JP2000218409A - 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮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耐欠損性を発揮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耐欠損性を発揮する表
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、超硬基
体の表面に、硬質被覆層として、（ａ）いずれも０．１
〜５μｍの平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およ
びＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上からなる第一
密着層を介して、５〜２０μｍの平均層厚を有する縦長
成長結晶組織のＴｉＣＮ層を化学蒸着または物理蒸着形
成し、（ｂ）さらに前記縦長成長結晶組織のＴｉＣＮ層
の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ実質的
にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織からなり、前
記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占め
る割合で、２０〜８０面積％である第二密着層を介し
て、１〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化
学蒸着または物理蒸着形成し、（ｃ）これら硬質被覆層
の全体平均層厚を６〜３５μｍとしたものからなる。
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、超硬基
体の表面に、硬質被覆層として、（ａ）いずれも０．１
〜５μｍの平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およ
びＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上からなる第一
密着層を介して、５〜２０μｍの平均層厚を有する縦長
成長結晶組織のＴｉＣＮ層を化学蒸着または物理蒸着形
成し、（ｂ）さらに前記縦長成長結晶組織のＴｉＣＮ層
の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ実質的
にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織からなり、前
記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占め
る割合で、２０〜８０面積％である第二密着層を介し
て、１〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化
学蒸着または物理蒸着形成し、（ｃ）これら硬質被覆層
の全体平均層厚を６〜３５μｍとしたものからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮ層で示す）と酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ
2 Ｏ3 層で示す）がすぐれた層間密着性を有し、したが
って硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄な
どの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条件で
行った場合にも硬質被覆層に剥離の発生がなく、この結
果前記剥離が原因の欠けやチッピング（微小欠け）など
の欠損の発生が著しく抑制されるようになることから、
使用寿命の長期に亘る延命化を可能ならしめる表面被覆
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。
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮ層で示す）と酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ
2 Ｏ3 層で示す）がすぐれた層間密着性を有し、したが
って硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄な
どの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条件で
行った場合にも硬質被覆層に剥離の発生がなく、この結
果前記剥離が原因の欠けやチッピング（微小欠け）など
の欠損の発生が著しく抑制されるようになることから、
使用寿命の長期に亘る延命化を可能ならしめる表面被覆
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、炭化タングステン基超硬
合金基体（以下、単に超硬基体と云う）の表面に、硬質
被覆層として、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均
層厚を有する粒状結晶組織の炭化チタン層（以下、Ｔｉ
Ｃ層で示す）、窒化チタン層（以下、同じくＴｉＮ層で
示す）、および炭窒化チタン層（以下、ＴｉＣＮ層で示
す）のうちの１層または２層以上からなる第一密着層を
介して、５〜２０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ
層を化学蒸着または物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上
記ｌ−ＴｉＣＮ層の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を
有する粒状結晶組織の炭酸化チタン層（以下、ＴｉＣＯ
層で示す）または炭窒酸化チタン層（以下、ＴｉＣＮＯ
層で示す）からなる第二密着層を介して、１〜１５μｍ
の平均層厚を有する粒状結晶組織のα型やκ型などの結
晶構造をもったＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物理蒸着
形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６
〜３５μｍとしてなる被覆超硬工具が知られており、こ
の被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断
続切削に用いられていることも知られている。また、例
えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６−８０
０８号公報などに記載されるように、上記被覆超硬工具
の硬質被覆層において、上記粒状結晶組織のＴｉＣＮ層
は、化学蒸着装置にて、１０００℃以上の高温で反応ガ
スとして例えばメタンを含む混合ガスを使用して形成
し、また上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、反応ガスとして有機炭
窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９５０℃の中
温温度域で化学蒸着を行うことにより形成されることも
良く知られるところであり、前記ｌ−ＴｉＣＮ層の適用
により硬質被覆層の靭性向上が図られ、もって切刃部に
欠けやチッピング（微小欠け）などが発生するのが著し
く抑制されるようになることも知られている。
合金基体（以下、単に超硬基体と云う）の表面に、硬質
被覆層として、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均
層厚を有する粒状結晶組織の炭化チタン層（以下、Ｔｉ
Ｃ層で示す）、窒化チタン層（以下、同じくＴｉＮ層で
示す）、および炭窒化チタン層（以下、ＴｉＣＮ層で示
す）のうちの１層または２層以上からなる第一密着層を
