JPH0313305B2 - - Google Patents
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- JPH0313305B2 JPH0313305B2 JP59091438A JP9143884A JPH0313305B2 JP H0313305 B2 JPH0313305 B2 JP H0313305B2 JP 59091438 A JP59091438 A JP 59091438A JP 9143884 A JP9143884 A JP 9143884A JP H0313305 B2 JPH0313305 B2 JP H0313305B2
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- boron nitride
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
- C23C16/342—Boron nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、すぐれた耐摩耗性を有し、特に切
削工具部材や耐摩工具部材として用いた場合にす
ぐれた性能を長期に亘つて発揮する表面被覆工具
部材に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、一般に、各種の切削工具部材や耐摩工具
部材として、炭化タングステン（以下WCで示
す）基超硬合金基材の表面に、 TiおよびHfの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸化物、および炭窒酸化物〔以下、それぞれ
TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO、HfC、
HfN、HfCN、HfCO、およびHfCNOで示し、
かつこれらを総称して（Ti、Hf）Ｃ・Ｎ・Ｃで
示す〕、並びに酸化アルミニウム（以下Al2O3で
示す）のうちの１種の単層または２種以上の複層
からなる平均層厚：0.5〜5μｍの内層を介して、
あるいは前記内層を形成せずに直接、実質的に立
方晶窒化ほう素（以下CBNで示す）と六方晶窒
化ほう素（以下HBNで示す）からなる平均層
厚：0.5〜10μｍの窒化ほう素（以下BNで示す）
被覆層を、化学蒸着法（CVD法）や物理蒸着法
（PVD法）を用いて形成してなる表面被覆工具部
材が用いられていることは良く知られるところで
ある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 一方、近年の各種機器の高性能化および省力化
に伴い、切削工具部材や耐摩工具部材も、その使
用条件が苛酷さを増す状態にあり、したがつてこ
れらの工具部材にもより一段の耐摩耗性の向上が
要求されているのが現状である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、上記の従来表面被覆工具部材に着目し、これ
の耐摩耗性向上をはかるへく研究を行なつた結
果、BN被覆層形成時に、BNと同時に、きわめ
て僅かの量のTiを蒸発させて、蒸着形成された
BN被覆層中に固溶含有させると、このTiの固溶
含有によつてBN被覆層におけるCBNの割合が、
上記の従来表面被覆工具部材のBN被覆層では約
20重量％（したがつて残りの約80重量％は実質的
にHBNからなる）であつたものが、55〜97％に
向上し、CBNはHBNに比して著しく高い硬さを
もつことから、BN被覆層の硬さが向上し、工具
部材がすぐれた耐摩耗性を示すようになるという
知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、WC基超硬合金基材の表面に、（Ti、
Hf）Ｃ・Ｎ・ＯおよびAl2O3のうちの１種の単層
または２種以上の複層からなる平均層厚：0.5〜
5μｍの内層を介して、あるいはこの内層を形成
せずに直接、実質的にCBNとHBNからなる平均
層厚：0.5〜10μｍのBN被覆層を形成してなる表
面被覆工具部材において、 上記BN被覆層に0.3〜４原子％のTiを固溶含
有せしめて、BN被覆層におけるCBNの占める割
合を55〜97重量％に向上させ、もつて硬さ向上を
はかつた耐摩耗性のすぐれた表面被覆工具部材に
特徴を有するものである。 なお、この発明の表面被覆工具部材のBN被覆
層におけるTi固溶含有量を0.3〜４原子％と限定
したのは、その固溶含有量が0.3原子％未満では、
BN被覆層中のCBNの割合が55重量％未満とな
り、所望の高硬度を確保することができず、一方
その固溶含有量が４原子％を越えても、BN被覆
層中のCBNの割合が低下するようになつて、そ
の割合を55重量％以上にすることはできないとい
う理由によるものであり、また、この場合、Ti
の固溶含有によつてBN被覆層中に占めるCBNの
割合を97重量％を越えて多くすることは不可能で
あり、したがつて0.3〜４原子％のTi固溶含有に
よつて、必然的にBN被覆層中のCBNの割合は55
〜97重量％となるのである。 さらに、この発明の表面被覆工具部材を構成す
る内層およびBN被覆層の平均層厚に関し、その
厚さがいずれの場合も、0.5μｍ未満では所望の耐
摩耗性向上効果が得られず、一方その厚さが、内
層については5μｍ、BN被覆層については10μｍ
を越えると、チツピングや剥離が発生し易くな
り、比較的短時間で使用寿命に至るようになるこ
とから、内層の平均層厚を0.5〜5μｍ、BN被覆層
の平均層厚を0.5〜10μｍとそれぞれ定めた。 つぎに、この発明の表面被覆工具部材を実施例
により具体的に説明する。 WC基超硬合金基材として、第１表に示される
成分組成を有し、かつISO規格SNGN432に則し
た形状を有するスローアウエイチツプを用意し、
このチツプを、その表面に通常のCVD法あるい
はPVD法により同じく第１表に示される組成お
よび平均層厚を有する内層を形成した状態で、あ
るいは内層の形成を行なわずに、高周波スパツタ
リング装置に装入し、 チツプ加熱温度：400℃、 チツプとHBNターゲツトとのバイアス電圧：
150V、 真空度：10-3mmHg、 雰囲気ガス：N2／Ar＝1/4、 Tiターゲツトの印加電圧：−1000V、 チツプとHBNターゲツトの距離：30mm、 チツプとTiターゲツトの距離：20〜90mm、 蒸着時間：0.5〜30時間、 の条件でスパツタリング処理を行ない、第１表に
示されるTi固溶含有量、平均層厚、CBN／HBN
重量比、およびビツカーズ硬さ（HV）を有する
BN被覆層を形成することにより本発明表面被覆
切削工具部材（以下本発明被覆切削チツプとい
う）１〜20および比較表面被覆切削工具部材（以
下比較被覆切削チツプという）１〜６をそれぞれ
製造した。 なお、比較被覆切削チツプ１〜６は、いずれも
削工具部材や耐摩工具部材として用いた場合にす
ぐれた性能を長期に亘つて発揮する表面被覆工具
部材に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、一般に、各種の切削工具部材や耐摩工具
部材として、炭化タングステン（以下WCで示
す）基超硬合金基材の表面に、 TiおよびHfの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸化物、および炭窒酸化物〔以下、それぞれ
TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO、HfC、
HfN、HfCN、HfCO、およびHfCNOで示し、
かつこれらを総称して（Ti、Hf）Ｃ・Ｎ・Ｃで
示す〕、並びに酸化アルミニウム（以下Al2O3で
示す）のうちの１種の単層または２種以上の複層
からなる平均層厚：0.5〜5μｍの内層を介して、
あるいは前記内層を形成せずに直接、実質的に立
方晶窒化ほう素（以下CBNで示す）と六方晶窒
化ほう素（以下HBNで示す）からなる平均層
厚：0.5〜10μｍの窒化ほう素（以下BNで示す）
被覆層を、化学蒸着法（CVD法）や物理蒸着法
（PVD法）を用いて形成してなる表面被覆工具部
材が用いられていることは良く知られるところで
ある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 一方、近年の各種機器の高性能化および省力化
に伴い、切削工具部材や耐摩工具部材も、その使
用条件が苛酷さを増す状態にあり、したがつてこ
れらの工具部材にもより一段の耐摩耗性の向上が
要求されているのが現状である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、上記の従来表面被覆工具部材に着目し、これ
の耐摩耗性向上をはかるへく研究を行なつた結
果、BN被覆層形成時に、BNと同時に、きわめ
て僅かの量のTiを蒸発させて、蒸着形成された
BN被覆層中に固溶含有させると、このTiの固溶
含有によつてBN被覆層におけるCBNの割合が、
上記の従来表面被覆工具部材のBN被覆層では約
20重量％（したがつて残りの約80重量％は実質的
にHBNからなる）であつたものが、55〜97％に
向上し、CBNはHBNに比して著しく高い硬さを
もつことから、BN被覆層の硬さが向上し、工具
部材がすぐれた耐摩耗性を示すようになるという
知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、WC基超硬合金基材の表面に、（Ti、
Hf）Ｃ・Ｎ・ＯおよびAl2O3のうちの１種の単層
または２種以上の複層からなる平均層厚：0.5〜
5μｍの内層を介して、あるいはこの内層を形成
せずに直接、実質的にCBNとHBNからなる平均
層厚：0.5〜10μｍのBN被覆層を形成してなる表
面被覆工具部材において、 上記BN被覆層に0.3〜４原子％のTiを固溶含
有せしめて、BN被覆層におけるCBNの占める割
合を55〜97重量％に向上させ、もつて硬さ向上を
はかつた耐摩耗性のすぐれた表面被覆工具部材に
特徴を有するものである。 なお、この発明の表面被覆工具部材のBN被覆
層におけるTi固溶含有量を0.3〜４原子％と限定
したのは、その固溶含有量が0.3原子％未満では、
BN被覆層中のCBNの割合が55重量％未満とな
り、所望の高硬度を確保することができず、一方
その固溶含有量が４原子％を越えても、BN被覆
層中のCBNの割合が低下するようになつて、そ
の割合を55重量％以上にすることはできないとい
う理由によるものであり、また、この場合、Ti
の固溶含有によつてBN被覆層中に占めるCBNの
割合を97重量％を越えて多くすることは不可能で
あり、したがつて0.3〜４原子％のTi固溶含有に
よつて、必然的にBN被覆層中のCBNの割合は55
〜97重量％となるのである。 さらに、この発明の表面被覆工具部材を構成す
る内層およびBN被覆層の平均層厚に関し、その
厚さがいずれの場合も、0.5μｍ未満では所望の耐
摩耗性向上効果が得られず、一方その厚さが、内
層については5μｍ、BN被覆層については10μｍ
を越えると、チツピングや剥離が発生し易くな
り、比較的短時間で使用寿命に至るようになるこ
とから、内層の平均層厚を0.5〜5μｍ、BN被覆層
の平均層厚を0.5〜10μｍとそれぞれ定めた。 つぎに、この発明の表面被覆工具部材を実施例
により具体的に説明する。 WC基超硬合金基材として、第１表に示される
成分組成を有し、かつISO規格SNGN432に則し
た形状を有するスローアウエイチツプを用意し、
このチツプを、その表面に通常のCVD法あるい
はPVD法により同じく第１表に示される組成お
よび平均層厚を有する内層を形成した状態で、あ
るいは内層の形成を行なわずに、高周波スパツタ
リング装置に装入し、 チツプ加熱温度：400℃、 チツプとHBNターゲツトとのバイアス電圧：
150V、 真空度：10-3mmHg、 雰囲気ガス：N2／Ar＝1/4、 Tiターゲツトの印加電圧：−1000V、 チツプとHBNターゲツトの距離：30mm、 チツプとTiターゲツトの距離：20〜90mm、 蒸着時間：0.5〜30時間、 の条件でスパツタリング処理を行ない、第１表に
示されるTi固溶含有量、平均層厚、CBN／HBN
重量比、およびビツカーズ硬さ（HV）を有する
BN被覆層を形成することにより本発明表面被覆
切削工具部材（以下本発明被覆切削チツプとい
う）１〜20および比較表面被覆切削工具部材（以
下比較被覆切削チツプという）１〜６をそれぞれ
製造した。 なお、比較被覆切削チツプ１〜６は、いずれも
【表】
第１表に示される結果から、本発明被覆切削チ
ツプ１〜20は、いずれもBN被覆層が、0.3〜４原
子％のTiを固溶含有することによつて、これの
CBNの占める割合が55重量％以上となつており、
この結果高硬度を有し、すぐれた耐摩耗性を示す
ことから、使用寿命も長いものとなつているのに
対して、比較被覆切削チツプ１、４（従来表面被
覆工具部材に相当）や、Tiを固溶含有しても、
その含有量がこの発明の範囲から外れた比較被覆
切削チツプ２、３、５、６においては、いずれも
BN被覆層におけるCBNの占める割合が50重量％
以下で、硬さも低く、この結果切削試験ではきわ
めて短かい使用寿命しか示さないことが明らかで
ある。 上述のように、この発明の表面被覆工具部材
は、これを構成するBN被覆層の硬さが従来のそ
れに比して一段と高く、すぐれた耐摩耗性を示す
ことから、これを切削工具や耐摩工具などして用
いた場合にすぐれた性能を著しく長期に亘つて発
揮するのである。
ツプ１〜20は、いずれもBN被覆層が、0.3〜４原
子％のTiを固溶含有することによつて、これの
CBNの占める割合が55重量％以上となつており、
この結果高硬度を有し、すぐれた耐摩耗性を示す
ことから、使用寿命も長いものとなつているのに
対して、比較被覆切削チツプ１、４（従来表面被
覆工具部材に相当）や、Tiを固溶含有しても、
その含有量がこの発明の範囲から外れた比較被覆
切削チツプ２、３、５、６においては、いずれも
BN被覆層におけるCBNの占める割合が50重量％
以下で、硬さも低く、この結果切削試験ではきわ
めて短かい使用寿命しか示さないことが明らかで
ある。 上述のように、この発明の表面被覆工具部材
は、これを構成するBN被覆層の硬さが従来のそ
れに比して一段と高く、すぐれた耐摩耗性を示す
ことから、これを切削工具や耐摩工具などして用
いた場合にすぐれた性能を著しく長期に亘つて発
揮するのである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化タングステン基超硬合金基材の表面に、
実質的に立方晶窒化ほう素と六方晶窒化ほう素か
らなる平均層厚：0.5〜10μｍの窒化ほう素被覆層
を形成してなる表面被覆工具部材において、 上記窒化ほう素被覆層に0.3〜４原子％のTiを
固溶含有させて、窒化ほう素被覆層における立方
晶窒化ほう素の占める割合を55〜97重量％に向上
せしめたことを特徴とする耐摩耗性のすぐれた表
面被覆工具部材。 ２ 炭化タングステン基超硬合金基材の表面に、
TiおよびHfの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸
化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウ
ムのうちの１種の単層または２種以上の複層から
なる平均層厚：0.5〜5μｍの内層を介して、実質
的に立方晶窒化ほう素と六方晶窒化ほう素からな
る平均層厚：0.5〜10μｍの窒化ほう素被覆層を形
成してなる表面被覆工具部材において、 上記窒化ほう素被覆層に0.3〜４原子％のTiを
固溶含有させて、窒化ほう素被覆層における立方
晶窒化ほう素の占める割合を55〜97重量％に向上
せしめたことを特徴とする耐摩耗性のすぐれた表
面被覆工具部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9143884A JPS60234961A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆工具部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9143884A JPS60234961A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆工具部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60234961A JPS60234961A (ja) | 1985-11-21 |
| JPH0313305B2 true JPH0313305B2 (ja) | 1991-02-22 |
Family
ID=14026371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9143884A Granted JPS60234961A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆工具部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60234961A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326349A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-03 | Kobe Steel Ltd | 立方晶窒化硼素被膜の形成方法 |
| US5948541A (en) * | 1996-04-04 | 1999-09-07 | Kennametal Inc. | Boron and nitrogen containing coating and method for making |
| US5976716A (en) * | 1996-04-04 | 1999-11-02 | Kennametal Inc. | Substrate with a superhard coating containing boron and nitrogen and method of making the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5727910A (en) * | 1980-06-04 | 1982-02-15 | Battelle Development Corp | Manufacture of cubic boron nitride |
| JPS5980775A (ja) * | 1982-11-01 | 1984-05-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 硬質薄膜の製造法 |
-
1984
- 1984-05-08 JP JP9143884A patent/JPS60234961A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5727910A (en) * | 1980-06-04 | 1982-02-15 | Battelle Development Corp | Manufacture of cubic boron nitride |
| JPS5980775A (ja) * | 1982-11-01 | 1984-05-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 硬質薄膜の製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60234961A (ja) | 1985-11-21 |
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