JP2009072837A - 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents
高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009072837A JP2009072837A JP2007241961A JP2007241961A JP2009072837A JP 2009072837 A JP2009072837 A JP 2009072837A JP 2007241961 A JP2007241961 A JP 2007241961A JP 2007241961 A JP2007241961 A JP 2007241961A JP 2009072837 A JP2009072837 A JP 2009072837A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- titanium
- hard coating
- adhesion
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000003801 milling Methods 0.000 title abstract description 16
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 title abstract 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 320
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 97
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 30
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 22
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 17
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 6
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 40
- 239000005441 aurora Substances 0.000 abstract description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 8
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- RHBRWKIPYGZNMP-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[Al+3].[Cr+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[Al+3].[Cr+3] RHBRWKIPYGZNMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 102200082816 rs34868397 Human genes 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【解決手段】工具基体表面に、Ti化合物層あるいは(Ti,Al)N層からなる下部層を形成し、その上に、ダイナミックオーロラPLD法により、(001)面配向のYSZからなる密着層を形成し、さらに、該密着層上に、(0001)面配向の(Cr,Al)2O3あるいはCr2O3からなる上部層を形成した表面被覆切削工具。
【選択図】 図1
Description
(a)化学蒸着で形成されたチタンの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒化物(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以下、TiCNで示す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)層、および炭窒酸化物(以下、TiCNOで示す)層のうちの1層または2層以上からなり、かつ0.5〜15μmの全体平均層厚を有するチタン化合物層からなる下部層、
(b)化学蒸着で形成された、0.5〜13μmの平均層厚を有し、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Al+Cr))が0.05〜0.35(但し、原子比)であるクロムとアルミニウムの酸化物固溶体[以下、(Cr,Al)2O3で示す]層からなる上部層、
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られている。
反応ガス組成(容量%): AlCl3 1.43〜2.09%、CrCl2 0.11〜0.77%、CO2 5〜6 %、HCl 2〜3 %、H2:残り、
反応雰囲気温度: 980〜1050 ℃、
反応雰囲気圧力: 10〜20 kPa、
の条件で上部層を化学蒸着で形成することにより製造されることが知られている。
ダイナミックオーロラPLD法に用いられる装置の概要を図1に示すが、このダイナミックオーロラPLD法によれば、ターゲットにエキシマレーザーを照射し、ターゲット−基板間に配置した電磁石で磁場を印加・調整して成膜すると、成膜に関与するプルーム(電子、イオン、中性の原子や分子、多原子分子やクラスタ等の集合体)を高い電子温度や運動エネルギーを維持した状態で用いることができるため、成膜の結晶構造や特性を制御できる上、多種類のターゲットを使用することができ、さらに、ターゲットと膜組成のズレが少なく、コンタミネーションも少なくできることが知られている。
(a)例えば、従来被覆工具の硬質被覆層の層構造において、化学蒸着で形成されたTiC層、TiN層、TiCN層あるいは物理蒸着で形成された(Ti,Al)N層等のTi化合物層の上面に、(Cr,Al)2O3層あるいはCr2O3層を物理蒸着で形成した場合には、硬質被覆層は所定の耐摩耗性をそなえるものの、このような層構造の硬質被覆層は特に層間付着強度が不十分なために、層間剥離、欠損、チッピングの発生が避けられない。
すなわち、ダイナミックオーロラPLD法によれば、例えば、工具基体の温度を500〜850℃に保持し、酸素分圧を1×10−2〜10Paとした真空雰囲気中で、2000Ga以下の磁場を印加した状態で、ターゲットにレーザー、望ましくはエキシマレーザー、を照射することにより、所望の特性を備えた硬質被覆層の成膜を行うことができる。
