JPH11188507A - 多層被覆超硬合金工具 - Google Patents
多層被覆超硬合金工具Info
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- JPH11188507A JPH11188507A JP36856697A JP36856697A JPH11188507A JP H11188507 A JPH11188507 A JP H11188507A JP 36856697 A JP36856697 A JP 36856697A JP 36856697 A JP36856697 A JP 36856697A JP H11188507 A JPH11188507 A JP H11188507A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多層被覆超硬合金工具において、各被覆層間
並びに基体と皮膜の密着性を改善し、更にＴｉ化合物被
膜の耐酸化性を向上させ、重断続切削において安定した
切削が可能な多層被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【構成】 超硬合金基体にＴｉの炭化物、炭窒化物、炭
化物、Ａｌの酸化物の内の少なくとも２種以上の被覆層
を設けた多層被覆超硬合金工具において、前記被覆層は
超硬合金基体側より第１層をＴｉの炭化物又は窒化物又
は炭窒化物、第２層を柱状結晶を有するＴｉの炭窒化
物、第３層を多層被覆超硬合金工具の逃げ面におけるＸ
線回折において（２００）面からの回折強度が（１１
１）面および（２２０）面からの回折強度より小である
Ｔｉの炭化物、第４層をその５０％以上がκ型結晶構造
を有するＡｌの酸化物、として構成する。
並びに基体と皮膜の密着性を改善し、更にＴｉ化合物被
膜の耐酸化性を向上させ、重断続切削において安定した
切削が可能な多層被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【構成】 超硬合金基体にＴｉの炭化物、炭窒化物、炭
化物、Ａｌの酸化物の内の少なくとも２種以上の被覆層
を設けた多層被覆超硬合金工具において、前記被覆層は
超硬合金基体側より第１層をＴｉの炭化物又は窒化物又
は炭窒化物、第２層を柱状結晶を有するＴｉの炭窒化
物、第３層を多層被覆超硬合金工具の逃げ面におけるＸ
線回折において（２００）面からの回折強度が（１１
１）面および（２２０）面からの回折強度より小である
Ｔｉの炭化物、第４層をその５０％以上がκ型結晶構造
を有するＡｌの酸化物、として構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、旋削における重断続
切削において、安定した切削が可能な多層被覆超硬合金
製切削工具に関する。
切削において、安定した切削が可能な多層被覆超硬合金
製切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、Ａｌ
2Ｏ3等の硬質皮膜を多層に被覆した被覆超硬合金工具が
広く用いられている。特に柱状結晶を有するＴｉＣＮ皮
膜は耐摩耗性に優れるとともに靱性にも優れるので最近
は頻繁に用いられている。被覆層を多層化することによ
り、それぞれの皮膜の長所を取り入れる事が可能である
が、反面必然的に界面の数は増加する。一般にこれらの
層間の密着性は強いものではなく、しばしば層間剥離が
発生しこの剥離が工具寿命の低下をもたらす。このため
特開平８−１４１０号公報は層間の密着性の改善を提案
している。また、皮膜の中でもＡｌ2Ｏ3は酸化物のた
め、特にＴｉＣやＴｉＮなどの炭化物、窒化物等の他成
分皮膜との密着性は悪いので、これを改善すべく例えば
特公平７−８８５８２号公報が提案されている。
2Ｏ3等の硬質皮膜を多層に被覆した被覆超硬合金工具が
広く用いられている。特に柱状結晶を有するＴｉＣＮ皮
膜は耐摩耗性に優れるとともに靱性にも優れるので最近
は頻繁に用いられている。被覆層を多層化することによ
り、それぞれの皮膜の長所を取り入れる事が可能である
が、反面必然的に界面の数は増加する。一般にこれらの
層間の密着性は強いものではなく、しばしば層間剥離が
発生しこの剥離が工具寿命の低下をもたらす。このため
