JP2000052106A - 耐酸化・耐摩耗被膜付き工具 - Google Patents
耐酸化・耐摩耗被膜付き工具Info
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- JP2000052106A JP2000052106A JP22163198A JP22163198A JP2000052106A JP 2000052106 A JP2000052106 A JP 2000052106A JP 22163198 A JP22163198 A JP 22163198A JP 22163198 A JP22163198 A JP 22163198A JP 2000052106 A JP2000052106 A JP 2000052106A
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- JP
- Japan
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- film
- tialn
- tool
- coating
- oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来より広く切削工具として用いられている
高速度工具鋼材等を母材としてＴｉＡｌＮ膜を形成して
も、剥離の問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を有し、
優れた切削性能を発揮する工具を提供する。 【解決手段】 母材表面に、第１層としてＡｌの割合が
２０〜７０モル％のＴｉＡｌＮ膜が、第２層としてＴｉ
Ｎ膜が形成され、以後、Ａｌの割合が２０〜７０モル％
のＴｉＡｌＮ膜と、ＴｉＮ膜とが交互に積層された膜構
造を有する耐酸化・耐摩耗被膜付き工具。望ましい各層
の膜厚は、それぞれ０．５〜１．０μｍで、全体の膜厚
は１０μｍ以下である。
高速度工具鋼材等を母材としてＴｉＡｌＮ膜を形成して
も、剥離の問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を有し、
優れた切削性能を発揮する工具を提供する。 【解決手段】 母材表面に、第１層としてＡｌの割合が
２０〜７０モル％のＴｉＡｌＮ膜が、第２層としてＴｉ
Ｎ膜が形成され、以後、Ａｌの割合が２０〜７０モル％
のＴｉＡｌＮ膜と、ＴｉＮ膜とが交互に積層された膜構
造を有する耐酸化・耐摩耗被膜付き工具。望ましい各層
の膜厚は、それぞれ０．５〜１．０μｍで、全体の膜厚
は１０μｍ以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材あるいは超硬
合金材を母材とする工具の表面に特定の膜構造を形成し
た耐酸化・耐摩耗被膜付き工具に関する。
合金材を母材とする工具の表面に特定の膜構造を形成し
た耐酸化・耐摩耗被膜付き工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】工具の耐摩耗性を向上するために、イオ
ンプレーティングなどによりＴｉＮ膜をはじめとする金
属窒化物を皮膜することが知られている。近年では生産
性向上のため高速切削や高速送り切削が行われ、より過
酷な切削条件で工具が使われている。より過酷な切削条
件では、ＴｉＮ膜は摩擦熱により酸化され、耐摩耗性が
著しく劣化する。耐酸化性を向上させるため、ＴｉＮ膜
にＡｌを添加したＴｉＡｌＮ膜も実用化されている。
ンプレーティングなどによりＴｉＮ膜をはじめとする金
属窒化物を皮膜することが知られている。近年では生産
性向上のため高速切削や高速送り切削が行われ、より過
酷な切削条件で工具が使われている。より過酷な切削条
件では、ＴｉＮ膜は摩擦熱により酸化され、耐摩耗性が
著しく劣化する。耐酸化性を向上させるため、ＴｉＮ膜
にＡｌを添加したＴｉＡｌＮ膜も実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしＴｉＡｌＮ膜
は、Ａｌ濃度の増加に伴い耐酸化性が向上するものの、
膜の靭性が低下する。膜の靭性が低下すると外力が加わ
った際に母材から膜が剥離する問題が生じる。そのため
工具上にＴｉＡｌＮ膜を形成するには、母材として外力
による変形量が小さい特殊な粉末ＨＳＳや、超硬合金な
ど限られた材料を用いなければ十分な効果は得られなか
った。
は、Ａｌ濃度の増加に伴い耐酸化性が向上するものの、
膜の靭性が低下する。膜の靭性が低下すると外力が加わ
った際に母材から膜が剥離する問題が生じる。そのため
工具上にＴｉＡｌＮ膜を形成するには、母材として外力
による変形量が小さい特殊な粉末ＨＳＳや、超硬合金な
ど限られた材料を用いなければ十分な効果は得られなか
った。
【０００４】そこで、本発明は、粉末ＨＳＳや超硬合金
はもちろん、従来より広く切削工具として用いられてい
る高速度工具鋼材等にＴｉＡｌＮ膜を形成しても剥離の
問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を有し、優れた切削
性能を発揮する工具を提供することを目的とする。
はもちろん、従来より広く切削工具として用いられてい
る高速度工具鋼材等にＴｉＡｌＮ膜を形成しても剥離の
問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を有し、優れた切削
性能を発揮する工具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の耐酸化・耐摩耗被膜付き工具は、母材表面
に、第１層としてＡｌの割合が２０〜７０モル％のＴｉ
ＡｌＮ膜が、第２層としてＴｉＮ膜が形成され、以後、
Ａｌの割合が２０〜７０モル％のＴｉＡｌＮ膜と、Ｔｉ
Ｎ膜とが交互に積層された膜構造を有することを特徴と
する。
に本発明の耐酸化・耐摩耗被膜付き工具は、母材表面
に、第１層としてＡｌの割合が２０〜７０モル％のＴｉ
ＡｌＮ膜が、第２層としてＴｉＮ膜が形成され、以後、
Ａｌの割合が２０〜７０モル％のＴｉＡｌＮ膜と、Ｔｉ
Ｎ膜とが交互に積層された膜構造を有することを特徴と
する。
【０００６】各層の膜厚は、それぞれ０．５〜１．０μ
ｍで、全体の膜厚は１０μｍ以下であることが望まし
い。
ｍで、全体の膜厚は１０μｍ以下であることが望まし
い。
【０００７】工具の母材は、従来より工具として用いら
れる鋼材若しくは超硬合金材であってもよい。
れる鋼材若しくは超硬合金材であってもよい。
【０００８】また、ＴｉＡｌＮ膜の成膜時のバイアス電
圧は−２５〜−２００Ｖ、ＴｉＮ膜の成膜時のバイアス
電圧は−３００〜−５００Ｖであることが望ましい。
圧は−２５〜−２００Ｖ、ＴｉＮ膜の成膜時のバイアス
電圧は−３００〜−５００Ｖであることが望ましい。
【０００９】尚、積層する最後の膜は、ＴｉＮ膜、Ｔｉ
ＡｌＮ膜いずれでもよいが、ＴｉＡｌＮ膜とした方が耐
酸化性により優れるで望ましい。
ＡｌＮ膜いずれでもよいが、ＴｉＡｌＮ膜とした方が耐
酸化性により優れるで望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の工具に用いられる母材
は、従来より工具として用いられる鋼材若しくは超硬合
金材であってもよい。例えば、ＳＫＨ５１に代表される
高速度工具鋼（ＨＳＳ）や、ドリル、エンドミルおよび
カッターなどに使用される工具鋼などの公知の鋼材や、
切削工具に用いられるＪＩＳ Ｖ１などの超硬合金が挙
げられる。
は、従来より工具として用いられる鋼材若しくは超硬合
金材であってもよい。例えば、ＳＫＨ５１に代表される
高速度工具鋼（ＨＳＳ）や、ドリル、エンドミルおよび
カッターなどに使用される工具鋼などの公知の鋼材や、
切削工具に用いられるＪＩＳ Ｖ１などの超硬合金が挙
げられる。
【００１１】母材上に形成されるＴｉＡｌＮ膜は、Ａｌ
濃度が２０〜７０モル％とする。Ａｌ濃度が２０モル％
未満では耐酸化性に劣り、ＴｉＡｌＮ膜本来の特性が発
揮されないからである。また、７０モル％を超えるとＡ
ｌＮが析出し、靱性などの機械的特性が低下し、好まし
くないからである。
濃度が２０〜７０モル％とする。Ａｌ濃度が２０モル％
未満では耐酸化性に劣り、ＴｉＡｌＮ膜本来の特性が発
揮されないからである。また、７０モル％を超えるとＡ
ｌＮが析出し、靱性などの機械的特性が低下し、好まし
くないからである。
【００１２】ＴｉＡｌＮ膜は、各種イオンプレーティン
グで作製できるが、密着力に優れ、工具などの複雑形状
部材の生産性に優れているカソードアーク法を用いるこ
とが好ましい。この場合、蒸発源は、ＴｉとＡｌの金属
カソードをそれぞれ用いてもよいが、任意の組成で作製
したＴｉＡｌ合金を用いてもよい。
グで作製できるが、密着力に優れ、工具などの複雑形状
部材の生産性に優れているカソードアーク法を用いるこ
とが好ましい。この場合、蒸発源は、ＴｉとＡｌの金属
カソードをそれぞれ用いてもよいが、任意の組成で作製
したＴｉＡｌ合金を用いてもよい。
【００１３】カソードアーク法では、工具などに−２０
０Ｖ以上のバイアス電圧でコーティングすると、刃先な
ど鋭利な部分は、逆スパッタの影響で膜厚が薄くなった
り、Ａｌ濃度が低くなったりする。そこで、ＴｉＡｌＮ
膜コーティング時のバイアス電圧は−２５〜−２００Ｖ
が好ましく、さらに好ましくは−５０〜−１５０Ｖであ
る。
０Ｖ以上のバイアス電圧でコーティングすると、刃先な
ど鋭利な部分は、逆スパッタの影響で膜厚が薄くなった
り、Ａｌ濃度が低くなったりする。そこで、ＴｉＡｌＮ
膜コーティング時のバイアス電圧は−２５〜−２００Ｖ
が好ましく、さらに好ましくは−５０〜−１５０Ｖであ
る。
【００１４】一方、ＴｉＮ膜コーティング時のバイアス
電圧は−３００〜−５００Ｖが好ましい。ＴｉＮ膜コー
ティング時にバイアス電圧を高くしてコーティング温度
を高くすることにより、既に形成されているＴｉＡｌＮ
膜の内部応力を緩和することができるからである。
電圧は−３００〜−５００Ｖが好ましい。ＴｉＮ膜コー
ティング時にバイアス電圧を高くしてコーティング温度
を高くすることにより、既に形成されているＴｉＡｌＮ
膜の内部応力を緩和することができるからである。
【００１５】ＴｉＡｌＮ膜は、ＴｉＮ膜に比べると靱性
が低く、基材の変形量が大きいＨＳＳ等では、被膜が変
形に追随できず、十分な特性を得ることができなかっ
た。また、膜厚を厚くすると被膜の内部応力により自己
破壊してしまった。そこで本発明では、ＴｉＡｌＮ膜よ
りも靭性の高いＴｉＮ膜と積層する。積層では、母材表
面の第１層はＴｉＡｌＮ膜とする。第１層目をＴｉＡｌ
Ｎ膜とすると、第１層目をＴｉＮ膜とした場合に比べて
被膜の内部応力が小さくなり、また切削性能も向上する
からである。
が低く、基材の変形量が大きいＨＳＳ等では、被膜が変
形に追随できず、十分な特性を得ることができなかっ
た。また、膜厚を厚くすると被膜の内部応力により自己
破壊してしまった。そこで本発明では、ＴｉＡｌＮ膜よ
りも靭性の高いＴｉＮ膜と積層する。積層では、母材表
面の第１層はＴｉＡｌＮ膜とする。第１層目をＴｉＡｌ
Ｎ膜とすると、第１層目をＴｉＮ膜とした場合に比べて
被膜の内部応力が小さくなり、また切削性能も向上する
からである。
【００１６】ＴｉＮ膜とＴｉＡｌＮ膜とでは、膜のモロ
フォロジーや表面状態が異なるため、その上に積層する
被膜の成長に影響し、被膜特性を左右すると思われる。
第１層目がＴｉＡｌＮ膜であれば、その後、ＴｉＮ膜と
ＴｉＡｌＮ膜を何層積層しても構わない。ただし、各層
の膜厚は０．５〜２．０μｍ、全体の膜厚は１０μｍ以
下が好ましい。各層の膜厚が０．５μｍ未満ではＴｉＡ
ｌＮ膜の耐酸化性が十分に発揮されず、逆に２μｍを超
えるとＴｉＡｌＮ膜の靭性の低さが特性に悪影響を与え
る。全体の膜厚が１０μｍを超えて厚くなると経済性・
生産性が劣るので望ましくない。
フォロジーや表面状態が異なるため、その上に積層する
被膜の成長に影響し、被膜特性を左右すると思われる。
第１層目がＴｉＡｌＮ膜であれば、その後、ＴｉＮ膜と
ＴｉＡｌＮ膜を何層積層しても構わない。ただし、各層
の膜厚は０．５〜２．０μｍ、全体の膜厚は１０μｍ以
下が好ましい。各層の膜厚が０．５μｍ未満ではＴｉＡ
ｌＮ膜の耐酸化性が十分に発揮されず、逆に２μｍを超
えるとＴｉＡｌＮ膜の靭性の低さが特性に悪影響を与え
る。全体の膜厚が１０μｍを超えて厚くなると経済性・
生産性が劣るので望ましくない。
【００１７】
【実施例】実施例１ ・・・ 母材として、ＳＫＨ５１
高速度工具鋼（ＨＶ７５０）製でφ６ｍｍのドリルを用
いた。有機溶剤で母材のドリルを超音波洗浄後、Ａｌ濃
度が６０モル％のＴｉＡｌカソードとＴｉカソードを備
えたカソードアーク式イオンプレーティング装置内にセ
ットした。チャンバ内を２×１０-5Ｔｏｒｒまで排気し
た後、基板に−１，０００Ｖのバイアス電圧を印加し、
Ｔｉメタルボンバードを行い、ドリル先端が５００℃に
なるまで加熱した。続いて、窒素ガスを３×１０-2Ｔｏ
ｒｒまで導入し、バイアス電圧を−５０ＶにしてＴｉＡ
ｌＮ膜を１５分間コーティングした。その後、−３００
Ｖのバイアス電圧を印可し、ＴｉＮ膜を１５分間コーテ
ィングした。同様の処理をこの後繰り返し、基板側から
ＴｉＡｌＮ−ＴｉＮ− ＴｉＡｌＮ−ＴｉＮ− ＴｉＡｌ
Ｎの膜構造をもった合計５層の被膜を形成した。
高速度工具鋼（ＨＶ７５０）製でφ６ｍｍのドリルを用
いた。有機溶剤で母材のドリルを超音波洗浄後、Ａｌ濃
度が６０モル％のＴｉＡｌカソードとＴｉカソードを備
えたカソードアーク式イオンプレーティング装置内にセ
ットした。チャンバ内を２×１０-5Ｔｏｒｒまで排気し
た後、基板に−１，０００Ｖのバイアス電圧を印加し、
Ｔｉメタルボンバードを行い、ドリル先端が５００℃に
なるまで加熱した。続いて、窒素ガスを３×１０-2Ｔｏ
ｒｒまで導入し、バイアス電圧を−５０ＶにしてＴｉＡ
ｌＮ膜を１５分間コーティングした。その後、−３００
Ｖのバイアス電圧を印可し、ＴｉＮ膜を１５分間コーテ
ィングした。同様の処理をこの後繰り返し、基板側から
ＴｉＡｌＮ−ＴｉＮ− ＴｉＡｌＮ−ＴｉＮ− ＴｉＡｌ
Ｎの膜構造をもった合計５層の被膜を形成した。
【００１８】得られた被膜の全膜厚は、カロテストによ
り測定した結果４．６μｍであり、また各層の膜厚はＴ
ｉＡｌＮ膜が約１．０μｍ、 ＴｉＮ膜が約０．５μｍ
であった。また、被膜中のＡｌ濃度をＥＰＭＡにより定
量した結果、５６．８％であった。
り測定した結果４．６μｍであり、また各層の膜厚はＴ
ｉＡｌＮ膜が約１．０μｍ、 ＴｉＮ膜が約０．５μｍ
であった。また、被膜中のＡｌ濃度をＥＰＭＡにより定
量した結果、５６．８％であった。
【００１９】作製したドリルについて表１に記載の切削
条件で切削試験をおこなった結果、１，５００回以上の
切削が可能であった。
条件で切削試験をおこなった結果、１，５００回以上の
切削が可能であった。
【００２０】
【表１】＜切削条件＞ 被削材 ： ＳＣＭ４４０（ＨＲＣ３０±１） 回転数 ： １，５００ｒ．ｐ．ｍ． 送り ： ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ． 切削深さ： １５ｍｍの盲穴
【００２１】実施例２ ・・・ 基材にφ６ｍｍの超硬
ドリルを用いた以外は実施例１同様の処理を行った。作
製したドリルについて表２に記載の切削条件で切削試験
を行ったところ、２、０００回以上の切削が可能であっ
た。
ドリルを用いた以外は実施例１同様の処理を行った。作
製したドリルについて表２に記載の切削条件で切削試験
を行ったところ、２、０００回以上の切削が可能であっ
た。
【００２２】
【表２】＜切削条件＞ 被削材 ： ＳＣＭ４４０（ＨＲＣ３０±１） 回転数 ： １，５００ｒ．ｐ．ｍ． 送り ： ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ． 切削深さ： ２０ｍｍの盲穴
【００２３】
【発明の効果】従来より広く切削工具用部材として用い
られる高速度工具鋼材や超硬合金材にＴｉＡｌＮ膜を形
成しても、剥離の問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を
有する工具が提供できた。
られる高速度工具鋼材や超硬合金材にＴｉＡｌＮ膜を形
成しても、剥離の問題なく、十分な耐酸化・耐摩耗性を
有する工具が提供できた。
Claims (5)
- 【請求項１】 母材表面に、第１層としてＡｌの割合が
２０〜７０モル％のＴｉＡｌＮ膜が、第２層としてＴｉ
Ｎ膜が形成され、以後、Ａｌの割合が２０〜７０モル％
のＴｉＡｌＮ膜と、ＴｉＮ膜とが交互に積層された膜構
造を有する耐酸化・耐摩耗被膜付き工具。 - 【請求項２】 最後に積層する膜がＡｌの割合が２０〜
７０モル％のＴｉＡｌＮ膜である請求項１に記載の耐酸
化・耐摩耗被膜付き工具。 - 【請求項３】 各層の膜厚はそれぞれ０．５〜２．０μ
ｍで、全体の膜厚は１０μｍ以下である請求項１または
請求項２に記載の耐酸化・耐摩耗被膜付き工具。 - 【請求項４】 母材が鋼材若しくは超硬合金材である請
求項１〜請求項３いずれかに記載の耐酸化・耐摩耗被膜
付き工具。 - 【請求項５】 ＴｉＡｌＮ膜の成膜時のバイアス電圧が
−２５〜−２００Ｖ、ＴｉＮ膜の成膜時のバイアス電圧
が−３００〜−５００Ｖである請求項１〜請求項４いず
れかに記載の耐酸化・耐摩耗被膜付き工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22163198A JP2000052106A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 耐酸化・耐摩耗被膜付き工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22163198A JP2000052106A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 耐酸化・耐摩耗被膜付き工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052106A true JP2000052106A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16769803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22163198A Pending JP2000052106A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 耐酸化・耐摩耗被膜付き工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052106A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100900529B1 (ko) | 2008-07-16 | 2009-06-02 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 복합 다층경질 박막 |
| CN114481024A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 江苏佳搏实业发展集团有限公司 | 一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法 |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP22163198A patent/JP2000052106A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100900529B1 (ko) | 2008-07-16 | 2009-06-02 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 복합 다층경질 박막 |
| CN114481024A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 江苏佳搏实业发展集团有限公司 | 一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法 |
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