JPH04246174A - 層間接合面の存在しない硬質被覆層を形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削チップ - Google Patents

層間接合面の存在しない硬質被覆層を形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削チップ

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JPH04246174A
JPH04246174A JP6082791A JP6082791A JPH04246174A JP H04246174 A JPH04246174 A JP H04246174A JP 6082791 A JP6082791 A JP 6082791A JP 6082791 A JP6082791 A JP 6082791A JP H04246174 A JPH04246174 A JP H04246174A
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Toshiyuki Yanai
俊之 谷内
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基体表面に形成され
る硬質被覆層に層間接合面の存在しない表面被覆炭化タ
ングステン基超硬合金製切削チップに関するものである
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特公昭52−13
201号公報に記載される通り、炭化タングステン(以
下、WCで示す)基超硬合金からなる基体の表面に、化
学蒸着法や物理蒸着法を用いて、Tiの炭化物、窒化物
、炭窒化物、および炭窒酸化物(以下、それぞれTiC
,TiN,TiCN,およびTiCNOで示す)のうち
の1種の単層または2種以上の複層からなる下層として
のTi化合物層と、上層としての酸化アルミニウム(以
下、Al2 O3 で示す)層、で構成された硬質被覆
層を、0.5〜20μmの厚さで形成してなる表面被覆
WC基超硬合金製切削チップが知られている。
【0003】また、これらの従来表面被覆WC基超硬合
金製切削チップが鋼や鋳鉄の切削に広く用いられている
ことも良く知られるところである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削工程
の省力化および低コスト化に対する要求は厳しく、これ
に伴ない切削条件も高速度化および重切削化(高送り切
削や高切込み切削など)の傾向にある。しかし上記の従
来表面被覆WC基超硬合金製切削チップにおいては、下
層としてのTi化合物層と基体表面との間には、Ti化
合物層の形成時に、基体形成成分であるCoやC、さら
にWなどの成分が基体からTi化合物層中へ拡散するた
め、強固な接合強度が確保されるが、上層としてのAl
2 O3 層とTi化合物層とは密着性が低く、高い接
合強度が得られないことから、これを鋼や鋳鉄などの高
速切削や高送りおよび高切込みなどの重切削に用いると
、層間接合面に剥離が発生し易く、しかもAl2 O3
 層が消滅すると、前記の高い発熱を伴なう苛酷な切削
条件下では、Al2 O3 に比して耐酸化性および耐
溶着性の劣るTi化合物層は急激に摩耗が進行するよう
になり、相対的に短い切削寿命しか示さないのが現状で
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】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WC基超硬
合金製切削チップにおいて、苛酷な条件下での切削にも
上層としてのAl2 O3 層に剥離発生のない硬質被
覆層を形成すべく研究を行なった結果、硬質被覆層の少
なくとも厚さ方向中央部に、Al2 O3 とTi化合
物との混合組織を形成すると共に、その濃度分布を硬質
被覆層の表面側から基体接合面側に向ってAl2 O3
 の濃度が漸次低減し、一方基体接合面側から表面側に
向ってTi化合物の濃度が漸次低減する濃度分布にする
と、この結果形成された硬質被覆層には、層間接合面が
存在しないので、苛酷な条件下での切削でも層間剥離が
発生することがなく、かつ上記濃度分布によって基体接
合面側のTi化合物から表面側のAl2 O3 への連
続的特性変化がはかられることから、実用に際して、A
l2 O3 層の摩耗消滅に伴なうTi化合物層の露出
が原因の急激な切削特性変化がなく、したがって安定し
た切削性能を長期に亘って発揮するようになるという研
究結果を得たのである。
【0006】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、WC基超硬合金からなる基体の
表面に、化学蒸着法または物理蒸着法にて、厚さ方向の
少なくとも中央部が、TiC,TiN,TiCN,およ
びTiCNOのうちのいずれかからなるTi化合物とA
l2 O3 との混合組織を有すると共に、表面側から
基体接合面側に向ってAl2 O3の濃度が漸次低減し
、一方基体接合面側から表面側に向ってTi化合物の濃
度が漸次低減する濃度分布を有する、層間接合面の存在
しない硬質被覆層を、通常の厚さである0.5〜20μ
mの厚さに形成してなる表面被覆WC基超硬合金製切削
チップに特徴を有するものである。
【0007】
【実施例】つぎに、この発明の切削チップを実施例によ
り具体的に説明する。
【0008】まず、基体として、重量%で、WC−8%
TiC−10%TaC−10%Coの組成、並びにSN
MG432の形状をもったWC基超硬合金製のものを用
意し、この基体を、水素気流の中間帯域をはさんでAl
2 O3 蒸着帯域とTi化合物蒸着帯域を設けた構造
の化学蒸着装置内に装入し、Al2 O3 蒸着帯域で
の蒸着条件を、 ガス組成:容量%で(以下同じ)、H2 −4%CO2
 −2%AlCl3 、 温度:1020℃、 雰囲気圧力:50torr、 とし、またTi化合物蒸着帯域での蒸着条件については
、ガス組成を、それぞれ、   (a)TiC蒸着の場合:H2 −9%CH4 −
4%TiCl4 、  (b)TiN蒸着の場合:H2
 −32%N2 −4%TiCl4 、  (c)Ti
CN蒸着の場合:H2 −25%N2 −3%CH4 
−3%TiCl4 、  (d)TiCNO蒸着の場合
:H2 −25%N2 −1%CH4 −1%CO、と
するが、温度および雰囲気圧力はAl2 O3 蒸着条
件と同一にし、ついで前記基体を、Al2 O3 蒸着
帯域とTi化合物帯域の間をその都度中間帯域を通して
交互に繰り返し短時間移動させ、それぞれの帯域での滞
留時間はコンピュータ制御により、基体移動開始初期に
おいてはTi化合物蒸着帯域に長く、Al2 O3 蒸
着帯域に短かくし、硬質被覆層が形成されるにしたがっ
て、Ti化合物蒸着帯域での滞留時間を漸次短かくし、
一方Al2 O3 蒸着帯域での滞留時間は相対的に漸
次長くする条件にて、それぞれ図1〜図4に示される通
りの厚さ並びにAl2 O3 とTi化合物の濃度分布
をもった硬質被覆層を基体表面に形成することにより本
発明表面被覆WC基超硬合金製切削チップ(以下、本発
明被覆切削チップという)A〜Dをそれぞれ製造した。
【0009】また、比較の目的で、上記の化学蒸着装置
を用い、まず基体表面に、Ti化合物蒸着帯域で所定厚
さのTi化合物層を形成し、ついでAl2 O3 蒸着
帯域に移動させて所定厚さのAl2 O3層を形成する
ことにより図5〜図8にそれぞれ示される厚さを有する
2層構造の硬質被覆層を形成する以外は、同一の条件で
従来表面被覆WC基超硬合金製切削チップ(以下、従来
被覆切削チップという)A〜Dをそれぞれ製造した。
【0010】なお、硬質被覆層のAl2 O3 および
Ti化合物の濃度分布はX線マイクロアナライザー(E
PMA)により測定した。
【0011】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削
チップについて (1)被削材:SNCM439、 切削速度:150m/min 、 送り:0.6mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:15min 、 の条件(以下、切削条件1という)での鋼の乾式連続高
送り切削試験、 (2)被削材:SNCM439、 切削速度:250m/min 、 送り:0.3mm、 切込み:1.5mm、 切削時間:15min 、 の条件(以下、切削条件2という)での鋼の乾式連続高
速切削試験、 (3)被削材:FC30、 切削速度:120m/min 、 送り:0.7mm、 切込み:2mm、 切削時間:15min 、 の条件(以下、切削条件3という)での鋳鉄の乾式連続
高送り切削試験、 (4)被削材:FC30、 切削速度:250m/min 、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:15min 、 の条件(以下、切削条件4という)での鋳鉄の乾式連続
高速切削試験を行ない、 切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表
1に示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【発明の効果】図1〜図8並びに表1に示される結果か
ら、本発明被覆切削チップA〜Dは、いずれも硬質被覆
層におけるAl2 O3 の濃度が表面側から基体接合
面側に向って漸次低減し、一方Ti化合物の濃度が基体
接合面側から表面側に向って漸次低減する濃度を有する
層間接合面のない混合組織をもっているので、鋼や鋳鉄
の高速切削や高送り切削にも剥離現象の発生なく、すぐ
れた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来被覆切削チッ
プA〜Dは、上記の苛酷な切削条件ではAl2 O3 
層とTi化合物層との層間接合面で剥離が発生し、比較
的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【0014】上述のように、この発明の表面被覆WC基
超硬合金製切削チップは、基体表面に形成される硬質被
覆層に層間接合面が存在しないので、苛酷な条件下での
切削にも硬質被覆層に剥離現象が発生することがなく、
かつ硬質被覆層の少なくとも中央部に形成される混合組
織を構成するAl2 O3 とTi化合物の濃度が厚さ
方向にそって漸次変化する濃度分布をもつので、切削の
進行に伴なう硬質被覆層の摩耗変化が、従来の積層構造
の硬質被覆層に比して円滑に行なわれ、これによって安
定した切削が可能となるなど工業上有用な特性を有する
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1〜図4】本発明被覆切削チップA〜Dの硬質被覆
層を構成するAl2O3 とTi化合物の濃度分布を示
す図である。
【図5〜図8】従来被覆切削チップA〜Dの硬質被覆層
を構成するAl2 O3 とTi化合物の濃度分布を示
す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  炭化タングステン基超硬合金からなる
    基体の表面に、化学蒸着法または物理蒸着法にて、厚さ
    方向の少なくとも中央部が、Tiの炭化物、窒化物、炭
    窒化物、および炭窒酸化物のうちのいずれかからなるT
    i化合物と、酸化アルミニウムとの混合組織を有すると
    共に、表面側から基体接合面側に向って酸化アルミニウ
    ムの濃度が漸次低減し、一方基体接合面側から表面側に
    向ってTi化合物の濃度が漸次低減する濃度分布を有す
    る層間接合面の存在しない硬質被覆層を形成してなる表
    面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削チップ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002028803A (ja) * 2000-05-10 2002-01-29 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップ
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JP2022103240A (ja) * 2018-05-15 2022-07-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用部品

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