JP2003191106A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
表面被覆切削工具Info
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- JP2003191106A JP2003191106A JP2001389050A JP2001389050A JP2003191106A JP 2003191106 A JP2003191106 A JP 2003191106A JP 2001389050 A JP2001389050 A JP 2001389050A JP 2001389050 A JP2001389050 A JP 2001389050A JP 2003191106 A JP2003191106 A JP 2003191106A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 Ａｌ2Ｏ3層との密着性および切粉との付着性
抑制効果に優れ、高い耐欠損性と耐摩耗性がともに優れ
る表面被覆超硬合金を提供する。 【解決手段】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の群
から選ばれる炭化物、窒化物および炭窒化物からなる硬
質相と、少なくとも１種の鉄属金属からなる結合相とで
構成される硬質合金表面を、複数層の硬質被覆層で順次
被覆してなる表面被覆切削工具であって、前記硬質被覆
層の最外層をＴｉＮ層５とし、かつ該ＴｉＮ層５の直下
にＡｌ2Ｏ3層６を配するとともに、前記最外層のＴｉＮ
層５の深さ方向における酸素濃度分布の最小値
（ＯTiN）と、前記Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素
濃度分布の最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／Ｏ
Al2O3≦０．５を満足する。
抑制効果に優れ、高い耐欠損性と耐摩耗性がともに優れ
る表面被覆超硬合金を提供する。 【解決手段】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の群
から選ばれる炭化物、窒化物および炭窒化物からなる硬
質相と、少なくとも１種の鉄属金属からなる結合相とで
構成される硬質合金表面を、複数層の硬質被覆層で順次
被覆してなる表面被覆切削工具であって、前記硬質被覆
層の最外層をＴｉＮ層５とし、かつ該ＴｉＮ層５の直下
にＡｌ2Ｏ3層６を配するとともに、前記最外層のＴｉＮ
層５の深さ方向における酸素濃度分布の最小値
（ＯTiN）と、前記Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素
濃度分布の最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／Ｏ
Al2O3≦０．５を満足する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた耐チッピン
グ性および耐摩耗性を有する複数の硬質被覆層を表面に
被着形成した表面被覆切削工具に関し、特に炭素鋼、合
金鋼などの鋼や鋳鉄のみならず、ステンレス鋼等の難削
材の切削に際しても、優れた切削特性を有する表面被覆
切削工具に関する。
グ性および耐摩耗性を有する複数の硬質被覆層を表面に
被着形成した表面被覆切削工具に関し、特に炭素鋼、合
金鋼などの鋼や鋳鉄のみならず、ステンレス鋼等の難削
材の切削に際しても、優れた切削特性を有する表面被覆
切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、金属の切削加工に広く用いら
れている切削工具は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属
の少なくとも１種、特にＷＣ（炭化タングステン）を主
体とする硬質相と、Ｃｏ（コバルト）やＮｉ（ニッケ
ル）等の鉄族金属の結合相からなる超硬合金やサーメッ
ト等の硬質合金の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ層およびＡｌ2Ｏ3層等の硬質被覆層を単層または複数
層被着形成した表面被覆切削工具が用いられており、中
でもＴｉＮ層は耐酸化性、耐食性に優れるとともに、金
色の色調を有していることから切刃の状態を識別しやす
く、これを最外層として用いた切削工具が多用されてい
る。
れている切削工具は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属
の少なくとも１種、特にＷＣ（炭化タングステン）を主
体とする硬質相と、Ｃｏ（コバルト）やＮｉ（ニッケ
ル）等の鉄族金属の結合相からなる超硬合金やサーメッ
ト等の硬質合金の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ層およびＡｌ2Ｏ3層等の硬質被覆層を単層または複数
層被着形成した表面被覆切削工具が用いられており、中
でもＴｉＮ層は耐酸化性、耐食性に優れるとともに、金
色の色調を有していることから切刃の状態を識別しやす
く、これを最外層として用いた切削工具が多用されてい
る。
