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    Ein Hartfilm ist aus einem Material hergestellt, das eine Zusammensetzung hat, die durch die chemische Formel (TiaAlbVcSidBf) (C1-eNe) angegeben ist, wobei die Indizes a, b, c, d, e und f die Atomverhältnisse von Ti, Al, V, Si, N beziehungsweise B angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≦ a ≦ 0,5, 0,4 < b ≦ 0,8, 0,05 < c, 0 ≦ d ≦ 0,5, 0 ≦ f ≦ 0,1, 0,01 ≦ d + f ≦ 0,5, 0,5 ≦ e ≦ 1 und a + b + c + d + f = 1. Der Hartfilm ist härter und hat eine bessere Verschleißbeständigkeit als TiAlN-Filme und herkömmliche (TiAlV) (CN)-Filme.
    公开号:DE102004005934A1
    申请号:DE200410005934
    申请日:2004-02-06
    公开日:2004-09-02
    发明作者:Toshiki Kobe Sato；Kenji Kobe Yamamoto
    申请人:Kobe Steel Ltd；
    IPC主号:B32B9-00
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft einen Hartfilm,ein Herstellungsverfahren dafürund ein Target zur Hartfilmherstellung. Die Erfindung betrifft insbesondereeinen verschleißbeständigen Hartfilm,der die Verschleißbeständigkeitvon Schneidwerkzeugen, etwa von Carbidspitzen, Bohrern und Fräsen, vonMaschinenteilen und von Formen zur plastischen Bearbeitung von Metallenverbessert, ein Herstellungsverfahren für den Hartfilm und ein alsAusgangsmaterial zu verwendendes Target.
    [0002] Herkömmliche Schneidwerkzeuge ausHartmetallen, Cermets oder Schnellarbeitsstählen werden mit einem Hartfilmaus TiN, TiCN oder TiAlN beschichtet, um die Verschleißbeständigkeitdes Schneidwerkzeugs zu verbessern. Hartfilme aus Titannitrid, Titancarbidund Titancarbidnitrid, die im Allgemeinen zur Beschichtung von zurHochgeschwindigkeitsbearbeitung dienenden Schneidwerkzeugen undzum Schneiden harter Werkstücke,etwa von Werkstückenaus gehärtetemStahl, verwendet wurden, sind durch Filme aus Ti-Al Verbundnitrid(nachstehend als "TiAlN" bezeichnet) ersetztworden, die eine hervorragende Verschleißbeständigkeit haben. Um die Eigenschafteneines zwei Elemente enthaltenden Materials wie TiAlN zu verbessern,wurde in den letzten Jahren der Versuch unternommen, zu dem zweiElemente enthaltenden Material ein drittes Element hinzuzufügen. Sozeigen Filme aus TiAlVN oder (TiAlV)(CN), wie sie beispielsweisein der JP 3-120354 A , JP 10-018024 A undden US-Patenten Nr. 5,981,049 und 6,296,928 offenbart sind, einehervorragende Schneidfähigkeitbeim Schneiden von Werkstückenaus Materialien geringer Härtewie S50C (JIS). Die Schneidfähigkeitdieser herkömmlichenFilme kann dagegen beim Schneiden von Werkstücken aus harten Materialienwie abgeschrecktem SKD (JIS) nicht unbedingt zufrieden stellen.Es wäredaher günstig,Filme mit hervorragender Verschleißbeständigkeit und höherer Härte zu entwickeln,die den stetig steigenden Bedarf nach einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitungbei noch höherenSchnittgeschwindigkeiten erfüllen.
    [0003] Der in der JP 2002-337006 A vorgeschlageneHartfilm ist aus einem Material hergestellt, das Al und/oder einMetall der Gruppen IV, V und VI sowie Si und mindestens ein nichtmetallischesElement, d.h. N, B, C oder O enthält. Die Beschreibung diesesherkömmlichenHartfilms erwähntim Zusammenhang mit der optimalen Zusammensetzung des Materialslediglich einen Si-Gehalt von höchstens50%. Tatsächlichlässt sichaber aus einem Material, das durch einfaches Kombinieren der obigenElemente angefertigt wird, kein Hartfilm mit einer größeren Schneidfähigkeitals der herkömmlicheTiAlN-Film herstellen.
    [0004] Die Erfindung erfolgte angesichtsder obigen Umständeund ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hartfilm mit hervorragenderVerschleißbeständigkeitund hoher Härte,die höherals die des herkömmlichenTiAlN- oder (TiAlV)(CN)-Films ist, sowie ein Verfahren und ein Targetzur Herstellung dieses Hartfilms zur Verfügung zu stellen.
    [0005] Die Erfindung sieht hierfür einenHartfilm vor, der aus einem Material hergestellt ist, das eine Zusammensetzunghat, die durch die chemische Formel (TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe)angegeben ist, wobei die Indizes a, b, c, d, e und f die Atomverhältnissevon Ti, Al, V, Si, N beziehungsweise B angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≤ a ≤ 0,5 0,4 < b ≤ 0,80,05 < c0 ≤ d ≤ 0,50 ≤ f ≤ 0,10,01 ≤ d+ f ≤ 0,50,5 ≤ e ≤ 1a + b + c + d + f = 1
    [0006] Der wie oben definierte Hartfilmkann aus einem Material hergestellt sein, dessen Zusammensetzung durchdie chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegeben ist, wobei in den obigen Ausdrücken f =0 gilt und das Atomverhältnisd den Ausdruck 0,01 ≤ d ≤ 0,5 erfüllen kann.
    [0007] Anstelle dessen kann der wie obendefinierte Hartfilm aus einem Material hergestellt sein, dessenZusammensetzung durch die chemische Formel (TiaAlbVcBf)(C1-eNe) angegebenist, wobei in den obigen Ausdrückend = 0 gilt und das Atomverhältnisf den Ausdruck 0,01 ≤ f ≤ 0,1 erfüllen kann.
    [0008] Anstelle dessen kann der wie obendefinierte Hartfilm auch aus einem Material hergestellt sein, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TiaAlbVcSidBf) (C1-eNe) angegeben ist, wobei die Atomverhältnissed und f die Ausdrücke0,01 ≤ d ≤ 0,5 und 0,01 ≤ f ≤ 0,1 erfüllen können.
    [0009] Die Erfindung sieht außerdem einHartfilmherstellungsverfahren zur Herstellung eines der obigen erfindungsgemäßen Hartfilmevor, das die Schritte umfasst Verdampfen und Ionisieren von Metallbestandteilen einesTargets in einem filmbildenden Gas; und Erzeugen eines Plasmas durchFördernder Ionisation der Metalle und des filmbildenden Gases.
