JPS61119675A - 被覆焼結合金及びその製造方法 - Google Patents

被覆焼結合金及びその製造方法

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JPS61119675A
JPS61119675A JP24019284A JP24019284A JPS61119675A JP S61119675 A JPS61119675 A JP S61119675A JP 24019284 A JP24019284 A JP 24019284A JP 24019284 A JP24019284 A JP 24019284A JP S61119675 A JPS61119675 A JP S61119675A
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JP
Japan
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sintered alloy
coating layer
hard phase
hard
base body
Prior art date
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Pending
Application number
JP24019284A
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English (en)
Inventor
Hisashi Suzuki
寿 鈴木
Hideaki Matsubara
秀彰 松原
Kunio Shibuki
渋木 邦夫
Tetsuji Tsukamoto
塚本 哲治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • C23C14/021Cleaning or etching treatments
    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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】 (産業上の利用分ff?) 本発明は、耐摩耗性、耐衝撃性及び耐剥離性にすぐれた
被覆焼結合金及びその製造方法に関する。
(従来の技術) 超硬合金又はサーメットからなる焼結合金基体の表面に
CVD (化学蒸1着法)又はPVD (物理/X前着
法によって元素周期律表4a、5a。
6a族金居の炭化物、窒化物、酸化物及びこれらの相互
固溶体並びに酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、
酸度窒化アルミニウムの中の少なくとも1種の中層又は
2種以上からなる多重層の被覆層を形成してなる被覆焼
結合金は、多数の提案がだされ、実際に実用化されてい
るものもある。
さらに、現在も被覆焼結合金の被覆層、基体及び形状の
改良によりノI命向土の追究が行なわれている。
(発明が解決しょとする問題点) 被覆焼結合金は、被覆層を形成させる焼結合金基体の表
面状態が大別して2種類あり、その1つは焼結後の表面
状態である焼肌面に直接被覆層を形成させるものと、他
の1つは焼結後研削などの加工を施した表面に被82層
を形成させるものである。この内、後者による被覆焼結
合金は、寸法精度がよく精密仕上を行なうための耐摩耗
用工具又は9J削用工具として好ましいものである。と
ころが焼結合金基体の研削面に被覆層を形成させた被覆
焼結合金であっても、特にPVDによって基体の表面に
被覆層を形成させた被覆焼結合金は、被覆層の耐剥離性
が劣るために寿命が極端に短かったり、信頼性が低いと
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、具体
的には研削などの加工によって生じた基体表面の欠陥を
除去し、その基体の表面に被覆層を形成させてなる耐剥
離性、耐衝撃性及び耐摩耗性にすぐれた被覆焼結合金及
びその製造方法の提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 一般に、PVDによって基体の表面に被覆層を形成させ
た被覆焼結合金はCVDによるものに比較して強度低下
が小さいけれども被覆層の耐剥離性が劣るといわれてい
る。このように被′PI!層の耐21雌性が劣るのは基
体と被覆層との密着性に間通があると考えられている。
そこで本発明者らは、CVD又はPVDによる被覆方法
の相違が被覆焼結合金の基体と被覆層との密着性にどの
ように影響を及ぼしているのかを追究したところ、CV
Dによる被覆焼結合金もPVDによる被覆焼結合金も共
に基体と被覆層との密着性にすぐれていることを究明す
ることができたものである9次に、何故基体と被覆層と
の密着性がすぐれているにもかかわらず、特にPVDに
よる被覆焼結合金は被覆層の耐剥離性に劣るのかを追究
したところ、被覆層の′A藻は基体と被覆層との境界面
から生じているのではなく、法体内部側から発生してい
る。この基体内部側から発生する被Ya層の剥離の原因
は、被覆層の形成前に基体表面を研削などで加■するこ
とによって生じたものであることを確認することによっ
て本発明を完成するに至ったものである すなわち、本発明の被覆焼結合金は、元素周期律表4a
、5a、8ai金属の炭化物、窒化物及びこれらの相互
固溶体の中の少なくとも1種の硬質相とGo、Ni 、
Fe、Mo、Cr、Wの中の少なくともIMの結合相を
含有する焼結合金基体の加工面に元素周期律表4a、5
a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、硼
化物。
硫化物5及びこれらの相7L固溶体並びに酸化アルミニ
ウム、酸窒化アルミニウム、酸度窒化アルミニウムの中
の少なくとも1種の中層又は2種以とからなるた多重層
の被覆層をffj成してなる被覆焼結合金において、前
記焼結合金基体と前記被rii層との境界部分の該焼結
合金基体側に該焼結合金基体の表面加工工程中で生じた
破壊硬質相粒子及び/又は埋設硬質相粒子を含んでない
ことを特徴とするするものである。
焼結合金基体の表面を研削などで加工した面には、基体
表面から約1〜54m深さに基体を構成している硬質相
1例えばWC,TfC。
T1CN 、(Ti 、W)C、(Ti 、W)CN 
(TI 、Ta、W)C,(Ti 、Ta、W)CNな
どからなる硬質相結品粒子がクラックの入った破壊硬質
相粒子として存在したり、又は微細に破壊した硬質相粒
子が基体から1度脱落した後再度研削加工中に基体を構
成している結合相内に埋込まれて埋設硬質相粒子として
残存している。このような基体表面の破壊硬質相粒子及
び埋設硬質相粒子を除去して、基体の焼結工程で形成さ
れた状態の硬質相と結合相とからなる基体表面に被覆層
を形成すると基体と被覆層との密着性がすぐれ、しかも
被mmの耐剥離性もすぐれた被覆焼結合金g−になる。
本発明の被覆焼結合金の製造方法は、(a)元素周期律
表4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物及びこれら
の相互固溶体中の少なくとも1種の硬質相とCo、Ni
、Fe、Mo、Cr、Wの中の少なくとも1種の結合相
を含有する焼結合金基体の表面を研削するなどで加工し
て寸法精度のすぐれた基体にする工程、(b)研削など
の加工により、基体表面に生じた破壊硬質相粒子及び埋
設硬質相粒子を除去する工程、(e)基体表面の破壊硬
質相粒子及び埋設硬質相粒子からなる欠陥を除去して、
焼結工程で形成された状態の硬質相と結合相からなる焼
結合金基体の表面に元素周期律表4a、5a、aa族金
属の炭化物1g化物。
酸化物、硼化物、硼化物、硫化物、及びこれらの相互固
溶体並びに酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸
度窒化アルミニウムの中の少なくとも1種の単層又は2
M以上からなる多重層の被覆層を形成する工程、によっ
て作成することができる。これら(IL)  、  (
b)  、  (c)工程の内、(a)工程は作婁昨間
を含めた製造コストの問題から従来から行なわれている
ように#100−St300の砥石による研削加工で基
体の寸法精度をだすことができる。(b)工程は、砥粒
による研摩仕上げ(ラップ仕上げ)又は$2000程度
の砥石による研摩加工もしくはアルカリ溶液中で電気分
解して基体表面の硬質相を電解腐食することによって(
a)工程で生じた破壊硬質相粒子及び埋設硬質相粒子か
らなる欠陥を除去することができ°る。(c)工程は従
来から行なわれているCvD、プラズマCVD 、スパ
ッター。イオンブレーティングなどによって基体表面に
被12Mを作成することかでさるけれども特に、スパッ
ターやイオンブレーティングなどのPvDで被覆層を形
成する場合、すなわち、比較的低温で被覆層を形成する
場合に効果が大さく現われるので望ましい。
(作用) 本発明の被覆焼結合金は、基体と被ml檜との境界部の
基体表面側に基体の構成成分である硬質相が研削加工な
どによって破壊されて破壊Fij質相粒子として存在し
たり、破壊して脱落した硬質相が再度基体の構成成分で
ある結合相内に破砕して微細になった硬質相として埋込
まれた埋設硬質相粒子として残存したりしてないために
破壊硬質相粒子又は埋設硬質相粒子からなる欠陥を起点
とする被覆層の21aがなく、しかも基体と被覆層との
密着性もすぐれているものである。特に、低温で処理す
る例えば、PVDで被覆層を形成した本発明の被覆焼結
合金の場合は、基体の強度低下を小さく押えて、しかも
基体と被覆層との密着性及び耐剥離性にもすぐれている
ために耐剥離性は勿論のこと耐衝撃性にもすぐれ、安定
した高性能が維持できる。
(実施例) 実施例1 (、IS規格KIO相当の超硬合金で作成したミクロン
ドリル(ネジレ角30°、先端角120’ 、刃先直径
Q、50φ■相当)からなる基体を#300のダイヤモ
ンド砥石て研削した後、水酸化カリウム(KOH)10
%溶液を電解液として、電圧5v、電流0.5A/c+
w2の条件で電気分解することにより、研削した基体表
面を約21Lmyi4食した0次いで、基体の腐食後の
面にイオンブレーティングでもって0.1μm厚さのT
iC内層とO,14m厚さのTIN外層からなる被覆層
を形成させて(基体温度5QO”Oに保持して)本発明
品lとした。
比較として、本発明品lと同じ基体でもって電解腐食の
工程を省いて、他の工程は本発明品lと同様にして被覆
層を形成させ、比較量lとした。
この本発明品lと比較量lを用いて、被削材が銅板とエ
ポキシ板からなる多層基板(厚さ1.6am)を3枚重
ねて、切削速度200 mourn 、送り速度O,O
S■■/reマ、乾式で穴あけ加工試験を行なった結果
1本発明品1は、85,000個の穴あけ加工ができた
のに対し、比較量lは40.000個の穴あけ加工で寿
命になった。
実施例2 CIS規格P30相当の超硬合金でなる5NPA432
に仕上るための焼肌基体表面を#200ダイヤモンド砥
石で研削した後、更に基体表面を約5pm深さ迄52o
ooダイヤモンド砥石で研摩し1次いで0−1gmダイ
ヤモンド砥粒によりラップ仕上した。このようにして作
成したチップを500℃に保持しながらイオンブレーテ
ィングにより基体表面に2ルm厚さのTiN被覆層を形
成させて本発明品2とした。
比較として1本発明品2と同じ基体の製造工程のもので
#2000ダイヤモンド研摩及びlルmダイヤモンド砥
粒によるラップ仕上げ工程を省いて、他の工程は本発明
品2と同様にして被覆層を形成させ、比較量2とした。
この本発明品2と比較量2を用いて、被削材が548C
(I(B240)、切削速度30511n 。
送り速度0 、16 am/r@v 、切込みMl、5
ms、!;lJ削時間5m1nで旋削試験を行なった結
果、本発明品2は被覆層の剥離が生じてないのに対し、
比較量2はすくい面側で被覆層の剥離が生じていた。
尚1本発明品2と比較量2について、それぞれ基体と被
覆層との境界部近辺を走査型電子顕微鏡で観察した結果
、本発明品2の基体と被覆層との境界部の基体側には破
壊硬質相粒子及び埋設硬質相粒子が存在してなかったの
に対し、比較量2の基体と被覆層との境界部の基体側に
は破壊硬質相粒子及び埋設硬質相粒子が存在していた。
実施例3 wc−to%Co超硬合金で4x8x25mm形状(J
IS規格抗折力試片)の基体#400ダイヤモンド砥石
で研削後、約5ルm深さ迄#tsooダイヤモンド砥石
で研摩し、次いでO〜lpmダイヤモンド砥粒でもって
約15Bm深さ迄ラップ仕上した。このようにして作成
したチップを500℃に保持しながらイオンブレーティ
ングにより基体表面に21Lm厚さのT i CN被覆
層を形成させて本発明品3とした0本発明品3の内ラッ
プ仕上げ深さを約2〜3pmとして、他は本発明品3と
同一条件によって作成して本発明品4とした。
比較用として、本発明品3の内、#1500ダイヤモン
ド砥石による研摩工程を省き、ラップ仕上げ深さを約1
〜2pmとして、他は本発明品3と同一条件によって作
成して比較量3とした。同じく本発明品3の内、#15
00ダイヤモンド砥石による研摩工程及びθ〜Lpmダ
イヤモンド砥粒によるラップ化とげ工程を省いて、他は
