JPH0673531A - Production of member coated with hard material - Google Patents

Production of member coated with hard material

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JPH0673531A
JPH0673531A JP22734092A JP22734092A JPH0673531A JP H0673531 A JPH0673531 A JP H0673531A JP 22734092 A JP22734092 A JP 22734092A JP 22734092 A JP22734092 A JP 22734092A JP H0673531 A JPH0673531 A JP H0673531A
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JP
Japan
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base material
tic
hard
coating film
boron nitride
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP22734092A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsuhiko Masuda
敦彦 増田
Toshio Isozaki
敏夫 磯崎
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Petrochemical Co Ltd filed Critical Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority to JP22734092A priority Critical patent/JPH0673531A/en
Publication of JPH0673531A publication Critical patent/JPH0673531A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To produce a hard material coated member excellent in heat resistance, environment resistance, adhesion, etc., by applying heat treatment to the surface, to be coated, of a base material under a rare-gas atmosphere at a pressure not lower than atmospheric pressure at the time of forming a hard film composed essentially of cubic boron nitride on the base material composed of hard material. CONSTITUTION:A hard coating film composed essentially of cubic boron nitride is formed on a base material (cermet, etc.) composed of hard material. At this time, heat treatment is applied to the surface, to be coated, of the base material under the atmosphere composed of rare gas (helium, neon, etc.) and/or nitrogen gas, at a pressure (about 10 to 2000atm) not lower than the atmospheric pressure, at about 1100-1900 deg.C, for about 0.5-5hr. By this method, the hard material coated member excellent in heat resistance and environment resistance and having superior adhesion to the surface of the base material can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は硬質物質被覆部材の製
造法に関し、更に詳しくは、耐熱性及び耐環境性等に優
れると共に密着性にも優れたところの、立方晶窒化硼素
を主成分とする硬質被覆膜を基材に被覆してなる硬質物
質被覆部材の製造法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a hard material coated member, and more specifically, it contains cubic boron nitride as a main component, which is excellent in heat resistance, environment resistance and the like and has excellent adhesion. The present invention relates to a method for producing a hard material-coated member obtained by coating a hard coating film on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、立
方晶窒化硼素被膜を形成する方法として、特開昭55−
54564号公報には、「イオンプレーティング法によ
り時計部品の表面に硼素の層を形成し、その後窒素ガス
の雰囲気中において反応性イオンプレーティング法によ
り前記硼素の層の上に窒化硼素の層を形成することを特
徴とする」方法が記載されている。また、特開昭52−
82699号公報には、スローアウエイチップの表面に
窒素ガス雰囲気の下で高周波イオンプレーティング法に
より窒化硼素膜を形成することが開示されている(特開
昭52−82699号公報の第1頁右欄第7〜17行、
第6−8行参照)。特開平3−285062号公報に
は、「基体の表面に、ホウ素元素を含有する物質の蒸着
と同時、交互または蒸着後に窒素元素を含有するイオン
を照射し、形成される窒化ホウ素薄膜中のホウ素原子と
窒素原子との粒子数の比を断続的または連続的に減少さ
せながら形成する」方法が開示されている(特許請求の
範囲参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for forming a cubic boron nitride film, Japanese Patent Laid-Open No. 55-
54564 discloses that "a boron layer is formed on the surface of a timepiece component by an ion plating method, and then a boron nitride layer is formed on the boron layer by a reactive ion plating method in an atmosphere of nitrogen gas. Forming ”method is described. In addition, JP-A-52-1
Japanese Patent No. 82699 discloses that a boron nitride film is formed on the surface of a throwaway chip by a high frequency ion plating method in a nitrogen gas atmosphere (Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-82699, page 1, right). Column lines 7-17,
See lines 6-8). Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-285062 discloses "Boron in a boron nitride thin film formed by irradiating a surface of a substrate with ions containing a nitrogen element at the same time as vapor deposition of a substance containing a boron element, alternately or after vapor deposition. A method is disclosed in which the ratio of the number of atoms to the number of nitrogen atoms is reduced intermittently or continuously (see claims).

【0003】しかしながら、いずれの方法においても、
工具として使用することができる程に密着性の優れた、
しかも十分に高純度の立方晶窒化硼素膜が形成されるこ
とがない。
However, in either method,
Excellent adhesion so that it can be used as a tool,
Moreover, a sufficiently high-purity cubic boron nitride film is not formed.

【0004】[0004]

【前記課題を解決するための手段】前記課題を解決する
ためのこの発明は、立方晶窒化硼素を主成分とする硬質
被覆膜を硬質物質からなる基材に被覆するにあたり、基
材の被覆面を、稀ガス及び/または窒素ガスの雰囲気下
に、大気圧以上の圧力下で熱処理することを特徴とする
硬質物質被覆部材の製造法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention for solving the above-mentioned problems is intended to coat a base material made of a hard substance with a hard coating film containing cubic boron nitride as a main component. A method for manufacturing a hard material-coated member, characterized in that the surface is heat-treated under an atmosphere of a rare gas and / or a nitrogen gas under a pressure of atmospheric pressure or higher.

【0005】この発明においては硬質物質というとき、
その硬度はロックウェル硬度Aスケールで評価して通常
90以上である。基材として好適な硬質物質としては、
例えば超硬合金、サーメット、窒化珪素、窒化珪素を主
体とするコンポジット、Al23 、あるいは周期律表
(IUPAC)の第IVA族、第VA族および第VIA
族に属する金属またはこれらの金属化合物を挙げること
ができる。
In the present invention, when a hard material is referred to,
The hardness is usually 90 or more when evaluated on the Rockwell hardness A scale. As a hard material suitable as a base material,
For example, cemented carbide, cermet, silicon nitride, composites mainly composed of silicon nitride, Al 2 O 3 , or IVA group IVA, VA and VIA.
Mention may be made of metals belonging to the group or metal compounds thereof.

【0006】前記超硬合金としては、特に制限はなく、
一般に知られている各種の種類および組成のものが使用
可能であり、たとえば、W、Mo、Cr、Co、Ni、
Fe、Ti、Zr、Hf、Nb、Taなどの一種または
二種以上の金属からなる超硬合金類、これらの金属の一
種または二種以上と、炭素、窒素、酸素および/または
ホウ素等からなる各種の組成の超硬合金類(具体的に
は、たとえば、WC、W−WC、WC−C、W−WC−
C等のW−C系、Co−C系、Co−WC、Co−W−
WC、Co−WC−C、Co−W−WC−C等のCo−
W−C系、TaCx 等のTa−C系、TiC等のTi−
C系、MoCx 、Mo−MoCx 、MoCx −C系等の
Mo−C系、Fe−FeCx 系等のFe−C系、TiC
−Ni系等のTi−Ni−C系、TiC−Co系等のT
i−Co−C系、TiN系等のTi−N系、TaNx
等のTa−N系、WC−TaC−Co−C系等のW−T
a−Co−C系、WC−TiC−Co−C系等のW−T
i−Co−C系、WC−TiC−TaC−Co−C系等
のW−Ti−Ta−Co−C系、W−Ti−C−N系、
W−Co−Ti−C−N系など)など多種多様の超硬合
金を挙げることができる。これらの中でも、好ましい例
として、たとえば、切削工具用などに好適なWC系超硬
合金(具体的には、たとえば、JIS B 4053に
おいて使用分類記号P01、P10、P20、P30、
P40、P50等のPシリーズ、M10、M20、M3
0、M40等のMシリーズ、K01、K10、K20、
K30、K40等のKシリーズなどの切削工具用等の超
硬合金チップ、V1、V2、V3等のVシリーズなどの
線引ダイス用、センタ用、切削工具用等の超硬合金チッ
プなどのWC−Co系等のW−Co−C系超硬合金、W
C−TiC−TaC−Co系等のW−Ti−Ta−Co
−C系超硬合金、あるいはこれらのTaの一部をNbに
変えたもの等々)などを挙げることができる。なお、こ
れらには、上記以外の他の元素や添加成分を含有してい
るものであってもよい。どのような材質および形状の超
硬合金を採用するかは、使用目的等に応じて適宜に選択
すればよい。
The cemented carbide is not particularly limited,
Various commonly known types and compositions can be used, such as W, Mo, Cr, Co, Ni,
Cemented carbides consisting of one or more metals such as Fe, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, etc., consisting of one or more of these metals and carbon, nitrogen, oxygen and / or boron, etc. Cemented carbides of various compositions (specifically, for example, WC, W-WC, WC-C, W-WC-
WC system such as C, Co-C system, Co-WC, Co-W-
Co- such as WC, Co-WC-C, Co-W-WC-C
WC system, Ta-C system such as TaC x , Ti-system such as TiC
C system, MoC x, Mo-MoC x , MoC x -C systems such MoC system, Fe-FeC x system, etc. FeC system, TiC
-Ni-based Ti-Ni-C-based, TiC-Co-based T, etc.
i-Co-C system, TiN type such as TiN system, TaN x system and the like of the TaN system, WC-TaC-Co-C system, etc. of the W-T
a-Co-C-based, WC-TiC-Co-C-based WT
i-Co-C system, W-Ti-Ta-Co-C system such as WC-TiC-TaC-Co-C system, W-Ti-C-N system,
A wide variety of cemented carbides such as W-Co-Ti-CN system) can be mentioned. Among these, as a preferable example, for example, a WC-based cemented carbide suitable for a cutting tool or the like (specifically, for example, use classification symbols P01, P10, P20, P30 in JIS B4053,
P series such as P40, P50, M10, M20, M3
0, M40 and other M series, K01, K10, K20,
WC for K30, K40 and other K series cutting tools, etc., cemented carbide chips for V1, V2, V3 and other V series wire drawing dies, centers, cutting tools, etc. -Co-based W-Co-C cemented carbide, W
W-Ti-Ta-Co such as C-TiC-TaC-Co system
-C type cemented carbide, or those in which a part of Ta is changed to Nb) and the like. In addition, these may contain elements other than the above and additional components. The material and shape of the cemented carbide used may be appropriately selected depending on the purpose of use and the like.

【0007】上記の中でも好ましい基材としては、周期
律表(IUPAC)の第IVA族、第VA族および第V
IA族に属する金属並びにSiから選択される一種また
は二種以上の金属を含有する炭化タングステン系超硬合
金を挙げることができる。
Among the above, preferable base materials are Group IVA, Group VA and Group V of the Periodic Table (IUPAC).
An example is a tungsten carbide based cemented carbide containing a metal belonging to Group IA and one or more metals selected from Si.

【0008】好ましい炭化タングステン系超硬合金の具
体例としては、WC、W−WC、WC−C、W−WC−
C等のW−C系、WC−Co、WC−Co−W、WC−
Co−C、WC−Co−W−C等のW−Co系、WC−
TaC−Co、WC−TaC−Co−C等のW−Ta−
Co系、WC−TiC−Co、WC−TiC−Co、W
C−TiCN−Co等のW−Ti−Co系、WC−Ta
C−Co、WC−TiC−TaC−Co−C等のW−T
i−Ta−Co−C系、WC−Nb−Co等の超硬合金
を挙げることができる。炭化タングステン系超硬合金
は、上記のように炭化タングステン、炭化タンタル、炭
化チタン等から得ることができる。本発明に用いられる
炭化タングステン系超硬合金としては、Ti、Co、T
a、Mo、Cr、Ni等の金属を含有しているものが好
ましい。
Specific examples of preferable tungsten carbide based cemented carbide include WC, W-WC, WC-C and W-WC-.
WC system such as C, WC-Co, WC-Co-W, WC-
W-Co system such as Co-C, WC-Co-WC, WC-
W-Ta- such as TaC-Co and WC-TaC-Co-C
Co system, WC-TiC-Co, WC-TiC-Co, W
W-Ti-Co system such as C-TiCN-Co, WC-Ta
WT such as C-Co, WC-TiC-TaC-Co-C
Cemented carbides such as i-Ta-Co-C system and WC-Nb-Co can be mentioned. The tungsten carbide based cemented carbide can be obtained from tungsten carbide, tantalum carbide, titanium carbide, etc. as described above. Examples of the tungsten carbide-based cemented carbide used in the present invention include Ti, Co, and T.
Those containing a metal such as a, Mo, Cr and Ni are preferable.

【0009】本発明において、基材として使用される炭
化タングステン系超硬合金の内、好ましい組成の具体例
としては、WC−TiC−Co、WC−TaC−Co及
びWC−Co、WC−Nbc−Coの超硬合金を挙げる
ことができる。WC−TiC−TaC−Coの組成を有
する超硬合金としては、炭化タングステン50〜95重
量%、好ましくは70〜94重量%と、炭化チタン1〜
30重量%、好ましくは2〜20重量%と、炭化タンタ
ル1〜20重量%、好ましくは2〜10重量%、コバル
ト2〜20重量%、好ましくは4〜10重量%とを有す
るものを挙げることができる。
In the present invention, among the tungsten carbide type cemented carbide used as the base material, specific examples of preferable compositions include WC-TiC-Co, WC-TaC-Co and WC-Co, WC-Nbc-. An example is a cemented carbide of Co. As a cemented carbide having a composition of WC-TiC-TaC-Co, 50 to 95% by weight of tungsten carbide, preferably 70 to 94% by weight, and titanium carbide 1 to
Having 30% by weight, preferably 2-20% by weight, tantalum carbide 1-20% by weight, preferably 2-10% by weight, cobalt 2-20% by weight, preferably 4-10% by weight. You can

【0010】WC−TiC−Coの組成を有する超硬合
金としては、炭化タングステン50〜95重量%、好ま
しくは70〜94重量%と、炭化チタン1〜30重量
%、好ましくは2〜20重量%と、コバルト2〜20重
量%、好ましくは4〜10重量%とを有するものを挙げ
ることができる。
As a cemented carbide having a composition of WC-TiC-Co, tungsten carbide is 50 to 95% by weight, preferably 70 to 94% by weight, and titanium carbide is 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight. And cobalt 2 to 20% by weight, preferably 4 to 10% by weight.

【0011】WC−TaC−Coの組成を有する超硬合
金としては、炭化タングステン80〜93重量%、好ま
しくは85〜92重量%と、炭化タンタル1〜20重量
%、好ましくは2〜10重量%と、コバルト3〜10重
量%、好ましくは4〜6重量%とを有するものを挙げる
ことができる。
The cemented carbide having the composition of WC-TaC-Co is 80 to 93% by weight of tungsten carbide, preferably 85 to 92% by weight, and 1 to 20% by weight of tantalum carbide, preferably 2 to 10% by weight. And 3 to 10% by weight, and preferably 4 to 6% by weight of cobalt.

【0012】WC−Coの組成を有する超硬合金として
は、炭化タングステン90〜98重量%、好ましくは9
4〜97重量%と、コバルト2〜10重量%、好ましく
は3〜6重量%とを有するものを挙げることができる。
As a cemented carbide having a composition of WC-Co, 90 to 98% by weight of tungsten carbide, preferably 9
Mention may be made of those containing 4 to 97% by weight and cobalt 2 to 10% by weight, preferably 3 to 6% by weight.

【0013】上記炭化タングステンとしては、従来の工
具等に使用されるものなどを使用することができ、具体
的には、WC、WCx(但し、xは1以外の正の実数を
表わし、通常、このxは1より大きいかあるいは1より
小さい数である。)で表わされる定比化合物および不定
比化合物、あるいはこれらに酸素等の他の元素が結合、
置換または侵入したもの等を挙げることができる。これ
らの中でも、通常、WCが特に好適に使用される。な
お、これらは、一種単独で用いてもよく、二種以上を併
合してもよく、あるいは二種以上の混合物、固溶体との
組成物等として用いてもよい。
As the above-mentioned tungsten carbide, those used in conventional tools and the like can be used. Specifically, WC, WCx (where x is a positive real number other than 1, and is usually This x is a number greater than 1 or less than 1.) Stoichiometric compounds and non-stoichiometric compounds, or other elements such as oxygen bonded to these,
Those that have been replaced or invaded can be mentioned. Of these, WC is usually particularly preferably used. These may be used alone or in combination of two or more, or may be used as a mixture of two or more, a composition with a solid solution, and the like.

