JPH0132192B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0132192B2 JPH0132192B2 JP59059146A JP5914684A JPH0132192B2 JP H0132192 B2 JPH0132192 B2 JP H0132192B2 JP 59059146 A JP59059146 A JP 59059146A JP 5914684 A JP5914684 A JP 5914684A JP H0132192 B2 JPH0132192 B2 JP H0132192B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cbn
- boron nitride
- coating layer
- ratio
- cutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
この発明は、高硬度の被加工物を切削する工具
として用いられるセラミツク部材に関し、その部
材は立方晶窒化硼素（以下、CBNで示す。）基セ
ラミツク基体の表面に耐摩耗性のより高い窒化硼
素（以下、BNで示す。）からなる被覆層を形成
したものである。 従来、CBNを30〜93容量％の範囲で含有した
切削工具材料として、分散相形成成分である
CBN粒子と、結合相形成成分の粉末を混合し、
これを50キロバール以上の高圧と1300℃以上の高
温の下で焼結した非常に硬度の高いセラミツクが
知られている。その特性は組成の変化によつて広
く変化する。例えば、CBN含有率が80容量％以
上といつた、CBN量が多い組成のセラミツクは、
ビツカース硬さが3000Kg/mm2以上の高硬度を持つ
ことができ、従つて高硬度のハイス、ダイス鋼、
チル化した鋳鉄、Co合金などの切削に適してい
る。一方、CBN含有率が30〜80容量％と、CBN
量を少なくすると、得られたセラミツクはビツカ
ース硬さで2000〜3300Kg/mm2の硬さを有し、浸炭
焼入鋼やある種の焼結合金などの切削に好適であ
る。又、CBN基セラミツク中の結合相形成成分
として、７〜70容量％で含有するTiの炭化物、
窒化物、酸化物、若しくは硼化物、Alの窒化物、
硼化物若しくは酸化物、又は窒化硼素などが知ら
れており、不純物程度の少量の鉄族金属が結合相
に含まれることも知られている。そして、CBN
基セラミツク中の結合相の組成や組織によつて
も、前記セラミツクの性能は大きく変化する。一
般に、CBN基セラミツクは従来の炭化タングス
テン基超硬合金やセラミツクスでは使用できなか
つた苛酷な切削条件に耐えることができるが、切
削工具として用いたときの尚一層の寿命の延長が
切望されている。 そこで、本発明者らは、切削工具寿命を延ばす
べく鋭意研究を重ねた結果、前記のようなCBN
基セラミツク部材の少なくとも切削面に、スパツ
タリング法あるいはイオンビーム法を用い、 Ｂ／Ｎ原子比：1.0〜1.2を有するBNからなり、
かつ非晶質BNからなる素地に、２〜30容量％の
割合で立方晶窒化硼素（以下CBNで示す）が分
散した組織を有する被覆層を0.2〜10μｍの平均層
厚で形成すると、前記被覆層は、ビツカース硬さ
で3700〜5000Kg/mm2の著しく高い硬さをもつこと
から、耐摩耗性が向上し、切削工具寿命の一段の
延命化がはかられるようになるという知見を得た
のである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、容量％で（以下％は容量％を示す）、 分散相形成成分として、CBN：30〜93％、 結合相形成成分として、Tiの炭化物、窒化物、
酸化物、および硼化物、Alの窒化物、硼化物、
および酸化物、並びに窒化珪素、さらにこれらの
２種以上の固溶体（以下、これらを総称して結合
相化合物という）のうちの１種以上と不可避不純
物：７〜70％、 からなる組成を有するCBN基セラミツク基体の
少なくとも切削面に、 Ｂ／Ｎ原子比：1.0〜1.2を有するBNからなり、
かつ非晶質BNからなる素地に、２〜30容量％の
割合でCBNが分散した組織を有する被覆層を、
0.2〜10μｍの平均層厚で形成してなる切削工具用
表面被覆CBN基セラミツク部材に特徴を有する
ものである。 なお、この発明の表面被覆CBN基セラミツク
部材において、上記被覆層は、高純度のホツトプ
レス六方晶BN板材をターゲツトとして用い、N2
含有Arガス雰囲気中で高周波スパツタするスパ
ツタリング法や、ＢとＮのイオンビームを同時に
蒸着させるイオンビーム法や、さらにＢのみを通
常の化学蒸着法などを用いて蒸着し、ついでこの
Ｂ膜の中にＮのイオンビームを打ち込む方法など
によつて形成することができ、また、この場合、
例えばスパツタリング法であれば、基体温度や
N2含有Arガス雰囲気中のN2分圧、さらにバイア
ス電圧などを制御することにより、Ｂ／Ｎ原子比
を調整することができ、この結果としてCBNの
割合が調整されるようになるものであり、さらに
上記被覆層におけるＢ／Ｎ原子比はオージエによ
る半定量的分析により同定することができ、また
同CBNの割合は電子顕微鏡による電子線回折に
より同定することができる。 つぎに、この発明の表面被覆CBN基セラミツ
ク部材において、基体の成分組成、並びに被覆層
のＢ／Ｎ原子比、CBN割合、および平均層厚を
上記の通りに限定した理由を説明する。 Ａ 基体の成分組成 (a) CBN その含有量が30％未満では、得られた表面
被覆CBN基セラミツク部材の耐摩耗性が不
充分であり、逆に93％を越えると、セラミツ
ク基体の焼結性が不充分となり、ひいては得
られた表面被覆セラミツク部材の靭性が十分
でなくなることから、その含有量を30〜93％
と定めた。 (b) 結合相化合物 その含有量が７％未満では、セラミツク基
体の焼結性が不充分であつて、十分な靭性が
得られず、一方その含有量が70％を越える
と、相対的にCBNの含有量が少なくなり過
ぎて、硬さが低下し、耐摩耗性が低下するよ
うになることから、その含有量を７〜70％と
定めた。 Ｂ 被覆層 (a) Ｂ／Ｎ原子比およびCBN割合 Ｂ／Ｎ原子比は、非晶質BN素地に分散生
成されるCBNの割合に影響を及ぼすもので
あり、したがつてＢ／Ｎ原子比が１未満の場
合には、CBNの割合が２容量％未満になつ
てしまい、被覆層の硬さが低下し、ビツカー
ス硬さで3700Kg/mm2以上の高硬度を確保する
ことができなくなり、一方Ｂ／Ｎ原子比が
1.2を越えると、CBNの割合が30容量％を越
えて多くなり、ビツカース硬さで5000Kg/mm2
を越えた高硬度をもつようになる反面、気孔
が発生し易くなつて、緻密な被覆層が得られ
なくなるほか、基体に対する付着強度も低下
するようになり、実用に際しては欠けや剥離
が発生し易くなることから、Ｂ／Ｎ原子比を
1.0〜1.2とし、これによつてCBNの割合を２
〜30容量％としたのである。 (b) 平均層厚 この発明にかかるBN被覆層は、上記のよ
うに高硬度を有し、実用に際して優れた耐摩
耗性を発揮するが、その平均層厚が0.2μｍ未
満では所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その平均層厚が10μｍを越えると、
被覆層にチツピングが発生し易くなることか
ら、その平均層厚を0.2〜10μｍと定めた。 なお、被覆層に不可避不純物として酸素
（Ｏ）を含有する場合があるが、その含有量
が多すぎると被覆層の特性に悪影響を及ぼす
ようになることから、Ｏ／Ｎ原子比で0.15以
下であることが望ましい。 つぎに、この発明の表面被覆CBN基セラミツ
ク部材を実施例により具体的に説明する。 原料粉末として、いずれも0.8〜4μｍの範囲内
の所定の平均粒径を有するCBN粉末および各種
の結合相化合物粉末を用意し、これら原料粉末を
それぞれ第１表に示される配合組成に配合し、ボ
ールミルで50時間湿式混合し、乾燥した後、１to
ｎ／cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついでこ
の圧粉体を、圧力：50キロバール、温度：1300
℃、保持時間：15分の条件で超高圧焼結し、研削
を施して内接円：9.53mm、厚み：3.22mmの３角形
のスローアウエイチツプ形状とすることにより実
質的に配合組成と同一の成分組成並びに第１表に
示されるビツカース硬さを有するCBN基セラミ
ツク基体を製造し、ついでこの基体の表面に、六
方晶BNターゲツトを用い、高周波スパツタリン
グ法により、基体加熱温度：450℃、雰囲気：
N2／Ar比が１／20〜１／２のN2含有Ar、雰囲
気圧力：２×10-3mmHg、バイアス電圧：50〜
300V、反応時間：１〜30時間の条件で、それぞ
れ第１表に示される被覆層を形成することにより
本発明表面被覆CBN基セラミツクスローアウエ
イチツプ（以下本発明被覆チツプという）１〜８
および比較表面被覆CBN基セ
として用いられるセラミツク部材に関し、その部
材は立方晶窒化硼素（以下、CBNで示す。）基セ
ラミツク基体の表面に耐摩耗性のより高い窒化硼
素（以下、BNで示す。）からなる被覆層を形成
したものである。 従来、CBNを30〜93容量％の範囲で含有した
切削工具材料として、分散相形成成分である
CBN粒子と、結合相形成成分の粉末を混合し、
これを50キロバール以上の高圧と1300℃以上の高
温の下で焼結した非常に硬度の高いセラミツクが
知られている。その特性は組成の変化によつて広
く変化する。例えば、CBN含有率が80容量％以
上といつた、CBN量が多い組成のセラミツクは、
ビツカース硬さが3000Kg/mm2以上の高硬度を持つ
ことができ、従つて高硬度のハイス、ダイス鋼、
チル化した鋳鉄、Co合金などの切削に適してい
る。一方、CBN含有率が30〜80容量％と、CBN
量を少なくすると、得られたセラミツクはビツカ
ース硬さで2000〜3300Kg/mm2の硬さを有し、浸炭
焼入鋼やある種の焼結合金などの切削に好適であ
る。又、CBN基セラミツク中の結合相形成成分
として、７〜70容量％で含有するTiの炭化物、
窒化物、酸化物、若しくは硼化物、Alの窒化物、
硼化物若しくは酸化物、又は窒化硼素などが知ら
れており、不純物程度の少量の鉄族金属が結合相
に含まれることも知られている。そして、CBN
基セラミツク中の結合相の組成や組織によつて
も、前記セラミツクの性能は大きく変化する。一
般に、CBN基セラミツクは従来の炭化タングス
テン基超硬合金やセラミツクスでは使用できなか
つた苛酷な切削条件に耐えることができるが、切
削工具として用いたときの尚一層の寿命の延長が
切望されている。 そこで、本発明者らは、切削工具寿命を延ばす
べく鋭意研究を重ねた結果、前記のようなCBN
基セラミツク部材の少なくとも切削面に、スパツ
タリング法あるいはイオンビーム法を用い、 Ｂ／Ｎ原子比：1.0〜1.2を有するBNからなり、
かつ非晶質BNからなる素地に、２〜30容量％の
割合で立方晶窒化硼素（以下CBNで示す）が分
散した組織を有する被覆層を0.2〜10μｍの平均層
厚で形成すると、前記被覆層は、ビツカース硬さ
で3700〜5000Kg/mm2の著しく高い硬さをもつこと
から、耐摩耗性が向上し、切削工具寿命の一段の
延命化がはかられるようになるという知見を得た
のである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、容量％で（以下％は容量％を示す）、 分散相形成成分として、CBN：30〜93％、 結合相形成成分として、Tiの炭化物、窒化物、
酸化物、および硼化物、Alの窒化物、硼化物、
および酸化物、並びに窒化珪素、さらにこれらの
２種以上の固溶体（以下、これらを総称して結合
相化合物という）のうちの１種以上と不可避不純
物：７〜70％、 からなる組成を有するCBN基セラミツク基体の
少なくとも切削面に、 Ｂ／Ｎ原子比：1.0〜1.2を有するBNからなり、
かつ非晶質BNからなる素地に、２〜30容量％の
割合でCBNが分散した組織を有する被覆層を、
0.2〜10μｍの平均層厚で形成してなる切削工具用
表面被覆CBN基セラミツク部材に特徴を有する
ものである。 なお、この発明の表面被覆CBN基セラミツク
部材において、上記被覆層は、高純度のホツトプ
レス六方晶BN板材をターゲツトとして用い、N2
含有Arガス雰囲気中で高周波スパツタするスパ
ツタリング法や、ＢとＮのイオンビームを同時に
蒸着させるイオンビーム法や、さらにＢのみを通
常の化学蒸着法などを用いて蒸着し、ついでこの
Ｂ膜の中にＮのイオンビームを打ち込む方法など
によつて形成することができ、また、この場合、
例えばスパツタリング法であれば、基体温度や
N2含有Arガス雰囲気中のN2分圧、さらにバイア
ス電圧などを制御することにより、Ｂ／Ｎ原子比
を調整することができ、この結果としてCBNの
割合が調整されるようになるものであり、さらに
上記被覆層におけるＢ／Ｎ原子比はオージエによ
る半定量的分析により同定することができ、また
同CBNの割合は電子顕微鏡による電子線回折に
より同定することができる。 つぎに、この発明の表面被覆CBN基セラミツ
ク部材において、基体の成分組成、並びに被覆層
のＢ／Ｎ原子比、CBN割合、および平均層厚を
上記の通りに限定した理由を説明する。 Ａ 基体の成分組成 (a) CBN その含有量が30％未満では、得られた表面
被覆CBN基セラミツク部材の耐摩耗性が不
充分であり、逆に93％を越えると、セラミツ
ク基体の焼結性が不充分となり、ひいては得
られた表面被覆セラミツク部材の靭性が十分
でなくなることから、その含有量を30〜93％
と定めた。 (b) 結合相化合物 その含有量が７％未満では、セラミツク基
体の焼結性が不充分であつて、十分な靭性が
得られず、一方その含有量が70％を越える
と、相対的にCBNの含有量が少なくなり過
ぎて、硬さが低下し、耐摩耗性が低下するよ
うになることから、その含有量を７〜70％と
定めた。 Ｂ 被覆層 (a) Ｂ／Ｎ原子比およびCBN割合 Ｂ／Ｎ原子比は、非晶質BN素地に分散生
成されるCBNの割合に影響を及ぼすもので
あり、したがつてＢ／Ｎ原子比が１未満の場
合には、CBNの割合が２容量％未満になつ
てしまい、被覆層の硬さが低下し、ビツカー
ス硬さで3700Kg/mm2以上の高硬度を確保する
ことができなくなり、一方Ｂ／Ｎ原子比が
1.2を越えると、CBNの割合が30容量％を越
えて多くなり、ビツカース硬さで5000Kg/mm2
を越えた高硬度をもつようになる反面、気孔
が発生し易くなつて、緻密な被覆層が得られ
なくなるほか、基体に対する付着強度も低下
するようになり、実用に際しては欠けや剥離
が発生し易くなることから、Ｂ／Ｎ原子比を
1.0〜1.2とし、これによつてCBNの割合を２
〜30容量％としたのである。 (b) 平均層厚 この発明にかかるBN被覆層は、上記のよ
うに高硬度を有し、実用に際して優れた耐摩
耗性を発揮するが、その平均層厚が0.2μｍ未
満では所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その平均層厚が10μｍを越えると、
被覆層にチツピングが発生し易くなることか
ら、その平均層厚を0.2〜10μｍと定めた。 なお、被覆層に不可避不純物として酸素
（Ｏ）を含有する場合があるが、その含有量
が多すぎると被覆層の特性に悪影響を及ぼす
ようになることから、Ｏ／Ｎ原子比で0.15以
下であることが望ましい。 つぎに、この発明の表面被覆CBN基セラミツ
ク部材を実施例により具体的に説明する。 原料粉末として、いずれも0.8〜4μｍの範囲内
の所定の平均粒径を有するCBN粉末および各種
の結合相化合物粉末を用意し、これら原料粉末を
それぞれ第１表に示される配合組成に配合し、ボ
ールミルで50時間湿式混合し、乾燥した後、１to
ｎ／cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついでこ
の圧粉体を、圧力：50キロバール、温度：1300
℃、保持時間：15分の条件で超高圧焼結し、研削
を施して内接円：9.53mm、厚み：3.22mmの３角形
のスローアウエイチツプ形状とすることにより実
質的に配合組成と同一の成分組成並びに第１表に
示されるビツカース硬さを有するCBN基セラミ
ツク基体を製造し、ついでこの基体の表面に、六
方晶BNターゲツトを用い、高周波スパツタリン
グ法により、基体加熱温度：450℃、雰囲気：
N2／Ar比が１／20〜１／２のN2含有Ar、雰囲
気圧力：２×10-3mmHg、バイアス電圧：50〜
300V、反応時間：１〜30時間の条件で、それぞ
れ第１表に示される被覆層を形成することにより
本発明表面被覆CBN基セラミツクスローアウエ
イチツプ（以下本発明被覆チツプという）１〜８
および比較表面被覆CBN基セ
【表】
ラミツクスローアウエイチツプ（以下比較被覆チ
ツプという）１〜４をそれぞれ製造した。 なお、比較被覆チツプ１〜４は、いずれも被覆
層の条件（第１表に※印を付す）がこの発明の範
囲から外れたものである。 また、被覆層のＢ／Ｎ原子比及びCBN割合は、
オージエ分析と透過電子線回折により測定した。 つぎに、この結果得られた各種の被覆チツプお
よび被覆層の形成を行なう前の上記CBN基セラ
ミツク基体のうちの４種（以下従来チツプ１〜４
という）について、 被削材：JIS・SCM415の浸炭焼入鋼（硬
さ：HRC55）の丸棒、 切削速度：120m/min、 送り：0.2mm/rev.、 切込み：0.3mm、 切削油：なし、 切削時間：10分、 の条件での浸炭焼入鋼の乾式連続切削試験、 被削材：JIS・SKD―11のダイス鋼（硬さ：
HRC60）の丸棒、 切削速度：110m/min、 送り：0.2mm/rev.、 切込み：0.25mm、 切削油：なし、 切削時間：10分、 の条件でのダイス鋼の乾式連続切削試験を行な
い、いずれの試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定
した。これらの結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明被覆チツプ
１〜８は、いずれも被覆層の形成がない従来チツ
プ１〜４に比して一段とすぐれた耐摩耗性を示
し、使用寿命の一層の延命化を可能とするのに対
して、比較被覆チツプ１〜４に見られるように、
被覆層のうちのいずれの条件でもこの発明の範囲
から外れると満足な切削性能を示さないことが明
白である。 上述のように、この発明の表面被覆CBN基セ
ラミツク部材は、これを構成する被覆層がきわめ
て高い硬さを有するので、これを切削工具として
用いた場合、被削材が浸炭焼入鋼やダイス鋼など
の高硬度鋼であつてもすぐれた切削性能を長期に
亘つて発揮するなどの工業上有用な特性を有する
のである。
ツプという）１〜４をそれぞれ製造した。 なお、比較被覆チツプ１〜４は、いずれも被覆
層の条件（第１表に※印を付す）がこの発明の範
囲から外れたものである。 また、被覆層のＢ／Ｎ原子比及びCBN割合は、
オージエ分析と透過電子線回折により測定した。 つぎに、この結果得られた各種の被覆チツプお
よび被覆層の形成を行なう前の上記CBN基セラ
ミツク基体のうちの４種（以下従来チツプ１〜４
という）について、 被削材：JIS・SCM415の浸炭焼入鋼（硬
さ：HRC55）の丸棒、 切削速度：120m/min、 送り：0.2mm/rev.、 切込み：0.3mm、 切削油：なし、 切削時間：10分、 の条件での浸炭焼入鋼の乾式連続切削試験、 被削材：JIS・SKD―11のダイス鋼（硬さ：
HRC60）の丸棒、 切削速度：110m/min、 送り：0.2mm/rev.、 切込み：0.25mm、 切削油：なし、 切削時間：10分、 の条件でのダイス鋼の乾式連続切削試験を行な
い、いずれの試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定
した。これらの結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明被覆チツプ
１〜８は、いずれも被覆層の形成がない従来チツ
プ１〜４に比して一段とすぐれた耐摩耗性を示
し、使用寿命の一層の延命化を可能とするのに対
して、比較被覆チツプ１〜４に見られるように、
被覆層のうちのいずれの条件でもこの発明の範囲
から外れると満足な切削性能を示さないことが明
白である。 上述のように、この発明の表面被覆CBN基セ
ラミツク部材は、これを構成する被覆層がきわめ
て高い硬さを有するので、これを切削工具として
用いた場合、被削材が浸炭焼入鋼やダイス鋼など
の高硬度鋼であつてもすぐれた切削性能を長期に
亘つて発揮するなどの工業上有用な特性を有する
のである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分散相形成成分として、立方晶窒化硼素：30
〜93％、 結合相形成成分として、Tiの炭化物、窒化物、
酸化物、および硼化物、Alの窒化物、硼化物、
および酸化物、並びに窒化珪素、さらにこれらの
２種以上の固溶体からなる群のうちの１種以上と
不可避不純物：７〜70％、 からなる組成（以下、容量％）を有する立方晶窒
化硼素基セラミツク基体の少なくとも切削面に、 Ｂ／Ｎ原子比：1.0〜1.2を有する窒化硼素から
なり、かつ非晶質窒化硼素からなる素地に、２〜
30容量％の割合で立方晶窒化硼素が分散した組織
を有する被覆層を、0.2〜10μｍの平均層厚で形成
してなる切削工具用表面被覆立方晶窒化硼素基セ
ラミツク部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5914684A JPS60204686A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 切削工具用表面被覆立方晶窒化硼素基セラミツク部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5914684A JPS60204686A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 切削工具用表面被覆立方晶窒化硼素基セラミツク部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60204686A JPS60204686A (ja) | 1985-10-16 |
| JPH0132192B2 true JPH0132192B2 (ja) | 1989-06-29 |
Family
ID=13104898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5914684A Granted JPS60204686A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | 切削工具用表面被覆立方晶窒化硼素基セラミツク部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60204686A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6059085B2 (ja) * | 1980-12-03 | 1985-12-23 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツク工具 |
| JPS598679A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-17 | 住友電気工業株式会社 | 被覆硬質焼結体 |
| JPS5950076A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料 |
-
1984
- 1984-03-27 JP JP5914684A patent/JPS60204686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60204686A (ja) | 1985-10-16 |
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