JPS5864377A - 表面被覆工具およびその製造方法 - Google Patents
表面被覆工具およびその製造方法Info
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- JPS5864377A JPS5864377A JP16097881A JP16097881A JPS5864377A JP S5864377 A JPS5864377 A JP S5864377A JP 16097881 A JP16097881 A JP 16097881A JP 16097881 A JP16097881 A JP 16097881A JP S5864377 A JPS5864377 A JP S5864377A
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- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
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- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
-
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- 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
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は表面に硬質の被覆層を設けた表面被覆工具に
関する。
関する。
高速度工具鋼あるいに合金工具鋼の工具母材に物理蒸着
法（ＰＶＤ）又は化学蒸着法（ＣＶＤ） Ｋより耐摩耗
性に富むＴｉ、Ｚｒ、Ｂｆ等Ｏ■ａ族元素あ、６ イｔ
；Ｘ Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等のｖａ族元素の炭化物、窒化物
や炭窒化物を単層被覆または積層被覆した場合、工具と
してより優れた性能を得る仁とができることが知られて
いる。
法（ＰＶＤ）又は化学蒸着法（ＣＶＤ） Ｋより耐摩耗
性に富むＴｉ、Ｚｒ、Ｂｆ等Ｏ■ａ族元素あ、６ イｔ
；Ｘ Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等のｖａ族元素の炭化物、窒化物
や炭窒化物を単層被覆または積層被覆した場合、工具と
してより優れた性能を得る仁とができることが知られて
いる。
一般にｗａ族元素およびｖａ族元素の炭化物、窒化物お
よび炭窒化物（例、ｊ ハＴｉｅ、ＴｉＮ、ＴｉＧＩＪ
） −？を被覆した切削工具は優れた切削特性を有して
いるが、元来これらの硬質被覆層は脆弱であり、かつ母
材゛から剥離する現象を伴うことがあるので、被覆層の
厚みは１０ ｐＨ以内で２〜５μｍの範囲にするのが一
般的である。一方、切削工具、冷間塑性加工工具および
熱間加工工具に対する窒化処理あるいは軟窒化処理（低
温浸炭窒化処理）の効果についても知られているが、こ
の場合拡散層の厚みは一般に２Ｏ−Ｚｏｏ／Ｊｌｎであ
り、特に切削工具のように鋭利な刃先を有するものでは
２０〜５ｏＩｔｒｎ に押えている。
よび炭窒化物（例、ｊ ハＴｉｅ、ＴｉＮ、ＴｉＧＩＪ
） −？を被覆した切削工具は優れた切削特性を有して
いるが、元来これらの硬質被覆層は脆弱であり、かつ母
材゛から剥離する現象を伴うことがあるので、被覆層の
厚みは１０ ｐＨ以内で２〜５μｍの範囲にするのが一
般的である。一方、切削工具、冷間塑性加工工具および
熱間加工工具に対する窒化処理あるいは軟窒化処理（低
温浸炭窒化処理）の効果についても知られているが、こ
の場合拡散層の厚みは一般に２Ｏ−Ｚｏｏ／Ｊｌｎであ
り、特に切削工具のように鋭利な刃先を有するものでは
２０〜５ｏＩｔｒｎ に押えている。
そこで、硬質被覆層に、工具使用時における摩滅、破損
、剥離などの欠陥を生じた際の急激な工具摩耗の進行を
食い止める方策として、母地にあらかじめ窒化処理ある
いは軟窒化処理（浸炭窒化処理）を施しておくことが考
えられるが、この方法は一般には実用的ではない。その
理由は、窒化処理あるいは軟窒化処理が塩浴、ガス雰囲
気、あるいはイオン処理によって行なわれた後に、一旦
大気中に取り出されるため、表面は酸化皮膜その他によ
って汚染され完全に清浄な状態ではあり得ないこと、か
つ清浄化するために研削加工を施すと、処理層を完全あ
るいは相当量除去してしまうおそれがあること、あるい
はホーニング、電解研磨ガどでは清浄な表面が得にくい
などのためである。
、剥離などの欠陥を生じた際の急激な工具摩耗の進行を
食い止める方策として、母地にあらかじめ窒化処理ある
いは軟窒化処理（浸炭窒化処理）を施しておくことが考
えられるが、この方法は一般には実用的ではない。その
理由は、窒化処理あるいは軟窒化処理が塩浴、ガス雰囲
気、あるいはイオン処理によって行なわれた後に、一旦
大気中に取り出されるため、表面は酸化皮膜その他によ
って汚染され完全に清浄な状態ではあり得ないこと、か
つ清浄化するために研削加工を施すと、処理層を完全あ
るいは相当量除去してしまうおそれがあること、あるい
はホーニング、電解研磨ガどでは清浄な表面が得にくい
などのためである。
本発萌は上述の従来の表面ｉ′ａ工具の問題点を゛解決
し更に優れた性能を有する切削工具、冷間塑性加工工具
、熱間加工工具等の表面被覆工具およびその製造方法を
提供することを目的とするものであって、高速度工具鋼
や合金工具鋼の母材の表面に形成した窒化層あるいは炭
窒化層の上に更に■ａ族元素あるいはＶａ族元素の炭化
物、窒化物あるいは炭窒化物の１種または２６種以上の
被覆層を設けてなる切削工具、冷間塑性加工工具、熱間
加工工具等の工具および、その工具の製造方法として窒
化処理あるいは軟窒化処理後に工具を大気中に取り出す
ことなく、その′！まイオンブレーティングを施すかあ
るいはスパーツタリングに続いてイオンブレーティング
を施すことを特徴とする製造方法に関するものである。
し更に優れた性能を有する切削工具、冷間塑性加工工具
、熱間加工工具等の表面被覆工具およびその製造方法を
提供することを目的とするものであって、高速度工具鋼
や合金工具鋼の母材の表面に形成した窒化層あるいは炭
窒化層の上に更に■ａ族元素あるいはＶａ族元素の炭化
物、窒化物あるいは炭窒化物の１種または２６種以上の
被覆層を設けてなる切削工具、冷間塑性加工工具、熱間
加工工具等の工具および、その工具の製造方法として窒
化処理あるいは軟窒化処理後に工具を大気中に取り出す
ことなく、その′！まイオンブレーティングを施すかあ
るいはスパーツタリングに続いてイオンブレーティング
を施すことを特徴とする製造方法に関するものである。
従って本発明の製造方法は一つの装置で窒化処理あるい
は軟窒化処理に引続き、イオンブレーティング、あるい
はスパッタリングとイオンブレーティングを同一の真空
容器内で行うものであって、設備としては例えばイオン
ブレーティング装置を用いて、事前にイオン窒化やイオ
ン軟窒化を行うもので、このことにより従来のように大
気中で生ずる酸化皮膜等の汚染を防ぎ、清浄な窒化層や
炭窒化層の上にｌ１ｌｒａ族やＶａ族の元素や炭化物、
窒化物炭輩化物等の被覆層を有する表面被覆工具を容易
に製造することができる。
は軟窒化処理に引続き、イオンブレーティング、あるい
はスパッタリングとイオンブレーティングを同一の真空
容器内で行うものであって、設備としては例えばイオン
ブレーティング装置を用いて、事前にイオン窒化やイオ
ン軟窒化を行うもので、このことにより従来のように大
気中で生ずる酸化皮膜等の汚染を防ぎ、清浄な窒化層や
炭窒化層の上にｌ１ｌｒａ族やＶａ族の元素や炭化物、
窒化物炭輩化物等の被覆層を有する表面被覆工具を容易
に製造することができる。
一般に炭化チタン皮膜を高速度工具にイオンブレーティ
ングする時、および切削時に炭化チタン皮膜への高速度
工具鋼中に含まれる窒素の拡散現象が発生し、このため
に炭化チタン皮膜直下における高速度工具鋼中の窒素濃
度の減少が起り、皮膜直下の母材高速度工具鋼の特性や
応力状態が変化する欠点がある。このような高速度工具
鋼の特性の変化を防ぐためには、予めイオン窒化処理に
より窒化物層を生成させておき、更にその窒化物層上に
イオンブレーティングにより炭化チタン皮膜を生成させ
る。このようにすると炭化チタン皮膜直下での特性変化
を防止できるのみならず、皮膜硬さと母材硬さの落差が
窒化硬化により小さくなるため皮膜内応力、界面応力の
小さい状態を作り出すこともできる。
ングする時、および切削時に炭化チタン皮膜への高速度
工具鋼中に含まれる窒素の拡散現象が発生し、このため
に炭化チタン皮膜直下における高速度工具鋼中の窒素濃
度の減少が起り、皮膜直下の母材高速度工具鋼の特性や
応力状態が変化する欠点がある。このような高速度工具
鋼の特性の変化を防ぐためには、予めイオン窒化処理に
より窒化物層を生成させておき、更にその窒化物層上に
イオンブレーティングにより炭化チタン皮膜を生成させ
る。このようにすると炭化チタン皮膜直下での特性変化
を防止できるのみならず、皮膜硬さと母材硬さの落差が
窒化硬化により小さくなるため皮膜内応力、界面応力の
小さい状態を作り出すこともできる。
尚イオンブレーティング方法としては、抵抗加熱、高周
波加熱、又は電子銃およびＨＣＤによる電子ビーム加熱
のいずれの金属蒸発手段をとってもよい。またブレーテ
ィング皮膜の化合物としては、炭化チタンのほか、炭化
ニオブ、窒化チタン、窒化ニオブおよび窒化ハフニウム
等の優ｎた耐摩耗性や耐熱性を具えた■ａ族或いはＶａ
族の元素の炭化物、窒化物を用いることができるが、接
着強度を増大するために基板とブレーティング層との間
に金属の蒸着膜を形成させたり、炭化物あるいは窒化物
を積層に蒸着して、耐摩耗性に対する複合効果を発揮さ
せることもできる。
波加熱、又は電子銃およびＨＣＤによる電子ビーム加熱
のいずれの金属蒸発手段をとってもよい。またブレーテ
ィング皮膜の化合物としては、炭化チタンのほか、炭化
ニオブ、窒化チタン、窒化ニオブおよび窒化ハフニウム
等の優ｎた耐摩耗性や耐熱性を具えた■ａ族或いはＶａ
族の元素の炭化物、窒化物を用いることができるが、接
着強度を増大するために基板とブレーティング層との間
に金属の蒸着膜を形成させたり、炭化物あるいは窒化物
を積層に蒸着して、耐摩耗性に対する複合効果を発揮さ
せることもできる。
次に実施例全図面について説明すると、第１図において
高速度工具鋼（ＳＫＨ９）’ｉ用いて製作さ扛たモジュ
ール３のホブが物理蒸着装置の基板（１）に取付けられ
る。次に真空容器（２）全排気口（３）を通じて排気し
、真空排気を２〜８ Ｘ １０−、” Ｔｏｒｒまで到
達させた。次に可変リークバルブ（５）ヲ開いてアルゴ
ンガスを導入して容器（２）内を１．５ Ｘ １０−１
ＴＯｒｒとし、基板電源（８）によって−〇、５ＫＶ１
印加し、グロー放電を行なわせた。（４）は真空ゲージ
である。基板（１）は図示しない回転機構により回転さ
れ、ホブの表面はスパッター効果により清浄化さ扛る。
高速度工具鋼（ＳＫＨ９）’ｉ用いて製作さ扛たモジュ
ール３のホブが物理蒸着装置の基板（１）に取付けられ
る。次に真空容器（２）全排気口（３）を通じて排気し
、真空排気を２〜８ Ｘ １０−、” Ｔｏｒｒまで到
達させた。次に可変リークバルブ（５）ヲ開いてアルゴ
ンガスを導入して容器（２）内を１．５ Ｘ １０−１
ＴＯｒｒとし、基板電源（８）によって−〇、５ＫＶ１
印加し、グロー放電を行なわせた。（４）は真空ゲージ
である。基板（１）は図示しない回転機構により回転さ
れ、ホブの表面はスパッター効果により清浄化さ扛る。
次に可変リークバルブ（５）ヲ閉じて可変リークバルブ
（６）を開き、窒素ガスを導入して容器内全１〜７ Ｔ
ｏｒｒとし、引続きグロー放電によるイオン窒化を行な
わせた。イオン窒化時間は１０分間、イオン窒化温償は
ＳＯＯ℃であった。その後可変ＩＪ−クバルプ（６）ヲ
閉じ、再び２ＸＩＯＴｏｒｒ以上の真空度に排気し、電
源（９）により電子銃α１を作動させ、電子ビームによ
り容器αυ内に固体チタン（２）を溶解させた。同時に
可変リークパルプ（７）を開き、アセチレンガスを５〜
６Ｘ １０ Ｔｏｒｒの圧力が保持されるように導入
した。次いで放電安定後に基板（１）−接地間に貴方基
板電源（８）により−ｌ、Ｑ ＫＶの電圧を印加し、１
時間保持してイオンブレーティングを行なった。その後
冷却してホブを真空容器（２）から取出口た。このよう
にしてイオン窒化を施した後イオンブレーティングによ
り炭化チタン被覆処理を施した朶プの断面硬さ分布回顧
°ヲ第２図に示して・ある。
（６）を開き、窒素ガスを導入して容器内全１〜７ Ｔ
ｏｒｒとし、引続きグロー放電によるイオン窒化を行な
わせた。イオン窒化時間は１０分間、イオン窒化温償は
ＳＯＯ℃であった。その後可変ＩＪ−クバルプ（６）ヲ
閉じ、再び２ＸＩＯＴｏｒｒ以上の真空度に排気し、電
源（９）により電子銃α１を作動させ、電子ビームによ
り容器αυ内に固体チタン（２）を溶解させた。同時に
可変リークパルプ（７）を開き、アセチレンガスを５〜
６Ｘ １０ Ｔｏｒｒの圧力が保持されるように導入
した。次いで放電安定後に基板（１）−接地間に貴方基
板電源（８）により−ｌ、Ｑ ＫＶの電圧を印加し、１
時間保持してイオンブレーティングを行なった。その後
冷却してホブを真空容器（２）から取出口た。このよう
にしてイオン窒化を施した後イオンブレーティングによ
り炭化チタン被覆処理を施した朶プの断面硬さ分布回顧
°ヲ第２図に示して・ある。
以上のような本発明による被覆処理を施したホブを用い
て次に示す条件で切削試験を行なった。
て次に示す条件で切削試験を行なった。
被削材 ８４５０
切削速度 ６２ｍ／ｍｉｎ、切込１ｕ１送９３５ｕｆｉ
ｅｖ第３図にはこの試験の精米の摩耗特性曲線が示され
ている。この図から、明らかなように、８ＫＨ９種のホ
ブにイオン窒化処理を施し、更に炭化チタンのイオンブ
レーティングを施した本発明の場合〔！〕ハ従来の８Ｋ
ｋ１９株に炭化チタンのイオンブレーティングのみを施
した場合（ＩＩ）に比べてきわめて優れた耐摩耗性を示
した。尚比較のために５ＫＨ９種で作成された軟窒化を
施したホブの場合を（［３で、無処理ホブの場合を［Ｉ
Ｖ）で示しである。
ｅｖ第３図にはこの試験の精米の摩耗特性曲線が示され
ている。この図から、明らかなように、８ＫＨ９種のホ
ブにイオン窒化処理を施し、更に炭化チタンのイオンブ
レーティングを施した本発明の場合〔！〕ハ従来の８Ｋ
ｋ１９株に炭化チタンのイオンブレーティングのみを施
した場合（ＩＩ）に比べてきわめて優れた耐摩耗性を示
した。尚比較のために５ＫＨ９種で作成された軟窒化を
施したホブの場合を（［３で、無処理ホブの場合を［Ｉ
Ｖ）で示しである。
以上のように本発明による表面被覆工具は母材の表面に
形成した窒化層あるいは炭窒化層と、その上に形成され
たイオンブレーティングによる■ａ族またはｖａ族の炭
化物、窒化物あるいは炭窒化物の相乗効果によって耐摩
耗性、ひいては寿命を著しく向上させることが可能とな
った。
形成した窒化層あるいは炭窒化層と、その上に形成され
たイオンブレーティングによる■ａ族またはｖａ族の炭
化物、窒化物あるいは炭窒化物の相乗効果によって耐摩
耗性、ひいては寿命を著しく向上させることが可能とな
った。
第１図は本発明の実施に使用したイオンブレーティング
装置の概略図、第２図は本発明を実施したホブの唇面か
らの硬さ分布曲線を示すグラフ、第３図は実施例のホブ
と従来の表面被覆ホブの摩耗特性曲線の比較図である。 代理人弁理士 河 内 潤 二 躬１図 表巨酌１＼らの距峡（ｍｍ） 切削長 （６牧１情Ｘ咽倶幻（ｍ） 栴 ３日
装置の概略図、第２図は本発明を実施したホブの唇面か
らの硬さ分布曲線を示すグラフ、第３図は実施例のホブ
と従来の表面被覆ホブの摩耗特性曲線の比較図である。 代理人弁理士 河 内 潤 二 躬１図 表巨酌１＼らの距峡（ｍｍ） 切削長 （６牧１情Ｘ咽倶幻（ｍ） 栴 ３日
Claims (2)
- （１）高速度工具鋼あるいは合金工具鋼の母材の表面に
形成した窒化層あるいは炭窒化層の上に■ａ族元素ある
いはＶａ族元素の炭化物、窒化物あるいは炭窒化物の１
種１本は２種以上の被覆層を設けたことを特徴とする表
面被覆工具 - （２）真空容器内に高速度工具鋼あるいは合金工具鋼の
工具母材を保持してグロー放電によりその表面に窒化層
あるいは炭窒化層を形成した後、相続き大気から遮断し
て同一容器内でイオンブレーティング法によって前記窒
化層あるいは炭窒化層の上に隔族元素あるーはｖａ族元
素の炭イビ物、窒化物あるい扛炭窒化物の１種または２
種以上の被覆層を形成することを特徴とする表面被覆工
具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16097881A JPS5864377A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 表面被覆工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16097881A JPS5864377A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 表面被覆工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5864377A true JPS5864377A (ja) | 1983-04-16 |
Family
ID=15726242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16097881A Pending JPS5864377A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 表面被覆工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5864377A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2557822A1 (fr) * | 1984-01-11 | 1985-07-12 | Instr I | Outil de coupe et procede de fabrication dudit outil |
| FR2590594A1 (fr) * | 1985-11-28 | 1987-05-29 | Toshiba Kk | Element mecanique portant un revetement ceramique anti-usure et sa fabrication. |
| FR2596775A1 (fr) * | 1986-04-07 | 1987-10-09 | Univ Limoges | Revetement dur multicouches elabore par depot ionique de nitrure de titane, carbonitrure de titane et i-carbone |
| JPS6369963A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-03-30 | Okaya Netsushiyori Kogyo Kk | 複合表面硬化法 |
| JPS6417401U (ja) * | 1987-07-22 | 1989-01-27 | ||
| US5300951A (en) * | 1985-11-28 | 1994-04-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Member coated with ceramic material and method of manufacturing the same |
| JPH06210502A (ja) * | 1985-09-06 | 1994-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆スローアウェイチップ |
| JPH06210511A (ja) * | 1985-09-06 | 1994-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆エンドミル |
| FR2705692A1 (fr) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Balzers Hochvakuum | Procédé pour augmenter la résistance à l'usure de la surface d'une pièce et pièce traitée selon ce procédé. |
| FR2722800A1 (fr) * | 1994-07-19 | 1996-01-26 | Sumitomo Metal Mining Co | Produits composites en acier revetus en double couche et leur procede de fabrication |
| EP0694629A3 (de) * | 1994-07-27 | 1998-09-23 | Balzers Sa | Korrosions- und verschleissfester Körper, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Vakuumbehandlungsanlage |
| 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 |
| JP2005153126A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Nachi Fujikoshi Corp | プラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具 |
| RU2547381C2 (ru) * | 2013-08-21 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность изделия из жаропрочного никелевого сплава |
-
1981
- 1981-10-12 JP JP16097881A patent/JPS5864377A/ja active Pending
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