JP2784544B2 - 被覆超硬合金工具の製造方法 - Google Patents
被覆超硬合金工具の製造方法Info
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- JP2784544B2 JP2784544B2 JP1282486A JP28248689A JP2784544B2 JP 2784544 B2 JP2784544 B2 JP 2784544B2 JP 1282486 A JP1282486 A JP 1282486A JP 28248689 A JP28248689 A JP 28248689A JP 2784544 B2 JP2784544 B2 JP 2784544B2
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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、表面に硬質膜が形成された、特に切削工具
として用いられる被覆超硬合金の製造方法に関し、より
詳細には、母材と硬質被覆層との付着強度を向上させた
被覆超硬合金の製造方法に関する。
として用いられる被覆超硬合金の製造方法に関し、より
詳細には、母材と硬質被覆層との付着強度を向上させた
被覆超硬合金の製造方法に関する。
［従来の技術］ 近年、切削工具として超硬合金から成る母材表面に、
化学気相成長法（CVD）により耐摩耗性の優れた硬質膜
を形成したものが知られている。
化学気相成長法（CVD）により耐摩耗性の優れた硬質膜
を形成したものが知られている。
通常、超硬合金母材は周期律表第4a族、第5a族、及び
第6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち１種又は
２種以上と、鉄族金属のうち１種又は２種以上の不可避
不純物とから構成され、硬質膜には周期律表第4a族、第
5a族及び第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化
物、窒酸化物、炭酸窒化物から選ばれる１種又は２種以
上の単層あるいは複層が用いられ、硬質膜は一般にCVD
等の化学気相合成法によって形成されている。
第6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち１種又は
２種以上と、鉄族金属のうち１種又は２種以上の不可避
不純物とから構成され、硬質膜には周期律表第4a族、第
5a族及び第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化
物、窒酸化物、炭酸窒化物から選ばれる１種又は２種以
上の単層あるいは複層が用いられ、硬質膜は一般にCVD
等の化学気相合成法によって形成されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これら硬質膜をCVD法等によって形成
するに際し、母材と硬質膜との界面には低次炭化物であ
る脆化層（η相）が形成されやすい。これは、コーティ
ング中に母材の炭素が被膜に拡散したため生じたものと
考えられる。この脆化層の生成によって母材と硬質膜と
の密着強度が低下するため、これを工具として用いた場
合、硬質膜の剥離が生じ、母材である超硬合金が露出し
て急激に摩耗が進行し、著しく切削性能、寿命が低下す
るという欠点を有していた。
するに際し、母材と硬質膜との界面には低次炭化物であ
る脆化層（η相）が形成されやすい。これは、コーティ
ング中に母材の炭素が被膜に拡散したため生じたものと
考えられる。この脆化層の生成によって母材と硬質膜と
の密着強度が低下するため、これを工具として用いた場
合、硬質膜の剥離が生じ、母材である超硬合金が露出し
て急激に摩耗が進行し、著しく切削性能、寿命が低下す
るという欠点を有していた。
［発明の目的］ 本発明は、上述の問題点を解決することを主たる目的
とするもので、具体的には母材と被膜との付着強度を高
め、耐剥離性に優れた長寿命の被覆超硬合金を得るため
の製造方法を提供することを目的とするものである。
とするもので、具体的には母材と被膜との付着強度を高
め、耐剥離性に優れた長寿命の被覆超硬合金を得るため
の製造方法を提供することを目的とするものである。
［問題を解決するための手段］ 本発明者は、上記問題点に対し研究を重ねたところ、
被覆層の形成時、脆化層の生成原因である母材からの炭
素の拡散が低温域では生じにくいことを見出して、超硬
合金母材上に最も近接する被覆層を形成する際、膜厚が
１μｍ以上に達するまで該被膜層の最適生成温度より10
0℃〜500℃低い温度にて被膜層を形成することにより、
母材から被膜への炭素の拡散並びに脆化層の形成が抑制
され、母材との付着強度の高い硬質膜が形成されること
を知見した。即ち、本願発明の被覆超硬合金工具の製造
方法は、周期律表第4a族、第5a族及び第6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物のうち１種又は２種以上と鉄族金
属のうちの１種又は２種以上と不可避不純物とから成る
超硬合金母材表面に、周期律表第4a族、第5a族及び第6a
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物あるい
はAlの酸化物から選ばれる１種又は２種以上の単層ある
いは複層を化学気相成長法によって被覆形成して成る被
覆超硬合金において、前記超硬合金母材に最も近接する
第１被覆層を形成する際、該該１被覆層の膜厚が１μｍ
以上に達するまで該第１被覆層の最適生成温度より100
℃〜500℃低い温度にて成膜し、その後の第２被覆層以
降の被覆層を、該被覆層の最適生成温度にて成膜するこ
とを特徴とする。
被覆層の形成時、脆化層の生成原因である母材からの炭
素の拡散が低温域では生じにくいことを見出して、超硬
合金母材上に最も近接する被覆層を形成する際、膜厚が
１μｍ以上に達するまで該被膜層の最適生成温度より10
0℃〜500℃低い温度にて被膜層を形成することにより、
母材から被膜への炭素の拡散並びに脆化層の形成が抑制
され、母材との付着強度の高い硬質膜が形成されること
を知見した。即ち、本願発明の被覆超硬合金工具の製造
方法は、周期律表第4a族、第5a族及び第6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物のうち１種又は２種以上と鉄族金
属のうちの１種又は２種以上と不可避不純物とから成る
超硬合金母材表面に、周期律表第4a族、第5a族及び第6a
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物あるい
はAlの酸化物から選ばれる１種又は２種以上の単層ある
いは複層を化学気相成長法によって被覆形成して成る被
覆超硬合金において、前記超硬合金母材に最も近接する
第１被覆層を形成する際、該該１被覆層の膜厚が１μｍ
以上に達するまで該第１被覆層の最適生成温度より100
℃〜500℃低い温度にて成膜し、その後の第２被覆層以
降の被覆層を、該被覆層の最適生成温度にて成膜するこ
とを特徴とする。
以下、本発明を詳述する。
通常、周期律表第4a族、第5a族及び第6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物を気相合成
法（CVD）によって形成させるには、金属塩化物をH2ガ
スをキャリアガスとして導き、それにそれぞれ炭化水素
ガス（メタン、プロパン等）、N2ガス、NH3ガス、CO2ガ
ス又はH2O蒸気を加えた混合ガスを高温の超硬合金母材
上で反応させることにより達成される。
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物を気相合成
法（CVD）によって形成させるには、金属塩化物をH2ガ
スをキャリアガスとして導き、それにそれぞれ炭化水素
ガス（メタン、プロパン等）、N2ガス、NH3ガス、CO2ガ
ス又はH2O蒸気を加えた混合ガスを高温の超硬合金母材
上で反応させることにより達成される。
本発明は基本的には上記のような形成方法を用いて、
硬質膜を形成するものであるが、本発明における特徴は
母材表面へ最も近接する第１層を形成させる際、その膜
厚が１μｍ以上に達するまではその被膜の最適生成温度
より100℃〜500℃低い温度にて被膜層を形成させる点に
ある。
硬質膜を形成するものであるが、本発明における特徴は
母材表面へ最も近接する第１層を形成させる際、その膜
厚が１μｍ以上に達するまではその被膜の最適生成温度
より100℃〜500℃低い温度にて被膜層を形成させる点に
ある。
なお、この被覆層の成膜温度を最適生成温度から100
℃〜500℃低い温度に設定した理由は、100℃未満では十
分な炭素拡散抑制効果が得られ難く、500℃を上回ると
被膜が生成されなくなったり、成膜速度が著しく低下し
工業上好ましくないためであり、特に最適生成温度より
150℃〜300℃低い範囲が望ましい。
℃〜500℃低い温度に設定した理由は、100℃未満では十
分な炭素拡散抑制効果が得られ難く、500℃を上回ると
被膜が生成されなくなったり、成膜速度が著しく低下し
工業上好ましくないためであり、特に最適生成温度より
150℃〜300℃低い範囲が望ましい。
また上記低温で生成する被膜の厚みは１μｍ以上でな
いと効果が期待できず、上記条件での被膜の厚みが１μ
ｍより薄いと後の最適生成温度での成膜において母材か
らの炭素の拡散が生じ易くなり、本発明の目的が達成で
きない。
いと効果が期待できず、上記条件での被膜の厚みが１μ
ｍより薄いと後の最適生成温度での成膜において母材か
らの炭素の拡散が生じ易くなり、本発明の目的が達成で
きない。
次に上記のような硬質膜を形成するための具体的な方
法について説明すると、例えば第１層として炭化チタン
膜を被覆する場合は600℃〜900℃の範囲で膜厚が１μｍ
以上になるまで被覆を行った後、最適な生成温度（900
℃〜1100℃）範囲に炉内温度を上昇させて被覆を行うこ
とにより目的とする付着強度の高い被膜が得られる。
法について説明すると、例えば第１層として炭化チタン
膜を被覆する場合は600℃〜900℃の範囲で膜厚が１μｍ
以上になるまで被覆を行った後、最適な生成温度（900
℃〜1100℃）範囲に炉内温度を上昇させて被覆を行うこ
とにより目的とする付着強度の高い被膜が得られる。
また、複数層形成する場合は、例えばTiC−TiCNを形
成する場合、TiC層形成時に600℃〜900℃の低温で１μ
ｍ以上生成した後、TiC層を最適生成温度で成膜すれば
よい。
成する場合、TiC層形成時に600℃〜900℃の低温で１μ
ｍ以上生成した後、TiC層を最適生成温度で成膜すれば
よい。
（作用） 上記の構成によれば、母材に近接する被膜の形成温度
がその被膜の最適生成温度より低いために母材から被膜
への炭素の拡散がおさえられ、脆化層であるη相の生成
を抑制することができる。
がその被膜の最適生成温度より低いために母材から被膜
への炭素の拡散がおさえられ、脆化層であるη相の生成
を抑制することができる。
（実施例１） 母材としてISO P20（超硬合金、型番CNMG120408）を
用い、反応容器内に設置した後、真空引き、ガス置換
後、温度を800℃に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44
％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を２μｍ被覆した後、温
度を1000℃に上昇させ、その他を同一条件とし全膜厚10
μｍとなる様被覆を行った。
用い、反応容器内に設置した後、真空引き、ガス置換
後、温度を800℃に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44
％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を２μｍ被覆した後、温
度を1000℃に上昇させ、その他を同一条件とし全膜厚10
μｍとなる様被覆を行った。
上記で得られた30個のサンプルに対し、下記の条件で
切削試験を行った。
切削試験を行った。
耐剥離テスト 被削材 SCM（10mm巾の溝が４本入ったもの） 速度 100m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 2mm 衝撃回数 約1000回 上記条件で切削後の刃先被膜の剥離の有無を調べ、剥
離したものの割合を算出したところ、８％と非常に良好
であった。
離したものの割合を算出したところ、８％と非常に良好
であった。
（実施例２） 実施例１と同一の母材を用い、反応容器内を同様に真
空引き、ガス置換後、温度750℃に上昇させ、H270％、T
iCl410％、NH320％、炉内圧力80mbarにてTiN膜を２μｍ
被覆した後、温度を1000℃に上昇させ、その他を同一条
件とし全膜厚10μｍとなる様被覆を行った。
空引き、ガス置換後、温度750℃に上昇させ、H270％、T
iCl410％、NH320％、炉内圧力80mbarにてTiN膜を２μｍ
被覆した後、温度を1000℃に上昇させ、その他を同一条
件とし全膜厚10μｍとなる様被覆を行った。
上記で得られた30個のサンプルに対し、実施例１と同
様の耐剥離テストを行ったところ、剥離率６％と非常に
良好である。
様の耐剥離テストを行ったところ、剥離率６％と非常に
良好である。
（実施例３） 実施例１と同一の母材を用い、反応容器内を同様に真
空引き、ガス置換後、温度を800℃に上昇させ、H260
％、TiCl44％、CH45％、N230％の割合に混合したガスを
導入し、炉内圧力800mbarにてTiCN膜を２μｍ被覆した
後、温度を1050℃に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44
％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を６μｍ、次に同一温度
でH260％、CO214％、HC15％、AlCl320％、炉内圧力60mb
arにしAl2O3膜２μｍ被覆し、全膜厚10μｍのTiCN＋TiC
＋Al2O3複層膜の作成を行った。
空引き、ガス置換後、温度を800℃に上昇させ、H260
％、TiCl44％、CH45％、N230％の割合に混合したガスを
導入し、炉内圧力800mbarにてTiCN膜を２μｍ被覆した
後、温度を1050℃に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44
％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を６μｍ、次に同一温度
でH260％、CO214％、HC15％、AlCl320％、炉内圧力60mb
arにしAl2O3膜２μｍ被覆し、全膜厚10μｍのTiCN＋TiC
＋Al2O3複層膜の作成を行った。
上記で得られたサンプルに対し、実施例１と同様の耐
剥離テストを行ったところ、剥離率10％と良好であっ
た。
剥離テストを行ったところ、剥離率10％と良好であっ
た。
（比較例） 比較チップとして、実施例１と同一の母材を用い、反
応容器内に設置した後、真空引き、ガス置換後、低温で
の被覆を行わず温度を1000℃に上昇させ、H292％、TiCl
44％、CH44％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を10μｍ被覆
を行った。
応容器内に設置した後、真空引き、ガス置換後、低温で
の被覆を行わず温度を1000℃に上昇させ、H292％、TiCl
44％、CH44％、炉内圧力60mbarにてTiC膜を10μｍ被覆
を行った。
また、同様にH270％、TiCl410％、NH320％、炉内圧力
800mbarにてTiN膜を10μｍとなるよう被覆を行った。
800mbarにてTiN膜を10μｍとなるよう被覆を行った。
上記で得られたサンプルに対し、実施例１と同様の耐
剥離テストを行い、本発明品と比較を行った。その結
果、剥離率は前者が25％、後者が20％と剥離が多く認め
られ、いずれも高い付着強度が得られないことが確認さ
れた。
剥離テストを行い、本発明品と比較を行った。その結
果、剥離率は前者が25％、後者が20％と剥離が多く認め
られ、いずれも高い付着強度が得られないことが確認さ
れた。
［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明によれば超硬合金上へ硬質
膜の形成するに際し、第１層を１μｍ以上の厚さになる
まで各種被覆の最適生成温度より100℃〜500℃低い温度
にて被覆層を形成することにより、母材からの炭素の拡
散が抑制され、脆化層（η相）の形成が阻止し、母材と
の付着強度の強い被膜が得られる。
膜の形成するに際し、第１層を１μｍ以上の厚さになる
まで各種被覆の最適生成温度より100℃〜500℃低い温度
にて被覆層を形成することにより、母材からの炭素の拡
散が抑制され、脆化層（η相）の形成が阻止し、母材と
の付着強度の強い被膜が得られる。
また、低温で被覆を行うことにより、形成される被膜
の結晶粒が微粒となり耐摩耗性も向上する。
の結晶粒が微粒となり耐摩耗性も向上する。
よってこれら被覆超硬合金工具を用いることにより、
著しい工具の寿命の向上を得ることができる。
著しい工具の寿命の向上を得ることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】周期律表第4a族、第5a族及び第6a族金属の
炭化物、窒化物、炭窒化物のうちの１種又は２種以上と
鉄族金属のうち１種又は２種以上と不可避不純物とから
成る超硬合金母材表面に、周期律表第4a族、第5a族及び
第6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物あ
るいはAlの酸化物から選ばれる１種又は２種以上の単層
あるいは複層を化学気相成長法によって被覆形成して成
る被覆超硬合金において、前記超硬合金母材に最も近接
する第１被覆層を形成する際、該第１被覆層の膜厚が１
μｍ以上に達するまで該第１被覆層の最適生成温度より
100℃〜500℃低い温度にて成膜し、その後の第２被覆層
以降の被覆層を、該被覆層の最適生成温度にて成膜する
ことを特徴とする被覆超硬合金工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1282486A JP2784544B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1282486A JP2784544B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146667A JPH03146667A (ja) | 1991-06-21 |
| JP2784544B2 true JP2784544B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=17653067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1282486A Expired - Lifetime JP2784544B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784544B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6147905A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光フアイバ余長収納具 |
| JPS6288509A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-23 | Hitachi Carbide Tools Ltd | 表面被覆超硬エンドミル |
| JPS63153273A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 金属薄膜の選択堆積方法 |
-
1989
- 1989-10-30 JP JP1282486A patent/JP2784544B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03146667A (ja) | 1991-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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