特表 2023-554012 少なくとも２つの異なるＡｌＣｒ系ターゲットから製造された耐摩耗性コーティング

(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】2023-12-26

(54)【発明の名称】少なくとも２つの異なるＡｌＣｒ系ターゲットから製造された耐摩耗性コーティング

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/06 20060101AFI20231219BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20231219BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

C23C14/06 P

C23C14/06 L

B23C5/16

B23B27/14 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023535915

(86)(22)【出願日】2021-12-14

(85)【翻訳文提出日】2023-07-26

(86)【国際出願番号】 EP2021085761

(87)【国際公開番号】W WO2022129094

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】63/124,986

(32)【優先日】2020-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598051691

【氏名又は名称】エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーン

【氏名又は名称原語表記】ＯＥＲＬＩＫＯＮ ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＡＧ， ＰＦＡＥＦＦＩＫＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エバーソルド，マリヤナ・ミオニッチ

(72)【発明者】

【氏名】フーノルト，オリバー

【テーマコード（参考）】

3C046

4K029

【Ｆターム（参考）】

3C046AA01

3C046AA02

3C046FF10

3C046FF11

3C046FF16

3C046FF19

3C046FF23

3C046FF24

3C046FF25

4K029BA58

4K029BB02

4K029BC02

4K029BD05

4K029CA04

4K029CA13

4K029DB04

4K029DB14

4K029DD06

4K029EA01

4K029EA03

4K029EA08

(57)【要約】

下塗り塗膜（２１２）と、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ．．．構造を形成する互いに交互に堆積された複数のＡ層及び複数のＢ層からなる多層膜（２１６）として堆積された介在塗膜（２１６）とを含む、基材（２０１）の表面に堆積されたコーティングシステム（２１０）であって、Ａ層は、アルミニウムクロム及び任意に１つ以上のドーパント元素を含み、Ｂ層は、窒化アルミニウムクロム及び１つ以上のドーパント元素を含む、コーティングシステム（２１０）。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下塗り塗膜（２１２）と、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ．．．構造を形成する互いに交互に堆積された複数のＡ層及び複数のＢ層からなる多層膜（２１６）として堆積された介在塗膜（２１６）とを含む、基材（２０１）の表面に堆積されたコーティングシステム（２１０）であって、前記Ａ層は、アルミニウムクロム及び任意に１つ以上のドーパント元素を含み、前記Ｂ層は、窒化アルミニウムクロム及び１つ以上のドーパント元素を含み、
－前記下塗り塗膜（２１２）は、コーティングされる前記基材（２０１）の前記表面、又はいずれの場合にも、前記介在塗膜（２１６）よりも前記基材（２０１）に近い表面に堆積され、
－前記介在塗膜（２１６）は、前記下塗り塗膜（２１２）と前記上塗り塗膜（２２０）との間に堆積され、
－前記上塗り塗膜（２２０）は、前記介在塗膜（２１６）よりも前記基材（２０１）から離れて堆積され、
－前記Ａ層が、
－アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）、又は
－アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、
－前記Ｂ層が、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、
ここで、
－前記Ａ層は、少なくとも前記化学組成が前記Ｂ層と異なり、
－少なくとも１つの化学元素が前記Ｂ層中に存在するが前記Ａ層中には存在しないか、若しくは前記Ｂ層中に存在するが前記Ａ層中には存在しないか、又は
－Ａ層及びＢ層の両方が同じ化学元素を含む場合であれば、前記Ｂ層中の前記化学元素の前記濃度は前記Ａ層中の前記化学元素の前記濃度とは異なり、
かつ
－前記Ｂ層中の前記１つ以上のドーパントの前記濃度は、存在する場合、前記Ａ層中の前記１つ以上のドーパント元素の前記濃度よりも高いことを特徴とする、コーティングシステム（２１０）。

【請求項2】

前記上塗り塗膜（２２０）が、前記コーティングシステムの最外層として堆積されることを特徴とする、請求項１に記載のコーティングシステム。

【請求項3】

前記Ａ層の前記個々の層厚が、前記Ｂ層の前記個々の層厚よりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項4】

前記Ｂ層の前記個々の層厚に対する前記Ａ層の前記個々の層厚の比が、１％～６００％の間、好ましくは５０％～４００％大きい範囲にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項5】

前記下塗り塗膜（２１２）の前記厚さが、前記コーティングシステムの総厚さの６５％～９７％の間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項6】

前記上塗り塗膜の前記厚さが、前記コーティングシステムの総厚さの３％～３５％の間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項7】

前記上塗り塗膜の前記層厚が、前記下塗り塗膜の前記層厚よりも薄いことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項8】

－前記上塗り塗膜（２２０）若しくは前記上塗り塗膜（２２０）の少なくとも一部、又は存在する場合には、前記上塗り塗膜（２２０）に含まれる前記Ａ層の少なくともいくつか及び／又は前記Ｂ層の少なくともいくつかが、
及び／又は
－前記介在塗膜（２１６）若しくは前記介在塗膜（２１６）の少なくとも一部、又は前記介在塗膜（２１６）に含まれる前記Ａ層の少なくともいくつか及び／又は前記Ｂ層の少なくともいくつかが、
窒素（Ｎ）に加えて、酸素（Ｏ）及び／又は炭素（Ｃ）も含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項9】

前記コーティングシステムを形成する１つのコーティング層又は１つの塗膜中の炭素及び／又は酸素の原子百分率での前記濃度が、Ｎ、Ｃ及びＯの前記濃度のみを考慮する場合（それは、前記それぞれのコーティング層又は塗膜中のＮ、Ｃ及びＯの前記濃度の合計が１００ａｔ．％とみなされる場合を意味する）、３ａｔ．％～３８ａｔ．％の間であることを特徴とする、請求項８に記載のコーティングシステム。

【請求項10】

クロムに対するアルミニウムの原子百分率での前記濃度の比（Ａｌ／Ｃｒ）が、前記コーティングシステムの前記総厚さに沿って変化し、前記Ａｌ／Ｃｒ濃度比の変動の前記範囲が、好ましくは６９／３１～７９／２１の間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項11】

前記Ｂ層中の前記ドーパント元素の原子百分率での前記濃度、及び前記Ａ層がドーパント元素を含む場合には、前記Ａ層中のドーパント元素の原子百分率での前記濃度も、全ての元素の前記濃度を考慮する場合（それは、前記それぞれのＢ層又はＡ層の全ての元素の前記濃度の合計が１００ａｔ．％とみなされる場合を意味する）０．１ａｔ．％～２０ａｔ．％の間、好ましくは０．５ａｔ．％～１５ａｔ．％の間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項12】

前記Ｂ層中の前記ドーパント元素の原子百分率での前記濃度、及び前記Ａ層がドーパント元素を含む場合には、前記Ａ層中の前記ドーパント元素の原子百分率での前記濃度も、前記コーティングシステムの前記介在塗膜の前記総厚さに沿って変化し、変動の前記範囲は、好ましくは、前記介在塗膜中の前記それぞれのドーパント元素の前記最低濃度を基準として、０．１％～６００％の間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項13】

前記介在塗膜（２１６）は、異なる膜部分（２１６．ｉ）を含み、ｉはｉ＝１からｉ＝ｎまで変化し、ここで、ｉ及びｎは自然数であり、すなわち部分（２１６．１から２１６．ｎ）を含み、前記膜部分（２１６．ｉ）の数は少なくとも１、すなわち、ｎ≧１、好ましくは１つより多い、すなわちｎ≧２であり、前記介在膜部分（２１６．ｉ）の各々は、下部（２１６．ｉ．下）及び上部（２１６．ｉ．上）を含み、前記部分の各々は、１つ以上の二重層ｂによって形成され、二重層ｂの各々は、１つの層Ａ及び１つの層Ｂによって形成され、前記介在塗膜（２１６）の前記厚さの拡張内の全てのＡ層は、同じ化学元素を含むが、必ずしも同じ濃度であるとは限らず、前記介在塗膜（２１６）の前記厚さの拡張内の全てのＢ層は、同じ化学元素を含むが、必ずしも同じ濃度であるとは限らず、
互いに堆積された少なくとも２つの介在膜部分、例えば２１６．１及び２１６．２は、主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布－いずれも、Ｘ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される－、硬度、弾性及び弾性率などの機械的特性、化学組成のうちの少なくとも１つの物理化学的特性が異なることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項14】

連続して堆積される２つの介在膜部分にそれぞれ属する少なくとも２つの下部（２１６．ｉ．下は２１６．ｉに含まれ、２１６．ｉ＋１．下は２１６．ｉ＋１に含まれる）は、異なる固有応力を示し、２１６．ｉは２１６．ｉ＋１よりも前記基材に近く、前記基材により近い前記下部（２１６．ｉ．下）は、他の下部（２１６．ｉ＋１．下）よりも低い固有応力を示すことを特徴とする、請求項１３に記載のコーティングシステム。

【請求項15】

前記下塗り塗膜（２１２）が、前記層Ａと同じ元素を含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項16】

前記上塗り塗膜（２２０）が、
３）前記層Ｂと同じ化学元素（この場合、前記上塗り塗膜（２２０）は、前記層Ｂの堆積に使用されたのと同じターゲットを使用することによって製造され、好ましくは単層として堆積される）、又は
４）前記層Ａの同じ化学元素及び前記層Ｂの同じ化学元素（この場合、前記上塗り塗膜（２２０）は、前記介在塗膜（２１６）における前記層Ａ及び前記層Ｂの堆積に使用されたのと同じターゲットをそれぞれ使用することによって多層として製造されるが、前記上塗り塗膜（２２０）は、前記介在塗膜（２１６）と比較して、異なる層Ａと層Ｂの厚さの比及び異なる化学組成を有し、前記上塗り塗膜（２２０）中の前記個々の層Ｂの前記厚さに対する前記個々の層Ａの前記厚さは、より低いか又は等しいか又はより高いかのいずれかであるが、Ａ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}＞０であれば、Ａ_{層＿厚さ＿２１６中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２１６中}＞Ａ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}である）のいずれかを含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項17】

前記下塗り塗膜（存在する場合）並びに前記上塗り塗膜中の前記ドーパント元素の濃度が、前記下塗り塗膜の前記総厚さに沿って変化することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項18】

前記ドーパント元素の前記濃度が、前記コーティングシステムの前記上塗り塗膜の前記総厚さに沿って変化することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項19】

前記変動の範囲が、前記下塗り塗膜又は前記上塗り塗膜の前記それぞれのドーパント元素の最低濃度を基準としてそれぞれ０．１％～６００％の間であることを特徴とする、先行する請求項１６～１８のいずれかに記載のコーティングシステム。

【請求項20】

先行する請求項１～１９のいずれかに記載のコーティングシステムを製造するための方法であって、前記コーティングシステムは、反応性陰極アークＰＶＤ法を用いて製造されており、前記Ａ層の前記堆積のために、１つ以上のＡ_ソース－ターゲットが使用され、前記Ｂ層の前記堆積のために、１つ以上のＢ_ソース－ターゲットが使用され、少なくとも窒素ガスが反応性ガスとして使用され、前記Ａ_ソース－ターゲットは、Ａｌ及びＣｒと、任意に、Ｂ、Ｙ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＮｂから選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、前記Ｂ層Ｂ_ソース－ターゲットは、Ａｌ及びＣｒと、Ｂ、Ｙ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＮｂから選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、前記Ａ_ソース－ターゲット及び前記Ｂ_ソース－ターゲットは、両方が１つ以上のドーパント元素を含む場合、それらは、少なくとも１つのドーパント元素が互いに異なり、前記コーティングシステムの前記堆積中に、以下のパラメータ、
ガス圧力、温度、バイアス電圧、ソース電流、磁場形状及び／又は強度並びに反応性ガスの少なくとも１つが、
前記コーティングの以下の物理化学的特性、
主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布－いずれもＸ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される－、硬度及び弾性率等の機械的特性、並びに化学組成の少なくとも１つを変化させるために変化されることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ミリング加工（粗面化及び仕上げの両方）などの機械加工作業において優れた耐摩耗性を示すＡｌＣｒＮ系コーティングに関する。本発明は更に、コーティングシステム（以下、コーティングスキームとも呼ばれる）を適用する方法に関する。

【0002】

より具体的には、本発明は、コーティングスキームにおけるＡｌＣｒＮ系層の少なくともいくつかがナノ層であり得るように、様々な厚さで堆積され得るＡｌＣｒＮ系層を含むコーティングスキームによる被覆物品に関する。

【0003】

この文脈における例示的な被覆物品は、エンドミルなどの切削工具、成形工具及び摩耗構成要素を含むが、これらに限定されない。

【背景技術】

【0004】

技術水準
Ａｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．は、国際公開第２０１６／１０２１７０号において、機械加工作業による切削工具のクレータ摩耗を低減するためのコーティングシステムを提案しており、これはホビングなどの乾式機械加工作業において特に有益であると予想される。

