JP2646247B2 - ＡｌＮ被覆窒化珪素基切削工具 - Google Patents
ＡｌＮ被覆窒化珪素基切削工具Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セラミック切削工具、切削工具挿入体（イ
ンサート）及び摩耗部品に関するものであり、特には密
着した高融点窒化アルミニウムコーティングを単一体或
いは複合体としての窒化珪素セラミック基材に付着せし
めて成るセラミック物品に関する。
ンサート）及び摩耗部品に関するものであり、特には密
着した高融点窒化アルミニウムコーティングを単一体或
いは複合体としての窒化珪素セラミック基材に付着せし
めて成るセラミック物品に関する。
発明の背景 超硬合金と呼ばれる炭化物焼結材料は、硬度、強度及
び耐摩耗性という性質に関して、そのユニークな組合せ
により周知されておりそして探鉱工具ビット、金属切削
及び穿孔工具、金属押出しダイ、耐摩耗性機械部品その
他において広範囲に使用されてきた。焼結炭化物材料の
耐摩耗性が炭化チタンや酸化アルミニウムのような高度
に耐摩耗性の材料の薄いコーティングを被覆することに
より向上し得ることが知られている。これらコーティン
グ付き焼結炭化物材料は、或る種の切削工具や機械加工
工具及び摩耗部品用途に工業的有用性を次第に認められ
つつある。
び耐摩耗性という性質に関して、そのユニークな組合せ
により周知されておりそして探鉱工具ビット、金属切削
及び穿孔工具、金属押出しダイ、耐摩耗性機械部品その
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耐摩耗性が炭化チタンや酸化アルミニウムのような高度
に耐摩耗性の材料の薄いコーティングを被覆することに
より向上し得ることが知られている。これらコーティン
グ付き焼結炭化物材料は、或る種の切削工具や機械加工
工具及び摩耗部品用途に工業的有用性を次第に認められ
つつある。
例えば機械加工用途において生産性工場に向けてます
ます強くなる要求は、そうした被覆材料の性能に次第に
厳しさを摩す要求を課しつつある。機械加工において高
い生産性を実現するには、工具は高速度で切削を行なう
ことが出来ねばならない。1500表面フィート／分（sfp
m）を超える切削速度においては、切削工具材料の高温
強度及び科学的不活性の重要性が増してくる。焼結炭化
物切削工具材料（切削工具に使用される主たる材料）の
有用性は、そうした工具を酸化アルミニウムで被覆する
ことにより約1500sfpmの切削速度を必要とする用途まで
拡大された。しかしながら、1500sfpmを超える切削速度
に対しては、焼結炭化物工具は、コーティング密着性、
強度の損失、工具ノーズ（鼻）部の変形と関連する問題
に遭遇し、これらは加工品の寸法精度に悪影響を与えま
た工具寿命の短縮につながった。
ます強くなる要求は、そうした被覆材料の性能に次第に
厳しさを摩す要求を課しつつある。機械加工において高
い生産性を実現するには、工具は高速度で切削を行なう
ことが出来ねばならない。1500表面フィート／分（sfp
m）を超える切削速度においては、切削工具材料の高温
強度及び科学的不活性の重要性が増してくる。焼結炭化
物切削工具材料（切削工具に使用される主たる材料）の
有用性は、そうした工具を酸化アルミニウムで被覆する
ことにより約1500sfpmの切削速度を必要とする用途まで
拡大された。しかしながら、1500sfpmを超える切削速度
に対しては、焼結炭化物工具は、コーティング密着性、
強度の損失、工具ノーズ（鼻）部の変形と関連する問題
に遭遇し、これらは加工品の寸法精度に悪影響を与えま
た工具寿命の短縮につながった。
従来技術 従来からのセラミック切削工具は、これら欠点の一部
を解決はしたが、それらの衝撃強度及び破壊靭性の低下
と関連する制約を有する。これは殊に、従来からの多く
のアルミナ基セラミック切削工具に云えることである。
窒化珪素基セラミック切削工具は著しく高い衝撃強度及
び破壊靭性を有するが、鋼のような長い削り屑発生材料
を切削するのに使用されるときには所望水準より低い化
学的不活性さしか示さなかった。窒化珪素基セラミック
基材をアルミナで被覆することにより、或いはチタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン及びタングステンの炭化物及
び／或いは窒化物及び／或いは炭窒化物で被覆すること
により、或る程度の改善が為された。これらの技術は、
本件出願人に係る米国特許第4,406,667、4,406,668、4,
406,669、4,406,670、4,409,003、4,409,004、4,416,67
0、4,412,525、4,412,528、4,424,066、4,426,209、4,4
31,431、4,440,547、4,441,894及び4,449,989号に開示
されている。
を解決はしたが、それらの衝撃強度及び破壊靭性の低下
と関連する制約を有する。これは殊に、従来からの多く
のアルミナ基セラミック切削工具に云えることである。
窒化珪素基セラミック切削工具は著しく高い衝撃強度及
び破壊靭性を有するが、鋼のような長い削り屑発生材料
