JP3240919B2 - 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）を主
成分とするＡｌ2Ｏ3系化合物層が、これを厚膜化しても
その層厚が均一化し、かつすぐれた層間密着性を有し、
したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこ
と、特に断続切削に用いた場合にも切刃に欠けやチッピ
ング（微小欠け）などの欠損の発生なく、長期に亘って
すぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）を主
成分とするＡｌ2Ｏ3系化合物層が、これを厚膜化しても
その層厚が均一化し、かつすぐれた層間密着性を有し、
したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこ
と、特に断続切削に用いた場合にも切刃に欠けやチッピ
ング（微小欠け）などの欠損の発生なく、長期に亘って
すぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭化タングステン基超硬合金基体
（以下、超硬基体という）の表面に、Ｔｉの炭化物（以
下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで
示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化
物（以下、ＴｉＯ2で示す）層、炭酸化物（以下、Ｔｉ
ＣＯで示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）
層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層
（以下、これらを総称して「Ｔｉ炭・窒・酸化物層」と
いう）のうちの１種または２種以上と、Ａｌ2Ｏ3層とか
らなる硬質被覆層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ている。また、特に上記被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2Ｏ3層が、反応ガスとして、容量％で、 三塩化アルミニウム（以下、ＡｌＣｌ3で示す）：１〜
２０％、 二酸化炭素（以下、ＣＯ2示す）：０．５〜３０％、 ［必要に応じて一酸化炭素（ＣＯ）または塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）：１〜３０％］、 水素（以下、Ｈ2示す）：残り、 からなる組成を有する水素系反応ガスを用い、 反応温度：９５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されることも知られている。
（以下、超硬基体という）の表面に、Ｔｉの炭化物（以
下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで
示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化
物（以下、ＴｉＯ2で示す）層、炭酸化物（以下、Ｔｉ
ＣＯで示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）
層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層
（以下、これらを総称して「Ｔｉ炭・窒・酸化物層」と
いう）のうちの１種または２種以上と、Ａｌ2Ｏ3層とか
らなる硬質被覆層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ている。また、特に上記被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2Ｏ3層が、反応ガスとして、容量％で、 三塩化アルミニウム（以下、ＡｌＣｌ3で示す）：１〜
２０％、 二酸化炭素（以下、ＣＯ2示す）：０．５〜３０％、 ［必要に応じて一酸化炭素（ＣＯ）または塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）：１〜３０％］、 水素（以下、Ｈ2示す）：残り、 からなる組成を有する水素系反応ガスを用い、 反応温度：９５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴い、被覆超硬工具には使用寿命のさらなる
延命化が求められ、これに対応する手段として、これを
構成する硬質被覆層のうち、特に耐酸化性と熱的安定性
にすぐれ、さらに高硬度を有するＡｌ2Ｏ3層の厚膜化が
広く検討されているが、前記Ａｌ2Ｏ3層は、これを厚く
すると、上記の従来Ａｌ2Ｏ3層形成手段では層厚が局部
的に不均一になり、切刃の逃げ面、すくい面、および前
記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の間には層厚に著
しいバラツキが発生するようになり、さらに同じく硬質
被覆層を構成するＴｉ炭・窒・酸化物層との層間密着性
が十分でないことと相まって、これを、例えば鋼や鋳鉄
などの断続切削に用いた場合に切刃に欠けやチッピング
などの欠損が発生し易く、これが原因で比較的短時間で
使用寿命に至るのが現状である。
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴い、被覆超硬工具には使用寿命のさらなる
延命化が求められ、これに対応する手段として、これを
構成する硬質被覆層のうち、特に耐酸化性と熱的安定性
にすぐれ、さらに高硬度を有するＡｌ2Ｏ3層の厚膜化が
広く検討されているが、前記Ａｌ2Ｏ3層は、これを厚く
すると、上記の従来Ａｌ2Ｏ3層形成手段では層厚が局部
的に不均一になり、切刃の逃げ面、すくい面、および前
記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の間には層厚に著
しいバラツキが発生するようになり、さらに同じく硬質
被覆層を構成するＴｉ炭・窒・酸化物層との層間密着性
が十分でないことと相まって、これを、例えば鋼や鋳鉄
などの断続切削に用いた場合に切刃に欠けやチッピング
などの欠損が発生し易く、これが原因で比較的短時間で
