JP2001322007A - 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削
工具を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、
窒化物層、および炭窒化物層のうちの１種の単層または
２種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する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種の単層または２種
の複層からなる強靭性被覆層を物理蒸着してなる表面被
覆超硬合金製切削工具において、さらにこれの表面に、
耐摩耗性被覆層として、酸化アルミニウムのもつ結晶構
造を保持したままで、Ａｌの一部をＡｌとの合量に占め
る割合で５〜２０原子％のＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏお
よびＣｒのうちの１種または２種以上で置換固溶してな
る酸化アルミニウム主体層を０．５〜１５μｍの平均層
厚で物理蒸着する。
工具を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、
窒化物層、および炭窒化物層のうちの１種の単層または
２種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する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種の単層または２種
の複層からなる強靭性被覆層を物理蒸着してなる表面被
覆超硬合金製切削工具において、さらにこれの表面に、
耐摩耗性被覆層として、酸化アルミニウムのもつ結晶構
造を保持したままで、Ａｌの一部をＡｌとの合量に占め
る割合で５〜２０原子％のＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏお
よびＣｒのうちの１種または２種以上で置換固溶してな
る酸化アルミニウム主体層を０．５〜１５μｍの平均層
厚で物理蒸着する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐摩耗
性を有し、したがって例えば鋼の連続切削や断続切削で
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬
合金製切削工具（以下、被覆超硬切削工具と云う）に関
するものである。
性を有し、したがって例えば鋼の連続切削や断続切削で
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬
合金製切削工具（以下、被覆超硬切削工具と云う）に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、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Ｔｉまたは
所定組成を有するＴｉ−Ａｌ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メタンガスおよび／または窒
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）基サーメットからなり、かつ前記アノード電極
およびカソード電極と所定間隔をもって対向配置された
工具基体（以下、これらを総称して超硬工具基体と云
う）には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加した
条件で、前記超硬工具基体の表面に、例えば特開昭６２
−５６５６５号公報に記載されるように、０．１〜１０
μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、窒化物層、お
よび炭窒化物層（以下、それぞれＴｉＣ層、ＴｉＮ層、
およびＴｉＣＮ層で示す）のうちの１種の単層または２
種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５〜
１５μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合窒化物
［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化
物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちの１種
の単層または２種の複層からなる強靭性被覆層を物理蒸
着することにより製造された被覆超硬切削工具が知られ
ている。
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Ｔｉまたは
所定組成を有するＴｉ−Ａｌ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メタンガスおよび／または窒
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）基サーメットからなり、かつ前記アノード電極
およびカソード電極と所定間隔をもって対向配置された
工具基体（以下、これらを総称して超硬工具基体と云
う）には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加した
条件で、前記超硬工具基体の表面に、例えば特開昭６２
−５６５６５号公報に記載されるように、０．１〜１０
μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、窒化物層、お
よび炭窒化物層（以下、それぞれＴｉＣ層、ＴｉＮ層、
およびＴｉＣＮ層で示す）のうちの１種の単層または２
種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５〜
１５μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合窒化物
［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化
物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちの１種
の単層または２種の複層からなる強靭性被覆層を物理蒸
着することにより製造された被覆超硬切削工具が知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ化および高速化はめざましく、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、切削工具には使用寿命の延命化が強く望まれている
が、上記の従来被覆超硬切削工具の場合、これを構成す
る（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層から
なる強靭性被覆層はすぐれた強度および靭性を有し、良
好な耐チッピング性（工具切刃に微小欠けが発生しにく
い性質）を示すものの、耐摩耗性が十分でないために、
比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
のＦＡ化および高速化はめざましく、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、切削工具には使用寿命の延命化が強く望まれている
が、上記の従来被覆超硬切削工具の場合、これを構成す
る（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層から
なる強靭性被覆層はすぐれた強度および靭性を有し、良
好な耐チッピング性（工具切刃に微小欠けが発生しにく
い性質）を示すものの、耐摩耗性が十分でないために、
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切削工具の
耐摩耗性向上を図るべく研究を行なった結果、 （ａ）物理蒸着法により形成された通常のＡｌ2 Ｏ3被
覆層は、耐熱性にすぐれ、かつ高硬度を有することか
ら、耐摩耗性向上を図る上で望ましいものであるが、前
記Ａｌ2 Ｏ3被覆層は上記の従来被覆超硬切削工具を構
成する強靭性被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層との密着性に劣るものであること
から、前記従来被覆超硬切削工具の表面に前記Ａｌ2 Ｏ
3 層を被覆してなる被覆超硬切削工具においては、特に
工具切刃に高い負荷のかかる断続切削を高切込みや高送
りなどの重切削条件で行った場合に前記Ａｌ2 Ｏ3被覆
層に剥離が発生し易く、実用に供することができないこ
と。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬切削工具の
耐摩耗性向上を図るべく研究を行なった結果、 （ａ）物理蒸着法により形成された通常のＡｌ2 Ｏ3被
覆層は、耐熱性にすぐれ、かつ高硬度を有することか
ら、耐摩耗性向上を図る上で望ましいものであるが、前
記Ａｌ2 Ｏ3被覆層は上記の従来被覆超硬切削工具を構
成する強靭性被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層との密着性に劣るものであること
から、前記従来被覆超硬切削工具の表面に前記Ａｌ2 Ｏ
3 層を被覆してなる被覆超硬切削工具においては、特に
工具切刃に高い負荷のかかる断続切削を高切込みや高送
りなどの重切削条件で行った場合に前記Ａｌ2 Ｏ3被覆
層に剥離が発生し易く、実用に供することができないこ
と。
【０００５】（ｂ）上記の従来被覆超硬切削工具の強靭
性被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮ層の表面に、上記Ａｌ2 Ｏ3 層を物理蒸着法
により形成するに際して、Ａｌよりイオン半径の大きい
Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒ、すなわちイオン
半径が０．５７オングストロームのＡｌに対して、それ
ぞれイオン半径が０．６８オングストロームのＴａ、同
０．６９オングストロームのＮｂ、および同０．６５オ
ングストロームのＶ、同０．６４オングストロームのＣ
ｒ、同０．６８オングストロームのＭｏ、同０．６８オ
ングストロームのＷのうちの１種または２種以上を、Ａ
ｌ2 Ｏ3 の結晶構造におけるＡｌ原子の一部をＡｌとの
合量に占める割合で５〜２０原子％、望ましくは７〜１
５原子％の割合で置換した形で固溶含有させると、この
結果のＡｌ2 Ｏ3のもつ結晶構造を保持したままのＡｌ
2 Ｏ3 主体層は、大きなイオン半径差による格子内歪み
の増大によって、通常の物理蒸着形成されたＡｌ2 Ｏ3
被覆層が層厚にも影響されるが０．２〜０．８ＧＰａの
圧縮残留応力をもつのに対して、１〜２ＧＰａの圧縮残
留応力をもつようになり、このように圧縮残留応力の高
いＡｌ2 Ｏ3 主体層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に著しく強固に密着し、かつＡｌ
2 Ｏ3の具備する特性をそのまま保持することから、前
記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の表
面にさらに前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層を物理蒸着してなる被
覆超硬切削工具は、例えば鋼の断続切削を、特に工具切
刃に高い負荷のかかる高切込みや高送りなどの重切削条
件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層に剥離の発生なく、
長期に亘ってすぐれた耐摩耗性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。
性被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮ層の表面に、上記Ａｌ2 Ｏ3 層を物理蒸着法
により形成するに際して、Ａｌよりイオン半径の大きい
Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒ、すなわちイオン
半径が０．５７オングストロームのＡｌに対して、それ
ぞれイオン半径が０．６８オングストロームのＴａ、同
０．６９オングストロームのＮｂ、および同０．６５オ
ングストロームのＶ、同０．６４オングストロームのＣ
ｒ、同０．６８オングストロームのＭｏ、同０．６８オ
ングストロームのＷのうちの１種または２種以上を、Ａ
ｌ2 Ｏ3 の結晶構造におけるＡｌ原子の一部をＡｌとの
合量に占める割合で５〜２０原子％、望ましくは７〜１
５原子％の割合で置換した形で固溶含有させると、この
結果のＡｌ2 Ｏ3のもつ結晶構造を保持したままのＡｌ
2 Ｏ3 主体層は、大きなイオン半径差による格子内歪み
の増大によって、通常の物理蒸着形成されたＡｌ2 Ｏ3
被覆層が層厚にも影響されるが０．２〜０．８ＧＰａの
圧縮残留応力をもつのに対して、１〜２ＧＰａの圧縮残
留応力をもつようになり、このように圧縮残留応力の高
いＡｌ2 Ｏ3 主体層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に著しく強固に密着し、かつＡｌ
2 Ｏ3の具備する特性をそのまま保持することから、前
記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の表
面にさらに前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層を物理蒸着してなる被
覆超硬切削工具は、例えば鋼の断続切削を、特に工具切
刃に高い負荷のかかる高切込みや高送りなどの重切削条
件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層に剥離の発生なく、
長期に亘ってすぐれた耐摩耗性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。
【０００６】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、超硬工具基体の表面に、０．１
〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、お
よびＴｉＣＮ層のうちの１種の単層または２種以上の複
層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５〜１５μ
ｍの平均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１種の単層または２種の複層
からなる強靭性被覆層を物理蒸着してなる被覆超硬切削
工具において、上記強靭性被覆層の表面に、さらに耐摩
耗性被覆層として、Ａｌ2 Ｏ3もつ結晶構造を保持した
ままで、Ａｌの一部をＡｌとの合量に占める割合で５〜
２０原子％のＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのう
ちの１種または２種以上で置換固溶してなるＡｌ2 Ｏ3
主体層を０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してな
る耐摩耗性のすぐれた被覆超硬切削工具に特徴を有する
ものである。
なされたものであって、超硬工具基体の表面に、０．１
〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、お
よびＴｉＣＮ層のうちの１種の単層または２種以上の複
層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５〜１５μ
ｍの平均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１種の単層または２種の複層
からなる強靭性被覆層を物理蒸着してなる被覆超硬切削
工具において、上記強靭性被覆層の表面に、さらに耐摩
耗性被覆層として、Ａｌ2 Ｏ3もつ結晶構造を保持した
ままで、Ａｌの一部をＡｌとの合量に占める割合で５〜
２０原子％のＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのう
ちの１種または２種以上で置換固溶してなるＡｌ2 Ｏ3
主体層を０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してな
る耐摩耗性のすぐれた被覆超硬切削工具に特徴を有する
ものである。
【０００７】なお、この発明の被覆超硬切削工具におい
て、密着性下地被覆層、強靭性被覆層、および耐摩耗性
被覆層の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 （ａ）密着性下地被覆層 その平均層厚が０．１μｍ未満では超硬工具基体と強靭
性被覆層との間に強固な密着性を確保することができ
ず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切削時に発
生する高熱によって熱塑性変形を起し、切刃に偏摩耗が
発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促進されるよう
になることから、その平均層厚を０．１〜１０μｍと定
めた。
て、密着性下地被覆層、強靭性被覆層、および耐摩耗性
被覆層の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 （ａ）密着性下地被覆層 その平均層厚が０．１μｍ未満では超硬工具基体と強靭
性被覆層との間に強固な密着性を確保することができ
ず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切削時に発
生する高熱によって熱塑性変形を起し、切刃に偏摩耗が
発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促進されるよう
になることから、その平均層厚を０．１〜１０μｍと定
めた。
【０００８】（ｂ）強靭性被覆層 その平均層厚が０．５μｍ未満では所望のすぐれた強靭
性を発揮することができず、この結果切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）が発生し易くなり、一方その平均層
厚が１５μｍを越えると、上記密着性下地被覆層と同様
に切削時に発生する高熱によって熱塑性変形を起し、切
刃に偏摩耗が発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促
進されるようになることから、その平均層厚を０．５〜
１５μｍと定めた。
性を発揮することができず、この結果切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）が発生し易くなり、一方その平均層
厚が１５μｍを越えると、上記密着性下地被覆層と同様
に切削時に発生する高熱によって熱塑性変形を起し、切
刃に偏摩耗が発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促
進されるようになることから、その平均層厚を０．５〜
１５μｍと定めた。
【０００９】（ｃ）耐摩耗性被覆層（Ａｌ2 Ｏ3 主体
層） その平均層厚が０．５μｍ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１５
μｍを越えると切刃に欠けやチッピングが発生し易くな
ることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定め
た。
層） その平均層厚が０．５μｍ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１５
μｍを越えると切刃に欠けやチッピングが発生し易くな
ることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定め
た。
【００１０】また、上記耐摩耗性被覆層におけるＡｌの
Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒによる置換含有割
合を５〜２０原子％としたのは、その含有割合が５原子
％未満では前記耐摩耗性被覆層に上記強靭性被覆層との
間に十分な密着性を確保することのできる圧縮残留応力
を形成することができず、一方その含有割合が２０原子
％を越えると圧縮残留応力が大きくなりすぎて自己破壊
を起こし易くなるという理由にもとづくものである。さ
らに、上記耐摩耗性被覆層の上に、必要に応じてＴｉＮ
層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成してもよく、これ
はＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色調によって切
削工具の使用前と使用後の識別が容易になるという理由
からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満では前記色
調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与は２μｍ
までの平均層厚で十分である。
Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒによる置換含有割
合を５〜２０原子％としたのは、その含有割合が５原子
％未満では前記耐摩耗性被覆層に上記強靭性被覆層との
間に十分な密着性を確保することのできる圧縮残留応力
を形成することができず、一方その含有割合が２０原子
％を越えると圧縮残留応力が大きくなりすぎて自己破壊
を起こし易くなるという理由にもとづくものである。さ
らに、上記耐摩耗性被覆層の上に、必要に応じてＴｉＮ
層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成してもよく、これ
はＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色調によって切
削工具の使用前と使用後の識別が容易になるという理由
からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満では前記色
調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与は２μｍ
までの平均層厚で十分である。
【００１１】
【発明の実施の形態】ついで、この発明の被覆超硬切削
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１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、
ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｎｂ
Ｃ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、
およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示
される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混
合し、乾燥した後、１．５×１０8Ｐａ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：１４００
℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・Ｓ
ＰＧＡ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合
金製の超硬工具基体Ａ１〜Ａ８を形成した。
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１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、
ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｎｂ
Ｃ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、
およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示
される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混
合し、乾燥した後、１．５×１０8Ｐａ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：１４００
℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・Ｓ
ＰＧＡ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合
金製の超硬工具基体Ａ１〜Ａ８を形成した。
【００１２】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（質量比でＴｉＣ／
ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、お
よびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合
し、乾燥した後、９．８×１０7Ｐａの圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１．３×１０3Ｐａの窒素
雰囲気中、温度：１５４０℃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・ＣＮＭＧ１２０４０６のチップ形
状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の超硬工具基体Ｂ１
〜Ｂ６を形成した。
２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／
ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、お
よびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合
し、乾燥した後、９．８×１０7Ｐａの圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１．３×１０3Ｐａの窒素
雰囲気中、温度：１５４０℃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・ＣＮＭＧ１２０４０６のチップ形
状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の超硬工具基体Ｂ１
〜Ｂ６を形成した。
【００１３】ついで、これら超硬工具基体Ａ１〜Ａ８お
よびＢ１〜Ｂ６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、密着性下地被覆層形成にはＴｉを、また強靭性被
覆層形成には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１．３×１０-3Ｐａ
の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に
加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して２．５Ｐａの
Ａｒ雰囲気とし、この状態で超硬工具基体に−８００ｖ
のパルスバイアス電圧を印加して超硬工具基体表面をＡ
ｒガスボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとし
てメタンガスおよび／または窒素ガスを導入しての２．
５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記超硬工具基体に
印加するパルスバイアス電圧を−２００ｖに下げて、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、もって前記超硬工具基体Ａ１〜Ａ８およびＢ１
〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表３、４に示される目標組
成および目標層厚の密着性下地被覆層および強靭性被覆
層を形成することにより従来被覆超硬工具基体１〜２２
をそれぞれ製造した。
よびＢ１〜Ｂ６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、密着性下地被覆層形成にはＴｉを、また強靭性被
覆層形成には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１．３×１０-3Ｐａ
の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に
加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して２．５Ｐａの
Ａｒ雰囲気とし、この状態で超硬工具基体に−８００ｖ
のパルスバイアス電圧を印加して超硬工具基体表面をＡ
ｒガスボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとし
てメタンガスおよび／または窒素ガスを導入しての２．
５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記超硬工具基体に
印加するパルスバイアス電圧を−２００ｖに下げて、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、もって前記超硬工具基体Ａ１〜Ａ８およびＢ１
〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表３、４に示される目標組
成および目標層厚の密着性下地被覆層および強靭性被覆
層を形成することにより従来被覆超硬工具基体１〜２２
をそれぞれ製造した。
【００１４】ついで、これら従来被覆超硬切削工具１〜
２２のそれぞれの表面に、同じく図１のアークイオンプ
レーティング装置にて、カソード電極（蒸発源）とし
て、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうちの１種
または２種以上を所定量含有したＡｌ−（Ｔａ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ）合金を装着し、装置内を排気して
１．３×１０-3Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで
装置内を６２０〜７２０℃の範囲内の所定の温度に加熱
した状態で、超硬基体に印加するパルスバイアス電圧を
−７００Ｖとし、ついで装置内に反応ガスとして酸素ガ
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、もって表５に示される目
標組成および目標層厚のＡｌ2 Ｏ3 主体層からなる耐摩
耗性被覆層を形成することにより本発明被覆超硬切削工
具１〜２２をそれぞれ製造した。上記本発明被覆超硬切
削工具１〜２２の耐摩耗性被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3
主体層におけるＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの
含有量を、エネルギー分散型Ｘ線測定装置を用いて定量
分析したところ、表５の目標含有量と実質的に同じ含有
量を示し、また前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層の圧縮残留応力を
Ｘ線応力測定法を用いて測定したところ、同じく表５に
示される結果を示した。さらに各種被覆層の組成および
層厚についてもオージェ分光分析法および光学顕微鏡に
て測定したところ、表３〜５の目標組成および目標層厚
と実質的に同じ組成および平均層厚（任意５ヶ所の平均
値）を示した。
２２のそれぞれの表面に、同じく図１のアークイオンプ
レーティング装置にて、カソード電極（蒸発源）とし
て、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうちの１種
または２種以上を所定量含有したＡｌ−（Ｔａ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ）合金を装着し、装置内を排気して
１．３×１０-3Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで
装置内を６２０〜７２０℃の範囲内の所定の温度に加熱
した状態で、超硬基体に印加するパルスバイアス電圧を
−７００Ｖとし、ついで装置内に反応ガスとして酸素ガ
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、もって表５に示される目
標組成および目標層厚のＡｌ2 Ｏ3 主体層からなる耐摩
耗性被覆層を形成することにより本発明被覆超硬切削工
具１〜２２をそれぞれ製造した。上記本発明被覆超硬切
削工具１〜２２の耐摩耗性被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3
主体層におけるＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの
含有量を、エネルギー分散型Ｘ線測定装置を用いて定量
分析したところ、表５の目標含有量と実質的に同じ含有
量を示し、また前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層の圧縮残留応力を
Ｘ線応力測定法を用いて測定したところ、同じく表５に
示される結果を示した。さらに各種被覆層の組成および
層厚についてもオージェ分光分析法および光学顕微鏡に
て測定したところ、表３〜５の目標組成および目標層厚
と実質的に同じ組成および平均層厚（任意５ヶ所の平均
値）を示した。
【００１５】ついで、この結果得られた各種の被覆超硬
切削工具のうち、本発明被覆超硬切削工具１〜１６およ
び従来被覆超硬切削工具１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３００ｍ／min.、 送り：０．３ｍｍ／rev.、 切込み：３．２ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式断続高切込み切削試験、およ
び、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：３２０ｍ／min.、 送り：０．４６ｍｍ／rev.、 切込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行ない、
また本発明被覆超硬切削工具１７〜２２および従来被覆
超硬切削工具１７〜２２については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３８０ｍ／min.、 送り：０．３ｍｍ／rev.、 切込み：３．０ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式断続高切込み送り切削試験、お
よび、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：４００ｍ／min.、 送り：０．４８ｍｍ／rev.、 切込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
この測定結果を表６に示した。
切削工具のうち、本発明被覆超硬切削工具１〜１６およ
び従来被覆超硬切削工具１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３００ｍ／min.、 送り：０．３ｍｍ／rev.、 切込み：３．２ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式断続高切込み切削試験、およ
び、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：３２０ｍ／min.、 送り：０．４６ｍｍ／rev.、 切込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行ない、
また本発明被覆超硬切削工具１７〜２２および従来被覆
超硬切削工具１７〜２２については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３８０ｍ／min.、 送り：０．３ｍｍ／rev.、 切込み：３．０ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式断続高切込み送り切削試験、お
よび、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：４００ｍ／min.、 送り：０．４８ｍｍ／rev.、 切込み：１．５ｍｍ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
この測定結果を表６に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
【表５】
【００２１】
【表６】
【００２２】
【発明の効果】表３〜６に示される結果から、本発明被
覆超硬切削工具１〜２２は、いずれも耐摩耗性被覆層を
構成するＡｌ2 Ｏ3 主体層がＡｌに比してイオン半径の
大きいＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうちの１
種以上を置換含有し、これによって高い圧縮残留応力を
保持するようになって、強靭性被覆層を構成する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に対して強
固に密着するようになるので、鋼の断続切削を高切込み
および高送りの重切削条件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主
体層に剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するの
に対して、従来被覆超硬切削工具１〜２２は、いずれも
これの強靭性被覆層の耐摩耗性不足が原因で、上記のよ
うな苛酷な条件下では摩耗進行が速いことが明らかであ
る。上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、耐
摩耗性被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 主体層のもつすぐれ
た耐摩耗性および密着性によって、通常の条件での各種
鋼の連続切削および断続切削は勿論のこと、きわめて苛
酷な切削条件である断続切削を高切り込みおよび高送り
の重切削条件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層に剥離の
発生なく、かつ切刃に欠けやチッピングの発生もなく、
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り、切削加工の省エネ化および省
力化に十分満足に対応できるものである。
覆超硬切削工具１〜２２は、いずれも耐摩耗性被覆層を
構成するＡｌ2 Ｏ3 主体層がＡｌに比してイオン半径の
大きいＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうちの１
種以上を置換含有し、これによって高い圧縮残留応力を
保持するようになって、強靭性被覆層を構成する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に対して強
固に密着するようになるので、鋼の断続切削を高切込み
および高送りの重切削条件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主
体層に剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するの
に対して、従来被覆超硬切削工具１〜２２は、いずれも
これの強靭性被覆層の耐摩耗性不足が原因で、上記のよ
うな苛酷な条件下では摩耗進行が速いことが明らかであ
る。上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、耐
摩耗性被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 主体層のもつすぐれ
た耐摩耗性および密着性によって、通常の条件での各種
鋼の連続切削および断続切削は勿論のこと、きわめて苛
酷な切削条件である断続切削を高切り込みおよび高送り
の重切削条件で行っても前記Ａｌ2 Ｏ3 主体層に剥離の
発生なく、かつ切刃に欠けやチッピングの発生もなく、
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り、切削加工の省エネ化および省
力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 (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｃ２３Ｃ 14/08 Ａ 14/16 14/16 Ｂ
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、
窒化物層、および炭窒化物層のうちの１種の単層または
２種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する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種の単層または２種
の複層からなる強靭性被覆層を物理蒸着してなる表面被
覆超硬合金製切削工具において、上記強靭性被覆層の表
面に、さらに耐摩耗性被覆層として、 酸化アルミニウムのもつ結晶構造を保持したままで、Ａ
ｌの一部をＡｌとの合量に占める割合で５〜２０原子％
のＴa、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうちの１種ま
たは２種以上で置換固溶してなる酸化アルミニウム主体
層を０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着したことを
特徴とする耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140659A JP2001322007A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140659A JP2001322007A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001322007A true JP2001322007A (ja) | 2001-11-20 |
Family
ID=18647912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000140659A Pending JP2001322007A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001322007A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005205583A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
| WO2006046462A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 刃先交換型切削チップおよびその製造方法 |
| KR101307125B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2013-09-10 | 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 | 날끝 교환형 절삭 팁 및 그 제조 방법 |
-
2000
- 2000-05-12 JP JP2000140659A patent/JP2001322007A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005205583A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
| WO2006046462A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 刃先交換型切削チップおよびその製造方法 |
| JPWO2006046462A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2008-05-22 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 刃先交換型切削チップおよびその製造方法 |
| US7544024B2 (en) | 2004-10-29 | 2009-06-09 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Coated cutting insert and manufacturing method thereof |
| JP2011177890A (ja) * | 2004-10-29 | 2011-09-15 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 刃先交換型切削チップおよびその製造方法 |
| KR101307125B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2013-09-10 | 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 | 날끝 교환형 절삭 팁 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060331 |
|
| A977 | Report on retrieval |
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|
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Effective date: 20080722 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090203 |