JP2021119026A - Hard coating film-coated tool and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐熱性及び耐欠損性に優れた窒化チタンアルミニウム硬質皮膜を被覆した工具及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a tool coated with a titanium nitride aluminum hard film having excellent heat resistance and fracture resistance, and a method for manufacturing the same.
従来から軟鋼等の切削加工に、TiAlN、TiC、TiN、Ti(CN)等の硬質皮膜を単層又は複層に被覆した切削工具が用いられている。しかし、益々過酷になる切削加工条件では、切削中に切削工具の刃先温度が著しく上昇する。高温になった刃部では、硬質皮膜の結晶構造が変化して硬度が低下し、すくい面のクレータ摩耗や逃げ面の摩耗が進行し、短寿命になるという問題がある。そこで耐熱性に優れたAl2O3膜を用いた硬質皮膜が提案されているが、高速切削条件では耐欠損性が十分ではない。このような問題を解決するために、耐熱性及び耐欠損性に優れた硬質皮膜を有する切削工具が望まれている。 Conventionally, a cutting tool in which a hard film such as TiAlN, TiC, TiN, Ti (CN) is coated in a single layer or multiple layers has been used for cutting mild steel and the like. However, under increasingly severe cutting conditions, the cutting edge temperature of the cutting tool rises significantly during cutting. In the blade portion where the temperature is high, the crystal structure of the hard film is changed and the hardness is lowered, and the crater wear on the rake face and the wear on the flank surface progress, and there is a problem that the life is shortened. Therefore, a hard film using an Al 2 O 3 film with excellent heat resistance has been proposed, but the fracture resistance is not sufficient under high-speed cutting conditions. In order to solve such a problem, a cutting tool having a hard film having excellent heat resistance and fracture resistance is desired.
特許第3277558号(特許文献1)は、基体の表面にプラズマCVD法により耐摩耗性のTiAlN皮膜を形成する際に、すくい面側のプラズマの放電エネルギー強度を逃げ面側より強くすることにより、前記皮膜におけるTiに対するAlの原子比率(CAl/CTi)をすくい面で1.5〜9.0とし、逃げ面で0.6〜1.4とする被覆切削チップの製造方法を開示している。しかし、特許文献1には、切れ刃に被覆したTiAlN皮膜の組成をTiリッチに、すくい面及び逃げ面に被覆したTiAlN皮膜の組成をAlリッチにして耐熱性及び耐欠損性を向上するという技術的思想は認められず、もって耐欠損性及び高速切削条件における耐熱性が十分な被覆切削チップを得ることはできなかった。
Patent No. 3277558 (Patent Document 1) states that when a wear-resistant TiAlN film is formed on the surface of a substrate by a plasma CVD method, the discharge energy intensity of plasma on the rake face side is made stronger than that on the flank side. A method for manufacturing a coated cutting tip in which the atomic ratio of Al to Ti in the film (C Al / C Ti ) is 1.5 to 9.0 on the rake face and 0.6 to 1.4 on the flank surface is disclosed. However,
特許第3006453号(特許文献2)は、超硬合金基体の表面にAl2O3膜を含む多層セラミック膜を有し、被削材との摩擦が生じる領域の一部又は全域でAl2O3膜を含む何層かが除去され、TiN又はTiCNを主体とする膜が露出した被覆硬質合金工具を開示している。しかし、耐熱性が十分でなく、高速切削に使用した場合に工具寿命が短いことが分った。 Patent No. 3006453 (Patent Document 2), the surface of the cemented carbide substrate has a multilayer ceramic film containing Al 2 O 3 film, Al 2 O part or the whole of the area of friction occurs between the workpiece Disclosed is a coated hard alloy tool in which several layers including three films are removed and the film mainly composed of TiN or TiCN is exposed. However, it was found that the heat resistance was not sufficient and the tool life was short when used for high-speed cutting.
特許第5800571号(特許文献3)は、基体の表面にTiaM1-a(C1-xNx)(ただし、MはTiを除く周期表第4属、第5属及び第6属の金属、Al、Si及びYから選ばれた少なくとも1種であり、0.3≦a≦0.9、0≦x≦1)の組成を有するA層と、AlbM’1-b(C1-yNy)(ただし、M’は周期表第4属、第5属及び第6属の金属、Si及びYから選ばれた少なくとも1種、0.4≦b≦0.9、0≦y≦1)の組成を有するB層(TiとAlの総量に対するAlの比がA層より高い。)とを交互に繰り返し積層した被覆層を形成し、切れ刃における被覆層中のA層とB層との厚みの比(tcA/tcB)が、すくい面における前記被覆層のA層とB層との厚みの比(trA/trB)より大きい切削工具を開示している。しかし、A層とB層が組成差による熱膨張係数差を有しているため、高速切削時に層間剥離が生じ、短寿命であることが分った。 Patent No. 5800571 (Patent Document 3) states that Ti a M 1-a (C 1-x N x ) (where M is the 4th, 5th and 6th groups of the periodic table excluding Ti) on the surface of the substrate. A layer having a composition of 0.3 ≤ a ≤ 0.9, 0 ≤ x ≤ 1), which is at least one selected from the metals, Al, Si and Y, and Al b M'1-b (C 1-y). N y ) (However, M'is the composition of at least one selected from the metals of the 4th, 5th and 6th groups of the periodic table, Si and Y, 0.4 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ y ≤ 1). The B layer (the ratio of Al to the total amount of Ti and Al is higher than that of the A layer) is alternately and repeatedly laminated to form a coating layer, and the thickness of the A layer and the B layer in the coating layer at the cutting edge is increased. We disclose a cutting tool in which the ratio (t cA / t cB ) is larger than the ratio of the thickness of the A layer to the B layer of the coating layer on the rake face (t rA / t rB). However, it was found that since the A layer and the B layer have a difference in thermal expansion coefficient due to the composition difference, delamination occurs during high-speed cutting and the life is short.
従って、本発明の目的は、窒化チタンアルミニウム皮膜を化学蒸着法により形成し、切れ刃部、すくい面及び逃げ面における窒化チタンアルミニウム皮膜の各組成を最適にすることにより、高速切削に使用した場合であっても、耐熱性及び耐欠損性に優れた窒化チタンアルミニウム皮膜を有する硬質皮膜被覆工具、及びその製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is a case where a titanium aluminum nitride film is formed by a chemical vapor deposition method and used for high-speed cutting by optimizing each composition of the titanium nitride aluminum film on the cutting edge portion, the rake face and the flank surface. Even so, it is an object of the present invention to provide a hard film coating tool having a titanium nitride aluminum film excellent in heat resistance and fracture resistance, and a method for producing the same.
本発明の硬質皮膜被覆工具は、基体に窒化チタンアルミニウム皮膜を形成してなるもので、切れ刃部、すくい面及び逃げ面を有し、
前記窒化チタンアルミニウム皮膜は化学蒸着膜であり、
前記切れ刃部、前記すくい面及び前記逃げ面のうち前記切れ刃部に前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分があり、前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜は、(Tix1Aly1)Nz1(ただし、x1、y1及びz1はそれぞれ原子比であり、0.26≦x1≦0.4、0.1≦y1≦0.24、及びx1+y1+z1=1を満たす数字である。)で表されるTiリッチな組成を有し、
前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分からそれぞれ少なくとも1000μm離れた前記すくい面及び前記逃げ面の部分で、前記窒化チタンアルミニウム皮膜が(Tix2Aly2)Nz2(ただし、x2、y2及びz2はそれぞれ原子比であり、0.06≦x2≦0.23、0.25≦y2≦0.45、及びx2+y2+z2=1を満たす数字である。)で表されるAlリッチな組成を有することを特徴とする。
The hard film coating tool of the present invention is formed by forming a titanium nitride aluminum film on a substrate, and has a cutting edge portion, a rake surface, and a flank surface.
The titanium nitride aluminum film is a chemical vapor deposition film.
Of the cutting edge portion, the rake face, and the flank surface, the cutting edge portion has the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film, and the titanium nitride aluminum film on the cutting edge portion is (Tix 1 Aly 1 ) Nz. 1 (However, x 1 , y 1 and z 1 are atomic ratios, respectively, and are numbers that satisfy 0.26 ≤ x 1 ≤ 0.4, 0.1 ≤ y 1 ≤ 0.24, and x 1 + y 1 + z 1 = 1.) Has a Ti-rich composition represented
At the rake face and the flank, respectively, at least 1000 μm away from the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film on the cutting edge, the titanium nitride aluminum film is (Tix 2 Aly 2 ) Nz 2 (where x 2). , Y 2 and z 2 are atomic ratios, respectively, and are Al-rich numbers that satisfy 0.06 ≤ x 2 ≤ 0.23, 0.25 ≤ y 2 ≤ 0.45, and x 2 + y 2 + z 2 = 1. It is characterized by having a composition.
x1及びy1はそれぞれ原子比で0.28≦x1≦0.40、及び0.10≦y1≦0.22を満たし、x2及びy2はそれぞれ原子比で0.08≦x2≦0.22、及び0.26≦y2≦0.43を満たし、x1とx2との差が0.10以上であり、y2とy1との差が0.10以上であるのが好ましい。
x 1 and y 1 satisfy the atomic ratios of 0.28 ≤ x 1 ≤ 0.40 and 0.10 ≤ y 1 ≤ 0.2 2 , respectively, and x 2 and
前記すくい面及び前記逃げ面における前記窒化チタンアルミニウム皮膜のうち前記切れ刃部に隣接する領域は、Tiリッチな組成を有するのが好ましい。 The region of the titanium nitride aluminum film on the rake face and the flank surface adjacent to the cutting edge portion preferably has a Ti-rich composition.
前記窒化チタンアルミニウム皮膜は柱状結晶組織を主体とするのが好ましい。 The titanium nitride aluminum film preferably has a columnar crystal structure as a main component.
前記すくい面における前記窒化チタンアルミニウム皮膜がTiリッチな組成を有する領域が、前記前記切れ刃部と前記すくい面の境界から、前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分から180〜600μm離れた位置までの範囲に存在しており、前記逃げ面における前記窒化チタンアルミニウム皮膜がTiリッチな組成を有する領域が、前記前記切れ刃部と前記逃げ面の境界から、前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分から160μm〜550μm離れた位置までの範囲に存在しているのが好ましい。 The region of the titanium aluminum nitride film on the rake face having a Ti-rich composition is 180 to 600 μm from the boundary between the cutting edge portion and the rake face and from the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film on the cutting edge portion. A region existing in a range up to a distant position and having a Ti-rich composition of the titanium nitride aluminum film on the flank surface is formed from the boundary between the cutting edge portion and the flank surface to the cutting edge portion. It is preferably present in the range of 160 μm to 550 μm away from the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film.
本発明の硬質皮膜被覆工具は、z1が原子比で0.64〜0.36を満たし、z2が原子比で0.69〜0.32を満たすのが好ましい。 In the hard coating tool of the present invention, it is preferable that z 1 satisfies the atomic ratio of 0.64 to 0.36 and z 2 satisfies the atomic ratio of 0.69 to 0.32.
本発明の硬質皮膜被覆工具は、前記基体と前記窒化チタンアルミニウム皮膜との間に下地層を有し、前記下地層は炭窒化チタン、窒化チタン及び炭窒化チタンジルコニウムの少なくとも一種からなる単層皮膜又は積層皮膜であり、かつfcc構造を有するのが好ましい。 The hard film coating tool of the present invention has a base layer between the substrate and the titanium aluminum nitride film, and the base layer is a single-layer film composed of at least one of titanium carbonitride, titanium nitride, and titanium nitride zirconium. Alternatively, it is preferably a laminated film and has an fcc structure.
上記硬質皮膜被覆工具を化学蒸着法により製造する本発明の方法は、TiCl4ガス、AlCl3ガス、NH3ガス、N2ガス及びH2ガスの合計を100体積%として、0.1〜0.8体積%のTiCl4ガス、0.4〜1.2体積%のAlCl3ガス、4.0〜23.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるとともに、AlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3〜0.7である混合ガスAと、0.7〜1.9体積%のNH3ガス、3〜16.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなる混合ガスBとからなる原料ガスを供給することにより、前記窒化チタンアルミニウム皮膜を形成することを特徴とする。 The method of the present invention for producing the above-mentioned hard film coating tool by a chemical vapor deposition method is 0.1 to 0.8% by volume, where the total of TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, NH 3 gas, N 2 gas and H 2 gas is 100% by volume. TiCl 4 gas, 0.4 to 1.2% by volume AlCl 3 gas, 4.0 to 23.5% by volume N 2 gas, and the balance H 2 gas, and the volume ratio of TiCl 4 gas to AlCl 3 gas (TiCl 4 / AlCl 3). ) Is 0.3 to 0.7, and 0.7 to 1.9% by volume of NH 3 gas, 3 to 16.5% by volume of N 2 gas, and the remaining H 2 gas are mixed gas B. This is characterized by forming the titanium nitride aluminum film.
本発明の製造方法では、回転軸Oを中心として回転する第一及び第二のパイプを具備する化学蒸着装置を使用し、前記第一のパイプは第一のノズルを有し、前記第二のパイプは第二のノズルを有し、前記第一のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H1を前記第二のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H2より長くし、前記第一のノズルから前記混合ガスAを噴出するとともに、前記第二のノズルから前記混合ガスBを噴出するのが好ましい。 In the manufacturing method of the present invention, a chemical vapor deposition apparatus including first and second pipes that rotate about a rotation axis O is used, and the first pipe has a first nozzle and the second pipe. The pipe has a second nozzle, and the distance H 1 between the spout of the first nozzle and the rotating shaft O is made longer than the distance H 2 between the spout of the second nozzle and the rotating shaft O. It is preferable that the mixed gas A is ejected from the first nozzle and the mixed gas B is ejected from the second nozzle.
また本発明の製造方法では、回転軸Oを中心として回転する第一及び第二のパイプを具備する化学蒸着装置を使用し、前記第一のパイプは第一のノズルを有し、前記第二のパイプは第二のノズルを有し、前記第一のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H1を前記第二のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H2より長くし、前記第二のノズルから前記混合ガスAを噴出するとともに、前記第一のノズルから前記混合ガスBを噴出するのが好ましい。 Further, in the manufacturing method of the present invention, a chemical vapor deposition apparatus including first and second pipes that rotate about a rotation axis O is used, and the first pipe has a first nozzle and the second pipe. The pipe has a second nozzle, and the distance H 1 between the spout of the first nozzle and the rotating shaft O is longer than the distance H 2 between the spout of the second nozzle and the rotating shaft O. Then, it is preferable that the mixed gas A is ejected from the second nozzle and the mixed gas B is ejected from the first nozzle.
