JPH04214855A - 耐剥離性向上セラミックコーティング皮膜 - Google Patents
耐剥離性向上セラミックコーティング皮膜Info
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- JPH04214855A JPH04214855A JP373591A JP373591A JPH04214855A JP H04214855 A JPH04214855 A JP H04214855A JP 373591 A JP373591 A JP 373591A JP 373591 A JP373591 A JP 373591A JP H04214855 A JPH04214855 A JP H04214855A
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Landscapes
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック膜を被覆して
耐剥離性の向上をはかったコーティング皮膜に関する。
耐剥離性の向上をはかったコーティング皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から金属材料に耐剥離性等の特性を
向上させるために、ＰＶＤ法でセラミックコーティング
が行われていた。しかし、従来法で形成される皮膜の多
くは基材と皮膜の密着性が十分ではなかった。そして、
皮膜の方が基材より硬度が高いので使用時に僅かでも剥
離が生じると皮膜の硬さから基材が削られることもしば
しばあった。このように耐剥離性向上は非常に重要な問
題であった。またＰＶＤ法のイオンプレーティングでは
成膜温度が通常３００℃以上であった。しかし、２００
℃以下で成膜すると膜内部応力が非常に高いため皮膜が
剥離してしまうことが多い。
向上させるために、ＰＶＤ法でセラミックコーティング
が行われていた。しかし、従来法で形成される皮膜の多
くは基材と皮膜の密着性が十分ではなかった。そして、
皮膜の方が基材より硬度が高いので使用時に僅かでも剥
離が生じると皮膜の硬さから基材が削られることもしば
しばあった。このように耐剥離性向上は非常に重要な問
題であった。またＰＶＤ法のイオンプレーティングでは
成膜温度が通常３００℃以上であった。しかし、２００
℃以下で成膜すると膜内部応力が非常に高いため皮膜が
剥離してしまうことが多い。
【０００３】そこで従来はこの点を解決するためにチタ
ン化合物を例にとると、基材表面に内層として金属チタ
ン層を、外層として該金属チタン層に重ねてＴｉＮ，Ｔ
ｉＣ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）を被覆する方法（特開昭６２−２
９０８６１）が提案されている。ところがＴｉ／ＴｉＮ
多層膜においても皮膜全体に対してＴｉＮ層の影響が強
くなりすぎて、ＴｉＮ単層膜と比較しても基材と皮膜の
密着性を飛躍的に向上させることはできなかった。
ン化合物を例にとると、基材表面に内層として金属チタ
ン層を、外層として該金属チタン層に重ねてＴｉＮ，Ｔ
ｉＣ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）を被覆する方法（特開昭６２−２
９０８６１）が提案されている。ところがＴｉ／ＴｉＮ
多層膜においても皮膜全体に対してＴｉＮ層の影響が強
くなりすぎて、ＴｉＮ単層膜と比較しても基材と皮膜の
密着性を飛躍的に向上させることはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属基板の
表面にＰＶＤ法によりセラミック皮膜を形成させるに際
し、基材と皮膜の密着性を向上させることが目的である
。
表面にＰＶＤ法によりセラミック皮膜を形成させるに際
し、基材と皮膜の密着性を向上させることが目的である
。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は皮膜と基材の密
着力を向上させる手段として皮膜全体の内部応力の緩和
を考慮した。ＰＶＤ法により薄膜を生成する場合、チタ
ン、アルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物は圧縮応
力に、また、チタン、アルミニウム及びクロムは引っ張
り応力になることがわかった。またセラミックス単層膜
、金属／セラミックス多層膜、セラミックス／金属／セ
ラミックス多層膜の膜全体の内部応力を比較したところ
、セラミックス／金属／セラミックス多層膜の内部応力
が圧縮応力であるが最も緩和されかつ基材との密着力が
良いことがわかった。この現象を見いだして、基材表面
に、圧縮／引っ張り／圧縮の順番に応力を分布させ全皮
膜の内部応力を緩和させ、密着力を向上させた。そこで
皮膜として、金属基材表面に内層としてチタン及びアル
ミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミックス、
中間層としてチタン、アルミニウム、クロムの少なくと
も一種からなる金属層、さらに外層としてチタン及びア
ルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミックス
から成るセラミックコーティング皮膜にした。
着力を向上させる手段として皮膜全体の内部応力の緩和
を考慮した。ＰＶＤ法により薄膜を生成する場合、チタ
ン、アルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物は圧縮応
力に、また、チタン、アルミニウム及びクロムは引っ張
り応力になることがわかった。またセラミックス単層膜
、金属／セラミックス多層膜、セラミックス／金属／セ
ラミックス多層膜の膜全体の内部応力を比較したところ
、セラミックス／金属／セラミックス多層膜の内部応力
が圧縮応力であるが最も緩和されかつ基材との密着力が
良いことがわかった。この現象を見いだして、基材表面
に、圧縮／引っ張り／圧縮の順番に応力を分布させ全皮
膜の内部応力を緩和させ、密着力を向上させた。そこで
皮膜として、金属基材表面に内層としてチタン及びアル
ミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミックス、
中間層としてチタン、アルミニウム、クロムの少なくと
も一種からなる金属層、さらに外層としてチタン及びア
ルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミックス
から成るセラミックコーティング皮膜にした。
【０００６】この皮膜はＰＶＤ法により成膜されるが、
皮膜の厚さは１０ミクロン未満であり、各層の厚さは内
層が全膜厚の２０〜７０％にし、中間層は全膜厚の１〜
３３％、外層は全膜厚の２０〜７０％の膜厚にする。こ
の理由として全膜厚を１０ミクロン未満としたのはそれ
以上であるとＰＶＤ法によって生成された皮膜は厚すぎ
ると組織が柱状晶になり脆くなるからである。また内層
はいわゆる基材との接触面であるので薄すぎると基材と
皮膜の密着性が弱くなってしまい、また厚すぎると組織
が柱状晶になり皮膜が脆くなる。よって内層の厚さは全
膜厚の２０〜７０％にする必要がある。次に中間層であ
るが、全膜厚の１％以下にすると内部応力緩和の効果が
なくなり、３３％以上にすると皮膜全体の硬さが低下す
るからである。そして外層は２０％以下であると中間層
の金属の影響を受け硬さが低下する。また厚すぎると組
織が柱状晶になり皮膜が脆くなるので２０〜７０％にす
る必要がある。
皮膜の厚さは１０ミクロン未満であり、各層の厚さは内
層が全膜厚の２０〜７０％にし、中間層は全膜厚の１〜
３３％、外層は全膜厚の２０〜７０％の膜厚にする。こ
の理由として全膜厚を１０ミクロン未満としたのはそれ
以上であるとＰＶＤ法によって生成された皮膜は厚すぎ
ると組織が柱状晶になり脆くなるからである。また内層
はいわゆる基材との接触面であるので薄すぎると基材と
皮膜の密着性が弱くなってしまい、また厚すぎると組織
が柱状晶になり皮膜が脆くなる。よって内層の厚さは全
膜厚の２０〜７０％にする必要がある。次に中間層であ
るが、全膜厚の１％以下にすると内部応力緩和の効果が
なくなり、３３％以上にすると皮膜全体の硬さが低下す
るからである。そして外層は２０％以下であると中間層
の金属の影響を受け硬さが低下する。また厚すぎると組
織が柱状晶になり皮膜が脆くなるので２０〜７０％にす
る必要がある。
【０００７】以上のように金属層を挿入して３層構造に
する利点を挙げたが、この方法を利用して３層以上に多
層化させると各層の組織が柱状晶にならず、皮膜が脆く
ならなくまた内部応力も低下され更に密着力が向上する
。また２００℃以下でのコーティングの際でも今回の金
属挿入層を用いると膜内部応力が低下して高密着被覆で
きることがわかった。また、基材としては合金工具鋼、
高速度工具鋼、ステンレス鋼、超硬合金等を用い、処理
温度としては軟化しない温度つまり６００℃以下で成膜
するのが最適である。
する利点を挙げたが、この方法を利用して３層以上に多
層化させると各層の組織が柱状晶にならず、皮膜が脆く
ならなくまた内部応力も低下され更に密着力が向上する
。また２００℃以下でのコーティングの際でも今回の金
属挿入層を用いると膜内部応力が低下して高密着被覆で
きることがわかった。また、基材としては合金工具鋼、
高速度工具鋼、ステンレス鋼、超硬合金等を用い、処理
温度としては軟化しない温度つまり６００℃以下で成膜
するのが最適である。
【０００８】
【作用】本発明のような皮膜にすると、セラミックス層
は圧縮応力を示し、金属層は引っ張り応力を示すので皮
膜全体の内部応力が軽減し、基材と皮膜の高密着被覆が
できる。
は圧縮応力を示し、金属層は引っ張り応力を示すので皮
膜全体の内部応力が軽減し、基材と皮膜の高密着被覆が
できる。
【０００９】
【実施例】［実施例１］
基材として合金工具鋼、高速度工具鋼及び超硬合金を用
いイオンプレーティング法によりＴｉＮのコーティング
処理を行った。このときＴｉＮコーティング条件として
、内層としてＴｉＮ：１．５ミクロン、中間層としてＴ
ｉ：０．１ミクロンそして外層としてＴｉＮを１．５ミ
クロンコーティングした。この密着力をスクラッチテス
ターで測定した結果を表１に示す。
いイオンプレーティング法によりＴｉＮのコーティング
処理を行った。このときＴｉＮコーティング条件として
、内層としてＴｉＮ：１．５ミクロン、中間層としてＴ
ｉ：０．１ミクロンそして外層としてＴｉＮを１．５ミ
クロンコーティングした。この密着力をスクラッチテス
ターで測定した結果を表１に示す。
【００１０】［実施例２］
基材としてＳＵＳ３０４を用いスパッタリング法により
Ｔｉ３ ＡｌＮのコーティング処理を行った。このとき
Ｔｉ３ ＡｌＮコーティング条件として、内層としてＴ
ｉ３ ＡｌＮ：１．４ミクロン、中間層としてＴｉ３
Ａｌ：０．１ミクロンそして外層としてＴｉ３ ＡｌＮ
を１．４ミクロンコーティングした。この密着力をスク
ラッチテスターで測定した結果を表２に示す。
Ｔｉ３ ＡｌＮのコーティング処理を行った。このとき
Ｔｉ３ ＡｌＮコーティング条件として、内層としてＴ
ｉ３ ＡｌＮ：１．４ミクロン、中間層としてＴｉ３
Ａｌ：０．１ミクロンそして外層としてＴｉ３ ＡｌＮ
を１．４ミクロンコーティングした。この密着力をスク
ラッチテスターで測定した結果を表２に示す。
【００１１】［実施例３］
基材として合金工具鋼を用いイオンプレーティング法に
より表３のようにコーティングした。 ［実施例４］ 基材として合金工具鋼、高速度工具鋼を用いてイオンプ
レーティング法により３層以上のＴｉＮコーティング処
理を行い、その結果を表４に示す。 ［実施例５］ 基材として合金工具鋼、高速度工具鋼を用いてイオンプ
レーティング法により成膜温度１５０℃でのＴｉＮコー
ティング処理を行い、その結果を表５に示す。
より表３のようにコーティングした。 ［実施例４］ 基材として合金工具鋼、高速度工具鋼を用いてイオンプ
レーティング法により３層以上のＴｉＮコーティング処
理を行い、その結果を表４に示す。 ［実施例５］ 基材として合金工具鋼、高速度工具鋼を用いてイオンプ
レーティング法により成膜温度１５０℃でのＴｉＮコー
ティング処理を行い、その結果を表５に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【表４】
【００１６】
【表５】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば従来技術では剥離して使
用できなかった状況においても、剥離すること無しに過
酷な使用状況でも耐え得るコーティング皮膜が得られる
。
用できなかった状況においても、剥離すること無しに過
酷な使用状況でも耐え得るコーティング皮膜が得られる
。
Claims (4)
- 【請求項１】 金属基材表面に内層としてチタン及び
アルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミック
ス、中間層としてチタン、アルミニウム、クロムの少な
くとも一種からなる金属層、さらに外層としてチタン及
びアルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物のセラミッ
クスから成る被覆層であって、全被覆層の厚みが１０ミ
クロン未満である耐剥離性に優れたセラミックコーティ
ング皮膜。 - 【請求項２】 請求項第１項において、内層は全膜厚
の２０〜７０％にし、中間層は全膜厚の１〜３３％、外
層は全膜厚の２０〜７０％の膜厚を持ったコーティング
皮膜。 - 【請求項３】 金属表面上に直に被覆する層はチタン
および／またはアルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化
物のセラミックス、その表面上にチタン、アルミニウム
、クロムの少なくとも一種からなる金属層を被覆し、こ
のセラミックス層と金属層を交互に被覆させ最表面層は
セラミックス層であることを特徴とするコーティング皮
膜。 - 【請求項４】 請求項第１〜３項のセラミックコーテ
ィングの成膜温度が、６００℃以下であることを特徴と
する製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1057690 | 1990-01-22 | ||
| JP2-10576 | 1990-01-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214855A true JPH04214855A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=11754065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP373591A Pending JPH04214855A (ja) | 1990-01-22 | 1991-01-17 | 耐剥離性向上セラミックコーティング皮膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04214855A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009148884A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被膜付き切削工具の製造方法および切削工具 |
| JP2009154287A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-16 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被膜付き切削工具および被膜付き切削工具を製造する方法 |
| JP2020104224A (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
-
1991
- 1991-01-17 JP JP373591A patent/JPH04214855A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009148884A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被膜付き切削工具の製造方法および切削工具 |
| JP2009154287A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-16 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被膜付き切削工具および被膜付き切削工具を製造する方法 |
| JP2020104224A (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19991109 |