JP2000254805A - 硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導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高温熱伝導性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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- JP2000254805A JP2000254805A JP6152699A JP6152699A JP2000254805A JP 2000254805 A JP2000254805 A JP 2000254805A JP 6152699 A JP6152699 A JP 6152699A JP 6152699 A JP6152699 A JP 6152699A JP 2000254805 A JP2000254805 A JP 2000254805A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導性を発揮す
る表面被覆超硬材料製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬材料製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金またはＴｉＣＮ系サーメットからなる基体の表
面に、（ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
し、かつそれぞれ組成式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、および
Ｔｉ（Ｃ1-w Ｎw ） v で現した場合、原子比でｖ：０．
８〜１．２、ｗ：０．３〜０．７を満足する炭化チタン
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Ｔｉ化合物層、（ｂ）それぞれ
個々の平均層厚が０．１〜１０μｍにして、かつ、組成
式：（Ａｌ1-x Ｍx ）Ｏy 、（ただし、ＭはＳｒ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上か
らなる共存成分を示す）、で現した場合、原子比でｘ：
０．０１〜０．３、ｙ：１〜２を満足する複合酸化物
層、以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を
０．５〜２０μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる。
る表面被覆超硬材料製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬材料製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金またはＴｉＣＮ系サーメットからなる基体の表
面に、（ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
し、かつそれぞれ組成式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、および
Ｔｉ（Ｃ1-w Ｎw ） v で現した場合、原子比でｖ：０．
８〜１．２、ｗ：０．３〜０．７を満足する炭化チタン
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Ｔｉ化合物層、（ｂ）それぞれ
個々の平均層厚が０．１〜１０μｍにして、かつ、組成
式：（Ａｌ1-x Ｍx ）Ｏy 、（ただし、ＭはＳｒ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上か
らなる共存成分を示す）、で現した場合、原子比でｘ：
０．０１〜０．３、ｙ：１〜２を満足する複合酸化物
層、以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を
０．５〜２０μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に高い熱発生
を伴なう切削加工で硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導性
を発揮し、したがって例えば切刃が高温にさらされる高
速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘
ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬材料製切
削工具（以下、被覆超硬工具と云う）に関するものであ
る。
を伴なう切削加工で硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導性
を発揮し、したがって例えば切刃が高温にさらされる高
速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘
ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬材料製切
削工具（以下、被覆超硬工具と云う）に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば図１に概略説明図で示され
る物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティン
グ装置を用い、ヒータで装置内を例えば４００℃の温度
に加熱した状態で、アノード電極と金属Ｔｉまたは金属
Ａｌがセットされたカソード電極（蒸発源）との間にア
ーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして、
前記カソード電極に前記金属Ｔｉがセットされた場合に
はメタンガス、窒素ガス、または窒素ガスとメタンガス
を導入し、また前記金属Ａｌがセットされた場合には酸
素ガスを導入し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで
示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮ
で示す）系サーメットからなる基体（以下、これらを総
称して超硬基体と云う）には、例えば−７０Ｖのバイア
ス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、
（ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ
それぞれ組成式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、およびＴｉ（Ｃ
1-w Ｎw ）v で現した場合、原子比でｖ：０．８〜１．
２、ｗ：０．３〜０．７を満足する炭化チタン層、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Ｔｉ化合物層、（ｂ）０．１〜１０μｍ
の平均層厚を有し、かつ、組成式：ＡｌＯy 、で現した
場合、原子比でｙ：１〜２を満足する酸化アルミニウム
層（以下、ＡｌＯy 層と云う）、以上（ａ）および
（ｂ）で構成された硬質被覆層を０．５〜２０μｍの全
体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具を製造する
ことが試みられ、かつ実用化のための研究が行われてい
る。
る物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティン
グ装置を用い、ヒータで装置内を例えば４００℃の温度
に加熱した状態で、アノード電極と金属Ｔｉまたは金属
Ａｌがセットされたカソード電極（蒸発源）との間にア
ーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして、
前記カソード電極に前記金属Ｔｉがセットされた場合に
はメタンガス、窒素ガス、または窒素ガスとメタンガス
を導入し、また前記金属Ａｌがセットされた場合には酸
素ガスを導入し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで
示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮ
で示す）系サーメットからなる基体（以下、これらを総
称して超硬基体と云う）には、例えば−７０Ｖのバイア
ス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、
（ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ
それぞれ組成式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、およびＴｉ（Ｃ
1-w Ｎw ）v で現した場合、原子比でｖ：０．８〜１．
２、ｗ：０．３〜０．７を満足する炭化チタン層、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Ｔｉ化合物層、（ｂ）０．１〜１０μｍ
の平均層厚を有し、かつ、組成式：ＡｌＯy 、で現した
場合、原子比でｙ：１〜２を満足する酸化アルミニウム
層（以下、ＡｌＯy 層と云う）、以上（ａ）および
（ｂ）で構成された硬質被覆層を０．５〜２０μｍの全
体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具を製造する
ことが試みられ、かつ実用化のための研究が行われてい
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、かつ切削加工
の省力化および省エネ化に対する要求もつよく、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、これを高い熱発生を伴なう高速
切削に用いた場合、特に硬質被覆層を構成するＡｌＯy
層が高温にさらされると熱伝導性が急激に低下すること
から、切刃の温度上昇が避けられず、これが原因で摩耗
進行が促進されるようになり、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、かつ切削加工
の省力化および省エネ化に対する要求もつよく、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、これを高い熱発生を伴なう高速
切削に用いた場合、特に硬質被覆層を構成するＡｌＯy
層が高温にさらされると熱伝導性が急激に低下すること
から、切刃の温度上昇が避けられず、これが原因で摩耗
進行が促進されるようになり、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ＡｌＯy 層に着目し、これのもつすぐ
れた耐熱性および高強度を損なうことなく、これにすぐ
れた高温熱伝導性を付与すべく研究を行った結果、上記
の従来被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌＯy 層
におけるＡｌの一部を、Ａｌとの合量に占める原子比で
０．０１〜０．３を満足する割合で、Ｓｒ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｍｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上からなる
成分で置換し、共存させると、この結果のＡｌと前記共
存成分の複合酸化物層、すなわち、組成式：（Ａｌ1-x
Ｍx ）Ｏy 、（ただし、Ｍは上記のＳｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍ
ｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上からなる共
存成分）、で現した場合、原子比でｘ：０．０１〜０．
３、ｙ：１〜２を満足するＡｌと上記共存成分の複合酸
化物層（以下、単に複合酸化物層と云う）は、高温下に
あっても熱伝導性が低下することなく、すぐれた高温熱
伝導性を発揮し、したがって、この複合酸化物層が上記
のＴｉ化合物層と共に硬質被覆層を構成する被覆超硬工
具は、これを高い発熱を伴なう例えば鋼などの高速切削
に用いても上記共存成分の作用で前記複合酸化物層がす
ぐれた高温熱伝導性を示すことから、切刃の摩耗進行が
抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するよ
うになるという研究結果が得られたのである。
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ＡｌＯy 層に着目し、これのもつすぐ
れた耐熱性および高強度を損なうことなく、これにすぐ
れた高温熱伝導性を付与すべく研究を行った結果、上記
の従来被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌＯy 層
におけるＡｌの一部を、Ａｌとの合量に占める原子比で
０．０１〜０．３を満足する割合で、Ｓｒ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｍｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上からなる
成分で置換し、共存させると、この結果のＡｌと前記共
存成分の複合酸化物層、すなわち、組成式：（Ａｌ1-x
Ｍx ）Ｏy 、（ただし、Ｍは上記のＳｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍ
ｎ、およびＣｕのうちの１種または２種以上からなる共
存成分）、で現した場合、原子比でｘ：０．０１〜０．
３、ｙ：１〜２を満足するＡｌと上記共存成分の複合酸
化物層（以下、単に複合酸化物層と云う）は、高温下に
あっても熱伝導性が低下することなく、すぐれた高温熱
伝導性を発揮し、したがって、この複合酸化物層が上記
のＴｉ化合物層と共に硬質被覆層を構成する被覆超硬工
具は、これを高い発熱を伴なう例えば鋼などの高速切削
に用いても上記共存成分の作用で前記複合酸化物層がす
ぐれた高温熱伝導性を示すことから、切刃の摩耗進行が
抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するよ
うになるという研究結果が得られたのである。
【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、（ａ）いずれ
も０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつそれぞれ組成
式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、およびＴｉ（Ｃ1-w Ｎw ）v
で現した場合、原子比でｖ：０．８〜１．２、ｗ：０．
３〜０．７を満足する炭化チタン層、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Ｔｉ化合物層、（ｂ）それぞれ個々の平均層厚が０．
１〜１０μｍにして、かつ、組成式：（Ａｌ1-x Ｍx ）
Ｏy 、（ただし、ＭはＳｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣ
ｕのうちの１種または２種以上からなる共存成分を示
す）、で現した場合、原子比でｘ：０．０１〜０．３、
ｙ：１〜２を満足する複合酸化物層、以上（ａ）および
（ｂ）で構成された硬質被覆層を０．５〜２０μｍの全
体平均層厚で物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた
高温熱伝導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、（ａ）いずれ
も０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつそれぞれ組成
式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、およびＴｉ（Ｃ1-w Ｎw ）v
で現した場合、原子比でｖ：０．８〜１．２、ｗ：０．
３〜０．７を満足する炭化チタン層、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Ｔｉ化合物層、（ｂ）それぞれ個々の平均層厚が０．
１〜１０μｍにして、かつ、組成式：（Ａｌ1-x Ｍx ）
Ｏy 、（ただし、ＭはＳｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣ
ｕのうちの１種または２種以上からなる共存成分を示
す）、で現した場合、原子比でｘ：０．０１〜０．３、
ｙ：１〜２を満足する複合酸化物層、以上（ａ）および
（ｂ）で構成された硬質被覆層を０．５〜２０μｍの全
体平均層厚で物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた
高温熱伝導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】つぎに、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化合物層および複合酸化
物層の組成式および平均層厚を上記の通りに限定した理
由を説明する。 （ａ）Ｔｉ化合物層 Ｔｉ化合物層は、いずれも同じ構成層である複合酸化物
層に比して硬さは低いが、高い靭性を有し、もって硬質
被覆層に所定の靭性を具備せしめるのに不可欠のもので
あり、これによって実用時に切刃に欠けやチッピング
（微小欠け）などの欠損が発生するのを抑制する作用を
発揮し、かつ相対硬さも窒化チタン層、炭窒化チタン
層、および炭化チタン層の順に高くなるが、その平均層
厚が０．１μｍ未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方前記作用は５μｍまでの平均層厚で十分であ
り、これ以上の層厚は不必要であることから、その平均
層厚を０．１〜５μｍと定めた。また、それぞれのＴｉ
化合物層におけるｖ値は、その値が０．８未満になると
層自体が軟質になりすぎて、耐摩耗性の低下が著しく、
一方その値が１．２を越えると層が脆化するようになっ
て欠損発生の原因となることから、ｖ値を０．８〜１．
２と定めている。さらに、炭窒化チタン層におけるｗ値
は、その値が０．３未満になっても、０．７を越えても
窒化チタン層と炭化チタン層の中間的性質を保持できな
くなることから、ｗ値を０．３〜０．７と定めている。
て、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層および複合酸化
物層の組成式および平均層厚を上記の通りに限定した理
由を説明する。 （ａ）Ｔｉ化合物層 Ｔｉ化合物層は、いずれも同じ構成層である複合酸化物
層に比して硬さは低いが、高い靭性を有し、もって硬質
被覆層に所定の靭性を具備せしめるのに不可欠のもので
あり、これによって実用時に切刃に欠けやチッピング
（微小欠け）などの欠損が発生するのを抑制する作用を
発揮し、かつ相対硬さも窒化チタン層、炭窒化チタン
層、および炭化チタン層の順に高くなるが、その平均層
厚が０．１μｍ未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方前記作用は５μｍまでの平均層厚で十分であ
り、これ以上の層厚は不必要であることから、その平均
層厚を０．１〜５μｍと定めた。また、それぞれのＴｉ
化合物層におけるｖ値は、その値が０．８未満になると
層自体が軟質になりすぎて、耐摩耗性の低下が著しく、
一方その値が１．２を越えると層が脆化するようになっ
て欠損発生の原因となることから、ｖ値を０．８〜１．
２と定めている。さらに、炭窒化チタン層におけるｗ値
は、その値が０．３未満になっても、０．７を越えても
窒化チタン層と炭化チタン層の中間的性質を保持できな
くなることから、ｗ値を０．３〜０．７と定めている。
【０００７】（ｂ）複合酸化物層 同じく硬質被覆層を構成する複合酸化物層は、上記の通
りＡｌＯy のもつすぐれた耐熱性および高強度、さらに
高硬度を保持すると共に、高温に加熱された場合にも熱
伝導性の低下がなく、すぐれた高温熱伝導性を保持し、
もって高発熱切削時の耐摩耗性低下を抑制する作用を発
揮するが、組成式における共存成分のＡｌとの合量に占
める割合を示すｘ値を原子比で０．０１〜０．３とした
のは、ｘ値が０．０１未満では複合酸化物層の高温熱伝
導性に所望の向上効果が得られず、一方ｘ値が０．３を
越えると、特に硬さが急激に低下し、所望のすぐれた耐
摩耗性を維持することができなくなるという理由からで
あり、望ましくは０．０５〜０．２５のｘ値とするのが
よい。また、上記複合酸化物層におけるｙ値を原子比で
１〜２と定めたのは、ｙ値が１未満では相対的にＡｌに
対する酸素の割合が少なくなりすぎて、所望のすぐれた
耐熱性および高強度、さらに高硬度を確保することがで
きず、一方ｙ値が２を越えると層自体が急激に脆化し、
これが欠損発生の原因となるという理由にもとづくもの
である。さらに、上記複合酸化物層の個々の平均層厚を
０．１〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．１μｍ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１０μｍを越えると切刃にチッピン
グが発生し易くなるという理由からであり、望ましくは
０．２〜５．０μｍとするのがよい。
りＡｌＯy のもつすぐれた耐熱性および高強度、さらに
高硬度を保持すると共に、高温に加熱された場合にも熱
伝導性の低下がなく、すぐれた高温熱伝導性を保持し、
もって高発熱切削時の耐摩耗性低下を抑制する作用を発
揮するが、組成式における共存成分のＡｌとの合量に占
める割合を示すｘ値を原子比で０．０１〜０．３とした
のは、ｘ値が０．０１未満では複合酸化物層の高温熱伝
導性に所望の向上効果が得られず、一方ｘ値が０．３を
越えると、特に硬さが急激に低下し、所望のすぐれた耐
摩耗性を維持することができなくなるという理由からで
あり、望ましくは０．０５〜０．２５のｘ値とするのが
よい。また、上記複合酸化物層におけるｙ値を原子比で
１〜２と定めたのは、ｙ値が１未満では相対的にＡｌに
対する酸素の割合が少なくなりすぎて、所望のすぐれた
耐熱性および高強度、さらに高硬度を確保することがで
きず、一方ｙ値が２を越えると層自体が急激に脆化し、
これが欠損発生の原因となるという理由にもとづくもの
である。さらに、上記複合酸化物層の個々の平均層厚を
０．１〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．１μｍ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１０μｍを越えると切刃にチッピン
グが発生し易くなるという理由からであり、望ましくは
０．２〜５．０μｍとするのがよい。
【０００８】また、硬質被覆層の全体平均層厚を０．５
〜２０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では
硬質被覆層による耐摩耗性向上に所望の効果が得られ
ず、一方その層厚が２０μｍを越えると切刃にチッピン
グが発生し易くなるという理由からであり、望ましくは
３〜１０μｍの平均層厚とするのがよい。
〜２０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では
硬質被覆層による耐摩耗性向上に所望の効果が得られ
ず、一方その層厚が２０μｍを越えると切刃にチッピン
グが発生し易くなるという理由からであり、望ましくは
３〜１０μｍの平均層厚とするのがよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】ついで、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、い
ずれも０．５〜３．５μｍの平均粒径を有するＷＣ粉
末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、およびＣｏ粉末を用意
し、これら原料粉末を、重量％でＷＣ：９０％、Ｔｉ
Ｃ：１％、ＴａＣ：１％、Ｃｏ：８％の配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、
１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度：１４５０℃に１時間保持の
条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホー
ニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＫＮ１２０３ＡＦ
ＥＮ１のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基
体Ａを形成した。また、原料粉末として、いずれも０．
５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ［重量比で、Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０］粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉
末、ＶＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、および黒鉛（Ｃ）
粉末を用意し、これら原料粉末を、重量％で、ＴｉＣ
Ｎ：７４．５％、ＴａＣ：３％、ＷＣ：９．５％、Ｖ
Ｃ：１％、Ｃｏ：８％、Ｎｉ：３％、Ｃ：１％の配合組
成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥し
た後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を５ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、温度：１
５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部
分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格
・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１のチップ形状をもったＴ
ｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂを形成した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも０．５〜３．５μｍの平均粒径を有するＷＣ粉
末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、およびＣｏ粉末を用意
し、これら原料粉末を、重量％でＷＣ：９０％、Ｔｉ
Ｃ：１％、ＴａＣ：１％、Ｃｏ：８％の配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、
１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度：１４５０℃に１時間保持の
条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホー
ニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＫＮ１２０３ＡＦ
ＥＮ１のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基
体Ａを形成した。また、原料粉末として、いずれも０．
５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ［重量比で、Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０］粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉
末、ＶＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、および黒鉛（Ｃ）
粉末を用意し、これら原料粉末を、重量％で、ＴｉＣ
Ｎ：７４．５％、ＴａＣ：３％、ＷＣ：９．５％、Ｖ
Ｃ：１％、Ｃｏ：８％、Ｎｉ：３％、Ｃ：１％の配合組
成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥し
た後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を５ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、温度：１
５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部
分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格
・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１のチップ形状をもったＴ
ｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂを形成した。
【００１０】ついで、これら超硬基体Ａ、Ｂを、アセト
ン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に
示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、一
方カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもっ
たＡｌ−Ｍ合金、金属Ｔｉ、さらに金属Ａｌをそれぞれ
装着し、装置内を排気して１×１０-5ｔｏｒｒの真空に
保持しながら、ヒーターで装置内を４００℃に加熱した
後、超硬合金基体に−７０ｖのバイアス電圧を印加し、
装置内に反応ガスとして、カソード電極を金属Ｔｉとし
てＴｉ化合物層を形成する場合には、メタンガス、窒素
ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入し、またカソ
ード電極をＡｌ−Ｍ合金または金属Ａｌとして複合酸化
物層またはＡｌＯy 層を形成する場合には酸素ガスを導
入しながら、前記カソード電極とアノード電極との間に
アーク放電を発生させ、もって前記超硬合金基体Ａ、Ｂ
のそれぞれの表面に、表１〜４に示される組成（走査型
電子顕微鏡で測定、表の値は５か所測定の平均値を示
す）および平均層厚をもった硬質被覆層を物理蒸着する
ことにより、硬質被覆層がＴｉ化合物層と複合酸化物層
で構成された本発明被覆超硬工具１〜１８、および硬質
被覆層がＴｉ化合物層とＡｌＯy 層で構成された比較被
覆超硬工具１〜４をそれぞれ製造した。
ン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に
示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、一
方カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもっ
たＡｌ−Ｍ合金、金属Ｔｉ、さらに金属Ａｌをそれぞれ
装着し、装置内を排気して１×１０-5ｔｏｒｒの真空に
保持しながら、ヒーターで装置内を４００℃に加熱した
後、超硬合金基体に−７０ｖのバイアス電圧を印加し、
装置内に反応ガスとして、カソード電極を金属Ｔｉとし
てＴｉ化合物層を形成する場合には、メタンガス、窒素
ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入し、またカソ
ード電極をＡｌ−Ｍ合金または金属Ａｌとして複合酸化
物層またはＡｌＯy 層を形成する場合には酸素ガスを導
入しながら、前記カソード電極とアノード電極との間に
アーク放電を発生させ、もって前記超硬合金基体Ａ、Ｂ
のそれぞれの表面に、表１〜４に示される組成（走査型
電子顕微鏡で測定、表の値は５か所測定の平均値を示
す）および平均層厚をもった硬質被覆層を物理蒸着する
ことにより、硬質被覆層がＴｉ化合物層と複合酸化物層
で構成された本発明被覆超硬工具１〜１８、および硬質
被覆層がＴｉ化合物層とＡｌＯy 層で構成された比較被
覆超硬工具１〜４をそれぞれ製造した。
【００１１】この結果得られた各種の被覆超硬工具のう
ち、本発明被覆超硬工具１〜９および従来被覆超硬合金
工具１、２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨR Ｃ３０）の
角材、 切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．３５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：２．０ｍｍ、 切削時間：２０分、 の条件（切削条件Ａと云う）での合金鋼の乾式高速フラ
イス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨR Ｃ５５）の角
材、 切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件（切削条件Ｂと云う）での焼き入れ鋼の乾式高速
フライス切削試験を行ない、また本発明被覆超硬工具１
０〜１８および比較被覆超硬工具３、４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０（硬さ：ＨR Ｃ２８）の
角材、 切削速度：２９０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．１５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：１．０ｍｍ、 切削時間：２０分、 の条件（切削条件Ｃと云う）での合金鋼の乾式高速フラ
イス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（硬さ：ＨR Ｃ６０）の角
材、 切削速度：３３０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．３５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：０．８ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件（切削条件Ｄと云う）での焼き入れ鋼の乾式高速
フライス切削試験を行ない、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２、
４に示した。
ち、本発明被覆超硬工具１〜９および従来被覆超硬合金
工具１、２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨR Ｃ３０）の
角材、 切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．３５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：２．０ｍｍ、 切削時間：２０分、 の条件（切削条件Ａと云う）での合金鋼の乾式高速フラ
イス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨR Ｃ５５）の角
材、 切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件（切削条件Ｂと云う）での焼き入れ鋼の乾式高速
フライス切削試験を行ない、また本発明被覆超硬工具１
０〜１８および比較被覆超硬工具３、４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０（硬さ：ＨR Ｃ２８）の
