JPH10130821A - Hard-film-coated small-diameter shank tool made of high speed steel, excellent in wear resistance, and its production - Google Patents

Hard-film-coated small-diameter shank tool made of high speed steel, excellent in wear resistance, and its production

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JPH10130821A
JPH10130821A JP28557496A JP28557496A JPH10130821A JP H10130821 A JPH10130821 A JP H10130821A JP 28557496 A JP28557496 A JP 28557496A JP 28557496 A JP28557496 A JP 28557496A JP H10130821 A JPH10130821 A JP H10130821A
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JP
Japan
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film
base material
speed steel
intermediate layer
hard
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JP28557496A
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Japanese (ja)
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Yasuyuki Yamada
保之 山田
Yusuke Tanaka
裕介 田中
Natsuki Ichinomiya
夏樹 一宮
Hiroshi Hayazaki
浩 早崎
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SHINKO KOBELCO TOOL KK
Original Assignee
SHINKO KOBELCO TOOL KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-diameter shank tool made of high speed steel, improved in adhesion between an (Al, Ti) (C, N) film and a base material while preventing deterioration in hardness of the base material and making the most of the characteristics of the film and also improved in oxidation resistance and wear resistance to a greater extent, and a useful method for producing such a small-diameter shank tool made of high speed steel. SOLUTION: A metallic intermediate layer having a chemical composition represented by Alx Ti1-x (where 0.05<=x<=0.75 is satisfied) is formed on the surface of a base material for a shank tool to 5-500nm thickness, and a hard film having a chemical composition represented by (Aly Ti1-y ) (Nz C1-z ) (where 0.56<=y<=0.75 and 0.6<=z<=1 are satisfied) is further formed on the above layer, by which the hard-film-coated shank tool is produced. At this time, a high speed steel, in which outside diameter D is <=5mm and the ratio between this outside diameter D and entire length L(mm), D/L, is regulated to <=0.09, is used as a base material, and the metallic intermediate layer and the hard film are formed by performing arc ion plating at -20 to -400V applied voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高速度鋼製の小径
ドリルや小径エンドミルなどの小径軸物工具に、基材の
硬度を低下させることなく硬質皮膜を密着力よく被覆
し、性能の改善を図った硬質膜被覆高速度鋼製小径軸物
工具および、その様な工具を製造する為の有用な方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-diameter shaft tool such as a small-diameter drill and a small-diameter end mill made of high-speed steel, which is coated with a hard coating with good adhesion without lowering the hardness of the base material to improve the performance. The present invention relates to a high-speed steel small-diameter shaft tool coated with a hard film and a useful method for manufacturing such a tool.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速度鋼工具や超硬合金工具など高い耐
摩耗性が要求される切削工具は、工具の基材表面にTi
NやTiC等の硬質皮膜を形成することにより耐摩耗性
の向上が図られている。上記TiNとTiCの耐摩耗性
を比較すると、TiNはTiCに比べて耐熱性(耐酸化
性)が良好であり、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も抑制される。しかもTiNは
母材との密着性にも優れている。一方、TiCはTiN
より硬度が高く、被削材と接する逃げ面に発生するフラ
ンク磨耗に対しては高い耐久性を示す。しかしながら耐
酸化性に優れたTiNであっても酸化開始温度は600
℃程度であり、また高い硬度を有するTiCであっても
そのビッカース硬さは2300程度である。
2. Description of the Related Art Cutting tools that require high wear resistance, such as high-speed steel tools and cemented carbide tools, use Ti
By forming a hard coating such as N or TiC, the wear resistance is improved. Comparing the wear resistance of TiN and TiC, TiN has better heat resistance (oxidation resistance) than TiC, and also suppresses crater wear on the tool rake face due to processing heat and frictional heat during cutting. Moreover, TiN has excellent adhesion to the base material. On the other hand, TiC is TiN
It has higher hardness and shows high durability against flank wear generated on the flank surface in contact with the work material. However, even with TiN having excellent oxidation resistance, the oxidation start temperature is 600.
C., and the Vickers hardness of TiC having a high hardness is about 2,300.

【0003】こうしたことから、TiNやTiCと比べ
て耐熱性と硬度の共に優れた皮膜として、例えば特開平
2−194159号には、Tiの一部をAlに置換した
複合窒化物や複合炭窒化物[以下、これらを総括して
(Al,Ti)(N,C)と示すことがある]からなる
皮膜が開示されており、この皮膜は酸化開始温度が約8
00℃で、ビッカース硬さが約3000という特性を発
揮することが示されている。
[0003] For these reasons, as a film having both excellent heat resistance and hardness as compared with TiN and TiC, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-194159 discloses a composite nitride or composite carbonitride in which part of Ti is replaced by Al. (Hereinafter, these may be collectively referred to as (Al, Ti) (N, C)), which has an oxidation start temperature of about 8
It has been shown that at 00 ° C., a property of a Vickers hardness of about 3000 is exhibited.

【0004】しかしながら上記(Al,Ti)(N,
C)皮膜は、TiNからなる皮膜に比べて内部応力が2
倍程高く、耐磨耗性を改善する目的で厚膜化するにつれ
て内部応力も増大し、該内部応力はクラックの発生や皮
膜剥離の原因となっている。その結果、(Al,Ti)
(N,C)皮膜はTiNより薄い膜厚で使用されるのが
一般的であり、その特性が十分発揮されていないのが実
情である。
However, the above (Al, Ti) (N,
C) The film has an internal stress of 2 compared to a film made of TiN.
The internal stress increases as the film becomes thicker for the purpose of improving abrasion resistance, and the internal stress causes cracks and peeling of the film. As a result, (Al, Ti)
The (N, C) film is generally used with a thickness smaller than that of TiN, and the fact is that its properties are not sufficiently exhibited.

【0005】またTiAlN皮膜と鋼基材との密着性を
向上させる目的で、皮膜と基材との界面にTi金属層を
0.5μm以下の厚みで形成する方法も提案されている
(特開平4−128362号)。この技術では、Ti金
属層を中間層として形成することによって、基材と皮膜
の両方にTiの拡散層を形成し、基材と皮膜との密着性
を高めるものであるが、Ti金属層を形成させるだけで
は基材と皮膜との密着性が十分に向上するとはいえな
い。
For the purpose of improving the adhesion between the TiAlN film and the steel substrate, there has also been proposed a method of forming a Ti metal layer at an interface between the film and the substrate with a thickness of 0.5 μm or less (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9 (1994)). No. 4-128362). In this technique, a Ti metal layer is formed as an intermediate layer to form a Ti diffusion layer on both the substrate and the film, thereby improving the adhesion between the substrate and the film. It cannot be said that the adhesion between the substrate and the film is sufficiently improved only by forming the film.

