JP3016702B2 - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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- JP3016702B2 JP3016702B2 JP7025917A JP2591795A JP3016702B2 JP 3016702 B2 JP3016702 B2 JP 3016702B2 JP 7025917 A JP7025917 A JP 7025917A JP 2591795 A JP2591795 A JP 2591795A JP 3016702 B2 JP3016702 B2 JP 3016702B2
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- oxidation
- film
- carbonitride
- nitride
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、耐摩耗性、耐欠損性
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
【0002】
【従来の技術】従来PVD法による硬質皮膜は、TiN
が主流であったが、最近TiCN膜あるいは(TiA
l)Nといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。TiCNはビッカース硬さが3000近くあ
り、TiNのビッカース硬さ2200に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方、(TiA
l)NはTiとAlの比率により異なるが、概略230
0〜2800のビッカース硬さを有し、TiNに比べ耐
摩耗性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温に
なる切削条件下などで優れた特性を発揮する。
が主流であったが、最近TiCN膜あるいは(TiA
l)Nといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。TiCNはビッカース硬さが3000近くあ
り、TiNのビッカース硬さ2200に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方、(TiA
l)NはTiとAlの比率により異なるが、概略230
0〜2800のビッカース硬さを有し、TiNに比べ耐
摩耗性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温に
なる切削条件下などで優れた特性を発揮する。
【0003】また、(TiAl)N膜の皮膜の改善とし
てTi/Alの比率を限定した特公平5−67705号
や、(TiAlZr)N、(TiAlV)Nといった更
に多元系の皮膜にした米国特許4871434号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながら、これ
らの新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性
においてはまだ十分に満足されるものではない。
てTi/Alの比率を限定した特公平5−67705号
や、(TiAlZr)N、(TiAlV)Nといった更
に多元系の皮膜にした米国特許4871434号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながら、これ
らの新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性
においてはまだ十分に満足されるものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】耐酸化性が不十分な理
由は、上述のAlを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、
TiN、TiCNに比べ高く、耐酸化性には優れるもの
の酸化が連続的に進行する条件下においては酸化進行速
度は、TiN、TiCNと比べほとんど変わりのないも
のである。つまり、酸化により生成する酸化皮膜は、T
iN、TiCNの場合と同様Alを含有する皮膜におい
ても、ルチル構造を有し、ポーラスな皮膜である。従っ
て、酸化の進行に対する抵抗は、ルチル構造であるがた
めに極めて低い結果となるわけである。
由は、上述のAlを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、
TiN、TiCNに比べ高く、耐酸化性には優れるもの
の酸化が連続的に進行する条件下においては酸化進行速
度は、TiN、TiCNと比べほとんど変わりのないも
のである。つまり、酸化により生成する酸化皮膜は、T
iN、TiCNの場合と同様Alを含有する皮膜におい
ても、ルチル構造を有し、ポーラスな皮膜である。従っ
て、酸化の進行に対する抵抗は、ルチル構造であるがた
めに極めて低い結果となるわけである。
【0005】
【本発明の目的】本発明は、TiとAlを含有する窒化
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのため、本願発明では
(TiAl)Nを基本にこれに各種元素を添加する検討
を行った結果、イットリウム(以後、Yと表記する。)
の添加により耐酸化性が著しく改善される知見を得た。
表1は、3μm(TiAl)N皮膜をアークイオンプレ
ーティング法により、バイアス電圧120V、窒素圧力
10-1Paの条件下で成膜するときにYを添加した場合
の酸化開始温度、及び850℃大気中での酸化速度を3
μmのTiN、(Ti0.5Al0.5)N皮膜と比較した結
果を示す。
(TiAl)Nを基本にこれに各種元素を添加する検討
を行った結果、イットリウム(以後、Yと表記する。)
の添加により耐酸化性が著しく改善される知見を得た。
表1は、3μm(TiAl)N皮膜をアークイオンプレ
ーティング法により、バイアス電圧120V、窒素圧力
10-1Paの条件下で成膜するときにYを添加した場合
の酸化開始温度、及び850℃大気中での酸化速度を3
μmのTiN、(Ti0.5Al0.5)N皮膜と比較した結
果を示す。
【0007】
【表1】
【0008】表1より、(TiAl)N皮膜中にYを添
加することにより、皮膜の耐酸化性が向上することがわ
