JP2002363750A - Al2O3−Tiの多層を有する被覆ボディ - Google Patents
Al2O3−Tiの多層を有する被覆ボディInfo
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Abstract
ともにκとγとのAl2O3をボディに蒸着して、Ti
(C、N)−κ及びγのAl2O3κ多層の摩耗特性を強
め、被覆ボディに高摩耗特性を与えることに関する。 【解決手段】 中温化学蒸着法(MTCVD)によって
被覆したκ−Al2O3及び/またはγ−Al2O3、或い
はTiNの多層を有する被覆ボディを開示する。この多
層は、MTCVDによって被覆したTi(C、N)の層
が挿入される。被覆されたこのボディは、好ましくは超
硬合金、サーメット、セラミック及び/または高速度鋼
であり、且つ金属切削工具として使用することができ
る。
Description
i(C、N)とともにκとγとのAl2O3をボディに蒸
着して、Ti(C、N)−κ及びγのAl2O3κ多層の
摩耗特性を強め、高摩耗特性を有する被覆ボディを提供
することに関する。
層、またはγ−Al2O3とTiNとの多層は、米国特許
第5,700,569号及び米国特許明細書継続番号第0
9/717,006号に記載されるように、単一酸化物
の層より優れた摩耗特性を示すことが立証された。
は、比較的時間が長く、且つ蒸着は比較的高温度(通常
は約1000℃で)で一般的に実施され、カッパアルミ
ナがガンマアルミナへと変態を生じる。この相変態にお
いて遭遇する体積収縮は、アルミナ層の付着力を低下さ
せ得る。結果として、製造中の付着力問題が生じる。
0℃またはそれ以上の蒸着温度が必要であると一般的に
考えられてきた。最近の米国特許明細書継続番号第09
/498,344号に記載されるように、約800度ま
たはそれを超える温度、しかし1000度未満の蒸着温
度で、Al2O3を蒸着することが可能である。さらに、
二つのAl2O3相すなわちκ及びγを、所定の制御方法
で蒸着することが可能である。
においてクレータ摩耗及び逃げ面摩耗に対して優れた耐
磨耗性を示すことが最近確認された(米国特許明細書継
続番号第09/207,687号)。
いて、Ti(C、N)が、特に逃げ面摩耗に関してTi
Nより優れていることがまた判明した。過共晶鋼におい
て、Al2O3がクレータ摩耗に対して優れた被覆材であ
る。最近の企業内切削試験において、800℃で蒸着し
たMTCVD法のTi(C、N)に対するκ相及びγ相
の双方の付着力が非常に良好であることも判明した。多
層として、MTCVD法のTi(C、N)とともにκ及
びγを蒸着することによって、すなわち、先行技術のT
iN/Ti(C、O)−κ多層の摩耗特性を強化するこ
とが可能である。
めの手段】本発明の目的は、先行技術の課題を回避また
は緩和することである。
CVD法のTi(C、N)とともにκ及びγを蒸着する
ことによって、TiN/Ti(C、O)−κ多層の高め
られた摩耗特性を与えることである。
Al2O3の多層からなる被覆ボディを提供する。
(C、N)層の上にTi(C、N)層を挿入したκ−A
l2O3及び/またはγ−Al2O3の多層からなる被覆ボ
ディを提供する。
l2O3及びγ−Al2O3の多層からなる被覆ボディを提
供し、各々が700〜900℃の温度での化学蒸着によ
って添付される。
(C、N)層の上にTi(C、N)層を挿入したκ−A
l2O3及び/またはγ−Al2O3の多層からなる被覆ボ
ディを提供する。
(C、N)層の上にTi(C、N)層及び前記多層の頂
上にTi(C、N)層を挿入したκ−Al2O3及び/ま
たはγ−Al2O3の多層からなる被覆ボディを提供す
る。
を図1に示す。これらの被膜は、次に示す層からなる。
ベース層、及び800〜900℃の蒸着温度 2.κ−Al2O3(図1のa)、γ−Al2O3(図1の
b)、及びκ−Al2O3と、γ−Al2O3との双方(図
1のc)からなる多層構造、及び全ての層は800〜9
00℃の蒸着温度 γ−Al2O3の摩耗特性はまだ十分に解明されていな
い。しかしながら、γは、κより安定でない相であり、
且つ多層被覆構造の最上層にのみ使用でき、この構造で
は蒸着の際に最短の焼鈍となる。
か)は、個々の層の厚みが約0.1〜3.2ミクロン好
