコンを含み、且つ金属カソードの少なくとも別の１個は、金属元素のアルミニウムおよびクロムを含む。したがって、実施形態では、カソードは、ＡｌＴｉＳｉを含む第１のカソードと、ＡｌＣｒを含む第２のカソードとを含む。さらなる実施形態では、カソードは、ＡｌＴｉＳｉを含む１個の（第１の）カソードあたりＡｌＣｒを含む（少なくとも）２個の（第２の）カソードを含む。このような構成により、耐久性のあるコーティング、特に、第１層要素が異なる第１層要素の層を含むコーティングが提供されている。さらにさらなる実施形態では、カソードの少なくとも１個（さらなる、または第３の、または第４のカソード）は、クロム（のみ）を含む。さらなるカソードは、さらなる層またはさらなる層要素のいずれか１個に堆積され得るさらなる金属元素を含んでいてもよい。さらなる実施形態では、カソードは、ＡｌＣｒＳｉを含む第１のカソードと、ＡｌＴｉを含む第２のカソードとを含む。さらなる実施形態では、カソードは、ＡｌＣｒＳｉを含む１個のカソードあたり、ＡｌＴｉを含む少なくとも２個のカソードを含む。
【0088】
実施形態では、第１と第２のカソードは、真空チャンバの反対側に配置される。さらなる実施形態では、第１のカソードは、（２個の）第２のカソードの間に配置される。したがって、真空チャンバの中心軸に垂直な線は、中心軸の周りを回転する間に、第２のカソードの最初の１個、第１のカソード、および第２のカソードの他の１個に連続して接触し得る。２個の第２のカソードは、中心軸の反対側に、すなわち中心軸に対して１８０°の角度で配置されてもよく、および例えば、第１のカソードは９０°の角度で配置されてもよい。驚くべきことに、実施形態において、第１のカソードと第２のカソードのうちの１個との間の（中心軸に対する）角度を最小化することが、より耐久性のあるコーティングをもたらし得ることが見出された。実施形態において、第１および第２のカソードは、互いに隣接して、特にオーブンの同じ壁など同じ平面内に配置されてもよい。
【0089】
それゆえ、さらなる実施形態では、第１のカソードは第２のカソードに隣接して配置され、例えば、第１のカソードと第２のカソードとの間のカソード間距離は、（第１および第２の）カソードの（一方の）寸法（特に幅または直径）の２倍未満である。カソード間距離は、特に、カソードの一方の寸法と同じかそれ以下であってよく、例えば、カソードの一方の寸法の０．１～１倍、特に０．１～０．７倍の範囲である。したがって、１００ｍｍの寸法を有する円形カソードの場合、このカソード間距離は１００ｍｍ未満、例えば約５０ｍｍ、または１０～３０ｍｍであってよい。カソード間距離は特にゼロではない。「第１および第２のカソードは互いに隣接して配置されてもよい」といった表現における「隣接する」という用語は、特に、カソードが平面内に（互いに隣接して）配置されている構成に関する。この平面は、特に（カソードが構成される）オーブンの壁と平行である。カソードは、特に、同じ壁に構成される。
【0090】
さらなる実施形態では、金属カソードの少なくとも１個はケイ素を含み、ケイ素を含む少なくとも１個の金属カソードは、金属カソードの別の１個に隣接して配置される。特定の実施形態では、真空チャンバは、２個のＡｌＣｒカソード、１個のＡｌＴｉＳｉカソード、およびＣｒカソードを含む。特に、ＡｌＴｉＳｉカソードと組み合わせた２個のＡｌＣｒカソードは、第１層要素の（層）を提供するために適用されてもよい。Ｃｒカソードは、さらに、ベース要素および／またはトップ要素を提供するために適用されてもよい。
【0091】
実施形態では、堆積工程は、複数の第１層要素の層を含む第１層要素を提供するように構成され、第１層要素の層の各々は、金属元素のＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉを含み、第1層要素の層は、少なくとも２個の異なるタイプの層を含み、異なるタイプの（異なる）層は、少なくともケイ素含有量で異なり、（異なるタイプの）層の第１のタイプは最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈを有し、（異なるタイプの）層の第２のタイプは、最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌを有し、最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比は、０．１≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から、特に０．２５≦ＣＳｉ，Ｌ/ＣＳｉ，Ｈ≦０．９の範囲から、例えば０．４≦ＣＳｉ，Ｌ／ＣＳｉ，Ｈ≦０．６の範囲から選択される。このような実施形態において、特に、ケイ素を含むカソードへの電流は、異なるタイプの層におけるケイ素含有量の変化を提供するように構成（制御）されてもよい。また、ケイ素を含まないカソードへの電流は、異なる種類の層におけるケイ素含有量の変化を提供するように制御されてもよい。特に、ケイ素を含むカソードへの電流と、ケイ素を含まないカソードへの電流との比を、異なるタイプの層におけるケイ素含有量の変化に対して制御することができる。
【0092】
