JPH02311202A - 被覆切削工具 - Google Patents

被覆切削工具

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JPH02311202A
JPH02311202A JP12747389A JP12747389A JPH02311202A JP H02311202 A JPH02311202 A JP H02311202A JP 12747389 A JP12747389 A JP 12747389A JP 12747389 A JP12747389 A JP 12747389A JP H02311202 A JPH02311202 A JP H02311202A
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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) 本発明は表面に硬質膜が形成された切削工具の改良に関
する。
(従来技術) 従来、切削工具としては、サーメット、超硬合金あるい
はセラミック等が主として使用されているが、近年に至
り、これらを母材としてその表面に化学気相成長(CV
D )等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成したい
わゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質膜
には、周期律表第4a族、第5a族あるいは第68族の
炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸
窒化物あるいは^lの酸化物、酸窒化物から選ばれる1
種又は2種以上の単層あるいは複層が用いられている。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、これら硬質膜は、硬度が高く、耐摩耗性には優
れるものの著しく靭性が低いために硬質膜自体にクラ・
)り、割れ等が生じやすかった。よって被覆切削工具で
は、これら被膜に生じたクラック、割れ等が切り欠きと
なり被覆切削工具全体としても、未被覆切削工具と比べ
、著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠点を有して
いた。
(発明の目的) 本発明においては、上述の問題点を解決することを主た
る目的とするもので、耐摩耗性を劣化させることなく、
耐欠損性にも優れた長寿命の被覆切削工具を提供するこ
とを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 発明者は、上記問題点について、研究を重ねた結果、被
覆層の結晶構造として、粒状晶組織と、柱状晶組織とを
混在させることにより硬質被膜中でのクラック伝播を防
くとともに被膜自体の靭性を向上させ、被覆切削工具全
体としても、耐摩耗性を損なうことなく耐欠損性の向上
が得られるという知見が得られた。
すなわち、本発明は、サーメット、超硬合金、窒化珪素
質材料など高強度材料として知られた材料を母材として
、この母材表面に周期律表第4a族、第5a族、および
第68族の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸
化物、酸炭窒化物あるいは八1の酸化物、酸窒化物から
選ばれる1種又は2種以上の単層あるいは複層を被覆し
た被覆切削工具において、前記被覆層中に柱状晶組織と
粒状晶Mi織とが混在する組織を有することを特徴とす
るものである。
一般に、化学気相成長法(CVD)によって周期律表第
4a族、第58族、および第68族の炭化物、窒化物、
炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を形成させ
る場合、まず母材表面に核が発生し、これら核からさら
に成長し、最終的に膜が生成されるが、この成長過程に
おける反応条件によっていわゆる結晶配向が伴って成長
してなる柱状晶と、配向することなくランダム状に成長
してなる粒状晶のほぼ2種類の結晶組織構造に分類され
る。このうち、被覆切削工具における被膜の組織構造は
一般には後者が用いられる。
これら2種類の組織構造を生成するための反応条件は、
基板温度、原料ガス濃度、炉内圧力という基本条件の他
に、原料ガスの種類、プラズマ状態や炉口体の性質など
各種要因により決定されるため、−概に表現することは
難しいが、およそ次のようなことが言える。通常粒状晶
組織が生成される条件に対して、基板温度については上
昇を、炉内圧力、原料ガス過飽和度については低下させ
ることによって柱状晶結晶構造が得られる。これは、前
述した金属炭化物、窒化物、炭窒化物等のいずれの場合
においても同様な傾向にあると言える。
具体的には、例えばTiN膜の生成にあたり、基板温度
1000℃、H245χ、TiC145χ、N250χ
、炉内圧力100mbarの混合気流中で生成すると第
1図の電子顕微鏡写真に示すような柱状晶結晶が生成さ
れる。これに対し、前記反応条件のうち炉内圧力を80
0mbarに変更して生成すると、第2図の電顕写真に
示すような粒状晶結晶が生成される。
本発明の特徴は、このような2種類の組織構造、即ち、
柱状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織構造の被膜を
生成させる点にある。このような組織構造を得るために
は、まず、基板上に先に第1図に示したような柱状晶結
晶の結晶を生成させて、次いで第2図に示したような粒
状晶結晶の結晶生成させると、第1図からも明らかなよ
うに柱状晶結晶中に存在する空隙中に粒状晶結晶が生成
成長し、最終的に第3図の電顕写真に示すような柱状晶
結晶と粒状晶結晶とが混在した組織の硬質膜が得られる
。このような混在組織は、柱状晶結晶と粒状品結晶が体
積比で10:90乃至90:10 、特に3〇ニア0乃
至70:30の比率であることが望ましく、柱状晶結晶
が多過ぎると逆に膜の特性が低下する傾向にあり、粒状
晶結晶が多過ぎると、柱状晶の混在効果がほとんどなく
、本発明の目的が達成されない場合がある。
被覆切削工具において上記の結晶の混在した組織は工具
母材上に単層として存在する他、複層構造の硬質膜中の
1つの層として存在しても硬質膜内でのクランクの伝播
を混在組織形成層にて防ぐことができるのである。
また、本発明において用いられる工具母材としては、被
