JPH1161437A - 被覆部材 - Google Patents
被覆部材Info
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- JPH1161437A JPH1161437A JP23033397A JP23033397A JPH1161437A JP H1161437 A JPH1161437 A JP H1161437A JP 23033397 A JP23033397 A JP 23033397A JP 23033397 A JP23033397 A JP 23033397A JP H1161437 A JPH1161437 A JP H1161437A
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- Japan
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- film
- deposition film
- chemical vapor
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本願発明は１５ミクロンを以上の厚い膜でも
十分な密着性を有するよう、これらの残留する応力を解
決し、さらに十分な耐摩耗性を有する厚い膜厚を有する
被覆部材を提供することにある。 【構成】 硬質被覆層を被覆した被覆部材において、そ
の総厚が１５ミクロン〜４０ミクロンからなり、前記硬
質被覆層は化学蒸着被膜、物理蒸着被膜の双方からな
り、前記化学蒸着皮膜は少なくともＴｉを含む炭窒化物
層を一層以上含み、かつ、前記化学蒸着膜の外層と前記
物理蒸着膜の内層は少なくとも同種の金属又は化合物か
ら構成する。
十分な密着性を有するよう、これらの残留する応力を解
決し、さらに十分な耐摩耗性を有する厚い膜厚を有する
被覆部材を提供することにある。 【構成】 硬質被覆層を被覆した被覆部材において、そ
の総厚が１５ミクロン〜４０ミクロンからなり、前記硬
質被覆層は化学蒸着被膜、物理蒸着被膜の双方からな
り、前記化学蒸着皮膜は少なくともＴｉを含む炭窒化物
層を一層以上含み、かつ、前記化学蒸着膜の外層と前記
物理蒸着膜の内層は少なくとも同種の金属又は化合物か
ら構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、切削工具、特に旋削
用の膜構造に関し、特に旋削工具として厚膜化により長
寿命化を計った被覆部材に関する。
用の膜構造に関し、特に旋削工具として厚膜化により長
寿命化を計った被覆部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】旋削工具には一般的に、化学蒸着法によ
りＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、アルミナ等を何層も被覆
した皮膜が用いられている。これらの皮膜、膜の構造は
工具として要求される基体すなわち超硬合金と密着性が
良く、基体を酸化させない皮膜を内層とし、アルミナ等
の酸化物を外層とする事により、優れた密着性と耐摩耗
性・耐酸化性を備えさせている。また、これら多層膜に
よる厚膜化のため、化学蒸着法による皮膜では蒸着後の
冷却により生ずる基体と皮膜の熱膨張係数の差による残
留引張応力が大きくなり、その対策として蒸着後にショ
ツトピーニング等の機械的な方法によって衝撃力を作用
させて応力を解放したり（例として、特公平６−１５７
１７号）、または、物理蒸着法等により成膜することに
より残留応力を打ち消す処理（例として、特開平８−３
１８４１０号）が行われている。
りＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、アルミナ等を何層も被覆
した皮膜が用いられている。これらの皮膜、膜の構造は
工具として要求される基体すなわち超硬合金と密着性が
良く、基体を酸化させない皮膜を内層とし、アルミナ等
の酸化物を外層とする事により、優れた密着性と耐摩耗
性・耐酸化性を備えさせている。また、これら多層膜に
よる厚膜化のため、化学蒸着法による皮膜では蒸着後の
冷却により生ずる基体と皮膜の熱膨張係数の差による残
留引張応力が大きくなり、その対策として蒸着後にショ
ツトピーニング等の機械的な方法によって衝撃力を作用
