JPH0938820A - フライス切削用表面被覆切削工具 - Google Patents

フライス切削用表面被覆切削工具

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JPH0938820A
JPH0938820A JP21515795A JP21515795A JPH0938820A JP H0938820 A JPH0938820 A JP H0938820A JP 21515795 A JP21515795 A JP 21515795A JP 21515795 A JP21515795 A JP 21515795A JP H0938820 A JPH0938820 A JP H0938820A
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JP
Japan
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layer
cutting tool
chemical vapor
vapor deposition
coated
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JP21515795A
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Toshikatsu Sudo
俊克 須藤
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フライス切削用表面被覆切削工具を提供す
る。 【解決手段】 基体表面に、チタンの炭化物層を少なく
とも1層含むチタン化合物層で構成された内層と、κ型
酸化アルミニウム層あるいはκ型比率の多いα型とκ型
の混合型酸化アルミニウム層(以下、κ型主体の酸化ア
ルミニウム層と言う)で構成された外層とで構成された
複合硬質層またはκ型主体の酸化アルミニウム層からな
る外層の表面に、さらにチタンの窒化物層を被覆してな
る複合硬質層を被覆してなる切削工具において、前記チ
タンの炭化物層は、X線回折による最高ピークが(20
0)を示すチタンの炭化物層である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超硬合金基体ま
たはサーメット基体の表面に化学蒸着法により形成され
た、チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物およ
び炭窒酸化物のうち1種の単層または2種以上の複層
(以下、チタン化合物層と総称する)からなる内層と、
少なくとも1層の酸化アルミニウム層を含む外層とで構
成された複合硬質層を形成してなるフライス切削用表面
被覆切削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、超硬合金基体またはサーメット基
体の表面に、化学蒸着法によりチタン化合物層からなる
内層と、少なくとも1層の酸化アルミニウム層を含む外
層とで構成された複合硬質層を被覆してなる表面被覆切
削工具は、鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いら
れていることは良く知られている。
【0003】例えば、特開昭6−190605号公報に
は、基体表面に、チタンの炭化物層を少なくとも1層含
むチタン化合物層で構成された内層と、少なくとも1層
のκ型酸化アルミニウム層あるいはκ型比率の多いα型
とκ型の混合型酸化アルミニウム層(以下、κ型主体の
酸化アルミニウム層と言う)を含む外層とで構成された
複合硬質層を被覆してなる表面被覆切削工具が記載され
ている。
【0004】この従来の表面被覆切削工具は、表面を研
削処理した通常のサーメット製切削工具(WC基超硬合
金製切削工具なども含む)を基体とし、この基体表面
に、通常の化学蒸着法により少なくとも1層のチタンの
炭化物層を含むチタン化合物層の内層を形成し、そのチ
タン化合物内層の上に、さらに少なくとも1層のκ型主
体の酸化アルミニウム層を形成することにより作製され
る。
【0005】この従来の表面被覆切削工具の内層に含ま
れるチタンの炭化物層は、通常、反応ガスとして、Ti
Cl4 およびCH4 を使用し、キャリヤーガスとしてH
2 を使用し、これらガスを反応炉に導入すると共に、炉
内を温度:900〜1200℃、圧力:30〜100to
rrに保持しつつ形成され、この様にして得られたチタン
の炭化物層のX線回折による最高ピークは(111)ま
たは(220)を示すことも知られている。
【0006】一方、前記酸化アルミニウム層は、必ずし
も最外層である必要はなく、酸化アルミニウム層の上に
さらに少なくとも1層のチタン化合物層を被覆しても良
いが、このκ型主体の酸化アルミニウム層は、化学蒸着
装置内の温度を比較的低温の800〜1050℃に保持
し、AlCl3 ガス、H2 SガスおよびCO2 を含み、
残りがH2 からなる混合ガスを流しながら形成されるこ
とも知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、切削工