【０００３】これら表面被覆切削工具は、主に鋳鉄や炭
素鋼等の切削に利用されており、最近ではステンレス鋼
等の難削材の切削への利用も進められているが、硬質被
覆層の最外層として多用されているＴｉＮ層は切削時に
被削材から排出される高温の切粉が付着しやすく、Ｔｉ
Ｎ層の切粉が付着した部分は局所的に剥がし取られて耐
欠損性が低下するという問題があった。
素鋼等の切削に利用されており、最近ではステンレス鋼
等の難削材の切削への利用も進められているが、硬質被
覆層の最外層として多用されているＴｉＮ層は切削時に
被削材から排出される高温の切粉が付着しやすく、Ｔｉ
Ｎ層の切粉が付着した部分は局所的に剥がし取られて耐
欠損性が低下するという問題があった。
【０００４】そこで、特開２００１−２３９４０４号に
は、硬質被覆層として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ層を
複数層形成し、次にＴｉＣＮＯまたはＴｉＣＯ層を介し
てＡｌ2Ｏ3層を形成し、その直上にＴｉＯx層を介して
ＴｉＮ（Ｏ）層を配設することによって、最外層である
ＴｉＮ層への切粉の付着を防止でき、耐チッピング性を
向上させることが記載されている。
は、硬質被覆層として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ層を
複数層形成し、次にＴｉＣＮＯまたはＴｉＣＯ層を介し
てＡｌ2Ｏ3層を形成し、その直上にＴｉＯx層を介して
ＴｉＮ（Ｏ）層を配設することによって、最外層である
ＴｉＮ層への切粉の付着を防止でき、耐チッピング性を
向上させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
００１−２３９４０４号に記載されるように、内層−Ａ
ｌ2Ｏ3層−ＴｉＯx層−ＴｉＮ（Ｏ）層の順に硬質被覆
層を形成すると、硬質被覆層への切粉の付着は抑制され
るものの、Ａｌ2Ｏ3（熱膨張係数約６×１０-6／℃）
と、ＴｉＮ（熱膨張係数約９×１０-6／℃）との間に、
ＴｉＮより熱膨張係数が大きいＴｉＯx層（熱膨張係数
１０×１０-6／℃以上）が介在するために、難削材の切
削する場合のように、工具の温度が急激に高温となった
り、急激に低下したりして大きな熱サイクルが発生する
場合には、上記熱膨張係数差に伴って硬質被覆層間に大
きな熱応力がかかる結果、ＴｉＮ層がＴｉＯx層ごと剥
離しやすく、耐チッピング性の向上には限界があった。
００１−２３９４０４号に記載されるように、内層−Ａ
ｌ2Ｏ3層−ＴｉＯx層−ＴｉＮ（Ｏ）層の順に硬質被覆
層を形成すると、硬質被覆層への切粉の付着は抑制され
るものの、Ａｌ2Ｏ3（熱膨張係数約６×１０-6／℃）
と、ＴｉＮ（熱膨張係数約９×１０-6／℃）との間に、
ＴｉＮより熱膨張係数が大きいＴｉＯx層（熱膨張係数
１０×１０-6／℃以上）が介在するために、難削材の切
削する場合のように、工具の温度が急激に高温となった
り、急激に低下したりして大きな熱サイクルが発生する
場合には、上記熱膨張係数差に伴って硬質被覆層間に大
きな熱応力がかかる結果、ＴｉＮ層がＴｉＯx層ごと剥
離しやすく、耐チッピング性の向上には限界があった。
【０００６】また、ＴｉＮ層の直下にＴｉＮ層よりも熱
膨張係数の大きなＴｉＯx層を配設するためにＴｉＮ層
側に引っ張り応力がかかってしまい、ＴｉＮ層自体の付
着力も低下して容易に剥離または摩耗してしまうという
恐れも生じた。
膨張係数の大きなＴｉＯx層を配設するためにＴｉＮ層
側に引っ張り応力がかかってしまい、ＴｉＮ層自体の付
着力も低下して容易に剥離または摩耗してしまうという
恐れも生じた。
【０００７】したがって、本発明は、上記課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、特に工具表面が
高温となるような過酷な条件で切削する場合において
も、切削時の切粉の付着を抑制できるとともに硬質被覆
層の密着性を高めることができ、優れた耐欠損性および
耐摩耗性を有する長寿命の切削工具を提供することにあ
る。
るためになされたもので、その目的は、特に工具表面が
高温となるような過酷な条件で切削する場合において
も、切削時の切粉の付着を抑制できるとともに硬質被覆
層の密着性を高めることができ、優れた耐欠損性および
耐摩耗性を有する長寿命の切削工具を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
対して検討した結果、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金
属の群から選ばれる炭化物、窒化物および炭窒化物から
なる硬質相と、少なくとも１種の鉄属金属からなる結合
相とで構成される硬質合金表面を、複数層の硬質被覆層
で順次被覆してなる表面被覆切削工具において、前記硬
質被覆層の最外層をＴｉＮ層とし、かつ該ＴｉＮ層の直
下にＡｌ2Ｏ3層を配するとともに、前記最外層のＴｉＮ
層の深さ方向における酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）
と、前記Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素濃度分布の
最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．
５を満足するように制御することによって、切削時に工
具表面に切粉が付着することを抑制できるとともに、過
酷な条件で切削して工具の切刃部分に大きな熱サイクル
が付加されるような場合においても硬質被覆層の強固な
密着性を維持できることから、優れた耐摩耗性および耐
欠損性を有する切削工具が得られることを知見した。
対して検討した結果、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金
属の群から選ばれる炭化物、窒化物および炭窒化物から
なる硬質相と、少なくとも１種の鉄属金属からなる結合
相とで構成される硬質合金表面を、複数層の硬質被覆層
で順次被覆してなる表面被覆切削工具において、前記硬
質被覆層の最外層をＴｉＮ層とし、かつ該ＴｉＮ層の直
下にＡｌ2Ｏ3層を配するとともに、前記最外層のＴｉＮ
層の深さ方向における酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）
と、前記Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素濃度分布の
最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．
５を満足するように制御することによって、切削時に工
具表面に切粉が付着することを抑制できるとともに、過
酷な条件で切削して工具の切刃部分に大きな熱サイクル
が付加されるような場合においても硬質被覆層の強固な
密着性を維持できることから、優れた耐摩耗性および耐
欠損性を有する切削工具が得られることを知見した。
【０００９】ここで、前記硬質被覆層として、前記Ａｌ
2Ｏ3層の内側にＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＳｉおよびＭ
ｇの群から選ばれる少なくとも１種の炭化物、窒化物お
よび炭窒化物のいずれかからなる内層を少なくとも１層
配するとともに、前記最外層のＴｉＮ層の深さ方向にお
ける酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）と、前記内層の深
さ方向における酸素濃度分布の平均値（Ｏin）とが、０
＜Ｏin／ＯTiN≦０．５であることが望ましい。
2Ｏ3層の内側にＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＳｉおよびＭ
ｇの群から選ばれる少なくとも１種の炭化物、窒化物お
よび炭窒化物のいずれかからなる内層を少なくとも１層
配するとともに、前記最外層のＴｉＮ層の深さ方向にお
ける酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）と、前記内層の深
さ方向における酸素濃度分布の平均値（Ｏin）とが、０
＜Ｏin／ＯTiN≦０．５であることが望ましい。
【００１０】また、前記内層の深さ方向における酸素濃
度分布の平均値（Ｏin）と、前記Ａｌ2Ｏ3層の酸素含有
量の最大値（ＯAl2O3）とが、０．０１≦Ｏin／ＯAl2O3
≦０．３を満足することが望ましい。
度分布の平均値（Ｏin）と、前記Ａｌ2Ｏ3層の酸素含有
量の最大値（ＯAl2O3）とが、０．０１≦Ｏin／ＯAl2O3
≦０．３を満足することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の表面被覆切削工具につい
て、その一例についての模式図である図１を基に説明す
る。
て、その一例についての模式図である図１を基に説明す
る。
【００１２】図１によれば、表面被覆切削工具１は、炭
化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期律表第４
ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群
から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト
（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属から成る結合
相にて結合させた超硬合金や、サーメット等の硬質合金
からなる所定形状の母材２の表面に複数の硬質被覆層３
を被着形成したものからなる。
化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期律表第４
ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群
から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト
（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属から成る結合
相にて結合させた超硬合金や、サーメット等の硬質合金
からなる所定形状の母材２の表面に複数の硬質被覆層３
を被着形成したものからなる。
【００１３】本発明によれば、硬質被覆層３は、その要
部拡大図である図２に示すように、最表面層をＴｉＮ層
（以下、最外層ＴｉＮ層と称す。）５とし、かつこの最
外層ＴｉＮ層５の直下にＡｌ2Ｏ3層６を配するととも
に、図３のオージェ電子顕微鏡測定における硬質被覆層
３の酸素分布に示すように、最外層ＴｉＮ層５の深さ方
向における酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）と、Ａｌ2Ｏ
3層６の深さ方向における酸素濃度分布の最大値（Ｏ
Al2O3）が、０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．５を満足す
ることが大きな特徴であり、これによって、硬質被覆層
３の表面に切削によって生じる切粉が付着することを抑
制できるとともに、最外層ＴｉＮ層５の剥離を防止し、
かつＴｉＮ層５自体の付着力を高めて耐摩耗性を向上で
きる結果、鋳鉄や炭素鋼・合金鋼のみならず、ステンレ
ス鋼等の難削材の切削や連続長時間切削、さらにはドラ
イ切削等の過酷な条件での切削に対しても優れた耐摩耗
性および耐欠損性を有する長寿命の切削工具が得られ
る。
部拡大図である図２に示すように、最表面層をＴｉＮ層
（以下、最外層ＴｉＮ層と称す。）５とし、かつこの最
外層ＴｉＮ層５の直下にＡｌ2Ｏ3層６を配するととも
に、図３のオージェ電子顕微鏡測定における硬質被覆層
３の酸素分布に示すように、最外層ＴｉＮ層５の深さ方
向における酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）と、Ａｌ2Ｏ
3層６の深さ方向における酸素濃度分布の最大値（Ｏ
Al2O3）が、０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．５を満足す
ることが大きな特徴であり、これによって、硬質被覆層
３の表面に切削によって生じる切粉が付着することを抑
制できるとともに、最外層ＴｉＮ層５の剥離を防止し、
かつＴｉＮ層５自体の付着力を高めて耐摩耗性を向上で
きる結果、鋳鉄や炭素鋼・合金鋼のみならず、ステンレ
ス鋼等の難削材の切削や連続長時間切削、さらにはドラ
イ切削等の過酷な条件での切削に対しても優れた耐摩耗
性および耐欠損性を有する長寿命の切削工具が得られ
る。
【００１４】すなわち、ＯTiN／ＯAl2O3が０．１よりも
小さい場合には、過酷な切削によって切刃部の硬質被覆
層３での温度が急激に著しく上昇した際に硬質被覆層３
の表面に切粉が付着して部分的に剥離しやすくなり、工
具の耐欠損性が低下する。逆に、ＯTiN／ＯAl2O3が０．
５よりも大きい場合、Ａｌ2Ｏ3層との熱膨張係数差が大
きくなりＴｉＮとの密着性が低下する結果、表面被覆切
削工具１の耐チッピング性が低下して工具損傷が大きく
なる恐れがあるとともに、最外層ＴｉＮ層５の色調が鈍
くなり外観によって切刃の摩耗状態を識別することが困
難となる。なお、望ましい範囲は、０．２≦ＯTiN／Ｏ
Al2O3≦０．４である。
小さい場合には、過酷な切削によって切刃部の硬質被覆
層３での温度が急激に著しく上昇した際に硬質被覆層３
の表面に切粉が付着して部分的に剥離しやすくなり、工
具の耐欠損性が低下する。逆に、ＯTiN／ＯAl2O3が０．
５よりも大きい場合、Ａｌ2Ｏ3層との熱膨張係数差が大
きくなりＴｉＮとの密着性が低下する結果、表面被覆切
削工具１の耐チッピング性が低下して工具損傷が大きく
なる恐れがあるとともに、最外層ＴｉＮ層５の色調が鈍
くなり外観によって切刃の摩耗状態を識別することが困
難となる。なお、望ましい範囲は、０．２≦ＯTiN／Ｏ
Al2O3≦０．４である。
【００１５】また、本発明によれば、最外層であるＴｉ
Ｎ層５の直下にＡｌ2Ｏ3層６を配設することから、両者
間の熱膨張係数差が過酷な熱サイクルに耐え得るととも
に最外層であるＴｉＮ層５に所定の圧縮応力を付与する
ことができ、ＴｉＮ層５を剥離しにくく耐摩耗性に優れ
たものとすることができる。
Ｎ層５の直下にＡｌ2Ｏ3層６を配設することから、両者
間の熱膨張係数差が過酷な熱サイクルに耐え得るととも
に最外層であるＴｉＮ層５に所定の圧縮応力を付与する
ことができ、ＴｉＮ層５を剥離しにくく耐摩耗性に優れ
たものとすることができる。
【００１６】また、Ａｌ2Ｏ3層６の内側には、被膜の耐
欠損性を向上させるために、Ｔｉの炭化物、窒化物およ
び炭窒化物のいずれかからなる内層８を少なくとも１層
介層することが望ましく、また、母材２から炭素が拡散
して母材表面付近における脱炭による脆化相の生成を防
止するとともに、内層８の靱性を高めてＡｌ2Ｏ3層６お
よび最外層ＴｉＮ層５の耐欠損性を向上させるために、
最外層のＴｉＮ層５の深さ方向における酸素濃度分布の
最小値（ＯTiN）と、内層８の深さ方向における酸素濃
度分布の平均値（Ｏin）とが、０＜Ｏin／ＯTiN≦０．
５であることが望ましく、また、内層８の深さ方向にお
ける酸素濃度分布の平均値（Ｏin）と、前記Ａｌ2Ｏ3層
６の深さ方向における酸素濃度分布の最大値
（ＯAl2O3）とが、０．０１≦Ｏin／ＯAl2O3≦０．３を
満足することが望ましい。
欠損性を向上させるために、Ｔｉの炭化物、窒化物およ
び炭窒化物のいずれかからなる内層８を少なくとも１層
介層することが望ましく、また、母材２から炭素が拡散
して母材表面付近における脱炭による脆化相の生成を防
止するとともに、内層８の靱性を高めてＡｌ2Ｏ3層６お
よび最外層ＴｉＮ層５の耐欠損性を向上させるために、
最外層のＴｉＮ層５の深さ方向における酸素濃度分布の
最小値（ＯTiN）と、内層８の深さ方向における酸素濃
度分布の平均値（Ｏin）とが、０＜Ｏin／ＯTiN≦０．
５であることが望ましく、また、内層８の深さ方向にお
ける酸素濃度分布の平均値（Ｏin）と、前記Ａｌ2Ｏ3層
６の深さ方向における酸素濃度分布の最大値
（ＯAl2O3）とが、０．０１≦Ｏin／ＯAl2O3≦０．３を
満足することが望ましい。
【００１７】ここで、内層８が複数層からなる場合に
は、内層８中の酸素量Ｏinはそれらの平均値を取ればよ
い。
は、内層８中の酸素量Ｏinはそれらの平均値を取ればよ
い。
【００１８】また、本発明によれば、最外層であるＴｉ
Ｎ層５とＡｌ2Ｏ3層６の付着性を向上させ、耐摩耗性を
改善し、さらに、被膜全体の耐欠損性を維持するという
点で、最外層であるＴｉＮ層５の膜厚が０．５〜３μ
ｍ、Ａｌ2Ｏ3層６の膜厚が１〜５μｍ、内層８の総膜厚
が２〜１０μｍであることが望ましい。さらに、表面被
覆切削工具１のすくい面側の硬質被覆層３の総厚みは逃
げ面側の硬質被覆層３の総厚みとが膜厚ばらつき１μｍ
以内の厚みで均一であることが望ましい。
Ｎ層５とＡｌ2Ｏ3層６の付着性を向上させ、耐摩耗性を
改善し、さらに、被膜全体の耐欠損性を維持するという
点で、最外層であるＴｉＮ層５の膜厚が０．５〜３μ
ｍ、Ａｌ2Ｏ3層６の膜厚が１〜５μｍ、内層８の総膜厚
が２〜１０μｍであることが望ましい。さらに、表面被
覆切削工具１のすくい面側の硬質被覆層３の総厚みは逃
げ面側の硬質被覆層３の総厚みとが膜厚ばらつき１μｍ
以内の厚みで均一であることが望ましい。
【００１９】また、最外層ＴｉＮ層５との密着性を向上
させるという点で、Ａｌ2Ｏ3層６の表面粗さＲAl2O3は
７〜１２μｍ、さらに、切粉との付着性を改善するとい
う点で、最外層ＴｉＮ層５の表面粗さＲTiNは２〜６μ
ｍであることが望ましい。なお、本発明における前記表
面粗さとは、図４に示すような表面被覆切削工具１の断
面ＳＥＭ像において観察される各層表面の凹凸の最大幅
Ｒを意味する。
させるという点で、Ａｌ2Ｏ3層６の表面粗さＲAl2O3は
７〜１２μｍ、さらに、切粉との付着性を改善するとい
う点で、最外層ＴｉＮ層５の表面粗さＲTiNは２〜６μ
ｍであることが望ましい。なお、本発明における前記表
面粗さとは、図４に示すような表面被覆切削工具１の断
面ＳＥＭ像において観察される各層表面の凹凸の最大幅
Ｒを意味する。
【００２０】さらに、最外層であるＴｉＮ層５とＡｌ2
Ｏ3層６との酸素量は、両者間の熱疲労をより抑制する
ために、測定ノイズを除いて漸次連続的に変化すること
が望ましい。
Ｏ3層６との酸素量は、両者間の熱疲労をより抑制する
ために、測定ノイズを除いて漸次連続的に変化すること
が望ましい。
【００２１】（製造方法）また、上述した表面被覆切削
工具を製造するには、まず、上述した硬質合金を焼成に
よって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化
物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜
添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間
静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工
具形状に成形した後、真空中または非酸化性雰囲気中に
て焼成することによって上述した硬質合金母材２を作製
する。
工具を製造するには、まず、上述した硬質合金を焼成に
よって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化
物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜
添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間
静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工
具形状に成形した後、真空中または非酸化性雰囲気中に
て焼成することによって上述した硬質合金母材２を作製
する。
【００２２】そして、上記母材２を所望により研磨加工
した後、表面に化学気相蒸着法によって硬質被覆層３を
成膜する。各層の成膜条件は、例えば、反応ガス組成と
して、体積％でＴｉＣｌ4ガス、ＡｌＣｌ3ガス、ＺｒＣ
ｌ4ガスおよびＳｉＣｌ4ガスを０．１〜１０ｖｏｌ％、
Ｎ2ガスを０〜６０ｖｏｌ％、ＣＨ4ガスを０〜０．１ｖ
ｏｌ％、ＣＨ3ＣＮガスを０〜０．１ｖｏｌ％、ＣＯ2ガ
スを０．０１〜０．１ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからな
る混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チ
ャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとして
内層を少なくとも１層成膜する。
した後、表面に化学気相蒸着法によって硬質被覆層３を
成膜する。各層の成膜条件は、例えば、反応ガス組成と
して、体積％でＴｉＣｌ4ガス、ＡｌＣｌ3ガス、ＺｒＣ