介して、５〜２０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ
層を化学蒸着または物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上
記ｌ−ＴｉＣＮ層の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を
有する粒状結晶組織の炭酸化チタン層（以下、ＴｉＣＯ
層で示す）または炭窒酸化チタン層（以下、ＴｉＣＮＯ
層で示す）からなる第二密着層を介して、１〜１５μｍ
の平均層厚を有する粒状結晶組織のα型やκ型などの結
晶構造をもったＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物理蒸着
形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６
〜３５μｍとしてなる被覆超硬工具が知られており、こ
の被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断
続切削に用いられていることも知られている。また、例
えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６−８０
０８号公報などに記載されるように、上記被覆超硬工具
の硬質被覆層において、上記粒状結晶組織のＴｉＣＮ層
は、化学蒸着装置にて、１０００℃以上の高温で反応ガ
スとして例えばメタンを含む混合ガスを使用して形成
し、また上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、反応ガスとして有機炭
窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９５０℃の中
温温度域で化学蒸着を行うことにより形成されることも
良く知られるところであり、前記ｌ−ＴｉＣＮ層の適用
により硬質被覆層の靭性向上が図られ、もって切刃部に
欠けやチッピング（微小欠け）などが発生するのが著し
く抑制されるようになることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削工具
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層、すなわちこれ
の構成層であるｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3層は厚
膜化の傾向にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、
例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重
切削条件で行うと、従来被覆超硬工具においては、ｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対するＴｉＣＯ層およ
びＴｉＣＮＯ層（第二密着層）の密着性不足が原因で切
刃部に欠けやチッピングが発生し易くなり、比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層、すなわちこれ
の構成層であるｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3層は厚
膜化の傾向にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、
例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重
切削条件で行うと、従来被覆超硬工具においては、ｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対するＴｉＣＯ層およ
びＴｉＣＮＯ層（第二密着層）の密着性不足が原因で切
刃部に欠けやチッピングが発生し易くなり、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、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する第二密着層に着目し、これのｌ−Ｔｉ
ＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ 3 層に対する一段の密着性向上を
図るべく研究を行った結果、 （ａ）被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する第二密着層
を、粒状結晶組織のＡｌ2 Ｏ3 相と窒酸化チタン（以
下、ＴｉＮＯで示す）相との２相組織をもつものとする
と、前記２相組織相はｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3
層のいずれに対しても従来被覆超硬工具の硬質被覆層の
第二密着層であるＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の単相
層に比して一段とすぐれた密着性を示すこと。 （ｂ）Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織層は、化
学蒸着法にて、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）、 ＡｌＣｌ3 ：１〜１０％、 ＴｉＣｌ4 ：１〜１０％、 ＮＯ：０．５〜２０％、 必要に応じてＨ2 ：１．５〜１５％、 Ａｒ：残り、 反応温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができ、この場合、すぐれた密着
性を確保するには、上記の条件を調整して、ＴｉＮＯ相
の割合がＡｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割合で、２０〜
８０面積％にする必要があること。 （ｃ）したがって、被覆超硬工具の硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層を厚膜化、すなわ
ち平均層厚が前記ｌ−ＴｉＣＮ層にあっては例えば１０
〜２０μｍ、前記Ａｌ2 Ｏ3 層にあっては同様に７〜１
５μｍに厚膜化しても、これら層間に第二密着層として
上記のＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織層を介在
させれば、例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込
みなどの重切削条件で行なっても、前記ｌ−ＴｉＣＮ層
とＡｌ2 Ｏ3 層間には一段とすぐれた密着性が確保され
るようになることから、切刃部に欠けやチッピングなど
が発生することがなくなり、長期に亘ってすぐれた切削
性能を発揮するようになること。 以上（ａ）〜（ｃ）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、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する第二密着層に着目し、これのｌ−Ｔｉ
ＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ 3 層に対する一段の密着性向上を
図るべく研究を行った結果、 （ａ）被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する第二密着層
を、粒状結晶組織のＡｌ2 Ｏ3 相と窒酸化チタン（以
下、ＴｉＮＯで示す）相との２相組織をもつものとする
と、前記２相組織相はｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3
層のいずれに対しても従来被覆超硬工具の硬質被覆層の
第二密着層であるＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の単相
