基体の表面に表面層を形成するための層組織及び層組織を製造するためのアーク蒸着源
【課題】摩耗を受ける基体、特に工具の表面に表面層を形成するための層組織を提供する。
【解決手段】組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、元素周期表の第二亜族ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸが、元素周期表の第一亜族Ｉａの元素、及びＢｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素、及び第二亜族ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及びランタノイド系の元素からなる群からの少なくとも一種類の元素であり、０．００４≦ｍ＜６０である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む層組織において、０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２であることを特徴とする、層組織。
【解決手段】組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、元素周期表の第二亜族ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸが、元素周期表の第一亜族Ｉａの元素、及びＢｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素、及び第二亜族ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及びランタノイド系の元素からなる群からの少なくとも一種類の元素であり、０．００４≦ｍ＜６０である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む層組織において、０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２であることを特徴とする、層組織。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面を形成するための層組織（ｌａｙｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）層組織を製造するための蒸着源（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）、及び基体にも関し、特に本発明によりる層組織を有する工具に関する。それらは全て特許請求の範囲の夫々の範疇の独立項の前文に従っている。
【背景技術】
【０００２】
性能工具及び部品の製造は、主にそれらの表面の被覆により実現されている。そのような被覆基体の重要な種類は工具、就中、特にチップ形成用工具及び部品であり、就中、全ての可能な具体例で摩耗を受ける機械のための部品である。被覆される典型的な基体材料は、就中、工具鋼及び硬質金属であるが、全ての他の可能な基体材料もある。
【０００３】
これらの材料の被覆で知られている問題は、両方共空気中で約５００℃で比較的大きな酸化速度を有し、比較的低い温度（ＨＳＳでは約５００℃、硬質金属では６５０℃）で既に軟化することである。従って、鋼のハード機械加工のためには、例えば、立方晶系窒化硼素に基づくセラミック切削用物体を用いることも好ましい。このように、最も多種多様なＳｉＮセラミックが、例えば、アルミニウム合金及びねずみ鋳鉄を高速機械加工するために用いられている。これに関し、セラミックは金属工具材料と比較して実質的に一層耐久性があることが証明されている。それら工具に適当な被覆を与えることにより、更に性能の向上を達成することができる。
【０００４】
これに関し、従来法から知られている硬質材料層は、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ、ＣｒＮのような古典的化合物に屡々基づいている。しかし、これらの既知の硬質層は、それらの使用分野に関し、就中、高温で機能を果たす能力に関し、限界を有する。一方、硬度は温度を上昇させると顕著に低下し、他方、酸化は比較的低い温度で既に始まり、使用温度では層の摩耗を増大する結果になることがある。
【０００５】
これらの問題を無くすため、１０００℃までの範囲で耐酸化性を有し、硬度に関する特性も改良されている本質的に二つの種類の層が開発されてきた。
【０００６】
一方の種類の層は、ＡｌＴｉＮ、及びＡｌＣｒＮのようなアルミニウム含有基礎層に関し、それには必要に応じ付加的元素を合金化することができる。この分野からの典型的な化合物は、ＡｌＴｉＸＮＣＯ（式中、Ｘは、例えば、Ｃｒ又は他の金属である）の形の化合物である。
【０００７】
被覆された工具の性能を向上させるための従来法に従う別の経路は、キャリヤー層としての古典的硬質材料層と、機能性層としての仕上げ層とを一緒にした組合せに存する。仕上げ層として、特にＭｅＳｉＸＮＣＯ（ここでＸは別の金属又はＢである）型層の珪素高含有（１０ａｔ％以上）（ａｔ％は、本願の内容では「原子％」を意味する）層を挙げることができるが、例えば、温度負荷に耐えるかなり改良された能力を有するＴｉＳＮである。
【０００８】
更に、割り出し可能な（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）又は可逆切削差し込み工具に、特に旋盤加工中上昇した接触温度での摩耗過程に対抗できるよにするため、例えば、ＣＶＤ法によりＡｌ２Ｏ３のような酸化物セラミック層を堆積することが更に知られている。
【０００９】
更に、例えば、Ｂ４Ｃ及び立方晶系ＢＮ層のような硼素系層は研究段階にある。しかし、立方晶系ＢＮは、存在させるためには極めて複雑であると言う決定的な欠点を有する。これは、就中、層それ自身の成長が困難であるのみならず、それらの層に余りにも大きな固有の応力がもたらされることによる。
【００１０】
高温材料の分野で、最近ＳｉＣＮを基礎とする大きなセラミックが製造されてきており、それらは高い強度、及びＳｉＣ及びＳｉ３Ｎ４に比較して耐酸化性が改良された特徴を有する。それらの特別な特徴は、複雑な共有化学結合及びＳｉＣＮの無定形構造中での酸素の拡散速度が低いことに基づく。
【００１１】
しかし、あらゆる従来の努力にも拘わらず、例えば、硬度、残留圧縮応力、及び靭性のような機械的特性、高温での付着傾向及び摩擦のような摩擦特性、耐酸化性、相安定性、及び他の特性、就中、極端な温度での特性についての益々大きくなる要求を満たすことができる被覆を与えることは一部でしか成功していない。
【００１２】
更に、上に記載した高性能の層は、技術的方法の観点から非常に大きな困難を伴って製造することしか出来ず、それにより被覆された工具は非常に高価であり、そのため経済的観点から考えると、多くの場合、被覆することは価値がないか、又はそのような被覆された工具は、限られた市場しか持たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、従って、特に従来法から知られている問題を解決し、特に摩擦で確実に起きる酸化に対する挙動及び相安定性を有し、改良された機械的性質を有し、就中、硬度及び残留圧縮応力に関するのみならず、改良された機械的性質を有し、極端な温度条件でも用いることもできる改良された被覆を基体、特に摩耗を受ける工具又は部品に対して与えることができるようにすることにある。
【００１４】
本発明の更に別な目的は、新規な改良された硬質層を製造することができる蒸着源（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）を得ることができるようにすることである。
【００１５】
これらの目的を満足する本発明の主題は、特許請求の範囲の夫々の独立項の特徴により、特徴付けられている。
【００１６】
夫々の従属項は、本発明の特に有利な態様に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従って、本発明は、基体の表面、特に工具の表面に、表面層を形成するための層組織に関し、この場合、その層組織は、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、化学元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む。成分ＡＸは、第一亜族Ｉａの元素、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。元素周期表の、第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素、この場合、０．００４≦ｍ＜６０、好ましくは０．０１≦ｍ＜５０である。本発明に従い、０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２である。
【００１８】
この配合物は、基体の表面、特に工具の表面に、表面層を形成するために層組織が提案されていると言うことに等しく、その層組織は、組成、（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）Ｇの少なくとも一つの硬質層を有する。ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００であり、Ｇは、Ｎ、Ｃ、及びＯからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。Ｍｅは、化学元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、Ａは、元素周期表の第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、の元素、及び第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、０．０１≦ｍ＜１００である。本発明に従い、１≦ａ≦９７、及び０．１≦ｂ≦２０、及び３０≦ｃ≦７０である。この式において、合計（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）は１００に関係し、本願の請求項１の場合ではないが、αに関係する。式（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００は、群Ｇが一層狭く特定化されていない限り、本質的に（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝αと同じであるが、疑わしい場合には、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００は、明確さを欠くことがあるので、以下では、一層明確な式、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝αを用いるであろう。
【００１９】
区別を一層よくするため、更に、記号ＡＸは、式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）の成分Ａのための記号Ａの代わりに用いるであろう。
【００２０】
従来法に比較して工具及び部品のかなり改良された性能が本発明により達成されるが、それは、対応する基体を、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ〔ここで、Ｇは、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）からなる群からの少なくとも一種類の元素を含むそれ自体既知の組成物であり、従って、例えば［ＮｕＣｖＯｗ］βを表し、Ｍｅは、元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからの元素からなる化学元素群の少なくとも一種類の元素であり、Ａは、元素周期表の、第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、の元素、第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の硬質層で被覆することによる。
【００２１】
本発明の層組織の著しく改良された特徴、就中、硬度、残留圧縮応力、耐酸化性、及び１２００℃以上までの温度での相安定性に関する特徴を、本発明に従い、アルミニウム（Ａｌ）の割合を０．４≦ａ≦５８に限定し、同時にマグネシウム（Ｍｇ）の割合を０．０４≦ｂ≦１２に限定し、クロム（Ｃｒ）の割合を、１８≦ｃ≦４２に限定することにより達成することができた。
【００２２】
金属Ｍｅを選択することができる第二亜族ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂは、元素周期表の第ＩＶｂ族の元素、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、第Ｖｂ族の元素、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、及び第二亜族ＩＶｂの、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、及びタングステン（Ｗ）からなる。
【００２３】
就中、式ＡＸを選択することができる元素周期表の第一亜族Ｉａ及びＩＩａは、既知のやり方で、第一亜族Ｉａの元素、水素（Ｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、及びフランシウム（Ｆｒ）、及び第ＩＩａ族の、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、及びラジウム（Ｒａ）からなる。
【００２４】
第二亜族Ｉｂは、化学元素、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、及びテルビウム（Ｔｂ）からなり、第二亜族ＩＩｂは、化学元素、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）からなるのに対し、第二亜族ＩＩＩｂは、化学元素、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、及びアクチニウム（Ａｃ）からなる。
【００２５】
更に第二亜族ＶＩＩｂ及びＶＩＩＩｂは、それらから式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）の成分ＡＸを同様に選択することができるが、それらは、化学元素周期表の、化学元素、第二亜族ＶＩＩｂのマンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、及び第二亜族ＶＩＩＩｂの鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）からなる。
【００２６】
既知のやり方で、化学元素、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）は、ランタノイド系に属する。
【００２７】
特に、耐酸化性の欠如及び相安定性の欠如のような、就中、高温で、例えば、高性能工具で操作状態で非常に屡々遭遇する、最初に言及した欠点を有する従来法からの既知の硬質層を、本発明の化合物（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇで、アルミニウム、マグネシウム、及びクロムの含有量を上に記載したように限定することにより決定的に改良することができることが、今度、驚異的な仕方で示されている。本発明による化学組成の適当な選択により、耐酸化性、相耐久性、硬度、残留圧縮応力、及び他の明確なパラメーター、例えば、（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層の結合強度のようなものを、同時に最適にすることに初めて成功した。
【００２８】
これに関し、別に明確に述べない限り、本願の内容で化学元素についての指数又は化学元素を表す記号での指数により示した量についての記述は、全体についての原子％（ａｔ％）であると理解すべきである。即ち、例えば、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００として０．０１≦ｍ＜１００と言う記述は、式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）で成分Ａｍが１ａｔ％〜５０ａｔ％の量で存在することを意味する。
【００２９】
特に、本発明の層組織の複数の層を、層組織の中で既に既知の層と一緒にし、新しい層組織を有利に形成することもでき、その結果本発明により、従来法と比較して、殆どあらゆる点で改良された特徴を有する完全に新規な層組織を得ることができるようにされていることが示されている。
【００３０】
例えば、本発明による層組織で、全く異なった機能を有する異なった層を、本発明による層組織で、第一硬質層と一緒にして優れたものにすることができ、例えば、層間又は基体との結合強度で起きる問題を起こすことなく、また、例えば、望ましくない拡散過程又は他の物理的化学的反応又は高温での故障及び操作状態での大きな機械的負荷により、本発明による層組織が時間の経過と共に劣化することもない。例えば、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ、ＣｒＮ、等のような古典的化合物の層のような従来法から既知の慣用的層を、本発明に従い必要条件により、有利に第一硬質層と一緒にすることもできる。
【００３１】
本発明による層組織の化学組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）Ｇを有する第一硬質層の部分層を、Ａｌ、Ｍｇ、及びクロムの含有量の適切で特別な選択により、最も多様な機能を持つようにすることができる。このように、本発明による（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層を、或る場合には、全層組織の基体への優れた結合を生ずる結合層にすることができるが、それは、例えば、基体の格子パラメーターを更に別の層組織に整合させるか、又は基体の特別な化学性を、更に別の層組織の化学性に整合させるからである。
【００３２】
しかし、本発明による（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層は、例えば、層組織中の修正された化学組成で、それ自体既知の機能性を有する中間層を形成することもできるが、しかし、熱的、機械的、及び化学的侵食に対し摩耗を受ける基体、例えば、工具又は部品を保護する被覆第一硬質層にすることもできる。
【００３３】
実際に重要な一例として、成分ＡＸは混合金属である。
【００３４】
混合金属を形成するための成分ＡＸとして、少なくとも一種類の希土類元素を使用することが特に有利であることが証明されている。これに関し、既知のやり方で希土類元素の群には、ランタノイド及びランタン、スカンジウム、及びイットリウムも含まれる。これに関し、希土類群の純粋な元素は、実際特別な特性に関し、例えば、融点及び気化点、蒸気圧、等に関して全く異なっているが、これらの元素は、あったとしても、それらの化学的性質に関しては異なっているよりもむしろ非常に類似しており、このことは、それらの分離が実際には非常に困難を伴う事実から既に明白になっている。
【００３５】
このように、希土類は、前記混合金属の形でも屡々用いられており、即ち、例えば、合金化処理のために用いられている希土類群は純粋な金属ではなく、むしろ希土類群の二種類以上の元素を含む特定の混合物であり、恐らく予め定められた量の更に異なった化学元素を含んでいる。これに関し、非常にわずかな量の混合金属の添加でも、その組成により基礎物質の化学的及び物理的特性に大きな影響を与えることができることが知られている。
【００３６】
これに関し、化学成分ＡＸの成分として混合金属を使用することにより、混合金属の量が最小であっても、例えば、化学的性質又は格子構造に許容しなければならない対応する重大な変化を起こすことなく、本発明による層組織の希望の性質に甚だしく影響を与えることができることが示されている。これに関連して、「混合金属」の定義は、文献で必ずしも不明確なものではない。しかし、本願の内容では、用語「混合金属」とは、非常に広い技術的意味を持つものとして理解されるであろう。
【００３７】
特定の混合金属のための特別な例として簡単に用いられ、本願のための用語「混合金属」の意味を何ら限定するものではないが、非常に狭い定義として、混合金属は、セリウム混合金属も、希土類の金属の金属合金である。それは、例えば、４５％〜５２％のセリウム、２０％〜２７％のランタン、１５％〜１８％のネオジム、３％〜５％のプラセオジム、及び１％〜３％のサマリウム、テルビウム、及びイットリウム、微量の他の希土類金属、カルシウム、及び珪素、及び５％までの鉄からなる。この組成は、例えば、出発鉱物モナズ石から直接得ることができる。鉄の割合が１５％を越えている場合（主に５０％まで）、屡々セリウム鉄とも呼ばれている。
【００３８】
希土類の化学的性質の類似性の結果として、特定の性質について組成のずれは重要ではないのに対し、他の性質は化学組成の変化により実際に確かに影響を受けることがある。
【００３９】
混合金属は、鋼の製造中添加剤として望ましくない鉄酸化物を減少することができ、それらは、酸素及び硫黄と結合して脱ガスを助けることができる。合金用金属として、それらは、鉄・クロム・アルミニウム材料の鋳造及び流動性及び高温酸化性ガス中での耐食性を改良するのに役立つことができる。
【００４０】
次の表１は、混合金属の特別な五つの例を示しており、用語「混合金属」の定義は、表１の例に対しかなり広げられている。従って、表１の混合金属には、異なった希土類の外に、他の添加剤も含まれ、実際金属と非金属との両方、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓ、及び燐が含まれる。ハフニウム（Ｈｆ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び周期表の更に別の元素のような他の元素も混合金属中に存在させることができる。
【００４１】
しかし、既に述べたように、表１は、本願の内容から用語「混合金属」の意味の一例に過ぎないとして理解されるべきであり、本発明による層組織の成分ＡＸに有利に包含させることができる非常に異なった混合金属の種類について何ら限定的に働くものではない。
【００４２】
【表１】
【００４３】
アルミニウム（Ａｌ）の割合を２０≦ａ≦４２の範囲にあるように選択し、マグネシウム（Ｍｇ）の割合を０．０２≦ｂ≦６の範囲にあるように選択することが有利である。特に、Ｌａ及びＭｇの割合を記載の範囲に選択することにより、耐酸化性及び相耐久性の最適化と、層の硬度、残留圧縮応力、及び靭性の同時増大との良好な妥協をもたらし、更に良好な摩擦特性も達成することができることが示されている。
【００４４】
第一硬質層中、第二亜族ＩＶｂ及び／又はＶｂ及び／又はＶＩｂからの金属Ｍｅが、４≦ｄ≦５４に相当する量で存在するのが好ましい。組成のこの選択により、従来法からの既知の硬質層と比較して、硬度の一層の増加を達成することができると共に、層の用途により、金属群Ｍｅの特別な組成の適切な選択により窒化物形成の最適化を達成することができる。
【００４５】
特別な場合として、第一硬質層中にＳｉはせいぜいｋ＝２４の量で存在する。就中、窒素（Ｎ）は層組織の硬度に実質的に寄与し、珪素（Ｓｉ）は耐酸化性にとって重要であるのに対し、硼素（Ｂ）の付加的使用は、熱負荷に対し構造の耐久性を著しく改良することになる。
【００４６】
珪素含有量を記載の範囲に設定することにより、例えば、特定の範囲内で、層の耐酸化性及び靭性及び／又は硬度を同時に更に最適にすることができるが、それのみではなく、これら及び／又は他の対策に加えて最適することができる。
【００４７】
非常に特別な場合として、（例えば）成分ＡＸを形成する化学元素が、特定の理由から、一層小さな原子直径をもつ傾向がある場合、又は特定の化学的境界条件が満足されなければならない場合、成分ＡＸは、排他的にＬｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけから形成することができる。
【００４８】
これに関連して同じ又は他の理由から、更に特別な場合が可能である。例えば、別の場合としてＡＸを、Ｓｃ単独及び／又はＹ単独及び／又はＬａ単独にすることもでき、或はＡＸは、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素単独、特にＣｅ単独にすることができ、換言すれば他の元素は含まないようにすることができる。
【００４９】
次に、本発明による層組織の幾つかの態様の例を論ずるが、それらは、簡単化のため、第一硬質層の一つの層組織として、特別な層パラメーターを決定するために最初に製造した。次の層組織のみならず、特に、本願に関連して与える全ての例を有利に組合せることもできることは分かるであろう。
【００５０】
一つの態様として、ＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層を研究した。
【００５１】
この第一硬質層を、それ自体既知のやり方で、同様に当業者に既知の対応する処理室中でアーク蒸着源により適用した。屡々簡単にカソードと呼ばれている、一つの使用したアーク蒸着源は、１００ｍｍの直径をもち、技術的に重要ではない汚染物を別として、次の化学組成を有する：６８ａｔ％のＡｌ、２９．５ａｔ％のＣｒ、１．５ａｔ％のＭｇ、及び１ａｔ％のＳｉ。
【００５２】
次に、適用した層の組成を次のやり方で決定した：
ＲＥＭ：ＬＥＯ、ＥＤＸ：ＩＮＣＡ、加速電圧１５ｋｅＶ。
【００５３】
この研究は、基体に適用した層に次の組成を与える結果になった：６４．０３ａｔ％のＡｌ、３３．９３ａｔ％のＣｒ、１．０８ａｔ％のＳｉ、及び０．９６ａｔ％のＭｇ。
【００５４】
基体、この場合、高速度鋼を被覆するため、処理室中で先ず約５００℃に加熱し、イオンクリーニングにかけ、次に約６．５Ｐａのガス圧力、約１５０Ａのカソード電流、約５０Ｖのバイアス電圧でパルス状に被覆した。
【００５５】
比較のため、従来法で既知のＡｌＴｉＮ層を製造したが、用いたカソードは５５ａｔ％のＡｌ及び４５ａｔ％のＴｉを含んでいた。
【００５６】
両方の層にとって必要な窒素は、処理室中の処理ガスにより得ることができた。
【００５７】
次の表２は、そのようにして製造された二つの層の最も重要な層の性質を比較したものである。
【００５８】
【表２】
【００５９】
これに関し、表２によるマイクロ硬度は、３０ｍｍのボール直径及び６０ｒｐｍの５４０軸回転を有するＢＡＱ社のカロマックス（ｋａｌｏＭＡＸ）ＮＴを有するカロテスト（ＫＡＬＯＴＥＳＴ）で、研磨用エマルジョンを用いて、耐摩耗性による摩耗率を測定し、ヌープ法に従い、既知のやり方で決定した。表面抵抗は、約１０ｍｍの測定先端間の間隔にしたマルチメーターを用いて測定した。
【００６０】
表２は、本発明のＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層について、従来法で既知のＡｌＴｉＮ層と比較して、印象的な仕方で、著しく大きい硬度及び約１／３減少した摩耗率を実証している。本発明のＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層の巨大な表面抵抗は顕著であり、既知のＡｌＴｉＮ層のものよりも約３０００倍も大きい。このことは、本発明の層を、就中、表面電流の流れを阻止又は減少しなければならないか、又は表面電流の結果として磁場及び電場の発生を抑制又は阻止しなければならない用途の分野で、特に興味のあるものにしている。このように、本発明による層は、特に層の対応する電磁気特性、特に誘電特性が役割を果たす用途に特に良く適している。
【００６１】
実際に非常に重要になる更に別の態様として、本発明による層組織は、組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ〔ここで（ｋ＋ｌ＋ｍ）＝１００であり、Ｇは、Ｎ、Ｃ、及びＯからなる化学元素の群からの少なくとも一つの元素である〕を有する少なくとも一つの付加的硬質層を含む。これに関し、Ｍは、Ａｌ、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である。第二硬質層の成分Ａは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【００６２】
このことは、層組織が、組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ〔ここで、（ｏ＋ｐ＋ｑ）＝γ、（ｒ＋ｓ＋ｔ）＝δ、及び（γ＋δ）＝１００であり、４０≦γ≦６０であり、Ｍは、Ａｌ、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕の少なくとも一つの付加的第二硬質層を含むと言うことと本質的に同じである。成分ＡＹは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【００６３】
区別を一層よくするため、式単位［ＭｋＳｉｌＡｍ］の記号Ａは、式単位［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γの記号ＡＹにより置き換える。
【００６４】
従来法と比較して、工具及び部品のかなり一層改良された性能が次のようにして達成された。対応する基体を、組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ、一層正確には［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ〔Ｇは、このように、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）の群からの少なくとも一種類の元素を含むそれ自体既知の組成物であり、即ち、Ｇは、例えば、化学構造［ＮｒＣｓＯｔ］δを有し、Ｍはアルミニウム（Ａｌ）、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕の付加的第二硬質層で被覆した。
【００６５】
本発明に従い、就中、硬度、残留圧縮応力、耐酸化性、及び１２００℃以上の温度までの相安定性に関し、もう一度かなり改良された第二硬質層を有する層組織の特性を、次のようにして達成することができた。第二硬質層の化学組成を成分ＡＹで補足し、ここでＡＹはマンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素とする。それ自体既知のやり方で、元素周期表の第一亜族ＩＩＩａは、これに関し、元素、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔｌ）からなる。
【００６６】
第二硬質層の成分ＡＹのために少なくとも一種類の希土類元素を使用することは、特に有利であることが証明された。これに関し、非常にわずかな量の混合金属の添加でも、その組成により第二［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ硬質層の化学的及び物理的特性に大きな影響を与えることができることが見出されている。
【００６７】
更に、第二硬質層に、一種類以上の希土類元素及び／又は第一亜族Ｉａ及び／又はＩＩａ及び／又はＩＩＩａの一種類以上の元素の形の成分ＡＹを添加することによりこれらの性質を確実に改良することができ、本発明は、化学組成を適切に選択することにより、更に耐酸化性、相耐久性、硬度、及び他の明確なパラメーター、例えば、結合強度及び残留圧縮応力のようなものを改良し最適にすることに初めて成功したことが驚異的な仕方で示されている。
【００６８】
特に、第二硬質層の型の層を、既に既知の層及び層組織と一緒にし、新しい層組織を有利に形成することができ、その結果本発明により従来法と比較して殆どあらゆる点で改良された性質を有する完全に新規な層組織を得ることができるようにしていることも示されている。
【００６９】
この事は、特に、本発明による層組織［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ、即ち、［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δで成分ＡＹを形成する化学元素を適切に選択するために、本発明の層組織は非常に大きな融通性を達成している事実による。なぜなら、例えば、成分ＡＹのために原子直径の選択を広く適用することができ、それにより、例えば、化学結合の可能性に悪影響を与えることなく、格子パラメーターを整合することができるからである。
【００７０】
