JP2003025114A - 酸化アルミニウム被覆工具 - Google Patents
酸化アルミニウム被覆工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】切削工程の短縮化に対する要求が強く、これに
伴い過酷な条件下での断続切削が強いられる傾向にあ
る。従来の酸化アルミニウム被膜を含む被膜が被覆され
た切削工具はこれら過酷な条件下では切れ刃の耐欠損性
が不十分であり、さらに寿命増加が望まれるようになっ
た。また酸化アルミニウム被膜を含む複合硬質膜が被覆
された金型に代表される耐摩耗工具についても生産性向
上のため寿命増加が望まれるようになった。 【解決手段】α型酸化アルミニウムの（０１２）結晶面
が最強のＸ線回折強度であり、集合組織化係数ＴＣ（０
１２）が２．５以上である酸化アルミニウム被覆工具
は、非常に耐欠損性に優れ工具特性が優れることを見出
した。耐欠損性に代表される優れた工具特性の酸化アル
ミニウム被覆工具を提供する。
伴い過酷な条件下での断続切削が強いられる傾向にあ
る。従来の酸化アルミニウム被膜を含む被膜が被覆され
た切削工具はこれら過酷な条件下では切れ刃の耐欠損性
が不十分であり、さらに寿命増加が望まれるようになっ
た。また酸化アルミニウム被膜を含む複合硬質膜が被覆
された金型に代表される耐摩耗工具についても生産性向
上のため寿命増加が望まれるようになった。 【解決手段】α型酸化アルミニウムの（０１２）結晶面
が最強のＸ線回折強度であり、集合組織化係数ＴＣ（０
１２）が２．５以上である酸化アルミニウム被覆工具
は、非常に耐欠損性に優れ工具特性が優れることを見出
した。耐欠損性に代表される優れた工具特性の酸化アル
ミニウム被覆工具を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は超硬合金基材また
はサーメット基材の表面に物理蒸着法および／または化
学蒸着法により形成された金属化合物のいずれか一種の
単層膜または二種以上からなる多層膜であって、少なく
とも一層のα型酸化アルミニウムを主とする酸化膜から
なる被膜を被覆した耐欠損性に優れた酸化アルミニウム
被覆工具に関する。
はサーメット基材の表面に物理蒸着法および／または化
学蒸着法により形成された金属化合物のいずれか一種の
単層膜または二種以上からなる多層膜であって、少なく
とも一層のα型酸化アルミニウムを主とする酸化膜から
なる被膜を被覆した耐欠損性に優れた酸化アルミニウム
被覆工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】被覆工具のなかでも酸化アルミニウム被
覆切削工具は広く実用されている。高速、高送りで切削
する領域では超硬合金を基材に用い、下層にチタン化合
物膜を被覆し、上層に酸化アルミニウム被膜を被覆した
被覆切削工具が使用されてきた。近年、鋳鉄切削に対し
てκ型酸化アルミニウム被覆切削工具よりもα型酸化ア
ルミニウム被覆切削工具が耐摩耗性に優れることが明ら
かになった。α型酸化アルミニウム被覆切削工具の切削
性能向上を目的に特開平６−３１６７５８、特開平７−
２１６５４９、特表平９−５０７５２８が開示されてい
る。
覆切削工具は広く実用されている。高速、高送りで切削
する領域では超硬合金を基材に用い、下層にチタン化合
物膜を被覆し、上層に酸化アルミニウム被膜を被覆した
被覆切削工具が使用されてきた。近年、鋳鉄切削に対し
てκ型酸化アルミニウム被覆切削工具よりもα型酸化ア
ルミニウム被覆切削工具が耐摩耗性に優れることが明ら
かになった。α型酸化アルミニウム被覆切削工具の切削
性能向上を目的に特開平６−３１６７５８、特開平７−
２１６５４９、特表平９−５０７５２８が開示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平６−３１６７５
８には、α型酸化アルミニウム層が１．３より大きな集
合組織化係数ＴＣ（０１２）を呈することを特徴とする
被覆物体が開示され、その実施例にＴＣ（０１２）が
２．１であるα型酸化アルミニウム膜を示している。特
開平７−２１６５４９にはクーリングクラックが存在し
ないα型酸化アルミニウム層であり、その層が１．５よ
り大きな集合組織化係数ＴＣ（１１０）を呈することを
特徴とする被覆硬質物品が開示されている。特表平９−
５０７５２８には結晶粒径Ｓが０．５μm＜Ｓ＜４μmの
α型酸化アルミニウム層であり、その層が１．５より大
きな集合組織化係数ＴＣ（１０４）を呈することを特徴
とする耐火物層被覆ボディーが開示されている。
８には、α型酸化アルミニウム層が１．３より大きな集
合組織化係数ＴＣ（０１２）を呈することを特徴とする
