JP2000514873A - チタンに基づくコーティングへの高度の表面仕上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は少なくともコーティングの外側の層がＴｉＮ、ＴｉＣ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなるコーティングでコーティングされた切削工具及び摩耗部品を研磨して高度の表面処理をする方法である。メタノール又は他の有機液体中に２〜５０体積％の過塩素酸（ＨＣｌＯ₄）又は硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を含む電解液で、電解による方法を使用する。本発明の方法は従来の機械的な方法よりも制御しやすく、コーティングされた部品全体にわたって高度の表面仕上を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 チタンに基づくコーティングへの高度の表面仕上方法 本発明は、電解研磨技術を使用して例えば切削工具に適用する薄いＴｉＣ、Ｔ ｉ（Ｃ，Ｎ）又はＴｉＮコーティングを極めて高度の表面仕上になるまで研磨す る方法に関する。 ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）及び／又はＡｌ₂Ｏ₃の１以上の層からなる薄 い耐摩耗性コーティングは一般に、耐アブレジブ摩耗性及び耐化学摩耗性を高め るために切削工具及び摩耗部品に適用する。これらのコーティングは典型的に全 部で１〜２０μｍの厚さを持ち、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ ＰＶＤ）及び／又は関連する技術を使用して適用される。成長させた後のコーテ ィングの表面粗さは、コーティングされる面の粗さ、コーティングの合計の厚さ 及び適用するコーティングのタイプに依存する。一般に、コーティングの表面は 少なくとも初めの表面と同じ粗さを持ち、粗さはコーティング厚さと共に増加し 、及びα−Ａｌ₂Ｏ₃の層を含むコーティングはκ−Ａｌ₂Ｏ₃又はＴｉを含む層だ けを含むものよりも粗い。 １つの特に興味深いコーティングの系統を図１ａ及び１ｂに示す。いくらかの 非常に薄い結合層を除くと、コーティングは、焼結炭化物合金（ｃｅｍｅｎｔｅ ｄ ｃａｒｂｉｄｅ）の切削工具スローアウェイチップに付着したＴｉ（Ｃ，Ｎ ）の内側層であるｘ、α−Ａｌ₂Ｏ₃からなる中間層であるｙ、及びＴｉＮの上層 であるｚからなる。付着させたとき、このコーティングは主に粗いα−Ａｌ₂Ｏ₃ 層に起因する許容できない表面粗さを持つ。これは、スローアウェイチップの性 能の低下及び茶色がかったどちらかと言えば美し くない色の両方を導く。ＴｉＮのなめらかな上層は一般には美しく見せるために 輝く金色をしている。今日ではこれらの問題は、α−Ａｌ₂Ｏ₃の代わりに熱力学 的により安定性が劣るκ−Ａｌ₂Ｏ₃を使用すること、ＴｉＮの付着の前にα−Ａ ｌ₂Ｏ₃層を機械的に研磨すること、又はＴｉＮ層を機械的に研磨することのいず れかによって避けられる。第１の方法は多くの場合に劣った性能をもたらす。第 ２の方法は費用のかかる２段階の付着方法で、第３の方法は所望の輝く金色を与 えない。 特に金属材料には、電解による平滑化又はバリ取りが一般的に使用される技術 である。２つのよく知られた処理は電気化学的バリ取り、及び電解研磨と呼ばれ る。米国特許第４，４０５，４２２号明細書は、銅又は銅合金の電解によるバリ 取り方法を、米国特許第４，４１１，７５１号明細書は鋼又はアルミニウム合金 のバリ取り方法を開示する。スウェーデン特許出願第９４０４３２６−２号明細 書及び第９６０２２７８−５号明細書には、メタノール中に過塩素酸（ＨＣｌＯ₄ ）又は硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を含む電解液中で電解研磨を行うことによって切削工 具スローアウェイチップの刃先を丸める方法が提示されている。全てのこれらの 方法に共通なのは、それぞれが特定の材料分類で本質的に深さ方向の影響なしに になめらかな刃先を作るように設計されること、及び任意のコーティング工程の 前に適用されることである。従って、コーティング自身に起因する粗さはなくな らない。 本発明の目的は、コーティングの少なくとも最も外側の層がＴｉＣ、ＴｉＮ、 又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる切削工具スローアウェイチップ（insert）、並びに ドリル、エンドミル及び摩耗する部品のコーティングを直接研磨する方法を提供 することである。前記方法は機械的な研磨よりもより注意深く制御することがで き、スローア ウェイチップ全体にわたって高度の表面仕上を与える。特に、粗いＡｌ₂Ｏ₃層に 適用したＴｉＮコーティングを研磨して、本質的に表面の粗さを除去し、そして 研磨された部品全体に輝く金色をもたらすことができる。 コーティング工程の前ではなく後で適用することを除いてスウェーデン特許出 願第９４０４３２６−２号明細書及び第９６０２２７８−５号明細書で開示され る方法と類似の方法を使用して、機械的な方法では作ることのできない素晴らし い見かけ上の特性を持つ非常になめらかな表面が得られることが意外にも分かっ た。更に、研磨されるものがコーティングであって下地の材料ではないので、本 発明の方法はもはや焼結炭化物合金及びサーメット合金の部品に限定されず、例 えばコーティングされた高速度鋼又はセラミックの部品にも適用することができ る。 図１は、ＣＶＤでコーティングされた焼結炭化物合金の切削工具スローアウェ イチップの処理前のコーナ（ａ）及び逃げ面（ｂ）の断面を示す。 ｘ：Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の内側層 ｙ：α−Ａｌ₂Ｏ₃からなる中間層 ｚ：ＴｉＮの上層 図２は、本発明に従って１５秒間処理された、ＣＶＤでコーティングされた焼 結炭化物合金の切削工具スローアウェイチップのコーナ（ａ）及び逃げ面（ｂ） の断面を示す。 図３は、本発明に従って６０秒間処理された、ＣＶＤでコーティングされた焼 結炭化物合金の切削工具スローアウェイチップのコーナ（ａ）及び逃げ面（ｂ） の断面を示す。 図４は、本発明に従って１２０秒間処理された、ＣＶＤでコーティングされた 焼結炭化物合金の切削工具スローアウェイチップのコ ーナ（ａ）及び逃げ面（ｂ）の断面を示す。 本発明によれば最も外側の層としてＴｉＮ、ＴｉＣ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）を伴う 単層又は多重層コーティングを持つコーティングされた部品を、例えばメタノー ル中での超音波洗浄によって完全に清浄にして、研磨の結果に影響を与えること があるダスト、遊離した粒子、油汚れなどを表面から取り除く。次にこの部品を 電解浴に沈めて、そしてこの部品（アノード）とカソードの間に電圧を印加する 。電解液が前記部品の全ての面に沿って流れる安定な状態を得るために、激しい 撹拌を行う。カソードは耐酸性材料、例えば白金又は耐酸性ステンレス鋼で作る べきである。 電解液はメタノール中に２〜５０体積％、好ましくは２０〜３０体積％の過塩 素酸（ＨＣｌＯ₄）若しくは硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、又はそれらの混合物を含有する 。研磨速度を低下させるため又はより安定な状態を得る手段として、メタノール を部分的に又は全てより粘性の流体、例えばブタノール、グリセロール又はエチ レングリコール−モノブチルエーテルで置き換えてもよい。主に電解液の粘度を 変えるために、電解液の温度は室温から−６０℃の間で変化させることができる 。 電圧は５０Ｖ未満３Ｖ超で、好ましくは１０〜３０Ｖであるべきである。一般 的には直流電圧を使用する。しかしパルス又は交流電圧を使用することもできる 。電圧の適切な選択は使用する装置の設計、得られる撹拌の程度、並びに電解液 及び温度の選択に依存する。電解液、温度、印加する電圧及び研磨時間の選択は 、最良の結果を得るためにコーティングの材料及び厚さ、初期の表面粗さ並びに 所望の最終的な厚さに適応させるべきである。これらの条件を決定することは、 当業者が行う範囲のことである。 電解液によって起こる腐食を避けるために、研磨した部品をその 後すぐに例えばメタノール中で洗浄する。上記の種々のパラメータを正確に選択 すると、薄く非常に粘性の層がコーティングと電解液の界面に形成される。電圧 降下は主にこの層を横切って起こるので、研磨速度はその厚さに強く依存する。 従って粗い表面では突き出た部分が溝よりも速く研磨されて表面粗さの連続的な 減少を導く。他方パラメータの選択が最適値と大きく離れていると、粘性層は決 して形成されず又は安定せず、表面の酸化又はピットさえもたらす。 本発明の方法は、大きな表面積を速い研磨速度、並びに極めて高い精度及び再 現性で同時に研磨することができるので大量生産に適当である。 例 図１で示したような多層コーティングを持つ焼結炭化物合金のスローアウェイ チップを、メタノール中の２２体積％硫酸からなる−５０℃に冷却した電解液、 及び２０Ｖの直流電圧を使用してそれぞれ１５、６０及び１２０秒間電解研磨し た。３０ｃｍ²の白金シートをカソードとして使用し、電磁混合機を使用して電 解液を激しく撹拌した。図２に示すように、１５秒後には既に、特にコーナで表 面粗さが実質的に改良される。図３で示す６０秒後では逃げ面でなめらかさが更 に改良された。図４で示す１２０秒後ではＡｌ₂Ｏ₃層の突き出た部分がＴｉＮ層 の表面に達した。スローアウェイチップ全体で特になめらかな表面が得られ、Ｔ ｉＮは下地のＡｌ₂Ｏ₃層の溝を適切に満たした。ＴｉＮのほとんどが除去されて 、それはもはや連続層を形成していない。この特別な場合には、プロセスは実際 に自己制御をする。電気的に絶縁をするＡｌ₂Ｏ₃の突き出ている部分が表面に達 すると、溝の中のＴｉＮの島への電気的な接触が断たれて研磨が止まる。電気的 に絶縁するセラミックの部品上の Ｔｉを含むコーティングを研磨するときに同様な効果が得られる。しかしながら 本発明の方法は、コーティングのすべての層と並んで部品自身が導電性であるコ ーティングされた部品に等しくうまく機能する。とは言えそのような場合には注 意深い研磨時間の制御がより重要である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．２０） 【補正内容】 請求の範囲 １．コーティングの外側の層がＴｉＣ、ＴｉＮ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる切 削工具及び摩耗部品のコーティングを研磨して高度の表面仕上をする方法であっ て、以下の工程を特徴とする方法。 メタノール又は他の粘性の有機液体キャリアー、例えばブタノール、グリセロ ール又はエチレングリコール−モノブチルエーテル中に２〜５０休積％の過塩素 酸（ＨＣｌＯ₄）若しくは硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、又はそれらの混合物の電解液を供 給する工程。 前記コーティングされた部品を電解液に沈める工程。 耐酸性材料、例えば白金又は耐酸性ステンレス鋼の電極を前記電解液内に入れ る工程。 前記コーティングされた部品（アノード）と前記電極（カソード）の間に電位 を限られた十分な時間印加して、前記外側の層を研磨する工程。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コーティングの外側の層がＴｉＣ、ＴｉＮ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる切 削工具及び摩耗部品のコーティングを研磨して高度の表面仕上をする方法であっ て、以下の工程を特徴とする方法。 メタノール又は他の有機液体キャリアー中に２〜５０体積％の過塩素酸（ＨＣ ｌＯ₄）若しくは硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、又はそれらの混合物の電解液を供給する工 程。 前記コーティングされた部品を電解液に沈める工程。 耐酸性材料、例えば白金又は耐酸性ステンレス鋼の電極を前記電解液内に入れ る工程。 前記コーティングされた部品（アノード）と前記電極（カソード）の間に電位 を十分な時間印加して、前記外側の層を研磨する工程。