JPH06336634A

JPH06336634A - 表面被覆サーメット

Info

Publication number: JPH06336634A
Application number: JP5129547A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ohata; 浩志大畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】切削速度が２００ｍ／ｍｉｎを超える高速切削
に際しても、耐摩耗性，耐欠損性，耐熱衝撃性を大きく
向上することができるとともに、湿式切削に際して必要
な耐熱衝撃性も大幅に向上することができるサーメット
を提供する。【構成】硬質相粒子と結合相とからなるサーメットであ
って、表層部における硬質相粒子の平均結晶粒径が内部
の平均結晶粒径よりも大きく、かつ、表層部に２μｍ以
上の粒径を有する硬質相粒子が少なくとも２０％存在す
るとともに、内部における硬質相粒子の平均結晶粒径が
３μｍ以下であるサーメットの表面に、単層または２層
以上からなる表面被覆層を形成するとともに、この表面
被覆層を周期律表第４ａ族元素およびＡｌの炭化物，窒
化物，炭窒化物，酸化物の少なくとも一種から構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱衝撃性，耐摩耗
性，靱性に優れた表面被覆サーメットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、切削用焼結体として、周期律表第
４ａ，５ａ，６ａ族元素の複炭窒化物からなる硬質相
と、鉄族金属からなる結合相によって構成されるサーメ
ットが用いられるようになった。

【０００３】かかるサーメットとしては、これまでＴｉ
Ｃを主成分とするＴｉＣ基サーメットが主流であった
が、古くから工具材料として用いられていた超硬合金に
比較して耐欠損性が劣るために、この系に窒化物を添加
することにより靱性を改善したいわゆるＴｉＣＮ基サー
メットが提案された。

【０００４】このＴｉＣＮ基サーメットの典型例として
特公昭５６−５１２０１号が挙げられ、ここでは、（Ｔ
ｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）ＣＮからなる硬質相と、Ｎｉ，Ｃ
ｏからなる結合相とから構成されるサーメットが開示さ
れ、硬質相がＴｉや窒素に富む芯部と、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ
および炭素に富む周辺部とから構成された有芯構造を呈
することが述べられている。また、この先行技術によれ
ば、硬質相形成成分としてＭｏやＭｏ₂Ｃは、有芯構造
の周辺部に存在して硬質相の結合相との濡れ性を改善す
ることから硬質相における必須成分とされている。ま
た、ＴａＣはサーメットの耐酸化性を改善するとともに
切削工具としてのクレータ摩耗の進行を抑制する効果を
有することから実用性の点から必須の成分とされてい
る。

【０００５】また、硬質相を形成する炭素（Ｃ）および
窒素（Ｎ）はサーメットの靱性および硬度を決定する大
きな要因であり、最近では窒素を多量に含有させること
により、サーメットの靱性を高めようとする試みがなさ
れている。

【０００６】ところが、最近に至り上記のＴｉＣＮ基サ
ーメットに対してその表面部の組織を変えることにより
耐摩耗性や靱性をさらに高めようといった改良が成され
ている。例えば特公昭５９−１４５３４号では、焼成時
に液相出現温度以下でＮ₂を炉内に導入することによっ
て焼結体表面に靱性に富む軟化層を形成することが、ま
た特開昭５９−１７１７６号では焼成をＣｏを含む還元
雰囲気内で行うことにより内部より高硬度の層を形成す
ることが提案されている。

