JP3419154B2 - 切削工具部材及びその製造方法 - Google Patents
切削工具部材及びその製造方法Info
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- JP3419154B2 JP3419154B2 JP16060895A JP16060895A JP3419154B2 JP 3419154 B2 JP3419154 B2 JP 3419154B2 JP 16060895 A JP16060895 A JP 16060895A JP 16060895 A JP16060895 A JP 16060895A JP 3419154 B2 JP3419154 B2 JP 3419154B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は切削工具部材、特にある
規定値以上の面粗さを有する硬質材料の表面に、液相法
で作製されたセラミックスを被覆し、硬質材料の表面層
の脱落、破壊を防止するとともに、切削抵抗を軽減する
事により得られる、耐摩耗性に優れた切削工具に関す
る。
規定値以上の面粗さを有する硬質材料の表面に、液相法
で作製されたセラミックスを被覆し、硬質材料の表面層
の脱落、破壊を防止するとともに、切削抵抗を軽減する
事により得られる、耐摩耗性に優れた切削工具に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超硬合金、サーメット、セラミックス工
具の耐摩耗性を向上させるため、工具表面に耐摩耗性に
優れたＴｉＣやＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックスをコーテ
ィングする技術が開発されている。しかし、コーティン
グによって面粗さが低下し（図２参照）、低炭素鋼など
の溶着しやすい被削材を切削すると膜が剥離しやすく寿
命が不安定であった。これを防ぐため、被覆後にダイヤ
モンド砥粒等を用いて、被覆層の面粗さをある規定値以
下にする試み（特開昭６４−１６３０２号公報）が提案
されてきた。しかしながら、これらの方策では十分に膜
の耐剥離性は改善できていないのが現状である。また、
焼結工程で表面に硬化層を設け、耐摩耗性を向上させる
試み（特開平２−９３０３６号公報）もなされている。
しかし、この方法で形成された硬質層は面粗さが悪く
（図１参照）、切削時に凹部に被削材が溶着し、切削抵
抗が増大したり、凸部が不安定で切削時に脱落しやす
く、耐摩耗性が低下するという問題点があった。
具の耐摩耗性を向上させるため、工具表面に耐摩耗性に
優れたＴｉＣやＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックスをコーテ
ィングする技術が開発されている。しかし、コーティン
グによって面粗さが低下し（図２参照）、低炭素鋼など
の溶着しやすい被削材を切削すると膜が剥離しやすく寿
命が不安定であった。これを防ぐため、被覆後にダイヤ
モンド砥粒等を用いて、被覆層の面粗さをある規定値以
下にする試み（特開昭６４−１６３０２号公報）が提案
されてきた。しかしながら、これらの方策では十分に膜
の耐剥離性は改善できていないのが現状である。また、
焼結工程で表面に硬化層を設け、耐摩耗性を向上させる
試み（特開平２−９３０３６号公報）もなされている。
しかし、この方法で形成された硬質層は面粗さが悪く
（図１参照）、切削時に凹部に被削材が溶着し、切削抵
抗が増大したり、凸部が不安定で切削時に脱落しやす
く、耐摩耗性が低下するという問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解決し、耐摩耗性、耐欠損性に優
れ、切削温度が上昇しやすい高速、高能率の厳しい切削
条件にも耐え得る被覆工具部材、特に被覆切削工具部材
及びそれらの製造方法を提供することにある。
従来技術の問題点を解決し、耐摩耗性、耐欠損性に優
れ、切削温度が上昇しやすい高速、高能率の厳しい切削
条件にも耐え得る被覆工具部材、特に被覆切削工具部材
及びそれらの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、表面セラ
ミック層を設けた被覆工具部材について鋭意検討の結
果、適切な表面処理を施すことにより前記課題を解決で
きることを見出し本発明を完成した。すなわち本発明
は、（１）Ｒｍａｘ２μｍ以上、好ましくはＲｍａｘ２
〜１０μｍの面粗さを有する硬質材料の表面に液相法で
調製されたセラミックスからなる充填材が被覆されてい
る被覆工具部材であって、前記硬質材料が焼結工程で表
面に内部よりも高硬度な表面層を形成した焼結合金であ
り、前記セラミックスは酸化物を主体としＳｉＯ２を主
成分とするものでその中に潤滑性物質が分散しており、
前記被覆工具部材の面粗さが前記充填材の被覆前の面粗
さより低下していることを特徴とする被覆工具部材を提
供するものである。
ミック層を設けた被覆工具部材について鋭意検討の結
果、適切な表面処理を施すことにより前記課題を解決で
きることを見出し本発明を完成した。すなわち本発明
は、（１）Ｒｍａｘ２μｍ以上、好ましくはＲｍａｘ２
〜１０μｍの面粗さを有する硬質材料の表面に液相法で
調製されたセラミックスからなる充填材が被覆されてい
る被覆工具部材であって、前記硬質材料が焼結工程で表
面に内部よりも高硬度な表面層を形成した焼結合金であ
り、前記セラミックスは酸化物を主体としＳｉＯ２を主
成分とするものでその中に潤滑性物質が分散しており、
前記被覆工具部材の面粗さが前記充填材の被覆前の面粗
さより低下していることを特徴とする被覆工具部材を提
供するものである。
【０００５】また本発明は、（２）Ｒｍａｘ２μｍ以上
の面粗さを有する硬質材料を、セラミックスからなる充
填材又は焼成により該充填材に変換し得る物質の分散
液、ゾル又は溶液に真空中で浸漬し、次いで加熱してゲ
ル化又は乾燥し、更に高温に加熱して焼成することによ
り、前記硬質材料の表面にその凹部に優先的にセラミッ
クスの充填を行うようにセラミックスを被覆する方法で
あって、前記硬質材料が焼結工程で表面に内部よりも高
硬度な表面層を形成した焼結合金であり、前記セラミッ
クスは酸化物を主体としＳｉＯ２を主成分とするもので
その中に潤滑性物質が分散しており、前記被覆工具部材
の面粗さが前記充填材の被覆前の面粗さより低下してい
ることを特徴とする被覆工具部材の製造方法を提供する
ものである。
の面粗さを有する硬質材料を、セラミックスからなる充
填材又は焼成により該充填材に変換し得る物質の分散
液、ゾル又は溶液に真空中で浸漬し、次いで加熱してゲ
ル化又は乾燥し、更に高温に加熱して焼成することによ
り、前記硬質材料の表面にその凹部に優先的にセラミッ
クスの充填を行うようにセラミックスを被覆する方法で
あって、前記硬質材料が焼結工程で表面に内部よりも高
硬度な表面層を形成した焼結合金であり、前記セラミッ
クスは酸化物を主体としＳｉＯ２を主成分とするもので
その中に潤滑性物質が分散しており、前記被覆工具部材
の面粗さが前記充填材の被覆前の面粗さより低下してい
ることを特徴とする被覆工具部材の製造方法を提供する
ものである。
【０００６】本発明の好ましい態様として次の被覆工具
部材及びその製造方法がある。 （３）前記硬質材料が１０〜５０μｍの膜厚の被覆層を
有することを特徴とする前記（１）に記載の被覆工具部
材。 （４）前記硬質材料に１０〜５０μｍの膜厚の被覆層を
形成しておくことを特徴とする前記（３）記載の被覆工
具部材の製造方法。
部材及びその製造方法がある。 （３）前記硬質材料が１０〜５０μｍの膜厚の被覆層を
有することを特徴とする前記（１）に記載の被覆工具部
材。 （４）前記硬質材料に１０〜５０μｍの膜厚の被覆層を
形成しておくことを特徴とする前記（３）記載の被覆工
具部材の製造方法。
【０００７】本発明の特徴は、ある規定値以上、すなわ
ち、Ｒｍａｘ２μｍ以上、好ましくは２〜１０μｍの表
面粗さを有する硬質材料からなる工具表面（図１及び図
２）に、該表面の凹凸を埋める形で液相法で作成された
セラミックスからなる充填材を存在させる〔図３（ａ）
及び（ｂ）〕ことにより、被削材との溶着現象を抑制
し、更に切削熱も抑制できるため工具の寿命が飛躍的に
向上する点にある。Ｒｍａｘの測定は被覆母材となる硬
質材料を樹脂中に埋め込んだ上で断面をラッピングし、
試料表面部を倍率１５００倍で写真撮影し、その写真を
用いて、基準長さ６０μｍでの最大高さ部と最小高さ部
の差を測定する方法により行う。ここで、硬質材料とし
てはこの種の工具部材に通常用いられる超硬合金、セラ
ミックス、サーメット等が任意に用いられる。充填材と
してのセラミックスは、Ａｌ、Ｓｉ、周期律表のIVa,V
a,VIa,VIIa 族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化
物、硫化物およびそれらの固溶体から選ばれる１種以上
からなり、例えば、窒化チタン、アルミナ、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア、ＭｎＯ、ムライト、チタン酸アル
ミニウムなどの複合酸化物、炭化チタン等が好ましい。
特に充填材が酸化物である場合には、耐酸化性が向上
し、高速切削時に有効である。充填材を被覆するに際し
ては、これら充填材化合物又は焼成後金属酸化物に変化
しうる化合物、例えば、金属塩、金属アルコキシド等の
分散液、ゾル又は溶液に焼結された硬質材料を浸漬しあ
るいは塗布し、次いで室温〜１５０℃の温度に加熱処理
してゲル化又は乾燥し、更に５０〜１０００℃の高温に
加熱して硬化処理又は焼成する。１０００℃以上の高温
で焼成することも可能であるが、被覆母材の変質、焼成
コストの観点から１０００℃より低温が好ましい。この
場合、充填材中に潤滑性物質を分散させると工具の耐摩
耗性が向上するので好ましい。潤滑性物質としてはＭ
ｏ，Ｗ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｍｎなどの金属の硫化物、
窒化ホウ素、グラファイト、Ｂ2 Ｏ3 、フッ素樹脂など
の公知の潤滑物質を用いることができる。また、塗布法
はすくい面のみ、逃げ面のみ、刃先部のみなど任意に選
んで行うことができるので好ましい。また、硬質材料
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で被覆した後に上記浸漬処理
に付すこともできる。また、その膜厚は１０〜５０μ
ｍ、特に好ましいのは１５〜４０μｍである。さらに、
以上の被覆処理の後にバレル、ブラスト、ダイヤ砥石等
による研磨処理を行うこともできる。
ち、Ｒｍａｘ２μｍ以上、好ましくは２〜１０μｍの表
面粗さを有する硬質材料からなる工具表面（図１及び図
２）に、該表面の凹凸を埋める形で液相法で作成された
セラミックスからなる充填材を存在させる〔図３（ａ）
及び（ｂ）〕ことにより、被削材との溶着現象を抑制
し、更に切削熱も抑制できるため工具の寿命が飛躍的に
向上する点にある。Ｒｍａｘの測定は被覆母材となる硬
質材料を樹脂中に埋め込んだ上で断面をラッピングし、
試料表面部を倍率１５００倍で写真撮影し、その写真を
用いて、基準長さ６０μｍでの最大高さ部と最小高さ部
の差を測定する方法により行う。ここで、硬質材料とし
てはこの種の工具部材に通常用いられる超硬合金、セラ
ミックス、サーメット等が任意に用いられる。充填材と
してのセラミックスは、Ａｌ、Ｓｉ、周期律表のIVa,V
a,VIa,VIIa 族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化
物、硫化物およびそれらの固溶体から選ばれる１種以上
からなり、例えば、窒化チタン、アルミナ、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア、ＭｎＯ、ムライト、チタン酸アル
ミニウムなどの複合酸化物、炭化チタン等が好ましい。
特に充填材が酸化物である場合には、耐酸化性が向上
し、高速切削時に有効である。充填材を被覆するに際し
ては、これら充填材化合物又は焼成後金属酸化物に変化
しうる化合物、例えば、金属塩、金属アルコキシド等の
分散液、ゾル又は溶液に焼結された硬質材料を浸漬しあ
るいは塗布し、次いで室温〜１５０℃の温度に加熱処理
してゲル化又は乾燥し、更に５０〜１０００℃の高温に
加熱して硬化処理又は焼成する。１０００℃以上の高温
で焼成することも可能であるが、被覆母材の変質、焼成
コストの観点から１０００℃より低温が好ましい。この
場合、充填材中に潤滑性物質を分散させると工具の耐摩
耗性が向上するので好ましい。潤滑性物質としてはＭ
ｏ，Ｗ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｍｎなどの金属の硫化物、
窒化ホウ素、グラファイト、Ｂ2 Ｏ3 、フッ素樹脂など
の公知の潤滑物質を用いることができる。また、塗布法
はすくい面のみ、逃げ面のみ、刃先部のみなど任意に選
んで行うことができるので好ましい。また、硬質材料
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で被覆した後に上記浸漬処理
に付すこともできる。また、その膜厚は１０〜５０μ
ｍ、特に好ましいのは１５〜４０μｍである。さらに、
以上の被覆処理の後にバレル、ブラスト、ダイヤ砥石等
による研磨処理を行うこともできる。
【０００８】
【作用】硬質材料の凹凸が上記のようなある規定値以上
の粗さを有していると、アンカー効果により液相法で作
製されたセラミックスからなる充填材と基材との付着力
が高くなり、充填材の付着効果が長続きする。気相法
（例えばＣＶＤ法）でセラミックスを被覆すると被覆母
材表面に凹凸がある場合、凸部に優先的に核生成し、膜
の成長が起こりやすいため、凹凸は被覆前より大きくな
ることが多い。しかしながら、液相法でセラミックスを
被覆すると凹部に優先的にセラミックスの充填が行わ
れ、凹凸が減少し、面粗さが低下することで機械的に硬
質層が脱落することを防ぐことができる。また、この
際、真空中で被覆を行うと、充填性が高まり、好まし
い。特に、充填材がＳｉＯ2 を主体とするときには、切
削熱によりＳｉＯ2 は軟化して工具となじむ上、摩耗が
進行すると、ＳｉＯ2 被覆により工具表面上の硬質物質
は島状（図３−（ｃ）−（イ））あるいは網目状（図３
−（ｃ）−（ロ））に存在することになり、軟物質であ
るＳｉＯ2 と切り屑との摩擦係数は小さいことから、切
削熱の原因となる工具すくい面での摩擦熱は減少する。
このため、切削温度の上昇を抑制でき、耐摩耗性を向上
させることができる。また、液相法で作製されたセラミ
ックスからなる充填材中に潤滑性物質が分散している
と、さらに摩擦係数が低減できるため切削温度が低下し
耐摩耗性が向上することを見いだしたものである。ま
た、従来技術では、本発明のように面粗さの悪い硬質材
料の表面を後処理で機械的に平滑化することは技術的、
コスト的に難しく、簡便に低コストで耐摩耗性向上を行
うことができる本発明は、工業上有利である。
の粗さを有していると、アンカー効果により液相法で作
製されたセラミックスからなる充填材と基材との付着力
が高くなり、充填材の付着効果が長続きする。気相法
（例えばＣＶＤ法）でセラミックスを被覆すると被覆母
材表面に凹凸がある場合、凸部に優先的に核生成し、膜
の成長が起こりやすいため、凹凸は被覆前より大きくな
ることが多い。しかしながら、液相法でセラミックスを
被覆すると凹部に優先的にセラミックスの充填が行わ
れ、凹凸が減少し、面粗さが低下することで機械的に硬
質層が脱落することを防ぐことができる。また、この
際、真空中で被覆を行うと、充填性が高まり、好まし
い。特に、充填材がＳｉＯ2 を主体とするときには、切
削熱によりＳｉＯ2 は軟化して工具となじむ上、摩耗が
進行すると、ＳｉＯ2 被覆により工具表面上の硬質物質
は島状（図３−（ｃ）−（イ））あるいは網目状（図３
−（ｃ）−（ロ））に存在することになり、軟物質であ
るＳｉＯ2 と切り屑との摩擦係数は小さいことから、切
削熱の原因となる工具すくい面での摩擦熱は減少する。
このため、切削温度の上昇を抑制でき、耐摩耗性を向上
させることができる。また、液相法で作製されたセラミ
ックスからなる充填材中に潤滑性物質が分散している
と、さらに摩擦係数が低減できるため切削温度が低下し
耐摩耗性が向上することを見いだしたものである。ま
た、従来技術では、本発明のように面粗さの悪い硬質材
料の表面を後処理で機械的に平滑化することは技術的、
コスト的に難しく、簡便に低コストで耐摩耗性向上を行
うことができる本発明は、工業上有利である。
【０００９】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。参考例１ 市販のＷＣ粉末（粒度約３μｍ）、Ｃｏ粉末（約２μ
ｍ）、ＷＣとＴｉＣの７０：３０固溶体粉末（約１μ
ｍ）を用い、組成がＷＣ−１５％ＴｉＣ−１０％Ｃｏ
（重量％）となるように、粉末を配合し、湿式にて粉砕
混合後、乾燥し、金型プレスにてＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２
０４０８なる形状のプレス体を作成し、１４００℃にて
１時間真空焼結後、１２５０℃にて７００ｔｏｒｒの窒
素中で１時間加熱し、焼結体試料（Ｎｏ．１）を作成し
た。この試料を樹脂に埋め込み、断面ラッピングし、表
面と内部の硬度測定を行ったところ、表面硬度はビッカ
ース硬度で約１６００を示したのに対し、表面から１０
０μｍ内部でのＨｖ硬度は約１４００で、表面が硬化し
ていた。これは窒素中焼結により、表面部にＷＣ−Ｔｉ
Ｃ−ＴｉＮ固溶体を主体とする層が形成されたためであ
った。また、表面部の面粗さＲｍａｘは１０μｍであっ
た。次に、金属アルコキシドＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 とＡ
ｌ（ＯＣ4 Ｈ9 (SECONDARY) ）3 を２：１の割合（モル
換算）で常温で混合したアルコキシドの混合溶液に、水
及びエチルアルコールを添加して加水分解し、ゾル液を
作成した。このゾル液中に前記焼結体を真空中で１時間
浸漬し、６０℃に昇温して十分ゲル化させた後、３５０
℃で５時間加熱処理してガラスの焼成を行った。焼成時
にはガラス成分の収縮が発生するため、この操作を３回
繰り返し、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 で表面を被覆した工具
試料（Ｎｏ．２）を作製した。試料Ｎｏ．１，２を用い
て表１に示す切削条件でテスト１を行った。その結果を
表２に示す。表２の結果より、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 で
表面を被覆した工具試料Ｎｏ．２は未処理の試料Ｎｏ．
１よりも耐摩耗性が飛躍的に向上したことがわかる。
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。参考例１ 市販のＷＣ粉末（粒度約３μｍ）、Ｃｏ粉末（約２μ
ｍ）、ＷＣとＴｉＣの７０：３０固溶体粉末（約１μ
ｍ）を用い、組成がＷＣ−１５％ＴｉＣ−１０％Ｃｏ
（重量％）となるように、粉末を配合し、湿式にて粉砕
混合後、乾燥し、金型プレスにてＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２
０４０８なる形状のプレス体を作成し、１４００℃にて
１時間真空焼結後、１２５０℃にて７００ｔｏｒｒの窒
素中で１時間加熱し、焼結体試料（Ｎｏ．１）を作成し
た。この試料を樹脂に埋め込み、断面ラッピングし、表
面と内部の硬度測定を行ったところ、表面硬度はビッカ
ース硬度で約１６００を示したのに対し、表面から１０
０μｍ内部でのＨｖ硬度は約１４００で、表面が硬化し
ていた。これは窒素中焼結により、表面部にＷＣ−Ｔｉ
Ｃ−ＴｉＮ固溶体を主体とする層が形成されたためであ
った。また、表面部の面粗さＲｍａｘは１０μｍであっ
た。次に、金属アルコキシドＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 とＡ
ｌ（ＯＣ4 Ｈ9 (SECONDARY) ）3 を２：１の割合（モル
換算）で常温で混合したアルコキシドの混合溶液に、水
及びエチルアルコールを添加して加水分解し、ゾル液を
作成した。このゾル液中に前記焼結体を真空中で１時間
浸漬し、６０℃に昇温して十分ゲル化させた後、３５０
℃で５時間加熱処理してガラスの焼成を行った。焼成時
にはガラス成分の収縮が発生するため、この操作を３回
繰り返し、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 で表面を被覆した工具
試料（Ｎｏ．２）を作製した。試料Ｎｏ．１，２を用い
て表１に示す切削条件でテスト１を行った。その結果を
表２に示す。表２の結果より、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 で
表面を被覆した工具試料Ｎｏ．２は未処理の試料Ｎｏ．
１よりも耐摩耗性が飛躍的に向上したことがわかる。
【００１０】参考例２
市販のＴｉＣＮ粉（平均粒子径１．５μｍ）、Ｍｏ2 Ｃ
粉（平均粒子径２μｍ）、ＷＣ粉（平均粒子径２μ
ｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒子径３μｍ）、Ｃｏ粉末（平均
粒子径２μｍ）を用いて、ＴｉＣＮ−１５％ＷＣ−１０
％Ｍｏ2 Ｃ−７％Ｃｏ（重量％）の組成に配合した後、
回転式ボールミルにより、２０時間湿式混合を行った
後、乾燥した。次にＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２０４０８形状
に１５０ＭＰａの圧力で金型成形した後、プレス体を焼
結炉内に設置し、真空引き後５℃／分の昇温速度で１３
００℃に加熱後、炉内に窒素ガスを導入し、窒素ガス圧
力１５Ｔｏｒｒで１５００℃まで加熱し、６０分間保持
した。次に炉内を真空引き後１５℃／分の速度で１２５
０℃まで冷却し、このあと冷却ファンを用いて３５℃／
分の速度で冷却した。以上のようにして作成した焼結体
（Ｎｏ．３）は液相出現温度（約１３００℃）で窒素中
焼結を行うことにより、表面部での脱窒を抑制し、その
後液相凝固完了（１２５０℃）までを真空雰囲気とする
事により、表面部に脱窒が生じ結合相の濃度勾配を生じ
させた。このようにして得た焼結体を樹脂に埋め込み断
面をラッピング後、表面と内部の硬度測定を行ったとこ
ろ、表面硬度はビッカース硬度で約２２００を示したの
に対し、表面から１００μｍ内部でのＨｖ硬度は約１７
００で、表面が硬化していた。また、表面粗さＲｍａｘ
は２μｍであった。次に、Ｎｏ．３の試料を珪酸、メチ
ルシリコン、エチルアルコールからなる溶液中に２０℃
で真空溶浸した後、４０℃で乾燥し、７５℃で硬化処理
を行い、試料Ｎｏ．３の表面にＳｉＯ2 を被覆した。試
料Ｎｏ．３，４を用いて表１に示す切削条件でテスト１
を行った。その結果を表２に示す。表２の結果より、Ｓ
ｉＯ2 で表面を被覆した工具試料Ｎｏ．４は未処理の試
料Ｎｏ．２よりも耐摩耗性が飛躍的に向上したことがわ
かる。
粉（平均粒子径２μｍ）、ＷＣ粉（平均粒子径２μ
ｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒子径３μｍ）、Ｃｏ粉末（平均
粒子径２μｍ）を用いて、ＴｉＣＮ−１５％ＷＣ−１０
％Ｍｏ2 Ｃ−７％Ｃｏ（重量％）の組成に配合した後、
回転式ボールミルにより、２０時間湿式混合を行った
後、乾燥した。次にＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２０４０８形状
に１５０ＭＰａの圧力で金型成形した後、プレス体を焼
結炉内に設置し、真空引き後５℃／分の昇温速度で１３
００℃に加熱後、炉内に窒素ガスを導入し、窒素ガス圧
力１５Ｔｏｒｒで１５００℃まで加熱し、６０分間保持
した。次に炉内を真空引き後１５℃／分の速度で１２５
０℃まで冷却し、このあと冷却ファンを用いて３５℃／
分の速度で冷却した。以上のようにして作成した焼結体
（Ｎｏ．３）は液相出現温度（約１３００℃）で窒素中
焼結を行うことにより、表面部での脱窒を抑制し、その
後液相凝固完了（１２５０℃）までを真空雰囲気とする
事により、表面部に脱窒が生じ結合相の濃度勾配を生じ
させた。このようにして得た焼結体を樹脂に埋め込み断
面をラッピング後、表面と内部の硬度測定を行ったとこ
ろ、表面硬度はビッカース硬度で約２２００を示したの
に対し、表面から１００μｍ内部でのＨｖ硬度は約１７
００で、表面が硬化していた。また、表面粗さＲｍａｘ
は２μｍであった。次に、Ｎｏ．３の試料を珪酸、メチ
ルシリコン、エチルアルコールからなる溶液中に２０℃
で真空溶浸した後、４０℃で乾燥し、７５℃で硬化処理
を行い、試料Ｎｏ．３の表面にＳｉＯ2 を被覆した。試
料Ｎｏ．３，４を用いて表１に示す切削条件でテスト１
を行った。その結果を表２に示す。表２の結果より、Ｓ
ｉＯ2 で表面を被覆した工具試料Ｎｏ．４は未処理の試
料Ｎｏ．２よりも耐摩耗性が飛躍的に向上したことがわ
かる。
【００１１】実施例１
ゾル液中に平均粒子径１００オングストロームのＭｏＳ
2 を充填材に対し、体積比で３０％となるように添加し
た他は参考例１の試料Ｎｏ．２と同様にして、被覆処理
を行い、試料Ｎｏ．５を作製した。この試料を用いて参
考例１で行ったのと同じ切削テスト１を行ったところ、
表２に示す試験結果となった。その性能は試料Ｎｏ．２
よりもさらに耐摩耗性に優れており、充填材中に分散さ
せたＭｏＳ2 の優れた潤滑性による効果であると思われ
た。
2 を充填材に対し、体積比で３０％となるように添加し
た他は参考例１の試料Ｎｏ．２と同様にして、被覆処理
を行い、試料Ｎｏ．５を作製した。この試料を用いて参
考例１で行ったのと同じ切削テスト１を行ったところ、
表２に示す試験結果となった。その性能は試料Ｎｏ．２
よりもさらに耐摩耗性に優れており、充填材中に分散さ
せたＭｏＳ2 の優れた潤滑性による効果であると思われ
た。
【００１２】参考例３
金属アルコキシドＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 とＡｌ（ＯＣ4
Ｈ9 (SECONDARY) ）3の比を１：２の割合（モル換算）
とした以外は、参考例１と同様にしてゾルゲル法でＳｉ
Ｏ2 とＡｌ2 Ｏ3 を試料Ｎｏ．１の表面に被覆し、試料
Ｎｏ．６を作製した。この試料を用いて参考例１で行っ
たのと同じ切削テスト１を行ったところ、表２に示す試
験結果となった。その性能は試料Ｎｏ．１よりも耐摩耗
性に優れているが、試料Ｎｏ．２には及ばないことが判
明した。このことより、被覆する酸化物はＳｉＯ2 が主
体である方が耐摩耗性に優れることがわかる。
Ｈ9 (SECONDARY) ）3の比を１：２の割合（モル換算）
とした以外は、参考例１と同様にしてゾルゲル法でＳｉ
Ｏ2 とＡｌ2 Ｏ3 を試料Ｎｏ．１の表面に被覆し、試料
Ｎｏ．６を作製した。この試料を用いて参考例１で行っ
たのと同じ切削テスト１を行ったところ、表２に示す試
験結果となった。その性能は試料Ｎｏ．１よりも耐摩耗
性に優れているが、試料Ｎｏ．２には及ばないことが判
明した。このことより、被覆する酸化物はＳｉＯ2 が主
体である方が耐摩耗性に優れることがわかる。
【００１３】実施例２
市販のＷＣ粉末（粒度約４μｍ）、Ｃｏ粉末（約１μ
ｍ）、ＷＣとＴｉＣＮの５０：５０固溶体粉末（約１μ
ｍ）を用い、組成がＷＣ−３％ＴｉＣＮ−８％Ｃｏ（重
量％）となるように、粉末を配合し、湿式にて粉砕混合
後、造粒し、金型プレスにてＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２０４
０８なる形状のプレス体を作成し、１４００℃にて１時
間真空焼結し、表面に２０μｍの脱β層を有する焼結体
を得た。この焼結体表面にＣＶＤ法により、表３に示す
被膜をコーティングし、試料Ｎｏ．７〜１１を作製し
た。次に平均粒径５０ｎｍのシリカ粒子とグラファイト
を体積で１：１の比で水に分散させた溶液中に、これら
の試料を浸漬したのち、真空引きし、十分気泡を除いた
後、１００℃で１時間加熱して水分を蒸発させ、５００
℃で５時間加熱してガラスを固化させ、試料Ｎｏ．１２
〜１６を作製した。これらの試料を用いて、表１に示す
切削条件でテスト１を行った。その結果を表２中に記す
が、特に被覆膜厚が１０〜５０μｍのＮｏ．１３〜１５
の試料が優れた耐摩耗性を示した。
ｍ）、ＷＣとＴｉＣＮの５０：５０固溶体粉末（約１μ
ｍ）を用い、組成がＷＣ−３％ＴｉＣＮ−８％Ｃｏ（重
量％）となるように、粉末を配合し、湿式にて粉砕混合
後、造粒し、金型プレスにてＩＳＯ−ＳＮＭＧ１２０４
０８なる形状のプレス体を作成し、１４００℃にて１時
間真空焼結し、表面に２０μｍの脱β層を有する焼結体
を得た。この焼結体表面にＣＶＤ法により、表３に示す
被膜をコーティングし、試料Ｎｏ．７〜１１を作製し
た。次に平均粒径５０ｎｍのシリカ粒子とグラファイト
を体積で１：１の比で水に分散させた溶液中に、これら
の試料を浸漬したのち、真空引きし、十分気泡を除いた
後、１００℃で１時間加熱して水分を蒸発させ、５００
℃で５時間加熱してガラスを固化させ、試料Ｎｏ．１２
〜１６を作製した。これらの試料を用いて、表１に示す
切削条件でテスト１を行った。その結果を表２中に記す
が、特に被覆膜厚が１０〜５０μｍのＮｏ．１３〜１５
の試料が優れた耐摩耗性を示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【発明の効果】本発明の被覆工具部材は、耐摩耗性、耐
欠損性に優れ、切削温度が上昇しやすい高速、高能率の
厳しい切削条件にも耐え得る高性能の被覆工具部材であ
る。また、本発明の製造方法によれば前記のような特性
を有する被覆工具部材を、簡単な操作により信頼性よく
製造することができる。
欠損性に優れ、切削温度が上昇しやすい高速、高能率の
厳しい切削条件にも耐え得る高性能の被覆工具部材であ
る。また、本発明の製造方法によれば前記のような特性
を有する被覆工具部材を、簡単な操作により信頼性よく
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明により被覆処理される硬質材料の
表面部断面を示す模式図である。
表面部断面を示す模式図である。
【図２】図２は本発明により被覆処理される被覆硬質材
料の表面部断面を示す模式図である。
料の表面部断面を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）夫々本発明による
被覆セラミックス層の埋め込み状況を示す模式図であ
る。（ｃ）−（イ）及び（ｃ）−（ロ）は夫々島状ある
いは網目状に埋め込まれた状態を示す。
被覆セラミックス層の埋め込み状況を示す模式図であ
る。（ｃ）−（イ）及び（ｃ）−（ロ）は夫々島状ある
いは網目状に埋め込まれた状態を示す。
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
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｒｍａｘ２μｍ以上の面粗さを有する硬
質材料の表面に液相法で調製されたセラミックスからな
る充填材が被覆されている被覆工具部材であって、前記
硬質材料が焼結工程で表面に内部よりも高硬度な表面層
を形成した焼結合金であり、前記セラミックスは酸化物
を主体としＳｉＯ２を主成分とするものでその中に潤滑
性物質が分散しており、前記被覆工具部材の面粗さが前
記充填材の被覆前の面粗さより低下していることを特徴
とする被覆工具部材。 - 【請求項２】 前記硬質材料が１０〜５０μｍの膜厚の
被覆層を有することを特徴とする請求項１に記載の被覆
工具部材。 - 【請求項３】 Ｒｍａｘ２μｍ以上の面粗さを有する硬
質材料を、セラミックスからなる充填材又は焼成により
該充填材に変換し得る物質の分散液、ゾル又は溶液に真
空中で浸漬し、次いで加熱してゲル化又は乾燥し、更に
高温に加熱して焼成することにより、前記硬質材料の表
面にその凹部に優先的にセラミックスの充填を行うよう
にセラミックスを被覆する方法であって、前記硬質材料
が焼結工程で表面に内部よりも高硬度な表面層を形成し
た焼結合金であり、前記セラミックスは酸化物を主体と
しＳｉＯ２を主成分とするものでその中に潤滑性物質が
分散しており、前記被覆工具部材の面粗さが前記充填材
の被覆前の面粗さより低下していることを特徴とする被
覆工具部材の製造方法。 - 【請求項４】 前記硬質材料に１０〜５０μｍの膜厚の
被覆層を形成しておくことを特徴とする請求項３記載の
被覆工具部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16060895A JP3419154B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | 切削工具部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16060895A JP3419154B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | 切削工具部材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0911003A JPH0911003A (ja) | 1997-01-14 |
| JP3419154B2 true JP3419154B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=15718626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16060895A Expired - Fee Related JP3419154B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | 切削工具部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3419154B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4185402B2 (ja) * | 2003-05-23 | 2008-11-26 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP5321356B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2013-10-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP5876724B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2016-03-02 | 三菱マテリアル株式会社 | すぐれた耐チッピング性、耐剥離性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
| CN104228149B (zh) * | 2014-09-20 | 2015-12-09 | 福建船政交通职业学院 | 铟镁复合球微晶复合层表面织构 |
| CN104228150B (zh) * | 2014-09-20 | 2015-12-02 | 福建船政交通职业学院 | 铟镁内凹微晶复合层表面织构 |
| US20210114116A1 (en) * | 2018-06-29 | 2021-04-22 | Ab Sandvik Coromant | Method of treating a cutting tool, and a cutting tool |
-
1995
- 1995-06-27 JP JP16060895A patent/JP3419154B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0911003A (ja) | 1997-01-14 |
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|---|---|---|---|
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