次に、イットリウム安定化ジルコニア(以下、YSZで示す)焼結体をターゲットとし、前記(b)の温度条件、雰囲気条件、磁場条件の範囲内の条件で、前記YSZターゲットにレーザーを照射し、化学蒸着および/または物理蒸着で形成された下部層の上に、(001)面配向性を有するYSZ層からなる密着層を形成する。
ついで、同じく前記(b)の温度条件、雰囲気条件、磁場条件の範囲内の条件で、クロム酸化物(以下、Cr2O3で示す)からなるターゲット、あるいは、Cr2O3およびα−アルミナ(以下、α−Al2O3で示す)の混合体からなるターゲットにレーザーを照射し、(0001)面配向性を有するCr2O3層あるいは(Cr,Al)2O3層からなる上部層を形成する。
なお、使用するレーザーはエキシマレーザーであることが望ましい。
上記のように、通常のCVD法、PVD法により基体上に下部層を形成した後、ダイナミックオーロラPLD法により、所定の面配向性を有する密着層、上部層を形成することができる。
例えば、上部層におけるCr含有割合(Cr/(Al+Cr))が0.15以上となるように成膜条件を調整すると、上部層としては、(0001)面配向性を有する(Cr,Al)2O3層が優先的に形成されるようになる。
なお、上部層におけるCr含有割合(Cr/(Al+Cr))=1とは、上部層がCr2O3層で構成されていることであるから、この場合は、Cr2O3ターゲットへのレーザー照射を行い上部層を形成するということに他ならない。
また、上部層は、一つの層にて形成する必要はなく、例えば、上部層がCr2O3層と(Cr,Al)2O3層の複層構造として形成されていても、本発明の目的を何ら損なうものではない。
「(1) 炭化タングステン(WC)基超硬合金または炭窒化チタン(TiCN)基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)下部層として、0.3〜3μmの合計層厚を有するチタンの炭化物(TiC)層、チタンの窒化物(TiN)層、チタンの炭窒化物(TiCN)層およびチタンとアルミニウムの複合窒化物((Ti,Al)N)層のうちの1層または2層以上からなるチタン化合物層、
(b)密着層として、0.02〜0.2μmの層厚を有し、かつ、(001)面配向性を有するイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)層、
(c)上部層として、0.3〜3μmの層厚を有し、さらに、(0001)面配向性を有し、かつ、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である六方晶の結晶構造を有するクロムとアルミニウムの酸化物固溶体((Cr,Al)2O3)層、あるいは、クロム酸化物(Cr2O3)層、
上記(a)〜(c)の下部層、密着層および上部層からなる硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具。
(2) 炭化タングステン(WC)基超硬合金または炭窒化チタン(TiCN)基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)化学蒸着又は物理蒸着により、チタンの炭化物(TiC)層、チタンの窒化物(TiN)層、チタンの炭窒化物(TiCN)層およびチタンとアルミニウムの複合窒化物((Ti,Al)N)層のうちの1層または2層以上からなるチタン化合物層を、0.3〜3μmの合計層厚になるまで蒸着して下部層を形成し、
(b)次に、工具基体の温度を500〜850℃に保持し、雰囲気中の酸素分圧を1×10−2〜10Paとした真空雰囲気中で、2000Ga以下の磁場を印加した状態で、イットリウム安定化ジルコニア(YSZ)からなるターゲットにレーザーを照射して、前記下部層表面に、0.02〜0.2μmの層厚の(001)面配向性を有するイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)層からなる密着層を形成し、
(c)次いで、クロム酸化物(Cr2O3)またはクロム酸化物(Cr2O3)とα−アルミナ(α−Al2O3)の混合体からなるターゲットに、上記(b)と同様な条件でレーザーを照射し、前記密着層表面に、0.3〜3μmの層厚を有し、かつ、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である六方晶の結晶構造を有するクロムとアルミニウムの酸化物固溶体((Cr,Al)2O3)層、あるいは、クロム酸化物(Cr2O3)層からなる上部層を形成する、
ことを特徴とする下部層、密着層および上部層からなる硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具の製造方法。」
に特徴を有するものである。
通常のCVD法、PVD法等により形成されるTi化合物層からなる下部層は、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層に高温強度を保持せしめるほか、工具基体とYSZ層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用を有するが、その合計平均層厚が0.3μm未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計層厚が3μmを越えると、特に高熱発生を伴う高速ミーリングのような高速切削加工では熱疲労を起し易くなり、これが熱亀裂の原因となることから、その合計層厚を0.3〜3μmと定めた。
密着層を構成する(001)面配向性を有するイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)層は、ダイナミックオーロラPLD法により、例えば、下部層を設けた工具基体の温度を500〜850℃に保持し、雰囲気中の酸素分圧を1×10−2〜10Paとした真空雰囲気中で、2000Ga以下の磁場を印加した状態で、ターゲットにレーザーを照射することにより形成できるが、下部層および上部層のいずれとも強固な密着性を有し硬質被覆層の高温強度を改善するため、高速切削加工において、硬質被覆層にチッピングが発生することを防止する。
また、YSZ層が(001)面配向性を有することによって、この上に蒸着形成される上部層の(0001)面配向度も高められることから、高速ミーリングのような厳しい条件下での高速切削加工において、硬質被覆層の耐摩耗性が一段と向上する。
ただ、YSZ層の層厚が0.02μm未満では、層間接合強度の向上の効果は少なく、また、層厚が0.2μmを超えるとYSZ結晶が粒成長しやすくなり、その結果、YSZ層の強度が低下するため、密着層としてのYSZ層の層厚は0.02〜0.2μmと定めた。
なお、既に述べたように、YSZ層が(001)面配向性を持たない場合でも、硬質被覆層は所定の耐チッピング性、耐摩耗性を備えているので、高速ミーリング加工ほどに耐チッピング性、耐摩耗性が要求されない穏やかな切削条件であれば、(001)面配向性を持たないYSZ層を密着層として設けることも可能である。
ダイナミックオーロラPLD法により、YSZ層の上に上部層を形成すると、成膜に用いるターゲットの種類に応じた上部層が形成されるが、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である(Cr,Al)2O3層、あるいは、Cr2O3層を上部層として形成した場合、いずれの場合にも、(0001)面配向性を有する上部層が形成され、すぐれた耐摩耗性を備えるようになる。
上部層を形成するターゲットとしては、Cr2O3あるいはCr2O3とα−Al2O3との混合体を使用することができるが、例えば、Cr2O3とα−Al2O3との混合体ターゲットを用い、密着層を設けた工具基体の温度を500〜850℃に保持し、雰囲気中の酸素分圧を1×10−2〜10Paの真空雰囲気という条件の下で、ターゲットにレーザー照射を行い、2000Ga以下の磁場を印加した状態で成膜することによって、(0001)面配向性を有し、しかも、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である(Cr,Al)2O3層を上部層として形成することができ、そして、この上部層は、高速ミーリングという厳しい切削条件下でも、すぐれた耐摩耗性を発揮する。
なお、上部層形成用ターゲットにおいて、クロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が1とは、即ち、Cr2O3ターゲットを使用することであるが、このターゲットを用いて上部層を形成した場合にも、磁場が印加された状態で成膜されることによって、密着層上には、(0001)面に配向したCr2O3層からなるすぐれた高温強度を有する上部層が形成される。
また、(0001)面配向性を有する(Cr,Al)2O3層あるいは(0001)面配向性を有するCr2O3層からなる上部層は、密着層との付着強度にも優れているため、硬質被覆層全体としての高温強度を大幅に改善する。
したがって、上部層として、(0001)面配向性を有する(Cr,Al)2O3層あるいは(0001)面配向性を有するCr2O3層を蒸着形成した本発明の被覆工具は、高熱発生を伴い、かつ、高速ミーリングという厳しい切削条件で用いられた場合であっても、すぐれた耐チッピング性とともにすぐれた耐摩耗性を示し、工具特性が格段に改善されたものとなる。
ただ、上部層の層厚が0.3μm未満では、すぐれた工具特性を十分発揮することはできず、一方、層厚が3μmを超えると、切刃部に欠損・チッピングを発生しやすくなるので、上部層の層厚は0.3〜3μmと定めた。
本発明では、従来から知られているCVD法、PVD法により、まず、工具基体表面に、TiC層、TiN層、TiCN層および(Ti,Al)N層のうちの1層または2層以上からなるチタン化合物層を、0.3〜3μmの合計層厚になるまで蒸着して下部層を形成した後、ダイナミックオーロラPLD法により、密着層および上部層を成膜形成する。
ダイナミックオーロラPLD法は、永久磁石を用い磁場を発生させていた従来のPLD法に比べて、基板温度を高めることが可能であり、磁場の強弱を自由にコントロールでき、さらに、ターゲットあるいは基板に印加する磁場を調整して、成膜の結晶構造、特性を自由に制御できるという利点を有するが、本発明は、ダイナミックオーロラPLD法によるこれらの利点を生かしつつ、同時に、工具基体(基板)に成膜する、密着層および上部層の種類、成膜条件を特定することにより、被覆工具の硬質被覆層に要求される耐チッピング性および耐摩耗性という特有の課題の解決を図ったものである。
すなわち、ダイナミックオーロラPLD法による成膜にあたり、ターゲットにレーザーを照射して密着層および上部層を形成する際に、成膜速度および結晶配向性を高めるためには、工具基体の温度を500〜850℃に保持する必要があり、また、各層、酸化物の酸素量を適正範囲に制御するためには、雰囲気条件を、O2分圧が1×10−2〜10Paの真空雰囲気とする必要があり、さらに、各層の結晶配向性や結晶構造、結晶粒の成長を制御するためには、印加磁場を2000G以下の範囲で調節することが必要である。
そして、通常のCVD法、PVD法により工具基体に下部層を形成した後、前記温度条件、雰囲気条件および磁場条件の下で、ダイナミックオーロラPLD法により密着層としての(001)面配向性を有するYSZ層を成膜し、ついで、Cr2O3あるいはCr2O3とα−Al2O3の混合体からなるターゲットにレーザーを照射して、(0001)面配向性を有する(Cr,Al)2O3層あるいはCr2O3層からなる上部層を形成するが、このように成膜した各層は強固な付着強度を有しており、また、ターゲットの種類、レーザーの照射条件、磁場の印加条件等を調整することによって、各層の膜組成、結晶構造、結晶配向性を制御することができ、その結果として、すぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性を備えた硬質被覆層を形成することができる。
したがって、上記のような方法で製造した被覆工具は、高い発熱を伴う高速ミーリングという厳しい条件下での切削加工においても、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性を発揮する。
また、この発明による被覆工具の製造方法は、予め、CVD法、PVD法により所定の下部層が形成された工具基体に対して、ダイナミックオーロラPLD法を利用し、ターゲットの種類、組成、成膜条件等を選定することにより、所望の密着層と上部層を形成することができ、また、上部層には、所望の結晶構造、結晶配向性を具備せしめることができるので、耐チッピング性および耐摩耗性にすぐれた被覆工具を、簡易かつ確実に製造することができる。
(a)まず、表3(表3中のl−TiCNは特開平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつTiCN層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである)に示される条件にて、表5、6に示される目標層厚のTi化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成した。
