JP6478331B2 - 硬質バナジウム系複合被覆治工具 - Google Patents
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Description
しかし、この成膜方法によって生成された積層構造は、被膜硬度を高めたときに、VC膜の特徴である低摩擦係数が維持されず、摩擦係数が高まり、成形金型や切削工具において被加工材の凝着やかじりが生じることがあった。
そして、発明者の検討の結果、VN膜、VCN膜、VC膜の積層複合被膜では、金型における充分な成形性能、切削工具における充分な切削性能を発現できないことがあきらかとなった。
すなわち、特許文献1のバナジウム系被膜の成膜方法では、耐久性を充分高めることができなかった。
本発明に係る硬質バナジウム系複合被覆治工具は、
母材表面上に、PVD法により形成された、窒化バナジウム膜の第1層と、
前記第1層上に、PVD法により形成された、炭窒化バナジウム膜の第2層であって、元素V、C、Nの原子組成比を
前記第2層上に、PVD法により形成された、炭化バナジウム膜の第3層であって、元素Cの原子組成比をYとするとき、
前記第3層上に、PVD法により形成された、炭化バナジウム膜の第4層であって、元素Cの原子組成比をXとするとき、
を備え、
前記第1層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が1500〜2000、前記第2層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が2500〜3000、前記第3層及び第4層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が1900〜2400であり、かつ第2層よりも低硬度であり、
前記第2層は、
硬質バナジウム系複合被膜の第1層(VN膜)は、ナノインデータ硬さのビッカース換算値が1500〜2000である。
第2層(VCN膜)は原子組成比が、V:0.5〜0.7、C:0.1〜0.3、N:残部、結晶性が六方晶であり、硬度2500〜3000である。
第3層(VC膜)は原子組成比が、C:0.2〜0.4、V:残部、結晶性が六方晶であり、硬度1900〜2400である。
第4層(VC膜)は原子組成比が、C:0.4〜0.6、V:残部、硬度1900〜2400である。
VN膜は、バイアス電圧の上昇に従って硬度が上昇し、VN−1〜VN−5に対してバイアス電圧を15V、30V、50V、70V、150Vと上昇させると、硬度は1233、1558、1759、1996、2522と増大し、VN−1〜VN−3はクラックが生じなかったが、VN−4で僅かなクラックが生じ、VN−5でクラックが発生した。以上のデータおよび、その他の試験結果を加味して評価した結果、表1の硬度範囲が設定された。
硬度増大にともなって、母材に対する密着性、靭性が低下し、硬度が2000を超えると密着性、靭性の低下により、クラックが生じることが判明した。また、直上に位置する第2層(VCN膜)との硬度ギャップが大きいと層間剥離を生じる可能性が高いため、硬度1233のVN−1も排除すべきである。
以上から、バイアス電圧は、30〜70Vが好ましく、特に50Vが望ましいと判断できる。
第1層は、複合被膜において密着性、耐久性を大きく左右する層であり、その密着性、耐久性は、その硬度に依存する。
なお、結晶性については、EPMA(電子線プローブマイクロアナライザー)による被膜組成評価、XRD(X線回折)による評価を行った。硬度については、ナノハードネステスターによる評価を実施し、密着性については、ロックウェル硬度計によって評価した。
VCN−7、VCN−8はVNに起因した立方晶に配向している。VCN−7、VCN−8は、バイアス電圧100に対して、組成比をV>0.7、V<0.5に変化させたとき、硬度上昇によるクラックが生じた例である。
VC3−2〜VC3−4の結晶性をEPMA、CRDで評価したところ、
VC4−2からVC4−4の結晶性をEPMA、CRDで評価したところ、VCに起因した立方晶に配向していることが判明した。
一方、VC4−1は低バイアス電圧15V時、C:0.62、硬度1890、VC4−5は、高バイアス電圧150V時、C:0.39、硬度2751となり、クラックを生じた。適正バイアス電圧の中央値50Vにおいて、組成を変化させたVC4−6,VC4−7は、VC4−6で、C:0.29、硬度3161、VC4−7でC:0.62、硬度2413となり、大きなクラックを生じた。
また、第3層のVC膜は、
特に、硬質バナジウム系複合被膜を、溶融蒸発型イオンプレーティング装置で形成したときは、ドロップレットが生成されず、極めて滑らかに仕上がるため、第4層VC膜の低摩擦係数を効果的に機能させて潤滑性を付与することが可能となる。
同じPVD法であっても、アークイオンプレーティング装置を使用すると、未蒸発、未反応の金属ドロップレットが生成され表面が粗くなりやすい。
また、比較例2は、第2層が硬度の許容範囲2500〜3000を超えるVCN−2であるために、本発明の条件を満足しない。
120 ブランクホルダ
140 ブランク材
160 ダイスホルダ
162 ダイス
C4 ダイスのR部
d ダイス内径の勾配
Claims (1)
- 母材表面上に、PVD法により形成された、窒化バナジウム膜の第1層と、
前記第1層上に、PVD法により形成された、炭窒化バナジウム膜の第2層であって、元素V、C、Nの原子組成比を
前記第2層上に、PVD法により形成された、炭化バナジウム膜の第3層であって、元素Cの原子組成比をYとするとき、
前記第3層上に、PVD法により形成された、炭化バナジウム膜の第4層であって、元素Cの原子組成比をXとするとき、
を備え、
前記第1層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が1500〜2000、前記第2層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が2500〜3000、前記第3層及び第4層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が1900〜2400で、かつ第2層よりも低硬度であり、
前記第2層は、
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JP2016089992A JP6478331B2 (ja) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | 硬質バナジウム系複合被覆治工具 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016089992A JP6478331B2 (ja) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | 硬質バナジウム系複合被覆治工具 |
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