JPS5819748B2 - 被覆超硬合金の製造法 - Google Patents
被覆超硬合金の製造法Info
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- JPS5819748B2 JPS5819748B2 JP53030358A JP3035878A JPS5819748B2 JP S5819748 B2 JPS5819748 B2 JP S5819748B2 JP 53030358 A JP53030358 A JP 53030358A JP 3035878 A JP3035878 A JP 3035878A JP S5819748 B2 JPS5819748 B2 JP S5819748B2
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- JP
- Japan
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- carbide
- titanium
- cemented carbide
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- layer
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-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-treatment
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超硬合金部材の表面により耐摩耗性のある薄
層を被覆した被覆超硬合金の製造法に関する。
層を被覆した被覆超硬合金の製造法に関する。
被覆超硬合金は母材たる超硬合金の強靭性と表面の優れ
た耐摩耗性を兼ねそなえており、切削工具としては従来
使用されてきた超硬合金よりも優れたものとして広く市
場にてうけ入れられている。
た耐摩耗性を兼ねそなえており、切削工具としては従来
使用されてきた超硬合金よりも優れたものとして広く市
場にてうけ入れられている。
被覆層としては、高温硬度、耐酸化性、高温での被削材
との反応性等の見地から、炭化チタン、炭窒化チタン、
窒化チタン、酸化アルミニウム等が１層もしくはそれ以
上積層して用いられている。
との反応性等の見地から、炭化チタン、炭窒化チタン、
窒化チタン、酸化アルミニウム等が１層もしくはそれ以
上積層して用いられている。
これ等の被覆層を超硬合金に被覆する方法としては、真
空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法
等のいわゆる物理蒸着法、フレームスプレー、プラズマ
スプレー等のメタライジング法、電気泳動法等種々提案
されているものの、通常工業的には化学蒸着法によって
いる。
空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法
等のいわゆる物理蒸着法、フレームスプレー、プラズマ
スプレー等のメタライジング法、電気泳動法等種々提案
されているものの、通常工業的には化学蒸着法によって
いる。
発明者が化学蒸着法によって、周期律表ＩＶａ。
Ｖａ 、Ｖｉａ族遷移金属およびＡＡ 、Ｃａの各種化
合物を超硬合金に実際に被覆してみたところ、超硬合金
と被覆層との接着強度は、炭化物、窒化物、酸化物の順
に低下し、このうち、工具として実用に供するのは炭化
物および／又は炭窒化物であり、かつ工業的には原料の
価格、製造時の原料の供給の容易性等よりＴｉの化合物
が好ましいとの知見をえた。
合物を超硬合金に実際に被覆してみたところ、超硬合金
と被覆層との接着強度は、炭化物、窒化物、酸化物の順
に低下し、このうち、工具として実用に供するのは炭化
物および／又は炭窒化物であり、かつ工業的には原料の
価格、製造時の原料の供給の容易性等よりＴｉの化合物
が好ましいとの知見をえた。
これは、炭化物および／又は炭窒化物を化学蒸着法にて
超硬合金に被覆する際に超硬合金に含有される炭素が被
覆層形成に寄与するので、被覆層と超硬合金とが化学的
に結合する故非常に強力な接着力が生じる故と考えられ
る。
超硬合金に被覆する際に超硬合金に含有される炭素が被
覆層形成に寄与するので、被覆層と超硬合金とが化学的
に結合する故非常に強力な接着力が生じる故と考えられ
る。
し、かじながら、被覆層形成の為に該超硬合金含有の炭
素を消費すれば、該超硬合金において含有炭素量が表面
はど少く、内部になるほど豊むことになる。
素を消費すれば、該超硬合金において含有炭素量が表面
はど少く、内部になるほど豊むことになる。
良く知られているように超硬合金においてその機械的性
質は含有炭素量によって非常に大きく支配され、含有炭
素量が多い程硬度が低いことが知られている。
質は含有炭素量によって非常に大きく支配され、含有炭
素量が多い程硬度が低いことが知られている。
したがって、化学蒸着法によって炭化物および／又は炭
窒化物を被覆した場合、被覆層界面が最も硬く、内部へ
行く程柔かくなることになり、実際に切削工具として使
用時最も切削力が集中する工具表面部程靭性に劣ること
となり好ましくない。
窒化物を被覆した場合、被覆層界面が最も硬く、内部へ
行く程柔かくなることになり、実際に切削工具として使
用時最も切削力が集中する工具表面部程靭性に劣ること
となり好ましくない。
そこで発明者はとの超硬合金内の含有炭素量の分布を均
一化すれば著しく切削工具としての性能が向上するので
はないかと考えた。
一化すれば著しく切削工具としての性能が向上するので
はないかと考えた。
超硬合金内の含有炭素量の分布を均一化するには、化学
蒸着法にてＴｉの炭化物もしくは炭窒化物を被覆後３０
分間〜１０時間、好壕しくは１時間〜５時間の間、９０
０℃〜１１００℃好捷しくは９５０°Ｃ〜１０５０℃の
温度に保持することによって炭素を該超硬合金中で拡散
させる拡散処理を行えばよい。
蒸着法にてＴｉの炭化物もしくは炭窒化物を被覆後３０
分間〜１０時間、好壕しくは１時間〜５時間の間、９０
０℃〜１１００℃好捷しくは９５０°Ｃ〜１０５０℃の
温度に保持することによって炭素を該超硬合金中で拡散
させる拡散処理を行えばよい。
条件の制限に関しては３０分、９００℃以下では炭素の
超硬合金内での拡散がほとんどみられず、又１０時間、
１１００℃以上では超硬合金中の結合相の拡散が激しく
被覆超硬合金の切削性能、特に耐摩耗性を著しく損われ
るので好捷しくないという知見を得ている。
超硬合金内での拡散がほとんどみられず、又１０時間、
１１００℃以上では超硬合金中の結合相の拡散が激しく
被覆超硬合金の切削性能、特に耐摩耗性を著しく損われ
るので好捷しくないという知見を得ている。
一方、発明者の一部は、被削材と被覆層との化学的反応
性の見地から 切削特に重切削用としては、被覆層の一
部に窒化チタンが好ましい。
性の見地から 切削特に重切削用としては、被覆層の一
部に窒化チタンが好ましい。
又、超硬合金と接する層は前述してきた知見より炭化チ
タンが好ましく、炭化チタンと窒化チタンとの中間層と
して熱はう張係数の見地より炭窒化チタンを用いること
が好ましいとの知見を得ている。
タンが好ましく、炭化チタンと窒化チタンとの中間層と
して熱はう張係数の見地より炭窒化チタンを用いること
が好ましいとの知見を得ている。
そこで、以上の知見にしたがって窒化チタン、炭窒化チ
タン、炭化チタン、三重被覆超硬合金を化学蒸着法にて
作成したものを、真空炉にて１０００°Ｃ３時間熱処理
したところ、なるほど超硬合金中の含有炭素量の分布は
均一化したものの被覆層内でも炭素の拡散がおこり、表
面窒化チタン層が炭窒化チタンになってしまうことが判
り、切削工具としては、所期の効果が達成し得ないこと
が判った。
タン、炭化チタン、三重被覆超硬合金を化学蒸着法にて
作成したものを、真空炉にて１０００°Ｃ３時間熱処理
したところ、なるほど超硬合金中の含有炭素量の分布は
均一化したものの被覆層内でも炭素の拡散がおこり、表
面窒化チタン層が炭窒化チタンになってしまうことが判
り、切削工具としては、所期の効果が達成し得ないこと
が判った。
とこの被覆層間の炭素の拡散を防止するのは、被覆層間
に炭素の化生ポテンシャルの差がある故不可能であるが
、実用上問題がない解決策として熱処理を行う際にその
雰囲気が炭化物生成雰囲気、具体的にいえは、最内層が
炭化チタンの時は炭化チタン生成雰囲気にて、熱処理を
行えば、雰囲気のもつ炭素の化学ポテンシャルは本質的
に被覆最内層の炭化チタンと同じために、炭素の被覆外
層への拡散が抑制されると考えた。
に炭素の化生ポテンシャルの差がある故不可能であるが
、実用上問題がない解決策として熱処理を行う際にその
雰囲気が炭化物生成雰囲気、具体的にいえは、最内層が
炭化チタンの時は炭化チタン生成雰囲気にて、熱処理を
行えば、雰囲気のもつ炭素の化学ポテンシャルは本質的
に被覆最内層の炭化チタンと同じために、炭素の被覆外
層への拡散が抑制されると考えた。
この考えに従って実際に種々試作してみたところ予想ど
おりの効果が得られた。
おりの効果が得られた。
なおこの炭化チタン生成雰囲気としては、四塩化チタン
、水素、メタンの混合気流が好捷しいがそれ以外でも炭
化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンを順次被覆した反
応容器において、窒化チタンを被覆後、容器から反応ガ
スを真空ポンプにて排気した０、 Ｉ Ｔｏｒｒの真空
度で熱処理を行っても同様の効果が得られた。
、水素、メタンの混合気流が好捷しいがそれ以外でも炭
化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンを順次被覆した反
応容器において、窒化チタンを被覆後、容器から反応ガ
スを真空ポンプにて排気した０、 Ｉ Ｔｏｒｒの真空
度で熱処理を行っても同様の効果が得られた。
これは以下の理由によるものと考えられる。
反応容器内には、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタ
ンを被覆した際の原料である四塩化チタンの未反応物お
よび反応生成物である高融点低級塩化チタンが残存して
いるために、被覆終了後真空ポンプにて排気した。
ンを被覆した際の原料である四塩化チタンの未反応物お
よび反応生成物である高融点低級塩化チタンが残存して
いるために、被覆終了後真空ポンプにて排気した。
０． Ｉ Ｔｏｒｒ以上の低真空にて熱処理を行えは、
反応容器内に残存していた、主として低級塩化チタンが
気化して、それが被覆層の外表部に金属チタンの如き物
質として析出する故、該被覆最外層の窒素の熱処理雰囲
気中への揮散を妨げるため、該被覆最外層の金属構成元
素に対する非金属構成元素の比、すなわち化学量論値を
大きな値に保つことによって該被覆最外層間で、該被覆
最外層の非金属構成元素である炭素の拡散を抑えるもの
と考えられる。
反応容器内に残存していた、主として低級塩化チタンが
気化して、それが被覆層の外表部に金属チタンの如き物
質として析出する故、該被覆最外層の窒素の熱処理雰囲
気中への揮散を妨げるため、該被覆最外層の金属構成元
素に対する非金属構成元素の比、すなわち化学量論値を
大きな値に保つことによって該被覆最外層間で、該被覆
最外層の非金属構成元素である炭素の拡散を抑えるもの
と考えられる。
なお排気する際は０．０１ Ｔｏｒｒより高い圧力でな
ければ上記の如き効果は認められなかった。
ければ上記の如き効果は認められなかった。
なお、本発明に用いる超硬合金に関しては発明者の一部
がすでに提案しているとと＜０．０１〜０．５０重量％
の遊離炭素が析出していることが好捷しいが、必須では
ない。
がすでに提案しているとと＜０．０１〜０．５０重量％
の遊離炭素が析出していることが好捷しいが、必須では
ない。
以下実施例にて詳しく説明する。
実施例（１）
ＩＳＯＰ−３０超硬合金（遊離炭素０．０３係析出）型
番５ＮＵ４３２をインコネル製（インコ社ニッケル合金
商品名）反応容器内にて１０００℃に加熱保持し化学蒸
着法にて順次炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンを
２μ、３μ、１μ被覆した。
番５ＮＵ４３２をインコネル製（インコ社ニッケル合金
商品名）反応容器内にて１０００℃に加熱保持し化学蒸
着法にて順次炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンを
２μ、３μ、１μ被覆した。
被覆後、反応容器を回転式真空ポンプにて排気したのち
同じ温度にて３時間熱処理したのち冷却とり出した。
同じ温度にて３時間熱処理したのち冷却とり出した。
コーティングチップの外観は黒カッ色をしており、表面
をオージェにて分析したところ、はぼ炭化チタンに近い
組成であることが判った。
をオージェにて分析したところ、はぼ炭化チタンに近い
組成であることが判った。
このコーティングチップをＡとする。
比較の為に同様の工程にて、炭化チタン、炭窒化チタン
、窒化チタンを被覆したコーティングチップを、被覆後
ただちに冷却し、とり出したのち別の真空炉にて１０
′Ｔｏｒｒの真空度において３時間熱処理を行った。
、窒化チタンを被覆したコーティングチップを、被覆後
ただちに冷却し、とり出したのち別の真空炉にて１０
′Ｔｏｒｒの真空度において３時間熱処理を行った。
冷却後とり出したところ、コーティングチップの外観は
黄色であり、表面をオージェにて分析したところ、炭窒
化チタン（炭素と窒素の比が９５：５でかつチタンに対
する窒素と炭素との含量の原子比が０．８１）の組成で
あった。
黄色であり、表面をオージェにて分析したところ、炭窒
化チタン（炭素と窒素の比が９５：５でかつチタンに対
する窒素と炭素との含量の原子比が０．８１）の組成で
あった。
このコーティングチップをＢとする。比較の為に全く熱
処理をしていないコーティングチップのこのコーティン
グチップをＣとする三者にて以下の条件にて切削テスト
を行った。
処理をしていないコーティングチップのこのコーティン
グチップをＣとする三者にて以下の条件にて切削テスト
を行った。
切削テストの結果を第１表に示す。
切削テストの結果をまとめて第１表に示す。
実施例 （２）
ＩＳＯＰ−３０超硬合金（遊離炭素０．０３％析出）型
番５ＮＵ４３２を実施ｆ（１）と同様の工程にて炭化チ
タン、炭窒イトチタン、窒化チタンを被覆したのちさら
に四塩化チタン、水素、メタンの混合気流中にて１００
０８Ｃ３０分間加熱したのち、回転式真空ポンプにて排
気して同じ＜ １０００°Ｃにて２時間３０分熱処理を
行った。
番５ＮＵ４３２を実施ｆ（１）と同様の工程にて炭化チ
タン、炭窒イトチタン、窒化チタンを被覆したのちさら
に四塩化チタン、水素、メタンの混合気流中にて１００
０８Ｃ３０分間加熱したのち、回転式真空ポンプにて排
気して同じ＜ １０００°Ｃにて２時間３０分熱処理を
行った。
このチップを実施例（１）の切削条件■にて切削テスト
を行ったところ、フランク摩耗が０．２０ ｍｍ、クレ
ータ−摩耗が０．０７ ｍｍと本発明の有効性が証明さ
れた。
を行ったところ、フランク摩耗が０．２０ ｍｍ、クレ
ータ−摩耗が０．０７ ｍｍと本発明の有効性が証明さ
れた。
実施例 （３）
実施ｆａ１） 、 （２）と同様にして作成したコーテ
ィングチップ、但し型番ＴＮＭＧ４３２ＥＮＺをそれぞ
れ表２に示す雰囲気、温度、時間にて熱処理を行った。
ィングチップ、但し型番ＴＮＭＧ４３２ＥＮＺをそれぞ
れ表２に示す雰囲気、温度、時間にて熱処理を行った。
各チップを次の条件にて切削テストを行った。
切削可能被削材数を第２表にあわせて示す。
第１図は実施例１の被削材の断面形状を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超硬合金表面に内側より■周期律表ＩＶａ族、Ｖａ
族、Ｖｌａ族金属の一種又はそれ以上の炭化物層、■周
期律表ＩＶａ族、Ｖａ族、Ｖｉａ族金属の一種又はそれ
以上の炭窒化物層、■周期律表ＩＶａ族、Ｖａ族、Ｖｌ
ａ族金属の一種又はそれ以上の窒化物層を化学蒸着法に
て設けた後、９５０°Ｃへ・１０５０℃にて１時間〜５
時間、炭化物生成雰囲気中で熱処理することを特徴とす
る被覆超硬合金の製造法。 ２、特許請求の範囲第１項において、最外被覆径被覆に
用いた反応容器内の反応ガスを０． ＯＩ Ｔｏｒｒよ
り高い圧力で排気した後、同反応容器内において未反応
物質から成る雰囲気にて熱処理するととを特徴とする被
覆超硬合金の製造法。 ３ 特許請求の範囲第１項、第２項において、炭化物層
が炭化チタン層、炭窒化物層が炭窒化チタン層、窒化物
層が窒化チタン層であることを特徴とする被覆超硬合金
の製造法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、炭化物生成雰囲気
が、四塩化チタン、水素およびメタンガスの混合物を主
成分とする炭化チタン生成雰囲気であることを特徴とす
る被覆超硬合金の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53030358A JPS5819748B2 (ja) | 1978-03-15 | 1978-03-15 | 被覆超硬合金の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53030358A JPS5819748B2 (ja) | 1978-03-15 | 1978-03-15 | 被覆超硬合金の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54122683A JPS54122683A (en) | 1979-09-22 |
| JPS5819748B2 true JPS5819748B2 (ja) | 1983-04-19 |
Family
ID=12301627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53030358A Expired JPS5819748B2 (ja) | 1978-03-15 | 1978-03-15 | 被覆超硬合金の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5819748B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5074533A (ja) * | 1973-10-30 | 1975-06-19 |
-
1978
- 1978-03-15 JP JP53030358A patent/JPS5819748B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5074533A (ja) * | 1973-10-30 | 1975-06-19 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54122683A (en) | 1979-09-22 |
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