JPS6119367B2 - - Google Patents
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- JPS6119367B2 JPS6119367B2 JP55056357A JP5635780A JPS6119367B2 JP S6119367 B2 JPS6119367 B2 JP S6119367B2 JP 55056357 A JP55056357 A JP 55056357A JP 5635780 A JP5635780 A JP 5635780A JP S6119367 B2 JPS6119367 B2 JP S6119367B2
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- silicon nitride
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- substrate
- cutting
- nitride sintered
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (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
物資でもある高価なタングステン、モリブデン、
チタン、タンタルなどを大量に用いるもので、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
大なる硬度、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
大きいことなどが判つた。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、高温での鋼との非反応性等か
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ムが最適であることを見出し
た。 しかしながら、更に研究を続けた結果、酸化ア
ルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムを直
接、窒化硅素に被覆すると、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウムの粒子が異常成長し、耐摩耗
性、耐剥離性が損なわれることが判明した。 そこで、本発明者等は緻密で強固な酸化アルミ
ニウム膜、酸化ジルコニウム膜を生成させるべく
鋭意、研究を重ねた結果、焼結窒化硅素基質と被
覆層である酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム
層との間に、Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Alの１種またはそれ以上の硼化物、炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、炭酸硼窒化
物またはこれらの複化合物の１種またはそれ以上
からなる中間層を存在させることにより、この目
的が達成されることを見出し、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、この基質上に被覆層を設けた被覆窒化硅素
焼結体において、該被覆層が、基質に隣接する内
層はTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ，
Al，SiおよびＢからなる群から選ばれる１種また
はそれ以上の硼化物、炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸窒化物、炭酸硼窒化物およびこれらの複
化合物からなる群から選ばれる１種またはそれ以
上から構成される被覆の１種またはそれ以上から
なり、外層は酸化アルミニウムおよび／または酸
化ジルコニウムからなることを特徴とする、被覆
切削工具に関するものである。こゝで複化合物と
はこれらの金属がさらに固溶した形態のものを意
味し、例えば（TixWy）（ＣuＮv）のようなもの
をいう。 本発明における被覆層は内層、外層共に、結合
材金属を使用することなく、気体相から直接、付
着させて行なう。窒化硅素焼結体と接する中間層
の硼化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化
物、炭酸硼窒化物は、基質の窒化硅素との間に化
合物を生成し、接着強度が十分、保たれると考え
られ、この中間層の存在により切削時の被覆層の
耐剥離性が著るしく改善され、窒化硅素を切削工
具として使用できるものである。 本発明の被覆切削工具における中間層は0.2〜
20μｍ、好ましくは１〜10μｍである。外層は耐
摩耗性、あるいは中間層の酸化による劣化を防ぐ
保護膜としての役割りを果たすため、0.1〜20μ
ｍ、好ましくは0.5〜10μｍである。 本発明は、また、高価なタングステン、モリブ
デン、チタン、タンタルなどを大量に用いること
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上
に次のような被覆層を設けた。 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。次いで反応器内
の圧力を15mmHgに保ちながら、TiCl410％、
CH48％およびH282％を含有する混合ガスを反応
器中に導入した。この方法で1m／秒のガス線流
速を保ち、２時間処理を行なつた。この結果、厚
さ２μｍの微細粒子の堅いTiC層が得られた。 次に第２工程で、上記装置で、供給ガスを
H270％、CO25％、CO20％およびAlCl35％の組成
のガスに代え、下層の温度は1100℃、圧力は15mm
Hg、ガス線流速3m／秒で８時間処理し、TiC被
覆窒化硅素焼結体からなる切削チツプ上に、２μ
ｍのAl2O3層が形成された。Al2O3層とTiC層の間
の結合は良好であつた。 同様にして２μｍのTiC層と２μｍのZrO2層を
有する窒化硅素焼結体を得た。 TiC層を設けずに同様のAl2O3被覆を行なつた
ところ、多孔性で接着性の悪い厚さ15μｍの層を
得た。ZrO2層も同様に設けた。 一方、重量基準で9.5％のCo、12％のTiC、６
％のTaC、４％のNbcおよび残余NCの組成を有
すISO Ｐ 30についても、同様にTiCの被覆、
Al2O3またはZrO2の被覆を行なつた。 これらのサンプルを用い、下記条件下に切削試
験を行ない、その工具寿命を評価した結果を第１
表に示した。 被削材 ：硬度、約HB200、Ｃ含有率約0.5％の
炭素鋼 切削速度：200m／分 切り込み：1.5mm 送り速度：0.3mm／回転
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
