JP2004058270A - 切削工具インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭＡＸ被覆された超硬合金から成る、切り屑排除機械加工用の切削工具インサートを提供する。
【解決手段】基材と皮膜とを備えた切削工具インサートにおいて、
該皮膜は１層または２層以上の耐熱性化合物の層から成り、その内の少なくとも１層はＭｎ＋１ＡＸｎで定義されるＭＡＸ相から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳ、ＸはＣ、Ｎ、Ｂのいずれか１種以上であることを特徴とする切削工具インサート。
【選択図】 なし
【解決手段】基材と皮膜とを備えた切削工具インサートにおいて、
該皮膜は１層または２層以上の耐熱性化合物の層から成り、その内の少なくとも１層はＭｎ＋１ＡＸｎで定義されるＭＡＸ相から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳ、ＸはＣ、Ｎ、Ｂのいずれか１種以上であることを特徴とする切削工具インサート。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素基材料、または高速度鋼から成る基材と、硬質で耐摩耗性のある耐熱性皮膜とから成り、切り屑排除をする機械加工用の切削工具に関する。この皮膜は、耐熱化合物Ｍｎ＋１ＡＸｎから成る少なくとも１層から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳ、Ｘは窒素および炭素のいずれか１種以上である。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス材料のうち、Ｍｎ＋１ＡＸｎで表され、ｎが１、２または３、Ｍが遷移金属、ＡはＳｉ、Ａｌ、ＧｅまたはＧａ、ＸがＣ、Ｎ、またはＢであるものは、「ＭＡＸ相」と呼ばれている。ＸがＮ単独の場合、すなわちＭｎ＋１ＡＮｎの場合は、ＭＡＮ相と呼ばれる。この一群の材料は六方晶構造を有し、大きなユニットセル（単位格子）から成るナノラミネート構造（微細積層構造）を持っている。ＭＡＸ相およびＭＡＮ相の特徴は、金属元素よりも非金属元素の含有量が少ないことであって、ｎ＝１で２５ａｔ％、ｎ＝２で３３ａｔ％、ｎ＝３で３７．５ａｔ％である。
【０００３】
ＭＡＸ相をＴｉ３ＳｉＣ２のバルク材として作成した最初の報告は、１９６７年に非特許文献１（Ｎｏｗｏｔｎｙ， Ｍｏｎａｔｓｈ ｆｕｅｒ Ｃｈｅｍ． ９８：３２９−３３７ （１９６７））によってなされている。
【０００４】
１９７２年には、非特許文献２（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：３３５ （１９７２））の報告があり、反応性ガスとしてＳｉＣｌ４、ＴｉＣｌ４、ＣＣｌ４、Ｈ２を用いた化学蒸着（ＣＶＤ）によってＴｉ３ＳｉＣ２を成長させている。その後、非特許文献３（Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｂｕｌｌ． ２２：１１９５−１２０１ （１９８７））の報告によると、非特許文献２（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．）と同じ反応性ガスを用いたＣＶＤにより生成温度１３００〜１６００℃でＴｉ３ＳｉＣ２を成長させている。
【０００５】
純粋な単相の単結晶Ｔｉ３ＳｉＣ２をＰＶＤ法によって単結晶ＭｇＯ（１１１）基板上にエピタキシャル成長させることが可能であることが、非特許文献４（Ｓｅｐｐａｅｎｅｎ ｅｔ ａｌ． （Ｐｒｏｃ． Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｔａｍｅｒｅ， Ｆｉｎｌａｎｄ， １１−１５ Ｊｕｎｅ， ２００２， ｓ １４２−１４３ ＩＳＳＮ １４５５−４５１８））に報告されている。３種類の方法すなわち（ｉ）元素ターゲットを用いた非平衡ＤＣマグネトロン・スパッタリングによる方法、（ｉｉ）元素ターゲットとＣ６０の蒸発とを用いた非平衡マグネトロン・スパッタリングによる方法、（ｉｉｉ）化学量論ターゲットを用いた非平衡マグネトロン・スパッタリングによる方法が報告されている。
【０００６】
ＭＡＸ相Ｔｉ３ＳｉＣ２単結晶の硬さ異方性についての最初の報告は非特許文献５（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：２８３（１９７２））であった。
【０００７】
種々のＭＡＸ相の機械特性のレビューは非特許文献６（Ｎ．Ｗ．Ｂａｒｓｏｕｍ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ． Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ． ２８ （２０００） ２０１−２８１）により行なわれた。Ｔｉ３ＳｉＣ２バルク材について、高靭性、高曲げ強度、耐割れ性、耐繰り返し割れ性等の実用上好ましい特異な性質が幾つか報告されている。
【０００８】
特許文献１（アメリカ合衆国特許第５，９４２，４５５号）には、単層もしくは固溶体のＭ３Ｘ１Ｚ２のバルク材を製造する方法が開示されており、Ｍは遷移金属、ＸはＳｉ、Ａｌ、またはＧｅ、ＺはＢ、ＣまたはＮであって、Ｍ、Ｘ、Ｚを含む混合粉末を約１０００℃〜約１８００℃の温度に加熱する。これにより得られた生成物は、耐衝撃性、耐酸化性、被削性が優れている。
【０００９】
特許文献２（アメリカ合衆国特許第６，０１３，３２２号）には、「３１２化合物」（例えばＴｉ３ＳｉＣ２）三元セラミックス材料の表面処理が開示されており、炭化剤、珪化剤、窒化剤、硼化剤から選択した表面改質剤に約６００℃以上の高温で十分な時間接触させることにより、厚さ約１μｍ以上の表面反応層を形成する。
【００１０】
Ｔｉ―Ａｌ系その他の遷移金属の窒化物、炭化物、酸化物に関しては多くの特許があり、例えば単層構造の例としては特許文献３（アメリカ合衆国特許第５，５４９，９７５号）、多層構造の例としては特許文献４（アメリカ合衆国特許第５，３３０，８５３号）、成分組成の例としては特許文献５（欧州特許第４４８，７２０号）、これらを組み合わせた例としては特許文献６（アメリカ合衆国特許第５，２０８，１０２号）がある。しかしいずれも化学量論組成すなわち５０ａｔ％に近いものであり、ＮａＣｌ型の立方晶である。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｎｏｗｏｔｎｙ， Ｍｏｎａｔｓｈ ｆｕｅｒ Ｃｈｅｍ． ９８：３２９−３３７ （１９６７）
【非特許文献２】
Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：３３５ （１９７２）
【非特許文献３】
Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｂｕｌｌ． ２２：１１９５−１２０１ （１９８７）
【非特許文献４】
Ｓｅｐｐａｅｎｅｎ ｅｔ ａｌ． （Ｐｒｏｃ． Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｔａｍｅｒｅ， Ｆｉｎｌａｎｄ， １１−１５ Ｊｕｎｅ， ２００２， ｓ １４２−１４３ ＩＳＳＮ １４５５−４５１８）
【非特許文献５】
Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：２８３（１９７２）
【非特許文献６】
Ｎ．Ｗ．Ｂａｒｓｏｕｍ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ． Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ． ２８ （２０００） ２０１−２８１
【特許文献１】
アメリカ合衆国特許第５，９４２，４５５号
【特許文献２】
アメリカ合衆国特許第６，０１３，３２２号
【特許文献３】
アメリカ合衆国特許第５，５４９，９７５号
【特許文献４】
アメリカ合衆国特許第５，３３０，８５３号
【特許文献５】
欧州特許第４４８，７２０号
【特許文献６】
アメリカ合衆国特許第５，２０８，１０２号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＭＡＸ被覆された超硬合金から成る、切り屑排除機械加工用の切削工具インサートを提供することを目的の一つとする。
【００１３】
本発明は、ＰＶＤ法により高靭性のＭＡＸ層を形成する方法を提供することをもう一つの目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、切り屑を排除する機械加工用の切削工具であって、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素基材料または高速度鋼から成る基体の表面に、少なくとも１層が結晶質ＭＡＸ相から成る１層または２層以上の耐熱化合物の層から成る耐摩耗性皮膜を備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の皮膜は、１層または２層以上の耐熱化合物から成り、そのうち少なくとも１層はＭｎ＋１ＡＸｎで定義される、いわゆるＭＡＸ相から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種であって望ましくはＴｉ、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳであって望ましくはＡｌ、ＸはＣ、Ｎ、Ｂのいずれか１種以上、望ましくは４０ａｔ％以上のＮ、更に望ましくは（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）でｘが０〜０．６、最も望ましくはＮである。結晶質ＭＡＸ層は切削工具基体の表面に直接形成するが、工具基体とＭＡＸ層との間および／またはＭＡＸ層の上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＡｌから選択した金属の窒化物、炭化物、酸化物のうちの１種以上から成る付加的な層を備えていてもよい。望ましくは、ＭＡＸ層は最外層または外から２番目の層である。
【００１６】
ＭＡＸ層の厚さは０．１〜２０μｍ、望ましくは０．５〜１０μｍである。本発明の皮膜の総厚さは０．５〜２５μｍ、望ましくは１〜１５μｍであり、ＭＡＸ層以外の層の合計厚さは０．１〜１０μｍである。
【００１７】
別の実施形態においては、前述の付加的な層を備えまたは無しで、厚さ０．５〜２０μｍのＭＡＸ層より外側に、ＭｏＳ２またはＭｅＣ／Ｃ（ただしＭｅはＣｒ、Ｗ、ＴｉまたはＴａ）を基質とする低摩擦固体材料から成る外層を、皮膜の最外層として形成しても良い。
【００１８】
更に別の実施形態においては、厚さ０．１〜２μｍのＭＡＸ層は、２層〜５００層から成る多層皮膜中の１〜５種の材料の一つである。
【００１９】
更に別の実施形態においては、厚さ０．５〜２０μｍのＭＡＮ層を、結晶質Ａｌ２Ｏ３の１層または数層から成るＣＶＤ皮膜の上に形成しても良い。
【００２０】
更に別の実施形態においては、ＭＡＸ層の上および／または下にＭＡＮ層を形成しても良い。
【００２１】
本発明のＭＡＸ層を形成する方法は、合金または複合材のターゲットを用いたマグネトロン・スパッタリング法によるもの、またはアーク蒸着法と合金または複合材のターゲット／カソードを用いたマグネトロン・スパッタリングとの併合法によるものがあり、Ｔｉ／Ａｌ系について説明した下記の条件で行なう。
【００２２】
ＭＡＮ層のマグネトロン・スパッタリングは下記のデータを用いて行なう。
【００２３】
マグネトロン出力密度：２〜４０Ｗ／ｃｍ２、望ましくは５〜１５Ｗ／ｃｍ２。
【００２４】
用いる雰囲気はＡｒとＮ２との混合雰囲気である。Ｎ２の分圧は１〜３０ｍＰａ、望ましくは２〜１５ｍＰａである。
【００２５】
全圧は０．０５〜２Ｐａ，望ましくは０．０２〜１Ｐａである。
【００２６】
バイアス電圧ＶＳ：＜０Ｖ、望ましくは−５〜１００Ｖ。
【００２７】
ＴｉＡｌターゲットを用いる。その組成は形成したい相に応じて、例えばＴｉ３ＡｌＮ２を形成したい場合には７５ａｔ％Ｔｉ＋２５ａｔ％Ａｌ、Ｔｉ２ＡｌＮには６７ａｔ％Ｔｉ＋３３ａｔ％Ａｌ、Ｔｉ４ＡｌＮ３には８０ａｔ％Ｔｉ＋２０ａｔ％Ａｌとする。
【００２８】
形成温度は６００〜１０００℃、望ましくは７００〜９００℃である。
【００２９】
ＭＡＮ相は恐らくＮ２分圧を非常に低くしたことで得られる。
【００３０】
Ｔｉ３ＡｌＣ２のようなＭＡＸ層のマグネトロン・スパッタリングは、Ｔｉ３ＡｌＮ２と同様のデータを用いて行なうが、純Ａｒ雰囲気とＣのスパッタリング用にもう一つターゲットを用いる。
【００３１】
ここまで、ＭＡＮ相とアーク蒸着した（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層とから成る層について本発明を説明してきた。しかし、ＭＡＸ層を含む皮膜は、化学蒸着（ＣＶＤ）やプラズマ活性化化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）等の他の方法で成長した層と組み合わせても同様に有効であり、また、他の材料の層例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＡｌから選択した金属の窒化物および／または炭化物および／または酸化物の層と組み合わせても同様に有効である。
【００３２】
ＭＡＮ／ＭＡＸ相が金属の炭窒化物となる場合もあり、ＰＶＤを用いてＭＡＮ層を形成すれば、形成過程で炭素含有ガス（例えばＣ２Ｈ２やＣＨ４）を雰囲気中に添加するだけで、炭素を含有するＭＡＮ相を得ることができる。例えば、Ｔｉ／Ａｌターゲットを用いたスパッタリングを行なう場合、Ｔｉ２Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）、Ｔｉ３Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）２、Ｔｉ４Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）３でｘが０〜０．６であるものが得られる。
【００３３】
皮膜中のＭＡＸ／ＭＡＮ相はＸ線回折（ＸＲＤ）により同定できる。図２はその一例であり、Ｔｉ／Ａｌ系でＭＡＮ相としてＴｉ２ＡｌＮ、Ｔｉ３ＡｌＮ２が現われている。（ａ）における（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層とＭＡＮ層とが共存する場合と、（ｂ）における（ａ）に示した第１層すなわち（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎのみの場合とを比較している。ＭＡＮ層を形成した場合には新たなピークが多数表れており、例えば３７．５°〜４１．５°（ＣｕＫα線）の間に出現しているピークは、格子間隔０．２１７ｎｍ〜０．２４０ｎｍに対応するものである。これらのピークはＴｉＮのようなＮａＣｌ型の相には対応しておらず、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの同定は対応するＮａＣｌ相の（１１１）ピークまたは（２００）ピークあるいはほぼ同じ格子定数のピークの有無によって行なえる（皮膜の集合組織や応力状態によっては若干のズレは生じ得る）。
【００３４】
【実施例】
〔実施例１〕
組成が６ｗｔ％Ｃｏ、９４ｗｔ％ＷＣである超硬合金基体を用いた。ＷＣ粒径は約１μｍ、硬さは１６５０ＨＶ１０であった。
【００３５】
皮膜形成を開始する前に、基体をアルカリ溶液浴とアルコール浴で超音波洗浄した。
【００３６】
アーク蒸着により、Ｔｉ／Ａｌ（３３ａｔ％Ｔｉ＋６７ａｔ％Ａｌ）カソード（直径６３ｍｍ）を６個用いて、Ａｒ／Ｎ２雰囲気中で全圧２．０Ｐａにて、基体バイアス電圧−１３０Ｖの条件で、（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層を形成した。蒸着を４０分間行なって、厚さ約２μｍの皮膜を得た。蒸着温度は約５５０℃であった。
【００３７】
（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層の上にＭＡＮ層を形成した。これは、ＤＣマグネトロン・スパッタリング源を備えた薄膜形成用の市販の製膜装置を用い、７５ａｔ％Ｔｉ＋２５ａｔ％Ａｌのターゲット（直径６３ｍｍ）を用いて行なった。
【００３８】
ＭＡＮ層のマグネトロン・スパッタリング中、基体はマグネトロンから３０ｃｍの位置に固定し、輻射加熱により約８７０℃に６０分加熱し、基体ホルダーに取り付けた熱電対で測温した。加熱完了後直ちに、基体に−１０００Ｖのバイアス電圧を印加した状態でＡｒイオンエッチングにより１０分間エッチングした。引き続きＭＡＮ相の形成を書き３種類の窒素分圧で行なった。すなわち、ＰＮ２＝１２．０、６．７、５．３ｍＰａとし、残部はＡｒで、全圧は０．５Ｐａで一定とした。基体バイアス電圧ＶＳ＝−２５Ｖ、マグネトロン出力４５０Ｗ（一定電流０．６５Ａ）で、ターゲット電圧は約６７０Ｖに調整し、これらの条件は全ての層の形成中一定に維持した。このようにして製膜を３０分間行い、厚さ約１μｍのＭＡＮ層を形成した。
【００３９】
Ｘ線回折の結果は図２に示すとおりであり、基体のＷＣ相によるピークと共に、立方晶（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層によるピークが出現している。しかし、その他にＴｉ２ＡｌＮおよびＴｉ３ＡｌＮ２と同定される六方晶ＭＡＮ相による多数のピークが出現しており、２θ＝３７．５°〜４１．５°のピークはＴｉ３ＡｌＮ２、２θ＝５４°のピークはＴｉ２ＡｌＮによる。一番高いＰＮ２（１２．０ｍＰａ）で形成した薄膜の場合は更に、恐らくＴｉ３ＡｌＮによる小さいピークが２θ＝２２°（ＣｕＫα線）に出現している。表１に示すように、低いＰＮ２ で形成した層はいずれもＴｉ３ＡｌＮ２の（１０４）方位および（００１０）方位に対応するピーク強度が高い。一番高いＰＮ２ で形成した層はこれらの方位に対応するピークは小さく、Ｔｉ３ＡｌＮ２の（１０５）方位に対応するピークが大きい。Ｔｉ３ＡｌＮ２の（１０６）方位に対応する小さいピークは、中間のＰＮ２ で形成した薄膜のみに現われている。どの薄膜にも、Ｔｉ２ＡｌＮの（１０６）方位に対応する小さいピークが現われている。
【００４０】
破壊して現出させた横断面をＳＥＭ観察すると、形成したどの薄膜も柱状組織をしており、立方晶（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と六方晶ＭＡＮ層とを簡単に識別できるようなコントラストや形態上の相違はない。しかし、高倍率で観察すると、ＰＮ２＝６．７ｍＰａで形成したＭＡＮ層は柱状形態が観察される（図１）。このＭＡＮ層の粒径は１μｍ未満である。
【００４１】
スクラッチテスト（引き掻き試験）の結果、いずれの層も密着性は良好であった。異なるＰＮ２で形成した層同士で限界荷重ＦＮ，Ｃに明瞭な差異はなかった。いずれも４０〜５０Ｎの範囲内であった。しかし、最上層が純粋の六方晶ＭＡＮ層である場合と、最上層に少量の立方晶Ｔｉ３ＡｌＮを含む場合（ＰＮ２＝１２．０ｍＰａ）とでは、変形の形態に差があった。最上層が純粋なＭＡＮ層である皮膜は破壊の開始がスポーリングを伴わない塑性変形であるのに対して、少量の立方晶Ｔｉ３ＡｌＮを含む皮膜は若干の剥離破壊も生じていた。ＭＡＮ層含有皮膜のスクラッチ部と、最上部ＭＡＮ層の無い皮膜のスクラッチ部とを比較すると明瞭な違いが認められ、後者にはスクラッチ部の周りに多数の剥離破壊が認められる。このようにスクラッチテストの結果から、ＭＡＮ含有層を備えた本発明の皮膜は、ＭＡＮ含有層無しに形成した層に比べて靭性が大幅に向上していることが分かる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
〔実施例２〕
超硬合金切削工具インサートＳＮＧＮ１２０４０８（ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ）に、第１層としての厚さ２μｍの（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層と、実施例１の試料Ｂによる厚さ１μｍのＭＡＮ層とを被覆した。比較として、同様の形状のインサートで、ＭＡＮ被覆した試料の第１層と同様の単層を被覆した試料Ｄを作成した。
【００４４】
断続切削を伴う正面フライス試験を、ＳＳ２５４１（ 幅２０ｍｍのプレート３枚を１０ｍｍ間隔でパッケージとして載置）により、ｖｃ＝２００ｍ／分、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み＝２．５ｍｍにて行なった。
【００４５】
【表２】
【００４６】
この試験の結果、最上部ＭＡＮ層を備えた試料は標準的な被覆の試料に比べて靭性が向上することが分かった。
【００４７】
〔実施例３〕
実施例２の各試料についてＳＳ２３４３による側面フライス試験を行なった。この試験は、インサートへのワーク材の付着性が低い状態で靭性を評価するものである。
【００４８】
側面フライス試験条件は、ＳＳ２３４３により、一体ワークを用い、ｖｃ＝２００ｍ／分、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み＝２．５ｍｍにて行なった。
【００４９】
【表３】
【００５０】
この試験の結果でも、最上部にＭＡＮ層を備えたことにより、靭性が向上しかつ切り屑付着性が低減することが分かった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＡＸ被覆された超硬合金から成る、切り屑排除機械加工用の切削工具インサートが提供される。
【００５２】
更に本発明によれば、ＰＶＤ法により高靭性のＭＡＸ層を形成する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による皮膜付き切削工具インサートの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（６０００倍）であり、Ａは６．７ｍＰａのＮ２を用いて成長させたＭＡＮ層（約１μｍ）、Ｂは（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層（約２μｍ）、Ｓは基材である。
【図２】図２は、（ａ）図１の皮膜付きインサートのＸ線回折パターン、（ｂ）最上部ＭＡＮ層が無い場合の第１層のＸ線回折パターンである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素基材料、または高速度鋼から成る基材と、硬質で耐摩耗性のある耐熱性皮膜とから成り、切り屑排除をする機械加工用の切削工具に関する。この皮膜は、耐熱化合物Ｍｎ＋１ＡＸｎから成る少なくとも１層から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳ、Ｘは窒素および炭素のいずれか１種以上である。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス材料のうち、Ｍｎ＋１ＡＸｎで表され、ｎが１、２または３、Ｍが遷移金属、ＡはＳｉ、Ａｌ、ＧｅまたはＧａ、ＸがＣ、Ｎ、またはＢであるものは、「ＭＡＸ相」と呼ばれている。ＸがＮ単独の場合、すなわちＭｎ＋１ＡＮｎの場合は、ＭＡＮ相と呼ばれる。この一群の材料は六方晶構造を有し、大きなユニットセル（単位格子）から成るナノラミネート構造（微細積層構造）を持っている。ＭＡＸ相およびＭＡＮ相の特徴は、金属元素よりも非金属元素の含有量が少ないことであって、ｎ＝１で２５ａｔ％、ｎ＝２で３３ａｔ％、ｎ＝３で３７．５ａｔ％である。
【０００３】
ＭＡＸ相をＴｉ３ＳｉＣ２のバルク材として作成した最初の報告は、１９６７年に非特許文献１（Ｎｏｗｏｔｎｙ， Ｍｏｎａｔｓｈ ｆｕｅｒ Ｃｈｅｍ． ９８：３２９−３３７ （１９６７））によってなされている。
【０００４】
１９７２年には、非特許文献２（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：３３５ （１９７２））の報告があり、反応性ガスとしてＳｉＣｌ４、ＴｉＣｌ４、ＣＣｌ４、Ｈ２を用いた化学蒸着（ＣＶＤ）によってＴｉ３ＳｉＣ２を成長させている。その後、非特許文献３（Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｂｕｌｌ． ２２：１１９５−１２０１ （１９８７））の報告によると、非特許文献２（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．）と同じ反応性ガスを用いたＣＶＤにより生成温度１３００〜１６００℃でＴｉ３ＳｉＣ２を成長させている。
【０００５】
純粋な単相の単結晶Ｔｉ３ＳｉＣ２をＰＶＤ法によって単結晶ＭｇＯ（１１１）基板上にエピタキシャル成長させることが可能であることが、非特許文献４（Ｓｅｐｐａｅｎｅｎ ｅｔ ａｌ． （Ｐｒｏｃ． Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｔａｍｅｒｅ， Ｆｉｎｌａｎｄ， １１−１５ Ｊｕｎｅ， ２００２， ｓ １４２−１４３ ＩＳＳＮ １４５５−４５１８））に報告されている。３種類の方法すなわち（ｉ）元素ターゲットを用いた非平衡ＤＣマグネトロン・スパッタリングによる方法、（ｉｉ）元素ターゲットとＣ６０の蒸発とを用いた非平衡マグネトロン・スパッタリングによる方法、（ｉｉｉ）化学量論ターゲットを用いた非平衡マグネトロン・スパッタリングによる方法が報告されている。
【０００６】
ＭＡＸ相Ｔｉ３ＳｉＣ２単結晶の硬さ異方性についての最初の報告は非特許文献５（Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：２８３（１９７２））であった。
【０００７】
種々のＭＡＸ相の機械特性のレビューは非特許文献６（Ｎ．Ｗ．Ｂａｒｓｏｕｍ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ． Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ． ２８ （２０００） ２０１−２８１）により行なわれた。Ｔｉ３ＳｉＣ２バルク材について、高靭性、高曲げ強度、耐割れ性、耐繰り返し割れ性等の実用上好ましい特異な性質が幾つか報告されている。
【０００８】
特許文献１（アメリカ合衆国特許第５，９４２，４５５号）には、単層もしくは固溶体のＭ３Ｘ１Ｚ２のバルク材を製造する方法が開示されており、Ｍは遷移金属、ＸはＳｉ、Ａｌ、またはＧｅ、ＺはＢ、ＣまたはＮであって、Ｍ、Ｘ、Ｚを含む混合粉末を約１０００℃〜約１８００℃の温度に加熱する。これにより得られた生成物は、耐衝撃性、耐酸化性、被削性が優れている。
【０００９】
特許文献２（アメリカ合衆国特許第６，０１３，３２２号）には、「３１２化合物」（例えばＴｉ３ＳｉＣ２）三元セラミックス材料の表面処理が開示されており、炭化剤、珪化剤、窒化剤、硼化剤から選択した表面改質剤に約６００℃以上の高温で十分な時間接触させることにより、厚さ約１μｍ以上の表面反応層を形成する。
【００１０】
Ｔｉ―Ａｌ系その他の遷移金属の窒化物、炭化物、酸化物に関しては多くの特許があり、例えば単層構造の例としては特許文献３（アメリカ合衆国特許第５，５４９，９７５号）、多層構造の例としては特許文献４（アメリカ合衆国特許第５，３３０，８５３号）、成分組成の例としては特許文献５（欧州特許第４４８，７２０号）、これらを組み合わせた例としては特許文献６（アメリカ合衆国特許第５，２０８，１０２号）がある。しかしいずれも化学量論組成すなわち５０ａｔ％に近いものであり、ＮａＣｌ型の立方晶である。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｎｏｗｏｔｎｙ， Ｍｏｎａｔｓｈ ｆｕｅｒ Ｃｈｅｍ． ９８：３２９−３３７ （１９６７）
【非特許文献２】
Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：３３５ （１９７２）
【非特許文献３】
Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｂｕｌｌ． ２２：１１９５−１２０１ （１９８７）
【非特許文献４】
Ｓｅｐｐａｅｎｅｎ ｅｔ ａｌ． （Ｐｒｏｃ． Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｔａｍｅｒｅ， Ｆｉｎｌａｎｄ， １１−１５ Ｊｕｎｅ， ２００２， ｓ １４２−１４３ ＩＳＳＮ １４５５−４５１８）
【非特許文献５】
Ｎｉｃｋｌ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｌｅｓｓ−Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ ２６：２８３（１９７２）
【非特許文献６】
Ｎ．Ｗ．Ｂａｒｓｏｕｍ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ． Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ． ２８ （２０００） ２０１−２８１
【特許文献１】
アメリカ合衆国特許第５，９４２，４５５号
【特許文献２】
アメリカ合衆国特許第６，０１３，３２２号
【特許文献３】
アメリカ合衆国特許第５，５４９，９７５号
【特許文献４】
アメリカ合衆国特許第５，３３０，８５３号
【特許文献５】
欧州特許第４４８，７２０号
【特許文献６】
アメリカ合衆国特許第５，２０８，１０２号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＭＡＸ被覆された超硬合金から成る、切り屑排除機械加工用の切削工具インサートを提供することを目的の一つとする。
【００１３】
本発明は、ＰＶＤ法により高靭性のＭＡＸ層を形成する方法を提供することをもう一つの目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、切り屑を排除する機械加工用の切削工具であって、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素基材料または高速度鋼から成る基体の表面に、少なくとも１層が結晶質ＭＡＸ相から成る１層または２層以上の耐熱化合物の層から成る耐摩耗性皮膜を備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の皮膜は、１層または２層以上の耐熱化合物から成り、そのうち少なくとも１層はＭｎ＋１ＡＸｎで定義される、いわゆるＭＡＸ相から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種であって望ましくはＴｉ、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳであって望ましくはＡｌ、ＸはＣ、Ｎ、Ｂのいずれか１種以上、望ましくは４０ａｔ％以上のＮ、更に望ましくは（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）でｘが０〜０．６、最も望ましくはＮである。結晶質ＭＡＸ層は切削工具基体の表面に直接形成するが、工具基体とＭＡＸ層との間および／またはＭＡＸ層の上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＡｌから選択した金属の窒化物、炭化物、酸化物のうちの１種以上から成る付加的な層を備えていてもよい。望ましくは、ＭＡＸ層は最外層または外から２番目の層である。
【００１６】
ＭＡＸ層の厚さは０．１〜２０μｍ、望ましくは０．５〜１０μｍである。本発明の皮膜の総厚さは０．５〜２５μｍ、望ましくは１〜１５μｍであり、ＭＡＸ層以外の層の合計厚さは０．１〜１０μｍである。
【００１７】
別の実施形態においては、前述の付加的な層を備えまたは無しで、厚さ０．５〜２０μｍのＭＡＸ層より外側に、ＭｏＳ２またはＭｅＣ／Ｃ（ただしＭｅはＣｒ、Ｗ、ＴｉまたはＴａ）を基質とする低摩擦固体材料から成る外層を、皮膜の最外層として形成しても良い。
【００１８】
更に別の実施形態においては、厚さ０．１〜２μｍのＭＡＸ層は、２層〜５００層から成る多層皮膜中の１〜５種の材料の一つである。
【００１９】
更に別の実施形態においては、厚さ０．５〜２０μｍのＭＡＮ層を、結晶質Ａｌ２Ｏ３の１層または数層から成るＣＶＤ皮膜の上に形成しても良い。
【００２０】
更に別の実施形態においては、ＭＡＸ層の上および／または下にＭＡＮ層を形成しても良い。
【００２１】
本発明のＭＡＸ層を形成する方法は、合金または複合材のターゲットを用いたマグネトロン・スパッタリング法によるもの、またはアーク蒸着法と合金または複合材のターゲット／カソードを用いたマグネトロン・スパッタリングとの併合法によるものがあり、Ｔｉ／Ａｌ系について説明した下記の条件で行なう。
【００２２】
ＭＡＮ層のマグネトロン・スパッタリングは下記のデータを用いて行なう。
【００２３】
マグネトロン出力密度：２〜４０Ｗ／ｃｍ２、望ましくは５〜１５Ｗ／ｃｍ２。
【００２４】
用いる雰囲気はＡｒとＮ２との混合雰囲気である。Ｎ２の分圧は１〜３０ｍＰａ、望ましくは２〜１５ｍＰａである。
【００２５】
全圧は０．０５〜２Ｐａ，望ましくは０．０２〜１Ｐａである。
【００２６】
バイアス電圧ＶＳ：＜０Ｖ、望ましくは−５〜１００Ｖ。
【００２７】
ＴｉＡｌターゲットを用いる。その組成は形成したい相に応じて、例えばＴｉ３ＡｌＮ２を形成したい場合には７５ａｔ％Ｔｉ＋２５ａｔ％Ａｌ、Ｔｉ２ＡｌＮには６７ａｔ％Ｔｉ＋３３ａｔ％Ａｌ、Ｔｉ４ＡｌＮ３には８０ａｔ％Ｔｉ＋２０ａｔ％Ａｌとする。
【００２８】
形成温度は６００〜１０００℃、望ましくは７００〜９００℃である。
【００２９】
ＭＡＮ相は恐らくＮ２分圧を非常に低くしたことで得られる。
【００３０】
Ｔｉ３ＡｌＣ２のようなＭＡＸ層のマグネトロン・スパッタリングは、Ｔｉ３ＡｌＮ２と同様のデータを用いて行なうが、純Ａｒ雰囲気とＣのスパッタリング用にもう一つターゲットを用いる。
【００３１】
ここまで、ＭＡＮ相とアーク蒸着した（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層とから成る層について本発明を説明してきた。しかし、ＭＡＸ層を含む皮膜は、化学蒸着（ＣＶＤ）やプラズマ活性化化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）等の他の方法で成長した層と組み合わせても同様に有効であり、また、他の材料の層例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＡｌから選択した金属の窒化物および／または炭化物および／または酸化物の層と組み合わせても同様に有効である。
【００３２】
ＭＡＮ／ＭＡＸ相が金属の炭窒化物となる場合もあり、ＰＶＤを用いてＭＡＮ層を形成すれば、形成過程で炭素含有ガス（例えばＣ２Ｈ２やＣＨ４）を雰囲気中に添加するだけで、炭素を含有するＭＡＮ相を得ることができる。例えば、Ｔｉ／Ａｌターゲットを用いたスパッタリングを行なう場合、Ｔｉ２Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）、Ｔｉ３Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）２、Ｔｉ４Ａｌ（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）３でｘが０〜０．６であるものが得られる。
【００３３】
皮膜中のＭＡＸ／ＭＡＮ相はＸ線回折（ＸＲＤ）により同定できる。図２はその一例であり、Ｔｉ／Ａｌ系でＭＡＮ相としてＴｉ２ＡｌＮ、Ｔｉ３ＡｌＮ２が現われている。（ａ）における（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層とＭＡＮ層とが共存する場合と、（ｂ）における（ａ）に示した第１層すなわち（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎのみの場合とを比較している。ＭＡＮ層を形成した場合には新たなピークが多数表れており、例えば３７．５°〜４１．５°（ＣｕＫα線）の間に出現しているピークは、格子間隔０．２１７ｎｍ〜０．２４０ｎｍに対応するものである。これらのピークはＴｉＮのようなＮａＣｌ型の相には対応しておらず、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの同定は対応するＮａＣｌ相の（１１１）ピークまたは（２００）ピークあるいはほぼ同じ格子定数のピークの有無によって行なえる（皮膜の集合組織や応力状態によっては若干のズレは生じ得る）。
【００３４】
【実施例】
〔実施例１〕
組成が６ｗｔ％Ｃｏ、９４ｗｔ％ＷＣである超硬合金基体を用いた。ＷＣ粒径は約１μｍ、硬さは１６５０ＨＶ１０であった。
【００３５】
皮膜形成を開始する前に、基体をアルカリ溶液浴とアルコール浴で超音波洗浄した。
【００３６】
アーク蒸着により、Ｔｉ／Ａｌ（３３ａｔ％Ｔｉ＋６７ａｔ％Ａｌ）カソード（直径６３ｍｍ）を６個用いて、Ａｒ／Ｎ２雰囲気中で全圧２．０Ｐａにて、基体バイアス電圧−１３０Ｖの条件で、（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層を形成した。蒸着を４０分間行なって、厚さ約２μｍの皮膜を得た。蒸着温度は約５５０℃であった。
【００３７】
（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層の上にＭＡＮ層を形成した。これは、ＤＣマグネトロン・スパッタリング源を備えた薄膜形成用の市販の製膜装置を用い、７５ａｔ％Ｔｉ＋２５ａｔ％Ａｌのターゲット（直径６３ｍｍ）を用いて行なった。
【００３８】
ＭＡＮ層のマグネトロン・スパッタリング中、基体はマグネトロンから３０ｃｍの位置に固定し、輻射加熱により約８７０℃に６０分加熱し、基体ホルダーに取り付けた熱電対で測温した。加熱完了後直ちに、基体に−１０００Ｖのバイアス電圧を印加した状態でＡｒイオンエッチングにより１０分間エッチングした。引き続きＭＡＮ相の形成を書き３種類の窒素分圧で行なった。すなわち、ＰＮ２＝１２．０、６．７、５．３ｍＰａとし、残部はＡｒで、全圧は０．５Ｐａで一定とした。基体バイアス電圧ＶＳ＝−２５Ｖ、マグネトロン出力４５０Ｗ（一定電流０．６５Ａ）で、ターゲット電圧は約６７０Ｖに調整し、これらの条件は全ての層の形成中一定に維持した。このようにして製膜を３０分間行い、厚さ約１μｍのＭＡＮ層を形成した。
【００３９】
Ｘ線回折の結果は図２に示すとおりであり、基体のＷＣ相によるピークと共に、立方晶（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層によるピークが出現している。しかし、その他にＴｉ２ＡｌＮおよびＴｉ３ＡｌＮ２と同定される六方晶ＭＡＮ相による多数のピークが出現しており、２θ＝３７．５°〜４１．５°のピークはＴｉ３ＡｌＮ２、２θ＝５４°のピークはＴｉ２ＡｌＮによる。一番高いＰＮ２（１２．０ｍＰａ）で形成した薄膜の場合は更に、恐らくＴｉ３ＡｌＮによる小さいピークが２θ＝２２°（ＣｕＫα線）に出現している。表１に示すように、低いＰＮ２ で形成した層はいずれもＴｉ３ＡｌＮ２の（１０４）方位および（００１０）方位に対応するピーク強度が高い。一番高いＰＮ２ で形成した層はこれらの方位に対応するピークは小さく、Ｔｉ３ＡｌＮ２の（１０５）方位に対応するピークが大きい。Ｔｉ３ＡｌＮ２の（１０６）方位に対応する小さいピークは、中間のＰＮ２ で形成した薄膜のみに現われている。どの薄膜にも、Ｔｉ２ＡｌＮの（１０６）方位に対応する小さいピークが現われている。
【００４０】
破壊して現出させた横断面をＳＥＭ観察すると、形成したどの薄膜も柱状組織をしており、立方晶（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と六方晶ＭＡＮ層とを簡単に識別できるようなコントラストや形態上の相違はない。しかし、高倍率で観察すると、ＰＮ２＝６．７ｍＰａで形成したＭＡＮ層は柱状形態が観察される（図１）。このＭＡＮ層の粒径は１μｍ未満である。
【００４１】
スクラッチテスト（引き掻き試験）の結果、いずれの層も密着性は良好であった。異なるＰＮ２で形成した層同士で限界荷重ＦＮ，Ｃに明瞭な差異はなかった。いずれも４０〜５０Ｎの範囲内であった。しかし、最上層が純粋の六方晶ＭＡＮ層である場合と、最上層に少量の立方晶Ｔｉ３ＡｌＮを含む場合（ＰＮ２＝１２．０ｍＰａ）とでは、変形の形態に差があった。最上層が純粋なＭＡＮ層である皮膜は破壊の開始がスポーリングを伴わない塑性変形であるのに対して、少量の立方晶Ｔｉ３ＡｌＮを含む皮膜は若干の剥離破壊も生じていた。ＭＡＮ層含有皮膜のスクラッチ部と、最上部ＭＡＮ層の無い皮膜のスクラッチ部とを比較すると明瞭な違いが認められ、後者にはスクラッチ部の周りに多数の剥離破壊が認められる。このようにスクラッチテストの結果から、ＭＡＮ含有層を備えた本発明の皮膜は、ＭＡＮ含有層無しに形成した層に比べて靭性が大幅に向上していることが分かる。
【００４２】
【表１】
〔実施例２〕
超硬合金切削工具インサートＳＮＧＮ１２０４０８（ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ）に、第１層としての厚さ２μｍの（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎ層と、実施例１の試料Ｂによる厚さ１μｍのＭＡＮ層とを被覆した。比較として、同様の形状のインサートで、ＭＡＮ被覆した試料の第１層と同様の単層を被覆した試料Ｄを作成した。
【００４４】
断続切削を伴う正面フライス試験を、ＳＳ２５４１（ 幅２０ｍｍのプレート３枚を１０ｍｍ間隔でパッケージとして載置）により、ｖｃ＝２００ｍ／分、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み＝２．５ｍｍにて行なった。
【００４５】
【表２】
この試験の結果、最上部ＭＡＮ層を備えた試料は標準的な被覆の試料に比べて靭性が向上することが分かった。
【００４７】
〔実施例３〕
実施例２の各試料についてＳＳ２３４３による側面フライス試験を行なった。この試験は、インサートへのワーク材の付着性が低い状態で靭性を評価するものである。
【００４８】
側面フライス試験条件は、ＳＳ２３４３により、一体ワークを用い、ｖｃ＝２００ｍ／分、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み＝２．５ｍｍにて行なった。
【００４９】
【表３】
この試験の結果でも、最上部にＭＡＮ層を備えたことにより、靭性が向上しかつ切り屑付着性が低減することが分かった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＡＸ被覆された超硬合金から成る、切り屑排除機械加工用の切削工具インサートが提供される。
【００５２】
更に本発明によれば、ＰＶＤ法により高靭性のＭＡＸ層を形成する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による皮膜付き切削工具インサートの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像（６０００倍）であり、Ａは６．７ｍＰａのＮ２を用いて成長させたＭＡＮ層（約１μｍ）、Ｂは（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの第１層（約２μｍ）、Ｓは基材である。
【図２】図２は、（ａ）図１の皮膜付きインサートのＸ線回折パターン、（ｂ）最上部ＭＡＮ層が無い場合の第１層のＸ線回折パターンである。
Claims (9)
- 基材と皮膜とを備えた切削工具インサートにおいて、
該皮膜は１層または２層以上の耐熱性化合物の層から成り、その内の少なくとも１層はＭｎ＋１ＡＸｎで定義されるＭＡＸ相から成り、ここでｎは１、２または３、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒまたはＭｏのいずれか１種、ＡはＡｌ、ＳｉまたはＳ、ＸはＣ、Ｎ、Ｂのいずれか１種以上であることを特徴とする切削工具インサート。 - 請求項１において、Ｘが少なくとも４０ａｔ％のＮであることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項２において、ＭがＴｉ、ＡがＡｌ、Ｘが（Ｎ１−ｘ，Ｃｘ）でありｘは０〜０．６であることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項３において、ＸがＮであることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から４までのいずれか１項において、上記ＭＡＸ相から成る層が上記皮膜の最外層または外から二番目の層であることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から５までのいずれか１項において、上記ＭＡＸ相から成る層が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＡｌから選択された金属の窒化物、炭化物および酸化物のいずれか１種以上から成る少なくとも１層の付加的な硬質耐摩耗層と組み合わせられていることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から６までのいずれか１項において、上記ＭＡＸ相から成る層が厚さ０．５〜２０μｍであることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項７において、上記ＭＡＸ相から成る層が厚さ０．５〜１０μｍであることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から８までのいずれか１項において、上記ＭＡＸ相から成る層がＰＶＤ法により形成されていることを特徴とする切削工具インサート。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038435A1 (ja) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜及び硬質皮膜被覆部材 |
| JP2019118997A (ja) * | 2018-01-04 | 2019-07-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JPWO2020137325A1 (ja) * | 2018-12-27 | 2021-02-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE527199C2 (sv) * | 2003-02-07 | 2006-01-17 | Sandvik Intellectual Property | Användning av ett material i oxiderande miljö vid hög temperatur |
| US7217907B2 (en) * | 2003-10-22 | 2007-05-15 | 3-One-2 Llc | Stick resistant cooking utensils |
| US7553564B2 (en) * | 2004-05-26 | 2009-06-30 | Honeywell International Inc. | Ternary carbide and nitride materials having tribological applications and methods of making same |
| SE0402865L (sv) * | 2004-11-04 | 2006-05-05 | Sandvik Intellectual Property | Belagd produkt och framställningsmetod för denna |
| SE0402904L (sv) * | 2004-11-26 | 2006-05-27 | Sandvik Intellectual Property | Belagd produkt och produktionsmetod för denna |
| DE102006004394B4 (de) | 2005-02-16 | 2011-01-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe-shi | Hartfilm, Mehrschichthartfilm und Herstellungsverfahren dafür |
| SE529223C2 (sv) | 2005-05-06 | 2007-06-05 | Seco Tools Ab | Belagt skärverktyg innefattande hexagonal h-(Mel,Me2)Xfas |
| DE102005032860B4 (de) * | 2005-07-04 | 2007-08-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung |
| US20090017332A1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-01-15 | Newcastle Innovation Limited | Crystalline ternary ceramic precursors |
| FR2901721B1 (fr) * | 2006-05-30 | 2008-08-22 | Commissariat Energie Atomique | Poudres de phase max et procede de fabrication des dites poudres |
| SE530443C2 (sv) | 2006-10-19 | 2008-06-10 | Totalfoersvarets Forskningsins | Mikrovågsabsorbent, speciellt för högtemperaturtillämpning |
| US8080323B2 (en) * | 2007-06-28 | 2011-12-20 | Kennametal Inc. | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
| US20090004449A1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Zhigang Ban | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
| JP4774080B2 (ja) | 2007-08-02 | 2011-09-14 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜被覆材および冷間塑性加工用金型 |
| SE531749C2 (sv) | 2007-09-17 | 2009-07-28 | Seco Tools Ab | Metod att utfälla slitstarka skikt på hårdmetall med bågförångning och katod med Ti3SiC2 som huvudbeståndsdel |
| US20090087673A1 (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Taylor Steven C | Method for coating fuel system components |
| CN101417879B (zh) * | 2007-10-24 | 2011-10-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种原位反应热压合成Nb4AlC3块体陶瓷 |
| EP2300636B1 (en) * | 2008-06-13 | 2014-07-23 | Seco Tools AB | Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures |
| US8216702B2 (en) | 2008-06-13 | 2012-07-10 | Seco Tools Ab | Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures |
| US8137747B2 (en) | 2008-07-30 | 2012-03-20 | Honeywell International Inc. | Components, turbochargers, and methods of forming the components |
| US8192850B2 (en) * | 2008-08-20 | 2012-06-05 | Siemens Energy, Inc. | Combustion turbine component having bond coating and associated methods |
| WO2011136136A1 (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 配向性ｍａｘ相セラミック及びその製造方法 |
| DE102010022039B3 (de) * | 2010-05-25 | 2011-07-14 | Siemens Aktiengesellschaft, 80333 | Bauteil mit einer Gleitfläche für die Lagerung eines anderen Bauteils sowie Verfahren zum Erzeugen einer Gleitschicht |
| US9023493B2 (en) * | 2010-07-13 | 2015-05-05 | L. Pierre de Rochemont | Chemically complex ablative max-phase material and method of manufacture |
| RU2495951C1 (ru) * | 2012-06-26 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| RU2495953C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| CN102756514B (zh) * | 2012-07-18 | 2015-07-01 | 西安交通大学 | 一种超厚超硬涂层及其制备方法 |
| DE102012017731A1 (de) | 2012-09-08 | 2014-03-13 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Ti-Al-Ta-basierte Beschichtung mit einer verbesserten Temperaturbeständigkeit |
| KR20140090754A (ko) * | 2013-01-10 | 2014-07-18 | 부산대학교 산학협력단 | Ｍａｘ 상 박막의 제조방법 |
| CN103774090B (zh) * | 2014-02-07 | 2016-01-20 | 上海理工大学 | 一种含有氮化钒纳米插入层的高硬度TiSiN涂层及其制备方法 |
| EP3170919B1 (en) * | 2015-11-20 | 2019-01-09 | Seco Tools Ab | Coated cutting tool |
| CN105624618B (zh) * | 2016-02-11 | 2018-01-19 | 广东工业大学 | TiAlSiZrN基复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法 |
| US10214456B2 (en) | 2016-09-16 | 2019-02-26 | General Electric Company | Silicon compositions containing boron and methods of forming the same |
| EP3512819A4 (en) * | 2016-09-16 | 2020-06-03 | General Electric Company | BORUS SILICON COMPOSITIONS AND METHOD FOR SHAPING THEREOF |
| CN106567049B (zh) * | 2016-10-10 | 2019-01-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种max相陶瓷涂层及其制备方法和制备装置 |
| CN106835037A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-06-13 | 上海理工大学 | 一种高硬度、高弹性模量的多组元氮化物涂层及其制备方法 |
| CN106884141A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-23 | 复旦大学 | 一种Ti2AlC MAX相薄膜的制备方法 |
| WO2018215558A1 (en) | 2017-05-23 | 2018-11-29 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Thick TiAlTaN/AlCrN multilayer coating films on turbine components |
| KR102064172B1 (ko) * | 2017-09-01 | 2020-01-09 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 경질피막 |
| US11298748B2 (en) * | 2018-03-07 | 2022-04-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface coated cutting tool and method for manufacturing the same |
| CN108922705B (zh) * | 2018-08-15 | 2020-03-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | A位为磁性元素的三元层状max相材料、其制法及应用 |
| CN109524251B (zh) * | 2018-12-28 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种钛元素改性Ti3AlC2增强铜基电触头的制备方法及其应用 |
| CN113293349B (zh) * | 2021-05-21 | 2022-10-14 | 株洲思瑞普硬质合金有限公司 | 一种高耐磨的硬质合金及其涂层 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2042385C (en) | 1989-09-29 | 1997-11-25 | Naoya Omori | Surface-coated hard material for cutting tools or wear resistance tools |
| DE59106090D1 (de) | 1991-01-21 | 1995-08-31 | Balzers Hochvakuum | Beschichtetes hochverschleissfestes Werkzeug und physikalisches Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von hochverschleissfesten Werkzeugen. |
| US5330853A (en) | 1991-03-16 | 1994-07-19 | Leybold Ag | Multilayer Ti-Al-N coating for tools |
| JP3035797B2 (ja) * | 1991-07-04 | 2000-04-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 高強度を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チップ |
| CH686767A5 (de) | 1993-07-29 | 1996-06-28 | Balzers Hochvakuum | Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung. |
| US5942455A (en) | 1995-11-14 | 1999-08-24 | Drexel University | Synthesis of 312 phases and composites thereof |
| DE69808114T2 (de) | 1997-01-10 | 2003-08-07 | Drexel University Philadelphia | Oberflächenbehandlung eines 312 ternären keramikmaterials und daraus hergestelltes produkt |
| EP1470879B1 (en) * | 2002-01-21 | 2011-03-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface coated cutting tool member having hard coating layer exhibiting excellent abrasion resistance in high-speed cutting, and method for forming said hard coating layer on surface of cutting tool |
-
2002
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-
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- 2003-07-01 CN CNB031489532A patent/CN100543185C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038435A1 (ja) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜及び硬質皮膜被覆部材 |
| JP2019118997A (ja) * | 2018-01-04 | 2019-07-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JPWO2020137325A1 (ja) * | 2018-12-27 | 2021-02-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
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