JP3370291B2 - 耐熱硬質被膜被覆工具 - Google Patents
耐熱硬質被膜被覆工具Info
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- JP3370291B2 JP3370291B2 JP12014399A JP12014399A JP3370291B2 JP 3370291 B2 JP3370291 B2 JP 3370291B2 JP 12014399 A JP12014399 A JP 12014399A JP 12014399 A JP12014399 A JP 12014399A JP 3370291 B2 JP3370291 B2 JP 3370291B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速度工具鋼、超
硬合金、サーメットまたはＣＢＮ焼結体などを母材とす
る工具の表面に耐熱性硬質被膜のコーティングを施した
耐熱硬質被膜被覆工具に関するものである。
硬合金、サーメットまたはＣＢＮ焼結体などを母材とす
る工具の表面に耐熱性硬質被膜のコーティングを施した
耐熱硬質被膜被覆工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度鋼、超硬合金、サーメットやセラ
ミックスなどを母材とした、エンドミル、ドリル、タッ
プ、フライス切削用スローアウェーチップなどの切削工
具では、その耐熱性や耐摩耗性の向上の為、物理蒸着法
（ＰＶＤ法）によりＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮとい
ったセラミックス硬質被膜を被覆したコーティング工具
が多く用いられるようになっている。ＰＶＤ法は成膜温
度が５００℃と低いため、高速度鋼製工具のコーティン
グに広く用いられている。また、スローアウェーチップ
も、従来のように化学蒸着法( ＣＶＤ法) を用いると、
被膜と母材との間の界面に反応層が形成され、母材の強
度が低下するのに対し、ＰＶＤ法では反応層が形成され
ないため母材の強度低下が無く、切れ刃に欠けが発生し
難くなるので、その適用割合が急速に増えつつある。
ミックスなどを母材とした、エンドミル、ドリル、タッ
プ、フライス切削用スローアウェーチップなどの切削工
具では、その耐熱性や耐摩耗性の向上の為、物理蒸着法
（ＰＶＤ法）によりＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮとい
ったセラミックス硬質被膜を被覆したコーティング工具
が多く用いられるようになっている。ＰＶＤ法は成膜温
度が５００℃と低いため、高速度鋼製工具のコーティン
グに広く用いられている。また、スローアウェーチップ
も、従来のように化学蒸着法( ＣＶＤ法) を用いると、
被膜と母材との間の界面に反応層が形成され、母材の強
度が低下するのに対し、ＰＶＤ法では反応層が形成され
ないため母材の強度低下が無く、切れ刃に欠けが発生し
難くなるので、その適用割合が急速に増えつつある。
【０００３】ところで、近年では環境保護への関心が高
まり、切削加工分野において切削油を産業廃棄物として
排出する量を削減するため、乾式切削へ急速に移行しつ
つある。また、高速切削や高硬度材切削に対する需要も
高まり、切削工具には高い耐熱性と耐摩耗性がますます
強く要求されるようになっている。
まり、切削加工分野において切削油を産業廃棄物として
排出する量を削減するため、乾式切削へ急速に移行しつ
つある。また、高速切削や高硬度材切削に対する需要も
高まり、切削工具には高い耐熱性と耐摩耗性がますます
強く要求されるようになっている。
【０００４】現在、最も広く用いられているＴｉＮやＴ
ｉＣＮコーティングが施された工具では、上記のような
乾式切削などの高温切削では、耐酸化性や耐熱性が未だ
十分ではなく、被膜の酸化や硬度低下などによる急速な
摩耗が生じて、工具の切削寿命が短くなるといった問題
があった。このため、近年、耐酸化性に優れ且つ被膜の
硬さも高い（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜が提案されて超硬合金
製切削工具を中心に普及し始めているが、高硬度材の乾
式切削や高速切削の分野では、そのような（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ被膜でも十分な耐熱性や硬度が得られないという
課題が残されていた。
ｉＣＮコーティングが施された工具では、上記のような
乾式切削などの高温切削では、耐酸化性や耐熱性が未だ
十分ではなく、被膜の酸化や硬度低下などによる急速な
摩耗が生じて、工具の切削寿命が短くなるといった問題
があった。このため、近年、耐酸化性に優れ且つ被膜の
硬さも高い（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜が提案されて超硬合金
製切削工具を中心に普及し始めているが、高硬度材の乾
式切削や高速切削の分野では、そのような（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ被膜でも十分な耐熱性や硬度が得られないという
課題が残されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、更に耐熱
性に優れた硬質被膜として（Ｔｉ、Ａｌ，Ｖ）Ｎ被膜や
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）ＣＮ被膜などが提案されている。
たとえば、特公平５−８８３０９号公報や特開平８−２
０９３３６号公報に記載された硬質被膜がそれである。
しかしながら、上記のような（Ｔｉ、Ａｌ，Ｖ）Ｎ被膜
や（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ被膜では、添加元素が増える
につれて被膜の耐酸化性が低下するといった欠点があっ
た。この耐酸化性を向上させるために上記被膜中の元素
Ｖ或いはＣｒをＳｉに置換した（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ
被膜が提案されているが、ある程度の耐酸化性の向上は
認められるものの、十分なものとはならないという欠点
があった。
性に優れた硬質被膜として（Ｔｉ、Ａｌ，Ｖ）Ｎ被膜や
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）ＣＮ被膜などが提案されている。
たとえば、特公平５−８８３０９号公報や特開平８−２
０９３３６号公報に記載された硬質被膜がそれである。
しかしながら、上記のような（Ｔｉ、Ａｌ，Ｖ）Ｎ被膜
や（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ被膜では、添加元素が増える
につれて被膜の耐酸化性が低下するといった欠点があっ
た。この耐酸化性を向上させるために上記被膜中の元素
Ｖ或いはＣｒをＳｉに置換した（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ
被膜が提案されているが、ある程度の耐酸化性の向上は
認められるものの、十分なものとはならないという欠点
があった。
【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、さらに耐熱性お
よび耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐摩耗性を有す
る硬質被膜を備えた耐熱硬質被膜被覆工具を提供するこ
とにある。
ものであり、その目的とするところは、さらに耐熱性お
よび耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐摩耗性を有す
る硬質被膜を備えた耐熱硬質被膜被覆工具を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎ被膜の耐熱性をより向上させることを目的とし
てその（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎを基本としてそれに各種元素や
化合物を添加する検討を重ねた結果、耐熱性向上に効果
のあると考えられる添加元素や化合物を検討するうち
に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎに炭化珪素ＳｉＣを添加させる
と、硬さが高くかつ酸化開始温度も高くなることが見い
だされた。一般に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの耐酸化性は、Ｔ
ｉＮよりは良好であるが、８００℃以上の高温で急速に
酸化する。急速に酸化する原因は、被膜中のＴｉＯ2 の
成長が耐酸化性の優れたＡｌ2 Ｏ3 の成長より著しく速
い点にあることが知られている。ＴｉＯ2 の基本的な成
長機構（成長メカニズム）は、その中の酸素空孔を介し
ての酸素の拡散であると考えられるので、本発明のよう
にＳｉＣを添加するとＴｉＯ2 中の酸素空孔濃度が減少
し、その成長速度が遅くなってＡｌ2 Ｏ3 が形成され易
くなり、その結果、耐酸化性が向上したものと考えられ
るのである。本発明はそのような知見に基づいて為され
たものである。
Ａｌ）Ｎ被膜の耐熱性をより向上させることを目的とし
てその（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎを基本としてそれに各種元素や
化合物を添加する検討を重ねた結果、耐熱性向上に効果
のあると考えられる添加元素や化合物を検討するうち
に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎに炭化珪素ＳｉＣを添加させる
と、硬さが高くかつ酸化開始温度も高くなることが見い
だされた。一般に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの耐酸化性は、Ｔ
ｉＮよりは良好であるが、８００℃以上の高温で急速に
酸化する。急速に酸化する原因は、被膜中のＴｉＯ2 の
成長が耐酸化性の優れたＡｌ2 Ｏ3 の成長より著しく速
い点にあることが知られている。ＴｉＯ2 の基本的な成
長機構（成長メカニズム）は、その中の酸素空孔を介し
ての酸素の拡散であると考えられるので、本発明のよう
にＳｉＣを添加するとＴｉＯ2 中の酸素空孔濃度が減少
し、その成長速度が遅くなってＡｌ2 Ｏ3 が形成され易
くなり、その結果、耐酸化性が向上したものと考えられ
るのである。本発明はそのような知見に基づいて為され
たものである。
【０００８】すなわち、本発明の要旨とするところは、
（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ＳｉＣy ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦
０．７、０．１≦ｙ≦０．２）の組成で示される耐熱硬
質被膜が、耐熱硬質被膜被覆工具の基材の表面に形成さ
れたことにある。
（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ＳｉＣy ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦
０．７、０．１≦ｙ≦０．２）の組成で示される耐熱硬
質被膜が、耐熱硬質被膜被覆工具の基材の表面に形成さ
れたことにある。
【０００９】
【発明の効果】このようにすれば、耐熱硬質被膜が（Ｔ
ｉx Ａｌ1-x-y ＳｉＣy ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦０．
７、０．１≦ｙ≦０．２）の組成で構成されているの
で、耐熱性および耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐
摩耗性を有する硬質被膜を備えた耐熱硬質被膜被覆工具
が得られる。したがって、その耐熱硬質被膜被覆工具で
は、乾式切削などの高温切削においても耐熱性および耐
酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐摩耗性が得られる。
