JP2000119855A - 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表
面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金基体の表面に、いずれも０．１〜１５μｍの平
均層厚を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔ
ｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１
種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、２〜１５μ
ｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ
3 層と、０．１〜５μｍの平均層厚を有する、主体がＴ
ｉ2 Ｏ3 からなり、かつＯ以外の非金属元素としてＣお
よびＮを、合量で、Ｏとの合量に占める割合で１〜２０
原子％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体層、で構成され、かつ前
記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層が少なくとも前記Ａｌ2 Ｏ3 層に隣
接して配置された層構造をもった硬質被覆層を３〜２５
μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着
してなる。
面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金基体の表面に、いずれも０．１〜１５μｍの平
均層厚を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔ
ｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１
種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、２〜１５μ
ｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ
3 層と、０．１〜５μｍの平均層厚を有する、主体がＴ
ｉ2 Ｏ3 からなり、かつＯ以外の非金属元素としてＣお
よびＮを、合量で、Ｏとの合量に占める割合で１〜２０
原子％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体層、で構成され、かつ前
記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層が少なくとも前記Ａｌ2 Ｏ3 層に隣
接して配置された層構造をもった硬質被覆層を３〜２５
μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着
してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成するＴｉ化合物層、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2
Ｏ3 で示す）層、および三酸化二チタン（以下、Ｔｉ2
Ｏ3 で示す）主体層が相互にすぐれた層間密着性を有
し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの高速切削に用いた
場合にも硬質被覆層に剥離の発生なく、長期に亘ってす
ぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
成するＴｉ化合物層、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2
Ｏ3 で示す）層、および三酸化二チタン（以下、Ｔｉ2
Ｏ3 で示す）主体層が相互にすぐれた層間密着性を有
し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの高速切削に用いた
場合にも硬質被覆層に剥離の発生なく、長期に亘ってす
ぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開平６−３１５
０３号公報、特開平６−３１６７５８号公報、および特
開平７−２１６５４９号公報などに記載されるように、
炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体とい
う）の表面に、いずれも０．１〜１５μｍの平均層厚を
有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化チ
タン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化チタン
（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化チタン（以下、Ｔ
ｉＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示
す）層、および炭窒酸化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示
す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層と、０．５〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3
層とで構成された硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均
層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超
硬工具が知られており、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳
鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも知られ
ている。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質被覆層
を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層が粒状結晶
組織を有し、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 層にはα型結晶構造を
もつものやκ型結晶構造をもつものなどがあることも良
く知られており、さらに例えば特開平６−８０１０号公
報や特開平７−３２８８０８号公報などで知られるよう
に、前記Ｔｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身
の靭性向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反
