JPH0250948A - 複合超硬材料 - Google Patents

複合超硬材料

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JPH0250948A
JPH0250948A JP20000188A JP20000188A JPH0250948A JP H0250948 A JPH0250948 A JP H0250948A JP 20000188 A JP20000188 A JP 20000188A JP 20000188 A JP20000188 A JP 20000188A JP H0250948 A JPH0250948 A JP H0250948A
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Tokiaki Hayashi
林 常昭
Shuji Hida
修司 飛田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、複合超硬材料に関し、特に超硬合金の母材表
面に硬質の複合化合物層を被覆した切削・耐摩耗工具等
に有用な複合超硬材料に係わる。
[従来の技術及び課題] 超硬合金の母材表面に耐摩耗性の優れたTi1Z r 
−、Hfの窒化物を被覆した切削・耐摩耗工具は、該母
材のみからなる切削・耐摩耗工具に比べて更に寿命向上
を達成することかできる。しかしながら、工具の使用形
態の多様化等によりその使用条件がより苛酷になるに伴
い、更に高性能化、超寿命化が要望されてきている。
このような要望から、最近、各種の耐摩耗性に富む炭化
物、窒化物及び酸化物の多層膜、複合膜のコーティング
技術か開発されている。その中で、特公昭61−548
72号公報にはHf及びTiの複合化合物(Hf −T
i )C1(Hf −Ti )N。
(Hf −Ti )CN(7)被覆層を減圧CVD法で
被覆することが開示されている。しかしながら、かかる
2種金属の窒化物複合被覆層では母材に対する密着性や
耐摩耗性等において必ずしも充分満足するものではなか
った。
また、特公昭61−57904号公報にはTi 、 Z
r 。
Hf’等の金属蒸気雰囲気中にて母材表面に窒素イオン
を照射するイオンミキシング手法に似た方法により被膜
を被覆することが開示されている。しかしなから、かか
る公報の実施例には単独の金属の窒化物の事例しかなく
、複数金属の窒化物からなる複合化合物層の形成、及び
その物性については全く記載されていない。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、高硬質で耐酸化性に優れた三元系金属の窒化物か
らなる複合化合物層が母材としての超硬合金表面に密着
性よく被覆された複合超硬材料を提供しようとするもの
である。
[課題を解決するための手段] 本発明は、周期律表のIVa、Va、VIa族金属の炭
化物、窒化物、炭窒化物とNI Co及びFBの少な(
とも1種以上とからなる超硬合金の表面にイオンビーム
ミキシング法により下記式(I)にて表わされる複合化
合物層を被覆したことを特徴とする複合超硬材料である
C(Tj ) x  (Zr ) y  (Hf ) 
z )  (N) v但し、式中のX、ySZ、vはX
 +y+Z =l、0.4  ≦X  ≦0.95.0
.05≦y  ≦0.5 .0.05≦z  ≦0.5
.0.8≦v≦1.0を満足するものである。
上記複合化合物層を表わす式(I)中のX、y12及び
Vを限定したのは、次のような理由によるものである。
即ち、Xの値を0.4未満にすると耐酸化性の優れた複
合化合物層を得ることができす、かといってXの値が0
.95を越えると複合化合物中の他の金属(Zr SH
f’ )の量が少なくなって硬度等か低下するからであ
る。yの値を0.05未満すると、Zrの固溶における
硬度向上効果が低下し、かといつとyの値か0.5を越
えると耐酸化性や硬度か低下するからである。Zの値を
0.05未満にすると、H「の固溶における硬度向上効
果が低下し、かといつとZの値が0.5を越えると耐酸
化性や硬度が低下するからである。■の値を0.8未滴
にすると、複合化合物層の欠陥量が増大して硬度や靭性
が低下し、かといって■の値が1.0を越えると金属欠
陥による硬度低下を招くからである。
上記複合化合物層の形成手段としては、■タゲットを用
いてイオンビームスパッタで蒸着と窒素イオンの照射を
同時に行なうイオンミキシング法、■電子ビーム蒸着源
による真空蒸着と窒素イオンの照射を同時に行なうイオ
ンミキシング法を採用することかできる。
上記■のイオンミキシング法でのイオンビームスパッタ
においては、溶解法や粉末冶金法によりTj SZr、
Hf’を目的とする組成に容易かつ精度よく作製された
ターゲットを使用できるため、前記式(I)にて表わさ
れる複合化合物層を再現性よく形成することが可能とな
る。スパッタ用のイオンビームとしては、通常、Arイ
オンが使用される。また、スパッタイオン源のイオン加
速電圧、イオン電流を制御することにより簡単かつ広範
囲でスパッタ速度を選択することが可能となる。
