JP2000233324A - コーティング工具用固体潤滑膜及びその製造法 - Google Patents
コーティング工具用固体潤滑膜及びその製造法Info
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- JP2000233324A JP2000233324A JP11334812A JP33481299A JP2000233324A JP 2000233324 A JP2000233324 A JP 2000233324A JP 11334812 A JP11334812 A JP 11334812A JP 33481299 A JP33481299 A JP 33481299A JP 2000233324 A JP2000233324 A JP 2000233324A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金等を母材とす
る工具上にTiN,TiCN,TiAlN,A2O3 等の硬質物質をコーテ
ィングしたコーティング工具上に、工具の潤滑特性を改
善することを目的とした潤滑膜を成膜したコーティング
工具用固体潤滑膜及びその製造法を提供。 【構成】コーティング工具上に、Si,Zr,Ni,Fe,Co及びCr
のうちの一種または二種以上の金属 Mに対して主として
酸素が主成分となる酸化物( MOx : 0.2 ≦ x＜ 2)を、
成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）であ
り、 150°C 〜 450°C に加熱され、イオンプレーティ
ングを含む物理蒸着法により形成され、成膜バイアスは
-15 V 〜 -1000 Vの直流印加方式、もしくは-15 V 〜
-1000 V相当の実効バイアスが得られる高周波交流電流
印加方式によって成膜。
る工具上にTiN,TiCN,TiAlN,A2O3 等の硬質物質をコーテ
ィングしたコーティング工具上に、工具の潤滑特性を改
善することを目的とした潤滑膜を成膜したコーティング
工具用固体潤滑膜及びその製造法を提供。 【構成】コーティング工具上に、Si,Zr,Ni,Fe,Co及びCr
のうちの一種または二種以上の金属 Mに対して主として
酸素が主成分となる酸化物( MOx : 0.2 ≦ x＜ 2)を、
成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）であ
り、 150°C 〜 450°C に加熱され、イオンプレーティ
ングを含む物理蒸着法により形成され、成膜バイアスは
-15 V 〜 -1000 Vの直流印加方式、もしくは-15 V 〜
-1000 V相当の実効バイアスが得られる高周波交流電流
印加方式によって成膜。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はドリル、エンドミル又は
タップを含む工具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、
超硬合金、サ−メット又はセラミックを母材とする工具
上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの
組合せを含む硬質物質をコーティングしたコーティング
工具上に、工具の潤滑特性を改善することを目的とし
た、潤滑膜を形成する、コーティング工具用固体潤滑膜
の製造法に関する。
タップを含む工具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、
超硬合金、サ−メット又はセラミックを母材とする工具
上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの
組合せを含む硬質物質をコーティングしたコーティング
工具上に、工具の潤滑特性を改善することを目的とし
た、潤滑膜を形成する、コーティング工具用固体潤滑膜
の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、イオンプレーティングを含む物理
蒸着法はコーティング工具の製造法として一般化してお
り、その主たる目的は TiN,TiCN,TiAlN,A2O3,CrNを含む
硬質物質をコーティングした硬質被覆膜を成膜すること
であった。一方工具の潤滑特性を改善することでは、例
えば9-192908号公報に記載するような２硫化モリブデン
及びフッ素樹脂を主成分とする固体潤滑剤やグラファイ
トが知られており、これらは粉体塗布又はやきつき法に
よって回転部品や塑性加工で用いられてきた。
蒸着法はコーティング工具の製造法として一般化してお
り、その主たる目的は TiN,TiCN,TiAlN,A2O3,CrNを含む
硬質物質をコーティングした硬質被覆膜を成膜すること
であった。一方工具の潤滑特性を改善することでは、例
えば9-192908号公報に記載するような２硫化モリブデン
及びフッ素樹脂を主成分とする固体潤滑剤やグラファイ
トが知られており、これらは粉体塗布又はやきつき法に
よって回転部品や塑性加工で用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年コーティング工具
の広がりは、機械加工分野の加工能率の向上や加工コス
トの低減という効果をもたらしてきた。これはコーティ
ングされる物質が硬質であり耐摩耗性を向上させた結果
の他、これらの物質が摩擦抵抗を低減させる作用があ
り、この特性が強く作用していることは否めないことで
ある。一方グラファイトや２硫化モリブデン及びフッ素
樹脂を主成分とする固体潤滑剤は、工具に塗布して使用
しても、短時間で除去され、長時間の切削に耐える使用
法としては、その都度塗布を行う作業が必要であった。
本発明の課題は、ドリル、エンドミル又はタップを含む
工具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ
−メット又はセラミックを母材とする工具上にTiN,TiC
N,TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの組合せを含む
硬質物質をコーティングしたコーティング工具上に、工
具の潤滑特性を改善することを目的とした、潤滑膜を形
成するコーティング工具用固体潤滑剤の製造法を提供す
ることにある。
の広がりは、機械加工分野の加工能率の向上や加工コス
トの低減という効果をもたらしてきた。これはコーティ
ングされる物質が硬質であり耐摩耗性を向上させた結果
の他、これらの物質が摩擦抵抗を低減させる作用があ
り、この特性が強く作用していることは否めないことで
ある。一方グラファイトや２硫化モリブデン及びフッ素
樹脂を主成分とする固体潤滑剤は、工具に塗布して使用
しても、短時間で除去され、長時間の切削に耐える使用
法としては、その都度塗布を行う作業が必要であった。
本発明の課題は、ドリル、エンドミル又はタップを含む
工具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ
−メット又はセラミックを母材とする工具上にTiN,TiC
N,TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの組合せを含む
硬質物質をコーティングしたコーティング工具上に、工
具の潤滑特性を改善することを目的とした、潤滑膜を形
成するコーティング工具用固体潤滑剤の製造法を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ドリ
ル、エンドミル又はタップを含む工具に使用される工具
鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又はセラミッ
クを母材とする工具上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3のうちの
１もしくはこれらの組合せを含む硬質物質をコーティン
グしたコーティング工具上に、(a).Si,Zr,Ni,Fe,Co及び
Crのうちの一種または二種以上の金属 Mに対して主とし
て酸素が主成分となる酸化物( MOx : 0.2 ≦ x＜ 2 )と
して、(b).成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0
(μｍ）であり、(c).これらの酸化物の膜は、 150°C
〜 450°C に加熱され、イオンプレーティングを含む物
理蒸着法により形成され、成膜バイアスは -15 V 〜 -
1000 Vの直流印加方式、もしくは-15 V 〜 -1000 V相当
の実効バイアスが得られる高周波交流電流印加方式によ
って成膜することを特徴とするコーティング工具用固体
潤滑膜及びその製造法を提供することによって上述した
従来技術の課題を解決した。好ましくは、前記 (b).成
膜する厚さ t は、 0.05≦ t ＜ 1.8 (μｍ）であ
る。
ル、エンドミル又はタップを含む工具に使用される工具
鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又はセラミッ
クを母材とする工具上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3のうちの
１もしくはこれらの組合せを含む硬質物質をコーティン
グしたコーティング工具上に、(a).Si,Zr,Ni,Fe,Co及び
Crのうちの一種または二種以上の金属 Mに対して主とし
て酸素が主成分となる酸化物( MOx : 0.2 ≦ x＜ 2 )と
して、(b).成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0
(μｍ）であり、(c).これらの酸化物の膜は、 150°C
〜 450°C に加熱され、イオンプレーティングを含む物
理蒸着法により形成され、成膜バイアスは -15 V 〜 -
1000 Vの直流印加方式、もしくは-15 V 〜 -1000 V相当
の実効バイアスが得られる高周波交流電流印加方式によ
って成膜することを特徴とするコーティング工具用固体
潤滑膜及びその製造法を提供することによって上述した
従来技術の課題を解決した。好ましくは、前記 (b).成
膜する厚さ t は、 0.05≦ t ＜ 1.8 (μｍ）であ
る。
【０００５】かかる構成のコーティング工具用固体潤滑
膜及びその製造法により、金属酸化物を成膜することに
より、従来の工具鋼、高速度工具鋼等を使用した工具又
はコーティング工具の寿命をさらに伸ばすことが可能に
なった。かかる金属酸化物の成膜作用は、グラファイト
や２硫化モリブデン及びフッ素樹脂を主成分とする固体
潤滑剤を塗布した場合に比較すれば、摩擦係数は小さ
く、工具の潤滑特性を改善する効果は大きいと考えられ
える。一方摩擦係数が小さ過ぎると切削工具の場合には
刃先先端の損傷を誘発させるので摩擦係数が小さいほど
最良とはいえない。また、一般にはコーティング工具の
場合には無処理の切削工具と比較すると、摩擦係数を低
減する効果はあるが、刃先先端の溶着性を改善するため
には酸化物を形成することが妥当である。しかしながら
酸化物の多くは絶縁体を形成するので一般には化学蒸着
法を用いているが、工具の潤滑特性を改善する場合には
厚めに形成されるので、切削工具の刃先としては不向き
