JPH08209332A - 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 - Google Patents
耐摩耗性に優れた工具を製造する方法Info
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- JPH08209332A JPH08209332A JP30621295A JP30621295A JPH08209332A JP H08209332 A JPH08209332 A JP H08209332A JP 30621295 A JP30621295 A JP 30621295A JP 30621295 A JP30621295 A JP 30621295A JP H08209332 A JPH08209332 A JP H08209332A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フライス加工工具等の工具表面に、密着性の
優れた耐摩耗性皮膜を効率良く形成して耐摩耗性に優れ
た工具を製造する方法を提供する。特に耐熱性，熱伝導
性等に関し、ＡｌＮに近似した優れた特性が発揮され、
しかも従来のイオンプレーティング法やスパッタリング
法によって製造する場合よりも密着性，膜組成の均一性
及び生産効率の各面において優れた工具の製造方法を提
供する。 【解決手段】 工具の表面に耐摩耗性皮膜を形成して耐
摩耗性に優れた工具を製造するに当たり、 （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなり、膜厚が0.8 〜１０μｍの
耐摩耗性皮膜を、蒸発源としてカソードを用いるアーク
放電方式によって形成する。
優れた耐摩耗性皮膜を効率良く形成して耐摩耗性に優れ
た工具を製造する方法を提供する。特に耐熱性，熱伝導
性等に関し、ＡｌＮに近似した優れた特性が発揮され、
しかも従来のイオンプレーティング法やスパッタリング
法によって製造する場合よりも密着性，膜組成の均一性
及び生産効率の各面において優れた工具の製造方法を提
供する。 【解決手段】 工具の表面に耐摩耗性皮膜を形成して耐
摩耗性に優れた工具を製造するに当たり、 （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなり、膜厚が0.8 〜１０μｍの
耐摩耗性皮膜を、蒸発源としてカソードを用いるアーク
放電方式によって形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フライス加工工具
等の工具表面に、密着性の優れた耐摩耗性皮膜を効率良
く形成して耐摩耗性に優れた工具を製造する方法に関す
るものである。
等の工具表面に、密着性の優れた耐摩耗性皮膜を効率良
く形成して耐摩耗性に優れた工具を製造する方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度工具鋼や超硬合金工具鋼等を製作
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮被膜を形成することが行なわ
れている。
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮被膜を形成することが行なわ
れている。
【０００３】基材表面に耐摩耗性皮膜を形成する方法と
しては、従来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ
法（物理的蒸着法）が知られている。しかし前者の方法
では母材が高温処理に曝される為母材特性が劣化するお
それがあり、母材特性も重要視される工具の場合は後者
の方法が好まれ、例えばＰＶＤ法によるＴｉＮ皮膜等の
形成が汎用されていた。このＴｉＮ皮膜は耐熱性が良好
であって、切削時の加工熱や摩擦熱による工具すくい面
のクレータ摩耗を抑制する機能を発揮することが知られ
ている。
しては、従来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ
法（物理的蒸着法）が知られている。しかし前者の方法
では母材が高温処理に曝される為母材特性が劣化するお
それがあり、母材特性も重要視される工具の場合は後者
の方法が好まれ、例えばＰＶＤ法によるＴｉＮ皮膜等の
形成が汎用されていた。このＴｉＮ皮膜は耐熱性が良好
であって、切削時の加工熱や摩擦熱による工具すくい面
のクレータ摩耗を抑制する機能を発揮することが知られ
ている。
【０００４】しかしながら近年、切削速度の一層の高速
化が要望されており、切削条件がより過酷化する傾向に
ある為、上記した様な従来のＴｉＮ皮膜程度ではこの要
請に応えきれなくなっている。
化が要望されており、切削条件がより過酷化する傾向に
ある為、上記した様な従来のＴｉＮ皮膜程度ではこの要
請に応えきれなくなっている。
【０００５】そこで耐熱性や硬度が更に優れた皮膜とし
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法による
ＴｉＡｌＮ，ＴｉＡｌＣ，或はＴｉＡｌＣＮ等の皮膜を
形成することが提案された［特開昭６２−５６５６５，
ジャーナル・バキューム・ソサエティ・テクノロジー
（J. Vac. Sci. Technol.)Ａ第４（６）巻，1986年，第
