JPH08209335A - 被覆硬質部材 - Google Patents
被覆硬質部材Info
- Publication number
- JPH08209335A JPH08209335A JP3461295A JP3461295A JPH08209335A JP H08209335 A JPH08209335 A JP H08209335A JP 3461295 A JP3461295 A JP 3461295A JP 3461295 A JP3461295 A JP 3461295A JP H08209335 A JPH08209335 A JP H08209335A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 皮膜の結晶配向性を最適にすることにより密
着性を向上させ耐摩耗性、耐欠損性に優れた被覆硬質部
材の提供を目的とする。 【構成】 基体表面にＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる２元系、ないし３
元系の炭化物、窒化物、炭窒化物を被覆してなる被覆硬
質部材において、皮膜のＸ線回折パターンにおける（２
００）面のピーク強度をＩ（２００）、（１１１）面の
ピーク強度をＩ（１１１）としたときに次式Ｉａ＝Ｉ
（２００）／Ｉ（１１１）で表されるＩａ値が１．５以
上とする事による被覆硬質部材。
着性を向上させ耐摩耗性、耐欠損性に優れた被覆硬質部
材の提供を目的とする。 【構成】 基体表面にＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる２元系、ないし３
元系の炭化物、窒化物、炭窒化物を被覆してなる被覆硬
質部材において、皮膜のＸ線回折パターンにおける（２
００）面のピーク強度をＩ（２００）、（１１１）面の
ピーク強度をＩ（１１１）としたときに次式Ｉａ＝Ｉ
（２００）／Ｉ（１１１）で表されるＩａ値が１．５以
上とする事による被覆硬質部材。
Description
【０００１】
【産業上の利用範囲】本発明は耐摩耗性、耐欠損性に優
れた切削工具、及び耐摩工具として用いられる被覆硬質
部材に関する。
れた切削工具、及び耐摩工具として用いられる被覆硬質
部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削工具や耐摩工具の耐摩耗性、耐欠損
性向上のために基体表面に物理蒸着法（以下、ＰＶＤと
称する。）や化学蒸着法（以下、ＣＶＤと称する。）に
よりＴｉ、Ｚｒ等の炭化物、窒化物、炭窒化物の硬質膜
を利用した被覆硬質部材が多く用いられている。特にＰ
ＶＤ法で作製された被覆硬質部材は成膜温度が５００℃
以下と低いため、皮膜と母材の反応が殆どなく母材強度
を活かすことができる。そのため現在ではフライス切削
用スローアウエイチップ、エンドミルなどに多く用いら
れている。
性向上のために基体表面に物理蒸着法（以下、ＰＶＤと
称する。）や化学蒸着法（以下、ＣＶＤと称する。）に
よりＴｉ、Ｚｒ等の炭化物、窒化物、炭窒化物の硬質膜
を利用した被覆硬質部材が多く用いられている。特にＰ
ＶＤ法で作製された被覆硬質部材は成膜温度が５００℃
以下と低いため、皮膜と母材の反応が殆どなく母材強度
を活かすことができる。そのため現在ではフライス切削
用スローアウエイチップ、エンドミルなどに多く用いら
れている。
【０００３】しかしながら、最近では高硬度材の切削や
切削速度の高速化が進んでおり、前記Ｔｉ、Ｚｒ等の炭
化物、窒化物、炭窒化物では耐熱性が劣るため刃先が高
温になると皮膜が劣化して切削寿命が短い。そこで耐酸
化性に優れている（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ膜が注目されるよう
になり開発が進められている。この膜は前記硬質膜より
も耐熱性に優れており刃先が高温になる高速切削の領域
でも優れた性能を発揮し、さらにビッカース硬度も２３
００〜３０００と硬く耐摩耗性にも優れている。また、
改善案としてＴｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−５
７７０５号や（Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ、
Ｖ）Ｎといったさらに多次元化した皮膜に関する特許
（米国特許４８７１４３４号）も提案されている。
切削速度の高速化が進んでおり、前記Ｔｉ、Ｚｒ等の炭
化物、窒化物、炭窒化物では耐熱性が劣るため刃先が高
温になると皮膜が劣化して切削寿命が短い。そこで耐酸
化性に優れている（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ膜が注目されるよう
になり開発が進められている。この膜は前記硬質膜より
も耐熱性に優れており刃先が高温になる高速切削の領域
でも優れた性能を発揮し、さらにビッカース硬度も２３
００〜３０００と硬く耐摩耗性にも優れている。また、
