JPS5927382B2 - 高速切削用工具 - Google Patents
高速切削用工具Info
- Publication number
- JPS5927382B2 JPS5927382B2 JP9454477A JP9454477A JPS5927382B2 JP S5927382 B2 JPS5927382 B2 JP S5927382B2 JP 9454477 A JP9454477 A JP 9454477A JP 9454477 A JP9454477 A JP 9454477A JP S5927382 B2 JPS5927382 B2 JP S5927382B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed cutting
- aluminum oxide
- thickness
- aluminum
- wear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は旋盤削ヤ、フライス鯉１わなどに使用する切
削工具の表面に、硬質材料の被覆を施した高速切削用工
具に係わ、従来周知の硬質被覆層を施した高速切削用工
具に比し高速切削に於いて優れた耐摩耗性と靭性をもつ
た高速切削用工具を提供することを目的とするものであ
る。
削工具の表面に、硬質材料の被覆を施した高速切削用工
具に係わ、従来周知の硬質被覆層を施した高速切削用工
具に比し高速切削に於いて優れた耐摩耗性と靭性をもつ
た高速切削用工具を提供することを目的とするものであ
る。
従来こうした高速切削用工具には酸化アルミニウムおよ
び／または炭化チタンを主体とするセラミック工具が用
いられてきたが、これらのセラミック工具は高速切削で
耐摩耗性が高いが靭性に乏しい欠点があり、例えば重切
削に於けるように、５ 刃先に大きな荷重がかゝる場合
に於いて欠け易い難点があつた。
び／または炭化チタンを主体とするセラミック工具が用
いられてきたが、これらのセラミック工具は高速切削で
耐摩耗性が高いが靭性に乏しい欠点があり、例えば重切
削に於けるように、５ 刃先に大きな荷重がかゝる場合
に於いて欠け易い難点があつた。
これに対し靭性はあるが高速切削で耐摩耗性の乏しい超
硬合金に対し、この表面に耐摩耗性のチタン等の炭化物
や窒化物を被覆した工具が従来の被覆層をもたない超硬
合金に比し、１０優れた耐摩耗性をもつことが知られて
いるが、１５０〜２００ｍ／分以上の高速切削に於いて
は耐摩耗性がセラミック工具に比しなお劣つていた。ま
た前記チタン等の炭化物や窒化物の被覆を施した上に更
に耐摩耗性の高い酸化アルミニウムや酸５ 化ジルコニ
ウムの被覆を設けた二重被覆層をもつ切削用工具も開発
されたが超硬合金に被覆したチタン等の炭化物や窒化物
と酸化アルミニウムとのこれら２つの層の基本的な化学
的結合様式の違いにより、化学的親和性が乏しく、結合
強度が十分’０に得られないために、重切削に用いた場
合、被覆層の泉１雛や異常摩耗等が起つて酸化物本来の
耐摩耗性が十分に発揮できない等の問題があつた。本発
明はかゝる耐摩耗性材料の被覆を施した切削工具の欠陥
を改良し、超硬工具表面に強靭で耐５ 摩耗性の強い被
覆層を設けた高速切削用工具を提供するもので、超硬合
金よりなる基体上に０．５〜１０μの厚みをもつ窒化ア
ルミニウムおよび／または酸窒化アルミニウムの被覆層
を設け、その外側に０．５〜５μの厚みをもう酸化アル
ミニウ０ ムの被覆層を設け、これら２つの被覆層の厚
みの合計が１〜１０μであることを特徴とした高速切削
用工具を要旨とするものである。こゝで超硬合金基体と
酸化アルミニウムの被覆層（以下外層と記す）との間に
窒化アルミニウム７ または酸窒化アルミニウムの被覆
層（以下内層と記す）を設けたのは上記基体と内層の化
学的親和性および内層と外層の化学的親和性が超硬合金
と酸化アルミニウムの化学的親和性より高く、また窒化
アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムの熱伝導率や靭
性が高いこと＼相まつて刃先の急激な温度変化による損
傷を防ぎ、酸化アルミニウムのもつ本来の高い耐熱性と
耐摩耗性をもつた硬質被覆層を設けることが可能となつ
たのである。
硬合金に対し、この表面に耐摩耗性のチタン等の炭化物
や窒化物を被覆した工具が従来の被覆層をもたない超硬
合金に比し、１０優れた耐摩耗性をもつことが知られて
いるが、１５０〜２００ｍ／分以上の高速切削に於いて
は耐摩耗性がセラミック工具に比しなお劣つていた。ま
た前記チタン等の炭化物や窒化物の被覆を施した上に更
に耐摩耗性の高い酸化アルミニウムや酸５ 化ジルコニ
ウムの被覆を設けた二重被覆層をもつ切削用工具も開発
されたが超硬合金に被覆したチタン等の炭化物や窒化物
と酸化アルミニウムとのこれら２つの層の基本的な化学
的結合様式の違いにより、化学的親和性が乏しく、結合
強度が十分’０に得られないために、重切削に用いた場
合、被覆層の泉１雛や異常摩耗等が起つて酸化物本来の
耐摩耗性が十分に発揮できない等の問題があつた。本発
明はかゝる耐摩耗性材料の被覆を施した切削工具の欠陥
を改良し、超硬工具表面に強靭で耐５ 摩耗性の強い被
覆層を設けた高速切削用工具を提供するもので、超硬合
金よりなる基体上に０．５〜１０μの厚みをもつ窒化ア
ルミニウムおよび／または酸窒化アルミニウムの被覆層
を設け、その外側に０．５〜５μの厚みをもう酸化アル
ミニウ０ ムの被覆層を設け、これら２つの被覆層の厚
みの合計が１〜１０μであることを特徴とした高速切削
用工具を要旨とするものである。こゝで超硬合金基体と
酸化アルミニウムの被覆層（以下外層と記す）との間に
窒化アルミニウム７ または酸窒化アルミニウムの被覆
層（以下内層と記す）を設けたのは上記基体と内層の化
学的親和性および内層と外層の化学的親和性が超硬合金
と酸化アルミニウムの化学的親和性より高く、また窒化
アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムの熱伝導率や靭
性が高いこと＼相まつて刃先の急激な温度変化による損
傷を防ぎ、酸化アルミニウムのもつ本来の高い耐熱性と
耐摩耗性をもつた硬質被覆層を設けることが可能となつ
たのである。
そして内層の厚さを０．５〜１０μとしたのは、０．５
μ以下では上記の如き酸化アルミニウムの外層を超硬合
金基体に結合する能力が十分でなく、１０μを超えると
熱膨脹の差に起因する層間内部応力を増大させ、剥離、
異常摩耗等を誘発し易いためである。そして好ましくは
２〜５μの範囲が望ましい。次に外層として酸化アルミ
ニウムを選んだのは、これがセラミツク具として高速切
削工具に用いられることからも判るように、硬度６耐熱
性、耐摩耗性が常温は勿論、高温に於いても極めて高い
ためである。またこの厚みは０．５μ以下では耐摩耗性
向上の効果が乏しく、５μ以上になると耐摩耗性は大き
いが基体と内層の間の熱膨脹の差による内部応力のため
に、剥離、異常摩耗等を起し易く却つて具寿命を短縮す
もそして好ましくは１〜３μの範囲が望ましい。また前
記内層訃よび外層の厚みの合計は、１μ以下では耐摩耗
性が余り向上せず、１０μ以上では断続切削時の機械的
衝撃に弱く剥離や異常摩耗を起し易い。そして好ましく
は３〜７μの範囲が望ましい。な卦前記窒化アルミニウ
ムＡｌＮの被覆層を設けるにはＡｌＣｌ３を加熱して蒸
発させたＡｌＣｌ３のガスにＨ２、Ｎ２のガスを加えて
流し加熱下で超硬合金基体に接触されると下式の反応が
起ｂ、基体の上ＶＣＡｌＮの薄層を析出させる。
μ以下では上記の如き酸化アルミニウムの外層を超硬合
金基体に結合する能力が十分でなく、１０μを超えると
熱膨脹の差に起因する層間内部応力を増大させ、剥離、
異常摩耗等を誘発し易いためである。そして好ましくは
２〜５μの範囲が望ましい。次に外層として酸化アルミ
ニウムを選んだのは、これがセラミツク具として高速切
削工具に用いられることからも判るように、硬度６耐熱
性、耐摩耗性が常温は勿論、高温に於いても極めて高い
ためである。またこの厚みは０．５μ以下では耐摩耗性
向上の効果が乏しく、５μ以上になると耐摩耗性は大き
いが基体と内層の間の熱膨脹の差による内部応力のため
に、剥離、異常摩耗等を起し易く却つて具寿命を短縮す
もそして好ましくは１〜３μの範囲が望ましい。また前
記内層訃よび外層の厚みの合計は、１μ以下では耐摩耗
性が余り向上せず、１０μ以上では断続切削時の機械的
衝撃に弱く剥離や異常摩耗を起し易い。そして好ましく
は３〜７μの範囲が望ましい。な卦前記窒化アルミニウ
ムＡｌＮの被覆層を設けるにはＡｌＣｌ３を加熱して蒸
発させたＡｌＣｌ３のガスにＨ２、Ｎ２のガスを加えて
流し加熱下で超硬合金基体に接触されると下式の反応が
起ｂ、基体の上ＶＣＡｌＮの薄層を析出させる。
この方法は一般に化学気相蒸着法（略してＣＶＤと云い
以下ＣＶＤと記す）と言われる。
以下ＣＶＤと記す）と言われる。
他の酸窒化アルミニウムＡＩＯＮの被覆を行なう場合に
はＡｌＣｌ３を蒸発させたガスにＣＯ２、Ｈ２、Ｎ２を
加えて流しＣＶＤを行なえばよい。
はＡｌＣｌ３を蒸発させたガスにＣＯ２、Ｈ２、Ｎ２を
加えて流しＣＶＤを行なえばよい。
また酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３の被覆を行なうにはＡ
ｌＣｌ３を蒸発させたガスにＣＯ２、Ｈ２卦よびＣＯを
加えて流しＣＶＤを行なえばよく、その原理｝よび使用
する装置は窒化アルミニウムの被覆を行なう場合と同じ
である。酸窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの
化学気相蒸着中に起る反応の反応方程式は下記の通りで
ある。以下に記載する実施例により本発明はより明瞭に
理解される。
ｌＣｌ３を蒸発させたガスにＣＯ２、Ｈ２卦よびＣＯを
加えて流しＣＶＤを行なえばよく、その原理｝よび使用
する装置は窒化アルミニウムの被覆を行なう場合と同じ
である。酸窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの
化学気相蒸着中に起る反応の反応方程式は下記の通りで
ある。以下に記載する実施例により本発明はより明瞭に
理解される。
実施例 １
本発明の１実施例を第１図によつて説明すると、ステン
レス製反応容器１の中に超硬合金基体（ＪＩＳＭ２Ｏ，
ＳＮＰ４３２）２を装填し約１１００℃に加熱した後、
ガスボンベ３ａ，３ｂより導いたＨ２卦よびＮ２の混合
ガスと蒸発装置４ＶＣより蒸発させたＡｌＣｌ３の混合
ガスを反応容器中ＦｌＣ２時間流入した。
レス製反応容器１の中に超硬合金基体（ＪＩＳＭ２Ｏ，
ＳＮＰ４３２）２を装填し約１１００℃に加熱した後、
ガスボンベ３ａ，３ｂより導いたＨ２卦よびＮ２の混合
ガスと蒸発装置４ＶＣより蒸発させたＡｌＣｌ３の混合
ガスを反応容器中ＦｌＣ２時間流入した。
この時の容器内圧力は２０Ｔ０ｒｒである。この混合ガ
スの前記三成分混合害拾は６Ｈ２４５％、Ｎ２４５Ｏｌ
）、ＡｌＣｌ３ｌＯ％である。これにより超硬合金の表
面に約５μの厚さをもつ窒化アルミニウムの内層を析出
させることができた。この後前記混合ガスの流入を停止
し次にＨ２５９％、ＣＯ３Ｏ％、ＣＯ２３％、ＡｌＣｌ
３８％の混合ガスを２時間流入することにより１．５μ
の厚さをもつ酸化アルミニウムの外層を窒化アルミニウ
ムの内層の上に析出した。このチツプの内層と外層の間
には少量の酸窒化アルミニウムが存在することがＸ線回
析卦よびＸ線マイクロアナライザーによる線分析で認め
られた。この工具を黒１とする。次に上記装置にて同じ
超硬合金基体を装填し先ずＨ２３Ｏ％、Ｎ２２９％、Ａ
ｌＣｌ３ｌ３Ｏｌ）、ＣＯ２２８％の混合ガスを通し１
１００℃で５０Ｔ０ｒｒの真窒度で２時間保ち、５μの
酸窒化アルミニウムの薄層を析出し、次に遥１で外層に
酸化アルミニウムを被覆したのと同じ方法で酸化アルミ
ニウムを１．５μの厚さに析出させ、Ｘ線回折卦よびＸ
線マイクロアナライザーの線分析によシ確認し九 これ
を洗２とする。その〜部切欠き斜視図を第２図に示す２
は超硬合金基体、２ａは内層、２ｂは外層である。この
ようにして得られた本発明による工具を、従来の被覆層
を持たない同形同材質の超硬合金工具黒３卦よび厚さ５
μの炭化チタンの被覆と厚さ１．５μの酸化アルミニウ
ム被覆を上記方法で施した超硬合金工具黒４と、従来よ
り用いられてきたセラミツク工具應５と共に下記の条件
で比較切削テストを行ない、逃げ面の最大摩耗またはカ
ケ、チツピングによる損傷が０．３ｍｍになる迄の時間
で表わした工具寿命を比較した結果を第１表に示す。第
１表の如く、従来の被覆層を施さない洗３は摩耗が烈し
く、僅か３分で寿命がなくなり、従来の方法による内層
に炭化チタンと外層に酸化アルミニウムの被覆を施した
ｆ）．４は摩耗が少なく２１分で０．３ｍの摩粍を示し
たが少々異常摩耗があり未だ満足できるものではなく．
またセラミツクエ具は僅か２分で刃先にチツピングを起
すことにより逃げ面の損傷が０．３ｍとなつて寿命がな
くなつた。
スの前記三成分混合害拾は６Ｈ２４５％、Ｎ２４５Ｏｌ
）、ＡｌＣｌ３ｌＯ％である。これにより超硬合金の表
面に約５μの厚さをもつ窒化アルミニウムの内層を析出
させることができた。この後前記混合ガスの流入を停止
し次にＨ２５９％、ＣＯ３Ｏ％、ＣＯ２３％、ＡｌＣｌ
３８％の混合ガスを２時間流入することにより１．５μ
の厚さをもつ酸化アルミニウムの外層を窒化アルミニウ
ムの内層の上に析出した。このチツプの内層と外層の間
には少量の酸窒化アルミニウムが存在することがＸ線回
析卦よびＸ線マイクロアナライザーによる線分析で認め
られた。この工具を黒１とする。次に上記装置にて同じ
超硬合金基体を装填し先ずＨ２３Ｏ％、Ｎ２２９％、Ａ
ｌＣｌ３ｌ３Ｏｌ）、ＣＯ２２８％の混合ガスを通し１
１００℃で５０Ｔ０ｒｒの真窒度で２時間保ち、５μの
酸窒化アルミニウムの薄層を析出し、次に遥１で外層に
酸化アルミニウムを被覆したのと同じ方法で酸化アルミ
ニウムを１．５μの厚さに析出させ、Ｘ線回折卦よびＸ
線マイクロアナライザーの線分析によシ確認し九 これ
を洗２とする。その〜部切欠き斜視図を第２図に示す２
は超硬合金基体、２ａは内層、２ｂは外層である。この
ようにして得られた本発明による工具を、従来の被覆層
を持たない同形同材質の超硬合金工具黒３卦よび厚さ５
μの炭化チタンの被覆と厚さ１．５μの酸化アルミニウ
ム被覆を上記方法で施した超硬合金工具黒４と、従来よ
り用いられてきたセラミツク工具應５と共に下記の条件
で比較切削テストを行ない、逃げ面の最大摩耗またはカ
ケ、チツピングによる損傷が０．３ｍｍになる迄の時間
で表わした工具寿命を比較した結果を第１表に示す。第
１表の如く、従来の被覆層を施さない洗３は摩耗が烈し
く、僅か３分で寿命がなくなり、従来の方法による内層
に炭化チタンと外層に酸化アルミニウムの被覆を施した
ｆ）．４は摩耗が少なく２１分で０．３ｍの摩粍を示し
たが少々異常摩耗があり未だ満足できるものではなく．
またセラミツクエ具は僅か２分で刃先にチツピングを起
すことにより逃げ面の損傷が０．３ｍとなつて寿命がな
くなつた。
これに比し本発明による内層に窒化アルミニウムと外層
に酸化アルミニウムの被覆を施した洗１卦よび内層に酸
窒化アルミニウムと外層に酸化アルミニウムの被覆を施
した遥２は摩耗が少なく、欠けも異常摩耗もなく、従来
品の２部以上の切削寿命を示し、本発明が切削加工上、
極めて有利に利用できる切削工具を提供することができ
るものであることが確認された。な｝、本実施例ではＣ
ＶＤ法による被覆法のみを示したが、本発明はＣＶＤ法
に拘束されることなく、ＰＶＤと呼ばれる物理蒸着法ま
たはスパツｌリング等によつても被覆することができる
。
に酸化アルミニウムの被覆を施した洗１卦よび内層に酸
窒化アルミニウムと外層に酸化アルミニウムの被覆を施
した遥２は摩耗が少なく、欠けも異常摩耗もなく、従来
品の２部以上の切削寿命を示し、本発明が切削加工上、
極めて有利に利用できる切削工具を提供することができ
るものであることが確認された。な｝、本実施例ではＣ
ＶＤ法による被覆法のみを示したが、本発明はＣＶＤ法
に拘束されることなく、ＰＶＤと呼ばれる物理蒸着法ま
たはスパツｌリング等によつても被覆することができる
。
第１図は本発明の実施例に使用したＣＶＤ装置の概略図
、第２図は本発明チツプの一部切欠斜視図である。 １・・・・・・ステンレス製ＣＶＤ反応容器、２・・・
・・・超硬合金基体、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・・・・蒸
着に用いるガスボンベ、４・・・・・・蒸着物質の蒸発
装置、５・・・・・・反応容器１の加熱炉、６・・・・
・・真空ホンプ。
、第２図は本発明チツプの一部切欠斜視図である。 １・・・・・・ステンレス製ＣＶＤ反応容器、２・・・
・・・超硬合金基体、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・・・・蒸
着に用いるガスボンベ、４・・・・・・蒸着物質の蒸発
装置、５・・・・・・反応容器１の加熱炉、６・・・・
・・真空ホンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超硬合金よりなる基体の表面に硬質材料の被覆を施
した高速切削用工具において、基体上に０．５〜１０μ
の厚みをもつ窒化アルミニウムおよび／または酸窒化ア
ルミニウムの被覆層を設け、その外側に０．５〜５μの
厚みをもつ酸化アルミニウムの被覆層を設け、これら２
つの被覆層の厚みの合計が１〜１０μであることを特徴
とした高速切削用工具。 ２ 前記窒化アルミニウムおよび／または酸窒化アルミ
ニウムの被覆層の厚みが２〜５μであり、酸化アルミニ
ウムの被覆層の合計が１〜３μであり、これら２つの被
覆層の厚みの合計が３〜７μである特許請求の範囲第１
項記載の高速切削用工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9454477A JPS5927382B2 (ja) | 1977-08-05 | 1977-08-05 | 高速切削用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9454477A JPS5927382B2 (ja) | 1977-08-05 | 1977-08-05 | 高速切削用工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5429185A JPS5429185A (en) | 1979-03-05 |
| JPS5927382B2 true JPS5927382B2 (ja) | 1984-07-05 |
Family
ID=14113247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9454477A Expired JPS5927382B2 (ja) | 1977-08-05 | 1977-08-05 | 高速切削用工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5927382B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7785700B2 (en) | 2004-04-13 | 2010-08-31 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL63802A (en) * | 1981-09-11 | 1984-10-31 | Iscar Ltd | Sintered hard metal products having a multi-layer wear-resistant coating |
| JPS58213865A (ja) * | 1982-06-03 | 1983-12-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐エロ−ジヨン性材料及びその製造法 |
| JPS5938376A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 高速切削用工具 |
| JPS59129775A (ja) * | 1983-01-17 | 1984-07-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆硬質部材の製造法 |
-
1977
- 1977-08-05 JP JP9454477A patent/JPS5927382B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7785700B2 (en) | 2004-04-13 | 2010-08-31 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5429185A (en) | 1979-03-05 |
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