角材、 切削速度：２９０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．１５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：１．０ｍｍ、 切削時間：２０分、 の条件（切削条件Ｃと云う）での合金鋼の乾式高速フラ
イス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（硬さ：ＨR Ｃ６０）の角
材、 切削速度：３３０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．３５ｍｍ／刃（単刃）、 切り込み：０．８ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件（切削条件Ｄと云う）での焼き入れ鋼の乾式高速
フライス切削試験を行ない、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２、
４に示した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【表４】
【００１６】
【発明の効果】表１〜４に示される結果から、本発明被
覆超硬工具１〜１８は、いずれも硬質被覆層を構成する
複合酸化物層によって刃先が高温加熱される高硬度鋼の
高速切削にも前記硬質被覆層の熱伝導性の低下が抑制さ
れ、刃先の過熱が防止されることから、すぐれた耐摩耗
性を示し、かつ切刃の摩耗状況も正常であるのに対し
て、比較被覆超硬工具１〜４は、特に硬質被覆層を構成
するＡｌＯy 層の高温での熱伝導性の低下が著しく、こ
れが原因で刃先の摩耗進行が促進するようになることが
明らかである。上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、例えば鋼の通常の条件での連続切削および断続切削
は勿論のこと、熱発生が高く、刃先の加熱が著しい高速
切削でもすぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮するものである。
覆超硬工具１〜１８は、いずれも硬質被覆層を構成する
複合酸化物層によって刃先が高温加熱される高硬度鋼の
高速切削にも前記硬質被覆層の熱伝導性の低下が抑制さ
れ、刃先の過熱が防止されることから、すぐれた耐摩耗
性を示し、かつ切刃の摩耗状況も正常であるのに対し
て、比較被覆超硬工具１〜４は、特に硬質被覆層を構成
するＡｌＯy 層の高温での熱伝導性の低下が著しく、こ
れが原因で刃先の摩耗進行が促進するようになることが
明らかである。上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、例えば鋼の通常の条件での連続切削および断続切削
は勿論のこと、熱発生が高く、刃先の加熱が著しい高速
切削でもすぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮するものである。
【図１】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF05 FF10 FF16 FF19 FF25 FF32 FF34 FF40 FF42 FF55 4K029 AA04 BA50 BA54 BA55 BA60 BB02 BC02 BC10 BD05 EA01
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ
それぞれ組成式：ＴｉＣv 、ＴｉＮv 、およびＴｉ（Ｃ
1-w Ｎw ）v で現した場合、原子比でｖ：０．８〜１．
２、ｗ：０．３〜０．７を満足する炭化チタン層、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Ｔｉ化合物層、 （ｂ）それぞれ個々の平均層厚が０．１〜１０μｍにし
て、かつ、 組成式：（Ａｌ1-x Ｍx ）Ｏy 、 （ただし、ＭはＳｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、およびＣｕのう
ちの１種または２種以上からなる共存成分を示す）、で
現した場合、原子比でｘ：０．０１〜０．３、ｙ：１〜
２を満足するＡｌと上記共存成分との複合酸化物層、以
上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を０．５
〜２０μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる、硬質被
覆層がすぐれた高温熱伝導性を発揮する表面被覆超硬材
料製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6152699A JP2000254805A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導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 |
|---|---|---|---|
| JP6152699A JP2000254805A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導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 |
|---|---|
| JP2000254805A true JP2000254805A (ja) | 2000-09-19 |
Family
ID=13173646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6152699A Withdrawn JP2000254805A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 硬質被覆層がすぐれた高温熱伝導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) | JP2000254805A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020006487A (ja) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面切削工具 |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP6152699A patent/JP2000254805A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020006487A (ja) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面切削工具 |
| JP7121234B2 (ja) | 2018-07-10 | 2022-08-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面切削工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060509 |