JPH0126802B2 - - Google Patents

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JPH0126802B2
JPH0126802B2 JP5274681A JP5274681A JPH0126802B2 JP H0126802 B2 JPH0126802 B2 JP H0126802B2 JP 5274681 A JP5274681 A JP 5274681A JP 5274681 A JP5274681 A JP 5274681A JP H0126802 B2 JPH0126802 B2 JP H0126802B2
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JP
Japan
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sulfide
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coating layer
titanium
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JP5274681A
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Kunio Shibuki
Hiroshi Murakami
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Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/308Oxynitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、切削工具及び耐摩耗工具に使用され
る耐摩耗性に優れた被覆工具に関する。 従来、超硬合金、サーメツト及び高速度鋼等の
鉄系材料から成る工具部品の耐摩耗性を向上させ
る目的で、その工具部品の表面に各種の耐摩耗性
材料を被覆することが行われている。この工具部
品の表面に被覆する耐摩耗性材料は、高硬度材料
のものを被覆層とすることによつて耐摩耗性を向
上させるのと、酸化アルミニウム、酸化カルシウ
ム及び酸化硅素系物質を主成分とするゲレナイト
等のガラス状酸化物並びにMn、Zr及びMn−Zr
のイオウ化合物等を被覆層とすることによつて低
硬度ではあるが潤滑性を利用して耐摩耗性を向上
させるものとがある。この内、後者の潤滑性を利
用した被覆工具部品は、2〜3提案されているが
実用化迄には到つていない。 この原因は、ゲレナイト等のガラス状のものを
直接工具部品の表面に被覆すると超硬合金及びサ
ーメツト等の基材表面が脱炭して靭性が低下した
り、ゲレナイトと基材表面の濡れ性が悪かつたり
して、ゲレナイトと基材との接着性が悪く使用ど
きに被覆層が剥離すると云う問題がある。又、基
材表面に被覆内層として高硬度材料を被覆し、被
覆外層としてゲレナイト等のガラス状材料並びに
Mn、Zr及びMn−Zrのイオウ化合物等の潤滑性
材料を被覆する被覆工具部品も提案されているが
ゲレナイトは脆性と低い溶融点のために、Mn、
Zr及びMn−Zrのイオウ化合物は低硬度と低い溶
融点のために、切削工具等として使用中切粉によ
つて工具表面が打撃を受けたり、引つかき状の摩
耗(アブレーシブ摩耗)等を受けて被覆外層が取
られてしまい潤滑効果を殆んど発揮することが出
来ず寿命向上に被覆外層が寄与していないと云う
問題点がある。 本発明は、被覆工具部品の被覆層を高硬度材料
と潤滑性材料の各々の特性によつて最適の組合せ
にすることにより従来のような欠点を解決し、総
合的に耐摩耗性の向上を可能にした被覆工具部品
である。 本発明の被覆工具部品は、超硬合金、サーメツ
ト又は鉄系材料を基材とする工具部品の表面に被
覆内層として4a、5a及び6a族金属の炭化物、窒
化物、硼化物、炭窒化物、酸炭化物、酸窒化物、
炭硼化物及び窒硼化物並びに酸化アルミニウム及
び酸窒化アルミニウムから選ばれた1種又は2種
以上から成る硬質相と金属の硫化物とから成る複
合相として被覆した後、更にこの複合相の表面に
前記硬質相のみを被覆外層としたものである。 このような本発明の被覆工具部品にすると、切
削工具等に使用したとき最外被覆層が高硬度材料
であるために切粉から受ける打撃及びアブレーシ
ブ摩耗に対しても優れており、更に工具部品のす
くい面に於けるクレーター摩耗に対しては、初期
摩耗段階では最外被覆層の高硬度材料が耐摩耗性
に寄与し、更にクレーター摩耗が進行してくると
被覆内層の複合相に含まれている潤滑性材料であ
る金属の硫化物がクレーター面に少しずつ現わ
れ、切粉と工具部品との接触面で潤滑作用とな
り、被覆外層と共に耐摩耗性に寄与することにな
る。又、硫化物の潤滑作用によつて耐摩耗性が向
上すると共に工具部品の表面に於ける熱の上昇が
起りにくくなるために工具部品の耐塑性変形性に
も効果がある。 金属の硫化物は、潤滑性を重点にすると6a族
金属が優れているが基材及び被覆外層である硬質
相等との密着性及び濡れ性等を加味した場合は、
特に、硬質相に含まれている元素を含んだ金属の
硫化物が適していることを確認した。 次に本発明の被覆工具部品の被覆内層を複合相
としたのは、被覆内層自体の強度及び基材と被覆
内層との密着性及び濡れ性を考慮したものであ
る。更に、基材と被覆内層である複合相との密着
性及び濡れ性を考慮して、基材と複合相との間に
鉄族金属又は基材及び複合相に含まれる4a、5a
及び6a族金属の薄膜を中間相として存在させる
ことも効果がある。 こゝで用いている複合相とは、基材の表面に平
行に硬質相を被覆した後、この硬質相の表面に金
属の硫化物相を被覆する構造と、基材の表面に硬
質相と金属の硫化物との混在した相を被覆する構
造があり、更に前者と後者の混合した構造、即ち
基材表面に平行に硬質相を被覆した後、この硬質
相の表面に硬質相と金属の硫化物との混在した相
を被覆する構造がある。これらの複合相からなる
被覆内層が被覆外層と接触する境界部において、
境界部の被覆内層に硫化物の存在した構造でなる
場合は、被覆外層の種類によつては被覆内層とし
て存在している硫化物中のイオウが被覆外層内に
拡散することもある。 本発明の被覆工具部品の製造方法としては、化
学蒸着法、物理蒸着法及び各種のスプレイ法によ
つて粉末を塗布後、昇温、焼き付けを行う方法等
が用いられる。 次に実施例に従つて本発明の被覆工具部品を説
明する。 実施例 1 ISOP30相当材種でTNPA332型チツプを使用
して、下記のCVD法による工程を経て試料を作
製した。 () 反応炉内にチツプをセツトし、5%TiCl4
−30%CH4−65%H2ガス雰囲気中1000℃−5
時間で約5μm厚さの炭化チタンをチツプ表面
に付与する工程。 () 5%TiCl4−3%CH4−10%H2S−82%H2
ガス雰囲気中1000℃−0.5時間で約1μm厚さの
チタンの炭化物と硫化物の混合物をチツプ表面
に付与する工程。 () 5%TiCl4−10%CH4−80%H2−5%COガ
ス雰囲気中1000℃−1時間で約1μm厚さのチ
タン炭酸化物をチツプ表面に付与する工程。 () 5%TiCl4−10%H2S−85%H2ガス雰囲気
中1000℃−0.5時間で約1μm厚さのチタン硫化
物をチツプ表面に付与する工程。 ()、()、()の工程によりチツプ表面に
炭化チタン、この炭化チタンの表面にチタンの炭
化物と硫化物の混合物、更に混合物の表面に被覆
外層としてチタンの炭酸化物を被覆した本発明の
被覆工具部品をAとする。 ()、()の工程によりチツプ表面に炭化チ
タン、この炭化チタンの表面にチタンの炭酸化物
を被覆した比較用の被覆工具部品をBとする。 ()、()、()の工程によりチツプ表面に
炭化チタン、この炭化チタンの表面にチタン炭酸
化物、このチタン酸化物の表面にチタン硫化物を
被覆した比較用の被覆工具部品をCとする。 以上A、B、Cの被覆工具部品の性能を比較す
るために下記の旋削条件による切削テストを行つ
た結果は、第1表の如くであつた。 旋削条件 被削材 S48C(HB250) 切削速度 140m/min 切り込量 1.5mm 送り速度 0.23mm/rev 切削時間 30min
【表】 第1表の結果から本発明の被覆工具部品Aは、
比較用被覆工具部品B、Cに比べて耐逃げ面摩耗
性、耐クレーター摩耗性及び耐塑性変形性に於て
優れていることが確認できた。 実施例 2 ISOP10相当材種でSNP432型チツプ表面に約
1μm厚さのCoメツキを行つた後、下記のCVD法
による工程を経て各試料を作製した。 () 反応炉内にチツプをセツトし、5%TiCl4
−30%CH4−65%H2ガス雰囲気中1000℃−5
時間で約5μm厚さの炭化チタンをチツプ表面に
付与する工程。 () 4.5%AlCl3−10%CO2−5%N2−80.5%H2
ガス雰囲気中1000℃−3時間で約2μm厚さの
酸窒化アルミニウムをチツプ表面に付与する工
程。 () 5%TiCl4−40%N2−45%H2−10%H2Sガ
ス雰囲気中1000℃−20分処理して約1μm厚さ
のチタンの窒化物と硫化物をチツプ表面に付与
する工程。 () 5%TiCl4−45%N2−50%H2ガス雰囲気中
1000℃−10分処理して約0.5μm厚さのチタン窒
化物をチツプ表面に付与する工程。 () 5%TiCl4−10%H2S−85%H2ガス雰囲気
中1000℃−30分処理して約1μm厚さのチタン
硫化物をチツプ表面に付与する工程。 以上()、()、()、()の工程によりチ
ツプ表面にCoのメツキ層、このCoのメツキ層の
表面にチタンの炭化物層、このチタンの炭化物層
の表面に酸窒化アルミニウム層、この酸窒化アル
ミニウム層の表面にチタンの窒化物と硫化物の混
在した層、このチタンの窒化物と硫化物の混在層
の表面に窒化チタン層がある本発明の被覆工具部
品をDとする。 ()、()、()の工程によりチツプ表面に
Coメツキ層、このCoのメツキ層の表面にチタン
の炭化物層、このチタンの炭化物層の表面に酸窒
化アルミニウム層、この酸窒化アルミニウム層の
表面にチタンの窒化物層がある比較用の被覆工具
部品をEとする。 ()、()、()、()の工程によりチツプ
表面にCoのメツキ層、このCoのメツキ層の表面
にチタンの炭化物層、このチタンの炭化物層の表
面に酸窒化アルミニウム層、この酸窒化アルミニ
ウム層の表面にチタンの窒化物層、このチタンの
窒化物層の表面に最外層としてチタンの硫化物層
がある比較用被覆工具部品をFとする。 以上D、E、Fの被覆工具部品の性能を比較す
るために下記の旋削条件による切削テストを行つ
た結果は、第2表の如くであつた。 旋削条件 被削材 S48C(HB250) 切削速度 250m/min 切り込量 1.5mm 送り速度 0.3mm/rev 切削時間 30min
【表】 第2表の結果から本発明の被覆工具部品Dは、
比較用の被覆工具部品E、Fに比べて耐逃げ面摩
耗性、耐クレーター摩耗性及び耐塑性変形性に於
て優れていることが確認できた。 実施例 3 ISOP30相当材種でSNP432型チツプを使用し
て、下記の反応性イオンプレーテイング法により
各試料を作成した。 () チタンを蒸発体とした反応容器内にチツプ
をセツトし、このチツプを550℃に昇温した後、
チツプ表面に約0.5μm厚さのチタン被膜を生成
し、このチタン被膜の表面にC2H2ガス雰囲気
中で約2μm厚さの炭化チタン被膜を生成し、
この炭化チタン被膜の表面にC2H2とH2S混合
ガス中で約0.5μm厚さのチタンの炭化物と硫化
物の混合被膜を生成し、この混合被膜の表面に
C2H2ガス雰囲気中で約0.5μm厚さの炭化チタ
ン被膜を生成した本発明の被覆工具部品をGと
する。 ()、()で製造した本発明の被覆工具部品
Gの工程の内、最外被覆層である0.5μm厚さの炭
化チタン被膜を施す工程を除いた比較用被覆工具
部品をHとする。 以上G、Hの被覆工具部品の性能を比較するた
めに下記の旋削条件による切削テストを行つた結
果は、第3表の如くであつた。 旋削条件 被削材 SNCM8 切削速度 200m/min 切り込量 1.0mm 送り速度 0.35mm/rev 切削時間 20min
【表】 第3表の結果から本発明の被覆工具部品Gは、
比較用の被覆工具部品Hに比べて耐逃げ面摩耗
性、耐クレーター摩耗性及び耐塑性変形性に於て
著しく優れていることが確認できた。 以上実施例1、2、3から各種の耐摩耗性に於
て、本発明の被覆工具部品は、優れていることか
ら切削工具のみでなく、耐摩耗用工具にも使用可
能なものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 超硬合金、サーメツト又は鉄系材料を基材と
    する工具部品の表面の被覆内層が4a、5a及び6a
    族金属の炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物、酸
    炭化物、酸窒化物、炭硼化物及び窒硼化物並びに
    酸化アルミニウム及び酸窒化アルミニウムから選
    ばれた1種又は2種以上から成る硬質相と金属の
    硫化物とから成る複合相であり、被覆外層が前記
    硬質相であることを特徴とする被覆工具部品。 2 上記金属の硫化物が、4a、5a及び6a族金属
    の硫化物であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の被覆工具部品。 3 上記金属の硫化物がチタンの硫化物であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の被覆
    工具部品。
JP5274681A 1981-04-08 1981-04-08 Coated tool parts Granted JPS57169080A (en)

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