    [0010] In dem erfindungsgemäßen Hartfilmherstellungsverfahrenkönnendie Metallbestandteile des Targets unter Verwendung einer Lichtbogenentladungdurch Lichtbogenbedampfen (engl.: arc ion plating) verdampft undionisiert werden und kann ein Magnetfeld erzeugt werden, das durchauseinander laufende oder parallele, im Wesentlichen senkrecht zueiner Verdampfungsflächedes Targets hin vorlaufende Feldlinien dargestellt ist, um zur Filmbildungum ein Werkstückherum die Ionisation des filmbildenden Gases zu fördern.
    [0011] Die Erfindung sieht außerdem einTarget zur Hartfilmherstellung vor, das Ti, Al, V sowie Si und/oderB enthältund eine relative Dichte von 95% oder mehr hat.
    [0012] Das erfindungsgemäße Target kann eine Verbindungsein, die eine Ti-Si Verbindung und/oder eine Ti-B Verbindung enthält.
    [0013] Das Target zur Hartfilmherstellungkann erfindungsgemäß aus einemMaterial hergestellt sein, das eine Zusammensetzung hat, die durchdie chemische Formel (TixAlyVzSiwBv)angegeben ist, wobei die Indizes x, y, z, w und v die Atomverhältnissevon Ti, Al, V, Si beziehungsweise B angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≤ x ≤ 0,50,4 < y ≤ 0,80,05 < z0 ≤ w ≤ 0,50 ≤ v ≤ 0,10,01 ≤ w+ v ≤ 0,5x + y + z + w + v = 1.
    [0014] Das wie oben definierte Target zurHartfilmherstellung kann aus einem Material hergestellt sein, dessenZusammensetzung durch die chemische Formel (TixAlyVzSiw)angegeben ist, wobei in den obigen Ausdrücken v = 0 gilt und das Atomverhältnis wden Ausdruck 0,01 ≤ w ≤ 0,5 erfüllen kann.
    [0015] Anstelle dessen kann das wie obendefinierte Target zur Hartfilmherstellung aus einem Material hergestelltsein, dessen Zusammensetzung durch die chemische Formel (TixAlyVZBv) angegeben ist, wobei in den obigen Ausdrücken w =0 gilt und das Atomverhältnisv den Ausdruck 0,01 ≤ v ≤ 0,1 erfüllen kann.
    [0016] Anstelle dessen kann das wie obendefinierte Target zur Hartfilmherstellung auch aus einem Material hergestelltsein, dessen Zusammensetzung durch die chemische Formel (TixAlyVzSiwBv) angegeben ist,wobei die Atomverhältnissew und v die Ausdrücke0,01 ≤ w ≤ 0,5 und 0,01 ≤ v ≤ 0,1 erfüllen können.
    [0017] Der erfindungsgemäße Hartfilm hat eine hervorragendeVerschleißbeständigkeitund eine hohe Härte, diehöher alsdie herkömmlicherTiAlN- und (TiAlV)(CN)-Filme ist. Mit einem Schneidwerkzeug, dasmit dem erfindungsgemäßen Hartfilmbeschichtet ist, lässtsich wirksam ein Bearbeitungsvorgang bei hoher Schnittgeschwindigkeiterreichen.
    [0018] Die obigen und weitere Aufgaben,Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibungdeutlicher, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu sehen ist.Es zeigen:
    [0019] 1 eineLichtbogenbedampfungsanlage (AIP-Anlage), die zur Durchführung einesdie Erfindung verkörperndenHartfilmherstellungsverfahrens zu verwenden ist;
    [0020] 2 denwesentlichen Teil einer Lichtbogenbedampfungsvorrichtung zur Durchführung einesdie Erfindung verkörperndenHartfilmherstellungsverfahrens;
    [0021] 3 denwesentlichen Teil einer anderen Lichtbogenbedampfungsvorrichtungzur Durchführungeines die Erfindung verkörperndenHartfilmherstellungsverfahrens; und
    [0022] 4 eineLichtbogenbedampfungsvorrichtung in einer herkömmlichen Lichtbogenbedampfungsanlage(AIP-Anlage).
    [0023] Die Erfinder führten verschiedene Untersuchungendurch, um zur Beschichtung von Schneidwerkzeugen dienende Hartfilmemit einmalig hoher Verschleißbeständigkeitzu entwickeln und stellten fest, dass eine höhere Härte der Hartfilme wirksam dieVerschleißbeständigkeitder Hartfilme verbessert. Anhand von Untersuchungen über dieAuswirkung des Al-Gehalts und des V-Gehalts von Hartfilme bildendem(TiAlV)(CN) und der Zugabe von Si oder B zu (TiAlV)(CN) auf dieHärtesteigerungder Hartfilme aus (TiAlV)(CN) ergab sich, dass in Folge dessen dieVerschleißbeständigkeitdes Hartfilms stark erhöhtwerden kann. Die Erfindung fußt aufden Erkenntnissen dieser Untersuchungen.
    [0024] Ein erfindungsgemäßer Hartfilm kann aus einemMaterial hergestellt sein, das ein Material enthält, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebenist, wobei 0,02 ≤ a ≤ 0,5 0,4 < b ≤ 0,80,05 < c0,01 ≤ d ≤ 0,50,5 ≤ e ≤ 1a + b + c + d = 1 gilt. (Die Indizes a,b, c, d und e geben die Atomverhältnissevon Ti, Al, V, Si beziehungsweise N an.)
    [0025] Die Ursachen dafür, warum die Zusammensetzungdes den Hartfilm bildenden Materials wie oben definiert ist, sinddie folgenden: Die Obergrenze des auf das Atomverhältnis bezogenenAl-Gehalts ist durchdie folgenden Ursachen bedingt. Ein zu hoher Al-Gehalt vermehrtdie Al-N Ionenbindungen zu stark, was zu einer geringeren Haftungdes Hartfilms führt.Daher muss der auf das Atomverhältnisbezogene Al-Gehalt0,8 oder weniger, vorzugsweise 0,75 oder weniger betragen. Ein aufdas Atomverhältnisbezogener Al-Gehalt von 0,4 oder weniger bewirkt keine Härtesteigerung,weswegen der Al-Gehalt auf das Atomverhältnis bezogen 0,4 oder mehrbetragen muss.
    [0026] Die die Härte steigernde Wirkung einesauf das Atomverhältnisbezogenen V-Gehalts von weniger als 0,05 ist unbedeutend. Ein aufdas Atomverhältnisbezogener Si-Gehaltvon weniger als 0,01 erhöhtdie Härte desHartfilms kaum. Ein auf das Atomverhältnis bezogener Si-Gehalt von mehr als0,5 verringert die Härteund die Haftung des Hartfilms. Daher beträgt die Obergrenze für den Si-Gehaltauf das Atomverhältnisbezogen 0,5.
