JP2850396B2 - Method of manufacturing high-speed steel cutting tool coated with boron nitride thin film - Google Patents

Method of manufacturing high-speed steel cutting tool coated with boron nitride thin film

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JP2850396B2
JP2850396B2 JP1233764A JP23376489A JP2850396B2 JP 2850396 B2 JP2850396 B2 JP 2850396B2 JP 1233764 A JP1233764 A JP 1233764A JP 23376489 A JP23376489 A JP 23376489A JP 2850396 B2 JP2850396 B2 JP 2850396B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、窒化ホウ素薄膜被覆高速度鋼切削工具の
製造方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a boron nitride thin film-coated high-speed steel cutting tool.

〔従来の技術〕 高速切削として優れた硬度と靭性を有し、切削工具の
素材として広く用いられているものに高速度鋼がある。
近年この高速度鋼の表面に硬質の炭化チタン薄膜や窒化
チタン薄膜を設け、高速度鋼工具の耐焼付性および耐摩
耗性を向上させて工具寿命の延長を図る試みが、工業的
に盛んに行われるようになった。この薄膜コーティング
による工具寿命の延長は、高硬度の工具表面の薄膜によ
る工具の機械的な耐摩耗性の向上に大きく関与し、その
他工具表面の薄膜の高温下での化学的安定性の向上にも
関与している。
[Prior Art] High-speed steel is one that has excellent hardness and toughness for high-speed cutting and is widely used as a material for cutting tools.
In recent years, attempts to extend the tool life by providing a hard titanium carbide thin film or titanium nitride thin film on the surface of this high-speed steel to improve the seizure resistance and wear resistance of the high-speed steel tool have been actively conducted on an industrial scale. Began to take place. The prolongation of tool life by this thin film coating greatly contributes to the improvement of the mechanical wear resistance of the tool by the thin film on the tool surface of high hardness, and the improvement of the chemical stability of the thin film on the tool surface at high temperatures. Is also involved.

この薄膜コーティングが急速に普及しつつある工具分
野において、さらにその特性を向上させるため、従来か
ら用いられている炭化チタンや窒化チタン等の薄膜に代
わるものとして、立方晶窒化ホウ素(以下「c−BN」と
いう。)薄膜が注目されている。これはc−BNが炭化チ
タンや窒化チタンよりも高硬度の特性を有し、さらに耐
熱性および化学的安定性に極めて優れているためであ
る。したがってこのc−BN自身またはc−BNを含有する
物質を工具表面に被覆することができれば、現在実用化
されている薄膜コーティング工具の工具寿命を遥かに凌
ぐ高寿命工具が実現されることになる。
In the field of tools in which this thin film coating is rapidly spreading, cubic boron nitride (hereinafter referred to as “c- BN ”). This is because c-BN has properties of higher hardness than titanium carbide and titanium nitride, and is also extremely excellent in heat resistance and chemical stability. Therefore, if this c-BN itself or a substance containing c-BN can be coated on the tool surface, a tool with a long life that far exceeds the tool life of the thin film coating tool currently in practical use will be realized. .

しかしながら、前記c−BNは、千数百度および数GPa
という高温高圧条件下で合成されるものであるため、こ
のc−BNを工具分野に応用しようとするならば、高温高
圧下で粒または粉の形で合成されたc−BNを工具表面へ
分散させたり、c−BN粉末焼結体を工具表面に接合させ
たりして応用するしかなく、この際の製造工程の複雑さ
とコストの高さ等の理由により、c−BNを応用した工具
が、炭化チタンや窒化チタン等の薄膜コーティング工具
以上に普及するには至っていない。
However, the c-BN has a few hundred degrees and several GPa.
Therefore, if this c-BN is to be applied to the field of tools, c-BN synthesized in the form of granules or powder under high temperature and high pressure is dispersed on the tool surface. Or by applying the c-BN powder sintered body to the tool surface and applying it.For this reason, due to the complexity of the manufacturing process and the high cost, tools using c-BN are It has not become more widespread than thin film coating tools such as titanium carbide and titanium nitride.

従来の炭化チタンや窒化チタン等による薄膜コーティ
ング工具のように、工具表面をc−BNあるいはc−BNを
含有する物質で薄膜被覆できれば、c−BNが飛躍的に工
具分野へ応用されることは間違いない。
If the tool surface can be coated with c-BN or a material containing c-BN like a conventional thin-film coating tool made of titanium carbide or titanium nitride, c-BN will be applied to the tool field dramatically. no doubt.

c−BN薄膜の製造方法としては、例えば化学的蒸着法
(CVD法)がある。このCVD法は、基体を反応室に入れて
原料ガスを供給し、加熱された前記基体上で前記ガスを
反応させて窒化ホウ素薄膜を形成するものである。
As a method for producing the c-BN thin film, for example, there is a chemical vapor deposition method (CVD method). In this CVD method, a substrate is placed in a reaction chamber, a source gas is supplied, and the gas is reacted on the heated substrate to form a boron nitride thin film.

しかし、高速度鋼の焼き戻し温度は、500℃〜650℃付
近であるため、これ以上の温度に高速度鋼をさらすと軟
化してしまう。したがってCVD法により窒化ホウ素薄膜
を高速度鋼基体上に形成するためには、500℃〜600℃以
下の温度で基体を加熱する必要があるが、現在この温度
でc−BNを含有する窒化ホウ素薄膜をCVD法で形成する
ことはできない。
However, the tempering temperature of the high-speed steel is around 500 ° C. to 650 ° C., so that when the high-speed steel is exposed to a temperature higher than this, the steel is softened. Therefore, in order to form a boron nitride thin film on a high-speed steel substrate by the CVD method, it is necessary to heat the substrate at a temperature of 500 ° C. to 600 ° C. or less. Thin films cannot be formed by CVD.

上記理由によりc−BNを含有する窒化ホウ素薄膜を高
速度鋼基体上に形成する際、専ら物理蒸着法(PVD法)
が試みられているが、c−BNは化学的安定性が高く、そ
のため基体との密着性が著しく悪いため、工業的には広
く普及していないのが現状である。
For the above reasons, when forming a boron nitride thin film containing c-BN on a high-speed steel substrate, only physical vapor deposition (PVD) is used.
However, c-BN is not widely used industrially at present because c-BN has high chemical stability and thus has extremely poor adhesion to a substrate.

上述の問題を解決する方法として、例えば特開昭60−
63372号や特開昭60−181262号に開示された方法があ
る。この方法は、イオン照射法を成膜プロセスに取り入
れることによって、蒸着物質が照射イオンと衝突,反跳
して基体内部に侵入し、基体と蒸着物質と照射イオンと
の混合層を形成して、基体との優れた密着性を有する窒
化ホウ素薄膜を形成する方法である。
As a method for solving the above problem, for example,
There are methods disclosed in 63372 and JP-A-60-181262. In this method, by incorporating an ion irradiation method into a film forming process, a vapor deposition material collides with and bounces off the irradiation ions and penetrates into the inside of the substrate, thereby forming a mixed layer of the substrate, the vapor deposition material, and the irradiation ions, This is a method for forming a boron nitride thin film having excellent adhesion to a substrate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら上述の方法によっても、基体を高速度鋼
とした場合、特に前記基体とc−BNを含有する窒化ホウ
素薄膜との親和性が悪いことにより、工具として用いら
れるのに十分な密着性を有する窒化ホウ素薄膜は得られ
ないという問題がある。
However, according to the method described above, when the base is made of high-speed steel, in particular, due to poor affinity between the base and the boron nitride thin film containing c-BN, it has sufficient adhesion to be used as a tool. There is a problem that a boron nitride thin film cannot be obtained.