【0006】こうした技術背景の下で、本発明者らは硬
度皮膜の密着性についてかねてより研究を進めており、
その研究の一環として、特開平7−310173号に示
す様な硬質皮膜被覆部材を提案している。この技術は、
基材表面に、 Alx Ti1-x (但し、0.05≦x≦0.75) で示される化学組成からなる金属中間層を厚み:5〜5
00nmで形成し、更にその上に、 (Aly Ti1-y )(Nz1-z )(但し、0.56≦
x≦0.75,0.6≦y≦1) で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成することに
よって、(Al,Ti)(N,C)皮膜と基材との密着
力を改善するものである。
Under these technical backgrounds, the present inventors have been studying the adhesion of the hard coating.
As a part of the research, a hard coating member as disclosed in JP-A-7-310173 has been proposed. This technology is
A metal intermediate layer having a chemical composition represented by Al x Ti 1-x (where 0.05 ≦ x ≦ 0.75) is formed on the surface of the base material in a thickness of 5 to 5 mm.
(Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) (provided that 0.56 ≦
x ≦ 0.75, 0.6 ≦ y ≦ 1) By forming a hard film having a chemical composition represented by the following formula, the adhesion between the (Al, Ti) (N, C) film and the substrate is improved. Things.

【0007】ところで皮膜や金属中間層を基材表面に形
成する場合は、その密着力を高めることを目的として、
蒸着前にコーティング炉内において真空アーク放電等を
利用してTiやAl金属等の金属イオンのボンバードメ
ントクリーニングが、従来から一般的に採用されてい
る。
[0007] When a film or a metal intermediate layer is formed on the surface of a substrate, the purpose is to increase the adhesion.
Conventionally, bombardment cleaning of metal ions such as Ti and Al metals using vacuum arc discharge or the like in a coating furnace before vapor deposition has been generally adopted.

【0008】上記金属イオンボンバードは、例えば「実
務表面技術」(Vol.33,No.6,1986,第2
〜8頁)の「マルチアーク放電型イオンプレーティン
グ」に関する論文に紹介されている様に、アーク法で実
施されている。そしてこの文献で紹介されている様な装
置を使用し、カソードでアーク放電を行い、発生させた
金属イオンにより蒸着前にスパッタクリーニングするも
のである。そしてこの場合のガス圧は10-4Torr以
下、基板に印加する印加電圧(バイアス電圧)は−10
00〜−1300V程度であるのが一般的である。また
特公平6−74497号には、金属ボンバードによって
基材表面をクリーニングした後、溶融蒸着法によってセ
ラミックス皮膜を形成する方法が示されており、この技
術における印加電圧は−600〜−1000Vに設定さ
れている。
The above-mentioned metal ion bombard is described in, for example, “Practical Surface Technology” (Vol. 33, No. 6, 1986, No. 2).
As described in a paper on "multi-arc discharge ion plating" on page 8), the method is carried out by the arc method. Then, an arc discharge is performed at the cathode by using an apparatus introduced in this document, and sputter cleaning is performed by the generated metal ions before vapor deposition. In this case, the gas pressure is 10 −4 Torr or less, and the applied voltage (bias voltage) applied to the substrate is −10.
It is generally about 00 to -1300V. Japanese Patent Publication No. 6-74497 discloses a method of cleaning a base material surface with a metal bombard and then forming a ceramic film by a melt deposition method. The applied voltage in this technique is set to -600 to -1000V. Have been.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小径の
高速度鋼製ドリルやエンドミルなどの小径軸物工具を基
材として、アークイオンプレーティングによって(A
l,Ti)(N,C)皮膜を蒸着したときには、これま
での技術では次のような問題が生ずることが明らかとな
った。
However, using a small-diameter shaft tool such as a small-diameter high-speed steel drill or end mill as a base material by arc ion plating (A).
When an (1, Ti) (N, C) film is deposited, it has been found that the following problems occur with the conventional techniques.

【0010】即ち、前記特開平7−310173号に示
される様なアークイオンプレーティング法では、硬質皮
膜の密着力を高めるという観点から、−600〜−10
00V程度の高電圧を印加するので、イオン衝撃によっ
て金属基材の温度が上昇し易いという問題がある、また
前記特公平6−74497号に示される様な金属ボンバ
ードにおいても、基材表面の洗浄効果が大きく硬質皮膜
の密着力は高いが、基本的に−600〜−1300Vの
高電圧を印加するアークイオンプレーティング法を採用
するものであるので、上記と同様の問題が生じる。特
に、外径をDmm、全長をLmmとしたときに、Dが5
mm以下で且つD/Lが0.09以下の小径の高速度工
具鋼製ドリルやエンドミルなどの小径軸物工具に適用す
ると、その熱容量が小さいので、先端部が短時間で焼戻
し温度(550℃前後)以上に加熱され、通常の焼入れ
・焼戻し状態よりも過剰に焼戻しされて工具基材の硬度
低下が起こり、切削性能が低下することになる。
That is, in the arc ion plating method as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-310173, from the viewpoint of increasing the adhesion of the hard film, the arc ion plating method is performed in a range of -600 to -10.
Since a high voltage of about 00 V is applied, there is a problem that the temperature of the metal base material easily rises due to ion bombardment. In addition, even in the case of metal bombard as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-74497, cleaning of the base material surface is performed. Although the effect is large and the adhesion of the hard film is high, the same problem as described above occurs because the arc ion plating method of applying a high voltage of -600 to -1300 V is basically employed. In particular, when the outer diameter is D mm and the overall length is L mm, D is 5 mm.
mm and a D / L of 0.09 or less when applied to small-diameter shaft tools such as high-speed tool steel drills and end mills, the heat capacity of which is small. ), The temperature is excessively tempered as compared with the normal quenching / tempering state, so that the hardness of the tool base material is reduced and the cutting performance is reduced.

【0011】図1に、種々の形状の高速度鋼製ドリルを
アークイオンプレーティング装置内に設置し、金属イオ
ンボンバードを行ったときの、ドリル先端部の温度変化
を測定した結果を示す。測定は2色式赤外放射型表面温
度計を用い、300℃〜800℃の測定範囲で行った。
このときの金属イオンボンバードの条件を、以下に示
す。 (金属イオンボンバード条件) 到達真空度 :3×10-5Torr アーク蒸発源:60mmφのAlターゲット1個、およ
び60mmφのTiターゲット1個を対向して同時使用
した。 アーク電流 :Alターゲット150A、Tiターゲッ
ト100A バイアス電圧:600V ターゲット〜ドリル間距離:100mm ドリル自転速度:1rpm
FIG. 1 shows the results of measuring the change in temperature at the tip of a drill when metal ion bombardment was performed by installing high-speed steel drills of various shapes in an arc ion plating apparatus. The measurement was performed using a two-color infrared radiation type surface thermometer in a measurement range of 300 ° C to 800 ° C.
The conditions of the metal ion bombard at this time are shown below. (Metal ion bombarding conditions) Ultimate vacuum: 3 × 10 −5 Torr Arc evaporation source: One 60 mmφ Al target and one 60 mmφ Ti target were simultaneously used facing each other. Arc current: Al target 150 A, Ti target 100 A Bias voltage: 600 V Distance between target and drill: 100 mm Drill rotation speed: 1 rpm

【0012】図1から明らかな様に、外径が6mmのド
リルでは、金属イオンボンバードによるドリル刃先の温
度上昇が緩やかで、高速度鋼ドリルの焼戻し温度である
550℃以下での金属ボンバードが可能であるのに対
し、外径をDmm、全長をLmmとした場合、Dが5m
m以下でかつD/Lが0.09以下の高速度鋼製軸物ド
リルでは急激な温度上昇が起こっており、550℃以下
で十分金属ボンバードを実施できないことがわかる。
As is apparent from FIG. 1, in the case of a drill having an outer diameter of 6 mm, the temperature rise of the drill bit due to the metal ion bombardment is moderate, and metal bombardment at a tempering temperature of a high speed steel drill of 550 ° C. or less is possible. On the other hand, when the outer diameter is D mm and the total length is L mm, D is 5 m
In a high-speed steel shaft drill having a D / L of 0.09 or less and a D / L of 0.09 or less, a sharp rise in temperature occurs, and it can be seen that a metal bombard cannot be sufficiently performed at 550 ° C. or less.