被覆物体が開示され、その実施例にＴＣ（０１２）が
２．１であるα型酸化アルミニウム膜を示している。特
開平７−２１６５４９にはクーリングクラックが存在し
ないα型酸化アルミニウム層であり、その層が１．５よ
り大きな集合組織化係数ＴＣ（１１０）を呈することを
特徴とする被覆硬質物品が開示されている。特表平９−
５０７５２８には結晶粒径Ｓが０．５μm＜Ｓ＜４μmの
α型酸化アルミニウム層であり、その層が１．５より大
きな集合組織化係数ＴＣ（１０４）を呈することを特徴
とする耐火物層被覆ボディーが開示されている。
【０００４】近年、切削工程の短縮化に対する要求が強
く、これに伴い過酷な条件下での断続切削が強いられる
傾向にある。以上のような従来の酸化アルミニウム被膜
を含む被膜が被覆された切削工具はこれら過酷な条件下
では切れ刃の耐欠損性が不十分であり、さらに寿命増加
が望まれるようになった。また酸化アルミニウム被膜を
含む複合硬質膜が被覆された金型に代表される耐摩耗工
具についても生産性向上のため寿命増加が望まれるよう
になった。本発明は酸化アルミニウム被覆工具の耐欠損
性向上と寿命増加を目的とする。
く、これに伴い過酷な条件下での断続切削が強いられる
傾向にある。以上のような従来の酸化アルミニウム被膜
を含む被膜が被覆された切削工具はこれら過酷な条件下
では切れ刃の耐欠損性が不十分であり、さらに寿命増加
が望まれるようになった。また酸化アルミニウム被膜を
含む複合硬質膜が被覆された金型に代表される耐摩耗工
具についても生産性向上のため寿命増加が望まれるよう
になった。本発明は酸化アルミニウム被覆工具の耐欠損
性向上と寿命増加を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】酸化アルミニウム被覆部
材の研究において、α型酸化アルミニウムの（０１２）
結晶面が最強のＸ線回折強度であり、（０１２）面の集
合組織化係数ＴＣ（０１２）が、２．５以上、好ましく
は３．０以上を呈すると耐欠損性が向上するという知見
を得た。α型酸化アルミニウムのＴＣ（０１２）が高い
被膜は（０１２）面が優先成長したことを示している。
（０１２）面に優先成長した被膜は組織が柱状を示すよ
うになり被膜自身にクラックが入りやすいことが分かっ
た。コーティング時の基材と被膜の熱膨張率の差によっ
て被膜には残留応力が生じるが、被膜にクラックが入る
ことによって被膜の引張残留応力が解放される。そのた
めクラックが入りやすい被膜を持つ被覆部材は入りにく
い被膜を持つ被覆部材に比べて引張残留応力が低減する
ため耐欠損性に優れる。クラックの入りやすさは結晶粒
界接合強度が低いことを示すと考えられる。発明者は
（０１２）面に優先成長した被膜は結晶粒界の接合強度
が低い柱状晶からなる組織を持つため被膜自身にクラッ
クが入りやすいことを見出した。ＴＣ（０１２）が本発
明よりも低くなると被膜にクラックが入りにくくなり、
この被膜を被覆した部材は耐欠損性が低下した。まとめ
ると酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１２）と耐欠損性
が関係し、α型酸化アルミニウムのＴＣ（０１２）が
２．５以上になると耐欠損性が向上するという知見を得
た。
材の研究において、α型酸化アルミニウムの（０１２）
結晶面が最強のＸ線回折強度であり、（０１２）面の集
合組織化係数ＴＣ（０１２）が、２．５以上、好ましく
は３．０以上を呈すると耐欠損性が向上するという知見
を得た。α型酸化アルミニウムのＴＣ（０１２）が高い
被膜は（０１２）面が優先成長したことを示している。
（０１２）面に優先成長した被膜は組織が柱状を示すよ
うになり被膜自身にクラックが入りやすいことが分かっ
た。コーティング時の基材と被膜の熱膨張率の差によっ
て被膜には残留応力が生じるが、被膜にクラックが入る
ことによって被膜の引張残留応力が解放される。そのた
めクラックが入りやすい被膜を持つ被覆部材は入りにく
い被膜を持つ被覆部材に比べて引張残留応力が低減する
ため耐欠損性に優れる。クラックの入りやすさは結晶粒
界接合強度が低いことを示すと考えられる。発明者は
（０１２）面に優先成長した被膜は結晶粒界の接合強度
が低い柱状晶からなる組織を持つため被膜自身にクラッ
クが入りやすいことを見出した。ＴＣ（０１２）が本発
明よりも低くなると被膜にクラックが入りにくくなり、
この被膜を被覆した部材は耐欠損性が低下した。まとめ
ると酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１２）と耐欠損性
が関係し、α型酸化アルミニウムのＴＣ（０１２）が