この発明の目的は上述問題に鑑み、高速度鋼と窒化ホ
ウ素薄膜、特にc−BNを含有する硬質の窒化ホウ素薄膜
との密着性を格段に向上させることができる窒化ホウ素
薄膜被覆高速度鋼切削工具の製造方法を提供するもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a boron nitride thin film-coated high-speed steel cutting machine that can significantly improve the adhesion between a high-speed steel and a boron nitride thin film, particularly a hard boron nitride thin film containing c-BN. A method for manufacturing a tool is provided.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明の窒化ホウ素薄膜被覆高速度鋼切削工具の製
造方法は、単独の装置で窒化ホウ素薄膜を形成する方法
であって、窒素イオンをその注入エネルギーを500eV〜4
0KeVの範囲内とし、前記窒素イオンの注入量を1×1014
個/cm2〜1×1016個/cm2の範囲内として高速度鋼基体表
面に注入する第1工程と、ホウ素を含む物質の蒸着と、
窒素イオンを含むイオン種の照射とを併用する第2工程
とを連続して行なって、c−BNを含む窒化ホウ素薄膜を
形成することを特徴とする。
The method for producing a boron nitride thin film-coated high-speed steel cutting tool according to the present invention is a method for forming a boron nitride thin film with a single apparatus, wherein nitrogen ions are implanted at an energy of 500 eV to 4 eV.
0 KeV, and the nitrogen ion implantation amount is 1 × 10 14
1 / cm 2 to 1 × 10 16 pieces / cm 2 , a first step of injecting into the surface of the high-speed steel substrate, vapor deposition of a substance containing boron,
The second step in which the irradiation with the ion species containing nitrogen ions is used in combination is continuously performed to form a boron nitride thin film containing c-BN.

第1図はこの発明の実施のために用いられる薄膜形成
装置の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a thin film forming apparatus used for carrying out the present invention.

窒化ホウ素薄膜を形成すべき高速度鋼基体2はホルダ
1に固定される。この高速度鋼基体2に対向してイオン
源3および蒸着源4が配置される。ホルダ1,イオン源3,
および蒸着源4などは図示しない真空容器内に収められ
ており、この真空容器は成膜に適した圧力に保たれる。
A high-speed steel substrate 2 on which a boron nitride thin film is to be formed is fixed to a holder 1. An ion source 3 and a vapor deposition source 4 are arranged to face the high-speed steel base 2. Holder 1, ion source 3,
The evaporation source 4 and the like are housed in a vacuum vessel (not shown), and the vacuum vessel is maintained at a pressure suitable for film formation.

なお実施例のイオン源3は、プラズマ閉じ込め用に多
極磁場を用いるバケット型イオン源であり、イオン源内
に供給されたガスをイオン化して均一で大面積のイオン
ビームを高速度鋼基体2の表面に照射させることができ
るが、この発明では上記バケット型イオン源に限らず、
カウフマン型等の他のイオン源を用いることができる。
The ion source 3 of the embodiment is a bucket-type ion source that uses a multipolar magnetic field for confining plasma, and ionizes a gas supplied into the ion source to generate a uniform large-area ion beam of the high-speed steel substrate 2. Although the surface can be irradiated, the present invention is not limited to the above bucket type ion source,
Other ion sources, such as a Kauffman type, can be used.

このような薄膜形成装置を用いて、先ず真空容器内を
例えば10-5〜10-8Torrに排気した後、イオン源3により
窒素ガスをイオン化加速して高速度鋼基体2に窒素イオ
ンを注入する(第1工程)。
Using such a thin film forming apparatus, first, the inside of the vacuum vessel is evacuated to, for example, 10 -5 to 10 -8 Torr, and then nitrogen gas is ionized and accelerated by the ion source 3 to inject nitrogen ions into the high-speed steel substrate 2. (First step).

前記窒素イオンの注入エネルギーは、100eV〜100keV
の範囲内で適宜選択することができるが、窒素イオンの
高速度鋼基体2中での飛程を考慮すると、500eV〜40keV
の範囲内で選択することが望ましい。
The implantation energy of the nitrogen ions is 100 eV to 100 keV.
Can be appropriately selected within the range of 500 eV to 40 keV in consideration of the range of nitrogen ions in the high-speed steel substrate 2.
It is desirable to select within the range.

また上記窒素イオンの注入量は、1×1013個/cm2〜1
×1017個/cm2の範囲内で適宜選択することができるが、
高速度鋼基体2自身の耐摩耗性を考慮すると、1×1014
個/cm2〜1×1016個/cm2の範囲内で選択することが望ま
しい。
The nitrogen ion implantation amount is 1 × 10 13 / cm 2 -1.
It can be appropriately selected within the range of × 10 17 pieces / cm 2 ,
Considering the wear resistance of the high-speed steel substrate 2 itself, 1 × 10 14
It is desirable to select within the range of pcs / cm 2 to 1 × 10 16 pcs / cm 2 .

次に高速度鋼基体2の表面に、蒸着源4によりホウ素
を含有する化合物またはホウ素単体の蒸着材料5を蒸着
させ、これと同時または交互にイオン源3により窒素イ
オンを含むイオン種を照射して高速度鋼基体2上にc−
BNを含む窒化ホウ素薄膜を形成する(第2工程)。
Next, on the surface of the high-speed steel substrate 2, a boron-containing compound or a boron-only vapor deposition material 5 is vapor-deposited by a vapor deposition source 4, and simultaneously or alternately, an ion species containing nitrogen ions is irradiated by an ion source 3. On the high speed steel substrate 2
A boron nitride thin film containing BN is formed (second step).

前記窒素イオンを含むイオン種を照射するためにイオ
ン源3に供給するガスは、窒素ガスまたは窒素含有ガス
(例えばアンモニア等)を用いることができる。
As a gas supplied to the ion source 3 to irradiate the ion species containing nitrogen ions, a nitrogen gas or a nitrogen-containing gas (for example, ammonia or the like) can be used.

また前記ガスに添加ガスとして不活性ガスまたは水素
ガスのうちの少なくとも1種を添加したガスを用いるこ
ともできる。
Further, a gas obtained by adding at least one of an inert gas and a hydrogen gas to the above-mentioned gas may be used.

またイオン源3に窒素ガスまたは窒素含有ガスと上記
添加ガスとを供給する場合、このガスの供給の割合は、
特に限定されないが、上記添加ガスの分圧が、窒素ガス
または窒素含有ガスの分圧以下に抑えられることが好ま
しい。この範囲を逸脱すると、形成した窒化ホウ素薄膜
中のc−BN含有量が少なくなり、硬質な窒化ホウ素薄膜
を得ることができない。
When a nitrogen gas or a nitrogen-containing gas and the above-mentioned additive gas are supplied to the ion source 3, the supply ratio of this gas is as follows:
Although not particularly limited, it is preferable that the partial pressure of the additional gas is suppressed to be equal to or lower than the partial pressure of the nitrogen gas or the nitrogen-containing gas. Outside this range, the c-BN content in the formed boron nitride thin film decreases, and a hard boron nitride thin film cannot be obtained.

また高速度鋼基体2上に形成する窒化ホウ素薄膜を硬
質なものとするためには、第2工程のイオン源3から照
射されるイオンのエネルギーは、200eV〜40keVの範囲内
に選択することが好ましく、また高速度鋼基体2に到達
するホウ素原子と窒素原子との比(B/N)は0.5〜40の範
囲内に選択することが好ましい。この範囲を逸脱する
と、形成した窒化ホウ素薄膜中のc−BN含有量が少なく
なり、硬質な窒化ホウ素薄膜を得ることができない。
In order to make the boron nitride thin film formed on the high-speed steel substrate 2 hard, the energy of the ions irradiated from the ion source 3 in the second step should be selected within the range of 200 eV to 40 keV. Preferably, the ratio (B / N) of boron atoms to nitrogen atoms reaching the high-speed steel substrate 2 is preferably selected in the range of 0.5 to 40. Outside this range, the c-BN content in the formed boron nitride thin film decreases, and a hard boron nitride thin film cannot be obtained.

また窒化ホウ素薄膜の厚みは、窒化ホウ素薄膜コーテ
ィングによる特性を十分引き出すため、1μm以上が好
ましい。
Further, the thickness of the boron nitride thin film is preferably 1 μm or more in order to sufficiently bring out the characteristics of the boron nitride thin film coating.

このようにして、単独の同一装置内で第1工程および
第2工程が連続的に行なわれ、第1工程では、高速度鋼
基体2にイオン源3により窒素イオンを注入し、第2工
程では、蒸着源4から蒸発されるホウ素を含む物質の蒸
着と、イオン源3から窒素イオンを含むイオン種の照射
とを併用することによって高速度鋼基体2上にc−BNを
含む窒化ホウ素薄膜を形成する。
In this manner, the first step and the second step are continuously performed in the same single apparatus. In the first step, nitrogen ions are implanted into the high-speed steel base 2 by the ion source 3, and in the second step, By combining the deposition of a substance containing boron evaporated from the deposition source 4 and the irradiation of ion species containing nitrogen ions from the ion source 3, a boron nitride thin film containing c-BN is formed on the high-speed steel substrate 2. Form.

〔作用〕[Action]

この発明の窒化ホウ素薄膜被覆高速度鋼切削工具の製
造方法は、その第1工程でイオン源3により窒素ガスを
イオン化し加速して高速度鋼基体2に窒素イオンを注入
することによってこの窒素イオンが高速度鋼基体2の表
面を窒化する。これにより、高速度鋼基体2自身の表面
の硬度を高め、また前記高速度鋼基体2と第2工程で形
成されるc−BNを含む窒化ホウ素膜との親和性を高める
ことができる。
In the method for producing a high-speed steel cutting tool coated with a boron nitride thin film according to the present invention, in the first step, nitrogen gas is ionized and accelerated by an ion source 3 to inject nitrogen ions into the high-speed steel substrate 2 to thereby increase the nitrogen ion. Nitrides the surface of the high speed steel substrate 2. Thereby, the hardness of the surface of the high-speed steel substrate 2 itself can be increased, and the affinity between the high-speed steel substrate 2 and the boron nitride film containing c-BN formed in the second step can be increased.

次に、高速度鋼基体2では、蒸発源4から蒸発される
ホウ素を含む物質が、イオン源3からの窒素イオンを含
むイオン種によって高速度鋼基体2の内部に押し込ま
れ、またさらに前記イオン種が高速度鋼基体2に侵入し
て高速度鋼基体2と蒸発源4から蒸発される前記物質と
前記イオン種との混合層が形成され、高速度鋼基体2上
に密着性の高い窒化ホウ素薄膜が形成される。この際、
第1工程おいて高速度鋼基体2の表面が窒化されている
ため、高速度鋼基体2とc−BNを含む窒化ホウ素薄膜と
の親和性がより高いものとなる。
Next, in the high-speed steel substrate 2, a substance containing boron evaporated from the evaporation source 4 is pushed into the high-speed steel substrate 2 by ion species including nitrogen ions from the ion source 3, and further, Species penetrate into the high-speed steel substrate 2 to form a mixed layer of the substance and the ionic species evaporated from the high-speed steel substrate 2 and the evaporation source 4, and nitridation with high adhesion on the high-speed steel substrate 2 A boron thin film is formed. On this occasion,
Since the surface of the high-speed steel base 2 is nitrided in the first step, the affinity between the high-speed steel base 2 and the boron nitride thin film containing c-BN becomes higher.

また、窒素イオンの注入エネルギーを500eV〜40keVの
範囲内とすることによって、前記窒素イオンが、高速度
鋼基体2上で衝突,反跳し、高速度鋼基体2内部に侵入
する際の前記高速度鋼基体2に与える損傷を軽減し、高
速度鋼基体2の温度上昇を抑えることができる。
Further, by setting the implantation energy of the nitrogen ions within the range of 500 eV to 40 keV, the nitrogen ions collide and recoil on the high-speed steel substrate 2 and enter the high-speed steel substrate 2 when entering. Damage to the high-speed steel substrate 2 can be reduced, and a rise in the temperature of the high-speed steel substrate 2 can be suppressed.

窒素イオンの注入量を1×1014個/cm2〜1×1016個/c
m2の範囲内とすることによって、高速度鋼基体2の表面
の窒化による高速度鋼基体2自身の耐摩耗性を向上さ
せ、さらに第2工程で形成される窒化ホウ素薄膜と高速
度鋼基体2との親和性を向上させることができる。
Nitrogen ion implantation amount is 1 × 10 14 / cm 2 〜1 × 10 16 / c
By setting it within the range of m 2, the wear resistance of the high-speed steel substrate 2 itself by nitriding the surface of the high-speed steel substrate 2 is improved, and the boron nitride thin film formed in the second step and the high-speed steel substrate 2 can be improved in affinity.

