JPH0693367A - 被覆超硬質合金工具 - Google Patents
被覆超硬質合金工具Info
- Publication number
- JPH0693367A JPH0693367A JP27231492A JP27231492A JPH0693367A JP H0693367 A JPH0693367 A JP H0693367A JP 27231492 A JP27231492 A JP 27231492A JP 27231492 A JP27231492 A JP 27231492A JP H0693367 A JPH0693367 A JP H0693367A
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- JP
- Japan
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- coated
- ultra hard
- hard alloy
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- Pending
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明被覆超硬工具は、基体中にＺｒＣを添
加することにより、特に耐塑性変形性を改善した高性能
な被覆超硬工具である。 【構成】 基体中にＺｒＣ０．１〜３％添加することに
より、Ｚｒを分散させ、内層にＴｉＣＮ、中間層にＴｉ
Ｃ等、外層にＡｌ2Ｏ3、最外層にＴｉＮを被覆し、かつ
内層のＴｉＣＮ等を柱状晶、中間層〜最外層を粒状な層
とすることにより構成する。
加することにより、特に耐塑性変形性を改善した高性能
な被覆超硬工具である。 【構成】 基体中にＺｒＣ０．１〜３％添加することに
より、Ｚｒを分散させ、内層にＴｉＣＮ、中間層にＴｉ
Ｃ等、外層にＡｌ2Ｏ3、最外層にＴｉＮを被覆し、かつ
内層のＴｉＣＮ等を柱状晶、中間層〜最外層を粒状な層
とすることにより構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性に優れた、切削
用及び耐摩耗用の被覆超硬質合金工具に関するものであ
る。
用及び耐摩耗用の被覆超硬質合金工具に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、超硬合金を基体とし、その表面に
耐摩耗性に富んだＴｉＣ、ＴｉＮなどの硬質皮膜を被覆
した被覆超硬合金工具は、表面の耐摩耗性と基体の強靭
性を兼ね備えており、広く実用に供されている。しかし
ＴｉＣ、ＴｉＮ被覆の合金はすくい面上のクレーター摩
耗が著しく、工具寿命が短くなるなどの欠点があった。
このため、上記欠点を除く手段として、種々の皮膜を形
成する方法が提案されているが、いずれも問題点を有
し、かならずしも満足出来るものは実現されていない。
耐摩耗性に富んだＴｉＣ、ＴｉＮなどの硬質皮膜を被覆
した被覆超硬合金工具は、表面の耐摩耗性と基体の強靭
性を兼ね備えており、広く実用に供されている。しかし
ＴｉＣ、ＴｉＮ被覆の合金はすくい面上のクレーター摩
耗が著しく、工具寿命が短くなるなどの欠点があった。
このため、上記欠点を除く手段として、種々の皮膜を形
成する方法が提案されているが、いずれも問題点を有
し、かならずしも満足出来るものは実現されていない。
【０００３】そのため、単層皮膜及び２層構造皮膜の特
長を維持しながら、その欠点を解消するために、例えば
ＴｉＣ、ＴｉＮの表面に中間層としてＴｉ（Ｃ、Ｎ）、
Ｔｉ（Ｃ、Ｏ）、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）を被覆し、その上
に外層としてＡｌ2Ｏ3を被覆し３層構造の皮膜を形成す
る方法（特５５−１４８７６４号等）が提案されてい
る。
長を維持しながら、その欠点を解消するために、例えば
ＴｉＣ、ＴｉＮの表面に中間層としてＴｉ（Ｃ、Ｎ）、
Ｔｉ（Ｃ、Ｏ）、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）を被覆し、その上
に外層としてＡｌ2Ｏ3を被覆し３層構造の皮膜を形成す
る方法（特５５−１４８７６４号等）が提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この方法は上記の方法
の欠点を改善するために、内層のＴｉＣ層と中間層の被
覆方法を変えることにより形成したものであり、その両
者の特徴を最大限に生かそうとするものである。さら
に、切削加工工具に要求されるより一層の長寿命化（耐
摩耗性の向上）を計ったものである。本発明は上記実情
に鑑み成されたものであり上記従来技術の欠点を改良
し、皮膜−基体間−特にＺｒの組成効果と強度の高い層
を挟み入れる事により、特に耐欠損性、耐摩耗性に優れ
る被覆超硬合金を提供する。
の欠点を改善するために、内層のＴｉＣ層と中間層の被
覆方法を変えることにより形成したものであり、その両
者の特徴を最大限に生かそうとするものである。さら
に、切削加工工具に要求されるより一層の長寿命化（耐
摩耗性の向上）を計ったものである。本発明は上記実情
に鑑み成されたものであり上記従来技術の欠点を改良
し、皮膜−基体間−特にＺｒの組成効果と強度の高い層
を挟み入れる事により、特に耐欠損性、耐摩耗性に優れ
る被覆超硬合金を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明における基体とし
ての超硬質合金は、周期率表の４ａ、５ａ、６ａ族の炭
化物、窒化物、炭窒化物のうちの一種以上と、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのうちの一種以上とよりなる
超硬質合金が適用され、特にＺｒの添加により分散強化
を計ったものである。また、本発明における各被覆層を
形成することは、既知の成膜法を応用することによって
可能であり、例えば内層を構成するＴｉＣＮまたはＴｉ
Ｎ皮膜については、 Ｔｉ（ＣＨ3）ＣＮ＋２Ｈ2→ＴｉＣＮ＋４Ｈ（ＣＨ3） ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ ＣＨ4 →Ｃ＋２Ｈ2 Ｔｉ＋Ｃ →ＴｉＣ あるいは、 ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ Ｔｉ＋１／２Ｎ2 →ＴｉＮ のように、Ｔｉのハロゲン化物を気化し、還元及び炭化
あるいは窒化反応によって得ることができる。
ての超硬質合金は、周期率表の４ａ、５ａ、６ａ族の炭
化物、窒化物、炭窒化物のうちの一種以上と、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのうちの一種以上とよりなる
超硬質合金が適用され、特にＺｒの添加により分散強化
を計ったものである。また、本発明における各被覆層を
形成することは、既知の成膜法を応用することによって
可能であり、例えば内層を構成するＴｉＣＮまたはＴｉ
Ｎ皮膜については、 Ｔｉ（ＣＨ3）ＣＮ＋２Ｈ2→ＴｉＣＮ＋４Ｈ（ＣＨ3） ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ ＣＨ4 →Ｃ＋２Ｈ2 Ｔｉ＋Ｃ →ＴｉＣ あるいは、 ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ Ｔｉ＋１／２Ｎ2 →ＴｉＮ のように、Ｔｉのハロゲン化物を気化し、還元及び炭化
あるいは窒化反応によって得ることができる。
【０００６】Ｚｒの添加量は、０．１％未満では、その
添加効果がなく、３％を越えると靱性を劣化させるため
０．１〜３％ととした。またＺｒの添加は単独で炭化
物、窒化物等としても、Ｔｉほかとの固溶体炭窒化物と
しても良い。
添加効果がなく、３％を越えると靱性を劣化させるため
０．１〜３％ととした。またＺｒの添加は単独で炭化
物、窒化物等としても、Ｔｉほかとの固溶体炭窒化物と
しても良い。
【０００７】次に、内層の厚さを２．０〜１０μｍ、中
間層の厚さを０．１〜５μｍ、外層の厚さを０．５〜１
０μｍとすることが望ましい。その理由は（１）Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＣＮのうちのいずれか一種からなる内層の厚さ
が２．０μｍ未満では基体との密着が十分でなく、また
１０μｍを超えるとＴｉＣＮ等の層は本質的に脆く欠損
しやすくなるため、内層の厚さは２．０〜１０μｍとす
るのが望ましい。
間層の厚さを０．１〜５μｍ、外層の厚さを０．５〜１
０μｍとすることが望ましい。その理由は（１）Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＣＮのうちのいずれか一種からなる内層の厚さ
が２．０μｍ未満では基体との密着が十分でなく、また
１０μｍを超えるとＴｉＣＮ等の層は本質的に脆く欠損
しやすくなるため、内層の厚さは２．０〜１０μｍとす
るのが望ましい。
