JP3179645B2 - 耐摩耗性被覆部材 - Google Patents
耐摩耗性被覆部材Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属，合金またはセラ
ミックス焼結体の基材上に、非化学量論組成のセラミッ
クスの被膜を被覆して、耐摩耗性，高硬度性，耐剥離
性，高靭性，耐食性，装飾性のある構造用部材として適
する被覆体に関し、具体的には、例えば旋削工具，フラ
イス工具，エンドミル，ドリルに代表される切削工具、
スリッター，製缶工具，金型に代表される耐摩耗工具ま
たは釣具，時計用部材，メガネの枠，タイピン，ブロー
チに代表される装飾部品に適する耐摩耗性被覆部材に関
する。
ミックス焼結体の基材上に、非化学量論組成のセラミッ
クスの被膜を被覆して、耐摩耗性，高硬度性，耐剥離
性，高靭性，耐食性，装飾性のある構造用部材として適
する被覆体に関し、具体的には、例えば旋削工具，フラ
イス工具，エンドミル，ドリルに代表される切削工具、
スリッター，製缶工具，金型に代表される耐摩耗工具ま
たは釣具，時計用部材，メガネの枠，タイピン，ブロー
チに代表される装飾部品に適する耐摩耗性被覆部材に関
する。
【０００２】
【従来の技術】金属，合金またはセラミックス焼結体の
基材上に、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の１種の単層
または２種以上の多層でなる被膜を被覆した被覆部材が
多数提案され、その中の１部が実用されている。
基材上に、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の１種の単層
または２種以上の多層でなる被膜を被覆した被覆部材が
多数提案され、その中の１部が実用されている。
【０００３】これらの被覆部材は、被膜の優れた耐摩耗
性と基材の優れた靭性とを有効に利用しようとしたもの
であるが、基材の材質によっては基材と被膜との付着性
に劣ること、多層にすると被膜間の付着性が劣ること、
または被膜自体の特性が劣るという問題がある。
性と基材の優れた靭性とを有効に利用しようとしたもの
であるが、基材の材質によっては基材と被膜との付着性
に劣ること、多層にすると被膜間の付着性が劣ること、
または被膜自体の特性が劣るという問題がある。
【０００４】これらの問題点を解決しようとしたものの
１つに、基材上に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）または物理
蒸着法（ＰＶＤ法）により、酸素を含有した被膜を被覆
した被覆部材があり、その代表的なものに、特開昭５１
−１４４３１４号公報，特開昭５１−１４４３８８号公
報，特開昭５３−８９８０４号公報，特開昭５３−８９
８０５号公報，特開昭５７−９８６７０号公報および特
開昭５７−９８６７３号公報がある。
１つに、基材上に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）または物理
蒸着法（ＰＶＤ法）により、酸素を含有した被膜を被覆
した被覆部材があり、その代表的なものに、特開昭５１
−１４４３１４号公報，特開昭５１−１４４３８８号公
報，特開昭５３−８９８０４号公報，特開昭５３−８９
８０５号公報，特開昭５７−９８６７０号公報および特
開昭５７−９８６７３号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】金属，合金またはセラ
ミックス焼結体の基材上に、酸素を含有した被膜を被覆
した被覆部材の内、特開昭５１−１４４３１４号公報お
よび特開昭５１−１４４３８８号公報には、超硬合金の
表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの炭酸化物，窒酸化物または炭
窒酸化物の被膜を被覆した被覆超硬合金部品について記
載されている。これら両公報に記載の被覆超硬合金部品
は、被膜中に酸素を含有させることにより耐摩耗性を高
めようとしたものではあるが、被膜中の金属元素に対す
る非金属元素の原子比が１．０以下、特に化学量論組成
に近似した被膜からなり、被膜中の酸素元素含有量の調
整が困難であること、および耐摩耗性を高めるという効
果が弱いという問題がある。
ミックス焼結体の基材上に、酸素を含有した被膜を被覆
した被覆部材の内、特開昭５１−１４４３１４号公報お
よび特開昭５１−１４４３８８号公報には、超硬合金の
表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの炭酸化物，窒酸化物または炭
窒酸化物の被膜を被覆した被覆超硬合金部品について記
載されている。これら両公報に記載の被覆超硬合金部品
は、被膜中に酸素を含有させることにより耐摩耗性を高
めようとしたものではあるが、被膜中の金属元素に対す
る非金属元素の原子比が１．０以下、特に化学量論組成
に近似した被膜からなり、被膜中の酸素元素含有量の調
整が困難であること、および耐摩耗性を高めるという効
果が弱いという問題がある。
【０００６】特開昭５３−８９８０４号公報および特開
昭５３−８９８０５号公報には、超硬合金の表面にＴｉ
Ｃ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮの単層または複層を被覆し、その
上にＣＶＤ法で生成したＴｉの炭窒酸化物を被覆した被
覆超硬合金製品について記載されている。これら両公報
に記載の被覆超硬合金製品は、その表面上に被覆された
Ｔｉの炭窒酸化物の被膜が化学量論組成からなるため
に、耐摩耗性が劣り、しかも被膜の組成成分の調整が困
