タングステンカーバイドの工具へのTiCNハードコーティング

機能性薄膜は、材料の表面特性を強化または変化させるために技術的に重要です。しかし、これらの薄膜と界面の2次元的性質が、信頼性の高い分析を難しくしています。

金属切削工具では、異なるCVDおよびPVDベースのコーティングによりWC-Co(コバルトリッチのマトリックス中のタングステンカーバイド)のような超硬合金を使用し、表面硬度、剛性、耐摩耗性を向上させています。これらのコーティングは、主にTiN, TiC, ZrN, VN, TiCN, TiAlNのような遷移金属の窒化物や炭化物である。

このアプリケーション例では、WC-Co層上のTiC/N層とAl2O3層がEDSでマッピングされています。図1は、切削工具のエッジの集束イオンビーム(FIB)断面を示しています。上部のTiNコーティング層の下に、基材としてAl2O3/TiN/TiCN/TiNとWC-Coが続きます。 EDSでは、TiN, TiCN, TiN層の間でN組成の変化を区別することができました(図2)。さらに、BrukerESPRIT分析ソフトウェアは、強く重なり合うTiとN(図4)を自動的にデコンボリューションすることができます。

図1:タングステンカーバイドの切削工具への異なるコーティング層のEDSマップとSE画像。表面は集束イオンビームミリング(FIB)で研磨されています。
図2:Ti, C, N分布を示すEDSマップ:左からTiN/TiCN/TiNとTiC。EDSは、CやNのような軽元素間の組成変化を簡単に識別することができます。
図3:超硬切削工具のWC基板とCoバインダーのEDSマップ
図4:ESPRIT分析ソフトウェアを用いたTiとNの自動デコンボリューションと定量化