本発明品3と同一条件によって作成して比較量4とした
。この本発明品3及び4と比較量3及び4を引掻さ硬さ
試験機に相当するスクラッチ試験機によって被WIMの
耐剥離性試験を行なった結果1本発明品3は、9に、の
荷盃迄被覆層Mfaが生じなく。
本発明品4は7kgの荷重比被覆層の剥離が生じなかっ
たのに対して、比較量3は、4kgの荷重で被!!2層
の剥離が生じ、比較量4は、2kgの荷重で被g!層の
剥離が少し生じ3kgのR重では大きく被覆層の剥離が
生じた。
(効果) 以上の結果、本発明の焼結合金は、耐摩耗性は勿論のこ
と基体と被WJ居との重着性にすぐれ、しかも基体と被
覆層この境界部の欠陥がなく耐剥離性にもすぐれている
ことから成る程度衝撃力が加わる用途、@えば、旋削工
具は勿論のことプライス工具、エンドミル、ドリル、ミ
クロンドリルなどの穴あけ工具を含めた旋削用工具、又
1紙。
テープ等の可断用スリッター及び耐食性部品を含めた耐
Pl耗用工具に応用でさる産業上有用な材料である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)元素周期律表4a、5a、6a族金属の炭化物、
    窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種の
    硬質相とCo、Ni、Fe、Mo、Cr、Wの中の少な
    くとも1種の結合相を含有する焼結合金基体の加工面に
    元素周期律表4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物
    、酸化物、硼化物、ケイ化物、硫化物、及びこれらの相
    互固溶体並びに酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム
    、酸炭窒化アルミニウムの中の少なくとも1種の単層又
    は2種以上からなる多重層の被覆層を形成してなる被覆
    焼結合金において、前記焼結合金基体と前記被覆層との
    境界部分の該焼結合金基体側に該焼結合金基体の表面加
    工工程中で生じた破壊硬質相粒子及び/又は埋設硬質相
    粒子を含んでないことを特徴とする被覆焼結合金。
  2. (2)次の(a)、(b)、(c)、の工程からなるこ
    とを特徴とする被覆焼結合金の製造方法。 (a)、元素周期律表4a、5a、6a族金属の炭化物
    、窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種
    の硬質相とCo、Ni、Fe、Mo、Cr、Wの中の少
    なくとも1種の結合相を含有する焼結合金基体の表面を
    研削する工程、(b)、前記(a)工程で生じた焼結合
    金基体表面の破壊硬質相粒子及び埋設硬質相粒子を除去
    する工程、 (c)、焼結工程で形成された硬質相粒子と結合相から
    なる焼結合金基体の表面に元素周期律表4a、5a、6
    a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、ケイ化物
    、硫化物、及びこれらの相互固溶体並びに酸化アルミニ
    ウム、酸窒化アルミニウム、酸炭窒化アルミニウムの中
    の少なくとも1種の単層又は2種以上からなる多重層の
    被覆層を形成する工程、
  3. (3)上記(b)工程が電気分解によって除去すること
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の被覆焼結合金
    の製造方法。
JP24019284A 1984-11-14 1984-11-14 被覆焼結合金及びその製造方法 Pending JPS61119675A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186434A (en) * 1991-05-09 1993-02-16 Masako Kiyohara Fluid flow controller

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186434A (en) * 1991-05-09 1993-02-16 Masako Kiyohara Fluid flow controller

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