JP2987989B2 - 硬質層被覆切削工具の製造方法 - Google Patents
硬質層被覆切削工具の製造方法Info
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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、ＷＣ基超硬合金、Ｔ
ｉ（ＣＮ）基サーメット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、
及びＡｌ2 Ｏ3 系セラミックスのいずれか１種を基体と
し、その表面に硬質層を化学蒸着法で被覆した切削工具
の製造方法に関するものである。
ｉ（ＣＮ）基サーメット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、
及びＡｌ2 Ｏ3 系セラミックスのいずれか１種を基体と
し、その表面に硬質層を化学蒸着法で被覆した切削工具
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＷＣ基超硬合金を基体とし、その
表面に化学蒸着法や物理蒸着法等で硬質層を被覆した切
削工具が広く使用されている。一般に、ＷＣ基超硬合金
上に化学蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）及び物理蒸着
法（以下、ＰＶＤ法という）で被覆した硬質層には残留
応力が存在することが知られており、ＣＶＤ法による硬
質層には引張り残留応力が、ＰＶＤ法による硬質層には
圧縮残留応がそれぞれ存在することが知られている。上
記ＣＶＤ法で被覆した硬質層は基体との熱膨脹係数の関
係より、コーティング後には熱応力に起因する引張り残
留応力が作用するとされている（「日本金属学会誌 第
５０巻第３号（１９８６）３２０−３２７」などを参
照）。
表面に化学蒸着法や物理蒸着法等で硬質層を被覆した切
削工具が広く使用されている。一般に、ＷＣ基超硬合金
上に化学蒸着法（以下、ＣＶＤ法という）及び物理蒸着
法（以下、ＰＶＤ法という）で被覆した硬質層には残留
応力が存在することが知られており、ＣＶＤ法による硬
質層には引張り残留応力が、ＰＶＤ法による硬質層には
圧縮残留応がそれぞれ存在することが知られている。上
記ＣＶＤ法で被覆した硬質層は基体との熱膨脹係数の関
係より、コーティング後には熱応力に起因する引張り残
留応力が作用するとされている（「日本金属学会誌 第
５０巻第３号（１９８６）３２０−３２７」などを参
照）。
【０００３】また、上記ＣＶＤ法による硬質層は、耐摩
耗性が高いことも知られているが、ＣＶＤ法による硬質
層には引張り残留応力がかかっており、そのためＣＶＤ
硬質層にはクラックが発生しやすく、このクラックが原
因でＣＶＤ被覆切削工具は耐欠損性が低下し、一方、Ｐ
ＶＤ法による硬質層は、耐摩耗性は低いものの硬質層に
かかる圧縮残留応力により硬質層被覆切削工具の耐欠損
性は優れたものとなっていることも知られている。
耗性が高いことも知られているが、ＣＶＤ法による硬質
層には引張り残留応力がかかっており、そのためＣＶＤ
硬質層にはクラックが発生しやすく、このクラックが原
因でＣＶＤ被覆切削工具は耐欠損性が低下し、一方、Ｐ
ＶＤ法による硬質層は、耐摩耗性は低いものの硬質層に
かかる圧縮残留応力により硬質層被覆切削工具の耐欠損
性は優れたものとなっていることも知られている。
【０００４】上記ＣＶＤ法による硬質層の引張り残留応
力を低減、あるいは圧縮残留応力を付与する方法とし
て、ＣＶＤ法による硬質層被覆後、サンドブラスト法又
はショットピーニング法などの機械的処理を施す方法、
またはガスをイオン化して衝突させる例えばイオン注入
法などの物理的処理を施す方法がある（特開昭６４−３
１９７２号公報参照）。
力を低減、あるいは圧縮残留応力を付与する方法とし
て、ＣＶＤ法による硬質層被覆後、サンドブラスト法又
はショットピーニング法などの機械的処理を施す方法、
またはガスをイオン化して衝突させる例えばイオン注入
法などの物理的処理を施す方法がある（特開昭６４−３
１９７２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のサ
ンドブラスト法及びショットピーニング法などの機械的
処理方法では、ＣＶＤ硬質層の引張り残留応力を低減あ
るいは圧縮残留応力を付与する際の制御が難しく、極め
て薄いＣＶＤ硬質層にサンドまたはショットが当たると
しばしば剥離することがあり、処理効果に対する再現性
或いは安定性が低く、さらに、ガスをイオン化して衝突
させるイオン注入法などの物理的処理を施す方法では、
注入したイオンがＣＶＤ硬質層中の欠陥として作用した
り、或いは、硬質層の表面が微小破壊したりすることが
あり、耐磨耗性を維持しかつ耐欠損性の優れたＣＶＤ硬
質層を有する硬質層被覆切削工具をばらつきなく提供す
ることができない等の課題があった。
ンドブラスト法及びショットピーニング法などの機械的
処理方法では、ＣＶＤ硬質層の引張り残留応力を低減あ
るいは圧縮残留応力を付与する際の制御が難しく、極め
て薄いＣＶＤ硬質層にサンドまたはショットが当たると
しばしば剥離することがあり、処理効果に対する再現性
或いは安定性が低く、さらに、ガスをイオン化して衝突
させるイオン注入法などの物理的処理を施す方法では、
注入したイオンがＣＶＤ硬質層中の欠陥として作用した
り、或いは、硬質層の表面が微小破壊したりすることが
あり、耐磨耗性を維持しかつ耐欠損性の優れたＣＶＤ硬
質層を有する硬質層被覆切削工具をばらつきなく提供す
ることができない等の課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述のような課題を解決すべく研究を行った結果、超硬
合金基体の表面にＣＶＤ法により硬質層を被覆後、Ｎイ
オン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉイオ
ン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの少なくと
も１種類のイオン照射を行うことにより、解決すること
ができるという知見を得たのである。
上述のような課題を解決すべく研究を行った結果、超硬
合金基体の表面にＣＶＤ法により硬質層を被覆後、Ｎイ
オン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉイオ
ン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの少なくと
も１種類のイオン照射を行うことにより、解決すること
ができるという知見を得たのである。
【０００７】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、ＷＣ基超硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サー
メット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、及びＡｌ2 Ｏ3 系
セラミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に周
期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの
群から選んだ１種または２種以上の金属元素と、炭素、
窒素、酸素およびほう素からなる群より選んだ１種また
は２種以上の非金属元素の化合物の１種の単層または２
種以上の多重層で構成された硬質層を被覆する硬質層被
覆切削工具の製造方法において、上記化学蒸着法で被覆
した硬質層にＮイオン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌ
イオン、Ｎｉイオン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕ
イオンの内のいずれか１種類のイオン照射することによ
り引張り残留応力を十分に低減し圧縮残留応力を付与す
る硬質層被覆切削工具を製造する方法に特徴を有するも
のである。
たものであって、ＷＣ基超硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サー
メット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、及びＡｌ2 Ｏ3 系
セラミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に周
期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの
群から選んだ１種または２種以上の金属元素と、炭素、
窒素、酸素およびほう素からなる群より選んだ１種また
は２種以上の非金属元素の化合物の１種の単層または２
種以上の多重層で構成された硬質層を被覆する硬質層被
覆切削工具の製造方法において、上記化学蒸着法で被覆
した硬質層にＮイオン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌ
イオン、Ｎｉイオン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕ
イオンの内のいずれか１種類のイオン照射することによ
り引張り残留応力を十分に低減し圧縮残留応力を付与す
る硬質層被覆切削工具を製造する方法に特徴を有するも
のである。
【０００８】上記照射するイオンは、２種以上の異なる
混合イオンでも良い。したがってこの発明は、ＷＣ基超
硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サーメット、Ｓｉ 3 Ｎ 4 系セラ
ミックス、及びＡｌ 2 Ｏ 3 系セラミックスのいずれか１
種を基体とし、その表面に周期律表の４ａ，５ａ，およ
び６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群から選んだ１種または２
種以上の金属元素と、炭素、窒素、酸素およびほう素か
らなる群より選んだ１種または２種以上の非金属元素の
化合物の１種の単層または２種以上の多重層で構成され
た硬質層を化学蒸着法で被覆する硬質層被覆切削工具の
製造方法において、上記化学蒸着法で被覆した硬質層に
Ｎイオン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉ
イオン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの内の
２種以上の異なる混合イオンを照射する硬質層被覆切削
工具の製造方法に特徴を有するものである。
混合イオンでも良い。したがってこの発明は、ＷＣ基超
硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サーメット、Ｓｉ 3 Ｎ 4 系セラ
ミックス、及びＡｌ 2 Ｏ 3 系セラミックスのいずれか１
種を基体とし、その表面に周期律表の４ａ，５ａ，およ
び６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群から選んだ１種または２
種以上の金属元素と、炭素、窒素、酸素およびほう素か
らなる群より選んだ１種または２種以上の非金属元素の
化合物の１種の単層または２種以上の多重層で構成され
た硬質層を化学蒸着法で被覆する硬質層被覆切削工具の
製造方法において、上記化学蒸着法で被覆した硬質層に
Ｎイオン、Ａｒイオン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉ
イオン、Ｍｎイオン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの内の
２種以上の異なる混合イオンを照射する硬質層被覆切削
工具の製造方法に特徴を有するものである。
【０００９】この発明で使用するイオン照射法と従来か
ら使用されているイオン注入法との違いは、以下の通り
である。すなわち、イオン照射法とイオン注入法は、イ
オンを硬質層に向かって衝突させることは同じである
が、イオン注入法はイオンを硬質層に打ち込むに対し、
イオン照射法ではイオンを硬質層に衝突させるだけで打
ち込むものではない（イオン照射されたイオンは硬質層
に一部注入されることがあるが、その量は極めて少な
い。）。したがって、イオン注入法では、イオンを硬質
層に打ち込むために、硬質層の成分に影響を与えないよ
うなイオンを選択しなければならない。イオンの照射量
と残留応力に及ぼす効果は比例しているので、ＣＶＤ硬
質層の引張り残留応力を十分に低減し圧縮残留応力を付
与するイオン照射量はコントロールが可能である。
ら使用されているイオン注入法との違いは、以下の通り
である。すなわち、イオン照射法とイオン注入法は、イ
オンを硬質層に向かって衝突させることは同じである
が、イオン注入法はイオンを硬質層に打ち込むに対し、
イオン照射法ではイオンを硬質層に衝突させるだけで打
ち込むものではない（イオン照射されたイオンは硬質層
に一部注入されることがあるが、その量は極めて少な
い。）。したがって、イオン注入法では、イオンを硬質
層に打ち込むために、硬質層の成分に影響を与えないよ
うなイオンを選択しなければならない。イオンの照射量
と残留応力に及ぼす効果は比例しているので、ＣＶＤ硬
質層の引張り残留応力を十分に低減し圧縮残留応力を付
与するイオン照射量はコントロールが可能である。
【００１０】
【実施例】つぎに、この発明の硬質層被覆切削工具の製
造方法を実施例に基づいて具体的に説明する。ＩＳＯ規
格ＳＮＧＮ１２０４０８の形状を有する各種工具材種を
基体とし、その表面に、表１に示す成分組成の硬質層を
通常のＣＶＤ法により表１に示す平均厚さに形成した被
覆切削工具Ａ〜Ｈを用意した。
造方法を実施例に基づいて具体的に説明する。ＩＳＯ規
格ＳＮＧＮ１２０４０８の形状を有する各種工具材種を
基体とし、その表面に、表１に示す成分組成の硬質層を
通常のＣＶＤ法により表１に示す平均厚さに形成した被
覆切削工具Ａ〜Ｈを用意した。
【００１１】上記被覆切削工具Ａ〜Ｈの硬質層に表２に
示される条件でイオンを照射して本発明法１〜８を実施
し、被覆切削工具の硬質層の残留応力を測定し、それら
の結果を表２に示し、さらに、得られた被覆切削工具を
用いて、下記の条件で鋼の角材による乾式断続切削試験
を行い、それぞれ１０切れ刃切削を行い欠損するまでの
衝撃回数を測定し、その平均値を表２に示した。
示される条件でイオンを照射して本発明法１〜８を実施
し、被覆切削工具の硬質層の残留応力を測定し、それら
の結果を表２に示し、さらに、得られた被覆切削工具を
用いて、下記の条件で鋼の角材による乾式断続切削試験
を行い、それぞれ１０切れ刃切削を行い欠損するまでの
衝撃回数を測定し、その平均値を表２に示した。
【００１２】さらに、比較のために上記被覆切削工具Ａ
〜Ｈの硬質層に表３に示される条件でイオン注入して従
来法１〜８を実施し、被覆切削工具の硬質層の残留応力
を測定し、それらの結果を表３に示し、さらに、得られ
た被覆切削工具を用いて、下記の条件で鋼の角材による
乾式断続切削試験を行い、それぞれ１０切れ刃切削を行
い欠損するまでの衝撃回数を測定し、その平均値を表３
に示した。 乾式断続切削試験条件： 被削材：ＳＣＭ４４０（ＨB ２６０） 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２１ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：２．０ｍｍ、
〜Ｈの硬質層に表３に示される条件でイオン注入して従
来法１〜８を実施し、被覆切削工具の硬質層の残留応力
を測定し、それらの結果を表３に示し、さらに、得られ
た被覆切削工具を用いて、下記の条件で鋼の角材による
乾式断続切削試験を行い、それぞれ１０切れ刃切削を行
い欠損するまでの衝撃回数を測定し、その平均値を表３
に示した。 乾式断続切削試験条件： 被削材：ＳＣＭ４４０（ＨB ２６０） 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２１ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：２．０ｍｍ、
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【発明の効果】表２〜表３に示される結果から、本発明
法のイオン照射により被覆切削工具の硬質層に圧縮残留
応力を付与すると、断続乾式切削において、いずれも長
期にわたって優れた切削性能を発揮する被覆切削工具を
常にばらつきなく提供することができるに対し、従来の
イオン注入による圧縮残留応力の付与は、注入されたイ
オンが欠陥として作用したり硬質層表面の微小破壊ある
いは組織変化などを生じている可能性が高く、したがっ
て、被覆切削工具の断続乾式切削における切削性能にば
らつきが生じ、寿命が短く、切削性能の劣った不良被覆
切削工具ができることもあり、被覆切削工具の品質にば
らつきが生ずることが分かる。
法のイオン照射により被覆切削工具の硬質層に圧縮残留
応力を付与すると、断続乾式切削において、いずれも長
