JPS6077972A - 高温特性にすぐれた多層被覆工具材料 - Google Patents

高温特性にすぐれた多層被覆工具材料

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JPS6077972A
JPS6077972A JP18628783A JP18628783A JPS6077972A JP S6077972 A JPS6077972 A JP S6077972A JP 18628783 A JP18628783 A JP 18628783A JP 18628783 A JP18628783 A JP 18628783A JP S6077972 A JPS6077972 A JP S6077972A
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titanium
carbide
coated tool
outer layer
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Tetsuji Tsukamoto
塚本 哲治
Kunio Shibuki
渋木 邦夫
Taketo Hayashi
林 武人
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、切削工具部品、耐摩耗工具部品に適する特に
高温における強度、闇″摩耗11ミ及び耐別離性等の高
温4¥ ’inにすぐれた多層被覆工具.材料に関する
従来、超硬合金、サーメット、セラミックス及び高速度
M等の基体表面に耐摩耗11を有する被覆層を付与した
材料が種々提案されている。この内酸化アルミニウムの
高硬度性と化学的安定性から酸化アルミニウムを主体と
した被覆層を0与した被覆工具材料が開発されている。
この酸化アルミニウムを主体とした被覆層を直接基体表
面に0着したものは付着性が悪く実用化できないという
問題があり、この問題を解決したものとして基体と主と
して酸化アルミニウムからなる外層どの間にTi,Zr
,Hf,Taの炭化物および/または窒化物の内ノ凶を
0着した被覆4A料が特公昭52−13201に開示さ
れている。この特公昭52−13201による被覆材料
は、基体と外Elとの間に存在する内層が基体に含有し
ている結合剤金属上としてCoが酸化物からなる外J+
f中に拡散するのを阻止するのと基体に含有している炭
素が外層中に拡11にするのを遅延させる効果によって
酸化物からなる外層のa覆速度を遅くして酸化物からな
る外層を4;:’tJ;+1粒子にし、しかも基体と内
層及び内ノーと外層との結合強度を高めて実用化を可能
にしたものである。しかしこの特公昭52−13201
の被覆材料は、外層である酸化物の生成速度が遅く工業
生産していくためには問題があり、しかも切削工具部品
のように刃先に苛酷な負荷が加わり切刃近辺が高温にな
るような用途特に高速切削や高送り切削用の(υ削工具
部品として使用した場合は、すくい面に生じるクレータ
−摩耗が激しかったり、高温負荷により内層と外層間で
剥離が生じたり、被覆層の強度不足から生じると考えら
れる微少チッピングがり刃に発生して被削オJの切削面
粗さが悪くなるという問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解決したものでn化ア
ルミニウムや酸化ジルコニウムを弧む被覆層を基体の表
面に短時間で被覆でき、しかもこの被覆層の結晶粒子を
微細にして下地どの0着強度を向上させたもので、この
ために切削工具部品として使用した場合、特に高速切削
や高送り切削の領域まで使用可能なすぐれた高温特性を
有する多層被覆工具材料を提供するものである。即ち、
本発明の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料は、超硬
合金、サーメット、セラミックス及び高速度口等の基体
の表面にTi,Zr,Hf,V,Nb.Ta。
Cr,MO,W,Siの炭化物、窒化物、酸化物、{σ
jり化物又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも1
屑からなる0.5〜10μm厚さの内層を被覆し、この
内層の表面に窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化バナジウ
ム又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも1層から
なる0,1〜Iμm厚さの中間層を被覆し、この中間層
