JPWO2014155632A1 - 工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具 - Google Patents
工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014155632A1 JPWO2014155632A1 JP2015507822A JP2015507822A JPWO2014155632A1 JP WO2014155632 A1 JPWO2014155632 A1 JP WO2014155632A1 JP 2015507822 A JP2015507822 A JP 2015507822A JP 2015507822 A JP2015507822 A JP 2015507822A JP WO2014155632 A1 JPWO2014155632 A1 JP WO2014155632A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard coating
- tool
- hardness
- hard
- element selected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 207
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 196
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 62
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 73
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 20
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 42
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 37
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 37
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 34
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 34
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 47
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 39
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 24
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 21
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 19
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 229910010169 TiCr Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005430 electron energy loss spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0042—Controlling partial pressure or flow rate of reactive or inert gases with feedback of measurements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0676—Oxynitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating 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)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
- Milling, Broaching, Filing, Reaming, And Others (AREA)
- Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
Abstract
Description
続いて、酸素の導入により100nm以下の微細結晶を有する結晶相CPとアモルファス相APとを含む複相組織を有し、X1−a−bZaObの酸窒化物、酸炭化物、酸炭窒化物から成る硬質被膜30の硬さ・摩擦係数・粒径を検証するために本発明者等が行なった硬さ・摩擦係数・粒径評価試験1について以下に説明する。本発明者等は、原子組成および膜厚の異なる複数種類の硬質被膜30を超硬合金製のテストピースTP(φ25×3.5mm)の一面に10μmの厚みの単層でコーティングした試験品(実施例1〜39、比較例1〜6)を、複数種類の酸素ガスの流量比GRを用いて作成し、硬質被膜30の硬さ、摩擦係数、粒径を以下の測定条件を用いて測定した。
・測定装置:株式会社フィッシャー・インストルメンツ製のPICODENTOR HM500
・測定方法:ナノインデンテーション法に従って、先端がダイヤモンドチップからなる三角錐型(バーコビッチ型)の圧子を、テストピースTPの一面に固着された硬質被膜30の表面に荷重Pで押し込み、圧子の下の射影面積Aを算出し、硬さH(=P/A)を算出する。この硬さHの単位はGPaである。
・測定装置:RHESCA CO.,LTD製のFPR-2100型摩耗摩擦試験機
