JP2876130B2 - 被覆切削工具 - Google Patents
被覆切削工具Info
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- JP2876130B2 JP2876130B2 JP1127473A JP12747389A JP2876130B2 JP 2876130 B2 JP2876130 B2 JP 2876130B2 JP 1127473 A JP1127473 A JP 1127473A JP 12747389 A JP12747389 A JP 12747389A JP 2876130 B2 JP2876130 B2 JP 2876130B2
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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切削工具の改良に
関する。
関する。
（従来技術） 従来、切削工具としては、サーメット、超硬合金ある
いはセラミック等が主として使用されているが、近年に
至り、これらを母材としてその表面に化学気相成長（CV
D）等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成したいわ
ゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質膜に
は、周期律表第4a族、第5a族あるいは第6a族の炭化物、
窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物あ
るいはA1の酸化物、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ている。
いはセラミック等が主として使用されているが、近年に
至り、これらを母材としてその表面に化学気相成長（CV
D）等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成したいわ
ゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質膜に
は、周期律表第4a族、第5a族あるいは第6a族の炭化物、
窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物あ
るいはA1の酸化物、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ている。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、これら硬質膜は、硬度が高く、耐摩耗性には
優れるものの著しく靭性が低いために硬質膜自体にクラ
ック、割れ等が生じやすかった。よって被覆切削工具で
は、これら被覆に生じたクラック、割れ等が切り欠きと
なり被覆切削工具全体としても、未被覆切削工具と比
べ、著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠点を有し
ていた。
優れるものの著しく靭性が低いために硬質膜自体にクラ
ック、割れ等が生じやすかった。よって被覆切削工具で
は、これら被覆に生じたクラック、割れ等が切り欠きと
なり被覆切削工具全体としても、未被覆切削工具と比
べ、著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠点を有し
ていた。
（発明の目的） 本発明においては、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、耐摩耗性を劣化させることな
く、耐欠損性にも優れた長寿命の被覆切削工具を提供す
ることを目的とする。
たる目的とするもので、耐摩耗性を劣化させることな
く、耐欠損性にも優れた長寿命の被覆切削工具を提供す
ることを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 発明者は、上記問題点について、研究を重ねた結果、
被覆層の結晶構造として、粒状晶組織と、柱状晶組織と
を混在させることにより硬質被膜中でのクラック伝播を
防ぐとともに被膜自体の靭性を向上させ、被覆切削工具
全体としても、耐摩耗性を損なうことなく耐欠損性の向
上が得られるという知見が得られた。
被覆層の結晶構造として、粒状晶組織と、柱状晶組織と
を混在させることにより硬質被膜中でのクラック伝播を
防ぐとともに被膜自体の靭性を向上させ、被覆切削工具
全体としても、耐摩耗性を損なうことなく耐欠損性の向
上が得られるという知見が得られた。
すなわち、本発明は、サーメット、超硬合金、窒化珪
素質材料など高強度材料として知られた材料を母材とし
て、この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、炭酸化物、酸窒化
物、酸炭窒化物及びA1の酸化物、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から成る硬質膜を
被覆した被覆切削工具において、前記硬質膜中に、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、炭酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物から成る柱
