酸窒化アルミニウムでコーティングした物品および同物品を作製する方法
【課題】酸窒化アルミニウムでコーティングした物品および同物品を作製する方法を提供する。
【解決手段】基材および基材上のコーティング組織を含む、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品。コーティング組織は、チタン含有コーティング層と、チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層とを有する。酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む。酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素からなる組成を有する。コーティング付き物品を作製する方法も提供される。
【解決手段】基材および基材上のコーティング組織を含む、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品。コーティング組織は、チタン含有コーティング層と、チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層とを有する。酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む。酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素からなる組成を有する。コーティング付き物品を作製する方法も提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、コーティング付き切削工具、コーティング付き超硬ドリル、およびエンドミルなどのコーティング付き物品に関する。本発明はさらに、例えば、弁本体（ｖａｌｖｅ ｂｏｄｙ）、パンチおよびダイなどのコーティング付き摩耗部品に関する。より具体的には、本発明は、基材と基材上のコーティング組織とを有する、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品に関する。コーティング組織は、化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積した酸窒化アルミニウムのコーティング層を含む。コーティング組織は、通常１つまたは複数の他のコーティング層をさらに含む。
【０００２】
本発明はまた、酸窒化アルミニウムコーティング層を含む、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品を作製する方法に関する。その方法は、基材を用意し、次いで、化学蒸着によりコーティング組織を堆積させる。コーティング組織は、酸窒化アルミニウムの少なくとも１つのコーティング層を含む。ガス混合物は、以下のガス、すなわち、水素、窒素、三塩化アルミニウム、二酸化炭素、塩化水素、アンモニア、ならびに、所望により、一酸化炭素および／またはアルゴンを含む。
【背景技術】
【０００３】
従来からのものとして、フリードクルップ（Ｆｒｉｅｄ Ｋｒｕｐｐ）の特許文献１では、切削インサートは、金属酸窒化物のコーティング層を含むコーティング組織を有し、その金属は、アルミニウム、チタン、またはジルコニウムとしてもよい。一例では、硬質材料からなる、割り出し可能な切削インサートが、ＴｉＣｌ４およびＣＨ４のガス混合物からの炭化チタン層でコーティングされた。次に、炭化チタンコーティング層が、窒素含有量４原子％のＡｌ２Ｏ２．８Ｎ０．２の層でコーティングされた。ガス混合物は、Ｈ２５０％、Ｎ２４６．６％、ＮＨ４０．４％、ＣＯ２２％、およびＡｌＣｌ３１％を含んでいた。１ページ、５１〜５９行を参照されたい。
【０００４】
サリン（Ｓａｒｉｎ）の特許文献２では、セラミック基材がその上にコーティング組織を有している。コーティング層の１つは、組成的に勾配を持つコーティングであるＡｌｘＯｙＮｚを含む。サリン（Ｓａｒｉｎ）の特許によれば（５欄、２１〜３９行を参照のこと）、酸窒化アルミニウムコーティング層は、下記の反応を同時に行うことで堆積させてもよい。
（１）ＡｌＣｌ３（ｇ）＋ＮＨ３（ｇ）(R)ＡｌＮ（ｓ）＋３ＨＣｌ（ｇ）
（２）２ＡｌＣｌ３（ｇ）＋ＣＯ２＋３Ｈ２(R)Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ）
この例において、酸窒化アルミニウムコーティング層は傾斜（ｇｒａｄｅｄ）組成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許出願公開第２ ０３８ ３７０ Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９５０，５５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の製品が酸窒化アルミニウムのＣＶＤコーティング層を含んでいたとしても、性能特性を改善した酸窒化アルミニウムコーティング層を含むコーティング組織を有する、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品を提供する必要がまだある。そのようなコーティング付き切削工具または摩耗部品は、低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを有する酸窒化アルミニウムコーティング層を示す。低減された引張り応力状態または適度な圧縮応力状態は、低い熱膨張特性、良好な熱安定性、または高い硬度のうちの１つまたは複数によって生じ得る。
【０００７】
酸窒化アルミニウムのコーティング層を含むコーティング組織を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などの改良されたコーティング物品であって、切削インサートおよび摩耗部品は改善された性能特性を有するカッティング部品を提供することが非常に望ましい。これらの改善された性能特性には、強化された耐摩耗性、および強化された耐熱衝撃性が含まれる。
【０００８】
さらに、低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることによって、コーティング付き物品は、クラック成長に対する抵抗性を示す。この種のコーティングでは、引張り応力状態にあることでクラック成長が助長され、圧縮応力状態にあることでクラックおよびクラック成長が回避される。クラックおよびクラック成長の回避は、断続切削のような用途において特に有益である。
【０００９】
さらに、低い熱膨張特性を有する、すなわち、コーティングの表面に見られる微小クラックのない酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。量的な意味で、これは、３０倍の光学顕微鏡で見て、コーティングのクレータ断面において観察されるクラックの発生がゼロであることを意味する。低い熱膨張特性を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング付き物品は熱クラックの発生がなくなり、これは、切削工具の耐熱衝撃性を改善するのに有益である。
【００１０】
さらに、良好な熱安定性を示す、すなわち、真空中において、１２００℃で２時間にわたり熱処理した後もコーティングがまだ存在する酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削インサートまたはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。これは、Ｘ線回折によって検出可能な相変態（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）がないことを意味する。良好な熱安定性を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング物品は改善された耐摩耗性を示す。
【００１１】
最後に、高い硬度を示す、すなわち、ＩＳＯ ３８７８により測定した場合に、少なくとも約２２００に等しい硬度値ＨＶ０．５を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削インサートまたはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。高い硬度を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング付き物品は改善された耐摩耗性を示す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一形態では、本発明は、コーティング付き物品を作製する方法であり、その方法は、基材を用意するステップと、ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップとを含み、ガス混合物は、ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、ガス混合物の残り分の水素とを含む。
【００１３】
別の形態では、本発明はコーティング付き物品である。コーティング付き物品は、基材表面を有する基材と、基材上のコーティング組織とを有する。コーティング組織は、チタン含有コーティング層と、チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層とを含む。酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む。酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は、基材を用意するステップと、ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップとを含む方法によって作製されるコーティング付き物品であり、ガス混合物は、ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、ガス混合物の残り分の水素とを含む。
【００１５】
本発明は下記の実施形態を含むが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
＜１＞コーティング付き物品を作製する方法であって、
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含み、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、方法。
【００１６】
＜２＞ 前記堆積ステップは、約７５０℃〜約１０２０℃の温度で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜３＞ 前記堆積ステップは、約８５０℃〜約９５０℃の温度で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜４＞ 前記堆積ステップは、約１０ｍｂａｒ〜約９００ｍｂａｒの圧力で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜５＞ 前記堆積ステップは、約５０ｍｂａｒ〜約１００ｍｂａｒの圧力で行われる、＜１＞に記載の方法。
【００１７】
＜６＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０体積％〜約４０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．２体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約３．０体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
