JPS61170559A - 被覆超硬合金 - Google Patents
被覆超硬合金Info
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- JPS61170559A JPS61170559A JP60009754A JP975485A JPS61170559A JP S61170559 A JPS61170559 A JP S61170559A JP 60009754 A JP60009754 A JP 60009754A JP 975485 A JP975485 A JP 975485A JP S61170559 A JPS61170559 A JP S61170559A
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- tic
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- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0664—Carbonitrides
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0635—Carbides
-
- 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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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
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- Y10T428/24967—Absolute thicknesses specified
- Y10T428/24975—No layer or component greater than 5 mils thick
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(1)技術分野
本発明は主として切削工具として使用される超硬合金の
耐摩耗性を向上させ、かつ良好な靭性を保持せしめるに
最適な硬質波−膜構造を有する被覆超硬合金に関するも
のである。
耐摩耗性を向上させ、かつ良好な靭性を保持せしめるに
最適な硬質波−膜構造を有する被覆超硬合金に関するも
のである。
(2)技術の背景
切削工具に用いられる超硬合金に対する耐摩耗性向上の
要求は年々強くなっており、従来既にこのために超硬合
金の表面に化学蒸着法(具TCVD法を略す)によって
TiC、 TiCN、 TiN、 A−4!?203等
を単層或いは多層に被覆した被覆超硬合金が開発されて
おり例えば特公昭51−24982号公報に開示されて
いる。
要求は年々強くなっており、従来既にこのために超硬合
金の表面に化学蒸着法(具TCVD法を略す)によって
TiC、 TiCN、 TiN、 A−4!?203等
を単層或いは多層に被覆した被覆超硬合金が開発されて
おり例えば特公昭51−24982号公報に開示されて
いる。
又同様に超硬合金の表面に物理蒸着法(以TPVD法と
略す)によってTiC,TiCN、 TiNを単層或い
は多層に被覆することも公知であり例えば特公昭59−
18474号公報に開示されている。
略す)によってTiC,TiCN、 TiNを単層或い
は多層に被覆することも公知であり例えば特公昭59−
18474号公報に開示されている。
しかしながら、これら被覆超硬合金は表面に母材の超硬
合金(例えばWC−TiC−Co )より高硬度である
が脆い硬質物質が被覆されているため全体としては靭性
が低下し、切削工具として用いた場合に負荷応力の変動
等により切刃が欠損し易いという問題がある。父母材と
被覆膜との接着強度が強い方が靭性低下が大きいことも
知られている。
合金(例えばWC−TiC−Co )より高硬度である
が脆い硬質物質が被覆されているため全体としては靭性
が低下し、切削工具として用いた場合に負荷応力の変動
等により切刃が欠損し易いという問題がある。父母材と
被覆膜との接着強度が強い方が靭性低下が大きいことも
知られている。
一般にCVD法による被覆超硬合金は被覆温度が通常的
1000°Cと高いため母材と被覆膜との反応や膜自身
の粒度の粗大化等により靭性の低下が大である。これに
対しPVD法による被覆超硬合金は被覆温度がCVD法
より低温(例えば200℃〜700℃)、で被覆が可能
なため被覆膜との反応が抑えられることや膜自身の粒度
が微粒なことによりCVD法の場合に較べて靭性の低下
が少ないことから断続の激しいフライス切削加工用の工
具等にはPVD法たよるものが多く使用されている。
1000°Cと高いため母材と被覆膜との反応や膜自身
の粒度の粗大化等により靭性の低下が大である。これに
対しPVD法による被覆超硬合金は被覆温度がCVD法
より低温(例えば200℃〜700℃)、で被覆が可能
なため被覆膜との反応が抑えられることや膜自身の粒度
が微粒なことによりCVD法の場合に較べて靭性の低下
が少ないことから断続の激しいフライス切削加工用の工
具等にはPVD法たよるものが多く使用されている。
PVD法による被覆超硬合金としてTiNのみを被覆し
たものはTiN自身がTiCに較べて硬度が低いため逃
げ面摩耗に劣り、又TiCのみを被覆したものは逃げ面
摩耗には優れるが耐化学反応性に劣るためクレータ摩耗
に弱いという欠点がある。そこでTiCとTiNの中間
的性質を持ったTiCNを被覆したり、これらの物質を
多層に被覆してこれらの物質の長所のみを生かす努力も
行はれている。多層に被覆する場合、TiNはその優れ
た被削材との耐化学反応性を利用するために被削材に直
接液する位置、すなわち被覆最外層に置くことが望まし
く、逃げ面摩耗に優れるTiC層はその内層に置くこと
が望ましいとされている。又TiCN層を設ける場合は
TiC層と最外層のTiN層との間に置くことが望まし
い。
たものはTiN自身がTiCに較べて硬度が低いため逃
げ面摩耗に劣り、又TiCのみを被覆したものは逃げ面
摩耗には優れるが耐化学反応性に劣るためクレータ摩耗
に弱いという欠点がある。そこでTiCとTiNの中間
的性質を持ったTiCNを被覆したり、これらの物質を
多層に被覆してこれらの物質の長所のみを生かす努力も
行はれている。多層に被覆する場合、TiNはその優れ
た被削材との耐化学反応性を利用するために被削材に直
接液する位置、すなわち被覆最外層に置くことが望まし
く、逃げ面摩耗に優れるTiC層はその内層に置くこと
が望ましいとされている。又TiCN層を設ける場合は
TiC層と最外層のTiN層との間に置くことが望まし
い。
これはTiCNの物性がTiCとTiNの中間的なもの
であり最外層のTiNの効果を保持するためには最外層
より内側でなければならず、またTiCNQTiN的性
質の効果を発性質せるにはTiC層より外側に置くこと
が望ましいからである。この様な理由から、逃げ面摩耗
およびクレータ−摩耗に対する抵抗を付与するには超硬
合金/TiC/TiN又は超硬合金/ TiC/TiC
N/TiNという膜構造が適してC)るとされていたが
本発明者らはこの膜構造では工具としてもう一つの重要
な特性すなわち靭性において問題があることを見出した
。すなわち、超硬合金の母材とTiC層が接していると
CVD法より低温で被覆が可能なPVD法であっても母
材中に含まれるWCと被覆層であるTiCとの間で拡散
が起って接着強度が強くなるが工具として靭性が低下し
、負荷変動の激しい条件下での使用で欠損が大きいとい
う問題があるのである。
であり最外層のTiNの効果を保持するためには最外層
より内側でなければならず、またTiCNQTiN的性
質の効果を発性質せるにはTiC層より外側に置くこと
が望ましいからである。この様な理由から、逃げ面摩耗
およびクレータ−摩耗に対する抵抗を付与するには超硬
合金/TiC/TiN又は超硬合金/ TiC/TiC
N/TiNという膜構造が適してC)るとされていたが
本発明者らはこの膜構造では工具としてもう一つの重要
な特性すなわち靭性において問題があることを見出した
。すなわち、超硬合金の母材とTiC層が接していると
CVD法より低温で被覆が可能なPVD法であっても母
材中に含まれるWCと被覆層であるTiCとの間で拡散
が起って接着強度が強くなるが工具として靭性が低下し
、負荷変動の激しい条件下での使用で欠損が大きいとい
う問題があるのである。
(3)発明の開示
本発明は耐摩耗性(逃げ面摩耗、クレータ−摩耗)に優
れてかつ良好な靭性を有する被覆超硬合金を提供するも
のであり、この目的を達するためにはPVD法による被
覆膜の形成において母材に接ゴ する第1層にTiNを0.1〜1μを形成せさることを
特徴とするものである。
れてかつ良好な靭性を有する被覆超硬合金を提供するも
のであり、この目的を達するためにはPVD法による被
覆膜の形成において母材に接ゴ する第1層にTiNを0.1〜1μを形成せさることを
特徴とするものである。
本発明者らは種々検討の結果、超硬合金母材とTiC層
との間に最外層のTiNとは違った目的、すなわち母材
との接着強度を適度に下げる為にTiN層を界在させれ
ば工具の靭性が飛躍的に向上することを見出したのであ
る。この効果はTiNがTiCと異なり母材中のWCと
の反応が弱いことにテ起因すると現状では考えられる。
との間に最外層のTiNとは違った目的、すなわち母材
との接着強度を適度に下げる為にTiN層を界在させれ
ば工具の靭性が飛躍的に向上することを見出したのであ
る。この効果はTiNがTiCと異なり母材中のWCと
の反応が弱いことにテ起因すると現状では考えられる。
この超硬合金とTiC層との間にTiNを界在させるこ
とはCVD法による場合は例えば米国特許36406銀 89号 公法で公知である。この中ではPVD法は膜/
質の点で適さないとの記載があるが、本発明者らは長年
の研究により逆にPVD法によるTiN層の界在に新た
な効果を見出したのである。この場合、第1層のTiN
はその膜自身の耐摩耗性を利用するためではなく、超硬
合金母材と第2層以上の被覆層の間の接着強度を制御す
る目的で設けられたものであるため、厚く被覆する必要
はなく薄くて効果があることが特徴である。
とはCVD法による場合は例えば米国特許36406銀 89号 公法で公知である。この中ではPVD法は膜/
質の点で適さないとの記載があるが、本発明者らは長年
の研究により逆にPVD法によるTiN層の界在に新た
な効果を見出したのである。この場合、第1層のTiN
はその膜自身の耐摩耗性を利用するためではなく、超硬
合金母材と第2層以上の被覆層の間の接着強度を制御す
る目的で設けられたものであるため、厚く被覆する必要
はなく薄くて効果があることが特徴である。
本発明において、第1層(母材に隣接する最内層)のT
iNの膜厚は0.1μ以下では接着強度を適度に下げる
効果が無く、又実質的に連続的な膜と認められない。又
1μ以上ではTiN自身の膜質の影響が出て来て逃げ面
摩耗性に劣るため好ましくない。
iNの膜厚は0.1μ以下では接着強度を適度に下げる
効果が無く、又実質的に連続的な膜と認められない。又
1μ以上ではTiN自身の膜質の影響が出て来て逃げ面
摩耗性に劣るため好ましくない。
上記第1層に隣接する第2層のTiC又はTiCNの膜
厚は0.1μ以下では逃げ面摩耗を改善する効果がなく
、又5μ以上では工具全体が脆くなるので本発明の目的
から適さない。
厚は0.1μ以下では逃げ面摩耗を改善する効果がなく
、又5μ以上では工具全体が脆くなるので本発明の目的
から適さない。
第2層にTiCを被覆し更に第3層にTiCNを被覆す
る場合のTiCN層は5μ以上では工具が脆くなるため
に好ましくない。
る場合のTiCN層は5μ以上では工具が脆くなるため
に好ましくない。
又最外層にTiN層を被覆する場合、TiN層の膜厚は
0.3μ以下ではクレータ−摩耗を改善する効果がなく
5μ以上では耐摩耗性に劣るため適さない。
0.3μ以下ではクレータ−摩耗を改善する効果がなく
5μ以上では耐摩耗性に劣るため適さない。
、 また、被覆膜の厚さ合計が1μ以下では耐摩耗性の
改善に効果がなく、10μ以上では工具が脆くなるので
好ましくない。
改善に効果がなく、10μ以上では工具が脆くなるので
好ましくない。
本発明で用いる被覆法はPVD法であることが特徴であ
るが、PVD法としては例えば蒸発源として電子ビーム
やホロカソードガン、アーク放電等を用いるイオンブレ
ーティング法やスパッタリング法、真空蒸着法およびこ
れらの組合せた方法等、PVD法として広い意味で分類
されるいずれの方法でも効果は同じである。
るが、PVD法としては例えば蒸発源として電子ビーム
やホロカソードガン、アーク放電等を用いるイオンブレ
ーティング法やスパッタリング法、真空蒸着法およびこ
れらの組合せた方法等、PVD法として広い意味で分類
されるいずれの方法でも効果は同じである。
以下実施例により本発明の効果を詳しく述べる。
実施例1゜
超硬合金(ISO,P2O)を5PG422の形状のス
ローアウェイチップに加工し、イオンブレーティング法
により第1表に示す各種被覆超硬合金を作成被覆面の断
面をラッピングしEPMAおよび光学顕微鏡観察はより
測定した。
ローアウェイチップに加工し、イオンブレーティング法
により第1表に示す各種被覆超硬合金を作成被覆面の断
面をラッピングしEPMAおよび光学顕微鏡観察はより
測定した。
こうして得た被覆超硬合金を用いてフライス耐摩耗試験
と第1図に示すフライス重切削(125flφ)による
靭性試験を行い第1表の結果を得た。第2表はこの時の
切削条件を示す。第1図は被削材でAが150fl、B
がIQQ+m1切溝Cが10amである。
と第1図に示すフライス重切削(125flφ)による
靭性試験を行い第1表の結果を得た。第2表はこの時の
切削条件を示す。第1図は被削材でAが150fl、B
がIQQ+m1切溝Cが10amである。
本実施例により本発明品である試料lおよび2が耐摩耗
性とともに靭性(破損率)にも非常た優れたものである
ことがわかる。
性とともに靭性(破損率)にも非常た優れたものである
ことがわかる。
第2表
実施例2
実施例1と同様の方法で第2表に示す被覆超硬合金を作
成し、やはり実施例1と同様の方法、条件で耐摩耗性及
び靭性の試験を行いその結果を第3表に示す。本実施例
により本発明品l621〜25が耐摩耗性、靭性共に非
常に優れたものであることがわかる。
成し、やはり実施例1と同様の方法、条件で耐摩耗性及
び靭性の試験を行いその結果を第3表に示す。本実施例
により本発明品l621〜25が耐摩耗性、靭性共に非
常に優れたものであることがわかる。
実施例3
市販の超硬合金製エンドミルにスパッタリング法により
TiCNを約3μの厚さに被覆する際に、予め0.3μ
のTiNを被覆したものはTiCN 1層のみのものに
較べて耐摩耗性は同等であったが欠損が尾と少く靭性が
優れていた。
TiCNを約3μの厚さに被覆する際に、予め0.3μ
のTiNを被覆したものはTiCN 1層のみのものに
較べて耐摩耗性は同等であったが欠損が尾と少く靭性が
優れていた。
Claims (4)
- (1)超硬合金を基体としてその表面にPVD法により
TiC、TiN、TiCNを多層膜に被覆した被覆超硬
合金において、基体に隣接する最内層を0.1μ以上1
μ以下のTiNとすることを特徴とする被覆超硬合金。 - (2)多層膜の最内層に隣接する第2層を0.5μ〜5
μのTiC又はTiCNとすることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の被覆超硬合金。 - (3)最外層に0.3μ〜5μのTiNを被覆すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の被覆超硬合金
。 - (4)多層膜全体の合計厚さが1μ〜10μであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項又は第3項
記載の被覆超硬合金。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60009754A JPS61170559A (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 被覆超硬合金 |
DE8686300331T DE3679568D1 (de) | 1985-01-21 | 1986-01-17 | Beschichtetes sinterkarbid und verfahren zu seiner herstellung. |
EP86300331A EP0191554B2 (en) | 1985-01-21 | 1986-01-17 | Coated cemented carbides and manufacture thereof |
US07/709,786 US5116694A (en) | 1985-01-21 | 1991-06-03 | Coated cemented carbides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60009754A JPS61170559A (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 被覆超硬合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61170559A true JPS61170559A (ja) | 1986-08-01 |
JPH0521980B2 JPH0521980B2 (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=11729075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60009754A Granted JPS61170559A (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 被覆超硬合金 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5116694A (ja) |
EP (1) | EP0191554B2 (ja) |
JP (1) | JPS61170559A (ja) |
DE (1) | DE3679568D1 (ja) |
Cited By (3)
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JPH0683923B2 (ja) * | 1989-05-05 | 1994-10-26 | ケンナメタル インコーポレイテッド | 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 |
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CA2077757A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-10 | Prem C. Jindal | Physical vapor deposition of titanium nitride on a nonconductive substrate |
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US5232318A (en) * | 1990-09-17 | 1993-08-03 | Kennametal Inc. | Coated cutting tools |
US5325747A (en) * | 1990-09-17 | 1994-07-05 | Kennametal Inc. | Method of machining using coated cutting tools |
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WO1992005296A1 (en) * | 1990-09-17 | 1992-04-02 | Kennametal Inc. | Cvd and pvd coated cutting tools |
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