JP2003291006A - 硬質皮膜被覆工具 - Google Patents
硬質皮膜被覆工具Info
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- JP2003291006A JP2003291006A JP2002099936A JP2002099936A JP2003291006A JP 2003291006 A JP2003291006 A JP 2003291006A JP 2002099936 A JP2002099936 A JP 2002099936A JP 2002099936 A JP2002099936 A JP 2002099936A JP 2003291006 A JP2003291006 A JP 2003291006A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】切削加工の乾式化、高速化に対し被削材との化
学反応が少なく、しかも耐クレーター摩耗性が著しく改
善された硬質皮膜被覆工具を提供することを課題とす
る。 【構成】基体表面に硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆工
具において、該硬質皮膜の少なくとも１層が硼素と酸素
を含有するＴｉの酸窒化物層であり、該Ｔｉの窒化物層
はＥＳＣＡ分析において、Ｔｉと酸素、硼素と窒素の結
合エネルギーが確認されることを特徴とする硬質皮膜被
覆工具である。
学反応が少なく、しかも耐クレーター摩耗性が著しく改
善された硬質皮膜被覆工具を提供することを課題とす
る。 【構成】基体表面に硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆工
具において、該硬質皮膜の少なくとも１層が硼素と酸素
を含有するＴｉの酸窒化物層であり、該Ｔｉの窒化物層
はＥＳＣＡ分析において、Ｔｉと酸素、硼素と窒素の結
合エネルギーが確認されることを特徴とする硬質皮膜被
覆工具である。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、金属材料等の切削
加工に使用される硬質皮膜被覆工具において、特に高速
切削、乾式切削に適用される耐クレーター摩耗性に優れ
る物理蒸着硬質皮膜被覆工具に関するものである。
加工に使用される硬質皮膜被覆工具において、特に高速
切削、乾式切削に適用される耐クレーター摩耗性に優れ
る物理蒸着硬質皮膜被覆工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年では更なる加工の高能率、高精度化
の要求を満たす為、切削速度の高速化に加え、環境問題
及び加工コスト低減の観点から乾式での切削加工が重要
視されている。こうような切削環境下においては、切削
工具表面に被覆される耐摩耗皮膜と切削される材料との
間に化学反応が発生し、工具寿命が逃げ面のこすり摩耗
だけではなく、スクイ面のクレーター摩耗により強く支
配される傾向が強くなってきた。従来のＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ及びＴｉＡｌＮ皮膜はこのような苛酷な切削環境下に
おいては、切削温度の上昇に伴い被加工物との化学反応
に起因したクレーター摩耗の増加により、十分な切削寿
命を得られないのが実状である。特に比較的連続切削で
ある旋盤加工や高速高送りのフライス加工においては、
このクレーター摩耗を抑制することが、極めて重要なこ
とである。この対策として、特表平１１−５０２７７５
号公報に示される二硫化モリブデンや、特開平７−１６
４２１１号公報に示される炭化タングステン及びダイヤ
モンドライクカーボンからなる潤滑性皮膜と耐摩耗性を
有する硬質皮膜を積層し、潤滑効果を利用することによ
り切削温度上昇抑制に基づく、皮膜と被加工物間の拡散
現象を抑制しようとする切削工具が開発されているが、
いずれも硬質皮膜と潤滑皮膜間の密着性が悪い上に潤滑
皮膜そのものが非常に脆い為、これら潤滑皮膜は切削時
に容易に剥離または破壊などを発生し、上記切削環境下
においては何ら効果を発揮するには至っていない。また
特開平１１−１５６９９２号公報に示される、Ｃｒ系潤
滑皮膜を被覆した工具が提案されているが、Ｃｒ系皮膜
は硬度そのものが低く耐摩耗性が極めて悪く、耐クレー
ター摩耗性を改善するには至っていない。
の要求を満たす為、切削速度の高速化に加え、環境問題
及び加工コスト低減の観点から乾式での切削加工が重要
視されている。こうような切削環境下においては、切削
工具表面に被覆される耐摩耗皮膜と切削される材料との
