JPH08199341A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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- JPH08199341A JPH08199341A JP2591795A JP2591795A JPH08199341A JP H08199341 A JPH08199341 A JP H08199341A JP 2591795 A JP2591795 A JP 2591795A JP 2591795 A JP2591795 A JP 2591795A JP H08199341 A JPH08199341 A JP H08199341A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ＴｉとＡｌを含有する窒化物、炭
窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連続的に
進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を提供す
ることを目的とする。 【構成】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはその固
溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された０．５
〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜のＴｉの１部をイッ
トリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比
において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x、と表した場
合、ａ、ｂ、ｃ、ｘをそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、０．
３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．００１≦ｃ
＜０．０１、０≦ｘ≦１より構成する。
窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連続的に
進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を提供す
ることを目的とする。 【構成】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはその固
溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された０．５
〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜のＴｉの１部をイッ
トリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比
において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x、と表した場
合、ａ、ｂ、ｃ、ｘをそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、０．
３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．００１≦ｃ
＜０．０１、０≦ｘ≦１より構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、耐摩耗性、耐欠損性
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来ＰＶＤ法による硬質皮膜は、ＴｉＮ
が主流であったが、最近ＴｉＣＮ膜あるいは（ＴｉＡ
ｌ）Ｎといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。ＴｉＣＮはビッカース硬さが３０００近くあ
り、ＴｉＮのビッカース硬さ２２００に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方、（ＴｉＡ
ｌ）ＮはＴｉとＡｌの比率により異なるが、概略２３０
０〜２８００のビッカース硬さを有し、ＴｉＮに比べ耐
摩耗性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温に
なる切削条件下などで優れた特性を発揮する。
が主流であったが、最近ＴｉＣＮ膜あるいは（ＴｉＡ
ｌ）Ｎといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。ＴｉＣＮはビッカース硬さが３０００近くあ
り、ＴｉＮのビッカース硬さ２２００に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方、（ＴｉＡ
ｌ）ＮはＴｉとＡｌの比率により異なるが、概略２３０
０〜２８００のビッカース硬さを有し、ＴｉＮに比べ耐
摩耗性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温に
なる切削条件下などで優れた特性を発揮する。
【０００３】また、（ＴｉＡｌ）Ｎ膜の皮膜の改善とし
てＴｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−６７７０５号
や、（ＴｉＡｌＺｒ）Ｎ、（ＴｉＡｌＶ）Ｎといった更
に多元系の皮膜にした米国特許４８７１４３４号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながら、これ
らの新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性
においてはまだ十分に満足されるものではない。
てＴｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−６７７０５号
や、（ＴｉＡｌＺｒ）Ｎ、（ＴｉＡｌＶ）Ｎといった更
に多元系の皮膜にした米国特許４８７１４３４号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながら、これ
らの新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性
においてはまだ十分に満足されるものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】耐酸化性が不十分な理
由は、上述のＡｌを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、
ＴｉＮ、ＴｉＣＮに比べ高く、耐酸化性には優れるもの
の酸化が連続的に進行する条件下においては酸化進行速
度は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮと比べほとんど変わりのないも
のである。つまり、酸化により生成する酸化皮膜は、Ｔ
ｉＮ、ＴｉＣＮの場合と同様Ａｌを含有する皮膜におい
ても、ルチル構造を有し、ポーラスな皮膜である。従っ
て、酸化の進行に対する抵抗は、ルチル構造であるがた
めに極めて低い結果となるわけである。
由は、上述のＡｌを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、
ＴｉＮ、ＴｉＣＮに比べ高く、耐酸化性には優れるもの
の酸化が連続的に進行する条件下においては酸化進行速
度は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮと比べほとんど変わりのないも
のである。つまり、酸化により生成する酸化皮膜は、Ｔ
ｉＮ、ＴｉＣＮの場合と同様Ａｌを含有する皮膜におい
ても、ルチル構造を有し、ポーラスな皮膜である。従っ
て、酸化の進行に対する抵抗は、ルチル構造であるがた
めに極めて低い結果となるわけである。
【０００５】
【本発明の目的】本発明は、ＴｉとＡｌを含有する窒化
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのため、本願発明では
（ＴｉＡｌ）Ｎを基本にこれに各種元素を添加する検討
を行った結果、イットリウム（以後、Ｙと表記する。）
の添加により耐酸化性が著しく改善される知見を得た。
表１は、３μｍ（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜をアークイオンプレ
ーティング法により、バイアス電圧１２０Ｖ、窒素圧力
１０-1Ｐａの条件下で成膜するときにＹを添加した場合
の酸化開始温度、及び８５０℃大気中での酸化速度を３
μｍのＴｉＮ、（Ｔｉ0.5Ａｌ0.5）Ｎ皮膜と比較した結
果を示す。
（ＴｉＡｌ）Ｎを基本にこれに各種元素を添加する検討
を行った結果、イットリウム（以後、Ｙと表記する。）
の添加により耐酸化性が著しく改善される知見を得た。
表１は、３μｍ（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜をアークイオンプレ
ーティング法により、バイアス電圧１２０Ｖ、窒素圧力
１０-1Ｐａの条件下で成膜するときにＹを添加した場合
の酸化開始温度、及び８５０℃大気中での酸化速度を３
μｍのＴｉＮ、（Ｔｉ0.5Ａｌ0.5）Ｎ皮膜と比較した結
果を示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】表１より、（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜中にＹを添
加することにより、皮膜の耐酸化性が向上することがわ
かる。よって、本願発明は、主成分としてＴｉとＡｌ及
び／またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より
構成された０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の
Ｔｉの１部をＹで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成を
モル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x、と表
した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝
１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０
０１≦ｃ＜０．０１、０≦ｘ≦１より成る膜であり、ま
た、主成分の一部をＹで置換された（ＴｉＡｌＹ）の窒
化物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａｌの窒化物または炭
窒化物、またはＴｉの窒化物または炭窒化物、またはＴ
ｉＡｌの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を５
層以上の多層叉は積層にし、耐酸化性を高め、かつ高硬
度を達成したものである。
加することにより、皮膜の耐酸化性が向上することがわ
かる。よって、本願発明は、主成分としてＴｉとＡｌ及
び／またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より
構成された０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の
Ｔｉの１部をＹで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成を
モル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x、と表
した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝
１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０
０１≦ｃ＜０．０１、０≦ｘ≦１より成る膜であり、ま
た、主成分の一部をＹで置換された（ＴｉＡｌＹ）の窒
化物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａｌの窒化物または炭
窒化物、またはＴｉの窒化物または炭窒化物、またはＴ
ｉＡｌの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を５
層以上の多層叉は積層にし、耐酸化性を高め、かつ高硬
度を達成したものである。
【０００９】
【作用】（ＴｉＡｌ）化合物の皮膜中にＹを添加させる
と、皮膜の耐酸化性を向上させることが可能である。特
に酸化速度において著しい改善が可能になる理由は、Ｙ
を添加した場合、形成される酸化皮膜の形態がルチル構
造ではなくアナターゼ構造を示すためである。つまり、
Ｙ添加により非常に緻密な酸化膜が形成され酸化の進行
が形成された酸化膜中の酸素の拡散に律速される形態を
とることにより、酸化の進行が著しく抑制されるわけで
ある。従って、酸化が連続的に進行する高速切削におい
て、皮膜の酸化がごく表面のみで発生し、これが酸化に
対し保護膜とし作用し、皮膜内部にまで酸化が進行せず
長寿命が得られるわけである。
と、皮膜の耐酸化性を向上させることが可能である。特
に酸化速度において著しい改善が可能になる理由は、Ｙ
を添加した場合、形成される酸化皮膜の形態がルチル構
造ではなくアナターゼ構造を示すためである。つまり、
Ｙ添加により非常に緻密な酸化膜が形成され酸化の進行
が形成された酸化膜中の酸素の拡散に律速される形態を