層に比して一段とすぐれた密着性を示すこと。 （ｂ）Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織層は、化
学蒸着法にて、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）、 ＡｌＣｌ3 ：１〜１０％、 ＴｉＣｌ4 ：１〜１０％、 ＮＯ：０．５〜２０％、 必要に応じてＨ2 ：１．５〜１５％、 Ａｒ：残り、 反応温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができ、この場合、すぐれた密着
性を確保するには、上記の条件を調整して、ＴｉＮＯ相
の割合がＡｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割合で、２０〜
８０面積％にする必要があること。 （ｃ）したがって、被覆超硬工具の硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層を厚膜化、すなわ
ち平均層厚が前記ｌ−ＴｉＣＮ層にあっては例えば１０
〜２０μｍ、前記Ａｌ2 Ｏ3 層にあっては同様に７〜１
５μｍに厚膜化しても、これら層間に第二密着層として
上記のＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織層を介在
させれば、例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込
みなどの重切削条件で行なっても、前記ｌ−ＴｉＣＮ層
とＡｌ2 Ｏ3 層間には一段とすぐれた密着性が確保され
るようになることから、切刃部に欠けやチッピングなど
が発生することがなくなり、長期に亘ってすぐれた切削
性能を発揮するようになること。 以上（ａ）〜（ｃ）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、硬質被覆層と
して、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１
層または２層以上からなる第一密着層を介して、５〜２
０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着ま
たは物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ
層の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ実質
的にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織からなり、
前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占
める割合で、２０〜８０面積％である第二密着層を介し
て、１〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化
学蒸着または物理蒸着形成し、（ｃ） これら硬質被覆
層の全体平均層厚を６〜３５μｍとしてなる、硬質被覆
層がすぐれた耐欠損性を発揮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、硬質被覆層と
して、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１
層または２層以上からなる第一密着層を介して、５〜２
０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着ま
たは物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ
層の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ実質
的にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相組織からなり、
前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占
める割合で、２０〜８０面積％である第二密着層を介し
て、１〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化
学蒸着または物理蒸着形成し、（ｃ） これら硬質被覆
層の全体平均層厚を６〜３５μｍとしてなる、硬質被覆
層がすぐれた耐欠損性を発揮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実質的にＡｌ 2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ
相との２相組織を有する第二密着層は、上記の通りｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対して著しく高い密着
性を有するが、この場合前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａ
ｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割合で２０面積％未満では
下層であるｌ−ＴｉＣＮ層との層間密着性が十分でな
く、よって所望のすぐれた層間密着性を確保することが
できず、一方その割合が同じく８０面積％を越えると、
上層であるＡｌ2 Ｏ3 層との層間密着性が急激に低下
し、層間剥離の原因となることから、その割合を２０〜
８０面積％、望ましくは３０〜７０面積％と定めたので
ある。また、上記第二密着層の平均層厚を０．１〜３μ
ｍとしたのは、その厚さが０．１μｍ未満ではｌ−Ｔｉ
ＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 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３μｍあれ
ば層間密着性の効果が十分であるという理由によるもの
であり、望ましくは０．２〜２．０μｍとするのがよ
い。
硬質被覆層を構成する実質的にＡｌ 2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ
相との２相組織を有する第二密着層は、上記の通りｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対して著しく高い密着
性を有するが、この場合前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａ
ｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割合で２０面積％未満では
下層であるｌ−ＴｉＣＮ層との層間密着性が十分でな
く、よって所望のすぐれた層間密着性を確保することが
できず、一方その割合が同じく８０面積％を越えると、
上層であるＡｌ2 Ｏ3 層との層間密着性が急激に低下
し、層間剥離の原因となることから、その割合を２０〜
８０面積％、望ましくは３０〜７０面積％と定めたので
ある。また、上記第二密着層の平均層厚を０．１〜３μ
ｍとしたのは、その厚さが０．１μｍ未満ではｌ−Ｔｉ
ＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 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３μｍあれ
ば層間密着性の効果が十分であるという理由によるもの
であり、望ましくは０．２〜２．０μｍとするのがよ
い。
【０００７】同じく硬質被覆層を構成する上記第一密着
層には、超硬基体とｌ−ＴｉＣＮ層のいずれにも強固に
密着して、これら層間の密着性を向上させる作用があ
り、したがってその平均層厚が０．１μｍ未満では、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
その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行
が促進されるようになることから、その平均層厚を０．
１〜５μｍと定めた。
