JPH01290784A - 工作工具用耐摩耗性複合部材 - Google Patents
工作工具用耐摩耗性複合部材Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
加工に使用される工作工具等の耐摩耗性複合部材に関し
、殊に耐熱性を確保するとともに耐摩耗性に優れた耐摩
耗性複合部材に関するものである。
は、基材の備えている耐摩耗性を更に高める目的でその
表面にTi等の窒化物や炭化物よりなる耐摩耗性膜被覆
を形成することが行なわれている。この様な耐摩耗性皮
膜の被覆方法には、化学的蒸着法(CVD法)及び物理
的蒸着法(PVD法)があるが、このうちCVD法では
、四塩化チタンガス等の熱分解を利用するので膜形成温
度を900〜1100℃の高温条件とする必要がある。
温に加熱され、母材特性の劣化を招いたりあるいは極め
て脆弱な脱炭層(例えばW、Co、C等)の形成が避け
られず、フライス加工用工具等のコーティングに適用す
ることができない。又高速度工具鋼等からなる工具のコ
ーティングにCVD法を通用すると母材が軟質化して熱
変形を起こすといった不都合が生じ、殊に精密加工用工
具としては到底適用し得るものとは言えない。
ティング処理することのできる高周波放電プラズマCV
D法1反応性イオンブレーティング法(EB加熱方式、
HCD加熱方式、アーク放電方式等がある)、スパッタ
リング法等が採用されるようになってきた。中でもイオ
ンブレーティング法によるTiN膜やTiC膜の形成が
汎用されており、例えば高温耐酸化性(耐熱性)の優れ
たTiN膜が広く実用化されている。即ちTtNはTi
Cより耐熱性に優れている為、切削時の加工熱や摩擦熱
によって昇温し易いすくい面をクレータ摩耗から保護す
る機能を発揮する。しかしながらTiNはTiCに比べ
ると硬度が低い為被剛材と接する逃げ面に発生するフラ
ンク摩耗に対してはむしろ脆弱であり、フランク摩耗に
対してはTiCの方が高い耐久性を示す。
密着性が優れており、且つ基材の種類の如何にかかわら
ず被覆膜を形成し易いという特長があるので、これらの
点が評価されて、各種工作工具としては、イオンブレー
ティング法によりTiN膜を基材表面に被覆したものが
多く使用されている。
、基本的にはTiN膜の優れた耐熱性を生かしつつ、そ
の課題であるフランク摩耗に対する耐久性を高めること
より、耐摩耗性に優れた、工作工具等の耐摩耗性複合部
材を提供しようとするものである。
:5%以下TiN又はTi (C
N) :残部からなる皮膜を基材の表面に被覆し
てなる点に要旨を有するものである。
原子比が1.0〜0.7程度の広い組成範囲において8
1型結晶構造を有しており、Tiに対するNの固溶幅の
広い物質であるが、組成比によって機械的性質や化学的
性質がかなり変動する。そこで本発明者等は、Ti−N
系における結晶相組成と機械的性質等との関係を克明に
調べた結果、主としてTi、NとTiNの複合相からな
る耐摩耗性皮膜を被覆した部材は、従来のTi−N11
i被覆部材に比べてフランク摩耗に対する耐久性に優れ
ていることを見出し、さらに検討を重ねた結果、前記構
成に示される本発明部材を完成するに至った。
、フランク摩耗に対しては硬度の高いT i C11i
の方が高い耐久性を示す。モしてTi−N膜においても
、硬度の改善と耐フランク摩耗性の改善に相関性があり
、Tiz NとTiNを主とする耐摩耗性皮膜が耐フラ
ンク摩耗性に優れているのもその硬度が高いからである
と言うことができる。尚T i −N膜の組成を制御す
るに際しては、後記実施例にも示す様に例えば成膜雰囲
気のN2圧力を調整すればよいが、他の手段で組成制御
を行なうことも許される。又耐フランク摩耗性と硬度の
相関性を考えると、上記組成制御に加えて他の方法を併
用することによって硬度を高めることができれば耐フラ
ンク摩耗性の一層の改善につながる訳であり、その意味
から本発明においてはTi−N膜をT 1−CN膜(炭
窒化@)に置き換えた構成をも併せて採用することとし
た。
示すグラフであり、N2雰囲気下でTiを一定速度で蒸
発させながらN2分圧を変化させて基板上に膜形成を行
なった場合のN2分圧と膜中の結晶構成の関係を示すの
が第1図であり、N2分圧と当該膜の硬度との関係を示
すのが第2図である。第1図に示す様にN2分圧の増加
と共に結晶形態はα−TiからTi2 NさらにTiN
へと変化することが分かる。そして第1図と第2図の対
比から、本発明部材の被覆膜中に占めるTjzNlff
[が10%未満では膜硬度はTiNとはぼ同等であって
、耐フランク摩耗性の向上もみられないが、Ti2N量
の増加と共に膜硬度が上昇して耐フランク摩耗性の改善
が著しくなることが分かる。一方耐熱性(耐高温酸化性
)の観点からすると、TiNは大気中において600℃
で分解し始めてTi酸化物となり、さらに高温でTi1
t(ルチル)となる。そしてTi2Nの場合には分解温
度はさらに低下する。即ち膜中のTi2 N量が80%
を超えると熱分解温度が400℃を下回ることになり、
フライス工具等として使用したときの使用温度に近づく
ことになるので耐熱性に問題が生じる。これらの理由か
らTi−N膜におけるTi2N量は10〜80%とする
必要がある。
の条件はN7分圧の低い雰囲気即ちTi過剰な領域であ
る為、α−Ti相が同時に生成する。即ちN2分圧を低
くしてTi2Nを増加させていくと、TiNは減少しα
−Tiが増加する。
α−Ti生成量が5%を超えるとTi2Nが存在しても
膜全体では軟質化し硬度が低下する。その結果所望の耐
フランク摩耗性を得ることができなくなるのでα−Ti
量は5%以下に制限する必要がある。
してなるものであり、要は耐摩耗性に関してはTi2N
に負担させ、一方耐熱性(耐高温酸化性)に関してはT
iNで確保するもので、換言すればTiN中にTi2N
を分散させると共にα−Tiの生成を抑えた複合体高耐
摩耗性膜を基材表面に被覆してなる耐摩耗性膜被覆部材
である。さらに上記ではTi−N膜における各成分組成
を定めたのであるが、前述した様にTiCの高硬度性(
常温硬度Hv 3100kg/mm’以上)を付加する
ことにより耐フランク摩耗性を更に高めたT 1−CN
膜においても上記成分組成及びその限定理由はそのまま
当てはまる訳であり、この場合にはTi2NをT i
2 (CN)に置換え、且つTiNをTi (CN)に
置換えて考えればよい。
T i −CN被覆膜の膜厚については特に制限を設け
るものではないが、好ましくは膜厚を0.5〜10μm
とすることが推奨される。この理由は、当該膜厚が薄す
ぎる場合には被覆効果が十分に得られないからであり、
一方当該膜厚が厚すぎると膜強度自体が劣化して耐摩耗
性が却って低下するからである。
覆層の外層にさらにTiN若しくはT1CNの単体膜を
好ましくは0.5〜8μmの厚さで被覆することにより
耐高温酸化性を更に高めることができる。かかる複層膜
被覆部材において、外層膜の厚さが薄すぎる場合には耐
高温酸化性向上効果が十分に得られず、一方性層膜の厚
さが厚すぎると膜厚が厚すぎる場合の常として膜強度が
劣化し、摩耗し易くなる。
ーティング装置に装入して、150℃に予備加熱した後
、蒸発源よりTiを蒸発させると共にN、を導入して5
X 10−S〜4 X 10−’Torrの7囲気と
し、且つ基材部材に一50Vの電圧を印加して成膜を行
なった。尚炭窒化膜を形成する場合にはN2の代わりに
N 2 / CH4混合ガスを導入し、N2の分圧を上
記範囲に制御した。
る場合には、N2導入圧を7X10−3Torrに設定
してTiN1liを被覆した。このようにして得た被覆
部材の膜組成をX線回折法により確認した。
4を製作した。又比較例として同一の基体部材に、N2
導入圧7 X 10−3Torrの条件でTiN膜のみ
を被覆した従来材を製作した。
材を摩耗相手材として被覆膜の比摩耗量を測定したとこ
ろ第1表に示す結果が得られた。尚摩耗試験は荷重2.
2kgf、摩擦速度3.5m/秒の条件下で行なった。
グ装置に装入し、400℃に予備加熱した後、Tiを蒸
発させると共にN2導入圧を5 X 10−5〜4 x
10−’ Torrに夫々変化させ、且つ基体部材に
一100vの電圧を印加して成膜を行なった。尚炭窒化
膜の形成、TiN外層膜の形成、膜組成の定量は実験1
と同様にして行なった。
8を製作した。比較例として同一の基体部材に7 X
10−3TorrのN27囲気下でTiN膜のみを被覆
した従来材を製作した。得られた試作部材を下記条件の
切削試験に供したところ第2表に示す結果が得られた。
に逃げ面に発生するフランク摩耗に対して優れた抵抗性
を示した。
ある優れた耐熱性を確保しつつ、耐摩耗性殊にフランク
摩耗に対する抵抗性の優れた耐摩耗性複合部材を提供す
ることができた。
はN2圧力と膜のマイクロビッカース硬度の関係を示す
グラフである。
Claims (2)
- (1) 体積比で Ti_2N又はTi_2(CN):10〜80%α−T
i:5%以下 TiN又はTi(CN):残部 からなる皮膜を基材の表面に被覆してなることを特徴と
する耐摩耗性複合部材。 - (2) 請求項(1)の皮膜の外層にさらにTiN膜を
被覆してなることを特徴とする耐摩耗性複合部材。
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JP2633622B2 JP2633622B2 (ja) | 1997-07-23 |
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ID=14775692
Family Applications (1)
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2633622B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0466659A (ja) * | 1990-07-03 | 1992-03-03 | Osaka Prefecture | Ti2N被覆層を有する物体の製造方法 |
JPH0592304A (ja) * | 1991-05-21 | 1993-04-16 | Nachi Fujikoshi Corp | 複層コーテイング工具 |
CN103160793A (zh) * | 2011-12-16 | 2013-06-19 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 超厚TiN-TiCN多层复合薄膜材料的制备方法 |
CN103668062A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-03-26 | 大连远东工具有限公司 | 纳米多层复合膜及其制备方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS58164115A (ja) * | 1982-03-08 | 1983-09-29 | ダブリユ−・エツチ・ブラデイ・カンパニ− | スイツチ |
JPH01168857A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-04 | Agency Of Ind Science & Technol | 窒化チタン膜の形成方法 |
-
1988
- 1988-05-16 JP JP63120011A patent/JP2633622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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JP2633622B2 (ja) | 1997-07-23 |
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