JPH05177412A - 被覆セラミックス切削工具及びその製造方法 - Google Patents
被覆セラミックス切削工具及びその製造方法Info
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- JPH05177412A JPH05177412A JP35757191A JP35757191A JPH05177412A JP H05177412 A JPH05177412 A JP H05177412A JP 35757191 A JP35757191 A JP 35757191A JP 35757191 A JP35757191 A JP 35757191A JP H05177412 A JPH05177412 A JP H05177412A
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- ceramics
- carbonitrides
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 硬質セラミックスを母材とし、耐摩耗性と耐
欠損性の両方に優れた被覆セラミックス切削工具及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】 硬質セラミックスの母材の表面側に化学的蒸
着法により設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物等
の化合物かＡｌ2Ｏ3の単層又は複層で膜厚が０.５〜１
５μｍの引張残留応力を有するか又は残留応力を有しな
い内側被覆層と、内側被覆層上に物理的蒸着法により設
けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの化合物かＡｌ2Ｏ3、ＴｉＡｌＮ
等の単層又は複層で膜厚が０.３〜５μｍの圧縮残留応
力を有する外側被覆層とからなる被覆層を備えた被覆セ
ラミックス切削工具。
欠損性の両方に優れた被覆セラミックス切削工具及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】 硬質セラミックスの母材の表面側に化学的蒸
着法により設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物等
の化合物かＡｌ2Ｏ3の単層又は複層で膜厚が０.５〜１
５μｍの引張残留応力を有するか又は残留応力を有しな
い内側被覆層と、内側被覆層上に物理的蒸着法により設
けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの化合物かＡｌ2Ｏ3、ＴｉＡｌＮ
等の単層又は複層で膜厚が０.３〜５μｍの圧縮残留応
力を有する外側被覆層とからなる被覆層を備えた被覆セ
ラミックス切削工具。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、硬質セラミックス又は
繊維強化硬質セラミックスの母材上に、硬質セラミック
スの被覆層を備えた被覆セラミックス切削工具、及びそ
の製造方法に関する。
繊維強化硬質セラミックスの母材上に、硬質セラミック
スの被覆層を備えた被覆セラミックス切削工具、及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラ
ミックスからなる切削工具は、鋳物等の切削加工に使用
されているが、近年では切削効率を高めるために切削速
度を従来よりも引き上げる傾向にある。このため、切削
中における切削工具の刃先温度は800℃以上になり、刃
先の熱による変形や逃げ面摩耗が促進され、切削工具の
寿命が著しく低下している。
ミックスからなる切削工具は、鋳物等の切削加工に使用
されているが、近年では切削効率を高めるために切削速
度を従来よりも引き上げる傾向にある。このため、切削
中における切削工具の刃先温度は800℃以上になり、刃
先の熱による変形や逃げ面摩耗が促進され、切削工具の
寿命が著しく低下している。
【０００３】この様な状況下で切削工具の耐摩耗性を改
善するため、例えば特公昭５６−５１０４９号公報等に
記載されるごとく、切削工具のセラミックス母材の表面
に、ＣＶＤ法等の化学的蒸着法により硬質セラミックス
の単層又は複層からなる被覆層を形成することが提案さ
れている。被覆層を構成する硬質セラミックスとしては
ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の周期律表の４Ａ族金属の
炭化物、窒化物、炭窒化物、或はＡｌ2Ｏ3等が一般的で
ある。
善するため、例えば特公昭５６−５１０４９号公報等に
記載されるごとく、切削工具のセラミックス母材の表面
に、ＣＶＤ法等の化学的蒸着法により硬質セラミックス