物資でもある高価なタングステン、モリブデン、
チタン、タンタルなどを大量に用いるもので、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
大なる硬度、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
大きいことなどが判つた。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、高温での鋼との非反応性等か
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ムが最適であることを見出し
た。 しかしながら、更に研究を続けた結果、酸化ア
ルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムを直
接、窒化硅素に被覆すると、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウムの粒子が異常成長し、耐摩耗
性、耐剥離性が損なわれることが判明した。 そこで、本発明者等は緻密で強固な酸化アルミ
ニウム膜、酸化ジルコニウム膜を生成させるべく
鋭意、研究を重ねた結果、焼結窒化硅素基質と被
覆層である酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム
層との間に、Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Alの１種またはそれ以上の硼化物、炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、炭酸硼窒化
物またはこれらの複化合物の１種またはそれ以上
からなる中間層を存在させることにより、この目
的が達成されることを見出し、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、この基質上に被覆層を設けた被覆窒化硅素
焼結体において、該被覆層が、基質に隣接する内
層はTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ，
Al，SiおよびＢからなる群から選ばれる１種また
はそれ以上の硼化物、炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸窒化物、炭酸硼窒化物およびこれらの複
化合物からなる群から選ばれる１種またはそれ以
上から構成される被覆の１種またはそれ以上から
なり、外層は酸化アルミニウムおよび／または酸
化ジルコニウムからなることを特徴とする、被覆
切削工具に関するものである。こゝで複化合物と
はこれらの金属がさらに固溶した形態のものを意
味し、例えば（TixWy）（ＣuＮv）のようなもの
をいう。 本発明における被覆層は内層、外層共に、結合
材金属を使用することなく、気体相から直接、付
着させて行なう。窒化硅素焼結体と接する中間層
の硼化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化
物、炭酸硼窒化物は、基質の窒化硅素との間に化
合物を生成し、接着強度が十分、保たれると考え
られ、この中間層の存在により切削時の被覆層の
耐剥離性が著るしく改善され、窒化硅素を切削工
具として使用できるものである。 本発明の被覆切削工具における中間層は0.2〜
20μｍ、好ましくは１〜10μｍである。外層は耐
摩耗性、あるいは中間層の酸化による劣化を防ぐ
保護膜としての役割りを果たすため、0.1〜20μ
ｍ、好ましくは0.5〜10μｍである。 本発明は、また、高価なタングステン、モリブ
デン、チタン、タンタルなどを大量に用いること
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上
に次のような被覆層を設けた。 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。次いで反応器内
の圧力を15mmHgに保ちながら、TiCl410％、
CH48％およびH282％を含有する混合ガスを反応
器中に導入した。この方法で1m／秒のガス線流
速を保ち、２時間処理を行なつた。この結果、厚
さ２μｍの微細粒子の堅いTiC層が得られた。 次に第２工程で、上記装置で、供給ガスを
H270％、CO25％、CO20％およびAlCl35％の組成
のガスに代え、下層の温度は1100℃、圧力は15mm
Hg、ガス線流速3m／秒で８時間処理し、TiC被
覆窒化硅素焼結体からなる切削チツプ上に、２μ
ｍのAl2O3層が形成された。Al2O3層とTiC層の間
の結合は良好であつた。 同様にして２μｍのTiC層と２μｍのZrO2層を
有する窒化硅素焼結体を得た。 TiC層を設けずに同様のAl2O3被覆を行なつた
ところ、多孔性で接着性の悪い厚さ15μｍの層を
得た。ZrO2層も同様に設けた。 一方、重量基準で9.5％のCo、12％のTiC、６
％のTaC、４％のNbcおよび残余NCの組成を有
すISO Ｐ 30についても、同様にTiCの被覆、
Al2O3またはZrO2の被覆を行なつた。 これらのサンプルを用い、下記条件下に切削試
験を行ない、その工具寿命を評価した結果を第１
表に示した。 被削材 ：硬度、約HB200、Ｃ含有率約0.5％の
炭素鋼 切削速度：200m／分 切り込み：1.5mm 送り速度：0.3mm／回転
【表】
第１表から判るように、基質が窒化硅素焼結体
でAl2O3層またはZrO2層を被覆したもの（No.２，
３）は窒化硅素焼結体そのもの（No.１）よりも寿
命が長くなつているが、本発明のTiCとAl2O3、
またはTiCとZrO2の２重層を有するもの（No.４，
５）は寿命が大巾に増大し、同様の被覆を有する
ISO P30（No.６，７）にも勝る寿命を示した。 実施例 ２ 実施例１と同様の装置および方法で、混合ガス
を種々に変えることによつて、窒化硅素からなる
基質とAl2O3からなる表面層との間の中間層とし
て第２表に示す層を被覆し、実施例１と同じ条件
の切削試験を行ない、その工具寿命を評価した。
でAl2O3層またはZrO2層を被覆したもの（No.２，
３）は窒化硅素焼結体そのもの（No.１）よりも寿
命が長くなつているが、本発明のTiCとAl2O3、
またはTiCとZrO2の２重層を有するもの（No.４，
５）は寿命が大巾に増大し、同様の被覆を有する
ISO P30（No.６，７）にも勝る寿命を示した。 実施例 ２ 実施例１と同様の装置および方法で、混合ガス
を種々に変えることによつて、窒化硅素からなる
基質とAl2O3からなる表面層との間の中間層とし
て第２表に示す層を被覆し、実施例１と同じ条件
の切削試験を行ない、その工具寿命を評価した。
【表】
【表】
【表】
この表からも判るように、本発明品は被覆処理
をしない場合よりも工具寿命の著しい延びを示し
