JP2766079B2 - 被覆ＴｉＣＮ基サーメット - Google Patents
被覆ＴｉＣＮ基サーメットInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性、靱性に優れ
たＴｉＣＮ基サーメットに関し、特に切削工具として被
削材仕上面に優れた表面被覆サーメットに関する。
たＴｉＣＮ基サーメットに関し、特に切削工具として被
削材仕上面に優れた表面被覆サーメットに関する。
【０００２】
【従来技術】近年、切削用焼結体として、周期律表第４
ａ、５ａ、６ａ族元素の複炭窒化物からなる硬質相と、
鉄族金属からなる結合相によって構成されるサーメット
が用いられるようになった。
ａ、５ａ、６ａ族元素の複炭窒化物からなる硬質相と、
鉄族金属からなる結合相によって構成されるサーメット
が用いられるようになった。
【０００３】かかるサーメットとしては、これまでＴｉ
Ｃを主成分とするＴｉＣ基サーメットが主流であった
が、このＴｉＣ基サーメットは、古くから工具材料とし
て用いられていた超硬合金に比較して耐欠損性が劣るた
めに、かかる系に対して窒化物を添加することにより靱
性を改善したいわゆるＴｉＣＮ基サーメットが提案され
ている。
Ｃを主成分とするＴｉＣ基サーメットが主流であった
が、このＴｉＣ基サーメットは、古くから工具材料とし
て用いられていた超硬合金に比較して耐欠損性が劣るた
めに、かかる系に対して窒化物を添加することにより靱
性を改善したいわゆるＴｉＣＮ基サーメットが提案され
ている。
【０００４】このＴｉＣＮ基サーメットにおける硬質相
は、一般にＴｉ、Ｗの複炭窒化物から構成され、さらに
硬質相形成成分としてＭｏ、Ｔａ等の炭化物や窒化物等
が添加されているが、このうちＭｏやＭｏ2 Ｃは、硬質
相の結合相との濡れ性を改善することから硬質相成分と
して必須成分とされている。また、ＴａＣはサーメット
の耐酸化性を改善するとともに切削工具としてのクレー
タ摩耗の進行を抑制する効果を有することから実用性の
点から必須の成分とされてきた。
は、一般にＴｉ、Ｗの複炭窒化物から構成され、さらに
硬質相形成成分としてＭｏ、Ｔａ等の炭化物や窒化物等
が添加されているが、このうちＭｏやＭｏ2 Ｃは、硬質
相の結合相との濡れ性を改善することから硬質相成分と
して必須成分とされている。また、ＴａＣはサーメット
の耐酸化性を改善するとともに切削工具としてのクレー
タ摩耗の進行を抑制する効果を有することから実用性の
点から必須の成分とされてきた。
【０００５】また、硬質相を形成する炭素（Ｃ）および
窒素（Ｎ）はサーメットの靱性および硬度を決定する大
きな要因であり、最近では窒素を多量に含有させること
により、サーメットの靱性を高めようとする試みがなさ
れている。
窒素（Ｎ）はサーメットの靱性および硬度を決定する大
きな要因であり、最近では窒素を多量に含有させること
により、サーメットの靱性を高めようとする試みがなさ
れている。
【０００６】ところが、最近に至りＴｉＣＮ基サーメッ
トに対して各種の改良がなされ、例えば特公昭６３−３
０１７号では、ＭｏやＭｏ2 Ｃが窒素を多量に含む系に
対しては結合相との濡れ性改善効果が発揮されず、焼結
性を阻害するという理由からＭｏやＭｏ2 Ｃを添加せ
ず、ＴｉＮからなる相を析出した系が提案され、その
他、硬質成分としてＮｂＣを添加しサーメットの耐熱衝
撃性や耐酸化性を改善することなども提案されている。
トに対して各種の改良がなされ、例えば特公昭６３−３
０１７号では、ＭｏやＭｏ2 Ｃが窒素を多量に含む系に
対しては結合相との濡れ性改善効果が発揮されず、焼結
性を阻害するという理由からＭｏやＭｏ2 Ｃを添加せ
ず、ＴｉＮからなる相を析出した系が提案され、その
他、硬質成分としてＮｂＣを添加しサーメットの耐熱衝
撃性や耐酸化性を改善することなども提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、これ
らのＴｉＣＮ基サーメットによれば、これらの技術改良
はサーメットの本質的な改良には至っておらず、これま
で工具材料として主流である超硬合金に対する切削特性
の劣化は依然として残っている。しかも、切削条件が厳
しくなる傾向にために工具材料としてもより高い特性の
ものが要求されている。
らのＴｉＣＮ基サーメットによれば、これらの技術改良
はサーメットの本質的な改良には至っておらず、これま
で工具材料として主流である超硬合金に対する切削特性
の劣化は依然として残っている。しかも、切削条件が厳
しくなる傾向にために工具材料としてもより高い特性の
ものが要求されている。
【０００８】そこで、従来のサーメットの組成について
種々検討したところ、組織上有芯構造を形成するサーメ
ットへＭｏやＭｏ2 Ｃを添加すると、Ｍｏ自体がＴｉＣ
に比較して硬度、熱伝導率、ヤング率、耐酸化性等の特
性において劣るために工具材料として特に耐摩耗性の低
下を招く傾向にあるという観点からＭｏを添加しない方
がよいを考えられる。
種々検討したところ、組織上有芯構造を形成するサーメ
ットへＭｏやＭｏ2 Ｃを添加すると、Ｍｏ自体がＴｉＣ
に比較して硬度、熱伝導率、ヤング率、耐酸化性等の特
性において劣るために工具材料として特に耐摩耗性の低
下を招く傾向にあるという観点からＭｏを添加しない方
がよいを考えられる。
【０００９】また、特公昭６３−３０１７号の構成によ
れば、ＴｉＮ相の析出はＴｉＮ相自体が金属との濡れ性
に劣るために結合相との界面が破壊源となり強度が劣化
するという問題を有している。
れば、ＴｉＮ相の析出はＴｉＮ相自体が金属との濡れ性
に劣るために結合相との界面が破壊源となり強度が劣化
するという問題を有している。
【００１０】一方、Ｔａの耐酸化性効果は窒素を多量に
含有するサーメットではその効果はほとんどなく、逆に
焼結性を阻害し、緻密体を得るためにはＭｏを無添加と
する場合には特に焼結温度を高く設定する必要があるた
めに焼結体粒子の粒成長を引起しサーメットの耐摩耗性
を低下するという問題があることがわかった。
含有するサーメットではその効果はほとんどなく、逆に
焼結性を阻害し、緻密体を得るためにはＭｏを無添加と
する場合には特に焼結温度を高く設定する必要があるた
めに焼結体粒子の粒成長を引起しサーメットの耐摩耗性
を低下するという問題があることがわかった。
【００１１】さらに被削材の仕上面の品質に対してはサ
ーメットに含有される結合相成分としての鉄族金属の影
響より、その向上には限界があった。
ーメットに含有される結合相成分としての鉄族金属の影
響より、その向上には限界があった。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記の
知見から耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性に優れたサーメ
ットの組成について検討をおこなった結果、硬質相を形
成する金属成分としてＴｉ、Ｗを必須成分とし、従来こ
れにＭｏやＴａを添加していたのに対してこれらの代わ
りに、ＮｂおよびＶを選択してそれぞれ特定の範囲で配
合するとともに系中のＭｏおよびＴａの量を極力小さく
することによって優れた切削特性を有するＴｉＣＮ基サ
ーメットが得られることを知見し、さらにこのサーメッ
トの表面に特定の被膜を形成することにより上記サーメ
ット自体の特性を阻害することなく被削材の切削加工後
の仕上面品質を向上できることを知見した。
知見から耐摩耗性、耐欠損性、耐酸化性に優れたサーメ
ットの組成について検討をおこなった結果、硬質相を形
成する金属成分としてＴｉ、Ｗを必須成分とし、従来こ
れにＭｏやＴａを添加していたのに対してこれらの代わ
りに、ＮｂおよびＶを選択してそれぞれ特定の範囲で配
合するとともに系中のＭｏおよびＴａの量を極力小さく
することによって優れた切削特性を有するＴｉＣＮ基サ
ーメットが得られることを知見し、さらにこのサーメッ
トの表面に特定の被膜を形成することにより上記サーメ
ット自体の特性を阻害することなく被削材の切削加工後
の仕上面品質を向上できることを知見した。
【００１３】即ち、本発明は、少なくともＴｉ、Ｗ、Ｎ
ｂおよびＶを含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合
相とから構成され、全体組成から前記鉄族金属を除く他
の成分組成を〔 (Ｔｉ)a (Ｎｂ, Ｖ)b (Ｗ)c〕（Ｃu Ｎ
v ）z と表した時、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５０≦ａ≦
０．９５、０．０５≦ｂ＋ｃ≦０．５、０．４０≦ｂ／
ｂ＋ｃ≦０．９５、０．４０≦ｖ≦０．６０、０．８０
≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足するとともに、前記Ｎ
ｂとＶとの原子比（Ｎｂ／Ｖ）が１〜１０の範囲にある
ＴｉＣＮ基サーメットの表面に、該サーメットよりＴｉ
