JPH0421760A - 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 - Google Patents

耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材

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JPH0421760A
JPH0421760A JP12515190A JP12515190A JPH0421760A JP H0421760 A JPH0421760 A JP H0421760A JP 12515190 A JP12515190 A JP 12515190A JP 12515190 A JP12515190 A JP 12515190A JP H0421760 A JPH0421760 A JP H0421760A
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JP12515190A
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Naoya Omori
直也 大森
Kazuo Yamagata
一夫 山縣
Toshio Nomura
俊雄 野村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切削工具や耐摩工具等の硬質部材の表面に硬
質被覆層を設け、耐摩耗性を改善向上させた表面被覆硬
質部材に関する。
〔従来の技術〕
切削工具や耐摩工具をはじめ、各種の耐摩部品等の硬質
部材は、一般に炭化タングステン(WC)基等の超硬合
金、炭化チタン(TiC)糸等の各種サーメット、並び
に高速度鋼等の鋼や硬質合金で構成されている。
又、かかる硬質部材の耐摩耗性を改善向上させるために
、その表面に硬質被覆層としてPVD法やCVD法によ
りTi、 Hf、 Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物
、若しくはAIの酸化物を単層に又は複層に形成した表
面被覆硬質部材が開発され、最近では広く実用に供され
ている。
しかし、上記の表面被覆硬質部材においても耐摩耗性が
充分とは云い鑓<、特にエンドミルやスローアウェイチ
ップ等の切削工具や耐摩工具としては、摩耗により早期
に寿命に至っていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はかかる従来の事情に鑑み、従来よりも優れた耐
摩耗性を有し、特に切削工具や耐摩工具として好適な、
表面被覆硬質部材を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の表面被覆硬質部材は
、硬質部材からなる基材の表面に、ZrとAlの合金の
炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも1種か
らなる層厚0.5〜10μmの硬質被覆層を有すること
を特徴とする。
〔作用〕
従来から硬質被N層として用いられていたZrの炭化物
、窒化物及び炭窒化物は、Tiの炭化物、窒化物及び炭
窒化物と同様に、基材である硬質部材との付着強度が高
く且つ耐酸化性にも優れているが、高温硬度及び耐摩耗
性はさほど高くないことが知られている。又、Alの炭
化物、窒化物及び炭窒化物は、基材との付着強度、耐酸
化性、硬度においてZr又はTiの炭化物、窒化物及び
炭窒化物よりや\劣っている。
然るに、硬質部材に対する各種の硬質被覆層について耐
摩耗性や付着強度等の研究を行なった結果、Zrとlの
合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物は、Zr単独の炭化
物、窒化物及び炭窒化物に比べて結晶粒が微細化され、
耐摩耗性が大幅に改善されることが見い出された。又、
この硬質被覆層を有する表面被覆硬質部材を切削工具や
耐摩工具として高速切削を行なうと、刃先の温度上昇に
より極めて高い高温硬度をもつAIOが生成するため、
高速切削においても耐摩耗性が低下しないことが判った
ZrとAlの合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物からな
る硬質被覆層は、単層であっても複層であっても良いが
、層厚が0.5μm未満では耐摩耗性の向上が殆ど見ら
れず、又10μmを超えると層中の残留応力が大きくな
り、付着強度が低下するので、層厚を0.5〜10μm
の範囲とする。
しかし、ZrとAtの合金の炭化物、窒化物及び炭窒化
物からなる硬質被覆層は、基材との付着強度及び耐酸化
性の点で、ZrやTiの炭化物、窒化物及び炭窒化物よ
りもやや劣っている。
そこで、硬質被覆層と基材との間に、Zr又はTiの炭
化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも1種から
なる付着強化層を基材表面に直接形成すれば、基材への
硬質波NNの付着強度を大幅に向上させることが出来る
。この場合、付着強化層の層厚が0.5μm未満では付
着強度の向上が見られず、逆に5μmを超えても付着強
度が更に向上することはない。
又、高温での耐酸化性が要求される場合にも、上記の硬
質被覆層の表面に、Zr又はTiの炭化物、窒化物及び
炭窒化物のうちの少なくとも1種からなる表面層を形成
することによって、高温において優れた耐酸化性が得ら
れ且つ耐摩耗性も向上する。この表面層の層厚が0.5
μm未満では耐酸化性の向上が殆ど認められず、又2μ
mを超えても耐酸化性の向上は見られなくなる。
尚、硬質被覆層、付着強化層及び表面層の各被覆層の形
成は、PVD法やcvD法等の従来公知の方法を利用出
来るが、スパッタリング法、イオンブレーティング法等
のPVD法が基材の強度を容易に維持出来る点で好まし
い。
〔実施例〕
基材として、組成がJ工S規格P30(具体的にはWC
−20wt%TiC−10wt%co) 、形状がJ工
S 5NG432の超硬合金製切削チップを用意し、そ
の表面に下記の如く真空アーク放電を用いたイオンブレ
ーティング法により、下記第1表に示す被覆層を形成し
て本発明例の表面被覆切削チップ試料とした。
即ち、成膜装置内に上記切削チップと、ターゲットとし
てTi、 Zr、 ZrAl又はZr Alを配置し、
成膜装置内を真空度I X 10−2torrのArガ
ス雰囲気に保持し、切削チップに−2000Vの電圧を
かけて洗浄を行ない、500 C”まで加熱した後、A
rガスを排気した。次に、成膜装置内にN ガスとCH
,ガスの一方又は両方を300 cc/minの割合で
導入しながら、真空アーク放電により上記のいずれかの
ターゲットを蒸発、イオン化させることにより、切削チ
ップ表面に第1表に示す各被覆層を形成した。
又、比較のために、上記と同一の成膜装置を使用して真
空アーク放電を用いたイオンブレーティング法により、
同じ組成と形状の切削チップの表面にTiC,TiN、
 Ti(Nを単独又は組合せてなる被覆層を形成するこ
とにより、下記第1表に示す従来例の表面被覆切削チッ
プ試料を製造した。
第 表 (註)表中のX印は従来例である(以下同じ)。
次に、上記の如く製造した各表面被覆切削チップ試料に
ついて、下記条件による連続切削試験と断続切削試験を
行ない、前者については切刃の逃げ面摩耗幅及びすくい
面摩耗深さを測定し且つ摩耗状態を観察し、後者につい
ては送り限界を測定した。
切削条件 上記の各切削試験の結果を第2表に示す。
第 表 上記の結果から、本発明例の表面被覆切削チップ試料1
〜15は、連続切削及び断続切削の両方において従来の
表面被覆切削チップ試料16〜19よりも優れた耐摩耗
性を有し、靭性が維持されるので刃先の耐欠損性も優れ
ていることが判る。特に、試料5〜13は硬質被覆層が
基材と高い付着強度を有し、試料11〜13は表面層の
高い耐酸化性によって耐摩耗性が一層向上している。
〔発明の効果〕
本発明によれば、新しい硬質被覆層を有することによっ
て、従来よりも優れた耐摩耗性を有する表面被覆硬質部
材を提供することが出来る。
従って、特に本発明の表面被覆硬質部材を切削工具や耐
摩工具として使用した場合、長期に亘って良好な切削性
能を維持することができる。
手 続 補 正 書 (自発) 事件の表示 平成 年 特 許 願 葉125151 、 発明の名称 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 1 補正をする者 事件との関係

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硬質部材からなる基材の表面に、ZrとAlの合
    金の炭化物、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも1
    種からなる層厚0.5〜10μmの硬質被覆層を有する
    ことを特徴とする耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材。
  2. (2)上記硬質被覆層と基材との間に、基材表面に直接
    形成された、Zr又はTiの炭化物、窒化物及び炭窒化
    物のうちの少なくとも1種からなる層厚0.5〜5μm
    の付着強化層を有することを特徴とする、請求項(1)
    記載の耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材。
  3. (3)上記硬質被覆層の表面に、Zr又はTiの炭化物
    、窒化物及び炭窒化物のうちの少なくとも1種からなる
    層厚0.5〜2μmの表面層を有することを特徴とする
    、請求項(1)又は(2)記載の耐摩耗性に優れた表面
    被覆硬質部材。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007131927A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 表面被覆部材及びその製造方法ならびに工具及び工作装置
JP2012522653A (ja) * 2009-04-03 2012-09-27 サンドヴィク インテレクチュアル プロパティー アーゲー 高温を生じる金属切削用途のためのコーティングされた切削工具
JP2013151756A (ja) * 2005-02-08 2013-08-08 Kobe Steel Ltd 硬質皮膜および硬質皮膜の製造方法

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US8741011B2 (en) 2009-04-03 2014-06-03 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures

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