・測定方法:上記摩耗摩擦試験機(フリクションプレーヤ)は、図5に示すように構成されており、回転ステージ70の中央部に固定されたテストピースTPの一面に固着された硬質被膜30の回転中心からずらした位置に、負荷ウエイト74の印加荷重W(本測定では100g)が付加される摺動ボール76を押し付け、線速度が100mm/secとなるようにその状態で回転ステージ70を回転させたときに摺動ボール76が受ける引張り力Fを応力センサ78を用いて検出し、その引張り力Fを印加荷重Wで割ることにより摩擦係数μ(=W/F)を算出する。
・測定装置:TEM(透過型電子顕微鏡)
・測定方法:テストピースTPの表面に形成された硬質被膜30の結晶相組織を構成する微細結晶粒は母材の表面に対して垂直方向に伸びた形状を呈することが多い。そのため、テストピースTPの表面に形成された硬質被膜30の断面をTEMを用いて撮像し、その垂直方向に伸びた結晶の母材表面に平行な幅の寸法を10点測定し、それから算出された平均値を、各テストピースTPの硬質被膜30の結晶相の結晶粒径D(単位:nm)として測定する。
次に、酸素の導入により100nm以下の微細結晶を有する結晶相CPとアモルファス相APとを含む複相組織を有し、(X1−cYc)1−a−bZaObの酸窒化物、酸炭化物、酸炭窒化物から成る硬質被膜30の硬さ・摩擦係数・粒径を検証するために本発明者等が行なった硬さ・摩擦係数・粒径評価試験2について以下に説明する。本発明者等は、原子組成および膜厚の異なる複数種類の硬質被膜30を超硬合金製のテストピースTP(φ25×3.5mm)の一面に10μmの厚みの単層でコーティングした試験品(実施例1〜39、比較例1〜6)を、複数種類の酸素ガスの流量比GRを用いて作成し、硬質被膜30の硬さ、摩擦係数、粒径は前述と同様の測定条件を用いて測定した。
18:工具母材
30:硬質被膜(工具用硬質被膜)
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005]
しかし、上記特許文献2に記載された従来の硬質被膜においても、金属加工工具の耐久性について未だ十分に得られない場合があり、未だ改良の余地があった。このような従来の硬質被膜は、耐摩耗性および耐溶着性は得られるものの、結晶粒が比較的大きくて表面の平滑性すなわち低摩擦性が十分に得られないという問題があった。すなわち、高硬度、低摩擦性耐溶着性、耐酸化性を兼ね備えた工具用硬質被膜の開発が求められていた。
[0006]
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性を兼ね備えた工具用硬質被膜、その製造方法、および金属加工工具を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007]
本発明者等は、以上の事情を背景として種々研究を重ねた結果、Mo、V、Wから選ばれた少なくとも1種の金属を含む炭化物或いは窒化物から成る硬質被膜の生成時に酸素を導入すると、Mo、V、Wのうちの少なくとも1種の金属の酸炭化物或いは酸窒化物が得られること、および、Mo、V、Wから選ばれた少なくとも1種の金属とTi、Crから選ばれた少なくとも1種の金属とを含む炭化物或いは窒化物から成る硬質被膜の生成時に酸素を導入すると、Mo、V、Wのうちの少なくとも1種の金属およびTi、Crのうちの少なくとも1種の金属を含むの酸炭化物或いは酸窒化物が得られること、そして、それらの酸炭化物或いは酸窒化物からなる硬質被膜は、優れた高硬度、低摩擦性耐溶着性、耐酸化性を兼ね備えることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて得られたものである。
[0008]
[0009]
すなわち、第1発明の要旨とするところは、工具の表面に被覆して設けられる
工具用硬質被膜であって、(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、YはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)から成り、前記(X1−cYc)1−a−bZaObは、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3、0.1≦c≦0.4であり、前記工具用硬質被膜は、微細な結晶から成る微細結晶相と非結晶のアモルファス相とを有する微細な複相組織構造を備え、さらに、前記工具用硬質被膜は、工具母材の表面を0.2乃至10.0μmの厚みの単層で被覆したものであることを特徴とする。
発明の効果
[0010]
[0011]
第1発明の工具用硬質被膜によれば、(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、YはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)で示される、Mo、W、Vのうちの少なくとも1種の金属およびTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属を含む酸炭化物および/または酸窒化物から成るものであるので、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性に優れた工具用硬質被膜が得られる。特に、酸素の導入により、固体潤滑性に優れるMo、W、Vを主体とする酸炭化物や酸窒化物が生成されることで、潤滑性、低摩擦性に優れ摩擦係数が低く、耐酸化性が高められ、工具寿命が長
くなる。また、酸素の導入により、Mo、W、Vの酸炭化物や酸窒化物のアモルファス相が形成されるため、硬質被膜の結晶相における結晶粒径が微細となって平滑性および耐溶着性に優れ、摩擦係数が低いので、一層工具寿命が長くなる。更に、TiやCrを含むことで、耐酸化性がより一層高められる。また、(X1−cYc)1−a−bZaObは、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3、0.1≦c≦0.4である。このような適切な原子比とされることで、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性に優れた工具用硬質被膜が得られる。原子比において、(a+b)が0.6を越えると、アモルファス相が多くなって硬質被膜が軟らかくなり、0.3を下回ると、非金属元素が少なすぎて十分な硬度が得られず、また、潤滑性、低摩擦性も十分に得られない。