難となり、そのバラツキも大きく製造管理上からも問題
がある。
昭５３−８９８０５号公報には、超硬合金の表面にＴｉ
Ｃ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮの単層または複層を被覆し、その
上にＣＶＤ法で生成したＴｉの炭窒酸化物を被覆した被
覆超硬合金製品について記載されている。これら両公報
に記載の被覆超硬合金製品は、その表面上に被覆された
Ｔｉの炭窒酸化物の被膜が化学量論組成からなるため
に、耐摩耗性が劣り、しかも被膜の組成成分の調整が困
難となり、そのバラツキも大きく製造管理上からも問題
がある。
【０００７】特開昭５７−９８６７０号公報には、超硬
合金の表面にＴｉの炭窒酸化物の内層とＡｌ2Ｏ3の外層
を被覆した被覆超硬合金であって、該内層は炭素，窒素
および酸素の非金属元素中の酸素が原子比で０．９を超
えて含有し、金属元素であるＴｉに対する非金属元素の
合計が原子比で１を超える非化学量論組成からなる被覆
超硬合金切削工具について記載されている。同公報に記
載の被覆超硬合金工具は、非化学量論組成でなるＴｉの
炭窒酸化物の内層が被覆されており、この内層とＡｌ2
Ｏ3の外層との接着性を高めているものではあるが、外
層が摩滅すると、内層中の酸素含有量が多いために急激
に摩耗が進行し、短寿命になるという問題がある。
合金の表面にＴｉの炭窒酸化物の内層とＡｌ2Ｏ3の外層
を被覆した被覆超硬合金であって、該内層は炭素，窒素
および酸素の非金属元素中の酸素が原子比で０．９を超
えて含有し、金属元素であるＴｉに対する非金属元素の
合計が原子比で１を超える非化学量論組成からなる被覆
超硬合金切削工具について記載されている。同公報に記
載の被覆超硬合金工具は、非化学量論組成でなるＴｉの
炭窒酸化物の内層が被覆されており、この内層とＡｌ2
Ｏ3の外層との接着性を高めているものではあるが、外
層が摩滅すると、内層中の酸素含有量が多いために急激
に摩耗が進行し、短寿命になるという問題がある。
【０００８】特開昭５７−９８６７３号公報には、超硬
合金の表面にＣＶＤ法で生成したＴｉの炭窒酸化物を被
覆した被覆超硬合金製品について記載されている。同公
報に記載の被覆超硬合金製品は、その表面上に被覆され
たＴｉの炭窒酸化物の被覆が化学量論組成からなるため
に、前述の特開昭５３−８９８０４号公報，および特開
昭５３−８９８０５号公報と同様に、耐摩耗性に劣り、
しかも被膜の組成成分の調整が困難となり、そのバラツ
キも大きく、製造管理上からも問題がある。
合金の表面にＣＶＤ法で生成したＴｉの炭窒酸化物を被
覆した被覆超硬合金製品について記載されている。同公
報に記載の被覆超硬合金製品は、その表面上に被覆され
たＴｉの炭窒酸化物の被覆が化学量論組成からなるため
に、前述の特開昭５３−８９８０４号公報，および特開
昭５３−８９８０５号公報と同様に、耐摩耗性に劣り、
しかも被膜の組成成分の調整が困難となり、そのバラツ
キも大きく、製造管理上からも問題がある。
【０００９】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、基材の表面上に最適な特性を有す
る非化学量論組成の被膜を被覆し、硬度，耐摩耗性，耐
剥離性，耐熱性および耐欠損性を高めた耐摩耗性被覆部
材の提供を目的とする。
もので、具体的には、基材の表面上に最適な特性を有す
る非化学量論組成の被膜を被覆し、硬度，耐摩耗性，耐
剥離性，耐熱性および耐欠損性を高めた耐摩耗性被覆部
材の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、超硬合金ま
たはサーメットの表面上にＴｉの化合物を被覆した被覆
部材の寿命を向上させるための検討を行っていたとこ
ろ、Ｔｉの化合物でなる被膜の組成成分を調整するこ
と、具体的には最適な酸素含有量と最適な非化学量論組
成からなる被膜にすること、さらにその被膜の構成を調
整すること、被膜の表面部における被膜中の酸素含有量
を多くすること、被膜内部になるほど酸素含有量を少な
くなるように漸減させて最適に調整させることにより、
耐剥離性に優れた高硬度な被膜を得ることができ、寿命
を顕著に向上することができるという知見を得て、本発
明を完成するに至ったものである。
たはサーメットの表面上にＴｉの化合物を被覆した被覆
部材の寿命を向上させるための検討を行っていたとこ
ろ、Ｔｉの化合物でなる被膜の組成成分を調整するこ
と、具体的には最適な酸素含有量と最適な非化学量論組
成からなる被膜にすること、さらにその被膜の構成を調
整すること、被膜の表面部における被膜中の酸素含有量
を多くすること、被膜内部になるほど酸素含有量を少な
くなるように漸減させて最適に調整させることにより、
耐剥離性に優れた高硬度な被膜を得ることができ、寿命
を顕著に向上することができるという知見を得て、本発
明を完成するに至ったものである。
【００１１】すなわち、本発明の耐摩耗性被覆部材は、
金属，合金またはセラミックス焼結体の基材上に、（Ｔ
ｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）R（但し、Ｔｉはチタン、
ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの中
の少なくとも１種の元素を示し、Ｃは炭素、Ｎは窒素、
Ｏは酸素を示し、ａおよびｂは金属元素であるＴｉとＭ
とのそれぞれの原子比を表わし、Ｘ，ＹおよびＺは非金
属元素であるＣとＮとＯのそれぞれの原子比を表わし、
ＲはＴｉとＭとを合計した金属元素に対するＣとＮとＯ
とを合計した非金属元素の原子比を表わし、それぞれ
は、ａ＋ｂ＝１、１≧ａ＞０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、１＞Ｘ
≧０、１＞Ｙ≧０、０．８≧Ｚ＞０、１．８≧Ｒ≧１．
０１の関係にある。）の式で表わされる非化学量論組成
の酸素含有被膜が被覆されており、該基材と該酸素含有
被膜との間に、Ｔｉの炭化物，窒化物，炭窒化物，また
はＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの元素
の中の少なくとも１種とＴｉとの複合炭化物，複合窒化
物，複合炭窒化物から選ばれた１種の単層または２種以
上の多層でなる内層が被覆されていることを特徴とす
る。
金属，合金またはセラミックス焼結体の基材上に、（Ｔ
ｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）R（但し、Ｔｉはチタン、
ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの中
の少なくとも１種の元素を示し、Ｃは炭素、Ｎは窒素、
Ｏは酸素を示し、ａおよびｂは金属元素であるＴｉとＭ
とのそれぞれの原子比を表わし、Ｘ，ＹおよびＺは非金
属元素であるＣとＮとＯのそれぞれの原子比を表わし、
ＲはＴｉとＭとを合計した金属元素に対するＣとＮとＯ
とを合計した非金属元素の原子比を表わし、それぞれ
は、ａ＋ｂ＝１、１≧ａ＞０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、１＞Ｘ
≧０、１＞Ｙ≧０、０．８≧Ｚ＞０、１．８≧Ｒ≧１．
０１の関係にある。）の式で表わされる非化学量論組成
の酸素含有被膜が被覆されており、該基材と該酸素含有
被膜との間に、Ｔｉの炭化物，窒化物，炭窒化物，また
はＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの元素
の中の少なくとも１種とＴｉとの複合炭化物，複合窒化
物，複合炭窒化物から選ばれた１種の単層または２種以
上の多層でなる内層が被覆されていることを特徴とす
る。
【００１２】本発明の被覆部材における基材は、具体的
には、例えば周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の金属，Ｃ
ｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの金属、ステンレス鋼，高
速度鋼，耐熱合金，Ｔｉ合金，Ａｌ合金，Ｃｕ合金また
はサーメット，超硬合金に代表される焼結合金、Ａｌ2
Ｏ3基セラミックス焼結体，Ｓｉ3Ｎ4基セラミックス焼
結体，サイアロン基セラミックス焼結体，ＺｒＯ2基セ
ラミックス焼結体，ＳｉＣ基セラミックス焼結体，Ａｌ
Ｎ基セラミックス焼結体を挙げることができる。
には、例えば周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の金属，Ｃ
ｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの金属、ステンレス鋼，高
速度鋼，耐熱合金，Ｔｉ合金，Ａｌ合金，Ｃｕ合金また
はサーメット，超硬合金に代表される焼結合金、Ａｌ2
Ｏ3基セラミックス焼結体，Ｓｉ3Ｎ4基セラミックス焼
結体，サイアロン基セラミックス焼結体，ＺｒＯ2基セ
ラミックス焼結体，ＳｉＣ基セラミックス焼結体，Ａｌ
Ｎ基セラミックス焼結体を挙げることができる。
【００１３】これらの基材の表面上に被覆される（Ｔｉ
a，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）Rの式で表わされる酸素含有
被膜は、具体的には、例えばＴｉ（Ｃ，Ｏ）R，Ｔｉ
（Ｎ，Ｏ）R，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ）
（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚ
ｒ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｏ）R，
（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）
（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，
Ｔａ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｔａ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔ
ｉ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）
（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，
Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ，
Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，の中の１種以上でな
る場合を挙げることができる。
a，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）Rの式で表わされる酸素含有
被膜は、具体的には、例えばＴｉ（Ｃ，Ｏ）R，Ｔｉ
（Ｎ，Ｏ）R，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ）
（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚ
ｒ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｏ）R，
（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）
（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，
Ｔａ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｔａ）（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔ
ｉ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）
（Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，
Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ，
Ｏ）R，（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，（Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）R，の中の１種以上でな
る場合を挙げることができる。
【００１４】この（Ｔｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）Rの
式で表わされる酸素含有被膜におけるＲが１．０１未満
になるか、またはＲが１．８を超えて多くなると、硬さ
および耐摩耗性の低下が顕著になることから、Ｒは１．
０１〜１．８０と定めたものである。
式で表わされる酸素含有被膜におけるＲが１．０１未満
になるか、またはＲが１．８を超えて多くなると、硬さ
および耐摩耗性の低下が顕著になることから、Ｒは１．
０１〜１．８０と定めたものである。
【００１５】（Ｔｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）Rの式で
表わされる酸素含有被膜におけるＺが零になると、耐摩
耗性，耐酸化性および耐溶着性の低下が著しくなり、逆
にＺが０．８を超えて多くなると硬さおよび耐摩耗性の
低下が顕著になることから、０．８≧Ｚ＞０と定めたも
のであり、特に高硬度性および優れた耐摩耗性を保持さ
せるために、０．５≧Ｚ＞０が好ましいことである。ま
た、この酸素含有被膜におけるＹが１になると、相対的
にＸおよびＺが零となり、さらにＸが１になると、相対
的にＹおよびＺが零となり、その結果耐摩耗性および耐
溶着性の低下が著しくなるために、１＞Ｘ≧０、１＞Ｙ
≧０と定めたものであり、０．８≧Ｚ＞０であることか
らしてＸ＋Ｙ≠０からなるものである。
表わされる酸素含有被膜におけるＺが零になると、耐摩
耗性，耐酸化性および耐溶着性の低下が著しくなり、逆
にＺが０．８を超えて多くなると硬さおよび耐摩耗性の
低下が顕著になることから、０．８≧Ｚ＞０と定めたも
のであり、特に高硬度性および優れた耐摩耗性を保持さ
せるために、０．５≧Ｚ＞０が好ましいことである。ま
た、この酸素含有被膜におけるＹが１になると、相対的
にＸおよびＺが零となり、さらにＸが１になると、相対
的にＹおよびＺが零となり、その結果耐摩耗性および耐
溶着性の低下が著しくなるために、１＞Ｘ≧０、１＞Ｙ
≧０と定めたものであり、０．８≧Ｚ＞０であることか
らしてＸ＋Ｙ≠０からなるものである。
【００１６】（Ｔｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）Rの式で
表わされる酸素含有被膜におけるａが零になると、相対
的にｂが１となり、耐すきとり摩耗性の低下が著しくな
ることから、１≧ａ＞０と定めたものであり、特に耐す
きとり摩耗性を高めるために１≧ａ＞０．５からなるこ
とが好ましい。
表わされる酸素含有被膜におけるａが零になると、相対
的にｂが１となり、耐すきとり摩耗性の低下が著しくな
ることから、１≧ａ＞０と定めたものであり、特に耐す
きとり摩耗性を高めるために１≧ａ＞０．５からなるこ
とが好ましい。
【００１７】この酸素含有被膜の膜厚さは、基材の表面
上に被覆する被膜の構成および用途や形状等により異な
り、例えば被膜の構成がこの酸素含有被膜のみからな
り、かつ被膜へ及ぼす衝撃が弱いような用途の場合に
は、酸素含有被膜の膜厚さを厚くする方向が好ましく、
逆に被膜の構成がこの酸素含有被膜と他の膜質でなる被
膜との組合わせからなり、かつ被膜へ及ぼす衝撃が強い
ような用途の場合には、酸素含有被膜の膜厚さを薄くす
る方向で使い分けることが好ましく、具体的には、０．
５〜１５μｍ厚さの酸素含有被膜からなり、特に１〜１
０μｍ厚さの酸素含有被膜が好ましい。
上に被覆する被膜の構成および用途や形状等により異な
り、例えば被膜の構成がこの酸素含有被膜のみからな
り、かつ被膜へ及ぼす衝撃が弱いような用途の場合に
は、酸素含有被膜の膜厚さを厚くする方向が好ましく、
逆に被膜の構成がこの酸素含有被膜と他の膜質でなる被
膜との組合わせからなり、かつ被膜へ及ぼす衝撃が強い
ような用途の場合には、酸素含有被膜の膜厚さを薄くす
る方向で使い分けることが好ましく、具体的には、０．
５〜１５μｍ厚さの酸素含有被膜からなり、特に１〜１
０μｍ厚さの酸素含有被膜が好ましい。
【００１８】この酸素含有被膜は、その表面から内部の
全体に亘って略均一な被膜構成成分にすることも好まし
いが、特に２μｍ以上の膜厚さからなる場合には、その
表面部から内部に向って、酸素元素が減少している被膜
組成成分にすることが耐剥離性および耐摩耗性から好ま
しい。
全体に亘って略均一な被膜構成成分にすることも好まし
いが、特に２μｍ以上の膜厚さからなる場合には、その
表面部から内部に向って、酸素元素が減少している被膜
組成成分にすることが耐剥離性および耐摩耗性から好ま
しい。
【００１９】本発明の被覆部材は、基材の表面に直接、
上述の酸素含有被膜を被覆する被膜構成とすることも好
ましく、また基材と酸素含有被膜との間に金属，合金ま
たは他のセラミックスの被膜を介在させること、具体的
には、基材と酸素含有被膜との間にＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物，またはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの元素の中の少なくとも１種とＴｉとの複
合炭化物，複合窒化物，複合炭窒化物から選ばれた１種
の単層または２種以上の多層でなる内層を介在させるこ
とも基材と被膜との付着性から好ましい。この内層は、
具体的には、ＴｉＣ，ＴｉＮ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），（Ｔ
ｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃ，Ｎ）
（但し、ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗの中の少なくとも１種を示す）の中の１種以上か
らなり、その膜厚さが０．１〜３μｍ、その組成成分が
化学量論組成、または金属元素に対する非金属元素の少
ない場合もしくは多い場合からなる非化学量論組成であ
ってもよい。
上述の酸素含有被膜を被覆する被膜構成とすることも好
ましく、また基材と酸素含有被膜との間に金属，合金ま
たは他のセラミックスの被膜を介在させること、具体的
には、基材と酸素含有被膜との間にＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物，またはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの元素の中の少なくとも１種とＴｉとの複
合炭化物，複合窒化物，複合炭窒化物から選ばれた１種
の単層または２種以上の多層でなる内層を介在させるこ
とも基材と被膜との付着性から好ましい。この内層は、
具体的には、ＴｉＣ，ＴｉＮ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），（Ｔ
ｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃ，Ｎ）
（但し、ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗの中の少なくとも１種を示す）の中の１種以上か
らなり、その膜厚さが０．１〜３μｍ、その組成成分が
化学量論組成、または金属元素に対する非金属元素の少
ない場合もしくは多い場合からなる非化学量論組成であ
ってもよい。
【００２０】また、本発明の被覆部材における別の被膜
構成としては、前述した酸素含有被膜をＴｉの炭化物，
窒化物，炭窒化物の中の１種の被膜で挟んだサンドイッ
チ構造とすること、またはこの３層のサンドイッチ構造
の被膜を２段以上繰り返して積層することも被膜の強度
向上から好ましい。
構成としては、前述した酸素含有被膜をＴｉの炭化物，
窒化物，炭窒化物の中の１種の被膜で挟んだサンドイッ
チ構造とすること、またはこの３層のサンドイッチ構造
の被膜を２段以上繰り返して積層することも被膜の強度
向上から好ましい。
【００２１】さらに、前述した酸素含有被膜の表面に酸
化アルミニウム，チタン・アルミニウムの窒化物，炭窒
化物，窒酸化物，炭窒酸化物の中の１種の単層または２
種以上の多層でなる外層を被覆すること、または上述の
サンドイッチ構造の被膜や積層構造の被膜の表面に上述
の外層を被覆することも耐熱性、特に切削工具における
耐クレータ摩耗性を高めるために好ましいことである。
化アルミニウム，チタン・アルミニウムの窒化物，炭窒
化物，窒酸化物，炭窒酸化物の中の１種の単層または２
種以上の多層でなる外層を被覆すること、または上述の
サンドイッチ構造の被膜や積層構造の被膜の表面に上述
の外層を被覆することも耐熱性、特に切削工具における
耐クレータ摩耗性を高めるために好ましいことである。
【００２２】以上、詳述してきた本発明の被覆部材にお
ける総被膜厚さは、用途や形状により種々選定すること
ができるが、耐剥離性から２０μｍ以下、好ましくは１
０μｍ以下であり、特に切削工具のような大きな衝撃が
加わる用途では５μｍ以下の総被膜厚さでなることが好
ましい。
ける総被膜厚さは、用途や形状により種々選定すること
ができるが、耐剥離性から２０μｍ以下、好ましくは１
０μｍ以下であり、特に切削工具のような大きな衝撃が
加わる用途では５μｍ以下の総被膜厚さでなることが好
ましい。
【００２３】本発明の被覆部材における被膜は、できる
だけ微細粒からなっていることが好ましく、特に酸素含
有被膜が粒径の微細化の目安となるＸ線回折線の半価
幅、具体的にはＣｕ−Ｋα線による（１１１）および／
または（２００）結晶面の半価幅が０．６以上からなる
ことが好ましい。
だけ微細粒からなっていることが好ましく、特に酸素含
有被膜が粒径の微細化の目安となるＸ線回折線の半価
幅、具体的にはＣｕ−Ｋα線による（１１１）および／
または（２００）結晶面の半価幅が０．６以上からなる
ことが好ましい。
【００２４】本発明の被覆部材は、従来から市販または
提案されている各種の基材を用いて、従来から行われて
いるＣＶＤ法やＰＶＤ法を応用することにより作製する
ことができる。具体的には、ＣＶＤ法やＰＶＤ法におけ
るガス圧の調整、特に酸素元素を供給するためのガス圧
の調整が重要である。また、イオンプレーティング法や
スパッタ法のＰＶＤ法により、本発明の被覆部材を作製
すると、被膜に大きな圧縮応力を残留させやすく、そう
すると、耐欠損性が顕著に優れることから好ましいこと
である。
提案されている各種の基材を用いて、従来から行われて
いるＣＶＤ法やＰＶＤ法を応用することにより作製する
ことができる。具体的には、ＣＶＤ法やＰＶＤ法におけ
るガス圧の調整、特に酸素元素を供給するためのガス圧
の調整が重要である。また、イオンプレーティング法や
スパッタ法のＰＶＤ法により、本発明の被覆部材を作製
すると、被膜に大きな圧縮応力を残留させやすく、そう
すると、耐欠損性が顕著に優れることから好ましいこと
である。
【００２５】
【作用】本発明の被覆部材は、基材上に被覆された酸素
含有被膜の含有酸素量および金属元素に対する非金属元
素の原子比が被膜の硬さを高める作用をし、その結果間
接的に耐摩耗性を高める作用となり、特にＰＶＤ法によ
り作製された酸素含有被膜の場合には、被膜に大きい圧
縮応力を残留させる作用が生じ、被膜の強度および耐摩
耗性を高める間接的作用にもなる。
含有被膜の含有酸素量および金属元素に対する非金属元
素の原子比が被膜の硬さを高める作用をし、その結果間
接的に耐摩耗性を高める作用となり、特にＰＶＤ法によ
り作製された酸素含有被膜の場合には、被膜に大きい圧
縮応力を残留させる作用が生じ、被膜の強度および耐摩
耗性を高める間接的作用にもなる。
【００２６】
【実施例１】イオンプレーティング装置の反応容器内
に、市販の超硬合金（ＪＩＳ規格、Ｐ３０相当材種、Ｓ
ＤＫＮ４２ＺＴＮ形状）の基材を設置した後、加熱工
程、Ａｒのエッチング工程および被覆工程を施して、本
発明品１〜６と比較品１〜４を得た。この内、本発明品
１，６は、基材を設置した電子加熱式反応容器内を１×
１０-5Ｔｏｒｒに真空排気した後、Ａｒガスを導入し、
２×１０-3Ｔｏｒｒの圧力とし、出力１０ｋｗで６０分
間電子加熱し、基材温度を４００℃に保持する加熱工程
と、圧力１×１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス中、直流電圧３
００Ｖを印加してグロー放電を発生させて、基材表面を
３０分間Ａｒイオンボンバード処理によるＡｒのエッチ
ング工程と、表１に示したそれぞれの被覆条件（窒素ガ
ス純度５Ｎ使用，基材の表面に第１層、第２層、第３層
と順次被覆）による被覆工程でもって作製した。
に、市販の超硬合金（ＪＩＳ規格、Ｐ３０相当材種、Ｓ
ＤＫＮ４２ＺＴＮ形状）の基材を設置した後、加熱工
程、Ａｒのエッチング工程および被覆工程を施して、本
発明品１〜６と比較品１〜４を得た。この内、本発明品
１，６は、基材を設置した電子加熱式反応容器内を１×
１０-5Ｔｏｒｒに真空排気した後、Ａｒガスを導入し、
２×１０-3Ｔｏｒｒの圧力とし、出力１０ｋｗで６０分
間電子加熱し、基材温度を４００℃に保持する加熱工程
と、圧力１×１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス中、直流電圧３
００Ｖを印加してグロー放電を発生させて、基材表面を
３０分間Ａｒイオンボンバード処理によるＡｒのエッチ
ング工程と、表１に示したそれぞれの被覆条件（窒素ガ
ス純度５Ｎ使用，基材の表面に第１層、第２層、第３層
と順次被覆）による被覆工程でもって作製した。
【００２７】本発明品２は、Ａｒエッチング工程中のボ
ンバード処理時間を２０分間とした以外は、本発明品
１，６と同様の加熱条件，Ａｒのエッチング条件で処理
した後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施して
作製した。本発明品３は、加熱工程中の出力８．５ｋ
ｗ、加熱時間７０分、基材温度３８０℃、Ａｒのエッチ
ング工程中のボンバード処理時間を２５時間とした以外
は、本発明品１，６と同様の加熱条件、Ａｒのエッチン
グ条件で処理した後、表１に示した被覆条件による被覆
工程を施して作製した。本発明品４は、加熱工程中の出
力８．５ｋｗ、加熱温度３５０℃とした以外は、本発明
品１，６と同様の加熱条件、Ａｒのエッチング条件で処
理した後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施し
て作製した。本発明品５は、加熱工程中の加熱時間６５
分間，加熱温度４１０℃とした以外は、本発明品１，６
と同様の加熱条件、Ａｒのエッチング条件で処理した
後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施して作製
した。
ンバード処理時間を２０分間とした以外は、本発明品
１，６と同様の加熱条件，Ａｒのエッチング条件で処理
した後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施して
作製した。本発明品３は、加熱工程中の出力８．５ｋ
ｗ、加熱時間７０分、基材温度３８０℃、Ａｒのエッチ
ング工程中のボンバード処理時間を２５時間とした以外
は、本発明品１，６と同様の加熱条件、Ａｒのエッチン
グ条件で処理した後、表１に示した被覆条件による被覆
工程を施して作製した。本発明品４は、加熱工程中の出
力８．５ｋｗ、加熱温度３５０℃とした以外は、本発明
品１，６と同様の加熱条件、Ａｒのエッチング条件で処
理した後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施し
て作製した。本発明品５は、加熱工程中の加熱時間６５
分間，加熱温度４１０℃とした以外は、本発明品１，６
と同様の加熱条件、Ａｒのエッチング条件で処理した
後、表１に示した被覆条件による被覆工程を施して作製
した。
【００２８】比較品１〜４は、基材を設置した抵抗加熱
式反応容器内を１×１０-5Ｔｏｒｒに真空排気した後、
Ａｒガスを導入し、これらのうち比較品１，２，４につ
いては、４×１０-4〜１×１０-4Ｔｏｒｒの圧力、出力
２０ｋｗ、６０分間加熱により５００℃に保持、圧力８
×１０-2ＴｏｒｒのＡｒガス中、直流電圧６００Ｖを印
加して基材表面を１０分間Ａｒイオンボンバードによる
エッチング処理後、表２に示した被覆条件，被覆工程を
施して作製した。比較品３は、加熱工程中の出力１８ｋ
ｗ、加熱温度４５０℃とした以外は、比較品１，２，４
と同様の加熱条件，Ａｒのエッチング条件で処理した
後、表２に示した被覆条件による被覆工程を施して作製
した。
式反応容器内を１×１０-5Ｔｏｒｒに真空排気した後、
Ａｒガスを導入し、これらのうち比較品１，２，４につ
いては、４×１０-4〜１×１０-4Ｔｏｒｒの圧力、出力
２０ｋｗ、６０分間加熱により５００℃に保持、圧力８
×１０-2ＴｏｒｒのＡｒガス中、直流電圧６００Ｖを印
加して基材表面を１０分間Ａｒイオンボンバードによる
エッチング処理後、表２に示した被覆条件，被覆工程を
施して作製した。比較品３は、加熱工程中の出力１８ｋ
ｗ、加熱温度４５０℃とした以外は、比較品１，２，４
と同様の加熱条件，Ａｒのエッチング条件で処理した
後、表２に示した被覆条件による被覆工程を施して作製
した。
【００２９】こうして得た本発明品１〜６および比較品
１〜４のそれぞれの被膜厚さは、走査型電子顕微鏡で調
べた結果、第１層の膜厚略１μｍ、第２層の膜厚略２μ
ｍ、第３層の膜厚略０．３μｍからなっていた。被膜組
成成分は、Ｘ線回折装置およびグロー放電スペクトル分
析装置により解析し、表３に示した。また、それぞれの
被膜表面からＣｕーＫα線によるＸ線回折法により被膜
の残留応力および被膜硬さを求めて表３に併記した。
１〜４のそれぞれの被膜厚さは、走査型電子顕微鏡で調
べた結果、第１層の膜厚略１μｍ、第２層の膜厚略２μ
ｍ、第３層の膜厚略０．３μｍからなっていた。被膜組
成成分は、Ｘ線回折装置およびグロー放電スペクトル分
析装置により解析し、表３に示した。また、それぞれの
被膜表面からＣｕーＫα線によるＸ線回折法により被膜
の残留応力および被膜硬さを求めて表３に併記した。
【００３０】次に、本発明品１〜６と比較品１〜４を用
いて、被削材：Ｓ４８Ｃ（ＨＢ＝２２４〜２４２）、工
具形状：ＳＤＫＮ４２ＺＴＮ、切削速度：１３０ｍ／ｍ
ｉｎ、切込み：１ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、湿
式旋削による切削条件でもって１００分間切削し、その
ときのそれぞれの逃げ面摩耗量を測定し、その結果を表
３に併記した。
いて、被削材：Ｓ４８Ｃ（ＨＢ＝２２４〜２４２）、工
具形状：ＳＤＫＮ４２ＺＴＮ、切削速度：１３０ｍ／ｍ
ｉｎ、切込み：１ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、湿
式旋削による切削条件でもって１００分間切削し、その
ときのそれぞれの逃げ面摩耗量を測定し、その結果を表
３に併記した。
【００３１】さらに、本発明品３と比較品１の被覆部材
でなる直径８ｍｍのスパイラルドリルを用いて、被削
材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝２３０〜２５０）、切削速
度：６０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、加工
深さ：３０ｍｍ、の条件で１５ｍ、穴あけ加工を行った
結果、本発明品３の平均逃げ面摩耗量は、０．１５ｍｍ
であったのに対し、比較品１の逃げ面摩耗量は、０．２
ｍｍであった。
でなる直径８ｍｍのスパイラルドリルを用いて、被削
材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝２３０〜２５０）、切削速
度：６０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、加工
深さ：３０ｍｍ、の条件で１５ｍ、穴あけ加工を行った
結果、本発明品３の平均逃げ面摩耗量は、０．１５ｍｍ
であったのに対し、比較品１の逃げ面摩耗量は、０．２
ｍｍであった。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【実施例２】逃げ面の被膜構成が実施例１における本発
明品１のうち、第２層厚さのみ１μｍの他は略本発明品
１の被膜構成からなる本発明品７と、逃げ面の被膜構成
が実施例１における比較品１のうち、第２層厚さのみ１
μｍの他は略比較品１の被膜構成に相当し、すくい面の
被膜構成が比較品１の被膜構成からなる比較品５とを用
いて、被削材：ＳＣＭ（ＨＢ＝２４０〜２６０、６穴
付）、切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２５ｍ
ｍ／刃、切込み：２ｍｍ、工具形状：ＳＤＫＮ４２ＺＴ
Ｎ、乾式フライス切削を行った結果、本発明品７は、加
工長さ４ｍ時における最大逃げ面摩耗量が０．０５ｍｍ
で、正常摩耗であったのに対し、比較品５は、加工長さ
４ｍ時における最大逃げ面摩耗量が０．１ｍｍで、被膜
の剥離が少々発生していた。
明品１のうち、第２層厚さのみ１μｍの他は略本発明品
１の被膜構成からなる本発明品７と、逃げ面の被膜構成
が実施例１における比較品１のうち、第２層厚さのみ１
μｍの他は略比較品１の被膜構成に相当し、すくい面の
被膜構成が比較品１の被膜構成からなる比較品５とを用
いて、被削材：ＳＣＭ（ＨＢ＝２４０〜２６０、６穴
付）、切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２５ｍ
ｍ／刃、切込み：２ｍｍ、工具形状：ＳＤＫＮ４２ＺＴ
Ｎ、乾式フライス切削を行った結果、本発明品７は、加
工長さ４ｍ時における最大逃げ面摩耗量が０．０５ｍｍ
で、正常摩耗であったのに対し、比較品５は、加工長さ
４ｍ時における最大逃げ面摩耗量が０．１ｍｍで、被膜
の剥離が少々発生していた。
【００３６】
【発明の効果】本発明の被覆部材は、化学量論組成に近
似した被膜からなる従来の被覆部材に比べて、被膜の硬
さが約８〜１７％高く、被膜の残留圧縮応力が約３８〜
９４％高く、切削試験における耐摩耗性が３８〜１１７
％も向上し、被膜の耐剥離性も優れており、長寿命にな
るという効果があり、酸素含有量の多い非化学量論組成
の被膜からなる従来の被覆部材に比べて、被膜の硬さが
約１０９〜１１９％高く、被膜の残留圧縮応力が約２６
３〜３３８％高く、切削試験における耐摩耗性が３．２
〜４．３倍も向上し、被膜の耐剥離性も優れており、長
寿命になるという顕著な効果がある。
似した被膜からなる従来の被覆部材に比べて、被膜の硬
さが約８〜１７％高く、被膜の残留圧縮応力が約３８〜
９４％高く、切削試験における耐摩耗性が３８〜１１７
％も向上し、被膜の耐剥離性も優れており、長寿命にな
るという効果があり、酸素含有量の多い非化学量論組成
の被膜からなる従来の被覆部材に比べて、被膜の硬さが
約１０９〜１１９％高く、被膜の残留圧縮応力が約２６
３〜３３８％高く、切削試験における耐摩耗性が３．２
〜４．３倍も向上し、被膜の耐剥離性も優れており、長
寿命になるという顕著な効果がある。
Claims (2)
- 【請求項１】 金属，合金またはセラミックス焼結体の
基材上に、次式（Ａ）で表わされる非化学量論組成の酸
素含有被膜が被覆されており、該基材と該酸素含有被膜
との間に、Ｔｉの炭化物，窒化物，炭窒化物，またはＺ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの元素の中
の少なくとも１種とＴｉとの複合炭化物，複合窒化物，
複合炭窒化物から選ばれた１種の単層または２種以上の
多層でなる内層が被覆されていることを特徴とする耐摩
耗性被覆部材。 （Ｔｉa，Ｍb）（ＣX，ＮY，ＯZ）R ‥‥‥（Ａ） 〔但し、（Ａ）式中のＴｉはチタン、ＭはＺｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの中の少なくとも１種
の元素を示し、Ｃは炭素、Ｎは窒素、Ｏは酸素を示し、
ａおよびｂは金属元素であるＴｉとＭとのそれぞれの原
子比を表わし、Ｘ，ＹおよびＺは非金属元素であるＣと
ＮとＯのそれぞれの原子比を表わし、ＲはＴｉとＭとを
合計した金属元素に対するＣとＮとＯとを合計した非金
属元素の原子比を表わし、それぞれは、ａ＋ｂ＝１、１
≧ａ＞０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、１＞Ｘ≧０、１＞Ｙ≧０、
０．８≧Ｚ＞０、１．８≧Ｒ≧１．０１の関係にあ
る。〕 - 【請求項２】 上記（Ａ）式で表わされる酸素含有被膜
は、該酸素含有被膜の表面部から内部に向って、酸素元
素が減少していることを特徴とする請求項２に記載の耐
摩耗性被覆部材。
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|---|---|---|---|
| JP31445893A JP3179645B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 耐摩耗性被覆部材 |
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|---|---|---|---|
| JP31445893A JP3179645B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 耐摩耗性被覆部材 |
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ID=18053589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31445893A Expired - Lifetime JP3179645B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 耐摩耗性被覆部材 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3179645B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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-
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- 1993-11-19 JP JP31445893A patent/JP3179645B2/ja not_active Expired - Lifetime
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