これは窒化による高速度鋼基体2と窒化ホウ素薄膜と
の親和性向上のためには、前記注入量は1×1014個/cm2
以上が望ましく、また前記注入量が1×1013個/cm2から
1×1016個/cm2へと増加するに従って高速度鋼基体2自
身の耐摩耗性も向上する傾向があるが、1×1017個/cm2
を超えると今度は逆に耐摩耗性が劣化する傾向にあるた
め、窒化による高速度鋼基体2自身の耐摩耗性向上のた
めには、1×1017個/cm2未満であることが望ましいため
である。
In order to improve the affinity between the high-speed steel substrate 2 and the boron nitride thin film by nitriding, the injection amount is 1 × 10 14 / cm 2
The above is desirable, and the wear resistance of the high-speed steel base 2 itself tends to improve as the injection amount increases from 1 × 10 13 / cm 2 to 1 × 10 16 / cm 2 . × 10 17 pieces / cm 2
Is exceeded, the wear resistance tends to be degraded in reverse. Therefore, in order to improve the wear resistance of the high-speed steel substrate 2 itself by nitriding, the wear resistance is preferably less than 1 × 10 17 pieces / cm 2. That's why.

なお前記高速度鋼基体2の耐摩耗性の劣化は、窒素イ
オンによる照射損傷や熱的損傷、および窒化物生成の割
合等に関連していると思われる。
The deterioration of the wear resistance of the high-speed steel substrate 2 is considered to be related to irradiation damage and thermal damage by nitrogen ions, the rate of nitride formation, and the like.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 第1図に示す薄膜形成装置において、図示しない真空
容器を真空度1×10-6Torrに排気した後、第1工程とし
て純度99.999%の窒素ガスを供給し、10keVのエネルギ
ーで注入量1×1015個/cm2の窒素イオンを高速度鋼基体
2に照射した。
Example 1 In the thin film forming apparatus shown in FIG. 1, after a vacuum vessel (not shown) was evacuated to a degree of vacuum of 1 × 10 −6 Torr, nitrogen gas having a purity of 99.999% was supplied as a first step, and energy was injected at 10 keV. The high-speed steel substrate 2 was irradiated with nitrogen ions in an amount of 1 × 10 15 / cm 2 .

そして第2工程として、高速度鋼基体2に蒸発源4よ
り純度99%のホウ素を蒸発させると同時にエネルギー10
keVの窒素イオンを照射した。
Then, as a second step, 99% pure boron is evaporated from the evaporation source 4 to the high-speed steel
Irradiated with keV nitrogen ions.

この際、高速度鋼基体2上のホウ素原子と窒素原子の
比(B/N)は1.5となるように調整し、厚み1μmの窒化
ホウ素薄膜を形成した。
At this time, the ratio of boron atoms to nitrogen atoms (B / N) on the high-speed steel substrate 2 was adjusted to 1.5 to form a boron nitride thin film having a thickness of 1 μm.

なお上記高速度鋼基体2は、SKH2の高速度鋼を焼き戻
し温度570℃で焼き戻すことによって得られた硬さHRC64
を有するTPP322のスローアウェイチップである。
The high-speed steel substrate 2 has a hardness HRC64 obtained by tempering SKH2 high-speed steel at a tempering temperature of 570 ° C.
It is a throw-away tip of TPP322 having:

比較例1 第1工程のイオン源3による高速度鋼基体2への窒素
イオンの注入量を1×1017個/cm2として、他は実施例1
と同様の条件およびプロセスを経て高速度鋼基体2上に
窒化ホウ素薄膜を形成した。
Comparative Example 1 The amount of nitrogen ions implanted into the high-speed steel substrate 2 by the ion source 3 in the first step was set to 1 × 10 17 / cm 2 , and the other examples were the same as in Example 1.
A boron nitride thin film was formed on the high-speed steel substrate 2 through the same conditions and process as those described above.

比較例2 第1工程のイオン源3による高速度鋼基体2への窒素
イオンの注入量を1×1018個/cm2として、他は実施例1
と同様の条件およびプロセスを経て高速度鋼基体2上に
窒化ホウ素薄膜を形成した。
Comparative Example 2 The injection rate of nitrogen ions into the high-speed steel substrate 2 by the ion source 3 in the first step was set to 1 × 10 18 / cm 2 , and the others were the same as those in Example 1.
A boron nitride thin film was formed on the high-speed steel substrate 2 through the same conditions and process as those described above.

比較例3 第1工程を省き、他は実施例1と同じ条件およびプロ
セスを経て高速度鋼基体2上に窒化ホウ素薄膜を形成し
た。
Comparative Example 3 A boron nitride thin film was formed on a high-speed steel substrate 2 under the same conditions and processes as in Example 1 except that the first step was omitted.

このようにして作製した実施例1,比較例1,比較例2,比
較例3の試料によって、工具寿命を評価するために切削
試験を行い、各試料の逃げ面摩耗量を測定した。
Using the samples of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 thus manufactured, a cutting test was performed to evaluate the tool life, and the flank wear of each sample was measured.

この切削試験の条件は、被削材としてSCM415,硬さHCR
45の丸棒状のもの、切削速度26.7m/min、送り0.25mm/ve
v、切り込み2mm、主軸回転数152rpm、切削長100mであ
る。
The conditions of this cutting test were as follows: SCM415, hardness HCR
45 round bars, cutting speed 26.7m / min, feed 0.25mm / ve
v, depth of cut 2 mm, spindle speed 152 rpm, cutting length 100 m.

この切削試験の結果、各試料の逃げ面摩耗量は以下の
ようになった。
As a result of this cutting test, the flank wear of each sample was as follows.

実施例1の試料の逃げ面摩耗量は0.1mm、比較例1の
試料の逃げ面摩耗量は0.3mm、比較例2の試料の逃げ面
摩耗量は0.4mm、比較例3の試料の逃げ面摩耗量は0.6mm
となった。
The flank wear of the sample of Example 1 was 0.1 mm, the flank wear of the sample of Comparative Example 1 was 0.3 mm, the flank wear of the sample of Comparative Example 2 was 0.4 mm, and the flank of the sample of Comparative Example 3 Wear amount is 0.6mm
It became.

また比較例1,比較例2および比較例3の試料は、切削
中に窒化ホウ素薄膜の剥離が認められたのに対し、実施
例1の試料の窒化ホウ素薄膜は、切削中剥離することが
なかった。
In the samples of Comparative Examples 1, 2 and 3, peeling of the boron nitride thin film was observed during cutting, whereas the boron nitride thin film of the sample of Example 1 did not peel during cutting. Was.

また比較のため、CVD法によって高速度鋼基体上に窒
化チタンをコーティングした市販品を用いて上記切削試
験を行ったところ、逃げ摩擦量は0.25mmであった。
For comparison, when the above-mentioned cutting test was performed using a commercial product in which titanium nitride was coated on a high-speed steel substrate by the CVD method, the amount of relief friction was 0.25 mm.

この結果から明らかなように、この発明の方法による
実施例1の試料は、他の比較例に比べ耐摩耗性に優れて
いることがわかる。
As is evident from the results, the sample of Example 1 according to the method of the present invention is more excellent in abrasion resistance than the other comparative examples.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明の窒化ホウ素薄膜被覆高速度鋼切削工具の製
造方法は、第2工程のホウ素を含む物質の蒸着と、窒素
イオンを含むイオン種の照射とを併用して、高速度鋼基
体表面に窒化ホウ素薄膜を形成することの前記処理とし
て、同一装置を用いて連続的に行なわれる第1工程で高
速度鋼基体表面に窒素イオンを注入することによって、
この窒素イオンが高速度鋼基体の表面を窒化するため、
高速度鋼基体自身の表面の硬度を高めることができ、ま
た前記高速度鋼基体と第2工程で形成されるc−BNを含
む窒化ホウ素膜との親和性を高めることができる。その
結果、高速度鋼基体とc−BNを含む窒化ホウ素薄膜との
密着性を著しく向上させることができ、切削性能および
工具寿命の極めて優れた窒化ホウ素薄膜被覆高速度鋼切
削工具を製造することができる。
The method for producing a high-speed steel cutting tool coated with a boron nitride thin film according to the present invention is characterized in that the second step of vapor deposition of a substance containing boron and irradiation of ion species containing nitrogen ions are used to nitride the surface of the high-speed steel substrate. As said process of forming a boron thin film, by implanting nitrogen ions into the surface of a high-speed steel substrate in a first step performed continuously using the same apparatus,
Since these nitrogen ions nitride the surface of the high-speed steel substrate,
The hardness of the surface of the high-speed steel substrate itself can be increased, and the affinity between the high-speed steel substrate and the boron nitride film containing c-BN formed in the second step can be increased. As a result, it is possible to significantly improve the adhesion between the high-speed steel substrate and the boron nitride thin film containing c-BN, and to produce a boron nitride thin film-coated high-speed steel cutting tool with extremely excellent cutting performance and tool life. Can be.

また、第1工程における窒素イオンの注入エネルギー
を500eV〜40keVの範囲内とすることによって、前記窒素
イオンによる高速度鋼基体に与える損傷を軽減し、高速
度鋼基体の温度上昇を抑えることができ、前記窒素イオ
ンの注入量を1×1014個/cm2〜1×1016個/cm2の範囲内
とすることによって、高速度鋼基体の表面の窒化による
高速度鋼基体自身の硬度の向上および高速度鋼基体とc
−BNを含む窒化ホウ素薄膜との親和性の向上への効果を
絶大なものとすることができる。その結果、高速度鋼基
体と窒化ホウ素薄膜との密着性を著しく向上させること
ができ、切削性能および工具寿命の極めて優れた窒化ホ
ウ素薄膜被覆高速度鋼切削工具を製造することができ
る。
Further, by setting the nitrogen ion implantation energy in the first step within the range of 500 eV to 40 keV, damage to the high-speed steel substrate caused by the nitrogen ions can be reduced, and the temperature rise of the high-speed steel substrate can be suppressed. By setting the nitrogen ion implantation amount within the range of 1 × 10 14 / cm 2 to 1 × 10 16 / cm 2 , the hardness of the high-speed steel substrate itself due to nitriding of the surface of the high-speed steel substrate is reduced. Enhanced and high speed steel substrate and c
The effect of improving the affinity with the boron nitride thin film containing -BN can be greatly enhanced. As a result, the adhesion between the high-speed steel substrate and the boron nitride thin film can be remarkably improved, and a high-speed boron cutting tool coated with a boron nitride thin film having extremely excellent cutting performance and tool life can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の実施のために用いられる薄膜形成装
置の概念図である。 2……高速度鋼基体、3……イオン源、4……蒸発源
FIG. 1 is a conceptual diagram of a thin film forming apparatus used for carrying out the present invention. 2 ... High speed steel substrate, 3 ... Ion source, 4 ... Evaporation source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−103368(JP,A) 特開 昭60−169559(JP,A) 特公 昭62−19503(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-103368 (JP, A) JP-A-60-169559 (JP, A) JP-B-62-19503 (JP, B2) (58) Field (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】単独の装置で窒化ホウ素薄膜を形成する方
法であって、窒素イオンをその注入エネルギーを500eV
〜40KeVの範囲内とし、前記窒素イオンの注入量を1×1
014個/cm2〜1×1016個/cm2の範囲内として高速度鋼基
体表面に注入する第1工程と、ホウ素を含む物質の蒸着
と、窒素イオンを含むイオン種の照射とを併用する第2
工程とを連続して行なって、c−BNを含む窒化ホウ素薄
膜を形成することを特徴とする窒化ホウ素薄膜被覆高速
度鋼切削工具の製造方法。
1. A method for forming a boron nitride thin film by a single apparatus, wherein nitrogen ions are implanted at an energy of 500 eV.
4040 KeV and the nitrogen ion implantation amount is 1 × 1
The first step of implanting the high-speed steel substrate surface within the range of 14 / cm 2 to 1 × 10 16 / cm 2 , the deposition of a substance containing boron, and the irradiation of ion species containing nitrogen ions are performed. The second to use together
And a step of forming a boron nitride thin film containing c-BN to form a boron nitride thin film-coated high-speed steel cutting tool.
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