JP6428899B2 - Wc基超硬合金基体の改質方法 - Google Patents
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Description
30〜150 sccmの流量のアルゴンガス雰囲気中で、450〜750℃の温度に保持したWC基超硬合金基体に−1000 V〜−600 Vの負の直流電圧を印加するとともに、アーク放電式蒸発源に備えられたTifB1-f(ただし、fはTiの原子比であり、0.5≦f≦0.9を満たす数字である。)で表される組成を有するターゲットに50〜100 Aのアーク電流を流し、もって前記基体の表面を前記ターゲットから発生したイオンによりボンバードすることにより、fcc構造を有し、平均厚さが1〜10 nmである薄層状の改質層を形成することを特徴とする。前記改質層の直上に同一結晶構造の硬質皮膜を形成することにより、前記改質層なしにWC基超硬合金直上に硬質皮膜を形成する場合より密着力を顕著に増大させることができる。
本発明の方法により改質されたWC基超硬合金基体に硬質皮膜を形成してなる硬質皮膜被覆部材について以下説明する。硬質皮膜被覆部材の一例は、前記基体上に、アークイオンプレーティング法(AI法)により、(AlxTiyMz)aN(1-a-b)Ob(ただし、MはCr及びNbの少なくとも一種の元素であり、x、y、z、a及びbはそれぞれ原子比で、0.6≦x≦0.8、0.05≦y≦0.38、0.02≦z≦0.2、x+y+z=1、0.2≦a≦0.8、及び0.02≦b≦0.10を満たす数字である。)で表される組成を有する硬質皮膜を形成してなる。前記硬質皮膜のX線光電子分光スペクトルは不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合を有さずに、M-O結合(MはCr及びNbの少なくとも一種の元素である。)を有することを示し、X線回折パターンは岩塩型の単一構造を有することを示す。
基体は物理蒸着法を適用できる高耐熱性の材質である必要があり、強度、硬度、耐摩耗性、靱性及び熱安定性等の観点から、WC基超硬合金を採用する。WC基超硬合金は、炭化タングステン(WC)粒子と、Co又はCoを主体とする合金の結合相とからなり、結合相の含有量は1〜13.5質量%が好ましく、3〜13質量%がより好ましい。結合相の含有量が1質量%未満では基体の靭性が不十分になり、結合相が13.5質量%超では硬度(耐摩耗性)が不十分になる。
WC基超硬合金基体の表面にTiBのターゲットから発生したイオンを照射し、平均厚さ1〜10 nmを有するfcc構造の改質層を形成する。WC基超硬合金の主成分であるWCはhcp構造を有するので、fcc構造を有する硬質皮膜を形成する場合、fcc構造を有する改質層を設けることにより、改質層と硬質皮膜の境界(界面)における結晶格子縞の30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上の部分が連続し、もって改質層を介してWC基超硬合金基体と硬質皮膜とが強固に密着する。
(1) 組成
硬質皮膜の一例として、アークイオンプレーティング(AI)法により形成され、Al、Ti及びM(Cr及び/又はNb)を必須元素とする酸窒化物からなる。(AlTiM)NO皮膜の組成は、一般式:(AlxTiyMz)aN(1-a-b)Ob(ただし、MはCr及びNbの少なくとも一種の元素であり、x、y、z、a及びbはそれぞれ原子比で、0.6≦x≦0.8、0.05≦y≦0.38、0.02≦z≦0.2、x+y+z=1、0.2≦a≦0.8、及び0.02≦b≦0.10を満たす数字である。)により表される(AlTiM)NO皮膜(以後、単に「(AlTiM)NO皮膜)」ともいう。)を用いることができる。(AlTiM)NO皮膜はX線光電子分光法により特定されたM-O結合を有するが、不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合を有さず、またX線回折パターンで岩塩型の単一構造を有することを特徴とする。ここで、「不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合を有さない」とは、(AlTiM)NO皮膜のX線光電子分光スペクトルに不可避的不純物レベルを超えるAl-O結合のピークが存在しないことを意味する。
(AlTiM)NO皮膜の平均厚さは0.5〜15μmが好ましく、1〜12μmがより好ましい。この範囲の膜厚により(AlTiM)NO皮膜は基体から剥離せず、優れた耐酸化性及び耐摩耗性を発揮する。平均厚さが0.5μm未満では(AlTiM)NO皮膜の効果が十分に得られず、また平均厚さが15μmを超えると残留応力が過大になり、(AlTiM)NO皮膜が基体から剥離しやすくなる。ここで、平坦ではない(AlTiM)NO皮膜の厚さは平均厚さで表し、単に「厚さ」という場合でも平均厚さを意味するものとする。
X線回折パターンでは、(AlTiM)NO皮膜は岩塩型の単一構造からなる。またTEMによる制限視野回折パターン(電子回折パターン)では、(AlTiM)NO皮膜は岩塩型構造が主構造であり、副構造としてその他の構造(ウルツ鉱型構造等)を有していても良い。実用性のある(AlTiM)NO皮膜では、岩塩型構造を主構造とし、ウルツ鉱型構造を副構造とするのが好ましい。
(AlTiM)NO皮膜は、(AlxTiyMz)aN(1-a-b)Ob(ただし、MはCr及びNbの少なくとも一種の元素であり、x、y、z、a及びbはそれぞれ原子比で、0.6≦x≦0.8、0.05≦y≦0.38、0.02≦z≦0.2、x+y+z=1、0.2≦a≦0.8、及び0.02≦b≦0.10を満たす数字である。)で表される組成範囲内である限り、単層である必要はなく、異なる組成を有する二種以上の(AlTiM)NO皮膜を積層した多層構造でも良い。かかる積層構造により耐摩耗性及び耐酸化性を高めることができる。
基体と(AlTiM)NO皮膜との間に、物理蒸着法により、4a、5a及び6a族の元素、Al及びSiからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素と、B、O、C及びNからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素とを必須に含む中間層を形成しても良い。中間層の組成例として、TiN、及び岩塩型構造を主構造とする(TiAl)N、(TiAl)NC、(TiAl)NCO、(TiAlCr)N、(TiAlCr)NC、(TiAlCr)NCO、(TiAlNb)N、(TiAlNb)NC、(TiAlNb)NCO、(TiAlW)N及び(TiAlW)NC、(TiSi)N、(TiB)N、TiCN、Al2O3、Cr2O3、(AlCr)2O3、(AlCr)N、(AlCr)NC及び(AlCr)NCOからなる群から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。中間層は単層でも積層でも良い。
(AlTiM)NO皮膜の形成にはAI装置を使用し、改質層及び中間層の形成にはAI装置又はその他の物理蒸着装置(スパッタリング装置等)を使用する。AI装置は、例えば図1に示すように、絶縁物14を介して減圧容器5に取り付けられたアーク放電式蒸発源13,27と、各アーク放電式蒸発源13,27に取り付けられたターゲット10,18と、各アーク放電式蒸発源13,27に接続したアーク放電用電源11,12と、軸受け部4を介して減圧容器5に回転自在に支持された支柱6と、基体7を保持するために支柱6に固定された保持具8と、支柱6を回転させる駆動部1と、基体7にバイアス電圧を印加するバイアス電源3とを具備する。減圧容器5には、ガス導入部2及び排気口17が設けられている。アーク点火機構16,16は、アーク点火機構軸受部15,15を介して減圧容器5に取り付けられている。電極20は絶縁物19,19を介して減圧容器5に取り付けられている。ターゲット10と基体7との間には、遮蔽板軸受け部21を介して減圧容器5に遮蔽板23が設けられている。図1には図示していないが、遮蔽板23は遮蔽板駆動部22により例えば上下又は左右方向へ移動し、遮蔽板22が減圧容器5内の空間に存在しない状態にされた後に、(AlTiM)NO皮膜の形成が行われる。