ついで、下部層を形成した上記工具基体をダイナミックオーロラPLD装置に装入し、
(b)まず、表4に示される成膜条件で、YSZターゲットに対してエキシマレーザーを照射し、工具基体の下部層の上に、表5、6に示される目標層厚の(001)配向性を有する密着層(YSZ層)を形成し、
(c)ついで、同じく表4に示される条件で、各種のターゲットに対してエキシマレーザーを照射し、密着層の上に、表5,6に示される目標層厚の、かつ、(0001)面配向性を有する上部層((Cr,Al)2O3層、Cr2O3層)を形成することにより、本発明被覆工具1〜16を製造した。
つまり、工具基体表面に対して、Ti−Al合金ターゲットを用いたアークイオンプレーティング法で層厚3μmの(Ti,Al)N層からなる下部層を形成する。
上部層として、(Cr,Al)2O3層を形成する場合には、引き続き、Cr−Alターゲットを用い、窒素雰囲気下にてアークイオンプレーティング法で(Cr,Al)N層を形成した後に、酸化雰囲気下にて450℃で酸化することにより(Cr,Al)2O3層を形成する。
また、上部層として、Cr2O3層を形成する場合には、上記(Ti,Al)N層からなる下部層をアークイオンプレーティング法で形成した後、アルゴンと酸素の混合雰囲気下でCrターゲットを用いたUBMS法でCr2O3層を形成する。
また、本発明被覆工具1〜16の硬質被覆層を構成する密着層、上部層および比較被覆工具1〜8の硬質被覆層の上部層について、X線回折によりその結晶構造を同定するとともに、結晶配向度を評価した。
その結果を表5〜7に示す。
また、Cr2O3、(Cr,Al)2O3層の配向性は、下式により算出したTC(006)の値が2以上であるときを(0001)配向であるとした。
TC(hkl)=I(hkl)/I0(hkl)×[1/n×ΣI(hkl)/I0(hkl)]
I(hkl)=(hkl)面の回折強度の測定値
I0(hkl)=ASTMによる(hkl)面の標準強度
n=計算に使用した回折面の数(7)
使用した回折面:(012),(104),(110),(006),(113),(024),(116)
[切削条件A]
被削材: JIS・SS400のブロック材、
切削速度: 500 m/min、
切り込み: 2.5 mm、
切削幅: 10 mm(センターカット)
一刃送り量: 0.18 mm/刃、
切削時間: 10 分、
の条件での軟鋼の乾式高速切削試験(通常の切削速度は、280m/min)。
[切削条件B]
被削材: JIS・S45Cのブロック材、
切削速度: 470 m/min、
切り込み: 1.5 mm、
切削幅: 3 mm(ダウンカット)
一刃送り量: 0.18 mm/刃、
切削時間: 5 分、
の条件での炭素鋼の乾式高速切削試験(通常の切削速度は、200m/min)。
[切削条件C]
被削材: JIS・FCD450のブロック、
切削速度: 480 m/min、
切り込み: 2.5 mm、
切削幅: 5 mm(センターカット)
一刃送り量: 0.18 mm/刃、
切削時間: 10 分、
の条件でのダクタイル鋳鉄の湿式高速切削試験(通常の切削速度は、200m/min)。
そして、上記の各切削試験における切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、この測定結果を表8に示した。
また、本発明被覆工具1〜16の製造方法は、通常のCVD法あるいはPVD法により硬質被覆層の下部層を形成し、ついで、所定条件下でのダイナミックオーロラPLD法により、硬質被覆層の密着層および上部層を形成するものであるが、ターゲットの種類、組成を選択し、所定の条件下で、ターゲットにレーザーを照射して、結晶配向性の高められた所定の結晶構造の層からなる硬質被覆層を形成することができるので、高速ミーリングという厳しい切削条件下で要求される工具特性を備えた被覆工具を、簡易な方法でかつ確実に製造することができる。
Claims (2)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)下部層として、0.3〜3μmの合計層厚を有するチタンの炭化物層、チタンの窒化物層、チタンの炭窒化物層およびチタンとアルミニウムの複合窒化物層のうちの1層または2層以上からなるチタン化合物層、
(b)密着層として、0.02〜0.2μmの層厚を有し、かつ、(001)面配向性を有するイットリウム安定化ジルコニア層、
(c)上部層として、0.3〜3μmの層厚を有し、さらに、(0001)面配向性を有し、かつ、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である六方晶の結晶構造を有するクロムとアルミニウムの酸化物固溶体層、あるいは、クロム酸化物層、
上記(a)〜(c)の下部層、密着層および上部層からなる硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具。 - 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)化学蒸着又は物理蒸着により、チタンの炭化物層、チタンの窒化物層、チタンの炭窒化物層およびチタンとアルミニウムの複合窒化物層のうちの1層または2層以上からなるチタン化合物層を、0.3〜3μmの合計層厚になるまで蒸着して下部層を形成し、
(b)次に、工具基体の温度を500〜850℃に保持し、雰囲気中の酸素分圧を1×10−2〜10Paとした真空雰囲気中で、2000Ga以下の磁場を印加した状態で、イットリウム安定化ジルコニアからなるターゲットにレーザーを照射して、前記下部層表面に、0.02〜0.2μmの層厚の(001)面配向性を有するイットリウム安定化ジルコニア層からなる密着層を形成し、
(c)次いで、クロム酸化物またはクロム酸化物とα−アルミナの混合体からなるターゲットに、上記(b)と同様な条件でレーザーを照射し、前記密着層表面に、0.3〜3μmの層厚を有し、かつ、アルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合(Cr/(Cr+Al))が0.15以上(但し、原子比)である六方晶の結晶構造を有するクロムとアルミニウムの酸化物固溶体層、あるいは、クロム酸化物層からなる上部層を形成する、