    [0027] Der Si-Gehalt ist vorzugsweise vonder Zusammensetzung des den Hartfilm bildenden Materials abhängig. DieZugabe von Si zu einem Material mit einem auf das Atomverhältnis bezogenenAl-Gehalt von 0,6 oder mehr verringert die Härte des Films. Der bevorzugteSi-Gehalt fürein Material mit einem auf das Atomverhältnis bezogenen Al-Gehalt von 0,6 odermehr liegt auf das Atomverhältnisbezogen in einem Bereich von 0,01 bis 0,1. Der bevorzugte Si-Gehaltfür einMaterial mit einem auf das Atomverhältnis bezogenen Al-Gehalt vonweniger als 0,6 liegt auf das Atomverhältnis bezogen in einem Bereichvon 0,1 bis 0,5 und besser in einem Bereich von 0,2 bis 0,4.
    [0028] Der Ti-Gehalt bildet neben dem Al-,Si- und V-Gehalt den Rest der Zusammensetzung. Ein auf das Atomverhältnis bezogenerTi-Gehalt von weniger als 0,02 verringert die Härte des Hartfilms, während einauf das Atomverhältnisbezogener Ti-Gehalt von mehr als 0,5 in dem Material die Menge derdie Härtesteigernden Elemente, und zwar von Al, v und Si, senkt. Daher beträgt die Obergrenzefür denTi-Gehalt auf das Atomverhältnisbezogen 0,5.
    [0029] Wenn C zu dem Material gegeben wird,um die Härtedes aus dem Material gebildeten Films durch Ausscheidung hochgradigharter Carbide wie TiC, VC und SiC in dem Material zu steigern,ist es wünschenswert,wenn der C-Gehalt ungefährgleich dem Ti + V + Si-Gehalt ist. Wenn der C-Gehalt zu hoch ist,wird eine zu großeMenge instabiler Aluminiumcarbide gebildet, die leicht mit Wasserreagieren und zerfallen. Daher beträgt der C-Gehalt 1 – e aufdas Atomverhältnisdes Materials bezogen weniger als 0,5, d.h. das Atomverhältnis emuss 0,5 oder mehr betragen. Das Atomverhältnis e beträgt vorzugsweise0,7 oder mehr, besser noch 0,8 oder mehr und am besten e = 1.
    [0030] Der erfindungsgemäße Hartfilm kann ein einlagigerHartfilm aus dem die obigen Bedingungen erfüllenden Material sein oderein Schichthartfilm, der durch Aufschichten verschiedener, die obigenBedingungen erfüllenderFilme gebildet wurde. Falls nötigkann der erfindungsgemäße Hartfilmein Schichthartfilm sein, der sich durch Aufschichten eines TiN-,TiAlN-, TiCrAlN-, TiCN-, TiAlCN- ,TiCrAlCN-, TiC-Films oder dergleichen auf einer oder beiden Oberflächen eineserfindungsgemäßen einlagigenHartfilms oder Schichthartfilms aus (TiAlVSi)(CN) ergibt.
    [0031] Der erfindungsgemäße Hartfilm kann ein Schichthartfilmsein, der sich durch Aufschichten mindestens einer Metallschichtoder Legierungsschicht, die mindestens eines der Elemente der GruppenIVA, VA und VIA, etwa Cr, Ti und Nb, Al und Si enthält, aufeiner oder beiden Oberflächeneines erfindungsgemäßen einlagigen Hartfilmsoder Schichthartfilms ergibt. Die Legierungsschicht kann aus einerTi-Al Legierung oder dergleichen gebildet sein.
    [0032] Wenn der erfindungsgemäße Hartfilm(1) ein Schichthartfilm ist, der aus Filmen besteht, die jeweils ausMaterialien mit verschiedenen, die erforderlichen Bedingungen derErfindung erfüllendenZusammensetzungen gebildet sind, (2) ein Schichthartfilm ist, deraus einem erfindungsgemäßen Hartfilmund einer aus einem von dem Hartfilm verschiedenen Material bestehendenSchicht, etwa einer Metallnitridschicht, einer Metallcarbidschichtoder einer Metallcarbidnitridschicht, besteht, oder (3) ein Hartfilmist, der durch Aufschichten von Metallschichten oder Legierungsschichtengebildet wurde, die mindestens eines der Metalle der Gruppen IVA,VA und VIA, Al und Si enthalten, muss die Dicke der Einzelschichtjeweils im Bereich 0,005 bis 2 μmliegen. Es ist wünschenswert,dass der erfindungsgemäße einlagigeHartfilm oder der Schichthartfilm 0,5 bis 20 μm dick ist. Ein Hartfilm miteiner zu geringen Dicke von weniger als 0,5 μm hat eine unzureichende Verschleißbeständigkeit,währendein Hart film mit einer zu großenDicke von mehr als 20 μmwährendder maschinellen Bearbeitung einer Absplitterung oder Ablösung unterliegtund daher unzureichend ist. Die Dicke des Hartfilms beträgt bessernoch 1 bis 15 μm.
    [0033] Der erfindungsgemäße Hartfilm ist zwar aus demMaterial gebildet, das ein Material enthält, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebenist, er muss aber nicht ausschließlich aus diesem Material gebildetsein, dessen Zusammensetzung durch die chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe)angegeben ist. Der erfindungsgemäße Hartfilmkann also aus lediglich dem Material gebildet sein, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebenist, oder er kann aus einem Material gebildet sein, das zusätzlich zudem Material, dessen Zusammensetzung durch die chemische Formel(TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegeben ist, weitere Bestandteile enthält. Wennzu dem Material, dessen Zusammensetzung durch die chemische Formel(TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegeben ist, B hinzugegeben wird, bilden Bund N in dem Hartfilm eine BN-Verbindung, die die Wärmebeständigkeitdes Hartfilms steigert. Da ein zu hoher B-Gehalt die Härte desHartfilms verringert, liegt der bevorzugte B-Gehalt auf das Atomverhältnis bezogenim Bereich 0,01 bis 0,1.
    [0034] Ein erfindungsgemäßer Hartfilm kann auch auseinem Material gebildet sein, das ein durch die chemische Formel(TiaAlbVcBf)(C1-eNe) angegebenes Material enthält, dasdurch den Austausch von Si in dem Material, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebenist, mit B erhalten wird. Der auf das Atomverhältnis bezogene B-Gehalt f diesesMaterials liegt in einem Bereich von 0,01 bis 0,1.
    [0035] Wenn in den Hartfilmen aus (TiaAlbVcSid)(C1-eNe)und (TiaAlbVcBf)(C1-eNe) d = f ist, hat der (TiaAlbVcSid)(C1-eNe)-Film eine bessereOxidationsbeständigkeitals der (TiaAlbVcBf)(C1-eNe)-Film und hat der (TiaAlbVcBf)(C1-eNe)-Film wegen der BN-Verbindungenin dem Film eine geringere Reibungszahl als der (TiaAlbVcSid)(C1-eNe)-Film.
    [0036] Der erfindungsgemäße Hartfilm wird durch einerfindungsgemäßes Hartfilmherstellungsverfahrenhergestellt, bei dem ein C und N enthaltendes Reaktionsgas dazugebracht wird, wirksam mit Al, V, Ti und Si zu reagieren. Dabeiwerden wirksam Metalle in einer Atmosphäre aus einem filmbildendenGas verdampft und ionisiert, um während der Filmabscheidung dieErzeugung eines Plasmas aus dem ionisierten filmbildenden Gas undden Metallen zu fördern.
