JP2000017423A - 高靱性硬質積層皮膜被覆工具 - Google Patents
高靱性硬質積層皮膜被覆工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質皮膜の耐磨耗性を損なうことなく靱性を
向上させ、且つ耐熱性が維持された高靱性硬質積層皮膜
被覆工具を提供する。 【解決手段】 基体３２の表面に、平均層厚が0.01〜0.
40μm のＴｉ( ＮX Ｃ1- X ) ( 但し、0.50≦Ｘ≦1.00)
の組成で示される内側層３４と、平均層厚が0.01〜0.40
μm の (ＡｌY Ｔｉ1-Y ) (ＮZ Ｃ1-Z ) ( 但し、0.20
≦Ｙ≦0.80、0.50≦Ｚ≦1.00) の組成で示される外側層
３６とを、交互に繰り返し積層して高靱性硬質積層皮膜
３８を設けるとともに、その積層皮膜３８の全体の平均
膜厚Ｄ1 を0.50〜10.0μm とした。
向上させ、且つ耐熱性が維持された高靱性硬質積層皮膜
被覆工具を提供する。 【解決手段】 基体３２の表面に、平均層厚が0.01〜0.
40μm のＴｉ( ＮX Ｃ1- X ) ( 但し、0.50≦Ｘ≦1.00)
の組成で示される内側層３４と、平均層厚が0.01〜0.40
μm の (ＡｌY Ｔｉ1-Y ) (ＮZ Ｃ1-Z ) ( 但し、0.20
≦Ｙ≦0.80、0.50≦Ｚ≦1.00) の組成で示される外側層
３６とを、交互に繰り返し積層して高靱性硬質積層皮膜
３８を設けるとともに、その積層皮膜３８の全体の平均
膜厚Ｄ1 を0.50〜10.0μm とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速度工具鋼、超
硬合金、サーメットまたはＣＢＮ焼結体などを母材の材
質とする工具に高靱性の硬質積層皮膜コーティングを施
した高靱性硬質積層皮膜被覆工具に関するものである。
硬合金、サーメットまたはＣＢＮ焼結体などを母材の材
質とする工具に高靱性の硬質積層皮膜コーティングを施
した高靱性硬質積層皮膜被覆工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高速度工具鋼、超硬合金、サーメ
ット、ＣＢＮ焼結体などを使った工具の耐磨耗性向上な
どを目的として、工具基材表面にＴｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚ
ｒなどの窒化物、炭化物、及び炭窒化物の硬質皮膜を物
理蒸着法（ＰＶＤ法）や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などを
用いて、0.50〜10.0μm の平均膜厚で被覆することが行
われていた。また、近年、切削速度の高速化に伴い、硬
質皮膜の耐酸化性の向上を目的として、超硬合金にＡｌ
ＴｉＮやＡｌＴｉＣＮなどの硬質皮膜をＰＶＤ法で被覆
した工具が使われるようになり、例えば、特公平４−５
３６４２号公報には、ＡｌとＴｉの複合炭化物固溶体、
複合窒化物固溶体、及び複合炭窒化物固溶体を0.50〜1
0.0μm の厚さで形成することが記載されている。ま
た、特公平５−６７７０５号公報には、皮膜の耐熱性を
更に高める目的で、Ａｌの存在割合が56％以上、75％以
下の化学組成から成る耐磨耗性皮膜を、0.80〜10.0μm
の膜厚で形成することが記載されている。更に、特開平
７−９７６７９号公報には、チタンリッチとアルミニウ
ムリッチのＡｌＴｉＮ超薄膜を、0.50〜20.0nmの繰り返
し周期で積層し、積層体の全体組成として化学量論的に
アルミニウムリッチなるものとし、全体の膜厚を0.50〜
10.0μm とした高硬度の超薄膜積層体を形成することが
記載されている。
ット、ＣＢＮ焼結体などを使った工具の耐磨耗性向上な
どを目的として、工具基材表面にＴｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚ
ｒなどの窒化物、炭化物、及び炭窒化物の硬質皮膜を物
理蒸着法（ＰＶＤ法）や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などを
用いて、0.50〜10.0μm の平均膜厚で被覆することが行
われていた。また、近年、切削速度の高速化に伴い、硬
質皮膜の耐酸化性の向上を目的として、超硬合金にＡｌ
ＴｉＮやＡｌＴｉＣＮなどの硬質皮膜をＰＶＤ法で被覆
した工具が使われるようになり、例えば、特公平４−５
３６４２号公報には、ＡｌとＴｉの複合炭化物固溶体、
複合窒化物固溶体、及び複合炭窒化物固溶体を0.50〜1
0.0μm の厚さで形成することが記載されている。ま
た、特公平５−６７７０５号公報には、皮膜の耐熱性を
更に高める目的で、Ａｌの存在割合が56％以上、75％以
下の化学組成から成る耐磨耗性皮膜を、0.80〜10.0μm
の膜厚で形成することが記載されている。更に、特開平
７−９７６７９号公報には、チタンリッチとアルミニウ
ムリッチのＡｌＴｉＮ超薄膜を、0.50〜20.0nmの繰り返
し周期で積層し、積層体の全体組成として化学量論的に
アルミニウムリッチなるものとし、全体の膜厚を0.50〜
10.0μm とした高硬度の超薄膜積層体を形成することが
記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、切削
加工は高速化され、被削材も高硬度化が進んでいるが、
このような用途で硬質皮膜被覆工具を使用すると、皮膜
は磨耗せずに微小に欠けることが多かった。特に、アル
ミニウムリッチなるＡｌＴｉＮ皮膜の場合、皮膜硬さが
２６００Ｈｖ以上となるので非常に欠け易い。このた
め、本来の耐磨耗性が発揮されなかった。これは、皮膜
が単層や複層、更に前述の超薄膜積層体であっても同様
であり、皮膜が硬くなればなるほど、切削中に皮膜に微
小な欠けが発生し本来の耐磨耗性が発揮できなかった。
加工は高速化され、被削材も高硬度化が進んでいるが、
このような用途で硬質皮膜被覆工具を使用すると、皮膜
は磨耗せずに微小に欠けることが多かった。特に、アル
ミニウムリッチなるＡｌＴｉＮ皮膜の場合、皮膜硬さが
２６００Ｈｖ以上となるので非常に欠け易い。このた
め、本来の耐磨耗性が発揮されなかった。これは、皮膜
が単層や複層、更に前述の超薄膜積層体であっても同様
であり、皮膜が硬くなればなるほど、切削中に皮膜に微
小な欠けが発生し本来の耐磨耗性が発揮できなかった。
【０００４】本発明は以上のような事情を背景として為
されたもので、その目的とするところは、硬質皮膜の耐
磨耗性を損なうことなく靱性を向上させ、且つ耐熱性が
維持された高靱性硬質積層皮膜被覆工具を提供すること
にある。
されたもので、その目的とするところは、硬質皮膜の耐
磨耗性を損なうことなく靱性を向上させ、且つ耐熱性が
維持された高靱性硬質積層皮膜被覆工具を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明は、平均層厚が0.01〜0.40μm のＴｉ(Ｎ
X Ｃ1-X ) ( 但し、0.50≦Ｘ≦1.00) の組成で示される
第１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.40μm の (ＡｌY Ｔ
ｉ1-Y ) (ＮZ Ｃ1-Z ) ( 但し、0.20≦Ｙ≦0.80、0.50
≦Ｚ≦1.00) の組成で示される第２皮膜層とが、基体の
表面に交互に繰り返して積層された高靱性硬質積層皮膜
被覆工具であって、積層皮膜全体の平均膜厚が0.50〜1
0.0μm であることを特徴とする。
に、第１発明は、平均層厚が0.01〜0.40μm のＴｉ(Ｎ
X Ｃ1-X ) ( 但し、0.50≦Ｘ≦1.00) の組成で示される
第１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.40μm の (ＡｌY Ｔ
ｉ1-Y ) (ＮZ Ｃ1-Z ) ( 但し、0.20≦Ｙ≦0.80、0.50
≦Ｚ≦1.00) の組成で示される第２皮膜層とが、基体の
表面に交互に繰り返して積層された高靱性硬質積層皮膜
被覆工具であって、積層皮膜全体の平均膜厚が0.50〜1
0.0μm であることを特徴とする。
【０００６】第２発明は、平均層厚が0.01〜0.40μm の
Ｔｉ( ＮS Ｃ1-S ) ( 但し、0.50≦Ｓ≦1.00) の組成で
示される第１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.20μm の
(Ａｌ T Ｔｉ1-T )(ＮU Ｃ1-U ) ( 但し、0.20≦Ｔ＜0.5
0、0.50≦Ｕ≦1.00) の組成で示される中間皮膜層と、
平均層厚が0.01〜0.40μm の (ＡｌV Ｔｉ1-V ) (ＮW
Ｃ1-W ) (但し、0.50＜Ｖ≦0.80、0.50≦Ｗ≦1.00) の
組成で示される第２皮膜層とが、基体の表面に繰り返し
て積層された高靱性硬質積層皮膜被覆工具であって、前
記第１皮膜層と前記第２皮膜層との間には常に前記中間
皮膜層が介在するように積層されているとともに、積層
皮膜全体の平均膜厚が0.50〜10.0μm であることを特徴
とする。
Ｔｉ( ＮS Ｃ1-S ) ( 但し、0.50≦Ｓ≦1.00) の組成で
示される第１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.20μm の
(Ａｌ T Ｔｉ1-T )(ＮU Ｃ1-U ) ( 但し、0.20≦Ｔ＜0.5
0、0.50≦Ｕ≦1.00) の組成で示される中間皮膜層と、
平均層厚が0.01〜0.40μm の (ＡｌV Ｔｉ1-V ) (ＮW
Ｃ1-W ) (但し、0.50＜Ｖ≦0.80、0.50≦Ｗ≦1.00) の
組成で示される第２皮膜層とが、基体の表面に繰り返し
て積層された高靱性硬質積層皮膜被覆工具であって、前
記第１皮膜層と前記第２皮膜層との間には常に前記中間
皮膜層が介在するように積層されているとともに、積層
皮膜全体の平均膜厚が0.50〜10.0μm であることを特徴
とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の高靱性硬質積層皮膜は、
イオンプレーティング法やスパッタリング法等に代表さ
れる物理蒸着法（ＰＶＤ法）や、プラズマＣＶＤ、熱Ｃ
ＶＤ等に代表される化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形
成される。これらのうち、イオンプレーティング法によ
って行う場合について説明すると、処理炉内でイオン化
した金属成分をＮ2 雰囲気またはＮ2 ＋ＣＨ4 雰囲気中
で反応させる。カソードとしては、目的組成そのものか
ら成るＡｌY Ｔｉ1-Y およびＴｉ（第１発明）、または
ＡｌT Ｔｉ1-T 、ＡｌV Ｔｉ1-V およびＴｉ（第２発
明）をターゲットとし、それらの２種類または３種類の
ターゲットを交互に使用することによって、高靱性硬質
積層皮膜が得られる。
イオンプレーティング法やスパッタリング法等に代表さ
れる物理蒸着法（ＰＶＤ法）や、プラズマＣＶＤ、熱Ｃ
ＶＤ等に代表される化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形
成される。これらのうち、イオンプレーティング法によ
って行う場合について説明すると、処理炉内でイオン化
した金属成分をＮ2 雰囲気またはＮ2 ＋ＣＨ4 雰囲気中
で反応させる。カソードとしては、目的組成そのものか
ら成るＡｌY Ｔｉ1-Y およびＴｉ（第１発明）、または