それゆえ、堆積（工程）は、少なくとも２種のタイプの（異なるタイプの）第１層要素の層を堆積することを含んでいてもよく、（異なるタイプの）層の第１のタイプの少なくとも１個は、（異なる）層の第１のタイプの少なくも１個の前に堆積され、および／または（異なるタイプの）層の第２のタイプの少なくとも１個の後に堆積される。
【0093】
さらなる実施形態では、堆積工程は、ベース層要素および／またはトップ層要素および／または任意のさらなる（機能）層を堆積させることをさらに含む。堆積工程は、特に、本明細書に記載されたコーティングを堆積させることを含む。それゆえ、堆積工程は、特に、本明細書に記載された第１層要素を堆積させることを含む。
【0094】
本発明はさらに、本発明の物品、特に本発明の（コーティング工具）を製造するためのシステム（「システム」）を提供する。このシステムは、真空チャンバを含む物理的気相成長オーブン（または物理的気相成長システム）を含んでいる。したがって、オーブンは、コーティングを提供するために構成された金属カソードを少なくとも含む。システムは、さらに、基材にコーティングを提供するために必要な処理条件を可能にするように構成される。システムは、処理条件を制御するための制御システムをさらに含んでもよい。制御システムは、プログラム可能なシステムであってもよい。加えて、または代わりに、制御システムは、手動で操作されてもよい。制御システムには、ソフトウェア、特にコンピュータプログラムが搭載されていてもよく、制御システム上で実行されると、コーティングシステムに真空チャンバ内に供給された基材にコーティングを提供させ、特に本明細書に記載の方法を実現させる。
【0095】
それゆえ、本発明は、ソフトウェア、特にコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムが物理的気相成長オーブンに機能的に結合された（本発明のシステムの）コンピュータプログラム上で実行される時に本明細書に記載の方法を（特に本明細書に記載のシステムで）実行するように構成されたコンピュータプログラムをさらに提供する。
【0096】
コーティングの組成は、例えば、ＳＥＭ ＥＤＸ（またはＥＤＳ）またはＸ線回折を使用して決定することができる。さらに、コーティングを層ごとに除去する技術を使用して、異なる層の構造を詳細に分析することができる。
【0097】
図面の簡単な説明
次に、本発明の実施形態を、対応する参照符号が対応する部品を示す添付の模式図を参照して、例示的にのみ説明する。
次に、本発明の実施形態を、対応する参照符号が対応する部品を示す添付の模式図を参照して、例示的にのみ説明する。
【0098】
図１は、本発明による工具の一実施形態を模式的に示し、
図２および図３は、コーティングのいくつかの態様を模式的に示し、
図４～５は、本発明のいくつかのさらなる態様を模式的に示す。
模式図は、必ずしも縮尺通りではない。
図２および図３は、コーティングのいくつかの態様を模式的に示し、
図４～５は、本発明のいくつかのさらなる態様を模式的に示す。
模式図は、必ずしも縮尺通りではない。
【0099】
実施形態の詳細な説明
図１では、本発明の物品／切削工具１の一実施形態として、鋸刃が描かれている。工具１は、基材５上にコーティング１０を、特に減摩コーティングを含む。コーティング１０は、基材５を部分的にしか覆っていなくてもよい。他の実施形態では、コーティングは基材５の外側４の全体を覆っていてもよい。コーティング１０は、金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む全体組成を有する、第1層要素２０を含む。図１の第１層要素２０は、２個の積層された第１層要素の層２１を含む。いずれの第１層要素の層２１も、本明細書において（ＡｌＣｒＴｉＳｉ）Ｎとも示される窒化物層を含んでいてもよい。
図１では、本発明の物品／切削工具１の一実施形態として、鋸刃が描かれている。工具１は、基材５上にコーティング１０を、特に減摩コーティングを含む。コーティング１０は、基材５を部分的にしか覆っていなくてもよい。他の実施形態では、コーティングは基材５の外側４の全体を覆っていてもよい。コーティング１０は、金属元素のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素を含む全体組成を有する、第1層要素２０を含む。図１の第１層要素２０は、２個の積層された第１層要素の層２１を含む。いずれの第１層要素の層２１も、本明細書において（ＡｌＣｒＴｉＳｉ）Ｎとも示される窒化物層を含んでいてもよい。
【0100】
第１層要素２０の実施形態では、全ては（第１層要素２０における）金属元素の合計に対して、Ａｌは特に少なくとも６８原子％で、および特に最大８０原子％で使用可能であり、Ｓｉは特に０．５～２原子％の範囲で使用可能であり、Ｔｉは特に少なくとも４原子％で使用可能であり、およびＣｒは特に最大２０原子％で使用可能である。本明細書において、これはまた、第１層要素２０がＡｌａＣｒｂＴｉｃＳｉｄであって、特に０．６８≦ａ≦０．８０であり、特にｂ≦０．２であり、特にｃ≧０．０４であり、および特に０．００５≦ｄ≦０．０２であるものを含むことにより示され得る。第１層要素２０のさらなる実施形態では、０．７２≦ａ≦０．７７であり、０．１３≦ｂ≦０．２であり、０．０５≦ｃ≦０．１１であり、および０．００７≦ｄ≦０．０１７である。