    [0037] Ein Lichtbogenbedampfungsvorgang,der unter Verwendung einer Lichtbogenentladung Metalle verdampftund ionisiert, die ein Target bilden, erzeugt vorzugsweise ein Magnetfeld,das durch auseinander laufende oder parallele, im Wesentlichen senkrechtzur Verdampfungsoberflächedes Targets hin vorlaufende Feldlinien dargestellt ist, um um einWerkstückherum die Ionisation des filmbildenden Gases zu fördern.
    [0038] Einer Lichtbogenbedampfungsanlage(AIP-Anlage) fälltes schwer, den erfindungsgemäßen Hartfilm zubilden, wenn die Verdampfungsquelle eine herkömmliche Kathodenverdampfungsquelleist, die das Magnetfeld hinter dem Target erzeugt. Der erfindungsgemäße Hartfilmlässt sichjedoch sehr wirksam herstellen, wenn die Ionisation eines filmbildendenGases mit Hilfe einer Magnetkraft gefördert wird, indem neben oder vordem Target ein Magnet angeordnet wird, der ein Magnetfeld erzeugt,das durch auseinander laufende oder parallele, im Wesentlichen senkrechtzur Verdampfungsoberflächedes Targets hin vorlaufende Feldlinien dargestellt ist.
    [0039] Wie in 1 zuerkennen ist, enthältdie AIP-Anlage einen Vakuumbehälter 1,der mit einem zum Evakuieren dienenden Auslass 11 und einemGaseinlass 12 versehen ist, durch den das filmbildendeGas eingespeist wird, eine Lichtbogenverdampfungsquelle 2,die durch Lichtbogenentladung ein als Kathode dienendes Target verdampftund ionisiert, einen Tisch 3, um ein Werkstück W, etwa ein Schneidwerkzeug,zu tragen, und eine Vorspannungsquelle 4, die durch denTisch 3 hindurch eine negative Vorspannung auf das Werkstück W aufbringt.
    [0040] Die Lichtbogenverdampfungsquelle 2 enthält als Kathodeein Target 6, als Anode eine mit dem Target 6 unddem Vakuumbehälter 1 verbundeneLichtbogenspannungsquelle 7 und einen Magnet (Permanentmagnet) 8,der ein Magnetfeld erzeugt, das durch auseinander laufende oderparallele, nahe dem WerkstückW im Wesentlichen senkrecht zur Verdampfungsoberfläche S desTargets 6 hin vorlaufende Feldlinien dargestellt ist. DieFlussdichte in der Näheeines zentralen Teils des WerkstücksW beträgtvorzugsweise 10 G oder mehr und besser 30 G oder mehr. Die im Wesentlichensenkrecht zur Verdampfungsoberflächedes Targets 6 verlaufenden Feldlinien schließen Feldlinienein, die in einem Winkel von 0° bis30° zurLotrechten der Verdampfungsoberfläche des Targets 6 verlaufen.
    [0041] 2 zeigtschematisch im vergrößerten Schnitteinen wesentlichen Teil der Lichtbogenverdampfungsquelle 2.Der Magnet 8, das heißtalso die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung, ist so positioniert, dasssie die Verdampfungsoberfläche 5 desTargets 6 umgibt. Als Magnetfelderzeugungseinrichtung kannanstelle des Magneten 8 auch ein Elektromagnet mit einerSpule und einer Stromversorgung eingesetzt werden. Der Magnet 8 kannauch, wie in 3 gezeigtist, so angeordnet sein, dass er an der Seite des Werkstücks W denvor der VerdampfungsoberflächeS des Targets 6 verlaufenden Raum umgibt. Obwohl der Vakuumbehälter 1 derin 1 gezeigten AIP-Anlageals Anode dient, kann auch eine zylinderförmige Anode vorgesehen sein,die auf der Seite des Targets 6 den vor der Oberfläche verlaufendenRaum umgibt. In 3 sindein Elektromagnet (Magnetfelderzeugungseinrichtung) 9,ein WerkstückW und eine Anodenverdampfungsquelle 2A gezeigt.
    [0042] Die Lichtbogenverdampfungsquelle 102 ineiner herkömmlichenAIP-Anlage ist wie in 4 gezeigt miteinem Elektromagnet 109 versehen, der die Lichtbogenentladungzum Target 106 lenkt. Da sich der Elektromagnet 109 jedochhinter dem Target 106 befindet, verläuft ein Teil der Feldlinienin der Näheder Verdampfungsoberflächedes Targets 106 parallel zur Verdampfungsoberfläche desTargets 106 bzw. laufen die Feldlinien erst gar nicht indie Nähedes WerkstücksW.
    [0043] Die Form des Magnetfelds, das vonder Lichtbogenverdampfungsquelle 2 in der bei der Erfindungeingesetzten AIP-Anlage erzeugt wird, unterscheidet sich von derdes Magnetfelds, das von der Lichtbogenverdampfungsquelle 102 derherkömmlichenAIP-Anlage erzeugt wird. Dadurch ist die Art und Weise, wie sich dasPlasma ausbreitet, das in der bei der Erfindung eingesetzten AIP-Anlagemit Hilfe der Lichtbogenverdampfungsquelle 2 durch Ionisationdes filmbildenden Gases erzeugt wird, von der des Plasmas verschieden,das mit Hilfe der Lichtbogenverdampfungsquelle 102 der herkömmlichenAIP-Anlage durch Ionisation des filmbildenden Gases erzeugt wird.
    [0044] Wie in 3 zuerkennen ist, wirbeln einige der durch die Lichtbogenentladung erzeugtenElektronen e um die Feldlinien herum und prallen die herumwirbelndenElektronen e gegen Stickstoffmoleküle und dergleichen, die indem filmbildenden Gas enthalten sind, so dass das filmbildende Gasionisiert wird und ein Plasma erzeugt werden kann. Die in 4 gezeigte Lichtbogenverdampfungsquelle 102 derherkömmlichen AIP-Anlageerzeugt ein Magnetfeld, das durch Feldlinien dargestellt ist, dielediglich in der Umgebung des Targets 106 verlaufen, weswegender Teil des Plasmas in der Umgebung des Targets 106 diehöchsteDichte hat und der Teil des Plasmas in der Umgebung des Werkstücks W deutlichweniger dicht ist. Die in 2 gezeigte Lichtbogenverdampfungsquelle 2 unddie in 3 gezeigte Lichtbogenverdampfungsquelle 2A erzeugendagegen ein Magnetfeld, das durch Feldlinien dargestellt ist, diezu dem WerkstückW hin laufen, weswegen der Teil des Plasmas in der Umgebung desWerkstücksW eine weitaus höhereDichte als das Plasma hat, das durch die Lichtbogenverdampfungsquelle 110 derherkömmlichenAIP-Anlage erzeugt wird.
    [0045] Die Unterschiede zwischen der herkömmlichenAIP-Anlage und der bei der Erfindung eingesetzten AIP-Anlage bezüglich derFeldlinienverteilung und der Dichte des Teils des Plasmas in derUmgebung des Werkstücksführt imHinblick auf die Kristallstruktur und die Eigenschaften der abgeschiedenenFilme zu einem erheblichen Unterschied zwischen den von der herkömmlichenAIP-Anlage abgeschiedenen Filmen und den von der bei der Erfindungeingesetzten AIP-Anlage abgeschiedenen Filmen.
    [0046] Der Filmherstellungsprozess mussnicht unbedingt ein AIP-Prozesssein, sondern kann auch ein beliebig anderer geeigneter Filmherstellungsprozesssein, sofern der Filmherstellungsprozess dazu in der Lage ist, wirksamMetalle und das filmbildende Gas zu ionisieren. Ein Impulssputterprozessund ein einen Stickstoffionenstrahl verwendender ionenstrahlunterstützter Abscheidungsprozesssind Beispiele fürweitere mögliche Filmherstellungsprozesse.
    [0047] Der oben beschriebene Filmherstellungsprozesslässt sichanwenden, um einen Al, V, Ti und B enthaltenden Hartfilm herzustellen.
    [0048] Ein Dampfphasenbeschichtungsprozess,der ein Target verdampft und ionisiert, stellt ein wirksames Verfahrenzur Herstellung des erfindungsgemäßen Hartfilms dar, um auf einemWerkstückeinen Hartfilm abzuscheiden. Wenn das Target jedoch ungünstige Eigenschaftenhat, kann währenddes Filmherstellungsprozesses keine stabile elektrische Entladungaufrecht erhalten werden und lässtsich kein Hartfilm mit homogener Zusammensetzung abscheiden. Dasfolgende Wissen wurde durch Untersuchungen der Eigenschaften vonTargets erlangt, mit denen sich erfindungsgemäße Hartfilme mit hervorragenderVerschleißbeständigkeit abscheidenließen.
    [0049] Dabei wurde festgestellt, dass sichdie Bedingungen fürdie elektrische Entladung währendder Filmabscheidung stabilisieren lassen und dass der erfindungsgemäße Hartfilmwirksam hergestellt werden kann, wenn das Target eine relative Dichtevon 95% oder mehr hat. Ein Target mit einer relativen Dichte vonweniger als 95% hat eine grobe Struktur mit Mikroporen. Wenn einsolches Mikroporen aufweisendes Target verwendet wird, werden die Metallbestandteiledes Targets unregelmäßig verdampftund hat der unter Verwendung des Targets abgeschiedene Film eineinhomogene Zusammensetzung und eine unregelmäßige Dicke. Der Mikroporenaufweisende Teil des Targets unterliegt während der Filmherstellung einerlokalen, raschen Abnutzung, die die Lebensdauer des Targets verkürzt. Wennein Target viele solcher Mikroporen hat, die zu einer lokalen, raschenAbnutzung führen,ist das Target nicht fest genug, um Risse zu vermeiden. Die Erfindungsieht angesichts dieser durch die Untersuchungen erzielten Erkenntnisseein Target zur Herstellung eines Hartfilms vor, das Ti, Al und Vsowie Si und/oder B enthältund eine relative Dichte von nicht weniger als 95% hat.
    [0050] Die Zusammensetzung eines durch denDampfphasenbeschichtungsprozess, etwa den AIP-Prozess, hergestelltenHartfilms hängtvon der Zusammensetzung des Targets ab. Es ist daher vorzuziehen,wenn die Zusammensetzung des Targets die gleiche wie die des zubildenden Hartfilms ist. Um einen erfindungsgemäßen Hartfilm mit hervorragenderVerschleißbeständigkeitherzustellen, sollte ein Target zur Hartfilmherstellung verwendetwerden, das aus einem Material hergestellt ist, dessen Zusammensetzungdurch die chemische Formel (TixAlyVzSiw)angegeben ist, wobei die Indizes x, y, z und w die Atomverhältnissevon Ti, Al, V beziehungsweise Si angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≤ x ≤ 0,50,4 < y ≤ 0,80,05 < z0,01 ≤ w ≤ 0,5x + y + z + w = 1
    [0051] Es ist wünschenswert, dass das Targetaußerdemauf das Atomverhältnisbezogen B in einem Bereich von 0,01 bis 0,1 enthält. Es ist auch wünschenswert,ein Target zu verwenden, das eine ähnliche Zusammensetzung wiedas vorstehende erfindungsgemäße Targethat und anstelle von Si auf das Atomverhältnis bezogen B in einem Bereichvon 0,01 bis 0,1 enthält.
    [0052] Selbst mit einem Target der vorstehendenZusammensetzung ergibt sich ein Hartfilm mit inhomogener Zusammensetzungund Abschnitten unterschiedlicher Verschleißbeständigkeit, wenn die Zusammensetzung desTargets inhomogen ist. Wenn die Zusammensetzung des Targets inhomogenist, haben nämlichdie einzelnen Abschnitte des Targets unterschiedliche elektrischeLeitfähigkeitenund Schmelzpunkte. Ein solches Target destabilisiert die Bedingungfür dieelektrische Entladung, weswegen keine zufrieden stellenden Filme hergestelltwerden können.Die Unregelmäßigkeitender Zusammensetzung liegen vorzugsweise innerhalb von 0,5 at%.
    [0053] Das erfindungsgemäße Target enthält Si und/oderB vorzugsweise in Form einer Ti-Si Verbindung beziehungsweise einerTi-B Verbindung. Dies liegt darin begründet, dass sich bei Verwendungvon Sputtern oder Lichtbogenentladung während der Filmherstellung dieBedingung fürdie von dem Target ausgehende elektrische Entladung in einigen Fällen mikroskopisch ändert unddie Entladungsbedingung instabil wird, wenn Si-Körner oder B-Körner vonleitenden Ti- und Al-Körnernumgeben sind. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn das Target Siund B in Form einer Ti-Si Verbindung und Ti-B Verbindung enthält, da eineTi-Si Verbindungwie Ti5Si3 oderTiSi2 und eine Ti-B Verbindung wie TiB2 ausreichend leitfähig sind.
    [0054] Die Ti-B und Ti-Si Verbindungen indem Target lassen sich durch Röntgendiffraktometrieerfassen. Um die gewünschteWirkung zu erzielen, sollten in dem Target mehr als 80% B und Siin Form einer Verbindung vorliegen. Damit in dem Target B und Siin Form der Verbindung vorliegen, werden dem Target beispielsweise Ti5Si3 und TiB2 in Form der Verbindung zugesetzt.
    [0055] Die Erfindung zielt nicht daraufab, ein Targetherstellungsverfahren anzugeben. Doch beinhaltet ein wirksamesVerfahren zur Herstellung eines mit der Erfindung konformen Targetsdas homogene Durchmischen eines Gemisches in einem V-Mischer, dasdurch Zusammenmischen von Ti-Pulver, V-Pulver, Al-Pulver und entwederSi-Pulver oder B-Pulver gewünschterTeilchengröße in einemvorbestimmten Mischverhältnisangefertigt wurde, um ein Pulvergemisch zu erzielen, und das Kompaktierendes Pulvergemisches durch kaltisostatisches Pressen (CIP-Prozess) oder heißisostatischesPressen (HIP-Prozess) um ein Target zu bilden. Das Target kann auchdurch Heißextrusionoder Sintern bei ultrahohem Druck hergestellt werden.
    [0056] Das Target könnte auch durch ein Verfahrenhergestellt werden, mit dem das Pulvergemisch einem Heißpressen(HP-Prozess) unterzogenwird. Allerdings lässtsich mit diesem Verfahren nur schwer ein Target mit hoher relativerDichte bilden, da das in dem Pulvergemisch enthaltene V ein Metallmit hohem Schmelzpunkt ist. Das Target könnte auch hergestellt werden,indem ein Legierungspulver gewünschterZusammensetzung einem CIP-Prozess,einem HIP-Prozess oder einem Schmelz- und Erstarrungsprozess unterzogen wird.Mit dem Verfahren, bei dem das Legierungspulver einem CIP-Prozessoder einem HIP-Prozess unterzogen wird, lässt sich zwar ein Target homogenerZusammensetzung herstellen, doch ist dieses Verfahren nicht in derLage, ein Target mit hoher relativer Dichte herzustellen, da sichdas Legierungspulver nur schwer sintern lässt. Mit dem Verfahren, beidem das Legierungspulver einem Schmelz- und Erstarrungsprozess unterzogen wird,ist ebenfalls dazu in der Lage, ein Target mit verhältnismäßig homogenerZusammensetzung herzustellen, doch reißt das Target leicht und bildensich in dem Target leicht Lunker, wenn das Target erstarrt. Es ist daherschwierig, durch diese Verfahren ein mit der Erfindung konformesTarget herzustellen.
    [0057] Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Hartfilmherstellungsverfahrensschließendie im Wesentlichen senkrecht zur Verdampfungsoberfläche desTargets verlaufenden Feldlinien wie gesagt diejenigen Feldlinienein, die mit einem Winkel von 0° bis30° zurLotrechten der Verdampfungsoberfläche des Targets verlaufen.
    [0058] Im Folgenden werden erfindungsgemäße Beispieleund Vergleichsbeispiele beschrieben.
    [0059] In die in 1 gezeigte AIP-Anlage wurde als Kathodeein Ti, V, Al und Si enthaltendes Legierungstarget 6 gesetzt.Auf den Tisch 3 wurden als Werkstücke W Hartmetallspitzen undzweikantige, einen Radius von 5 mm aufweisende Fingerfräser ausHartmetall gesetzt, woraufhin der Vakuumbehälter 1 evakuiert wurde. DieWerkstückewurden mit einer innerhalb des Vakuumbehälters 1 befindlichenHeizung bei 500°Cerhitzt. Nach dem Reinigen des Innenraums des Vakuumbehälters 1 durchAr-Ionen wurde inden Vakuumbehälter 1 Stickstoffgaseingeleitet, der Druck in dem Vakuumbehälter 1 auf 2,66 Paeingestellt und der AIP-Anlage Strom zugeführt, um die Lichtbogenentladungzu beginnen. Überden Oberflächender Werkstückewurden etwa 3 um dicke Hartfilme ausgebildet. An die Werkstücke wurdeeine Vorspannung im Bereich von 30 bis 200 V angelegt, um die Werkstücke während derFilmherstellung bezogen auf das Massepotenzial auf einem negativen Potenzialzu halten.
    [0060] Die Hartfilme wurden einer Analyseder Zusammensetzung und einer Messung der Vickershärte unterzogen,wobei die Zusammensetzung der Hartfilme durch eine Elektronenstrahlmikroanalyse(EPMA) gemessen wurde. Die Hartfilme enthielten neben Ti, V, Al,Si, B und N auch O und C als Verunreinigungen und hatten einen Sauerstoffgehaltvon 1 at% oder weniger und einen Kohlenstoffgehalt von 2 at% oderweniger.
    [0061] Die Fingerfräser wurden Schneideversuchenunterzogen, um die Verschleißbeständigkeitder Hartfilme zu beurteilen. Die mit den Hartfilmen beschichtetenFingerfräserwurden dabei einer Schneidbedingung A und einer SchneidbedingungB ausgesetzt, wobei die Abnutzungsbreite im Mittelteil der Kantegemessen wurde.
    [0062] Die Ergebnisse der Schneideversuchewurden im Hinblick auf das Ausmaß des Verschleißes desverschleißanfälligstenTeils des Probekörpersbeurteilt, d.h. im Hinblick auf das während der Schneideversuche unterder Schneidbedingung A hervorgerufene Ausmaß der Randabnutzung in denPrüfkörpern unddas währendder Schneideversuche unter der Schneidbedingung B verursachte Ausmaß des Spitzenverschleißes der Prüfkörper.
    [0063] Tabelle 1 gibt die gemessene Zusammensetzungund Vickershärteder Hartfilme sowie die Ergebnisse der Schneideversuche an. In Tabelle1 gibt der Ausdruck "AbnutzungsbreiteA" die durch dieSchneideversuche unter der Schneidebedingung A hervorgerufene Breiteder Randabnutzung und der Ausdruck "Abnutzungsbreite B" die durch die Schneideversuche unterder Schneidbedingung B hervorgerufene Abnutzungsbreite in der Spitzean.
    [0064] Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, habendie Hartfilme die durch die chemische Formel (TiaAlbVc)(C1-eNe) oder (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebeneZusammensetzung, wobei fürdie Zusammensetzung der Hartfilme e = 1 gilt.
    [0065] In der Tabelle 1 entsprechen diePrüfkörper Nr.1 bis 4, 8, 13, 18 bis 20 und 28 den Hartfilmen des Vergleichsbeispiels1 und die Prüfkörper Nr.5 bis 7, 9 bis 12, 14 bis 17 und 21 bis 27 den Hartfilmen des Beispiels1.
    [0066] Die Hartfilme des Beispiels 1 habenverglichen mit denen des Vergleichsbeispiels 1 eine höhere Härte. DieAbnutzungsbreite A und/oder Abnutzungsbreite B der Hartfilme desBeispiels 1 ist gering, was beweist, dass die Hartfilme des Beispiels1 eine hervorragende Verschleißbeständigkeithaben.
    [0067] In die in 1 gezeigte AIP-Anlage wurde als Kathodeein Ti, V, Al und Si enthaltendes Legierungstarget 6 gesetzt.Ruf den Tisch 3 wurden als Werkstücke W Hartmetallspitzen undzweikantige, einen Radius von 5 mm aufweisende Fingerfräser ausHartmetall gesetzt, woraufhin der Vakuumbehälter 1 evakuiert wurde. DieWerkstückewurden mit der innerhalb des Vakuumbehälters 1 befindlichenHeizung bei 500°Cerhitzt. In den Vakuumbehälter 1 wurdeStickstoffgas oder ein Gasgemisch aus Stickstoffgas und Methangaseingeleitet, der Druck in dem Vakuumbehälter 1 wurde auf 2,66Pa eingestellt, und der AIP-Anlage wurde Strom zugeführt, umdie Lichtbogenentladung zu beginnen. Über den Oberflächen derWerkstückewurden etwa 3 μmdicke Hartfilme ausgebildet. An die Werkstücke wurde eine Vorspannungim Bereich von 30 bis 200 V angelegt, um die Werkstücke während derFilmherstellung bezogen auf das Massepotenzial auf einem negativenPotenzial zu halten.
    [0068] Die Hartfilme wurden einer Analyseder Zusammensetzung und einer Messung der Vickershärte unterzogen,wobei die Zusammensetzung der Hartfilme mittels EPMA gemessen wurde.Die Hartfilme enthielten neben Ti, V, Al, Si, B, N und C auch 0als Verunreinigung und hatten einen Sauerstoffgehalt von 1 at% oder weniger.
    [0069] Die Fräse wurden unter den gleichenSchneidbedingungen wie die mit den Hartfilmen beschichteten Fräser im Beispiel1, also unter Schneidbedingung A und Schneidbedingung B, Schneideversuchenunterzogen, um die Verschleißbeständigkeitder Hartfilme zu beurteilen, wobei die Abnutzungsbreite im Mittelteilder Kante gemessen wurde.
    [0070] Tabelle 2 gibt die gemessene Zusammensetzungund Vickershärteder Filme sowie die Ergebnisse der Schneideversuche an.
    [0071] Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, habendie Hartfilme die durch die chemische Formel (TiaAlbVc)(C1-eNe) oder (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) angegebeneZusammensetzung. Die Hartfilme enthalten N mit unterschiedlichen Atomverhältnissene, die den Vergleichsausdruck 0,3 ≤ e ≤ 1 erfüllen, sowieC in unterschiedlichen Atomverhältnissen1 – e.
    [0072] In Tabelle 2 entsprechen die Prüfkörper Nr.1 bis 3, 8, 13 und 18 den Hartfilmen des Vergleichsbeispiels 2 unddie Prüfkörper Nr.4 bis 7, 9 bis 12 und 14 bis 17 den Hartfilmen des Beispiels 2.
    [0073] Die Hartfilme des Beispiels 2 habenverglichen mit denen des Vergleichsbeispiels 2 eine höhere Härte. DieAbnutzungsbreite A und/oder die Abnutzungsbreite B der Hartfilmedes Beispiels 2 ist gering, was beweist, dass die Hartfilme desBeispiels 2 eine hervorragende Verschleißbeständigkeit haben. Die Hartfilmedes Beispiels 2, die ein höheresC-Atomverhältnisund ein geringeres N-Atomverhältnishaben, haben eine höhere Härte undeine geringere Abnutzungsbreite A sowie eine noch bessere Verschleißbeständigkeit.
    [0074] In die in 1 gezeigte AIP-Anlage wurde als Kathodeein Ti, V, Al, Si und B enthaltendes Legierungstarget 6 gesetzt.Auf den Tisch 3 wurden als Werkstücke W Hartmetallspitzen undzweikantige, einen Radius von 5 mm aufweisende Fingerfräser ausHartmetall gesetzt, woraufhin der Vakuumbehälter 1 evakuiert wurde. DieWerkstückewurden mit der innerhalb des Vakuumbehälters 1 befindlichenHeizung bei 500°Cerhitzt. In den Vakuumbehälter 1 wurdeStickstoffgas eingeleitet, der Druck in dem Vakuumbehälter 1 wurdeauf 2,66 Pa eingestellt, und der AIP-Anlage wurde Strom zugeführt, umdie Lichtbogenentladung zu beginnen. Über den Oberflächen derWerkstückewurden etwa 3 μmdicke Hartfilme ausgebildet. An die Werkstücke wurde eine Vorspannungim Bereich von 30 bis 200 V angelegt, um die Werkstücke während derFilmherstellung bezogen auf das Massepotenzial auf einem negativenPotenzial zu halten.
    [0075] Die Hartfilme wurden einer Analyseder Zusammensetzung und einer Messung der Vickershärte unterzogen,wobei die Zusammensetzung der Hartfilme mittels EPMA gemessen wurde.Die Hartfilme enthielten neben Ti, V, Al, Si, B und N auch O undC als Verunreinigungen und hatten einen Sauerstoffgehalt von 1 at% oderweniger und einen Kohlenstoffgehalt von 2 at% oder weniger.
    [0076] Die Fräser wurden unter den gleichenSchneidbedingungen wie die mit den Hartfilmen beschichteten Fräser in Beispiel1, d.h. unter Schneidbedingung A und Schneidbedingung B, Schneideversuchenunterzogen, um die Verschleißbeständigkeitder Hartfilme zu untersuchen, wobei die Abnutzungsbreite im Mittelteilder Kante gemessen wurde.
    [0077] Tabelle 3 gibt die gemessene Zusammensetzungund Vickershärteder Hartfilme sowie die Ergebnisse der Schneideversuche an.
    [0078] Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, habendie Hartfilme die durch die chemische Formel (TiaAlbVc)(C1-eNe), (TiaAlbVcSid)(C1-eNe), (TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe) oder (TiaAlbVcBf)(C1-eNe) angegebeneZusammensetzung, wobei e = 1 gilt. Es wurden Filme mit unterschiedlichenAtomverhältnissender Metallbestandteile hergestellt und untersucht. So wurde insbesonderedas Atomverhältnisvon B in einem weiten Bereich variiert.
    [0079] In Tabelle 3 entsprechen die Prüfkörper Nr.1 bis 3 und 19 den Hartfilmen des Vergleichsbeispiels 3 und diePrüfkörper Nr.4 bis 18 und 20 den Hartfilmen des Beispiels 3.
    [0080] Die Hartfilme des Beispiels 3 habenverglichen mit denen des Vergleichsbeispiels 3 eine hohe Härte. DieAbnutzungsbreite A und/oder die Abnutzungsbreite B der Hartfilmedes Beispiels 3 ist gering, was beweist, dass die Hartfilme desBeispiels 3 eine hervorragende Verschleißbeständigkeit haben. Die Hartfilmedes Beispiels 3, die ein höheresB-Atomverhältnishaben, haben eine höhereHärte,eine geringere Abnutzungsbreite A und eine geringere AbnutzungsbreiteB und besitzen eine noch bessere Verschleißbeständigkeit.
    [0081] Die Dichte des Targets wurde alsein die Eigenschaften der Hartfilme dominierender Parameter untersucht.Dazu wurden jeweils Targets aus (TiVAlSi), (TiVAlSiB) und (TiVAlB)mit verschiedenen Dichten angefertigt. Unter Verwendung dieser Targetswurden durch einen AIP-Prozess oder einen UBMS-Prozess Hartfilme hergestellt.Die Hartfilme wurden einer Analyse der Zusammensetzung, einer Messungder Härteund einer Messung der Oberflächenrauheitunterzogen.
    [0082] Tabelle 4 gibt die Messdaten an.In Tabelle 4 entsprechen die Prüfkörper Nr.3 bis 5 und 8 bis 11 den Hartfilmen des Beispiels 4 und die Prüfkörper Nr.1, 2, 6 und 7 den Hartfilmen des Vergleichsbeispiels 4.
    [0083] Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, enthaltendie Hartfilme der Prüfkörper Nr.1 bis 5 aus (TiaAlbVcSid)(C1-eNe) freies Si, die Hartfilme der Prüfkörper Nr.6 bis 10 aus (TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe) Si in Formeiner Ti-Si Verbindung und B in Form einer Ti-B Verbindung und derHartfilm des Prüfkörpers Nr.11 aus (TiaAlbVcBf)(C1-eNe) B in Form einer Ti-B Verbindung.
    [0084] Die Prüfkörper Nr. 1 bis 5 entsprechenHartfilmen aus (TiaAlbVcSid)(C1-eNe). Unter diesen Hartfilmen haben diejenigenHartfilme, die unter Verwendung eines Targets mit größerer Dichtehergestellt wurden, eine höhereHärte undeine glättereOberflächemit einer geringeren OberflächenrauheitRa.
    [0085] Die Prüfkörper Nr. 6 bis 10 entsprechenHartfilmen aus (TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe). Unter diesenHartfilmen haben diejenigen Hartfilme, die unter Verwendung einesTargets mit größerer Dichtehergestellt wurden, eine höhereHärte undeine glättereOberflächemit einer geringeren OberflächenrauheitRa.
    [0086] Die Hartfilme der Prüfkörper Nr.6 bis 10 aus (TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe), die Si inForm einer Ti-Si Verbindung und B in Form einer Ti-B Verbindungenthalten, haben verglichen mit den Hartfilmen der Prüfkörper Nr. 1bis 5 aus (TiaAlbVcSid)(C1-eNe), die freies Si enthalten, glättere Oberflächen undeine geringere OberflächenrauheitRa. Das heißt,dass die Si in Form einer Ti-Si Verbindung und B in Form einer Ti-BVerbindung enthaltenen Hartfilme eine glättere Oberfläche alsdie freies Si enthaltenden Hartfilme und eine geringere OberflächenrauheitRa als die freies Si enthaltenden Hartfilme haben, wenn zur Herstellungdieser Hartfilme Targets mit der gleichen Dichte verwendet werden.Die Hartfilme der Prüfkörper Nr.1 bis 10 haben eine ähnlicheHärte.
    [0087] Die Erfindung wurde zwar ins Detailgehend anhand ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben,doch sind natürlich Änderungenund Abwandlungen möglich.Es versteht sich daher, dass die Erfindung anders als wie hierinim Detail beschrieben umgesetzt werden kann, ohne von dem in denPatentansprüchen angegebenenSchutzumfang abzuweichen.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Hartfilm, der aus einem Material hergestelltist, das eine Zusammensetzung hat, die durch die chemische Formel(TiaAlbVcSidBf)(C1-eNe) angegebenist, wobei die Indizes a, b, c, d, e und f die Atomverhältnissevon Ti, Al, V, Si, N beziehungsweise B angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≤ a ≤ 0,50,4 < b ≤ 0,80,05 < c0 ≤ d ≤ 0,50 ≤ f ≤ 0,10,01 ≤ d+ f ≤ 0,50,5 ≤ e ≤ 1a + b + c + d + f = 1.
    [2] Hartfilm nach Anspruch 1, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: f = 00,01 ≤ d ≤ 0,5.
    [3] Hartfilm nach Anspruch 1, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: d = 00,01 ≤ f ≤ 0,1.
    [4] Hartfilm nach Anspruch 1, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: 0,01 ≤ d ≤ 0,50,01 ≤ f ≤ 0,1.
    [5] Hartfilmherstellungsverfahren zur Herstellung desHartfilms gemäß Anspruch1, das die Schritte umfasst: Verdampfen und Ionisieren vonMetallbestandteilen eines Targets in einem filmbildenden Gas; und Erzeugeneines Plasmas durch Fördernder Ionisation der Metalle und des filmbildenden Gases.
    [6] Hartfilmherstellungsverfahren nach Anspruch 5, beidem die Metallbestandteile des Targets unter Verwendung einer Lichtbogenentladungdurch Lichtbogenbedampfen verdampft und ionisiert werden und einMagnetfeld erzeugt wird, das durch auseinander laufende oder parallele,im Wesentlichen senkrecht zu einer Verdampfungsfläche desTargets hin vorlaufende Feldlinien dargestellt ist, um zur Filmbildungum ein Werkstück herumdie Ionisation des filmbildenden Gases zu fördern.
    [7] Target zur Hartfilmherstellung, das Ti, Al, V sowieSi und/oder B enthältund eine relative Dichte von 95% oder mehr hat.
    [8] Target nach Anspruch 7, bei dem eines der ElementeSi und B eine Verbindung ist.
    [9] Target nach Anspruch 8, bei dem die Verbindung entwedereine Ti-Si Verbindung oder eine Ti-B Verbindung ist.
    [10] Target nach Anspruch 7, bei dem das das Target bildendeMaterial die durch die chemische Formel (TixAlyVzSiwBv) angegebene Zusammensetzung hat, wobeidie Indizes x, y, z, w und v die Atomverhältnisse von Ti, Al, V, Si beziehungsweiseB angeben und folgende Vergleichsausdrücke erfüllen: 0,02 ≤ x ≤ 0,50,4 < y ≤ 0,80,05 < z0 ≤ w ≤ 0,50 ≤ v ≤ 0,10,01 ≤ w+ v ≤ 0,5x + y + z + w + v = 1.
    [11] Target nach Anspruch 10, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: v = 00,01 ≤ w ≤ 0,5.
    [12] Target nach Anspruch 10, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: w = 00,01 ≤ v ≤ 0,1.
    [13] Target nach Anspruch 10, bei dem die Atomverhältnissefolgende Ausdrückeerfüllen: 0,01 ≤ w ≤ 0,50,01 ≤ v ≤ 0,1.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004005934B4|2015-11-26|
    US20040157090A1|2004-08-12|
    US7211138B2|2007-05-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-05-20| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2015-07-16| R016| Response to examination communication|
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    2016-08-27| R020| Patent grant now final|
    2021-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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