ことを特徴とする下部層、密着層および上部層からなる硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007241961A JP5035979B2 (ja) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007241961A JP5035979B2 (ja) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009072837A true JP2009072837A (ja) | 2009-04-09 |
JP5035979B2 JP5035979B2 (ja) | 2012-09-26 |
Family
ID=40608355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007241961A Active JP5035979B2 (ja) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5035979B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009072838A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Tokyo Institute Of Technology | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
EP2233778A2 (en) | 2009-03-24 | 2010-09-29 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Torque fluctuation absorbing apparatus |
WO2011007848A1 (ja) * | 2009-07-15 | 2011-01-20 | 日立ツール株式会社 | 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170472A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Agency Of Ind Science & Technol | クリ−ニング機構付レ−ザ蒸着装置 |
JPH08158052A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-06-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆硬質合金 |
JPH11256316A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-21 | Shigeo Asai | 磁場による蒸着膜の結晶方位の制御方法 |
JP2006289546A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続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工具 |
JP2006289586A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続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工具 |
JP2006297533A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Tungaloy Corp | 酸化アルミニウム被覆工具部材 |
JP2008229759A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Tokyo Institute Of Technology | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
JP2009072838A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Tokyo Institute Of Technology | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
-
2007
- 2007-09-19 JP JP2007241961A patent/JP5035979B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170472A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Agency Of Ind Science & Technol | クリ−ニング機構付レ−ザ蒸着装置 |
JPH08158052A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-06-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆硬質合金 |
JPH11256316A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-21 | Shigeo Asai | 磁場による蒸着膜の結晶方位の制御方法 |
JP2006289546A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続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工具 |
JP2006289586A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層が高速断続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工具 |
JP2006297533A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Tungaloy Corp | 酸化アルミニウム被覆工具部材 |
JP2008229759A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Tokyo Institute Of Technology | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