酸素は硬質被膜を硬くし且つ結晶粒を小さくする上で必須のものであるが、その原子比bが0.3以上となるとアモルファス相が多くなって硬質被膜が軟らかくなり、また、Z(CおよびN)が少なくなり硬質被膜が硬くならない。原子比cは、0.1を下回ると耐酸化性の効果が十分に得られず、0.4を上回ると、TiやCrを主体とする酸窒化物、酸炭化物が形成され低摩擦係数および高い潤滑性が得られない。さらに、前記工具用硬質被膜は、酸素の導入により、微細な結晶から成る微細結晶相と非結晶のアモルファス相とを有する微細な複相組織構造を有するものである。このように構成されることにより、低摩擦係数を有する高硬度の工具用硬質被膜が得られる。さらに、前記工具用硬質被膜は、工具母材の表面を0.2μm乃至10.0μmの厚みの単層で被膜したものである。このようにすれば、高い耐摩耗性及び耐溶着性と平滑性とを有する工具用硬質被膜が少ない工程で得られるので、工具が安価となる。この工具用硬質被膜の膜厚が0.2μm未満である場合には十分な耐摩耗性及び耐溶着性が得られなくなるおそれがある一方、10.0μmを超える場合には靱性が低下して欠けや剥離等が発生し易くなるおそれがある。膜厚を0.2μm以上10.0μm以下の範囲内とすることで、耐摩耗性及び耐溶着性を保証するのに必要十分な厚さを有し、欠けや剥離等が発生し難い硬質被膜を構成することができる。
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
また、好適には、本発明の工具用硬質被膜は、金属を塑性加工する転造タップの他に、切削により金属を加工するエンドミル、ドリル、正面フライス、総型フライス、リーマ、切削タップ等の回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、ダイス等、種々の金属加工工具の表面コーティングに好適に適用される。また、工具母材すなわち硬質被膜が設けられる部材の材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の材料でもよく、本発明の工具用硬質被膜は種々の材料から構成された金属加工工具に広く適用される。
[0018]
また、好適には、本発明の工具用硬質被膜は、工具の一部乃至全部の表面に被覆して設けられるものであり、好適には、その工具において金属加工に
下穴の表層部に食い込んで塑性変形させることによりめねじを盛上げ加工すなわち転造加工するおねじ22が設けられている。おねじ22のねじ山は、形成すべきめねじの溝の形状に対応した断面形状を成しており、そのめねじに対応するリード角のつる巻き線に沿って一定の高さ寸法で設けられている。すなわち、加工部16には、おねじ22のねじ山が径方向の外側へ突き出してめねじを加工する4箇所のマージン部Mと、そのマージン部Mよりも小径の4箇所の逃げ部24とが、それぞれ軸心Oと平行に軸方向へ連なるように、軸心Oまわりにおいて交互に且つ等角度間隔で設けられているのである。マージン部Mの寸法は、形成すべきめねじと同じ寸法か、或いは塑性変形に対する弾性復帰を考慮して、めねじよりも大き目に設定される。また、この加工部16は、軸方向においてねじ山の径寸法が一定の完全山部26と、先端側へ向かうに従って径寸法が小さくなる食付き部28とを備えている。なお、図2は、おねじ22の溝の谷底においてつる巻き線に沿って切断した断面図である。
[0024]
このような転造タップ10の加工部16は、優れた耐摩耗性、耐溶着性、および平滑性を有する硬質被膜30により0.2乃至10μmの厚みで単層で被覆されている。図3は、硬質被膜30が転造タップ10の加工部16の表面にコーティングされた転造タップ10の表面部分を拡大して示す断面図を示している。図1の斜線部は、転造タップ10において硬質被膜30が設けられた部分を示している。この硬質被膜30は、転造タップ10により下穴の内周面に雌ねじを形成する転造加工に際して、下穴の内周面を塑性変形させる比較的高い圧力下で金属製被加工材と摩擦させられる。
[0025]
硬質被膜30は、酸素の導入により100nm以下の微細結晶を有する結晶相とアモルファス相とを有し、X1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)、または、(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、YはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素
いての各品質基準値をクリアしている。これら実施例1〜47の硬質被膜は、酸素ガス流量比GRが0.005≦GR≦0.45の範囲内で生成されている。それら実施例1〜47の硬質被膜の化学組成は、(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、YはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)であって、その原子比において、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3、0.1≦c≦0.4である。これに対し、図19に示すように、比較例1〜11の硬質被膜は、その化学組成の原子比が上記実施例1〜47の硬質被膜の化学組成の原子比の範囲を越えたものであるか、或いは酸素ガス流量比GRが0.005≦GR≦0.45の範囲外で生成されたものであり、硬さHの品質基準値(20GPa以上)、摩擦係数μの品質基準値(0.5以下)、結晶粒径Dの品質基準値(100nm以下)のいずれかを満足できていない。
[0042]
この硬さ・摩擦係数・粒径評価試験2により示される上記の結果は、前記の硬さ・摩擦係数・粒径評価試験1と同様に、硬質被膜30の生成時に酸素が導入されることにより、硬度が高く、かつ優れた固体潤滑性を有するMo、W、Vの酸炭化物や酸窒化物が形成される。また、同時に硬質被膜30は、アモルファス相APおよび結晶相CPを有する複相構造とされ、その結晶相CP中の結晶径Dが100nm以下と格段に小さくなる。このため、硬さHが高く、摩擦係数μが低く、硬さ、耐摩耗性、耐溶着性、耐酸化性に優れた硬質被膜30が得られたと考えられる。
[0043]
上述のように、本実施例の工具用の硬質被膜30は、X1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)で示される、Mo、W、Vのうちの少なくとも1つの金属の酸炭化物および/または酸炭窒化物から成るものである。または、本実施例の工具用の硬質被膜30は、(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択さ
れた少なくとも1種の金属元素を示し、YはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)X1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)で示される、Mo、W、Vのうちの少なくとも1種の金属およびTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属を含む酸炭化物および/または酸炭窒化物から成るものである。このため、硬質被膜30によれば、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性に優れた工具用硬質被膜が得られる。特に、酸素の導入により、優れた固体潤滑性を有するMo、W、Vを主体とする酸炭化物や酸窒化物が形成されることで、潤滑性、低摩擦性に優れ摩擦係数が低いので、工具寿命が長くなる。また、Ti、Crを含むことにより、硬質被膜30の耐酸化性が高められる。更に、酸素の導入により、Mo、W、Vを主体とする酸炭化物や酸窒化物のアモルファス相APが形成されるため、硬質被膜の結晶相CPにおける結晶粒径が微細となって平滑性および耐溶着性に優れ、摩擦係数が低いので、一層工具寿命が長くなる
[0044]
また、本実施例の硬質被膜30は、酸素の導入により、微細な結晶から成る微細結晶相CPと非結晶のアモルファス相APとを有する微細な複相組織構造を有するものであるので、低摩擦係数を有する高硬度の金属加工工具が得られる。
[0045]
また、本実施例において、硬質被膜30が、X1−a−bZaObから構成される場合は、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3である。このような適切な原子比とされることで、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性に優れた工具用硬質被膜が得られる。
[0046]
また、本実施例において、硬質被膜30が、(X1−cYc)1−a−bZaObから構成される場合は、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3、0.1≦c≦0.4である。このような適切な原子比とされることで、高硬度、低摩擦性、耐溶着性、耐酸化性に優れた工具用硬質被
Claims (10)
- 工具の表面に被覆して設けられる工具用硬質被膜であって、
X1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)から成ることを特徴とする工具用硬質被膜。 - 前記工具用硬質被膜は、微細な結晶から成る微細結晶相と非結晶のアモルファス相とを有する微細な複相組織構造を備えることを特徴とする請求項1の工具用硬質被膜。
- 前記X1−a−bZaObは、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3であることを特徴とする請求項1または2の工具用硬質被膜。
- 工具の表面に被覆して設けられる工具用硬質被膜であって、
(X1−cYc)1−a−bZaOb(但し、XはMo、V、Wの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、XはTi、Crの中から選択された少なくとも1種の金属元素を示し、ZはN、Cの中から選ばれた少なくとも1種の非金属元素を示す)から成ることを特徴とする工具用硬質被膜。 - 前記工具用硬質被膜は、微細な結晶から成る微細結晶相と非結晶のアモルファス相とを有する微細な複相組織構造を備えることを特徴とする請求項4の工具用硬質被膜。
- 前記(X1−cYc)1−a−bZaObは、原子比で、aおよびbは、0.3≦a+b≦0.6、0<b<0.3、0.1≦c≦0.4であることを特徴とする請求項4または5の工具用硬質被膜。
- 前記工具用硬質被膜は、100nm以下の結晶相粒径を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1の工具用硬質被膜。
- 前記工具用硬質被膜は、工具母材の表面を0.2乃至10.0μmの厚みの単層であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1の工具用硬質被膜。
- 請求項1乃至8のいずれか1の工具用硬質被膜の製造方法であって、
チャンバー内において前記工具用硬質被膜を構成する金属元素を飛散させて母材に被着させるに際して、該チャンバー内に酸素ガスを含む反応ガスを供給し、該反応ガスに対する該酸素ガスの流量比GRは、0.005≦GR≦0.45の範囲内とすることを特徴とする工具用硬質被膜の製造方法。 - 請求項1乃至8のいずれか1に記載の工具用硬質被膜が表面に被覆して設けられたことを特徴とする硬質被膜被覆金属加工工具。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2013/059399 WO2014155632A1 (ja) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | 工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5995029B2 JP5995029B2 (ja) | 2016-09-28 |
JPWO2014155632A1 true JPWO2014155632A1 (ja) | 2017-02-16 |
Family
