JP3208981B2 - 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆炭窒化チタン系サーメット製切削工具 - Google Patents

硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆炭窒化チタン系サーメット製切削工具

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、硬質被覆層の炭窒化
チタン(以下、TiCNで示す)系サーメットからなる
基体に対する密着性にすぐれ、したがって高速切削にも
硬質被覆層に剥離の発生がなく、すぐれた切削性能を長
期に亘って発揮する表面被覆TiCN系サーメット製切
削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般にCo、またはCoとNiを
主成分とする結合相:1〜30重量%(以下、%は重量
%を示すが、重量%と質量%は実質的に同じ割合を示す
ので、質量%を意味するものでもある)を含有し、残り
の主体がTiCNを主要成分とする硬質相からなるTi
CN系サーメット基体(以下、サーメット基体という)
の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて元素周期律
表の4a,5a、および6a族金属の炭化物、窒化物、
および炭窒化物、並びにこれらの2種以上の固溶体のう
ちの1種の単層または2種以上の複層からなる硬質被覆
層を形成してなる表面被覆TiCN系サーメット製切削
工具が、鋼などの連続切削や断続切削などに用いられて
いることは良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
の高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化に対す
る要求も強く、これに伴ない切削加工は高速切削を余儀
なくされる傾向にあるが、上記の従来表面被覆TiCN
系サーメット製切削工具においては、これを例えば鋼な
どの高速切削に用いると、硬質被覆層のサーメット基体
表面に対する密着性が十分でないために、硬質被覆層に
剥離が発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが
現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来表面被覆TiCN系
サーメット製切削工具に着目し、これを構成する硬質被
覆層のサーメット基体の表面に対する密着性の向上をは
かるべく研究を行なった結果、サーメット基体を、結合
相形成成分としてCoとNiを合量で3〜18%含有
し、結合相を除いた残りの硬質相の主体がTiCNから
なるTiCN系サーメットに特定すると共に、前記サー
メット基体の表面に蒸着形成される硬質被覆層も炭化チ
タン(以下、TiCで示す)層、窒化チタン(以下、T
iNで示す)層、炭窒化チタン(以下、TiCNで示
す)層、およびTiとAlの窒化物[以下、(Ti,A
l)Nで示す]層のうちの1層または2層以上に特定し
た上で、これらサーメット基体と硬質被覆層の間に、ア
ーク放電型イオンプレーティング法により物理蒸着形成
したCo−Ti金属間化合物層を0.10〜0.32μ
mの平均層厚で介在させると、この結果の表面被覆Ti
CN系サーメット製切削工具においては、上記Co−T
i金属間化合物層が上記サーメット基体と上記の通りに
特定された硬質被覆層との界面に存在して、これら両者
の密着性を著しく向上させることから、高速切削でも前
記硬質被覆層の剥離なく、すぐれた切削性能を長期に亘
って発揮するという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたもであって、結合相形成成分としてCoとNi
を合量で3〜18%含有し、結合相を除いた残りの硬質
相の主体がTiCNからなるTiCN系サーメットで構
成されたサーメット基体の表面に、アーク放電型イオン
プレーティング法にて蒸着形成された平均層厚:0.1
0〜0.32μmのCo−Ti金属間化合物層を介し
て、TiC層、TiN層、TiCN層、および(Ti,
Al)N層のうちの1層または2層以上からなる硬質被
覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層がすぐれた密着性
を有する前記表面被覆TiCN系サーメット製切削工具
に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の切削工具において、Co
−Ti金属間化合物層の平均層厚を0.10〜0.32
μmとしたのは、その層厚が0.10μm未満では所望
のすぐれた密着性を確保することができず、一方その層
厚が0.32μmを越えると、切削時における硬質被覆
層との熱膨張係数の差が顕著に現われるようになり、こ
れが原因で硬質被覆層に剥離が発生し易くなるという理
由にもとづくものである。また、結合相形成成分である
CoとNiの含有量を合量で3〜18%と定めたのは、
その含有量が3%未満では所望の強度を得るのに十分な
焼結性を確実に確保することができず、一方その含有量
が18%を越えると、耐摩耗性に低下傾向が現われるよ
うになるという理由からである。
【0007】
【実施例】つぎに、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。原料粉末として、いずれも1〜10
μmの範囲内の所定の平均粒径を有するTiCN粉末、
NbC粉末、WC粉末、TaC粉末、Mo2 C粉末、C
o粉末、およびNi粉末を用い、これら原料粉末を表1
に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥した後、1ton/cmの圧力で圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を0.05のtorrの
真空中、1450〜1550℃の範囲内の所定の温度に
1時間保持の条件で焼結してSNGN120408のス
ローアウェイチップ形状をもったサーメット基体A〜E
を形成し、ついでこれらサーメット基体A〜Eのそれぞ
れの表面に、以下いずれもアーク放電型イオンプレーテ
ィング法を用い、通常の条件で表2に示される組成およ
び平均層厚のCo−Ti金属間化合物層を形成し、さら
にこれに同じく表2に示される組成および平均層厚の硬
質被覆層を形成することにより本発明表面被覆TiCN
系サーメット製切削工具(以下、本発明被覆切削工具と
いう)1〜5をそれぞれ製造した。また、比較の目的
で、表3に示される通り上記Co−Ti金属間化合物層
の形成を行なわない以外は、同一の条件で比較表面被覆
TiCN系サーメット製切削工具(以下、比較被覆切削
工具という)1〜5をそれぞれ製造した。
【0008】ついで、この結果得られた各種の切削工具
について、 被削材:SNCM439(硬さ:HB 240)の丸棒、 切削速度:220m/min、 送り:0.25mm/rev、 切込み:2mm、 切削時間:30分、 の条件での鋼の乾式連続高速切削試験、並びに、 被削材:SNCM439(硬さ:HB 240)の長さ方
向等間隔4本溝入り丸棒、 切削速度:200m/min、 送り:0.2mm/rev、 切込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件での乾式断続高速切削試験を行ない、いずれの試
験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表4に示した。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】
【表3】
【0012】
【表4】
【0013】
【発明の効果】表1〜4に示される結果から、本発明被
覆切削工具1〜5は、いずれもサーメット基体と硬質被
覆層との密着性がCo−Ti金属間化合物層の介在によ
って著しく向上したものになっているので、連続切削お
よび断続切削のいずれでも高速切削にもかかわらず、硬
質被覆層に剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を示すの
に対して、上記Co−Ti金属間化合物層の介在がない
比較被覆切削工具1〜5は、硬質被覆層のサーメット基
体に対する密着性が十分でないために、いずれの切削試
験でも硬質被覆層に剥離が発生し、これが原因で使用寿
命に至ることが明らかである。上述のように、この発明
の表面被覆TiCN系サーメット製切削工具は、これを
構成する硬質被覆層のサーメット基体に対する密着性に
すぐれているので、これを高速切削に用いても硬質被覆
層に剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って
発揮するのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 16/34 C23C 16/34 16/36 16/36 (56)参考文献 特開 平6−17229(JP,A) 特開 昭63−134654(JP,A) 特開 平5−140763(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 B23B 27/14 B23P 15/28 C23C 16/00 - 16/56

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結合相形成成分としてCoとNiを合量
    で3〜18重量%(質量%)含有し、結合相を除いた残
    りの硬質相の主体が炭窒化チタンからなる炭窒化チタン
    系サーメットで構成された基体の表面に、 アーク放電型イオンプレーティング法にて蒸着形成され
    た平均層厚:0.10〜0.32μmのCo−Ti金属
    間化合物層を介して、 炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、および
    TiとAlの窒化物層のうちの1層または2層以上から
    なる硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層がすぐ
    れた密着性を有する表面被覆炭窒化チタン系サーメット
    製切削工具。
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