JP2003266211A - ハフニウム含有膜被覆工具 - Google Patents
ハフニウム含有膜被覆工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】工具として使用未使用が容易に判別出来、しか
も従来に比べて工具表面の膜密着性と摺動性が優れ、切
削耐久特性が大幅に改善された被覆工具を提供すること
を目的とする。 【構成】基体表面に、ハフニウムの炭化物、窒化物、炭
窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか１
種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜からなり引張残留
応力を有するハフニウム含有膜を酸化アルミニウム膜よ
りも工具表面側に被覆することにより構成する。
も従来に比べて工具表面の膜密着性と摺動性が優れ、切
削耐久特性が大幅に改善された被覆工具を提供すること
を目的とする。 【構成】基体表面に、ハフニウムの炭化物、窒化物、炭
窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか１
種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜からなり引張残留
応力を有するハフニウム含有膜を酸化アルミニウム膜よ
りも工具表面側に被覆することにより構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハフニウム含有膜
被覆工具に関するものである。
被覆工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、硬質膜被覆工具は超硬合金、高
速度鋼又は特殊鋼よりなる基体表面に化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）法又は物理蒸着法（ＰＶＤ）等により硬質皮膜を被
覆することにより作製され、皮膜の耐摩耗性と基体の強
靭性とを兼ね備えているため広く利用されている。特に
高硬度材を高速で切削する場合には切削工具の刃先温度
が１０００℃付近にまで上昇することがあり、このよう
な高温で工具は被削材との接触による摩耗や断続切削等
の機械的衝撃に耐える必要があるため耐摩耗性と耐欠損
性性とを兼ね備えた上記の硬質膜被覆工具が重宝されて
いる。硬質皮膜は、ＣＶＤ法或いはＰＶＤ法により成膜
されている。ＰＶＤ法で成膜された膜は一般に圧縮応力
を有しておりＣＶＤ法で成膜された膜は引張応力を有し
ている。ＰＶＤ法の長所は多数の元素を含有する膜を比
較的容易に成膜できることであり、欠点はＣＶＤ膜に比
べて膜の密着性が劣ることである。すなわち、ＰＶＤ法
で成膜され圧縮応力を有する皮膜は下地膜との密着性が
劣るため切削の初期に皮膜が剥がれてしまい摺動性や耐
摩耗性を高める皮膜の役割があまり期待できない欠点が
ある。これに対して、ＣＶＤ法の長所は７５０〜１０５
０℃と高い温度で成膜されるため膜間の密着性が優れし
かもより高温で使用しても膜特性の劣化が少ないことで
あり、欠点は化学反応を用いて成膜するために多数の元
素を含有する膜を成膜することが困難なことである。こ
のため、切削加工時に刃先が１０００℃前後まで昇温す
る旋削工具に使用されている皮膜は熱ＣＶＤ法で成膜さ
れたＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３膜に限定さ
れているのが実状である。熱ＣＶＤ法で成膜された硬質
膜被覆工具表面の皮膜は耐摩耗性を左右するため種々の
改善がなされてきた。例えば、基体表面に高硬度の炭化
チタン膜を被覆して耐摩耗性を改善したもの、或いはこ
の炭化チタン膜の表面にさらに酸化アルミニウム膜を被
覆し耐酸化性を改善したもの等がある。特に、酸化アル
ミニウム膜は化学的に安定しており酸化に強く被削材と
も反応し難いため多くの工具で利用されている。
速度鋼又は特殊鋼よりなる基体表面に化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）法又は物理蒸着法（ＰＶＤ）等により硬質皮膜を被
覆することにより作製され、皮膜の耐摩耗性と基体の強
靭性とを兼ね備えているため広く利用されている。特に
高硬度材を高速で切削する場合には切削工具の刃先温度
が１０００℃付近にまで上昇することがあり、このよう
な高温で工具は被削材との接触による摩耗や断続切削等
の機械的衝撃に耐える必要があるため耐摩耗性と耐欠損
性性とを兼ね備えた上記の硬質膜被覆工具が重宝されて
いる。硬質皮膜は、ＣＶＤ法或いはＰＶＤ法により成膜
されている。ＰＶＤ法で成膜された膜は一般に圧縮応力
を有しておりＣＶＤ法で成膜された膜は引張応力を有し
ている。ＰＶＤ法の長所は多数の元素を含有する膜を比
較的容易に成膜できることであり、欠点はＣＶＤ膜に比
べて膜の密着性が劣ることである。すなわち、ＰＶＤ法
で成膜され圧縮応力を有する皮膜は下地膜との密着性が
劣るため切削の初期に皮膜が剥がれてしまい摺動性や耐
摩耗性を高める皮膜の役割があまり期待できない欠点が
ある。これに対して、ＣＶＤ法の長所は７５０〜１０５
０℃と高い温度で成膜されるため膜間の密着性が優れし
かもより高温で使用しても膜特性の劣化が少ないことで
あり、欠点は化学反応を用いて成膜するために多数の元
素を含有する膜を成膜することが困難なことである。こ
のため、切削加工時に刃先が１０００℃前後まで昇温す
る旋削工具に使用されている皮膜は熱ＣＶＤ法で成膜さ
れたＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３膜に限定さ
れているのが実状である。熱ＣＶＤ法で成膜された硬質
膜被覆工具表面の皮膜は耐摩耗性を左右するため種々の
改善がなされてきた。例えば、基体表面に高硬度の炭化
チタン膜を被覆して耐摩耗性を改善したもの、或いはこ
の炭化チタン膜の表面にさらに酸化アルミニウム膜を被
覆し耐酸化性を改善したもの等がある。特に、酸化アル
ミニウム膜は化学的に安定しており酸化に強く被削材と
も反応し難いため多くの工具で利用されている。
【０００３】しかし、酸化アルミニウム膜は透明である
ため１旦切削工具として使用された後も使用済みの痕跡
が一目では判別し難い欠点がある。このため、多くの工
具では酸化アルミニウム膜の外側に略金色の窒化チタン
膜が被覆されている。このような工具は一旦使用される
と最外層の窒化チタン膜の表面が黒く変色するために工
具が使用済であることが容易に判別される利点があるた
め広く実用されているが、残念ながら、酸化アルミニウ
ム膜の表面に窒化チタン膜や炭窒化チタン膜を形成する
ため工具表面の摺動性が低下し切削耐久特性が低下する
という欠点が現れていた。
ため１旦切削工具として使用された後も使用済みの痕跡
が一目では判別し難い欠点がある。このため、多くの工
具では酸化アルミニウム膜の外側に略金色の窒化チタン
膜が被覆されている。このような工具は一旦使用される
と最外層の窒化チタン膜の表面が黒く変色するために工
具が使用済であることが容易に判別される利点があるた
め広く実用されているが、残念ながら、酸化アルミニウ
ム膜の表面に窒化チタン膜や炭窒化チタン膜を形成する
ため工具表面の摺動性が低下し切削耐久特性が低下する
という欠点が現れていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、工具として使用未使用が容易に判別出来し
かも従来に比べて工具表面の摺動性や耐欠損性が優れ、
切削耐久特性が大幅に改善された被覆工具を提供するこ
とである。本発明者らは上記従来技術被覆工具の欠点を
解決するために鋭意研究した結果、有色で高温耐熱性と
摺動性とが優れるハフニウム含有膜を工具の表面に形成
することによって工具として使用・未使用が容易に判別
できるようになるとともに、工具表面の温度が上昇し易
い高速切削においても耐熱安定性と摺動性が優れている
ため耐欠損性が改善され優れた切削耐久特性を有する工
具が得られることを見出し、本発明に至った。更には、
被削材との接触頻度が最も高い刃先部の最外層の少なく
とも一部に内層の酸化アルミニウム膜を露出させること
により更に優れた切削耐久特性を有する工具が得られる
ことを見出し、本発明に至った。
する課題は、工具として使用未使用が容易に判別出来し
かも従来に比べて工具表面の摺動性や耐欠損性が優れ、
切削耐久特性が大幅に改善された被覆工具を提供するこ
とである。本発明者らは上記従来技術被覆工具の欠点を
解決するために鋭意研究した結果、有色で高温耐熱性と
摺動性とが優れるハフニウム含有膜を工具の表面に形成
することによって工具として使用・未使用が容易に判別
できるようになるとともに、工具表面の温度が上昇し易
い高速切削においても耐熱安定性と摺動性が優れている
ため耐欠損性が改善され優れた切削耐久特性を有する工
具が得られることを見出し、本発明に至った。更には、
被削材との接触頻度が最も高い刃先部の最外層の少なく
とも一部に内層の酸化アルミニウム膜を露出させること
により更に優れた切削耐久特性を有する工具が得られる
ことを見出し、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体表面に、
ハフニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒
酸化物、炭窒酸化物のいずれか１種の単層皮膜又は２種
以上の多層皮膜からなり引張残留応力を有するハフニウ
ム含有膜を、酸化アルミニウム膜よりも工具表面側に被
覆してなるハフニウム含有膜被覆工具である。このよう
に工具の外層部分を有色で高温耐熱性と摺動性の優れる
ハフニウム含有膜で構成することにより、工具として使
用済みか否かが容易に判別出来るようになるとともに、
工具表面に良好な摺動性と耐熱安定性とが得られるため
優れた切削耐久特性が実現されている。ハフニウムは特
に耐熱安定性と摺動性とを高めるため工具表面が被削材
や切屑から受ける摩耗や衝撃を小さくするため良好な切
削耐久特性が実現されている。また、引張残留応力を有
していることによりハフニウム含有膜とその下地膜との
間に優れた密着性が得られる。ここで、皮膜が引張残留
応力を有するか否かはＸ線応力測定法の１種である並傾
法を用いて膜応力σの符号（±）を求めることにより判
定できる。符号が＋の時は引張残留応力を持ち、−の時
は圧縮残留応力を有している。１般に、膜の残留応力σ
は、Ｘ線応力測定法による並傾法を用いて、次式に示す
応力計算式により求められる。
ハフニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒
酸化物、炭窒酸化物のいずれか１種の単層皮膜又は２種
以上の多層皮膜からなり引張残留応力を有するハフニウ
ム含有膜を、酸化アルミニウム膜よりも工具表面側に被
覆してなるハフニウム含有膜被覆工具である。このよう
に工具の外層部分を有色で高温耐熱性と摺動性の優れる
