JPH0623436B2 - 複合硬質膜被覆工具 - Google Patents
複合硬質膜被覆工具Info
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- JPH0623436B2 JPH0623436B2 JP59162682A JP16268284A JPH0623436B2 JP H0623436 B2 JPH0623436 B2 JP H0623436B2 JP 59162682 A JP59162682 A JP 59162682A JP 16268284 A JP16268284 A JP 16268284A JP H0623436 B2 JPH0623436 B2 JP H0623436B2
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- Japan
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- cbn
- particles
- cutting
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-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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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、焼結体を基体としてその表面に被覆を施した
高速切削用の工具に関する。
高速切削用の工具に関する。
超硬合金を基体として、母材表面にTiC、TiCN、TiN、Al
2O3等を単層または複数層を被覆した被覆超硬合金は、
基体の靭性と、表面層の硬質層のもつ耐摩耗性、耐熱
性、耐化学反応性を兼備しており、工具材料として優れ
た性能を有している。
2O3等を単層または複数層を被覆した被覆超硬合金は、
基体の靭性と、表面層の硬質層のもつ耐摩耗性、耐熱
性、耐化学反応性を兼備しており、工具材料として優れ
た性能を有している。
この工具を用いて後えば炭素鋼を切削速度が300m/min以
上の高速で切削すると、刃先温度が1000℃をはるかに越
えるため、基体の塑性変形を生じ、表面層がこの塑性変
形に追従できず、膜ハクリ、チツピングを生じることか
ら急速な摩耗が生じ、又、このような温度下では、これ
ら表面層の硬度も低くなつているため耐摩耗性の低下を
助長し、短寿命となつている。このため、いかにAl2O3
やTiCの膜厚を厚くしても、その効果は余り期待できな
いのが現状である。このために、より耐熱性の優れる、
サーメツトや、セラミツクスを基体とする被覆工具材料
も開発されてきている。しかしながら、所詮サーメツト
やセラミツクスの靭性は、超硬合金に比較すればはるか
に低く、汎用工具としては使用に耐えない。300m/minを
超える高速切削においては、Al2O3やAl2O3−TiC系の、
セラミツクス工具が使用されるが、それらは主として、
送りや切り込みの小さい仕上切削加工においてである。
これらの工具材料は、送りや切込量が大きくなると靭性
が不足して使用に耐えない。
上の高速で切削すると、刃先温度が1000℃をはるかに越
えるため、基体の塑性変形を生じ、表面層がこの塑性変
形に追従できず、膜ハクリ、チツピングを生じることか
ら急速な摩耗が生じ、又、このような温度下では、これ
ら表面層の硬度も低くなつているため耐摩耗性の低下を
助長し、短寿命となつている。このため、いかにAl2O3
やTiCの膜厚を厚くしても、その効果は余り期待できな
いのが現状である。このために、より耐熱性の優れる、
サーメツトや、セラミツクスを基体とする被覆工具材料
も開発されてきている。しかしながら、所詮サーメツト
やセラミツクスの靭性は、超硬合金に比較すればはるか
に低く、汎用工具としては使用に耐えない。300m/minを
超える高速切削においては、Al2O3やAl2O3−TiC系の、
セラミツクス工具が使用されるが、それらは主として、
送りや切り込みの小さい仕上切削加工においてである。
これらの工具材料は、送りや切込量が大きくなると靭性
が不足して使用に耐えない。
また最近、SiN4系の工具材料も開発されているが、SiN4
は鋼との反応性が高いため、通常の一般鋼切削において
は使用に耐えない。このSiN4を基体として、表面にAl2O
3を被覆した工具も提供されているが、満足された工具
とは云い難い。
は鋼との反応性が高いため、通常の一般鋼切削において
は使用に耐えない。このSiN4を基体として、表面にAl2O
3を被覆した工具も提供されているが、満足された工具
とは云い難い。
従来、また焼結立方晶BN（以下CBNと称す）工具が高硬
度材料、難削材料などの切削に用いられてきた。これら
焼結CBN工具は、WC、Co、あるいはセラミツクスを結合
材として超高圧、高温でCBN粉末を焼結したもので、該C
BN焼結体薄層を超硬合金を基体としてロウ付けさせて使
用されている。
度材料、難削材料などの切削に用いられてきた。これら
焼結CBN工具は、WC、Co、あるいはセラミツクスを結合
材として超高圧、高温でCBN粉末を焼結したもので、該C
BN焼結体薄層を超硬合金を基体としてロウ付けさせて使
用されている。
このような焼結体は、CBN粒子と結合材との結合力が弱
く、又、結合材粒子も粗いため結合材の強度も弱く、鋼
などの高速切削では必ずしも充分な性能でなく、又ロウ
付け部からの欠落といつたような欠点や、超高圧を必要
とするころから高価であるなどの理由で、高速粗切削用
途には殆んど用いられていない。
く、又、結合材粒子も粗いため結合材の強度も弱く、鋼
などの高速切削では必ずしも充分な性能でなく、又ロウ
付け部からの欠落といつたような欠点や、超高圧を必要
とするころから高価であるなどの理由で、高速粗切削用
途には殆んど用いられていない。
近時、切削速度の高速化によつて、工具材料等にはより
硬度の耐摩耗性が要求されてきており、しかも、汎用性
を損われていない工具材料の開発が望まれている。
硬度の耐摩耗性が要求されてきており、しかも、汎用性
を損われていない工具材料の開発が望まれている。
本発明は、高速切削において安定して使用でき、しかも
靭性が従来のコーテイング工具と同等である工具を提供
することを目的としている。
靭性が従来のコーテイング工具と同等である工具を提供
することを目的としている。
本発明はこの目的を達するために、硬質合金、サーメツ
ト、セラミツクスのうちの何れか少なくとも一つからな
る基体と、基体表面に0.1〜10μｍの高さに点在して基
体表面から合成成長せしめられた粒径0.1〜10μｍの立
方晶BN粒子と、該BN粒子間の空隙を埋めたIVa，Va，VIa
族の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、硼窒化物、酸
化物、炭酸化物、酸窒化物、六方晶BN、アモルファスＢ
Ｎ、Al2O3のうちの少なくとも１種、混合体、固溶体と
からなる複合硬質膜被覆工具を構成したものである。
ト、セラミツクスのうちの何れか少なくとも一つからな
る基体と、基体表面に0.1〜10μｍの高さに点在して基
体表面から合成成長せしめられた粒径0.1〜10μｍの立
方晶BN粒子と、該BN粒子間の空隙を埋めたIVa，Va，VIa
族の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、硼窒化物、酸
化物、炭酸化物、酸窒化物、六方晶BN、アモルファスＢ
Ｎ、Al2O3のうちの少なくとも１種、混合体、固溶体と
からなる複合硬質膜被覆工具を構成したものである。
CBNはプラズマCVD方で、Ｂを含む水素化合物とN2を含む
化合物で合成させる。この場合、反応温度を比較的高
く、800〜1100℃で反応ガス中のＢ濃度を低くすれば、
微粒なCBNが部分的に核生成して成長し、反応圧力を１
〜５torrより数十torrへと高めることで、このCBN粒子
が優先的に生長し、CBN粒子が点在しうる。
化合物で合成させる。この場合、反応温度を比較的高
く、800〜1100℃で反応ガス中のＢ濃度を低くすれば、
微粒なCBNが部分的に核生成して成長し、反応圧力を１
〜５torrより数十torrへと高めることで、このCBN粒子
が優先的に生長し、CBN粒子が点在しうる。
しかるのち、プラズマCVD法、あるいはCVD法でAl2O3、T
iC、TiN、TiB2、TiBN、TiCO、TiNO、BNなどを引続いて
コーテイングすると、CBN粒子を覆いながら最終的には
その空隙を埋めていく。この場合、反応圧力は10torr以
下の比較的真空度の高い条件下が好ましい。即ち、反応
圧力が高いと、ガスの平均自由行程が短かくなり、CBN
粒子間隔が10μｍ近くであると、CBN粒子の先端と根底
でのセラミツクスの成長が異なり、根底でポアが生成し
て密着性が低下して好ましくない。又、CBN粒子は必ず
しも、基板より膜表面まで連続する必要なく、途中にて
中断され、CBN粒子がセラミツクス中に浮遊する状態で
あつても、効果がある。
iC、TiN、TiB2、TiBN、TiCO、TiNO、BNなどを引続いて
コーテイングすると、CBN粒子を覆いながら最終的には
その空隙を埋めていく。この場合、反応圧力は10torr以
下の比較的真空度の高い条件下が好ましい。即ち、反応
