JPH08215941A - 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造方法 - Google Patents
表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造方法Info
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- JPH08215941A JPH08215941A JP4250495A JP4250495A JPH08215941A JP H08215941 A JPH08215941 A JP H08215941A JP 4250495 A JP4250495 A JP 4250495A JP 4250495 A JP4250495 A JP 4250495A JP H08215941 A JPH08215941 A JP H08215941A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被覆超硬切削工具の製造方法を提供する。
【構成】 超硬合金基体の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のう
ちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層からなる硬質
被覆層を積層形成して被覆超硬切削工具を製造する方法
において、上記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層の形
成に際して、反応ガスとして用いられる水素−炭酸ガス
−塩化アルミニウム系混合ガスに、窒素酸化物ガスを全
体に占める割合で０．１〜１容量％配合する。
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のう
ちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層からなる硬質
被覆層を積層形成して被覆超硬切削工具を製造する方法
において、上記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層の形
成に際して、反応ガスとして用いられる水素−炭酸ガス
−塩化アルミニウム系混合ガスに、窒素酸化物ガスを全
体に占める割合で０．１〜１容量％配合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、連続切削は勿論のこ
と、特に断続切削で硬質被覆層に層間剥離や、さらに切
刃に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生がなく、
すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被覆炭化
タングステン基超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬切
削工具という）の製造方法に関するものである。
と、特に断続切削で硬質被覆層に層間剥離や、さらに切
刃に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生がなく、
すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被覆炭化
タングステン基超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬切
削工具という）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特公昭５７−１５８５号公
報や特公昭５９−５２７０３号公報に記載されるよう
に、全体的に均質な炭化タングステン基超硬合金基体
や、結合相形成成分としての例えばＣｏなどの含有量が
基体内部に比して相対的に高い表面部、すなわち表面部
に結合相富化帯域を有する炭化タングステン基超硬合金
基体（以下、これらを総称して超硬合金基体という）の
表面に、化学蒸着法および／または物理蒸着法を用い
て、Ｔｉの炭化物層（以下、ＴｉＣ層で示す）、窒化物
層（以下、ＴｉＮ層で示す）、炭窒化物層（以下、Ｔｉ
ＣＮ層で示す）、炭酸化物層（以下、ＴｉＣＯ層で示
す）および炭窒酸化物層（以下、ＴｉＣＮＯ層で示し、
これらを総称してＴｉ炭・窒・酸化物層という）のうち
の１種または２種以上と、酸化アルミニウム層（以下、
Ａｌ2 Ｏ3 層で示す）からなる硬質被覆層を、３〜３０
μｍの平均層厚で積層形成することに被覆超硬切削工具
を製造する方法が知られており、この方法で製造された
被覆超硬切削工具が主に合金鋼や鋳鉄などの連続切削や
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。
報や特公昭５９−５２７０３号公報に記載されるよう
に、全体的に均質な炭化タングステン基超硬合金基体
や、結合相形成成分としての例えばＣｏなどの含有量が
基体内部に比して相対的に高い表面部、すなわち表面部
に結合相富化帯域を有する炭化タングステン基超硬合金
基体（以下、これらを総称して超硬合金基体という）の
表面に、化学蒸着法および／または物理蒸着法を用い
て、Ｔｉの炭化物層（以下、ＴｉＣ層で示す）、窒化物
層（以下、ＴｉＮ層で示す）、炭窒化物層（以下、Ｔｉ
ＣＮ層で示す）、炭酸化物層（以下、ＴｉＣＯ層で示
す）および炭窒酸化物層（以下、ＴｉＣＮＯ層で示し、
これらを総称してＴｉ炭・窒・酸化物層という）のうち
の１種または２種以上と、酸化アルミニウム層（以下、
Ａｌ2 Ｏ3 層で示す）からなる硬質被覆層を、３〜３０
μｍの平均層厚で積層形成することに被覆超硬切削工具
を製造する方法が知られており、この方法で製造された
被覆超硬切削工具が主に合金鋼や鋳鉄などの連続切削や
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
のＦＡ化並びに切削加工の省力化に伴ない、被削材の材
質的変化、すなわちどんな材質の被削材にも良好な切削
性能を発揮する切削工具が求められる傾向にあるが、上
記の従来被覆超硬切削工具においては、これを特に切削
抵抗の高い軟鋼などの断続切削に用いた場合、硬質被覆
層の構成層であるＴｉ炭・窒・酸化層とＡｌ2 Ｏ3 層の
層間密着性が十分でないために、これが原因で層間剥離
が発生したり、さらに切刃に欠けやチッピングが発生
し、比較的短時間の使用寿命しか示さないのが現状であ
る。
のＦＡ化並びに切削加工の省力化に伴ない、被削材の材
質的変化、すなわちどんな材質の被削材にも良好な切削
性能を発揮する切削工具が求められる傾向にあるが、上
記の従来被覆超硬切削工具においては、これを特に切削
抵抗の高い軟鋼などの断続切削に用いた場合、硬質被覆
層の構成層であるＴｉ炭・窒・酸化層とＡｌ2 Ｏ3 層の
層間密着性が十分でないために、これが原因で層間剥離
が発生したり、さらに切刃に欠けやチッピングが発生
し、比較的短時間の使用寿命しか示さないのが現状であ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、被覆超硬切削工具の硬質被覆層
を構成するＡｌ2 Ｏ3 層のＴｉ炭・窒・酸化物層に対す
る密着性向上をはかるべく研究を行なった結果、Ａｌ2
Ｏ3 層形成に際して、反応ガスとして用いられている水
素−炭酸ガス−塩化アルミニウム系混合ガスに、Ｎ2 Ｏ
やＮＯ、さらにＮＯ2 などの窒素酸化物（以下、ＮＯｘ
で示す）ガスを、全体に占める割合で０．１〜１容量％
配合すると、このＮＯｘガスの作用で形成されたＡｌ2
Ｏ3 層はＴｉ炭・窒・酸化物層のいずれとも著しくすぐ
れた密着性を示すようになり、この結果製造された被覆
超硬切削工具は軟鋼などの断続切削にも長期に亘ってす
ぐれた切削性能を発揮するという研究結果を得たのであ
る。
上述のような観点から、被覆超硬切削工具の硬質被覆層
を構成するＡｌ2 Ｏ3 層のＴｉ炭・窒・酸化物層に対す
る密着性向上をはかるべく研究を行なった結果、Ａｌ2
Ｏ3 層形成に際して、反応ガスとして用いられている水
素−炭酸ガス−塩化アルミニウム系混合ガスに、Ｎ2 Ｏ
やＮＯ、さらにＮＯ2 などの窒素酸化物（以下、ＮＯｘ
で示す）ガスを、全体に占める割合で０．１〜１容量％
配合すると、このＮＯｘガスの作用で形成されたＡｌ2
Ｏ3 層はＴｉ炭・窒・酸化物層のいずれとも著しくすぐ
れた密着性を示すようになり、この結果製造された被覆
超硬切削工具は軟鋼などの断続切削にも長期に亘ってす
ぐれた切削性能を発揮するという研究結果を得たのであ
る。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、超硬合金基体の表面に、Ｔｉ炭
・窒・酸化物層のうちの１種または２種以上とＡｌ2 Ｏ
3 層からなる硬質被覆層を、化学蒸着法および／または
物理蒸着法を用いて、通常３〜３０μｍの平均層厚で積
層形成して被覆超硬切削工具を製造する方法において、
上記硬質被覆層の構成層であるＡｌ2 Ｏ3 層の形成に際
して、反応ガスとして用いられる水素−炭酸ガス−塩化
アルミニウム系混合ガスに、ＮＯｘガスを全体に占める
割合で０．１〜１容量％、望ましくは０．３〜０．６容
量％配合することにより形成されたＡｌ2 Ｏ3 層のＴｉ
炭・窒・酸化物層に対する密着性を向上せしめる点に特
徴を有するものである。
なされたものであって、超硬合金基体の表面に、Ｔｉ炭
・窒・酸化物層のうちの１種または２種以上とＡｌ2 Ｏ
3 層からなる硬質被覆層を、化学蒸着法および／または
物理蒸着法を用いて、通常３〜３０μｍの平均層厚で積
層形成して被覆超硬切削工具を製造する方法において、
上記硬質被覆層の構成層であるＡｌ2 Ｏ3 層の形成に際
して、反応ガスとして用いられる水素−炭酸ガス−塩化
アルミニウム系混合ガスに、ＮＯｘガスを全体に占める
割合で０．１〜１容量％、望ましくは０．３〜０．６容
量％配合することにより形成されたＡｌ2 Ｏ3 層のＴｉ
炭・窒・酸化物層に対する密着性を向上せしめる点に特
徴を有するものである。
【０００６】なお、この発明の方法において、ＮＯｘガ
スの配合割合を０．１〜１容量％としたのは、その配合
割合が０．１容量％未満では形成されるＡｌ2 Ｏ3 層に
所望の密着性向上効果を確保することができず、一方そ
の配合割合が１容量％を越えると、Ａｌ2 Ｏ3 層の形成
速度が急激に低下するようになるという理由によるもの
であり、また硬質被覆層の平均層厚は３〜３０μｍとす
るのが望ましく、これは、その平均層厚が３μｍ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
方その平均層厚が３０μｍを越えると耐欠損性が急激に
低下するようになるという理由にもとづくものである。
スの配合割合を０．１〜１容量％としたのは、その配合
割合が０．１容量％未満では形成されるＡｌ2 Ｏ3 層に
所望の密着性向上効果を確保することができず、一方そ
の配合割合が１容量％を越えると、Ａｌ2 Ｏ3 層の形成
速度が急激に低下するようになるという理由によるもの
であり、また硬質被覆層の平均層厚は３〜３０μｍとす
るのが望ましく、これは、その平均層厚が３μｍ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
方その平均層厚が３０μｍを越えると耐欠損性が急激に
低下するようになるという理由にもとづくものである。
【０００７】
【実施例】つぎに、この発明の方法を実施例により具体
的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍを有
する中粒ＷＣ粉末、同５μｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／
ＷＣ＝３０／７０）粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）
ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉
末、および同１．２μｍの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、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ
１２０４０８（超硬合金基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥ
Ｎ４２ＡＦＴＮ１（超硬合金基体Ｅ用）に定める形状の
圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示さ
れる条件で真空焼結することにより超硬合金基体Ａ〜Ｅ
をそれぞれ製造した。
的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍを有
する中粒ＷＣ粉末、同５μｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／
ＷＣ＝３０／７０）粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）
ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉
末、および同１．２μｍの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、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ
１２０４０８（超硬合金基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥ
Ｎ４２ＡＦＴＮ１（超硬合金基体Ｅ用）に定める形状の
圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示さ
れる条件で真空焼結することにより超硬合金基体Ａ〜Ｅ
をそれぞれ製造した。
【０００８】さらに、上記超硬合金基体Ｂに対して、１
００torrのＣＨ4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１
時間保持後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、基体表面
に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で除去
することにより、表面から１０μｍの位置で最大Ｃｏ含
有量：１５重量％、深さ：４０μｍのＣｏ富化帯域を基
体表面部に形成した。また、上記超硬合金基体Ａおよび
Ｄには、焼結したままで、表面部に表面から１５μｍの
位置で最大Ｃｏ含有量：９重量％、深さ：２０μｍのＣ
ｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬合金基体Ｃお
よびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に
均質な組織をもつものであった。さらに、表１には上記
超硬合金基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウェル硬さＡス
ケール）をそれぞれ示した。
００torrのＣＨ4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１
時間保持後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、基体表面
に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で除去
することにより、表面から１０μｍの位置で最大Ｃｏ含
有量：１５重量％、深さ：４０μｍのＣｏ富化帯域を基
体表面部に形成した。また、上記超硬合金基体Ａおよび
Ｄには、焼結したままで、表面部に表面から１５μｍの
位置で最大Ｃｏ含有量：９重量％、深さ：２０μｍのＣ
ｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬合金基体Ｃお
よびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に
均質な組織をもつものであった。さらに、表１には上記
超硬合金基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウェル硬さＡス
ケール）をそれぞれ示した。
【０００９】ついで、これらの超硬合金基体Ａ〜Ｅの表
面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置
を用い、表２に示される条件で、表３，４に示される組
成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより本
発明方法１〜７および比較方法１〜７をそれぞれ実施
し、被覆超硬切削工具を製造した。
面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置
を用い、表２に示される条件で、表３，４に示される組
成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより本
発明方法１〜７および比較方法１〜７をそれぞれ実施
し、被覆超硬切削工具を製造した。
【００１０】つぎに、この結果得られた各種の被覆超硬
切削工具について、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．２mm／rev.、 切込み：１．５mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件１という）での軟鋼の断続切削
試験、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．７mm、 切込み：１．５mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件２という）での軟鋼の断続高送
り切削試験、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．３mm／rev.、 切込み：３mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件３という）での軟鋼の断続重切
削試験、並びに、 被削材：軟鋼、 切削速度：１５０ｍ／min 、 送り：０．１５mm／刃、 切込み：３mm、 切削時間：２０分、 の条件での軟鋼のフライス切削試験を行ない、いずれの
試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果
も表３，４に示した。
切削工具について、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．２mm／rev.、 切込み：１．５mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件１という）での軟鋼の断続切削
試験、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．７mm、 切込み：１．５mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件２という）での軟鋼の断続高送
り切削試験、 被削材：軟鋼の角材、 切削速度：１００ｍ／min 、 送り：０．３mm／rev.、 切込み：３mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件３という）での軟鋼の断続重切
削試験、並びに、 被削材：軟鋼、 切削速度：１５０ｍ／min 、 送り：０．１５mm／刃、 切込み：３mm、 切削時間：２０分、 の条件での軟鋼のフライス切削試験を行ない、いずれの
試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果
も表３，４に示した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【発明の効果】表３，４に示される結果から、本発明方
法１〜７においては、いずれも切削抵抗の高い軟鋼の断
続切削にもかかわらず、硬質被覆層に層間剥離や、欠け
およびチッピングの発生のない被覆超硬切削工具を製造
することができ、一方従来方法１〜７により製造された
被覆超硬切削工具においては、いずれも層間剥離や、欠
けおよびチッピングの発生は避けられず、比較的短時間
で使用寿命に至ることが明らかである。上述のように、
この発明の方法によれば、硬質被覆層を構成するＡｌ2
Ｏ3 層の同じく構成層であるＴｉ炭・窒・酸化物に対す
る密着性にすぐれた被覆超硬切削工具を製造することが
でき、したがってこれを合金鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削は勿論のこと、切削抵抗の高い軟鋼などの断続
切削に用いた場合にも長期に亘ってすぐれた切削性能を
発揮するのである。
法１〜７においては、いずれも切削抵抗の高い軟鋼の断
続切削にもかかわらず、硬質被覆層に層間剥離や、欠け
およびチッピングの発生のない被覆超硬切削工具を製造
することができ、一方従来方法１〜７により製造された
被覆超硬切削工具においては、いずれも層間剥離や、欠
けおよびチッピングの発生は避けられず、比較的短時間
で使用寿命に至ることが明らかである。上述のように、
この発明の方法によれば、硬質被覆層を構成するＡｌ2
Ｏ3 層の同じく構成層であるＴｉ炭・窒・酸化物に対す
る密着性にすぐれた被覆超硬切削工具を製造することが
でき、したがってこれを合金鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削は勿論のこと、切削抵抗の高い軟鋼などの断続
切削に用いた場合にも長期に亘ってすぐれた切削性能を
発揮するのである。
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物
層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上
と、酸化アルミニウム層からなる硬質被覆層を化学蒸着
法および／または物理蒸着法を用いて積層形成して表面
被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具を製造する
方法において、 上記硬質被覆層の構成層である酸化アルミニウム層を形
成するに際して、反応ガスとして用いられる水素−炭酸
ガス−塩化アルミニウム系混合ガスに、窒素酸化物ガス
を全体に占める割合で０．１〜１容量％配合することを
特徴とする表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削
工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4250495A JPH08215941A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4250495A JPH08215941A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08215941A true JPH08215941A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12637903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4250495A Withdrawn JPH08215941A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08215941A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5834061A (en) * | 1994-11-15 | 1998-11-10 | Sandvik Ab | Al2 O3 coated cutting tool preferably for near net shape machining |
-
1995
- 1995-02-07 JP JP4250495A patent/JPH08215941A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5834061A (en) * | 1994-11-15 | 1998-11-10 | Sandvik Ab | Al2 O3 coated cutting tool preferably for near net shape machining |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |