JPH08300203A - 複合硬質層表面被覆切削工具 - Google Patents
複合硬質層表面被覆切削工具Info
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- JPH08300203A JPH08300203A JP12928895A JP12928895A JPH08300203A JP H08300203 A JPH08300203 A JP H08300203A JP 12928895 A JP12928895 A JP 12928895A JP 12928895 A JP12928895 A JP 12928895A JP H08300203 A JPH08300203 A JP H08300203A
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Abstract
供する。 【構成】 基体表面に、少なくとも1層のチタンの炭窒
化物層を含むチタン化合物内層と、酸化アルミニウム外
層とで構成された複合硬質層を被覆してなる切削工具に
おいて、前記チタン化合物内層を構成する少なくとも1
層のチタンの炭窒化物層は、(220)面にX線回折に
よる最大ピークが現れるチタンの炭窒化物層であり、前
記酸化アルミニウム外層は、κ型結晶を主体とし、かつ
ASTMにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オン
グストロームの面として定義される面に最大ピークが現
れる酸化アルミニウム層である複合硬質層表面被覆切削
工具。
Description
サーメット基体の表面に、(220)面にX線回折によ
る最大ピークが現れるチタンの炭窒化物層からなる単層
またはこの(220)面にX線回折による最大ピークが
現れるチタンの炭窒化物層の他にチタンの炭化物、窒化
物、炭酸化物、炭窒酸化物およびその他の炭窒化物のう
ちの1種または2種以上を含む内層と、κ型結晶を主体
としかつASTMにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.
79オングストロームの面として定義される面に最大ピ
ークが現れる酸化アルミニウム層からなる外層とからな
る複合硬質層を化学蒸着法により形成してなる複合硬質
層表面被覆切削工具に関するものである。
体の表面に、化学蒸着法によりチタンの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のうちの1種
または2種以上を含む層(以下、チタン化合物層と総称
する)を内層とし、酸化アルミニウム層を外層とした複
合硬質層を被覆してなる複合硬質層表面被覆切削工具
は、鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられてい
ることは良く知られている。
で、耐すくい面摩耗性に優れているが、基体に対する密
着性および靭性に劣るために、超硬合金基体またはサー
メット基体の表面に先ずチタンの炭窒化物層を含むチタ
ン化合物層を被覆し、このチタン化合物層の上に酸化ア
ルミニウム層を被覆し、チタン化合物層および酸化アル
ミニウム層からなる複合硬質層を形成して耐摩耗性およ
び靭性を付与し、かつ密着性を向上させている。前記チ
タン化合物層に含まれるチタンの炭窒化物層のX線回折
による最大ピークは、通常、(200)面に現れる。
ニウム層を化学蒸着法により形成する方法として、通常
の反応ガスに0.01〜1.0Vol%の硫化水素ガス
を含む反応ガスを用いることにより酸化アルミニウム層
の成長速度を向上させる方法が知られている。この方法
を用いると、チタン化合物からなる内層と基体が高温に
晒される時間が短くなるため、前記チタン化合物からな
る内層と基体の組織変化が起こりにくくなり、したがっ
て、従来の被覆切削工具よりも優れた性能を有する表面
被覆切削工具が得られると言われている(例えば、特公
昭62−3234号公報参照)。
ガスを含む反応ガスを用いることにより得られる酸化ア
ルミニウム層は、主としてα型酸化アルミニウム層であ
るが、反応ガス中の炭酸ガス量を変化させることにより
κ型結晶を有する酸化アルミニウム層が得られることも
知られている。
程の省力化および短縮化に対する要求は強く、これに伴
ない、より一段と苛酷な条件下での高送りおよび高切込
みなどの高速連続切削や断続切削が強いられる傾向にあ
