JP2002363750A - Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉの多層を有する被覆ボディ - Google Patents

Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉの多層を有する被覆ボディ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＭＴＣＶＤ法のＴｉ（Ｃ、Ｎ）と
ともにκとγとのＡｌ2Ｏ3をボディに蒸着して、Ｔｉ
（Ｃ、Ｎ）−κ及びγのＡｌ2Ｏ3κ多層の摩耗特性を強
め、被覆ボディに高摩耗特性を与えることに関する。 【解決手段】 中温化学蒸着法（ＭＴＣＶＤ）によって
被覆したκ−Ａｌ2Ｏ3及び／またはγ−Ａｌ2Ｏ3、或い
はＴｉＮの多層を有する被覆ボディを開示する。この多
層は、ＭＴＣＶＤによって被覆したＴｉ（Ｃ、Ｎ）の層
が挿入される。被覆されたこのボディは、好ましくは超
硬合金、サーメット、セラミック及び／または高速度鋼
であり、且つ金属切削工具として使用することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＴＣＶＤ法のＴ
ｉ（Ｃ、Ｎ）とともにκとγとのＡｌ2Ｏ3をボディに蒸
着して、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）−κ及びγのＡｌ2Ｏ3κ多層の
摩耗特性を強め、高摩耗特性を有する被覆ボディを提供
することに関する。
【０００２】
【従来の技術】κ−Ａｌ2Ｏ3とＴｉ（Ｃ、Ｏ）との多
層、またはγ−Ａｌ2Ｏ3とＴｉＮとの多層は、米国特許
第５,７００,５６９号及び米国特許明細書継続番号第０
９／７１７,００６号に記載されるように、単一酸化物
の層より優れた摩耗特性を示すことが立証された。
【０００３】しかしながら、先行技術の多層の蒸着過程
は、比較的時間が長く、且つ蒸着は比較的高温度（通常
は約１０００℃で）で一般的に実施され、カッパアルミ
ナがガンマアルミナへと変態を生じる。この相変態にお
いて遭遇する体積収縮は、アルミナ層の付着力を低下さ
せ得る。結果として、製造中の付着力問題が生じる。
【０００４】Ａｌ2Ｏ3被膜を蒸着するために、約１００
０℃またはそれ以上の蒸着温度が必要であると一般的に
考えられてきた。最近の米国特許明細書継続番号第０９
／４９８，３４４号に記載されるように、約８００度ま
たはそれを超える温度、しかし１０００度未満の蒸着温
度で、Ａｌ2Ｏ3を蒸着することが可能である。さらに、
二つのＡｌ2Ｏ3相すなわちκ及びγを、所定の制御方法
で蒸着することが可能である。
【０００５】Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）が、ＴｉＮより、亜共晶鋼
においてクレータ摩耗及び逃げ面摩耗に対して優れた耐
磨耗性を示すことが最近確認された（米国特許明細書継
続番号第０９／２０７，６８７号）。
【０００６】最近、企業内試験において、過共晶鋼にお
いて、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）が、特に逃げ面摩耗に関してＴｉ
Ｎより優れていることがまた判明した。過共晶鋼におい
て、Ａｌ2Ｏ3がクレータ摩耗に対して優れた被覆材であ
る。最近の企業内切削試験において、８００℃で蒸着し
たＭＴＣＶＤ法のＴｉ（Ｃ、Ｎ）に対するκ相及びγ相
の双方の付着力が非常に良好であることも判明した。多
層として、ＭＴＣＶＤ法のＴｉ（Ｃ、Ｎ）とともにκ及
びγを蒸着することによって、すなわち、先行技術のＴ
ｉＮ／Ｔｉ（Ｃ、Ｏ）−κ多層の摩耗特性を強化するこ
とが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題、及び課題を解決するた
めの手段】本発明の目的は、先行技術の課題を回避また
は緩和することである。
【０００８】さらに、本発明の目的は、多層としてＭＴ
ＣＶＤ法のＴｉ（Ｃ、Ｎ）とともにκ及びγを蒸着する
ことによって、ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｃ、Ｏ）−κ多層の高め
られた摩耗特性を与えることである。
【０００９】本発明の１つの態様において、被膜がγ−
Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆ボディを提供する。
【００１０】本発明の別の態様において、被膜がＴｉ
（Ｃ、Ｎ）層の上にＴｉ（Ｃ、Ｎ）層を挿入したκ−Ａ
ｌ2Ｏ3及び／またはγ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆ボ
ディを提供する。
【００１１】本発明の別の態様において、被膜がκ−Ａ
ｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆ボディを提
供し、各々が７００〜９００℃の温度での化学蒸着によ
って添付される。
【００１２】本発明の別の態様において、被膜がＴｉ
（Ｃ、Ｎ）層の上にＴｉ（Ｃ、Ｎ）層を挿入したκ−Ａ
ｌ2Ｏ3及び／またはγ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆ボ
ディを提供する。
【００１３】本発明の別の態様において、被膜がＴｉ
（Ｃ、Ｎ）層の上にＴｉ（Ｃ、Ｎ）層及び前記多層の頂
上にＴｉ（Ｃ、Ｎ）層を挿入したκ−Ａｌ2Ｏ3及び／ま
たはγ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆ボディを提供す
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明にしたがう被覆層の模式図
を図１に示す。これらの被膜は、次に示す層からなる。
【００１５】１．ＭＴＣＶＤ法によるＴｉ（Ｃ、Ｎ）の
ベース層、及び８００〜９００℃の蒸着温度 ２．κ−Ａｌ2Ｏ3（図１のａ）、γ−Ａｌ2Ｏ3（図１の
ｂ）、及びκ−Ａｌ2Ｏ3と、γ−Ａｌ2Ｏ3との双方（図
１のｃ）からなる多層構造、及び全ての層は８００〜９
００℃の蒸着温度 γ−Ａｌ2Ｏ3の摩耗特性はまだ十分に解明されていな
い。しかしながら、γは、κより安定でない相であり、
且つ多層被覆構造の最上層にのみ使用でき、この構造で
は蒸着の際に最短の焼鈍となる。
【００１６】多層のＡｌ2Ｏ3層（γまたはκのどちら
か）は、個々の層の厚みが約０.１〜３．２ミクロン好
ましくは約０.３〜１．２ミクロンである。多層中のＴ
ｉ（Ｃ、Ｎ）層は、個々の厚みが約０.１〜３．２ミク
ロン好ましくは約０.３〜１．２ミクロンである。多層
の総厚みは、約３〜３０ミクロン好ましくは約５〜１５
ミクロンである。また、多層は、約２〜１５ミクロン好
ましくは約３〜１０ミクロンのＴｉ（Ｃ、Ｎ）に蒸着さ
れ、この場合、これがボディに適用される第１の層とな
る。さらに、同じ厚みのＴｉ（Ｃ、Ｎ）層をアルミナの
頂上層の上に蒸着することができる。
【００１７】このボディは、超硬合金、サーメット、セ
ラミック、及び高速度鋼から好ましく形成され、且つ被
覆されたボディが金属切削加工作業の切削工具として使
用する。
【００１８】γ及びκのＡｌ2Ｏ3層、並びにＴｉ（Ｃ、
Ｎ）層は、中温度化学蒸着法（ＭＴＣＶＤ）によって添
付される。γ及びκのＡｌ2Ｏ3層の蒸着は、米国特許明
細書継続番号第０９／４９８，３３４号に記載される技
術を利用する。この過程においては、他の従来のＭＴＣ
ＶＤ法及び装置にＨ2Ｓが添加され、その量は、総ガス
混合物の０．７ｖｏｌ％より多く、一般的には０．７５
〜１．７ｖｏｌ％、好ましくは１〜１．５ｖｏｌ％以下
である。
【００１９】被覆過程は、約７００〜９００℃好ましく
は７５０〜８５０℃の温度であり、約５０〜６００ミリ
バール好ましくは約１００〜３００ミリバールの圧力で
あり、且つ被膜を形成すために十分な時間の間、一般的
には約２〜１０時間好ましくは約４〜８時間である。
【００２０】Ａｌ2Ｏ3の蒸着は、ＭＴＣＶＤのＴｉ
（Ｃ、Ｎ）と同一の温度で実施することができ、結果と
してかなり短時間の工程（昇温及び冷却工程は除く）と
なり、且つ多層の蒸着は比較的低温度で実施され結果と
して相変態を生じない。その結果、強い接着力を達成で
き且つ生産性が高められる。多層の被膜は、Ｈ2Ｓによ
って簡単に制御できるκとγの双方で形成される。κよ
り安定でないγは、使用するならば、多層被覆層の最上
部分（すなわち、頂上の半部）に配置し、初めに示した
ように、ＭＴＣＶＤのＴｉ（Ｃ、Ｎ）はＴｉＮより優れ
た耐磨耗性を示す。ＴｉＮの代わりにＴｉ（Ｃ、Ｎ）を
使用することによって、亜共晶鋼の耐クレータ摩耗、及
びか共晶鋼の耐逃げ面摩耗が強められる。
【００２１】本発明の説明のために考慮した次の実施例
に従って、本発明をさらに説明する。しかしながら、本
発明が、この実施例の具体的詳細に限定されるものでな
いことは理解できる。
【００２２】
【実施例、及び発明の効果】実施例１ 表１及び表２は、ＳＳ１６７２及びＳＳ２２５８（それ
ぞれが亜共晶鋼および過共晶鋼）における異なる被膜の
摩耗特性についての概要を示す。
【００２３】 表１.Ｓ Ｓ１６７２ クレータ摩耗 逃げ面摩耗 切り欠け摩耗 変形 α-Al2O3 −、−、− −、−、− ＋、＋ ＋、＋ κ-Al2O3 −、−、− −、−、− ＋、＋ ＋、＋、＋ TiCN(MTCVD) ＋、＋ ＋、＋、＋ − − TiN(CVD) ＋ ＋、＋ ＋、＋ − TiC(CVD) ＋ ＋、＋、＋ − − 表２. ＳＳ２２５８ クレータ摩耗 逃げ面摩耗 切り欠け摩耗 変形 α-Al2O3 ＋、＋、＋ − ＋、＋ ＋、＋ κ-Al2O3 ＋、＋、＋ − ＋、＋ ＋、＋、＋ TiCN(MTCVD) −、− ＋、＋、＋ − − TiN(CVD) −、− ＋、＋、＋ − −、− TiC(CVD) −、−、− ＋、＋、＋ − − 参照されるように、これらの鋼において被覆材料は、非
常に異なる挙動を示す。結果として、当業者の知識にし
たがいＳＳ１６７２（薄いＡｌ2Ｏ3層＋厚いＴｉ（Ｃ、
Ｎ）層、図２の（ａ））用に、及びＳＳ２２５８（厚い
Ａｌ2Ｏ3層＋薄いＴｉ（Ｃ、Ｎ）層、図２の（ｂ））用
に、異なる被覆構造を開発する必要がある。これらの鋼
用の最適被覆構造の模式図を図２（ａ）及び図２（ｂ）
に示す。
【００２４】実施例２ 切削試験をＳＳ１６７２とＳＳ２２５８とで実施した。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層が間に介在する６層のκ−Ａｌ2Ｏ3層
（総多層厚み７μ）から組み立てられた図２の（ａ）に
したがう被膜は、ＳＳ１６７２で試験を行い、且つＴｉ
（Ｃ、Ｎ）層が間に介在する５層のκ−Ａｌ2Ｏ3層（総
多層厚み７μ）から組み立てられた図２の（ｂ）にした
がう被膜は、ＳＳ２２５８で試験を行なった。また、切
削試験は、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＮ及びＴｉ（Ｃ、Ｎ）の単層
を有するインサート、並びにκアルミナとＴｉＮの多層
を有するインサートを使用して行なった。結果を表３及
び表４に示す。
【００２５】 表３. ＳＳ１６７２、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ 被膜 耐用期間（分） 破壊様式 Ａｌ2Ｏ3 １１ クレータ摩耗 ＴｉＮ １５ クレータ摩耗＋切り欠け ＴｉＣＮ １９ クレータ摩耗＋切り欠け 多層κ＋ＴｉＮ ２５ クレータ摩耗 多層κ＋ＴｉＣＮ ３９ クレータ摩耗 表４. ＳＳ２２５８、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ 被膜 耐用期間（分） 破壊様式 Ａｌ2Ｏ3 １５ 逃げ面摩耗 ＴｉＮ ８ クレータ摩耗 ＴｉＣＮ ８ クレータ摩耗 多層κ＋ＴｉＮ ２５ 逃げ面摩耗 多層κ＋ＴｉＣＮ ３２ 逃げ面摩耗 実施例３ ＳＳ２２５８の旋削加工における、単層と多層被膜（図
２の（ａ））とのそれぞれの挙動の詳細な比較を図３に
示す。ＳＳ２２５８において、多層被膜は、単層被膜に
対して優れている。この鋼において、逃げ面摩耗が、Ｔ
ｉ（Ｃ、Ｎ）被膜によって明らかに減少された。多層κ
−Ａｌ2Ｏ3被覆インサートの耐クレータ摩耗及び耐逃げ
面摩耗との双方が、単層κ−Ａｌ2Ｏ3被覆インサートの
それらより優れていることがＳＥＭ顕微鏡写真から明確
である。アルミナ被覆インサートが一般的に良く機能す
るこの種の鋼においては、多層添付の効果は非常に明確
である。このインサートの耐用期間は劇的に増加し、特
に２００ｍ／の切削速度では約１００％以上であった。
ＳＳ２２５８（過共晶鋼）の軸受け鋼の場合、多層を添
付することは、過共晶鋼において初期に観察されたもの
（米国特許第５,７００,５６９号）より摩耗を、さらに
劇的に減少させた。
【００２６】実施例４ ＳＳ１７６２の旋削加工における、単層と多層被膜（図
２の（ｂ））とのそれぞれの挙動の詳細な比較を図４に
示す。ＳＳ１７６２において、多層被膜は、単層被膜に
対して優れている。米国特許第５,７００,５６９号にし
たがう多層κ−Ａｌ2Ｏ3被膜と比較して、アルミナ層の
厚みを減少するとともにＴｉ（Ｃ、Ｎ）を有する多層κ
−Ａｌ2Ｏ3被膜は、従来技術を超えてインサート性能が
高められた。耐クレータ摩耗及び耐逃げ面摩耗との双方
が、単層によって示されるそれらより優れていることが
ＳＥＭ顕微鏡写真から明確である。この鋼においては、
κ−Ａｌ2Ｏ3被膜とＴｉ（Ｃ、Ｏ）との多層被膜が研究
されたときに観察されたもの（米国特許第５,７００,５
６９号）より逃げ面摩耗は、明らかに減少した。
【００２７】本発明の主題、好ましい実施態様及び作用
様式は明細書に前述した。しかしながら、防御しようと
する本発明は、実施態様及び作用様式に限定するより説
明を意図したものであるので、特に限定することを意図
するものでない。本発明の意図から離脱することなく、
当業者は種々の変化をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の被覆ボディの代表例であり、
（ａ）はκ−Ａｌ2Ｏ3多層を有する例であり、（ｂ）は
γ−Ａｌ2Ｏ3多層を有する例であり、及び（ｃ）はγと
κとの混合Ａｌ2Ｏ3多層を有する例である。
【図２】図２は、本発明の被覆ボディの代表例であり、
（ａ）はＳＳ１６７２の切削に有効である例であり、及
び（ｃ）はＳＳ２２５８の切削に有効である例である。
【図３】図３は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるＳＳ
２２５８用の切れ刃の像を示し、２分と５分のκ−Ａｌ
2Ｏ3の単層及び多層を被覆したインサートの切れ刃と、
８分のκ−Ａｌ2Ｏ3の単層を被覆したインサートの切れ
刃と、９分のκ−Ａｌ2Ｏ3の多層を被覆したインサート
の切れ刃との像である。
【図４】図４は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるＳＳ
１６７８用の切れ刃の像を示し、２分、９分及び１５分
のκ−Ａｌ2Ｏ3の単層及び多層を被覆したインサートの
切れ刃の像である。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被膜が、γ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被
    覆ボディ。
  2. 【請求項２】 被膜が、７００〜９００℃の温度で化学
    蒸着によって被覆したκ−Ａｌ2Ｏ3の多層からなる被覆
    ボディ。
  3. 【請求項３】 被膜が、κ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3
    の多層からなり、各層を７００〜９００℃の温度で化学
    蒸着によって被覆した被覆ボディ。
  4. 【請求項４】 前記κ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3の少
    なくとも１種の多層に、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層が挿入され
    る請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆ボディ。
  5. 【請求項５】 前記κ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3の少
    なくとも１種の多層が、０.１〜３.２ミクロンの厚みを
    有する層からなる請求項４記載の被覆ボディ。
  6. 【請求項６】 前記κ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3の少
    なくとも１種の多層が、０.３〜１.２ミクロンの厚みを
    有する層からなる請求項４記載の被覆ボディ。
  7. 【請求項７】 前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層が、０.１〜３.
    ２ミクロンの厚みを有する層からなる請求項４記載の被
    覆ボディ。
  8. 【請求項８】 前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層が、０.３〜１.
    ２ミクロンの厚みを有する層からなる請求項４記載の被
    覆ボディ。
  9. 【請求項９】 前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層が、前記κ−Ａ
    ｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ 2Ｏ3の少なくとも１種の多層の頂上
    にある請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆ボデ
    ィ。
  10. 【請求項１０】 前記γ−Ａｌ2Ｏ3層がアルミナ最上層
    であり、且つ前記κ−Ａｌ2Ｏ3層がアルミナ最内層であ
    る請求項３記載の被覆ボディ。
  11. 【請求項１１】 前記多層が、３〜３０ミクロンの総厚
    みを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆ボ
    ディ。
  12. 【請求項１２】 前記多層が、５〜１５ミクロンの総厚
    みを有する請求項１１に記載の被覆ボディ。
  13. 【請求項１３】 前記被覆ボディが、超硬合金、サーメ
    ット、セラミック、高速度鋼及びそれらの混合物を含む
    群から選択された被覆ボディ。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の前記被覆ボディか
    ら作られた金属切削工具。
  15. 【請求項１５】 被膜が、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層上にＴｉ
    （Ｃ、Ｎ）の層を挿入させたκ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ
    2Ｏ3の少なくとも１種の多層からなる被覆ボディ。
  16. 【請求項１６】 被膜が、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の層上にＴｉ
    （Ｃ、Ｎ）の層を、且つ多層の頂上にＴｉ（Ｃ、Ｎ）の
    層を、挿入したκ−Ａｌ2Ｏ3及びγ−Ａｌ2Ｏ3の少なく
    とも１種の多層からなる被覆ボディ。
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