JPS6141768A - 複合硬質膜被覆工具 - Google Patents

複合硬質膜被覆工具

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JPS6141768A
JPS6141768A JP16268284A JP16268284A JPS6141768A JP S6141768 A JPS6141768 A JP S6141768A JP 16268284 A JP16268284 A JP 16268284A JP 16268284 A JP16268284 A JP 16268284A JP S6141768 A JPS6141768 A JP S6141768A
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cubic
hard film
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Minoru Nakano
稔 中野
Masaaki Tobioka
正明 飛岡
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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
    • 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
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焼結体を基体としてその表面に被覆を施した
高速切削用の工具に関する。
〔従来の技術〕
超硬合金を基体として、母材表面にTiO、T1CN。
TiN、 At O等を単層または複r&層を被覆した
被覆超硬合金は、基体の靭性と、表面層の硬質層のもつ
耐摩耗性、耐熱性、耐化学反応性を兼備しており、工具
材料として優れた性能を有している。
この工具を用いて例えば炭素鋼を切削速度が300Tr
v′−以上の高速で切削すると、刃先温度が1000 
t:’をはるかに超えるため、基体の塑性変形を生じ、
表面層がこの塑性変形に追従できず、膜ハクリ、チッピ
ングを生じることから急速な摩耗が生じ、又、このよう
な温度下では、これら妻面層の硬度も低くなっているた
め耐摩耗性の低下を助長し、短寿命となっている。この
ため、いかにkl、 OやTiCの膜厚を厚くしても、
その効果は余り期待できないのが現状である。このため
に、より耐熱性の優れる、サーメットや、セラミックス
を基体とする被覆工具材料も開発されてきている。
しかしながら、新設サーメットやセラミックスの靭性は
、超硬合金に比較すればはるかに低く、汎用工具として
は使用に耐えない。300 m/minを超える高速切
削においては、AIOやAlo  −TiC系の、セラ
ミックス工具が使用されるが、それらは主として、送り
や切り込みの小さい仕上切削加工においてである。これ
らの工具材料は、送りや切込量が大きくなると靭性が不
足して使用に耐えない。
また最近、SiN系の工具材料も開発されているが、S
iN  は鋼との反応性が高いため、通常の一般鋼切削
においては使用に耐えない。このSiN を基体として
、表面にAIOを被覆した工具も提供されているが、満
足された工具とは云い難い。
従来、また焼結立方晶BN (以下OBNと称す)工具
が高硬度材料、難削材料などの切削に用いられてきた。
これら焼結OBN工具は、WO、(!o%あるいはセラ
ミックスを結合材として超高圧、高温でCBN粉末を焼
結したもので、該CBN焼結体N層を超硬合金を基体と
してロウ付けさせて使用されている。
このような焼結体は、CBN粒子と結合材との結合力が
弱く、又、結合材粒子も粗いため結合材の強度も弱く、
鋼などの高速切削では必ずしも充分な性能でなく、又ロ
ウ付は部からの欠落といったような欠点や、超高圧を必
要とすることから高価であるなどの理由で、高速粗切削
用途には殆んど用いられていない。
近時、切削速度の高速化によって、工具材料等にはより
高度の耐摩耗性が要求されてきており、しかも、汎用性
を損われていない工具材料の開発が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、高速切削において安定して使用でき、しかも
靭性が従来のコーティング工具と同等である工具を提供
することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこの目的を達するために、硬質合金、サーメツ
ト、セラミックスのうちの何れか少なくとも一つからな
る基体と、基体表面に0.1〜10μmの高さに点在し
て生長せしめられた粒径0.1〜10μmの立方晶BN
粒子と、該BN粒子間の空隙を埋めたrVa 、 Va
 、 VIa族の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、
硼窒化物、酸化物、炭酸化物、酸窒化物、六方晶BN 
、アモルファスBN % hl Oのうちの少なくとも
1種、混合体、固溶体とからなる複合硬質膜被覆工具を
構成したものである。
OEMはプラズマOVD法で、Bを含む水素化合物とN
2を含む化合物で合成させる。この場合、反応温度を比
較的高く、SOO〜1100 Cで反応ガス中のB濃度
を低くすれば、微粒なOEMが部分的に核生成して成長
し、反応圧力を1〜5 torrより数十torrへと
高めることで、このOBN粒子が優先的に生長し% O
BN粒子が点在しうる。
しかるのち、プラズマO’VD法、あるいはOVD法で
At203、Tj、0 % TiN −、TiB2、T
iBN % Ti0ONTiN0 、BMなどを引続い
てコーティングすると、OBN粒子を覆いながら最終的
にはその空隙を埋めていく。この場合、反応圧力は10