間に化学反応が発生し、工具寿命が逃げ面のこすり摩耗
だけではなく、スクイ面のクレーター摩耗により強く支
配される傾向が強くなってきた。従来のＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ及びＴｉＡｌＮ皮膜はこのような苛酷な切削環境下に
おいては、切削温度の上昇に伴い被加工物との化学反応
に起因したクレーター摩耗の増加により、十分な切削寿
命を得られないのが実状である。特に比較的連続切削で
ある旋盤加工や高速高送りのフライス加工においては、
このクレーター摩耗を抑制することが、極めて重要なこ
とである。この対策として、特表平１１−５０２７７５
号公報に示される二硫化モリブデンや、特開平７−１６
４２１１号公報に示される炭化タングステン及びダイヤ
モンドライクカーボンからなる潤滑性皮膜と耐摩耗性を
有する硬質皮膜を積層し、潤滑効果を利用することによ
り切削温度上昇抑制に基づく、皮膜と被加工物間の拡散
現象を抑制しようとする切削工具が開発されているが、
いずれも硬質皮膜と潤滑皮膜間の密着性が悪い上に潤滑
皮膜そのものが非常に脆い為、これら潤滑皮膜は切削時
に容易に剥離または破壊などを発生し、上記切削環境下
においては何ら効果を発揮するには至っていない。また
特開平１１−１５６９９２号公報に示される、Ｃｒ系潤
滑皮膜を被覆した工具が提案されているが、Ｃｒ系皮膜
は硬度そのものが低く耐摩耗性が極めて悪く、耐クレー
ター摩耗性を改善するには至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に鑑み、切削加工の乾式化、高速化に対し被削材との化
学反応が少なく、しかも耐クレーター摩耗性が著しく改
善された硬質皮膜被覆工具を提供することを課題とす
る。
に鑑み、切削加工の乾式化、高速化に対し被削材との化
学反応が少なく、しかも耐クレーター摩耗性が著しく改
善された硬質皮膜被覆工具を提供することを課題とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基体表面
に硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆工具において、該硬
質皮膜の少なくとも１層が硼素と酸素を含有するＴｉの
酸窒化物層であり、該Ｔｉの窒化物層はＥＳＣＡ分析に
おいて、Ｔｉと酸素、硼素と窒素の結合エネルギーが確
認されることを特徴とする硬質皮膜被覆工具であり、Ｔ
ｉの酸窒化物層の硬度を上昇せしめるとともに、潤滑性
を向上させ、結果耐クレーター摩耗性を著しく改善させ
る事に成功した。乾式、高速切削加工において拡散現象
が少なく、耐クレーター摩耗性に優れ切削工具としての
寿命が極めて良好となることを確認し本発明に到達し
た。
に硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被覆工具において、該硬
質皮膜の少なくとも１層が硼素と酸素を含有するＴｉの
酸窒化物層であり、該Ｔｉの窒化物層はＥＳＣＡ分析に
おいて、Ｔｉと酸素、硼素と窒素の結合エネルギーが確
認されることを特徴とする硬質皮膜被覆工具であり、Ｔ
ｉの酸窒化物層の硬度を上昇せしめるとともに、潤滑性
を向上させ、結果耐クレーター摩耗性を著しく改善させ
る事に成功した。乾式、高速切削加工において拡散現象
が少なく、耐クレーター摩耗性に優れ切削工具としての
寿命が極めて良好となることを確認し本発明に到達し
た。
【０００５】
【作用】先ず、ＴｉＮ系皮膜を例に、種々の添加成分の
効果を鋭意研究した結果、硼素の添加と被覆条件の最適
化により、ＴｉＮの耐クレーター摩耗性を著しく改善で
きる知見を得るに至った。調査した結果、ＴｉＮ皮膜内
部に硼素と窒素の結合エネルギーが確認され、ＢとＮの
結合エネルギーを有する相の潤滑効果により切削温度が
２〜４割低減される事実を確認した。また、ＴｉＮの鋼
に対する摩擦係数が硼素の添加により０．８から０．４
に激減していることも確認された。更に、被覆条件によ
って、ＴｉＮ皮膜の硬度が硼素添加によりビッカース硬
度で２２００から２８００に上昇していることも確認さ
れた。これは硼素の窒化物が微細に分散されることによ
るものである。すなわち、セラミック系の硬質皮膜を分
散強化せしめると同時に分散相のもつ潤滑性をも硬質皮
膜に付与することが可能であるという驚くべき事実を発
見した。
効果を鋭意研究した結果、硼素の添加と被覆条件の最適
化により、ＴｉＮの耐クレーター摩耗性を著しく改善で
きる知見を得るに至った。調査した結果、ＴｉＮ皮膜内
部に硼素と窒素の結合エネルギーが確認され、ＢとＮの
結合エネルギーを有する相の潤滑効果により切削温度が
２〜４割低減される事実を確認した。また、ＴｉＮの鋼
に対する摩擦係数が硼素の添加により０．８から０．４
に激減していることも確認された。更に、被覆条件によ
って、ＴｉＮ皮膜の硬度が硼素添加によりビッカース硬
度で２２００から２８００に上昇していることも確認さ
れた。これは硼素の窒化物が微細に分散されることによ
るものである。すなわち、セラミック系の硬質皮膜を分
散強化せしめると同時に分散相のもつ潤滑性をも硬質皮
膜に付与することが可能であるという驚くべき事実を発
見した。
【０００６】しかしながら、硼素を添加したといえど
も、切削条件によっては、切削温度が極めて上昇する場
合があり、このような場合、皮膜に酸化による摩滅が発
生する結果となる。従って、更に皮膜の耐酸化性を向上
する必要があり、酸素を添加することにより、結晶粒界
が緻密になり、結晶粒界の欠陥が減少するため、耐酸化
性が改善されることが確認された。これは硬質皮膜の酸
化は主に皮膜の結晶粒界を酸素が拡散浸透することによ
り進行するため、結晶粒界が緻密化することにより、酸
素の拡散が抑制され、結果、耐酸化性が向上するものと
考えられる。
も、切削条件によっては、切削温度が極めて上昇する場
合があり、このような場合、皮膜に酸化による摩滅が発
生する結果となる。従って、更に皮膜の耐酸化性を向上
する必要があり、酸素を添加することにより、結晶粒界
が緻密になり、結晶粒界の欠陥が減少するため、耐酸化
性が改善されることが確認された。これは硬質皮膜の酸
化は主に皮膜の結晶粒界を酸素が拡散浸透することによ
り進行するため、結晶粒界が緻密化することにより、酸
素の拡散が抑制され、結果、耐酸化性が向上するものと
考えられる。
【０００７】次に、耐酸化性を高めるためには、耐クレ
ーター摩耗性はあまり良くないが耐酸化性には極めて優
れるＴｉとＡｌ系硬質皮膜と硼素と酸素が添加されたＴ
ｉの窒化物皮膜とを複層化することにより、相乗効果が
発揮される結果となるため、このような複層化をするこ
とも、極めて切削温度が上昇するような切削環境下で
は、より好ましいといえる。
ーター摩耗性はあまり良くないが耐酸化性には極めて優
れるＴｉとＡｌ系硬質皮膜と硼素と酸素が添加されたＴ
ｉの窒化物皮膜とを複層化することにより、相乗効果が
発揮される結果となるため、このような複層化をするこ
とも、極めて切削温度が上昇するような切削環境下で
は、より好ましいといえる。
【０００８】図１はＴｉＢターゲットを用い基体バイア
ス３００Ｖ、反応ガスとして窒素を５００ＳＣＣＭ、酸
素を２０ＳＣＣＭ使用し、反応圧０．５ＰａでＴｉＢＯ
Ｎ皮膜をアークイオンプレーティング法により被覆した
時の皮膜のＥＳＣＡ（Electoron Spectroscopy for Che
mical Analysis）解析結果である。硼素含有量は４原子
％と２５原子％である。図１、図２ではＴｉと酸素との
結合エネルギー回折ピークが確認される。図３ではＢと
Ｎとの結合エネルギー回折ピークが確認される。図１は
Ｔｉと酸素の結合が、ＴｉＯを形成している例であり、
図２はＴｉＯ２を形成している例である。ＢとＮの結合
においては、相を形成する場合、ＴＥＭ（Transmission
Electron Microscope）観察結果によれば数ナノから数
十ナノの大きさを有するナノ結晶であり、結晶形態は種
々のものが存在する。ＴｉＮ層の大幅な硬度上昇はこの
ナノ結晶が格子歪を発生させることに起因するものであ
り、耐クレーター摩耗性はＴｉＮに比べ著しく改善され
る結果となったで。これはＢＮ結合自体が優れた潤滑性
を付与していることに起因すると考えられる。また硼素
添加においては被覆条件においてイオンエネルギーが小
さい場合にはナノＢＮ相の出現は認められなかった。従
って、ナノ結晶を介在させ、高硬度化を達成するために
は、被覆条件の最適化も重要であるといえる。
ス３００Ｖ、反応ガスとして窒素を５００ＳＣＣＭ、酸
素を２０ＳＣＣＭ使用し、反応圧０．５ＰａでＴｉＢＯ
Ｎ皮膜をアークイオンプレーティング法により被覆した
時の皮膜のＥＳＣＡ（Electoron Spectroscopy for Che
mical Analysis）解析結果である。硼素含有量は４原子
％と２５原子％である。図１、図２ではＴｉと酸素との
結合エネルギー回折ピークが確認される。図３ではＢと
Ｎとの結合エネルギー回折ピークが確認される。図１は
Ｔｉと酸素の結合が、ＴｉＯを形成している例であり、
図２はＴｉＯ２を形成している例である。ＢとＮの結合
においては、相を形成する場合、ＴＥＭ（Transmission
Electron Microscope）観察結果によれば数ナノから数
十ナノの大きさを有するナノ結晶であり、結晶形態は種
々のものが存在する。ＴｉＮ層の大幅な硬度上昇はこの
ナノ結晶が格子歪を発生させることに起因するものであ
り、耐クレーター摩耗性はＴｉＮに比べ著しく改善され
る結果となったで。これはＢＮ結合自体が優れた潤滑性
を付与していることに起因すると考えられる。また硼素
添加においては被覆条件においてイオンエネルギーが小
さい場合にはナノＢＮ相の出現は認められなかった。従
って、ナノ結晶を介在させ、高硬度化を達成するために
は、被覆条件の最適化も重要であるといえる。
【０００９】更なる高速切削や乾式切削においては、皮
膜はクレーター摩耗による摩滅だけではなく、酸化によ
る摩滅や皮膜の高温硬度の劣化に起因する、こすり摩耗
が発生し、十分に満足する結果を得ることが困難にな
る。そのため、Ｔｉの一部をＷ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚ
ｒ、Ａｌ、Ｓｉに置き換えることにより、これらの元素
がＴｉ原子と置換し、皮膜全体を固溶強化し、高温硬度
を改善できることを見出した。Ｔｉ以外の金属成分はそ
の置換量が０．１原子％以下では何ら明確な効果が確認
されず、４０原子％以上置換するとＴｉＮの有する強靭
性を劣化させる。また、硼素に関してはその添加量が
０．１原子％以下では潤滑性を改善させるに至らず、３
０原子％を超えて含有させるとＴｉＮの有する強靭性を
劣化させる。
膜はクレーター摩耗による摩滅だけではなく、酸化によ
る摩滅や皮膜の高温硬度の劣化に起因する、こすり摩耗
が発生し、十分に満足する結果を得ることが困難にな
る。そのため、Ｔｉの一部をＷ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚ
ｒ、Ａｌ、Ｓｉに置き換えることにより、これらの元素
がＴｉ原子と置換し、皮膜全体を固溶強化し、高温硬度
を改善できることを見出した。Ｔｉ以外の金属成分はそ
の置換量が０．１原子％以下では何ら明確な効果が確認
されず、４０原子％以上置換するとＴｉＮの有する強靭
性を劣化させる。また、硼素に関してはその添加量が
０．１原子％以下では潤滑性を改善させるに至らず、３
０原子％を超えて含有させるとＴｉＮの有する強靭性を
劣化させる。
【００１０】さらに、硼素と酸素を含有するＴｉＮ皮膜
に炭素を添加することにより、炭素の有する潤滑性が付
与され、より好ましい結果となる。また、硼素と酸素を
含有するＴｉＮ皮膜とＴｉとＡｌ系皮膜と積層する場
合、双方の皮膜はともに同じ結晶形態を有するため、層
間の密着性は極めて強固である。
に炭素を添加することにより、炭素の有する潤滑性が付
与され、より好ましい結果となる。また、硼素と酸素を
含有するＴｉＮ皮膜とＴｉとＡｌ系皮膜と積層する場
合、双方の皮膜はともに同じ結晶形態を有するため、層
間の密着性は極めて強固である。
【００１１】多層の構造に関しては、皮膜表面側に潤滑
性の優れる皮膜を被覆する方がより好ましく、母材側に
耐酸化性皮膜、表面側にＴｉＢＮＯを被覆することが望
ましいが必ずしも限定されるものではない。また層数そ
のものも特に限定されるものではない。
性の優れる皮膜を被覆する方がより好ましく、母材側に
耐酸化性皮膜、表面側にＴｉＢＮＯを被覆することが望
ましいが必ずしも限定されるものではない。また層数そ
のものも特に限定されるものではない。
【００１２】以上のごとく、耐クレーター摩耗性を大幅
に改善した結果、本発明による多層硬質皮膜被覆工具
は、高速、高送りミーリング切削加工に使用される工具
に対しても効果的であるが、更に、従来アルミナ皮膜を
有し、膜厚が１０μｍ程度に硬質皮膜が被覆された一般
的に化学蒸着（以下、ＣＶＤと称する。）被覆工具が使
用されていた旋盤加工分野へも適用が可能となった。旋
削加工は比較的連続切削であるため特にクレーター摩耗
に工具寿命が支配される場合が多い。本発明においても
皮膜の膜厚が薄いとＣＶＤ皮膜に耐クレーター摩耗性が
劣る結果になるが、クレーター摩耗が発生するすくい面
において、３μｍ以上被覆することにより、ＣＶＤ皮膜
に匹敵する耐クレーター摩耗性を持たせることが可能で
あることを確認した。皮膜の厚さは３μｍから１５μｍ
であることがより好ましい。
に改善した結果、本発明による多層硬質皮膜被覆工具
は、高速、高送りミーリング切削加工に使用される工具
に対しても効果的であるが、更に、従来アルミナ皮膜を
有し、膜厚が１０μｍ程度に硬質皮膜が被覆された一般
的に化学蒸着（以下、ＣＶＤと称する。）被覆工具が使
用されていた旋盤加工分野へも適用が可能となった。旋
削加工は比較的連続切削であるため特にクレーター摩耗
に工具寿命が支配される場合が多い。本発明においても
皮膜の膜厚が薄いとＣＶＤ皮膜に耐クレーター摩耗性が
劣る結果になるが、クレーター摩耗が発生するすくい面
において、３μｍ以上被覆することにより、ＣＶＤ皮膜
に匹敵する耐クレーター摩耗性を持たせることが可能で
あることを確認した。皮膜の厚さは３μｍから１５μｍ
であることがより好ましい。
【００１３】更に、工具性能を向上させるために、Ｔｉ
ＡｌＮ系皮膜に第３成分を添加することが有効であるこ
とを見出した。これは第３成分がＴｉＡｌＮ皮膜を固溶
強化することに起因するものである。本発明の硬質皮膜
被覆工具は、その被覆方法については、特に限定される
ものではないが、被覆母材への熱影響、工具の疲労強
度、皮膜の密着性等を考慮した場合、アーク放電方式イ
オンプレーティング物理蒸着法であることが望ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
ＡｌＮ系皮膜に第３成分を添加することが有効であるこ
とを見出した。これは第３成分がＴｉＡｌＮ皮膜を固溶
強化することに起因するものである。本発明の硬質皮膜
被覆工具は、その被覆方法については、特に限定される
ものではないが、被覆母材への熱影響、工具の疲労強
度、皮膜の密着性等を考慮した場合、アーク放電方式イ
オンプレーティング物理蒸着法であることが望ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１４】
【実施例１】アークイオンプレーティング装置を用い、
金属成分の蒸発源である各種合金製ターゲット、並びに
反応ガスである窒素ガス、酸素ガス、メタンガスから目
的の皮膜が得られるものを選択し、ＴｉＡｌＮ系皮膜に
おいては、被覆基体温度４００℃、反応ガス圧力１．０
Ｐａ、基体印加バイアス電圧１５０Ｖの条件下にて、被
覆基体であるミーリング用超硬合金インサートに表１に
示す各皮膜を被覆した工具を作成した。本発明例におけ
るＴｉ系硬質層の被覆条件は同一温度において、バイア
ス電位：３００Ｖ、反応ガス圧力：０．５Ｐａとし、Ｂ
Ｎ結合を有する相を介在させた。硼素はＴｉターゲット
に必要量添加することにより皮膜に含有させた。インサ
ートに使用した超硬合金はＪＩＳ−Ｐ４０グレード相当
の超硬合金である。尚、本発明例１２はバイアス電位：
１００Ｖ、反応ガス圧力：０．５Ｐａと、イオンエネル
ギーを落とし、ナノ結晶が確認されない場合の事例であ
る。比較例は、ＴｉＡｌ系以外の皮膜も同一条件で被覆
した。
金属成分の蒸発源である各種合金製ターゲット、並びに
反応ガスである窒素ガス、酸素ガス、メタンガスから目
的の皮膜が得られるものを選択し、ＴｉＡｌＮ系皮膜に
おいては、被覆基体温度４００℃、反応ガス圧力１．０
Ｐａ、基体印加バイアス電圧１５０Ｖの条件下にて、被
覆基体であるミーリング用超硬合金インサートに表１に
示す各皮膜を被覆した工具を作成した。本発明例におけ
るＴｉ系硬質層の被覆条件は同一温度において、バイア
ス電位：３００Ｖ、反応ガス圧力：０．５Ｐａとし、Ｂ
Ｎ結合を有する相を介在させた。硼素はＴｉターゲット
に必要量添加することにより皮膜に含有させた。インサ
ートに使用した超硬合金はＪＩＳ−Ｐ４０グレード相当
の超硬合金である。尚、本発明例１２はバイアス電位：
１００Ｖ、反応ガス圧力：０．５Ｐａと、イオンエネル
ギーを落とし、ナノ結晶が確認されない場合の事例であ
る。比較例は、ＴｉＡｌ系以外の皮膜も同一条件で被覆
した。
【００１５】
【表１】
【００１６】得られた硬質皮膜被覆インサートを用い切
削試験を行った。工具寿命は本切削条件下ではクレータ
ー摩耗が支配するため、クレーター摩耗により工具が切
削不能となった時の切削長とした。切削諸元を次に示
す。１刃当たりの送りが１ｍｍを越えるようなフライス
加工では切削温度が局部的に上昇し、クレーター摩耗が
発生する傾向にある。インサートの切削条件は、工具形
状ＲＤＭＷ１６０４ＭＯＴＮである丸コマインサートを
用いたミーリング加工で、巾１００ｍｍ×長さ２５０ｍ
ｍの面取り加工、被削材ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４５）、切
り込み１．０ｍｍ、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り
１．５ｍｍ／刃、乾式切削とした。欠損に至る切削時間
を表１に併記する。尚表に記載の膜厚はすくい面の膜厚
を示す。
削試験を行った。工具寿命は本切削条件下ではクレータ
ー摩耗が支配するため、クレーター摩耗により工具が切
削不能となった時の切削長とした。切削諸元を次に示
す。１刃当たりの送りが１ｍｍを越えるようなフライス
加工では切削温度が局部的に上昇し、クレーター摩耗が
発生する傾向にある。インサートの切削条件は、工具形
状ＲＤＭＷ１６０４ＭＯＴＮである丸コマインサートを
用いたミーリング加工で、巾１００ｍｍ×長さ２５０ｍ
ｍの面取り加工、被削材ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４５）、切
り込み１．０ｍｍ、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り
１．５ｍｍ／刃、乾式切削とした。欠損に至る切削時間
を表１に併記する。尚表に記載の膜厚はすくい面の膜厚
を示す。
【００１７】表１より、本発明例１〜１６は著しい寿命
改善が認められる。本発明例は、比較例が全てクレータ
ー摩耗により短寿命であったことより、耐クレーター摩
耗性の改善によるところが大きい。酸素と硼素を添加さ
れた本発明例１〜４はいずれもクレーター摩耗からの寿
命が約１００分以上であるのに対し、一般的なＴｉＮ皮
膜である比較例１７は１７分で寿命となる。また、本発
明例５は炭素を添加した例であるが、更に幾分の改善が
認められる。本発明例１２は被覆条件によりナノＢＮ相
が介在しない場合の例であるが、ナノ結晶が介在する本
発明例２に対し若干は寿命が劣るものの、長寿命である
ことが確認された。比較例２０は酸素を添加しない場合
のＴｉＢＮの例であるが、本切削条件下では酸化により
極めて低寿命であった。本発明例６〜１１はＴｉＡｌＮ
系化合物皮膜との複合例であるが、いずれにおいても皮
膜間に剥離はなく、長寿命が確認された。また、本発明
例１５、１６はＴｉＡｌＮ系以外の一般的硬質皮膜との
積層例であるが、極めて長寿命であることが確認され
た。比較例１８、１９はその他潤滑皮膜と硬質皮膜の積
層例であるが、皮膜界面に剥離が発生し、何ら効果が確
認されなかった。
改善が認められる。本発明例は、比較例が全てクレータ
ー摩耗により短寿命であったことより、耐クレーター摩
耗性の改善によるところが大きい。酸素と硼素を添加さ
れた本発明例１〜４はいずれもクレーター摩耗からの寿
命が約１００分以上であるのに対し、一般的なＴｉＮ皮
膜である比較例１７は１７分で寿命となる。また、本発
明例５は炭素を添加した例であるが、更に幾分の改善が
認められる。本発明例１２は被覆条件によりナノＢＮ相
が介在しない場合の例であるが、ナノ結晶が介在する本
発明例２に対し若干は寿命が劣るものの、長寿命である
ことが確認された。比較例２０は酸素を添加しない場合
のＴｉＢＮの例であるが、本切削条件下では酸化により
極めて低寿命であった。本発明例６〜１１はＴｉＡｌＮ
系化合物皮膜との複合例であるが、いずれにおいても皮
膜間に剥離はなく、長寿命が確認された。また、本発明
例１５、１６はＴｉＡｌＮ系以外の一般的硬質皮膜との
積層例であるが、極めて長寿命であることが確認され
た。比較例１８、１９はその他潤滑皮膜と硬質皮膜の積
層例であるが、皮膜界面に剥離が発生し、何ら効果が確
認されなかった。
【００１８】
【実施例２】実施例１の方法に基づき、表１記載の本発
明例及び比較例の皮膜を旋削用サーメットインサート
（チップ形状：ＴＮＧＧ１１０３０２Ｒ）に被覆し、旋
削加工を実施した。用いたサーメット合金の組成は重量
％で６０ＴｉＣＮ−１０ＷＣ−１０ＴａＣ−５Ｍｏ２Ｃ
―５Ｎｉ−１０Ｃｏである。切削条件は、被削材として
Ｓ５３Ｃを用い、切削速度２２０ｍ／分、切り込み１ｍ
ｍ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油を用い
た。いずれもクレーター摩耗の進行から発熱が大きくな
り、逃げ面摩耗が増大する傾向にあるので、逃げ面摩耗
値が０．１ｍｍになった時点を寿命と判定した。寿命ま
での切削時間を表２に記載する。
明例及び比較例の皮膜を旋削用サーメットインサート
（チップ形状：ＴＮＧＧ１１０３０２Ｒ）に被覆し、旋
削加工を実施した。用いたサーメット合金の組成は重量
％で６０ＴｉＣＮ−１０ＷＣ−１０ＴａＣ−５Ｍｏ２Ｃ
―５Ｎｉ−１０Ｃｏである。切削条件は、被削材として
Ｓ５３Ｃを用い、切削速度２２０ｍ／分、切り込み１ｍ
ｍ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油を用い
た。いずれもクレーター摩耗の進行から発熱が大きくな
り、逃げ面摩耗が増大する傾向にあるので、逃げ面摩耗
値が０．１ｍｍになった時点を寿命と判定した。寿命ま
での切削時間を表２に記載する。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２より、酸素と硼素を添加された本発明
例１〜４は、いずれもクレーター摩耗からの長寿命であ
るのに対し、比較例１７は１２分で寿命となった。ま
た、寿命は皮膜の厚さに強く依存する傾向にあった。本
発明例５は炭素を添加した例であるが、更に幾分の改善
が認められる。比較例２０は酸素を添加しない場合のＴ
ｉＢＮの例であるが、本切削条件下では酸化により極め
て短寿命であった。本発明例６〜１１はＴｉＡｌＮ系皮
膜との複合例であるが、いずれにおいても実施例１と同
様に旋削加工においても皮膜間に剥離はなく、長寿命が
確認された。比較例１８、１９はその他潤滑皮膜と硬質
皮膜の積層例であるが、皮膜界面に剥離が発生し、何ら
効果が確認されなかった。
例１〜４は、いずれもクレーター摩耗からの長寿命であ
るのに対し、比較例１７は１２分で寿命となった。ま
た、寿命は皮膜の厚さに強く依存する傾向にあった。本
発明例５は炭素を添加した例であるが、更に幾分の改善
が認められる。比較例２０は酸素を添加しない場合のＴ
ｉＢＮの例であるが、本切削条件下では酸化により極め
て短寿命であった。本発明例６〜１１はＴｉＡｌＮ系皮
膜との複合例であるが、いずれにおいても実施例１と同
様に旋削加工においても皮膜間に剥離はなく、長寿命が
確認された。比較例１８、１９はその他潤滑皮膜と硬質
皮膜の積層例であるが、皮膜界面に剥離が発生し、何ら
効果が確認されなかった。
【００２１】
【実施例３】ＴｉＡｌ金属ターゲットのＡｌの一部を他
成分で置換したターゲットを用い実施例１と同一条件に
て本発明例を作成した。実施例１と同一切削評価を実施
し、その結果を表３に併記する。
成分で置換したターゲットを用い実施例１と同一条件に
て本発明例を作成した。実施例１と同一切削評価を実施
し、その結果を表３に併記する。
【００２２】
【表３】
【００２３】表３の結果から明らかなように、ＴｉＡｌ
系硬質皮膜に第３の成分を添加することにより、より一
層の寿命向上が可能である。これは第３成分の添加によ
りＴｉＡｌＮ系皮膜が更に固溶強化されたり、耐酸化性
が向上することに起因するものである。
系硬質皮膜に第３の成分を添加することにより、より一
層の寿命向上が可能である。これは第３成分の添加によ
りＴｉＡｌＮ系皮膜が更に固溶強化されたり、耐酸化性
が向上することに起因するものである。
【００２４】
【発明の効果】以上の如く、本発明の硬質皮膜被覆工具
は、従来の被覆工具に比べ耐クレーター摩耗性に優れ、
乾式高速切削加工において格段に長い工具寿命が得ら
れ、切削加工における生産性の向上、コスト低減、環境
改善に極めて有効である。
は、従来の被覆工具に比べ耐クレーター摩耗性に優れ、
乾式高速切削加工において格段に長い工具寿命が得ら
れ、切削加工における生産性の向上、コスト低減、環境
改善に極めて有効である。
【図１】図１は、本発明例の皮膜のＥＳＣＡ解析結果
で、Ｔｉと酸素との結合エネルギー回折ピークを示し、
ＴｉＯを形成している例を示す。
で、Ｔｉと酸素との結合エネルギー回折ピークを示し、
ＴｉＯを形成している例を示す。
【図２】図２は、本発明例の皮膜のＥＳＣＡ解析結果
で、Ｔｉと酸素との結合エネルギー回折ピークを示し、
ＴｉＯ２を形成している例を示す。
で、Ｔｉと酸素との結合エネルギー回折ピークを示し、
ＴｉＯ２を形成している例を示す。
【図３】図３は、本発明例の皮膜のＥＳＣＡ解析結果
で、ＢとＮとの結合エネルギー回折ピークを示す。
で、ＢとＮとの結合エネルギー回折ピークを示す。
Claims (5)
- 【請求項１】基体表面に硬質皮膜を被覆した硬質皮膜被
覆工具において、該硬質皮膜の少なくとも１層が硼素と
酸素を含有するＴｉの酸窒化物層であり、該Ｔｉの酸窒
化物層はＥＳＣＡ分析において、Ｔｉと酸素、硼素と窒
素の結合エネルギーが確認されることを特徴とする硬質
皮膜被覆工具。 - 【請求項２】請求項１記載の硬質皮膜被覆工具におい
て、該Ｔｉの酸窒化物層に炭素を含有させたことを特徴
とする硬質皮膜被覆工具。 - 【請求項３】請求項１乃至２記載の硬質皮膜被覆工具に
おいて該、硬質皮膜が該Ｔｉの酸窒化物層とＴｉとＡｌ
を主成分とし、Ｃ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる硬質化合
物層とが２層以上被覆されたことを特徴とする硬質皮膜
被覆工具。 - 【請求項４】請求項３記載の硬質皮膜被覆工具におい
て、該硬質化合物層のＡｌの一部を４ａ、５ａ、６ａ族
金属、及びＳｉの１種以上の成分で置換したことを特徴
とする硬質皮膜被覆工具。 - 【請求項５】請求項１乃至４記載の硬質皮膜被覆工具に
おいて、該基体が超硬合金若しくはサーメット合金であ
り、該皮膜の総厚がすくい面において３μｍ〜１５μｍ
であることを特徴とする硬質皮膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099936A JP2003291006A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 硬質皮膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099936A JP2003291006A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 硬質皮膜被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003291006A true JP2003291006A (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=29241148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002099936A Withdrawn JP2003291006A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 硬質皮膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003291006A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005199420A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-28 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
| JP2005205592A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-04 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
| US20130309467A1 (en) * | 2011-02-01 | 2013-11-21 | Osg Corporation | Hard laminar coating |
-
2002
- 2002-04-02 JP JP2002099936A patent/JP2003291006A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005199420A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-28 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
| JP2005205592A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-04 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
| US20130309467A1 (en) * | 2011-02-01 | 2013-11-21 | Osg Corporation | Hard laminar coating |
| US9074279B2 (en) * | 2011-02-01 | 2015-07-07 | Osg Corporation | Hard laminar coating |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050511 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050616 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051121 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20060118 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060123 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20060224 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070525 |