２．５以上になると耐欠損性が向上するという知見を得
た。
【０００６】
【発明の実施の態様】酸化アルミニウムを被覆する方法
として物理蒸着法（以後ＰＶＤ法と表示する）、化学蒸
着法（以後ＣＶＤ法と表示する）を用いることができる
が、特に高温で被覆するＣＶＤ法によって作製された酸
化アルミニウムについて効果が高い。用途としてはスロ
ーアウェイチップに代表される切削工具や金型に代表さ
れる耐摩耗工具が挙げられる。こうした応力がかかりや
すい工具に今回発明した酸化アルミニウム被膜を応用す
ると効果が高く、例えば切削工具の場合、初期欠損が減
少し、耐摩耗工具に応用すると寿命が増加する。
として物理蒸着法（以後ＰＶＤ法と表示する）、化学蒸
着法（以後ＣＶＤ法と表示する）を用いることができる
が、特に高温で被覆するＣＶＤ法によって作製された酸
化アルミニウムについて効果が高い。用途としてはスロ
ーアウェイチップに代表される切削工具や金型に代表さ
れる耐摩耗工具が挙げられる。こうした応力がかかりや
すい工具に今回発明した酸化アルミニウム被膜を応用す
ると効果が高く、例えば切削工具の場合、初期欠損が減
少し、耐摩耗工具に応用すると寿命が増加する。
【０００７】酸化アルミニウム被覆工具に用いられる基
材としては硬さと靱性を兼ね備えた部材、セラミック
ス、合金鋼、超硬合金、サーメットがある。その中でも
超硬合金、サーメットが好ましい。超硬合金、サーメッ
トはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、
炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物を含む硬質
相とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅを含む結合相と不可避不純物から
なる部材である。基材として用いられる超硬合金は靱性
を持たせるため表面近傍に（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ，（Ｗ，Ｔ
ｉ，Ｔａ）Ｃなどのβ相が消失した層を設けることは好
ましい。これらの部材に対して工具形状の精密さを持た
せるため、湿式研削加工、乾式研削加工、ブラスト加工
に代表される機械的加工や電解研磨に代表される化学的
加工をすることは好ましい。超硬合金、サーメットなど
の基材に対して、直接酸化膜を被覆しても良いが、基材
側に金属化合物を被覆した後、酸化膜を被覆しても良
い。前記金属化合物としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの一種または二
種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、炭酸化
物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物が挙げられる。超
硬合金、サーメットなどの基材に前記金属化合物を下層
膜として被覆する場合、基材から下層膜中に結合相の成
分、例えばＷ、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖが拡散する場
合もあるが、この場合でも本発明のα型酸化アルミニウ
ム被膜の本質的な効果は変わらない。なお、酸化アルミ
ニウム被膜の上には耐凝着性改善のため前記金属化合物
を被覆することもよい。
材としては硬さと靱性を兼ね備えた部材、セラミック
ス、合金鋼、超硬合金、サーメットがある。その中でも
超硬合金、サーメットが好ましい。超硬合金、サーメッ
トはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、
炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物を含む硬質
相とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅを含む結合相と不可避不純物から
なる部材である。基材として用いられる超硬合金は靱性
を持たせるため表面近傍に（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ，（Ｗ，Ｔ
ｉ，Ｔａ）Ｃなどのβ相が消失した層を設けることは好
ましい。これらの部材に対して工具形状の精密さを持た
せるため、湿式研削加工、乾式研削加工、ブラスト加工
に代表される機械的加工や電解研磨に代表される化学的
加工をすることは好ましい。超硬合金、サーメットなど
の基材に対して、直接酸化膜を被覆しても良いが、基材
側に金属化合物を被覆した後、酸化膜を被覆しても良
