JPS6111724B2 - - Google Patents
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- JPS6111724B2 JPS6111724B2 JP55056356A JP5635680A JPS6111724B2 JP S6111724 B2 JPS6111724 B2 JP S6111724B2 JP 55056356 A JP55056356 A JP 55056356A JP 5635680 A JP5635680 A JP 5635680A JP S6111724 B2 JPS6111724 B2 JP S6111724B2
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は耐摩耗性に優れた薄い表面層で被覆さ
れた窒化硅素焼結体からなる被覆切削工具に関す
る。 近年、結合材金属と共に少なくとも１種の炭化
物を含有する焼結された硬物質を基質とし、この
基質に薄い表面層を被覆した切削チツプが広く用
いられるようになつてきているが、これらは戦略
物質でもある高価なタングステン、モリプデン、
チタン、タンタルなどを用いるもので、資源、経
済上から問題があつた。 一方、窒化硅素焼結体は耐酸化性に優れ、熱膨
張率が小、高温強度大なることなどから、高温ガ
スタービン用高温部部材、高温ガス用熱交換器の
構成材料等として期待がもたれ、その研究開発が
活発に行なわれている。 本発明者等は窒化硅素焼結体の上記の熱膨張
率、耐酸化性、高温強度等の特性に加え、著しく
なる硬度、セラミツクスとしては大なる機械的強
さ、資源としての豊富さに着目し、これを切削チ
ツプとして使用することについて研究を重ねた。 窒化硅素焼結体を切削チツプとして用いた場
合、被削材種によつては、切削チツプと被削材と
の反応などによりすくい面や逃げ面での摩耗量が
大きいことが判つた。例えば被削材として鋼を用
いた場合、窒化硅素と鋼との反応性が著しく大で
摩耗量が大きく使用に耐えない。このように窒化
硅素焼結体そのものは切削チツプとして適用可能
な範囲が非常に狭いという欠点があつた。 そこで窒化硅素焼結体の切削チツプとしての長
所を生かしながら、その耐摩耗性を向上させるた
めに、窒化硅素焼結体を基質として用い、この基
質上に増強された耐摩耗性を有する表面層を被覆
することを考え、更に研究を重ねた結果、高温で
の被削材との非反応性等から、被覆層として酸化
アルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムが
最も適していることを見出し、本発明に到達した
ものである。 すなわち、本発明は焼結された窒化硅素を基質
とし、この基質上に酸化アルミニウムおよび／ま
たは酸化ジルコニウムを被覆したものからなる被
覆切削工具に関するものである。 酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニ
ウムによる被覆は、結合材金属を使用することな
く、気体相から直接付着させて行ない、その接着
性はAl2O3を被覆した場合を例にとると、Si−Al
−Ｏ−Ｎの化合物が生成され、非常に強固に接着
されている。被覆層の厚さは0.2〜20μｍ、好ま
しくは0.5〜10μｍで薄すぎても厚すぎても被覆
の効果がなく、耐摩耗性が得られない。 本発明は、また、高価なタングステン、モリプ
デン、チタン、タンタルなどを用いることなく、
地球上のどこにでも豊富に存在する硅素を用い
て、上記のものと同等あるいはそれ以上の性能を
有する切削チツプを製造できるというすぐれた効
果を奏するものである。 実施例 １ 重量基準で３％のFe、0.5％のAl、0.5％のMg
および残余Si3N4からなる窒化硅素焼結体基質Ａ
（型番SNG432）上へのAl2O3の被覆を次のように
して行なつた。窒化硅素焼結体からなる切削チツ
プを、周囲のガスとの良好な接触を与えるため反
応器内の網目板上に置き、1000℃に加熱した。次
いでH270％，CO25％，CO20％およびAlCl35％を
含有する混合ガスを反応器中の圧力を15mmHgに
保ちながら導入した。この方法でガス線流速は３
ｍ／秒に保つた。 その結果、処理時間、２時間では厚さ３μｍの
Al2O3被覆層のものA1が、また処理時間、10時間
では厚さ15μｍのAl2O3被覆層のものA2が得られ
た。 また、重量基準で9.5％のCO、12％のTiC，６
％のTaC，４％のNbCおよび残余WCからなる焼
結体ISO P30B（型番SNG432）基質上に同様に
３μｍのAl2O3層を被覆したB1。 上記の窒化硅素焼結体Ａ、３μｍのAl2O3層を
有する窒化硅素焼結体A1、15μｍのAl2O3層を有
する窒化硅素焼結体A2、ISOP30Bおよび３μｍ
のAl2O3層を有するISO P30B1を各々切削チツプ
として用い、硬度約HB200、Ｃ含有率約0.5％の
炭素鋼を被削材とし、切削速度200m／分、切込
み1.5mm、送り速度0.3mm／回転の条件で切削試験
を行なつて工具寿命をみた。 工具寿命（分）は、
れた窒化硅素焼結体からなる被覆切削工具に関す
る。 近年、結合材金属と共に少なくとも１種の炭化
物を含有する焼結された硬物質を基質とし、この
基質に薄い表面層を被覆した切削チツプが広く用
いられるようになつてきているが、これらは戦略
物質でもある高価なタングステン、モリプデン、
チタン、タンタルなどを用いるもので、資源、経
済上から問題があつた。 一方、窒化硅素焼結体は耐酸化性に優れ、熱膨
張率が小、高温強度大なることなどから、高温ガ
スタービン用高温部部材、高温ガス用熱交換器の
構成材料等として期待がもたれ、その研究開発が
活発に行なわれている。 本発明者等は窒化硅素焼結体の上記の熱膨張
率、耐酸化性、高温強度等の特性に加え、著しく
なる硬度、セラミツクスとしては大なる機械的強
さ、資源としての豊富さに着目し、これを切削チ
ツプとして使用することについて研究を重ねた。 窒化硅素焼結体を切削チツプとして用いた場
合、被削材種によつては、切削チツプと被削材と
の反応などによりすくい面や逃げ面での摩耗量が
大きいことが判つた。例えば被削材として鋼を用
いた場合、窒化硅素と鋼との反応性が著しく大で
摩耗量が大きく使用に耐えない。このように窒化
硅素焼結体そのものは切削チツプとして適用可能
な範囲が非常に狭いという欠点があつた。 そこで窒化硅素焼結体の切削チツプとしての長
所を生かしながら、その耐摩耗性を向上させるた
めに、窒化硅素焼結体を基質として用い、この基
質上に増強された耐摩耗性を有する表面層を被覆
することを考え、更に研究を重ねた結果、高温で
の被削材との非反応性等から、被覆層として酸化
アルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムが
最も適していることを見出し、本発明に到達した
ものである。 すなわち、本発明は焼結された窒化硅素を基質
とし、この基質上に酸化アルミニウムおよび／ま
たは酸化ジルコニウムを被覆したものからなる被
覆切削工具に関するものである。 酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニ
ウムによる被覆は、結合材金属を使用することな
く、気体相から直接付着させて行ない、その接着
性はAl2O3を被覆した場合を例にとると、Si−Al
−Ｏ−Ｎの化合物が生成され、非常に強固に接着
されている。被覆層の厚さは0.2〜20μｍ、好ま
しくは0.5〜10μｍで薄すぎても厚すぎても被覆
の効果がなく、耐摩耗性が得られない。 本発明は、また、高価なタングステン、モリプ
デン、チタン、タンタルなどを用いることなく、
地球上のどこにでも豊富に存在する硅素を用い
て、上記のものと同等あるいはそれ以上の性能を
有する切削チツプを製造できるというすぐれた効
果を奏するものである。 実施例 １ 重量基準で３％のFe、0.5％のAl、0.5％のMg
および残余Si3N4からなる窒化硅素焼結体基質Ａ
（型番SNG432）上へのAl2O3の被覆を次のように
して行なつた。窒化硅素焼結体からなる切削チツ
プを、周囲のガスとの良好な接触を与えるため反
応器内の網目板上に置き、1000℃に加熱した。次
いでH270％，CO25％，CO20％およびAlCl35％を
含有する混合ガスを反応器中の圧力を15mmHgに
保ちながら導入した。この方法でガス線流速は３
ｍ／秒に保つた。 その結果、処理時間、２時間では厚さ３μｍの
Al2O3被覆層のものA1が、また処理時間、10時間
では厚さ15μｍのAl2O3被覆層のものA2が得られ
た。 また、重量基準で9.5％のCO、12％のTiC，６
％のTaC，４％のNbCおよび残余WCからなる焼
結体ISO P30B（型番SNG432）基質上に同様に
３μｍのAl2O3層を被覆したB1。 上記の窒化硅素焼結体Ａ、３μｍのAl2O3層を
有する窒化硅素焼結体A1、15μｍのAl2O3層を有
する窒化硅素焼結体A2、ISOP30Bおよび３μｍ
のAl2O3層を有するISO P30B1を各々切削チツプ
として用い、硬度約HB200、Ｃ含有率約0.5％の
炭素鋼を被削材とし、切削速度200m／分、切込
み1.5mm、送り速度0.3mm／回転の条件で切削試験
を行なつて工具寿命をみた。 工具寿命（分）は、
【表】
で、３μｍの薄いAl2O3被覆層を有する窒化硅素
焼結体A1が、窒化硅素焼結体そのものＡより著
しい改良をみせ、15μｍの厚いAl2O3被覆層のも
のA2では若干の改良がみられるにとどまつてい
る。基質としてISO P30を用いた場合に比べ、同
じ被覆を行なつても、基質として窒化硅素焼結体
を用いた場合の方が工具寿命が長いという結果が
得られている。 実施例 ２ 窒化硅素焼結体基質（型番SNG432）に対し、
1000℃で、H270％，CO25％，CO20％および５％
のZrCl4混合ガスを供給し、圧力を15mmHg、ガス
線流速５ｍ／秒として５μｍのZrO2層を被覆し
た。 基質との接着性は良好で、実施例１と同様な条
件で工具寿命を評価した結果、18分であつた。 実施例 ３ 実施例１及び２と同じ方法で、反応ガスを途中
過程で変えることにより窒化硅素焼結体基質（型
番SNG432）に対し３μｍのAl2O3層、更にその
上に１μｍのZrO2層を被覆した窒化硅素焼結体
を作成した。基質とAl2O3層及びAl2O3層とZrO2
層との接着性は良好で、実施例１と同様の条件で
工具寿命を評価した結果20分であつた。 実施例 ４ 窒化硅素焼結体基質（型番SNG432）Ｃを、
900℃にてH290％，CO25％，Al2O34％，ZrCl41％
の混合ガスを供給し、圧力を15mmHg、ガス線流
速３ｍ／秒とし１時間被覆したところ、酸化アル
ミニウムと酸化ジルコニウムの混合体が１μ被覆
された。C1次に実施例１と同じ条件にて酸化ア
ルミニウムを１μ被覆したものC2、実施例２と
同じ条件にて酸化ジルコニウムを１μ被覆したも
のC3および比較のため、市販の酸化アルミニウ
ム／炭化チタン焼結体Ｄにて、以下の条件にて切
削試験を行なつて工具寿命をみた。 切削条件 被覆材 FC25 切削速度 500ｍ／min 送り 0.36mm／回転 切り込み 1.5mm 工具寿命（分）は
焼結体A1が、窒化硅素焼結体そのものＡより著
しい改良をみせ、15μｍの厚いAl2O3被覆層のも
のA2では若干の改良がみられるにとどまつてい
る。基質としてISO P30を用いた場合に比べ、同
じ被覆を行なつても、基質として窒化硅素焼結体
を用いた場合の方が工具寿命が長いという結果が
得られている。 実施例 ２ 窒化硅素焼結体基質（型番SNG432）に対し、
1000℃で、H270％，CO25％，CO20％および５％
のZrCl4混合ガスを供給し、圧力を15mmHg、ガス
線流速５ｍ／秒として５μｍのZrO2層を被覆し
た。 基質との接着性は良好で、実施例１と同様な条
件で工具寿命を評価した結果、18分であつた。 実施例 ３ 実施例１及び２と同じ方法で、反応ガスを途中
過程で変えることにより窒化硅素焼結体基質（型
番SNG432）に対し３μｍのAl2O3層、更にその
上に１μｍのZrO2層を被覆した窒化硅素焼結体
を作成した。基質とAl2O3層及びAl2O3層とZrO2
層との接着性は良好で、実施例１と同様の条件で
工具寿命を評価した結果20分であつた。 実施例 ４ 窒化硅素焼結体基質（型番SNG432）Ｃを、
900℃にてH290％，CO25％，Al2O34％，ZrCl41％
の混合ガスを供給し、圧力を15mmHg、ガス線流
速３ｍ／秒とし１時間被覆したところ、酸化アル
ミニウムと酸化ジルコニウムの混合体が１μ被覆
された。C1次に実施例１と同じ条件にて酸化ア
ルミニウムを１μ被覆したものC2、実施例２と
同じ条件にて酸化ジルコニウムを１μ被覆したも
のC3および比較のため、市販の酸化アルミニウ
ム／炭化チタン焼結体Ｄにて、以下の条件にて切
削試験を行なつて工具寿命をみた。 切削条件 被覆材 FC25 切削速度 500ｍ／min 送り 0.36mm／回転 切り込み 1.5mm 工具寿命（分）は
【表】
であつた。
実施例 ５
窒化硅素焼結体基質（型番SNG432）を900℃
にて、H290％，CO25％，Al2O35％の混合ガスを
圧力15mmHgガス線流速３ｍ／秒とし、３分間被
覆したのち、反応容器を排気し、H290％，CO25
％，ZrCl4の混合ガスを圧力15ｍHgガス線流速３
ｍ／秒とし１分間被覆した。この操作を15回くり
かえしたところ、酸化アルミニウム−酸化ジルコ
ニウムの混合体が１μ被覆された。実施例４と同
じ条件にて工具寿命を評価したところ15.8分であ
つた。
にて、H290％，CO25％，Al2O35％の混合ガスを
圧力15mmHgガス線流速３ｍ／秒とし、３分間被
覆したのち、反応容器を排気し、H290％，CO25
％，ZrCl4の混合ガスを圧力15ｍHgガス線流速３
ｍ／秒とし１分間被覆した。この操作を15回くり
かえしたところ、酸化アルミニウム−酸化ジルコ
ニウムの混合体が１μ被覆された。実施例４と同
じ条件にて工具寿命を評価したところ15.8分であ
つた。
Claims (1)
- １ 焼結された窒化硅素を基質とし、この基質上
に酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニ
ウムを被覆したものからなる、被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5635680A JPS56155079A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5635680A JPS56155079A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2187387A Division JPS62188604A (ja) | 1987-02-03 | 1987-02-03 | 被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56155079A JPS56155079A (en) | 1981-12-01 |
| JPS6111724B2 true JPS6111724B2 (ja) | 1986-04-04 |
Family
ID=13024958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5635680A Granted JPS56155079A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56155079A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6021887A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-04 | 日本タングステン株式会社 | 切削工具材料の製造方法 |
| JPS62246429A (ja) * | 1986-04-18 | 1987-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 強靭セラミツクス工具の製造方法 |
| JPH0699197B2 (ja) * | 1986-08-01 | 1994-12-07 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツクス工具の製造法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585481A (en) * | 1978-12-19 | 1980-06-27 | Ngk Spark Plug Co | Ceramic throwwaway tip and its manufacture |
-
1980
- 1980-04-30 JP JP5635680A patent/JPS56155079A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585481A (en) * | 1978-12-19 | 1980-06-27 | Ngk Spark Plug Co | Ceramic throwwaway tip and its manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56155079A (en) | 1981-12-01 |
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