JPS6033603B2 - 硬質層を被覆した高速切削用工具 - Google Patents

硬質層を被覆した高速切削用工具

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JPS6033603B2
JPS6033603B2 JP10202977A JP10202977A JPS6033603B2 JP S6033603 B2 JPS6033603 B2 JP S6033603B2 JP 10202977 A JP10202977 A JP 10202977A JP 10202977 A JP10202977 A JP 10202977A JP S6033603 B2 JPS6033603 B2 JP S6033603B2
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JP
Japan
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coating layer
titanium
speed cutting
cutting tool
aluminum
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JP10202977A
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博 田中
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、旋盤削り、フライス盤削りなどに使用する
切削工具の表面に硬質被覆層を施した高速切削用工具に
係り、従来周知の硬質被覆層を施した切削用工具に比し
高速切削に於いて優れた耐摩耗性と鞠性をもった高速切
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
耐摩耗性が高いけれども籾性に乏しい欠点があり、例え
ば重切削におけるように刃先に大きな荷重がか)る場合
に於いて欠け易い難点があった。
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炭化チタンや窒化
チタンを被覆した工具が従来の被覆層をもたない籍硬合
金に比し、優れた耐摩耗性をもつことが知られているが
150〜20仇h/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劣っていた。
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化ジルコニウ
ムの被覆を設けた2重被覆層をもつ切削用工具も開発さ
れたが、超綾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これら2つの層の間の基本的な化
学的結合様式の違いにより、化学的親和性が乏しく、結
合強度が十分に得られないために、重切削に用いた場合
、被覆層の剥離や異常摩耗等が起って酸化物本来の耐摩
耗性が十分に発揮できないという問題があった。本発明
はか)る硬質被覆層を施した切削工具の欠陥を改良し、
超硬工具表面に強鰯で耐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1〜10山の厚みをもつ炭化チタン、窒化チタンお
よび炭窒化チタンの1種よりなる第1被覆層を設けその
外側に0.5〜10ム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1種または2種より
なる第2被覆層を設け、更にその外側に0.5〜5仏の
厚みをもつ酸化アルミニウムよりなる第3被覆層を設け
、これら3被覆層の厚みの合計が2〜15山であること
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)で第1被覆層として炭化チタン、窒化チタンまたは
炭窒化チタンの1種を選んだのは、硬質材料の中で最も
化学的性質が超硬合金に近いため化学的親和性が高く超
硬合金との接着力が極めて高く且つ第2被覆層の窒化ア
ルミニウムまたは酸窒化アルミニウムとの化学的親和性
も超硬合金と窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウ
ムとの化学的親和性より良好であるためである。
またその厚みを1〜10仏としたのはこの第2被覆層へ
の結合層としての効果が1仏以下では現れず1仏以上よ
り効果が現れる。然し10山以上では高速切削時の刃先
の熱を基体に放散するのを妨げたり、熱膨脹差により内
部応力が増大するために却ってはがれ易くなるためで好
ましくは3〜7山が望ましい。次に第2被覆層として窒
化アルミニウムおよび/または酸窒化アルミニウムを選
んだのは、その化学的親和性が第1被覆層の炭化チタン
、窒化チタンまたは炭窒化チタンと第3被覆層の酸化ア
ルミニウムまたは酸窒化アルミニウムの双方に高く、両
被覆層と良好な接着強度を保つことができるためである
即ち第3被覆層の酸化アルミニウムは前記超硬合金或い
はチタンの炭化物や窒化物の原子結合様式とは余りlこ
も異なり第1被覆層の炭化チタン、窒化チタンまたは炭
窒化チタンとの化学的親和性が乏しいが、窒化アルミニ
ウムや酸窒化アルミニウムはその原子結合様式がチタン
の炭化物や窒化物と同様で化学的親和性が高く容易に緊
密な接着性を得ることが出来る。また、一方第3被覆層
である酸化アルミニウムとはアルミニウムイオンを介し
て結合することができるために結合性がよくそれ自身の
強靭な性質と相まって、極めて強鰯な接着層を得ること
ができるのである。またその熱伝導率ははアルミナより
かなり高いため刃先の熱を有効に他部へ分散することが
でき刃先温度を下げる働きがある。そしてその厚さを0
.5〜10〃としたのは0.5仏以下では上記の如き第
3被覆層を第1被覆層に結合する効果が十分には現れず
、またlow以上では熱膨脹差のために層間内部応力を
大きくして却って剥離の原因となるもので好ましくは3
〜5仏が望ましい。次に最外層である第3被覆層に酸化
アルミニウムを選んだのは、これがセラミック工具の主
成分として高速切削用工具に用いられることからも判る
ように硬度、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に高速切削に於ける耐摩耗性が極
めて大きいためである。
またこの厚みは0.5以下では耐摩耗性向上の効果が乏
しくまた5〃以上では熱膨脹差から来る層間内部応力の
ために剥離や異常摩耗を起すためで好ましくは1〜3仏
が望ましい。第1〜第3被覆層の3層の厚み合計を2〜
15Aとしたのは、2仏以下では耐摩耗性を向上する効
果が乏しく15山以上では基体と被覆層間の熱膨脹係数
の違いから起る層間内部応力のために剥離したり、異常
