JP3451878B2 - 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層からなる硬質被覆層は良好な耐
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Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、およびＳｉ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，Ａ
ｌ，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、３００〜１
０００℃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、同じく上記の（Ｔ
ｉ，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Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、およびＳｉ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た（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〜Ａ８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、１ｔｏｎ
／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：０．０
３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２
０４０６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〜Ａ８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５×１０-3
ｔｏｒｒ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〜Ａ８およびＢ１〜Ｂ
６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１〜２２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
１〜２２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１〜２２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１〜２
２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１〜２２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、（Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯまたは（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１〜１６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１７〜２２および従来被覆超硬
切削工具１７〜２２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１〜２２は、いずれも鋼の連続切削およ
び断続切削（フライス切削）で従来被覆超硬切削工具１
〜２２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層からなる硬質被覆層は良好な耐
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Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、およびＳｉ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，Ａ
ｌ，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、３００〜１
０００℃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、同じく上記の（Ｔ
ｉ，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Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、およびＳｉ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た（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〜Ａ８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、１ｔｏｎ
／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：０．０
３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２
０４０６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〜Ａ８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５×１０-3
ｔｏｒｒ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〜Ａ８およびＢ１〜Ｂ
６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１〜２２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
１〜２２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１〜２２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１〜２
２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１〜２２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、（Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｍ）ＮＯまたは（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１〜１６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１７〜２２および従来被覆超硬
切削工具１７〜２２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１〜２２は、いずれも鋼の連続切削およ
び断続切削（フライス切削）で従来被覆超硬切削工具１
〜２２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 平８−209337（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−151279（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Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、およびＳｉ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Ｔｉ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、を有する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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05475897A JP3451878B2 (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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05475897A JP3451878B2 (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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10251832A JPH10251832A (ja) | 1998-09-22 |
| JP3451878B2 true JP3451878B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=12979682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05475897A Expired - Fee Related JP3451878B2 (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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451878B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5096715B2 (ja) | 2006-09-21 | 2012-12-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜および硬質皮膜被覆工具 |
| TW201111039A (en) * | 2009-05-11 | 2011-04-01 | Showa Denko Kk | Catalyst, method for producing the same, and use thereof |
| JP6115824B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-04-19 | 三菱マテリアル株式会社 | サーミスタ用金属窒化物材料及びその製造方法並びにサーミスタセンサ |
-
1997
- 1997-03-10 JP JP05475897A patent/JP3451878B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10251832A (ja) | 1998-09-22 |
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