JPH11222665A - 強靱性複合多層被覆工具 - Google Patents
強靱性複合多層被覆工具Info
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- JPH11222665A JPH11222665A JP10032334A JP3233498A JPH11222665A JP H11222665 A JPH11222665 A JP H11222665A JP 10032334 A JP10032334 A JP 10032334A JP 3233498 A JP3233498 A JP 3233498A JP H11222665 A JPH11222665 A JP H11222665A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速度工具鋼および超硬合金を基材とする工
具の表面にＴｉＡｌ系高硬度硬質複合被膜の最適な多層
膜を形成し、靱性、耐摩耗性を向上する。 【解決手段】 被覆膜の多層構成を１０層〜３０層、被
覆膜の全体の膜厚２．０〜１０μｍ、最下層を被覆膜構
成が炭素原子比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜厚が
０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＮ又はＴｉＣＮ（０≦ｔ
≦０．２）層、第２層をＡｌ原子比率＝Ａｌ／（Ｔｉ＋
Ａｌ）＝ｕとして、膜厚０．１〜０．５μｍの第１層と
異なる結晶配向のＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５
５、０≦ｔ≦０．７）層、第３層を膜厚が０．１〜０．
５μｍの第１層と同層とし、これを交互に８層以上積層
し最上層を、膜厚０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＡｌＣ
Ｎ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）又は、
０．２〜２μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜０．
７）とする。
具の表面にＴｉＡｌ系高硬度硬質複合被膜の最適な多層
膜を形成し、靱性、耐摩耗性を向上する。 【解決手段】 被覆膜の多層構成を１０層〜３０層、被
覆膜の全体の膜厚２．０〜１０μｍ、最下層を被覆膜構
成が炭素原子比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜厚が
０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＮ又はＴｉＣＮ（０≦ｔ
≦０．２）層、第２層をＡｌ原子比率＝Ａｌ／（Ｔｉ＋
Ａｌ）＝ｕとして、膜厚０．１〜０．５μｍの第１層と
異なる結晶配向のＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５
５、０≦ｔ≦０．７）層、第３層を膜厚が０．１〜０．
５μｍの第１層と同層とし、これを交互に８層以上積層
し最上層を、膜厚０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＡｌＣ
Ｎ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）又は、
０．２〜２μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜０．
７）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具の寿命向
上を目的として高速度工具鋼および超硬合金を母材とす
る工具本体に強靭性複合多層被覆を施した被覆工具に関
するものである。
上を目的として高速度工具鋼および超硬合金を母材とす
る工具本体に強靭性複合多層被覆を施した被覆工具に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の物理蒸着法による被覆工具は、物
理蒸着法ではイオンプレーティングやスパッタリングが
多く用いられ、高速度工具鋼や超硬合金を基材にした工
具に広く適用されている。この中でＴｉＮは比較的靭性
に富む被覆膜でありもっとも汎用性のある被膜であり、
Ｔｉ系ではこの他に耐摩耗性に富むＴｉＣ、ＴｉＣＮや
耐熱特性に優れるＴｉＡｌＮ膜が広く知られている。
理蒸着法ではイオンプレーティングやスパッタリングが
多く用いられ、高速度工具鋼や超硬合金を基材にした工
具に広く適用されている。この中でＴｉＮは比較的靭性
に富む被覆膜でありもっとも汎用性のある被膜であり、
Ｔｉ系ではこの他に耐摩耗性に富むＴｉＣ、ＴｉＣＮや
耐熱特性に優れるＴｉＡｌＮ膜が広く知られている。
【０００３】ＴｉＡｌ系の窒化物、炭化物、炭窒化物は
非常に硬度が高く、特に図４に示すようにＴｉＡｌ系は
高温時の耐摩耗性に優れているが、それらを被覆した工
具、特にフライスエ具などは刃先に欠損を生じるため単
層では使用されない場合があった。これは硬度が上昇す
ることにより耐摩耗性が向上する反面、靭性が低く衝撃
に弱いため切削工具として適用するには高硬度としての
