JP3536593B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Description
ぐれた耐摩耗性を有し、したがって例えば鋼などの連続
切削や断続切削で長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
し、工具寿命の延命化を可能ならしめる表面被覆超硬合
金製切削工具(以下、被覆超硬工具と云う)に関するも
のである。
で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレ
ーティング装置を用い、ヒータで装置内を、例えば雰囲
気を20mtorrの真空として、500℃の温度に加
熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するTi−
Al合金がセットされたカソード電極(蒸発源)との間
に、例えば電圧:35V、電流:90Aの条件でアーク
放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガ
スを導入し、一方炭化タングステン(以下、WCで示
す)基超硬合金または炭窒化チタン(以下、TiCNで
示す)基サーメットからなる基体(以下、これらを総称
して超硬基体と云う)には、例えば−200Vのバイア
ス電圧を印加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、
例えば特開昭62−56565号公報に記載されるよう
に、TiとAlの複合窒化物[以下、(Ti,Al)N
で示す]で構成された硬質被覆層を2〜20μmの平均
層厚で蒸着することにより被覆超硬工具を製造すること
が知られている。また、これらの被覆超硬工具が、例え
ば鋼などの連続切削や断続切削に用いられることも良く
知られるところである。
のFA化はめざましく、かつ切削加工の低コスト化に対
する要求も強く、これに伴い、切削工具には使用寿命の
延命化が強く望まれているが、上記の従来被覆超硬工具
は、これらの要求に十分満足に対応できるだけの耐摩耗
性を具備するものではなく、したがってより一段と長い
使用寿命を示す被覆超硬工具の開発が望まれている。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具を構成
する硬質被覆層に着目し、特にこれの耐摩耗性向上を図
るべく研を行った結果、 (a)一般に上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成する(Ti,Al)Nは、上記の通り図3に例示され
るアークイオンプレーティング装置を用い、 雰囲気圧力(真空度):5〜30mtorr、 雰囲気温度:300〜700℃、 アーク放電電流:80〜100A、 アーク放電電圧:10〜50V、 基体へのバイアス電圧:−150〜−300V、 とした条件で形成されていること。 (b)上記(a)の蒸着手段で形成された(Ti,A
l)N層が硬質被覆層を構成する被覆超硬工具は、Cu
kα線を線源として用いたX線回折で、図2に例示され
るX線回折パターンを示し、図2に示される通り35.
5〜37.5度、42.5〜44.5度、および61.
5〜64.5度のそれぞれの範囲内の回折角(2θ)に
回折ピークが現れるが、これらの回折ピークのうちの3
5.5〜37.5度の範囲内の回折角(2θ)に最高回
折ピーク高さが現れること。 (c)同じく図3に例示されるアークイオンプレーティ
ング装置において、これのカソード電極(蒸発源)にセ
ットされるTi−Al合金の組成を、組成式:(Ti
1−X AlX )N(ただし、Xは原子比で0.3〜
0.5を示す)を満足する硬質被覆層が得られる組成に
特定した上で、上記(a)の蒸着条件のうち、アーク放
電電流およびバイアス電圧をいずれも上げて、それぞれ
200〜250Aおよび−30〜−80Vとし、その他
の条件は同じとした条件、すなわち、 雰囲気圧力(真空度):5〜30mtorr、 雰囲気温度:300〜700℃、 アーク放電電流:200〜250A、 アーク放電電圧:10〜50V、 基体へのバイアス電圧:−30〜−80V、 とした条件で、超硬基体の表面に1〜10μmの平均層
厚で(Ti,Al)N層の形成を行うと、この(Ti,
Al)N層が形成された被覆超硬工具は切削加工できわ
めいすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮すること。 (d)上記(c)の蒸着条件で形成された(Ti,A
l)N層を硬質被覆層とする被覆超硬工具を、上記
(b)におけると同じくCukα線を線源として用いた
X線回折で観察すると、図1に例示されるX線回折パタ
ーンを示し、図1に示される通り硬質被覆層を構成する
(Ti,Al)Nは42.5〜44.5度の範囲内の回
折角(2θ)に最高回折ピーク高さが現れるようになる
こと。 以上(a)〜(d)に示される研究結果を得たのであ
る。
されたものであって、超硬基体の表面に、蒸着条件のう
ちのアーク放電電流を200〜250A、および基体へ
のバイアス電圧を−30〜−80Vとした条件でアーク
イオンプレーティング形成され、かつ組成式:(Ti
1−X AlX )N(ただし、Xは原子比で0.3〜
0.5を示す)を有する(Ti,Al)Nからなる硬質
被覆層を1〜10μmの平均層厚で物理蒸着してなる被
覆超硬工具にして、Cukα線を線源として用いた上記
被覆超硬工具のX線回折で、上記硬質被覆層を構成する
上記(Ti,Al)Nの回折ピークのうち、42.5〜
44.5度の範囲内の回折角(2θ)に最高回折ピーク
高さが現れるX線回折パターンを示してなる、硬質被覆
層がすぐれた耐摩耗性を有する被覆超硬工具に特徴を有
するものである。
硬質被覆層を構成する(Ti,Al)NのAlはTiC
Nに対して硬さを高め、もって耐摩耗性を向上させるた
めに固溶するものであり、したがって組成式:(Ti
1−X AlX )NのX値が0.3未満では所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方その値が0.5を
越えると、切刃にチッピングが発生し易くなると云う理
由によりX値を0.3〜0.5(原子比)と定めたので
ある。また、同じく硬質被覆層の平均層厚を1〜10μ
mとしたのは、その層厚が1μm未満では所望のすぐれ
た耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が1
0μmを越えると切刃に欠けやチッピングが発生し易く
なると云う理由によるものである。さらに、この発明の
被覆超硬工具に、これの使用前および使用後の識別を容
易にするために、最表面層として金色の色調を有する窒
化チタン(TiN)層を0.1〜1μmの平均層厚で蒸
着してもよい。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC
粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3 C2
粉末、TiN粉末、TaN粉末、およびCo粉末を用意
し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合
し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、
1.5ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度:1400℃に1時間保持の
条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.05のホー
ニング加工を施してISO規格・SPGA120408
のチップ形状をもったWC基超硬合金製の超硬基体A−
1〜A−7を形成した。また、原料粉末として、いずれ
も0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(重量比
でTiC/TiN=50/50)粉末、Mo2 C粉末、
TaC粉末、WC粉末、Co粉末、およびNi粉末を用
意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配
合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、
1ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この
圧粉体を10torrの窒素雰囲気中、温度:1540
℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分に
R:0.03のホーニング加工を施してISO規格・S
EKN1203AFEN1のチップ形状をもったTiC
N系サーメット製の超硬基体B−1〜B−3を形成し
た。
よびB−1〜B−3を、アセトン中で超音波洗浄し、乾
燥した状態で、それぞれ第3図に例示される通常のアー
クイオンプレーティング装置に装入し、一方カソード電
極(蒸発源)として種々の成分組成をもったTi−Al
合金を装着し、装置内を排気して1×10-5torrの
真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加
熱した後、Arガスを装置内に導入して1×10-3to
rrのAr雰囲気とし、この状態で超硬基体に−800
vのバイアス電圧を印加して超硬基体表面をArガスボ
ンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガ
スを導入して、それぞれ表3、4に示される反応雰囲気
温度を保持しながら、同じく表3、4に示される反応雰
囲気(真空度)とすると共に、前記超硬基体に印加する
バイアス電圧を下げて、表3、4に示される電圧とし、
かつアーク放電電流およびアーク放電電圧をそれぞれ同
じく表3、4に示される条件として、前記カソード電極
とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって
前記超硬基体A−1〜A−7およびB−1〜B−3のそ
れぞれの表面に、同じく表3、4に示されるX値および
平均層厚をもった(Ti,Al)Nからなる硬質被覆層
を蒸着することにより本発明被覆超硬工具1〜10およ
び従来被覆超硬工具1〜10をそれぞれ製造した。この
結果得られた各種の被覆超硬工具について、その硬質被
覆層表面をCukα線を線源として用いたX線回折で観
察したところ、蒸着条件のうちのアーク放電電流および
バイアス電圧を相対的に高くして(Ti,Al)N層を
形成した本発明被覆超硬工具1〜10は、いずれも(T
i,Al)Nの回折ピークのうち、42.5〜44.5
度の範囲内の回折角(2θ)に最高回折ピーク高さが現
れるX線回折パターンを示し、一方蒸着条件のうちのア
ーク放電電流およびバイアス電圧が相対的に低い、従来
蒸着条件で(Ti,Al)N層を形成した従来被覆超硬
