JP5402155B2 - 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 - Google Patents
表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5402155B2 JP5402155B2 JP2009081588A JP2009081588A JP5402155B2 JP 5402155 B2 JP5402155 B2 JP 5402155B2 JP 2009081588 A JP2009081588 A JP 2009081588A JP 2009081588 A JP2009081588 A JP 2009081588A JP 5402155 B2 JP5402155 B2 JP 5402155B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- amorphous
- cubic boron
- tool
- boron nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
さらに、cBN工具基体と硬質被覆層との密着強度を向上させるために、cBN工具基体表面にイオン注入を行って拡散層を形成し、その拡散層を非晶質化することも知られている。
cBN工具基体表面に硬質被覆層を形成する前に、結晶質のほう化チタン(TiB2)層、窒化珪素(Si3N4)層を被覆し、その後、このほう化チタン(TiB2)層、窒化珪素(Si3N4)層にボンバード処理を行って非晶質化すると、この非晶質層がcBN工具基体と硬質被覆層との密着接合強度を高める。
「 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、平均粒径0.5〜8μmの立方晶窒化ほう素粉末を40〜80体積%含有し、残部はバインダーからなり、
また、上記硬質被覆層は、
組成式:(Ti 1−X Al X )N
で表した場合、Xが0.15〜0.65(但し、原子比)を満足する0.5〜10μmの層厚を有するチタンとアルミニウムの複合窒化物層からなり、
さらに、上記工具基体と上記硬質被覆層の間には、非晶質密着層が形成されており、該非晶質密着層は、工具基体の表面に被覆したほう化チタン結晶質層あるいは窒化珪素結晶質層をボンバード処理によって非晶質化した非晶質ほう化チタン層あるいは非晶質窒化珪素層であることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。」
に特徴を有するものである。
cBN工具基体:
cBN工具基体は、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料から構成されるが、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるcBN含有量が40体積%より少なくなると、cBN焼結材料の硬さが低下し、超高圧焼結材料製インサートを用いて高硬度鋼の高速切削加工を行うに際し、最小限必要とされる硬さを備えることができなくなり、耐摩耗性が低下し、一方、cBN含有量が80体積%より多くなると、非晶質密着層を介在形成したとしても、cBN工具基体と硬質被覆層の密着強度を確保しにくくなり、その結果硬質被覆層の剥離が生じやすくなるため、この発明では、cBN工具基体を構成する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるcBN含有量を40〜80体積%と定めた。
なお、cBN粒子の平均粒径については、これが0.5μmより小さくなると所望の耐摩耗性が得られず、一方、平均粒径が8μmを超えると十分な付着強度が得られないため、cBN粒子の平均粒径は0.5〜8μmと定めた。
一方、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料を構成するバインダーについては、既によく知られている成分、例えば、Ti、Al、Mg、Siの窒化物、ほう化物およびこれらの相互固溶体等、を用いればよく、特に制限されるものではない。
cBN工具基体表面に硬質被覆層を形成する前に、例えば、
雰囲気ガス:Arガス、
雰囲気圧力:0.2〜0.6Pa、
cBN工具基体温度:300〜500℃、
スパッタ電力:800〜1000W、
バイアス電圧:−100〜−200V、
の条件でスパッタリングを行い、cBN工具基体表面に結晶質のほう化チタン(TiB2)層、窒化珪素(Si3N4)層を被覆し、その後、上記ほう化チタン(TiB2)層、窒化珪素(Si3N4)層に、
雰囲気ガス:Arガス ,
雰囲気圧力:1〜10Pa、
cBN工具基体温度:500℃、
カソード電極:金属Ti
アーク電流値:100〜200A、
バイアス電圧:−1000〜−1200V、
の条件で、Tiボンバード処理を行うと、cBN工具基体表面の結晶質ほう化チタン(TiB2)層、結晶質窒化珪素(Si3N4)層が非晶質化し、この非晶質層がcBN工具基体と硬質被覆層との密着接合強度を高めるばかりか、cBN工具基体と硬質被覆層との界面でのクラックの進展を抑制する効果がある。
この発明では、cBN工具基体表面に、前記非晶質密着層を介して硬質被覆層を蒸着形成するが、この発明では、硬質被覆層として、
組成式:(Ti1−XAlX)N
で表した場合、Xが0.15〜0.65(但し、原子比)を満足する0.5〜10μmの層厚を有する(Ti,Al)N層を蒸着形成する。
上記(Ti,Al)N層において、Ti成分は高温強度の維持、Al成分は高温硬さと耐酸化性の向上に寄与するが、Tiとの合量に占めるAlの含有割合Xが0.65を超えると、結晶構造の変化により、高温強度が低下し欠損が生じやすくなり、一方、Alの含有割合Xが0.15未満になると、高温硬さと耐熱性が低下し、その結果、耐摩耗性の低下がみられるようになることから、Tiとの合量に占めるAlの含有割合Xの値を0.15〜0.65(但し、原子比)と定めた。
(b)装置内を排気して0.1Pa以下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ガスを導入して、0.7Paの雰囲気とすると共に、前記テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−200Vの直流バイアス電圧を印加し、もって工具基体表面をアルゴンイオンによってボンバード洗浄し、表2に示されるスパッタリング条件でcBN工具基体表面に、表3に示される結晶質ほう化チタン層又は結晶質窒化珪素層を蒸着形成し、
(c)ついで、表2に示されるボンバード条件でTiボンバードすることにより、上記結晶質ほう化チタン層又は結晶質窒化珪素層を非晶質化して、表3に示される所定層厚の非晶質密着層を形成し、
(d)ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するcBN工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ硬質被覆層形成用Ti−Al合金とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記cBN工具基体の表面に、表3に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、
本発明の被覆cBN基焼結工具1〜10(本発明工具1〜10という)をそれぞれ製造した。
上記のcBN工具基体A〜Eのそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図2に示されるアークイオンプレーティング装置内に装着し、カソード電極(蒸発源)として目標組成に対応した成分組成をもったTi−Al合金を配置し、
装置内に反応ガスとして窒素ガス(あるいは更にメタンガス)を導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記cBN工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、Ti−Al合金のカソード電極とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記cBN工具基体の表面に、表4に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、
従来被覆cBN基焼結工具1〜10(従来工具1〜10という)をそれぞれ製造した。
また、本発明工具1〜10および従来工具1〜10の各層の層厚を透過型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値(5ヶ所の平均値)を示した。
さらに、本発明工具1〜10の非晶質密着層については、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察(倍率:50万倍)したところ、cBN工具基体表面と硬質被覆層間に非晶質密着層の形成が確認され、また、非晶質密着層の層厚についても、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ10〜50nmであることが確認された。
これに対して、従来工具1〜10では、cBN工具基体表面と硬質被覆層間には、非晶質層の形成は見られなかった。
なお、本発明工具1〜10について測定した非晶質密着層の層厚を、表3に示す。
[切削条件A]
被削材:JIS・SCM420(硬さ:HRC60)の丸棒、
切削速度: 250 m/min.、
切り込み: 0.20 mm、
送り: 0.15 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件での浸炭焼入れ合金鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は180m/min.)、
[切削条件B]
被削材:JIS・SCr420(硬さ:HRC61)の丸棒、
切削速度: 225 m/min.、
切り込み: 0.25 mm、