い。前記金属化合物としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの一種または二
種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、炭酸化
物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物が挙げられる。超
硬合金、サーメットなどの基材に前記金属化合物を下層
膜として被覆する場合、基材から下層膜中に結合相の成
分、例えばＷ、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖが拡散する場
合もあるが、この場合でも本発明のα型酸化アルミニウ
ム被膜の本質的な効果は変わらない。なお、酸化アルミ
ニウム被膜の上には耐凝着性改善のため前記金属化合物
を被覆することもよい。
【０００８】本発明においてα型酸化アルミニウムを主
とする酸化膜とは、α型酸化アルミニウムを主とする酸
化膜のＸ線回折強度の総計の５０％以上が前記α型酸化
アルミニウムのＸ線回折強度からなり、残りがＡｌ，Ｓ
ｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｙの一種または二種以上からな
る酸化物と１ａｔ％以下の微量添加物と１ａｔ％以下の
不可避不純物によって構成される酸化膜をいう。α型酸
化アルミニウムを主とする酸化膜は単層膜あるいは複層
膜にする場合でもよく他の元素を含む被膜と複層膜にし
た場合も同様の効果がある。酸化膜はα型酸化アルミニ
ウムに限るものではなく他の結晶型酸化アルミニウム、
例えばκ型酸化アルミニウム、γ型酸化アルミニウム、
θ型酸化アルミニウム、δ型酸化アルミニウム、χ型酸
化アルミニウム等やアモルファスの酸化アルミニウムを
含有してもよく、酸化アルミニウム以外の酸化膜、例え
ば酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化
チタン、酸化イットリウムとの混合膜でも同様な効果が
得られる。また酸化アルミニウムの２０ａｔ％以下が、
シリコン原子、ジルコニウム原子、クロム原子、チタン
原子、イットリア原子に置換された固溶体からなる被膜
でも同様な効果が得られ、α型酸化アルミニウムを主と
する酸化膜には１ａｔ％以下の微量添加物として炭素、
炭化物、窒化物、ホウ化物を含んでもよく、１ａｔ％以
下の不可避不純物として硫黄、硫化物、セレン、テル
ル、チタン、塩素を含んでも良い。
とする酸化膜とは、α型酸化アルミニウムを主とする酸
化膜のＸ線回折強度の総計の５０％以上が前記α型酸化
アルミニウムのＸ線回折強度からなり、残りがＡｌ，Ｓ
ｉ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｙの一種または二種以上からな
る酸化物と１ａｔ％以下の微量添加物と１ａｔ％以下の
不可避不純物によって構成される酸化膜をいう。α型酸
化アルミニウムを主とする酸化膜は単層膜あるいは複層
膜にする場合でもよく他の元素を含む被膜と複層膜にし
た場合も同様の効果がある。酸化膜はα型酸化アルミニ
ウムに限るものではなく他の結晶型酸化アルミニウム、
例えばκ型酸化アルミニウム、γ型酸化アルミニウム、
θ型酸化アルミニウム、δ型酸化アルミニウム、χ型酸
化アルミニウム等やアモルファスの酸化アルミニウムを
含有してもよく、酸化アルミニウム以外の酸化膜、例え
ば酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化
チタン、酸化イットリウムとの混合膜でも同様な効果が
得られる。また酸化アルミニウムの２０ａｔ％以下が、
シリコン原子、ジルコニウム原子、クロム原子、チタン
原子、イットリア原子に置換された固溶体からなる被膜
でも同様な効果が得られ、α型酸化アルミニウムを主と
する酸化膜には１ａｔ％以下の微量添加物として炭素、
炭化物、窒化物、ホウ化物を含んでもよく、１ａｔ％以
下の不可避不純物として硫黄、硫化物、セレン、テル
ル、チタン、塩素を含んでも良い。
【０００９】α型酸化アルミニウム被膜のＸ線回折強度
を測定するため、通常のＣｕ管球を装備したＸ線回折装
置を用いた。測定範囲は２０度〜６０度であり、Ｋα１
によるＸ線回折強度を測定した。測定した面は（０１
２）面から（１１６）面であった。表１はα型酸化アル
ミニウムの結晶面に対する面間隔ｄ、２θ値、標準Ｘ線
回折強度Ｉ0をまとめたものである。面間隔と標準Ｘ線
回折強度Ｉ0はＪＣＰＤＳカードのＮｏ．１０−１７３
から転記し、２θ値はＣｕのＫα１線を用いた時に測定
される値を面間隔ｄから計算により求めたものである。