させて応力を解放したり（例として、特公平６−１５７
１７号）、または、物理蒸着法等により成膜することに
より残留応力を打ち消す処理（例として、特開平８−３
１８４１０号）が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】更に、切削工具として
の寿命は、膜質・厚さと切削諸元（被削材の材質、調質
の程度、硬さ、強度、工具、形状等々）により決まる
が、厚い膜ほど寿命的には有利である。しかし、厚膜化
を計ると、現実には膜そのものが密着せず、切削初期に
機械的な力が作用した程度で剥離等が生じ、膜本来の機
能をなさずに、終わってしまうのが実状である。そのた
め、実用化されている膜厚は１５ミクロン未満である。
の寿命は、膜質・厚さと切削諸元（被削材の材質、調質
の程度、硬さ、強度、工具、形状等々）により決まる
が、厚い膜ほど寿命的には有利である。しかし、厚膜化
を計ると、現実には膜そのものが密着せず、切削初期に
機械的な力が作用した程度で剥離等が生じ、膜本来の機
能をなさずに、終わってしまうのが実状である。そのた
め、実用化されている膜厚は１５ミクロン未満である。
【０００４】
【本発明の目的】そのため、本願発明では、１５ミクロ
ンを以上の厚い膜でも十分な密着性を有するよう、これ
らの残留する応力を解決し、さらに十分な耐摩耗性を有
する厚い膜厚を有する被覆部材を提供することにある。
ンを以上の厚い膜でも十分な密着性を有するよう、これ
らの残留する応力を解決し、さらに十分な耐摩耗性を有
する厚い膜厚を有する被覆部材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明では、最適な被覆方法及び膜質について検
討した結果、以下の構成を有する被覆部材とすることに
より解決した。まず、化学蒸着膜に関しては、一般的に
用いられているＴｉ系化合物やアルミナ等の膜質を組み
合わせることで十分であるが、少なくともＴｉを含む炭
窒化物層を一層以上含む被覆層としたのは、より厚い膜
を得るためには不可欠の層であり、柱状晶は粒子の脱落
を起こしにくく、均一に摩耗するので、旋削工具として
の厚膜化を計り、長時間にわたり高耐摩耗性を維持でき
るからである。また、その後に物理蒸着を行うため、外
層は電気伝導性を有する膜とし、物理蒸着法による皮膜
は、前記外層と同種の金属、又は化合物を含むと層間の
密着性が良くなる。更に、その厚さ、残留する応力との
関係から、より厚い膜になるほど残留圧縮応力の大きな
膜がよく、残留応力はコーティング時のパラメーターを
変化させることにより調整する。また、ショツトピーニ
ング等の機械的方法による化学蒸着皮膜の残留応力は、
前記物理蒸着皮膜との関連により、内層側の応力を解放
できる程度のもので有れば良く、外層側の応力について
は問題にならない。
に、本願発明では、最適な被覆方法及び膜質について検
討した結果、以下の構成を有する被覆部材とすることに
より解決した。まず、化学蒸着膜に関しては、一般的に
用いられているＴｉ系化合物やアルミナ等の膜質を組み
合わせることで十分であるが、少なくともＴｉを含む炭
窒化物層を一層以上含む被覆層としたのは、より厚い膜
を得るためには不可欠の層であり、柱状晶は粒子の脱落
を起こしにくく、均一に摩耗するので、旋削工具として
の厚膜化を計り、長時間にわたり高耐摩耗性を維持でき
るからである。また、その後に物理蒸着を行うため、外
層は電気伝導性を有する膜とし、物理蒸着法による皮膜
は、前記外層と同種の金属、又は化合物を含むと層間の
密着性が良くなる。更に、その厚さ、残留する応力との
関係から、より厚い膜になるほど残留圧縮応力の大きな
膜がよく、残留応力はコーティング時のパラメーターを
変化させることにより調整する。また、ショツトピーニ
ング等の機械的方法による化学蒸着皮膜の残留応力は、
前記物理蒸着皮膜との関連により、内層側の応力を解放
できる程度のもので有れば良く、外層側の応力について
は問題にならない。
【０００６】
【作用】上記構成をとることにより、まず化学蒸着皮膜
には少なくともＴｉを含む炭窒化物層を一層以上含む被
覆層とした理由は、Ｔｉを含む炭窒化物層が旋削工具と
して基体となる超硬合金と密着し、十分な硬さと靱性を
持っているからである。また、被覆層の断面組織は柱状
晶を示す層であることが良く、柱状晶は粒子の脱落を起
こしにくく、均一に摩耗するので、旋削工具としての厚
膜化を計り、長時間にわたり高耐摩耗性を維持できる。
には少なくともＴｉを含む炭窒化物層を一層以上含む被
覆層とした理由は、Ｔｉを含む炭窒化物層が旋削工具と
して基体となる超硬合金と密着し、十分な硬さと靱性を
持っているからである。また、被覆層の断面組織は柱状
晶を示す層であることが良く、柱状晶は粒子の脱落を起
こしにくく、均一に摩耗するので、旋削工具としての厚
膜化を計り、長時間にわたり高耐摩耗性を維持できる。
【０００７】前記柱状晶の粒径ｄ１とｄ２の比は、１≦
ｄ１／ｄ２≦１．３が好ましい。前記柱状晶の垂直方向
に長い粒子では、使用中の負荷が１つの粒子に粒界を介
さずに伝わるため、軸方向の力に非常に強いものとな
る。また、摩耗に関しては、方向性の無い粒子では粒子
が、粒界より脱落することにより摩耗が進行するが、軸
方向に長い粒子では、脱落することがなく、耐摩耗性に
対して優れている。これらが柱状晶の前記炭窒化物層を
採用する大きな理由であるが、本発明では特に柱状晶粒
子のテーパー形状に留意し、柱状晶の上部と下部で粒径
に差が少なくｄ１／ｄ２が１に近いものとした。このよ
うにすることで断続切削において、皮膜に発生するクラ
ックは垂直方向に入り、基体表面と平行なクラックは従
来のものと比べて非常に入りにくい。基体表面と平行な
クラックは、皮膜の破壊、剥離につながり、これは即ち
工具寿命を大幅に縮める。
ｄ１／ｄ２≦１．３が好ましい。前記柱状晶の垂直方向
に長い粒子では、使用中の負荷が１つの粒子に粒界を介
さずに伝わるため、軸方向の力に非常に強いものとな
る。また、摩耗に関しては、方向性の無い粒子では粒子
が、粒界より脱落することにより摩耗が進行するが、軸
方向に長い粒子では、脱落することがなく、耐摩耗性に
対して優れている。これらが柱状晶の前記炭窒化物層を
採用する大きな理由であるが、本発明では特に柱状晶粒
子のテーパー形状に留意し、柱状晶の上部と下部で粒径
に差が少なくｄ１／ｄ２が１に近いものとした。このよ
うにすることで断続切削において、皮膜に発生するクラ
ックは垂直方向に入り、基体表面と平行なクラックは従
来のものと比べて非常に入りにくい。基体表面と平行な
クラックは、皮膜の破壊、剥離につながり、これは即ち
工具寿命を大幅に縮める。
【０００８】また、この時の前記炭窒化物層の粒径とし
てはｄ１が１．５μｍ以下の場合に、特に耐摩耗性に優
れている。ｄ１が１．５μｍより大では１つの粒子が大
きくなりすぎ、切削時の力を多くの粒界で分散して受け
止めることが出来ず、皮膜が破壊しやすくなる。ｄ１を
１．５μｍ以下とすれば皮膜が破壊しにくくなる上に、
たとえ破壊が起こっても微細な結晶粒故に大規模な結晶
粒の脱落が起こりにくくなるため、摩耗の進行が不安定
になりにくい利点がある。より好ましくはｄ１を１．２
μｍ以下とする。しかし、ｄ１が小さすぎる場合は柱状
晶の効果が現れにくくなるのでｄ１は０．２μｍ以上が
必要である。より好ましくはｄ１を０．５μｍ以上とす
る。尚、平均粒径ｄ１及びｄ２の評価は、電子顕微鏡に
より撮影された皮膜の破面の一定視野の写真の中にみら
れる粒子の数を数えることによって行われる。ｄ１は前
記炭窒化物層の上端の界面から前記炭窒化物層膜厚の１
／５の距離の位置において測定する。例えば、この位置
に引いた基体表面と水平な１０μｍの線分上に２０本の
粒子がある場合、水平方向の平均粒径は０．５μｍとな
る。同様に、ｄ２は前記炭窒化物層の下端の界面から前
記炭窒化物層膜厚の２／５の距離の位置において測定す
る。
てはｄ１が１．５μｍ以下の場合に、特に耐摩耗性に優
れている。ｄ１が１．５μｍより大では１つの粒子が大
きくなりすぎ、切削時の力を多くの粒界で分散して受け
止めることが出来ず、皮膜が破壊しやすくなる。ｄ１を
１．５μｍ以下とすれば皮膜が破壊しにくくなる上に、
たとえ破壊が起こっても微細な結晶粒故に大規模な結晶
粒の脱落が起こりにくくなるため、摩耗の進行が不安定
になりにくい利点がある。より好ましくはｄ１を１．２
μｍ以下とする。しかし、ｄ１が小さすぎる場合は柱状
晶の効果が現れにくくなるのでｄ１は０．２μｍ以上が
必要である。より好ましくはｄ１を０．５μｍ以上とす
る。尚、平均粒径ｄ１及びｄ２の評価は、電子顕微鏡に
より撮影された皮膜の破面の一定視野の写真の中にみら
れる粒子の数を数えることによって行われる。ｄ１は前
記炭窒化物層の上端の界面から前記炭窒化物層膜厚の１
