JP3282600B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する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
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮ層で示す）と酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ
2 Ｏ3 層で示す）がすぐれた層間密着性を有し、したが
って硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄な
どの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条件で
行った場合にも硬質被覆層に剥離の発生がなく、この結
果前記剥離が原因の欠けやチッピング（微小欠け）など
の欠損の発生が著しく抑制されるようになることから、
使用寿命の長期に亘る延命化を可能ならしめる表面被覆
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。
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮ層で示す）と酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ
2 Ｏ3 層で示す）がすぐれた層間密着性を有し、したが
って硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄な
どの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条件で
行った場合にも硬質被覆層に剥離の発生がなく、この結
果前記剥離が原因の欠けやチッピング（微小欠け）など
の欠損の発生が著しく抑制されるようになることから、
使用寿命の長期に亘る延命化を可能ならしめる表面被覆
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、一般に、炭化タングステン基超硬
合金基体（以下、単に超硬基体と云う）の表面に、硬質
被覆層として、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均
層厚を有する粒状結晶組織の炭化チタン層（以下、Ｔｉ
Ｃ層で示す）、窒化チタン層（以下、同じくＴｉＮ層で
示す）、および炭窒化チタン層（以下、ＴｉＣＮ層で示
す）のうちの１層または２層以上からなる第一密着層を
介して、５〜２０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ
層を化学蒸着または物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上
記ｌ−ＴｉＣＮ層の上に、０．１〜５μｍの平均層厚を
有する粒状結晶組織の炭酸化チタン層（以下、ＴｉＣＯ
層で示す）または炭窒酸化チタン層（以下、ＴｉＣＮＯ
層で示す）からなる第二密着層を介して、１〜１５μｍ
の平均層厚を有する粒状結晶組織のα型やκ型などの結
晶構造をもったＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物理蒸着
形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６
〜３５μｍとしてなる被覆超硬工具が知られており、こ
の被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断
続切削に用いられていることも知られている。また、例
えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６−８０
０８号公報などに記載されるように、上記被覆超硬工具
の硬質被覆層において、上記粒状結晶組織のＴｉＣＮ層
は、化学蒸着装置にて、１０００℃以上の高温で反応ガ
スとして例えばメタンを含む混合ガスを使用して形成
し、また上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、反応ガスとして有機炭
窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９５０℃の中
温温度域で化学蒸着を行うことにより形成されることも
良く知られるところであり、前記ｌ−ＴｉＣＮ層の適用
により硬質被覆層の靭性向上が図られ、もって切刃部に
欠けやチッピング（微小欠け）などが発生するのが著し
く抑制されるようになることも知られている。
合金基体（以下、単に超硬基体と云う）の表面に、硬質
被覆層として、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均
層厚を有する粒状結晶組織の炭化チタン層（以下、Ｔｉ
Ｃ層で示す）、窒化チタン層（以下、同じくＴｉＮ層で
示す）、および炭窒化チタン層（以下、ＴｉＣＮ層で示
す）のうちの１層または２層以上からなる第一密着層を
介して、５〜２０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ
層を化学蒸着または物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上
記ｌ−ＴｉＣＮ層の上に、０．１〜５μｍの平均層厚を
有する粒状結晶組織の炭酸化チタン層（以下、ＴｉＣＯ
層で示す）または炭窒酸化チタン層（以下、ＴｉＣＮＯ
層で示す）からなる第二密着層を介して、１〜１５μｍ
の平均層厚を有する粒状結晶組織のα型やκ型などの結
晶構造をもったＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物理蒸着
形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６
〜３５μｍとしてなる被覆超硬工具が知られており、こ
の被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断
続切削に用いられていることも知られている。また、例
えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６−８０
０８号公報などに記載されるように、上記被覆超硬工具
の硬質被覆層において、上記粒状結晶組織のＴｉＣＮ層
は、化学蒸着装置にて、１０００℃以上の高温で反応ガ
スとして例えばメタンを含む混合ガスを使用して形成
し、また上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、反応ガスとして有機炭
窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９５０℃の中
温温度域で化学蒸着を行うことにより形成されることも
良く知られるところであり、前記ｌ−ＴｉＣＮ層の適用
により硬質被覆層の靭性向上が図られ、もって切刃部に
欠けやチッピング（微小欠け）などが発生するのが著し
く抑制されるようにな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、近年の切削工具
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層、すなわちこれ
の構成層であるｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3層は厚
膜化の傾向にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、
例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重
切削条件で行うと、従来被覆超硬工具においては、ｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対するＴｉＣＯ層およ
びＴｉＣＮＯ層（第二密着層）の密着性不足が原因で切