ＡｌT Ｔｉ1-T 、ＡｌV Ｔｉ1-V およびＴｉ（第２発
明）をターゲットとし、それらの２種類または３種類の
ターゲットを交互に使用することによって、高靱性硬質
積層皮膜が得られる。
【０００８】基体材料としては、高速度工具鋼、超硬合
金、サーメット、ＣＢＮ焼結体など種々の工具材料を採
用できる。第１発明では、第１皮膜層および第２皮膜層
は、アルミニウムを含む第２皮膜層を外側とし、アルミ
ニウムを含まない第１皮膜層を内側すなわち基体側とし
て、交互に積層することが望ましい。また、第２発明で
は、アルミニウムを含む第２および中間皮膜層を外側と
し、アルミニウムを含まない第１皮膜層を内側すなわち
基体側として、繰り返して積層することが望ましい。
金、サーメット、ＣＢＮ焼結体など種々の工具材料を採
用できる。第１発明では、第１皮膜層および第２皮膜層
は、アルミニウムを含む第２皮膜層を外側とし、アルミ
ニウムを含まない第１皮膜層を内側すなわち基体側とし
て、交互に積層することが望ましい。また、第２発明で
は、アルミニウムを含む第２および中間皮膜層を外側と
し、アルミニウムを含まない第１皮膜層を内側すなわち
基体側として、繰り返して積層することが望ましい。
【０００９】ここで、第１皮膜層および第２皮膜層の層
厚を0.01〜0.40μm に制限したのは、アルミニウムを含
まないため硬さが低くなる第１皮膜層の層厚が0.01μm
未満では切削加工時に積層皮膜が受ける衝撃を吸収でき
ず、0.40μm を超えると、積層皮膜全体の耐磨耗性およ
び耐熱性が低下する。アルミニウムを含むため硬さが高
くなる第２皮膜層の層厚が0.01μm 未満では十分な耐磨
耗性および耐熱性が得られず、0.40μm を超えると、上
下に衝撃を吸収する層があっても皮膜層の欠けが避けら
れないからである。
厚を0.01〜0.40μm に制限したのは、アルミニウムを含
まないため硬さが低くなる第１皮膜層の層厚が0.01μm
未満では切削加工時に積層皮膜が受ける衝撃を吸収でき
ず、0.40μm を超えると、積層皮膜全体の耐磨耗性およ
び耐熱性が低下する。アルミニウムを含むため硬さが高
くなる第２皮膜層の層厚が0.01μm 未満では十分な耐磨
耗性および耐熱性が得られず、0.40μm を超えると、上
下に衝撃を吸収する層があっても皮膜層の欠けが避けら
れないからである。
【００１０】また、連続して積層する皮膜層の成分が違
い過ぎると、皮膜層同士の界面で欠けが発生して衝撃を
吸収できなくなるので、第２発明のようにアルミニウム
の含有量が少ない中間皮膜層を介在させると積層皮膜全
体の靱性が向上する。中間皮膜層の硬さは上下の層の中
間となるため、膜厚が0.01μm 未満では衝撃を吸収でき
ず、膜厚が0.20μm を超えると皮膜の耐磨耗性および耐
熱性が低下する。なお、連続して積層される中間皮膜
層、第２皮膜層、および中間皮膜層の合計の平均層厚
は、欠けを防止する上で0.50μm 程度以下であることが
望ましい。
い過ぎると、皮膜層同士の界面で欠けが発生して衝撃を
吸収できなくなるので、第２発明のようにアルミニウム
の含有量が少ない中間皮膜層を介在させると積層皮膜全
体の靱性が向上する。中間皮膜層の硬さは上下の層の中
間となるため、膜厚が0.01μm 未満では衝撃を吸収でき
ず、膜厚が0.20μm を超えると皮膜の耐磨耗性および耐
熱性が低下する。なお、連続して積層される中間皮膜
層、第２皮膜層、および中間皮膜層の合計の平均層厚
は、欠けを防止する上で0.50μm 程度以下であることが
望ましい。
【００１１】また、第１発明において積層する第２皮膜
層のＡｌ成分（アルミニウムの混合割合Ｙ）を0.20≦Ｙ
≦0.80に制限したのは、Ａｌ成分が20％未満では十分な
耐熱性と硬さが得られず、80％を超えても十分な硬さが
得られないためである。第２発明において、第２皮膜層
のＡｌ成分（アルミニウムの混合割合Ｖ）を0.50＜Ｖ≦
0.80に制限したのは、Ａｌ成分が50％以下では十分な耐
熱性と硬さが得られず、80％を超えても十分な硬さが得
られないためである。第２発明の中間皮膜層のＡｌ成分
（アルミニウムの混合割合Ｔ）を0.20≦Ｔ＜0.50に制限
したのは、Ａｌ成分が20％未満では十分な耐熱性と硬さ
が得られず、50％以上では皮膜の硬さが硬すぎ、十分な
衝撃吸収効果が得られないためである。
層のＡｌ成分（アルミニウムの混合割合Ｙ）を0.20≦Ｙ
≦0.80に制限したのは、Ａｌ成分が20％未満では十分な
耐熱性と硬さが得られず、80％を超えても十分な硬さが
得られないためである。第２発明において、第２皮膜層
のＡｌ成分（アルミニウムの混合割合Ｖ）を0.50＜Ｖ≦
0.80に制限したのは、Ａｌ成分が50％以下では十分な耐
熱性と硬さが得られず、80％を超えても十分な硬さが得
られないためである。第２発明の中間皮膜層のＡｌ成分
（アルミニウムの混合割合Ｔ）を0.20≦Ｔ＜0.50に制限
したのは、Ａｌ成分が20％未満では十分な耐熱性と硬さ
が得られず、50％以上では皮膜の硬さが硬すぎ、十分な
衝撃吸収効果が得られないためである。
【００１２】第１発明および第２発明の各皮膜層におけ
るＮＣのＣ成分は、工具の用途によって皮膜の耐磨耗性
を上げたい時に増加させるが、50％を超えると皮膜が硬
すぎ、十分な衝撃吸収効果が得られない。
るＮＣのＣ成分は、工具の用途によって皮膜の耐磨耗性
を上げたい時に増加させるが、50％を超えると皮膜が硬
すぎ、十分な衝撃吸収効果が得られない。
【００１３】図１は、第１発明の高靱性硬質積層皮膜被
覆工具の一例を説明する断面図で、基体３２の表面上に
は、内側層３４と外側層３６とを交互に同数だけ積層し
た高靱性硬質積層皮膜３８が設けられている。内側層３
４は第１皮膜層に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.
40μm の範囲内で、組成はＴｉ（ＮX Ｃ1-X ) (但し、
0.50≦Ｘ≦1.00）である。外側層３６は第２皮膜層に相
当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μm の範囲内で、
組成は (ＡｌY Ｔｉ1-Y )(ＮZ Ｃ1-Z ) (但し、0.20≦
Ｙ≦0.80、0.50≦Ｚ≦1.00) である。また、高靱性硬質
積層皮膜３８全体の平均膜厚Ｄ1 は0.50〜10.0μm の範
囲内であり、後述の実施例１〜４は、このように内側層
３４および外側層３６が互いに接する状態で交互に積層
した高靱性硬質積層皮膜被覆工具の具体例である。
覆工具の一例を説明する断面図で、基体３２の表面上に
は、内側層３４と外側層３６とを交互に同数だけ積層し
た高靱性硬質積層皮膜３８が設けられている。内側層３
４は第１皮膜層に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.
40μm の範囲内で、組成はＴｉ（ＮX Ｃ1-X ) (但し、
0.50≦Ｘ≦1.00）である。外側層３６は第２皮膜層に相
当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μm の範囲内で、
組成は (ＡｌY Ｔｉ1-Y )(ＮZ Ｃ1-Z ) (但し、0.20≦
Ｙ≦0.80、0.50≦Ｚ≦1.00) である。また、高靱性硬質
積層皮膜３８全体の平均膜厚Ｄ1 は0.50〜10.0μm の範
囲内であり、後述の実施例１〜４は、このように内側層
３４および外側層３６が互いに接する状態で交互に積層
した高靱性硬質積層皮膜被覆工具の具体例である。
【００１４】図２は、第２発明の高靱性硬質積層皮膜被
覆工具の一例を説明する断面図で、基体３２の表面上に
は、内側層４０と外側層４４とそれ等の間に常に介在さ
せられる中間層４２とを交互に繰り返し積層した高靱性
硬質積層皮膜４６が設けられている。内側層４０は第１
皮膜層に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μmの
範囲内で、組成はＴｉ( ＮS Ｃ1-S ) ( 但し、0.50≦Ｓ
≦1.00) である。中間層４２は中間皮膜層に相当するも
ので、平均層厚は0.01〜0.20μm の範囲内で、組成は
(ＡｌT Ｔｉ1-T )(ＮU Ｃ1-U ) ( 但し、0.20≦Ｔ＜0.5
0、0.50≦Ｕ≦1.00) である。外側層４４は第２皮膜層
に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μm の範囲内
で、組成は (ＡｌV Ｔｉ1-V ) (ＮW Ｃ1-W ) (但し、
0.50＜Ｖ≦0.80、0.50≦Ｗ≦1.00) である。また、高靱
性硬質積層皮膜４６全体の平均膜厚Ｄ2 は0.50〜10.0μ
m の範囲内であり、後述の実施例５〜７は、このように
内側層４０、中間層４２、および外側層４４を積層した
高靱性硬質積層皮膜被覆工具の具体例である。
覆工具の一例を説明する断面図で、基体３２の表面上に
は、内側層４０と外側層４４とそれ等の間に常に介在さ
せられる中間層４２とを交互に繰り返し積層した高靱性
硬質積層皮膜４６が設けられている。内側層４０は第１
皮膜層に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μmの
範囲内で、組成はＴｉ( ＮS Ｃ1-S ) ( 但し、0.50≦Ｓ
≦1.00) である。中間層４２は中間皮膜層に相当するも
ので、平均層厚は0.01〜0.20μm の範囲内で、組成は
(ＡｌT Ｔｉ1-T )(ＮU Ｃ1-U ) ( 但し、0.20≦Ｔ＜0.5
0、0.50≦Ｕ≦1.00) である。外側層４４は第２皮膜層
に相当するもので、平均層厚は0.01〜0.40μm の範囲内
で、組成は (ＡｌV Ｔｉ1-V ) (ＮW Ｃ1-W ) (但し、
0.50＜Ｖ≦0.80、0.50≦Ｗ≦1.00) である。また、高靱
性硬質積層皮膜４６全体の平均膜厚Ｄ2 は0.50〜10.0μ
m の範囲内であり、後述の実施例５〜７は、このように
内側層４０、中間層４２、および外側層４４を積層した
高靱性硬質積層皮膜被覆工具の具体例である。
【００１５】なお、必要に応じて上記高靱性硬質積層皮
膜３８、４６と基体３２との間にＴｉＮ等の界面層を形
成して母材との密着性を高めたり、高靱性硬質積層皮膜
３８、４６の最表面上に更にアルミニウムリッチのＡｌ
ＴｉＮ等から成る表面層を設けたりすることも可能であ
る。
膜３８、４６と基体３２との間にＴｉＮ等の界面層を形
成して母材との密着性を高めたり、高靱性硬質積層皮膜
３８、４６の最表面上に更にアルミニウムリッチのＡｌ
ＴｉＮ等から成る表面層を設けたりすることも可能であ
る。
【００１６】表１の実施例１〜７は、上記高靱性硬質積
層皮膜被覆工具の具体例で、以下、それ等の実施例につ
いて具体的に説明する。
層皮膜被覆工具の具体例で、以下、それ等の実施例につ
いて具体的に説明する。
【表１】
【００１７】（実施例１）Ａｌ0.7 Ｔｉ0.3 合金のター
ゲットとＴｉのターゲットをカソード電極とするアーク
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに、直径
10.0mm、刃長25.0mm、全長80.0mm、刃数６枚の超硬合金
製エンドミル（ＷＣ−１０Ｃｏを主成分としＪＩＳＺ１
０相当）を取り付けた。基板ホルダーは自転させるとと
もに基板加熱用のヒーターを設置した。次に、装置内を
6.70×10-3Paまで排気し、ヒーターでエンドミルの温度
を 500℃まで加熱した。その後、エンドミルに-1000Vの
電位をかけ、アーク放電を開始してエンドミルの表面を
十分に洗浄した後、電位を-200V まで落とすとともにＮ
2 ガスを1000cc/minの割合で流して、全体の膜厚（＝高
靱性硬質積層皮膜の膜厚）3.20μm 、Ｔｉをターゲット
とする内側層（第１皮膜層）の平均層厚0.10μm 、Ａｌ
0.7 Ｔｉ0.3 合金をターゲットとする外側層（第２皮膜
層）の平均層厚0.10μm 、それ等の内側層および外側層
の積層周期0.20μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.1)で
高靱性硬質積層皮膜を形成した。厚み寸法は、エンドミ
ルを切断して断面を走査形電子顕微鏡で観察して測定し
た。また、オージェ電子分光法により外側層の組成の定
量を行った結果、外側層の膜組成はＡｌ0.69Ｔｉ0.31Ｎ
でカソード成分と殆ど同じであった。
ゲットとＴｉのターゲットをカソード電極とするアーク
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに、直径
10.0mm、刃長25.0mm、全長80.0mm、刃数６枚の超硬合金
製エンドミル（ＷＣ−１０Ｃｏを主成分としＪＩＳＺ１
０相当）を取り付けた。基板ホルダーは自転させるとと
もに基板加熱用のヒーターを設置した。次に、装置内を
6.70×10-3Paまで排気し、ヒーターでエンドミルの温度
を 500℃まで加熱した。その後、エンドミルに-1000Vの
電位をかけ、アーク放電を開始してエンドミルの表面を
十分に洗浄した後、電位を-200V まで落とすとともにＮ
2 ガスを1000cc/minの割合で流して、全体の膜厚（＝高
靱性硬質積層皮膜の膜厚）3.20μm 、Ｔｉをターゲット
とする内側層（第１皮膜層）の平均層厚0.10μm 、Ａｌ
0.7 Ｔｉ0.3 合金をターゲットとする外側層（第２皮膜
層）の平均層厚0.10μm 、それ等の内側層および外側層
の積層周期0.20μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.1)で
高靱性硬質積層皮膜を形成した。厚み寸法は、エンドミ
ルを切断して断面を走査形電子顕微鏡で観察して測定し
た。また、オージェ電子分光法により外側層の組成の定
量を行った結果、外側層の膜組成はＡｌ0.69Ｔｉ0.31Ｎ
でカソード成分と殆ど同じであった。
【００１８】（実施例２）高靱性硬質積層皮膜の外側層
の平均層厚を0.20μm とし、内側層および外側層の積層
周期を0.30μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.2)とし、
全体の膜厚（＝高靱性硬質積層皮膜の膜厚）を3.00μm
とした以外は実施例１と同じ条件で成膜した。外側層の
膜組成はＡｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであった。
の平均層厚を0.20μm とし、内側層および外側層の積層
周期を0.30μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.2)とし、
全体の膜厚（＝高靱性硬質積層皮膜の膜厚）を3.00μm
とした以外は実施例１と同じ条件で成膜した。外側層の
膜組成はＡｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであった。
【００１９】（実施例３）Ｎ2 ガスを流しながらＴｉを
ターゲットとして基体表面に0.10μm のＴｉＮ皮膜を設
け、高靱性硬質積層皮膜と母材との密着性を高める一
方、高靱性硬質積層皮膜の外側層の平均層厚を0.30μm
としてアルミニウムの含有量を更に高め、積層周期を0.
40μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.3)とし、高靱性硬
質積層皮膜の膜厚を2.8 μm 、全体の膜厚を2.90μm と
した以外は実施例１と同じ条件で成膜した。アルミニウ
ムを含む外側層の膜組成はＡｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであっ
た。
ターゲットとして基体表面に0.10μm のＴｉＮ皮膜を設
け、高靱性硬質積層皮膜と母材との密着性を高める一
方、高靱性硬質積層皮膜の外側層の平均層厚を0.30μm
としてアルミニウムの含有量を更に高め、積層周期を0.
40μm （＝内側層厚0.1 ＋外側層厚0.3)とし、高靱性硬
質積層皮膜の膜厚を2.8 μm 、全体の膜厚を2.90μm と
した以外は実施例１と同じ条件で成膜した。アルミニウ
ムを含む外側層の膜組成はＡｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであっ
た。
【００２０】（実施例４）高靱性硬質積層皮膜の外側層
の平均層厚を0.20μm とし、積層周期を0.30μm（＝内
側層厚0.1 ＋外側層厚0.2)とし、高靱性硬質積層皮膜の
膜厚を2.70μm とする一方、Ｎ2 ガスを流しながらＡｌ
0.7 Ｔｉ0.3 合金をターゲットとして最表面にＡｌ0.7
Ｔｉ0.3 Ｎから成る層厚0.50μm の表面層を形成し、皮
膜全体のアルミニウム含有量を更に高め、全体の膜厚を
3.30μm とした以外は実施例３と同じ条件で成膜した。
表面層の膜組成はターゲットと略同じである。
の平均層厚を0.20μm とし、積層周期を0.30μm（＝内
側層厚0.1 ＋外側層厚0.2)とし、高靱性硬質積層皮膜の
膜厚を2.70μm とする一方、Ｎ2 ガスを流しながらＡｌ
0.7 Ｔｉ0.3 合金をターゲットとして最表面にＡｌ0.7
Ｔｉ0.3 Ｎから成る層厚0.50μm の表面層を形成し、皮
膜全体のアルミニウム含有量を更に高め、全体の膜厚を
3.30μm とした以外は実施例３と同じ条件で成膜した。
表面層の膜組成はターゲットと略同じである。
【００２１】（実施例５）Ｎ2 ガスを流しながら内側層
（第１皮膜層）成膜時のターゲットとしてＴｉを用い、
中間層（中間皮膜層）成膜時のターゲットとしてＡｌ
0.3 Ｔｉ0.7 合金を用い、外側層（第２皮膜層）成膜時
のターゲットとしてＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 合金を用いること
により、高靱性硬質積層皮膜の内側層の平均層厚0.1 μ
m 、中間層の平均層厚0.1 μm 、外側層の平均層厚0.20
μm で、外側層と内側層との間に常に中間層を介在させ
て積層周期0.50μm （＝内側層厚0.1 ＋中間層厚0.1 ＋
外側層厚0.2 ＋中間層厚0.1 ）で積層し、全体の膜厚
（＝高靱性硬質積層皮膜の膜厚）を2.90μm (0.5μm ×
6 周期で最上部の中間層0.10μm は無し) とした以外は
実施例１と同じ条件で成膜した。内側層と外側層の硬さ
の差が大き過ぎると皮膜の靱性が損なわれるため、中間
層を採用して硬さの差から生じる機械的性質の差を緩和
した。中間層および外側層の膜組成はそれぞれターゲッ
トと略同じである。
（第１皮膜層）成膜時のターゲットとしてＴｉを用い、
中間層（中間皮膜層）成膜時のターゲットとしてＡｌ
0.3 Ｔｉ0.7 合金を用い、外側層（第２皮膜層）成膜時
のターゲットとしてＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 合金を用いること
により、高靱性硬質積層皮膜の内側層の平均層厚0.1 μ
m 、中間層の平均層厚0.1 μm 、外側層の平均層厚0.20
μm で、外側層と内側層との間に常に中間層を介在させ
て積層周期0.50μm （＝内側層厚0.1 ＋中間層厚0.1 ＋
外側層厚0.2 ＋中間層厚0.1 ）で積層し、全体の膜厚
（＝高靱性硬質積層皮膜の膜厚）を2.90μm (0.5μm ×
6 周期で最上部の中間層0.10μm は無し) とした以外は
実施例１と同じ条件で成膜した。内側層と外側層の硬さ
の差が大き過ぎると皮膜の靱性が損なわれるため、中間
層を採用して硬さの差から生じる機械的性質の差を緩和
した。中間層および外側層の膜組成はそれぞれターゲッ
トと略同じである。
【００２２】（実施例６）Ｎ2 ガスを流しながらＴｉを
ターゲットとして基体表面に0.10μm のＴｉＮ皮膜を設
け、高靱性硬質積層皮膜と母材との密着性を高める一
方、高靱性硬質積層皮膜の中間層成膜時のターゲットと
してＡｌ0.4 Ｔｉ0.6 合金を用い、全体の膜厚を3.00μ
m とした点を除いて実施例５と同じ条件で成膜した。中
間層の膜組成はＡｌ0.41Ｔｉ0.59Ｎで、外側層の膜組成
はＡｌ0.81Ｔｉ0.19Ｎであった。
ターゲットとして基体表面に0.10μm のＴｉＮ皮膜を設
け、高靱性硬質積層皮膜と母材との密着性を高める一
方、高靱性硬質積層皮膜の中間層成膜時のターゲットと
してＡｌ0.4 Ｔｉ0.6 合金を用い、全体の膜厚を3.00μ
m とした点を除いて実施例５と同じ条件で成膜した。中
間層の膜組成はＡｌ0.41Ｔｉ0.59Ｎで、外側層の膜組成
はＡｌ0.81Ｔｉ0.19Ｎであった。
【００２３】（実施例７）高靱性硬質積層皮膜の中間層
のターゲットとしてＡｌ0.5 Ｔｉ0.5 合金を用い、内側
層の平均層厚を0.20μm 、外側層の平均層厚を0.30μm
、積層周期を0.70μm （＝内側層厚0.2 ＋中間層厚0.1
＋外側層厚0.3 ＋中間層厚0.1 ）、高靱性硬質積層皮
膜の膜厚を2.80μm (0.7μm ×4 周期) とする一方、Ｎ
2 ガスを流しながらＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 合金をターゲット
として最表面にＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 Ｎから成る層厚0.50μ
m の表面層を形成し、皮膜全体のアルミニウム含有量を
高め、全体の膜厚を3.40μm とした以外は実施例６と同
じ条件で成膜した。表面層の膜組成はＡｌ0.78Ｔｉ0.22
Ｎであった。
のターゲットとしてＡｌ0.5 Ｔｉ0.5 合金を用い、内側
層の平均層厚を0.20μm 、外側層の平均層厚を0.30μm
、積層周期を0.70μm （＝内側層厚0.2 ＋中間層厚0.1
＋外側層厚0.3 ＋中間層厚0.1 ）、高靱性硬質積層皮
膜の膜厚を2.80μm (0.7μm ×4 周期) とする一方、Ｎ
2 ガスを流しながらＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 合金をターゲット
として最表面にＡｌ0.8 Ｔｉ0.2 Ｎから成る層厚0.50μ
m の表面層を形成し、皮膜全体のアルミニウム含有量を
高め、全体の膜厚を3.40μm とした以外は実施例６と同
じ条件で成膜した。表面層の膜組成はＡｌ0.78Ｔｉ0.22
Ｎであった。
【００２４】一方、上記実施例１〜７と比較するため、
高靱性硬質積層皮膜を備えていない比較例１〜３（表１
参照）を作製した。
高靱性硬質積層皮膜を備えていない比較例１〜３（表１
参照）を作製した。
【００２５】（比較例１）Ａｌ0.5 Ｔｉ0.5 合金のター
ゲットを用いた以外は実施例１と同じ条件で、基体表面
にＡｌ0.5 Ｔｉ0.5 Ｎから成る層厚3.2 μm の表面層を
形成した。表面層の膜組成はＡｌ0.49Ｔｉ0.51Ｎであっ
た。
ゲットを用いた以外は実施例１と同じ条件で、基体表面
にＡｌ0.5 Ｔｉ0.5 Ｎから成る層厚3.2 μm の表面層を
形成した。表面層の膜組成はＡｌ0.49Ｔｉ0.51Ｎであっ
た。
【００２６】（比較例２）Ａｌ0.7 Ｔｉ0.3 合金のター
ゲットとＴｉのターゲットを用いた以外は実施例１と同
じ条件で、基体表面にＴｉＮから成る層厚0.10μm の界
面層を形成するとともに、その界面層の上にＡｌ0.7 Ｔ
ｉ0.3 Ｎから成る層厚3.20μm の表面層を成膜した。表
面層の膜組成は、Ａｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであった。
ゲットとＴｉのターゲットを用いた以外は実施例１と同
じ条件で、基体表面にＴｉＮから成る層厚0.10μm の界
面層を形成するとともに、その界面層の上にＡｌ0.7 Ｔ
ｉ0.3 Ｎから成る層厚3.20μm の表面層を成膜した。表
面層の膜組成は、Ａｌ0.68Ｔｉ0.32Ｎであった。
【００２７】（比較例３）Ａｌ0.8 Ｔｉ0.2 合金のター
ゲットとＴｉのターゲットを用いた以外は実施例１と同
じ条件で、基体表面にＴｉＮから成る層厚0.10μm の界
面層を形成するとともに、その界面層の上にＡｌ0.8 Ｔ
ｉ0.2 Ｎから成る層厚3.00μm の表面層を成膜した。表
面層の膜組成は、Ａｌ0.68Ｔｉ0.32であった。
ゲットとＴｉのターゲットを用いた以外は実施例１と同
じ条件で、基体表面にＴｉＮから成る層厚0.10μm の界
面層を形成するとともに、その界面層の上にＡｌ0.8 Ｔ
ｉ0.2 Ｎから成る層厚3.00μm の表面層を成膜した。表
面層の膜組成は、Ａｌ0.68Ｔｉ0.32であった。
【００２８】実施例１〜７および比較例１〜３の試料
（エンドミル）を用いて以下の切削条件で側面切削を行
い、エンドミル外周刃の逃げ面の磨耗幅が0.10mmに達す
るまでの切削長さを測定し、その結果を前記表１に併せ
て示した。 （切削条件） 被削材：ＳＫＤ１１（硬さ：６０ＨＲＣ） 切削速度：150m/min 送り量：0.10mm／刃 切込み量：ＡＤ（Axial depth ）＝10mm、ＲＤ（Radius
depth）＝0.3 mm 切削油：乾式
（エンドミル）を用いて以下の切削条件で側面切削を行
い、エンドミル外周刃の逃げ面の磨耗幅が0.10mmに達す
るまでの切削長さを測定し、その結果を前記表１に併せ
て示した。 （切削条件） 被削材：ＳＫＤ１１（硬さ：６０ＨＲＣ） 切削速度：150m/min 送り量：0.10mm／刃 切込み量：ＡＤ（Axial depth ）＝10mm、ＲＤ（Radius
depth）＝0.3 mm 切削油：乾式
【００２９】前記表１から分かるように、本発明が適用
されたエンドミル（実施例１〜７）は、従来のエンドミ
ル（比較例１〜３）と比較して優れた耐磨耗性を示し
た。すなわち、本発明の高靱性硬質積層皮膜被覆工具
は、従来の工具と比べて、外側層（第２皮膜層）のＡｌ
含有量を増加して皮膜の硬さや耐熱性を向上させても、
皮膜に微小な欠けが発生し難く、その外側層のＡｌの含
有量や層厚が増加するのに伴って耐久性も増加し、優れ
た耐久性を示すのである。また、中間層（中間皮膜層）
を有する実施例５〜７では、中間層が無い実施例１〜４
に比較してより優れた耐磨耗性が得られる。
されたエンドミル（実施例１〜７）は、従来のエンドミ
ル（比較例１〜３）と比較して優れた耐磨耗性を示し
た。すなわち、本発明の高靱性硬質積層皮膜被覆工具
は、従来の工具と比べて、外側層（第２皮膜層）のＡｌ
含有量を増加して皮膜の硬さや耐熱性を向上させても、
皮膜に微小な欠けが発生し難く、その外側層のＡｌの含
有量や層厚が増加するのに伴って耐久性も増加し、優れ
た耐久性を示すのである。また、中間層（中間皮膜層）
を有する実施例５〜７では、中間層が無い実施例１〜４
に比較してより優れた耐磨耗性が得られる。
【００３０】なお、ここでは超硬合金製エンドミルにつ
いて具体的に説明したが、他の種々の材料製の切削工具
にも本発明は適用され得るし、炭窒化物の固溶体を含む
ＡｌＴｉの高靱性硬質積層皮膜を設けることもできるな
ど、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良
を加えた態様で実施することができる。
いて具体的に説明したが、他の種々の材料製の切削工具
にも本発明は適用され得るし、炭窒化物の固溶体を含む
ＡｌＴｉの高靱性硬質積層皮膜を設けることもできるな
ど、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良
を加えた態様で実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】このように本発明の高靱性硬質積層皮膜
被覆工具によれば、第２皮膜層のＡｌ含有量を増加して
皮膜の硬さや耐熱性を向上させても欠けが発生し難く、
優れた耐磨耗性が得られて工具寿命が大幅に向上する。
特に、第１皮膜層と第２皮膜層との間に中間皮膜層を有
する第２発明の場合、一層優れた耐磨耗性が得られる。
被覆工具によれば、第２皮膜層のＡｌ含有量を増加して
皮膜の硬さや耐熱性を向上させても欠けが発生し難く、
優れた耐磨耗性が得られて工具寿命が大幅に向上する。
特に、第１皮膜層と第２皮膜層との間に中間皮膜層を有
する第２発明の場合、一層優れた耐磨耗性が得られる。
【図１】第１発明の一実施例を説明する断面図である。
【図２】第２発明の一実施例を説明する断面図である。
３２：基体 ３４、４０：内側層（第１皮膜層） ３６、４４：外側層（第２皮膜層） ３８、４６：高靱性硬質積層皮膜 ４２：中間層（中間皮膜層） Ｄ1 、Ｄ2 ：積層皮膜全体の平均膜厚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF03 FF05 FF10 FF13 FF16 FF19 FF22 FF25 4K029 AA02 AA04 BA54 BB02 BC00 BD05 CA04 CA06 DD06 EA01 4K030 BA02 BA18 BA41 BB12 CA02 CA03 JA01 LA21 4K044 AA02 AA09 AB05 BA18 BB02 BB03 BB06 BC07 CA13 CA14
Claims (2)
- 【請求項１】 平均層厚が0.01〜0.40μm のＴｉ( ＮX
Ｃ1-X ) ( 但し、0.50≦Ｘ≦1.00) の組成で示される第
１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.40μm の (ＡｌY Ｔｉ
1-Y ) (ＮZ Ｃ1-Z ) ( 但し、0.20≦Ｙ≦0.80、0.50≦
Ｚ≦1.00) の組成で示される第２皮膜層とが、基体の表
面に交互に繰り返して積層された高靱性硬質積層皮膜被
覆工具であって、積層皮膜全体の平均膜厚が0.50〜10.0
μm であることを特徴とする高靱性硬質積層皮膜被覆工
具。 - 【請求項２】 平均層厚が0.01〜0.40μm のＴｉ( ＮS
Ｃ1-S ) ( 但し、0.50≦Ｓ≦1.00) の組成で示される第
１皮膜層と、平均層厚が0.01〜0.20μm の (ＡｌT Ｔｉ
1-T )(ＮU Ｃ1-U ) ( 但し、0.20≦Ｔ＜0.50、0.50≦Ｕ
≦1.00) の組成で示される中間皮膜層と、平均層厚が0.
01〜0.40μm の (ＡｌV Ｔｉ1-V ) (Ｎ W Ｃ1-W ) (但
し、0.50＜Ｖ≦0.80、0.50≦Ｗ≦1.00) の組成で示され
る第２皮膜層とが、基体の表面に繰り返して積層された
高靱性硬質積層皮膜被覆工具であって、前記第１皮膜層
と前記第２皮膜層との間には常に前記中間皮膜層が介在
するように積層されているとともに、積層皮膜全体の平
均膜厚が0.50〜10.0μm であることを特徴とする高靱性
硬質積層皮膜被覆工具。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19011498A JP2000017423A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 高靱性硬質積層皮膜被覆工具 |
| PCT/JP1998/005763 WO1999040233A1 (en) | 1998-02-04 | 1998-12-18 | Multilayer coated tool |
| EP98961435A EP0972091A1 (en) | 1998-02-04 | 1998-12-18 | Multilayer coated tool |
| US09/380,702 US6309738B1 (en) | 1998-02-04 | 1998-12-18 | Hard multilayer coated tool having increased toughness |
| CA002285460A CA2285460A1 (en) | 1998-02-04 | 1998-12-18 | Hard multilayer coated tool having increased toughness |
| KR1019997009065A KR100313397B1 (ko) | 1998-02-04 | 1999-10-02 | 다층코팅된 공구 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19011498A JP2000017423A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 高靱性硬質積層皮膜被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017423A true JP2000017423A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16252623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19011498A Pending JP2000017423A (ja) | 1998-02-04 | 1998-07-06 | 高靱性硬質積層皮膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000017423A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014128837A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-10 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2016026893A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐異常損傷性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| CN110541102A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-06 | 广东技术师范大学 | 一种直接涂覆cbn涂层的涂层梯度硬质合金刀具及其制备方法 |
| WO2020026392A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜および硬質被膜被覆部材 |
| US11447872B2 (en) * | 2018-08-01 | 2022-09-20 | Osg Corporation | Hard coating and hard-coating-covered member |
-
1998
- 1998-07-06 JP JP19011498A patent/JP2000017423A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016026893A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐異常損傷性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| WO2020026392A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜および硬質被膜被覆部材 |
| CN112543818A (zh) * | 2018-08-01 | 2021-03-23 | Osg株式会社 | 硬质被膜和硬质被膜被覆构件 |
| JPWO2020026392A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2021-08-05 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜および硬質被膜被覆部材 |
| US11447872B2 (en) * | 2018-08-01 | 2022-09-20 | Osg Corporation | Hard coating and hard-coating-covered member |
| US11447873B2 (en) | 2018-08-01 | 2022-09-20 | Osg Corporation | Hard coating and hard-coating-covered member |
| JP7140834B2 (ja) | 2018-08-01 | 2022-09-21 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜および硬質被膜被覆部材 |
| CN112543818B (zh) * | 2018-08-01 | 2023-03-03 | Osg株式会社 | 硬质被膜和硬质被膜被覆构件 |
| CN110541102A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-06 | 广东技术师范大学 | 一种直接涂覆cbn涂层的涂层梯度硬质合金刀具及其制备方法 |
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