JPH05261604A - 物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップおよびその製造法 - Google Patents

物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップおよびその製造法

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JPH05261604A
JPH05261604A JP4091722A JP9172292A JPH05261604A JP H05261604 A JPH05261604 A JP H05261604A JP 4091722 A JP4091722 A JP 4091722A JP 9172292 A JP9172292 A JP 9172292A JP H05261604 A JPH05261604 A JP H05261604A
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JP
Japan
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layer
binder phase
coated
vapor deposition
physical vapor
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JP4091722A
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Inventor
Akira Yaguchi
亮 矢口
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐剥離性および耐欠損性に優れた物理蒸着硬
質層被覆スローアウエイチップを提供する。 【構成】 基体平均組成でCo:4〜20重量%を含有
し、さらに必要に応じて周期律表4a、5aおよび6a
族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2種以上
を含有し、残りがWCおよび不可避不純物からなるWC
基超硬合金基体の表面に物理蒸着硬質被覆層3が形成さ
れている硬質層被覆スローアウエイチップにおいて、上
記WC基超硬合金基体は、Co結合相1含有量が基体平
均組成の3/5以下の組成を有しかつ表面から5μmの
範囲内の厚さを有するCo結合相不足層4、および上記
Co結合相不足層4から内部に向かってCo結合相濃度
が漸増するCo結合相濃度勾配を有する厚さ10μm以
下のCo結合相濃度勾配層5で被覆されており、上記物
理蒸着硬質被覆層3は上記Co結合相不足層4の上に形
成されている物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチッ
プ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、耐剥離性および耐欠
損性に優れた物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップ
およびその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Coを結合相形成成分として含有し、さ
らに必要に応じて、周期律表4a、5aおよび6a族金
属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2種以上含
み、残りが炭化タングステン(以下、WCと記す)およ
び不可避不純物からなるWC基超硬合金基体の表面に、
物理蒸着法により硬質被覆層を形成した硬質層被覆スロ
ーアウエイチップは知られている。
【0003】この硬質層被覆スローアウエイチップは、
通常、WC基超硬合金基体表面をボンバードクリーニン
グにより清浄したのち、物理蒸着法により硬質被覆層を
形成し製造される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通常のWC基
超硬合金基体をボンバードクリーニングしたWC基超硬
合金基体表面に形成された物理蒸着硬質被覆層は、いず
れも付着強度が十分ではなく、さらに付着強度を上げる
ためにボンバードクリーニング時間を延ばし、基体温度
を上げるなどすると、WC基超硬合金基体表面は、図2
に示されるように、刃先部のCo結合相1が部分的にス
パッタされて消失し、ちょうどWC基超硬合金基体表面
をエッチングしたようにWC基超硬合金基体表面に凹部
2が形成され最表面層が粗密化され、その上に物理蒸着
硬質被覆層3を形成すると、硬質被覆層の付着強度は向
上するが、上記凹部が穴となり、その穴が破壊の起点と
なるためにチッピングや欠損を起こしやすくなることが
分ったのである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
物理蒸着硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する付着強
度が優れ、かつ切削に際して早期にチッピングや欠損を
起こすことのない工具寿命の長い硬質層被覆スローアウ
エイチップを得るべく研究を行った結果、 (a)原料粉末を所定の配合割合となるように配合し、
混合し、プレス成形して得られた圧粉体を通常の真空ま
たは低圧不活性ガス中で一次焼結することにより焼結体
を製造し、この焼結体を所定のスローアウエイチップ形
状に研削することにより一次焼結体を製造し、このスロ
ーアウエイチップ形状の一次焼結体を、さらに、圧力:
5〜1000気圧の不活性ガス雰囲気中、液相出現温度
以上1500℃までの温度範囲内の条件下で二次焼結し
て二次焼結体を製造し、この二次焼結体を基体としてそ
の表面に通常の物理蒸着硬質層を被覆することにより得
られた物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップは、物
理蒸着硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する付着強度
が優れかつ切削に際して短期間でチッピングや欠損を起
こすことはない、
【0006】(b)上記二次焼結して得られた二次焼結
体の表層部は、図1に示されるように、Co結合相量が
基体平均組成の3/5以下で厚さ5μm以下のCo結合
相不足層4および上記Co結合相不足層4から内部に向
かってCo結合相濃度が漸増する厚さ10μm以下のC
o結合相濃度勾配層5で被覆されており、上記Co結合
相量が基体平均組成の3/5以下で厚さ5μm以下のC
o結合相不足層4は、周期律表4a、5aおよび6a族
金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2種以上並
びにWC6が最表面で特に緻密な層を成しているので、
二次焼結体のCo結合相不足層を長時間十分にボンバー
ドクリーニングしても図2に示されるような凹部2を生
ずることはない、などのという知見を得たのである。
【0007】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、基体平均組成でCo:4〜20重量%
を含有し、さらに必要に応じて周期律表4a、5aおよ
び6a族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2
種以上含有し、残りがWCおよび不可避不純物からなる
WC基超硬合金基体の表面に物理蒸着硬質被覆層3が形
成されている硬質層被覆スローアウエイチップにおい
て、上記WC基超硬合金基体は、Co結合相1の含有量
が基体平均組成の3/5以下の組成を有しかつ表面から
5μmの範囲内の厚さを有するCo結合相不足層4、上
記Co結合相不足層4から内部に向かってCo結合相濃
度が漸増するCo結合相濃度勾配を有する厚さ10μm
以下のCo結合相濃度勾配層5で被覆されており、上記
物理蒸着硬質被覆層3は上記Co結合相不足層4の上に
形成されている物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチッ
プに特徴を有するものであり、
【0008】さらに、基体平均組成でCo:4〜20重
量%を含有し、さらに必要に応じて周期律表4a、5a
および6a族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしく
は2種以上を含有し、残りがWCおよび不可避不純物か
らなる組成の圧粉体を通常の条件下で一次焼結すること
により一次焼結体を製造し、この一次焼結体を所定のス
ローアウエイチップ形状に研削し、このスローアウエイ
チップ形状の一次焼結体を、さらに、圧力:5〜100
0気圧の不活性ガス雰囲気中、液相出現温度以上150
0℃までの温度範囲内の条件下で二次焼結して二次焼結
体を製造し、この二次焼結体表面に物理蒸着硬質被覆層
を形成する物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップの
製造法に特徴を有するものである。
【0009】上記二次焼結体は、Co:4〜20重量%
を含有し、さらに必要に応じて周期律表4a、5aおよ
び6a族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2
種以上を含有し、残り:WCおよび不可避不純物からな
る成分組成を有し所定の形状を有する市販のWC基超硬
合金スローアウエイチップを一次焼結体として用い、こ
れをさらに圧力:5〜1000気圧の不活性ガス雰囲気
中、液相出現温度以上1500℃までの温度範囲内で二
次焼結することにより得ることもできる。
【0010】上記二次焼結のための条件は、不活性ガス
雰囲気中の圧力が5気圧未満であるとその効果が十分で
なく、一方、1000気圧を越えると変形しやすくな
り、公差の範囲外の製品ができるので好ましくない。ま
た、その焼結温度は、液相出現温度以上1500℃まで
の温度範囲内であり、通常の焼結温度の範囲内である。
【0011】この発明の物理蒸着硬質層被覆スローアウ
エイチップの物理蒸着硬質層は、WC基超硬合金基体と
の接合部分のCo結合相量が基体平均組成の3/5以下
のCo結合相不足層および内部に向かってCo結合相濃
度が漸増する厚さ10μm以下のCo結合相濃度勾配層
を介することによりWC基超硬合金基体表面に極めて強
力に付着し、さらにWC基超硬合金基体自体の靭性も優
れたものとなるのである。
【0012】上記Co結合相不足層の硬質被覆層と接合
する部分のCo結合相量が基体平均組成の3/5を越え
ると、硬質被覆層の付着強度が低下するので好ましくな
く、一方、上記Co結合相不足層の厚さが5μmを越え
るとWC基超硬合金基体が欠損しやすくなり、またCo
結合相濃度勾配層の厚さが10μmを越えると切削中に
変形し十分に機能しなくなるので好ましくない。
【0013】
【実施例】原料粉末としていずれも平均粒径:0.5〜
3.0μmの範囲ないのWC粉末,TiC粉末、(T
i,Ta)C粉末およびCo粉末を用意し、これら原料
粉末を表1に示される割合になるように配合し、得られ
た配合粉末をボールミルで72時間湿式混合し、乾燥し
たのち、1.5ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成
形し、この圧粉体を通常の条件で一次焼結し、上記配合
組成とほぼ同一の成分組成をもつ一次焼結体A〜Cを製
造した。
【0014】
【表1】
【0015】これら一次焼結体A〜Cの表面を研削加工
し、その形状をISO規格SNGA120408のチッ
プ形状に成形して一次焼結体を製造し、この一次焼結体
を表2〜4に示される条件で二次焼結し、得られた二次
焼結体をWC基超硬合金基体とした。
【0016】このWC基超硬合金基体を通常のイオンプ
レーティング装置の反応炉内の上方に装着し、一方、上
記イオンプレーティング装置の反応炉内の下方に設置さ
れたルツボ内にはTi金属を充填し、かかる状態で上記
イオンプレーティング装置の反応炉内を1×10-5To
rrの真空に保持し、昇温速度:6℃/min.で70
0℃に加熱し、この温度に保持しながらマスフローコン
トローラーから反応ガス導入口を通してArガスを供給
し、5×10-2TorrのArガス雰囲気に保持してボ
ンバードクリーニングした。
【0017】ついで、Ti金属を電子ビームにより加熱
蒸発させると共に反応ガス導入口より窒素ガスおよび/