【０００７】しかしなから、これらの先行技術は、いず
れも硬度あるいは靱性のどちらかのみ検討するにとどま
っていた。そこで、本出願人は特開平２−１５１３９号
において焼結時に窒素の導入の時期を制御することによ
って焼結体表面に高硬度，高靱性の改質層を形成したＴ
ｉＣＮ基サーメットを提案した。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、特開
平２−１５１３９号に開示されたサーメットは、切削速
度が１００〜２００ｍ／ｍｉｎの中速の切削において優
れた耐摩耗性，耐欠損性を示すが、切削速度が２００ｍ
／ｍｉｎを超える高速切削に際しては、耐摩耗性，耐欠
損性，耐熱衝撃性が劣化することが明らかになった。特
に、湿式切削に際して必要な耐熱衝撃性が低く、刃先に
クラックが伸展する等の不具合が発生する虞があった。
これは従来のサーメットでは止むを得ない事と考えられ
ていた。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】近年、サーメットから
なる母材表面に特性向上のため表面被覆層を形成するこ
とが行われているが、本発明者は、サーメットには通常
結合金属が１０〜２０重量％含有されているため、表面
被覆層は主として硬質相粒子に付着しており、従って、
この硬質相粒子が切削中も確実に母材中に支持されてい
なければ、いかなる表面被覆層も本来の性能を発揮でき
ないことを見出した。また、本発明者は、上記の問題点
に対して検討を行った結果、表層部に一定以上の粒径を
有する粒子が所定の割合以上存在し、内部における粒子
の平均結晶粒径が所定以下であり、かつ表層部における
粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径よりも大きい
と、或いは硬質相粒子の少なくとも１０％が多面体であ
ると耐熱衝撃性等を改善でき、しかも表面に単層または
２層以上の所定材料からなる表面被覆層を形成すること
により、高速切削においても、耐摩耗性，耐欠損性，耐
熱衝撃性が大きく向上することができることを知見し、
本発明に至った。

【００１０】即ち、本発明の表面被覆サーメットは、硬
質相粒子と結合相とからなり、表層部における前記硬質
相粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径よりも大き
く、かつ、前記表層部に２μｍ以上の粒径を有する前記
硬質相粒子が少なくとも２０％存在するとともに、前記
内部における前記硬質相粒子の平均結晶粒径が３μｍ以
下であるサーメットの表面に、周期律表第４ａ族元素お
よびＡｌの炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物の少なく
とも一種の１層または２層以上からなる表面被覆層を形
成したものである。

【００１１】また、本発明の表面被覆サーメットは、周
期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素のうち少なくともＴ
ｉ、ＷおよびＮｂを必須成分として含有する硬質相粒子
と、鉄族金属からなる結合相とから構成され、前記硬質
相粒子の少なくとも１０％が多面体であるサーメットの
表面に、周期律表第４ａ族元素およびＡｌの炭化物，窒
化物，炭窒化物，酸化物の少なくとも一種の１層または
２層以上からなる表面被覆層を形成したものである。

【００１２】以下、本発明を詳述する。母材のサーメッ
トにおいて、表層部に２μｍ以上の粒径を有する硬質相
粒子が少なくとも２０％存在するとしたのは、粒成長し
た粒子が表層部で増加することにより、それぞれの硬質
相粒子と結合金属の接触面積が増加し、結合層と硬質相
粒子の結合を強固とし、焼結体に発生するクラックの伸
展を抑制するためである。そして、これにより、硬質相
粒子の脱落が抑制され、工具の摩耗が抑制され、耐熱衝
撃性が要求される湿式切削加工工具として最適になる。
２μｍ以上の粒径を有する硬質相粒子が少なくとも２０
％存在する表層部は、表面から５００μm 以内、特に、
表面から５０μｍであることが望ましい。このようにす
ることにより、さらに、刃先における耐熱衝撃性等の性
能が向上する。

【００１３】ここで、２μｍ以上としたのは、２μm 未
満であれば、切削中での粒子の脱落が増加し、工具の耐
摩耗性が低下するからである。

【００１４】厚さ５００μｍ以下の表層部には、特に３
〜１０μm の粒径を有する粒子が２０％以上存在するこ
とが好ましい。これは、粒径が大きくなれば、切削中の
硬質相粒子の脱落が少なくなり、その結果として切削工
具の耐摩耗性が改善されるからである。

【００１５】また、少なくとも２０％存在するとしたの
は、２０％未満では粒子の脱落が大きく、耐摩耗性が改
善されないからである。特に７０％以上存在することが
好ましい。尚、この割合は一定体積中に存在する粒子の
個数で示しており、２０％とは、一定体積中に存在する
粒子全数に対する２μm 以上の粒子数の割合が２０％で
あることを示す。

【００１６】また、内部における硬質相粒子の平均結晶
粒径を３μｍ以下としたのは、３μｍより大きいと強度
が低下し、切削中の工具材料の欠損や大破に繋がるから
である。内部は、耐熱衝撃性よりも、硬度，靱性が要求
されており、３μｍより大きいと硬度，靱性が低下する
ためと思われる。内部における硬質相粒子の平均結晶粒
径は、特に２μm 以下とすることが望ましい。

【００１７】さらに、表層部における粒子の平均結晶粒
径を内部の平均結晶粒径よりも大きくしたのは、耐摩耗
性改善のために特に重要な表層部の粒子結合を強固に
し、耐摩耗性を改善するからである。

【００１８】また、本発明の母材は、基本的に硬質相と
結合相から構成されるものであるが、硬質相粒子の少な
くとも１０％が多面体である。このような硬質相粒子は
平均結晶粒径を２μｍ以上、特に２．５〜３．５μｍと
することにより得られ易く、このような平均結晶粒径が
２μｍ以上である硬質相粒子は、高い焼成温度（１５０
０℃以上、特に１６００〜１７００℃）で焼成し、粒成
長を促進させることにより形成され、特定の組成範囲、
焼成温度により更に助長することができる。例えば、１
６００〜１７００℃の焼成では、１気圧以下のＮ₂ガス
または２０００気圧までのＡｒガス加圧または減圧雰囲
気とすることにより、本発明のサーメットからなる母材
が得られる。

【００１９】ここで、硬質相粒子の少なくとも１０％を
多面体としたのは、高い焼成温度（１５００℃以上）で
焼成した場合、粒成長に伴い（平均結晶粒径２μｍ以
上）、図４に示すように硬質相粒子同士の接触率が低く
なり、本来の結晶型（ＮａＣｌ型）の粒子形状（多面
体）を有するようになり、硬質相粒子自身と結合相との
接触面積が増加し、粒子界面の結合力が高くなる。そう
することによって、硬質相粒子の脱粒が抑制され、工具
の摩耗が改善でき、また、クラック伸展が抑制され、耐
欠損性が改善できるからである。そして、このようなサ
ーメットからなる母材は、特に耐衝撃性，耐熱亀裂性に
優れているので、湿式切削工具として使用されることが
望ましい。一方、多面体が１０％未満だと硬質相粒子と
結合相金属の接触面積が小さいため、硬質相粒子をしと
結合相との界面結合力が弱く、硬質相粒子の脱粒、クラ
ック伸展が容易に進行し、工具摩耗の増大、耐欠損性の
低下が生じ易くなるからである。尚、多面体が１０％と
は、所定体積当たりの全粒子数に対する多面体粒子数が
１０％であるということを示す。

【００２０】そして、その母材の成分は、周期律表第４
ａ，５ａ，６ａ族元素のうち少なくともＴｉ，Ｗおよび
Ｎｂを含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合相から
構成され、全体組成から前記鉄族金属および不可避不純
物を除いた他の成分組成中、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを
〔（Ｔｉ）ａ（Ｎｂ）ｂ（Ｗ）ｃ〕〔（Ｃ）ｕ（Ｎ）
ｖ〕ｚと表した時、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５０≦ａ≦
０．９５、０．０５≦ｂ＋ｃ≦０．５０、０．４０≦ｂ
／ｂ＋ｃ≦０．９５、０．４０≦ｖ≦０．９５、０．８
０≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足し、かつ、ｃ／ａ＋
ｃで表される比率が内部から表面にかけて大きくなるこ
とが望ましい。また、母材中に含有されるＭｏ量が０．
５重量％以下であることが望ましい。

【００２１】サーメットの全体組成における鉄族金属を
除く他の成分組成中、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを前述の
範囲になるように設定した理由について説明する。

