JP3388006B2 - 耐剥離性被覆部材 - Google Patents
耐剥離性被覆部材Info
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Description
ミックス焼結体の基材上に密着性に優れた酸化アルミニ
ウムの被膜を被覆した耐剥離性被覆部材に関し、具体的
には、例えば、旋削工具，フライス工具，ドリル，エン
ドミルに代表される切削工具、エンジン部品，シリンダ
部品，製缶工具，金型，ノズル，スリッターに代表され
る耐摩耗工具として最適な耐剥離性被覆部材に関する。
基材上に、厚さが２０μｍ以下のセラミックス被膜を被
覆し、基材と被膜との特性をそれぞれ有効に引き出し
て、長寿命を達成しようとした被覆部材が多数提案さ
れ、その内実用されているものも多数ある。
ウムの被膜が被覆された被覆部材は、被膜と基材との付
着性が劣るために実用できないという問題がある。
化アルミニウムの被膜が被覆された被覆部材の中でも、
酸化アルミニウムの被膜と基材との間に金属または合金
でなる中間層が介在された被覆部材があり、その代表的
なものに、特開昭６２−２１３９０３号公報，特開昭６
２−２１４１６６号公報，特開平３−２７９２８３号公
報および特開平３−２９０３８４号公報がある。
ウムの被膜が被覆された従来の被覆部材の内、特開昭６
２−２１３９０３号公報には、超硬合金，サーメットま
たは高速度鋼の基材表面に、平均層厚０．１〜１μｍの
ＺｒまたはＺｒ合金の被覆層を介して、ＴｉまたはＺｒ
の炭化物，窒化物，炭窒化物，炭酸化物，炭窒酸化物お
よび酸化アルミニウムのうちの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０．５〜１２μｍの平均
層厚で形成してなる被覆硬質合金製切削工具について記
載されている。
は、超硬合金，サーメットまたは高速度鋼の基材表面
に、平均層厚０．１〜１μｍのＨｆまたはＨｆ合金の下
側層と平均層厚０．２〜４μｍを有するＨｆの炭化物，
窒化物，炭窒化物，炭酸化物，炭窒酸化物および酸化ア
ルミニウムのうちの１種の上側層との４層以上の交互積
層構造とした被覆硬質合金製切削工具について記載され
ている。
工具がＺｒ，Ｈｆ，Ｚｒ合金またはＨｆ合金でなる下側
層上に酸化アルミニウムでなる上側層で被覆された構成
になると、下側層と上側層との密着性が劣り、上側層剥
離から短寿命になるという問題がある。
８３号公報には、酸化物系セラミックス焼結体の基材上
に、特開平３−２９０３８４号公報には、非酸化物系焼
結体の基材にそれぞれＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆおよびこれらの
合金の中の少なくとも１種の単層または複層でなる内層
と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの炭化物，窒化物，炭酸化物，窒
酸化物，酸化アルミニウムおよびこれらの相互固溶体の
中の少なくとも１種の単層または複層でなる外層との合
計が１．５μｍ以下に被覆された被覆セラミックス焼結
体工具部材について記載されている。
結体が内層の表面に直接酸化アルミニウムの外層で被覆
された構成になると、内層と外層との密着性が劣り、外
層剥離から短寿命になるという問題がある。
したもので、具体的には、基材上に密着性に優れた酸化
アルミニウムの被膜を被覆し、酸化アルミニウムの優れ
た耐摩耗性，耐酸化性，耐溶着性を最大限に引き出すこ
とにより、長寿命を達成した耐剥離性被覆部材の提供を
目的とするものである。
酸化アルミニウムの被膜を被覆して、酸化アルミニウム
の優れた特性を最大限に発揮させることについて検討し
ていたところ、酸化アルミニウムの被膜の下地となる物
質が酸化アルミニウムと適合し、しかも酸化アルミニウ
ムの被膜を結晶配向させる、いわゆるヘテロエピタキシ
ャル関係にある物質が好ましいこと、酸化アルミニウム
の被膜をエピタキシャル成長させるには、Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａの金属またはこれらを含む合金が特に最適であるとい
う知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
合金またはセラミックス焼結体の基材上にＶ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒ，Ｍｏおよびこれらの相互合金の中の１種の単
層または２種以上の多層でなる中間層を被覆し、該中間
層上に酸化アルミニウムの外層を化学蒸着法または物理
蒸着法により被覆し、切削工具または耐摩耗工具として
使用することを特徴とするものである。
には、例えばＣｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａの金
属、Ｃｕ合金，Ｔｉ合金，Ａｌ合金，ステンレス鋼，高
速度鋼，工具鋼等の各種鋼，サーメット，超硬合金，粉
末ハイス等の焼結合金に代表される合金、Ａｌ2Ｏ3基セ
ラミックス焼結体，ＺｒＯ2基セラミックス焼結体，Ｓ
ｉ3Ｎ4基セラミックス焼結体，ＳｉＣ基セラミックス焼
結体，ＡｌＮ基セラミックス焼結体に代表されるセラミ
ックス焼結体を挙げることができる。
には、例えばＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ・Ｎｂ合
金，Ｖ・Ｔａ合金，Ｖ・Ｃｒ合金，Ｖ・Ｍｏ合金，Ｎｂ
・Ｔａ合金，Ｃｒ・Ｍｏ合金の中の１種の単層、または
上述した基材に応じて、基材と中間層間の密着性もしく
は残留応力緩和等のために、例えばＭｏ・Ｃｒ合金とＶ
との２層、Ｍｏ・Ｃｒ合金とＭｏ・Ｖ合金とＶの３層の
ように、２層以上の多層でなる中間層とすることも好ま
しいことである。この中間層の膜厚さは、外層である酸
化アルミニウムの密着性と結晶配向とに効果を発揮する
厚さであればよく、具体的には、０．０５〜３μｍ厚
さ、特に好ましくは、０．１〜１μｍ厚さである。
間の密着性または残留応力緩和等のために、基材と中間
層間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗの金属、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの炭化物，窒化
物，酸化物，ホウ化物およびこれらの相互固溶体の中の
１種の単層もしくは２種以上の内層を介在させる構成と
することも好ましいことである。この内層の膜厚さは、
基材と中間層間の密着性，残留応力緩和または耐摩耗性
に効果を発揮する厚さにするために、具体的には、０．
０５〜８μｍ厚さ、特に好ましくは０．１〜５μｍ厚さ
である。
ムの外層は、結晶構造的には特に制限されなく、具体的
には、例えばαー酸化アルミニウム，γー酸化アルミニ
ウム，非晶質酸化アルミニウムを挙げることができ、特
に工具に用いる場合には、αー酸化アルミニウム、また
はαー酸化アルミニウムを主成分として含有する外層が
好ましい。この外層の膜厚さは、耐摩耗性，耐酸化性，
耐溶着性に効果を発揮する厚さにするために、具体的に
は、０．０５〜８μｍ厚さ、特に好ましくは０．１〜５
μｍ厚さである。
間層と外層とからなる場合、内層と中間層と外層とから
なる場合、中間層と外層の構成が２回以上繰り返し積層
される場合、または内層と中間層と外層の構成が２回以
上繰り返し積層される場合、さらには外層の表面に、例
えばＴｉの炭化物，窒化物，炭窒化物，窒酸化物，炭酸
化物，炭窒酸化物の中の１種の最外層を被覆する場合に
は、耐摩耗性，装飾性を高めることができる。特に、基
材が超硬合金またはサーメットの合金からなり、中間層
がＶ，Ｎｂ，Ｔａおよびこれらの相互合金の中の１種の
単層または２種以上の多層でなる場合には、中間層と外
層との密着性に優れ、外層の結晶配向性にも優れること
から好ましいことである。
れている基材を用いて、基材上に従来から行われている
化学蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸着法（ＰＶＤ法）でも
って内層，中間層，外層または最外層等の必要な被膜を
被覆させることにより作製することができる。
ている中間層が外層を結晶配向する作用をし、かつ外層
の密着性を高める作用をもしており、特にＶ，Ｎｂ，Ｔ
ａまたはこれらを含む合金の中の１種からなる中間層の
場合には、上述の作用が顕著となっているものである。
の超硬合金（ＪＩＳ規格Ｐ３０相当材質）を基材とし、
この基材表面を有機溶剤で洗浄した後、高周波マグネト
ロンスパッター装置のチャンバー内に設置し、（逃げ面
とすくい面へ同時に、略同膜厚に被覆される治具を用い
て設置）チャンバー内を３．０×１０-6Ｔｏｒｒの真空
とした。次いで、チャンバー内を表１に示すガス組成お
よびガス圧に保持し、基材を５５０℃に加熱し、表１に
示すターゲット（ターゲット出力２００Ｗ）を用いてス
パッター法による被覆を行って本発明品１〜１４および
比較品１〜４を得た。
たところ、本発明品１〜１４および比較品１〜４のそれ
ぞれの被膜構成は、表２に示したように基材側から第１
層、第２層、第３層と順次被覆されたものからなり、こ
れらの内、本発明品１〜３は、中間層の第１層と外層の
第２層からなり、本発明品４〜１４は、内層の第１層と
中間層の第２層と外層の第３層とからなるものである。
品１〜４を用いて、被削材：Ｓ４８Ｃ（直径２５０ｍｍ
の丸棒）、切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、送り：０．３
ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：１．５ｍｍ、水溶性切削油によ
る湿式切削条件でもって切削試験を行い、平均逃げ面摩
耗量が０．３ｍｍになったとき、またはチッピングや被
膜剥離した時を寿命とし、寿命までの切削時間を求めて
表２に併記した。（比較品１〜４は、酸化アルミニウム
の被膜剥離で寿命となった。）
ｉＣ基サーメットを用いて、他は略実施例１と同様に行
って、表３に示した本発明品１５〜１８および比較品５
〜９を得た。これらの内、本発明品１５は、中間層の第
１層と外層の第２層との被膜構成でなり、本発明品１６
〜１８は、内層の第１層と中間層の第２層と外層の第３
層との被膜構成でなるものであった。
較品５〜９を用いて、実施例１における湿式切削条件で
もって切削試験を行い、そのときの寿命までの切削試験
を求めて表３に併記した。
クス焼結体，Ａｌ2Ｏ3基セラミックス焼結体，ＺｒＯ2
基セラミックス焼結体のそれぞれの表面に蒸着でもって
０．１〜０．３μｍ厚さのＣｕ膜を被覆した焼結体と、
Ｃｕ合金，Ｔｉ合金，ステンレス鋼，高速度鋼を用い
て、ターゲットにＶ，Ｃｒ，Ｍｏを用いて、他は実施例
１の本発明品１と略同様に行って表４に示した本発明品
１９〜２５を得た。
い上述のそれぞれのセラミックス焼結体と上述の各合金
を用いて、ターゲットにＶ，Ｃｒ，Ｍｏを用いて、他は
実施例１の本発明品１と略同様に行って表４に示した比
較品１０〜１６を得た。
１０〜１６の被覆部材の被膜剥離試験を行って、その結
果を表４に併記した。被膜剥離試験は、引掻き硬さ試験
機に相当する装置を用いて、被膜表面に定荷重を加えた
ダオヤモンド圧子で引掻き、そのときの被膜が剥離に耐
える荷重で表した。
ニウム被膜を被覆した被覆部材に比べて、被膜の密着性
に優れており、その結果切削工具として用いると、被膜
の耐剥離性に優れ、工具寿命が約２〜１１倍も向上する
という顕著な効果がある。
Claims (6)
- 【請求項１】 金属、合金またはセラミックス焼結体の
基材上にＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏおよびこれらの相
互合金の中の１種の単層または２種以上の多層でなる中
間層を被覆し、該中間層上に酸化アルミニウムの外層を
化学蒸着法または物理蒸着法により被覆し、切削工具ま
たは耐摩耗工具として使用することを特徴とする耐剥離
性被覆部材。 - 【請求項２】 上記基材が超硬合金またはサーメットの
合金からなり、上記中間層がＶ，Ｎｂ，Ｔａおよびこれ
らの相互合金の中の１種の単層または２種以上の多層で
なることを特徴とする請求項第１項記載の耐剥離性被覆
部材。 - 【請求項３】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
基材上にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗの金属、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの炭化物，窒化
物，酸化物，ホウ化物およびこれらの相互固溶体の中の
１種の単層または２種以上の多層でなる内層と、該内層
上にＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏおよびこれらの相互合
金の中の１種の単層もしくは２種以上の多層でなる中間
層と、該中間層上に酸化アルミニウムの外層とを被覆し
たことを特徴とする耐剥離性被覆部材。 - 【請求項４】 上記基材が超硬合金またはサーメットの
合金からなり、上記内層がＴｉ，Ｎｂ，Ｔａの炭化物，
窒化物、Ｖの炭化物，窒化物，酸化物，ホウ化物の中の
１種の単層または２種以上の多層でなり、上記中間層が
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａおよびこれらの相互合金の中の１種の単
層もしくは２種以上の多層でなることを特徴とする請求
項第３項記載の耐剥離性被覆部材。 - 【請求項５】 上記中間層が０．０５〜１．０μｍの膜
厚さでなり、上記外層が０．１〜５μｍの膜厚さでなる
ことを特徴とする請求項第１項，第２項，第３項または
第４項記載の耐剥離性被覆部材。 - 【請求項６】 請求項第１項，第２項，第３項，第４項
または第５項に記載されている被覆部材が工具として用
いられることを特徴とする耐剥離性被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02341194A JP3388006B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 耐剥離性被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02341194A JP3388006B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 耐剥離性被覆部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07216559A JPH07216559A (ja) | 1995-08-15 |
| JP3388006B2 true JP3388006B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=12109761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02341194A Expired - Fee Related JP3388006B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 耐剥離性被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3388006B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2829630A4 (en) * | 2012-03-19 | 2015-11-11 | Citizen Holdings Co Ltd | RIGID DECORATIVE ELEMENT WHICH INCLUDES A HARD AND WHITE FILM LAYER, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19920567C2 (de) * | 1999-05-03 | 2001-10-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Beschichtung eines im wesentlichen aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Bauteils |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP02341194A patent/JP3388006B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2829630A4 (en) * | 2012-03-19 | 2015-11-11 | Citizen Holdings Co Ltd | RIGID DECORATIVE ELEMENT WHICH INCLUDES A HARD AND WHITE FILM LAYER, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
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|---|---|
| JPH07216559A (ja) | 1995-08-15 |
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