JP2814106B2 - 被覆超硬合金 - Google Patents
被覆超硬合金Info
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- JP2814106B2 JP2814106B2 JP1163167A JP16316789A JP2814106B2 JP 2814106 B2 JP2814106 B2 JP 2814106B2 JP 1163167 A JP1163167 A JP 1163167A JP 16316789 A JP16316789 A JP 16316789A JP 2814106 B2 JP2814106 B2 JP 2814106B2
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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に関し、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に関する。
として用いられる被覆超硬合金に関し、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に関する。
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法第4a族、第5a族、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種以上と、不可避不
純物から構成され、硬質膜には周期律表第4a族、第5a
族、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
学気相成長法（化学気相合成法ともいう）によって形成
されている。
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種以上と、不可避不
純物から構成され、硬質膜には周期律表第4a族、第5a
族、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
学気相成長法（化学気相合成法ともいう）によって形成
されている。
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
る脆化層が形成されやすい。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
として用いた場合に、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
る脆化層が形成されやすい。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
として用いた場合に、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。
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提供する
ことを目的とするものである。
本発明者は、上記問題点に対し研究を重ねた結果、超
硬合金母材上に、第１層として周期律表第4a族、第5a
族、第6a族金属元素と、炭素、窒素、酸素の少なくとも
２種以上の非金属元素との化合物から成る硬質膜を被覆
するもので、且つ、硬質膜中の非金属元素のうちの少な
くとも１種を母材より、他の非金属元素を気相より供給
させて化合物を形成することによって脆化層の形成が抑
制されるとともに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。
硬合金母材上に、第１層として周期律表第4a族、第5a
族、第6a族金属元素と、炭素、窒素、酸素の少なくとも
２種以上の非金属元素との化合物から成る硬質膜を被覆
するもので、且つ、硬質膜中の非金属元素のうちの少な
くとも１種を母材より、他の非金属元素を気相より供給
させて化合物を形成することによって脆化層の形成が抑
制されるとともに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。
以下、本発明を詳述する。
通常、周期律表第4a族、第5a族、第6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物を気相成長
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、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、酸窒化物を気相成長
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、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１つの
特徴は母材表面への第１層として、前記金属元素と、炭
素、窒素、酸素の非金属元素のうち２種以上との化合
物、即ち、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、炭酸窒化物
を形成させる点にある。しかし、硬質膜の非金属元素の
すべてを気相より供給するという従来の気相成長法で
は、付着強度の高い硬質膜を得ることは難しい。
硬質膜を形成するものであるが、本発明における１つの
特徴は母材表面への第１層として、前記金属元素と、炭
素、窒素、酸素の非金属元素のうち２種以上との化合
物、即ち、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、炭酸窒化物
を形成させる点にある。しかし、硬質膜の非金属元素の
すべてを気相より供給するという従来の気相成長法で
は、付着強度の高い硬質膜を得ることは難しい。
本発明によれば、上記の非金属元素を２種以上含有す
る硬質膜を生成するに当たり、非金属元素のうち少なく
とも１種を母材より供給し、他方の非金属元素を気相よ
り供給することを第２の特徴とするものである。
る硬質膜を生成するに当たり、非金属元素のうち少なく
とも１種を母材より供給し、他方の非金属元素を気相よ
り供給することを第２の特徴とするものである。
そこで、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、まず、硬質膜の生成に
先立ち、被覆しようとする超硬合金母材を予め、形成し
ようとする硬質膜の非金属元素のうちの１種以上の元素
を含むガス、例えば、非金属元素の１種が炭素の場合は
炭化水素ガス、窒素の場合は窒素ガス、酸素の場合は酸
素ガスあるいは水蒸気中で500〜1000℃の温度で熱処理
することによって母材表面に該非金属元素を含浸させ
る。