(1) 組成
(AlTiM)NO皮膜形成用ターゲットは、不可避的不純物以外、(Al)p(AlN)q(Ti)r(TiN)s(MN)t(MOx)u(ただし、MはCr及びNbの少なくとも一種の元素であり、p、q、r、s、t及びuはそれぞれ原子比で、0.59≦p≦0.8、0.01≦q≦0.1、0.04≦r≦0.35、0.03≦s≦0.15、0.01≦t≦0.20、0.01≦u≦0.1、及びp+q+r+s+t+u=1を満たす数字であり、xは原子比で1〜2.5の数字である。)で表される組成を有する。ここで、(AlN)、(TiN)及び(MN)はそれぞれ原子比で、(Al1N1)、(Ti1N1)及び(M1N1)を意味する。(MOx)は原子比で(M1Ox)を意味する。M元素がCrの場合、MOxはCr2O3、CrO及びCrO2の少なくとも一種であり、主にCr2O3である。また、M元素がNbの場合、MOxはNb2O5、NbO、Nb2O3及びNbO2の少なくとも一種であり、主にNb2O5である。p、q、r、s、t及びuがそれぞれ上記範囲内にないと、(AlTiM)NO皮膜を形成することができない。p、q、r、s、t及びuはそれぞれ原子比で、0.59≦p≦0.75、0.01≦q≦0.10、0.05≦r≦0.25、0.05≦s≦0.15、0.01≦t≦0.15、0.02≦u≦0.10、及びp+q+r+s+t+u=1を満たす数字であるのが好ましい。
(AlTiM)NO皮膜形成用ターゲットは粉末冶金法により作製することができる。まず、AlTi合金粉末、AlN粉末、TiN粉末、MN粉末及びMOx粉末をアルゴンガス雰囲気中で数時間(例えば5時間)ボールミル混合する。高密度の焼結体を得るために、各粉末の平均粒径は0.01〜500μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましい。各粉末の平均粒径はSEM観察により求める。組成の偏りや不純物の混入を防止するため、純度99.999%以上のアルミナボールをメディアに使用するのが好ましい。得られた混合粉末を真空ホットプレス装置のグラファイト製金型内に投入し、焼結を行う。焼結雰囲気に含まれる微量の酸素がターゲットに混入するのを防止するために、ホットプレス装置内の真空度を1×10-3Pa〜10×10-3 Pa(例えば7×10-3 Pa)にしてから、プレス及び焼結を行うのが好ましい。プレス荷重は100〜200 MPa(例えば170 MPa)に設定するのが好ましい。また焼結時にAlが溶解するのを回避するために、焼結は520〜580℃(例えば550℃)の温度で数時間(例えば2時間)行うのが好ましい。得られたターゲットをAI装置に適した形状に加工する。
(1) TiOターゲット
本発明の参考例としてTiOターゲットについて説明する。改質層形成用TiOターゲットは、不可避的不純物を除いて、TieO1-e(ただし、eはTiの原子比であり、0.7≦e≦0.95を満たす数字である。)で表される組成を有するのが好ましい。Tiの原子比eが0.7未満では酸素が過多になり、fcc構造の改質層が得られず、また0.95超では酸素が過少になり、やはりfcc構造の改質層が得られない。Tiの原子比eの好ましい範囲は0.8〜0.9である。
本発明の改質方法に用いる改質層形成用TiBターゲットは、不可避的不純物を除いて、TifB1-f(ただし、fはTiの原子比であり、0.5≦f≦0.9を満たす数字である。)で表される組成を有する。Tiの原子比fが0.5未満ではfcc構造の改質層が得られず、また0.9超では脱炭相が形成されて、やはりfcc構造の改質層が得られない。Tiの原子比fの好ましい範囲は0.7〜0.9である。
図1に示すように、アーク放電式蒸発源13、27にそれぞれ改質層形成用TiBターゲット10、及び(AlTiM)NO皮膜形成用ターゲット18を設け、アーク放電用電源11、12から、ターゲット10に直流アーク電流を流し、ターゲット18にパルスアーク電流を流す。図示していないが、アーク放電式蒸発源13、27に磁場発生手段(電磁石及び/又は永久磁石とヨークとを有する構造体)を設け、(AlTiM)NO皮膜を形成する基体7の近傍に数十G(例えば10〜50 G)の空隙磁束密度の磁場分布を形成する。
