JP2004269985A - 硬質皮膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】物理蒸着法を用いて、基材上に、耐酸化性を１０００℃以上有するとともに、耐摩耗性が良好な硬質皮膜を形成すること。
【解決手段】被処理物の表面に、Ａｌ（アルミニウム）およびＣｒ（クロム）と、Ｌａ（ランタン），Ｃｅ（セリウム），ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上とを主成分とする窒化物または酸窒化物で構成される硬質皮膜を形成した。さらには、金属成分としてＢ（ホウ素）またはＳｉ（ケイ素）を含んでいてもよい。
【選択図】 図２
【解決手段】被処理物の表面に、Ａｌ（アルミニウム）およびＣｒ（クロム）と、Ｌａ（ランタン），Ｃｅ（セリウム），ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上とを主成分とする窒化物または酸窒化物で構成される硬質皮膜を形成した。さらには、金属成分としてＢ（ホウ素）またはＳｉ（ケイ素）を含んでいてもよい。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理蒸着法を用いて基材上に成膜した耐高温酸化性，耐磨耗性を飛躍的に向上させた硬質皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来イオンプレーティングに代表される物理蒸着法を用いて基板上に高硬度皮膜を形成する技術が開発され、ＴｉＮ皮膜はその中でも最も実用化が進んでおり、工具、金型、眼鏡等の装飾品等に適用されている。しかし、この皮膜は５００℃以上になると、皮膜の酸化が始まるため、高温に曝される部品、工具、金型等には適用出来ない。そこで、この改善策として、ＴｉＡｌＮ皮膜が開発され、この皮膜では約８００℃までの高温中でも酸化が抑制され使用が可能となったが、それ以上であると上記ＴｉＮと同様酸化による皮膜劣化で適用が困難である。さらに高温で使用可能な皮膜として、下記特許文献１に示すＡｌ−Ｃｒ−Ｎが考案され、この皮膜では約１０００℃までの高温での使用が可能であるが、密着性の点で問題があり、高荷重が負荷する製品、部品に対しては耐摩耗性の点で課題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５５６６号（
【特許請求の範囲】）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、以上の従来技術の課題を解決するため研究を進め、従来技術を飛躍的に向上した、耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜を提案するに至った。すなわち、本発明は、耐酸化性を１０００℃以上有し、且つ、耐摩耗性が良好な硬質皮膜を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、被処理物の表面に形成される硬質皮膜において、ＡｌおよびＣｒと、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上とを主成分とする窒化物又は酸窒化物である。
上記硬質皮膜の金属成分として、ＢまたはＳｉを含んでいてもよい。
上記硬質皮膜を金属成分は、原子％で希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい。
ＢまたはＳｉを金属成分として更に含む場合は、原子％でＢまたはＳｉが１％以上３０％以下、希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい。
また、上記硬質皮膜ａ層と、ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物でその金属成分のみの原子％がＡｌが２５％以上７５％以下、残りがＴｉである皮膜ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上形成し、前記硬質皮膜ａ層を最外層に形成することができる。
さらに、上記硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けてもよい。
または、上記硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けるとともに、前記皮膜と前記ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層との間に両組成の混合層を０．１μｍ以上２μｍ以下設けてもよい。
なお、この混合層は、前記ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を形成するためのコーティング材Ｘと、前記硬質皮膜を形成するためのコーティング材料Ｙとを同時に蒸着させる場合に成膜される層であり、コーティング材料Ｘのアーク電流を徐々に低下させるとともに、コーティング材料Ｙのアーク電流を一定または徐々に上昇させていくことにより形成される。このようにして形成することにより、コーティング材料Ｘの成分であるＴｉまたはＣｒや、コーティング材料Ｙの成分であるＡｌ，Ｃｒ，希土類元素、Ｓｉ，Ｂの成分量が傾斜的に変化した窒化物層が得られる。この窒化物層を混合層といい、言わば前記硬質皮膜と前記ＴｉまたはＣｒの窒化物との組成が混合状態になっている層をいう。
上記硬質皮膜の形成方法としては、アークイオンプレーティング法などの物理蒸着法により形成することができる。
上記硬質皮膜は、ホブ，ピニオンカッター，ブローチ等の工作機械の工具や金型などに用いることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態による耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜について図面を参照しながら説明する。
初めに本発明がなされた経緯について説明すると以下のとおりである。
ＴｉＡｌＮ皮膜は、高温大気中で使用されると、８００℃程度で皮膜が酸化され皮膜強度及び密着性が低下する。この酸化状態を分析すると、皮膜成分のＡｌ及びＴｉが酸化されており、特にＴｉの酸化物は非常にポーラスであるため、酸素の進入が容易であり厚くなる。このため、上述の皮膜強度及び密着性が低下し、皮膜の剥離に繋がる。
一方、ＡｌＣｒＮ皮膜はこの点を改善した皮膜であり、ポーラスで厚く形成するＴｉ成分に代えＣｒとし、酸素の進入を防止し酸化皮膜を極薄く生成させこの酸化層によりその後の酸化を防止することにより、耐酸化性を向上している。しかしこの皮膜は、Ａｌ，Ｃｒの酸化物の密着性が低いため、高荷重が負荷する例えば工具に使用した場合剥離が生じ耐摩耗性の点で問題がある。
【０００７】
これらの現象を基に本発明では、酸素の進入を防止するすなわち耐酸化性を高めるため、ＡｌおよびＣｒにＬａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上を加えた主成分の窒化物または酸窒化物で構成し、これにより結晶の微細化を図った。すなわち、高温酸化雰囲気に曝された場合、生成する酸化物がＡｌ，Ｃｒ，希土類元素の複合酸化皮膜となり、酸素の進入を防止するとともに非常に緻密な複合酸化皮膜であるため、密着性が著しく向上することを見出した。
なお、前記主成分として、ＢまたはＳｉを含む場合であっても、高温酸化雰囲気に曝された場合に生成する酸化物がＡｌ，Ｃｒ，ＢまたはＳｉ，希土類元素の複合酸化皮膜となり、密着性が著しく向上することを見出した。
【０００８】
図１は、その耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜を基材表面に形成するためのアークイオンプレーティング装置１を示す。このアークイオンプレーティング装置１は、大気と気密なケーシング２を設け、その天井部には、ターゲット３を配設し、ケーシング２の室内１２にはテーブル状のホルダー７が配設されている。ホルダー７は、回転軸９を介してモータ８と連結され、ホルダー７はその周方向に回転が可能である。そして、ターゲット３とホルダー７間には、直流電源１１が接続され、ターゲット３は電源１１の＋側と接続され、ホルダー７は電源１１の−側に接続されている。
ケーシング２の室内１２には、室内１２を真空にするための真空ポンプ４が制御バルブ１３を介して接続され、また、室内１２の不活性ガスを供給するためのアルゴンのガス源５が制御バルブ１４を介して接続され、さらに、室内１２に窒素または酸素を供給するための窒素ガス源６，酸素ガス源１６が制御バルブ１５，１７を介して接続されている。
【０００９】