【０００８】（２）Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の
１種以上から構成される中間層の厚さが０．１μｍ未満
では粒度を調整するのに不十分であり、また５μｍを超
えると全体の厚さが厚くなり脆く成るため、欠損しやす
くなる。このため中間層の厚さは０．１〜５μｍとする
のが望ましい。また、この層の構造はＴｉの炭化物、窒
化物、炭窒化物を組み合わせた方が特性を効果的に発揮
できるため、２層以上とするのが望ましい。
１種以上から構成される中間層の厚さが０．１μｍ未満
では粒度を調整するのに不十分であり、また５μｍを超
えると全体の厚さが厚くなり脆く成るため、欠損しやす
くなる。このため中間層の厚さは０．１〜５μｍとする
のが望ましい。また、この層の構造はＴｉの炭化物、窒
化物、炭窒化物を組み合わせた方が特性を効果的に発揮
できるため、２層以上とするのが望ましい。
【０００９】（３）Ａｌ2Ｏ3及び／またはＴｉＮから構
成される外層／最外層の厚さが０．５μｍ未満では中間
層の欠点である被削材との反応を防止出来ず、また５μ
ｍを超えるとＡｌ2Ｏ3層は本質的に脆いため、欠損しや
すくなる。このため外層／最外層の厚さは０．５〜５μ
ｍとするのが良い。
成される外層／最外層の厚さが０．５μｍ未満では中間
層の欠点である被削材との反応を防止出来ず、また５μ
ｍを超えるとＡｌ2Ｏ3層は本質的に脆いため、欠損しや
すくなる。このため外層／最外層の厚さは０．５〜５μ
ｍとするのが良い。
【００１０】
【実施例】次に本発明による被覆超硬質合金を実施例に
よって具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例
の範囲に限定されるものでないことは言うまでもない。
超硬質体の基体としてＷＣ７２％、８％ＴｉＣ、（Ｔａ
Ｎｂ）Ｃ１１％、ＺｒＣ０．５％、Ｃｏ９％（重量％）
なる組成に粉末を配合し、真空中１４００℃で一時間焼
結し、得られた焼結体からＧ級のスローアウェィチップ
を作成した。次いで以下に示す各成膜条件で被覆処理す
ることにより表１に示す皮膜構造の試料１〜３を得た。
なお、膜厚の測定はチップを研摩しＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）にて、組織観察を行い測定した。
よって具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例
の範囲に限定されるものでないことは言うまでもない。
超硬質体の基体としてＷＣ７２％、８％ＴｉＣ、（Ｔａ
Ｎｂ）Ｃ１１％、ＺｒＣ０．５％、Ｃｏ９％（重量％）
なる組成に粉末を配合し、真空中１４００℃で一時間焼
結し、得られた焼結体からＧ級のスローアウェィチップ
を作成した。次いで以下に示す各成膜条件で被覆処理す
ることにより表１に示す皮膜構造の試料１〜３を得た。
なお、膜厚の測定はチップを研摩しＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）にて、組織観察を行い測定した。
【００１１】（１）試料Ｎｏ１の成膜条件 スローアウェィチップを耐熱合金製反応容器内で８００
℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒの減圧化でＴｉ（ＣＨ3）Ｃ
Ｎ ４％ Ｎ2 ４％、Ｈ2 ９２％の割合で混合したガ
スを５ｌ／ｍｉｎの流量で送り、２時間反応させ５μｍ
のＴｉＣＮ被覆層を得た。その後１０Ｔｏｒｒに真空排
気し、１０２０℃に昇温し、ＴｉＣｌ4４％ ＣＨ4 ４
％ Ｈ2 ９２％の割合で混合したガスを２０ｍｉｎ流
し、ＴｉＣ膜を生成し、ついでＮ2ガスを順次供給して
ＴｉＣＮ膜を３μｍ成膜した。ＡｌＣｌ3 ５％ ＣＯ2
５％、ＣＯ １５％ Ｈ2 ７５％の割合で混合した
ガスを供給し、温度は１０２０℃、２時間保持したとこ
ろ、１．５μｍのＡｌ2Ｏ3層を被覆することが出来た。
さらに最後にＴｉＮ膜を０．５μｍ、前記と同様の方法
で成膜し、表面を金色とした。このチップを曲げ試験に
おいて破断した後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて、
その破面を観察をした結果を写真１に示す。内層部分は
柱状晶がよく発達しているのに対し、中間層は粒状に成
膜されていることが分かり、外層／最外層も中間層の粒
度に近似し、粗粒化していないことが分かる。また写真
２に最外層の表面観察した結果も併せて示す。（写真の
倍率はいずれも５０００倍）
℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒの減圧化でＴｉ（ＣＨ3）Ｃ
Ｎ ４％ Ｎ2 ４％、Ｈ2 ９２％の割合で混合したガ
スを５ｌ／ｍｉｎの流量で送り、２時間反応させ５μｍ
のＴｉＣＮ被覆層を得た。その後１０Ｔｏｒｒに真空排
気し、１０２０℃に昇温し、ＴｉＣｌ4４％ ＣＨ4 ４
％ Ｈ2 ９２％の割合で混合したガスを２０ｍｉｎ流
し、ＴｉＣ膜を生成し、ついでＮ2ガスを順次供給して
ＴｉＣＮ膜を３μｍ成膜した。ＡｌＣｌ3 ５％ ＣＯ2
５％、ＣＯ １５％ Ｈ2 ７５％の割合で混合した
ガスを供給し、温度は１０２０℃、２時間保持したとこ
ろ、１．５μｍのＡｌ2Ｏ3層を被覆することが出来た。
さらに最後にＴｉＮ膜を０．５μｍ、前記と同様の方法
で成膜し、表面を金色とした。このチップを曲げ試験に
おいて破断した後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて、
その破面を観察をした結果を写真１に示す。内層部分は
柱状晶がよく発達しているのに対し、中間層は粒状に成
膜されていることが分かり、外層／最外層も中間層の粒
度に近似し、粗粒化していないことが分かる。また写真
２に最外層の表面観察した結果も併せて示す。（写真の
倍率はいずれも５０００倍）
【００１２】（２）試料Ｎｏ２の成膜は耐熱合金製反応
容器内で８００℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒの減圧化でＴ
ｉＣｌ4 ４％ Ｈ2 ４％ Ｈ2 ９６％の割合で混合
したガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で流し、０．５時間反応
させ０．５μｍのＴｉＮ被覆層を得た。その後、試料Ｎ
ｏ１と同様の方法により被覆した。 （３）試料Ｎｏ３の成膜は、従来例のひとつである耐熱
合金製反応容器内で１０５０℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒ
の減圧化でＴｉＣｌ4 ４％ ＣＨ4 ２％ Ｎ2３０
％、Ｈ2 ６４％の割合で混合したガスを５ｌ／ｍｉｎ
の流量で流し、２．５時間反応させ５μｍのＴｉＣＮ被
覆層を得た。その後、試料Ｎｏ１と同様の方法によりに
被覆した。
容器内で８００℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒの減圧化でＴ
ｉＣｌ4 ４％ Ｈ2 ４％ Ｈ2 ９６％の割合で混合
したガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で流し、０．５時間反応
させ０．５μｍのＴｉＮ被覆層を得た。その後、試料Ｎ
ｏ１と同様の方法により被覆した。 （３）試料Ｎｏ３の成膜は、従来例のひとつである耐熱
合金製反応容器内で１０５０℃に加熱し、２０Ｔｏｒｒ
の減圧化でＴｉＣｌ4 ４％ ＣＨ4 ２％ Ｎ2３０
％、Ｈ2 ６４％の割合で混合したガスを５ｌ／ｍｉｎ
の流量で流し、２．５時間反応させ５μｍのＴｉＣＮ被
覆層を得た。その後、試料Ｎｏ１と同様の方法によりに
被覆した。
【００１３】これら３種のチップを用い以下の切削条
件、すなわち 鋳物連続切削 被削材 ＦＣ２５（ＨＢ２３０） 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み １．５ｍｍ 水溶性切削油使用 で切削試験を行った。表１に平均逃げ面摩耗量が０．４
ｍｍ、クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した
時間を寿命と判断し、その時間を示す。
件、すなわち 鋳物連続切削 被削材 ＦＣ２５（ＨＢ２３０） 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み １．５ｍｍ 水溶性切削油使用 で切削試験を行った。表１に平均逃げ面摩耗量が０．４
ｍｍ、クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した
時間を寿命と判断し、その時間を示す。
【００１４】試料Ｎｏ（３）のスローアウェイチップは
２５分間の切削で寿命に達しているのに対し、本発明に
よる（１）、（２）は表１から明からかなように４０〜
５０分間切削出来ることがわかる。また本発明によるチ
ップの寿命はいずれも平均逃げ面の摩耗によるものであ
りクレーター摩耗は寿命まで切削してもブレークされず
良好な摩耗形態を示した。
２５分間の切削で寿命に達しているのに対し、本発明に
よる（１）、（２）は表１から明からかなように４０〜
５０分間切削出来ることがわかる。また本発明によるチ
ップの寿命はいずれも平均逃げ面の摩耗によるものであ
りクレーター摩耗は寿命まで切削してもブレークされず
良好な摩耗形態を示した。
【００１５】さらに、実施例１で用いたものと同じ基体
からなるスローアウェイチツプにＴｉＣ、ＴｉＮまたは
ＴｉＣＮ層の厚さ、Ａｌ2Ｏ3の厚さを種々に変化させた
ものを作成した。 成膜の条件は実施例１と同様に行
い、時間の調整で膜厚をコントロールした。得られたも
のの膜の構成、膜厚等を表２に示す。また、これらのも
のを用い、実施例１と同様な方法で切削試験を行った結
果も同表に示す。表２から明らかなように、本発明によ
る被覆超硬合金はいずれも優れた耐クレーター摩耗性を
有し、また寿命も永いことがわかる。
からなるスローアウェイチツプにＴｉＣ、ＴｉＮまたは
ＴｉＣＮ層の厚さ、Ａｌ2Ｏ3の厚さを種々に変化させた
ものを作成した。 成膜の条件は実施例１と同様に行
い、時間の調整で膜厚をコントロールした。得られたも
のの膜の構成、膜厚等を表２に示す。また、これらのも
のを用い、実施例１と同様な方法で切削試験を行った結
果も同表に示す。表２から明らかなように、本発明によ
る被覆超硬合金はいずれも優れた耐クレーター摩耗性を
有し、また寿命も永いことがわかる。
【００１６】
【発明の効果】上述のように、本発明被覆超硬質合金
は、基体中にＺｒＣを添加することにより、基体中の耐
塑性変形性が向上し、あわせて内層にＴｉＣＮ等と外層
Ａｌ2Ｏ3の中間に両者と親和性の良い粒状のＴｉの炭化
物等を被覆することによって、耐摩耗性に富む高性能な
被覆超硬工具が得られる。
は、基体中にＺｒＣを添加することにより、基体中の耐
塑性変形性が向上し、あわせて内層にＴｉＣＮ等と外層
Ａｌ2Ｏ3の中間に両者と親和性の良い粒状のＴｉの炭化
物等を被覆することによって、耐摩耗性に富む高性能な
被覆超硬工具が得られる。
【表１】
【表２】
Claims (1)
- 【請求項１】 周期率表の４ａ、５ａ、６ａ族の炭化
物、窒化物、炭窒化物の一種以上とＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒの一種以上とよりなる超硬質合金を基体
とし、基体表面より１０〜５０ミクロンの深さに、強度
の高い層を設けるとともに、基体の表面より内層にＴｉ
Ｎ、ＴｉＣＮのどちらか一種または２種が膜厚２．０〜
１０μｍ、中間層としてＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化
物が膜厚０．１〜５μｍ、外層のＡｌの酸化物、炭酸化
物及び最外層のＴｉの窒化物、炭窒化物が膜厚０．５〜
５μｍの被覆した超硬質合金工具において、該基体中に
Ｚｒを０．１〜３％添加した事を特徴とする被覆超硬質
合金工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27231492A JPH0693367A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 被覆超硬質合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27231492A JPH0693367A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 被覆超硬質合金工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693367A true JPH0693367A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=17512158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27231492A Pending JPH0693367A (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 被覆超硬質合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693367A (ja) |
-
1992
- 1992-09-16 JP JP27231492A patent/JPH0693367A/ja active Pending
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