JP2003266213A - 硼素含有膜被覆工具 - Google Patents
硼素含有膜被覆工具Info
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- JP2003266213A JP2003266213A JP2002076633A JP2002076633A JP2003266213A JP 2003266213 A JP2003266213 A JP 2003266213A JP 2002076633 A JP2002076633 A JP 2002076633A JP 2002076633 A JP2002076633 A JP 2002076633A JP 2003266213 A JP2003266213 A JP 2003266213A
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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、摺動性と耐摩耗
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。 【構成】基体表面に、硼素及び周期律表の４ａ、５ａ、
６ａ族金属の１種又は２種以上とからなる炭化物、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硼素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により構成する。
かも従来に比べて工具表面の膜密着性、摺動性と耐摩耗
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。 【構成】基体表面に、硼素及び周期律表の４ａ、５ａ、
６ａ族金属の１種又は２種以上とからなる炭化物、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硼素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により構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、硼素含有膜被覆工
具に関するものである。
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（ＰＶＤ）法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（ＰＶＤ）法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
ため一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。特開昭５７−１７４４５３号
公報により最外層として１〜２０μｍのやわらかいＢＮ
膜を被覆した被覆超硬合金工具が開示されているがＢＮ
膜の硬度が低いため耐摩耗性が劣る欠点がある。また、
ＴｉとＢの両者を含有する膜としては、縦長成長結晶組
織を有するＴｉＢｘＣｙＮｚ膜を皮膜に用いた表面被覆
超硬合金製切削工具が特開２００１−２６９８０１号公
報で提案されている。しかし、これらのＴｉＢｘＣｙＮ
ｚ膜はいずれも耐熱塑性変形性を高めるためα−Ａｌ ２
Ｏ３やκ−Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウム膜の内側に
のみ成膜されており、酸化アルミニウム膜の外側には形
成されていない。このため、工具として使用済であるか
どうかを判別するためには役に立たずまた工具表面の摺
動性を高める効果が期待できない欠点がある。
ため一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。特開昭５７−１７４４５３号
公報により最外層として１〜２０μｍのやわらかいＢＮ
膜を被覆した被覆超硬合金工具が開示されているがＢＮ
膜の硬度が低いため耐摩耗性が劣る欠点がある。また、
ＴｉとＢの両者を含有する膜としては、縦長成長結晶組
織を有するＴｉＢｘＣｙＮｚ膜を皮膜に用いた表面被覆
超硬合金製切削工具が特開２００１−２６９８０１号公
報で提案されている。しかし、これらのＴｉＢｘＣｙＮ
ｚ膜はいずれも耐熱塑性変形性を高めるためα−Ａｌ ２
Ｏ３やκ−Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウム膜の内側に
のみ成膜されており、酸化アルミニウム膜の外側には形
成されていない。このため、工具として使用済であるか
どうかを判別するためには役に立たずまた工具表面の摺
動性を高める効果が期待できない欠点がある。
【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、有色で硼素及び
Ｔｉ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上と
からなり引張残留応力を有する硼素含有膜を工具の最外
層に被覆することにより、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、膜の硬度と摺動性
及び膜間の密着性が高く、優れた切削耐久特性を持つ被
覆工具を実現できることを見出し、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、有色で硼素及び
Ｔｉ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上と
からなり引張残留応力を有する硼素含有膜を工具の最外
層に被覆することにより、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、膜の硬度と摺動性
及び膜間の密着性が高く、優れた切削耐久特性を持つ被
覆工具を実現できることを見出し、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、
硼素及び周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は
２種以上とからなる炭化物、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硼
素含有膜を、酸化アルミニウム膜よりも工具表面側に被
覆してなる硼素含有膜被覆工具である。このように有色
の硼素含有膜により工具の最外層部分を構成することに
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、工具表面に良好な耐摩耗性と摺動性と
が得られるため優れた切削耐久特性が実現されている。
周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属は膜の硬度を高める
効果があり工具として耐摩耗性を高める効果がある。硼
素は特に高温耐熱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硼素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。一般に、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。
硼素及び周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は
２種以上とからなる炭化物、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硼
素含有膜を、酸化アルミニウム膜よりも工具表面側に被
覆してなる硼素含有膜被覆工具である。このように有色
の硼素含有膜により工具の最外層部分を構成することに
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、工具表面に良好な耐摩耗性と摺動性と
が得られるため優れた切削耐久特性が実現されている。
周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属は膜の硬度を高める
効果があり工具として耐摩耗性を高める効果がある。硼
素は特に高温耐熱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硼素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。一般に、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
硼素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
硼素含有膜等を研磨布、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
硼素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
硼素含有膜等を研磨布、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、硼素含有膜が
チタンを含有していることが好ましい。チタンを含有し
ていることにより更に高い硬度と耐摩耗性を持つ皮膜が
得られ、更に優れた切削耐久特性が実現される。また、
他の周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属にはＺｒ、Ｈ
ｆ、Ｔａが好ましい。これらを含有させることより高温
での膜硬度と耐熱耐久性が高まりより優れた切削耐久特
性が実現される。
チタンを含有していることが好ましい。チタンを含有し
ていることにより更に高い硬度と耐摩耗性を持つ皮膜が
得られ、更に優れた切削耐久特性が実現される。また、
他の周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属にはＺｒ、Ｈ
ｆ、Ｔａが好ましい。これらを含有させることより高温
での膜硬度と耐熱耐久性が高まりより優れた切削耐久特
性が実現される。
【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、硼素含有膜は
上記の膜に限るものではなく、例えばＭｇ、Ｙ、Ｓｉの
１種又は２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。
上記の膜に限るものではなく、例えばＭｇ、Ｙ、Ｓｉの
１種又は２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、最外層の硼素含有膜の上
に更に美観を高めるために少なくとも一層のチタンやジ
ルコニウム、ハフニウム、クロムの化合物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣＮ、Ｈ
ｆＣＮ、ＣｒＣＮ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−Ａｌ
２Ｏ３）単相膜やα型酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ
３）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
ウム及び／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。
に更に美観を高めるために少なくとも一層のチタンやジ
ルコニウム、ハフニウム、クロムの化合物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣＮ、Ｈ
ｆＣＮ、ＣｒＣＮ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−Ａｌ
２Ｏ３）単相膜やα型酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ
３）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
ウム及び／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、硼素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、硼素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Ｗ
Ｃ７２質量％、ＴｉＣ８質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ１１
質量％、Ｃｏ９質量の主成分組成よりなるＪＩＳ規格Ｃ
ＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具用超硬合金基体をＣ
ＶＤ反応炉内に設置し、Ｈ２キヤリヤーガスとＴｉＣｌ
４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ＴｉＣｌ４ガス、ＢＣｌ３ガス及
びＮ２ガスを原料ガスに用いて２μｍ厚さのＴｉＢＮ膜
を１０００℃で形成し、その後室温まで冷却することに
より本発明の硼素含有膜被覆工具を作製した。作製した
本発明例の硼素含有膜の残留応力を理学電気（株）製の
Ｘ線回折装置（ＲＵ−２００ＢＨ）と応力測定用ソフト
（ＭａｎｕａｌＮｏ．ＭＪ１３０２６Ａ０１）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、本発明例の硼素含
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−８５１
０、コントロール部ＶＫ−８５００）で評価した結果
０．１４μｍであった。
Ｃ７２質量％、ＴｉＣ８質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ１１
質量％、Ｃｏ９質量の主成分組成よりなるＪＩＳ規格Ｃ
ＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具用超硬合金基体をＣ
ＶＤ反応炉内に設置し、Ｈ２キヤリヤーガスとＴｉＣｌ
４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ＴｉＣｌ４ガス、ＢＣｌ３ガス及
びＮ２ガスを原料ガスに用いて２μｍ厚さのＴｉＢＮ膜
を１０００℃で形成し、その後室温まで冷却することに
より本発明の硼素含有膜被覆工具を作製した。作製した
本発明例の硼素含有膜の残留応力を理学電気（株）製の
Ｘ線回折装置（ＲＵ−２００ＢＨ）と応力測定用ソフト
（ＭａｎｕａｌＮｏ．ＭＪ１３０２６Ａ０１）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、本発明例の硼素含
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−８５１
０、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として硼素含有膜が
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の試料と同一の膜構成と成膜
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ＴｉとＢとから成る合金ターゲットとＮ
２ガスとを用いて４００℃、基体へのバイアス電圧−１
５０Ｖの成膜条件でＴｉＢＮ膜を２μｍ厚さ成膜するこ
とにより比較例２を作製した。作製した比較例２のＴｉ
ＢＮ膜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。
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の試料と同一の膜構成と成膜
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ＴｉとＢとから成る合金ターゲットとＮ
２ガスとを用いて４００℃、基体へのバイアス電圧−１
５０Ｖの成膜条件でＴｉＢＮ膜を２μｍ厚さ成膜するこ
とにより比較例２を作製した。作製した比較例２のＴｉ
ＢＮ膜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として硼素含有膜に
おける硼素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ＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用い
て２μｍ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。
おける硼素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ＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用い
て２μｍ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】（実施例４）比較例４として硼素含有膜に
おける周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属含有の有無に
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の試料と同一の膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ
３膜までを形成した後、Ｈ２キヤリヤーガスとＢＣｌ３
ガス及びＮ２ガスを原料ガスに用いて２μｍ厚さのＢＮ
膜を１０００℃で形成することにより比較例４の試料を
製作した。
おける周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属含有の有無に
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の試料と同一の膜構成と成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ
３膜までを形成した後、Ｈ２キヤリヤーガスとＢＣｌ３
ガス及びＮ２ガスを原料ガスに用いて２μｍ厚さのＢＮ
膜を１０００℃で形成することにより比較例４の試料を
製作した。
【００１８】本発明例１及び比較例２、３、４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。
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。
【００１９】上記の切削テストの結果、３０秒切削後に
比較例２はＴｉＢＮ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、４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本発明例１は最外層の
黄白色の硼素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ＴｉＢＮ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、４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本発明例１は最外層の
黄白色の硼素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。
【００２０】また、各試料の連続切削寿命は比較例２、
３、４はそれぞれ１０分、１７分、２０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、４に比べて３倍、１．８倍、
１．５倍と格段に長く、最外層の皮膜が引張残留応力を
持ち周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属と硼素とを併せ
て含有している効果が著しいことが判明した。
３、４はそれぞれ１０分、１７分、２０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、４に比べて３倍、１．８倍、
１．５倍と格段に長く、最外層の皮膜が引張残留応力を
持ち周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属と硼素とを併せ
て含有している効果が著しいことが判明した。
【００２１】（実施例５）本発明例１と同一の膜構成と
成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＴｉＢＮ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５の硼素含有
膜被覆工具を作製した。本発明例５の刃先部表面の平均
面粗さＲａは、０．１２μｍであった。
成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＴｉＢＮ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５の硼素含有
膜被覆工具を作製した。本発明例５の刃先部表面の平均
面粗さＲａは、０．１２μｍであった。
【００２２】（実施例６）本発明例１と同一の膜構成と
成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＴｉＢＮ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６の硼素含
有膜被覆工具を作製した。この本発明例６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
本発明例１と同一の条件で測定した結果０．０８μｍで
あった。
成膜条件でα−Ａｌ２Ｏ３膜とＴｉＢＮ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６の硼素含
有膜被覆工具を作製した。この本発明例６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
本発明例１と同一の条件で測定した結果０．０８μｍで
あった。
【００２３】本発明例５、６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の面粗さＲａ
が０．１４μｍの平均連続切削寿命が３０分であったの
に対して、本発明例５は１．５倍と格段に連続切削寿命
が長く、本発明例６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の面粗さＲａ
が０．１４μｍの平均連続切削寿命が３０分であったの
に対して、本発明例５は１．５倍と格段に連続切削寿命
が長く、本発明例６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。
【００２４】
【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、摺動性と耐摩耗性が優れ、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、摺動性と耐摩耗性が優れ、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
4K029 AA04 BA53 BA58 BB02 BC02
BD05 CA03 DD06
4K030 AA01 AA03 AA09 AA14 AA17
BA18 BA36 BA38 BA46 BA49
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、硼素及び周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属
の１種又は２種以上とからなる炭化物、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
を有する硼素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硼素含有膜被覆工
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硼素含有膜
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、
前記硼素含有膜がチタンを含有していることを特徴とす
る硼素含有膜被覆工具。 - 【請求項４】請求項１乃至３記載の被覆工具において、
刃先部近傍の表面粗さＲａが０．１２μｍ以下であるこ
とを特徴とする硼素含有膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002076633A JP2003266213A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 硼素含有膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002076633A JP2003266213A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 硼素含有膜被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003266213A true JP2003266213A (ja) | 2003-09-24 |
Family
ID=29205339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002076633A Pending JP2003266213A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 硼素含有膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003266213A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278314A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Riken Corp | 積層皮膜を有するピストンリング |
| WO2010050877A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Sandvik Intellectual Property Ab | A coated tool and a method of making thereof |
| WO2014129273A1 (ja) | 2013-02-21 | 2014-08-28 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
| WO2022244243A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2022244242A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2022244241A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
-
2002
- 2002-03-19 JP JP2002076633A patent/JP2003266213A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2007278314A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Riken Corp | 積層皮膜を有するピストンリング |
| WO2010050877A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Sandvik Intellectual Property Ab | A coated tool and a method of making thereof |
| JP2012507625A (ja) * | 2008-10-30 | 2012-03-29 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | コーティングされた工具およびその製法 |
| WO2014129273A1 (ja) | 2013-02-21 | 2014-08-28 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
| US9920423B2 (en) | 2013-02-21 | 2018-03-20 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool and process for producing same |
| WO2022244243A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2022244242A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| WO2022244241A1 (ja) | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
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