JPH10182233A - 窒化チタンアルミ基焼結材及びその製造方法 - Google Patents

窒化チタンアルミ基焼結材及びその製造方法

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JPH10182233A
JPH10182233A JP8357214A JP35721496A JPH10182233A JP H10182233 A JPH10182233 A JP H10182233A JP 8357214 A JP8357214 A JP 8357214A JP 35721496 A JP35721496 A JP 35721496A JP H10182233 A JPH10182233 A JP H10182233A
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aluminum
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aluminum nitride
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Masaichi Kume
正市 粂
Kazutaka Suzuki
一孝 鈴木
Yoshinori Nishida
義則 西田
Haruo Yoshida
晴男 吉田
Yasuhiro Shiotani
泰宏 塩谷
Akinari Ishikawa
明成 石川
Takashi Sakurai
隆志 櫻井
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Aisin Corp
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Agency of Industrial Science and Technology
Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば球状黒鉛鋳鉄の高速切削が可能で且つ
長寿命な切削工具材に用いることができる,耐久性に優
れた安価な窒化チタンアルミ基焼結材及びその製造方法
を提供すること。 【解決手段】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
0.70)の粉末を焼結する。上記xは0.05〜0.
15又は0.50〜0.70であることが好ましい。窒
化チタンアルミ基焼結材は,TiOy (y=1〜2)及
び/又はAl2 Oよりなる添加物を体積で0.2〜1
1.1%外部添加してなることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は,少なくとも球状黒鉛鋳鉄の高速
切削用工具の工具材等として有効に利用することができ
る,窒化チタンアルミ基焼結材及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来技術】球状黒鉛鋳鉄は,低S(<0.02%)低
P(<0.2%)の溶湯中にCe,あるいはMg(また
はMg合金)を添加することにより球状の黒鉛を晶出さ
せた鋳鉄であり,普通鋳鉄と比べ,高い引張強さと比較
的大きい靭性を示す。そのため,強度を必要とする機械
部品の材料として広く使用されており,近年自動車のよ
り一層の高性能化により,主に自動車を構成する基幹重
要部品としても多用されてきている。
【0003】この球状黒鉛鋳鉄を上記基幹重要部品など
の最終形状寸法にするために,通常,鋳造後に切削加工
を必要とする。球状黒鉛鋳鉄の切削加工工具は,必要と
する加工精度で迅速に無駄なく加工できる性能を有して
いなければならない。工具刃先が摩耗したりチッピング
などにより欠損すると,球状黒鉛鋳鉄の加工表面にバリ
が発生するなど,必要とする寸法精度及び表面粗度が得
られないため,不良品となり,製品として出荷できな
い。
【0004】そのために,上記工具の摩耗や欠損などが
生じた場合には,直ちに工具を交換しなければならな
い。この工具交換は生産性低下につながるため極力低減
しなければならない。また,仮に長寿命化が実現できた
としても,上記製造コストが高いと,結果的に加工コス
トが高騰することになる。従って,前記加工コストを抑
えた球状黒鉛鋳鉄の高速切削加工のために,上記工具刃
先の摩耗やチッピングなどの欠損のない,長寿命で安価
な切削加工工具が強く望まれている。従来,上記不具合
を解消する切削加工用工具として,例えば特公平8−1
6028号公報に記載されているような,TiC,Al
2 3 及びSiCウィスカーからなるセラミック焼結体
が提案されている。
【0005】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来の切
削工具等に用いられる焼結材においては次の問題があ
る。即ち,上記TiC,Al2 3 及びSiCウィスカ
ーからなるセラミック焼結体は,高硬度材料である高価
な立方晶窒化硼素を含有していないため安価に製造でき
るメリットはあるが,望まれているレベルの長寿命を実
現する耐久性を発揮することができない。特に,Mgを
含有して難加工性である球状黒鉛鋳鉄に対しては,未だ
満足する耐久性が得られない。
【0006】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,安価で球状黒鉛鋳鉄の高速切削が可能で
且つ長寿命な切削工具材に用いることができる,耐久性
に優れた,窒化チタンアルミ基焼結材及びその製造方法
を提供しようとするものである。
【0007】
【課題の解決手段】請求項1の発明は,Ti(1-x) Al
x N(x=0.05〜0.70)の粉末を焼結すること
を特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材の製造方法にあ
る。
【0008】本発明において最も注目すべきことは,原
料として特定の組成範囲の窒化チタンアルミ(Ti
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70))の粉末を
用い,これを焼結することである。
【0009】上記Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
0.70)は,結晶構造がTiNと同様のB1立方晶型
であるが,AlがTiN結晶に連続固溶し,その結果T
iNとは異なる優れた物性を示すものである。そして,
上記xが0.05〜0.70の範囲内においては,耐酸
化性の向上又は高硬度化が得られる。
【0010】これに対し,xが0.05未満の場合に
は,TiNと実質的に変わらなく,上記優れた物性を発
揮し得ないという問題がある。一方,xが0.70を超
える場合には,Ti(1-x) Alx Nの結晶構造がB1立
方晶でなくなってしまい,上記優れた物性を発揮し得な
いという問題がある。
【0011】また,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)は,種々の方法により製造することが
できる。例えば,物理的蒸着(PVD)法により,例え
ばSiO2 ,MgOなどの基板材表面にTi(1-x) Al
x N(x=0.05〜0.70)を蒸着させ,その後基
板材をアルカリ又は酸により溶解し,次いで残ったTi
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)を粉末に粉
砕する方法がある。
【0012】上記PVD法としては,例えばTiとAl
をターゲットとして,窒素減圧雰囲気下において行うス
パッタリング法やイオンプレーティング法がある。ま
た,上記PVD法に代えて化学的蒸着(CVD)法を用
いることもできる。具体的には,例えば原料ガスとして
TiCl4 ,AlCl3 ,及びNH3 又はN2 (好適に
はN2 )を,キャリヤーガスとしてAr,H2 を用いる
プラズマCVD法がある。
【0013】また,上記xを0.05〜0.70の範囲
に調整するには,上記PVD法(スパッタリング法やイ
オンプレーティング法)の場合は,モル比でTi:Al
が0.30:0.70〜0.95:0.05の範囲の組
成になるように,例えば粉末冶金法により合金状の板材
を作製し,これをターゲットとして用いる。あるいはT
iの板材とAlの板材を準備し,そのTi: Alの面積
比が0.30:0.70〜0.95:0.05となるよ
うに配置し,これをターゲットとして用いる。
【0014】また,PVD処理時の雰囲気は,N2 分圧
を例えば1×10-3〜1×10-1Paの範囲で調整す
る。上記N2 分圧が1×10-3Pa未満の場合にはTi
及びAlが窒化しないという問題があり,一方,1×1
-1Paを超える場合にはAlNが生成するという問題
がある。そのため,好適には,約1×10-2Paが望ま
しい。尚,プラズマ発生用のガスにはArを用いる。
【0015】一方,プラズマCVD法の場合は,xの
0.05〜0.70の範囲への調整は,AlCl3 /T
iCl4 のガス分圧比を調整することにより行う。Al
Cl3の沸点は100.4kPa時183℃なので,
4.0〜101. 1kPaの範囲でガス状態を保つため
に沸点以上に加熱して供給する。但し,減圧下では沸点
は低下するので,例えば約5.0kPaでは約150℃
でもガス状で供給できる。
【0016】またTiCl4 は,4.0〜101. 1k
Paの範囲で調整する。このTiCl4 分圧が低い場合
(例えば約5kPa)には加熱は不要であるが,TiC
4分圧を数10kPa以上に高めに調整するときには
予め加熱してガス状態を保つ必要がある。これらのガス
の凝結を防止するためにその流路は少なくとも上記温度
以上に加熱する必要がある。
【0017】得られたTi(1-x) Alx Nのxが所定の
範囲に入っているかどうかはエネルギー分散型X線分析
によりチェックできる。また,上記xが0.70を越え
た場合に認められる結晶構造の変化はX線回折によりチ
ェックできる。
【0018】また,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)の粉末の粒径としては10μm以下で
あることが好ましい。10μmを超える場合には工具材
として,切削加工中に欠けを生じ易いという問題があ
る。尚,粉砕するときは汚染に注意する。
【0019】次に,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)の粉末の焼結方法としては,HP(ホ
ットプレス)の他,例えば公知のHIP(熱間等方加圧
焼結),超高圧HIP等により行うことができる。
【0020】次に,本発明の作用につき説明する。本発
明の窒化チタンアルミ基焼結材の製造方法においては,
上記特定の組成のTi(1-x) Alx N(x=0.05〜
0.70)の粉末を原料として用い,これを焼結する。
このTi(1-x) Alx Nは,xが0.05〜0.70の
範囲内において高硬度等の優れた特性を発揮する。その
ため,得られた窒化チタンアルミ基焼結材は,非常に耐
久性に優れたものとなる。
【0021】また,本発明の窒化チタンアルミ基焼結材
は,例えば立方晶窒化硼素等の従来より知られている高
価な高硬度材料を含有していないので,安価に製造する
ことができる。
【0022】それ故,本発明において得られる窒化チタ
ンアルミ基焼結材は,耐久性を有しかつ安価な材料とし
て,例えば切削工具,掘削用ピット等に有効に利用する
ことができる。そして,例えば球状黒鉛鋳鉄用の切削工
具に用いた場合には,高速切削が可能で,耐磨耗性,耐
欠損性に優れた安価な切削工具とすることができる。
【0023】次に,さらに耐久性に優れた窒化チタンア
ルミ基焼結材の製造方法としては,次の発明がある。即
ち,請求項2の発明のように,Ti(1-x) Alx N(x
=0.05〜0.70)を体積で60〜95%と,Ti
Cウィスカーを体積で5〜40%とを含有する原料体を
焼結してなることを特徴とする窒化チタンアルミ基焼結
材の製造方法がある。
【0024】本製造方法において最も注目すべきこと
は,焼結材の原料として上記Ti(1-x) Alx N(x=
0.05〜0.70)の他に,上記TiCウィスカーを
用いることである。また,これらの原料体の配合比を上
記特定の範囲に限定することである。
【0025】上記TiCウィスカーは,非常に高硬度,
高融点で耐磨耗性にも優れた材料として,主に複合材料
の分散強化材として利用されているものである。このT
iCウィスカーの配合量は,上記のごとく,体積で5〜
40%とする。TiCウィスカーを5%以上含有する場
合にはTiCウィスカーの配合による効果が現れて,一
層高靱性となり長寿命化に効果的である。しかし,40
%を超える場合には,TiCウィスカーが高硬度,高融
点で且つ難焼結性のため,相対的に緻密化が困難となる
という問題がある。
【0026】また,これに伴い,上記Ti(1-x) Alx
N(x=0.05〜0.70)の配合量は,体積で60
〜95%とする。60%未満の場合には,相対的にTi
Cウィスカーが増加し,長寿命化が得られないという問
題がある。一方,上記の通り,TiCウィスカーが体積
で5%以上でその分散効果が現れたので95%を上限と
した。
【0027】また,上記原料体としては,上記TiCウ
ィスカーとTi(1-x) Alx N(x=0.05〜0.7
0)の粉末を混合して構成してもよいし,後述するごと
く,TiCウィスカーにTi(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)を被覆した被覆体により構成してもよ
い。また,上記被覆体に,さらにTi(1-x) Alx
(x=0.05〜0.70)の粉末を混合して構成して
もよい。
【0028】本製造方法の場合には,上記のごとく,T
iCウィスカーを分散強化材として配合する。そのた
め,得られた窒化チタンアルミ基焼結材は,Ti(1-x)
AlxN(x=0.05〜0.70)だけにより構成さ
れた場合よりもさらに優れた靱性を発揮する。それ故,
得られた窒化チタンアルミ基焼結材を例えば切削工具材
として用いた場合には,非常に優れた切削性,耐久性を
発揮する。
【0029】次に,請求項3の発明のように,Ti
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)をTiCウ
ィスカーの表面に被覆した被覆体を作製し,次いで該被
覆体を焼結することを特徴とする窒化チタンアルミ基焼
結材の製造方法もある。
【0030】本製造方法において最も注目すべきこと
は,予め上記被覆体を作製し,これを原料として焼結す
ることである。これにより,TiCウィスカーを均一に
分散させた焼結材を容易に得ることができる。
【0031】上記被覆体は,例えば,上述したTi
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)の製造方法
を用い,TiCウィスカーの表面にTi(1-x) Alx
(x=0.05〜0.70)を直接生成させることによ
り作製することができる。即ち,上記PVD,CVDに
おける上記基板の代わりに,TiCウィスカーを受け皿
に載せたものを用い,これにTi(1-x) Alx N(x=
0.05〜0.70)を蒸着させることにより被覆体を
得ることができる。
【0032】また,上記被覆を均一にするためには,好
適には,例えば特開平7−53268号公報に記載の被
覆高圧型窒化硼素焼結体の製造法に明記された気相被覆
法を適用できる。あるいは,特開昭61−30663号
公報または特開昭58−31076号公報に記載の気相
被覆法でも差し支えない。
【0033】また,請求項4の発明のように,上記被覆
体は,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜0.7
0)が体積で60〜95%,上記TiCウィスカーが体
積で5〜40%であることが好ましい。この場合にも,
TiCウィスカーの配合量が5%未満の場合にはTiC
ウィスカーの配合による効果が明確に現れないという問
題があり,一方,40%を超える場合には,TiCウィ
スカーが高硬度,高融点で且つ難焼結性のため,相対的
に緻密化が困難となるという問題がある。
【0034】また,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)の配合量が60%未満の場合には,相
対的に上記TiCウィスカーが増加することになり,上
記の通り,緻密化が困難となる。
【0035】次に,上記被覆体に更にTi(1-x) Alx
N(x=0.05〜0.70)の粉末を混合した混合原
料を焼結する方法として,次の発明がある。即ち,請求
項5の発明のように,体積で5〜40%のTiCウィス
カーと,体積で60〜95%のTi(1-x) Alx N(x
=0.05〜0.70)の粉末とを準備し,該Ti
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)のうち0.
25〜12%を上記TiCウィスカーに被覆して体積で
5.25〜52%の被覆体を作製し,次いで,該被覆体
と,体積で48〜94.75%の残りのTi(1-x) Al
xN(x=0.05〜0.70)の粉末とを混合して混
合原料を作製し,次いで該混合原料を焼結することを特
徴とする窒化チタンアルミ基焼結材の製造方法がある。
【0036】この場合には,Ti(1-x) Alx N(x=
0.05〜0.70)を比較的多く含有させたい場合に
おいて,被覆体の作製コストを低く抑えつつ,上記の被
覆体を用いる場合の効果を発揮させることができる。即
ち,TiCウィスカーに被覆するTi(1-x) Alx
(x=0.05〜0.70)の量を多くすると,その被
覆コストが高くなる。
【0037】そのため,例えば,Ti(1-x) Alx
(x=0.05〜0.70)を多く含有させたい場合に
は,被覆コストが比較的低い範囲内において被覆体を作
製し,残りを単独の粉末として添加,混合することがで
きる。これにより,製造コストを抑制しつつ,上記の被
覆体を用いる場合の効果を得ることができる。
【0038】また,上記TiCウィスカーの配合量は上
記のごとく,体積で5〜40%とする。5%未満の場合
には,上記の通り,TiCウィスカーの配合による効果
が明確に現れないという問題があり,一方,40%を超
える場合には上記と同様に緻密化が困難であるという問
題がある。
【0039】また,TiCウィスカーに被覆するTi
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)は,全体に
対する体積で0.25〜12%である。このことは,該
TiCウィスカーに対する体積で5〜30%被覆するこ
とと同義である。5%未満の場合には被覆の効果が現れ
にくいという問題があり,一方,30%を超える場合に
は被覆の均一性及び被覆に要するコストが高騰するとい
う問題がある。従って,被覆体は,体積で5.25〜5
2%となる。
【0040】また,単体で添加する残りのTi(1-x)
x N(x=0.05〜0.70)の粉末は体積で48
〜94.75%とする。この場合の範囲の上下限の限定
理由も上記と同様である。
【0041】また,請求項6の発明のように,上記xは
0.05〜0.15又は0.50〜0.70であること
が好ましい。即ち,上記Ti(1-x) Alx N(x=0.
