JPS62228305A - アルミナコ−テイング工具およびその製造方法 - Google Patents
アルミナコ−テイング工具およびその製造方法Info
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- JPS62228305A JPS62228305A JP7527186A JP7527186A JPS62228305A JP S62228305 A JPS62228305 A JP S62228305A JP 7527186 A JP7527186 A JP 7527186A JP 7527186 A JP7527186 A JP 7527186A JP S62228305 A JPS62228305 A JP S62228305A
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- alumina
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- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- 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】
(発明の分野)
本発明は靭性に優れたコーティング工具に関し、より詳
細にはコーティング層の最外層がアルミナで形成された
コーティング工具およびその製造方法に関する。
細にはコーティング層の最外層がアルミナで形成された
コーティング工具およびその製造方法に関する。
(従来技術)
従来から切削用工具は、工具鋼、高速度鋼、ダイス鋼お
よび超硬合金等から製造されているが、最近ではさらに
切削特性を向上させる目的に、前述の材料を母材とし、
その外表面にCVD法等の気相成長法によって、耐摩耗
性に優れた被覆層を形成することが行われている。
よび超硬合金等から製造されているが、最近ではさらに
切削特性を向上させる目的に、前述の材料を母材とし、
その外表面にCVD法等の気相成長法によって、耐摩耗
性に優れた被覆層を形成することが行われている。
このような被覆層としては、主として炭化チタン、炭窒
化チタン等のチタン系、アルミナ系が用いられているが
、コーティング工具としての強度、靭性の点において、
チタン系が優れるため、強靭性コーティング工具にはチ
タン系が多く用いられる。
化チタン等のチタン系、アルミナ系が用いられているが
、コーティング工具としての強度、靭性の点において、
チタン系が優れるため、強靭性コーティング工具にはチ
タン系が多く用いられる。
しかしながら、アルミナ系は化学的安定性、耐熱性に優
れることから、高速切削領域下で使用する場合、有用と
される被覆材料であることから、アルミナ系被覆工具に
おける強度、靭性を向上させることが1つの課題とされ
ている。
れることから、高速切削領域下で使用する場合、有用と
される被覆材料であることから、アルミナ系被覆工具に
おける強度、靭性を向上させることが1つの課題とされ
ている。
そこで、第1図に、従来のアルミナ膜表面構造の顕微鏡
写真を示す。
写真を示す。
通常CVD法等の気相成長法によってアルミナ膜を形成
させると、第1図からも明らかなようにアルミナ膜は粒
径数ミクロンの微細な結晶の集合体として形成され、そ
の表面は、粒子径に応じた凹凸が形成されている。
させると、第1図からも明らかなようにアルミナ膜は粒
径数ミクロンの微細な結晶の集合体として形成され、そ
の表面は、粒子径に応じた凹凸が形成されている。
また、時に、結晶粒子の異常成長によって十数ミクロン
の集合体が形成される場合もある。
の集合体が形成される場合もある。
このような凹凸部は、切削を行う際、被削材の切屑との
摩擦によって膜自体に局部的に応力が加わり、靭性を低
下させる要因となっていた。また、被削材が軟質である
と、凹凸部に切屑が溶着し、工具としての性能を低下さ
せる原因ともなっていた。
摩擦によって膜自体に局部的に応力が加わり、靭性を低
下させる要因となっていた。また、被削材が軟質である
と、凹凸部に切屑が溶着し、工具としての性能を低下さ
せる原因ともなっていた。
(発明の構成)
本発明者らは上記問題に対し、研究を行った結果、気相
成長法によって形成したアルミナ膜の表面を特定の膜厚
を残しつつ、研摩を行い表面を平滑することによって膜
自体の耐摩耗性を維持しつつ、強度、靭性を高めるとと
もに、切削時における刃先の欠損等を防止し得ることを
見出した。
成長法によって形成したアルミナ膜の表面を特定の膜厚
を残しつつ、研摩を行い表面を平滑することによって膜
自体の耐摩耗性を維持しつつ、強度、靭性を高めるとと
もに、切削時における刃先の欠損等を防止し得ることを
見出した。
即ち、本発明によれば、基体の少なくとも刃部を含む外
表面にアルミナ膜が形成されたコーティング工具におい
て、該アルミナ膜が0.5乃至5μm以上の膜厚を有す
るとともに、該膜の表面粗さが1μm以下であることを
特徴とするアルミナコーティング工具が提供される。
表面にアルミナ膜が形成されたコーティング工具におい