図1に示すように、基体7にバイアス電源3から直流バイアス電圧又はパルスバイアス電圧を印加する。
不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合なしにM-O結合を有する(AlTiM)NO皮膜は、AI法において上記ターゲットにパルスアーク電流を流すことにより製造できる。(AlTiM)NO皮膜の製造工程は以下の通りである。
図1に示すAI装置の保持具8上に基体7をセットした後、減圧容器5内を1×10-2 Pa〜5×10-2Pa(例えば1.5×10-2 Pa)の真空に保持しながら、ヒーター(図示せず)により基体7を250〜650℃の温度に加熱する。図1では円柱体で示されているが、基体7はソリッドタイプのエンドミル又はインサート等の種々の形状を取り得る。その後、アルゴンガスを減圧容器5内に導入して0.5〜10 Pa(例えば2 Pa)のアルゴンガス雰囲気とする。この状態で基体7にバイアス電源3により−250 V〜−150 Vの直流バイアス電圧又はパルスバイアス電圧を印加して基体7の表面をアルゴンガスによりボンバードして、クリーニングする。
(1) TiOターゲット
TiOターゲットを用いたWC基超硬合金基体7へのイオンボンバードは、基体7のクリーニング後に、30〜150 sccmの流量のアルゴンガス雰囲気内で行い、基体7に改質層を形成する。アーク放電式蒸発源13に取り付けたTiOターゲットにアーク放電用電源11から50〜100 Aのアーク電流(直流電流)を流す。基体7を400〜700℃の温度に加熱し、バイアス電源3から基体7に−850 V〜−500 Vの直流バイアス電圧を印加する。TiOターゲットを用いたイオンボンバードによりTiイオン及びOイオンがWC基超硬合金基体7に照射される。
TiBターゲットを用いたWC基超硬合金基体7へのイオンボンバードは、基体7を450〜750℃の温度に加熱し、バイアス電源3から基体7に−1000 V〜−600 Vの直流バイアス電圧を印加する点で、TiOターゲットを用いたイオンボンバードの場合と異なる。TiBターゲットを用いたイオンボンバードによりTiイオン及びBイオンがWC基超硬合金基体の表面に照射される。基体7の温度が450〜750℃の範囲外ではfcc構造の改質層が形成されない。直流バイアス電圧が−1000 V未満では基体7の表面に脱炭層が形成され、また−600 V超ではイオンボンバードの効果が実質的にない。
改質層を形成した基体7の上に(AlTiM)NO皮膜を形成するために、窒化ガス雰囲気中で、アーク放電式蒸発源27に取り付けたターゲット18にアーク放電用電源12からパルスアーク電流を流すとともに、基体7にバイアス電源3から直流バイアス電圧又はパルスバイアス電圧を印加する。
(AlTiM)NO皮膜の成膜時に基体7の温度を400〜550℃にするのが好ましい。基体7の温度が400℃未満では(AlTiM)NOが十分に結晶化しないため、(AlTiM)NO皮膜が十分な耐摩耗性を有さず、また残留応力の増加により皮膜剥離の原因となる。一方、基体7の温度が550℃超では岩塩型構造が不安定になり、(AlTiM)NO皮膜の耐摩耗性及び耐酸化性が損なわれる。基体7の温度は400〜540℃がより好ましい。
基体7に(AlTiM)NO皮膜を形成するための窒化ガスとして、窒素ガス、又はアンモニアガスと水素ガスとの混合ガスを使用することができる。窒化ガスの圧力は2〜6 Paにするのが好ましい。窒化ガスの圧力が2 Pa未満では窒化物の生成が不十分となり、6 Pa超では窒化ガスの添加効果が飽和する。
(AlTiM)NO皮膜を形成するために、基体7に−270 V〜−20 Vの直流バイアス電圧又はユニポーラパルスバイアス電圧を印加する。−270 V未満では基体7上にアーキングが発生したり逆スパッタ現象が発生し、M-O結合が形成されない。一方、−20 V超ではバイアス電圧の印加効果が得られず、M-O結合が形成されない。
