JPS58500068A - 金属切削工具の多層コ−ティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属切削工具の多層コーティング 技術分野 本発明は金属加工、より詳しく述べるならば、金属切削工具の多層コーティング に関するものである。

背景技術 ひとつがｙ族金属の窒化物又は炭化物であって、他方が純金属である２つの構成 成分の層を重ねることによって構成した多層コーティングが当業者に知られてい る（　Ｒ，Ｆ、Ｂｕｎｓｈａｎ　ａｎｄ　５ｈｅｂａｉｋ、Ｒｅ５ｅａｒｃｈ／ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、Ｊｕｎｅ＋１９７５参照）。

■族金属の窒化物又は炭化物の層の微小硬度は２２００ないし３０００’に９／ ｒｗｎ２であシ、そして純金属の層の微小硬度は６００ないし９００　ｋｇ／ｍ ｍ２である。純金属のソフトな層が脆い層のクラック発生を防止し、かつ全体と してコーティングの強さを高めるのに寄与する。このようなコーティングは構造 用鋼の加工中にかかる変動負荷での破損に対して高い抵抗力がありかつ工具がそ の切削表面のひとつに再ドレッシングを施こされるときにも割れない。しかしな がら無切削材料（高合金材料）の切削において、コーテイング材および切削され た部分の材料の粘着によって生じる付着摩耗のために工具の耐久性は低い。切削 領域での高温（前述の材料の低い熱伝導の結果でもある）および難切削材料の切 削についての低い切削速度特性が粘着プロセスを助長する。可塑性の活性純金属 はそのより硬くかつより不活発な化合物よりも切削した材料に容易に粘着する。

したがって、コーティング中の純金属層の包含物が全体としてコーティングのよ り速い付着摩耗に至る。

発明の開示 本発明の目的は、金属切削工具の多層コーティングを提供することであり、この コーティングが含んでいる構成成分はコーティングの高強度を保持し同時に難切 削材料をも含む各種材料の加工で低い粘着能力を特色としており、それによって コーティングの付着摩耗が最小にされかつコーティングの摩耗抵抗が全体として 高められる。

この目的は、金属切削工具が２つの構成成分の複数の層を重ねることによって構 成されており、構成成分のひとつが■族金属の窒化物又は炭化物でありそして他 方が本発明によると■族金属の窒化物、炭化物、硼化物又は珪化物でちることに よって達成される。

■族金属化合物の層厚さが０．０５ないし０．５μｍであり、そして■族金属化 合物の層厚さが■族金属化合物層の１５ないし４０％であることは好ましい。

本発明に係る構成成分を含んでなりかつ上述した層厚さを有する多層コーティン グは加工されている材料との付着相互作用の低いことを特徴としており、その結 果コーティングの摩耗は減少しかつこのようなコーティングを有する工具の摩耗 抵抗は増大する。

難切削材料の加工において、■族金属の炭化物および窒化物の高微小硬度がコー ティング表面に対して直角に向けられた塑性変形を防止する。強くなつ含んでな る。各界面は切削プロセスにおける上側層内のクラック形成中に解放されるエネ ルギーを弱めかつ実質的にクラックが下側層内へ伸びるのを抑える。

より薄い層を形成している■族金属化合物は摩耗抵抗を改善し、切削領域内で高 温にて酸化された摩耗生成物が硬い潤滑材として働き、このようにして工具切削 り７ツノの摩擦、切削力および温度を下げ、そしてモリブデン、クロムおよびタ ングステンの酸化物が不活性バリヤを形成し、このバリヤがコーティングと加工 されている材料との間の付着相互作用を防止しかつコーティングの摩耗を全体と して減らす０ 金属化合物層の厚さは、最適の潤滑特性およびコーティングと材料との間の付着 相互作用のため対策を考慮して、実験によって定めた。

発明を実施するだめの最良の形態 本明細書中で提案した多層コーティングは簡単な技術によって、例えば、従来の イオン衝撃を伴なう材料の凝結方法によって作ることができる。

上述した構成成分の複数の層を単一プロセスサイクルによってコーティングする 。この目的のために金属切削工具を真空室内部の回転プラットホーム上に置く。

この真空室は■族および■族の耐火金属で作られたカソードを備えている。工具 を陰極としてアーク放電を工具とカソードとの間の空間に発生させる。その結果 、カソードから追い出された金属相原子がアーク領域内でイオン化される。結果 としてのグラスイオンが工具の陰極によって加速され、工具表面に衝突してこの 表面をクリーニングしかつ加熱する。

工具表面が必要な温度に加熱された後で、試薬ガス（窒素、メタン、７ランある いはぎロンなど）を真空室内へ導入して耐火金属の耐摩耗性かつ耐熱がある化合 物が工具表面に析出する。

本発明を良く理解するために下記実施例である本発明の特別な実施態様を説明す る。

実施例ｌ ｌ５ＯのＰ、Ｍ系の超硬合金で作られた三角形スローアウェイチップを使用して いる切削工具を前述した方法によって合計厚さ２０μｍの多層コーティングで被 覆した。多層コーティングはそれぞれの層厚さが０．０５μｍと０．０１５μｍ であるＴｉＮ−Ｍｏ２Ｎの重なっている層からなっていた。

組成（重量％）がＣＯ，０３−０，０７％、８４　（０，５％、Ｍｎ　（０，４ ％、Ｃｒ１３−１６％、Ｎｉ７３％、Ｔｉ２．５％、Ａ１１．４５−１．２チ、 Ｍｏ　２．８−３．２％、Ｃｏ　１．９−２．２％およびＦｅ残部である耐熱高 合金の旋削によってサンプルを試験した。

切削条件は、切り込み０．３−０．５ｍｍ、切削速度３７．６ｙｙｘ／ｍｉｎ　 ％送り０．１５　ｍｍ／　ｒｅｖであった。

多層コーティングを使用している工具の耐久度は２０．２分に達した。

同様にして実施例２ないし９を本発明で規定した範囲で各ケースにおいて多層コ ーティングの構成成分およびそれぞれの厚さを変えて行なった。

実施例工ないし９の試験結果を第１表に示す。

加えて、実施例１にて述べた工具と同様であって合計厚さ２０μｍのチタン窒化 物およびチタンの重なっている層の先行技術のコーティングで被覆した切削工具 を比較データを得るために試験した。従来のコーティングを有する切削工具を試 験して得られた結果を第１表中に種類１０および１１で示した。

第　１　表 上記試験結果から、本発明に係る多層コーティングを有する切削工具の耐久度は 先行技術のチタン窒化物およびチタンの多層コーティングを有する切削工具の耐 久度よりも４ないし５倍良い。

実施例１０ Ｗ１８重量％、■　２重量％、Ｃｏ　８重量および残部Ｆｅの合金で作られたベ リングビーンカッター（直径８０Ｘ４５■）に上述した方法によって合創厚さ２ ０μｍでそれぞれの層厚さが０．０５μｍおよび００１５μｍであるＴｉＮ−Ｍ ｏ２Ｎ多層コーティングを被覆した。

このカンタ−を、Ｃｒ　２０重量％、Ｍｎ　（１重量％、Ｔ１〈１重量％および Ｆｅ残部の合金サンプルを切削して試験した。切削条件は： （、）速度　・・・・・・・・・１８　ｒｐｍ：（ｂ）送り　・・・・・・・・ ・３１．５　ｍｍ／　ｍ１ｎ（Ｃ）切り込み・・・・・・・・・４欄であった。

本発明に係るコーティングを有するカッターは４４部品の切削に耐えることがわ かった。

ＴｉＮ−Ｔｉの重なっている層の従来のコーティングを有する同様なカッターを 試験して、このカッターはたったの８部の加工に耐えることがわかった。

実施例１１ 多層コーティングの構成成分をＺｒＮ−ＭｏＣとしそれぞれの層厚さを０５μｍ および０．１５μｍとしたことのみを違えて実施例１０と同じようにして試験を 行なった。試験から上述したコーティングを有するカッターが４２部品の加工に 耐えるのに適すること、すなわち、このカッターの耐久度が先行技術の多層コー ティングを有するカッターの耐久度よシも約５倍良いことがわかった。

実施例１２ 多層コーティングの構成成分をＨｆＣ−ＷＣとしそれぞれの層厚さが０．１μｍ および０．０３μｍであることだけを違えて実施例１０と同じようにして試験を 行なった。試験から上述したコーティングを有するカッターが４９部品の加工に 耐えるのに適すること、すなわち、耐久度が約６倍高いことがわかった。

及五旦ユニ Ｗ１８重量％およびＦｅ残部の合金で作られたブローチ（寸法１５０Ｘ２５Ｘ３ ０　）に上述した寸法によって合計厚さ２０μｍでそれぞれの層厚さが０．３μ ｍおよび０．１μｍであるＴｉＣ−ＣｒＣの重なっている層からなる多層コーテ ィングを被覆した。

下記組成（重量％）：　ＣＯ，１３−０，１８％、　Ｓｉ　（０，６チ、Ｍｎ　 （０，６％、Ｃｒ１ｌ−１３％、Ｎｉ　１．５−２．０％、Ｗ（１％、Ｍｏ　１ ．３５−１．６５％、Ｖ　Ｏ，１８−０，３％、Ｎｂ０．３％およびＦｅ残部か らなるステンレス鋼のサンプルを加工することによってブローチを試験した。

このブローチが１９７部品の加工に耐えるとわかった。

比較のために、ＴｉＮ−Ｔｉの従来の多層コーティングを有する同様なブローチ を試験した。先行技術のコーティングを有するブローチが４５部品の加工に適す ること、すなわち、その耐久度が４５分１と低いことがわかった。

実施例１４ 多層コーティングの構成成分をＺ　ｒＮ−Ｍｏ　Ｓ　ｉ　２としそれぞれの層厚 さが０２μｍおよび００３μｍであることだけを違えて実施例１３の場合と同様 に試験を行なった。このブローチは１６５部品の加工に耐えた、すなわち、ブロ ーチの耐久度は先行技術の多層コーティングを有するブローチと比較して３．１ 倍高い。

産業上の利用可能性 本発明に係る多層コーティングは、ドリル、カッター、切削工具などのあらゆる 金属切削工具の耐久度を高めることを意図した処理に最も有利に使用することが できそして高合金鋼（難切削鋼）および高合金を加工するのに用いる工具の場合 に特に役立つ。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　ひとつが■族金属の窒化物又は炭化物であり、他方が■族金属の窒化物、 炭化物、硼化物又は珪化物である２つの構成成分の層を重ねることによって構成 した金属切削工具の多層コーティング。 ２、ＩＶ族金属化合物の層厚さが００５ないし０５μｍであり、そして■族金属 化合物の層厚さが前記■族金属化合物の層厚さの１５ないし４０％であることを 特徴とする請求の範囲第１項記載の金属切削工具の多層コーティング。