JP3451877B2 - 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐摩耗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
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐摩耗
性を有し、したがって例えば鋼の連続切削や断続切削で
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、被覆超硬切削工具と云う）に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に、例えば図１に概略説明図
で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレ
ーティング装置を用い、ヒータで装置内を例えば７００
℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を
有するＴｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸
発源）との間にアーク放電を発生させ、同時に装置内に
反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガス
を導入し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）
基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示
す）基サーメットからなる工具基体（以下、これらを総
称して超硬工具基体と云う）には、例えば−１２０Ｖの
バイアス電圧を印加した条件で、前記超硬工具基体の表
面に、例えば特開昭６２−５６５６５号公報に記載され
るように、ＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちの１種の単層または２種の
複層からなる硬質被覆層を０．５〜１５μｍの平均層厚
で蒸着形成することにより被覆超硬切削工具を製造する
ことが知られている。 【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化および高速化はめざましく、かつ切削加工の省
力化および省エネ化に対する要求もつよく、これに伴
い、切削工具には使用寿命の延命化が強く望まれている
が、上記の従来被覆超硬切削工具の場合、これを構成す
る硬質被覆層、すなわち上記の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層およ
び（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質硬質層は良好な耐
チッピング性（切刃に微小欠けが発生しにくい性質）を
示すものの、耐摩耗性が十分でないために、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切削工具の
硬質被覆層を構成する上記の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に着目し、これの耐摩耗性向上を
図るべく研究を行った結果、上記の超硬工具基体の表面
に蒸着形成される硬質被覆層を、 組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｎ、 および組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｃd Ｎ1-d 、 （ただし、原子比で、ａ：０．２〜０．６、ｂ：０．１
〜０．７９、ｃ：０．０１〜０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
ｄ：０．０１〜０．５を満足し、ＭはＴｉを除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族元素、すなわちＺｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちのい
ずれか１種を示す）、で表されるＴｉとＡｌとＭの複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎで示す］層および
ＴｉとＡｌとＭの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮで示す］層のうちの１種の単層または２種の複
層で構成した上で、これに、減圧下または加圧下の酸化
性雰囲気中、３００〜１０００℃の範囲内の所定温度に
所定時間保持後、冷却の加熱酸化処理を施すと、被覆超
硬切削工具における上記の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層が、
ＴｉとＡｌとＭの複合窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＮＯで示す］からなる素地に微細なＴｉ酸化物とＡ
ｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織を有する加熱酸
化層、同じく上記の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層が、Ｔｉ
とＡｌとＭの複合炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮＯで示す］からなる素地に微細なＴｉ酸化物と
Ａｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織を有する加熱
酸化層となり、このように硬質被覆層が前記の加熱酸化
層からなる被覆超硬切削工具は、連続切削および断続切
削ですぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた切
削性能を発揮するという研究結果が得られたのである。 【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、超硬工具基体の表面に硬質被覆層
を０．５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬
切削工具において、前記硬質被覆層を、前記超硬工具基
体の表面に蒸着された、 組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｎ、 および組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｃd Ｎ1-d 、 （ただし、原子比で、ａ：０．２〜０．６、ｂ：０．１
〜０．７９、ｃ：０．０１〜０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
ｄ：０．０１〜０．５を満足し、ＭはＴｉを除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族元素のうちのいずれか１
種を示す）、で表される（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層のうちの１種の単層または２
種の複層の加熱酸化層からなり、前記（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）Ｎ層の加熱酸化層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯから
なる素地に微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が
分散分布した組織、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層の加
熱酸化層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮＯからなる素地に
微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布し
た組織を有する加熱酸化層で構成してなる、耐摩耗性の
すぐれた被覆超硬切削工具に特徴を有するものである。 【０００６】つぎに、この発明の被覆超硬切削工具にお
いて、超硬工具基体の表面に蒸着される（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層の組成比（原
子比）を上記の通りに限定した理由を説明する。すなわ
ち、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮ層の構成成分であるＴｉとＡｌは共存した状態
で耐摩耗性の向上に寄与する作用をもつが、Ｔｉおよび
ＡｌのいずれかでもＴｉ：０．２未満およびＡｌ：０．
１未満になると所望のすぐれた耐摩耗性を確保すること
ができず、一方同じくＴｉおよびＡｌのいずれかでも、
その割合がＴｉ：０．６およびＡｌ：０．７９を越える
と靭性が低下し、切刃にチッピングが発生し易くなるこ
とから、その割合をＴｉ：０．２〜０．６、望ましくは
０．３〜０．５、Ａｌ：０．１〜０．７９、望ましくは
０．３〜０．７と定めた。また、同じく構成成分である
Ｍは、靭性を向上させ、もって切刃にチッピングが発生
するのを防止する作用をもつが、その割合が０．０１未
満では所望の靭性向上効果が得られず、一方その割合が
０．３を越えると層自体の硬さが急激に低下し、Ｔｉお
よびＡｌによってもたらされるすぐれた耐摩耗性を確保
することができなくなることから、その割合を０．０１
〜０．３、望ましくは０．０５〜０．２と定めた。さら
に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層におけるＣ成分には、硬
さを向上させる作用があるので、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｃ
Ｎ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層に比して相対的に高
い硬さをもつが、この場合Ｃ成分の割合が０．０１未満
では所定の硬さ向上効果が得られず、一方その割合が
０．５を越えると靭性が急激に低下するようになること
から、Ｃ成分の割合を０．０１〜０．５、望ましくは
０．１〜０．４５と定めた。 【０００７】また、この発明の被覆超硬切削工具の硬質
被覆層を構成する加熱酸化層の平均層厚を０．５〜１５
μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では所望の
耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が１５
μｍを越えると切刃にチッピングが発生し易くなるとい
う理由からである。さらに、この発明の被覆超硬切削工
具において、これの使用前および使用後の識別を容易に
するために、黄金色を有する窒化チタン（以下、ＴｉＮ
で示す）層を０．１〜１μｍの平均層厚で上記加熱酸化
層の表面に蒸着するとよい。これは、その層厚が０．１
μｍ未満では黄金色の明確な付与ができず、一方所望の
黄金色は１μｍまでの層厚で十分であるという理由によ
るものである。 【０００８】 【発明の実施の形態】ついで、この発明の被覆超硬切削
工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末とし
て、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、
ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｎｂ
Ｃ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、お
よび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、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体
にプレス成形し、この圧粉体を真空中、温度：１４００
℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・Ｓ
ＰＧＡ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合
金製の超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。また、原
料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有
するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）
粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ
粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、
これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、
ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体
を１０ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１
時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．
０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１
２０４０６のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット
製の超硬工具基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。 【０００９】ついで、これら超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０
およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥
した状態で、それぞれ図１に示されるアークイオンプレ
ーティング装置に装入し、一方カソード電極（蒸発源）
として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金を装
着し、装置内を排気して１×１０-5ｔｏｒｒの真空に保
持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した
後、Ａｒガスを装置内に導入して１×１０-3ｔｏｒｒの
Ａｒ雰囲気とし、この状態で超硬工具基体に−８００Ｖ
のバイアス電圧を印加して超硬工具基体表面をＡｒガス
ボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素
ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して５×１０
-3ｔｏｒｒの反応雰囲気とすると共に、前記超硬工具基
体に印加するバイアス電圧を−２００ｖに下げて、前記
カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生
させ、もって前記超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１
〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表３、４に示される組成お
よび平均層厚をもった硬質被覆層（以下、蒸着硬質層と
いう）を蒸着形成して被覆超硬工具基体１〜２４とし、
さらに引き続いて前記蒸着硬質層形成の被覆超硬工具基
体１〜２４のそれぞれに表５に示される条件で加熱酸化
処理を施して、前記蒸着硬質層をそれぞれ加熱酸化層と
することにより本発明被覆超硬切削工具１〜２４をそれ