(AlTiM)NO皮膜の形成時のアーク放電を安定化するとともに、ドロップレットの発生及びターゲット表面の酸化物形成を抑制するために、(AlTiM)NO皮膜形成用ターゲット18にパルスアーク電流を流す。パルスアーク電流は、例えば図2に概略的に示すように、少なくとも2段階のほぼ矩形状のパルス波である。周期Tにおいて、tminはパルスアーク電流の安定領域における最小値Amin側の通電時間であり、tmaxはパルスアーク電流の安定領域における最大値Amax側の通電時間である。
D=[tmin/(tmin+tmax)]×100%
(ただし、tminはパルスアーク電流の最小値Aminの安定領域における通電時間であり、tmaxはパルスアーク電流の最大値Amaxの安定領域における通電時間である。)で定義されるデューティ比Dで表す。
(1) 基体のクリーニング
6.0質量%のCoを含有し、残部がWC及び不可避的不純物からなる組成を有するWC基超硬合金製の高送りミーリングインサート基体[図13に示す主切刃35及び逃げ面36を有するミーリング用インサート30(三菱日立ツール株式会社製のEDNW15T4TN-15)]、及び物性測定用インサート基体(三菱日立ツール株式会社製のSNMN120408)を、図1に示すAI装置の保持具8上にセットし、真空排気と同時にヒーター(図示せず)で600℃まで加熱した。その後、アルゴンガスを500 sccmの流量で導入して減圧容器5内の圧力を2.0 Paに調整するとともに、各基体に−200 Vの直流バイアス電圧を印加してアルゴンイオンのボンバードによるエッチングによりクリーニングを行った。なお、「sccm」は1 atm及び25℃における流量(cc/分)を意味する。
基体7を600℃に保持したままアルゴンガスの流量を50 sccmとし、バイアス電源3により各基体7に−700 Vの負の直流電圧を印加するとともに、Ti0.85O0.15(原子比)で表される組成を有するTiOターゲット10にアーク放電用電源11から80 Aの直流アーク電流を流し、各基体7に改質層を形成した。
(Al)0.70(AlN)0.06(Ti)0.09(TiN)0.09(CrN)0.03(Cr2O3)0.03(原子比)の組成を有するターゲット18を、アーク放電用電源12が接続されたアーク放電式蒸発源27に配置した。基体7の温度を450℃に設定し、窒素ガスを800 sccm導入して減圧容器5内の圧力を3.1 Paに調整した。
X線光電子分光装置(PHI社製Quantum2000型)を用いて、アルゴンイオンにより(AlTiCr)NO皮膜を表面から厚さ方向の1/6の深さ(表面側)までエッチングした後、AlKα1線(波長λ:0.833934 nm)を照射し、Ti、Cr及びAlの結合状態を示すスペクトルを得た。さらに(AlTiCr)NO皮膜を表面から厚さ方向の1/2の深さ(中央部)及び5/6の深さ(基体側)までエッチングし、同様にTi、Cr及びAlの結合状態を示すスペクトルを得た。各深さにおけるTi、Cr及びAlの結合状態を示すスペクトル(図4〜図6)において、横軸は結合エネルギー(eV)であり、縦軸はc/s(counts per second)である。Ti、Cr及びAlの結合状態はいずれも3箇所の測定位置でほぼ同じであることが分った。
物性測定用インサート基体上の(AlTiCr)NO皮膜の結晶構造を観察するために、X線回折装置(Panalytical社製のEMPYREAN)を使用し、CuKα1線(波長λ:0.15405 nm)を照射して以下の条件でX線回折パターン(図7)を得た。
管電圧:45 kV
管電流:40 mA
入射角ω:3°に固定
2θ:30〜80°
物性測定用インサートの(AlTiCr)NO皮膜の断面のうち、WC基超硬合金基体、改質層及び(AlTiCr)NO皮膜の境界(界面)付近をTEM(日本電子株式会社製JEM-2100)により観察した。A部のTEM写真(倍率4,500,000倍)を図8に示す。A部は、図3のWC基超硬合金基体31とAlTiCrNO皮膜32との間の改質層33及びその近傍である。
図14に示すように、(AlTiCr)NO皮膜を被覆した4つの高送りミーリングインサート30を、刃先交換式回転工具(三菱日立ツール株式会社製ASR5063-4)40の工具本体46の先端部48に止めねじ47で装着した。工具40の刃径は63 mmであった。下記の転削条件で切削加工を行い、倍率100倍の光学顕微鏡で単位時間ごとにサンプリングしたインサート30の逃げ面36を観察し、逃げ面36の摩耗幅又はチッピング幅が0.3 mm以上になったときの加工時間を工具寿命と判定した。
加工方法: 高送り連続転削加工
被削材: 123 mm×250 mmのS50C角材
使用インサート: EDNW15T4TN-15(ミーリング用)
切削工具: ASR5063-4
切削速度: 200 m/分
1刃当たりの送り量: 1.83 mm/刃
軸方向の切り込み量: 1.0 mm
半径方向の切り込み量:42.5 mm
切削液: なし(乾式加工)
表2-1に示す組成の皮膜形成用ターゲットを使用した以外参考例1と同様にして各ミーリングインサートに硬質皮膜を形成し、評価した。各ターゲットの組成を表2-1に示し、各皮膜の組成を表2-2に示し、X線回折及び電子回折で測定した各皮膜の結晶構造、各皮膜におけるAl-O結合及びCr-O結合の有無、及び各工具の寿命を表2-3に示す。
(2) 主構造。
(3) 不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合の有無。
改質層を形成しない以外参考例1と同じWC基超硬合金基体に、参考例1と同様にして(AlTiCr)NO皮膜を形成し、評価した。その結果、工具寿命は28分と比較例1より長かった。
図1のAI装置において、Ti0.8B0.2(原子比)で表される組成を有するターゲット10をアーク放電用電源11が接続されたアーク放電式蒸発源13に配置し、参考例1と同じWC基超硬合金製の高送りミーリングインサート基体及び物性測定用インサート基体を上部保持具8上に載置した。各基体に対して、参考例1と同様にアルゴンイオンのクリーニングを行った。次に、アルゴンガスの流量を50 sccmとし、610℃に保持した各基体にバイアス電源3から−750 Vの直流バイアス電圧を印加するとともに、ターゲット10にアーク放電用電源11から80 Aの直流アーク電流を流し、平均厚さ5 nmの改質層を形成した。以降は参考例1と同様にしてミーリングインサートに(AlTiCr)NO皮膜を形成し、評価した。その結果、工具寿命は56分と参考例1(53分)より長かった。
(1) 基体のクリーニング及びTiOターゲットを用いた改質層の形成
参考例1と同じWC基超硬合金製の高送りミーリングインサート基体(EDNW15T4TN-15)及び物性測定用インサート基体(SNMN120408)に、参考例1と同様にして、アルゴンイオンのボンバードによるクリーニング及びTiOターゲットを用いた改質層の形成を行った。
(Al)0.72(AlN)0.05(Ti)0.10(TiN)0.09(NbN)0.01(Nb2O5)0.03(原子比)の組成を有するターゲット18を、アーク放電用電源12が接続されたアーク放電式蒸発源27に配置した。基体7の温度を450℃に設定し、800 sccmの窒素ガスを導入して、減圧容器5内の圧力を3.1 Paに調整した。
参考例1と同様にしてX線光電子分光スペクトルによりTi、Nb及びAlの結合状態を調べた。その結果、(AlTiNb)NO皮膜中に不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合がないが、Nb-O結合が存在することが分かった。これから、Ti及びAlの酸化が抑制されていることが分かる。
参考例1と同様にして物性測定用インサート基体上の(AlTiNb)NO皮膜のX線回折測定を行った結果、(AlTiNb)NO皮膜は岩塩型の単一結晶構造を有することが分かった。
物性測定用インサートの(AlTiNb)NO皮膜の断面をTEM(JEM-2100)により観察した結果、改質層と(AlTiNb)NO皮膜との境界で結晶格子縞が連続している部分が観察された。また参考例1と同様の方法により求めた改質層の平均厚さは7 nmであった。また参考例1と同様のJEM-2100を用いたナノビーム回折により、改質層及び(AlTiNb)NO皮膜はいずれもfcc構造を有することが分かった。