の表面に酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化
ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム又はこれらの複合化
合物のうちの少なくとも1層からなる1〜15μm厚さ
の外層を被覆した多層被覆工具材料である。このような
本発明の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料は、理論
的根拠は明らかではないが、外層である酸化アルミニウ
ム、酸窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジ
ルコニウムを周期律表の5a族金属であるTa、Nb、
Vの窒化物又はこれらの複合化合物例えば(TaNb)
N、(TaV)N、(NbV)N。
(TaNbV)Nのような化合物からなる中間層の表面
に被覆すると外層の被覆速度が促進されるために外層の
被覆時間が短時間で可能となり、しかも外層の結晶粒子
が従来よりも非常に微第1(1になって中間層との付着
強度が高くなることを確認し、この事実に基いて本発明
を完成したものである。このような外層と中間層との関
係に加えて外層は、耐摩耗性を高めるために高硬度であ
る酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムが好ましく、
特に酸窒化アルミニウムは酸化アルミニウムに比較して
熱膨張係数が小さく中間層に含有している侵入型元素で
ある窒素と酸窒化アルミニウム中の窒素の相互拡散によ
って外層と中間層の封着強度を高める傾向にあるために
外層と中間層との境界部分は少なくとも酸窒化アルミニ
ウムを含む外層であることが好ましい。又、中間層は、
外層である酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムの結
晶措造が六方晶であることから中間層も六方晶の窒化タ
ンクル、窒化ニオブ又はタンクルおよび/またはニオブ
を含む4a族金属の複合窒化物にすることが外層と中間
層との付着強度から好ましい。このような外層と中間層
の関係に対して中間層と基体との付着強度を高めるのに
基体と中間層とのl1tl+こ内層としてTi、Zr、
Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W。
Siの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物又はこれらの複
合化合物の少なくともIMを付着したもので、この内層
は基体の種類、成分組成及び用途によって使い分ける必
要があり、基体が超硬合金の場合には4a族金属である
Ti、Zr、Hfの炭化物、僧化物、酸化物、硼化物又
はこれらの複合化合物の中の少なくとも1層からなるこ
と力傾Iましく、超硬合金からなる基体と内層との付着
強度及び内層と中間層との付着強度並びに高温における
被覆工具材料の特性更には製造コストから内層は、炭化
チタン、窒化チタン、窒炭化チタン、酸炭化チタン、酸
窒化チタン、酸室炭化チタンのうちの少なくともINか
らなることが好ましく、特に基体がJISO類のM又は
P系列に相当する組成範囲の超硬合金であるときは基体
の表面に接する内層近辺にTiの炭化物を含有している
ことが基体と内層との付着強度から好ましく、中間層が
接する内層の近辺にはTiの窒化物、窒炭化物又は酸窒
化物を含有していることが中間層と内層との付着強度か
ら好ましい。基体としては超硬合金、サーメット、セラ
ミックス、高速度鋼等にも応用できるが特に高速切削、
高送り切削の切削領域に適する多層被覆工具材料にする
には基体が周期律表の4a 、5a族金属の炭化物、窒
化物、炭窒化物又はこれらの複合化合物のうちの少なく
とも1種を1〜20重量%とFe、Ni、Co、Cr、
Mo又はこれらの合金のうちの少なくとも1種を2〜I
O重量%と残りWCと不可避不純物からなる超硬合金で
あることが好ましい。
本発明の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料は、超硬
合金、サーメット、セラミックス及び高速度鋼等の基体
の表面にTi、Zr、Hf、V、Nb。
Ta 、 Cr 、Mo 、W、 S iの炭化物、窒
化物、酸化物、硼化物又はこれらの複合化合物のうちの
少なくとも1層からなる0、5〜10μm厚さ゛の内層
を被覆し、この内層の表面に窒化タンタル、窒化ニオブ
、窒化バナジウム又はこれらの複合化合物のうちの少な
くとも1層からなる0、1〜1月n厚さの中間層を被覆
し、この中間層の表面に酸化アルミニウム、酸窒化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム又は
これらの複合化合物のうちの少なくとも1層からなる1
〜15μm厚さの外層を被覆し、この外層の表面に炭化
チタン、窒化チタン、窒炭化チタン、酸化チタペ酸窒化
チタン、酸炭化チタン、酸室炭化チタンのうちの少なく
とも1層からなる0、1〜2μm厚さの最外層を被覆し
た多層被覆工具材料にすることもできる。
このように外層の表面に炭化チタン、窒化チタン、窒炭
化チタン、酸化チタン、酸窒化チタン、酸炭化チタン、
酸室炭化チタンのうちの少なくとも1層からなる最外層
を被覆した多層被覆工具イ・イ料は、相手材との摩擦係
数を低下させる傾向があるために一層耐摩耗性が向上し
、切削工具部品として使用した場合に耐クレーター摩耗
性、耐逃げ面摩耗性、耐境界摩耗性に優れた効果を発揮
する。又本発明の多層被覆工具材料における被覆mjj
lj造によって従来よりも非常に微細な結晶粒子の外層
になって外層内の結晶の結合強度が向上するものの酸化
アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム
、酸窒化ジルコニウム又はこれらの複合化合物のうちの
少なくとも1mからなる外層が直接被削材と高温条件で
接触するような、特に断続切削のように高温冷却が繰り
返される条件及び高硬度な鋼の切削で負荷が加わるよう
な条件では切刃である外層に微少チッピングが生じる場
合があるのに対して外層の表面に炭化チタン、窒化チタ
ン、窒炭化チタン、酸化チタン、酸窒化チタン、酸炭化
チタン、酸室炭化チタンのうちの少なくとも1層からな
る最外Mlを被覆すると切刃の微少チッピングの発生が
非常に少なくなって高信頼性の多層被覆工具1料になる
。更に最外層の表面が窒化チタン、窒炭化チタン、酸蒙
化チタン、酸炭化チタン、酸室炭化チタンのうちのlh
aからなっているときは、使用前と使用後との区別が容
易になり、しかも外層の色むらをなくして製品としての
価値も高くなる。本発明の高温特性にすぐれた多層被覆
工具材料において最外層は、外層との付着強度の関係か
ら酸化物を含有したチタン化合物がよく、特に外層が酸
化物のときはその境界近辺の最外層には酸素を多く含ん
だチタン化合物が好ましく、外層が酸窒化物のときはそ
の境界近辺の最外層には酸素および/または窒素を多く
含んだチタン化合物が好ましい。これらの本発明の高温
特性にすぐれた多層被覆工具材料は、基体と被覆層の各
層内に侵入型元素である炭素、窒素、酸素が存在してい
ると基体と内層、内層と中間層、中間層と外層、外l(
りと最外層の相互界面に炭素、窒素、酸素の相互拡散が
生じて各相互界面の付着強度をすぐれたものにしている
本発明の高温特性をこすぐれた多層被覆工具材料の製造
方法は、化学蒸着法および、/または物理蒸着法によっ
て多層被覆層の措成を基体のJ、ト面に形成させること
かできる。例えばTI C−’!’ + TaCt5r
WC16のようなハロゲン化物又は5iI(4とClI
4゜I2.N2.NO,CO,CO2等のガスを形成し
ようとする目的の被覆層をこ従って各種組合せた混合ガ
ス気流中、800〜1200℃程度の温度範囲で化学蒸
着処理したり、Ti、Ta、W、At、Si?の金属又
はTiC,TiN、TaN、WC,Si3N4 、At
203 、ΔtN等の化合物を真空又は各種のガス雰囲
気中で電子ビーム蒸発、レーザー蒸発、イオンブレーテ
ィング又はスパッタリング処理によって被覆屑を形成す
ることができる。基体が超硬合金、サーメット又はセラ
ミックスのときは、化学蒸着法が被覆層の付着強度から
望ましいが他の方法とを組合せることもよい。
ここで本発明の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料で
数値限定した理由について述べる。
内層について 基体の表面に被覆するTi、Zr、Hf、V、Nb。
Ta、Cr、Mo、W、Siの炭化物、窒化物、酸化物
、硼化物又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも1
mからなる内層が、0,5μIn未満の厚さでは基体に
含有している金属又は非金属元素が外層個迄拡散するの
を阻止する作用が弱く、特にCo。
Ni、Fe等の金属が内層に拡散して含有していると内
層の強度向」二の作用となるが金属が外層個迄拡散する
と中間層と外層の付着強度を低下させるために耐摩耗性
1.耐チッピング性が低下し、内層が10μm f!:
越えて厚くなると本発明を措成する被覆層全体の厚さが
厚くなりすぎて被覆層の剥離やチッピングが生じる。こ
のために内層は0.5〜10μmと定めた。基体からの
各元素の拡散にバリヤーとして有利に作用する条件及び
被覆層の耐剥離性耐チッピング性に有効な条件としては
内層が2〜6μm厚さが好ましい。
中間層について 内層の表面に被覆する窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化
バナジウム又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも
1層からなる中間層が0.1μm未満の厚さでは耐熱的
強度の向」ユに作用している111間層の効果が弱くな
るのと外層の結晶粒子の微イ1■化作用も弱くなる傾向
があり、中間層が1μmを越えて厚くなると中間層内で
塑性変形が生じて剥離やチッピングとなる。このために
中間層は0.1〜1μmと定めた。耐熱的強度向上と外
層の結晶粒子微細化効果及び耐塑性変形性を考慮すると
中間層が0.3〜0.6μm厚さが好ましい。
外層について 中間層の表面に被覆する酸化アルミニウム、酸窒化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム又は
これらの複合化合物のうちの少なくとも1層からなる外
層が1μm未満の厚さでは耐摩耗性、耐酸化性、熱的安
定性、耐溶着性及び相手材との耐相互反応性が劣り、外
層が15μmを越えて厚くなると本発明の被覆層全体の
厚さが厚くなりすぎて特に外層内での耐剥離性及び耐チ
ッピング性が低下する。このために外層は1〜15μm
と定めた。耐摩耗性、耐酸化tlE 、熱的安定性、耐
溶着性、相手材との耐相互反応性並びに耐剥離性、耐チ
ッピング性を考慮すると外層は2〜8μm厚さが好まし
い。
最外層について 外層の表面に被覆する炭化チタン、窒化チタン、空炊化
チタン、酸化チタン、酸窒化′チタン、酸炭化チタン、
酸室炭化チタンのうちの少なくとも1層からなる最外層
が0.1μm未満の厚さでは相手オjとの摩擦抵抗を低
下させるための持続性が弱く、外層を保護してチッピン
グの発生を防ぐ作用も弱くなるために切刃の信頼性が低
下するのと工具材料の使用前及び使用後の区別がし介く
なり、最外層が2μmを越えて厚くなると外層の有して
いる高硬度性を特とする特性値を有効に作用できなくな
る。このために最外層は0.1〜2μmと定めた。外層
の諸特性値を有効に利用しズしかも外層の脆性をカバー
できる最外層は、0.3〜111mが好ましい。
以下に実施例に従って具体的に本発明の高温特性にすぐ
れた多層被覆工具材料について詳述する。
実施例1 重量%で89夕t、WC−s%(TiTa)C−0%C
o組成の超硬合金をJISI2O3NP432に成形し
、これを1000個反応容器中に設置し90%)f2−
7%CH4−3%TiCt4雰囲気で圧力を100To
rrにして温度1050℃で50分間保持し、次に67
%lI2−30兄N2−3%Ti(、t1雰囲気で圧力
を100T’orrにして温度1050℃で30分間保
持し、反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出した後7
5%lI2−5%’I”aCts−=20%N2雰囲気
で圧力を1oOTorrにして温度1050℃で10分
間保持し、又反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出し
たイ圭82%H2−8%CO2−10%AtCl3雰囲
気で圧力を100Torrにして温度1050℃で2時
間保持した。常温後反応容器から取り出した本発明の試
料は基体の表面に内層としてTiCが2μmと次にTi
Nが2μm1 このTiNの次に中間層としてT a 
Nが0.5/zm、 このTaNの次に外層としてAt
203が4μmからなる被覆層が基体である超硬合金に
強固に封着した多層↑皮覆工只、第4料が得られた。こ
の本発明の多層被覆工具材料の性能を比較するために中
間層であるTaN被覆層を被覆する工程のみ省いた被覆
層が表面から基体に向かって4 p m At2o3 
(外M ) −2zzm’l’iN(内層)−2μm’
l’ic(内層)からなる比較用多層被覆工具材料を作
製した。この本発明の多層被覆工具材料と比較用多層被
覆工具材料を使用して被削材FC35、切削速度200
m/min、送り速度0.3 my/rev、切込み量
1.5繭、切削時間30分で旋削試験をした結果、本発
明の多層被覆工具+」料は平均逃げ面摩耗量VB=O8
09門ですくい面におけるクレータ−摩耗が発生してい
ないのに対して比較用多層被覆工具材料は平均逃げ面摩
耗量VB= 0.28mmでりv−クー摩1KT=0.
16+uであった。
実施例2 重量%で79%WC−16%(TiTa)C−5%Co
 組成の超硬合金を実施例1と同様にして90%■(2
−7%CH4−3%TiCt4雰囲気で圧力を360T
o r rにして温度1050℃で60分間保持し、反
応容器内のガスを真空ポンプで吸い出した後75%H2
−5%NbCAs−20%N2雰囲気で圧力360Th
rrにして温度1050℃で5分間保持し、又反応容器
内のガスを真空ポンプで吸い出した後5oxH2−10
%CO2−10%AtCl3雰囲気で圧力360 To
 r rにして温度1050℃で2時間保持した。常温
後反応容器から取り出した本発明の試料は基体の表面に
内層としてTiCが4μm1このT i Cの次に中間
層′としてNbNが0.3μm、このNbNの次に外層
としてAt203が5μmからなる被覆層が基体である
超硬合金に強固に0着した多層被覆工具材料が得られた
。この本発明の多層被覆工具材料の性能を比較するため
に中間層であるNbN被覆層を被覆する工程のみ省いた
。被覆層が表面から基体に向かって5 μmAt203
 (外層)−4μmTiC(内層)からなる比較用多層
被覆工具材料を作製した。この本発明の多層被覆工具材
料と比較用多層被覆工具材料を使用して被削材SCM4
、切削速度300m/lT11n゛、送り速度0.3 
mm、/rev 、切り込み量1.5開、切削時間15
分で旋削試験をした結果、本発明の多層被覆工具材料は
最大逃げ面摩耗l71V’11 = 0.17 mmで
すくい面のクレータ−摩耗量I(T = 0.01 F
Jであったのに対して比較用多層被覆工具材料は5分切
削した所ですくい面の被覆層が剥離してクレータ−摩耗
が急激に進行し、ノーズ部脱落でスを命となった。
実施例3 重量%で84%WC−S%”I”1CN−5%(、Ta
Nb)C−69イCo組成の超硬合金を実jj:U例1
と同4]ηにして89%H2−7%CH4−4%TiC
t4雰囲気で圧力を360Torrにして温度1000
℃で30分間保持し、次に49%H2−7y6′cr−
r 4−40%N2−4%TiCt4雰囲気で圧力を3
60Torr &こして温度1000℃で60分間保持
し、反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出した後55
%H2−40%N 2a 2KT a CZ s 雰囲
気で圧力を360Torrにして温度i o o、o℃
で15分間保持し、又反応容器内のガスを真空ポンプで
吸い出した後72%H2−8%CO2−10%AtCt
3−]00%N2雰囲で圧力360 To r rにし
て温度1000℃で4時間保持した。常温後反応容器か
ら取り出した本発明の試料は基体の表面に内Riとして
’I’ i Cが1μInと次にT1CNが2μm1こ
のT i CNの次に中間層としてTaNが1μm1こ
のTaNの次に外層としてAt(ON)xが4μInか
らなる被覆層が基体である超硬合金に強固にf=J着し
た多層被覆工具材料が得られた。この本発明の多層被覆
工具材料の性能を比較するために中間層である’I’ 
a N被覆層を被覆する工程のみ省いた被覆屑が表面か
ら基体に向かって4μmA?(ON)x(外R2) −
2ttlnT i CN(内層)−]μmTiC(内層
)からなる比較用多層被覆工具材料を作製した。この本
発明の多層被覆工具材料と比較用多層被覆工具材1”l
を使用して被剛材SCM4、切削速度150man i
 n 、送り速度0.3mm/ rev、切込み量1.
5間、切削時間40分で旋削試験をした結果、本発明の
多層被覆工具材料は平均逃げ面摩耗量VB=0.1ms
ですくい而にはクレータ−が発生していなかったのに対
して比較用多層被覆工具材料は平均逃げ面摩耗量V B
 ” 0.2 mmですくい面にはクレータ−摩耗量K
T =0.08 mvrであつた。
実施例4 重量%で79SWC−16%(TiTa)C−5%Co
組成の超硬合金を実施例1と同様にして90%LI 2
−7%CH4−3%TiCt4雰囲気で圧力をl00T
orrにして温度1050℃で75分間保持し、次に6
2%H2−5%CH4−30%N2−3’XTiCta
雰囲気で圧力を100Torrにして温度1050℃で
15分間保持し、反応容器内のガスを真空ポンプで吸い
出した後75%H2−5%Tacks−20%N2雰囲
気で圧力をI O’OTo r rにして温度1050
℃で6分間保持し、又反応容器内のガスを真空ポンプで
吸い出した後72Xf(2−s%C02−10%1tC
t3−10%N2雰囲気で圧力を100Torrにして
温度1050℃で2.5時間保持し、再度反応容器内の
ガスを真空ポンプで吸い出した後66.5%H2−30
%N Z −0,5%NO−3%TiC/−4雰囲気で
圧力を100Torrにして温度1050℃で10分間
1呆持した。常温後反応容器から取り出した本発明の試
料は、基体の表面に内層としてTiCが3μmとこのT
iCの次にT1CNがIpm、このT1CNの次に中間
層としてTaNが0.3μm1 このTaNの次に外層
としてAt(ON)xが4pm、このAz(ON)xの
次に最外層としてTiN0が0.5μmからなる被覆層
が基体である超硬合金に強固に付着した多層被覆工具材
料が得られた。この本発明の多層被覆工具材料の性能を
比較するために実施例2で使用した被覆層が表面から基
体に向かって5μmAt203(外層)−4μmT i
 C(内層)からなる比較用多層被覆工具月1)を準備
した。この本発明の多層被覆工具材料と比較用多層被覆
工具材料を使用して被剛材FC35、切削速度300r
Vmin 、送り速度0.3ry、m/rev。
切込み量1.5市、切削時間20分で湿式による旋削試
験をした結果、本発明の多層被覆工具材料はノーズ部の
最大摩耗量が0.2 mmであったのに対して比較の多
層被覆工具材料は5分切削後ノーズ部の最大摩耗量が0
.6 mmで昨今となった。
実施例5 重量%で80%WC−5%TiCN−10%(TaNb
)C−5%Co組成の超硬合金を実施例Iと同様にして
89%H2−7%CH4−4%TiC44雰囲気で圧力
を360Torrにして温度1000℃で15分間保持
し、次に60.5%H2−30%N2−6%CH4−0
,5,96’CO−3%Tic743%囲気で圧力を3
60’rorrにして温度1000℃で60分間保持し
、反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出した後75%
H2−5%’I’aCt5−20%N2雰囲気で圧力を
3GOTorrにして温度1000℃で10分間保持し
、又反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出した後72
%H2−8%CO2−10%AtC13−10%N2請
叱は圧力を360Torrにして温度1000℃で4時
間保持し、更に反応容器内のガスを真空ポンプで吸い出
した後88.5%H2−8%CI(4−0,5%C0−
3%Tict4雰囲気で圧力を360Torrにして温
度1000℃で10分間保持した。
常温後反応容器から取り出した本発明の試料は、基体の
表面に内層としてTiCが0.5tttnとこのTiC
の次にTiCN0が’l、 5 /’ m s このT
iCN0の次に中間層としてTaNが0.5μm1この
TaNの次に外層としてAz(ON)xが5μm、この
A7(ON)Xの次に最外層としてTiC0が0.5μ
mからなる被覆層が基体である超硬合金に強固に(1着
した多層被覆工具材料が得られた。この本発明の多層被
覆工具材料の性能を比較するために実施例3で使用した
被覆屑が表面から基体に向かって4μ+nAA (ON
 ) x(外層)−2/1mTiCN(内WJ ) −
1μm’r ic(内層)からなる比較用多層被覆工具
材料をfj、IX備した。この本発明の多層被覆工具材
料と比較用の多層t:′J、覆二[具材料を使用して被
剛材SNCM8、切削速度180m/n1in、送り速
度0.8 r、qm /r c v、切込7景0、 I