2717頁，J. of Solid State Chemistry,70,1987 年，第
318 〜 322頁］。
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法による
ＴｉＡｌＮ，ＴｉＡｌＣ，或はＴｉＡｌＣＮ等の皮膜を
形成することが提案された［特開昭６２−５６５６５，
ジャーナル・バキューム・ソサエティ・テクノロジー
（J. Vac. Sci. Technol.)Ａ第４（６）巻，1986年，第
2717頁，J. of Solid State Chemistry,70,1987 年，第
318 〜 322頁］。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様な
従来方法による皮膜の形成には、次の様な問題があっ
た。 (イ) イオンプレーティングの場合 従来のイオンプレーティング法は、蒸着金属をるつぼ内
で溶融・蒸発させる方式である為、蒸発源の設置位置が
制約される。この為複雑な形状の基材を被覆する場合は
生産性が低い。また複数種の金属を蒸発させて基材表面
上で合金化させたい場合が多いにもかかわらず、個々の
蒸発金属には蒸気圧差があり、皮膜の合金組成を安定的
にコントロールすることが困難であった。
従来方法による皮膜の形成には、次の様な問題があっ
た。 (イ) イオンプレーティングの場合 従来のイオンプレーティング法は、蒸着金属をるつぼ内
で溶融・蒸発させる方式である為、蒸発源の設置位置が
制約される。この為複雑な形状の基材を被覆する場合は
生産性が低い。また複数種の金属を蒸発させて基材表面
上で合金化させたい場合が多いにもかかわらず、個々の
蒸発金属には蒸気圧差があり、皮膜の合金組成を安定的
にコントロールすることが困難であった。
【０００７】(ロ) スパッタリング法の場合 皮膜の密着性が必らずしも良好でなく、また複雑な形状
の基材を被覆する場合の生産性も低い。更にターゲット
としてＡｌx Ｔｉ1-x や（Ａｌx Ｔｉ1-x ）Ｎ等を使用
する場合は、スパッタ率が経時的に変化し易いためこの
変化を見込んだ組成のターゲットを要する。またスパッ
タ粒子のイオン化率が低いため、基板に突入するイオン
量が少なく、従って十分な膜密着性が得られないという
欠点があった。しかも成膜速度が遅く量産化が困難であ
る。
の基材を被覆する場合の生産性も低い。更にターゲット
としてＡｌx Ｔｉ1-x や（Ａｌx Ｔｉ1-x ）Ｎ等を使用
する場合は、スパッタ率が経時的に変化し易いためこの
変化を見込んだ組成のターゲットを要する。またスパッ
タ粒子のイオン化率が低いため、基板に突入するイオン
量が少なく、従って十分な膜密着性が得られないという
欠点があった。しかも成膜速度が遅く量産化が困難であ
る。
【０００８】次に組成に関する問題点について述べる。 (ハ) 特開昭62-56565には、膜組成として（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｃ，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮと記述
されているに止まり、ＴｉとＡｌの比率またＣとＮの比
率について明確な記述がなく、全ての組成が適用できる
ものでない。
Ｃ，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮと記述
されているに止まり、ＴｉとＡｌの比率またＣとＮの比
率について明確な記述がなく、全ての組成が適用できる
ものでない。
【０００９】(ニ) さらにJ. Vac. Sci. Technol.,Ａ４
(6), １９８６年の論文には（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎとして、
Ｔｉ：Ａｌ＝７５：２５，Ｔｉ：Ａｌ＝５０：５０の二
つの組成が記述されているにすぎない。
(6), １９８６年の論文には（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎとして、
Ｔｉ：Ａｌ＝７５：２５，Ｔｉ：Ａｌ＝５０：５０の二
つの組成が記述されているにすぎない。
【００１０】(ホ) J. of Solid State Chemistry,70（19
87年）の論文には（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおいて、全組成中
Ａｌが３０at％固溶できると記述されている。しかしこ
こではＴｉの含有量が測定されていないため、ＡｌとＴ
ｉの含有比率、即ちＡｌとＴｉのモル比を特定すること
ができない。 上記(ハ) 〜 (ホ)の組成では、ＡｌＮの高熱伝導性，耐酸
化性が十分発揮できるとは言えない。
87年）の論文には（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおいて、全組成中
Ａｌが３０at％固溶できると記述されている。しかしこ
こではＴｉの含有量が測定されていないため、ＡｌとＴ
ｉの含有比率、即ちＡｌとＴｉのモル比を特定すること
ができない。 上記(ハ) 〜 (ホ)の組成では、ＡｌＮの高熱伝導性，耐酸
化性が十分発揮できるとは言えない。
【００１１】本発明者らは、ＡｌＮ−ＴｉＮ系全組成域
について詳細に調べ、ＡｌＮを基本組成としてＡｌＮ単
組成の弱点をＴｉＮの固溶により改善し、その組成域を