工具1〜10は、いずれも(Ti,Al)Nの回折ピー
クのうち、35.5〜37.5度の範囲内の回折角(2
θ)に最高回折ピーク高さが現れるX線回折パターンを
示した。なお、図1が本発明被覆超硬工具2のX線回折
パターンを示し、図2が従来被覆超硬工具2のX線回折
パターンを示すものである。
工具1〜7および従来被覆超硬工具1〜7については、 被削材:SCM440(硬さ:HB 220)の角材、 切削速度:120m/min.、 切込み:2.5mm、 送り:0.25mm/刃、 の条件での合金鋼の乾式断続切削(フライス切削)試験
を行ない、また本発明被覆超硬工具8〜10および従来
被覆超硬工具8〜10については、 被削材:SNCM440(硬さ:HB 220)の角材、 切削速度:300m/min.、 切込み:2mm.、 送り:0.15mm/刃、 の条件での合金鋼の乾式断続切削(フライス切削)試験
を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅が
0.2mmに至るまでの切削時間を測定した。これらの
測定結果を表3、4に示した。
覆超硬工具1〜10は、いずれも従来被覆超硬工具1〜
10に比してすぐれた耐摩耗性を発揮し、長い使用寿命
を示すことが明らかである。上述のように、この発明の
被覆超硬工具は、この種の従来被覆超硬工具に比して長
い使用寿命を示すので、切削装置のFA化および切削加
工の低コスト化に十分満足に対応することができるもの
である。
す図である。
図である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、蒸着条件のう
ちのアーク放電電流を200〜250A、および基体へ
のバイアス電圧を−30〜−80Vとした条件でアーク
イオンプレーティング形成され、かつ組成式:(Ti
1−X AlX )N(ただし、Xは原子比で0.3〜
0.5を示す)を有するTiとAlの複合窒化物からな
る硬質被覆層を1〜10μmの平均層厚で物理蒸着して
なる表面被覆超硬合金製切削工具にして、Cukα線を
線源として用いた上記表面被覆超硬合金製切削工具のX
線回折で、上記硬質被覆層を構成する上記TiとAlの
複合窒化物の回折ピークのうち、42.5〜44.5度
の範囲内の回折角(2θ)に最高回折ピーク高さが現れ
るX線回折パターンを示すことを特徴とする硬質被覆層
がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工
具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15231497A JP3536593B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15231497A JP3536593B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH111762A JPH111762A (ja) | 1999-01-06 |
JP3536593B2 true JP3536593B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=15537823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15231497A Expired - Fee Related JP3536593B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3536593B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1029945A1 (de) * | 1999-02-17 | 2000-08-23 | Balzers Aktiengesellschaft | Verfahren zum Beschichten von Werkzeugen |
JP4725773B2 (ja) * | 2004-12-27 | 2011-07-13 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が断続重切削ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
JP4725774B2 (ja) * | 2004-12-27 | 2011-07-13 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が高硬度鋼の断続重切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具 |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP15231497A patent/JP3536593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
池田 外1名,PVD法によって作製したTi−Al−N系硬質膜の高温酸化特性と耐摩耗性,日本金属学会誌,日本,1993年,第57巻/第8号,p.919−925 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH111762A (ja) | 1999-01-06 |
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