【0013】近年の切削加工の高能率化に対応するため
には、上記した程度の特性では不十分であり、現状の皮
膜の基材との密着性を改善し、耐酸化性と耐摩耗性を更
に改善した硬質皮膜とその製造方法の開発が急務となっ
ている。
In order to respond to the recent increase in efficiency of cutting work, the above-mentioned properties are not sufficient, and the adhesion of the existing film to the substrate is improved, and the oxidation resistance and the wear resistance are improved. There is an urgent need to develop a hard coating that further improves the above and a method for producing the same.

【0014】本発明はこうした事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、基材の硬度低下を発生させ
ることなく、しかも(Al,Ti)(C,N)皮膜の特
性を生かしつつ該皮膜と基材との密着性を優れたものと
し、耐酸化性および耐摩耗性を更に改善した高速度鋼製
小径軸物工具、およびこうした高速度鋼製小径軸物工具
を製造する為の有用な方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to make use of the characteristics of the (Al, Ti) (C, N) film without causing a decrease in the hardness of the substrate. A high-speed steel small-diameter shaft tool with improved adhesion between the coating and the substrate while further improving oxidation resistance and wear resistance, and useful for manufacturing such a high-speed steel small-diameter shaft tool To provide a simple method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明の高速度鋼製小径軸物工具の製造方法とは、軸物工具
の基材表面に、 Alx Ti1-x (但し、0.05≦x≦0.75) で示される化学組成からなる金属中間層を厚み:5〜5
00nmで形成し、更にその上に、 (Aly Ti1-y )(Nz1-z )(但し、0.56≦
y≦0.75,0.6≦z≦1) で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成して硬質膜
被覆軸物工具を製造するに当たり、前記基材として、外
径Dが5mm以下で、この外径Dと全長L(mm)の比
(D/L)が0.09以下である高速度鋼を用いると共
に、前記金属中間層および硬質皮膜は−20〜−400
Vの印加電圧でアークイオンプレーティングを行って形
成する点に要旨を有するものである。
The method of manufacturing a high-speed steel small-diameter shaft tool according to the present invention, which has achieved the above objects, comprises the steps of: forming Al x Ti 1-x (0.05 .Ltoreq.x.ltoreq.0.75) A metal intermediate layer having a chemical composition represented by the following formula:
(Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) (provided that 0.56 ≦
y ≦ 0.75, 0.6 ≦ z ≦ 1) In producing a hard film-coated shaft tool by forming a hard film having a chemical composition represented by the following formula, the outer diameter D is 5 mm or less as the base material. A high-speed steel having a ratio (D / L) of the outer diameter D to the overall length L (mm) of 0.09 or less is used, and the metal intermediate layer and the hard coating are -20 to -400.
The gist lies in the fact that the formation is performed by performing arc ion plating with an applied voltage of V.

【0016】上記本発明方法において、前記基材とし
て、気体のグロー放電によるイオンボンバードクリーニ
ングによってその表面を清浄化したものを用いることが
好ましい。またこうしたイオンボンバードクリーニング
としては、具体的にはアルゴンガスのグロー放電による
ものが挙げられる。
In the above-mentioned method of the present invention, it is preferable to use a substrate whose surface has been cleaned by ion bombard cleaning using glow discharge of gas. Further, as such ion bombardment cleaning, specifically, a method using glow discharge of argon gas can be mentioned.

【0017】上記した方法によって製造された高速度鋼
製小径軸物工具は、基材が前記金属中間層および硬質皮
膜を形成する前後における硬度低下がビッカース硬度
(Hv)で30以下であり、且つ該基材には実質的に過
剰な焼戻し組織が存在しないものとなり、上記本発明の
目的を達成することのできる硬質膜被覆高速度鋼製小径
軸物工具となる。
The high-speed steel small-diameter shaft tool manufactured by the above method has a Vickers hardness (Hv) of 30 or less before and after the base material forms the metal intermediate layer and the hard coating, and The substrate has substantially no excessive tempered structure, and the hard film-coated high-speed steel small-diameter shaft tool can achieve the object of the present invention.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明者らは、外径をDmm、全
長をLmmとしたときに、Dが5mm以下で且つD/L
が0.09以下の小径の高速度鋼製ドリルやエンドミル
等の基材表面に、耐摩耗性向上の為の硬質皮膜として、
耐酸化性および耐摩耗性に優れた(Al,Ti)(C,
N)皮膜を、基材の硬度低下を発生させることなく密着
性良く形成することを目的として、アークイオンプレー
ティング法の条件について検討を重ねた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors assume that when the outer diameter is D mm and the total length is L mm, D is 5 mm or less and D / L
As a hard coating for improving wear resistance on the surface of base materials such as high-speed steel drills and end mills with a small diameter of 0.09 or less,
(Al, Ti) (C,
N) The conditions of the arc ion plating method were repeatedly studied for the purpose of forming a film with good adhesion without causing a decrease in the hardness of the substrate.

【0019】その結果、高速度鋼製の基材表面に−20
〜−400Vの印加電圧でアークイオンプレーティング
をおこなって、該基材表面上にAlx Ti1-x (但し、
0.05≦x≦0.75)で示される化学組成からなる
金属中間層を厚み:5〜500nmで形成した後、上記
の印加電圧のままで(Aly Ti1-y )(Ny1-Z
(但し、0.56≦y≦0.75,0.6≦Z≦1)で
示される化学組成からなる硬質皮膜を形成する様にすれ
ば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明
を完成した。
As a result, -20 was added to the surface of the high-speed steel base material.
Arc ion plating was performed at an applied voltage of -400 V, and Al x Ti 1-x (however,
After forming a metal intermediate layer having a chemical composition represented by 0.05 ≦ x ≦ 0.75) with a thickness of 5 to 500 nm, (Al y Ti 1-y ) (N y C 1-Z )
(However, it has been found that the above-mentioned object is excellently achieved by forming a hard film having a chemical composition represented by (0.56 ≦ y ≦ 0.75, 0.6 ≦ Z ≦ 1), The present invention has been completed.

【0020】本発明では、第1工程で高速度鋼製の基材
表面上にAlx Ti1-x (但し、0.05≦x≦0.7
5)で示される化学組成からなる金属中間層を厚み:5
〜500nmで形成するに際し、−20〜−400Vの
低電圧を印加してアークイオンプレーティングを行うの
で、基材の熱容量が小さくてもイオン衝撃によって温度
が550℃以上程度に上昇することはない。その結果、
基材としての高速度鋼には実質的に過剰な焼戻し組織が
存在しないものとなり、これによって基材の硬度低下を
起こすことはない。具体的には、基材の硬度低下はビッ
カース硬度(Hv)で30以下の範囲内に抑えられるこ
とになる。尚「過剰な焼戻し組織」とは、高速度鋼に対
して通常行われる焼入れ・焼戻しされた状態の組織より
も過剰に焼戻しされた組織であることを意味する。
According to the present invention, in the first step, Al x Ti 1-x (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.7
The metal intermediate layer having the chemical composition represented by 5) is formed to a thickness of 5
When forming at a thickness of up to 500 nm, arc ion plating is performed by applying a low voltage of -20 to -400 V. Therefore, even if the heat capacity of the base material is small, the temperature does not rise to about 550 ° C. or more due to ion bombardment. . as a result,
The high-speed steel as the base material has substantially no excessive tempered structure, and does not cause a decrease in the hardness of the base material. Specifically, a decrease in the hardness of the substrate is suppressed to a Vickers hardness (Hv) of 30 or less. The “excess tempered structure” means a structure that is more tempered than a structure that is normally quenched and tempered for high-speed steel.

【0021】また上記した印加電圧では、スパッタクリ
ーニングが殆ど進行せずに、むしろ金属の蒸着が進行す
ることになる。そして、この金属中間層の組成をAlx
Ti 1-x (但し、0.05≦x≦0.75)、厚みを5
〜500nmと規定することにより、その後の第2工程
で形成する(Aly Ti1-y )(Nz1-z )(但し、
0.56≦y≦0.75,0.6≦z≦1)で示される
化学組成からなる硬質皮膜の密着性が向上することにな
る。尚この硬質皮膜を形成する際においても上記と同様
の理由によって、印加電圧を−20〜−400Vとする
必要がある。
With the above applied voltage, the sputtering
Hardly progresses, but rather metal deposition proceeds
Will be. Then, the composition of the metal intermediate layer is changed to Alx 
Ti 1-x (However, 0.05 ≦ x ≦ 0.75), thickness is 5
500500 nm, the subsequent second step
(Aly Ti1-y ) (Nz C1-z ) (However,
0.56 ≦ y ≦ 0.75, 0.6 ≦ z ≦ 1)
Adhesion of the hard coating composed of chemical composition will be improved.
You. When forming this hard coating, the same as above
Voltage is -20 to -400V for the reason
There is a need.

【0022】上記の様に本発明においては、前記金属中
間層および硬質皮膜を形成するに際して、−20〜−4
00Vの印加電圧を印加してアークイオンプレーティン
グを行う必要がある。印加電圧が−400Vよりも大き
くなると(負の値として大きくなると)、外径Dが5m
m以下で、この外径Dと全長L(mm)の比(D/L)
が0.09以下である高速度鋼の様に、熱容量の小さい
高速度鋼製小径工具ではイオン衝撃によって550℃以
上に昇温される場合があり、特に先端部の温度が短時間
で上昇して基材の硬度低下を招くことになる。また印加
電圧が−20Vよりも小さくなると、イオンプレーティ
ング時の電気的吸引効果自体が小さくなり、前記金属中
間層や硬質皮膜の密着力が劣るものとなる。
As described above, in the present invention, when forming the metal intermediate layer and the hard coating, -20 to -4
It is necessary to perform arc ion plating by applying an applied voltage of 00V. When the applied voltage is higher than -400 V (when it is increased as a negative value), the outer diameter D is 5 m.
m or less, the ratio of this outer diameter D to the total length L (mm) (D / L)
In high-speed steel small-diameter tools having a small heat capacity, such as high-speed steel having a heat resistance of 0.09 or less, the temperature may rise to 550 ° C. or more due to ion bombardment. This causes a decrease in the hardness of the base material. On the other hand, if the applied voltage is lower than -20 V, the electric attraction effect itself at the time of ion plating is reduced, and the adhesion of the metal intermediate layer and the hard coating becomes poor.

【0023】本発明に係る硬質皮膜が従来の皮膜に比べ
て優れた耐摩耗性を発揮することのできる理由は、次の
様に考えることができる。まずこのように高速度鋼基材
の硬度低下をおこすことなく皮膜と基材の間に形成され
る金属中間層が、基材と硬質皮膜との界面に発生する応
力を緩和すると共に、基材と相互拡散をおこして密着性
を高めることが理由の一つとして考えられる。また該金
属中間層が、その後被覆される硬質皮膜[即ち、(A
l,Ti)(C,N)皮膜]の生成核となると共に、A
lTi金属(金属中間層)と(Al,Ti)(C,N)
皮膜との相互拡散が生じ、より緻密で密着性の優れた炭
・窒化物を形成することが可能であることも理由の一つ
として考えられる。
The reason why the hard coating according to the present invention can exhibit excellent wear resistance as compared with the conventional coating can be considered as follows. First, the metal intermediate layer formed between the film and the substrate without causing the hardness of the high-speed steel substrate to decrease as described above relieves the stress generated at the interface between the substrate and the hard film, It is considered that one of the reasons is to increase the adhesion by causing mutual diffusion. Further, the metal intermediate layer is coated with a hard coating [that is, (A)
l, Ti) (C, N) film] and A
1Ti metal (metal intermediate layer) and (Al, Ti) (C, N)
One of the possible reasons is that interdiffusion with the film occurs, and it is possible to form a carbon / nitride with higher density and excellent adhesion.

【0024】また本発明によれば、Ti金属中間層を形
成する従来方法に比べて硬質皮膜の密着性が格段に向上
したものとなるが、これはAlTi金属中間層は基材と
の界面ではTi金属と同様に応力緩和や相互拡散の効果
により密着性を高めると共に、(Al,Ti)(C,
N)皮膜との界面ではTi金属より優れた親和性によっ
て、相互拡散がより緻密に行なわれて(Al,Ti)
(C,N)皮膜の生成核となるため、非常に優れた密着
性を与えるものと考えられる。
According to the present invention, the adhesion of the hard coating is significantly improved as compared with the conventional method of forming the Ti metal intermediate layer. Like Ti metal, the adhesion is enhanced by the effects of stress relaxation and mutual diffusion, and (Al, Ti) (C,
N) At the interface with the film, the interdiffusion is performed more densely because of the affinity higher than that of Ti metal (Al, Ti).
It is considered that the nucleus of the (C, N) film gives very excellent adhesion since it serves as a nucleus.

【0025】尚本発明方法を実施するに当たっては、前
記基材として、気体のグロー放電によるイオンボンバー
ドクリーニングによってその表面を清浄化したものを用
いることが好ましく、これによって基材と金属中間層と
の密着力を更に高めることができる。こうした気体のグ
ロー放電によるイオンボンバードクリーニングでは、前
記した金属イオンボンバードクリーニングによる不都合
が発生することがない。即ち、気体のグロー放電による
イオンボンバードクリーニングでは、気体イオンが金属
イオンに比べて質量が小さいので、バイアス電圧を一般
的に実施されてる−400〜−800V程度にしても、
基材温度が550℃以上に昇温されることがなく、効果
的にイオンボンバードクリーニングを実施することがで
きる。具体的には、アルゴンガスのグロー放電によるイ
オンボンバードクリーニングが挙げられる。
In carrying out the method of the present invention, it is preferable to use, as the substrate, a substrate whose surface has been cleaned by ion bombardment cleaning by gas glow discharge. The adhesion can be further increased. The ion bombard cleaning by glow discharge of such gas does not cause the above-described inconvenience caused by the metal ion bombard cleaning. That is, in ion bombardment cleaning by gas glow discharge, gas ions have a smaller mass than metal ions, so even if the bias voltage is set to about −400 to −800 V, which is generally implemented,
The ion bombard cleaning can be performed effectively without raising the substrate temperature to 550 ° C. or higher. Specifically, ion bombard cleaning by glow discharge of argon gas can be mentioned.