の単層又は複層からなる被覆層を形成することが提案さ
れている。被覆層を構成する硬質セラミックスとしては
ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の周期律表の４Ａ族金属の
炭化物、窒化物、炭窒化物、或はＡｌ2Ｏ3等が一般的で
ある。
【０００４】一般的に化学的蒸着法により形成した被覆
層は、セラミックス母材との間に拡散を伴うため母材と
の密着強度が非常に強く、従ってかかる被覆層を有する
被覆セラミックス切削工具は他のものより耐摩耗性が非
常に優れている。しかしその一方で、この種の被覆セラ
ミックス切削工具は、被覆層を有しないセラミックス切
削工具に比較して刃先強度が低下し、耐欠損性に劣る欠
点があった。その理由は、切削時における欠損は被覆層
の表面を起点として発生した亀裂が母材であるセラミッ
クスへ伝播することにより発生するが、表面を被覆した
バインダーを含まない硬質セラミックスの被覆層は靭性
に乏しいことから亀裂が発生しやすく、又被覆層と母材
が強固に密着しているので被覆層に発生した亀裂が母材
に伝播しやすいためである。
層は、セラミックス母材との間に拡散を伴うため母材と
の密着強度が非常に強く、従ってかかる被覆層を有する
被覆セラミックス切削工具は他のものより耐摩耗性が非
常に優れている。しかしその一方で、この種の被覆セラ
ミックス切削工具は、被覆層を有しないセラミックス切
削工具に比較して刃先強度が低下し、耐欠損性に劣る欠
点があった。その理由は、切削時における欠損は被覆層
の表面を起点として発生した亀裂が母材であるセラミッ
クスへ伝播することにより発生するが、表面を被覆した
バインダーを含まない硬質セラミックスの被覆層は靭性
に乏しいことから亀裂が発生しやすく、又被覆層と母材
が強固に密着しているので被覆層に発生した亀裂が母材
に伝播しやすいためである。
【０００５】又、化学的蒸着法の場合には被覆温度が通
常約１０００℃と高温であるため、被覆後室温（約２０
℃）まで冷却するとセラミックス母材と被覆層との熱膨
張係数の差によって被覆層に引張残留応力が働くことに
なり、この引張残留応力が亀裂の伝播を助長する。現在
一般に使用されている被覆切削工具の被覆層の膜厚が約
数μｍから約１０数μｍの範囲であるのは、被覆層の膜
厚を厚くするほど耐摩耗性が向上するものの、同時にま
た上記の理由から厚い被覆層ほど引張残留応力が大きく
なって耐欠損性が低下するからである。
常約１０００℃と高温であるため、被覆後室温（約２０
℃）まで冷却するとセラミックス母材と被覆層との熱膨
張係数の差によって被覆層に引張残留応力が働くことに
なり、この引張残留応力が亀裂の伝播を助長する。現在
一般に使用されている被覆切削工具の被覆層の膜厚が約
数μｍから約１０数μｍの範囲であるのは、被覆層の膜
厚を厚くするほど耐摩耗性が向上するものの、同時にま
た上記の理由から厚い被覆層ほど引張残留応力が大きく
なって耐欠損性が低下するからである。
【０００６】一方、特開平１−２５２３０５号には、超
硬合金からなる母材の上に化学的蒸着法によりＴｉＣ等
の内層を被覆し、この内層上にイオンプレーティング法
等の物理的蒸着法によりＴｉＣＮ等の外層を被覆するこ
とによって、切削工具の耐摩耗性を向上させることが提
案されている。しかしこの提案の被覆切削工具は、母材
が靭性に優れた超硬合金であり、中高速の粗切削用途で
の工具の安定寿命向上を図るものであるのに対して、超
高速加工に使用するセラミックス切削工具は超硬合金と
は切削加工の条件が全く異なる脆性材料である。
硬合金からなる母材の上に化学的蒸着法によりＴｉＣ等
の内層を被覆し、この内層上にイオンプレーティング法
等の物理的蒸着法によりＴｉＣＮ等の外層を被覆するこ
とによって、切削工具の耐摩耗性を向上させることが提
案されている。しかしこの提案の被覆切削工具は、母材
が靭性に優れた超硬合金であり、中高速の粗切削用途で
の工具の安定寿命向上を図るものであるのに対して、超
高速加工に使用するセラミックス切削工具は超硬合金と
は切削加工の条件が全く異なる脆性材料である。
【０００７】従って、セラミックス母材上に化学的蒸着
法により形成した硬質セラミックス被覆層の耐欠損性を
向上させることが出来れば、この被覆層本来の優れた耐
摩耗性と相俟って、従来よりも一層優れた切削特性を備
えた被覆セラミックス切削工具が得られ、従来の同種セ
ラミックス工具では刃先の欠損が極めて多く実用的でな
かった加工領域、例えばフライス加工や溝付き材の旋削
加工等の断続的荷重の負荷される切削加工や高速切削又
は高送りの切削加工においても、安定して使用でき又は
工具寿命を改善向上させることが可能となる。
法により形成した硬質セラミックス被覆層の耐欠損性を
向上させることが出来れば、この被覆層本来の優れた耐
摩耗性と相俟って、従来よりも一層優れた切削特性を備
えた被覆セラミックス切削工具が得られ、従来の同種セ
ラミックス工具では刃先の欠損が極めて多く実用的でな
かった加工領域、例えばフライス加工や溝付き材の旋削
加工等の断続的荷重の負荷される切削加工や高速切削又
は高送りの切削加工においても、安定して使用でき又は
工具寿命を改善向上させることが可能となる。
【０００８】
【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、硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラミ
ックスの母材に硬質セラミックスの被覆層を形成し、セ
ラミックス母材に被覆層による良好な耐摩耗性を付与
し、且つ被覆層を設けることにより従来避けられなかっ
た耐欠損性の低下を改善することによって、耐摩耗性と
耐欠損性の両方に優れた被覆セラミックス切削工具を提
供すること、及びその製造方法を提供することを目的と
する。
事情に鑑み、硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラミ
ックスの母材に硬質セラミックスの被覆層を形成し、セ
ラミックス母材に被覆層による良好な耐摩耗性を付与
し、且つ被覆層を設けることにより従来避けられなかっ
た耐欠損性の低下を改善することによって、耐摩耗性と
耐欠損性の両方に優れた被覆セラミックス切削工具を提
供すること、及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラミ
ックスからなる母材の表面上に硬質被覆層を設けた被覆
セラミックス切削工具においては、前記硬質被覆層が、
母材表面側に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホ
ウ炭窒化物、及びＡｌ2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれ
た単層又は複層で、膜厚が０.５〜１５μｍの引張残留
応力を有するか又は残留応力を有しない内側被覆層と、
内側被覆層の上に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒
化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ
2Ｏ3、窒化チタンアルミニウム、酸窒化チタンアルミニ
ウムの少なくとも１種から選ばれた単層又は複層で、膜
厚が０.３〜５μｍの圧縮残留応力を有する外側被覆層
とからなることを特徴とする。
め、本発明の硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラミ
ックスからなる母材の表面上に硬質被覆層を設けた被覆
セラミックス切削工具においては、前記硬質被覆層が、
母材表面側に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホ
ウ炭窒化物、及びＡｌ2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれ
た単層又は複層で、膜厚が０.５〜１５μｍの引張残留
応力を有するか又は残留応力を有しない内側被覆層と、
内側被覆層の上に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒
化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ
2Ｏ3、窒化チタンアルミニウム、酸窒化チタンアルミニ
ウムの少なくとも１種から選ばれた単層又は複層で、膜
厚が０.３〜５μｍの圧縮残留応力を有する外側被覆層
とからなることを特徴とする。
【００１０】又、本発明の被覆セラミックス切削工具の
製造方法においては、化学的蒸着法により硬質セラミッ
クス又は繊維強化硬質セラミックスからなる母材の表面
上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物、及
びＡｌ2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれた単層又は複層
で、膜厚が０.５〜１５μｍの内側被覆層を形成し、全
体を室温まで冷却した後、物理的蒸着法により内側被覆
層の上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ2Ｏ3、窒化チタン
アルミニウム、酸窒化チタンアルミニウムの少なくとも
１種から選ばれた単層又は複層で、膜厚が０.３〜５μ
ｍの外側被覆層を形成することを特徴とする。
製造方法においては、化学的蒸着法により硬質セラミッ
クス又は繊維強化硬質セラミックスからなる母材の表面
上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物、及
びＡｌ2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれた単層又は複層
で、膜厚が０.５〜１５μｍの内側被覆層を形成し、全
体を室温まで冷却した後、物理的蒸着法により内側被覆
層の上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ2Ｏ3、窒化チタン
アルミニウム、酸窒化チタンアルミニウムの少なくとも
１種から選ばれた単層又は複層で、膜厚が０.３〜５μ
ｍの外側被覆層を形成することを特徴とする。
【００１１】尚、本発明の被覆セラミックス切削工具に
おける母材は、従来から当該分野に公知であり又は通常
使用されている硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラ
ミックスで良いが、なかでも窒化ケイ素、アルミナ、又
は炭化チタンや窒化チタン等のチタン化合物を主体とす
る硬質セラミックス、若しくはこれらに炭化ケイ素等の
強化繊維を分散させた繊維強化硬質セラミックスが好ま
しい。
おける母材は、従来から当該分野に公知であり又は通常
使用されている硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラ
ミックスで良いが、なかでも窒化ケイ素、アルミナ、又
は炭化チタンや窒化チタン等のチタン化合物を主体とす
る硬質セラミックス、若しくはこれらに炭化ケイ素等の
強化繊維を分散させた繊維強化硬質セラミックスが好ま
しい。
【００１２】
【作用】母材である硬質セラミックス又は繊維強化硬質
セラミックスに化学的蒸着法により被覆層を形成した場
合、通常は母材であるセラミックスの破壊強度が例えば
Ｓｉ3Ｎ4系や繊維強化Ａｌ2Ｏ3系セラミックスで７〜８
ＭＮ／ｍ3/2程度であるのに対して、被覆層の破壊強度
は例えばＡｌ2Ｏ3で約４ＭＮ／ｍ3/2と劣っているの
で、被覆層が薄膜であるとはいえ若干の強度低下は免れ
ない。
セラミックスに化学的蒸着法により被覆層を形成した場
合、通常は母材であるセラミックスの破壊強度が例えば
Ｓｉ3Ｎ4系や繊維強化Ａｌ2Ｏ3系セラミックスで７〜８
ＭＮ／ｍ3/2程度であるのに対して、被覆層の破壊強度
は例えばＡｌ2Ｏ3で約４ＭＮ／ｍ3/2と劣っているの
で、被覆層が薄膜であるとはいえ若干の強度低下は免れ
ない。
【００１３】又、母材であるセラミックスの熱膨張係数
は例えばＳｉ3Ｎ4系セラミックスで３.０×１０-6Ｋ-1
程度であるのに対して、被覆層の熱膨張係数は例えばＴ
ｉＣが約７.６×１０-6Ｋ-1及びＡｌ2Ｏ3が約７.９×１
０-6Ｋ-1と大きいので、化学的蒸着法で被覆層を形成す
る際の被覆温度約１０００℃から被覆層形成後に室温ま
で冷却すると被覆層に引張応力が発生する。通常この応
力は被覆層の破壊強度を越えるので、被覆層に平均間隔
１００〜４００μｍの亀裂が発生し、応力の一部が解放
される。しかし、通常は被覆層になお０.５〜１.０ＧＰ
ａ程度の歪みが残留し、これが切削時の亀裂の伝播を助
長するのである。
は例えばＳｉ3Ｎ4系セラミックスで３.０×１０-6Ｋ-1
程度であるのに対して、被覆層の熱膨張係数は例えばＴ
ｉＣが約７.６×１０-6Ｋ-1及びＡｌ2Ｏ3が約７.９×１
０-6Ｋ-1と大きいので、化学的蒸着法で被覆層を形成す
る際の被覆温度約１０００℃から被覆層形成後に室温ま
で冷却すると被覆層に引張応力が発生する。通常この応
力は被覆層の破壊強度を越えるので、被覆層に平均間隔
１００〜４００μｍの亀裂が発生し、応力の一部が解放
される。しかし、通常は被覆層になお０.５〜１.０ＧＰ
ａ程度の歪みが残留し、これが切削時の亀裂の伝播を助
長するのである。
【００１４】そこで本発明では、イオンプレーティング
法等の物理的蒸着法により形成した硬質セラミックスの
被覆層には一般に１.５〜２.０ＧＰａ程度の圧縮応力が
残留することを利用し、上記のごとく化学的蒸着法によ
り母材上に形成した引張残留応力を有するか又は残留応
力を有しない内側被覆層の上に、更に物理的蒸着法によ
り形成した圧縮残留応力を有する外側被覆層を設けるこ
とによって、内側被覆層の引張残留応力を打ち消し被覆
層全体で適度な圧縮応力が残るようにした。
法等の物理的蒸着法により形成した硬質セラミックスの
被覆層には一般に１.５〜２.０ＧＰａ程度の圧縮応力が
残留することを利用し、上記のごとく化学的蒸着法によ
り母材上に形成した引張残留応力を有するか又は残留応
力を有しない内側被覆層の上に、更に物理的蒸着法によ
り形成した圧縮残留応力を有する外側被覆層を設けるこ
とによって、内側被覆層の引張残留応力を打ち消し被覆
層全体で適度な圧縮応力が残るようにした。
【００１５】具体的には、セラミックスの母材表面側に
ＴｉＣやＡｌ2Ｏ3等の単層又は複層からなり膜厚が０.