 m1!L、切削時間10分で旋削試験をした結果、本
発明の多層被覆工具材料は平均逃げ面摩耗楢VB=O,
15mmですくい面にはクレータ−が発生していなかっ
たのOこ対して比較用多M 被N工41−旧料は平均逃
げ面摩耗量V B = 0.43 間ですくい面は被・
復層の剥離が生じて大きなりレータ−摩耗になっていた
なお、中間層であるTaNは、X線回折の結果六方晶の
TaNであることを羅認し、外層であるAz(ON)x
は、比較品のAt(ON)x外層よりも本発明品のAt
(ON)x外層の方が微細な結晶粒子であることを歇認
した。
実施例6 重量%で899QVC−5%(TiTa)CI3%CO
組成の超硬合金を実施例5と同1:ηにして基体の表面
に内M を被mL た後7o5′gx■2−5%NbC
l5−25°(、’N 2霧囲気で圧力を360Tor
rにして温度1000℃で10分間保持し、その他の夕
I2層及び最外層も実施例5と同様にして基体の表面に
内層としてTiCが0.5μmとこのTiCの次にTi
CN0が2.5 ttrn、このTiCN0の次に中間
層としてNbNが0.5 ttrn、このNbNの次に
外層としてA7(ON’)xが5pm、このA7(ON
)xの次に最外層としてT i COが0.5 l1m
からなる被覆層を付与した本発明の多層被覆工具材料を
得た。この本発明の多層被覆工具材料の1=1=能を比
較するために実施例3で使用した被覆層が表面から基体
)こ向かって4μmAt(ON)x(外Pn ) −2
ttmT i CN(内M ) −11z+nTic(
内層)からなる比較用多層被覆工具材料を準備した。こ
の本発明の多層被覆工具材料と比較用の多層被覆工具材
料を使用して被nII材FC35、L]削速度150r
n/m in、送り速度0.72mru/ rev、切
込み量0.1m−切削時間30分で旋削試験をした結果
、本発明の多層被覆工具材料は平均逃げ面摩耗量VB=
Q、l 5 +uですくい而におけるクレータ−摩耗K
 T = 0.07 mmであったのに対して比較用多
層被覆工具材料は平均逃げ面摩耗量V B = 0.3
7 rWmでクレータ−摩耗r<T==o、zt間であ
った。
実施例7 重量%で89XWC−5%(TiTaNb)C−6%C
O組成の超硬合金を実施例5と同様にして基体の表面に
内層を被覆した後6s2gI(2−5%VCt5−30
%N2雰囲気で圧力を360Torrにして温度100
0℃で10分間保持し、外層の被覆工程も実施例5と同
様にした後49%H2−7%CH4−40%N2−4%
TiCt4雰囲気で圧力を360Torrにして温度1
000℃で20分間保持して基体の表面に内層としてT
iCが0.5μmとこのTiCの次にT i CNOカ
2.5μm1このTiCN0の次に中間層としてVNが
0.5μm1このVNの次に外層としてAz(ON)x
が5μm、このAz(ON)xの次に最外層としてT1
CNが0.5μmからなる被覆層を付与した本発明の多
層被覆工具材料を得た。この本発明の多層被覆工具材料
の性能を比較するために実施例3で使用した被覆屑が表
面から基体に向かって4z1mAt(ON)x(外fJ
)−2μmTicN(内層)−1ttmT i C(内
層)からなる比較用多層被覆工具材料を準備した。この
本発明の多層被覆工具(・」料と比較用多層被覆工具材
料を使用して被削材SK5、切削速度150mAn i
 n、送り速度0.72*m、/ rcv s量vB=
o、13 mmですくい而にはクレータ−が発生してい
なかったのに対して比較用多層被覆工具材料は平均逃げ
面摩耗量V B= 0.38 mmでクレータ−摩耗量
r<T=o、] 8 rxmで切刃に微少チッピングを
生じ被削材の切削面粗さが粗Xなっていた。
特許出願人 東芝タンガロイ株式会社

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体の表面にTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta
    、Cr。 Mo 、W、 S iの炭化物、窒化物、酸化物、硼化
    物又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも1層から
    なる0、5〜10μm厚さの内層と該内層の表面に窒化
    タンタル、窒化ニオブ、窒化バナジウム又はこれらの複
    合化合物のうちの少なくとも1層からなる0、1〜1μ
    m厚さの中間層と該中間層の表面に酸化アルミニウム、
    酸窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコ
    ニウム又はこれらの複合化合物のうちの少なくともIM
    からなる1〜15μm厚さの外層とを被覆してなること
    を特徴とする特許
  2. (2)上記基体が周期律表の4a 、5a族金属の炭化
    物、窒化物、炭窒化物又はこれらの複合化合物のうちの
    少なくとも1種を1〜20重量%とFe。 Ni,Co,Cr,Mo又はこれらの合金のうちの少な
    くとも1種2〜10重量%と残りWCと不可避不純物か
    らなる超硬合金であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料。
  3. (3)上記内層が炭化チタン、窒化チタン、窒炭化チタ
    ン、酸窒化チタン、酸室炭化チタンのうちの少なくとも
    1層からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項及
    び第2項記載の高温特性にすぐれた多層被覆工具材料。
  4. (4)上記外層が酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウ
    ムの少なくとも1層からなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項、第2項及び第3項記載の高温特性にすぐ
    れた多層被覆工具材料。
  5. (5)基体の表面にTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta
    ,Cr。 Mo,W,Siの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物又は
    これらの複合化合物のうちの少なくとも1層からなる0
    .5〜10μm厚さの内層と該内層の表面に窒化タンタ
    ル、窒化ニオブ、窒化バブージゲム又はこれらの複合化
    合物のうちの少なくともH’2FからなるO.I−1μ
    m厚さの中間層と該中間層の表面に酸化アルミニウム、
    酸窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコ
    ニウム又はこれらの複合化合物のうちの少なくとも18
    からなる1〜15μml’Jさの外層と該外層の表面に
    炭化チタン、窒化チタン、窒炭化チタペ酸化チタン、酸
    窒化チタン、酸炭化チタン、酸室炭化チタンのうちの少
    なくともIIからなる0、1〜2μm71厚さの最外層
    とを被覆してなることを特徴とする特許性にすぐれた多
    層被覆工具材料。
  6. (6) 1記基体が周期律表の4a 、5a族金属の炭
    化物、窒化物、戻窒化物又はこれらの複合化合物のうち
    の少なくとも1種を1〜20重量%とFe。 Ni.Co,Cr,Mo又はこれらの合金のうちの少な
    くとも1種2〜10重景%と残りwcと不可避不純物か
    らなる超硬合金であることを特徴とする特許請求の範囲
    第5項記載の高温特性にすぐれた多層被覆工具拐料。
  7. (7) 、JZ記内層が炭化チタン、窒化チタン、窒炭
    化チタン、酸炭化チタン、酸窒化チタン、酸室炭化チタ
    ンのうちの少なくとも】層がらなることを特徴とする特
    許請求の範囲第5項及び第6項記載の高温4′?性にす
    ぐれた多層被覆工只.材j′゛ト。
  8. (8)上記外層が酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウ
    ムの少なくとも1mからなることを特徴とする特許請求
    の範囲第5項、第6項及び第7項記載の高温特1tにす
    ぐれた多層被覆工具拐料。
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WO1994028191A1 (fr) * 1993-05-31 1994-12-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Outil coupant revetu et son procede de production

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