期にわたって優れた切削性能を発揮する被覆切削工具を
常にばらつきなく提供することができるに対し、従来の
イオン注入による圧縮残留応力の付与は、注入されたイ
オンが欠陥として作用したり硬質層表面の微小破壊ある
いは組織変化などを生じている可能性が高く、したがっ
て、被覆切削工具の断続乾式切削における切削性能にば
らつきが生じ、寿命が短く、切削性能の劣った不良被覆
切削工具ができることもあり、被覆切削工具の品質にば
らつきが生ずることが分かる。
【００１７】かかる効果は、イオンを硬質層に衝突させ
るイオン照射とイオンを硬質層に注入させるイオン注入
の差によるものと考えられるが、いずれにしても上述の
ように、この発明の方法によると、優れた切削性能を長
期にわたって発揮することができる硬質層被覆超硬合金
切削工具を不良品を発生することなく提供することがで
き、産業上優れた効果をもたらすものである。
るイオン照射とイオンを硬質層に注入させるイオン注入
の差によるものと考えられるが、いずれにしても上述の
ように、この発明の方法によると、優れた切削性能を長
期にわたって発揮することができる硬質層被覆超硬合金
切削工具を不良品を発生することなく提供することがで
き、産業上優れた効果をもたらすものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＷＣ基超硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サーメ
ット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、及びＡｌ2 Ｏ3 系セ
ラミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に周期
律表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群
から選んだ１種または２種以上の金属元素と、炭素、窒
素、酸素およびほう素からなる群より選んだ１種または
２種以上の非金属元素の化合物の１種の単層または２種
以上の多重層で構成された硬質層を化学蒸着法で被覆す
る硬質層被覆切削工具の製造方法において、 上記化学蒸着法で被覆した硬質層にＮイオン、Ａｒイオ
ン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉイオン、Ｍｎイオ
ン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの内のいずれか１種類の
イオンを照射することを特徴とする硬質層被覆切削工具
の製造方法。 - 【請求項２】 ＷＣ基超硬合金、Ｔｉ（ＣＮ）基サーメ
ット、Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックス、及びＡｌ2 Ｏ3 系セ
ラミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に周期
律表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群
から選んだ１種または２種以上の金属元素と、炭素、窒
素、酸素およびほう素からなる群より選んだ１種または
２種以上の非金属元素の化合物の１種の単層または２種
以上の多重層で構成された硬質層を化学蒸着法で被覆す
る硬質層被覆切削工具の製造方法において、 上記化学蒸着法で被覆した硬質層にＮイオン、Ａｒイオ
ン、Ｔｉイオン、Ａｌイオン、Ｎｉイオン、Ｍｎイオ
ン、Ａｇイオン及びＡｕイオンの内の２種以上の異なる
混合イオンを照射することを特徴とする硬質層被覆切削
工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3091221A JP2987989B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 硬質層被覆切削工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3091221A JP2987989B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 硬質層被覆切削工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0641760A JPH0641760A (ja) | 1994-02-15 |
| JP2987989B2 true JP2987989B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=14020372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3091221A Expired - Fee Related JP2987989B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 硬質層被覆切削工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987989B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3091221A patent/JP2987989B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0641760A (ja) | 1994-02-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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