５〜１５μｍの内側被覆層を化学的蒸着法により形成
し、全体を室温まで冷却して内側被覆層に亀裂を発生さ
せた後、その内側被覆層の上に物理的蒸着法によりＴｉ
ＮやＴｉＣＮ等の単層又は複層からなり膜厚が０.３μ
ｍ以上の外側被覆層を形成すれば、内側被覆層と外側被
覆層の各々の残留応力が打ち消し合い、結果的に被覆層
全体に圧縮応力が残留することがＸ線回折により確認で
き、この残留する圧縮応力は０.２〜２.０ＧＰａの範囲
が好ましいことも分かった。
ＴｉＣやＡｌ2Ｏ3等の単層又は複層からなり膜厚が０.
５〜１５μｍの内側被覆層を化学的蒸着法により形成
し、全体を室温まで冷却して内側被覆層に亀裂を発生さ
せた後、その内側被覆層の上に物理的蒸着法によりＴｉ
ＮやＴｉＣＮ等の単層又は複層からなり膜厚が０.３μ
ｍ以上の外側被覆層を形成すれば、内側被覆層と外側被
覆層の各々の残留応力が打ち消し合い、結果的に被覆層
全体に圧縮応力が残留することがＸ線回折により確認で
き、この残留する圧縮応力は０.２〜２.０ＧＰａの範囲
が好ましいことも分かった。
【００１６】この様に内側被覆層と外側被覆層の残留応
力を調整することにより、被覆層の耐欠損性を向上させ
ることが可能となり、その結果セラミックス母材との良
好な密着性と優れた耐摩耗性を保持したまま、同時に切
削における切刃の耐欠損性及び耐チッピング性を大幅に
向上させた被覆セラミックス切削工具を得ることが出来
た。ただし、外側被覆層の膜厚が５μｍを越えると、総
膜厚が厚くなり過ぎることから耐欠損性の向上が少なく
なるので、外側被覆層の膜厚は０.３〜５.０μｍの範囲
が好ましい。
力を調整することにより、被覆層の耐欠損性を向上させ
ることが可能となり、その結果セラミックス母材との良
好な密着性と優れた耐摩耗性を保持したまま、同時に切
削における切刃の耐欠損性及び耐チッピング性を大幅に
向上させた被覆セラミックス切削工具を得ることが出来
た。ただし、外側被覆層の膜厚が５μｍを越えると、総
膜厚が厚くなり過ぎることから耐欠損性の向上が少なく
なるので、外側被覆層の膜厚は０.３〜５.０μｍの範囲
が好ましい。
【００１７】
【実施例】下記表１に示す組成の硬質セラミックスから
なる型番ＳＮＧＮ４３２の切削工具形状の母材を用意
し、母材表面に公知のＣＶＤ法により通常の条件で表１
に示す単層又は複層の内側被覆層を形成し、全体を室温
に冷却した後、Ｘ線回折により内側被覆層の引張残留応
力を測定した。次に、内側被覆層の上に公知の物理的蒸
着法により通常の条件で表１に示す単層又は複層の外側
被覆層を形成し、同様に被覆層全体の圧縮残留応力を測
定した。
なる型番ＳＮＧＮ４３２の切削工具形状の母材を用意
し、母材表面に公知のＣＶＤ法により通常の条件で表１
に示す単層又は複層の内側被覆層を形成し、全体を室温
に冷却した後、Ｘ線回折により内側被覆層の引張残留応
力を測定した。次に、内側被覆層の上に公知の物理的蒸
着法により通常の条件で表１に示す単層又は複層の外側
被覆層を形成し、同様に被覆層全体の圧縮残留応力を測
定した。
【００１８】
【表１】 母 材 組 成 内側被覆層と膜厚 外側被覆層と膜厚試料 (wt％) 母材→ (μｍ) →外側 (μｍ) 1 Si3N4−5Y2O3 TiCN／Al2O3／TiN TiN／TiCN／TiN −2Al2O3 0.3 1.0 0.3 0.5 1.0 0.5 2 TiC−30Al2O3 TiCO／Al2O3 TiAlN 0.5 2.0 5.0 3 Al2O3−30TiC Al2O3／TiC TiC／TiN 0.3 0.2 0.3 0.3 4 Al2O3−8ZrO2 Al2O3／HfC TiC／TiCN／TiN −28SiCウイスカー 1.0 2.0 0.5 1.0 0.3 5 Al2O3 Al2O3／TiCNO／TiCN TiN 0.2 0.5 0.5 0.3 6 Al2O3−5ZrO2 ZrC／TiC TiCN／TiC／TiN 2.0 1.0 0.3 0.3 0.3 7 Al2O3−5ZrO2 ZrCO／ZrCN／ZrN ZrN／ZrCN／ZrC 3.0 10.0 2.0 1.0 1.0 1.0 8 Si3N4−5Y2O3 HfCN／HfBCN／HfBN／Al2O3 HfCO／HfCNO／HfCN／HfN −2Al2O3 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 9＊ Al2O3−5ZrO2 ZrCNO／ZrCN／ZrN TiAlON 3.0 11.0 2.0 5.5 10＊ Al2O3−30TiC Al2O3／HfCNO／HfN TiAlNO 0.1 0.1 0.1 0.2 （注）＊を付した試料９と１０は比較例である（以下同