応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７
００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより
形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも行わ
れている。さらに、同じく前記Ｔｉ化合物層を構成する
ＴｉＣＮＯ層を、通常の化学蒸着装置にて、 反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：０．５〜３％、
ＣＯ：０．１〜１％、ＣＨ3 ＣＮ：０．１〜１％、Ｎ
2 ：５〜３０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：８７０〜９３０℃、 雰囲気圧力：３０〜２００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することにより微細な縦長成長結晶組織を
もつようにすることも提案されている。
０３号公報、特開平６−３１６７５８号公報、および特
開平７−２１６５４９号公報などに記載されるように、
炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体とい
う）の表面に、いずれも０．１〜１５μｍの平均層厚を
有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化チ
タン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化チタン
（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化チタン（以下、Ｔ
ｉＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示
す）層、および炭窒酸化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示
す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層と、０．５〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3
層とで構成された硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均
層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超
硬工具が知られており、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳
鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも知られ
ている。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質被覆層
を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層が粒状結晶
組織を有し、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 層にはα型結晶構造を
もつものやκ型結晶構造をもつものなどがあることも良
く知られており、さらに例えば特開平６−８０１０号公
報や特開平７−３２８８０８号公報などで知られるよう
に、前記Ｔｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身
の靭性向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反
応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７
００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより
形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも行わ
れている。さらに、同じく前記Ｔｉ化合物層を構成する
ＴｉＣＮＯ層を、通常の化学蒸着装置にて、 反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：０．５〜３％、
ＣＯ：０．１〜１％、ＣＨ3 ＣＮ：０．１〜１％、Ｎ
2 ：５〜３０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：８７０〜９３０℃、 雰囲気圧力：３０〜２００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することにより微細な縦長成長結晶組織を
もつようにすることも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化に
対する要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾
向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これ
を構成する硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 層、特にα型
結晶構造のＡｌ2 Ｏ3 層（以下、α−Ａｌ2 Ｏ3 層で示
す）は耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さらに高硬度を
有するが、他の構成層であるＴｉ化合物層との層間密着
性が不十分なために、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削を高速で行った場合には硬質被覆層に剥離が発
生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化に
対する要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾
向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これ
を構成する硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 層、特にα型
結晶構造のＡｌ2 Ｏ3 層（以下、α−Ａｌ2 Ｏ3 層で示
す）は耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さらに高硬度を
有するが、他の構成層であるＴｉ化合物層との層間密着
性が不十分なために、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削を高速で行った場合には硬質被覆層に剥離が発
生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層に着目し、
これと他の構成層であるＴｉ化合物層との層間密着性の