【0014】上記炭化チタンとしては、特に限定はな
く、通常の合金を製造するのに用いられるものを使用す
ることができる。具体的には、TiC、TiCy(但
し、yは1以外の正の実数を表わし、通常、このyは1
より大きいかあるいは1より小さい数である。)で表わ
される定比化合物および不定比化合物、あるいはこれら
に酸素等の他の元素が結合、置換または侵入したもの等
を挙げることができる。これらの中でも、通常、TiC
が特に好適に使用される。
The above-mentioned titanium carbide is not particularly limited, and those used for producing ordinary alloys can be used. Specifically, TiC and TiCy (where y represents a positive real number other than 1 and usually y is 1
It is a number greater than or less than one. ), A stoichiometric compound and a non-stoichiometric compound, or a compound in which another element such as oxygen is bound, substituted or invaded. Of these, usually TiC
Are particularly preferably used.

【0015】上記炭化タンタルとしては、特に限定はな
く、通常の合金を製造するのに用いられるものを使用す
ることができる。具体的には、TaC、TaCz(但
し、zは1以外の正の実数を表わし、通常、このzは1
より大きいかあるいは1より小さい数である。)で表わ
される定比化合物および不定比化合物、あるいはこれら
に酸素等の他の元素が結合、置換または侵入したもの等
を挙げることができる。これらの中でも、通常、TaC
が特に好適に使用される。上記コバルトとしては、特に
制限がないが、単体金属を好適に使用することができ
る。
The tantalum carbide is not particularly limited, and those used for producing ordinary alloys can be used. Specifically, TaC, TaCz (where z is a positive real number other than 1, and normally z is 1
It is a number greater than or less than one. ), A stoichiometric compound and a non-stoichiometric compound, or a compound in which another element such as oxygen is bound, substituted or invaded. Among these, usually TaC
Are particularly preferably used. The cobalt is not particularly limited, but a simple metal can be preferably used.

【0016】前記炭化タングステン、前記炭化チタン、
前記炭化タンタルおよび前記コバルトは、特に純粋であ
る必要はなく、本発明の目的を達成するのに支障のない
範囲であれば不純物を含有していてもよい。例えば、前
記炭化タングステンにおいては、微量の過剰炭素、過剰
金属、酸化物等の不純物等を含有していてもよい。
The tungsten carbide, the titanium carbide,
The tantalum carbide and the cobalt do not need to be particularly pure, and may contain impurities as long as the objects of the present invention are not impaired. For example, the tungsten carbide may contain a trace amount of excess carbon, excess metal, impurities such as oxides, and the like.

【0017】本発明に用いられるサーメットとしては、
例えば、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Z
r、Hf等の炭化物および窒化物に、Co、Ni、C
r、Mo、Fe等の金属を燒結助材として含有している
サーメット材を挙げることができ、一般にサーメット材
として知られているものであれば、特に制限なく用いる
ことができる。
As the cermet used in the present invention,
For example, Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Z
Co, Ni, C on carbides and nitrides such as r and Hf
A cermet material containing a metal such as r, Mo or Fe as a sintering aid can be mentioned, and any material generally known as a cermet material can be used without particular limitation.

【0018】具体例としては、WC、Mo2 C、Cr3
2 、TaC、NbC、VC、TiC、ZrC、Hf
C、TaN、NbN、VN、TiN、ZrN、HfN、
Ta(C,O)、Ti(C,O)、Ti(N,O)、
(W,Ti)C、(W,Ta,Ti)C、(W,Ta,
Nb,Ti)C、Ti(C,N)、Ti(C,N,
O)、(Ti,Zr)C、(Ti,Zr)(C,N)等
に、燒結助材としてCoおよび/またはNiや、Coお
よび/またはNiの他にCr,Mo,Fe等を含有した
もの等を挙げることができる。
Specific examples include WC, Mo 2 C and Cr 3.
C 2 , TaC, NbC, VC, TiC, ZrC, Hf
C, TaN, NbN, VN, TiN, ZrN, HfN,
Ta (C, O), Ti (C, O), Ti (N, O),
(W, Ti) C, (W, Ta, Ti) C, (W, Ta,
Nb, Ti) C, Ti (C, N), Ti (C, N,
O), (Ti, Zr) C, (Ti, Zr) (C, N), etc., contains Co and / or Ni as a sintering aid, and Cr, Mo, Fe, etc. in addition to Co and / or Ni. You can list the things that you did.

【0019】サーメットにつき上記とは別の表現をする
とすれば、次のような記述も可能である。すなわち、本
発明に使用することのできるサーメットとしては、Ti
CにWCやTaCやTiNを添加し、結合相としてNi
やMoを添加したものを言い、例えばTiC−TaC−
Ni、TiC−TaC−Mo、TiC−TaC−Ni−
Mo、TiC−TiN−Ni、TiC−TiN−Mo、
TiC−TiN−Ni−Mo、TiC−TiN−TaC
−WC−Ni、TiC−TiN−TaC−WC−Mo、
TiC−TiN−TaC−WC−Ni−Mo、TiN−
TaN−Ni、TiN−TaN−Mo、TiN−TaN
−Ni−Mo、TiC−TaN−Ni、TiC−TaN
−Mo、TiC−TaN−Ni−Mo、TiC−Ni、
TiC−Mo、TiC−Ni−Mo、TiC−Ni、T
iC−Mo、TiC−Ni−Mo、TiC−TaN−N
i、TiC−TaN−Mo、TiC−TaN−Ni−M
o等を挙げることができる。なお、これらはその他の元
素またはその炭化物を含有していても良い。
If the cermet is expressed differently from the above, the following description is also possible. That is, as the cermet that can be used in the present invention, Ti
WC, TaC and TiN are added to C and Ni is used as a binder phase.
Or Mo added, for example TiC-TaC-
Ni, TiC-TaC-Mo, TiC-TaC-Ni-
Mo, TiC-TiN-Ni, TiC-TiN-Mo,
TiC-TiN-Ni-Mo, TiC-TiN-TaC
-WC-Ni, TiC-TiN-TaC-WC-Mo,
TiC-TiN-TaC-WC-Ni-Mo, TiN-
TaN-Ni, TiN-TaN-Mo, TiN-TaN
-Ni-Mo, TiC-TaN-Ni, TiC-TaN
-Mo, TiC-TaN-Ni-Mo, TiC-Ni,
TiC-Mo, TiC-Ni-Mo, TiC-Ni, T
iC-Mo, TiC-Ni-Mo, TiC-TaN-N
i, TiC-TaN-Mo, TiC-TaN-Ni-M
o etc. can be mentioned. Note that these may contain other elements or their carbides.

【0020】これらの中でも、炭化チタン、炭化タング
ステンおよび窒化チタン系のサーメットが好適に使用さ
れる。特に好ましいものとしては、TiC、TiN、T
iCN等にNi、CoあるいはMoを燒結助材として用
いたサーメット材を挙げることができる。
Among these, titanium carbide, tungsten carbide and titanium nitride cermets are preferably used. Particularly preferred are TiC, TiN, T
A cermet material that uses Ni, Co, or Mo as a sintering aid for iCN or the like can be given.

【0021】又、硬質物質からなる基材として前述の超
硬合金の外に、窒化珪素やアルミナ等のセラミックス焼
結体も用いることができる。この窒化珪素としては、珪
素に窒素が4配位し、窒素に珪素が3配位した基本構造
を有する限り特に制限が無い。
In addition to the above-mentioned cemented carbide, a ceramic sintered body such as silicon nitride or alumina can be used as the base material made of a hard material. The silicon nitride is not particularly limited as long as it has a basic structure in which nitrogen is coordinated with silicon 4 and nitrogen is coordinated with silicon 3.

【0022】窒化珪素は天然に存在せず、たとえば、直
接窒化法、還元・窒化法、あるいは気相反応(CVD)
法や熱分解法などの化学反応法により合成された窒化珪
素を、この発明の基材に用いることができる。
Silicon nitride does not exist naturally, and for example, direct nitriding method, reduction / nitriding method, or vapor phase reaction (CVD)
Silicon nitride synthesized by a chemical reaction method such as a thermal decomposition method or a thermal decomposition method can be used as the base material of the present invention.

【0023】合成された窒化珪素は、基材として使用さ
れる場合には通常、焼結される。窒化珪素の焼結には通
常、焼結助剤たとえばY23 、Al23 などが添加
される。多くの焼結助剤は窒化珪素に固溶せず、粒界に
残るのであるが、Al23は窒化珪素と焼結した後に
おいても粒内に固溶してSi−Al−O−N系の固溶体
が形成される、この固溶体はβ−Si34 構造を有す
るのでβ−サイアロンとも称される。したがって、この
発明においては窒化珪素というとき、これはサイアロン
を含む概念である。この発明においては、サイアロンと
しては、β−サイアロン及びα−サイロンを挙げること
ができる。
The synthesized silicon nitride is usually sintered when used as a substrate. For sintering silicon nitride, a sintering aid such as Y 2 O 3 or Al 2 O 3 is usually added. Many sintering aids do not form a solid solution in silicon nitride and remain at the grain boundaries, but Al 2 O 3 forms a solid solution in the grains even after sintering with silicon nitride, and Si-Al-O- An N-based solid solution is formed. Since this solid solution has a β-Si 3 N 4 structure, it is also called β-sialon. Therefore, in the present invention, the term "silicon nitride" is a concept including sialon. In the present invention, examples of sialon include β-sialon and α-thyron.

【0024】一般に窒化珪素は単一組成ではなく、上記
したように焼結助剤を数%〜数10%の割合で含んでい
る。そして焼結法により窒化珪素の微構造が変化するけ
れども、この発明においては、いずれの焼結法により得
られた窒化珪素焼結体も好適に使用することができる。
ここで、窒化珪素の焼結法としては、たとえば、反応焼
結法、ホットプレス法、常圧焼結法、HIP法、ガス圧
焼結法、Post Sintering法などを挙げることができ、
これらのいずれの方法によって焼結された窒化珪素もこ
の発明に使用することができる。
In general, silicon nitride does not have a single composition but contains a sintering aid in a proportion of several% to several tens% as described above. Although the microstructure of silicon nitride changes depending on the sintering method, the silicon nitride sintered body obtained by any of the sintering methods can be preferably used in the present invention.
Here, examples of the sintering method of silicon nitride include a reaction sintering method, a hot pressing method, an atmospheric pressure sintering method, a HIP method, a gas pressure sintering method, and a Post Sintering method,
Silicon nitride sintered by any of these methods can be used in the present invention.

【0025】窒化珪素を含有するコンポジットとして
は、窒化珪素と硬質物質たとえばTiC、TiN、W
C、SiCなどとの複合材料を挙げることができる。
As the composite containing silicon nitride, silicon nitride and a hard material such as TiC, TiN, W can be used.
A composite material with C, SiC, or the like can be given.

【0026】Al23 としては、α−アルミナ、γ−
アルミナ類(η、γ、δ)、θ−アルミナ、χ−アルミ
ナ、κ−アルミナ、ρ−アルミナなどを挙げることがで
きる。又、これらの外に、SiC、AlN、B4 Cとい
ったセラミックス焼結体も用いることができる。
Al 2 O 3 includes α-alumina and γ-
Examples thereof include aluminas (η, γ, δ), θ-alumina, χ-alumina, κ-alumina, ρ-alumina. In addition to these, a ceramic sintered body such as SiC, AlN or B 4 C can be used.

【0027】この発明においては、前記α−アルミナ及
び前記遷移アルミナを使用することができ、また、それ
らアルミナと金属との複合材料としても使用することが
できる。アルミナと金属との複合材料としては、Al2
3 −Cr系、Cr−Al23 系(アルミナよりもク
ロム含量が多い)、Al23 −Fe系、Al23
Co系などを挙げることができる。
In the present invention, the α-alumina and the transition alumina can be used, and also, they can be used as a composite material of the alumina and the metal. As a composite material of alumina and metal, Al 2
O 3 -Cr system, Cr-Al 2 O 3 system (often chromium content than alumina), Al 2 O 3 -Fe system, Al 2 O 3 -
Examples include Co-based materials.

【0028】この発明における基材の材質として、周期
律表(IUPAC)の第IVA族、第VA族および第V
IA族に属する金属またはこれらの金属化合物たとえば
TiC、TiN、TiCN、TiO2 、ZrC、Hf
N、NbC、TaC、Cr2 C、WCなども使用するこ
とができる。この発明においては、これらの金属あるい
は金属化合物及びSiC、Al23 、AlN、B4
等を、後述する熱処理時の加熱温度に対する耐熱性があ
るけれども硬質ではない材質の表面に被覆してなるもの
も、基材として使用することができる。
As the material of the base material in the present invention, there are group IVA, group VA and group V of the periodic table (IUPAC).
Metals belonging to Group IA or their metal compounds such as TiC, TiN, TiCN, TiO 2 , ZrC, Hf
N, NbC, TaC, Cr 2 C, WC, etc. can also be used. In the present invention, these metals or metal compounds and SiC, Al 2 O 3 , AlN, B 4 C are used.
A material obtained by coating the surface of a material that is not hard but has heat resistance against the heating temperature during the heat treatment described below can also be used as the base material.

【0029】この発明の方法においては、立方晶窒化硼
素を主成分とする硬質被覆膜を硬質物質からなる基材に
被覆するにあたり、あらかじめ基材を、稀ガスまたは窒
素ガス雰囲気下に、大気圧以上の圧力下で熱処理するこ
とが重要である。
In the method of the present invention, when a hard coating film containing cubic boron nitride as a main component is coated on a substrate made of a hard material, the substrate is preliminarily exposed to a rare gas or nitrogen gas atmosphere. It is important to perform the heat treatment under a pressure higher than atmospheric pressure.

【0030】加熱雰囲気は、実質的に稀ガス(ヘリウ
ム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン)のみか
らなる雰囲気、実質的に窒素ガスのみからなる雰囲気、
あるいは稀ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気であって
も良い。
The heating atmosphere is an atmosphere consisting essentially of rare gases (helium, neon, argon, xenon, krypton), an atmosphere consisting essentially of nitrogen gas,
Alternatively, a mixed gas atmosphere of a rare gas and nitrogen gas may be used.

【0031】加熱処理時の圧力は、大気圧以上であれば
良く、好ましくは10〜2,000気圧を例示すること
ができる。
The pressure during the heat treatment may be at least atmospheric pressure, and preferably 10 to 2,000 atm.

【0032】加熱温度としては、通常1,100〜1,
900℃、好ましくは1,300〜1,800℃を挙げ
ることができる。
The heating temperature is usually 1,100 to 1,
900 ° C., preferably 1,300 to 1,800 ° C. can be mentioned.

【0033】加熱時間は通常、0.5〜5時間程度で十
分である。
A heating time of about 0.5 to 5 hours is usually sufficient.

【0034】前記加熱雰囲気の下で、しかも前記圧力の
下で、前記温度範囲内の適宜の温度に、基材を加熱する
と、基材が前記超硬合金あるいはサーメットで形成され
ているときには、基材表層部で固溶体層が形成され、基
材がAl23 等のセラミックスで形成されているとき
には、基材表層部で結晶が粗大化して微細な凹凸が形成
され、いずれにおいても、基材と立方晶窒化硼素を主成
分とする硬質被覆膜との密着性が向上する。
When the base material is heated to an appropriate temperature within the temperature range under the heating atmosphere and under the pressure, when the base material is formed of the cemented carbide or cermet, the base material is heated. When the solid solution layer is formed in the material surface layer portion and the base material is formed of ceramics such as Al 2 O 3 , crystals are coarsened and fine irregularities are formed in the base material surface layer portion. And the adhesion to the hard coating film containing cubic boron nitride as a main component are improved.

【0035】この発明の方法においては、前記基材表面
に前記加熱処理をしてから、たとえば次のようにして、
加熱処理後の基材表面に立方晶窒化硼素を主成分とする
硬質被覆膜を形成する。
In the method of the present invention, the surface of the base material is subjected to the heat treatment, and then, for example, as follows.
A hard coating film containing cubic boron nitride as a main component is formed on the surface of the base material after the heat treatment.

【0036】立方晶窒化硼素を主成分とする硬質被覆膜
形成のための原料としては、硼素ホウ素源としてB、h
−BN、B26 、H3 BO3 などを、窒素源としてN
2 、NH3 等を挙げることができる。
As a raw material for forming a hard coating film containing cubic boron nitride as a main component, boron boron sources B and h are used.
-BN, B 2 N 6, H 3 BO 3 and the like, as a nitrogen source N
2 , NH 3 and the like can be mentioned.

【0037】硬質被覆膜の形成は、たとえば前記原料を
用いた通常のイオンプレーティング法、プラズマCVD
法、イオンビームデポジション法、プラズマCVD法と
レーザー照射とを組み合わせた方法等を挙げることがで
きる。
The hard coating film is formed by, for example, a usual ion plating method using the above-mentioned raw material, plasma CVD.
Method, an ion beam deposition method, a method combining a plasma CVD method and laser irradiation, and the like.

【0038】例えばイオンプレーティング法を採用する
場合、硼素源として硼素を反応室に配置し、10-4To
rrの減圧に維持された反応室内に窒素ガスを導入しつ
つ、300〜500℃の範囲に加熱し、次いで反応室内
を10〜300Torrの減圧に維持しつつ窒素ガスを
導入すると共に前記硼素に加速電子を衝突させ、電子の
衝突により発生する硼素イオンと窒素とを反応させるこ
とにより、基材表面に窒化硼素を沈着させる。
For example, when the ion plating method is adopted, boron is placed in the reaction chamber as a boron source and 10 -4 To is obtained.
Nitrogen gas is introduced into the reaction chamber maintained at a reduced pressure of rr and heated to a range of 300 to 500 ° C., then nitrogen gas is introduced while maintaining a reduced pressure of 10 to 300 Torr and the boron is accelerated. By bombarding electrons and reacting boron ions generated by the bombardment of electrons with nitrogen, boron nitride is deposited on the surface of the base material.

【0039】上記の反応条件によると、基材表面に、立
方晶窒化硼素を主成分とする硬質被覆膜が形成される。
According to the above reaction conditions, a hard coating film containing cubic boron nitride as a main component is formed on the surface of the base material.

【0040】また、この硬質被覆膜が立方晶窒化硼素で
形成されていることは、赤外線吸収スペクトルを観察す
ることにより容易に確認することができる。すなわち、
立方晶窒化硼素は1,080cm-1にTOフォルのピー
クが認められ、h−BNは780cm-1及び1,400
cm-1付近にそれぞれLOフォル、TOフォルの吸収ピ
ークが認められる。
The fact that the hard coating film is made of cubic boron nitride can be easily confirmed by observing the infrared absorption spectrum. That is,
Cubic boron nitride peak of TO folder was observed at 1,080cm -1, h-BN is 780 cm -1 and 1,400
Absorption peaks of LO foll and TO foll are observed near cm -1 .

【0041】基材表面に形成される前記硬質被覆膜の厚
みは、硬質物質被覆部材の用途により相違する。もっと
も、この硬質物質被覆部材を切削工具、研磨工具等の加
工工具に使用するのであると、硬質被覆膜の厚みは、1
0〜40μmであり、この硬質物質被覆部材を摺動部品
に使用するのであると、硬質被覆膜の厚みは、1〜10
μmである。
The thickness of the hard coating film formed on the surface of the base material varies depending on the use of the hard material coating member. However, when this hard material coated member is used for a processing tool such as a cutting tool or a polishing tool, the thickness of the hard coating film is 1
The thickness of the hard coating film is 0 to 40 μm, and the thickness of the hard coating film is 1 to 10 when this hard material coating member is used for sliding parts.
μm.

【0042】[0042]

【実施例】【Example】

(実施例1)市販のWC−TiC−TaC−Co系超硬
合金(JIS B4053におけるP10種)のチップ
(12.7mm×12.7mm)をアルゴン雰囲気中で
2,000気圧で1,350℃で1時間かけて熱処理を
行った。熱処理後のチップ上に、RF基板バイアスを印
加したイオンプレーティング装置を用いて、立方晶窒化
硼素を主成分とする厚さ5μmの硬質被覆膜を形成し
た。
(Example 1) A chip (12.7 mm x 12.7 mm) of a commercially available WC-TiC-TaC-Co cemented carbide (P10 type in JIS B4053) was placed at 2,000 at 1,350 ° C in an argon atmosphere. Heat treatment was performed for 1 hour. A hard coating film having a thickness of 5 μm and containing cubic boron nitride as a main component was formed on the chip after the heat treatment using an ion plating device to which an RF substrate bias was applied.

【0043】この硬質被覆膜を赤外線吸収スペクトルに
て定量分析したところ、立方晶窒化硼素の含有量は68
重量%であった。
Quantitative analysis of this hard coating film by infrared absorption spectrum showed that the content of cubic boron nitride was 68.
% By weight.

【0044】この硬質被覆膜の密着力をスクラッチ試験
で評価したところ、20Nの荷重で膜の剥離はなかっ
た。
When the adhesion of this hard coating film was evaluated by a scratch test, the film was not peeled off under a load of 20N.

【0045】(実施例2)Si34 焼結体を、アルゴ
ン雰囲気中で2,000気圧で1,750℃で1時間か
けて熱処理を行った。熱処理後のSi34 焼結体につ
き、前記実施例1と同様に実施することにより、Si3
4 焼結体上に、立方晶窒化硼素を主成分とする厚さ5
μmの硬質被覆膜を形成した。
Example 2 A Si 3 N 4 sintered body was heat-treated in an argon atmosphere at 2,000 atm and 1750 ° C. for 1 hour. Per Si 3 N 4 sintered body after the heat treatment, by performing the same processes as in Example 1, Si 3
Cubic boron nitride as a main component on a N 4 sintered body with a thickness of 5
A hard coating film of μm was formed.

【0046】この硬質被覆膜を赤外線吸収スペクトルに
て定量分析したところ、立方晶窒化硼素の含有量は66
重量%であった。
Quantitative analysis of this hard coating film by infrared absorption spectrum revealed that the content of cubic boron nitride was 66.
% By weight.

【0047】この硬質被覆膜の密着力をスクラッチ試験
で評価したところ、20Nの荷重で膜の剥離はなかっ
た。
When the adhesion of this hard coating film was evaluated by a scratch test, the film was not peeled off under a load of 20N.

【0048】(比較例1)前記実施例1におけるのと同
様のチップを使用し、熱処理を行わない外は、前記実施
例1と同様に実施することにより、立方晶窒化硼素を主
成分とする厚さ65μmの硬質被覆膜を形成した。
(Comparative Example 1) A cubic boron nitride is used as a main component by using the same chip as in Example 1 except that the heat treatment is not performed. A hard coating film having a thickness of 65 μm was formed.

【0049】この硬質被覆膜を赤外線吸収スペクトルに
て定量分析したところ、立方晶窒化硼素の含有量は65
重量%であった。
Quantitative analysis of this hard coating film by infrared absorption spectrum revealed that the content of cubic boron nitride was 65.
% By weight.

【0050】この硬質被覆膜は、被覆膜の形成後数時間
経過すると自然剥離してしまった。
The hard coating film spontaneously peeled off several hours after the coating film was formed.

【0051】(比較例2)前記実施例2におけるのと同
様の焼結体を使用し、熱処理を行わない外は、前記実施
例2と同様に実施することにより、立方晶窒化硼素を主
成分とする厚さ1μmの硬質被覆膜を形成した。
(Comparative Example 2) A cubic boron nitride was used as a main component by carrying out the same procedure as in Example 2 except that the same sintered body as in Example 2 was used and no heat treatment was performed. A hard coating film having a thickness of 1 μm was formed.

【0052】この硬質被覆膜を赤外線吸収スペクトルに
て定量分析したところ、立方晶窒化硼素の含有量は66
重量%であった。
When this hard coating film was quantitatively analyzed by infrared absorption spectrum, the content of cubic boron nitride was 66.
% By weight.

【0053】この硬質被覆膜は、被覆膜の形成後数時間
経過すると自然剥離してしまった。
The hard coating film spontaneously peeled off several hours after the formation of the coating film.

【0054】[0054]

【発明の効果】この発明によると、耐熱性及び耐環境性
に優れると共に基材表面との密着性に優れた、立方晶窒
化硼素を主成分とする硬質被覆膜を硬質物質からなる基
材に被覆してなる硬質物質被覆部材の製造法を提供する
ことができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, a hard coating film having a cubic boron nitride as a main component, which is excellent in heat resistance and environment resistance, and has excellent adhesion to the surface of the base material, is made of a hard material. It is possible to provide a method for producing a hard material-coated member obtained by coating the above.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 立方晶窒化硼素を主成分とする硬質被覆
膜を硬質物質からなる基材に被覆するにあたり、基材の
被覆面を、稀ガス及び/または窒素ガスの雰囲気下に、
大気圧以上の圧力下で熱処理することを特徴とする硬質
物質被覆部材の製造法。
1. When coating a hard coating film containing cubic boron nitride as a main component on a base material made of a hard material, the coated surface of the base material is exposed to an atmosphere of rare gas and / or nitrogen gas,
A method for producing a hard material-coated member, which comprises performing a heat treatment under a pressure equal to or higher than atmospheric pressure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8110178B2 (en) 2004-09-10 2012-02-07 Lion Corporation Dental-plaque detection system and dental-plaque detection method
CN111850551A (en) * 2020-08-21 2020-10-30 江苏科环新材料有限公司 High-temperature-resistant and abrasion-resistant pushing plate of garbage incinerator and preparation method thereof

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