特定したものであって、耐摩耗性及び密着性に優れた皮
膜を効率よく形成することのできる様な皮膜形成方法を
提供しようとするものである。
について詳細に調べ、ＡｌＮを基本組成としてＡｌＮ単
組成の弱点をＴｉＮの固溶により改善し、その組成域を
特定したものであって、耐摩耗性及び密着性に優れた皮
膜を効率よく形成することのできる様な皮膜形成方法を
提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は工具の表面に耐
摩耗性皮膜を形成して耐摩耗性に優れた工具を製造する
に当たり、化学組成が （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ 膜厚：0.8 〜１０μｍ で示される耐摩耗性皮膜を、蒸発源としてカソードを用
いるアーク放電方式によって形成することを要旨とする
ものである。
摩耗性皮膜を形成して耐摩耗性に優れた工具を製造する
に当たり、化学組成が （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ 膜厚：0.8 〜１０μｍ で示される耐摩耗性皮膜を、蒸発源としてカソードを用
いるアーク放電方式によって形成することを要旨とする
ものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明においては、カソードを蒸
発源とするアーク放電によって金属成分をイオン化する
ものであって、イオンプレーティング法やスパッタリン
グ法等に代表されるＰＶＤ法によって行なうことができ
るものである。これらのうち例えばイオンプレーティン
グ法で行なう場合を代表的に取り上げて説明すると、前
記の様にイオン化した金属成分をＮ2 雰囲気又はＮ2 ／
ＣＨ4 雰囲気中で反応させる。カソードとしてはＴｉ及
びＡｌをそれぞれ個別に使用することもできるが、目的
組成そのものからなるＡｌx Ｔｉ1-x をターゲットとす
れば、皮膜組成のコントロールが容易である。この場合
の各合金成分の蒸発は、数十アンペア以上の大電流域で
行なわれるため、カソード物質の組成ずれは殆んど生じ
ない。しかもイオン化効率が高く反応性に富み、基板に
バイアス電圧を印加することによって密着性の優れた皮
膜が得られる。
発源とするアーク放電によって金属成分をイオン化する
ものであって、イオンプレーティング法やスパッタリン
グ法等に代表されるＰＶＤ法によって行なうことができ
るものである。これらのうち例えばイオンプレーティン
グ法で行なう場合を代表的に取り上げて説明すると、前
記の様にイオン化した金属成分をＮ2 雰囲気又はＮ2 ／
ＣＨ4 雰囲気中で反応させる。カソードとしてはＴｉ及
びＡｌをそれぞれ個別に使用することもできるが、目的
組成そのものからなるＡｌx Ｔｉ1-x をターゲットとす
れば、皮膜組成のコントロールが容易である。この場合
の各合金成分の蒸発は、数十アンペア以上の大電流域で
行なわれるため、カソード物質の組成ずれは殆んど生じ
ない。しかもイオン化効率が高く反応性に富み、基板に
バイアス電圧を印加することによって密着性の優れた皮
膜が得られる。
【００１４】この様にして得られる皮膜の組成は （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ であることが必要であり、好ましくは0.60≦ｘ≦0.70で
ある。
ある。
【００１５】上記皮膜組成からなる本発明の固溶体は、
これを窒化物系で代表して説明すると、ＡｌＮ−ＴｉＮ
を端組成とする固溶体であり、種々の成分範囲について
調べた結果、図１，２に示すような結晶構造分布を有す
ることが明らかとなった。図１において(P) はＮａＣｌ
型（Ｂ１構造）領域、(Q) はＺｎＳ型（ウルツァイト
型）領域である。即ち本発明の成分範囲は、図１，２か
ら明らかなように、Ｂ１構造を有する組成範囲内で、Ａ
ｌＮにＴｉＮが２５〜４４モル％固溶した固溶体であ
る。
これを窒化物系で代表して説明すると、ＡｌＮ−ＴｉＮ
を端組成とする固溶体であり、種々の成分範囲について
調べた結果、図１，２に示すような結晶構造分布を有す
ることが明らかとなった。図１において(P) はＮａＣｌ
型（Ｂ１構造）領域、(Q) はＺｎＳ型（ウルツァイト
型）領域である。即ち本発明の成分範囲は、図１，２か
ら明らかなように、Ｂ１構造を有する組成範囲内で、Ａ
ｌＮにＴｉＮが２５〜４４モル％固溶した固溶体であ
る。
【００１６】この範囲に限定した理由、特にＡｌ量
（ｘ）の上限を７５モル％に設定した理由を述べると、
Ａｌ量（ｘ）が増加するにつれてビッカース高度が上昇
し、ｘ＝0.75辺りで皮膜組成がＡｌＮに近似してくる結
果、皮膜の軟質化を招き、フランク摩耗を容易に引き起
す。そのためｘ＝0.75を上限と定めた。
（ｘ）の上限を７５モル％に設定した理由を述べると、
Ａｌ量（ｘ）が増加するにつれてビッカース高度が上昇
し、ｘ＝0.75辺りで皮膜組成がＡｌＮに近似してくる結
果、皮膜の軟質化を招き、フランク摩耗を容易に引き起
す。そのためｘ＝0.75を上限と定めた。
【００１７】一方Ａｌ量（ｘ）の下限を５６モル％に設
定した理由は、ＡｌＮの高耐酸化特性を有効に発揮する
ためである。即ち（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ［但しｘ＝ 0，0.