り、かかる高速切削では切削中に刃先温度が1000℃
を越え、非常に高温の切り屑が工具のすくい面を通過
し、急速にクレータ摩耗が進行するが、従来のチタン化
合物層からなる内層と、酸化アルミニウム層からなる外
層とで構成された複合硬質層を被覆してなる複合硬質層
表面被覆切削工具は、(a) チタン化合物層からなる
内層は、基体に対する密着性が十分でなく剥離しやすく
かつ靭性なども不足するところから外層の酸化アルミニ
ウム層の下地層としては十分に満足のいくものではな
い、(b) 外層の酸化アルミニウム層自体の耐摩耗性
および耐欠損性が不十分である、などの理由のために十
分な使用寿命を示さないのが現状であった。
かる観点から、従来よりもさらに一層使用寿命の長い酸
化アルミニウム層を含む複合硬質層表面被覆切削工具を
開発すべく研究を行っていたところ、基体表面に、少な
くとも1層のチタンの炭窒化物層を含むチタン化合物層
からなる内層と、酸化アルミニウム層からなる外層とで
構成された複合硬質層を被覆してなる複合硬質層表面被
覆切削工具において、前記チタン化合物内層にX線回折
による最大ピークが(220)面に現れるチタンの炭窒
化物層が少なくとも1層含まれるようにし、前記酸化ア
ルミニウム外層をκ型結晶を主体としかつASTMにお
いてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オングストローム
の面として定義される面に最大ピークが現れる酸化アル
ミニウム層とすると、従来よりも一層使用寿命が向上す
るという研究結果が得られたのである。
なされたものであって、基体表面に、少なくとも1層の
チタンの炭窒化物層を含むチタン化合物内層と、酸化ア
ルミニウム外層とで構成された複合硬質層を被覆してな
る切削工具において、前記チタン化合物内層に少なくと
も1層含まれるチタンの炭窒化物層は、(220)面に
X線回折による最大ピークが現れるチタンの炭窒化物層
であり、前記酸化アルミニウム外層は、κ型結晶を主体
とし、かつASTMにおいてκ−Al2 O3 の面間隔
2.79オングストロームの面として定義される面に最
大ピークが現れる酸化アルミニウム層である複合硬質層
表面被覆切削工具、に特徴を有するものである。この発
明でチタンの炭窒化物層の(220)面は、ASTM6
−0614で定義されるTiCの(220)面の面間距
離1.535オングストロームおよびASTM6−06
42で定義されるTiNの(220)面の面間距離1.
496オングストロームの間の面間距離を有するもので
ある。また、酸化アルミニウム外層はASTM4−08
78でκ−Al2 O3 の面間距離2.79オングストロ
ームの面として定義される面に最大ピークが現れる酸化
アルミニウム層である。
(220)面に現れるチタンの炭窒化物層は、化学蒸着
装置内の温度を比較的低温の700〜1000℃に保持
し、化学蒸着反応開始時はTiCl4 ガス:0.5〜1
0Vol%、N2 :1〜50Vol%、CH4 :0.0
1〜0.5Vol%、残りがH2 からなる混合ガスを流
しながら、さらに化学蒸着反応開始時はCH3 CNガス
を流さずまたは流しても微量流し、化学蒸着反応終了時
はCH3 CNガスを0.1〜5.0Vol%の範囲内の
所定のCH3 CNガス流量になるようにCH3 CNガス
流量を化学蒸着反応中に増加しながら供給することによ
り形成される。
0)面に配向することで、その層が基体または下の層と
密着する力が強くなり、界面からの剥離が起きにくくな
って、剥離に起因する異常損傷の発生や寿命低下を押さ
えることができるものと考えられる。
にくい(220)面に配向したTiCN層の上に、κ型
結晶を主体としかつASTMにおいてκ−Al2 O3 の
面間隔2.79オングストロームの面として定義される
面に最大ピークが現れる酸化アルミニウム層を被覆する
と、この酸化アルミニウム層が異常損傷を起しにくく安
定した耐摩耗性を示す。その理由として、前記面間距離
2.79オングストロームに配向性を示すκ−Al2 O
3 では被覆層表面が平滑であるために、切り屑と工具間
の摩擦による異常損傷が生じにくくなり、したがって、
この発明の複合硬質層表面被覆切削工具は高速切削など
の過酷な使用条件下においても寿命が一層向上するもの
と考えられる。
Mにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オングスト
ロームの面として定義される面に最大ピークが現れる酸
化アルミニウム層を形成する方法は、以下の通りであ
る。酸化アルミニウムの被覆反応において、第一段階と
して、CO2 ガスを含有しないAlCl3 とH2 および
必要に応じてHClを含有した混合ガス中で所定時間の
保持を行い、引き続いて第二段階として、CO2 ガスを
含有するAlCl3とH2 および必要に応じてHClを
含有した混合ガスに切り替えて反応させる。なお、前記
被覆反応に用いる混合ガスにさらに必要に応じてH2 S
ガスを含有させても良い。この酸化アルミニウムの被覆
方法の各段階の条件をさらに具体的に詳述すると以下の
如くなる。 第一段階、 温度:800〜1050℃、時間:1〜120分、 反応ガス組成:AlCl3 0.5〜20Vol%、HC
l0〜20Vol%、残りH2 、 第二段階、 温度:800〜1050℃、 反応ガス組成:AlCl3 0.5〜20Vol%、HC
l0〜20Vol%、CO2 0.5〜30Vol%、残
りH2 。 また、必要に応じて第二段階の始めからあるいは途中か
らH2 S:0.01〜5Vol%を添加しても良い。ま
た、混合ガス組成は、第一段階から第二段階へ連続的に
変化させても良い。
は、WC基超硬合金製切削工具などを基体とし、この基
体表面に、前述の化学蒸着法によりX線回折による最大
ピークが(220)面に現れるチタンの炭窒化物層を少
なくとも1層含むチタン化合物層を形成し、そのチタン
化合物層の上に、さらに前記κ型結晶を主体としかつA
STMにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オング
ストロームの面として定義される面に最大ピークが現れ
る酸化アルミニウム層を形成することにより作製され
る。
る成分組成を有しかつISO規格のSNMA432に定
めた形状の切削工具を用意した。この切削工具を通常の
化学蒸着装置に装入し、 温度:920℃、圧力:200torr、 反応ガス組成:2%TiCl4 −60%N2 −残り%H
2 、 の条件で1時間化学蒸着して厚さ:1μmのTiN層を
形成し、さらに、 温度:920℃、圧力:70torr、 反応ガス組成(化学蒸着開始時):2%TiCl4 −4
0%N2 −0.03%CH4 −0.2%CH3 CN−残
り%H2 、 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2%TiCl4 −4
0%N2 −0.03%CH4 −1%CH3 CN−残り%
H2 、 となるようにCH3 CNガス量を増加させながら5時間
反応ガスを流し、厚さ:5μmのTiCN層を形成し
た。このTiCN層をX線回折測定したところ、最大ピ
ークが(220)面に現れた。
%HCl−残りH2 (CO2 ガス含まず) 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2%AlCl3 −2
%HCl−10%CO2 −残りH2 となるようにCO2 ガス量を増加させながら5時間反応
ガスを流し、厚さ:5μmのAl2 O3 層を形成し、本
発明被覆切削工具1を作製した。このAl2 O3層をX
線回折測定したところ、κ型結晶を主体としかつAST
Mにおけるκ−Al2 O3 の面間隔2.79オングスト
ロームの面として定義される面に最大ピークが現れてい
た。
入し、実施例1と同様にして厚さ:1μmのTiN層を
形成し、さらに、 温度:860℃、圧力:50torr、 反応ガス組成:2%TiCl4 −30%N2 −1%CH
3 CN−残り%H2 、 の条件で5時間化学蒸着し、厚さ:5μmのTiCN層
を形成した。このTiCN層をX線回折測定したとこ
ろ、最大ピークが(200)面に現れた。
CO2 −残りH2 の条件で6時間化学蒸着し、厚さ:5μmのAl2 O3
層を形成し、従来被覆切削工具1を作製した。このAl
2 O3 層をX線回折したところ、α型結晶を主体としか
つ(113)面に最大ピークが現れていた。
被覆切削工具1について、 被削材 :FC25 切削速度:250m/min 送 り:0.4mm/rev 切込み :2mm 切削油 :水溶性 の条件で連続切削試験を行なったところ、クレータ摩耗
は本発明被覆切削工具1では36分まで発生しなかった
のに対し、従来被覆切削工具1では14分で発生してお
り、本発明被覆切削工具1の工具寿命は従来被覆切削工
具1の工具寿命に比べて大幅に長いことが分かる。
%TaC−5.5%Coからなる成分組成を有しかつI
SO規格のCNMG432に定めた形状の切削工具を用
意した。前記切削工具を通常の化学蒸着装置に装入し、 温度:1000℃、圧力:50torr、 反応ガス組成:2.5%TiCl4 −7.5%CH4 −
残りH2 、 の条件で1時間化学蒸着し、厚さ:1μmのTiC層を
形成した。
−40%N2 −0.05%CH4 −0.25%CH3 C
N−残り%H2 、 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2.5%TiCl4
−40%N2 −0.05%CH4 −2%CH3 CN−残
り%H2 、 となるようにCH3 CNガス量を増加させながら5時間
反応ガスを流し、厚さ:5μmのTiCN層を形成し
た。このTiCN層をX線回折測定したところ、最大ピ
ークが(220)面に現れた。
CH4 −2%CO−残り%H2 、 の条件で0.5時間化学蒸着し、厚さ:0.5μmのT
iCNO層を形成した。
%HCl−1%CO−0.2%H2 S−残り%H2 (C
O2 含まず)、 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2%AlCl3 −2
%HCl−7.5%CO2 −1%CO−0.2%H2 S
−残り%H2 、 となるようにCO2 ガス量を増加させながら7時間反応
ガスを流し、厚さ:7μmのAl2 O3 層を形成し、本
発明被覆切削工具2を作製した。このAl2 O3層をX
線回折測定したところ、κ型結晶を主体としかつAST
Mにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オングスト
ロームの面として定義される面に最大ピークが現れてい
た。
じ条件で厚さ:1μmのTiC層した後、 温度:860℃、圧力:50torr、 反応ガス組成:2.5%TiCl4 −35%N2 −1.
2%CH3 CN−残り%H2 、 の条件で5時間化学蒸着し、X線回折の最大ピークが
(200)面を有する厚さ:5μmのTiCN層を形成
し、さらに、実施例2と同じ条件で0.5時間化学蒸着
し、厚さ:0.5μmのTiCNO層を形成し、さら
に、 温度:1020℃、圧力:60torr 反応ガス組成:2%AlCl3 −2%HCl−6%CO
2 −残り%H2 、 の条件で8.5時間化学蒸着し、α−Al2 O3 結晶を
主体としたX線回折の最大ピークが(113)面を有す
る厚さ:7μmのAl2 O3 層を形成し、従来被覆切削
削工具2を作製した。
被覆切削工具2について、 被削材 :合金鋼SCM440(硬さ:HB 220) 切削速度:350m/min 送 り:0.3mm/rev 切込み :2mm 切削油 :なし の条件で連続切削試験を行なったところ、クレータ摩耗
は本発明被覆切削工具2では6分まで発生しなかったの
に対し、従来被覆切削工具2では1分で発生しており、
本発明被覆切削工具2の工具寿命は従来被覆切削工具2
の工具寿命に比べて大幅に長いことが分かる。
%TiN−4%TaC−6%Coからなる成分組成を有
しかつISO規格のCNMG432に定めた形状の切削
工具を用意した。前記切削工具を通常の化学蒸着装置に
装入し、 温度:880℃、圧力:500torr、 反応ガス組成:4%TiCl4 −70%N2 −残り%H
2 、 の条件で2時間反応ガスを流しながら厚さ:1μmのT
iN層を形成し、さらに、 温度:880℃、圧力:70torr、 反応ガス組成(化学蒸着開始時):2.5%TiCl4
−35%N2 −0.02%CH4 −残り%H2 (CH3
CN含まず)、 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2.5%TiCl4
−35%N2 −0.02%CH4 −1.5%CH3 CN
−残り%H2 、 となるようにCH3 CNガス量を増加させながら6時間
反応ガスを流し、厚さ:5μmのTiCN層を形成し
た。このTiCN層をX線回折測定したところ、最大ピ
ークが(220)面に現れた。
H2 、 の条件で1時間化学蒸着し、厚さ:2μmのTiC層を
形成した後、さらに、 温度:980℃、圧力:50torr、 反応ガス組成(化学蒸着開始時):2.5%AlCl3
−0.15%H2 S−残り%H2 (CO2 含まず)、 反応ガス組成(化学蒸着終了時):2.5%AlCl3