に富み、平均粒径を０．４μｍ以下、鉄族金属含有量が
１００ｐｐｍ以下のＴｉを含有する硬質膜を被覆してな
ることを特徴とするものである。
ｂおよびＶを含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合
相とから構成され、全体組成から前記鉄族金属を除く他
の成分組成を〔 (Ｔｉ)a (Ｎｂ, Ｖ)b (Ｗ)c〕（Ｃu Ｎ
v ）z と表した時、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５０≦ａ≦
０．９５、０．０５≦ｂ＋ｃ≦０．５、０．４０≦ｂ／
ｂ＋ｃ≦０．９５、０．４０≦ｖ≦０．６０、０．８０
≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足するとともに、前記Ｎ
ｂとＶとの原子比（Ｎｂ／Ｖ）が１〜１０の範囲にある
ＴｉＣＮ基サーメットの表面に、該サーメットよりＴｉ
に富み、平均粒径を０．４μｍ以下、鉄族金属含有量が
１００ｐｐｍ以下のＴｉを含有する硬質膜を被覆してな
ることを特徴とするものである。
【００１４】本発明の被覆ＴｉＣＮ基サーメットは、基
本的に硬質相並びに結合相からなる母材と、その母材表
面に形成された硬質被覆層から構成されるものである。
本的に硬質相並びに結合相からなる母材と、その母材表
面に形成された硬質被覆層から構成されるものである。
【００１５】サーメット母材において、硬質相を形成す
る成分として、Ｔｉは、およそＴｉＣＮとして焼結体内
に存在するが、このＴｉ量（ａ）が０．５より少ないと
サーメット工具としての特徴である耐摩耗性、金属に対
する低い親和性が不十分となり、０．９５を越えると耐
欠損性に劣ることとなる。なお、ａは０．７０≦ａ≦
０．９であることが特に望ましい。
る成分として、Ｔｉは、およそＴｉＣＮとして焼結体内
に存在するが、このＴｉ量（ａ）が０．５より少ないと
サーメット工具としての特徴である耐摩耗性、金属に対
する低い親和性が不十分となり、０．９５を越えると耐
欠損性に劣ることとなる。なお、ａは０．７０≦ａ≦
０．９であることが特に望ましい。
【００１６】また、Ｎｂ、Ｖ、Ｗは、硬質相を形成する
補助的成分で、いずれもサーメットの粒成長を抑制する
効果を有し、微細な結晶構造を形成させサーメットの強
度、靱性を高める作用をなす。よって、これらの合量
（ｂ＋ｃ）が０．０５より少ないと耐欠損性が不十分と
なり、０．５より大きいと耐摩耗性が劣るとともに被削
材との反応性が高く成る傾向にある。なお、（ｂ＋ｃ）
値は０．１０≦ｂ＋ｃ≦０．３０であることが特に望ま
しい。
補助的成分で、いずれもサーメットの粒成長を抑制する
効果を有し、微細な結晶構造を形成させサーメットの強
度、靱性を高める作用をなす。よって、これらの合量
（ｂ＋ｃ）が０．０５より少ないと耐欠損性が不十分と
なり、０．５より大きいと耐摩耗性が劣るとともに被削
材との反応性が高く成る傾向にある。なお、（ｂ＋ｃ）
値は０．１０≦ｂ＋ｃ≦０．３０であることが特に望ま
しい。
【００１７】これらのうち、ＷはＷＣとして硬質相の結
合相との濡れ性を改善するとともに靱性を高める作用を
なすために必須の成分であるが、硬質相が（Ｔｉ，Ｗ）
ＣＮから構成される場合は、耐摩耗性、耐酸化性、耐欠
損性等の特性が実用的レベルに達していないというに問
題がある。そこで、硬質相を強化し諸特性を向上するこ
とを目的としてＭｏやＴａ等の炭化物が必須の成分とし
てこれまで使用されたが、前述した通りＭｏ2 Ｃ自体、
硬質相主成分であるＴｉＣあるいはＴｉＣＮに比較して
特性が劣るために逆にサーメットの特性を劣化させてし
まう。また、焼結性は系中の結合相の量に大きく左右さ
れるが、結合相が同量である場合、ＴａＣの添加により
焼結性が低下するために高温焼成が必要となり、これに
より結晶の粒径が大きくなるためにサーメットの耐摩耗
性が劣化する。
合相との濡れ性を改善するとともに靱性を高める作用を
なすために必須の成分であるが、硬質相が（Ｔｉ，Ｗ）
ＣＮから構成される場合は、耐摩耗性、耐酸化性、耐欠
損性等の特性が実用的レベルに達していないというに問
題がある。そこで、硬質相を強化し諸特性を向上するこ
とを目的としてＭｏやＴａ等の炭化物が必須の成分とし
てこれまで使用されたが、前述した通りＭｏ2 Ｃ自体、
硬質相主成分であるＴｉＣあるいはＴｉＣＮに比較して
特性が劣るために逆にサーメットの特性を劣化させてし
まう。また、焼結性は系中の結合相の量に大きく左右さ
れるが、結合相が同量である場合、ＴａＣの添加により
焼結性が低下するために高温焼成が必要となり、これに
より結晶の粒径が大きくなるためにサーメットの耐摩耗
性が劣化する。
【００１８】これに対してＮｂは炭化物としてＭｏ2 Ｃ
に比較してそれ自体優れた特性を有するためにサーメッ
トの特性改善に大きく寄与するとともに焼結性に影響を
与えないために、サーメットの耐摩耗性、耐酸化性、耐
欠損性を向上することができることがわかった。また、
ＶはＶＣとしてＮｂとともに硬質相を形成することによ
りＮｂの添加効果をを助長し、特にサーメットの高速切
削時の耐摩耗性を大きく向上することができる。
に比較してそれ自体優れた特性を有するためにサーメッ
トの特性改善に大きく寄与するとともに焼結性に影響を
与えないために、サーメットの耐摩耗性、耐酸化性、耐
欠損性を向上することができることがわかった。また、
ＶはＶＣとしてＮｂとともに硬質相を形成することによ
りＮｂの添加効果をを助長し、特にサーメットの高速切
削時の耐摩耗性を大きく向上することができる。
【００１９】このような関係から、Ｗ、Ｎｂ、Ｖの合量
（ｂ＋ｃ）に対するＮｂとＶの合量（ｂ）の割合（ｂ／
ｂ＋ｃ）が前記式において０．４より小さいと耐摩耗
性、耐酸化性に劣り、逆に０．９５より大きいと耐欠損
性が低下する。なお、Ｎｂ／Ｖの原子比は１〜１０、特
に２〜６であることが望ましい。
（ｂ＋ｃ）に対するＮｂとＶの合量（ｂ）の割合（ｂ／
ｂ＋ｃ）が前記式において０．４より小さいと耐摩耗
性、耐酸化性に劣り、逆に０．９５より大きいと耐欠損
性が低下する。なお、Ｎｂ／Ｖの原子比は１〜１０、特
に２〜６であることが望ましい。
【００２０】一方、窒素および炭素の量はサーメットの
硬度および靱性を決定する要因として非常に重要であ
り、特に窒素の量が増加するに従い、靱性が向上する傾
向にあるが、窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の
分解によるガスがボイド中に焼結体中に残留するという
問題が生じる。よって前記式において窒素量（ｖ）が
０．４より小さいと、靱性が低下し耐欠損性が不十分と
なり、０．６を越えると焼結体内にボイドが発生し信頼
性に欠けるようになる。
硬度および靱性を決定する要因として非常に重要であ
り、特に窒素の量が増加するに従い、靱性が向上する傾
向にあるが、窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の
分解によるガスがボイド中に焼結体中に残留するという
問題が生じる。よって前記式において窒素量（ｖ）が
０．４より小さいと、靱性が低下し耐欠損性が不十分と
なり、０．６を越えると焼結体内にボイドが発生し信頼
性に欠けるようになる。
【００２１】また、窒素、炭素量のＴｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ
の合量に対する比率（ｚ）が０．８より小さいと焼結性
が劣化しボイドが残留し、１．０より大きいと遊離炭素
が発生するために強度劣化を引き起こす結果となる。望
ましくは０．８５≦ｚ≦１．０である。
の合量に対する比率（ｚ）が０．８より小さいと焼結性
が劣化しボイドが残留し、１．０より大きいと遊離炭素
が発生するために強度劣化を引き起こす結果となる。望
ましくは０．８５≦ｚ≦１．０である。
【００２２】本発明において結合相を形成する鉄族金属
としては、Ｎｉおよび／またはＣｏが挙げられ、望まし
くはＮｉとＣｏから構成され、特にＣｏ／Ｎｉ＋Ｃｏの
モル比が０．５〜０．９であることが耐摩耗性向上の点
からよい。また、この鉄族金属は系中において３〜４０
重量％、特に５〜３０重量％の割合で存在することが望
ましい。
としては、Ｎｉおよび／またはＣｏが挙げられ、望まし
くはＮｉとＣｏから構成され、特にＣｏ／Ｎｉ＋Ｃｏの
モル比が０．５〜０．９であることが耐摩耗性向上の点
からよい。また、この鉄族金属は系中において３〜４０
重量％、特に５〜３０重量％の割合で存在することが望
ましい。
【００２３】上述したサーメットによれば、例えば構造
用合金鋼ＳＣＭ４３５を被削材として切削を行うと、サ
ーメット中の鉄族金属並びに硬質相中のＷ等が被削材と
反応し、仕上げ面が荒れる場合がある。そこで、本発明
によれば、かかるＴｉＣＮ基サーメットの表面にＴｉを
含有する硬質膜を被覆する。
用合金鋼ＳＣＭ４３５を被削材として切削を行うと、サ
ーメット中の鉄族金属並びに硬質相中のＷ等が被削材と
反応し、仕上げ面が荒れる場合がある。そこで、本発明
によれば、かかるＴｉＣＮ基サーメットの表面にＴｉを
含有する硬質膜を被覆する。
【００２４】この硬質膜は、サーメット母材と被削材と
の反応性を抑制させるために、硬質膜のＴｉ量を母材の
Ｔｉ量、特に表層部のＴｉ量よりも富んだ膜にすること
により前述したサーメットの被削材との反応性を抑制す
ることができる。また、サーメット表面に硬質膜を形成
する際に、サーメット表面において富む鉄族金属が硬質
膜中に拡散し、これが硬質膜の硬度、被削材との非反応
性等の被膜本来の特性を劣化させてしまう。よって、こ
の硬質膜は、その膜中に含有される鉄族金属量を１００
ｐｐｍ以下、特に７０ｐｐｍ以下に制御することが必要
である。
の反応性を抑制させるために、硬質膜のＴｉ量を母材の
Ｔｉ量、特に表層部のＴｉ量よりも富んだ膜にすること
により前述したサーメットの被削材との反応性を抑制す
ることができる。また、サーメット表面に硬質膜を形成
する際に、サーメット表面において富む鉄族金属が硬質
膜中に拡散し、これが硬質膜の硬度、被削材との非反応
性等の被膜本来の特性を劣化させてしまう。よって、こ
の硬質膜は、その膜中に含有される鉄族金属量を１００
ｐｐｍ以下、特に７０ｐｐｍ以下に制御することが必要
である。
【００２５】さらに、硬質膜を構成する結晶の粒径は、
膜の硬度、強度を左右する要因となり、その結晶粒径が
小さいほど硬質且つ高強度、高靱性な被膜となる。よっ
て本発明によれば、この硬質膜の結晶粒径を０．４μm
以下、特に０．３μm 以下に制御することにより硬質膜
としての本来の機能を発揮するとともに、膜中破壊に起
因する粒脱落、しいては膜剥離を防止することができ
る。
膜の硬度、強度を左右する要因となり、その結晶粒径が
小さいほど硬質且つ高強度、高靱性な被膜となる。よっ
て本発明によれば、この硬質膜の結晶粒径を０．４μm
以下、特に０．３μm 以下に制御することにより硬質膜
としての本来の機能を発揮するとともに、膜中破壊に起
因する粒脱落、しいては膜剥離を防止することができ
る。
【００２６】なお、Ｔｉ量がサーメット中のＴｉ量より
も富むＴｉ含有硬質膜としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ等が好適であり、これらの膜中には場合により酸素
が含まれることもある。
も富むＴｉ含有硬質膜としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ等が好適であり、これらの膜中には場合により酸素
が含まれることもある。
【００２７】この硬質膜は、サーメット表面に１〜１０
μm の厚みで被覆するのが望ましく、膜厚が１μm より
小さいと、被削材との反応性抑制効果が小さく、被削材
の表面に荒れが生じ、１０μm より厚いと母材と被覆層
との熱膨張差により使用時に剥離し易くなる。
μm の厚みで被覆するのが望ましく、膜厚が１μm より
小さいと、被削材との反応性抑制効果が小さく、被削材
の表面に荒れが生じ、１０μm より厚いと母材と被覆層
との熱膨張差により使用時に剥離し易くなる。
【００２８】次に、上記被覆ＴｉＣＮ基サーメットを製
造する方法について説明すると、まず、原料粉末として
Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂの炭化物、窒化物、炭窒化物の粉末およ
び鉄族金属粉末を最終焼結体が前述した割合に成るよう
に秤量混合する。その後、この混合粉末をプレス成形、
押し出し成形、射出成形等の周知の成形手段で成形後、
焼成する。
造する方法について説明すると、まず、原料粉末として
Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂの炭化物、窒化物、炭窒化物の粉末およ
び鉄族金属粉末を最終焼結体が前述した割合に成るよう
に秤量混合する。その後、この混合粉末をプレス成形、
押し出し成形、射出成形等の周知の成形手段で成形後、
焼成する。
【００２９】焼成は、真空中、窒素中の雰囲気あるいは
還元性雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼成す
ることによって高密度の焼結体が得られる。
還元性雰囲気中で１４００〜１６００℃の温度で焼成す
ることによって高密度の焼結体が得られる。
