チタンアルミニウム窒化物
チタンアルミニウム窒化物（TiAlN）またはアルミニウムチタン窒化物（AlTiN、アルミニウム含有量が50%を超える場合）は、窒素と金属元素であるアルミニウムおよびチタンからなる準安定硬質コーティングのグループです。この化合物および類似化合物（TiN、TiCNなど）は、エンドミルやドリルなどの工作機械のコーティングに最もよく使用され、熱安定性や耐摩耗性の向上などの特性を変化させます。4つの主要な組成物（金属含有量100重量%）が、物理蒸着法によって工業規模で堆積されます。
- Ti50Al50N（1989年頃、アーヘンのCemeCoat社（現CemeCon社）T. Leydeckerグループによって工業的に導入）[ 1 ]
- Al55Ti45N（メタプラス・イオノン社（現エリコン社）、ベルギッシュ・グラートバッハ、BRD、J. Vetterグループにより1999年頃に工業的に導入）
- Al60Ti40N（1992年頃、神戸製鋼所によって工業的に導入）
- Al66Ti34N（1996年頃にMetaplas社（現Oerlikon社）のJ. Vetterグループによって工業的に導入された）。[ 2 ]
TiAlN コーティングが純粋な窒化チタン(TiN) コーティングよりも優れている基本的な理由は、次のとおりです。
- 表面に保護酸化アルミニウム層が形成されるため、高温での耐酸化性が向上
- 微細構造の変化と固溶体硬化により、新しく堆積した膜の硬度が増加
- 切削工具の動作に典型的な温度でのコーティングの時効硬化は、TiAlNがTiNと立方晶AlNにスピノーダル分解することによる[ 3 ]
時効硬化現象はTiNとAlNの量子力学的電子構造の不一致に起因することが示されている。[ 4 ] [ 5 ]
コーティングは主に陰極アーク蒸着法またはマグネトロンスパッタリング法によって成膜されます。TiAlNおよびAlTiNコーティングのほとんどは、アルミニウムとチタンを特定の割合で含む合金ターゲットを用いて工業的に合成されていますが、純粋なAlおよびTiターゲットを用いて陰極アーク蒸着法でTiAlNコーティングを製造することも可能です。NanoShield PVD Thailandは1999年から、純粋なAlおよび純粋なTiターゲットを用いた陰極アーク蒸着法によるTiAlNおよびAlTiNコーティングの工業生産を行っています。個別ターゲット技術を用いることで、コーティングの構造と組成に関してより柔軟な対応が可能になります。
Al66Ti34N の選択された特性は次のとおりです。
- ビッカース硬度2600～3300HV。
- 相安定度約850℃、AlN+TiNへの分解が始まる。
- 激しい酸化は約 800 °C で始まります (TiN よりも約 300 °C 高くなります)。
- TiNよりも電気伝導性と熱伝導性が低い
- 典型的なコーティング厚さ約（1～7）μm
炭化タングステン工具の耐摩耗性を向上させるために使用されている市販のコーティングの1つは、スルザーメタプラス社のAlTiN-Saturnです。[ 6 ]
コーティングには、特定の用途における特定の特性を向上させるために、炭素、ケイ素、ホウ素、酸素、イットリウムのうち少なくとも1つの元素が添加されることがあります。これらのコーティングは、多層システムの構築にも使用されます。例えば、Sulzer MetaplasのMpowerコーティングファミリーで使用されているTiSiXNと組み合わせて使用できます。上記のコーティングタイプは、医療用途の特殊工具を含む工具の保護に使用されます。また、装飾仕上げとしても使用されます。
TiAlNコーティング技術の派生技術の一つに、チェコ共和国のSHM社が開発し、現在はスイスのPlatit社が販売しているナノ複合TiAlSiN（チタン・アルミニウム・シリコン窒化物）があります。このナノ複合TiAlSiNコーティングは、超高硬度と卓越した高温加工性を備えています。
参考文献
- ^ Leyendecker, T; Lemmer, O; Esser, S; Ebberink, J (1991). 「切削工具用PVDコーティングTiAlNの商用コーティングとしての開発」.表面・コーティング技術. 48 (2): 175– 178. doi : 10.1016/0257-8972(91)90142-J .
- ^ Vetter, J (1995). 「工具用真空アークコーティング：その可能性と応用」.表面・コーティング技術. 76–77 : 719–724 . doi : 10.1016/0257-8972(95)02499-9 .
- ^マイヤーホーファー、ポール H.;ヘルリング、アンダース。カールソン、レナート;シェーレン、ジェイコブ。トミー・ラーソン。ミッテラー、クリスチャン。ハルトマン、ラース (2003)。 「Ti-Al-N系における自己組織化ナノ構造」。応用物理学の手紙。83 (10): 2049–2051。ビブコード: 2003ApPhL..83.2049M。土井: 10.1063/1.1608464。
- ^ Alling, B.; Ruban, A.; Karimi, A.; Peil, O.; Simak, S.; Hultman, L.; Abrikosov, I. (2007). 「第一原理計算によるc-Ti1−xAlxNの混合および分解熱力学」 . Physical Review B. 75 ( 4) 045123. Bibcode : 2007PhRvB..75d5123A . doi : 10.1103/PhysRevB.75.045123 .
- ^ Music, D.; Geyer, RW; Schneider, JM (2016). 「密度汎関数理論に基づくハードコーティング設計における最近の進歩と新たな方向性」.表面・コーティング技術. 286 : 178– 190. doi : 10.1016/j.surfcoat.2015.12.021 .
- ^ PVD高性能コーティング
外部リンク
