JPH0387369A - 被覆超硬合金工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被覆超硬合金工具の改良に関するものである。

詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬合金工具の応用
範囲の拡大に関するものである。

［従来の技術］ 硬質相がＷＣ，（ＷＴｉＴａ）Ｃ及びＣｏからなる超硬
合金にＴ　ｉ　Ｃ，Ａ　１２０３、Ｔ　ｉ　ＣＮ。

ＴｉＮ等を種々組み合わせた多層被覆工具は、その適用
範囲が広くかつ長寿命の切削工人　耐層工具等として実
用に供せられている。

その製造方法は主としてＣＶＤ法、ＰＶＤ法が用いられ
ているが、グロセス技術の進歩により様々な被覆方法も
とられている。

また、基体にはＪＩＳ　　Ｍ系超硬合金にＴｉＮを微量
添加した合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β
層等の表面改質が計れ、より靭性が向上している。従来
、耐摩耗性重視の用途にはＣＶＤ法によりＴ　ｉ　Ｃ，
Ａ　１２０３等の多層被覆が使用され耐欠損性重視の用
途には強度の劣化が少ないＰＶＤ法によりＴｉＮを被覆
した工具が適用されている。

［発明が解決しようとする問題点〕 上記の様に従来の耐摩耗重視の用途には、ＴｉＣ，Ａ　
１２０３等の被覆を実施し表面部に耐摩耗性の高い膜を
被覆し効果を上げているが、その反面、成膜時に基体と
皮膜界面に生ずる脆弱な脱炭層のため耐欠損性に弱いと
いう欠点があり、その改善として基体の表面に軟化層を
設けたり、上記の脱β層等を設定したりしてその強度の
改善を計っている。しかし、表面に軟化層や脱ベータ層
を設ける事は、基体表面のＴｉ量を減するため、カーボ
ンの動きを減少させ皮膜の密着性、耐剥離性、脱炭層の
生成等、目的とした意図とは反対に強度を劣化させ易い
。

［問題点を解決する手段〕 しかしながら、本発明者らはＪＩＳ　Ｍ系超硬合金にお
いて脱ベータ層を持つ基体を使用して様々な方法でｍ＠
な脱炭層の生成の防止に関して検討した粘気　有機ＣＮ
化合物を反応ガスとするＣＶＤ法で成膜した場合、その
方法の特長である低温処理のため基体との反応が少なく
脱炭層の生成が少なく、またアルミナ等の再被覆のため
温度を上昇させても既成膜と基体の反応は少なく、膜の
結晶性の変化にとどまりＩｌＩｍが脱炭層の原因となる
Ｃの移動に関して阻害する傾向があることをみいだした
。

〔作用〕

以上のごとく、本発明は周期律表の４ａ、５ａ。

６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ
族、Ｃｒ族の１種以上よりなるｗｃ基超超硬合金基体と
し、基体に（ＷＴｊ　Ｔａ）Ｃが無い脱ベータ層１０〜
５０ミクロンを設け、基体上に内層が０．５−１０ミク
ロンの有機ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法による
炭窒化チタン、中間層に１．０−１０ミクロンのＣＶＤ
法による炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンの１種
または２種以上（両者の繰り返しによる多層化を含む）
、最外層として０．５−５ミクロンのＣＶＤ法による酸
化アルミニウム及び／または窒化チタンを被覆したこと
を特徴とする被覆超硬合金工具である。

本発明による被覆工具の基体及び膜は以下の理由により
限定される。

ｌ）脱ベータ層　１０〜５０ミクロン ４ａ族の窒化物を微量添加することにより表面に脱ベー
タ層を生成させるが１０ミクロン以下ではクラック伝播
を阻む効果が少なく、また５０ミクロン以上では切削中
期以降、摩耗がある程度進行してきたとき、脱ベータ層
が受けとめてしまい溶着より欠損等を生じ易くなるため
、　１０〜５０ミクロンとした。

２）内層　０．５〜１０ミクロン 有機ＣＮ化合物を使用するＣＶＤ法 炭法化窒化チ タンが０．５ミクロン未満ではＣの移動を抑制するのに
充分な効果がなく、また単層で１０ミクロンを越えると
著しく靭性を阻害するために、０．５〜１０ミクロンと
した。

３）中間Ｎ　１．０〜１０ミクロン Ｃ’ＶＤ法 炭化チタン、窒化チタン、 炭窒化チタンの１種または２種以上 中間層が１．０ミクロン未満では充分な耐摩耗性を付与
することが出来ず、１０ミクロンをこえると一層として
厚く成りすぎ跪くなるため、　１．０〜１０ミクロンと
した。

また、２）３）を繰り返し被覆し、皮膜の粗粒化を防止
しっつ厚膜化を計った場合でも１０ミクロン以下が望ま
しい。

４）最外層　０．５〜５ミクロン ＣＶＤ法 酸化アルミニウムまたは窒化チタン 最外層が０．　５ミクロン未満では充分な耐摩耗性を付
与することが出来ず、５ミクロンをこえると一層として
厚く成りすぎ脆くなるため、　１．０〜５ミクロンとし
た。

以下、本発明に関し具体的に説明する。

［実施例１〕 市販のＷＣ粉末（平均粒度５．　０μｍ）　　　ＴｉＣ
粉末（同１．０μｍ）　　、ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ
）、ＴａＣ粉末（１，５μｍ）及び結合相としてＣｏ粉
末を使用して、一般に旋削用の基体に使用され６ＪＩＳ
　　Ｍ２０相当（組成８６　Ｗ　Ｃ−２ＴｉＣ−５Ｔａ
Ｃ−７Ｃｏ−０，２ＴｉＮ）になるように配合した。こ
れらの粉末を配合し、混合終了後、乾燥した後、プレス
成形し、真空中１４００℃でｌｈｒ焼結したのち、ＳＮ
ＭＡ４３２の形状に加工した。また、このチップをＣＶ
Ｄ反応炉中に設置し、Ｈ２ガスを流しながら、８００°
Ｃまで昇温した。　８００°ＣよりＴｉＣｌ４２％、Ｃ
Ｈ３ＣＮ　　２％、Ｈ２Ｐ４からなる混合気体を流量７
　’ｌｌ　／　ｍ　ｉ　ｎ　　圧力４０ｍｍＨｇの条件
で供給し０．５時間反応させ基体上にＴ１ＣＮを２ミク
ロン被覆した。そのチップを、さらに１０００″Ｃまで
昇温し、混合気体をＴｉＣｌ４２％、Ｎ２２％の組成に
変え６時間反応させ基体上にＴｉＮを６ミクロン形成さ
せた。次に混合気体をＣＯ２２％　ＡｌＣｌ３　２％　
Ｎ２残からなる混合気体を流量７°Ｉｌ　／　ｍ　ｉ　
ｎ圧力４０ｍｍＨｇの条件で供給し４時間反応させ基体
上にＡｌ２Ｏ３を２ミクロン被覆した。

このチップを市販の脱ベータ層を２０ミクロン有するＴ
ｉＣ６ミクロン−Ａ１２０３２ミクロンのチップと切削
試験を以下の条件で実施した。

切削試験の条件は構造用鋼の丸棒に４カ所に１０ｍｍ幅
の溝を入れ、機械的な衝撃が加わる条件で実施した。

切削速度　１８０ｍ／ｍｉｎ 送り　　　　０．　２ｍｍ／ｒｅｖ 切込み　　６．０ｍｍ その結天　本発明の被覆工具は２０００回の衝撃に対し
ても欠損せず、正常な摩耗を示したのに対し、市販のチ
ップは２００がら３００回の衝撃で欠損した。

さらに耐摩耗性を比較するため同様な切削条件で丸棒を
使用して行った。３０分切削後の逃げ面最大摩耗量は本
発明チップ　０．２９ｍｍ市販チップ０．３２ｍｍと大
差なかった。

［実施例２〕 実施例１と同様なチップを使用して、液相発生温度以下
における焼結時の真空度、保持時間を変化させる事によ
り脱ベータ層の厚さを変化させ、実施例と同様な方法で
被覆したチップを作成した。

第１表にその脱ベータ層の厚さ、膜質、膜厚を示す。

実施例１と同様な切削条件でテストした結果についても
第１表に併記した。

第１表の結果より、耐欠損性では、衝撃回数に大きな差
があるが、耐摩耗性に関しては同等か多少優れる程度で
ある。従って耐摩耗性に関しては中間層に複層の皮膜を
生成し膜の微細化を計り、最外層に窒化チタンを行う等
、膜質により向上させることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明の被覆超硬合金工具は皮膜と基体界面に生ずる脱
ベータ層を生成し、かつ脱ベータ層の効果を脱炭層の生
成防止をはかることにより最大限に生かし、刃先強度を
増し、耐欠損性を向上させたものであり、被覆工具の欠
点である重断続切削を含む分野へより適用範囲を広げた
工具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物、窒化物、炭
   窒化物の１種以上と、Ｆｅ族、Ｃｒ族の１種以上よりな
   るＷＣ基超硬合金を基体とし、基体に（ＷＴｉＴａ）Ｃ
   が無い脱ベータ層１０〜５０ミクロンを設け、基体上に
   内層が０．５−１０ミクロンの有機ＣＮ化合物を反応ガ
   スとするＣＶＤ法による炭窒化チタン、中間層に１．０
   −１０ミクロンのＣＶＤ法による炭化チタン、窒化チタ
   ン、炭窒化チタンの１種または２種以上、最外層として
   ０．５−５ミクロンのＣＶＤ法による酸化アルミニウム
   及び／または窒化チタンを被覆したことを特徴とする被
   覆超硬合金工具。