部分層は、本発明による層組織の化学組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを有する第二部分層はを含むことができ、成分ＡＹの化学組成を適切に選択することにより最も多様な機能を持つようにすることもできる。このように、第二［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ硬質層は、例えば、一つの場合として、全層組織の基体への優れた接着を生ずる結合層にすることができ、それは、例えば、基体の格子パラメーターを更に別の層組織へ整合させるか、又は基体の特別な化学性を、更に別の層組織の化学性に整合させることによる。
【００７１】
しかし、第二［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ硬質層は、層組織中の変性化学組成でそれ自体既知の機能を有する中間層を形成してもよいが、熱的、機械的、又は化学的侵食に対し、摩耗を受ける基体、例えば、工具又は部品を保護する被覆第一硬質層にすることもできる。
【００７２】
好ましい態様として、第二硬質層の成分Ａは、付加的に硼素（Ｂ）を含むことができる。窒素（Ｎ）は、就中、層組織の硬度に著しく寄与し、珪素（Ｓｉ）は耐酸化性にとって重要であるのに対し、構造体の熱負荷に対する抵抗性は、Ｂを付加的に使用することにより、更に一層著しく改良することができる。
【００７３】
必ずしも必要ではないが、第二硬質層中のＳｉの割合については、０．０４≦ｐ＜３０の範囲に設定するのが好ましい。
【００７４】
珪素含有量を、規定した範囲に設定することにより、例えば、耐酸化性及び靭性又は硬度と同様、第二硬質層、従って、本発明による全層組織の残留圧縮応力を、予め定めることができる限界内で同時に最適にするか、又はそれらを更に他の対策に対し最適にすることができる。
【００７５】
第二硬質層の式単位［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ中の化学成分ＡＹの割合は、それにより、０．００４＜ｑ＜６の範囲にあるのが好ましく、既に述べたように、その記載は原子％として理解すべきことは当然である。
【００７６】
第二硬質層の成分ＡＹを、規定した範囲以内で選択することにより、非常に高い温度でも、１２００℃より高くても、本発明による層組織により相耐久性を、更に別のパラメーターに加えて、更に改良することができることが示されている。しかし、耐酸化性を、それにより一層増大することもでき、関連する格子パラメーターを同時に整合させ、その結果層組織の希望の固有の応力レベルを設定することができ、更に層組織の硬度を一層増大することができる。
【００７７】
既に述べたように、第二硬質層の成分ＡＹは、希土類群の元素で、特にＹ及びランタノイドからなる化学元素群の一つの元素、特にＣｅ及び／又はＬａであるのが好ましいが、必ずしもその必要はなく、更に詳細に上で記載したように、それは、本発明による層組織の利点をもたらす。
【００７８】
既に述べたように、第二硬質層の成分ＡＹは、混合金属を含むこともでき、化学成分ＡＹの成分として混合金属を使用することにより、混合金属の量が最小であっても、例えば、化学組成又は格子構造に許容しなければならない対応する重大な変化を起こすことなく、本発明による層組織の希望の性質に甚だしく影響を与えることができる状況をもたらすことができることが示されている。
【００７９】
非常に特別な場合として、例えば、第二硬質層の成分ＡＹを形成する化学元素を、特別な理由から、もしあったとして、比較的小さな原子直径を有する傾向をもつべき場合、又は特別な化学的及び／又は物理的境界条件を満たさなければならない場合、成分Ａは、排他的にＢｅ単独及び／又はＣａ単独から形成することができる。
【００８０】
これに関連して、類似又は同様な理由、又は別の理由から更に特別な場合が可能になる。例えば、第二硬質層の成分ＡＹは、別の場合として、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけにすることもでき、且つ／又はＡＹは、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけ、特にＣｅだけにすることができ、換言すれば如何なる他の元素も含まない。
【００８１】
次に、第二硬質層を有する本発明による層組織の幾つかの態様の例について論ずるが、簡単化のため、特定の層パラメーターを決定するために第二硬質層のただ一つの層組織を製造した。
【００８２】
次の層組織のみならず、特に本願に関連して与えた全ての態様を、多くのやり方で有利に組合せることもできることは分かるであろう。
【００８３】
次に、本発明による態様として、或る割合のセリウム混合金属を含む第二ＴｉＳｉＮ硬質層について論ずる。その層を、それ自体既知のやり方で、同様に当業者に知られている対応する処理室中でアーク蒸着源により適用した。屡々簡単にカソードと呼ばれている、使用したアーク蒸着源は、この例では、１００ｍｍの直径をもち、技術的に重要ではない汚染物を別として、次の化学組成を持っている：８２．５ａｔ％のＴｉ、１７ａｔ％のＳｉ、０．５ａｔ％のセリウム混合金属（ＣｅＭ）、ここでセリウム混合金属は、５４重量％までのＣｅ、２９重量％までのＬａ、１３重量％までのＮｄ、及び４重量％までのＰｒからなる。
【００８４】
基体、この場合には高速度鋼を、被覆するため、先ず処理室で５００℃へ加熱し、イオンクリーニングにかけ、次に約５Ｐａのガス圧力、約１３０Ａのカソード電流、及び約５０Ｖのバイアス電圧で被覆した。
【００８５】
比較のため、従来法で知られているＡｌＴｉＮ層を、同じ被覆条件で製造し、そのために５５ａｔ％のＡｌ、４５ａｔ％のＴｉを含むカソードを用いた。両方の層のために必要な窒素は、処理室内の処理ガスから得ることができた。
【００８６】
次の表３は、製造された二つの層の最も重要な層特性の比較を示している。これに関し、表３のＣｅＭは、前に定義したセリウム混合金属を意味する。
【００８７】
【表３】
【００８８】
表３によるマイクロ硬度は、３０ｍｍのボール直径及び６０ｒｐｍの５４０軸回転を有するＢＡＱ社のカロテスト（ＫＡＬＯＴＥＳＴ）Ｎ装置を用い、研磨用エマルジョンを用いて、耐摩耗性による摩耗率及びヌープ法に従い、既知のやり方で決定した。
【００８９】
表３は、本発明によるＴｉＳｉＣｅＭＮ層について印象的な仕方で、従来法で知られていたＡｌＴｉＮ層と比較して、殆ど２倍に高い硬度、及び半分未満の大きさの摩耗率を実証している。
【００９０】
Ｘ線回折研究では、本発明による層では、明らかに好ましい（２００）格子配向が観察できたのに対し（ＩＩＩ）配向は実際上観察されなかった。
【００９１】
既に述べたように、第一硬質層を、本発明による層組織の好ましい態様として、層組織の末端被覆層にすることができるのに対し、別の態様では、第二硬質層が層組織の末端被覆層を形成する。
【００９２】
特別な場合として、本発明による層組織は、機能性層、特に複合体層、好ましくはＭｅｔｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ＞０；ｙ≧０；及びｚ＞０であり、Ｍｅｔは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏの群からの元素である）の複合体層を含むことができる。
【００９３】
これに関連して、例えば、元素Ｓｉ及び／又はＣを含む中間層を与えることができ、且つ／又は中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣ、第一硬質層の組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β及び／又は第二硬質層の組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを含む傾斜混合層を与える。
【００９４】
特別な場合として、本発明による層組織中に機能性層としてＳｉ／Ｂが支配的な層が付加的に与えられるように、層の金属成分の割合を、機能性層中最小限にするか又は全て無くすことができる。
【００９５】
ＳｉＢｘセラミックスについては、製造が複雑な結果として、これまで比較的僅かなことしか知られていない。ＳｉＢ６の場合、斜方晶形格子前面の大きい材料について次の特性が与えられている、硬度約２６００、弾性率２９０ＧＰａ、密度２．４３ｇ／ｃｍ３、熱膨張係数４．６×１０−６／℃、熱伝導度９Ｗ／ｍＫ、融点１９５０℃。特に、大きな耐酸化性を強調できるであろう：空気中１５５０℃まで安定。
【００９６】
このＳｉＢｘセラミックスの高温安定性は、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、及びＴｉＳｉＮのような古典的層組織では達成されない。そのような主要な性質は、硬度及び酸化性に関し、ＳｉＢｘ型の層で同様な形態で見出すことができ、ＰＶＤ被覆によるこれらの層の実現は工業的関連性を有する。
【００９７】
これに関し、ＳｉＢｘ機能性層の酸化に対する保護機構は、ＳｉＯ／ＢＯ型の二重層の形成に関係する。生ずる外側のＳｉに富む層は、酸素が層内部に拡散するのを防ぐ。
【００９８】
そのため、工具のための被覆材料として、新規な種類の被覆材料ＳｉＢｘ及び特に新規な種類の被覆材料ＳｉＢＣＮを使用することが既に提案されてきている。特に、既知の古典的硬質材料層と組合せて、ＳｉＢ化合物又はＳｉＢＮＣに基づく機能性層が、同様に、著しく改良された層特性をもたらすことが示されてきており、本発明では、同様に、もし必要ならば、そのような機能性層を本発明の層組織に統合することが提案されている。
【００９９】
被覆すべき基体又は工具に与えられている必要条件により、特別な場合には、本発明による層組織の機能性層に、酸素をドープすることが有利なことがあり、例えば、それにより、就中、層の構造を予め酸化するか又は精密化することにより酸素の拡散を減少し、高温での耐酸化性を著しく増大するＳｉＢＮＣＯ層を達成することができる。
【０１００】
機能性層に酸素をドープすることは、更に粒子境界に酸素による占有をもたらし、その結果、上記又は他の二重層組織の少なくとも部分的形成により、多かれ少なかれ開口多孔質又は層欠陥を屡々有する層組織の構造転化の傾向を減少する。なぜなら、酸素をドーピングすることによって予め酸化が誘発されるからである。
【０１０１】
本発明に従い、これに関し、機能性層が少なくとも二つの元素Ｓｉ及びＢを有することを決定することにより、特に、保護二重層を形成することができる。即ち、本発明による層組織は、組成、ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗ（ここでａ、ｂ＞０であり、３３ａｔ％＞ｃ≧０、及びｕ、ｖ、ｗ≧０であり、Ｍｅは、金属であり、特別な場合には、本発明による層を堆積するためのターゲットを製造するために用いられる金属、例えば、Ａｌ又はＳｉＣにすることができるが、しかし、意図的に配合させる金属元素にすることができる）の少なくとも一つの機能性層を持つことができる。
【０１０２】
これに関し、本発明による層組織の機能性層は、適当な金属中間層上に堆積することができるのが好ましいが、Ｓｉ、ＳｉＣ中間層の上にも、本発明による第一硬質層又は第二硬質層の上にも堆積することができ、金属又はセラミック工具材料の上に直接堆積するか、好ましくは硬質材料層で被覆された工具材料の上にも堆積することができる。
【０１０３】
本発明による層組織の機能性層は、殆ど無定形の状態で存在するのが好ましいが、必ずしもその必要はなく、この場合、特定の態様として、機能性層中に存在するナノ結晶領域を形成することができる。
【０１０４】
これに関連して、機能性層の層厚さは、約５ｎｍ〜５００００ｎｍ、特別な場合には１０ｎｍ〜２５００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、下の層として、例えば、同じか又は別のプラントで堆積したアルミニウム系硬質材料層を含むことができる。
【０１０５】
これに関し、機能性層の金属成分Ｍｅは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの一種類の金属である。
【０１０６】
特に好ましい態様として、少なくとも一つの複合体層を基体の表面に与え、好ましくはＭｅｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ、ｙ≧０及びｚ＞０であり、Ｍｅは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏからなる群からの元素である）の複合体層を与える。
【０１０７】
特別な用途に対し、本発明による特別な層組織に、ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗの付加的硬質層、特にＳｉａＢｂＭｅｃＣｖＮｕの付加的硬質層、特にＳｉａＢｂＣｖＮｕの付加的硬質層を与えることもできる。
【０１０８】
特に好ましい態様として、組成、（Ａｌ１−α−βＴｉαＸβ）（Ｎ１−γＣＯδＢε）（ここで、０．２＜α＜０．６、０≦β＜０．２、及びα＋β＞０．０１、及び０≦γ＜０．５、０≦δ＜０．５、０≦ε＜０．５、及びγ＋δ＋ε＞０．０１であり、ＸはＺｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ；Ｗ；Ｍｏ；Ｈｆ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｙからなる群からの元素である）を有するＡｌＴｉ硬質層を与える。
【０１０９】
ＳｉＢに基づく機能性層を、９〜０．１の範囲のＳｉ：Ｂの原子組成の範囲で堆積し、最も多様な組成物を傾斜層又は多重層内に与えることができる。硼素に富む機能性層を堆積するのが好ましく、即ち、Ｓｉ含有量は硼素含有量より少ない。Ｓｉ原子１つ当たり６原子の硼素を含む組成物が特に興味がある。なぜなら、その機能性層に、特に安定なＳｉＢ６構造を、少なくとも局部的に形成することができる。
【０１１０】
Ｎ、Ｃ、Ｏの添加は、機能性層に最も多様な結合状態を形成することになり、それにより、Ｂ−Ｎ、Ｂ−Ｃ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｏ、Ｂ−Ｏ結合が生ずるが、それらは複雑で定量に費用がかかる。共有結合成分（例えば、ＳｉＮ及びＢＣ）は大きな硬度をもたらす。これらの複雑な層の構造機構及び結合機構は、複雑な層特性に関し予測するには現在の知識状態では不適切である。
【０１１１】
好ましい態様として、機能性層の原子組成は、ほぼ同じ割合のＳｉ及び硼素及びＮ及び／又はＮ、Ｃ、Ｏの混合物からなるべきである。ＳｉＢに関するＮ及びＣの含有量に関する化学量論的量をこえる組成も価値があるが、それは技術的に製造するのに問題がある。例えば、ほぼ同じ割合のＳｉ、Ｂ、及びＣを有するが、Ｓｉの量の３倍に相当する割合のＮを含むこの種の層組成は、大きなセラミックスに従い都合がよいであろう。
【０１１２】
機能性層の上に記載した好ましい組成では、少なくとも局部的に極めて安定な化合物を、Ｓｉ３Ｂ３Ｎ７又はＳｉＢＮ３Ｃの形で、形成することができる。
【０１１３】
機能性層中の酸素含有量は、全組成に対し５０ａｔ％よりかなり低く、好ましくは約１０ａｔ％に限定される。なぜなら、一般に脆い材料挙動をもたらすイオン性結合の割合は制限するのがよいからである。
【０１１４】
機能性層中の金属の割合は、同様に５０ａｔ％よりかなり低く設定されるのが都合が良く、これらは、中間層では、主に最大１０ａｔ％までに限定される。それにより、それらの割合は、硬度の低い材料層に対し結合架橋として役立ち、或は標的結合剤から生ずる。
【０１１５】
それにより、機能性層の硬度は、約１０００〜５０００ビッカース、好ましくは２０００〜３５００ビッカースの範囲に亙る。適当な層の選択は、夫々の摩擦性に依存する。例として、摩擦は過度の加熱を防ぐための種々のマイクロ工具のための決定因子であり、既に都合が良いとされている約１０００ビッカースの層硬度を有する摩擦減少用硼素酸化物が望ましい。摩擦隔壁層は重要である。空気湿分が存在すると、酸化硼素は硼酸に転化し、それにより低い摩擦値を達成することができる。
【０１１６】
Ｔｉ合金と接触しているボールミル（球状フライス盤カッター）の場合、その代わり、大きな硬度レベルを設定すべきである。
【０１１７】
元素Ｓｉ及び／又はＣからなる中間層は、基体に対するのみならず本発明の層組織、例えば、特に高負荷工具の別の層に対する結合特性を改良するために与えることができる。
【０１１８】