一方、照射する窒素イオンは独立のイオン源から供給さ
れ、加速電圧、イオン電流の制御により照射量等を広い
範囲で調節することが可能である。
更に、別のイオン源からイオンアシストを行なうこと、
母材である超硬合金を保持するホルダを回転すること、
窒素イオンを該母材に対して所定の角度を持たせて照射
すること等により複合化合物層における柱状結晶の防止
効果、結晶粒の微細化、結晶物性の向上等を達成するこ
とが可能となる。
上記■のイオンミキシング法での電子ビーム蒸着源によ
る真空蒸着においては、トリプルハース方式で電子ビー
ム溶解することによりTj 、Zr、Hrを目的とする
組成に容易かつ精度よく真空蒸着できるため、前記式(
I)にて表わされる複合化合物層を再現性よく形成する
ことが可能となる。
一方、照射する窒素イオンは既述した■の場合と同様で
ある。
[作用] 本発明によれば、周期律表の■a、Va、Vla族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物とNi 、 C。
及びFBの少なくとも1種以上とからなる超硬合金の表
面にイオンビームミキシング法により式(1)にて表わ
される複合化合物層を被覆することによって、高硬質で
耐酸化性に優れた三元系金属の窒化物からなる複合化合
物層が母材としての超硬合金表面に密着性よく被覆され
、切削・耐摩耗工具等に有用な複合超硬材料を得ること
かできる。
[実施例] 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例] まず、wc−e%Co超硬合金の母材をイオンビームス
パッタ蒸着機能を備えたイオン注入装置のチャンバ内に
設置した。つついて、チャンバ内のガスを真空排気して
該チャンバ内をlXl0−’torrの窒素雰囲気とし
、スパッタイオン源よりArイオンを引き出してT j
o、 6 Z ro、 3Hfo1組成のターゲットに
照射して前記母材表面に蒸着速度4.0人/seeでス
パッタ蒸着しながら、別のイオン源から窒素イオンを該
母材表面に照射するイオンミキシングにより母材表面に
複合化合物層を被覆して複合超硬材料を製造した。なお
、前記Arスパッタにあたっては加速電圧3 k V 
s ビーム電流2Aの条件で行ない、一方窒素イオンの
照射にあたっては加速電圧10k V、ビーム電流密度
0.25m A / crAの条件で行なった。
比較例1 まず、WC−6%Co超硬合金の母材をマグネトロンス
パッタ装置のチャンバ内に設置した。つついて、チャン
バ内のガスを真空排気して該チャンバ内をアルゴンと窒
素の混合雰囲気とし、スパッタ電圧800■でT 1o
6Z ro、 3Hfo、 +組成のタゲットを使用し
て前記母材表面にスパッタ蒸着して母材表面に厚さ7μ
mの複合化合物層を被覆して複合超硬材料を製造した。
なお、母材の温度は300°Cとした。
しかして、上述した各装置がら取出した本実施例1及び
比較例1の複合超硬材料についてE P M A (E
 1ectron probe X −raymycr
oanalyser )により表面の複合化合物層の組
成を定量分析したところ、実施例1では(T jo、 
6Z ro、 3Hfo、 +) N O,95、比較
例1では(T io、 6Z ro、 3Hfo、 +
) N o、 erであった。また、各複合超硬材料の
硬さを測定したところ、実施例1ではHv=3800K
g/mm2、比較例1ではHv=2800/(g/ m
m 2であった。更に、本実施例1の複合超硬材料によ
りHB=280のSNCMB鋼をV=180 m/mi
n 、 f =0.25mm/rev St =1.5
 mm(1回の切削時での切込み量)の条件で切削した
時の耐摩耗性を調べたところ、10分間でVB−0,1
2mmであった。これに対し、比較例1の複合超硬材料
を用いて同様な耐摩耗性を調べたところ、表面の複合化
合物層が剥離して、その耐摩耗効果を発揮することかで
きなかった。
実施例2 ます、WC−B%Co超硬合金の母材を真空蒸着機能を
有するイオン注入装置のチャンバ内に設置し、真空引き
した後、EB蒸着法のトリプルハス方式により3個のル
ツボからTjを3.3人/seCの蒸着速度で、Zrを
2.2人/seeの蒸着速度でHfを2.1人/sec
の蒸着速度で夫々母材表面に真空蒸着を行ないながら、
イオン源より窒素イオンを引出し該母材表面に照射する
イオンミキシングを行なった。同時に、別のイオン源か
ら窒素イオンを引出しイオンビームアンストを行ない、
母材表面に厚さ7.5μmの複合化合物層を被覆して複
合超硬材料を製造した。なお、前記窒素イオン照射にあ
たっては加速電圧20kV、イオンビム電流密度0.5
mA/cmの条件で行ない、一方窒素イオンビームアシ
ストにあたっては加速電圧200V、ビーム電流密度0
.3mA/crjの条件で行なった。
比較例2 まず、WC−G%Co超硬合金の母材を市販のAREイ
オンブレーティング装置のチャンバ内に設置した。つづ
いて、チャンバ内のガスを真空排気し、実施例2と同様
にトリプルハース方式による3個のルツボからTi X
Zr、Hfを蒸着させながら窒素雰囲気中でイオンブレ
ーティングを行なって前記母材表面に厚さ75μmの複
合化合物層を被覆して複合超硬材料を製造した。
しかして、上述した各装置から取出した本実施例2及び
比較例2の複合超硬材料についてEPMAにより表面の
複合化合物層の組成を定量分析したところ、実施例2て
は(T jo6Z ro、 3] 0 Hfo、 +) N O,95比較例2ては(T io
、 6Z ro、 3Hfo、 +) N O,9であ
った。また、各複合超硬材料の硬さを測定したところ、
実施例2ではHv−3850/(9/ mm ” 、比
較例2ではHv = 2500/(g/ mm 2であ
った。更に、本実施例2の複合超硬材料によりHB=2
80のSNCMS鋼をV=180 m/min 。
f = 0.25mm/ rev 、 t = 1.5
 Mの条件で切削した時の耐摩耗性を調べたところ、1
0分間でVB−0,10Mであった。これに対し、比較
例2の複合超硬材料を用いて同様な耐摩耗性を調べたと
ころ、10分間でV B = 0.25mmと耐摩耗性
か劣るばかりか、試験後の複合化合物層の一部に剥離が
認められた。
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば高硬質で耐酸化性に
優れた三元系金属の窒化物からなる複合化合物層が母材
としての超硬合金表面に密着性よく被覆された切削・耐
摩耗工具等に有用な複合超硬材料を提供できる。
出願人代理人 弁理士  鈴江武彦 ] 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 周期律表のIVa、Va、VIa族金属の炭化物、窒化物、
    炭窒化物とNi、Co及びFeの少なくとも1種以上と
    からなる超硬合金の表面にイオンビームミキシング法に
    より下記式( I )にて表わされる複合化合物層を被覆
    したことを特徴とする複合超硬材料。 〔(Ti)_x(Zr)_y(Hf)_z〕(N)_v
    ・・・( I ) 但し、式中のx、y、z、vはx+y+z=1、0.4
    ≦x≦0.95、0.05≦y≦0.5、0.05≦z
    ≦0.5、0.8≦v≦1.0を満足するものである。
JP20000188A 1988-08-12 1988-08-12 複合超硬材料 Granted JPH0250948A (ja)

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JP20000188A JPH0250948A (ja) 1988-08-12 1988-08-12 複合超硬材料

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JP20000188A JPH0250948A (ja) 1988-08-12 1988-08-12 複合超硬材料

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JPH0250948A true JPH0250948A (ja) 1990-02-20
JPH0588307B2 JPH0588307B2 (ja) 1993-12-21

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364900A (en) * 1993-04-08 1994-11-15 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Stabilized acetal resin compositions
WO2002090859A1 (de) * 2001-05-08 2002-11-14 Tinox Gmbh Wärmetauscher-vorrichtung mit einer oberflächenbeschichteten wand, die medium 1 von medium 2 trennt
JPWO2009025112A1 (ja) * 2007-08-22 2010-11-18 住友電気工業株式会社 表面被覆切削工具

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364900A (en) * 1993-04-08 1994-11-15 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Stabilized acetal resin compositions
WO2002090859A1 (de) * 2001-05-08 2002-11-14 Tinox Gmbh Wärmetauscher-vorrichtung mit einer oberflächenbeschichteten wand, die medium 1 von medium 2 trennt
JPWO2009025112A1 (ja) * 2007-08-22 2010-11-18 住友電気工業株式会社 表面被覆切削工具

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