特性が欠点となるからである。
非常に硬度が高く、特に図４に示すようにＴｉＡｌ系は
高温時の耐摩耗性に優れているが、それらを被覆した工
具、特にフライスエ具などは刃先に欠損を生じるため単
層では使用されない場合があった。これは硬度が上昇す
ることにより耐摩耗性が向上する反面、靭性が低く衝撃
に弱いため切削工具として適用するには高硬度としての
特性が欠点となるからである。
【０００４】そこで、この欠点を補うべく例えば特許第
２６３８４０６号公報では、ＴｉＣx Ｎ1-x （但し０≦
ｘ≦０．６）で示される化学組成からなる被覆層と、
（Ａｌy Ｔｉ1-y ）（Ｎz Ｃ1-z ）（但し０．５６≦ｙ
≦０．７５、０．６≦ｚ≦１）で示される化学組成から
なる被覆層を交互に被覆して４層以上に形成するととも
に、各単位層の厚さが０．００３〜０．０３μｍとし、
かつ２０層から６００層を好ましい層数としている。
２６３８４０６号公報では、ＴｉＣx Ｎ1-x （但し０≦
ｘ≦０．６）で示される化学組成からなる被覆層と、
（Ａｌy Ｔｉ1-y ）（Ｎz Ｃ1-z ）（但し０．５６≦ｙ
≦０．７５、０．６≦ｚ≦１）で示される化学組成から
なる被覆層を交互に被覆して４層以上に形成するととも
に、各単位層の厚さが０．００３〜０．０３μｍとし、
かつ２０層から６００層を好ましい層数としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、３０層以上で
は各層の特性が十分に引き出されることが無く、かつ被
膜強度が十分に確保できず層間剥離を生ずる場合がある
という問題があった。また被膜の結晶配向性が各層で同
じ配向をしている時、例えばＴｉＮが（１１１）面配向
でＴｉＡｌＮが同じ（１１１）面に配向している場合
は、積層にする効果は少ないという問題があった。ま
た、特許第２６３８４０６号公報では、ＡｌyＴｉ1-y
を０．５６≦ｙ≦０．７５と限定しているがｙ＝０．５
でも高温度における硬度特性を損ねることはなく成分を
限定する根拠は見あたらない。
は各層の特性が十分に引き出されることが無く、かつ被
膜強度が十分に確保できず層間剥離を生ずる場合がある
という問題があった。また被膜の結晶配向性が各層で同
じ配向をしている時、例えばＴｉＮが（１１１）面配向
でＴｉＡｌＮが同じ（１１１）面に配向している場合
は、積層にする効果は少ないという問題があった。ま
た、特許第２６３８４０６号公報では、ＡｌyＴｉ1-y
を０．５６≦ｙ≦０．７５と限定しているがｙ＝０．５
でも高温度における硬度特性を損ねることはなく成分を
限定する根拠は見あたらない。
【０００６】一方、特開平９−２０９１２３号公報で
は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜で基材との付着強度を確保した
後に、ＴｉＡｌ系でＴｉ／Ａｌの比率を変化させること
により被膜強度の改善を図っている。しかし、実質的に
成膜中に比率を変化させることは製法上困難であり、そ
の構成内容が非常に限定されるし、同質被膜の積層で
は、その効果は少ないという問題があった。
は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜で基材との付着強度を確保した
後に、ＴｉＡｌ系でＴｉ／Ａｌの比率を変化させること
により被膜強度の改善を図っている。しかし、実質的に
成膜中に比率を変化させることは製法上困難であり、そ
の構成内容が非常に限定されるし、同質被膜の積層で
は、その効果は少ないという問題があった。
【０００７】本発明の課題は、高速度工具鋼および超硬
合金を基材とする工具の表面にＴｉＡｌ系高硬度硬質複
合被膜の最適な多層膜を形成することにより母村との密
着性を高め、膜応力を緩和して工具切削中の欠損を引き
起こさないような強い靭性を有し、かつ耐摩耗性に優れ
た被膜を提供することにある。
合金を基材とする工具の表面にＴｉＡｌ系高硬度硬質複
合被膜の最適な多層膜を形成することにより母村との密
着性を高め、膜応力を緩和して工具切削中の欠損を引き
起こさないような強い靭性を有し、かつ耐摩耗性に優れ
た被膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明においては、高速
度工具鋼および超硬合金を基材とする工具において、 （ａ）被覆膜の成分がＴｉ，Ａｌ，Ｃ，Ｎよりなる複合
膜である。 （ｂ）膜の多層構成が１０層以上の構造からなり、被覆
膜の全体の膜厚が２．０〜１０μｍであり、その被覆膜
の構成が原子比炭素比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜
厚が０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＮまたはＴｉＣＮ
（０≦ｔ≦０．２）の均一組織を前記基材に接する最下
層として第１層に成膜し、さらにＡｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）
＝ｕとして、膜厚が０．１〜０．５μｍの、結晶配向の
異なるＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ
≦０．７）を第２層として積層し、ふたたび第３層とし
て、膜厚が０．１〜０．５μｍの前記第１層の成分と同
様の膜を積層する。この操作を交互に繰り返すことによ
り第１層の成分と第２層の成分からなる８層以上の多層
膜を被覆する。 （Ｃ）前記（ｂ）に記載の多層構成の最上層は膜厚が
０．２〜１．０μｍのＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦
０．５５、０≦ｔ≦０．７）を、あるいは用途に応じて
は０．２〜２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜
０．７）を積層して、全体の層数を１０層〜３０層とし
た強靭性複合多層被覆工具を提供することにより、上記
課題を解決した。
度工具鋼および超硬合金を基材とする工具において、 （ａ）被覆膜の成分がＴｉ，Ａｌ，Ｃ，Ｎよりなる複合
膜である。 （ｂ）膜の多層構成が１０層以上の構造からなり、被覆
膜の全体の膜厚が２．０〜１０μｍであり、その被覆膜
の構成が原子比炭素比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜
厚が０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＮまたはＴｉＣＮ
（０≦ｔ≦０．２）の均一組織を前記基材に接する最下
層として第１層に成膜し、さらにＡｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）
＝ｕとして、膜厚が０．１〜０．５μｍの、結晶配向の
異なるＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ
≦０．７）を第２層として積層し、ふたたび第３層とし
て、膜厚が０．１〜０．５μｍの前記第１層の成分と同
様の膜を積層する。この操作を交互に繰り返すことによ
り第１層の成分と第２層の成分からなる８層以上の多層
膜を被覆する。 （Ｃ）前記（ｂ）に記載の多層構成の最上層は膜厚が
０．２〜１．０μｍのＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦
０．５５、０≦ｔ≦０．７）を、あるいは用途に応じて
は０．２〜２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜
０．７）を積層して、全体の層数を１０層〜３０層とし
た強靭性複合多層被覆工具を提供することにより、上記
課題を解決した。
【０００９】前記強靭性複合多層被覆工具もしくはそれ
と同時処理した同材種のテストピースが工具部材の機能
要部と同等の被覆が施されている部分の特性が、前記被
覆膜に高速度工具鋼基材工具では通常のＣスケールロッ
クウェル硬度計を、超硬合金基材工具ではＡスケールロ
ックウェル硬度計を押圧した場合に生じる圧痕を１００
倍の倍率で観察した時に、圧痕の外側周囲ｌｍｍ以上の
範囲で膜の剥離が認められないことにより密着性の確認
を行うようにするとよい（請求項２）。
と同時処理した同材種のテストピースが工具部材の機能
要部と同等の被覆が施されている部分の特性が、前記被
覆膜に高速度工具鋼基材工具では通常のＣスケールロッ
クウェル硬度計を、超硬合金基材工具ではＡスケールロ
ックウェル硬度計を押圧した場合に生じる圧痕を１００
倍の倍率で観察した時に、圧痕の外側周囲ｌｍｍ以上の
範囲で膜の剥離が認められないことにより密着性の確認
を行うようにするとよい（請求項２）。
【００１０】（作用）ＴｉＮまたはＴｉＣＮの炭素原子
比率ｔを第１層で０≦ｔ≦０．２としたのは母材との密
着性を高め、膜応力の上昇を極力押えるためには高速度
工具鋼に対して密着力の高いＴｉＮ（ｔ＝０）または炭
素濃度の低いＴｉＣＮ（０＜ｔ≦０．２）が望ましいか
らである。
比率ｔを第１層で０≦ｔ≦０．２としたのは母材との密
着性を高め、膜応力の上昇を極力押えるためには高速度
工具鋼に対して密着力の高いＴｉＮ（ｔ＝０）または炭
素濃度の低いＴｉＣＮ（０＜ｔ≦０．２）が望ましいか
らである。
【００１１】第２層でＡｌ炭素原子比率＝Ｃ／（Ｃ＋
Ｎ）＝ｔ、Ａｌ原子比率Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝ｕとし
てＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦
０．７）としたのは、ＴｉＡｌＣＮ被覆膜は耐熱性に優
れてはいるが、ｕ＜０．２５ではＡｌ成分が不足するこ
とにより耐熱性を確保するのが十分ではなく、ｕ＞０．
５５では耐熱性はあるが十分な被膜の硬さが得られな
い。また、ｔ＜０．７としたのはｔが０．７を越えると
反応ガスに含まれる水素が膜中に取り込まれるため被膜
表面の性状が荒れることがわかっており、工具性能に大
きく影響するために上記範囲に限定した。
Ｎ）＝ｔ、Ａｌ原子比率Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝ｕとし
てＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦
０．７）としたのは、ＴｉＡｌＣＮ被覆膜は耐熱性に優
れてはいるが、ｕ＜０．２５ではＡｌ成分が不足するこ
とにより耐熱性を確保するのが十分ではなく、ｕ＞０．
５５では耐熱性はあるが十分な被膜の硬さが得られな
い。また、ｔ＜０．７としたのはｔが０．７を越えると
反応ガスに含まれる水素が膜中に取り込まれるため被膜
表面の性状が荒れることがわかっており、工具性能に大
きく影響するために上記範囲に限定した。
【００１２】膜内部で発生する亀裂の進展は膜の結晶が
同方性の時には隣接層で抑制されにくく、異方性では抑
制されやすい。そこで、少なくとも第１層と第２層に積
層する膜は意図的に結晶配向性の異なる状態で積層す
る。例えばＴｉＮ膜が（１１１）面配向の時は、ＴｉＡ
ｌＮは同方性の（１１１）面よりも（２００）面を選択
するようにすればよい。これを第３層以上にも交互に行
うのがより望ましい。この場合の結晶配向は成膜条件、
例えば蒸着圧力や蒸着速度および基板電圧等の制御因子
を変化させることで容易に得ることができる。
同方性の時には隣接層で抑制されにくく、異方性では抑
制されやすい。そこで、少なくとも第１層と第２層に積
層する膜は意図的に結晶配向性の異なる状態で積層す
る。例えばＴｉＮ膜が（１１１）面配向の時は、ＴｉＡ
ｌＮは同方性の（１１１）面よりも（２００）面を選択
するようにすればよい。これを第３層以上にも交互に行
うのがより望ましい。この場合の結晶配向は成膜条件、
例えば蒸着圧力や蒸着速度および基板電圧等の制御因子
を変化させることで容易に得ることができる。
【００１３】また積層を１０層以上にしたのは、１０層
以下では耐欠損性に対する多層効果が顕著でなくなるか
らであり、３０層以上では１層あたりの膜自身のもつ強
度が不足するためである。
以下では耐欠損性に対する多層効果が顕著でなくなるか
らであり、３０層以上では１層あたりの膜自身のもつ強
度が不足するためである。
【００１４】そして最上層を第２層のＴｉＡｌＣＮ
（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）としたの
は、工具最表面を耐熱性のあるＴｉＡｌＣＮ膜にするこ
とで切削中に発生する切削熱の熱伝播を少なくさせるこ
とができるからである。また、溶着防止のために切り粉
離れを良くする効果が必要なときには、特開平５−９２
３０４号公報に開示されているような最表層膜０．２〜
２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜０．７）を
積層してもよい。
（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）としたの
は、工具最表面を耐熱性のあるＴｉＡｌＣＮ膜にするこ
とで切削中に発生する切削熱の熱伝播を少なくさせるこ
とができるからである。また、溶着防止のために切り粉
離れを良くする効果が必要なときには、特開平５−９２
３０４号公報に開示されているような最表層膜０．２〜
２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜０．７）を
積層してもよい。
【００１５】全体の膜厚を２．０〜１０．０μｍとした
のは、膜厚が２．０μｍ未満では優れた耐摩耗性を確保
することができず、一方で膜厚が１０μｍを越えると膜
割れにより刃先が欠損しやすくなるからである。
のは、膜厚が２．０μｍ未満では優れた耐摩耗性を確保
することができず、一方で膜厚が１０μｍを越えると膜
割れにより刃先が欠損しやすくなるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図を
参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の例を示
す強靭性複合多層被膜の構成を示す説明図である。図１
に示すように、高速度工具鋼の基材上の第１層即ち最下
層、第３層、第５層等の奇数層に被覆膜の構成が原子比
炭素比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜厚が０．２μｍ
〜１．０μｍのＴｉＣＮ（０≦ｔ≦０．２）の均一組織
膜が形成され、一方、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝ｕとし
て、膜厚が０．１〜０．５μｍの、隣接するＴｉＣＮ膜
とは結晶配向の異なるＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦
０．５５、０≦ｔ≦０．７）が第２層、第４層、第６層
等の偶数層に積層されている。層は８層以上３０層以下
にされ、最上層は膜厚が０．２〜１．０μｍのＴｉＡｌ
ＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）、ま
たは０．２〜２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ
＜０．７）被膜が形成される。
参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の例を示
す強靭性複合多層被膜の構成を示す説明図である。図１
に示すように、高速度工具鋼の基材上の第１層即ち最下
層、第３層、第５層等の奇数層に被覆膜の構成が原子比
炭素比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜厚が０．２μｍ
〜１．０μｍのＴｉＣＮ（０≦ｔ≦０．２）の均一組織
膜が形成され、一方、Ａｌ／（Ｔｉ＋Ａｌ）＝ｕとし
て、膜厚が０．１〜０．５μｍの、隣接するＴｉＣＮ膜
とは結晶配向の異なるＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦
０．５５、０≦ｔ≦０．７）が第２層、第４層、第６層
等の偶数層に積層されている。層は８層以上３０層以下
にされ、最上層は膜厚が０．２〜１．０μｍのＴｉＡｌ
ＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）、ま
たは０．２〜２．０μｍのＴｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ
＜０．７）被膜が形成される。
【００１７】本発明の成膜にあたっては、アークイオン
プレーティング装置を１×１０-2Ｐａまで排気し、処理
物を輻射加熱により４００〜５００℃まで加熱する。そ
の後アルゴンイオンボンバードにより処理物表面のクリ
ーニングを行ってからコーティング処理をする。コーテ
ィングはＴｉおよびＴｉＡｌの蒸発源に対し窒素および
アセチレンを導入して、それらの反応ガスの混合により
所定の成膜条件により（１１１）面配向のＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ膜および（２００）面配向のＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌ
ＣＮ膜を成膜する。多層膜の形成は、ＴｉおよびＴｉＡ
ｌ蒸発源の切り替えおよび２種類の反応ガスの開閉の切
り替えの組み合せで行う。
プレーティング装置を１×１０-2Ｐａまで排気し、処理
物を輻射加熱により４００〜５００℃まで加熱する。そ
の後アルゴンイオンボンバードにより処理物表面のクリ
ーニングを行ってからコーティング処理をする。コーテ
ィングはＴｉおよびＴｉＡｌの蒸発源に対し窒素および
アセチレンを導入して、それらの反応ガスの混合により
所定の成膜条件により（１１１）面配向のＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ膜および（２００）面配向のＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌ
ＣＮ膜を成膜する。多層膜の形成は、ＴｉおよびＴｉＡ
ｌ蒸発源の切り替えおよび２種類の反応ガスの開閉の切
り替えの組み合せで行う。
【００１８】このように、本発明においては、母材の表
面にＴｉＮまたは炭素成分の低いＴｉＣＮ層を配置する
ことによって密着性を高め、かつ耐熱性に優れるＴｉＡ
ｌＮ層との交互の積層により膜の特性を生かしつつ断続
的にＴｉＡｌＮ膜を分配することで膜応力の増加を極力
押え、靭性を損なうことなくＴｉＡｌＮ膜を工具に被覆
するようにしたものである。
面にＴｉＮまたは炭素成分の低いＴｉＣＮ層を配置する
ことによって密着性を高め、かつ耐熱性に優れるＴｉＡ
ｌＮ層との交互の積層により膜の特性を生かしつつ断続
的にＴｉＡｌＮ膜を分配することで膜応力の増加を極力
押え、靭性を損なうことなくＴｉＡｌＮ膜を工具に被覆
するようにしたものである。
【００１９】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【００２０】（実施例１）前述した成膜方法によって成
膜した図１に示した多層被膜であって、それぞれ第１層
の膜厚が０．４μｍ、第２層から第１３層までの膜厚が
それぞれ０．２μｍ、第１４層（最上層）の膜厚が０．
５μｍの本発明の強靭性複合多層膜と、比較例としてＴ
ｉＡｌＮ膜単層膜厚３μｍと、ＴｉＣＮ（第１層、膜厚
１μｍ）及びＴｉＡｌＮ（第２層、膜厚２μｍ）で表面
被覆した膜の剥離判定を行った。剥離判定方法は日本工
業出版が１９９３年１０月に発行した『新素材』Ｖｏ
ｌ．４ＮＯ．１０ 第３７頁〜４１頁にも記載された請
求項２に示した方法であり、被覆膜に高速度工具鋼基材
工具では通常のＣスケールロックウェル硬度計を、超硬
合金基材工具ではＡスケールロックウェル硬度計を押圧
した場合に生じる圧痕を１００倍の倍率で観察すること
によって剥離を判定する方法である。なお、この方法は
経験的であるが工具に被覆する膜については、圧痕の外
側周囲ｌｍｍの範囲での膜の剥離状況がひとつの目安と
なる。
膜した図１に示した多層被膜であって、それぞれ第１層
の膜厚が０．４μｍ、第２層から第１３層までの膜厚が
それぞれ０．２μｍ、第１４層（最上層）の膜厚が０．
５μｍの本発明の強靭性複合多層膜と、比較例としてＴ
ｉＡｌＮ膜単層膜厚３μｍと、ＴｉＣＮ（第１層、膜厚
１μｍ）及びＴｉＡｌＮ（第２層、膜厚２μｍ）で表面
被覆した膜の剥離判定を行った。剥離判定方法は日本工
業出版が１９９３年１０月に発行した『新素材』Ｖｏ
ｌ．４ＮＯ．１０ 第３７頁〜４１頁にも記載された請
求項２に示した方法であり、被覆膜に高速度工具鋼基材
工具では通常のＣスケールロックウェル硬度計を、超硬
合金基材工具ではＡスケールロックウェル硬度計を押圧
した場合に生じる圧痕を１００倍の倍率で観察すること
によって剥離を判定する方法である。なお、この方法は
経験的であるが工具に被覆する膜については、圧痕の外
側周囲ｌｍｍの範囲での膜の剥離状況がひとつの目安と
なる。
【００２１】剥離判定結果を図２に示す。図２に示すよ
うに、ＴｉＡｌＮ単層膜あるいは（ＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌ
Ｎ）積層膜の場合はロックウェル圧子の進入により膜破
壊が生じているが、本発明品においては剥離は生じてお
らず微小亀裂のみ発生するに留まっており、本発明品の
母材への密着度が優れているのがわかる。
うに、ＴｉＡｌＮ単層膜あるいは（ＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌ
Ｎ）積層膜の場合はロックウェル圧子の進入により膜破
壊が生じているが、本発明品においては剥離は生じてお
らず微小亀裂のみ発生するに留まっており、本発明品の
母材への密着度が優れているのがわかる。
【００２２】（実施例２）次に、実施例１と同様に成膜
された本発明品及び比較品について高速度工具鋼を基材
とするドリルをイオンプレーティングにより表１に示す
膜構成に成膜して切削試験を行った。本発明品の強靭性
複合多層膜４種と類似した膜構成の比較品５種類を高速
度工具鋼ドリルと同基材のテストピースに成膜した。
された本発明品及び比較品について高速度工具鋼を基材
とするドリルをイオンプレーティングにより表１に示す
膜構成に成膜して切削試験を行った。本発明品の強靭性
複合多層膜４種と類似した膜構成の比較品５種類を高速
度工具鋼ドリルと同基材のテストピースに成膜した。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１に示すように、本発明品においては穴
明け数が９１６〜１１５９穴であるのに対し、比較品で
は２５９〜７６３穴と本発明品の方が１．２〜４．５倍
長寿命であり、本発明品は他の比較品と較べてドリルの
切削寿命で著しい差が確認された。なお、ドリルと同時
処理した同基材のテストピースを実施例１で述べた剥離
判定（圧痕剥離法）したところ、試料番号９はＴｉＣＮ
層とＴｉＡｌＮで剥離が生じたが、それ以外は圧痕の外
周ｌｍｍ以上の範囲で膜の剥離は認められなかった。
明け数が９１６〜１１５９穴であるのに対し、比較品で
は２５９〜７６３穴と本発明品の方が１．２〜４．５倍
長寿命であり、本発明品は他の比較品と較べてドリルの
切削寿命で著しい差が確認された。なお、ドリルと同時
処理した同基材のテストピースを実施例１で述べた剥離
判定（圧痕剥離法）したところ、試料番号９はＴｉＣＮ
層とＴｉＡｌＮで剥離が生じたが、それ以外は圧痕の外
周ｌｍｍ以上の範囲で膜の剥離は認められなかった。
【００２５】（実施例３）次に、実施例１と同様に成膜
された本発明品及び比較品について高速度工具鋼を母材
とする歯切り工具ホブ（モジュール３、圧力角２０゜）
をイオンプレーティングにより本発明品の強靭性複合多
層膜と従来品であるＴｉＮとＴｉＡｌＮの積層膜をそれ
ぞれ施して切削試験を行った。本発明品は、第１層の膜
厚が０．４μｍ、第２層から第１３層までの膜厚がそれ
ぞれ０．２μｍ、第１４層（最上層）の膜厚が０．５μ
ｍの強靭性複合多層膜とした。比較例としてＴｉＮ膜単
層膜厚３μｍと、ＴｉＮ（第１層、膜厚１μｍ）及びＴ
ｉＡｌＮ（第２層、膜厚２μｍ）のものを用いた。切削
長に対する最大逃げ面摩耗量の切削性能比較を図３に示
す。
された本発明品及び比較品について高速度工具鋼を母材
とする歯切り工具ホブ（モジュール３、圧力角２０゜）
をイオンプレーティングにより本発明品の強靭性複合多
層膜と従来品であるＴｉＮとＴｉＡｌＮの積層膜をそれ
ぞれ施して切削試験を行った。本発明品は、第１層の膜
厚が０．４μｍ、第２層から第１３層までの膜厚がそれ
ぞれ０．２μｍ、第１４層（最上層）の膜厚が０．５μ
ｍの強靭性複合多層膜とした。比較例としてＴｉＮ膜単
層膜厚３μｍと、ＴｉＮ（第１層、膜厚１μｍ）及びＴ
ｉＡｌＮ（第２層、膜厚２μｍ）のものを用いた。切削
長に対する最大逃げ面摩耗量の切削性能比較を図３に示
す。
【００２６】図３に示すように、ＴｉＮとＴｉＮ＋Ｔｉ
ＡｌＮを２層に被覆したホブは早期に摩耗が増加するの
に対して、本発明品である強靭性複合多層被覆ホブは逃
げ面摩耗量で比較すると２倍以上の耐摩耗性の改善が見
られた。
ＡｌＮを２層に被覆したホブは早期に摩耗が増加するの
に対して、本発明品である強靭性複合多層被覆ホブは逃
げ面摩耗量で比較すると２倍以上の耐摩耗性の改善が見
られた。
【００２７】
【発明の効果】本発明においては、耐熱性のあるＴｉＡ
ｌＮ膜を靭性の高いＴｉＮか炭素濃度の低い複合膜Ｔｉ
ＣＮとの組み合せで多層膜にすることによつて高温度下
でも高硬度でかつ靭性の強い複合多層被膜を実現し、こ
れを切削工具に適用することによって、これまで困難と
されていた高硬度材料や高速条件での切削を可能にし
た。従って、高速度工具鋼および超硬合金を基材とする
切削工具に対して、高温度下で高硬度ではあるが反面靭
性の低いＴｉＡｌＮ膜の特性を効果的に利用するため、
比較的靭性の高いＴｉＮまたは炭素濃度の低いＴｉＣＮ
との複合多層の構成方法を提供することにより、基材と
の密着性を確保するとともに皮膜の内部応力を押えるこ
とが可能となり、工具切削中の欠落および欠損現象を引
き起こさないで耐摩耗性を向上させることができた。
ｌＮ膜を靭性の高いＴｉＮか炭素濃度の低い複合膜Ｔｉ
ＣＮとの組み合せで多層膜にすることによつて高温度下
でも高硬度でかつ靭性の強い複合多層被膜を実現し、こ
れを切削工具に適用することによって、これまで困難と
されていた高硬度材料や高速条件での切削を可能にし
た。従って、高速度工具鋼および超硬合金を基材とする
切削工具に対して、高温度下で高硬度ではあるが反面靭
性の低いＴｉＡｌＮ膜の特性を効果的に利用するため、
比較的靭性の高いＴｉＮまたは炭素濃度の低いＴｉＣＮ
との複合多層の構成方法を提供することにより、基材と
の密着性を確保するとともに皮膜の内部応力を押えるこ
とが可能となり、工具切削中の欠落および欠損現象を引
き起こさないで耐摩耗性を向上させることができた。
【図１】本発明の実施の形態を示す強靭性複合多層被覆
膜の構成を示す説明図である。
膜の構成を示す説明図である。
【図２】本発明品の強靭性複合多層被覆、ＴｉＡｌＮ被
覆、ＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌＮ被覆をそれぞれ施した膜の剥
離判定結果を示す説明図である。
覆、ＴｉＣＮ＋ＴｉＡｌＮ被覆をそれぞれ施した膜の剥
離判定結果を示す説明図である。
【図３】高速度工具鋼歯切工具であるホブに、本発明品
の強靭性複合多層被覆、ＴｉＮ被覆、ＴｉＮ＋ＴｉＡｌ
Ｎ被覆をそれぞれ施した各工具の切削試験結果を示すグ
ラフである。
の強靭性複合多層被覆、ＴｉＮ被覆、ＴｉＮ＋ＴｉＡｌ
Ｎ被覆をそれぞれ施した各工具の切削試験結果を示すグ
ラフである。
【図４】ＴｉＡｌＮ膜の保持温度と被膜硬さの関係を示
すグラフである。
すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 高速度工具鋼および超硬合金を基材とす
る工具において次の（ａ）及び（ｂ）及び（ｃ）の条件
を満足させたことを特徴とする強靭性複合多層被覆工
具。 （ａ）被覆膜の成分がＴｉ，Ａｌ，Ｃ，Ｎよりなる複合
膜である。 （ｂ）膜の多層構成が１０層以上の構造からなり、被覆
膜の全体の膜厚が２．０〜１０μｍであり、その被覆膜
の構成が炭素原子比率＝Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）＝ｔとして膜厚
が０．２μｍ〜１．０μｍのＴｉＮまたはＴｉＣＮ（０
≦ｔ≦０．２）の均一組織を前記基材に接する最下層と
して第１層に成膜し、さらにＡｌ原子比率＝Ａｌ／（Ｔ
ｉ＋Ａｌ）＝ｕとして、膜厚が０．１〜０．５μｍの、
第１層とは結晶配向の異なるＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦
ｕ≦０．５５、０≦ｔ≦０．７）を第２層として積層
し、ふたたび第３層として、膜厚が０．１〜０．５μｍ
の前記第１層の成分の膜を積層し、この操作を交互に繰
り返すことにより第１層の成分と第２層の成分からなる
８層以上の多層膜を被覆する。 （Ｃ）（ｂ）の多層構成の最上層は、膜厚が０．２μｍ
〜１．０μｍのＴｉＡｌＣＮ（０．２５≦ｕ≦０．５
５、０≦ｔ≦０．７）を、あるいは０．２〜２μｍのＴ
ｉx Ｎy （０．２＜ｙ／ｘ＜０．７）を積層して、全体
の層数が１０層〜３０層であることを特徴とする。 - 【請求項２】 前記強靭性複合多層被覆工具もしくはそ
れと同時処理した同材種のテストピースが工具部材の機
能要部と同等の被覆が施されている部分の特性が、前記
被覆膜に高速度工具鋼基材工具では通常のＣスケールロ
ックウェル硬度計を、超硬合金基材工具ではＡスケール
ロックウェル硬度計を押圧した場合に生じる圧痕を１０
０倍の倍率で観察した結果、圧痕の外側周囲ｌｍｍ以上
の範囲で膜の剥離が認められないことを特徴とする請求
項１記載の強靭性複合多層被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10032334A JPH11222665A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 強靱性複合多層被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10032334A JPH11222665A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 強靱性複合多層被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11222665A true JPH11222665A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12356064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10032334A Withdrawn JPH11222665A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 強靱性複合多層被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11222665A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001016388A1 (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-08 | Sandvik Ab (Publ) | Coated grooving or parting insert |
| WO2001018272A1 (en) * | 1999-09-06 | 2001-03-15 | Sandvik Ab (Publ) | Coated cemented carbide insert |
| JP2007250631A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Seiko Epson Corp | 強誘電体メモリ装置、強誘電体メモリ装置の製造方法 |
| JP2010240812A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面被覆切削工具 |
| CN108349017A (zh) * | 2015-10-30 | 2018-07-31 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具及其制造方法 |
| CN113046703A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 昆明理工大学 | 一种高硬度纳米复合涂层及其制备方法与应用 |
| JP2021185009A (ja) * | 2020-05-25 | 2021-12-09 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
| JP2022030673A (ja) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
| JP2023000875A (ja) * | 2021-06-18 | 2023-01-04 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP10032334A patent/JPH11222665A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001016388A1 (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-08 | Sandvik Ab (Publ) | Coated grooving or parting insert |
| WO2001018272A1 (en) * | 1999-09-06 | 2001-03-15 | Sandvik Ab (Publ) | Coated cemented carbide insert |
| US6326093B1 (en) | 1999-09-06 | 2001-12-04 | Sandvik Ab | Cemented carbide insert and method of making same |
| USRE39814E1 (en) | 1999-09-06 | 2007-09-04 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cemented carbide insert and method of making same |
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| CN108349017A (zh) * | 2015-10-30 | 2018-07-31 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具及其制造方法 |
| CN108349017B (zh) * | 2015-10-30 | 2019-10-29 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具及其制造方法 |
| US10618115B2 (en) | 2015-10-30 | 2020-04-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool and manufacturing method of the same |
| JP2021185009A (ja) * | 2020-05-25 | 2021-12-09 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
| JP2022030673A (ja) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
| CN113046703A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 昆明理工大学 | 一种高硬度纳米复合涂层及其制备方法与应用 |
| JP2023000875A (ja) * | 2021-06-18 | 2023-01-04 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |