JP2890671B2 - 切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材 - Google Patents
切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材Info
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- JP2890671B2 JP2890671B2 JP12515290A JP12515290A JP2890671B2 JP 2890671 B2 JP2890671 B2 JP 2890671B2 JP 12515290 A JP12515290 A JP 12515290A JP 12515290 A JP12515290 A JP 12515290A JP 2890671 B2 JP2890671 B2 JP 2890671B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切削工具や耐摩工具からなる母材の表面に
硬質被覆層を設け、耐摩耗性を改善向上させた表面被覆
硬質部材に関する。
硬質被覆層を設け、耐摩耗性を改善向上させた表面被覆
硬質部材に関する。
従来、切削工具や耐摩工具は、一般に炭化タングステ
ン（WC）等を基とする超硬合金、炭化チタン（TiC）系
等の各種サーメツト、高速度工具鋼等の鋼や硬質合金、
炭化珪素や窒化珪素等のセラミツクスから構成されてい
る。
ン（WC）等を基とする超硬合金、炭化チタン（TiC）系
等の各種サーメツト、高速度工具鋼等の鋼や硬質合金、
炭化珪素や窒化珪素等のセラミツクスから構成されてい
る。
又、これら切削工具や耐摩工具の耐摩耗性を改善向上
させるため、その表面に硬質被覆層としてPVD法やCVD法
によりTi,Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物、若しく
はAlの酸化物を単層に又は複層に形成した表面被覆硬質
部材が開発され、最近では広く実用に供されている。特
にPVD法により形成した硬質被覆層は、母材の強度を劣
化させずに耐摩耗性を向上させることが出来るので、ド
リル、エンドミル、フライス用スローアウエイチツプ等
の強度の要求される切削用途に適している。
させるため、その表面に硬質被覆層としてPVD法やCVD法
によりTi,Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物、若しく
はAlの酸化物を単層に又は複層に形成した表面被覆硬質
部材が開発され、最近では広く実用に供されている。特
にPVD法により形成した硬質被覆層は、母材の強度を劣
化させずに耐摩耗性を向上させることが出来るので、ド
リル、エンドミル、フライス用スローアウエイチツプ等
の強度の要求される切削用途に適している。
しかし、PVD法が母材強度の劣化なしに硬質被覆層を
形成出来る点でCVD法より優れているとは云え、PVD法で
はAlの酸化物を安定して形成することが困難であるた
め、PVD法で形成したAl酸化物からなる硬質被覆層は実
用化に至つていない。又、現状のPVD法で形成できるTi,
Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物の硬質被覆層は、
耐摩耗性が充分とは云い難く特に高速切削においては耐
摩耗性の不足により、早期に寿命に至るものが多かつ
た。
形成出来る点でCVD法より優れているとは云え、PVD法で
はAlの酸化物を安定して形成することが困難であるた
め、PVD法で形成したAl酸化物からなる硬質被覆層は実
用化に至つていない。又、現状のPVD法で形成できるTi,
Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物の硬質被覆層は、
耐摩耗性が充分とは云い難く特に高速切削においては耐
摩耗性の不足により、早期に寿命に至るものが多かつ
た。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、切削工具や耐摩工
具の母材強度を維持しつつ、同時に従来よりも優れた耐
摩耗性を有し、特に高速切削における耐摩耗性に優れた
切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材を提供すること
を目的とする。
具の母材強度を維持しつつ、同時に従来よりも優れた耐
摩耗性を有し、特に高速切削における耐摩耗性に優れた
切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材を提供すること
を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の切削工具・耐摩工
具用表面被覆硬質部材は、切削工具又は耐摩工具からな
る母材の表面に、Hfの炭化物、窒化物又は炭窒化物から
なる層とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層と
を、夫々0.01〜0.2μｍの層厚で交互に10層以上積層し
て全体の層厚を0.5〜10μｍとした硬質被覆層を有する
ことを特徴とする。
具用表面被覆硬質部材は、切削工具又は耐摩工具からな
る母材の表面に、Hfの炭化物、窒化物又は炭窒化物から
なる層とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層と
を、夫々0.01〜0.2μｍの層厚で交互に10層以上積層し
て全体の層厚を0.5〜10μｍとした硬質被覆層を有する
ことを特徴とする。
尚、上記硬質被覆層は、母材である切削工具や耐摩工
具の全表面に設けても又は切刃部分の表面にのみ設けて
も良い。又、硬質被覆層の形成方法としては従来公知の
方法を利用出来るが、スパツタリング法やイオンプレー
テイング法等のPVD法が母材強度を容易に維持できる点
で好ましい。
具の全表面に設けても又は切刃部分の表面にのみ設けて
も良い。又、硬質被覆層の形成方法としては従来公知の
方法を利用出来るが、スパツタリング法やイオンプレー
テイング法等のPVD法が母材強度を容易に維持できる点
で好ましい。
本発明の表面被覆硬質部材においては、硬質被覆層が
薄いHfC,HfN又はHfCNと薄いAlC,AlN又はAlCNとを交互に
積層して構成されているので、切削工具や耐摩工具とし
て使用した場合に、優れた耐摩耗性、耐溶着性並びに耐
欠損性を兼ね備え、長期に亘り優れた切削性能を維持す
ることが出来る。
薄いHfC,HfN又はHfCNと薄いAlC,AlN又はAlCNとを交互に
積層して構成されているので、切削工具や耐摩工具とし
て使用した場合に、優れた耐摩耗性、耐溶着性並びに耐
欠損性を兼ね備え、長期に亘り優れた切削性能を維持す
ることが出来る。
即ち、多層からなる硬質被覆層を構成する各層のう
ち、Hfの炭化物、窒化物又は炭窒化物は母材との付着強
度を高めると共に、硬質被覆層の硬度を高める。一方、
Alの炭化物、窒化物又は炭窒化物は硬質被覆層の耐欠損
性を改善し、同時にHfの炭化物、窒化物又は炭窒化物の
層中に固溶することによつて結晶粒を微細化させる。従
つて、積層されたこれらの層の相乗的な作用によつて、
硬質被覆層全体としての耐摩耗性、耐溶着性、耐欠損性
が改善向上される。
ち、Hfの炭化物、窒化物又は炭窒化物は母材との付着強
度を高めると共に、硬質被覆層の硬度を高める。一方、
Alの炭化物、窒化物又は炭窒化物は硬質被覆層の耐欠損
性を改善し、同時にHfの炭化物、窒化物又は炭窒化物の
層中に固溶することによつて結晶粒を微細化させる。従
つて、積層されたこれらの層の相乗的な作用によつて、
硬質被覆層全体としての耐摩耗性、耐溶着性、耐欠損性
が改善向上される。
しかも、上記硬質被覆層を備えた切削工具又は耐摩工
具としての表面被覆硬質部材は、切削時における刃先温
度の上昇により、硬質被覆層中に極めて高温硬度の高い
Al2O3が微量ながら生成することが認められ、このため
高速切削においても良好な耐摩耗性を示すことが判つ
た。
具としての表面被覆硬質部材は、切削時における刃先温
度の上昇により、硬質被覆層中に極めて高温硬度の高い
Al2O3が微量ながら生成することが認められ、このため
高速切削においても良好な耐摩耗性を示すことが判つ
た。
硬質被覆層の層厚に関しては、全体の層厚が0.5μｍ
未満では耐摩耗性の向上が殆ど見られず、逆に10μｍを
超えると層中の残留応力が大きくなり、母材との付着強
度が低下するため全体の層厚を0.5〜10μｍの範囲とす
る。
未満では耐摩耗性の向上が殆ど見られず、逆に10μｍを
超えると層中の残留応力が大きくなり、母材との付着強
度が低下するため全体の層厚を0.5〜10μｍの範囲とす
る。
又、交互に積層されるHfの炭化物、窒化物又は炭窒化
物からなる層とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物からな
る層の層厚は、0.01μｍより薄く形成することが難しい
うえ、0.01μｍ未満では積層した硬質被覆層全体が脆く
なつて耐摩耗性が低下し、層厚が0.2μｍを超えると各
々の層が厚い為に前記した層間の固溶が生じなくなり、
相乗的作用による耐摩耗性、耐溶着性、耐欠損性の向上
が得られないので、上記各層の層厚は夫々0.01〜0.2μ
ｍの範囲とする。更に、上記各層の層厚が0.01〜0.2μ
ｍの範囲であつても、交互に積層した層数が10層未満の
場合にはやはり全体として優れた耐摩耗性、耐溶着性、
耐欠損性を兼ね備えた硬質被覆層を構成することが困難
である。
物からなる層とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物からな
る層の層厚は、0.01μｍより薄く形成することが難しい
うえ、0.01μｍ未満では積層した硬質被覆層全体が脆く
なつて耐摩耗性が低下し、層厚が0.2μｍを超えると各
々の層が厚い為に前記した層間の固溶が生じなくなり、
相乗的作用による耐摩耗性、耐溶着性、耐欠損性の向上
が得られないので、上記各層の層厚は夫々0.01〜0.2μ
ｍの範囲とする。更に、上記各層の層厚が0.01〜0.2μ
ｍの範囲であつても、交互に積層した層数が10層未満の
場合にはやはり全体として優れた耐摩耗性、耐溶着性、
耐欠損性を兼ね備えた硬質被覆層を構成することが困難
である。
母材として、組成がJIS規格P30（具体的にはWC−20wt
％TiC−10wt％CO）、形状がJIS SNG 432の超硬合金製切
削チツプを用意し、その表面に下記の如く公知の真空ア
ーク放電によるイオンプレーテイング法を用いて第１表
に示す硬質被覆層を形成し、本発明例の表面被覆切削チ
ツプ試料１〜４とした。
％TiC−10wt％CO）、形状がJIS SNG 432の超硬合金製切
削チツプを用意し、その表面に下記の如く公知の真空ア
ーク放電によるイオンプレーテイング法を用いて第１表
に示す硬質被覆層を形成し、本発明例の表面被覆切削チ
ツプ試料１〜４とした。
即ち、成膜装置内にHfターゲツトとAlターゲツトとを
対向させて配置し、両ターゲツトの中間点を中心として
両ターゲツトの間で回転する母材保持具に上記切削チツ
プを装着し、切削チツプが１分間に20回転するように母
材保持具の回転速度を調整した。その後、成膜装置内を
真空度１×10-2torrのArガス雰囲気に保持し、切削チツ
プに−2000Vの電圧をかけて洗浄を行ない、500℃まで加
熱した後、Arガスを排気した。次に、成膜装置内にN2ガ
スとCH4ガスの一方又は両方を300cc/minの割合で導入し
ながら、真空アーク放電によりHfターゲツトとAlターゲ
ツトを蒸発、イオン化させることにより、回転する切削
チツプがHfターゲツトの近くを通過する間にHfの炭化
物、窒化物又は炭窒化物を被覆させ、Alターゲツトの近
くを通過する間にAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物を被
覆させて、各層を交互に積層させた。交互に形成するHf
とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物の各層の層厚は照射
電子ビーム量を調整することにより制御し、全体の層厚
は被覆時間により制御した。
対向させて配置し、両ターゲツトの中間点を中心として
両ターゲツトの間で回転する母材保持具に上記切削チツ
プを装着し、切削チツプが１分間に20回転するように母
材保持具の回転速度を調整した。その後、成膜装置内を
真空度１×10-2torrのArガス雰囲気に保持し、切削チツ
プに−2000Vの電圧をかけて洗浄を行ない、500℃まで加
熱した後、Arガスを排気した。次に、成膜装置内にN2ガ
スとCH4ガスの一方又は両方を300cc/minの割合で導入し
ながら、真空アーク放電によりHfターゲツトとAlターゲ
ツトを蒸発、イオン化させることにより、回転する切削
チツプがHfターゲツトの近くを通過する間にHfの炭化
物、窒化物又は炭窒化物を被覆させ、Alターゲツトの近
くを通過する間にAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物を被
覆させて、各層を交互に積層させた。交互に形成するHf
とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物の各層の層厚は照射
電子ビーム量を調整することにより制御し、全体の層厚
は被覆時間により制御した。
又、比較のために第１表に示す従来例の表面被覆切削
チツプ試料も用意した。即ち、試料５〜７は通常の成膜
装置を使用して真空アーク放電を用いたイオンプレーテ
イング法により、上記と同じ組成と形状の切削チツプの
表面にTiC,TiN及びTiCNを単独又は組合せてなる硬質被
覆層を被覆して製造し、試料８及び９は通常のCVD法に
より同じ組成と形状の切削チツプの表面にTiC,TiN及びA
l2O3を組合せてなる硬質被覆層を形成することにより製
造した。
チツプ試料も用意した。即ち、試料５〜７は通常の成膜
装置を使用して真空アーク放電を用いたイオンプレーテ
イング法により、上記と同じ組成と形状の切削チツプの
表面にTiC,TiN及びTiCNを単独又は組合せてなる硬質被
覆層を被覆して製造し、試料８及び９は通常のCVD法に
より同じ組成と形状の切削チツプの表面にTiC,TiN及びA
l2O3を組合せてなる硬質被覆層を形成することにより製
造した。
（註）表中の※印は従来例である（以下同じ）。
次に、上記の如く製造した各表面被覆切削チツプ試料
について、下記条件による連続切削試験と断続切削試験
を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
について、下記条件による連続切削試験と断続切削試験
を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
上記の各切削試験の結果を第２表に示す。
上記の結果から、従来の表面被覆切削チツプ試料のう
ち硬質被覆層をPVD法で形成した試料５〜７は耐摩耗性
に劣り、又CVD法で形成した試料８及び９は母材の靱性
劣化により刃先の耐欠損性が低下したのに対し、本発明
例の表面被覆切削チツプ試料１〜４は連続切削及び断続
切削の両方において優れた耐摩耗性を有すると同時に、
硬質被覆層をPVD法で形成したので母材の靱性が維持さ
れ優れた耐欠損性を備えることが判る。
ち硬質被覆層をPVD法で形成した試料５〜７は耐摩耗性
に劣り、又CVD法で形成した試料８及び９は母材の靱性
劣化により刃先の耐欠損性が低下したのに対し、本発明
例の表面被覆切削チツプ試料１〜４は連続切削及び断続
切削の両方において優れた耐摩耗性を有すると同時に、
硬質被覆層をPVD法で形成したので母材の靱性が維持さ
れ優れた耐欠損性を備えることが判る。
尚、交互に積層する各層は、実施例に挙げたHfNとAlN
のように全てを炭化物同士、窒化物同士、又は炭窒化物
同士とする組合せ及びHfNとAlCNの組合せの外、任意に
組合せることができ、例えばHf系とAl系の各層自体につ
いても積層の途中で炭化物、窒化物及び炭窒化物の間で
適宜変更しても良い。
のように全てを炭化物同士、窒化物同士、又は炭窒化物
同士とする組合せ及びHfNとAlCNの組合せの外、任意に
組合せることができ、例えばHf系とAl系の各層自体につ
いても積層の途中で炭化物、窒化物及び炭窒化物の間で
適宜変更しても良い。
本発明によれば、切削工具や耐摩工具の母材強度を維
持しつつ、同時に従来よりも優れた耐摩耗性を有し、特
に高速切削においても切削工具や耐摩工具として長期に
亘つて良好な切削性能を維持することが出来る切削工具
・耐摩工具用表面被覆硬質部材を提供できる。
持しつつ、同時に従来よりも優れた耐摩耗性を有し、特
に高速切削においても切削工具や耐摩工具として長期に
亘つて良好な切削性能を維持することが出来る切削工具
・耐摩工具用表面被覆硬質部材を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−50949（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−73946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−151277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−150941（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−28628（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 B23B 27/00 - 27/24 B23P 15/28
Claims (1)
- 【請求項１】切削工具又は耐摩工具からなる母材の表面
に、Hfの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層とAlの
炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層とを、夫々0.01
〜0.2μｍの層厚で交互に10層以上積層して全体の層厚
を0.5〜10μｍとした硬質被覆層を有することを特徴と
する切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515290A JP2890671B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材 |
| DE69008511T DE69008511T2 (de) | 1989-09-29 | 1990-09-28 | Oberflächenbeschichtete hartwerkstoffe für schneidende und verschleissfeste werkzeuge. |
| EP90914429A EP0446375B1 (en) | 1989-09-29 | 1990-09-28 | Surface-coated hard member for cutting and abrasion-resistant tools |
| US07/691,020 US5266389A (en) | 1989-09-29 | 1990-09-28 | Surface-coated hard material for cutting tools or wear resistance tools |
| PCT/JP1990/001258 WO1991005076A1 (en) | 1989-09-29 | 1990-09-28 | Surface-coated hard member for cutting and abrasion-resistant tools |
| KR9170538A KR940002749B1 (en) | 1989-09-29 | 1991-05-29 | Surface-coated hard member for cutting and abrasion-resistant tods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515290A JP2890671B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421761A JPH0421761A (ja) | 1992-01-24 |
| JP2890671B2 true JP2890671B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=14903161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12515290A Expired - Fee Related JP2890671B2 (ja) | 1989-09-29 | 1990-05-15 | 切削工具・耐摩工具用表面被覆硬質部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2890671B2 (ja) |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP12515290A patent/JP2890671B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421761A (ja) | 1992-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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