[发明专利]硬膜,多层硬膜及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬膜。更具体地，本发明涉及安排在切削工具如尖端、钻和端铣刀，以及工具如锻模和冲压机上的硬膜。

背景技术

为了改善切削工具的耐磨性，将硬膜如TiN、TiCN或TiAlN应用在诸如高速工具钢、硬质合金或金属陶瓷之类的基础材料上。特别是，如日本专利No.2644710中公开的，钛和铝的多组分(碳)氮化物膜如TiAlN膜和TiAlCN膜(以下称作“TiAl硬膜”)具有优异的耐磨性，并且它们适合应用于高速切削操作用的切削工具或者用于切削高硬度材料如硬化钢的切削工具中。但是，随着近来被切削材料硬度的增加或者切削操作速度的提高，还需要提供具有更加优异耐磨性的硬膜。另外，经常通过在高速下使用切削工具代替放电加工，来切削高速工具钢如日本工业标准(JIS)SKD11钢。因此，需要不仅在耐磨性方面而且在抗氧化性方面均优异的硬膜。

另一可能的解决方案是向TiAl硬膜中加入Cr或V，从而在保持高硬度的立方晶体结构的同时提高Al的含量，从而得到具有改善的抗氧化性的膜(日本公开(未审查)专利公布(JP-A)No.2003-71610和No.2003-34858)。还提出了不含Ti的CrAlVN膜。

发明内容

在这些情况下，本发明的一个目的是提供在抗氧化性和耐磨性的至少一个方面(优选两个方面)比常规硬膜更加优异的硬膜，所述的常规硬膜包括：TiAl硬膜如TiAlN膜，以及加入Cr和/或V的硬膜如TiCrAlN膜和TiVAlN膜(以下称作″TiCrVAl硬膜″)。

在为了达到这些目的而进行的深入研究之后，本发明的发明人发现通过使用Nb和/或Ta，与常规硬膜如TiAlN膜、TiCrAlN膜和TiVAl膜相比，在抗氧化性和耐磨性的至少一个方面(优选两个方面)得以改善。本发明基于这些发现而完成。

1)根据第一实施方案的NbTaAl硬膜

根据本发明的硬膜是还与Nb和/或Ta结合的铝(碳)氮化物硬膜(以下称作″NbTaAl硬膜″或″根据第一实施方案的NbTaAl硬膜″)。NbTaAl硬膜由[(Nb_1-d，Ta_d)_aAl_1-a](C_1-xN_x)表示，其中″a″、″d″和″x″各自独立地表示原子比例并且满足以下条件：0.4≤a≤0.6，0≤d≤1，并且0.4≤x≤1。NbTaAl硬膜还可以含有Si和/或B。具体地，根据本发明的硬膜可以由[(Nb_1-d，Ta_d)_a，Al_1-a-b-c，Si_b，B_c](C_1-xN_x)表示，其中″a″、″b″、″c″、″d″和″x″各自独立地表示原子比例并且满足以下条件：0.4≤a≤0.6，0＜b+c≤0.15，0≤d≤1，并且0.4≤x≤1，前提条件是″b″和″c″中的一个可以是0，但是它们两个不同时为0(以下称作″加入SiB的NbTaAl硬膜″)。

根据本发明的NbTaAl硬膜(包括加入SiB的NbTaAl硬膜)可以是通过阴极放电电弧离子电镀法，在含有氮的气体或含有碳和氮的气体混合物中，使用以下的靶而沉积的硬膜：含有[(Nb_1-d，Ta_d)_aAl_1-a]的靶，其中″a″和″d″各自独立地表示原子比例并且满足以下条件：0.4≤a≤0.6，0≤d≤1，或者含有[(Nb_1-d，Ta_d)_a，A_l1-a-b-c，Si_b，B_c]的靶，其中″a″、″b″、″c″和″d″各自独立地表示原子比例并且满足以下条件：0.4≤a≤0.6，0＜b+c≤0.15，0≤d≤1，前提条件是″b″和“c”中的一个可以是0，但是它们两个不同时为0。

2)TiCrV-基的NbTaAl硬膜(根据第二实施方案的NbTaAl硬膜)

根据本发明的硬膜还可以是与Nb和/或Ta结合的TiCrVAl硬膜。这些硬膜不必要含有Ti。当它们含有Ti时，Cr和V不是必需的(以下将这些膜称作″TiCrV-基的NbTaAl硬膜″或者″根据第二实施方案的NbTaAl硬膜″)。根据第二实施方案的NbTaAl硬膜还可以根据需要含有Si和/或B。