程の省力化および短縮化に対する要求は強く、これに伴
ない、より一段と苛酷な条件下での高速フライス切削が
行われる傾向にあり、かかる高速フライス切削に従来の
表面被覆切削工具用いると、切削中に刃先が短時間で摩
耗し、比較的短い使用寿命しか示さないのが現状であっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、か
かる観点から、高速フライス切削に対して従来よりも一
層耐摩耗性に優れたチタンの炭化物層を少なくとも1層
含むチタン化合物層で構成された内層と、酸化アルミニ
ウム層で構成された外層とで構成された複合硬質層を被
覆してなる複合硬質層表面被覆切削工具を開発すべく研
究を行っていたところ、基体表面に、チタンの炭化物層
を少なくとも1層含むチタン化合物層で構成された内層
と、κ型主体の酸化アルミニウム層で構成された外層と
で構成された複合硬質層を被覆してなる切削工具におい
て、前記内層のチタンの炭化物層を、X線回折による最
高ピークが(200)を示すチタンの炭化物層にした表
面被覆切削工具は、従来の表面被覆切削工具に比べて高
速フライス切削に対して優れた耐摩耗性を示すという研
究結果が得られたのである。
【0009】この発明は、かかる研究結果にもとずいて
なされたものであって、(1) 基体表面に、チタンの
炭化物層を少なくとも1層含むチタン化合物層で構成さ
れた内層と、κ型主体の酸化アルミニウム層で構成され
た外層とで構成された複合硬質層を被覆してなる切削工
具において、前記チタンの炭化物層は、X線回折による
最高ピークが(200)を示すチタンの炭化物層である
表面被覆切削工具、(2) 前記κ型主体の酸化アルミ
ニウム層からなる外層の表面に、さらにチタンの窒化物
層を被覆してなる(1)記載の表面被覆切削工具、に特
徴を有するものである。
【0010】この発明の表面被覆切削工具の内層のX線
回折による最高ピークが(200)を示すチタンの炭化
物層は、化学蒸着装置内の反応ガスを、TiCl4 とC
4の容量比を2.0未満(2>CH4 /TiCl4
0、好ましくは1.5≧CH4 /TiCl4 >0)と
し、炉内を温度:1000〜1100℃未満に設定する
ことにより得られる。このようにして得られたチタンの
炭化物層の平均層厚は、0.5〜10μmの範囲内にあ
ることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の態様】
【0012】実施例1 通常の粉末冶金法により製造した94%WC−6%Co
からなる成分組成(ISO規格K10相当)を有しかつ
ISO規格のSEEN42AFTN1(ただし副切刃角
11)に定めた形状の超硬合金製切削工具を用意した。
この超硬合金製切削工具を通常の化学蒸着装置に装入
し、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −6%CH4 −90%H
2 (CH4 /TiCl4 =1.5)、 圧力:100torr、 反応時間:6.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:8.2μm、X線回折による最高ピークが(20
0)のTiC層を形成し、ついで、 温度:1000℃、 反応ガス組成:6%AlCl3 −1%H2 S−10%C
2 −83%H2 圧力:50torr、 反応時間:0.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:0.7μmのκ型Al
2 3 層を形成し、本発明被覆切削工具1を作製した。
【0013】従来例1 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、 温度:1100℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −8%CH4 −88%H
2 (CH4 /TiCl4 =2)、 圧力:100torr、 反応時間:4.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:8.4μm、X線回折
による最高ピークが(220)のTiC層を形成し、続
いて、実施例1と同一の条件で化学蒸着を行い、厚さ:
0.7μmのκ型Al2 3 層を形成し、従来被覆切削
工具1を作製した。
【0014】得られた本発明被覆切削工具1および従来
被覆切削工具1について、 被削材 :F300(硬さ:HB 180)の角材 切削速度:300m/min 送 り:0.3mm/刃 切込み :2.5mm 切削時間:30min 切削油 :あり の条件で本発明被覆切削工具1および従来被覆切削工具
1について高速フライス切削試験を行ない、切刃の逃げ
面摩耗幅を測定するか、または欠損が発生した場合は欠
損に至るまでの時間を測定し、これらの結果も表1に示
した。
【0015】
【表1】
【0016】表1に示される結果から、X線回折による
最高ピークが(200)のTiC層を内層とする複合硬
質層を被覆した本発明被覆切削工具1は、X線回折によ
る最高ピークが(220)のTiC層を内層とする複合
硬質層を被覆した従来被覆切削工具1に比べて、高速フ
ライス切削による切刃の逃げ面摩耗幅が少ないことが分
かる。
【0017】実施例2 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、 温度:1050℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −5%CH4 −2%N2
−89%H2 、 圧力:100torr、 反応時間:2.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:2.0μmのTiCN層を形成し、ついで、 温度:1020℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −2%CH4 −94%H
2 (CH4 /TiCl4 =0.5)、 圧力:100torr、 反応時間:0.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:0.5μm、X線回折
による最高ピークが(200)のTiC層を形成し、引
き続いて、 温度:1000℃、 反応ガス組成:6%AlCl3 −1%H2 S−10%C
2 −83%H2 圧力:50torr、 反応時間:5.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:7.8μmのκ型主体
(κ>α)のAl2 3層を形成し、本発明被覆切削工
具2を作製した。
【0018】従来例2 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、実施例2と同一の条件で化学蒸着を行
い、超硬合金製切削工具の上に厚さ:2.0μmのTi
CN層を形成し、ついで、 温度:1020℃、 反応ガス組成:2%TiCl4 −6%CH4 −92%H
2 (CH4 /TiCl4 =3.0)、 圧力:300torr、 反応時間:1.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:0.7μm、X線回折
による最高ピークが(111)のTiC層を形成し、引
き続いて、実施例2と同一の条件で化学蒸着を行い、厚
さ:7.8μmのκ型主体(κ>α)のAl2 3 層を
形成し、従来被覆切削工具2を作製した。
【0019】本発明被覆切削工具2および従来被覆切削
工具2について、実施例1と同じ条件の高速フライス切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定するか、ま
たは欠損が発生した場合は欠損に至るまでの時間を測定
し、これらの結果を表2に示した。
【0020】
【表2】
【0021】表2に示される結果から、X線回折による
最高ピークが(200)のTiC層を含む内層の複合硬
質層を被覆した本発明被覆切削工具1は、X線回折によ
る最高ピークが(111)のTiC層を含む内層の複合
硬質層を被覆した従来被覆切削工具1に比べて、高速フ
ライス切削による切刃の逃げ面摩耗幅が少ないことが分
かる。
【0022】実施例3 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −2%CH4 −2%N2
−92%H2 、 圧力:760torr、 反応時間:1.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:0.8μmのTiCN層を形成し、ついで、 温度:1050℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −6%CH4 −90%H
2 (CH4 /TiCl4 =1.5)、 圧力:300torr、 反応時間:2.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.6μm、X線回折
による最高ピークが(200)のTiC層を形成し、引
き続いて、 温度:980℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −6%CH4 −1.5%
2 −0.5%CO2 −88%H2 、 圧力:100torr、 反応時間:0.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:0.1μmのTiCNO層を形成して内層を形成
し、さらに引き続いて、 温度:1000℃、 反応ガス組成:6%AlCl3 −1%H2 S−10%C
2 −83%H2 圧力:50torr、 反応時間:1.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.8μmのκ型Al
2 3 層を形成し、このκ型Al2 3 層の上に、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −70%N2 −26%H
2 、 圧力:200torr、 反応時間:1.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:0.5μmのTiN層
を形成し、本発明被覆切削工具3を作製した。
【0023】従来例3 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、実施例3と同一の条件で化学蒸着を行
い、超硬合金製切削工具の上に厚さ:0.8μmのTi
CN層を形成し、ついで、 温度:980℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −6%CH4 −90%H
2 (CH4 /TiCl4 =1.5)、 圧力:100torr、 反応時間:3.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.5μm、X線回折
による最高ピークが(111)のTiC層を形成し、引
き続いて、実施例3と同一の条件で化学蒸着を行い、超
硬合金製切削工具の上に厚さ:0.1μmのTiCNO
層を形成して内層を形成し、さらに引き続いて、実施例
3と同一の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.8μmの
κ型Al2 3 層を形成し、このκ型Al2 3 層の上
に、実施例3と同一の条件で化学蒸着を行い、厚さ:
0.5μmのTiN層を形成し、従来被覆切削工具3を
作製した。
【0024】本発明被覆切削工具3および従来被覆切削
工具3について、実施例1と同じ条件の高速フライス切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定するか、ま
たは欠損が発生した場合は欠損に至るまでの時間を測定
し、これらの結果を表3に示した。
【0025】
【表3】
【0026】表3に示される結果から、X線回折による
最高ピークが(200)のTiC層を含む内層の複合硬
質層を被覆した本発明被覆切削工具3は、X線回折によ
る最高ピークが(111)のTiC層を含む内層の複合
硬質層を被覆した従来被覆切削工具3に比べて、高速フ
ライス切削による切削寿命が長いことが分かる。
【0027】実施例4 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −70%N2 −26%H
2 、 圧力:50torr、 反応時間:0.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:0.6μmのTiN層を形成し、その上に、 温度:1000℃、 反応ガス組成:2%TiCl4 −10%CH4 −10%
2 −74%H2、 圧力:200torr、 反応時間:2.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.0μmのTiCN
層を形成し、ついで、 温度:1020℃、 反応ガス組成:2%TiCl4 −3%CH4 −95%H
2 (CH4 /TiCl4 =1.5)、 圧力:400torr、 反応時間:2.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.5μm、X線回折
による最高ピークが(200)のTiC層を形成し、引
き続いて、 温度:1000℃、 反応ガス組成:6%AlCl3 −1%H2 S−10%C
2 −83%H2 圧力:50torr、 反応時間:3.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:4.1μmのκ型Al
2 3 層を形成し、このκ型Al2 3 層の上に、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −70%N2 −26%H
2 、 圧力:200torr、 反応時間:1.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:0.5μmのTiN層を形成し、本発明被覆切削工
具4を作製した。
【0028】従来例4 実施例1で用意した超硬合金製切削工具を通常の化学蒸
着装置に装入し、実施例4と同一の条件で化学蒸着を行
い、超硬合金製切削工具の上に厚さ:0.6μmのTi
N層を形成し、その上に、実施例4と同一の条件で化学
蒸着を行い、厚さ:1.0μmのTiCN層を形成し、
ついで、 温度:1020℃、 反応ガス組成:2%TiCl4 −10%CH4 −88%
2 (CH4 /TiCl4 =5)、 圧力:150torr、 反応時間:3.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:1.5μm、X線回折
による最高ピークが(111)のTiC層を形成し、引
き続いて、実施例4と同一の条件で化学蒸着を行い、厚
さ:4.1μmのκ型Al2 3 層を形成し、このκ型
Al2 3 層の上に、実施例4と同一の条件で化学蒸着
を行い、超硬合金製切削工具の上に厚さ:0.5μmの
TiN層を形成し、従来被覆切削工具4を作製した。
【0029】本発明被覆切削工具4および従来被覆切削
工具4について、実施例1と同じ条件の高速フライス切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定するか、ま
たは欠損が発生した場合は欠損に至るまでの時間を測定
し、これらの結果を表4に示した。
【0030】
【表4】
【0031】表4に示される結果から、X線回折による
最高ピークが(200)のTiC層を内層とする複合硬
質層を被覆した本発明被覆切削工具4は、X線回折によ
る最高ピークが(111)のTiC層を内層とする複合
硬質層を被覆した従来被覆切削工具4に比べて、高速フ
ライス切削による切刃の逃げ面摩耗幅が少ないことが分
かる。
【0032】実施例5 通常の粉末冶金法により製造したTiCN:60%、W
C:10%、Mo2 C:10%、TaC:10%、C
o:5%、Ni:5%からなる成分組成を有しかつIS
O規格のSEEN42AFTN1(ただし副切刃角1
1)に定めた形状のサーメット製切削工具を用意し、こ
のサーメット製切削工具を通常の化学蒸着装置に装入
し、 温度:1000℃、 反応ガス組成:8%TiCl4 −4%CH4 −88%H
2 (CH4 /TiCl4 =0.5)、 圧力:200torr、 反応時間:5.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、サーメット製切削工具の上
に、厚さ:3.2μm、X線回折による最高ピークが
(200)のTiC層を形成し、引き続いて、 温度:1000℃、 反応ガス組成:5%TiCl4 −15%CH4 −10%
2 −5%CO2−65%H2 、 圧力:100torr、 反応時間:0.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の上に厚
さ:0.1μmのTiCNO層を形成して内層を形成
し、その上に、 温度:1000℃、 反応ガス組成:6%AlCl3 −1%H2 S−10%C
2 −83%H2 圧力:50torr、 反応時間:2.0時間、 の条件で化学蒸着を行い、厚さ:2.2μmのκ型Al
2 3 層を形成し、本発明被覆切削工具5を作製した。
【0033】従来例5 実施例5で用意したサーメット製切削工具を通常の化学
蒸着装置に装入し、 温度:1000℃、 反応ガス組成:4%TiCl4 −8%CH4 −88%H
2 (CH4 /TiCl4 =2.0)、 圧力:500torr、 反応時間:5.5時間、 の条件で化学蒸着を行い、サーメット製切削工具の上
に、厚さ:3.0μm、X線回折による最高ピークが
(111)のTiC層を形成し、引き続いて、実施例5
と同一の条件で化学蒸着を行い、超硬合金製切削工具の
上に厚さ:0.1μmのTiCNO層を形成して内層を
形成し、その上に、実施例5と同一の条件で化学蒸着を
行い、厚さ:2.2μmのκ型Al2 3 層を形成し、
従来被覆切削工具5を作製した。
【0034】得られた本発明被覆切削工具5および従来
被覆切削工具5について、 被削材 :F300(硬さ:HB 180)の角材 切削速度:400m/min 送 り:0.2mm/刃 切込み :2.5mm 切削時間:30min 切削油 :なし の条件で本発明被覆切削工具5および従来被覆切削工具
5について高速フライス切削試験を行ない、切刃の逃げ
面摩耗幅を測定するか、または欠損が発生した場合は欠
損に至るまでの時間を測定し、これらの結果も表5に示
した。
【0035】
【表5】
【0036】表5に示される結果から、X線回折による
最高ピークが(200)のTiC層を含む内層の複合硬
質層を被覆した本発明被覆切削工具5は、X線回折によ
る最高ピークが(111)のTiC層を含む内層の複合
硬質層を被覆した従来被覆切削工具5に比べて、高速フ
ライス切削による切削寿命が長いことが分かる。
【0037】
【発明の効果】実施例1〜5に示された結果から明らか
なように、X線回折による最高ピークが(200)のT
iC層を含む内層のチタン化合物層を被覆した表面被覆
切削工具は、X線回折による最高ピークが(111)ま
たは(220)のTiC層を含む内層のチタン化合物層
を被覆した表面被覆切削工具に比べて、高速フライス切
削による切削寿命が長いことが分かる。
【0038】したがって、この発明の表面被覆切削工具
は、従来の表面被覆切削工具よりも一層優れた切削性能
を有しており、この発明の表面被覆切削工具を用いるこ
とにより切削工具交換回数などを減らすことができ、産
業の発展に大いに貢献しうるものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体表面に、チタンの炭化物層を少なく
    とも1層含むチタン化合物層で構成された内層と、κ型
    酸化アルミニウム層あるいはκ型比率の多いα型とκ型
    の混合型酸化アルミニウム層(以下、κ型主体の酸化ア
    ルミニウム層と言う)で構成された外層とで構成された
    複合硬質層を被覆してなる切削工具において、 前記チタンの炭化物層は、X線回折による最高ピークが
    (200)を示すチタンの炭化物層であることを特徴と
    するフライス切削用表面被覆切削工具。
  2. 【請求項2】 前記κ型主体の酸化アルミニウム層から
    なる外層の表面に、さらにチタンの窒化物層を被覆して
    なることを特徴とする請求項1記載のフライス切削用表
    面被覆切削工具。
JP21515795A 1995-08-01 1995-08-01 フライス切削用表面被覆切削工具 Pending JPH0938820A (ja)

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