た。 実施例 ３ 実施例１と同様の装置および方法で窒化硅素焼
結体基質上に３μｍのTiC層、その上に２μｍの
Al2O3C層、更にその上に１μｍのZrO2層を被覆
した窒化硅素焼結体を得た。基質と被覆層、及び
各々の被覆層時間の接着性は良好で、実施例１と
同様の条件で切削チツプ寿命を評価した結果56.3
分であつた。 実施例 ４ 実施例１と同様の装置と方法を用いて、混合ガ
スの組成を種々変えることで、窒化硅素からなる
母材に第３表に示す中間層を作成した。 これを被削材：FC25、切削速度：300m／
min、送り：0.36mm／回転、切込み：1.5mmの条件
で切削テストを行つた。得られた結果を第３表に
示す。
をしない場合よりも工具寿命の著しい延びを示し
た。 実施例 ３ 実施例１と同様の装置および方法で窒化硅素焼
結体基質上に３μｍのTiC層、その上に２μｍの
Al2O3C層、更にその上に１μｍのZrO2層を被覆
した窒化硅素焼結体を得た。基質と被覆層、及び
各々の被覆層時間の接着性は良好で、実施例１と
同様の条件で切削チツプ寿命を評価した結果56.3
分であつた。 実施例 ４ 実施例１と同様の装置と方法を用いて、混合ガ
スの組成を種々変えることで、窒化硅素からなる
母材に第３表に示す中間層を作成した。 これを被削材：FC25、切削速度：300m／
min、送り：0.36mm／回転、切込み：1.5mmの条件
で切削テストを行つた。得られた結果を第３表に
示す。
Claims (1)
- １ 焼結された窒化硅素を基質とし、この基質上
に被覆層を設けた被覆窒化硅素焼結体において、
該被覆層が、基質に隣接する内層はTi，Zr，
Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ，Al，Siおよび
Ｂからなる群から選ばれる１種またはそれ以上の
硼化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化
物、炭酸硼窒化物およびこれらの複化合物からな
る群から選ばれる１種またはそれ以上から構成さ
れる被覆の１層またはそれ以上からなり、外層は
酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニウ
ムからなることを特徴とする、被覆切削工具。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5635780A JPS56155080A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
| JP6585787A JPS62228469A (ja) | 1980-04-30 | 1987-03-23 | 被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5635780A JPS56155080A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6585787A Division JPS62228469A (ja) | 1980-04-30 | 1987-03-23 | 被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56155080A JPS56155080A (en) | 1981-12-01 |
| JPS6119367B2 true JPS6119367B2 (ja) | 1986-05-16 |
Family
ID=13024987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5635780A Granted JPS56155080A (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Coated cutting tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56155080A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5719372A (en) * | 1980-07-09 | 1982-02-01 | Hitachi Metals Ltd | Surface coated superhard alloy |
| JPS58126974A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-07-28 | カーボロイ インコーポレーテッド | 被覆製品およびその製造方法 |
| JPS58145676A (ja) * | 1982-02-22 | 1983-08-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速切削工具用表面被覆サイアロン基焼結部材 |
| SE8205274L (sv) * | 1982-09-15 | 1984-03-16 | Santrade Ltd | Sker samt metod for tillverkning av detsamma |
| JPS59110776A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面被覆焼結硬質合金 |
| JPS60145978A (ja) * | 1983-12-30 | 1985-08-01 | 住友電気工業株式会社 | 被覆硬質体及びその製造方法 |
| JPS60204687A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆窒化珪素基セラミック工具部材 |
| EP0211579B1 (en) * | 1985-08-02 | 1990-03-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of making a silicon nitride sintered member |
| SE8602750D0 (sv) * | 1986-06-19 | 1986-06-19 | Sandvik Ab | Skiktbelagd keramisk sinterkropp |
| JPH09125249A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-05-13 | Hitachi Tool Eng Ltd | 被覆超硬合金工具 |
-
1980
- 1980-04-30 JP JP5635780A patent/JPS56155080A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56155080A (en) | 1981-12-01 |
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