かる。よって、本願発明は、主成分としてTiとAl及
び/またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より
構成された0.5〜15μmの膜厚から成る硬質皮膜の
Tiの1部をYで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成を
モル比において、(Tia Alb Yc )CxN1-x、と表
した場合、a、b、c、xがそれぞれ、a+b+C=
1、0.3≦a≦0.7、0.3≦b≦0.7、0.0
01≦c<0.01、0≦x≦1より成る膜であり、ま
た、主成分の一部をYで置換された(TiAlY)の窒
化物、炭窒化物、炭化物の層と、Alの窒化物または炭
窒化物、またはTiの窒化物または炭窒化物、またはT
iAlの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を5
層以上の多層叉は積層にし、耐酸化性を高め、かつ高硬
度を達成したものである。
加することにより、皮膜の耐酸化性が向上することがわ
かる。よって、本願発明は、主成分としてTiとAl及
び/またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より
構成された0.5〜15μmの膜厚から成る硬質皮膜の
Tiの1部をYで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成を
モル比において、(Tia Alb Yc )CxN1-x、と表
した場合、a、b、c、xがそれぞれ、a+b+C=
1、0.3≦a≦0.7、0.3≦b≦0.7、0.0
01≦c<0.01、0≦x≦1より成る膜であり、ま
た、主成分の一部をYで置換された(TiAlY)の窒
化物、炭窒化物、炭化物の層と、Alの窒化物または炭
窒化物、またはTiの窒化物または炭窒化物、またはT
iAlの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を5
層以上の多層叉は積層にし、耐酸化性を高め、かつ高硬
度を達成したものである。
【0009】
【作用】(TiAl)化合物の皮膜中にYを添加させる
と、皮膜の耐酸化性を向上させることが可能である。特
に酸化速度において著しい改善が可能になる理由は、Y
を添加した場合、形成される酸化皮膜の形態がルチル構
造ではなくアナターゼ構造を示すためである。つまり、
Y添加により非常に緻密な酸化膜が形成され酸化の進行
が形成された酸化膜中の酸素の拡散に律速される形態を
とることにより、酸化の進行が著しく抑制されるわけで
ある。従って、酸化が連続的に進行する高速切削におい
て、皮膜の酸化がごく表面のみで発生し、これが酸化に
対し保護膜とし作用し、皮膜内部にまで酸化が進行せず
長寿命が得られるわけである。
と、皮膜の耐酸化性を向上させることが可能である。特
に酸化速度において著しい改善が可能になる理由は、Y
を添加した場合、形成される酸化皮膜の形態がルチル構
造ではなくアナターゼ構造を示すためである。つまり、
Y添加により非常に緻密な酸化膜が形成され酸化の進行
が形成された酸化膜中の酸素の拡散に律速される形態を
とることにより、酸化の進行が著しく抑制されるわけで
ある。従って、酸化が連続的に進行する高速切削におい
て、皮膜の酸化がごく表面のみで発生し、これが酸化に
対し保護膜とし作用し、皮膜内部にまで酸化が進行せず
長寿命が得られるわけである。
【0010】以下、数値限定した理由に付いて説明す
る。(TiAl)化合物膜中に固溶体/混合体として添
加するYは、0.001未満では耐酸化性を向上するの
に十分な効果がなく、0.01を越えると皮膜の硬さが
低下する傾向にあり耐摩耗性が、多少劣化する傾向にあ
るため、0.001≦c<0.01の範囲とした。尚、
上記の元素はターゲット材として固溶体化しても、また
各元素を個別のターゲットとして蒸着時に成分を調整し
ても、さらに固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み
合わせても同様の効果が得られる。
る。(TiAl)化合物膜中に固溶体/混合体として添
加するYは、0.001未満では耐酸化性を向上するの
に十分な効果がなく、0.01を越えると皮膜の硬さが
低下する傾向にあり耐摩耗性が、多少劣化する傾向にあ
るため、0.001≦c<0.01の範囲とした。尚、
上記の元素はターゲット材として固溶体化しても、また
各元素を個別のターゲットとして蒸着時に成分を調整し
ても、さらに固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み
合わせても同様の効果が得られる。
【0011】また、Tiの量は0.7を越えると反対に
Alの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し0.3未
満であると著しく硬さが低下するため0.3≦a≦0.
7とした。皮膜中のCNの比率は、0≦x≦1、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、(Ti
Al)膜中に固溶体/混合体として添加したYの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため0≦x≦1の範囲とした。また、多層叉は積
層化については5層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため5層
以上とした。
Alの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し0.3未
満であると著しく硬さが低下するため0.3≦a≦0.
7とした。皮膜中のCNの比率は、0≦x≦1、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、(Ti
Al)膜中に固溶体/混合体として添加したYの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため0≦x≦1の範囲とした。また、多層叉は積
層化については5層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため5層
以上とした。
【0012】
【実施例1】以下、実施例により本願発明を詳細に説明
する。84WC−3TiC−1TiN−3TaC−9C
oの組成になるよう市販の2.5μmのWC粉末、1.
5μmのTiC粉末、同TiN粉末、1.2μmのTa
C粉末をボールミルにて96時間混合し、乾燥造粒の
後、SNMG432のTAインサートをプレスし、焼結
後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体上にPV
D法により、各種(TiAlY)合金のターゲットを用
い、表2に示すような皮膜を形成した。尚、比較のため
従来例で記載した膜も形成した。
する。84WC−3TiC−1TiN−3TaC−9C
oの組成になるよう市販の2.5μmのWC粉末、1.
5μmのTiC粉末、同TiN粉末、1.2μmのTa
C粉末をボールミルにて96時間混合し、乾燥造粒の
後、SNMG432のTAインサートをプレスし、焼結
後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体上にPV
D法により、各種(TiAlY)合金のターゲットを用
い、表2に示すような皮膜を形成した。尚、比較のため
従来例で記載した膜も形成した。
【0013】
【表2】
【0014】次いで、これらの皮膜をコーティングされ
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中90
0℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果を表2に併記した。
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中90
0℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果を表2に併記した。
【0015】また、下記に示す高速切削条件にて切削テ
ストを行い最大摩耗が0.2mmに達するまでの寿命時
間を求め、その結果を表3に示す。
ストを行い最大摩耗が0.2mmに達するまでの寿命時
間を求め、その結果を表3に示す。
【0016】
【表3】
【0017】表3より、Yを添加した皮膜は、格段に酸
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
【0018】
【実施例2】実施例1で用いた同一の超硬合金スローア
ウェイインサートを用い、表4に示す皮膜成分系の多層
化・積層化を行った。この場合、皮膜の総厚は8μmに
統一して実施した。耐酸化性の試験を実施例1と同様に
行った結果を表4に示す。また、ウルトラマイクロビッ
カース(荷重10g)にて硬さの測定を行った。その結
果も表4に併記する。
ウェイインサートを用い、表4に示す皮膜成分系の多層
化・積層化を行った。この場合、皮膜の総厚は8μmに
統一して実施した。耐酸化性の試験を実施例1と同様に
行った結果を表4に示す。また、ウルトラマイクロビッ
カース(荷重10g)にて硬さの測定を行った。その結
果も表4に併記する。
【0019】
【表4】
【0020】表4より、多層叉は積層化することによ
り、硬さの向上が認められるとともに1600層(1層
当たり5nm)の場合には著しい硬さの向上が認められ
る。
り、硬さの向上が認められるとともに1600層(1層
当たり5nm)の場合には著しい硬さの向上が認められ
る。
【0021】
【発明の効果】本発明の被覆硬質合金は、従来のTi
N、TiAlNに比べ、Yを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがTiCN基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼に適用した場合にも優れた効果を現す
ことは自明である。
N、TiAlNに比べ、Yを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがTiCN基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼に適用した場合にも優れた効果を現す
ことは自明である。
Claims (2)
- 【請求項1】 主成分としてTiとAl及び/またはそ
の固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された
0.5〜15μmの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の1
部をイットリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成
をモル比において、(Tia Alb Yc )CxN1-x、と
表した場合、a、b、c、xがそれぞれ、a+b+C=
1、0.3≦a≦0.7、0.3≦b≦0.7、0.0
01≦c<0.01、0≦x≦1より成る膜であること
を特徴とする被覆硬質合金。 - 【請求項2】 請求項1記載の被覆硬質合金において、
主成分の一部をYで置換された(TiAlY)の窒化
物、炭窒化物、炭化物の層と、Alの窒化物または炭窒
化物、またはTiの窒化物または炭窒化物、またはTi
Alの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を5層
以上の多層叉は積層にしたことを特徴とする被覆硬質合
金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7025917A JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7025917A JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08199341A JPH08199341A (ja) | 1996-08-06 |
JP3016702B2 true JP3016702B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=12179137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7025917A Expired - Fee Related JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3016702B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6060560A (en) | 1997-05-23 | 2000-05-09 | Shell Oil Company | Polyurethane compositions made from hydroxy-terminated polydiene polymers |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7033682B1 (en) * | 2001-12-28 | 2006-04-25 | Ues, Inc. | Coating solutions for titanium and titanium alloy machining |
EP1535680B1 (en) | 2002-06-25 | 2015-08-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
AT9999U1 (de) | 2007-06-29 | 2008-07-15 | Ceratizit Austria Gmbh | Al-ti-ru-n-c hartstoffschicht |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP7025917A patent/JP3016702B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6060560A (en) | 1997-05-23 | 2000-05-09 | Shell Oil Company | Polyurethane compositions made from hydroxy-terminated polydiene polymers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08199341A (ja) | 1996-08-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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