向上を図るべく研究を行った結果、 （１）主体がＴｉ2 Ｏ3 からなり、かつ酸素（Ｏ）以外
の非金属元素として炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を、合
量で、Ｏ（酸素）との合量に占める割合で１〜２０原子
％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体層、すなわちＣとＮがＴｉ2
Ｏ3 を形成するＯとの合量に占める割合で、合量で１〜
２０原子％含有し、残りが実質的にＴｉ 2 Ｏ3 ［微量の
Ｃｌ（塩素）を不可避不純物として含有する場合があ
る］からなるＴｉ2 Ｏ3 主体層は、Ｔｉ化合物層および
Ａｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3層の両層と著しく強
固に密着する性質をもち、かつＣおよびＮの含有によっ
て層自体の強度も向上したものになること。 （２）上記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層は、化学蒸着法または物理
蒸着法を用い、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：
０．５〜１０％、Ａｒ：１〜３０％、ＣＯ：０．５〜５
％、ＣＯ2 ：０．５〜１０％、Ｎ2 ：１〜４０％、Ｈ
2 ：残り、 雰囲気温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜５００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができること。 （３）したがって、上記のＴｉ2 Ｏ3 主体層を、同じく
化学蒸着法および／または物理蒸着法を用いて形成され
た上記の従来硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層および
Ａｌ2 Ｏ3 層（特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層）のうちの少なく
とも前記Ａｌ2Ｏ3 層に隣接して配置すると、前記Ｔｉ
化合物層とα−Ａｌ2 Ｏ3 層は、前記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層
がこれら両層と著しく強固に密着する性質を具備するこ
とから、高い層間密着性をもつようになり、したがっ
て、例えば鋼や鋳鉄の高速切削でも硬質被覆層に剥離の
発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するす
るようになること。 以上（１）〜（３）に示される研究結果を得たのであ
る。
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層に着目し、
これと他の構成層であるＴｉ化合物層との層間密着性の
向上を図るべく研究を行った結果、 （１）主体がＴｉ2 Ｏ3 からなり、かつ酸素（Ｏ）以外
の非金属元素として炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を、合
量で、Ｏ（酸素）との合量に占める割合で１〜２０原子
％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体層、すなわちＣとＮがＴｉ2
Ｏ3 を形成するＯとの合量に占める割合で、合量で１〜
２０原子％含有し、残りが実質的にＴｉ 2 Ｏ3 ［微量の
Ｃｌ（塩素）を不可避不純物として含有する場合があ
る］からなるＴｉ2 Ｏ3 主体層は、Ｔｉ化合物層および
Ａｌ2 Ｏ3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3層の両層と著しく強
固に密着する性質をもち、かつＣおよびＮの含有によっ
て層自体の強度も向上したものになること。 （２）上記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層は、化学蒸着法または物理
蒸着法を用い、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：
０．５〜１０％、Ａｒ：１〜３０％、ＣＯ：０．５〜５
％、ＣＯ2 ：０．５〜１０％、Ｎ2 ：１〜４０％、Ｈ
2 ：残り、 雰囲気温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜５００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができること。 （３）したがって、上記のＴｉ2 Ｏ3 主体層を、同じく
化学蒸着法および／または物理蒸着法を用いて形成され
た上記の従来硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層および
Ａｌ2 Ｏ3 層（特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層）のうちの少なく
とも前記Ａｌ2Ｏ3 層に隣接して配置すると、前記Ｔｉ
化合物層とα−Ａｌ2 Ｏ3 層は、前記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層
がこれら両層と著しく強固に密着する性質を具備するこ
とから、高い層間密着性をもつようになり、したがっ
て、例えば鋼や鋳鉄の高速切削でも硬質被覆層に剥離の
発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するす
るようになること。 以上（１）〜（３）に示される研究結果を得たのであ
る。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、いずれも０．
１〜１５μｍの平均層厚を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉ
ＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合
物層と、０．５〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ
3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層と、０．１〜５μｍの平均
層厚を有する、主体がＴｉ2 Ｏ3 からなり、かつＯ以外
の非金属元素としてＣおよびＮを、合量で、Ｏとの合量
に占める割合で１〜２０原子％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体
層、で構成され、かつ前記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層が少なくと
も前記Ａｌ2 Ｏ3 層に隣接して配置された層構造をもっ
た硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれ
た層間密着性を有する被覆超硬工具に特徴を有するもの
である。
されたものであって、超硬基体の表面に、いずれも０．
１〜１５μｍの平均層厚を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉ
ＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合
物層と、０．５〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ
3 層、特にα−Ａｌ2 Ｏ3 層と、０．１〜５μｍの平均
層厚を有する、主体がＴｉ2 Ｏ3 からなり、かつＯ以外
の非金属元素としてＣおよびＮを、合量で、Ｏとの合量
に占める割合で１〜２０原子％含有するＴｉ2 Ｏ3 主体
層、で構成され、かつ前記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層が少なくと
も前記Ａｌ2 Ｏ3 層に隣接して配置された層構造をもっ
た硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれ
た層間密着性を有する被覆超硬工具に特徴を有するもの
である。
【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層を構成するＴｉ2 Ｏ3 主体層におけるＣおよ
びＮには層自体の強度を向上させる作用があるが、その
含有量がＯとの合量に占める割合で１原子％未満では所
望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が同じく
２０原子％を越えると、Ｔｉ2 Ｏ3 のもつすぐれた層間
密着性が損なわれるようになることから、その含有量を
１〜２０原子％と定めた。なお、この場合、Ｔｉ2 Ｏ3
主体層中のＣとＮの含有割合は、反応ガス中のＣＯ、Ｃ
Ｏ2 、Ａｒ、およびＮ2 の含有割合を調整することによ
って制御でき、またＣとＮの相互割合は、ＣＯ、ＣＯ
2 、およびＮ2 の相互割合を調整することによって制御
できるが、ＣとＮは共に層自体の強度向上に均等作用を
発揮するので、合量で１〜２０原子％の範囲内の所定含
有割合であれば、ＣがＮに比して相対的に多くても、逆
にＣがＮに比して少なくても前記強度向上効果に変りは
ないことから、ＣおよびＮの含有量を合量で１〜２０原
子％としたのである。また、上記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層の平
均層厚を０．１〜５μｍとしたのは、その厚さが０．１
μｍ未満ではα−Ａｌ2 Ｏ3 層およびＴｉ化合物層との
間に所望のすぐれた層間密着性を確保することができ
ず、一方その厚さが５μｍを越えると、切刃に欠けやチ
ッピング（微小欠け）が発生し易くなるという理由によ
るものである。
硬質被覆層を構成するＴｉ2 Ｏ3 主体層におけるＣおよ
びＮには層自体の強度を向上させる作用があるが、その
含有量がＯとの合量に占める割合で１原子％未満では所
望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が同じく
２０原子％を越えると、Ｔｉ2 Ｏ3 のもつすぐれた層間
密着性が損なわれるようになることから、その含有量を
１〜２０原子％と定めた。なお、この場合、Ｔｉ2 Ｏ3
主体層中のＣとＮの含有割合は、反応ガス中のＣＯ、Ｃ
Ｏ2 、Ａｒ、およびＮ2 の含有割合を調整することによ
って制御でき、またＣとＮの相互割合は、ＣＯ、ＣＯ
2 、およびＮ2 の相互割合を調整することによって制御
できるが、ＣとＮは共に層自体の強度向上に均等作用を
発揮するので、合量で１〜２０原子％の範囲内の所定含
有割合であれば、ＣがＮに比して相対的に多くても、逆
にＣがＮに比して少なくても前記強度向上効果に変りは
ないことから、ＣおよびＮの含有量を合量で１〜２０原
子％としたのである。また、上記Ｔｉ2 Ｏ3 主体層の平
均層厚を０．１〜５μｍとしたのは、その厚さが０．１
μｍ未満ではα−Ａｌ2 Ｏ3 層およびＴｉ化合物層との
間に所望のすぐれた層間密着性を確保することができ
ず、一方その厚さが５μｍを越えると、切刃に欠けやチ
ッピング（微小欠け）が発生し易くなるという理由によ
るものである。
【０００７】さらに、この発明の被覆超硬工具におい
て、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ
3 層の平均層厚をそれぞれ０．１〜１５μｍおよび０．
５〜１５μｍとし、かつ硬質被覆層の全体平均層厚を３
〜２５μｍとしたのは、これらの層厚のうちのいずれか
の層厚でも前記下限値未満になると、所望の耐摩耗性を
確保することができず、一方これらの層厚のうちのいず
れかの層厚でも前記上限値を越えると、切刃に欠けやチ
ッピングが発生し易くなるという理由からである。
て、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ
3 層の平均層厚をそれぞれ０．１〜１５μｍおよび０．
５〜１５μｍとし、かつ硬質被覆層の全体平均層厚を３
〜２５μｍとしたのは、これらの層厚のうちのいずれか
の層厚でも前記下限値未満になると、所望の耐摩耗性を
確保することができず、一方これらの層厚のうちのいず
れかの層厚でも前記上限値を越えると、切刃に欠けやチ
ッピングが発生し易くなるという理由からである。
【０００８】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．
２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末、および同１．１μｍのＣｏ粉
末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成
に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した
後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｃ
用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｄ用）
に定める形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同
じく表１に示される条件で真空焼結することにより超硬
基体Ａ〜Ｄをそれぞれ製造した。なお、上記超硬基体Ａ
およびＢには、焼結したままで、表面部に結合相形成成
分であるＣｏ含有量が超硬基体内部に比して相対的に高
いＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬基体Ｃお
よびＤには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に
均質な組織をもつものであった。なお、表１には、上記
超硬基体Ａ〜Ｄの内部硬さ（ロックウエル硬さＡスケー
ル）をそれぞれ示した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．
２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末、および同１．１μｍのＣｏ粉
末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成
に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した
後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｃ
用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｄ用）
に定める形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同
じく表１に示される条件で真空焼結することにより超硬
基体Ａ〜Ｄをそれぞれ製造した。なお、上記超硬基体Ａ
およびＢには、焼結したままで、表面部に結合相形成成
分であるＣｏ含有量が超硬基体内部に比して相対的に高
いＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬基体Ｃお
よびＤには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に
均質な組織をもつものであった。なお、表１には、上記
超硬基体Ａ〜Ｄの内部硬さ（ロックウエル硬さＡスケー
ル）をそれぞれ示した。
【０００９】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｄの表面
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２、３（表２におけるｌ−ＴｉＣＮおよびｌ−
ＴｉＣＮＯは、いずれも縦長成長結晶組織をもつＴｉＣ
Ｎ層およびＴｉＣＮＯ層の形成条件を示すものであり、
これ以外の条件で形成された層はいずれも粒状結晶組織
をもつものである）に示される条件にて、表４、５に示
される組成および目標層厚（切刃の逃げ面）の硬質被覆
層を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１２、
およびＴｉ2 Ｏ3 主体層の形成がない比較被覆超硬工具
１〜８をそれぞれ製造した。なお、本発明被覆超硬工具
１〜１２について、それぞれの切刃逃げ面を、Ｃｕｋα
線を線源として用いたＸ線回折で、Ｘ線回折パターンを
観察したところ、いずれもＴｉ2 Ｏ3 の回折角（２θ）
である２４．０±１度、３４．５±１度、６１．０±１
度、および６３．０±１度に回折ピークが現われ、これ
によってＴｉ 2 Ｏ3 主体層は、主体がＴｉ2 Ｏ3 からな
ることが確認でき、さらに工具縦断面を鏡面研磨仕上げ
した状態で、工具すくい面および逃げ面におけるＴｉ2
Ｏ3 主体層のＣおよびＮ含有量を、オージェ電子分光分
析装置を用いて測定したところ、いずれもＴｉ2 Ｏ3 主
体層中のＣ、Ｎ、およびＯの合量に占めるＣおよびＮの
合量の割合は表３の目標含有量と実質的に同じ値を示し
た。また、硬質被覆層を構成する構成層はいずれも目標
層厚と実質的に同じ層厚をもつものであった。
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２、３（表２におけるｌ−ＴｉＣＮおよびｌ−
ＴｉＣＮＯは、いずれも縦長成長結晶組織をもつＴｉＣ
Ｎ層およびＴｉＣＮＯ層の形成条件を示すものであり、
これ以外の条件で形成された層はいずれも粒状結晶組織
をもつものである）に示される条件にて、表４、５に示
される組成および目標層厚（切刃の逃げ面）の硬質被覆
層を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１２、
およびＴｉ2 Ｏ3 主体層の形成がない比較被覆超硬工具
１〜８をそれぞれ製造した。なお、本発明被覆超硬工具
１〜１２について、それぞれの切刃逃げ面を、Ｃｕｋα
線を線源として用いたＸ線回折で、Ｘ線回折パターンを
観察したところ、いずれもＴｉ2 Ｏ3 の回折角（２θ）
である２４．０±１度、３４．５±１度、６１．０±１
度、および６３．０±１度に回折ピークが現われ、これ
によってＴｉ 2 Ｏ3 主体層は、主体がＴｉ2 Ｏ3 からな
ることが確認でき、さらに工具縦断面を鏡面研磨仕上げ
した状態で、工具すくい面および逃げ面におけるＴｉ2
Ｏ3 主体層のＣおよびＮ含有量を、オージェ電子分光分
析装置を用いて測定したところ、いずれもＴｉ2 Ｏ3 主
体層中のＣ、Ｎ、およびＯの合量に占めるＣおよびＮの
合量の割合は表３の目標含有量と実質的に同じ値を示し
た。また、硬質被覆層を構成する構成層はいずれも目標
層厚と実質的に同じ層厚をもつものであった。
【００１０】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜９お
よび比較被覆超硬工具１〜６について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２５０）
の角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ、 ０送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式高速断続切削試験を行い、いず
れの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これ
らの測定結果を表６に示した。また、上記本発明被覆超
硬工具９、１０および比較被覆超硬工具７、８につい
て、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・Ｓ２５Ｃ（硬さ：ＨB １５０）の角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．１５ｍｍ／刃、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速フライス切削試験を行い、切
刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果も表６に示
した。
よび比較被覆超硬工具１〜６について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２５０）
の角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ、 ０送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式高速断続切削試験を行い、いず
れの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これ
らの測定結果を表６に示した。また、上記本発明被覆超
硬工具９、１０および比較被覆超硬工具７、８につい
て、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・Ｓ２５Ｃ（硬さ：ＨB １５０）の角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．１５ｍｍ／刃、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速フライス切削試験を行い、切
刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果も表６に示
した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【００１６】
【表６】
【００１７】
【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層がＡｌ2 Ｏ3 層と隣接してＴｉ2 Ｏ 3 主体層を配置し
た層構造をもつ本発明被覆超硬工具１〜１２は、Ｔｉ2
Ｏ3 主体層の形成がない比較被覆超硬工具１〜８に比し
て、硬質被覆層における構成層相互間の密着性にすぐれ
ているので、苛酷な切削条件となる鋼の高速連続切削や
高速断続切削にも硬質被覆層に剥離の発生なく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するのに対して、比較被
覆超硬工具１〜８においては、Ｔｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ
3 層との層間密着性が不十分なために比較的短時間で硬
質被覆層にいずれも剥離が発生し、これが原因で使用寿
命に至ることが明らかである。上述のように、この発明
の被覆超硬工具は、これの硬質被覆層の構成層が相互間
ですぐれた層間密着性を有するので、例えば鋼や鋳鉄な
どの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、
特にこれらの切削を高速で行っても、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮し、したがって切削加工の高速化に
十分に対応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
層がＡｌ2 Ｏ3 層と隣接してＴｉ2 Ｏ 3 主体層を配置し
た層構造をもつ本発明被覆超硬工具１〜１２は、Ｔｉ2
Ｏ3 主体層の形成がない比較被覆超硬工具１〜８に比し
て、硬質被覆層における構成層相互間の密着性にすぐれ
ているので、苛酷な切削条件となる鋼の高速連続切削や
高速断続切削にも硬質被覆層に剥離の発生なく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するのに対して、比較被
覆超硬工具１〜８においては、Ｔｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ
3 層との層間密着性が不十分なために比較的短時間で硬
質被覆層にいずれも剥離が発生し、これが原因で使用寿
命に至ることが明らかである。上述のように、この発明
の被覆超硬工具は、これの硬質被覆層の構成層が相互間
ですぐれた層間密着性を有するので、例えば鋼や鋳鉄な
どの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、
特にこれらの切削を高速で行っても、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮し、したがって切削加工の高速化に
十分に対応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
フロントページの続き (72)発明者 中村 惠滋 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF10 FF17 FF19 FF22 FF25 FF32 FF40 FF42 4K030 AA03 AA10 AA14 AA17 AA18 AA24 BA18 BA24 BA35 BA36 BA38 BA41 BA43 BA46 BB12 CA03 JA01 LA22
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 いずれも０．１〜１５μｍの平均層厚を有する、炭化チ
タン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チタン
層、窒酸化チタン層、および炭窒酸化チタン層のうちの
１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、 ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム
層と、 ０．１〜５μｍの平均層厚を有する、主体が三酸化二チ
タンからなり、かつ酸素以外の非金属元素として炭素お
よび窒素を、合量で、酸素との合量に占める割合で１〜
２０原子％含有する三酸化二チタン主体層、で構成さ
れ、かつ前記三酸化二チタン主体層が少なくとも前記酸
化アルミニウム層に隣接して配置された層構造をもった
硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着お
よび／または物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた
層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28715698A JP3371823B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28715698A JP3371823B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000119855A true JP2000119855A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3371823B2 JP3371823B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=17713813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28715698A Expired - Lifetime JP3371823B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3371823B2 (ja) |
-
1998
- 1998-10-09 JP JP28715698A patent/JP3371823B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3371823B2 (ja) | 2003-01-27 |
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