前記化学蒸着装置は、前記第一及び第二のパイプの周囲に、前記基体を載置するための複数の棚と、隣接する棚の間にそれぞれ設けられ、前記原料ガスの流れを遮断するための仕切り板とを有し、前記第一及び第二のノズルは、各棚とその上部に位置する仕切り板との間及び最上段の棚の上部にそれぞれ設けられており、前記棚における前記基体の周囲に少なくとも1つの貫通孔が設けられており、もって前記第一及び第二のノズルから噴出した前記原料ガスは前記貫通孔を通過するのが好ましい。 The chemical vapor deposition apparatus is provided around the first and second pipes between a plurality of shelves for placing the substrate and adjacent shelves, respectively, in order to block the flow of the raw material gas. The first and second nozzles are provided between each shelf and the partition plate located above the partition plate and at the upper part of the uppermost shelf, respectively, and the substrate in the shelf is provided. It is preferable that at least one through hole is provided around the hole, so that the raw material gas ejected from the first and second nozzles passes through the through hole.
前記距離H1と前記距離H2との比(H1/H2)を1.5〜3の範囲内にするのが好ましい。 The ratio of the distance H 1 to the distance H 2 (H 1 / H 2 ) is preferably in the range of 1.5 to 3.
本発明の製造方法では、3〜6 kPaの成膜圧力及び750〜830℃の成膜温度を使用するのが好ましい。 In the production method of the present invention, it is preferable to use a film formation pressure of 3 to 6 kPa and a film formation temperature of 750 to 830 ° C.
本発明の硬質皮膜被覆工具は、切れ刃部における窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分が(Tix1Aly1)Nz1(ただし、x1、y1及びz1はそれぞれ原子比であり、0.26≦x1≦0.4、0.1≦y1≦0.24、及びx1+y1+z1=1を満たす数字である。)で表されるTiリッチな組成を有し、すくい面及び逃げ面における窒化チタンアルミニウム皮膜が、前記最も薄い部分からそれぞれ少なくとも1000μm離れた部分で(Tix2Aly2)Nz2(ただし、x2、y2及びz2はそれぞれ原子比であり、0.06≦x2≦0.23、0.25≦y2≦0.45、及びx2+y2+z2=1を満たす数字である。)で表されるAlリッチな組成を有する(即ち、窒化チタンアルミニウム皮膜が少なくとも切れ刃部でTiリッチであるとともに、前記切れ刃部の影響を受けないすくい面及び逃げ面の部分でAlリッチである)ので、高速切削時に強い衝撃を受ける切れ刃部が耐欠損性(耐チッピング性)に優れているだけでなく、すくい面及び逃げ面のAlリッチな部分が耐熱性に優れ、もって高速切削条件においても工具寿命が長い。 In the hard film coating tool of the present invention, the thinnest part of the titanium nitride aluminum film on the cutting edge is (Tix 1 Aly 1 ) Nz 1 (however, x 1 , y 1 and z 1 are atomic ratios, respectively, and 0.26 ≤ It has a Ti-rich composition represented by x 1 ≤ 0.4, 0.1 ≤ y 1 ≤ 0.24, and x 1 + y 1 + z 1 = 1), and is a titanium nitride aluminum film on the rake face and flank surface. However, at a portion at least 1000 μm away from the thinnest portion, (Tix 2 Aly 2 ) Nz 2 (where x 2 , y 2 and z 2 are atomic ratios, respectively, 0.06 ≤ x 2 ≤ 0.23, 0.25 ≤ y. It has an Al-rich composition represented by 2 ≤ 0.45 and x 2 + y 2 + z 2 = 1 (that is, the titanium nitride aluminum film is Ti-rich at least at the cutting edge, and the above-mentioned Since the rake face and flank surface that are not affected by the cutting edge are Al-rich), the cutting edge that receives a strong impact during high-speed cutting not only has excellent chipping resistance (chipping resistance), but also has excellent chipping resistance. The Al-rich parts of the rake face and flank surface have excellent heat resistance, and the tool life is long even under high-speed cutting conditions.
[1] 硬質皮膜被覆工具
本発明の硬質皮膜被覆工具は、窒化チタンアルミニウム皮膜を化学蒸着法により形成し、切れ刃部における窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分が(Tix1Aly1)Nz1(ただし、x1、y1及びz1はそれぞれ原子比であり、0.26≦x1≦0.4、0.1≦y1≦0.24、及びx1+y1+z1=1を満たす数字である。)で表されるTiリッチな組成を有し、すくい面及び逃げ面における窒化チタンアルミニウム皮膜が、前記最も薄い部分からそれぞれ少なくとも1000μm離れた部分で(Tix2Aly2)Nz2(ただし、x2、y2及びz2はそれぞれ原子比であり、0.06≦x2≦0.23、0.25≦y2≦0.45、及びx2+y2+z2=1を満たす数字である。)で表されるAlリッチな組成を有することを特徴とする。
[1] Hard film coating tool In the hard film coating tool of the present invention, a titanium aluminum nitride film is formed by a chemical vapor deposition method, and the thinnest part of the titanium aluminum nitride film on the cutting edge is (Tix 1 Aly 1 ) Nz 1 (
本明細書では、硬質皮膜被覆工具の切れ刃部、すくい面及び逃げ面はそれぞれ硬質皮膜表面における切れ刃部、すくい面及び逃げ面である。これに対して、工具基体の切れ刃部、すくい面及び逃げ面はそれぞれ基体切れ刃部、基体すくい面及び基体逃げ面と呼ぶ。 In the present specification, the cutting edge portion, the rake face, and the flank surface of the hard film coating tool are the cutting edge portion, the rake face, and the flank surface on the hard film surface, respectively. On the other hand, the cutting edge portion, the rake face, and the flank surface of the tool base are referred to as the base cut edge portion, the base rake face, and the base flank surface, respectively.
図1に示すように、硬質皮膜被覆工具(硬質皮膜)の切れ刃部101はすくい面102の変曲点Q1と逃げ面103の変曲点Q2との間にある。一方、基体21については、基体切れ刃部101’は基体すくい面102’の変曲点Q1’と基体逃げ面103’の変曲点Q2’との間にある。図1から明らかなように、硬質皮膜の存在により、硬質皮膜被覆工具におけるすくい面102の変曲点Q1及び逃げ面103の変曲点Q2は基体すくい面102’の変曲点Q1’及び基体逃げ面103’の変曲点Q2’と異なる位置に存在する。
As shown in FIG. 1, the
図2(a) は硬質皮膜被覆工具の切れ刃部101の縦断面の一例を示す。すくい面102と逃げ面103との間に緩やかに突出する円弧状の縦断面形状を有する切れ刃部101が形成されている。切れ刃部101は、すくい面102が緩やかに曲がり始める変曲点Q1と、逃げ面103が緩やかに曲がり始める変曲点Q2との間の領域に形成されており、変曲点Q1と変曲点Q2との間の円弧状切れ刃部101は幅Wを有する。実用性の観点から、円弧状切れ刃部101の幅Wは10〜500μmであるのが好ましい。
FIG. 2 (a) shows an example of the vertical cross section of the
図2(b) は切れ刃部101の縦断面の別の例を示す。この例では、すくい面102と逃げ面103との間に直線状の縦断面形状を有する切れ刃部101が形成されている。この例でも、切れ刃部101は、すくい面102の変曲点R1と逃げ面103の変曲点R2との間の領域に形成されており、変曲点R1と変曲点R2との間の直線状切れ刃部101は幅Wを有する。実用性の観点から、直線状切れ刃部101の幅Wも10〜500μmであるのが好ましい。なお、図2(b) に示す切れ刃部101の縦断面形状は直線状であるが、多角形状でも良い。
FIG. 2B shows another example of the vertical cross section of the
本発明の硬質皮膜被覆工具では、基体21の上に、下地層22及び柱状結晶組織を主体とする窒化チタンアルミニウム皮膜23が順次形成されている。図6(a)〜図6(c) はそれぞれ本発明の硬質皮膜被覆工具の硬質皮膜の切れ刃部101、すくい面102及び逃げ面103における層構成を示すSEM写真(倍率5,000倍)である。
In the hard film coating tool of the present invention, the
(A) 工具基体
工具基体は化学蒸着法を適用できる高耐熱性の材質である必要があり、例えばWC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、工具鋼、立方晶窒化ホウ素を主成分とする窒化ホウ素焼結体(cBN)若しくはサイアロンのようなセラミックス等が挙げられる。強度、硬度、耐摩耗性、靱性及び熱安定性の観点から、WC基超硬合金、サーメット及びセラミックスが好ましい。例えばWC基超硬合金の場合、焼結したままの未加工面にも窒化チタンアルミニウム皮膜を形成できるが、工具の寸法精度を高めるために加工面(研磨加工面及び刃先処理加工面)に形成するのが好ましい。
(A) Tool base The tool base must be made of a highly heat-resistant material to which the chemical vapor deposition method can be applied. For example, WC-based cemented carbide, cermet, high-speed steel, tool steel, and cubic boron nitride are the main components. Examples thereof include boron nitride sintered body (cBN) and ceramics such as Sialon. From the viewpoint of strength, hardness, wear resistance, toughness and thermal stability, WC-based cemented carbide, cermet and ceramics are preferable. For example, in the case of WC-based cemented carbide, a titanium nitride aluminum film can be formed on the unprocessed surface as it is sintered, but it is formed on the processed surface (polished surface and cutting edge processed surface) in order to improve the dimensional accuracy of the tool. It is preferable to do so.
(B) 基体の形状
図3は本発明に使用するインサート基体の一例を示す斜視図である。図示の基体21はフライス切削用のインサート(基体SEE42TN-C9)であり、上面(基体すくい面)102’と、側面(基体逃げ面)103’と、それらの間の基体切れ刃部101’とを有する。基体切れ刃部101’は4つの基体コーナー切れ刃部101a’と4つの基体辺切れ刃部101b’とが全周にわたって交互に連結してなる。図示のインサート10は八角形平板状であり、側面103’は、各コーナー切れ刃部101a’に対応するコーナー側面部103a’と、各辺切れ刃部101b’に対応する辺側面部103b’とを有する。
(B) Shape of the substrate FIG. 3 is a perspective view showing an example of the insert substrate used in the present invention. The illustrated
本発明に用いる基体は図3に限定されず、他形状のインサート(例えば、ソリッドタイプ又は刃先交換タイプのエンドミル、スレッドミル、ドリル等)でも良い。 The substrate used in the present invention is not limited to FIG. 3, and inserts having other shapes (for example, solid type or cutting edge exchange type end mills, thread mills, drills, etc.) may be used.
(C) 窒化チタンアルミニウム皮膜
本発明の硬質皮膜被覆工具における窒化チタンアルミニウム皮膜は、Ti、Al及びNを必須成分とする。窒化チタンアルミニウム皮膜は切れ刃部、すくい面及び逃げ面に形成されており、それぞれに形成されている窒化チタンアルミニウム皮膜領域を「切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域」、「すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域」、及び「逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域」と呼ぶ。
(C) Titanium Aluminum Nitride Film The titanium aluminum nitride film in the hard film coating tool of the present invention contains Ti, Al and N as essential components. The titanium nitride aluminum film is formed on the cutting edge, the rake face, and the flank, and the titanium nitride aluminum film area formed on each is referred to as the "cutting edge titanium nitride aluminum film area" and the "rake surface titanium nitride aluminum film area". , And the flank titanium nitride aluminum film region.
図4(a) は、本発明の硬質皮膜被覆工具(インサート)10において、窒化チタンアルミニウム皮膜23におけるTiリッチな部分及びAlリッチな部分の分布の一例を示す。Tiリッチな部分は、切れ刃部101における切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiと、すくい面102におけるTiリッチな部分(Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域)102Tiと、逃げ面103におけるTiリッチな部分(Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域)103Tiとからなる。また、Alリッチな部分は、すくい面102でTiリッチな部分102Tiより内側に形成されたAlリッチな部分(Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域)102Alと、逃げ面103でTiリッチな部分103Tiより下方(切れ刃部101から遠い方向)に形成されたAlリッチな部分(Alリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域)103Alとからなる。
FIG. 4A shows an example of the distribution of the Ti-rich portion and the Al-rich portion in the titanium
図4(a) において、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの幅(切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域の最も薄い部分とTiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内端との距離)W2、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの幅(切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域の最も薄い部分とTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下端との距離)W3は、いずれも1000μm未満である。すくい面102側及び逃げ面103にはさらに、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内側(切れ刃部101から遠ざかる側)、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下方(切れ刃部101から遠ざかる側)に、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alがそれぞれ形成されている。従って、切れ刃部101における窒化チタンアルミニウム皮膜23の最も薄い部分からすくい面102側及び逃げ面103側に少なくとも1000μm離れた部分では、窒化チタンアルミニウム皮膜23は確実にAlリッチになっている。以上に鑑み、本発明では、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alの組成を、切れ刃部101からすくい面102側及び逃げ面103側に少なくとも1000μm離れた部分で測定する。なお基体21を棚等に裁置して窒化チタンアルミニウム皮膜を形成する場合では、逃げ面側のAlリッチな部分103Alの底面側の部分はAlリッチにならないこともある。窒化チタンアルミニウム皮膜の組成は後述の条件でEPMAにより測定できる。
In Fig. 4 (a), the width of the Ti-rich rake face titanium nitride aluminum film region 102 Ti (the thinnest part of the cutting edge titanium nitride aluminum film region and the inner edge of the Ti-rich rake face titanium nitride aluminum film region 102 Ti. Distance) W 2 , and Ti-rich flank titanium nitride
(1) 切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域
(a) 組成
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域は、(Tix1Aly1)Nz1(ただし、x1、y1及びz1はそれぞれ原子比で0.26≦x1≦0.4、0.1≦y1≦0.24、及びx1+y1+z1=1を満たす数字である。)の組成を有するTiリッチの窒化チタンアルミニウム皮膜である。Tiリッチであることにより耐欠損性(耐チッピング性)が向上する。前記組成範囲外では耐欠損性の向上効果が不十分である。x1の下限及び上限はそれぞれ0.28及び0.40であるのが好ましく、y1の下限及び上限はそれぞれ0.10及び0.22であるのが好ましい。さらに、高性能化の観点から、x1とx2との差は0.10以上であるのが好ましい。
(1) Cutting edge titanium nitride aluminum film region
(a) Composition The cutting edge titanium nitride aluminum film region is (Tix 1 Aly 1 ) Nz 1 (where x 1 , y 1 and z 1 are 0.26 ≤ x 1 ≤ 0.4 and 0.1 ≤ y 1 ≤ 0.24, respectively. , And x 1 + y 1 + z 1 = 1.) A Ti-rich titanium nitride aluminum film having a composition. Being Ti-rich improves fracture resistance (chipping resistance). Outside the composition range, the effect of improving fracture resistance is insufficient. The lower and upper limits of x 1 are preferably 0.28 and 0.40, respectively, and the lower and upper limits of y 1 are preferably 0.10 and 0.22, respectively. Further, from the viewpoint of high performance, the difference between x 1 and x 2 is preferably 0.10 or more.
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの上記組成範囲内において、金属原子(Ti+Al)の原子比は0.36〜0.64であるのが好ましく、窒素原子(N)の原子比は0.64〜0.36であるのが好ましい。高性能化の観点から、金属原子(Ti+Al)の原子比は0.38〜0.62であるのがより好ましく、窒素原子(N)の原子比は0.62〜0.38であるのがより好ましい。Nの30原子%以下をC及び/又はBで置換しても良い。切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiは、不可避的不純物としてClを含有しても良いが、Cl含有量は1.5原子%以下が好ましく、0.8原子%以下がより好ましい。
Within the above composition range of the cutting edge titanium nitride
(b) 膜厚
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの最も薄い部分の膜厚t1は2〜13μmが好ましく、3〜11μmがさらに好ましい。膜厚t1が2μm未満であると、皮膜の被覆効果が十分に得られない。一方、膜厚t1が13μmを超えると、皮膜が厚くなり過ぎて皮膜内部にクラックが発生し、短寿命になるおそれがある。特に好ましい膜厚t1は4〜9μmである。切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの膜厚は、成膜時間により適宜制御することができる。
(b) Film thickness The film thickness t 1 of the thinnest portion of the titanium nitride
膜厚t1は以下の方法により測定する。例えば硬質皮膜被覆工具がインサートである場合、2個の膜厚測定用試料を作製し、各試料において、図4(a) に示すインサートの切れ刃部101上の位置P1、及び位置P1から1000μm離れたすくい面102上の位置P2、及び位置P1から1000μm離れた逃げ面103上の位置P3に沿って各試料を破断させる。図4(b) は試料の縦破断面115を示す。図4(b) の縦破断面115は、実施例1のインサート(1個目の試料)の切れ刃部の縦断面のSEM写真を示す図5(500倍)及び図6(a)(5,000倍)に対応する。2個目の試料についても図5及び図6(a) と同様のSEM写真を撮影する。得られた2つの試料のSEM写真から、窒化チタンアルミニウム皮膜23の切れ刃部101の最も薄い部分の膜厚をそれぞれ測定し、得られた測定値の平均値を膜厚t1とする。
The film thickness t 1 is measured by the following method. For example, when the hard film coating tool is an insert, two samples for film thickness measurement are prepared, and in each sample, position P 1 and position P 1 on the cutting edge 101 of the insert shown in FIG. 4 (a). Each sample is broken along position P 2 on the
(c) 結晶構造
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiは柱状結晶組織を主体にするのが好ましい。また、後述のナノビーム回折(NAD)条件下で少なくともfcc構造を主体とする結晶構造とするのが好ましく、fccの単一構造であるのがさらに好ましい。
(c) Crystal structure The cutting edge titanium nitride
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiは、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al、及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103AlよりTi含有量が高いから、耐欠損性(耐チッピング性)に優れている。
The cutting edge titanium nitride
(2) Tiリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜領域
すくい面102及び逃げ面103のうち、Tiリッチな切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiに隣接する領域はそれぞれ、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Ti及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiである。図4(a) において、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの幅W2及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの幅W3はいずれも1000μm未満である。幅W2及びW3はいずれも800μm以下であるのが好ましく、600μm以下であるのがより好ましい。
(2) Ti-rich titanium nitride aluminum film region Of the
(a) 組成
Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Ti、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの組成は、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiに近いTiリッチな組成を有する。
(a) Composition
The composition of the Ti-rich rake face titanium aluminum
(b) 結晶組織
Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Ti、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの結晶組織は、柱状結晶組織を主体とするのが好ましく、実質的に柱状結晶組織のみからなるのがさらに好ましい。
(b) Crystal structure
The crystal structures of the Ti-rich rake face titanium aluminum
(c) 結晶構造
Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Ti、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの結晶構造は、後述のナノビーム回折(NAD)条件下で少なくともfcc構造を主体とする結晶構造とするのが好ましく、fccの単一構造であるのがさらに好ましい。
(c) Crystal structure
The crystal structures of the Ti-rich rake face titanium nitride
(3) Alリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜領域
Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内側、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下方に、それぞれAlリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alがある。Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの幅W2及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの幅W3はいずれも1000μm未満であるので、切れ刃部101における窒化チタンアルミニウム皮膜23の最も薄い部分からすくい面102側及び逃げ面103側に少なくとも1000μm離れた部分で、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alの組成を測定する。
(3) Al-rich titanium nitride aluminum film region
Inner Ti rich rake face titanium aluminum
(a) 組成
Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alはいずれも、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの最も薄い部分からそれぞれ少なくとも1000μm離れた位置で、(Tix2Aly2)Nz2(ただし、x2、y2及びz2はそれぞれ原子比で0.06≦x2≦0.23、0.25≦y2≦0.45、及びx2+y2+z2=1を満たす数字である。)の組成を有する。Alリッチであることにより、耐熱性(耐酸化性)が向上する。前記組成範囲外では耐熱性が不十分である。x2の下限及び上限は0.08及び0.22であるのが好ましく、y2の下限及び上限は0.26及び0.43であるのが好ましい。さらに、高性能化の観点から、y2とy1との差は0.10以上であるのが好ましい。
(a) Composition
Al-rich rake face titanium nitride
Alリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜領域の上記組成範囲内で、金属原子(Ti+Al)の原子比は0.31〜0.68であるのが好ましく、窒素原子(N)の原子比は0.69〜0.32であるのが好ましい。高性能化の観点から、金属原子(Ti+Al)の原子比は0.34〜0.65であるのがより好ましく、窒素原子(N)の原子比は0.66〜0.35であるのがより好ましい。Nの30原子%以下をC及び/又はBで置換しても良い。Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al、及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alは、不可避的不純物としてClを含有しても良いが、Cl含有量は1.5原子%以下が好ましく、0.8原子%以下がより好ましい。
Within the above composition range of the Al-rich titanium nitride aluminum film region, the atomic ratio of metal atoms (Ti + Al) is preferably 0.31 to 0.68, and the atomic ratio of nitrogen atoms (N) is 0.69 to 0.32. Is preferable. From the viewpoint of high performance, the atomic ratio of the metal atom (Ti + Al) is more preferably 0.34 to 0.65, and the atomic ratio of the nitrogen atom (N) is more preferably 0.66 to 0.35. 30 atomic% or less of N may be replaced with C and / or B. The Al-rich rake face titanium aluminum
(b) 膜厚
すくい面及び逃げ面において優れた耐熱性を有するために、図4(b) において、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Alの位置P2における膜厚t2、及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alの位置P3における膜厚t3はそれぞれ5〜15μmであるのが好ましく、6〜12μmであるのがより好ましい。膜厚t2,t3がそれぞれ5μm未満では皮膜の被覆効果が十分に得られない。膜厚t2,t3がそれぞれ15μmを超えると皮膜が厚くなり過ぎて皮膜内部にクラックが発生するおそれがある。膜厚t2は以下の方法により測定する。膜厚t1の測定に使用したのと同じ2試料においてそれぞれ、すくい面102上の位置P2の縦破断面115[図4(b)]におけるSEM写真を撮影する。図6(b) は同一実施例の1個目の試料における膜厚t2の測定位置を示すSEM写真(倍率5,000倍)である。2個目の試料の膜厚t2も前記と同様に測定し、測定値の平均値を膜厚t2とする。膜厚t3も膜厚t2と同様の方法で位置P3において測定する。
(b) In order to have excellent heat resistance on the rake face and flank surface, in Fig. 4 (b), the film thickness t 2 at position P 2 of the Al-rich rake face titanium nitride aluminum film region 102 Al and The film thickness t 3 at the position P 3 of the Al-rich flank titanium nitride
本発明の硬質皮膜被覆工具がソリッドタイプ又は刃先交換タイプのエンドミル等の場合、前記エンドミル等の刃先部の切れ刃の膜厚t1の測定位置からすくい面側及び逃げ面側にそれぞれ1000μm離れた位置で膜厚t2、t3を上記と同様に求めることができる。 When the hard film coating tool of the present invention is a solid type or blade tip exchange type end mill or the like, the cutting edge portion of the end mill or the like is separated from the measurement position of the film thickness t 1 by 1000 μm on the rake face side and the flank surface side, respectively. The film thicknesses t 2 and t 3 can be obtained at the position in the same manner as above.
(c) 膜厚比t1/t2及びt1/t3
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの最も薄い部分の膜厚t1と、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Alの位置P2における膜厚t2及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alの位置P3における膜厚t3との膜厚比t1/t2及びt1/t3はいずれも、0.35〜0.85であるのが好ましい。膜厚比t1/t2及びt1/t3がいずれも0.35未満では皮膜の被覆効果が十分得られない。膜厚比t1/t2及びt1/t3がいずれも0.85を超えると皮膜が厚くなりすぎて皮膜内部にクラックが発生し、短寿命になる。
(c) Film thickness ratio t 1 / t 2 and t 1 / t 3
Cutting edge Titanium nitride
尚、膜厚t1、t2、t3は、成膜後刃先処理を行わない場合は成膜したままの窒化チタンアルミニウム皮膜を測定したものであり、成膜後刃先処理を行う場合は刃先処理後の窒化チタンアルミニウム皮膜を測定したものである。刃先処理による切れ刃部の膜厚t1及びすくい面及び逃げ面の膜厚t2、t3の減少分は微小であり、刃先処理前後の膜厚比t1/t2、t1/t3はほぼ同一であり、いずれも0.35〜0.85であるのが好ましい。 The film thicknesses t 1 , t 2 , and t 3 are obtained by measuring the titanium nitride aluminum nitride film as it is formed when the film-forming post-deposition cutting edge treatment is not performed. This is a measurement of the titanium nitride aluminum film after the treatment. Decrease in the film thickness t 2, t 3 thickness t 1 and the rake face and the flank face of the cutting edge portion by edge processing is very small, before and after edge processing thickness ratio t 1 / t 2, t 1 / t 3 is almost the same, and it is preferable that all of them are 0.35 to 0.85.
(d) 結晶構造
Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Al、及びAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alはいずれも柱状結晶組織を有するのが好ましい。また、後述のナノビーム回折(NAD)条件下で少なくともfcc構造を主体とする結晶構造とするのが好ましく、fccの単一構造であるのがさらに好ましい。
(d) Crystal structure
It is preferable that both the Al-rich rake face titanium aluminum
(D) 下地層
特に限定されないが、長寿命化の観点から、基体21と窒化チタンアルミニウム皮膜23との間に下地層22として、Ti(CN)皮膜、TiN皮膜、及びTiZr(CN)皮膜のうちの少なくとも一種の皮膜を化学蒸着法により設けるのが好ましい。下地層22として、TiN皮膜が特に好ましい。下地層22の膜厚は0.05〜0.1μm程度であるのが好ましい。
(D) Base layer Although not particularly limited, from the viewpoint of prolonging the service life, the
(E) 上層
限定的でないが、窒化チタンアルミニウム皮膜23の上に、Ti、Al、Cr、B及びZrからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素と、C、N及びOからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素とを必須とする単層又は多層の硬質皮膜を化学蒸着法により形成しても良い。上層としては、例えばTiC、CrC、SiC、VC、ZrC、TiN、TiAlN、CrN、Si3N4、VN、ZrN、Ti(CN)、(TiSi)N、(TiB)N、TiZrN、TiAl(CN)、TiSi(CN)、TiCr(CN)、TiZr(CN)、Ti(CNO)、TiAl(CNO)、Ti(CO)及びTiB2等の単層又は積層(例えば2〜50層)の皮膜が挙げられる。
(E) Upper layer On the titanium
[2] 化学蒸着装置
本発明の硬質皮膜被覆工具は、熱化学蒸着装置又はプラズマ支援化学蒸着装置(CVD炉)を用いた化学蒸着法により形成することができる。図8に示すように、化学蒸着装置(CVD炉)1は、チャンバー2と、チャンバー2の壁内に設けられたヒータ3と、複数の棚4,4と、棚4,4を覆う反応容器5と、棚4,4の間に設けられた複数の仕切り板6,6と、棚4,4の中央開口部40を垂直に貫通する第一及び第二のパイプ11,12とを具備し、各パイプ11,12には複数のノズル11a,12aが設けられており、反応容器5には複数の排出孔5aが設けられている。第一のパイプ11と第二のパイプ12は、一体的に回転し得るようにチャンバー2の底部を貫通し、回転自在に外部の配管(図示せず)に接続されている。チャンバー2の底部には、第一及び第二のパイプ11,12から噴出した原料ガスのうちのキャリアガス及び未反応ガスを排出するためのパイプ13を有する。
[2] Chemical Vapor Deposition Equipment The hard film coating tool of the present invention can be formed by a chemical vapor deposition method using a thermochemical vapor deposition apparatus or a plasma-assisted chemical vapor deposition apparatus (CVD furnace). As shown in FIG. 8, the chemical vapor deposition apparatus (CVD furnace) 1 includes a
[3] 製造方法
本発明の硬質皮膜被覆工具を、熱化学蒸着法を用いる場合を例にとって、以下詳細に説明するが、勿論本発明はそれに限定されず、他の化学蒸着法にも適用できる。
[3] Manufacturing Method The hard film coating tool of the present invention will be described in detail below by taking the case of using the thermochemical vapor deposition method as an example, but of course, the present invention is not limited to this, and can be applied to other chemical vapor deposition methods. ..
(A) 下地層の形成
下地層としてTiN皮膜を用いる場合、基体をセットしたCVD炉1内にH2ガスと、必要に応じてN2ガス及び/又はArガスを流し、成膜温度まで昇温した後、TiCl4ガス、N2ガス及びH2ガスからなる原料ガスをCVD炉1内に流し、下地層のTiN皮膜を形成する。
(A) Formation of base layer When a TiN film is used as the base layer, H 2 gas and, if necessary, N 2 gas and / or Ar gas are flowed into the
下地層としてTi(CN)皮膜を用いる場合、基体をセットしたCVD炉1内にH2ガスと、必要に応じてN2ガス及び/又はArガスを流し、成膜温度まで昇温した後、TiCl4ガス、CH4ガス、N2ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、CH3CNガス、N2ガス及びH2ガスからなる原料ガスをCVD炉内に流し、下地層のTi(CN)皮膜を形成する。
When a Ti (CN) film is used as the base layer, H 2 gas and, if necessary, N 2 gas and / or Ar gas are flowed into the
下地層としてTiZr(CN)皮膜を用いる場合、基体をセットしたCVD炉1内にH2ガスと、必要に応じてN2ガス及び/又はArガスを流し、成膜温度まで昇温した後、TiCl4ガス、CH4ガス、N2ガス、H2ガス及びZrCl4ガス、又はTiCl4ガス、ZrCl4ガス、CH3CNガス、N2ガス及びH2ガスからなる原料ガスをCVD炉1内に流し、下地層のTiZr(CN)皮膜を形成する。
When a TiZr (CN) film is used as the base layer, H 2 gas and, if necessary, N 2 gas and / or Ar gas are flowed into the
(B) 窒化チタンアルミニウム皮膜の形成
(1) 原料ガス
fccの単一構造を有する窒化チタンアルミニウム皮膜を形成する原料ガスは、TiCl4ガス、AlCl3ガス、NH3ガス、N2ガス及びH2ガスの合計を100体積%として、0.1〜0.8体積%のTiCl4ガス、0.4〜1.2体積%のAlCl3ガス、4.0〜23.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるとともに、AlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3〜0.7である混合ガスAと、0.7〜1.9体積%のNH3ガス、3〜16.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなる混合ガスBとからなる。原料ガスA、Bにおいて、キャリアガスであるH2ガスの一部をArガスで代替しても良い。混合ガスAの組成は0.2〜0.7体積%のTiCl4ガス、0.5〜1.1体積%のAlCl3ガス、4.3〜23.2体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるのが好ましく、AlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3〜0.6であるのが好ましい。混合ガスAの組成は0.2〜0.6体積%のTiCl4ガス、0.5〜1.0体積%のAlCl3ガス、5〜22体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるのがさらに好ましい。混合ガスBの組成は0.7〜1.8体積%のNH3ガス、4〜16体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるのが好ましい。
(B) Formation of titanium nitride aluminum film
(1) Raw material gas
The raw material gas forming the titanium aluminum nitride film having a single structure of fcc is 0.1 to 0.8% by volume, where the total of TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, NH 3 gas, N 2 gas and H 2 gas is 100% by volume. TiCl 4 gas, 0.4 to 1.2% by volume AlCl 3 gas, 4.0 to 23.5% by volume N 2 gas, and the balance H 2 gas, and the volume ratio of TiCl 4 gas to AlCl 3 gas (TiCl 4 / AlCl 3). ) Is 0.3 to 0.7, and 0.7 to 1.9% by volume of NH 3 gas, 3 to 16.5% by volume of N 2 gas, and the balance H 2 gas. In the raw material gases A and B, a part of the H 2 gas which is a carrier gas may be replaced with an Ar gas. The composition of the mixed gas A is preferably 0.2 to 0.7% by volume of TiCl 4 gas, 0.5 to 1.1% by volume of AlCl 3 gas, 4.3 to 23.2% by volume of N 2 gas, and the balance H 2 gas, preferably AlCl 3 gas. The volume ratio of TiCl 4 gas to TiCl 4 (TiCl 4 / AlCl 3 ) is preferably 0.3 to 0.6. The composition of the mixed gas A is more preferably composed of 0.2 to 0.6% by volume of TiCl 4 gas, 0.5 to 1.0% by volume of AlCl 3 gas, 5 to 22% by volume of N 2 gas, and the balance H 2 gas. The composition of the mixed gas B is preferably 0.7 to 1.8% by volume of NH 3 gas, 4 to 16% by volume of N 2 gas, and the balance H 2 gas.
(a) 混合ガスA
TiCl4ガスが0.1体積%未満であると、窒化チタンアルミニウム皮膜のAl含有量が過多となり、耐摩耗性、耐欠損性が低下する。一方、TiCl4ガスが0.8体積%を超えると、窒化チタンアルミニウム皮膜のTi含有量が過多となり、耐酸化性、耐熱性が低下する。TiCl4ガスの含有量は0.2〜0.7体積%が好ましい。
(a) Mixed gas A
If the TiCl 4 gas is less than 0.1% by volume, the Al content of the titanium nitride aluminum film becomes excessive, and the wear resistance and the fracture resistance are lowered. On the other hand, when the TiCl 4 gas exceeds 0.8% by volume, the Ti content of the titanium nitride aluminum film becomes excessive, and the oxidation resistance and heat resistance are lowered. The TiCl 4 gas content is preferably 0.2 to 0.7% by volume.
AlCl3ガスが0.4体積%未満であると窒化チタンアルミニウム皮膜のAl含有量が過少になり、窒化チタンアルミニウム皮膜のすくい面及び逃げ面の耐酸化性、耐熱性が低下する。またAlCl3ガスが1.2体積%を超えると、窒化チタンアルミニウム皮膜のAl含有量が過多になり、耐摩耗性、耐欠損性が低下する。AlCl3ガスの含有量は0.5〜1.1体積%が好ましい。 If the AlCl 3 gas is less than 0.4% by volume, the Al content of the titanium nitride aluminum film becomes too small, and the oxidation resistance and heat resistance of the rake face and flank surface of the titanium nitride aluminum film decrease. If the AlCl 3 gas exceeds 1.2% by volume, the Al content of the titanium nitride aluminum film becomes excessive, and the wear resistance and fracture resistance deteriorate. The AlCl 3 gas content is preferably 0.5 to 1.1% by volume.
N2ガスが4.0体積%未満及び23.5体積%超のいずれでも、原料ガスの反応速度が変わり、CVD炉内に載置された基体上に形成される窒化チタンアルミニウム硬質皮膜の膜厚分布が悪くなる。N2ガスの含有量は4.9〜21.8体積%が好ましい。 When the N 2 gas is less than 4.0% by volume or more than 23.5% by volume, the reaction rate of the raw material gas changes, and the film thickness distribution of the titanium nitride aluminum hard film formed on the substrate placed in the CVD furnace is poor. Become. The content of N 2 gas is preferably 4.9 to 21.8% by volume.
AlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3未満であると窒化チタンアルミニウム皮膜のAl含有量が過多となり、耐摩耗性及び耐欠損性が低下する。(TiCl4/AlCl3)が0.7超であると窒化チタンアルミニウム皮膜のAl含有量が過少になり、すくい面及び逃げ面の窒化チタンアルミニウム皮膜の耐酸化性、耐熱性が低下する。(TiCl4/AlCl3)は0.3〜0.6であるのが好ましい。 If the volume ratio of TiCl 4 gas to AlCl 3 gas (TiCl 4 / AlCl 3 ) is less than 0.3, the Al content of the titanium nitride aluminum film becomes excessive, and wear resistance and fracture resistance deteriorate. When (TiCl 4 / AlCl 3 ) is more than 0.7, the Al content of the titanium nitride aluminum film becomes too small, and the oxidation resistance and heat resistance of the titanium nitride aluminum film on the rake face and the flank surface decrease. (TiCl 4 / AlCl 3 ) is preferably 0.3 to 0.6.
(b) 混合ガスB
NH3ガスが0.7体積%未満及び1.9体積%超のいずれでも、原料ガスの反応速度が変わり、本発明における切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域、すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域、及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域が得られない。NH3ガスの含有量は0.7〜1.8体積%が好ましい。
(b) Mixed gas B
Whether the NH 3 gas is less than 0.7% by volume or more than 1.9% by volume, the reaction rate of the raw material gas changes, and the cutting edge titanium nitride aluminum film region, the rake face titanium nitride aluminum film region, and the flank titanium nitride aluminum film region are changed. No film area can be obtained. The content of NH 3 gas is preferably 0.7 to 1.8% by volume.
N2ガスが3体積%未満及び16.5体積%超のいずれでも、原料ガスの反応速度が変わり、CVD炉1内に載置された基体上に形成される窒化チタンアルミニウム皮膜の膜厚分布が悪くなる。N2ガスの含有量は4〜16体積%が好ましい。
When the N 2 gas is less than 3% by volume or more than 16.5% by volume, the reaction rate of the raw material gas changes, and the film thickness distribution of the titanium nitride aluminum film formed on the substrate placed in the
(2) 原料ガスの導入方法
切れ刃部と、すくい面及び逃げ面とで組成の異なる窒化チタンアルミニウム皮膜を成膜するために、反応性の高い混合ガスA及び混合ガスBをCVD炉1に非接触の状態で送入しなければならない。そのために、混合ガスAを第一のパイプ11の第一のノズル11aから噴出し、混合ガスBを第二のパイプ12の第二のノズル12aから噴出しても良く、混合ガスAを第二のパイプ12の第二のノズル12aから噴出し、混合ガスBを第一のパイプ11の第二のノズル11aから噴出しても良い。
(2) Method of introducing raw material gas In order to form a titanium nitride aluminum film with different compositions on the cutting edge, rake face and flank surface, highly reactive mixed gas A and mixed gas B are put into
各ノズルから噴出される混合ガスA及びBの流れを阻害しないように、図8に示すように、第一のノズル11aを外周側に配置するとともに、第二のノズル12aを中心側に配置する。第一及び第二のパイプ11,12は2〜4 rpmの速度で回転するのが好ましいが、それらの回転方向は限定的でない。
As shown in FIG. 8, the
図8において、第一のパイプ11は縦方向に配列された複数の第一のノズル11a,11aを有し、第二のパイプ12は縦方向に配列された複数の第二のノズル12aを有する。第一のノズル11aは原料ガスA及びBのうちの一方を噴出し、第二のノズル12aは原料ガスのA及びBのうちの他方を噴出する。
In FIG. 8, the
混合ガスA及びBをCVD炉1内に非接触の状態で導入する第一及び第二のノズルを有するパイプ集合体の好ましい例を図9〜図11に示す。
Preferred examples of the pipe assembly having the first and second nozzles for introducing the mixed gases A and B into the
(a) 第一のパイプ集合体
図9に示すパイプ集合体の一例(第一のパイプ集合体30)は、2本の第一のパイプ11,11及び1本の第二のパイプ12からなり、第一及び第二のパイプ11,11,12の両端部は保持部材(図示省略)により一体的に固定されている。
(a) First pipe assembly An example of the pipe assembly shown in FIG. 9 (first pipe assembly 30) consists of two
第一のパイプ11は半径R1を有し、第二のパイプ12は半径R2を有する。第一のパイプ11の中心軸O1は、回転軸Oを中心とした第一の直径D1の円周C1上に位置する。従って、2本の第一のパイプ11,11は回転軸Oから等距離である。第一のパイプ11,11の中心軸O1,O1の回転軸Oに対する中心角θは90〜180°であるのが好ましい。また、第二のパイプ12の中心軸O2は回転軸Oと一致しており、第二のパイプ12の外周は、回転軸Oを中心とした第二の直径D2(=2R2)の円周C2と一致している。
The
第一のパイプ11,11の第一のノズル11a,11aは外方に正反対の方向(180°の方向)に向いている。図示の例では各第一のパイプ11は縦方向1列の第一のノズル11aを有するが、これに限定されず、第一のノズル11aは複数列でも良い。また、第二のパイプ12は直径方向(180°の方向)に配置された縦方向2列の第二のノズル12a,12aを有する。勿論、第二のノズル12aは2列に限定されず、1列でも良い。第一の直径D1が第二の直径D2より大きいので[D1≧2(R1+R2)]、パイプ集合体30が回転軸Oを中心にして回転すると、第一のノズル11a,11aは外周側に位置し、第二のノズル12a,12aは内周側に位置する。
The
第二のパイプ12が1列の第二のノズル12aを有し、かつ第一のパイプ11,11の中心軸O1,O1の中心角θが180°未満の場合、第二のノズル12aは第一のノズル11a,11aから遠い方向(中心角θの反対側)に向いているのが好ましい。この場合、第一のノズル11aの噴出方向と第二のノズル12aの噴出方向とは直交しているのが好ましい。
If the
第一のパイプ11,11の中心軸O1,O1が第二のパイプ12の中心軸O2と同一直線上にあり、かつ第二のパイプ12が2列の第二のノズル12a,12aを有する場合、第一のノズル11a,11aは正反対の方向(180°の方向)を向き、かつ第二のノズル12aは第一のノズル11a,11aと直交する方向で正反対の方向を向いている(90°の中心角である)のが好ましい。
The central axes O 1 and O 1 of the
本発明における切れ刃部と、すくい面及び逃げ面とで組成の異なる窒化チタンアルミニウム皮膜を成膜するために、混合ガスA及びBのうちの一方を噴出する外周側の第一のノズル11aの噴出口と回転軸Oとの距離H1と、混合ガスA及びBのうちの他方を噴出する内周側の第二のノズル12aの噴出口と回転軸Oとの距離H2との比(H1/H2)は、1.5〜3の範囲内であるのが好ましい。
A
(b) 第二のパイプ集合体
図10は混合ガスA及び混合ガスBをCVD炉1内に非接触の状態で導入するパイプ集合体の別の例(第二のパイプ集合体33)を示す。このパイプ集合体33は1本の第一のパイプ11及び1本の第二のパイプ12からなり、第一及び第二のパイプ11,12の両端部は保持部材(図示省略)により一体的に固定されている。第一のパイプ11は1列の第一のノズル11aを有し、第二のパイプ12も縦方向1列の第二のノズル12aを有する。
(b) Second pipe assembly Fig. 10 shows another example of a pipe assembly (second pipe assembly 33) in which the mixed gas A and the mixed gas B are introduced into the
第二のパイプ12の中心軸O2はパイプ集合体33の回転軸Oと一致しており、第一のパイプ11は第二のパイプ12に近接する位置に配置されている。第一のパイプ11は半径R1を有し、第二のパイプ12は半径R2を有する。第一のパイプ11の中心軸O1は、回転軸Oを中心とした第一の直径D1の円周C1上に位置し、第二のパイプ12の中心軸O2は回転軸Oと一致しており、その外周は回転軸Oを中心とした第二の直径D2(=2R2)の円周C2と一致している。第一の直径D1が第二の直径D2より大きいので[D1≧2(R1+R2)]、パイプ集合体40が回転軸Oを中心として回転すると、第一のノズル11aは外周側に位置し、第二のノズル12aは内周側に位置する。
The central axis O 2 of the
図示の例では第一のパイプ11の第一のノズル11aと第二のパイプ12の第二のノズル12aとは正反対の方向(180°の方向)を向いているが、勿論限定的でなく、第一のノズル11aと第二のノズル12aとの中心角は90〜180°の範囲内であれば良い。
In the illustrated example, the
(c) 第三のパイプ集合体
図11は混合ガスA及び混合ガスBをCVD炉1内に非接触の状態で導入するパイプ集合体のさらに別の例(第三のパイプ集合体36)を示す。このパイプ集合体36は4本の第一のパイプ11,11,11,11及び1本の第二のパイプ12からなり、第一及び第二のパイプ11,11,11,11,12の両端部は保持部材(図示省略)により一体的に固定されている。各第一のパイプ11は縦方向1列の第一のノズル11aを有し、第二のパイプ12は直交する直径方向(180°)に配置された縦方向二対の列の第二のノズル12a,12a,12a,12aを有する。全ての第一のパイプ11,11,11,11の第一のノズル11a,11a,11a,11aは外方を向いている。
(c) Third pipe assembly Fig. 11 shows yet another example of a pipe assembly (third pipe assembly 36) in which the mixed gas A and the mixed gas B are introduced into the
第一のパイプ11は半径R1を有し、第二のパイプ12は半径R2を有する。第一のパイプ11の中心軸O1は、回転軸Oを中心とした第一の直径D1の円周C1上に位置する。従って、4本の第一のパイプ11,11,11,11は回転軸Oから等距離である。また、第二のパイプ12の中心軸O2は回転軸Oと一致しており、その外周は回転軸Oを中心とした第二の直径D2(=2R2)の円周C2と一致している。第一の直径D1が第二の直径D2より大きいので[D1≧2(R1+R2)]、パイプ集合体36が回転軸Oを中心として回転すると、第一のノズル11a,11a,11a,11aは外周側に位置し、第二のノズル12a,12a,12a,12aは内周側に位置する。図示の例では隣接する第一のパイプ11,11の中心軸O1,O1の回転軸Oに関する中心角θは90°であるが、これに限定されず、60〜120°であれば良い。
The
(3) 成膜温度
窒化チタンアルミニウム皮膜の成膜温度は750〜830℃が好ましく、780〜820℃がより好ましい。成膜温度が750℃未満では、窒化チタンアルミニウム皮膜の塩素含有量が多くなり、皮膜硬さが低下する。一方、成膜温度が830℃を超えると、反応が促進されすぎて粒状結晶組織となり、耐酸化性、耐熱性に劣る。成膜温度は、図8に示すCVD炉1における反応容器5の近接位置に熱電対(図示省略)を設け、成膜中の炉体温度を測定することにより求める。
(3) Film formation temperature The film formation temperature of the titanium nitride aluminum film is preferably 750 to 830 ° C, more preferably 780 to 820 ° C. If the film formation temperature is less than 750 ° C., the chlorine content of the titanium nitride aluminum film increases and the film hardness decreases. On the other hand, when the film formation temperature exceeds 830 ° C., the reaction is promoted too much and a granular crystal structure is formed, which is inferior in oxidation resistance and heat resistance. The film formation temperature is determined by providing a thermocouple (not shown) at a position close to the
(4) 成膜圧力
窒化チタンアルミニウム皮膜の成膜圧力は3〜6 kPaが好ましい。成膜圧力が3kPa未満では本発明における切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域、すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域、及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域が得られない。一方、成膜圧力が6kPaを超えると、窒化チタンアルミニウム皮膜が粒状結晶組織となり、耐酸化性、耐熱性に劣る。
(4) Film formation pressure The film formation pressure of the titanium nitride aluminum film is preferably 3 to 6 kPa. If the film forming pressure is less than 3 kPa, the cutting edge titanium nitride aluminum film region, the rake face titanium nitride aluminum film region, and the flank surface titanium nitride aluminum film region cannot be obtained. On the other hand, when the film forming pressure exceeds 6 kPa, the titanium nitride aluminum film becomes a granular crystal structure and is inferior in oxidation resistance and heat resistance.
(5) ガス流路
図12にCVD炉1内の各基体10周辺の原料ガスを流れやすくする目的で作製した棚4の一例を示す。棚4上に裁置された各基体10の各辺の近傍に2つの貫通孔4aが設けられている。図12中の矢印は第一のパイプ集合体30の回転方向を示す。
(5) Gas flow path Fig. 12 shows an example of a
図13は、図12に示す棚4,4を使用したときのCVD炉1の部分断面図を概略的に示す。第一のノズル11aと第二のノズル12a(図示せず)は、各棚4とその上部の仕切り板6との間に設けられている。反応容器5の排出孔5aは、各棚4とその上部の仕切り板6との間(棚4の上部空間)と、各仕切り板6とその上部の棚4との間(棚4の下部空間)にそれぞれ設けられている。
FIG. 13 schematically shows a partial cross-sectional view of the
第一のノズル11aから例えば混合ガスAを噴出する場合のガス流路Gを図14に示す。棚4の上部空間に噴出された混合ガスAの一部は、そのまま上部空間を通過して、上部空間に設けられた排出孔5aから排出される。棚4の上部空間に噴出された混合ガスAの残りの部分は、各棚4の貫通孔4aを通過して棚4の上部空間から下部空間に流入し、下部空間に設けられた排出孔5aから排出される。この構成により、混合ガスAの一部が各棚4の貫通孔4aを通過するガス流路Gが形成される。図14は、第二のパイプ12の第二のノズル12aから吹き出される混合ガスBも混合ガスAと同様にガス流路Gを形成することを示している。もって貫通孔4aは各基体10のコーナー部の近傍に設けられているので、貫通孔4aを通過する混合ガスA及び混合ガスBはいずれも各基体10のコーナー部の近傍を主に通過し、もって各基体10の表面で混合ガスAと混合ガスBとが反応する確率が高まると考えられる。尚、第二のノズル12aから混合ガスAを噴出し、第一のノズル11aから混合ガスBを噴出する場合も上記と同様にガス流路Gが形成される。
FIG. 14 shows a gas flow path G when, for example, the mixed gas A is ejected from the
図15は棚4の別の例を示す。図15の棚4は、各基体10の各辺の近傍に3つの貫通孔4bが設けられている点で、図12の棚4と異なる。かかる構成により、各基体10の表面で混合ガスAと混合ガスBとが反応する確率がさらに高まると考えられる。図15中の矢印は第一のパイプ集合体30の回転方向を示す。
FIG. 15 shows another example of
(C) 上層の形成
特に限定されないが、上記窒化チタンアルミニウム皮膜上に公知の化学蒸着法により上層を形成することができる。成膜温度は700〜830℃で良い。上層を形成するのに用いる原料ガスの例は下記の通りである。
1. TiC皮膜 TiCl4ガス、CH4ガス及びH2ガス。
2. CrC皮膜 CrCl3ガス、CH4ガス及びH2ガス。
3. SiC皮膜 SiCl4ガス、CH4ガス及びH2ガス。
4. VC皮膜 VClガス、CH4ガス及びH2ガス。
5. ZrC皮膜 ZrCl4ガス、CH4ガス及びHガス。
6. TiN皮膜 TiCl4ガス、N2ガス及びH2ガス。
7. AlN皮膜 AlCl3ガス、NH4ガス及びH2ガス。
8. CrN皮膜 CrCl3ガス、NH4ガス及びH2ガス。
9. Si3N4皮膜 SiCl4ガス、NH4ガス及びH2ガス。
10. VN皮膜 VCl3ガス、NH4ガス及びH2ガス。
11. ZrN皮膜 ZrCl4ガス、N2ガス及びH2ガス。
12. Ti(CN)皮膜 TiCl4ガス、CH4ガス、N2ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、CH3CNガス、N2ガス及びH2ガス。
13. (TiSi)N皮膜 TiCl4ガス、SiCl4ガス、N2ガス及びNH3ガス。
14. (TiB)N皮膜 TiCl4ガス、N2ガス及びBCl3ガス。
15. TiZr(CN)皮膜 TiCl4ガス、ZrCl4ガス、N2ガス、CH4ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、ZrCl4ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
16. TiAl(CN)皮膜 TiCl4ガス、AlCl3ガス、N2ガス、CH4ガス、NH3ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、AlCl3ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
17. TiSi(CN)皮膜 TiCl4ガス、SiCl4ガス、N2ガス、CH4ガス、NH3ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、SiCl4ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
18. TiCr(CN)皮膜 TiCl4ガス、CrCl3ガス、N2ガス、CH4ガス、NH3ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、CrCl3ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
19. TiV(CN)皮膜 TiCl4ガス、VCl3ガス、N2ガス、CH4ガス、NH3ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、VCl3ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
20. TiZr(CN)皮膜 TiCl4ガス、ZrCl3ガス、N2ガス、CH4ガス、NH3ガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、ZrCl4ガス、N2ガス、CH3CNガス及びH2ガス。
21. Ti(CNO)皮膜 TiCl4ガス、N2ガス、CH4ガス、COガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、N2ガス、CH3CNガス、COガス及びH2ガス。
22. TiAl(CNO)皮膜 TiCl4ガス、AlCl3ガス、N2ガス、CH4ガス、COガス及びH2ガス、又はTiCl4ガス、AlCl3ガス、N2ガス、CH3CNガス、COガス及びH2ガス。
23. Ti(CO)皮膜 TiCl4ガス、N2ガス、CH4ガス、COガス、CO2ガス及びH2ガス。
24. TiB2皮膜 TiCl4ガス、BCl3ガス、H2ガス。
(C) Formation of upper layer Although not particularly limited, an upper layer can be formed on the titanium nitride aluminum film by a known chemical vapor deposition method. The film formation temperature may be 700 to 830 ° C. Examples of the raw material gas used to form the upper layer are as follows.
1. TiC film TiCl 4 gas, CH 4 gas and H 2 gas.
2. CrC film CrCl 3 gas, CH 4 gas and H 2 gas.
3. SiC film SiCl 4 gas, CH 4 gas and H 2 gas.
4. VC film VCl gas, CH 4 gas and H 2 gas.
5. ZrC film ZrCl 4 gas, CH 4 gas and H gas.
6. TiN film TiCl 4 gas, N 2 gas and H 2 gas.
7. AlN film AlCl 3 gas, NH 4 gas and H 2 gas.
8. CrN film CrCl 3 gas, NH 4 gas and H 2 gas.
9. Si 3 N 4 film SiCl 4 gas, NH 4 gas and H 2 gas.
10. VN film VCl 3 gas, NH 4 gas and H 2 gas.
11. ZrN film ZrCl 4 gas, N 2 gas and H 2 gas.
12. Ti (CN) film TiCl 4 gas, CH 4 gas, N 2 gas and H 2 gas, or Ti Cl 4 gas, CH 3 CN gas, N 2 gas and H 2 gas.
13. (TiSi) N film TiCl 4 gas, SiCl 4 gas, N 2 gas and NH 3 gas.
14. (TiB) N film TiCl 4 gas, N 2 gas and BCl 3 gas.
15. TiZr (CN) film TiCl 4 gas, ZrCl 4 gas, N 2 gas, CH 4 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, ZrCl 4 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
16. TiAl (CN) film TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, N 2 gas, CH 4 gas, NH 3 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
17. TiSi (CN) film TiCl 4 gas, SiCl 4 gas, N 2 gas, CH 4 gas, NH 3 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, SiCl 4 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
18. TiCr (CN) film TiCl 4 gas, CrCl 3 gas, N 2 gas, CH 4 gas, NH 3 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, CrCl 3 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
19. TiV (CN) coating TiCl 4 gas, VCl 3 gas, N 2 gas, CH 4 gas, NH 3 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, VCl 3 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
20. TiZr (CN) film TiCl 4 gas, ZrCl 3 gas, N 2 gas, CH 4 gas, NH 3 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, ZrCl 4 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas and H 2 gas.
21. Ti (CNO) film TiCl 4 gas, N 2 gas, CH 4 gas, CO gas and H 2 gas, or Ti Cl 4 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas, CO gas and H 2 gas.
22. TiAl (CNO) film TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, N 2 gas, CH 4 gas, CO gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, N 2 gas, CH 3 CN gas, CO gas And H 2 gas.
23. Ti (CO) film TiCl 4 gas, N 2 gas, CH 4 gas, CO gas, CO 2 gas and H 2 gas.
24. TiB 2 film TiCl 4 gas, BCl 3 gas, H 2 gas.
(D) 硬質皮膜被覆後の刃先処理
基体上に形成した窒化チタンアルミニウム皮膜は、ブラシ、バフ又はブラスト等による処理により平滑化され、耐チッピング性に優れた表面状態になる。特にアルミナ、ジルコニア、シリカ等のセラミックスの粉末を投射材として用い、湿式又は乾式のブラスト法により硬質皮膜の刃先を処理すると、硬質皮膜の表面が平滑化され、耐チッピング性が向上する。
(D) Cutting edge treatment after coating with a hard film The titanium aluminum nitride film formed on the substrate is smoothed by treatment with a brush, buff, blast, etc., resulting in a surface state with excellent chipping resistance. In particular, when a ceramic powder such as alumina, zirconia, or silica is used as a projection material and the cutting edge of the hard film is treated by a wet or dry blasting method, the surface of the hard film is smoothed and the chipping resistance is improved.
[4] 本発明のメカニズム
少なくとも切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域の組成がTiリッチとなり、切れ刃部に隣接してTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及びTiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域が形成され、さらにAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及びAlリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域が形成されるメカニズムは、必ずしも明確ではないが以下のように考えられる。即ち、混合ガスA中のTiCl4ガス及びAlCl3ガスは、混合ガスB中のNH3ガスと非常に反応性が高く、CVD炉内に導入されると急激に反応する。
[4] Mechanism of the present invention At least the composition of the titanium nitride aluminum film region of the cutting edge is Ti-rich, and the flank titanium aluminum nitride film region of Ti-rich and the Ti-rich rake face titanium aluminum nitride film region of Ti-rich are adjacent to the cutting edge. The mechanism by which the Al-rich flank titanium nitride aluminum film region and the Al-rich rake face titanium nitride aluminum film region are formed is not necessarily clear, but is considered as follows. That is, the TiCl 4 gas and the AlCl 3 gas in the mixed gas A are extremely reactive with the NH 3 gas in the mixed gas B, and react rapidly when introduced into the CVD furnace.