またはアセチレンガスを導入してイオンプレーティング
装置の反応炉内圧力を2×10-4Torrに維持し、表
2〜4に示す物理蒸着硬質層を被覆し、本発明スローア
ウエイチップ1〜20および比較スローアウエイチップ
1〜6を製造し、これらスローアウエイチップの物理蒸
着硬質層直下のWC基超硬合金基体のCo結合相不足層
のCo量および厚さ、並びにCo結合相濃度が漸増する
Co結合相濃度勾配層の厚さを測定し、それらの結果を
表2〜4に示した。
【0018】さらに比較のために、上記一次焼結体Aを
二次焼結することなく、イオンプレーティング装置の反
応炉内の上方に装着し、同様にボンバードクリーニング
し、物理蒸着硬質層を被覆することにより従来スローア
ウエイチップを製造した。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】これら本発明スローアウエイチップ1〜2
0、比較スローアウエイチップ1〜6および従来スロー
アウエイチップについて、 被削材:SNCM439(ビッカース硬さ:260)ス
リット材 切削速度:160m/min. 送り:0.15mm/rev. 切込み:1.5mm 切削時間:最大10min. 冷却油:なし の条件にて断続切削試験を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を
測定すると共に、切刃状況も1分毎に観察し、これらの
結果を表5〜7に示した。
【0023】
【表5】
【0024】
【表6】
【0025】
【表7】
【0026】
【発明の効果】表2〜7に示される結果から、本発明ス
ローアウエイチップ1〜20は、断続乾式切削におい
て、チップの切刃の逃げ面摩耗幅が小さく、かつ摩耗状
況も正常磨耗を示すに対し、この発明の条件から外れた
方法で製造された比較スローアウエイチップ1〜4およ
び6並びに従来スローアウエイチップは、欠損または剥
離のために異常摩耗を示すことが分かる。また、比較ス
ローアウエイチップ5は、変形が激しく寸法公差の範囲
外となって使用することができなかった。
【0027】上述のように、この発明の物理蒸着硬質層
被覆スローアウエイチップは、優れた耐摩耗性および耐
欠損性を有するので、優れた切削性能を長期にわたって
発揮することができ、産業上優れた効果をもたらすもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の物理蒸着硬質層被覆スローアウエイ
チップの基体表面の組織説明図である。
【図2】従来の物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチッ
プの基体表面の組織説明図である。
【符号の説明】
1 Co結合相 2 凹部 3 物理蒸着硬質層被覆層 4 Co結合相不足層 5 Co結合相濃度勾配層 6 周期律表4a、5aおよび6a族金属の炭化物また
は炭窒化物のうち1種もしくは2種以上並びにWC

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体平均組成でCo:4〜20重量%を
    含有し、さらに必要に応じて周期律表4a、5aおよび
    6a族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2種
    以上を含有し、残りが炭化タングステン(以下、WCと
    記す)および不可避不純物からなるWC基超硬合金基体
    の表面に物理蒸着硬質被覆層が形成されている硬質層被
    覆スローアウエイチップにおいて、 上記WC基超硬合金基体は、Coを主成分とする結合相
    (以下、Co結合相と記す)含有量が基体平均組成の3
    /5以下の組成を有しかつ表面から5μmの範囲内の厚
    さを有するCo結合相不足層、および上記Co結合相不
    足層から内部に向かってCo結合相濃度が漸増するCo
    結合相濃度勾配を有する厚さ10μm以下のCo結合相
    濃度勾配層で被覆されており、上記物理蒸着硬質被覆層
    は上記Co結合相不足層の上に形成されていることを特
    徴とする物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップ。
  2. 【請求項2】 基体平均組成でCo:4〜20重量%を
    含有し、さらに必要に応じて周期律表4a、5aおよび
    6a族金属の炭化物または炭窒化物を1種もしくは2種
    以上を含有し、残りがWCおよび不可避不純物からなる
    組成の圧粉体を通常の条件下で一次焼結することにより
    一次焼結体を製造し、この一次焼結体を所定のスローア
    ウエイチップ形状に研削し、 このスローアウエイチップ形状の一次焼結体を、さら
    に、圧力:5〜1000気圧の不活性ガス雰囲気中、液
    相出現温度以上1500℃までの温度範囲内の条件下で
    二次焼結して二次焼結体を製造し、この二次焼結体の表
    面に物理蒸着法により硬質被覆層を形成することを特徴
    とする物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップの製造
    法。
JP4091722A 1992-03-17 1992-03-17 物理蒸着硬質層被覆スローアウエイチップおよびその製造法 Pending JPH05261604A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355701A (ja) * 1999-06-10 2000-12-26 Honda Motor Co Ltd 複合材製コーティング部材
JP2000355705A (ja) * 1999-06-10 2000-12-26 Honda Motor Co Ltd 複合材製金型
JP2001098306A (ja) * 1999-09-24 2001-04-10 Honda Motor Co Ltd 複合材製金型
JP2019210184A (ja) * 2018-06-05 2019-12-12 住友電気工業株式会社 基材および切削工具

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