を切削するのに使用されるときには所望水準より低い化
学的不活性さしか示さなかった。窒化珪素基セラミック
基材をアルミナで被覆することにより、或いはチタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン及びタングステンの炭化物及
び／或いは窒化物及び／或いは炭窒化物で被覆すること
により、或る程度の改善が為された。これらの技術は、
本件出願人に係る米国特許第4,406,667、4,406,668、4,
406,669、4,406,670、4,409,003、4,409,004、4,416,67
0、4,412,525、4,412,528、4,424,066、4,426,209、4,4
31,431、4,440,547、4,441,894及び4,449,989号に開示
されている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、これら基材の密着性及び耐摩耗性を更
に一層改善することが要望されている。機械加工速度、
温度及び加工品硬度についての厳しい賦課条件の下で金
属の機械加工の為の改善されてコーティング付き切削工
具及び切削工具挿入体が要望されている。切削や機械加
工用途のみならず、金属引抜きダイのような摩耗部品用
途に於ても有用な改善された密着性及び耐摩耗性を示す
コーティング付き物品が求められている。本発明の目的
は、こうした要望を満足する新規なコーティング付きセ
ラミック物品を提供することである。
に一層改善することが要望されている。機械加工速度、
温度及び加工品硬度についての厳しい賦課条件の下で金
属の機械加工の為の改善されてコーティング付き切削工
具及び切削工具挿入体が要望されている。切削や機械加
工用途のみならず、金属引抜きダイのような摩耗部品用
途に於ても有用な改善された密着性及び耐摩耗性を示す
コーティング付き物品が求められている。本発明の目的
は、こうした要望を満足する新規なコーティング付きセ
ラミック物品を提供することである。
発明の概要 基本的に、本発明に従う耐摩耗性コーティング付き物
品は、密着した高融点（耐火）窒化アルミニウムコーテ
ィング層を付着せしめた、高密度化単体乃至複合窒化珪
素基基材本体から成る。
品は、密着した高融点（耐火）窒化アルミニウムコーテ
ィング層を付着せしめた、高密度化単体乃至複合窒化珪
素基基材本体から成る。
本物品は、窒化アルミニウムコーティング層とは異な
った化学組成を有する高融点材料の少なくとも一つの外
側密着コーティング層を含みうる。
った化学組成を有する高融点材料の少なくとも一つの外
側密着コーティング層を含みうる。
好ましくは、外側密着高融点コーティング層材料は、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン乃至
それらの組合わせの炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、
アルミナ或いはジルコニアから選択される。
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン乃至
それらの組合わせの炭化物、窒化物若しくは炭窒化物、
アルミナ或いはジルコニアから選択される。
発明の具体的説明 本発明に従うコーティング付き物品の一例はコーティ
ング付き切削工具挿入体であり、これは、高密化窒化珪
素マトリックス中に硬質高融点材料の細かい粒子、繊維
及びウイスカーを一様に分散せしめて含む複合窒化珪素
を基材とする。硬質高融点材料という用語は、チタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン及びタングステン（混合物、
固溶体を含めて）の炭化物及び／或いは窒化物及び／或
いは炭窒化物を意味する。こうした基材は、米国特許第
4,388,085及び1986年８月４日付け米国特許出願番号第8
92,642号に詳しく記載されている。硬質高融点材料の粒
子、繊維或いはウイスカーは、窒化珪素粒から成る第１
相並びに窒化珪素及び有効量の高密度化助剤、例えばイ
ットリア、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、マグネシ
ア、ランタニド稀土類元素等及びその混合物から成る高
融点第２相から構成されるマトリックス中に一様に分布
される。
ング付き切削工具挿入体であり、これは、高密化窒化珪
素マトリックス中に硬質高融点材料の細かい粒子、繊維
及びウイスカーを一様に分散せしめて含む複合窒化珪素
を基材とする。硬質高融点材料という用語は、チタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン及びタングステン（混合物、
固溶体を含めて）の炭化物及び／或いは窒化物及び／或
いは炭窒化物を意味する。こうした基材は、米国特許第
4,388,085及び1986年８月４日付け米国特許出願番号第8
92,642号に詳しく記載されている。硬質高融点材料の粒
子、繊維或いはウイスカーは、窒化珪素粒から成る第１
相並びに窒化珪素及び有効量の高密度化助剤、例えばイ
ットリア、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、マグネシ
ア、ランタニド稀土類元素等及びその混合物から成る高
融点第２相から構成されるマトリックス中に一様に分布
される。
硬質高融点粒子の平均粒寸は、好ましくは、約0.5〜2
0μの範囲をとる。繊維及びウイスカーに対する好まし
い形状比は５を超える。好ましい直径は１〜５μであ
る。基材本体中に含められる炭化物及び／或いは窒化物
及び／或いは炭窒化物高融点材料は、基材本体の約０〜
60容積％、好ましくは約15〜50容積％、もっと好ましく
は約20〜40容積％を占める。先に挙げた米国特許第4,40
6,668、4,409.003、4,431,431、4,440,547及び4,449,98
9号に記載される窒化珪素材料もまた基材として好まし
いものである。
0μの範囲をとる。繊維及びウイスカーに対する好まし
い形状比は５を超える。好ましい直径は１〜５μであ
る。基材本体中に含められる炭化物及び／或いは窒化物
及び／或いは炭窒化物高融点材料は、基材本体の約０〜
60容積％、好ましくは約15〜50容積％、もっと好ましく
は約20〜40容積％を占める。先に挙げた米国特許第4,40
6,668、4,409.003、4,431,431、4,440,547及び4,449,98
9号に記載される窒化珪素材料もまた基材として好まし
いものである。
本発明の原理に従えば、窒化アルミニウムの密着コー
ティング層が基材本体に付着される。随意的に、少なく
とも一つの、高融点材料から成る硬質密着外側コーティ
ング層が窒化アルミニウム層上に付着され得る。外側コ
ーティング層に対する代表的高融点材料は、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデン及びタングステン（混合物、固
溶体を含めて）の炭化物、窒化物及び炭窒化物並びにア
ルミナ、ジルコニアそしてアルミナ基及びジルコニア基
複合材料を含む。本発明における好ましい外側コーティ
ングは、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化
ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウムおよび
アルミナである。窒化アルミニウム及び外側コーティン
グ層の各々は好ましくは、約0.1〜20μ、一層好ましく
は約1.0〜10μの範囲の厚さを有する。特に好ましく
は、密着窒化アルミニウムコーティング層は約0.1〜10
ミクロンの範囲の厚さを有し、外側密着コーティング層
が約1.0〜10ミクロンの範囲の厚さを有する。
ティング層が基材本体に付着される。随意的に、少なく
とも一つの、高融点材料から成る硬質密着外側コーティ
ング層が窒化アルミニウム層上に付着され得る。外側コ
ーティング層に対する代表的高融点材料は、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデン及びタングステン（混合物、固
溶体を含めて）の炭化物、窒化物及び炭窒化物並びにア
ルミナ、ジルコニアそしてアルミナ基及びジルコニア基
複合材料を含む。本発明における好ましい外側コーティ
ングは、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化
ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウムおよび
アルミナである。窒化アルミニウム及び外側コーティン
グ層の各々は好ましくは、約0.1〜20μ、一層好ましく
は約1.0〜10μの範囲の厚さを有する。特に好ましく
は、密着窒化アルミニウムコーティング層は約0.1〜10
ミクロンの範囲の厚さを有し、外側密着コーティング層
が約1.0〜10ミクロンの範囲の厚さを有する。
本発明に従うコーティング付き切削工具、切削工具挿
入体及び摩耗部品の作製方法の例を以下に呈示する。こ
れら方法は例示的なものに過ぎず、本発明を限定するも
のと見なされるべきでない。本発明の基材本体を作製す
る方法の例は、前述した米国特許第4,431,431及び4,44
1,894号及び1986年８月４日付け米国特許出願番号第89
2,642号に詳しく記載されている。
入体及び摩耗部品の作製方法の例を以下に呈示する。こ
れら方法は例示的なものに過ぎず、本発明を限定するも
のと見なされるべきでない。本発明の基材本体を作製す
る方法の例は、前述した米国特許第4,431,431及び4,44
1,894号及び1986年８月４日付け米国特許出願番号第89
2,642号に詳しく記載されている。
被覆方法 上記複合基材本体に、密着窒化アルミニウムコーティ
ング層を被覆しそして随意的にその上に高融点材料層を
被覆する。両層とも、密着したコーティングを形成する
べく化学的蒸着（CVD）技術或いは物理的蒸着（PVD）技
術により付着される。例えば、窒化アルミニウム、チタ
ン乃至ハフニウムの炭化物、炭窒化物乃至窒化物、及び
アルミナの好ましいコーティングはCVDにより被覆され
る。他の金属炭化物、炭窒化物乃至窒化物は、CVDが適
用可能ならCVDにより被覆されるしまた直接的な蒸着、
スパッタリング等のようなPVD技術により被覆される。
