JPH04182376A - 被覆窒化ケイ素系焼結体 - Google Patents
被覆窒化ケイ素系焼結体Info
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- JPH04182376A JPH04182376A JP2311466A JP31146690A JPH04182376A JP H04182376 A JPH04182376 A JP H04182376A JP 2311466 A JP2311466 A JP 2311466A JP 31146690 A JP31146690 A JP 31146690A JP H04182376 A JPH04182376 A JP H04182376A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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］
本発明は耐摩耗性が要求される切削工具及び摺動部品等
として利用される窒化ケイ素系焼結体に関する。
として利用される窒化ケイ素系焼結体に関する。
［従来技術及び問題点］
窒化ケイ素系焼結体又はサイアロン焼結体（以下「窒化
ケイ素系焼結体」という）は耐酸化性。
ケイ素系焼結体」という）は耐酸化性。
耐熱衝撃性、耐欠損性にすぐれた材料であり、切削工具
として実用化されつつある。しかし、窒化ケイ素系焼結
体は主構成元素となっているＳｔが鉄との親和性にすぐ
れる為１例えば鉄系被削祠の切削ではしばしば耐摩耗性
が問題となっていた。
として実用化されつつある。しかし、窒化ケイ素系焼結
体は主構成元素となっているＳｔが鉄との親和性にすぐ
れる為１例えば鉄系被削祠の切削ではしばしば耐摩耗性
が問題となっていた。
この解決策として、特公昭５９− １３４７５．同６２
−１３４３０などに代表される硬質物質の肢覆法がある
。しかしこれらの被覆層は基体との熱的・化学的親和性
が悪く、断続切削など重切削時に剥離を起こし、この改
善が急務となっていた。
−１３４３０などに代表される硬質物質の肢覆法がある
。しかしこれらの被覆層は基体との熱的・化学的親和性
が悪く、断続切削など重切削時に剥離を起こし、この改
善が急務となっていた。
［課題を解決するための手段］
そこで１本発明者は被覆層について種々検討・実験を行
なった結果、内層と外層とで特定の異なった組成のもの
、特にＴｉＮｘを有効に活用し傾斜ないし段階的なＮ含
有比をもったＴｉＮ）、層を倫えることにより、鉄系被
削材の切削においても。
なった結果、内層と外層とで特定の異なった組成のもの
、特にＴｉＮｘを有効に活用し傾斜ないし段階的なＮ含
有比をもったＴｉＮ）、層を倫えることにより、鉄系被
削材の切削においても。
耐摩耗性に優れると共に、基体との接合性の良好な被覆
層を見出し１本発明を完成するに至ったものである。
層を見出し１本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、外層は特に耐摩耗性に優れた硬質物質として
ＴｉＮｙ 、 ＴｉＣｙ 、 Ｔｉ （Ｃａ Ｎ＋−ａ
） ｚ（０＜ａ＜ １ ； ｙ、 ｚ＞ ０．９）
、 ＡＩ！ＯＮ、 Ｍ２０＋を選定した。ここで特に重
要なのはＴｉＮ、 、 ＴｉＣｙのｙは出来る限り１に
近い（ｙ ＞ ０．９０） 、すなわち化学量論比に近
づける程耐摩耗性が向上することであり、かかる点を本
発明者は先ず見出した。
ＴｉＮｙ 、 ＴｉＣｙ 、 Ｔｉ （Ｃａ Ｎ＋−ａ
） ｚ（０＜ａ＜ １ ； ｙ、 ｚ＞ ０．９）
、 ＡＩ！ＯＮ、 Ｍ２０＋を選定した。ここで特に重
要なのはＴｉＮ、 、 ＴｉＣｙのｙは出来る限り１に
近い（ｙ ＞ ０．９０） 、すなわち化学量論比に近
づける程耐摩耗性が向上することであり、かかる点を本
発明者は先ず見出した。
外層の膜厚は０．５μｍでは効果がなく４μｍより厚く
なると熱膨張差より亀裂が発生し、剥離現象をひきおこ
す。
なると熱膨張差より亀裂が発生し、剥離現象をひきおこ
す。
次にこの外層及び窒化ケイ素系基体のいずれに対しても
親和性かよい内層として有用な硬質物質を検討した結果
、 ＴｉＮ、 （０，７０≦ｘ≦０．９０） 、即ち
、特定のＸ範囲を有するＴｊＮＸが最も適していること
を見出した。これは、 ＴｊＮＸは化合物として不安定
であり、これか親和性を向上させ、又Ｘか小さくなる稈
、金属的性質を帯びやすく、これか靭性面で有効に作用
しているものと考えられる。しかし、Ｘか０．７０より
小さいと、Ｔ１□Ｎなどの細化合物が生成し親和性か悪
くなるので好ましくなく、又厚みについてはＸか小さい
ものは上記のごとく耐摩耗性には逆に不利に働くので内
層は４μｍ以」二に厚くすることは好ましくない。ただ
し内層は０，２μｍ以下では親和性を充分に向上させる
ことかできない。従って、’！”ｉＮｘのＸを基体に近
づく程小さくして親和性を向上させる一方、外層に近づ
く程大きくして耐摩耗性に有利とするよう連続的ないし
は段階的に変化させるのが最も好ましいと思われる。
親和性かよい内層として有用な硬質物質を検討した結果
、 ＴｉＮ、 （０，７０≦ｘ≦０．９０） 、即ち
、特定のＸ範囲を有するＴｊＮＸが最も適していること
を見出した。これは、 ＴｊＮＸは化合物として不安定
であり、これか親和性を向上させ、又Ｘか小さくなる稈
、金属的性質を帯びやすく、これか靭性面で有効に作用
しているものと考えられる。しかし、Ｘか０．７０より
小さいと、Ｔ１□Ｎなどの細化合物が生成し親和性か悪
くなるので好ましくなく、又厚みについてはＸか小さい
ものは上記のごとく耐摩耗性には逆に不利に働くので内
層は４μｍ以」二に厚くすることは好ましくない。ただ
し内層は０，２μｍ以下では親和性を充分に向上させる
ことかできない。従って、’！”ｉＮｘのＸを基体に近
づく程小さくして親和性を向上させる一方、外層に近づ
く程大きくして耐摩耗性に有利とするよう連続的ないし
は段階的に変化させるのが最も好ましいと思われる。
一基体については窒化ケイ素、サイアロンいずれも良好
な結果が得られる。結晶系についてもα型。
な結果が得られる。結晶系についてもα型。
β型のいずれでもよい。通常はβ型が靭性面で有利であ
るが、特に耐摩耗性を重視する場合α型が一部（好まし
くは半分以下）混在したものが良い結果を得る。特に好
ましいのはＴｉＮをさらに含有することである。、含有
する場合３〜２０ｖｏｉ！％程度か最も良い結果が得ら
れる。又基体作成時にはＡｊ！Ｎ、 Ａｆ！２０ｓ 、
Ｙ２Ｏ３，）ＬｇＯ、ＺｒＯ２，ＣｅＯ□、 Ｙｂ２
Ｏ３など通常使われる焼結助剤を用いればよく、量的に
は焼結上問題ない範囲で少ない方がよく、多くとも２０
ｖｏｌ！％以下が好ましい。製造方法は普通焼結、ガス
圧焼結、 ＨＩＰ焼結いずれの方法でもよい。
るが、特に耐摩耗性を重視する場合α型が一部（好まし
くは半分以下）混在したものが良い結果を得る。特に好
ましいのはＴｉＮをさらに含有することである。、含有
する場合３〜２０ｖｏｉ！％程度か最も良い結果が得ら
れる。又基体作成時にはＡｊ！Ｎ、 Ａｆ！２０ｓ 、
Ｙ２Ｏ３，）ＬｇＯ、ＺｒＯ２，ＣｅＯ□、 Ｙｂ２
Ｏ３など通常使われる焼結助剤を用いればよく、量的に
は焼結上問題ない範囲で少ない方がよく、多くとも２０
ｖｏｌ！％以下が好ましい。製造方法は普通焼結、ガス
圧焼結、 ＨＩＰ焼結いずれの方法でもよい。
被覆層の形成方法は１条件の自由度、硬質物質の種類の
多くからＣＶＤが最もよいが、 ＴｊＮ含有基体などの
電気伝導性があるものはＰＶＤ法でもよい。
多くからＣＶＤが最もよいが、 ＴｊＮ含有基体などの
電気伝導性があるものはＰＶＤ法でもよい。
本発明の被覆窒化ケイ素系焼結体は５種々の鉄系被削材
１例えば炭素鋼２合金鋼、工具鋼、べ一 ５ − アリング鋼、焼結合金、普通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄１合
金鋳鉄、チルド鋳鉄などを切削する切削工具として使用
でき、十分な耐摩耗性を有する。
１例えば炭素鋼２合金鋼、工具鋼、べ一 ５ − アリング鋼、焼結合金、普通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄１合
金鋳鉄、チルド鋳鉄などを切削する切削工具として使用
でき、十分な耐摩耗性を有する。
［実施例コ
基体は表１に示す組成２条件にて作成した。
ｒＥＪは窒化ケイ素系材料、他はサイアロン系材料であ
る。ここでｒＦＪは配合組成における助剤量が２０ 、
５ｖｏｆｆ％であり、あまり好ましい基体ではない。次
に表１の焼結体を５ＮＧＮ４３２ （ＪＩＳ）形状に研
削仕」−シ１表２に示す内層及び外層で被覆した。
る。ここでｒＦＪは配合組成における助剤量が２０ 、
５ｖｏｆｆ％であり、あまり好ましい基体ではない。次
に表１の焼結体を５ＮＧＮ４３２ （ＪＩＳ）形状に研
削仕」−シ１表２に示す内層及び外層で被覆した。
この場合、被覆層は次のような条件下でのＣＶＤ法によ
って形成した。即ち。
って形成した。即ち。
（イ） ＴｉＮｘ（０，６５≦ｘ≦０９５）についてＴ
ｉＣｆｆ４ ： ２−１０％ Ｎ２ ： １
０−３０％Ｈ２：１３５〜８０％ 温度 ９５００〜１０００℃ 圧力 ８００ 〜９００ｍｂａｒ （この条件を上記範囲内で変化させ所定のＸ値のＴ１Ｎ
ｚを得た。下部、中央、−に部でＸ値が異なるものにつ
いてはその条件を段階的に＝ ６− 変化させた。） ＠Ｔ１Ｃｏ、ｓ Ｎｏ５について ＴｉＣｆｆ４ ： ２％、Ｎ２：２５％ＣＩ＋４
：３％ Ｈ２ニア０％温度 １０００°Ｃ 圧力 ９００ｍｂａｒ （ハ） Ｔ１Ｃａ、９＋について ＴｉＣＪ４： ４％、 ＣＩ＋４ ：４％Ｎ
２ ：９２％ 温度 １０５０℃ 圧力 ２００ｍｂａｒ に）Ａｆ！ＯＮについて Ｍα３ ：４％、 Ｃｏ、２：３％Ｎ２ ：６
％ Ｎ２：８７％ 温度 １０００℃ 圧力 １００ｒｒｌｂａｒ （ホ）Ａｆ！２０３について ＡｊＩＣ１３：３％、 ＣＯ２＋３％Ｎ２：９４
％ 温度 １０００°Ｃ 圧力 ５０ｍｂａｒ ここで、 ＴｉＮｘのＸ値は下記のごとく作成条件より
求めた。すなわちコーティング時のＴｉＣｆｆ４゜Ｎ２
濃度とコーティング圧力を変化させ、Ｘ値の異なる５〜
１０μｍのＴｉＮｘ膜を基体Ｃに′０１覆した。
ｉＣｆｆ４ ： ２−１０％ Ｎ２ ： １
０−３０％Ｈ２：１３５〜８０％ 温度 ９５００〜１０００℃ 圧力 ８００ 〜９００ｍｂａｒ （この条件を上記範囲内で変化させ所定のＸ値のＴ１Ｎ
ｚを得た。下部、中央、−に部でＸ値が異なるものにつ
いてはその条件を段階的に＝ ６− 変化させた。） ＠Ｔ１Ｃｏ、ｓ Ｎｏ５について ＴｉＣｆｆ４ ： ２％、Ｎ２：２５％ＣＩ＋４
：３％ Ｈ２ニア０％温度 １０００°Ｃ 圧力 ９００ｍｂａｒ （ハ） Ｔ１Ｃａ、９＋について ＴｉＣＪ４： ４％、 ＣＩ＋４ ：４％Ｎ
２ ：９２％ 温度 １０５０℃ 圧力 ２００ｍｂａｒ に）Ａｆ！ＯＮについて Ｍα３ ：４％、 Ｃｏ、２：３％Ｎ２ ：６
％ Ｎ２：８７％ 温度 １０００℃ 圧力 １００ｒｒｌｂａｒ （ホ）Ａｆ！２０３について ＡｊＩＣ１３：３％、 ＣＯ２＋３％Ｎ２：９４