25，0.5 ，0.6 ］を大気中，昇温速度５℃／分で昇温酸
化した場合の温度変化に対する酸化量の変化を測定した
ところ、図３に示す結果が得られた。図３よりＡｌ量が
増加するにつれて酸化開始温度が上昇することがわか
る。一方工具切削中の刃先温度の上昇による皮膜の酸化
を十分に抑制する為には、切削熱によるクレータ摩耗量
を低下させる必要がある。この様な観点から図３を見る
と、できる限りＡｌＮ成分に富んだ組成範囲とすること
が有効であることがわかる。一方一般的な切削条件の下
では、工具刃先温度が８００℃以上になるが、図３の△
印および〇印で示されるデータを総合的に考慮して、酸
化開始温度が８００℃以上である様な膜組成はｘ≧0.56
であると判断した。
定した理由は、ＡｌＮの高耐酸化特性を有効に発揮する
ためである。即ち（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ［但しｘ＝ 0，0.
25，0.5 ，0.6 ］を大気中，昇温速度５℃／分で昇温酸
化した場合の温度変化に対する酸化量の変化を測定した
ところ、図３に示す結果が得られた。図３よりＡｌ量が
増加するにつれて酸化開始温度が上昇することがわか
る。一方工具切削中の刃先温度の上昇による皮膜の酸化
を十分に抑制する為には、切削熱によるクレータ摩耗量
を低下させる必要がある。この様な観点から図３を見る
と、できる限りＡｌＮ成分に富んだ組成範囲とすること
が有効であることがわかる。一方一般的な切削条件の下
では、工具刃先温度が８００℃以上になるが、図３の△
印および〇印で示されるデータを総合的に考慮して、酸
化開始温度が８００℃以上である様な膜組成はｘ≧0.56
であると判断した。
【００１８】また本発明では、炭窒化物を形成すること
によってＴｉＣの高硬度性（常温硬度Ｈｖ：約３１００
kg/mm2）を発揮させるものである。即ち本発明の組成式
において、ｙの値が減少するにつれて硬度が大となり耐
摩耗性は向上する。図４は、超硬チップ（ＷＣ−１０％
Ｃｏを主成分とするもの）に、（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）
（Ｎy Ｃ1-y ）［但しｙ＝0.4 ，0.6 ，0.8 ，0.9 ，
１］を３μｍ厚さになる様に被覆し、被削材Ｓ５０Ｃを
切削速度170m／min ，送り速度0.25mm／rev ，切り込み
0.1mm で切削した時の１５分後のクレータ摩耗量を測定
した結果を示す。この結果にみられるようにｙが0.6 未
満になると耐酸化性が低下してクレータ摩耗を起こし易
くなる。ｙ≧0.6 の範囲では耐酸化性の顕著な低下はみ
られない。
によってＴｉＣの高硬度性（常温硬度Ｈｖ：約３１００
kg/mm2）を発揮させるものである。即ち本発明の組成式
において、ｙの値が減少するにつれて硬度が大となり耐
摩耗性は向上する。図４は、超硬チップ（ＷＣ−１０％
Ｃｏを主成分とするもの）に、（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）
（Ｎy Ｃ1-y ）［但しｙ＝0.4 ，0.6 ，0.8 ，0.9 ，
１］を３μｍ厚さになる様に被覆し、被削材Ｓ５０Ｃを
切削速度170m／min ，送り速度0.25mm／rev ，切り込み
0.1mm で切削した時の１５分後のクレータ摩耗量を測定
した結果を示す。この結果にみられるようにｙが0.6 未
満になると耐酸化性が低下してクレータ摩耗を起こし易
くなる。ｙ≧0.6 の範囲では耐酸化性の顕著な低下はみ
られない。
【００１９】尚後述する実施例及び比較例から明らかな
様に、膜厚が0.8 μｍ未満の場合は耐摩耗性が不十分と
なり、一方１０μｍを超えると膜自体にクラックが入り
易くなって、強度が不十分となる。
様に、膜厚が0.8 μｍ未満の場合は耐摩耗性が不十分と
なり、一方１０μｍを超えると膜自体にクラックが入り
易くなって、強度が不十分となる。
【００２０】以下実施例について説明するが、本発明は
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれる。
下記の実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣
旨に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲
に含まれる。
【００２１】
実施例１ Ａｌ0.6 Ｔｉ0.4 をカソード電極とするカソードアーク
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに超硬合
金製チップ（ＷＣ−１０％Ｃｏを主成分とするもの）を
取付けた。尚本装置には、耐摩耗性皮膜形成状態の均一
性を確保する為に、基材回転機構等及びヒータを設置し
た。
