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

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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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JP
Japan
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vessel
tool
gaseous
base material
layer
Prior art date
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Pending
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JP16097881A
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English (en)
Inventor
Yasuo Tanosaki
田野崎 康夫
Kenichiro Yamagishi
山岸 憲一郎
Toshiji Nishino
西野 利次
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Nachi Fujikoshi Corp
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
Fujikoshi KK
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating 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

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】 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP16097881A 1981-10-12 1981-10-12 表面被覆工具およびその製造方法 Pending JPS5864377A (ja)

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