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

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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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
[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。
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。
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。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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。
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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

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