JPS62287062A - 切削工具の耐摩耗性皮覆膜およびその被覆方法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的には、金属の加工法に関し、特に切削
工具に関するものであって、工具の耐摩耗性被覆膜およ
びその被覆方法に特別な関連を持つ。

本発明の用途は、バイトの他ドリルやフライス等も含め
た高速摩耗にさらされる切削工具の製造である。

〔従来の技術〕

長寿命の被覆切削工具を作るために、とりわけ被覆方法
の改良がなされている。このことに関しては、侵入型元
素相（侵入型元素の合金、　１ｎｔｅｒ−ｓｔｉｔｉａ
ｌ　ａｌｌｏｙ　）での被覆が硬さレベルが高いために
特に有望である。

公知の、切削工具の耐摩耗性被覆膜およびその被覆方法
（西ドイツ特許第１，９５９，６９０号、優先日１９６
９年１１月２８ＦＩ、　＋ｐｃ　ｃ２３ｃ　ｌｌ１０８
、公報発行日１９７１年６月３日）の侵入型元素相（ｉ
ｎｔｅｒｓｔｉ　ｔｉａｌｐｈａｓｅ）は、元素の周期
律表のＩＶａ族−Ｖｌａ族に属する炭窒化物である。」
−記被覆を施される工具の基地金属は超硬合金、たとえ
ばタングステン・カーバイド（ＷＣ）、である。気相か
らの堆積によって被覆するために、基地金属を１０００
℃程度まで加熱する必要があり、それによって超硬合金
が強度低下する可能性がある。しかし、この公知の被覆
膜を、基地が低融点金属、たとえば鋼、である切削工具
のための公知の方法で被覆することはできない。当該被
覆膜は炭窒化物を主体としており、元素の周期律表のＴ
Ｖａ族−Ｖｌａ族の金属の１つを含んでいる。被覆膜等
高硬さ・高耐摩耗性にするために、被覆膜に合金成分を
導入してもよい。

別の公知の、切削工具の耐摩耗性被覆は少なくとも１層
の侵入型元素相が基地に被覆されるものであって、合金
成分の他に非金属成分を含み、これら成分の含有量が被
覆膜の厚さ方向に沿って変化するものである。（参照：
　Ｆｉｚｉｋａ　ｉ　ｋ旧ｍ１ａｏｂｒａｂｏｔｋｉ　
ｍａｔｅｒｉａｌｏｖ、　１ｚｄａｔｅｌｓｔｖｏ　Ｎ
ａｕｋａ。

階２．１９７９．　　ｐｐ、］］６９−１７０被覆膜を
形成する侵入型元素相はモリブデン・カーバイドを主体
としており、合金成分としてチタン、ジルコニウムおよ
びタングステンを含んでいる。侵入型元素相の主成分す
なわちモリブデンと炭素は被覆膜中で反応してモリブデ
ン・カーバイド（Ｍ０２　Ｃ）とモリブデン・モノカー
バイド（Ｍｏ　Ｃ）を形成する。つまり、被覆膜中には
、熱力学的安定相Ｍｏ２　Ｃと不安定相ＭｏＣとが共存
することになる。

切削加工中に切削工具の温度が６００〜１０００℃に」
二昇することがあるような場合には、被覆膜の不均一相
Ｓ＋１１成である熱力学的不安定化合物は構成元素（モ
リブデンと炭素）に分解し、それによってＭｏ２　Ｃが
形成される。切削加Ｉ中に被覆膜中で起こるこの変態に
よって高応力が発生ずるため、被覆膜が跪くなってフレ
ーキングやチッピングが起き易くなる。その結果、工具
寿命は短縮する。

更に、切削工具に耐摩耗性被覆をするための別の公知方
法は、物質を凝縮するためにイオン衝撃を利用するもの
であって、その構成は、真空中で電気アークを当ててカ
ソードの物質を蒸発させ、切削工具の基地金属にバイア
ス電圧を印加し、蒸発したカソード物質のイオンの衝撃
によって基地金属を加熱および清浄化し、バイアス電圧
を被覆膜が形成される値まで降下させ、同時に基地金属
の温度を降下させ、蒸発したカソード物質と反応するガ
スを真空中に供給して侵入型元素相から成る所定厚さの
被覆膜を形成する。というものである。（参照：　Ｆｉ
ｚｉｋａ　ｉ　ｋｈｉｍｊａ　ｏｂｒａｂｏｔｋｉ　ｍ
ａｔｅｒｉ−ａｌｏｖ、　１ｚｄａｔｅｌｓｔｖｏ　Ｎ
ａｕｋａ、　　Ｎｌ１２＋　１９７９＋　ｐｐ、１６９
−一般的に、工具の被覆工程で、厚さ５〜８１１ＩＩｌ
の被覆膜を堆積する際の所要時間は４５〜６０分である
。この時間経過中に侵入型元素相の主成分の反応性は低
下するので、熱力学的不安定化合物が安定化合物と一緒
に形成される。更に、この場合は被覆膜の堆積温度が４
２０℃であるため、基地金属中へのガスの拡散は過剰な
高速度で起きる。その結果、被覆膜を形成する侵入型元
素相の非金属成分の含有量は低くなり、被覆膜の強度を
劣化させる熱力学的不安定化合物が、蒸発したカソード
物質との反応によって形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする課題は、被覆膜を形成する侵
入型元素相の均一性を向上させることによって、被覆膜
が耐摩耗性と耐久性とを有し工具寿命が長い切削工具の
ための耐摩耗性被覆膜およびその被覆方法を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