ｉx Ａｌ1-x-y ＳｉＣy ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦０．
７、０．１≦ｙ≦０．２）の組成で構成されているの
で、耐熱性および耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐
摩耗性を有する硬質被膜を備えた耐熱硬質被膜被覆工具
が得られる。したがって、その耐熱硬質被膜被覆工具で
は、乾式切削などの高温切削においても耐熱性および耐
酸化性に優れかつ高硬度で優れた耐摩耗性が得られる。
【００１０】
【発明の他の態様】ここで、好適には、前記耐熱硬質被
膜被覆工具の基材表面に形成された耐熱硬質被膜は、
０．１〜１０μｍの範囲内の厚さ、さらに好適には１〜
８μｍの範囲内の厚さを有するものである。このように
すれば、耐摩耗性が確実に得られると同時に、基材表面
に対する耐熱硬質被膜の付着強度が十分に得られる。上
記耐熱硬質被膜の厚さが０．１μｍを下回る場合にはそ
の耐熱硬質被膜を設けた効果すなわち耐熱耐摩耗性が十
分に得られないようになり、１０μｍを越えると耐熱硬
質被膜の付着強度が低下し、耐熱硬質被膜にクラックな
どが発生して欠けが発生し易くなる。特に、耐熱硬質被
膜が一層のコーティングにより構成される場合は、上記
と同様の理由により１〜８μｍの範囲内の厚さが好まし
い。
膜被覆工具の基材表面に形成された耐熱硬質被膜は、
０．１〜１０μｍの範囲内の厚さ、さらに好適には１〜
８μｍの範囲内の厚さを有するものである。このように
すれば、耐摩耗性が確実に得られると同時に、基材表面
に対する耐熱硬質被膜の付着強度が十分に得られる。上
記耐熱硬質被膜の厚さが０．１μｍを下回る場合にはそ
の耐熱硬質被膜を設けた効果すなわち耐熱耐摩耗性が十
分に得られないようになり、１０μｍを越えると耐熱硬
質被膜の付着強度が低下し、耐熱硬質被膜にクラックな
どが発生して欠けが発生し易くなる。特に、耐熱硬質被
膜が一層のコーティングにより構成される場合は、上記
と同様の理由により１〜８μｍの範囲内の厚さが好まし
い。
【００１１】また、好適には、前記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y
（ＳｉＣ）y ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦０．７、０．１
≦ｙ≦０．２）耐熱硬質被膜において、ＳｉＣのＴｉ、
Ａｌに対する割合ｙ、すなわちＳｉＣの添加量ｙは、１
０〜２０ａｔ％（アトミックパーセント）の範囲内とさ
れる。１０ａｔ％を下まわるとＳｉＣの添加効果すなわ
ち耐酸化性が十分に得られなくなり、２０ａｔ％を越え
ると耐熱硬質被膜の基材表面に対する付着強度が低下す
る。
（ＳｉＣ）y ）Ｎ（但し、０．３≦ｘ≦０．７、０．１
≦ｙ≦０．２）耐熱硬質被膜において、ＳｉＣのＴｉ、
Ａｌに対する割合ｙ、すなわちＳｉＣの添加量ｙは、１
０〜２０ａｔ％（アトミックパーセント）の範囲内とさ
れる。１０ａｔ％を下まわるとＳｉＣの添加効果すなわ
ち耐酸化性が十分に得られなくなり、２０ａｔ％を越え
ると耐熱硬質被膜の基材表面に対する付着強度が低下す
る。
【００１２】また、好適には、前記耐熱硬質被膜は、チ
タン粉末、アルミニウム粉末、およびＳｉＣ粉末から成
形されたターゲットを用いるアーク放電式イオンプレー
ティング法により前記基材の表面に固着されたものであ
る。一般に、蒸発物質としてのアルミニウムＡｌとチタ
ンＴｉとをイオン化状態で基材表面に向かって飛ばすこ
とによりイオンプレーティングするに際しては、たとえ
ばホローカソードを用いたイオンプレーティング法で
は、Ｔｉ、ＡｌとＳｉＣが溶解してしまうために相対的
に低融点のＡｌ（６６０℃程度の融点）の方が相対的に
高融点のＴｉ（１６７５℃程度の融点）よりも多量に飛
ばされる傾向にあってＡｌ含有量のコントロールも困難
であるが、上記のように、チタン粉末、アルミニウム粉
末、およびＳｉＣ粉末からホットプレスなどにより成形
されたターゲットを陰極（エバポレータ）として用いる
アーク放電式イオンプレーティングでは、ターゲットの
アークが当たる部分（アークスポット）が飛ばされるの
で、そのターゲットの構成成分と略同様の成分の耐熱硬
質被膜が基材表面に固着される利点がある。すなわち、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの耐熱性をより向上させることを目的
とする本発明者らによる研究では、チタン粉末、アルミ
ニウム粉末、およびＳｉＣ粉末から成形されたターゲッ
トを用いるアーク放電方式イオンプレーティング法によ
り、工具基材の表面に硬質被膜を設けると、その硬質被
膜中には、ターゲットを構成する成分比（成分濃度）に
ほぼ等しい値でＳｉＣが含有され、優れた耐熱性、耐酸
化性、および耐摩耗性を有する耐熱硬質被膜が容易に得
られるという事実が見いだされたのである。
タン粉末、アルミニウム粉末、およびＳｉＣ粉末から成
形されたターゲットを用いるアーク放電式イオンプレー
ティング法により前記基材の表面に固着されたものであ
る。一般に、蒸発物質としてのアルミニウムＡｌとチタ
ンＴｉとをイオン化状態で基材表面に向かって飛ばすこ
とによりイオンプレーティングするに際しては、たとえ
ばホローカソードを用いたイオンプレーティング法で
は、Ｔｉ、ＡｌとＳｉＣが溶解してしまうために相対的
に低融点のＡｌ（６６０℃程度の融点）の方が相対的に
高融点のＴｉ（１６７５℃程度の融点）よりも多量に飛
ばされる傾向にあってＡｌ含有量のコントロールも困難
であるが、上記のように、チタン粉末、アルミニウム粉
末、およびＳｉＣ粉末からホットプレスなどにより成形
されたターゲットを陰極（エバポレータ）として用いる
アーク放電式イオンプレーティングでは、ターゲットの
アークが当たる部分（アークスポット）が飛ばされるの
で、そのターゲットの構成成分と略同様の成分の耐熱硬
質被膜が基材表面に固着される利点がある。すなわち、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの耐熱性をより向上させることを目的
