JPS62270775A - アルミナ被覆窒化ケイ素部材 - Google Patents
アルミナ被覆窒化ケイ素部材Info
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- JPS62270775A JPS62270775A JP11314886A JP11314886A JPS62270775A JP S62270775 A JPS62270775 A JP S62270775A JP 11314886 A JP11314886 A JP 11314886A JP 11314886 A JP11314886 A JP 11314886A JP S62270775 A JPS62270775 A JP S62270775A
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Landscapes
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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】
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、切削工具の切削バイト用材料として有用なア
ルミナ被覆窒化ケイ素部材に関する。
ルミナ被覆窒化ケイ素部材に関する。
従来から鋳物等の高速切削加工に用いる切削バラと称す
る)が一般に使用されてきたが、靭性に劣る欠点があっ
た。
る)が一般に使用されてきたが、靭性に劣る欠点があっ
た。
そこで最近では、セラミックの中でも特に靭性の高い窒
化ケイ素(Si N )焼結体が思上うに代る切削バイ
ト用材料として期待されている。しかし、窒化ケイ素焼
結体はビッカース硬度が1500〜1700kg/kr
sと黒セラに比較して柔らかいので、実際に鋳物の高速
切削バイトとして使用すると耐摩耗性が黒セラよりも劣
ることになり、切削バイトとしての用途は極めて限られ
たものであった。
化ケイ素(Si N )焼結体が思上うに代る切削バイ
ト用材料として期待されている。しかし、窒化ケイ素焼
結体はビッカース硬度が1500〜1700kg/kr
sと黒セラに比較して柔らかいので、実際に鋳物の高速
切削バイトとして使用すると耐摩耗性が黒セラよりも劣
ることになり、切削バイトとしての用途は極めて限られ
たものであった。
この窒化ケイ素焼結体の欠点を補なうために、靭性に富
む窒化ケイ素焼結体ひ母材とし、この母材表面に耐摩耗
性に優れたアルミナ(AIO)の薄膜を被覆したアルミ
ナ被覆窒化ケイ素部材が提案されている(特公昭59−
13475号公報参照)。
む窒化ケイ素焼結体ひ母材とし、この母材表面に耐摩耗
性に優れたアルミナ(AIO)の薄膜を被覆したアルミ
ナ被覆窒化ケイ素部材が提案されている(特公昭59−
13475号公報参照)。
しかし、このアルミナ被覆窒化ケイ素部材においても、
表面のアルミナ層は約1000 tZ’での化学蒸着(
C!VD )法により形成するので、母材である窒化ケ
イ素焼結体との間に化学結合が存在せず、て、アルミナ
層の膜厚は高々3μmが限界で寿命に問題があり、これ
よりも厚くすると切削加工の初期でアルミナ層が剥離す
る大きな欠点があった。
表面のアルミナ層は約1000 tZ’での化学蒸着(
C!VD )法により形成するので、母材である窒化ケ
イ素焼結体との間に化学結合が存在せず、て、アルミナ
層の膜厚は高々3μmが限界で寿命に問題があり、これ
よりも厚くすると切削加工の初期でアルミナ層が剥離す
る大きな欠点があった。
アルミナ層の母材との接着強度を更に高めるためには、
化学蒸着の処理温度ひ上昇させればよいと一般に考えら
れるが、1000C以上の高温で使用できる化学蒸着装
置は複雑で高価な設備となる為、現在では工業的に製造
困難である。
化学蒸着の処理温度ひ上昇させればよいと一般に考えら
れるが、1000C以上の高温で使用できる化学蒸着装
置は複雑で高価な設備となる為、現在では工業的に製造
困難である。
本発明は、窒化ケイ素焼結体の母材表面にアルミナ層ひ
高い接着強度で形成した切削バイト用材料として好適な
、アルミナ被覆窒化ケイ素部材を提供することを目的と
する。
高い接着強度で形成した切削バイト用材料として好適な
、アルミナ被覆窒化ケイ素部材を提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のアルミナ被覆窒化ケイ素部材は、窒化ケイ素(
Si N )を主成分とし0.1〜30重量%の酸化ジ
ルコニウム(ZrO)を含有する焼結体母材と、該焼結
体母材の表面を被覆し、0.1〜10重量%のチタン(
T1)、ジルコニウム(zr)、ハフニウム(Hf)及
びケイ素(Sl)の少なくとも一種を含有した膜厚1〜
30μmのアルミナ(AIO)層と、該アルミナ層と上
記焼結体母材との間に形成したケイ素又はチタンの炭化
物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる膜厚
0.1〜10μmの中間層とを具えている。
Si N )を主成分とし0.1〜30重量%の酸化ジ
ルコニウム(ZrO)を含有する焼結体母材と、該焼結
体母材の表面を被覆し、0.1〜10重量%のチタン(
T1)、ジルコニウム(zr)、ハフニウム(Hf)及
びケイ素(Sl)の少なくとも一種を含有した膜厚1〜
30μmのアルミナ(AIO)層と、該アルミナ層と上
記焼結体母材との間に形成したケイ素又はチタンの炭化
物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる膜厚
0.1〜10μmの中間層とを具えている。
酸化ジルコニウムを含有する窒化ケイ素焼結体は、酸化
イツ) IJウム等の焼結助剤を用いて通常の粉末冶金
法により製造することができる。
イツ) IJウム等の焼結助剤を用いて通常の粉末冶金
法により製造することができる。
アルミナ層の形成は化学蒸着法により、例えばAtct
3とCO□及びN2に、必要なT1Cl 、、ZrCl
4、Hf01 又は51C14を混合したガスを使用し
、約1000Cで気相反応させることにより形成する。
3とCO□及びN2に、必要なT1Cl 、、ZrCl
4、Hf01 又は51C14を混合したガスを使用し
、約1000Cで気相反応させることにより形成する。
また、中間層としてはSi(!、 Si N 5TiC
及びT1CN。
及びT1CN。
TiNがあり、これらの形成も化学蒸着法によって例え
ば51ct 及び/又はTiC7と炭化水素又はN1H
2等を含むガスの約1ooocでの気相反応により形成
できる。
ば51ct 及び/又はTiC7と炭化水素又はN1H
2等を含むガスの約1ooocでの気相反応により形成
できる。
本発明においては、チタン及び/又は欠イ素の炭化物、
窒化物及び/又は炭窒化物からなる中間層を使用するこ
とによって、窒化ケイ素焼結体母材に含有される酸化ジ
ルコニウムと中間層の間、及び中間層とアルミナ層中の
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ素との間に夫
々化学結合が形成され、強固な接着が達成される。
窒化物及び/又は炭窒化物からなる中間層を使用するこ
とによって、窒化ケイ素焼結体母材に含有される酸化ジ
ルコニウムと中間層の間、及び中間層とアルミナ層中の
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ素との間に夫
々化学結合が形成され、強固な接着が達成される。
窒化ティ素焼結体に含有される酸化ジルコニウムの量は
0@1〜30重量%であり、含有量がこの範囲より少な
いと酸化ジルコニウム含有による接着強度の向上が期待
できず、含有量がこの範囲を超えると焼結体母材の耐衝
撃性が低下する。
0@1〜30重量%であり、含有量がこの範囲より少な
いと酸化ジルコニウム含有による接着強度の向上が期待
できず、含有量がこの範囲を超えると焼結体母材の耐衝
撃性が低下する。
アルミナ層に含まれるチタン、ジルコニウム、ハフニウ
ムまたはケイ素は酸化物の形で存在するのが好ましく、
その含有量が0.1重量%未満ではこれらの添加による
接着強度向上の効果がなく、10重量%含有を超えると
アルミナ店自体の硬度が不足するために切削工具として
満足すべき耐摩耗性が得られない。又、アルミナ層が上
記添加物を含有したとしても、その膜厚が1μm未満で
は充分な接着強度が得られず、30μmを超えるとアル
ミナ層が切削中に剥離しやすくなる。
ムまたはケイ素は酸化物の形で存在するのが好ましく、
その含有量が0.1重量%未満ではこれらの添加による
接着強度向上の効果がなく、10重量%含有を超えると
アルミナ店自体の硬度が不足するために切削工具として
満足すべき耐摩耗性が得られない。又、アルミナ層が上
記添加物を含有したとしても、その膜厚が1μm未満で
