JP2004283995A

JP2004283995A - 高機能ハイス工具

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Publication number: JP2004283995A
Application number: JP2003082157A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Katou; 範博加藤; Masaru Sonobe; 勝園部; Kazuo Kitajima; 和男北島
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】イオン窒化層とセラミック硬質膜の密着性が良く耐摩耗性に優れ、生産性の向上、工具費コストの低減を図ることができる高機能ハイス工具を提供。
【解決手段】高速度工具鋼、合金工具鋼からなる工具母材にアークイオンプレーティング装置を用いて、成膜前に行うイオンボンバード工程で、同時に１０〜０．１Ｐａの真空中でプラズマ窒化処理を施し、さらに前記アークイオンプレーティング装置をそのまま用いて、１０〜０．１Ｐａの真空中で直接セラミック硬質膜を形成する。前記プラズマ窒化処理された窒化層の厚さは２０μｍ〜８０μｍであり、硬質被覆層直下の表面の窒化層の硬さが前記工具母材の硬さより５０ＨＶ〜２５０ＨＶ上昇しており、窒化層の硬さが窒化表面から内部に向けて漸次減少している。前記セラミック硬質膜の厚さは２〜１０μｍである。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンドミル、ドリル、ホブなどの高速度工具鋼、合金工具鋼を母材とした鋭利な刃を有する切削工具表面にプラズマ窒化を行い、連続的にセラミック硬質膜を被覆した高機能ハイス工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイス工具に適用される窒化処理、または反応ガスである窒素の負グロー放電を利用して窒化処理を行ういわゆるイオン窒化処理・プラズマ窒化処理の目的は、工具表面に窒化層を形成することで表面硬さを上げて耐摩耗性を向上させることにあるが、ビッカース硬度は６００ＨＶ〜１２００ＨＶ程度であり、近年の工具を使用する時の過酷な高速切削条件下では十分な硬度とはいえない。一方ではイオンプレーティング装置の普及でＴｉＮやＴｉＡｌＮなどの、ビッカース硬度が２０００ＨＶ以上の硬さのセラミック硬質膜を工具表面に被覆して高速条件下での工具の寿命を大幅に向上させることが可能となった。このセラミック硬質膜被覆技術は表面改質技術として一般的に行われているものであり、工具の寿命を延長させるためには非常に有効な手法であるが、さらに工具の寿命を延ばすために、上記の窒化処理技術とセラミック硬質膜形成技術を組み合わせた技術の開発が進んでいる。
【０００３】
かかる従来の窒化処理技術とセラミック硬質膜形成技術を組み合わせた技術としては、例えば特許文献１、特許文献２のように、イオン窒化処理技術とＰＶＤ法（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理蒸着）によるセラミック硬質膜の形成を複合的に行うことによって密着性と耐久性に優れた硬質膜を金属部材に形成する方法や、さらに特許文献３のように高周波電源を用いることでイオン窒化にともなう脆化層の発生を防ぎ、その上に連続的にセラミック硬質膜の形成を行うことによって窒化層上のセラミック硬質膜の密着性の改善を図った例がある。
このように鋭利な刃を持つ切削工具に適用する場合は、窒化層に異常層（窒化により形成される化合物層で白層ともいう）や酸化層がないこと、窒化層の表面硬さ分布の減少勾配が適切であること、窒化層とセラミック硬質層との密着が確保されていること及びセラミック硬質膜の厚さと窒化層の厚さのバランスが取れていること、が重要な因子となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３５０７５図１、〔０００６〕〔００２３〕〔００２４〕
【特許文献２】特開２０００−５９０４〔００４１〕〔００４２〕
【特許文献３】特開平５−９８４２２図１〜図４、〔０００８〕〜〔００１１〕
【０００５】
【解決しようとする課題】しかしながらこれらの技術は、窒化処理とセラミック硬質膜を形成する技術が製造過程において分割されているため生産上の品質面、特に窒化層上に形成するセラミック硬質膜の密着品質に大きく影響する。例えば特許文献１の〔０００６〕では、窒化層を形成するためのイオン窒化装置とセラミック硬質膜を形成するためのイオンプレーティング装置（ＰＶＤ装置）とは「同一装置、あるいは別の装置」で行うと記載するが、特許文献１、図１では両者を同一の装置で行う開示はなく、特許文献１、特許文献２では、両者は異なる真空装置で行っており、２つの全く別の装置で２工程の生産するのは費用面から不利であるし、また窒化処理後に一度大気中に晒されるため窒化層上の硬質膜の密着性が悪く、膜の剥離につながる要因ともなるため好ましい方法とはいえない。また特許文献３では、同一真空装置で窒化処理と硬質膜形成処理を連続で行うことを特徴としているが、窒化処理にともなう脆化層の発生を防ぐために窒化処理には高周波電源を用いており、さらにセラミック硬質膜形成には直流電源を用いるなど脆化層のない良質な窒化層を得るための工夫はあるが、窒化層形成とセラミック硬質膜形成は連続的に処理されているとはいえ、イオン窒化の処理条件においてもイオン化形成のための真空度が（０．１〜８Ｔｏｒｒ）と比較的低く、窒化処理工程を一度終了した後に、再度高真空領域までの真空引きが必要であり、イオン窒化処理とセラミック硬質膜処理は分割した工程となっているため不連続処理による密着不良が懸念される。またイオンプレーティング装置におけるイオン窒化用の高周波電源とセラミック硬質膜用の直流電源の複数電源の準備が必要であることから処理プロセスは複雑になり、安定した品質を確保する点で実用的とはいえない。一方でイオン窒化で形成した窒化層についても切削工具に適用する場合は細心の注意が必要であり、特にエンドミルのような鋭利な刃を持つ工具については窒化層の厚さが切削中のコーナ刃欠けの原因になるため、セラミック硬質膜の厚さとともに耐摩耗性のある高機能ハイス工具を製作するうえでは重要な因子となる。しかしながら上記引用例にはいずれもその範囲は明確に規定されていないため、実際の鋭利な刃を持つ工具、特にエンドミルに適用する場合には窒化処理の効果は保証されるものではない。
一方特許文献２では、窒化層を施した硬質膜被覆工具のチッピング対策として、窒化層に対して応力集中を起こさないために予め工具刃先に面取り状の切れ刃を施すことを提案しており、工具種類に応じて切れ刃の幅を細かく規定している。しかし切れ刃への面取り作業は複雑な工具形状に対しては施すことが難しく、主に手作業となるため量産に対応しきれるものではまく実用的とはいえない。
【０００６】
本発明の課題は、イオン窒化層とセラミック硬質膜の密着性が良く、窒化層に異常層、白層又は酸化層がなく、窒化層の表面硬さ分布の減少勾配を有し、イオン窒化層とセラミック硬質膜の厚さのバランスがとれた、従来のセラミック被覆工具に比べて耐摩耗性に優れ、生産性の向上、工具費コストの低減を図ることができる高機能ハイス工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、高速度工具鋼、合金工具鋼からなる工具母材にアークイオンプレーティング装置を用いて、成膜前に行うイオンボンバード工程で同時に１０〜０．１Ｐａの真空中でプラズマ窒化処理を施し、さらに前記アークイオンプレーティング装置をそのまま用いて、１０〜０．１Ｐａの真空中で前記プラズマ窒化処理された窒化層の上に連続してアークイオンプレーティング法で直接セラミック硬質膜を形成し、
かつ、前記プラズマ窒化処理された窒化層の厚さは２０μｍ〜８０μｍであり、硬質被覆層直下の表面の窒化層の硬さが前記工具母材の硬さより５０ＨＶ〜２５０ＨＶ上昇しており、窒化層の硬さが窒化表面から内部に向けて漸次減少しており、前記セラミック硬質膜は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ等の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂの１種以上の組み合わせからなる窒化物、炭化物、炭窒化物、酸化物の単層または２層以上の多層膜であり、前記セラミック硬質膜の厚さは２〜１０μｍであることを特徴とする高機能ハイス工具としたものである。
【０００８】
【発明の効果】本発明はかかる構成により、高速度工具鋼、合金工具鋼からなる工具母材にアークイオンプレーティング装置を用いて、成膜前に行うイオンボンバード工程で同時に１０〜０．１Ｐａの真空中でプラズマ窒化処理を施し、さらに前記アークイオンプレーティング装置をそのまま用いて、１０〜０．１Ｐａの真空中で前記プラズマ窒化処理された窒化層の上に連続してアークイオンプレーティング法で直接セラミック硬質膜を形成したので、イオン窒化層とセラミック硬質膜の密着性の良さを大きく改善し、窒化層に異常層、白層又は酸化層がないものとなった。かつ硬質被覆層直下の表面の窒化層の硬さが前記工具母材の硬さより５０ＨＶ〜２５０ＨＶ上昇しており、窒化層の硬さが窒化表面から内部に向けて漸次減少しているので窒化層の表面硬さ分布の減少勾配を有し、プラズマ窒化処理された窒化層の厚さは２０μｍ〜８０μｍであり、セラミック硬質膜の厚さは２〜１０μｍであり、イオン窒化層とセラミック硬質膜の厚さのバランスがとれたものとなった。このため、従来の一般ハイス工具の寿命を飛躍的に向上させることができ、従来のセラミック被覆工具に比べて耐摩耗性に優れ、生産性の向上、工具費コストの低減に極めて有効である。
【０００９】
鋭利な刃を持つ切削工具として必要な窒化層の厚さと硬質膜層の厚さとしては、前記プラズマ窒化を施した硬化層の厚さは２０〜８０μｍであり、前記セラミック硬質膜の厚さは２〜１０μｍであることが必要である。プラズマ窒化による硬化層の厚さは２０μｍ以下では硬化層の効果は期待できず、８０μｍ以上では硬化層が厚すぎるために窒化層上のセラミック硬質膜とともに切削中、特にエンドミル加工においては鋭利なコーナー部で刃こぼれを起こす危険性があるため上記の範囲に限定した。好ましくは２４〜５０μｍである。またセラミック硬質膜では２μ以下では切削における耐摩耗性の効果は期待できず、１０μ以上ではセラミック硬質膜層で微少チッピングが発生しやすくなるためこの範囲に限定した。好ましくは２．４〜５．０μｍである。
【００１０】
好ましくは、前記プラズマ窒化層上に成膜されたセラミック硬質膜はロックウェル硬度計Ｃスケールを用いて押圧した場合に生じる圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない程度の密着性を有するようにすることにより、イオン窒化層とセラミック硬質膜の密着性の良さを確認した。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の高機能ハイス工具は、高速度工具鋼、合金工具鋼からなる工具母材に、まず窒化層とセラミック硬質膜との密着性を確保するために、プラズマ窒化処理とセラミック硬質膜処理を、従来からある一般的なイオンプレーティング装置で連続して行う方法を考案したものである。図１に代表的なアーク方式によるイオンプレーティング装置（アークイオンプレーティング装置）の概略図を示す。イオンプレーティング処理において、セラミック硬質膜の成膜直前に、真空装置内で表面清浄化を目的として通常に行われる不活性ガスによる負グロー放電を利用して行うアルゴンイオンボンバード処理工程に、通常は表面清浄を行った後すぐにコーティング工程に移行してセラミック硬質膜の成膜を行うが、コーティング工程に移行する前の表面の清浄な状態で１０〜０．１Ｐａの真空中で窒化すれば異常層や酸化層ができにくく最も効率のよい窒化処理を施すことができ、かつ１０〜０．１Ｐａの真空中でセラミック硬質膜を連続して被覆すれば窒化層との密着性も格段に向上させ、耐久性に優れた工具を提供するものとなった。
【００１２】
プラズマ窒化層とセラミック硬質膜層の間に酸化層が存在する場合、例えば一般的な窒化装置で窒化処理を行った後に、ＰＶＤ装置でその窒化した製品をコーティング処理する時は、高温で大気に曝された窒化表面に形成された酸化層の上にセラミック硬質膜が成膜されるため膜の密着性は大きく低下する。またイオン窒化（プラズマ窒化）のような真空中で処理をしたとしても、一度大気に曝せば窒化表面は酸化されセラミック硬質膜との密着は低下する。一方本発明においては、窒化処理と硬質膜処理を大気に曝されることなく１０〜０．１Ｐａの真空中で連続して行うため、窒化層上に酸化層が形成されることがなく表面が正常な状態で密着の良いセラミック硬質膜を得ることができる。また本発明の重点課題である窒化層とセラミック硬質膜層の密着性については、切削工具において不可欠な要因である窒化層と硬質膜層の密着性の判定方法を具体的に示し、その基準を特定した。以下に本発明品の実施の形態の内容についてより詳細に説明する。
【００１３】
工具取り付け治具３に高速度工具鋼、合金工具鋼からなる図示しない工具を装着して真空装置１の内部を排気口１１から図示しない真空ポンプを用いて所定の真空度（１０〜０．１Ｐａ）にした後、（真空排気工程）。その後加熱用ヒータ１２で工具取り付け治具３に装着した工具部材を４００〜５５０℃まで加熱して保持する（加熱工程）。そしてアルゴンガス導入口６からアルゴンガスを導入して電子銃２とアノード４との間で電子銃用直流電源９で印加してアルゴンガス放電によるイオンボンバード処理工程で同時に１０〜０．１Ｐａの真空中でプラズマ窒化を施す。プラズマ窒化処理を施した後で、そのままアークイオンプレーティング装置１を用いて、アークイオンプレーティング法で連続して、１０〜０．１Ｐａの真空中で硬化層の上に直接Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ等の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂの１種以上の組み合わせからなる窒化物、炭化物、炭窒化物、酸化物の単層または２層以上の多層膜であるセラミック硬質膜を形成する。切削工具に適用するプラズマ窒化による硬化層の厚さは２０〜８０μｍであり、プラズマ窒化を施した硬化層は硬質被覆層直下の表面から内部の深さ方向に向かって漸次に減少している。またセラミック硬質膜の厚さは２〜１０μｍである。窒化層上に成膜されたセラミック硬質膜は、ロックウェル（Ｃスケール）硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない程度の密着性を有することを確認することが切削工具において重要となる。本発明品であるプラズマ窒化セラミック硬質膜の構成を図２に示す。また請求範囲のセラミック硬質膜下のプラズマ窒化層の硬さ分布を図３に示す。
【００１４】
つぎに、本発明のプラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具において、窒化層の構成とセラミック硬質膜の厚さについて上記のように特定した理由について説明する。プラズマ窒化による硬化層の厚さは２０μｍ以下では硬化層の効果は期待できず、８０μｍ以上では硬化層が厚すぎるために、窒化層上のセラミック硬質膜とともに切削中、特にエンドミル加工においては鋭利なコーナー部で刃こぼれを起こす危険性があるため上記の範囲に限定した。好ましくは２４〜５０μｍである。また窒化層の硬度減少勾配が大きく急な場合は工具母材とセラミック硬質膜直下の窒化硬さとの差が大きくなり、刃先に掛かる応力集中に耐えきれず窒化層からのチッピング（微少な刃欠け）が起こる。またセラミック硬質膜の厚さは２μｍ以下では切削における耐摩耗性の効果は期待できず、１０μｍ以上ではセラミック硬質膜層での微少チッピングが発生しやすくなるためこの範囲に限定した。好ましくは２．４〜５．０μｍである。また密着性の判定として実施するロックウェル硬度計を用いて行う剥離判定試験は、図４に示すように、ドイツ連邦共和国では規格化（ＶＤ１３１９８Ｃｏａｔｉｎｇｏｆｃｏｌｄｆｏｒｇｉｎｇｔｏｏｌｓ）されており、現在硬質被覆膜の密着判定方法として簡易的に、ＨＦ５とＨＦ６が不良と、行うことができ、しかも信頼性の高い方法であるため本発明方法による工具の硬質膜の密着判定方法として採用し、研究結果として密着性と切削試験結果との対応から、その判定基準として請求項２で記載した。
【００１５】
〔実施例１〕本発明の高機能ハイス工具を実施例１で具体的に説明する。高速度工具鋼（以下ハイスと称する）ＳＫＨ５９相当材を母材とした外径６ｍｍの２枚刃の無処理エンドミルを図１のアークイオンプレーティング装置の工具取り付け治具３に設置して真空容器１を所定の真空度まで真空排気し、加熱用ヒータ１１で４５０℃に工具本体を加熱して１時間保持した。その後、真空容器内にアルゴンガス導入口から真空圧力３Ｐａになるまでアルゴンガスを導入し、電子銃２とアノード４の間で負グロー放電によるアルゴンプラズマを発生させた状態で、取り付け治具３に負電圧２００Ｖを印加してイオンボンバード処理により６０分間工具表面を清浄化した。アルゴンイオンボンバード終了後、アルゴンガスとの流量バランスを取りながら１０〜０．１Ｐａの真空になるまで窒素ガスを導入して、負電圧を１０〜５００Ｖの範囲で印加し、中真空領域でのプラズマ窒化処理を所定時間行った。プラズマ窒化完了後は金属蒸発源（ターゲット）に取り付けた、例えばＴｉ合金にアーク放電を起こしてＴｉを蒸発させ、１０〜０．１Ｐａの真空中でアルゴンガスと窒素ガスの流量を所定の比率に設定してアークイオンプレーティング方式により代表的なセラミック硬質膜であるＴｉＮを約３μｍ成膜した。またＴｉＡｌＮを成膜する時にはＴｉＡｌターゲットを用いて同様に成膜した。所定の膜厚を得た後は全ての電源とガスを停止して真空容器内が１８０℃以下になるまで冷却してから工具を取り出した。同様な方法で各種の窒化層とセラミック硬質膜の組合せを製作し、窒化層の硬さ分布とセラミック硬質膜の厚さを調べた結果を表１に示す。
【００１６】
またプラズマ窒化の上に成膜されたセラミック硬質膜の密着性を評価するため、一般的に行われているロックウェル硬度計を用いた圧痕剥離試験を行った。この試験法は標準的なロックウェル（Ｃスケール）硬度計を用いて行うものであり、ダイヤモンド圧子を工具表面に押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない程度の密着性であれば工具の切削に十分耐えうるだけの密着性を有すると判断するものである。例えば密着性の劣るものはダイヤモンド圧子の剪断力により密着の程度に応じて圧痕の周囲に硬質被膜の剥離が生じるため密着性の判断が出来る。このためセラミック硬質膜の密着性の一般的な評価方法として良く知られている、図４に示す、ロックウェル硬度計圧痕剥離判定基準（ＨＦ５とＨＦ６が不良）により本発明品の高機能ハイス工具の判定を行ったところ、プラズマ窒化上のセラミック硬質膜の密着性は全てＨＦ１以上の範囲で前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない程度で密着性で申し分のないものであった。この結果、本発明によるプラズマ窒化層には化合物による脆弱層がなく、セラミック硬質膜が密着性良く工具母材に付いていることが確認できた。本発明品と比較品のロックウェル硬度計による圧痕写真を図５に示す。（ａ）に示す本発明品（Ｎｏ８）は圧痕周囲から膜の剥離は認められなかった（密着判定ＨＦ１）。しかし（ｂ）に示す、プラズマ窒化後に一度大気に曝し、その後セラミック硬質膜を被覆した比較品（Ｎｏ７）は圧痕全周に膜の剥離が生じており判定結果はＨＦ６・不良で窒化層上のセラミック硬質膜の密着性は良好でない。
【００１７】
〔ハイスエンドミル切削試験〕
本発明品であるプラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具の効果を確認するため以下の切削条件でハイスエンドミルによる切削比較試験を行った。
切削工具：外径６ｍｍ×柄径８ｍｍ２枚刃ハイスエンドミル（材質ＳＫＨ５９相当材）
切削条件：ドライ（エアブロー）
加工方法：側面切削（ダウンカット）
切削速度：１２．４ｍ／ｍｉｎ（６６０ｍｉｎ^−１）
送り速度：０．０２７ｍｍ／刃（３５ｍｍ／ｍｉｎ）
切り込み：ａａ＝６ｍｍａｒ＝１．５ｍｍ
切削長：１ｍ
被削材：ＳＫＤ１１（硬さ１８０ＨＢ）
本発明品と比較品とのハイスエンドミル切削試験結果を表１に示す。
本発明品（Ｎｏ８〜１２）は比較品（Ｎｏ１〜７）に比べてエンドミル切削後のＶＢ摩耗（逃げ面摩耗量）およびＶＣ摩耗（コーナ摩耗量）が小さく、異常摩耗も見られないことから、プラズマ窒化処理で形成された窒化層の上に、連続的に成膜されたセラミック硬質膜のとの密着性は良好であり、窒化層の表面硬さの上昇による摩耗量の低減が図られている。比較品の特徴として窒化層が深いＮｏ２は刃先にチッピング（刃欠け）現象を引き起こしており、深い窒化処理は鋭利な工具に対して逆効果になる。一方で窒化層が浅いＮｏ３はセラミック硬質膜による耐摩耗効果だけで窒化層による効果が認められない。またセラミック硬質膜の密着性の判定結果がＨＦ６であった試料Ｎｏ７は剥離先行型の摩耗を引き起こし、大きな摩耗となった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
切削試験で用いた代表的なエンドミルの切り刃を断面で切断し、セラミック硬質被覆層直下の窒化層表面から内部の深さ方向に向かって硬さの分布を調べた結果を図６に示す。比較品である窒化が過剰なＮｏ２はエンドミル刃のコーナ部がチッピング（刃欠け）している。また窒化不足のＮｏ５は窒化の効果はほとんど見られない。
【００２０】
〔実施例２〕ハイスドリル切削試験
実施例１と同様な工程で製作した本発明品と、本発明を施していないセラミック硬質膜のみを被覆したもの（比較品）との切削性能比較を行った。
ハイスドリル切削試験条件
切削工具：外径６ｍｍ
（溶解ハイス：ＳＫＨ５１相当材、粉末ハイス：ＳＫＨ４０相当材）
切削条件：水溶性エマルジョン
加工方法：１９ｍｍ通し穴
切削速度：４８ｍ／ｍｉｎ（２５５０ｍｉｎ^−１）
送り速度：４１０ｍｍ／ｍｉｎ（０．１６２ｍｍ／ｒｅｖ）
被削材：Ｓ５０Ｃ（硬さ２１２ＨＢ）
【００２１】
本発明品と比較品との比較試験結果を表２に示す。
一般的なハイスドリルに本発明品を施したもの（本発明品）と、本発明をほどこしていない、セラミック硬質膜のみを被覆したもの（比較品）と比べて本発明品は約１．７倍の寿命であった。
【００２２】
【表２】

【００２３】
〔本実施例の効果〕上記の実施例から、本発明品はハイス材を母材とするドリル、エンドミル、タップ、ホブ工具、金型等に適用することにより、従来の一般溶解ハイス工具の寿命を飛躍的に向上させることができる。その効果は高価な高級粉末ハイス工具の持つ寿命に匹敵、かつそれ以上の性能を示しており、本発明品の特徴である、母表面から内部に向かってのなだらかな窒化硬さの傾斜効果と、同一装置内での連続処理による、窒化層とセラミック硬質膜の密着性の良さ、及びセラミック硬質膜の厚さと窒化層の厚さの良好なバランスが大きく作用している。以上の様に本発明品のプラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具は、従来のセラミック被覆工具に比べて耐摩耗性に優れ、生産性の向上、工具費コストの低減に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の高機能ハイス工具が製造されるアークイオンプレーティング装置の概略側面断面図。
【図２】本発明の実施の形態の高機能ハイス工具のプラズマ窒化セラミック硬質膜の構成を示す説明図。
【図３】本発明の実施の形態の高機能ハイス工具のプラズマ窒化硬質膜の窒化硬さ分布範囲を示す説明図。
【図４】ロックウェル硬度計によるセラミック硬質膜の密着性比較のための圧痕剥離判定基準を示す模式図。
【図５】ロックウェル硬度計によるセラミック硬質膜の密着性比較のための拡大写真。
【図６】本発明方法で製造された製品のプラズマ窒化層の表面からの深さと硬さの分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１・・真空装置２・・電子銃３・・工具取り付け治具
４・・アノード５・・金属蒸発源６・・アルゴンガス導入口
７・・窒素ガス導入口９・・電子銃用直流電源１０・・基板用直流電源
１１・・排気口１２・・加熱用ヒータ１３・・アーク放電源

Claims

高速度工具鋼、合金工具鋼からなる工具母材にアークイオンプレーティング装置を用いて、成膜前に行うイオンボンバード工程で同時に１０〜０．１Ｐａの真空中でプラズマ窒化処理を施し、さらに前記アークイオンプレーティング装置をそのまま用いて、１０〜０．１Ｐａの真空中で前記プラズマ窒化処理された窒化層の上に連続してアークイオンプレーティング法で直接セラミック硬質膜を形成し、かつ、
前記プラズマ窒化処理された窒化層の厚さは２０μｍ〜８０μｍであり、硬質被覆層直下の表面の窒化層の硬さが前記工具母材の硬さより５０ＨＶ〜２５０ＨＶ上昇しており、窒化層の硬さが窒化表面から内部に向けて漸次減少しており、
前記セラミック硬質膜は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ等の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂの１種以上の組み合わせからなる窒化物、炭化物、炭窒化物、酸化物の単層または２層以上の多層膜であり、前記セラミック硬質膜の厚さは２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする高機能ハイス工具。
前記プラズマ窒化処理された窒化層上に成膜されたセラミック硬質膜はロックウェル硬度計Ｃスケールを用いて押圧した場合に生じる圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離が認められない程度の密着性を有することを特徴とする請求項１記載の高機能ハイス工具。