とする本発明者らによる研究では、チタン粉末、アルミ
ニウム粉末、およびＳｉＣ粉末から成形されたターゲッ
トを用いるアーク放電方式イオンプレーティング法によ
り、工具基材の表面に硬質被膜を設けると、その硬質被
膜中には、ターゲットを構成する成分比（成分濃度）に
ほぼ等しい値でＳｉＣが含有され、優れた耐熱性、耐酸
化性、および耐摩耗性を有する耐熱硬質被膜が容易に得
られるという事実が見いだされたのである。
【００１３】
【発明の好適な実施の形態】図１は、本発明の一実施例
の耐熱硬質被膜被覆工具１０の一例を説明する要部拡大
断面図である。この耐熱硬質被膜被覆工具１０は、フラ
イスカッタ、エンドミル、タップ、ダイスなどの切削工
具である。耐熱硬質被膜被覆工具１０は、たとえば超硬
合金製（ＷＣ−１０Ｃｏを主成分とするＪＩＳＺ１０相
当品）の基材１２と、その基材１２の表面上に固着され
た耐熱硬質被膜１４とを備えている。この耐熱硬質被膜
１４の材質は、（Ｔｉx Ａｌ1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎ
（但し、０．３≦ｘ≦０．７、０．１≦ｙ≦０．２）か
ら構成されることにより、耐熱性および耐酸化性に優れ
かつ高硬度で優れた耐摩耗性が備えられているので、乾
式切削などの高温切削においても耐熱硬質被膜被覆工具
１０の耐熱性および耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた
耐摩耗性が得られるようになっている。
の耐熱硬質被膜被覆工具１０の一例を説明する要部拡大
断面図である。この耐熱硬質被膜被覆工具１０は、フラ
イスカッタ、エンドミル、タップ、ダイスなどの切削工
具である。耐熱硬質被膜被覆工具１０は、たとえば超硬
合金製（ＷＣ−１０Ｃｏを主成分とするＪＩＳＺ１０相
当品）の基材１２と、その基材１２の表面上に固着され
た耐熱硬質被膜１４とを備えている。この耐熱硬質被膜
１４の材質は、（Ｔｉx Ａｌ1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎ
（但し、０．３≦ｘ≦０．７、０．１≦ｙ≦０．２）か
ら構成されることにより、耐熱性および耐酸化性に優れ
かつ高硬度で優れた耐摩耗性が備えられているので、乾
式切削などの高温切削においても耐熱硬質被膜被覆工具
１０の耐熱性および耐酸化性に優れかつ高硬度で優れた
耐摩耗性が得られるようになっている。
【００１４】上記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎ
から成る耐熱硬質被膜１４は、０．１〜１０μｍの範囲
内の厚さ、さらに好適には１〜８μｍの範囲内の厚さを
有するものであり、その耐摩耗性が確実に得られると同
時に、基材１２の表面に対する耐熱硬質被膜の付着強度
が十分に得られるようになっている。また、上記耐熱硬
質被膜１４において、ＳｉＣのＴｉ、Ａｌに対する割合
ｙ、すなわちＳｉＣの添加量（含有量）ｙは、１０〜２
０ａｔ％（アトミックパーセント）の範囲内とされると
ともに、Ｔｉの添加量（含有量）ｘは３０〜７０ａｔ％
の範囲内とされている。これにより、ＳｉＣの含有量ｙ
に関連した耐熱硬質被膜１４の耐酸化性および被膜付着
強度と上記Ｔｉの含有量ｘに関連した耐熱硬質被膜１４
の靱性および耐酸化性が両立させられている。
から成る耐熱硬質被膜１４は、０．１〜１０μｍの範囲
内の厚さ、さらに好適には１〜８μｍの範囲内の厚さを
有するものであり、その耐摩耗性が確実に得られると同
時に、基材１２の表面に対する耐熱硬質被膜の付着強度
が十分に得られるようになっている。また、上記耐熱硬
質被膜１４において、ＳｉＣのＴｉ、Ａｌに対する割合
ｙ、すなわちＳｉＣの添加量（含有量）ｙは、１０〜２
０ａｔ％（アトミックパーセント）の範囲内とされると
ともに、Ｔｉの添加量（含有量）ｘは３０〜７０ａｔ％
の範囲内とされている。これにより、ＳｉＣの含有量ｙ
に関連した耐熱硬質被膜１４の耐酸化性および被膜付着
強度と上記Ｔｉの含有量ｘに関連した耐熱硬質被膜１４
の靱性および耐酸化性が両立させられている。
【００１５】上記耐熱硬質被膜被覆工具１０は、たとえ
ば以下に説明する工程を経て製造される。先ず、研削加
工などによって切削工具としての基本形状に成形された
基材１２は、チタン粉末、アルミニウム粉末、およびＳ
ｉＣ粉末からホットプレスなどにより成形されたターゲ
ット（陰極或いはカソード電極）を用いるアーク放電式
イオンプレーティング装置の基板ホルダーに固定され
る。この基板ホルダーは自転可能に設けられているとと
もに基板加熱用に設けられたヒーターにより加熱される
ようになっている。次いで、上記基板ホルダおよびター
ゲットを収容するチャンバー内がたとえば6.70×10-3Pa
程度まで排気され、ヒーターにより基材１２の温度が 5
00℃まで加熱される。その後、エンドミルに-1000V程度
の電位が印加され、アーク放電が開始されて基材１２の
表面が十分に洗浄された後、電位が-200V 程度まで落さ
れるとともにＮ2 ガスが1000cc/minの割合でチャンパ内
へ流される。このようなプレーティング工程において
は、ターゲットにアークが飛ばされ、そのターゲットの
うちのアークが当たる部位（アークスポート）が蒸発さ
せられるとともにイオン化されて基材１２に向かって飛
ばされ、その基材１２の表面上にそのターゲットの構成
材料と同様の材質の耐熱硬質被膜１４がたとえば０．１
〜１０μｍの範囲内の厚さ、さらに好適には１〜８μｍ
の範囲内の厚さで固着される。
ば以下に説明する工程を経て製造される。先ず、研削加
工などによって切削工具としての基本形状に成形された
基材１２は、チタン粉末、アルミニウム粉末、およびＳ
ｉＣ粉末からホットプレスなどにより成形されたターゲ
ット（陰極或いはカソード電極）を用いるアーク放電式
イオンプレーティング装置の基板ホルダーに固定され
る。この基板ホルダーは自転可能に設けられているとと
もに基板加熱用に設けられたヒーターにより加熱される
ようになっている。次いで、上記基板ホルダおよびター
