JPS625993B2 - - Google Patents

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JPS625993B2
JPS625993B2 JP2355878A JP2355878A JPS625993B2 JP S625993 B2 JPS625993 B2 JP S625993B2 JP 2355878 A JP2355878 A JP 2355878A JP 2355878 A JP2355878 A JP 2355878A JP S625993 B2 JPS625993 B2 JP S625993B2
Authority
JP
Japan
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metals
cemented carbide
group
coating layer
base material
Prior art date
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Expired
Application number
JP2355878A
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English (en)
Other versions
JPS54116342A (en
Inventor
Taijiro Oonishi
Akio Nishama
Shunichi Murai
Noribumi Kikuchi
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.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP2355878A priority Critical patent/JPS54116342A/ja
Publication of JPS54116342A publication Critical patent/JPS54116342A/ja
Publication of JPS625993B2 publication Critical patent/JPS625993B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、著しくすぐれた耐摩耗性を有し、
特に切削工具や耐摩耗用部品として使用するのに
適した被覆超硬合金部材に関するものである。
従来、硬質相形成成分として、周期律表の4a,
5a,および6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化
物、および炭酸窒化物のうちの1種または2種以
上:60〜97重量%を含有し、さらに必要に応じて
結合相形成成分として、結合相の耐摩耗性および
耐塑性変形性を向上させる目的で、Cr族金属、
Si、およびAlのうちの1種または2種以上:1〜
20重量%を含有し、残りが結合相形成成分として
の鉄族金属のうちの1種または2種以上と不可避
不純物からなる組成を有する超硬合金基材の表面
に、周期律表の4aおよび5a族金属のうちの1種ま
たは2種以上の金属の炭酸化物、窒酸化物、また
は炭窒酸化物からなる面心立方晶の高融点化合物
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆超硬
合金部材は公知であり、この従来被覆超硬合金部
材はすぐれた耐摩耗性をもつことから、特にスロ
ーアウエイチツプとして適用されているが、この
従来被覆超硬合金部材によつても十分満足する耐
摩耗性を期待することはできず、したがつてなお
一層すぐれた耐摩耗性を有する被覆超硬合金部材
の開発が望まれるところである。
そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、よりすぐれた耐摩耗性を有する被覆超硬合金
部材を得べく、上記従来被覆超硬合金部材に着目
し研究を行なつた結果、上記従来被覆超硬合金部
材の硬質被覆層を、周期律表の4aおよび5a族金属
のうちの1種または2種以上の金属の炭酸化物、
窒酸化物、または炭窒酸化物、あるいは同4aおよ
び5a族金属のうちの1種または2種以上の金属
と、ほう素およびけい素のうちの1種または2種
の炭酸化物、窒酸化物、または炭窒酸化物(この
場合ほう素およびけい素は硬質被覆層の硬さおよ
び耐酸化性を向上させるために固溶させるもので
あり、その固溶割合は、炭素、窒素、および酸素
との総和に占める割合(モル比)で0.001から固
溶限の0.2までを含有するものである)からなる
面心立方晶の高融点化合物で構成し、かつその固
溶酸素含有量を、基材表面との接合面から表面に
向つて単調に増加させると、 (a) 上記硬質被覆層は、固溶酸素の濃度勾配によ
つて、その表面から基材接合面に亘つて変化す
る種々の特性をもつようになる。
(b) 基材との接合面における硬質被覆層組成とし
て基材との結合力が最強の組成のものを自由に
選択することができる。
(c) 通常の均質組成では硬質被覆層の層厚が2〜
3μmを越えると粒子が粗くなつて柱状晶とな
つてしまうが、固溶酸素に濃度勾配があると粒
成長が抑制されて微細粒状組織が確保されるこ
と。
などの特性が得られるようになり、この結果被覆
超硬合金部材はすぐれた耐摩耗性をもつようにな
ると共に、例えば使用条件が広範囲に亘る切削工
具として使用することができるという知見を得た
のである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
ので、以下に実施例により具体的に説明する。
実施例 1 平均粒径2μmのタングステン炭化物(WC)
粉末:94重量%と、同1μmのCo粉末:6重量
%とをボールミル中で24時間湿式混合し、乾燥し
て得られた混合粉末より圧粉体を成形し、この圧
粉体を温度1400℃に1時間保持して焼結を行な
い、超硬合金基材を製造した。
ついで、横型環状炉の中に耐熱鋼製反応管を挿
入した型式にして、金属の塩化物の気化器および
各種ガスの流量調整設備を備えたコーテイング装
置内に上記超硬合金基材を装入し、非酸化性雰囲
気で温度1020℃に加熱し、ついでH2:96%、
TiCl4:20%、CH4:1.95%、CO:0.05%(容量
%)の組成を有する反応ガスを10分間流し、引続
いて10分毎にCOを0.05%づつ増加させる一方、
CH4を0.05%づつ減少させる反応ガス調整を行な
いながら2時間の反応を施して本発明被覆超硬合
金部材を製造した。なお、反応終了時の反応ガス
組成は、H2:96%、TiCl4:2.0%、CH4:1.4
%、CO:0.6%(容量%)からなつていた。
この結果得られた本発明被覆超硬合金部材の断
面を観察したところ、層厚:4μmの硬質被覆層
を有し、この硬質被覆層は、基材の接合面から表
面に向つて銀白色より銀灰色へと変化しており、
X線解析およびX線マイクロアナライザーによる
分析ではTiCと同構造の面心立方晶を示し、しか
も基材における硬質被覆層との接合面では酸素が
検出されないのに対して、硬質被覆層の表面では
組成式:TiC0.7O0.3に相当する酸素量が検出
され、酸素濃度も基材との接合面から表面に向つ
て単調に増加するものであつた。
実施例 2 実施例1におけると同一の超硬合金基材からな
るCIS規格SNGN432の形状のスローアウエイチツ
プおよびコーテイング装置を使用し、 炭化チタン(TiC)被覆の条件として、 反応温度…1020℃、 反応ガス組成…H2:96%、TiCl4:2%、 CH2:2%(容量%) を採用し、また炭酸化チタン(TiC0.5O0.5
被覆の条件として、 反応温度…1020℃、 反応ガス組成…H2:97%、TiCl4:2%、 CO:1%(容量%)、 を採用し、1サイクルを10分として、1サイクル
における前半をTiC0.5O0.5被覆、後半をTiC被
覆の条件で19サイクル(全体反応時間は190分と
なる)の反応を繰り返し行なつたが、この反応に
際しては、各サイクルにおけるTiC被覆の反応時
間を1サイクル当り0.5分づつ漸次短縮する一
方、TiC0.5O0.5被覆の反応時間を1サイクル
当り0.5分づつ延長させる操作を施すことによつ
て本発明被覆超硬合金部材を製造した。
この結果得られた本発明被覆超硬合金部材の断
面を観察したところ、層厚:8μmの全体が微細
な粒状組織からなる硬質被覆層を有し、この硬質
被覆層は、表面がTiC0.5O0.5で構成され、基
材接合面から表面に向つて固溶酸素含有量が単調
に増加する濃度勾配を有するものであつた。
ついで、比較の目的で、同一の超硬合金基材お
よびコーテイング装置を使用し、前記超硬合金基
材の表面に、それぞれ層厚:8μmのTiC被覆層
を形成した比較被覆超硬合金部材1、および同8
μmのTiC0.5O0.5被覆層を形成した比較被覆
超硬合金部材2を製造した。
このようにして得られた本発明被覆超硬合金部
材および比較被覆超硬合金部材1,2について、 被削材:FC25丸材(硬さHB:250)、 切削速度:250m/min、 切込み:3mm、 送り:0.5mm/rev、 の条件で切削試験を行なつたところ、 本発明被覆超硬合金部材:15分、 比較被覆超硬合金部材1:3分、 比較被覆超硬合金部材2:8分、 の寿命時間をそれぞれ示し、本発明被覆超硬合金
部材はすぐれた切削特性をもつことが明らかであ
る。
実施例 3 超硬合金基材として超硬合金JIS・P30を適用
し、実施例1におけると同一のコーテイング装置
を使用し、 炭窒化チタン(Ti0.4N0.6)被覆の条件とし
て、 反応温度…1000℃、 反応ガス組成…H2:60%、N2:37%、
TiCl4:2%、CH4:1%(容量%)、 を採用し、また炭窒酸化チタン
(TiC0.2N0.6O0.2)被覆の条件として、 反応温度…1000℃、 反応ガス組成…H2:60%、N2:37%、
TiCl4:2%、CO:1%(容量%)、 を採用し、1サイクルを10分として、1サイクル
における前半をTiC0.2N0.6O0.2被覆、後半を
TiC0.4N0.6被覆の条件で10サイクル(全体反応
時間100分)の反応を繰り返し行ない、この反応
に際して、各サイクルにおける
TiC0.2N0.6O0.2被覆の反応時間を1サイクル
当り1分づつ延長する一方、TiC0.4N0.6被覆の
反応時間を1サイクル当り1分づつ短縮した操作
を行なうことによつて本発明被覆超硬合金部材を
製造した。
この結果得られた本発明被覆超硬合金部材の断
面をX線マイクロアナライザーにより観察したと
ころ、層厚:3.5μmの硬質被覆層が形成されて
おり、前記硬質被覆層は、表面が
TiC0.2N0.6O0.2で構成され、固溶酸素が基材
接合面から表面に向つて単調に増加する濃度勾配
をもつものであつた。
実施例 4 実施例1におけると同一の超硬合金基材を使用
すると共に、実施例1におけるコーテイング装置
にさらに3塩化ほう素およびジクロールメチルシ
ランのガス流量調整装置を取り付けたコーテイン
グ装置を使用し、前記超硬合金基材を前記コーテ
イング装置において非酸化性雰囲気で温度1020℃
に加熱し、ついでH2:96%、TiCl4:2%、
CH4:1.95%、CO:0.05%、BCl3:0.2%、
SiCH3・Cl2:0.2%(容量%)からなる混合反応
ガスを10分間流して反応を行ない、引続いて10分
毎にCOを0.05%づつ増加させる一方、CH4を0.05
%づつ減少させる操作を行ないながら2時間の反
応を施して本発明被覆超硬合金部材を製造した。
この結果得られた本発明被覆超硬合金部材の断
面を観察したところ、層厚:5μmの硬質被覆層
を有し、この硬質被覆層は、X線回析によりTiC
結晶と同一の面心立方晶構造をもつことが判明
し、また前記硬質被覆層のほう素およびけい素含
有状況を螢光X線およびX線マイクロアナライザ
ーにより分析したところ、組成式:Ti(C0.69
0.280.02Si0.01)に相当するほう素とけい
素が検出され、さらに基材における硬質被覆層と
の接合面には酸素の存在は認められないが、硬質
被覆層の表面に向かうにしたがつて酸素含有量は
単調に増加していた。
上述のように、硬質被覆層における固溶酸素が
基材接合面から表面に向つて単調に増加する濃度
勾配を有するこの発明の被覆超硬合金部材におい
ては、前記硬質被覆層は微細な粒状組織となつて
いると共に、基材接合面部分の硬質被覆層の組成
を基材との結合力が最強の組成とすることができ
るので、著しくすぐれた耐摩耗性をもつたものに
なり、しかも切削工具として使用した場合広範囲
に亘つての適用が可能であるなど工業上有用な特
性を有するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 硬質相形成成分として、周期律表の4a,5a、
    および6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、お
    よび炭酸窒化物のうちの1種または2種以上:60
    〜97重量%を含有し、残りが結合相形成成分とし
    ての鉄族金属のうちの1種または2種以上と不可
    避不純物からなる組成を有する超硬合金基材の表
    面に、 周期律表の4aおよび5a族金属のうちの1種また
    は2種以上の金属の炭酸化物、窒酸化物、または
    炭窒酸化物からなる面心立方晶の高融点化合物で
    構成された硬質被覆層を形成してなる被覆超硬合
    金部材において、 上記硬質被覆層における固溶酸素含有量を、上
    記基材表面との接合面から表面に向つて単調に増
    加させたことを特徴とする被覆超硬合金部材。 2 硬質相形成成分として、周期律表の4a,5a,
    および6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、お
    よび炭酸窒化物のうちの1種または2種以上:60
    〜97重量%を含有し、さらに結合相形成成分とし
    て、Cr族金属、Si、およびAlのうちの1種また
    は2種以上:1〜20重量%を含有し、残りが結合
    相形成成分としての鉄族金属のうちの1種または
    2種以上と不可避不純物からなる組成を有する超
    硬合金基材の表面に、 周期律表の4aおよび5a族金属のうちの1種また
    は2種以上の金属の炭酸化物、窒酸化物、または
    炭窒酸化物からなる面心立方晶の高融点化合物で
    構成された硬質被覆層を形成してなる被覆超硬合
    金部材において、 上記硬質被覆層における固溶酸素含有量を、上
    記基材表面との接合面から表面に向つて単調に増
    加させたことを特徴とする被覆超硬合金部材。 3 硬質相形成成分として、周期律表の4a,5a,
    および6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、お
    よび炭酸窒化物のうちの1種または2種以上:60
    〜97重量%を含有し、残りが結合相形成成分とし
    ての鉄族金属のうちの1種または2種以上と不可
    避不純物からなる組成を有する超硬合金基材の表
    面に、 周期律表の4aおよび5a族金属のうちの1種また
    は2種以上の金属と、ほう素およびけい素のうち
    の1種または2種の炭酸化物、窒酸化物、または
    炭窒酸化物からなる面心立方晶の高融点化合物で
    構成された硬質被覆層を形成してなる被覆超硬合
    金部材において、 上記硬質被覆層における固溶酸素含有量を、上
    記基材表面との接合面から表面に向つて単調に増
    加させたことを特徴とする被覆超硬合金部材。 4 硬質相形成成分として、周期律表の4a,5aお
    よび6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、およ
    び炭酸窒化物のうちの1種または2種以上:60〜
    97重量%を含有し、さらに結合相形成成分とし
    て、Cr族金属、Si、およびAlのうちの1種また
    は2種以上:1〜20重量%を含有し、残りが結合
    相形成成分としての鉄族金属のうちの1種または
    2種以上と不可避不純物からなる組成を有する超
    硬合金基材の表面に、 周期律表の4aおよび5a族金属のうちの1種また
    は2種以上の金属と、ほう素およびけい素のうち
    の1種または2種の炭酸化物、窒酸化物、または
    炭窒酸化物からなる面心立方晶の高融点化合物で
    構成された硬質被覆層を形成してなる被覆超硬合
    金部材において、 上記硬質被覆層における固溶酸素含有量を、上
    記基材表面との接合面から表面に向つて単調に増
    加させたことを特徴とする被覆超硬合金部材。
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