JPH0515786B2 - - Google Patents

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JPH0515786B2
JPH0515786B2 JP59167676A JP16767684A JPH0515786B2 JP H0515786 B2 JPH0515786 B2 JP H0515786B2 JP 59167676 A JP59167676 A JP 59167676A JP 16767684 A JP16767684 A JP 16767684A JP H0515786 B2 JPH0515786 B2 JP H0515786B2
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JP
Japan
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coated
cubic
cbn
thickness
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JP59167676A
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JPS6148568A (ja
Inventor
Minoru Nakano
Masaaki Tobioka
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Priority to JP16767684A priority Critical patent/JPS6148568A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/342Boron nitride

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硬質合金、サーメツト、セラミツク
スのうちの少なくとも一つを基体とし、その表面
に複数層からなる被膜を形成した300m/minを
超える高速切削に切削工具として使用可能な多層
硬質膜被覆工具に関する。
〔従来の技術〕 超硬合金の表面に耐摩耗性の優れたTiC、
TiN、Al2O3などの硬質物質を1種又は2種以上
の単層又は2層以上被覆した被覆超硬合金は既に
実用化されている。その中でもAl2O3を外層とし
た二重被覆超硬合金工具は、Al2O3のもつ耐熱
性、耐酸化性等のため優れた耐摩耗性を示すこと
が知られている。切削工具に要求される切削条件
は年々過酷になつてきており、切削速度も300
m/minを超える場合も多くなつており、より耐
摩耗性の高い切削工具が要求されるようになつて
いる。これらの要求に対して、Al2O3膜厚を厚く
する方向がある。
しかしながら、Al2O3自体は脆性材料のため、
厚膜化することは靭性低下につながり、対摩耗性
と靭性を兼ねそなえる汎用工具としては、靭性面
で不満足のものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上述した従来のものよりも耐摩耗性と
靭性に優れた多層硬質膜被覆工具を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこの目的を達するために、硬質合金、
サーメツト、セラミツクスのうちの少なくとも一
つからなる基体と、4A族の炭化物、窒化物、
Al2O3、立方晶を除くBNのうちの少なくとも一
つ、これらの固溶体、混合物からなる第1層、第
1層に接して形成された4A族の窒化物、立方晶
を除くBNの一方又は両者の混合物からなる第1
層と異なる第2層、第2層に接して形成された立
方晶BNからなるか立方晶BNを含む層からなる
第3層を一組とし、第1層を基体側にして基体表
面に形成された第1層と第2層の組み合わせが同
一又は異なる二〜六組の被膜を有し、この被膜の
厚さが2〜20μmであり、第3層の膜厚が0.5〜5μ
mであることを特徴とする多層硬質膜被覆工具を
構成したことにある。
本発明被覆工具の被膜は例えば次のようにして
形成できる。
第1層の4A族の炭化物、窒化物はCVD法で、
第2層の4A族の窒化物、立方晶を除くBNの一方
又は両者の混合物は、CVD法あるいはプラズマ
CVD法でコーテイングし、第3層のCBNは、B
を含む水素化合物とNを含む化合物でプラズマ
CVD法で合成させる。この工程を繰り返して多
重層を得る。又、本発明においてTiC、TiN、
Al2O3など生成過程でプラズマCVD法とCVD法
を交互に、いわゆる間欠プラズマCVD法によつ
て被覆した場合これら膜中に非晶質部分があつて
も効果がある。
本発明に用いられる基板は、超硬合金に限ら
ず、耐摩耗性を若干おとした高靭性サーメツト、
セラミツクスを用いることができる。
〔作用〕
基体に最近接する第1層は、密着性の点で4A
族の炭化物、窒化物、Al2O3、立方晶を除くBN
から選ばれる。超硬合金、サーメツトを基体とす
る場合は、4A族の炭化物、窒化物が、セラミツ
クスではAl2O3が好ましい。第2層は4A族の窒化
物、立方晶を、除くBN層が選ばれ、これらの物
質は、第1層との接着性もよく、又は第3層であ
るCBNとも密着性が良いことから選ばれる。
第1層として選ばれた窒化物は、第2層として
選択されない。実質的に1層となるからである。
従つて、第1層が窒化物の時、第2層は、第1層
とは異なつた種類の窒化物を選択する。窒素を含
むサーメツトの場合は、第1層を4A族の窒化物
とするのが好ましく、第3層との接着性向上のた
め、第2層も窒化物を選択することが好ましい。
なお第1層として立方晶を除くBN層を選択する
場合は、二組目以降も第1層として選択するのが
良い。該BNの上層として存在する立方晶BNを
含む層との密着性が良いからである。
第3層はCBNであるが、このCBNは全部、又は
一部がCBNであつて、残部はアモルフアス状も
しくは六方晶の混合相であつてもよく、若干耐摩
耗性は劣るが、密着性の点では少量のアモルフア
スもしくは六方晶が存在するのが好ましい。
これら3層を一組として二組以上、六組以下と
なる構造をとる。このような多重層をとること
で、膜表面又は膜内部より発生した亀裂伝搬阻止
又は進展速度を減じる効果がある。しかし、六組
以上の多層となると、各構成膜間の応力が無視で
きず膜剥離の原因となり、又耐摩耗性への効果も
少ないため、二〜四組が好ましい。
これらの膜厚は2〜20μmであつて、2μm以下
では耐摩耗性に効果なく、20μmを超えると靭性
低下して好ましくない。又、該被膜中のCBNを
含む層の膜厚は0.5μm以上、3μm以下である。
0.5μm未満では、耐摩耗性に効果なく、5μmを超
えると耐摩耗性に優れるも靭性低下が著しく大き
くなり、本発明の目的を逸脱する。
このような構成とするのは、立方晶BNは気相
法で合成が困難であり、厚く成膜することが困難
であるから、薄い立方晶のBN膜と従来より知ら
れている硬質物質膜とを組み合わせて多重層とし
たものである。
〔実施例〕
以下実施例について説明する。
実施例 1 WC−10重量%Co合金に、TiCl4、CH4、H2
混合ガス中、1000℃にてCVD法でTiC3μm被覆
した後、TiCl4、N2、H2中でTiN1μmを被覆し
た。しかるのち、プラズマCVD法で1000℃、0.1
容量%B2H6と1容量%NH3と残H2中、2.45GHz、
200W下でCBNを2μmコーテイングした。さら
に、CVD法でTiN、プラズマCVD法で六方晶
BN、最後にCBNを被覆した。(合計12μm) 比較のために5μmAl2O3/3μmTiCのコーテイ
ングチツプを作つて下記の切削条件で切削テスト
を行なつた。
切削条件 被削材 SCM435(HB300) 切削速度 400m/min 送 り 0.30mm/rev 切込み 1.5mm 切削時間 10分 本発明品はにげ面摩耗0.30mmであつたが、比較
品は5分後、0.50mmを超え、切削不能であつた。
実施例 2 10容量%の結合相(Co、Ni)で硬質相が60重
量%TiC、8重量%TiN、2重量%Mo2C、残
WCの組成からなるサーメツト、及び70重量%
Al2O3、30重量%TiCのセラミツクを基体として
サーメツトには、1μmTiN、1μmBN、4μm
CBN、を第1組、次いで3μmAl2O3、1μmTiN、
2μmCBNを第2組の層としてコーテイングした。
(A) 又、セラミツク上には、2μmAl2O3、1μm
TiN、2μmCBNを第1組とし、1μmBN、1μm
のBNとTiNの混合物、2μmCBNを第2組の層
としてコーテイングした。(B) 比較のために、サーメツトに3μmTiN、5μm
Al2O3をコーテイングしたもの(C)及びセラミツク
に1μmTiC、5μmAl2O3コーテイングしたもの(D)
を作つて実施例1の切削条件で切削した。
本発明品(A)、(B)はにげ面摩耗が0.18mm、0.15mm
のところ、(C)は8分切削で0.50mm、(D)は0.48mmで
あつた。
実施例 3 実施例1と同一基体及び同一被覆条件で、反応
時間のみ短縮して下記の被覆層を形成した。基体
に接する第1層としてTiC0.5μm、引き続いて
TiN0.5μm、CBNを含む層0.5μmからなる3層を
第一組とし、第二組目として第一組目の表面に、
0.5μmのTiN、0.5μmの六方晶BN、0.5μmの
CBNを含む層を被覆した。
更に、第三組目の被覆層として、第一組と同じ
組み合わせの被覆層を被覆した。最外表面に第四
組目の被覆層として、第二組目と同じ組み合わせ
の被覆層を被覆して、全膜厚を6μmとした。こ
れを実施例1と同一切削条件でテストした結果、
逃げ面摩耗量は、0.25mmであつた。
実施例 4 実施例2と同一組成のサーメツト及び同一被覆
条件で、反応時間のみ短縮して、下記の被覆層を
形成した。第一組目の第1層として0.5μmTiN、
第2層として0.5μmの非晶質BN、第3層として
0.5μmのCBNを含む層とした。第二組目の第1
層として、0.5μmAl2O3、第2層として0.5μm
TiN、第3層として0.5μmのCBNを含む層とし
た。第三組及び第五組の層を第一組と同一構造と
し、第四組及び第六組の層を第二組と同一構造と
して合計で9μmの厚さとした。
これを実施例1と同一切削条件でテストしたと
ころ、逃げ面摩耗量は0.26mmであつた。
実施例 5 WC−10重量%Coの超硬合金に、CVD法で
1000℃にて3μmのTiCを被覆後、CVD法にて
1000℃でZnCl4、CH4、H2、N2、の混合ガスを
用いて1μmのZrCN、引き続いてプラズマCVD法
で1μmCBN、更にCVD法でHfCl4、CH4、H2
N2、の混合ガスを用いて2μmのHfCNを被覆し、
プラズマCVD法で1μmのアモルフアスBN層、最
後に1μmのCBNを被覆した。膜厚の合計は9μm
である。
これを実施例1と同一切削条件で切削テストを
行つた結果、にげ面摩耗は0.28mmであつた。
〔発明の効果〕
本発明の多層硬質膜被覆工具によれば、表面被
覆の優れた耐摩耗性によつて、基体の耐摩耗性が
補なわれるので、高靭性、高耐摩耗性に優れ、高
速切削用工具材料として使用可能で、従来品より
も著しく使用寿命を延長することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 硬質合金、サーメツト、セラミツクスのうち
    の少なくとも一つからなる基体と4A族の炭化物、
    窒化物、Al2O3、立方晶を除くBNのうちの少な
    くとも一つ、これらの固溶体、混合物からなる第
    1層、第1層に接して形成された4A族の窒化物、
    立方晶を除くBNの一方又は両者の混合物からな
    る第1層と異なる第2層、第2層に接して形成さ
    れた立方晶BNからなるか立方晶BNを含む層か
    らなる第3層を一組とし、第1層を基体側にして
    基体表面に形成された第1層と第2層の組み合わ
    せが同一又は異なる二〜六組の被膜を有し、この
    被膜の厚さが2〜20μmであり、第3層の膜厚が
    0.5〜5μmであることを特徴とする多層硬質膜被
    覆工具。
JP16767684A 1984-08-09 1984-08-09 多層硬質膜被覆工具 Granted JPS6148568A (ja)

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JPS6148568A JPS6148568A (ja) 1986-03-10
JPH0515786B2 true JPH0515786B2 (ja) 1993-03-02

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ID=15854151

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JPH074385U (ja) * 1993-06-28 1995-01-24 公雄 服部 レトルト食品収納用容器材

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