本実施形態では、ターゲット３はＡｌおよびＣｒと、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルなどの希土類元素から選択した元素の１種以上とからなり、また、基板１０はＳＫＨ−５４を用いた。そして、ホルダー７上に基板１０を載置し、制御バルブ１３〜１５のうち、初めに制御バルブ１３，１４を開き、室内１２にアルゴンガスを供給するとともに、室内１２を真空引きする。真空引きが完了し、室内１２がアルゴン雰囲気になったら、モータ８によりホルダー７を回転させる。次いで、遮断バルブ１３，１４を閉じてターゲット３とホルダー７間に直流電圧を印加させて、プラズマを発生して室内１２温度を上昇させる。室内１２温度が一定温度に達したときに、制御バルブ１５を開き窒素ガス源６から室内１２へ窒素を供給してアーク放電を生じさせる。ここで、窒素とともに酸素を酸素ガス源１６から供給してもよい。これにより、基板１０の表面に耐高温酸化かつ耐磨耗性に優れた硬質皮膜が形成される。
このような硬質皮膜は、ホブ，ピニオンカッター，ブローチ，金型などの工具や眼鏡などの装飾品に使用することができる。
【００１０】
【実施例】
アークイオンプレーティング装置により各種合金ターゲットを用い、白金基材上に膜厚３μｍの皮膜を成膜した。成膜条件は、窒素のみを供給する場合は表１，窒素と酸素を供給する場合は表２に示す通りとした。
【００１１】
【表１】
【表２】
【００１２】
そして、生成した皮膜を、示差熱分析装置を用いて空気気流中（１Ｌ／ｍｉｎ．），１０Ｋ／ｍｉｎ．の昇温速度で１２００℃まで酸化による質量変化を測定し、皮膜の酸化重量増加率を求めた。
各実施例の組成と、比較例及び従来例の測定結果を表３〜表５に示す。
なお、実施例８，２１，３４および比較例１０，２３，３６は表２に示す条件下で、それ以外は表１に示す条件下でアークイオンプレーティングを行った。
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【００１６】
ここで、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素の役割に着目すると、これらの元素を付加することにより、結晶の微細化の点で密着性に対し大きく影響を与え、また高温酸化雰囲気中に曝された場合には、皮膜層表層部に極めて緻密な酸化物層が形成され、その後の酸化を抑制することとなる。
このとき、前記希土類元素は、金属成分のみの原子％で０．０５％以上５％以下で効果を発揮する。０．０５％未満であると耐酸化性が不十分であり、５％を超えても表層酸化皮膜がポーラスとなり、耐酸化性が不十分となる。皮膜がもろくなり、衝撃に対し弱くなり剥離の原因となる。
さらに、ＡｌとＣｒの量については、Ａｌ／Ｃｒ原子％比が０．３以上３以下で効果を発揮する。０．３未満または３を超えると、耐酸化性が劣化する。
【００１７】
また、金属成分としてＢまたはＳｉが含まれる場合には、ＢまたはＳｉが金属成分のみの原子％で１％以上３０％以下で効果を発揮する。１％未満であると耐磨耗性が劣化し、３０％を超えると皮膜が脆くなり、熱あるいは機械的衝撃に対して弱くなるため、皮膜剥離の原因となる。
よって、上記各実施例１〜８，実施例１２〜２１，実施例２５〜３４において、本発明の硬質皮膜は耐酸化性に優れていることが判明した。
【００１８】
次に、他の実施例として、上記のアークイオンプレーティング装置により、各種合金ターゲットを用い、高速度工具鋼（ＳＫＨ−５４）基材上に硬質皮膜を成膜した。
成膜条件は、窒素のみを供給する場合は表１，窒素と酸素とを供給する場合は表２に示す通りとした。ただし、窒素と酸素とを供給する場合であって、後述する窒化物（ＴｉＮまたはＣｒＮ）を基板上に成膜する際には、窒素のみを供給した。
また、基材／硬質皮膜間には、窒化物（ＴｉＮまたはＣｒＮ）を１μｍ成膜した。前記窒化物と前記硬質皮膜との間に両組成の混合層を設ける場合は、当該混合層と前記窒化物の総膜厚が１μｍとなるよう成膜した。なお硬質皮膜の膜厚は３μｍとなるよう成膜した。
その後、アルミナボール（φ６）を使用したボールオンディスク摩耗試験を実施し耐摩耗性を評価した。試験条件は、荷重５Ｎ、すべり速度１００ｍ／ｓ、摺動距離３００ｍ、室温、無潤滑である。摩耗量の測定は、摩耗試験後のコーティング層の摩耗深さ及び摩耗幅を測定することにより行った。各実施例の各種合金ターゲットの組成（原子％）は以下の通りである。
【００１９】
［実施例３９］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１５（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。（図２参照）
［実施例４０］
図５に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった。なお、２種のコーティング層を２層以上に形成する場合は、ａ層を最外層に配置する（以下、同様）。
［実施例４１］
図６に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
【００２０】
［実施例４２］
図７に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４３］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図７参照）。
［実施例４４］
図８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４５］
図９に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１６（ｍｍ）であった。
【００２１】
［実施例４６］
図１０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例４７］
図１１に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例４６と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４８］
図１２に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例４７と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層，合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
【００２２】
［実施例４９］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった。（図２参照）
［実施例５０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成したのち、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティングを行ってａ層を形成した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５１］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、上記実施例４８と同様（ただし、ａ層，ｂ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった（図１２参照）。
【００２３】
［実施例５２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９５％、Ｃｅ：０．０５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５３］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：７１．２％、Ｃｒ：２８．７％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１６（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５４］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：２４．９％、Ｃｒ：７５％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１５μｍであり、摩耗幅は０．１７ｍｍであった（図１０参照）。
【００２４】
［比較例５５］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．４５（μｍ）であり、摩耗幅は０．３５（ｍｍ）であった。
［比較例５６］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．４０（μｍ）であり、摩耗幅は０．３０（ｍｍ）であった。
［比較例５７］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：４９％、Ｃｒ：５０．９９％、Ｃｅ：０．０１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．３９（μｍ）であり、摩耗幅は０．２８（ｍｍ）であった。
【００２５】
［実施例５８］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図３参照）。
［実施例５９］
図１３に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった。
［実施例６０］
図１４に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった。
【００２６】
［実施例６１］
図１５に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１８（ｍｍ）であった。
［実施例６２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１７（ｍｍ）であった（図１５参照）。
［実施例６３］
図１６に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１８（ｍｍ）であった。
［実施例６４］
図１７に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった。
【００２７】
図１０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例６５］
図１８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
［実施例６６］
図１９に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａへ徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例６５と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１５（μｍ）であり、摩耗幅は０．２５（ｍｍ）であった。
［実施例６７］
図２０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例６６と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層，合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった。
【００２８】
［実施例６８］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図３参照）。
［実施例６９］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットにＡｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１７（ｍｍ）であった（図１８参照）。
［実施例７０］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、実施例６６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった（図２０参照）。
【００２９】
［実施例７１］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４９．９５％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．０５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図１８参照）。
［実施例７２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４３．５％、Ｃｒ：４８．５％、Ｂ：５％、Ｃｅ：３％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった（図１８参照）。
【００３０】
［比較例７３］
ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．５８（μｍ）であり、摩耗幅は０．５３（ｍｍ）であった。
［比較例７４］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５６（μｍ）であり、摩耗幅は０．５１（ｍｍ）であった。
［比較例７５］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％、Ｃｅ：０．０１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５５（μｍ）であり、摩耗幅は０．５０（ｍｍ）であった。
【００３１】
［実施例７６］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図４参照）。
［実施例７７］
図２１に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例７８］
図２２に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
【００３２】
［実施例７９］
図２３に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
［実施例８０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図２３参照）。［実施例８１］
図２４に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例８２］
図２５に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
図１８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
【００３３】
［実施例８３］
図２６に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：４５％，Ｓｉ：１０％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：４５％，Ｓｉ：１０％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
［実施例８４］
図２７に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例８３と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
［実施例８５］
図２８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例８４と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層、合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．０９（μｍ）であり、摩耗幅は０．１０（ｍｍ）であった。
【００３４】
［実施例８６］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．０９（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図４参照）。
［実施例８７］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．０８（μｍ）であり、摩耗幅は０．０９（ｍｍ）であった（図２６参照）。
［実施例８８］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、実施例８４と同様（ただし、ａ層，ｂ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．０８（μｍ）であり、摩耗幅は０．０９（ｍｍ）であった（図２８参照）。
【００３５】
［比較例８９］
ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．２２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２４（ｍｍ）であった。
［比較例９０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．２０（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
［比較例９１］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後，ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５０（μｍ）であり、摩耗幅は０．３０（ｍｍ）であった。
［従来例９２］
予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．８０（μｍ）であり、摩耗幅は０．４０（ｍｍ）であった。
【００３６】
各実施例３９〜５４，５８〜７２，７６〜８８と各比較例５５〜５７，７３〜７５，８９〜９１及び従来例９２の結果を表６〜表８に示すが、本発明の皮膜は耐摩耗性に優れていることが判明した。
【００３７】
【表６】
【００３８】
【表７】
【００３９】
【表８】
【００４０】
密着性向上のためには、ＡｌおよびＣｒに、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上を複合化させた窒化物または酸窒化物で皮膜を構成すると耐磨耗効果が大きい。このとき、特に金属成分のみの原子％で、前記希土類元素が０．０５％以上５％以下、且つ残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい（実施例３９，４９）。また、金属元素として、Ａｌ，Ｃｒ，前記希土類元素のほかＢまたはＳｉを含んでいてもよい。このとき、金属成分のみの原子％で、ＢまたはＳｉが１％以上３０％以下、希土類元素が０．０５％以上５％以下、且つ残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい（実施例５８，６８、実施例７６，８６）。
また、上記組成比からなる硬質皮膜ａ層と、Ｔｉ，Ａｌを主成分とする窒化物でその金属成分のみの原子％がＡｌが２５％以上７５％以下，残りがＴｉである皮膜ｂ層とを交互に１層以上形成すると、さらに耐磨耗効果が大きくなる（実施例４０〜４１，実施例５９〜６０，実施例７７〜７８）。このとき、ｂ層のＡｌが２５％未満または７５％を超える場合には、硬度低下による皮膜剥離の問題が生じてしまう。
【００４１】
さらに、前記硬質皮膜層と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物層（ｃ層）を設けると基材との密着性が格段に向上する（実施例４２〜４８，５０〜５４、実施例６１〜６７，６９〜７２、実施例７９〜８５，８７〜８８）。特に、基材上のＴｉまたはＣｒの窒化物層（ｃ層）と硬質皮膜層（ａ層又はｂ層）との間に、ａ層，ｃ層の両成分またはａ〜ｃ層と各成分を含む混合層（ｄ層）を設けると更に密着性が向上する（実施例４６〜４８，５０〜５４、実施例６５〜６７，６９〜７２、実施例８３〜８５，８７〜８８）
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記コーティング層の形成に当たっては、物理蒸着法が適用され、その金属蒸発方法である電子銃によるもの、ホロカソードによるもの、スパッタリングによるもの、アーク放電によるもの等があるがこれらの方法には制約はない。
【００４３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明皮膜は高温での耐酸化性が優れており、且つ密着性が良好であるため耐摩耗性も極めて良好であり、被覆した部材、製品の長寿命化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による耐高温酸化と高耐摩耗性に優れた硬質皮膜を基材に形成するためのアークイオンプレーティング装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−Ｂ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図５】図２の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図６】図２の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図７】図２の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図８】図５の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図９】図６の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１０】図７の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１１】図８の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１２】図９の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１３】図３の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図１４】図３の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図１５】図３の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１６】図１３の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１７】図１４の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１８】図１５の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１９】図１６の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２０】図１７の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２１】図４の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図２２】図４の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図２３】図４の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２４】図２１の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２５】図２２の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２６】図２３の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２７】図２４の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２８】図２５の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アークイオンプレーティング装置
２ ケーシング
３ ターゲット
４ 真空ポンプ
５ ガス源（Ａｒ）
６ ガス源（Ｎ２）
７ ホルダー
８ モータ
９ 回転軸
１０ 基材
１１ 電源
１３〜１５，１７ 制御弁
１６ ガス源（Ｏ２）
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 皮膜（コーティング層）
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理蒸着法を用いて基材上に成膜した耐高温酸化性，耐磨耗性を飛躍的に向上させた硬質皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来イオンプレーティングに代表される物理蒸着法を用いて基板上に高硬度皮膜を形成する技術が開発され、ＴｉＮ皮膜はその中でも最も実用化が進んでおり、工具、金型、眼鏡等の装飾品等に適用されている。しかし、この皮膜は５００℃以上になると、皮膜の酸化が始まるため、高温に曝される部品、工具、金型等には適用出来ない。そこで、この改善策として、ＴｉＡｌＮ皮膜が開発され、この皮膜では約８００℃までの高温中でも酸化が抑制され使用が可能となったが、それ以上であると上記ＴｉＮと同様酸化による皮膜劣化で適用が困難である。さらに高温で使用可能な皮膜として、下記特許文献１に示すＡｌ−Ｃｒ−Ｎが考案され、この皮膜では約１０００℃までの高温での使用が可能であるが、密着性の点で問題があり、高荷重が負荷する製品、部品に対しては耐摩耗性の点で課題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５５６６号（
【特許請求の範囲】）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、以上の従来技術の課題を解決するため研究を進め、従来技術を飛躍的に向上した、耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜を提案するに至った。すなわち、本発明は、耐酸化性を１０００℃以上有し、且つ、耐摩耗性が良好な硬質皮膜を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、被処理物の表面に形成される硬質皮膜において、ＡｌおよびＣｒと、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上とを主成分とする窒化物又は酸窒化物である。
上記硬質皮膜の金属成分として、ＢまたはＳｉを含んでいてもよい。
上記硬質皮膜を金属成分は、原子％で希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい。
ＢまたはＳｉを金属成分として更に含む場合は、原子％でＢまたはＳｉが１％以上３０％以下、希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい。
また、上記硬質皮膜ａ層と、ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物でその金属成分のみの原子％がＡｌが２５％以上７５％以下、残りがＴｉである皮膜ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上形成し、前記硬質皮膜ａ層を最外層に形成することができる。
さらに、上記硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けてもよい。
または、上記硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けるとともに、前記皮膜と前記ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層との間に両組成の混合層を０．１μｍ以上２μｍ以下設けてもよい。
なお、この混合層は、前記ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を形成するためのコーティング材Ｘと、前記硬質皮膜を形成するためのコーティング材料Ｙとを同時に蒸着させる場合に成膜される層であり、コーティング材料Ｘのアーク電流を徐々に低下させるとともに、コーティング材料Ｙのアーク電流を一定または徐々に上昇させていくことにより形成される。このようにして形成することにより、コーティング材料Ｘの成分であるＴｉまたはＣｒや、コーティング材料Ｙの成分であるＡｌ，Ｃｒ，希土類元素、Ｓｉ，Ｂの成分量が傾斜的に変化した窒化物層が得られる。この窒化物層を混合層といい、言わば前記硬質皮膜と前記ＴｉまたはＣｒの窒化物との組成が混合状態になっている層をいう。
上記硬質皮膜の形成方法としては、アークイオンプレーティング法などの物理蒸着法により形成することができる。
上記硬質皮膜は、ホブ，ピニオンカッター，ブローチ等の工作機械の工具や金型などに用いることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態による耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜について図面を参照しながら説明する。
初めに本発明がなされた経緯について説明すると以下のとおりである。
ＴｉＡｌＮ皮膜は、高温大気中で使用されると、８００℃程度で皮膜が酸化され皮膜強度及び密着性が低下する。この酸化状態を分析すると、皮膜成分のＡｌ及びＴｉが酸化されており、特にＴｉの酸化物は非常にポーラスであるため、酸素の進入が容易であり厚くなる。このため、上述の皮膜強度及び密着性が低下し、皮膜の剥離に繋がる。
一方、ＡｌＣｒＮ皮膜はこの点を改善した皮膜であり、ポーラスで厚く形成するＴｉ成分に代えＣｒとし、酸素の進入を防止し酸化皮膜を極薄く生成させこの酸化層によりその後の酸化を防止することにより、耐酸化性を向上している。しかしこの皮膜は、Ａｌ，Ｃｒの酸化物の密着性が低いため、高荷重が負荷する例えば工具に使用した場合剥離が生じ耐摩耗性の点で問題がある。
【０００７】
これらの現象を基に本発明では、酸素の進入を防止するすなわち耐酸化性を高めるため、ＡｌおよびＣｒにＬａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上を加えた主成分の窒化物または酸窒化物で構成し、これにより結晶の微細化を図った。すなわち、高温酸化雰囲気に曝された場合、生成する酸化物がＡｌ，Ｃｒ，希土類元素の複合酸化皮膜となり、酸素の進入を防止するとともに非常に緻密な複合酸化皮膜であるため、密着性が著しく向上することを見出した。
なお、前記主成分として、ＢまたはＳｉを含む場合であっても、高温酸化雰囲気に曝された場合に生成する酸化物がＡｌ，Ｃｒ，ＢまたはＳｉ，希土類元素の複合酸化皮膜となり、密着性が著しく向上することを見出した。
【０００８】
図１は、その耐酸化性かつ耐摩耗性に優れた硬質皮膜を基材表面に形成するためのアークイオンプレーティング装置１を示す。このアークイオンプレーティング装置１は、大気と気密なケーシング２を設け、その天井部には、ターゲット３を配設し、ケーシング２の室内１２にはテーブル状のホルダー７が配設されている。ホルダー７は、回転軸９を介してモータ８と連結され、ホルダー７はその周方向に回転が可能である。そして、ターゲット３とホルダー７間には、直流電源１１が接続され、ターゲット３は電源１１の＋側と接続され、ホルダー７は電源１１の−側に接続されている。
ケーシング２の室内１２には、室内１２を真空にするための真空ポンプ４が制御バルブ１３を介して接続され、また、室内１２の不活性ガスを供給するためのアルゴンのガス源５が制御バルブ１４を介して接続され、さらに、室内１２に窒素または酸素を供給するための窒素ガス源６，酸素ガス源１６が制御バルブ１５，１７を介して接続されている。
【０００９】
本実施形態では、ターゲット３はＡｌおよびＣｒと、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルなどの希土類元素から選択した元素の１種以上とからなり、また、基板１０はＳＫＨ−５４を用いた。そして、ホルダー７上に基板１０を載置し、制御バルブ１３〜１５のうち、初めに制御バルブ１３，１４を開き、室内１２にアルゴンガスを供給するとともに、室内１２を真空引きする。真空引きが完了し、室内１２がアルゴン雰囲気になったら、モータ８によりホルダー７を回転させる。次いで、遮断バルブ１３，１４を閉じてターゲット３とホルダー７間に直流電圧を印加させて、プラズマを発生して室内１２温度を上昇させる。室内１２温度が一定温度に達したときに、制御バルブ１５を開き窒素ガス源６から室内１２へ窒素を供給してアーク放電を生じさせる。ここで、窒素とともに酸素を酸素ガス源１６から供給してもよい。これにより、基板１０の表面に耐高温酸化かつ耐磨耗性に優れた硬質皮膜が形成される。
このような硬質皮膜は、ホブ，ピニオンカッター，ブローチ，金型などの工具や眼鏡などの装飾品に使用することができる。
【００１０】
【実施例】
アークイオンプレーティング装置により各種合金ターゲットを用い、白金基材上に膜厚３μｍの皮膜を成膜した。成膜条件は、窒素のみを供給する場合は表１，窒素と酸素を供給する場合は表２に示す通りとした。
【００１１】
【表１】
そして、生成した皮膜を、示差熱分析装置を用いて空気気流中（１Ｌ／ｍｉｎ．），１０Ｋ／ｍｉｎ．の昇温速度で１２００℃まで酸化による質量変化を測定し、皮膜の酸化重量増加率を求めた。
各実施例の組成と、比較例及び従来例の測定結果を表３〜表５に示す。
なお、実施例８，２１，３４および比較例１０，２３，３６は表２に示す条件下で、それ以外は表１に示す条件下でアークイオンプレーティングを行った。
【００１３】
【表３】
【表４】
【表５】
ここで、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素の役割に着目すると、これらの元素を付加することにより、結晶の微細化の点で密着性に対し大きく影響を与え、また高温酸化雰囲気中に曝された場合には、皮膜層表層部に極めて緻密な酸化物層が形成され、その後の酸化を抑制することとなる。
このとき、前記希土類元素は、金属成分のみの原子％で０．０５％以上５％以下で効果を発揮する。０．０５％未満であると耐酸化性が不十分であり、５％を超えても表層酸化皮膜がポーラスとなり、耐酸化性が不十分となる。皮膜がもろくなり、衝撃に対し弱くなり剥離の原因となる。
さらに、ＡｌとＣｒの量については、Ａｌ／Ｃｒ原子％比が０．３以上３以下で効果を発揮する。０．３未満または３を超えると、耐酸化性が劣化する。
【００１７】
また、金属成分としてＢまたはＳｉが含まれる場合には、ＢまたはＳｉが金属成分のみの原子％で１％以上３０％以下で効果を発揮する。１％未満であると耐磨耗性が劣化し、３０％を超えると皮膜が脆くなり、熱あるいは機械的衝撃に対して弱くなるため、皮膜剥離の原因となる。
よって、上記各実施例１〜８，実施例１２〜２１，実施例２５〜３４において、本発明の硬質皮膜は耐酸化性に優れていることが判明した。
【００１８】
次に、他の実施例として、上記のアークイオンプレーティング装置により、各種合金ターゲットを用い、高速度工具鋼（ＳＫＨ−５４）基材上に硬質皮膜を成膜した。
成膜条件は、窒素のみを供給する場合は表１，窒素と酸素とを供給する場合は表２に示す通りとした。ただし、窒素と酸素とを供給する場合であって、後述する窒化物（ＴｉＮまたはＣｒＮ）を基板上に成膜する際には、窒素のみを供給した。
また、基材／硬質皮膜間には、窒化物（ＴｉＮまたはＣｒＮ）を１μｍ成膜した。前記窒化物と前記硬質皮膜との間に両組成の混合層を設ける場合は、当該混合層と前記窒化物の総膜厚が１μｍとなるよう成膜した。なお硬質皮膜の膜厚は３μｍとなるよう成膜した。
その後、アルミナボール（φ６）を使用したボールオンディスク摩耗試験を実施し耐摩耗性を評価した。試験条件は、荷重５Ｎ、すべり速度１００ｍ／ｓ、摺動距離３００ｍ、室温、無潤滑である。摩耗量の測定は、摩耗試験後のコーティング層の摩耗深さ及び摩耗幅を測定することにより行った。各実施例の各種合金ターゲットの組成（原子％）は以下の通りである。
【００１９】
［実施例３９］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１５（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。（図２参照）
［実施例４０］
図５に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった。なお、２種のコーティング層を２層以上に形成する場合は、ａ層を最外層に配置する（以下、同様）。
［実施例４１］
図６に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
【００２０】
［実施例４２］
図７に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４３］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図７参照）。
［実施例４４］
図８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４５］
図９に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１６（ｍｍ）であった。
【００２１】
［実施例４６］
図１０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例４７］
図１１に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例４６と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１５（ｍｍ）であった。
［実施例４８］
図１２に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例４７と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層，合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
【００２２】
［実施例４９］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった。（図２参照）
［実施例５０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成したのち、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティングを行ってａ層を形成した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５１］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、上記実施例４８と同様（ただし、ａ層，ｂ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった（図１２参照）。
【００２３】
［実施例５２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：４９．９５％、Ｃｅ：０．０５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１４（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５３］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：７１．２％、Ｃｒ：２８．７％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１６（ｍｍ）であった（図１０参照）。
［実施例５４］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：２４．９％、Ｃｒ：７５％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１５μｍであり、摩耗幅は０．１７ｍｍであった（図１０参照）。
【００２４】
［比較例５５］
ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．４５（μｍ）であり、摩耗幅は０．３５（ｍｍ）であった。
［比較例５６］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．４０（μｍ）であり、摩耗幅は０．３０（ｍｍ）であった。
［比較例５７］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、上記実施例４６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ａｌ：４９％、Ｃｒ：５０．９９％、Ｃｅ：０．０１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．３９（μｍ）であり、摩耗幅は０．２８（ｍｍ）であった。
【００２５】
［実施例５８］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図３参照）。
［実施例５９］
図１３に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった。
［実施例６０］
図１４に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった。
【００２６】
［実施例６１］
図１５に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１８（ｍｍ）であった。
［実施例６２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１７（ｍｍ）であった（図１５参照）。
［実施例６３］
図１６に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１８（ｍｍ）であった。
［実施例６４］
図１７に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった。
【００２７】
図１０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：５０％，Ｃｒ：４９．９％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例６５］
図１８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
［実施例６６］
図１９に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａへ徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例６５と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１５（μｍ）であり、摩耗幅は０．２５（ｍｍ）であった。
［実施例６７］
図２０に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例６６と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層，合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった。
【００２８】
［実施例６８］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図３参照）。
［実施例６９］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットにＡｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１７（ｍｍ）であった（図１８参照）。
［実施例７０］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、実施例６６と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２０（ｍｍ）であった（図２０参照）。
【００２９】
［実施例７１］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４９．９５％、Ｂ：５％，Ｃｅ：０．０５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１４（μｍ）であり、摩耗幅は０．１９（ｍｍ）であった（図１８参照）。
［実施例７２］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４３．５％、Ｃｒ：４８．５％、Ｂ：５％、Ｃｅ：３％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２１（ｍｍ）であった（図１８参照）。
【００３０】
［比較例７３］
ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．５８（μｍ）であり、摩耗幅は０．５３（ｍｍ）であった。
［比較例７４］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５６（μｍ）であり、摩耗幅は０．５１（ｍｍ）であった。
［比較例７５］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例６５と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：５０％、Ｂ：５％、Ｃｅ：０．０１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５５（μｍ）であり、摩耗幅は０．５０（ｍｍ）であった。
【００３１】
［実施例７６］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図４参照）。
［実施例７７］
図２１に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例７８］
図２２に示すように、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
【００３２】
［実施例７９］
図２３に示すように、予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１２（μｍ）であり、摩耗幅は０．１３（ｍｍ）であった。
［実施例８０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図２３参照）。［実施例８１］
図２４に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々１層である。その結果、摩耗深さは０．１１（μｍ）であり、摩耗幅は０．１２（ｍｍ）であった。
［実施例８２］
図２５に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、それぞれ表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
図１８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１３（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
【００３３】
［実施例８３］
図２６に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：４５％，Ｓｉ：１０％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｃｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後ａ層として、上述のａ層ターゲット材であるＡｌ：４４．９％，Ｃｒ：４５％，Ｓｉ：１０％，Ｃｅ：０．１％を用い、表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
［実施例８４］
図２７に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）とＣｒ（ｃ層のターゲット材）とを同時に表１の条件で両材料を蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。上記Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％を用いて表１の条件でｂ層を成膜したのち、実施例８３と同一のターゲット材を用いて表１の条件でａ層を成膜した。その結果、摩耗深さは０．１０（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった。
［実施例８５］
図２８に示すように、予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、Ａｌ：４４．９％，Ｃｒ：５０％，Ｂ：５％，Ｃｅ：０．１％（ａ層のターゲット材）と、Ｔｉ：５１％，Ａｌ：４９％（ｂ層のターゲット材）およびＣｒ（ｃ層のターゲット材）を用い、同時に表１の条件で蒸着させ、混合層（ｄ層）を成膜させた。この場合、混合層成膜時のアーク電流は、ｃ層ターゲット部は１３０Ａから１００Ａに徐々に減少させ、ａ層，ｂ層ターゲット部は１３０Ａで一定とし、その時間は１０分とした。その後、実施例８４と同様に、ｂ層及びａ層を交互に表１の条件で各１０層、合計２０層成膜した。その結果、摩耗深さは０．０９（μｍ）であり、摩耗幅は０．１０（ｍｍ）であった。
【００３４】
［実施例８６］
ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す成膜条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、コーティング層ａを得た。コーティング層ａの摩耗深さは０．０９（μｍ）であり、摩耗幅は０．１１（ｍｍ）であった（図４参照）。
［実施例８７］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、表２に示す条件でアークイオンプレーティングを行った（ａ層形成）。その結果、摩耗深さは０．０８（μｍ）であり、摩耗幅は０．０９（ｍｍ）であった（図２６参照）。
［実施例８８］
予め基材にＣｒ窒化物（ｃ層）を形成した後、実施例８４と同様（ただし、ａ層，ｂ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、第１番目の層ａとしてターゲットに、Ａｌ：４４．９％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％、Ｃｅ：０．１％のものを用い、第２番目の層としてｂ層に、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、ａ層は表２，ｂ層は表１に示す条件下でそれぞれアークイオンプレーティングを行った。ａ層とｂ層は各々互い違いに１０層宛、併せて２０層形成した。その結果、摩耗深さは０．０８（μｍ）であり、摩耗幅は０．０９（ｍｍ）であった（図２８参照）。
【００３５】
［比較例８９］
ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティングを行った。その結果、摩耗深さは０．２２（μｍ）であり、摩耗幅は０．２４（ｍｍ）であった。
［比較例９０］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後、ターゲットに、Ａｌ：４５％、Ｃｒ：４５％、Ｓｉ：１０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．２０（μｍ）であり、摩耗幅は０．２３（ｍｍ）であった。
［比較例９１］
予め基材にＣｒ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成した後，ターゲットに、Ａｌ：５０％、Ｃｒ：５０％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．５０（μｍ）であり、摩耗幅は０．３０（ｍｍ）であった。
［従来例９２］
予め基材にＴｉ窒化物を形成（ｃ層）した後、実施例８３と同様（ただし、ａ層ターゲット材は後述のものを使用）に混合層ｄ層を形成後、ターゲットに、Ｔｉ：５１％、Ａｌ：４９％のものを用い、表１に示す条件でアークイオンプレーティング（ａ層形成）を行った。その結果、摩耗深さは０．８０（μｍ）であり、摩耗幅は０．４０（ｍｍ）であった。
【００３６】
各実施例３９〜５４，５８〜７２，７６〜８８と各比較例５５〜５７，７３〜７５，８９〜９１及び従来例９２の結果を表６〜表８に示すが、本発明の皮膜は耐摩耗性に優れていることが判明した。
【００３７】
【表６】
【表７】
【表８】
密着性向上のためには、ＡｌおよびＣｒに、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上を複合化させた窒化物または酸窒化物で皮膜を構成すると耐磨耗効果が大きい。このとき、特に金属成分のみの原子％で、前記希土類元素が０．０５％以上５％以下、且つ残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい（実施例３９，４９）。また、金属元素として、Ａｌ，Ｃｒ，前記希土類元素のほかＢまたはＳｉを含んでいてもよい。このとき、金属成分のみの原子％で、ＢまたはＳｉが１％以上３０％以下、希土類元素が０．０５％以上５％以下、且つ残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることが好ましい（実施例５８，６８、実施例７６，８６）。
また、上記組成比からなる硬質皮膜ａ層と、Ｔｉ，Ａｌを主成分とする窒化物でその金属成分のみの原子％がＡｌが２５％以上７５％以下，残りがＴｉである皮膜ｂ層とを交互に１層以上形成すると、さらに耐磨耗効果が大きくなる（実施例４０〜４１，実施例５９〜６０，実施例７７〜７８）。このとき、ｂ層のＡｌが２５％未満または７５％を超える場合には、硬度低下による皮膜剥離の問題が生じてしまう。
【００４１】
さらに、前記硬質皮膜層と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物層（ｃ層）を設けると基材との密着性が格段に向上する（実施例４２〜４８，５０〜５４、実施例６１〜６７，６９〜７２、実施例７９〜８５，８７〜８８）。特に、基材上のＴｉまたはＣｒの窒化物層（ｃ層）と硬質皮膜層（ａ層又はｂ層）との間に、ａ層，ｃ層の両成分またはａ〜ｃ層と各成分を含む混合層（ｄ層）を設けると更に密着性が向上する（実施例４６〜４８，５０〜５４、実施例６５〜６７，６９〜７２、実施例８３〜８５，８７〜８８）
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記コーティング層の形成に当たっては、物理蒸着法が適用され、その金属蒸発方法である電子銃によるもの、ホロカソードによるもの、スパッタリングによるもの、アーク放電によるもの等があるがこれらの方法には制約はない。
【００４３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明皮膜は高温での耐酸化性が優れており、且つ密着性が良好であるため耐摩耗性も極めて良好であり、被覆した部材、製品の長寿命化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による耐高温酸化と高耐摩耗性に優れた硬質皮膜を基材に形成するためのアークイオンプレーティング装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−Ｂ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態による硬質皮膜（（Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−希土類元素）の窒化物または酸窒化物）を基材表面にコーティングさせた状態を示す断面図である。
【図５】図２の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図６】図２の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図７】図２の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図８】図５の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図９】図６の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１０】図７の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１１】図８の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１２】図９の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１３】図３の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図１４】図３の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図１５】図３の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１６】図１３の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１７】図１４の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図１８】図１５の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図１９】図１６の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２０】図１７の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２１】図４の実施例において、２種のコーティング層を２層付着させた状態を示す断面図である。
【図２２】図４の実施例において、２種のコーティング層を交互に２０層付着させた状態を示す断面図である。
【図２３】図４の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２４】図２１の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２５】図２２の実施例において、基材とコーティング層との間に、Ｔｉ窒化物またはＣｒ窒化物を付着させた状態を示す断面図である。
【図２６】図２３の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２７】図２４の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【図２８】図２５の実施例において、コーティング層とＴｉ窒化物層またはＣｒ窒化物層との間に、混合層ｄを付着させた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アークイオンプレーティング装置
２ ケーシング
３ ターゲット
４ 真空ポンプ
５ ガス源（Ａｒ）
６ ガス源（Ｎ２）
７ ホルダー
８ モータ
９ 回転軸
１０ 基材
１１ 電源
１３〜１５，１７ 制御弁
１６ ガス源（Ｏ２）
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 皮膜（コーティング層）
Claims (9)
- 被処理物の表面に形成される硬質皮膜において、ＡｌおよびＣｒと、Ｌａ，Ｃｅ，ミッシュメタルを含む希土類元素から選択した元素の１種以上とを主成分とする窒化物又は酸窒化物で構成されることを特徴とする硬質皮膜。
- ＢまたはＳｉを金属成分として含むことを特徴とする請求項１に記載の硬質皮膜。
- 上記硬質皮膜を金属成分のみの原子％で、希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることを特徴とする請求項１に記載の硬質皮膜。
- 上記硬質皮膜を金属成分のみの原子％で、ＢまたはＳｉが１％以上３０％以下、希土類元素が０．０５％以上５％以下、残りのＡｌ，ＣｒがＡｌ／Ｃｒ原子％比で０．３以上３以下であることを特徴とする請求項２に記載の硬質皮膜。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の硬質皮膜ａ層と、ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物でその金属成分のみの原子％がＡｌが２５％以上７５％以下，残りがＴｉである皮膜ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上形成し、前記硬質皮膜ａ層を最外層に形成したことを特徴とする硬質皮膜。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けたことを特徴とする硬質皮膜。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の硬質皮膜と基材との間に、ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層を設けるとともに、前記硬質皮膜と前記ＴｉまたはＣｒの窒化物からなる層との間に両組成の混合層を０．１μｍ以上２μｍ以下設けたことを特徴とする硬質皮膜。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の硬質皮膜を物理蒸着法により形成したことを特徴とする硬質皮膜。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の硬質皮膜を、工作機械の工具表面に設けたことを特徴とする硬質皮膜。
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