層には、超硬基体とｌ−ＴｉＣＮ層のいずれにも強固に
密着して、これら層間の密着性を向上させる作用があ
り、したがってその平均層厚が０．１μｍ未満では、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
その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行
が促進されるようになることから、その平均層厚を０．
１〜５μｍと定めた。
【０００８】さらに同じく上記ｌ−ＴｉＣＮ層には、上
記の通り硬質被覆層の耐チッピング性を一段と向上させ
る作用があるが、その平均層厚が５μｍ未満では、耐チ
ッピング性に所望の向上効果が得られず、一方その平均
層厚が２０μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するよ
うになることから、その平均層厚を５〜２０μｍと定め
た。
記の通り硬質被覆層の耐チッピング性を一段と向上させ
る作用があるが、その平均層厚が５μｍ未満では、耐チ
ッピング性に所望の向上効果が得られず、一方その平均
層厚が２０μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するよ
うになることから、その平均層厚を５〜２０μｍと定め
た。
【０００９】同じくＡｌ2 Ｏ3 層には、硬質被覆層の耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が１μ
ｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を確保することが
できず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃に
チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を
１〜１５μｍと定めた。
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が１μ
ｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を確保することが
できず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃に
チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を
１〜１５μｍと定めた。
【００１０】また、硬質被覆層の平均層厚を６〜３５μ
ｍとしたのは、その層厚が６μｍ未満では所望のすぐれ
た耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が３
５μｍ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り、望ましくは７〜２５μｍ
とするのがよい。
ｍとしたのは、その層厚が６μｍ未満では所望のすぐれ
た耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が３
５μｍ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り、望ましくは７〜２５μｍ
とするのがよい。
【００１１】さらに、上記Ａｌ2 Ｏ3 層の上に、必要に
応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成して
もよく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分である。
応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成して
もよく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分である。
【００１２】
【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：２．７μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．８μ
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・ＣＮＭＧ１２０４１２（超硬基体Ａ〜Ｄ
用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｅ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〜Ｅをそれぞれ製造した。さらに、上記超硬基体
Ｂに対して、１００ＴｏｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、温
度：１４００℃に１時間保持後、徐冷の滲炭処理を施
し、処理後、超硬基体表面に付着するカーボンとＣｏを
酸およびバレル研磨で除去することにより、表面から１
２μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１６．１重量％、深
さ：４７μｍのＣｏ富化帯域を基体表面部に形成した。
また、上記超硬基体ＡおよびＤには、焼結したままで、
表面部に表面から１８μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：
９．０重量％、深さ：２２μｍ（超硬基体Ａ）および表
面から２２μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１４重量％、
深さ：２５μｍ（超硬基体Ｄ）のＣｏ富化帯域が形成さ
れており、残りの超硬基体ＣおよびＥ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〜Ｅ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：２．７μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．８μ
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・ＣＮＭＧ１２０４１２（超硬基体Ａ〜Ｄ
用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｅ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〜Ｅをそれぞれ製造した。さらに、上記超硬基体
Ｂに対して、１００ＴｏｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、温
度：１４００℃に１時間保持後、徐冷の滲炭処理を施
し、処理後、超硬基体表面に付着するカーボンとＣｏを
酸およびバレル研磨で除去することにより、表面から１
２μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１６．１重量％、深
さ：４７μｍのＣｏ富化帯域を基体表面部に形成した。
また、上記超硬基体ＡおよびＤには、焼結したままで、
表面部に表面から１８μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：
９．０重量％、深さ：２２μｍ（超硬基体Ａ）および表
面から２２μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１４重量％、
深さ：２５μｍ（超硬基体Ｄ）のＣｏ富化帯域が形成さ
れており、残りの超硬基体ＣおよびＥ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〜Ｅ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。
【００１３】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｅ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に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標層厚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１〜１０、比較被覆超硬工具
１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製
造した。なお、本発明被覆超硬工具１〜１０、比較被覆
超硬工具１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０の硬
質被覆層の構成層について、層形成後の断面を光学顕微
鏡にて観察し、層厚を測定したところ、目標層厚とほと
んど変わらぬ平均層厚を示し、また本発明被覆超硬工具
１〜１０、および比較被覆超硬工具１〜３の硬質被覆層
を構成する第二密着層におけるＴｉＮＯ相の割合を走査
型電子顕微鏡にて観察し、反射電子像写真を撮影後、画
像解析装置で分析したところ、いずれも目標含有割合と
実質的に同じ値を示した。また、比較被覆超硬工具１、
２は、第二密着層におけるＴｉＮＯ相の割合がそれぞれ
この発明の範囲から外れて１０面積％および９０面積％
である場合を示し、さらに比較被覆超硬工具３は、第二
密着層の層厚がこの発明の範囲から低い方に外れた０．
０５μｍの場合を示すものである。
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に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標層厚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１〜１０、比較被覆超硬工具
１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製
造した。なお、本発明被覆超硬工具１〜１０、比較被覆
超硬工具１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０の硬
質被覆層の構成層について、層形成後の断面を光学顕微
鏡にて観察し、層厚を測定したところ、目標層厚とほと
んど変わらぬ平均層厚を示し、また本発明被覆超硬工具
１〜１０、および比較被覆超硬工具１〜３の硬質被覆層
を構成する第二密着層におけるＴｉＮＯ相の割合を走査
型電子顕微鏡にて観察し、反射電子像写真を撮影後、画
像解析装置で分析したところ、いずれも目標含有割合と
実質的に同じ値を示した。また、比較被覆超硬工具１、
２は、第二密着層におけるＴｉＮＯ相の割合がそれぞれ
この発明の範囲から外れて１０面積％および９０面積％
である場合を示し、さらに比較被覆超硬工具３は、第二
密着層の層厚がこの発明の範囲から低い方に外れた０．
０５μｍの場合を示すものである。
【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２９ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．９３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、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。
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２９ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．９３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、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。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層中のｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層の間にＡｌ2 Ｏ3
相とＴｉＮＯ相との２相組織を有する第二密着層を介在
させた本発明被覆超硬工具１〜１０は、第二密着層中の
ＴｉＮＯ相の割合がこの発明の範囲から外れた比較被覆
超硬工具１、２、および第二密着層の層厚がこの発明の
範囲から低い方に外れた比較被覆超硬工具３、さらに第
二密着層がＴｉＣＯ層またはＴｉＣＮＯ層からなる従来
被覆超硬工具１〜１０に比して、前記ｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層とが一段とすぐれた層間密着性を有するよ
うになることから、苛酷な切削条件となる鋼の断続高送
り切削および断続高切り込み切削にも硬質被覆層の剥離
が原因の欠けやチッピングの発生がなく、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１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０において
は、前記ｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層との層間密着性
が不十分なために硬質被覆層にいずれも剥離が発生し、
これが欠けやチッピングの原因となり、比較的短時間で
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
相互に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きわめて苛酷な条件となる断続
重切削条件で行っても、切刃に欠けやチッピングなどの
欠損の発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
するものであり、したがって切削加工の省力化および省
エネ化、さらに低コスト化に十分満足に寄与するもので
ある。
層中のｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層の間にＡｌ2 Ｏ3
相とＴｉＮＯ相との２相組織を有する第二密着層を介在
させた本発明被覆超硬工具１〜１０は、第二密着層中の
ＴｉＮＯ相の割合がこの発明の範囲から外れた比較被覆
超硬工具１、２、および第二密着層の層厚がこの発明の
範囲から低い方に外れた比較被覆超硬工具３、さらに第
二密着層がＴｉＣＯ層またはＴｉＣＮＯ層からなる従来
被覆超硬工具１〜１０に比して、前記ｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層とが一段とすぐれた層間密着性を有するよ
うになることから、苛酷な切削条件となる鋼の断続高送
り切削および断続高切り込み切削にも硬質被覆層の剥離
が原因の欠けやチッピングの発生がなく、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１〜３、および従来被覆超硬工具１〜１０において
は、前記ｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層との層間密着性
が不十分なために硬質被覆層にいずれも剥離が発生し、
これが欠けやチッピングの原因となり、比較的短時間で
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
相互に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きわめて苛酷な条件となる断続
重切削条件で行っても、切刃に欠けやチッピングなどの
欠損の発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
するものであり、したがって切削加工の省力化および省
エネ化、さらに低コスト化に十分満足に寄与するもので
ある。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF09 FF10 FF19 FF22 FF25 4K029 AA04 BA41 BA44 BA54 BA55 BA60 BB02 BB07 BC00 BD05 EA01 4K030 BA02 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA43 BB01 BB12 CA03 JA01 LA00 LA22 4K044 AA09 AB05 BA12 BA13 BA18 BB02 BC05 CA13 CA14
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、硬質被覆層として、 （ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有する粒
状結晶組織の炭化チタン層、窒化チタン層、および炭窒
化チタン層のうちの１層または２層以上からなる第一密
着層を介して、 ５〜２０μｍの平均層厚を有する縦長成長結晶組織の炭
窒化チタン層を化学蒸着または物理蒸着形成し、 （ｂ） さらに上記縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層
の上に、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ実質的
に酸化アルミニウム相と窒酸化チタン相との２相組織か
らなり、前記窒酸化チタン相の割合が前記酸化アルミニ
ウム相との合量に占める割合で、２０〜８０面積％であ
る粒状結晶組織の第二密着層を介して、 １〜１５μｍの平均層厚を有する粒状結晶組織の酸化ア
ルミニウム層を化学蒸着または物理蒸着形成し、 （ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６〜３５μ
ｍとしてなる、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮す
る表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2634899A JP2000218409A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮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 |
|---|---|---|---|
| JP2634899A JP2000218409A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000218409A true JP2000218409A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=12190963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2634899A Pending JP2000218409A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000218409A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004015170A1 (ja) * | 2002-08-08 | 2004-02-19 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | α型結晶構造主体のアルミナ皮膜の製造方法、α型結晶構造主体のアルミナ皮膜と該アルミナ皮膜を含む積層皮膜、該アルミナ皮膜または該積層皮膜で被覆された部材とその製造方法、および物理的蒸着装置 |
| JP2005279825A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kyocera Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010089201A (ja) * | 2008-10-07 | 2010-04-22 | 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 |
| US20160160347A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-09 | Kennametal Inc. | Nanocomposite refractory coatings and applications thereof |
| CN106604796A (zh) * | 2014-09-03 | 2017-04-26 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具及其制造方法 |
-
1999
- 1999-02-03 JP JP2634899A patent/JP2000218409A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004015170A1 (ja) * | 2002-08-08 | 2004-02-19 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | α型結晶構造主体のアルミナ皮膜の製造方法、α型結晶構造主体のアルミナ皮膜と該アルミナ皮膜を含む積層皮膜、該アルミナ皮膜または該積層皮膜で被覆された部材とその製造方法、および物理的蒸着装置 |
| CN100413998C (zh) * | 2002-08-08 | 2008-08-27 | 株式会社神户制钢所 | α型晶体结构为主体的氧化铝被膜相关技术 |
| US7531212B2 (en) | 2002-08-08 | 2009-05-12 | Kobe Steel, Ltd. | Process for producing an alumina coating comprised mainly of α crystal structure |
| JP2005279825A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kyocera Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP4593952B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2010-12-08 | 京セラ株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2010089201A (ja) * | 2008-10-07 | 2010-04-22 | 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 |
| CN106604796A (zh) * | 2014-09-03 | 2017-04-26 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具及其制造方法 |
| US10358712B2 (en) | 2014-09-03 | 2019-07-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool and method of manufacturing the same |
| US20160160347A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-09 | Kennametal Inc. | Nanocomposite refractory coatings and applications thereof |
| US9650714B2 (en) * | 2014-12-08 | 2017-05-16 | Kennametal Inc. | Nanocomposite refractory coatings and applications thereof |
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