改善案としてＴｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−５
７７０５号や（Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ、
Ｖ）Ｎといったさらに多次元化した皮膜に関する特許
（米国特許４８７１４３４号）も提案されている。
【０００４】更に、ＰＶＤ、ＣＶＤ法などで基体上にＴ
ｉ、Ｚｒ等の炭化物、窒化物を形成した場合、基体表面
の結晶性、及び成膜装置でのガス雰囲気、条件により特
定の面に配向した皮膜を得ることができる。特開昭５６
−１５６７６７号公報には、超硬合金またはサーメット
の基体表面に被覆されたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒
化物、炭窒化物の皮膜の結晶性が（２００）面に強く配
向されてなる被覆硬質合金について記載されている。こ
のようにして形成される皮膜の結晶配向性を制御するこ
とにより膜特性を向上させることが出来、被覆硬質合金
の耐摩耗性、耐欠損性は改善される。
ｉ、Ｚｒ等の炭化物、窒化物を形成した場合、基体表面
の結晶性、及び成膜装置でのガス雰囲気、条件により特
定の面に配向した皮膜を得ることができる。特開昭５６
−１５６７６７号公報には、超硬合金またはサーメット
の基体表面に被覆されたＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、窒
化物、炭窒化物の皮膜の結晶性が（２００）面に強く配
向されてなる被覆硬質合金について記載されている。こ
のようにして形成される皮膜の結晶配向性を制御するこ
とにより膜特性を向上させることが出来、被覆硬質合金
の耐摩耗性、耐欠損性は改善される。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】よって、前記（Ｔ
ｉ、Ａｌ）Ｎ膜についてはＴｉ／Ａｌ比により皮膜の特
性も変わるため、高硬度の膜を得ることが難しい。さら
に皮膜の結晶配向性について検討されたことはなく、皮
膜と基体との密着性に問題がある。本発明は、前記問題
点を解決したものであり硬質部材上にＴｉとＴｉ以外の
周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる２
元系、ないし３元系の炭化物、窒化物、炭窒化物を被覆
させる場合に、皮膜の結晶配向性を最適にすることによ
り密着性を向上させ耐摩耗性、耐欠損性に優れた被覆硬
質部材の提供を目的とする。
ｉ、Ａｌ）Ｎ膜についてはＴｉ／Ａｌ比により皮膜の特
性も変わるため、高硬度の膜を得ることが難しい。さら
に皮膜の結晶配向性について検討されたことはなく、皮
膜と基体との密着性に問題がある。本発明は、前記問題
点を解決したものであり硬質部材上にＴｉとＴｉ以外の
周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる２
元系、ないし３元系の炭化物、窒化物、炭窒化物を被覆
させる場合に、皮膜の結晶配向性を最適にすることによ
り密着性を向上させ耐摩耗性、耐欠損性に優れた被覆硬
質部材の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、超硬部材表
面にＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａ
ｌの中から選ばれる２元系の窒化物を被覆して皮膜の結
晶配向性と基体との密着性について検討を行った結果、
最適な結晶配向面があることを見い出した。すなわち、
本発明の被覆硬質部材は基体表面にＰＶＤまたはＣＶＤ
法によってＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ
族、Ａｌの中から選ばれる２元系、ないし３元系の炭化
物、窒化物、炭窒化物を被覆してなる被覆硬質部材にお
いて、皮膜のＸ線回折パターンにおける（２００）面の
ピーク強度をＩ（２００）、（１１１）面のピーク強度
をＩ（１１１）としたときに、 Ｉａ＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１） で表されるＩａ値が１．５以上であることを特徴として
いる。また、前記皮膜の層とＡｌＮ、周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち１つから
選ばれる層を２層以上の多層としたことを特徴としてい
る。
面にＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａ
ｌの中から選ばれる２元系の窒化物を被覆して皮膜の結
晶配向性と基体との密着性について検討を行った結果、
最適な結晶配向面があることを見い出した。すなわち、
本発明の被覆硬質部材は基体表面にＰＶＤまたはＣＶＤ
法によってＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ
族、Ａｌの中から選ばれる２元系、ないし３元系の炭化
物、窒化物、炭窒化物を被覆してなる被覆硬質部材にお
いて、皮膜のＸ線回折パターンにおける（２００）面の
ピーク強度をＩ（２００）、（１１１）面のピーク強度
をＩ（１１１）としたときに、 Ｉａ＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１） で表されるＩａ値が１．５以上であることを特徴として
いる。また、前記皮膜の層とＡｌＮ、周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち１つから
選ばれる層を２層以上の多層としたことを特徴としてい
る。
【０００７】
【作用】表１に、各種合金ターゲットを用意してアーク
イオンプレーティング法により、バイアス電圧値を中電
圧（５０〜１００Ｖ）、高電圧（１５０〜２００Ｖ）、
反応ガス（窒素）圧力１０-1Ｐａの条件で各種皮膜を３
μｍ作製し、前記Ｉａ値が異なる場合のスクラッチ試験
機による臨界荷重値の評価結果を示す。尚、成膜に用い
た基体は８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ−９
ｖｏｌ％Ｃｏ組成の超硬工具である。
イオンプレーティング法により、バイアス電圧値を中電
圧（５０〜１００Ｖ）、高電圧（１５０〜２００Ｖ）、
反応ガス（窒素）圧力１０-1Ｐａの条件で各種皮膜を３
μｍ作製し、前記Ｉａ値が異なる場合のスクラッチ試験
機による臨界荷重値の評価結果を示す。尚、成膜に用い
た基体は８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ−９
ｖｏｌ％Ｃｏ組成の超硬工具である。
【０００８】
【表１】
【０００９】ところで、表１より、Ｉａ＝Ｉ（２００）
／Ｉ（１１１）の値はバイアス電圧値により調節するこ
とが可能である。中電圧と低バイアス電圧値では適当な
イオン衝撃のために残留圧縮応力も小さく密着性に優れ
ているが、高バイアス電圧値にするとイオン衝撃が大き
くなって残留圧縮応力も大きくなり膜は剥離し易くな
る。しかしながら逆に５０Ｖ未満の低バイアス電圧値で
は充分なイオン衝撃が得られないために膜は剥離してし
まう。そのため、本検討に用いたアークイオンプレーテ
ィング装置では、中電圧を最適バイアス電圧値とした。
／Ｉ（１１１）の値はバイアス電圧値により調節するこ
とが可能である。中電圧と低バイアス電圧値では適当な
イオン衝撃のために残留圧縮応力も小さく密着性に優れ
ているが、高バイアス電圧値にするとイオン衝撃が大き
くなって残留圧縮応力も大きくなり膜は剥離し易くな
る。しかしながら逆に５０Ｖ未満の低バイアス電圧値で
は充分なイオン衝撃が得られないために膜は剥離してし
まう。そのため、本検討に用いたアークイオンプレーテ
ィング装置では、中電圧を最適バイアス電圧値とした。
【００１０】これから、どの皮膜においてもＩａ＝Ｉ
（２００）／Ｉ（１１１）が１．５を越えると臨界荷重
値が大きくなり密着性が向上することがわかる。このこ
とから、Ｉａの値は１．５以上と決定した。本発明は前
記窒化物の他に炭化物、炭窒化物にも適用することがで
きる。また本発明はＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる３元系の炭化物、窒
化物、炭窒化物にも適用することができる。さらにまた
本発明は皮膜を形成する基体を限定するものではなく、
ＷＣ超硬合金やサーメット、ハイス、或いは耐摩合金等
用途に応じて適宜選択すれば良い。以下、実施例により
本発明を詳細に説明する。
（２００）／Ｉ（１１１）が１．５を越えると臨界荷重
値が大きくなり密着性が向上することがわかる。このこ
とから、Ｉａの値は１．５以上と決定した。本発明は前
記窒化物の他に炭化物、炭窒化物にも適用することがで
きる。また本発明はＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族、Ａｌの中から選ばれる３元系の炭化物、窒
化物、炭窒化物にも適用することができる。さらにまた
本発明は皮膜を形成する基体を限定するものではなく、
ＷＣ超硬合金やサーメット、ハイス、或いは耐摩合金等
用途に応じて適宜選択すれば良い。以下、実施例により
本発明を詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ−
９ｖｏｌ％Ｃｏの組成になるように市販の平均粒径２．
５μｍのＷＣ粉末、同１．５μｍのＴｉＣ粉末、同Ｔｉ
Ｎ粉末、同１．２μｍのＴａＣ粉末をボールミルにて９
６時間混合し、乾燥造粒の後、ＳＥＥ４２ＴＮのスロー
アウェイチップをプレスし、焼結後、所定の工具形状に
加工した。
９ｖｏｌ％Ｃｏの組成になるように市販の平均粒径２．
５μｍのＷＣ粉末、同１．５μｍのＴｉＣ粉末、同Ｔｉ
Ｎ粉末、同１．２μｍのＴａＣ粉末をボールミルにて９
６時間混合し、乾燥造粒の後、ＳＥＥ４２ＴＮのスロー
アウェイチップをプレスし、焼結後、所定の工具形状に
加工した。