ｌ4ガスおよびＳｉＣｌ4ガスを０．１〜１０ｖｏｌ％、
Ｎ2ガスを０〜６０ｖｏｌ％、ＣＨ4ガスを０〜０．１ｖ
ｏｌ％、ＣＨ3ＣＮガスを０〜０．１ｖｏｌ％、ＣＯ2ガ
スを０．０１〜０．１ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからな
る混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チ
ャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとして
内層を少なくとも１層成膜する。
【００２３】引き続き、ＡｌＣｌ3ガスを３〜２０ｖｏ
ｌ％、ＨＣｌガスを０．５〜３．５ｖｏｌ％、ＣＯ2ガ
スを０．５〜２．５ｖｏｌ％、Ｈ2Ｓガスを０〜０．０
１ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを用い、
９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａの条件でＡｌ2Ｏ3
層６を被覆する。
ｌ％、ＨＣｌガスを０．５〜３．５ｖｏｌ％、ＣＯ2ガ
スを０．５〜２．５ｖｏｌ％、Ｈ2Ｓガスを０〜０．０
１ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを用い、
９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａの条件でＡｌ2Ｏ3
層６を被覆する。
【００２４】そして、ＴｉＣｌ4ガスを０．１〜１０ｖ
ｏｌ％、Ｎ2ガスを２０〜６０ｖｏｌ％、ＣＯ2ガスを
０．０５〜０．５ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからなる混
合ガスを用い、８００〜１１００℃、５０〜９０ｋＰａ
の条件で最外層ＴｉＮ層５を被覆することによって本発
明の表面被覆切削工具を作製することができる。
ｏｌ％、Ｎ2ガスを２０〜６０ｖｏｌ％、ＣＯ2ガスを
０．０５〜０．５ｖｏｌ％、残りがＨ2ガスからなる混
合ガスを用い、８００〜１１００℃、５０〜９０ｋＰａ
の条件で最外層ＴｉＮ層５を被覆することによって本発
明の表面被覆切削工具を作製することができる。
【００２５】なお、上記ＣＶＤ法において、通常行われ
ている各層を成膜した後に不活性ガスを流通させてチャ
ンバ内を洗浄する工程をＡｌ2Ｏ3層６を成膜した後に省
いてそのままＴｉＮ層５を成膜することによって、Ａｌ
2Ｏ3層６−最外層ＴｉＮ層５との酸素量を連続的に変化
させることができる。また、各硬質被覆層５、６、８の
膜厚は成膜時間によって制御すればよい。
ている各層を成膜した後に不活性ガスを流通させてチャ
ンバ内を洗浄する工程をＡｌ2Ｏ3層６を成膜した後に省
いてそのままＴｉＮ層５を成膜することによって、Ａｌ
2Ｏ3層６−最外層ＴｉＮ層５との酸素量を連続的に変化
させることができる。また、各硬質被覆層５、６、８の
膜厚は成膜時間によって制御すればよい。
【００２６】
【実施例】平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（Ｗ
Ｃ）粉末、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）
粉末および平均粒径２．０μｍの表１に示す金属元素
（Ｍ）の無機化合物粉末を表１に示す比率で添加、混合
して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０
４０８）に成形した後、脱バインダ処理を施し、さら
に、１０００℃以上を３℃／分の速度で昇温して、０．
０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合
金を作製した。
Ｃ）粉末、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）
粉末および平均粒径２．０μｍの表１に示す金属元素
（Ｍ）の無機化合物粉末を表１に示す比率で添加、混合
して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０
４０８）に成形した後、脱バインダ処理を施し、さら
に、１０００℃以上を３℃／分の速度で昇温して、０．
０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合
金を作製した。
【００２７】得られた超硬合金の表面にＣＶＤ法により
表１に示す条件で各種の硬質被覆層を形成して表２の切
削工具を作製した。
表１に示す条件で各種の硬質被覆層を形成して表２の切
削工具を作製した。
【００２８】
【表１】
【００２９】得られた表面被覆切削工具に対して、オー
ジェ電子分光分析により硬質被覆層の表面から内部に向
かって、２０μｍの任意領域における酸素濃度分布を測
定した。なお、オージェ分析は、破断面において、表面
から母材との界面までを連続的に測定した。また、その
酸素濃度分布から図３に示すような濃度分布のマッピン
グをし、各層の酸素濃度の比を算出した。結果は表２に
示した。
ジェ電子分光分析により硬質被覆層の表面から内部に向
かって、２０μｍの任意領域における酸素濃度分布を測
定した。なお、オージェ分析は、破断面において、表面
から母材との界面までを連続的に測定した。また、その
酸素濃度分布から図３に示すような濃度分布のマッピン
グをし、各層の酸素濃度の比を算出した。結果は表２に
示した。
【００３０】
【表２】
【００３１】そして、この切削工具を用いて下記の条件
により合金鋼の切削を２５分間行い、切削工具の切刃の
観察を行うとともにフランク摩耗量および先端摩耗量を
測定した。なお、切削試験中にフランク摩耗量あるいは
先端摩耗量が０．２ｍｍに達した場合にはその切削時間
を測定した。さらに、溝付き鋼材により断続試験を行
い、欠損したときの衝撃回数を比較した。結果は表３に
示した。
により合金鋼の切削を２５分間行い、切削工具の切刃の
観察を行うとともにフランク摩耗量および先端摩耗量を
測定した。なお、切削試験中にフランク摩耗量あるいは
先端摩耗量が０．２ｍｍに達した場合にはその切削時間
を測定した。さらに、溝付き鋼材により断続試験を行
い、欠損したときの衝撃回数を比較した。結果は表３に
示した。
【００３２】（摩耗試験）
被削材 ：合金鋼（ＳＣＭ４３５）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
（断続試験）
被削材 ：合金鋼（ＳＣＭ４４０）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：２００ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
【００３３】
【表３】
【００３４】表２、３の結果より、ＯTiN／ＯAl2O3が
０．１より小さい試料Ｎｏ．１では、切粉の付着が多量
に発生し、微細なチッピングが多く発生して切削性能が
低下した。また、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＮ層の間にＴｉＯx
（Ｘ＝１．５）層を介層した試料Ｎｏ．６では、ＯTiN
／ＯAl2O3が０．５より大きくなり、Ａｌ2Ｏ3層との密
着性が低下して剥離が発生し切削性能が低下した。
０．１より小さい試料Ｎｏ．１では、切粉の付着が多量
に発生し、微細なチッピングが多く発生して切削性能が
低下した。また、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＮ層の間にＴｉＯx
（Ｘ＝１．５）層を介層した試料Ｎｏ．６では、ＯTiN
／ＯAl2O3が０．５より大きくなり、Ａｌ2Ｏ3層との密
着性が低下して剥離が発生し切削性能が低下した。
【００３５】これに対して、本発明に従い、Ａｌ2Ｏ3層
の上に酸素を含有するＴｉＮ層を直接付着し、Ａｌ2Ｏ3
層の深さ方向における酸素濃度分布の最大値と最外層Ｔ
ｉＮ層の酸素含有量の最小値との比ＯTiN／ＯAl2O3が
０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．５の範囲内にある試料Ｎ
ｏ．２〜５では、いずれも切粉の付着がなく、硬質被覆
層の剥離も発生せず優れた切削性能を有するものであっ
た。
の上に酸素を含有するＴｉＮ層を直接付着し、Ａｌ2Ｏ3
層の深さ方向における酸素濃度分布の最大値と最外層Ｔ
ｉＮ層の酸素含有量の最小値との比ＯTiN／ＯAl2O3が
０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．５の範囲内にある試料Ｎ
ｏ．２〜５では、いずれも切粉の付着がなく、硬質被覆
層の剥離も発生せず優れた切削性能を有するものであっ
た。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の表面被覆
切削工具によれば、最外層ＴｉＮ層と、該最外層ＴｉＮ
層の直下にＡｌ2Ｏ3層とをともに配するとともに、前記
最外層のＴｉＮ層の深さ方向における酸素濃度分布の最
小値（ＯTiN）と、前記Ａｌ2Ｏ 3層の深さ方向における
酸素濃度分布の最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／
ＯAl2O3≦０．５を満足するように制御することによっ
て、切削時に工具表面に切粉が付着することを抑制でき
るとともに、過酷な条件で切削して工具の切刃部分に大
きな熱サイクルが付加されるような場合においても硬質
被覆層の強固な密着性を維持できることから、優れた耐
摩耗性および耐欠損性を有する切削工具が得られる。
切削工具によれば、最外層ＴｉＮ層と、該最外層ＴｉＮ
層の直下にＡｌ2Ｏ3層とをともに配するとともに、前記
最外層のＴｉＮ層の深さ方向における酸素濃度分布の最
小値（ＯTiN）と、前記Ａｌ2Ｏ 3層の深さ方向における
酸素濃度分布の最大値（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／
ＯAl2O3≦０．５を満足するように制御することによっ
て、切削時に工具表面に切粉が付着することを抑制でき
るとともに、過酷な条件で切削して工具の切刃部分に大
きな熱サイクルが付加されるような場合においても硬質
被覆層の強固な密着性を維持できることから、優れた耐
摩耗性および耐欠損性を有する切削工具が得られる。
【図１】本発明の表面被覆切削工具の概略断面図であ
る。
る。
【図２】図１の表面被覆切削工具の要部拡大図である。
【図３】本発明の表面被覆切削工具（実施例４）の硬質
被覆層中の酸素含有分布を説明するための図である。
被覆層中の酸素含有分布を説明するための図である。
【図４】本発明の表面被覆切削工具の硬質被覆層の表面
粗さの測定法を説明するための図である。
粗さの測定法を説明するための図である。
１ 表面被覆切削工具
２ 母材
３ 硬質被覆層
５ 硬質被覆層の最外層をなすＴｉＮ層（最外層Ｔ
ｉＮ層） ６ Ａｌ2Ｏ3層 ８ 内層 ＯTiN ：最外層ＴｉＮ層の深さ方向における酸素濃度
分布の最小値 ＯAl2O3：Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素濃度分布
の最大値 Ｏin ：内層の深さ方向における酸素濃度分布の平均
値
ｉＮ層） ６ Ａｌ2Ｏ3層 ８ 内層 ＯTiN ：最外層ＴｉＮ層の深さ方向における酸素濃度
分布の最小値 ＯAl2O3：Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素濃度分布
の最大値 Ｏin ：内層の深さ方向における酸素濃度分布の平均
値
Claims (3)
- 【請求項１】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の群
から選ばれる炭化物、窒化物および炭窒化物からなる硬
質相と、少なくとも１種の鉄属金属からなる結合相とで
構成される硬質合金表面を、複数層の硬質被覆層で順次
被覆してなる表面被覆切削工具であって、前記硬質被覆
層の最外層をＴｉＮ層とし、かつ該ＴｉＮ層の直下にＡ
ｌ2Ｏ3層を配するとともに、前記最外層のＴｉＮ層の深
さ方向における酸素濃度分布の最小値（ＯTiN）と、前
記Ａｌ2Ｏ3層の深さ方向における酸素濃度分布の最大値
（ＯAl2O3）が、０．１≦ＯTiN／ＯAl2O3≦０．５を満
足することを特徴とする表面被覆切削工具。 - 【請求項２】 前記硬質被覆層として、前記Ａｌ2Ｏ3層
の内側にＴｉ、Ａｌ、ＺｒおよびＳｉの群から選ばれる
少なくとも１種の炭化物、窒化物および炭窒化物のいず
れかからなる内層を少なくとも１層配するとともに、前
記最外層のＴｉＮ層の深さ方向における酸素濃度分布の
最小値（ＯTiN）と、前記内層の深さ方向における酸素
濃度分布の平均値（Ｏin）とが、０＜Ｏin／ＯTiN≦
０．５であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆
切削工具。 - 【請求項３】 前記内層の深さ方向における酸素濃度分
布の平均値（Ｏin）と、前記Ａｌ2Ｏ3層の酸素含有量の
最大値（ＯAl2O3）とが、０．０１≦Ｏin／ＯA l2O3≦
０．３を満足することを特徴とする請求項１または２記
載の表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389050A JP3784318B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389050A JP3784318B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 表面被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003191106A true JP2003191106A (ja) | 2003-07-08 |
| JP3784318B2 JP3784318B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=27597374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001389050A Expired - Lifetime JP3784318B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3784318B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009048021A1 (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-16 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 刃先交換型切削チップ |
-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001389050A patent/JP3784318B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009048021A1 (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-16 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 刃先交換型切削チップ |
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|---|---|
| JP3784318B2 (ja) | 2006-06-07 |
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