JPH0734250A - 被覆超硬工具 - Google Patents

被覆超硬工具

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JPH0734250A
JPH0734250A JP16399391A JP16399391A JPH0734250A JP H0734250 A JPH0734250 A JP H0734250A JP 16399391 A JP16399391 A JP 16399391A JP 16399391 A JP16399391 A JP 16399391A JP H0734250 A JPH0734250 A JP H0734250A
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Hiroshi Ueda
広志 植田
Hiroyoshi Kajiyama
▲広▼▲吉▼ 梶山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明被覆超硬工具は、内層と中間層〜最外
層を異なる粒度とすることにより、内層部分は短時間で
厚膜化が可能となり、中間層〜最外層は粒状のTiの炭
化物等が被覆されているため、特に耐クレーター摩耗性
に富む高性能な被覆超硬工具である。 【構成】 内層にTiCN、中間層にTiC等、外層に
Al23、最外層にTiNを被覆し、かつ内層のTiC
N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

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
例えばTiC、TiNのかわりにAl23単層を被覆
する方法−特開昭54−158780号等、TiC、
TiNのかわりにTiB2単層を被覆する方法−特開昭
54−74816号等、TiC、TiNの表面に更に
Al23を被覆し、2層構造の皮膜とする方法(2層)
−特開昭55−119165号等、TiB2の表面に
Al23を被覆し、2層構造皮膜を形成する方法−−特
開昭55−8485号等が示されている。
【0003】の方法では、超硬質基体とTiB2の親
和性が弱いこと、及び被削材の鉄と2硼化物とが反応
し、クレーター摩耗を生じやすいことなどの欠点を有し
ている。の方法は、超硬質基体とAl23間の親和性
が弱く、基体と皮膜の結合力は十分でないという欠点を
有している。さらに、の方法によるTiC−Al23
被覆された品物は上記及びに比較し、より好ましい
特性をもつため広く実用に供されているが、Al23
TiC又はTiN間の親和性が弱く、その結合力は改善
の余地がある。の方法は、上記の方法と同様、密着
強度が不十分であるが、被削材との反応をAl23層に
よって防止しているため、耐クレーター性は良好であ
る。
【0004】そのため、上記単層皮膜及び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Al23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。
【0005】
【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、皮膜各層間−特に内層と中間層の粒度に着目し、特
に耐摩耗性に優れる被覆超硬合金を提供することを目的
とするもので有る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は超硬質合金基体
の表面に、内層−TiN又はTiCN−とくに柱状に成
膜し、中間層−TiC、TiN、TiCN、外層−Al
23、最外層−TiNを内層の影響により粗粒化しやす
い皮膜の粒度を細かくすることによって、内層における
厚膜化と、中間層、外層の耐摩耗性を兼ね備えた構成と
したものである。
【0007】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族の単価物、窒化物、
炭窒化物のうちの一種以上と、Fe、Ni、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TiN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】次に、本発明においては、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0.5〜10μmとすることが望ましい。そ
の理由は (1)TiN、TiCNのうちのいずれか一種からなる
内層の厚さが2.0μm未満では柱状晶の生成が十分で
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2.0〜1
0μmとするのが望ましい。
【0007】(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。
【0008】(3)Al23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Al23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。
【0009】
【実施例】
【実施例1】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、
(TaNb)C11%、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。
【0010】(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
% 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Al23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)
【0011】(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。
【0012】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。
【0012】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。
【0013】
【実施例2】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、Al23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。
【0015】
【発明の効果】上述のように、本発明被覆超硬質合金
は、内層にTiCN等と外層Al23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、層間の粒度を異ならせ、特に耐摩耗性に富む高性能
な被覆超硬工具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【写真1】写真1は本発明被覆超硬工具のSEMによる
破面観察の結果を示す。
【写真2】写真2は写真1と同一のチップのSEMによ
る最外層の観察結果を示す。
【表1】
【表2】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明被覆工具の金属組織を走査型電
子顕微鏡(SEM)でその断面破面を観察した結果を示
す。
【図2】図2は、図1と同一の試料の金属組織を走査型
電子顕微鏡(SEM)でその最表面を観察した結果を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 16/40 28/04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、基体の表面より内層のTiN、TiCNのどちら
    か一種または2種が2.0〜10μmの膜厚でかつ柱状
    晶で有り、中間層のTiの炭化物、窒化物、炭窒化物が
    0.1〜5μmの膜厚であり外層の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0.5〜5
    μmの膜厚であることを特徴とする被覆超硬質合金工
    具。
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