である。また、従来の化学蒸着法を用いた場合、高温処
理のためコーティング工具の再処理が難しく、密着性も
強固となり初期の硬質膜ごと除去されたり、潤滑膜が全
体として除去されてしまうので、潤滑を目的とした膜の
場合はその調整が重要となる。
膜及びその製造法により、金属酸化物を成膜することに
より、従来の工具鋼、高速度工具鋼等を使用した工具又
はコーティング工具の寿命をさらに伸ばすことが可能に
なった。かかる金属酸化物の成膜作用は、グラファイト
や２硫化モリブデン及びフッ素樹脂を主成分とする固体
潤滑剤を塗布した場合に比較すれば、摩擦係数は小さ
く、工具の潤滑特性を改善する効果は大きいと考えられ
える。一方摩擦係数が小さ過ぎると切削工具の場合には
刃先先端の損傷を誘発させるので摩擦係数が小さいほど
最良とはいえない。また、一般にはコーティング工具の
場合には無処理の切削工具と比較すると、摩擦係数を低
減する効果はあるが、刃先先端の溶着性を改善するため
には酸化物を形成することが妥当である。しかしながら
酸化物の多くは絶縁体を形成するので一般には化学蒸着
法を用いているが、工具の潤滑特性を改善する場合には
厚めに形成されるので、切削工具の刃先としては不向き
である。また、従来の化学蒸着法を用いた場合、高温処
理のためコーティング工具の再処理が難しく、密着性も
強固となり初期の硬質膜ごと除去されたり、潤滑膜が全
体として除去されてしまうので、潤滑を目的とした膜の
場合はその調整が重要となる。
【０００６】本発明は、請求項１、４において、物理蒸
着法特にイオンプレーティングを用いて工具の潤滑特性
を改善する目的の酸化物を成膜する製造法を限定した。
ここで各種の数値限定理由を説明する。イオンプレーテ
ィングを含む物理蒸着法の処理温度は、 150°C 未満と
なると表面の膜とコーティング工具との密着性が下が
り、また、 450°C 以上の場合には膜が脆くなるので、
前記処理温度は、 150°C 〜 450°C に限定した。成膜
バイアス電圧は、-15 V 未満の場合、酸素との反応が不
十分で成膜できなくなるり、 -1000 V 以上の場合に
は、ボンバード効果により酸素との反応が過剰にまるか
もしくは成膜できなくなるので、成膜バイアス電圧をそ
れぞれ -15 V 〜 -1000 Vの直流印加方式、もしくは-1
5 V 〜 -1000V相当の実効バイアスに限定した。そし
て、物理蒸着法で成膜する厚さ t は、0.01μｍ以下で
は効果がないし、 2.0μｍ以上では剥離のおそれがある
ので、厚さ t を0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）と限定し
た。また、請求項２、５において物理蒸着法以外に、同
様の潤滑特性を改善する性能を有する水蒸気処理法で、
酸化物を成膜する製造法を限定した。本発明の水蒸気処
理法で成膜する厚さ t は、0.01μｍ以下では効果がな
いし、 3.0μｍ以上では剥離のおそれがあるので、厚さ
t を0.01≦ t ＜ 3.0 (μｍ）と限定した。いずれの
膜もコーティング工具との密着が比較的に強固である必
要があるが、これらの製造法による膜は図１(b) で示す
ように、図１(a) で示す従来の通常の被覆膜に比べて高
い密着性が得られる。図１は酸化物の膜を、Ａスケ−ル
ロックウエル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕
を 100倍の倍率で観察した結果を示す。請求項３、６に
おいて、共通となる密着性の基準を限定した。これらの
膜の応用は下地となるコーティング工具のコーティング
膜の硬度より同等乃至低いものを用いると効果的であ
る。図２は本発明の潤滑膜の作用を図解する潤滑膜表面
断面の拡大説明図であり、図示のように、かかる潤滑膜
の作用はコーティング工具のコーティング膜の欠陥や面
粗度の影響により高い密着性によって、残留する酸化物
による作用であることを示す。
着法特にイオンプレーティングを用いて工具の潤滑特性
を改善する目的の酸化物を成膜する製造法を限定した。
ここで各種の数値限定理由を説明する。イオンプレーテ
ィングを含む物理蒸着法の処理温度は、 150°C 未満と
なると表面の膜とコーティング工具との密着性が下が
り、また、 450°C 以上の場合には膜が脆くなるので、
前記処理温度は、 150°C 〜 450°C に限定した。成膜
バイアス電圧は、-15 V 未満の場合、酸素との反応が不
十分で成膜できなくなるり、 -1000 V 以上の場合に
は、ボンバード効果により酸素との反応が過剰にまるか
もしくは成膜できなくなるので、成膜バイアス電圧をそ
れぞれ -15 V 〜 -1000 Vの直流印加方式、もしくは-1
5 V 〜 -1000V相当の実効バイアスに限定した。そし
て、物理蒸着法で成膜する厚さ t は、0.01μｍ以下で
は効果がないし、 2.0μｍ以上では剥離のおそれがある
ので、厚さ t を0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）と限定し
た。また、請求項２、５において物理蒸着法以外に、同
様の潤滑特性を改善する性能を有する水蒸気処理法で、
酸化物を成膜する製造法を限定した。本発明の水蒸気処
理法で成膜する厚さ t は、0.01μｍ以下では効果がな
いし、 3.0μｍ以上では剥離のおそれがあるので、厚さ
t を0.01≦ t ＜ 3.0 (μｍ）と限定した。いずれの
膜もコーティング工具との密着が比較的に強固である必
要があるが、これらの製造法による膜は図１(b) で示す
ように、図１(a) で示す従来の通常の被覆膜に比べて高
い密着性が得られる。図１は酸化物の膜を、Ａスケ−ル
ロックウエル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕
を 100倍の倍率で観察した結果を示す。請求項３、６に
おいて、共通となる密着性の基準を限定した。これらの
膜の応用は下地となるコーティング工具のコーティング
膜の硬度より同等乃至低いものを用いると効果的であ
る。図２は本発明の潤滑膜の作用を図解する潤滑膜表面
断面の拡大説明図であり、図示のように、かかる潤滑膜
の作用はコーティング工具のコーティング膜の欠陥や面
粗度の影響により高い密着性によって、残留する酸化物
による作用であることを示す。
【０００７】
【実施例】〔実施例１〕各２本の、SKH51 高速度鋼製無
処理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティン
グを被覆したコーティングドリル(DIN338)に、それぞれ
イオンプレ−ティングにより NiO X、 ZrO Xを被覆し、
以下の切削条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY 切削速度 : 20.7 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : SNC 836 280HB 厚さ : 20mm through イオンプレ−ティング装置を、2 ×10-5 Torr 以上に排
気した上、加熱を 300°C まで行い、ボンバード処理を
10分間（バイアスは-200 V）行った後、蒸発源にはNiを
配置して溶解した上、4 ×10-4 Torr の酸素導入処理を
実施して NiO Xを成膜するコーティング処理を20分行っ
た。この後、同様の条件で蒸発源にはZrを配置して溶解
し ZrO Xをを成膜した。これら各２本の、SKH51 無処理
φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを
被覆したコーティングドリル、これらドリルにそれぞれ
NiO X、 ZrO Xをイオンプレ−ティングによりを被覆し
たドリル、の切削試験を行い評価を実施した結果を図３
に示す。図３でみてわかるように、 NiO X , ZrO Xを被
覆したドリルは被覆しないドリルに比べて約25％工具の
性能の向上が見られた。
処理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティン
グを被覆したコーティングドリル(DIN338)に、それぞれ
イオンプレ−ティングにより NiO X、 ZrO Xを被覆し、
以下の切削条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY 切削速度 : 20.7 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : SNC 836 280HB 厚さ : 20mm through イオンプレ−ティング装置を、2 ×10-5 Torr 以上に排
気した上、加熱を 300°C まで行い、ボンバード処理を
10分間（バイアスは-200 V）行った後、蒸発源にはNiを
配置して溶解した上、4 ×10-4 Torr の酸素導入処理を
実施して NiO Xを成膜するコーティング処理を20分行っ
た。この後、同様の条件で蒸発源にはZrを配置して溶解
し ZrO Xをを成膜した。これら各２本の、SKH51 無処理
φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを
被覆したコーティングドリル、これらドリルにそれぞれ
NiO X、 ZrO Xをイオンプレ−ティングによりを被覆し
たドリル、の切削試験を行い評価を実施した結果を図３
に示す。図３でみてわかるように、 NiO X , ZrO Xを被
覆したドリルは被覆しないドリルに比べて約25％工具の
性能の向上が見られた。
【０００８】〔実施例２〕各２本の、超硬合金製無処理
φ６ドリル、超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティング
を被覆したコーティングドリルに、それぞれイオンプレ
−ティングにより AlO X , FeO Xを被覆し、以下の切削
条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 30.0 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through イオンプレ−ティング装置を、2 ×10-5 Torr 以上に排
気した上、加熱を 300°C まで行い、ボンバード処理を
10分間（バイアスは-750 V）行った後、蒸発源にはFeを
配置して溶解した上、5 ×10-4 Torr の酸素導入処理を
実施して FeO Xを成膜するコーティング処理を15分行っ
た。この後、各２本の、超硬合金製無処理φ６ドリル、
超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコ
ーティングドリルに、それぞれ同様の条件で蒸発源には
Niを配置して溶解しイオンプレ−ティングにより NiO X
をを成膜した。これら各２本の無処理φ６ドリル、コー
ティングを被覆したコーティングドリル、これらドリル
にそれぞれ FeO X , NiO Xをイオンプレ−ティングによ
りを被覆したドリル、の切削試験を行い評価を実施した
結果を図４に示す。図４でみてわかるように、 FeO X ,
NiO X を被覆したドリルは被覆しないドリルに比べて約
20％工具の性能の向上が見られた。
φ６ドリル、超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティング
を被覆したコーティングドリルに、それぞれイオンプレ
−ティングにより AlO X , FeO Xを被覆し、以下の切削
条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 30.0 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through イオンプレ−ティング装置を、2 ×10-5 Torr 以上に排
気した上、加熱を 300°C まで行い、ボンバード処理を
10分間（バイアスは-750 V）行った後、蒸発源にはFeを
配置して溶解した上、5 ×10-4 Torr の酸素導入処理を
実施して FeO Xを成膜するコーティング処理を15分行っ
た。この後、各２本の、超硬合金製無処理φ６ドリル、
超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコ
ーティングドリルに、それぞれ同様の条件で蒸発源には
Niを配置して溶解しイオンプレ−ティングにより NiO X
をを成膜した。これら各２本の無処理φ６ドリル、コー
ティングを被覆したコーティングドリル、これらドリル
にそれぞれ FeO X , NiO Xをイオンプレ−ティングによ
りを被覆したドリル、の切削試験を行い評価を実施した
結果を図４に示す。図４でみてわかるように、 FeO X ,
NiO X を被覆したドリルは被覆しないドリルに比べて約
20％工具の性能の向上が見られた。
【０００９】〔実施例３〕各２本の、SKH51 高速度鋼製
無処理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティ
ングを被覆したコーティングドリル、SKH51 φ６ドリル
に TiAlNコーティングを被覆したコーティングドリル及
びSKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコ
ーティングドリルにそれぞれ水蒸気処理法により NiO X
を被覆し以下の切削条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 25.5 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through ここでは、水蒸気処理装置を、Niストライクを実施した
後、550 °C による水蒸気処理を30分間実施して NiO X
を成膜した。これら各２本の、無処理φ６ドリル、それ
ぞれ TiCN,TiAlN コーティングを被覆したコーティング
ドリルにそれぞれ NiO Xを水蒸気処理で被覆したドリ
ル、の切削試験を行い評価を実施した結果を図５に示
す。図５でみてわかるように、NiO X を水蒸気処理で被
覆したドリルは被覆しない TiCN,TiAlN コーティングド
リルに比べて約12％工具の性能の向上が見られた。
無処理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティ
ングを被覆したコーティングドリル、SKH51 φ６ドリル
に TiAlNコーティングを被覆したコーティングドリル及
びSKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコ
ーティングドリルにそれぞれ水蒸気処理法により NiO X
を被覆し以下の切削条件で切削試験を行った。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 25.5 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through ここでは、水蒸気処理装置を、Niストライクを実施した
後、550 °C による水蒸気処理を30分間実施して NiO X
を成膜した。これら各２本の、無処理φ６ドリル、それ
ぞれ TiCN,TiAlN コーティングを被覆したコーティング
ドリルにそれぞれ NiO Xを水蒸気処理で被覆したドリ
ル、の切削試験を行い評価を実施した結果を図５に示
す。図５でみてわかるように、NiO X を水蒸気処理で被
覆したドリルは被覆しない TiCN,TiAlN コーティングド
リルに比べて約12％工具の性能の向上が見られた。
【００１０】〔実施例４〕表１はそれぞれφ６高速度鋼
製ドリルに表１にそれぞれ示す成分の下地コーティング
を、2.7 μｍ〜3.2 μｍ被覆して、その上に表１にそれ
ぞれ示す成分及び膜厚の上層コーティング膜を被覆した
各資料ドリルについて、Ａスケ−ルロックウエル硬度計
を用いて酸化物膜を押圧した場合に生ずる圧痕を 100倍
の倍率で観察した、ロックウエル圧痕による酸化物膜の
判定結果を表１にそれぞれ圧痕判定として示す。そして
各資料ドリルについて、以下の切削条件で切削試験を行
った結果を、表１にそれぞれ効果として示す。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 25.5 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through 表１で、効果○は、上層コーティング膜を被覆しない資
料ドリルに対し、10％以上の貫通穴数を得る効果が得ら
れたものを示し、×は10％未満の貫通穴数しか得られな
いものを示す。図６は判定ＡとＢの判定基準を示す。
製ドリルに表１にそれぞれ示す成分の下地コーティング
を、2.7 μｍ〜3.2 μｍ被覆して、その上に表１にそれ
ぞれ示す成分及び膜厚の上層コーティング膜を被覆した
各資料ドリルについて、Ａスケ−ルロックウエル硬度計