刃部に欠けやチッピングが発生し易くなり、比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層、すなわちこれ
の構成層であるｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3層は厚
膜化の傾向にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、
例えば鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重
切削条件で行うと、従来被覆超硬工具においては、ｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対するＴｉＣＯ層およ
びＴｉＣＮＯ層（第二密着層）の密着性不足が原因で切
刃部に欠けやチッピングが発生し易くなり、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、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する第二密着層であるＴｉＣＯ層およびＴ
ｉＣＮＯ層に着目し、これのｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ
2 Ｏ3 層に対する一段の密着性向上を図るべく研究を行
った結果、 （１）ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層に粒状結晶組織の
三酸化二チタン（以下、Ｔｉ2 Ｏ3 で示す）相を混在さ
せて、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2Ｏ3 相と
の２相組織をもつものとすると、前記Ｔｉ2 Ｏ3 相が前
記ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との共存においてｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層のいずれにも前記ＴｉＣ
Ｏ相またはＴｉＣＮＯ相の単相層に比して一段の密着性
向上に寄与すること。 （２）（ａ）ＴｉＣＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との２相組織層
は、化学蒸着法または物理蒸着法にて、反応ガス組成
（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜５％、
ＣＯ2 ：０．１〜０．３％、ＣＨ4 ：０．５〜２．５
％、ＣＯ：０．５〜２．５％、必要に応じてＨＣｌ：
０．１〜１％、Ｈ2 またはＨ2 ＋Ａｒ：残り（ただしＡ
ｒ含有の場合は全体に占める割合で１０〜５０％）、 雰囲気温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件、（ｂ）また、ＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との
２相組織層は、同じく化学蒸着法または物理蒸着法に
て、反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜５％、ＣＯ
2 ：０．１〜０．３％、Ｎ2：２０〜５０％、ＣＨ4 ：
０．５〜２．５％、ＣＯ：０．５〜２．５％、必要に応
じてＨＣｌ：０．１〜１％、Ｈ2 またはＨ2 ＋Ａｒ：残
り（ただしＡｒ含有の場合は全体に占める割合で５〜２
０％）、 雰囲気温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができ、この場合、層自体の強度
を保持した状態で、すぐれた密着性を確保するには、上
記の条件を調整してＴｉ2 Ｏ3 相が１０〜５０モル％の
割合で存在するようにする必要があること。 （３）したがって、被覆超硬工具の硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層を厚膜化、すなわ
ち平均層厚が前記ｌ−ＴｉＣＮ層にあっては例えば１０
〜２０μｍ、前記Ａｌ2 Ｏ3 層にあっては同様に７〜１
５μｍに厚膜化しても、これら層間に第二密着層として
上記のＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相と
の２相組織層を介在させれば、例えば鋼などの断続切削
を高送りや高切り込みなどの重切削条件で行なっても、
前記ｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3層間には一段とすぐれ
た密着性が確保されるようになることから、切刃部に欠
けやチッピングなどが発生するようになることがなくな
り、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようにな
るという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する第二密着層であるＴｉＣＯ層およびＴ
ｉＣＮＯ層に着目し、これのｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ
2 Ｏ3 層に対する一段の密着性向上を図るべく研究を行
った結果、 （１）ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層に粒状結晶組織の
三酸化二チタン（以下、Ｔｉ2 Ｏ3 で示す）相を混在さ
せて、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2Ｏ3 相と
の２相組織をもつものとすると、前記Ｔｉ2 Ｏ3 相が前
記ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との共存においてｌ−
ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層のいずれにも前記ＴｉＣ
Ｏ相またはＴｉＣＮＯ相の単相層に比して一段の密着性
向上に寄与すること。 （２）（ａ）ＴｉＣＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との２相組織層
は、化学蒸着法または物理蒸着法にて、反応ガス組成
（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜５％、
ＣＯ2 ：０．１〜０．３％、ＣＨ4 ：０．５〜２．５
％、ＣＯ：０．５〜２．５％、必要に応じてＨＣｌ：
０．１〜１％、Ｈ2 またはＨ2 ＋Ａｒ：残り（ただしＡ
ｒ含有の場合は全体に占める割合で１０〜５０％）、 雰囲気温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件、（ｂ）また、ＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との
２相組織層は、同じく化学蒸着法または物理蒸着法に
て、反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜５％、ＣＯ
2 ：０．１〜０．３％、Ｎ2：２０〜５０％、ＣＨ4 ：
０．５〜２．５％、ＣＯ：０．５〜２．５％、必要に応
じてＨＣｌ：０．１〜１％、Ｈ2 またはＨ2 ＋Ａｒ：残
り（ただしＡｒ含有の場合は全体に占める割合で５〜２
０％）、 雰囲気温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒｒ、 の条件で形成することができ、この場合、層自体の強度
を保持した状態で、すぐれた密着性を確保するには、上
記の条件を調整してＴｉ2 Ｏ3 相が１０〜５０モル％の
割合で存在するようにする必要があること。 （３）したがって、被覆超硬工具の硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層を厚膜化、すなわ
ち平均層厚が前記ｌ−ＴｉＣＮ層にあっては例えば１０
〜２０μｍ、前記Ａｌ2 Ｏ3 層にあっては同様に７〜１
５μｍに厚膜化しても、これら層間に第二密着層として
上記のＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相と
の２相組織層を介在させれば、例えば鋼などの断続切削
を高送りや高切り込みなどの重切削条件で行なっても、
前記ｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3層間には一段とすぐれ
た密着性が確保されるようになることから、切刃部に欠
けやチッピングなどが発生するようになることがなくな
り、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようにな
るという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、硬質被覆層と
して、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１
層または２層以上からなる第一密着層を介して、５〜２
０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着ま
たは物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ
層の上に、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ実質
的にＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との
２相組織からなり、前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の割合が前記Ｔｉ
ＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との合量に占める割合で、１
０〜５０モル％である第二密着層を介して、１〜１５μ
ｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物
理蒸着形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層
厚を６〜３５μｍとしてなる、硬質被覆層がすぐれた耐
欠損性を発揮する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、硬質被覆層と
して、（ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有
するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１
層または２層以上からなる第一密着層を介して、５〜２
０μｍの平均層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着ま
たは物理蒸着形成し、（ｂ） さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ
層の上に、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ実質
的にＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との
２相組織からなり、前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の割合が前記Ｔｉ
ＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との合量に占める割合で、１
０〜５０モル％である第二密着層を介して、１〜１５μ
ｍの平均層厚を有するＡｌ2 Ｏ3 層を化学蒸着または物
理蒸着形成し、（ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層
厚を６〜３５μｍとしてなる、硬質被覆層がすぐれた耐
欠損性を発揮する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において、
硬質被覆層を構成する実質的にＴｉＣＯ相またはＴｉＣ
ＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との２相組織を有する第二密着層
は、上記の通り前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の存在によってｌ−Ｔ
ｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対する密着性が著しく向
上するようになるが、この場合前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の割合
が前記ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との合量に占める
割合で１０モル％未満では所望のすぐれた層間密着性を
確保することができず、一方その割合が同じく５０モル
％を越えると、層自体の軟質化が急激に進行し、層間剥
離の原因となることから、その割合を１０〜５０モル
％、望ましくは１５〜３０モル％と定めたのである。ま
た、上記第二密着層の平均層厚を０．１〜５μｍとした
のは、その厚さが０．１μｍ未満ではｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層との間に所望のすぐれた層間密着性を確保
することができず、一方その厚さが５μｍを越えると、
層自体必ずしも高強度をもつものでないため、これが原
因で切刃に欠けやチッピング（微小欠け）が発生し易く
なるという理由によるものであり、望ましくは０．２〜
０．７μｍとするのがよい。
硬質被覆層を構成する実質的にＴｉＣＯ相またはＴｉＣ
ＮＯ相とＴｉ2 Ｏ3 相との２相組織を有する第二密着層
は、上記の通り前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の存在によってｌ−Ｔ
ｉＣＮ層およびＡｌ2 Ｏ3 層に対する密着性が著しく向
上するようになるが、この場合前記Ｔｉ2 Ｏ3 相の割合
が前記ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との合量に占める
割合で１０モル％未満では所望のすぐれた層間密着性を
確保することができず、一方その割合が同じく５０モル
％を越えると、層自体の軟質化が急激に進行し、層間剥
離の原因となることから、その割合を１０〜５０モル
％、望ましくは１５〜３０モル％と定めたのである。ま
た、上記第二密着層の平均層厚を０．１〜５μｍとした
のは、その厚さが０．１μｍ未満ではｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層との間に所望のすぐれた層間密着性を確保
することができず、一方その厚さが５μｍを越えると、
層自体必ずしも高強度をもつものでないため、これが原
因で切刃に欠けやチッピング（微小欠け）が発生し易く
なるという理由によるものであり、望ましくは０．２〜
０．７μｍとするのがよい。
【０００７】同じく硬質被覆層を構成する上記第一密着
層には、超硬基体とｌ−ＴｉＣＮ層のいずれにも強固に
密着して、これら層間の密着性を向上させる作用があ
り、したがってその平均層厚が０．１μｍ未満では、所
望のすぐれた層間密着性を確保することができず、一方
その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行
が促進されるようになることから、その平均層厚を０．
１〜５μｍと定めた。
層には、超硬基体とｌ−ＴｉＣＮ層のいずれにも強固に
密着して、これら層間の密着性を向上させる作用があ
り、したがってその平均層厚が０．１μｍ未満では、所
望のすぐれた層間密着性を確保することができず、一方
その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行
が促進されるようになることから、その平均層厚を０．
１〜５μｍと定めた。
【０００８】さらに同じく上記ｌ−ＴｉＣＮ層には、上
記の通り硬質被覆層の耐チッピング性を一段と向上させ
る作用があるが、その平均層厚が５μｍ未満では、耐チ
ッピング性に所望の向上効果が得られず、一方その平均
層厚が２０μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するよ
うになることから、その平均層厚を５〜２０μｍと定め
た。
記の通り硬質被覆層の耐チッピング性を一段と向上させ
る作用があるが、その平均層厚が５μｍ未満では、耐チ
ッピング性に所望の向上効果が得られず、一方その平均
層厚が２０μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するよ
うになることから、その平均層厚を５〜２０μｍと定め
た。
【０００９】同じくＡｌ2 Ｏ3 層には、硬質被覆層の耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が１μ
ｍ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、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃に
チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を
１〜１５μｍと定めた。
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が１μ
ｍ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、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃に
チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を
１〜１５μｍと定めた。
【００１０】また、硬質被覆層の平均層厚を６〜３５μ
ｍとしたのは、その層厚が６μｍ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３
５μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生し易
くなるという理由からであり、望ましくは７〜３０μｍ
とするのがよい。
ｍとしたのは、その層厚が６μｍ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３
５μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生し易
くなるという理由からであり、望ましくは７〜３０μｍ
とするのがよい。
【００１１】さらに、上記Ａｌ2 Ｏ3 層の上に、必要に
応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成して
もよく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分である。
応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平均層厚で形成して
もよく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分である。
【００１２】
【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、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）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・ＣＮＭＧ１２０４０
８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ
１（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、１００ＴｏｒｒのＣＨ
4 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：１
５．９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１７μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２３μｍ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、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）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・ＣＮＭＧ１２０４０
８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ
１（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、１００ＴｏｒｒのＣＨ
4 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：１
５．９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１７μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２３μｍ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。
【００１３】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、３に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標平均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１〜１０、および従来被
覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、本発明
被覆超硬工具１〜１０および従来被覆超硬工具１〜１０
の硬質被覆層の構成層について、層形成後の断面をＸ線
回析および光学顕微鏡にて観察し、その組成および平均
層厚を測定したところ、目標組成および目標平均層厚と
ほとんど変わらぬ結果を示し、また本発明被覆超硬工具
１〜１０の硬質被覆層を構成する第二密着層におけるＴ
ｉ2 Ｏ3 相の割合を画像解析装置も併用して合わせて測
定したところ、いずれも目標含有割合と同じ値を示し
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、３に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標平均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１〜１０、および従来被
覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、本発明
被覆超硬工具１〜１０および従来被覆超硬工具１〜１０
の硬質被覆層の構成層について、層形成後の断面をＸ線
回析および光学顕微鏡にて観察し、その組成および平均
層厚を測定したところ、目標組成および目標平均層厚と
ほとんど変わらぬ結果を示し、また本発明被覆超硬工具
１〜１０の硬質被覆層を構成する第二密着層におけるＴ
ｉ2 Ｏ3 相の割合を画像解析装置も併用して合わせて測
定したところ、いずれも目標含有割合と同じ値を示し
た。
【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）
の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、い
ずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。こ
れらの測定結果を表６に示した。
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）
の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、い
ずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。こ
れらの測定結果を表６に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層中のｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層の間にＴｉ2 Ｏ3
相とＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との２相組織を有す
る第二密着層を介在させた本発明被覆超硬工具１〜１０
は、第二密着層がＴｉＣＯ層またはＴｉＣＮＯ層からな
る従来被覆超硬工具１〜１０に比して、前記ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層とＡｌ2 Ｏ3 層とが一段とすぐれた層間密着性を有
するようになることから、苛酷な切削条件となる鋼の断
続高送り切削および断続高切り込み切削にも硬質被覆層
の剥離が原因の欠けやチッピングの発生がなく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するのに対して、従来被
覆超硬工具１〜１０においては、前記ｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層との層間密着性が不十分なために硬質被覆
層にいずれも剥離が発生し、これが欠けやチッピングの
原因となり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明ら
かである。上述のように、この発明の被覆超硬工具は、
これの硬質被覆層の構成層が相互にすぐれた層間密着性
を有するので、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連
続切削や断続切削は勿論のこと、特にこれらの切削をき
わめて苛酷な条件となる断続重切削条件で行っても、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発揮するものであり、したがっ
て切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化
に十分満足に寄与するものである。
層中のｌ−ＴｉＣＮ層とＡｌ2 Ｏ3 層の間にＴｉ2 Ｏ3
相とＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相との２相組織を有す
る第二密着層を介在させた本発明被覆超硬工具１〜１０
は、第二密着層がＴｉＣＯ層またはＴｉＣＮＯ層からな
る従来被覆超硬工具１〜１０に比して、前記ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層とＡｌ2 Ｏ3 層とが一段とすぐれた層間密着性を有
するようになることから、苛酷な切削条件となる鋼の断
続高送り切削および断続高切り込み切削にも硬質被覆層
の剥離が原因の欠けやチッピングの発生がなく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するのに対して、従来被
覆超硬工具１〜１０においては、前記ｌ−ＴｉＣＮ層と
Ａｌ2 Ｏ3 層との層間密着性が不十分なために硬質被覆
層にいずれも剥離が発生し、これが欠けやチッピングの
原因となり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明ら
かである。上述のように、この発明の被覆超硬工具は、
これの硬質被覆層の構成層が相互にすぐれた層間密着性
を有するので、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連
続切削や断続切削は勿論のこと、特にこれらの切削をき
わめて苛酷な条件となる断続重切削条件で行っても、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発揮するものであり、したがっ
て切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化
に十分満足に寄与するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/14 C23C 14/06 C23C 16/30 C23C 28/04
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、硬質被覆層として、 （ａ） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚を有する粒
状結晶組織の炭化チタン層、窒化チタン層、および炭窒
化チタン層のうちの１層または２層以上からなる第一密
着層を介して、 ５〜２０μｍの平均層厚を有する縦長成長結晶組織の炭
窒化チタン層を化学蒸着または物理蒸着形成し、 （ｂ） さらに上記縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層
の上に、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ実質的
に炭酸化チタン相または炭窒酸化チタン相と三酸化二チ
タン相との２相組織からなり、前記三酸化二チタン相の
割合が前記炭酸化チタン相または炭窒酸化チタン相との
合量に占める割合で、１０〜５０モル％である粒状結晶
組織の第二密着層を介して、 １〜１５μｍの平均層厚を有する粒状結晶組織の酸化ア
ルミニウム層を化学蒸着または物理蒸着形成し、 （ｃ） これら硬質被覆層の全体平均層厚を６〜３５μ
ｍとしてなる、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮す
る表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36244198A JP3282600B2 (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36244198A JP3282600B2 (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000176706A JP2000176706A (ja) | 2000-06-27 |
| JP3282600B2 true JP3282600B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=18476862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36244198A Expired - Lifetime JP3282600B2 (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3282600B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110053954A (ko) * | 2008-08-29 | 2011-05-24 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 표면 피복 서멧 부재 및 그의 제조 방법 |
| JP5679048B2 (ja) | 2011-04-20 | 2015-03-04 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
-
1998
- 1998-12-21 JP JP36244198A patent/JP3282600B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000176706A (ja) | 2000-06-27 |
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