【0101】
コ―ティング１０は、図１では、第１層要素２０の厚さ２５、ベース層要素厚さ３５およびトップ層要素厚さ４５によって規定されるコーティング厚さ１５を含む。これらのそれぞれの層要素１０、２０、３０、および４０は、すべての実施形態において必ずしも存在するわけではないことに留意されたい。第１層要素２０の厚さ２５（または「第１層要素厚さ」２５）は、特に１～１２μｍ、例えば２～７μｍの範囲であってよい。第１層要素厚さ２５は、例えば、単層について１～４μｍの範囲、例えば、１～２．５μｍであってもよい。すなわち、第１層要素２０が単一の第１層要素の層２１または同一もしくは特に異なる組成を有する複数の第１層要素の層２１を含む。第１層要素２０の厚さ２５は、さらなる実施形態では、例えば３～７μｍの範囲内であってよい。
【0102】
さらに、コーティング厚さ１５は、実施形態において、３～８μｍであってもよい。さらなる実施形態では、コーティング厚さは、１～３μｍの範囲であってもよい。トップ層要素厚さ４５およびベース層要素厚さ３５の両方は、特に０．０５～１．５μｍ、例えば０．２～１．２μｍの範囲であってよい。トップ層要素厚さ４５は、実施形態では、ベース層要素厚さ３５よりも小さく（または大きく）てもよい。実施形態では、トップ層要素厚さ４５は、０．０５～０．３μｍの範囲である。さらなる実施形態では、ベース層要素厚さ３５は、０．３～１μｍの範囲である。
【0103】
ベース層要素３０は、例えば、ＣｒＮまたはＡｌＣｒＮなどを含む窒化物層からなる１個以上のベース層要素の層３１を含んでいてもよい。トップ層要素４０は（また）、１個以上のトップ層要素の層４１を含んでいてもよく、特にこれらのトップ層要素の層４１のいずれか１個が、ＡｌＮ、ＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣＮ、ＣｒＣＮ、またはＡｌＣｒＣＮ層などの窒化物層または炭窒化物層を含む。
【0104】
コーティング１０は、図２に示されるように、中間層要素の層５１を含む中間層要素５０をさらに含んでいてもよい。中間層要素５０は、特に、２個の第１層要素２０の間に配置される。中間層要素の層５１は、特に、金属元素のアルミニウム、チタンおよびクロムの１種以上を、特にＡｌＴｉＮ、ＣｒＮまたはＡｌＣｒＮを含む窒化物層を含む。また、中間層要素５０を間に有することなく、２個の第１層要素２０を積層してもよい。コーティング１０は、コーティングの任意の位置でさらなる層（要素）をさらに含んでいてもよいことがさらに理解されるだろう。
【0105】
ここで、コーティング１０に関連する用語「トップ（top）」、「上側（upper）」、「より高い（higher）」、「上（above）」、「超えて（over）」等は、特に、（他の場所との関係で）基材５から最も（またはさらに）離れた位置を指す場合がある。同様に、「ベース（base）」、「下側（lower）」、「下に（under）」等の用語は、基材５により近い、または最も近い場所に配置されてもよい。
【0106】
図３では、コーティング１０の一実施形態がさらに詳細に描かれている。本実施形態は、複数のベース層要素の層３１を含むベース層要素３０を含む。複数のベース層要素の層３１の配置は、特に、第１層要素２０の基材５への接着性を向上させるように構成されている。そのために、（第１層要素２０に接する）上側ベース層要素の層３１９のアルミニウム含有量は、（基材５に接する）下側ベース層要素の層３１１におけるアルミニウム含有量より高くてもよい。さらに切削工具の基材５から外側４に向かう方向に互いに積層された連続するベース層要素の層３１のアルミニウム含有量は徐々に増加してもよい。
【0107】
（図２と同様に）図３には、さらに、複数の第１層要素の層２１を含む第1層要素２０を描く。第１層要素の層２１は、２種の異なるタイプの層２２、２３が示されている異なるタイプの層を含む。これらの異なるタイプの層２２、２３は、ケイ素含有量で異なり、およびそれゆえ、特に第１層要素の層２１の各々に全て含まれる他の金属元素のＡｌ、Ｃｒ、およびＴｉの少なくとも１種でもまた異なる。それゆえ、層２２、２３の第１のタイプ２２は、最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈを有し、および層２２、２３の第２のタイプ２３は、最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌを有する。
【0108】
最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈに対する最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌの比は、例えば、約０．５であってもよい。例えば、ＣＳｉ，Ｈは約１．５原子％であってもよく、ＣＳｉ，Ｌは約０．７原子％であってもよい。
【0109】
図３は、さらに切削工具１を示し、ここで、複数の第１層要素の層２１が第１層要素の層２１の数ｓｕｂｓＮのサブセット２００を含む。多数の異なる第１層要素の層２１は、したがって、第１層要素の層２１のサブセット２００を規定し得る。描かれた実施形態は、６個の積層サブセット２００（ここではｓｕｂｓＮは６に等しい）を含み、すべてが層２２、２３の第１のタイプ２２と層２２、２３の第２のタイプ２３に加えて第３の（他の）第１層要素の層２１を含む。それゆえ、サブセット２００における第１層要素の層２１の少なくとも２種は、異なるケイ素含有量を含んでもよい。描かれた実施形態では、（サブセット２００の）第１の第１層要素の層２１、２３は、最も低いケイ素含有量、例えば０．７原子％を含んでもよく、（サブセット（２００）の）第２の第１層要素の層２１、２２は、より高いケイ素含有量、例えば１．５原子％を含んでもよく、第３の第１の層要素の層２１は、中間のケイ素含有量、例えば１原子％を含んでいてもよい。
【0110】
また、サブセット厚さ２０５が示されている。サブセット２００の各々のサブセット厚さ２０５は、１．５μｍ以下、特に１μｍ以下、または０．５μｍ以下であってもよい。さらに、所定の実施形態では、第１層要素の層２１の厚さ２１５は、０．５μｍ以下、特に０．４μｍ以下、例えば０．３３μｍ以下、例えば０．２μｍ以下の範囲であってもよい。さらなる実施形態では、サブセット２００の厚さ２０５は、０．６～１．２μｍの範囲、特に０．７～１μｍの範囲である。
【0111】
実施形態では、サブセット２００の各々における第１層要素の層２１の構成は、同一であってもよい。このように、第１層要素２０は、第1層要素の層２１の組成の繰り返しを有する構成を含み得る。図３の実施形態が下側の３個のサブセットのみを含むことになれば、このような繰り返しの構成が提供されることになったであろう。しかし、サブセット２００の１個以上における構成は、下側の３個のサブセットの上にあるサブセット２００’で描かれているように、他のサブセット２００の構成とは異なっていてもよい。他の構成も、同様に本発明の一部である。例えば、さらに別の実施形態では、第１層要素２０は、２個の（さらなる）（特にサブセット２００における第１層要素の層２１とは異なる）第１層要素の層２１の間に構成された多くのサブセット２００を含む。
【0112】
本発明のコーティング１０は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により製造することができる。ＰＶＤの間、基材５は回転され、および特に毎回の回転の間、非常に薄いフィルムまたはナノ層２９が堆積されてもよい。そのため、図３にも描かれているように、全ての層が複数の積層されたナノ層２９を含み得る。例えば、最も低い第１層要素の層２１、本実施形態では層の第１のタイプ２２は、このようなナノ層２９の１２個を含む。これらのナノ層２９の合計が、特に第１層要素の層２１を規定し得る。「ナノ層」という用語は、当業者に知られており、特に、原子が閉じた層構造を提供する層をいう。ナノ層は、例えばわずか数ナノメートルの範囲の、例えば最大で数十ナノメートルの、ごくわずかな（金属）原子の厚さ２９５を有していてもよい。ナノ層２９は、実施形態において、１０～１００ｎｍ、特に２０～８０ｎｍ、例えば２０～７０ｎｍ、特に２５～５０ｎｍの範囲の厚さ２９５を有していてもよい。回転、カソード１１０の構成（例えば図４～５参照）、および特に印加される（可変）電流に基づいて、各ナノ層２９の組成は不均一であってもよいが、第１層要素の層２１の各ナノ層２９の全体組成は実質的に同じである（下記参照）。第１層要素の層２１の厚さ２１５は、特に数百ナノメートル、例えば０．１～１μｍの範囲、特に０．１～０．５μｍの範囲であってよい。実施形態では、第１層要素の層の厚さ２１５は、１００～５００ｎｍの範囲、例えば２５０～４００ｎｍの範囲であってもよい。
【0113】
図４は、４個の金属カソード１１０を含む真空チャンバ１５０を有する物理的気相成長オーブン１００を非常に模式的に示す図である。各カソード１１０は、単一のカソード１１０であってよいことに留意されたい。しかし、各カソード１１０はまた、同じカソード１１０のセットまたは複数の同じカソード１１０を表してもよい。描かれた実施形態では、カソードＣａｔＮの数は４個である。図ではまた、真空チャンバ１５０の中心軸１６０が描かれている。さらにまた、カソード１１と１１２との間の角度αが描かれている。ここで、この角度αは、（中心軸１６０に対する）カソード間の角度αと表現されてもよい。
【0114】
第１層要素２０を提供するために、ＣａｔＮカソード１１０の少なくともサブセット、例えばカソード１１１、カソード１１２、およびカソード１１３は、共に少なくともＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＳｉを含む。他の金属元素を提供するために、カソード１１０の少なくとも１個、例えばカソード１１４は、他の元素を含んでもよい。
【0115】
図５では、ＰＶＤオーブン１００のさらなる実施形態が描かれている。実施形態では、オーブンの各壁に、２個のカソード１１０が構成されてもよい。このようにして、２個の異なるカソード１１０、例えばカソード１１１およびカソード１１２は、９０°よりもはるかに小さい角度αで、例えばわずか数度から４０度未満、特に２５度未満の範囲の角度αで、互いにはるかに接近して配置されてもよい。さらに、この方法では、２個のカソード１１０、例えばカソード１１１およびカソード１１２が、特に一の平面内で互いに隣接して配置されてもよい。カソード１１１とカソード１１２は、特にカソード間距離ｄｃｃで配置され、この実施形態では、カソード１１２のカソード寸法（または直径）ｄｃよりも小さい。このような構成は、実施形態において、参照符号１１１または１１２で示されるカソードの一方がケイ素を含む場合、堆積するコーティング１０中のケイ素の分布を改善し得る。
【0116】
図４～５に描かれた全てのカソードが実際に存在するわけではないことに留意されたい。示されたカソード１１０は、カソード１１０のとり得る位置を描いている。さらなる実施形態では、加熱素子は、オーブン１００の壁の一以上に構成されてもよく、例えば、位置１１３、１１４、１１７、および１１８は、（それぞれの壁が加熱素子を含むので）オーブンに存在しない。
【0117】
本方法において、基材５は、３００～６００℃の範囲の温度で、（ここでは、真空が形成される）真空チャンバ１５０内に供給される。堆積の間、基材５は矢印で示されるように、所与の実施形態では、チャンバ１５０の中心軸１６０の周りに、回転される。さらに、窒化物層を得るために、窒素ガスなどの、気体流体１２０を含む窒素が真空チャンバ１５０内に提供される。任意選択で、炭窒化物層を得るために、特にトップ層要素の堆積の間に、メタン、エタン、エチレン、またはアセチレンなどの、気体流体１３０を含む炭素もまた真空チャンバ１５０に提供される。さらに、カソード１１０に電流を供給することにより、金属カソード１１０からの金属およびメタロイド元素を蒸発させる。金属元素は、気体流体１２０、１３０と反応してもよく、および基材５に（基材５と真空チャンバ１５０にわたって）（負の）バイアス電圧を与えることにより基材５に引き付けられ、基材５上に堆積し、それによってコーティング１０をナノ層２９ごとに、層ごとに成長させる。
【0118】
したがって、コーティング１０の組成は、とりわけ、カソード１１０の組成によって制御され得る。しかし、また、カソード１１０への電流、カソード１１０の位置、バイアス電圧、チャンバ１５０内の温度および圧力は、コーティング１０の組成を制御するために構成されてもよい。カソード１１０を４（セット）使用することにより、例えば、各単一のカソード１１１、１１２、１１３、１１４は、それぞれ金属Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉのうちのただ１種または２種（以上）を含み得る。あるいは、すべてのカソード１１０は、金属のアルミニウム、クロム、チタン、およびケイ素の組み合わせを含んでもよい。異なるカソード１１０は、さらに、異なる比率で金属元素を有していてもよい。それでも、実施形態では、カソード１１０の１個、例えばカソード１１４は、任意に他のカソード１１１、１１２、１１３の１個以上との組み合わせで、ベース層要素３０および／またはトップ層要素４０、および／または中間層要素５０を提供するために構成されてもよい。さらなる実施形態では、３個のカソード１１１、１１２、１１３が、第１要素層要素２０を提供するために構成されてもよい。したがって、実施形態では、（いくつかの金属元素が他の金属元素よりもより好ましく堆積され得ることを考慮に入れた上で）特にコーティング１０の組成、特に（本発明の）製造される第１層要素２０の組成と一致する量で、３個のカソード１１０が共に元素Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＳｉを含む。
【0119】
カソード１１０、１１１～１１８の８（セット）の使用により（図５参照）、自由度はさらに増加する。さらなる実施形態では、カソード１１１、１１２、１１３、または例えばカソード１１１～１１８の（少なくとも）１個が、ＡｌＴｉＳｉ（またはＡｌＣｒＳｉ）カソードを含んでもよく（すなわち、カソード１１０は実質的に元素Ａｌ、Ｔｉ、（またはＣｒ）およびＳｉのみを所定の比率で含む）（ここでは特に第１のカソードともまた示される）、およびカソード１１１、１１２、１１３の１個または２個の他のものが、（実質的にＡｌおよびＣｒ（またはＴｉ）のみを含む）ＡｌＣｒ（またはＡＬＴｉ）カソードを含んでもよい（ここでは特に第２のカソードともまた示される）。実施形態では、（ＡｌＣｒＳｉなどの）Ｓｉ含有カソードは、２個のＡｌＴｉカソードの間に配置されてもよい。例えば、カソード１１１、１１３は、ＡｌＴｉカソードなどの第２のカソードであってもよく、およびそれから、他の２個の他の１１１、１１３の間に配置されたカソード１１２が、ＡｌＣｒＳｉカソードなどの第１のカソードであってもよい。２個の他のカソード１１１、１１３の間に配置されたさらなるカソード１１４は、例えば、Ｃｒカソードを含んでいてもよい。しかし、他の構成も可能であり、例えば、カソード１１４および１１３または１１１は、第２のカソード（および第１のカソードのカソード１１２）を含む。さらに、図５を参照すると、例えば第１のカソードが位置１１２に配置されてもよく、第２のカソードが位置１１１に、および例えば位置１１４または位置１１６に配置されてもよい。第１のカソードは、さらなる実施形態では、第２のカソードのうちの１個に隣接して配置されてもよく、さらなる第２のカソードに対向して配置されてもよい。例えば、ケイ素を含むカソードが位置１１１に配置されてもよく、（ケイ素を含まない）第２の電極が位置１１２および１１６に配置されてもよい。実施形態では、ＡｌＣｒ（またはＡｌＴｉ）第２カソード１１０およびＡｌＴｉＳｉ（またはＡｌＣｒＳｉ）第１カソード１１０を使用することで、第２カソードを第１カソード１１０に隣接させ、且つ第１カソードに対向させて配置したときに耐久性のあるコーティングが製造された。
【0120】
Ａｌ、Ｃｒおよび／またはＴｉを含むがＳｉを含まないカソード１１０を有する一方で、Ｓｉを含む他のカソード１１０を有することで、少なくとも２種の異なるタイプの層２２、２３を含む第１層要素の層２１を堆積させることができ、ここで、第１のタイプ２２は最も高いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｈを有し、第２のタイプ２３は最も低いケイ素含有量ＣＳｉ，Ｌを有する。これは、例えば、電流（値または持続時間）を制御して蒸発する金属元素の量を変更することにより達成され得る。カソード１１０への電流を変更することによってもまた、カソード１１０中の蒸発した他の金属およびメタロイド元素の量を変更することができる。これは、実施形態では、特にコーティング１０中のチタンおよび／またはクロムの含有量に影響を与え得る。実施形態では、特に第１層要素の層２１の各々において、チタンとクロムの組み合わせは、（それぞれの）第１層要素の層２１の金属およびメタロイド元素の合計に対して２１～２７原子％の範囲、例えば２２～２７原子％の範囲で使用可能である。
【0121】
上述したように、カソード１１０の組成および位置に基づいて、および堆積の間の基材５の回転のために、ナノ層２９が回転ごとに堆積され得る。このようなナノ層２９は、したがって、実施形態では、不均質な組成を含み得る。それゆえ、第１要素の層２１は、互いの上に積層された多数のこれらのナノ層２９を含む繰り返し構造を含んでもよい（図３参照）。コーティング１０の構造を変化させることにより、工具寿命が助長されると仮定される。さらに、第１層要素の層におけるこのような部分構造も、コーティングされた物品１の耐久性に正の影響を与え得ると仮定される。
【0122】
用語「複数」は、２以上のことをいう。さらに、用語「複数の」および「多数の」は、互換的に使用され得る。本明細書における用語「実質的に」または「本質的に」、および類似の用語は、当業者によって理解されるであろう。用語「実質的に」または「本質的に」は、「完全に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て」等を用いた実施形態も含み得る。したがって、実施形態では、形容詞の実質的にまたは本質的には、削除されてもよい。該当する場合、用語「実質的に」または用語「本質的に」は、１００％を含み、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらに特に９９．５％以上に関係し得る。さらに、用語「約（about）」および「約（approximately）」は、１００％を含み、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらに特に９９．５％以上に関係し得る。数値については、用語「実質的に」、「本質的に」、「約（about）」、および「約（approximately）」は、それが言及する値の９０％～１１０％、例えば９５％～１０５％、特に９９％～１０１％の範囲にも関係し得ると理解される。
【0123】
用語「含む（comprise）」は、用語「含む」が「からなる（consists of）」を意味する実施形態も含む。
【0124】
用語「および／または」は、特に、「および／または」の前後に記載された一以上の項目に関する。例えば、「項目１および／または項目２」という語句および同様の語句は、項目１および項目２のうちの一以上に関係し得る。用語「含む」は、実施形態では「からなる」を示し得るが、別の実施形態ではまた「少なくともその規定された種および任意に一以上の他の種を含むこと」を示し得る。
【0125】
さらに、本明細書および特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時系列的な順序を説明するために使用されているわけではない。このように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示される以外の順序で操作可能であると理解される。
【0126】
デバイス、装置、またはシステムは、本明細書では、とりわけ、操作の間に説明されてもよい。当業者には明らかなように、本発明は、操作方法、または操作中のデバイス、装置、またはシステムに限定されない。
【0127】
上述の実施形態は、本発明を限定するのではなく、例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態を設計できるであろうことに留意すべきである。
【0128】
特許請求の範囲において、括弧の間に置かれた参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【0129】
動詞「含む」およびその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素または工程の存在を排除するものではない。文脈上明らかに他に要求されない限り、本明細書および請求項全体を通して、「含む（comprise）」、「含む（comprising）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「含む（contain）」、「含む（containing）」等の用語は、排他的または網羅的な意味とは反対に、包括的な意味で、即ち、「含むが、限定されない」の意味で解釈される。
【0130】
要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」は、そのような要素の複数個の存在を排除するものではない。
【0131】
本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアを用いて、および適切にプログラムされたコンピュータによって実施され得る。いくつかの手段を列挙したデバイスの請求項、または装置の請求項、またはシステムの請求項では、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの一つの同一のアイテムによって具現化され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実だけでは、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。
【0132】
本発明はまた、デバイス、装置、またはシステムを制御し得る、あるいは本明細書に記載された方法またはプロセスを実行し得る制御システムも提供する。さらに、本発明は、デバイス、装置、またはシステムに機能的に結合されているか、またはデバイス、装置、またはシステムに含まれるコンピュータ上で実行されると、かかるデバイス、装置、またはシステムの１以上の制御可能な素子を制御する、コンピュータプログラム製品もまた提供する。
【0133】
本発明は、さらに、本明細書に記載された、および／または添付図面に示された、１以上の特徴的な機能を含むデバイス、装置、またはシステムに適用される。本発明は、さらに、本明細書に記載された、および／または添付図面に示された１以上の特徴的な機能を含む方法またはプロセスに関する。さらに、方法または方法の実施形態がデバイス、装置、またはシステムにおいて実行されると記載されている場合、そのデバイス、装置、またはシステムは、それぞれその方法または方法の実施形態に適している、またはそれぞれその方法または方法の実施形態の（実行の）ために構成されていると理解されよう。
【0134】
本特許で議論された様々な態様は、さらなる利点を提供するために組み合わせることができる。さらに、当業者は、実施形態を組み合わせることができ、また、２つより多くの実施形態を組み合わせることができることを理解するであろう。さらに、特徴のいくつかは、１以上の分割出願の基礎を形成することができる。
【実施例】
【0135】
実験
管切断のための工具寿命
異なるコーティングを有する鋸刃（ＨＳＳ鋸刃とＴＣＴ鋸刃）を試験した。コーティングの組成はＳＥＭ－ＥＤＸで測定した。試験中、鋸刃は倍率５００倍の光学顕微鏡で１．２平方メートルの定期的な間隔で検査した。試験は、ある程度の損傷が確認された時点で中止した。
管切断のための工具寿命
異なるコーティングを有する鋸刃（ＨＳＳ鋸刃とＴＣＴ鋸刃）を試験した。コーティングの組成はＳＥＭ－ＥＤＸで測定した。試験中、鋸刃は倍率５００倍の光学顕微鏡で１．２平方メートルの定期的な間隔で検査した。試験は、ある程度の損傷が確認された時点で中止した。
【0136】
ＴＣＴコーティング刃（直径３５０ｍｍ、カーフ（kerf）２．７ｍｍ、歯数１２０）をＲａｔｔｕｎｄｅ ＡＣＳ９０切断機で、直径５０ｍｍおよび肉厚３ｍｍのＥ３５５＋Ｎ管の切断試験を実施した。切削速度は２８０ｍ／ｍｉｎである一方、送りは管の入口と出口で０．０５ｍｍ／歯、および管の中央部で０．１４ｍｍ／歯の間で変化させた。鋸刃の冷却と潤滑のために、エマルションのいわゆるマイクロスプレーを使用した。
【0137】
以下の表には、ＴＣＴコーティングされた鋸刃のいくつかの関連する結果を示す。
【0138】
【表2】
【0139】
表中、構造「モノ」は、鋸刃が単一の機能層を含むコーティングを有することを示す。用語「２層」は、鋸刃が２個の異なる機能層（Ｓｉを含む）を有することを示す。用語「マルチ」は、異なる組成を有する２または３個の異なる第１層要素の相を含むことを示し、マルチ層中の層について異なる組成は、用語「マルチ」の下で括弧の間に（Ａ、Ｂ、およびＣで）示し、それぞれの層のケイ素含有量は欄「コーティング組成；Ｓｉ」の括弧の間に示す（すなわち、１原子％のＳｉを含む層Ａ、１．５原子％のＳｉを含む層Ｂおよび０．７下因子％のＳｉを含む層Ｃ）。さらに、比較可能なコーティング組成を「構造」の欄にも示す。コーティングはさらに、ベース層、トップ層、および任意に中間層を有する。実施例１～１ｅ、２～３および５～６として示した実験では、４個のカソードを使用し、第１のカソードはアルミニウムおよびクロム（ＡｌＣｒ）からなり、第２のものもアルミニウムおよびクロム（ＡｌＣｒ）からなり、第３のカソードはアルミニウム、チタンおよびシリコン（ＡｌＴｉＳｉ）からなり、および第４はクロムからなる（特にベース層要素および／またはトップ層要素に適用される）。これらの実験では、第２のカソードと第３のカソードは、互いに隣り合わせて、および第１のカソード（第４カソードも同様）とは反対側に、すなわち、図５を参照すれば、例えば第２、第３（および第４）カソードのそれぞれについて１１２、１１１および１１６（および１１５）の位置に配置した。このように、すべての複合層を、ＡｌＣｒＴｉＳｉＮを提供するカソード２および３との組み合わせによって層ごとに構築し、および反対側に配置された第１カソードによって供給されたＡｌＣｒＮにより積層した。実施例４（実験Ｖ４９）についての、カソード２（ＡｌＣｒ）とカソード３（ＡｌＴｉＳｉ）を使用した。ただし、カソード２とカソード３は隣接する（およびＣｒカソードがカソード２の隣にある）のではなく、互いに１８０°で（互いに対向させて）構成した。再び図５を参照すると、例えば、カソード２を１１２の位置に、カソード３を１１６の位置に配置し、Ｃｒカソードは１１１の位置に配置した。
【0140】
これらの実験に基づき、次の結論が導き出される。先行技術のコーティング１～３はすべて１．２ｍ２で大きな損傷を示し、これは本発明のコーティングのすべてよりも悪い。
【0141】
異なる組成を有する２個の異なる第１層要素の層を有するが、当該第１層要素にケイ素を含まない、本明細書に記載のコーティングに似たコーティングを有する鋸刃（実施例０）は、１原子％のケイ素を含む本明細書に記載のコーティングを有する本発明の鋸刃（実施）例１～３と５）よりも工具寿命が短く、また異なる組成の２個の第１層要素の層を含み、ケイ素含有量が約１．５原子％である実施例４とほぼ同じ工具寿命であった。
【0142】
さらに、実施例４のようにケイ素を含むカソードをケイ素を含まないカソードからあまりに離して配置すると、耐久性の低い被膜が得られるようである。この実験では一つの構造を形成する、Ａｌ、Ｃｒ、ＴｉおよびＳｉからなる必要な構造が形成されず、代わりにこのＡｌＣｒＮとＡｌＴｉＳｉＮの分離された構造が形成されると推測される。
【0143】
他の実験で用いたように、第２のＡｌＣｒカソードとＡｌＴｉＳｉカソードを互いに隣接して構成した組み合わせに対して反対側の第１のＡｌＣｒカソードの位置が、Ｓｉ３Ｎ４中心をＡｌＣｒＴｉＮで囲んでなるＡｌＣｒＴｉＳｉＮ構造の閉じ込めをもたらす。この構造が大きくなりすぎると、中間のＡｌＣｒナノ層がない場合に発生する、コーティング構造全体を弱くする不安定な構造が形成されるようである。
【0144】
さらに、本発明による全ての鋸刃は、同じくケイ素を含み、しかしチタンを含まない先行技術の鋸刃（先行技術3）よりも長い工具寿命を有するようである。
【0145】
特に、マルチ層は管（管の材料）を切断する間の工具寿命に正の効果を有するようである。実施例５は最も長い工具寿命を有するようである。実施例５では、コーティングは３個の異なる層のタイプを含む約１５の第１層要素の層を含む。
【0146】
Ｔｉ、ＣｒおよびＳｉ濃度の違いの直接的な結果として、個々の層は、硬度、熱間硬度、弾性率、切粉溶着傾向、および摩擦係数が異なることが予想される。個々の層は、工具の個々の部分について最も支配的な摩耗メカニズムに耐えることができ、最も耐性の高い層は動作中にそのメカニズムを生き残り、他の層はすぐに摩耗すると仮定する。単一の組成の層が複数の摩耗モードに耐えられることはない。したがって、おそらく３個の異なる層は、２個の異なる組成を含む層よりもより耐久性のあるコーティングを提供することができる。コーティングＶ５０は、３個の異なる層が繰り返し積層された構造を有し、これが最も長い工具寿命をもたらすと思われる。これら３個の異なる層のうち１個または２個を有するコーティングについては、コーティングは早期に破壊され、工具寿命が限定されるようであった。これは、管のような高研磨材を断続的に切削する場合、工具の異なる部位で複数の摩耗メカニズムが同時に作用するため、特に重要かもしれない。
【0147】
固体の切削における工具寿命
固体材料については、他のメカニズムが支配的な役割を果たす可能性がある。さらなる実験を用いることで、固体の切削では、実施例１ｂ、１ｃ、３で使用したような単一層構造が良い結果を示し、特に厚い多層コーティングよりも良い場合があることが示された。
固体材料については、他のメカニズムが支配的な役割を果たす可能性がある。さらなる実験を用いることで、固体の切削では、実施例１ｂ、１ｃ、３で使用したような単一層構造が良い結果を示し、特に厚い多層コーティングよりも良い場合があることが示された。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】