JP2000042806A - 切削工具用積層被覆体 - Google Patents

切削工具用積層被覆体

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JP2000042806A
JP2000042806A JP10216611A JP21661198A JP2000042806A JP 2000042806 A JP2000042806 A JP 2000042806A JP 10216611 A JP10216611 A JP 10216611A JP 21661198 A JP21661198 A JP 21661198A JP 2000042806 A JP2000042806 A JP 2000042806A
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Itsuo Yazaki
逸夫 矢崎
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被削材の溶着を生ずることなく、長寿命で、
しかも使用された切刃コーナーの識別が容易であり、外
観が美麗で商品価値の高い切削工具用積層被覆体を提供
する。 【解決手段】 超硬合金またはサーメットからなる基体
の表面に、該基体側に位置する酸化アルミニウムからな
る内層と、該基体から最も離れた側に位置する彩色系の
最外層とを含む、少なくとも2層が被覆された積層被覆
焼結合金であって、該最外層が、切削の際の機械的応力
によって剥離するように被覆された切削工具用積層被覆
体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具として用
いられる積層被覆体に関し、さらに詳しくは、切削工具
切刃の各コーナーが、切削加工に用いられたか否かを識
別しやすいように、積層被覆された積層被覆体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】被覆層を有する超硬合金製の工具は、被
覆層の最外層に、使用された切刃コーナーを識別するた
めに、彩色系の層を設けて、その剥離によって識別する
ことが行われ、彩色層としては、金色を呈する窒化チタ
ンや、窒素の含有率によって黄色〜赤色を呈する炭窒化
チタンなどが用いられている(特開昭49−66513
号公報参照)。なお、本明細書において、彩色系とは、
無彩色系である白〜黒以外の色相を呈する系をいう。
【0003】しかしながら、上記のようなチタン化合物
を最外層として有する切削工具は、該チタン系化合物が
被削材と反応し、該被削材が切削工具の切刃に溶着する
傾向があり、そのため、溶着によって被削体の工作精度
が下がるとともに、切削中に切刃の摩耗および溶着のた
めに切削の継続が不可能になる。切削工具の最外層を、
被削材との反応性が低いAl23で構成すると、上記の
問題は解消するが、黒色ないしそれに近い色相を呈する
ので、使用された切刃コーナーの識別が不可能である。
【0004】そのため、使用された切刃コーナーの識別
を可能にするとともに、上記の溶着を防止する方法とし
て、各種の方法が提案されている。
【0005】特開平8−52603号公報には、切削工
具の切刃稜線部のみ、その最外層を酸化アルミニウムと
し、その他の部分の最外層をTi(Cxyz)(式中、
O≦x,y,z≦1)で示されるチタン系セラミックス
で構成する方法が開示されている。しかしながら、この
方法は、工程が増えて煩雑であり、経済的にも不利であ
る。
【0006】特開平7−227703号公報には、切削
工具の最外層を酸化アルミニウムとし、その直下の層を
窒化チタンとする方法が開示されている。この方法によ
り、上記の問題は解決するが、切削工具の色調が悪く、
商品価値が劣る。
【0007】特開平7−73802号公報には、切削工
具の最外層を窒化チタンで構成し、その表面を平滑にす
ることによって、被削材の溶着を防止する方法が開示さ
れている。しかしながら、この方法では、工程が増すば
かりか、溶着防止効果が不十分である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような従来技術の問題点を解決して、工程を増やすこ
となく、溶着防止性に優れ、そのうえ使用された切刃コ
ーナーの識別が可能であり、色調が金色のような商品価
値の高い外観を呈する切削工具用積層被覆体を提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、この目的
を達成するために鋭意検討を重ねた結果、彩色系の最外
層を、機械的応力によって剥離するように被覆し、切削
に使用する切刃コーナーの最外層を該応力によって剥離
させることにより、被削材の溶着を防止するとともに、
酸化アルミニウム層のような無彩色系の色調を呈する層
を露出させて、使用された切刃コーナーの識別を容易に
しうることを見出して、本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明は、超硬合金またはサー
メットからなる基体の表面に、該基体側に位置する酸化
アルミニウムからなる内層と、該基体から最も離れた側
に位置する彩色系の最外層とを含む、少なくとも2層が
被覆された積層被覆焼結合金であって、該最外層が機械
的応力によって剥離するように被覆された切削工具用積
層被覆体に関する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の切削工具用積層被覆体に