を測定するため、通常のＣｕ管球を装備したＸ線回折装
置を用いた。測定範囲は２０度〜６０度であり、Ｋα１
によるＸ線回折強度を測定した。測定した面は（０１
２）面から（１１６）面であった。表１はα型酸化アル
ミニウムの結晶面に対する面間隔ｄ、２θ値、標準Ｘ線
回折強度Ｉ0をまとめたものである。面間隔と標準Ｘ線
回折強度Ｉ0はＪＣＰＤＳカードのＮｏ．１０−１７３
から転記し、２θ値はＣｕのＫα１線を用いた時に測定
される値を面間隔ｄから計算により求めたものである。
【表１】
【００１０】得られたα型酸化アルミニウムの（０１
２）面から（１１６）面までのＸ線回折強度から１式で
定義される（０１２）面の集合組織化係数ＴＣ（０１
２）を求めた。このとき、１式のＩ（ｈｋｌ）は（ｈｋ
ｌ）面を測定したＸ線回折強度を表し、Ｉ0（ｈｋｌ）
はＪＣＰＤＳカード番号１０−１７３の標準Ｘ線回折強
度を表す。
２）面から（１１６）面までのＸ線回折強度から１式で
定義される（０１２）面の集合組織化係数ＴＣ（０１
２）を求めた。このとき、１式のＩ（ｈｋｌ）は（ｈｋ
ｌ）面を測定したＸ線回折強度を表し、Ｉ0（ｈｋｌ）
はＪＣＰＤＳカード番号１０−１７３の標準Ｘ線回折強
度を表す。
【１式】
【００１１】α型酸化アルミニウム被膜の（０１２）面
のＸ線回折強度が最強であり、集合組織化係数ＴＣ（０
１２）が２．５以上では耐欠損性が向上する。このよう
なＴＣ（０１２）を示すα型酸化アルミニウム被膜の組
織は柱状晶を示した。この場合の柱状晶とは基材表面に
対して平行な方向で測定した粒径より基材表面に対して
垂直な方向で測定した粒径の方が長い結晶のことをい
う。今回の発明品を切削工具に用いた場合、応力が集中
するエッジ部の初期欠損が生じにくく、耐摩耗工具に用
いた場合エッジ付近の欠けが生じにくくなった。
のＸ線回折強度が最強であり、集合組織化係数ＴＣ（０
１２）が２．５以上では耐欠損性が向上する。このよう
なＴＣ（０１２）を示すα型酸化アルミニウム被膜の組
織は柱状晶を示した。この場合の柱状晶とは基材表面に
対して平行な方向で測定した粒径より基材表面に対して
垂直な方向で測定した粒径の方が長い結晶のことをい
う。今回の発明品を切削工具に用いた場合、応力が集中
するエッジ部の初期欠損が生じにくく、耐摩耗工具に用
いた場合エッジ付近の欠けが生じにくくなった。
【００１２】通常のＣＶＤ法で原料ガスＡｌＣｌ3−Ｃ
Ｏ2−ＣＯ−Ｈ2−ＨＣｌ系を用いた場合、本発明品はコ
ーティング温度を上げるほどまたはＨＣｌ分圧を上げる
ほど得られやすい。なお、原料ガスＡｌＣｌ3−ＣＯ2−
ＣＯ−Ｈ2−ＨＣｌ系に成膜速度を上げるためＨ2Ｓ，Ｓ
Ｏ2などの硫化物やセレン、テルルを加えてもよく、添
加物としてＣＨ4、Ｎ2、ＴｉＣｌ4を加えてもよい。Ａ
ｌ2Ｏ3合成にＣＯ2のほかにＮＯ2を使用してもよい。し
かしながら、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法とも被膜の生成は使用
する炉の大きさや炉内でのガスの流れ方、ガス純度など
各種要因によって微妙に影響を受けるため、炉に応じて
各種パラメーターを調整する。
Ｏ2−ＣＯ−Ｈ2−ＨＣｌ系を用いた場合、本発明品はコ
ーティング温度を上げるほどまたはＨＣｌ分圧を上げる
ほど得られやすい。なお、原料ガスＡｌＣｌ3−ＣＯ2−
ＣＯ−Ｈ2−ＨＣｌ系に成膜速度を上げるためＨ2Ｓ，Ｓ
Ｏ2などの硫化物やセレン、テルルを加えてもよく、添
加物としてＣＨ4、Ｎ2、ＴｉＣｌ4を加えてもよい。Ａ
ｌ2Ｏ3合成にＣＯ2のほかにＮＯ2を使用してもよい。し
かしながら、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法とも被膜の生成は使用
する炉の大きさや炉内でのガスの流れ方、ガス純度など
各種要因によって微妙に影響を受けるため、炉に応じて
各種パラメーターを調整する。
【００１３】被覆部材の被膜に存在するクラックは高倍
率のＳＥＭ観察でも観察できるが、被膜表面を鏡面研磨
したのちフッ化水素と硝酸を含んだ水溶液で数分間腐食
するとクラックが広がり観察しやすくなる。今回の発明
は被膜に応力がかかった場合にその効果が明確になるた
め、切削試験前後のクラック間隔を調べた。
率のＳＥＭ観察でも観察できるが、被膜表面を鏡面研磨
したのちフッ化水素と硝酸を含んだ水溶液で数分間腐食
するとクラックが広がり観察しやすくなる。今回の発明
は被膜に応力がかかった場合にその効果が明確になるた
め、切削試験前後のクラック間隔を調べた。
【００１４】
【実施試験１】基材超硬合金としては８９．３ＷＣ−
２．２ＴｉＣ−３．１ＴａＣ−０．３ＮｂＣ−５．１Ｃ
ｏ合金（重量％）、その形状としてＪＩＳ規格ＣＮＭＧ