を用いて酸化物膜を押圧した場合に生ずる圧痕を 100倍
の倍率で観察した、ロックウエル圧痕による酸化物膜の
判定結果を表１にそれぞれ圧痕判定として示す。そして
各資料ドリルについて、以下の切削条件で切削試験を行
った結果を、表１にそれぞれ効果として示す。 切削条件 DRY P30 切削速度 : 25.5 m/min 送り : 0.12 mm/rev 被削材 材種 : S 50 C 180HB 厚さ : 18mm through 表１で、効果○は、上層コーティング膜を被覆しない資
料ドリルに対し、10％以上の貫通穴数を得る効果が得ら
れたものを示し、×は10％未満の貫通穴数しか得られな
いものを示す。図６は判定ＡとＢの判定基準を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は工具鋼、
高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又はセラミックを
母材とする工具上に硬質物質をコーティングしたコーテ
ィング工具上に、潤滑膜を成膜するとき、酸化物を用い
たこと、酸化物が化学量論理的なものではなくむしろ不
十分な未反応部分を有することによって潤滑作用をもた
らすものであること、また、低温による処理であること
に特徴があり、この作用により潤滑膜の成膜のない高速
度工具鋼等を母材とする工具、コーティング工具に比べ
て、性能を約12％〜 25 ％改善する効果を奏する。従っ
て、工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又は
セラミックを母材上で、本発明による直接潤滑膜を形成
しても効果を奏する場合があることが示唆される。ま
た、本発明では物理蒸着法、又は好ましくは水蒸気処理
法、により工業的手法を用いる点で広い分野で使用で
き、工具性能を改善する効果が大きい。
高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又はセラミックを
母材とする工具上に硬質物質をコーティングしたコーテ
ィング工具上に、潤滑膜を成膜するとき、酸化物を用い
たこと、酸化物が化学量論理的なものではなくむしろ不
十分な未反応部分を有することによって潤滑作用をもた
らすものであること、また、低温による処理であること
に特徴があり、この作用により潤滑膜の成膜のない高速
度工具鋼等を母材とする工具、コーティング工具に比べ
て、性能を約12％〜 25 ％改善する効果を奏する。従っ
て、工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−メット又は
セラミックを母材上で、本発明による直接潤滑膜を形成
しても効果を奏する場合があることが示唆される。ま
た、本発明では物理蒸着法、又は好ましくは水蒸気処理
法、により工業的手法を用いる点で広い分野で使用で
き、工具性能を改善する効果が大きい。
【図１】(a) 従来の通常の被覆膜と、(b) 本発明品の酸
化物の膜を、それぞれＡスケ−ルロックウエル硬度計を
用いて押圧した場合に生ずる圧痕の状態を 100倍の倍率
で観察した結果を示す説明図。
化物の膜を、それぞれＡスケ−ルロックウエル硬度計を
用いて押圧した場合に生ずる圧痕の状態を 100倍の倍率
で観察した結果を示す説明図。
【図２】本発明の潤滑膜の作用を図解する潤滑膜表面断
面の拡大説明図。
面の拡大説明図。
【図３】実施例１の、各２本の、SKH51 無処理φ６ドリ
ル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆した
コーティングドリル、これらドリルにそれぞれ NiO X ,
ZrO Xをイオンプレ−ティングによりを被覆したドリ
ル、の切削試験を実施した結果を示すグラフ。
ル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆した
コーティングドリル、これらドリルにそれぞれ NiO X ,
ZrO Xをイオンプレ−ティングによりを被覆したドリ
ル、の切削試験を実施した結果を示すグラフ。
【図４】実施例２の、各２本の、超硬合金製無処理φ６
ドリル、超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティングを被
覆したコーティングドリルに、それぞれイオンプレ−テ
ィングにより AlO X , NiO Xを被覆し、切削試験を行っ
た結果を示すグラフ。
ドリル、超硬合金φ６ドリルに TiAlNコーティングを被
覆したコーティングドリルに、それぞれイオンプレ−テ
ィングにより AlO X , NiO Xを被覆し、切削試験を行っ
た結果を示すグラフ。
【図５】実施例３の、各２本の、SKH51 高速度鋼製無処
理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティング
を被覆したコーティングドリル、SKH51 φ６ドリルに T
iAlNコーティングを被覆したコーティングドリル及びSK
H51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコーテ
ィングドリルにそれぞれ水蒸気処理法により NiO Xを被
覆し、切削試験を行った結果を示すグラフ。
理φ６ドリル、SKH51 φ６ドリルに TiAlNコーティング
を被覆したコーティングドリル、SKH51 φ６ドリルに T
iAlNコーティングを被覆したコーティングドリル及びSK
H51 φ６ドリルに TiAlNコーティングを被覆したコーテ
ィングドリルにそれぞれ水蒸気処理法により NiO Xを被
覆し、切削試験を行った結果を示すグラフ。
【図６】ロックウエル圧痕による酸化物膜の判定結果で
ある、判定ＡとＢの判定基準を示す説明図。
ある、判定ＡとＢの判定基準を示す説明図。
Claims (6)
- 【請求項１】 ドリル、エンドミル及びタップを含む工
具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−
メット又はセラミックを母材とした工具上に TiN,TiCN,
TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの組合せを含む硬
質物質をコーティングしたコーティング工具上に、以下
の条件を満たす潤滑膜を形成することを特徴とするコー
ティング工具用固体潤滑膜の製造法、 (a).Si,Zr,Ni,Fe,Co及びCrのうちの一種または二種以上
の金属 Mに対して主として酸素が主成分となる酸化物(
MOx : 0.2 ≦ x＜2 )としてコーティング工具上に成膜
し、 (b).成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）
であり、そして、 (c).これらの酸化物の膜は、 150°C 〜 450°C に加熱
され、物理蒸着法特にイオンプレーティングにより形成
され、成膜バイアスは -15 V 〜 -1000 Vの直流印加方
式、もしくは-15 V 〜 -1000 V相当の実効バイアスが得
られる高周波交流電流印加方式、によって成膜する。 - 【請求項２】 請求項１記載の製造法において、Ni及び
Crの酸化物は、湿式メッキ法により酸化もしくは水蒸気
処理により成膜が形成され、このときの成膜する厚さ t
は、 0.01≦ t ＜ 3.0 (μｍ）であることを特徴と
するコーティング工具用固体潤滑膜の製造法。 - 【請求項３】 前記酸化物の膜は、Ａスケ−ルロックウ
エル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を 100倍
の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の
範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない、こと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載のコーティング
工具用固体潤滑膜の製造法。 - 【請求項４】 ドリル、エンドミル及びタップを含む工
具に使用される工具鋼、高速度工具鋼、超硬合金、サ−
メット又はセラミックを母材とした工具上に TiN,TiCN,
TiAlN,A2O3のうちの１もしくはこれらの組合せを含む硬
質物質をコーティングしたコーティング工具上に、以下
の条件を満たす潤滑膜を形成することを特徴とするコー
ティング工具用固体潤滑膜、 (a).Si,Zr,Ni,Fe,Co及びCrのうちの一種または二種以上
の金属 Mに対して主として酸素が主成分となる酸化物(
MOx : 0.2 ≦ x＜2 )として成膜し、 (b).成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 2.0 (μｍ）
であり、 (c).これらの酸化物の膜は、 150°C 〜 450°C に加熱
され、物理蒸着法特にイオンプレーティングにより形成
され、成膜バイアスは -15 V 〜 -1000 Vの直流印加方
式、もしくは-15 V 〜 -1000 V相当の実効バイアスが得
られる高周波交流電流印加方式、によって成膜する。 - 【請求項５】 請求項４記載のコーティング工具用固体
潤滑膜において、Ni及びCrの酸化物は、湿式メッキ法に
より酸化もしくは水蒸気処理により成膜が形成され、こ
のときの成膜する厚さ t は、 0.01≦ t ＜ 3.0 (μ
ｍ）であることを特徴とするコーティング工具用固体潤
滑膜。 - 【請求項６】 前記酸化物の膜は、Ａスケ−ルロックウ
エル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を 100倍
の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の
範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない、こと
を特徴とする請求項４又は請求項５記載のコーティング
工具用固体潤滑膜。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33481299A JP3666640B2 (ja) | 1998-12-09 | 1999-11-25 | コーティング工具用固体潤滑膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34988998 | 1998-12-09 | ||
| JP10-349889 | 1998-12-09 | ||
| JP33481299A JP3666640B2 (ja) | 1998-12-09 | 1999-11-25 | コーティング工具用固体潤滑膜の製造法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000233324A true JP2000233324A (ja) | 2000-08-29 |
| JP3666640B2 JP3666640B2 (ja) | 2005-06-29 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050063463A (ko) * | 2003-12-22 | 2005-06-28 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 윤활특성이 우수한 경질코팅 제조방법 및 경질코팅 구조 |
| US7008688B2 (en) | 2001-03-13 | 2006-03-07 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating |
| JP2006075912A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Mitsubishi Materials Corp | 高硬度鋼の高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP2006075911A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Mitsubishi Materials Corp | 高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP2007015060A (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 難削材の切削加工で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超硬合金製切削工具 |
| JP2009262288A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜およびその形成方法ならびに硬質皮膜被覆部材 |
| JP5189222B1 (ja) * | 2012-07-18 | 2013-04-24 | サンアロイ工業株式会社 | 低摩擦化能が付与された超硬合金及びその製造方法、並びに超硬工具 |
| CN110157989A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-08-23 | 莱芜职业技术学院 | 一种pvd涂层碳化钛钢结硬质合金模具及其制备 |
| WO2024185860A1 (ja) * | 2023-03-08 | 2024-09-12 | 出光興産株式会社 | 固体潤滑被膜、摺動部材及び固体潤滑被膜の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-11-25 JP JP33481299A patent/JP3666640B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20050063463A (ko) * | 2003-12-22 | 2005-06-28 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 윤활특성이 우수한 경질코팅 제조방법 및 경질코팅 구조 |
| JP4535255B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2010-09-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 高硬度鋼の高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP2006075911A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Mitsubishi Materials Corp | 高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP2006075912A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Mitsubishi Materials Corp | 高硬度鋼の高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP4535254B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2010-09-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 |
| JP2007015060A (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 難削材の切削加工で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超硬合金製切削工具 |
| JP4711059B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2011-06-29 | 三菱マテリアル株式会社 | 難削材の切削加工で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超硬合金製切削工具 |
| JP2009262288A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜およびその形成方法ならびに硬質皮膜被覆部材 |
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| WO2024185860A1 (ja) * | 2023-03-08 | 2024-09-12 | 出光興産株式会社 | 固体潤滑被膜、摺動部材及び固体潤滑被膜の製造方法 |
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