JP2000355701A

JP2000355701A - 複合材製コーティング部材

Info

Publication number: JP2000355701A
Application number: JP11164465A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kuwabara; 光雄桑原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-26
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP3691290B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表面が硬く耐摩耗性を有する一方、内部が高靱
性を有し、表面に硬質皮膜層が設けられた複合材製コー
ティング部材を提供することを可能にする。【解決手段】バイト１０のバイト内部に金属リッチな金
属部２０が設けられ、バイト表面にセラミックスリッチ
なセラミックス部２２が設けられ、これらの間にバイト
内部からバイト表面に向かうに従って金属成分の割合が
漸減する傾斜部２４が形成され、これらにより構成され
る本体部２６の表面には、硬質皮膜層２８がコーティン
グされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス成分
と金属成分とを含む複合材にコーティングが施された複
合材製コーティング部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、耐摩耗部材、切削材料あるい
は金型による塑性加工分野で使用される材料は、鉄系の
ＳＫＤ、ＳＫＨ、粉末ハイスの他、超硬やサーメット等
の複合材が使用されている。この種の材料は、それぞれ
の使用条件に応じて高硬度、高強度、靭性、熱伝導度お
よび低熱膨張性等の性質が要求されている。これらの材
料は、通常、ＴｉＮ等の硬質セラミックスコーティング
や焼き嵌め、冷やし嵌め等による補強を行うことによ
り、より高い物性を有する工夫が施されている。

【０００３】ところが、近年、さらなる効率の向上が求
められていることから、種々の問題が指摘されている。
例えば、種々の機械加工分野において使用される切削用
バイトでは、高硬度、高強度および高靭性が要求されて
おり、バイト材質としては、均質体で構成される高速度
鋼、超硬またはサーメット等が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速度
鋼は、高強度および高靭性を有するものの耐摩耗性や圧
縮強度および剛性に問題がある一方、超硬は、高剛性、
高硬度および高圧縮強度を有するものの靭性に問題があ
る。言い換えれば、剛性や耐摩耗性を向上させようとす
ると、靭性や強度が劣化する一方、強度や靭性を向上さ
せるようとすると、剛性や硬度が低下してしまい、特
に、高速加工および高負荷に耐え得るバイトを製作する
ことは、現実的には極めて困難なものとなっている。

【０００５】その際、超硬材や高速度鋼等の現状素材に
対し、ＴｉＮ等の硬質セラミックスコーティングがＣＶ
ＤやＰＶＤ等によりなされているが、高応力下ではコー
ティング皮膜が剥離するとともに、金型等のキャビティ
等に対するコーティング皮膜厚さが不均一になる等の問
題が生じている。これにより、現状では、皮膜厚さが数
十μｍ〜数百μｍと厚くする必要があり、寸法精度や嵌
め合い精度を高精度に維持することができないという問
題があった。

【０００６】そこで、耐摩耗部材、切削材料または金型
等に対し、本出願人による特許第２５９３３５４号公報
や特開平８−１２７８０７号公報等に開示されているセ
ラミック粉末と金属成分とを含む傾斜機能を有する複合
材を応用することを見い出した。

【０００７】すなわち、本発明は、表面が高硬度で内部
に向かうに従って靭性や強度等の物性が向上する傾斜機
能を有し、表面に硬質皮膜層を施すことが可能な複合材
製コーティング部材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合材製コ
ーティング部材では、セラミックス成分と金属成分とを
含む複合材で構成されるとともに、内部から表面に向か
うに従って、前記複合材中の前記金属成分の割合が漸減
する本体部と、この本体部表面に施される硬質皮膜層と
を備えている。ここで、複合材中の金属成分の割合と硬
度、強度および靭性とには相関があり、金属成分の割合
が少なくなってセラミックス成分の割合が多くなると、
硬度、耐摩耗性および剛性等が向上するものの脆くなっ
てしまう。一方、この脆さを改善するために金属成分の
割合を多くすると、強度および靭性が向上するものの、
剛性および耐摩耗性が低下してしまう。

【０００９】そこで、表面が高硬度で、内方に向かうに
従って靭性および強度等の物性が向上する傾斜機能を有
する複合材で本体部（母材）を構成し、さらに、この本
体部表面に硬質皮膜層を施すことによって一層の効率の
向上を図ることができる。従って、実際に作業を行う表
面部分の組成がセラミックスリッチで高硬度および耐摩
耗性を有し、内部が金属リッチで高靱性および高硬度を
有するとともに、この間の組成や物性が緩やかに変化す
ることにより、応力集中を有効に減少させることが可能
になる。

【００１０】さらに、本体部表面に硬質皮膜層がコーテ
ィングにより設けられるため、密着性や機能のより一層
の向上が図られるとともに、皮膜厚さを大幅に減少させ
ることができる。これにより、刃先がより鋭角な切削材
料や、高寸法精度を有する耐摩耗部材または金型を容易
に構成することが可能になる。

【００１１】例えば、切削用バイトでは、切削加工時に
被削材に対してこのバイトを押し付ける際の圧縮応力、
食い付き部や切削部に作用する引っ張り応力、および切
削を行っている部分に発生する回転に合わせるべく切削
に使用されない部分に作用する引っ張り応力等の種々の
応力が発生している。このため、バイトによる実際の切
削が不安定となって、刃先チッピングや欠損、あるいは
切削部の寸法精度等の悪化による表面荒れが発生してお
り、通常、バイトの加工送り量を小さくして対応してい
た。

【００１２】そこで、本発明では、本体部表面近傍のセ
ラミックス粒子が、内部に比べて粒成長を促して粗大化
しつつ内部に向かうに従って小さくなり、金属成分がこ
の粒成長に伴う粒子組成再配列により内部に集積され
る。従って、実際に加工を行う部分や負荷応力が作用す
る部分の組成は、セラミックスリッチで高耐摩耗性を有
する一方、内部が金属リッチで高強度および高靭性を有
する。これにより、切削工具や金型および耐摩耗部材等
を、上記の複合材で構成することによって、発生する応
力の伝達が容易となり、バイト内部や刃先部、金型の加
工面や相手材との接触面等における応力集中を大幅に減
少させることが可能になる。

【００１３】また、切削加工や金型による塑性加工およ
び高負荷応力下での摺動等では、大きな発熱を伴うが、
熱の発生し易い表面近傍をセラミックスリッチとして粒
子を粗大化することにより、熱の伝達および拡散性が向
上する。従って、熱に伴うマイクロクラックの発生を防
止し、これにより生ずるチッピングや構成刃先の改善や
凝着の減少も可能となり、切削性能が大きく向上するこ
とになる。すなわち、複合材中の金属に比べてセラミッ
クスの熱伝導が２倍乃至それ以上であり、また金属量が
内部から表面に向かうに従って緩やかに漸減しているこ
とから、熱応力による本体部（素材）の損傷が回避され
るからである。

【００１４】さらにまた、硬質皮膜層が施される本体部
表面は、金属が低減された略セラミックスと近似した特
性を有している。このため、本体部表面に硬質皮膜層を
施すことにより、耐久性および摺動性が一層向上すると
ともに、前記本体部表面とコーティング材との特性が近
似しており、従来のようにコーティングするための前処
理としてプラズマ酸による粗面化処理、金属量の低減お
よび応力緩和のために必要な多層コーティング等が不要
となる。しかも、ＰＶＤやＣＶＤ等により直接硬質皮膜
層を形成することができるとともに、金属量が些少であ
るために、従来のような脆化層（超硬でのη層等）の生
成もなく、皮膜厚さを理想的な厚さに設定することが可
能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る複合材製コーティング部材であるバイト１０の概
略斜視説明図であり、図２は、前記バイト１０の縦断面
図である。

【００１６】バイト１０は、平面視略正方形状に構成さ
れており、一方の端面側に切刃部１２が形成されてい
る。このバイト１０の厚さ方向には、切刃部１２から後
方に向かって内方に傾斜する逃げ部１４が設けられてい
る。バイト１０は、セラミックス成分と金属成分とを含
む複合材で構成されており、バイト内部に金属リッチな
金属部２０が設けられるとともに、バイト表面にはセラ
ミックスリッチなセラミックス部２２が設けられる。金
属部２０とセラミックス部２２との間には、バイト内部
からバイト表面に向かうに従って金属成分の割合が漸減
する傾斜部２４が設けられ、これらにより本体部２６が
構成されている。この本体部２６の表面には、硬質皮膜
層２８がコーティングにより形成されている。

【００１７】金属成分は、周期表のＶＩＩＩ族元素の鉄
（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）の
中から選択される少なくとも一種以上であり、必要に応
じてクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）等
が混入される。複合材中の金属成分の割合は、３ｗｔ％
〜２０ｗｔ％、より好ましくは５ｗｔ％〜１５ｗｔ％の
範囲内に設定される。

【００１８】金属成分が３ｗｔ％未満では、金属量が少
なくなり過ぎてバイト１０が脆くなり、現実的に使用す
ることができないものとなってしまう。金属成分が３ｗ
ｔ％以上であると、バイト１０の表面側の金属成分の割
合を０．３ｗｔ％以下とすることができ、バイト内部に
は相対的に７ｗｔ％程度の金属成分を集積することが可
能になり、実用に供することができる。なお、素材を焼
結した後、刃付け等の加工を施してバイト１０を製造す
る際には、その刃先強度をも考慮する必要があり、金属
成分の割合が３ｗｔ％以上であることが望ましい。

【００１９】ここで、セラミックス粒子として２μｍ前
後の粉末原料を用いた場合、バイト表面近傍の粒子は、
添加される粒子成長剤や焼結温度、時間および雰囲気等
により変化し、例えば、３倍〜３０倍程度に成長する。
バイト１０において、切刃１８の強度が要求される際に
は、３倍〜１０倍程度まで成長させる一方、主に耐摩耗
性が要求される際には、１０倍〜２０倍程度まで成長さ
せる。このとき、バイト１０の表面近傍の金属成分の割
合は０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％程度であり、このバイト１
０の内部の金属成分の割合は成長度合いや傾斜部２４の
厚み等により変化し、例えば、表面近傍で５ｗｔ％の場
合、内部で８ｗｔ％〜１３ｗｔ％程度乃至はそれ以上と
なる。

【００２０】金属成分の割合は、上限が２０ｗｔ％、よ
り好ましくは１５ｗｔ％に設定される。長尺なシャンク
部にバイト１０が取り付けられると、このバイト１０に
は、高剛性と高強度が要求されるとともに、特に、大き
な引っ張り強度が要求される。この場合、含有する金属
成分の量を増加して折損等を回避しようとする際、金属
成分の割合が２０ｗｔ％以上になると、耐摩耗性が劣化
するおそれがある。

【００２１】また、金属成分の割合が２０ｗｔ％に設定
され、表面近傍で金属成分が１ｗｔ％程度のバイト１０
において、ＨＲＡ９３程度の硬度を確保しようとした場
合、前記バイト１０が２５ｍｍ×２５ｍｍ×１００ｍｍ
程度のシャンク一体型であれば、バイト中央部の金属成
分が２０ｗｔ％以上程度となって、高速度鋼に近い靱性
を有して機能的には充分である。

【００２２】なお、１０ｍｍ〜２０ｍｍ×１０ｍｍ〜２
０ｍｍ×１００ｍｍ程度のバイト１０において、上記の
ようにバイト中央部の金属成分の量を２０ｗｔ％以上程
度にするためには、複合材中の前記金属成分の割合を１
５ｗｔ％に設定すればよく、これ以上の割合で金属成分
を添加しても強度や靱性に寄与することがなく、バイト
１０全体の剛性が低下してしまう。

【００２３】バイト１０の傾斜部２４の厚さは、数百μ
ｍ、好ましくは０．３ｍｍ以上に設定される。バイト１
０では、金属成分の量と熱伝導、粒子の大きさと熱伝導
にそれぞれ相関があり、発生する熱応力が熱伝達の勾配
になるため、傾斜部２４の厚さが変化することにより熱
応力そのものが変化する。傾斜部２４の厚さが数μｍ〜
数十μｍでは、発生する熱応力や加工時の応力の緩和量
が小さく、金属成分の割合を好適にコントロールしたと
しても所望の効果を得ることができない。

【００２４】一方、傾斜部２４の厚さを大きく設定する
ことが考えられるが、バイト１０が大径なものとなって
しまう。実用上のバイト１０の寸法が１００ｍｍ×１０
０ｍｍ×１００ｍｍ程度以下であるため、傾斜部２４の
厚さの上限を２０ｍｍに設定する。

【００２５】バイト１０を構成する複合材中のセラミッ
クス成分は、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン
（ＴｉＣ）、炭化２モリブデン（Ｍｏ₂Ｃ）、炭化タン
タル（ＴａＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化クロム
（Ｃｒ₃Ｃ₂）、窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化バナ
ジウム（ＶＣ）の中から選択される少なくとも一種以上
を主体とするものであり、必要に応じて窒化物、硼化物
あるいは炭窒化物の種々のものをその一部に添加しても
よい。

【００２６】セラミックス量は、８０ｗｔ％≦ＷＣ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋Ｍｏ₂Ｃ＋ＴａＣ
＋ＮｂＣ＋Ｃｒ₃Ｃ₂＋ＶＣ ≦９７ｗｔ％に設定される。これらのセラミックス成分
は、バイト１０による切削時に実際に切削を行う切刃１
８を構成しており、耐熱性、耐摩耗性および耐蝕性等の
性質を備えている。セラミックス量が９７ｗｔ％を超え
ると、金属成分の量が少なくなりすぎ、耐摩耗性は充分
であるものの、強度および靱性が低くなって実用に供す
ることが難しい。

【００２７】一方、セラミックス成分が８０ｗｔ％未満
では、金属成分が多くなりすぎ、バイト１０のドレス後
の使用等においては、耐摩耗性が著しく劣化する場合が
あるとともに、硬質セラミックスコーティング時の密着
性や実用上の機能の低下が生ずる場合がある。

【００２８】バイト１０の表面硬度は、ＨＲＡ９１以上
であると好適である。この値未満では、バイト１０の切
刃部１２に金属成分の露出割合が多くなり、被削材との
摩擦係数（μ）が高くなって発熱の増大を招き、前記被
削材の加工表面が粗くなるとともに、前記バイト１０の
切刃部１２自体の損耗が大きくなってしまう。しかも、
バイト１０の切刃部１２に金属成分の露出割合が多くな
ると、コーティングにより硬質皮膜層２８を形成する際
の密着性が劣化するとともに、脆化層が生成されたり、
皮膜強度が低下したり、あるいは皮膜の割れが発生して
しまう等の不具合が生じてしまう。

【００２９】バイト１０の表面硬度がＨＲＡ９１以上で
あれば、表面金属量が３ｗｔ％以下となり、物性的にも
大変有利なものとなって、加工精度や加工面品質が向上
し、かつ皮膜の形成が容易なものとなる。なお、より好
ましくは、ＨＲＡ９２以上であり、この場合、表面金属
量を１ｗｔ％とすることができ、同一セラミックス皮膜
であっても、通常の硬質セラミックス皮膜コーティング
の性能を遙かに凌ぐものとなる。

【００３０】このように、第１の実施形態に係るバイト
１０では、高速度鋼に比べて物性的にも有利であり、加
工精度および加工面が有効に向上することになる。しか
も、バイト１０の交換頻度が少なくなり、長期間にわた
って良好に使用することが可能になる。また、バイト１
０では、粒成長剤を適宜選択することにより、例えば、
金属成分としてニッケルが使用される場合、前記バイト
１０の表面硬度がＨＲＡ９４、さらにＨＲＡ９８にな
り、従来の硬質セラミックス皮膜コーティングを施した
以上の値が得られる。

