JPS5914544B2 - 表面被覆超硬質合金 - Google Patents

表面被覆超硬質合金

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JPS5914544B2
JPS5914544B2 JP8004677A JP8004677A JPS5914544B2 JP S5914544 B2 JPS5914544 B2 JP S5914544B2 JP 8004677 A JP8004677 A JP 8004677A JP 8004677 A JP8004677 A JP 8004677A JP S5914544 B2 JPS5914544 B2 JP S5914544B2
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JP
Japan
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cutting
coated
metal
coating layer
hard alloy
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JP8004677A
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English (en)
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JPS5414414A (en
Inventor
則文 菊池
文洋 植田
泰雄 鈴木
泰次郎 大西
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
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Publication of JPS5414414A publication Critical patent/JPS5414414A/ja
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性にすぐれた薄い被覆層を有する切削用
および耐摩耗部品用の超硬質合金製品に0関する。
従来、超硬質合金製品の耐摩耗性を向上させる目的で、
その使用面に炭化チタン、窒化チタンなどの、周期率表
4a、5a、6a族金属の各種炭化物、窒化物、炭窒化
物及び或いは酸化アルミニ5 ウム、酸化ジルコニウム
の単層又は複層を被覆することは公知であサ、切削用ス
ローアウエイチツプとして被覆超硬質合金製品は広<実
用化されている。
被覆物質としてもつとも広く用いられているのは炭化チ
タンであシ、超硬質合金自体と比べ’0 耐酸化性、潤
滑性、鉄との親和力、硬度において切削工具としてすぐ
れた物性を具備している。しかしながら炭化チタン被覆
の超硬質合金は耐逃げ面摩耗においてはすぐれた性能を
発揮するが反面すく(・面における耐摩耗性が充分でな
く、こフ5 れが原因となつて限界寿命が短かくなる欠
点があつた。又炭化チタンと同族の炭化ジルコニウム、
炭化ハフニウムに関しても同様に切削工具としてすぐれ
た物性を具備していろものの、すく(・面におけ10る
耐摩耗性は充分とはいい難いものであつた。
又これら4a族炭化物は被覆物質としてすぐれた性能を
示す反面、母材である超硬質合金との親和性に欠け、特
に結合金属であろCo、Ni等との濡れ性は良くなく、
これがために、母材と硬質層の35境界の付着強度が十
分でな<、断続切削や黒皮偏向切削のように機械的衝撃
の大きい切削や、溶着を起しやすい被削材の切削等の場
合、硬質層が剥離し易い欠点を有していた。本発明者は
これらの欠点を解消すべく鋭意研究を続けた結果、硬質
層を従来の炭化物、窒化物に代えて炭酸窒化物(0xy
carb0nitr1de)にすることにより耐酸化性
を向上させて欠点であつた耐すくい面摩耗性を向上せし
め、更に母材との親和性を増すため、より母材と親和性
が良く、結合金属と濡れ易い、MO.Ta.Nb.Wを
固溶させることにより満足すべき性能を有する被覆層を
得ることに成功して本発明を完成したものである。
被覆層、すなわち(MxA,)(C,N,Or)zなる
複合炭酸窒化物の合成ぱ化学蒸着法によつて行う。すな
わち4a族金属(Ti.Zr.Hf)の1種もしくは2
種以上の・・ロゲン化物と、MO.Ta、Nb.Wの1
種もしくは2種以上の・・ロゲン化物と水素及び酸素源
ならびに炭素源として一酸化炭素もしくは二酸化炭素、
炭素源として炭化水素、窒素源として窒素ガスもしくは
アンモニアガスを、800とC〜120『Cの高温で反
応せしめて超硬質合金表面に上述の4a族金属とMO.
Ta、Nb,.Wf)複合炭酸窒化物を得るものである
。反応の詳細は不明であるが、基本的には以下の反応で
示される各種の反応が炉内で起ると考えられる。1例と
して、4,a族金属としてTil固溶する金属としてW
の場合を示す。
XTiCl4−1−2xH2→d1+4xHC1・・・
・・・・・・・・・・・・ (1)YWCl6−F3y
H2謁県%YHCl・・・・・・・・・・・・・・・
(2)XTi+YW+1/3C0+1/6N2→Tix
Wy(C1/3Ni1/3C1/3) ・・・(3)X
Ti+YWH/2C0−+TiWWQ,。
OO,・・・・・・ (4)XTi−I−YWI−1/
2N2→゛RiXwyN・・・・・・・・・・・・・・
・ (5)XTi−F37WFCH4→TixWyC・
・・・・・・・・・・・・・・・・・ (6)XTi−
FyWfC(基体)→TixVlyC・・・・・・・・
・・・・・・・ (7)X,yの割合は0。1≦X≦0
.95の範囲において(1X2)の反応に使用される・
・ロゲン化物の量により任意に変化させ得る。
TixWy(C,NqOr)は主として(3)及び(4
),(5),(6)の反応で生成するものと考えられ、
炉内のCO分圧、CH4分圧、N2分圧を制御すること
により任意のP,.q,.rの組成を得ることができる
又基体である超硬質合金から炭素が拡散して、(7)式
に示す反応を起し、これがために、母材と硬質層との境
界付近の硬質層の炭素濃度は濃くなる。この現象を利用
して、硬質層中の炭素濃度を連続的に変化させ得ること
ができるし、又同様に窒素、酸素濃度も雰囲気ガスを制
御することにより連続的に変化させ得る。又同様に金属
組成であるXlyも雰囲気ガスを制御することにより硬
質層中の濃度を連続的に変化させ得る。特に固溶させる
金属はその目的から、硬質層中の母材との境界付近で濃
度を高く、表面に行くに従つて薄くすることができる。
以上の被覆硬質層を有する超硬質合金の特徴は従来の被
覆超硬質合金に比較して、まず第1に切削時に逃げ面、
すくい面の両面に良い耐摩耗性を示すことである。
これは硬質層に酸素を含有するため耐酸化性に優れてい
ることが一因であるが、固溶金属により、靭性の向七、
高温硬度の増大等の効果が加わつたためと考えられる。
第2点として断続切削時の耐チツピング性に優れている
ことがあげられる。これは固溶金属により母材との親和
性が増大し、付着強度が向上したためと考えられる。一
般に硬質層に酸素を含有する場合、金属との濡れ性は悪
くなる傾向があるため、固溶金属はどうしても必要なも
のである。一般式MxAy(0,Nq0r)z(式中各
記号の意味は前述のとおり)の組成において、金属組成
は、0.1≦x≦0。
950.05≦y≦0.90の範囲とすることが必要で
、固溶金属が5at%未満では固溶の効果が少なく、9
0at%をこえると4a族金属の効果が少なくなるため
好ましくない。
又、酸素の含有量は0。2≦r≦0。
6で、20at%未満では耐酸化件に及ぼす効果が少な
く、60at%をこえると酸化物としての靭性の低下が
生じ好ましくない。
金属と非金属の割合は、0.8≦Z≦1。0で、0.8
未満では格子欠陥が多くなり、1.0をこえると遊離炭
素が多くなク、いずれも硬度の低下、強度の低下を招き
好ましくない。
以下実施例により説明する。
実施例 1 超硬質合金P−30(JIS)グレード(WC8O%、
COlO%、TiC8%、TaC2(11)、いずれも
重量%)を用い、これを耐熱合金製反応容器内で100
0′Cに加熱して、TiCl42容量%、WCl6l容
量%、COl容量%、N22O容量%、H2残の割合に
混合された反応ガスを10t/Minの流速で送ジ込ん
で2時間反応させた。
反応後残留ガスを除去し、冷却して取り出したチツプ表
面は平均5μのチタン・タングステンオキシカーボナイ
トライドで被覆された。チタン゛タングステンの成分比
はX線マイクロアナライザーの分析によりTiO.7ラ
WO.3であり、C,.NlOの成分比はオージエ分析
により、CO.lONO.65OO.25であつた。こ
れにより得られたチタン。タングステンオキシカーボナ
イトライドの組成はTlO.7WO.3(CO.lNO
.65OO.25)で示された。実施例 2下記条件に
より実施例1と同様にして基体を被覆した。
被覆層は5.5μの厚さで、X線マイクロアナライザー
及びオージエ分析の結果、組成はTi.O6,MOO.
35(CO.3NO.5q).2)であつた。
実施例 3下記条件により実施例1と同様にして基体を
被覆した。
被覆層は6μの厚さで成分比はZrO.8TaO.2(
CO.7NO.lOO.3)咽ヒも実施例 4 下記条件により実施例1と同様にして基体を被覆した。
被覆層厚さは6μであり、成分比はHfO,Nb旧(C
O.4NO4OO2)であつた。
実施例 5 下記条件により実施例1と同様にして基体を被覆した。
但し、TiCl4とWCl6のガス濃度を反応時間の経
過と共に変化させた。被覆層厚さは5μで、その成分は
母材と被覆層の境界付近はTl9.4WO.,(CO.
l5NO.65OO.2)で、被覆層の表面付近はTi
O9WO.l(CぃN。
.65蟻,)であつた。実施例 6 下記の条件により、実施例1と同様にして基体を被覆し
た。
但し反応中CO量とN2量を連続的に変化させた。被覆
層厚さは5μで、その成分は母材との境界付近はTlO
.7WO3(CO.6NO.2OO2)で、表面付近は
TlO.7WO.3(CO.3NO4OO.3)であつ
た。
実施例 7下記の条件により実施例1と同様にして基体
を被覆した。
被覆層厚さは5μで、成分比はTiO.7WO.3(C
O.4NO.lOO.5)であつた。
実施例 8 実施例1〜7で得られた被覆超硬質合金切削チツプの切
削試験を行つた。
比較例として実施例1〜7の基体として使用したP−3
0超硬質合金、およびそれにTiC.TiNを各々6μ
被覆した被覆超硬質合金を同時に切削した。以下の切削
例において記載を省略した各試料の被覆層の組成を整理
すると次のとおりである。
υ唱 υ●′ 1−LlV●L )V〔切削例1〕 鋳鉄連続切削(JIS)FC−25、ブリネル硬さHB
l8O、切削速度、v=200m/Min送りf:0。
2mTI1/Revl切込みt二1.5mm※ すくい
面摩耗200μ、又は逃げ面摩耗0.4mmを寿命限界
とした。
〔切削例2〕 炭素鋼の切削(JIS)S3O℃、ブリネル硬さHB2
lO、v=180m/Min,.f=0。
2mm/Rev,.t二1.5mm 〔切削例3] 合金鋼角材の断続切削 JISSNCM−8(寸法150×300×800mm
角材)v二150m/Min..t二1.5mmの条件
で、更に送りをそれぞれ、0.25mm/Rev、0。
35mm/Rev、0。
45mm/Revにした状態で切刃欠損までの時間を比
較した。
以七のとおり本発明品は耐摩耗性においても、耐欠損性
においても良好な結果を示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 超硬質合金の表面を、化学蒸着法により生成せしめ
    た、一般式(MxAy)(C_pN_qO_r)zここ
    にMはTi、Zr、Hrの1種又は2種以上を、AはM
    o、Ta、Nb、Wの1種又は2種以上を、 C、N、Oはそれぞれ炭素、窒素、酸素を、x、yは金
    属成分比を、p、q、rはそれぞれC、N、Oの原子比
    を、zは金属成分に対する非金属成分の比を 示し、これらは x+y=1、0.1≦x≦0.95 0.05≦y≦0.90 p+q+r=1、p・q・r>0 0.2≦r≦0.6 0.8≦z≦1.0 なる条件を満足する で表わされる金属炭酸窒化物で被覆したことを特徴とす
    る表面被覆超硬質合金。
JP8004677A 1977-07-05 1977-07-05 表面被覆超硬質合金 Expired JPS5914544B2 (ja)

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JPS5414414A JPS5414414A (en) 1979-02-02
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