ぞれ製造した。また、比較の目的で、アークイオンプレ
ーティング装置に装着されるカソード電極（蒸発源）を
種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金として、表６、
７に示される通りの組成および平均層厚をもった蒸着硬
質層を形成し、この蒸着硬質層に対して加熱酸化処理を
行わない以外は同一の条件で従来被覆超硬切削工具１〜
２４をそれぞれ製造した。なお、この結果得られた本発
明被覆超硬切削工具１〜２４のそれぞれについて、その
加熱酸化層の組織を電子プローブＸ線マイクロアナライ
ザー装置およびＸ線回折装置により観察したところ、
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯまたは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ
Ｏからなる素地に微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸
化物が分散分布した組織をもつことが確認された。 【００１０】この結果得られた各種の被覆超硬切削工具
のうち、本発明被覆超硬切削工具１〜１８および従来被
覆超硬切削工具１〜１８については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切り込み：２．５ｍｍ、 の条件で炭素鋼の乾式連続フライス切削試験を行ない、
また本発明被覆超硬切削工具１９〜２４および従来被覆
超硬切削工具１９〜２４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、 切り込み：１．５ｍｍ、 の条件で合金鋼の乾式連続切削試験を行ない、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るま
での切削時間を測定した。これらの測定結果を表８に示
した。 【００１１】 【表１】 【００１２】 【表２】【００１３】 【表３】【００１４】 【表４】【００１５】 【表５】【００１６】 【表６】【００１７】 【表７】【００１８】 【表８】【００１９】 【発明の効果】表１〜８に示される結果から、本発明被
覆超硬切削工具１〜２４は、いずれも鋼の連続切削およ
び断続切削で従来被覆超硬切削工具１〜２４に比してす
ぐれた耐摩耗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切削工具は、硬質被覆層を上記
の加熱酸化層で構成することによってすぐれた耐摩耗性
をもつようになり、これによって使用寿命の著しい延命
化が可能となるので、切削加工のＦＡ化および省力化に
十分満足に対応することができるのである。
性を有し、したがって例えば鋼の連続切削や断続切削で
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、被覆超硬切削工具と云う）に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に、例えば図１に概略説明図
で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレ
ーティング装置を用い、ヒータで装置内を例えば７００
℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を
有するＴｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸
発源）との間にアーク放電を発生させ、同時に装置内に
反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガス
を導入し、一方炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）
基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示
す）基サーメットからなる工具基体（以下、これらを総
称して超硬工具基体と云う）には、例えば−１２０Ｖの
バイアス電圧を印加した条件で、前記超硬工具基体の表
面に、例えば特開昭６２−５６５６５号公報に記載され
るように、ＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちの１種の単層または２種の
複層からなる硬質被覆層を０．５〜１５μｍの平均層厚
で蒸着形成することにより被覆超硬切削工具を製造する
ことが知られている。 【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化および高速化はめざましく、かつ切削加工の省
力化および省エネ化に対する要求もつよく、これに伴
い、切削工具には使用寿命の延命化が強く望まれている
が、上記の従来被覆超硬切削工具の場合、これを構成す
る硬質被覆層、すなわち上記の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層およ
び（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質硬質層は良好な耐
チッピング性（切刃に微小欠けが発生しにくい性質）を
示すものの、耐摩耗性が十分でないために、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切削工具の
硬質被覆層を構成する上記の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に着目し、これの耐摩耗性向上を
図るべく研究を行った結果、上記の超硬工具基体の表面
に蒸着形成される硬質被覆層を、 組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｎ、 および組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｃd Ｎ1-d 、 （ただし、原子比で、ａ：０．２〜０．６、ｂ：０．１
〜０．７９、ｃ：０．０１〜０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
ｄ：０．０１〜０．５を満足し、ＭはＴｉを除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族元素、すなわちＺｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷのうちのい
ずれか１種を示す）、で表されるＴｉとＡｌとＭの複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎで示す］層および
ＴｉとＡｌとＭの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮで示す］層のうちの１種の単層または２種の複
層で構成した上で、これに、減圧下または加圧下の酸化
性雰囲気中、３００〜１０００℃の範囲内の所定温度に
所定時間保持後、冷却の加熱酸化処理を施すと、被覆超
硬切削工具における上記の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層が、
ＴｉとＡｌとＭの複合窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＮＯで示す］からなる素地に微細なＴｉ酸化物とＡ
ｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織を有する加熱酸
化層、同じく上記の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層が、Ｔｉ
とＡｌとＭの複合炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮＯで示す］からなる素地に微細なＴｉ酸化物と
Ａｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織を有する加熱
酸化層となり、このように硬質被覆層が前記の加熱酸化
層からなる被覆超硬切削工具は、連続切削および断続切
削ですぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた切
削性能を発揮するという研究結果が得られたのである。 【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、超硬工具基体の表面に硬質被覆層
を０．５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬
切削工具において、前記硬質被覆層を、前記超硬工具基
体の表面に蒸着された、 組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｎ、 および組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｃd Ｎ1-d 、 （ただし、原子比で、ａ：０．２〜０．６、ｂ：０．１
〜０．７９、ｃ：０．０１〜０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
ｄ：０．０１〜０．５を満足し、ＭはＴｉを除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族元素のうちのいずれか１
種を示す）、で表される（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層のうちの１種の単層または２
種の複層の加熱酸化層からなり、前記（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）Ｎ層の加熱酸化層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯから
なる素地に微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が
分散分布した組織、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層の加
熱酸化層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮＯからなる素地に
微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布し
た組織を有する加熱酸化層で構成してなる、耐摩耗性の
すぐれた被覆超硬切削工具に特徴を有するものである。 【０００６】つぎに、この発明の被覆超硬切削工具にお
いて、超硬工具基体の表面に蒸着される（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層の組成比（原
子比）を上記の通りに限定した理由を説明する。すなわ
ち、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｍ）ＣＮ層の構成成分であるＴｉとＡｌは共存した状態
で耐摩耗性の向上に寄与する作用をもつが、Ｔｉおよび
ＡｌのいずれかでもＴｉ：０．２未満およびＡｌ：０．
１未満になると所望のすぐれた耐摩耗性を確保すること
ができず、一方同じくＴｉおよびＡｌのいずれかでも、
その割合がＴｉ：０．６およびＡｌ：０．７９を越える
と靭性が低下し、切刃にチッピングが発生し易くなるこ
とから、その割合をＴｉ：０．２〜０．６、望ましくは
０．３〜０．５、Ａｌ：０．１〜０．７９、望ましくは
０．３〜０．７と定めた。また、同じく構成成分である
Ｍは、靭性を向上させ、もって切刃にチッピングが発生
するのを防止する作用をもつが、その割合が０．０１未
満では所望の靭性向上効果が得られず、一方その割合が
０．３を越えると層自体の硬さが急激に低下し、Ｔｉお
よびＡｌによってもたらされるすぐれた耐摩耗性を確保
することができなくなることから、その割合を０．０１
〜０．３、望ましくは０．０５〜０．２と定めた。さら
に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ層におけるＣ成分には、硬
さを向上させる作用があるので、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｃ
Ｎ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層に比して相対的に高
い硬さをもつが、この場合Ｃ成分の割合が０．０１未満
では所定の硬さ向上効果が得られず、一方その割合が
０．５を越えると靭性が急激に低下するようになること
から、Ｃ成分の割合を０．０１〜０．５、望ましくは
０．１〜０．４５と定めた。 【０００７】また、この発明の被覆超硬切削工具の硬質
被覆層を構成する加熱酸化層の平均層厚を０．５〜１５
μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では所望の
耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が１５
μｍを越えると切刃にチッピングが発生し易くなるとい
う理由からである。さらに、この発明の被覆超硬切削工
具において、これの使用前および使用後の識別を容易に
するために、黄金色を有する窒化チタン（以下、ＴｉＮ
で示す）層を０．１〜１μｍの平均層厚で上記加熱酸化
層の表面に蒸着するとよい。これは、その層厚が０．１
μｍ未満では黄金色の明確な付与ができず、一方所望の
黄金色は１μｍまでの層厚で十分であるという理由によ
るものである。 【０００８】 【発明の実施の形態】ついで、この発明の被覆超硬切削
工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末とし
て、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、
ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｎｂ
Ｃ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、お
よび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、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体
にプレス成形し、この圧粉体を真空中、温度：１４００
℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・Ｓ
ＰＧＡ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合
金製の超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。また、原
料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有
するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）
粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ
粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、
これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、
ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体
を１０ｔｏｒｒの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１
時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．
０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１
２０４０６のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット
製の超硬工具基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。 【０００９】ついで、これら超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０
およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥
した状態で、それぞれ図１に示されるアークイオンプレ
ーティング装置に装入し、一方カソード電極（蒸発源）
として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金を装
着し、装置内を排気して１×１０-5ｔｏｒｒの真空に保
持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した
後、Ａｒガスを装置内に導入して１×１０-3ｔｏｒｒの
Ａｒ雰囲気とし、この状態で超硬工具基体に−８００Ｖ
のバイアス電圧を印加して超硬工具基体表面をＡｒガス
ボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素
ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して５×１０
-3ｔｏｒｒの反応雰囲気とすると共に、前記超硬工具基
体に印加するバイアス電圧を−２００ｖに下げて、前記
カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生
させ、もって前記超硬工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１
〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表３、４に示される組成お
よび平均層厚をもった硬質被覆層（以下、蒸着硬質層と
いう）を蒸着形成して被覆超硬工具基体１〜２４とし、
さらに引き続いて前記蒸着硬質層形成の被覆超硬工具基
体１〜２４のそれぞれに表５に示される条件で加熱酸化
処理を施して、前記蒸着硬質層をそれぞれ加熱酸化層と
することにより本発明被覆超硬切削工具１〜２４をそれ
ぞれ製造した。また、比較の目的で、アークイオンプレ
ーティング装置に装着されるカソード電極（蒸発源）を
種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金として、表６、
７に示される通りの組成および平均層厚をもった蒸着硬
質層を形成し、この蒸着硬質層に対して加熱酸化処理を
行わない以外は同一の条件で従来被覆超硬切削工具１〜
２４をそれぞれ製造した。なお、この結果得られた本発
明被覆超硬切削工具１〜２４のそれぞれについて、その
加熱酸化層の組織を電子プローブＸ線マイクロアナライ
ザー装置およびＸ線回折装置により観察したところ、
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯまたは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）ＣＮ
Ｏからなる素地に微細なＴｉ酸化物とＡｌ酸化物とＭ酸
化物が分散分布した組織をもつことが確認された。 【００１０】この結果得られた各種の被覆超硬切削工具
のうち、本発明被覆超硬切削工具１〜１８および従来被
覆超硬切削工具１〜１８については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切り込み：２．５ｍｍ、 の条件で炭素鋼の乾式連続フライス切削試験を行ない、
また本発明被覆超硬切削工具１９〜２４および従来被覆
超硬切削工具１９〜２４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、 切り込み：１．５ｍｍ、 の条件で合金鋼の乾式連続切削試験を行ない、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るま
での切削時間を測定した。これらの測定結果を表８に示
した。 【００１１】 【表１】 【００１２】 【表２】【００１３】 【表３】【００１４】 【表４】【００１５】 【表５】【００１６】 【表６】【００１７】 【表７】【００１８】 【表８】【００１９】 【発明の効果】表１〜８に示される結果から、本発明被
覆超硬切削工具１〜２４は、いずれも鋼の連続切削およ
び断続切削で従来被覆超硬切削工具１〜２４に比してす
ぐれた耐摩耗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切削工具は、硬質被覆層を上記
の加熱酸化層で構成することによってすぐれた耐摩耗性
をもつようになり、これによって使用寿命の著しい延命
化が可能となるので、切削加工のＦＡ化および省力化に
十分満足に対応することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。
である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ２３Ｃ 14/58 Ｃ２３Ｃ 14/58 Ａ
(72)発明者 内田 晋
茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地
三菱マテリアル株式会社 筑波製作所
内
(56)参考文献 特開 昭51−151279（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−56565（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/00 - 14/58
B23B 27/14
B23P 15/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
硬質被覆層を０．５〜１５μｍの平均層厚で形成してな
る表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬質被覆
層を、前記工具基体の表面に蒸着された、 組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｎ、 および組成式：（Ｔｉa Ａｌb Ｍc ）Ｃd Ｎ1-d 、 （ただし、原子比で、ａ：０．２〜０．６、ｂ：０．１
〜０．７９、ｃ：０．０１〜０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、
ｄ：０．０１〜０．５を満足し、ＭはＴｉを除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族元素のうちのいずれか１
種を示す）、で表されるＴｉとＡｌとＭの複合窒化物層
およびＴｉとＡｌとＭの複合炭窒化物層のうちの１種の
単層または２種の複層の加熱酸化層からなり、かつ前記
ＴｉとＡｌとＭの複合窒化物層の加熱酸化層が、Ｔｉと
ＡｌとＭの複合窒酸化物からなる素地に微細なＴｉ酸化
物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織、前記Ｔ
ｉとＡｌとＭの複合炭窒化物層の加熱酸化層が、Ｔｉと
ＡｌとＭの複合炭窒酸化物からなる素地に微細なＴｉ酸
化物とＡｌ酸化物とＭ酸化物が分散分布した組織、加熱
酸化層で構成したことを特徴とする耐摩耗性のすぐれた
表面被覆超硬合金製切削工具。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP05475797A JP3451877B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
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1997
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