摩耗を起し、好ましくは7〜12仏が望ましい。
これら硬質被覆材料の被覆を施すには、例えば炭化チタ
ンの被覆ならば1000〜1100ooに加熱した超硬
合金基体の表面に塩化チタン、水素、炭化水素の混合ガ
スを導く方法、即ち公知の化学蒸着法(以下略してCV
D法と記す)により得られる。その場合超硬合金基体の
表面では下式の反応が起り基体の上に炭化チタンの薄層
を積出する。TICL4十(日2)十CH4→TIC+
4HCI+(凡)他の窒化チタン、炭窒化チタン、窒化
アルミニウム、酸窒化アルミニウムまたは酸化アルミニ
ウムの被覆を施すには、それぞれ下式の反応に従つ。
TIC14十2日2十1/洲2一TIN+4HCI狐C
l3十細2十N2一狐N+側I狐CI3十×02十灘十
N2 →2AI〇N十句HCI十2 C〇 2NC13十3C02十3日2十CO →AI2〇3十旬日CI+4 C〇 詳細は以下に記載する実施例により一層明瞭に理解され
る。
実施例 1 本発明の一実施例を第1図によって説明すると、ステン
レス製反応容器1の中に趣硬合金基体(JISM20S
NP432)2を装填し、約1100℃に加熱した後、
ガスボンベ3a,3bより導いた日2およびCH2の混
合ガスと蒸発装置4により蒸発させたTIC14の混合
ガスを反応容器中に1時間流入した。
この時の容器内圧力は30Tonで混合ガスの前記3成
分混合割合は比87%、CH45%、TIC148%で
ある。これにより超硬合金基体の表面に約3Yの厚さを
もった窒化チタンの内層を折出させることができた。そ
の後前記混合ガスの流入を停止し次に同じ容器中で前記
被覆を施した超硬合金基体の温度を1050qoとし、
ガスボンベを取りかえ日245%、N245%と蒸発装
置にて蒸発したMCI3のガス10%の混合ガスを反応
容器に3.期時間流入し5仏の厚さの窒化アルミニウム
の薄層を折出させた。次に前記混合ガスの流入を停止し
ボンベを取りかえ、日259%、C030%、C023
%、山CI38%の混合ガスを2時間流入した。この時
の温度、圧力は110000、30Tonでこの結果、
厚み1.5仏のAI203の被覆を施すことができた。
以上でこのチップは第1被覆層にTIC3↓、第2被覆
層にAIN5仏、第3被覆層にAI2031.5〃の硬
質被覆層を形成しX線回折およびY線マイクロアナライ
ザーの線分析により確認した。尚第2被覆層、第*3被
覆層の間にはAIONの中間層が存在した。この工具を
M.1とする。その一部切欠き斜視図を第2図に示す。
2は超硬合金基体、2aは第1被覆層、2bは第2被覆
層、2cは第3被覆層である。
次にNo.1に用いたと同じ超硬合金基体に第1表に示
すような硬質材料の被覆を施し舵.2〜仇.5とした。
こ)で窒化チタンの被覆には舷.1と同じ装置と原理に
よりTIC145%、比80%、N215%の混合ガス
を用い、圧力30Tomで1時間、110000の温度
に保った。このようにして得られた本発明による工具を
従来の被覆層をもたない同形同材質の超硬合金工具蛇.
6および厚さ5仏の窒化チタンの被覆と厚さ1.5仏の
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
船.7と従来より用いられてきたセラミック工具船.8
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、チッピングによる損傷が0.3肋
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 切削条件 被削材 JISFC−20 鋳鉄棒(120側め×4
0仇肋夕)切削速度 30肌/分 切込み 2側 送 り 0.35側ノrev 第1表の如く、従来の被覆層を施さないNo.6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
る第1被覆層に窒化チタンと第2被覆層に酸化アルミニ
ウムの被覆を施した地.7は摩耗が少なく、21分で0
.3側の摩耗を示したが少々異常摩耗もあり未だ満足で
きるものではなく、またセラミック工具No.8は僅か
2分でチッピングを起すことにより逃げ面の損傷が0.
3側となって寿命がなくなった。
これに比し本発明による炭化チタン、窒化チタンまたは
炭窒化チタンの1種よりなる第1被覆層とその外側に窒
化アルミニウムおよび/または酸化アルミニウムの1種
または2種よりなる第2被覆層と更にその外側に酸化ア
ルミニウムよりなる第3被覆層を設けた地.1〜5は摩
耗が少なく欠けも異常摩耗もなく、従来品の2倍以上の
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できるものである
ことが確認された。なお、本実施例ではCVD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ッタ
リング等によっても被覆するすることができる。
【図面の簡単な説明】
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図は本発明工具の−都切欠斜視図である。 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…蒸着物質の蒸着装層、5・・・反応容器1の加
熱炉、6・・・真空ポンプ。 第1図 第2図

Claims (1)

  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
    した高速切削工具において基体上に1〜10μの厚みを
    もつ炭化チタン、窒化チタンまたは炭窒化チタンの1種
    よりなる第1被覆層を設け、その外側に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1種または2種よりなる第2被覆層を設け
    、更にその外側に0.5〜5μの厚みをもつ酸化アルミ
    ニウムよりなる第3被覆層を設け前記3被覆層の厚みの
    合計が2〜15μであることを特徴とした高速切削用工
    具。 2 前記超硬合金よりなる基体の表面に設けた第1被覆
    層が炭化チタンである特許請求の範囲第1項記載の高速
    切削用工具。 3 前記超硬合金よりなる基体の表面に設けた第1被覆
    層が窒化チタンまたは炭窒化チタンである特許請求の範
    囲第1項記載の高速切削用工具。
JP10202977A 1977-08-25 1977-08-25 硬質層を被覆した高速切削用工具 Expired JPS6033603B2 (ja)

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JPS5435484A JPS5435484A (en) 1979-03-15
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