参考例1と同様にして工具寿命を測定した。
表3-1に示す組成の(AlTiNb)NO皮膜形成用ターゲットを使用した以外参考例11と同様にして各ミーリングインサートに硬質皮膜を形成し、評価した。各ターゲットの組成を表3-1に示し、各皮膜の組成を表3-2に示し、各皮膜のX線回折及び電子回折により測定した結晶構造、各皮膜におけるAl-O結合及びNb-O結合の有無、及び各工具の寿命を表3-3に示す。
(2)主構造。
(3) 不可避的不純物レベルを超えたAl-O結合の有無。
改質層を形成しない以外参考例1と同じWC基超硬合金基体に、参考例11と同様にして(AlTiNb)NO皮膜を形成し、評価した。その結果、工具寿命は26分と比較例2より長かった。
図1のAI装置において、Ti0.8B0.2(原子比)で表される組成を有するターゲット10をアーク放電用電源11が接続されたアーク放電式蒸発源13に配置し、参考例1と同じWC基超硬合金製の高送りミーリングインサート基体及び物性測定用インサート基体を上部保持具8上に載置した。各基体に対して、参考例1と同様にアルゴンイオンのクリーニングを行った。次に、アルゴンガスの流量を50 sccmとし、610℃に保持した各基体にバイアス電源3から−750 Vの直流バイアス電圧を印加するとともに、ターゲット10にアーク放電用電源11から80 Aの直流アーク電流を流し、平均厚さ5 nmの改質層を形成した。以降は参考例11と同様にしてミーリングインサートに(AlTiNb)NO皮膜を形成し、評価した。その結果、工具寿命は52分と参考例11(50分)より長かった。
参考例1と同じWC基超硬合金製の高送りミーリングインサート基体及び物性測定用インサート基体に、(AlTiCr)NO皮膜の成膜時間を変更した以外は参考例1と同様にして、改質層、及び(Al0.71Ti0.21Cr0.08)0.46N0.48O0.06(原子比)の組成を有する厚さ1.5μmの(AlTiCr)NO皮膜を形成した。続いて、(AlTiCr)NO皮膜の直上に、成膜時間を変更した以外参考例11と同様にして(Al0.70Ti0.24Nb0.06)0.46N0.49O0.05(原子比)の組成を有する厚さ1.5μmの皮膜を形成した。得られた積層皮膜は全体として(AlTiCrNb)NOの組成を有する。参考例11と同様に測定した工具寿命は52分と長かった。
2:ガス導入部
3:バイアス電源
4:軸受け部
5:減圧容器
6:下部保持具(支柱)
7:基体
8:上部保持具
10:陰極物質(ターゲット)
11、12:アーク放電用電源
13、27:アーク放電式蒸発源
14:アーク放電式蒸発源固定用絶縁物
15:アーク点火機構軸受部
16:アーク点火機構
17:排気口
18:陰極物質(ターゲット)
19:電極固定用絶縁物
20:電極
21:遮蔽板軸受け部
22:遮蔽板駆動部
23:遮蔽板
30:ミーリング用インサート
31:WC基超硬合金基体
32:(AlTiCr)NO皮膜
33:改質層
35:インサートの主切刃
36:インサートの逃げ面
40:刃先交換式回転工具
46:工具本体
47:インサート用止めねじ
48:工具本体の先端部
Claims (2)
- 30〜150 sccmの流量のアルゴンガス雰囲気中で、450〜750℃の温度に保持したWC基超硬合金基体に−1000 V〜−600 Vの負の直流電圧を印加するとともに、アーク放電式蒸発源に備えられたTifB1-f(ただし、fはTiの原子比であり、0.5≦f≦0.9を満たす数字である。)で表される組成を有するターゲットに50〜100 Aのアーク電流を流し、もって前記基体の表面を前記ターゲットから発生したイオンによりボンバードすることにより、fcc構造を有し、平均厚さが1~10 nmである薄層状の改質層を形成することを特徴とするWC基超硬合金基体の改質方法。
- 請求項1に記載のWC基超硬合金基体の改質方法において、前記改質層が脱炭層を有しないことを特徴とするWC基超硬合金基体の改質方法。
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