この課題は、切削工具のための耐摩耗性被覆膜において
、切削工具の基地材ネ１　ｊ−に被覆された少なくとも
１層の侵入型元素相（侵入型元素の合金）を含んで成り
、且つ該侵入型元素相が合金成分と該層の全厚さに亙っ
て不均一に分布する非金属成分とを含有する切削工具の
耐摩耗性被覆膜において、前記侵入型元素相の非金属成
分含有量は熱力学的に最も安定な該侵入型元素相の化合
物が均一である範囲内にあり、それによって少なくとも
１種の前記合金成分が熱力学的に最も安定な前記化合物
の形成を促進する触媒として機能することによって解決
する。

望ましくは、耐摩耗性被覆膜中に複数の第２層が複数の
第１層と交互に設けられ、両層の数が対応し、侵入型元
素相の各々が、熱力学的に最も安定なことを特徴とする
この相の化合物が均一である範囲内の含有量で非金属成
分を含有して第２層が形成され、それによって、先行す
る第１層中の侵入型元素相の合金成分のうち少なくとも
１種が後続の第２層中での熱力学的に最も安定な化合物
の形成を促進する触媒として機能する。

被覆膜の侵入型元素相中に熱力学的に最も安定な化合物
を形成するために使用する触媒は、この相がチタン・ナ
イトライド系、チタン・オキシカーバイド系、チタン・
カーバイド系、チタン・ダイボライド系、クロム・ナイ
トライド系あるいはニオブ・カーポナイトライド系の場
合は、モリブデンである。

被覆膜の侵入型元素相中に熱力学的に最も安定な化合物
を形成するために使用する触媒は、この相がアルミニウ
ム・ナイトライド系の場合は、マグネシウムである。

被覆膜の侵入型元素相中に熱力学的に最も安定な化合物
を形成するために使用する触媒は、この相がモリブデン
・カーバイド系あるいはモリブデン・カーボナイトライ
ド系の場合は、ニオブである。

上記の課題は以下の方法によって解決される。

すなわち、物質を凝縮するためにイオン衝撃を利用する
、切削工具に耐摩耗性の被覆膜を被覆する方法であって
、カソード材料を蒸発させるために真空中で電気アーク
を当てる工程、該切削工具の基地材料にバイアス電圧を
印加するる工程、蒸発した該カソード材料のイオン衝撃
によって該切削工具の該基地材料を加熱し且つ清浄化す
る工程、該バイアス電圧を該被覆膜の層が形成され得る
値にまで降下させ同時に該切削工具の該基地材料の温度
を降下させる工程、および侵入型元素相から成る該被覆
膜の該層が所定の厚さで形成されるまで、蒸発した該カ
ソード材料と反応するガスを該真空中に供給する工程を
含んで成る方法において、該カソード材料を蒸発させる
ことによって該真空中に触媒が導入され、該触媒は堆積
した該層を構成する該侵入型元素相における熱力学的に
最も安定な化合物の形成を促進し、該層の該堆積中にお
ける該切削工具の該基地材料の温度が、該層の該侵入型
元素相における熱力学的に最も安定な化合物の生成を引
き起こす触媒反応を可能とし且つ該切削工具の該基地材
料中への該ガスの拡散を援助し、それによって非金属成
分の含有量が熱力学的に最も安定な該化合物が均一であ
る範囲内に入る方法である。

望ましくは被覆膜の層を基地材料に堆積するために基地
材料を、該基地材料が高速度鋳鋼である場合には３５０
〜４００℃、該基地材料が高速度鋼粉末である場合には
３００〜３５０℃、該基地材料が非金属耐火物である場
合には５５０〜６５０℃に加熱する。

また、望ましくは被覆膜の層を形成する侵入型元素相が
チタン・ナイトライド系、チタン・カーバイド系、チタ
ン・オキシカーバイド系、またはチタン・ダイボライド
系の場合にはカソード材料としてモリブデン含有チタン
合金を用い、侵入型元素相がクロム・ナイトライド系で
ある場合にはカソード材料としてモリブデン含有クロム
合金を用い、侵入型元素相がニオブ・カーボナイトライ
ド系である場合にはカソード材料としてモリブデン含有
ニオブ合金を用い、侵入型元素相がアルミニウム・ナイ
トライド系である場合にはカソード材料としてマグネシ
ウム含有アルミニウム合金を用い、侵入型元素相がモリ
ブデン・カーバイド系またはモリブデン・カーボナイト
ライド系である場合にはカソード材料としてニオブ含有
モリブデン合金を用いる。

切削工具のための単層あるいは多層の耐摩耗性被覆膜で
あって、熱力学的に最も安定な侵入型元素化の成分すな
わちエンタルピー変化（−ΔＴ−（’）が最大の条件下
で形成された成分を堆積して形成された被覆膜番：ｖ、
完璧な機械的強度と下り寿命を増加さ・Ｕる２〜４倍の
耐久性とを発揮する。

ここに開示した、切削工具に耐摩耗性の被覆膜を被覆す
る方法は、コスト、工程期間、あるいは希少な材料の使
用を増加することなく、熱力学的に最も安定な化合物か
ら成る層を有し上記特性を具備する被薄膜の製造を可能
とする。

以下に、本発明の特定な実施例を説明して本発明の利点
を明らかにする。

〔実施例〕

開示された、切削工具のための耐摩耗性被覆膜は少なく
とも１層の侵入型元素相（侵入型元素の合金）を含んで
成る。公知のように、侵入型元素相は遷移金属と１種ま
たは数種の非金属、たとえば、Ｃ、Ｎ　、　Ｏ、Ｂとか
ら形成される高融点化合物である。

層の個数、厚さ、組成および積層順序は当業者に公知の
ように広い範囲で変化し、工具の要求特性と使用条件に
よって決まる。

多層構造を有する被覆膜は個々の層を形成する種々の侵
入型元素相に固有の性質を絹合せることができる。

侵入型元素相の物理的および機械的性質は、マグネシウ
ム、モリブデン、タングステン、ニオブ、クロムおよび
バナジウムのような合金成分を該相中に導入することに
よって改善される。合金成分のうち少なくとも１種が熱
力学的に最も安定な化合物の形成を促進する触媒として
機能しなければならない。換言すれば、被覆膜の各々の
層が１つの侵入型元素相から形成され、核用の非金属成
分の含有量が熱力学的に最も安定な化合物が均一である
範囲内にある。

物質を凝縮するためにイオン衝撃を利用する、切削工具
に耐摩耗性の被覆膜を被覆する方法は、下記を含んで成
る。

基地材料の酸化膜その他の汚染物質をあらかしめ除去さ
れた切削工具が、被覆膜の各層を形成することになる侵
入型元素相と等しい個数のカソードに適合した真空容器
中に装荷される。各々のカソードの材料は金属であり且
つ被覆膜の１つの層に対応する合金成分である。容器は
、基地金属の清浄化および加熱のためのみに用いる余分
のカソードに適合させられることができる。更に、１つ
の侵入型元素相での熱力学的に最も安定な化合物の形成
を促進する触媒を含有する材料中にもう１つの余分なカ
ソードを設けることができる。

工具が装荷された状態で、容器の排気を行ない、カソー
ドの材料を蒸発させるために容器中に電気アークが当て
られる。最初に基地材料が清浄化され、加熱される。こ
のために、基地材料にバイアス電圧が印加される。基地
材ネミｌを加熱および清浄化するために使用するカソー
ドが使われない場合には、被覆膜の第１層を堆積するた
めに使用するカソードが蒸発させられる。

蒸発したカソード材料のイオンが基地の材料に衝突して
該材料を清浄化し且つ材料の強度に悪影響のない温度に
まで加熱する。蒸発したカソード材料が基地金属上で凝
縮（凝結）し得る値にまでバイアス電圧を降下させ、栽
地金属の温度を降下させる。同時に、降下後のバイアス
電圧が、基地金属の温度を被覆膜の１つの層が基地金属
−にに堆積し得るレベルに維持しなければならない。被
覆膜の層を作る侵入型元素相を形成するために、容器中
に入れられたガスが蒸発したカソード材料と反応する。

侵入型元素相において熱力学的に最も安定な化合物の形
成を促進するために触媒が容器内に導入される。

触媒によって、非平衡な条件下で堆積した被覆膜の層の
非金属成分の濃度が、層の厚さ全体に互って、熱力学的
に最も安定な化合物が均一である範囲内に維持されるこ
とができる。

被覆膜の堆積に用いるカソードの材料中に触媒を導入す
ることもできるし、触媒を含有する材料で作られた余分
のカソードを蒸発さ−Ｕることもできる。被覆の工程中
は、基地材料の温度が、侵入型元素相での熱力学的に最
も安定な化合物の生成を引き起こす触媒反応が可能なレ
ベルに維持される。この温度は基地材料中へのガスの拡
散の援助もし、その結果侵入型元素相中の非金属成分の
含有量が、熱力学的に最も安定な化合物が均一である範
囲内にある。被覆工程の温度は基地材料の表面に熱力学
的に最も安定な化合物を形成するのに十分な高さでなけ
ればならないが、基地材料表面のガス量がそこに熱力学
的に最も安定な化合物を形成するのに不十分になるよう
な高速でガスが基地材料中へ拡散する温度より低くなれ
ばならない。