用いられる基体は、超硬合金またはサーメットからな
る。このような基体は、周期律表4〜6族金属の炭化
物、窒化物およびこれらの固溶体の1種以上と、鉄、ニ
ッケル、コバルトのような金属の1種以上とを焼結して
得られた、高い硬さを有する焼結合金である。これらの
うち、超硬合金としては、具体的には、WC−Co、W
C−TaC−Co、WC−TiC−Co、WC−TiC
−TaC−Coなどが例示される。サーメットとして
は、具体的には、TiC−Ni、TiC−Ni−Cr、
TiC−Ni−W、TiC−Co、TiC−Co−Cr
のような炭化チタン系サーメット;およびこれらにさら
に窒素を含有する炭窒化チタン系サーメットなどが例示
される。
【0012】これらのうち、コバルトおよび/またはニ
ッケルを主成分とする結合相が3〜10重量%と、炭化
タングステンを主成分とする硬質相が残余量とからなる
超硬合金が好ましい。
【0013】本発明の積層被覆体は、上述の基体と、そ
の表面の少なくとも一部、特に複数の切刃コーナーを含
む複数の面を、複数の被膜を積層させた被覆部から構成
される。該被覆部は、該基体側に位置する内層と、該基
体から最も遠い最外層とを含み、必要に応じて、基体と
内層の間に少なくとも1層の下地層が、また内層と最外
層との間に中間層が設けられている。
【0014】内層は、酸化アルミニウムからなる。該内
層の厚さは、特に限定されないが、0.1〜10.0μ
mの範囲が好ましく、0.5〜6.0μmがさらに好まし
い。
【0015】最外層は、彩色系の色調を呈するものであ
り、窒化チタン、窒酸化チタン、炭窒化チタン、炭窒酸
化チタン、窒化ジルコニウム、窒化(チタン・アルミニ
ウム)、窒炭化(チタン・アルミニウム)、炭酸化(チ
タン・アルミニウム)などが例示され、色調が明るく、
使用された切刃コーナーの識別が特に容易なことから、
窒化チタン、窒酸化チタン、窒化ジルコニウムおよび窒
酸化ジルコニウムが好ましい。最外層の厚さは、特に限
定されないが、識別が容易なことから0.3μm以上が
好ましく、経済性を含めて考慮すると、3.0〜2.0
μmの範囲がさらに好ましい。
【0016】上記の最外層は、通常の取扱いでは剥離せ
ず、切削開始時に被削材との接触によって与えられる機
械的応力によって剥離するように被覆される。その結
果、実際の切削加工の際に被削材と内層とが接触するこ
とになり、切削工具の際の溶着を防止することができ
る。このように最外層を剥離しやすいように形成させる
方法として、具体的には、次のような方法が挙げられる
が、これに限定されるものではない。
【0017】(1)内層と該最外層との間に、剥離促進
性の中間層を設ける。該中間層としては、カーボンおよ
び/または金属硫化物が用いられ、該金属硫化物として
は、硫化モリブデン、硫化タングステンなどが例示さ
れ、1種でも、2種以上を使用してもよい。中間層とし
て複数の物質を併用する場合は、それらからなる混合被
覆層として設けても、個々の独立した被覆層として設け
てもよい。このような剥離促進性の中間層としては、カ
ーボンが好ましい。該中間層の厚さは、特に限定されな
いが、0.1〜1.0μmの範囲が好ましい。
【0018】(2)該最外層を内層に隣接して設け、か
つ該最外層を、好ましくは400℃以上、800℃未
満、さらに好ましくは700〜750℃の被覆温度によ
って被覆する。
【0019】任意に設けられる下地層は、切削工具に耐
摩耗性を付与するためのものであり、窒化チタン、炭窒
化チタン、炭酸化チタン、窒酸化チタン、炭窒酸化チタ
ンのようなチタン化合物が例示される。また内層と離れ
た下地層として、酸化アルミニウム層が存在してもよ
い。比較的低温で成膜が可能であり、成膜の際に基体へ
の影響が少なく、高い耐剥離性が比較的容易に得られる
ことから、下地層のうち、基体に隣接して設けられる第
1下地層が、窒化チタンであることが好ましい。また、
耐欠損性に優れていることから、基体の表面に垂直に成
長した柱状結晶からなる柱状層が含まれていることが好
ましい。下地層の厚さは、特に限定されないが、2.0
〜20.0μmの範囲が好ましい。
【0020】被覆層の形成は、たとえば熱CVD法、プ
ラズマCVD法、PDV法などの方法によって行われる
が、これに限定されるものではない。
【0021】
【作用】本発明の切削工具用積層被覆体において、最外
層は、彩色層からなり、機械的応力によって容易に剥離
するように形成されている。具体的には、たとえば切削
開始時に被削材との接触によって機械的応力を受ける
と、該応力を受けた最外層は剥離して、酸化アルミニウ
ムからなる内層が露出し、実際の切削加工の際には、こ
の内層と被削材とが接触するので、被着材の溶着に対す
る抵抗性が顕著に向上し、切削工具の寿命が長くなる。
しかも、切削に使用されていない切刃コーナーには彩色
層である最外層が残るので、その間に色調の差を生じ、
切削に使用された切刃コーナーが識別できる。
【0022】
【実施例】以下、実施例および比較例によって、本発明
をさらに詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に
よって限定されるものではない。
【0023】実施例1〜3、比較例1〜4 組成成分がWC88重量%、TiC2重量%、TaC3
重量%およびCo7重量%からなる超硬合金製で、形状
がJIS B4120に規定されるCNMG12040
8である基体を用い、これに常法による熱CVD法を用
いて、表1に示す被膜構成の被膜を、表1に示す被覆温
度で積層させて被覆部を形成させることによって、被覆
積層体を作製した。
【0024】
【表1】
【0025】表1から明らかなように、実施例1および
実施例2の切削用チップは、それぞれ比較例1および比
較例2の切削用チップと同一構成の被覆積層体である
が、内層であるAl23層の上に形成された最外層であ
るTiN層(実施例1)またはTiNO層(実施例2)
の被覆温度が750℃である点で、それぞれ対応する比
較例と異なる。また、実施例3の切削用チップは、比較
例3の切削用チップとは、内層であるAl23層と最外
層であるTiN層との間に、中間層としてカーボン層を
設けた以外は、同一構成の被覆積層体である。
【0026】評価例1 機械的応力による剥離の有無を簡便に評価する方法とし
て、実施例1〜3および比較例1〜4で作製した切削用
チップについて、荷重150kgfをかけてロックウェル
硬度計を用いた圧子打込み試験を行い、試験後の切削用
チップにおける被覆層の剥離の有無を観察した。その結
果、比較例1〜4の切削用チップは、いずれも層間の剥
離を生じなかったのに対し、実施例1〜3の切削用チッ
プは、いずれも打込み面の最外層のみが剥離した。
【0027】評価例2 被削材としてSCM415(JIS G4105、クロ
ム・マンガン鋼)を用い、実施例1と比較例1の切削用
チップについて、表2に示す切削条件により、切削性、
剥離および使用コーナーの識別について、評価を行っ
た。その結果は、表3に示すとおりであった。
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】評価例2では、比較例1のチップはSCM
415が溶着して、40分後に切削不能となったのに対
し、実施例1のチップは、切削の開始とともにTiN層
が剥離して、SCM415の溶着を生ぜず、使用された
切刃コーナーの識別も良好であった。
【0031】評価例3 被削材としてSCr420H(JIS G4052、焼
入性を保証した構造用鋼)を用い、実施例2、3および
比較例2〜4の切削用チップについて、表2に示す切削
条件により、切削性、剥離、および使用された切刃コー
ナーの識別について、評価を行った。その結果は、表4
に示すとおりであった。
【0032】
【表4】
【0033】この結果から、比較例2および3のチップ
はSCr420Hが溶着し、比較例4のチップは、外観
が黒色のため、使用された切刃コーナーの識別が不可能
であったのに対して、実施例2および3のチップは、切
削の開始とともに最外層が剥離して、SCr420Hの
溶着を生ぜず、使用された切刃コーナーの識別も良好で
あった。
【0034】
【発明の効果】本発明によって、被削材の溶着を生ずる
ことなく、長寿命で、しかも使用された切刃コーナーの
識別が容易であり、外観が美麗で商品価値の高い切削工
具用積層被覆体を、複雑な工程を経ないで得ることがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C046 FF03 FF05 FF09 FF10 FF13 FF16 FF17 FF32 FF39 FF52 FF53 4K029 AA02 AA04 BA34 BA44 BA51 BA54 BA55 BA60 BB02 BB08 BD05 EA08

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超硬合金またはサーメットからなる基体
    の表面に、該基体側に位置する酸化アルミニウムからな
    る内層と、該基体から最も離れた側に位置する彩色系の
    最外層とを含む、少なくとも2層が被覆された積層被覆
    焼結合金であって、該最外層が機械的応力によって剥離
    するように被覆された切削工具用積層被覆体。
  2. 【請求項2】 上記機械的応力による剥離が、上記最外
    層が切削開始時に被削材と接触することによって生じ
    る、請求項1記載の積層被覆体。
  3. 【請求項3】 上記内層と上記最外層との間に、該最外
    層を容易に剥離させる剥離促進性の中間層が被覆され
    た、請求項1または2記載の積層被覆体。
  4. 【請求項4】 上記中間層が、カーボンおよび/または
    金属硫化物からなる、請求項3記載の積層被覆体。
  5. 【請求項5】 上記最外層が、上記内層に隣接して、4
    00℃以上、800℃未満の被覆温度により被覆され
    た、請求項1または2記載の積層被覆体。
  6. 【請求項6】 上記基体が、コバルトおよび/またはニ
    ッケルを主成分とする結合相が3〜10重量%と、炭化
    タングステンを主成分とする硬質相が残余量とからなる
    超硬合金である、請求項1〜5のいずれか1項記載の積
    層被覆体。
  7. 【請求項7】 上記基体と上記内層との間に、炭化チタ
    ン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸化チタン、窒酸化
    チタンおよび炭窒酸化チタンからなる群より選ばれる少
    なくとも1層からなる下地層で被覆された、請求項1〜
    6のいずれか1項記載の積層被覆体。
  8. 【請求項8】 上記下地層が、上記基体の表面に垂直に
    成長した柱状結晶からなる柱状層を含む、請求項7記載
    の積層被覆体。
  9. 【請求項9】 上記下地層のうち上記基体に隣接して被
    覆される第1下地層が、窒化チタンからなる、請求項7
    または8記載の積層被覆体。
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