ング層を被覆しそして随意的にその上に高融点材料層を
被覆する。両層とも、密着したコーティングを形成する
べく化学的蒸着（CVD）技術或いは物理的蒸着（PVD）技
術により付着される。例えば、窒化アルミニウム、チタ
ン乃至ハフニウムの炭化物、炭窒化物乃至窒化物、及び
アルミナの好ましいコーティングはCVDにより被覆され
る。他の金属炭化物、炭窒化物乃至窒化物は、CVDが適
用可能ならCVDにより被覆されるしまた直接的な蒸着、
スパッタリング等のようなPVD技術により被覆される。
CVD法の有用な特性は、付着膜の純度が良いことと、
付着プロセスの早期段階中に付着されている層と基材或
いは中間層との間の或る程度の相互作用が生じ易く、こ
れが一層改善された層密着性を生成し易いことである。
付着プロセスの早期段階中に付着されている層と基材或
いは中間層との間の或る程度の相互作用が生じ易く、こ
れが一層改善された層密着性を生成し易いことである。
AlN層の付着 窒化アルミニウム層は、窒化珪素基基材上に、ハロゲ
ン化アルミニウム、窒素或いはアンモニアのような気体
状の窒素源及び水素の混合気体を約800〜1500℃、好ま
しくは約1000℃を超える温度において基材表面に流すこ
とにより付着される。代表的な反応が次の式により示さ
れる（反応が還元雰囲気で起こることを保証する為に水
素が点火される）： 2AlCl3＋N2＋3H2→2AlN＋6HCl （１） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱された基材上に通される。特定の気体流量と温度に
おいてコーティング厚の成長速度を決定するのに日常実
験が使用される。随意的に、AlNコーティング付き基材
は、コーティングと基材都の間の拡散を通して密着性を
一層改善するため基材材質に依存して1100〜1500℃にお
いて熱処理され得る。これは特に低温での被覆処理後に
有用である。AlNコーティング付き切削工具は、追加被
覆層無しでも使用できるしまた以下に記載するように追
加高融点層で被覆することも出来る。
ン化アルミニウム、窒素或いはアンモニアのような気体
状の窒素源及び水素の混合気体を約800〜1500℃、好ま
しくは約1000℃を超える温度において基材表面に流すこ
とにより付着される。代表的な反応が次の式により示さ
れる（反応が還元雰囲気で起こることを保証する為に水
素が点火される）： 2AlCl3＋N2＋3H2→2AlN＋6HCl （１） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱された基材上に通される。特定の気体流量と温度に
おいてコーティング厚の成長速度を決定するのに日常実
験が使用される。随意的に、AlNコーティング付き基材
は、コーティングと基材都の間の拡散を通して密着性を
一層改善するため基材材質に依存して1100〜1500℃にお
いて熱処理され得る。これは特に低温での被覆処理後に
有用である。AlNコーティング付き切削工具は、追加被
覆層無しでも使用できるしまた以下に記載するように追
加高融点層で被覆することも出来る。
第１図は、基材が焼結窒化珪素であるような本発明に
従うAlNコーティング付き物品を例示する。
従うAlNコーティング付き物品を例示する。
Al2O3外側層の付着 アルミナ外側密着コーティング層はCVD技術により被
覆される。米国特許第3,914,473号に詳しく記載されるC
VD技術の一つにおいて、塩化アルミニウム蒸気或いは他
の種アルミニウムハロゲン化物蒸気が、水蒸気及び水素
気体と共にAlNコーティング付き基材上に通される。別
法として、酸化アルミニウムは直接蒸着やスパッタリン
グのようなPVD技術により付着される。
覆される。米国特許第3,914,473号に詳しく記載されるC
VD技術の一つにおいて、塩化アルミニウム蒸気或いは他
の種アルミニウムハロゲン化物蒸気が、水蒸気及び水素
気体と共にAlNコーティング付き基材上に通される。別
法として、酸化アルミニウムは直接蒸着やスパッタリン
グのようなPVD技術により付着される。
CVD技術に対する代表的な反応が次の式により示され
る（但し、反応が還元雰囲気で起こることを保証する為
に水素がしばしば添加される）： 2AlCl3＋3H2O→Al2O3＋6HCl （２） AlNコーティング付き基材本体は気体流送の設備を備
えた炉内で約800〜1500℃の温度において加熱される。
塩化アルミニウム源が気化のため予備加熱されそして塩
化アルミニウム蒸気が他の気体と共に炉を通して流され
る。混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるま
で加熱されたコーティング付き基材上に通される。特定
の気体流量と温度においてコーティング厚の成長速度を
決定するのに日常実験が使用される。
る（但し、反応が還元雰囲気で起こることを保証する為
に水素がしばしば添加される）： 2AlCl3＋3H2O→Al2O3＋6HCl （２） AlNコーティング付き基材本体は気体流送の設備を備
えた炉内で約800〜1500℃の温度において加熱される。
塩化アルミニウム源が気化のため予備加熱されそして塩
化アルミニウム蒸気が他の気体と共に炉を通して流され
る。混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるま
で加熱されたコーティング付き基材上に通される。特定
の気体流量と温度においてコーティング厚の成長速度を
決定するのに日常実験が使用される。
AlNコーティング付き基材本体に外側密着アルミナコ
ーティング層を被覆するまた別の好ましい方法は、次の
式に従い塩化アルミニウムと二酸化炭素とを水素気体の
存在下で反応せしめることによる： 2AlCl3＋3CO3＋3H2→Al2O3＋3CO＋6HCl （３） 所望の平衡気体組成を確立するために、加熱された基
材本体或いはコーティング付き本体上に通される気体に
一酸化炭素が随意的に添加される。
ーティング層を被覆するまた別の好ましい方法は、次の
式に従い塩化アルミニウムと二酸化炭素とを水素気体の
存在下で反応せしめることによる： 2AlCl3＋3CO3＋3H2→Al2O3＋3CO＋6HCl （３） 所望の平衡気体組成を確立するために、加熱された基
材本体或いはコーティング付き本体上に通される気体に
一酸化炭素が随意的に添加される。
MC或いはMN層の付着 金属炭化物或いは金属窒化物外側層がCVD或いはPVD技
術によりAlNコーティング付き切削工具基材上に形成さ
れ得る。一つのCVD法においては、コーティングは、金
属塩化物、窒素或いはアンモニアのような気体窒素源も
しくはメタンのような気体炭素源及び水素の混合気体を
基材上に約800〜1500℃の温度で、好ましくは約1000℃
を超える温度において通すことにより形成される。TiC
或いはTiNは付着する反応は次の式により示される： TiCl4＋CH4→TiC＋4HCl （４） TiCl4＋N2＋3H2→TiN＋6HCl （５） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱されたコーティング付き基材上に通される。式
（５）において均等比率のNH3がN2に対して置換され得
る。特定の気体流量と温度においてコーティング厚の成
長速度を決定するのに日常実験が使用される。
術によりAlNコーティング付き切削工具基材上に形成さ
れ得る。一つのCVD法においては、コーティングは、金
属塩化物、窒素或いはアンモニアのような気体窒素源も
しくはメタンのような気体炭素源及び水素の混合気体を
基材上に約800〜1500℃の温度で、好ましくは約1000℃
を超える温度において通すことにより形成される。TiC
或いはTiNは付着する反応は次の式により示される： TiCl4＋CH4→TiC＋4HCl （４） TiCl4＋N2＋3H2→TiN＋6HCl （５） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱されたコーティング付き基材上に通される。式
（５）において均等比率のNH3がN2に対して置換され得
る。特定の気体流量と温度においてコーティング厚の成
長速度を決定するのに日常実験が使用される。
Ｍ（C,N）層の付着 上述した窒化アルミニウムコーティング付き物品は、
CVD或いはPVD技術により外側高融点金属炭窒化物コーテ
ィングで被覆されうる。例えば、炭窒化チタン或いは炭
窒化ハフニウムの好ましいコーティングはCVDにより被
覆される。別様には、高融点金属が化学的或いは物理的
蒸着技術により付着され、その後付着金属層が窒化及び
炭化される。
CVD或いはPVD技術により外側高融点金属炭窒化物コーテ
ィングで被覆されうる。例えば、炭窒化チタン或いは炭
窒化ハフニウムの好ましいコーティングはCVDにより被
覆される。別様には、高融点金属が化学的或いは物理的
蒸着技術により付着され、その後付着金属層が窒化及び
炭化される。
例えば、炭窒化チタン外側層は、四塩化チタンと、メ
タンのような気体炭素源と、窒素或いはアンモニアのよ
うな気体窒素源と、水素との気体混合物を基材上に約80
0〜1500℃、好ましくは約1200℃を超える温度において
通すことによりCVD技術により形成される。解離アンモ
ニアは窒素と水素との気体混合物により代替され得る。
反応は次の式により示される（但し、反応が還元雰囲気
で起こることを保証する為に水素がしばしば添加され
る）： TiCl4＋CH4＋N2→Ti（CxNy）＋4HCl （６） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱されたコーティング付き基材上に通される。特定の
気体流量と温度においてコーティング厚の成長速度を決
定するのに日常実験が使用される。
タンのような気体炭素源と、窒素或いはアンモニアのよ
うな気体窒素源と、水素との気体混合物を基材上に約80
0〜1500℃、好ましくは約1200℃を超える温度において
通すことによりCVD技術により形成される。解離アンモ
ニアは窒素と水素との気体混合物により代替され得る。
反応は次の式により示される（但し、反応が還元雰囲気
で起こることを保証する為に水素がしばしば添加され
る）： TiCl4＋CH4＋N2→Ti（CxNy）＋4HCl （６） 混合気体は所望のコーティング厚さが実現されるまで
加熱されたコーティング付き基材上に通される。特定の
気体流量と温度においてコーティング厚の成長速度を決
定するのに日常実験が使用される。
気体混合物中のメタン及び窒素の量のコントロール
は、式Ti（CxNy）におけるｘ及びｙの比率を変更した層
の形成を可能ならしめる。ｘ及びｙの値は好ましくは、
ｘに対しては約0.5〜0.6そしてｙに対しては0.4〜0.5の
範囲であり、約1.0〜1.5のx/yの好ましい比率をもたら
すようなものとされる。最も好ましいx/yの比率の値は
約1.22であり、これはｘ及びｙそれぞれ約0.55及び0.45
の値に相当する。
は、式Ti（CxNy）におけるｘ及びｙの比率を変更した層
の形成を可能ならしめる。ｘ及びｙの値は好ましくは、
ｘに対しては約0.5〜0.6そしてｙに対しては0.4〜0.5の
範囲であり、約1.0〜1.5のx/yの好ましい比率をもたら
すようなものとされる。最も好ましいx/yの比率の値は
約1.22であり、これはｘ及びｙそれぞれ約0.55及び0.45
の値に相当する。
次の実施例および比較例並びに試験例は、本発明に従
い、窒化アルミニウム密着コーティング単独或いは窒化
アルミニウム中間コーティング及び高融点外側コーティ
ングを有する切削工具、切削工具挿入体或いは摩耗部品
としてのコーティング付き基材により与えられる利益を
例示する。
い、窒化アルミニウム密着コーティング単独或いは窒化
アルミニウム中間コーティング及び高融点外側コーティ
ングを有する切削工具、切削工具挿入体或いは摩耗部品
としてのコーティング付き基材により与えられる利益を
例示する。
例１ AlN、TiC/AlN並びに先行技術のコーティングの付着 以下の表１に示されるように、窒化珪素気基材に上述
した方法により様々のコーティングを付着した。基材
は、（Ａ）焼結助剤としてイットリア及びアルミナを含
有するSi3N4、（Ｂ）分散TiCを含有する複合Si3N4及び
（Ｃ）焼結助剤としてイットリア及びマグネシアを含有
するSi3N4であった。
した方法により様々のコーティングを付着した。基材
は、（Ａ）焼結助剤としてイットリア及びアルミナを含
有するSi3N4、（Ｂ）分散TiCを含有する複合Si3N4及び
（Ｃ）焼結助剤としてイットリア及びマグネシアを含有
するSi3N4であった。
付着コーティングは、 1.AlN付着したまま（AlNとして表示）、 2.1350℃で上述したようにして熱処理されたAlN（AlN
（熱処理）として表示）、及び 3.AlN中間層及びTiC外側層有する（TiC/AlNとして表
示）とし、 そして対照サンプルとして 4.TiC層単独（TiCとして表示）及び 5.炭化チタン中間層及びTiC外側層（TiC/TiNとして表
示） とした。但し、すべてのコーティングがすべての基材に
被覆されたわけではない。表は、コーティング密着性を
測定するためコーティング付き基材に行なわれた引掻き
試験の結果を示す。
（熱処理）として表示）、及び 3.AlN中間層及びTiC外側層有する（TiC/AlNとして表
示）とし、 そして対照サンプルとして 4.TiC層単独（TiCとして表示）及び 5.炭化チタン中間層及びTiC外側層（TiC/TiNとして表
示） とした。但し、すべてのコーティングがすべての基材に
被覆されたわけではない。表は、コーティング密着性を
測定するためコーティング付き基材に行なわれた引掻き
試験の結果を示す。
これら結果は、窒化チタンを予備付着したものを含め
てTiCコーティングを上回るAlNコーティング層の改善さ
れた密着性を例示する。更に、改善された密着性は、基
材（Ｃ）上のAlN層上にTiCを付着したものにも認めら
れ、これは中間密着層としてAlNを使用することの有益
さを例示する。改善は更に、基材（Ｃ）に同様のコーテ
ィングを施した基材の顕微鏡写真であり、２種のコーテ
ィングについての引掻き試験により生ぜしめられたコー
ティング剥離の状況を示す第２及び３図により例示され
る。この場合、第２図は、1.0kgの負荷の下でのコーテ
ィングの広範囲の剥離を伴うTiC/TiNコーティングの劇
的な破損を例示する。第３図は、8.5kg負荷の引掻き試
験機を通したときに生じたTiC/AlNコーティングの剥離
例を示す。
てTiCコーティングを上回るAlNコーティング層の改善さ
れた密着性を例示する。更に、改善された密着性は、基
材（Ｃ）上のAlN層上にTiCを付着したものにも認めら
れ、これは中間密着層としてAlNを使用することの有益
さを例示する。改善は更に、基材（Ｃ）に同様のコーテ
ィングを施した基材の顕微鏡写真であり、２種のコーテ
ィングについての引掻き試験により生ぜしめられたコー
ティング剥離の状況を示す第２及び３図により例示され
る。この場合、第２図は、1.0kgの負荷の下でのコーテ
ィングの広範囲の剥離を伴うTiC/TiNコーティングの劇
的な破損を例示する。第３図は、8.5kg負荷の引掻き試
験機を通したときに生じたTiC/AlNコーティングの剥離
例を示す。
例２ TiC/AlN、TiN/AlN及び先行技術コーティングの耐摩耗性 TiC/AlN（２系列）、AlN中間コーティング上に窒化チ
タン（TiN/AlN）、TiC、及びTiC/TiNを基材（Ｃ）に被
覆した切削工具挿入体を、10インチ軸線距離に対して0.
050インチ切込み深さ及び0.015インチ／回転送り速度に
おいて600rpmで4340鋼を乾式機械加工することにより耐
摩耗試験した。挿入体に対するノーズ及びフランク部の
平均摩耗を第４図に示す。TiC/AlNコーティング付き挿
入体に対するノーズ及びフランク部の平均摩耗は、Ti
C、及びTiC/TiNコーティング付き挿入体のそれぞれの1/
3以下であり、またTiN/AlN挿入体に対する平均摩耗もや
はり低かった。
タン（TiN/AlN）、TiC、及びTiC/TiNを基材（Ｃ）に被
覆した切削工具挿入体を、10インチ軸線距離に対して0.
050インチ切込み深さ及び0.015インチ／回転送り速度に
おいて600rpmで4340鋼を乾式機械加工することにより耐
摩耗試験した。挿入体に対するノーズ及びフランク部の
平均摩耗を第４図に示す。TiC/AlNコーティング付き挿
入体に対するノーズ及びフランク部の平均摩耗は、Ti
C、及びTiC/TiNコーティング付き挿入体のそれぞれの1/
3以下であり、またTiN/AlN挿入体に対する平均摩耗もや
はり低かった。
同様の程度の改善が、他の種AlNコーティング付き窒
化珪素基基材にも認められた。
化珪素基基材にも認められた。
発明の効果 機械加工用途及び加工物材質に応じて、AlN層単独或
いは上述した他の様々のコーティングとの組合わせの使
用は、総合的な切削工具等の性能を向上するのに適合し
うる。これは、基材へのコーティングの改善された密着
性を提供する窒化アルミニウム層を通して実現されたも
のであり、そしてまた窒化アルミニウム層と他の外側層
との組合わせは密着性の改善並びに硬度、破壊靭性、耐
衝撃性、化学的不活性等いったコーティングの組織及び
性状の改善を実現し、セラミック業界に多大の貢献をな
すものである。特定的には、本発明は、機械加工速度、
温度及び加工品硬度についての厳しい賦課条件の下で金
属の機械加工の為の改善されてコーティング付き切削工
具及び切削工具挿入体提供する。更には、本発明は、切
削や機械加工用途のみならず、金属引抜きダイのような
摩耗部品用途に於ても有用な改善された密着性及び耐摩
耗性を示すコーティング付き物品を提供するものであ
る。
いは上述した他の様々のコーティングとの組合わせの使
用は、総合的な切削工具等の性能を向上するのに適合し
うる。これは、基材へのコーティングの改善された密着
性を提供する窒化アルミニウム層を通して実現されたも
のであり、そしてまた窒化アルミニウム層と他の外側層
との組合わせは密着性の改善並びに硬度、破壊靭性、耐
衝撃性、化学的不活性等いったコーティングの組織及び
性状の改善を実現し、セラミック業界に多大の貢献をな
すものである。特定的には、本発明は、機械加工速度、
温度及び加工品硬度についての厳しい賦課条件の下で金
属の機械加工の為の改善されてコーティング付き切削工
具及び切削工具挿入体提供する。更には、本発明は、切
削や機械加工用途のみならず、金属引抜きダイのような
摩耗部品用途に於ても有用な改善された密着性及び耐摩
耗性を示すコーティング付き物品を提供するものであ
る。
本発明の好ましい具体例について説明したが、本発明
の精神内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。
の精神内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。
第１図は、本発明に従うコーティング付き物品の組織及
び粒子構造を示す顕微鏡写真である。 第２及び３図は、先行技術及び本発明に従うコーティン
グ付き物品それぞれの引掻き試験後の組織及び粒子構造
を示す顕微鏡写真である。 第４図は、比較機械加工試験の結果を示すグラフであ
る。
び粒子構造を示す顕微鏡写真である。 第２及び３図は、先行技術及び本発明に従うコーティン
グ付き物品それぞれの引掻き試験後の組織及び粒子構造
を示す顕微鏡写真である。 第４図は、比較機械加工試験の結果を示すグラフであ
る。
Claims (6)
- 【請求項１】高密度化単体乃至複合窒化珪素基基材本体
に密着した高融点窒化アルミニウムコーティング層を付
着せしめて成る耐摩耗性コーティング付き物品。 - 【請求項２】窒化アルミニウムコーティング層とは異な
った化学組成を有する高融点材料の少なくとも一つの外
側密着コーティング層を窒化アルミニウムコーティング
層上に更に付着せしめた特許請求の範囲第１項記載のコ
ーティング付き物品。 - 【請求項３】外側密着高融点コーティング層が、炭化チ
タン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジ
ウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化クロム、炭化モ
リブデン或いは炭化タングステンから選ばれる炭化物、
もしくは窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウ
ム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化
クロム、窒化モリブデン或いは窒化タングステンから選
ばれる窒化物、もしくは炭窒化チタン、炭窒化ジルコニ
ウム、炭窒化ハフニウム、炭窒化バナジウム、炭窒化ニ
オブ、炭窒化タンタル、炭窒化クロム、炭窒化モリブデ
ン或いは炭窒化タングステンから選ばれる炭窒化物から
選択される特許請求の範囲第２項記載のコーティング付
き物品。 - 【請求項４】外側密着高融点コーティング層が、アルミ
ナ或いはジルコニウムから成る特許請求の範囲第２項記
載のコーティング付き物品。 - 【請求項５】密着窒化アルミニウムコーティング層が約
0.1〜10ミクロンの範囲の厚さを有する特許請求の範囲
第１項記載のコーティング付き物品。 - 【請求項６】外側密着コーティング層が約0.1〜10ミク