覆切削工具用母材として従来から知られているいずれの
ものが採用され、例えばWC−Coを主成分としたある
いはTiC、T1CN等を主成分とし、硬質相として周
期律表第48族、第5a族、および第68族の炭化物、
窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を
加えた超硬合金やサーメット焼結体、窒化珪素に周期律
表第1[[a族酸化物の他Ah(h 、5t(h、Mg
O、Zr0z等を加えた窒化珪素質焼結体等が採用され
るが、これらの中でも超硬合金が母材として最も有効で
ある。
一方、硬質膜はTi、Zr、11[等周期律第48族、
Ta、Nb、 V等の第58族、およびCr等の第68
族の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物、あるいは
旧の酸化物、酸窒化物から選ばれる1種又は2種以上の
単層あるいは複層であり、これらのうち、前述した混在
組織形成層を形成し得るものとしては酪化合物を除く他
の立方晶構造を有する化合物が挙げられ、これらの中で
もTiC、TiN 、 T1CN、  TiCN0が最
も望ましく、前述したへ1化合物は最外層として一般に
形成される。
これら硬質膜は母材上に5〜20μmの厚めで形成され
、このうち、混在組織形成層は2μm以上の厚みで存在
していることが望ましく、2μmを下回ると混在組織に
よる効果が十分に発揮されない。
以下、本発明を次の例で説明する。
(実施例1) 母材としてl5OP30(超硬合金製、型番CNMG1
20408)を用い、公知のCVO法にて基板温度10
00℃、Hz45X 、TiCIt5χ、N250χ、
炉内圧力60mbarの混合気流中に柱状晶TiN膜を
6時間生成し、次いで炉内圧力を80On+barに上
昇させ、柱状晶TiNの空隙に粒状晶TiNを析出させ
、膜厚10μmの柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した
被膜を形成した。
比較として同一材種の母材上に前述と同一条件で柱状晶
TiNのみの被膜を10μM形成したもの、および同様
にして粒状晶TiNのみの被膜を10μm形成したもの
を作成した。
上記で得られた3つのサンプルに対し、下記の条件で切
削試験を行なった。
摩耗テスト  被削材  SCM435R切削速度 1
50m/min 送り    0.3mm/rev 切込み  2mm 時間   15分 上記条件で切削後フランク摩耗量を測定した。
耐欠損テスト 被削材  SCM435 (10mmの
幅の溝が4本人ったもの) 切削速度 80印/m1n −只 − 送り    0.3mm/rev 切込み  3闘 衝撃回数 約500回 上記条件で切削後各サンプル(それぞれ30個)につい
て欠損した割合(欠損率)を求めた。
結果は第1表に示す。
〔以下余白〕
第1表から明らかなように、フランク摩耗に関しては柱
状晶TiN膜が劣るが、混在TiN膜および粒状晶Ti
Nは同レベルであった。欠損性において、混在TiN膜
は他の単一膜に比べ、優れていることがわかり、膜の靭
性が向上したことが理解される。
(実施例2) 実施例1と同一の工具母材およびCVD法を用いて、基
板温度1150°CでH292χ、TiC144χ、c
H4,4χ、炉内圧力60mbarの混合気流中で針状
晶TiC膜を4時間形成し、次いで温度を1020℃に
低下させて粒状晶TiC膜を析出させ、膜厚10μmの
柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した被覆を作成した。
比較例として前述の条件でそれぞれ膜厚10μmの柱状
脱晶Tic膜のみおよび粒状晶TiC膜のみの被膜を形
成したものを作成した。
これらを実施例1と同様に摩耗テスト、耐欠損テストを
行い、結果を第2表に示した。
〔以下余白〕
= 11− 第2表 第2表の結果によれば、実施例1と同様、混在TiC膜
は優れた特性を示した。
(実施例3) 実施例1と同一の工具母材およびCVO法を用いて、基
板温度1150°CでH292χ、TiC1a4χ、C
I+4.4χ、炉内圧力50mbarの混合気流中で柱
状晶TiC膜を2時間形成し、次いで温度を1000°
Cに低下させ、粒状晶TiC膜を析出させ、膜厚7μm
の柱状晶組織と粒状晶組織とが混合した被覆とし、その
上に、温度1000°CでH260χ、CO□14χ、
lICl3χ、A10320χ、炉内圧力50mbar
の混合気流中でAlzOi膜を3μm析出させ、全膜厚
10μmのTiC+ΔI2O3複層膜を作成した。
また、比較品として柱状晶TiCのみ7μmにA1□0
3膜を3μm設けたもの、粒状晶Ticのみ7μmにA
l2O3膜を3μm設けたものを作成し、実施例1と同
様の試験を行なった。結果は第3表に示す。
〔以下余白〕
(発明の効果) 以上詳述した通り、本発明によれば、硬質膜中に柱状晶
結晶と粒状晶結晶とが混在した組織を形成することによ
って硬質膜の靭性を著しく向上させることが出来、被覆
切削工具として耐摩耗性を劣化させること無く、耐欠損
性能を改善することが出来る。よって、これら工具を用
いることにより切削の安定性、長寿命化を得ることが出
来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は柱状晶結晶TiN膜の組織構造を示す電子顕微
鏡写真、第2図は粒状晶結晶TiN膜の組織構造を示す
電子顕微鏡写真、第3図は柱状晶結晶TiN膜と粒状晶
結晶TiN膜とが混在した膜の組織構造を示す電子顕微
鏡写真である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高強度材料から成る工具母材表面に、周期律表第4a族
    、第5a族及び第6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化
    物、炭酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物あるいはAlの酸
    化物、酸窒化物から運ばれる1種又は2種以上の単層あ
    るいは複層から成る硬質膜を被覆してなる被覆切削工具
    において、前記硬質膜中に柱状晶結晶と粒状晶結晶とが
    混在した組織を有することを特徴とする被覆切削工具。
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