じ）。
じ）。
【００１９】又、上記表１の各試料について測定した内
側被覆層の引張残留応力と、被覆層全体の圧縮残留応力
を表２に列挙した。
側被覆層の引張残留応力と、被覆層全体の圧縮残留応力
を表２に列挙した。
【表２】
【００２０】得られた各被覆セラミックス切削工具につ
いて、下記に示す超高速又は高負荷の切削条件にて切削
性能をそれぞれ評価し、結果を表３に示した。耐摩耗性 被 削 材： ＦＣ２５ 切削速度： ８００ｍ／ｍｉｎ． 送 り： ０.３ｍｍ／ｒｅｖ． 切 込 み： １.０ｍｍ 切 削 油： 乾式 寿命判定： ＶB＝０.２ｍｍに達する時間（ｍｉｎ）耐欠損性 被 削 材： ＦＣ２５溝付き材（外周上等間隔に長手方
向の溝４本） 切削速度： ５００ｍ／ｍｉｎ． 送 り： ０.８ｍｍ／ｒｅｖ． 切 込 み： １.０ｍｍ 切 削 油： 乾式 寿命判定： チッピング発生までの時間（ｍｉｎ）
いて、下記に示す超高速又は高負荷の切削条件にて切削
性能をそれぞれ評価し、結果を表３に示した。耐摩耗性 被 削 材： ＦＣ２５ 切削速度： ８００ｍ／ｍｉｎ． 送 り： ０.３ｍｍ／ｒｅｖ． 切 込 み： １.０ｍｍ 切 削 油： 乾式 寿命判定： ＶB＝０.２ｍｍに達する時間（ｍｉｎ）耐欠損性 被 削 材： ＦＣ２５溝付き材（外周上等間隔に長手方
向の溝４本） 切削速度： ５００ｍ／ｍｉｎ． 送 り： ０.８ｍｍ／ｒｅｖ． 切 込 み： １.０ｍｍ 切 削 油： 乾式 寿命判定： チッピング発生までの時間（ｍｉｎ）
【００２１】尚、表３には本発明例の試料１〜８と比較
例として被覆層の膜厚が本発明の範囲外である試料９及
び１０（被覆層をＣＶＤ＋ＰＶＤと表示）のほかに、表
１の各試料１〜１０のセラミックス母材のみで被覆層の
ない例、同じく表１の各セラミックス母材に表１の内側
被覆層のみを設けたＣＶＤ被覆層の例、及び同じく表１
の各セラミックス母材に表１の外側被覆層のみを設けた
ＰＶＤ被覆層の例についても、上記と同様に切削性能を
評価した結果を合わせて示した。
例として被覆層の膜厚が本発明の範囲外である試料９及
び１０（被覆層をＣＶＤ＋ＰＶＤと表示）のほかに、表
１の各試料１〜１０のセラミックス母材のみで被覆層の
ない例、同じく表１の各セラミックス母材に表１の内側
被覆層のみを設けたＣＶＤ被覆層の例、及び同じく表１
の各セラミックス母材に表１の外側被覆層のみを設けた
ＰＶＤ被覆層の例についても、上記と同様に切削性能を
評価した結果を合わせて示した。
【００２２】
【表３】 ＣＶＤ＋ＰＶＤ 被覆層なし ＣＶＤ被覆層 ＰＶＤ被覆層試料 耐摩耗 耐欠損 耐摩耗 耐欠損 耐摩耗 耐欠損 耐摩耗 耐欠損 1 8 22 3 20 6 10 3.5 17 2 14 10 9 6 12 3 8 10 3 13 9 10 6 11 4 10 8 4 14 15 6 11 11 4 8 12 5 17 3 12 2 15 1 12 2 6 13 10 8 7 11 3 9 8 7 19 8 8 7 16 4 10 9 8 8 25 3 20 6 12 3.5 18 9＊ 21 4 8 7 19 0.5 15 6 10＊ 10.5 6 10 6 10 4 10 8 （注）耐摩耗性及び耐欠損性における評価の数値は前記
切削条件の寿命判定に示すごとく分（ｍｉｎ）である。
切削条件の寿命判定に示すごとく分（ｍｉｎ）である。
【００２３】表３の結果から、被覆層のない通常のセラ
ミックス切削工具に比べて、ＣＶＤ被覆層を有する被覆
セラミックス切削工具は耐摩耗性に優れるが耐欠損性に
劣り、ＰＶＤ被覆層を有する被覆セラミックス切削工具
は耐摩耗性及び耐欠損性とも同等か劣るのに対して、本
発明例の被覆セラミックス切削工具は耐摩耗性と耐欠損
性の両方が同時に向上していることが分かる。
ミックス切削工具に比べて、ＣＶＤ被覆層を有する被覆
セラミックス切削工具は耐摩耗性に優れるが耐欠損性に
劣り、ＰＶＤ被覆層を有する被覆セラミックス切削工具
は耐摩耗性及び耐欠損性とも同等か劣るのに対して、本
発明例の被覆セラミックス切削工具は耐摩耗性と耐欠損
性の両方が同時に向上していることが分かる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、セラミックス母材への
被覆層として、化学的蒸着法により形成された引張残留
応力を適度に有する内側被覆層と、内側被覆層の上に物
理的蒸着法により形成された圧縮残留応力を有する外側
被覆層とを積層してあるので、内側被覆層のセラミック
ス母材への優れた密着強度と被覆層全体での好適な圧縮
応力の残留により、優れた耐摩耗性を有すると同時に耐
欠損性を大幅に向上させた被覆セラミックス切削工具を
提供することが出来る。
被覆層として、化学的蒸着法により形成された引張残留
応力を適度に有する内側被覆層と、内側被覆層の上に物
理的蒸着法により形成された圧縮残留応力を有する外側
被覆層とを積層してあるので、内側被覆層のセラミック
ス母材への優れた密着強度と被覆層全体での好適な圧縮
応力の残留により、優れた耐摩耗性を有すると同時に耐
欠損性を大幅に向上させた被覆セラミックス切削工具を
提供することが出来る。
【００２５】従って、本発明の被覆セラミックス切削工
具によれば、従来のセラミックス切削工具では適用が困
難であった切削条件、例えばフライス加工や溝付き材の
旋削加工等の断続的荷重の負荷される切削加工や高速切
削又は高送りの切削加工においても、工具寿命が長くな
り、安定して使用することが出来る。
具によれば、従来のセラミックス切削工具では適用が困
難であった切削条件、例えばフライス加工や溝付き材の
旋削加工等の断続的荷重の負荷される切削加工や高速切
削又は高送りの切削加工においても、工具寿命が長くな
り、安定して使用することが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 晄徳 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 硬質セラミックス又は繊維強化硬質セラ
ミックスからなる母材の表面上に硬質被覆層を設けた被
覆セラミックス切削工具において、前記硬質被覆層が、
母材表面側に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホ
ウ炭窒化物、及びＡｌ2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれ
た単層又は複層で、膜厚が０.５〜１５μｍの引張残留
応力を有するか又は残留応力を有しない内側被覆層と、
内側被覆層の上に設けたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒
化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ
2Ｏ3、窒化チタンアルミニウム、酸窒化チタンアルミニ
ウムの少なくとも１種から選ばれた単層又は複層で、膜
厚が０.３〜５μｍの圧縮残留応力を有する外側被覆層
とからなることを特徴とする被覆セラミックス切削工
具。 - 【請求項２】 内側被覆層と外側被覆層からなる被覆層
全体で０.２〜２.０ＧＰａの圧縮応力が残留しているこ
とを特徴とする、請求項１記載の被覆セラミックス切削
工具。 - 【請求項３】 化学的蒸着法により硬質セラミックス又
は繊維強化硬質セラミックスからなる母材表面上に、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化
物、炭酸窒化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物、及びＡｌ
2Ｏ3の少なくとも１種から選ばれた単層又は複層で、膜
厚が０.５〜１５μｍの内側被覆層を形成し、全体を室
温まで冷却した後、物理的蒸着法により内側被覆層の上
に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸化物、炭酸窒化物、及びＡｌ2Ｏ3、窒化チタンアルミ
ニウム、酸窒化チタンアルミニウムの少なくとも１種か
ら選ばれた単層又は複層で、膜厚が０.３〜５μｍの外
側被覆層を形成することを特徴とする被覆セラミックス
切削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35757191A JPH05177412A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 被覆セラミックス切削工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35757191A JPH05177412A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 被覆セラミックス切削工具及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05177412A true JPH05177412A (ja) | 1993-07-20 |
Family
ID=18454807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35757191A Pending JPH05177412A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 被覆セラミックス切削工具及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05177412A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998051839A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-19 | Widia Gmbh | Schneideinsatz zum zerspanen und verfahren zur herstellung dieses schneideinsatzes |
| WO2006064724A1 (ja) | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 表面被覆切削工具 |
| US7732066B2 (en) * | 2001-12-26 | 2010-06-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Surface-coated machining tools |
| US7803464B2 (en) | 2004-12-27 | 2010-09-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| JP2011011235A (ja) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆回転ツール |
| US8012611B2 (en) | 2004-10-29 | 2011-09-06 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP35757191A patent/JPH05177412A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998051839A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-19 | Widia Gmbh | Schneideinsatz zum zerspanen und verfahren zur herstellung dieses schneideinsatzes |
| US6350510B1 (en) | 1997-05-09 | 2002-02-26 | Widia Gmbh | Processing insert, and production of same |
| US7732066B2 (en) * | 2001-12-26 | 2010-06-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Surface-coated machining tools |
| US8012611B2 (en) | 2004-10-29 | 2011-09-06 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| WO2006064724A1 (ja) | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 表面被覆切削工具 |
| US7972714B2 (en) | 2004-12-14 | 2011-07-05 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Coated cutting tool |
| US7803464B2 (en) | 2004-12-27 | 2010-09-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| JP2011011235A (ja) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆回転ツール |
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