JPH10280147A - 被覆硬質部材 - Google Patents

被覆硬質部材

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JPH10280147A
JPH10280147A JP10669997A JP10669997A JPH10280147A JP H10280147 A JPH10280147 A JP H10280147A JP 10669997 A JP10669997 A JP 10669997A JP 10669997 A JP10669997 A JP 10669997A JP H10280147 A JPH10280147 A JP H10280147A
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JP
Japan
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coating
thickness
wear
film
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP10669997A
Other languages
English (en)
Inventor
Megumi Eto
恵 江藤
Hiroshi Ueda
広志 植田
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Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Tool Engineering Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被覆硬質部材に於いて、アルミナ層自体の耐
摩耗性、特に耐クレーター摩耗性、耐アブレシブ摩耗性
を改善し、超寿命な切削工具を提供することを目的とす
る。 【構成】 基体表面にTiとAlからなる2元系の炭化
物、窒化物、酸化物及びそれらの固溶体又は混合体を被
覆してなる化学蒸着膜を少なくとも1層もうけるととも
に、全膜厚の50%以上が前記2元系の膜であることを
特徴とする被覆硬質部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、アルミナを被覆した
超硬合金、特に切削工具として用いたとき、耐クレータ
ー摩耗を改善した被覆硬質部材に関する。
【0002】
【従来の技術】被覆超硬合金工具、特にアルミナを被覆
したものは旋削用に幅広く使用されている。特に、アル
ミナ層には結晶構造よりα、κ、θ型等多数のものが存
在するが、α型・κ型が実用化されており、特開平6−
316758号にはαアルミナを被覆し、その膜厚と粒
度に関して書かれている。同号によれば、αアルミナの
緻密な微細グレン化層を少なくとも1層設けることによ
り、鋼・ステンレス鋼、鋳鉄、ダクタイル鋳鉄に対して
向上した切削性能を発揮する。また、PVD法において
は、(TiAl)N膜が実用化され、TiN等の皮膜に
対して著しく耐摩耗性を向上させた切削工具が実用化さ
れている。
【0003】更に、J Vac Sci Tech A(4)6 1986、A.S.Ga
tes著「Composite,structure,andwear resistance of T
iAlOC coatings deposited by Chemical Vapor Deposit
ion」によれば、TiwAlxOvCzの膜をCVD法によ
りTiC膜上に成膜し、膜中のAl含有量を3〜58%
にし、切削工具として用いた例が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミナ層自
体の耐摩耗性、特に耐クレーター摩耗性、耐アブレシブ
摩耗性を改善するため、まず、摩耗メカニズムを考えた
場合、アルミナ層は酸化物であるため切削時の高い温度
域に於いても硬さ低下が少なく、ある程度までは持ちこ
たえるが、アルミナ層がブレークされた後では、その下
のTiCやTiCN等が摩耗するがアルミナに比較し耐
酸化性は劣るため急速に摩耗が進行する。TiCやTi
CN等の膜質の耐酸化性を向上させることは不可能であ
った。Ti化合物はその硬さの高い特徴を生かして膜に
利用されているが、切削温度前後の高温域ではアルミナ
膜よりも硬さが低く、また酸化性雰囲気にさらされるた
め、より摩耗の進行が早いという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
解決するため、アルミナ層同様の耐酸化性に優れる特徴
をTi系皮膜に備えさせ、切削時にも酸化の進行を抑え
て耐摩耗性を向上させることにより解決したものであ
り、基体表面にTiとAlからなる金属元素が2元系の
炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの固溶体又は混合体
を被覆してなる化学蒸着皮膜を少なくとも1層もうける
とともに、全膜厚の50%以上が前記2元系の膜である
ことを特徴とする被覆硬質部材であり、前記全膜厚の2
5%未満は周期律表4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物のうち1種または2種から選ばれる層を1
層以上、又は、Alの酸化物からなる1層以上の皮膜で
あることを特徴とする被覆硬質部材である。
【0006】
【作用】まず、被覆硬質部材の膜としては、TiとAl
を様々に組み合わせた皮膜を用いる。すなわち、ハロゲ
ン化チタン、ハロゲン化アルミ、メタン系ガス、窒素ガ
ス、2酸化炭素系ガス、アセトニトリル系等のガス反応
させTiAlCNO等の炭化物、窒化物、酸化物及びそ
れらの固溶体又は混合体を被覆する。Ti系皮膜の特徴
を出す場合には、蒸着ガス系のハロゲン化チタンの量を
減少させ、ハロゲン化アルミを少量流して蒸着し、Ti
化合物中にAlとの複化合物を形成させて、この複化合
物の皮膜を設ける。Al系皮膜の特徴を出す場合には、
蒸着ガス系のハロゲン化チタンの量を少量とし、ハロゲ
ン化アルミを流して蒸着し、Al化合物中にTiとの複
化合物を形成させて、この複化合物の皮膜を設ける。
【0007】Ti化合物中にAlを少量含有させると、
Ti化合物の特徴である粒子形状、例えば柱状、粒状等
の特長を生かしたまま、それらの粒界にアルミがより多
く分散するようになり、Ti化合物膜質の耐摩耗性等の
特徴を生かしたまま、耐酸化性を向上させることがで
き、更に切刃として切削熱の影響による酸化反応に対し
て、アルミナの特徴である優れた耐酸化性により酸化を
防止することができる。2元系の膜厚を全膜厚の50%
以上としたのは、摩耗が進行していく状況下で最大限厚
くもうけたほうが各膜での耐酸化性を向上することがで
き、アルミナ層の膜厚を含めれば75%以上が好まし
い。超硬合金等を基体とする場合には、アルミナを含有
する皮膜は、基体−皮膜間の密着性を劣化させるため、
密着性を確保するために基体と接触する膜質として周期
律表4a、5a、6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物の
うち1種または2種から選ばれる層を1層以上もうけ、
蒸着時に基体を保護する。また、皮膜の最表面は装飾の
ため、特に金色、紫色等の色調を用いる場合には、2元
系とすると色調が異なってしまうため、特にTiNやT
iCN等の周期律表4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物のうち1種または2種から選ばれる層を1
層以上薄くもうけるとよい。上記皮膜は、最低限の厚み
でよいが、基体側で0.5〜2ミクロン、表面側でも同
様な膜厚とすることが好ましい。また、アルミナ層は前
記全膜厚の25%未満ととしたが、耐酸化性を含めTi
化合物を含まずにAlの酸化物からのみなる層とするこ
とにより、バリアーとしての特徴をより発揮させること
ができ、また複数の箇所にもうけてもよい。以下、実施
例に基づき具体的に説明する。
【0008】
【実施例】市販のWC粉末(平均粒度4μm)、TiC
N粉末(平均粒度1μm)、TaC粉末(同1.2μ
m)、Co粉末(同1μm)を用意し、これらを切削用
超硬合金M20相当の組成に配合し、ボールミル中で湿
式粉砕、混合を行ない、乾燥処理後プレス成形した。次
に、真空中1400℃で焼結し、所定サイズに加工した
後、アルミナ磁器反応管中でH2、N2、TiCl4混合
気流中で第1層のTiN層を被覆する。次いで、ガス系
をTiCl4 を減じ、AlCl3 ガスをTiCl4 減じ
た分流し、反応性ガスとしてCH3CN ガスに代えてT
iAlCN層を第2層として形成した。さらにガス系の
TiCl4、CH3CNを止め、CO2、AlCl3混合気
流中にてアルミナを第3層として形成させた。そのチッ
プを取り出し、断面を分析した結果、第1層1μm、第
2層10μm、第3層2μmの膜厚が得られ、第2層中
の成分はAlが10%分散し、残TiのCN膜となり、
結晶は柱状を呈していた。尚、比較のため、第2層でA
lを加えない以外は同一の成膜条件で、同様な層構造を
有するチップも製作した。
【0009】次に、そのチップを用いて、耐酸化性を評
価する目的で切削試験を行った。切削諸元はより酸化性
の高い状態で行うため、切削速度300m/min、切
り込み量1〜2mm、送り量0.7mm/revで部品
加工(構造用鋼)で行い、一定個数加工後に、逃げ面摩
耗量を測定しその状態を確認した。その結果を図1に示
す。
【0010】図1より、本発明例と比較例では、アルミ
ナ膜がブレークした後の摩耗カーブが異なり、本発明例
に対し比較例では傾きが大きなカーブとなり、TiAl
CN膜の耐酸化性・耐摩耗性がTiCN膜の耐酸化性・
耐摩耗性より優れていることがわかる。
【0011】次いで、実施例1と同様のガス系を使用し
て、TiCl4、AlCl3の比率を変化させて、Tiと
Alの比率が異なるチップを制作した。これらのチップ
も実施例1同様に膜中のAl量を分析した結果、Ti/
Al比の異なったものとなっていた。その製造条件及び
分析結果を表1に示す。
【0012】
【表1】
【0013】また、層構造は第1層TiN 2μm、第
2層TiAlCN 2μm、第3層TiAlC 2μ
m、第4層TiAlCN 2μm、第5層 Al23
2μm、第6層 TiN 0.5μmの膜厚とし、その
Ti/Al比と層構造を表2に示す。
【0014】
【表2】
【0015】次に、それらのチップを用いて実施例1同
様な切削諸元で行った結果を図2に示す。図2より、本
発明例ではAl比率が高くなるに従い、アルミナ膜がブ
レークした後の摩耗カーブが異なり、その傾きが小さな
カーブとなり、TiAlCN膜の耐酸化性・耐摩耗性が
TiCN膜の耐酸化性・耐摩耗性より優れていることが
わかる。
【0016】
【発明の効果】本発明を適用することにより、従来アル
ミナ層のみであった耐酸化性に優れた膜をTi中にAl
を分散させることにより耐酸化性、耐摩耗性に優れた膜
をより厚くし切削工具として用いた場合には、耐摩耗性
に優れた膜とすることができ、またTiとAlを複化合
物とすることにより両者の特性をより生かすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、加工個数−逃げ面摩耗量の関係を示
す。
【図2】図2は、加工個数−逃げ面摩耗量の関係を示
す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年5月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 被覆硬質部材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体表面にTiとAlからなる金属元素
    が2元系の炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの固溶体
    又は混合体を被覆してなる化学蒸着膜を少なくとも1層
    もうけるとともに、全膜厚の50%以上が該化学蒸着膜
    であることを特徴とする被覆硬質部材。
  2. 【請求項2】 前記全膜厚の25%未満は周期律表4
    a、5a、6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち1
    種または2種から選ばれる層を1層以上被覆したことを
    特徴とする請求項1記載の被覆硬質部材。
  3. 【請求項3】 前記全膜厚の25%未満はAlの酸化物
    からなることを特徴とする請求項1乃至2記載の被覆硬
    質部材。
JP10669997A 1997-04-09 1997-04-09 被覆硬質部材 Pending JPH10280147A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004506525A (ja) * 2000-08-11 2004-03-04 ケンナメタル インコーポレイテッド クロム含有セメンテッドタングステンカーバイド体
CN100460114C (zh) * 2000-12-28 2009-02-11 株式会社神户制钢所 切削工具用硬质被膜、硬质被膜覆盖的切削工具、硬质被膜的制造方法及硬质被膜形成用靶

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004506525A (ja) * 2000-08-11 2004-03-04 ケンナメタル インコーポレイテッド クロム含有セメンテッドタングステンカーバイド体
CN100460114C (zh) * 2000-12-28 2009-02-11 株式会社神户制钢所 切削工具用硬质被膜、硬质被膜覆盖的切削工具、硬质被膜的制造方法及硬质被膜形成用靶
CN101509120A (zh) * 2000-12-28 2009-08-19 株式会社神户制钢所 切削工具用硬质被膜、硬质被膜覆盖的切削工具、硬质被膜的制造方法及硬质被膜形成用靶

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