JPS62142768A

JPS62142768A - 多層被覆を施した切削工具

Info

Publication number: JPS62142768A
Application number: JP29641086A
Authority: JP
Inventors: Kunio Shibuki; 渋木　邦夫; Motonori Natori; 名取　本祖; Hiroshi Murakami; 弘村上
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1986-12-12
Publication date: 1987-06-26
Also published as: JPH0130910B2

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４層以りの多層被ｖａを施したり」削［旦に係
り、特に１＆密で高硬度の表面を有するｖ１削ｌ二」支
に関する。

超硬合金又は高速度鋼からなる硬質物質上に高硬度高融
点物質を被覆することは、化学蒸着法などにより主とし
てすＪ削玉几材ネ１に応用され、被覆構造、被Ｙａ方Ｄ
、について多くの提案がなされている。

しかし、この化学蒸着法などでは微；１１ずつ付着する
際に、既に付着している部分の影！を受けて、被覆物質
である炭化物又は窒化物の粒子−が柱状に成長して大き
くなる傾向がある。したがって、被覆層が厚くなるにつ
れて、肢覆層表面の炭化物または窒化物の粒子は、粗大
となり微電度が低下する。

このように緻密度が低下した被覆層は、粗大化した粒子
−間に応力の集中が起りやすくりＪ削［具のように、繰
返し衝撃荷重ドに置かれると粗大粒子間の応力集中点を
起点として被Ｗ層にクラックが入り、これによって剥離
しやすくなるという欠・気があった。

亡して　このような欠・、゛、・、を除去する方法とし
てたとえば炭化物と′窒化物とをし、Ｉｔに多層に被覆
することにより改良する方ｌノ、か公知である。しかし
この炭化物と窒化物とを交ｌＬに多層被覆する方法は、
被覆層表面を緻密にする・ｊ、（では効果的であるか別
な而で欠点を（１しまだ１゛分ではない、たとえばＴｉ
ＣとＴｉＮの９！膨張はそれぞれ７．４×１０’・７℃
、９．３５Ｘ１０　　Ｉ・７℃であるように、炭化物と
オ、化物とでは熱膨張差が違うことにより１これらが交
〃に多層被覆される各々の境界面に内部↑が蓄積される
からである。さらに、炭化物と窒化物とは異種の合金で
あるため、被覆進行中に多少の相！ｆ拡散があるとはい
え、やはり前述した熱膨張差による内部↑と相まって、
その結合強度が弱く、切削工具として使用した場合、炭
化物および゛（ｌ化物間が２１１＃Ｌやすい欠点をもっ
ている。

本発明は、前記多層被覆における被覆層の緻密化の利点
を活かし、一方前述した炭化物と窒化物との多層被覆の
欠点を除去するためなされたちのである。

すなわち、本発明は、超硬合金からなる丁−具１ｚＩ材
４．には、高硬度品融点物賀からなる４層以」−の被覆
層が被覆されるようにした多層被覆を施したν］削１．
−．３４において、前記被ｒＯ層はＴ　ｉ　Ｃ。

ＴｉＮ、Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）、Ｔｉ　　（Ｃ，Ｏ）。

Ｔｉ　（Ｎ、Ｏ）、Ｔｉ　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）の６種から選
択して異種の隣接層（ただり、ＴｉＣ，ＴｉＮの隣接層
を除く）が形成され、しかも各層の厚さＡ　Ｉ　　＋　
Ａ　／　　、Ａ　３　　＋・・・・・・Ａｎがそれぞれ
１〜０．３延出の範囲内で設定され、また各層間の厚さ
比ＡＩ　　／Ａノ　、Ａ２／Ａｉ　・・・・・・Ａ　ｎ
　ｌ　　／　Ａ　１１　がそれぞれｌ／１０〜１０／ｌ
の範囲内にあって、全被覆層の厚さＡ　１　　＋　Ａ　
２　＋　Ａ　：Ｉ＋　・−・−＋　Ａ　、が１５ｇｍ以
ｒとなるようにしたものである。

したがって本発明により得られる切削工具は、相互拡散
が１−分でありしかも粒成長は抑制される。また炭窒化
物の場合は、熟１膨張係数が、その構成比に従ってその
中間の値となるため、炭化物と窒化物とが接するよりは
るかに熱膨張差による内部ｊｐが少なくなる。

以１−０により本発明品は、炭化物と窒化物の多層波γ
Ｑによる粒成長抑制方法の欠点である炭化物と′イ、化
物との接合強度不足、熱膨張差の大きいことによる内部
↑の増大の欠点を必ず同種のチタンの固溶体と接するこ
とにより除去したものである。

たとえば、被覆を化学蒸着法で行なう場合には、ＴｉＣ
被覆では以ドのように反応する。

ＴｉＣ交、ｌ＋ＣＨ４→ＴｉＣ＋４ＨＣ文また、ＴｉＮ
被覆では、以ドのように反応する。

ＴｉＣ文４＋２Ｈ１・＋１／２　Ｎ・→ＴｉＮ＋４ＨＣ
交さらに、ＴｉＣとＴｉＮの固溶体は以ドのように反応す
る。

ＺＴｉＣ≦１４＋ＣＨ４＋２Ｈ；−＋１／２ＮノーＴ　
ｉ　Ｃ＋　Ｔ　ｉ　Ｎ　＋　８　ＨＣ見したがって、多
層被覆の場合ＴｉＣ交４労ス、ＣＦ（、＋カス、Ｈ７・
カス、Ｎ、・カスのｆｉｔ　’Ｉ’を調整することによ
り容易にできる。また酸素を含ませる場合には、前記反
応カス中にｃｏ又はＣｏ、、カスを添加すればよい。

本発明の好適な実施例としては、２種のものを選択した
場合には、ＴｉＣ−Ｔｉ　（Ｃ，Ｎ）。

ＴｉＣ−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）。

ＴｉＮ−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）。

Ｔｉ　Ｎ−Ｔｉ　（Ｃ、Ｎ　、　Ｏ）　　。

Ｔｉ　（Ｃ，０）−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）。

Ｔｉ　　（Ｃ，０）−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）。

Ｔｉ　（Ｎ、０）−Ｔｉ　（Ｃ、Ｎ）。

Ｔｉ　（Ｎ、０）−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）。

Ｔｉ　（Ｃ、Ｎ）−Ｔｉｃ　。

Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）−ＴｉＮ。

Ｔｉ　　（Ｃ、Ｎ　、　０）−ＴｉＣ。

Ｔｉ　（Ｃ，Ｎ、０）−ＴｉＮなどをあげることができ
、これらのＭ１合せを交Ｔにに繰返すことにより多層被
覆することができる。

そして、これらの組合せ順で４層重Ｈの多層被覆した場
合各層の厚さＡ、、Ａ、、Ａ、、・・・１．。

Ａ、１かそれぞれ１〜０　、３４　ｍ　（ｒ）　範囲に
あることか２黄である。また各層間の厚さ比Ａ：／″Ａ
　。

Ａ・　７′Ａ、・・・・・・Ａ、、：／Ａ、、がそれぞ
れ１７１０〜ｌＯ／１であることも必″莢である。

さらに、全被覆：１；　Ａ　、＋　Ａ・十Ａ　＋・・・
・・・＋Ａ、については１５ｇｏｎ以−ドであることも
必黄である。

そして、これらの条ヂｌを充たした場合　各層の粒子−
は異゛、信成長することなく微細であり切削１旦として
使用した場合、ｒｐ層被被覆従来例よりも摩耗が少なく
しかも被覆層の１ｆｔ）ｔ　２１１　ｍ性も良好ですぐ
れた性能を発揮した。

本発明で多層被覆することにより粒子が微細で緻密であ
る理由は必ずしも明らかではない、しかし、同一・成分
の結晶析出が続くと結晶のできやすい方向か揃ってきて
大きな結晶かできやすくなることが考えられる。

被覆層の厚みと結晶粒の大きさの関係は、第１図に示す
ように被覆層厚３膳ｍまでは徐々に大きくなっていｊ、
３ｕＬｍ以りになると思慮に粒子は大きくなる。したが
って、１つの層厚Ａｔ　　。

Ａ、、Ａ１．　・、・Ａ　、は／しな・とｔ３３ｇ＋以
１・−テあり　晶酋には影゛、庁の少ないＩｇｒｎ以ト
である。

また６層の厚さ比Ａｌ　／Ａ　　２．Ａ、／Ａ、、・・
・・・Ａ、、、／′Ａ、、かそれぞれ！７１０〜ＩＱ７
１範囲で公ければならない。これは、ノ１；ノ述した被
：′β、）１ηのオーン或Ｌ１抑制の効果からくるもの
である。すなわち　被Ｘａ層があまり１：しくなりすぎ
ると隣接の被ｌＧ層の粒成長抑制の効果がなくなるから
である。

また他の実施例としては、被Ｍ＋ａ層が、ＴｉＣ。

ＴｉＮ、Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）、Ｔｉ　　（Ｃ，Ｏ）。

Ｔ　ｉ　　（Ｎ　、　Ｏ）　　、　Ｔ　ｉ　（Ｃ、Ｎ　
、　Ｏ）　　、の中から３種が選択され、これらの選択
１１１１に従って４層以上を形成した場合にあげること
ができる。

これらの場合においても、各層の厚さ、各層間の厚さの
比、全被覆層厚は前述した条件に従うことは必要である
。

なお前述した６種の各種のＭｔ合せについても、同様に
試料を作成したがいずれも同様の効果が認められｔ・。

実験例１実験例１は５，１ｌｆ１１Ｉ３１！合金からなるスロー
アウェ・イナンブを丁具１ミ１材として、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ
）〜ＴｉＣ−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）−ＴｉＣの４層を被覆
した場合（Ｎｏｔ−Ｎｏ５）およびＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｔ
ｉＮ−Ｔｉ　（Ｃ、Ｎ）−ＴｉＮの４層を被覆した場合
（ＮＯ６〜Ｎｏｌ０）である。これらの場合−Ｌ１４母
材側から第１層〜第４層としたものであり。

肢覆層の厚さ、厚さ比については、第１表に示されると
おりである。

以ド余白切削試験は、第１表に示される未発り１品によって、５
４８Ｃを連続旋削したものである。このと５のリノ削条
ヂ１．は、ジノ削速度Ｖ＝　１６０ｓ／ｗｉｎ　、送り
ｆ　＝　０　、３１１１ｍ／ｒｅｖ、ジノ込みｄ＝１．
５ｍ＋ｓを設定したものである。

この結果、ＴｉＣ，ＴｉＮをそれぞれ４ｇｍ被范した従
来品は、２０分すＪ削時点でクレータ−が発生したが１
本発明品は、同時点でいずれもクレータ−が、認められ
なかった。

なお、本発明品間では、ＮＯ１〜Ｎｏ５の方がＮｏ６〜
１ｌｋ）１０よりも耐摩ＪＬ性および耐剥離性が良かっ
た。これは、高硬度でに着性のよいＴ　ｉ　Ｃ成分が多
いためである。また、１ｉｔ−Ｎｏ５の１「１で被覆層
か厚くなっているため＋ｆｌＪ　ＰＩ耗性が良かった。

実験列２実験例２は、、ｔｆｌ硬合金からなるスローアウェイチ
、プを［ＪＬ　Ｉ；）材として、ＴｉＣ−ｒｉ　　（Ｃ
，Ｎ）−ＴｉＮ−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）−Ｔ　ｉ　Ｃｃ７
）　５層を被Ｗした場合（Ｎｏｌｌ−Ｎｏ１５）および
ＴｉＮ−Ｔｉ　（Ｃ、Ｎ）−ＴｉＣ−Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ
）−ＴｉＮの５層を被覆した場合（Ｎｏ１６〜Ｎｏ２０
）である、そして、被覆層の厚さ、厚さ比については、
第２表に示されるとおりである。

以）゛　余白ジノ削試験は、第２表に示される本発明品によって、Ｓ
ＣＭ−４の丸棒を連続外周旋削したものである。このと
きの切削条件は、すＪ削速度Ｖ＝１５０　ｍ／ｌｌ１ｉ
ｎ　、送りｆ　＝　０　、３　＋ａ＋＋＋／ｒｅｖ、ν
Ｊ込みｄ＝１．５ａ＋ｍとしたものである。

この結果、比較の従来品（ＴｉＣ５終ｍｊｉ１層被覆）
は、２０分切削時点ですくい面にクレータ−を生じたが
１未発ＩＪＩ品は、同時点でいずれもクレータ−を生じ
なかった。

また２本発明品間では、Ｎｏ１ｌ−Ｎｏ１５の方がＮｏ
１６〜！’に＋２０よりも耐摩耗性、１酎欠損性が良々
ｆであった。これは、高硬度で密１１′性のよいＴ　ｉ
　Ｃ成分が多かったことによる。さらに、また、陥１１
−！り１５の１順で１耐ＪｔＩ！よＬ性および１耐欠損
性が良かった。これは、全被覆層の厚ざが厚いためであ
る。

実験例３実験例３は、超硬合金からなるスロー７ウエｒチツプを
丁其１１１材として、ＴｉＣ−Ｔｉ　　（Ｃ，０）−Ｔ
ｒ　　（Ｃ，Ｎ、０）−ＴｉＮ−Ｔｉ（Ｎ、Ｏ）の６層
を被覆した場合（Ｎｏ２１−Ｎｏ２５）およびＴｉ　（
Ｃ，０）−ＴｉＮ−Ｔｉ　（Ｃ，０）−ＴｉＮ−Ｔｉ　
（Ｃ，０）−ＴｉＮ（７）６層を被覆した場合（Ｎｏ２
６〜Ｎｏ３０）である。そして、被覆層の厚さ、厚さ比
については第３表に示されるとおりである。

以ド余白ジノ削試験は、第３表に示される本発明品で。

３５５Ｃの丸棒を外周連続旋削したものである。

、：、　（７）　トＪ　ノ！、ＩＪ　Ｉ’ｌ１１　条件
は、！、７７１’ｌｌｌ速度Ｖ＝１６０ｍ／＋ｉｎ　、
送りｆ　＝　０　、３　ｍｍ／ｒｅｖ、切込みｄ＝１・
５ｆｆ１１１とした。

この結果、比較の従来品（４鉢１厚さのＴｉＮ中層被覆
）は、２０分切削時点でクレータ−を発生したが、未発
明品は、いずれも同時点でクレータ−を生じなかった。

これは、本発明品の被覆層が緻密化されているためであ
る。

また、本発明品間では、Ｎｏ２８〜ＮＯ３０の方が耐摩
耗性か良かった。これは、高硬度であるＴｉＣおよびＴ
ｉ（Ｃ，Ｏ）Ｌ＆分が多かったことによる。

なお、全被覆層の厚さについて各種の試験をしてみたが
、１５ｇｍをこえるものについては、被）１ジの剥離が
起り易く実用的ではなかった。また層厚が０．３μｍ未
満の場合に、は１粒成長抑制効果かり巳１〈、実用的で
ないことも確認された。これは、各層間の厚さ比１／ｌ
Ｏ〜１０／Ｉと各層の厚さ制限１μｍ以ドから導き出さ
れた結果である。

本発明は以上説明したように、超硬合金上に、ＴｉＣ，
ＴＥＮ、Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）。

Ｔｉ　（Ｃ，Ｏ）、Ｔｉ　　（Ｎ、Ｏ）。

Ｔｉ（Ｃ，Ｎ、Ｏ）の６種から選択された少なくとも２
種の４層以上が、異種の隣接層（ただし。

Ｔｉｃ、Ｔ、ｆＮの隣接層を除く）として形成され、そ
の被覆層の厚さ、厚さ比、全被覆層厚さを特定し、これ
により粒成長が抑制されたものである。したがって、４
￥に＠密で高硬度の表面を有する切削下５１が提供され
、その切削能−（ｌの向１．を期待できるという利点を
４１する。

【図面の簡単な説明】

第１因は、被覆層の厚さと結晶粒の大きさとの関係を示
した曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

超硬合金からなる工具母材上には、高硬度高融点物質か
らなる４層以上の被覆層が被覆されるようにした多層被
覆を施した切削工具において、前記被覆層はＴｉＣ、Ｔ
ｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、Ｔｉ（Ｃ，Ｏ）、Ｔｉ（Ｎ，Ｏ
）、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の６種から選択して異種の隣接
層（ただし、ＴｉＣ、ＴｉＮの隣接層を除く）が形成さ
れ、しかも各層の厚さＡ＿１、Ａ＿２、Ａ＿３、……Ａ
＿ｎがそれぞれ１〜０．３μｍの範囲内で設定され、ま
た各層間の厚さ比Ａ＿１／Ａ＿２、Ａ＿２／Ａ＿３……
Ａ＿ｎ＿１／Ａ＿ｎがそれぞれ１／１０〜１０／１の範
囲内にあって、全被覆層の厚さＡ＿１＋Ａ＿２＋Ａ＿３
＋……＋Ａ＿ｎが１５μｍ以下であることを特徴とする
多層被覆を施した切削工具。