JPH01180980A - 被覆工具材料 - Google Patents

被覆工具材料

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JPH01180980A
JPH01180980A JP531788A JP531788A JPH01180980A JP H01180980 A JPH01180980 A JP H01180980A JP 531788 A JP531788 A JP 531788A JP 531788 A JP531788 A JP 531788A JP H01180980 A JPH01180980 A JP H01180980A
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Katsumi Uemura
植村 勝己
Tsutomu Yamamoto
勉 山本
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Daijietsuto Kogyo Kk
Dijet Industrial Co Ltd
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Daijietsuto Kogyo Kk
Dijet Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工具として用いる被覆工具材料に係り、さら
に詳細には少な(とも酸化アルミニウムの被覆層を有す
る被覆工具材料の性能を向上させるように改良したもの
である。
〔従来技術〕
従来、少な(とも酸化アルミニウムを被覆した工具材料
として、特公昭52−13201号公報に開示されてい
るように硬物質体からなる母材に隣接してTi 、 Z
r、 Hf 、 Taの炭化物および窒化物の被膜を形
成し、次いで酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウム
の被膜を設けた工具材料がある。
また、特公昭53−28872号公報に示されているよ
うに超硬合金を母材とし、その表面へα−酸化アルミニ
ウムを1〜20μ鯛被覆した工具材料もある。
〔従来技術が有する問題点〕
しかしながら、硬物質体を母材とし、その表面へ前記し
たような酸化アルミニウムを被覆した工具材料は、炭化
チタンや窒化チタンまたは炭窒化チタンなどを1層以上
被覆した工具材料に比べると、すぐれた耐摩耗性を示す
が、高速切削における連続切削加工において安定した耐
摩耗性を示さなかったり、断続の旋削加工やフライス切
削加工などにおいて耐欠損性にや\問題を有している。
以上のように酸化アルミニウムの被膜を形成させた工具
材料においても切削条件によっては必ずしも所望する工
具寿命を満足させてはいない。これは酸化アルミニウム
被膜自体の靭性の不足や、酸化アルミニウム被膜と隣接
する他の層、あるいは硬物質体からなる母材との密着性
が不足することが起因するものと推察される。
〔発明の目的〕
本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもので、酸化ア
ルミニウム自体の靭性を向上させ、しかも硬物質体から
なる母材や他の層との密着性を高めて耐摩耗性ならびに
耐欠損性を大きく改善させ所期の工具寿命が得られる被
覆工具材料を提供せんとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、前々記した問題点を下記する手段によって解
決したものである。
すなわち、超硬合金やサーメットあるいはセラミックス
または特殊鋼などからなる硬質物体を母材とし、該母材
の表面へ少な(とも酸化アルミニウムを0.5〜20μ
m被覆した工具材料の前記した酸化アルミニウム層部の
下層をα−酸化アルミニウムとし、その上層側をκ−酸
化アルミニウムとさせたものである。
〔発明の作用〕
少なくとも酸化アルミニウム被膜を有する被覆工具の切
削特性と、その被膜形成の条件を種々変化させて作った
特性の異なる酸化アルミニウム層との関係を調べたとこ
ろ、α−酸化アルミニウムは酸化アルミニウムのなかで
最も安定した結晶状態であって、しかも高温において形
成され易いことがわかった。
しかし、高温下でα−酸化アルミニウムを形成させると
酸化アルミニウムの粒子が粗くなり耐摩耗性は低下する
けれども酸化アルミニウム以外の層ないしは前記した硬
物質体からなる母材との密着性にすぐれるものとなるこ
とが分った。
一方、に−酸化アルミニウムは、α−酸化アルミニウム
よりも低い温度で形成させることはできるが、α−酸化
アルミニウムに比べて、や\安定性に欠けるきらいはあ
るけれども粒子そのものは非常に微細であって耐摩耗性
や耐欠損性は良好なものである。
そこで、硬物質体からなる母材に前々記した各層を被覆
するにあたって、密着性および生産性が高く、しかも安
定性に富むα−酸化アルミニウムを下層部とさせ、その
上層部に粒子が微細であるκ−酸化アルミニウムを形成
させることによって酸化アルミニウムに接する酸化アル
ミニウム以外の層、すなわちチタンやジルコニウムまた
はハフニウムの炭化物や窒化物および炭窒化物などと硬
物質体からなる母材との密着性を向上させ、耐摩耗性に
富むのと同時に耐欠損性にもすぐれる少なくとも酸化ア
ルミニウム被膜を有する被覆工具材料が得られることを
見いだしたものである。
なお、硬物質体からなる母材の表面に少なくとも酸化ア
ルミニウム被膜を形成するにあたり、α−酸化アルミニ
ウムを下層部とし、その上層部をκ−酸化アルミニウム
とした理由は、これが逆になると、α−酸化アルミニウ
ムの形成中にκ−酸化アルミニウムの一部がα−酸化ア
ルミニウムに変態してしまうことによって酸化アルミニ
ウム被膜の表面粒子が粗くなって耐摩耗性や耐欠損性が
損われるからである。
また、に−AJhOa/α−Al2O3の2段層のにの
結晶形の比率(に/α)を0.1〜10に限定した理由
は、に/α<0.1になると粒子の細いκ−酸化アルミ
ニウムの効果がほとんどみられず、逆にに/α〉10に
なると、酸化アルミニウム層と、その他の層部(例えば
炭化チタン)との密着性が低下して、いずれも所ル]の
工具寿命は得られない。
そして、に−酸化アルミニウムとα−酸化アルミニウム
からなる酸化アルミニウムの層厚は、0.5μm未満で
は被覆工具材料としての耐摩耗性が不足し、10μmを
上廻ると被膜形成のための時間が大巾にか\リコスト的
な問題を有するのと耐欠損性が低下する。
〔実 施 例〕
以下、本発明の実施例について述べる。
実施例1 超硬合金P20相当品からなる硬物質体(形番: CN
MGI 20408GG)をCVDコーティング炉内に
設置し、まず20Torrの減圧下1000℃の加熱雰
囲気で、5%T i CH4,10% CH4、残りを
H2の混合ガスの気流中にて、その表面へTiCを5μ
m被覆した。次いで1100℃まで加熱し596A I
Cl 3.5 % CO2、残りH2からなる混合気流
中において2時間をかけてα−Al2O3を2μm形成
させ、さらに1060℃にて396AICI3、残りH
2からなる混合気流中にて1時間を加えてに−Al2O
3被膜を0.5μm形成させて本発明になる被覆工具A
を得た。
次に上記の方法と類似した条件で、被膜形成時間を変え
て本発明になる被覆工具Bを得た。
なお、上記した本発明になる該工具ならびに比較工具C
,Dの詳細を表−1に示す。
表−1 実施例2 超硬合金P30相当品からなる硬物質体をCVDコーテ
ィング炉内に設置し、まず2゜Torr の減圧下で1
000℃の加熱雰囲気で596TiCI14.10%C
H4、残りH2の混合気流中にて、その表面へTiCを
3μm被覆した。
次に、596TiCJ4.896CH4,296CO2
、残りH2の混合ガス気流中にてTi(C,O)を1〜
2μm被覆した。その後1100℃にて596 A I
! CAa、5%CO2、残りH2からなる混合ガス気
流中にα−AlzOaを1.5μm被覆 ′し、さらに
1060℃にて3%A I CA’ s、396CO2
、残りH2からなる混合気流中にてに−A620aを0
.5 tttn形成させ、さらに1000℃にて5%T
 i CII 4.1096N2、残りH2からなる混
合気流中にてTiNを1μm被覆させた本発明になる被
覆工具Eを得た。
また、上記と類似の方法で被覆処理時間のみを変えて本
発明になる被覆工具Fを得た。
上記した本発明になる該工具ならびに比較工具G、Hの
詳細を表−2に示した。
表−2 実施例3 AA’203粉末にSiCウィスカーを4Qwt%含有
させた繊維強化型複合焼結硬物質体(SNGI 204
12)をCVDコーティング炉内へ設置し、これを11
00℃の加熱状態で15 Torrの減圧下とさせ、5
4AIC1s、55% CO2、残りH2からなる混合
ガス気流中にて前記硬物質体の表面へα−AI!20a
を2μm被覆し、さらに1060℃にて3%AIC#1
3.396COz、残りH2からなる混合ガス気流中で
に−Al2O3を1μm被覆して本発明になる被覆工具
■を得た。
また、上記と類似した被覆方法で被覆処理時間を変えて
被覆工具Iの表面にさらにTiNを1μm被覆した本発
明になる被覆工具Jを得た。
以上の本発明になる該工具ならびは比較工具に、Lの詳
細を表−3に示した。
表−3 実施例4 Si3N4  を主成分とする焼結硬物質体(SNG1
20412)をCVDコーティング炉内に設置し、これ
を1000℃の加熱状態で20 Torrの減圧下とさ
せ、5%TiCl4.10%N2、残りH2からなる混
合ガス気流中にてTiNを2.5 μm被覆し、次いで
1100℃にて596AICg3.5%CO2、残りH
2からなる混合ガス気流中にてα−AhOaを1μm、
1050℃にて3%AAICJa、35% CO2、残
りH2からなる混合ガス気流中にてに−A#20gを形
成させて本発明になる被覆工具Mを得た。
そして、上記と類似した被覆方法で、被覆処理時間を変
えることによって本発明になる被覆工具N、Oを得た。
以上の本発明になる該工具ならびに比較工具P、Q、H
の詳細を表−4に示した。
表−4 〔発明の効果〕 表−1に示した被覆工具を用いて切削速度120、n/
、1.、送り0.2−/r−v、切込み2.5 mm 
にて被削材SNCM447の連続切削テストを行い、逃
げ面摩耗幅が0.3 、、、nに達するまでの時間を測
定した結果、Aは15分、Bは17分、Cは8分、Dは
6分であった。
また、切削速度120.、/、、i、、送り0.4m 
m/ r t v、切込み2.5m−にて軸方向に4つ
の溝を形成した被削材SCM445を用いて断続切削テ
ストを行い、試料が欠損にいたるまでの衝撃回数を求め
た結果、Aは2840回、Bは3030回に対し、Cは
1760回、Dは2120回であった。
表−2に示した被覆工具を上記と同様の旋削テストをお
こなった結果、逃げ面摩耗幅がQ、3mmに達するまで
の時間は、Eが17分、Fが18分、Gが6分、Hは9
分であった。
また衝撃回数はEが3240回、Fが3170回に対し
、Gは1600回、Hは1750回であった。
表−3に示した被覆工具は、逃げ面摩耗幅がQ、3my
+++に達するまでの時間が、■は20分、Jは18分
、Kは11分、Lは10分であり、衝撃回数は、■が5
860回、Jは5720回に対し、Kは4200回、L
は3160回であった。
また表−4に示した被覆工具においては、逃げ面摩耗幅
が0.3.mに達するまでの時間が、Mは13分、N1
p114分、oは12分、Pは8分、Qは7分、Rは5
分であり、衝撃回数は、Mが6720回、Nは6690
回、0は5950回であったのに対し、Pは4860回
、Qは4790回、Rは2980回であった。
本発明は、以上述べたとおり、酸化アルミニウム層の下
層部をα−酸化アルミニウムとし、その上層部をκ−酸
化アルミニウムトシたことによって優れた耐摩耗性と耐
欠損性を有し、安定した切削性が維持できる被覆工具材
料となった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超硬合金やサーメットあるいはセラミックスまた
    は特殊鋼などの硬物質体を母材とし、該母材の表面へ酸
    化アルミニウム、または該母材と該酸化アルミニウムと
    の間、および前記酸化アルミニウムの表面部へチタンや
    ジルコニウムあるいはハフニウムなどの炭化物や窒化物
    ないしは炭窒化物の1種以上を0.5〜20μm被覆し
    た工具材料において、前記した酸化アルミニウム層の下
    層部をα−酸化アルミニウムとし、その上層側をκ−酸
    化アルミニウムとさせたことを特徴とする被覆工具材料
  2. (2)酸化アルミニウムの層厚は0.5〜10μmで、
    α−酸化アルミニウムとκ−酸化アルミニウムの比率を
    κ−Al_2O_3/α−Al_2O_3=0.1〜1
    0であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の被覆工具材料。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0686707A1 (en) * 1992-12-22 1995-12-13 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cutting tool
US5587233A (en) * 1992-03-27 1996-12-24 Widia Gmbh Composite body and its use
JP2004188577A (ja) * 2002-06-28 2004-07-08 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を有する表面被覆サーメット製切削工具
USRE41972E1 (en) 1994-07-20 2010-11-30 Sandvik Intellectual Property Ab Aluminum oxide coated tool

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