て、該アルミナ膜が0.5乃至5μm以上の膜厚を有す
るとともに、該膜の表面粗さが1μm以下であることを
特徴とするアルミナコーティング工具が提供される。
さらに本発明によれば、基体の外表面に気相成長法によ
りアルミナ膜を形成した後、アルミナ膜の少なくとも刃
部を含む表面を表面粗さ1μm以下、および厚膜0.5
乃至5μm以上に機械的研磨することを特徴とするアル
ミナコーティング工具の製造方法が提供される。
りアルミナ膜を形成した後、アルミナ膜の少なくとも刃
部を含む表面を表面粗さ1μm以下、および厚膜0.5
乃至5μm以上に機械的研磨することを特徴とするアル
ミナコーティング工具の製造方法が提供される。
以下、本発明を詳述する。
本発明によれば、アルミナ膜表面の表面粗さを1μm以
下・特に0.5μm以下に制御することが重要である。
下・特に0.5μm以下に制御することが重要である。
ここでの表面粗さとは最大高さ粗さくJISBO601
に基づく)である。この構成によって被削材の切屑と刃
部表面との抵抗が低減されるとともに局部的な外部応力
の発生を防止することができ・膜の欠損を低減すること
ができ、工具寿命を向上させることができる。
に基づく)である。この構成によって被削材の切屑と刃
部表面との抵抗が低減されるとともに局部的な外部応力
の発生を防止することができ・膜の欠損を低減すること
ができ、工具寿命を向上させることができる。
アルミナ膜の成膜時の表面は、成膜条件にもよるが膜厚
が小さい程平滑であるが所望の切削性能を得るためには
膜強度を大きくする必要があることから、アルミナ膜の
膜厚は0.5乃至5μm、特に1乃至3μmに制御すべ
きである。膜厚が0.5μm未満であるとアルミナの耐
摩耗性が十分に発揮されない。一方、5μmを超えると
、膜強度が不十分であり欠損しやすくなる。
が小さい程平滑であるが所望の切削性能を得るためには
膜強度を大きくする必要があることから、アルミナ膜の
膜厚は0.5乃至5μm、特に1乃至3μmに制御すべ
きである。膜厚が0.5μm未満であるとアルミナの耐
摩耗性が十分に発揮されない。一方、5μmを超えると
、膜強度が不十分であり欠損しやすくなる。
本発明において用いられる基体としては、それ自体ある
程度の機械的強度を必要とし、例えばWC。
程度の機械的強度を必要とし、例えばWC。
TiC,T1CN、TiN等の炭化物、炭窒化物を主体
とする超硬合金もしくはサーメット、あるいはジルコニ
ア、5iJ4+StC等の焼結体が挙げられる。特にア
ルミナ膜の切削性能の点から超硬合金が望ましい。
とする超硬合金もしくはサーメット、あるいはジルコニ
ア、5iJ4+StC等の焼結体が挙げられる。特にア
ルミナ膜の切削性能の点から超硬合金が望ましい。
特に、超硬合金の基体上にTic、T1CN等の炭化物
、炭窒化物をコーティングし、その上にアルミナをコー
ティングすることが望ましい。
、炭窒化物をコーティングし、その上にアルミナをコー
ティングすることが望ましい。
本発明のアルミナコーティング工具の製造方法によれば
、まず、前述した所望の基体上に公知の気相成長法、例
えば熱CVD、 RFプラズマCVD 、マイクロ波C
VD 、 ECRブラズ?CVD等(7)CVD法、イ
オンビーム法、スバフタ法等のPVD法等によってアル
ミナ膜を形成後、アルミナ膜を公知の機械的研摩、例え
ばバレル研摩、ホーニング処理によって、研摩処理し、
表面粗さを1μm以下、特に0.5μm以下に設定する
。第2図は、本発明による研摩後のアルミナ膜表面構造
の顕微鏡写真でありこの研摩処理に当たり、基体上に設
けられたアルミナ膜の結晶粒子径が重要である。
、まず、前述した所望の基体上に公知の気相成長法、例
えば熱CVD、 RFプラズマCVD 、マイクロ波C
VD 、 ECRブラズ?CVD等(7)CVD法、イ
オンビーム法、スバフタ法等のPVD法等によってアル
ミナ膜を形成後、アルミナ膜を公知の機械的研摩、例え
ばバレル研摩、ホーニング処理によって、研摩処理し、
表面粗さを1μm以下、特に0.5μm以下に設定する
。第2図は、本発明による研摩後のアルミナ膜表面構造
の顕微鏡写真でありこの研摩処理に当たり、基体上に設
けられたアルミナ膜の結晶粒子径が重要である。
後述する実施例2から明らかなように欠損率は結晶粒子
径に依存する。よって本発明によれば研摩処理によって
膜の靭性はいずれにしても向上するが特に0.1乃至3
.0μmの粒子径において、その効果は顕著である。
径に依存する。よって本発明によれば研摩処理によって
膜の靭性はいずれにしても向上するが特に0.1乃至3
.0μmの粒子径において、その効果は顕著である。
また・研摩処理後のアルミナ膜は前述した理由によって
0.5乃至5μm、特に1乃至3μmに設定される。
0.5乃至5μm、特に1乃至3μmに設定される。
さらに、研摩処理は、形成されたアルミナ膜の個々の結
晶粒子間に形成された谷間が消滅する程度で十分であり
、それ以上の研摩を行ってもアルミナ膜厚を減少させる
だけで耐摩耗性を劣化させる傾向にあるため望ましくな
い。
晶粒子間に形成された谷間が消滅する程度で十分であり