ハフニウム含有膜で構成することにより、工具として使
用済みか否かが容易に判別出来るようになるとともに、
工具表面に良好な摺動性と耐熱安定性とが得られるため
優れた切削耐久特性が実現されている。ハフニウムは特
に耐熱安定性と摺動性とを高めるため工具表面が被削材
や切屑から受ける摩耗や衝撃を小さくするため良好な切
削耐久特性が実現されている。また、引張残留応力を有
していることによりハフニウム含有膜とその下地膜との
間に優れた密着性が得られる。ここで、皮膜が引張残留
応力を有するか否かはＸ線応力測定法の１種である並傾
法を用いて膜応力σの符号（±）を求めることにより判
定できる。符号が＋の時は引張残留応力を持ち、−の時
は圧縮残留応力を有している。１般に、膜の残留応力σ
は、Ｘ線応力測定法による並傾法を用いて、次式に示す
応力計算式により求められる。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、Ｅは弾性定数、νはポアソン比、
θ０は無歪みの格子面からの標準ブラッグ回折角、Ψは
回折格子面法線と試料面法線との傾き、θは測定試料の
角度がΨの時のブラッグ回折角である。前記数式１よ
り、膜応力の符号（±）の決定には２θ−ｓｉｎ２Ψ線
図の勾配のみが必要とされ、弾性定数Ｅやポアソン比
ν、ｃｏｔθ０（常に＋）の正確な値は必要としないこ
とがわかる。
θ０は無歪みの格子面からの標準ブラッグ回折角、Ψは
回折格子面法線と試料面法線との傾き、θは測定試料の
角度がΨの時のブラッグ回折角である。前記数式１よ
り、膜応力の符号（±）の決定には２θ−ｓｉｎ２Ψ線
図の勾配のみが必要とされ、弾性定数Ｅやポアソン比
ν、ｃｏｔθ０（常に＋）の正確な値は必要としないこ
とがわかる。
【０００８】本発明の被覆工具は、刃先部の最外層の少
なくとも一部が酸化アルミニウム膜で構成されているこ
とが好ましい。被削材との接触頻度が高い刃先部の少な
くとも一部が耐酸化性と耐溶着性とが特に優れている酸
化アルミニウム膜で構成されていることにより被削材と
溶着することが特に少なくなり、更に優れた切削耐久特
性が実現される。この時も刃先部以外の主要部が有色の
ハフニウム含有膜で覆われているため良好な摺動性と工
具使用済の有無が容易に判定できる利点が確保される。
刃先部の最外層の少なくとも一部に酸化アルミニウム膜
を露出させる方法としては、例えば当初最外層を構成し
ているハフニウム含有膜等を研磨布、バフ、ブラシ或い
はラバー等と研磨用砥粒とを組み合わせて研磨する、或
いは砥粒を含んだ加圧基体や流体流を吹き付ける等の方
法がある。
なくとも一部が酸化アルミニウム膜で構成されているこ
とが好ましい。被削材との接触頻度が高い刃先部の少な
くとも一部が耐酸化性と耐溶着性とが特に優れている酸
化アルミニウム膜で構成されていることにより被削材と
溶着することが特に少なくなり、更に優れた切削耐久特
性が実現される。この時も刃先部以外の主要部が有色の
ハフニウム含有膜で覆われているため良好な摺動性と工
具使用済の有無が容易に判定できる利点が確保される。
刃先部の最外層の少なくとも一部に酸化アルミニウム膜
を露出させる方法としては、例えば当初最外層を構成し
ているハフニウム含有膜等を研磨布、バフ、ブラシ或い
はラバー等と研磨用砥粒とを組み合わせて研磨する、或
いは砥粒を含んだ加圧基体や流体流を吹き付ける等の方
法がある。
【０００９】次に、本発明の被覆工具は、ハフニウム含
有膜と酸化アルミニウム膜の間にチタン含有膜が挿入さ
れていることが好ましい。こうすることによりハフニウ
ム含有膜と酸化アルミニウム膜の間に更に優れた密着性
が得られるとともにチタン含有膜により耐摩耗性が強化
され、更に優れた切削耐久特性が実現される。チタン含
有膜にはＴｉＮやＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣ
Ｏ、ＴｉＣＮＯ等を用いることができる。
有膜と酸化アルミニウム膜の間にチタン含有膜が挿入さ
れていることが好ましい。こうすることによりハフニウ
ム含有膜と酸化アルミニウム膜の間に更に優れた密着性
が得られるとともにチタン含有膜により耐摩耗性が強化
され、更に優れた切削耐久特性が実現される。チタン含
有膜にはＴｉＮやＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣ
Ｏ、ＴｉＣＮＯ等を用いることができる。
【００１０】更に、本発明の被覆工具は、前記刃先部、
特にホーニング部近傍の表面粗さＲａを０．１２μｍ以
下とすることが好ましい。こうすることにより、特に被
削材との接触頻度が高い刃先部の摺動性が更に高まり更
に優れた切削耐久特性が実現される。刃先部の表面粗さ
Ｒａは０．０８μｍ以下であることが最も好ましく、最
も優れた切削耐久特性が実現できる。
特にホーニング部近傍の表面粗さＲａを０．１２μｍ以
下とすることが好ましい。こうすることにより、特に被
削材との接触頻度が高い刃先部の摺動性が更に高まり更
に優れた切削耐久特性が実現される。刃先部の表面粗さ
Ｒａは０．０８μｍ以下であることが最も好ましく、最
も優れた切削耐久特性が実現できる。
【００１１】本発明の被覆工具において、ハフニウム含
有膜は上記の膜に限るものではなく、例えばＺｒ、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｙ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂの１種又は二種以上を
０．３〜１０質量％添加した膜でも良い。０．３質量％
未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％を
超えると上記膜の耐摩耗や高靭性の効果が低くなる欠点
が現れる。
有膜は上記の膜に限るものではなく、例えばＺｒ、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｙ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂの１種又は二種以上を
０．３〜１０質量％添加した膜でも良い。０．３質量％
未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％を
超えると上記膜の耐摩耗や高靭性の効果が低くなる欠点
が現れる。
【００１２】本発明において、最外層のハフニウム含有
膜の上に更に美観を高めるために少なくとも１層のチタ
ンやジルコニウム、クロム、ボロンの化合物（例えば、
ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣＮ、ＴｉＢＮ、Ｃｒ
Ｎ、ＣｒＣＮ、ＢＣＮ、ＢＮ或いはこれらを組み合わせ
た多層膜等）を被覆してもよい。また、本発明に用いる
酸化アルミニウム膜にはκ型酸化アルミニウム（κ−Ａ
ｌ２Ｏ３）単相膜やα型酸化アルミニウム（α−Ａｌ２
Ｏ３）単相膜或いはκ型酸化アルミニウムとα型酸化ア
ルミニウムとの混合膜でもよい。また、κ型酸化アルミ
ニウムおよび／又はα型酸化アルミニウムと、γ型酸化
アルミニウム、θ型酸化アルミニウム、δ型酸化アルミ
ニウム、χ型酸化アルミニウムの少なくとも１種とから
なる混合膜でもよい。また、酸化アルミニウム膜の代わ
りに酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム等に代表され
る他の酸化物との混合膜でもよい。また、本発明で用い
る膜には被覆工具の切削耐久特性を劣化させない範囲で
ＷやＣｏ等不可避の添加物や不純物を、例えば３質量％
程度まで含むことが許容される。
膜の上に更に美観を高めるために少なくとも１層のチタ
ンやジルコニウム、クロム、ボロンの化合物（例えば、
ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣＮ、ＴｉＢＮ、Ｃｒ
Ｎ、ＣｒＣＮ、ＢＣＮ、ＢＮ或いはこれらを組み合わせ
た多層膜等）を被覆してもよい。また、本発明に用いる
酸化アルミニウム膜にはκ型酸化アルミニウム（κ−Ａ
ｌ２Ｏ３）単相膜やα型酸化アルミニウム（α−Ａｌ２
Ｏ３）単相膜或いはκ型酸化アルミニウムとα型酸化ア
ルミニウムとの混合膜でもよい。また、κ型酸化アルミ
ニウムおよび／又はα型酸化アルミニウムと、γ型酸化
アルミニウム、θ型酸化アルミニウム、δ型酸化アルミ
ニウム、χ型酸化アルミニウムの少なくとも１種とから
なる混合膜でもよい。また、酸化アルミニウム膜の代わ
りに酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム等に代表され
る他の酸化物との混合膜でもよい。また、本発明で用い
る膜には被覆工具の切削耐久特性を劣化させない範囲で
ＷやＣｏ等不可避の添加物や不純物を、例えば３質量％
程度まで含むことが許容される。
【００１３】本発明の被覆工具の製作は既知の成膜方法
を採用できる。例えば、通常の化学蒸着法、プラズマを
付加した化学蒸着法（ＰＡＣＶＤ）、イオンプレーティ
ング法等を用いることができる。本発明の被覆工具にお
いて、ハフニウム含有膜は膜中の塩素量が２質量％以下
であることが好ましい。より高温で成膜する熱ＣＶＤ法
を用いることにより膜中の塩素量が２質量％以下になり
より高い膜硬度と耐摩耗性が得られる。これに対してプ
ラズマＣＶＤ法で成膜すると膜中の塩素量が２質量％を
越え膜硬度と耐摩耗性が低下し、工具寿命が低下する欠
点が現れる。用途は切削工具に限るものではなく、硬質
皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等でもよい。
以下、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明す
るが、それら実施例により本発明が限定されるものでは
ない。
を採用できる。例えば、通常の化学蒸着法、プラズマを
付加した化学蒸着法（ＰＡＣＶＤ）、イオンプレーティ
ング法等を用いることができる。本発明の被覆工具にお
いて、ハフニウム含有膜は膜中の塩素量が２質量％以下
であることが好ましい。より高温で成膜する熱ＣＶＤ法
を用いることにより膜中の塩素量が２質量％以下になり
より高い膜硬度と耐摩耗性が得られる。これに対してプ
ラズマＣＶＤ法で成膜すると膜中の塩素量が２質量％を
越え膜硬度と耐摩耗性が低下し、工具寿命が低下する欠
点が現れる。用途は切削工具に限るものではなく、硬質
皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等でもよい。
以下、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明す
るが、それら実施例により本発明が限定されるものでは
ない。
【００１４】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明例１として、
ＷＣ７２質量％、ＴｉＣ８質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ１
１質量％、Ｃｏ９質量の主成分組成よりなるＪＩＳ規格
ＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具用超硬合金基体を
ＣＶＤ反応炉内に設置し、Ｈ２キヤリヤーガスとＴｉＣ
ｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用いて０．５μｍ厚
さのＴｉＮ膜を９００℃で形成後、Ｈ２キャリヤーガス
とＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ３ＣＮガスを原料ガ
スに用いて６μｍ厚さのＴｉＣＮ膜を８９０℃で形成し
た。その後、１０００℃でＨ２キヤリヤーガスとＴｉＣ
ｌ４ガス、ＣＨ４ガスとを原料ガスに用いてＴｉＣ膜を
１５分間成膜した後、そのまま連続して本構成ガスに二
酸化炭素ガスと一酸化炭素ガスとを追加しＴｉＣＯ膜を
１５分間成膜した。その後、Ｈ２キャリヤーガス、Ａｌ
Ｃｌ３ガス、ＣＯ２ガスを原料ガスに用いて４μｍ厚さ
のα−Ａｌ２Ｏ３膜を１０２０℃で形成した。その後、
Ｈ２キヤリヤーガスとＮ２ガスおよびＣＶＤ反応炉の直
前で約５００℃付近に保持した金属ハフニウムにＨＣｌ
ガスを反応させることにより作製した塩化ハフニウムガ
ス（ＨｆＣｌ４と考えられる。）を原料ガスに用いて厚
さ１μｍのＨｆＮ膜を１０００℃で形成し、その後室温
まで冷却することにより本発明のハフニウム含有膜被覆
工具を作製した。作製した発明品のハフニウム含有膜の
残留応力を理学電気（株）製のＸ線回折装置（ＲＵ−２
００ＢＨ）と応力測定用ソフト（ManualNo.MJ13026A0
1）を用いて並傾法（Ｘ線の走査面と応力の測定方向面
とが平行）により測定した結果、符号は＋であり、本発
明品のハフニウム含有膜が引張残留応力を有しているこ
とが判明した。また、本発明例１の刃先部表面の平均面
粗さＲａを形状測定顕微鏡（（株）キーエンス社製、測
定部ＶＫ−８５１０、コントロール部ＶＫ−８５００）
で評価した結果０．１４μｍであった。
ＷＣ７２質量％、ＴｉＣ８質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ１
１質量％、Ｃｏ９質量の主成分組成よりなるＪＩＳ規格
ＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具用超硬合金基体を
ＣＶＤ反応炉内に設置し、Ｈ２キヤリヤーガスとＴｉＣ
ｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用いて０．５μｍ厚
さのＴｉＮ膜を９００℃で形成後、Ｈ２キャリヤーガス
とＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ３ＣＮガスを原料ガ
スに用いて６μｍ厚さのＴｉＣＮ膜を８９０℃で形成し
た。その後、１０００℃でＨ２キヤリヤーガスとＴｉＣ
ｌ４ガス、ＣＨ４ガスとを原料ガスに用いてＴｉＣ膜を
１５分間成膜した後、そのまま連続して本構成ガスに二
酸化炭素ガスと一酸化炭素ガスとを追加しＴｉＣＯ膜を
１５分間成膜した。その後、Ｈ２キャリヤーガス、Ａｌ
Ｃｌ３ガス、ＣＯ２ガスを原料ガスに用いて４μｍ厚さ
のα−Ａｌ２Ｏ３膜を１０２０℃で形成した。その後、
Ｈ２キヤリヤーガスとＮ２ガスおよびＣＶＤ反応炉の直
前で約５００℃付近に保持した金属ハフニウムにＨＣｌ
ガスを反応させることにより作製した塩化ハフニウムガ
ス（ＨｆＣｌ４と考えられる。）を原料ガスに用いて厚
さ１μｍのＨｆＮ膜を１０００℃で形成し、その後室温
まで冷却することにより本発明のハフニウム含有膜被覆
工具を作製した。作製した発明品のハフニウム含有膜の
残留応力を理学電気（株）製のＸ線回折装置（ＲＵ−２
００ＢＨ）と応力測定用ソフト（ManualNo.MJ13026A0
1）を用いて並傾法（Ｘ線の走査面と応力の測定方向面
とが平行）により測定した結果、符号は＋であり、本発
明品のハフニウム含有膜が引張残留応力を有しているこ
とが判明した。また、本発明例１の刃先部表面の平均面
粗さＲａを形状測定顕微鏡（（株）キーエンス社製、測
定部ＶＫ−８５１０、コントロール部ＶＫ−８５００）
で評価した結果０．１４μｍであった。
【００１５】（実施例２）比較例２として、ハフニウム
含有膜が引張残留応力を有している場合と圧縮残留応力
を有している場合との差違による切削耐久特性への影響
を明らかにするために、本発明例１の試料と同１の膜構
成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを形成した後、試
料をアーク放電方式のイオンプレーティング装置内にセ
ットし直し、その表面にＨｆ合金ターゲットとＮ２ガス
とを用いて４００℃、基体へのバイアス電圧−１５０Ｖ
の成膜条件でＨｆＮ膜を１μｍ厚さ成膜することにより
比較例２を作製した。比較例２の残留応力は符号が−で
あり、圧縮残留応力を有していることがわかった。
含有膜が引張残留応力を有している場合と圧縮残留応力
を有している場合との差違による切削耐久特性への影響
を明らかにするために、本発明例１の試料と同１の膜構
成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを形成した後、試
料をアーク放電方式のイオンプレーティング装置内にセ
ットし直し、その表面にＨｆ合金ターゲットとＮ２ガス
とを用いて４００℃、基体へのバイアス電圧−１５０Ｖ
の成膜条件でＨｆＮ膜を１μｍ厚さ成膜することにより
比較例２を作製した。比較例２の残留応力は符号が−で
あり、圧縮残留応力を有していることがわかった。
【００１６】（実施例３）比較例３として、ハフニウム
含有膜におけるハフニウム含有の有無による切削耐久特
性への影響を明らかにするために、本発明例１と同１の
膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを形成した
後、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ４ガスとＮ ２ガスと
を原料ガスに用いて１μｍ厚さのＴｉＮ膜を１０００℃
で形成することにより比較例３の試料を製作した。
含有膜におけるハフニウム含有の有無による切削耐久特
性への影響を明らかにするために、本発明例１と同１の
膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを形成した
後、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ４ガスとＮ ２ガスと
を原料ガスに用いて１μｍ厚さのＴｉＮ膜を１０００℃
で形成することにより比較例３の試料を製作した。
【００１７】本発明の本発明例１、比較例２、３の膜密
着性と連続切削寿命特性を以下の条件で評価した。膜の
密着性は、各試料５個を用いて、以下の条件で３０秒間
切削した後、膜剥離の有無を倍率５０倍の工具顕微鏡を
用いて観察することにより評価した。 被削材：ＦＣ２５（ＨＢ２３０） 切削速度：２５０ｍ／分 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．０ｍｍ 水溶性切削油使用 また、連続切削寿命は、上記の条件で更に連続切削し、
平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、クレーター摩耗が０．
１ｍｍのどちらかに達した時間を連続切削寿命時間と判
断した。
着性と連続切削寿命特性を以下の条件で評価した。膜の
密着性は、各試料５個を用いて、以下の条件で３０秒間
切削した後、膜剥離の有無を倍率５０倍の工具顕微鏡を
用いて観察することにより評価した。 被削材：ＦＣ２５（ＨＢ２３０） 切削速度：２５０ｍ／分 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．０ｍｍ 水溶性切削油使用 また、連続切削寿命は、上記の条件で更に連続切削し、
平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、クレーター摩耗が０．
１ｍｍのどちらかに達した時間を連続切削寿命時間と判
断した。
【００１８】上記の切削テストの結果、３０秒切削後に
比較例２はＨｆＮ膜が刃先部全体で大きく剥離している
にも関わらず、本発明例１と比較例３はいずれも膜が剥
離しておらず膜密着性が優れていることが判明した。ま
た、切削後の工具を見ると実施例１品は最外層の白銀色
のハフニウム含有膜が黒く変色しているため工具が使用
済であることが容易に判別できた。
比較例２はＨｆＮ膜が刃先部全体で大きく剥離している
にも関わらず、本発明例１と比較例３はいずれも膜が剥
離しておらず膜密着性が優れていることが判明した。ま
た、切削後の工具を見ると実施例１品は最外層の白銀色
のハフニウム含有膜が黒く変色しているため工具が使用
済であることが容易に判別できた。
【００１９】また、各試料の連続切削寿命は比較例２、
３はそれぞれ１０分、１７分であったのに対して、本発
明例１は３０分であった。本発明例の連続切削寿命は比
較例２、３に比べて３倍、１．８倍と格段に長く、最外
層の皮膜が引張残留応力を持つハフニウム含有膜から成
っている効果が著しいことが判明した。
３はそれぞれ１０分、１７分であったのに対して、本発
明例１は３０分であった。本発明例の連続切削寿命は比
較例２、３に比べて３倍、１．８倍と格段に長く、最外
層の皮膜が引張残留応力を持つハフニウム含有膜から成
っている効果が著しいことが判明した。
【００２０】（実施例４）実施例１と同１の膜構成と成
膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＮ膜とを形成し、その
後室温まで冷却した。次に、ラバー砥石を用いて刃先部
のホーニング部分周辺を研磨することにより内層の酸化
アルミニウム膜を露出させて本発明例４のハフニウム含
有膜被覆工具を作製した。本発明例４の刃先部表面の平
均面粗さＲａは、０．１２μｍであった。
膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＮ膜とを形成し、その
後室温まで冷却した。次に、ラバー砥石を用いて刃先部
のホーニング部分周辺を研磨することにより内層の酸化
アルミニウム膜を露出させて本発明例４のハフニウム含
有膜被覆工具を作製した。本発明例４の刃先部表面の平
均面粗さＲａは、０．１２μｍであった。
【００２１】（実施例５）実施例１と同一の膜構成と成
膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＮ膜とを形成した後、
さらにダイヤモンドの微粒を塗布したブラシを用いて刃
先部のホーニング部周辺を研磨して内層の酸化アルミニ
ウム膜を露出させることにより本発明例５のハフニウム
含有膜被覆工具を作製した。本発明例５の刃先部表面を
構成する酸化アルミニウム膜表面の平均面粗さＲａを実
施例１と同一の条件で測定した結果０．０８μｍであっ
た。
膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＨｆＮ膜とを形成した後、
さらにダイヤモンドの微粒を塗布したブラシを用いて刃
先部のホーニング部周辺を研磨して内層の酸化アルミニ
ウム膜を露出させることにより本発明例５のハフニウム
含有膜被覆工具を作製した。本発明例５の刃先部表面を
構成する酸化アルミニウム膜表面の平均面粗さＲａを実
施例１と同一の条件で測定した結果０．０８μｍであっ
た。
【００２２】本発明例４、５とを先述の条件で切削評価
した結果、各試料の平均連続切削寿命はそれぞれ４５分
と５５分であった。このことから、刃先部表面に酸化ア
ルミニウム膜が露出しておらず本発明例１の平均面粗さ
Ｒａが０．１４μｍの平均連続切削寿命が３５分であっ
たのに対して、本発明例４のは１．５倍と格段に連続切
削寿命が長く、同じく本発明例５は１．８倍と最も平均
連続切削寿命が長いことがわかった。すなわち、本発明
例は、刃先部表面に酸化アルミニウム膜が露出しており
刃先部表面の平均面粗さＲａが０．１２μｍ以下である
ことが好ましく、０．０８μｍ以下であることが最も好
ましいことが判明した。
した結果、各試料の平均連続切削寿命はそれぞれ４５分
と５５分であった。このことから、刃先部表面に酸化ア
ルミニウム膜が露出しておらず本発明例１の平均面粗さ
Ｒａが０．１４μｍの平均連続切削寿命が３５分であっ
たのに対して、本発明例４のは１．５倍と格段に連続切
削寿命が長く、同じく本発明例５は１．８倍と最も平均
連続切削寿命が長いことがわかった。すなわち、本発明
例は、刃先部表面に酸化アルミニウム膜が露出しており
刃先部表面の平均面粗さＲａが０．１２μｍ以下である
ことが好ましく、０．０８μｍ以下であることが最も好
ましいことが判明した。
【００２３】（実施例６）ハフニウム含有膜と酸化アル
ミニウム膜との間にチタン含有膜が挿入されている場合
の切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例
１と同一の膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを
形成した後、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ ４ガスとＮ
２ガスおよびＣＯ２ガスとを原料ガスに用いて０．５μ
ｍ厚さのＴｉＮＯ膜を１０００℃で形成した後、実施例
１と同じ条件でＨｆＮ膜を１μｍ厚さ成膜することによ
り本発明例６の試料を製作した。
ミニウム膜との間にチタン含有膜が挿入されている場合
の切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例
１と同一の膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜までを
形成した後、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ ４ガスとＮ
２ガスおよびＣＯ２ガスとを原料ガスに用いて０．５μ
ｍ厚さのＴｉＮＯ膜を１０００℃で形成した後、実施例
１と同じ条件でＨｆＮ膜を１μｍ厚さ成膜することによ
り本発明例６の試料を製作した。
【００２４】本発明例１、６間の膜密着性の差異を求め
るため各試料５個を以下の条件で切削評価した。被削材
には断続切削性を高めるため４溝を入れた。 被削材：Ｓ５３Ｃ溝入材（ＨＳ３８） 切削条件：２２０ｍ／分 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：２．０ｍｍ 切削液使用せず（乾式切削） １０００回衝撃切削後に倍率５０倍の実体顕微鏡で観察
すると本発明例１、４はともに刃先先端に欠けが発生し
ておらずいずれも良好な切削特性を有していることが判
明した。さらに１５００回まで衝撃切削を継続したとこ
ろ本発明例１はクレータ部全体にＨｆＮ膜が剥がれてお
り刃先の一部に欠けが発生し工具寿命に達していること
が判明した。１方、本発明例６はクレータ部の一部しか
膜剥がれが発生しておらず刃先の欠けも観察されなかっ
た。このことから、本発明例６は本発明例１に比べて工
具寿命が１．５倍優れており、ハフニウム含有膜と酸化
アルミニウム膜との間にチタン含有膜が挿入されている
ことが好ましいことが判明した。
るため各試料５個を以下の条件で切削評価した。被削材
には断続切削性を高めるため４溝を入れた。 被削材：Ｓ５３Ｃ溝入材（ＨＳ３８） 切削条件：２２０ｍ／分 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：２．０ｍｍ 切削液使用せず（乾式切削） １０００回衝撃切削後に倍率５０倍の実体顕微鏡で観察
すると本発明例１、４はともに刃先先端に欠けが発生し
ておらずいずれも良好な切削特性を有していることが判
明した。さらに１５００回まで衝撃切削を継続したとこ
ろ本発明例１はクレータ部全体にＨｆＮ膜が剥がれてお
り刃先の一部に欠けが発生し工具寿命に達していること
が判明した。１方、本発明例６はクレータ部の一部しか
膜剥がれが発生しておらず刃先の欠けも観察されなかっ
た。このことから、本発明例６は本発明例１に比べて工
具寿命が１．５倍優れており、ハフニウム含有膜と酸化
アルミニウム膜との間にチタン含有膜が挿入されている
ことが好ましいことが判明した。
【００２５】
【発明の効果】上述の通り、本発明によれば、工具とし
ての使用・未使用が容易に判別出来、しかも工具表面の
膜密着性と摺動性とが優れ、切削耐久特性が大幅に改善
された被覆工具を提供することができる。
ての使用・未使用が容易に判別出来、しかも工具表面の
膜密着性と摺動性とが優れ、切削耐久特性が大幅に改善
された被覆工具を提供することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF03 FF11 FF16
4K030 AA03 AA14 AA18 BA02 BA18
BA36 BA38 BA42 BA43 BA46
BB12 CA03 FA10 LA22
Claims (4)
- 【請求項１】超硬合金、高速度鋼又は特殊鋼よりなる基
体表面に、ハフニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか１種の単層皮
膜又は２種以上の多層皮膜からなり引張残留応力を有す
るハフニウム含有膜を酸化アルミニウム膜よりも工具表
面側に被覆してなることを特徴とするハフニウム含有膜
被覆工具。 - 【請求項２】請求項１に記載の被覆工具において、前記
被覆工具の刃先部の最外層は、少なくとも一部に酸化ア
ルミニウム膜を露出させたことを特徴とするハフニウム
含有膜被覆工具。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の被覆工具において、
前記ハフニウム含有膜と酸化アルミニウム膜の間に、チ
タン含有膜が挿入されていることを特徴とするハフニウ
ム含有膜被覆工具。 - 【請求項４】請求項１乃至３記載の被覆工具において、
該工具の刃先部近傍の表面粗さＲａが０．１２μｍ以下
であることを特徴とするハフニウム含有膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072175A JP2003266211A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | ハフニウム含有膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072175A JP2003266211A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | ハフニウム含有膜被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003266211A true JP2003266211A (ja) | 2003-09-24 |
Family
ID=29202235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002072175A Abandoned JP2003266211A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | ハフニウム含有膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003266211A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006082208A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2007111813A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速切削加工で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スローアウエイチップ |
| JP2007118154A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速切削加工で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スローアウエイチップ |
-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002072175A patent/JP2003266211A/ja not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006082208A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2007111813A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速切削加工で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スローアウエイチップ |
| JP2007118154A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速切削加工で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スローアウエイチップ |
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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: 20050209 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20050825 |