【００３０】なお、焼成において鉄族金属との濡れ性に
優れるＭｏを実質上添加しないことに起因して系全体の
焼結性が若干低下することがあるが、この場合には鉄族
金属の量を増やすか、または炭素を０．０５〜３重量％
程度添加することにより焼結性は改善される。
優れるＭｏを実質上添加しないことに起因して系全体の
焼結性が若干低下することがあるが、この場合には鉄族
金属の量を増やすか、または炭素を０．０５〜３重量％
程度添加することにより焼結性は改善される。
【００３１】さらに、用いるＴｉ化合物系原料粉末とし
て、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等が挙げられるが、Ｔｉ
Ｎは場合により最終焼結体中にＴｉＮ相として残存する
ことがあるが、このＴｉＮ相は、それ自体結合相との濡
れ性が悪いことから結合相とＴｉＮ相との界面がクラッ
クの起点となりサーメットの機械的特性を劣化させてし
まう。よって、原料としてＴｉＣやＴｉＣＮを用い、多
量のＴｉＮ粉末の添加を行わず、ＴｉＮ相が形成されな
いように考慮すべきである。
て、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等が挙げられるが、Ｔｉ
Ｎは場合により最終焼結体中にＴｉＮ相として残存する
ことがあるが、このＴｉＮ相は、それ自体結合相との濡
れ性が悪いことから結合相とＴｉＮ相との界面がクラッ
クの起点となりサーメットの機械的特性を劣化させてし
まう。よって、原料としてＴｉＣやＴｉＣＮを用い、多
量のＴｉＮ粉末の添加を行わず、ＴｉＮ相が形成されな
いように考慮すべきである。
【００３２】本発明によれば、上記の系に対して特性を
改善する目的でさらにＺｒ、Ｈｆ、Ｃｒ等の炭化物、窒
化物、炭窒化物等を添加することもできる。
改善する目的でさらにＺｒ、Ｈｆ、Ｃｒ等の炭化物、窒
化物、炭窒化物等を添加することもできる。
【００３３】次に、上記のようにして得られたサーメッ
トの表面にＴｉを含有する硬質膜を形成する。具体的に
は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザＣＶＤ等の化学
気相成長法（ＣＶＤ法）、スパッタリング、イオンプレ
ーティング等の物理的蒸着法（ＰＤＶ法）、あるいは気
相含浸法等が採用されるが、本発明に基づき硬質膜の粒
径を０．４μm 以下に制御するにはイオンプレーティン
グ、プラズマＣＶＤ法、スパッタリングが望ましい。
トの表面にＴｉを含有する硬質膜を形成する。具体的に
は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザＣＶＤ等の化学
気相成長法（ＣＶＤ法）、スパッタリング、イオンプレ
ーティング等の物理的蒸着法（ＰＤＶ法）、あるいは気
相含浸法等が採用されるが、本発明に基づき硬質膜の粒
径を０．４μm 以下に制御するにはイオンプレーティン
グ、プラズマＣＶＤ法、スパッタリングが望ましい。
【００３４】また、鉄族金属の硬質膜中への混入量を１
００ｐｐｍ以下に制限するとともに膜付着強度を考慮し
た場合、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ法が等
が望ましく、特にイオンプレーティング法によれば、成
膜温度が低いことに起因して膜の結晶粒の微細化制御が
容易であること、しかも母材からの鉄族金属の拡散が抑
制されるために膜中への混入を防止することができる。
また、成膜にあたっては、反応炉内の設備等において鉄
族金属製の部品を極力排除するように考慮することも必
要である。
００ｐｐｍ以下に制限するとともに膜付着強度を考慮し
た場合、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ法が等
が望ましく、特にイオンプレーティング法によれば、成
膜温度が低いことに起因して膜の結晶粒の微細化制御が
容易であること、しかも母材からの鉄族金属の拡散が抑
制されるために膜中への混入を防止することができる。
また、成膜にあたっては、反応炉内の設備等において鉄
族金属製の部品を極力排除するように考慮することも必
要である。
【００３５】
【実施例】原料粉末として平均粒径が１〜１．５μm の
ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＮｉおよびＣ
ｏの各粉末を用いて最終焼結体の組成が表１の割合に成
るように秤量混合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力
でＴＮＧＡ１６０４０８用のチップ形状にプレス成形し
た。なお試料中１４、１５については、比較例としてＮ
ｂＣおよびＶＣの代わりにＭｏ2 Ｃ、ＴａＣを用いた。
その後、次に、これらの成形体を１４００〜１６００℃
の温度で真空雰囲気で１時間焼成した。
ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＮｉおよびＣ
ｏの各粉末を用いて最終焼結体の組成が表１の割合に成
るように秤量混合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力
でＴＮＧＡ１６０４０８用のチップ形状にプレス成形し
た。なお試料中１４、１５については、比較例としてＮ
ｂＣおよびＶＣの代わりにＭｏ2 Ｃ、ＴａＣを用いた。
その後、次に、これらの成形体を１４００〜１６００℃
の温度で真空雰囲気で１時間焼成した。
【００３６】得られた焼結体に対して組織観察を行った
ところ、Ｔｉ、Ｗを主体とする複炭窒化物からなる硬質
相と、結合相から構成されており、いずれの試料にもＴ
ｉＮ相の析出は認められなかった。
ところ、Ｔｉ、Ｗを主体とする複炭窒化物からなる硬質
相と、結合相から構成されており、いずれの試料にもＴ
ｉＮ相の析出は認められなかった。
【００３７】硬質膜は、イオンプレーティング法により
母材温度を３００〜７００℃に設定して３μm の膜厚に
なるようにＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ膜を形成し
た。また、被膜における結晶の平均粒径をＳＥＭ観察に
より、膜中の鉄族金属の含有量をＩＣＰ分析により測定
した。
母材温度を３００〜７００℃に設定して３μm の膜厚に
なるようにＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ膜を形成し
た。また、被膜における結晶の平均粒径をＳＥＭ観察に
より、膜中の鉄族金属の含有量をＩＣＰ分析により測定
した。
【００３８】次に、各試料を用いて下記切削条件で摩耗
試験、欠損試験を行い、切削後のフランク摩耗量ならび
に非欠損コーナー数を調べた。結果は表２に示した。
試験、欠損試験を行い、切削後のフランク摩耗量ならび
に非欠損コーナー数を調べた。結果は表２に示した。
【００３９】 （摩耗試験） 被削材 ＳＣＭ４３５ 切削速度 ２００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ２ｍｍ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 １０ｍｉｎ
【００４０】 （欠損試験） 被削材 ＳＣＭ４３５（４本溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ２ｍｍ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 １ｍｉｎ
【００４１】また、仕上面の評価として表面粗さ計を用
いて、被削材仕上げ面状態をＲｍａｘにて表現する手法
にて行い、この値が１０ｓ以上のものを×、１０ｓ未満
のものを○として評価した。
いて、被削材仕上げ面状態をＲｍａｘにて表現する手法
にて行い、この値が１０ｓ以上のものを×、１０ｓ未満
のものを○として評価した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】表１および表２によれば、従来から硬質相
成分として用いられていたＭｏやＴａを含有するサーメ
ットを母材として用いた試料番号１０、１１の試料は、
いずれも摩耗量が大きく、耐欠損性も本発明品に比較し
て劣るものであった。
成分として用いられていたＭｏやＴａを含有するサーメ
ットを母材として用いた試料番号１０、１１の試料は、
いずれも摩耗量が大きく、耐欠損性も本発明品に比較し
て劣るものであった。
【００４５】これに対して本発明の試料はいずれも優れ
た切削性能を示すが、母材の組成においてＴｉ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ｃ、Ｎの組成が本発明の範囲を逸脱する試料はいず
れも満足すべき結果が得られなかった。
た切削性能を示すが、母材の組成においてＴｉ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ｃ、Ｎの組成が本発明の範囲を逸脱する試料はいず
れも満足すべき結果が得られなかった。
【００４６】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明の被覆Ｔｉ
ＣＮ基サーメットは、母材における硬質相成分としてＭ
ｏおよびＴａを代わりにＮｂおよびＶを選択し、さらに
表面に所定の被膜を形成することにより、優れた耐摩耗
性、耐欠損性を有するとともに被削材の切削加工後の仕
上面の品質を向上させることができ、工具用材料として
長寿命化を図ることができる。
ＣＮ基サーメットは、母材における硬質相成分としてＭ
ｏおよびＴａを代わりにＮｂおよびＶを選択し、さらに
表面に所定の被膜を形成することにより、優れた耐摩耗
性、耐欠損性を有するとともに被削材の切削加工後の仕
上面の品質を向上させることができ、工具用材料として
長寿命化を図ることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｔｉを主体とし、少なくともＷ、Ｎｂお
よびＶを含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合相と
から構成され、全体組成から前記鉄族金属および不可避
不純物を除く他の成分組成を〔 (Ｔｉ)a (Ｎｂ, Ｖ)b
(Ｗ)c〕（Ｃu Ｎv ）z と表した時、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
０．５０≦ａ≦０．９５、０．０５≦ｂ＋ｃ≦０．５、
０．４０≦ｂ／ｂ＋ｃ≦０．９５、０．４０≦ｖ≦０．
６０、０．８０≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足すると
ともに、前記ＮｂとＶとの原子比（Ｎｂ／Ｖ）が１〜１
０の範囲にあるＴｉＣＮ基サーメットの表面に、該サー
メットよりＴｉに富み、平均粒径を０．４μｍ以下、鉄
族金属含有量が１００ｐｐｍ以下のＴｉを含有する硬質
膜を被覆してなることを特徴とする被覆ＴｉＣＮ基サー
メット。 - 【請求項２】 前記サーメット中のＭｏおよびＴａの含
有量がそれぞれ０．５重量％以下である請求項１記載の
被覆ＴｉＣＮ基サーメット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416053A JP2766079B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 被覆ＴｉＣＮ基サーメット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416053A JP2766079B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 被覆ＴｉＣＮ基サーメット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04231454A JPH04231454A (ja) | 1992-08-20 |
| JP2766079B2 true JP2766079B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=18524306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416053A Expired - Fee Related JP2766079B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 被覆ＴｉＣＮ基サーメット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766079B2 (ja) |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2416053A patent/JP2766079B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04231454A (ja) | 1992-08-20 |
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Legal Events
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