ロンの範囲の厚さを有する特許請求の範囲第２項記載の
コーティング付き物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10333387A | 1987-10-01 | 1987-10-01 | |
| US103333 | 1987-10-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208381A JPH01208381A (ja) | 1989-08-22 |
| JP2646247B2 true JP2646247B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=22294621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24465588A Expired - Lifetime JP2646247B2 (ja) | 1987-10-01 | 1988-09-30 | ＡｌＮ被覆窒化珪素基切削工具 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0310042B1 (ja) |
| JP (1) | JP2646247B2 (ja) |
| BR (1) | BR8805106A (ja) |
| CA (1) | CA1333242C (ja) |
| DE (1) | DE3888908T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59108716D1 (de) * | 1990-04-27 | 1997-07-03 | Saphirwerk Ind Prod | Wälzkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und Wälzkörper- oder Gleitlager |
| US5242753A (en) * | 1991-07-11 | 1993-09-07 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Substoichiometric zirconium nitride coating |
| US5700551A (en) * | 1994-09-16 | 1997-12-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Layered film made of ultrafine particles and a hard composite material for tools possessing the film |
| US8409695B2 (en) | 2010-05-28 | 2013-04-02 | Kennametal Inc. | Multilayer nitride hard coatings |
| CN116410018A (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-11 | 江苏博睿光电股份有限公司 | 一种基板、制备方法及应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57145088A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-07 | Hitachi Metals Ltd | Clad ceramic tool |
| US4441894A (en) * | 1983-09-26 | 1984-04-10 | Gte Laboratories Incorporated | Coated composite silicon nitride cutting tools |
| JPS6126581A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | 住友電気工業株式会社 | セラミツクス切削工具又は耐磨工具の製造方法 |
-
1988
- 1988-09-22 CA CA 578131 patent/CA1333242C/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-28 DE DE19883888908 patent/DE3888908T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-28 EP EP19880116023 patent/EP0310042B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-29 BR BR8805106A patent/BR8805106A/pt unknown
- 1988-09-30 JP JP24465588A patent/JP2646247B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0310042B1 (en) | 1994-04-06 |
| EP0310042A2 (en) | 1989-04-05 |
| CA1333242C (en) | 1994-11-29 |
| DE3888908D1 (de) | 1994-05-11 |
| EP0310042A3 (en) | 1989-09-27 |
| JPH01208381A (ja) | 1989-08-22 |
| BR8805106A (pt) | 1989-05-16 |
| DE3888908T2 (de) | 1994-07-21 |
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