JPH0421763A - 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材 - 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、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（Ｔｌｃ）　系等の各種サメット、並び
に高速度鋼等の漠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、　Ｈｒ、　Ｚｒの炭化物、窒化物又は炭窒化物
、若しくはＡｔ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
充分とは云い雛＜、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、従来より嗜優れた耐
摩耗性を有し、特に切削工具や耐摩工ｐとして好適な、
表面被覆硬質部材を提供するこきを目的とする。

〔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、ＨｆとＺｒ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Ｈｆ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１１！
Ｎ性はさほど高くないことが知られている。又、Ｚｒ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Ｈｆ又はＴｉの炭化物、窒化物及
び炭窒化物よりやや劣っている。

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、ＨｆとＺｒ
の合金の炭化物、窒化物及び炭窒化物は、Ｈｆ単独の炭
化物、窒化物及び炭窒化物に比べて耐摩耗性が大幅に改
善されることが見い出された。特に、このＨｆとＺｒ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
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ＺｒＯが生成するため、高速切削にお
いても耐Ｉ！粁性が低下しないことが判った。

ＨｆとＺｒ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、ＨｆとＺｒ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、Ｈｆ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、Ｈｆ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
硬質被覆層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、Ｈｆ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０．５μ
ｍ未満では耐酸化性の向上が殆ど認められず、又２μｍ
を超えても耐酸化性の向上は見られなくなる。

尚、硬質被Ｎ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できる点で好まし
い。

〔実施例〕

基材として、組成がＪＩＳ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、　Ｈｆ、　Ｚｒを配置し、成膜装置内を真空度
Ｉ　ＸＩＯ〜２ｔｏｒｒのＡｒガス雰囲気に保持し、切
削チップに−２０００ｖの電圧をがけて洗浄を行ない、
５００　Ｃ”まで加熱した後、Ａｒガスを排気した。次
に成膜装置内にＮ２ガスとＣＨ４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
ク放電により上記ターゲットを単独又は同時に蒸発、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、
　Ｔｉｃ！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※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
面摩粁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
〜２０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２１〜２４よりも優れた耐摩耗
性を有し、基材の靭性も維持され刃先の耐欠損性が優れ
ていることが判る。特に試料７〜２０は硬質被覆層が基
材と高い付着強度を有し、試料１３〜２０は表面層の高
い耐酸化性により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。

出願人　　住友電気工業株式会社 手 続 補 正 宣 （自発）

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、ＨｆとＺｒ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、Ｈｆ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、Ｈｆ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。