−10%CO2 −0.15H2 S−残り%H2 、 となるようにCO2 ガス量を増加させながら3時間反応
ガスを流し、厚さ:3μmのAl2 O3 層を形成し、本
発明被覆切削工具3を作製した。このAl2 O3層をX
線回折測定したところ、κ型結晶を主体としかつAST
Mにおいてκ−Al2 O3 の面間隔2.79オングスト
ロームの面として定義される面に最大ピークが現れてい
た。
通常の化学蒸着装置に装入し、実施例3と同じ条件で厚
さ:1μmのTiN層を形成し、さらに、 温度:870℃、圧力:60torr、 反応ガス組成:2%TiCl4 −35%N2 −1.5%
CH3 CN−残り%H2 、 の条件で6時間反応ガスを流し、X線回折の最大ピーク
が(220)面を有し厚さ:5μmのTiCN層を形成
した。
mのTiC層を形成した後、 温度:1030℃、圧力:50torr、 反応ガス組成:4%AlCl3 −7%CO2 −4%HC
l−0.1%H2 S−残り%H2 、 の条件で3時間化学蒸着し、α−Al2 O3 結晶を主体
としたX線回折の最大ピークが(104)面である厚
さ:3μmのAl2 O3 層を形成し、従来被覆切削削工
具2を作製した。
被覆切削工具3について、 被削材 :SNCM439(硬さ:HB 260) 切削速度:250m/min 送 り:0.3mm/rev 切込み :2mm 切削油 :なし 切削時間:15分 の条件で連続切削試験を行なったところ、クレータ摩耗
は本発明被覆切削工具3では14分まで発生しなかった
のに対し、従来被覆切削工具3では7分で発生してお
り、本発明被覆切削工具3の工具寿命は従来被覆切削工
具3の工具寿命に比べて大幅に長いことが分かる。
れた結果から明らかなように、(220)面にX線回折
による最大ピークが現れるチタンの炭窒化物層と、κ型
結晶を主体としかつASTMにおいてκ−Al2 O3 の
面間隔2.79オングストロームの面として定義される
面に最大ピークが現れる酸化アルミニウム外層を有する
本発明被覆切削工具1〜3は、それぞれ従来被覆切削工
具1〜3と比べると、耐クレータ摩耗性が優れており、
使用寿命が長いことが分かる。したがって、この発明の
複合硬質層表面被覆切削工具は、従来の複合硬質層表面
被覆切削工具よりも長期に亘って優れた切削性能を保持
することができ、この発明の複合硬質層表面被覆切削工
具を用いることにより切削工具交換回数などを減らすこ
とができ、産業の発展に大いに貢献しうるものである。
Claims (1)
- 【請求項1】 基体表面に、少なくとも1層のチタンの
炭窒化物層を含むチタン化合物内層と、酸化アルミニウ
ム外層とで構成された複合硬質層を被覆してなる切削工
具において、 前記チタン化合物内層を構成する少なくとも1層のチタ
ンの炭窒化物層は、(220)面にX線回折による最大
ピークが現れるチタンの炭窒化物層であり、 前記酸化アルミニウム外層は、κ型結晶を主体とし、か
つASTMにおいてκ−Al2 O3 の面間距離2.79
オングストロームの面として定義される面に最大ピーク
が現れる酸化アルミニウム層であることを特徴とする複
合硬質層表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
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JP12928895A JP3478358B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 複合硬質層表面被覆切削工具 |
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JPH08300203A true JPH08300203A (ja) | 1996-11-19 |
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JP12928895A Expired - Fee Related JP3478358B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 複合硬質層表面被覆切削工具 |
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JP3478358B2 (ja) | 2003-12-15 |
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