【0005】

Ｅｒｉｋｓｓｏｎ ｅｔ ａｌ．による国際公開第２０１６／１０２１７０号による被覆物品及びコーティング方法は、既に良好な結果をもたらしている。しかしながら、安定した新たな需要の増加を満たす必要がある。したがって、上述のコーティング並びに他の現在利用可能なコーティングで達成される利点にもかかわらず、顕著な耐摩耗性、遮熱特性、及び亀裂の発生及び伝播に対する向上した耐性などの向上した特性の組み合わせを示す新しいコーティングが依然として必要とされている。

【0006】

特に、コーティングされたエンドミルの場合、被覆物品の一例に言及するために、コーティングされたエンドミルは、典型的には、その上にコーティングスキーム（コーティングシステムとも呼ばれる）を有する基材を含む。コーティングされたエンドミルは、チップ形成材料除去作業における材料の除去に有用である。ワークピースの材料、機械加工プロセス及び切断パラメータに応じて、エンドミルとチップとの界面には、大量の摩耗、特に研磨と、亀裂の形成及び伝播（特に湿式機械加工）及び／又は熱の伝達（特に乾式機械加工）の両方が存在し得る。したがって、摩耗、特に研磨摩耗、並びに亀裂の形成及び伝播（特に湿式機械加工における）及び／又は切削チップ界面での基材及びコーティングスキームと基材との間の界面（すなわち、コーティング－基材界面）への熱の伝達（特に環式機械加工における）の両方が、エンドミルの性能に有害となり得る。

【0007】

コーティングスキームは、典型的には、摩耗、亀裂形成及び伝播、並びにエンドミルチップ界面から基材及びコーティング－基材界面への熱伝達の程度に影響を及ぼす。コーティングスキームの物理化学的特性は、全ての摩耗、亀裂形成及び伝播、並びにそのような熱伝達の程度に強く影響する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的
本発明の主な目的は、技術水準によるコーティングの欠点を克服するコーティング溶液を提供することである。

【0009】

特に、本発明は、ミリング加工（粗面化及び仕上げ）両方）などの多様な機械加工作業において増大する需要を満たすのに適し得る増強された特性を示す新しいコーティングシステムを提供するはずである。

【0010】

より具体的には、本発明は、技術水準と比較して、研磨摩耗、クレータ摩耗、並びに熱亀裂の形成及び伝播の同時低減によって著しく高い耐摩耗性を可能にし、その結果、機械加工作業、特にミリング加工に使用される切削工具の切削性能及び寿命を著しく増加させるコーティングスキームを提供すべきである。さらに、本発明の目的は、切削工具のコーティングに適用可能であるべき本発明によるコーティングスキームを適用する方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の説明
本発明の目的は、独立請求項１に記載のコーティングシステムを提供すること、並びに独立請求項２０に記載の方法を提供することによって達成される。

【0012】

本発明の第１の態様によれば、下塗り塗膜と、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ．．．構造を形成する互いに交互に堆積された複数のＡ層及び複数のＢ層からなる多層膜として堆積された介在塗膜とを含む、基材の表面に堆積されたコーティングシステムであって、Ａ層は、アルミニウムクロム及び任意に１つ以上のドーパント元素とを含み、Ｂ層は、窒化アルミニウムクロム及び１つ以上のドーパント元素とを含み、下塗り塗膜は、コーティングされる基材の表面、又はいずれの場合にも、介在塗膜よりも基材に近い表面に堆積され、介在塗膜は、下塗り塗膜と上塗り塗膜との間に堆積され、上塗り塗膜は、介在塗膜よりも基材から離れて堆積され、Ａ層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）、又はアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、Ｂ層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、Ａ層は、少なくとも化学組成がＢ層と異なり、少なくとも１つの化学元素がＢ層中に存在するがＡ層中には存在しないか、若しくはＢ層中に存在するがＡ層中には存在しないか、又はＡ層及びＢ層の両方が同じ化学元素を含む場合であれば、Ｂ層中の化学元素の濃度はＡ層中の化学元素の濃度とは異なり、かつＢ層中の１つ以上のドーパントの濃度は、存在する場合、Ａ層中の１つ以上のドーパント元素の濃度よりも高い、コーティングシステムが開示される。

【0013】

第１の態様の別の例では、上塗り塗膜は、コーティングシステムの最外層として堆積されてもよい。

【0014】

第１の態様の別の例では、Ａ層の個々の層厚は、Ｂ層の個々の層厚よりも大きくてもよい。

【0015】

第１の態様の別の例では、Ｂ層の個々の層厚に対するＡ層の個々の層厚の比は、１％～６００％の間、好ましくは５０％～４００％大きい範囲であり得る。

【0016】

第１の態様の別の例では、下塗り塗膜の厚さは、コーティングシステムの総厚さの６５％～９７％の間であってもよい。

【0017】

第１の態様の別の例では、上塗り塗膜の厚さは、コーティングシステムの総厚さの３％～３５％の間であってもよい。

【0018】

第１の態様の他の例では、上塗り塗膜の層厚が下塗り塗膜の層厚よりも薄くてもよい。
第１の態様の別の例では、上塗り塗膜若しくは上塗り塗膜の少なくとも一部、又はＡ層の少なくともいくつか及び／又はＢ層の少なくともいくつかは、存在する場合、上塗り塗膜に含まれてもよく、及び／又は介在塗膜、又は介在塗膜の少なくとも一部、又はＡ層の少なくともいくつか及び／又はＢ層の少なくともいくつかは、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）及び／又は炭素（Ｃ）に加えて含まれる介在塗膜に含まれる。

【0019】

第１の態様の別の例では、コーティングシステムを形成する１つのコーティング層又は１つの塗膜中の炭素及び／又は酸素の原子百分率での濃度は、Ｎ、Ｃ及びＯの濃度のみを考慮する場合（それは、それぞれのコーティング層又は塗膜中のＮ、Ｃ及びＯの濃度の合計が１００ａｔ．％とみなされ得る場合を意味する）、３ａｔ．％～３８ａｔ．％の間であり得る。

【0020】

第１の態様の別の例では、Ｂ層中のドーパント元素の原子百分率での濃度、及びＡ層がドーパント元素を含む場合には、Ａ層中のドーパント元素の原子百分率での濃度も、コーティングシステムの介在塗膜の総厚さに沿って変化してもよく、変動の範囲は、好ましくは、介在塗膜中のそれぞれのドーパント元素の最低濃度を基準として、０．１％～６００％の間であってもよい。

【0021】

第１の態様の別の例では、介在塗膜は、異なる膜部分を含んでもよく、ｉはｉ＝１からｉ＝ｎまで変化し、ここで、ｉ及びｎは自然数であり、すなわち部分を含み、膜部分の数は少なくとも１、すなわち、ｎ≧１、好ましくは１つより多い、すなわちｎ≧２であり、介在膜部分の各々は、下部及び上部を含んでもよく、部分の各々は、１つ以上の二重層ｂによって形成され、二重層ｂの各々は、１つの層Ａ及び１つの層Ｂによって形成され得て、介在塗膜の厚さの拡張内の全てのＡ層は、同じ化学元素を含み得るが、必ずしも同じ濃度であるとは限らず、介在塗膜の厚さの拡張内の全てのＢ層は、同じ化学元素を含み得るが、必ずしも同じ濃度であるとは限らず、互いに堆積された少なくとも２つの介在膜部分、例えば２１６．１及び２１６．２は、主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布－いずれも、Ｘ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される－、硬度、弾性及び弾性率などの機械的特性、化学組成のうちの少なくとも１つの物理化学的特性が異なり得る。

【0022】

第１の態様の別の例では、連続して堆積される２つの介在膜部分にそれぞれ属する少なくとも２つの下部、は、異なる固有応力を示し得て、２１６．ｉは２１６．ｉ＋１よりも基材に近く、基材により近い下部は、他の下部よりも低い固有応力を示し得る。

【0023】

第１の態様の別の例では、下塗りは、層Ａと同じ元素を含んでもよい。
第１の態様の別の例では、上塗り塗膜は、
１）層Ｂと同じ化学元素（この場合、上塗り塗膜は、層Ｂの堆積に使用されたのと同じターゲットを使用することによって製造され得て、好ましくは単層として堆積され得る）、又は
２）層Ａの同じ化学元素及び層Ｂの同じ化学元素（この場合、上塗り塗膜は、介在塗膜における層Ａ及び層Ｂの堆積に使用されたのと同じターゲットをそれぞれ使用することによって多層として製造され得るが、上塗り塗膜は、介在塗膜と比較して、異なる層Ａと層Ｂの厚さの比及び異なる化学組成を有し得て、上塗り塗膜（２２０）中の個々の層Ｂの厚さに対する個々の層Ａの厚さは、より低いか又は等しいか又はより高いかのいずれかであり得るが、Ａ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}＞０であれば、Ａ_{層＿厚さ＿２１６中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２１６中}＞Ａ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}である）のいずれかを含み得る。

【0024】

第１の態様の別の例では、下塗り塗膜（存在する場合）並びに上塗り塗膜中のドーパント元素の濃度は、下塗り塗膜の総厚さに沿って変化してもよい。

【0025】

第１の態様の別の例では、ドーパント元素の濃度は、コーティングシステムの上塗り塗膜の総厚さに沿って変化してもよい。

【0026】

第１の態様の別の例では、変動の範囲は、下塗り塗膜又は上塗り塗膜のそれぞれのドーパント元素の最低濃度を基準としてそれぞれ０．１％～６００％の間である。

【0027】

本発明の第２の態様によれば、第１の態様によるコーティングシステムを製造するための方法が開示され、コーティングシステムは、反応性陰極アークＰＶＤ法を用いて製造され、Ａ層の堆積のために、１つ以上のＡ_ソース－ターゲットが使用され、Ｂ層の堆積のために、１つ以上のＢ_ソース－ターゲットが使用され、少なくとも窒素ガスが反応性ガスとして使用され、Ａ_ソース－ターゲットは、Ａｌ及びＣｒと、任意に、Ｂ、Ｙ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＮｂから選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、Ｂ層Ｂ_ソース－ターゲットは、Ａｌ及びＣｒと、Ｂ、Ｙ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＮｂから選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、Ａ_ソース－ターゲット及びＢ_ソース－ターゲットは、両方が１つ以上のドーパント元素を含む場合、それらは、少なくとも１つのドーパント元素が互いに異なり、コーティングシステムの堆積中に、以下のパラメータ、
ガス圧力、温度、バイアス電圧、ソース電流、磁場形状及び／又は強度並びに反応性ガスの少なくとも１つが、
コーティングの以下の物理化学的特性、
主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布－いずれもＸ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される－、硬度及び弾性率等の機械的特性、並びに化学組成の少なくとも１つを変化させるために変化される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【発明を実施するための形態】

【0029】

詳細な説明
本発明をより良く説明するために、図１～図８が使用される。

【0030】

図１は、特に、本発明のコーティングシステム（コーティングスキームとも呼ばれる）の好ましい実施形態を概略的に示すために使用される。図１は、図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、並びに図１ｄ（ａ）及び（ｂ）を含む。

【0031】

本発明によるコーティングシステムの基本的な実施形態を図１ａに概略的に示す。
本発明のコーティングシステム２１０（又はコーティングスキーム２１０）は、少なくとも３つの塗膜：下塗り塗膜２１２（下塗り塗膜は下塗り層とも呼ばれる場合がある）、介在塗膜２１６及び上塗り塗膜２２０（上塗り塗膜は上塗り層とも呼ばれる場合がある）を含む。

【0032】

下塗り塗膜２１２は、コーティングされる基材２０１の表面に堆積されるか、又はいずれの場合にも（基材２０１と下塗り塗膜２１２との間に他の層が堆積される場合には）、介在塗膜２１６よりも基材２０１に近い表面に堆積される。

【0033】

介在塗膜２１６は、下塗り塗膜２１２と上塗り塗膜２２０との間に堆積される。
上塗り塗膜２２０は、介在塗膜２１６よりも基材２０１から離れて堆積される。

【0034】

好ましくは、上塗り塗膜２２０は、コーティングシステム２１０の最外層として堆積される。

【0035】

介在塗膜２１６は、複数のタイプＡの層（以下、Ａ層ともいう）と複数のタイプＢの層（以下、Ｂ層ともいう）とを含む多層膜として堆積される。

【0036】

Ａ層及びＢ層は、互いに交互に堆積されて、層Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ．．．の順序を形成する。

【0037】

Ａ層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）を含むか、又はアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、すなわち、Ａ層は、Ａｌ、Ｃｒ及びＮを含み、任意に上述の１つ以上のドーパント元素を更に含む。

【0038】

Ｂ層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒素（Ｎ）と、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される１つ以上のドーパント元素とを含み、すなわち、Ｂ層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎと、上述の１つ以上のドーパント元素とを含む。

【0039】

好ましい実施形態によれば、Ｂ層に含まれる化学元素は、Ａ層に含まれる化学元素と少なくとも１つの化学元素が異なり、これは、タイプＡの層及びタイプＢの層の両方が１つ以上のドーパントを含む場合には、Ｂ層に存在するドーパントの少なくとも１つがＡ層に存在しないか、又はＡ層に存在するドーパントの少なくとも１つがＢ層に存在しないことを意味し、タイプＢの層（本発明の文脈ではＢ層とも呼ばれる）中の１つ以上のドーパントの濃度は、タイプＡの層（本発明の文脈ではＡ層とも呼ばれる）中の１つ以上のドーパントの濃度よりも高い。

【0040】

更に好ましい実施形態によれば、Ｂ層に含まれる化学元素は、Ａ層に含まれる同じ化学元素であってもよいが、この場合、Ｂ層とＡ層の両方が１つ以上のドーパントを含み、Ａ層の化学組成は、化学元素の濃度においてＢ層の化学組成と異なり、Ｂ層の１つ以上のドーパント元素の濃度は、Ａ層の１つ以上のドーパント元素の濃度よりも高い。

【0041】

本発明による方法の好ましい実施形態によれば、Ａ層を製造するために使用されるＡ_ソース－ターゲットの化学元素組成は、Ｂ層を製造するために使用されるＢ_ソース－ターゲットの化学組成と少なくとも１つの化学元素において異なり、すなわち、Ｂ_ソース－ターゲットに含まれる少なくとも１つの化学元素は、Ａ_ソース－ターゲットに含まれないか、又はＡ_ソース－ターゲットに含まれる少なくとも１つの化学元素は、Ｂ_ソース－ターゲットに含まれず、Ｂ_ソース－ターゲット中の１つ以上のドーパントの濃度は、Ａ_ソース－ターゲット中の１つ以上のドーパントの濃度よりも高い。

【0042】

本発明による方法の更に好ましい実施形態によれば、Ａ層を製造するために使用されるＡ_ソース－ターゲットの化学元素組成は、Ｂ層を製造するために使用されるＢ_ソース－ターゲットの化学組成と化学元素の濃度が異なり、すなわち、Ｂ_ソース－ターゲットに含まれる化学元素がＡ_ソース－ターゲットに含まれる化学元素と同一である場合には、両方の種類のターゲットが１つ以上のドーパント元素を含み、Ａ_ソース－ターゲット中の化学元素の化学元素濃度がＢ_ソース－ターゲット中の化学元素濃度とは異なり、Ｂ_ソース－ターゲット中の１つ以上のドーパントの濃度は、Ａ_ソース－ターゲット中の１つ以上のドーパントの濃度よりも高い。

【0043】

介在塗膜２１６は、図１ｂに概略的に示されているように、１つ以上の膜部分２１６．ｉからなり、ｉはｉ＝１からｉ＝ｎまで変化し、ｉ及びｎは自然数であり、ｎ≧１、好ましくはｎ≧２である。

【0044】

これらの介在塗膜部分は、必ずしも同じ厚さである必要はない。
これらの全ての膜部分において、好ましくは全てのＡ層が同じターゲット（本発明の文脈ではＡ_ソース－ターゲットとも呼ばれる）を使用することによって製造され、好ましくは全てのＢ層が同じターゲット（本発明の文脈ではＢ_ソース－ターゲットとも呼ばれる）を使用することによって製造される。

【0045】

それらの介在塗膜部分は、以下の物理化学的特性のうちの最低でも１つが異なる：主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布（いずれも、Ｘ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される）、機械的特性（例えば、硬度、弾性率）、化学組成。

【0046】

異なるフィルム部分２１６．１から２１６．ｎにおける上述の物理化学的特性に関する差（これは、異なる介在膜部分２１６．ｉ間の差を意味する）は、好ましくは、コーティング堆積プロセス中に、圧力、温度、バイアス電圧、バイアス電流、ソース電流、磁場形状、磁場強度、反応性ガス流、反応性ガス分圧、コーティングチャンバに導入される反応性ガスの種類から選択される１つ以上のプロセスパラメータを変化させることによってもたらされる。

【0047】

しかしながら、介在塗膜２１６の堆積によるプロセスパラメータの変化にかかわらず、全ての介在膜部分２１６．ｉについて、Ａ層及びＢ層のそれぞれの堆積のための同じターゲットＡ_ソース－ターゲット及び同じＢ_ソース－ターゲットを使用することによって、介在塗膜２１６全体が製造されることが好ましく、これはｉ＝１～ｉ＝ｎを意味する。

【0048】

本発明の好ましい実施形態によれば、コーティングシステムは、図１ｂに概略的に示されているように、ｉがｉ＝１からｉ＝ｎまで変化する異なるフィルム部分２１６．ｉを含む介在塗膜２１６を有するように設計されており、ここで、ｉ及びｎは自然数であり、すなわち部分２１６．１から２１６．ｎを含み、介在膜部分２１６．ｉの数は少なくとも１であり、すなわち、ｎ≧１、好ましくは１より多く、すなわちｎ≧２であり、介在膜部分２１６．ｉの各々は、図１ｂ及び図１ｃに概略的に示すように、下部２１６．ｉ．下及び上部２１６．ｉ．上側を含み、部分の各々は、１つ以上の二重層ｂによって形成され、二重層ｂの各々は、図１ｄに概略的に示されているように、１つの層Ａ及び１つの層Ｂによって形成され、介在塗膜２１６の厚さの拡張内の全てのＡ層は、同じ化学元素を含むが、必ずしも同じ濃度である必要はなく、介在塗膜２１６の厚さの拡張内の全てのＢ層は、同じ化学元素を含むが、必ずしも同じ濃度である必要はない。

【0049】

好ましくは、互いに堆積された少なくとも２つの介在膜部分、例えば２１６．１及び２１６．２は、主な結晶配向、結晶サイズ及び／又は結晶サイズ分布（いずれも、Ｘ線回折図からのピーク強度及びピーク未満の面積並びに半値全幅から計算される）、硬度、弾性率などの機械的特性、及び／又は化学組成の物理化学的特性の少なくとも１つが異なる。

【0050】

本発明の好ましい一実施形態によれば、それぞれの下部２１６．ｉ．下に堆積された少なくとも一つの上部２１６．ｉ．上は、それぞれの下部とは異なる固有応力を示す。この特徴は、好ましくは、図１ｃに概略的に示されているように、下部２１６．ｉ．下の堆積中に値Ｕ_ｉを有する一定のバイアス電圧を印加することによって、及び上部２１６．ｉ．上の堆積中に値Ｕ_ｉから値Ｕ_ｉ＋１まで変化する可変バイアス電圧を印加することによって生成され、ここで、好ましくはＵ_ｉ及びＵ_ｉ＋１は負バイアス電圧であり、絶対値におけるＵ_ｉ＋１は絶対値におけるＵ_ｉよりも高い、すなわち｜Ｕ_ｉ＋１｜＞｜Ｕ_ｉ｜である。好ましくは、連続する２つの堆積された介在膜部分（例えば、２１６．１に含まれる２１６．１．下、及び２１６．２に含まれる２１６．２．下であり、２１６．１は２１６．２よりも基材に近い）のそれぞれに属する少なくとも２つの下部は、異なる固有応力を示し、好ましくは、基材（例えば、２１６．１．下）に近い下部は、他の下部（例えば、２１６．２．下）よりも低い固有応力を示す。この特徴は、好ましくは、図１ｃに概略的に示されているように、下部２１６．ｉ．下の堆積中に値Ｕ_ｉを有する一定の負バイアス電圧を印加することによって、及び下部２１６．ｉ＋１．上の堆積中に値Ｕ_ｉ＋１を有する異なる一定の負バイアス電圧を印加することによって生成され、絶対値のバイアス電圧Ｕ_ｉ＋１は、絶対値のバイアス電圧Ｕ_ｉよりも高く、すなわちＵ_ｉ＋１＞Ｕ_ｉである。例えば、２１６．１．下の堆積のための第１の一定の負バイアス電圧Ｕ_１及び２１６．２．下の堆積のための第２の一定の負バイアス電圧Ｕ_２を印加することによって、２１６．１．下は２１６．２．下よりも基材に近く、Ｕ_１はＵ_２よりも絶対値において低く、すなわち｜Ｕ_１｜＜｜Ｕ_２｜であり、２１６．２．下の固有応力は２１６．１．下の固有応力よりも高いことが達成される。この文脈における固有応力は、好ましくは圧縮応力である。

【0051】

図１ｄに概略的に示すように、それぞれの下部及び上部に二重層ｂとして存在するＡ層及びＢ層は、好ましくはナノ層として堆積される。

【0052】

上部２１６．ｉ．上の厚さは、上部２１６．ｉ．上が堆積される対応する下部２１６．ｉ．下の厚さよりも小さく、すなわち、厚さ２１６．ｉ．下＞厚さ２１６．ｉ．上の厚さである。

【0053】

介在塗膜２１６はまた、図１ｂに概略的に示すように最上層２１６＿ＴＰを含むことができる。

【0054】

好ましくは、介在塗膜２１６の堆積中に負バイアス電圧が印加され、好ましくは、負バイアス電圧の値は、介在塗膜２１６の堆積開始時に使用されるより低いバイアス電圧Ｕ１から、介在塗膜２１６の堆積終了時に使用されるより高いバイアス電圧Ｕｎまで（絶対値において）増加される。好ましくは、このバイアス電圧変動は、バイアス電圧がそれぞれの下部２１６．ｉ．下の堆積中に値Ｕｉで可能な限り一定に維持され、それぞれの上部２１６．ｉ．上の堆積中にＵｉからより高い値Ｕｉ＋１まで徐々に増加するように行われる。

【0055】

本発明によれば、図１ｄに概略的に示されているように、Ａ層の個々の層厚は、Ｂ層の個々の層厚よりも大きい。

【0056】

Ｂ層の個々の層厚に対するＡ層の個々の層厚の間の比は、５０％～４００％の間大きい範囲である。

【0057】

下塗り塗膜２１２の厚さは、コーティングシステム２１０の総厚さの６５％～９７％の間であることが好ましい。

【0058】

上塗り塗膜２２０の厚さは、コーティングシステム２１０の総厚さの３％～３５％の間であることが好ましい。

【0059】

上塗り塗膜の層厚は、下塗り塗膜２１２の層厚よりも薄い２２０であることが好ましい。

【0060】

本発明の好ましい実施形態によれば、
－上塗り塗膜２２０及び／又は介在塗膜２１６、又は
－上塗り塗膜２２０の少なくとも一部分（すなわち、完全な拡張を含まずに上塗り塗膜２２０の厚さに沿って延在する上塗り塗膜２２０の一部分、又はその厚さに沿って上塗り塗膜２２０の全体）及び／又は介在塗膜２１６の少なくとも一部は、
窒素（Ｎ）に加えて、酸素（Ｏ）及び／又は炭素（Ｃ）を含み、
このようにして、
－上塗り塗膜２２０及び／又は介在塗膜２１６、又は
－上塗り塗膜２２０の少なくとも一部分及び／又は介在塗膜２１６の少なくとも一部分を、
金属窒化物だけでなく、金属酸窒化物又は金属炭窒化物又は金属カルボキシ窒化物（ｃａｒｂｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）も含むものとすることができる。

【0061】

コーティングシステム２１０を形成する１つのコーティング層又は１つの塗膜中の炭素及び／又は酸素の原子百分率での濃度は、Ｎ、Ｃ及びＯの濃度のみを考慮する場合（それは、それぞれのコーティング層又は塗膜中のＮ、Ｃ及びＯの濃度の合計が１００ａｔ．％とみなされ得る場合を意味する）、３ａｔ．％～３８ａｔ．％の間であることが好ましい。

【0062】

クロムに対するアルミニウムの原子百分率での濃度の比（Ａｌ／Ｃｒ）は、好ましくは、コーティングシステムの総厚さに沿って変化する。この場合のＡｌ／Ｃｒ濃度比の変動範囲は、６９／３１～７９／２１の間であることが好ましい。

【0063】

Ｂ層中のドーパント元素の原子百分率での濃度、及びＡ層がドーパント元素を含む場合には、Ａ層中のドーパント元素の原子百分率での濃度も、全ての元素の濃度を考慮する場合（それは、それぞれのＢ層又はＡ層の全ての元素の濃度の合計が１００ａｔ．％とみなされる場合を意味する）０．１ａｔ．％～２０ａｔ．％の間、好ましくは０．５ａｔ．％～１５ａｔ．％の間である。

【0064】

Ｂ層中及びＡ層がドーパント元素を含む場合、Ａ層中のドーパント元素の原子百分率での濃度は、好ましくは、コーティングシステムの介在塗膜の総厚さに沿って変化する。変動の範囲は、好ましくは、介在塗膜中のそれぞれのドーパント元素の最低濃度を基準として、０．１％～６００％の間である。

【0065】

下塗り塗膜２１２は、層Ａと同じ元素を含むことが好ましい。
上塗り塗膜２２０は、
－好ましくは、層Ｂと同じ化学元素（これは、上塗り塗膜２２０が単層として堆積され得ることを意味する）、又は
－好ましくは、層Ａの化学元素及び層Ｂの化学元素の両方（これは、上塗り塗膜２２０が、介在塗膜２１６の堆積に使用される同じターゲットの使用によって製造されるが、介在塗膜２１６と比較して、異なる層Ａ及びＢの厚さの比、並びに異なる化学組成を有する層Ａ及びＢを含む多層周期性を有する多層として堆積され得ることを意味する）のいずれかを含む。上塗り塗膜２２０における層Ｂの厚さに対する層Ａの厚さは、より低くても、又は等しくても、又はより高くてもよいが、最後の場合、それは、部分２１６におけるよりも低くなければならず、すなわちＡ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}＞０である場合には、
Ａ_{層＿厚さ＿２１６中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２１６中}＞Ａ_{層＿厚さ＿２２０中}／Ｂ_{層＿厚さ＿２２０中}である。

【0066】

全ての層Ａが同じＡ_ソース－ターゲットから製造され、全てのＢ層が同じＢ_ソース－ターゲットから製造されるにもかかわらず、これは、全てのＡ層の化学組成が同じであることを意味するわけではなく、全てのＢ層の化学組成が塗膜の厚さに沿って、又はこれらのＡ層及びＢ層を含む塗膜の部分に沿って同じであることも意味し、これは、プロセスパラメータを変えることができるため、コーティング堆積中に使用される異なるプロセスパラメータの影響のために、それぞれのＡ層及びＢ層中の化学元素の濃度も変えることができるからである。

【0067】

同様に、１つの塗膜が同じ１つ又は複数のターゲットから製造されるにもかかわらず、既に上述したようにコーティング堆積中に使用されるプロセスパラメータの影響のために、この塗膜の化学組成が塗膜の厚さに沿って同じであることを意味しない。

【0068】

下塗り塗膜２１２中及び／又は上塗り塗膜２２０中にドーパント元素が存在する場合、その濃度は、下塗り塗膜２１２の総厚さ及び／又はコーティングシステム２１０の上塗り塗膜２２０の総厚さに沿って変化することが好ましい。変動の範囲は、好ましくは、下塗り塗膜又は上塗り塗膜のそれぞれのドーパント元素の最低濃度を基準としてそれぞれ０．１％～６００％の間である。

【0069】

本発明のコーティングシステム（これに関連して既に上述したコーティングスキームとも呼ばれる）は、上述したように、以下の困難な要件：
－研磨摩耗の低減、
－クレータ摩耗の低減、
－熱亀裂の形成及び伝播の低減／抑制、並びに
－エンドミルチップ界面から基材及びコーティング－基材界面への熱伝達を可能にする
を同時に満たすことを可能にする、特に本発明の方法で調整された層構成を含む。

【0070】

本発明によるコーティングシステムを使用することによって得られる驚くべき利点を例示するために、いくつかの例を以下に記載する。これらの実施例は、本発明の限定として理解されるべきではなく、単なる実例として理解されるべきである。

【実施例1】

【0071】

本発明のコーティングシステム２１０のいくつかの実施例の堆積に使用されるプロセスパラメータ：
○ 圧力範囲：０．１Ｐａ～９Ｐａ（Ｎ_２分圧制御）
○ 基材温度の範囲：２００℃～６００℃
○ バイアス電圧の範囲：＋２０Ｖ～－３００Ｖ
○ ソース電流の範囲：５０Ａ～２００Ａ
発明実施例の堆積のために、コーティングパラメータを上記の範囲から選択し、必要に応じて様々な特性に変更した。

【0072】

元素である窒素、炭素及び酸素は、それぞれの反応性ガス、例えば窒素を提供するためのＮ_２ガス、酸素を提供するためのＯ_２ガス、炭素を提供するためのＣ_２Ｈ_２又はＣＨ_４を使用することによって、コーティングシステム２１０の形成のためにコーティングチャンバ内に提供された。

【0073】

Ａｌ、Ｃｒ及びドーパント元素を提供するために、固体ターゲットを蒸発させるカソードとして使用し、このようにしてコーティングシステムを形成するための材料源として使用した。

【0074】

ターゲットは、好ましくは、アークＰＶＤ源として使用されるアーク蒸発器のカソードとして動作した。

【0075】

プロセスが反応性であることを意味する：反応性カソードＰＶＤコーティングプロセス。

【0076】

コーティングスキーム２１０の堆積のためのコーティングプロセス全体の間、最低でも２つの相互に異なるターゲット（相互に異なるターゲットは、一方のターゲットが他方のターゲットと異なることを意味する）が使用された。これらのターゲットは、以下の態様のうちの最低でも１つに関して互いに異なっていた：
１）全Ａｌ＋Ｃｒ含有量中のＡｌの濃度（ａｔ．％単位でのＡｌ／（Ａｌ＋Ｃｒ）を意味する）、及び／又は
２）全金属濃度に対する全ドーパントの合計濃度及び／又は
３）全ドーパント濃度及び／又は総元素濃度に対するドーパントのうちの１つの濃度。

【0077】

本実施例では、Ａｌ及びＣｒ源としてＡｌＣｒ金属ターゲットを使用し、ＡｌＣｒ金属ターゲットは、Ａｌ及びＣｒに対して最小６８％のＡｌの濃度（ａｔ．％でのＡｌ／（Ａｌ＋Ｃｒ））を有する。

【0078】

全てのドーパント（金属又は半金属ドーパント）は、ＡｌＣｒターゲット中のドーパントとして直接提供された。

【0079】

以下の実施例では、ＡｌＣｒターゲットをＡ_ソース－ターゲットとして使用し、ＡｌＣｒＢターゲットをＢ_ソース－ターゲットとして使用したが、これらの実施例は本発明を限定するものとして理解されるべきではなく、単なる実例として理解されるべきである。

【実施例2】

【0080】

切削試験の結果：
焼入れ鋼（鋼種１．２３４４）の湿式条件での３８ＨＲＣ粗面化及び４５ＨＲＣ仕上げのミリング加工。３８ＨＲＣ粗面化試験は、試験例１と呼ばれる。

【0081】

４５ＨＲＣ仕上げ試験は、試験例２と呼ばれる。
試験例１は、以下のようにラベル付けされたコーティングされた切削エンドミルの試験を含む：
－技術水準＝商業市場におけるベンチマークコーティング
－本発明で与えられる例示的な本発明のコーティング１、２、３。

【0082】

３８ＨＲＣ粗面化の試験パラメータ：ここでは、エンドミルを使用した粗面化の性能を試験する。ワークピース材料は、３８ＨＲＣ焼入れ鋼（１．２３４４）である。工具は、４つの歯を有する直径＝１０ｍｍの超硬エンドミルである。切断パラメータを以下に示す：切断速度Ｖｃ＝１７５ｍ／分；送り速度ｆ＝０．０５ｍｍ／歯；切断深さａｐ＝５．０ｍｍ；カットの幅ａｅ＝４ｍｍ；外部冷却：湿式；及び摩耗基準：ＶＢｍａｘ＝１２０μｍ。技術水準と３つの発明実施例とを比較した工具寿命（％）を図１に示す。試験期間後の摩耗の進行の違いは、技術水準及び１つの発明実施例について図２に示されている。図２には、代表例である４つの主刃先のうちの１つが示されている。

【0083】

図２は、試験例１、すなわち、市場ベンチマークとしての技術水準に対して試験された３つの例示的な発明（発明実施例１、２、３）の耐摩耗性コーティングスキームの３８ＨＲＣ焼入れ鋼（鋼種１．２３４４）適用の湿式ミリング加工切削試験におけるコーティングされた超硬エンドミルの寿命の比較を示す。本発明のコーティングは、市場ベンチマークとしての技術水準と比較して、最大２２０％の工具寿命の顕著な増加を有することが分かる。

【0084】

図３は、試験された工具の中から選ばれた１つの変形例当たり１つの工具の代表的な例で与えられた試験例１におけるコーティングされた超硬エンドミルの摩耗及び摩耗の進展を示す図であり、ベンチマークとしての技術水準に対して試験された発明実施例１の耐摩耗性コーティングスキームの３８ＨＲＣ焼入れ鋼（鋼種１．２３４４）の湿式ミリング切削試験を示す図である。本発明のコーティングと比較して、技術水準のコーティングでは、両方の摩耗、特に開始摩耗がはるかに高く、摩耗の進行がはるかに速いことが分かる。したがって、技術水準コーティングは、図２の工具寿命の実施例１の試験によって示されるように、早期に破損した。対照的に、実施例１の本発明のコーティングは、最大摩耗（ＶＢｍａｘ）によって定義される工具寿命の終わりまで、チッピングのない非常に低い開始摩耗及び均一な摩耗の進行を有する。

【0085】

試験例２は、以下のようにラベル付けされたコーティングされた切削エンドミルの試験を含む：
－技術水準＝商業市場におけるベンチマークコーティング
－本発明で与えられる例示的な本発明のコーティング１、２、４。

【0086】

４５ＨＲＣ仕上げの試験パラメータ：ここでは、エンドミルを使用した仕上げの性能を試験する。ワークピース材料は、４５ＨＲＣ焼入れ鋼（１．２３４４）である。工具は、４つの歯を有する直径＝１０ｍｍの超硬エンドミルである。切断パラメータを以下に示す：切断速度Ｖｃ＝１５０ｍ／分；送り速度ｆ＝０．１ｍｍ／歯；切断深さａｐ＝５．０ｍｍ；カットの幅ａｅ＝０．５ｍｍ；外部冷却：湿式；及び摩耗基準：ＶＢｍａｘ＝１４０μｍ。技術水準と３つの発明実施例（１、２、４）とを比較した工具寿命（％）を図３に示す。試験期間後の摩耗の進行の違いは、技術水準及び１つの発明実施例（４）について図５に示されている。図５には、代表例として４つの主刃先のうちの１つが示されている。

【0087】

図４は、試験例２、すなわち、市場ベンチマークとしての技術水準に対して試験された３つの例示的な発明（発明実施例１、２、４）の耐摩耗性コーティングスキームの４５ＨＲＣ焼入れ鋼（鋼種１．２３４４）適用の湿式ミリング加工切削試験におけるコーティングされた超硬エンドミルの寿命の比較を示す。本発明のコーティングは、市場ベンチマークとしての技術水準と比較して、最大２００％の工具寿命の顕著な増加を有することが分かる。

【0088】

図５は、試験された工具の中から選ばれた１つの変形例当たり１つの工具の代表的な例で与えられた試験例２におけるコーティングされた超硬エンドミルの摩耗及び摩耗の進展を示す図であり、ベンチマークとしての技術水準に対して試験された発明実施例２の耐摩耗性コーティングスキームの４５ＨＲＣ焼入れ鋼（鋼種１．２３４４）の湿式ミリング切削試験を示す図である。本発明のコーティングと比較して、技術水準のコーティングでは、両方の摩耗、特に開始摩耗がはるかに高く、摩耗の進行がはるかに速いことが分かる。したがって、技術水準コーティングは、図４の工具寿命の実施例２の試験によって示されるように、早期に破損した。対照的に、実施例２の本発明のコーティングは、最大摩耗（ＶＢｍａｘ）によって定義される工具寿命の終わりまで、チッピングのない非常に低い開始摩耗及び均一な摩耗の進行を有する。

【0089】

表１に、技術水準のコーティング及び本発明のコーティングの特性を示す。これらの特性は、硬度（Ｈ）、弾性率（Ｅ）、比Ｈ／Ｅ、比Ｈ^３／Ｅ^２及び圧縮応力である。表１に示す本発明のコーティングの特性は、これらの本発明のコーティングには、技術水準の例に対して、Ｅの増加、Ｈ値の低下、Ｈ／Ｅの比のわずかな低下、Ｈ^３／Ｅ^２の比の明らかな低下、及び圧縮応力の上昇があるという特徴を共通して有することを示している。さらに、著しく高い圧縮応力は、耐摩耗性に有益なレベルに維持されるが、基材とコーティングとの間の破損が生じていないレベルにある。これらは全て、合金化及びドーピングを含む専用の化学と組み合わせて、専用の新しい構造と組み合わせることで、研磨摩耗の低減、クレータ摩耗の低減、熱亀裂の形成及び伝播の低減／抑制、並びにここに示す本発明のコーティングのエンドミルチップ界面から基材及びコーティング－基材界面への熱伝達の可能化を同時に可能にする。

【0090】

表１は、技術水準のコーティング及び本発明のコーティングの実施例の特性（硬度、弾性率、それらの比及び圧縮応力）を示す。

【0091】

【表1】

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】