JP5590327B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を備える表面被覆切削工具 - Google Patents
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Description
(a)下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Tiの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒化物(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以下、TiCNで示す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)層および炭窒酸化物(以下、TiCNOで示す)層のうちの2層以上からなるTi化合物層、
(b)上部層が、化学蒸着形成された酸化アルミニウム(以下、Al2O3で示す)層、
以上(a)および(b)で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることが知られている。
(a)工具基体表面に、通常のTi化合物層からなる目標厚さの下部層を蒸着形成し、
(b)下部層の上に、AlCl3−HCl−H2S−CO2系反応ガスを用いてAl2O3層を蒸着形成し、
(c)上記(b)の成膜過程で、上記反応ガスの導入を停止すると同時に、SF6系ガスを導入してSF6エッチングを行い、
(d)次いで、上記(b)の工程と上記(c)の工程を繰り返し行ない、目標厚さのAl2O3層を形成する。
「(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、
(a)下部層は、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなり、かつ、3〜20μmの合計平均層厚を有するTi化合物層、
(b)上部層は、1〜25μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記(a)、(b)からなる硬質被覆層を化学蒸着した表面被覆切削工具において、
上記(b)の上部層内部には孔径2〜30nmの微小空孔が形成されており、上記(b)の上部層を、工具基体表面と平行に0.1μmの厚み幅領域に区分し、該厚み幅領域に存在する微小空孔密度を測定した場合に、
微小空孔密度が200〜500個/μm2である厚み幅領域と、微小空孔密度が0〜20個/μm2である厚み幅領域とが、上部層の層厚方向に沿って、交互に少なくとも複数領域形成されていることによって、上部層中の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
に特徴を有するものである。
下部層のTi化合物層:
Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなる下部層は、通常の化学蒸着条件で形成することができ、それ自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体とAl2O3 層からなる上部層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が3μm未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が20μmを越えると、チッピングを発生しやすくなることから、その合計平均層厚を3〜20μmと定めた。
上部層のAl2O3層:
上部層を構成するAl2O3層が、高温硬さと耐熱性を備えることは既に良く知られているが、この発明のAl2O3層で構成された上部層、即ち、孔径2〜30nmの微小空孔が、Al2O3層内で所定の分布形態で分散分布している上部層は、切れ刃が高温に曝され、しかも、機械的・熱的衝撃を受ける高速断続切削加工においても、すぐれた高温強度、高温硬さを備え、同時に、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮する。
上部層(Al2O3層)の成膜:
この発明の上部層は、通常の化学蒸着条件で成膜した下部層の表面に、例えば、以下の化学蒸着条件によって成膜することができる。
まず、通常の化学蒸着装置を用い、
(a)反応ガス組成(容量%):
AlCl3:2〜3 %,
CO2:5〜6 %,
HCl:2〜3 %,
H2S:0.1〜0.5 %,
H2:残
反応雰囲気温度:960〜1000℃、
反応雰囲気圧力:5〜8kPa、
の条件で20〜180分間蒸着し、所定層厚のAl2O3層を蒸着形成する。
(b)ついで、上記反応ガスの導入を停止し、その代わりに、5〜10容量%のガス組成となるようにSF6ガスを添加したH2ガスを導入し、このSF6ガスにより以下の条件、即ち、
反応ガス組成(容量%):
SF6:5〜10 %,
H2:残
反応雰囲気温度:800〜1050 ℃、
反応雰囲気圧力:4〜27kPa、
の条件で5〜60分間SF6エッチングを行う。
(c)ついで、上記SF6系ガスの導入を停止し、装置内に、上記(a)の反応ガス組成となるようにH2Sを導入し、上記(a)と同じ条件で20〜180分間蒸着し、再度Al2O3層を蒸着形成する。
上部層(Al2O3層)の空孔分布形態:
図1に、上記の化学蒸着条件で形成されたこの発明の上部層(Al2O3層)の空孔分布形態の概略模式図を示す。
(a)硬質被覆層の下部層として、表3に示される条件かつ表5に示される目標層厚でTi化合物層を蒸着形成する。
(b)次いで、硬質被覆層の中間層として、表3に示される条件で所定の層厚のAl2O3層を蒸着形成する。
(c)次いで、表4に示されるエッチング条件で、Al2O3層を所定時間SF6エッチングを行う。
(d)上記(b)、(c)を所定の上部層層厚が得られるまで繰り返し行なう。
Claims (2)
- 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、
(a)下部層は、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなり、かつ、3〜20μmの合計平均層厚を有するTi化合物層、
(b)上部層は、1〜25μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記(a)、(b)からなる硬質被覆層を化学蒸着した表面被覆切削工具において、
上記(b)の上部層内部には孔径2〜30nmの微小空孔が形成されており、上記(b)の上部層を、工具基体表面と平行に0.1μmの厚み幅領域に区分し、該厚み幅領域に存在する微小空孔密度を測定した場合に、
微小空孔密度が200〜500個/μm2である厚み幅領域と、微小空孔密度が0〜20個/μm2である厚み幅領域とが、上部層の層厚方向に沿って、交互に少なくとも複数領域形成されていることによって、上部層中の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする表面被覆切削工具。 - 上部層中の微小空孔密度が、周期0.5μm〜5μmで層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
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