状晶結晶と粒状晶結晶とが混在する組織を有することを
特徴とするものである。
素質材料など高強度材料として知られた材料を母材とし
て、この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、炭酸化物、酸窒化
物、酸炭窒化物及びA1の酸化物、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から成る硬質膜を
被覆した被覆切削工具において、前記硬質膜中に、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、炭酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物から成る柱
状晶結晶と粒状晶結晶とが混在する組織を有することを
特徴とするものである。
一般に、化学気相成長法（CVD）によって周期律表第4
a族、第5a族、および第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を形成させる場
合、まず母材表面に核が発生し、これら核からさらに成
長し、最終的に膜が生成されるが、この成長過程におけ
る反応条件によっていわゆる結晶配向が伴って成長して
なる柱状晶と、配向することなくランダム状に成長して
なる粒状晶のほぼ２種類の結晶組織構造に分類される。
このうち、被覆切削工具における被膜の組織構造は一般
には後者が用いられる。
a族、第5a族、および第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を形成させる場
合、まず母材表面に核が発生し、これら核からさらに成
長し、最終的に膜が生成されるが、この成長過程におけ
る反応条件によっていわゆる結晶配向が伴って成長して
なる柱状晶と、配向することなくランダム状に成長して
なる粒状晶のほぼ２種類の結晶組織構造に分類される。
このうち、被覆切削工具における被膜の組織構造は一般
には後者が用いられる。
これら２種類の組織構造を生成するための反応条件
は、基板温度、原料ガス濃度、炉内圧力という基本条件
の他に、原料ガスの種類、プラズマ状態や炉自体の性質
など各種要因により決定されるため、一概に表現するこ
とは難しいが、およそ次のようなことが言える。通常粒
状晶組織が生成される条件に対して、基板温度について
は上昇を、炉内圧力、原料ガス過飽和度については低下
させることによって柱状晶結晶構造が得られる。これ
は、前述した金属炭化物、窒化物、炭窒化物等のいずれ
の場合においても同様な傾向にあると言える。
は、基板温度、原料ガス濃度、炉内圧力という基本条件
の他に、原料ガスの種類、プラズマ状態や炉自体の性質
など各種要因により決定されるため、一概に表現するこ
とは難しいが、およそ次のようなことが言える。通常粒
状晶組織が生成される条件に対して、基板温度について
は上昇を、炉内圧力、原料ガス過飽和度については低下
させることによって柱状晶結晶構造が得られる。これ
は、前述した金属炭化物、窒化物、炭窒化物等のいずれ
の場合においても同様な傾向にあると言える。
具体的には、例えばTiN膜の生成にあたり、基板温度1
000℃、H2 45％、TiCl4 5％、N2 50％、炉内圧力100mba
rの混合気流中で生成すると第１図の電子顕微鏡写真に
示すような柱状晶結晶が生成される。これに対し、前記
反応条件のうち炉内圧力を800mbarに変更して生成する
と、第２図の電顕写真に示すような粒状晶結晶が生成さ
れる。
000℃、H2 45％、TiCl4 5％、N2 50％、炉内圧力100mba
rの混合気流中で生成すると第１図の電子顕微鏡写真に
示すような柱状晶結晶が生成される。これに対し、前記
反応条件のうち炉内圧力を800mbarに変更して生成する
と、第２図の電顕写真に示すような粒状晶結晶が生成さ
れる。
本発明の特徴は、このような２種類の組織構造、即
ち、柱状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織構造の被
膜を生成させる点にある。このような組織構造を得るた
めには、まず、基板上に先に第１図に示したような柱状
晶結晶の結晶を生成させて、次いで第２図に示したよう
な粒状晶結晶の結晶生成させると、第１図からも明らか
なように柱状晶結晶中に存在する空隙中に粒状晶結晶が
生成成長し、最終的に第３図の電顕写真に示すような柱
状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織の硬質膜が得ら
れる。このような混在組織は、柱状晶結晶と粒状晶結晶
が体積比で10:90乃至90:10、特に30:70乃至70:30の比率
であることが望ましく、柱状晶結晶が多過ぎると逆に膜
の特性が低下する傾向にあり、粒状晶結晶が多過ぎる
と、柱状晶の混在効果がほとんどなく、本発明の目的が
達成されない場合がある。
ち、柱状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織構造の被
膜を生成させる点にある。このような組織構造を得るた
めには、まず、基板上に先に第１図に示したような柱状
晶結晶の結晶を生成させて、次いで第２図に示したよう
な粒状晶結晶の結晶生成させると、第１図からも明らか
なように柱状晶結晶中に存在する空隙中に粒状晶結晶が
生成成長し、最終的に第３図の電顕写真に示すような柱
状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織の硬質膜が得ら
れる。このような混在組織は、柱状晶結晶と粒状晶結晶
が体積比で10:90乃至90:10、特に30:70乃至70:30の比率
であることが望ましく、柱状晶結晶が多過ぎると逆に膜
の特性が低下する傾向にあり、粒状晶結晶が多過ぎる
と、柱状晶の混在効果がほとんどなく、本発明の目的が
達成されない場合がある。
被覆切削工具において上記の結晶の混在した組織は工
具母材上に単層として存在する他、複層構造の硬質膜中
の１つの層として存在しても硬質膜内でのクラックの伝
播を混在組織形成層にて防ぐことができるのである。
具母材上に単層として存在する他、複層構造の硬質膜中
の１つの層として存在しても硬質膜内でのクラックの伝
播を混在組織形成層にて防ぐことができるのである。
また、本発明において用いられる工具母材としては、
被覆切削工具用母材として従来から知られているいずれ
のものが採用され、例えばWC−Coを主成分としたあるい
はTiC、TiCN等を主成分とし、硬質相として周期律表第4
a族、第5a族、および第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を加えた超硬合金
やサーメット焼結体、窒化珪素に周期律表第III a族酸
化物の他Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2等を加えた窒化珪素質
焼結体等が採用されるが、これらの中でも超硬合金が母
材として最も有効である。
被覆切削工具用母材として従来から知られているいずれ
のものが採用され、例えばWC−Coを主成分としたあるい
はTiC、TiCN等を主成分とし、硬質相として周期律表第4
a族、第5a族、および第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、窒酸化物、酸炭窒化物を加えた超硬合金
やサーメット焼結体、窒化珪素に周期律表第III a族酸
化物の他Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2等を加えた窒化珪素質
焼結体等が採用されるが、これらの中でも超硬合金が母
材として最も有効である。
一方、硬質膜はTi、Zr、Hf等周期律第4a族、Ta、Nb、
Ｖ等の第5a族、およびCr等の第6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物、酸炭窒化物、およびA1の酸化物、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であ
り、これらのうち、前述した混在組織形成層を形成し得
るものとしてはA1化合物を除く他の立方晶構造を有する
化合物が挙げられ、これらの中でもTiC、TiN、TiCN、Ti
CNOが最も望ましく、前述したA1化合物は最外層として
一般に形成される。
Ｖ等の第5a族、およびCr等の第6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物、酸炭窒化物、およびA1の酸化物、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であ
り、これらのうち、前述した混在組織形成層を形成し得
るものとしてはA1化合物を除く他の立方晶構造を有する
化合物が挙げられ、これらの中でもTiC、TiN、TiCN、Ti
CNOが最も望ましく、前述したA1化合物は最外層として
一般に形成される。
これら硬質膜は母材上に５〜20μｍの厚みで形成さ
れ、このうち、混在組織形成層は２μｍ以上の厚みで存
在していることが望ましく、２μｍを下回ると混在組織
による効果が十分に発揮されない。
れ、このうち、混在組織形成層は２μｍ以上の厚みで存
在していることが望ましく、２μｍを下回ると混在組織
による効果が十分に発揮されない。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例１） 母材としてISO P30（超硬合金製、型番CNMG120408）
を用い、公知のCVD法にて基板温度1000℃、H2 45％、Ti
Cl4 5％、N2 50％、炉内圧力60mbarの混合気流中に柱状
晶TiN膜を６時間生成し、次いで炉内圧力を800mbarに上
昇させ、柱状晶TiNの空隙に粒状晶TiNを析出させ、膜厚
10μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した被膜を形
成した。
を用い、公知のCVD法にて基板温度1000℃、H2 45％、Ti
Cl4 5％、N2 50％、炉内圧力60mbarの混合気流中に柱状
晶TiN膜を６時間生成し、次いで炉内圧力を800mbarに上
昇させ、柱状晶TiNの空隙に粒状晶TiNを析出させ、膜厚
10μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した被膜を形
成した。
比較として同一材種の母材上に前述と同一条件で柱状
晶TiNのみの被膜を10μｍ形成したもの、および同様に
して粒状晶TiNのみの被膜を10μｍ形成したものを作成
した。
晶TiNのみの被膜を10μｍ形成したもの、および同様に
して粒状晶TiNのみの被膜を10μｍ形成したものを作成
した。
上記で得られた３つのサンプルに対し、下記の条件で
切削試験を行なった。
切削試験を行なった。
摩耗テスト 被削材 SCM435R 切削速度 150m/min 送り 0.3mm/rev 切込み 2mm 時間 15分 上記条件で切削後フランク摩耗量を測定した。
耐欠損テスト 被削材 SCM435（10mmの幅の溝が４本
入ったもの） 切削速度 80m/min 送り 0.3mm/rev 切込み 3mm 衝撃回数 約500回 上記条件で切削後各サンプル（それぞれ30個）につい
て欠損した割合（欠損率）を求めた。
入ったもの） 切削速度 80m/min 送り 0.3mm/rev 切込み 3mm 衝撃回数 約500回 上記条件で切削後各サンプル（それぞれ30個）につい
て欠損した割合（欠損率）を求めた。
結果は第１表に示す。
第１表から明らかなように、フランク摩耗に関しては
柱状晶TiN膜が劣るが、混在TiN膜および粒状晶TiNは同
レベルであった。欠損性において、混在TiN膜は他の単
一膜に比べ、優れていることがわかり、膜の靭性が向上
したことが理解される。
柱状晶TiN膜が劣るが、混在TiN膜および粒状晶TiNは同
レベルであった。欠損性において、混在TiN膜は他の単
一膜に比べ、優れていることがわかり、膜の靭性が向上
したことが理解される。
（実施例２） 実施例１と同一の工具母材およびCVD法を用いて、基
板温度1150℃でH2 92％、TiCl4 4％、CH4 4％、炉内圧
力60mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を４時間形成し、
次いで温度を1020℃に低下させて粒状晶TiC膜を析出さ
せ、膜厚10μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した
被覆を作成した。
板温度1150℃でH2 92％、TiCl4 4％、CH4 4％、炉内圧
力60mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を４時間形成し、
次いで温度を1020℃に低下させて粒状晶TiC膜を析出さ
せ、膜厚10μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混在した
被覆を作成した。
比較例として前述の条件でそれぞれ膜厚10μｍの柱状
膜晶TiC膜のみおよび粒状晶TiC膜のみの被膜を形成した
ものを作成した。
膜晶TiC膜のみおよび粒状晶TiC膜のみの被膜を形成した
ものを作成した。
これらを実施例１と同様に摩耗テスト、耐欠損テスト
を行い、結果を第２表に示した。
を行い、結果を第２表に示した。
第２表の結果によれば、実施例１と同様、混在TiC膜
は優れた特性を示した。
は優れた特性を示した。
（実施例３） 実施例１と同一の工具母材およびCVD法を用いて、基
板温度1150℃でH2 92％、TiCl4 4％、CH4 4％、炉内圧
力50mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を２時間形成し、
次いで温度を1000℃に低下させ、粒状晶TiC膜を析出さ
せ、膜厚７μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混合した
被覆とし、その上に、温度1000℃でH2 60％、CO2 14
％、HC15％、AlCl3 20％、炉内圧力50mbarの混合気流中
でAl2O3膜を３μｍ析出させ、全膜厚10μｍのTiC＋Al2O
3複層膜を作成した。
板温度1150℃でH2 92％、TiCl4 4％、CH4 4％、炉内圧
力50mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を２時間形成し、
次いで温度を1000℃に低下させ、粒状晶TiC膜を析出さ
せ、膜厚７μｍの柱状晶組織と粒状晶組織とが混合した
被覆とし、その上に、温度1000℃でH2 60％、CO2 14
％、HC15％、AlCl3 20％、炉内圧力50mbarの混合気流中
でAl2O3膜を３μｍ析出させ、全膜厚10μｍのTiC＋Al2O
3複層膜を作成した。
また、比較品として柱状晶TiCのみ７μｍにAl2O3膜を
３μｍ設けたもの、粒状晶TiCのみ７μｍにAl2O3膜を３
μｍ設けたものを作成し、実施例１と同様の試験を行な
った。結果は第３表に示す。
３μｍ設けたもの、粒状晶TiCのみ７μｍにAl2O3膜を３
μｍ設けたものを作成し、実施例１と同様の試験を行な
った。結果は第３表に示す。
（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によれば、硬質膜中に柱状
晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織を形成することに
よって硬質膜の靭性を著しく向上させることが出来、被
覆切削工具として耐摩耗性を劣化させること無く、耐欠
損性能を改善することが出来る。よって、これら工具を
用いることにより切削の安定性、長寿命化を得ることが
出来る。
晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織を形成することに
よって硬質膜の靭性を著しく向上させることが出来、被
覆切削工具として耐摩耗性を劣化させること無く、耐欠
損性能を改善することが出来る。よって、これら工具を
用いることにより切削の安定性、長寿命化を得ることが
出来る。
第１図は柱状晶結晶TiN膜の組織構造を示す電子顕微鏡
写真、第２図は粒状晶結晶TiN膜の組織構造を示す電子
顕微鏡写真、第３図は柱状晶結晶TiN膜と粒状晶結晶TiN
膜とが混在した膜の組織構造を示す電子顕微鏡写真であ
る。
写真、第２図は粒状晶結晶TiN膜の組織構造を示す電子
顕微鏡写真、第３図は柱状晶結晶TiN膜と粒状晶結晶TiN
膜とが混在した膜の組織構造を示す電子顕微鏡写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 16/40 Ｃ２３Ｃ 16/40
Claims (1)
- 【請求項１】高強度材料から成る工具母材表面に、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、炭酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物及びA1の酸
化物、酸窒化物から選ばれる１種又は２種以上の単層あ
るいは複層から成る硬質膜を被覆してなる被覆切削工具
において、前記硬質膜中に、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、炭酸化物、
酸窒化物、酸炭窒化物から成る柱状晶結晶と粒状晶結晶
とが混在した組織を有することを特徴とする被覆切削工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127473A JP2876130B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127473A JP2876130B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02311202A JPH02311202A (ja) | 1990-12-26 |
| JP2876130B2 true JP2876130B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=14960798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1127473A Expired - Lifetime JP2876130B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876130B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3462859B2 (ja) | 2001-02-01 | 2003-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 被覆切削工具 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2932853B2 (ja) * | 1992-08-11 | 1999-08-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
| DE69831219T2 (de) * | 1997-11-06 | 2006-03-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Werkzeug beschichtet mit sinterkarbid |
| EP1985726A1 (de) * | 2007-04-27 | 2008-10-29 | WMF Aktiengesellschaft | Schneidwerkzeug mit einer Hartstoff verstärkten Schneidkante |
| JP5928806B2 (ja) * | 2011-06-29 | 2016-06-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP5928807B2 (ja) * | 2011-09-20 | 2016-06-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP6139058B2 (ja) * | 2012-01-04 | 2017-05-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6148582A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-10 | Agency Of Ind Science & Technol | 微細加工方法 |
-
1989
- 1989-05-19 JP JP1127473A patent/JP2876130B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3462859B2 (ja) | 2001-02-01 | 2003-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 被覆切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02311202A (ja) | 1990-12-26 |
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