とることにより、酸化の進行が著しく抑制されるわけで
ある。従って、酸化が連続的に進行する高速切削におい
て、皮膜の酸化がごく表面のみで発生し、これが酸化に
対し保護膜とし作用し、皮膜内部にまで酸化が進行せず
長寿命が得られるわけである。
【００１０】以下、数値限定した理由に付いて説明す
る。（ＴｉＡｌ）化合物膜中に固溶体／混合体として添
加するＹは、０．００１未満では耐酸化性を向上するの
に十分な効果がなく、０．０１を越えると皮膜の硬さが
低下する傾向にあり耐摩耗性が、多少劣化する傾向にあ
るため、０．００１≦ｃ＜０．０１の範囲とした。尚、
上記の元素はターゲット材として固溶体化しても、また
各元素を個別のターゲットとして蒸着時に成分を調整し
ても、さらに固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み
合わせても同様の効果が得られる。
る。（ＴｉＡｌ）化合物膜中に固溶体／混合体として添
加するＹは、０．００１未満では耐酸化性を向上するの
に十分な効果がなく、０．０１を越えると皮膜の硬さが
低下する傾向にあり耐摩耗性が、多少劣化する傾向にあ
るため、０．００１≦ｃ＜０．０１の範囲とした。尚、
上記の元素はターゲット材として固溶体化しても、また
各元素を個別のターゲットとして蒸着時に成分を調整し
ても、さらに固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み
合わせても同様の効果が得られる。
【００１１】また、Ｔｉの量は０．７を越えると反対に
Ａｌの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し０．３未
満であると著しく硬さが低下するため０．３≦ａ≦０．
７とした。皮膜中のＣＮの比率は、０≦ｘ≦１、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、（Ｔｉ
Ａｌ）膜中に固溶体／混合体として添加したＹの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため０≦ｘ≦１の範囲とした。また、多層叉は積
層化については５層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため５層
以上とした。
Ａｌの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し０．３未
満であると著しく硬さが低下するため０．３≦ａ≦０．
７とした。皮膜中のＣＮの比率は、０≦ｘ≦１、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、（Ｔｉ
Ａｌ）膜中に固溶体／混合体として添加したＹの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため０≦ｘ≦１の範囲とした。また、多層叉は積
層化については５層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため５層
以上とした。
【００１２】
【実施例１】以下、実施例により本願発明を詳細に説明
する。８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ−９Ｃ
ｏの組成になるよう市販の２．５μｍのＷＣ粉末、１．
５μｍのＴｉＣ粉末、同ＴｉＮ粉末、１．２μｍのＴａ
Ｃ粉末をボールミルにて９６時間混合し、乾燥造粒の
後、ＳＮＭＧ４３２のＴＡインサートをプレスし、焼結
後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体上にＰＶ
Ｄ法により、各種（ＴｉＡｌＹ）合金のターゲットを用
い、表２に示すような皮膜を形成した。尚、比較のため
従来例で記載した膜も形成した。
する。８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ−９Ｃ
ｏの組成になるよう市販の２．５μｍのＷＣ粉末、１．
５μｍのＴｉＣ粉末、同ＴｉＮ粉末、１．２μｍのＴａ
Ｃ粉末をボールミルにて９６時間混合し、乾燥造粒の
後、ＳＮＭＧ４３２のＴＡインサートをプレスし、焼結
後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体上にＰＶ
Ｄ法により、各種（ＴｉＡｌＹ）合金のターゲットを用
い、表２に示すような皮膜を形成した。尚、比較のため
従来例で記載した膜も形成した。
【００１３】
【表２】
【００１４】次いで、これらの皮膜をコーティングされ
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中９０
０℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果を表２に併記した。
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中９０
０℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果を表２に併記した。
【００１５】また、下記に示す高速切削条件にて切削テ
ストを行い最大摩耗が０．２ｍｍに達するまでの寿命時
間を求め、その結果を表３に示す。
ストを行い最大摩耗が０．２ｍｍに達するまでの寿命時
間を求め、その結果を表３に示す。
【００１６】
【表３】
【００１７】表３より、Ｙを添加した皮膜は、格段に酸
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
【００１８】
【実施例２】実施例１で用いた同一の超硬合金スローア
ウェイインサートを用い、表４に示す皮膜成分系の多層
化・積層化を行った。この場合、皮膜の総厚は８μｍに
統一して実施した。耐酸化性の試験を実施例１と同様に
行った結果を表４に示す。また、ウルトラマイクロビッ
カース（荷重１０ｇ）にて硬さの測定を行った。その結
果も表４に併記する。
ウェイインサートを用い、表４に示す皮膜成分系の多層
化・積層化を行った。この場合、皮膜の総厚は８μｍに
統一して実施した。耐酸化性の試験を実施例１と同様に
行った結果を表４に示す。また、ウルトラマイクロビッ
カース（荷重１０ｇ）にて硬さの測定を行った。その結
果も表４に併記する。
【００１９】
【表４】
【００２０】表４より、多層叉は積層化することによ
り、硬さの向上が認められるとともに１６００層（１層
当たり５ｎｍ）の場合には著しい硬さの向上が認められ
る。
り、硬さの向上が認められるとともに１６００層（１層
当たり５ｎｍ）の場合には著しい硬さの向上が認められ
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明の被覆硬質合金は、従来のＴｉ
Ｎ、ＴｉＡｌＮに比べ、Ｙを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがＴｉＣＮ基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼に適用した場合にも優れた効果を現す
ことは自明である。
Ｎ、ＴｉＡｌＮに比べ、Ｙを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがＴｉＣＮ基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼に適用した場合にも優れた効果を現す
ことは自明である。
Claims (2)
- 【請求項１】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはそ
の固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された
０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１
部をイットリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成
をモル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x、と
表した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝
１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０
０１≦ｃ＜０．０１、０≦ｘ≦１より成る膜であること
を特徴とする被覆硬質合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の被覆硬質合金において、
主成分の一部をＹで置換された（ＴｉＡｌＹ）の窒化
物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａｌの窒化物または炭窒
化物、またはＴｉの窒化物または炭窒化物、またはＴｉ
Ａｌの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を５層
以上の多層叉は積層にしたことを特徴とする被覆硬質合
金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025917A JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025917A JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08199341A true JPH08199341A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3016702B2 JP3016702B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=12179137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7025917A Expired - Fee Related JP3016702B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆硬質合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016702B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7033682B1 (en) * | 2001-12-28 | 2006-04-25 | Ues, Inc. | Coating solutions for titanium and titanium alloy machining |
| US7258933B2 (en) | 2002-06-25 | 2007-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
| WO2009003206A2 (de) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Ceratizit Austria Gesellschaft M.B.H. | Al-Ti-Ru-N-C HARTSTOFFSCHICHT |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060560A (en) | 1997-05-23 | 2000-05-09 | Shell Oil Company | Polyurethane compositions made from hydroxy-terminated polydiene polymers |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP7025917A patent/JP3016702B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7033682B1 (en) * | 2001-12-28 | 2006-04-25 | Ues, Inc. | Coating solutions for titanium and titanium alloy machining |
| US7258933B2 (en) | 2002-06-25 | 2007-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
| WO2009003206A2 (de) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Ceratizit Austria Gesellschaft M.B.H. | Al-Ti-Ru-N-C HARTSTOFFSCHICHT |
| WO2009003206A3 (de) * | 2007-06-29 | 2009-02-19 | Ceratizit Austria Gmbh | Al-Ti-Ru-N-C HARTSTOFFSCHICHT |
| US8293386B2 (en) | 2007-06-29 | 2012-10-23 | Ceratizit Austria Gesellschaft Mbh | Al-Ti-Ru-N-C hard material coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3016702B2 (ja) | 2000-03-06 |
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