、それ以上の研摩を行ってもアルミナ膜厚を減少させる
だけで耐摩耗性を劣化させる傾向にあるため望ましくな
い。
本発明を次の例で説明する。
実施例
反応容器内に超硬合金基体を設置するとともに、基体を
1000℃に加熱し、そこへ11□、C)12およびT
iC1aの混合ガスを87:5:8の割合で導、入し、
基体表面に約6μmのTiCrrJを形成した。
1000℃に加熱し、そこへ11□、C)12およびT
iC1aの混合ガスを87:5:8の割合で導、入し、
基体表面に約6μmのTiCrrJを形成した。
次に、同じ容器内にH2,GO□およびAlCl3ガス
を45:45:10の容積比で導入するとともに基体を
1000℃に加熱し平均膜厚3μm結晶粒径2.3μm
のAlz(h Nを形成した。
を45:45:10の容積比で導入するとともに基体を
1000℃に加熱し平均膜厚3μm結晶粒径2.3μm
のAlz(h Nを形成した。
なお、この膜面の最大表面粗さは1.3μmであった。
得られたサンプルを市販のビータウオルターで刃先部
分のAlzO,膜面をホーニング研摩処理を行い、研摩
面の表面粗さの異なるサンプルを複数個製造した。
分のAlzO,膜面をホーニング研摩処理を行い、研摩
面の表面粗さの異なるサンプルを複数個製造した。
個々のサンプルに対し、下記切削条件にてフランク摩耗
量の測定を行った。
量の測定を行った。
チップ形状 TNMG332 (刃先ホーニングN
0.06mm)被削材 SCM435 切削速度 V・200m/min 送り f=0.3mm/rev切込み
d=2mm また、下記切削条件にて靭性テストとして欠損率を求め
た。欠損率は15秒間に刃先の欠損があった比率で表し
た。
0.06mm)被削材 SCM435 切削速度 V・200m/min 送り f=0.3mm/rev切込み
d=2mm また、下記切削条件にて靭性テストとして欠損率を求め
た。欠損率は15秒間に刃先の欠損があった比率で表し
た。
チップ形状 TNMG332
被削材 545C4本溝入り(溝幅5mm )切
削速度 V=100m/muin切込み d
=2mm 送り f=0.3mm/rev切削時間
15 (sec) 結果は第1表のl1hl〜5に示す。 さらにA1zO
i膜を7.0μm設け、研摩処理を行ったサンプルに同
様の切削テストを行った。結果を第1表N116に示す
。また、AlzOz膜の成膜条件を変え、結晶粒径が3
.5μmの膜を設け、研摩処理を行い、同様にテストを
行った。
削速度 V=100m/muin切込み d
=2mm 送り f=0.3mm/rev切削時間
15 (sec) 結果は第1表のl1hl〜5に示す。 さらにA1zO
i膜を7.0μm設け、研摩処理を行ったサンプルに同
様の切削テストを行った。結果を第1表N116に示す
。また、AlzOz膜の成膜条件を変え、結晶粒径が3
.5μmの膜を設け、研摩処理を行い、同様にテストを
行った。
結果を第1表に7に示す。
第1表から明らかなように、表面粗さが1μmを超える
サンプル阻1はフランク摩耗が少ない代わりに欠損率が
大きく、靭性が低いことがわかる。
サンプル阻1はフランク摩耗が少ない代わりに欠損率が
大きく、靭性が低いことがわかる。
これに対し、表面粗さが1μm以下の本発明のサンプル
徹2乃至4は、いずれも欠損率は40%以下にとどめる
ことができ、膜の靭性が向上したことを確認した。なお
、ホーニング研摩処理時間に応じ、膜厚が小さくなり、
フランク摩耗量が増大する傾向にあるため、ホーニング
研摩処理による研摩量を最小限に抑えるべきであること
がわかる。
徹2乃至4は、いずれも欠損率は40%以下にとどめる
ことができ、膜の靭性が向上したことを確認した。なお
、ホーニング研摩処理時間に応じ、膜厚が小さくなり、
フランク摩耗量が増大する傾向にあるため、ホーニング
研摩処理による研摩量を最小限に抑えるべきであること
がわかる。
よって膜厚が0.5μmを下回る(階5)と摩耗量が大
きくなるため、アルミナコーティングの効果がな(なる
。一方膜厚が5μmを超えても(阻6)欠損率が増大し
、結晶粒径が3μmを超えても(嵐7)、欠損率が増大
する。
きくなるため、アルミナコーティングの効果がな(なる
。一方膜厚が5μmを超えても(阻6)欠損率が増大し
、結晶粒径が3μmを超えても(嵐7)、欠損率が増大
する。
実施例2
次に実施例1において、アルミナ膜の成膜条件を変更し
、膜厚が3μmでアルミナの結晶粒子径が、0.1 μ
m未満、0.1〜1.0μrn 、1.0〜2.0μm
、 2.0〜3.0 μm 、3.0〜7.0
μm なる5種のサンプルを作成した。得られたサン
プルに対し、ホーニング処理を5秒間行った。
、膜厚が3μmでアルミナの結晶粒子径が、0.1 μ
m未満、0.1〜1.0μrn 、1.0〜2.0μm
、 2.0〜3.0 μm 、3.0〜7.0
μm なる5種のサンプルを作成した。得られたサン
プルに対し、ホーニング処理を5秒間行った。
これらのサンプルに対し、下記切削条件でテストを行い
実施例1と同様の方法で欠損率を求めた。
実施例1と同様の方法で欠損率を求めた。
チップ形状 TNMG332 (刃先ホーニング’!
0.06mm )被削材 SCM435 (4
本4入す)切削速度 V=120m/min 切込み d=2mm 送り f=0.3mm/rev切削時間
15秒 結果は第2表に示す。
0.06mm )被削材 SCM435 (4
本4入す)切削速度 V=120m/min 切込み d=2mm 送り f=0.3mm/rev切削時間
15秒 結果は第2表に示す。
第2表
第2表から、工具としての靭性の点からアルミナ結晶粒
径が0.1 μm以上、特にo、l乃至2.0μmのも
のが優れていることがわかった。
径が0.1 μm以上、特にo、l乃至2.0μmのも
のが優れていることがわかった。
(発明の効果)
以上、詳述した通り、本発明のアルミナコーティング工
具によれば、気相成長法により形成されたアルミナ膜表
面の凹凸を機械研摩によって、研摩することによって凹
凸に起因する膜の剥離、強度劣化、溶着を防止でき、長
寿命の耐摩耗性に優れた強靭性のアルミナコーティング
工具を提供することが可能となる。
具によれば、気相成長法により形成されたアルミナ膜表
面の凹凸を機械研摩によって、研摩することによって凹
凸に起因する膜の剥離、強度劣化、溶着を防止でき、長
寿命の耐摩耗性に優れた強靭性のアルミナコーティング
工具を提供することが可能となる。
第1図は従来のアルミナ膜表面構造の顕W1.鏡写真、
第2図は本発明による研摩後のアルミナ膜表面構造の顕
微鏡写真である。
第2図は本発明による研摩後のアルミナ膜表面構造の顕
微鏡写真である。
Claims (4)
- (1)基体の少なくとも刃部を含む外表面にアルミナ膜
が形成されたコーティング工具において、該アルミナ膜
が0.5乃至5μmの膜厚を有するとともに、該膜の表
面粗さが1μm以下であることを特徴とするアルミナコ
ーティング工具。 - (2)前記アルミナ膜の結晶粒径が0.1乃至3.0μ
mである特許請求の範囲第1項記載のアルミナコーティ
ング工具。 - (3)基体の外表面に気相成長法によりアルミナ膜を形
成した後、アルミナ膜の少なくとも刃部を含む表面を表
面粗さ1μm以下、および厚膜0.5乃至5μmに機械
的研摩することを特徴とするアルミナコーティング工具
の製造方法。 - (4)前記アルミナ膜の結晶粒径が0.1乃至3.0μ
mである特許請求の範囲第3項記載のアルミナコーティ
ング工具の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61075271A JPH0818163B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | アルミナコ−テイング工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61075271A JPH0818163B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | アルミナコ−テイング工具およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62228305A true JPS62228305A (ja) | 1987-10-07 |
JPH0818163B2 JPH0818163B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=13571399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61075271A Expired - Fee Related JPH0818163B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | アルミナコ−テイング工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0818163B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6416302A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-19 | Sumitomo Electric Industries | Coated cemented carbide tool |
JP2006307318A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Kobe Steel Ltd | αアルミナ層形成部材の製法および表面処理法 |
WO2012153438A1 (ja) | 2011-05-10 | 2012-11-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
CN106536102A (zh) * | 2014-05-30 | 2017-03-22 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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