％ 温度 １０００°Ｃ 圧力 ５０ｍｂａｒ ここで、 ＴｉＮｘのＸ値は下記のごとく作成条件より
求めた。すなわちコーティング時のＴｉＣｆｆ４゜Ｎ２
濃度とコーティング圧力を変化させ、Ｘ値の異なる５〜
１０μｍのＴｉＮｘ膜を基体Ｃに′０１覆した。
この被覆膜をＥＰＭＡにより分↑ＩｒＬ、ＴｉＮＨのＸ
値を決定した。このようにして求めたＸ値と作成条件の
関係より９表２のＸ値を推定した。例えば、実施例１の
内層であるＴ１Ｎｏ、８ｏについて云えば。
値を決定した。このようにして求めたＸ値と作成条件の
関係より９表２のＸ値を推定した。例えば、実施例１の
内層であるＴ１Ｎｏ、８ｏについて云えば。
Ｔｉα４ ：５％ Ｎ２ ：１５％Ｎ２：８０
％ ■０００°Ｃ，８５０ｍｂａｒ の条件下で基体Ｃに約１０μｍ程度の厚みのＴｊＮつ膜
を作成した。この膜表面をＥ Ｐ Ｍ Ａにて分析し、
ｘ＝０８０であることを確認した。
％ ■０００°Ｃ，８５０ｍｂａｒ の条件下で基体Ｃに約１０μｍ程度の厚みのＴｊＮつ膜
を作成した。この膜表面をＥ Ｐ Ｍ Ａにて分析し、
ｘ＝０８０であることを確認した。
又、実施例２の内層については、」−記例のごとく最初
に０．７５の膜がつく条件下てＣＶＤコーティングを開
始し、この条件を連続的に（現実には段階的に）変化さ
せ０．８０．０．８５とＸ値を大きくしていった。
に０．７５の膜がつく条件下てＣＶＤコーティングを開
始し、この条件を連続的に（現実には段階的に）変化さ
せ０．８０．０．８５とＸ値を大きくしていった。
この様にして作成した試料を下記に示す条件にて切削テ
ストし、逃げ面側の摩耗量を測定し９表２中に示した。
ストし、逃げ面側の摩耗量を測定し９表２中に示した。
切削速度： ２００ｍ／ｍｉｎ
送 リ ： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ切
込み： ２．Ｏｍｍ 被削材： Ｆｅ１２ （内径２００ ｍｍφ、外径３００ ｍｍφの円筒形状１表面は鋳 肌状態） 切削距離： １０ｐａｓｓ 注）この切削テストにおける摩耗形態はいずれもアブレ
ッジブタイブの摩耗、即ちコーテイング膜が微小Ｔｊ離
欠損することにより発生する摩耗であった。
込み： ２．Ｏｍｍ 被削材： Ｆｅ１２ （内径２００ ｍｍφ、外径３００ ｍｍφの円筒形状１表面は鋳 肌状態） 切削距離： １０ｐａｓｓ 注）この切削テストにおける摩耗形態はいずれもアブレ
ッジブタイブの摩耗、即ちコーテイング膜が微小Ｔｊ離
欠損することにより発生する摩耗であった。
（以下余白）
表 １
表 ２
表２から明らかなように１本実施例のサンプルＮｏ、
１〜１２はいずれも、比較例のサンプルに比して摩耗量
が極めて少く、耐摩耗性ないしは耐剥離欠損性に優れた
ものである。尚、ｉ）内層ＴｊＮＸのＸ値を基体側より
外層側に向かって大きくすることが有効であることはサ
ンプルＮｏ、２．３の対比により、 １ＤｒｉＮ含有基
体が有効であることはサンプルＮｏ、３．４の対比によ
り、 １ｉｉ）基体への助剤添加量が切削性に及ぼす影
響についてはサンプルＮｏ、 １ 。
１〜１２はいずれも、比較例のサンプルに比して摩耗量
が極めて少く、耐摩耗性ないしは耐剥離欠損性に優れた
ものである。尚、ｉ）内層ＴｊＮＸのＸ値を基体側より
外層側に向かって大きくすることが有効であることはサ
ンプルＮｏ、２．３の対比により、 １ＤｒｉＮ含有基
体が有効であることはサンプルＮｏ、３．４の対比によ
り、 １ｉｉ）基体への助剤添加量が切削性に及ぼす影
響についてはサンプルＮｏ、 １ 。
４及び１２の対比により、夫々明らかである。
［発明の効果］
本発明の被覆窒化ケイ素系焼結体によれば、特に鉄系披
削材を切削する切削工具として使用した場合、優れた耐
摩耗性を有し、しかも切削時における被覆層の剥離欠損
を大幅に低減できる。又。
削材を切削する切削工具として使用した場合、優れた耐
摩耗性を有し、しかも切削時における被覆層の剥離欠損
を大幅に低減できる。又。
かかる被覆窒化ケイ素系焼結体は、切削工具ばかりでな
く、耐摩耗性が要求される各種部材として有望である。
く、耐摩耗性が要求される各種部材として有望である。
出願人 日本特殊陶業株式会社
Claims (5)
- （１）窒化ケイ素及びサイアロンの１種以上からなる焼
結基体上に被覆層を設けた被覆窒化ケイ素系焼結体にお
いて，該被覆層が内層及び外層からなり（内層は外層よ
りも基体に近く位置する），内層がＴｉＮ＿ｘ（０．７
０≦ｘ≦０．９０）からなり厚み０．２〜４μｍであり
，外層がＴｉＮ＿ｙ，ＴｉＣ＿ｙ，Ｔｉ（ＣａＮ＿１＿
−＿ａ）＿ｚ（０＜ａ＜１；ｚ，ｙ＞０．９０），Ａｌ
ＯＮ，Ａｌ＿２Ｏ＿３から選ばれた１種又は２種以上か
らなり厚み０．５〜４μｍであることを特徴とする被覆
窒化ケイ素系焼結体。 - （２）被覆層の全厚が５μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１記載の被覆窒化ケイ素系焼結体。 - （３）内層のＴｉＮ＿ｘのｘ値が，基体側より外層側へ
向かって大きくなることを特徴とする請求項１記載の被
覆窒化ケイ素系焼結体。 - （４）基体がＴｉＮを含有することを特徴とする請求項
１記載の被覆窒化ケイ素系焼結体。 - （５）鉄系被削材を切削する切削工具として用いる請求
項１記載の被覆窒化ケイ素系焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311466A JP2837259B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 被覆窒化ケイ素系焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311466A JP2837259B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 被覆窒化ケイ素系焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04182376A true JPH04182376A (ja) | 1992-06-29 |
| JP2837259B2 JP2837259B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=18017568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2311466A Expired - Fee Related JP2837259B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 被覆窒化ケイ素系焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2837259B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP2311466A patent/JP2837259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2837259B2 (ja) | 1998-12-14 |
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