ID=51622700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015507822A Active JP5995029B2 (ja) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | 工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5995029B2 (ja) |
WO (1) | WO2014155632A1 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2925430B2 (ja) * | 1993-06-08 | 1999-07-28 | 株式会社リケン | 摺動部材 |
JP3452664B2 (ja) * | 1994-11-21 | 2003-09-29 | 帝国ピストンリング株式会社 | 摺動部材およびその製造方法 |
JP4528373B2 (ja) * | 1997-02-20 | 2010-08-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被覆工具およびその製造方法 |
JP3439949B2 (ja) * | 1997-06-09 | 2003-08-25 | 帝国ピストンリング株式会社 | 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法 |
JP4408231B2 (ja) * | 2004-03-11 | 2010-02-03 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質積層皮膜および硬質積層皮膜の形成方法 |
JP4513058B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2010-07-28 | 日立金属株式会社 | 鋳造用部材 |
-
2013
- 2013-03-28 WO PCT/JP2013/059399 patent/WO2014155632A1/ja active Application Filing
- 2013-03-28 JP JP2015507822A patent/JP5995029B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014155632A1 (ja) | 2014-10-02 |
JP5995029B2 (ja) | 2016-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6238131B2 (ja) | 被膜および切削工具 | |
WO2014163081A1 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2008162009A (ja) | 切削工具 | |
JP2007260851A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2017221992A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2018202533A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2018105403A9 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP3963354B2 (ja) | 被覆切削工具 | |
JP2018202505A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2016167032A1 (ja) | 硬質皮膜 | |
JP6120430B2 (ja) | 加工工具用硬質被膜および硬質被膜被覆金属加工工具 | |
JP5995029B2 (ja) | 工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具 | |
JP6959577B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP6959578B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2014115846A1 (ja) | 耐摩耗性に優れた積層皮膜 | |
WO2023162683A1 (ja) | 被覆工具および切削工具 | |
JP2007307652A (ja) | 被覆工具及びその製造方法 | |
JP6168540B2 (ja) | 硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具 | |
WO2023162682A1 (ja) | 被覆工具および切削工具 | |
JP2019171483A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2019171482A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP6099225B2 (ja) | 硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具 | |
WO2023162685A1 (ja) | 被覆工具および切削工具 | |
JP2019063900A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
WO2023008189A1 (ja) | 被覆工具および切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160712 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160809 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5995029 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |