JP2001179503A - 切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents
切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表面被覆サーメット製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表
面被覆サーメット製切削工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体またはＴｉＣＮ基サ
ーメット基体の表面に、化学蒸着および／または物理蒸
着された硬質被覆層が０．１〜１５μｍの平均層厚を有
する下地層と２〜１５μｍの平均層厚を有する表面層で
構成され、かつ前記下地層がＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およ
びＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上の複層からな
るＴｉ化合物層で、前記表面層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層お
よび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１層または２層以上
の複層で構成された表面被覆サーメット製切削工具の少
なくとも切刃面に、最表面から前記表面被覆サーメット
製切削工具を構成する硬質被覆層の平均層厚の５〜２０
％に相当する平均深さに亘って、水素系あるいは水素−
アルゴン系の加熱分解反応ガス中の酸素が、実質的に前
記硬質被覆層と反応することなく拡散浸入し、かつ前記
拡散浸入酸素の最表面での平均含有量が、オージェ分光
分析装置による測定で１〜２５原子％である拡散浸入酸
素含有帯域を形成する。
面被覆サーメット製切削工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体またはＴｉＣＮ基サ
ーメット基体の表面に、化学蒸着および／または物理蒸
着された硬質被覆層が０．１〜１５μｍの平均層厚を有
する下地層と２〜１５μｍの平均層厚を有する表面層で
構成され、かつ前記下地層がＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およ
びＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上の複層からな
るＴｉ化合物層で、前記表面層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層お
よび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１層または２層以上
の複層で構成された表面被覆サーメット製切削工具の少
なくとも切刃面に、最表面から前記表面被覆サーメット
製切削工具を構成する硬質被覆層の平均層厚の５〜２０
％に相当する平均深さに亘って、水素系あるいは水素−
アルゴン系の加熱分解反応ガス中の酸素が、実質的に前
記硬質被覆層と反応することなく拡散浸入し、かつ前記
拡散浸入酸素の最表面での平均含有量が、オージェ分光
分析装置による測定で１〜２５原子％である拡散浸入酸
素含有帯域を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、切刃面の切粉と
の摩擦抵抗が小さく、したがって特に粘性が高く、これ
によって切粉が切刃面に対して高い粘着力を示すように
なるステンレス鋼や軟鋼などの切削に用いた場合に、こ
れがさらに一段と粘着力が増大する高速切削であって
も、切刃面に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生
なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被
覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具と
いう）に関するものである。
の摩擦抵抗が小さく、したがって特に粘性が高く、これ
によって切粉が切刃面に対して高い粘着力を示すように
なるステンレス鋼や軟鋼などの切削に用いた場合に、こ
れがさらに一段と粘着力が増大する高速切削であって
も、切刃面に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生
なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被
覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具と
いう）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、被覆サーメット工具が、
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７００℃の温度に加熱した状態で、ア
ノード電極と金属Ｔｉや所定の組成を有するＡｌ−Ｔｉ
合金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窒
素ガスやメタンガス、さらにこれらの混合ガスを導入
し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬
合金や炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメ
ットの基体（以下、これらを総称してサーメット基体と
云う）には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し
た条件で、前記サーメット基体の表面に、Ｔｉの炭化物
（以下、ＴｉＣで示す）層や窒化物（以下、同じくＴｉ
Ｎで示す）層、および同炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示
す）層、さらにＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層や複合炭窒化物［以下、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を蒸着す
ることにより製造されている。
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７００℃の温度に加熱した状態で、ア
ノード電極と金属Ｔｉや所定の組成を有するＡｌ−Ｔｉ
合金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窒
素ガスやメタンガス、さらにこれらの混合ガスを導入
し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬
合金や炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメ
ットの基体（以下、これらを総称してサーメット基体と
云う）には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し
た条件で、前記サーメット基体の表面に、Ｔｉの炭化物
（以下、ＴｉＣで示す）層や窒化物（以下、同じくＴｉ
Ｎで示す）層、および同炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示
す）層、さらにＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層や複合炭窒化物［以下、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を蒸着す
ることにより製造されている。
【０００３】また、被覆サーメット工具として、上記サ
ーメット基体の表面に、０．１〜１５μｍの平均層厚を
有する下地層と２〜１５μｍの平均層厚を有する表面層
で構成され、かつ前記下地層がＴｉＣ層、ＴｉＮ層、お
よびＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上の複層から
なるＴｉの化合物層で、前記表面層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ
層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１層または２層
以上の複層で構成された硬質被覆層を化学蒸着および／
または物理蒸着してなる被覆サーメット工具が知られて
おり、これら被覆サーメット工具が、例えば各種低合金
鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられているこ
とも知られている。さらに、例えば特開平６−８０１０
号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載されるよ
うに、上記被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する
Ｔｉ化合物層のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の靭性向上
を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとし
て有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５
０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦
長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
ーメット基体の表面に、０．１〜１５μｍの平均層厚を
有する下地層と２〜１５μｍの平均層厚を有する表面層
で構成され、かつ前記下地層がＴｉＣ層、ＴｉＮ層、お
よびＴｉＣＮ層のうちの１層または２層以上の複層から
なるＴｉの化合物層で、前記表面層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ
層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１層または２層
以上の複層で構成された硬質被覆層を化学蒸着および／
または物理蒸着してなる被覆サーメット工具が知られて
おり、これら被覆サーメット工具が、例えば各種低合金
鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられているこ
とも知られている。さらに、例えば特開平６−８０１０
号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載されるよ
うに、上記被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する
Ｔｉ化合物層のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の靭性向上
を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとし
て有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５
０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦
長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の切削装置のＦＡ
化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および
省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴
い、切削工具には１種類の工具できるだけ多くの材種の
被削材を切削できる汎用性が求められると共に、切削加
工も高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット
工具においては、これを低合金鋼や鋳鉄などの通常の条
件での連続切削や断続切削切削に用いた場合には問題は
ないが、被削材がきわめて粘性の高いステンレス鋼や軟
鋼などである場合、これら被削材の切粉は、切刃面に対
する粘着性の高いものであるために、これが原因で切刃
面に欠けやチッピングが発生し易くなり、さらに切削速
度が高速化すればするほど前記切粉の切刃面に対する粘
着力は一段と増大するようになることから、欠けやチッ
ピングの発生は一層顕著となり、この結果比較的短時間
で使用寿命に至るのが現状である。
化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および
省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴
い、切削工具には１種類の工具できるだけ多くの材種の
被削材を切削できる汎用性が求められると共に、切削加
工も高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット
工具においては、これを低合金鋼や鋳鉄などの通常の条
件での連続切削や断続切削切削に用いた場合には問題は
ないが、被削材がきわめて粘性の高いステンレス鋼や軟
鋼などである場合、これら被削材の切粉は、切刃面に対
する粘着性の高いものであるために、これが原因で切刃
面に欠けやチッピングが発生し易くなり、さらに切削速
度が高速化すればするほど前記切粉の切刃面に対する粘
着力は一段と増大するようになることから、欠けやチッ
ピングの発生は一層顕著となり、この結果比較的短時間
で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【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、切粉が高い粘着性をもつもので
あっても切刃面に欠けやチッピングの発生のない被覆サ
ーメット工具を開発すべく研究を行った結果、 （ａ）上記の従来被覆サーメット工具を、通常の化学蒸
着装置または物理蒸着装置で、前記装置内への導入混合
ガス組成を、容量％で、 ＣＯ2またはＣＯ2＋ＣＯ（ただしＣＯ：１５％以下）：
０．１〜２０％、 Ｈ2またはＨ2＋Ａｒ（ただしＡｒ：７０％以下）：残
り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：６００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：３０〜８００ｔｏｒｒ、 とした条件で処理すると、被覆サーメット工具の表面部
に、上記の水素系あるいは水素−アルゴン系の導入混合
ガスから生成した加熱分解反応ガス中の酸素が、前記被
覆サーメット工具の硬質被覆層を構成するＴｉＣ層、Ｔ
ｉＮ層、およびＴｉＣＮ層の下地層や、（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の表面層と実質的に反
応することなく、すなわちＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉ
ＣＮの酸化物や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮの酸化物を形成することなく、拡散浸入してな
る拡散浸入酸素含有帯域が形成されるようになること。
上述のような観点から、切粉が高い粘着性をもつもので
あっても切刃面に欠けやチッピングの発生のない被覆サ
ーメット工具を開発すべく研究を行った結果、 （ａ）上記の従来被覆サーメット工具を、通常の化学蒸
着装置または物理蒸着装置で、前記装置内への導入混合
ガス組成を、容量％で、 ＣＯ2またはＣＯ2＋ＣＯ（ただしＣＯ：１５％以下）：
０．１〜２０％、 Ｈ2またはＨ2＋Ａｒ（ただしＡｒ：７０％以下）：残
り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：６００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：３０〜８００ｔｏｒｒ、 とした条件で処理すると、被覆サーメット工具の表面部
に、上記の水素系あるいは水素−アルゴン系の導入混合
ガスから生成した加熱分解反応ガス中の酸素が、前記被
覆サーメット工具の硬質被覆層を構成するＴｉＣ層、Ｔ
ｉＮ層、およびＴｉＣＮ層の下地層や、（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の表面層と実質的に反
応することなく、すなわちＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉ
ＣＮの酸化物や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮの酸化物を形成することなく、拡散浸入してな
る拡散浸入酸素含有帯域が形成されるようになること。
【０００６】（ｂ）上記の処理条件（処理時間も含む）
を調整して、上記拡散浸入酸素含有帯域における拡散浸
入酸素の深さを最表面から被覆サーメット工具を構成す
る硬質被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均深
さとし、かつ前記拡散浸入酸素含有帯域の最表面での拡
散浸入酸素の平均含有量を、オージェ分光分析装置によ
る測定で、１〜２５原子％とすると、この結果の被覆サ
ーメット工具においては、前記拡散浸入酸素含有帯域の
切粉との摩擦抵抗がきわめて小さいために、被削材の粘
性が高く、かつ切粉が切刃面に対して高い粘着力を示
す、特にステンレス鋼や軟鋼などの高速切削であっても
切刃面に欠けやチッピングの発生がなくなり、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。以上
（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのであ
る。
を調整して、上記拡散浸入酸素含有帯域における拡散浸
入酸素の深さを最表面から被覆サーメット工具を構成す
る硬質被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均深
さとし、かつ前記拡散浸入酸素含有帯域の最表面での拡
散浸入酸素の平均含有量を、オージェ分光分析装置によ
る測定で、１〜２５原子％とすると、この結果の被覆サ
ーメット工具においては、前記拡散浸入酸素含有帯域の
切粉との摩擦抵抗がきわめて小さいために、被削材の粘
性が高く、かつ切粉が切刃面に対して高い粘着力を示
す、特にステンレス鋼や軟鋼などの高速切削であっても
切刃面に欠けやチッピングの発生がなくなり、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。以上
（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのであ
る。
【０００７】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、サーメット基体の表面に、化学蒸
着および／または物理蒸着された硬質被覆層が０．１〜
１５μｍの平均層厚を有する下地層と２〜１５μｍの平
均層厚を有する表面層で構成され、かつ前記下地層がＴ
ｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１層また
は２層以上の複層からなるＴｉ化合物層で、前記表面層
が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のう
ちの１層または２層以上の複層で構成された被覆サーメ
ット工具において、上記被覆サーメット工具の少なくと
も切刃面に、最表面から前記被覆サーメット工具を構成
する硬質被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均
深さに亘って、水素系あるいは水素−アルゴン系の加熱
分解反応ガス中の酸素が、実質的に前記硬質被覆層と反
応することなく拡散浸入し、かつ前記拡散浸入酸素の最
表面での平均含有量が、オージェ分光分析装置による測
定で１〜２５原子％である拡散浸入酸素含有帯域を形成
してなる、切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する被
覆サーメット工具に特徴を有するものである。
されたものであって、サーメット基体の表面に、化学蒸
着および／または物理蒸着された硬質被覆層が０．１〜
１５μｍの平均層厚を有する下地層と２〜１５μｍの平
均層厚を有する表面層で構成され、かつ前記下地層がＴ
ｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１層また
は２層以上の複層からなるＴｉ化合物層で、前記表面層
が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のう
ちの１層または２層以上の複層で構成された被覆サーメ
ット工具において、上記被覆サーメット工具の少なくと
も切刃面に、最表面から前記被覆サーメット工具を構成
する硬質被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均
深さに亘って、水素系あるいは水素−アルゴン系の加熱
分解反応ガス中の酸素が、実質的に前記硬質被覆層と反
応することなく拡散浸入し、かつ前記拡散浸入酸素の最
表面での平均含有量が、オージェ分光分析装置による測
定で１〜２５原子％である拡散浸入酸素含有帯域を形成
してなる、切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する被
覆サーメット工具に特徴を有するものである。
【０００８】なお、この発明の被覆サーメット工具にお
いて、拡散浸入酸素含有帯域の最表面からの深さを硬質
被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均深さに定
めたのは、その平均深さが５％相当分未満では、最表面
での拡散浸入酸素含有量が相対的に高い状態で断続切削
を行った場合に、これ自体に剥離が発生し易くなり、一
方その平均深さが２０％相当分を越えると、これ自体に
チッピングが発生し易くなるという理由によるものであ
る。また、同硬質被覆層における最表面での拡散浸入酸
素の平均含有量を１〜２５原子％としたのは、その平均
含有量が１原子％未満では切刃面の切粉に対する摩擦抵
抗の減少が不充分で、粘着力の高い切粉では切刃面に欠
けやチッピングが発生するのを満足に防止することがで
きず、一方その平均含有量が２５原子％を越えると、硬
さが急激に低下し、摩耗が急速に進行するようになると
いう理由に基づくものである。
いて、拡散浸入酸素含有帯域の最表面からの深さを硬質
被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平均深さに定
めたのは、その平均深さが５％相当分未満では、最表面
での拡散浸入酸素含有量が相対的に高い状態で断続切削
を行った場合に、これ自体に剥離が発生し易くなり、一
方その平均深さが２０％相当分を越えると、これ自体に
チッピングが発生し易くなるという理由によるものであ
る。また、同硬質被覆層における最表面での拡散浸入酸
素の平均含有量を１〜２５原子％としたのは、その平均
含有量が１原子％未満では切刃面の切粉に対する摩擦抵
抗の減少が不充分で、粘着力の高い切粉では切刃面に欠
けやチッピングが発生するのを満足に防止することがで
きず、一方その平均含有量が２５原子％を越えると、硬
さが急激に低下し、摩耗が急速に進行するようになると
いう理由に基づくものである。
【０００９】なお、上記の被覆サーメット工具におい
て、これの硬質被覆層の下地層を構成するＴｉ化合物層
には、サーメット基体と同表面層を構成する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の間にあってこれ
ら両者のいずれにも強固に結合し、硬質被覆層のサーメ
ット基体表面に対する密着性を向上させる作用があり、
したがって、その平均層厚が０．１μｍ未満では所望の
すぐれた密着性を確保することができず、一方その平均
層厚が１５μｍを越えると、切刃面に欠けやチッピング
が発生し易くなるという理由で、その平均層厚が０．５
〜１５μｍと定められている。また、上記の表面層に
は、切削工具の耐摩耗性を一段と向上させる作用があ
り、したがって、その平均層厚が２μｍ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、一方その平
均層厚が１５μｍを越えると、切刃面に欠けやチッピン
グが発生し易くなるという理由で、その平均層厚が２〜
１５μｍと定められている。
て、これの硬質被覆層の下地層を構成するＴｉ化合物層
には、サーメット基体と同表面層を構成する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の間にあってこれ
ら両者のいずれにも強固に結合し、硬質被覆層のサーメ
ット基体表面に対する密着性を向上させる作用があり、
したがって、その平均層厚が０．１μｍ未満では所望の
すぐれた密着性を確保することができず、一方その平均
層厚が１５μｍを越えると、切刃面に欠けやチッピング
が発生し易くなるという理由で、その平均層厚が０．５
〜１５μｍと定められている。また、上記の表面層に
は、切削工具の耐摩耗性を一段と向上させる作用があ
り、したがって、その平均層厚が２μｍ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、一方その平
均層厚が１５μｍを越えると、切刃面に欠けやチッピン
グが発生し易くなるという理由で、その平均層厚が２〜
１５μｍと定められている。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆サーメッ
ト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０．５〜５μｍの範囲内の所定の平均粒径
を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同
じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ
Ｎ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原
料粉末を、いずれも重量％で、サーメット基体Ａ用とし
てＣｏ：５％、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ：２％、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ
Ｎ：４％、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ：３％、ＷＣ：残りの配合
組成、サーメット基体Ｂ用としてＣｏ：６％、（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ：２％、ＷＣ：残りの配合組成、そしてサーメ
ット基体Ｃ用としてＣｏ：６％、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ：２
％、Ｃｒ3Ｃ2：０．６％、ＷＣ：残りの配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１
ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を０．０５ｔｏｒｒの真空中、１４１０
℃に１時間保持の条件で真空焼結し、最終的に切刃面を
構成するすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部に０．０
２Ｒのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭ
Ｇ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状を
サーメット基体Ａ〜Ｃをそれぞれ製造した。
ト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０．５〜５μｍの範囲内の所定の平均粒径
を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同
じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ
Ｎ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原
料粉末を、いずれも重量％で、サーメット基体Ａ用とし
てＣｏ：５％、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ：２％、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ
Ｎ：４％、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ：３％、ＷＣ：残りの配合
組成、サーメット基体Ｂ用としてＣｏ：６％、（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ：２％、ＷＣ：残りの配合組成、そしてサーメ
ット基体Ｃ用としてＣｏ：６％、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ：２
％、Ｃｒ3Ｃ2：０．６％、ＷＣ：残りの配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１
ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を０．０５ｔｏｒｒの真空中、１４１０
℃に１時間保持の条件で真空焼結し、最終的に切刃面を
構成するすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部に０．０
２Ｒのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭ
Ｇ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状を
サーメット基体Ａ〜Ｃをそれぞれ製造した。
【００１１】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＴｉＣＮ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉
末、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）ＣＮ（ＴｉＮ／ＷＣ／Ｍｏ2Ｃ
＝７４／１７／９）粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｃ
ｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、
同じく重量％で、Ｃｏ：３％、Ｎｉ：３％、ＮｂＣ：１
５％、ＴａＣ：１２％、ＴｉＣＮ：１４％、（Ｔｉ，
Ｗ，Ｍｏ）ＣＮ：残り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
の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体
を１５ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、１５３０℃に１時間保
持の条件で真空焼結し、同じく最終的に切刃面の切刃稜
線部に０．０２Ｒのホーニング加工を施すことによりＩ
ＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイ
チップ形状をサーメット基体Ｄを製造した。
２μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＴｉＣＮ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉
末、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）ＣＮ（ＴｉＮ／ＷＣ／Ｍｏ2Ｃ
＝７４／１７／９）粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｃ
ｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、
同じく重量％で、Ｃｏ：３％、Ｎｉ：３％、ＮｂＣ：１
５％、ＴａＣ：１２％、ＴｉＣＮ：１４％、（Ｔｉ，
Ｗ，Ｍｏ）ＣＮ：残り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
の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体
を１５ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、１５３０℃に１時間保
持の条件で真空焼結し、同じく最終的に切刃面の切刃稜
線部に０．０２Ｒのホーニング加工を施すことによりＩ
ＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイ
チップ形状をサーメット基体Ｄを製造した。
【００１２】ついで、これらのサーメット基体Ａ〜Ｄ
を、アセトン中で超音波洗浄した状態で、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）として金属Ｔｉ並びに種々
の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金をそれぞれ装着し、
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７００℃に加熱し、ついでサ
ーメット基体に−１２０ｖのバイアス電圧を印加し、装
置内に反応ガスとしてメタンガス、窒素ガス、あるいは
メタンガスと窒素ガスの混合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、もって前記サーメット基体Ａ〜Ｄのそれぞれの表
面に、表１、２に示される組成および目標層厚の下地層
および表面層からなる硬質被覆層を形成することにより
従来被覆サーメット工具１〜１０をそれぞれ製造した。
なお、この結果得られた従来被覆サーメット工具１〜１
０のそれぞれの硬質被覆層の下地層および表面層の構成
層の層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて、任意断面５ヶ
所について測定し、その平均値を求めたところ、目標層
厚と実質的に同じ値を示した。
を、アセトン中で超音波洗浄した状態で、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）として金属Ｔｉ並びに種々
の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金をそれぞれ装着し、
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７００℃に加熱し、ついでサ
ーメット基体に−１２０ｖのバイアス電圧を印加し、装
置内に反応ガスとしてメタンガス、窒素ガス、あるいは
メタンガスと窒素ガスの混合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、もって前記サーメット基体Ａ〜Ｄのそれぞれの表
面に、表１、２に示される組成および目標層厚の下地層
および表面層からなる硬質被覆層を形成することにより
従来被覆サーメット工具１〜１０をそれぞれ製造した。
なお、この結果得られた従来被覆サーメット工具１〜１
０のそれぞれの硬質被覆層の下地層および表面層の構成
層の層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて、任意断面５ヶ
所について測定し、その平均値を求めたところ、目標層
厚と実質的に同じ値を示した。
【００１３】つぎに、上記の従来被覆サーメット工具１
〜１０のそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、表
３に示される組合せで、表４に示される条件ａ〜ｊのう
ちのいずれかの条件で拡散浸入酸素含有帯域を形成する
ことにより本発明被覆サーメット工具１〜１０をそれぞ
れ製造した。この結果得られた本発明被覆サーメット工
具１〜１０のそれぞれについて、オージェ分光分析装置
を用いて、切刃面表面部に形成された拡散浸入酸素含有
帯域の最表面からの平均深さ（任意断面における５ヶ所
の平均値）および最表面の拡散浸入酸素の平均含有量
（任意個所５ヶ所の平均値）を測定したところ、表３に
示される結果を示した。
〜１０のそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、表
３に示される組合せで、表４に示される条件ａ〜ｊのう
ちのいずれかの条件で拡散浸入酸素含有帯域を形成する
ことにより本発明被覆サーメット工具１〜１０をそれぞ
れ製造した。この結果得られた本発明被覆サーメット工
具１〜１０のそれぞれについて、オージェ分光分析装置
を用いて、切刃面表面部に形成された拡散浸入酸素含有
帯域の最表面からの平均深さ（任意断面における５ヶ所
の平均値）および最表面の拡散浸入酸素の平均含有量
（任意個所５ヶ所の平均値）を測定したところ、表３に
示される結果を示した。
【００１４】さらに、上記の本発明被覆サーメット工具
１〜１０および従来被覆サーメット工具１〜１０につい
て、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式連続高速切削試験、 被削材：インコネル（商標名）６００の丸棒、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのＮｉ基合金の乾式連続高速切削試験、さら
に、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での軟鋼の乾式連続高速切削試験を行い、いずれ
の切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測
定結果を表５に示した。
１〜１０および従来被覆サーメット工具１〜１０につい
て、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式連続高速切削試験、 被削材：インコネル（商標名）６００の丸棒、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのＮｉ基合金の乾式連続高速切削試験、さら
に、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での軟鋼の乾式連続高速切削試験を行い、いずれ
の切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測
定結果を表５に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【発明の効果】表１〜５に示される結果から、切刃面表
面部に拡散浸入酸素含有帯域が形成された本発明被覆サ
ーメット工具１〜１０は、切粉の切削面に対する粘着力
が一段と増大するようになるステンレス鋼や軟鋼、さら
にＮｉ基合金などの連続高速切削にも、切粉と切刃面、
すなわち切粉と前記拡散浸入酸素含有帯域との間の摩擦
抵抗はきわめて低いものとなり、切粉の切削流れがスム
ースに進行することから、切刃面に欠けやチッピングの
発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するの
に対して、前記拡散浸入酸素含有帯域の形成がない従来
被覆サーメット工具１〜１０においては、前記切粉の切
刃面に対する粘着力はきわめて高いものとなり、これが
原因で切刃面に欠けやチッピングが発生し、比較的短時
間で使用寿命に至ることが明らかである。上述のよう
に、この発明の被覆サーメット工具は、各種低合金鋼や
鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論の
こと、特に粘性が高く、切粉の切刃面に対する粘着力の
高いステンレス鋼や軟鋼などの高速切削でもすぐれた切
削性能を発揮し、被削材の材種に影響を受けない汎用性
のあるものであるから、切削装置のＦＡ化並びに切削加
工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満
足に対応できるものである。
面部に拡散浸入酸素含有帯域が形成された本発明被覆サ
ーメット工具１〜１０は、切粉の切削面に対する粘着力
が一段と増大するようになるステンレス鋼や軟鋼、さら
にＮｉ基合金などの連続高速切削にも、切粉と切刃面、
すなわち切粉と前記拡散浸入酸素含有帯域との間の摩擦
抵抗はきわめて低いものとなり、切粉の切削流れがスム
ースに進行することから、切刃面に欠けやチッピングの
発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するの
に対して、前記拡散浸入酸素含有帯域の形成がない従来
被覆サーメット工具１〜１０においては、前記切粉の切
刃面に対する粘着力はきわめて高いものとなり、これが
原因で切刃面に欠けやチッピングが発生し、比較的短時
間で使用寿命に至ることが明らかである。上述のよう
に、この発明の被覆サーメット工具は、各種低合金鋼や
鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論の
こと、特に粘性が高く、切粉の切刃面に対する粘着力の
高いステンレス鋼や軟鋼などの高速切削でもすぐれた切
削性能を発揮し、被削材の材種に影響を受けない汎用性
のあるものであるから、切削装置のＦＡ化並びに切削加
工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満
足に対応できるものである。
【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 (72)発明者 坂野 頼人 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 (72)発明者 大鹿 高歳 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF05 FF09 FF10 FF16 FF19 FF22 FF25 4K029 AA04 BA54 BA55 BA60 BB02 BC00 BD05 EA01 4K030 BA02 BA18 BA36 BA38 BA41 BB12 BB13 CA03 JA01 LA22
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン基サーメット基体の表面に、化学蒸着およ
び／または物理蒸着された硬質被覆層が０．１〜１５μ
ｍの平均層厚を有する下地層と２〜１５μｍの平均層厚
を有する表面層で構成され、かつ前記下地層がＴｉの炭
化物層、窒化物層、および炭窒化物層のうちの１層また
は２層以上の複層からなるＴｉ化合物層で、前記表面層
がＴｉとＡｌの複合窒化物層および複合炭窒化物層のう
ちの１層または２層以上の複層で構成された表面被覆サ
ーメット製切削工具において、 上記表面被覆サーメット製切削工具の少なくとも切刃面
に、最表面から前記表面被覆サーメット製切削工具を構
成する硬質被覆層の平均層厚の５〜２０％に相当する平
均深さに亘って、水素系あるいは水素−アルゴン系の加
熱分解反応ガス中の酸素が、実質的に前記硬質被覆層と
反応することなく拡散浸入し、かつ前記拡散浸入酸素の
最表面での平均含有量が、オージェ分光分析装置による
測定で１〜２５原子％である拡散浸入酸素含有帯域を形
成してなる、切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する
表面被覆サーメット製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36656299A JP2001179503A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表面被覆サーメット製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36656299A JP2001179503A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表面被覆サーメット製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001179503A true JP2001179503A (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=18487097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36656299A Pending JP2001179503A (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 切粉との摩擦抵抗が小さい切刃面を有する表面被覆サーメット製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001179503A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7294416B2 (en) | 2003-03-25 | 2007-11-13 | Kobe Steel, Ltd. | Hard film |
| WO2021245782A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2021245783A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2021245784A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| JP7401850B2 (ja) | 2020-03-19 | 2023-12-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36656299A patent/JP2001179503A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7294416B2 (en) | 2003-03-25 | 2007-11-13 | Kobe Steel, Ltd. | Hard film |
| US7758974B2 (en) | 2003-03-25 | 2010-07-20 | Kobe Steel, Ltd. | Hard film |
| JP7401850B2 (ja) | 2020-03-19 | 2023-12-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2021245782A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2021245783A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2021245784A1 (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| JP7043713B1 (ja) * | 2020-06-02 | 2022-03-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| JP7043715B1 (ja) * | 2020-06-02 | 2022-03-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| JP7043714B1 (ja) * | 2020-06-02 | 2022-03-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| US11293095B2 (en) | 2020-06-02 | 2022-04-05 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
| US11292065B2 (en) | 2020-06-02 | 2022-04-05 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
| US11390942B2 (en) | 2020-06-02 | 2022-07-19 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040929 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061006 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061218 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070801 |