＜７＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．２体積％〜約０．６体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜８＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜９＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜１０＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約４０体積％〜約５０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．４体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
【００１８】
＜１１＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約６０体積％〜約６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
＜１２＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約６０体積％〜約６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約２．５体積％〜約３．６体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
【００１９】
＜１３＞ 前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む、＜１＞に記載の方法。
＜１４＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１＞に記載の方法。
＜１５＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約３２原子％〜約３８原子％の量のアルミニウムと、約６３原子％〜約６７原子％の量の窒素と、約４原子％〜約６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１＞に記載の方法。
＜１６＞ 前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、＜１＞に記載の方法。
＜１７＞ 前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、＜１＞に記載の方法。
【００２０】
＜１８＞ 基材表面を有する基材と、前記基材上のコーティング組織とを含むコーティング付き物品であって、
前記コーティング組織は、
チタン含有コーティング層と、
前記チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層と、
を含み、
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含み、
前記酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、コーティング付き物品。
【００２１】
＜１９＞ 前記チタン含有コーティング層は、窒化チタンおよび炭窒化チタンからなる群から選択される、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２０＞ アルミナのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２１＞ 窒化アルミニウムのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２２＞ チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
【００２２】
＜２３＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約３２原子％〜約３８原子％の量のアルミニウムと、約６３原子％〜約６７原子％の量の窒素と、約４原子％〜約６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２４＞ 前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２５＞ 前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
【００２３】
＜２６＞ 基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含む方法によって作製されるコーティング付き切削工具または摩耗部品であって、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、コーティング付き切削工具または摩耗部品。
【００２４】
以下は、この特許出願の一部を形成する図面についての簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】典型的なコーティング切削インサートの等角図であり、下にある基材を露出させるためにコーティング組織の一部が除去されている。
【図２】コーティング組織の特定の一実施形態の概略的な断面図である。
【図３】コーティング組織の第２の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図４】コーティング組織の第３の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図５】コーティング組織の第４の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図６】実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の表面の顕微鏡写真（倍率は１０，０００倍）である。
【図７】実施例１のコーティング組織を断面で示す顕微鏡写真（倍率は１５，０００倍）である。
【図８】実施例１のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【図９】実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の斜入射Ｘ線回折パターンであり、入射角は１°、３°、５°、７°、および９°である。
【図１０】実施例２のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【図１１】実施例３のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照すると、図１は全体を３０として示した典型的なコーティング付き切削インサート（コーティング付き物品）の等角図である。コーティング付き切削インサート３０は、コーティング層の一部が除去されたために見える基材３２と、コーティング組織３４とを有する。コーティング付き切削インサート３０は、逃げ面３８およびすくい面４０を有し、切刃４２が、逃げ面３８とすくい面４０との合わせ目にある。コーティング付きの切削インサート３０は、切り屑を形成しながらの材料除去作業で使用するのに適している。
【００２７】
切り屑を形成しながらの材料除去作業では、切削インサートは加工物と係合して、通常は切り屑の形態で加工物から材料を除去する。通常は切り屑の形態で加工物から材料を除去する材料除去作業は、切り屑形成材料除去作業として当業者には公知である。モルトレヒト（Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔ）著、書籍「機械工作実習（Machine Shop Practice）」（インダストリアルプレス社（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ．）、ニューヨーク州、ニューヨーク（１９８１））は、１９９〜２０４ページに、特に、切り屑形成および様々な種類の切り屑（すなわち、連続型切り屑、不連続型切り屑、セグメント型切り屑）についての説明を提示している。モルトレヒトは、１９９〜２００ページで（一部抜粋）「切削工具が最初に金属と接触すると、切削工具は切刃の前方の金属を圧縮する。工具が前進すると、切刃の前方の金属には、それが内向きに剪断する部分に向かって圧力がかかり、剪断面と呼ばれる平面に沿って金属の結晶粒を塑性的に変形および流動させる…切削される金属のタイプが、鋼などの延性のあるものの場合、切り屑は、連続するリボンの形ではがれる…」と書いている。モルトレヒトは、続いて、連続型切り屑およびセグメント型切り屑の形成について説明している。
【００２８】
別の例として、「ＡＳＴＥツールエンジニアハンドブック（ASTE Tool Engineers Handbook）」、マグロウヒルブック社（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏ．）、ニューヨーク州、ニューヨーク（１９４９）の３０２〜３１５ページに見られる文は、金属切削加工時の切り屑形成について長文で記載している。３０３ページで、ＡＳＴＥハンドブックは、切り屑形成と、旋削加工、フライス加工、およびドリル加工などの機械加工とを明瞭に関連付けている。以下の特許文献、すなわち、（ケナメタル社（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．）に譲渡された）バタグリア（Ｂａｔｔａｇｌｉａ）らの米国特許第５，７０９，９０７号明細書、（ケナメタル社に譲渡された）バタグリアらの米国特許第５，７２２，８０３号明細書、および（ケナメタル社に譲渡された）オレス（Ｏｌｅｓ）らの米国特許第６，１６１，９９０号明細書は、材料除去作業時の切り屑の形成について説明している。
【００２９】
上記のように、コーティング付き物品は、コーティング付き摩耗部品も包含する。コーティング付き摩耗部品には、限定するものではないが、以下の部品、すなわち、弁本体、パンチおよびダイが含まれる。
【００３０】
特定のコーティング組織が図２〜５に示されている。図２は、コーティング付き切削インサート５０の断面を概略的な形態で示している。これらの図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート５０は、基材５２およびその上のコーティング組織５４を有する。コーティング組織５４は、窒化チタンのベースコーティング層５６と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムのコーティング層５８とを含む。図３は、コーティング付き切削インサート６０の断面を概略的な形態で示している。コーティング付き切削インサート６０は、基材６２およびその上のコーティング組織６４を有する。コーティング組織６４は、窒化チタンのベースコーティング層６６と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムの中間コーティング層６８とを含む。κ酸化アルミニウムの外側コーティング層６９は、酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある。
【００３１】
図４は、コーティング付き切削インサート７０の断面を概略的な形態で示している。この図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート７０は、基材７２およびその上のコーティング組織７４を有する。コーティング組織７４は、窒化チタンのベースコーティング層７５と、ＭＴ（中温）炭窒化チタンの中間コーティング層７６とを含む。酸窒化アルミニウムコーティング層７７は、中間コーティング層７６の上にある。窒化アルミニウムの外側コーティング層７８は、酸窒化アルミニウムコーティング層７７の上にある。
【００３２】