１２０４０８を用意した。基材表面を洗浄後、外熱式Ｃ
ＶＤ装置内に担時し、原料ガスは純度９９．５ｖｏｌ％
以上の高純度ガスを使用し、従来から用いられているＣ
ＶＤ法で基材表面に下層膜として０．６μmの厚さのＴ
ｉＮと８．０μmの厚さのＴｉＣＮをコーティング温度
８９０℃で被覆し、０．５μmの厚さのＴｉＡｌＣＯを
コーティング温度１０００℃で被覆した。次いで下層膜
の表面に表２に示したガス条件、温度、圧力および流量
で酸化膜を被覆した。次いで酸化膜の表面には０．５μ
mの厚さのＴｉＮをコーティング温度１０１５℃で被覆
して発明品１〜９、比較品１〜３を作製した。酸化膜を
Ｘ線回折したところ、α型酸化アルミニウム被膜であっ
た。
２．２ＴｉＣ−３．１ＴａＣ−０．３ＮｂＣ−５．１Ｃ
ｏ合金（重量％）、その形状としてＪＩＳ規格ＣＮＭＧ
１２０４０８を用意した。基材表面を洗浄後、外熱式Ｃ
ＶＤ装置内に担時し、原料ガスは純度９９．５ｖｏｌ％
以上の高純度ガスを使用し、従来から用いられているＣ
ＶＤ法で基材表面に下層膜として０．６μmの厚さのＴ
ｉＮと８．０μmの厚さのＴｉＣＮをコーティング温度
８９０℃で被覆し、０．５μmの厚さのＴｉＡｌＣＯを
コーティング温度１０００℃で被覆した。次いで下層膜
の表面に表２に示したガス条件、温度、圧力および流量
で酸化膜を被覆した。次いで酸化膜の表面には０．５μ
mの厚さのＴｉＮをコーティング温度１０１５℃で被覆
して発明品１〜９、比較品１〜３を作製した。酸化膜を
Ｘ線回折したところ、α型酸化アルミニウム被膜であっ
た。
【００１５】
【表２】
【００１６】表３にα型酸化アルミニウム被膜につい
て、最強のＸ線回折強度を示す結晶面、集合組織化係数
ＴＣ（０１２）、膜厚、切削試験前の刃先部クラック間
隔をそれぞれ記載した。発明品１〜９および比較品１〜
３を、円筒形にＶ型の４本の溝を入れたＦＣＤ６００
（２４９ＨＢ）を被削材に用いて、切削速度：Ｖ＝１４
０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：ｄ＝２ｍｍ、送り：ｆ＝０．
３ｍｍ／ｒｅｖ．、水溶性切削油使用という切削条件で
断続試験を行い、切削試験後の刃先部のクラック間隔と
コーナー摩耗が０．４ｍｍに達するとき、または刃先部
分が欠損に至るまでの切削パス数の５回の平均値を表３
に記載した。α型酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１
２）と耐欠損性は非常によく対応していることが分か
る。切削試験結果と試験前のクラック間隔の相関はあま
り高くないが、切削試験後のクラック間隔およびＴＣ
（０１２）と試験結果は相関が高い。
て、最強のＸ線回折強度を示す結晶面、集合組織化係数
ＴＣ（０１２）、膜厚、切削試験前の刃先部クラック間
隔をそれぞれ記載した。発明品１〜９および比較品１〜
３を、円筒形にＶ型の４本の溝を入れたＦＣＤ６００
（２４９ＨＢ）を被削材に用いて、切削速度：Ｖ＝１４
０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：ｄ＝２ｍｍ、送り：ｆ＝０．
３ｍｍ／ｒｅｖ．、水溶性切削油使用という切削条件で
断続試験を行い、切削試験後の刃先部のクラック間隔と
コーナー摩耗が０．４ｍｍに達するとき、または刃先部
分が欠損に至るまでの切削パス数の５回の平均値を表３
に記載した。α型酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１
２）と耐欠損性は非常によく対応していることが分か
る。切削試験結果と試験前のクラック間隔の相関はあま
り高くないが、切削試験後のクラック間隔およびＴＣ
（０１２）と試験結果は相関が高い。
【００１７】
【表３】
【００１８】
【実施試験２】基材超硬合金としては８９．１ＷＣ−
２．５ＴｉＣ−２．６ＴａＣ−０．３ＮｂＣ−Ｃｏ合金
（重量％）、その形状としてＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０
４０８を用意した。基材表面を洗浄後、外熱式ＣＶＤ装
置内に担時し、原料ガスは純度９９．５ｖｏｌ％以上の
高純度ガスを使用し、従来から用いられているＣＶＤ法
で基材表面に下層膜として０．５μmの厚さのＴｉＮと
６．５μmの厚さのＴｉＣＮをコーティング温度９１０
℃で被覆し、０．５μmの厚さのＴｉＡｌＣＯをコーテ
ィング温度９９０℃で被覆した。次いで下層膜の表面に
コーティング温度を９９０℃、炉内圧力１２．０ｋＰ
ａ、ガス流量２５ ｌ／ｍｉｎ、原料ガス成分のＡｌＣ
ｌ3を２〜５ｍｏｌ％、ＣＯ2とＣＯを混合したガスを３
〜３０ｍｏｌ％、ＨＣｌを１〜６ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓを０
〜１ｍｏｌ％、Ｈ2を９４〜５８ｍｏｌ％の範囲で変え
てα型酸化アルミニウム被膜を被覆した。α型酸化アル
ミニウム被膜表面には０．５μmの厚さのＴｉＮをコー
ティング温度９９０℃で被覆して発明品１０〜１４、比
較品４〜１０を作製した。
２．５ＴｉＣ−２．６ＴａＣ−０．３ＮｂＣ−Ｃｏ合金
（重量％）、その形状としてＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０
４０８を用意した。基材表面を洗浄後、外熱式ＣＶＤ装
置内に担時し、原料ガスは純度９９．５ｖｏｌ％以上の
高純度ガスを使用し、従来から用いられているＣＶＤ法
で基材表面に下層膜として０．５μmの厚さのＴｉＮと
６．５μmの厚さのＴｉＣＮをコーティング温度９１０
℃で被覆し、０．５μmの厚さのＴｉＡｌＣＯをコーテ
ィング温度９９０℃で被覆した。次いで下層膜の表面に
コーティング温度を９９０℃、炉内圧力１２．０ｋＰ
ａ、ガス流量２５ ｌ／ｍｉｎ、原料ガス成分のＡｌＣ
ｌ3を２〜５ｍｏｌ％、ＣＯ2とＣＯを混合したガスを３
〜３０ｍｏｌ％、ＨＣｌを１〜６ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓを０
〜１ｍｏｌ％、Ｈ2を９４〜５８ｍｏｌ％の範囲で変え
てα型酸化アルミニウム被膜を被覆した。α型酸化アル
ミニウム被膜表面には０．５μmの厚さのＴｉＮをコー
ティング温度９９０℃で被覆して発明品１０〜１４、比
較品４〜１０を作製した。
【００１９】表４にα型酸化アルミニウム被膜につい
て、最強のＸ線回折強度を示す結晶面、集合組織化係数
ＴＣ（０１２）、膜厚、切削試験前の刃先部クラック間
隔をそれぞれ記載した。発明品１０〜１４および比較品
４〜１０を、円筒形にＶ型の４本の溝を入れたＳ４５Ｃ
（２３９ＨＢ）を被削材に用いて、切削速度：Ｖ＝１３
０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：ｄ＝２ｍｍ、送り：ｆ＝０．
３ｍｍ／ｒｅｖ．、水溶性切削油使用という切削条件で
断続試験を行い、切削試験後の刃先部のクラック間隔と
コーナー摩耗が０．４ｍｍに達するとき、または刃先部
分が欠損に至るまでの切削パス数の５回の平均値を表４
に記載した。α型酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１
２）と耐欠損性は非常によく対応していることが分か
る。切削試験結果と試験前のクラック間隔の相関はあま
り高くないが、切削試験後のクラック間隔およびＴＣ
（０１２）と試験結果は相関が高い。
て、最強のＸ線回折強度を示す結晶面、集合組織化係数
ＴＣ（０１２）、膜厚、切削試験前の刃先部クラック間
隔をそれぞれ記載した。発明品１０〜１４および比較品
４〜１０を、円筒形にＶ型の４本の溝を入れたＳ４５Ｃ
（２３９ＨＢ）を被削材に用いて、切削速度：Ｖ＝１３
０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：ｄ＝２ｍｍ、送り：ｆ＝０．
３ｍｍ／ｒｅｖ．、水溶性切削油使用という切削条件で
断続試験を行い、切削試験後の刃先部のクラック間隔と
コーナー摩耗が０．４ｍｍに達するとき、または刃先部
分が欠損に至るまでの切削パス数の５回の平均値を表４
に記載した。α型酸化アルミニウム被膜のＴＣ（０１
２）と耐欠損性は非常によく対応していることが分か
る。切削試験結果と試験前のクラック間隔の相関はあま
り高くないが、切削試験後のクラック間隔およびＴＣ
（０１２）と試験結果は相関が高い。
【００２０】
【表４】
【００２１】
【発明の効果】本発明の集合組織化係数ＴＣ（０１２）
が２．５以上であるα型酸化アルミニウム被膜を含む被
膜は被膜自身にクラックが入りやすく基材と被膜の熱膨
張率の差によって被膜に生じた残留応力が減少しやすい
という効果を有する。本発明のα型酸化アルミニウム被
覆工具を切削工具として用いた場合耐欠損性が向上し、
耐摩耗工具として用いた場合寿命が増加する。
が２．５以上であるα型酸化アルミニウム被膜を含む被
膜は被膜自身にクラックが入りやすく基材と被膜の熱膨
張率の差によって被膜に生じた残留応力が減少しやすい
という効果を有する。本発明のα型酸化アルミニウム被
覆工具を切削工具として用いた場合耐欠損性が向上し、
耐摩耗工具として用いた場合寿命が増加する。
Claims (8)
- 【請求項１】基材表面に単層膜または多層膜の被膜が被
覆された被覆工具において、該被膜は、少なくとも一層
がα型酸化アルミニウム（六方晶構造）を主とする酸化
膜からなり、該酸化膜をＸ線回折したときにおけるα型
酸化アルミニウムの結晶面は、（０１２）結晶面が最強
のＸ線回折強度であり、１式で定義される（０１２）結
晶面の集合組織化係数ＴＣ（０１２）が２．５以上を呈
する酸化アルミニウム被覆工具。 【１式】 ただし、１式において、Ｉ（ｈｋｌ）は（ｈｋｌ）結晶
面を測定したＸ線回折強度を表し、Ｉ0（ｈｋｌ）はＪ
ＣＰＤＳカード番号１０−１７３の標準Ｘ線回折強度を
表す。 - 【請求項２】前記被膜の少なくとも一層は柱状晶である
ことを特徴とする請求項１記載の酸化アルミニウム被覆
工具。 - 【請求項３】前記基材は超硬合金、サーメットでなるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の酸化アルミニウ
ム被覆工具。 - 【請求項４】前記被膜はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの一種または二種以
上からなる炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、炭酸化
物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物のいずれかによっ
て構成される一種の単層膜または二種以上の多層膜が含
まれている請求項１〜３のいずれか記載の酸化アルミニ
ウム被覆工具。 - 【請求項５】前記被膜は、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒
化物、ＡｌとＴｉを含む窒化物、炭窒化物、炭酸化物、
窒酸化物、炭窒酸化物の中の少なくとも一種の下層膜を
含み、該下層膜が前記基材と前記酸化膜との間に介在さ
れている請求項１〜４のいずれか記載の酸化アルミニウ
ム被覆工具。 - 【請求項６】前記被膜は前記下層膜と前記酸化膜の他
に、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、窒酸化物、炭酸化物、炭
窒酸化物の中の少なくとも一層でなる最外層を含み、該
酸化膜の表面に該最外層が被覆されている請求項１〜５
のいずれか記載の酸化アルミニウム被覆工具。 - 【請求項７】前記酸化膜は柱状晶であることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか記載の酸化アルミニウム被覆
工具。 - 【請求項８】前記酸化アルミニウム被覆工具が切削工具
に用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
記載の酸化アルミニウム被覆工具。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001214733A JP2003025114A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 酸化アルミニウム被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001214733A JP2003025114A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 酸化アルミニウム被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003025114A true JP2003025114A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=19049498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001214733A Pending JP2003025114A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 酸化アルミニウム被覆工具 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003025114A (ja) |
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- 2001-07-16 JP JP2001214733A patent/JP2003025114A/ja active Pending
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Legal Events
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