送り: 0.15 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件での浸炭焼入れクロム鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は180m/min.)、
[切削条件C]
被削材:JIS・SUJ2(硬さ:HRC61)の丸棒、
切削速度: 275 m/min.、
切り込み: 0.15 mm、
送り: 0.15 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件での焼入れ軸受鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は170m/min.)、
そして、上記の各切削加工試験における被削材の仕上げ面精度について、JIS・B0601−1994に従い、Rz(μm)を測定した。
この測定結果を表5に示す。
なお、従来工具1〜10については、切削時間終了後、すべて被削材の仕上げ面精度(Rz(μm))が3.0μmから外れてしまっていたため、上記所定の基準値を超えたときの切削時間を寿命(分)と判断し、表5には、従来工具1〜10の寿命(分)を記載した。
Claims (1)
- 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、平均粒径0.5〜8μmの立方晶窒化ほう素粉末を40〜80体積%含有し、残部はバインダーからなり、
また、上記硬質被覆層は、
組成式:(Ti 1−X Al X )N
で表した場合、Xが0.15〜0.65(但し、原子比)を満足する0.5〜10μmの層厚を有するチタンとアルミニウムの複合窒化物層からなり、
さらに、上記工具基体と上記硬質被覆層の間には、非晶質密着層が形成されており、該非晶質密着層は、工具基体の表面に被覆したほう化チタン結晶質層あるいは窒化珪素結晶質層をボンバード処理によって非晶質化した非晶質ほう化チタン層あるいは非晶質窒化珪素層であることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081588A JP5402155B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081588A JP5402155B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010228087A JP2010228087A (ja) | 2010-10-14 |
JP5402155B2 true JP5402155B2 (ja) | 2014-01-29 |
Family
ID=43044444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009081588A Expired - Fee Related JP5402155B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5402155B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5686247B2 (ja) * | 2011-01-27 | 2015-03-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
JP6459391B2 (ja) * | 2013-10-31 | 2019-01-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60224778A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | セラミツクス被覆硬質部品 |
JPS63156082A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-29 | 日本油脂株式会社 | 高硬度焼結体 |
JP3829323B2 (ja) * | 2001-07-04 | 2006-10-04 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗被覆層がすぐれた密着性および耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
JP5088469B2 (ja) * | 2007-06-12 | 2012-12-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009081588A patent/JP5402155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010228087A (ja) | 2010-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7939186B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultra-high-pressure sintered material | |
US8017225B2 (en) | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based ultrahigh pressure sintered material | |
KR102326622B1 (ko) | 내치핑성, 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구 | |
JP5418833B2 (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5686253B2 (ja) | 耐剥離性に優れる表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4883475B2 (ja) | 高硬度鋼の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5223743B2 (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP2008254159A (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP6213269B2 (ja) | 高硬度鋼の切削加工ですぐれた耐チッピング性を長期に亘って発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4807575B2 (ja) | 高硬度鋼の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4883473B2 (ja) | 高硬度鋼の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5402155B2 (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4883472B2 (ja) | 高硬度鋼の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP2007253271A (ja) | 仕上げ面精度に優れる表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4284509B2 (ja) | 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具 | |
JP5321360B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2008302439A (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4883471B2 (ja) | 高硬度鋼の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5472678B2 (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5321356B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5246596B2 (ja) | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4748446B2 (ja) | 硬質難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4748445B2 (ja) | 高硬度鋼の断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP2008018508A (ja) | 高硬度鋼の高速断続切削加工ですぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP4883474B2 (ja) | 高硬度鋼の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110928 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130514 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130621 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131001 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131014 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5402155 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |