JP2926882B2 - 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 - Google Patents
耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材Info
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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、切削工具や耐摩工具等の硬質部材の表面に
硬質被覆層を設け、耐摩耗性を改善向上させた表面被覆
硬質部材に関する。
硬質被覆層を設け、耐摩耗性を改善向上させた表面被覆
硬質部材に関する。
切削工具や耐摩工具をはじめ、各種の耐摩部品等の硬
質部材は、一般に炭化タングステン（WC）基等の超硬合
金、炭化チタン（TiC）系等の各種サーメツト、並びに
高速度鋼等の鋼や硬質合金で構成されている。
質部材は、一般に炭化タングステン（WC）基等の超硬合
金、炭化チタン（TiC）系等の各種サーメツト、並びに
高速度鋼等の鋼や硬質合金で構成されている。
又、かかる硬質部材の耐摩耗性を改善向上させるため
に、その表面に硬質被覆層としてPVD法やCVD法によりT
i,Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物、若しくはAlの
酸化物を単層に又は複層に形成した表面被覆硬質部材が
開発され、最近では広く実用に供されている。
に、その表面に硬質被覆層としてPVD法やCVD法によりT
i,Hf,Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物、若しくはAlの
酸化物を単層に又は複層に形成した表面被覆硬質部材が
開発され、最近では広く実用に供されている。
しかし、上記の表面被覆硬質部材においても耐摩耗性
が充分とは云い難く、特にエンドミルやスローアウエイ
チツプ等の切削工具や耐摩工具としては、摩耗により早
期に寿命に至つていた。
が充分とは云い難く、特にエンドミルやスローアウエイ
チツプ等の切削工具や耐摩工具としては、摩耗により早
期に寿命に至つていた。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、従来よりも優れた
耐摩耗性を有し、特に切削工具や耐摩工具として好適
な、表面被覆硬質部材を提供することを目的とする。
耐摩耗性を有し、特に切削工具や耐摩工具として好適
な、表面被覆硬質部材を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の表面被覆硬質部材
は、硬質部材からなる基材の表面に、ZrとAlの合金の炭
化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１種から
なる層厚0.5〜10μｍの硬質被覆層を有し、該硬質被覆
層と基材との間に、基材表面に直接形成された、Zr又は
Tiの炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１
種からなる層厚0.5〜５μｍの付着強化層を有すること
を特徴とする。
は、硬質部材からなる基材の表面に、ZrとAlの合金の炭
化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１種から
なる層厚0.5〜10μｍの硬質被覆層を有し、該硬質被覆
層と基材との間に、基材表面に直接形成された、Zr又は
Tiの炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１
種からなる層厚0.5〜５μｍの付着強化層を有すること
を特徴とする。
従来から硬質被覆層として用いられていたZrの炭化
物、窒化物及び炭窒化物は、Tiの炭化物、窒化物及び炭
窒化物と同様に、基材である硬質部材との付着強度が高
く且つ耐酸化性にも優れているが、高温硬度及び耐摩耗
性はさほど高くないことが知られている。又、Alの炭化
物、窒化物及び炭窒化物は、基材との付着強度、耐酸化
性、硬度においてZr又はTiの炭化物、窒化物及び炭窒化
物よりやゝ劣つている。
物、窒化物及び炭窒化物は、Tiの炭化物、窒化物及び炭
窒化物と同様に、基材である硬質部材との付着強度が高
く且つ耐酸化性にも優れているが、高温硬度及び耐摩耗
性はさほど高くないことが知られている。又、Alの炭化
物、窒化物及び炭窒化物は、基材との付着強度、耐酸化
性、硬度においてZr又はTiの炭化物、窒化物及び炭窒化
物よりやゝ劣つている。
然るに、硬質部材に対する各種の硬質被覆層について
耐摩耗性や付着強度等の研究を行なつた結果、ZrとAlの
合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物は、Zr単独の炭化
物、窒化物及び炭窒化物に比べて結晶粒が微細化され、
耐摩耗性が大幅に改善されることが見い出された。又、
この硬質被覆層を有する表面被覆硬質部材を切削工具や
耐摩工具として高速切削を行なうと、刃先の温度上昇に
より極めて高い高温硬度をもつAl2O3が生成するため、
高速切削においても耐摩耗性が低下しないことが判つ
た。
耐摩耗性や付着強度等の研究を行なつた結果、ZrとAlの
合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物は、Zr単独の炭化
物、窒化物及び炭窒化物に比べて結晶粒が微細化され、