圧力が高いと、ガスの平均自由行程が短かくなり、CBN
粒子間隔が10μｍ近くであると、CBN粒子の先端と根底
でのセラミツクスの成長が異なり、根底でポアが生成し
て密着性が低下して好ましくない。又、CBN粒子は必ず
しも、基板より膜表面まで連続する必要なく、途中にて
中断され、CBN粒子がセラミツクス中に浮遊する状態で
あつても、効果がある。
本発明者等は、コーテイング膜の高温硬度や室温硬度の
点ではAl2O3よりも立方晶BNが優れることから、コーテ
イング膜としてCBNを採用し基体塑性変形による膜ハク
リの対応策として、緻密で一様なCBN膜ではなく、膜中
にCBN粒子が点在し、その粒子間を比較的塑性変形容易
で耐熱性に優れ、基体との接着性の高い材料で埋めた複
合構造からなるコーテイング膜とすれば良いと考えた。
点ではAl2O3よりも立方晶BNが優れることから、コーテ
イング膜としてCBNを採用し基体塑性変形による膜ハク
リの対応策として、緻密で一様なCBN膜ではなく、膜中
にCBN粒子が点在し、その粒子間を比較的塑性変形容易
で耐熱性に優れ、基体との接着性の高い材料で埋めた複
合構造からなるコーテイング膜とすれば良いと考えた。
高速切削ではCBN粒子が耐摩耗性を維持し、基体変形に
対しては、基体変形に追従しやすい比較的靭性の高いセ
ラミツクを存在させれば、膜ハクリも起こり難く、微粒
なCBNがこのセラミツクで覆われるため、CBN粒子の脱落
も防止し得ると考えた。
対しては、基体変形に追従しやすい比較的靭性の高いセ
ラミツクを存在させれば、膜ハクリも起こり難く、微粒
なCBNがこのセラミツクで覆われるため、CBN粒子の脱落
も防止し得ると考えた。
CBN粒子の径は0.1〜10μｍであつて、0.1μｍ未満ではC
BNの耐摩耗性向上の効果が出ず、10μｍ超えると、いか
に靭性の高いセラミツクスで覆つても、耐剥離性に効果
がなくなる。好ましくは0.1μｍ〜２μｍである。CBN粒
子の長さについても同様である。又、CBN粒子の形状
は、柱状、ホイスカー状であつても良い。
BNの耐摩耗性向上の効果が出ず、10μｍ超えると、いか
に靭性の高いセラミツクスで覆つても、耐剥離性に効果
がなくなる。好ましくは0.1μｍ〜２μｍである。CBN粒
子の長さについても同様である。又、CBN粒子の形状
は、柱状、ホイスカー状であつても良い。
CBN粒子間を埋めるTiN、TiC、TiB2、TiBN、TiCO、TiN
O、などIVa、Va、VIa族の炭化物、窒化物、炭窒化物、
硼化物、硼窒化物、酸化物、炭酸化物、酸窒化物及びBN
（六方晶又はアモルフアス）又はAl2O3の１種以上から
なる化合物又は混合体あるいは固溶体が耐摩耗性ではCB
Nに劣るも、耐酸化性、基体の密着性、靭性では優れ
る。このため、基体変形に伴なつて発生する応力を、こ
れら介在物が緩和、吸収しうる。
O、などIVa、Va、VIa族の炭化物、窒化物、炭窒化物、
硼化物、硼窒化物、酸化物、炭酸化物、酸窒化物及びBN
（六方晶又はアモルフアス）又はAl2O3の１種以上から
なる化合物又は混合体あるいは固溶体が耐摩耗性ではCB
Nに劣るも、耐酸化性、基体の密着性、靭性では優れ
る。このため、基体変形に伴なつて発生する応力を、こ
れら介在物が緩和、吸収しうる。
本発明に用いられる基体は超硬合金に限らず、若干靭性
面の低下はあるものの高靭性のサーメツト、セラミツク
スを用いても、当然同じ効果が得られる。
面の低下はあるものの高靭性のサーメツト、セラミツク
スを用いても、当然同じ効果が得られる。
本発明では、ＣＢＮが基体面から合成成長せしめられ、
これに続いてＣＢＮ間の間隙を硬質物質で埋める構造に
なるので、各物質が高純度に形成され相互の密着性も良
好であるので、高速度切削に対して、優れた耐摩耗性と
靭性を示すものである。
これに続いてＣＢＮ間の間隙を硬質物質で埋める構造に
なるので、各物質が高純度に形成され相互の密着性も良
好であるので、高速度切削に対して、優れた耐摩耗性と
靭性を示すものである。
実施例 実施例１ WC−５重量％Co合金に、プラズマCVD法で、900℃中、0.
1容量％B2H6と１容量％NH3と残H2１torrガス雰囲気中、
2.45GHzのマイクロ波プラズマ中、100Wの電力下で、CBN
粒子を核生成したるのち、引続いて1000℃に温度を高め
たのち、10torr、200W下で、CBN粒子を生長させた。
1容量％B2H6と１容量％NH3と残H2１torrガス雰囲気中、
2.45GHzのマイクロ波プラズマ中、100Wの電力下で、CBN
粒子を核生成したるのち、引続いて1000℃に温度を高め
たのち、10torr、200W下で、CBN粒子を生長させた。
この時点で観察したところ、CBN粒子は0.2μｍの粒径で
柱状化し、高さが５μｍのものが１μｍ間隔で点在して
いた。しかる後、１ケは1000℃にて、通常のＣＶＤ法で
TiCl4、CH4、N2、H2の反応ガス中５torrの圧力下でこの
CBN粒子間をTiCNで埋めた。(A) 又、もう１ケは1000℃にて、TiCl4、N2、H2の雰囲気中
での反応ガス中、１torrでTiNを生成したるのち、更にA
lCl3、CO2、CO、H2中でAl2O3で残る空隙を埋めた。(B) 更にもう１ケは1000℃にて、BCl3、NH3、N2中、１torr
でCBNを生成し、しかるのち、TiCl4、BCl3、N2、H2中で
TiBNを被覆した。(C) これらのチツプを、下記の条件で切削テストを行なつ
た。
柱状化し、高さが５μｍのものが１μｍ間隔で点在して
いた。しかる後、１ケは1000℃にて、通常のＣＶＤ法で
TiCl4、CH4、N2、H2の反応ガス中５torrの圧力下でこの
CBN粒子間をTiCNで埋めた。(A) 又、もう１ケは1000℃にて、TiCl4、N2、H2の雰囲気中
での反応ガス中、１torrでTiNを生成したるのち、更にA
lCl3、CO2、CO、H2中でAl2O3で残る空隙を埋めた。(B) 更にもう１ケは1000℃にて、BCl3、NH3、N2中、１torr
でCBNを生成し、しかるのち、TiCl4、BCl3、N2、H2中で
TiBNを被覆した。(C) これらのチツプを、下記の条件で切削テストを行なつ
た。
切 削 条 件 被削材 SCM 415 ＨＢ150 切削時間 10分 切削速度 Ｖ 500m/min 送 り ｆ 0.30mm/rev 切込み ｄ 1.5mm 又、比較のため、TiC３μｍ、Al2O3３μｍのコーテイン
グチツプを入れた。テスト結果を表１に示す。
グチツプを入れた。テスト結果を表１に示す。
実施例２ 10容量％の結合相（Co、Ni）で硬質相が60重量％TiC、
８重量％TiN、２重量％Mo2C、残WCの組成からなるサー
メツト及び0.5重量％Al2O3−５％TiCのセラミツクを基
体として、CBN粒子粒径０．５μｍ、高さ８μｍに成長
させた。このCBN空隙を、TiNとAl2O3で埋めた。（Ｄ、
Ｅ） これを切削速度700m/minで実施例１の切削条件で切削し
た。比較のために、５μｍAl2O3、３μｍTiCをコーテイ
ングしたサーメット（Ｆ）、セラミツク（Ｇ）を比較に
入れた。
８重量％TiN、２重量％Mo2C、残WCの組成からなるサー
メツト及び0.5重量％Al2O3−５％TiCのセラミツクを基
体として、CBN粒子粒径０．５μｍ、高さ８μｍに成長
させた。このCBN空隙を、TiNとAl2O3で埋めた。（Ｄ、
Ｅ） これを切削速度700m/minで実施例１の切削条件で切削し
た。比較のために、５μｍAl2O3、３μｍTiCをコーテイ
ングしたサーメット（Ｆ）、セラミツク（Ｇ）を比較に
入れた。
Ｄは0.35mm、Ｅは0.28mmであつたが、Ｆは６分後、Ｇは
３０秒後に欠損した。
３０秒後に欠損した。
本発明によれば、高速切削において安定して使用でき、
しかも靭性が従来の被覆工具と同等である工具を提供で
きる。
しかも靭性が従来の被覆工具と同等である工具を提供で
きる。
Claims (1)
- 【請求項１】硬質合金、サーメット、セラミックスのう
ちの何れか少なくとも一つからなる基体と、基体表面に
マイクロ波プラズマを用いたプラズマ化学蒸着法によ
り、0.1 μｍ〜10μｍの高さに点在して基体表面から合
成成長せしめられた粒径 0.1μｍ〜２μｍの立方晶ＢＮ
粒子と、該BN粒子間の空隙を埋めたIVa,Ｖa,VIa 族の炭
化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、硼窒化物、酸化物、
炭酸化物、酸窒化物、六方晶ＢＮ、アモルファスＢＮ、
Al2O3のうちの少なくとも一種以上、これらの混合体、
または固溶体の何れからなる複合硬質膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59162682A JPH0623436B2 (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 複合硬質膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59162682A JPH0623436B2 (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 複合硬質膜被覆工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6141768A JPS6141768A (ja) | 1986-02-28 |
| JPH0623436B2 true JPH0623436B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=15759289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59162682A Expired - Lifetime JPH0623436B2 (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 複合硬質膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623436B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103801718A (zh) * | 2012-11-13 | 2014-05-21 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4126852A1 (de) * | 1991-08-14 | 1993-02-18 | Krupp Widia Gmbh | Werkzeug mit verschleissfester diamantschneide, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung |
| JP2801485B2 (ja) * | 1992-12-24 | 1998-09-21 | 京セラ株式会社 | 複合体およびその製法 |
| JPH08227990A (ja) * | 1995-12-27 | 1996-09-03 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPH10236123A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-08 | Toyota Motor Corp | トーションビーム式サスペンション |
| ES2286208T3 (es) * | 2001-11-07 | 2007-12-01 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Herramienta revestida de una capa dura. |
| DE10222347C2 (de) * | 2002-05-21 | 2003-11-27 | Walter Ag | TiBN-Beschichtung für einen Schneideinsatz oder ein Schneidwerkzeug |
| JP5407487B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2014-02-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP5945162B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2016-07-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5775744A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-12 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Tool containing and coated with dispersed material |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP59162682A patent/JPH0623436B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103801718A (zh) * | 2012-11-13 | 2014-05-21 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具 |
| CN103801718B (zh) * | 2012-11-13 | 2017-09-15 | 三菱综合材料株式会社 | 表面包覆切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6141768A (ja) | 1986-02-28 |
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