ゲットを収容するチャンバー内がたとえば6.70×10-3Pa
程度まで排気され、ヒーターにより基材１２の温度が 5
00℃まで加熱される。その後、エンドミルに-1000V程度
の電位が印加され、アーク放電が開始されて基材１２の
表面が十分に洗浄された後、電位が-200V 程度まで落さ
れるとともにＮ2 ガスが1000cc/minの割合でチャンパ内
へ流される。このようなプレーティング工程において
は、ターゲットにアークが飛ばされ、そのターゲットの
うちのアークが当たる部位（アークスポート）が蒸発さ
せられるとともにイオン化されて基材１２に向かって飛
ばされ、その基材１２の表面上にそのターゲットの構成
材料と同様の材質の耐熱硬質被膜１４がたとえば０．１
〜１０μｍの範囲内の厚さ、さらに好適には１〜８μｍ
の範囲内の厚さで固着される。
【００１６】図２は、上記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ( Ｓｉ
Ｃ) y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、それに
含まれるＳｉＣの値ｙすなわちその含有量ａｔ％（アト
ミックパーセント）と耐酸化性との間の関係を求めた実
験結果を示している。この実験例では、ＪＩＳ Z１０の
超硬合金製の基板上に、イオンプレーティング法により
Ｔｉ：Ａｌ＝１：１（原子比、at比）でＳｉＣの添加量
（ａｔ％）を、０、１、２、１０、２０、３０とした耐
熱硬質被膜１４を、バイアス電圧を―２００V とし、チ
ャンバー内への窒素流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎとし
て、膜厚３．５〜３．８μm に成膜した６種類の試料を
作成し、それら６種類の試料の酸化開始温度を以下の酸
化試験条件を用いて決定したものである。この酸化試験
では、熱重量分析装置が用いられ、以下の試験条件下で
試料の重量変化の発生が判定されたときの温度がその試
料の酸化開始温度として求められたものである。
Ｃ) y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、それに
含まれるＳｉＣの値ｙすなわちその含有量ａｔ％（アト
ミックパーセント）と耐酸化性との間の関係を求めた実
験結果を示している。この実験例では、ＪＩＳ Z１０の
超硬合金製の基板上に、イオンプレーティング法により
Ｔｉ：Ａｌ＝１：１（原子比、at比）でＳｉＣの添加量
（ａｔ％）を、０、１、２、１０、２０、３０とした耐
熱硬質被膜１４を、バイアス電圧を―２００V とし、チ
ャンバー内への窒素流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎとし
て、膜厚３．５〜３．８μm に成膜した６種類の試料を
作成し、それら６種類の試料の酸化開始温度を以下の酸
化試験条件を用いて決定したものである。この酸化試験
では、熱重量分析装置が用いられ、以下の試験条件下で
試料の重量変化の発生が判定されたときの温度がその試
料の酸化開始温度として求められたものである。
【００１７】（酸化試験条件）
温度範囲：室温〜１４００℃
昇温速度：１０℃/min
雰囲気：大気
【００１８】図２に示す実験結果によれば、耐熱硬質被
膜１４におけるＳｉＣの添加量が０．１ａｔ％を上まわ
ると酸化開始温度が上昇し、２ａｔ％を越えると、酸化
開始温度はＳｉＣの添加量が零である場合と比較して、
約１００℃上昇した。さらに、ＳｉＣの添加量を１０ａ
ｔ％に増加させた場合には酸化開始温度は１１９０℃、
ＳｉＣの添加量を２０ａｔ％に増加させた場合には酸化
開始温度は１２４０℃となり、その添加量を２０ａｔ％
よりもさらに増加すると酸化開始温度が飽和傾向となっ
た。すなわち、耐熱硬質被膜１４におけるＳｉＣの添加
量が２．０ａｔ％を下回ると、ＳｉＣを含有させた効果
が十分に認められず、２０ａｔ％を上回ると、ＳｉＣの
添加効果が飽和するのである。
膜１４におけるＳｉＣの添加量が０．１ａｔ％を上まわ
ると酸化開始温度が上昇し、２ａｔ％を越えると、酸化
開始温度はＳｉＣの添加量が零である場合と比較して、
約１００℃上昇した。さらに、ＳｉＣの添加量を１０ａ
ｔ％に増加させた場合には酸化開始温度は１１９０℃、
ＳｉＣの添加量を２０ａｔ％に増加させた場合には酸化
開始温度は１２４０℃となり、その添加量を２０ａｔ％
よりもさらに増加すると酸化開始温度が飽和傾向となっ
た。すなわち、耐熱硬質被膜１４におけるＳｉＣの添加
量が２．０ａｔ％を下回ると、ＳｉＣを含有させた効果
が十分に認められず、２０ａｔ％を上回ると、ＳｉＣの
添加効果が飽和するのである。
【００１９】図３は、前記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ( Ｓｉ
Ｃ) y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、それに
含まれるＳｉＣの値ｙすなわちその含有量ａｔ％（アト
ミックパーセント）と被膜付着強度（Ｎ）との関係を求
めた実験結果を示している。この実験例では、ＪＩＳ Z
１０の超硬合金製の基板上に、イオンプレーティング法
によりＴｉ：Ａｌ＝１：１（原子比、at比）でＳｉＣの
添加量（ａｔ％）を、０、１、２、１０、２０、３０と
した耐熱硬質被膜１４を、バイアス電圧を―２００V と
し、チャンバー内への窒素流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎ
として、膜厚３．５〜３．８μm に成膜した６種類の試
料を作成し、それら６種類の試料の被膜付着強度を測定
したものである。この被膜付着強度では、スイス国ＣＳ
ＥＭ社製の被膜付着強度測定用センサ付自動スクラッチ
試験機を用いて測定が行われた。
Ｃ) y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、それに
含まれるＳｉＣの値ｙすなわちその含有量ａｔ％（アト
ミックパーセント）と被膜付着強度（Ｎ）との関係を求
めた実験結果を示している。この実験例では、ＪＩＳ Z
１０の超硬合金製の基板上に、イオンプレーティング法
によりＴｉ：Ａｌ＝１：１（原子比、at比）でＳｉＣの
添加量（ａｔ％）を、０、１、２、１０、２０、３０と
した耐熱硬質被膜１４を、バイアス電圧を―２００V と
し、チャンバー内への窒素流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎ
として、膜厚３．５〜３．８μm に成膜した６種類の試
料を作成し、それら６種類の試料の被膜付着強度を測定
したものである。この被膜付着強度では、スイス国ＣＳ
ＥＭ社製の被膜付着強度測定用センサ付自動スクラッチ
試験機を用いて測定が行われた。
【００２０】図３に示す実験結果によれば、耐熱硬質被
膜１４におけるＳｉＣの添加量が０．１ａｔ％を上まわ
ると被膜付着強度が上昇した効果が認められ、２０ａｔ
％を越えると、被膜付着強度が比較的急速に低下し、３
０ａｔ％となると、２０ａｔ％の場合よりも７５（Ｎ）
以上低下する。この被膜付着強度を十分に得るために
は、ＳｉＣの添加量が２０ａｔ％以下の範囲とすること
が望まれる。したがって、耐酸化性および被膜付着強度
の両者を考慮すると、図２および図３に示す実験結果か
ら、耐熱硬質被膜１４におけるＳｉＣの添加量は１０〜
２０ａｔ％の範囲内が望まれる。このため、耐熱硬質被
膜１４を構成する成分の組成は、（ＴｉxＡｌ
1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎにおいて、０．１≦ｙ≦０．２
という条件式を満足する事が必要である。
膜１４におけるＳｉＣの添加量が０．１ａｔ％を上まわ
ると被膜付着強度が上昇した効果が認められ、２０ａｔ
％を越えると、被膜付着強度が比較的急速に低下し、３
０ａｔ％となると、２０ａｔ％の場合よりも７５（Ｎ）
以上低下する。この被膜付着強度を十分に得るために
は、ＳｉＣの添加量が２０ａｔ％以下の範囲とすること
が望まれる。したがって、耐酸化性および被膜付着強度
の両者を考慮すると、図２および図３に示す実験結果か
ら、耐熱硬質被膜１４におけるＳｉＣの添加量は１０〜
２０ａｔ％の範囲内が望まれる。このため、耐熱硬質被
膜１４を構成する成分の組成は、（ＴｉxＡｌ
1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎにおいて、０．１≦ｙ≦０．２
という条件式を満足する事が必要である。
【００２１】一方、前記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ( ＳｉＣ)
y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、本発明者等
の実験によれば、Ｔｉの含有量ｘは３０ａｔ％未満では
耐熱硬質被膜１４に十分な靱性が得られず、７０ａｔ％
を超えると、その耐熱硬質被膜１４に十分な耐酸化性が
得られない。このため、耐熱硬質被膜１４を構成する成
分の組成は、（Ｔｉx Ａｌ1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎにお
いて、０．３≦ｘ≦０．７という条件式を満足する事が
必要である。したがって、前記ＳｉＣの含有量ｙに関連
した耐熱硬質被膜１４の耐酸化性および被膜付着強度と
上記Ｔｉの含有量ｘに関連した耐熱硬質被膜１４の靱性
および耐酸化性を考慮すると、（ＴｉxＡｌ1-x-y （Ｓ
ｉＣ）y ）Ｎにおいて、０．３≦ｘ≦０．７、０．１≦
ｙ≦０．２という条件式を満足する事が必要となる。
y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、本発明者等
の実験によれば、Ｔｉの含有量ｘは３０ａｔ％未満では
耐熱硬質被膜１４に十分な靱性が得られず、７０ａｔ％
を超えると、その耐熱硬質被膜１４に十分な耐酸化性が
得られない。このため、耐熱硬質被膜１４を構成する成
分の組成は、（Ｔｉx Ａｌ1-x-y （ＳｉＣ）y ）Ｎにお
いて、０．３≦ｘ≦０．７という条件式を満足する事が
必要である。したがって、前記ＳｉＣの含有量ｙに関連
した耐熱硬質被膜１４の耐酸化性および被膜付着強度と
上記Ｔｉの含有量ｘに関連した耐熱硬質被膜１４の靱性
および耐酸化性を考慮すると、（ＴｉxＡｌ1-x-y （Ｓ
ｉＣ）y ）Ｎにおいて、０．３≦ｘ≦０．７、０．１≦
ｙ≦０．２という条件式を満足する事が必要となる。
【００２２】他方、前記（Ｔｉx Ａｌ1-x-y ( ＳｉＣ)
y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、本発明者等
の実験によれば、その膜厚が０．１μｍ未満では十分な
耐摩耗性が得られず、１０μｍを超えると、耐熱硬質被
膜１４の付着強度が低下し、かつその耐熱硬質被膜１４
にクラックが入って欠けが発生し易くなる。このため、
基材１２上にアーク放電式イオンプレーティング法によ
り固着される耐熱硬質被膜１４の膜厚は、０．１〜１０
μｍの範囲内、さらに好適には、１〜８μｍの膜厚範囲
内が望ましい。
y ) Ｎから成る耐熱硬質被膜１４において、本発明者等
の実験によれば、その膜厚が０．１μｍ未満では十分な
耐摩耗性が得られず、１０μｍを超えると、耐熱硬質被
膜１４の付着強度が低下し、かつその耐熱硬質被膜１４
にクラックが入って欠けが発生し易くなる。このため、
基材１２上にアーク放電式イオンプレーティング法によ
り固着される耐熱硬質被膜１４の膜厚は、０．１〜１０
μｍの範囲内、さらに好適には、１〜８μｍの膜厚範囲
内が望ましい。
【００２３】表１は、発明の耐熱硬質被膜被覆工具１０
の性能を従来例或いは比較例と比較して示す実験値であ
る。本実験例では、従来例１としてＴｉ0.5 Ａｌ0.5 Ｎ
から成る被膜を備えた工具が、従来例２として（Ｔｉ
0.4 Ａｌ0.4 Ｖ0.2 ）Ｎから成る被膜を備えた工具が、
従来例３として（Ｔｉ0.4 Ａｌ0.4 Ｃｒ0.2 ）Ｎから成
る被膜を備えた工具が、従来例４として（Ｔｉ0.48Ａｌ
0.48Ｓｉ0.04）Ｎから成る被膜を備えた工具がそれぞれ
用意され、本発明の実施例１として（Ｔｉ0.49Ａｌ0.49
(ＳｉＣ) 0.02 )Ｎから成る被膜を備えた工具が、実施
例２として（Ｔｉ 0.5 Ａｌ0.4 ( ＳｉＣ) 0.1 ) Ｎから
成る被膜を備えた工具が、実施例３として（Ｔｉ0.3 Ａ
ｌ0.6 ( ＳｉＣ) 0.1 ) Ｎから成る被膜を備えた工具
が、実施例４として（Ｔｉ0.45Ａｌ0.45( ＳｉＣ)
0.1 ) Ｎから成る被膜を備えた工具が、実施例５とし
て（Ｔｉ0.4 Ａｌ0.4(ＳｉＣ) 0.2 ) Ｎから成る被膜を
備えた工具がそれぞれ用意され、比較例１として（Ｔｉ
0.495 Ａｌ0.495(ＳｉＣ) 0.01) Ｎから成る被膜を備え
た工具が、比較例２として（Ｔｉ0.35Ａｌ0.35( Ｓｉ
Ｃ) 0.3) Ｎから成る被膜を備えた工具がそれぞれ用意
されている。
の性能を従来例或いは比較例と比較して示す実験値であ
る。本実験例では、従来例１としてＴｉ0.5 Ａｌ0.5 Ｎ
から成る被膜を備えた工具が、従来例２として（Ｔｉ
0.4 Ａｌ0.4 Ｖ0.2 ）Ｎから成る被膜を備えた工具が、
従来例３として（Ｔｉ0.4 Ａｌ0.4 Ｃｒ0.2 ）Ｎから成
る被膜を備えた工具が、従来例４として（Ｔｉ0.48Ａｌ
0.48Ｓｉ0.04）Ｎから成る被膜を備えた工具がそれぞれ
用意され、本発明の実施例１として（Ｔｉ0.49Ａｌ0.49
(ＳｉＣ) 0.02 )Ｎから成る被膜を備えた工具が、実施
例２として（Ｔｉ 0.5 Ａｌ0.4 ( ＳｉＣ) 0.1 ) Ｎから
成る被膜を備えた工具が、実施例３として（Ｔｉ0.3 Ａ
ｌ0.6 ( ＳｉＣ) 0.1 ) Ｎから成る被膜を備えた工具
が、実施例４として（Ｔｉ0.45Ａｌ0.45( ＳｉＣ)
0.1 ) Ｎから成る被膜を備えた工具が、実施例５とし
て（Ｔｉ0.4 Ａｌ0.4(ＳｉＣ) 0.2 ) Ｎから成る被膜を
備えた工具がそれぞれ用意され、比較例１として（Ｔｉ
0.495 Ａｌ0.495(ＳｉＣ) 0.01) Ｎから成る被膜を備え
た工具が、比較例２として（Ｔｉ0.35Ａｌ0.35( Ｓｉ
Ｃ) 0.3) Ｎから成る被膜を備えた工具がそれぞれ用意
されている。
【００２４】上記１１種類の工具（試料）は、ＷＣ−１
０Ｃｏの組成のＪＩＳ Ｚ１０相当の超硬合金製で、直
径１０．０ｍｍ、刃長２５．０ｍｍ、全長８０．０ｍ
ｍ、４枚刃エンドミルに、アーク放電式イオンプレーテ
ィング法で表１に示すような膜厚の耐熱硬質被膜が形成
されている。表１には、これらの試料（エンドミル）の
被膜硬度の測定値、酸化開始温度、および以下の切削条
件で切削試験を行ったときの外周二番面の最大摩耗量が
０．１ｍｍに達するまでの切削長さの測定値が示されて
いる。
０Ｃｏの組成のＪＩＳ Ｚ１０相当の超硬合金製で、直
径１０．０ｍｍ、刃長２５．０ｍｍ、全長８０．０ｍ
ｍ、４枚刃エンドミルに、アーク放電式イオンプレーテ
ィング法で表１に示すような膜厚の耐熱硬質被膜が形成
されている。表１には、これらの試料（エンドミル）の
被膜硬度の測定値、酸化開始温度、および以下の切削条
件で切削試験を行ったときの外周二番面の最大摩耗量が
０．１ｍｍに達するまでの切削長さの測定値が示されて
いる。
【００２５】（切削条件）
被削材：SKD １１（硬さ：６０HRC ）
切削速度：１１８ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．０４２ｍｍ／ｔ
切込み量：ＡＤ(Axial depth) ＝10.0ｍｍ、ＲＤ（Radi
us depth）＝0.1mm 切削油：乾式（エアーブロー） 切削長さ：３９．２ｍ
us depth）＝0.1mm 切削油：乾式（エアーブロー） 切削長さ：３９．２ｍ
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から明らかなように、ＳｉＣ添加量が
１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下である実施例２乃至５で
は、従来例１乃至４と同等以上の硬さおよび酸化開始温
度が得られると同時に、外周二番面の最大摩耗量が０．
１ｍｍに達するまでの切削長さは従来例や比較例より延
び、寿命が延びることが分かる。
１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下である実施例２乃至５で
は、従来例１乃至４と同等以上の硬さおよび酸化開始温
度が得られると同時に、外周二番面の最大摩耗量が０．
１ｍｍに達するまでの切削長さは従来例や比較例より延
び、寿命が延びることが分かる。
【００２８】以上、本発明の一実施例である耐熱硬質被
膜被覆工具１０を図面に基づいて説明したが、本発明は
その他の態様においても適用される。
膜被覆工具１０を図面に基づいて説明したが、本発明は
その他の態様においても適用される。
【００２９】たとえば、前述の耐熱硬質被膜被覆工具１
０の基材１２は超硬合金製であったが、高速度工具鋼、
サーメット、ＣＢＮ焼結体など種々の工具材料を採用す
ることができる。
０の基材１２は超硬合金製であったが、高速度工具鋼、
サーメット、ＣＢＮ焼結体など種々の工具材料を採用す
ることができる。
【００３０】また、前述の耐熱硬質被膜被覆工具１０の
耐熱硬質被膜１４は単層であったが、複数層が積層され
たものでもよい。
耐熱硬質被膜１４は単層であったが、複数層が積層され
たものでもよい。
【００３１】また、前述の耐熱硬質被膜被覆工具１０の
耐熱硬質被膜１４はアーク放電式イオンプレーティング
法を用いて基材１２の表面に固着されていたが、他の形
式のイオンプレーティング法やスパッタリング法が用い
られてもよい。
耐熱硬質被膜１４はアーク放電式イオンプレーティング
法を用いて基材１２の表面に固着されていたが、他の形
式のイオンプレーティング法やスパッタリング法が用い
られてもよい。
【００３２】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の
変更、改良を加えた態様で実施することができる。
実施例であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の
変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図１】本発明の一実施例の耐熱硬質被膜被覆工具の構
成を説明する要部を拡大した断面図である。
成を説明する要部を拡大した断面図である。
【図２】図１の耐熱硬質被膜被覆工具の耐熱硬質被膜に
おいて、実験により得られたＳｉＣ添加量と酸化開始温
度との関係を示す図である。
おいて、実験により得られたＳｉＣ添加量と酸化開始温
度との関係を示す図である。
【図３】図１の耐熱硬質被膜被覆工具の耐熱硬質被膜に
おいて、実験により得られたＳｉＣ添加量と被膜付着強
度との関係を示す図である。
おいて、実験により得られたＳｉＣ添加量と被膜付着強
度との関係を示す図である。
１０：耐熱硬質被膜被覆工具
１２：基材
１４：耐熱硬質被膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 櫻井 正俊
愛知県豊川市白雲町三丁目21番地の27
(56)参考文献 特開 平７−310174（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23B 27/14
C23C 14/06
Claims (3)
- 【請求項１】 （Ｔｉx Ａｌ1-x-y ( ＳｉＣ) y ) Ｎ(
但し、各々の構成比が、０．３≦ｘ≦０．７、０．１≦
ｙ≦０．２) の組成で示される耐熱硬質被膜が、基材の
表面に形成された耐熱硬質被膜被覆工具。 - 【請求項２】 前記耐熱硬質被膜は、０．１〜１０μm
の厚みに形成されたものである請求項１の耐熱硬質被膜
被覆工具。 - 【請求項３】 前記耐熱硬質被膜は、チタン粉末、アル
ミニウム粉末、およびＳｉＣ粉末から成形されたターゲ
ットを用いるアーク放電式イオンプレーティング法によ
り前記基材の表面に固着されたものである請求項１また
は２の耐熱硬質被膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12014399A JP3370291B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 耐熱硬質被膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12014399A JP3370291B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 耐熱硬質被膜被覆工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000308906A JP2000308906A (ja) | 2000-11-07 |
| JP3370291B2 true JP3370291B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=14779040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12014399A Expired - Lifetime JP3370291B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 耐熱硬質被膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3370291B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7504149B2 (en) | 2005-05-31 | 2009-03-17 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, and hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating |
| EP2149624A1 (en) | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Sulzer Metaplas GmbH | Multilayer film-coated member and method for producing it |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103231079B (zh) * | 2003-06-27 | 2017-09-29 | 住友电气工业株式会社 | 切入式磨削工具 |
| WO2010007661A1 (ja) | 2008-07-14 | 2010-01-21 | オーエスジー株式会社 | 硬質被膜、および硬質被膜被覆工具 |
| US8932707B2 (en) | 2009-11-12 | 2015-01-13 | Osg Corporation | Hard film and hard film coated tool |
-
1999
- 1999-04-27 JP JP12014399A patent/JP3370291B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7504149B2 (en) | 2005-05-31 | 2009-03-17 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, and hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating |
| EP2149624A1 (en) | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Sulzer Metaplas GmbH | Multilayer film-coated member and method for producing it |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000308906A (ja) | 2000-11-07 |
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