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、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2Ｏ3層に着目し、厚膜化した場合の層厚の局
部的バラツキの減少と、Ｔｉ炭・窒・酸化物層に対する
層間密着性の向上を図るべく研究を行った結果、化学蒸
着法によるＡｌ2Ｏ3層の形成に際して、反応ガスとし
て、上記の従来水素系反応ガスに代って、容量％で、基
本的に、 ＡｌＣｌ3：１〜１０％、 Ｈ2：１〜５％、 窒素酸化物（以下、ＮＯで示す）：１６〜３０％、 四塩化ジルコニウム（以下、ＺｒＣｌ4で示す）および
／または四塩化ハフニウム（以下、ＨｆＣｌ4で示
す）：０．１〜０．６％、 Ａｒ：残り、 からなる組成を有するＡｒ系反応ガスを用い、反応温度
および雰囲気圧力は以下の条件、すなわち、 反応温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で層形成を行うと、形成された層中にＺｒおよび
／またはＨｆと、Ｃｌ（塩素）と、Ｎ（窒素）が含有す
るようになり、このＺｒおよび／またはＨｆとＣｌの含
有割合を、主に上記Ａｒ系反応ガスの組成および反応雰
囲気を調整することにより、重量％（重量％と質量％は
実質的に同じ割合を示すので、以下の重量％の表示は質
量％でも同じ表示となる）で、Ｚｒおよび／またはＨ
ｆ：０．５〜１０％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％とな
るようにすると、この結果のＡｌ2Ｏ3を主成分とし、か
つＺｒおよび／またはＨｆと、Ｃｌを含有するＡｌ2Ｏ3
系化合物層は、これを厚膜化しても、その層厚に局部的
バラツキが著しく少なくなり、切刃の逃げ面、すくい
面、および前記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の層
厚が相互に均一化するようになり、加えてＮの含有割合
を同じく０．００１〜０．１％となるように調整する
と、Ｚｒおよび／またはＨｆとの共存で硬質被覆層を構
成するＴｉ炭・窒・酸化物層との層間密着性が著しく向
上し、したがって、このＡｌ2Ｏ3系化合物層と上記Ｔｉ
炭・窒・酸化物層からなる硬質被覆層を形成した被覆超
硬工具は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合物層がＡｌ2Ｏ3を主成分
とするので、すぐれた耐酸化性と熱的安定性、および高
硬度を具備することと相俟って、例えば鋼や鋳鉄などの
連続切削は勿論のこと、断続切削に用いた場合にも切刃
に欠けやチッピングなどの欠損の発生なく、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を示すという研究結果を得たのであ
る。
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2Ｏ3層に着目し、厚膜化した場合の層厚の局
部的バラツキの減少と、Ｔｉ炭・窒・酸化物層に対する
層間密着性の向上を図るべく研究を行った結果、化学蒸
着法によるＡｌ2Ｏ3層の形成に際して、反応ガスとし
て、上記の従来水素系反応ガスに代って、容量％で、基
本的に、 ＡｌＣｌ3：１〜１０％、 Ｈ2：１〜５％、 窒素酸化物（以下、ＮＯで示す）：１６〜３０％、 四塩化ジルコニウム（以下、ＺｒＣｌ4で示す）および
／または四塩化ハフニウム（以下、ＨｆＣｌ4で示
す）：０．１〜０．６％、 Ａｒ：残り、 からなる組成を有するＡｒ系反応ガスを用い、反応温度
および雰囲気圧力は以下の条件、すなわち、 反応温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で層形成を行うと、形成された層中にＺｒおよび
／またはＨｆと、Ｃｌ（塩素）と、Ｎ（窒素）が含有す
るようになり、このＺｒおよび／またはＨｆとＣｌの含
有割合を、主に上記Ａｒ系反応ガスの組成および反応雰
囲気を調整することにより、重量％（重量％と質量％は
実質的に同じ割合を示すので、以下の重量％の表示は質
量％でも同じ表示となる）で、Ｚｒおよび／またはＨ
ｆ：０．５〜１０％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％とな
るようにすると、この結果のＡｌ2Ｏ3を主成分とし、か
つＺｒおよび／またはＨｆと、Ｃｌを含有するＡｌ2Ｏ3
系化合物層は、これを厚膜化しても、その層厚に局部的
バラツキが著しく少なくなり、切刃の逃げ面、すくい
面、および前記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の層
厚が相互に均一化するようになり、加えてＮの含有割合
を同じく０．００１〜０．１％となるように調整する
と、Ｚｒおよび／またはＨｆとの共存で硬質被覆層を構
成するＴｉ炭・窒・酸化物層との層間密着性が著しく向
上し、したがって、このＡｌ2Ｏ3系化合物層と上記Ｔｉ
炭・窒・酸化物層からなる硬質被覆層を形成した被覆超
硬工具は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合物層がＡｌ2Ｏ3を主成分
とするので、すぐれた耐酸化性と熱的安定性、および高
硬度を具備することと相俟って、例えば鋼や鋳鉄などの
連続切削は勿論のこと、断続切削に用いた場合にも切刃
に欠けやチッピングなどの欠損の発生なく、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を示すという研究結果を得たのであ
る。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、 （ａ）化学蒸着または物理蒸着形成された、Ｔｉ炭・窒
・酸化物層のうちの１種または２種以上と、 （ｂ）容量％で、ＡｌＣｌ3：１〜１０％、Ｈ2：１〜５
％、ＮＯ：１６〜３０％、ＺｒＣｌ4および／またはＨ
ｆＣｌ4：０．１〜０．６％、Ａｒ：残り、からなる組
成を有するＡｒ系反応ガスを用いて化学蒸着形成され、
Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、かつ重量％（質量％）で、 Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、 Ｃｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ：０．００１〜０．１％、 を含有するＡｌ2Ｏ3系化合物層、以上（ａ）および
（ｂ）からなる平均層厚：３〜２０μｍの硬質被覆層を
形成してなる、耐欠損性のすぐれた被覆超硬工具に特徴
を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、 （ａ）化学蒸着または物理蒸着形成された、Ｔｉ炭・窒
・酸化物層のうちの１種または２種以上と、 （ｂ）容量％で、ＡｌＣｌ3：１〜１０％、Ｈ2：１〜５
％、ＮＯ：１６〜３０％、ＺｒＣｌ4および／またはＨ
ｆＣｌ4：０．１〜０．６％、Ａｒ：残り、からなる組
成を有するＡｒ系反応ガスを用いて化学蒸着形成され、
Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、かつ重量％（質量％）で、 Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、 Ｃｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ：０．００１〜０．１％、 を含有するＡｌ2Ｏ3系化合物層、以上（ａ）および
（ｂ）からなる平均層厚：３〜２０μｍの硬質被覆層を
形成してなる、耐欠損性のすぐれた被覆超硬工具に特徴
を有するものである。
【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するＡｌ2Ｏ3系化合物層におけるＺｒおよび／
またはＨｆとＣｌは、上記の通り、これらの成分が共存
して層厚の均一化に作用するものであり、したがって、
これらの成分のうちのＺｒおよび／またはＨｆの含有量
が０．５％未満でも、またＣｌの含有量が０．００５％
未満でも前記作用に所望の効果が得られず、一方これら
の成分のうちのＺｒおよび／またはＨｆの含有量が１０
％を越えても、またＣｌの含有量が０．１％を越えて
も、Ａｌ2Ｏ3系化合物層のもつ特性が損なわれるように
なるものであり、これらの結果から、その含有量を、そ
れぞれＺｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、、Ｃ
ｌ：０．００５〜０．１％％と定めた。また、同じくＮ
成分には、上記の通りＡｌ2Ｏ3系化合物層の上記Ｔｉ炭
・窒・酸化物層に対する層間密着性をＺｒおよび／また
はＨｆとの共存下で向上させる作用があり、したがって
その含有量が０．００１％未満では、所望の層間密着性
向上効果が得られず、一方その含有量が０．１％を越え
るとＡｌ2Ｏ3系化合物層のもつ特性が損なわれるように
なることから、その含有量を０．００１〜０．１％と定
めた。さらに、硬質被覆層の平均層厚を３〜２０μｍと
したのは、その層厚が３μｍ未満では所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができず、一方その層厚が２０μ
ｍを越えると、耐欠損性が低下するようになるという理
由からである。
層を構成するＡｌ2Ｏ3系化合物層におけるＺｒおよび／
またはＨｆとＣｌは、上記の通り、これらの成分が共存
して層厚の均一化に作用するものであり、したがって、
これらの成分のうちのＺｒおよび／またはＨｆの含有量
が０．５％未満でも、またＣｌの含有量が０．００５％
未満でも前記作用に所望の効果が得られず、一方これら
の成分のうちのＺｒおよび／またはＨｆの含有量が１０
％を越えても、またＣｌの含有量が０．１％を越えて
も、Ａｌ2Ｏ3系化合物層のもつ特性が損なわれるように
なるものであり、これらの結果から、その含有量を、そ
れぞれＺｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、、Ｃ
ｌ：０．００５〜０．１％％と定めた。また、同じくＮ
成分には、上記の通りＡｌ2Ｏ3系化合物層の上記Ｔｉ炭
・窒・酸化物層に対する層間密着性をＺｒおよび／また
はＨｆとの共存下で向上させる作用があり、したがって
その含有量が０．００１％未満では、所望の層間密着性
向上効果が得られず、一方その含有量が０．１％を越え
るとＡｌ2Ｏ3系化合物層のもつ特性が損なわれるように
なることから、その含有量を０．００１〜０．１％と定
めた。さらに、硬質被覆層の平均層厚を３〜２０μｍと
したのは、その層厚が３μｍ未満では所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができず、一方その層厚が２０μ
ｍを越えると、耐欠損性が低下するようになるという理
由からである。
【０００７】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［重
量比で（質量比に同じ）、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３
０／７０］粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．
２μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１
０）粉末、および同１．１μｍのＣｏ粉末を用意し、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、ＩＳＯ・Ｃ
ＮＭＧ１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥ
ＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｅ用）に定める形状の圧
粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示され
る条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれ
ぞれ製造した。さらに、上記超硬基体Ｂに対して、１０
０ｔｏｒｒのＣＨ4ガス雰囲気中、温度：１４００℃に
１時間保持後、徐冷の滲炭処理を施し、処理後、超硬基
体表面に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨
で除去することにより、表面から１１μｍの位置で最大
Ｃｏ含有量：１５．９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富
化帯域を基体表面部に形成した。また、上記超硬基体Ａ
およびＤには、焼結したままで、表面部に表面から１７
μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２
３μｍのＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬基
体ＣおよびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全
体的に均質な組織をもつものであった。なお、表１に
は、上記超硬基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さ
Ａスケール）をそれぞれ示した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［重
量比で（質量比に同じ）、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３
０／７０］粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．
２μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１
０）粉末、および同１．１μｍのＣｏ粉末を用意し、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、ＩＳＯ・Ｃ
ＮＭＧ１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥ
ＥＮ４２ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｅ用）に定める形状の圧
粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示され
る条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれ
ぞれ製造した。さらに、上記超硬基体Ｂに対して、１０
０ｔｏｒｒのＣＨ4ガス雰囲気中、温度：１４００℃に
１時間保持後、徐冷の滲炭処理を施し、処理後、超硬基
体表面に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨
で除去することにより、表面から１１μｍの位置で最大
Ｃｏ含有量：１５．９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富
化帯域を基体表面部に形成した。また、上記超硬基体Ａ
およびＤには、焼結したままで、表面部に表面から１７
μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２
３μｍのＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬基
体ＣおよびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全
体的に均質な組織をもつものであった。なお、表１に
は、上記超硬基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さ
Ａスケール）をそれぞれ示した。
【０００８】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｅの表面
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）および表３［表中のＡｌ2Ｏ3（ａ）〜（ｋ）
はＡｌ2Ｏ3系化合物層を示し、Ａｌ2Ｏ3（ｌ）は通常の
Ａｌ2Ｏ3層を示す。これは表４、５においても同じ］に
示される条件にて、表４、５に示される組成および目標
層厚（切刃の逃げ面での層厚）の硬質被覆層を形成する
ことにより本発明被覆超硬工具１〜１３および従来被覆
超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。この結果得られ
た各種の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3
系化合物層およびＡｌ2Ｏ3層（なお、表６、７には、こ
れらを総称してＡｌ2Ｏ3層で示す）について、切刃の逃
げ面とすくい面の交わるエッジ部の最大層厚を測定し、
さらに前記エッジ部からそれぞれ１ｍｍ内側の箇所の逃
げ面とすくい面における層厚を測定した。この測定結果
を表６、７に示した。なお、硬質被覆層を構成するＡｌ
2Ｏ3系化合物層およびＡｌ2Ｏ3層以外のその他の層の層
厚には、いずれも局部的バラツキがほとんどなく、目標
層厚とほぼ同じ値を示すものであった。
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）および表３［表中のＡｌ2Ｏ3（ａ）〜（ｋ）
はＡｌ2Ｏ3系化合物層を示し、Ａｌ2Ｏ3（ｌ）は通常の
Ａｌ2Ｏ3層を示す。これは表４、５においても同じ］に
示される条件にて、表４、５に示される組成および目標
層厚（切刃の逃げ面での層厚）の硬質被覆層を形成する
ことにより本発明被覆超硬工具１〜１３および従来被覆
超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。この結果得られ
た各種の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3
系化合物層およびＡｌ2Ｏ3層（なお、表６、７には、こ
れらを総称してＡｌ2Ｏ3層で示す）について、切刃の逃
げ面とすくい面の交わるエッジ部の最大層厚を測定し、
さらに前記エッジ部からそれぞれ１ｍｍ内側の箇所の逃
げ面とすくい面における層厚を測定した。この測定結果
を表６、７に示した。なお、硬質被覆層を構成するＡｌ
2Ｏ3系化合物層およびＡｌ2Ｏ3層以外のその他の層の層
厚には、いずれも局部的バラツキがほとんどなく、目標
層厚とほぼ同じ値を示すものであった。
【０００９】さらに、いずれも切刃の耐欠損性を評価す
る目的で、上記本発明被覆超硬工具１〜４および従来被
覆超硬工具１、２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
る目的で、上記本発明被覆超硬工具１〜４および従来被
覆超硬工具１、２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１０】また、同じく本発明被覆超硬工具５、６お
よび従来被覆超硬工具３、４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
よび従来被覆超硬工具３、４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１１】同じく本発明被覆超硬工具７、８および従
来被覆超硬工具５、６については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
来被覆超硬工具５、６については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での炭素鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１２】同じく本発明被覆超硬工具９〜１１および
従来被覆超硬工具７、８については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の丸棒、 切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での鋳鉄の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、いずれの切
削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
従来被覆超硬工具７、８については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の丸棒、 切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：１．５ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での鋳鉄の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、いずれの切
削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１３】さらに同じく本発明被覆超硬工具１２、１
３および従来被覆超硬工具９、１０については、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の角材、 使用条件：直径１２５ｍｍのカッターに単刃取り付け、 回転数：５１０ｒ．ｐ．ｍ．、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／刃、 切削時間：３パス（１パスの切削時間：５．３分）、 の条件での合金鋼の乾式フライス切削（断続切削）試験
をおこない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの
測定結果を表６、７に示した。
３および従来被覆超硬工具９、１０については、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の角材、 使用条件：直径１２５ｍｍのカッターに単刃取り付け、 回転数：５１０ｒ．ｐ．ｍ．、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／刃、 切削時間：３パス（１パスの切削時間：５．３分）、 の条件での合金鋼の乾式フライス切削（断続切削）試験
をおこない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの
測定結果を表６、７に示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】
【表６】
【００２０】
【表７】
【００２１】
【発明の効果】表６、７に示される結果から、いずれも
Ａｒ系反応ガスを用いて、積極的にＺｒおよび／または
Ｈｆと、Ｃｌと、Ｎを含有させたＡｌ2Ｏ3系化合物層と
Ｔｉ炭・窒・酸化物層からなる硬質被覆層を形成してな
る本発明被覆超硬工具１〜１３は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合
物層の層厚に、これを厚膜化してもＺｒおよび／または
ＨｆとＣｌの作用で局部的バラツキがきわめて少なく、
切刃の逃げ面、すくい面、および逃げ面とすくい面の交
わるエッジ部の層厚が均一化しているのに対して、硬質
被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層の形成に水素系反応ガスを
用いて製造された従来被覆超硬工具１〜１０において
は、逃げ面、すくい面、およびエッジ部における層厚の
バラツキが著しく、この結果として本発明被覆超硬工具
１〜１３は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合物層がＺｒおよび／ま
たはＨｆとＮの作用で硬質被覆層を構成するＴｉ炭・窒
・酸化物層に対してすぐれた密着性を示すと共に、Ａｌ
2Ｏ3層と同等のすぐれた耐酸化性と熱的安定性、および
高硬度を有することと相まって、鋼および鋳鉄の連続切
削ですぐれた耐摩耗性を示すほか、特に断続切削で、従
来被覆超硬工具１〜１０に比して一段とすぐれた耐欠損
性を示すことが明らかである。上述のように、この発明
の被覆超硬工具は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ2
Ｏ3系化合物層に、これを厚膜化しても、局部的バラツ
キがきわめて少なく、かつ他の構成層であるＴｉ炭・窒
・酸化物層に対する層間密着性にもすぐれていることか
ら、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、特に
断続切削においてもすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するので、切削加工のＦＡ
化および省力化に満足に対応することができるものであ
る。
Ａｒ系反応ガスを用いて、積極的にＺｒおよび／または
Ｈｆと、Ｃｌと、Ｎを含有させたＡｌ2Ｏ3系化合物層と
Ｔｉ炭・窒・酸化物層からなる硬質被覆層を形成してな
る本発明被覆超硬工具１〜１３は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合
物層の層厚に、これを厚膜化してもＺｒおよび／または
ＨｆとＣｌの作用で局部的バラツキがきわめて少なく、
切刃の逃げ面、すくい面、および逃げ面とすくい面の交
わるエッジ部の層厚が均一化しているのに対して、硬質
被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層の形成に水素系反応ガスを
用いて製造された従来被覆超硬工具１〜１０において
は、逃げ面、すくい面、およびエッジ部における層厚の
バラツキが著しく、この結果として本発明被覆超硬工具
１〜１３は、前記Ａｌ2Ｏ3系化合物層がＺｒおよび／ま
たはＨｆとＮの作用で硬質被覆層を構成するＴｉ炭・窒
・酸化物層に対してすぐれた密着性を示すと共に、Ａｌ
2Ｏ3層と同等のすぐれた耐酸化性と熱的安定性、および
高硬度を有することと相まって、鋼および鋳鉄の連続切
削ですぐれた耐摩耗性を示すほか、特に断続切削で、従
来被覆超硬工具１〜１０に比して一段とすぐれた耐欠損
性を示すことが明らかである。上述のように、この発明
の被覆超硬工具は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ2
Ｏ3系化合物層に、これを厚膜化しても、局部的バラツ
キがきわめて少なく、かつ他の構成層であるＴｉ炭・窒
・酸化物層に対する層間密着性にもすぐれていることか
ら、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、特に
断続切削においてもすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するので、切削加工のＦＡ
化および省力化に満足に対応することができるものであ
る。
フロントページの続き (72)発明者 大鹿 高歳 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテ リアル株式会社 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−162270（ＪＰ，Ａ) ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＪＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ Ｒｅｆｒａｃｔｒｙ＆ ＨａｒｄＭｅｔａｌｓ ＶＯＬ５［４ ］（1986−12）（英）ｐ222−228 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/14 B23P 15/28 C23C 16/30 - 16/40 C23C 14/06
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 （ａ）化学蒸着または物理蒸着形成された、Ｔｉの炭化
物層、窒化物層、炭窒化物層、酸化物層、炭酸化物層、
窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２
種以上と、 （ｂ）容量％で、三塩化アルミニウム：１〜１０％、水
素：１〜５％、窒素酸化物：１６〜３０％、四塩化ジル
コニウムおよび／または四塩化ハフニウム：０．１〜
０．６％、Ａｒ：残り、からなる組成を有するＡｒ系反
応ガスを用いて化学蒸着形成され、酸化アルミニウムを
主成分とし、かつ重量％（質量％）で、 Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、 Ｃｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ：０．００１〜０．１％、 を含有する酸化アルミニウム系化合物層、以上（ａ）お
よび（ｂ）からなる平均層厚：３〜２０μｍの硬質被覆
層を形成してなる、耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合
金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09994296A JP3240919B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09994296A JP3240919B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09285902A JPH09285902A (ja) | 1997-11-04 |
| JP3240919B2 true JP3240919B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=14260774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09994296A Expired - Fee Related JP3240919B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240919B2 (ja) |
-
1996
- 1996-04-22 JP JP09994296A patent/JP3240919B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｒｅｆｒａｃｔｒｙ＆ＨａｒｄＭｅｔａｌｓ ＶＯＬ５［４］（１９８６−１２）（英）ｐ２２２−２２８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09285902A (ja) | 1997-11-04 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010918 |
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