は充分な接着強度が得られず、30μmを超えるとアル
ミナ層が切削中に剥離しやすくなる。
アルミナ層と焼結体母材との間に形成したケイ素または
チタンの炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種
からなる中間層は、膜厚が0.1μm未満では中間層に
よる接着強度の向上効果がみられず、逆に10μmを超
えると切削中に被覆層全体が剥離しやすくなる。
チタンの炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種
からなる中間層は、膜厚が0.1μm未満では中間層に
よる接着強度の向上効果がみられず、逆に10μmを超
えると切削中に被覆層全体が剥離しやすくなる。
〔実施例〕
実施例l
5iN85重量%、YO5重量%及びZrO10重量%
からなる切削バイトの形状に加工した窒化ケイ素焼結体
(型番5NGN 120408) 1050個を準備し
た。
からなる切削バイトの形状に加工した窒化ケイ素焼結体
(型番5NGN 120408) 1050個を準備し
た。
この焼結体のうち600個を順次通常の化学蒸着装置内
に保持して10001:’に加熱しながら、5容量%の
T101 、5容量%のN及び残部のN2からなるガス
を供給し、各焼結体母材の表面に膜厚的0.5μmのT
iN中間層を形成した。
に保持して10001:’に加熱しながら、5容量%の
T101 、5容量%のN及び残部のN2からなるガス
を供給し、各焼結体母材の表面に膜厚的0.5μmのT
iN中間層を形成した。
次に、このTiN中間層を形成した焼結体母材を150
個づつ4グループに分け、化学蒸着装置内に順次保持し
て1000 Cに加熱し、各グループ毎に3容量%のA
tct 、 1容量%のC010,5容量%の(a)
Tic!j s (b)ZrC!/ s (c)HfO
l 、(d)SiCj 及び残部のHからなる4種の
ガスを20 torrで10時間供給して、TiN中間
層上に夫々約5μmのアルミナ層を形成した4種類のサ
ンプルを得た。
個づつ4グループに分け、化学蒸着装置内に順次保持し
て1000 Cに加熱し、各グループ毎に3容量%のA
tct 、 1容量%のC010,5容量%の(a)
Tic!j s (b)ZrC!/ s (c)HfO
l 、(d)SiCj 及び残部のHからなる4種の
ガスを20 torrで10時間供給して、TiN中間
層上に夫々約5μmのアルミナ層を形成した4種類のサ
ンプルを得た。
各アルミナ層をオージェ分光法で分析したところ、平均
して(a) T12.3重量%、(b)Zr1.6重量
%、(c)Hf2.0重量%及び(a) slo、 8
重量%を夫々含有していた。
して(a) T12.3重量%、(b)Zr1.6重量
%、(c)Hf2.0重量%及び(a) slo、 8
重量%を夫々含有していた。
上記の焼結体母材の残り450個ご150個づつ3グル
ープに分け、比較例として(e)中間層を形成せずに同
様の条件(但し、T1Cl 、 ZrCl 5HtOA
。
ープに分け、比較例として(e)中間層を形成せずに同
様の条件(但し、T1Cl 、 ZrCl 5HtOA
。
s1at を添加せず)でアルミナ層約5μmを形成し
たもの、(f)同様にアルミナ層約1μmを形成したも
の、及び(g)中間層及びアルミナ層を未被覆のものと
した。
たもの、(f)同様にアルミナ層約1μmを形成したも
の、及び(g)中間層及びアルミナ層を未被覆のものと
した。
各サンプル(a)〜(g)の切削バイトについて、下記
ノ条件で切削テストを行なった。
ノ条件で切削テストを行なった。
被削材 :FC!25(鋳物)
切削速度 : 600 m/min
送 リ : 0.36flWj/rev切
り込み:2.Q− ホルダー:FNllR−44A 切削剤;水溶性 下記第1表に切削テストでの7ランク摩耗量(朋/切削
時間min )の平均値を使用した切削バイトの構成と
共に要約して示した。
り込み:2.Q− ホルダー:FNllR−44A 切削剤;水溶性 下記第1表に切削テストでの7ランク摩耗量(朋/切削
時間min )の平均値を使用した切削バイトの構成と
共に要約して示した。
第 1 表
! 中間層 アルミナ層 フランク摩耗量本発明
膜厚5μm (a) TiN T12.3% 0.2417
111730 m1n(b) tt Zr 1
.6% 0.28 //(C)〃Hf2.0%
0.30 tt(d) tt Si0.
8% 0.32 tt比較例 (e) なし 膜厚5μm 0.50 ”/
5 m1n(f)〃 膜厚1μm 0.36m
Tn710 min(g)〃 なし 0.60
朋15m1n本発明のサンプルはアルミナ層の膜厚が5
μmと厚いにもかかわらず、剥離がなく耐摩耗性も侵れ
ていた。サンプル(e)は切削開始後3分14秒でアル
ミナ層と中間層が一部で剥離した。
膜厚5μm (a) TiN T12.3% 0.2417
111730 m1n(b) tt Zr 1
.6% 0.28 //(C)〃Hf2.0%
0.30 tt(d) tt Si0.
8% 0.32 tt比較例 (e) なし 膜厚5μm 0.50 ”/
5 m1n(f)〃 膜厚1μm 0.36m
Tn710 min(g)〃 なし 0.60
朋15m1n本発明のサンプルはアルミナ層の膜厚が5
μmと厚いにもかかわらず、剥離がなく耐摩耗性も侵れ
ていた。サンプル(e)は切削開始後3分14秒でアル
ミナ層と中間層が一部で剥離した。
実施例2
A!010重量%、YOo、5重量%、ZrOO〜40
重量%及び残部Si N からなる切削バイトの形状
に加工した窒化ケイ素焼結体に、実施例1と同様にして
、数種の膜厚の炭窒化チタンTlCN中間層を夫々形成
し、その上に2.3重量%のTiを含む膜厚約1μmの
アルミナ層を形成した。各サンプルについて、実施例1
と同様に切削テスト企実施し、フランク摩耗量(m領削
時間min )の平均値を第2表にZrO含有量及びT
1CN中間層の膜厚と共に示した。
重量%及び残部Si N からなる切削バイトの形状
に加工した窒化ケイ素焼結体に、実施例1と同様にして
、数種の膜厚の炭窒化チタンTlCN中間層を夫々形成
し、その上に2.3重量%のTiを含む膜厚約1μmの
アルミナ層を形成した。各サンプルについて、実施例1
と同様に切削テスト企実施し、フランク摩耗量(m領削
時間min )の平均値を第2表にZrO含有量及びT
1CN中間層の膜厚と共に示した。
第 2 表
A ZrO含有量 TioN層 フランク摩耗量(h
)0(重量%)0.5(μm) 0.55 mm73
0 m1n(i) 15 //
0.29 //(j) 25
/l O,33tt(k) 40
// 欠損/16m1n(1) 1
5 0.1 0.471!m/30m
in(m) a s O
,40//(n) ” 10
o、4B 〃(o) s 15
欠損78m1n本発明外のサンプルである(h
)、(k)、(o)は被覆層の剥離などの欠損が発生し
やすかったり、耐摩能性が不充分であった。
)0(重量%)0.5(μm) 0.55 mm73
0 m1n(i) 15 //
0.29 //(j) 25
/l O,33tt(k) 40
// 欠損/16m1n(1) 1
5 0.1 0.471!m/30m
in(m) a s O
,40//(n) ” 10
o、4B 〃(o) s 15
欠損78m1n本発明外のサンプルである(h
)、(k)、(o)は被覆層の剥離などの欠損が発生し
やすかったり、耐摩能性が不充分であった。
(発明の効果〕
本発明によれば、高靭性の窒化ケイ素焼結体の母材表面
に耐摩耗性に富むアルミナ層を高い接着強度でしかも厚
く形成することができるので、切削バイト用材料として
好適なアルミナ被覆窒化ケイ素部材を提供することが可
能となった。
に耐摩耗性に富むアルミナ層を高い接着強度でしかも厚
く形成することができるので、切削バイト用材料として
好適なアルミナ被覆窒化ケイ素部材を提供することが可
能となった。
手続補正書(自発)
昭和62年2月20日
昭和61 年 特 許 願yx 113148号2、発
明の名称 アルミナ被覆窒化ケイ素部材3、 補正をす
る者 事件との関係 出 願 人 氏 名(名称)(213)住友電気工業株式会社4、代
理人 6、 補正tこより増加する発明の数 (1)明細書中、第10頁第13行目と第14行目の間
に次の文章を挿入する◇ 「 実施例3 A403重量%、YO4重ft%、Zr0 4重量%及
び残部Si N からなる窒化ケイ素焼結体を、SN
GN120408に加工して、膜厚が0.1μm、0.
2μm、0.5μrn、 5μm115μmの炭窒化チ
タンT1CNを、1000Cで5容量%Ticl、 5
容量%CH。
明の名称 アルミナ被覆窒化ケイ素部材3、 補正をす
る者 事件との関係 出 願 人 氏 名(名称)(213)住友電気工業株式会社4、代
理人 6、 補正tこより増加する発明の数 (1)明細書中、第10頁第13行目と第14行目の間
に次の文章を挿入する◇ 「 実施例3 A403重量%、YO4重ft%、Zr0 4重量%及
び残部Si N からなる窒化ケイ素焼結体を、SN
GN120408に加工して、膜厚が0.1μm、0.
2μm、0.5μrn、 5μm115μmの炭窒化チ
タンT1CNを、1000Cで5容量%Ticl、 5
容量%CH。
30容量%N 1残Hの混合ガス中、40 torrで
各0.5〜3時間保持して被覆して形成し、その表面ニ
更G: 1000 ′cテ5容量%klol 、1容
i%Tiol。
各0.5〜3時間保持して被覆して形成し、その表面ニ
更G: 1000 ′cテ5容量%klol 、1容
i%Tiol。
5容量%CO、残Hの混合ガスを40 torrで3時
間保持して、約1μmのAtO層を形成した。
間保持して、約1μmのAtO層を形成した。
このAlO層をオージェ分析したところ0.5重量%の
T1が含有されていた。
T1が含有されていた。
各サンプルについて実施例1と同様の切削テストを行な
った。
った。
その結果を第3表に示T。
第 3 表
Claims (1)
- (1)窒化ケイ素を主成分とし0.1〜30重量%の酸
化ジルコニウムを含有する焼結体母材と、該焼結体母材
の表面を被覆し、0.1〜10重量%のチタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム及びケイ素の少なくとも一種を含有
した膜厚1〜30μmのアルミナ層と、該アルミナ層と
前記焼結体母材との間に形成したケイ素又はチタンの炭
化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種からなる膜
厚0.1〜10μmの中間層とを具えたアルミナ被覆窒
化ケイ素部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11314886A JPH0733578B2 (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | アルミナ被覆窒化ケイ素部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11314886A JPH0733578B2 (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | アルミナ被覆窒化ケイ素部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62270775A true JPS62270775A (ja) | 1987-11-25 |
JPH0733578B2 JPH0733578B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=14604781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11314886A Expired - Lifetime JPH0733578B2 (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | アルミナ被覆窒化ケイ素部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0733578B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63192869A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-08-10 | バレナイト・インコーポレイテッド | 耐摩耗性物品 |
JP2006289557A (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
JP2009172748A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
JP2011527382A (ja) * | 2008-07-11 | 2011-10-27 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | コーティング工程及びタービンコンポーネントのための腐食保護コーティング |
-
1986
- 1986-05-16 JP JP11314886A patent/JPH0733578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63192869A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-08-10 | バレナイト・インコーポレイテッド | 耐摩耗性物品 |
JP2006289557A (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
JP4645983B2 (ja) * | 2005-04-12 | 2011-03-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
JP2009172748A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
JP2011527382A (ja) * | 2008-07-11 | 2011-10-27 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | コーティング工程及びタービンコンポーネントのための腐食保護コーティング |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0733578B2 (ja) | 1995-04-12 |
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