JP2002263913A - 被覆硬質部材 - Google Patents
被覆硬質部材Info
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- JP2002263913A JP2002263913A JP2001069659A JP2001069659A JP2002263913A JP 2002263913 A JP2002263913 A JP 2002263913A JP 2001069659 A JP2001069659 A JP 2001069659A JP 2001069659 A JP2001069659 A JP 2001069659A JP 2002263913 A JP2002263913 A JP 2002263913A
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Abstract
(57)【要約】
【解決すべき課題】柱状結晶組織の優れた耐摩耗性を維
持しつつ、強度の断続切削や被削材中に硬質粒子を含有
した被削材の切削、高送りなどの切削条件で、さらに耐
欠損性の高い工具が求められていた。 【手段】硬質部材に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元
素、Ａｌの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれ
ら相互固溶体、混合体のいずれか１種以上の単層もしく
は２層以上の複層からなる硬質膜を被覆し、硬質膜の少
なくとも１層が柱状結晶であって、かつ、該柱状結晶が
異なる成長方向を有することを特徴とする被覆硬質部材
とすることによって、耐欠損性と耐摩耗性を兼備える
持しつつ、強度の断続切削や被削材中に硬質粒子を含有
した被削材の切削、高送りなどの切削条件で、さらに耐
欠損性の高い工具が求められていた。 【手段】硬質部材に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元
素、Ａｌの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれ
ら相互固溶体、混合体のいずれか１種以上の単層もしく
は２層以上の複層からなる硬質膜を被覆し、硬質膜の少
なくとも１層が柱状結晶であって、かつ、該柱状結晶が
異なる成長方向を有することを特徴とする被覆硬質部材
とすることによって、耐欠損性と耐摩耗性を兼備える
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い摩擦摩耗特性
が要求される切削工具、耐摩耗部材、摺動部材、土木鉱
山工具等に関するものである。
が要求される切削工具、耐摩耗部材、摺動部材、土木鉱
山工具等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】切削工具等に用いられて来た超硬合金
は、切削条件の中でも特に切削速度の上昇に対応し、種
々の硬質膜を被覆することによって耐摩耗性の向上が図
られてきた。耐摩耗性の向上は、膜厚の厚膜化や被膜材
質の硬質化を目的として種々の改良が為されてきたが、
近年は、結晶の組織を柱状結晶とすることによって、耐
摩耗性の向上が改善される技術が開示されてきた。
は、切削条件の中でも特に切削速度の上昇に対応し、種
々の硬質膜を被覆することによって耐摩耗性の向上が図
られてきた。耐摩耗性の向上は、膜厚の厚膜化や被膜材
質の硬質化を目的として種々の改良が為されてきたが、
近年は、結晶の組織を柱状結晶とすることによって、耐
摩耗性の向上が改善される技術が開示されてきた。
【０００３】例えば、特開平９−２２５７０５号公報、
特開平１０−１５７１１号公報が挙げられる。また、特
開平１０−１０９２０６号公報には、柱状晶のTiCN層を
含み、該TiCN層の厚さの１／５の距離の位置におけるTi
CN柱状結晶粒の水平方向の平均粒径ｄ１と、TiCN層の厚
さの２／５の距離の位置におけるTiCN柱状結晶粒の水平
方向の平均粒径ｄ２の比を、１≦ｄ１／ｄ２≦１．３と
する表面被覆切削工具が開示されている。
特開平１０−１５７１１号公報が挙げられる。また、特
開平１０−１０９２０６号公報には、柱状晶のTiCN層を
含み、該TiCN層の厚さの１／５の距離の位置におけるTi
CN柱状結晶粒の水平方向の平均粒径ｄ１と、TiCN層の厚
さの２／５の距離の位置におけるTiCN柱状結晶粒の水平
方向の平均粒径ｄ２の比を、１≦ｄ１／ｄ２≦１．３と
する表面被覆切削工具が開示されている。
【０００４】
【解決すべき課題】表面を硬質膜で被覆した切削工具に
おいて、硬質膜を柱状結晶組織とすることによって耐摩
耗性が向上するものの、柱状結晶であるがゆえに粒状結
晶に比べてクラックの伝播に対する抵抗が小さい。その
ため、強度の断続切削や被削材中に硬質粒子を含有した
被削材の切削、高送りなどの切削条件で、さらに耐欠損
性の高い工具が求められていた。
おいて、硬質膜を柱状結晶組織とすることによって耐摩
耗性が向上するものの、柱状結晶であるがゆえに粒状結
晶に比べてクラックの伝播に対する抵抗が小さい。その
ため、強度の断続切削や被削材中に硬質粒子を含有した
被削材の切削、高送りなどの切削条件で、さらに耐欠損
性の高い工具が求められていた。
【０００５】特開平１０−１０９２０６号公報では柱状
結晶が成長過程で特定比率の粒径に変化することが開示
されているが、成長方向としては基材界面に対して垂直
であるため、クラックは粒界に沿って進展し、強断続で
送りが高いような切削条件における耐欠損性が劣る問題
があった。
結晶が成長過程で特定比率の粒径に変化することが開示
されているが、成長方向としては基材界面に対して垂直
であるため、クラックは粒界に沿って進展し、強断続で
送りが高いような切削条件における耐欠損性が劣る問題
があった。
【０００６】その対策として、主に被覆する母材の強度
を上げることや、被膜膜厚を薄くすることによって表面
欠陥寸法を低減することが行われてきた。しかし、それ
らの対策は、耐欠損性は向上するものの逆に耐摩耗性を
低下させるため、高い耐摩耗性を維持しつつ、高い衝撃
の切削条件においても優れた耐欠損性を有する工具が望
まれていた。
を上げることや、被膜膜厚を薄くすることによって表面
欠陥寸法を低減することが行われてきた。しかし、それ
らの対策は、耐欠損性は向上するものの逆に耐摩耗性を
低下させるため、高い耐摩耗性を維持しつつ、高い衝撃
の切削条件においても優れた耐欠損性を有する工具が望
まれていた。
【０００７】
【課題を解決する手段】そこで本発明者は、柱状結晶の
優れた耐摩耗性を保持しつつ、耐欠損性を向上させる技
術に関して種々の研究を重ねた結果、本発明が得られた
ものである。具体的には、硬質部材に、周期律表の４
ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌの窒化物、炭化物、酸化
物、硼化物およびそれら相互固溶体、混合体のいずれか
１種以上の単層もしくは２層以上の複層からなる硬質膜
を被覆し、硬質膜の少なくとも１層が柱状結晶であっ
て、かつ、該柱状結晶が異なる成長方向を有することを
特徴とする被覆硬質部材とすることによって、耐欠損性
と耐摩耗性を兼備えることを見出したものである。基材
となる該硬質部材は、被削材や切削条件によって、超硬
合金、サーメット、cBN基焼結体、セラミックス、ハイ
スのいずれか１種が選ばれるものである。
優れた耐摩耗性を保持しつつ、耐欠損性を向上させる技
術に関して種々の研究を重ねた結果、本発明が得られた
ものである。具体的には、硬質部材に、周期律表の４
ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌの窒化物、炭化物、酸化
物、硼化物およびそれら相互固溶体、混合体のいずれか
１種以上の単層もしくは２層以上の複層からなる硬質膜
を被覆し、硬質膜の少なくとも１層が柱状結晶であっ
て、かつ、該柱状結晶が異なる成長方向を有することを
特徴とする被覆硬質部材とすることによって、耐欠損性
と耐摩耗性を兼備えることを見出したものである。基材
となる該硬質部材は、被削材や切削条件によって、超硬
合金、サーメット、cBN基焼結体、セラミックス、ハイ
スのいずれか１種が選ばれるものである。
【０００８】該硬質膜の膜厚は、２μmより薄くては成
長方向の異なる柱状結晶を設けた効果が得られず、２５
μmより厚くては被膜中の残留応力の増大によって剥離
しやすくなるため、２μｍ以上２５μm以下と定めた。
長方向の異なる柱状結晶を設けた効果が得られず、２５
μmより厚くては被膜中の残留応力の増大によって剥離
しやすくなるため、２μｍ以上２５μm以下と定めた。
【０００９】
【発明の実施態様】以下に、詳細について述べる。硬質
基材には、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌの
窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれら相互固溶
体、混合体のいずれか１種以上の単層もしくは２層以上
の複層からなる、例えばTiN、TiAlN、TiCN、TiB2、TiN
−TiAlN、TiC−Al2O3−TiN、TiN−TiCN−TiAlCO−Al2O3
−TiN、TiN−TiCN−TiCO−Al2O3−TiC−TiN 等に上げら
れる硬質膜を、化学蒸着法等によって被覆する。これら
の被膜は、少なくとも１層を柱状結晶とさせるが、柱状
結晶の成長方向は下地の面状態によって基材面に垂直で
はない方向にも成長させうることを見出したものであ
り、さらに被膜が成長するにしたがって柱状結晶同士が
接する後に、基板に対して垂直方向へと成長方向を変え
て成膜させるものである。具体的には、柱状結晶を被覆
する基材の面粗さを荒くすることによって選られ、さら
にCoの除去や研削破砕層の除去によって基材硬質層の結
晶面自形を露出させることによって、さらに柱状結晶の
結晶成長を詳細に制御できうるため好ましい。また、平
滑な基材表面であっても、柱状結晶の内側に隣接する被
膜を粗い粒状にすることによっても成長方向が異なる柱
状結晶組識が得られるが、基材の表面粗さよりも小さい
範囲で制御する条件に好ましい。
基材には、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌの
窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれら相互固溶
体、混合体のいずれか１種以上の単層もしくは２層以上
の複層からなる、例えばTiN、TiAlN、TiCN、TiB2、TiN
−TiAlN、TiC−Al2O3−TiN、TiN−TiCN−TiAlCO−Al2O3
−TiN、TiN−TiCN−TiCO−Al2O3−TiC−TiN 等に上げら
れる硬質膜を、化学蒸着法等によって被覆する。これら
の被膜は、少なくとも１層を柱状結晶とさせるが、柱状
結晶の成長方向は下地の面状態によって基材面に垂直で
はない方向にも成長させうることを見出したものであ
り、さらに被膜が成長するにしたがって柱状結晶同士が
接する後に、基板に対して垂直方向へと成長方向を変え
て成膜させるものである。具体的には、柱状結晶を被覆
する基材の面粗さを荒くすることによって選られ、さら
にCoの除去や研削破砕層の除去によって基材硬質層の結
晶面自形を露出させることによって、さらに柱状結晶の
結晶成長を詳細に制御できうるため好ましい。また、平
滑な基材表面であっても、柱状結晶の内側に隣接する被
膜を粗い粒状にすることによっても成長方向が異なる柱
状結晶組識が得られるが、基材の表面粗さよりも小さい
範囲で制御する条件に好ましい。
【００１０】さらに、柱状結晶の主体は基材に対して垂
直方向に成長した組織が耐摩耗性に優れるため好まし
く、図１に示すように、超硬合金基材の界面近傍では、
基材中の粒子の露出面に対応して成長し、さらに成長を
続ける過程で、基材に対して垂直方向に成膜された組織
が優れた特性を示すものである。
直方向に成長した組織が耐摩耗性に優れるため好まし
く、図１に示すように、超硬合金基材の界面近傍では、
基材中の粒子の露出面に対応して成長し、さらに成長を
続ける過程で、基材に対して垂直方向に成膜された組織
が優れた特性を示すものである。
【００１１】柱状結晶は、４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａ
ｌの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれら相互
固溶体の中でも、４ａ族元素化合物が好ましく、その中
でもチタンの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物の少なく
とも１種である化合物がさらに好ましく、TiCN、TiCN
O、TiCBNなどが挙げられ、その中でもチタンの炭窒化物
が最適である。
ｌの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物およびそれら相互
固溶体の中でも、４ａ族元素化合物が好ましく、その中
でもチタンの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物の少なく
とも１種である化合物がさらに好ましく、TiCN、TiCN
O、TiCBNなどが挙げられ、その中でもチタンの炭窒化物
が最適である。
【００１２】成長方向の異なる柱状結晶を成長させるた
めには、下地となる、内層もしくは基材の表面凹凸によ
って実現するものであるが、内層によってのみ凹凸を形
成する条件においては、制御しうる面粗さが小さく、基
材の表面粗さを制御するほうがより効果的な成長方向の
異なる柱状結晶組識が得られるため好ましい。その凹凸
を面粗さRaで定めると、0.2μmより小さくては基材中の
結晶面を得るには小さすぎる。成長した柱状結晶層の表
面粗さは、成長方向が変化することによって柱状結晶層
に隣接する内層もしくは基材の面粗さを低減し、平滑な
表面が得られるものであるが、1.5μmより大きくては硬
質膜被覆後の表面粗さが大きすぎて切削抵抗が過大とな
るため、0.2μm以上1.5μm以下と定めた。
めには、下地となる、内層もしくは基材の表面凹凸によ
って実現するものであるが、内層によってのみ凹凸を形
成する条件においては、制御しうる面粗さが小さく、基
材の表面粗さを制御するほうがより効果的な成長方向の
異なる柱状結晶組識が得られるため好ましい。その凹凸
を面粗さRaで定めると、0.2μmより小さくては基材中の
結晶面を得るには小さすぎる。成長した柱状結晶層の表
面粗さは、成長方向が変化することによって柱状結晶層
に隣接する内層もしくは基材の面粗さを低減し、平滑な
表面が得られるものであるが、1.5μmより大きくては硬
質膜被覆後の表面粗さが大きすぎて切削抵抗が過大とな
るため、0.2μm以上1.5μm以下と定めた。
【００１３】このようにして得られた成長方向が異なる
組識を有することによって、粒界に沿ったクラックの進
展を阻止すると共に、柱状結晶の先端に掛かる切削応力
をその根元となる柱状結晶によって支える構造となるた
め断続的な応力の負荷に耐える強靭な被膜組識として機
能するものである。そのため、欠損やチッピングによる
工具寿命を解消させるために、柱状結晶の持つ耐摩耗性
を最大限発揮させることとなり、相乗効果によって耐摩
耗性も著しい向上が得られるものである。さらに、X線
回折で他の結晶面よりもアブレッシブ摩耗に優れる（２
２０）面を最高強度とすることによって、さらに耐摩耗
性に優れる被覆硬質部材が得られるものである。
組識を有することによって、粒界に沿ったクラックの進
展を阻止すると共に、柱状結晶の先端に掛かる切削応力
をその根元となる柱状結晶によって支える構造となるた
め断続的な応力の負荷に耐える強靭な被膜組識として機
能するものである。そのため、欠損やチッピングによる
工具寿命を解消させるために、柱状結晶の持つ耐摩耗性
を最大限発揮させることとなり、相乗効果によって耐摩
耗性も著しい向上が得られるものである。さらに、X線
回折で他の結晶面よりもアブレッシブ摩耗に優れる（２
２０）面を最高強度とすることによって、さらに耐摩耗
性に優れる被覆硬質部材が得られるものである。
【００１４】
【実施試験１】87wt%WC―９wt%Co−２wt%TaC−２wt%TiC
組成の超硬合金を、SDKN42ZKNの形状に焼結・成形し、
被覆用の母材とした。各試料はCVD法によって0.5μmTiN
−7μmTiCN（柱状結晶）−0.3μmTiAlCO−1.4μmAl2O3
−0.2μmTiNを被覆した。被覆前の母材をブラスト処理
し、酸処理を行なったものを発明品１、アルカリ腐食後
にさらに酸処理、引き続きアルカリ処理を行なったもの
を発明品２、未処理品を比較品１、ラップ加工品（Ra＝
0.1μm）を比較品２とした。各試料は、切削試験に評価
した。以下に示す切削条件で評価を行った結果を表１に
示す。 切削条件； 被削材 ；S55C 切削速度；180m/min 送り ；0.3ｍｍ／tooth 切り込み；2mm 切削油 ；あり 15分切削試験後の最大逃げ面摩耗量により評価を行っ
た。
組成の超硬合金を、SDKN42ZKNの形状に焼結・成形し、
被覆用の母材とした。各試料はCVD法によって0.5μmTiN
−7μmTiCN（柱状結晶）−0.3μmTiAlCO−1.4μmAl2O3
−0.2μmTiNを被覆した。被覆前の母材をブラスト処理
し、酸処理を行なったものを発明品１、アルカリ腐食後
にさらに酸処理、引き続きアルカリ処理を行なったもの
を発明品２、未処理品を比較品１、ラップ加工品（Ra＝
0.1μm）を比較品２とした。各試料は、切削試験に評価
した。以下に示す切削条件で評価を行った結果を表１に
示す。 切削条件； 被削材 ；S55C 切削速度；180m/min 送り ；0.3ｍｍ／tooth 切り込み；2mm 切削油 ；あり 15分切削試験後の最大逃げ面摩耗量により評価を行っ
た。
【００１５】
【表１】 切削試験結果
【００１６】
【発明の効果】実施試験でも明らかなように、本発明品
の成長方向の異なる柱状結晶を有する切削工具は、成長
方向の異なる柱状結晶を有しない比較品と比べて、過酷
な切削領域においても優れた耐摩耗性を示した。
の成長方向の異なる柱状結晶を有する切削工具は、成長
方向の異なる柱状結晶を有しない比較品と比べて、過酷
な切削領域においても優れた耐摩耗性を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】成長方向が異なる柱状結晶組識を示す模式図で
ある
ある
１ 基材のＷＣ粒子 ２ 柱状結晶 ３ 粒状結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF03 FF04 FF05 FF10 FF11 FF13 FF16 FF22 FF25 4K029 AA02 AA04 BA43 BA44 BA53 BA54 BA55 BA58 BB07 BC02 BD04 BD05 EA01 4K030 BA36 BA38 BA41 BA42 BA43 BA46 BA49 BB01 CA02 CA03 CA05 LA22 LA23
Claims (7)
- 【請求項１】硬質部材に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ
族元素、Ａｌの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物および
それら相互固溶体、混合体のいずれか１種以上の単層も
しくは２層以上の複層からなる硬質膜を被覆し、硬質膜
の少なくとも１層が柱状結晶であって、かつ、該柱状結
晶が異なる成長方向を有することを特徴とする被覆硬質
部材 - 【請求項２】該硬質部材が超硬合金、サーメット、cBN
基焼結体、セラミックス、ハイスのいずれか１種である
ことを特徴とする請求項１記載の被覆硬質部材 - 【請求項３】該硬質膜の膜厚が、２μm以上２５μm以下
であることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の被
覆硬質部材 - 【請求項４】該柱状結晶が、Tiの炭化物、窒化物、酸化
物、硼化物の少なくとも１種からなることを特徴とする
請求項１、２、３いずれかに記載の被覆硬質部材 - 【請求項５】該柱状結晶が、Tiの炭窒化物であることを
特徴とする請求項１、２、３いずれかに記載の被覆硬質
部材 - 【請求項６】該硬質膜下の硬質部材の表面粗さRaが０．
２μm以上１．５μm以下であることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５いずれかに記載の被覆硬質部材 - 【請求項７】該硬質膜が、X線回折における（２２０）
面を最大強度面とすることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６いずれかに記載の被覆硬質部材
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001069659A JP2002263913A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 被覆硬質部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001069659A JP2002263913A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 被覆硬質部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002263913A true JP2002263913A (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=18927666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001069659A Withdrawn JP2002263913A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 被覆硬質部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002263913A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008105164A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Kyocera Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010228088A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| WO2012032839A1 (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| CN103878555A (zh) * | 2012-12-20 | 2014-06-25 | 三菱综合材料株式会社 | 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具 |
| JP7124236B1 (ja) * | 2021-06-14 | 2022-08-23 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
-
2001
- 2001-03-13 JP JP2001069659A patent/JP2002263913A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008105164A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Kyocera Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010228088A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| US9044811B2 (en) | 2010-09-07 | 2015-06-02 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface coated cutting tool |
| CN103108716A (zh) * | 2010-09-07 | 2013-05-15 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2012032839A1 (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP5729777B2 (ja) * | 2010-09-07 | 2015-06-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| CN103108716B (zh) * | 2010-09-07 | 2015-07-01 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| CN103878555A (zh) * | 2012-12-20 | 2014-06-25 | 三菱综合材料株式会社 | 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具 |
| JP2014121748A (ja) * | 2012-12-20 | 2014-07-03 | Mitsubishi Materials Corp | 耐クラック性にすぐれた立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製表面被覆切削工具 |
| CN103878555B (zh) * | 2012-12-20 | 2017-09-05 | 三菱综合材料株式会社 | 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具 |
| JP7124236B1 (ja) * | 2021-06-14 | 2022-08-23 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2022264197A1 (ja) * | 2021-06-14 | 2022-12-22 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| US11534837B1 (en) | 2021-06-14 | 2022-12-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |