JPH04136174A - 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の製造法 - Google Patents
硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の製造法Info
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- JPH04136174A JPH04136174A JP25828190A JP25828190A JPH04136174A JP H04136174 A JPH04136174 A JP H04136174A JP 25828190 A JP25828190 A JP 25828190A JP 25828190 A JP25828190 A JP 25828190A JP H04136174 A JPH04136174 A JP H04136174A
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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。
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〕
で表わされるαサイアロンや、同じく、組成式’ Ｓ’
６−ｚ ” ｚ Ｏｚ Ｎ８−ｚ、（ただし、Ｏ＜ｚ
≦４，３）、 で表わされるβアイアロン、さらに、Ｓｉ３Ｎ４、を主
成分とし、いずれも全体に占める割合で（以下％は重量
％を示す）、 結合相形成成分として、上記Ｍに含まれる元素のうちの
１種以上と、Ｓｔおよび／またはＡｌｌとの酸窒化物（
以下、Ｍ−（Ｓｌ、Ａｊｉｌ）−０−Ｎ系化合物で示す
）で構成されたガラス相：１〜２０％、を含有し、さら
に必要に応じて、 分散相形成成分として、例えばＴｌ、Ｚｒ。
６−ｚ ” ｚ Ｏｚ Ｎ８−ｚ、（ただし、Ｏ＜ｚ
≦４，３）、 で表わされるβアイアロン、さらに、Ｓｉ３Ｎ４、を主
成分とし、いずれも全体に占める割合で（以下％は重量
％を示す）、 結合相形成成分として、上記Ｍに含まれる元素のうちの
１種以上と、Ｓｔおよび／またはＡｌｌとの酸窒化物（
以下、Ｍ−（Ｓｌ、Ａｊｉｌ）−０−Ｎ系化合物で示す
）で構成されたガラス相：１〜２０％、を含有し、さら
に必要に応じて、 分散相形成成分として、例えばＴｌ、Ｚｒ。
Ｈｆ、Ｓｌ、およびＡｌの炭化物および窒化物、並びに
これらの２種以上の固溶体のうちのｉＦｉ以上以上−１
〜３５ ％含有してなるサイアロン基セラミックスまたはＳｉ３
Ｎ４基セラミックスで構成された基体に、表面研削を施
した後、通常の化学蒸着法（ＣＶＤ法）あるいは物理蒸
着法（ＰＶＤ法）を用いて、例えばＴ１およびＳｌの炭
化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物、並びにＡ
ｌ７の酸化物および酸窒化物のうちの１種の単層または
２種以上の複層からなる硬質被覆層、 を０．５〜１ＯｔＩＩＯの平均層厚で蒸谷形成すること
により表面被覆セラミックス製切削工具を製造する方法
が知られており、またこれらの表面被覆セラミックス製
切削工具が鋳鉄の切削によく用いられることも知られて
いる。
これらの２種以上の固溶体のうちのｉＦｉ以上以上−１
〜３５ ％含有してなるサイアロン基セラミックスまたはＳｉ３
Ｎ４基セラミックスで構成された基体に、表面研削を施
した後、通常の化学蒸着法（ＣＶＤ法）あるいは物理蒸
着法（ＰＶＤ法）を用いて、例えばＴ１およびＳｌの炭
化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物、並びにＡ
ｌ７の酸化物および酸窒化物のうちの１種の単層または
２種以上の複層からなる硬質被覆層、 を０．５〜１ＯｔＩＩＯの平均層厚で蒸谷形成すること
により表面被覆セラミックス製切削工具を製造する方法
が知られており、またこれらの表面被覆セラミックス製
切削工具が鋳鉄の切削によく用いられることも知られて
いる。
一方、近年の切削機械のＦＡ化およびＮＣ化の進展はめ
ざましく、これに伴ない、切削工具にもより長い使用寿
命が要求されているが、上記の従来表面被覆セラミック
ス製切削工具においては、基体表面に対する硬質被覆層
の密着性が十分でないために、実用に際して剥離が生じ
易く、この剥離が原因で比較的短時間の使用寿命しか示
さないのが現状である。
ざましく、これに伴ない、切削工具にもより長い使用寿
命が要求されているが、上記の従来表面被覆セラミック
ス製切削工具においては、基体表面に対する硬質被覆層
の密着性が十分でないために、実用に際して剥離が生じ
易く、この剥離が原因で比較的短時間の使用寿命しか示
さないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来表面被覆セラミックス製切削工具に着目し、基体表
面に対する硬質被覆層の密着性向上をはかるべく研究を
行なった結果、 （ａ） 従来表面被覆セラミックス製切削工具におい
て、これを構成する硬質被覆層が基体表面に対して十分
な密着性を示さないのは、基体が結合相形成成分として
含有するＭ−（Ｓｉ、Ａｌｌ）−０−Ｎ系化合物からな
るガラス相に原因があり、このガラス相と硬質被覆層の
密着性はきわめて悪く、実質的に硬質被覆層の密着性は
主成分たるサイアロンあるいはＳｔ Ｎ によって
確保されているといってもよいこと。
従来表面被覆セラミックス製切削工具に着目し、基体表
面に対する硬質被覆層の密着性向上をはかるべく研究を
行なった結果、 （ａ） 従来表面被覆セラミックス製切削工具におい
て、これを構成する硬質被覆層が基体表面に対して十分
な密着性を示さないのは、基体が結合相形成成分として
含有するＭ−（Ｓｉ、Ａｌｌ）−０−Ｎ系化合物からな
るガラス相に原因があり、このガラス相と硬質被覆層の
密着性はきわめて悪く、実質的に硬質被覆層の密着性は
主成分たるサイアロンあるいはＳｔ Ｎ によって
確保されているといってもよいこと。
（ｂ）シかし、上記表面被覆セラミックス製切削工具の
製造に際して、硬質被覆層の薄青形成前に、基体に、表
面研削を施した状態で、 窒素含有雰囲気中、１０５０〜１４００”Ｃの温度に加
熱保持、 の条件で熱処理を施すと、粒界に存在する非晶質のガラ
ス相が雰囲気の窒素と反応して結晶化するようになり、
このように結晶化した結合相の硬質被覆層に対する密着
性はきわめて高いものであるから、基体表面に対する硬
質被覆層の密着性が一段と向上するようになり、切削に
際して、硬質被覆層の剥離が著しく抑制され、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
製造に際して、硬質被覆層の薄青形成前に、基体に、表
面研削を施した状態で、 窒素含有雰囲気中、１０５０〜１４００”Ｃの温度に加
熱保持、 の条件で熱処理を施すと、粒界に存在する非晶質のガラ
ス相が雰囲気の窒素と反応して結晶化するようになり、
このように結晶化した結合相の硬質被覆層に対する密着
性はきわめて高いものであるから、基体表面に対する硬
質被覆層の密着性が一段と向上するようになり、切削に
際して、硬質被覆層の剥離が著しく抑制され、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たので
ある。
ある。
したかって、この発明は、上記研究結果にもとづいてな
されたものであって、 サイアロン基セラミックスまたはＳ １ ａ Ｎ４基セ
ラミツクスで構成された基体の表面に、通常のＣＶＤ法
またはＰＶＤ法を用い、硬質被覆層を形成するに先立っ
て、基体表面を研削した状態で、窒素含有雰囲気中、１
０５０〜１４００”Ｃの温度に加熱保持、 の条件で基体表面改質熱処理を施して、基体表面部の結
合相を構成するガラス相を結晶化し、この状態の基体表
面に硬質被覆層を蒸管形成することにより硬質被覆層の
密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具を製
造する方法に特徴を有するものである。
されたものであって、 サイアロン基セラミックスまたはＳ １ ａ Ｎ４基セ
ラミツクスで構成された基体の表面に、通常のＣＶＤ法
またはＰＶＤ法を用い、硬質被覆層を形成するに先立っ
て、基体表面を研削した状態で、窒素含有雰囲気中、１
０５０〜１４００”Ｃの温度に加熱保持、 の条件で基体表面改質熱処理を施して、基体表面部の結
合相を構成するガラス相を結晶化し、この状態の基体表
面に硬質被覆層を蒸管形成することにより硬質被覆層の
密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具を製
造する方法に特徴を有するものである。
なお、この発明の方法において、熱処理の加熱温度を１
０５０〜１４００”Ｃと定めたのは、１０５０’Ｃ未満
の温度では、ガラス相の結晶化が十分に行なわれず、こ
の結果硬質被覆層に所望の密着性向上効果が得られず、
一方１４００℃を越えた温度になると、基体の主成分で
あるサイアロンや５ｉ３Ｎ４に分解反応が起り、工具の
強度が低下するようになるという理由によるものである
。
０５０〜１４００”Ｃと定めたのは、１０５０’Ｃ未満
の温度では、ガラス相の結晶化が十分に行なわれず、こ
の結果硬質被覆層に所望の密着性向上効果が得られず、
一方１４００℃を越えた温度になると、基体の主成分で
あるサイアロンや５ｉ３Ｎ４に分解反応が起り、工具の
強度が低下するようになるという理由によるものである
。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。
る。
原料粉末として、平均粒径：０．８ａｍのα−５ｉ３Ｎ
４粉末、同０．５ｉｔＩａのＡｆＩ２０３粉末、同１．
２伽のＡｌ）Ｎ粉末、同１，２血のＹ２Ｏ３粉末、同０
．５血のＺ ｒ ０２粉末、同０．５血のＭｇＯ粉末、
および同１．５ｍのＴｉＮ粉末を用い、これら原料粉末
を所定の配合組成に配合し、ボールミルにて３６時時間
式混合し、乾燥した後、圧粉体にプレス成形し、この圧
粉体を１気圧のＮ２雰囲気中、温度： １７５０℃に２
時間保持の条件で焼結して第１表に示される組成をもっ
たαサイアロン基セラミックス、βサイアロン基セラミ
ックス、およびｓ ｉｓ Ｎ４ Ｍセラミックスで構成
された基体をそれぞれ成形し、これらの基体に研削を施
して寸法調整した後、同じく第１表に示される条件で基
体表面改質熱処理を施し、引続いてこれらの基体の表面
に、ＣＶＤ法を用い、通常の条件で第１表に示される組
成および層厚の硬質被覆層を形成することにより本発明
法１〜１２を実施し、それぞれＪＩＳ−３ＮにＮ １２
０４１２の形状をもった表面被覆セラミックス製切削工
具を製造した。
４粉末、同０．５ｉｔＩａのＡｆＩ２０３粉末、同１．
２伽のＡｌ）Ｎ粉末、同１，２血のＹ２Ｏ３粉末、同０
．５血のＺ ｒ ０２粉末、同０．５血のＭｇＯ粉末、
および同１．５ｍのＴｉＮ粉末を用い、これら原料粉末
を所定の配合組成に配合し、ボールミルにて３６時時間
式混合し、乾燥した後、圧粉体にプレス成形し、この圧
粉体を１気圧のＮ２雰囲気中、温度： １７５０℃に２
時間保持の条件で焼結して第１表に示される組成をもっ
たαサイアロン基セラミックス、βサイアロン基セラミ
ックス、およびｓ ｉｓ Ｎ４ Ｍセラミックスで構成
された基体をそれぞれ成形し、これらの基体に研削を施
して寸法調整した後、同じく第１表に示される条件で基
体表面改質熱処理を施し、引続いてこれらの基体の表面
に、ＣＶＤ法を用い、通常の条件で第１表に示される組
成および層厚の硬質被覆層を形成することにより本発明
法１〜１２を実施し、それぞれＪＩＳ−３ＮにＮ １２
０４１２の形状をもった表面被覆セラミックス製切削工
具を製造した。
また、比較の目的で、基体表面改善熱処理を行なわない
以外は同一の条件で従来法１〜３を実施し、表面被覆セ
ラミックス製切削工具を製造した。
以外は同一の条件で従来法１〜３を実施し、表面被覆セ
ラミックス製切削工具を製造した。
つぎに、この結果得られた各種の表面被覆セラミックス
製切削工具について、 被削材：鋳鉄（Ｆ Ｃ２５）の丸棒、 切削速度： ３５０ｍ ／ ｓｉｎ。
製切削工具について、 被削材：鋳鉄（Ｆ Ｃ２５）の丸棒、 切削速度： ３５０ｍ ／ ｓｉｎ。
送 リ： ０．２ｍ＋＊／ｒｅｖ、、切込み：１．
５ｍ■、 の条件で鋳鉄の乾式連続高速切削試験を行ない、使用寿
命に至るまでの切削時間をｎ１定した。これらの測定結
果を第１表に示した。
５ｍ■、 の条件で鋳鉄の乾式連続高速切削試験を行ない、使用寿
命に至るまでの切削時間をｎ１定した。これらの測定結
果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明法１〜１２によれば
、硬質被覆層の密着性にすぐれ、したがって硬質被覆層
が摩耗消滅（正常摩耗）して使用寿命に至るまで長い切
削時間を示す表面被覆セラミックス製切削工具を製造す
ることができ、一方従来法１〜３で製造された表面被覆
セラミックス製切削工具では、基体に結合相形成成分と
して存在するＭ−（Ｓｌ、ＡＦ）−０−Ｎ系化合物から
なるガラス相が基体表面に対する硬質被覆層の密着性を
阻害することから、比較的短時間で硬質被覆層に剥離が
発生し、これが原因で使用寿命に至ることが明らかであ
る。
、硬質被覆層の密着性にすぐれ、したがって硬質被覆層
が摩耗消滅（正常摩耗）して使用寿命に至るまで長い切
削時間を示す表面被覆セラミックス製切削工具を製造す
ることができ、一方従来法１〜３で製造された表面被覆
セラミックス製切削工具では、基体に結合相形成成分と
して存在するＭ−（Ｓｌ、ＡＦ）−０−Ｎ系化合物から
なるガラス相が基体表面に対する硬質被覆層の密着性を
阻害することから、比較的短時間で硬質被覆層に剥離が
発生し、これが原因で使用寿命に至ることが明らかであ
る。
上述のように、この発明の方法によれば、基体表面に対
する硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミック
ス製切削工具を製造することができ、したがってこれを
実用に洪した場合には、長期に亘ってすぐれた切削性能
を発揮し、切削機械のＦＡ化やＮＣ化にも十分対応する
ことができるなど工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
する硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミック
ス製切削工具を製造することができ、したがってこれを
実用に洪した場合には、長期に亘ってすぐれた切削性能
を発揮し、切削機械のＦＡ化やＮＣ化にも十分対応する
ことができるなど工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
Claims (1)
- （１）窒化けい素基セラミックスまたはサイアロン基セ
ラミックスで構成され、かつ表面研削された基体に、 窒素含有雰囲気中、１０５０〜１４００℃の温度に加熱
保持、 の条件で基体表面改質熱処理を施した後、通常の条件で
硬質被覆層を蒸着形成することを特徴とする硬質被覆層
の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の
製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25828190A JPH04136174A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25828190A JPH04136174A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136174A true JPH04136174A (ja) | 1992-05-11 |
Family
ID=17318070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25828190A Pending JPH04136174A (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04136174A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001017928A1 (en) * | 1999-09-09 | 2001-03-15 | Kennametal Inc. | Process for heat treating ceramics and articles of manufacture made thereby |
| EP1138656A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride member, method for manufacturing the same, and cutting tool |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25828190A patent/JPH04136174A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001017928A1 (en) * | 1999-09-09 | 2001-03-15 | Kennametal Inc. | Process for heat treating ceramics and articles of manufacture made thereby |
| EP1138656A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride member, method for manufacturing the same, and cutting tool |
| US6863963B2 (en) | 2000-03-31 | 2005-03-08 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride member, method for manufacturing the same, and cutting tool |
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