【0026】本発明において、金属中間層を構成する金
属皮膜の組成は、Alx Ti1-x において0.05≦x
≦0.75とすることが必要である。これは、x<0.
05となるとAlの含有量が少な過ぎて、(Aly Ti
1-y )(Nz1-z )(0.56≦y≦0.75,0.
6≦z≦1)で表わされる硬質皮膜と金属中間層の間で
十分な密着性が得られない。一方、x>0.75となる
と、金属中間層と硬質皮膜との界面で、一部y>0.7
5なる(Aly Ti1-y )(Nz1-z )が生成するこ
とになる。即ち、(Aly Ti1-y )(Nz1-z )皮
膜は、x≦0.75の組成範囲で立方晶の結晶構造をも
つが、y>0.75では六方晶に変化する。従って、上
記zの値が0.75を超えると異なる結晶構造からなる
炭・窒化物が界面に形成され、これによって皮膜の密着
力が低下する。また六方晶の(Al,Ti)(N,C)
では、皮膜硬さが低下して十分な耐摩耗性が得られな
い。尚xの下限値としては0.25が好ましく、より好
ましくは0.56以上とするのが良い。一方、xの上限
値としては0.70であることが好ましく、より好まし
くは0.65以下とするのが良い。
In the present invention, the composition of the metal film constituting the metal intermediate layer is such that 0.05 ≦ x in Al x Ti 1-x .
It is necessary to satisfy ≦ 0.75. This is because x <0.
05, the Al content is too small, and (Al y Ti
1-y ) (N z C 1-z ) (0.56 ≦ y ≦ 0.75,0.
Sufficient adhesion cannot be obtained between the hard coating represented by 6 ≦ z ≦ 1) and the metal intermediate layer. On the other hand, when x> 0.75, at the interface between the metal intermediate layer and the hard coating, a part y> 0.7
5 (Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ). That is, the (Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) film has a cubic crystal structure in the composition range of x ≦ 0.75, but changes to hexagonal when y> 0.75. . Therefore, if the value of z exceeds 0.75, carbon / nitride having a different crystal structure is formed at the interface, thereby reducing the adhesion of the film. Hexagonal (Al, Ti) (N, C)
In this case, the film hardness is lowered, and sufficient wear resistance cannot be obtained. Note that the lower limit of x is preferably 0.25, and more preferably 0.56 or more. On the other hand, the upper limit of x is preferably 0.70, and more preferably 0.65 or less.

【0027】上記金属中間層の厚みは、5〜500nm
とすることが必要である。この厚みが5nm未満では、
金属中間層を形成した効果が十分に現れず、一方500
nmを超えると衝撃力により金属中間層にクラックが入
って硬質皮膜の剥離を起こすことがある。尚金属中間層
の厚みの下限は30nmであることが好ましく、60n
m以上がより望ましい。また金属中間層の厚みの上限は
300nmが好ましく、150nm以下がより好まし
い。
The thickness of the metal intermediate layer is 5 to 500 nm.
It is necessary to If this thickness is less than 5 nm,
The effect of forming the metal intermediate layer does not appear sufficiently, while 500
If it exceeds nm, cracks may occur in the metal intermediate layer due to impact force, and peeling of the hard coating may occur. The lower limit of the thickness of the metal intermediate layer is preferably 30 nm,
m or more is more desirable. The upper limit of the thickness of the metal intermediate layer is preferably 300 nm, and more preferably 150 nm or less.

【0028】本発明において前記金属中間層の上に形成
する(Aly Ti1-y )(Nz1- z )皮膜の金属組成
は、0.56≦y≦0.75の範囲とすることが必要で
ある。これはy<0.56では皮膜の耐酸化性が十分で
なく、またy>0.75では結晶構造が変化し、皮膜硬
度が低下するため、十分な耐摩耗性が得られないからで
ある。尚耐酸化性と皮膜硬度を兼ね備えるためには、y
の下限値としては0.58が好ましく、0.59以上で
あることがより好ましい。またyの上限値としては0.
70が好ましく、0.65以下であることがより好まし
い。
In the present invention, the metal composition of the (Al y Ti 1 -y ) (N z C 1 -z ) film formed on the metal intermediate layer is in the range of 0.56 ≦ y ≦ 0.75. It is necessary. This is because when y <0.56, the oxidation resistance of the film is not sufficient, and when y> 0.75, the crystal structure changes and the film hardness decreases, so that sufficient abrasion resistance cannot be obtained. . In order to combine oxidation resistance and film hardness, y
Is preferably 0.58, more preferably 0.59 or more. The upper limit of y is set to 0.
70 is preferable, and it is more preferable that it is 0.65 or less.

【0029】また(Aly Ti1-y )(Nz1-z )皮
膜におけるAlやTiの金属は、窒化物もしくは炭窒化
物として優れた耐摩耗性皮膜を与えるが、その範囲は
N:C=1:0〜0.6:0.4[Nz1-z :(0.
6≦z≦1)]であることが必要である。これは、z<
0.6になると、皮膜の耐酸化性が低下するからであ
る。尚zの下限値は、耐酸化性を考慮すると0.8であ
ることが好ましい。
The metal of Al or Ti in the (Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) film gives an excellent wear-resistant film as a nitride or carbonitride. : C = 1: 0 to 0.6: 0.4 [N z C 1-z : (0.
6 ≦ z ≦ 1)]. This is because z <
This is because when it is 0.6, the oxidation resistance of the film is reduced. The lower limit of z is preferably 0.8 in consideration of oxidation resistance.

【0030】上記(Aly Ti1-y )(Nz1-z )皮
膜の厚さに関しては、薄過ぎると耐摩耗性が不足し、一
方厚過ぎると衝撃力によって皮膜にクラックが容易に入
り、皮膜本来の特性が得られないため、0.8〜20μ
m程度が好ましい。また工具基材本来の切れ刃の特性を
生かし且つ優れた耐摩耗性を得るには、硬質皮膜の厚さ
を1μm以上とすることが好ましく、2μm以上がより
好ましい。一方、上限については12μmが好ましく、
8μm以下がより好ましい。
Regarding the thickness of the (Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) film, if it is too thin, the abrasion resistance is insufficient, while if it is too thick, cracks easily occur in the film due to impact force. 0.8 to 20 μm
m is preferable. Further, in order to make use of the characteristics of the cutting edge inherent in the tool base material and to obtain excellent wear resistance, the thickness of the hard coating is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 12 μm,
It is more preferably at most 8 μm.

【0031】前記金属中間層を形成する場合は、本発明
で規定する印加電圧下で、カソードを蒸発源とするアー
ク放電によりイオン化させたAlおよびTiの金属成分
を真空中で被覆することによって得ることができ、この
とき目的とする皮膜組成と同一金属組成のターゲットを
使用すれば、カソード物質の組成のずれを生じることが
ないので、安定した組成の皮膜が得られ易い。
When the metal intermediate layer is formed, the metal intermediate layer is obtained by coating the metal components of Al and Ti ionized by an arc discharge using the cathode as an evaporation source in a vacuum under an applied voltage specified in the present invention. At this time, if a target having the same metal composition as the target coating composition is used, no deviation in the composition of the cathode material occurs, so that a coating having a stable composition is easily obtained.

【0032】一方、(Aly Ti1-y )(Nz1-z
皮膜を形成する場合は、本発明で規定する印加電圧下
で、カソードを蒸発源とするアーク放電によりイオン化
させたAlおよびTiの金属成分をN2 雰囲気および/
またはCH4 雰囲気等の窒化および/もしくは炭化雰囲
気中でイオンプレーティングを実施することによって得
ることができ、このとき目的とする皮膜組成と同一金属
組成のターゲットを使用すれば、カソード物質の組成の
ずれを生じることがないので、安定した組成の皮膜が得
られ易い。尚金属炭・窒化物を形成するときのイオンプ
レーティング時のガス圧は特に限定されないが、好まし
いのは1×10-3〜1×10-1Torr程度であり、こ
の条件では結晶性で緻密な耐摩耗性の一段と優れた硬質
皮膜が得られ易い。
On the other hand, (Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z )
When a film is formed, metal components of Al and Ti ionized by arc discharge using a cathode as an evaporation source under an applied voltage specified in the present invention are mixed with an N 2 atmosphere and / or
Alternatively, it can be obtained by performing ion plating in a nitriding and / or carbonizing atmosphere such as a CH 4 atmosphere. At this time, if a target having the same metal composition as the intended coating composition is used, the composition of the cathode material can be reduced. Since no displacement occurs, a film having a stable composition is easily obtained. The gas pressure at the time of ion plating for forming the metal charcoal / nitride is not particularly limited, but is preferably about 1 × 10 -3 to 1 × 10 -1 Torr. It is easy to obtain a hard coating having excellent wear resistance.

【0033】次に実施例を示すが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の
趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施するこ
とも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的
範囲に含まれる。
Next, the present invention will be described with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples, and it is needless to say that the present invention can be practiced with appropriate modifications within a range that can be adapted to the purpose described above. , All of which are included in the technical scope of the present invention.

【0034】[0034]

【実施例】実施例1 アークイオンプレーティング時の基材の温度変化を調べ
るために、JIS規格SKH51相当の高速度鋼ドリル
(ビッカース硬度850)を用い、外径:3mm×長
さ:70mmの大きさで表面を鏡面研磨した円柱状の基
材をアークイオンプレーティング装置内に設置し、該基
材に種々のバイアス電圧を印加し、アークイオンプレー
ティングを行ったときの、基材先端部の温度変化を測定
した。その結果を図2に示す。このときの測定は2色式
赤外放射型表面温度計を用い、300℃〜800℃の測
定範囲でおこなった。アークイオンプレーティングの条
件を以下に示す。 (アークイオンプレーティング条件) 到達真空度 :3×10-5Torr アーク蒸発源:60mmφAlターゲット1個、および
60mmATiターゲット1個を対向して同時使用し
た。 アーク電流 :Alターゲット150A、Tiターゲッ
ト100A ターゲット〜ドリル間距離:100mm ドリル自転速度:1rpm
EXAMPLE 1 In order to investigate the temperature change of the substrate during arc ion plating, a high-speed steel drill (Vickers hardness 850) corresponding to JIS standard SKH51 was used. The outer diameter was 3 mm and the length was 70 mm. A cylindrical base material whose surface is mirror-polished in size is set in an arc ion plating apparatus, and various bias voltages are applied to the base material, and the base part of the base material when arc ion plating is performed. Was measured for temperature change. The result is shown in FIG. The measurement at this time was performed using a two-color infrared radiation type surface thermometer in a measurement range of 300 ° C to 800 ° C. The conditions of arc ion plating are shown below. (Arc ion plating conditions) Ultimate vacuum: 3 × 10 −5 Torr Arc evaporation source: One 60 mmφ Al target and one 60 mm ATi target were simultaneously used facing each other. Arc current: Al target 150A, Ti target 100A Distance between target and drill: 100 mm Drill rotation speed: 1 rpm

【0035】図2から明らかな様に、従来の様にバイア
ス電圧を−500Vまたは−1300Vとしたときに
は、基材先端が急激に温度上昇して550℃以上にな
り、基材の硬度低下が発生することが予想される。これ
に対し、本発明で規定する範囲である−20〜−400
Vの印加電圧でのアークイオンプレーティングでは、基
材先端部の温度上昇が緩やかで、高速度鋼ドリルの焼戻
し温度である550℃よりも低い温度でアークイオンプ
レーティングが十分可能であることがわかる。
As is clear from FIG. 2, when the bias voltage is set to -500 V or -1300 V as in the conventional case, the temperature of the front end of the base material rapidly rises to 550 ° C. or more, and the hardness of the base material decreases. It is expected to be. In contrast, the range defined by the present invention, -20 to -400
In arc ion plating at an applied voltage of V, the temperature rise at the base end of the base material is moderate, and arc ion plating can be sufficiently performed at a temperature lower than 550 ° C., the tempering temperature of a high-speed steel drill. Recognize.

【0036】実施例2 皮膜の密着性を調べるため、JIS規格SKH51相当
の高速度鋼(ビッカース硬度850)を用い、外径:3
mm×長さ:70mmの大きさで表面を鏡面研磨した円
柱状の基材をアーク放電方式イオンプレーティング装置
に装入し、400℃に加熱した後、真空中でカソードを
蒸発させると共に、且つその基材に0〜−1000Vの
種々のバイアス電圧を印加して金属イオンによるイオン
プレーティングにより、種々の組成ならびに厚みを持っ
た金属中間層を形成した。この場合、一部の試料につい
ては、金属イオンによるイオンプレーティングに先立
ち、反応ガスとしてArガスを導入し、7×10-2To
rrの雰囲気とし、且つその基材に−400Vのバイア
ス電圧を印加してArガスのグロー放電をおこし、基材
のイオンボンバードクリーニングを実施した。
Example 2 In order to examine the adhesion of the coating, a high speed steel (Vickers hardness 850) corresponding to JIS standard SKH51 was used, and the outer diameter was 3
mm × Length: A cylindrical base material having a size of 70 mm and having a mirror-polished surface was charged into an arc discharge type ion plating apparatus, heated to 400 ° C., and the cathode was evaporated in a vacuum, and Various bias voltages of 0 to -1000 V were applied to the base material, and metal intermediate layers having various compositions and thicknesses were formed by ion plating with metal ions. In this case, for some of the samples, Ar gas was introduced as a reaction gas prior to ion plating with metal ions, and 7 × 10 −2 To
An atmosphere of rr was applied, and a bias voltage of -400 V was applied to the substrate to cause glow discharge of Ar gas, thereby performing ion bombard cleaning of the substrate.

【0037】この後、更にカソードを蒸発させると共
に、反応ガスとしてN2 ガスあるいはN2 /CH4 混合
ガスを導入し、7×10-3Torrの雰囲気とし、且つ
その基材に−150Vのバイアス電圧を印加して下記表
1に示す種々の組成の皮膜を3μm被覆した高速度工具
鋼基材を製作した。尚皮膜の組成は、電子プルーブX線
マイクロアナリシスおよびオージェ電子分光法により求
め、金属中間層の厚みは透過型電子顕微鏡による断面像
および高分解能走査型電子顕微鏡により求めた。また金
属中間層の組成は、透過型電子顕微鏡内でのエネルギー
分散X線分析法および基材に金属中間層のみ形成した試
作部材のオージェ電子分光法により求めた。本実施例で
得られた皮膜の結晶構造をX線回折で調べたところ、全
てTiNと同じ回折パターンを示し、立方晶であること
が確認できた。
Thereafter, while further evaporating the cathode, N 2 gas or N 2 / CH 4 mixed gas is introduced as a reaction gas, the atmosphere is set to 7 × 10 -3 Torr, and a bias of -150 V is applied to the base material. By applying a voltage, a high-speed tool steel substrate coated with 3 μm of films having various compositions shown in Table 1 below was produced. The composition of the film was determined by electron probe X-ray microanalysis and Auger electron spectroscopy, and the thickness of the metal intermediate layer was determined by a cross-sectional image using a transmission electron microscope and a high-resolution scanning electron microscope. The composition of the metal intermediate layer was determined by an energy dispersive X-ray analysis method in a transmission electron microscope and Auger electron spectroscopy of a prototype member having only a metal intermediate layer formed on a substrate. When the crystal structure of the film obtained in this example was examined by X-ray diffraction, it was confirmed that all of the films showed the same diffraction pattern as TiN and were cubic.

【0038】これらの試作部材のコーティング被覆部先
端から10mmの位置を、先端径0.2mmの円錐型ダ
イヤモンド圧子を用い、加重速度:100N/min、
引っ掻き速度:10mm/minの条件によりスクラッ
チ試験を行ったところ、下記表1に併記する結果が得ら
れた。
Using a conical diamond indenter having a tip diameter of 0.2 mm, a load speed of 100 N / min was applied to a position 10 mm from the tip of the coating coating portion of these prototype members.
When a scratch test was performed under the conditions of a scratching speed of 10 mm / min, the results shown in Table 1 below were obtained.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】表1から明らかなように、従来例の(A
l,Ti)(C,N)皮膜(No.1,17)では、い
ずれも密着性が乏しいことが分かる。またNo.2のも
のは、金属中間層のAl比率が少なすぎる場合の比較
例、No.9は金属中間層のAl比率が多すぎる場合の
比較例、No.7は金属中間層の厚みが薄すぎる場合の
比較例、No.8は金属中間層の厚みが厚すぎる場合の
比較例、No.13,14は金属中間層形成時のバイア
ス電圧が大き過ぎる場合の比較例、No.15は金属中
間層形成時のバイアス電圧が小さ過ぎる場合の比較例で
あり、いずれもスクラッチ試験において皮膜が基材から
剥離する臨界荷重の値が乏しく、本発明の目的を達成で
きない。これらに対し、本発明に規定する要件を満足す
るNo.3〜6、10〜12、16のものは、高い臨界
荷重値を示し、皮膜の密着性が優れていることが分か
る。
As is clear from Table 1, (A)
It can be seen that all of the (1, Ti) (C, N) films (Nos. 1, 17) have poor adhesion. No. No. 2 is a comparative example in which the Al ratio of the metal intermediate layer is too small. 9 is a comparative example in which the Al ratio of the metal intermediate layer is too large, No. 7 is a comparative example in which the thickness of the metal intermediate layer is too thin. No. 8 is a comparative example in which the thickness of the metal intermediate layer is too large. Nos. 13 and 14 are comparative examples in which the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer was too high. Reference numeral 15 is a comparative example in which the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer is too small. In each case, the value of the critical load at which the film peels from the substrate in the scratch test is poor, and the object of the present invention cannot be achieved. On the other hand, Nos. Satisfying the requirements specified in the present invention. Those of 3 to 6, 10 to 12, and 16 show high critical load values, and it can be seen that the adhesion of the film is excellent.

【0041】実施例3 実施例2と同じ試作部材を使用し、先端より1mmの断
面で、外周より0.5mmの位置の硬さを、ビッカース
硬さ計により10kgの荷重を用いて測定した。得られ
た結果を前記表1に併記する。
Example 3 Using the same prototype member as in Example 2, the hardness was measured at a position of 0.5 mm from the outer periphery at a cross section of 1 mm from the tip using a Vickers hardness meter with a load of 10 kg. The results obtained are shown in Table 1 above.

【0042】表1から明らかなように、比較例のNo.
13および14は、金属中間層形成時のバイアス電圧が
大き過ぎるので、高速度鋼基材が高温に曝されて過剰に
焼戻しされ、Hv30以上の大幅な硬度低下を起こして
いる。これらに対し、実施例3〜6、10〜12、16
は、過剰な焼戻し組織が実質的に発生しておらず、高速
度鋼の硬さの低下が殆ど生じていないことが分かる。
As is clear from Table 1, the comparative example No.
In Nos. 13 and 14, since the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer was too large, the high-speed steel base material was exposed to a high temperature and was excessively tempered, causing a significant decrease in hardness of Hv30 or more. In contrast, Examples 3 to 6, 10 to 12, and 16
Indicates that substantially no excessive tempered structure is generated, and the hardness of the high-speed steel hardly decreases.

【0043】実施例4 JIS規格SKH51相当の高速度鋼を基材として使用
し、JIS規格による外径:2mm×長さ:55mmの
ストレートドリルを作製し、このドリルを基材として用
いて実施例1と同じ方法で、下記表2に示す金属中間層
を形成し、その上に硬質皮膜を2μmの厚さで形成し
た。
Example 4 A high-speed steel equivalent to JIS standard SKH51 was used as a substrate, a straight drill having an outer diameter of 2 mm and a length of 55 mm according to JIS was produced, and this drill was used as a substrate. In the same manner as in Example 1, a metal intermediate layer shown in Table 2 below was formed, and a hard coating was formed thereon with a thickness of 2 μm.

【0044】得られた硬質皮膜被覆ドリル各々3本を用
いて、下記条件の切削試験を行い、寿命までの穴明け数
を測定した。得られた結果の平均値を下記表2に併記す
る。 (切削条件) 被削材 :S55C(硬さHB230) 穴深さ :8mm、貫通穴 切削速度:30m/min 送り :0.10mm/rev 切削油 :エマルション
Using each of the three drills coated with the hard coating obtained, a cutting test was performed under the following conditions, and the number of drills up to the life was measured. The average of the obtained results is also shown in Table 2 below. (Cutting conditions) Work material: S55C (hardness HB230) Hole depth: 8 mm, through hole Cutting speed: 30 m / min Feed: 0.10 mm / rev Cutting oil: emulsion

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】表2から明らかなように、No.3、4、
6の実施例では、従来例(No.1、2)と比較して穴
明け数が多く、優れた耐摩耗性が得られていることが分
かる。これに対しNo.5は金属中間層形成時のバイア
ス電圧が小さ過ぎる場合の比較例、No.7は金属中間
層形成時のバイアス電圧が大き過ぎる場合の比較例であ
り、いずれも穴明け数が少なく、耐摩耗性が十分でない
ことが分かる。
As is clear from Table 2, 3, 4,
In the example of No. 6, the number of perforations is larger than that of the conventional example (Nos. 1 and 2), and it can be seen that excellent wear resistance is obtained. On the other hand, No. No. 5 is a comparative example in which the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer was too small. No. 7 is a comparative example in which the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer is too large, and it can be seen that the number of holes is small and the wear resistance is not sufficient.

【0047】実施例5 JIS規格SKH55相当の高速度鋼を基材として使用
し、外径:3mmの2枚刃エンドミルを作製し、このエ
ンドミルを基材に用いて実施例1と同じ方法で、下記表
3に示す金属中間層を形成し、その上に硬質皮膜を2μ
mの厚さで形成した。
Example 5 Using a high-speed steel equivalent to JIS SKH55 as a base material, a two-flute end mill having an outer diameter of 3 mm was manufactured, and this end mill was used as a base material in the same manner as in Example 1, A metal intermediate layer shown in Table 3 below was formed, and a hard film was formed thereon by 2 μm.
m.

【0048】得られた硬質皮膜被覆エンドミル各々1本
を用いて、下記条件の切削試験を行い、折損までの切削
長を測定した。得られた結果を表3に併記する。 (切削条件) 被削材 :S50C(硬さHB220) 切削方法:溝加工、深さ1mm×幅3mm 切削速度:40m/min 送り :100mm/min 切削油 :エマルション
Using one of the obtained hard film-coated end mills, a cutting test was performed under the following conditions, and the cutting length up to breakage was measured. Table 3 also shows the obtained results. (Cutting conditions) Work material: S50C (hardness HB220) Cutting method: Grooving, depth 1 mm x width 3 mm Cutting speed: 40 m / min Feed: 100 mm / min Cutting oil: emulsion

【0049】[0049]

【表3】 [Table 3]

【0050】表3からも明らかなように、No.3、5
の実施例では従来例(No.1、2)と比較して切削長
が長く、優れた耐摩耗性が得られていることが分かる。
これに対し、No.4は金属中間層形成時のバイアス電
圧が小さ過ぎる場合の比較例、No.6は金属中間層形
成時のバイアス電圧が大き過ぎる場合の比較例であり、
いずれも切削長が短く、耐摩耗性が十分でないことが分
かる。
As is clear from Table 3, 3,5
It can be seen that the example of Example 1 has a longer cutting length than the conventional examples (Nos. 1 and 2) and that excellent wear resistance is obtained.
On the other hand, no. No. 4 is a comparative example in which the bias voltage at the time of forming the metal intermediate layer is too small. 6 is a comparative example in which the bias voltage when forming the metal intermediate layer is too large;
In each case, the cutting length is short and the wear resistance is not sufficient.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
工具基材の硬度低下を発生させることなく、非常に優れ
た密着性によって耐酸化性および耐摩耗性を改善した硬
質膜被覆高速度鋼製小径軸物工具が実現できた。
The present invention is configured as described above.
The hard film-coated high-speed steel small-diameter shaft tool improved in oxidation resistance and wear resistance by extremely excellent adhesion without reducing the hardness of the tool base material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】種々の形状の高速度鋼製ドリルに対して金属イ
オンボンバードを行ったときのドリル先端部の温度変化
を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a change in temperature at the tip of a drill when metal ion bombardment is performed on a high-speed steel drill having various shapes.

【図2】基材に種々のバイアス電圧を印加してアークイ
オンプレーティングを行ったときの基材先端部の温度変
化を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a temperature change at a front end portion of a base material when various bias voltages are applied to the base material to perform arc ion plating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早崎 浩 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179−1 神鋼コベルコツール株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Hayasaki 179-1 Kanegasaki Nishiike, Uozumi-cho, Akashi-shi, Hyogo Prefecture Shinko Kobelco Tool Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸物工具の基材表面に、 Alx Ti1-x (但し、0.05≦x≦0.75) で示される化学組成からなる金属中間層を厚み:5〜5
00nmで形成し、更にその上に、 (Aly Ti1-y )(Nz1-z )(但し、0.56≦
y≦0.75,0.6≦z≦1) で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成して硬質膜
被覆軸物工具を製造するに当たり、 前記基材として、外径Dが5mm以下で、この外径Dと
全長L(mm)の比(D/L)が0.09以下である高
速度鋼を用いると共に、前記金属中間層および硬質皮膜
は−20〜−400Vの印加電圧でアークイオンプレー
ティングを行って形成することを特徴とする耐摩耗性に
優れた硬質膜被覆高速度鋼製小径軸物工具の製造方法。
1. A metal intermediate layer having a chemical composition represented by Al x Ti 1-x (where 0.05 ≦ x ≦ 0.75) is provided on a base material surface of a shaft tool with a thickness of 5 to 5 mm.
(Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) (provided that 0.56 ≦
y ≦ 0.75, 0.6 ≦ z ≦ 1) In producing a hard film-coated shaft tool by forming a hard film having a chemical composition represented by the following formula, the outer diameter D is 5 mm or less as the base material; A high-speed steel having a ratio (D / L) of the outer diameter D to the total length L (mm) of 0.09 or less is used, and the metal intermediate layer and the hard coating are arc ionized at an applied voltage of -20 to -400V. A method for producing a hard film-coated high-speed steel small-diameter shaft tool having excellent wear resistance, which is formed by plating.
【請求項2】 前記基材として、気体のグロー放電によ
るイオンボンバードクリーニングによってその表面を清
浄化したものを用いる請求項1に記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the base material is one whose surface has been cleaned by ion bombardment cleaning by gas glow discharge.
【請求項3】 前記イオンボンバードクリーニングはア
ルゴンガスのグロー放電によるものである請求項2に記
載の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein said ion bombarding cleaning is performed by glow discharge of argon gas.
【請求項4】 軸物工具の基材表面に、 Alx Ti1-x (但し、0.05≦x≦0.75) で示される化学組成からなる金属中間層を厚み:5〜5
00nmで形成し、更にその上に、 (Aly Ti1-y )(Nz1-z )(但し、0.56≦
y≦0.75,0.6≦z≦1) で示される化学組成からなる硬質皮膜を形成したもので
あり、 前記基材として、外径Dが5mm以下で、この外径Dと
全長L(mm)の比(D/L)が0.09以下である高
速度鋼を用いる共に、該基材は前記金属中間層および硬
質皮膜を形成する前後における硬度低下がビッカース硬
度(Hv)で30以下であり、且つ該基材には実質的に
過剰な焼戻し組織が存在しないものであることを特徴と
する耐摩耗性に優れた硬質膜被覆高速度鋼製小径軸物工
具。
4. A metal intermediate layer having a chemical composition represented by Al x Ti 1-x (where 0.05 ≦ x ≦ 0.75) is provided on a base material surface of a shaft tool with a thickness of 5 to 5 mm.
(Al y Ti 1-y ) (N z C 1-z ) (provided that 0.56 ≦
y ≦ 0.75, 0.6 ≦ z ≦ 1) A hard film having a chemical composition represented by the following formula is formed. As the substrate, the outer diameter D is 5 mm or less, and the outer diameter D and the total length L In addition to using a high-speed steel having a (mm) ratio (D / L) of 0.09 or less, the base material has a Vickers hardness (Hv) of 30 or less in hardness before and after forming the metal intermediate layer and the hard coating. A small-diameter shaft tool made of a high-speed steel coated with a hard film having excellent wear resistance, wherein the tool has the following characteristics and the substrate has substantially no excessive tempered structure.
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