図５は、コーティング付き切削インサート８０の断面を概略的な形態で示している。この図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート８０は、基材８２およびその上のコーティング組織８３を有する。コーティング組織８３は、窒化チタンのベースコーティング層８４と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムのコーティング層８５とを含む。チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層８７は、酸窒化アルミニウムコーティング層８５の上にある。外側コーティング層８８はαアルミナであり、チタンオキシカーボナイトライドコーティング層の上にある。
【００３３】
上記のように、酸窒化アルミニウムコーティング層は、化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積する。酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるための基本プロセスパラメータ（例えば、温度、圧力、およびガス組成）が、下記の表Ｉに記載されている。温度および圧力に関して、広い方の範囲と、狭い方の好ましい範囲とがある。ガス組成は、ガス混合物の中の体積％で表されている。
【表１】
６つの異なる酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるのに使用されるガス混合物の（体積％で表した）特定の組成、ならびに圧力および温度が下記の表ＩＩに記載されている。
【表２】
上記のように、組成はガス混合物中の体積％で表されている。温度は℃（摂氏温度）で表され、圧力はミリバール（ｍｂａｒ）で表されている。
【実施例】
【００３４】
酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップを含む、コーティング付き切削インサートを形成する方法の特定の例、すなわち実施例１〜４が以下に記載されている。特定の例は、一酸化炭素もアルゴンも含まないが、これらのガスは、本発明のプロセスに有用である。この点について、反応収支を補って酸窒化アルミニウムコーティング層の堆積速度を落とすために、一酸化炭素を使用することができる。堆積時の材料の高い粘性により、酸窒化アルミニウムコーティング層を均一な厚さで分布させるために、アルゴンを使用することができる。一酸化炭素およびアルゴンは、酸窒化アルミニウムコーティング層の化学組成に影響を及ぼさない。
【００３５】
実施例１は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮコーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００３６】
コーティング組織は、厚さが約０．５μｍである窒化チタンのベースコーティング層を含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。酸窒化アルミニウムコーティング層は、ベースコーティング層の上にある。酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは５μｍである。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約３μｍ〜約１０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。実施例１のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＩＩＩに記載されている。
【表３】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング（ＡＩＯＮ）層を堆積させた。
【００３７】
酸窒化アルミニウムコーティング層の組成をグロー放電スペクトル（ＧＤＯＥＳ）から求めた。具体的な手段としてはＧＤＡ７５０装置（スペクトラムアナリティック社（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｔｉｃ Ｌｔｄ．）、ドイツ、ホーフ（Ｈｏｆ））がある。スポット径を１．０ｍｍで使用した。分析を行うために、スパッタリングにより、上面から基材側に０．５μｍ刻みで材料を除去した。平均組成（原子％）は、Ａｌ（原子％）＝３５％、Ｎ（原子％）＝６５％、およびＯ（原子％）＝５％であった。
【００３８】
図６は、実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の表面形態を示す顕微鏡写真である。図６を参照すると、コーティングは、ドーム形の超微細結晶粒群で構成されている。図７は、コーティング組織を断面で示す顕微鏡写真である。図７を参照すると、断面の平滑な劈開が、コーティング層の超微細結晶粒構造をさらに示している。図８は、クレータ状のコーティング断面を示す顕微鏡写真である。図８を参照すると、窒化チタンコーティング層および酸窒化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らなかった。
【００３９】
図９は、実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンである。Ｘ線回折結果は、酸窒化アルミニウムが、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）を有する相の混合物を含むことを示している。ＸＲＤ結果はまた、コーティング内に非晶質相があることを示している。ＸＲＤ結果に関して、ブラッグ・ブレンターノ（Ｂｒａｇｇ−Ｂｒｅｎｔａｎｏ）型斜入射システム、およびＮｉフィルタで取り出したＸ線のＣｕ Ｋα線（λ０．１５４７８ｎｍ）を用いる回折計タイプＤ５０００（シーメンス）を使用した。ＸＲＤ分析用のパラメータを図９に記載している。
【００４０】
実施例２は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮ−κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、１２．２重量％のＣｏ、ならびに含有量の総計が２．３重量％になるタンタル、ニオブ、およびバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約３μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４〜約１４．４ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約８９〜約９０であり、磁気飽和が１９．５〜２３．３μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約１３６〜約１６６エルステッドである。
【００４１】
本発明のコーティング組織は、厚さが０．５μｍである窒化チタンのベースコーティング層を含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが４μｍである酸窒化アルミニウムコーティング層をベースコーティング層の上にさらに含む。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約３μｍ〜約１０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、厚さが３μｍであるκ−酸化アルミニウムのコーティング層を酸窒化アルミニウムコーティング層の上に含む。当然ながら、κ−酸化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約６μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。実施例２のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＩＶに記載されている。
【表４】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００４２】
図１０は、実施例２のコーティング組織をクレータ状の断面で示す顕微鏡写真である。図１０を参照すると、窒化チタンコーティング層、酸窒化アルミニウムコーティング層、および酸化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らない。
【００４３】
実施例２のコーティング付き切削インサートの切削性能を従来のコーティング付き切削インサートの切削性能と比較するために、金属切削試験を行った。従来のコーティング付き切削インサートは、ＷＣと、１２．２重量％のＣｏ、ならびに含有量の総計が２．３重量％になるタンタル、ニオブ、およびバナジウムとからなる基材を含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約３μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４〜約１４．４ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約８９〜約９０であり、磁気飽和が１９．５〜２３．３μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約１３６〜約１６６エルステッドである。
【００４４】
従来のコーティング切削インサートのコーティング組織は、ＴｉＮのベースコーティング層（厚さ１μｍ）、ＭＴ（中温）−ＴｉＣＮの中間コーティング層（厚さ４μｍ）、およびκ−アルミナの外側コーティング層（厚さ２μｍ）を含む。フライス加工試験の切削パラメータを下記に記載する。
加工物：４２ Ｃｒ Ｍｏ ４ Ｖインサート：ＨＮＧＪ０９０５ＡＮＳＮ−ＧＤ
切削速度（ｍ／分）：２５０
軸方向の切込み深さ（ｍｍ）：２．０
半径方向の切込み深さ（ｍｍ）：１２０
送り速度（ｍｍ／歯）：０．３
冷却液＝有り
金属切削試験の結果を表Ｖに記載する。結果は不良になるまでを分で記載し、不良モードおよび基準は、目視検査で判断した切刃の微小欠けとする。
【表５】
切刃の微小欠けが熱クラックによって引き起こされると分かった。上記結果の平均から判断すると、これらの結果は、実施例２の本発明のコーティング付き切削インサートの性能が、従来のコーティング付き切削インサートと比較して３０パーセント（３０％）改善されたことを示している。
【００４５】
実施例３は、上に本発明のＴｉＮ−（ＭＴ）ＴｉＣＮ−ＡｌＯＮ−ＡｌＮコーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００４６】
本発明のコーティング組織は、厚さが０．５μｍである窒化チタンのベースコーティングを含む。当然ながら、コーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが３．５μｍであるＭＴ−炭窒化チタンの中間コーティング層をベースコーティング層の上にさらに有する。当然ながら、ＭＴ−中間炭窒化チタンコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲をとることもできる。コーティング組織は、厚さが２．５μｍである酸窒化アルミニウムコーティング層を中間コーティング層の上にさらに含む。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、酸窒化アルミニウムコーティング層上に窒化アルミニウムのコーティング層を有する。窒化アルミニウムのコーティング層は、厚さが０．５μｍであり、窒化アルミニウムコーティングの厚さは、約０．３μｍ〜約２μｍの範囲をとることもできる。
【００４７】
実施例３のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＶＩに記載されている。
【表６】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００４８】
図１１は、実施例３のコーティング組織をクレータ状の断面で示す顕微鏡写真である。図１１を参照すると、窒化チタンコーティング層、ＭＴ−炭窒化チタンコーティング層、酸窒化アルミニウムコーティング層、および窒化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らなかった。
【００４９】
実施例４は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮ−ＴｉＯＣＮ−αＡｌ２Ｏ３コーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００５０】
本発明のコーティング組織は、厚さが２μｍである窒化チタンのベースコーティングを含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約１．５μｍ〜約３．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが６．０μｍである中間酸窒化アルミニウムコーティング層をベースコーティング層の上にさらに含む。当然ながら、中間酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約４．５μｍ〜約８．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。そのうえ、コーティング組織は、厚さが０．５μｍである酸窒化チタン炭素のコーティング層を酸窒化アルミニウムコーティング層の上にさらに有する。当然ながら、酸窒化チタン炭素コーティング層の厚さは、約０．２μｍ〜約１．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、厚さが３．０μｍである、α−酸化アルミニウムの外側コーティング層をＴｉＯＣＮコーティング層の上に有する。当然ながら、α−酸化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２．０μｍ〜約５．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。
【００５１】
実施例４のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＶＩＩに記載されている。
【表７】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００５２】
本発明が、酸窒化アルミニウムのコーティング層を含むコーティング組織を有する改良されたコーティング切削インサートを提供することがこのように明らかになり、切削インサートは改善された性能特性を有する。
【００５３】
本発明が、低減された引張り応力から圧縮応力までを示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することも明らかである。コーティング層に引張り応力があるとクラック成長が助長されるため、引張り応力を低減することは、クラックが成長する傾向を軽減するのに寄与する。圧縮応力が存在することで、クラック形成およびクラック成長を回避することが容易になる。クラック形成およびクラック成長の回避は、断続切削用途に対して特に重要である。
【００５４】
さらに、本発明が、熱膨張性の低い酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。熱膨張性の低い酸窒化アルミニウムコーティング層は、圧縮応力状態を示す酸窒化アルミニウムコーティング層の下のコーティング層に相当する。
【００５５】
さらに、本発明が、良好な熱安定性を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。コーティングに良好な熱安定性を付与することにより、より高い摩耗特性およびより長い工具寿命が予測される。
【００５６】
最後に、本発明が、高い硬度を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。コーティングに高い硬度を付与することにより、より高い摩耗特性が予測される。
【００５７】
本発明が、酸窒化アルミニウムのコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを作製する方法を提供することは明らかである。
【００５８】
本明細書に示した特許および他の文献は、参照により本明細書に援用される。本明細書を検討することで、または本明細書に開示した本発明を実施することで、本発明の他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。本明細書および例は単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを意図しないものとする。本発明の真の範囲および趣旨は、添付の特許請求の範囲に示されている。
【符号の説明】
【００５９】
３０、５０、６０、７０、８０ コーティング付き切削インサート
３２、５２、６２、７２、８２ 基材
３４、５４、６４、７４、８３ コーティング組織
３８ 逃げ面
４０ すくい面
４２ 切刃
５６、６６、７５、８４ 窒化チタンのベースコーティング層
５８、６８、７７、８５ 酸窒化アルミニウムのコーティング層
６９ κ酸化アルミニウムの外側コーティング層
７６ ＭＴ（中温）炭窒化チタンの中間コーティング層
７８ 窒化アルミニウムの外側コーティング層
８７ チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層
８８ 外側コーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、コーティング付き切削工具、コーティング付き超硬ドリル、およびエンドミルなどのコーティング付き物品に関する。本発明はさらに、例えば、弁本体（ｖａｌｖｅ ｂｏｄｙ）、パンチおよびダイなどのコーティング付き摩耗部品に関する。より具体的には、本発明は、基材と基材上のコーティング組織とを有する、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品に関する。コーティング組織は、化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積した酸窒化アルミニウムのコーティング層を含む。コーティング組織は、通常１つまたは複数の他のコーティング層をさらに含む。
【０００２】
本発明はまた、酸窒化アルミニウムコーティング層を含む、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品を作製する方法に関する。その方法は、基材を用意し、次いで、化学蒸着によりコーティング組織を堆積させる。コーティング組織は、酸窒化アルミニウムの少なくとも１つのコーティング層を含む。ガス混合物は、以下のガス、すなわち、水素、窒素、三塩化アルミニウム、二酸化炭素、塩化水素、アンモニア、ならびに、所望により、一酸化炭素および／またはアルゴンを含む。
【背景技術】
【０００３】
従来からのものとして、フリードクルップ（Ｆｒｉｅｄ Ｋｒｕｐｐ）の特許文献１では、切削インサートは、金属酸窒化物のコーティング層を含むコーティング組織を有し、その金属は、アルミニウム、チタン、またはジルコニウムとしてもよい。一例では、硬質材料からなる、割り出し可能な切削インサートが、ＴｉＣｌ４およびＣＨ４のガス混合物からの炭化チタン層でコーティングされた。次に、炭化チタンコーティング層が、窒素含有量４原子％のＡｌ２Ｏ２．８Ｎ０．２の層でコーティングされた。ガス混合物は、Ｈ２５０％、Ｎ２４６．６％、ＮＨ４０．４％、ＣＯ２２％、およびＡｌＣｌ３１％を含んでいた。１ページ、５１〜５９行を参照されたい。
【０００４】
サリン（Ｓａｒｉｎ）の特許文献２では、セラミック基材がその上にコーティング組織を有している。コーティング層の１つは、組成的に勾配を持つコーティングであるＡｌｘＯｙＮｚを含む。サリン（Ｓａｒｉｎ）の特許によれば（５欄、２１〜３９行を参照のこと）、酸窒化アルミニウムコーティング層は、下記の反応を同時に行うことで堆積させてもよい。
（１）ＡｌＣｌ３（ｇ）＋ＮＨ３（ｇ）(R)ＡｌＮ（ｓ）＋３ＨＣｌ（ｇ）
（２）２ＡｌＣｌ３（ｇ）＋ＣＯ２＋３Ｈ２(R)Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋６ＨＣｌ（ｇ）
この例において、酸窒化アルミニウムコーティング層は傾斜（ｇｒａｄｅｄ）組成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許出願公開第２ ０３８ ３７０ Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９５０，５５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の製品が酸窒化アルミニウムのＣＶＤコーティング層を含んでいたとしても、性能特性を改善した酸窒化アルミニウムコーティング層を含むコーティング組織を有する、切削工具または摩耗部品などのコーティング付き物品を提供する必要がまだある。そのようなコーティング付き切削工具または摩耗部品は、低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを有する酸窒化アルミニウムコーティング層を示す。低減された引張り応力状態または適度な圧縮応力状態は、低い熱膨張特性、良好な熱安定性、または高い硬度のうちの１つまたは複数によって生じ得る。
【０００７】
酸窒化アルミニウムのコーティング層を含むコーティング組織を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などの改良されたコーティング物品であって、切削インサートおよび摩耗部品は改善された性能特性を有するカッティング部品を提供することが非常に望ましい。これらの改善された性能特性には、強化された耐摩耗性、および強化された耐熱衝撃性が含まれる。
【０００８】
さらに、低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。低減された引張り応力から適度な圧縮応力までを有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることによって、コーティング付き物品は、クラック成長に対する抵抗性を示す。この種のコーティングでは、引張り応力状態にあることでクラック成長が助長され、圧縮応力状態にあることでクラックおよびクラック成長が回避される。クラックおよびクラック成長の回避は、断続切削のような用途において特に有益である。
【０００９】
さらに、低い熱膨張特性を有する、すなわち、コーティングの表面に見られる微小クラックのない酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削工具またはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。量的な意味で、これは、３０倍の光学顕微鏡で見て、コーティングのクレータ断面において観察されるクラックの発生がゼロであることを意味する。低い熱膨張特性を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング付き物品は熱クラックの発生がなくなり、これは、切削工具の耐熱衝撃性を改善するのに有益である。
【００１０】
さらに、良好な熱安定性を示す、すなわち、真空中において、１２００℃で２時間にわたり熱処理した後もコーティングがまだ存在する酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削インサートまたはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。これは、Ｘ線回折によって検出可能な相変態（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）がないことを意味する。良好な熱安定性を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング物品は改善された耐摩耗性を示す。
【００１１】
最後に、高い硬度を示す、すなわち、ＩＳＯ ３８７８により測定した場合に、少なくとも約２２００に等しい硬度値ＨＶ０．５を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有する、コーティング付き切削インサートまたはコーティング付き摩耗部品などのコーティング付き物品を提供することが非常に望ましい。高い硬度を有する酸窒化アルミニウムコーティング層を設けることにより、コーティング付き物品は改善された耐摩耗性を示す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一形態では、本発明は、コーティング付き物品を作製する方法であり、その方法は、基材を用意するステップと、ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップとを含み、ガス混合物は、ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、ガス混合物の残り分の水素とを含む。
【００１３】
別の形態では、本発明はコーティング付き物品である。コーティング付き物品は、基材表面を有する基材と、基材上のコーティング組織とを有する。コーティング組織は、チタン含有コーティング層と、チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層とを含む。酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む。酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は、基材を用意するステップと、ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップとを含む方法によって作製されるコーティング付き物品であり、ガス混合物は、ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、所望により、ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、ガス混合物の残り分の水素とを含む。
【００１５】
本発明は下記の実施形態を含むが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
＜１＞コーティング付き物品を作製する方法であって、
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含み、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、方法。
【００１６】
＜２＞ 前記堆積ステップは、約７５０℃〜約１０２０℃の温度で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜３＞ 前記堆積ステップは、約８５０℃〜約９５０℃の温度で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜４＞ 前記堆積ステップは、約１０ｍｂａｒ〜約９００ｍｂａｒの圧力で行われる、＜１＞に記載の方法。
＜５＞ 前記堆積ステップは、約５０ｍｂａｒ〜約１００ｍｂａｒの圧力で行われる、＜１＞に記載の方法。
【００１７】
＜６＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０体積％〜約４０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．２体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約３．０体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
＜７＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．２体積％〜約０．６体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜８＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．７体積％〜約１．５体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜９＞ 前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の二酸化炭素を含む、＜６＞に記載の方法。
＜１０＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約４０体積％〜約５０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．４体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
【００１８】
＜１１＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約６０体積％〜約６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
＜１２＞ 前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約６０体積％〜約６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．６体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約２．５体積％〜約３．６体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、＜１＞に記載の方法。
【００１９】
＜１３＞ 前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む、＜１＞に記載の方法。
＜１４＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１＞に記載の方法。
＜１５＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約３２原子％〜約３８原子％の量のアルミニウムと、約６３原子％〜約６７原子％の量の窒素と、約４原子％〜約６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１＞に記載の方法。
＜１６＞ 前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、＜１＞に記載の方法。
＜１７＞ 前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、＜１＞に記載の方法。
【００２０】
＜１８＞ 基材表面を有する基材と、前記基材上のコーティング組織とを含むコーティング付き物品であって、
前記コーティング組織は、
チタン含有コーティング層と、
前記チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層と、
を含み、
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含み、
前記酸窒化アルミニウムコーティング層は、約２０原子％〜約５０原子％の量のアルミニウムと、約４０原子％〜約７０原子％の量の窒素と、約１原子％〜約２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、コーティング付き物品。
【００２１】
＜１９＞ 前記チタン含有コーティング層は、窒化チタンおよび炭窒化チタンからなる群から選択される、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２０＞ アルミナのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２１＞ 窒化アルミニウムのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２２＞ チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
【００２２】
＜２３＞ 前記酸窒化アルミニウムは、約３２原子％〜約３８原子％の量のアルミニウムと、約６３原子％〜約６７原子％の量の窒素と、約４原子％〜約６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２４＞ 前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
＜２５＞ 前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、＜１８＞に記載のコーティング付き物品。
【００２３】
＜２６＞ 基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含む方法によって作製されるコーティング付き切削工具または摩耗部品であって、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの約３０．０体積％〜約６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの約０．５体積％〜約１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの約１．０体積％〜約２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの約０．１体積％〜約１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの約１．５体積％〜約４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの約０体積％〜約２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、コーティング付き切削工具または摩耗部品。
【００２４】
以下は、この特許出願の一部を形成する図面についての簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】典型的なコーティング切削インサートの等角図であり、下にある基材を露出させるためにコーティング組織の一部が除去されている。
【図２】コーティング組織の特定の一実施形態の概略的な断面図である。
【図３】コーティング組織の第２の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図４】コーティング組織の第３の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図５】コーティング組織の第４の特定の実施形態の概略的な断面図である。
【図６】実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の表面の顕微鏡写真（倍率は１０，０００倍）である。
【図７】実施例１のコーティング組織を断面で示す顕微鏡写真（倍率は１５，０００倍）である。
【図８】実施例１のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【図９】実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の斜入射Ｘ線回折パターンであり、入射角は１°、３°、５°、７°、および９°である。
【図１０】実施例２のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【図１１】実施例３のコーティングの順番を示す断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照すると、図１は全体を３０として示した典型的なコーティング付き切削インサート（コーティング付き物品）の等角図である。コーティング付き切削インサート３０は、コーティング層の一部が除去されたために見える基材３２と、コーティング組織３４とを有する。コーティング付き切削インサート３０は、逃げ面３８およびすくい面４０を有し、切刃４２が、逃げ面３８とすくい面４０との合わせ目にある。コーティング付きの切削インサート３０は、切り屑を形成しながらの材料除去作業で使用するのに適している。
【００２７】
切り屑を形成しながらの材料除去作業では、切削インサートは加工物と係合して、通常は切り屑の形態で加工物から材料を除去する。通常は切り屑の形態で加工物から材料を除去する材料除去作業は、切り屑形成材料除去作業として当業者には公知である。モルトレヒト（Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔ）著、書籍「機械工作実習（Machine Shop Practice）」（インダストリアルプレス社（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ．）、ニューヨーク州、ニューヨーク（１９８１））は、１９９〜２０４ページに、特に、切り屑形成および様々な種類の切り屑（すなわち、連続型切り屑、不連続型切り屑、セグメント型切り屑）についての説明を提示している。モルトレヒトは、１９９〜２００ページで（一部抜粋）「切削工具が最初に金属と接触すると、切削工具は切刃の前方の金属を圧縮する。工具が前進すると、切刃の前方の金属には、それが内向きに剪断する部分に向かって圧力がかかり、剪断面と呼ばれる平面に沿って金属の結晶粒を塑性的に変形および流動させる…切削される金属のタイプが、鋼などの延性のあるものの場合、切り屑は、連続するリボンの形ではがれる…」と書いている。モルトレヒトは、続いて、連続型切り屑およびセグメント型切り屑の形成について説明している。
【００２８】
別の例として、「ＡＳＴＥツールエンジニアハンドブック（ASTE Tool Engineers Handbook）」、マグロウヒルブック社（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏ．）、ニューヨーク州、ニューヨーク（１９４９）の３０２〜３１５ページに見られる文は、金属切削加工時の切り屑形成について長文で記載している。３０３ページで、ＡＳＴＥハンドブックは、切り屑形成と、旋削加工、フライス加工、およびドリル加工などの機械加工とを明瞭に関連付けている。以下の特許文献、すなわち、（ケナメタル社（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．）に譲渡された）バタグリア（Ｂａｔｔａｇｌｉａ）らの米国特許第５，７０９，９０７号明細書、（ケナメタル社に譲渡された）バタグリアらの米国特許第５，７２２，８０３号明細書、および（ケナメタル社に譲渡された）オレス（Ｏｌｅｓ）らの米国特許第６，１６１，９９０号明細書は、材料除去作業時の切り屑の形成について説明している。
【００２９】
上記のように、コーティング付き物品は、コーティング付き摩耗部品も包含する。コーティング付き摩耗部品には、限定するものではないが、以下の部品、すなわち、弁本体、パンチおよびダイが含まれる。
【００３０】
特定のコーティング組織が図２〜５に示されている。図２は、コーティング付き切削インサート５０の断面を概略的な形態で示している。これらの図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート５０は、基材５２およびその上のコーティング組織５４を有する。コーティング組織５４は、窒化チタンのベースコーティング層５６と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムのコーティング層５８とを含む。図３は、コーティング付き切削インサート６０の断面を概略的な形態で示している。コーティング付き切削インサート６０は、基材６２およびその上のコーティング組織６４を有する。コーティング組織６４は、窒化チタンのベースコーティング層６６と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムの中間コーティング層６８とを含む。κ酸化アルミニウムの外側コーティング層６９は、酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある。
【００３１】
図４は、コーティング付き切削インサート７０の断面を概略的な形態で示している。この図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート７０は、基材７２およびその上のコーティング組織７４を有する。コーティング組織７４は、窒化チタンのベースコーティング層７５と、ＭＴ（中温）炭窒化チタンの中間コーティング層７６とを含む。酸窒化アルミニウムコーティング層７７は、中間コーティング層７６の上にある。窒化アルミニウムの外側コーティング層７８は、酸窒化アルミニウムコーティング層７７の上にある。
【００３２】
図５は、コーティング付き切削インサート８０の断面を概略的な形態で示している。この図面がコーティング付き切削インサート（または切削工具）を示しているとしても、当然ながら、コーティング組織は摩耗部品に適用可能であることが理解されるべきである。コーティング付き切削インサート８０は、基材８２およびその上のコーティング組織８３を有する。コーティング組織８３は、窒化チタンのベースコーティング層８４と、ベースコーティング層上の酸窒化アルミニウムのコーティング層８５とを含む。チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層８７は、酸窒化アルミニウムコーティング層８５の上にある。外側コーティング層８８はαアルミナであり、チタンオキシカーボナイトライドコーティング層の上にある。
【００３３】
上記のように、酸窒化アルミニウムコーティング層は、化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積する。酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるための基本プロセスパラメータ（例えば、温度、圧力、およびガス組成）が、下記の表Ｉに記載されている。温度および圧力に関して、広い方の範囲と、狭い方の好ましい範囲とがある。ガス組成は、ガス混合物の中の体積％で表されている。
【表１】
６つの異なる酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるのに使用されるガス混合物の（体積％で表した）特定の組成、ならびに圧力および温度が下記の表ＩＩに記載されている。
【表２】
上記のように、組成はガス混合物中の体積％で表されている。温度は℃（摂氏温度）で表され、圧力はミリバール（ｍｂａｒ）で表されている。
【実施例】
【００３４】
酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップを含む、コーティング付き切削インサートを形成する方法の特定の例、すなわち実施例１〜４が以下に記載されている。特定の例は、一酸化炭素もアルゴンも含まないが、これらのガスは、本発明のプロセスに有用である。この点について、反応収支を補って酸窒化アルミニウムコーティング層の堆積速度を落とすために、一酸化炭素を使用することができる。堆積時の材料の高い粘性により、酸窒化アルミニウムコーティング層を均一な厚さで分布させるために、アルゴンを使用することができる。一酸化炭素およびアルゴンは、酸窒化アルミニウムコーティング層の化学組成に影響を及ぼさない。
【００３５】
実施例１は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮコーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００３６】
コーティング組織は、厚さが約０．５μｍである窒化チタンのベースコーティング層を含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。酸窒化アルミニウムコーティング層は、ベースコーティング層の上にある。酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは５μｍである。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約３μｍ〜約１０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。実施例１のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＩＩＩに記載されている。
【表３】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング（ＡＩＯＮ）層を堆積させた。
【００３７】
酸窒化アルミニウムコーティング層の組成をグロー放電スペクトル（ＧＤＯＥＳ）から求めた。具体的な手段としてはＧＤＡ７５０装置（スペクトラムアナリティック社（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｔｉｃ Ｌｔｄ．）、ドイツ、ホーフ（Ｈｏｆ））がある。スポット径を１．０ｍｍで使用した。分析を行うために、スパッタリングにより、上面から基材側に０．５μｍ刻みで材料を除去した。平均組成（原子％）は、Ａｌ（原子％）＝３５％、Ｎ（原子％）＝６５％、およびＯ（原子％）＝５％であった。
【００３８】
図６は、実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層の表面形態を示す顕微鏡写真である。図６を参照すると、コーティングは、ドーム形の超微細結晶粒群で構成されている。図７は、コーティング組織を断面で示す顕微鏡写真である。図７を参照すると、断面の平滑な劈開が、コーティング層の超微細結晶粒構造をさらに示している。図８は、クレータ状のコーティング断面を示す顕微鏡写真である。図８を参照すると、窒化チタンコーティング層および酸窒化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らなかった。
【００３９】
図９は、実施例１の酸窒化アルミニウムコーティング層のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンである。Ｘ線回折結果は、酸窒化アルミニウムが、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）を有する相の混合物を含むことを示している。ＸＲＤ結果はまた、コーティング内に非晶質相があることを示している。ＸＲＤ結果に関して、ブラッグ・ブレンターノ（Ｂｒａｇｇ−Ｂｒｅｎｔａｎｏ）型斜入射システム、およびＮｉフィルタで取り出したＸ線のＣｕ Ｋα線（λ０．１５４７８ｎｍ）を用いる回折計タイプＤ５０００（シーメンス）を使用した。ＸＲＤ分析用のパラメータを図９に記載している。
【００４０】
実施例２は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮ−κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、１２．２重量％のＣｏ、ならびに含有量の総計が２．３重量％になるタンタル、ニオブ、およびバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約３μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４〜約１４．４ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約８９〜約９０であり、磁気飽和が１９．５〜２３．３μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約１３６〜約１６６エルステッドである。
【００４１】
本発明のコーティング組織は、厚さが０．５μｍである窒化チタンのベースコーティング層を含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが４μｍである酸窒化アルミニウムコーティング層をベースコーティング層の上にさらに含む。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約３μｍ〜約１０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、厚さが３μｍであるκ−酸化アルミニウムのコーティング層を酸窒化アルミニウムコーティング層の上に含む。当然ながら、κ−酸化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約６μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。実施例２のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＩＶに記載されている。
【表４】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００４２】
図１０は、実施例２のコーティング組織をクレータ状の断面で示す顕微鏡写真である。図１０を参照すると、窒化チタンコーティング層、酸窒化アルミニウムコーティング層、および酸化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らない。
【００４３】
実施例２のコーティング付き切削インサートの切削性能を従来のコーティング付き切削インサートの切削性能と比較するために、金属切削試験を行った。従来のコーティング付き切削インサートは、ＷＣと、１２．２重量％のＣｏ、ならびに含有量の総計が２．３重量％になるタンタル、ニオブ、およびバナジウムとからなる基材を含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約３μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４〜約１４．４ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約８９〜約９０であり、磁気飽和が１９．５〜２３．３μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約１３６〜約１６６エルステッドである。
【００４４】
従来のコーティング切削インサートのコーティング組織は、ＴｉＮのベースコーティング層（厚さ１μｍ）、ＭＴ（中温）−ＴｉＣＮの中間コーティング層（厚さ４μｍ）、およびκ−アルミナの外側コーティング層（厚さ２μｍ）を含む。フライス加工試験の切削パラメータを下記に記載する。
加工物：４２ Ｃｒ Ｍｏ ４ Ｖインサート：ＨＮＧＪ０９０５ＡＮＳＮ−ＧＤ
切削速度（ｍ／分）：２５０
軸方向の切込み深さ（ｍｍ）：２．０
半径方向の切込み深さ（ｍｍ）：１２０
送り速度（ｍｍ／歯）：０．３
冷却液＝有り
金属切削試験の結果を表Ｖに記載する。結果は不良になるまでを分で記載し、不良モードおよび基準は、目視検査で判断した切刃の微小欠けとする。
【表５】
切刃の微小欠けが熱クラックによって引き起こされると分かった。上記結果の平均から判断すると、これらの結果は、実施例２の本発明のコーティング付き切削インサートの性能が、従来のコーティング付き切削インサートと比較して３０パーセント（３０％）改善されたことを示している。
【００４５】
実施例３は、上に本発明のＴｉＮ−（ＭＴ）ＴｉＣＮ−ＡｌＯＮ−ＡｌＮコーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００４６】
本発明のコーティング組織は、厚さが０．５μｍである窒化チタンのベースコーティングを含む。当然ながら、コーティング層の厚さは、約０．１μｍ〜約３μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが３．５μｍであるＭＴ−炭窒化チタンの中間コーティング層をベースコーティング層の上にさらに有する。当然ながら、ＭＴ−中間炭窒化チタンコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲をとることもできる。コーティング組織は、厚さが２．５μｍである酸窒化アルミニウムコーティング層を中間コーティング層の上にさらに含む。当然ながら、酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、酸窒化アルミニウムコーティング層上に窒化アルミニウムのコーティング層を有する。窒化アルミニウムのコーティング層は、厚さが０．５μｍであり、窒化アルミニウムコーティングの厚さは、約０．３μｍ〜約２μｍの範囲をとることもできる。
【００４７】
実施例３のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＶＩに記載されている。
【表６】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００４８】
図１１は、実施例３のコーティング組織をクレータ状の断面で示す顕微鏡写真である。図１１を参照すると、窒化チタンコーティング層、ＭＴ−炭窒化チタンコーティング層、酸窒化アルミニウムコーティング層、および窒化アルミニウムコーティング層のコーティング順を見ることができる。３０倍の光学顕微鏡での目視検査によると、酸窒化アルミニウムコーティング層内に、見て分かる微細クラックは何らなかった。
【００４９】
実施例４は、上に本発明のＴｉＮ−ＡｌＯＮ−ＴｉＯＣＮ−αＡｌ２Ｏ３コーティング組織を有する基材を含むコーティング付き切削インサートである。基材は、ＷＣと、６．１重量％のＣｏおよび０．１５重量％のバナジウムとを含む。この基材は、次の特性を有する、すなわち、炭化タングステンの平均結晶粒径が約１μｍ〜約２μｍであり、多孔度がＡ０２、Ｂ０２、Ｃ００であり、比重が約１４．７〜約１５．１ｇ／ｃｍ３であり、ロックウェルＡ硬度が約９１．５〜約９２．３であり、磁気飽和が９．９〜１１．７μＴｍ３／ｋｇであり、保磁力が約２００〜約２４３エルステッドである。
【００５０】
本発明のコーティング組織は、厚さが２μｍである窒化チタンのベースコーティングを含む。当然ながら、窒化チタンコーティング層の厚さは、約１．５μｍ〜約３．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。コーティング組織は、厚さが６．０μｍである中間酸窒化アルミニウムコーティング層をベースコーティング層の上にさらに含む。当然ながら、中間酸窒化アルミニウムコーティング層の厚さは、約４．５μｍ〜約８．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。そのうえ、コーティング組織は、厚さが０．５μｍである酸窒化チタン炭素のコーティング層を酸窒化アルミニウムコーティング層の上にさらに有する。当然ながら、酸窒化チタン炭素コーティング層の厚さは、約０．２μｍ〜約１．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。最後に、コーティング組織は、厚さが３．０μｍである、α−酸化アルミニウムの外側コーティング層をＴｉＯＣＮコーティング層の上に有する。当然ながら、α−酸化アルミニウムコーティング層の厚さは、約２．０μｍ〜約５．０μｍの範囲をとることもできることが理解されるべきである。
【００５１】
実施例４のコーティング付き切削インサートを製造する特定のプロセスに対する処理の詳細（ガス組成、濃度、継続時間、温度、および圧力）が下記の表ＶＩＩに記載されている。
【表７】
表ＩＩの例Ｂに記載した特定のパラメータを使用して、酸窒化アルミニウムコーティング層（ＡＩＯＮ）を堆積させた。
【００５２】
本発明が、酸窒化アルミニウムのコーティング層を含むコーティング組織を有する改良されたコーティング切削インサートを提供することがこのように明らかになり、切削インサートは改善された性能特性を有する。
【００５３】
本発明が、低減された引張り応力から圧縮応力までを示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することも明らかである。コーティング層に引張り応力があるとクラック成長が助長されるため、引張り応力を低減することは、クラックが成長する傾向を軽減するのに寄与する。圧縮応力が存在することで、クラック形成およびクラック成長を回避することが容易になる。クラック形成およびクラック成長の回避は、断続切削用途に対して特に重要である。
【００５４】
さらに、本発明が、熱膨張性の低い酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。熱膨張性の低い酸窒化アルミニウムコーティング層は、圧縮応力状態を示す酸窒化アルミニウムコーティング層の下のコーティング層に相当する。
【００５５】
さらに、本発明が、良好な熱安定性を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。コーティングに良好な熱安定性を付与することにより、より高い摩耗特性およびより長い工具寿命が予測される。
【００５６】
最後に、本発明が、高い硬度を示す酸窒化アルミニウムコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを提供することは明らかである。コーティングに高い硬度を付与することにより、より高い摩耗特性が予測される。
【００５７】
本発明が、酸窒化アルミニウムのコーティング層を有するコーティング付き切削インサートを作製する方法を提供することは明らかである。
【００５８】
本明細書に示した特許および他の文献は、参照により本明細書に援用される。本明細書を検討することで、または本明細書に開示した本発明を実施することで、本発明の他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。本明細書および例は単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを意図しないものとする。本発明の真の範囲および趣旨は、添付の特許請求の範囲に示されている。
【符号の説明】
【００５９】
３０、５０、６０、７０、８０ コーティング付き切削インサート
３２、５２、６２、７２、８２ 基材
３４、５４、６４、７４、８３ コーティング組織
３８ 逃げ面
４０ すくい面
４２ 切刃
５６、６６、７５、８４ 窒化チタンのベースコーティング層
５８、６８、７７、８５ 酸窒化アルミニウムのコーティング層
６９ κ酸化アルミニウムの外側コーティング層
７６ ＭＴ（中温）炭窒化チタンの中間コーティング層
７８ 窒化アルミニウムの外側コーティング層
８７ チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層
８８ 外側コーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティング付き物品を作製する方法であって、
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含み、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０．０体積％〜６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．１体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記堆積ステップは、７５０℃〜１０２０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積ステップは、８５０℃〜９５０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積ステップは、１０ｍｂａｒ〜９００ｍｂａｒの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積ステップは、５０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０体積％〜４０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．２体積％〜１．５体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜３．０体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．２体積％〜０．６体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．７体積％〜１．５体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの４０体積％〜５０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．４体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの６０体積％〜６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの６０体積％〜６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの２．５体積％〜３．６体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸窒化アルミニウムは、２０原子％〜５０原子％の量のアルミニウムと、４０原子％〜７０原子％の量の窒素と、１原子％〜２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸窒化アルミニウムは、３２原子％〜３８原子％の量のアルミニウムと、６３原子％〜６７原子％の量の窒素と、４原子％〜６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基材表面を有する基材と、前記基材上のコーティング組織とを含むコーティング付き物品であって、
前記コーティング組織は、
チタン含有コーティング層と、
前記チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層と、
を含み、
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含み、
前記酸窒化アルミニウムコーティング層は、２０原子％〜５０原子％の量のアルミニウムと、４０原子％〜７０原子％の量の窒素と、１原子％〜２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、コーティング付き物品。
【請求項１９】
前記チタン含有コーティング層は、窒化チタンおよび炭窒化チタンからなる群から選択される、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２０】
アルミナのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２１】
窒化アルミニウムのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２２】
チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２３】
前記酸窒化アルミニウムは、３２原子％〜３８原子％の量のアルミニウムと、６３原子％〜６７原子％の量の窒素と、４原子％〜６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２４】
前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２５】
前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２６】
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含む方法によって作製されるコーティング付き切削工具または摩耗部品であって、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０．０体積％〜６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．１体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、コーティング付き切削工具または摩耗部品。
【請求項１】
コーティング付き物品を作製する方法であって、
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含み、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０．０体積％〜６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．１体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記堆積ステップは、７５０℃〜１０２０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積ステップは、８５０℃〜９５０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積ステップは、１０ｍｂａｒ〜９００ｍｂａｒの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積ステップは、５０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０体積％〜４０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．２体積％〜１．５体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜３．０体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．２体積％〜０．６体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．７体積％〜１．５体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス混合物は、前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の二酸化炭素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの４０体積％〜５０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．４体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの６０体積％〜６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜２．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの６０体積％〜６５体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．０体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜１．６体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．６体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの２．５体積％〜３．６体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸窒化アルミニウムは、２０原子％〜５０原子％の量のアルミニウムと、４０原子％〜７０原子％の量の窒素と、１原子％〜２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸窒化アルミニウムは、３２原子％〜３８原子％の量のアルミニウムと、６３原子％〜６７原子％の量の窒素と、４原子％〜６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基材表面を有する基材と、前記基材上のコーティング組織とを含むコーティング付き物品であって、
前記コーティング組織は、
チタン含有コーティング層と、
前記チタン含有コーティング層上の酸窒化アルミニウムコーティング層と、
を含み、
前記酸窒化アルミニウムは、六方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｐ６３ｍｃ）、立方晶系窒化アルミニウム型構造（空間群：Ｆｍ−３ｍ）、および所望により非晶構造を有する相の混合物を含み、
前記酸窒化アルミニウムコーティング層は、２０原子％〜５０原子％の量のアルミニウムと、４０原子％〜７０原子％の量の窒素と、１原子％〜２０原子％の量の酸素とを含む組成を有する、コーティング付き物品。
【請求項１９】
前記チタン含有コーティング層は、窒化チタンおよび炭窒化チタンからなる群から選択される、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２０】
アルミナのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２１】
窒化アルミニウムのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２２】
チタンオキシカーボナイトライドのコーティング層が前記酸窒化アルミニウムコーティング層の上にある、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２３】
前記酸窒化アルミニウムは、３２原子％〜３８原子％の量のアルミニウムと、６３原子％〜６７原子％の量の窒素と、４原子％〜６原子％の量の酸素とを含む組成を有する、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２４】
前記基材は、切刃を有する切削工具基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き切削工具である、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２５】
前記基材は、摩耗性表面を有する摩耗部品基材を含み、前記コーティング付き物品はコーティング付き摩耗部品である、請求項１８に記載のコーティング付き物品。
【請求項２６】
基材を用意するステップと、
ガス混合物から酸窒化アルミニウムコーティング層を堆積させるステップと、
を含む方法によって作製されるコーティング付き切削工具または摩耗部品であって、前記ガス混合物は、
前記ガス混合物のうちの３０．０体積％〜６５．０体積％の量の窒素と、
前記ガス混合物のうちの０．５体積％〜１．３体積％の量の三塩化アルミニウムと、
前記ガス混合物のうちの１．０体積％〜２．０体積％の量のアンモニアと、
前記ガス混合物のうちの０．１体積％〜１．６体積％の量の二酸化炭素と、
前記ガス混合物のうちの１．５体積％〜４．５体積％の量の塩化水素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２．０体積％の量の一酸化炭素と、
所望により、前記ガス混合物のうちの０体積％〜２５体積％の量のアルゴンと、
残り分としての水素と、
を含む、コーティング付き切削工具または摩耗部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９２５１６（Ｐ２０１２−１９２５１６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５４３２（Ｐ２０１２−５５４３２）
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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