【００３１】硬質皮膜層２８は、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化クロム（Ｃｒ
₃Ｃ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、ダイヤモ
ンドまたはＣＢＮ等の中から選択される少なくとも一種
である。また、使用されるセラミックスとしては、窒化
ハフニウム（ＨｆＮ）または窒化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｎ）であってもよいが、耐摩耗性を向上させるという観
点からは、主としてＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＣＢＮまたはダイヤモンドが選択される一方、高
摺動性という観点からは、Ｃｒ₃Ｃ₂またはＴｉＮ等が
用いられる。

【００３２】コーティングされる硬質皮膜層２８の厚さ
は、３μｍ〜１５μｍの範囲内に設定される。これは、
負荷応力や熱応力、コーティング材の強度密着力および
母材表面の強度等が考慮されている。すなわち、硬質皮
膜層２８の厚さが３μｍ未満であると、母材である本体
部２６と硬質皮膜層２８との硬度の差が大きい場合にこ
の本体部２６が変形しようとし、前記硬質皮膜層２８に
亀裂が発生して該硬質皮膜層２８の剥離や破壊が発生す
るおそれがある。

【００３３】一方、硬質皮膜層２８の厚さが３μｍ以上
であると、本体部２６の表面硬度がＨＲＡ９１以上であ
る際に硬質皮膜層２８の損傷はほとんど惹起されること
がない。但し、使用環境が切削材、耐摩耗部材または金
型と多岐にわたっており、負荷も大きいことから、より
好ましくは、５μｍ以上の厚さに設定される。

【００３４】硬質皮膜層２８の厚さが１５μｍを超える
と、コーティング皮膜自体に問題が生ずる。すなわち、
通常、ＣＶＤやＰＶＤ等により皮膜を形成する際には、
それぞれ母材を１０００℃程度および５００℃程度まで
加熱しており、皮膜と母材との熱膨張差に起因する応力
が生じ、室温に戻した後に引っ張り残留応力が残った
り、微少亀裂が発生したりする。

【００３５】第１の実施形態では、例えば、母材の組成
をＷＣ−１０Ｃｏとしたとき、硬質皮膜層２８の厚さを
２０μｍとすると、微少亀裂が観測され、さらに厚さが
１５μｍを超えると、負荷により亀裂や伸展が発生する
おそれがある。第１の実施形態では、通常の超硬やサー
ネットに比べ、硬質皮膜層２８と本体部２６との密着性
がその表面金属量の低減により向上しており、前記硬質
皮膜層２８の破壊にとどまらず、前記本体部２６に亀裂
を生じさせる懸念があるため、該硬質皮膜層２８の厚さ
は１５μｍ以下、より好適には１０μｍ以下に設定す
る。

【００３６】ここで、現行材では、硬質セラミックス皮
膜コーティングの厚さが数十μｍ〜数百μｍの範囲内、
具体的には、２０μｍ〜１００μｍの範囲内に設定され
ている。母材の表面硬度が低く、この母材表面の金属量
が多いために、２０μｍ以下の膜厚では負荷応力が母材
に作用してしまい、この母材が変形して前記皮膜が破壊
されるからである。

【００３７】このため、皮膜が相当に厚くなってしま
い、バイト１０の刃先やエッジ部がだれたり、丸くなっ
たりしてその精度が悪くなり、所望の切れ味を得ること
ができない。さらに、嵌め合い精度や寸法精度が悪くな
り、精密品製造に適する金型を構成することができない
という問題がある。その上、複雑な形状や開口形状の狭
い金型あるいは耐摩耗部材では、このように厚肉な皮膜
を設けると、その膜厚差が数十μｍにも及んでしまい、
精度低下が惹起されてしまう。

【００３８】これに対して、第１の実施形態では、３μ
ｍ〜１５μｍの厚さに設定することができ、理想的な硬
質皮膜コーティング処理が達成されるという効果が得ら
れる。

【００３９】図３は、本発明の第２の実施形態に係る複
合材製コーティング部材であるバイト１０ａの概略斜視
説明図であり、図４は、前記バイト１０ａの縦断面図で
ある。なお、上述した第１の実施形態に係るバイト１０
と同一の構成要素には同一の参照数字に符号ａを付し
て、その詳細な説明は省略する。

【００４０】バイト１０ａは平面視リング形状を有して
おり、その中央部にボルト用の挿通孔１６ａが形成され
るとともに、一端側に切刃部１２ａが設けられて前記切
刃部１２ａから前記バイト１０ａの厚さ方向に向かって
逃げ部１４ａが形成されている。バイト１０ａでは、本
体部２６ａに硬質皮膜層２８ａがコーティングにより形
成され、その挿通孔１６ａを構成する内壁面にも硬質皮
膜層２８ｂが設けられている。

【００４１】このように構成されるバイト１０ａでは、
高速度鋼や超硬で構成されるバイトに比べ、高速加工が
容易に遂行される等、第１の実施形態に係るバイト１０
と同様の効果が得られる。実施例１実施例１では、平均結晶粒径が２．２μｍの炭化タング
ステン（ＷＣ）粉末を９０ｗｔ％、平均粒径が２μｍの
炭化ニオブ（ＮｂＣ）粉末を２ｗｔ％、平均粒径が２．
４μｍの炭化タンタル（ＴａＣ）粉末を１ｗｔ％、およ
び平均粒径が０．８μｍのコバルト（Ｃｏ）粉末を７ｗ
ｔ％の割合で、有機溶媒を媒液としてボールミルを用い
て７２時間充分に混合した。これは、ＪＩＳ分類におけ
るＫ−１０相当材であり、以下、試料Ａという。

【００４２】一方、上記と同様の粉末の他に、平均粒径
が１．５μｍの炭化チタンと平均粒径が１．２μｍの窒
化チタンを用意し、炭化タングステン粉末を５１ｗｔ
％、炭化チタン粉末を３５ｗｔ％、窒化チタン粉末を５
ｗｔ％、炭化タンタル粉末を３ｗｔ％、コバルト粉末を
６ｗｔ％の割合で、上記と同様にボールミルを用いて同
一時間だけ充分に混合した。これは、ＪＩＳ分類におけ
るＰ−１０組成に近いものであり、以下、試料Ｂとい
う。

【００４３】次いで、これらの混合物を液分が９％にな
るように調製した後、成形用バインダの影響を回避する
ためにバインダレスで、金型内静水圧加圧成形法により
１００ＭＰａの成形圧力にて、焼成後の寸法が内接円φ
１２．７ｍｍ、厚さ４．７６ｍｍに近似するように成形
体を成形した。加工取り代は、片面で０．１ｍｍ程度に
設定した。

【００４４】成形後、窒素ガスを流通させながら５０Ｐ
ａで成形体に残存するヘキサンを除去した後、９００℃
で３０×６０秒間の仮焼成を行い、成形体の含浸時にお
ける崩壊を防止した。次に、１０％濃度のＮｉ塩水溶液
中に仮焼成体を浸漬し、その後、１３０℃の排気型熱風
乾燥炉により乾燥処理を施し、仮焼成体内におけるＮｉ
濃度の傾斜化を図った。

【００４５】さらに、表面層の影響を除去するために、
片面で０．１ｍｍ程度除去することにより、ポジティブ
バイトを得た。このバイトの表面均質相体は、０．３ｍ
ｍ程度であり、その表面硬度は、試料ＡでＨＲＡ９３、
試料ＢでＨＲＡ９４以上という値であり、それぞれのＪ
ＩＳ品や市販品の値を大きく凌ぎ、硬質セラミックスコ
ーティングを施したものと同等、あるいはそれ以上の値
となった。表面層における金属量は、面積率で試料Ａが
０．３％、試料Ｂが０．２％であり、重量比では約０．
６ｗｔ％および０．４ｗｔ％程度に相当する。

【００４６】これらのバイトの表面からの距離と硬度と
の関係、すなわち、内部硬度変化が図５に示されてい
る。この図５から明らかなように、硬度の値は、バイト
内部に向かうに従って金属量の増加とともに漸減してお
り、試料Ａおよび試料Ｂのそれぞれの傾斜層の厚さが２
ｍｍとなっていた。

【００４７】そこで、試料Ａおよび試料Ｂについて、窒
素ガスを流通せながら、５０Ｐａで１４００℃の温度に
１時間保持して焼結処理を施した。そして、それぞれの
断面を顕微鏡により観察して粒子の大きさを測定したと
ころ、それぞれの表面近くでは、初めの状態から表面近
傍粒子が試料Ａで３〜４倍程度、試料Ｂで５〜８倍程度
の大きさに成長していた。

【００４８】得られた試料Ａ、Ｂに対し、それぞれＣＶ
ＤによりＴｉＣＮコーティングを施した。皮膜生成要件
としては、成膜時の母材温度が１０００℃で、原料ガス
がＴｉＣｌ₄、Ｈ₂、Ｎ₂、ＣＨ₃ＣＮであり、膜厚と
しては、試料Ａが３μｍで、試料Ｂが５μｍであった。
膜厚は市販品の８分の１であり、これらを試料Ａ′およ
び試料Ｂ′とした。

【００４９】比較例として、試料Ａ、Ａ′に対し市販品
のＫ−１０相当品および超微粒子超硬品を用意する一
方、試料Ｂ、Ｂ′に対し市販品のＰ−１０相当品および
ＣＶＤによるアルミナ皮膜、ＴｉＮ皮膜、ＴｉＣＮ皮膜
およびＴｉＣ皮膜の４層コーティング品（膜厚が約４０
μｍ）を選択し、それぞれ切削性の試験を行った。被削
材として、Ｋ−１０相当品や試料Ａ系列では高シリコン
含有のＡＣ８Ｂ相当品を用いる一方、Ｐ−１０相当品や
試料Ｂ系列ではＳＣＭ４３５を用いた。その結果が図６
および図７に示されている。

【００５０】なお、試料Ａおよび市販品のＪＩＳＫ−１
０相当品や超微粒子超硬品は、最も一般的に用いられる
バイト組成であり、アルミ合金、銅合金あるいは耐熱合
金等の切削に広く用いられている。また、Ｐ−１０組成
相当品は、鉄系の切削に用いられるものである。さら
に、鉄系の切削では、耐熱性や耐摩耗性の観点からＣＶ
ＤやＰＶＤ等によるセラミックスコーティングが行わ
れ、皮膜の密着安定性の観点から多層コーティングする
ものが一般的である。

【００５１】図６に示されているように、試料Ａは、Ｋ
−１０相当品や超微粒子超硬品に比べて１．５〜３倍以
上の耐久性が得られ、より過酷な条件での切削等にも有
効に適応し得るという結果が得られた。さらに、試料
Ａ′では、３〜４倍の耐久性を示しており、その性能が
一層向上するという効果が得られた。試験後の試料刃先
を確認したところ、Ｋ−１０相当品や超微粒子超硬品に
は、切削に伴う構成刃先の形成が見られていたが、試料
Ａおよび試料Ａ′には構成刃先は全く存在しておらず、
被削材の表面も平滑であって比較バイトに見られた毟れ
や表面荒れ等が全く観測されなかった。

【００５２】一方、Ｐ−１０系の試験では、被削材をＳ
ＣＭ４３５とし、送りが１．０ｍｍ／ｒｅｖで、切り込
み量が２．０ｍｍの条件下に、切削加工を行った。図７
に示すように、多層コーティング品は、市販品のＰ−１
０相当品に比べて耐久性の向上がみられるものの、試料
Ｂでは、この多層コーティング品に比べて、さらに２〜
３倍以上の耐久性が得られた。これは、試料Ｂでは、多
層コーティング品に比べて密着性が遙かに大きいこと、
多層コーティング品に比べて発生する熱がバイトの切刃
部に溜まりにくく、熱応力の発生度合い等も改善されて
いること等による。しかも、試料Ｂ′では、Ｐ−１０相
当品の５倍以上の耐久性を示すという効果が得られた。

【００５３】従って、試料Ａ′および試料Ｂ′では、従
来品に比べて切削性や耐久性が拡大に向上しており、種
々の被削材の切削を効率的に行うことができ、バイトと
しての性能が飛躍的に向上するという結果が得られた。

【００５４】

【発明の効果】本発明に係る複合材製コーティング部材
では、内部から表面に向かうに従って、複合材中の金属
成分の割合が漸減するため、実際に使用される表面部分
が高硬度でかつ耐摩耗性を有する一方、内部が高靱性か
つ高強度を有するとともに、この間の組成や物性が緩や
かに変化する。これにより、耐用性に優れかつ作業全体
の高速化が可能になる。しかも、硬質皮膜層の密着性が
向上するとともに、この硬質皮膜層を有効に薄く構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る複合材製コーテ
ィング部材であるバイトの概略斜視説明図である。

【図２】前記バイトの縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る複合材製コーテ
ィング部材であるバイトの概略斜視説明図である。

【図４】前記バイトの縦断面図である。

【図５】試料Ａ、Ｂの表面からの距離と硬度の関係を示
す説明図である。

【図６】試料Ａ、Ａ′と市販品との切削試験結果の説明
図である。

【図７】試料Ｂ、Ｂ′と市販品との切削試験結果の説明
図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ…バイト１２、１２ａ…切刃部１４、１４ａ…逃げ部１６ａ…挿通孔２０…金属部２２…セラミックス部２４…傾斜部２８、２８ａ、２８ｂ…
硬質皮膜層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 29/04 Ｃ２２Ｃ 29/04 Ａ // Ｃ２３Ｃ 16/36 Ｃ２３Ｃ 16/36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス成分と金属成分とを含む複合
材で構成されるとともに、内部から表面に向かうに従っ
て、前記複合材中の前記金属成分の割合が漸減する本体
部と、前記本体部表面に施される硬質皮膜層と、を備えることを特徴とする複合材製コーティング部材。
【請求項２】請求項１記載の複合材製コーティング部材
において、前記本体部の前記金属成分の割合が漸減する
傾斜部の厚さは、３ｍｍ以上であることを特徴とする複
合材製コーティング部材。
【請求項３】請求項１または２記載の複合材製コーティ
ング部材において、前記複合材中の前記金属成分は、Ｆ
ｅ、ＮｉまたはＣｏを主体とし、前記セラミックス成分は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｍｏ
₂Ｃ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂またはＶＣの中から
選択される少なくとも一種以上のセラミックス成分であ
り、かつ、セラミックス量が、８０ｗｔ％≦ＷＣ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋Ｍｏ₂Ｃ＋ＴａＣ
＋ＮｂＣ＋Ｃｒ₃Ｃ₂＋ＶＣ ≦９７ｗｔ％に設定されることを特徴とする複合材製コーティング部
材。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複
合材製コーティング部材において、前記本体部表面の硬
度がＨＲＡ９１以上であることを特徴とする複合材製コ
ーティング部材。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複
合材製コーティング部材において、前記硬質皮膜層は、
ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、Ｃｒ₃Ｃ₂、ダイヤモン
ド、Ａｌ₂Ｏ₃またはＣＢＮの中から選択される少なく
とも一種であることを特徴とする複合材製コーティング
部材。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複
合材製コーティング部材において、前記硬質皮膜層の厚
さは、３μｍ〜１５μｍの範囲内に設定されることを特
徴とする複合材製コーティング部材。