05〜0.70)において,上記xを0.05〜0.1
5又は0.50〜0.70のいずれかの範囲にさらに限
定することにより,得られる焼結材のさらなる長寿命化
を図ることができる。
【0042】xを上記範囲に限定することにより窒化チ
タンアルミ基焼結材が長寿命を示す理由は必ずしも明白
ではないが,xが0.10(±0.02)を第1の,ま
た0.60(±0.02)を第2のピークとして,上記
Ti(1-x) Alx Nの硬度が非常に高くなること,及び
0.60(±0.02)をピークとして耐酸化性が高く
なることが影響していると考えられる。
【0043】また,請求項7の発明のように,上記窒化
チタンアルミ基焼結材は,TiOy(y=1〜2)及び
/又はAl2 3 よりなる添加物を体積で0.2〜1
1.1%外部添加してなることが好ましい。これによ
り,窒化チタンアルミ基焼結材をさらに長寿命化するこ
とができる。
【0044】TiOy とは,例えばTi3 5 ,Ti4
7 などyが1〜2の間で取り得るTi酸化物のことで
ある。そしてyが1〜2の範囲内においては,そのTi
yを外部添加することにより窒化チタンアルミ基焼結
材の長寿命化を図ることができる。また,上記yが1〜
2の範囲内においては,TiOy による上記長寿命化に
対する効果が殆ど変わらず良好である。
【0045】また,Al2 3 を外部添加した場合に
も,TiOy の場合と同様に,窒化チタンアルミ基焼結
材の長寿命化を図ることができる。TiOy (y=1〜
2)及び/又はAl2 3 の外部添加量が0.2%未満
の場合には,上記長寿命化の効果が不明瞭であるという
問題があり,一方,11.1%を超える場合には,窒化
チタンアルミ基焼結材の寿命が逆に短くなるという問題
がある。
【0046】次に,上記の優れた製造方法により得られ
た窒化チタンアルミ基焼結材としては,次の発明があ
る。即ち,請求項8の発明のように,Ti(1-x) Alx
N(x=0.05〜0.70)の粉末の焼結材よりなる
ことを特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材がある。本
焼結材は,上記のごとく,高硬度等の優れた特性のTi
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)を原料とし
て用いるため,耐久性に優れた安価なものとなる。
【0047】また,請求項9の発明のように,Ti
(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)を体積で6
0〜95%と,TiCウィスカーを体積で5〜40%と
を含有してなることを特徴とする窒化チタンアルミ基焼
結材がある。この場合には,さらに耐久性,靱性に優れ
た焼結材を得ることができる。なお,各原料の配合割合
の限定理由については上記と同様である。
【0048】また,請求項10の発明のように,上記x
は0.05〜0.15又は0.50〜0.70であるこ
とが好ましい。この場合には,上記のごとく,窒化チタ
ンアルミ基焼結材の長寿命化を図ることができる。xの
限定理由については上記と同様である。
【0049】また,請求項11の発明のように,上記窒
化チタンアルミ基焼結材は,TiOy (y=1〜2)及
び/又はAl2 Oよりなる添加物を体積で0.2〜1
1.1外部添加してなることが好ましい。この場合に
は,上記のごとく,窒化チタンアルミ基焼結材をさらに
長寿命にすることができる。なお,これらの添加物の添
加量の限定理由については上記と同様である。
【0050】
【発明の実施の形態】
実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる窒化チタンアルミ基焼結材
及びその製造方法つき,図1〜図3を用いて説明する。
本例においては,種々の組成の窒化チタンアルミ基焼結
材を種々の方法により製造し,これを切削工具材として
用いて切削工具を構成してその長寿命性を評価した。表
1〜表3には,作製した窒化チタンアルミ基焼結材にお
けるTi(1-x)Alx Nの製造方法,各原料の配合量,
製造条件,後述する評価結果等を示してある。
【0051】まず,窒化チタンアルミ基焼結材を用いた
切削工具材の製造につき説明する。本例においては,大
きく分けて3種類の方法により行った。第1の方法は,
Ti(1-x) Alx Nの粉末だけを原料に用い,これを焼
結する方法である。
【0052】具体的には,まず,プラズマCVD法によ
り種々のxの値を有するTi(1-x)Alx Nの薄膜を作
製する。本例におけるプラズマCVDは,その原料ガス
として,N2 ,AlCl3 ,TiCl4 を用い,上記x
の値の調整はAlCl3 /TiCl4 のガス分圧比の調
整することにより行った。また,キャリヤーガスとして
は,Arを用いた。
【0053】また,その他の条件としては,圧力を1.
0×10-2〜1.0×10-3torr,温度を約400
〜約800℃とした。そして,AlまたはSiO2 より
なる基板上にTi(1-x) Alx Nを蒸着させて,その薄
膜を作製した。次いで,上記薄膜を基板から剥がした
後,SiC製の粉砕器で粉砕し平均粒径1μmのTi
(1-x) Alx Nの粉末を得た。
【0054】次いで,本例においては,別途準備した台
座用プレート成形体に上記混合原料を重ね併せてホット
プレス焼結した。これにより,台座プレート上に窒化チ
タンアルミ基焼結材が積層されてなる切削工具材を得
た。
【0055】なお,上記ホットプレス焼結は,Ar−N
2 を保護雰囲気ガスとして用いるAr−N2 フローホッ
トプレスであり,その条件としては,圧力0.03GP
a,温度1800℃,焼結時間120分の条件とした。
また,上記の台座用プート成形体は,Co粉末を重量で
10%含有するWC粉末を金型成形したものである。
【0056】また,本例においては,表1〜表3の試料
No.E1,E16,C2〜C4に示すごとく,上記T
(1-x) Alx Nのxを変更した種々の組成の切削工具
材を得た。なお,試料No.C2〜C4は,本発明との
比較のために準備した比較材である。
【0057】次に,第2の方法は,Ti(1-x) Alx
の粉末とTiCウィスカーとの混合体を焼結する方法で
ある。Ti(1-x) Alx Nの粉末の製造方法としては,
プラズマCVDまたはイオンプレーティング(PVD)
により行った。
【0058】プラズマCVDについては,上記第1の方
法の場合と同様である。イオンプレーティングは,Ti
粉末とAl粉末をTi(1-x) Alx Nのxを変えて真空
焼結し,これをイオンプレーティングのターゲットとし
て用いて行った。粉末の作製方法については,プラズマ
CVDの場合と同様にした。
【0059】また,TiCウィスカーとしては,ウィス
カー平均径2μm,平均長さ50μmのものを用いた。
そして,これら,Ti(1-x) Alx N粉末,TiCウィ
スカー,及び必要に応じてTiOy 粉末,Al2 3
末を加えてボールミルで3時間混合後,乾燥して,金型
で成形した。これを上記と同様の台座用プレート成形体
に積層した状態で,ホットプレス焼結した。
【0060】これにより,表1〜表3に示すごとく,試
料No.E2,E17,C5〜C7の各種の組成の切削
工具材を得た。また,試料No.C5〜C7は,比較材
である。
【0061】次に,第3の方法は,Ti(1-x) Alx
の粉末とTiCウィスカーの他に,さらにTiCウィス
カーにTi(1-x) Alx Nを被覆した被覆体を混合させ
て焼結する方法である。Ti(1-x) Alx Nの粉末とし
ては,上記のプラズマCVD或いはイオンプレーティン
グにより行った。
【0062】また,TiCウィスカーとしては,上記第
2の方法の場合と同様のものを用いた。また,上記被覆
体の製造方法としては,上記プラズマCVD又はイオン
プレーティングにおいて,上記基板の代わりに,平均径
1.2μm,平均長さ30μmTiCウィスカーを超音
波振動を加える事ができる受け皿を用いた。そして,T
iCウィスカーの表面にTi(1-x) Alx Nを直接生成
させて上記被覆体を作製した。
【0063】また,被覆体の製造方法としては,上記プ
ラズマCVD又はイオンプレーティングに代えてイオン
スパッタリング(PVD)によっても行った。具体的に
は,圧力1.0×10-2〜1.0×10-3torr,温
度200〜600℃以下の条件により行った。
【0064】次いで,上記被覆体,Ti(1-x) Alx
粉末,TiCウィスカー,及び必要に応じてTiOy
末,Al2 3 粉末を加えて混合後,金型で成形した。
これを,上記と同様の台座用プート成形体に積層した状
態で,ホットプレス焼結して切削工具材を得た。
【0065】これにより,表1〜表3に示すごとく,試
料No.E3〜E15,E18,E19の各試料を得
た。なお,上記各製造方法により得られた窒化チタンア
ルミ基焼結材におけるTi(1-x) Alx Nのxの値は,
EDX(エネルギー分散型X線分析)により定量した。
【0066】次に,図1,図2に示すごとく,上記各製
造方法により得られた各切削工具材(試料No.E1〜
E19,C2〜C7)を超硬合金製の基材10に対して
ろう付け接合し,これをJIS規格CCGW09T30
4の形状の切削工具1に加工した。即ち,図2に示すご
とく,切削工具1は,基材10の先端に,台座用プレー
ト21上に窒化チタンアルミ基焼結材22を積層させて
なる切削工具材2をろう材4により接合してなる。
【0067】次に,得られた各切削工具1を用いて,次
の条件により切削試験を行った。そして,図3に示すご
とく,切削工具1の逃げ面3の磨耗量VB (mm)を測
定し,これを長寿命の指標とした。 <切削条件>; 被削材:外径φ110mmの球状黒鉛鋳鉄丸棒(FCD
450−10,硬さ:Hv169), 切削速度:250m/min, 送り:0.15mm/rev, 切込み:0.3mm, 切削油:ケミクールSR−1, 切削長さ:10km,
【0068】切削試験の結果を表1〜表3に示す。な
お,比較のため,従来用いられてきた市販の立方晶窒化
硼素焼結体工具を準備し(試料No.C1),これにつ
いても同様の試験を行った。また,試料No.C2〜C
4は,Ti(1-x) Alx Nにおけるx値が本発明の範囲
内から外れる比較材,試料No.C5は,TiCウィス
カーの好適な配合割合を調べるための比較材,試料N
o.C6,C7は,TiOy ,Al2 3 の好適な配合
割合を調べるための比較材である。
【0069】表1〜表3より明らかなように,本発明に
よって得られた試料No. E1〜E19は,従来の市販
の立方晶窒化硼素基超高圧焼結体工具に匹敵する抜群の
長寿命を示し,また他の比較例と比べても顕著な長寿命
を示した。これにより,従来渇望されていた球状黒鉛鋳
鉄の高速切削を長寿命で実現できる安価な切削工具を提
供することができ,生産性の飛躍的向上に寄与すること
ができる。
【0070】なお,本例の切削工具材は,鋳鉄の中でも
難加工性の球状黒鉛鋳鉄を高速で長寿命に加工できるの
で,相対的に易加工性の一般鋳鉄(FC材)にも優れた
性能を発揮して使用できる。
【0071】
【表1】
【0072】
【表2】
【0073】
【表3】
【0074】
【発明の効果】上述したごとく,本発明によれば,例え
ば球状黒鉛鋳鉄の高速切削が可能で且つ長寿命な切削工
具材に用いることができる,耐久性に優れた安価な窒化
チタンアルミ基焼結材及びその製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における,切削工具の斜視図。
【図2】実施形態例1における,図1のS断面の説明
図。
【図3】実施形態例1における,逃げ面の磨耗を示す切
削工具の平面図。
【符合の説明】
1...切削工具, 10...基材, 2...切削工具材, 21...台座プレート, 22...窒化チタンアルミ基焼結材, 4...ろう材,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 義則 愛知県春日井市高森台1−17−19 (72)発明者 吉田 晴男 茨城県つくば市松代4−25−402−202 (72)発明者 塩谷 泰宏 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 石川 明成 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 櫻井 隆志 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
    0.70)の粉末を焼結することを特徴とする窒化チタ
    ンアルミ基焼結材の製造方法。
  2. 【請求項2】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
    0.70)を体積で60〜95%と,TiCウィスカー
    を体積で5〜40%とを含有する原料体を焼結してなる
    ことを特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
    0.70)をTiCウィスカーの表面に被覆した被覆体
    を作製し,次いで該被覆体を焼結することを特徴とする
    窒化チタンアルミ基焼結材の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において,上記被覆体は,上記
    Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜0.70)が体積
    で60〜95%,上記TiCウィスカーが体積で5〜4
    0%であることを特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 体積で5〜40%のTiCウィスカー
    と,体積で60〜95%のTi(1-x) Alx N(x=
    0.05〜0.70)の粉末とを準備し,該Ti(1-x)
    Alx N(x=0.05〜0.70)のうち0.25〜
    12%を上記TiCウィスカーに被覆して体積で5.2
    5〜52%の被覆体を作製し,次いで,該被覆体と,体
    積で48〜94.75%の残りのTi(1-x) Alx
    (x=0.05〜0.70)の粉末とを混合して混合原
    料を作製し,次いで該混合原料を焼結することを特徴と
    する窒化チタンアルミ基焼結材の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項において,
    上記xは0.05〜0.15又は0.50〜0.70で
    あることを特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項において,
    上記窒化チタンアルミ基焼結材は,TiOy (y=1〜
    2)及び/又はAl2 3 よりなる添加物を体積で0.
    2〜11.1%外部添加してなることを特徴とする窒化
    チタンアルミ基焼結材の製造方法。
  8. 【請求項8】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
    0.70)の粉末の焼結材よりなることを特徴とする窒
    化チタンアルミ基焼結材。
  9. 【請求項9】 Ti(1-x) Alx N(x=0.05〜
    0.70)を体積で60〜95%と,TiCウィスカー
    を体積で5〜40%とを含有してなることを特徴とする
    窒化チタンアルミ基焼結材。
  10. 【請求項10】 請求項8又は9において,上記xは
    0.05〜0.15又は0.50〜0.70であること
    を特徴とする窒化チタンアルミ基焼結材。
  11. 【請求項11】 請求項8〜10のいずれか1項におい
    て,上記窒化チタンアルミ基焼結材は,TiOy (y=
    1〜2)及び/又はAl2 3 よりなる添加物を体積で
    0.2〜11.1%外部添加してなることを特徴とする
    窒化チタンアルミ基焼結材。
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