更に、別の態様として、中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣを含み、第一硬質層の組成ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗ、特にＳｉａＢｂＭｅｃＣｖＮｕ、特別にＳｉａＢｂＣｖＮｕを含む傾斜混合層を与えることができる。これに関し、傾斜混合層の組成は、その傾斜混合と接触している第一層の組成から、同様にその傾斜混合と接触している第二層の組成へ多かれ少なかれ連続的に変化することができ、その結果、例えば、格子構造、結晶性、熱膨張性、等のような化学的及び／又は物理的性質が異なった第一層と第二層とを互いに理想的に整合させることができる。
【０１１９】
ＳｉａＢｂＭｅＮｕＣｖＯｗの酸素機能性層、特にＳｉａＢｂＮｕＣｖＯｗ酸素機能性層は、特に有利に与えることができ、それは特に被覆層として与えることができる。この被覆層は、例えば、層中への酸素の拡散を防ぐか又は最小限にすることができ（それのみならず）それにより、就中、耐酸化性を増大することができる。更に、被覆層は、外部、特に外側からの侵食に対し、特に化学的、熱的、及び機械的性質を与えることにより層組織を保護することができ、その結果、本発明の層組織は、例えば、特にその被覆層により高温に対し良く保護し、且つ／又は特に有利な機械的性質、又は特に良好な摩擦性を有する。前に記載した本発明の態様は、用途によりどのような適当な仕方で一緒に組合せてもよく、例として説明した層順序を別の仕方で特に実現することもでき、それら層の一つ以上を本発明による層組織の特別な態様で完全に省略することができ、或は別の態様では一つの同じ層組織で複数存在させることもできることは分かるであろう。
【０１２０】
特別な場合として、複合体層及び／又は中間層及び／又は第一硬質層及び／又は第二硬質層及び／又は傾斜混合層の層厚さは、０．１μｍ〜５０μｍ、特に１μｍ〜１５μｍ、好ましくは５μｍ〜８μｍの範囲に存在することができる。
【０１２１】
第一硬質層及び／又は第二硬質層の硬度ＨＫ０．０５は、好ましくは１０Ｇｐａ〜５０Ｇｐａ、特に２５Ｇｐａ〜３５Ｇｐａの範囲にあり、 第一硬質層及び／又は第二硬質層の残留圧縮応力は、０．１Ｇｐａ〜１０Ｇｐａ、特に１．５Ｇｐａ〜４Ｇｐａの範囲にある。
【０１２２】
本発明による層組織の耐酸化性及び／又は相安定性は、これに関し、７００℃より高い温度、特に１０００℃より高い温度まで保証されている。
【０１２３】
本発明による層組織の用途に関し、本発明は、更に、カソードの気化表面（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ）上でのアーク放電による蒸気物質（ｖａｐｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）を有する第一アーク蒸着源に関する。この構成では、気化材料は化学組成（Ａｌａ’Ｍｇｂ’Ｃｒｃ’Ｍｅｄ’Ｂｅ’ＡＸｍ’Ｓｉｋ’）〔ここで、（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’＋ｍ’＋ｋ’）＝１００であり、Ｍｅは、化学元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕を有する。ＡＸは、化学元素周期表の第一亜族、Ｉａ、ＩＩａの元素、及び第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ここで、０．０１≦ｍ’＜１００、好ましくは０．０１２≦ｍ’＜８０である。本発明により、Ａｌ、Ｍｇ、及びＣｒの含有量は、１≦ａ’≦９７、及び０．１≦ｂ’≦２０、及び３０≦ｃ’≦７０に限定される。
【０１２４】
特別な態様として、アーク蒸着源は、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含み、実施で特に重要な態様では、成分Ａは混合金属にすることができる。
【０１２５】
特別な態様として、アルミニウム含有量は５０≦ａ’≦７０の範囲にあり、マグネシウム含有量は０．５≦ｂ’≦１０の範囲に限定される。好ましくは、Ｍｅはアーク蒸着源中に１０≦ｄ’≦８０に相当する量で存在するが、必ずしもそうである必要はなく、Ｓｉ含有量は本発明のカソード中にせいぜいｋ’＝４０までの量になる。
【０１２６】
特別な場合として、成分Ａは、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡは、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、別の態様として、Ａは、ランタノイド系からの少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけである。
【０１２７】
本発明は、更に、カソードの気化表面上でのアーク放電による気化材料の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を含む第二アーク蒸着源に関し、この場合、気化材料は化学組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］〔ここで（ｋ＋ｌ＋ｍ）＝１００である〕、一層正確に述べれば、（Ｍｏ’Ｓｉｐ’ＡＹｑ’）〔ここで、（ｏ’＋ｐ’＋ｑ’）＝１００であり、Ｍは、Ａｌ及び元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕を有する。第二アーク蒸着源の成分Ａは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、及びＩＩＩａの元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【０１２８】
好ましい態様として、第二アーク蒸着源は、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含むことができ、且つ／又は成分Ａは、付加的に硼素（Ｂ）を含む。
【０１２９】
好ましくは、０．１≦ｐ’＜５０、且つ／又は条件０．０１＜ｑ’＜１０が適用される。
【０１３０】
実際上特に重要になる態様として、第二蒸着源の成分ＡＹは混合金属であり、且つ／又はＡＹは、Ｙ及びランタノイドからなる化学元素群からの元素であり、特にＣｅ及び／又はＬａである。
【０１３１】
特別な場合として、第二蒸着源の成分ＡＹは、Ｂｅ及び／又はＣａだけにすることができ、且つ／又はＡＹは、別の態様として、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけにすることができる。
【０１３２】
特別ではあるが、重要な場合として、ＡＹは、ランタノイド系からの少なくとも一種類の元素だけであり、特に成分ＡＹはＣｅだけからなるようにすることができる。
【０１３３】
更に、本発明は、第一蒸着源及び第二蒸着源の気化材料からなる気化材料を有する併合蒸着源に関する。
【０１３４】
最後に、本発明は、本発明による層組織で被覆された基体、特に工具にも関する。
【０１３５】
この点で、本発明による工具は、元の工具、即ち、マスター工具、鋳型、プレス工具、チップ形成工具、特にドリル、フライス盤カッター、旋盤又はフライス加工又は平削り機のための割出し可能な切削差込み工具、再成形工具、又はマイクロ工具、特にマイクロドリル、割出し可能なマイクロ切削差込み工具、マイクロフライス盤又は他の工具又はマイクロ工具又はプラスチック工具にすることができる。更に、本発明により被覆した基体は、摩耗を受ける部品、特に空中又は地上用タービン、モーター、特に内燃機関のための摩耗を受ける部品、特にシール、歯車、ピストン、ピストンリング、引張り機械のための摩耗を受ける部品、又は他の摩耗を受ける部品にすることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面を形成するための層組織（ｌａｙｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）層組織を製造するための蒸着源（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）、及び基体にも関し、特に本発明によりる層組織を有する工具に関する。それらは全て特許請求の範囲の夫々の範疇の独立項の前文に従っている。
【背景技術】
【０００２】
性能工具及び部品の製造は、主にそれらの表面の被覆により実現されている。そのような被覆基体の重要な種類は工具、就中、特にチップ形成用工具及び部品であり、就中、全ての可能な具体例で摩耗を受ける機械のための部品である。被覆される典型的な基体材料は、就中、工具鋼及び硬質金属であるが、全ての他の可能な基体材料もある。
【０００３】
これらの材料の被覆で知られている問題は、両方共空気中で約５００℃で比較的大きな酸化速度を有し、比較的低い温度（ＨＳＳでは約５００℃、硬質金属では６５０℃）で既に軟化することである。従って、鋼のハード機械加工のためには、例えば、立方晶系窒化硼素に基づくセラミック切削用物体を用いることも好ましい。このように、最も多種多様なＳｉＮセラミックが、例えば、アルミニウム合金及びねずみ鋳鉄を高速機械加工するために用いられている。これに関し、セラミックは金属工具材料と比較して実質的に一層耐久性があることが証明されている。それら工具に適当な被覆を与えることにより、更に性能の向上を達成することができる。
【０００４】
これに関し、従来法から知られている硬質材料層は、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ、ＣｒＮのような古典的化合物に屡々基づいている。しかし、これらの既知の硬質層は、それらの使用分野に関し、就中、高温で機能を果たす能力に関し、限界を有する。一方、硬度は温度を上昇させると顕著に低下し、他方、酸化は比較的低い温度で既に始まり、使用温度では層の摩耗を増大する結果になることがある。
【０００５】
これらの問題を無くすため、１０００℃までの範囲で耐酸化性を有し、硬度に関する特性も改良されている本質的に二つの種類の層が開発されてきた。
【０００６】
一方の種類の層は、ＡｌＴｉＮ、及びＡｌＣｒＮのようなアルミニウム含有基礎層に関し、それには必要に応じ付加的元素を合金化することができる。この分野からの典型的な化合物は、ＡｌＴｉＸＮＣＯ（式中、Ｘは、例えば、Ｃｒ又は他の金属である）の形の化合物である。
【０００７】
被覆された工具の性能を向上させるための従来法に従う別の経路は、キャリヤー層としての古典的硬質材料層と、機能性層としての仕上げ層とを一緒にした組合せに存する。仕上げ層として、特にＭｅＳｉＸＮＣＯ（ここでＸは別の金属又はＢである）型層の珪素高含有（１０ａｔ％以上）（ａｔ％は、本願の内容では「原子％」を意味する）層を挙げることができるが、例えば、温度負荷に耐えるかなり改良された能力を有するＴｉＳＮである。
【０００８】
更に、割り出し可能な（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）又は可逆切削差し込み工具に、特に旋盤加工中上昇した接触温度での摩耗過程に対抗できるよにするため、例えば、ＣＶＤ法によりＡｌ２Ｏ３のような酸化物セラミック層を堆積することが更に知られている。
【０００９】
更に、例えば、Ｂ４Ｃ及び立方晶系ＢＮ層のような硼素系層は研究段階にある。しかし、立方晶系ＢＮは、存在させるためには極めて複雑であると言う決定的な欠点を有する。これは、就中、層それ自身の成長が困難であるのみならず、それらの層に余りにも大きな固有の応力がもたらされることによる。
【００１０】
高温材料の分野で、最近ＳｉＣＮを基礎とする大きなセラミックが製造されてきており、それらは高い強度、及びＳｉＣ及びＳｉ３Ｎ４に比較して耐酸化性が改良された特徴を有する。それらの特別な特徴は、複雑な共有化学結合及びＳｉＣＮの無定形構造中での酸素の拡散速度が低いことに基づく。
【００１１】
しかし、あらゆる従来の努力にも拘わらず、例えば、硬度、残留圧縮応力、及び靭性のような機械的特性、高温での付着傾向及び摩擦のような摩擦特性、耐酸化性、相安定性、及び他の特性、就中、極端な温度での特性についての益々大きくなる要求を満たすことができる被覆を与えることは一部でしか成功していない。
【００１２】
更に、上に記載した高性能の層は、技術的方法の観点から非常に大きな困難を伴って製造することしか出来ず、それにより被覆された工具は非常に高価であり、そのため経済的観点から考えると、多くの場合、被覆することは価値がないか、又はそのような被覆された工具は、限られた市場しか持たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、従って、特に従来法から知られている問題を解決し、特に摩擦で確実に起きる酸化に対する挙動及び相安定性を有し、改良された機械的性質を有し、就中、硬度及び残留圧縮応力に関するのみならず、改良された機械的性質を有し、極端な温度条件でも用いることもできる改良された被覆を基体、特に摩耗を受ける工具又は部品に対して与えることができるようにすることにある。
【００１４】
本発明の更に別な目的は、新規な改良された硬質層を製造することができる蒸着源（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）を得ることができるようにすることである。
【００１５】
これらの目的を満足する本発明の主題は、特許請求の範囲の夫々の独立項の特徴により、特徴付けられている。
【００１６】
夫々の従属項は、本発明の特に有利な態様に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従って、本発明は、基体の表面、特に工具の表面に、表面層を形成するための層組織に関し、この場合、その層組織は、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、化学元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む。成分ＡＸは、第一亜族Ｉａの元素、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。元素周期表の、第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素、この場合、０．００４≦ｍ＜６０、好ましくは０．０１≦ｍ＜５０である。本発明に従い、０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２である。
【００１８】
この配合物は、基体の表面、特に工具の表面に、表面層を形成するために層組織が提案されていると言うことに等しく、その層組織は、組成、（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）Ｇの少なくとも一つの硬質層を有する。ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００であり、Ｇは、Ｎ、Ｃ、及びＯからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。Ｍｅは、化学元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、Ａは、元素周期表の第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、の元素、及び第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、０．０１≦ｍ＜１００である。本発明に従い、１≦ａ≦９７、及び０．１≦ｂ≦２０、及び３０≦ｃ≦７０である。この式において、合計（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）は１００に関係し、本願の請求項１の場合ではないが、αに関係する。式（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００は、群Ｇが一層狭く特定化されていない限り、本質的に（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝αと同じであるが、疑わしい場合には、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００は、明確さを欠くことがあるので、以下では、一層明確な式、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝αを用いるであろう。
【００１９】
区別を一層よくするため、更に、記号ＡＸは、式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）の成分Ａのための記号Ａの代わりに用いるであろう。
【００２０】
従来法に比較して工具及び部品のかなり改良された性能が本発明により達成されるが、それは、対応する基体を、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ〔ここで、Ｇは、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）からなる群からの少なくとも一種類の元素を含むそれ自体既知の組成物であり、従って、例えば［ＮｕＣｖＯｗ］βを表し、Ｍｅは、元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからの元素からなる化学元素群の少なくとも一種類の元素であり、Ａは、元素周期表の、第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、の元素、第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の硬質層で被覆することによる。
【００２１】
本発明の層組織の著しく改良された特徴、就中、硬度、残留圧縮応力、耐酸化性、及び１２００℃以上までの温度での相安定性に関する特徴を、本発明に従い、アルミニウム（Ａｌ）の割合を０．４≦ａ≦５８に限定し、同時にマグネシウム（Ｍｇ）の割合を０．０４≦ｂ≦１２に限定し、クロム（Ｃｒ）の割合を、１８≦ｃ≦４２に限定することにより達成することができた。
【００２２】
金属Ｍｅを選択することができる第二亜族ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂは、元素周期表の第ＩＶｂ族の元素、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、第Ｖｂ族の元素、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、及び第二亜族ＩＶｂの、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、及びタングステン（Ｗ）からなる。
【００２３】
就中、式ＡＸを選択することができる元素周期表の第一亜族Ｉａ及びＩＩａは、既知のやり方で、第一亜族Ｉａの元素、水素（Ｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、及びフランシウム（Ｆｒ）、及び第ＩＩａ族の、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、及びラジウム（Ｒａ）からなる。
【００２４】
第二亜族Ｉｂは、化学元素、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、及びテルビウム（Ｔｂ）からなり、第二亜族ＩＩｂは、化学元素、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）からなるのに対し、第二亜族ＩＩＩｂは、化学元素、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、及びアクチニウム（Ａｃ）からなる。
【００２５】
更に第二亜族ＶＩＩｂ及びＶＩＩＩｂは、それらから式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）の成分ＡＸを同様に選択することができるが、それらは、化学元素周期表の、化学元素、第二亜族ＶＩＩｂのマンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、及び第二亜族ＶＩＩＩｂの鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）からなる。
【００２６】
既知のやり方で、化学元素、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）は、ランタノイド系に属する。
【００２７】
特に、耐酸化性の欠如及び相安定性の欠如のような、就中、高温で、例えば、高性能工具で操作状態で非常に屡々遭遇する、最初に言及した欠点を有する従来法からの既知の硬質層を、本発明の化合物（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇで、アルミニウム、マグネシウム、及びクロムの含有量を上に記載したように限定することにより決定的に改良することができることが、今度、驚異的な仕方で示されている。本発明による化学組成の適当な選択により、耐酸化性、相耐久性、硬度、残留圧縮応力、及び他の明確なパラメーター、例えば、（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層の結合強度のようなものを、同時に最適にすることに初めて成功した。
【００２８】
これに関し、別に明確に述べない限り、本願の内容で化学元素についての指数又は化学元素を表す記号での指数により示した量についての記述は、全体についての原子％（ａｔ％）であると理解すべきである。即ち、例えば、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝１００として０．０１≦ｍ＜１００と言う記述は、式単位（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）で成分Ａｍが１ａｔ％〜５０ａｔ％の量で存在することを意味する。
【００２９】
特に、本発明の層組織の複数の層を、層組織の中で既に既知の層と一緒にし、新しい層組織を有利に形成することもでき、その結果本発明により、従来法と比較して、殆どあらゆる点で改良された特徴を有する完全に新規な層組織を得ることができるようにされていることが示されている。
【００３０】
例えば、本発明による層組織で、全く異なった機能を有する異なった層を、本発明による層組織で、第一硬質層と一緒にして優れたものにすることができ、例えば、層間又は基体との結合強度で起きる問題を起こすことなく、また、例えば、望ましくない拡散過程又は他の物理的化学的反応又は高温での故障及び操作状態での大きな機械的負荷により、本発明による層組織が時間の経過と共に劣化することもない。例えば、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ、ＣｒＮ、等のような古典的化合物の層のような従来法から既知の慣用的層を、本発明に従い必要条件により、有利に第一硬質層と一緒にすることもできる。
【００３１】
本発明による層組織の化学組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡｍＳｉｋ）Ｇを有する第一硬質層の部分層を、Ａｌ、Ｍｇ、及びクロムの含有量の適切で特別な選択により、最も多様な機能を持つようにすることができる。このように、本発明による（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層を、或る場合には、全層組織の基体への優れた結合を生ずる結合層にすることができるが、それは、例えば、基体の格子パラメーターを更に別の層組織に整合させるか、又は基体の特別な化学性を、更に別の層組織の化学性に整合させるからである。
【００３２】
しかし、本発明による（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）Ｇ層は、例えば、層組織中の修正された化学組成で、それ自体既知の機能性を有する中間層を形成することもできるが、しかし、熱的、機械的、及び化学的侵食に対し摩耗を受ける基体、例えば、工具又は部品を保護する被覆第一硬質層にすることもできる。
【００３３】
実際に重要な一例として、成分ＡＸは混合金属である。
【００３４】
混合金属を形成するための成分ＡＸとして、少なくとも一種類の希土類元素を使用することが特に有利であることが証明されている。これに関し、既知のやり方で希土類元素の群には、ランタノイド及びランタン、スカンジウム、及びイットリウムも含まれる。これに関し、希土類群の純粋な元素は、実際特別な特性に関し、例えば、融点及び気化点、蒸気圧、等に関して全く異なっているが、これらの元素は、あったとしても、それらの化学的性質に関しては異なっているよりもむしろ非常に類似しており、このことは、それらの分離が実際には非常に困難を伴う事実から既に明白になっている。
【００３５】
このように、希土類は、前記混合金属の形でも屡々用いられており、即ち、例えば、合金化処理のために用いられている希土類群は純粋な金属ではなく、むしろ希土類群の二種類以上の元素を含む特定の混合物であり、恐らく予め定められた量の更に異なった化学元素を含んでいる。これに関し、非常にわずかな量の混合金属の添加でも、その組成により基礎物質の化学的及び物理的特性に大きな影響を与えることができることが知られている。
【００３６】
これに関し、化学成分ＡＸの成分として混合金属を使用することにより、混合金属の量が最小であっても、例えば、化学的性質又は格子構造に許容しなければならない対応する重大な変化を起こすことなく、本発明による層組織の希望の性質に甚だしく影響を与えることができることが示されている。これに関連して、「混合金属」の定義は、文献で必ずしも不明確なものではない。しかし、本願の内容では、用語「混合金属」とは、非常に広い技術的意味を持つものとして理解されるであろう。
【００３７】
特定の混合金属のための特別な例として簡単に用いられ、本願のための用語「混合金属」の意味を何ら限定するものではないが、非常に狭い定義として、混合金属は、セリウム混合金属も、希土類の金属の金属合金である。それは、例えば、４５％〜５２％のセリウム、２０％〜２７％のランタン、１５％〜１８％のネオジム、３％〜５％のプラセオジム、及び１％〜３％のサマリウム、テルビウム、及びイットリウム、微量の他の希土類金属、カルシウム、及び珪素、及び５％までの鉄からなる。この組成は、例えば、出発鉱物モナズ石から直接得ることができる。鉄の割合が１５％を越えている場合（主に５０％まで）、屡々セリウム鉄とも呼ばれている。
【００３８】
希土類の化学的性質の類似性の結果として、特定の性質について組成のずれは重要ではないのに対し、他の性質は化学組成の変化により実際に確かに影響を受けることがある。
【００３９】
混合金属は、鋼の製造中添加剤として望ましくない鉄酸化物を減少することができ、それらは、酸素及び硫黄と結合して脱ガスを助けることができる。合金用金属として、それらは、鉄・クロム・アルミニウム材料の鋳造及び流動性及び高温酸化性ガス中での耐食性を改良するのに役立つことができる。
【００４０】
次の表１は、混合金属の特別な五つの例を示しており、用語「混合金属」の定義は、表１の例に対しかなり広げられている。従って、表１の混合金属には、異なった希土類の外に、他の添加剤も含まれ、実際金属と非金属との両方、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓ、及び燐が含まれる。ハフニウム（Ｈｆ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び周期表の更に別の元素のような他の元素も混合金属中に存在させることができる。
【００４１】
しかし、既に述べたように、表１は、本願の内容から用語「混合金属」の意味の一例に過ぎないとして理解されるべきであり、本発明による層組織の成分ＡＸに有利に包含させることができる非常に異なった混合金属の種類について何ら限定的に働くものではない。
【００４２】
【表１】
【００４３】
アルミニウム（Ａｌ）の割合を２０≦ａ≦４２の範囲にあるように選択し、マグネシウム（Ｍｇ）の割合を０．０２≦ｂ≦６の範囲にあるように選択することが有利である。特に、Ｌａ及びＭｇの割合を記載の範囲に選択することにより、耐酸化性及び相耐久性の最適化と、層の硬度、残留圧縮応力、及び靭性の同時増大との良好な妥協をもたらし、更に良好な摩擦特性も達成することができることが示されている。
【００４４】
第一硬質層中、第二亜族ＩＶｂ及び／又はＶｂ及び／又はＶＩｂからの金属Ｍｅが、４≦ｄ≦５４に相当する量で存在するのが好ましい。組成のこの選択により、従来法からの既知の硬質層と比較して、硬度の一層の増加を達成することができると共に、層の用途により、金属群Ｍｅの特別な組成の適切な選択により窒化物形成の最適化を達成することができる。
【００４５】
特別な場合として、第一硬質層中にＳｉはせいぜいｋ＝２４の量で存在する。就中、窒素（Ｎ）は層組織の硬度に実質的に寄与し、珪素（Ｓｉ）は耐酸化性にとって重要であるのに対し、硼素（Ｂ）の付加的使用は、熱負荷に対し構造の耐久性を著しく改良することになる。
【００４６】
珪素含有量を記載の範囲に設定することにより、例えば、特定の範囲内で、層の耐酸化性及び靭性及び／又は硬度を同時に更に最適にすることができるが、それのみではなく、これら及び／又は他の対策に加えて最適することができる。
【００４７】
非常に特別な場合として、（例えば）成分ＡＸを形成する化学元素が、特定の理由から、一層小さな原子直径をもつ傾向がある場合、又は特定の化学的境界条件が満足されなければならない場合、成分ＡＸは、排他的にＬｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけから形成することができる。
【００４８】
これに関連して同じ又は他の理由から、更に特別な場合が可能である。例えば、別の場合としてＡＸを、Ｓｃ単独及び／又はＹ単独及び／又はＬａ単独にすることもでき、或はＡＸは、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素単独、特にＣｅ単独にすることができ、換言すれば他の元素は含まないようにすることができる。
【００４９】
次に、本発明による層組織の幾つかの態様の例を論ずるが、それらは、簡単化のため、第一硬質層の一つの層組織として、特別な層パラメーターを決定するために最初に製造した。次の層組織のみならず、特に、本願に関連して与える全ての例を有利に組合せることもできることは分かるであろう。
【００５０】
一つの態様として、ＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層を研究した。
【００５１】
この第一硬質層を、それ自体既知のやり方で、同様に当業者に既知の対応する処理室中でアーク蒸着源により適用した。屡々簡単にカソードと呼ばれている、一つの使用したアーク蒸着源は、１００ｍｍの直径をもち、技術的に重要ではない汚染物を別として、次の化学組成を有する：６８ａｔ％のＡｌ、２９．５ａｔ％のＣｒ、１．５ａｔ％のＭｇ、及び１ａｔ％のＳｉ。
【００５２】
次に、適用した層の組成を次のやり方で決定した：
ＲＥＭ：ＬＥＯ、ＥＤＸ：ＩＮＣＡ、加速電圧１５ｋｅＶ。
【００５３】
この研究は、基体に適用した層に次の組成を与える結果になった：６４．０３ａｔ％のＡｌ、３３．９３ａｔ％のＣｒ、１．０８ａｔ％のＳｉ、及び０．９６ａｔ％のＭｇ。
【００５４】
基体、この場合、高速度鋼を被覆するため、処理室中で先ず約５００℃に加熱し、イオンクリーニングにかけ、次に約６．５Ｐａのガス圧力、約１５０Ａのカソード電流、約５０Ｖのバイアス電圧でパルス状に被覆した。
【００５５】
比較のため、従来法で既知のＡｌＴｉＮ層を製造したが、用いたカソードは５５ａｔ％のＡｌ及び４５ａｔ％のＴｉを含んでいた。
【００５６】
両方の層にとって必要な窒素は、処理室中の処理ガスにより得ることができた。
【００５７】
次の表２は、そのようにして製造された二つの層の最も重要な層の性質を比較したものである。
【００５８】
【表２】
【００５９】
これに関し、表２によるマイクロ硬度は、３０ｍｍのボール直径及び６０ｒｐｍの５４０軸回転を有するＢＡＱ社のカロマックス（ｋａｌｏＭＡＸ）ＮＴを有するカロテスト（ＫＡＬＯＴＥＳＴ）で、研磨用エマルジョンを用いて、耐摩耗性による摩耗率を測定し、ヌープ法に従い、既知のやり方で決定した。表面抵抗は、約１０ｍｍの測定先端間の間隔にしたマルチメーターを用いて測定した。
【００６０】
表２は、本発明のＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層について、従来法で既知のＡｌＴｉＮ層と比較して、印象的な仕方で、著しく大きい硬度及び約１／３減少した摩耗率を実証している。本発明のＡｌＣｒＭｇＳｉＮ層の巨大な表面抵抗は顕著であり、既知のＡｌＴｉＮ層のものよりも約３０００倍も大きい。このことは、本発明の層を、就中、表面電流の流れを阻止又は減少しなければならないか、又は表面電流の結果として磁場及び電場の発生を抑制又は阻止しなければならない用途の分野で、特に興味のあるものにしている。このように、本発明による層は、特に層の対応する電磁気特性、特に誘電特性が役割を果たす用途に特に良く適している。
【００６１】
実際に非常に重要になる更に別の態様として、本発明による層組織は、組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ〔ここで（ｋ＋ｌ＋ｍ）＝１００であり、Ｇは、Ｎ、Ｃ、及びＯからなる化学元素の群からの少なくとも一つの元素である〕を有する少なくとも一つの付加的硬質層を含む。これに関し、Ｍは、Ａｌ、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である。第二硬質層の成分Ａは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【００６２】
このことは、層組織が、組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ〔ここで、（ｏ＋ｐ＋ｑ）＝γ、（ｒ＋ｓ＋ｔ）＝δ、及び（γ＋δ）＝１００であり、４０≦γ≦６０であり、Ｍは、Ａｌ、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕の少なくとも一つの付加的第二硬質層を含むと言うことと本質的に同じである。成分ＡＹは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【００６３】
区別を一層よくするため、式単位［ＭｋＳｉｌＡｍ］の記号Ａは、式単位［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γの記号ＡＹにより置き換える。
【００６４】
従来法と比較して、工具及び部品のかなり一層改良された性能が次のようにして達成された。対応する基体を、組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ、一層正確には［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ〔Ｇは、このように、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）の群からの少なくとも一種類の元素を含むそれ自体既知の組成物であり、即ち、Ｇは、例えば、化学構造［ＮｒＣｓＯｔ］δを有し、Ｍはアルミニウム（Ａｌ）、及び元素周期表の第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕の付加的第二硬質層で被覆した。
【００６５】
本発明に従い、就中、硬度、残留圧縮応力、耐酸化性、及び１２００℃以上の温度までの相安定性に関し、もう一度かなり改良された第二硬質層を有する層組織の特性を、次のようにして達成することができた。第二硬質層の化学組成を成分ＡＹで補足し、ここでＡＹはマンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及びランタノイド系の元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素とする。それ自体既知のやり方で、元素周期表の第一亜族ＩＩＩａは、これに関し、元素、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔｌ）からなる。
【００６６】
第二硬質層の成分ＡＹのために少なくとも一種類の希土類元素を使用することは、特に有利であることが証明された。これに関し、非常にわずかな量の混合金属の添加でも、その組成により第二［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ硬質層の化学的及び物理的特性に大きな影響を与えることができることが見出されている。
【００６７】
更に、第二硬質層に、一種類以上の希土類元素及び／又は第一亜族Ｉａ及び／又はＩＩａ及び／又はＩＩＩａの一種類以上の元素の形の成分ＡＹを添加することによりこれらの性質を確実に改良することができ、本発明は、化学組成を適切に選択することにより、更に耐酸化性、相耐久性、硬度、及び他の明確なパラメーター、例えば、結合強度及び残留圧縮応力のようなものを改良し最適にすることに初めて成功したことが驚異的な仕方で示されている。
【００６８】
特に、第二硬質層の型の層を、既に既知の層及び層組織と一緒にし、新しい層組織を有利に形成することができ、その結果本発明により従来法と比較して殆どあらゆる点で改良された性質を有する完全に新規な層組織を得ることができるようにしていることも示されている。
【００６９】
この事は、特に、本発明による層組織［ＭｋＳｉｌＡｍ］Ｇ、即ち、［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δで成分ＡＹを形成する化学元素を適切に選択するために、本発明の層組織は非常に大きな融通性を達成している事実による。なぜなら、例えば、成分ＡＹのために原子直径の選択を広く適用することができ、それにより、例えば、化学結合の可能性に悪影響を与えることなく、格子パラメーターを整合することができるからである。
【００７０】
部分層は、本発明による層組織の化学組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを有する第二部分層はを含むことができ、成分ＡＹの化学組成を適切に選択することにより最も多様な機能を持つようにすることもできる。このように、第二［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ硬質層は、例えば、一つの場合として、全層組織の基体への優れた接着を生ずる結合層にすることができ、それは、例えば、基体の格子パラメーターを更に別の層組織へ整合させるか、又は基体の特別な化学性を、更に別の層組織の化学性に整合させることによる。
【００７１】
しかし、第二［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ硬質層は、層組織中の変性化学組成でそれ自体既知の機能を有する中間層を形成してもよいが、熱的、機械的、又は化学的侵食に対し、摩耗を受ける基体、例えば、工具又は部品を保護する被覆第一硬質層にすることもできる。
【００７２】
好ましい態様として、第二硬質層の成分Ａは、付加的に硼素（Ｂ）を含むことができる。窒素（Ｎ）は、就中、層組織の硬度に著しく寄与し、珪素（Ｓｉ）は耐酸化性にとって重要であるのに対し、構造体の熱負荷に対する抵抗性は、Ｂを付加的に使用することにより、更に一層著しく改良することができる。
【００７３】
必ずしも必要ではないが、第二硬質層中のＳｉの割合については、０．０４≦ｐ＜３０の範囲に設定するのが好ましい。
【００７４】
珪素含有量を、規定した範囲に設定することにより、例えば、耐酸化性及び靭性又は硬度と同様、第二硬質層、従って、本発明による全層組織の残留圧縮応力を、予め定めることができる限界内で同時に最適にするか、又はそれらを更に他の対策に対し最適にすることができる。
【００７５】
第二硬質層の式単位［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ中の化学成分ＡＹの割合は、それにより、０．００４＜ｑ＜６の範囲にあるのが好ましく、既に述べたように、その記載は原子％として理解すべきことは当然である。
【００７６】
第二硬質層の成分ＡＹを、規定した範囲以内で選択することにより、非常に高い温度でも、１２００℃より高くても、本発明による層組織により相耐久性を、更に別のパラメーターに加えて、更に改良することができることが示されている。しかし、耐酸化性を、それにより一層増大することもでき、関連する格子パラメーターを同時に整合させ、その結果層組織の希望の固有の応力レベルを設定することができ、更に層組織の硬度を一層増大することができる。
【００７７】
既に述べたように、第二硬質層の成分ＡＹは、希土類群の元素で、特にＹ及びランタノイドからなる化学元素群の一つの元素、特にＣｅ及び／又はＬａであるのが好ましいが、必ずしもその必要はなく、更に詳細に上で記載したように、それは、本発明による層組織の利点をもたらす。
【００７８】
既に述べたように、第二硬質層の成分ＡＹは、混合金属を含むこともでき、化学成分ＡＹの成分として混合金属を使用することにより、混合金属の量が最小であっても、例えば、化学組成又は格子構造に許容しなければならない対応する重大な変化を起こすことなく、本発明による層組織の希望の性質に甚だしく影響を与えることができる状況をもたらすことができることが示されている。
【００７９】
非常に特別な場合として、例えば、第二硬質層の成分ＡＹを形成する化学元素を、特別な理由から、もしあったとして、比較的小さな原子直径を有する傾向をもつべき場合、又は特別な化学的及び／又は物理的境界条件を満たさなければならない場合、成分Ａは、排他的にＢｅ単独及び／又はＣａ単独から形成することができる。
【００８０】
これに関連して、類似又は同様な理由、又は別の理由から更に特別な場合が可能になる。例えば、第二硬質層の成分ＡＹは、別の場合として、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけにすることもでき、且つ／又はＡＹは、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけ、特にＣｅだけにすることができ、換言すれば如何なる他の元素も含まない。
【００８１】
次に、第二硬質層を有する本発明による層組織の幾つかの態様の例について論ずるが、簡単化のため、特定の層パラメーターを決定するために第二硬質層のただ一つの層組織を製造した。
【００８２】
次の層組織のみならず、特に本願に関連して与えた全ての態様を、多くのやり方で有利に組合せることもできることは分かるであろう。
【００８３】
次に、本発明による態様として、或る割合のセリウム混合金属を含む第二ＴｉＳｉＮ硬質層について論ずる。その層を、それ自体既知のやり方で、同様に当業者に知られている対応する処理室中でアーク蒸着源により適用した。屡々簡単にカソードと呼ばれている、使用したアーク蒸着源は、この例では、１００ｍｍの直径をもち、技術的に重要ではない汚染物を別として、次の化学組成を持っている：８２．５ａｔ％のＴｉ、１７ａｔ％のＳｉ、０．５ａｔ％のセリウム混合金属（ＣｅＭ）、ここでセリウム混合金属は、５４重量％までのＣｅ、２９重量％までのＬａ、１３重量％までのＮｄ、及び４重量％までのＰｒからなる。
【００８４】
基体、この場合には高速度鋼を、被覆するため、先ず処理室で５００℃へ加熱し、イオンクリーニングにかけ、次に約５Ｐａのガス圧力、約１３０Ａのカソード電流、及び約５０Ｖのバイアス電圧で被覆した。
【００８５】
比較のため、従来法で知られているＡｌＴｉＮ層を、同じ被覆条件で製造し、そのために５５ａｔ％のＡｌ、４５ａｔ％のＴｉを含むカソードを用いた。両方の層のために必要な窒素は、処理室内の処理ガスから得ることができた。
【００８６】
次の表３は、製造された二つの層の最も重要な層特性の比較を示している。これに関し、表３のＣｅＭは、前に定義したセリウム混合金属を意味する。
【００８７】
【表３】
【００８８】
表３によるマイクロ硬度は、３０ｍｍのボール直径及び６０ｒｐｍの５４０軸回転を有するＢＡＱ社のカロテスト（ＫＡＬＯＴＥＳＴ）Ｎ装置を用い、研磨用エマルジョンを用いて、耐摩耗性による摩耗率及びヌープ法に従い、既知のやり方で決定した。
【００８９】
表３は、本発明によるＴｉＳｉＣｅＭＮ層について印象的な仕方で、従来法で知られていたＡｌＴｉＮ層と比較して、殆ど２倍に高い硬度、及び半分未満の大きさの摩耗率を実証している。
【００９０】
Ｘ線回折研究では、本発明による層では、明らかに好ましい（２００）格子配向が観察できたのに対し（ＩＩＩ）配向は実際上観察されなかった。
【００９１】
既に述べたように、第一硬質層を、本発明による層組織の好ましい態様として、層組織の末端被覆層にすることができるのに対し、別の態様では、第二硬質層が層組織の末端被覆層を形成する。
【００９２】
特別な場合として、本発明による層組織は、機能性層、特に複合体層、好ましくはＭｅｔｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ＞０；ｙ≧０；及びｚ＞０であり、Ｍｅｔは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏの群からの元素である）の複合体層を含むことができる。
【００９３】
これに関連して、例えば、元素Ｓｉ及び／又はＣを含む中間層を与えることができ、且つ／又は中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣ、第一硬質層の組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β及び／又は第二硬質層の組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを含む傾斜混合層を与える。
【００９４】
特別な場合として、本発明による層組織中に機能性層としてＳｉ／Ｂが支配的な層が付加的に与えられるように、層の金属成分の割合を、機能性層中最小限にするか又は全て無くすことができる。
【００９５】
ＳｉＢｘセラミックスについては、製造が複雑な結果として、これまで比較的僅かなことしか知られていない。ＳｉＢ６の場合、斜方晶形格子前面の大きい材料について次の特性が与えられている、硬度約２６００、弾性率２９０ＧＰａ、密度２．４３ｇ／ｃｍ３、熱膨張係数４．６×１０−６／℃、熱伝導度９Ｗ／ｍＫ、融点１９５０℃。特に、大きな耐酸化性を強調できるであろう：空気中１５５０℃まで安定。
【００９６】
このＳｉＢｘセラミックスの高温安定性は、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、及びＴｉＳｉＮのような古典的層組織では達成されない。そのような主要な性質は、硬度及び酸化性に関し、ＳｉＢｘ型の層で同様な形態で見出すことができ、ＰＶＤ被覆によるこれらの層の実現は工業的関連性を有する。
【００９７】
これに関し、ＳｉＢｘ機能性層の酸化に対する保護機構は、ＳｉＯ／ＢＯ型の二重層の形成に関係する。生ずる外側のＳｉに富む層は、酸素が層内部に拡散するのを防ぐ。
【００９８】
そのため、工具のための被覆材料として、新規な種類の被覆材料ＳｉＢｘ及び特に新規な種類の被覆材料ＳｉＢＣＮを使用することが既に提案されてきている。特に、既知の古典的硬質材料層と組合せて、ＳｉＢ化合物又はＳｉＢＮＣに基づく機能性層が、同様に、著しく改良された層特性をもたらすことが示されてきており、本発明では、同様に、もし必要ならば、そのような機能性層を本発明の層組織に統合することが提案されている。
【００９９】
被覆すべき基体又は工具に与えられている必要条件により、特別な場合には、本発明による層組織の機能性層に、酸素をドープすることが有利なことがあり、例えば、それにより、就中、層の構造を予め酸化するか又は精密化することにより酸素の拡散を減少し、高温での耐酸化性を著しく増大するＳｉＢＮＣＯ層を達成することができる。
【０１００】
機能性層に酸素をドープすることは、更に粒子境界に酸素による占有をもたらし、その結果、上記又は他の二重層組織の少なくとも部分的形成により、多かれ少なかれ開口多孔質又は層欠陥を屡々有する層組織の構造転化の傾向を減少する。なぜなら、酸素をドーピングすることによって予め酸化が誘発されるからである。
【０１０１】
本発明に従い、これに関し、機能性層が少なくとも二つの元素Ｓｉ及びＢを有することを決定することにより、特に、保護二重層を形成することができる。即ち、本発明による層組織は、組成、ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗ（ここでａ、ｂ＞０であり、３３ａｔ％＞ｃ≧０、及びｕ、ｖ、ｗ≧０であり、Ｍｅは、金属であり、特別な場合には、本発明による層を堆積するためのターゲットを製造するために用いられる金属、例えば、Ａｌ又はＳｉＣにすることができるが、しかし、意図的に配合させる金属元素にすることができる）の少なくとも一つの機能性層を持つことができる。
【０１０２】
これに関し、本発明による層組織の機能性層は、適当な金属中間層上に堆積することができるのが好ましいが、Ｓｉ、ＳｉＣ中間層の上にも、本発明による第一硬質層又は第二硬質層の上にも堆積することができ、金属又はセラミック工具材料の上に直接堆積するか、好ましくは硬質材料層で被覆された工具材料の上にも堆積することができる。
【０１０３】
本発明による層組織の機能性層は、殆ど無定形の状態で存在するのが好ましいが、必ずしもその必要はなく、この場合、特定の態様として、機能性層中に存在するナノ結晶領域を形成することができる。
【０１０４】
これに関連して、機能性層の層厚さは、約５ｎｍ〜５００００ｎｍ、特別な場合には１０ｎｍ〜２５００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、下の層として、例えば、同じか又は別のプラントで堆積したアルミニウム系硬質材料層を含むことができる。
【０１０５】
これに関し、機能性層の金属成分Ｍｅは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの一種類の金属である。
【０１０６】
特に好ましい態様として、少なくとも一つの複合体層を基体の表面に与え、好ましくはＭｅｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ、ｙ≧０及びｚ＞０であり、Ｍｅは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏからなる群からの元素である）の複合体層を与える。
【０１０７】
特別な用途に対し、本発明による特別な層組織に、ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗの付加的硬質層、特にＳｉａＢｂＭｅｃＣｖＮｕの付加的硬質層、特にＳｉａＢｂＣｖＮｕの付加的硬質層を与えることもできる。
【０１０８】
特に好ましい態様として、組成、（Ａｌ１−α−βＴｉαＸβ）（Ｎ１−γＣＯδＢε）（ここで、０．２＜α＜０．６、０≦β＜０．２、及びα＋β＞０．０１、及び０≦γ＜０．５、０≦δ＜０．５、０≦ε＜０．５、及びγ＋δ＋ε＞０．０１であり、ＸはＺｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ；Ｗ；Ｍｏ；Ｈｆ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｙからなる群からの元素である）を有するＡｌＴｉ硬質層を与える。
【０１０９】
ＳｉＢに基づく機能性層を、９〜０．１の範囲のＳｉ：Ｂの原子組成の範囲で堆積し、最も多様な組成物を傾斜層又は多重層内に与えることができる。硼素に富む機能性層を堆積するのが好ましく、即ち、Ｓｉ含有量は硼素含有量より少ない。Ｓｉ原子１つ当たり６原子の硼素を含む組成物が特に興味がある。なぜなら、その機能性層に、特に安定なＳｉＢ６構造を、少なくとも局部的に形成することができる。
【０１１０】
Ｎ、Ｃ、Ｏの添加は、機能性層に最も多様な結合状態を形成することになり、それにより、Ｂ−Ｎ、Ｂ−Ｃ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｏ、Ｂ−Ｏ結合が生ずるが、それらは複雑で定量に費用がかかる。共有結合成分（例えば、ＳｉＮ及びＢＣ）は大きな硬度をもたらす。これらの複雑な層の構造機構及び結合機構は、複雑な層特性に関し予測するには現在の知識状態では不適切である。
【０１１１】
好ましい態様として、機能性層の原子組成は、ほぼ同じ割合のＳｉ及び硼素及びＮ及び／又はＮ、Ｃ、Ｏの混合物からなるべきである。ＳｉＢに関するＮ及びＣの含有量に関する化学量論的量をこえる組成も価値があるが、それは技術的に製造するのに問題がある。例えば、ほぼ同じ割合のＳｉ、Ｂ、及びＣを有するが、Ｓｉの量の３倍に相当する割合のＮを含むこの種の層組成は、大きなセラミックスに従い都合がよいであろう。
【０１１２】
機能性層の上に記載した好ましい組成では、少なくとも局部的に極めて安定な化合物を、Ｓｉ３Ｂ３Ｎ７又はＳｉＢＮ３Ｃの形で、形成することができる。
【０１１３】
機能性層中の酸素含有量は、全組成に対し５０ａｔ％よりかなり低く、好ましくは約１０ａｔ％に限定される。なぜなら、一般に脆い材料挙動をもたらすイオン性結合の割合は制限するのがよいからである。
【０１１４】
機能性層中の金属の割合は、同様に５０ａｔ％よりかなり低く設定されるのが都合が良く、これらは、中間層では、主に最大１０ａｔ％までに限定される。それにより、それらの割合は、硬度の低い材料層に対し結合架橋として役立ち、或は標的結合剤から生ずる。
【０１１５】
それにより、機能性層の硬度は、約１０００〜５０００ビッカース、好ましくは２０００〜３５００ビッカースの範囲に亙る。適当な層の選択は、夫々の摩擦性に依存する。例として、摩擦は過度の加熱を防ぐための種々のマイクロ工具のための決定因子であり、既に都合が良いとされている約１０００ビッカースの層硬度を有する摩擦減少用硼素酸化物が望ましい。摩擦隔壁層は重要である。空気湿分が存在すると、酸化硼素は硼酸に転化し、それにより低い摩擦値を達成することができる。
【０１１６】
Ｔｉ合金と接触しているボールミル（球状フライス盤カッター）の場合、その代わり、大きな硬度レベルを設定すべきである。
【０１１７】
元素Ｓｉ及び／又はＣからなる中間層は、基体に対するのみならず本発明の層組織、例えば、特に高負荷工具の別の層に対する結合特性を改良するために与えることができる。
【０１１８】
更に、別の態様として、中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣを含み、第一硬質層の組成ＳｉａＢｂＭｅｃＮｕＣｖＯｗ、特にＳｉａＢｂＭｅｃＣｖＮｕ、特別にＳｉａＢｂＣｖＮｕを含む傾斜混合層を与えることができる。これに関し、傾斜混合層の組成は、その傾斜混合と接触している第一層の組成から、同様にその傾斜混合と接触している第二層の組成へ多かれ少なかれ連続的に変化することができ、その結果、例えば、格子構造、結晶性、熱膨張性、等のような化学的及び／又は物理的性質が異なった第一層と第二層とを互いに理想的に整合させることができる。
【０１１９】
ＳｉａＢｂＭｅＮｕＣｖＯｗの酸素機能性層、特にＳｉａＢｂＮｕＣｖＯｗ酸素機能性層は、特に有利に与えることができ、それは特に被覆層として与えることができる。この被覆層は、例えば、層中への酸素の拡散を防ぐか又は最小限にすることができ（それのみならず）それにより、就中、耐酸化性を増大することができる。更に、被覆層は、外部、特に外側からの侵食に対し、特に化学的、熱的、及び機械的性質を与えることにより層組織を保護することができ、その結果、本発明の層組織は、例えば、特にその被覆層により高温に対し良く保護し、且つ／又は特に有利な機械的性質、又は特に良好な摩擦性を有する。前に記載した本発明の態様は、用途によりどのような適当な仕方で一緒に組合せてもよく、例として説明した層順序を別の仕方で特に実現することもでき、それら層の一つ以上を本発明による層組織の特別な態様で完全に省略することができ、或は別の態様では一つの同じ層組織で複数存在させることもできることは分かるであろう。
【０１２０】
特別な場合として、複合体層及び／又は中間層及び／又は第一硬質層及び／又は第二硬質層及び／又は傾斜混合層の層厚さは、０．１μｍ〜５０μｍ、特に１μｍ〜１５μｍ、好ましくは５μｍ〜８μｍの範囲に存在することができる。
【０１２１】
第一硬質層及び／又は第二硬質層の硬度ＨＫ０．０５は、好ましくは１０Ｇｐａ〜５０Ｇｐａ、特に２５Ｇｐａ〜３５Ｇｐａの範囲にあり、 第一硬質層及び／又は第二硬質層の残留圧縮応力は、０．１Ｇｐａ〜１０Ｇｐａ、特に１．５Ｇｐａ〜４Ｇｐａの範囲にある。
【０１２２】
本発明による層組織の耐酸化性及び／又は相安定性は、これに関し、７００℃より高い温度、特に１０００℃より高い温度まで保証されている。
【０１２３】
本発明による層組織の用途に関し、本発明は、更に、カソードの気化表面（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ）上でのアーク放電による蒸気物質（ｖａｐｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）を有する第一アーク蒸着源に関する。この構成では、気化材料は化学組成（Ａｌａ’Ｍｇｂ’Ｃｒｃ’Ｍｅｄ’Ｂｅ’ＡＸｍ’Ｓｉｋ’）〔ここで、（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’＋ｍ’＋ｋ’）＝１００であり、Ｍｅは、化学元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂからなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕を有する。ＡＸは、化学元素周期表の第一亜族、Ｉａ、ＩＩａの元素、及び第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ここで、０．０１≦ｍ’＜１００、好ましくは０．０１２≦ｍ’＜８０である。本発明により、Ａｌ、Ｍｇ、及びＣｒの含有量は、１≦ａ’≦９７、及び０．１≦ｂ’≦２０、及び３０≦ｃ’≦７０に限定される。
【０１２４】
特別な態様として、アーク蒸着源は、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含み、実施で特に重要な態様では、成分Ａは混合金属にすることができる。
【０１２５】
特別な態様として、アルミニウム含有量は５０≦ａ’≦７０の範囲にあり、マグネシウム含有量は０．５≦ｂ’≦１０の範囲に限定される。好ましくは、Ｍｅはアーク蒸着源中に１０≦ｄ’≦８０に相当する量で存在するが、必ずしもそうである必要はなく、Ｓｉ含有量は本発明のカソード中にせいぜいｋ’＝４０までの量になる。
【０１２６】
特別な場合として、成分Ａは、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡは、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、別の態様として、Ａは、ランタノイド系からの少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけである。
【０１２７】
本発明は、更に、カソードの気化表面上でのアーク放電による気化材料の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を含む第二アーク蒸着源に関し、この場合、気化材料は化学組成［ＭｋＳｉｌＡｍ］〔ここで（ｋ＋ｌ＋ｍ）＝１００である〕、一層正確に述べれば、（Ｍｏ’Ｓｉｐ’ＡＹｑ’）〔ここで、（ｏ’＋ｐ’＋ｑ’）＝１００であり、Ｍは、Ａｌ及び元素周期表第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属である〕を有する。第二アーク蒸着源の成分Ａは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び化学元素周期表の第二亜族ＩＩＩｂの元素、第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、及びＩＩＩａの元素、及びランタノイド系元素からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である。
【０１２８】
好ましい態様として、第二アーク蒸着源は、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含むことができ、且つ／又は成分Ａは、付加的に硼素（Ｂ）を含む。
【０１２９】
好ましくは、０．１≦ｐ’＜５０、且つ／又は条件０．０１＜ｑ’＜１０が適用される。
【０１３０】
実際上特に重要になる態様として、第二蒸着源の成分ＡＹは混合金属であり、且つ／又はＡＹは、Ｙ及びランタノイドからなる化学元素群からの元素であり、特にＣｅ及び／又はＬａである。
【０１３１】
特別な場合として、第二蒸着源の成分ＡＹは、Ｂｅ及び／又はＣａだけにすることができ、且つ／又はＡＹは、別の態様として、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけにすることができる。
【０１３２】
特別ではあるが、重要な場合として、ＡＹは、ランタノイド系からの少なくとも一種類の元素だけであり、特に成分ＡＹはＣｅだけからなるようにすることができる。
【０１３３】
更に、本発明は、第一蒸着源及び第二蒸着源の気化材料からなる気化材料を有する併合蒸着源に関する。
【０１３４】
最後に、本発明は、本発明による層組織で被覆された基体、特に工具にも関する。
【０１３５】
この点で、本発明による工具は、元の工具、即ち、マスター工具、鋳型、プレス工具、チップ形成工具、特にドリル、フライス盤カッター、旋盤又はフライス加工又は平削り機のための割出し可能な切削差込み工具、再成形工具、又はマイクロ工具、特にマイクロドリル、割出し可能なマイクロ切削差込み工具、マイクロフライス盤又は他の工具又はマイクロ工具又はプラスチック工具にすることができる。更に、本発明により被覆した基体は、摩耗を受ける部品、特に空中又は地上用タービン、モーター、特に内燃機関のための摩耗を受ける部品、特にシール、歯車、ピストン、ピストンリング、引張り機械のための摩耗を受ける部品、又は他の摩耗を受ける部品にすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面上、特に工具の表面上に表面層を形成するための層組織で、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、化学元素周期表の、
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂ；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸが、元素周期表の、
− 第一亜族、Ｉａの元素；及び
− Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素；及び
− 第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素；及び
− ランタノイド系の元素；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、０．００４≦ｍ＜６０、好ましくは０．０１≦ｍ＜５０である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む層組織において、
０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２
であることを特徴とする、層組織。
【請求項２】
２０≦ａ≦４２、且つ／又は０．０２≦ｂ≦６、且つ／又はＭｅが、硬質層中４≦ｄ≦５４に相当する量で存在し、且つ／又はＳｉが、硬質層中せいぜいｋ＝２４の量で存在する請求項１に記載の層組織。
【請求項３】
ＡＸが、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡＸが、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、且つ／又はＡＸが、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけであり、且つ／又はＡＸが混合金属である、請求項１又は２に記載の層組織。
【請求項４】
層組織が、組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ、〔ここで、（ｏ＋ｐ＋ｑ）＝γ、（ｒ＋ｓ＋ｔ）＝δ、及び（γ＋δ）＝１００であり、４０≦γ≦６０であり、Ｍは：
元素周期表の、
− Ａｌ、及び
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、
ＡＹが、
化学元素周期表の、
− Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び
− 第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び
− 第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及び
− ランタノイド系の元素
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の少なくとも一つの付加的第二硬質層含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項５】
付加的第二硬質層ＡＹが付加的に硼素を含み、且つ／又はＡＹが混合金属であり、且つ／又はＡＹがＹ及びランタノイド系からなる化学元素群からの一種類の元素であり、特にＣｅ及び／又はＬａである、請求項４に記載の層組織。
【請求項６】
０．０４≦ｐ＜３０、且つ／又は０．００４＜ｑ＜６であり、好ましくは０．０１＜ｑ＜１０である、請求項４又は５に記載の層組織。
【請求項７】
第一硬質層が層組織の末端被覆層であり、且つ／又は第二硬質層が層組織の末端被覆層である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項８】
更に、少なくとも一つの機能性層、特に複合体層で、好ましくはＭｅｔｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ＞０；ｙ≧０；及びｚ＞０であり、Ｍｅｔは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏの群からの元素である）の複合体が基体の表面上に与えられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項９】
元素Ｓｉ及び／又はＣを含む中間層が与えられており、且つ／又は前記中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣ、及び第一硬質層の組成［ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ］α［ＮｕＣｖＯｗ］β、及び／又は第二硬質層の組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを含む傾斜混合層が与えられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項１０】
カソードの気化表面上でのアーク放電による蒸気物質の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を有するアーク蒸着源で、前記気化材料が化学組成（Ａｌａ’Ｍｇｂ’Ｃｒｃ’Ｍｅｄ’Ｂｅ’ＡＸｍ’Ｓｉｋ’）〔ここで、（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’＋ｍ’＋ｋ’）＝１００であり、Ｍｅは、
化学元素周期表の、
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂ、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸは、
化学元素周期表の、
− 第一亜族、Ｉａの元素、及び
− Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの元素、及び
− 第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及び
− ランタノイド系元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ここで、０．０１≦ｍ’＜１００、好ましくは０．０１２≦ｍ’＜８０である〕を有するアーク蒸着源において、
１≦ａ’≦９７、及び０．１≦ｂ’≦２０、及び３０≦ｃ’≦７０であり、気化材料が、好ましくは、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含むことを特徴とする、アーク蒸着源。
【請求項１１】
５０≦ａ’≦７０、及び／又は０．５≦ｂ’≦１０、及び／又は１０≦ｄ’≦８０であり、且つ／又はｋ’がせいぜい４０に等しい、請求項１０に記載のアーク蒸着源。
【請求項１２】
ＡＸが、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡＸが、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、且つ／又はＡＸが、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけであり、且つ／又はＡＸが混合金属である、請求項１０又は１１に記載のアーク蒸着源。
【請求項１３】
カソードの気化表面上でのアーク放電による気化材料の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を有するアーク蒸着源において、前記気化材料が化学組成（Ｍｏ’Ｓｉｐ’ＡＹｑ’）〔ここで、（ｏ’＋ｐ’＋ｑ’）＝１００であり、Ｍは、
元素周期表の、
− Ａｌ、及び
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、ＡＹが、
化学元素周期表の、
− Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び
− 第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び
− 第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、及びＩＩＩａの元素、及び
− ランタノイド系元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕を有する、アーク蒸着源。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の気化材料を有する併合蒸着源。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の層組織で被覆された基体、特に工具であって、前記工具が、元の工具（マスター工具）、鋳型、プレス工具、チップ形成工具、特にドリル、フライス盤カッター、旋盤又はフライス加工又は平削り機のための割出し可能な切削差込み工具、再成形工具、又はマイクロ工具、特にマイクロドリル、割出し可能なマイクロ切削差込み工具、マイクロフライス盤又は他の工具又はマイクロ工具又はプラスチック工具であり、且つ／又は前記基体が、摩耗を受ける部品、特に空中又は地上用タービン、モーター、特に内燃機関のための摩耗を受ける部品、特にシール、歯車、ピストン、ピストンリング、引張り機械のための摩耗を受ける部品、又は他の摩耗を受ける部品である、基体。
【請求項１】
基体の表面上、特に工具の表面上に表面層を形成するための層組織で、組成（ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ）α［ＮｕＣｖＯｗ］β〔ここで、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｍ＋ｋ）＝α、（ｕ＋ｖ＋ｗ）＝β、及び（α＋β）＝１００、４０≦α≦６０、であり、Ｍｅは、化学元素周期表の、
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂ；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸが、元素周期表の、
− 第一亜族、Ｉａの元素；及び
− Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａの元素；及び
− 第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、の元素；及び
− ランタノイド系の元素；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、０．００４≦ｍ＜６０、好ましくは０．０１≦ｍ＜５０である〕の少なくとも一つの第一硬質層を含む層組織において、
０．４≦ａ≦５８、及び０．０４≦ｂ≦１２、及び１８≦ｃ≦４２
であることを特徴とする、層組織。
【請求項２】
２０≦ａ≦４２、且つ／又は０．０２≦ｂ≦６、且つ／又はＭｅが、硬質層中４≦ｄ≦５４に相当する量で存在し、且つ／又はＳｉが、硬質層中せいぜいｋ＝２４の量で存在する請求項１に記載の層組織。
【請求項３】
ＡＸが、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡＸが、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、且つ／又はＡＸが、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけであり、且つ／又はＡＸが混合金属である、請求項１又は２に記載の層組織。
【請求項４】
層組織が、組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δ、〔ここで、（ｏ＋ｐ＋ｑ）＝γ、（ｒ＋ｓ＋ｔ）＝δ、及び（γ＋δ）＝１００であり、４０≦γ≦６０であり、Ｍは：
元素周期表の、
− Ａｌ、及び
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂの元素；
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、
ＡＹが、
化学元素周期表の、
− Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び
− 第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び
− 第一亜族Ｉａ、ＩＩａ、ＩＩＩａの元素、及び
− ランタノイド系の元素
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕の少なくとも一つの付加的第二硬質層含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項５】
付加的第二硬質層ＡＹが付加的に硼素を含み、且つ／又はＡＹが混合金属であり、且つ／又はＡＹがＹ及びランタノイド系からなる化学元素群からの一種類の元素であり、特にＣｅ及び／又はＬａである、請求項４に記載の層組織。
【請求項６】
０．０４≦ｐ＜３０、且つ／又は０．００４＜ｑ＜６であり、好ましくは０．０１＜ｑ＜１０である、請求項４又は５に記載の層組織。
【請求項７】
第一硬質層が層組織の末端被覆層であり、且つ／又は第二硬質層が層組織の末端被覆層である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項８】
更に、少なくとも一つの機能性層、特に複合体層で、好ましくはＭｅｔｘＥｙＮｚ（ここで、ｘ＞０；ｙ≧０；及びｚ＞０であり、Ｍｅｔは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＦ、Ｍｎ、Ｆｅ；Ｃｏ；Ｎｉ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍの群からの少なくとも一種類の金属であり、Ｅは、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｏの群からの元素である）の複合体が基体の表面上に与えられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項９】
元素Ｓｉ及び／又はＣを含む中間層が与えられており、且つ／又は前記中間層の元素Ｓｉ及び／又はＣ、及び第一硬質層の組成［ＡｌａＭｇｂＣｒｃＭｅｄＢｅＡＸｍＳｉｋ］α［ＮｕＣｖＯｗ］β、及び／又は第二硬質層の組成［ＭｏＳｉｐＡＹｑ］γ［ＮｒＣｓＯｔ］δを含む傾斜混合層が与えられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の層組織。
【請求項１０】
カソードの気化表面上でのアーク放電による蒸気物質の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を有するアーク蒸着源で、前記気化材料が化学組成（Ａｌａ’Ｍｇｂ’Ｃｒｃ’Ｍｅｄ’Ｂｅ’ＡＸｍ’Ｓｉｋ’）〔ここで、（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’＋ｍ’＋ｋ’）＝１００であり、Ｍｅは、
化学元素周期表の、
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂ、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ＡＸは、
化学元素周期表の、
− 第一亜族、Ｉａの元素、及び
− Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの元素、及び
− 第二亜族、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩｂ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂの元素、及び
− ランタノイド系元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素であり、ここで、０．０１≦ｍ’＜１００、好ましくは０．０１２≦ｍ’＜８０である〕を有するアーク蒸着源において、
１≦ａ’≦９７、及び０．１≦ｂ’≦２０、及び３０≦ｃ’≦７０であり、気化材料が、好ましくは、付加的にＣ及び／又はＮ及び／又はＯを含むことを特徴とする、アーク蒸着源。
【請求項１１】
５０≦ａ’≦７０、及び／又は０．５≦ｂ’≦１０、及び／又は１０≦ｄ’≦８０であり、且つ／又はｋ’がせいぜい４０に等しい、請求項１０に記載のアーク蒸着源。
【請求項１２】
ＡＸが、Ｌｉ及び／又はＢｅ及び／又はＣａ及び／又はＳｉだけであり、且つ／又はＡＸが、Ｓｃ及び／又はＹ及び／又はＬａだけであり、且つ／又はＡＸが、ランタノイド系の少なくとも一種類の元素だけであり、特にＣｅだけであり、且つ／又はＡＸが混合金属である、請求項１０又は１１に記載のアーク蒸着源。
【請求項１３】
カソードの気化表面上でのアーク放電による気化材料の蒸着により基体表面上に表面層を形成するため、カソードとして気化材料を有するアーク蒸着源において、前記気化材料が化学組成（Ｍｏ’Ｓｉｐ’ＡＹｑ’）〔ここで、（ｏ’＋ｐ’＋ｑ’）＝１００であり、Ｍは、
元素周期表の、
− Ａｌ、及び
− 第二亜族、ＩＶｂ、Ｖｂ、及びＶＩｂの元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の金属であり、ＡＹが、
化学元素周期表の、
− Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及び
− 第二亜族ＩＩＩｂの元素、及び
− 第一亜族、Ｉａ、ＩＩａ、及びＩＩＩａの元素、及び
− ランタノイド系元素、
からなる化学元素群からの少なくとも一種類の元素である〕を有する、アーク蒸着源。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の気化材料を有する併合蒸着源。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の層組織で被覆された基体、特に工具であって、前記工具が、元の工具（マスター工具）、鋳型、プレス工具、チップ形成工具、特にドリル、フライス盤カッター、旋盤又はフライス加工又は平削り機のための割出し可能な切削差込み工具、再成形工具、又はマイクロ工具、特にマイクロドリル、割出し可能なマイクロ切削差込み工具、マイクロフライス盤又は他の工具又はマイクロ工具又はプラスチック工具であり、且つ／又は前記基体が、摩耗を受ける部品、特に空中又は地上用タービン、モーター、特に内燃機関のための摩耗を受ける部品、特にシール、歯車、ピストン、ピストンリング、引張り機械のための摩耗を受ける部品、又は他の摩耗を受ける部品である、基体。
【公開番号】特開２００９−１９０５（Ｐ２００９−１９０５Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−１６４１４４（Ｐ２００８−１６４１４４）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（５０８１９０７４６）スルザー メタプラス ゲーエムベーハー (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６４１４４（Ｐ２００８−１６４１４４）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（５０８１９０７４６）スルザー メタプラス ゲーエムベーハー (8)
【Ｆターム（参考）】
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