方式イオンプレーティング装置の基板ホルダーに超硬合
金製チップ（ＷＣ−１０％Ｃｏを主成分とするもの）を
取付けた。尚本装置には、耐摩耗性皮膜形成状態の均一
性を確保する為に、基材回転機構等及びヒータを設置し
た。
【００２２】成膜に当たっては、ヒータによって基材温
度を４００℃に加熱保持したまま、基材に−７０Ｖのバ
イアス電圧を印加すると共に、装置内に高純度Ｎ2 ガス
を７×10-3Torrまで導入し、アーク放電を開始して基材
表面に膜厚４μm の皮膜を形成した。膜厚の測定は、基
板ホルダーに同時に取り付けた基材の内の１個を破断
し、膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して測定したもの
である。さらに膜組成の定量は、同じく同時に取り付け
た基材につきオージェ分光分析法により膜深さ方向の分
析を行なった。その結果Ａｌ，Ｔｉ，Ｎの膜厚さ方向に
は濃度変化がなく一定で、各成分元素のピーク高さか
ら、膜組成は（Ａｌ0.62Ｔｉ0.38）Ｎであった。膜中の
金属成分比Ｔｉ／Ａｌはカソード成分比とずれがなく殆
んど同一と言える。
度を４００℃に加熱保持したまま、基材に−７０Ｖのバ
イアス電圧を印加すると共に、装置内に高純度Ｎ2 ガス
を７×10-3Torrまで導入し、アーク放電を開始して基材
表面に膜厚４μm の皮膜を形成した。膜厚の測定は、基
板ホルダーに同時に取り付けた基材の内の１個を破断
し、膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して測定したもの
である。さらに膜組成の定量は、同じく同時に取り付け
た基材につきオージェ分光分析法により膜深さ方向の分
析を行なった。その結果Ａｌ，Ｔｉ，Ｎの膜厚さ方向に
は濃度変化がなく一定で、各成分元素のピーク高さか
ら、膜組成は（Ａｌ0.62Ｔｉ0.38）Ｎであった。膜中の
金属成分比Ｔｉ／Ａｌはカソード成分比とずれがなく殆
んど同一と言える。
【００２３】実施例２ Ａｌ0.7 Ｔｉ0.3 カソードを用いた以外は、実施例１と
同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は3.8 μｍで
あり、膜組成は（Ａｌ0.67Ｔｉ0.33) Ｎであった。
同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は3.8 μｍで
あり、膜組成は（Ａｌ0.67Ｔｉ0.33) Ｎであった。
【００２４】実施例３ 反応性ガスとしてＮ2 ／ＣＨ4 混合ガスを用いた以外は
実施例１と同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は
4.3 μｍであり、膜組成は（Ａｌ0.61Ｔｉ0.39）（Ｎ
0.7 Ｃ0.3 ）であった。
実施例１と同一条件で成膜を行なった。成膜した膜厚は
4.3 μｍであり、膜組成は（Ａｌ0.61Ｔｉ0.39）（Ｎ
0.7 Ｃ0.3 ）であった。
【００２５】（比較例）比較の為次の試料を用意した。 比較例１ 実施例１の基材に皮膜を形成しない試料 比較例２ Ｔｉカソードを用いてＮ2 ガスを７×10-3Torrまで導入
し、実施例１と同一条件でＴｉＮの成膜を行なった。成
膜した膜厚は4.3 μｍであった。
し、実施例１と同一条件でＴｉＮの成膜を行なった。成
膜した膜厚は4.3 μｍであった。
【００２６】比較例３ 蒸発器の加熱源として電子ビーム（Ｅ．Ｂ．）を使用し
たイオンプレーティング装置を用いて、るつぼ内には、
実施例１で使用したカソード物質と同一組成のＡｌ0.6
Ｔｉ0.4 固溶体を装入し、基板ホルダーには超硬合金製
チップを取り付けた。膜の均一性及び膜の密着性を確保
するため、基板回転機構等を設置すると共にヒーターを
設置した。成膜にあたってはヒーターにより基材温度を
４００℃に加熱保持したまま、基材に−６００Ｖのバイ
アス電圧を印加し、装置内に高純度Ｎ2 を７×１０-4 T
orr まで導入しイオンプレーティング法により基材に成
膜を行なった。膜厚は４μｍとした。さらに実施例１と
同様の分析方法により皮膜を分析した結果、ＡｌとＴｉ
の濃度比が膜厚方向に不均一で膜の成分比は特定できな
かった。特に基材と膜の界面にはＡｌの濃縮が観察さ
れ、Ｅ．Ｂ．溶解の初期にＡｌが優先的に蒸発付着した
ものと考えられる。
たイオンプレーティング装置を用いて、るつぼ内には、
実施例１で使用したカソード物質と同一組成のＡｌ0.6
Ｔｉ0.4 固溶体を装入し、基板ホルダーには超硬合金製
チップを取り付けた。膜の均一性及び膜の密着性を確保
するため、基板回転機構等を設置すると共にヒーターを
設置した。成膜にあたってはヒーターにより基材温度を
４００℃に加熱保持したまま、基材に−６００Ｖのバイ
アス電圧を印加し、装置内に高純度Ｎ2 を７×１０-4 T
orr まで導入しイオンプレーティング法により基材に成
膜を行なった。膜厚は４μｍとした。さらに実施例１と
同様の分析方法により皮膜を分析した結果、ＡｌとＴｉ
の濃度比が膜厚方向に不均一で膜の成分比は特定できな
かった。特に基材と膜の界面にはＡｌの濃縮が観察さ
れ、Ｅ．Ｂ．溶解の初期にＡｌが優先的に蒸発付着した
ものと考えられる。
【００２７】比較例４ 実施例１と同一組成のカソード物質であるＡｌ0.6 Ｔｉ
0.4 ターゲットを製作し、スパッタリング装置を用いて
Ａｒ／Ｎ2 混合ガスによる反応性スパッタリング法にて
超硬チップに成膜を行なった。得られた膜厚は３μｍで
あった。膜組成を分析した結果、平均として（Ａｌ0.78
Ｔｉ0.22）Ｎと判定された。Ａｌ成分が優先的にスパッ
タされたものと考えられる。
0.4 ターゲットを製作し、スパッタリング装置を用いて
Ａｒ／Ｎ2 混合ガスによる反応性スパッタリング法にて
超硬チップに成膜を行なった。得られた膜厚は３μｍで
あった。膜組成を分析した結果、平均として（Ａｌ0.78
Ｔｉ0.22）Ｎと判定された。Ａｌ成分が優先的にスパッ
タされたものと考えられる。
【００２８】比較例５ カソード物質としてＡｌ0.45Ｔｉ0.55ターゲットを製作
し、実施例１と同一条件で成膜を行なった。膜厚は４μ
ｍであり、膜組成は（Ａｌ0.42Ｔｉ0.58）Ｎであった。
し、実施例１と同一条件で成膜を行なった。膜厚は４μ
ｍであり、膜組成は（Ａｌ0.42Ｔｉ0.58）Ｎであった。
【００２９】比較例６ 実施例１と同一のカソード、同一の条件で成膜を行なっ
た。膜厚は0.7 μｍとし、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔ
ｉ0.36）Ｎであった。 比較例７ 実施例１と同一カソード、同一条件で成膜を行なった。
膜厚は１２μｍとし、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ
であった。
た。膜厚は0.7 μｍとし、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔ
ｉ0.36）Ｎであった。 比較例７ 実施例１と同一カソード、同一条件で成膜を行なった。
膜厚は１２μｍとし、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔｉ0.36）Ｎ
であった。
【００３０】実施例１〜３及び比較例１〜７によって得
られた試料を、下記切削条件により１０分間の切削試験
に供した。この時のフランク摩耗幅及びクレータ摩耗深
さを表１に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ 切削速度 １７０ｍ／min 送り速度 0.25 mm/rev 切り込み 0.1 mm
られた試料を、下記切削条件により１０分間の切削試験
に供した。この時のフランク摩耗幅及びクレータ摩耗深
さを表１に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ 切削速度 １７０ｍ／min 送り速度 0.25 mm/rev 切り込み 0.1 mm
【００３１】
【表１】
【００３２】表１より明らかな様に、比較例に比べて本
発明例はいずれも耐摩耗性に優れていた。次に超硬ドリ
ルへの適用例を以下に示す。
発明例はいずれも耐摩耗性に優れていた。次に超硬ドリ
ルへの適用例を以下に示す。
【００３３】実施例４ ６mmφの（ＷＣ−８％Ｃｏを主成分とする）超硬ドリル
に実施例１と同一条件にて成膜を形成した。このときの
膜組成は（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）Ｎであり、膜厚は4.5 μ
ｍであった。
に実施例１と同一条件にて成膜を形成した。このときの
膜組成は（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）Ｎであり、膜厚は4.5 μ
ｍであった。
【００３４】比較例として次の試料を用意した。 比較例８ ６mmφの超硬ドリルに比較例５と同一条件にて成膜を形
成した。このときの膜組成は（Ａｌ0.46Ｔｉ0.54）Ｎで
あり、膜厚は４μｍであった。 比較例９ ６mmφの超硬ドリルに比較例２と同一条件でＴｉＮを成
膜した。膜厚は５μｍであった。
成した。このときの膜組成は（Ａｌ0.46Ｔｉ0.54）Ｎで
あり、膜厚は４μｍであった。 比較例９ ６mmφの超硬ドリルに比較例２と同一条件でＴｉＮを成
膜した。膜厚は５μｍであった。
【００３５】比較例１０ ６mmφの超硬ドリルに実施例４と同一条件で成膜を形成
した。膜組成は（Ａｌ 0.64Ｔｉ0.36）Ｎであり、膜厚を
0.7 μｍとした。 比較例１１ ６mmφの超硬ドリルに比較例１０と同一条件にて成膜
し、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔｉ0.35）Ｎで膜厚は１２μｍ
とした。
した。膜組成は（Ａｌ 0.64Ｔｉ0.36）Ｎであり、膜厚を
0.7 μｍとした。 比較例１１ ６mmφの超硬ドリルに比較例１０と同一条件にて成膜
し、膜組成は（Ａｌ0.64Ｔｉ0.35）Ｎで膜厚は１２μｍ
とした。
【００３６】下記の切削条件で行なった結果を、穴明け
個数として表２に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１３mmt 切削速度 ５０ｍ／min 送り速度 0.2 mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
個数として表２に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１３mmt 切削速度 ５０ｍ／min 送り速度 0.2 mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
【００３７】
【表２】
【００３８】表２より明らかな様に本発明方法で得られ
た工具は、比較例に比べて加工個数の大幅な増加が認め
られ、耐摩耗性が良好であった。次にハイスドリルへの
適用例を以下に示す。
た工具は、比較例に比べて加工個数の大幅な増加が認め
られ、耐摩耗性が良好であった。次にハイスドリルへの
適用例を以下に示す。
【００３９】実施例５ ６mmφハイスドリルに実施例１と同一条件にて成膜を形
成した。膜組成は（Ａｌ0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚
を5.5 μｍとした。
成した。膜組成は（Ａｌ0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚
を5.5 μｍとした。
【００４０】比較例として次の試料を用意した。 比較例１２ ６mmφハイスドリルに比較例２と同一条件でＴｉＮを成
膜した。膜厚は５μｍであった。
膜した。膜厚は５μｍであった。
【００４１】比較例１３ ６mmφハイスドリルに比較例５と同一条件にて成膜を形
成した。膜組成は（Ａｌ0.43Ｔｉ0.57）Ｎであり、膜厚
を4.5 μｍとした。 比較例１４ ６mmφハイスドリルに実施例４と同一条件で成膜を形成
した。膜組成は（Ａｌ 0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚を
１３μｍとした。
成した。膜組成は（Ａｌ0.43Ｔｉ0.57）Ｎであり、膜厚
を4.5 μｍとした。 比較例１４ ６mmφハイスドリルに実施例４と同一条件で成膜を形成
した。膜組成は（Ａｌ 0.63Ｔｉ0.37）Ｎであり、膜厚を
１３μｍとした。
【００４２】下記の切削条件で行なった結果を、穴明け
個数として表３に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１０mmt 切削速度 ３０ｍ／min 送り速度 0.15mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
個数として表３に示す。 切削条件： 被削材 Ｓ５０Ｃ，１０mmt 切削速度 ３０ｍ／min 送り速度 0.15mm/rev 潤滑 エマルジョンによる
【００４３】
【表３】
【００４４】表３より明らかな様に本発明方法で得られ
た工具は、比較例に比べて加工個数の大幅な増加がみら
れ、耐摩耗性が良好であった。
た工具は、比較例に比べて加工個数の大幅な増加がみら
れ、耐摩耗性が良好であった。
【００４５】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、工具表面に形成される皮膜組成が、ＴｉＮを基本と
する従来の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎと異なり、IIIb族の窒化物
であるＡｌＮにＴｉが固溶したものである為、耐熱性，
熱伝導性等に関し、ＡｌＮに近似した優れた特性が発揮
され、しかも従来のイオンプレーティング法やスパッタ
リング法によって製造する場合よりも密着性，膜組成の
均一性及び生産効率の各面において優れた工具を製造す
ることができる。
で、工具表面に形成される皮膜組成が、ＴｉＮを基本と
する従来の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎと異なり、IIIb族の窒化物
であるＡｌＮにＴｉが固溶したものである為、耐熱性，
熱伝導性等に関し、ＡｌＮに近似した優れた特性が発揮
され、しかも従来のイオンプレーティング法やスパッタ
リング法によって製造する場合よりも密着性，膜組成の
均一性及び生産効率の各面において優れた工具を製造す
ることができる。
【図１】本発明の（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ組成（窒化物で代
表）におけるＡｌＮモル数と結晶構造の関係を示す図で
ある。
表）におけるＡｌＮモル数と結晶構造の関係を示す図で
ある。
【図２】本発明の（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎ組成（窒化物で代
表）におけるａｔ％Ａｌ，ａｔ％Ｔｉ，ＡｌＮモル数と
結晶構造の関係を示す図である。
表）におけるａｔ％Ａｌ，ａｔ％Ｔｉ，ＡｌＮモル数と
結晶構造の関係を示す図である。
【図３】（Ａｌx Ｔｉ1-x)Ｎにおいてｘを変化させた場
合の温度変化に対する酸化量の程度を示すグラフであ
る。
合の温度変化に対する酸化量の程度を示すグラフであ
る。
【図４】（Ａｌ0.65Ｔｉ0.35）（Ｎy Ｃ1-y ）において
ｙを変化させた時の超硬チップの切削時のクレータ摩耗
量を示す図である。
ｙを変化させた時の超硬チップの切削時のクレータ摩耗
量を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 工具の表面に耐摩耗性皮膜を形成して耐
摩耗性に優れた工具を製造するに当たり、 （Ａｌx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.56≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなり、膜厚が0.8 〜１０μｍの
耐摩耗性皮膜を、蒸発源としてカソードを用いるアーク
放電方式によって形成することを特徴とする耐摩耗性に
優れた工具を製造する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30621295A JPH08209332A (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7095688 | 1988-03-24 | ||
| JP63-70956 | 1988-10-07 | ||
| JP63-253980 | 1988-10-07 | ||
| JP25398088 | 1988-10-07 | ||
| JP30621295A JPH08209332A (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Division JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209332A true JPH08209332A (ja) | 1996-08-13 |
Family
ID=26412070
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Granted JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
| JP7306213A Expired - Lifetime JP2644710B2 (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
| JP30621295A Pending JPH08209332A (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性に優れた工具を製造する方法 |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278324A Granted JPH02194159A (ja) | 1988-03-24 | 1988-11-02 | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
| JP7306213A Expired - Lifetime JP2644710B2 (ja) | 1988-03-24 | 1995-11-24 | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (3) | JPH02194159A (ja) |
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| WO2009003206A2 (de) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Ceratizit Austria Gesellschaft M.B.H. | Al-Ti-Ru-N-C HARTSTOFFSCHICHT |
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