／５の距離の位置において測定する。例えば、この位置
に引いた基体表面と水平な１０μｍの線分上に２０本の
粒子がある場合、水平方向の平均粒径は０．５μｍとな
る。同様に、ｄ２は前記炭窒化物層の下端の界面から前
記炭窒化物層膜厚の２／５の距離の位置において測定す
る。
【０００９】特にＣＶＤ法に中でも、金属元素として少
なくともＴｉを含む炭窒化物層はシアン基を有する化合
物などを原料ガスとして用いることにより比較的低温
（７００〜９５０℃の温度）で形成・被覆できるので、
成膜速度が速く、厚膜化を計っても蒸着時間の短縮でき
有利である。次に、物理蒸着法としては、ごく一般的に
用いられているＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等を用い
る。以下、実施例によって具体的に説明する。
なくともＴｉを含む炭窒化物層はシアン基を有する化合
物などを原料ガスとして用いることにより比較的低温
（７００〜９５０℃の温度）で形成・被覆できるので、
成膜速度が速く、厚膜化を計っても蒸着時間の短縮でき
有利である。次に、物理蒸着法としては、ごく一般的に
用いられているＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等を用い
る。以下、実施例によって具体的に説明する。
【００１０】
【実施例】超硬合金の基体としてＷＣ７２％、８％Ｔｉ
Ｃ、（ＴａＮｂ）Ｃ１１％、Ｃｏ９％（重量％）なる組
成に粉末を配合し、真空中１４００℃で一時間焼結し、
得られた焼結体からスローアウェィチップを作成した。
次に、スローアウェィチップを公知の化学蒸着法により
成膜した。膜質としては、柱状晶を有するＴｉＣＮ及び
ＴｉＣ、ＴｉＮ、アルミナ等を１５μｍ被覆した。尚、
最外層はＴｉＮとした。次いで、ショツトピーニング処
理を行い、残留応力を解放した。更に、物理蒸着法でＴ
ｉＮを５μｍ被覆し、圧縮応力がかかるよう蒸着し、そ
のチップを本発明例（１）とした。また、ＴｉＮを２μ
ｍ被覆した後、ＴｉＡｌＮを２μｍ被覆し、高圧縮応力
がかかるよう蒸着したものを本発明例（２）とした。
尚、比較のため化学蒸着のみのものを従来例とし、更に
厚い膜とするためＴｉＮを５μｍ被覆し、膜厚を２０μ
ｍとしたものを比較例として切削試験を行った。
Ｃ、（ＴａＮｂ）Ｃ１１％、Ｃｏ９％（重量％）なる組
成に粉末を配合し、真空中１４００℃で一時間焼結し、
得られた焼結体からスローアウェィチップを作成した。
次に、スローアウェィチップを公知の化学蒸着法により
成膜した。膜質としては、柱状晶を有するＴｉＣＮ及び
ＴｉＣ、ＴｉＮ、アルミナ等を１５μｍ被覆した。尚、
最外層はＴｉＮとした。次いで、ショツトピーニング処
理を行い、残留応力を解放した。更に、物理蒸着法でＴ
ｉＮを５μｍ被覆し、圧縮応力がかかるよう蒸着し、そ
のチップを本発明例（１）とした。また、ＴｉＮを２μ
ｍ被覆した後、ＴｉＡｌＮを２μｍ被覆し、高圧縮応力
がかかるよう蒸着したものを本発明例（２）とした。
尚、比較のため化学蒸着のみのものを従来例とし、更に
厚い膜とするためＴｉＮを５μｍ被覆し、膜厚を２０μ
ｍとしたものを比較例として切削試験を行った。
【００１１】これら４種のチップを用い以下の切削条
件、すなわち鋼の連続切削、 被削材 ＳＣＭ４４０ 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み １．５ｍｍ 水溶性切削油使用 で切削試験を行った。平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、
クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した時間を
寿命と判断した。
件、すなわち鋼の連続切削、 被削材 ＳＣＭ４４０ 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み １．５ｍｍ 水溶性切削油使用 で切削試験を行った。平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、
クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した時間を
寿命と判断した。
【００１２】本発明例のスローアウェイチップは７０分
間の切削で寿命に達しているのに対し、従来例は４０分
で寿命となったが、比較例は切削初期に層間での剥離を
生じ皮膜の一部が欠落したため切削試験を中止した。ま
た、本発明によるチップの寿命はいずれも平均逃げ面の
摩耗によるものでありクレーター摩耗は寿命まで切削し
てもブレークされず良好な摩耗形態を示した。
間の切削で寿命に達しているのに対し、従来例は４０分
で寿命となったが、比較例は切削初期に層間での剥離を
生じ皮膜の一部が欠落したため切削試験を中止した。ま
た、本発明によるチップの寿命はいずれも平均逃げ面の
摩耗によるものでありクレーター摩耗は寿命まで切削し
てもブレークされず良好な摩耗形態を示した。
【００１３】
【発明の効果】上述のように、本発明被覆超硬工具は、
内層に密着性に優れる化学蒸着膜を被覆し、冷却により
生ずる残留応力を解放後、物理蒸着膜を設けることによ
り、良く密着し、また、両者間の密着性が良いため厚い
膜としても剥離、欠落等を生ずることが少なく、超寿命
な工具を得ることができる。
内層に密着性に優れる化学蒸着膜を被覆し、冷却により
生ずる残留応力を解放後、物理蒸着膜を設けることによ
り、良く密着し、また、両者間の密着性が良いため厚い
膜としても剥離、欠落等を生ずることが少なく、超寿命
な工具を得ることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 硬質被覆層を被覆した被覆部材におい
て、その総厚が１５ミクロン〜４０ミクロンからなり、
前記硬質被覆層は化学蒸着被膜、物理蒸着被膜の双方か
らなり、前記化学蒸着皮膜は少なくともＴｉを含む炭窒
化物層を一層以上含み、かつ、前記化学蒸着膜の外層と
前記物理蒸着膜の内層は少なくとも同種の金属又は化合
物としたことを特徴とする被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23033397A JPH1161437A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23033397A JPH1161437A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1161437A true JPH1161437A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16906202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23033397A Pending JPH1161437A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1161437A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003253422A (ja) * | 2002-03-04 | 2003-09-10 | Sanyo Special Steel Co Ltd | マンドレルあるいは成形金型などの工具の高寿命化方法および高寿命化されたマンドレルあるいは成形金型などの工具 |
-
1997
- 1997-08-12 JP JP23033397A patent/JPH1161437A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003253422A (ja) * | 2002-03-04 | 2003-09-10 | Sanyo Special Steel Co Ltd | マンドレルあるいは成形金型などの工具の高寿命化方法および高寿命化されたマンドレルあるいは成形金型などの工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040623 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20051021 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051025 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060228 |
|
| A521 | Written amendment |
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