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JP2917312B2 - 切削・耐摩工具用表面被覆超硬部材 - Google Patents

切削・耐摩工具用表面被覆超硬部材

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Publication number
JP2917312B2
JP2917312B2 JP25449389A JP25449389A JP2917312B2 JP 2917312 B2 JP2917312 B2 JP 2917312B2 JP 25449389 A JP25449389 A JP 25449389A JP 25449389 A JP25449389 A JP 25449389A JP 2917312 B2 JP2917312 B2 JP 2917312B2
Authority
JP
Japan
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cutting
coating layer
wear
carbide
coated
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP25449389A
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English (en)
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JPH03120354A (ja
Inventor
直也 大森
一夫 山縣
俊雄 野村
正明 飛岡
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切削工具又は耐摩工具の表面に被覆層を設
け、耐摩耗性を改善向上させた切削・耐摩工具用表面被
覆超硬部材に関する。
〔従来の技術〕
従来、切削工具や耐摩工具の材質は、炭化タングステ
ン(WC)基等の超硬合金、炭化チタン(TiC)系等の各
種サーメツト、高速度工具鋼等の鋼や硬質合金、炭化珪
素や窒化珪素等のセラミツクスが主であつた。
又、切削工具や耐摩工具の耐摩耗性を改善向上させる
ために、その全表面又は切刃部分の表面上に、物理気相
蒸着法(PVD法)や化学気相蒸着法(CVD法)により、チ
タン(Ti)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)の
炭化物、窒化物又は炭窒化物、若しくはアルミニウム
(Al)の炭化物等を単層又は複層に形成した表面被覆硬
質部材が開発され、最近では広く実用に供されている。
特に、PVD法で形成した被覆層を有する切削工具や耐摩
工具は、母材強度の劣化なしに耐摩耗性を向上出来るた
めドリル、エンドミル、フライス切削用スローアウエイ
チツプ等の強度を要求される切削用途に適している。
しかし、PVD法が母材強度の劣化なしに被覆層を形成
できる点でCVD法より優れているとは云え、PVD法では母
材上にAlの酸化物を安定して被覆することが困難である
ためAl酸化物の被覆層は実用化に至つておらず、現状の
PVD法で形成できるTi、Hf、Zrの炭化物、窒化物、炭窒
化物等の被覆層では特に高速切削での耐摩耗性が不足す
るため早期に寿命に至るものが多かつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はかかる従来の事情に鑑み、切削工具や耐摩工
具の母材強度を維持し、同時に耐摩耗性に優れた被覆層
により、特に高速切削において従来よりも耐摩耗性が改
善された切削・耐摩工具用表面被覆超硬部材を提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の切削・耐摩工具用
表面被覆超硬部材においては、切削工具又は耐摩工具か
らなる母材と、母材の表面に直接形成したTiNからなる
第1被覆層と、第1被覆層上に形成したTiとAlとVの炭
化物又は炭窒化物からなる第2被覆層と、第2被覆層上
にTiNからなる第3被覆層を設けたことを特徴とする。
尚、これら第1〜3被覆層は切削工具又は耐摩工具の
全表面に設けても良いし、切刃部分の表面のみに設けて
も良い。又、被覆層の形成方法は従来公知の方法を利用
出来るが、スパツタリング法、イオンプレーテイング法
等のPVD法が母材強度を容易に維持できる点で好まし
い。
〔作用〕
本発明において、第1被覆層として母材表面上に直接
形成されるTiNは第2被覆層であるTiとAlとVの炭化物
等よりも母材との密着強度に優れている。そして第1被
覆層上に第2被覆層として形成されるTiとAlとVの炭化
物又は炭窒化物はTiNよりも硬度が若干低いが、耐摩耗
性と耐溶着性がTiNよりも遥かに優れている。従つて、
かかる第1被覆層と第2被覆層を有する本発明の表面被
覆超硬部材は、切削工具又は耐摩工具として使用する
と、低速切削は勿論高速切削においても耐摩耗性、耐溶
着性、耐欠損性に優れ、長期に亘つて優れた切削性能を
示す。
第2被覆層を構成するTiとAlとVの炭化物又は炭窒化
物におけるAlとVの組成は、重量%で1≦Al≦20 1≦
V≦20 5≦Al+V≦40の条件を満たすことが好まし
い。その理由は、Alが1wt%未満では上記した第2被覆
層の効果が認められず、20wt%を越えると第2被覆層の
高温強度が低下し、Vが1wt%未満ではやはり第2被覆
層の効果が認められず、20wt%を超えると第2被覆層が
硬化し、刃先の靭性が低下し、又AlとVの合計が5wt%
未満ではAlとVの添加による効果が認められず、40wt%
を超えると母材との密着強度に低下が見られるためであ
る。
更に、第3被覆層としてTiNを第2被覆層上に設ける
ことにより、TiNが第2被覆層のTiとAlとVの炭化物等
よりも硬度が高いため、初期耐摩耗性を向上させること
ができ、又特にドリル、エンドミル等の低速切削におけ
る耐摩耗性を改善できる。
尚、各被覆層の層厚に関して、第1被覆層TiNの層厚
は0.1μm未満ではTiNと母材との密着強度が向上せず、
2.0μmを超えると耐摩耗性が低下してくるので、0.1〜
2.0μmが好ましい。第2被覆層の層厚は1.0μm未満で
は耐摩耗性が不足し、5.0μmを超えると層中の残留応
力が大きくなつて密着強度が低下するので、1.0〜5.0μ
mの範囲が好ましい。更に第3被覆層TiNの層厚は0.5μ
m未満ではその効果が認められず、2.0μmを超えると
第2被覆層の効果が減少するので、0.5〜2.0μmが好ま
しい。
〔実施例〕
母材として、組成がJIS規格P30(具体的にはWC−20wt
%TiC−10wt%Co)、形状が同SNG432の超硬合金製切削
チツプを用意し、その表面に下記の如く真空アーク放電
を用いたイオンプレーテイング法により、下記第2表に
示す被覆層を形成して本発明例の被覆切削チツプ試料と
した。
即ち、成膜装置内に上記切削チツプと、ターゲツトと
してTiと、Ti−6wt%Al−4wt%V(以下Ti6Al4Vと略
記)を装着した。この状態で、成膜装置内を真空度1×
10-2torrのArガス雰囲気に保持し、切削チツプに−2000
Vの電圧をかけて洗浄を行ない、500℃まで加熱した後、
Arガスを排気した。次に、成膜装置内にN2ガスを300cc/
minの割合で導入しながら、真空アーク放電によりTiタ
ーゲツトを蒸発、イオン化させて、切削チツプ表面に第
1被覆層としてTiNを被覆した。その後、Tiターゲツト
の蒸発を停止させ、N2ガスとCH4ガスの片方又は両方を3
00cc/minの割合で導入しながら、Ti6Al4Vターゲツトを
蒸発、イオン化させながら第1被覆層上に第2被覆層と
してTi6Al4Vの炭化物等を形成した。その後Ti6Al4Vター
ゲツトの蒸発を停止させ、更に幾つかの試料には上記と
同様にTiターゲツトを蒸発、イオン化させて第2被覆層
上に第3被覆層としてTiNを形成した。
又、比較のために上記と同一の成膜装置を使用して真
空アーク放電を用いたイオンプレーテイング法により、
同じ組成と形状の切削チツプの表面上にTiC、TiN、TiCN
を組合せてなる被覆層を形成することにより、下記第2
表に示す従来例の被覆切削チツプ試料を製造した。尚、
通常のCVD法により、同じ組成と形状の切削チツプの表
面上に下記第2表に示すTiC、Al2O3等の被覆層を形成し
た被覆切削チツプ試料も用意した。
得られた被覆層を有する各被覆切削チツプ試料につい
て、下記第1表の条件による連続切削試験と断続切削試
験を行なつて切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、結果を第2
表に併せて表示した。
上記の結果から、本発明例の被覆切削チツプ試料は、
連続切削及び断続切削の両方において、優れた耐摩耗性
と耐欠損性を兼ね備え、従来例のものよりも優れた切削
性能を示すことが判る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、低速切削は勿論高速切削においても
優れた耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備え、長期に亘つて優
れた切削性能を持続しうる切削・耐摩工具用表面被覆超
硬部材を提供することが出来る。
フロントページの続き (72)発明者 飛岡 正明 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平2−138458(JP,A) 特開 昭61−170559(JP,A) O.Knotek et.al,”O n structure and pr operties of sputte red Ti and Al base d hard compound fi lms”,Journal of Va ccum Science Techn ology A,(1986)Vol.4, No.6,p.2695−2700 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】切削工具又は耐摩工具からなる母材と、母
    材の表面に直接形成したTiNからなる第1被覆層と、第
    1被覆層上に形成したTiとAlとVの炭化物又は炭窒化物
    からなる第2被覆層と、第2被覆層上に形成したTiNか
    らなる第3被覆層とを備えた切削・耐摩工具用表面被覆
    超硬部材。
  2. 【請求項2】TiとAlとVの炭化物又は炭窒化物からなる
    第2被覆層におけるAlとVの組成が、1≦Al≦20 1≦
    V≦20 5≦Al+V≦40(何れも重量%)であることを
    特徴とする、請求項(1)の切削・耐摩工具用表面被覆
    超硬部材。
JP25449389A 1989-09-29 1989-09-29 切削・耐摩工具用表面被覆超硬部材 Expired - Lifetime JP2917312B2 (ja)

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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
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US7211138B2 (en) 2003-02-07 2007-05-01 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard film, method of forming the same and target for hard film formation
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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O.Knotek et.al,"On structure and properties of sputtered Ti and Al based hard compound films",Journal of Vaccum Science Technology A,(1986)Vol.4,No.6,p.2695−2700

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