JP2001025905A - 炭窒酸化チタン被覆工具 - Google Patents
炭窒酸化チタン被覆工具Info
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Abstract
窒酸化チタン被覆工具を提供する。 【解決手段】 基体表面に周期律表のIVa、Va、VIa
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化
物、炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのいずれか一
種の単層皮膜または二種以上の多層皮膜を有し、その少
なくとも一層が炭窒酸化チタン層からなる炭窒酸化チタ
ン被覆工具において、前記炭窒酸化チタン層が双晶構造
を持った結晶粒を含有することを特徴とする炭窒酸化チ
タン被覆工具。
Description
工具に関するものである。
鋼、特殊鋼からなる基体表面に硬質皮膜を化学蒸着法
や、物理蒸着法により成膜して作製される。このような
被覆工具は皮膜の耐摩耗性と基体の強靭性とを兼ね備え
ており、広く実用に供されている。特に、高硬度材を高
速で切削する場合、切削工具の刃先温度は1000℃前
後まで上がり、被削材との接触による摩耗や断続切削等
の機械的衝撃に耐える必要がある。このため、耐摩耗性
と強靭性とを兼ね備えた被覆工具が重宝されている。
優れる、周期律表IVa、Va、VIa族金属の炭化物、窒
化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物から
なる膜と、耐酸化性に優れる酸化アルミニウム膜が単層
あるいは多層膜として用いられている。
はチタンが主に用いられている。このため、煩雑を避け
るため、以降は、周期律表IVa、Va、VIa族金属の代
表としてチタンを用いて具体的に詳述する。
をバランス良く有しており、耐酸化性や耐溶着性、ある
いは膜自体の応力が低く膜の密着性が優れる特長を有し
ている可能性がある。この炭窒酸化チタン膜に関して
は、特開平8−257808で(111)面、(22
0)面、(200)面からのX線回折ピーク強度IがI
(111)>I(220)>I(200)であるチタンの
炭窒酸化物層が被覆された切削工具が提案され、特開平
8−269719ではI(220)>I(111)>I
(200)であるチタンの炭窒酸化物層が被覆された切
削工具が提案されている。また、X線回折で(220)
面に最強ピークが現れるTiの炭窒化膜を提案した先述
の特開昭56−156767に対して、特許第2535
866号では、X線回折で(220)面に最強ピークが
現れるTiの炭窒酸化物の単層、またTiの炭窒酸化物
とTiの炭化物および炭窒化物のうちの1種もしくは2
種の複層からなる内層を被覆した切削工具が提案されて
いる。また、特開平8−47999では、TiC xOy
Nz(但し0.7≦x+y+z≦1.3、0.2<y<
0.8)からなる第2層上に、TiCxN1−x(但し
0≦x≦1)からなる第3層を被覆した被覆超硬質焼結
合金物品が提案されている。
摩耗性とをバランス良く有しており、既に広く実用化さ
れている工具用被覆膜として炭窒化チタン膜がある。炭
窒化チタン膜に関しては、(220)面にX線回折最強
ピークが現れるチタンの炭窒化膜を提案する特開昭56
−156767や、(422)面のX線回折ピーク強度
が最強である炭窒化膜を提案する特開平6−15832
5や特開平7−62542、あるいは、(311)面の
X線回折ピーク強度が最強である炭窒化膜を提案する特
開平5−269606がある。しかし、これらは柱状晶
形態の炭窒化膜のみを検討しており、炭窒酸化膜に関し
ては検討していない。例えば、特開平6−158325
では(422)面にX線回折最強ピーク強度を示す炭窒
化チタン膜を提案しているが、同時に成膜されている炭
窒酸化膜は炭窒化チタン膜とは別個の膜として扱ってお
り、炭窒酸化膜のX線回折最強ピーク強度は検討してい
ない。
ン膜(層)のX線回折強度等に着目したものであり、炭
窒酸化チタン層の粒界の強度や上層との膜密着性が高く
なるミクロ組織は検討されていない。また、炭窒酸化チ
タン層は、成膜時の酸素量が多いと酸化が進みすぎ、膜
自体がもろくなり機械強度が低下するとともに、上層と
の密着性が低下する欠点があった。また、逆に酸素量が
少ないと特性が炭窒化チタン層に近づき、耐酸化性や耐
溶着性、あるいは膜自体の応力が低くなり膜の密着性が
優れる炭窒酸化チタン層の特長が出せなくなる欠点があ
った。
タン層の欠点を踏まえて、本発明が解決しようとする課
題は炭窒酸化チタン層の粒界の強度を高めるとともに、
上層膜との膜密着性を高められるミクロ組識、結晶配
向、膜中酸素量、膜中塩素量を具備することにより、従
来に比して格段に切削耐久特性が優れた炭窒酸化チタン
被覆工具を提供することである。
解決するために鋭意研究してきた結果、周期律表IVa、
Va、VIa族金属の炭窒酸化層、特にチタン等の炭窒酸
化層に、双晶構造を持った結晶粒を含有させることによ
り、これらの皮膜を被覆した工具の切削耐久特性が優れ
ることを見出し、本発明に想到した。
IVa、Va、VIa族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物、並びに酸化アルミニ
ウムのいずれか一種の単層皮膜または二種以上の多層皮
膜を有し、その少なくとも一層が炭窒酸化チタン層から
なる炭窒酸化チタン被覆工具において、前記炭窒酸化チ
タン層が双晶構造を持った結晶粒を含有する炭窒酸化チ
タン被覆工具である。本発明の被覆工具は、炭窒酸化チ
タン層が双晶構造を持っており、かつ後述の図1、図2
からもわかるように双晶を形成する結晶粒が相互に接触
しておりかつ相互にエピタキシャルに成長しているた
め、結晶粒界の強度が高くなり、良好な切削耐久特性が
実現されていると判断される。
上に双晶構造を持った結晶粒を含有する層が形成されて
いることが好ましい。上層が双晶構造を持った結晶粒を
含有することにより、上層内の粒界強度が高くなり、更
に優れた切削耐久特性が実現される。
ン層の上に形成された層の双晶境界部が前記炭窒酸化チ
タン層の双晶境界部から連続していることが好ましい。
双晶境界部が連続していることにより、炭窒酸化チタン
層とその上に形成されている層との間が結晶格子面レベ
ルでも連続的に成膜されている可能性が高く両層間に高
い密着性が実現可能であるとともに、両層が双晶構造を
有しているため各層内における結晶粒界の強度が高めら
れ、更に優れた切削耐久特性が得られるものと判断され
る。
を構成する双晶境界部(双晶面)が{111}面から成
っていることが好ましい。前記双晶構造を構成する双晶
境界部が{111}面から成っていることにより、双晶
境界部が緻密に形成され、双晶境界部を境にして接する
結晶粒間の粒界強度が高められ、更に優れた切削耐久特
性が得られるものと判断される。
ン層の上に形成された層が、炭窒酸化チタン層の上にエ
ピタキシャルに成長していることが好ましい。炭窒酸化
チタン層の上に形成された層がエピタキシャルに成長し
ていることにより両層間に優れた密着性が得られ、更に
優れた切削耐久特性が得られる。
ン層の等価X線回折強度比が最強である結晶面が(42
2)面または(311)面であることが好ましい。後述
の通り、等価X線回折強度比が最強である結晶面が(4
22)面または(311)面であれば炭窒酸化チタン層
が双晶構造を持った結晶粒を含有するものとなり、優れ
た切削耐久特性が得られると判断される。
は、前記炭窒酸化チタン層中の酸素量が0.05〜3質
量%であることが好ましい。酸素量が0.05〜3質量
%の時に炭窒酸化チタン層が双晶構造を持つものにな
り、かつ(422)面または(311)面に配向し易く
なり、優れた切削耐久特性が実現される。酸素量が0.
05質量%未満では酸素の含有効果が現れず、3質量%
を超えると炭窒酸化チタン層自体の機械強度が低下し脆
くなる欠点が生じる。より優れた切削耐久特性が実現さ
れる酸素量が0.3〜2質量%の場合がより好ましい。
は、前記炭窒酸化チタン膜中の塩素量が0.01〜2質
量%であることが好ましい。塩素量が0.01〜2質量
%であることにより、炭窒酸化チタン膜が双晶構造を持
つものになり、(422)面または(311)面に配向
するとともに、膜自身の硬度低下が抑えられ、優れた切
削耐久特性が実現される。塩素量が0.01質量%未満
では(422)面または(311)面への配向が弱くな
り、塩素量が2質量%を超えると炭窒酸化チタン膜の硬
度が低下し、工具の耐摩耗性が低下する。
Va、VIa族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物のうちの
少なくとも一種以上とFe、Ni、Co、W、Mo、C
rのうちの少なくとも一種以上とからなる超硬質合金を
基体とすることが実用性に富んでいる。
酸化チタン(以下、TiCNOと記す)層近傍のミクロ
組織は、後述の実施例に示すように、膜断面を透過型電
子顕微鏡により5万倍〜400万倍で観察して評価し
た。膜中に含まれる酸素量と塩素量とは、研磨した膜断
面中の5点を、電子プローブマイクロアナライザー(E
PMA、日本電子(株)製JXA−8900R)を用
い、加速電圧15KV、試料電流0.2μAで分析し、
その平均値より求めた。
定は、JCPDSファイル(Powder Diffr
action File Published by
JCPDS International Cente
r for Diffraction Data)に記
載がないため、TiC(JCPDSファイルNo.32
−1383)とTiN(JCPDSファイルNo.38
−1420)のX線回折データおよび本発明品を実測し
て得たX線回折パターンから求めた表1の数値を用いて
行った。標準X線回折強度I0(hkl)は等方的に配向
している粉末粒子のX線回折強度を表している。表2、
3はJCPDSファイルに記載されているTiCとTi
Nの面間距離dと標準X線回折強度I0とをまとめて示
したものである。表1〜3から、TiCNOの面間距離
dはTiNよりも若干TiCに近いことがわかる。この
ため、TiCNOの標準X線回折強度I0は表2に示し
たTiCの標準X線回折強度I0と同一と仮定した。
iCNO層の(hkl)結晶面からのX線回折ピーク強
度を定量的に評価するために下記の(1)式により定義
した。PR(hkl)は、表1に記載された標準X線回
折ピーク強度I0(hkl)に対する、実測された皮膜の
X線回折ピーク強度I(hkl)の相対強度を示してい
る。PR(hkl)は皮膜の配向の強さを示しており、
例えば、PR(422)の値が大きい程、(422)面
からのX線回折ピーク強度比が強く、皮膜の(422)
面が測定基板表面の接線方向に強く配向していることを
示すものである。 PR(hkl)={I(hkl)/I0(hkl)}/[Σ{I(hkl) /I0(hkl)}/8]・・・・・式(1) 但し、(hkl)=(111)、(200)、(22
0)、(311)、(222)、(420)、(42
2)、(511)
律表のIVa、Va、VIa族金属の代表として表記したも
のであり、他の同族金属、例えばZr、Hf、V、N
b、Ta、Cr、Mo、Wのいずれかであっても略同様
の効果が得られる。また、炭窒酸化チタン層はCH3C
NとTiCl4と酸化ガス(例えば、CO 2あるいはC
Oの単独ガス、または、CO2とCOの混合ガス)を反
応させて成膜する膜に限るものではなく、CH4、
N2、TiCl4と酸化ガスとを反応させて成膜するT
iCNO膜でもよい。また、炭窒酸化チタン層はTiC
NOに限るものではない。例えばTiCNOにCr、Z
r、Ta、Mg、Y、Si、Bの一種または二種以上を
0.3〜10質量%添加した膜でも良い。0.3質量%
未満ではこれらを添加する効果が現れず、10質量%を
超えるとTiCNO膜の耐摩耗、高靭性の効果が低くな
る欠点が現れる。また、本発明の被覆工具において、炭
窒酸化チタン層の上に成膜する膜はTiC膜、TiCO
膜またはTiCNO膜に限るものではない。例えばTi
N膜、TiCN膜あるいは原料ガスに他のガスを用いて
成膜した他のTiCNO膜でもよい。また、例えば前記
膜の成分にCr、Zr、Ta、Mg、Y、Si、Bの一
種または二種以上を0.3〜10質量%添加したもので
もよい。また、炭窒酸化チタン層の上に、直接、酸化ア
ルミニウムを主とする下記の酸化膜を成膜するのも有効
である。また、下地膜はTiNに限るものではなく、例
えば下地膜としてTiC膜またはTiCN膜を成膜した
場合も本発明に包含される。
ム膜として、κ型酸化アルミニウム単相またはα型酸化
アルミニウム単相の膜が例示される。また、κ型酸化ア
ルミニウムとα型酸化アルミニウムとの混合膜でもよ
い。また、κ型酸化アルミニウムおよび/またはα型酸
化アルミニウムと、γ型酸化アルミニウム、θ型酸化ア
ルミニウム、δ型酸化アルミニウム、χ型酸化アルミニ
ウムの少なくとも一種以上とからなる混合膜でもよい。
また、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム等に代表さ
れる他の酸化物との混合膜でもよい。
タン層、炭化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チタン
層、炭窒酸化チタン層または酸化アルミニウム膜は必ず
しも最外層である必要はない。例えばさらにその上に少
なくとも一層のチタン化合物(例えばTiNまたはTi
CN層、あるいはこれらを組み合わせた多層膜等)を被
覆してもよい。
耐久特性を劣化させない範囲で不可避の添加物、不純物
を例えば数質量%程度まで含むことが許容される。
を採用できる。例えば、通常の化学蒸着法(熱CV
D)、プラズマを付加した化学蒸着法(PACVD)、
イオンプレーティング法等を用いることができる。用途
は切削工具に限るものではなく、周期律表のIVa、V
a、VIa族金属(特に、チタン)の一種または二種以上
の炭窒化物を主とする層を含む単層あるいは多層の硬質
皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等でもよい。
体的に説明するが、それら実施例により本発明が限定さ
れるものではない。なお、下記で単に%と記しているの
は質量%を意味している。
11%,Co9%の組成よりなる切削工具用超硬質合金
製基板をCVD炉内にセットし、その表面に、化学蒸着
法によりH2キャリヤーガスとTiCl4ガスとN2ガス
とを原料ガスに用いて0.3μm厚さのTiNを900
℃でまず形成した。続いて、TiCl4ガスを0.5〜
2.5vol%、CH3CNガスを0.5〜2.5vo
l%、N2ガスを25〜45vol%、CO2とCOの
混合ガスを0.5〜10vol%、残H2キャリヤーガ
スで構成された原料ガスを毎分5500mlだけCVD
炉内に流し、成膜温度750〜980℃、成膜圧力20
〜100Toorの条件で6μm厚さのTiCNO膜を
成膜した。その後、CH4/TiCl4ガスの容積比を4
〜10としたTiCl4ガスとCH4ガスとH2キャリヤ
ーガスで構成された原料ガス2,200ml/分を5〜
30分間流し、そのまま連続して本構成の原料ガスにさ
らに2.2〜110ml/分のCO2ガスを追加して5
〜30分間流すことにより、成膜温度950〜1020
℃で、チタンの炭化物とチタンの炭酸化物からなる層
(結合層)を作製した。続いてAl金属小片を詰め35
0℃に保温した小筒中にH2ガス310ml/分とHC
lガス130ml/分とを流すことにより発生させたA
lCl3ガスとH2ガス2l/分とCO2ガス100ml
/分とをCVD炉内に流し、1010〜1020℃で反
応させることにより所定の厚さの酸化アルミニウム膜を
成膜することにより本発明の被覆工具を得た。
表的な被覆工具のミクロ組織の一例を示しており、図2
は図1に対応した模式図である。図1は、炭窒酸化チタ
ン層(図2の11a、11b、11cを含む層)、チタ
ンの炭化物と炭酸化物からなる結合層(図2の12a、
12b、12cを含む層)、酸化アルミニウム層(図2
の13a、13b、13cを含む層)近傍の断面のミク
ロ組織を(株)日立製作所製の透過型電子顕微鏡(H−
9000NA、200kV)により5万倍で撮影した写
真である。図1、図2より、本発明品は、炭窒酸化チタ
ン層の結晶粒(図2の11a、11bはその一部)上に
チタンの炭化物および炭酸化物からなる層(結合層、図
2の12a、12bはその一部)が形成されており、さ
らにその上に酸化アルミニウムを主とする酸化膜(図2
の13はその一部)が形成されていることがわかる。後
述のように、図1、図2中の11cと12cとはそれぞ
れ炭窒酸化チタン層と結合層内の双晶境界線を示してお
り、両者の双晶境界線がほぼ一直線に連続していること
がわかる。
を高分解能TEM装置(日立製作所製(H−9000UH
R、300kV)により400万倍で撮影した写真、図
4はその模式図である。図3、4において、格子縞の乱
れ等による局部的な非対称性は見られるものの、全体と
して、11cを境界線にして11a部と11b部の格子
像がほぼ鏡面対称(例えば、11alの格子縞と11b
lの格子縞とが共に、11cに対して約70.5°の角度に
ありほぼ対称である)であることから、11a部と11
b部とが双晶関係にあることがわかる。即ち、本発明品
の炭窒酸化チタン層が双晶構造を持った結晶粒を含有し
ていることがわかる。また、図3の格子像写真より、1
1al、11bl、11cはいずれも面間隔が2.47
7nmの{111}格子縞であり、双晶境界線11cが
{111}格子面から成っていることがわかる。また、
双晶境界面の左右に介在物を介することなく、直接、格
子縞が接していることから、{111}格子縞からなる
双晶境界面が緻密に形成されており、境界での密着性が
高いことがわかる。
子像写真を500万倍で撮影したもの、図6はその模式
図である。図5、6には結合層中に形成されている垂直
板状突起形状の結晶粒部の格子像が撮影されており、結
合層12a、12bの両側にα-Al2O313が形成されて
いる。図5、6より、TiCNOの上層に形成されてい
る結合層においても、12cを境界線にして12a部と
12b部の格子像がほぼ鏡面対称であり(例えば、格子
縞12alと12blおよび格子縞12acと12bc
とがほぼ対称である)、12a部と12b部とが双晶関
係にあること、即ち、本発明品の炭窒酸化チタン層の上
に成膜された層が双晶構造を持った結晶粒を含有してい
ることがわかる。図5に撮影されている12al、12
bl、12c、12ac、12bcはいずれも{11
1}格子縞であり、双晶境界線12cが{111}格子
面から成っていることがわかる。また、双晶境界面の左
右に介在物を介することなく、直接、格子縞が接してい
ることから、{111}格子縞からなる双晶境界面が緻
密に形成されており、境界での密着性が高いことがわか
る。
の透過電子顕微鏡H−9000NAにより照射径25n
mで電子線回折像を撮影することによっても評価でき
た。例えば、図1、2に示される11a、11b部、あ
るいは12a、12b部の電子線回折像を上記透過電子
顕微鏡により照射径25nmで観察した結果、両者はf
cc結晶構造を持つとともに(110)面が同一面内
(図1の写真面)にあることがわかった。また、11a
と11bとの電子線回折像が11cを境界にして鏡面対
称であり、両者が双晶関係にあることが確認された。ま
た、その上に成膜されているチタンの炭化物および炭酸
化物からなる結合層中の12a、12bの電子線回折像
もfcc結晶構造の(110)面が同一面内(図1の写
真面)にあり、12aと12bの電子線回折像が12c
を境にして鏡面対称であり、両者が双晶関係にあること
が確認された。
いずれの(110)面も図1の写真面内にあり、両者の
(110)面が平行であることから、11の結晶粒上に
12の結晶粒がエピタキシャルに成長していることがわ
かる。また、両者がエピタキシャルに成長していること
は、図3の格子像写真と図5の格子像写真の間にある二
層間の界面において格子縞がほぼ連続していることから
も確認された。
膜面の断面を厚さ20μm以下に研磨した後、更にイオ
ンミリングにより厚さを極端に薄くした膜断面に、電子
線を透過させて撮影したものである。このため、炭窒酸
化チタン層やその上に成膜されている層に含有されてい
る双晶部分が実際に観察される確率は低いと考えられ
る。したがって、図1のように双晶部分が観測されると
いうことはかなりの頻度で炭窒酸化チタン層やその上層
に双晶部分が存在していると判定される。
件が悪い時には、電子線回折像では双晶関係が確認され
ないことがある。この場合も格子像を観察することによ
り、双晶関係が確認されることがあるので注意を要す
る。
代表的な皮膜部分を試料面にして理学電気(株)製のX
線回折装置(RU−200BH)を用いて2θ−θ走査
法により2θ=20〜140度の範囲で測定したX線回
折パターンである。X線源にはCuKα1線(λ=0.
15405nm)を用い、ノイズ(バックグランド)は
装置に内蔵されたソフトにより除去した。図7のX線回
折パターンから、各ピークの2θ値は表1の2θ値とよ
い符合を示すことがわかる。なお、図7等のX線回折パ
ターンから実測される2θ値は表1に記載した2θ値の
前後で微妙に異なる。測定されたX線回折パターンにお
けるTiCNOのピークの同定は、2θ値とともに、そ
の前後にあるWC(JCPDSファイルNo.25−1
047)のピーク、TiCのピーク、TiNのピーク、
κ-Al2O3(JCPDSファイルNo.4−0878)の
ピーク、α-Al2O3(JCPDSファイルNo.10−1
73)のピーク等との位置関係も考慮して決定した。図
7のX線回折パターン測定結果より求めた炭窒酸化チタ
ン層のX線回折強度I(hkl)と等価X線回折強度比
PR(hkl)を表4にまとめる。表4より、I(hk
l)とPR(hkl)とはともに、(422)面が最も
強く、次いで(311)面が強いことがわかる。図7中
で、炭窒酸化チタン(TiCNO)層以外で強いピーク
強度を示しているのはα型酸化アルミニウム(α-Al
2O3)である。
化チタン膜断面の5点の組成を電子プローブマイクロア
ナライザー(EPMA、日本電子(株)製JXA−89
00R)を用いて、加速電圧15KV、試料電流0.2
μAで分析した。炭窒酸化チタン膜からはTi、C、
N、O、Clが検出され、5点平均で、酸素量が0.6
2質量%、塩素量が0.58質量%であった。
製した代表的な本発明品の炭窒酸化チタン膜の等価X線
回折強度比が最強である面の方位、膜厚、膜中酸素量
(質量%)、膜中塩素量(質量%)および後述の連続切
削時の工具寿命と断続切削可能回数とをまとめて示した
ものである。表5より、本発明品の炭窒酸化チタン膜の
等価X線回折強度比が最強である面の方位は(311)
面または(422)面であることがわかる。また、表5
の試料No.7とNo.8あるいはNo.13とNo.
14との比較より、炭窒酸化チタン膜中の酸素量が0.
05〜3質量%の場合や、塩素量が0.01〜2質量%
の範囲にある時に切削耐久特性が更に優れることがわか
る。
条件で製作した切削工具5個を用いて、以下の条件で連
続切削し、平均逃げ面摩耗量が0.4mm、クレーター
摩耗が0.1mmのどちらかに達した時間を連続切削寿
命と判断し求めた。 被削材 S53C(HS35) 工具形状 CNMG433―V 切削速度 200m/分 送り 0.3mm/rev 切り込み 2.0mm 水溶性切削油使用
膜厚が2μmの時、連続切削寿命が20分と長く、膜厚
増加に比例して工具寿命も伸びており、切削工具として
連続切削時の耐久性が優れていることがわかる。また、
本発明品はいずれもクレーター摩耗が進展して工具寿命
に達しており、炭窒酸化チタン層やアルミナ膜の異常な
剥離が見られず切削工具として耐久性に優れていること
が判明した。
5個を以下の条件で断続切削し求めた、欠損に至るまで
の断続切削回数を表5に示す。刃先先端の欠け状況は倍
率50倍の実体顕微鏡で観察した。 被削材 S53C 溝入材(HS38) 工具形状 CNMG433―V 切削条件 220 m/分 送り 0. 2 mm/rev 切り込み 2.0 mm 切削液 使用せず(乾式切削) 本発明品は、5000回迄断続切削後も刃先が健全で欠
損不良は認められず、切削工具として断続切削時の耐久
性が優れていることがわかる。
削寿命が20分以上であり、断続切削も1000回以上
と、切削耐久特性が優れていることがわかる。 また、
No.10、11の断続切削回数をNo.9、12の断
続切削回数と比較することにより、炭窒酸化チタン膜中
の酸素含有量が0.3〜2質量%の時、切削耐久特性が
特に優れていることがわかる。また、No.13と14
の断続切削回数を比較することにより、炭窒酸化チタン
膜中の塩素量が0.01〜2質量%の時、切削耐久特性
が特に優れていることがわかる。
と切削特性との相関を明確にするために行った従来例を
以下に説明する。実施例と同様に組成がWC72%、T
iC8%、(Ta、Nb)C11%、Co9%の切削工
具用超硬基板の表面に化学蒸着法によりH2キャリヤー
ガスとTiCl4ガスとN2ガスとを原料ガスに用い0.
3μm厚さのTiNを900℃でまず形成した。次に、
990℃でTiCl4ガスを1〜2vol%、CH4ガ
スを3〜6vol%、N2ガスを32vol%、CO2
とCOの混合ガスを12vol%、残H2キャリヤーガ
スで構成された原料ガスを毎分5500mlだけCVD
炉内に流し成膜圧力75Toorの条件で反応させるこ
とにより6μm厚さのTiCNO膜を成膜した。その
後、950〜1020℃でCH4/TiCl4ガスの容積
比が4〜10のTiCl4ガスとCH4ガスとH2キャリ
ヤーガスとをトータル2,200ml/分で5〜30分
間流してまず成膜し、そのまま連続して本構成ガスにさ
らに2.2〜110ml/分のCO2ガスを追加して5
〜30分間成膜することによりチタンの炭化物および炭
酸化物からなる層(結合層)を作製した。続いてAl金
属小片を詰め350℃に保温した小筒中にH2ガスを3
10ml/分とHClガス130ml/分とを流すこと
により発生させたAlCl3ガスとH2ガス2l/分とC
O2ガス100ml/分とをCVD炉内に流し1010
〜1020℃で反応させることにより所定の厚さの酸化
アルミニウム膜を成膜し従来の炭窒酸化チタン被覆工具
を得た。
て、炭窒酸化チタン層近傍を実施例の場合と同様にして
透過型電子顕微鏡で観察したが、炭窒酸化チタン層に双
晶構造部は見られなかった。
個を用いて実施例と同一の条件で連続切削試験を行った
結果、これら従来例品はいずれも10分間連続切削後に
炭窒酸化チタン層や酸化アルミニウム膜の剥離が見られ
た。また、従来例の条件で作製した切削工具5個を実施
例と同一条件で断続切削し、900回衝撃切削後の刃先
先端の欠け状況を倍率50倍の実体顕微鏡で観察した。
その結果、いずれにも大きな欠けが発生しており切削工
具として劣っていることが判明した。上記の連続切削試
験および断続切削試験で剥離や欠けを発生した部分をミ
クロ観察したところ、剥離や欠けのほとんどが粒界部か
ら発生していた。
窒酸化物を主とする層を被覆した本発明の被覆工具は従
来に比して格段に切削耐久特性を改善するものである。
の炭窒酸化物を主とする膜自体の機械強度および上層膜
との密着性がよく、切削耐久特性に優れた有用な炭窒酸
化チタン被覆工具を実現することができる。
材料の組織写真の一例である。
材料の組織写真の一例である。
材料の組織写真の一例である。
ターンの一例を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 基体表面に周期律表のIVa、Va、VIa
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化
物、炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのいずれか一
種の単層皮膜または二種以上の多層皮膜を有し、その少
なくとも一層が炭窒酸化チタン層からなる炭窒酸化チタ
ン被覆工具において、 前記炭窒酸化チタン層が双晶構造を持った結晶粒を含有
することを特徴とする炭窒酸化チタン被覆工具。 - 【請求項2】 前記炭窒酸化チタン層の上に双晶構造を
持った結晶粒を含有する層が形成されている請求項1に
記載の炭窒酸化チタン被覆工具。 - 【請求項3】 前記炭窒酸化チタン層の上に形成された
層の双晶境界部が前記炭窒酸化チタン層の双晶境界部か
ら連続している請求項2に記載の炭窒化チタン被覆工
具。 - 【請求項4】 前記双晶構造を構成する双晶境界部が
{111}面から成っている請求項1乃至3のいずれか
に記載の炭窒化チタン被覆工具。 - 【請求項5】 前記炭窒酸化チタン層の上に形成された
層が、前記炭窒酸化チタン層の上にエピタキシャルに成
長している請求項1乃至4のいずれかに記載の炭窒酸化
チタン被覆工具。 - 【請求項6】 前記炭窒酸化チタン層の等価X線回折強
度比が最強である結晶面が(422)面または(31
1)面である請求項1乃至5のいずれかに記載の炭窒酸
化チタン被覆工具。 - 【請求項7】 前記炭窒酸化チタン膜中の酸素量が0.
05〜3質量%である請求項1乃至6のいずれかに記載
の炭窒酸化チタン被覆工具。 - 【請求項8】 前記炭窒酸化チタン膜中の塩素量が0.
01〜2質量%である請求項1乃至7のいずれかに記載
の炭窒酸化チタン被覆工具。 - 【請求項9】 周期律表のIVa、Va、VIa族金属の炭
化物、窒化物、炭窒化物のうちの少なくとも一種以上と
Fe、Ni、Co、W、Mo、Crのうちの少なくとも
一種以上とからなる超硬質合金を基体とする請求項1乃
至8のいずれかに記載の炭窒酸化チタン被覆工具。
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JP2019051565A (ja) * | 2017-09-14 | 2019-04-04 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
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