特表 2024-519615 切削工具

(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】2024-05-20

(54)【発明の名称】切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20240513BHJP

   C23C 16/36 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 A

C23C16/36

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568242

(86)(22)【出願日】2022-05-06

(85)【翻訳文提出日】2024-01-04

(86)【国際出願番号】 EP2022062299

(87)【国際公開番号】W WO2022234094

(87)【国際公開日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】21172625.2

(32)【優先日】2021-05-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520333435

【氏名又は名称】エービー サンドビック コロマント

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】フォン フィーアント， リーナ

(72)【発明者】

【氏名】ブール， キャタリン

【テーマコード（参考）】

3C046

4K030

【Ｆターム（参考）】

3C046FF03

3C046FF05

3C046FF10

3C046FF11

3C046FF13

3C046FF16

3C046FF22

3C046FF25

4K030AA04

4K030AA09

4K030AA17

4K030BA02

4K030BA18

4K030BA20

4K030BA22

4K030BA35

4K030BA38

4K030BA41

4K030BA43

4K030BA49

4K030BB01

4K030BB12

4K030CA03

4K030DA03

4K030FA10

4K030JA01

4K030LA22

(57)【要約】

本発明は、１～２５μｍのコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基材を備える切削工具に関し、前記基材は超硬合金またはサーメットであり、前記コーティングは１つまたは複数の層を備え、少なくとも１つの層はＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層であり、式中、０．６≦ｘ≦０．８かつ１．１≦ｙ≦１．８であり、層厚は１～２０μｍである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１～２５μｍのコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基材を備える切削工具であって、前記基材は超硬合金またはサーメットであり、前記コーティングは１つまたは複数の層を備え、少なくとも１つの層はＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層であり、式中、０．６≦ｘ≦０．８かつ１．１≦ｙ≦１．８、好ましくは０．６７≦ｘ≦０．７２かつ１．１７≦ｙ≦１．７６であり、厚さは１～２０μｍである、切削工具。

【請求項2】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、六方晶相である、請求項１に記載の切削工具。

【請求項3】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、柱状である、請求項１または２に記載の切削工具。

【請求項4】

前記Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、Ｃｕ Ｋα照射およびθ－２θ走査を使用したＸ線回折により測定される、Ｈａｒｒｉｓの式、

［式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射の測定強度（積分面積）である］に従って定義される組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）を示し、Ｉ_０（ｈｋｌ）は、Ｚ．Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づいて計算された標準強度であり、ｎは、計算で使用される反射の数であり、使用される（ｈｋｌ）反射は、（０ ０ １）、（１ ０ ０）、（１ ０ １）、（１ １ ０）、（１ １ １）、（１ ０ ２）、（２ ０ １）、（１ １ ２）、（２ １ ０）、（２ １ １）および（１ ０ ３）であり、ＴＣ（１００）≧２．５、ＴＣ（１１０）≧２．５かつＴＣ（２１０）≧２．５である、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削。

【請求項5】

ＴＣ（１００）≧３、ＴＣ（１１０）≧３かつＴＣ（２１０）≧３である、請求項４に記載の切削工具。

【請求項6】

前記Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、Ｃｕ Ｋα照射およびθ－２θ走査を使用したＸ線回折により測定される、Ｈａｒｒｉｓの式、

［式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射の測定強度（積分面積）である］に従って定義される組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）を示し、Ｉ_０（ｈｋｌ）は、Ｚ．Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づいて計算された標準強度であり、ｎは、計算で使用される反射の数であり、使用される（ｈｋｌ）反射は、（０ ０ １）、（１ ０ ０）、（１ ０ １）、（１ １ ０）、（１ １ １）、（１ ０ ２）、（２ ０ １）、（１ １ ２）、（２ １ ０）、（２ １ １）および（１ ０ ３）であり、ＴＣ（１００）≧６、好ましくは≧７である、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項7】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、基材に隣接している、請求項１から６のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項8】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、コーティングの最外層である、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項9】

基材が、超硬合金であり、超硬合金中の金属結合剤含有量が、３～２０重量％、好ましくは５～１５重量％、最も好ましくは５～１０重量％である、請求項１から８のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項10】

コーティングが、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＣＯ、ＡｌＴｉＮ、ＺｒＣＮ、ＴｉＢ_２、α－Ａｌ_２Ｏ_３、κ－Ａｌ_２Ｏ_３、ならびに任意の組合せのα－Ａｌ_２Ｏ_３および／またはκ－Ａｌ_２Ｏ_３を含む複層から選択される１つまたは複数の層をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項11】

Ａｌ_２Ｏ_３の層が、切削工具の最外表面と前記Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層との間に位置する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項12】

Ａｌ_２Ｏ_３層が、α－Ａｌ_２Ｏ_３層である、請求項１１に記載の切削工具。

【請求項13】

コーティングが、基材からＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、α－Ａｌ_２Ｏ_３の層を順番に備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の切削工具。

【請求項14】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層が、ＣＶＤ層である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コーティングされた切削工具に関する。切削工具はＣＶＤコーティングされ、基材は超硬合金またはサーメットであり、ＣＶＤコーティングはＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙの層を備える。

【背景技術】

【0002】

金属機械加工用の切削工具の技術分野において、ＣＶＤコーティングの使用は、工具の耐摩耗性を向上させるための周知の方法である。一般的に使用されるＣＶＤコーティングは、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮおよびＡｌ_２Ｏ_３等のコーティングである。

【0003】

本発明の目的は、金属切削における寿命が増加した切削工具を提供することである。また、本発明の目的は、鋼の金属切削中の逃げ面摩耗およびチッピングに対する高い抵抗性を有する切削工具を提供することである。

【発明の概要】

【0004】

上述の目的の少なくとも１つは、請求項１に記載の切削工具により達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。

【0005】

本発明は、１～２５μｍのコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基材を備える切削工具に関し、前記基材は超硬合金またはサーメットであり、前記コーティングは１つまたは複数の層を備え、少なくとも１つの層はＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層であり、式中、０．６≦ｘ≦０．８かつ１．１≦ｙ≦１．８、好ましくは０．６７≦ｘ≦０．７２かつ１．１７≦ｙ≦１．７６であり、厚さは１～２０μｍである。

【0006】

超硬合金材料は、高い靭性と組み合わされたその高い硬度および高い耐摩耗性に起因して、極めて要求の厳しい用途に有用である。超硬合金は、粉末冶金法により製造され、出発粉末は、混合され、ミリングされ、素地に成形され、予備焼結され、焼結される。

【0007】

超硬合金材料は、一般に、例えばＣｏまたはＮｉおよびＦｅと組み合わされたＣｏの金属結合剤中のＷＣの硬質構成物質、ならびに任意選択の炭化物および／または窒化物、例えばＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴｉＮからなる。超硬合金組成、および特に金属結合剤組成は、化学分析により分析され得る。

【0008】

驚くべきことに、０．６≦ｘ≦０．８かつ１．１≦ｙ≦１．８であるＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、金属切削用の切削工具上の摩耗層として高い性能を示すことが判明した。本発明のＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層中の多量のＣおよびＮは、通常高圧および高温が示唆される金属切削用途にコーティングが曝露された場合でも、安定な耐摩耗層に寄与すると考えられる。

【0009】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、六方晶相である。六方晶Ｗ（Ｃ，Ｎ）の熱膨張係数はＷＣの熱膨張係数に類似しているため、これは有利である。これは、コーティングされた切削工具の製造における熱亀裂の形成を防止し得、また、切削工具は通常、断続切削等の切削における使用中に熱サイクルに曝露されるため、工具の寿命に対する影響を有し得る。六方晶相とは、本明細書において、δ－ＷＣ六方晶相を意味する。

【0010】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、柱状である。それにより、コーティングは、柱状粒を含む。好ましくは、コーティングは、柱状粒からなる。柱状とは、本明細書において、粒幅に対する粒長のアスペクト比が１超であることを意味する。粒長は、層において層の成長方向に延在し（すなわち基材の表面法線に平行）、一方粒幅は、層の成長方向に垂直な方向に沿っている。

【0011】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、Ｃｕ Ｋα照射およびθ－２θ走査を使用したＸ線回折により測定される、Ｈａｒｒｉｓの式に従って定義される組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）を示し、

式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射の測定強度（積分面積）であり、Ｉ_０（ｈｋｌ）は、Ｚ．Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づいて計算された標準強度であり、ｎは、計算で使用される反射の数であり、使用される（ｈｋｌ）反射は、（０ ０ １）、（１ ０ ０）、（１ ０ １）、（１ １ ０）、（１ １ １）、（１ ０ ２）、（２ ０ １）、（１ １ ２）、（２ １ ０）、（２ １ １）および（１ ０ ３）であり、ＴＣ（１００）≧２．５、ＴＣ（１１０）≧２．５かつＴＣ（２１０）≧２．５である。

【0012】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、ＴＣ（１００）≧３、ＴＣ（１１０）≧３かつＴＣ（２１０）≧３の組織係数を示す。

【0013】

本発明の一実施形態において、前記Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、Ｃｕ Ｋα照射およびθ－２θ走査を使用したＸ線回折により測定される、Ｈａｒｒｉｓの式に従って定義される組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）を示し、

式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射の測定強度（積分面積）であり、Ｉ_０（ｈｋｌ）は、Ｚ．Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づいて計算された標準強度であり、ｎは、計算で使用される反射の数であり、使用される（ｈｋｌ）反射は、（０ ０ １）、（１ ０ ０）、（１ ０ １）、（１ １ ０）、（１ １ １）、（１ ０ ２）、（２ ０ １）、（１ １ ２）、（２ １ ０）、（２ １ １）および（１ ０ ３）であり、ＴＣ（１００）≧６、好ましくは≧７である。

【0014】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、基材に隣接している。

【0015】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、コーティングの最外層である。

【0016】

本発明の一実施形態において、超硬合金中の金属結合剤含有量は、３～２０重量％、好ましくは５～１５重量％、最も好ましくは５～１０重量％である。

【0017】

本発明の一実施形態において、コーティングは、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＣＯ、ＡｌＴｉＮ、ＺｒＣＮ、ＴｉＢ_２、α－Ａｌ_２Ｏ_３、κ－Ａｌ_２Ｏ_３、ならびに任意の組合せのα－Ａｌ_２Ｏ_３および／またはκ－Ａｌ_２Ｏ_３を含む複層から選択される１つまたは複数の層をさらに備える。

【0018】

本発明の一実施形態において、Ａｌ_２Ｏ_３の層は、切削工具の最外表面と前記Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層との間に位置する。一実施形態において、前記Ａｌ_２Ｏ_３層は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層である。

【0019】

本発明の一実施形態において、コーティングは、基材からＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、α－Ａｌ_２Ｏ_３の層を順番に備える。

【0020】

本発明の一実施形態において、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、ＣＶＤ層である。

【0021】

本発明のさらに他の目的および特徴は、添付の図面と併せて考慮される以下の定義および例から明らかとなる。

【0022】

方法
Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の組成
表面法線に対して６７．５°の入射角度、および４５°の反跳粒子検出角度で３６ＭｅＶの^１２７Ｉ^８＋ビームを利用して、ＴｏＦ－ＥＲＤＡ（飛行時間型弾性反跳粒子検出分析）によりＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の元素組成を分析した。ガスイオン化チャンバ検出器は、散乱^１２７Ｉ^８＋イオンの数およびエネルギーの両方を検出するが、より重要なことには、試料からの反跳原子もまた検出する。この分析は、エネルギー検出と共に原子質量の計算も可能にする飛行時間型分析器と組み合わされた。それにより、コーティングの元素深さプロファイルが得られた。

【0023】

データ分析は、Ｐｏｔｋｕソフトウェアを使用して行った。試料表面から約３０～２００ｎｍの深さプロファイルを積分することにより、２５０×１０^１５～２０００×１０^１５原子／ｃｍ^２の濃度が計算された。

【0024】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の形態および断面分析
電界放出銃（ＦＥＧ）を備えたＺｅｉｓｓ Ｍｅｒｌｉｎ走査型電子顕微鏡で、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の上面形態を分析した。画像化には、３ｋＶの加速電圧、２００ｐＡのプローブ電流、およびレンズ内二次電子検出器を使用した。

【0025】

Ｚｅｉｓｓ Ｓｕｐｒａ ５５ＶＰ顕微鏡を使用して、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の断面をＳＥＭで精査した。加速電圧は３ｋＶであり、プローブ電流は３００ｐＡであった。

【0026】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の相および配向分析
Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の相組成および組織構造または配向を調査するために、ＰＩＸｃｅｌ検出器を備えたＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ ＣｕｂｉＸ３回折計を使用して、切削工具インサートの逃げ面に対してＸ線回折を行った。コーティングされた切削工具インサートを試料ホルダに装着し、切削工具インサートの逃げ面が試料ホルダの基準表面に平行になり、また逃げ面が適切な高さになることを確実にした。Ｃｕ Ｋα照射を測定に使用し、電圧は４５ｋＶ、電流は４０ｍＡであった。１／２度の散乱防止スリットおよび１／４度の発散スリットを使用した。コーティングされた切削工具からの回折強度は、２０°～１４０° ２θの範囲、すなわち１０～７０°の入射角度θ範囲にわたり測定した。

【0027】

δ－ＷＣ層の異なる成長方向に対する組織係数、ＴＣ（ｈｋｌ）を、Ｈａｒｒｉｓの式（１）に従って計算した。

式中、Ｉ（ｈｋｌ）＝ｈｋｌ反射の測定（積分面積）強度であり、Ｉ_０（ｈｋｌ）＝Ｚ． Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づく計算回折図に従う標準強度であり、ｎは、計算で使用される反射の数である。この場合、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙコーティングに対して、｛０ ０ １｝、｛１ ０ ０｝、｛１ ０ １｝、｛１ １ ０｝、｛１ １ １｝、｛１ ０ ２｝、｛２ ０ １｝、｛１ １ ２｝、｛２ １ ０｝、｛２ １ １｝、｛１ ０ ３｝の面群のｈｋｌ反射を使用し、全部でｎ＝１１の反射であった。

【0028】

ピークの重複は、Ｘ線回折分析において生じ得る現象であり、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層のいくつかの反射は、ピーク幅に依存して重複し得ることに留意されたい。重複し得る反射は、０ ０ １と１ ０ ０；１ １ ０と０ ０ ２；１ １ １と２ ０ ０および１ ０ ２；２ １ ０と０ ０ ３および２ ０ ２；２ １ １と１ ０ ３である。これらの重複は全て、微小粒に起因して幅広いピークを有する｛０ ０ １｝組織構造試料に対して考慮する必要があった。他の２つの試料の回折図は、ほとんどの場合十分に分離したピークを有し、そのうちいくつかのピークは強度がゼロに近かった。重複するピークを別個のピークとしてフィッティングし、フィッティング結果の妥当性を、平行またはほぼ平行な面のピークと相対的なピーク強度によって制御した。

【0029】

ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌのＸ’Ｐｅｒｔ ＨｉｇｈＳｃｏｒｅ Ｐｌｕｓ３．０ｂソフトウェアを使用して、データのバックグラウンドフィッティングおよびプロファイルフィッティングを含むデータ分析を行った。Ｃｕ Ｋα_２照射強度はフィッティング前にストリッピングしなかったが、代わりにＣｕ Ｋα_２ピークをフィッティングに含め、最終的にＣｕ Ｋα_１ピーク強度のみを組織係数計算に使用した。コーティングは一般に有限の厚さを有するため、異なる２θ角におけるピークの対の相対強度は、層を通る経路長の差に起因して、バルク試料に対するものとは異なる。したがって、通常薄膜補正を適用する必要があり、それによって、層の線吸収係数もまた考慮して、ＴＣ値を計算する前にプロファイルフィッティング曲線の抽出された積分ピーク面積強度が補正される。この特定の場合においては、５μｍ以上のフィルムのＴＣ値を計算する際の補正は全ての角度に対して少なくとも０．９５であると計算されたため、積分ピーク面積は薄膜補正されなかった。同様の理由により、ピークが観察され得る最大θ角であっても２０分の１の強度低下をもたらす重なったＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層での吸収に起因して、基材に由来する強度は無視された。それ以外では、これらのピークは全てコーティングピークと重複する。

【0030】

本発明の実施形態は、付属の図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】試料ＡのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層を示す断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。

【図2】試料ＢのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層を示す断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。

【図3】試料ＣのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層を示す断面ＳＥＭ顕微鏡写真である。

【図4】試料ＡのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層のＳＥＭ上面画像である。

【図5】試料ＢのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層のＳＥＭ上面画像である。

【図6】試料ＣのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層のＳＥＭ上面画像である。

【実施例】

【0032】

本発明の実施形態は、以下の実施例に関連してより詳細に開示される。実施例は例示であり、実施形態を制限しないと解釈されるべきである。以下の実施例において、コーティングされた切削工具（インサート）は、切削試験で製造、分析および評価された。

【0033】

基材
超硬合金基材を、約７．２０重量％のＣｏ、１．８０重量％のＴｉ、２．６９重量％のＴａ、０．４１重量％のＮｂ、０．０９重量％のＮおよび残りのＷＣの組成を有する粉末混合物から製造した。粉末混合物をミリングし、乾燥させ、圧縮して１４５０℃で焼結した。焼結超硬合金基材は、基材表面から、光学顕微鏡で測定される立方晶炭化物を本質的に含まない本体内への約２３μｍの深さまでのＣｏに富む表面ゾーンを備えていた。焼結超硬合金基材は、約７．２重量％のＣｏを含んでいた。超硬合金基材の断面のＳＥＭ顕微鏡写真では、遊離グラファイトまたはイータ相は観察されなかった。超硬合金基材の形状は、旋削用のＩＳＯ型ＣＮＭＧ１２０４０８の形状であった。

【0034】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙの堆積
コーティングの堆積前に、全ての基材を穏やかなブラストステップで清浄化して、表面から最外金属を除去した。また、堆積の前に、基材をエタノール浴中で３０分間清浄化した。

【0035】

Ｊ． Ｇｅｒｄｉｎ Ｈｕｌｋｋｏ、ＭｕｓｐｅｌおよびＳｕｒｔｒ：ＣＶＤ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ＷＦ_６ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｌｉｃｅｎｔｉａｔｅ ｔｈｅｓｉｓ、Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ、Ｕｐｐｓａｌａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、２０１９において詳細に説明されているホットウォール横型管状炉反応器内で、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層を堆積させた。ここで、反応器システムの主な特性を説明する。管は、Ｋａｎｔｈａｌからのフェライト鉄－クロム－アルミニウム合金で作製されたものである。等方性黒鉛で作製された内側管は、外側管の広範囲のエッチングを防止し、４７ｍｍの内径を有する。管は、炉に到達する前に長さ１７５ｍｍの低温ゾーンを有する。炉は、１３０ｍｍの非加熱ゾーンに続いて、２５０ｍｍ、５００ｍｍ、２５０ｍｍの３つの別個の加熱ゾーン、そして最後に１３０ｍｍの非加熱ゾーンを有する。加熱ゾーン内の温度は、Ｅｕｒｏｔｈｅｒｍ ３２１６ ＰＩＤコントローラにより制御され、Ｋ型熱電対が反応器管の外側および炉の内側の各ゾーンの中央に設置される。中央ゾーンの内側温度は、３ｍｍのＯリング封止ポートを通して挿入されたＫ型熱電対を用いて較正された。プロセス中、３つの加熱ゾーンは同じ温度に維持された。

【0036】

前駆体流量は、ＷＦ_６（５．５純度）、Ｈ_２（５．６純度）およびＡｒ（６．０純度）についてはＭＫＳ ＧＭ５０Ａマスフローコントローラにより制御され、ＣＨ_３ＣＮ（＞９９．９％純度）については４０℃の温度に維持されたＭＫＳ １１５２Ｃマスフローコントローラにより制御される。ＣＨ_３ＣＮエバポレーターシリンダは２５℃に維持され、シリンダとマスフローコントローラとの間のパイプは４５℃に維持される。他の全てのガスは、シリンダ内で室温に維持される。ガスは３１６ステンレススチールパイプ内で運搬され、接続部には銀めっきＶＣＲまたは銅ガスケットが使用される。バルクガス（Ａｒで希釈されたＨ_２）は、反応器正面で直接反応器管に進入する。他の２つの前駆体（Ａｒを含むＷＦ_６およびＡｒを含むＣＨ_３ＣＮ）は、別個のＩｎｃｏｎｅｌ６００パイプ内で第１の加熱ゾーンを通して運搬され、反応器管に中央加熱ゾーンの２５ｍｍ内側に進入する。Ｅｂａｒａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓからのＳ２０Ｎルーツポンプ（最大容量１００ｍ^３／時、最終圧力３．７５×１０^－２Ｔｏｒｒ）により低圧が維持される。ガス流量はＯリング封止バタフライ弁（ＭＫＳ１５３Ｄ）によりスロットル調整され、ＰＩＤ真空制御システム（ＭＫＳ９４６）により調節される。圧力測定には、１Ｔｏｒｒフルレンジ温度安定化キャパシタンスマノメータ（ＭＫＳ６２７Ｂ）が使用される。圧力の読み出しは、ターボ分子ポンプによりシステムを高真空範囲までポンピングすることにより較正された。

【0037】

堆積ゾーンはガス混合点から９０～２３０ｍｍの間であり、均一な厚さ、同じ結晶相および同じ支配的組織構造のコーティングを得ることができた。

【0038】

試料ＡのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙは、３．７体積％のＷＦ_６、１．２体積％のＣＨ_３ＣＮ、２５体積％のＨ_２および残りのＡｒを使用して、７１５℃および１３３Ｐａの圧力で堆積させた。全ガス流量は３５０ｓｃｃｍに設定し、堆積速度は約０．５μｍ毎時であった。

【0039】

試料ＢのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙは、０．８体積％のＷＦ_６、１．２体積％のＣＨ_３ＣＮ、２５体積％のＨ_２および残りのＡｒを使用して、７１５℃および１３３Ｐａの圧力で堆積させた。全ガス流量は３５０ｓｃｃｍに設定し、堆積速度は約１μｍ毎時であった。

【0040】

試料ＣのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙは、１．８体積％のＷＦ_６、１．２体積％のＣＨ_３ＣＮ、５．７体積％のＣ_２Ｈ_４、２５体積％のＨ_２および残りのＡｒを使用して、７１５℃および１３３Ｐａの圧力で堆積させた。全ガス流量は３５０ｓｃｃｍに設定し、堆積速度は約０．５μｍ毎時であった。

【0041】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の分析
試料Ａ、ＢおよびＣを、断面図および上面図の両方についてＳＥＭで精査した。図１～６を参照されたい。試料ＡおよびＢは、畝状の上面形態を有し、試料ＡのＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層は、試料Ｂの試料Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層のＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層より大きい粒サイズを有する。試料Ｃは微細粒を有し、微細粒は、互いの上に柱状に成長し、典型的には星状の上面形態を有していた。組織係数をＸ線回折により分析した。試料の概要を、ＳＥＭで測定されたＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層厚と共に表１に示す。全ての計算ＴＣ値を表２に示す。

【0042】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の組成を基準試料に対するＥＲＤＡにより決定したが、これを表３に示す。

【0043】

θ－２θＸ線回折を使用して、Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層の相を分析した。回折図は、コーティング中に六方晶相のみが存在したことを示しており、立方晶ＷＣ_１－ｘまたはＷＮ_ｙ（０．５≦ｙ≦２）反射は特定されず、またタングステンに富むＷ_２Ｃ相（六方最密充填Ｗ副格子および八面体空隙の半分におけるＣ原子）の反射は特定されなかった。ピーク位置および標準強度を、Ｚ．Ａｎｏｒｇ．Ａｌｌｇ．Ｃｈｅｍ．（１９２６）１５６、２７～３６に基づいて計算した。計算は、Ｐ．Ｖｉｌｌａｒｓ、Ｋ．Ｃｅｎｚｕａｌ、Ｐｅａｒｓｏｎ’ｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ－Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ ｆｏｒ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、Ｒｅｌｅａｓｅ ２０１６／１７、ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐａｒｋ、Ｏｈｉｏ、ＵＳＡを使用して行った。次いで、以下の標準強度をＴＣ計算に使用した：Ｉ_０（０ ０ １）＝４２６、Ｉ_０（１ ０ ０）＝１０００、Ｉ_０（１ ０ １）＝９５８．５、Ｉ_０（１ １ ０）＝２１３．７、Ｉ_０（１ １ １）＝２４０．９、Ｉ_０（１ ０ ２）＝２１８．４、Ｉ_０（２ ０ １）＝１９３．５、Ｉ_０（１ １ ２）＝１５５．５、Ｉ_０（２ １ ０）＝１３１．２、Ｉ_０（２ １ １）＝２９８．６およびＩ_０（１ ０ ３）＝１５４．８。

【0044】

Ｗ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ層をＳＥＭで精査すると、試料ＡおよびＢにおけるＷ（Ｃ_ｘＮ_１－ｘ）_ｙ粒が柱状であることが分かった。

【0045】

切削試験
切削工具を、高合金鋼であるＳＳ２３１０加工対象物材料での縦方向旋削操作において試験した。切削速度Ｖｃは９０ｍ／分であり、送り量ｆｎは、切削試験１では０．０７２ｍｍ／回転、切削試験２では０．１２５ｍｍ／回転であり、切削深さａは２ｍｍであり、水に混和性の切削流体を使用した。寿命尺度の終わりに達するまで、機械加工を継続した。切削工具当たり１つの切削刃を評価した。

【0046】

工具寿命尺度は、一次もしくは二次逃げ面摩耗＞０．３５ｍｍ、またはクレーター面積＞０．２ｍｍ^２に設定した。これらの尺度のいずれかが満たされたらすぐに、試料が寿命に達したとみなした。切削試験の結果を表４に示す。

【0047】

表４に見られるように、試料Ａは、第１の切削試験において、二次逃げ面における改善された耐摩耗性および改善されたチッピング抵抗性の結果、試料ＢおよびＣと比較して延長された寿命を示す。さらに、切削試験２においても、試料Ａは、二次逃げ面における改善された耐摩耗性および改善されたチッピング抵抗性の結果、最も長い工具寿命を示す。

【0048】

本発明を様々な例示的実施形態に関連して説明したが、本発明は開示された例示的実施形態に限定されず、逆に、添付の特許請求の範囲内の様々な修正および同等の構成を包含することが意図されることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】