JP5087427B2 - 切削工具用硬質皮膜 - Google Patents
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Description
Al(100−x−y−z)Cr(x)V(y)B(z)
ただし、20≦x≦40,2≦y≦15,2≦z≦15
と表され、前記第二皮膜層は金属及び半金属成分が原子%で、
Ti(100−v−w)Cr(v)Si(w)
ただし、5≦v≦30,5≦w≦30
と表されることを特徴とする切削工具用硬質皮膜に係るものである。
Al(100−x−y−z)Cr(x)V(y)B(z)
ただし、20≦x≦40,2≦y≦15,2≦z≦15
と表され、非金属成分としてNを含むと共に、不可避不純物を含む構成としている。
Ti(100−v−w)Cr(v)Si(w)
ただし、5≦v≦30,5≦w≦30
と表され、非金属成分としてNを含むと共に、不可避不純物を含む構成としている。
実験例1では、成膜装置としてアーク放電式イオンプレーティング装置を用い、金属及び半金属成分の蒸発源としてAl60Cr27V5B8及びTi62Cr15Si23ターゲットを成膜装置内に取り付け、また、反応ガスとしてN2ガスを成膜装置内に導入し、ガス圧を6Pa、バイアス電圧を−100V、基材温度600℃として、成膜基材としての超硬合金板に成膜した。成膜装置内に2種類のターゲットを互いに向かい合うように配置し、その中央部に成膜基材をセットして回転速度3min−1で回転させた(回転軸はターゲット面と平行)。成膜初期はTi62Cr15Si23ターゲットの放電をOFFにして、超硬基板直上に(Al60Cr27V5B8)N(第三皮膜層)を形成し、次に、Ti62Cr15Si23ターゲットの放電もONにして(Al60Cr27V5B8ターゲットとTi62Cr15Si23ターゲットの同時放電)、(Al60Cr27V5B8)N(第一皮膜層)と(Ti62Cr15Si23)N(第二皮膜層)とを基材の回転に伴って交互に積層し多層皮膜層を形成した。図1,図2の積層部で相対的に黒くみえる層が第二皮膜層、相対的に白くみえる層が第一皮膜層である。TEM像から、積層部の一部に第一皮膜層と第二皮膜層とが混在した組織が存在することが確認できる。この混在組織を積層部に導入することで、多層皮膜層の層間密着性を大幅に改良することができ、それにより被覆工具の耐摩耗性の向上を実現している。
実験例2では、成膜装置としてアーク放電式イオンプレーティング装置を用い、金属及び半金属成分の蒸発源として各種組成のターゲットを成膜装置内に取り付け、また、反応ガスとしてN2ガス、CH4ガスのうち、1種類もしくは2種類のガスを成膜装置内に導入して、成膜基材としての超硬合金製2枚刃ボールエンドミル(外径3mm)に所定の皮膜を成膜した。3種類のターゲットが取り付けられる成膜装置を使用し、2種類または3種類のターゲットを取り付けて成膜を行った。成膜に当たっては、ガス圧6Pa、バイアス電圧−30V〜−200V、基材温度500℃〜600℃の条件とし、全皮膜の膜厚が3.0〜4.0μmになるように基材エンドミルに成膜した。所定の皮膜を被覆したエンドミルを用いて、次の切削条件で切削試験を行い、エンドミル逃げ面の摩耗幅を測定した。即ち、被削材をSKH51焼入材(65HRC)とし、外径3mmのエンドミルを19000min−1の回転速度で回転させ、送り速度1440mm/min、切り込み量Ad=0.15mm、Pf=0.45mmとし、エアーブローをクーラントとして試験を行った。切削試験の結果を表1に示す。
Claims (8)
- 基材上に形成される切削工具用硬質皮膜であって、この硬質皮膜は第一皮膜層と第二皮膜層とが交互に各2層以上積層して成る多層皮膜層を含み、前記第一皮膜層は金属成分として少なくともAlとCrとを含み非金属成分としてNを含み不可避不純物を含む皮膜層であり、前記第二皮膜層は金属及び半金属成分として少なくともTiとSiとを含み非金属成分としてNを含み不可避不純物を含む皮膜層であり、前記第一皮膜層及び前記第二皮膜層の夫々一層当りの膜厚は1nm以上20nm以下に設定され、前記多層皮膜層を断面TEM法で観察したとき、前記第一皮膜層の成分と前記第二皮膜層の成分とが混在した組織を有する混在組織部が存在し、この混在組織部の面積が前記多層皮膜層の断面積の5%以上80%以下であることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1記載の切削工具用硬質皮膜において、前記第一皮膜層は金属及び半金属成分が原子%で、
Al(100−x−y−z)Cr(x)V(y)B(z)
ただし、20≦x≦40,2≦y≦15,2≦z≦15
と表され、前記第二皮膜層は金属及び半金属成分が原子%で、
Ti(100−v−w)Cr(v)Si(w)
ただし、5≦v≦30,5≦w≦30
と表されることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。 - 請求項1,2いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記基材と前記多層皮膜層との間には第三皮膜層が設けられ、この第三皮膜層の金属成分または金属成分及び半金属成分は前記第一皮膜層の金属成分または金属成分及び半金属成分と同一であることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1〜3いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記基材直上には第四皮膜層が設けられ、この第四皮膜層はTiを主成分とする窒化物若しくは炭窒化物から成り、この第四皮膜層の膜厚は0.01μm〜0.5μmに設定されていることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1〜3いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記基材直上には第四皮膜層が設けられ、この第四皮膜層はCrを主成分とする窒化物若しくは炭窒化物から成り、この第四皮膜層の膜厚は0.01μm〜0.5μmに設定されていることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1〜5いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記多層皮膜層の表層側には第五皮膜層が設けられ、この第五皮膜層の金属成分及び半金属成分は前記第二皮膜層の金属成分及び半金属成分と同一であることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1〜5いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記多層皮膜層の表層側には第五皮膜層が設けられ、この第五皮膜層の金属成分または金属成分及び半金属成分は前記第一皮膜層の金属成分または金属成分及び半金属成分と同一であることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
- 請求項1〜7いずれか1項に記載の切削工具用硬質皮膜において、前記基材はWCを主成分とする硬質粒子とCoを主成分とする結合材からなる超硬合金であって、前記WC粒子の平均粒径が0.1μm〜2μmに設定され、前記Coの含有量が重量%で5〜15%に設定されたものであることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
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