耐摩耗性が大幅に改善されることが見い出された。又、
この硬質被覆層を有する表面被覆硬質部材を切削工具や
耐摩工具として高速切削を行なうと、刃先の温度上昇に
より極めて高い高温硬度をもつAl2O3が生成するため、
高速切削においても耐摩耗性が低下しないことが判つ
た。
ZrとAlの合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物からなる
硬質被覆層は、単層であっても複層であつても良いが、
層厚が0.5μｍ未満では耐摩耗性の向上が殆ど見られ
ず、又10μｍを超えると層中の残留応力が大きくなり、
付着強度が低下するので、層厚を0.5〜10μｍの範囲と
する。
硬質被覆層は、単層であっても複層であつても良いが、
層厚が0.5μｍ未満では耐摩耗性の向上が殆ど見られ
ず、又10μｍを超えると層中の残留応力が大きくなり、
付着強度が低下するので、層厚を0.5〜10μｍの範囲と
する。
しかし、ZrとAlの合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物
からなる硬質被覆層は、基材との付着強度及び耐酸化性
の点で、ZrやTiの炭化物、窒化物及び炭窒化物よりもや
や劣つている。
からなる硬質被覆層は、基材との付着強度及び耐酸化性
の点で、ZrやTiの炭化物、窒化物及び炭窒化物よりもや
や劣つている。
そこで、硬質被覆層と基材との間に、Zr又はTiの化合
物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１種からな
る付着強化層を基材表面に直接形成すれば、基材への硬
質被覆層の付着強度を大幅に向上させることが出来る。
この場合、付着強化層の層厚が0.5μｍ未満では付着強
度の向上が見られず、逆に５μｍを超えても付着強度が
更に向上することはない。
物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１種からな
る付着強化層を基材表面に直接形成すれば、基材への硬
質被覆層の付着強度を大幅に向上させることが出来る。
この場合、付着強化層の層厚が0.5μｍ未満では付着強
度の向上が見られず、逆に５μｍを超えても付着強度が
更に向上することはない。
又、高温での耐酸化性が要求される場合にも、上記の
硬質被覆層の表面に、Zr又はTiの炭化物、窒化物及び炭
窒化物のうちの少なくとも１種からなる表面層を形成す
ることによつて、高温において優れた耐酸化性が得られ
且つ耐摩耗性も向上する。この表面層の層厚が0.5μｍ
未満では耐酸化性の向上が殆ど認められず、又２μｍを
超えても耐酸化性の向上は見られなくなる。
硬質被覆層の表面に、Zr又はTiの炭化物、窒化物及び炭
窒化物のうちの少なくとも１種からなる表面層を形成す
ることによつて、高温において優れた耐酸化性が得られ
且つ耐摩耗性も向上する。この表面層の層厚が0.5μｍ
未満では耐酸化性の向上が殆ど認められず、又２μｍを
超えても耐酸化性の向上は見られなくなる。
尚、硬質被覆層、付着強化層及び表面層の各被覆層の
形成は、PVD法やCVD法等の従来公知の方法を利用出来る
が、スパツタリング法、イオンプレーテイング法等のPV
D法が基材の強度を容易に維持出来る点で好ましい。
形成は、PVD法やCVD法等の従来公知の方法を利用出来る
が、スパツタリング法、イオンプレーテイング法等のPV
D法が基材の強度を容易に維持出来る点で好ましい。
基材として、組成がJIS規格P30（具体的にはWC−20wt
％TiC−10wt％CO）、形状がJIS SNG 432の超硬合金製切
削チツプを用意し、その表面に下記の如く真空アーク放
電を用いたイオンプレーテイング法により、下記第１表
に示す被覆層を形成して本発明例の表面被覆切削チツプ
試料とした。
％TiC−10wt％CO）、形状がJIS SNG 432の超硬合金製切
削チツプを用意し、その表面に下記の如く真空アーク放
電を用いたイオンプレーテイング法により、下記第１表
に示す被覆層を形成して本発明例の表面被覆切削チツプ
試料とした。
即ち、成膜装置内に上記切削チツプと、ターゲツトし
てTi,Zr,ZrAl又はZr3Alを配置し、成膜装置内を真空度
１×10-2torrのArガス雰囲気に保持し、切削チツプに−
2000Vの電圧をかけて洗浄を行ない、500℃まで加熱した
後、Arガスを排気した。次に、成膜装置内にN2ガスとCH
4ガスの一方又は両方を300cc/minの割合で導入しなが
ら、真空アーク放電により上記のいずれかのターゲツト
を蒸発、イオン化させることにより、切削チツプ表面に
第１表に示す各被覆層を形成した。
てTi,Zr,ZrAl又はZr3Alを配置し、成膜装置内を真空度
１×10-2torrのArガス雰囲気に保持し、切削チツプに−
2000Vの電圧をかけて洗浄を行ない、500℃まで加熱した
後、Arガスを排気した。次に、成膜装置内にN2ガスとCH
4ガスの一方又は両方を300cc/minの割合で導入しなが
ら、真空アーク放電により上記のいずれかのターゲツト
を蒸発、イオン化させることにより、切削チツプ表面に
第１表に示す各被覆層を形成した。
又、比較のために、上記と同一の成膜装置を使用して
真空アーク放電を用いたイオンプレーテイング法によ
り、同じ組成と形状の切削チツプの表面にTiC,TiN,TiCN
を単独又は組合せてなる被覆層を形成することにより、
下記第１表に示す従来例の表面被覆切削チツプ試料を製
造した。
真空アーク放電を用いたイオンプレーテイング法によ
り、同じ組成と形状の切削チツプの表面にTiC,TiN,TiCN
を単独又は組合せてなる被覆層を形成することにより、
下記第１表に示す従来例の表面被覆切削チツプ試料を製
造した。
次に、上記の如く製造した各表面被覆切削チツプ試料
について、下記条件による連続切削試験と断続切削試験
を行ない、前者については切刃の逃げ面摩耗幅及びすく
い面摩耗深さを測定し且つ摩耗状態を観察し、後者につ
いては送り限界を測定した。
について、下記条件による連続切削試験と断続切削試験
を行ない、前者については切刃の逃げ面摩耗幅及びすく
い面摩耗深さを測定し且つ摩耗状態を観察し、後者につ
いては送り限界を測定した。
上記の各切削試験の結果を第２表に示す。
上記の結果から、本発明例の表面被覆切削チツプ試料
１〜15は、連続切削及び連続切削の両方において従来の
表面被覆切削チツプ試料16〜19よりも優れた耐摩耗性を
有し、靭性が維持されるので刃先の耐欠損性も優れてい
ることが判る。特に、試料５〜13は硬質被覆層が基材と
高い付着強度を有し、試料11〜13は表面層の高い耐酸化
性によつて耐摩耗性が一層向上している。
１〜15は、連続切削及び連続切削の両方において従来の
表面被覆切削チツプ試料16〜19よりも優れた耐摩耗性を
有し、靭性が維持されるので刃先の耐欠損性も優れてい
ることが判る。特に、試料５〜13は硬質被覆層が基材と
高い付着強度を有し、試料11〜13は表面層の高い耐酸化
性によつて耐摩耗性が一層向上している。
本発明によれば、新しい硬質被覆層を有することによ
つて、従来よりも優れた耐摩耗性を有する表面被覆硬質
部材を提供することが出来る。
つて、従来よりも優れた耐摩耗性を有する表面被覆硬質
部材を提供することが出来る。
従つて、特に本発明の表面被覆硬質部材を切削工具や
耐摩工具として使用した場合、長期に亘つて良好な切削
性能を維持することができる。
耐摩工具として使用した場合、長期に亘つて良好な切削
性能を維持することができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/06 C23C 16/30
Claims (2)
- 【請求項１】硬質部材からなる基材の表面に、ZrとAlの
合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも
１種からなる層厚0.5〜10μｍの硬質被覆層を有し、該
硬質被覆層と基材との間に、基材表面に直接形成され
た、Zr又はTiの炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少
なくとも１種からなる層厚0.5〜５μｍの付着強化層を
有することを特徴とする耐摩耗性に優れた表面被覆硬質
部材。 - 【請求項２】上記硬質被覆層の表面に、Zr又はTiの炭化
物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも１種からな
る層厚0.5〜２μｍの表面層を有することを特徴とす
る、請求項（１）記載の耐摩耗性に優れた表面被覆硬質
部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515190A JP2926882B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12515190A JP2926882B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421760A JPH0421760A (ja) | 1992-01-24 |
| JP2926882B2 true JP2926882B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=14903135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12515190A Expired - Fee Related JP2926882B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2926882B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100529157C (zh) * | 2005-02-08 | 2009-08-19 | 株式会社神户制钢所 | 硬涂层,形成硬涂层用的靶和形成硬涂层的方法 |
| JP5192642B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2013-05-08 | 三菱重工業株式会社 | 表面被覆部材及びその製造方法ならびに工具及び工作装置 |
| KR101614979B1 (ko) | 2009-04-03 | 2016-04-22 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 높은 온도를 발생시키는 금속 절삭 분야를 위한 코팅된 절삭 공구 |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP12515190A patent/JP2926882B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421760A (ja) | 1992-01-24 |
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