ましくは約0.3〜1.2ミクロンである。多層中のT
i(C、N)層は、個々の厚みが約0.1〜3.2ミク
ロン好ましくは約0.3〜1.2ミクロンである。多層
の総厚みは、約3〜30ミクロン好ましくは約5〜15
ミクロンである。また、多層は、約2〜15ミクロン好
ましくは約3〜10ミクロンのTi(C、N)に蒸着さ
れ、この場合、これがボディに適用される第1の層とな
る。さらに、同じ厚みのTi(C、N)層をアルミナの
頂上層の上に蒸着することができる。
ラミック、及び高速度鋼から好ましく形成され、且つ被
覆されたボディが金属切削加工作業の切削工具として使
用する。
N)層は、中温度化学蒸着法(MTCVD)によって添
付される。γ及びκのAl2O3層の蒸着は、米国特許明
細書継続番号第09/498,334号に記載される技
術を利用する。この過程においては、他の従来のMTC
VD法及び装置にH2Sが添加され、その量は、総ガス
混合物の0.7vol%より多く、一般的には0.75
〜1.7vol%、好ましくは1〜1.5vol%以下
である。
は750〜850℃の温度であり、約50〜600ミリ
バール好ましくは約100〜300ミリバールの圧力で
あり、且つ被膜を形成すために十分な時間の間、一般的
には約2〜10時間好ましくは約4〜8時間である。
(C、N)と同一の温度で実施することができ、結果と
してかなり短時間の工程(昇温及び冷却工程は除く)と
なり、且つ多層の蒸着は比較的低温度で実施され結果と
して相変態を生じない。その結果、強い接着力を達成で
き且つ生産性が高められる。多層の被膜は、H2Sによ
って簡単に制御できるκとγの双方で形成される。κよ
り安定でないγは、使用するならば、多層被覆層の最上
部分(すなわち、頂上の半部)に配置し、初めに示した
ように、MTCVDのTi(C、N)はTiNより優れ
た耐磨耗性を示す。TiNの代わりにTi(C、N)を
使用することによって、亜共晶鋼の耐クレータ摩耗、及
びか共晶鋼の耐逃げ面摩耗が強められる。
に従って、本発明をさらに説明する。しかしながら、本
発明が、この実施例の具体的詳細に限定されるものでな
いことは理解できる。
ぞれが亜共晶鋼および過共晶鋼)における異なる被膜の
摩耗特性についての概要を示す。
常に異なる挙動を示す。結果として、当業者の知識にし
たがいSS1672(薄いAl2O3層+厚いTi(C、
N)層、図2の(a))用に、及びSS2258(厚い
Al2O3層+薄いTi(C、N)層、図2の(b))用
に、異なる被覆構造を開発する必要がある。これらの鋼
用の最適被覆構造の模式図を図2(a)及び図2(b)
に示す。
Ti(C、N)層が間に介在する6層のκ−Al2O3層
(総多層厚み7μ)から組み立てられた図2の(a)に
したがう被膜は、SS1672で試験を行い、且つTi
(C、N)層が間に介在する5層のκ−Al2O3層(総
多層厚み7μ)から組み立てられた図2の(b)にした
がう被膜は、SS2258で試験を行なった。また、切
削試験は、Al2O3、TiN及びTi(C、N)の単層
を有するインサート、並びにκアルミナとTiNの多層
を有するインサートを使用して行なった。結果を表3及
び表4に示す。
2の(a))とのそれぞれの挙動の詳細な比較を図3に
示す。SS2258において、多層被膜は、単層被膜に
対して優れている。この鋼において、逃げ面摩耗が、T
i(C、N)被膜によって明らかに減少された。多層κ
−Al2O3被覆インサートの耐クレータ摩耗及び耐逃げ
面摩耗との双方が、単層κ−Al2O3被覆インサートの
それらより優れていることがSEM顕微鏡写真から明確
である。アルミナ被覆インサートが一般的に良く機能す
るこの種の鋼においては、多層添付の効果は非常に明確
である。このインサートの耐用期間は劇的に増加し、特
に200m/の切削速度では約100%以上であった。
SS2258(過共晶鋼)の軸受け鋼の場合、多層を添
付することは、過共晶鋼において初期に観察されたもの
(米国特許第5,700,569号)より摩耗を、さらに
劇的に減少させた。
2の(b))とのそれぞれの挙動の詳細な比較を図4に
示す。SS1762において、多層被膜は、単層被膜に
対して優れている。米国特許第5,700,569号にし
たがう多層κ−Al2O3被膜と比較して、アルミナ層の
厚みを減少するとともにTi(C、N)を有する多層κ
−Al2O3被膜は、従来技術を超えてインサート性能が
高められた。耐クレータ摩耗及び耐逃げ面摩耗との双方
が、単層によって示されるそれらより優れていることが
SEM顕微鏡写真から明確である。この鋼においては、
κ−Al2O3被膜とTi(C、O)との多層被膜が研究
されたときに観察されたもの(米国特許第5,700,5
69号)より逃げ面摩耗は、明らかに減少した。
様式は明細書に前述した。しかしながら、防御しようと
する本発明は、実施態様及び作用様式に限定するより説
明を意図したものであるので、特に限定することを意図
するものでない。本発明の意図から離脱することなく、
当業者は種々の変化をさせることができる。
(a)はκ−Al2O3多層を有する例であり、(b)は
γ−Al2O3多層を有する例であり、及び(c)はγと
κとの混合Al2O3多層を有する例である。
(a)はSS1672の切削に有効である例であり、及
び(c)はSS2258の切削に有効である例である。
2258用の切れ刃の像を示し、2分と5分のκ−Al
2O3の単層及び多層を被覆したインサートの切れ刃と、
8分のκ−Al2O3の単層を被覆したインサートの切れ
刃と、9分のκ−Al2O3の多層を被覆したインサート
の切れ刃との像である。
1678用の切れ刃の像を示し、2分、9分及び15分
のκ−Al2O3の単層及び多層を被覆したインサートの
切れ刃の像である。
Claims (16)
- 【請求項1】 被膜が、γ−Al2O3の多層からなる被
覆ボディ。 - 【請求項2】 被膜が、700〜900℃の温度で化学
蒸着によって被覆したκ−Al2O3の多層からなる被覆
ボディ。 - 【請求項3】 被膜が、κ−Al2O3及びγ−Al2O3
の多層からなり、各層を700〜900℃の温度で化学
蒸着によって被覆した被覆ボディ。 - 【請求項4】 前記κ−Al2O3及びγ−Al2O3の少
なくとも1種の多層に、Ti(C、N)の層が挿入され
る請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆ボディ。 - 【請求項5】 前記κ−Al2O3及びγ−Al2O3の少
なくとも1種の多層が、0.1〜3.2ミクロンの厚みを
有する層からなる請求項4記載の被覆ボディ。 - 【請求項6】 前記κ−Al2O3及びγ−Al2O3の少
なくとも1種の多層が、0.3〜1.2ミクロンの厚みを
有する層からなる請求項4記載の被覆ボディ。 - 【請求項7】 前記Ti(C、N)の層が、0.1〜3.
2ミクロンの厚みを有する層からなる請求項4記載の被
覆ボディ。 - 【請求項8】 前記Ti(C、N)の層が、0.3〜1.
2ミクロンの厚みを有する層からなる請求項4記載の被
覆ボディ。 - 【請求項9】 前記Ti(C、N)の層が、前記κ−A
l2O3及びγ−Al 2O3の少なくとも1種の多層の頂上
にある請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆ボデ
ィ。 - 【請求項10】 前記γ−Al2O3層がアルミナ最上層
であり、且つ前記κ−Al2O3層がアルミナ最内層であ
る請求項3記載の被覆ボディ。 - 【請求項11】 前記多層が、3〜30ミクロンの総厚
みを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆ボ
ディ。 - 【請求項12】 前記多層が、5〜15ミクロンの総厚
みを有する請求項11に記載の被覆ボディ。 - 【請求項13】 前記被覆ボディが、超硬合金、サーメ
ット、セラミック、高速度鋼及びそれらの混合物を含む
群から選択された被覆ボディ。 - 【請求項14】 請求項13に記載の前記被覆ボディか
ら作られた金属切削工具。 - 【請求項15】 被膜が、Ti(C、N)の層上にTi
(C、N)の層を挿入させたκ−Al2O3及びγ−Al
2O3の少なくとも1種の多層からなる被覆ボディ。 - 【請求項16】 被膜が、Ti(C、N)の層上にTi
(C、N)の層を、且つ多層の頂上にTi(C、N)の
層を、挿入したκ−Al2O3及びγ−Al2O3の少なく
とも1種の多層からなる被覆ボディ。
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