【００１２】このチップ上にアークイオンプレーティン
グ法により各種合金ターゲットを用意して、表２に示す
ような皮膜を形成した。そしてこれらの被覆超硬工具を
以下の切削条件によりフライス切削試験を行い最大摩耗
量が０．２ｍｍに達するまでの切削長を求めた。その結
果を表２に併記する。 被削材 ＳＫＤ６１ 切削速度 ２５０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．２ｍｍ／刃 切り込み ２．０ｍｍ 切削油 なし 工具形状 ＳＥＥ４２ＴＮ−Ｇ９Ｙ
グ法により各種合金ターゲットを用意して、表２に示す
ような皮膜を形成した。そしてこれらの被覆超硬工具を
以下の切削条件によりフライス切削試験を行い最大摩耗
量が０．２ｍｍに達するまでの切削長を求めた。その結
果を表２に併記する。 被削材 ＳＫＤ６１ 切削速度 ２５０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．２ｍｍ／刃 切り込み ２．０ｍｍ 切削油 なし 工具形状 ＳＥＥ４２ＴＮ−Ｇ９Ｙ
【００１３】
【表２】
【００１４】表２より、本発明材７〜１２はいずれも従
来材よりも最大摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの切削
長が延びるという優れた耐摩耗性を有し、かつ皮膜の密
着性が優れているため従来材でみられたようなチッピン
グやカケが少なく優れた切削性能を示している。
来材よりも最大摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの切削
長が延びるという優れた耐摩耗性を有し、かつ皮膜の密
着性が優れているため従来材でみられたようなチッピン
グやカケが少なく優れた切削性能を示している。
【００１５】
【発明の効果】本発明の被覆硬質部材はＸ線回折パター
ンの強度比Ｉａ＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１．５
以上の皮膜を有することにより、基体との密着性を向上
させ耐摩耗性に優れ格段に長い寿命が得られるものであ
る。
ンの強度比Ｉａ＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１．５
以上の皮膜を有することにより、基体との密着性を向上
させ耐摩耗性に優れ格段に長い寿命が得られるものであ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】 基体表面にＰＶＤまたはＣＶＤ法によっ
てＴｉとＴｉ以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ
の中から選ばれる２元系、ないし３元系の炭化物、窒化
物、炭窒化物を被覆してなる被覆硬質部材において、皮
膜のＸ線回折パターンにおける（２００）面のピーク強
度をＩ（２００）、（１１１）面のピーク強度をＩ（１
１１）としたときに、次式 Ｉａ＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１） で表されるＩａ値が１．５以上であることを特徴とする
被覆硬質部材。 - 【請求項２】 前記皮膜の層とＡｌＮ、周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物、のうち１つ
から選ばれる層を２層以上の多層としたことを特徴とす
る請求項１記載の被覆硬質部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7034612A JP3016703B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7034612A JP3016703B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209335A true JPH08209335A (ja) | 1996-08-13 |
| JP3016703B2 JP3016703B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=12419203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7034612A Expired - Lifetime JP3016703B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016703B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-01-31 JP JP7034612A patent/JP3016703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (22)
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