【００２２】先ず、硬質相を形成する主成分であるＴｉ
は、焼結体内におよそＴｉＣＮとして存在し、その量は
サーメットの強度や硬度を決定する大きな要因であり、
このＴｉ量（ａ）が前記式において０．５より小さいと
サーメット工具の特徴である耐摩耗性、金属に対する親
和性が不十分となり、０．９５を越えると耐欠損性が低
下することとなる。なお、Ｔｉ量（ａ）は０．７０≦ａ
≦０．９０であることが特に望ましい。

【００２３】サーメットにおいて、Ｔｉと同様に必須の
成分とされるＷはＷＣとして硬質相の結合相との濡れ性
を改善するとともに靱性を高める作用をなすために必須
の成分であるが、硬質相が（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮから構成さ
れる場合は、耐摩耗性，耐酸化性，耐欠損性等の特性が
実用的レベルに達していないという問題がある。そこ
で、硬質相を強化し諸特性を向上することを目的として
ＭｏやＴａ等の炭化物が必須の成分としてこれまで使用
されたが、前述した通りＭｏ₂Ｃ自体、硬質相主成分で
あるＴｉＣやＴｉＣＮに比較して特性が劣るために逆に
サーメットの特性を劣化させてしまうという傾向にある
ことがわかった。特にこの傾向は湿式切削時に顕著であ
った。

【００２４】そこで、Ｍｏ₂Ｃに代わる成分として検討
を行ったところ、Ｎｂの炭化物がＭｏ₂Ｃに比較してそ
れ自体優れた特性を有すること等に起因してサーメット
の特性、特に耐熱性を大きく改善でき、湿式切削時の耐
摩耗性，耐欠損性を向上できることがわかった。よっ
て、ＷとＮｂとの合量（ｂ＋ｃ）が０．０５より少ない
と耐欠損性が不十分となり、０．５より大きいと耐摩耗
性が劣るとともに被削材との反応性が高くなる傾向にあ
る。なお、（ｂ＋ｃ）値は０．１０≦ｂ＋ｃ≦０．３
０であることが特に望ましい。また、Ｗ，Ｎｂの合量
（ｂ＋ｃ）に対するＮｂ量（ｂ）の割合（ｂ／ｂ＋ｃ）
が前記式において０．４０より小さいと耐摩耗性、耐酸
化性に劣り、逆に０．９５より大きいと耐欠損性が低下
する。

【００２５】一方、窒素および炭素の量はサーメットの
硬度および靱性を決定する要因として非常に重要であ
り、特に窒素の量が増加するに従い、靱性が向上する傾
向にあるが、窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の
分解によるガスが焼結体のボイド中に残留するという問
題が生じる。よって前記式において窒素量（ｖ）が０．
４０より小さいと、靱性が低下し耐欠損性が不十分とな
り、０．９５を越えると焼結体内にボイドが発生し信頼
性に欠けるようになる。

【００２６】また、窒素，炭素量のＴｉ，Ｗ，Ｎｂの合
量に対する比率（ｚ）が０．８より小さいと焼結性が劣
化しボイドが残留し、１．０より大きいと遊離炭素が発
生するために強度低下を引き起こす結果となる。望まし
くは０．８５≦ｚ≦１．０である。

【００２７】本発明において結合相を形成する鉄族金属
としては、Ｎｉおよび／またはＣｏが挙げられ、望まし
くはＮｉとＣｏから構成され、特にＣｏ／Ｎｉ＋Ｃｏの
モル比が０．５〜０．９であることが耐摩耗性向上の点
からよい。

【００２８】また、この鉄族金属は系中において３〜４
０重量％、特に５〜３０重量％の割合で存在することが
望ましい。そして、このような鉄族金属を内部〜表層部
と増加することにより、サーメット中の硬質相粒子が粒
成長し易くなり、上記のような粒度勾配が生じ易くな
る。

【００２９】また、母材明のサーメットは、図１に示す
ように表面から内部にかけて組成勾配を有することを大
きな特徴とし、具体的には、Ｗが内部よりも表面部に富
むという特異的な性質を有する。また、Ｔｉは、Ｗとは
逆に表層部より内部が若干富む傾向にある。よってＴｉ
量（ａ）とＷ量（ｃ）との原子比（ｃ／ａ＋ｃ）は表面
から内部にかけて大きくなる組成勾配を有する。具体的
には、表層部と中心部の（ｃ／ａ＋ｃ）値の比率が１．
１以上であることが望ましい。また、硬質相形成成分で
あるＮｂもＷとほぼ同様な傾向にあり、結合相を形成す
る鉄族金属は内部に比較して表面近傍は乏しくなるが、
ごく表面部分に析出した鉄族金属層を形成する場合もあ
る。

【００３０】このような組成勾配により特性的には、図
２および図３に示すように表面付近、特に表面から５０
０μｍ以下の表層部に内部よりも高硬度、高靱性な改質
層が形成され、これによりサーメットの耐摩耗性、耐欠
損性を飛躍的に向上することができる。

【００３１】さらに、本発明において使用されるサーメ
ットがすぐれた特性を有する他の要因として、硬質相は
ＴｉおよびＮ₂に富む芯部と、この芯部の回りにＷやＮ
ｂおよび炭素に富む周辺部から構成される有芯構造を呈
する点がある。この有芯構造によれば、特に周辺部形成
部分として従来から用いられたＭｏに替わりＴａやＮｂ
を用いることにより周辺部の特性を改善することができ
る。

【００３２】しかし、上記サーメットでは、表面の高硬
度，高靱性化が達成されるが、さらに耐摩耗性の点から
は、母材の高靱性を維持しつつ、高硬度化することが望
ましい。そこで、本発明によれば、上記サーメットから
なる母材の表面に単層または２層以上からなる表面被覆
層が形成され、この表面被覆層は周期律表第４ａ族元素
およびＡｌの炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物の少な
くとも一種から構成されている。

【００３３】表面被覆層の厚さは０．１〜１０μｍであ
ることが望ましい。これは、０．１μｍ以下であると母
材から剥離し易い、また、耐摩耗性が十分でないからで
あり、１０μｍよりも多いと硬質層本来の脆性が現れ、
欠損するようになるからである。硬質層の厚さを、特に
０．２〜５μｍが好ましく、さらには０．２〜０．４μ
ｍが好ましい。尚、表面被覆層は母材側にＴｉＮ，Ｔｉ
ＣＮ，ＴｉＡｌＮ等の窒素含有層を形成することによ
り、母材からの炭素の拡散による母材の特性変化を防止
することができる。また、周期律表第４ａ族元素として
は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆがある。

【００３４】上記のサーメットからなる母材を製造する
ための方法としては、例えば、先ず前述したＴｉ，Ｗ，
Ｎｂの炭化物，窒化物，炭窒化物の粉末および鉄族金属
粉末を最終焼結体が上述した割合になるように秤量混合
した後に、プレス成形，押し出し成形，射出成形等の周
知の成形手段で成形し、この後、焼成する。本発明では
特に鉄族金属を多めに混合した。

【００３５】焼成では、前述したような組成の勾配およ
び有芯構造が形成されるように焼成条件を調整すること
が必要である。具体的には、これを真空中、窒素中の雰
囲気あるいは還元性雰囲気中で１４００〜１６００℃の
温度で焼成するが、まず、昇温過程において、添加され
た鉄族金属による液相が出現する温度までを１０^-1ｔｏ
ｒｒ程度の真空雰囲気とし、液相出現温度以上において
圧力を１０^-3ｔｏｒｒ以下の高真空雰囲気に急激に変更
する。

【００３６】このように真空度を変化して成形体の表面
に存在する窒化物を急激に分解することにより表面付近
には炭素に富む相が形成される。それにより硬質相形成
成分のうち炭素と結合し易いＷ等が表面部に移動する。
また、表面付近の金属成分は内部に移行するかまたは焼
結体表面部に滲み出し、場合により揮散する。

【００３７】このような成分の移動は通常の焼成におい
ても生じるが、本発明によれば、上記のような操作によ
って通常の条件では得られない特異的な組織構造を形成
することができるのである。

【００３８】一方、硬質相粒子の少なくとも１０％を多
面体とするためには、例えば、成形体を０．５ｔｏｒｒ
以下の真空炉内で１４００〜１７００℃の温度で加熱す
るが、この時所定の時期に１〜３０ｔｏｒｒの圧力の窒
素ガスを導入することによって成形体中に含まれる窒化
物の熱分解を抑制し、これにより焼結体中のポア，ボイ
ドの発生を防止するとともに、粒成長を促進することが
できる。

【００３９】本発明によれば、特に、この窒素ガス導入
時期が重要で液相出現温度以上、特に対理論密度比が初
期の５％以上緻密化した段階で導入する。５％以上緻密
化した段階とは、液相出現温度以上で硬質相粒子表面に
は液相により被膜が形成される。この被膜形成後に窒素
ガスを導入することにより、成形体中に存在する空隙に
窒素ガスが残留し、結果的に粒成長を促進させるためで
ある。窒素ガスは炉内の温度が最高焼結温度に達した後
は、圧力を先に設定した圧力に維持するか、それ以下に
維持する。好ましくは、再び真空に戻すか、徐々に圧力
を降下させて焼成を続ける。これは焼結体表面部に微粒
で金属量の多い軟質相が生成され、表面部の硬度が低下
してしまうためである。

【００４０】尚、導入する窒素ガス圧力を１〜３０ｔｏ
ｒｒに限定した理由は１ｔｏｒｒ未満では窒化物に対す
る分解抑制効果が得られず、３０ｔｏｒｒを越えると焼
結性が低下するためである。また、焼成温度を１４００
〜１７００℃と高い温度に設定することによりＮａＣｌ
型結晶性が向上し、これによりＮａＣｌ型自体が有する
結晶形態である多面体形状を呈するようになる。

【００４１】また、本発明によれば、上記製造方法にお
いて用いるＴｉ化合物系原料粉末としては、ＴｉＣ，Ｔ
ｉＣＮ，ＴｉＮ等が挙げられるが、ＴｉＮ粉末を多量に
用いると最終焼結体中にＴｉＮ相として残存することが
あるが、このＴｉＮ相は、それ自体金属との濡れ性が非
常に悪いことからＴｉＮ相と結合相との界面が破壊の起
点となり易くなるためサーメットの機械的特性および信
頼性を低下させてしまう。よって、多量のＴｉＮの替わ
りにＴｉＣやＴｉＣＮ粉末を用いて、ＴｉＮ相が形成さ
れないように考慮すべきである。

【００４２】また、各原料粉末を成形焼成する前に固溶
体処理を行うことも可能であるが、固溶体処理を行うと
前述した有芯構造が形成されにくくなるために望ましく
は行わない方が良い。

【００４３】本発明によれば、上記（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ）
（Ｃ，Ｎ）、鉄族金属からなる系に対して特性を改善す
る目的でさらにＺｒ，Ｈｆ，ＣｒおよびＶ等の炭化物，
窒化物，炭窒化物等を添加し、前述した式において、Ｔ
ｉあるいはＮｂの一部を置換することにより特性の改善
を図ることができ、特にＮｂの一部をＶで置換すること
によりＮｂの作用効果をさらに助長し、特にサーメット
の高速切削時の耐摩耗性を大きく向上することができ
る。この時のＮｂ／Ｖの原子比は１〜１０、特に２〜６
であることが望ましい。

【００４４】そして、本発明では、サーメットからなる
母材の表面に、周知の化学的蒸着法（ＣＶＤ）あるいは
物理的蒸着法（ＰＶＤ）により厚さ０．１〜１０μｍの
単層または２層以上の周期律表第４ａ族元素およびＡｌ
の炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物の少なくとも一種
からなる硬質層が形成される。

【００４５】

【作用】本発明の表面被覆サーメットでは、優れた特性
の母材表面の粒子に、周期律表第４ａ族元素およびＡｌ
の炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物の単層または２層
以上の表面被覆層が強固に支持され、耐摩耗性を向上す
ることができるとともに、焼成時や加工時に母材表面に
生成するマイクロポアやマイクロクラックを覆うこと
で、これらを起点とする破壊を防止することが可能とな
る。

【００４６】以下、本発明を次の実施例で説明する。

【００４７】

【実施例】

実施例１原料粉末として平均粒径が１〜１．５μm のＴｉＣ，Ｔ
ｉＣＮ，ＷＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｎｉ，Ｃｏの各粉末を用
いて最終焼結体の組成が表１の割合に成るように秤量混
合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でＣＮＭＧ１２
０４０８用のチップ形状にプレス成形し、１５００℃の
温度で真空雰囲気において１時間焼成した。この時、試
料については液相出現温度（１３５０℃）まで１０^-1ｔ
ｏｒｒの圧力とし、液相出現温度以上では１０^-3ｔｏｒ
ｒの圧力に保持し焼成した。

【００４８】得られた焼結体に対して、表面から５００
μｍまでの表層部に２μｍ以上の粒径を有する粒子が存
在する割合を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）と画像処理装置により表面におけ
る一定面積当たりの粒子割合を求め、これから一定体積
当たり粒子割合に換算して求め、内部における粒子の平
均結晶粒径および表層部における粒子の平均結晶粒径
を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）と画像処理装置により求めた。また、焼結体
に対してＪＩＳＲ１６０１に従い３点曲げ抗折強度、ビ
ッカース硬度及びビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を
用いて荷重２０ｋｇで圧痕法にり破壊靱性を測定した。

【００４９】各試料についてＸＭＡ分析により内部と表
面部のＴｉとＷの濃度を求め、焼結体の中心部および表
面部の（ｃ／ａ＋ｃ）をそれぞれＩ₁，Ｉ₂とし、Ｉ₁
／Ｉ₂の比率を求めた。尚、試料Ｎo,２についてはＴ
ｉ，Ｗ，Ｎｂの焼結体の深さに対する組成分布を調べ、
図１に示した。

【００５０】さらにビッカース硬度計を用いて焼結体の
表層部と内部との特性の差の有無について調べ、図２お
よび図３に示した。

【００５１】次に、この焼結体を所定形状に加工した
後、物理的蒸着法（ＰＶＤ）により所定の膜厚の表面被
覆層を形成し、得られた各試料を用いて下記に示す切削
条件で湿式摩耗試験を行い、切削後のフランク摩耗量
を、また、欠損試験を行い、非欠損コーナー数を調べ
た。湿式摩耗試験は、水溶性切削油を５リットル／ｍｉ
ｎで供給しながら行った。測定結果を表２に示す。尚、
試料Ｎo,１３，１４は表面被覆層を形成しない試料であ
る。

【００５２】（摩耗試験）被削材ＳＣＭ４３５切削速度３００ｍ／ｍｉｎ切り込み２ｍｍ送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ切削時間１０ｍｉｎ（欠損試験）被削材ＳＣＭ４３５（４本溝入り）切削速度１００ｍ／ｍｉｎ切り込み２ｍｍ送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ切削時間１ｍｉｎ

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】表１及び表２によれば、本発明の表面被覆
サーメットは、本発明の範囲外の試料よりも摩耗量が小
さく、また、耐欠損性においても優れている。このよう
に本発明の試料は耐摩耗性及び耐欠損性を同時に向上す
ることができる。

【００５６】実施例２原料粉末として平均粒径が１〜１．５μm のＴｉＣ，Ｔ
ｉＣＮ，ＷＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｎｉ，Ｃｏの各粉末を用
いて最終焼結体の組成が表３の割合に成るように秤量混
合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でＣＮＭＧ１２
０４０８用のチップ形状にプレス成形し、これらの成形
体を真空雰囲気において１６００〜１７００℃の焼成温
度で１時間焼成した。図４はこのようにして得られたサ
ーメットの拡大図を示しており、図５は従来のサーメッ
トの拡大図を示している。得られた焼結体について、実
施例１と同様に抗折強度，ビッカース硬度，破壊靱性を
測定した。また、得られた各試料を３μｍのダイヤモン
ドペーストで鏡面研磨し、その表面をエッチングした
後、走査型電子顕微鏡に観察することにより、平均結晶
粒径および多面体を有する硬質相粒子の割合をＦｕｌｌ
ｍａｎの式を用いて割り出した。

【００５７】次に、この焼結体を所定形状に加工した
後、物理的蒸着法（ＰＶＤ）により所定の膜厚の表面被
覆層を形成し、このようにして得られた各試料を用いて
下記に示す切削条件で湿式摩耗試験を行い、切削後のフ
ランク摩耗量を、また、欠損試験を行い、非欠損コーナ
ー数を調べた。湿式摩耗試験は、水溶性切削油を５リッ
トル／ｍｉｎで供給しながら行った。測定結果を表４に
示す。

【００５８】（摩耗試験）被削材ＳＣＭ４３５切削速度２６０ｍ／ｍｉｎ切り込み２ｍｍ送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ切削時間１０ｍｉｎ（欠損試験）被削材ＳＣＭ４３５（４本溝入り）切削速度１１０ｍ／ｍｉｎ切り込み２ｍｍ送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ切削時間１ｍｉｎ

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６１】表３及び表４によれば、本発明の表面被覆
サーメットは、本発明の範囲外の試料よりも摩耗量が小
さく、また、耐欠損性においても優れている。このよう
に本発明の試料は耐摩耗性及び耐欠損性を同時に向上す
ることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明の表面被覆
サーメットでは、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎを超える
高速切削に際しても、耐摩耗性，耐欠損性，耐熱衝撃性
を大きく向上することができるとともに、湿式切削に際
して必要な耐熱衝撃性も大幅に向上することができ、湿
式切削時に刃先にクラックが伸展する等の不具合が発生
することを確実に防止することができる。よって、工具
として用いた場合に適用可能な切削条件を拡大するとと
もに、工具の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーメットのＴｉ，Ｗ，Ｎｂの各元素の焼結体
の深さに対する組成分布を示すグラフである。

【図２】実施例の試料における硬度の焼結体深さに対す
る変化を示すグラフである。

【図３】実施例の試料における靱性の焼結体深さに対す
る変化を示すグラフである。

【図４】本発明の表面被覆サーメットの母材を研削後エ
ッチングした表面を走査型電子顕微鏡にて観察した５０
００倍の説明図である。

【図５】従来のＴｉＣＮ基サーメットの５０００倍の説
明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質相粒子と結合相とからなり、表層部に
おける前記硬質相粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶
粒径よりも大きく、かつ、前記表層部に２μｍ以上の粒
径を有する前記硬質相粒子が少なくとも２０％存在する
とともに、前記内部における前記硬質相粒子の平均結晶
粒径が３μｍ以下であるサーメットの表面に、周期律表
第４ａ族元素およびＡｌの炭化物，窒化物，炭窒化物，
酸化物の少なくとも一種の１層または２層以上からなる
表面被覆層を形成したことを特徴とする表面被覆サーメ
ット。
【請求項２】周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素のうち
少なくともＴｉ、ＷおよびＮｂを必須成分として含有す
る硬質相粒子と、鉄族金属からなる結合相とから構成さ
れ、前記硬質相粒子の少なくとも１０％が多面体である
サーメットの表面に、周期律表第４ａ族元素およびＡｌ
の炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物の少なくとも一種
の１層または２層以上からなる表面被覆層を形成したこ
とを特徴とする表面被覆サーメット。