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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- 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 |
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