被覆工程の温度は各々特定の基地材料について実験で決
定される。

被覆工程中で一般に用いられるガスは窒素、メタン、酸
素、ボランあるいはシランである。層の厚さは容器内に
ガスを導入している時間によって決まる。所定厚さが得
られた状態で、容器とガス源の結合が断たれ、バイアス
電圧が除去され、電気アークが消され、工具が容器内で
室温まで放冷される。

更に、本発明を実施する方法を示した以下の実施例によ
って、本発明ををより詳細に説明する。

〔実施例１〕 ５龍の高速度鋳鋼製ツイスト・ドリルを被覆処理した。

そのドリルの化学組成（ｗｔ％）は、Ｃ：０．８５、Ｃ
ｒ　：　３．６、Ｗ：６．Ｏ，Ｖ　：　２．０、Ｍｏ　
：　５．　Ｏ１残部Ｆｅである。１０本の脱脂したドリ
ルを１０ツトとして収納器内に収納し、回転のための設
備を有する公知のイオンスパッター用真空容器内に配置
した。

真空容器は２つのカソードを有していた。１つはドリル
を清浄化するためのチタン・カソードであり、もう１つ
はモリブデン含有チタン合金（組成、ｗｔ％−Ｔｉ　：
９３．０．　　Ａｌｔ　：　５．０、Ｍｏ：　１．０、
■：１．Ｏ）の被覆膜を堆積させるためのカソードであ
った。第２のカソードの組成が被覆膜の組゛成を決定し
た。真空容器を６．６５Ｘ　１０　　Ｐａまで排気し、
ドリルの基地材料を清浄化するように設計されたカソー
ドを蒸発させるために該容器内で電気アークを当てた。

ドリルにｌ１００Ｖの負のバイアス電圧を印加して正の
チタン・イオンを加速し、このイオンがドリルに衝突し
てドリルを清浄化および５２０℃まで加熱した。同時に
、収納器を両力ソードに対して６　ｒｐｍの速度で回転
させた。バイアス電圧を２００ｖまで降下させ、温度を
４００”Ｃまで降下させた。堆積して被覆膜となるカソ
ードの蒸発と同時に、Ｎ２ガスを真空容器内に導入して
容器内の圧力を４　Ｘ　１０　　Ｐａにまで高めた。こ
のＮ２ガスが、蒸発したカソード材料と反応して侵入型
元素相（Ｔｉ、Ａｔ’　、Ｍｏ、Ｖ）Ｎを形成し、この
相が基地材料上に堆積して被覆膜となった。侵入型元素
相中の非金属成分Ｎの含有量は１５．０〜２２．０ｗｔ
％であった。この含有量は熱力学的に最も安定な化合物
が均一である範囲内にあった。

堆積して被覆膜となるカソードの元素１１＃、Ｍ。

および■は合金成分として侵入型元素相に変換し、モリ
ブデンは熱力学的に最も安定な化合物の形成を促進する
触媒としても機能した。

真空容器中にガスを６０分間導入して厚さ６μＭの耐摩
耗性被覆膜を１層堆積した。

バイアス電圧を除去し、ガス流を停止し、電気アークを
消し、容器をドリルと共に室温まで冷却した。

このようにして耐摩耗性被覆膜を堆積したドリルのｏ　
７トニツイＴ　Ｃ：　０．４２〜０．４９ｗｔ％、残部
Ｆｅの組成の鋼のドリル穴あけによる試験を行なった。

試験は直立ボール盤で行ない、切削速度はり一４５ｍ／
分、送りはＳ−０，１８ｍ■／回転、穿孔深さは＃＝３
ｄ　　（ｄはドリル直径）であった。キーキーときしむ
音が聞こえ、ドリルが丸くなるまで穴あけを行なった。

ドリル１本当りの穴あけ数は平均３３５回であった。

〔実施例２〕 実施例１と同じ綱で作られたツイスト・ドリルに耐摩耗
性単層被覆を施した。方法は本質的に実施例１と同一で
あるが、ただし被覆膜は２つのカソードから堆積した。

１つはチタン基合金製（組成、　ｈｔ％−Ｔｉ　ｉ　９
１．０、Ａｌｔ：　５．０．　Ｖ　：　４．０＞　テ、
他の１つはモリブデン製であった。使用したガスはＣ０
２で、これがカソードの材料と反応して侵入型元素相（
Ｔｉ、　　Ａｌｔ　、　Ｖ　、Ｍｏ）　ＣＯを形成した
。この相の非金属成分含有量すなわちＣおよび０の合針
金有量は１４．０〜１９．０ｗｔ％であり、熱力学的に
最も安定な化合物が均一である範囲内にあった。熱力学
的に最も安定な化合物の形成を促進する触媒は、追加の
カソードの蒸発中に導入されたモリブデンであった。基
地材料を加熱するために初期に印加された高いバイアス
電圧を１９０■に降下させた。ごの状態で基地材料の温
度は３５０℃であった。

ドリルの試験を実施例１と同一試験工程で行なった。平
均穴あけ数はドリル１本当り３５０回であった。

〔実施例３〕 実施例１と同一材質のドリルに合計厚さ６μｍの多層被
覆を施した。この被覆膜は異なる合金成分を含む２種類
の侵入型元素相が交互に積層した５００層から成るもの
であった。各層を堆積するために２つのカソードを使用
した。１つはモリブデン含有チタン合金製（組成、ｉｙ
ｔ％・・・Ｔｉ　：　９３．０、ｉ：５．０、Ｍｏ：１
．ＯｌＶ　：　１．０　）、他の１つはマグネシウム含
有アルミニウム合金製（Ｓ、■成。

ｉｉｔ％・・・　八ｌ！　　：９８．５．Ｓｔ　：　０
．５　、Ｍｇ：　０．５　、Ｃｏ：０．５）であった。

被覆膜の堆積方法は本質的に実施例１と同一であったが
、ただし基地材料を初期加熱した後の降下したバイアス
電圧は１９５■、温度降下後の基地材料温度は３８０°
Ｃであった。

２種類の異なる侵入型元素相から成る交互積層型被覆膜
を堆積するために、カソードに対するドリルの相対的な
位置を工程中に変化させた。モリブデン含有チタン合金
製のカソードからの蒸気の到達範囲内にあるドリルには
、非金属成分Ｎの含有量が１５．１〜２２．０ｗｔ％（
すなわち熱力学的に最も安定な化合物が均一である範囲
内）である侵入型元素相（Ｔｉ、　　Ａ７！、Ｍｏ、　
Ｖ）　Ｈの被覆膜が堆積する。この化合物の形成を促進
する触媒はモリブデンであった。マグネシウム含有合金
製のカソードからの蒸気の到達範囲内にあるドリルには
、非金属成分の含有量が２１．２〜２１．３ｗｔ％（す
なわち熱力学的に最も安定な化合物が均一である範囲内
）である侵入型元素相（八７！、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｔ）　
Ｎから成る被覆膜が堆積する。この化合物の形成を促進
する触媒はマグネシウムであった。

このようにして耐摩耗性被覆膜を堆積したドリルを実施
例１と同一の試験工程で試験した。平均穴あけ回数はド
リル１本当り４５０回であった。

〔実施例４〕 実施例１の材質で作られた１０ソトのト′リルに、１相
が合金成分を含有する２種類の侵入型元素相を堆積した
合計厚さ６μｍの４５０層の交互積層から成る多層型被
覆膜を被覆した。

真空容器中に設置した２つのカソードを被覆膜の堆積に
用いた。１つのカソードは実施例１で示した組成のモリ
ブデン含有チタン合金製、他の１つのカソードはクロム
製であった。

工程の条件は実施例１と同一であった。

実施例３で述べたようにドリルを両力ソードに対しで変
位させることによって、２種類の侵入型元素相から４５
０層の被覆膜を形成した。収納器の変位速度は５．５回
／分であった。

モリブデン含有チタン合金の蒸発中に、カソード物質の
被覆層が形成された。この層は実施例１で述べたのと類
似した侵入型元素相から構成されていた。

クロム製カソードの蒸発の結果、非金属成分Ｎの含有量
が２１．２〜２１．５ｗｔ％（すなわち熱力学的に最も
安定な化合物が均一である範囲内）である侵入型元素相
ＣｒＮの層が堆積した。この化合物の形成を促進した触
媒は被覆膜の先行する層中に含有されるモリブデンであ
った。

このようにして耐摩耗性被覆膜を堆積したドリルを実施
例１に示したように試験した。平均穴あけ回数はドリル
１本当り４６５回であった。

〔実施例５〕 実施例１に示した組成の高速度鋼粉末で作られたドリル
に、いずれも合金成分を含有する２種類の異なる侵入型
元素相が交互に積層した５００層から成る合計厚さ６μ
ｍの多層型被覆膜を被覆した。

真空容器中で被覆膜を堆積するために使用する２つのカ
ソードの１つは実施例１で示したのと同一材料で作られ
ていた。他のカソードは、ニオブ含有モリブデン合金製
（組成、ｗｔ％・・・Ｔｉ、１．０、Ｚｒ　：　０．５
、Ｎｂ：１．５、Ｃ：　０．５、Ｍｏ：９６．５）であ
った。

ドリルの基地金属を清浄化し月つ５００℃まで加熱する
正のチタン・イオンを加速するために１０００Ｖの負の
電圧をドリルにかけ、収納器をドリルと共にカソードに
対して６回／分の速度で回転させた。

次に、バイアス電圧を１８０Ｖまで降下させて基地金属
の温度を３００℃まで降下させた。

カソードの材料を蒸発させるためにアークを当てると同
時に、真空容器中にメタンＣ■４を導入して容器内の圧
力を４ＸＩＯＰａまで高めた。メタンとカソード材料と
の反応によって、２種類の侵入型元素相（Ｔｉ＃　　Ａ
Ｉ　ＩＭｏ、Ｖ）Ｃおよび（ＭＯ２Ｔｉ　ｐ　Ｚｒ　ｐ
　Ｎｂ）　２　Ｃが交互に積層した被覆膜が基地金属の
上に蒸着された。

侵入型元素相（Ｔｉ　、　　＾’　ｐ　Ｍｏ　ｐ　Ｖ　
）　Ｃの合金成分はＡＩｌ、Ｍｏおよび■であった。モ
リブデンは、非金属成分Ｃの含有量が１２．５〜１９．
０ｗｔ％（すなわち熱力学的に最も安定な化合物が均一
である範囲内）の熱力学的に最も安定な該化合物の形成
を促進する触媒として作用した。

侵入型元素相（Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ）　２ｃの合金
成分は’ｒ＋　ｐ　ＺｒｓおよびＮｂであった。最後に
示したＮｂは、非金属成分Ｃの含有量が５．５〜５．８
ｗｔ％（すなわち熱力学的に最も安定な化合物が均一で
ある範囲内）の熱力学的に最も安定な該化合物の形成を
促進する触媒として作用した。

所定の６μｍの厚さを持つ被覆膜が６０分間で形成され
た。その後、基地材料に印加されていたバイアス電圧を
降下させ、容器内へのメタンの流入を停止し、アークを
消し、容器をドリルと共に室温まで放冷した。

ドリルを実施例１と同一の方法で試験した。平均穴あけ
回数はドリル１本当り２９０回であった。

〔実施例６〕 実施例１に示した組成の高速度鋼粉末で作られたドリル
に、実施例５に示した組成の２つのカソードによって、
２種類の異なる侵入型元素相が交互に積層した５００層
から成る被覆膜を被覆した。

使用したガスはＮ２であった。ドリルに１００ＯＶの負
のバイアス電圧を印加してドリルの基地材料を５００℃
まで加熱した。次にバイアス電圧を１９０Ｖまで降下さ
せて基地材料の温度を３５０℃まで降下させた。

基地材料上に被覆された被覆膜は２種類の侵入型元素相
の交互積層から成っていた。１種類は相（Ｔｉ、Ａｌｅ
ＭＯｐ　ｖ）Ｎすなわち実施例１で述べたものと同一で
あった。もう１種類の相（Ｍｏ　ｐ　Ｔ　１ｐＺｒ　、
　Ｎｂ）　２　ＣＮは、熱力学的に最も安定な化合物が
均一である範囲内にある６、５〜６．６ｗｔ％の含有量
で非金属成分ＣＮを含有していた。この相の合金成分は
Ｔｉｐ　Ｚｒ　ｊＮｂであり、ここで最後のＷｂは触媒
であって熱力学的に最も安定な成分を形成させた。

このようにして被覆したドリルのロフトを実施例１に示
したように試験した。平均穴あけ回数はドリル１本当り
４１０回であった。

〔実施例７〕 工具の材質および被覆膜の組成は実施例６と同一であっ
たが、被覆膜を堆積するためのバイアス電圧は１８５■
に低められ、それによって基地材料の温度は３２０℃ま
で低められた。

ドリルを実施例１に示したように試験した。平均穴あけ
回数はドリル１本当り３８０回であった。

〔実施例８〕 ビッカース硬さ５５００〜９５００のボロン・ナイトラ
イド工具チップ１０本を１０フトとして、これに実施例
１で述べた種類の単層型耐摩耗性被覆を施した。ただし
、実施例１とは異なり、モリブデン含有チタン合金製（
Ｍｉ成、１Ｉｌｔ％・・・Ｍｏ：１．Ｏ１八Ｎ＝５．０
３、Ｖ　：　１．０、Ｚｒ：　２．０、Ｔｉ　：　９１
．０）のカソードをただ１つだけ用いて基地材料の清浄
化と加熱および被覆膜の堆積を行なった。１５００Ｖの
バイアス電圧を基地材料に印加してこれを６８０℃まで
加熱した。次に、バイアス電圧を２８０　Ｖまで降下さ
せ、それによって基地材料の温度が５５０℃まで降下し
た。使用したガスはＮ２であった。Ｎ２ガスが蒸発した
カソード材料と反応して、非金属成分Ｎの含有量が１５
．５〜２２．０ｗｔ％（すなわち熱力学的に最も安定な
化合物が均一である範囲内）の侵入型元素相（Ｔｉ　、
Ｍｏ、　　Ａｅ　、　Ｖ　、７ｒ’）　Ｎを基地材料上
に形成した。

得られた相の合金成分はＭｏｌ　　Ａ７！　、　Ｖ　、
Ｚｒであり、モリブデンは熱力学的に最も安定な化合物
の形成を促進する触媒であった。

被覆されたチップは中くり盤用の工具に取付けられ、こ
れを中ぐり盤のスピンドル・ヘソＦ内にチャッキングし
て、ブランク（素材）の穴を仕上げるのに用いた。中く
り加工される材料は、組成（ｗｔ％）がＣ：　０．３６
〜０．４４、Ｓｉ　：　０．１７〜０．３７、Ｍｎ：０
．５０〜０．８０、Ｃｒ　：　０．８０〜１．ＩＯ１残
部Ｆｅの鋼であった。スピンドル速度は１０００回／分
、送りは０．３龍／回転、削り代は０．５　龍であった
。

チップの性能が定格値以下に劣化するまで加工したブラ
ンクの数をチップ耐久性とした。平均穴加工回数はチッ
プ１個当り１４０回であった。

〔実施例９〕 ロックウェルＡ硬さ８６〜９２の高融点合金ＴｉＢ２で
作られた千ノ１１０本を１０ツトとし、これに実施例１
で述べたのと類似の単層型耐摩耗性被覆を施した。ただ
し、堆積し被覆膜となるカソードの材質はモリブデン含
有ニオブ合金（組成、ｗｔ％−Ｍｏ：　４．０、Ｚｒ：
　１．０、Ｃ：０．１２、Ｎｈ　：　９４．８２　＞で
あった。基地材料に１５００Ｖのバイアス電圧を印加し
て６８０℃まで加熱し、その後電圧を３５０■に降下さ
せて温度を６５０℃に降下させた。使用したガスは窒素
であり、これがカソードの材料と反応して、非金属成分
ＣＮの含有量が６．０〜７．０ｔＩｌｔ％（すなわち熱
力学的に最も安定な化合物が均一である範囲内）の侵入
型元素相（Ｎｂ　、　Ｚｒ　、　Ｍｏ）　２　ＣＮを基
地材料上に形成した。

このようにして得られた侵入型元素相の合金成分はＭｏ
およびＺｒであり、ここでモリブデンは熱力学的に最も
安定な化合物の形成を促進する触媒でもあった。

このロフトのチップを実施例８に示したように試験した
。チップ１個当りの平均穴加工回数は１００回であった
。

〔実施例１０〕 ロックウェルＡ硬さ８８〜９４の高融点合金ＴｉＣで作
られたチップ１０本を１０ソトとじ、これに実施例１で
述べたのと類似の単層型耐摩耗性被覆を施した。ただし
、堆積し被覆膜となるカソードの材質はモリブデン含有
チタン合金（組成、ｗｊ％・・・八７！：　５．０、Ｍ
ｏ：　　１．０、Ｖ　：　　１．０、Ｚｒ：　２．０、
Ｔｉ　：９１．０）であった。基地材料に１５００Ｖの
バイアス電圧を印加してこれを６８０℃まで加熱し、次
に電圧を３００ｖまで降下させて温度を６００℃まで降
下させた。使用したガスばボランＢ４Ｈ１Ｏであり、こ
れが蒸発したカソード材料と反応して、非金属成分Ｂ２
の含有量が３１．０〜３］、３ｗｔ、％（すなわち熱力
学的に最も安定な化合物が均一である範囲内）の侵入型
元素相（ＴＩ７　　Ａ７！ｊＭｏ　ｐ　Ｖ　Ｊ　Ｚｒ）
　Ｂ２を基地材料上に形成した。このようにして得られ
た侵入型元素相の合金成分はｆ／２．Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒで
あり、モリブデンは熱力学的に最も安定な化合物の形成
を促進する触媒でもあった。

このロフトのチップを実施例８のように試験した。チッ
プ１個当りの平均穴加二［回数は１６０回であった。

〔発明の効果〕

熱力学的に最も安定な侵入型元素相を成分として製造さ
れた切削工具用耐摩耗性被覆膜の耐久性は２倍〜４倍に
増加し、その結果、被覆された工具の寿命が増加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、切削工具の基地材料上に被覆された少なくとも１層
   の侵入型元素相（侵入型元素の合金）を含んで成り、且
   つ該侵入型元素相が合金成分と該層の全厚さに亙って不
   均一に分布する非金属成分とを含有する、切削工具の耐
   摩耗性被覆膜において、前記侵入型元素相の非金属成分
   含有量は熱力学的に最も安定な該侵入型元素相の化合物
   が均一である範囲内にあり、それによって少なくとも１
   種の前記合金成分が熱力学的に最も安定な前記化合物の
   形成を促進する触媒として機能することを特徴とする、
   切削工具の耐摩耗性被覆膜。 ２、前記切削工具の耐摩耗性被覆膜が第２層を有し、該
   第２層が第１層と交互に積層され、該第１層と該第２層
   の数が対応し、個々の侵入型元素相の非金属成分の含有
   量が熱力学的に最も安定な該侵入型元素相の化合物が均
   一である範囲内にある状態で該第２層は形成され、先に
   形成された該第１層中の該侵入型元素相の少なくとも１
   種の合金成分が、後に形成される該第２層中での熱力学
   的に最も安定な化合物の形成を促進する触媒として機能
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の、切
   削工具の耐摩耗性被覆膜。 ３、前記切削工具の耐摩耗性被覆膜の前記層を構成する
   前記侵入型元素相がチタン・ナイトライド系、チタン・
   オキシカーバイド系、チタン・カーバイド系、チタン・
   ダイボライド系、クロム・ナイトライド系、またはニオ
   ブ・カーボナイトライド系である場合に、熱力学的に最
   も安定な前記化合物の形成を促進する触媒としてモリブ
   デンが用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の、切削工具の耐摩耗性被覆膜。 ４、前記切削工具の耐摩耗性被覆膜の前記層を構成する
   前記侵入型元素相がアルミニウム・ナイトライド系であ
   る場合に、熱力学的に最も安定な前記化合物の形成を促
   進する触媒としてマグネシウムが用いられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の、切
   削工具の耐摩耗性被覆膜。 ５、前記切削工具の耐摩耗性被覆膜の前記層を構成する
   前記侵入型元素相がモリブデン・カーバイド系またはモ
   リブデン・カーボナイトライド系である場合に、熱力学
   的に最も安定な前記化合物の形成を促進する触媒として
   ニオブが用いられることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の、切削工具の耐摩耗性被覆膜
   。 ６、物質を凝縮するためにイオン衝撃を利用する、切削
   工具に耐摩耗性の被覆膜を被覆する方法であって、カソ
   ード材料を蒸発させるために真空中で電気アークを当て
   る工程、該切削工具の基地材料にバイアス電圧を印加す
   る工程、蒸発した該カソード材料のイオン衝撃によって
   該切削工具の該基地材料を加熱し且つ清浄化する工程、
   該バイアス電圧を該被覆膜の層が形成され得る値にまで
   降下させ同時に該切削工具の該基地材料の温度を降下さ
   せる工程、および侵入型元素相から成る該被覆膜の該層
   が所定の厚さで形成されるまで、蒸発した該カソード材
   料と反応するガスを該真空中に供給する工程を含んで成
   る方法において、該カソード材料を蒸発させることによ
   って該真空中に触媒が導入され、該触媒は堆積した該層
   を構成する該侵入型元素相における熱力学的に最も安定
   な化合物の形成を促進し、該層の該堆積中における該切
   削工具の該基地材料の温度が、該層の該侵入型元素相に
   おける熱力学的に最も安定な化合物の生成を引き起こす
   触媒反応を可能とし且つ該切削工具の該基地材料中への
   該ガスの拡散を援助し、それによって非金属成分の含有
   量が熱力学的に最も安定な該化合物が均一である範囲内
   に入ることを特徴とする、切削工具に耐摩耗性の被覆膜
   を被覆する方法。 ７、前記被覆膜の前記層を前記基地材料に堆積するため
   にする該基地材料の前記加熱の温度は、該基地材料が高
   速度鋳鋼である場合には３５０〜４００℃、該基地材料
   が高速度鋼粉末である場合には３００〜３５０℃、該基
   地材料が非金属耐火物である場合には５５０〜６５０℃
   であることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の、
   切削工具に耐摩耗性の被覆膜を被覆する方法。 ８、前記被覆膜の前記層を形成する前記侵入型元素相が
   チタン・ナイトライド系、チタン・カーバイド系、チタ
   ン・オキシカーバイド系、またはチタン・ダイボライド
   系の場合には前記カソード材料がモリブデン含有チタン
   合金であり、該被覆膜の該層を形成する該侵入型元素相
   がクロム・ナイトライド系である場合には該カソード材
   料がモリブデン含有クロム合金であり、該被覆膜の該層
   を形成する該侵入型元素相がニオブ・カーボナイトライ
   ド系である場合には該カソード材料がモリブデン含有ニ
   オブ合金であり、該被覆膜の該層を形成する該侵入型元
   素相がアルミニウム・ナイトライド系である場合には該
   カソード材料がマグネシウム含有アルミニウム合金であ
   り、該被覆膜の該層を形成する該侵入型元素相がモリブ
   デン・カーバイド系またはモリブデン・カーボナイトラ
   イド系である場合には該カソード材料がニオブ含有モリ
   ブデン合金であることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項または第７項に記載の、切削工具に耐摩耗性の被覆膜
   を被覆する方法。