例えば混合ガスB用ノズルの噴出口と被覆物(基体)との距離を混合ガスA用ノズルの噴出口と被覆物との距離より短くすると、混合ガスAが被覆物まで到達するまでの混合ガスBとの反応が低減される。逆に混合ガスA用ノズルの噴出口と被覆物(基体)との距離を混合ガスB用ノズルの噴出口と被覆物との距離より短くしても、混合ガスBが被覆物まで到達するまでの混合ガスAとの反応が低減される。混合ガスAではAlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3〜0.7であり、AlCl3ガスの比率が高いから、成膜直後の窒化チタンアルミニウム皮膜は柱状結晶組織を有し、AlリッチなTiAlN相とTiリッチなTiAlN相とからなる微細組織を有する。AlリッチなTiAlN相ではAlがTiに固溶しているからAlリッチなTiAlN相が多いほど内部ひずみが大きくなる。一方、すくい面と逃げ面とが交差する切れ刃部では、平面状のすくい面及び逃げ面より応力が顕著に集中している。切れ刃部の周辺も切れ刃部の影響を受けるから、内部ひずみが高くなる。かかる内部ひずみの高い切れ刃部及びその周辺に本発明の方法により内部ひずみの高いAlリッチなTiAlN相が成膜されると、AlリッチなTiAlN相は自己の内部ひずみ、並びに切れ刃部及びその周辺における応力集中による相乗効果で剥離等により自己破壊する。その結果、切れ刃部及びその周辺にTiリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜が形成される。これに対し、切れ刃部から一定距離(例えば1000μm)離れたすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域では切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域のような応力集中は生じないから、Alリッチな状態が維持される。 For example, if the distance between the spout of the nozzle for mixed gas B and the coating (base) is shorter than the distance between the spout of the nozzle for mixed gas A and the covering, the mixed gas until the mixed gas A reaches the covering The reaction with B is reduced. On the contrary, even if the distance between the ejection port of the nozzle for mixed gas A and the coating (base) is shorter than the distance between the ejection port of the nozzle for mixed gas B and the coating, until the mixed gas B reaches the coating. Reaction with the mixed gas A is reduced. In the mixed gas A, the volume ratio of TiCl 4 gas to AlCl 3 gas (TiCl 4 / AlCl 3 ) is 0.3 to 0.7, and the ratio of AlCl 3 gas is high. Therefore, the titanium aluminum nitride film immediately after film formation has a columnar crystal structure. It has a microstructure composed of an Al-rich TiAlN phase and a Ti-rich TiAlN phase. In the Al-rich TiAlN phase, Al is dissolved in Ti, so the more Al-rich TiAlN phase, the larger the internal strain. On the other hand, in the cutting edge portion where the rake face and the flank intersect, the stress is remarkably concentrated more than the flat rake face and the flank. Since the periphery of the cutting edge is also affected by the cutting edge, the internal strain increases. When an Al-rich TiAlN phase having a high internal strain is formed on the cutting edge portion having a high internal strain and its periphery by the method of the present invention, the Al-rich TiAlN phase has its own internal strain and the cutting edge portion and its periphery. Self-destruction due to peeling, etc. due to the synergistic effect of stress concentration in the surrounding area. As a result, a Ti-rich titanium nitride aluminum film is formed on and around the cutting edge. On the other hand, in the rake face titanium nitride aluminum film region and the flank titanium nitride aluminum film region separated from the cutting edge by a certain distance (for example, 1000 μm), stress concentration unlike the titanium nitride aluminum film region of the cutting edge does not occur. A rich state is maintained.
切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域に最も薄い膜厚t1の部分が発生するメカニズムも上記と同様に、切れ刃部に集中して蓄積された内部ひずみにより、成膜中に切れ刃部の特定部位における前記皮膜の自己破壊が顕著に進むためであると考えられる。 Similar to the above, the mechanism by which the thinnest film thickness t 1 is generated in the titanium nitride aluminum film region of the cutting edge is also the specific part of the cutting edge during film formation due to the internal strain accumulated concentrated in the cutting edge. It is considered that this is because the self-destruction of the film in the above is remarkably advanced.
本発明に用いる原料ガスの組成範囲内において、TiCl4ガス、AlCl3ガス及びNH3ガスの合計の体積%(流量)が大きいほど、膜厚比t1/t2及びt1/t3は減少し、すくい面及び逃げ面に形成されたTiリッチな部分が拡大する。TiCl4ガス、AlCl3ガス及びNH3ガスの体積%(流量)が大きいほど、成膜時の混合ガスAと混合ガスBとの反応が活性化するので、上記現象が発生すると考えられる。 Within the composition range of the raw material gas used in the present invention, the larger the volume% (flow rate) of the total of TiCl 4 gas, AlCl 3 gas and NH 3 gas, the more the film thickness ratios t 1 / t 2 and t 1 / t 3 become. It decreases and the Ti-rich part formed on the rake face and flank surface expands. It is considered that the larger the volume% (flow rate) of TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, and NH 3 gas is, the more the reaction between the mixed gas A and the mixed gas B at the time of film formation is activated, so that the above phenomenon occurs.
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は勿論それらに限定されるものではない。以下の実施例及び比較例において、流量(L/分)は1気圧及び25℃の条件における流量である。また、各層の厚さは平均値である。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is, of course, not limited thereto. In the following examples and comparative examples, the flow rate (L / min) is the flow rate under the conditions of 1 atm and 25 ° C. The thickness of each layer is an average value.
実施例1
(1) 下地層の形成
図3に概略的に示すWC基超硬合金(11.5質量%のCo、2.0質量%のTaC、0.7質量%のCrC、残部WC及び不可避的不純物からなる。)製のミーリング用インサート基体(SEE42EN-C9)と、WC基超硬合金(7質量%のCo、0.6質量%のCrC、2.2質量%のZrC、3.3質量%のTaC、0.2質量%のNbC、残部WC及び不可避的不純物からなる。)製の物性評価用インサート基体(SNMN120408)とを、図8に示すCVD炉1内にセットし、H2ガスを流しながらCVD炉1内の温度を900℃に上昇させた後、900℃及び12 kPaで、82.0体積%のH2ガス、18.5体積%のN2ガス、及び1.5体積%のTiCl4ガスからなる原料ガスを45 L/分の流量でCVD炉1に流し、化学蒸着法により厚さ0.3μmの窒化チタン層(下地層)を形成した。
Example 1
(1) Formation of base layer Made of WC-based cemented carbide (consisting of 11.5% by mass Co, 2.0% by mass TaC, 0.7% by mass CrC, balance WC and unavoidable impurities), which is schematically shown in Fig. 3. Milling insert substrate (SEE42EN-C9) and WC-based cemented carbide (7% by mass Co, 0.6% by mass CrC, 2.2% by mass ZrC, 3.3% by mass TaC, 0.2% by mass NbC, balance WC and An insert substrate for physical property evaluation (SNMN120408) made of (consisting of unavoidable impurities) is set in the
(2) 窒化チタンアルミニウム皮膜の形成
下地層の形成後、CVD炉1内の温度及び圧力を800℃及び4 kPaに保持したまま、2 rpmの速度で回転する図9に示すパイプ集合体30を用いて、CVD炉1に、第一のパイプ11,11の第一のノズル11a,11aから0.33体積%のTiCl4ガス、0.72体積%のAlCl3ガス、43.02体積%のH2ガス、及び15.37体積%のN2ガスからなる混合ガスAを導入し、第二のパイプ12の第二のノズル12a,12aから1.38体積%のNH3ガス、31.50体積%のH2ガス、及び7.68体積%のN2ガスからなる混合ガスBを導入した。混合ガスA及びBの合計流量は65 L/分であった。このようにして、化学蒸着法により窒化チタンアルミニウム皮膜を形成した本発明の硬質皮膜被覆工具(インサート)を作製した。硬質皮膜被覆工具の切れ刃部101の幅Wは90μmであった。形成された窒化チタンアルミニウム皮膜のうち、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域の位置P1における組成はTi0.32Al0.16N0.52(原子比)であり、すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の位置P2における組成はTi0.16Al0.35N0.49(原子比)であり、逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の位置P3における組成はTi0.17Al0.33N0.50(原子比)であった。窒化チタンアルミニウム皮膜の原料ガス組成を表1(a) に示し、成膜条件を表1(b) に示す。
(2) Formation of titanium nitride aluminum film After the formation of the base layer, the
(3) 膜厚の測定
実施例1のインサート(物性評価用インサート試料)を2つ作製し、各試料について切れ刃部101の縦断面を示す図6(b) のSEM写真(倍率5,000倍)から、切れ刃部101における窒化チタンアルミニウム皮膜23(切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域)の最も薄い部分(位置P1)の膜厚を測定した。2つの試料における位置P1における膜厚の測定値を平均し、膜厚t1とした。
(3) Measurement of film thickness Two inserts (insert samples for evaluating physical properties) of Example 1 were prepared, and the SEM photograph (magnification of 5,000 times) of FIG. 6 (b) showing the vertical cross section of the
すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の膜厚t2の測定位置は位置P1から1000μm離れたすくい面102上の点P2であり、逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の膜厚t3の測定位置は位置P1から1000μm離れた逃げ面103上の点P3であった。P2付近のすくい面102の縦断面を示す図6(b) のSEM写真(倍率5,000倍)から、2つの試料における位置P2における膜厚を測定し、その平均値を膜厚t2とした。同様に、P3付近の逃げ面103の縦断面を示す図6(c) のSEM写真(倍率5,000倍)から、2つの試料における位置P3における膜厚を測定し、その平均値を膜厚t3とした。膜厚t1、t2、t3、及び膜厚比t1/t2、t1/t3を表3に示す。
The measurement position of the film thickness t 2 of the rake face titanium nitride aluminum film region is the point P 2 on the
(4) 窒化チタンアルミニウム皮膜の結晶組織の観察
図6(b) 及び図6(c) から、すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域はいずれもほぼ均一な柱状結晶粒の多結晶体からなることが分かる。図6(a) より、切れ刃部101の柱状結晶粒の形態は、膜厚t1付近以外はほぼ均一な柱状結晶組織になっているのが分かる。
(4) Observation of the crystal structure of the titanium nitride aluminum film From Fig. 6 (b) and Fig. 6 (c), the rake face titanium nitride aluminum film region and the flank titanium nitride aluminum film region are both substantially uniform columnar crystal grains. It can be seen that it consists of polycrystals. From FIG. 6 (a), it can be seen that the morphology of the columnar crystal grains of the
(5) 結晶構造の測定
(a) TEM試料
研磨、Arイオンミリング等により、図4(b) に示すように縦破断面115が露出したTEM(日本電子株式会社製の電界放射型透過電子顕微鏡JEM-2100)観察用の試料を作製した。
(5) Measurement of crystal structure
(a) TEM sample For observation of TEM (field emission transmission electron microscope JEM-2100 manufactured by JEOL Ltd.) with the
(b) ナノビーム回折(NAD)
上記観察用試料の切れ刃部101(位置P1)、すくい面102(位置P2)、及び逃げ面103(位置P3)について、それぞれ以下の条件でJEM-2100を用いてナノビーム回折(NAD)を行った。その結果、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域、すくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域はいずれもfccの単一構造からなることが分かった。
加速電圧:200 kV
カメラ長さ:50 cm
分析領域:直径1 nm
(b) Nanobeam diffraction (NAD)
Nanobeam diffraction (NAD) was performed on the cutting edge 101 (position P 1 ), rake face 102 (position P 2 ), and flank 103 (position P 3 ) of the observation sample using JEM-2100 under the following conditions. ) Was performed. As a result, it was found that the cutting edge titanium nitride aluminum film region, the rake face titanium nitride aluminum film region, and the flank surface titanium nitride aluminum film region all consist of a single structure of fcc.
Acceleration voltage: 200 kV
Camera length: 50 cm
Analysis area: 1 nm in diameter
(6) 窒化チタンアルミニウム皮膜の組成の測定
窒化チタンアルミニウム皮膜の組成の分析は、電子プローブマイクロ分析装置(EPMA、日本電子株式会社製JXA-8500F)を用いて、加速電圧10 kV、照射電流0.05 A、及びビーム径0.5μmの条件で行った。図7に、EPMAによる各組成分析位置とともに、切れ刃部101、すくい面102及び逃げ面103の各範囲を示す。
(6) Measurement of composition of titanium aluminum nitride film The composition of titanium nitride aluminum film is analyzed using an electron probe microanalyzer (EPMA, JXA-8500F manufactured by JEOL Ltd.) with an acceleration voltage of 10 kV and an irradiation current of 0.05. The procedure was performed under the conditions of A and a beam diameter of 0.5 μm. FIG. 7 shows each range of the
(a) すくい面側の組成
上記観察用試料の縦断面において、図7に示すように、切れ刃部101の最も薄い部分の表面位置P1から、すくい面上20μm間隔の表面位置R20〜R500、及び50μm間隔の表面位置R500〜R800、及び表面位置R1000において組成分析を行った。測定結果を表4に示す。またすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の表面位置R20〜R1000におけるTi及びAlの原子比の分布を図19に示す。図19の横軸は表面位置P1と測定位置との間隔(μm)を示す。
(a) Composition on the rake face side In the vertical cross section of the above observation sample, as shown in FIG. 7, the surface position R 20 to 20 μm above the rake face from the surface position P 1 of the thinnest part of the cutting edge 101. R 500, and the surface position R 500 to R 800 of 50μm intervals, and analyzing compositions on the surface position R 1000. The measurement results are shown in Table 4. Figure 19 shows the distribution of the atomic ratios of Ti and Al at the surface positions R 20 to R 1000 of the rake face titanium nitride aluminum film region. The horizontal axis in FIG. 19 shows the distance (μm) between the surface position P 1 and the measurement position.
(b) 逃げ面側の組成
上記観察用試料の縦断面において、図7に示すように、切れ刃部101の最も薄い部分の表面位置P1から、逃げ面上20μm間隔の表面位置F20〜F500、50μm間隔の表面位置F500〜F800、及び表面位置F1000において組成分析を行った。測定結果を表5に示す。また逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の表面位置F20〜F1000におけるTi及びAlの原子比の分布を図20に示す。図20の横軸は表面位置P1と測定位置との間隔(μm)を示す。
(b) Composition on the flank side In the vertical cross section of the above observation sample, as shown in FIG. 7, the surface position F 20 to 20 μm above the flank surface from the surface position P 1 of the thinnest part of the cutting edge portion 101. Composition analysis was performed at F 500 , surface positions F 500 to F 800 at intervals of 50 μm, and surface positions F 1000. The measurement results are shown in Table 5. Figure 20 shows the distribution of the atomic ratios of Ti and Al at the surface positions F 20 to F 1000 of the flank titanium nitride aluminum film region. The horizontal axis in FIG. 20 shows the distance (μm) between the surface position P 1 and the measurement position.
(c) 膜厚方向の組成
上記観察用試料の縦断面において、図7に示すように、各表面位置P1、R380、R400、R1000、F360、F380、F400、F1000に対応する下地層22近傍の深部位置S、SR380、SR400、SR1000、SF360、SF380、SF400、SF1000において、それぞれ窒化チタンアルミニウム皮膜23の組成分析を行った。測定結果を表6に示す。なお、表面位置に対応する下地層22近傍の深部位置とは、前記表面位置から延びる垂線が下地層22に交わる点の近傍における窒化チタンアルミニウム皮膜23内の位置を意味する。
(c) Composition in the film thickness direction In the vertical cross section of the above observation sample, as shown in FIG. 7, each surface position P 1 , R 380 , R 400 , R 1000 , F 360 , F 380 , F 400 , F 1000. The composition of the titanium
(7) 性能評価
上記インサート10を、図16に示す刃先交換式回転工具(A45E-4160R)50の先端部にクサビねじ(図示省略)で装着し、下記条件で工具寿命、及び工具寿命時における欠損(チッピング)の有無を測定した。工具寿命は、逃げ面における窒化チタンアルミニウム皮膜の摩耗幅を光学顕微鏡で観察し、逃げ面の最大摩耗幅が0.25 mmを超えたときの総切削長さ(m)とした。欠損(チッピング)の有無は、10μm以上の微小チッピングが切れ刃部に発生しているかどうかを前記光学顕微鏡観察により判断した。結果を表3に示す。
被削材: 硬さ32 HRCのSCM440
加工方法: ミーリング加工
インサート形状: SEE42EN-C9
切削速度: 200 m/分
回転数: 398 rpm
一刃当たりの送り: 0.15 mm/tooth
送り速度:59.7 mm/分
軸方向の切り込み量: 1.0 mm
径方向の切り込み量: 100 mm
切削方法: 単一刃による湿式切削
(7) Performance evaluation The
Work Material: SCM440 with Hardness 32 HRC
Processing method: Milling Insert shape: SEE42EN-C9
Cutting speed: 200 m / min Rotation speed: 398 rpm
Feed per blade: 0.15 mm / tooth
Feed rate: 59.7 mm / min Axial depth of cut: 1.0 mm
Radial depth of cut: 100 mm
Cutting method: Wet cutting with a single blade
実施例2〜13
実施例2では混合ガスAのTiCl4ガスを0.50体積%に増加させ、H2ガスを42.85体積%に減少させた。実施例3〜5では混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を0.26〜0.64の範囲で変化させた。実施料6では混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を0.45に固定し、混合ガスBのNH3ガスを1.00体積%に減少させた。実施料7では混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を0.46に固定し、混合ガスBのNH3ガスを1.78体積%に増加させた。実施料8では混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を0.46に固定し、混合ガスA及びBのN2ガスの体積%を増加させるとともに、混合ガスAのH2ガスの体積%を減少させた。実施料9では混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を0.46に固定し、混合ガスA及びBのN2ガスの体積%を減少させるとともに、混合ガスAのH2ガスの体積%を増加させた。実施例10及び11では成膜圧力を3 kPa及び6 kPaに変化させた。実施例12及び13では成膜温度を750℃及び850℃に変化させた。このように窒化チタンアルミニウム皮膜の原料ガス組成及び成膜条件を表1に示すように変更した以外、実施例1と同様にして硬質皮膜被覆工具(インサート)を作製し、各位置P1、P2、P3における窒化チタンアルミニウム皮膜の組成、膜厚t1、t2、t3、膜厚比t1/t2、t1/t3、工具寿命、及び欠損の有無を評価した。結果を表2(a)〜表2(c) 及び表3に示す。
Examples 2 to 13
In Example 2, the TiCl 4 gas of the mixed gas A was increased to 0.50% by volume, and the H 2 gas was reduced to 42.85% by volume. In Examples 3 to 5, the volume ratio of the mixed gas A (TiCl 4 / AlCl 3 ) was changed in the range of 0.26 to 0.64. In
実施例14
図12に示す貫通孔4aを有する棚4の代わりに、貫通孔が設けられていない棚を使用した以外、実施例1と同様にして硬質皮膜被覆工具(インサート)を製作し、各位置P1、P2、P3における窒化チタンアルミニウム皮膜の組成、膜厚t1、t2、t3、膜厚比t1/t2、t1/t3、工具寿命、及び欠損の有無を評価した。結果を表2(a)〜表2(c)、及び表3に示す。
Example 14
A hard film-covered tool (insert) was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a shelf without a through hole was used instead of the
実施例15
実施例1と同じ基体に、実施例1と同様に厚さ0.3μmの窒化チタン層(下地層)を形成した。下地層の形成後、図9に示すパイプ集合体30を用いて、CVD炉1に、第二のパイプ12の第二のノズル12a,12aから混合ガスAを導入し、第一のパイプ11,11の第一のノズル11a,11aから混合ガスBを導入した以外、実施例1と同様に化学蒸着法により窒化チタンアルミニウム皮膜を形成した本発明の硬質皮膜被覆工具(インサート)を作製し、各位置P1、P2、P3における窒化チタンアルミニウム皮膜の組成、膜厚t1、t2、t3、膜厚比t1/t2、t1/t3、工具寿命、及び欠損の有無を評価した。結果を表2(a)〜表2(c)、及び表3に示す。
Example 15
A titanium nitride layer (base layer) having a thickness of 0.3 μm was formed on the same substrate as in Example 1 as in Example 1. After forming the base layer, the mixed gas A is introduced into the
比較例1
混合ガスAの体積比(TiCl4/AlCl3)を1.30にした以外、実施例1と同様にして硬質皮膜被覆工具(インサート)を製作し、各位置P1、P2、P3における窒化チタンアルミニウム皮膜の組成、膜厚t1、t2、t3、膜厚比t1/t2、t1/t3、工具寿命、及び欠損の有無を評価した。結果を表2(a)〜表2(c)、及び表3に示す。
Comparative example 1
A hard film thickness coating tool (insert) was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio (TiCl 4 / AlCl 3 ) of the mixed gas A was set to 1.30, and titanium nitride at each positions P 1 , P 2 , and P 3 was produced. The composition of the aluminum film, the film thickness t 1 , t 2 , t 3 , the film thickness ratio t 1 / t 2 , t 1 / t 3 , the tool life, and the presence or absence of defects were evaluated. The results are shown in Tables 2 (a) to 2 (c) and Table 3.
従来例1
窒化チタンアルミニウム皮膜を形成する際に、図17に示すCVD炉100を使用した。CVD炉100は、パイプ集合体30の代わりに、図18に示すノズル110aを有するパイプ110を備え、かつ棚4’は貫通孔を有しない。かかるCVD炉100を使用し、実施例1と同様にして下地層までを形成後、温度800℃、圧力4 kPaで、ノズル110aから、0.33体積%のTiCl4ガス、0.25体積%のAlCl3ガス、74.99体積%のH2ガス、23.05体積%のN2ガス、及び1.38体積%のNH3ガスからなる混合ガスAのみを、65.08 L/分の流量でCVD炉100内に流した以外、実施例1と同様にして窒化チタンアルミニウム皮膜を被覆した硬質皮膜被覆工具(インサート)を作製し、評価した。結果を表2及び表3に示す。
Conventional example 1
The
実施例6及び7のインサートについて実施例1と同様に、窒化チタンアルミニウム皮膜23の表面位置P1から表面位置R1000及びF1000までEPMA分析を行って、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内端位置(切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの最も薄い部分から幅W2の位置)、及びTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下端位置(切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101Tiの最も薄い部分から幅W3の位置)を特定し、それらの位置における皮膜組成を測定した。結果を表7(a) 及び表7(b) に示す。
For the inserts of Examples 6 and 7, EPMA analysis was performed from the surface position P 1 to the surface positions R 1000 and F 1000 of the titanium
注:(1) 混合ガスAのみを原料ガスとして使用した。
(2) TiCl4とAlCl3との体積比。
Note: (1) Only mixed gas A was used as the raw material gas.
(2) Volume ratio of TiCl 4 and AlCl 3.
注:(1) 混合ガスAのみを原料ガスとして使用し、図18のノズル110aから噴出させた。
Note: (1) Only the mixed gas A was used as the raw material gas, and the gas was ejected from the
注:(1) 表面位置P1で測定した。
(2) 切れ刃部の中心位置の表面で測定した。
Note: (1) Measured at surface position P 1.
(2) Measured on the surface at the center of the cutting edge.
注:(1) 表面位置P2で測定した。
(2) 切れ刃部の中心から1000μm離れたすくい面の表面で測定した。
Note: (1) Measured at surface position P 2.
(2) The measurement was performed on the surface of the
注:(1) 表面位置P3で測定した。
(2) 切れ刃部の中心から1000μm離れた逃げ面の表面で測定した。
Note: (1) was measured by a surface position P 3.
(2) The measurement was performed on the surface of the
注:(1) 工具寿命時における欠損(10μm以上の微小チッピング)。
(2) 切れ刃部の中心の膜厚をt1とし、切れ刃部の中心から1000μm離れたすくい面及び逃げ面の膜厚をそれぞれt2、t3とした。
Note: (1) Defects at the end of tool life (small chipping of 10 μm or more).
(2) The film thickness at the center of the cutting edge was t 1, and the film thicknesses of the rake face and
注:(1) 切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(2) Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(3) Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
Note: (1) Cutting edge titanium nitride aluminum film area.
(2) Ti-rich rake face Titanium nitride aluminum film area.
(3) Al-rich rake face Titanium nitride aluminum film area.
注:(1) 切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(2) Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(3) Alリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
Note: (1) Cutting edge titanium nitride aluminum film area.
(2) Ti-rich flank titanium nitride aluminum film region.
(3) Al-rich flank titanium nitride aluminum film region.
注:(1) 切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(2) Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(3) Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(4) Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
(5) Alリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域。
Note: (1) Cutting edge titanium nitride aluminum film area.
(2) Ti-rich rake face Titanium nitride aluminum film area.
(3) Al-rich rake face Titanium nitride aluminum film area.
(4) Ti-rich flank titanium nitride aluminum film region.
(5) Al-rich flank titanium nitride aluminum film region.
注:(1) Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内端位置。
Note: (1) Ti rich rake face Titanium nitride
注:(1) Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下端位置。
Note: (1) Ti rich flank Titanium nitride
表2(a)〜2(c) から明らかなように、実施例1〜15の窒化チタンアルミニウム皮膜はいずれも、切れ刃部101の位置P1においてTiリッチな組成を有し、すくい面102及び103逃げ面の位置P2及びP3においてAlリッチな組成を有していた。また、表3から明らかなように、実施例1〜15の各窒化チタンアルミニウム皮膜は4.2〜9.2μmの膜厚t1、7.2〜14.5μmの膜厚t2、7.1〜14.2μmの膜厚t3、0.44〜0.82の膜厚比t1/t2、及び0.48〜0.83の膜厚比t1/t3を有し、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域の膜厚t1がすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域及び逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の膜厚t2、t3より小さかった。これに対し、比較例1及び従来例1のインサートでは膜厚比t1/t2がそれぞれ0.95及び0.98で、膜厚比t1/t3がそれぞれ1.01及び1.03であり、膜厚差はほとんどなかった。 As is clear from Tables 2 (a) to 2 (c), all of the titanium nitride aluminum films of Examples 1 to 15 have a Ti-rich composition at the position P 1 of the cutting edge portion 101, and the rake face 102. And 103 flank positions P 2 and P 3 had an Al-rich composition. As is clear from Table 3, each titanium nitride aluminum film of Examples 1 to 15 has a film thickness t 1 of 4.2 to 9.2 μm, a film thickness t 2 of 7.2 to 14.5 μm, and a film thickness t of 7.1 to 14.2 μm. 3, the thickness ratio t 1 / t 2 of 0.44 to 0.82, and has a film thickness ratio t 1 / t 3 of 0.48 to 0.83, the thickness t 1 of the cutting edge titanium aluminum nitride coating region rake surface titanium aluminum nitride The film thicknesses of the film region and flank titanium-aluminum nitride film region were smaller than t 2 and t 3. On the other hand, in the inserts of Comparative Example 1 and Conventional Example 1, the film thickness ratio t 1 / t 2 is 0.95 and 0.98, respectively, and the film thickness ratio t 1 / t 3 is 1.01 and 1.03, respectively, and the film thickness difference is almost the same. There wasn't.
表3から明らかなように、実施例1〜15の各工具寿命はいずれも切削距離で5m以上であるとともに欠損が発生しなかった。これに対し、比較例1及び従来例1の各工具寿命は実施例1〜15の1/2未満であり、欠損が観察された。これは、実施例1〜15の各インサートの切れ刃部に耐欠損性に優れたTiリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜が形成されており、すくい面及び逃げ面に耐熱性に優れたAlリッチな窒化チタンアルミニウム皮膜が形成されているためであると考えられる。一方、比較例1及び従来例1の各インサートは、切れ刃部、すくい面及び逃げ面にAl、Ti及びN含有量がほぼ同じ組成の窒化チタンアルミニウム皮膜が形成されているので、耐熱性及び耐欠損性が劣り、短寿命であった。 As is clear from Table 3, the tool life of each of Examples 1 to 15 was 5 m or more in the cutting distance, and no defect occurred. On the other hand, the tool life of Comparative Example 1 and Conventional Example 1 was less than 1/2 of that of Examples 1 to 15, and a defect was observed. This is because a Ti-rich titanium aluminum nitride film having excellent fracture resistance is formed on the cutting edge of each of the inserts of Examples 1 to 15, and Al-rich nitride having excellent heat resistance is formed on the rake face and the flank surface. It is considered that this is because a titanium-aluminum film is formed. On the other hand, each of the inserts of Comparative Example 1 and Conventional Example 1 has a titanium aluminum nitride film having almost the same Al, Ti and N contents formed on the cutting edge portion, the rake face and the flank surface, so that the heat resistance and the heat resistance are improved. It had poor fracture resistance and a short life.
図7、図19及び表4に示すように、実施例1では、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101TiとTiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiは同程度の原子比のTiリッチな組成を有し、位置P1から380μm離れた位置R380付近からTi含有量が急減するとともにAl含有量が急増し、Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Alが形成されていた。表4に示すように、位置P1から位置R1000にわたってN含有量はほぼ変化しなかった。
As shown in FIGS. 7, 19 and 4, in Example 1, the cutting edge titanium nitride
図7、図20及び表5に示すように、実施例1では、切れ刃窒化チタンアルミニウム皮膜領域101TiとTiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiは同程度の原子比のTiリッチな組成を有し、位置P1から360μm離れたF360付近からTi含有量が急減するとともにAl含有量が急増し、Alリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alが形成されていた。また表5に示すように、Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103TiとAlリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Alとの間の位置F380付近にTi含有量とAl含有量がほぼ同一の境界部120が形成されていた。位置P1から位置F1000にわたってN含有量はほぼ変化しなかった。
As shown in FIGS. 7, 20 and Table 5, in Example 1, the cutting edge titanium nitride
表7(a) に示すように、Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域102Tiの内端位置は実施例6ではR180で、実施例7ではR600であり、いずれもすくい面102内にあった。また表7(b) に示すように、Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域103Tiの下端位置は実施例6ではF160で、実施例7ではR550であり、いずれも逃げ面内にあった。
As shown in Table 7 (a), the inner end position of the Ti-rich rake face titanium nitride
使用した各実施例の原料ガス中の(TiCl4ガス+AlCl3ガス+NH3ガス)の合計量は、実施例1では2.43体積%、実施例6では1.90体積%、実施例7では3.12体積%であった。またNH3ガスは、実施例1では1.38体積%、実施例6では1.00体積%、及び実施例7では1.78体積%であった。これらの原料ガス組成と、実施例1のR380とF360、実施例6のR180とF160、及び実施例7のR600とF550との対比から、原料ガス中の(TiCl4ガス+AlCl3ガス+NH3ガス)の合計量が多いほど、特に原料ガス中のNH3ガスの割合が高いほど、Tiリッチな部分がすくい面102及び逃げ面103上に拡大することが分かる。
The total amount of (TiCl 4 gas + AlCl 3 gas + NH 3 gas) in the raw material gas of each example used was 2.43% by volume in Example 1, 1.90% by volume in Example 6, and 3.12% by volume in Example 7. there were. The NH 3 gas content was 1.38% by volume in Example 1, 1.00% by volume in Example 6, and 1.78% by volume in Example 7. From the comparison of these raw material gas compositions with R 380 and F 360 of Example 1, R 180 and F 160 of Example 6, and R 600 and F 550 of Example 7, (TiCl 4 gas) in the raw material gas. It can be seen that the larger the total amount of + AlCl 3 gas + NH 3 gas), especially the higher the ratio of NH 3 gas in the raw material gas, the larger the Ti-rich portion expands on the
表6及び図7から明らかなように、実施例1の窒化チタンアルミニウム皮膜23では、位置P1とS、位置R380とSR380、位置R400とSR400、位置R1000とSR1000、位置F360とSF360、位置F380とSF380、位置F400とSF400、及び位置F1000とSF1000でいずれも組成がほぼ同じであり、膜厚方向の組成変動が非常に小さかった。
As is clear from Table 6 and FIG. 7, in the titanium
図5のSEM写真と図21のSEM写真とを比較すると、実施例1の窒化チタンアルミニウム皮膜は切れ刃部がすくい面及び逃げ面より薄いのに対し、従来例1の窒化チタンアルミニウム皮膜は切れ刃部、すくい面及び逃げ面でほぼ同じ膜厚を有することが分かる。 Comparing the SEM photograph of FIG. 5 with the SEM photograph of FIG. 21, the titanium nitride aluminum film of Example 1 has a cutting edge thinner than the rake face and the flank surface, whereas the titanium aluminum nitride film of Conventional Example 1 is cut. It can be seen that the blade portion, the rake surface, and the flank surface have almost the same film thickness.
実施例1の窒化チタンアルミニウム皮膜23では、すくい面102でTiリッチな部分102TiとAlリッチな部分102Alとが接するとともに、逃げ面103でTiリッチな部分103TiとAlリッチな部分103Alとの間にTi含有量とAl含有量がほぼ同じ境界部が形成されていたが、本発明の硬質皮膜被覆工具は特にこれに限定されず、すくい面102において境界部が形成されていても良いし、逃げ面103において境界部がなくても良い。
In the titanium
上記実施例はいずれも切れ刃部に刃先処理を行っていない場合であるが、切れ刃部に刃先処理を行った場合でも、本発明の有利な効果を達成でき、耐熱性及び耐欠損性に優れた窒化チタンアルミニウム皮膜を有する硬質皮膜被覆工具が得られる。 In all of the above examples, the cutting edge portion is not subjected to the cutting edge treatment, but even when the cutting edge portion is subjected to the cutting edge treatment, the advantageous effect of the present invention can be achieved, and heat resistance and fracture resistance can be improved. A hard film coating tool having an excellent titanium nitride aluminum film can be obtained.
1:CVD炉
2:チャンバー
3:ヒータ
4:棚
4a,4b,4c:貫通孔
4’:貫通孔が設けられていない棚
5:反応容器
5a:排出孔
6:仕切り板
10:インサート
11:第一のパイプ
11a:第一のパイプのノズル
12:第二のパイプ
12a:第二のパイプのノズル
13:排出パイプ
21:基体
22:下地層
23:窒化チタンアルミニウム皮膜
30:第一のパイプ集合体
33:第二のパイプ集合体
36:第三のパイプ集合体
40:棚の中央開口部
50:刃先交換式回転工具
101:切れ刃部
101a:コーナー切れ刃部
101b:辺切れ刃部
102:すくい面
102Ti:Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域
102Al:Alリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域
103:逃げ面
103Ti:Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域
103Al:Alリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域
103a’:コーナー側面部
103b’:辺側面部
115:縦断面
120:境界部
P1,P2,P3:測定位置
Q1,Q2,R1,R2:窒化チタンアルミニウム皮膜のすくい面及び逃げ面における変曲点
W:切れ刃部の幅
W2:Tiリッチなすくい面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の幅
W3:Tiリッチな逃げ面窒化チタンアルミニウム皮膜領域の幅
1: CVD furnace
2: Chamber
3: Heater
4: Shelf
4a, 4b, 4c: Through hole
4': Shelf without through holes
5: Reaction vessel
5a: Cloaca
6: Partition plate
10: Insert
11: First pipe
11a: Nozzle of the first pipe
12: Second pipe
12a: Nozzle of the second pipe
13: Discharge pipe
21: Hypokeimenon
22: Base layer
23: Titanium nitride aluminum film
30: First pipe assembly
33: Second pipe assembly
36: Third pipe assembly
40: Central opening of the shelf
50: Rotating tool with replaceable cutting edge
101: Cutting edge
101a: Corner cutting edge
101b: Edge cutting edge
102: Scoop surface
102 Ti : Ti rich rake face titanium nitride aluminum film area
102 Al : Al-rich rake face titanium nitride aluminum film region
103: Escape surface
103 Ti : Ti rich flank titanium nitride aluminum film region
103 Al : Al-rich flank titanium nitride aluminum film region
103a': Corner side
103b': Side side
115: Longitudinal section
120: Boundary
P 1 , P 2 , P 3 : Measurement position
Q 1 , Q 2 , R 1 , R 2 : Inflection points on the rake face and flank surface of the titanium nitride aluminum film
W: Width of cutting edge
W 2 : Ti-rich rake face Titanium nitride Aluminum film region width
W 3 : Ti-rich flank titanium nitride aluminum film region width
Claims (13)
前記窒化チタンアルミニウム皮膜は化学蒸着膜であり、
前記切れ刃部、前記すくい面及び前記逃げ面のうち前記切れ刃部に前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分があり、前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜は、(Tix1Aly1)Nz1(ただし、x1、y1及びz1はそれぞれ原子比であり、0.26≦x1≦0.4、0.1≦y1≦0.24、及びx1+y1+z1=1を満たす数字である。)で表されるTiリッチな組成を有し、
前記切れ刃部における前記窒化チタンアルミニウム皮膜の最も薄い部分からそれぞれ少なくとも1000μm離れた前記すくい面及び前記逃げ面の部分で、前記窒化チタンアルミニウム皮膜が(Tix2Aly2)Nz2(ただし、x2、y2及びz2はそれぞれ原子比であり、0.06≦x2≦0.23、0.25≦y2≦0.45、及びx2+y2+z2=1を満たす数字である。)で表されるAlリッチな組成を有することを特徴とする硬質皮膜被覆工具。 A hard film coating tool formed by forming a titanium nitride aluminum film on a substrate, which has a cutting edge portion, a rake surface, and a flank surface.
The titanium nitride aluminum film is a chemical vapor deposition film.
Of the cutting edge portion, the rake face, and the flank surface, the cutting edge portion has the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film, and the titanium nitride aluminum film on the cutting edge portion is (Tix 1 Aly 1 ) Nz. 1 (However, x 1 , y 1 and z 1 are atomic ratios, respectively, and are numbers that satisfy 0.26 ≤ x 1 ≤ 0.4, 0.1 ≤ y 1 ≤ 0.24, and x 1 + y 1 + z 1 = 1.) Has a Ti-rich composition represented
At the rake face and the flank, respectively, at least 1000 μm away from the thinnest portion of the titanium nitride aluminum film on the cutting edge, the titanium nitride aluminum film is (Tix 2 Aly 2 ) Nz 2 (where x 2). , Y 2 and z 2 are atomic ratios, respectively, and are Al-rich numbers that satisfy 0.06 ≤ x 2 ≤ 0.23, 0.25 ≤ y 2 ≤ 0.45, and x 2 + y 2 + z 2 = 1. A hard film coating tool characterized by having a composition.
前記基体と前記窒化チタンアルミニウム皮膜との間に下地層を有し、
前記下地層が炭窒化チタン、窒化チタン及び炭窒化チタンジルコニウムの少なくとも一種からなる単層皮膜又は積層皮膜であり、かつfcc構造を有することを特徴とする硬質皮膜被覆工具。 In the hard film coating tool according to any one of claims 1 to 6.
A base layer is provided between the substrate and the titanium nitride aluminum film.
A hard film coating tool characterized in that the base layer is a single layer film or a laminated film composed of at least one of titanium carbonitride, titanium nitride, and zirconium titanium nitride, and has an fcc structure.
TiCl4ガス、AlCl3ガス、NH3ガス、N2ガス及びH2ガスの合計を100体積%として、0.1〜0.8体積%のTiCl4ガス、0.4〜1.2体積%のAlCl3ガス、4.0〜23.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなるとともに、AlCl3ガスに対するTiCl4ガスの体積比(TiCl4/AlCl3)が0.3〜0.7である混合ガスAと、0.7〜1.9体積%のNH3ガス、3〜16.5体積%のN2ガス、及び残部H2ガスからなる混合ガスBとからなる原料ガスを供給することにより、前記窒化チタンアルミニウム皮膜を形成することを特徴とする方法。 A method for manufacturing a hard film coating tool according to any one of claims 1 to 7 by a chemical vapor deposition method.
Taking the total of TiCl 4 gas, AlCl 3 gas, NH 3 gas, N 2 gas and H 2 gas as 100% by volume, 0.1 to 0.8% by volume of TiCl 4 gas, 0.4 to 1.2% by volume of AlCl 3 gas, 4.0 to 23.5. A mixed gas A consisting of% by volume N 2 gas and the balance H 2 gas and having a volume ratio of TiCl 4 gas to AlCl 3 gas (TiCl 4 / AlCl 3 ) of 0.3 to 0.7, and 0.7 to 1.9% by volume. A method characterized by forming the titanium nitride aluminum film by supplying a raw material gas composed of NH 3 gas, 3 to 16.5% by volume N 2 gas, and mixed gas B composed of the balance H 2 gas.
回転軸Oを中心として回転する第一及び第二のパイプを具備する化学蒸着装置を使用し、
前記第一のパイプは第一のノズルを有し、
前記第二のパイプは第二のノズルを有し、
前記第一のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H1を前記第二のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H2より長くし、
前記第一のノズルから前記混合ガスAを噴出するとともに、前記第二のノズルから前記混合ガスBを噴出することを特徴とする方法。 In the method for manufacturing a hard film coating tool according to claim 8,
Using a chemical vapor deposition apparatus equipped with first and second pipes that rotate around the axis O,
The first pipe has a first nozzle
The second pipe has a second nozzle
The distance H 1 between the spout of the first nozzle and the rotating shaft O is made longer than the distance H 2 between the spout of the second nozzle and the rotating shaft O.
A method characterized in that the mixed gas A is ejected from the first nozzle and the mixed gas B is ejected from the second nozzle.
回転軸Oを中心として回転する第一及び第二のパイプを具備する化学蒸着装置を使用し、
前記第一のパイプは第一のノズルを有し、
前記第二のパイプは第二のノズルを有し、
前記第一のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H1を前記第二のノズルの噴出口と前記回転軸Oとの距離H2より長くし、
前記第二のノズルから前記混合ガスAを噴出するとともに、前記第一のノズルから前記混合ガスBを噴出することを特徴とする方法。 In the method for manufacturing a hard film coating tool according to claim 8,
Using a chemical vapor deposition apparatus equipped with first and second pipes that rotate around the axis O,
The first pipe has a first nozzle
The second pipe has a second nozzle
The distance H 1 between the spout of the first nozzle and the rotating shaft O is made longer than the distance H 2 between the spout of the second nozzle and the rotating shaft O.
A method characterized in that the mixed gas A is ejected from the second nozzle and the mixed gas B is ejected from the first nozzle.
前記化学蒸着装置は、前記第一及び第二のパイプの周囲に、前記基体を載置するための複数の棚と、隣接する棚の間にそれぞれ設けられ、前記原料ガスの流れを遮断するための仕切り板とを有し、
前記第一及び第二のノズルは、各棚とその上部に位置する仕切り板との間及び最上段の棚の上部にそれぞれ設けられており、
前記棚における前記基体の周囲に少なくとも1つの貫通孔が設けられており、もって前記第一及び第二のノズルから噴出した前記原料ガスは前記貫通孔を通過することを特徴とする方法。 In the method for manufacturing a hard film coating tool according to claim 9 or 10.
The chemical vapor deposition apparatus is provided around the first and second pipes between a plurality of shelves on which the substrate is placed and adjacent shelves, respectively, in order to block the flow of the raw material gas. Has a partition plate and
The first and second nozzles are provided between each shelf and a partition plate located above the shelf and at the upper part of the uppermost shelf, respectively.
A method characterized in that at least one through hole is provided around the substrate in the shelf, and the raw material gas ejected from the first and second nozzles passes through the through hole.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07328831A (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-19 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-covered carbonized tungsten group cemented carbide made and mill whose hard vapor deposition layer has excellent separation resistance |
JPH08267306A (en) * | 1995-04-04 | 1996-10-15 | Mitsubishi Materials Corp | Hard-coated cutting tool and manufacture thereof |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07328831A (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-19 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-covered carbonized tungsten group cemented carbide made and mill whose hard vapor deposition layer has excellent separation resistance |
JPH08267306A (en) * | 1995-04-04 | 1996-10-15 | Mitsubishi Materials Corp | Hard-coated cutting tool and manufacture thereof |
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