特開平８−１４１０号公報は層間の密着性の改善を提案
している。また、皮膜の中でもＡｌ2Ｏ3は酸化物のた
め、特にＴｉＣやＴｉＮなどの炭化物、窒化物等の他成
分皮膜との密着性は悪いので、これを改善すべく例えば
特公平７−８８５８２号公報が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、切削の高率化の
ため切削送りが増加する傾向にあり、かかる場合、従来
の工具では層間密着性が不十分であり、更に基体と多層
膜界面での剥離も発生し工具寿命は短い結果であるのが
現状である。ＴｉＣなどの皮膜の結晶形態は粒子状であ
り、柱状結晶のＴｉＣＮの上に粒状結晶のＴｉＣを積層
した場合その界面で結晶構造の不連続性が発生し更に層
間密着性が劣化する結果となる。また、特にＴｉＣやＴ
ｉＮなどの炭化物、窒化物等の他成分皮膜との密着性が
悪いＡｌ2Ｏ3も従来の技術では未だ満足のいく密着性が
得られていない。更にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣといっ
た、Ｔｉの化合物は５００℃程度の比較的低温で酸化
し、実際の切削においては酸化しながら摩耗が進行する
ので耐摩耗性が十分ではない。本願発明者らは上述の観
点から、まず一般的に用いられる、ＴｉＮ−柱状ＴｉＣ
Ｎ−粒子状ＴｉＣの３層構造の多層皮膜を作製し層間剥
離現象を調査した。ＴｉＣは一般的条件で成膜すると一
番安定である（２００）面に最大の回折強度を有する粒
子状の皮膜が成膜される。これは通常粉末のＴｉＣをＸ
線回折した場合に得られ、ＡＳＴＭカードに記載されて
いるものに等しいパターンである。（１１１）面と（２
２０）面の強度は成膜条件により多少の変化は認められ
るが、（２００）＞（１１１）、（２２０）であること
には変わりはない。切削試験により、この場合ＴｉＣＮ
層（柱状結晶）とＴｉＣ層（粒子状結晶）の間でのみ剥
離が多発し、前述のように結晶形態の不連続性が存在す
ると密着性が著しく低下することが確認された。
ため切削送りが増加する傾向にあり、かかる場合、従来
の工具では層間密着性が不十分であり、更に基体と多層
膜界面での剥離も発生し工具寿命は短い結果であるのが
現状である。ＴｉＣなどの皮膜の結晶形態は粒子状であ
り、柱状結晶のＴｉＣＮの上に粒状結晶のＴｉＣを積層
した場合その界面で結晶構造の不連続性が発生し更に層
間密着性が劣化する結果となる。また、特にＴｉＣやＴ
ｉＮなどの炭化物、窒化物等の他成分皮膜との密着性が
悪いＡｌ2Ｏ3も従来の技術では未だ満足のいく密着性が
得られていない。更にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣといっ
た、Ｔｉの化合物は５００℃程度の比較的低温で酸化
し、実際の切削においては酸化しながら摩耗が進行する
ので耐摩耗性が十分ではない。本願発明者らは上述の観
点から、まず一般的に用いられる、ＴｉＮ−柱状ＴｉＣ
Ｎ−粒子状ＴｉＣの３層構造の多層皮膜を作製し層間剥
離現象を調査した。ＴｉＣは一般的条件で成膜すると一
番安定である（２００）面に最大の回折強度を有する粒
子状の皮膜が成膜される。これは通常粉末のＴｉＣをＸ
線回折した場合に得られ、ＡＳＴＭカードに記載されて
いるものに等しいパターンである。（１１１）面と（２
２０）面の強度は成膜条件により多少の変化は認められ
るが、（２００）＞（１１１）、（２２０）であること
には変わりはない。切削試験により、この場合ＴｉＣＮ
層（柱状結晶）とＴｉＣ層（粒子状結晶）の間でのみ剥
離が多発し、前述のように結晶形態の不連続性が存在す
ると密着性が著しく低下することが確認された。
【０００４】
【本発明の目的】本願発明は上述の各層間並びに基体と
皮膜の密着性を解決するた、各硬質層間の密着性は、柱
状結晶を有するＴｉＣＮ層を多層の中の一つの層として
用いた場合に発生する結晶形態の不連続性に起因する密
着性の劣化の防止、並びに、κ型Ａｌ2Ｏ3酸化物層の密
着性の密着性を著しく改善するものである。更に、基体
と多層皮膜の密着性は、Ｔｉ化合物の耐酸化性を向上さ
せ、より一層耐摩耗性を向上させ、重断続切削において
安定した切削が可能な多層被覆超硬合金製切削工具を提
供することを目的とする。
皮膜の密着性を解決するた、各硬質層間の密着性は、柱
状結晶を有するＴｉＣＮ層を多層の中の一つの層として
用いた場合に発生する結晶形態の不連続性に起因する密
着性の劣化の防止、並びに、κ型Ａｌ2Ｏ3酸化物層の密
着性の密着性を著しく改善するものである。更に、基体
と多層皮膜の密着性は、Ｔｉ化合物の耐酸化性を向上さ
せ、より一層耐摩耗性を向上させ、重断続切削において
安定した切削が可能な多層被覆超硬合金製切削工具を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明は、Ｔｉの窒化
物、炭窒化物、炭化物、Ａｌの酸化物の内の少なくとも
２種以上の被覆層を設けた多層被覆超硬合金工具におい
て、前記被覆層は基体超硬合金側より第１層をＴｉの炭
化物又は窒化物又は炭窒化物、第２層を柱状結晶を有す
るＴｉの炭窒化物、第３層をＴｉの炭化物、第４層をＡ
ｌの酸化物とし、前記第３層のＴｉの炭化物は前記多層
被覆超硬合金工具の逃げ面におけるＸ線回折において
（２００）面からの回折強度が（１１１）面および（２
２０）面からの回折強度より小であるＴｉの炭化物と
し、前記第４層のＡｌの酸化物はその５０％以上がκ型
結晶構造を有するＡｌの酸化物とした多層被覆超硬合金
工具である。また、前記第３層のＴｉの炭化物は柱状結
晶を有するＴｉの炭化物としたものである。また、第３
層と第４層の間にＴｉの炭酸化物もしくは炭窒酸化物を
介在させること、第１層がＴｉの炭化物であり、第１層
のＴｉの炭化物と第２層のＴｉの炭窒化物の間にＴｉの
窒化物を介在させることも本願発明に含まれる。更に、
第３層と第４層の間にＴｉの炭酸化物もしくは炭窒酸化
物を介在させ第４層との密着性を改良し、次いで、第１
層がＴｉの炭化物であり、第１層のＴｉの炭化物と第２
層のＴｉの炭窒化物の間にＴｉの窒化物を介在させて基
体との密着性をより良いものにする。
物、炭窒化物、炭化物、Ａｌの酸化物の内の少なくとも
２種以上の被覆層を設けた多層被覆超硬合金工具におい
て、前記被覆層は基体超硬合金側より第１層をＴｉの炭
化物又は窒化物又は炭窒化物、第２層を柱状結晶を有す
るＴｉの炭窒化物、第３層をＴｉの炭化物、第４層をＡ
ｌの酸化物とし、前記第３層のＴｉの炭化物は前記多層
被覆超硬合金工具の逃げ面におけるＸ線回折において
（２００）面からの回折強度が（１１１）面および（２
２０）面からの回折強度より小であるＴｉの炭化物と
し、前記第４層のＡｌの酸化物はその５０％以上がκ型
結晶構造を有するＡｌの酸化物とした多層被覆超硬合金
工具である。また、前記第３層のＴｉの炭化物は柱状結
晶を有するＴｉの炭化物としたものである。また、第３
層と第４層の間にＴｉの炭酸化物もしくは炭窒酸化物を
介在させること、第１層がＴｉの炭化物であり、第１層
のＴｉの炭化物と第２層のＴｉの炭窒化物の間にＴｉの
窒化物を介在させることも本願発明に含まれる。更に、
第３層と第４層の間にＴｉの炭酸化物もしくは炭窒酸化
物を介在させ第４層との密着性を改良し、次いで、第１
層がＴｉの炭化物であり、第１層のＴｉの炭化物と第２
層のＴｉの炭窒化物の間にＴｉの窒化物を介在させて基
体との密着性をより良いものにする。
【０００６】本発明者らは、柱状結晶を有するＴｉＣＮ
の上に成膜するＴｉＣの成膜条件を検討した結果、成膜
速度を著しく低くした条件下、例えば反応ガス濃度を著
しく低くした条件下で成膜した場合、下地ＴｉＣＮ上に
成膜するＴｉＣの成膜傾向が異なるという事実を確認し
た。この場合ＴｉＣの結晶形態は一番安定である（２０
０）面に最大回折強度を有するパターンから逸脱し、エ
ピタキシャル成膜の発生頻度を支配するＴｉＣの成膜速
度の変化に対し種々の配向パターンを有する結果とな
る。また、この配向パターンを成膜速度により制御する
ことも可能であるという新しい知見も得られた。反応ガ
ス濃度を非常に低くしたＴｉＣは下地柱状ＴｉＣＮにエ
ピタキシャルに成膜する傾向となり同じく柱状結晶形態
を呈する。結果、Ｘ線回折におけるＴｉＣの最大回折強
度面は（２００）から逸脱する。この場合のＴｉＣＮと
ＴｉＣ層間の密着力が最も強いことは、結晶構造に不連
続性がないことから容易に理解されるところである。
の上に成膜するＴｉＣの成膜条件を検討した結果、成膜
速度を著しく低くした条件下、例えば反応ガス濃度を著
しく低くした条件下で成膜した場合、下地ＴｉＣＮ上に
成膜するＴｉＣの成膜傾向が異なるという事実を確認し
た。この場合ＴｉＣの結晶形態は一番安定である（２０
０）面に最大回折強度を有するパターンから逸脱し、エ
ピタキシャル成膜の発生頻度を支配するＴｉＣの成膜速
度の変化に対し種々の配向パターンを有する結果とな
る。また、この配向パターンを成膜速度により制御する
ことも可能であるという新しい知見も得られた。反応ガ
ス濃度を非常に低くしたＴｉＣは下地柱状ＴｉＣＮにエ
ピタキシャルに成膜する傾向となり同じく柱状結晶形態
を呈する。結果、Ｘ線回折におけるＴｉＣの最大回折強
度面は（２００）から逸脱する。この場合のＴｉＣＮと
ＴｉＣ層間の密着力が最も強いことは、結晶構造に不連
続性がないことから容易に理解されるところである。
【０００７】反応ガス濃度の多少の増加に伴い、ＴｉＣ
はエピタキシャルに成膜する頻度は低下し、次に（２０
０）面に配向する傾向を有するようになる。また、反応
ガス濃度の調整以外では、例えば成膜温度を非常に低く
することによっても同様に成膜速度を抑え、同様のＴｉ
Ｃ皮膜を成膜することが可能である。Ｔｉの化合物の耐
酸化性は、Ｓｉ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｙなどの成分を添加する
ことにより著しく改善される。これらの添加成分はＴｉ
化合物の結晶粒界に偏析し、粒界での酸素の拡散を抑制
し、その結果耐酸化性を向上させることが明らかになっ
た。ＴｉＣとκ型Ａｌ2Ｏ3の密着性は、ＴｉＮおよびＴ
ｉＣＮとκ型Ａｌ2Ｏ3の密着性よりは優れるものの、通
常のＴｉＣとの密着性はたとえ層間にエピタキシャルの
関係があったとしても十分なものではない。その理由
は、通常の（２００）面に配向したＴｉＣ、つまり（２
００）面に最大の回折強度を有するＴｉＣにおいては、
前述のように、結晶形態は粒子状であり結晶は粒子状に
成長する。この場合、結晶粒の大きさはせいぜい０．５
μから１．２μであり従ってＴｉＣ表面の面粗さは最大
でも１．２Ｓ程度の極めて平坦なものである。この様な
平坦な界面においてはアンカー効果が全くなく、その結
果ＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の密着力は十分なものではない。特
に炭化物と酸化物といった全く異種の層間においては、
アンカー効果は密着性に対し極めて重要な因子である。
はエピタキシャルに成膜する頻度は低下し、次に（２０
０）面に配向する傾向を有するようになる。また、反応
ガス濃度の調整以外では、例えば成膜温度を非常に低く
することによっても同様に成膜速度を抑え、同様のＴｉ
Ｃ皮膜を成膜することが可能である。Ｔｉの化合物の耐
酸化性は、Ｓｉ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｙなどの成分を添加する
ことにより著しく改善される。これらの添加成分はＴｉ
化合物の結晶粒界に偏析し、粒界での酸素の拡散を抑制
し、その結果耐酸化性を向上させることが明らかになっ
た。ＴｉＣとκ型Ａｌ2Ｏ3の密着性は、ＴｉＮおよびＴ
ｉＣＮとκ型Ａｌ2Ｏ3の密着性よりは優れるものの、通
常のＴｉＣとの密着性はたとえ層間にエピタキシャルの
関係があったとしても十分なものではない。その理由
は、通常の（２００）面に配向したＴｉＣ、つまり（２
００）面に最大の回折強度を有するＴｉＣにおいては、
前述のように、結晶形態は粒子状であり結晶は粒子状に
成長する。この場合、結晶粒の大きさはせいぜい０．５
μから１．２μであり従ってＴｉＣ表面の面粗さは最大
でも１．２Ｓ程度の極めて平坦なものである。この様な
平坦な界面においてはアンカー効果が全くなく、その結
果ＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の密着力は十分なものではない。特
に炭化物と酸化物といった全く異種の層間においては、
アンカー効果は密着性に対し極めて重要な因子である。
【０００８】一方、（１１１）面もしくは（２２０）面
に配向したＴｉＣは下地ＴｉＣＮの柱状結晶成長をその
まま引継ぎ、柱状に連続成長するため表面粗さは２．０
Ｓ以上にもなる。従って、Ａｌ2Ｏ3層に対し十分なアン
カー効果を発揮し密着性は格段に改善される。特に、下
地層と全く同じ配向を有する場合、つまり下地ＴｉＣＮ
の最大回折強度面とＴｉＣの最大回折強度面が一致する
場合に表面粗さは最大となり密着性は最大のものとな
る。これらＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の間に中間的性質を有する
ＴｉＣＯやＴｉＣＮＯを介在させると密着性は更に改善
されることは言うまでもない。
に配向したＴｉＣは下地ＴｉＣＮの柱状結晶成長をその
まま引継ぎ、柱状に連続成長するため表面粗さは２．０
Ｓ以上にもなる。従って、Ａｌ2Ｏ3層に対し十分なアン
カー効果を発揮し密着性は格段に改善される。特に、下
地層と全く同じ配向を有する場合、つまり下地ＴｉＣＮ
の最大回折強度面とＴｉＣの最大回折強度面が一致する
場合に表面粗さは最大となり密着性は最大のものとな
る。これらＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の間に中間的性質を有する
ＴｉＣＯやＴｉＣＮＯを介在させると密着性は更に改善
されることは言うまでもない。
【０００９】超硬合金と多層皮膜との密着性においては
ＴｉＣを第１層とすることが最も好ましい。これは、基
体のＷＣに対してはＴｉＣが最も密着性に優れることに
よる。この場合は基体成分のＣｏが皮膜中に拡散し第２
層の柱状結晶を有するＴｉＣＮ皮膜の特性を多少劣化さ
せる場合もあるので、第１層のＴｉＣと第２層のＴｉＣ
Ｎとの間にこの拡散を抑制するため、ＴｉＮを介在させ
るとより良い結果となる。また、Ｔｉの窒化物、炭窒化
物、炭化物のＴｉの一部をＺｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｙ、Ｃｒ、Ｎｂの中の一種もしくは二種以上の成分で置
き換えた多層被覆超硬合金工具も本願発明に含まれる。
必要に応じ第５層として更にＴｉＮ層を設け、着色した
ものも本願発明に含まれる。
ＴｉＣを第１層とすることが最も好ましい。これは、基
体のＷＣに対してはＴｉＣが最も密着性に優れることに
よる。この場合は基体成分のＣｏが皮膜中に拡散し第２
層の柱状結晶を有するＴｉＣＮ皮膜の特性を多少劣化さ
せる場合もあるので、第１層のＴｉＣと第２層のＴｉＣ
Ｎとの間にこの拡散を抑制するため、ＴｉＮを介在させ
るとより良い結果となる。また、Ｔｉの窒化物、炭窒化
物、炭化物のＴｉの一部をＺｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｙ、Ｃｒ、Ｎｂの中の一種もしくは二種以上の成分で置
き換えた多層被覆超硬合金工具も本願発明に含まれる。
必要に応じ第５層として更にＴｉＮ層を設け、着色した
ものも本願発明に含まれる。
【００１０】
【実施例】以下、実施例に基づき本願発明多層被覆超硬
合金工具を説明する。基体超硬合金は７．５ｗｔ％Ｃｏ
−２．５ｗｔ％ＴｉＣ−０．５ｗｔ％ＴｉＮ−３．０ｗ
ｔ％ＴａＣ−残ＷＣ組成に統一し、ＷＣ原料は２．８μ
の市販原料を用いた。この場合基体表面部にはＣｏに富
化した１０μｍの厚さのＷＣ−Ｃｏよりなる、強靱表面
層が形成される。また、基体の硬さはＨＲＡにおいて９
０．０に統一した。ＩＳＯ ＣＮＭＧ１２０４０８なる
インサートを製作しこれを基体とし、表１に示す各成膜
条件にて各種皮膜を成膜した。
合金工具を説明する。基体超硬合金は７．５ｗｔ％Ｃｏ
−２．５ｗｔ％ＴｉＣ−０．５ｗｔ％ＴｉＮ−３．０ｗ
ｔ％ＴａＣ−残ＷＣ組成に統一し、ＷＣ原料は２．８μ
の市販原料を用いた。この場合基体表面部にはＣｏに富
化した１０μｍの厚さのＷＣ−Ｃｏよりなる、強靱表面
層が形成される。また、基体の硬さはＨＲＡにおいて９
０．０に統一した。ＩＳＯ ＣＮＭＧ１２０４０８なる
インサートを製作しこれを基体とし、表１に示す各成膜
条件にて各種皮膜を成膜した。
【００１１】
【表１】
【００１２】尚、本願発明例並びに比較例の成膜条件は
表１中の成膜条件記号で表す。また、圧力は７０〜８０
Ｔｏｒｒとした。またｊ条件のＡｌ2Ｏ3は１００％κ型
結晶構造を有し、ｋ条件においては６０％がκ型結晶構
造を有するものである。
表１中の成膜条件記号で表す。また、圧力は７０〜８０
Ｔｏｒｒとした。またｊ条件のＡｌ2Ｏ3は１００％κ型
結晶構造を有し、ｋ条件においては６０％がκ型結晶構
造を有するものである。
【００１３】表２に作成した各試料の膜構成を示す。成
膜条件は表中に表１の成膜条件記号で示した。尚、膜厚
は第１層は０．５μｍ、第２層ＴｉＣＮは５μｍ、第３
層のＴｉＣは４μｍ、第４層のＡｌ2Ｏ3は２μｍとし、
必要に応じ層間に介在させるＴｉＮ、ＴｉＣＯ等の介在
層は０．５μｍとした。
膜条件は表中に表１の成膜条件記号で示した。尚、膜厚
は第１層は０．５μｍ、第２層ＴｉＣＮは５μｍ、第３
層のＴｉＣは４μｍ、第４層のＡｌ2Ｏ3は２μｍとし、
必要に応じ層間に介在させるＴｉＮ、ＴｉＣＯ等の介在
層は０．５μｍとした。
【００１４】
【表２】
【００１５】表２に示す本願発明例と比較例を用い、旋
削による切削評価を行った。切削速度２００ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．４ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２ｍｍ、被削材
Ｓ５３Ｃ丸棒、湿式切削切削。被削材には外周部４箇所
に幅１０ｍｍの溝を丸棒の長さの全長にわたって設けて
あり、工具に断続切削による衝撃が加わるようにした。
衝撃回数は２０００回一定とした。切削は各試料１０コ
ーナーについて行い、剥離について、切削に関与した切
れ刃部の面積と剥離部の面積の比により剥離率を求め
た。本発明例および比較例の剥離率の測定結果を剥離
率として表２に併記する。尚、表２中（ ）で示す面
は逃げ面におけるＸ線回折において最大回折強度を有す
る面を、［ ］で示す面は最小回折強度を有する面を示
す。また表２のＴｉＣＮ、ＴｉＣに記載された結晶面は
それぞれにおける最大回折強度面を示す。表２に示すよ
うに、本願発明多層被覆超硬合金工具は密着性に優れ、
とりわけ柱状結晶のＴｉＣＮとＴｉＣ層間の密着性に優
れることが明らかである。
削による切削評価を行った。切削速度２００ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．４ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２ｍｍ、被削材
Ｓ５３Ｃ丸棒、湿式切削切削。被削材には外周部４箇所
に幅１０ｍｍの溝を丸棒の長さの全長にわたって設けて
あり、工具に断続切削による衝撃が加わるようにした。
衝撃回数は２０００回一定とした。切削は各試料１０コ
ーナーについて行い、剥離について、切削に関与した切
れ刃部の面積と剥離部の面積の比により剥離率を求め
た。本発明例および比較例の剥離率の測定結果を剥離
率として表２に併記する。尚、表２中（ ）で示す面
は逃げ面におけるＸ線回折において最大回折強度を有す
る面を、［ ］で示す面は最小回折強度を有する面を示
す。また表２のＴｉＣＮ、ＴｉＣに記載された結晶面は
それぞれにおける最大回折強度面を示す。表２に示すよ
うに、本願発明多層被覆超硬合金工具は密着性に優れ、
とりわけ柱状結晶のＴｉＣＮとＴｉＣ層間の密着性に優
れることが明らかである。
【００１６】次に、表２に示した本発明例と比較例を用
いて旋削による切削試験を、切削速度３００ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２．０ｍｍ、被
削材ＦＣ２５０、丸棒、湿式切削で行った。本切削でも
前記同様、１０分切削後、剥離を観察し剥離率を算出し
た。その結果を剥離率として表２に併記する。表２よ
り、本願発明多層被覆超硬合金工具は特に密着性が優れ
ることが認められる。更に、切削速度２５０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２．０ｍｍ、
被削材Ｓ５３Ｃ黒皮付き丸棒、乾式切削とし、特に境界
部で黒皮の切削による衝撃により皮膜の層間剥離あるい
は基体と皮膜間の剥離が発生しやすい諸元に設定した。
２０分間切削を行い境界部の剥離率を測定した。この
剥離率の結果も表２に併記する。表２より、本願発明
多層被覆超硬合金工具は特に密着性が優れることが認め
られる。
いて旋削による切削試験を、切削速度３００ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２．０ｍｍ、被
削材ＦＣ２５０、丸棒、湿式切削で行った。本切削でも
前記同様、１０分切削後、剥離を観察し剥離率を算出し
た。その結果を剥離率として表２に併記する。表２よ
り、本願発明多層被覆超硬合金工具は特に密着性が優れ
ることが認められる。更に、切削速度２５０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２．０ｍｍ、
被削材Ｓ５３Ｃ黒皮付き丸棒、乾式切削とし、特に境界
部で黒皮の切削による衝撃により皮膜の層間剥離あるい
は基体と皮膜間の剥離が発生しやすい諸元に設定した。
２０分間切削を行い境界部の剥離率を測定した。この
剥離率の結果も表２に併記する。表２より、本願発明
多層被覆超硬合金工具は特に密着性が優れることが認め
られる。
【００１７】実施例１と同一の基体を用い表３に示す本
発明例と比較例を製作した。成膜条件は表中に表１の成
膜条件記号で示した。ここに膜厚は第１層が１．０μ
ｍ、第２層が７．０μｍ、第３層が２．５μｍ、第４層
が３．５μｍ、とし、間に介在させるＴｉＮ、ＴｉＣＯ
等の介在層は０．５μｍとした。
発明例と比較例を製作した。成膜条件は表中に表１の成
膜条件記号で示した。ここに膜厚は第１層が１．０μ
ｍ、第２層が７．０μｍ、第３層が２．５μｍ、第４層
が３．５μｍ、とし、間に介在させるＴｉＮ、ＴｉＣＯ
等の介在層は０．５μｍとした。
【００１８】
【表３】
【００１９】２０分間旋削を行い境界部の摩耗量を切削
開始５分後および２０分後において測定した。切削諸元
は切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ、送り０．３５ｍｍ／ｒｅ
ｖ、切り込み２．０ｍｍ、被削材Ｓ５３Ｃ黒皮付き丸
棒、乾式切削とした。この諸元においては、Ａｌ2Ｏ3の
密着性が十分でないとその剥離が初期に発生し酸化によ
る境界摩耗が初期より発生する。次いで境界部では黒皮
の切削による衝撃により皮膜の層間剥離あるいは基体と
皮膜間の剥離が発生する。この剥離により境界部の摩耗
が著しく進行する。表３に測定した境界摩耗量も併記す
る。表中、（ ）、［ ］で示される面は表２と同様の
意味である。
開始５分後および２０分後において測定した。切削諸元
は切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ、送り０．３５ｍｍ／ｒｅ
ｖ、切り込み２．０ｍｍ、被削材Ｓ５３Ｃ黒皮付き丸
棒、乾式切削とした。この諸元においては、Ａｌ2Ｏ3の
密着性が十分でないとその剥離が初期に発生し酸化によ
る境界摩耗が初期より発生する。次いで境界部では黒皮
の切削による衝撃により皮膜の層間剥離あるいは基体と
皮膜間の剥離が発生する。この剥離により境界部の摩耗
が著しく進行する。表３に測定した境界摩耗量も併記す
る。表中、（ ）、［ ］で示される面は表２と同様の
意味である。
【００２０】表３の結果から明らかなように本願発明多
層被覆超硬合金工具は各皮膜の層間ならびに基体との密
着性に優れ極めて境界摩耗量が少なく長寿命であること
が認められる。
層被覆超硬合金工具は各皮膜の層間ならびに基体との密
着性に優れ極めて境界摩耗量が少なく長寿命であること
が認められる。
【００２１】
【発明の効果】以上の結果からも明らかなように、本願
発明による多層被覆超硬合金工具は各被覆層間特に柱状
結晶構造を有するＴｉＣＮとその上地層であるＴｉＣ、
並びにＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の密着性に著しく優れ、送り量
の高い重断続切削、温度衝撃の高い高速切削において皮
膜に剥離が発生する確率が低く安定した切削並びに長寿
命を実現するものである。また耐酸化性も向上し、切削
温度が５００℃を超えるような条件下で優れた耐摩耗性
も示すものである。
発明による多層被覆超硬合金工具は各被覆層間特に柱状
結晶構造を有するＴｉＣＮとその上地層であるＴｉＣ、
並びにＴｉＣとＡｌ2Ｏ3の密着性に著しく優れ、送り量
の高い重断続切削、温度衝撃の高い高速切削において皮
膜に剥離が発生する確率が低く安定した切削並びに長寿
命を実現するものである。また耐酸化性も向上し、切削
温度が５００℃を超えるような条件下で優れた耐摩耗性
も示すものである。
Claims (4)
- 【請求項１】 超硬合金基体にＴｉの窒化物、炭窒化
物、炭化物、Ａｌの酸化物の内の少なくとも２種以上の
被覆層を設けた多層被覆超硬合金工具において、前記被
覆層は超硬合金基体側より第１層がＴｉの炭化物又は窒
化物又は炭窒化物、第２層が柱状結晶を有するＴｉの炭
窒化物、第３層がＴｉの炭化物、第４層がＡｌの酸化物
であり、前記第３層のＴｉの炭化物は前記多層被覆超硬
合金工具の逃げ面におけるＸ線回折において（２００）
面からの回折強度が（１１１）面および（２２０）面か
らの回折強度より小であるＴｉの炭化物であり、前記第
４層のＡｌの酸化物はその５０％以上がκ型結晶構造を
有するＡｌの酸化物であることを特徴とする多層被覆超
硬合金工具。 - 【請求項２】 請求項１記載の多層被覆超硬合金工具に
おいて、前記第３層のＴｉの炭化物は柱状結晶を有する
Ｔｉの炭化物であることを特徴とする多層被覆超硬合金
工具。 - 【請求項３】 請求項１乃至２に記載された多層被覆超
硬合金工具において、第３層と第４層の間にＴｉの炭酸
化物もしくは炭窒酸化物を介在させたことを特徴とする
多層被覆超硬合金工具。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載された
多層被覆超硬合金工具において、第１層がＴｉの炭化物
であり、第１層のＴｉの炭化物と第２層のＴｉの炭窒化
物の間にＴｉの窒化物を介在させたことを特徴とする多
層被覆超硬合金工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36856697A JPH11188507A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 多層被覆超硬合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36856697A JPH11188507A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 多層被覆超硬合金工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11188507A true JPH11188507A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=18492163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36856697A Abandoned JPH11188507A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 多層被覆超硬合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11188507A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013224485A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-10-31 | Toyota Central R&D Labs Inc | 被覆部材およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP36856697A patent/JPH11188507A/ja not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013224485A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-10-31 | Toyota Central R&D Labs Inc | 被覆部材およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20041018 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Effective date: 20050825 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 |