JP2009072838A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Tokyo Institute Of Technology | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009072838A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Tokyo Institute Of Technology | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
EP2233778A2 (en) | 2009-03-24 | 2010-09-29 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Torque fluctuation absorbing apparatus |
WO2011007848A1 (ja) * | 2009-07-15 | 2011-01-20 | 日立ツール株式会社 | 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法 |
JP5614405B2 (ja) * | 2009-07-15 | 2014-10-29 | 日立ツール株式会社 | 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5035979B2 (ja) | 2012-09-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3269479B1 (en) | Surface-coated cutting tool and method for manufacturing same | |
EP3153259B1 (en) | Surface-coated tool and method for manufacturing same | |
JP6268530B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5234926B2 (ja) | 硬質皮膜および硬質皮膜形成用ターゲット | |
JP6011249B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
US10920325B2 (en) | Method for producing a hard material layer on a substrate, hard material layer, machining tool and coating source | |
JP5555835B2 (ja) | 耐摩耗性にすぐれたターニング加工用表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
JP5035980B2 (ja) | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
WO2016084939A1 (ja) | 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP4968674B2 (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
JP5035979B2 (ja) | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
JP5979438B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2009101490A (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた潤滑性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2020151774A (ja) | 耐熱亀裂性および耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP2019084671A (ja) | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面切削工具 | |
JP2009166193A (ja) | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5555834B2 (ja) | 耐摩耗性にすぐれたミーリング加工用表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
JP4808972B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5629291B2 (ja) | 硬質皮膜および硬質皮膜形成用ターゲット | |
JP5979437B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP6930446B2 (ja) | 硬質皮膜、硬質皮膜被覆工具及びその製造方法 | |
JP2012139795A (ja) | 軟質難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐剥離性とすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2016064470A (ja) | 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP2019171483A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2019171482A (ja) | 表面被覆切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100819 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120622 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120629 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120629 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150713 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5035979 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |