JPH0445258A - 窒化硼素被覆部材 - Google Patents
窒化硼素被覆部材Info
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- JPH0445258A JPH0445258A JP15258290A JP15258290A JPH0445258A JP H0445258 A JPH0445258 A JP H0445258A JP 15258290 A JP15258290 A JP 15258290A JP 15258290 A JP15258290 A JP 15258290A JP H0445258 A JPH0445258 A JP H0445258A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分計〉
本発明は、立方晶窒化硼素を主成分とする層を有する窒
化硼素被覆部材に関し、工具等に適用して好適なもので
ある。
化硼素被覆部材に関し、工具等に適用して好適なもので
ある。
〈従来の技術〉
立方晶窒化硼素（以下、ＣＢＮともいう）はダイヤモン
ドに次ぐ硬さを有すると共に熱伝導性にも優れており、
また、化学的安定性においてはダイヤモンドを凌ぎ、鉄
系材料との親和性が低いことから、鉄系材料用の切削工
具、研削工具等に用いられている。現在、このような工
具に実用化されているＣＢＮは、高温高圧下で六方窒化
硼素を変換して得られろ粒状のＣＢＮであるが、最近、
プラズマＣＶＤ法等により気相からＣＢＮを基材に被覆
する技術が開発されつつあるが未だ実用化に致っていな
い。
ドに次ぐ硬さを有すると共に熱伝導性にも優れており、
また、化学的安定性においてはダイヤモンドを凌ぎ、鉄
系材料との親和性が低いことから、鉄系材料用の切削工
具、研削工具等に用いられている。現在、このような工
具に実用化されているＣＢＮは、高温高圧下で六方窒化
硼素を変換して得られろ粒状のＣＢＮであるが、最近、
プラズマＣＶＤ法等により気相からＣＢＮを基材に被覆
する技術が開発されつつあるが未だ実用化に致っていな
い。
ところで、現在実用化されている歯切り用コーティング
工具としては窒化チタン（ＴｉＮ）をコーティングした
ものがある。この一部を拡大した断面を第５図に示すが
、この工具は一般に、高速度工具鋼（ハイス）からなる
基材５１の表面に窒化チタンからなるコーティング層５
２を一層設けたものである。なお、このコーティング層
５２は通常、物理蒸着法の１つであるイオンブレーティ
ング法により形成され、その厚さは２〜５μｍ程度であ
る。
工具としては窒化チタン（ＴｉＮ）をコーティングした
ものがある。この一部を拡大した断面を第５図に示すが
、この工具は一般に、高速度工具鋼（ハイス）からなる
基材５１の表面に窒化チタンからなるコーティング層５
２を一層設けたものである。なお、このコーティング層
５２は通常、物理蒸着法の１つであるイオンブレーティ
ング法により形成され、その厚さは２〜５μｍ程度であ
る。
〈発明が解決しようとする課題〉
前述した従来の窒化チタンコーティング工具は窒化チタ
ンからなる単一層を有するだけであるので、工具として
の寿命は窒化チタンの摩耗特性で決まる。このため、窒
化チタンが摩耗し易い被削材に対しであるいは切削条件
においてはその工具寿命が短いという問題がある。
ンからなる単一層を有するだけであるので、工具として
の寿命は窒化チタンの摩耗特性で決まる。このため、窒
化チタンが摩耗し易い被削材に対しであるいは切削条件
においてはその工具寿命が短いという問題がある。
したがって、ＣＢＮを被覆した工具が実用化された場合
にも、同様な問題があることが予想される。
にも、同様な問題があることが予想される。
本発明はこのような事情に艦み、耐摩耗性及び切削特性
に優れた窒化硼素被覆部材を提供することを目的とする
。
に優れた窒化硼素被覆部材を提供することを目的とする
。
く課題を解決するための手段〉
前記目的を達成する本発明に係る窒化硼素被覆部材は、
基材の表面若しくは基材の表面に形成された中間層上に
窒化硼素被膜を有する窒化硼素被覆部材において、上記
窒化硼素被膜を、硬質の立方晶窒化硼素を主成分とする
屡の上に軟質の六方晶窒化硼素を主成分とする層を設け
た二層構造としたことを特徴とする。
基材の表面若しくは基材の表面に形成された中間層上に
窒化硼素被膜を有する窒化硼素被覆部材において、上記
窒化硼素被膜を、硬質の立方晶窒化硼素を主成分とする
屡の上に軟質の六方晶窒化硼素を主成分とする層を設け
た二層構造としたことを特徴とする。
ここで、本発明における二層構造の窒化硼素被膜の製造
方法は特に限定されないが、好適には硼素の蒸着と、窒
素及びアルゴン、クリプトンなどの希ガスの混合イオン
照射とを併用する気相合成法を用いるのがよい。この気
相合成法によると、５００℃以下の低温で立方晶窒化硼
素を合成できるため、例えば高速度工具鋼（ハイス）も
基材として用いることができる。また、この場合、最外
層である六方晶窒化硼素は立方晶窒化硼素を形成した後
、続けて硼素の供給量及びイオン加速電圧を変化させる
ことで形成できるため、工程が単純であり、低コスト化
が可能である。
方法は特に限定されないが、好適には硼素の蒸着と、窒
素及びアルゴン、クリプトンなどの希ガスの混合イオン
照射とを併用する気相合成法を用いるのがよい。この気
相合成法によると、５００℃以下の低温で立方晶窒化硼
素を合成できるため、例えば高速度工具鋼（ハイス）も
基材として用いることができる。また、この場合、最外
層である六方晶窒化硼素は立方晶窒化硼素を形成した後
、続けて硼素の供給量及びイオン加速電圧を変化させる
ことで形成できるため、工程が単純であり、低コスト化
が可能である。
本発明に係る窒化硼素被覆部材は、ダイヤモンドに次ぐ
硬度を有し、化学的安定性にも優れた立方晶窒化硼素が
被覆されているため鉄族金属材料の切削にも用いること
ができるが、例えば被削材と接触する最外層には軟質で
固体潤滑性を有する六方晶窒化硼素を主成分とする層を
有しているので、例えば工具とした場合、被削材との切
削抵抗が減少して工具寿命が延びる。
硬度を有し、化学的安定性にも優れた立方晶窒化硼素が
被覆されているため鉄族金属材料の切削にも用いること
ができるが、例えば被削材と接触する最外層には軟質で
固体潤滑性を有する六方晶窒化硼素を主成分とする層を
有しているので、例えば工具とした場合、被削材との切
削抵抗が減少して工具寿命が延びる。
く実 施 例〉
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
まず、本発明に係る窒化硼素部材を製造するための装置
の一例を第１図を参照しながら説明する。同図中、１は
真空を保持することが可能なステンレス製のチャンバで
あり、その排気口２は図示しない真空源に連通している
。チャンバ１の上部には天井に取付けられている基材ホ
ルダ３が設けられており、この基材ホルダ３には基材４
が保持されるようになっている。一方、基材４に相対向
するように設置されているイオン源５は、マイクロ波放
電型イオン源であり、ガス導入管６から供給されるガス
をイオン化して上記基材４に向けてイオン７を照射する
ものである。また、チャンバ１の下部、基材ホルダ３の
真下に配置されている蒸発ｗｉ、８は、電子ビーム蒸発
源であって、その中に保持される蒸発材料９を蒸発させ
ろものであり、蒸発された材料蒸気１０は基材４上に蒸
着されろ。なお、１１は基材４への硼素の蒸着量を測定
するための膜厚モニタであり、１２は基材４を加熱する
ためのランプヒータである。
の一例を第１図を参照しながら説明する。同図中、１は
真空を保持することが可能なステンレス製のチャンバで
あり、その排気口２は図示しない真空源に連通している
。チャンバ１の上部には天井に取付けられている基材ホ
ルダ３が設けられており、この基材ホルダ３には基材４
が保持されるようになっている。一方、基材４に相対向
するように設置されているイオン源５は、マイクロ波放
電型イオン源であり、ガス導入管６から供給されるガス
をイオン化して上記基材４に向けてイオン７を照射する
ものである。また、チャンバ１の下部、基材ホルダ３の
真下に配置されている蒸発ｗｉ、８は、電子ビーム蒸発
源であって、その中に保持される蒸発材料９を蒸発させ
ろものであり、蒸発された材料蒸気１０は基材４上に蒸
着されろ。なお、１１は基材４への硼素の蒸着量を測定
するための膜厚モニタであり、１２は基材４を加熱する
ためのランプヒータである。
この装置を用いた窒化硼素膜を形成するには、まず、基
材４を基材ホルダ３に取付けた後、チャンバ１内を図示
しない真空源によって予備排気する。次に、蒸発源８に
設置した金属硼素（Ｂ）からなる蒸発材料９を蒸発させ
ると共に、イオン源５に供給された窒素（Ｎ２）及び希
ガスをイオン化してその混合イオン７を基材４に照射す
ることにより、基材４上に窒化硼素膜を形成する。そし
て、基材４へ供給する硼素の蒸発量及びイオン加速電圧
を制御することにより、膜の構造を立方晶窒化硼素から
六方晶窒化硼素へと変化させることができる。
材４を基材ホルダ３に取付けた後、チャンバ１内を図示
しない真空源によって予備排気する。次に、蒸発源８に
設置した金属硼素（Ｂ）からなる蒸発材料９を蒸発させ
ると共に、イオン源５に供給された窒素（Ｎ２）及び希
ガスをイオン化してその混合イオン７を基材４に照射す
ることにより、基材４上に窒化硼素膜を形成する。そし
て、基材４へ供給する硼素の蒸発量及びイオン加速電圧
を制御することにより、膜の構造を立方晶窒化硼素から
六方晶窒化硼素へと変化させることができる。
第２図及び第３図は、それぞれ単結晶シリコン基材上に
立方晶窒化硼素及び六方晶窒化硼素が生成する条件で形
成した膜の赤外吸収スペクトルを示す図である。第２図
では、１．１００ｃｒｎ’付近に、立方晶窒化硼素に固
有の強い吸収が認められる。一方、第３図では、１．４
００■−１および８００ ａｍ−’付近に六方晶窒化硼
素に固有の強い吸収が存在する。これらの結果より、本
実施例にかかる方法では成膜条件を変化させることによ
り、膜構造の制御が可能であるといえる。
立方晶窒化硼素及び六方晶窒化硼素が生成する条件で形
成した膜の赤外吸収スペクトルを示す図である。第２図
では、１．１００ｃｒｎ’付近に、立方晶窒化硼素に固
有の強い吸収が認められる。一方、第３図では、１．４
００■−１および８００ ａｍ−’付近に六方晶窒化硼
素に固有の強い吸収が存在する。これらの結果より、本
実施例にかかる方法では成膜条件を変化させることによ
り、膜構造の制御が可能であるといえる。
次に、上述した装置を用いて本発明の窒化硼素被覆部材
を製作する例を述べる。
を製作する例を述べる。
基材４として、イオンブレーティング法により窒化チタ
ン（ＴｉＮ）を被覆した高速度工具鋼（以下、ハイスと
記す）、及び窒化チタン（Ｔ ｉ Ｎ ）を被覆した超
硬合金を用いた。なお、中間層としての窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）は窒化硼素の密着性を向上させるためのものであ
り、本実施例では厚さ３μｍとした。また、各基材４は
予めアセトン中で超音波洗浄を施して表面を清浄化した
ものを用いた。
ン（ＴｉＮ）を被覆した高速度工具鋼（以下、ハイスと
記す）、及び窒化チタン（Ｔ ｉ Ｎ ）を被覆した超
硬合金を用いた。なお、中間層としての窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）は窒化硼素の密着性を向上させるためのものであ
り、本実施例では厚さ３μｍとした。また、各基材４は
予めアセトン中で超音波洗浄を施して表面を清浄化した
ものを用いた。
洗浄した基材４を基材ホルダ３に取り付はチャンバ１内
を２．ＯＸ １０−’Ｔｏｒｒ息下に排気し、続いてラ
ンプヒータ１２により基材４を所定の温度に加熱する。
を２．ＯＸ １０−’Ｔｏｒｒ息下に排気し、続いてラ
ンプヒータ１２により基材４を所定の温度に加熱する。
本実施例では膜形成中の基材４の温度が３００℃になる
ようにランプヒータ１２の出力を調整した。
ようにランプヒータ１２の出力を調整した。
次いで、ガス導入管６から窒素（Ｎ２）と希ガスとの混
合ガスをイオン源５に導入し、混合イオン７を形成して
基材４に照射する。本実施例では希ガスとしてアルゴン
（Ａｒ）を用い、窒素（Ｎ２）との混合比はＮ２４０％
−Ａｒ６０％（体積比）とした。また、この際のチャン
バ１内の圧力は１．ＯＸ １０ Ｔｏｒｒであった。
合ガスをイオン源５に導入し、混合イオン７を形成して
基材４に照射する。本実施例では希ガスとしてアルゴン
（Ａｒ）を用い、窒素（Ｎ２）との混合比はＮ２４０％
−Ａｒ６０％（体積比）とした。また、この際のチャン
バ１内の圧力は１．ＯＸ １０ Ｔｏｒｒであった。
なお、基材４上へ窒化硼素膜を形成する前に基材４の表
面を清浄化すると共に活性化する目的で、混合イオンの
みを照射し、窒化チタン（ＴｉＮ）の表面をエツチング
した。
面を清浄化すると共に活性化する目的で、混合イオンの
みを照射し、窒化チタン（ＴｉＮ）の表面をエツチング
した。
次に、電子ビーム蒸発源８から蒸発材料９として金属硼
素（Ｂ）（純度９９．９％）を蒸発させ、混合イオン７
と共に基材４へ供給した。この膜形成中、硼素（Ｂ）の
蒸発速度を膜厚モニタ１１により常時モニターした。
素（Ｂ）（純度９９．９％）を蒸発させ、混合イオン７
と共に基材４へ供給した。この膜形成中、硼素（Ｂ）の
蒸発速度を膜厚モニタ１１により常時モニターした。
そして、立方晶窒化硼素の生成条件（例えば、イオン加
速電圧０．５ｋＶ、イオン電流１４ｍＡ、硼素蒸発速度
０．４人／Ｓ）にて、約１μｍ成膜を行った。また、こ
の立方晶窒化硼素膜の形成に引続いて成膜条件を六方晶
窒化硼素の生成条件（例えば、イオン加速電圧３ ｋＶ
、イオン電流２５ｍＡ、ｖ！Ａ素蒸発速度２．０人／Ｓ
）に設定し、約０１５μｍ成膜を行った。
速電圧０．５ｋＶ、イオン電流１４ｍＡ、硼素蒸発速度
０．４人／Ｓ）にて、約１μｍ成膜を行った。また、こ
の立方晶窒化硼素膜の形成に引続いて成膜条件を六方晶
窒化硼素の生成条件（例えば、イオン加速電圧３ ｋＶ
、イオン電流２５ｍＡ、ｖ！Ａ素蒸発速度２．０人／Ｓ
）に設定し、約０１５μｍ成膜を行った。
以上のようにして製作した窒化硼素被覆超硬合金工具に
ついて、下記の条件にて切削抵抗を測定した。
ついて、下記の条件にて切削抵抗を測定した。
０切削速度
０送 リ
０切込み
０被削材
１５０ｍ／鳳１ｎ
０．１ ｍ
０．３−
３ＣＭ３−３Ｃ塊＝ ３００）
また、比較のため、イオンブレーティング法によって厚
さ３μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）を被覆した超硬合金工
具についても同時に測定した。結果は下表に示す。
さ３μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）を被覆した超硬合金工
具についても同時に測定した。結果は下表に示す。
この結果より、本実施例にて製作した窒化硼素被覆超硬
合金工具は、従来の窒化チタン被覆超硬合金工具よりも
切削抵抗が減少していることが明らかとなった。
合金工具は、従来の窒化チタン被覆超硬合金工具よりも
切削抵抗が減少していることが明らかとなった。
また、窒化硼素被覆ハイス工具および従来の窒化チタン
被覆ハイス工具について、下記の条件にて、切削試験を
行った。
被覆ハイス工具について、下記の条件にて、切削試験を
行った。
０切削速度 ４０ ｍ ／ ５ｉｎ
Ｏ送 リ ０．２ ■Ｏ切込み
１．０ｍ Ｏ被削材 ５２５Ｃ（塊＝１５０）このときの切削
長と逃げ面摩耗幅との関係を第４図に示す。これにより
、窒化硼素被覆ハイス工具は、従来の窒化チタン被覆ハ
イス工具に比べ、逃げ面摩耗幅が減少しており、切削工
具としての寿命が伸びていることが明らかとなった。
１．０ｍ Ｏ被削材 ５２５Ｃ（塊＝１５０）このときの切削
長と逃げ面摩耗幅との関係を第４図に示す。これにより
、窒化硼素被覆ハイス工具は、従来の窒化チタン被覆ハ
イス工具に比べ、逃げ面摩耗幅が減少しており、切削工
具としての寿命が伸びていることが明らかとなった。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明に係る窒化硼素被覆部材は
、ダイヤモンドに次いで硬く、化学的安定性に優れた立
方晶窒化′＠素を主成分とする層を有するため、例えば
鉄族金属の材料の切削に用いることができるが、硬質の
立方晶窒化硼素を主成分とする層の上に軟質で固体潤滑
性を有する六方晶窒化硼素を主成分とする層を形成しで
あるので、工具として用いた場合にコーティング層と被
削材との間の切削抵抗が減少して工具寿命が伸びるとい
う効果を奏する。
、ダイヤモンドに次いで硬く、化学的安定性に優れた立
方晶窒化′＠素を主成分とする層を有するため、例えば
鉄族金属の材料の切削に用いることができるが、硬質の
立方晶窒化硼素を主成分とする層の上に軟質で固体潤滑
性を有する六方晶窒化硼素を主成分とする層を形成しで
あるので、工具として用いた場合にコーティング層と被
削材との間の切削抵抗が減少して工具寿命が伸びるとい
う効果を奏する。
第１図は一実施例の窒化硼素被覆部材を製作するための
装置の一例を示す概念図、第２図は単結晶シリコン基材
上に形成した立方晶窒化硼素膜の赤外吸収スペクトル、
第３図は単結晶シリコン基材上に形成した六方晶窒化硼
素膜の赤外吸収スペクトル、第４図は一実施例にかかる
切削試験の結果を示すグラフ、第５図は従来技術に係る
歯切り用コーティング工具を示す断面図である。 図面中、 １はチャンバ、 ２は排気口、 ３は基材ホルダ、 ４は基材、 ５はイオン源、 ６はガス導入管、 ８は蒸発源、 ９は蒸発材料、 １１は膜厚モニタ、 １２はランプヒータである。
装置の一例を示す概念図、第２図は単結晶シリコン基材
上に形成した立方晶窒化硼素膜の赤外吸収スペクトル、
第３図は単結晶シリコン基材上に形成した六方晶窒化硼
素膜の赤外吸収スペクトル、第４図は一実施例にかかる
切削試験の結果を示すグラフ、第５図は従来技術に係る
歯切り用コーティング工具を示す断面図である。 図面中、 １はチャンバ、 ２は排気口、 ３は基材ホルダ、 ４は基材、 ５はイオン源、 ６はガス導入管、 ８は蒸発源、 ９は蒸発材料、 １１は膜厚モニタ、 １２はランプヒータである。
Claims (1)
- 基材の表面若しくは基材の表面に形成された中間層上
に窒化硼素被膜を有する窒化硼素被覆部材において、上
記窒化硼素被膜を、硬質の立方晶窒化硼素を主成分とす
る層の上に軟質の六方晶窒化硼素を主成分とする層を設
けた二層構造としたことを特徴とする窒化硼素被覆部材
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15258290A JPH0445258A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 窒化硼素被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15258290A JPH0445258A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 窒化硼素被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445258A true JPH0445258A (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=15543617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15258290A Pending JPH0445258A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 窒化硼素被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0445258A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05320870A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-07 | Nissin Electric Co Ltd | 窒化ホウ素含有膜被覆基体とその製造方法 |
| EP0695731A1 (en) * | 1994-08-01 | 1996-02-07 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Super hard composite material for tools |
| WO1997019778A3 (de) * | 1995-11-24 | 1997-07-03 | Widia Gmbh | Schneidwerkzeug, verfahren zur beschichtung eines schneidwerkzeuges und verwendung des schneidwerkzeuges |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP15258290A patent/JPH0445258A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05320870A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-07 | Nissin Electric Co Ltd | 窒化ホウ素含有膜被覆基体とその製造方法 |
| EP0695731A1 (en) * | 1994-08-01 | 1996-02-07 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Super hard composite material for tools |
| WO1997019778A3 (de) * | 1995-11-24 | 1997-07-03 | Widia Gmbh | Schneidwerkzeug, verfahren zur beschichtung eines schneidwerkzeuges und verwendung des schneidwerkzeuges |
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