体的な方法について説明すると、まず、硬質膜の生成に
先立ち、被覆しようとする超硬合金母材を予め、形成し
ようとする硬質膜の非金属元素のうちの１種以上の元素
を含むガス、例えば、非金属元素の１種が炭素の場合は
炭化水素ガス、窒素の場合は窒素ガス、酸素の場合は酸
素ガスあるいは水蒸気中で500〜1000℃の温度で熱処理
することによって母材表面に該非金属元素を含浸させ
る。
次に、含浸処理した母材を用い、他の１種の非金属元
素含有ガスと金属塩化物をH2ガスをキャリアガスとして
導き反応させることにより、母材表面に母材から拡散し
た非金属元素と、気相より供給された非金属元素を合わ
せ持つ金属化合物が生成されるのである。
素含有ガスと金属塩化物をH2ガスをキャリアガスとして
導き反応させることにより、母材表面に母材から拡散し
た非金属元素と、気相より供給された非金属元素を合わ
せ持つ金属化合物が生成されるのである。
なお、この硬質膜は、その効果上0.5〜５μｍの厚み
で形成されることが望ましく、0.5μｍを下回ると、本
発明の効果である十分な付着強度が得られ難く、５μｍ
を上回ると母材からの非金属元素の拡散が行われにくく
なり、複化合物が形成されにくい傾向にある。
で形成されることが望ましく、0.5μｍを下回ると、本
発明の効果である十分な付着強度が得られ難く、５μｍ
を上回ると母材からの非金属元素の拡散が行われにくく
なり、複化合物が形成されにくい傾向にある。
また、この硬質膜を構成する非金属元素として炭素を
含むと、より高硬度な膜が得られ、耐摩耗性も向上す
る。
含むと、より高硬度な膜が得られ、耐摩耗性も向上す
る。
本発明の被覆超硬合金によれば、前記構成からなる硬
質膜は母材に対し、第１層目として形成することにより
目的を達成することができるもので、全硬質膜厚が20μ
ｍ以下の範囲で第１層上にさらに、周期律表第4a族、第
5a族、第6a族金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸窒化物、酸窒化物、炭酸窒化物あるいはAlの酸化物か
ら成る硬質膜を設けても同様な効果が得られることは言
うまでもない。
質膜は母材に対し、第１層目として形成することにより
目的を達成することができるもので、全硬質膜厚が20μ
ｍ以下の範囲で第１層上にさらに、周期律表第4a族、第
5a族、第6a族金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸窒化物、酸窒化物、炭酸窒化物あるいはAlの酸化物か
ら成る硬質膜を設けても同様な効果が得られることは言
うまでもない。
以下、本発明を次の例で説明する。
実施例１ 母材としてISO P20（超硬合金性 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、CH4ガスを２/minの流量で炉内圧力800mbar、900
℃にて１時間浸炭を行った後、一旦反応容器内を真空に
し、温度を1000℃に上昇させ、H270％、TiCl410％、N22
0％、炉内圧力800mbarにし、TiCN膜の作成を行った。膜
厚は３μｍとした。
を用い、反応容器内に設置した後、真空引き、ガス置換
後、CH4ガスを２/minの流量で炉内圧力800mbar、900
℃にて１時間浸炭を行った後、一旦反応容器内を真空に
し、温度を1000℃に上昇させ、H270％、TiCl410％、N22
0％、炉内圧力800mbarにし、TiCN膜の作成を行った。膜
厚は３μｍとした。
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 SCM435（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覆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、５％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、５％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、N2ガスを５/minの流量で炉内圧
力800mbar、1000℃にて２時間浸窒を行った後、反応容
器内を一旦真空にし、温度を1020℃に上昇させ、H292
％、TiCl45％、CH43％、炉内圧力100mbarにし、TiCN膜
の作成を行った。膜厚は４μｍとした。
空引き、ガス置換後、N2ガスを５/minの流量で炉内圧
力800mbar、1000℃にて２時間浸窒を行った後、反応容
器内を一旦真空にし、温度を1020℃に上昇させ、H292
％、TiCl45％、CH43％、炉内圧力100mbarにし、TiCN膜
の作成を行った。膜厚は４μｍとした。
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７％と非常に
良好であった。
様の耐剥離テストを行ったところ、剥離率７％と非常に
良好であった。
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、H2O蒸気を0.5/minの流量で、
炉内圧力800mbar、750℃にて１時間浸酸を行った後、再
び反応容器内を一旦真空にし、温度を1000℃に上昇さ
せ、H293％、TiCl44％、CH43％、炉内圧力60mbarにて、
TiCO膜の作成を行った。膜厚は５μｍとなるようにし
た。このサンプル30個について、実施例１と同様のテス
トを行ったところ、剥離率８％と良好であった。
真空引き、ガス置換後、H2O蒸気を0.5/minの流量で、
炉内圧力800mbar、750℃にて１時間浸酸を行った後、再
び反応容器内を一旦真空にし、温度を1000℃に上昇さ
せ、H293％、TiCl44％、CH43％、炉内圧力60mbarにて、
TiCO膜の作成を行った。膜厚は５μｍとなるようにし
た。このサンプル30個について、実施例１と同様のテス
トを行ったところ、剥離率８％と良好であった。
比較例１ 比較チップとして、実施例１と同一の母材を用い、全
く処理を施さず反応容器内を真空引き、ガス置換後、温
度を1000℃、H260％、TiCl45％、CH45％、N230％の割合
に混合したガスを導入し、炉内圧力800mbarにて、TiCN
膜を作成を行った。又、同様にH250％、TiCl45％、CH45
％、H2O40％の割合に混合したガスを導入し、炉内圧力
を60mbarにて、５μｍのTiCO膜の作成を行った。
く処理を施さず反応容器内を真空引き、ガス置換後、温
度を1000℃、H260％、TiCl45％、CH45％、N230％の割合
に混合したガスを導入し、炉内圧力800mbarにて、TiCN
膜を作成を行った。又、同様にH250％、TiCl45％、CH45
％、H2O40％の割合に混合したガスを導入し、炉内圧力
を60mbarにて、５μｍのTiCO膜の作成を行った。
これらサンプルに対しても、実施例と同様な耐剥離テ
ストを行い、当該発明被覆超硬合金との比較を行った。
ストを行い、当該発明被覆超硬合金との比較を行った。
上記各サンプルを30個づつ切削し、剥離が生じたサン
プルの比率を調べたところ、前者が15％、後者が20％と
剥離が多く認められ、非金属元素の供給がいずれも気相
からの場合では高い付着強度が得られないことが分かっ
た。
プルの比率を調べたところ、前者が15％、後者が20％と
剥離が多く認められ、非金属元素の供給がいずれも気相
からの場合では高い付着強度が得られないことが分かっ
た。
比較例２ 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、ガス置換を行い、CH4ガスを２/minの
流量で炉内圧力800mbar、900℃にて１時間浸炭を行っ
た。その後、一旦反応容器内を真空にして温度を1000℃
に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44％、炉内圧力100m
barにて、TiC膜を作製した。膜厚は３μｍであった。
後、真空引き、ガス置換を行い、CH4ガスを２/minの
流量で炉内圧力800mbar、900℃にて１時間浸炭を行っ
た。その後、一旦反応容器内を真空にして温度を1000℃
に上昇させ、H292％、TiCl44％、CH44％、炉内圧力100m
barにて、TiC膜を作製した。膜厚は３μｍであった。
これを、実施例と同様にして切削試験を行ったところ
剥離率は20％と悪いものであり、母材への第１層の硬質
膜を構成する非金属元素が１種では所望の付着強度が得
られないことがわかった。
剥離率は20％と悪いものであり、母材への第１層の硬質
膜を構成する非金属元素が１種では所望の付着強度が得
られないことがわかった。
以上詳述した通り本発明によれば、超硬合金上へ周期
律表の第4a族、第5a族及び第6a族金属の炭窒化物、炭酸
化物、酸窒化物層を被覆する際に、非金属元素のうちの
１種を気相より残りの１種を母材から拡散させて化合物
被膜を形成する事により脆化層が形成される事が無く、
母材との付着強度の強い被膜が得られる。
律表の第4a族、第5a族及び第6a族金属の炭窒化物、炭酸
化物、酸窒化物層を被覆する際に、非金属元素のうちの
１種を気相より残りの１種を母材から拡散させて化合物
被膜を形成する事により脆化層が形成される事が無く、
母材との付着強度の強い被膜が得られる。
よってこれら被覆超硬合金工具を用いることにより、
著しい工具寿命の向上を得ることが出来る。
著しい工具寿命の向上を得ることが出来る。
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表第4a族、第5a族、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、
鉄族金属のうちの１種または２種以上と、不可避不純物
とからなる超硬合金母材表面に、周期律表第4a族、第5a
族、第6a族金属と、炭素、窒素又は酸素から選ばれる２
種以上の非金属元素との化合物からなる硬質膜を化学気
相合成法により被覆して成る被覆超硬合金であって、前
記硬質膜を構成する非金属元素のうち少なくとも１種が
母材より拡散され、他の非金属元素が気相から供給され
たものであることを特徴とする被覆超硬合金。 - 【請求項２】前記非金属元素の１種が炭素である特許請
求の範囲第１項記載の被覆超硬合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163167A JP2814106B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 被覆超硬合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163167A JP2814106B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 被覆超硬合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328375A JPH0328375A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2814106B2 true JP2814106B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15768510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1163167A Expired - Lifetime JP2814106B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 被覆超硬合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2814106B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4198930A (en) * | 1978-05-09 | 1980-04-22 | Foster Wheeler Energy Corporation | Gas screen arrangement for a vapor generator |
| JPS5911663A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | Nec Corp | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
| JPS60159171A (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆硬質部材の製造方法 |
| JPS6117908A (ja) * | 1984-07-05 | 1986-01-25 | Canon Inc | ３次元形状測定装置 |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP1163167A patent/JP2814106B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328375A (ja) | 1991-02-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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