 torr以下の比較的真空度の高い条件下が好ましい
。即ち、反応圧力が高いと、ガスの平均自由行程が短が
くなり、OBN粒子間隔が10μm近くであると・CB
N粒子の先端と根底でのセラミックスの成長が異なり、
根底でボアが生成して密着性が低下して好ましくない。
又、CBN粒子は必ずしも、基板より膜表面まで連続す
る必要なく、途中にて中断され、CBN粒子がセラミッ
クス中に浮遊する状態であっても、効果がある。
〔作用〕
本発明者等は、コーテイング膜の高温硬度や室温硬度の
点ではAtOよりも立方晶BNが優れることから、コー
テイング膜としてcBNを採用し基体塑性変形による膜
ハクリの対応策として、緻密で一様なCBN膜ではなく
、膜中にOBN粒子が魚在し、その粒子間を比較的塑性
変形容易で耐熱性に優れ、基体との接着性の高い材料で
埋めた複合構造からなるコーテイング膜とすれば良いと
考えた。
高速切削では03M粒子が耐摩耗性を維持し、基体変形
に対しては、基体変形に追従しゃすい比較的靭性の高い
セラミックを存在させれば、膜ハクリも起こり難く、微
粒なCBNがこのセラミックで覆われているため、OB
N粒子の脱落も防止し得ると考えた。
OBN粒子の径は0.1〜10 Amであって、0.1
Am未満ではOBNの耐摩耗性向上の効果が出す、]0
μmを超えると、いかに靭性の高いセラミックスで覆っ
ても、耐剥離性に効果がなくなる。CBN粒子の長さに
ついても同様である。又、CBN粒子の形状は、柱状、
粒状、ホイスカー状であっても良い。
OBN粒子間を埋める’I’iN % Ti0XTiB
2、TiBN %Ti0O、TiN0 、などの■a 
、 VIL 、 ■a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、
硼化物・硼窒化物1酸化物・炭酸化物、酸窒化物及びB
N (六方晶又はアモルファス)又はkl Oの1種以
上からなる化合物又は混合体あるいは固溶体が耐摩耗性
ではCBNに劣るも、耐酸化性、基体の密着性、靭性で
は優れる。
このため、基体変形に伴なって発生する応力を、これら
介在物が緩和、吸収しうる。
本発明に用いられる基体は超硬合金に限らず、若干靭性
面の低下はあるものの高靭性のサーメット、セラミック
スを用いても、当然同じ効果が得られる。
実施例 実施例I WO−5重量%Oo合金に、プラズマOVD法で、90
0C中、0.1容1%BHと1容fit%NHと残H2
1torrガス雰囲気中、2.Φ5 GHzのマイクロ
波プラズマ中、100W(7)ii方力下、OBN粒子
を核生成したるのち、引続いて100OCに温度を高め
たのち・10 torr 、 200 W下で、OBN
粒子を生長させた。
この時点で観察したところ、OBN粒子は0.2μmの
粒径で柱状化し、高さが5μmのものが1μm間隔で点
在していた。しかる後、1ケは10αOCにて1通常の
OvD法でTi0t、 OH、N 、 Hの反応ガス中
5 torrの圧力下でこのOBN粒子間をTic!N
で埋めた。(4) 又、もう1ケは1000 CiCて、Tiot%N、H
の雰囲気中での反応ガス中、1 torrでTiNを生
成したるのち、更にhtat 、 oo 、00s H
中でAt0で残る空隙を埋めた。(B) 更にもう1ケは1000[にて、BOI  % NH%
 l’J中、1 torrでBNを生成し、しがるのち
、Ti0j  。
BOI3、N2、H2中でTiBNを被覆した。 (C
)これらのチップを、下記の条件で切削テストを行なっ
た。
切削条件 被削材50M415  HB 150   切削時間1
0分切削速度 v500I71/min 送    リ     f          O,3
0w/rev切込み  d    1,51Ls 又、比較のため、Tie 3μms At0 3μmの
コーティングチップを入れた。テスト結果を表1に示す
表  1 実施例2 10容ffi%の結合相(co、Ni)で硬質相が60
重f!に%Ti(:!、8重二型皿I’iN、2創!t
%Moc、残wCの組成からなるサーメット及び0.5
型皿%Al。
一5%Tieのセラミックを基体として、OBN粒子0
.5μmの粒径に成長させた。このOBN空隙を、Ti
NとA40 で埋めた。(D、K)これを切削速度70
0rn/−で実施例1の切削条件で切削した。比較のた
めに、5μ+nAl0 .3μmTiCをコーティング
したサーメット(F)、セラミック (G)を比較に入
れた。
Dは0.35鴎、Eは0.28鴎であったが、Fは6分
後、Gは30秒後に欠損した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高速切削において安定して使用でき、
しかも靭性が従来の被覆工具と同等である工具を提供で
きる。
代理人 弁理土中村勝成:・、1.1  ・□ぐ之二ノ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硬質合金、サーメット、セラミックスのうちの何
    れか少なくとも一つからなる基体と、基体表面に0.1
    〜10μmの高さに点在して生長せしめられた粒径0.
    1〜10μmの立方晶BN粒子と、該BN粒子間の空隙
    を埋めたIVa、Va、VIa族の炭化物、窒化物、炭窒化
    物、硼化物、硼窒化物、酸化物、炭酸化物、酸窒化物、
    六方晶BN、アモルファスBN、Al_2O_3のうち
    の少なくとも1種、これらの混合体、固溶体とからなる
    複合硬質膜被覆工具。
JP59162682A 1984-07-31 1984-07-31 複合硬質膜被覆工具 Expired - Lifetime JPH0623436B2 (ja)

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